JP2001313345A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

半導体素子収納用パッケージ

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JP2001313345A
JP2001313345A JP2000131336A JP2000131336A JP2001313345A JP 2001313345 A JP2001313345 A JP 2001313345A JP 2000131336 A JP2000131336 A JP 2000131336A JP 2000131336 A JP2000131336 A JP 2000131336A JP 2001313345 A JP2001313345 A JP 2001313345A
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semiconductor device
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Yoshiaki Ueda
義明 植田
Kiyotaka Yokoi
清孝 横井
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Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子を気密に確保するとともに、半導体
素子が作動時に発する熱を外部に効率良く放散させて半
導体素子を常に適温とする。 【解決手段】上面に半導体素子７が載置される放熱板２
として、この上面側から下面側にかけての熱伝導率が３
００Ｗ／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から成る芯
体２ａの上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ
層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構
造を有する金属層２ｂを拡散接合により積層させ被着さ
せたものと、この芯体２ａの側部に熱伝導性に優れる銀
ロウ等のロウ材２ｃを介して銅製の筒状部材２ｄを接合
したものとを使用し、この放熱板２を基体１の開口１ｂ
にロウ材を介して嵌着する。

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６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容す
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作動時に発熱する熱を吸収し放
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
したメタライズ金属層２５ａが被着されている。
【０００７】また、このメタライズ金属層２５ａには、
外部電気回路との高周波信号の入出力を行うために、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、作動時にはこの低融点半田を介して基体２
１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合す
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合金から成る基体２１の熱伝導率が２００
Ｗ／ｍＫ程度と比較的高くても、近年の半導体素子２８
が発する多量の熱を十分に吸収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】このような問題点を解決する手段として、
図４および図５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から成る芯体１２ａの上下両面
に、各５０μｍ以下の厚さを有するＣｒ−Ｆｅ合金層１
２ｂ−１，Ｃｕ層１２ｂ−２，Ｆｅ−Ｎｉ層またはＦｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ層１２ｂ−３の３層構造を有する金属層１
２ｂを拡散接合したものを使用し、さらにこの放熱板１
２側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化するため、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金から成る枠状の基体
１１の穴部（開口）１１ｂに、放熱板１２を銀ロウ等の
ロウ材で挿着するといったものを本出願人は提案した
（特願平１０−３２７２１６号）。
【００１３】しかしながら、図４，図５のものでは、厚
さ方向の熱伝導は非常に優れているが、幅方向の熱伝導
率、即ち金属層１２ｂの横方向への熱伝導率は、金属層
１２ｂの組成とその厚さが１５０μｍ以下である点から
非常に低い。そのため、穴部１１ｂに熱伝導性に優れる
銀ロウを介して挿着しても、発する熱は銀ロウまで十分
に伝熱しない。そのため、半導体素子１８は、その作動
時に発する熱が非常に高いために、厚さ方向のみの熱伝
導では十分放熱できない場合、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。
【００１４】また、放熱板１２の上面および下面の稜線
付近の部位において、基体１１と放熱板１２との間の銀
ロウの平坦性を均一に保つことは、銀ロウの量や銀ロウ
溶融条件等の調整を厳密に行わなければ非常に困難であ
り、特に、その部位において銀ロウの量が少なくなった
場合には、放熱板１２側部の気孔を完全に塞ぐことがで
きなくなる場合があり、半導体パッケージ内部の気密性
が損なわれるという問題点を有していた。
【００１５】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、半導体素子を気密に確保する
とともに、半導体素子が作動時に発する熱を外部に効率
良く放散させて半導体素子を常に適温とし、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。
【００１６】
【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、上下面を貫通する開口が形成された基体と、前記
開口に嵌着されるとともに上面に半導体素子が載置され
る載置部を有する放熱板と、前記基体上面に前記開口を
囲繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠
部から成る入出力端子の取付部を有する枠体と、前記取
付部に嵌着された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順にクロム
−鉄合金層，銅層，モリブデン層および銅層が積層され
拡散接合により被着されているとともに、銅製の接合部
材が側面を覆うようにロウ付けされており、該接合部材
が前記開口の内周面にロウ付けされていることを特徴と
する。
【００１７】本発明は、このような構成により、上面に
半導体素子が載置される放熱板が、その上面側から下面
側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である一方
向性複合材料と、この一方向性複合材料の側部にロウ材
を介して銅製の接合部材を接合したものとから構成さ
れ、さらに、この放熱板の側面をＣｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料やアルミ
ナセラミックス等のセラミックスから成る基体の開口に
銀ロウ等のロウ材を介して嵌着したことから、半導体素
子の気密性を確保できるとともに、半導体素子の作動時
の熱は、厚さ方向、即ち半導体素子が放熱板に低融点半
田を介して接合されている面からそのまま垂直方向に伝
熱する経路と、幅方向、即ち金属層の横方向（面方向）
から放熱板の側面（ロウ材および銅製の接合部材）へ伝
熱する経路との２経路で、放熱板の下面側に伝熱され大
気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子の酸
化腐食等により特性劣化を引き起こすことなく、さらに
は半導体素子は常に適温となり、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。
【００１８】また、本発明は、銅製の接合部材の厚さを
３０〜１００μｍとすることによって、銅製の接合部材
と、基体および一方向性複合材料との熱膨張差による歪
みを非常に小さくでき、それらの間にクラック等が発生
するのを有効に防止する。そのため、半導体素子の気密
性を保持することができる。
【００１９】さらに、本発明の上記構成の放熱板は、そ
の重量が極めて軽量なものであり、半導体パッケージ内
部に半導体素子を収納して半導体装置となした場合、半
導体装置の重量も極めて軽量なものとなって、近年の小
型軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【００２０】
【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
熱板の拡大断面図であり、図３は放熱板が基体に嵌着さ
れている上面図である。これらの図において、１は基板
状の基体、２は放熱板、３は枠体、４は入出力端子、５
は蓋体、７は半導体素子である。これら基体１、放熱板
２、枠体３、入出力端子４および蓋体５とで、半導体素
子７を収容するための容器が構成される。
【００２１】基体１は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料やアルミナセラミ
ックス等のセラミックスから成り、また略中央部に上下
面を貫通する開口（貫通孔）１ｂが形成され、これに銅
製の接合部材としての筒状部材２ｄで放熱板２側部を銀
ロウ等のロウ材２ｃを介して気孔を完全に塞いだものを
嵌着することによって、放熱板２側部の気孔を塞ぐとと
もに耐外圧性を強化する機能を有する。本発明の接合部
材は、上記筒状部材２ｄ、帯状部材等とするのがよく、
金属固体である銅の板状体等から構成される。
【００２２】この基体１が金属材料から成る場合、基体
１は、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として
も機能し、また基体１は、その外側周縁部に設けられた
ネジ穴（図示せず）にトルクをかけてネジを締めても、
この基体１が弾性を有することから、クラック等の破損
を有効に防止でき、所謂破損防止板としても機能する。
【００２３】また、この金属材料から成る基体１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、その主面に開口１ｂを有
する形状、所謂枠状に製作される。また、その表面に耐
食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、放熱板２や入出力端子４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。
【００２４】一方、基体１がセラミックスから成る場
合、基体１は金属材料に比し非常に軽量となることか
ら、半導体パッケージ内部に半導体素子７を収納して半
導体装置となした場合、半導体装置の重量を極めて軽量
なものとできる。
【００２５】また、このセラミックスから成る基体１
は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化
マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等
の原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合し
て金属ペーストを作るとともに、この金属ペーストをド
クターブレード法やカレンダーロール法を採用すること
によって、セラミックグリーンシートと成し、しかる
後、放熱板２や入出力端子４に接合されるメタライズ層
を形成するために、その部位にＭｏ−Ｍｎ等の金属ペー
ストを印刷塗布するとともに、このセラミックグリーン
シートに適当な打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層
し、約１６００℃の温度で焼成することによって製作さ
れる。
【００２６】なお、このメタライズ層を成す金属ペース
トは、例えばＭｏ−Ｍｎの場合、Ｍｏ，Ｍｎのような高
融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合
することによって得られる。
【００２７】また、このような基体１のメタライズ層の
表面に、耐食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、基体１と放熱板２との銀ロウ
等のロウ材２ｃによる接合や、基体１と入出力端子４と
の銀ロウ等のロウ材による接合を可能とする。
【００２８】また、この放熱板２は、半導体素子７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７
が作動時に発する熱を吸収し大気中に放散する機能を有
しており、図２に示すように、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
合材料から成る芯体２ａの上下両面に、放熱板２側から
順にＣｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ
層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構造を有する金属層
２ｂを積層させ、拡散接合によって被着させたものと、
この芯体２ａの側面に銀ロウ等のロウ材２ｃを介して接
合される銅製の筒状部材２ｄと、ロウ材２ｃとから構成
される。
【００２９】一方向性複合材料から成る芯体２ａ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
って製作されている。
【００３０】また、この一方向性複合材料から成る芯体
２ａの上下両面には、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ
層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の4層構
造を有する金属層２ｂが積層され拡散接合によって被着
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。
【００３１】なお、放熱板２の厚さ方向（縦方向）の熱
膨張係数は、銅製の筒状部材２ｄの厚さを３０〜１００
μｍとしたことから、非常に薄いため弾性に富むといっ
た点と、ロウ材２ｃは周知のように非常に軟性に富むと
いった点と、金属層２ｂの厚さが一方向性複合材料から
成る芯体２ａの厚さに比し非常に薄く、また、一方向性
複合材料から成る芯体２ａの厚さ方向の弾性率は芯体２
ａの幅方向の弾性率に比し１／１００以下と非常に低い
といった点とから、一方向性複合材料から成る芯体２ａ
の厚さ方向の熱膨張係数にほとんど近似し、およそ７×
１０-6／℃となる。
【００３２】なお、銅製の筒状部材２ｄの厚さが３０μ
ｍ未満の場合、製造上非常に困難となる。一方、１００
μｍを超える場合、銅の軟性が低下するとともに、基体
１や芯体２ａとの熱膨張係数の差によって、基体１と銅
製の筒状部材２ｄとの歪みや、芯体２ａと銅製の筒状部
材２ｄとの歪みが顕著に大きくなるため、放熱板２の底
面の平坦性が損なわれ、他の外部電気回路基板（図示せ
ず）への実装が困難となる。また、この歪みが非常に大
きい場合、基体１と銅製の筒状部材２ｄとの間や、芯体
２ａと銅製の筒状部材２ｄとの間にクラックが発生し、
半導体素子７の気密性を保持することが困難となる。
【００３３】また、銅製の筒状部材２ｄの高さは、芯体
２ａの高さと同じであれば良く、芯体２ａの高さが基体
１の高さよりも低い場合、即ち下面側の金属層２ｂを含
む芯体２ａの下面側が、基体１の下面側と同一面上にあ
り、（半導体素子７作動時の放熱性を良好なものとする
ため、基体１の下面側と芯体２ａの下面側は同一面上に
あることが好ましい）かつ上面側の金属層２ｂを含む芯
体２ａの上面側が、基体１の上面側よりも低い場合であ
っても良い。
【００３４】このような場合、芯体２ａの高さが低いた
め、半導体パッケージ内部の空間を大きくすることが可
能となり、半導体パッケージ内部に半導体素子７を載置
固定したり、ボンディングワイヤ８を接続する等の作業
が非常に容易なものとなる。
【００３５】また、この銅製の筒状部材２ｄは、予め、
芯体２ａの側面にロウ材２ｃを介して接合しておけば、
この接合された状態の良否（半導体パッケージとして全
て組み立てる前に、芯体２ａが露出しているか否か、即
ち、気孔が完全に塞がれているか否か）の判定が可能と
なる。
【００３６】また、金属層２ｂを構成しているＣｒ−Ｆ
ｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，
Ｃｕ層２ｂ−４のそれぞれの厚さ、特に一方向性複合材
料から成る芯体２ａ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表層側（Ｍｏ層２ｂ−３，
Ｃｕ層２ｂ−４）の厚さを調整することによって、放熱
板２の幅方向の熱膨張係数を基体１の熱膨張係数に近似
させ、これを基体１にロウ付けした際に発生する残留熱
応力を非常に小さくし接合を強固なものとできる。
【００３７】例えば、基体１の熱膨張係数がおよそ１０
×１０-6〜１３×１０-6／℃のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，
Ｆｅ−Ｎｉ合金のような金属材料に近似させるために
は、最表層でかつ熱膨張係数の大きなＣｕ層２ｂ−４の
厚さを最も厚くし、Ｍｏ層２ｂ−３の厚さをＣｕ層２ｂ
−４の厚さよりも比較的薄くする。さらにはＣｒ−Ｆｅ
合金層２ｂ−１とＣｕ層２ｂ−２との厚さは、Ｍｏ層２
ｂ−３の厚さよりもさらに薄くする。具体的には、Ｃｕ
層２ｂ−４の厚さを２０μｍ程度、Ｍｏ層２ｂ−３の厚
さを１０μｍ程度、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１とＣｕ層
２ｂ−２との厚さをそれぞれ５μｍ程度としておく。
【００３８】一方、例えば、基体１の熱膨張係数がおよ
そ７×１０-6〜８×１０-6／℃程度のＡｌ2Ｏ3のような
セラミックスの場合、これに近似させるためには、Ｃｒ
−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−
３，Ｃｕ層２ｂ−４の厚さをそれぞれ５μｍ程度と非常
に薄くしておき、一方向性複合材料から成る芯体２ａの
厚さ方向の熱膨張係数（７×１０-6／℃程度）に、ほと
んど影響を与えないようにしておく。
【００３９】なお、金属層２ｂは一方向性複合材料から
成る芯体２ａ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、芯体２ａの上下両面にそ
れぞれの厚さが５０μｍ以下でかつ基体１の熱膨張係数
に近似させるように厚さ調整された、Ｃｒ−Ｆｅ合金層
２ｂ−１用のＣｒ−Ｆｅ合金箔，Ｃｕ層２ｂ−２用のＣ
ｕ箔，Ｍｏ層２ｂ−３用のＭｏ箔，Ｃｕ層２ｂ−４用の
Ｃｕ箔を、順次載置して積層させ、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行われる。
【００４０】また、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１は、金属
層２ｂを一方向性複合材料から成る芯体２ａに強固に接
合させる密着層であり、Ｃｕ層２ｂ−２は、Ｃｒ−Ｆｅ
合金層２ｂ−１とＭｏ層２ｂ−３とを強固に接合させる
とともに両者の相互拡散を有効に防止する拡散防止層で
あり、Ｍｏ層２ｂ−３とＣｕ層２ｂ−４は、Ｃｒ−Ｆｅ
合金層２ｂ−１およびＣｕ層２ｂ−２と相まって、その
厚さを調整することによって放熱板２の熱膨張係数を基
体１の熱膨張係数に近似させる熱膨張係数調整層であ
る。
【００４１】なお、最表層のＣｕ層２ｂ−４は、その熱
伝導性に優れた特性から、半導体素子７が発する熱を効
率良く放熱板２上面を伝熱させる機能を有するととも
に、その表面にＮｉメッキやＣｕメッキ等のメッキを非
常に容易に被着させることを可能とする。
【００４２】また、芯体２ａの側部には、ロウ材２ｃと
の接合を強固なものとするために、耐食性に優れかつロ
ウ材２ｃ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、ロウ材２ｃを介して銅製の筒状部材２ｄに強固に接
合できる。
【００４３】また、銅製の筒状部材２ｄの側面にもメッ
キを被着させておくと、メッキが被着された基体１の開
口１ｂの内周面に銀ロウ等のロウ材を介して強固に接合
できる。
【００４４】このように、基体１の熱膨張係数に近似さ
せた放熱板２を基体１の開口１ｂに銀ロウ等のロウ材を
介して嵌着させても、その残留熱応力によって剥がれた
り、放熱板２が破損するようなことはない。また、この
放熱板２上に半導体素子７を載置固定し、半導体素子７
を作動させても作動時に発する高温の熱によって、基体
１と放熱板２とが熱膨張差によって剥がれたり、放熱板
２が破損するようなことはない。
【００４５】また、半導体素子７の作動時に発する高温
の熱は、厚さ方向と幅方向の２経路で下面側に伝熱され
大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子７
は常に適温となり、半導体素子７を長期間にわたり正常
かつ安定に作動させることができる。
【００４６】また、このような放熱板２はその比重が極
めて小さいことから、この放熱板２を使用した半導体パ
ッケージに半導体素子７を収納して半導体装置となした
際、従来の半導体装置に比し極めて軽量なものとなり、
近年の小型軽量化が進む電子装置にも実装が可能とな
る。
【００４７】また、放熱板２は、幅方向の弾性率が３０
ＧＰａ以下と軟質であることから、放熱板２と基体１と
の間に若干の熱膨張差があったとしても両者間に発生す
る熱応力は放熱板２が適度に変形することによって吸収
される。その結果、基体１と放熱板２との接合が正常に
保たれることから、半導体素子７が発する熱を常に大気
中へ効率良く放散させることができる。
【００４８】さらに、一方向性複合材料から成る芯体２
ａの上下両面に金属層２ｂを被着させた放熱板２は、芯
体２ａと上面の金属層２ｂとの間および芯体２ａと下面
の金属層２ｂとの間に、両者の熱膨張係数の相違による
熱応力が発生するが、その各々の熱応力は金属層２ｂの
芯体２ａに対する被着位置が異なることから互いに相殺
される。その結果、放熱板２は芯体２ａと金属層２ｂと
の間に発生する熱応力によって変形することなく常に平
坦となり、これにより放熱板２上に半導体素子７を強固
に載置固定させることができるとともに、半導体素子７
が作動時に発する熱を常に大気中へ効率良く放散させる
ことができる。
【００４９】この放熱板２が嵌着される基体１の上面に
は、基体１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、高周波信号を入出
力する入出力端子４が、枠体３の貫通孔または切欠部か
ら成る取付部３ａ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。
【００５０】また、この入出力端子４には、半導体パッ
ケージ内外を導出するように、Ｍｏ−Ｍｎ等から成る金
属ペーストを焼結したメタライズ金属層４ａが被着され
ているとともに、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。
【００５１】このメタライズ金属層４ａの表面には、耐
食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６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７と電気的に接続させるため
のボンディングワイヤ８を接続できる。
【００５２】このリード端子６は、外部電気回路との高
周波信号の入出力を行うために導電性を有するＦｅ−Ｎ
ｉ−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。
【００５３】本発明の枠体３は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料やアルミ
ナセラミックス等のセラミックスから成り、開口１ｂを
囲繞するように基体１上面に取着される。また、枠体３
として入出力端子４にその熱膨張係数が近似したものを
用いることによって、ロウ付け後の残留熱応力を小さい
ものとし、その結果、それらの接合を強固なものとでき
る。
【００５４】また、この枠体３が金属材料から成る場
合、枠体３は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
として機能する。
【００５５】この金属材料から成る枠体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、その表面に耐食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。
【００５６】なお、枠体３の上面すなわち蓋体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。
【００５７】一方、枠体３がセラミックスから成る場
合、枠体３は金属材料に比し非常に軽量であることか
ら、半導体パッケージ内部に半導体素子７を収納して半
導体装置となした場合、半導体装置の重量を極めて軽量
なものとできる。
【００５８】また、このセラミックスから成る枠体３
は、セラミックスから成る基体１と同様の方法で製作さ
れ、このセラミックスから成る枠体３に形成するメタラ
イズ層についても上記と同様の方法で形成される。
【００５９】このような枠体３の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金等の金属材料や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。
【００６０】かくして、本発明において、半導体素子７
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大気
中に放散されるため、誤作動等の問題を全く発生させな
い。
【００６１】このように、本発明の半導体パッケージ
は、上面に半導体素子７が載置される載置部１ａを有す
る放熱板２として、放熱板２の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
合材料から成る芯体２ａの上下両面にＣｒ−Ｆｅ合金層
２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２
ｂ−４の４層構造を有する金属層２ｂを拡散接合により
積層させ被着させたものと、この芯体２ａの側部に熱伝
導性に優れる銀ロウ等のロウ材２ｃを介して銅製の筒状
部材２ｄを接合したものとを使用し、さらにＣｕ−Ｗ合
金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材
料やアルミナセラミックス等のセラミックスから成り、
放熱板２側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化するための基
体１の開口１ｂに、銀ロウ等のロウ材を介して嵌着して
成る。
【００６２】これにより、半導体素子７が作動時に発し
た熱は、厚さ方向（半導体素子７が放熱板２に低融点半
田を介して接合されている面からそのまま垂直方向に伝
熱する経路）と、幅方向{金属層２ｂの横方向から放熱
板２の側面（ロウ材２ｃと銅製の筒状部材２ｄ）を伝熱
する経路}との２経路で、放熱板２の下面側に伝熱され
大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子７
の気密性を完全に保持できるとともに、常に適温とし、
半導体素子７を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ
ることができる。
【００６３】なお、銅製の筒状部材２ｄの厚さは、３０
〜１００μｍが良く、この範囲を外れる場合、銅製の筒
状部材２ｄの製造が困難であったり、基体１や芯体２ａ
との熱膨張差による歪みが顕著に大きくなり、それらの
間にクラック等が発生し、半導体素子７の気密性を保持
することが困難となる。そのため、銅製の筒状部材２ｄ
の厚さは、３０〜１００μｍが良く、好ましくは５０〜
７０μｍのほうが、上記問題点の発生を完全に回避でき
る。
【００６４】また、本発明によれば、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る
芯体２ａの上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃ
ｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層
構造を有する金属層２ｂを拡散接合により積層させ被着
させるとともに、芯体２ａの側部に熱伝導性に優れる銀
ロウ等のロウ材２ｃを介して銅製の筒状部材２ｄを接合
した放熱板２は、その重量が極めて軽量なものであり、
半導体パッケージ内部に半導体素子７を収納して半導体
装置となした場合、半導体装置の重量も極めて軽量なも
のとなって、近年の小型軽量化が進む電子装置への実装
も可能となる。
【００６５】さらに、本発明によれば、上記金属層２ｂ
のうち、特にＭｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の２層の
それぞれの厚さを調整することによって、放熱板２の幅
方向の熱膨張係数を基体１のそれに近似させることがで
き、そのため基体１と放熱板２との接合を強固なものと
できる。
【００６６】かくして、本発明の半導体パッケージは、
放熱板２の載置部１ａ上に半導体素子７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７の各電極をボンディングワイヤ８を介してメタ
ライズ金属層４ａ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、基体１、放熱板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７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。
【００６７】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
更を行うことは何等支障ない。
【００６８】例えば、ロウ材２ｃは銀ロウに限らず、チ
タン（Ｔｉ）等の活性金属を含有するロウ材、所謂活性
金属ロウを用いても良く、この場合には芯体２ａの側部
にメッキを施しておく必要がなく、芯体２ａと活性金属
ロウとを直接接合でき、メッキを施す手間が省けるとと
もに、活性金属ロウは真空炉中等の真空の状態で溶融さ
れるため、ロウ材２ｃ中にボイド等が発生しにくく、半
導体素子７作動時に発する熱を効率良く伝えることがで
きる。
【００６９】
【発明の効果】本発明は、上面に半導体素子が載置され
る放熱板として、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順にクロム−鉄合金層，銅層，モ
リブデン層および銅層が積層され拡散接合により被着さ
れているとともに、銅製の接合部材が側面を覆うように
ロウ付けされており、該接合部材が前記開口の内周面に
ロウ付けされていること、つまり、放熱板がその上面側
から下面側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上で
ある一方向性複合材料と、この一方向性複合材料の側部
にロウ材を介して銅製の帯状部材または筒状部材を接合
したものとから構成され、さらに、この放熱板の側面を
Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金
等の金属材料やアルミナセラミックス等のセラミックス
から成る基体の開口に銀ロウ等のロウ材を介して嵌着し
たことにより、半導体素子の気密性を確保できるととも
に、半導体素子の作動時の熱は、厚さ方向、即ち半導体
素子が放熱板に低融点半田を介して接合されている面か
らそのまま垂直方向に伝熱する経路と、幅方向、即ち金
属層の横方向から放熱板の側面へ伝熱する経路との２経
路で、放熱板の下面側に伝熱され大気中に効率良く放散
される。その結果、半導体素子の酸化腐食等により特性
劣化を引き起こすことなく、さらには半導体素子は常に
適温となり、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。
【００７０】また、本発明は、銅製の接合部材の厚さを
３０〜１００μｍとすることによって、銅製の接合部材
と、基体および一方向性複合材料との熱膨張差による歪
みを非常に小さくでき、それらの間にクラック等が発生
するのを有効に防止する。そのため、半導体素子の気密
性を保持することができる。
【００７１】さらに、本発明の上記構成の放熱板は、そ
の重量が極めて軽量なものであり、半導体パッケージ内
部に半導体素子を収納して半導体装置となした場合、半
導体装置の重量も極めて軽量なものとなって、近年の小
型軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【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】図１の放熱板の上面図である。
【図４】従来の半導体パッケージの断面図である。
【図５】図４の放熱板の部分拡大断面図である。
【図６】従来の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体 １ａ：載置部 １ｂ：開口 ２：放熱板 ２ａ：芯体 ２ｂ：金属層 ２ｂ−１：クロム−鉄合金層 ２ｂ−２：銅層 ２ｂ−３：モリブデン層 ２ｂ−４：銅層 ２ｃ：ロウ材 ２ｄ：銅製の筒状部材 ３：枠体 ３ａ：取付部 ４：入出力端子 ７：半導体素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】上下面を貫通する開口が形成された基体
    と、前記開口に嵌着されるとともに上面に半導体素子が
    載置される載置部を有する放熱板と、前記基体上面に前
    記開口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入出力端子の取付部を有する枠体
    と、前記取付部に嵌着された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
    順にクロム−鉄合金層，銅層，モリブデン層および銅層
    が積層され拡散接合により被着されているとともに、銅
    製の接合部材が側面を覆うようにロウ付けされており、
    該接合部材が前記開口の内周面にロウ付けされているこ
    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】前記接合部材の厚さが３０〜１００μｍで
    あ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。
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