(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ本体の表面に形成された配線パターンの電極部にろう付け部材により金属製部材をろう付けするようにした半導体パッケージの製造方法であって、
前記電極部と前記金属製部材との間に、前記電極部間の略中央部に相当する部分に切欠き部を有するろう付け部材を配置する工程と、
前記ろう付け部材および前記金属製部材を前記電極部に載置したパッケージを所定のろう付け温度で熱処理することにより前記パッケージ本体に前記金属製部材を接合する工程とを含み、
前記板状ろう付け部材は、前記金属製部材と一体的に接着されていることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記ろう付け部材は板状の形状であり、前記切欠き部は切欠き方向が前記ろう付け部材の板厚方向あるいは幅方、向となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージの製造方法に関するものであり、特にパッケージ本体の表面に形成された配線パターンの電極部に金属製部材をろう付けするようにした半導体パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置において、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体素子は、半導体パッケージに設けられた半導体素子搭載部に搭載されて実用に供されている。アルミナ等のセラミックスは耐熱性、耐久性、熱伝導性等に優れるため、この半導体パッケージの本体の材料として適しており、セラミック製の半導体パッケージは現在盛んに使用されている。
【０００３】
このセラミック製の半導体パッケージは、パッケージサイズを縮小し、搭載ボードへの搭載密度を向上させ、また電気特性を向上させるため、一般に複数枚のグリーンシートを積層および焼成してセラミックスパッケージ本体が製造される。
このようなセラミックスパッケージにおいては、パッケージ本体の表面に形成された配線パターンの電極部は、セラミックスグリーンシート上に配線パターンと共に厚膜印刷され、パッケージ本体と同時に焼成される場合がある。この焼成は、１５００〜１６００℃の高温で行われるため、電極部はタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属が使用されている。ところが、電極部の表面がこれらの高融点金属のままではリードフレーム等の金属製部材のろう付けを行うことが困難であるため、電極部の表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の金属膜を形成することが行われている。
【０００４】
そして、例えば図７に示すように、電極部の表面にＮｉ、Ａｕ等の金属膜を形成したパッド１の上に銀（Ａｇ）ろう板等のろう付け部材２０を載置し、さらにその上にリードフレーム３０を載置して所定のろう付け温度で熱処理することにより、リードフレーム３０のろう付け部３０ａがパッド１に接続されて、セラミックスパッケージ本体１０にリードフレーム３０がろう付けにより接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来のろう付け方法では、例えば図８に示すように、熱処理の初期段階であるろう付け部材の溶融開始時において、一方のリードフレーム３１から距離が大きく、他方のリードフレーム３２から距離が小さい部分でろう付け部材が分断され、一方のリードフレーム３１に供給される一方のろう付け部材２１の量が他方のリードフレーム３２に供給される他方のろう付け部材２２の量よりも大きくなる場合がある。
【０００６】
このような場合、分断され溶融したろう付け部材が各パッド上に凝集し、次にこれらを冷却すると、例えば図９に示すように、冷却後の他方のろう付け部材２４のメニスカスが冷却後の一方のろう付け部材２３のメニスカスに比べて小さくなる恐れがある。
冷却後のろう付け部材のメニスカスが比較的小さくなると、パッドとリードフレームとの接着強度が低下し、さらに冷却後のろう付け部材のメニスカスが極端に小さくなると、セラミックスパッケージ本体からリードフレームが剥がれるといった製造不良が発生するという問題があった。
【０００７】
このため、リードフレームを接合するパッド数に合わせて、ろう付け部材を予め複数個に切断しておくことが考えられる。ところが、ろう付け部材を予め複数個に切断しておくと、パッドとリードフレームとの間に切断後のろう付け部材を配置するのに手間がかかり、製造工数が増大したり、製品歩留りが低下して製造コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、製造不良の発生を防止し、製造工数を低減することが可能な半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の半導体パッケージの製造方法によると、パッケージ本体の表面に形成された配線パターンの電極部と金属製部材との間に、電極部間の略中央部に相当する部分に切欠き部を有するろう付け部材を配置し、所定のろう付け温度で熱処理することによりパッケージ本体に金属製部材を接合する。ろう付け部材の電極部間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部を形成しておくことにより、熱処理の初期段階であるろう付け部材の溶融開始時において、ろう付け部材は電極部間の略中央部でほぼ均等に分断され、溶融したろう付け部材が各電極部上にほぼ均等に凝集する。このため、冷却後の一方のろう付け部材のメニスカスと冷却後の他方のろう付け部材のメニスカスとがほぼ均一になる。したがって、電極部と金属製部材との接続は強固なものとなり、電極部と金属製部材との接着強度が低下したり、パッケージ本体から金属製部材が剥がれるといった製造不良が発生するのを防止することができる。各電極部の表面には、ろう付けを良好なものとするため、予めＮｉ、Ａｕ等の金属膜を形成しておくのが好ましい。
【００１０】
以下に製造不良の発生を防止することができる理由を説明する。
ろう付け部材に切欠き部を形成すると、切欠き部周辺の質量ｍが小さくなる。つまり、切欠き部の比熱をｃとすると、局所的に熱容量ｃ・ｍが小さくなる。熱処理時、熱量Ｑがろう付け部材に一様に供給されるとすると、△Ｔ＝△Ｑ／（ｃ・ｍ）であるので、熱容量ｃ・ｍが小さい部分、すなわち切欠き部周辺の温度上昇は、熱容量が切欠き部周辺よりも大きい部分、すなわち切欠き部から離間した部分より大きくなると考えられる。このため、切欠き部周辺で最初に溶融を開始させることにより、ろう付け部材の分断箇所を制御することができる。したがって、ろう付け部材の電極部間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部を形成しておくことにより、ろう付け部材の溶融開始時に一方の金属製部材と他方の金属製部材とに供給されるろう付け部材はほぼ均一なものとなる。
【００１１】
さらに、ろう付け部材を予め複数個に切断しておくのに比べて、電極部と金属製部材との間にろう付け部材を簡便に配置することができるので、製造工程の自動化が可能となり、製品歩留りを向上するとともに、製造工数を低減することができる。
ろう付け部材の材質としては、Ａｇろうが好ましく、特にＡｇが７２〜８５重量％、銅（Ｃｕ）が１５〜２８重量％からなるＡｇ−Ｃｕ共晶合金がさらに好ましい。
【００１２】
熱処理の条件としては、ＡｇろうがＡｇを７２重量％程度含有するものである場合、加熱炉内の最高温度を７８０〜８３０℃程度にする必要があり、ＡｇろうがＡｇを８５重量％程度含有するものである場合、加熱温度を９００〜９５０℃程度に設定する必要がある。また加熱炉の雰囲気は、水素（Ｈ2 ）を２５〜１００体積％、窒素（Ｎ2 ）を０〜７５体積％含有する還元性雰囲気が好ましい。
【００１３】
金属製部材としては、例えばコバール（ＫＯＶＡＲ）と称せられる鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金（２９％Ｎｉ、１７％Ｃｏ）や４２アロイ（４２−ＡＬＬＯＹ）と称せられるＦｅ−Ｎｉ合金（４２％Ｎｉ）を用いて形成されるリードフレーム等を適用することができる。
また、本発明の請求項１記載の半導体パッケージの製造方法によると、板状ろう付け部材は金属製部材と一体的に接着されているので、板状ろう付け部材を下側にして金属製部材を電極部の上に載置することにより、電極部と金属製部材との間にろう付け部材を簡便に配置することができる。したがって、製造工程の自動化がさらに可能となり、製品歩留りをさらに向上するとともに、製造工数をさらに低減することができる。板状ろう付け部材と金属製部材との接着方法としては、有機系接着剤を使用したり、板状ろう付け部材と金属製部材とを一体的にクラッドしてもよい。
本発明の請求項２記載の半導体パッケージの製造方法によると、ろう付け部材は板状の形状であり、切欠き部は切欠き方向がろう付け部材の板厚方向あるいは幅方向となるように形成されている。このため、ろう付け部材の分断箇所の制御が精度よく行われ、ろう付け部材の溶融開始時に一方の金属製部材と他方の金属製部材とに供給されるろう付け部材をさらに均一なものとすることができる。したがって、電極部と金属製部材との接着はさらに強固なものとなり、電極部と金属製部材との接着強度が低下したり、パッケージ本体から金属製部材が剥がれるといった製造不良が発生するのを確実に防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明をＱＦＰ(Quad Flat Package) 型のセラミックス製半導体パッケージに適用した第１実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１６】
第１実施例のセラミックス製半導体パッケージは、複数枚のアルミナセラミックスのグリーンシートを積層して焼成したアルミナ製のパッケージ本体の表面に形成された配線パターンの電極部にＮｉ、Ａｕ等のめっきを施したパッドを形成し、このパッド上にろう付け部材としてのＡｇろう板により金属製部材としてのリードフレームをろう付けするようにしたものである。
【００１７】
まず、パッケージ本体の作製方法について述べる。
▲１▼  アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、焼成タルク、炭酸カルシウム等の焼結助剤と、酸化チタン、酸化クロム、酸化モリブデン等の着色剤とを少量加えた粉体に、ジオキシルフタレート等の可塑剤、アクリル樹脂等のバインダおよびトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリを作製し、ドクターブレード法によって例えば０．３ｍｍ厚の複数枚のアルミナのグリーンシートを形成する。
【００１８】
▲２▼  各グリーンシートに打ち抜き型やパンチングマシーン等を用いて所望の形状に加工し、さらに、複数のビアホールを打ち抜き加工して各ビアホールにタングステン粉末等を用いた導体ぺーストを充填し、ビアを形成する。パッケージ本体の内層に相当するグリーンシートにビアと同じ導体ペーストで内層パターンを形成する。パッケージ本体の表面層に相当するグリーンシートにビアと同じ導体ペーストを使用して導体パターンをスクリーン印刷する。
【００１９】
▲３▼  ビアおよび内層パターンを形成した内層に相当するグリーンシートと導体パターンをスクリーン印刷した表面層に相当するグリーンシートを積層し、このグリーンシート積層体を例えば８０〜１５０℃、５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ2 の条件で熱圧着して一体化する。
▲４▼  一体化されたグリーンシート積層体を窒素−水素混合ガス雰囲気中で１５００〜１６００℃で焼成する。これにより、導体ペースト中の樹脂分を分解および消失させ、アルミナ製のパッケージ本体の表面に配線パターンを形成する。
【００２０】
▲５▼  形成された配線パターンの電極部にＮｉ、Ａｕ等のめっきを施すことによりリードフレーム用のパッドを形成する。
次に、上記の▲１▼〜▲５▼で作製したアルミナ製のパッケージ本体とリードフレームとの接合方法について説明する。
▲６▼  図１に示すように、パッケージ本体１０の電極部間、すなわちパッド１間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部４０ａを形成しておいたＡｇろう板４０をパッド１の上に載置し、さらにその上にリードフレーム３０を載置することにより、パッド１とリードフレーム３０のろう付け部３０ａとの間にＡｇろう板４０を配置する。Ａｇろう板４０は板状の形状であり、切欠き部４０ａは切欠き方向がＡｇろう板４０の板厚方向に、かつ短辺４０ｂと略平行な方向に形成されている。そして、図２に示すように、切欠き部４０ａはＡｇろう板４０の長辺４０ｃをほぼ等分するように、Ａｇろう板４０の下面４０ｄから上面４０ｅに向かってＶ字状に形成されている。
【００２１】
▲７▼  Ａｇろう板およびリードフレームを載置したパッケージを所定のろう付け温度で還元性雰囲気のもとで熱処理する。熱処理の初期段階であるＡｇろう板の溶融開始時において、図３に示すように、リードフレーム３０は、一方のリードフレーム３１と他方のリードフレーム３２との距離がほぼ等しいパッド１間の略中央部でほぼ均等に分断される。したがって、一方のリードフレーム３１に供給されるＡｇろう４１と、他方のリードフレーム３２とに供給されるＡｇろう４２とはほぼ均等となる。
【００２２】
▲８▼  さらに熱処理が進むと、分断され溶融したＡｇろうが各パッド上に凝集し、次にこれらを冷却すると、図４に示すように、一方のリードフレーム３１に供給された冷却後の一方のＡｇろう４３のメニスカスと、他方のリードフレーム３２に供給された冷却後の他方のＡｇろう４４のメニスカスとがほぼ均一となる。そして、パッド１とリードフレーム３０とは強固に接続される。
【００２３】
最後に、半導体パッケージの半導体素子搭載部に半導体素子を搭載し、この半導体素子の電極部とめっき後の配線パターンの電極部とをワイヤボンディングやはんだ付け等により接続を行う。その後、リッド等で半導体素子搭載部を気密に封止した後、プリント基板等に実装する。
次に、上記の▲１▼〜▲８▼の工程で製造された半導体パッケージの製造不良の発生率を測定した結果について説明する。
【００２４】
測定に用いたアルミナ製の半導体パッケージは７個のパッドを有しており、Ｂ−Ａｇ８と称せられるＡｇ−Ｃｕ共晶合金製のＡｇろう板を用いて各パッドに７本のＫＯＶＡＲ製リードフレームを一括して接続することにより、アルミナ製のパッケージ本体にリードフレームを接合した。
上記の構成の１２枚のアルミナ製半導体パッケージについて、合計８４箇所の接合箇所を測定した。なお、パッドとリードフレームとの接着強度が所定の強度よりも低下した場合を不良とした。
【００２５】
第１実施例における不良発生率は０／８４であった。
次に、Ａｇろう板に切欠き部を形成せず、その他は第１実施例と同様な工程で製造された比較例について、半導体パッケージの製造不良の発生率を測定した結果について説明する。測定条件については第１実施例と同様である。
比較例における不良発生率は５／８４であった。
【００２６】
以上のように、比較例においては、冷却後のＡｇろうのメニスカスが比較的小さくなり、パッドとリードフレームとの接着強度が低下して製造不良が発生している。
一方、第１実施例においては、Ａｇろう板４０のパッド１間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部４０ａを形成しておくことにより、熱処理の初期段階であるＡｇろう板４０の溶融開始時において、Ａｇろう板４０はパッド１間の略中央部でほぼ均等に分断され、溶融したＡｇろうが各パッド１上にほぼ均等に凝集する。このため、冷却後の一方のＡｇろう４３のメニスカスと冷却後の他方のＡｇろう４４のメニスカスとがほぼ均一になる。したがって、パッド１とリードフレーム３０との接続は強固なものとなり、パッド１とリードフレーム３０との接着強度が低下したり、アルミナ製のパッケージ本体１０からリードフレーム３０が剥がれるといった製造不良が発生するのを防止することができる。
【００２７】
さらに第１実施例においては、Ａｇろう板を予め複数個に切断しておくのに比べて、パッド１とリードフレーム３０との間にＡｇろう板４０を簡便に配置することができるので、製造工程の自動化が可能となり、製品歩留りを向上するとともに、製造工数を低減することができる。
（第２実施例）
本発明の第２実施例による半導体パッケージの製造方法について、図５を用いて説明する。
【００２８】
第２実施例においては、図５に示すように、Ａｇろう板５０は板状の形状であり、切欠き部５０ａは切欠き方向がＡｇろう板５０の幅方向に、かつ短辺５０ｂと略平行な方向に形成されている。そして、切欠き部５０ａはＡｇろう板５０の長辺５０ｃをほぼ等分するように、一方の側面５０ｄから他方の側面５０ｅに向かってＶ字状に形成されている。その他は第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００２９】
第２実施例においても、Ａｇろう板５０のパッド１間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部５０ａを形成しておくことにより、パッド１とリードフレーム３０との接続は強固なものとなり、パッド１とリードフレーム３０との接着強度が低下したり、アルミナ製のパッケージ本体１０からリードフレーム３０が剥がれるといった製造不良が発生するのを防止することができる。
【００３０】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による半導体パッケージの製造方法について、図６を用いて説明する。
第３実施例においては、図６に示すように、Ａｇろう板６０はリードフレーム３０と一体的にクラッドされている。すなわち、リードフレーム３０のろう付け面３０ａとＡｇろう板６０の上面６０ｅとは接合されている。さらに、Ａｇろう板６０は板状の形状であり、切欠き部６０ａは切欠き方向がＡｇろう板６０の板厚方向に、かつ短辺６０ｂと略平行な方向に形成されている。そして、切欠き部６０ａはＡｇろう板６０の長辺６０ｃをほぼ等分するように、Ａｇろう板６０の下面６０ｄから上面６０ｅに向かってＶ字状に形成されている。その他は第１実施例と同様である。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００３１】
第３実施例においても、Ａｇろう板６０のパッド１間の略中央部に相当する部分に予め切欠き部６０ａを形成しておくことにより、パッド１とリードフレーム３０との接続は強固なものとなり、パッド１とリードフレーム３０との接着強度が低下したり、アルミナ製のパッケージ本体１０からリードフレーム３０が剥がれるといった製造不良が発生するのを防止することができる。
【００３２】
さらに第３実施例においては、Ａｇろう板６０を下側にしてリードフレーム３０をパッド１の上に載置することにより、パッド１とリードフレーム３０との間にＡｇろう板６０を簡便に配置することができる。したがって、製造工程の自動化がさらに可能となり、製品歩留りをさらに向上するとともに、製造工数をさらに低減することができる。
【００３３】
本発明の複数の実施例では、ＱＦＰ型の半導体パッケージに適用したが、本発明では、例えばＤＩＰ(Dual In-line Package)等、他の型のパッケージに適用してもよい。
また本発明では、アルミナ製の半導体パッケージに限らず、窒化アルミ製、ムライト製、低温焼成のガラス製等どのようなセラミックス製の半導体パッケージに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をアルミナ製の半導体パッケージの製造方法に適用した第１実施例を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例のＡｇろう板を示す正面図である。
【図３】本発明をアルミナ製の半導体パッケージの製造方法に適用した第１実施例を示す模式的断面図である。
【図４】本発明をアルミナ製の半導体パッケージの製造方法に適用した第１実施例を示す模式的断面図である。
【図５】本発明をアルミナ製の半導体パッケージの製造方法に適用した第２実施例を示す模式的斜視図である。
【図６】本発明をアルミナ製の半導体パッケージの製造方法に適用した第３実施例を示す模式的斜視図である。
【図７】従来の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的斜視図である。
【図８】従来の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図９】従来の半導体パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
１    パッド（電極部）
１０    パッケージ本体
３０    リードフレーム（金属製部材）
４０、５０、６０    Ａｇろう板（ろう付け部材）
４０ａ、５０ａ、６０ａ    切欠き部
【図１】
0003700900.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003700900.tif 000008
【図８】
0003700900.tif 000009
【図９】
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