JPH08264672A - 樹脂封止セラミック製パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 平板状セラミック基板１２上に半導体素子搭
載用ベッド付きリードフレーム１６がリードフレーム接
着用樹脂層１４により接着され、さらにその上に配設さ
れた箱形のセラミックキャップ１３が封止用樹脂層１５
により封着されている樹脂封止セラミック製パッケー
ジ。 【効果】 容易かつ安価に製造される部品を用いた樹脂
封止セラミック製パッケージの製造を低コストで容易に
行うことができ、従って安価なセラミック製パッケージ
を提供することができる。また、流動性に優れた樹脂に
より熱抵抗の小さいごく薄い接着層を形成することがで
き、さらに平板状基板１２がセラミック製であるので、
セラミック製平板状基板１２の裏面（半導体素子搭載面
の反対側）からの放熱量を大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止セラミック製パ
ッケージ、及びその製造方法に関し、より詳細には、Ｉ
ＣチップやＬＳＩチップ等の半導体チップを搭載するこ
とのできる樹脂封止セラミック製パッケージ、及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置において、集積回路などの半
導体素子は、パッケージ基体に設けられた半導体素子搭
載部に収納され、該半導体素子搭載部がリッド等で気密
に封止されて実用に供されている。アルミナ等のセラミ
ックは耐熱性、耐久性、信頼性などに優れるため、この
パッケージ基体及びリッドの材料として好適であり、セ
ラミック製のＩＣパッケージは現在盛んに使用されてい
る。

【０００３】このセラミック製パッケージにおいて、セ
ラミック製のパッケージ基体をセラミック製のリッドで
封止する場合、その封止方法として、低融点ガラス（ソ
ルダーガラスペースト）を用いて封止するガラス封止
法、セラミック基板及びキャップに形成された下地金属
層を挟んで半田により封止を行う半田封止法、ローラ電
極を用いて断続的に電流を流すことによりキャップの周
辺を封止するシーム溶接封止法、予め樹脂を塗布したキ
ャップとセラミック基板とを重ね合わせて加熱すること
により封止を行う樹脂接着封止法等が挙げられる。

【０００４】前記封止法の中で、樹脂接着封止法は、低
温で比較的簡単に封止することができるため、作業性や
量産性に富んでいるという利点があり、盛んに利用され
ている。

【０００５】このような樹脂封止により製造された半導
体装置（セラミック製パッケージ）の構成及び前記半導
体装置の製造方法を具体的に説明する。以下において
は、半導体装置のうち、半導体素子及びワイヤボンディ
ング等の配線部分を除いた部分をパッケージということ
にする。

【０００６】図２は特開平２−２８３４９号公報に記載
されている樹脂封止により製造された半導体装置を模式
的に示した断面図である。

【０００７】この半導体装置２１においては、窒化アル
ミニウムよりなるセラミック基板２２の中央部分にキャ
ビティ部２９が形成され、キャビティ部２９の底面に形
成されたメタライズ層２５に半導体素子２７がダイボン
ド材料によりボンディングされている。また、セラミッ
ク基板２２の上にはリードフレーム２６が熱硬化性樹脂
２４により接着されており、このリードフレーム２６と
半導体素子２７とはワイヤ２８を用いたワイヤボンディ
ングにより接続されている。さらにリードフレーム２６
の上にはセラミックキャップ２３が配設され、このセラ
ミックキャップ２３も熱硬化性樹脂２４を用いて封着さ
れている。

【０００８】次に、この半導体装置２１を製造する方法
の一例を説明する。まず、セラミック基板２２のキャビ
ティ部２９の底面にＡｕペーストを塗布した後９００℃
で焼き付け、メタライズ層２５を形成する。次に、裏面
にＡｕを蒸着した半導体素子２７をメタライズ層２５の
上に載せ、加熱することによりセラミック基板２２に半
導体素子２７を接合する。次に、セラミック基板２２の
キャビティ部２９の周囲にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂２４を塗布し、リードフレーム２６を圧着してこれら
を熱硬化性樹脂２４により仮り止めした後、Ａｕ製のワ
イヤ２８を用いて半導体素子２７とリードフレーム２６
とを接続する。

【０００９】次に、セラミック基板２２の周辺の封着部
に前記と同様の熱硬化性樹脂２４を塗布し、セラミック
キャップ２３をセラミック基板２２の外周部分が一致す
るように重ね合わせ、加熱することにより樹脂を硬化さ
せ、半導体素子２７の封止を行う。

【００１０】このようにして製造された半導体装置２１
にあっては、樹脂を用いて低温で封止することができる
ため、ダイボンディングにおいても共晶結合等低温で接
着できる材料を使用することができ、窒化アルミニウム
の高熱伝導性を利用することができると共に、ボンディ
ング時間が短時間で済むという効果を有することが記載
されている。

【００１１】一方、上記したセラミック製パッケージの
他に、パッケージング材料として樹脂を用いたプラスチ
ック製パッケージも、その価格が安価であるため、大量
に使用されている。

【００１２】図３は、いわゆるキャスティング法により
製造されたプラスチック製パッケージを含む半導体装置
を模式的に示した断面図である。

【００１３】この半導体装置３１においては、ベッド付
きリードフレーム３６のベッド部３６ａの上に半導体素
子３３がＡｕ−Ｓｉ合金３４により接着され、この半導
体素子３３の図示しないパッド部とベッド付きリードフ
レーム３６のリードフレーム部３６ｂとがワイヤ３５に
より接続されている。また、半導体素子３３の表面はシ
リコンゲルコート層３８により被覆保護され、これらベ
ッド付きリードフレーム３６のベッド部３６ａを含む中
央部分、半導体素子３３、シリコンゲルコート層３８及
びワイヤ３５が所定形状を有する樹脂３２により封止さ
れ、被覆されている。なお、ベッド付きリードフレーム
３６で樹脂３２の外側に露出している部分には、マザー
ボードとの接続を良好に行うためにメッキ層３７が形成
されている。

【００１４】次に、半導体装置３１を製造する方法につ
いて説明する。

【００１５】まず、ベッド付きリードフレーム３６のベ
ッド部３６ａにＡｕ−Ｓｉ合金３４を用いて半導体素子
３３のダイボンディングを行い、その後ワイヤ３５を用
いてベッド付きリードフレーム３６のリードフレーム部
３６ｂと半導体素子３３とのワイヤボンディングを行
う。さらに、半導体素子３３の素子部分を保護するため
に、その表面にシリコンゲルコート層３８を形成し、半
導体素子３３等が配設されたベッド付きリードフレーム
３６を注型用の鋳型にセットして液状樹脂を注入し、室
温又は加熱によって樹脂を硬化させ、半導体装置３１の
製造を完了する。このようなプラスチックパッケージが
用いられた半導体装置３１では、封止を低温で行うこと
ができるため、半導体素子３８に対するダメージが少な
く、容易にパッケージングを行うことができるという利
点を有する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の高
集積化が進み、熱放散性に優れ、かつ低温度でリードフ
レームの接着、キャップによる封止が可能なパッケージ
が要求されるようになってきた。

【００１７】しかしながら、上記した従来のセラミック
製パッケージやプラスチック製パッケージを用いた半導
体装置２１、３１では、以下に説明するような課題があ
った。

【００１８】まず、図２に示したセラミック製パッケー
ジが用いられた半導体装置２１は、セラミック基板２２
がキャビティ部２９を有するため、セラミック基板２２
の形状が複雑となり、その製造コストが増大するという
課題があった。また、半導体装置２１自体の製造方法に
ついても、ダイボンディングを行った後、セラミック基
板２２に塗布した熱硬化性樹脂２４にリードフレーム２
６を仮り付けし、その後にワイヤボンディングを行わな
ければならないため、製造工程が複雑化するという課題
があった。

【００１９】一方、図３に示したプラスチック製パッケ
ージが用いられた半導体装置３１では、全体が樹脂３２
により被覆されているために放熱性が良好でなく、また
ワイヤ３５の周囲も樹脂３２が充填されているため、周
囲の温度の変化により樹脂３２が収縮、膨張するとワイ
ヤ３５の接続部分が切れ易いという課題があった。ま
た、樹脂３２中を水分が浸透し易く、これにより半導体
装置３１に故障が発生し易いという課題もあった。

【００２０】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、低温度での接着、封止が可能で、パッケージ
の形状が単純でコストの削減が図れ、自動機器の適用が
容易で、基板へのリードフレームの接着とキャップによ
る封止を一度に行うことができるため製造工程を簡略化
することができ、熱放散性が良好で信頼性の高い樹脂封
止セラミック製パッケージ及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る樹脂封止セラミック製パッケージは、平
板状セラミック基板上に半導体素子搭載用ベッド付きリ
ードフレームが樹脂により接着され、さらにその上に配
設された箱形のセラミックキャップが樹脂により封着さ
れていることを特徴としている（１）。

【００２２】また本発明に係る樹脂封止セラミック製パ
ッケージの製造方法は、半導体素子搭載用ベッド付きリ
ードフレームのベッド部に半導体素子を樹脂により接着
する半導体素子接着工程と、平板状セラミック基板に樹
脂を塗布し、その上に前記半導体素子が接着された前記
ベッド付きリードフレームを載置し、さらに該ベッド付
きリードフレームが載置された前記平板状セラミック基
板の封着部に樹脂を塗布した後箱形のセラミックキャッ
プを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記平板状セラミ
ック基板への前記ベッド付きリードフレームの接着、及
び前記セラミックキャップによる封止を同時に行う加熱
・封着工程とを含んでいることを特徴としている
（２）。

【００２３】本発明に係る樹脂封止セラミック製パッケ
ージを構成する平板状セラミック基板の材質は特に限定
されるものではないが、その具体例としては例えばアル
ミナ、窒化アルミニウム、ムライト、ガラス等が挙げら
れる。前記平板状セラミック基板の寸法は、通常、縦、
横が１５〜５０ｍｍ程度、厚さが１．０〜２．０ｍｍ程
度である。

【００２４】箱形のセラミックキャップの材質も特に限
定されるものではないが、熱膨張率等の特性が前記平板
状セラミック基板と同じものが好ましく、従って前記平
板状セラミック基板の材質と同じものが好ましい。ま
た、前記セラミックキャップの寸法については、通常、
縦、横は前記平板状セラミック基板と同じであり、その
高さは１．０〜２．０ｍｍ程度である。また、前記セラ
ミックキャップの凹部の深さは、ボンディングされたワ
イヤーの保護及び良好な気密性を得ること等の点から
０．５〜１．０ｍｍ程度であるのが好ましく、その厚さ
は０．５〜１．０ｍｍ程度であるのが好ましい。

【００２５】前記セラミックキャップの凹部の深さが
０．５ｍｍ未満であると、セラミックキャップがボンデ
ィングされたワイヤーに接触し、ワイヤーが破損するこ
とがあり、他方前記セラミックキャップの凹部の深さが
１．０ｍｍを超えると気密性が悪くなる傾向が表われ
る。

【００２６】半導体素子搭載用ベッド付きリードフレー
ムは、通常プラスチックパッケージに用いられているも
のと同様のものでよく、またその材質も通常の材質もの
でよく、その材質としては、例えば鉄が５４重量％、ニ
ッケルが２９重量％、コバルトが１７重量％の合金であ
るコバールやニッケルが４２重量％、鉄が５８重量％の
４２合金等が挙げられる。また、前記半導体素子搭載用
ベッド付きリードフレームの厚さは、リードフレームの
変形防止及び曲げ加工の容易さの点から０．１〜０．２
５ｍｍ程度が好ましい。前記リードフレームの厚さが
０．１ｍｍ未満であると、リードフレームが変形し易く
なる傾向が表われ、他方前記リードフレームの厚さが
０．２５ｍｍを超えると、曲げ加工がしにくくなる傾向
が表われる。前記した平板状セラミック基板、セラミッ
クキャップ及び半導体素子搭載用ベッド付きリードフレ
ームを接着する樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シ
リコン樹脂、ポリイミド等が挙げられるが、その中では
エポキシ樹脂が好ましい。

【００２７】

【作用】本発明に係る樹脂封止セラミック製パッケージ
（１）によれば、平板状セラミック基板上に半導体素子
搭載用ベッド付きリードフレームが樹脂により接着さ
れ、さらにその上に配設された箱形のセラミックキャッ
プが樹脂により封着されているので、容易かつ安価に製
造される部品を用いた樹脂封止セラミック製パッケージ
の製造が容易に行われ、製造コストも削減され、安価な
樹脂封止セラミック製パッケージとなる。また、流動性
に優れた樹脂により熱抵抗の小さいごく薄い接着層が形
成され、さらに前記平板状基板がセラミック製であるの
で、セラミック製平板状基板の裏面（半導体素子搭載面
の反対側）からの放熱量が大きい。

【００２８】また本発明に係る樹脂封止セラミック製パ
ッケージの製造方法（２）によれば、半導体素子搭載用
ベッド付きリードフレームのベッド部に半導体素子を樹
脂により接着する半導体素子接着工程と、平板状セラミ
ック基板に樹脂を塗布し、その上に前記半導体素子が接
着された前記ベッド付きリードフレームを載置し、さら
に該ベッド付きリードフレームが載置された前記平板状
セラミック基板の封着部に樹脂を塗布した後箱形のセラ
ミックキャップを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記
平板状セラミック基板への前記ベッド付きリードフレー
ムの接着、及び前記セラミックキャップによる封止を同
時に行う加熱・封着工程とを含んでいるので、極めて簡
単な工程により前記樹脂封止セラミック製パッケージが
安価に製造され、またセラミック製基板の上に非常に薄
い樹脂層が形成されるので、熱放散性に優れる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係る樹脂封止セラミック製パ
ッケージ、及びその製造方法の実施例を図面に基づいて
説明する。

【００３０】図１は実施例に係る樹脂封止セラミック製
パッケージが用いられた半導体装置を模式的に示した断
面図である。

【００３１】この半導体装置１１においては、縦、横の
長さが約３１ｍｍで、その厚さが約１．４ｍｍのアルミ
ナよりなる平板状セラミック基板１２の上面部分に、そ
の厚さが約２０μｍのエポキシ樹脂からなるリードフレ
ーム接着用樹脂層１４が形成され、このリードフレーム
接着用樹脂層１４の上に厚さが約０．２ｍｍのコバール
からなるベッド付きリードフレーム１６が接着されてい
る。また、ベッド付きリードフレーム１６のベッド部１
６ａには半導体素子１７がダイボンディング材１９（エ
ポキシ樹脂）によりボンディングされ、この半導体素子
１７の図示しないパッド部とベッド付きリードフレーム
１６のリードフレーム部１６ｂとはＡｌ製のワイヤ１８
を用いたワイヤボンディングにより接続されている。さ
らにベッド付きリードフレーム１６の上には、縦、横が
約３１ｍｍ、厚さが約１．４ｍｍ、凹部の深さが約０．
５ｍｍのセラミックキャップ１３がエポキシ樹脂からな
る封止用樹脂層１５を介して封着されている。なお、ベ
ッド付きリードフレーム１６のベッド部１６ａと半導体
素子１７とを接着しているダイボンディング材１９の厚
さは約２０μｍである。

【００３２】次に、この実施例に係る半導体装置の製造
方法を説明する。まず、ベッド付きリードフレーム１６
のベッド１６ａ部にダイボンディング材となるエポキシ
樹脂を用いて半導体素子１７のダイボンディングを行
い、その後ワイヤ１８を用いてベッド付きリードフレー
ム１６のリードフレーム１６ｂ部とのワイヤボンディン
グを行う。次に、平板状セラミック基板１２の表面にリ
ードフレーム接着用樹脂層１４形成用のエポキシ樹脂を
２００〜２５０μｍの厚さに塗布し、その上の所定の位
置にベッド付きリードフレーム１６を載置する。次に、
ベッド付きリードフレーム１６が載置された平板状セラ
ミック基板１２の封着部に封止用樹脂１５形成用のエポ
キシ樹脂を塗布し、その上にセラミックキャップ１３を
重ね合わせて圧着した後、１５０±３℃の温度になるま
で加熱して６０分間保持し、前記エポキシ樹脂を硬化さ
せて封着を行った。

【００３３】一方比較例として、接着材料として鉛ガラ
ス、フィラー、溶剤、樹脂で構成されるガラスペースト
を使用し、半導体素子１７をベッド付きリードフレーム
１６のベッド部１６ａに接着する際にＡｕ−Ｓｉ合金を
使用した他は、実施例の場合と同様にして半導体装置を
製造した。このとき、平板状セラミック基板１２の上面
に形成されたガラス層の厚さは２１０〜３５０μｍであ
り、完成した半導体装置のベッド付きリードフレーム１
６と平板状セラミック基板１２との間の厚さは約２５０
μｍであった。このように、比較例の場合の半導体装置
のベッド付きリードフレーム１６と平板状セラミック基
板１２との間の厚さが約２５０μｍと厚いのは、融着時
におけるガラスペーストの流動性が余り大きくないため
と考えられる。なお、ベッド付きリードフレームの接着
時の温度は４３０℃に設定した。

【００３４】このようにして製造された実施例及び比較
例に係る半導体装置のベッド付きリードフレーム１６と
平板状セラミック基板１２との間のリードフレーム接着
用樹脂層１４の熱伝導率を計算したところ、実施例の場
合は０．５Ｗ／ｍ² Ｋ、比較例の場合は１．５５Ｗ／ｍ
² Ｋと比較例（ガラス層）の方が実施例（樹脂層）に比
べて熱伝導率が大きいのに対し、厚さを考慮に入れたリ
ードフレーム接着用樹脂層１４の熱抵抗は、実施例の場
合が４０×１０^-6℃／Ｗ、比較例の場合が１６０×１０
^-6℃／Ｗとなり、比較例が実施例の４倍と大きくなって
いる。これは、融着時のリードフレーム接着用樹脂層１
４が流動性に優れているため、リードフレーム接着用樹
脂層１４の厚さが２０μｍと非常に薄くなり、熱抵抗が
小さくなったためである。

【００３５】このため半導体素子１７からベッド付きリ
ードフレーム１６のベッド部分１６ａ、平板状セラミッ
ク基板１２及びベッド付きリードフレーム１６のベッド
部分１６ｂを介して熱放熱性が良くなり、半導体装置全
体の熱放熱性を格段に向上させることができる。

【００３６】このように、実施例に係る樹脂封止セラミ
ック製パッケージを使用した半導体装置は、比較例に係
る樹脂封止セラミック製パッケージを使用した半導体装
置と比較して、放熱性に優れている。

【００３７】また、実施例に係るセラミック製パッケー
ジにあっては、平板状セラミック基板１２、箱形のセラ
ミックキャップ１３及び半導体素子搭載用ベッド付きリ
ードフレーム１６を含んで構成されているので、前記部
品の構造が簡単であり、前記部品を容易かつ安価に製造
することができ、従ってセラミック製パッケージ部品の
製造コストの削減を図ることができる。

【００３８】また上記実施例のように、セラミック製パ
ッケージの製造工程が簡単であるので、製造工程の簡略
化を図ることができ、セラミック製パッケージの製造コ
ストの削減を図ることができ、その結果安価なセラミッ
ク製パッケージを製造することができる。

【００３９】さらに、実施例に係るセラミック製パッケ
ージにあっては、加熱温度が１５０℃での接着、封止が
可能であり、比較例に係るセラミック製パッケージのリ
ードフレームの接着温度４３０℃に比べて、著しく低い
温度での接着が可能である。このため、接着、封着時の
半導体素子のダメージが起こらない。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る樹脂封
止セラミック製パッケージ（１）にあっては、平板状セ
ラミック基板上に半導体素子搭載用ベッド付きリードフ
レームが樹脂により接着され、さらにその上に配設され
た箱形のセラミックキャップが樹脂により封着されてい
るので、容易かつ安価に製造される部品を用いた樹脂封
止セラミック製パッケージの製造も容易に行うことがで
き、従って製造コストを削減することができ、安価な樹
脂封止セラミック製パッケージを提供することができ
る。また、流動性に優れた樹脂により熱抵抗の小さいご
く薄い接着層を形成することができ、さらに前記平板状
基板がセラミック製であるので、セラミック製平板状基
板の裏面（半導体素子搭載面の反対側）からの放熱量を
大きくすることができる。

【００４１】また本発明に係る樹脂封止セラミック製パ
ッケージの製造方法（２）にあっては、半導体素子搭載
用ベッド付きリードフレームのベッド部に半導体素子を
樹脂により接着する半導体素子接着工程と、平板状セラ
ミック基板に樹脂を塗布し、その上に前記半導体素子が
接着された前記ベッド付きリードフレームを載置し、さ
らに該ベッド付きリードフレームが載置された前記平板
状セラミック基板の封着部に樹脂を塗布した後箱形のセ
ラミックキャップを重ね合わせる重ね合わせ工程と、前
記平板状セラミック基板への前記ベッド付きリードフレ
ームの接着、及び前記セラミックキャップによる封止を
同時に行う加熱・封着工程とを含んでいるので、極めて
簡単な工程により前記樹脂封止セラミック製パッケージ
を安価に製造することができ、またセラミック製基板の
上に非常に薄い樹脂の接着層を形成することができるの
で、熱放散性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る樹脂封止セラミック製パッケージ
が用いられた半導体装置を模式的に示した断面図であ
る。

【図２】従来の樹脂封止により製造された半導体装置
（セラミック製パッケージ）を模式的に示した断面図で
ある。

【図３】キャスティング法により製造されたプラスチッ
ク製パッケージを含む半導体装置を模式的に示した断面
図である。

【符号の説明】

１２ 平板状セラミック基板 １３ セラミックキャップ １４ リードフレーム接着用樹脂層 １５ 封止用樹脂層 １６ ベッド付きリードフレーム １７ 半導体素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状セラミック基板上に半導体素子搭
   載用ベッド付きリードフレームが樹脂により接着され、
   さらにその上に配設された箱形のセラミックキャップが
   樹脂により封着されていることを特徴とする請求項１記
   載の樹脂封止セラミック製パッケージ。
2. 【請求項２】 半導体素子搭載用ベッド付きリードフレ
   ームのベッド部に半導体素子を樹脂により接着する半導
   体素子接着工程と、平板状セラミック基板に樹脂を塗布
   し、その上に前記半導体素子が接着された前記ベッド付
   きリードフレームを載置し、さらに該ベッド付きリード
   フレームが載置された前記平板状セラミック基板の封着
   部に樹脂を塗布した後箱形のセラミックキャップを重ね
   合わせる重ね合わせ工程と、前記平板状セラミック基板
   への前記ベッド付きリードフレームの接着、及び前記セ
   ラミックキャップによる封止を同時に行う加熱・封着工
   程とを含んでいることを特徴とするセラミック製パッケ
   ージの製造方法。