JP2004055985A - Ceramic package and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックパッケージに関し、さらに詳しく述べると、半導体素子などの電子部品を搭載するためのセラミックパッケージに関する。本発明はまた、かかるセラミックパッケージを使用した電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、半導体装置にはいろいろな構成のものがあるが、ある半導体装置は、半導体チップをセラミックパッケージに搭載することによって構成されている。セラミックパッケージは、通常、所定の枚数のグリーンシートを積層し、焼成して一体化することによって製造されている。また、一般的に、セラミックパッケージは、その中央部に中空構造(キャビティ)を有し、半導体チップを搭載できるようになっている。セラミックパッケージは、中空構造を有しているので、ボンディングワイヤの断線防止に有効であり、耐湿性や放熱性にも優れているばかりでなく、グリーンシートの積層数を増加することで配線パターンの数を増やすことができるので、高密度パッケージを実現できる。セラミックパッケージの構造には、例えば、サイドブレーズ、ボトムブレーズ、チップキャリヤ、ピン・グリッド・アレイ(PGA)などがある。
【0003】
図7は、セラミックパッケージの一例として、特開昭62−89345号公報に開示されているリードレスチップキャリヤを示したものである。図7(A)は、リードレスチップキャリヤの平面図であり、図7(B)は、図7(A)の線分B−Bに沿った断面図である。
【0004】
図示のリードレスチップキャリヤ40は、半導体素子搭載部(キャビティ)44、内部導通部(中位段差部)42及び外部導通部43を備えたセラミック基板41からなる。セラミック基板41は、セラミックのグリーンシート、すなわち、複数枚の未焼成のセラミックシートを所要の形状に形成した後、積層し、焼成することによって形成することができる。セラミック基板41の所定の領域には、電気的な導通をとるため、予め形成されたメタライズ層の上に金めっき等が、焼成後に施される。また、キャリヤ40の周壁に付設された外部導通部43は、図8(A)に示すように半円状の断面をもった凹溝を切削加工によって形成した後、図8(B)に示すように、メタライズ層45及び金めっき層46を順に被着することによって形成することができる。また、凹溝を切削加工によって形成する代りに、セラミック基板をその周囲に余裕をもった形で形成するとともに、凹溝の代りに円形の断面をもった貫通孔を形成し、基板を貫通孔の中心点を結ぶ線上でダイヤモンドカッター等で切断しても、同様な構造のリードレスチップキャリヤを製造することができる。このような構造のセラミックパッケージでは、その基板の側壁に外部導通部を付設したので、上記した効果(断線防止、耐湿性及び放熱性の向上、高密度配線)の他に、配線構造の単純化という効果も得ることができる。
【0005】
しかし、上記したように切削加工やその他の機械加工によって凹溝を形成する方法は、製造工程が煩雑であり、バリなどの欠陥も加工時に発生しやすい。また、このような機械加工の方法や貫通孔を形成した後にそれを半分に切断して凹溝となす方法では、得られる凹溝のサイズに限界があり、通常、約400〜500μm程度の幅をもった凹溝しか形成することができず、高密度配線の要求を十分に満たすことができない。また、従来の方法では凹溝の位置ズレも生じやすく、凹溝の導体パターンと配線パターンの側面導通を確保できないという問題が発生する。
【0006】
さらに、従来のセラミックパッケージを高周波回路用に使用するような場合には、配線が緻密になった場合に、凹溝そのものを形成することができない。信号層の両側にグランド層を配置してシールド効果を得ることができないからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような従来の技術の問題点を解決して、側面導通が可能なセラミックパッケージであって、製造が容易であり、導体パターンを備えた凹溝の幅が狭く、高密度配線が可能であり、また、凹溝の寸法精度が高く位置ズレも生じないセラミックパッケージを提供することにある。
【0008】
また、本発明の目的は、耐湿性や放熱性に優れ、しかも高密度実装が可能な電子装置を提供することにある。
【0009】
本発明のこれらの目的やその他の目的は、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その1つの面において、電子部品搭載のためのキャビティをほぼ中央部に備えたセラミック基板を含むセラミックパッケージであって、
前記キャビティを規定するセラミック基板の側壁に、該側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターンが形成されており、そして
前記導体パターンが、前記セラミック基板の表面及び(又は)内部に設けられた配線パターンどうしを接続していることを特徴とするセラミックパッケージにある。
【0011】
また、本発明は、そのもう1つの面において、ほぼ中央部にキャビティを有するセラミック基板を備えたセラミックパッケージと、前記キャビティに搭載された電子部品とを含む電子装置であって、前記セラミックパッケージにおいて、
前記キャビティを規定するセラミック基板の側壁に、該側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターンが形成されており、そして
前記導体パターンが、前記セラミック基板の表面及び(又は)内部に設けられた配線パターンどうしを接続していることを特徴とする電子装置にある。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明によるセラミックパッケージ及び電子装置は、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。以下に具体的に説明する本発明の実施の形態は、したがって、本発明の範囲を限定するものではない。
【0013】
図1は、本発明によるセラミックパッケージの好ましい1形態を示した断面図である。セラミックパッケージ10は、ほぼ中央の位置に電子部品(ここでは、LSIチップ)5を搭載するための矩形の開口(キャビティ)4を有するセラミック基板1を備える。また、セラミック基板1は、その側壁に階段構造を付与するため、第1のセラミック基板(以下、「基板本体」ともいう)11及び第2のセラミック基板(以下、「枠体」ともいう)12からなる。これらのセラミック基板は、好ましくは複数枚のグリーンシートから積層及び焼成を経て一体的に形成することができる。例えば、1枚の基板本体11の上に1枚の枠体12を積層し、焼成することで、セラミック基板1を容易に製造することができる。また、ここでは図示しないが、図2を参照して説明するように、セラミック基板1の表面には、階段部分の表面も含めて、配線パターン(例えば、信号層、グランド層、電源層など)を形成し、かつセラミック基板1の側壁に側面導通のための導体パターンを埋設する。なお、図示の例ではセラミック基板1の側壁に1個の階段構造を付与したが、所望とする配線パターンに応じて、2個もしくはそれ以上の階段構造を付与してもよく、あるいは階段構造を省略してもよい。
【0014】
セラミック基板は、いろいろなセラミック材料から任意に製造することができる。適当なセラミック材料は、以下に列挙するものに限定されるわけではないけれども、アルミナ(酸化アルミニウム)、窒化アルミニウム、ガラスセラミックなどである。セラミック基板は、これらのセラミック材料の粉末を含むスラリーからグリーンシートを製造した後、グリーンシートの複数枚を所定の形状に成形及び加工し、さらに積層及び焼成して有利に製造することができる。この製造方法は、以下において詳細に説明する。
【0015】
セラミック基板1(基板本体11)は、その裏面に金属板7が接合される。金属板7は、開口4の底面を閉じてキャビティを規定するとともに、素子搭載面も規定し、さらには放熱板としても機能する。金属板7は、通常、放熱特性に優れた金属材料の板、例えば銅、アルミニウムもしくはその合金の板などからなる。基板本体11に対する金属板7の接合は、通常、ろう付けで行われる。したがって、基板本体11の底面には、ろう付けの領域について例えばタングステンなどからメタライズ層(メタライズパターン)を形成し、その上にさらに例えばニッケル、金などから金属めっき層を形成するのが一般的である。金属板7のろう付けには、例えば銀ろうなどを使用することができる。なお、図示の例では、金属板7によって素子搭載用キャビティ4を形成したけれども、必要なら、基板本体11を開口を有しない板材で構成し、その中央部にキャビティ4もしくはその一部として働く矩形の凹部を形成してもよい。
【0016】
上述のようなセラミックパッケージ10は、通常、マザーボードや配線回路基板などに実装して用いられる。実装時の外部との接続は、この技術分野で一般的に使用されている技法を使用することができる。例えば、基板本体11の裏面の露出領域11bを利用して、外部接続端子としてリードピンを立設することができる。別法によれば、ボールバンプを外部接続端子として付設してもよく、あるいはセラミック基板11の裏面と平行にリードを延設してもよい。
【0017】
本発明によるセラミックパッケージは、そのセラミック基板のほぼ中央部に形成されたキャビティに電子部品を搭載することによって電子装置を提供することができる。ここで、「電子装置」とは、広義で用いられており、1個もしくはそれ以上の電子部品をセラミックパッケージの所定の領域に搭載した各種の電子装置、例えば半導体装置などを意味する。また、「電子部品」とは、ICチップ、LSIチップ、CCD(Charge Coupled Device)チップ等の半導体素子、チップコンデンサ、LD(Laser Diode)、PD(Photodiode)等のダイオードなどを含む各種の部品を意味する。
【0018】
例えば図1のセラミックパッケージ10を使用して半導体装置を製造する場合には、パッケージ10のキャビティ4の底面を規定する金属板7の表面にLSIチップ5を搭載する。チップ5は、例えば、ろう材、接着剤などで金属板7に接着し、固定することができる。必要に応じて、金属板7の上に、チップ搭載用のステージ(例えばモリブデン板)を付設してもよい。チップ5の電極端子は、ボンディングワイヤ6を介してセラミック基板1の導体パターンと接続される。チップ5を搭載した後、図示しないが、キャビティ4の全体を例えばエポキシ樹脂のような絶縁性の樹脂で封止してもよい。最後に、セラミックパッケージ10の上面をキャップ(図示せず)によって封止し、半導体装置が完成する。キャップには、例えば、コバール(KОVAR)板などを使用することができ、また、パッケージに対するキャップの接合には、ろう材、例えばNi−Snのようなろう材を使用することができる。
【0019】
本発明のセラミックパッケージでは、側面導通のために半長円形の導体パターンをセラミック基板の側壁に形成することに特徴がある。この導体パターンは、典型的には、図2に模式的に示すように形成することができる。すなわち、セラミックパッケージ10のキャビティ4を規定するセラミック基板1の側壁に、その側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターン3を形成する。導体パターン3は、セラミック基板1の表面やその内部に設けられた配線パターンどうしを接続可能であり、よって、セラミックパッケージ10の側面導通を確保できる。
【0020】
図2のセラミックパッケージ10の場合、中央部に正方形の開口を有する第1のセラミック基板(基板本体)11の側壁(これが、キャビティの外周を規定する)に第1の導体パターン31が埋め込まれており、その表面には、信号線22とその両側に形成されたグランド層21とからなる配線パターン2がある。第1の導体パターン31は、図3に示すように、半長円形の横断面をもっている。この第1のセラミック基板11の上には、それと同様に中央部に正方形の開口を有する第2のセラミック基板12が一体的に載置されている。この第2のセラミック基板12は、枠体として用いられており、その側壁には第2の導体パターン32が埋め込まれており、かつその表面には、グランド層21が形成されている。第2の導体パターン32は、第1の導体パターン31と同様に半長円形の横断面をもっている。さらに、図示しないが、セラミック基板1の内部にも配線パターン2は形成されている。なお、図示の導体パターンは、半長円形の横断面を有しているが、もしも比較可能な効果が得られるのであるならば、細長い長方形の横断面を有するように導体パターンを形成してもよい。
【0021】
それぞれのセラミック基板において、導体パターンは、いろいろなサイズで形成することができる。導体パターンの高さhは、そのパターンが埋設されたセラミック基板の厚さに同じであり、基板厚さに応じて任意に変更可能である。また、導体パターンの幅wは、特に限定されるものではなく、側面導通の目的で一般的に使用されている約400〜500μmの範囲であってもよいが、好ましくは、約100μmもしくはそれ以下、さらに好ましくは、約50μmもしくはそれ以下である。導体パターンの幅wの下限は、現行の技術の加工能力などを考慮した場合、通常、約30μmである。本発明では、このような狭い幅を導体パターンに適用しても、位置ズレなどの欠陥を伴うことなく側面導通を確保でき、また、半長円形の断面を採用したことで、多少の位置ズレがあっても側面導通に悪影響は出ないからである。さらに、導体パターンの深さdは、特に限定されないというものの、通常、約50〜200μmの範囲である。導体パターンの深さは、側面導通が確保されればよいので、ことさら大きく設定することは不要である。
【0022】
半長円形の横断面をもった導体パターンは、好ましくは、図4に示すようにして形成することができる。グリーンシート1の導体パターン形成部位に長円形の横断面をもった貫通孔を形成した後、図4(A)に示すように、導体パターン形成材料3を充填する。貫通孔の形成には、常用の穿孔手段、例えば打ち抜きあるいは押し抜きを使用することができる。適当な穿孔手段の一例として、例えば、ポンチによる打ち抜き加工、レーザ加工などを挙げることができる。また、導体パターン形成材料としては、セラミックパッケージの製造条件などに応じていろいろな導体材料を使用できるけれども、好ましくは、導体ペーストである。有用な導体ペーストとして、例えばモリブデンペースト、タングステンペーストなどの、高融点の金属を含む導体ペーストを挙げることができる。導体ペーストの充填が完了した後、キャビティとともに側面導通のための導体パターンを形成するため、グリーンシート1を導体充填貫通孔3のほぼ中間の位置を通る打ち抜き線cに沿って切断する。この切断加工は、例えば、ポンチによる打ち抜き加工が有利である。その結果、図4(B)に示すように、グリーンシート1に所定の深さで埋設された半長円形断面をもった導体パターン3が得られる。
【0023】
配線パターンは、セラミック基板の内部や表面において常用の技法を使用して形成することができる。配線パターンの好ましい形成方法は、例えば、セラミック基板の製造途中で、グリーンシートの表面に導電性の金属材料を使用してメタライズ層を形成する方法である。適当な導電性金属は、例えば、タングステン、モリブデンなどである。また、メタライズ層の膜厚は、広い範囲で変更できるけれども、通常、約5〜30μmの範囲である。メタライズ層は、必要に応じて、その上に金属めっき層をさらに有していてもよい。金属めっき層は、グリーンシートの焼成後に常用の電解めっき法あるいは無電解めっき法を使用して形成することができる。適当なめっき金属は、例えば、ニッケル、金などである。また、金属めっき層の膜厚は、広い範囲で変更できるけれども、通常、Niめっきの場合で約1.5〜5μmの範囲であり、その上に施すAuめっきは約0.3〜2μm程度である。
【0024】
電子部品搭載のためのキャビティをほぼ中央部に備えたセラミック基板を含み、かつ前記キャビティを規定するセラミック基板の側壁に、該側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターンが形成されている本発明によるセラミックパッケージは、いろいろな方法で製造することができる。必要に応じてセラミック粉末の加圧成形に基づく方法を使用してもよいけれども、グリーンシートの積層に基づく方法を使用することが推奨される。配線パターンのレイアウトを自由に変更可能であり、導体パターンも容易にかつ高精度で形成できるからである。
【0025】
グリーンシートの積層に基づく本発明のセラミックパッケージの製造方法は、通常、次のような一連の工程を包含する。
(1)グリーンシートの作製及び成形
(2)貫通孔の形成及び導体の充填
(3)配線パターン用メタライズ層の形成
(4)キャビティの加工
(5)グリーンシートの積層
(6)個片切断
(7)焼成
好ましくは、本発明のセラミックパッケージは、下記の工程:
セラミック原料から、前記セラミック基板を積層によって形成するのに必要な数及び厚さのグリーンシートを作製し、
前記グリーンシートのそれぞれを、前記セラミック基板を形成するのに必要な形状に成形し、
前記グリーンシートの導体パターンの形成位置に長円形の横断面をもった貫通孔を形成し、
前記貫通孔に前記導体パターンの形成材料(導体)を充填し、
前記グリーンシートの表面に、配線パターン用のメタライズ層を予め定められた配線デザインに従って形成し、
前記グリーンシートを前記導体充填の貫通孔のほぼ中央の位置を通る打ち抜き線に沿って打ち抜いて、そのグリーンシートのほぼ中央部に前記キャビティを形成する開口を加工し、
前記グリーンシートを所定の順序で積層して、前記開口及び前記導体充填の貫通孔がそれぞれ連通した積層シートを形成し、
前記積層シートを予め定められた切断線に沿って切断して前記セラミックパッケージの前駆体の個片を切り出すこと、そして
前記セラミックパッケ−ジの個片を所定の温度で焼成して一体化すること、
を含む方法によって製造することができる。なお、上記の工程は、必要に応じて加工順序を入れ替えてもよく、あるいは追加の加工工程を加入してもよい。また、上記のようにしてセラミックパッケージを製造した後、仕上げ加工として、表面に露出した配線パターン等に金属めっきを施したり、基板の裏面に外部接続端子を取り付けたり、キャビティの底面に金属板(放熱板)を貼着したりするのが一般的である。
【0026】
また、この製造方法は、多数個取り方式に基づいて実施するのが有利である。1枚の積層グリーンシートから多数のセラミックパッケージを一括して製造できるからである。さらに、切断工程によって得られたセラミックパッケージには、常法に従って外部接続端子を形成したり放熱板を取り付けたりすることができる。
【0027】
さらに詳しく述べると、本発明のセラミックパッケージは、図5及び図6に示すような方法で有利に製造することができる。図1及び図2に示したようにセラミック基板が基板本体と枠体からなる場合には、図5に示すように、それぞれの部材を別工程で作製し、積層によって一体化するのが有利である。
グリーンシートの作製及び成形:
セラミック原料から、セラミック基板を積層によって形成するのに必要な数及び厚さのグリーンシートを作製する。例えば、原料セラミックの粉末(例えば、アルミナ基板の場合にはアルミナ粉)、可塑剤、溶剤等を混合して調製したセラミックスラリーを成形してグリーンシートを作製する。例えば、スラリーをドクタブレード法でシート状に成形する。グリーンシートの厚さは、所望とするセラミックパッケージの詳細やその製造条件などに応じて広く変動し得るけれども、通常、約0.2〜0.5mmの範囲である。
【0028】
長尺のグリーンシートの作製後、セラミック基板を形成するのに必要なサイズに裁断する。形状は、通常、正方形もしくは長方形である。多数個取りでセラミックパッケージを製造するような場合、最終的に必要な数のパッケージ(個片)を切り取ることのできる大きさとする。
貫通孔の形成:
それぞれのグリーンシートに、最終的に得られるセラミックパッケージにおいてビアホール、導体パターンを付与するのに必要な貫通孔を形成する。例えば、ビアホールの形成部位には、それに見合った直径の貫通孔を形成する。また、本発明に必須の工程であるが、図6(A)に示すように、グリーンシート1の導体パターンの形成部位に、長円形の横断面をもった貫通孔13を予め定められた大きさで形成する。貫通孔は、例えば、レーザ加工によって穿孔することができる。
貫通孔の充填:
図6(B)に示すように、グリーンシート1の貫通孔に導体パターン形成材料(導体)3を充填する。導体としては、充填の容易さなどから、例えばタングステンやモリブデンなどの高融点の金属を含むペーストを有利に使用することができる。
配線パターン用メタライズ層の形成:
セラミックパッケージは、通常、その表面及び内部に配線パターン(信号層、グランド層、電源層等)を有する。これらの配線パターンは、好ましくは、グリーンシートの段階でメタライズ層(内部メタライズ層ともいう)をパターン状に印刷することによって有利に形成することができる。配線パターン用メタライズ層のパターンは、予め定められた配線レイアウトに従って決定される。メタライズ金属としては、例えば、タングステン、モリブデンなどがある。図6(C)は、導体パターン3の上に配線パターン2が形成されている状態を示している。
キャビティの加工:
上記のようにして貫通孔に導体を充填し、さらにはメタライズ層を形成した後、グリーンシートのほぼ中央部にキャビティのための矩形の開口を加工する。キャビティの加工にはいろいろな方法を使用できる。例えば、ポンチなどを使用した打ち抜き加工が便宜である。
【0029】
また、このキャビティの加工は導体充填の貫通孔の中間を通る打ち抜き線に沿って行うので、キャビティと同時に、図6(D)に示すように、半長円形の横断面をもった導体パターン3が形成される。
【0030】
以上の加工工程は、セラミック基板の本体の製造を想定して説明したものである。この加工工程に準じて、基板の枠体も同様に製造することができる。但し、枠体の製造では、製造の途中でキャビティのための開口を打ち抜く工程を省略して、取り扱い性を高めるためにメタライズ加工の後に枠体を個片に切断する時に、開口も同時に形成することができる。
グリーンシートの積層:
それぞれのグリーンシートにおいてキャビティ、ビアホール、導体パターン、配線パターン等を形成した後、必要枚数のグリーンシートを所定の順序で積層し、加圧により一体化する。グリーンシートの積層に当たっては、シートの間で導体パターン、配線パターン等に位置ズレが生じないように注意を払うことが必要である。なお、本発明では、導体パターンを半長円形の横断面で形成したので、少しの位置ズレが生じても、電気的な接続に悪影響がでることはない。
積層シートの切断(外形加工):
上記のようにして製造した積層シートを予め定められた切断線に沿って個々に切断する。得られる個片は、目的とするセラミックパッケージの前駆体ということができる。必要なら、それぞれの個片を外形加工する。
パッケージ前駆体の焼成:
切断して得た個片をまとめて焼成炉に入れ、所定の温度で焼成して一体化する。焼成温度は、セラミックの種類などによって変動するけれども、通常、約1500〜1600℃の高温である。焼成の結果、パッケージ前駆体中に含まれていた樹脂成分は、熱分解によって除去せしめられ、また、貫通孔内の導体ペーストは、金属化せしめられる。
金属板(放熱板)の貼着:
パッケージ前駆体の裏面には、放熱などを目的として金属板、例えば銅板などをろう付けで貼着するのが好ましい。
金属めっき層の形成:
上記の工程が完了した後、パッケージ前駆体の表面に露出する配線パターン(表面メタライズ層)に必要に応じて金属めっき層を施す。適用可能な金属めっき層には、例えば、ニッケルめっき層、金めっき層などがある。このめっき層を介して、例えば半導体チップとの接続をとることができる。このようにして、図1及び図2を参照して先に説明したセラミックパッケージが完成する。
【0031】
また、セラミックパッケージの裏面に外部接続端子を設けてもよい。例えば複数本のリードを外部接続端子として立設するような場合、ニッケルめっきを施した後にリードフレームをろう付けすることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、側面導通が可能なセラミックパッケージであって、製造が容易であり、導体パターンを備えた凹溝の幅が狭く、高密度配線が可能であり、また、凹溝の寸法精度が高く位置ズレも示さないセラミックパッケージを提供することができる。
【0033】
実際に、このセラミックパッケージを使用すると、高周波伝送装置で配線パターンが緻密であっても、信号線の両側に確実にグランド層を配置でき、満足し得るシールド効果を得ることができる。さらに、セラミック基板の表面においてグランド層がすべて露出した状態となっているので、配線レイアウトを無駄なく実現することができる。
【0034】
また、本発明によれば、側面導通が可能なセラミックパッケージの凹溝を高寸法精度で位置ズレもなく容易に製造することができる。また、凹溝の幅は、従来の方法では約400〜500μmまでが限界であったものを100μm以下まで狭くでき、高密度化に寄与できる。
【0035】
さらに、本発明によれば、セラミックパッケージの利点を生かして、耐湿性や放熱性に優れ、しかも高密度実装が可能な半導体装置やその他の電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセラミックパッケージの好ましい1形態を示した断面図である。
【図2】図1に示したセラミックパッケージの一部を拡大して示した斜視図である。
【図3】図2に示したセラミックパッケージの導体パターンの部分を拡大して示した斜視図である。
【図4】図3に示した導体パターンの形成方法を模式的に示した平面図である。
【図5】図1に示したセラミックパッケージの好ましい製造方法を示したフローシートである。
【図6】図4に示した導体パターンの形成方法を順を追って示した平面図である。
【図7】従来のリードレスチップキャリヤの一例を模式的に示した平面図及び断面図である。
【図8】図7に示したリードレスチップキャリヤにおける外部導通部の形成方法を模式的に示した平面図である。
【符号の説明】
1…セラミック基板
2…配線パターン
3…導体パターン
4…キャビティ
5…半導体チップ
6…ボンディングワイヤ
7…金属板
10…セラミックパッケージ
13…貫通孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic package, and more particularly, to a ceramic package for mounting an electronic component such as a semiconductor element. The present invention also relates to an electronic device using such a ceramic package.
[0002]
[Prior art]
As is well known, there are various types of semiconductor devices, and some semiconductor devices are configured by mounting a semiconductor chip on a ceramic package. The ceramic package is usually manufactured by laminating a predetermined number of green sheets, firing and integrating them. In general, a ceramic package has a hollow structure (cavity) at the center thereof so that a semiconductor chip can be mounted. The ceramic package has a hollow structure, which is effective in preventing the breakage of the bonding wire, and is not only excellent in moisture resistance and heat dissipation, but also by increasing the number of stacked green sheets to improve the wiring pattern. Since the number can be increased, a high-density package can be realized. The structure of the ceramic package includes, for example, a side blaze, a bottom blaze, a chip carrier, and a pin grid array (PGA).
[0003]
FIG. 7 shows a leadless chip carrier disclosed in JP-A-62-89345 as an example of a ceramic package. FIG. 7A is a plan view of the leadless chip carrier, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 7A.
[0004]
The illustrated
[0005]
However, as described above, the method of forming the concave groove by cutting or other mechanical processing involves a complicated manufacturing process, and defects such as burrs are likely to occur during processing. Further, in such a machining method or a method in which a through hole is formed and then cut in half to form a concave groove, the size of the obtained concave groove is limited, and the width of the concave groove is usually about 400 to 500 μm. Therefore, only a groove having a groove can be formed, and the demand for high-density wiring cannot be sufficiently satisfied. Further, in the conventional method, the positional deviation of the concave groove is apt to occur, and there is a problem that it is not possible to secure conduction between the conductor pattern and the wiring pattern on the side surface of the concave groove.
[0006]
Further, when a conventional ceramic package is used for a high-frequency circuit, a concave groove itself cannot be formed when wiring becomes dense. This is because a ground effect cannot be obtained by arranging the ground layers on both sides of the signal layer.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the problems of the conventional techniques as described above, and to provide a ceramic package capable of side conduction, which is easy to manufacture, and the width of the groove provided with the conductor pattern is small, It is an object of the present invention to provide a ceramic package which enables high-density wiring and has high dimensional accuracy of the concave groove and does not cause positional deviation.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an electronic device that is excellent in moisture resistance and heat dissipation and that can be mounted at high density.
[0009]
These and other objects of the present invention will be readily understood from the following detailed description.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, there is provided a ceramic package including a ceramic substrate having a cavity for mounting electronic components at a substantially central portion,
On the side wall of the ceramic substrate defining the cavity, a conductor pattern having a semi-elliptical cross section is formed by vertically notching and penetrating the side wall, and
The ceramic package is characterized in that the conductor pattern connects wiring patterns provided on the surface and / or inside of the ceramic substrate.
[0011]
According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic device including a ceramic package including a ceramic substrate having a cavity in a substantially central portion, and an electronic component mounted in the cavity. ,
On the side wall of the ceramic substrate defining the cavity, a conductor pattern having a semi-elliptical cross section is formed by vertically notching and penetrating the side wall, and
The electronic device is characterized in that the conductor pattern connects wiring patterns provided on the surface and / or inside of the ceramic substrate.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The ceramic package and the electronic device according to the present invention can each be advantageously implemented in various forms. The embodiments of the present invention specifically described below therefore do not limit the scope of the present invention.
[0013]
FIG. 1 is a sectional view showing a preferred embodiment of a ceramic package according to the present invention. The
[0014]
The ceramic substrate can be arbitrarily manufactured from various ceramic materials. Suitable ceramic materials include, but are not limited to, alumina (aluminum oxide), aluminum nitride, glass ceramic, and the like. The ceramic substrate can be advantageously manufactured by manufacturing green sheets from a slurry containing these ceramic material powders, then forming and processing a plurality of green sheets into a predetermined shape, and then laminating and firing. This manufacturing method will be described in detail below.
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The ceramic package according to the present invention can provide an electronic device by mounting an electronic component in a cavity formed substantially at the center of the ceramic substrate. Here, the “electronic device” is used in a broad sense, and means various electronic devices in which one or more electronic components are mounted in a predetermined region of a ceramic package, for example, a semiconductor device. The “electronic component” includes various components including an IC chip, an LSI chip, a semiconductor element such as a CCD (Charge Coupled Device) chip, a chip capacitor, a diode such as an LD (Laser Diode), a PD (Photodiode), and the like. means.
[0018]
For example, when manufacturing a semiconductor device using the
[0019]
The ceramic package of the present invention is characterized in that a semi-elliptical conductor pattern is formed on the side wall of the ceramic substrate for side conduction. This conductor pattern can be typically formed as schematically shown in FIG. That is, on the side wall of the
[0020]
In the case of the
[0021]
In each of the ceramic substrates, the conductive pattern can be formed in various sizes. The height h of the conductor pattern is the same as the thickness of the ceramic substrate in which the pattern is embedded, and can be arbitrarily changed according to the substrate thickness. The width w of the conductor pattern is not particularly limited, and may be in a range of about 400 to 500 μm generally used for the purpose of side conduction, but is preferably about 100 μm or less. And more preferably about 50 μm or less. The lower limit of the width w of the conductor pattern is usually about 30 μm in consideration of the processing capability of the current technology. According to the present invention, even when such a narrow width is applied to the conductor pattern, side conduction can be ensured without defects such as positional deviation, and a slight positional deviation is achieved by adopting a semi-oval cross section. This is because the side conduction does not adversely affect even if there is any. Further, the depth d of the conductor pattern is not particularly limited, but is usually in a range of about 50 to 200 μm. It is not necessary to set the depth of the conductor pattern to a particularly large value, as long as side conduction is ensured.
[0022]
The conductor pattern having a semi-elliptical cross section can be preferably formed as shown in FIG. After a through hole having an oval cross section is formed in the conductor pattern forming portion of the
[0023]
The wiring pattern can be formed inside or on the surface of the ceramic substrate using a conventional technique. A preferred method of forming the wiring pattern is, for example, a method of forming a metallized layer on the surface of the green sheet using a conductive metal material during the production of the ceramic substrate. Suitable conductive metals are, for example, tungsten, molybdenum, and the like. Although the thickness of the metallized layer can be changed in a wide range, it is usually in the range of about 5 to 30 μm. The metallized layer may further have a metal plating layer thereon as required. The metal plating layer can be formed using a conventional electrolytic plating method or an electroless plating method after firing the green sheet. Suitable plating metals are, for example, nickel, gold and the like. Although the thickness of the metal plating layer can be changed in a wide range, it is usually in the range of about 1.5 to 5 μm in the case of Ni plating, and about 0.3 to 2 μm of Au plating to be applied thereon. is there.
[0024]
A ceramic substrate having a cavity for mounting electronic components at a substantially central portion is provided, and a side wall of the ceramic substrate defining the cavity has a semi-elliptical cross-section that is notched and penetrated in the vertical direction. The ceramic package according to the present invention in which the conductive pattern is formed can be manufactured by various methods. It is recommended to use a method based on lamination of green sheets, although a method based on pressing of ceramic powder may be used if necessary. This is because the layout of the wiring pattern can be freely changed, and the conductor pattern can be formed easily and with high precision.
[0025]
The method for manufacturing a ceramic package of the present invention based on lamination of green sheets usually includes a series of steps as follows.
(1) Production and molding of green sheets
(2) Formation of through holes and filling of conductors
(3) Formation of metallization layer for wiring pattern
(4) Cavity processing
(5) Green sheet lamination
(6) Individual cutting
(7) firing
Preferably, the ceramic package of the present invention comprises the following steps:
From the ceramic raw material, to produce a green sheet of the number and thickness necessary to form the ceramic substrate by lamination,
Forming each of the green sheets into a shape necessary to form the ceramic substrate,
Forming a through hole having an oblong cross section at the position where the conductor pattern of the green sheet is formed,
Filling the through hole with a material (conductor) for forming the conductor pattern,
On the surface of the green sheet, a metallization layer for a wiring pattern is formed according to a predetermined wiring design,
Punching the green sheet along a punching line passing through a substantially central position of the through hole of the conductor filling, and processing an opening forming the cavity at a substantially central portion of the green sheet;
The green sheets are laminated in a predetermined order to form a laminated sheet in which the openings and the through holes of the conductor filling are respectively communicated,
Cutting the laminate sheet along a predetermined cutting line to cut out pieces of the ceramic package precursor; and
Firing the individual pieces of the ceramic package at a predetermined temperature and integrating them;
Can be produced. In the above steps, the processing order may be changed as necessary, or additional processing steps may be added. After the ceramic package is manufactured as described above, as a finishing process, a metal pattern is applied to a wiring pattern or the like exposed on the surface, an external connection terminal is attached to the back surface of the substrate, or a metal plate ( It is common to attach a heat sink.
[0026]
Further, it is advantageous that the manufacturing method is implemented based on a multi-cavity method. This is because a large number of ceramic packages can be manufactured collectively from one laminated green sheet. Further, external connection terminals can be formed or a heat sink can be attached to the ceramic package obtained by the cutting step according to a conventional method.
[0027]
More specifically, the ceramic package of the present invention can be advantageously manufactured in a method as shown in FIGS. When the ceramic substrate is composed of a substrate main body and a frame as shown in FIGS. 1 and 2, it is advantageous to produce each member in a separate step and to integrate them by lamination as shown in FIG. is there.
Preparation and molding of green sheet:
From the ceramic raw material, green sheets having a number and a thickness necessary for forming a ceramic substrate by lamination are produced. For example, a green sheet is produced by molding a ceramic slurry prepared by mixing a raw material ceramic powder (for example, alumina powder in the case of an alumina substrate), a plasticizer, a solvent, and the like. For example, the slurry is formed into a sheet by a doctor blade method. The thickness of the green sheet can vary widely depending on the desired details of the ceramic package and the manufacturing conditions, but is usually in the range of about 0.2 to 0.5 mm.
[0028]
After the production of the long green sheet, it is cut into a size necessary for forming the ceramic substrate. The shape is usually square or rectangular. In the case where a ceramic package is manufactured in a multi-piece manner, the size is set so that a required number of packages (pieces) can be finally cut.
Formation of through holes:
In each green sheet, a through hole necessary for providing a via hole and a conductor pattern in a finally obtained ceramic package is formed. For example, a through hole having a diameter commensurate with the via hole is formed at the via hole formation site. Although it is an essential step in the present invention, as shown in FIG. 6A, a through
Filling through holes:
As shown in FIG. 6B, the through holes of the
Formation of metallization layer for wiring pattern:
The ceramic package usually has a wiring pattern (a signal layer, a ground layer, a power supply layer, and the like) on its surface and inside. Preferably, these wiring patterns can be advantageously formed by printing a metallized layer (also referred to as an internal metallized layer) in a pattern at the stage of a green sheet. The pattern of the wiring pattern metallization layer is determined according to a predetermined wiring layout. Examples of the metallized metal include tungsten and molybdenum. FIG. 6C shows a state where the
Cavity processing:
After filling the through-hole with the conductor and forming the metallized layer as described above, a rectangular opening for a cavity is formed substantially in the center of the green sheet. Various methods can be used for machining the cavity. For example, punching using a punch or the like is convenient.
[0029]
Since this cavity is processed along a punching line passing through the middle of the through hole for filling the conductor, the
[0030]
The above processing steps have been described assuming the manufacture of the main body of the ceramic substrate. According to this processing step, the frame of the substrate can be similarly manufactured. However, in the production of the frame, the step of punching an opening for the cavity during the production is omitted, and the opening is also formed at the same time when the frame is cut into individual pieces after metallization to improve the handleability. be able to.
Green sheet lamination:
After forming cavities, via holes, conductor patterns, wiring patterns, and the like in each green sheet, a required number of green sheets are laminated in a predetermined order and integrated by pressure. In laminating the green sheets, it is necessary to pay attention so that the conductor pattern, the wiring pattern and the like do not shift between the sheets. In the present invention, since the conductor pattern is formed in a semi-elliptical cross section, even a slight displacement does not adversely affect the electrical connection.
Cutting of laminated sheet (outer shape processing):
The laminated sheets manufactured as described above are individually cut along predetermined cutting lines. The obtained individual piece can be said to be a precursor of the target ceramic package. If necessary, profile each piece.
Baking of the package precursor:
The individual pieces obtained by cutting are put together in a firing furnace, fired at a predetermined temperature and integrated. The firing temperature varies depending on the type of ceramic and the like, but is usually a high temperature of about 1500 to 1600 ° C. As a result of the baking, the resin component contained in the package precursor is removed by thermal decomposition, and the conductive paste in the through-hole is metallized.
Adhesion of metal plate (heat sink):
It is preferable to attach a metal plate, for example, a copper plate, to the back surface of the package precursor by brazing for the purpose of heat radiation or the like.
Formation of metal plating layer:
After the above steps are completed, a metal plating layer is applied to the wiring pattern (surface metallization layer) exposed on the surface of the package precursor, if necessary. Applicable metal plating layers include, for example, a nickel plating layer and a gold plating layer. Through this plating layer, for example, connection with a semiconductor chip can be established. Thus, the ceramic package described above with reference to FIGS. 1 and 2 is completed.
[0031]
Further, external connection terminals may be provided on the back surface of the ceramic package. For example, when a plurality of leads are erected as external connection terminals, the lead frame can be brazed after nickel plating.
[0032]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, a ceramic package capable of conducting on the side surface is easy to manufacture, the width of the groove having the conductor pattern is small, and high-density wiring is possible. In addition, it is possible to provide a ceramic package which has high dimensional accuracy of the concave groove and does not show positional deviation.
[0033]
In fact, when this ceramic package is used, even if the wiring pattern is dense in the high-frequency transmission device, the ground layers can be reliably arranged on both sides of the signal line, and a satisfactory shielding effect can be obtained. Further, since the ground layers are all exposed on the surface of the ceramic substrate, the wiring layout can be realized without waste.
[0034]
Further, according to the present invention, it is possible to easily manufacture the concave groove of the ceramic package capable of conducting on the side surface with high dimensional accuracy and without positional deviation. In addition, the width of the concave groove can be reduced to 100 μm or less from the limit of about 400 to 500 μm in the conventional method, which can contribute to high density.
[0035]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device and other electronic devices that are excellent in moisture resistance and heat dissipation and that can be mounted at a high density by utilizing the advantages of the ceramic package.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a preferred embodiment of a ceramic package according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the ceramic package shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a conductor pattern portion of the ceramic package shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view schematically showing a method of forming the conductor pattern shown in FIG.
FIG. 5 is a flow sheet showing a preferred method of manufacturing the ceramic package shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view sequentially showing a method of forming the conductor pattern shown in FIG. 4;
FIG. 7 is a plan view and a sectional view schematically showing an example of a conventional leadless chip carrier.
FIG. 8 is a plan view schematically showing a method of forming an external conduction portion in the leadless chip carrier shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1. Ceramic substrate
2. Wiring pattern
3. Conductor pattern
4. Cavity
5. Semiconductor chip
6. Bonding wire
7 ... metal plate
10. Ceramic package
13 ... Through-hole
Claims (10)
前記キャビティを規定するセラミック基板の側壁に、該側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターンが形成されており、そして
前記導体パターンが、前記セラミック基板の表面及び(又は)内部に設けられた配線パターンどうしを接続していることを特徴とするセラミックパッケージ。A ceramic package including a ceramic substrate having a cavity for mounting electronic components at a substantially central portion,
On the side wall of the ceramic substrate defining the cavity, a conductor pattern having a semi-elliptical cross section is formed by notching and penetrating the side wall in a vertical direction, and the conductor pattern is formed on the surface of the ceramic substrate. And / or interconnecting wiring patterns provided inside the ceramic package.
前記導体パターンが、前記セラミック基板の形成途中で、長円形の横断面をもった導体充填の貫通孔をそのほぼ中間の位置で切断することによって形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載のセラミックパッケージ。The ceramic substrate is formed by molding a plurality of green sheets into a predetermined shape, laminating and firing, and the conductor pattern has an oblong cross section during the formation of the ceramic substrate. 2. The ceramic package according to claim 1, wherein the ceramic package is formed by cutting a through hole filled with a conductor at a substantially intermediate position.
前記キャビティを規定するセラミック基板の側壁に、該側壁を垂直方向に切欠きかつ貫通する半長円形の横断面をもった導体パターンが形成されており、そして
前記導体パターンが、前記セラミック基板の表面及び(又は)内部に設けられた配線パターンどうしを接続していることを特徴とする電子装置。An electronic device comprising: a ceramic package including a ceramic substrate having a cavity in a substantially central portion; and an electronic component mounted in the cavity.
On the side wall of the ceramic substrate defining the cavity, a conductor pattern having a semi-elliptical cross section is formed by notching and penetrating the side wall in a vertical direction, and the conductor pattern is formed on the surface of the ceramic substrate. And / or interconnecting wiring patterns provided inside the electronic device.
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