JP2002222887A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の一方向性の炭素繊維からなる基体で
は、半導体素子が発する大量の熱を十分に下面側に伝達
しきれず、半導体素子が熱で誤動作や熱破壊を起こした
り、また基体を外部装置にネジ止めする際に基体のネジ
止め部の周囲が潰れるといった問題があった。 【解決手段】 上面に半導体素子２の載置部１ａを有す
る基体１と、載置部１ａを囲繞して取着され貫通孔また
は切欠部から成る入出力端子４の取付部３ａを有する枠
体３と、取付部３ａに嵌着された入出力端子４とを具備
し、基体１は、炭素質母材１ｂ内に分散された炭素繊維
及び熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属から成る金
属炭素複合体を基材Ａとし、基材Ａの上下面に基材Ａ側
から鉄またはステンレススチールから成る接着層６およ
び銅層７を積層した金属層Ｂが形成され、基材Ａの金属
層Ｂおよびその残部に銅メッキ層８が被着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の
半導体集積回路素子、電界効果型トランジスター（ＦＥ
Ｔ）などの半導体素子を収容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）の一種である光半導体パ
ッケージを図３に示す。同図の（ａ），（ｂ），（ｃ）
は、それぞれ光半導体パッケージの平面図，断面図，部
分拡大断面図である。尚、同図において、光ファイバー
と光ファイバーを取り付けるための筒状の固定部材を省
略している。

【０００３】この光半導体パッケージは、上面に光半導
体素子１０５がペルチェ素子等の熱電冷却素子Ｃを介し
て載置される載置部１０４を有する基体１０２と、載置
部１０４を囲繞するようにして取着されるとともに側部
に貫通孔または切欠部からなる取付部を有する枠体１０
７と、取付部に嵌着された入出力端子１０８とを具備し
たものである。

【０００４】また、この光半導体パッケージにおいて
は、炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料１０９
の上下面に、例えば、第１層としてクロム（Ｃｒ）−鉄
（Ｆｅ）合金層、第２層として銅（Ｃｕ）層、第３層と
して鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金層もしくは鉄
（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金層
の３層構造を有する金属層Ｂ１が被着された放熱板１０
１が、枠状の基体１０２の内側に嵌着されて光半導体素
子の載置部１０４を構成している。そして、放熱板１０
１と枠状の基体１０２と枠体１０７と蓋体１０３とから
なる容器内部に光半導体素子１０５を気密に封止するこ
とにより光半導体装置となる（特開２０００−１５０７
４５号公報参照）。

【０００５】上記従来例では、放熱板１０１は光半導体
素子１０５の載置部１０４を形成し、炭素繊維が上面側
から下面側に向かう方向に配列して成る。また、放熱板
１０１は、金属層Ｂ１の被着がなければ光半導体素子１
０５の載置面に平行な方向の熱膨張係数は約７ｐｐｍ／
℃（×１０^-6／℃）であるが、その方向の弾性率が約７
ＧＰａと小さいことから、金属層Ｂ１の被着により放熱
板１０１の熱膨張係数を変えることができ、よってその
熱膨張係数は１０〜１３ｐｐｍ／℃に調整されている。
また、その熱伝導率は、光半導体素子１０５の載置面に
平行な方向、即ち炭素繊維を炭素で結合した一方向性複
合材料１０９における炭素繊維の方向に直交する方向の
熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるのに対して、炭素
繊維の方向では３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるとしてい
る。

【０００６】そして、放熱板１０１は、熱膨張係数が１
０〜１３ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）の鉄（Ｆｅ）−
ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や鉄（Ｆｅ）
−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成る枠状の基体１０２の
貫通孔に、例えばＡｇロウ等のロウ材で嵌着されて光半
導体素子１０５の載置部１０４となる。これにより、光
半導体素子１０５が発する熱を熱電冷却素子Ｃを介して
外部に放散する機能を有するものとなる。

【０００７】放熱板１０１は、上述したように、放熱材
料として一般的に用いられている銅（Ｃｕ）−タングス
テン（Ｗ）合金や銅（Ｃｕ）−モリブデン（Ｍｏ）合金
に比して、炭素繊維が放熱板１０１の上面側から下面側
に向かう方向に配列していることにより、この方向に大
きな熱伝導率を有している。放熱板１０１を用いた光半
導体パッケージに収容された光半導体素子１０５が作動
時に発する熱は、放熱板１０１の炭素繊維の方向に対し
て直交する方向の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である
ことから、放熱板１０１の主面に平行な方向には実質的
にほとんど伝わらないこととなる。

【０００８】よって、光半導体素子１０５が作動時に発
する熱は、選択的に炭素繊維の配列方向、即ち放熱板１
０１の上面側から下面側にかけて伝達されるとともに下
面側から大気中に放散されることとなる。その結果、光
半導体素子１０５は常に適温となり、光半導体素子１０
５を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが可
能になる。上記従来例では、大気中に熱が放散されると
ともに、光半導体パッケージが密着固定される外部装置
を介して熱が外部に放散されることは明らかである。

【０００９】また、光半導体素子１０５の作動時に発す
る熱が基体１０２と枠体１０７に加わった場合に、基体
１０２と枠体１０７の材質が同一であり、よって熱膨張
係数がいずれも約１０〜１３ｐｐｍ／℃であることか
ら、両者間に大きな熱応力が発生することはない。ま
た、たとえ小さな熱応力が発生したとしても、放熱板１
０１の炭素繊維方向に直交する方向の弾性率が極めて小
さいことから、放熱板１０１が適度に変形することで枠
体１０７との間に発生する熱応力が緩和される。従っ
て、基体１０２上に枠体１０７を極めて強固に取着して
おくことが可能になる。

【００１０】よって、基体１０２と放熱板１０１と枠体
１０７と蓋体１０３とから成る光半導体パッケージの気
密封止を完全として、内部に収容される光半導体素子１
０５を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが
可能になる。

【００１１】この光半導体パッケージの放熱構造は、大
量の熱を発するＬＳＩやＦＥＴ等を収容する半導体パッ
ケージにも適用できることは勿論である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光半導
体素子１０５の発する熱量が大きく、放熱板１０１の熱
伝達の限界を超えた場合に、熱は放熱板１０１に蓄熱さ
れて放熱板１０１の温度が上昇する場合がある。この場
合、放熱板１０１の熱が熱電冷却素子Ｃを介して光半導
体素子１０５に加わり、光半導体素子１０５の温度が上
昇して光半導体素子１０５が誤動作する、あるいは光半
導体素子１０５が熱破壊するという問題が発生してい
た。

【００１３】また、光半導体パッケージを外部装置にネ
ジ止めにより密着固定させるために剛性の高いＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等からなる枠状の基体１
０２を用いており、放熱板１０１はこの基体１０２の貫
通孔にＡｇロウなどのロウ材を介して嵌着されている。
そして、光半導体パッケージを別体の外部装置にネジ止
め部１０６でネジを通して締め付けることにより密着固
定し、光半導体素子１０５が発する熱を外部装置を介し
て外部に放散する。

【００１４】ところが、放熱板１０１を枠状の基体１０
２の貫通孔に嵌着するに際して、放熱板１０１の外周面
と貫通孔の内面との隙間は、その大きさにバラツキがあ
る場合がある。この場合、ロウ材で放熱板１０１を貫通
孔にロウ付けすると、ロウ材の溜り状態が不均一となる
ことがあり、その結果光半導体パッケージの気密封止が
損なわれることがあった。

【００１５】そこで、放熱板１０１自体を基体として用
いる光半導体パッケージが考えられるが、外部装置への
ネジ止めの際に、放熱板１０１を構成する一方向性複合
材料１０９が一方向性の炭素繊維を厚さ方向に揃えて、
これを炭素で結合したものであることから、本質的にそ
の圧縮強度が金属に比べて桁違いに小さい。そのため、
ネジによる締め付け時に放熱板１０１のネジ止め部１０
６が厚さ方向に潰れてしまう場合があった。従って、光
半導体パッケージを外部装置に強い締め付け力で密着固
定できなくなり、光半導体素子１０５が発する熱が十分
に放散されなくなる場合があるという問題点があった
（特開２０００−１５０７４６号参照）。

【００１６】本発明は、上記問題点に鑑み完成されたも
のであり、その目的は、半導体素子が発する熱を放熱板
を介して効率よく半導体パッケージの外部に放散して半
導体パッケージ内部に収容する半導体素子を長期間に亘
り正常かつ安定に作動させるとともに、半導体パッケー
ジを外部装置に密着固定させるためのネジ締め時におい
て厚さ方向に潰れることのないもの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、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基
体と、前記載置部を囲繞するようにして取着されるとと
も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前記入出力端子
とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前
記基体は、炭素質母材内に分散された炭素繊維および熱
伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属から成る金属炭素
複合体を基材とし、該基材の上下面に前記基材側から鉄
またはステンレススチールから成る接着層および銅層を
積層した金属層が形成され、さらに前記基材の前記金属
層およびその残部に銅メッキ層が被着されていることを
特徴とする。

【００１８】本発明の半導体パッケージによれば、基体
を構成する基材が炭素質母材内にランダムな方向で分散
された一方向性の炭素繊維および熱伝導率が３５０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上の金属とから成る金属炭素複合体であり、半
導体素子から基材に伝わった熱は、金属炭素複合体によ
り基材内部においてランダムな経路を辿りながら基体の
下面および側部に伝わることになる。そして、基体の側
面に伝わった熱はその表面の銅メッキ層を介して下面へ
と伝わり、よって基体の下面からの熱放散により半導体
素子の温度を適正な温度にすることが可能になる。その
結果、半導体素子を常に適温として、半導体素子を長期
間に亘り正常かつ安定に作動させることが可能になる。

【００１９】このようにして、本発明による基体は炭素
質母材内に分散された炭素繊維および熱伝導率が３５０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属から成る金属炭素複合体を基材と
していることから、弾性率は極めて小さく、また被着さ
れた金属層によって半導体素子の載置面に平行な方向の
熱膨張係数が１０〜１３ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）
に調整されていることから、半導体素子が発する熱によ
って基体と半導体素子との接合部、および基体と枠体と
の間で熱応力が発生したとしても、これらの熱応力は基
体が適度に変形することにより緩和される。

【００２０】また、金属塊が炭素質母材内に分散されて
いるので基体の圧縮強度が実質的に大きくなり、基体を
外部装置にネジ止めする際に発生する押圧力や圧縮応力
が基体の表面に加わった場合に、基体が押圧力や圧縮応
力に対してつぶれ難くなる。従って、例えばマザーボー
ド等の外部装置に基体をネジで締め付けて密着固定する
に際して、基体が厚さ方向に潰れることにより締め付け
が緩くなって密着固定が不十分となり、外部への熱放散
性が損なわれるといった不具合が解消される。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージを以下
に詳細に説明する。図１、図２は本発明の半導体パッケ
ージについて実施の形態の一例を示すものであり、図１
は半導体パッケージの断面図、図２は半導体パッケージ
の基体の部分拡大断面図である。

【００２２】図１において、１は基体、１ａは半導体素
子２の載置部、２はＩＣ，ＬＳＩ，ＦＥＴ等の半導体素
子、３は枠体、３ａは枠体３に設けられた入出力端子４
の取付部である。主に基体１と枠体３と蓋体５とで半導
体素子２を収容する容器が構成されるとともに、入出力
端子４が取付部３ａに嵌着されている。

【００２３】また、図２において、１ｂは炭素質母材、
１ｃは一方向性の炭素繊維の集合体、１ｄは銅、Ａは炭
素質母材１ｂに炭素繊維の集合体１ｃと銅１ｄとを分散
させてなる基材、６は基材Ａの上下面に形成された鉄ま
たはステンレススチールからなる接着層、７は接着層６
上に形成された銅層、Ｂは接着層６と銅層７とが積層さ
れてなる金属層、８は基材Ａの金属層Ｂおよびその残部
の側面に被着された銅メッキ層である。

【００２４】図２に示すように、基材Ａは、一方向性の
炭素繊維からなる集合体１ｃと銅１ｄとが炭素質母材１
ｂ内に分散されたものである。このような基材Ａは例え
ば以下の工程［１］〜［７］のようにして作製される。

【００２５】［１］一方向性の炭素繊維の束を炭素で結
合した板状の塊を一方向性の炭素繊維からなる小さな集
合体に破砕し、破砕された集合体を集めて固体のピッチ
あるいはコークス等の微粉末を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浸す。なお、板状の塊を
破砕して得られる集合体の大きさは、その形状を例えば
略立方体としてみた場合一辺が約０．１〜１ｍｍ程度で
ある。

【００２６】［２］次に、これを乾燥させて所定の圧力
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
板状の塊を得る。

【００２７】［３］これを不活性雰囲気中、高温で焼成
することでフェノール樹脂とピッチあるいはコークスの
微粉末を炭化させて炭素質母材１ｂとする。炭素質母材
１ｂは、それ自体２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋの大きな熱
伝導率を有し、半導体素子２が発する熱の伝熱媒体とし
ても機能する。

【００２８】［４］炭素質母材１ｂ内に熱伝導率が３５
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属、本例ではＣｕを高温、高圧の
もとで溶融させて含浸させる。含浸されたＣｕは銅塊と
なって炭素質母材１ｂ内に分散される。含浸させる金属
は熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものであり、Ｃ
ｕ以外に銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル
（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等がよい。なお、Ａ
ｌ，Ｎｉ，Ｍｇはいずれも熱伝導率がＣｕやＡｇに比べ
ると小さいため、含浸させる金属としてはＣｕ，Ａｇが
好ましい。

【００２９】［５］次いで、炭素質母材１ｂ内に炭素繊
維およびＣｕ等の金属を分散させた塊を板状に切り出し
て基材Ａとなる板を作製する。板の寸法は、例えば厚さ
が０．５〜２ｍｍ程度、縦横の寸法が１００ｍｍ程度で
ある。

【００３０】［６］さらに、この板を所望の形状に加工
して基材Ａを作製し、基材Ａの上下面に、基材Ａ側から
鉄またはステンレススチールから成る接着層６、銅層７
を積層させた金属層Ｂを形成する。

【００３１】［７］次いで、基材Ａの全面に銅メッキ層
８を被着する。

【００３２】基材Ａは、その熱膨張係数は含浸される金
属の性質や量によって異なるが、例えば銅が分散されて
いると８〜１０ｐｐｍ／℃となり、また銅が分散されて
いることによって基材Ａのネジ止め時の潰れが大きく軽
減される。よって、半導体パッケージを外部装置にネジ
で締め付けることにより密着固定する場合に強固に締め
付けることができる。

【００３３】基体１は、図２に示すように、基材Ａの上
下面に、鉄またはステンレススチールからなる接着層６
および銅層７を積層して成る２層構造の金属層Ｂが形成
されている。銅層７は、半導体素子２が発する熱を横方
向に伝達する伝熱媒体ともなる。そして、枠体３の下面
に、基体１の上面の金属層Ｂを半田や銀ロウ等のロウ材
を介してロウ付けすることにより、基体１が枠体３の下
面に取着される。

【００３４】また、基材Ａの上下面に接着層６と銅層７
とから成る金属層Ｂが形成されていることから、基材Ａ
が表面に気孔が存在する多孔質であるとしても、その気
孔は金属層Ｂによって完全に塞がれる。その結果、半導
体パッケージ内部の気密封止の信頼性が高いものとな
る。また、容器内部に半導体素子２を収容し半導体装置
となした後、ヘリウムを使用して半導体装置の気密検査
をする場合、ヘリウムの一部が基材Ａの気孔内にトラッ
プされることが有効に防止され、半導体装置の気密封止
の検査が正確に行なえる。

【００３５】本発明において、接着層６を予め基材Ａに
形成するのは、炭素と接合しにくい銅層７を接着層６を
介して基材Ａに被着させるためであり、このとき鉄原子
と炭素原子とが高温のもとで相互拡散し大きな接合強度
が得られる。また基材Ａの表面に一部表れている銅１ｄ
に対してもアンカー効果による物理的な接合強度が得ら
れる。

【００３６】また、基体１は銅メッキ層８で被覆してお
くと、側面の銅メッキ層８が側面に伝達した熱を下面へ
と導く伝熱媒体となるとともに、枠体３の取付部３ａに
入出力端子４を嵌入しロウ材で接合する際に、ロウ材の
濡れ性が向上するという機能も有している。銅メッキ層
８の厚さは、０．５μｍ未満であるとロウ材の濡れ性が
低下し易く、また伝熱媒体として有効に機能しなくな
る。銅メッキ層８の厚さが５μｍを超えると、銅メッキ
層８を形成する際に炭素質母材１ｂと銅メッキ層８との
間に大きな応力が発生し内在することとなる。この内在
した応力によって、銅メッキ層８が剥離しやすくなるこ
とから、銅メッキ層８の厚さは０．５〜５μｍの範囲と
しておくことが好ましい。

【００３７】また、本発明において、金属層Ｂを接着層
６と銅層７の２つの層で形成するのは、接着層６を介し
て銅層７を形成することにより、基材Ａの熱膨張係数を
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金からなる枠体３
の熱膨張係数１０〜１３ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）
に近づけるためである。

【００３８】そして、接着層６の厚さは５〜３０μｍ、
銅層７の厚さは５〜３０μｍとすることが好ましい。接
着層６の厚さが５μｍ未満では、銅層７を形成する際の
接着層としての機能を果たさなくなる。また、接着層６
の厚さが３０μｍ以上では、接着層６と基材Ａとの熱膨
張係数の差によって発生する熱応力によって、基材Ａの
表面から接着層６が剥れることがあり、基材Ａとの密着
性が劣化する。

【００３９】また、銅層７の厚さを５μｍ未満にする
と、基体１の熱膨張係数が小さくなり、基体１にＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金からなる枠体３をロウ
材で接合した場合に、それらの熱膨張率の差によってロ
ウ材にクラックが発生し易くなる。また、銅層７の厚さ
が３０μｍ以上では、基材Ａの熱膨張係数が大きくなり
過ぎ、枠体３を基体１の上面にロウ材で接合する際にロ
ウ材にクラックが発生し易くなる。

【００４０】以上のことから、基材Ａの上下面に上記範
囲内の厚さを有する、鉄またはステンレススチールから
なる接着層６と銅層７とを積層した金属層Ｂが形成され
た基体１は、鉄の熱膨張係数が約１４ｐｐｍ／℃（室温
〜８００℃）、ステンレススチールの熱膨張係数が１１
〜１５ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）、銅の熱膨張係数
が約１９ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）であり、基材Ａ
の熱膨張係数が８〜１０ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）
であることから、基体１の熱膨張係数は１０〜１３ｐｐ
ｍ／℃（室温〜８００℃）となる。

【００４１】これにより、基体１を枠体３の下面に取着
させた後、基体１および枠体３に対して半導体素子２が
動作時に発生する熱が加わったとしても、基体１と枠体
３との間には両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力が
ほとんど発生することはなくなる。また、熱応力が発生
しても、基体１の弾性率が小さいことから、基体１がそ
の熱応力を吸収し、その結果、基体１は枠体３に強固に
接合し、かつ半導体素子２の作動時に発生する熱を大気
中に良好に発散させ得る。また、半導体素子２と基体１
との間に発生する熱応力は、基体１がその熱応力を吸収
するように変形し、半導体素子２と基体１との間では熱
応力が大きく発生することが無い。従って、容器内部に
収容する半導体素子２を長期間に亘り、正常かつ安定に
作動させることができる。

【００４２】なお、金属層Ｂは基材Ａの上下面に拡散接
合させることによって被着されており、具体的には、基
材Ａの上下面に厚さが例えば約５μｍの鉄箔またはステ
ンレススチール箔と、厚さが例えば約２０μｍの銅箔と
を順次載置し、次に真空ホットプレスで５ＭＰａ（メガ
パスカル）の圧力をかけつつ１２００℃の温度を１時間
加えることによって被着される。

【００４３】基材Ａの上下面に金属層Ｂを形成し、さら
に銅メッキ層８を被着した基体１は、上面側から下面側
にかけて３５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率が得ら
れ、また半導体素子２の載置部１ａの載置面に平行な方
向については２００〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率が得
られる。その結果、基体１は、その上に載置された半導
体素子２が発する熱をランダムな方向に効率よく伝達さ
せることができる。従って、基体１の下面の全面から熱
が放散されるとともに、基体１の側面に伝達した熱も銅
メッキ層８を伝わり基体１の下面の全面から外部に効率
よく放散されることとなる。

【００４４】半導体素子２の載置面（接合面）に平行な
方向の熱伝導率を測定すると、２００〜２５０Ｗ／ｍ・
Ｋであり、図３に示すような炭素繊維を炭素で結合した
一方向性複合材料１０９を用いたものと比較して７〜８
倍と大きくなっていることが明らかになった。すなわ
ち、半導体素子２が発する熱は、熱電冷却素子（図１に
は図示せず）を介して、基体１に伝達され、次いでこの
基体１の上面側から下面側にかけて基体１内の様々な方
向の伝熱経路によって効率よく伝わり、さらに外部装置
を介して空気中に放散される。

【００４５】また、炭素質母材１ｂに銅１ｄを含浸させ
ると、基材Ａの密度は３〜４ｇ／ｃｍ³となり、銅１ｄ
を含浸させていない基材Ａの密度（約２ｇ／ｃｍ³）に
比べると大きいが、従来から一般的に用いられているＣ
ｕ−Ｗ合金に比べて１／３〜１／５程度であり、極めて
軽量である。従って、近時の小型軽量化が進む電子装置
へ実装する際に有利なものとなる。

【００４６】更に、炭素質母材１ｂを用いた基体１は、
その弾性率がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属に比べて小
さいことから、基体１と枠体３との間に熱膨張係数の差
があったとしても、これらの両者間に発生する熱応力は
基体１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と枠体３、および基体１と半導体素子２と
は強固に接合し、半導体素子２が発する熱を常に大気中
に効率よく放散させることができるとともに、半導体素
子２を長期間に亘って正常かつ安定に作動させることが
できる。

【００４７】また、炭素質母材１ｂの上下面に金属層Ｂ
を被着させた基体１には、基材Ａとその上面の金属層Ｂ
との間、および基材Ａとその下面の金属層Ｂとの間に、
基材Ａと金属層Ｂとの熱膨張係数差に起因する熱応力が
発生しても、それぞれの熱応力はそれらの方向が上下面
で同方向、かつほぼ同等となることから、基体１は基材
Ａと金属層Ｂとの間に発生する熱応力によって変形する
ことはなく、常に平坦となる。これにより、枠体３の下
面に基体１を強固に接合させることが可能になるととも
に、半導体素子２が作動時に発する熱を基体１を介して
大気中に効率よく放散させることが可能になる。

【００４８】本発明の枠体３は、基体１の上面の外周部
に載置部１ａを囲繞するようにしてロウ材、ガラスまた
は樹脂等の接着剤を介して取着されており、基体１と枠
体３とで半導体素子２を収容する為の空所が内部に形成
される。

【００４９】枠体３はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎ
ｉ合金からなり、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のイン
ゴット（塊）に従来周知のプレス成型法等の金属加工法
により所定の枠状に成型することによって製作される。

【００５０】Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合
金からなる枠体３は、その熱膨張係数が１０〜１３ｐｐ
ｍ／℃（室温〜８００℃）であり、基体１の熱膨張係数
１０〜１３ｐｐｍ／℃とほとんど同じである。よって、
基体１と枠体３との間に発生する熱応力は小さく、また
基体１の弾性率がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属に比べ
て小さいことから、熱応力が発生したとしてもその熱応
力は基体１の適度の変形によって吸収される。従って、
枠体３と基体１とを接合するロウ材にクラック等の不具
合が発生することや、基体１に反りが発生すること等が
解消できる。

【００５１】また枠体３は、その側部に貫通孔または切
欠部からなる取付部３ａが形成されており、取付部３ａ
には、枠体３の内側から外側にかけて導出する複数のメ
タライズ配線層９が形成された入出力端子４が嵌着され
ている。入出力端子４は、メタライズ配線層９を枠体３
に対し電気的絶縁をもって枠体３の内側から外側にかけ
て配設する作用をなし、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）
質焼結体などの電気絶縁材料からなる。そして、取付部
３ａの内面に対向する入出力端子４の側面に予めメタラ
イズ層を被着させておき、このメタライズ層を取付部３
ａの内面に銀ロウなどのロウ材を介して接合することに
よって、取付部３ａに入出力端子４が嵌着される。

【００５２】また、入出力端子４の電気絶縁材料からな
る本体部分は以下のようにして作製される。まず、例え
ばＡｌ₂Ｏ₃、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）などの原料粉末
に適当なバインダー、溶剤等を添加混合してスラリーと
なす。このスラリー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
ートとし、次いでセラミックグリーンシートに適当な打
ち抜き加工を施すとともにメタライズ配線層９となる金
属層を形成する。このセラミックグリーンシートを複数
枚積層し、約１６００℃の温度で焼成することによっ
て、入出力端子４の本体部分が作製される。

【００５３】さらに入出力端子４は、枠体３の内側から
外側にかけて導出する複数のメタライズ配線層９が、セ
ラミック積層体である本体部分に埋設されるように形成
されている。また、メタライズ配線層９の枠体３の内側
に位置する部位には、半導体素子２の各電極がボンディ
ングワイヤ１０を介して電気的に接続される。メタライ
ズ配線層９の枠体３の外側に位置する部位には、外部装
置と接続される外部リード端子１１が銀ロウなどのロウ
材を介して取着されている。

【００５４】メタライズ配線層９は半導体素子２の各電
極を外部装置に接続するための導電路として作用し、タ
ングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍ
ｎ）などの高融点金属粉末により形成されている。そし
て、メタライズ配線層９は、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎなどの高融
点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤などを添加混
合して得たペーストを、入出力端子４となるセラミック
グリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法によ
り所定パターンに印刷塗布し、焼成することによって入
出力端子４に形成される。

【００５５】なお、メタライズ配線層９は、その露出す
る表面にＮｉ、金（Ａｕ）などの耐食性に優れ、かつロ
ウ材との濡れ性に優れる金属を１〜２０μｍの厚さでメ
ッキ法により被着させておくと、メタライズ配線層９の
酸化腐食を有効に防止することができる。また、メタラ
イズ配線層９への外部リード端子１１のロウ付けを強固
にすることができる。従って、メタライズ配線層９は、
その露出する表面にＮｉ、Ａｕなどの耐食性に優れる金
属を１〜２０μｍの厚さに被着させておくことが好まし
い。

【００５６】また、メタライズ配線層９には外部リード
端子１１が銀ロウなどのロウ材を介してロウ付け取着さ
れており、外部リード端子１１は容器内部に収容する半
導体素子２の各電極を外部装置に電気的に接続する作用
をなす。外部リード端子１１を外部装置に接続すること
によって、容器の内部に収容される半導体素子２はメタ
ライズ配線層９および外部リード端子１１を介して外部
装置に電気的に接続されることになる。

【００５７】外部リード端子１１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金やＦｅ−Ｎｉ合金等などの金属材料からなり、例え
ばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工
法や打ち抜き加工法などの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。

【００５８】かくして、本発明の半導体パッケージによ
れば、基体１の載置部１ａ上に半導体素子２をガラス、
樹脂、ロウ材などの接着剤を介して接着固定するととも
に、半導体素子２の各電極をボンディングワイヤ１０を
介して所定のメタライズ配線層９に接続させ、しかる
後、枠体３の上面に蓋体５をガラス、樹脂、ロウ材など
からなる封止材を介して接合させ、基体１、枠体３およ
び蓋体５とからなる容器内部に半導体素子２を気密に収
容することによって製品としての半導体装置となる。

【００５９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば種々の変更は可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明は、上面に半導体素子が載置され
る載置部を有する基体が、炭素質母材内に分散された炭
素繊維および熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属か
ら成る金属炭素複合体を基材とし、基材の上下面に基材
側から鉄またはステンレススチールから成る接着層およ
び銅層を積層した金属層が形成され、さらに基材の金属
層およびその残部に銅メッキ層が被着されていることか
ら、半導体素子が作動時に発した熱は基体の上面側から
下面側へとランダムな経路で伝達し、また基体の側面に
伝達した熱を銅メッキ層により下面側へと伝達すること
により、大量の熱を効率よく基体の下面側へと伝達する
ことが可能となる。その結果、半導体素子は常に適温と
なって、半導体素子を長期間に亘り正常かつ安定に作動
させることが可能になる。

【００６１】また、炭素質母材内に一方向性の炭素繊維
の集合体および金属を分散させて基材となし、その上下
面に接着層と銅層の２層構造を有する金属層を拡散接合
により被着形成し、さらに銅メッキ層を被着させて成る
基体としたことにより、基体の弾性率を小さくすること
ができる。その結果、基体の熱膨張係数と、鉄−ニッケ
ル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金などの金属材料か
らなる枠体の熱膨張係数との間に差があり、基体および
枠体に熱が加わって基体と枠体間に熱応力が発生して
も、基体が適度に変形して熱応力を吸収し得る。

【００６２】さらに、基材は熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の金属が炭素質母材に分散されているので、この
金属が外部応力に対して基材の形状を保持することので
きる圧縮強度を付与する。例えば、基体の端部のネジ止
め部を外部装置等にネジ止めする際に、押圧力や圧縮応
力が基体の表面に加わった場合、基体が押圧力や圧縮応
力に対して潰れ難くなる。よって、マザーボードなどの
外部装置にネジ止めする際に、基体が厚さ方向に潰れる
といった不具合が解消するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージについて一実施形態
を示す断面図である。

【図２】図１の半導体パッケージの基体の部分拡大断面
図である。

【図３】（ａ）は従来の半導体パッケージの平面図、
（ｂ）は従来の半導体パッケージの断面図、（ｃ）は従
来の半導体パッケージの放熱板の部分拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１：基体 １ａ：載置部 １ｂ：炭素質母材 １ｃ：一方向性の炭素繊維の集合体 １ｄ：銅 ２：半導体素子 ３：枠体 ３ａ：取付部 ６：接着層 ７：銅層 ８：銅メッキ層 １２：ネジ止め部 Ａ：基材 Ｂ：金属層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に半導体素子が載置される載置部を
   有する基体と、前記載置部を囲繞するようにして取着さ
   れるととも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前記入
   出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにお
   いて、前記基体は、炭素質母材内に分散された炭素繊維
   および熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属から成る
   金属炭素複合体を基材とし、該基材の上下面に前記基材
   側から鉄またはステンレススチールから成る接着層およ
   び銅層を積層した金属層が形成され、さらに前記基材の
   前記金属層およびその残部に銅メッキ層が被着されてい
   ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。