JPH0724291B2 - 集積回路容器およびその製造方法 - 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
およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、金属材
料を素材とする特にリード４方向取出しタイプに適する
集積回路容器およびその製造方法に関する。

（従来の技術およびその問題点） 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（ａ）および（ｂ）に示す２つのタイプがあり、第
１図（ａ）は平面形状が長方形、第１図（ｂ）は正方形
の場合を示す。長方形のものは、第２図（ａ）に斜視図
で示すリード２方向取出しタイプのパッケージに使用さ
れ、長辺側からリード30が取出される。正方形のもの
は、第２図（ｂ）に示すリード４方向取出しタイプのパ
ッケージに使用され、４辺からリード30が取出される。
リード４方向取出しタイプは、２方向取出しタイプより
も多数のリードを取出すことができる。

ところで、第１図（ｂ）に示すように、従来のリード４
方向取出しタイプのセラミックス製容器は、正方形のセ
ラミックス板１の中央部に正方形の凹み部２を有し、半
導体チップは該凹み部２にガラスまたは貴金属層を介し
て搭載される。リードフレームはこの凹み部を取り囲む
周面部３上に付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。容器４と同様に、凹み部
とその凹み部を取り囲む周面部を有する容器蓋を、容器
の凹み部、周面部と対向せしめて、第２図（ｂ）の如く
封着する。この容器蓋４′も容器４と同様にセラミック
ス製の焼結体である。

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。

焼成後の冷却過程で反りが発生し易く、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、金属を用いた容器を提案した。
容器を金属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。電
気絶縁層としては金属酸化物が適当であり、本出願人
は、既に特願昭62-68642号において金属酸化物層を備え
た集積回路容器とその製造方法を提案した。

それによれば、酸化物を形成する金属で金属芯材を周面
被覆した、容器巾の長尺板状材料を所定長さに切断し、
第３図（ａ）および（ｂ）に示すように中央部に凹み部
７を成形し、ついで被覆金属層5bを酸化処理して容器５
となすのである。この場合、切口ロ−ロ、切口ハ−ハで
は金属芯材5aが露出するので、第１図（ａ）に示すリー
ド２方向取出しタイプの容器に限定される。もちろん、
第４図（ａ）に示すように、板状の金属芯材6aを、外形
が正方形で、かつ中央部に凹み部７を有する半成品８を
製作した後、同（ｂ）に示す断面図のように、メッキあ
るいは蒸着によって被覆金属層6bを形成し、ついで酸化
処理して全周面に電気絶縁性を付与することも可能であ
る。しかし、この方法では、１つ１つの半成品８に被覆
金属層を形成する工程が非能率であり、生産性が低いの
である。

かくして、本発明の目的はかかる従来技術の欠点を排除
して、効率的な生産が可能となる金属材料を素材とする
集積回路容器、特にリード４方向取出しタイプに適する
集積回路容器およびそ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） ここに、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、リード
フレームを搭載するための周面部とを備え、該周面部の
外縁がリードを取り出す４つの辺で構成される集積回路
容器であって、中央部に容器凹み部と同一平面寸法の透
孔をあけた一辺が他辺よりも小さく少なくとも前記周面
部および短辺側外縁部を金属酸化物で覆った金属製の上
層板と、一辺が他辺より小さく少なくとも短辺側外縁部
を金属酸化物で覆った透孔のない金属製の下層板とがそ
れぞれ下記の（１）式を満たし、前記上層板と下層板と
を、該上層板の短辺側が下層板の長辺側の外側に位置す
るように配置し、両者を接着材層を介して十字形に接合
して構成した集積回路容器である。

ｂ＞ｌ′かつｂ′＞ｌ・・・（１） ｂ ：上層板の長辺長さ、ｌ ：上層板の短辺長さ ｂ′：下層板の長辺長さ、ｌ′：下層板の短辺長さ さらに、別の面からは、本発明は、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、リードフレ
ームを搭載するための周面部とを備え、該周面部の外縁
がリードを取出す４つの辺で構成される集積回路容器の
製造方法であって、下記（２）式を満たすように、板状
の金属芯材の周面を他の金属で被覆した、前記集積回路
容器の幅寸法に同じ長尺板状材料を素材とし、該幅寸法
よりも短い長さを有し、中央部に容器凹み部と同一平面
寸法の透孔をあけた矩形状の上層板を加工する工程と、
幅寸法より短い長さを有し、透孔のない下層板を加工す
る工程と、該上層板、下層板の被覆金属層に酸化被膜を
形成する工程と、該上層板、下層板の両方あるいは一方
の一面に接着材層を形成する工程と、該接着材層をはさ
んで、該上層板の短辺側が下層板の長辺側の外側に位置
するように、両者を十字形に接合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。

ｂ＞ｌ′かつｂ′＞ｌ・・・（２） ｂ ：上層板の長辺長さ、ｌ ：上層板の短辺長さ ｂ′：下層板の長辺長さ、ｌ′：下層板の短辺長さ これらの上層板と下層板とは一般にはほぼ同一平面寸法
を有する。

（作用） 次に、添付図面を参照しながら、本発明の集積回路容器
およびその製造方法について詳しく説明する。

第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に従う集積回
路容器の構造を示す。容器９は上層板10、下層板11の二
層構造で、接着材層12で接合されている。容器９の中央
部には、半導体チップ搭載のための凹み部７が設けられ
ており、凹み部７の内壁7bは上層板10、その底面7aは下
層板11で構成される。すなわち、上層板10には、凹み部
７の平面寸法に等しい透孔があけられている。凹み部７
の深さｄは、上層板10の厚さtaと接着材層12の厚さtcと
の和に等しい。

凹み部７の周囲にはリードフレーム（図示せず）を搭載
するための周面部14が設けられている。

上層板10と下層板11は、共に矩形状であり、一辺とそれ
と直交する辺の長さが僅かに異なる長方形である。各々
の辺長については後述する。上層板10と下層板11は、第
５図（ａ）に示すように、平面図でみてもわずかに十字
形となるように重なって接合されている。

上層板10、下層板11の上下面と短辺エッジは電気絶縁層
10b、11bで被覆されている。

以下、上層板10、下層板11の製造加工工程をそれぞれ説
明する。

第６図は上層板10を製造する途中工程の一例を示したも
のである。矩形状の上層板10の長辺長さｂに等しい幅の
長尺板状素材16は、板状の金属芯材16aの周面を、後工
程で酸化物を形成する金属層16bで被覆されている。長
尺板状素材16の製造方法としては、円形断面の棒状クラ
ッド材を圧延する方法、狭巾板状の金属芯材にメッキあ
るいは蒸着で金属被覆を行う方法がある。

第６図は、長尺板状素材16に半導体チップが搭載される
凹み部７（第５図参照）の平面寸法に等しい透孔17が、
上層板10の短辺長さｌのピッチであけられた状態を示
し、この後、破線イ−イに沿ってこの長尺板状素材16を
切断分離し、上層板半成品18とする。もちろん、先に長
さｌに切断し、ついで透孔17を加工しても良い。透孔17
の加工は打抜きで行われる。なお、長尺板状の金属芯材
16aを素材とし、透孔17を所定ピッチであけた後にメッ
キあるいは蒸着によって被覆金属層16bを形成し、しか
る後に破線イ−イに沿ってこの長尺素材を切断分離する
方法もある。

第７図は下層板11の長尺板状素材19を示す。幅は下層板
11の長辺長さｂ′に等しい。長尺板状素材19は板状の金
属芯材19aの周面を、後工程で酸化物を形成する金属層1
9bで被覆されている。この素材19の製造方法は上層板10
の長尺板状素材16と同様である。素材19を下層板11の短
辺長ｌ′に等しいピッチの破線ロ−ロの位置で切断し、
下層板半成品20となす。

なお、上層板半成品18、下層板半成品20の平面寸法はｂ
＞ｌ′、ｂ′＞ｌの関係にあるようにする。

ｌ、ｌ′はリード取出しに必要十分な長さとする。４辺
から同数のリードを取出す場合は、ｌ＝ｌ′である。ｂ
とｂ′は必ずしも同一にする必要はない。

ｂ＞ｌ′、ｂ′＞ｌとする理由は、金属芯材が露出する
第６図の切口イ−イ、第７図の切口ロ−ロと、後述する
ように搭載されるリードフレームの折り曲げられた足の
間隙を広くとり、接触しないようにするためである。Δ
＝（ｂ−ｌ′）/2、Δ′＝（ｂ′−ｌ）/2とすると、
Δ、Δ′が大きいほど接触しにくいことは当然である。
本発明者の経験によれば、Δ≧2tb、Δ′≧taであれば
実用上問題ない。

ところで、第５図に示す集積回路容器９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、容器とリードフレームを封着するガラス等
の接着材層に亀裂が生ずる危険がある。そのために、長
尺板状素材16の芯材16a、長尺板状素材19の芯材19aに
は、例えばリードフレームと同一と金属が使用される。

被覆金属層16b、19bとしては、電気絶縁皮膜の形成、接
着材（ガラス）との密着性、コスト面を総合するとアル
ミニウムが適当である。皮膜の厚さは、本発明者の経験
によれば５〜30μｍで十分である。

次に、上層板半成品18、下層板半成品20の被覆金属層を
酸化処理して電気絶縁性を付与し、上層板10、下層板11
とする。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。

次に、上層板10、下層板11を第５図の如くわずかに十字
形となるように積層して接着する。この接着には気密性
が要求される。これは、凹み部７に半導体チップを搭載
し、後述するように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ためである。この場合の接着
材の一例をあげれば、リードフレームの封着用ガラスと
同一のものがある。まず、ガラス粉末を上層板10の接合
面にスクリーン印刷し、下層板11と重ねて焼成し、接着
材層12を形成する。もちろん、下層板11の接合面にもガ
ラス粉末をスクリーン印刷で塗布しておいてもよいが、
後述するように、半導体チップを貴金属を介して搭載す
る場合には、凹み部底面7aを除いて塗布する必要があ
る。接着材層12の厚さtcは、本発明者の経験によれば30
〜100μｍでよい。

上層板10の厚さtaは、前述したように凹み部７の深さ
ｄ、接着材層12の厚さtcから決められる。一例をあげれ
ば、ｄ＝0.4mm、tc＝0.1mm、ta＝0.3mmである。下層板1
1の厚さtbは半導体チップに発生する熱の放散性の点か
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。

以上、本発明にかかる集積回路容器およびその製造方法
について説明してきたが、これらの容器への半導体チッ
プ、リードフレームの搭載および容器蓋との封着につい
てさらに説明する。

まず、半導体チップの搭載であるが、第８図（ａ）、
（ｂ）に示すように、容器９の凹み部７の底面に貴金属
からなる半導体チップ25の接着材層24を形成する。貴金
属の代りにガラスを使用することもあり、その場合、上
層板10と下層板11を接着するガラス層の接着材層12と同
一でもよい。そして下層板11の接合面全体にガラス層の
接着材層12を形成しておけばよい。

次に、容器９の凹み部７を取り囲む周面部14の金属酸化
物層10b上にガラス粉末をスクリーン印刷し、仮焼成を
行って第８図に示すように封着用ガラス層23を形成す
る。なお、封着ガラスの印刷、焼成は、前述した上層板
10、下層板11を接着するガラスの印刷、焼成と同一時期
に実施することができる。半導体チップ25は接着材層24
を加熱溶融させることにより、またリードフレーム30は
封着ガラス層23を加熱溶融させることにより搭載され
る。第８図（ａ）は、第５図のイ−イ断面、同（ｂ）は
ロ−ロ断面でリードフレーム30が搭載された状態を示
す。半導体チップ25のリードとリードフレーム30は配線
26で接続される。

ここに、本発明によれば第８図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに上層板10と下層板11との間には各辺においてΔまた
はΔ′の段差が設けられており、これによりリードフレ
ームとの接触が効果的に阻止されている。

次に容器蓋について補足説明する。

第９図（ａ）、（ｂ）は例えば第８図に示す本発明にか
かる容器にかぶせられる容器蓋９′の一例を示す。平面
寸法はｌ×ｌ′（l:容器上層板10の長さ、ｌ′：容器下
層板11の長さ）である。中央部には容器と同様に凹み部
７′を有し、上層板10′、下層板11′が例えばガラスで
ある接着材層12′で接着されている。上層板10′、下層
板11′共に板状金属芯材16′ａ、19′ａの上下面が金属
酸化物層10′ｂ、11′ｂで覆われているが、外周端面部
27は電気絶縁性が要求されないので、金属酸化物層は不
要である。なお、金属芯材の耐食性が不十分な場合に
は、外周端面部27に防錆塗料をコーティングしてもよ
い。防錆処置は第８図に示す容器９で金属芯材が露出す
る上層板10、下層板11の長辺端面21、22にも必要に応じ
て施してもよい。

容器蓋９′の凹み部７′を取り囲む周面部14′には、例
えば封着用のガラス層が形成され、第８図に示す容器９
にお互いの凹み部が向い合うように封着され、半導体チ
ップのパッケージを構成する。

（発明の効果） 本発明にかかる集積回路容器は金属を主材として構成さ
れているから衝撃に強く、熱を速やかに逃すことがで
き、今日強く要望されている半導体チップの高集積度化
に対応できる。容器を構成する金属板は、金属芯材の周
面を被覆した長尺材料から能率的に製造することができ
る。また被覆金属層を酸化処理した矩形板を十字形に積
層した構造であるため、４方向に取り出されるリードフ
レームとの十分な電気絶縁性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、従来のセラミックス製集積回
路容器の略式説明図； 第２図（ａ）、（ｂ）は、同じく略式斜視図； 第３図（ａ）、（ｂ）および第４図（ａ）、（ｂ）は、
先きに提案した金属製集積回路容器の略式説明図； 第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明にかかる金属
製集積回路容器の略式説明図； 第６図および第７図は、それぞれ、上層板および下層板
の略式斜視図； 第８図は、本発明にかかる金属製集積回路容器に半導体
チップおよびリードフレームの搭載の様子を示す略式断
面図；および 第９図（ａ）、（ｂ）は、前記金属製集積回路容器の容
器蓋の略式説明図である。 7:凹み部、9:容器 10:上層板、11:下層板 12:接着材層、14:周面部

Claims (2)

【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、リードフレームを搭載するための
   周面部とを備え、該周面部の外縁がリードを取り出す４
   つの辺で構成される集積回路容器であって、中央部に容
   器凹み部と同一平面寸法の透孔をあけた一辺が他辺より
   も小さく少なくとも前記周面部および短辺側外縁部を金
   属酸化物で覆った金属製の上層板と、一辺が他辺より小
   さく、少なくとも短辺側外縁部を金属酸化物で覆った透
   孔のない金属製の下層板とがそれぞれ下記の（１）式を
   満たし、前記上層板と下層板とを、該上層板の短辺側が
   下層板の長辺側の外側に位置するように配置し、両者を
   接着材層を介して十字形に接合して構成した集積回路容
   器。 ｂ＞ｌ′かつｂ′＞ｌ・・・（１） ｂ ：上層板の長辺長さ、ｌ ：上層板の短辺長さ ｂ′：下層板の長辺長さ、ｌ′：下層板の短辺長さ
2. 【請求項２】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、リードフレームを搭載するための
   周面部とを備え、該周面部の外縁がリードを取出す４つ
   の辺で構成される集積回路容器の製造方法であって、下
   記（２）式を満たすように、板状の金属芯材の周面を他
   の金属で被覆した、前記集積回路容器の幅寸法に同じ長
   尺板状材料を素材とし、該幅寸法よりも短い長さを有
   し、中央部に容器凹み部と同一平面寸法の透孔をあけた
   矩形状の上層板を加工する工程と、幅寸法より短い長さ
   を有し、透孔のない下層板を加工する工程と、該上層
   板、下層板の被覆金属層に酸化被膜を形成する工程と、
   該上層板、下層板の両方あるいは一方の一面に接着材層
   を形成する工程と、該接着材層をはさんで、該上層板の
   短辺側が下層板の長辺側の外側に位置するように、両者
   を十字形に接合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。 ｂ＞ｌ′かつｂ′＞ｌ・・・（２） ｂ ：上層板の長辺長さ、ｌ ：上層板の短辺長さ ｂ′：下層板の長辺長さ、ｌ′：下層板の短辺長さ