JPH0680745B2 - 集積回路容器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップを搭載するための集積回路容器
の製造方法に関する。さらに詳しくは、金属材料を素材
とする集積回路の製造方法に関する。

（従来の技術） 現在使用されているセラミックス製集積回路容器は、第
１図（イ）および（ロ）に示すように、矩形状のセラミ
ックス板１の中央部に凹み部２を有し、半導体チップ
（図示せず）はこの凹み部２にガラス又は貴金属層を介
して搭載される。リードフレーム（図示せず）はこの凹
み部を取り囲む周面部３状に封着ガラスを介して搭載さ
れ、上記半導体チップのリードと接続される。第２図に
斜視図で示すように、このような容器４と同様の構造を
有し、凹み部とその凹み部を取り囲む周面部を有する容
器蓋４′を、容器４の凹み部、周面部と対向せしめて封
着し、リードフレームのリード５は容器４と容器蓋４′
との間の長辺側から取り出される。この容器蓋４′も容
器４と同様にセラミックスの焼結体である。なお、容器
と容器蓋は実質的には同一形状であることから、本明細
書では容器と容器蓋の両方を容器と総称する。

しかしながら、セラミックス製容器には次の欠点があ
る。

衝撃に弱いため、搬送工程中に、お互いに衝突して欠
けを生ずる危険が大きい。焼結が不完全な場合には、熱
衝撃によってクラックが発生することもある。

熱放散性が不十分であるため、半導体チップの集積度
が高く、発熱が大きい場合には誤動作が生じ易くなる。

焼成時の収縮が大きく、寸法精度が劣る。

冷却過程で反りが発生し易く、容器各部の平坦度に問
題がある。

これらの欠点を解消するため、本出願人は、既に実願昭
60−146527号において、素材として金属を用いた容器を
提案した。容器を金属材料で構成する場合には、リード
フレームと接触する恐れがある部位を電気絶縁層で覆う
必要がある。その場合の電気絶縁層としては金属酸化物
が適当であり、 したがって、本出願人は、既に特願昭62−68642号にお
いて、金属酸化物層を最表面に備えた金属材料製の集積
回路容器とその製造方法を提案した。

第３図はその容器６の途中工程品の一例で、同図（イ）
は略式斜視図、同図（ロ）は断面図を示す。これからも
分かるように、板状の金属芯材9aが、酸化物となる他の
金属層9bで全面被覆されており、中央部に半導体チップ
搭載用の凹み部７が成形されている。

凹み部７は、打抜き途中止めあるいはポンチ張出しによ
って形成される。ところで、第３図に示す容器６には次
の問題がある。

凹み部７の裏面側に凸部10が形成されるため、搬送時
に容器同士がまた他のものにひっかかることがある。

凹み部７の成形に伴うスプリングバックにより、第４
図の如く周面部11に反りが生ずることがある。この周面
部11は封着ガラス層を介してリードフレームが搭載され
る部位であり、平面度が要求される。第４図（イ）の場
合は上反り、同（ロ）は下反りを示す。反りの方向およ
びその程度は、凹み部７の深さｄ、板厚ｔによって変化
する。本発明者の実験によれば、ｄ一定の場合、ｔの増
加に伴って下反りから上反りに変化し、適当なｔで反り
が０となる。すなわち、ｄに応じてｔを決定せぬばなら
ず、不必要に厚い材料を使わざるを得ない場合がある。
また、ｔの適正値は材料の強度の影響も受け、強度管理
が非常にわずらわしいものとなる。

ガラスまたは貴金属層を介して半導体チップを搭載す
る凹み部７の底面は平坦であることが要求されるが、打
抜き途中止め或いはポンチ張出しで成形すると、第５図
（イ）に示す如く、当該凹み部底面7aがダイス13の穴1
3′内で湾曲状に変形してしまう。これを防止するため
に、同図（ロ）に示す如くダイス穴13′内に加圧パッド
12を設け、下方より加圧することによって、凹み部底面
7aを平坦に保ちつつ成形する必要がある。しかも、所定
深さに凹み部７を成形した後、板押え15で周面部11を押
えた状態でポンチ14を上昇させると、パッド12によって
凹み部７が押し戻されるので、板押え15をポンチ14より
も先に上昇させるか、あるいはパッド12を下降させてか
らポンチ14を上昇させる必要があり、そのタイミングが
難しく、金型の構造と作動が複雑となる。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、本発明の目的は、底面に搬送上の障害とな
る凸部がなく、半導体チップを搭載する凹み部底面なら
びにリードフレームを搭載する周面部の平坦度を極めて
容易に得ることができる集積回路容器の製造方法を提供
することである。

（問題点を解決するための手段） かくして、本発明の要旨とするところは、半導体チップ
を搭載するための凹み部と、該凹み部を取り囲む周面部
を有する集積回路容器の製造方法において、板状の金属
芯材の周面を酸化物を形成する金属で被覆した、幅が容
器の幅にほゞ等しい長尺狭幅板状の材料を用意し、該材
料に、前記凹み部のもととなる透孔を長手方向に所定間
隔であける打抜き工程と、このようにして得た穴あき長
尺板材を、同じく板状の金属芯材の周面を酸化物を形成
する他の金属で被覆した、同一幅の長尺狭幅板状の材料
を重ね合わせ、加熱圧延して合わせ面の被覆金属を一体
化する工程と、このようにして得られた合わせ材に形成
された凹み部と凹み部との中間位置で該合わせ材を切断
する工程と、前記金属芯材の周面の被覆金属を酸化する
工程とを備えることを特徴とする集積回路容器の製造方
法である。

なお、酸化工程は最終仕上げ工程として行われるが、酸
化処理が連続ラインで可能であれば、合わせ材の切断に
先立って行ってもよい。

金属芯材を被覆する金属は容易に酸化物を形成するもの
であればよい。通常はアルミニウムが好ましい。被覆の
態様は電気メッキ、蒸着など適宜手段で行うことができ
る。特に制限されない。

（作用） 次に、添付図面を参照しながら、本発明にかかる集積回
路容器の製造方法についてさらに詳しく説明する。

第６図（イ）および（ロ）は本発明による方法で製造さ
れる集積回路容器の構造の一例を示すそれぞれ斜視図お
よび断面図である。本発明でいう容器とは、前記した如
く、容器、蓋の両方を意味するもので、容器もその蓋も
同様の構造である。

第６図（イ）、（ロ）に示す如く、容器16は上層板16
a、下層板16bを接合させた二重構造であり、合わせた面
40が接合面である。搭載されるリードフレーム（図示せ
ず）と容器16が接触する恐れがある部位は金属酸化物層
により電気的に絶縁されている。第６図で云えば、リー
ドフレームが搭載される周面部32、前述の第２図の如く
曲げられたリードフレームが近接する上層板、下層板16
a、16bの長辺部および裏面33である。なお、図中、上層
板、下層板16a、16bの厚さはそれぞれta、tb、およびそ
の長辺部、短辺部（16a′、16b′）の長さはそれぞれ
ｌ、ｂで表わされている。

第７図は金属酸化物を形成する手前の段階での、長尺合
わせ材17を示し、幅寸法は容器と同じｂであり、凹み部
７が所定のピッチ（例えば容器長さｌに相当する長さ）
で設けられている。これを凹み部と凹み部の間の破線イ
−イで切断し、陽極酸化などの適宜手段で酸化処理して
第６図に示すような容器16が製造される。

第７図において長尺合わせ材17は長尺上層板18と長尺下
層板19を接合したものである。下層板19、上層板18はい
ずれも板材の金属芯材を酸化皮膜となる他の金属で被覆
したものである。第８図（イ）、（ロ）は長尺上層板18
の構造の一例を示すそれぞれ斜視図および断面図であ
る。第８図（ロ）は第８図（イ）のロ−ロ線に沿った断
面図である。板状の金属芯材18aと被覆金属層18bからな
り、所定寸法の透孔21が所定のピッチであけられてい
る。矩形状の透孔21の辺長ｍ′,n′およびピッチｌ′に
ついては後述する。

透孔21をあける前の材料は金属芯材18aの周面が被覆金
属層18bで覆われた同一幅ｂ′の板状フープ材であり、
円形断面の棒状クラッド材の矩形断面に圧延する方法に
よって、または金属芯材18aにメッキあるいは蒸着で被
覆金属層18bを形成する方法によって製造される。透孔2
1の加工は打抜きで行われ、前述の従来例にみられる第
３図の如き凹み部７が形成されないので、透孔21の周面
部22を拘束して打抜く限り、周面部22の平坦度不良は発
生しない。

第９図（イ）、（ロ）はそれぞれ長尺下層板19を示す斜
視図および断面図であり、板状の金属芯材19aの周面が
他の金属層19bで覆われている。これの製造法は透孔を
加工する前の長尺上層板18と同様である。

ところで、第６図に示す容器16は全体の線膨張係数がリ
ードフレームの線膨張係数と実質的に等しくなるように
する必要がある。これは容器16とリードフレームの間で
熱応力を発生させないためである。熱応力が発生すると
付着ガラスに亀裂が生ずる危険がある。そのために、第
８図に示す長尺上層板18の金属芯材18a、第９図に示す
長尺下層板19の金属芯材19aには、例えばリードフレー
ムと同一の金属が使用される。被覆金属層18b、19bは後
述する接合の容易さおよびコスト面からアルミニウムが
適当である。

次に、長尺上層板18と長尺下層板19を重ね合わせ、300
〜500℃に加熱し、第10図に示すように上下一対のロー
ル24で圧延し、合わせ面の被覆金属（例：アルミニウ
ム）層同志を接合する。第11図は接合後の幅方向断面を
示し、長尺上層板18の被覆金属（例：アルミニウム）層
と長尺下層板19の被覆金属層が一体化している。

かかる熱間圧延による接合に必要な圧下率は加熱温度が
低いほど大となる。本発明者の経験では300℃に加熱す
るときはほぼ30％、500℃ではほぼ20％でよい。第10図
に示すように、この圧下率に応じて、長尺上層板18の厚
さta′（第８図参照）、長尺下層板19の厚さtb′（第９
図参照）を決める。また、圧延によって長尺上層板18の
透孔21の寸法ｍ′、ｎ′（第８図参照）が変化するの
で、圧延後に第７図に示す凹み部７の平面寸法ｍ、ｎと
なるように、透孔21の平面寸法ｍ′、ｎ′を決定する。
なお、圧延による幅方向の寸法変化は小さいので、ｎ′
はｎとほゞ同一となる。また、長尺上層板18、長尺下層
板19の幅ｂ′は同じく長尺合わせ板17の幅ｂとほゞ同一
でよい。

長尺上層板18の被覆金属層の厚さts₁（第８図参照）、
長尺下層板19の被覆金属層の厚さts₂（第９図参照）は
所要圧延接合強度と接合後の厚さから決定される。薄す
ぎると接合が不完全となり、また後述する酸化処理後の
電気絶縁性が不十分となる。接合が不十分な場合には剥
離が生ずる恐れがあり、また剥離に至らずとも、後述す
るように凹み部に半導体チップを搭載し、容器蓋を封着
した後の半導体チップを外気から完全に遮断することが
できなくなる。逆に厚すぎると、被覆金属層の線膨張係
数がリードフレームと同一材質の金属芯材のそれよりも
大きい場合には、容器とリードフレームの線膨張係数を
実質的に一致させることが困難となる。本発明者の経験
によれば、ts₁、ts₂はいずれも10〜50μｍが適当であ
る。

長尺上層板18の厚みta′（第８図参照）は、圧延接合後
の凹み部７の深さが容器凹み部の深さｄ（第11図参照）
となるように決定する。長尺下層板19の厚みtb′（第９
図参照）は圧延接合後の凹み部７の底部の厚さが所定寸
法Ｔ（第11図参照）になるように決定する。圧延接合の
際に凹み部底部は直接ロールによる圧下は受けないが、
圧延を受ける部分の圧延方向の伸びの影響があるため、
Ｔ＜tb′となる。凹み部底部厚みＴは、半導体チップに
発生する熱の放散性の添からは薄い方がよいが、チップ
搭載部としての剛性を考慮すれば0.1〜0.3mmが適当であ
る。

次に、圧延接合によって製造された長尺合わせ材17を、
第７図に示すように破線イ−イの位置で切断し、被覆金
属層20を酸化処理して電気絶縁性を付与する。酸化処理
の一例をあげれば、電気化学的に行われる陽極酸化処理
がある。

第11図の例で伝えば、酸化皮膜が形成されるのは凹み部
７を取り囲む周面部の被覆層20a、凹み部底面の被覆層2
0d、周縁部の被覆層20c、凹み部と反対側の裏面被覆層2
0bである。第６図に示す容器16の短辺16a′、16b′は切
断切口であるために第11図に示す金属芯材18a′、19a′
が露出する。これらの金属芯材18a′、19a′の耐食性が
不十分な場合には、耐熱性の樹脂塗料を塗布する。この
樹脂塗料に耐熱性が要求されるのは、後述する半導体チ
ップ、リードフレームの搭載工程および封着工程で熱に
耐える必要があるからである。

以上が本発明の集積回路容器の製造方法であるが、半導
体チップ、リードフレームの搭載および容器と容器蓋の
封着について補足的に説明する。

これらは従来法に同じである。

すなわち、第12図に示すように、まず、容器16の凹み部
の底面にガラスまたは貴金属からなる半導体チップ接着
層24を形成する。次に気密封着のためのガラス粉末を周
面部32の金属酸化物層20a上にスクリーン印刷で塗布
し、仮焼成を行って封着用ガラス層26を形成する。な
お、好適態様にあってアルミニウムを被覆金属として用
いるのはその酸化物層のガラスとの密着性が良いことも
その理由の１つである。

半導体チップ27は接着層24を加熱溶融させることによ
り、またリードフレーム33は封着ガラス層26を加熱溶融
させることにより、埋め込まれる。半導体チップ27のリ
ードとリードフレームは配線29で接続される。次に第13
図に示すように、容器16に容器蓋16′をかぶせ、両者の
封着ガラス層26、26′を加熱溶融して一体化し、封着す
る。なお、図中符号は第12図に同じである。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の製造法により製造される集
積回路容器は、搬送上の障害となる凸部が全くなく、か
つリードフレームを搭載する周面部を、半導体チップを
搭載する凹み部の深さ、使用する金属板材の厚さと無関
係に平坦にすることができ、また金属製容器の特徴とし
て、衝撃に強く、かつ半導体チップに発生した熱を速や
かに逃しうるというすぐれた特徴を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、従来のセラミック製集積回路容器の略
式平面図； 第１図（ロ）は、第１図のロ−ロ線に沿った断面図； 第２図は、第１図に示す容器に半導体チップを組込んで
組立てて得たパッケージの略式斜視図； 第３図（イ）は、従来品の略式斜視図； 第３図（ロ）は、第３図（イ）のロ−ロ線に沿った断面
図； 第４図（イ）、（ロ）は、凹み部成形時にそれぞれ上反
り、下反りの形成される様子を示す略式説明図； 第５図（イ）、（ロ）は、凹み部成形の様子を示す模式
的説明図； 第６図（イ）、（ロ）は、本発明方法で製造される集積
回路容器のそれぞれ斜視図およびロ−ロ線に沿った断面
図； 第７図は、長尺合わせ材の略式斜視図； 第８図（イ）、（ロ）は、長尺合わせ材の上層板の構造
を示すそれぞれ略式斜視図および断面図； 第９図（イ）、（ロ）は、長尺下層板のそれぞれ斜視図
および断面図； 第10図は、長尺上層板と長尺下層板とを合わせて圧延に
より長尺合わせ材とする様子の略式説明図； 第11図は、圧延によって得た合わせ材の断面図；および 第12図および第13図は、本発明により製造される容器を
使って半導体チップをパッケージに組立てる様子を説明
するそれぞれ略式断面図である。 7:凹み部、16:容器 16a:上層板、16b:下層板 17:長尺合わせ材、18a:金属芯材 18b:被覆金属層、21:透孔 32,22:周面部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップを搭載するための凹み部と、
   該凹み部を取り囲む周面部を有する集積回路容器の製造
   方法において、板状の金属芯材の周面を酸化物を形成す
   る金属で被覆した、幅が容器の幅にほゞ等しい長尺狭幅
   板状の材料を用意し、該材料に、前記凹み部のもととな
   る透孔を長手方向に所定間隔であける打抜き工程と、こ
   のようにして得た穴あき長尺板材を、同じく板状の金属
   芯材の周面を酸化物を形成する他の金属で被覆した、同
   一幅の長尺狭幅板状の材料を重ね合わせ、加熱圧延して
   合わせ面の被覆金属を一体化する工程と、このようにし
   て得られた合わせ材に形成された凹み部と凹み部との中
   間位置で該合わせ材を切断する工程と、前記金属芯材の
   周面の被覆金属を酸化する工程とを備えることを特徴と
   する集積回路容器の製造方法。
2. 【請求項２】前記合わせ材を切断する工程に先立って前
   記被覆金属の酸化工程を行う、特許請求の範囲第１項記
   載の方法。
3. 【請求項３】前記金属芯材の周面を被覆する金属がアル
   ミニウムである、特許請求の範囲第１項または第２項の
   いずれかに記載の方法。