JPH07106476A - 半導体装置用パッケージ - Google Patents
半導体装置用パッケージInfo
- Publication number
- JPH07106476A JPH07106476A JP24665193A JP24665193A JPH07106476A JP H07106476 A JPH07106476 A JP H07106476A JP 24665193 A JP24665193 A JP 24665193A JP 24665193 A JP24665193 A JP 24665193A JP H07106476 A JPH07106476 A JP H07106476A
- Authority
- JP
- Japan
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- heat sink
- stage
- layer
- plate member
- thermal expansion
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ステージを2層構造にすると共に、各層とヒー
トシンクとの熱膨張率の関係を適正化してステージの反
りを抑えること。 【構成】半導体チップを搭載するステージと、該ステー
ジの半導体チップ搭載面の反対側の面にろう付け固定さ
れるヒートシンクとを有する半導体装置用パッケージに
おいて、前記ステージを、前記ヒートシンクに接する側
の第1層と半導体チップを搭載する側の第2層とをろう
付けした2層構造とすると共に、前記第1層に熱膨張率
がヒートシンクの熱膨張率よりも小さい材料を使用し、
且つ、前記第2層に熱膨張率がヒートシンクの熱膨張率
程度の材料を使用したことを特徴とする。
トシンクとの熱膨張率の関係を適正化してステージの反
りを抑えること。 【構成】半導体チップを搭載するステージと、該ステー
ジの半導体チップ搭載面の反対側の面にろう付け固定さ
れるヒートシンクとを有する半導体装置用パッケージに
おいて、前記ステージを、前記ヒートシンクに接する側
の第1層と半導体チップを搭載する側の第2層とをろう
付けした2層構造とすると共に、前記第1層に熱膨張率
がヒートシンクの熱膨張率よりも小さい材料を使用し、
且つ、前記第2層に熱膨張率がヒートシンクの熱膨張率
程度の材料を使用したことを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置用パッケー
ジに関し、特に、発熱量の大きい半導体装置に適用する
パッケージに関する。
ジに関し、特に、発熱量の大きい半導体装置に適用する
パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】図4は一例として示す従来のセラミック
PGA(ピン・グリッド・アレイ)パッケージの概略組
立図、図5はその要部概略断面図であり、1はセラミッ
ク製のパッケージ本体(以下「本体」)、2は本体1の
内部に設けられたチップ搭載用のステージ(チップ搭載
面は下面)、3はステージ2の上面(チップ搭載面と反
対側の面)に銀ろうで接合されたヒートシンクである。
PGA(ピン・グリッド・アレイ)パッケージの概略組
立図、図5はその要部概略断面図であり、1はセラミッ
ク製のパッケージ本体(以下「本体」)、2は本体1の
内部に設けられたチップ搭載用のステージ(チップ搭載
面は下面)、3はステージ2の上面(チップ搭載面と反
対側の面)に銀ろうで接合されたヒートシンクである。
【0003】ステージ2の下面に、Si又はGaAsの
半導体チップ(以下「チップ」と略す)4を接着固定
し、ワイヤボンデングを行った後、キャップ5で封止し
て組み立てられる。また、ヒートシンク3に放熱フィン
6が取り付けられることもある。なお、7は本体1の下
面に突出する多数のピン(但し一部を図示)である。こ
こで、ステージ2の材料はSiやGaAsに近い熱膨張
率α1 を有するモリブデン(Mo)であり、ヒートシン
ク3の材料はセラミックに近い熱膨張率α2を有する銅
・タングステン合金(Cu−W)である。
半導体チップ(以下「チップ」と略す)4を接着固定
し、ワイヤボンデングを行った後、キャップ5で封止し
て組み立てられる。また、ヒートシンク3に放熱フィン
6が取り付けられることもある。なお、7は本体1の下
面に突出する多数のピン(但し一部を図示)である。こ
こで、ステージ2の材料はSiやGaAsに近い熱膨張
率α1 を有するモリブデン(Mo)であり、ヒートシン
ク3の材料はセラミックに近い熱膨張率α2を有する銅
・タングステン合金(Cu−W)である。
【0004】但し、α1 (Moの熱膨張率) =5.
9×10-6/℃ α2 (Cu−Wの熱膨張率)=6.9×10-6/℃
9×10-6/℃ α2 (Cu−Wの熱膨張率)=6.9×10-6/℃
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の半導体装置用パッケージにあっては、ステージ2
の熱膨張率α1 とヒートシンク3の熱膨張率α2 の関係
が[α1 <α2 ]となっていたため、ステージ2とヒー
トシンク3の接合時に、ステージ2に図6に示すような
反りを生じることがあり、その後に行われるチップ4の
搭載作業に不都合をきたすという問題点があった。
従来の半導体装置用パッケージにあっては、ステージ2
の熱膨張率α1 とヒートシンク3の熱膨張率α2 の関係
が[α1 <α2 ]となっていたため、ステージ2とヒー
トシンク3の接合時に、ステージ2に図6に示すような
反りを生じることがあり、その後に行われるチップ4の
搭載作業に不都合をきたすという問題点があった。
【0006】すなわち、ステージ2とヒートシンク3
は、銀ろうを約800℃の高温で溶かして接合し、この
高温状態又は高温状態に至る過程においては、上記の関
係[α 1 <α2 ]から、ステージ2とヒートシンク3と
の間に膨張差が生じるが、銀ろうが溶けている間は、ス
テージ2とヒートシンク3の間がまだ接合状態にないた
め、ヒートシンク3の大きな膨張がステージ2に影響す
ることはなく、上述の反りは生じない。
は、銀ろうを約800℃の高温で溶かして接合し、この
高温状態又は高温状態に至る過程においては、上記の関
係[α 1 <α2 ]から、ステージ2とヒートシンク3と
の間に膨張差が生じるが、銀ろうが溶けている間は、ス
テージ2とヒートシンク3の間がまだ接合状態にないた
め、ヒートシンク3の大きな膨張がステージ2に影響す
ることはなく、上述の反りは生じない。
【0007】しかし、温度が低下して銀ろうが固まり始
めると、ステージ2とヒートシンク3の間が接合され、
同時に、ステージ2とヒートシンク3がそれぞれの膨張
率に応じて収縮を開始するが、かかる収縮過程において
は、ステージ2とヒートシンク3との間が接合状態にあ
り、しかもステージ2の収縮量よりもヒートシンク3の
収縮量の方が大きいから、ヒートシンク3がステージ2
の方向に曲がって上述の反りを生じるのである。 [目的]そこで、本発明は、ステージを2層構造にする
と共に、各層とヒートシンクとの熱膨張率の関係を適正
化してステージの反りを抑えることを目的とする。
めると、ステージ2とヒートシンク3の間が接合され、
同時に、ステージ2とヒートシンク3がそれぞれの膨張
率に応じて収縮を開始するが、かかる収縮過程において
は、ステージ2とヒートシンク3との間が接合状態にあ
り、しかもステージ2の収縮量よりもヒートシンク3の
収縮量の方が大きいから、ヒートシンク3がステージ2
の方向に曲がって上述の反りを生じるのである。 [目的]そこで、本発明は、ステージを2層構造にする
と共に、各層とヒートシンクとの熱膨張率の関係を適正
化してステージの反りを抑えることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体チップを搭載するステージと、該
ステージの半導体チップ搭載面の反対側の面にろう付け
固定されるヒートシンクとを有する半導体装置用パッケ
ージにおいて、前記ステージを、前記ヒートシンクに接
する側の第1層と半導体チップを搭載する側の第2層と
をろう付けした2層構造とすると共に、前記第1層に熱
膨張率がヒートシンクの熱膨張率よりも小さい材料を使
用し、且つ、前記第2層に熱膨張率がヒートシンクの熱
膨張率程度の材料を使用したことを特徴とする。
成するために、半導体チップを搭載するステージと、該
ステージの半導体チップ搭載面の反対側の面にろう付け
固定されるヒートシンクとを有する半導体装置用パッケ
ージにおいて、前記ステージを、前記ヒートシンクに接
する側の第1層と半導体チップを搭載する側の第2層と
をろう付けした2層構造とすると共に、前記第1層に熱
膨張率がヒートシンクの熱膨張率よりも小さい材料を使
用し、且つ、前記第2層に熱膨張率がヒートシンクの熱
膨張率程度の材料を使用したことを特徴とする。
【0009】又は、前記ヒートシンクの材料が銅・タン
グステン合金の場合、前記第1層の材料にモリブデンを
使用し、且つ、前記第2層の材料に鉄・ニッケル・コバ
ルト合金又は鉄・ニッケル合金を使用することは好まし
い。
グステン合金の場合、前記第1層の材料にモリブデンを
使用し、且つ、前記第2層の材料に鉄・ニッケル・コバ
ルト合金又は鉄・ニッケル合金を使用することは好まし
い。
【0010】
【作用】本発明では、熱膨張の小さい第1層を間にし
て、この第1層よりも熱膨張の大きい第2層及びヒート
シンクが対向配置される。従って、第1層と第2層から
なる一の接合体(すなわちステージ)の曲がる方向と、
第1層とヒートシンクとからなる他の接合体の曲がる方
向とが逆向きになり、ろう付け後の収縮変形がバランス
してステージの反りが抑えられる。
て、この第1層よりも熱膨張の大きい第2層及びヒート
シンクが対向配置される。従って、第1層と第2層から
なる一の接合体(すなわちステージ)の曲がる方向と、
第1層とヒートシンクとからなる他の接合体の曲がる方
向とが逆向きになり、ろう付け後の収縮変形がバランス
してステージの反りが抑えられる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1〜図3は本発明に係る半導体装置用パッケー
ジの一実施例を示す図である。図1において、10はセ
ラミック製のパッケージ本体(以下「本体」)、11は
第1板部材、12は第2板部材、13はヒートシンク、
14はSi又はGaAsの半導体チップ(以下「チッ
プ」と略す)である。
する。図1〜図3は本発明に係る半導体装置用パッケー
ジの一実施例を示す図である。図1において、10はセ
ラミック製のパッケージ本体(以下「本体」)、11は
第1板部材、12は第2板部材、13はヒートシンク、
14はSi又はGaAsの半導体チップ(以下「チッ
プ」と略す)である。
【0012】第1板部材11及び第2板部材12は、互
いにろう付け接合され、最終的に第1板部材11を第1
層、第2板部材12を第2層とする2層構造のステージ
15を構成する。ここで、第1板部材11の材料はモリ
ブデン(Mo)、第2板部材12の材料は鉄・ニッケル
・コバルト合金(商標名;コバール、以下同様)又は鉄
・ニッケル合金(いわゆる42アロイ)、ヒートシンク
13の材料は銅・タングステン合金(Cu−W)であ
り、これらの材料の熱膨張率は、次表1の通りである。
いにろう付け接合され、最終的に第1板部材11を第1
層、第2板部材12を第2層とする2層構造のステージ
15を構成する。ここで、第1板部材11の材料はモリ
ブデン(Mo)、第2板部材12の材料は鉄・ニッケル
・コバルト合金(商標名;コバール、以下同様)又は鉄
・ニッケル合金(いわゆる42アロイ)、ヒートシンク
13の材料は銅・タングステン合金(Cu−W)であ
り、これらの材料の熱膨張率は、次表1の通りである。
【0013】 但し、20℃〜100℃は、室温程度からチップ上限動
作温度までを含む温度領域(以下「温度領域A)」、1
00℃〜850℃は、チップ上限動作温度からろう付け
温度程度までを含む温度領域「以下(温度領域B」)で
ある。
作温度までを含む温度領域(以下「温度領域A)」、1
00℃〜850℃は、チップ上限動作温度からろう付け
温度程度までを含む温度領域「以下(温度領域B」)で
ある。
【0014】前表1によれば、温度領域Bにおいて、ヒ
ートシンク13に接する側の第1板部材(ステージ15
の第1層)11の熱膨張率がヒートシンク13の熱膨張
率よりも小さく、且つ、チップ14に接する側の第2板
部材(ステージ15の第2層)12の熱膨張率がヒート
シンク13の熱膨張率に近い関係にある。このような構
成において、本体10の内部に第1板部材11及び第2
板部材12を積み重ねて挿入し、さらに、第1板部材1
1の上面に接するようにヒートシンク13を配置する。
ートシンク13に接する側の第1板部材(ステージ15
の第1層)11の熱膨張率がヒートシンク13の熱膨張
率よりも小さく、且つ、チップ14に接する側の第2板
部材(ステージ15の第2層)12の熱膨張率がヒート
シンク13の熱膨張率に近い関係にある。このような構
成において、本体10の内部に第1板部材11及び第2
板部材12を積み重ねて挿入し、さらに、第1板部材1
1の上面に接するようにヒートシンク13を配置する。
【0015】そして、これらの第1板部材11、第2板
部材12及びヒートシンク13の間に溶融状態の銀ろう
を流し込み、自然冷却又は強制冷却によって銀ろうを固
化させると、最終的に、第1板部材11と第2板部材1
2が一体化して2層構造のステージ15が形成されると
共に、このステージ15の上面(チップ14の搭載面と
反対側の面)にヒートシンク13が接合される。
部材12及びヒートシンク13の間に溶融状態の銀ろう
を流し込み、自然冷却又は強制冷却によって銀ろうを固
化させると、最終的に、第1板部材11と第2板部材1
2が一体化して2層構造のステージ15が形成されると
共に、このステージ15の上面(チップ14の搭載面と
反対側の面)にヒートシンク13が接合される。
【0016】ここで、銀ろうが高温状態(約800℃)
にある間は、第1板部材11、第2板部材12及びヒー
トシンク13が加熱されて“膨張”し、膨張の程度は第
1板部材11が小、第2板部材12とヒートシンク13
が大であるが、かかる膨張差は、第1板部材11、第2
板部材12及びヒートシンク13の間で影響し合わな
い。銀ろうが溶融状態であり、第1板部材11、第2板
部材12及びヒートシンク13の間が非接合状態である
からである。
にある間は、第1板部材11、第2板部材12及びヒー
トシンク13が加熱されて“膨張”し、膨張の程度は第
1板部材11が小、第2板部材12とヒートシンク13
が大であるが、かかる膨張差は、第1板部材11、第2
板部材12及びヒートシンク13の間で影響し合わな
い。銀ろうが溶融状態であり、第1板部材11、第2板
部材12及びヒートシンク13の間が非接合状態である
からである。
【0017】一方、銀ろうの温度が低下すると、第1板
部材11、第2板部材12及びヒートシンク13が“収
縮”する。収縮の程度は膨張時と同様に、第1板部材1
1が小、第2板部材12とヒートシンク13が大である
が、かかる収縮差は、第1板部材11、第2板部材12
及びヒートシンク13の間で互いに影響し合う。銀ろう
が固化又は固化に近い状態であり、第1板部材11、第
2板部材12及びヒートシンク13の間が接合状態であ
るからである。
部材11、第2板部材12及びヒートシンク13が“収
縮”する。収縮の程度は膨張時と同様に、第1板部材1
1が小、第2板部材12とヒートシンク13が大である
が、かかる収縮差は、第1板部材11、第2板部材12
及びヒートシンク13の間で互いに影響し合う。銀ろう
が固化又は固化に近い状態であり、第1板部材11、第
2板部材12及びヒートシンク13の間が接合状態であ
るからである。
【0018】従って、図2に示すように、第1板部材1
1と第2板部材12からなる一の接合体(すなわちステ
ージ15)では、収縮量の大きい第2板部材12が収縮
量の少ない第1板部材11の方向に曲がろうとし、ま
た、第1板部材11とヒートシンク13からなる他の接
合体では、同じく、収縮量の大きいヒートシンク13が
収縮量の少ない第1板部材11の方向に曲がろうとす
るが、これら2つの方向、は逆向きであるから、ろ
う付け後の収縮に伴う変形がバランスして、ステージ1
5の反りが抑えられる。その結果、チップ14の搭載作
業を支障なく実行でき、歩留り向上を図ることができ
る。
1と第2板部材12からなる一の接合体(すなわちステ
ージ15)では、収縮量の大きい第2板部材12が収縮
量の少ない第1板部材11の方向に曲がろうとし、ま
た、第1板部材11とヒートシンク13からなる他の接
合体では、同じく、収縮量の大きいヒートシンク13が
収縮量の少ない第1板部材11の方向に曲がろうとす
るが、これら2つの方向、は逆向きであるから、ろ
う付け後の収縮に伴う変形がバランスして、ステージ1
5の反りが抑えられる。その結果、チップ14の搭載作
業を支障なく実行でき、歩留り向上を図ることができ
る。
【0019】因みに、図3は従来例と本実施例との反り
比較図である。なお、実験の条件は以下のとおりであ
る。 ステージの大きさ:20×20〔mm〕 ステージの厚さ:1.0〔μm〕 反りの測定方法:ステージの対角方向に2ヶ所測定し、
大きい方の値 ステージ材料:モリブデンのみ(従来例) コバールとモリブデンを1対1の厚さで積層(本実施
例) サンプル数:5 従来例の約50μm〜約70μmもの正方向の反り(凸
状の反り)に対し、本実施例では、およそ±20μm程
度の微小な反りに抑えることができた。
比較図である。なお、実験の条件は以下のとおりであ
る。 ステージの大きさ:20×20〔mm〕 ステージの厚さ:1.0〔μm〕 反りの測定方法:ステージの対角方向に2ヶ所測定し、
大きい方の値 ステージ材料:モリブデンのみ(従来例) コバールとモリブデンを1対1の厚さで積層(本実施
例) サンプル数:5 従来例の約50μm〜約70μmもの正方向の反り(凸
状の反り)に対し、本実施例では、およそ±20μm程
度の微小な反りに抑えることができた。
【0020】なお、本実施例では、第1板部材11の材
料をモリブデン(Mo)、第2板部材12の材料をコバ
ール、ヒートシンク13の材料を銅・タングステン合金
(Cu−W)としているが、これに限定されるものでは
ない。要は、少なくとも銀ろうの溶融温度において、ヒ
ートシンク13に接する側の第1板部材11の熱膨張率
がヒートシンク13の熱膨張率よりも小さく、且つ、チ
ップ14に接する側の第2板部材12の熱膨張率がヒー
トシンク13の熱膨張率に近い関係にある材料を選択す
ればよい。
料をモリブデン(Mo)、第2板部材12の材料をコバ
ール、ヒートシンク13の材料を銅・タングステン合金
(Cu−W)としているが、これに限定されるものでは
ない。要は、少なくとも銀ろうの溶融温度において、ヒ
ートシンク13に接する側の第1板部材11の熱膨張率
がヒートシンク13の熱膨張率よりも小さく、且つ、チ
ップ14に接する側の第2板部材12の熱膨張率がヒー
トシンク13の熱膨張率に近い関係にある材料を選択す
ればよい。
【0021】但し、本実施例のように、チップ14に接
する側の第2板部材12の材料にコバールを使用するこ
とは好ましい。コバールの熱膨張率は、20℃〜100
℃の温度領域Aで「3.7×10-6/℃」と低いため
に、Siの熱膨張率「3.4×10-6/℃」との差が小
さくなり、チップ可動時におけるチップへのストレス緩
和を図ることができるからである。
する側の第2板部材12の材料にコバールを使用するこ
とは好ましい。コバールの熱膨張率は、20℃〜100
℃の温度領域Aで「3.7×10-6/℃」と低いため
に、Siの熱膨張率「3.4×10-6/℃」との差が小
さくなり、チップ可動時におけるチップへのストレス緩
和を図ることができるからである。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、チップを搭載するステ
ージを第1層及び第2層の2層構造とし、ヒートシンク
に接する側の第1層に熱膨張率がヒートシンクの熱膨張
率よりも小さい材料を使用すると共に、第2層に熱膨張
率がヒートシンクの熱膨張率程度の材料を使用したの
で、第1層と第2層からなる一の接合体(すなわちステ
ージ)の曲がる方向と、第1層とヒートシンクとからな
る他の接合体の曲がる方向とを逆向きにすることがで
き、ろう付け後の収縮変形をバランスさせてステージの
反りを抑えることができる。
ージを第1層及び第2層の2層構造とし、ヒートシンク
に接する側の第1層に熱膨張率がヒートシンクの熱膨張
率よりも小さい材料を使用すると共に、第2層に熱膨張
率がヒートシンクの熱膨張率程度の材料を使用したの
で、第1層と第2層からなる一の接合体(すなわちステ
ージ)の曲がる方向と、第1層とヒートシンクとからな
る他の接合体の曲がる方向とを逆向きにすることがで
き、ろう付け後の収縮変形をバランスさせてステージの
反りを抑えることができる。
【図1】一実施例の要部概略断面図である。
【図2】一実施例のステージ及びヒートシンクの収縮状
態図である。
態図である。
【図3】従来例と本実施例との反り比較図である。
【図4】従来のPGAパッケージの概略組立図である。
【図5】図4の要部概略断面図である。
【図6】従来のステージ及びヒートシンクの収縮状態図
である。
である。
11:第1板部材(第1層) 12:第2板部材(第2層) 13:ヒートシンク 14:チップ(半導体チップ) 15:ステージ
Claims (2)
- 【請求項1】半導体チップ(14)を搭載するステージ
(15)と、該ステージ(15)の半導体チップ搭載面
の反対側の面にろう付け固定されるヒートシンク(1
3)とを有する半導体装置用パッケージにおいて、 前記ステージ(15)を、前記ヒートシンク(13)に
接する側の第1層(11)と半導体チップ(14)を搭
載する側の第2層(12)とをろう付けした2層構造と
すると共に、 前記第1層(11)に熱膨張率がヒートシンク(13)
の熱膨張率よりも小さい材料を使用し、 且つ、前記第2層(12)に熱膨張率がヒートシンク
(13)の熱膨張率程度の材料を使用したことを特徴と
する半導体装置用パッケージ。 - 【請求項2】前記ヒートシンク(13)の材料が銅・タ
ングステン合金の場合、前記第1層(11)の材料にモ
リブデンを使用し、且つ、前記第2層(12)の材料に
鉄・ニッケル・コバルト合金又は鉄・ニッケル合金を使
用することを特徴とする請求項1記載の半導体装置用パ
ッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24665193A JPH07106476A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 半導体装置用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24665193A JPH07106476A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 半導体装置用パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106476A true JPH07106476A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17151593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24665193A Pending JPH07106476A (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 半導体装置用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106476A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003297985A (ja) * | 2002-03-22 | 2003-10-17 | Plansee Ag | パッケージとその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP24665193A patent/JPH07106476A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003297985A (ja) * | 2002-03-22 | 2003-10-17 | Plansee Ag | パッケージとその製造方法 |
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