JP2000174166A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を１個あるいは複数個搭載する半導体搭載パッケージにおいて、
半導体素子を搭載する１個又は複数個のダイヤモンド基板と、
前記ダイヤモンド基板の半導体素子を搭載するのと反対の面に接合された高熱伝導性金属部材と、
リードフレームのリードを高熱伝導性金属部材から絶縁するための枠状のセラミックス部材と、
枠状の低熱膨張率金属部材とを有し、
前記高熱伝導性金属部材と前記セラミックス部材との接合部に前記低熱膨張率金属部材が介在し、前記枠中に前記高熱伝導性金属部材が埋め込まれ、かつ前記高熱伝導性金属部材の底面は、前記低熱膨張率金属部材の底面より出ていることを特徴とする半導体搭載パッケージ。
【請求項２】
半導体素子を１個あるいは複数個搭載する半導体搭載パッケージにおいて、
表面の一部又は全部にダイヤモンドがコーティングされた１個又は複数個のダイヤモンドコーティング基板と、
このダイヤモンドコーティング基板の半導体素子を搭載するのと反対の面に接合された高熱伝導性金属部材と、
リードフレームのリードを高熱伝導性金属部材から絶縁するための枠状のセラミックス部材と、
枠状の低熱膨張率金属部材とを有し、
前記高熱伝導性金属部材と前記セラミックス部材との接合部に低熱膨張率金属部材が介在し、前記枠中に前記高熱伝導性金属部材が埋め込まれ、かつ前記高熱伝導性金属部材の底面は、前記低熱膨張率金属部材の底面より出ていることを特徴とする半導体搭載パッケージ。
【請求項３】
ダイヤモンドは気相合成法により製造されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項４】
高熱伝導性金属部材の熱伝導率は、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項５】
高熱伝導性金属部材は、Ｃｕ若しくはＣｕを含む合金若しくはその焼結体、又はＡｕ若しくはＡｕを含む合金若しくはその焼結体である請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項６】
高熱伝導性金属部材の厚さは ２０μｍ〜３ｍｍである請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項７】
高熱伝導性金属部材のダイヤモンド基板のある面と反対の面に金属基板を配置した請求項１記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項８】
高熱伝導性金属部材のダイヤモンドコーティング基板のある面と反対の面に金属基板を配置した請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項９】
金属基板が、Ｃｕ若しくはＣｕを含む合金、その焼結体、又はクラッド材からなる請求項７又は請求項８記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項１０】
セラミックス部材がアルミナであるか、又はアルミナを主成分とするセラミックスである請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項１１】
低熱膨張率金属部材の熱膨張率の、室温から８００°Ｃまでの平均値が５〜１３ppm/°Ｃである請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。
【請求項１２】
低熱膨張率金属部材がＣｕ，Ｗ，Ｍｏのうち少なくとも２種類を含む合金若しくはその焼結体又はクラッド材である請求項１又は請求項２記載の半導体搭載パッケージ。

【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体搭載パッケージは、図１に示すように、半導体素子８を搭載するダイヤモンド基板１と、前記ダイヤモンド基板１の半導体素子８を搭載するのと反対の面に接合された高熱伝導性金属部材３を含むものである。ダイヤモンド基板１の数は、１個でも複数個でもよい。
高熱伝導性金属部材に、半導体素子に信号を入出力するリードフレームを取り付ける場合、通常、リードと高熱伝導性金属部材は電気的に絶縁される必要があり、絶縁性のセラミックス部材を介してリードフレームを取り付けることになる。ここで、高熱伝導性金属部材とセラミックス部材との間に、セラミックスの熱膨張率に適合した低熱膨張率金属部材を介在させることによって、セラミックス部材と高熱伝導性金属部材との間の熱膨張率の差によって生じる反りやクラックを抑えることが可能となり、半導体素子及びパッケージ全体の信頼性をさらに向上させることができる。
図５及び図６に、リードフレームを取り付けるため、高熱伝導性金属部材３及び低熱膨張率金属部材５を用いたパッケージの具体例を示す。図６に示すように、セラミックス部材６及び低熱膨張率金属部材５は、枠状に形成する。そして、この枠の内部に高熱伝導性金属部材３を挿入し、その表面にダイヤモンド基板１あるいはダイヤモンドコーティング基板２を搭載する。この場合、低熱膨張率金属部材５に、プリント基板などに取り付けるためのネジ穴が設けられていてもよい。また、底面は、図５に示すように高熱伝導性金属部材３が低熱膨張率金属部材５の穴から若干飛び出していることが望ましい。こうすることによって、ダイヤモンドから高熱伝導性金属基板を介して伝導してきた熱を外部に効率よく排出することができる。
また本発明の半導体搭載パッケージは、図２に示すように、表面の一部又は全部にダイヤモンドがコーティングされたダイヤモンドコーティング基板２と、このダイヤモンドコーティング基板２の半導体素子８を搭載するのと反対の面に接合された高熱伝導性金属部材３を含むものである（請求項２）。ダイヤモンドコーティング基板２はＳｉ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＣｕＷの少なくとも一種を含むことが好ましく、さらにＣｕＭｏ，ＣｕＷＭｏを含んでいてもよい。ダイヤモンドコーティング基板２の数は、１個でも複数個でもよい。

金属基板４の、高熱伝導性金属部材３を取り付ける部分の形状は、高熱伝導性金属部材３の厚さに応じて、薄くなっていてもよい。また、金属基板４はプリント基板などに取り付けるためのネジ穴が設けられていてもよい。
金属基板４を使用しない場合は、高熱伝導性金属部材３にプリント基板などに取り付けるためのネジ穴が設けられていてもよい。

ここで、絶縁性のセラミックス部材としてはアルミナ、あるいはアルミナを主成分とするセラミックスを用いるのが好ましい（請求項１０）。このセラミックス部材を高熱伝導性金属部材に取り付ける場合、介在させる低熱膨張率金属部材としては、室温からロウ付け温度までの平均の熱膨張率が５〜１３ppm/°Ｃであるものが好ましく（請求項１１）、そのようなものとしてＣｕＷ焼結体、コバール、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕクラッド材等が挙げられる（請求項１２）。特に、ＣｕＷ焼結体は、アルミナセラミックスとの熱膨張係数が近く、非常に有効である。

なお、高熱伝導性金属部材、低熱膨張率金属部材、セラミックス部材、リードの表面には、Ａｕ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｌなどから選ばれた少なくとも一種からなるメタライズ層を形成し、ＡｕＳｎ，ＡｕＳｉ等の金系のロウ材、あるいはＡｇ系のロウ材でロウ付けすることが可能である。