JP2001274270A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波信号の伝送特性が損なわれないように
し、また半導体素子の作動時の熱をヒートシンク，実装
基板等に効率良く伝熱させることにより、半導体素子を
長期間にわたり正常かつ安定に作動させること。 【解決手段】放熱板１は、厚さ方向に配向した炭素繊維
を炭素で結合した一方向性複合材料１ａから成り、かつ
上面および下面に放熱板１側からＦｅ−Ｃｒ合金層１ｂ
−１とＣｕ層１ｂ−２とが順に積層された金属層１ｂが
被着されており、基体２はＣｕから成るとともに厚さが
０．５〜３ｍｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波通信分
野およびミリ波通信分野等で用いられ、高周波帯域で作
動するガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体等か
ら成る各種半導体素子を収納するための半導体素子収納
用パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波通信分野またはミリ波
通信分野等で用いられ、高周波帯域で作動する各種半導
体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ
（以下、半導体パッケージという）を図５に示す。同図
において、２１，２４はそれぞれ金属材料から成り容器
本体を構成する基体と側壁用の枠体、２５はセラミック
スから成り基体２１上に接合され高周波信号を入出力す
る入出力端子、２６は蓋体、２８は半導体素子を示す。
これら基体２１、枠体２４、入出力端子２５、蓋体２６
とで、半導体素子２８を半導体パッケージ内部に収納す
る。

【０００３】また、このような半導体パッケージは、一
般に半導体素子２８が載置される載置部２１ａを有する
基体２１と、基体２１上面の外周部に載置部２１ａを囲
繞するように接合される枠体２４および接合面に金属層
が設けられた入出力端子２５とが、銀ロウ等のロウ材で
接合される。さらに、蓋体２６と枠体２４上面とが、蓋
体２６と枠体２４上面にそれぞれ設けられた金属層を介
して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材
で接合される。

【０００４】基体２１は、銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属材料か
ら成り、半導体素子２８作動時に発する熱を伝達し放散
するための放熱板として機能するとともに、半導体素子
２８を支持する支持部材として機能する。

【０００５】また、枠体２４は、基体２１に熱膨張係数
が近似する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト
（Ｃｏ）合金等の金属材料から成るとともに、入出力端
子２５を嵌着するための貫通孔または切欠部から成る取
付部２４ａが形成されており、入出力端子２５の上面お
よび下面にそれぞれ設けられた金属層を介して銀ロウ等
のロウ材で接合される。

【０００６】また、この入出力端子２５は、基体２１，
枠体２４に熱膨張係数が近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
セラミックス等のセラミックスから成るとともに、半導
体パッケージの内外を導出するようにモリブデン（Ｍ
ｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結
したメタライズ層２５ａが被着されている。

【０００７】また、このメタライズ層２５ａには、外部
電気回路との高周波信号の入出力を行なうために、導電
性を有する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト
（Ｃｏ）合金等の金属材料から成るリード端子２７が銀
ロウ等のロウ材で接合されるとともに、半導体素子２８
と電気的に接続するためのボンディングワイヤ２９が接
合される。

【０００８】なお、この半導体素子２８は、載置部２１
ａに錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低融点半田を介し
て接合され、半導体素子２８の作動時に発する熱がこの
低融点半田を介して基体２１に伝熱される。

【０００９】しかる後、枠体２４の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金等の金属材料またはアルミナセラミックス等
のセラミックスから成る蓋体２６により、金（Ａｕ）−
錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材で接合することに
よって、半導体パッケージ内部に半導体素子２８を気密
に収容しその作動性を良好なものとする。

【００１０】このように、基体２１、枠体２４、入出力
端子２５、蓋体２６とで、半導体素子２８を半導体パッ
ケージ内部に収容するとともに、ボンディングワイヤ２
９とリード端子２７と外部電気回路とを電気的に接続す
ることによって、半導体素子２８が高周波信号によって
作動する半導体装置となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
半導体素子２８は高密度化、高集積化が急激に進み、そ
のため半導体素子２８の作動時に発する熱量が従来に比
し極めて大きなものとなっている。従って、半導体素子
２８を従来の半導体パッケージに収納して半導体装置と
なした場合、半導体素子２８の作動時に発する熱を放散
するＣｕ−Ｗ合金等から成る基体２１の熱伝導率が２０
０Ｗ／ｍＫ程度と比較的高くても、近年の半導体素子２
８が発する多量の熱を十分に吸収し伝熱させ放散するこ
とができない。その結果、半導体素子２８は、発熱によ
って高温となり熱破壊を起こしたり、熱による特性劣化
を引き起こし誤作動が生じる等の問題点を有していた。

【００１２】上記問題点を解決する手段として、図３お
よび図４に示すように、放熱板１２として、この上面か
ら下面にかけて熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部
材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した
一方向性複合材料１２ａの上下両面に、各５０μm以下
の厚さを有するＦｅ−Ｃｒ合金層１２ｂ−１，Ｃｕ層１
２ｂ−２，Ｆｅ−Ｎｉ層またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ層１２
ｂ−３の３層構造を有する金属層１２ｂを拡散接合した
ものを用い、さらにこの放熱板１２側部の気孔を塞ぎ耐
外圧性を強化するため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦ
ｅ−Ｎｉ合金から成る枠状の基体１１の穴部（開口）１
１ｂに、放熱板１２を銀ロウ等のロウ材で挿着させた構
成のものを、本出願人は提案した（特願平１０−３２７
２１６号）。

【００１３】しかしながら、図３のものでは、基体１１
がＦｅ，Ｎｉ等の強磁性体を主成分とするため、インダ
クタンス（Ｌ）成分が非常に高い。そのため、リード端
子１７を伝送する高周波信号によって、基体１１にイン
ダクタンス成分が発生することとなり、高周波信号の伝
送特性が損なわれ、その結果、半導体素子１８が誤作動
を起こすという問題点を有していた。

【００１４】また、半導体素子１８の作動時に発する熱
が、アルミニウム（Ａｌ）等から成るヒートシンク，実
装基板等に効率良く伝わるように、放熱板１２下面をヒ
ートシンク，実装基板等に密着させるとともに、半導体
パッケージをヒートシンク，実装基板等に信頼性良く固
定させるように、基体１１の外周周縁部に形成されたネ
ジ穴（図示せず）に非常に高いトルク（例えば１９．６
Ｎｍ〜２９．４Ｎｍ）をかけてネジで締め付けていた。

【００１５】このとき放熱板１２には、ネジ止めされる
部位から挿着部のロウ材を介して大きな機械的応力が伝
わる。そのため、伝わってきた大きな機械的応力によっ
てヒートシンク，実装基板等に非常に強く押し付けられ
る放熱板１２は、金属層１２ｂを介しているとはいえ、
この金属層１２ｂは非常に薄いため、下面の金属層１２
ｂおよび脆性を有する一方向性複合材料１２ａが破損
し、ヒートシンク，実装基板等に密着されない部位が生
ずる。その結果、半導体素子１８が作動時に発する熱を
ヒートシンク，実装基板等に効率良く伝えることができ
ず、高温となった半導体素子１８が特性劣化によって誤
作動を起こすという問題点を有していた。

【００１６】従って、本発明は上記問題点に鑑み完成さ
れたもので、その目的は、高周波信号の伝送特性が損な
われず、また半導体素子が作動時に発する熱をヒートシ
ンク，実装基板等に効率良く伝熱し得るようにすること
により、半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作
動させ得る半導体パッケージを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、上面に放熱板を介して半導体素子を載置する載置
部を有する基体と、該基体上面に前記放熱板を囲繞する
ように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部から成
る取付部を有する、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕから成る枠体と、前記取
付部に嵌着される入出力端子とから成る半導体素子収納
用パッケージにおいて、前記放熱板は、厚さ方向に配向
した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成
り、かつ上面および下面に前記放熱板側からＦｅ−Ｃｒ
合金層とＣｕ層とが順に積層された金属層が被着されて
おり、前記基体はＣｕから成るとともに厚さが０．５〜
３ｍｍであることを特徴とする。

【００１８】また本発明において、好ましくは、前記放
熱板と前記金属層との界面および前記金属層内の各層
は、拡散接合により接合されていることを特徴とする。

【００１９】本発明は、上記の構成により、上面に半導
体素子が載置される放熱板がその上面から下面にかけて
熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であるものとなり、さら
に、剛性に優れる金属材料で、かつ、この放熱板の下部
に熱伝導率が約４００Ｗ／ｍＫを有する銅（Ｃｕ）板か
ら成る基体を取着したことから、ネジ止めによる基体の
破損を有効に防止できるとともに、半導体素子が作動時
に発する熱を基体下部のヒートシンク，実装基板等に効
率良く伝えることができる。また、インダクタンス成分
を、従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金
から成る枠状の基体の場合と比較して、約１／１５に抑
えることができるため、熱による特性劣化や、高周波伝
送特性が損なわれることによる半導体素子の誤作動を有
効に防止できる。

【００２０】また、本発明は、放熱板の一方向性複合材
料の上下面に２層構造を有する金属層を被着することに
よって、Ｃｕから成る基体の熱膨張係数に近似させるこ
とができる。そのため、放熱板と基体とをロウ材で接合
しても、それらの間に熱歪み等の熱応力はほとんど発生
しない。その結果、放熱板と基体との間には、ネジ止め
を行なった際に発生する機械的応力が僅かに作用する
が、熱応力がほとんど無いため、それらの間で剥がれ易
くなったり、それらの間に介在するロウ材にクラック等
が発生し易くなることがない。即ち、放熱板と基体との
間に発生する応力は、わずかな機械的応力のみであるた
め、接合を非常に強固なものとできる。

【００２１】一方、この放熱板の弾性率は、幅方向（横
方向）で約３０ＧＰａ以下、厚さ方向でその１／１００
以下と非常に低いため、ネジ止めを行なうことによって
放熱板と半導体素子との間に作用する機械的応力を十分
に吸収緩和することができるとともに、放熱板上面に熱
膨張係数の異なる半導体素子を載置固定しても、それら
の間に発生する熱応力を十分に吸収緩和できる。即ち、
放熱板が応力緩衝材として機能するため、機械的応力や
熱応力を十分に吸収緩和でき、その結果、放熱板と半導
体素子との接合を強固なものとできる。

【００２２】さらに、本発明は、Ｃｕから成る基体の厚
さを０．５〜３ｍｍとしたことから、基体がネジ止めの
際のトルクによって破損するのを有効に防止できるとと
もに、ネジ止め後の基体の平坦度が損なわれることがな
い。さらには、基体の上面に熱膨張係数の異なる枠体や
入出力端子を接合した際に発生する熱応力に応じて、基
体が適度に変形することにより、その熱応力を十分に吸
収緩和する所謂応力緩衝材として機能する。また、半導
体パッケージの低背化といった市場要求に対しても十分
に対応できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージについ
て以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケ
ージの一実施形態を示す断面図であり、図２は図１の放
熱板の部分拡大断面図である。これらの図において、１
は放熱板、２は基体、３は枠体、４は入出力端子、５は
蓋体、６は半導体素子である。これら放熱板１、基体
２、枠体３、入出力端子４および蓋体５とで、半導体素
子６が作動時に発する熱を吸収し放散するとともに、半
導体素子６を内部に収容するための容器が構成される。

【００２４】本発明において、放熱板１は、半導体素子
６を支持する支持部材として機能するとともに、半導体
素子６を載置固定した際に発生する熱応力を緩和する応
力緩衝材として機能する。さらに、半導体素子６が作動
時に発する熱を吸収し基体２に伝える伝熱機能をも有し
ており、図２に示すように、放熱板１は上面側から下面
側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部
材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した
一方向性複合材料１ａから成り、その放熱板１の上下両
面に、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−１、Ｃｕ層１ｂ−２の２
層構造を有する金属層１ｂを、拡散接合によって積層さ
せ被着させたものである。このとき、放熱板１と金属層
１ｂとの界面および金属層１ｂ内の各層が、拡散接合に
よって接合される。

【００２５】この一方向性複合材料１ａは、例えば一方
向に配向した炭素繊維の束を、固体のピッチあるいはコ
ークス等の微粉末に分散させたフェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂の溶液中に含浸させ、次にこれを乾燥させて一
方向に炭素繊維が配向している複数枚のシートを形成す
るとともに、各々のシートを炭素繊維の方向が同一とな
るようにして複数枚積層する。次に、積層された複数枚
のシートに所定の圧力を加えるとともに加熱して熱硬化
性樹脂部分を硬化させ、最後にこれを不活性雰囲気中高
温で焼成し、フェノール樹脂とピッチあるいはコークス
の微粉末を炭化させる（炭素を形成する）とともに、こ
の炭素で各々の炭素繊維を結合させることによって製作
される。

【００２６】また、この放熱板１の一方向性複合材料１
ａの上下両面には、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−１、Ｃｕ層
１ｂ−２の２層構造を有する金属層１ｂが拡散接合によ
って積層され被着されており、それぞれの厚さを調整す
ることによって、特に幅方向（横方向）の熱膨張係数を
調整できる。

【００２７】なお、放熱板１の厚さ方向（縦方向）の熱
膨張係数は、金属層１ｂの厚さが一方向性複合材料１ａ
の厚さに比し非常に薄く、また、一方向性複合材料１ａ
の厚さ方向の弾性率は、その幅方向の弾性率に比し１／
１００以下と非常に低いため、一方向性複合材料１ａの
厚さ方向の熱膨張係数にほとんど近似し、約７×１０ ^{- 6}
／℃となる。

【００２８】このようなことから、この放熱板１の幅方
向の熱膨張係数を基体２の熱膨張係数に近似させ、それ
ぞれを銀ロウ等のロウ材でロウ付けした際に発生する熱
応力を非常に小さくし、接合を強固なものとするために
は、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−１、Ｃｕ層１ｂ−２のそれ
ぞれの厚さ、特に一方向性複合材料１ａの熱膨張係数、
弾性率のような特性の影響を直接的に受けにくい放熱板
１の表層側のＣｕ層１ｂ−２の厚さを調整するのが良
い。

【００２９】従って、放熱板１の熱膨張係数を、約１８
×１０^{- 6}／℃のＣｕから成る基体２に近似させるために
は、Ｃｕ層１ｂ−２の厚さを、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−
１の厚さよりも十分に厚くするのが良い。具体的には、
Ｃｕ層１ｂ−２の厚さを２０〜５０μm程度、Ｆｅ−Ｃ
ｒ合金層１ｂ−１の厚さを５〜２０μm程度とするのが
好ましい。各層について、上記の厚さの範囲を外れる
と、各層形成用の箔の熱膨張差による熱歪が大きくな
り、密着性が損なわれる傾向にある。また、Ｆｅ−Ｃｒ
合金層１ｂ−１の厚さが５μm未満の場合、箔の厚さの
ばらつきが大きくなり、拡散接合する際に接合性が劣化
し易くなる。

【００３０】なお、金属層１ｂは一方向性複合材料１ａ
の上下両面に拡散接合させることによって被着されてお
り、具体的には、一方向性複合材料１ａの上下両面にそ
れぞれの厚さが５０μm以下でかつ基体の熱膨張係数に
近似させるように厚さ調整された、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１
ｂ−１用のＦｅ−Ｃｒ合金箔，Ｃｕ層１ｂ−２用のＣｕ
箔を、順次載置して積層させる。次に、これを真空ホッ
トプレスで５ＭＰａの圧力をかけつつ１２００℃の温度
で１時間加熱することによって、拡散接合させる。

【００３１】また、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−１は、金属
層１ｂを一方向性複合材料１ａに強固に接合させる密着
層であり、Ｃｕ層１ｂ−２は、Ｆｅ−Ｃｒ合金層１ｂ−
１に強固に接合されるとともに、基体２の熱膨張係数に
近似させる熱膨張係数調整層である。

【００３２】なお、Ｃｕ層１ｂ−２は、その熱伝導性に
優れた特性から、半導体素子６が発する熱を効率良く基
体２上面に伝熱させる機能を有するとともに、基体２上
面に強磁性体であるＮｉメッキを介することなく銀ロウ
等のロウ材で強固に接合させることができる。そのた
め、高周波信号の伝送の際に発生するインダクタンス
（Ｌ）成分を非常に低く抑えることができ、その結果、
半導体素子６の作動性を良好なものとできる。

【００３３】基体２は、熱伝導率が約４００Ｗ／ｍＫと
非常に高い熱伝導性を有するとともに、磁化率が小さい
反磁性体であるためインダクタンス成分が非常に小さい
銅から成ることから、放熱板１から伝わった熱を十分に
吸収し放散でき、また、高周波信号の伝送によるインダ
クタンス成分の発生を抑止できる。その結果、半導体素
子６の作動性を非常に良好なものとできる。

【００３４】また、この基体２は、その弾性率が非常に
低く軟質であることから、基体２の外周周縁部に設けら
れたネジ穴（図示せず）に非常に高いトルクをかけて、
ヒートシンク，実装基板等にネジ止めにより締め付けて
も、基体２が適度に変形することによって、ネジ止めさ
れる部位から放熱板１へ伝わる機械的応力を非常に小さ
くする所謂緩衝材、および放熱板１の破損を有効に防止
する所謂保護板として機能する。そのため、放熱板１と
基体２との間に剥がれ等が発生したり放熱板１が破損す
ることがない。その結果、半導体素子６が作動時に発す
る熱をヒートシンク，実装基板等に効率良く伝えること
ができ、半導体素子６の作動性を非常に良好なものとで
きる。

【００３５】なお、基体２の厚さは０．５ｍｍ〜３ｍｍ
であり、０．５ｍｍ未満の場合、基体２は、ネジ止めの
際のトルクによって潰される等の破損に至るおそれがあ
るとともに、ネジ止め後の基体２の平坦度が損なわれる
おそれもある。一方、３ｍｍを超える場合については後
述する。

【００３６】また、この基体２は、その上面に放熱板１
を囲繞するように、枠体３が銀ロウ等のロウ材を介して
取着され、また入出力端子４が、この枠体３の側部に設
けられた貫通孔または切欠部から成る取付部３’に嵌着
されて基体２上面に取着される。

【００３７】枠体３は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕの金属材料から成
り、入出力端子４に熱膨張係数が近似したものを用いる
ことによって、ロウ付け後の熱応力を小さいものとし、
また、半導体パッケージ内外に高周波信号を入出力させ
た際に発生する電磁場を遮蔽する所謂電磁遮蔽板（シー
ルド板）として機能する。

【００３８】この枠体３は、そのインゴットに圧延加工
や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによ
って所定の枠状の形状に製作される。また、その表面に
耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体
的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被
着させておくと、入出力端子４の上面との銀ロウ等のロ
ウ材による接合をより強固なものとできる。

【００３９】なお、枠体３の上面即ち蓋体５に接合され
る面は、Ａｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材で接合さ
れるため、その低融点ロウ材との濡れ性に優れる接合面
としておく必要があることから、上述のＮｉ層の表面に
さらに厚さ０．５〜９μmのＡｕ層を被着させておくと
良い。

【００４０】この枠体３の取付部３’に嵌着される入出
力端子４は、枠体３に熱膨張係数が近似するアルミナセ
ラミックス等から成るセラミックスから成り、Ｍｏ−Ｍ
ｎ等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ層とそ
の表面に被着したＮｉメッキ層とを介して、銀ロウ等の
ロウ材で接合される。

【００４１】なお、これら枠体３，入出力端子４と、そ
の熱膨張係数が相違する基体２とは、それらを接合した
際に熱応力が発生するが、基体２の弾性率が非常に低く
軟質であることから、それらが接合される基体２の部位
はその熱応力を吸収緩和するために適度に変形すること
によって、それらの接合を損なわせることはない。即
ち、枠体３、入出力端子４が接合される基体２の部位は
若干湾曲する等の変形を起こすことによって、接合を損
なわせることのない所謂緩衝材として機能する。

【００４２】なお、このように枠体３，入出力端子４が
接合される基体２の部位は若干の変形を起こすが、放熱
板１が接合される基体２の部位は、それらの熱膨張係数
が近似することから常に平坦であり、従って、ヒートシ
ンク，実装基板に対して完全に密着されているため良好
な熱伝導性を可能とする。

【００４３】また、基体２の厚さは０．５ｍｍ〜３ｍｍ
であり、３ｍｍを超える場合、枠体３，入出力端子４を
接合した際に発生する熱応力に対して、その厚さが厚い
ことから変形できにくくなり十分に吸収緩和できない。
さらには、半導体パッケージの低背化といった市場要求
に対しても十分に対応できなくなる傾向にある。

【００４４】また、入出力端子４には、半導体パッケー
ジ内外を電気的に導通するように、Ｍｏ−Ｍｎ等から成
る金属ペーストを焼結したメタライズ層４’が被着され
ており、この入出力端子４上面にも枠体３との接合用の
メタライズ層とその表面に被着されたＮｉメッキ層とが
形成されている。

【００４５】このメタライズ層４’の表面には、耐蝕性
に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には
厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被着させ
ておくと、リード端子７との銀ロウ等のロウ材による接
合を可能とし、また、このＮｉ層の表面にさらに厚さ
０．５〜９μmのＡｕ層をメッキ法により被着させるこ
とによって、半導体素子６と電気的に接続させるための
ボンディングワイヤ８を接合できる。

【００４６】このリード端子７は、外部電気回路との高
周波信号の入出力を行なうために導電性を有するＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、その金属材料の
インゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知
の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成され
る。

【００４７】また、枠体３の上面には、好ましくは熱膨
張係数の整合の点でＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料
から成り、またはアルミナセラミックス等のセラミック
スから成る蓋体５が、Ａｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロ
ウ材を介して接合される。

【００４８】かくして、半導体素子６は、半導体パッケ
ージ内部に気密に封止され、また半導体装置となされた
後に作動時に発する熱が効率良くヒートシンク，実装基
板等に伝わるとともに、高周波伝送特性が良好であるた
め、誤作動等の問題を全く発生させない。

【００４９】このように、本発明の半導体パッケージ
は、上面に放熱板１を介して半導体素子６を載置する載
置部２’を有する基体２と、基体２上面に放熱板１を囲
繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部
から成る取付部３’を有する枠体３と、取付部３’に嵌
着される入出力端子４とから成る半導体素子収納用パッ
ケージにおいて、放熱板１は、厚さ方向に配向した炭素
繊維を炭素で結合した一方向性複合材料１ａから成り、
かつ上面および下面に放熱板１側から鉄−クロム合金層
１ｂ−１と銅層１ｂ−２とが順に積層された金属層１ｂ
が被着されており、基体２は銅から成るとともに厚さが
０．５〜３ｍｍである。なお、図１において、１’は放
熱板１上面における半導体素子６の載置部である。

【００５０】これにより、上面に半導体素子６が載置さ
れる放熱板１が、その上面から下面にかけて熱伝導率が
３００Ｗ／ｍＫ以上であるものとなり、さらに、放熱板
１の下部に剛性に優れる金属材料でありかつ熱伝導率が
約４００Ｗ／ｍＫである銅（Ｃｕ）から成る基体２を取
着したことから、この基体２がネジ止めによる破損を有
効に防止する。また、半導体素子６が作動時に発する熱
を、基体２の下部にネジ止めされるヒートシンク，実装
基板等に効率良く伝えることができ、また、インダクタ
ンス成分を、従来のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ
合金等から成る枠状の基体の約１／１５に抑えることが
できるため、熱による特性劣化や、高周波伝送特性が損
なわれることによる半導体素子６の誤作動を有効に防止
できる。

【００５１】また、本発明は、放熱板１の一方向性複合
材料１ａの上下面に２層構造の金属層１ｂを被着するこ
とによって、Ｃｕから成る基体２の熱膨張係数に近似さ
せることができる。そのため、放熱板１と基体２とをロ
ウ材で接合しても熱応力はほとんど発生しない。その結
果、放熱板１と基体２との間には、ネジ止めを行なった
際に発生する機械的応力がわずかに作用するが、熱応力
がほとんど無いため、それらの間が剥がれ易くなった
り、それらの間に介在するロウ材にクラックが発生し易
くなることがない。即ち、放熱板１と基体２との間に発
生する応力は、わずかな機械的応力のみであるため、接
合を非常に強固なものとできる。

【００５２】一方、この放熱板１の弾性率は、幅方向で
約３０ＧＰａ以下、厚さ方向でその１／１００以下と非
常に低いため、ネジ止めにより放熱板１と半導体素子６
との間に作用する機械的応力を十分に吸収緩和すること
ができるとともに、放熱板１上面に熱膨張係数の異なる
半導体素子６を載置固定しても、それらの間に発生する
熱応力を十分に吸収緩和できる。即ち、放熱板１が応力
緩衝材として機能するため、機械的応力や熱応力を十分
に吸収緩和でき、その結果、放熱板１と半導体素子６と
の接合を強固なものとできる。

【００５３】さらに、本発明は、Ｃｕから成る基体２の
厚さを０．５〜３ｍｍとしたことから、基体２がネジ止
めの際のトルクによって破損するのを有効に防止できる
とともに、ネジ止め後の基体２の平坦度が損なわれるこ
とがない。さらには、この基体２の上面に熱膨張係数の
異なる枠体３や入出力端子４を接合した際に発生する熱
応力に応じて、基体２が適度に変形することによって、
その熱応力を十分に吸収緩和する所謂応力緩衝材として
機能する。また、半導体パッケージの低背化といった市
場要求に対しても十分に対応できる。

【００５４】また、放熱板１の載置部１’を有する上面
の大きさは、半導体素子６の下面に対して、面積比で５
０％以上であるのがよく、５０％未満では、熱放散効果
が従来のＣｕ−Ｗ合金から成るものを半導体素子６の下
面に１００％程度の面積比で形成した場合と同等以下と
なる。

【００５５】かくして、本発明の半導体パッケージは、
放熱板１の載置部１’上に、半導体素子６をＳｎ−Ｐｂ
半田等の低融点半田を介して載置固定するとともに、半
導体素子６の各電極をボンディングワイヤ８を介してメ
タライズ層４’に接続させ、しかる後、枠体３の上面に
蓋体５をＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材を介して
接合させ、放熱板１、基体２、枠体３、入出力端子４お
よび蓋体５とから成る容器内部に半導体素子６を収納す
ることによって、製品としての半導体装置となる。

【００５６】なお、本発明は上記実施形態に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
更を行なうことは何等支障ない。

【００５７】例えば、一方向性複合材料１ａの側面、即
ち炭素繊維が露出している面を、磁化率の小さな反磁性
体でありかつ熱伝導性の高いＣｕメッキ層で被覆するこ
とによって、半導体素子６が作動時に発する熱を一方向
性複合材料１ａの側面即ちＣｕメッキ層からも基体２へ
伝熱できる。また、このＣｕメッキ層は磁化率の小さな
反磁性体であることから、高周波伝送特性が損なわれる
ことはない。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、放熱板は、厚さ方向に配向し
た炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成
り、かつ上面および下面に放熱板側からＦｅ−Ｃｒ合金
層とＣｕ層とが順に積層された金属層が積層されてお
り、基体はＣｕから成るとともに厚さが０．５〜３ｍｍ
であることにより、半導体素子６は、半導体パッケージ
内部に気密に封止され、また半導体装置となされた後に
作動時に発する熱が効率良くヒートシンク，実装基板等
に伝わるとともに、高周波伝送特性が良好であるため、
誤作動等の問題を全く発生させない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージの一実施形態を示す
断面図である。

【図２】図１の放熱板の部分拡大断面図である。

【図３】従来の半導体パッケージの断面図である。

【図４】図３の放熱板の部分拡大断面図である。

【図５】従来の半導体パッケージの断面図である。

【符号の説明】

１：放熱板 １ａ：一方向性複合材料 １ｂ：金属層 １’：載置部 ２：基体 ２’：載置部 ３：枠体 ３’：取付部 ４：入出力端子 ４’：メタライズ層 ６：半導体素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に放熱板を介して半導体素子を載置す
   る載置部を有する基体と、該基体上面に前記放熱板を囲
   繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部
   から成る取付部を有する、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−
   Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕから成る枠体と、
   前記取付部に嵌着される入出力端子とから成る半導体素
   子収納用パッケージにおいて、前記放熱板は、厚さ方向
   に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料
   から成り、かつ上面および下面に前記放熱板側からＦｅ
   −Ｃｒ合金層とＣｕ層とが順に積層された金属層が被着
   されており、前記基体はＣｕから成るとともに厚さが
   ０．５〜３ｍｍであることを特徴とする半導体素子収納
   用パッケージ。
2. 【請求項２】前記放熱板と前記金属層との界面および前
   記金属層内の各層は、拡散接合により接合されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケ
   ージ。