JP2525232B2 - Ceramic package and method of manufacturing the same - Google Patents
Ceramic package and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体搭載用の高放熱に適したセラミック
パッケージおよびその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic package suitable for high heat dissipation for mounting on a semiconductor and a method for manufacturing the same.
[従来の技術] ICやLSIの高集積化とともに部品の実装密度も増大し
てきたために、広くパッケージ材料として用いられてき
たアルミナセラミックでは熱伝導率が0.05cal/cm・sec
・℃と小さいため放熱性が悪い、また従来、リードフレ
ーム用材料として熱膨張係数がSiチップに近く、高強度
である等の特性に優れている42合金やコバールが主流で
あったが、それらは熱伝導率が小さく(42合金は0.03ca
l/cm・sec・℃)、放熱用リードフレームには適しな
い。そのため、ダイアタッチ部にセラミックの代わりに
放熱用リードフレームをロー付する等の方法による放熱
性に優れたパッケージが求められている。[Prior Art] Alumina ceramics, which have been widely used as a packaging material, have a thermal conductivity of 0.05 cal / cm · sec because the packaging density of components has increased with the high integration of ICs and LSIs.
・ Since it is as small as ℃, it has poor heat dissipation. Conventionally, 42 alloy and Kovar, which have excellent properties such as a thermal expansion coefficient close to that of Si chips and high strength, were the mainstream materials for lead frames. Has a low thermal conductivity (42 alloy has 0.03ca
l / cm ・ sec ・ ℃), not suitable for heat dissipation lead frame. Therefore, there is a demand for a package having excellent heat dissipation by a method such as brazing a heat dissipation lead frame instead of ceramic on the die attach portion.
放熱性に優れていて、集積密度の増大と表面実装化に
適した材料として銅系リードフレームが用いられるよう
になってきている。Copper-based lead frames have come to be used as a material excellent in heat dissipation and suitable for increasing integration density and surface mounting.
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、42合金やコバール用のAgロー(72%Ag
共晶Agロー)による830℃高温ロー付では、セラミック
と銅系リードフレーム間の熱膨張率差が大きいため、残
留応力によりセラミック側にクラックが生じたり、リー
ドフレームの軟化が起こりハンドリング性が悪くなる等
のために、その優れた材料が活用できなかった。[Problems to be solved by the invention] However, Ag alloys for 42 alloy and Kovar (72% Ag
With 830 ° C high temperature brazing with eutectic Ag low), the difference in coefficient of thermal expansion between the ceramic and the copper lead frame is large, so cracks occur on the ceramic side due to residual stress, and lead frame softening causes poor handling. Because of this, the excellent material could not be utilized.
この発明は、熱伝導性に劣るセラミックパッケージの
ダイアタッチ部に放熱用リードフレームとして、熱伝導
性に優れた材料を用いて放熱性を一段と向上させたセラ
ミックパッケージおよびそのセラミックパッケージの製
造方法の提供を目的とする。The present invention provides a ceramic package in which heat dissipation is further improved by using a material having excellent heat conductivity as a heat dissipation lead frame in a die attach portion of the ceramic package having poor heat conductivity, and a method of manufacturing the ceramic package. With the goal.
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の第1の発明はセ
ラミックグリーンシート面およびスルホールに高融点金
属で電気配線を印刷しこれを複数枚積層した後、同時焼
結して積層品を形成し該積層品の電気配線面とリードフ
レームとをロー付するために備えたNiメッキおよび/ま
たはAuメッキの面を介してロー材を備えたセラミックパ
ッケージにおいて、前記リードフレームはNiメッキおよ
び/またはAuメッキを施された硬質銅系リードフレーム
であり、前記ロー材を鉛を主成分とする軟質低温ロー材
を備えたことを特徴とするセラミックパッケージであ
る。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the first invention of the present invention is to print electric wiring with a high melting point metal on the ceramic green sheet surface and through holes and stack a plurality of the wirings at the same time. A ceramic package provided with a brazing material through a Ni-plated and / or Au-plated surface provided for sintering to form a laminated product and brazing the electric wiring surface and the lead frame of the laminated product, The lead frame is a hard copper lead frame plated with Ni and / or Au, and is a ceramic package characterized by including a soft low-temperature brazing material containing lead as a main component.
第2の発明はセラミツクグリーンシート面およびスル
ホールに高融点金属ペーストで所望の電気配線を印刷
し、これを複数枚積層し同時焼結して積層品とする工
程、該積層品の電気配線面にNiおよび/またはAuメッキ
をする工程、該積層品の電気配線面のメッキ面に所望の
低温ロー材を加熱付着させる工程、該付着面にNiおよび
/またはAuメッキを施したリードフレームをロー付する
工程により製造するセラミックパッケージの製造方法に
おいて、該リードフレームは硬質銅系リードフレームで
あり、300〜450℃の温度でロー付することを特徴とする
セラミックパッケージの製造方法である。The second invention is a step of printing desired electric wiring on the ceramic green sheet surface and through holes with a high melting point metal paste, laminating a plurality of these and simultaneously sintering them into a laminated product, and the electric wiring surface of the laminated product. Ni and / or Au plating step, heating and attaching a desired low temperature brazing material to the plating surface of the electrical wiring surface of the laminate, and Ni and / or Au plating lead frame on the adhesion surface with brazing In the method of manufacturing a ceramic package manufactured by the step of, the lead frame is a hard copper lead frame and is brazed at a temperature of 300 to 450 ° C.
[作用] 上述の構成において、第1の発明の硬質銅系リードフ
レームは熱伝導率に優れ(42合金の0.03cal/cm・sec・
℃に対して10〜30倍)、またロー付による熱処理後のハ
ンドリング性のよい特質生かすため、鉛を主成分とする
軟質低温ロー材(ブリネル硬度20以下)とすることで、
セラミックとリードフレームの熱膨張差による残留応力
を小さくしかつロー材層で残留応力を吸収してセラミッ
クパッケージとしての品質上の信頼性を保ち、またリー
ドフレームのロー付温度をAgローよりは低温にする。[Operation] In the above-mentioned structure, the hard copper lead frame of the first invention has excellent thermal conductivity (42 alloy 0.03 cal / cm · sec ·
In order to take advantage of the good handling characteristics after heat treatment with brazing, by using a soft low temperature brazing material containing lead as a main component (Brinell hardness 20 or less),
The residual stress due to the difference in thermal expansion between the ceramic and the lead frame is reduced, and the residual stress is absorbed by the brazing material layer to maintain quality reliability as a ceramic package.The brazing temperature of the lead frame is lower than that of Ag low. To
[実施例] 実施例について説明する。[Example] An example will be described.
アルミナ粉末とフラックスとの粉砕混合物に有機バイ
ンダー、可塑剤、溶剤を加えて混合してスラリーとし、
ドクターブレード法等のセラミックグリンシート成形法
により成形したセラミックグリンシートに所定の穴明け
してスルホール等とし、所望寸法に切断加工を行い、さ
らにセラミックグリンシート上面およびスルホールにメ
タライズするためタングステン、モリブデン粉末等の高
融点金属を主成分とするペーストにより電気配線を印刷
し複数枚を重ね合わせて通常の熱圧着法で積層した後、
同時焼結して電気配線を有するセラミック積層品を得
る。An organic binder, a plasticizer, and a solvent are added to a crushed mixture of alumina powder and flux to form a slurry,
Tungsten, molybdenum powder for metallizing the ceramic green sheet formed by the doctor blade method or other ceramic green sheet forming method to a desired size by making a predetermined hole to form a through hole After printing electrical wiring with a paste whose main component is a refractory metal such as
Co-sintering to obtain a ceramic laminate with electrical wiring.
この後、電気配線面にNiメッキ、必要に応じてAuメッ
キを施した後、低温ロー材として第1表に示す実施例お
よび比較例(鉛を含有しない硬質ロー材)のそれぞれを
選んで還元性雰囲気(例えば、H230%、N270%の雰囲
気)で最高温度350℃、25分保持してロー材を付着させ
た。この後、放熱用リードフレーム材として第2表に示
す実施例および比較例のそれぞれを用いて還元性雰囲気
(例えば、H220〜40%、N260〜80%の雰囲気)で温度30
0〜450℃、10〜30分保持して加熱してロー付した。ただ
し、上述のロー材の付着のための加熱を省略して放熱用
リードフレーム材の加熱と同時に行うこともできる。After that, the electric wiring surface is plated with Ni and optionally with Au, and then the low-temperature brazing material is selected from each of the examples and comparative examples (hard brazing material containing no lead) shown in Table 1. In a positive atmosphere (for example, an atmosphere of H 2 30% and N 2 70%), the maximum temperature was kept at 350 ° C. for 25 minutes to adhere the brazing material. After that, each of the examples and comparative examples shown in Table 2 was used as a heat dissipation lead frame material in a reducing atmosphere (for example, an atmosphere of H 2 20 to 40% and N 2 60 to 80%) at a temperature of 30.
It was kept at 0 to 450 ° C for 10 to 30 minutes, heated and brazed. However, the heating for attaching the brazing material may be omitted and the heating may be performed simultaneously with the heating of the heat dissipation lead frame material.
なお、実施例は全て硬質銅系リードフレームで、比較
例の無酸素銅(OFHC)は軟質銅系リードフレームであ
る。また、放熱用リードフレームのロー付熱処理前後の
ビッカース硬度によりハンドリング性の良否を判断し
た。すなわち、実施例の硬質銅系リードフレームは従来
の42合金の値に比してやや低いが、ハンドリング上は良
好である。しかし、軟質銅系リードフレームはロー付後
では軟らかくなり過ぎてハンドリングは不可であった。The examples are all hard copper lead frames, and the oxygen free copper (OFHC) of the comparative examples is a soft copper lead frame. Further, the quality of handling was judged by the Vickers hardness before and after the brazing heat treatment of the heat dissipation lead frame. That is, the hard copper lead frame of the example is slightly lower than the value of the conventional 42 alloy, but is good in handling. However, the soft copper lead frame became too soft after brazing and could not be handled.
こうして得た放熱用セラミックパッケージを第1図の
(a)平面図および(b)底面図に示した。また、第2
図に要部の断面図、その○部分を詳細に拡大した断面図
を第3図に示した。The heat-dissipating ceramic package thus obtained is shown in (a) plan view and (b) bottom view of FIG. Also, the second
FIG. 3 shows a cross-sectional view of a main part and a cross-sectional view in which a circle portion is enlarged in detail.
さらに、これらの気密性およびクラックの有無を調べ
て第1表に示した。実施例はすべてよい結果であった。
比較例の鉛を含有しない低温ロー材はブリネル硬度が高
く、気密不良であった。ただし、ハンドリング性の欠陥
がある軟質銅系リードフレームでは気密性はよくまたク
ラックは生じなかった。Further, the airtightness and the presence or absence of cracks were examined and shown in Table 1. The examples all gave good results.
The lead-free low-temperature brazing material of Comparative Example had a high Brinell hardness and was not airtight. However, the soft copper lead frame, which had a defect in handling, had good airtightness and did not crack.
なお、これらの放熱用セラミックパッケージの寸法は
1片の長さが約5mm以上の方形であり、5mm未満であれ
ば、セラミックにクラックは生じない。The size of each of these heat dissipation ceramic packages is a rectangle in which the length of one piece is about 5 mm or more, and if the length is less than 5 mm, no crack will be generated in the ceramic.
[発明の効果] 本発明は、以上の説明のように、熱伝導がよく、ロー
付後の硬度も十分に保っていて、ハンドリング性のよい
硬質銅系リードフレームを軟質低温ロー材をロー付する
ことにより高集積化、部品の実装密度増大の要求を満た
す、放熱性に優れたセラミックパッケージとその製造方
法を提供することができた。 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a hard copper lead frame having good heat conductivity and sufficient hardness after brazing and having good handleability is provided with a soft low temperature brazing material. By doing so, it was possible to provide a ceramic package excellent in heat dissipation and a method of manufacturing the same, which satisfies the demands for high integration and increased mounting density of components.
第1図の(a)および(b)は本実施例のセラミックパ
ッケージの平面図(a)および底面図(b)である。 第2図は本実施例のセラミックパッケージの要部の断面
図である。 第3図は第2図の○部分を詳細に拡大した断面図であ
る。 1……リードフレーム、2……アルミナセラミック、3
……ロー材、4……メタライズ層、5……Niメッキおよ
び/またはAuメッキ、6……スルホール部、7……パッ
ト部、8……ワイヤーボンディング部。1 (a) and 1 (b) are a plan view (a) and a bottom view (b) of the ceramic package of this embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the main part of the ceramic package of this embodiment. FIG. 3 is a detailed enlarged cross-sectional view of the circled portion in FIG. 1 ... Lead frame, 2 ... Alumina ceramic, 3
...... Low material, 4 …… metallized layer, 5 …… Ni plating and / or Au plating, 6 …… through hole part, 7 …… pad part, 8 …… wire bonding part.
Claims (2)
ールに高融点金属で電気配線を印刷しこれを複数枚積層
した後、同時焼結して積層品を形成し、該積層品の電気
配線面とリードフレームとをロー付するために備えたNi
メッキおよび/またはAuメッキの面を介してロー材を備
えたセラミックパッケージにおいて、前記リードフレー
ムはNiメッキおよび/またはAuメッキを施された硬質銅
系リードフレームであり、前記ロー材は鉛を主成分とす
る軟質低温ロー材を備えたことを特徴とするセラミック
パッケージ。1. A ceramic green sheet surface and through-holes are printed with electric wiring made of a high melting point metal, a plurality of the electric wirings are laminated and then simultaneously sintered to form a laminated product, and the electric wiring surface of the laminated product and a lead frame. Ni prepared for brazing and
In a ceramic package provided with a brazing material through a plated and / or Au-plated surface, the lead frame is a Ni-plated and / or Au-plated hard copper lead frame, and the brazing material is mainly lead. A ceramic package characterized by having a soft low-temperature brazing material as an ingredient.
ールに高融点金属ペーストで所望の電気配線を印刷し、
これを複数枚積層し同時焼結して積層品とする工程、該
積層品の電気配線面にNiおよび/またはAuメッキをする
工程、該積層品の電気配線面をメッキ面に所望の低温ロ
ー材を加熱付着させる工程、該付着面にNiおよび/また
はAuメッキを施したリードフレームをロー付する工程に
より製造するセラミックパッケージの製造方法におい
て、該リードフレームは硬質銅系リードフレームであ
り、300〜450℃の温度をロー付することを特徴とするセ
ラミックパッケージの製造方法。2. A desired electric wiring is printed on the surface of the ceramic green sheet and the through hole with a high melting point metal paste,
A process of laminating a plurality of these and simultaneously sintering them into a laminated product, a process of plating the electric wiring surface of the laminated product with Ni and / or Au, and a desired low-temperature soldering process with the electric wiring surface of the laminated product as a plated surface. In a method of manufacturing a ceramic package, which comprises a step of heating and adhering a material and a step of brazing a lead frame having Ni and / or Au plating on the adhering surface, the lead frame is a hard copper lead frame, A method for manufacturing a ceramic package, which comprises brazing at a temperature of ~ 450 ° C.
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| JP63300379A JP2525232B2 (en) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | Ceramic package and method of manufacturing the same |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS635550A (en) * | 1986-06-25 | 1988-01-11 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
| JPH0635633B2 (en) * | 1986-10-29 | 1994-05-11 | 株式会社神戸製鋼所 | Copper alloy for electric and electronic parts and method for producing the same |
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1988
- 1988-11-28 JP JP63300379A patent/JP2525232B2/en not_active Expired - Fee Related
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