DE69416341T2

DE69416341T2 - Mehrschicht-Leiterahmen für eine Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE69416341T2
Application number: DE69416341T
Authority: DE
Inventors: Kuniyuki C/O Shinko Nagano-Shi Nagano Hori; Mitsuharu C/O Shinko Nagano-Shi Nagano Shimizu; Toshikazu C/O Shinko Nagano-Shi Nagano Takenouchi
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1994-05-23
Publication date: 1999-07-01
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: EP0626725A3; EP0626725A2; DE69416341D1; KR0125116B1; EP0626725B1; US5576577A; JPH06334105A; KR940027145A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Leiterrahmen und insbesondere auf einen Mehrschicht-Leiterrahmen für eine Halbleitervorrichtung vom mit Harz abgedichteten Typ, die eine Signalschicht, zumindest zwei Metallplatten oder -flächen und ein hermetisch abgedichtetes Harz enthält.
Ein üblicherweise bekannter Mehrschicht-Leiterrahmen für eine Halbleitervorrichtung weist zumindest drei leitende Schichten auf, d. h. eine Signalschicht, eine Stromversorgungsschicht und eine Erdungsschicht, die wiederum durch elektrisch isolierende Filme aus z. B. Polyimid aneinander angebracht oder aufeinander geschichtet sind.
In einem solchen Mehrschicht-Leiterrahmen kann, falls ein entkoppelnder bzw. Trennkondensator zwischen der Stromversorgungsschicht und der Erdungsschicht angeordnet ist, eine Art eines elektrischen Rauschens, "Prellen" genannt, reduziert werden, und daher kann die Änderung oder Variation der elektrischen Spannung in dem Stromversorgungssystem oder dem Erdungssystem infolge einer Schaltoperation des Halbleiterchips vorteilhafterweise minimiert werden.
Eine Verwendung eines solchen Mehrschicht-Leiterrahmens ermöglicht die Anbringung eines Halbleiterchips mit relativ hoher Leistung auf der Metallfläche wegen der Wärmestrahlung von der Metallfläche. Die Metallfläche kann auch als eine Erdungsschicht oder eine Stromversorgungsschicht verwendet werden, um die elektrischen Charakteristiken der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
Da jedoch in der jüngsten Zeit elektronische Vorrichtungen mit hoher Geschwindigkeit mehr und mehr nachgefragt wurden, kann infolge des gleichzeitigen Schaltens der Eingabe- und Ausgabepuffer eine Spannungsreduzierung in den Stromversorgungs- und Erdungssystemen auftreten. Dies würde zu einem Fehler im Betrieb führen.
Um die obigen Probleme zu lösen und die elektronische Vorrichtung zu verbessern, wurde vorgeschlagen, daß die elektrostatische Kapazität des entkoppelnden Kondensators erhöht wird. In der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 4-73825 ist zwischen der Stromversor gungsschicht und der Erdungsschicht eine Isolierungslage angeordnet. Eine solche Isolierungslage ist aus einem Isolierungsharz hergestellt, das eine ferroelektrische Substanz, wie z. B. Tantalatoxidpulver oder Bariumtitanatpulver, enthält, um die elektrostatische Kapazität des entkoppelnden Kondensators zu erhöhen.
Dieser Mehrschicht-Leiterrahmen weist jedoch die folgenden Probleme auf. Das heißt, obwohl ein ferroelektrisches Pulver in dem Isolierungsharz enthalten ist, wurde festgestellt, daß der erwartete theoretische Wert einer elektrostatischen Kapazität nicht erhalten werden konnte, wenn auch die Gründe nicht klar verstanden sind. Beispielsweise weist eine ein Bariumtitanatpulver enthaltende Isolierungslage eine Dielektrizitätskonstante (&epsi;) von etwa 10 auf.
Da ein entkoppelnder Kondensator mit einer großen elektrostatischen Kapazität, wie z. B. 10 nF bis 50 nF, erforderlich ist, kann der oben erwähnte Stand der Technik eine solche Anforderung nicht voll erfüllen.
Um einen entkoppelnden Kondensator mit einer größeren elektrostatischen Kapazität zu erhalten, ist es theoretisch möglich, einen größeren Anteil eines ferroelektrischen Pulvers in dem Isolierungsharz zu haben, aber dann würde die Haft- bzw. Klebeeigenschaft des Isolierungsharzes merklich verringert werden, und daher könnte in der Praxis ein solcher entkoppelnder Kondensator nicht verwendet werden. Gemäß dieser Erfindung weist ein Mehrschicht-Leiterrahmen für eine Halbleitervorrichtung auf:
eine Signalschicht aus einem Metallstreifen mit einem Signalmuster, das eine Vielzahl von Zuleitungen enthält;
eine erste Metallschicht, die an eine Oberfläche der Signalschicht durch eine Isolierungslage (16) geklebt und auf dieser geschichtet ist; und
eine zweite Metallschicht, die an die erste Metallschicht geklebt und von dieser elektrisch isoliert ist;
und ist gekennzeichnet durch:
eine Keramikplatte aus einer ferroelektrischen Substanz, die zwischen der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht angeordnet ist;
ein leitendes Klebematerial, das zwischen der Keramikplatte und der ersten Metallschicht angeordnet ist und an diesen klebt und zwischen der Keramikplatte und der zweiten Metallschicht angeordnet ist und an diesen klebt; und metallische Filme, die auf jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte gebildet sind.
Dies ermöglicht, daß die elektrostatische Kapazität des entkoppelnden Kondensators erhöht wird, so daß dessen Hochfrequenzcharakteristiken verbessert sind.
Es ist vorzuziehen, daß, wenn der Leiterrahmen in einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, die erste Metallschicht eine Stromversorgungsschicht und die zweite Metallschicht eine Erdungsschicht ist.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, daß die Keramikplatte aus einer Keramik hergestellt ist, die im wesentlichen aus Bariumtitanat oder Strontiumtitanat besteht. Eine solche Keramikplatte kann durch Sintern einer keramischen ungesinterten Lage bzw. Grünlinglage oder einer pulverförmigen Keramiksubstanz hergestellt werden.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, daß das leitende Klebematerial ein leitender Klebefilm aus einem Klebeharz ist, der dispergiertes Metallpulver enthält.
In einer Ausführungsform sind die metallischen Filme goldplattierte Filme.
Ein Mehrschicht-Leiterrahmen, der gemäß dieser Erfindung hergestellt ist, enthält darin einen entkoppelnden Kondensator, der eine große elektrostatische Kapazität haben kann, wie z. B. mehr als 10 nF, da eine kompakte Keramikplatte oder eine Keramikplatte mit hoher Dichte, die durch Sintern eines ferroelektrischen Pulvers hergestellt wurde, zwischen den Metallschichten angeordnet werden kann.
Bevorzugte Ausführungsformen eines Leiterrahmens gemäß dieser Erfindung werden nun mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Mehrschicht-Leiterrahmen ist;
Fig. 2 eine eine Keramikplatte veranschaulichende Draufsicht ist;
Fig. 3 eine partielle Querschnittsdarstellung einer Keramikplatte und metallischer Filme ist, die auf den jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte geschaffen sind; und
Fig. 4 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Taktfrequenz und der elektrostatischen Kapazität zeigt. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Mehrschicht- Leiterrahmens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Mehrschicht-Leiterrahmen dieser Ausführungsform, der als Ganzes durch eine Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, hat eine Dreischichtstruktur und weist eine Signalschicht 12, eine Stromversorgungsschicht 14 und eine Erdungsschicht 20 auf. In dieser Ausführungsform ist die Signalschicht 12 als eine obere Schicht, die Stromversorgungsschicht 14 als eine Zwischenschicht und die Erdungsschicht 20 als eine untere Schicht angeordnet.
Wie wohlbekannt ist, kann die Signalschicht 12 durch Ätzen oder Stanzen einer Metallplatte hergestellt werden und hat eine Vielzahl innerer Zuleitungen und äußerer Zuleitungen wie ein Leiterrahmen mit einer einzigen Schicht. In der gleichen Weise kann die Stromversorgungsschicht 14 durch Ätzen oder Stanzen einer Metallplatte hergestellt werden und weist eine Konfiguration wie ein quadratischer Rahmen mit einer zentralen quadratischen Öffnung 14a auf.
Die Stromversorgungsschicht 14 ist durch eine Isolierungslage 16 mit einem Klebemittel auf ihren jeweiligen Oberflächen auf den inneren Zuleitungsabschnitt der Signalschicht 12 geschichtet. Der innere Umfang, d. h. die zentrale Öffnung 14a, der Stromversorgungsschicht 14 steht nach innen von den Innenenden der inneren Zuleitungen der Signalschicht 12 vor, so daß die Stromversorgungsschicht 14 an einer wahlfreien Stelle von ihr mit einem Stromversorgungsanschluß auf dem Halbleiterchip 30 elektrisch verbunden werden kann, der auf diesem Mehrschicht-Leiterrahmen angebracht werden soll. Die Stromversorgungsschicht 14 weist einen nach außen vorstehenden Kontakt 18 auf, der mit einer Speiseleitung unter den inneren Zuleitungen der Signalschicht 12 elektrisch verbunden ist.
Die Erdungsschicht 20 kann ebenfalls durch Ätzen oder Stanzen einer Metallplatte hergestellt werden und hat eine rechtwinkelige oder quadratische Form. Die Erdungsschicht 20 ist durch eine ferroelektrische Keramikplatte 22 mit leitenden Klebefilmen 24a und 24b auf ihren jeweiligen Oberflächen auf der Stromversorgungsschicht 14 geschichtet. Ein Halbleiterchip 30 ist auf der Erdungsschicht 20 angebracht.
Der auf dem Mehrschicht-Leiterrahmen angebrachte Halbleiterchip 30 ist mit der Signalschicht 12, der Stromversorgungsschicht 14 und der Erdungsschicht 20 durch Verbindungsdrähte 34, 36 bzw. 38 elektrisch verbunden, wie in dieser Technik wohl bekannt ist. Der Halbleiterchip 30 wird dann mit einem Harz 32 hermetisch abgedichtet, um eine Halbleitervorrichtung zu vervollständigen.
Um die Abdichteigenschaften bezüglich des abdichtenden Harzes 32 zu verbessern, ist es vorzuziehen, daß die jeweiligen Isolierungslagen 16, die Stromversorgungsschicht 14, die Keramikplatte 22, die leitenden Klebefilme 24a, 24b und die Erdungsschicht 20 mit Durchgangslöchern 26 zum Verankern oder Überbrücken des abdichtenden Harzes 32 versehen sind.
Fig. 2 zeigt als ein Beispiel die Keramikplatte 22 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 26 für diesen Zweck.
Die Keramikplatte 22 kann folgendermaßen hergestellt werden. Eine Grünlinglage wird aus einem gemischten Brei eines ferroelektrischen Pulvers, wie z. B. Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Tantalat oder dergleichen, einem Lösungsmittel und einem organischen Bindemittel sowie einer Sinterhilfe hergestellt. Die Grünlinglage wird dann gesintert und geschliffen, um eine notwendige Dicke, wie z. B. 0,1 mm bis 0,3 mm, eher vorzugsweise etwa 0,15 mm, zu erhalten.
Falls die Keramikplatte hauptsächlich aus Bariumtitanat als dem ferroelektrischen Pulver hergestellt ist, kann eine Dielektrizitätskonstante mit einer Permittivität von 2.000 bis 3.000 oder gelegentlich bis zu mehr als 6.000 erhalten werden.
Die Keramikplatte 22 hat eine Rechteck- oder Quadratrahmenform, die im wesentlichen die gleiche wie die Stromversorgungsschicht 14 ist. Eine solche rahmenförmige Keramikplatte 22 kann durch maschinelle Bearbeitung der Lage mit Ultraschall oder mit einem Laser erhalten werden, nachdem die Grünlinglage gesintert ist.
Eine solche rahmenförmige Konfiguration kann auch in der Phase der Grünlinglage erhalten werden. Dies ist jedoch nicht vorzuziehen, da sich die Abmessung der Keramikplatte infolge der Schrumpfung im Sinterprozeß ändern oder eine Biegung dieser auftreten kann.
Ein Lötmittel bzw. Lötzinn kann ebenfalls als das leitende Klebematerial 24a und 24b verwendet werden. Der Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Lötzinn und der Keramikplatte 22 ist jedoch so groß, daß die Keramikplatte 22 beschädigt oder gebrochen werden kann. Deshalb ist es vorzuziehen, einen leitfähigen Harzfilm zu verwenden, der aus einem Klebeharz hergestellt ist, das mit einem leitenden Metallpulver gemischt ist, wie z. B. Silber oder dergleichen, und als eine Lage ausgebildet ist.
Falls der Mehrschicht-Leiterrahmen 10 wie oben beschrieben hergestellt wird, kann ein Mehrschicht-Leiterrahmen erhalten werden, der darin einen entkoppelnden Kondensator mit einer großen elektrostatischen Kapazität, wie z. B. 10 nF, enthält. Der Grund ist, daß eine kompakte Keramikplatte, die durch Sintern eines ferroelektrischen Pulvers hergestellt wird, zwischen die Schichten eingefügt ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform weist der Mehrschicht-Leiterrahmen drei Schichten auf; es sollte sich jedoch verstehen, daß ein Mehrschicht-Leiterrahmen mit vier oder mehr Schichten, wie z. B. mit zwei Stromversorgungsschichten, ebenfalls in einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben erhalten werden kann.
Fig. 3 ist eine vergrößerte partielle Querschnittsdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Mehrschicht- Leiterrahmens dieser Erfindung. Fig. 3 zeigt insbesondere Teile der Stromversorgungsschicht 14 und der Erdungsschicht 20. In dieser Ausführungsform werden metallische Filme 28a und 28b, wie z. B. goldplattierte Filme, auf den jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte 22 durch einen stromlosen Beschichtungsprozeß gebildet. Solche metallischen Filme 28a und 28b können auch durch jedes beliebige geeignete bekannte Verfahren, wie z. B. Verdampfen, Sputtern oder dergleichen gebildet werden.
Da die Keramikplatte 22 auf ihren jeweiligen Oberflächen mit metallischen Filmen 28a und 28b versehen ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbesserter Mehrschicht- Leiterrahmen erhalten werden, so daß die elektrostatische Kapazität erhöht werden kann und die Hochfrequenzcharakteristik zufriedenstellend wird.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Taktfrequenz und der elektrostatischen Kapazität in dem Fall A (Ausführungsform 1) zeigt, in dem nur die Keramikplatte 22 verwendet wurde, und einem Fall B (Ausführungsform 2), in dem metallische (in diesem Fall Au) Filme 28a und 28b auf den jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte 22 gebildet sind.
Wie aus Fig. 4 verstanden werden kann, wurde festgestellt, daß die elektrostatische Kapazität in dem Fall B, in dem Au-Filme auf den jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte 22 gebildet sind, die elektrostatische Kapazität merklich erhöht ist. Außerdem wurde festgestellt, daß im Fall A, in dem nur die Keramikplatte 22 verwendet wurde, die elektrostatische Kapazität bei einer Taktfrequenz um 300 kHz abrupt reduziert wird, und im Gegensatz dazu in dem Fall B, in dem Au-Filme gebildet sind, die elektrostatische Kapazität bis zu etwa 10 MHz im wesentlichen konstant ist und dann bei etwa 20 MHz abrupt verringert ist.
Man ist der Ansicht, daß der Grund für die Zunahme in der elektrostatischen Kapazität zwischen den metallischen Filmen auf den jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte 22 darin besteht, daß der Kontaktwiderstand der leitenden Klebefilme 24a und 24b durch Bilden der metallischen Filme 28a und 28b reduziert ist und die metallischen Filme 28a und 28b als Elektroden dienen, wobei der Abstand zwischen den Elektroden verringert ist. Die Gründe, warum die elektrostatische Kapazität bis zu einem Hochfrequenzgebiet stabil ist, sind nicht klar verstanden. Für die leitenden Klebefilme 24a und 24b in dieser Ausführungsform kann jeder leitende Film verwendet werden, der auf dem Markt erhältlich ist und verkauft wird, wie z. B. "STAYFORM" (Warenzeichen), das von A1- phametalls, Co. Inc., einem US-Unternehmen hergestellt wird, oder "ABLEFILM" (Warenzeichen), das von ABLESTIK Co. Inc., einem US-Unternehmen, hergestellt wird.

Claims

1. Mehrschicht-Leiterrahmen (10) für eine Halbleitervorrichtung (30) mit:

einer Signalschicht (12) aus einem Metallstreifen mit einem Signalmuster einschließlich einer Vielzahl von Zuleitungen;

einer ersten Metallschicht (14), die durch eine Isolierungslage (16) an eine Oberfläche der Signalschicht (12) geklebt und auf dieser geschichtet ist; und

einer zweiten Metallschicht (20), die an die erste Metallschicht (14) geklebt und von dieser elektrisch isoliert ist;

gekennzeichnet durch:

eine Keramikplatte (22) aus einer ferroelektrischen Substanz, die zwischen der ersten Metallschicht (14) und der zweiten Metallschicht (20) angeordnet ist;

einem leitenden Klebematerial (24), das zwischen der Keramikplatte (22) und der ersten Metallschicht (14) angeordnet ist und an diesen klebt und zwischen der Keramikplatte (22) und der zweiten Metallschicht (20) angeordnet ist und an diesen klebt; und

metallischen Filmen (28), die auf jeweiligen Oberflächen der Keramikplatte (22) gebildet sind.

2. Mehrschicht-Leiterrahmen nach Anspruch 1, worin die Keramikplatte (22) aus einer Keramik hergestellt ist, die im wesentlichen aus Bariumtitanat oder Strontiumtitanat besteht.

3. Mehrschicht-Leiterrahmen nach Anspruch 1 oder 2, worin das leitende Klebematerial (24) ein leitender Klebefilm aus einem ein metallisches Pulver enthaltenden Klebeharz ist.

4. Mehrschicht-Leiterrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die metallischen Filme plattiertes Gold sind.

5. Mehrschicht-Leiterrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die erste Metallschicht (14), die zwei te Metallschicht (20), die Keramikplatte (22) und das leitende Klebematerial (24) eine Vielzahl von Durchgangslöchern zum Überbrücken oder Verankern eines abdichtenden Harzes (32) aufweisen.

6. Halbleitervorrichtung mit einem Mehrschicht-Leiterrahmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die erste Metallschicht (14) eine Stromversorgungsschicht ist und die zweite Metallschicht (20) eine Erdungsschicht ist.