(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体素子搭載部を有し、該半導体素子搭載部の周囲に導体層を設けたセラミック基板に、該半導体素子搭載部を覆うキャップを固定するため、耐熱及び耐蝕性の強い金属層と金属ろう材とのクラッド材で形成された固定リングを取付ける方法であって、
前記半導体素子搭載部の周囲の導体層上に樹脂性仮止め剤を塗布する仮止め剤塗布工程と、
前記樹脂性仮止め剤の上に前記固定リングの内周と前記半導体素子搭載部の外周位置とを一致させ、かつ前記金属ろう材を前記導体層に対面させて、前記固定リングを位置決めして載置する位置決め工程と、
前記金属ろう材を溶融させると共に前記樹脂性仮止め剤を蒸発させて、前記固定リングを前記セラミック基板にろう付けする工程と有することを特徴とするセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板に設けた半導体素子搭載部を覆うキャップを固定するための固定リングを半導体素子搭載部の周囲に取付けるセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック基板には、表面に開口する凹部からなる半導体素子搭載部を設け、その半導体素子搭載部の中に半導体チップを収納している。そして、塵埃や腐蝕ガス等の雰囲気から半導体チップを保護し、セラミック基板の信頼性を維持するために、半導体素子搭載部を金属製のキャップによって覆い、半導体素子搭載部内を気密封止している。ところが、セラミック基板に直接キャップを溶接で固定できないので、例えば、特許第２６８９６２１号公報に開示されているように、半導体素子搭載部の周囲に金属製の固定リングを金属ろう材によって取付け、キャップを固定リングに溶接等により固定している。
この固定リングをセラミック基板に取付ける場合、半導体素子搭載部と固定リングの中心位置を正確に合わせておく必要があるので、次に示すような方法で位置決めしている。
（１）図４（Ａ）に示すように、金属枠（例えば、Ｎｉ、Ｃｏを主成分とする合金で商品名はコバール）６１と銀ろう層６２とを重ねたクラッド材からなり、内周がセラミック基板に設ける半導体素子搭載部の外周と同じか僅かに大きい形状の固定リング６０と、固定リング６０の外側形状と略同じ形状、大きさの凹部７１を複数個設けたパレット７０とを準備し、銀ろう層６２を上に向けて固定リング６０をパレット７０に設けた凹部７１の中に入れる。
（２）図４（Ｂ）に示すように、固定リング６０の内側に耐熱・耐蝕性の強い金属からなる位置決め用ブロック８０を入れ、パレット７０の表面から突出させる。
（３）図４（Ｃ）に示すように、表面に２段の半導体素子搭載部９１、９２と、その周囲に導体層９３を設けたセラミック基板９０を準備し、位置決め用ブロック８０の突出部８１を半導体素子搭載部９１に入れてセラミック基板９０をパレット７０に載せる。
（４）図４（Ｄ）に示すように、パレット７０とセラミック基板９０とを一体にしたまま反転し、上になったパレット７０を取り外す。
（５）セラミック基板９０の上に固定リング６０が載置され、半導体素子搭載部９１の中に位置決め用ブロック８０が入った状態で、セラミック基板９０を加熱炉に入れて銀ろう層６２を溶融させてセラミック基板９０の導体層９３に固定リング６０（金属枠６１）を固定する。
（６）半導体素子搭載部９１、９２から位置決め用ブロック８０を外す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、未だ解決すべき次のような問題があった。
（１）セラミック基板９０は焼成による収縮のために±０．１ｍｍ程度の寸法のバラツキがある。したがって、位置決め用ブロック８０は全部の半導体素子搭載部９１、９２に合うように小さめに作られているので半導体素子搭載部９１と位置決め用ブロック８０の外面側との間に隙間が生じ、位置決め用ブロック８０が半導体素子搭載部９１内で動き、固定リング６０が位置決め用ブロック８０の外側で動いて固定リング６０と半導体素子搭載部９１の間に位置ずれが生じ、品質低下の原因となる。
（２）半導体素子搭載部９１、９２が複数段の凹部で形成されている場合、最上段の凹部９１の深さを大きく出来ない（例えば、０．１ｍｍ程度になることがある）場合、位置決め用ブロック８０が凹部９１からはみ出て正確に位置決めできないことがある。
（３）セラミック基板９０は１日当たり数万個生産することがあり、全ての半導体素子搭載部９１、９２についてそれぞれ固定リング６０と位置決め用ブロック８０を装着するには極めて多くの手間がかかる。
（４）半導体素子搭載部がセラミック基板の上面と同一平面上にあるタイプのパッケージには、位置決め用ブロックを用いる手法は使えない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、位置決め用ブロックを使用せず、高品質で製造コストの安いセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法は、表面に半導体素子搭載部を有し、該半導体素子搭載部の周囲に導体層を設けたセラミック基板に、該半導体素子搭載部を覆うキャップを固定するため、耐熱及び耐蝕性の強い金属層と金属ろう材とのクラッド材で形成された固定リングを取付ける方法であって、前記半導体素子搭載部の周囲の導体層上に樹脂性仮止め剤を塗布する仮止め剤塗布工程と、前記樹脂性仮止め剤の上に前記固定リングの内周と前記半導体素子搭載部の外周位置とを一致させ、かつ前記金属ろう材を前記導体層に対面させて、前記固定リングを位置決めして載置する位置決め工程と、前記金属ろう材を溶融させると共に前記樹脂性仮止め剤を蒸発させて、前記固定リングを前記セラミック基板にろう付けする工程と有する。
このような構成により、半導体素子搭載部の周囲の導体層上に樹脂性仮止め剤を塗布して、樹脂性仮止め剤の上に固定リングを位置決めした状態でセラミック基板にろう付けするので、固定リングがずれることがなく、半導体素子搭載部と固定リングとの位置決め精度を高く維持することができる。
また、固定リングの金属ろう材が導体層に接触した状態で焼成されるので、固定リングが金属ろう材によって安定した強度で導体層に固定される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法で使用する固定リングの側断面図、同樹脂性仮止め剤を塗布した状態のセラミック基板の側断面図、同固定リングを載置した状態のセラミック基板の側断面図、図２は同部品位置決め搭載装置の側面図、図３は同セラミック基板のキャップ固定リング取付け方法を示すフローチャートである。
【０００６】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法に使用するセラミック基板１０は、上面に四角形状に開口する２段の凹部２１、２２を有する半導体素子搭載部２０を設けている。セラミック基板１０の表面上で、かつ半導体素子搭載部２０の周囲にはタングステン等の導体層３０を設けてあり、その上にキャップを固定するための、例えば、Ｎｉ、Ｃｏを主成分とする合金でコバールと呼ばれている耐熱及び耐蝕性の強い金属層の一例である金属枠４１と銀ろうなどの金属ろう材４２とのクラッド材で形成された固定リング４０を、例えば、分解温度が約３８０℃のアクリル系接着剤など、耐熱性の高い樹脂性仮止め剤４３によって仮止めして載せ、その後、金属ろう材４２を溶融させて導体層３０と金属枠４１とを接合している。固定リング４０の内周の形状は半導体素子搭載部２０の外周の形状と同じ寸法にしている。
なお、本発明を実施するために、図２に示すような一般に使用されている部品位置決め搭載装置５０を準備する。すなわち、直交座標に従って移動し、かつ所定の角度旋回しうるＸ−Ｙ−θテーブル５１を備え、例えば０．００５ｍｍの分解能で測定可能で、セラミック基板１０を載置・固定できるようにしている。Ｘ−Ｙ−θテーブル５１の上方には、Ｘ−Ｙ−θテーブル５１上の位置を検出し、画像信号を出力するＣＣＤカメラ５２を設けている。Ｘ−Ｙ−θテーブル５１の近傍には、セラミック基板１０をＸ−Ｙ−θテーブル５１上に供給するフィーダ５３と、固定リング４０を１個ずつセラミック基板１０上に供給するパーツフィーダ５４と、パーツフィーダ５４からＸ−Ｙ−θテーブル５１上の所定位置に固定リング４０を載置する載置装置５５と、樹脂性仮止め剤４３をセラミック基板１０上に供給する供給口５７を備えたディスペンサー５６と、ＣＣＤカメラ５２からの画像信号を画像処理することによってＸ−Ｙ−θテーブル５１を駆動制御する制御装置５８とを設けている。
【０００７】
ここで、図１及び図３に示すフローチャートに従って、本実施の形態に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法について概略説明する。
（１）先ず、導体層３０を上面に設けたセラミック基板１０をフィーダ５３によりＸ−Ｙ−θテーブル５１上に載置する（ステップＳ１）。
（２）セラミック基板１０の表面をエアーブローによって清掃する（ステップＳ２）。
（３）ＣＣＤカメラ５２によりセラミック基板１０上の半導体素子搭載部２０を検出し、ディスペンサー５６の供給口５７が導体層３０の上方の所定位置（例えば、半導体素子搭載部２０の４隅の外側）に来るようにＸ−Ｙ−θテーブル５１を移動する（ステップＳ３）。
（４）ディスペンサー５６の供給口５７から接着性を有する樹脂性仮止め剤４３を導体層３０上に滴下して塗布する（ステップＳ４）。
（５）パーツフィーダ５４から固定リング４０の金属ろう材４２を下方に向けて１個ずつ取り出し、載置装置５５に装着する（ステップＳ５）。
（６）ＣＣＤカメラ５２により固定リング４０の内周の位置を検出し、固定リング４０の内周面と樹脂性仮止め剤４３を塗布した導体層３０の内側にある半導体素子搭載部２０の外周面が一致するようにＸ−Ｙ−θテーブル５１を移動する（ステップＳ６）。
（７）載置装置５５により固定リング４０を半導体素子搭載部２０の周囲の導体層３０上に載置する（ステップＳ７）。
（８）セラミック基板１０上にまだ固定リング４０が載置されていない場所をＣＣＤカメラ５２により検出し、固定リング４０が載置されていない場所があれば（ステップＳ３）に戻る。固定リング４０が全ての導体層３０の周囲に載置されていればセラミック基板１０をフィーダ５３により次のろう付け工程に送る（ステップＳ８）。
（９）金属ろう材４２を溶融させて固定リング４０を導体層３０にろう付けし、固定する（ステップＳ９）。
【０００８】
このようなセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法により、半導体素子搭載部２０の周囲に設けた導体層３０上に樹脂性仮止め剤４３を塗布して（仮止め剤塗布工程）、金属ろう材４２を導体層３０に対面させ、樹脂性仮止め剤４３の上に固定リング４０を載せて仮止めし（位置決め工程）、位置決めした状態でろう付けする。そのため、セラミック基板１０を搬送する途中やろう付け中に固定リング４０の位置がずれることがなく、固定リング４０が金属ろう材４２によって安定した強度で導体層３０に固定され、半導体素子搭載部２０と固定リング４０との位置決め精度を高く維持することができる。なお、樹脂性仮止め剤４３はろう付け中に殆どは蒸発して消滅する。
実際に、半導体素子搭載部２０の長辺の長さが３．５５ｍｍのセラミック基板１０について、４０個の固定リング４０の位置精度を調べたところ、従来方法ではバラツキ（標準偏差）が０．０２２９ｍｍであったのに対し、本実施例では０．０１３９ｍｍとなっており、大幅な改善がみられた。
また、半導体素子搭載部２０の周囲に設けた導体層３０上に固定リング４０を高分解能のＸ−Ｙ−θテーブル５１によって位置決めして載置するので、従来のように位置決め用ブロックやパレットが不要であり、半導体素子搭載部２０の最上段の凹部２１の厚みが薄くても、固定リング４０の位置決めには全く影響せず、位置決め用ブロックを取付ける作業が不要になり、多量生産が極めて容易となる。
なお、前記実施の形態に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法で使用したセラミック基板は、上面に開口する凹部を有する半導体素子搭載部を設けた例について説明したが、半導体素子搭載部をセラミック基板の上面と同一平面上に設けた場合についても、本発明を適用することができ、前記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１記載のセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法においては、セラミック基板の半導体素子搭載部の周囲の導体層上に樹脂性仮止め剤を塗布し、樹脂性仮止め剤の上に固定リングを載置し、直接セラミック基板上に位置決めしてその状態でろう付けするので、従来のような位置決め用ブロックや位置決め用ブロックと固定リングを位置決めするパレットなどが不要となり、半導体素子搭載部と固定リングとの位置決め精度を高く維持することができ、高品質で製造コストの安いセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法を提供できる。
また、固定リングは耐熱及び耐蝕性の強い金属層と金属ろう材とのクラッド材で形成され、位置決め工程では、金属ろう材を導体層に対面させて位置決めしているので、金属ろう材が導体層に接触した状態でろう付けされ、固定リングが金属ろう材によって安定した強度で導体層に固定され、品質の高いセラミック基板を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法で使用する固定リングの側断面図、同樹脂性仮止め剤を塗布した状態のセラミック基板の側断面図、同固定リングを載置した状態のセラミック基板の側断面図である。
【図２】同部品位置決め搭載装置の側面図である。
【図３】同セラミック基板のキャップ固定リング取付け方法を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ従来例のセラミック基板のキャップ固定リング取付け方法の工程を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０：セラミック基板、２０：半導体素子搭載部、２１：凹部、２２：凹部、３０：導体層、４０：固定リング、４１：金属枠、４２：金属ろう材、４３：樹脂性仮止め剤、５０：部品位置決め搭載装置、５１：Ｘ−Ｙ−θテーブル、５２：ＣＣＤカメラ、５３：フィーダ、５４：パーツフィーダ、５５：載置装置、５６：ディスペンサー、５７：供給口、５８：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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