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JPS62263660A - Package and manufacture thereof - Google Patents

Package and manufacture thereof

Info

Publication number
JPS62263660A
JPS62263660A JP61107404A JP10740486A JPS62263660A JP S62263660 A JPS62263660 A JP S62263660A JP 61107404 A JP61107404 A JP 61107404A JP 10740486 A JP10740486 A JP 10740486A JP S62263660 A JPS62263660 A JP S62263660A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
ceramic layer
metal
base
metal substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61107404A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Matsumura
紀明 松村
Eiji Kamijo
栄治 上條
Yasunori Ando
靖典 安東
Kiyoshi Ogata
潔 緒方
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP61107404A priority Critical patent/JPS62263660A/en
Priority to US07/048,357 priority patent/US4831212A/en
Publication of JPS62263660A publication Critical patent/JPS62263660A/en
Priority to US07/168,056 priority patent/US4875284A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a package having excellent electrical insulating properties, thermal conductivity, reliability, etc. and high profit ability and difficult to be peeled by specifying the constitution of a base and a cap. CONSTITUTION:A base 10 has a metallic base body 11 with an indentation for loading a chip 40, a ceramic layer 13 formed onto the metallic base body 11 and having electrical insulating properties, a metallic layer 15 patterned and shaped to a predetermined circuit extending over an outer circumferential section from a peripheral section on the ceramic layer 13, and mixed layers 12, 14 each formed near respective interface of the metallic base body 11, the ceramic layer 13 and the metallic layer 15 and including a constituent on both sides of the interfaces. On the other hand, a cap 20 has a box-shaped metallic base body 21, a ceramic layer 23 shaped to a peripheral section on the side opposite to the base 10 of the metallic base body 21 and having electrical insulating properties, and a mixed layer 22 formed near the interface of the metallic base body 21 and the ceramic layer 23 and including both constituents.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、rc、半導体素子等のチップ実装用のパッ
ケージとその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a package for mounting chips such as RC and semiconductor devices, and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

IC1半導体素子等のチップの大規模化、高集積化等の
進展により、チップからの熱の放熱等が問題となってき
ており、従来のアルミナ(A1203)製のパッケージ
に変わるものとして、■Be01AIN、SiC等の熱
伝導性の良好なセラミックスバ・7ケージ、■鉄板にほ
うろうがけをしたほうろうパンケージ、■金属基体に絶
8i物を接着剤で接着したパンケージ、■金属基体にセ
ラミックス粉末を溶射したパフケージ、■金属基体にP
VD法、CVD法等でセラミックス薄膜を成膜したパン
ケージ、■金属基体の表面に有機高分子の絶縁層を形成
したパッケージ、等が提案検討されている。
As chips such as IC1 semiconductor devices become larger and more highly integrated, heat dissipation from the chips has become a problem, and as an alternative to the conventional alumina (A1203) package, ■Be01AIN , 7 cages made of ceramics with good thermal conductivity such as SiC, ■ Enamel pan cages made of enameled iron plates, ■ Pan cages made of 8I material bonded to metal bases with adhesive, ■ Ceramic powder sprayed on metal bases. Puff cage, ■P on metal base
Proposals and studies have been made such as a pan cage in which a ceramic thin film is formed by a VD method, a CVD method, etc., and a package in which an insulating layer of an organic polymer is formed on the surface of a metal substrate.

〔従来の技術の問題点〕 しかしながら、上記のようなパッケージにはそれぞれ次
のような問題があり、いずれも満足すべきものとは言い
難い。
[Problems with the Prior Art] However, each of the above-mentioned packages has the following problems, and it is difficult to say that any of them are satisfactory.

■ Be05AIN、SiC等のセラミックスパッケー
ジは、アルミナパッケージに比較して熱伝導性は5〜2
0倍高いが、原料粉末の精製、粉末の粒度制御、成形、
焼結等の工程を経て製作されるため、工程が複雑である
。更に高温下(1500〜2000℃)での焼結を行わ
ねばならず、大形パッケージの製作が困難、熱歪みの発
生、コスト高等の欠点がある。特にBeOは熱伝導性が
高いが、有毒物質であり、高価であるため、非常に限定
された分野にしか利用できない。
■ Ceramic packages such as Be05AIN and SiC have a thermal conductivity of 5 to 2 compared to alumina packages.
Although it is 0 times more expensive, it is suitable for refining raw material powder, controlling particle size of powder, molding,
The process is complicated because it is manufactured through processes such as sintering. Furthermore, sintering must be performed at high temperatures (1,500 to 2,000°C), making it difficult to manufacture large packages, causing thermal distortion, and increasing costs. In particular, BeO has high thermal conductivity, but it is a toxic substance and is expensive, so it can only be used in very limited fields.

■ はうろうパンケージは、650〜800°Cの高温
でほうろうフリットを溶融するため、絶縁層としてのほ
うろう層が0.5mm以上と厚く、熱伝導性が劣る。は
うろう層を薄くする(0.1+++m以下)と、ピンホ
ールの存在により絶縁耐圧が低下して実用化できない欠
点がある。
■ Since the enamel frit of the porcelain pancage is melted at a high temperature of 650 to 800°C, the enamel layer as an insulating layer is as thick as 0.5 mm or more, resulting in poor thermal conductivity. If the floating layer is made thinner (less than 0.1+++ m), the dielectric strength voltage decreases due to the presence of pinholes, resulting in a disadvantage that it cannot be put to practical use.

■ 金属基体にアルミナ等の絶縁物を接着したパッケー
ジでは、接着層での熱抵抗が増大すること、接着強度の
ばらつき等の欠点があり実用化はされていない。
■ Packages in which an insulating material such as alumina is bonded to a metal base have drawbacks such as increased thermal resistance in the adhesive layer and variations in adhesive strength, and have not been put into practical use.

■ 金属基体にセラミックス粉末を溶射したパッケージ
は、溶射絶縁層にピンホールが多く、絶縁耐圧および絶
縁層表面の平滑性に欠ける等の欠点がある。
■ Packages in which ceramic powder is thermally sprayed onto a metal substrate have drawbacks such as a large number of pinholes in the thermally sprayed insulating layer and a lack of dielectric strength and smoothness of the surface of the insulating layer.

■ 金属基体にPVD法、CVD法等でセラミックス薄
膜を成膜したパンケージは、セラミックス薄膜の形成に
500℃以上の高温処理が必要であり、金属基体の選択
余地、基体のなまりによる強度低下等に問題がある。更
に、薄膜と金属基体との密着性が弱く、膜質のばらつき
も大きい等の欠点がある。
■ Pancages in which a ceramic thin film is deposited on a metal substrate by PVD, CVD, etc. require high-temperature treatment of 500°C or higher to form the ceramic thin film, which leaves a lot of room for choice in the metal substrate and reduces strength due to rounding of the substrate. There's a problem. Further, there are drawbacks such as poor adhesion between the thin film and the metal substrate and large variations in film quality.

■ 有機高分子薄膜層を持つパッケージは、高分子の耐
熱性が悪く、熱伝導性が小さく高熱放散性ではあり得な
い等の欠点がある。
■ Packages with organic polymer thin film layers have drawbacks such as the polymer's poor heat resistance and low thermal conductivity, making it impossible to provide high heat dissipation.

一方、上記のような各種パッケージの絶縁物(層)上に
は、通常、チップとの接合や配線回路に用いるための金
属層が形成されているけれども、従来はこれを接着剤、
厚膜法、PVD法、CVD法等の技術を用いて形成して
おり、これらに共通する問題として、金属層の絶縁物層
に対する密着性が悪く、例えばリードの半田付は時の熱
応力等で剥離し易いという問題がある。また金属層の密
着性を高めるためには、プロセスの精密制御が必要であ
るためコスト高になるという問題もある。
On the other hand, on the insulators (layers) of the various packages mentioned above, a metal layer is usually formed for bonding with chips and for use in wiring circuits, but conventionally this has been done using adhesives,
It is formed using technologies such as thick film method, PVD method, and CVD method, and a common problem with these methods is poor adhesion of the metal layer to the insulator layer, such as thermal stress when soldering leads. There is a problem that it is easy to peel off. Furthermore, in order to improve the adhesion of the metal layer, precise control of the process is required, resulting in an increase in cost.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

そこでこの発明は、電気絶縁性、熱伝導性、信頼性等に
優れていると共に、金属層の密着性が高くて剥離しにく
く、しかも経済性の高いパッケージとその製造方法を提
供することを目的とする。
Therefore, the purpose of this invention is to provide a package that has excellent electrical insulation properties, thermal conductivity, reliability, etc., has a high adhesion of the metal layer and is difficult to peel off, and is highly economical, as well as a method for manufacturing the same. shall be.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この発明に係るパッケージの一例を示す断面
図である。このパッケージはCerDTPタイプのもの
であって、IC1半導体素子等のチップ40搭載用のベ
ースエ0と、当該ベース10上に被せて内部を封止する
ためのキャップ20を備えており、そしてリードフレー
ム60が当言亥パッケージの両側に配列されている。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a package according to the present invention. This package is of the CerDTP type and includes a base 0 for mounting a chip 40 such as an IC1 semiconductor element, a cap 20 for covering the base 10 to seal the inside, and a lead frame 60. are arranged on both sides of the package.

詳述すると、ベース10は、チップ40搭載用の窪みを
有する金属基体11と、金属基体11上に形成された電
気絶縁性を有するセラミック層13と、セラミック層1
3上の周辺部から外周部にかけて所定の回路にパターン
化されて形成された金属層15と、金属基体11、セラ
ミック層13および金属層15の各界面付近にそれぞれ
形成されていてその1両側の構成物質を含んで成る混合
層12.14とを備えている。
Specifically, the base 10 includes a metal base 11 having a recess for mounting the chip 40, a ceramic layer 13 having electrical insulation properties formed on the metal base 11, and a ceramic layer 1.
A metal layer 15 is patterned into a predetermined circuit from the periphery to the outer periphery on 3, and is formed near each interface between the metal base 11, the ceramic layer 13, and the metal layer 15, and on both sides of the metal layer 15. and a mixed layer 12,14 comprising constituent materials.

そしてこの例では、ベース10の窪みの部分にチップ4
0が接合材30で接合、例えばロウ付けされており、チ
ップ40の電極とパターン化された金属層15とがA 
ll % A 1等のワイヤ50でそれぞれボンディン
グされており、更にパッケージの両側に導出された金属
層15にリードフレーム60がそれぞれ導電接合、例え
ばロウ付けされている。
In this example, the chip 4 is placed in the recessed part of the base 10.
0 is bonded, for example, brazed, with a bonding material 30, and the electrodes of the chip 40 and the patterned metal layer 15 are connected to A.
They are each bonded with wires 50 such as ll% A1, and lead frames 60 are electrically bonded, for example brazed, to the metal layers 15 led out on both sides of the package.

一方キャップ20は、箱状をした金属基体21と、金属
基体21の前記ベース10と対向する側の周辺部に形成
された電気絶縁性を有するセラミック層23と、金属基
体21とセラミック層23の界面付近に形成されていて
両者の構成物質を含んで成る混合層22とを備えている
On the other hand, the cap 20 includes a box-shaped metal base 21, an electrically insulating ceramic layer 23 formed on the periphery of the metal base 21 on the side facing the base 10, and a ceramic layer 23 formed between the metal base 21 and the ceramic layer 23. The mixed layer 22 is formed near the interface and includes the constituent materials of both.

そしてこの例では、当該キャップ20を、上述のような
チップ40を搭載して配線したベース10上に被せて、
両者の間を例えば低融点ガラス等の封止材70で気密封
止している。
In this example, the cap 20 is placed over the base 10 on which the chip 40 as described above is mounted and wired,
The space between the two is hermetically sealed with a sealing material 70 such as low melting point glass.

上記金属基体11.21の材質としては、熱伝導率が高
くかつ熱膨張率がチップ40のそれに近いものを選択す
るのが好ましく、例えばAI 、 A1合金、Cu S
Cu合金、ステンレス、Fe−42Ni、コバール等か
ら選ばれる。この場合、金5基体11および21の両者
の材質は、互いに同質でも異質でも良い。また金属基体
11.21の形状は、用途等に応じて、図示側以外の種
々のものが採り得る。
As the material of the metal base 11.21, it is preferable to select a material that has high thermal conductivity and a coefficient of thermal expansion close to that of the chip 40, such as AI, A1 alloy, CuS, etc.
Selected from Cu alloy, stainless steel, Fe-42Ni, Kovar, etc. In this case, the materials of both the gold 5 substrates 11 and 21 may be the same or different. Further, the metal base 11.21 may have various shapes other than those shown in the drawings depending on the purpose and the like.

セラミック層13.23の種類としては、熱伝導性、電
気絶縁性に優れ誘電率が小さくかつ熱膨張率が搭載する
チップ40のそれに近いものを選択するのが好ましく、
例えば立方晶窒化ホウ素(C−BN)、立方晶BNを含
む窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム<AIN) 
、リン化ホウ素(BP)、ダイヤモンド、ダイヤモンド
類似の炭素、窒化シリコン(Si3N4)等から選ばれ
る。
As for the type of ceramic layer 13.23, it is preferable to select one that has excellent thermal conductivity and electrical insulation, has a small dielectric constant, and has a coefficient of thermal expansion close to that of the mounted chip 40.
For example, cubic boron nitride (C-BN), boron nitride (BN) containing cubic BN, aluminum nitride <AIN)
, boron phosphide (BP), diamond, diamond-like carbon, silicon nitride (Si3N4), etc.

この場合、セラミック層13および23の両者の種類は
、互いに同質でも異質でも良い。またこの例では、キャ
ップ20側においては、その金属基体21の周辺部にの
みセラミック層23および混合層22を形成しているけ
れども、必要に応じて金属基体21のベース10と対向
する側の全面にそれらを形成しておいても良い。
In this case, the types of both ceramic layers 13 and 23 may be the same or different. Further, in this example, on the cap 20 side, the ceramic layer 23 and the mixed layer 22 are formed only on the peripheral part of the metal base 21, but if necessary, the entire surface of the metal base 21 facing the base 10 may be formed. You can also form them.

金属層150種類としては、4電性等に優れたものを選
択するのが好ましく、例えばW、Mo、NiXCu、、
AI、Au、Ag、各種合金等から選ばれる。また当該
金属層15は、この例ではセラミック層13上のチップ
40の接合部付近には形成されていないけれども、必要
に応じてそこにも金属層15を形成しておいても良い。
As for the 150 kinds of metal layers, it is preferable to select those having excellent tetraelectricity, such as W, Mo, NiXCu, etc.
Selected from AI, Au, Ag, various alloys, etc. Further, although the metal layer 15 is not formed near the joint of the chip 40 on the ceramic layer 13 in this example, the metal layer 15 may be formed there as well, if necessary.

尚、この例ではリードフレーム60は、金属層15の端
部をベース10の外周部まで延設しておいてそこで接合
するようにしているけれども、そのようにせずにリード
フレーム60の端部を折り曲げてベース10の上面部に
おいて金属層15と接合するようにしても良い。また上
記では、CerDIP形パンケージを例示したけれども
、この発明はそれに限定されるものではなく、他のタイ
プ、例えばSIP形、フラット(FP)形、チンプキャ
リャ形、プラグイン形等のパッケージにも適用すること
ができるのは勿論である。
In this example, the lead frame 60 extends the end of the metal layer 15 to the outer periphery of the base 10 and joins there; however, the end of the lead frame 60 is It may be bent and joined to the metal layer 15 at the upper surface of the base 10. Furthermore, although the CerDIP type package is illustrated above, the present invention is not limited thereto, and can also be applied to other types of packages, such as SIP type, flat (FP) type, chimp carrier type, plug-in type, etc. Of course you can.

上記のようなパッケージの特徴を列挙すれば次のとおり
である。
The features of the above packages are listed below.

■ ベース10は、熱伝道性の便れた金属基体11上に
熱伝導性および電気絶縁性の優れたセラミック層13を
密着形成したものであるから、電気絶縁性および熱伝導
性に優れている。キャップ20も同様である。従って、
チップ40の熱による劣化や誤動作が少なく、高集積化
、高速化が可能である。
■ The base 10 has excellent electrical insulation and thermal conductivity because it is made by closely forming a ceramic layer 13 with excellent thermal conductivity and electrical insulation on a metal base 11 with excellent thermal conductivity. . The same applies to the cap 20. Therefore,
There is little deterioration or malfunction of the chip 40 due to heat, and high integration and high speed are possible.

■ しかもベース10においては、金属基体11とセラ
ミック層13問およびセラミック層13と金属層15間
には接着剤を用いておらず、また混合層12.14の存
在によって金属基体11とセラミック層13間の界面お
よびセラミック層13と金属層15間の界面の組成がそ
れぞれ連続的に変化したものとなるため、金属基体11
とセラミック113間、更にはセラミック層13と金属
層15間の熱伝導が非常に良い。キャップ20において
も同様である。
(2) Moreover, in the base 10, no adhesive is used between the metal base 11 and the 13 ceramic layers and between the ceramic layer 13 and the metal layer 15, and the presence of the mixed layer 12. Since the composition of the interface between the ceramic layer 13 and the metal layer 15 changes continuously, the composition of the interface between the ceramic layer 13 and the metal layer 15 changes continuously.
The heat conduction between the ceramic layer 13 and the ceramic layer 113, and further between the ceramic layer 13 and the metal layer 15 is very good. The same applies to the cap 20.

■ 更に、ベース10においては、混合層12.14が
言わば喫のような作用をするので、金属基体11とセラ
ミック層13問およびセラミック層13と金属層15間
の密着性が高く従ってセラミ・ツク層13、金属層15
が剥離しにくい。また金属基体11とセラミック層13
問およびセラミック層13と金属層15間の熱膨張率の
違いを組成が連続的に変化している混合層12.14で
それぞれ吸収できるためクラックの発生も起こらない。
Furthermore, in the base 10, the mixed layers 12 and 14 act like a barrier, so that the adhesion between the metal base 11 and the 13 ceramic layers and between the ceramic layer 13 and the metal layer 15 is high, and therefore the ceramic layer 13, metal layer 15
is difficult to peel off. In addition, the metal base 11 and the ceramic layer 13
Since the difference in coefficient of thermal expansion between the ceramic layer 13 and the metal layer 15 can be absorbed by the mixed layers 12 and 14 whose compositions are continuously changing, cracks do not occur.

従って信顛性が高い。キャンプ20においても同様であ
る。
Therefore, it has high reliability. The same applies to camp 20.

■ ベース10における金属基体11上のセラミンク層
13は十分に薄くすることが可能であり、そのようにす
ればベース10上に載せられるチップ40と金属基体1
1との熱伝導を一層良くすることができる。
■ The ceramic layer 13 on the metal substrate 11 in the base 10 can be made sufficiently thin, so that the chip 40 placed on the base 10 and the metal substrate 1 can be made thin enough.
It is possible to further improve heat conduction with 1.

■ ベース10、キャップ20共に、セラミックス基板
単独の場合に比べて、大面積のものを容易にかつ安価に
得ることができる。
(2) Both the base 10 and the cap 20 can be made with a larger area easily and at a lower cost than when a ceramic substrate is used alone.

次に上記のようなパッケージの製造方法の一例を第2図
を参照して説明する。第2図は、この発明に係る製造方
法を実施する装置の一例を示す概略図である。
Next, an example of a method for manufacturing the package as described above will be explained with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for carrying out the manufacturing method according to the present invention.

まずベース10側の製造方法について説明すると、前述
したような金属基体11がホルダ80に取り付けられて
真空容器(図示省略)内に収納されており、当該金属基
体11に向けて蒸発源81およびイオン源84が配置さ
れている。金属基体11は、予め表面を研磨および洗浄
しておくのが好ましい。蒸発源81は例えば電子ビーム
蒸発源であり、蒸発材料82を加熱蒸気化して蒸着物質
83を金属基体11上に蒸着させることができる。
First, the method of manufacturing the base 10 side will be described. The metal base 11 as described above is attached to the holder 80 and housed in a vacuum container (not shown), and an evaporation source 81 and ion are directed toward the metal base 11. A source 84 is located. It is preferable that the surface of the metal base 11 be polished and cleaned in advance. The evaporation source 81 is, for example, an electron beam evaporation source, and can heat and vaporize the evaporation material 82 to deposit the evaporation substance 83 onto the metal substrate 11 .

イオン#84は例えばバケット型イオン源が好ましく、
それによれば供給されたガスGをイオン化して均一で大
面積のイオン85を加速して金属基体11に向けて照射
することができるので、一度に大面積の処理が可能にな
る。尚、86は金属基体11上に形成される薄膜の膜厚
モニタである。
Ion #84 is preferably a bucket type ion source, for example.
According to this, it is possible to ionize the supplied gas G, accelerate uniform ions 85 over a large area, and irradiate the metal substrate 11 with the ions 85, thereby making it possible to process a large area at one time. Note that 86 is a film thickness monitor for a thin film formed on the metal substrate 11.

上記蒸着物質83およびイオン85の種類は、金属基体
11上にセラミック層13 (あるいは後述するように
金属基体21上にセラミック層23)を形成する場合は
その種類に応じて例えば次のような組み合わせとする。
When forming the ceramic layer 13 on the metal substrate 11 (or the ceramic layer 23 on the metal substrate 21 as described later), the types of the vapor deposition substance 83 and the ions 85 may be selected depending on the types, for example, the following combinations. shall be.

■ セラミック層が立方晶BNまたは立方晶BNを含む
BHの場合 蒸着物質83としてホウ素(B)。イオン85として窒
素(N)イオン。
(2) When the ceramic layer is cubic BN or BH containing cubic BN, boron (B) is used as the vapor deposition substance 83. Nitrogen (N) ion as ion 85.

■ セラミック層がAINの場合 蒸着物質83としてアルミニウム(A1)。イオン85
として窒素イオン。もっともこの場合、金属基体11が
AIの場合は初期段階では当該金属基体11上にNイオ
ンを照射・注入するだけでも良い。その際の注入量は、
例えば1×1016〜lXl0I11イオン/cm2程
度にするのが好ましい。
■ When the ceramic layer is AIN, the vapor deposition material 83 is aluminum (A1). ion 85
as nitrogen ions. However, in this case, if the metal base 11 is made of AI, it is sufficient to simply irradiate and implant N ions onto the metal base 11 in the initial stage. The injection amount at that time is
For example, it is preferably about 1×10 16 to 1×10 I 11 ions/cm 2 .

そのようにすれば、スパッタを抑え、かつ抵抗率の高い
AINを形成することができる。
In this way, spatter can be suppressed and AIN with high resistivity can be formed.

■ セラミック層がBPの場合 蒸着物質83としてホウ素。イオン85としてリン(P
)イオン。またはその逆。
■ When the ceramic layer is BP, boron is used as the vapor deposited substance 83. Phosphorus (P) as ion 85
)ion. Or vice versa.

■ セラミック層がダイヤモンドまたはダイヤモンド類
似の炭素の場合 蒸着物質83として炭素(C)。イオン85として炭素
イオン、水素イオン、アルゴン等の不活性ガスイオンの
1種以上、あるいはそれにダイヤモンド形成促進用にケ
イ素イオンを若干加えたもの。
■ If the ceramic layer is diamond or diamond-like carbon, carbon (C) is used as the deposited substance 83. The ion 85 is one or more of carbon ions, hydrogen ions, inert gas ions such as argon, or a small amount of silicon ions added thereto to promote diamond formation.

■ セラミック層が5i3Nnの場合 蒸着物質83としてケイ素。イオン85として窒素イオ
ン。
■ When the ceramic layer is 5i3Nn, silicon is used as the vapor deposited substance 83. Nitrogen ion as ion 85.

処理に際しては、真空容器内を例えば10−5〜]、o
−7To r r程度にまで排気した後、まずセラミッ
ク層13を形成するために、蒸発源81からの上述のよ
うな蒸着物質83を金属基体11上に蒸着させるのと同
時に、またはそれと交互に、イオン源84からの上述の
ようなイオン85を金属基体11に向けて照射する。こ
れによって金属基体ll上に、イオン85の押し込み(
ノックオン)作用により、成膜の初期段階で前述したよ
うな混合層12が形成され、更に引き続いて前述したよ
うなセラミック層13が形成され、その結果例えば第1
図に示したようなベース10のセラミック7i!131
N下の部分が得られる。
During the treatment, the inside of the vacuum container may be heated to 10-5~], o
After evacuation to about -7 Torr, first, in order to form the ceramic layer 13, the above-mentioned vapor deposition substance 83 is vapor-deposited from the evaporation source 81 onto the metal substrate 11, and at the same time or alternately, Ions 85 as described above from the ion source 84 are irradiated toward the metal substrate 11 . As a result, the ions 85 are pushed (
Due to the knock-on) action, a mixed layer 12 as described above is formed at the initial stage of film deposition, and subsequently a ceramic layer 13 as described above is formed, resulting in the formation of, for example, the first
Ceramic 7i with base 10 as shown in the figure! 131
A portion below N is obtained.

上記の場合、蒸着物質/照射イオンの粒子比(組成比)
は、セラミック層13の種類に応じて適切な値をそれぞ
れ選ぶものとする。
In the above case, the particle ratio (composition ratio) of vapor deposition substance/irradiation ion
shall be selected as appropriate values depending on the type of ceramic layer 13.

また、イオン85の加速エネルギーは、50KeV程度
以下にするのが好ましい。これは、エネルギーがそれ以
上になると、イオン85のスパッタ作用により平滑な膜
面が得られなくなる恐れがあると共に、セラミック層1
3の内部に欠陥等の損傷部が多くなって良質のセラミッ
ク層13が得られなくなる恐れがあるからである。
Further, the acceleration energy of the ions 85 is preferably about 50 KeV or less. This is because if the energy exceeds this level, there is a risk that a smooth film surface cannot be obtained due to the sputtering action of the ions 85, and the ceramic layer 1
This is because there is a possibility that a high quality ceramic layer 13 cannot be obtained due to an increase in the number of damaged parts such as defects inside the ceramic layer 3 .

更に、金属基体11の表面を加熱手段(図示省略)によ
って例えば数百〜500°C程度にまで加熱しながら膜
形成をしても良く、そのようにすれば上記損傷部や注入
イオンによるボリュームを軽減させることができると共
に、膜形成の反応を促進することができる場合もある。
Furthermore, the film may be formed while heating the surface of the metal substrate 11 to, for example, several hundred to 500 degrees Celsius using a heating means (not shown). In this way, the volume caused by the damaged portions and implanted ions can be reduced. In some cases, it is possible to reduce the amount of damage and also to promote the film-forming reaction.

そして上記のようにしてセラミックI’i13を形成し
た後、例えば上記のような蒸発源81およびイオン[8
4を用いて、セラミック層13に対して金属蒸気の蒸着
を行い、かつその後交互にまたはそれと同時に、加速さ
れた不活性ガスイオンの照射を行う。この場合、蒸着物
質83としては例えば、W、Mo、Ni、Cu、AI、
Au、Ag、各種合金等を用いる。またイオン85とし
ては、例えばアルゴン、キセノン、窒素等の不活性ガス
イオンを用いる。以上によって、セラミック層13上に
金属層15が、かつその界面付近に混合層14が形成さ
れる。
After forming the ceramic I'i13 as described above, for example, the evaporation source 81 and the ions [8
4, the ceramic layer 13 is deposited with metal vapor, and then alternately or simultaneously irradiated with accelerated inert gas ions. In this case, examples of the vapor deposition substance 83 include W, Mo, Ni, Cu, AI,
Au, Ag, various alloys, etc. are used. Further, as the ions 85, for example, inert gas ions such as argon, xenon, nitrogen, etc. are used. Through the above steps, the metal layer 15 is formed on the ceramic layer 13, and the mixed layer 14 is formed near the interface thereof.

上記金属層15を所定回路にパターン化する方法として
は、所定のパターンをしたマスクを介して上記蒸着とイ
オン照射とを行っても良く、そのようにすれば別工程を
要することなく簡単に、セラミック層13上の一部分に
電気回路としてパターン化された金属層15を形成する
ことができる。
As a method for patterning the metal layer 15 into a predetermined circuit, the vapor deposition and ion irradiation may be performed through a mask with a predetermined pattern. A metal layer 15 patterned as an electrical circuit can be formed on a portion of the ceramic layer 13.

もっとも、所定の電気回路パターンを得る方法としては
、上記のようにして金属層15を形成した後、従来技術
であるエツチング法等によってそれをパターン化しても
良い。以上の結果例えば第1図に示したようなベース1
0が得られる。
However, as a method for obtaining a predetermined electric circuit pattern, it is also possible to form the metal layer 15 as described above and then pattern it using a conventional etching method or the like. As a result of the above, for example, base 1 as shown in Figure 1
0 is obtained.

上記の場合、金属層15の蒸着膜厚は、照射するイオン
85の飛程(平均射影飛程)程度とするのが好ましい。
In the above case, it is preferable that the thickness of the metal layer 15 is approximately equal to the range (average projected range) of the irradiated ions 85.

そのようにすれば、金属層15とセラミック層13のち
ょうど界面付近に効果的に混合層14を形成することが
できるからである。
This is because by doing so, the mixed layer 14 can be effectively formed just near the interface between the metal layer 15 and the ceramic layer 13.

尚、混合層14を形成した後に更に金属層15の厚みを
成長させる蒸着を行っても良い。
Incidentally, after forming the mixed layer 14, vapor deposition may be performed to further increase the thickness of the metal layer 15.

またイオン85の加速エネルギーは、50Ke■程度以
下にするのが好ましい。これは、エネルギーがそれ以上
になると、イオン85のスパッタ作用により平滑な膜面
が得られなくなる恐れがあるからである。
Further, the acceleration energy of the ions 85 is preferably about 50 Ke■ or less. This is because if the energy exceeds this level, there is a possibility that a smooth film surface cannot be obtained due to the sputtering action of the ions 85.

更に上記処理は、セラミック層13の表面を加熱手段(
図示省略)によって数百〜400 ’C程度にまで加熱
しながら行っても良く、そのようにすれば金属層15と
セラミック層13とのなじみを良くして混合層14を効
率良く形成することができる。
Further, in the above treatment, the surface of the ceramic layer 13 is heated by heating means (
(not shown) may be carried out while heating to about several hundred to 400'C. In this way, the metal layer 15 and the ceramic layer 13 can be made to fit well and the mixed layer 14 can be formed efficiently. can.

次にキャップ20の製造方法について説明すると、例え
ば第2図のホルダ80に前述したような金属基体21を
取り付け、上述したベース10の製造の場合と同様に、
金属基体21に対して前述したような蒸着物質83の蒸
着と加速されたイオン85の照射とを行うことによって
、当該金属基体21上にセラミック層23を、かつ両者
の界面付近に混合層22を形成する。これによってキャ
ップ20が製造される。この場合、金属基体21の周辺
部のみにセラミック層23等を形成する場合は、マスク
等を使用しても良い。その池詳細は、前述したベース1
0のセラミック層13および混合層12形成の場合と同
様であるので、ここではその説明を省略する。
Next, a method for manufacturing the cap 20 will be described. For example, the metal base 21 as described above is attached to the holder 80 in FIG. 2, and as in the case of manufacturing the base 10 described above,
By performing vapor deposition of the vapor deposition substance 83 and irradiation of accelerated ions 85 on the metal substrate 21 as described above, a ceramic layer 23 is formed on the metal substrate 21 and a mixed layer 22 is formed near the interface between the two. Form. In this way, the cap 20 is manufactured. In this case, if the ceramic layer 23 and the like are to be formed only on the periphery of the metal base 21, a mask or the like may be used. The details of the pond are in Base 1 mentioned above.
Since this is the same as the case of forming the ceramic layer 13 and mixed layer 12 of No. 0, the explanation thereof will be omitted here.

尚、上記金属基体21上へのセラミック層23等の形成
は、前述した金属基体11上へのセラミック層13等の
形成と同時に行うこともできるし、別工程で行っても良
い。
Note that the formation of the ceramic layer 23 and the like on the metal base 21 can be performed simultaneously with the formation of the ceramic layer 13 and the like on the metal base 11 described above, or can be performed in a separate process.

そして上記のようにしてベース10およびキャップ20
を形成した後は、それらを使用して、前述したような公
知の手段で、ベース10の金属層15とリードフレーム
60とを接合し、ベース10にチップ40を搭載し、チ
ップ40と金属層15とをワイヤボンドし、キャップ2
0を被せて封止材70で封止することにより、第1図に
示したようなデバイスを得ることができる。
Then, the base 10 and the cap 20 are assembled as described above.
After forming, the metal layer 15 of the base 10 and the lead frame 60 are bonded together using the known means as described above, the chip 40 is mounted on the base 10, and the chip 40 and the metal layer are bonded together. 15, and cap 2.
0 and sealing with the sealing material 70, a device as shown in FIG. 1 can be obtained.

上記のような製造方法の特徴を列挙すれば次のとおりで
ある。
The characteristics of the above manufacturing method are listed below.

■ 比較的低温(例えば数百℃以下)で処理できるため
、熱による歪み、クランクの発生が無く、良質のパッケ
ージが得られる。
■ Since it can be processed at relatively low temperatures (for example, below several hundred degrees Celsius), there is no distortion or cranking caused by heat, and high-quality packages can be obtained.

■ 不純物が少なく、膜質、膜厚の均一なセラミック層
13.23が得られるため、電気絶縁性および熱伝導性
に優れたパッケージが得られる。
(2) Since a ceramic layer 13.23 with few impurities and uniform film quality and thickness can be obtained, a package with excellent electrical insulation and thermal conductivity can be obtained.

■ セラミック層13.23として薄いものを形成可能
であり、従ってこの点からも熱伝導性の高いパッケージ
が得られる。
(2) It is possible to form a thin ceramic layer 13, 23, and therefore a package with high thermal conductivity can be obtained from this point as well.

■ 混合層重2.14.22によって密着性の高いセラ
ミック層13.23および金属層15が得られるので、
各層が剥離しに<<、信頼性の高いパッケージが得られ
る。
■ Since the ceramic layer 13.23 and metal layer 15 with high adhesion can be obtained by the mixed layer weight 2.14.22,
Each layer peels off easily, resulting in a highly reliable package.

■ 表面の平滑性の良いセラミック層13が得られるた
め、チップ40との密着性や熱伝導性の良いパッケージ
が得られる。
(2) Since the ceramic layer 13 with good surface smoothness is obtained, a package with good adhesion to the chip 40 and good thermal conductivity can be obtained.

■ 一度に大面積の処理が可能であり、また工程も簡単
であるため、パッケージの低コスト化が可能である。
■ It is possible to process a large area at one time, and the process is simple, so it is possible to reduce the cost of the package.

■ マクスを用いて金属層15のパターン化を行えば、
微細パターン化が可能であり、その結果多ピン化が容易
となってより集積度の高いICチップ等を実装すること
ができる。
■ If the metal layer 15 is patterned using MAKS,
Fine patterning is possible, and as a result, it is easy to increase the number of pins, making it possible to mount IC chips with a higher degree of integration.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明によれば、電気絶縁性、熱伝導性
、信頼性等に優れていると共に、金属層の密着性が高く
て剥離しにくく、しかも経済性の高いパッケージが得ら
れる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a package which is excellent in electrical insulation, thermal conductivity, reliability, etc., has a high adhesion of the metal layer and is difficult to peel off, and is highly economical.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明に係るパッケージの一例を示す断面
図である。第2図は、この発明に係る製造方法を実施す
る装置の一例を示す概略図である。 10・・・ベース、20・・・キャップ、11.21・
・・金属基体、12.14.22・・・混合層、13.
23・・・セラミック層、15・・・金属層、40・・
・チップ、83・・・蒸着物質、85.・・イオン。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a package according to the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for carrying out the manufacturing method according to the present invention. 10...Base, 20...Cap, 11.21.
...Metal base, 12.14.22...Mixed layer, 13.
23...Ceramic layer, 15...Metal layer, 40...
- Chip, 83... Vapor deposition substance, 85. ··ion.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)チップ搭載用のベースと当該ベース上に被せるキ
ャップを備えるパッケージにおいて、前記ベースが、金
属基体と、金属基体上に形成された電気絶縁性を有する
セラミック層と、セラミック層上の所定領域にパターン
化されて形成された金属層と、金属基体、セラミック層
および金属層の各界面付近にそれぞれ形成されていてそ
の両側の構成物質を含んで成る混合層とを備えており、 前記キャップが、金属基体と、金属基体上の前記ベース
と対向する側の少なくとも周辺部に形成された電気絶縁
性を有するセラミック層と、金属基体とセラミック層の
界面付近に形成されていて両者の構成物質を含んで成る
混合層とを備えることを特徴とするパッケージ。
(1) A package including a base for mounting a chip and a cap to be placed over the base, wherein the base includes a metal base, a ceramic layer having electrical insulation properties formed on the metal base, and a predetermined area on the ceramic layer. and a mixed layer formed in the vicinity of each interface between the metal substrate, the ceramic layer, and the metal layer and containing constituent materials on both sides thereof, the cap comprising: , a metal substrate, a ceramic layer having an electrically insulating property formed at least on the peripheral portion of the metal substrate on the side facing the base, and a ceramic layer formed near the interface between the metal substrate and the ceramic layer and containing constituent materials of both. and a mixed layer comprising:
(2)チップ搭載用のベースと当該ベースに被せるキャ
ップを備えるパッケージの製造方法において、 前記ベースを製造する工程として、真空中において、金
属基体に対して蒸気化された物質の蒸着と加速されたイ
オンの照射とを行うことによって、当該金属基体上に電
気絶縁性を有するセラミック層を、かつ両者の界面付近
に両者の構成物質を含んで成る混合層を形成する工程と
、当該工程によって形成されたセラミック層に対して金
属蒸気の蒸着と加速された不活性ガスイオンの照射とを
行うことによって、セラミック層上に金属層を、かつ両
者の界面付近に両者の構成物質を含んで成る混合層を形
成する工程と、当該金属層をパターン化する工程とを備
えており、 前記キャップを製造する工程として、真空中で金属基体
の少なくとも周辺部に対して、蒸気化された物質の蒸着
と加速されたイオンの照射とを行うことによって、当該
金属基体上の少なくとも周辺部に電気絶縁性を有するセ
ラミック層を、かつ両者の界面付近に両者の構成物質を
含んで成る混合層を形成する工程を備えていることを特
徴とするパッケージの製造方法。
(2) In a method for manufacturing a package comprising a base for mounting a chip and a cap to be placed on the base, the step of manufacturing the base includes the step of depositing a vaporized substance on a metal substrate in a vacuum and accelerating the process. ion irradiation to form an electrically insulating ceramic layer on the metal substrate and a mixed layer containing the constituent materials of both in the vicinity of the interface between the two; By performing vapor deposition of metal vapor and irradiation of accelerated inert gas ions on the ceramic layer, a mixed layer comprising a metal layer on the ceramic layer and constituent materials of both near the interface between the two can be obtained. and patterning the metal layer, and the step of manufacturing the cap includes depositing and accelerating a vaporized substance on at least a peripheral portion of the metal substrate in a vacuum. ion irradiation to form an electrically insulating ceramic layer on at least the peripheral portion of the metal substrate and a mixed layer containing the constituent materials of both in the vicinity of the interface between the two. A method for manufacturing a package characterized by:
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US07/168,056 US4875284A (en) 1986-05-09 1988-03-14 Process for producing a package for packing semiconductor devices

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6220765B1 (en) 1997-08-27 2001-04-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hermetically sealed optical-semiconductor container and optical-semiconductor module
US6345917B2 (en) 1997-08-27 2002-02-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hermetically sealed optical-semiconductor container and optical-semiconductor module

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