(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体等とパッケージ間の熱膨張係数の不整合により生じる応力を緩和させ半導体等のクラックの発生を低減する。【解決手段】パッケージ１の半導体等の部品の搭載面に金のような剛性率の小さな金属材料でなる多数の突起２を設ける構成とする。この構成により半導体３にパッケージ１との熱膨張係数の不整合による応力が生じた際に、その応力を緩和し半導体等の部品のクラックの発生を低減させることが可能である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品を搭載するパッケージであって、前記部品の搭載面側に、頂部に部品を搭載、固定することが可能であり、当該部品の固定面より十分小さく、パッケージ材料と前記部品の熱膨脹係数との差により発生する応力を緩和する複数の突起が設けられていることを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記突起は、前記部品の搭載面側に形成した凹凸と、前記凹凸を覆うパッケージ材料より剛性率の低い材料により形成したことを特徴とする請求項１記載のパッケージ。
【請求項３】
前記凹凸は、前記部品の搭載面側の複数の溝の形成によるものであることを特徴とする請求項２記載のパッケージ。
【請求項４】
パッケージ材料に金属材料を使用し、前記凹凸を覆う前記金属材料より剛性率の低い材料は金属メッキにより形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載のパッケージ。
【請求項５】
請求項１ないし５の何れかに記載のパッケージに高周波用の部品を搭載したことを特徴とするマイクロ波集積回路。
【請求項６】
部品を搭載するパッケージの製造方法であって、前記パッケージの部品の搭載面側に複数の微小な凹凸を形成する凹凸形成工程と、前記凹凸をパッケージ材料より剛性率の低い金属材料によりメッキするメッキ工程と、を含むことを特徴とするパッケージの製造方法。
【請求項７】
前記メッキ工程は、金の電界メッキを行う工程を含むことを特徴とする請求項６記載のパッケージの製造方法。
【請求項８】
パッケージに部品を搭載したマイクロ波集積回路の製造方法であって、前記パッケージの部品の実装面側に複数の微小な凹凸を形成する凹凸形成工程と、前記凹凸をパッケージ材料より剛性率の低い金属材料によりメッキして突起を形成するメッキ工程と、前記突起の頂部に高周波用の部品を搭載し熱圧着により固定する実装工程と、を含むことを特徴とするマイクロ波集積回路の製造方法。
【請求項９】
前記メッキ工程は、金の電界メッキを行う工程を含むことを特徴とする請求項８記載のマイクロ波集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の部品を搭載するパッケージに関し、特に、マイクロ波集積回路等に適用可能なパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９はＲＦモジュールの構成を示す図である。マイクロ波、ミリ波帯におけるＲＦモジュールは、金属パッケージ１にベアチップ構造の半導体６とマイクロ波伝送線路基板７をマルチチップ実装し、ボンディングワイヤ８により周囲の端子部９と接続することで、マイクロ波集積回路としての所望の特性を実現させている。
【０００３】
ところで、近年、このような高周波帯の半導体等は回路の高集積化、高電力化の要望が高まり、そのために面積は大きくなり、かつ厚みが薄くなってきている。  
従って、このような構造では半導体等とパッケージとの熱膨張係数の不整合により半導体等の実装部品に応力が作用した際、当該部品にクラックの発生が起こりやすく、ＲＦモジュールの長期信頼性、および生産の歩留まりを低下させる大きな要因となっている。
【０００４】
図１０は従来のパッケージに部品を搭載したＲＦモジュールのクラックの様子を示す図である。一例として、パッケージ５の材料の熱膨張係数が半導体６の熱膨張係数より大きい場合を考えると、ＲＦモジュールに温度上昇が生じると、パッケージ５と半導体６の接合面には熱膨張係数の不整合に依存する応力が発生し、この応力がある限界値に達すると半導体６にクラック１１が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように半導体等の実装部品への応力は、搭載用パッケージとの熱膨張係数の不整合が原因となるため、従来、金属パッケージ等の材料として搭載する半導体の熱膨張係数に近い材料を用いることでクラック対策を行っている。しかし、半導体等の熱膨張係数と同程度の金属材料は特殊金属であるため、ＲＦモジュールのコスト面で大きな障害となる。
【０００６】
従って、低価格かつ加工性に優れた金属材料を用いたときでも、半導体等とパッケージの熱膨張係数の整合性に依存されず、半導体等のクラックの発生を低減させることが可能なパッケージの構造が要求される。
【０００７】
本発明の目的は、以上の課題を解決するものであり、熱膨張係数の不整合が要因となる応力が生じてもその応力を緩和させ、半導体等のクラックの発生を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、パッケージと半導体等の搭載部品の間の熱膨張係数の不整合が要因となる応力が生じた際に、その応力を緩和させ半導体等の部品のクラックの発生を低減させる効果を有するパッケージの構造、該パッケージを使用したマイクロ波集積回路及びそれらの製造方法に係るものである。
【０００９】
本発明のパッケージは、部品を搭載するパッケージであって、前記部品の搭載面側に、頂部に部品を搭載、固定することが可能であり、当該部品の固定面より十分小さく、前記部品の熱膨脹係数との差により発生する応力を緩和する複数の突起が設けられていることを特徴とし、前記突起は、前記部品の搭載面側に形成した凹凸と、前記凹凸を覆うパッケージ材料より剛性率の低い材料により形成し、前記凹凸は、前記部品の搭載面側の複数の溝の形成によるものであることを特徴とし、パッケージ材料に金属材料を使用し、前記凹凸を覆う前記金属材料より剛性率の低い材料は金属メッキにより形成されていることを特徴とする。更に、以上のパッケージを使用して高周波用の部品を搭載することによりマイクロ波集積回路を構成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のパッケージの製造方法は、部品を搭載するパッケージの製造方法であって、前記パッケージの部品の搭載面側に複数の微小な凹凸を形成する凹凸形成工程と、前記凹凸をパッケージ材料より剛性率の低い金属材料によりメッキするメッキ工程と、を含み、更に前記メッキ工程は、金の電界メッキを行う工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明のマイクロ波集積回路の製造方法は、パッケージに部品を搭載したマイクロ波集積回路の製造方法であって、前記パッケージの部品の実装面側に複数の微小な凹凸を形成する凹凸形成工程と、前記凹凸をパッケージ材料より剛性率の低い金属材料によりメッキして突起を形成するメッキ工程と、前記突起の頂部に高周波用の部品を搭載し熱圧着により固定する実装工程と、を含み、更に前記メッキ工程は、金の電界メッキを行う工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、パッケージの半導体等の部品の搭載面側に、頂部に部品を搭載でき且つ前記部品の搭載、固定面より十分小さく、パッケージ材料と前記部品との熱膨脹係数との差により発生する応力を緩和する複数の突起が設けられていることから、搭載する部品とパッケージの熱膨張係数の不整合により生じるストレスを緩和することが可能であり、半導体等の部品のクラック等を防止することができる。
【００１３】
また、パッケージと部品の熱膨張係数を一致させる必要はなくなるから、同一パッケージ内に異種材料の半導体デバイス等の部品を搭載しても信頼性を充分向上させることが可能である。
【００１４】
また、パッケージ材料の熱膨張係数に関する制約が緩和されるので、パッケージ材料の選択の幅が広がり低コスト化が可能となる。
【００１５】
また、半導体等の部品搭載時のクラックの問題が解決することで、半導体等の部品全体の面積も大きくすることが出来、更なる高集積化が可能となる。
【００１６】
更に、本発明の突起を有するパッケージ及び該パッケージを使用したマイクロ波集積回路は、凹凸を形成したパッケージの部品搭載面に電解メッキ等でメッキする工程を経て製作することにより、凹凸の凸部の位置の突起を厚く（高く）形成することができるから、ストレスの緩和に好適な複数の突起の形成が可能であり、更に、金等の突起を有するパッケージとしても低価格で製作することが可能である。
【００１７】
以上により本発明は搭載する半導体等の部品のみならずマイクロ波集積回路等の高周波用の部品のクラック対策においても極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（構成の説明）
図１は本発明の一実施の形態のパッケージの構成を示す図である。本実施の形態では電子部品として半導体の搭載例を示すものである。図１において、１は金属材料等で構成された板状又は基板状のパッケージであり、搭載面側の周囲には図示しないカバーを係合する段差を有し、半導体等の搭載面側に該半導体等と配線可能に下部から貫通するリード電極とを有する。２はパッケージ１の半導体等の搭載面に形成され、その頂部に搭載する半導体等（部品）の下面のサイズより小さな多数の突起である。
【００１９】
図２はパッケージと半導体との接合面に着目した模式図である。本実施の形態においては、突起２はパッケージ１の半導体３の搭載面に金のようにパッケージ材料より剛性率の小さな金属材料により形成され、この突起２の頂部（凸部）にベア構造等の半導体３が搭載、接合され、パッケージ１と半導体３の下面との間には僅かに間隙を有する構造でなる。
【００２０】
この構造により半導体３とパッケージ１との熱膨張係数の不整合による応力が生じた際、その応力が緩和され半導体３のクラックの発生を低減させることが可能となる。
【００２１】
図３は本発明のパッケージの構造、マイクロ波集積回路の製作方法を示す図である。  
（１）パッケージ１の半導体搭載面の凹凸を形成する工程（凹凸形成工程）
パッケージ１の半導体搭載面に該半導体の面積に対して十分小さくかつ多数の凹凸２１を形成する。例えば、パッケージの表面処理における切削加工又は押し型のプレス加工により半導体の搭載面に図３（ａ）に示すように凹凸２１を規則的又は不規則に形成する。凹凸の形状は、例えば三角錐、三角柱、釣り鐘型、断面が台形、矩形等の形状とすることが可能である。
【００２２】
（２）パッケージ１の半導体搭載面の突起を形成する工程（メッキ工程）
次に、前記凹凸２１が形成されたパッケージ１の表面に金メッキ処理を施し、図３（ｂ）に示すように凹凸２１の箇所に膜厚の厚い金の突起２を形成する。
【００２３】
凹凸２１を有するパッケージ１は、電解メッキ等により金属メッキを行うと凹凸２１の凸部には他の部分と比較し多くの金属が厚膜に形成される。これは電解メッキにより凹凸の凸部に電解が集中しメッキが厚く付くという現象に基づくものであり、本実施の形態では、この現象を積極的に利用して金による突起２を形成する。金の突起２は搭載される半導体等の搭載面積に対して十分小さく、かつ多数形成して半導体搭載時に直流的にも交流的にもグランド状態を害さないようにする。
（３）パッケージ１の突起の頂部に半導体を搭載し固着する工程（実装工程）
更に、図３（ｃ）に示すように、パッケージ１の半導体搭載面の突起２の上に半導体やマイクロ波伝送線路の基板等をマルチチップ実装し熱圧着により固着する。続いて、半導体等、実装部品と周囲の電極（接続端子）とをワイヤボンディングにより電気的に接続することにより所望のマイクロ波集積回路等が構成される。
【００２４】
（動作の説明）
次に、本実施の形態のパッケージ１と半導体３の熱膨張係数の不整合に対する機能に関し、例としてパッケージ１が半導体３より膨脹係数が大きい場合の半導体へ加わる応力の緩和動作について説明する。  
図４は金のような剛性率の小さな金属の突起２を形成したパッケージ１に半導体３を熱圧着により搭載した状態を示す図であり、また、図５は温度上昇によるパッケージ１の膨脹した状態の動作を示す図であり、図６は温度低下によるパッケージ１の収縮した状態の動作を示す図である。
【００２５】
まず、パッケージ１に温度上昇が生じた場合、図４に示す状態から図５に示すようにパッケージ１が膨脹し、半導体３の接合面に矢印Ａの方向の応力が作用する。この場合、パッケージ１と半導体３との接合面では、剛性率の小さな金属の突起２が相対的に膨脹量が少ない半導体３とがその頂部で固着されているため、図５で示すように頂部側は外側への移動が少なく引きつられて変形することにより、パッケージ１と半導体３の接合面における半導体３に加わる応力が緩和される。
【００２６】
次に、パッケージ１の温度が低下した場合、図４又は図５に示す状態から図６に示すようにパッケージ１が収縮し、半導体３の接合面に矢印Ｂの方向の応力が作用する。この場合、パッケージ１と半導体３との接合面では、剛性率の小さな金属の突起２が相対的に収縮量が少ない半導体３とがその頂部で固着されているため、図６で示すように頂部側は内側への移動が少なく引き連られて変形することにより、パッケージ１と半導体３の接合面における半導体３に加わる応力が緩和される。
【００２７】
以上のように、半導体３に何れの方向の応力が作用するときでも、剛性率の小さい金属の突起４が変形することによりパッケージ１と半導体３の接合面の応力が緩和される。
【００２８】
従って、剛性率の小さな金属の突起２が熱膨張係数の不整合により生じるパッケージ１と半導体３の接合面での応力が緩和され、半導体のクラックの発生が抑制される。
【００２９】
（発明の他の実施の形態）
以上の実施の形態ではパッケージ１の半導体搭載面に半導体の接合面と比較して小さい多数の凹凸に基づく多数の突起を形成した例を説明したが、このような突起としては他の形状を採用することが可能である。
【００３０】
図７は本発明の他の実施の形態のパッケージを示す図である。本実施の形態ではパッケージの半導体等の搭載面側に隣接する山脈状の複数の突起４を形成したものである。パッケージへ搭載する半導体等のサイズの縦横比が大きくなり、長辺方向（長手方向）等の一方向への応力緩和が必要なときに適しており、当該方向に対して直角な方向の溝による凹凸をパッケージ１上に形成することにより、その方向の熱膨張係数による応力を緩和するように構成することが可能である。  
【００３１】
図８は本発明の更に他の実施の形態のパッケージを示す図である。溝形状により形成した突起４を溝方向に複数に分断することにより短辺方向の応力緩和をも可能にしたものである。
【００３２】
何れの場合も図１に示す実施の形態と同様に、パッケージの半導体の搭載面側に予め小さい溝による凹凸を形成する工程と、その表面の金の電界メッキ等より応力を吸収する突起として形成する工程とにより実現可能である。
【００３３】
また、以上の実施の形態では突起を金属メッキで形成する例を説明したが、金属メッキによらずに切削やプレス加工等によりパッケージの表面に必要な高さの多数の小さな突起として直接形成することも可能である。この場合の突起はパッケージ材料と同じ剛性率を持つことになるが、その高さ、横幅、形状等の設定により半導体等の熱膨脹係数との差により発生する応力を効果的に緩和することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態のパッケージの構成を示す図である。
【図２】パッケージと半導体との接合面に着目した模式図を示す図である。
【図３】本発明のパッケージ及びマイクロ波集積回路の製作方法を示す図である。
【図４】突起を形成したパッケージ１に半導体３を熱圧着により搭載した状態を示す図である。
【図５】温度上昇によるパッケージ１の膨脹時の動作を示す図である。
【図６】温度低下によるパッケージ１の収縮時の動作を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のパッケージを示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態のパッケーを示す図である。
【図９】従来のＲＦモジュールの構成を示す図である。
【図１０】従来のパッケージに部品を搭載したＲＦモジュールのクラックの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、５  パッケージ
２、４  突起
３、６  半導体
７  マイクロ波伝送線路基板
８  ボンディングワイヤ
９  電極
１０  リード線
１１  クラック
２１  凹凸
Ａ、Ｃ  応力方向（膨脹）
Ｂ  応力方向（圧縮）
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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