JP2003188301A

JP2003188301A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置

Info

Publication number: JP2003188301A
Application number: JP2001386230A
Authority: JP
Inventors: Yasuyoshi Kunimatsu; 廉可國松
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子が発する大量の熱を十分に基体の
下面側に伝達しきれず、半導体素子が熱で誤動作したり
熱破壊されるという問題があった。【解決手段】上面に半導体素子を載置する載置部を有
する板状の基体２が、一方向性炭素繊維ｌの集合体が内
部に分散された炭素質母材ｍ中にＡｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚ
ｒおよびＷのうちの少なくとも一種を0.2〜10重量％な
らびにＣｕを90〜99.8重量％含有する金属成分ｎが含浸
されるとともに中央部に上下面を貫通する貫通穴２ｂが
形成された金属炭素複合体Ａと、貫通穴２ｂに金属炭素
複合体Ａの上下面に略面一となるように嵌着されたＣｕ
板Ｚと、Ｃｕ板Ｚの上下面および金属炭素複合体Ａの上
下面に順次積層されたステンレススチール層ＸおよびＣ
ｕ層Ｙと、Ｃｕ層Ｙの表面および金属炭素複合体Ａの側
面に被着された金属メッキ層ｂとを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩやＦＥＴ
（Field Effect Transistor：電界効果型トランジスタ
ー）などの半導体素子を収容するための半導体素子収納
用パッケージおよび半導体装置に関する。

【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）を図３〜図５にそれぞれ
平面図、断面図および部分拡大断面図で示す（特開2000
−150746公報参照）。なお、この半導体パッケージは光
半導体パッケージとして用いられる場合もあるが、光半
導体パッケージに設けられる集光レンズとしての透光性
部材や光ファイバ固定部材などについては省略して以下
に説明する。

【０００３】この半導体パッケージは、上面に半導体素
子101が載置される載置部102ａを有する略四角形の基体
102と、基体102の上面に載置部102ａを囲繞するように
銀ロウ等のロウ材で接合され、側部に貫通孔または切欠
き部から成る入出力端子の取付部103ａが設けられた枠
体103と、取付部103ａに嵌着された入出力端子105とを
有する。この入出力端子105は、メタライズ層105ａが枠
体103の内外を導通するように形成されるとともに、外
部電気回路に接合されるリード端子106が枠体103外側の
メタライズ層105ａに銀ロウなどのロウ材でロウ付けさ
れる。また、シールリング104は、ほぼ面一となる枠体1
03上面と入出力端子105の上面に銀ロウなどのロウ材で
接合され、半導体パッケージに蓋体（図示せず）をシー
ム熔接やロウ付けする際の接合媒体として機能する。

【０００４】基体102は、その上面から下面にかけて一
方向に配列した一方向性炭素繊維を炭素で結合した一方
向性炭素繊維複合材料から成る。一方向性炭素繊維複合
材料は、横方向（一方向性炭素繊維の方向に垂直な方
向）の弾性率が極めて低く、かつ熱膨張係数が約７×10
^-6／℃であり、その上下面にクロム（Ｃｒ）−鉄（Ｆ
ｅ）合金層から成る第１層と、銅（Ｃｕ）から成る第２
層と、Ｆｅ−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金
層から成る第３層との３層構造である金属層が被着され
ている。これにより、横方向の熱膨張係数を10×10^-6〜
13×10^-6／℃に調整している。

【０００５】また、基体102の縦方向（一方向性炭素繊
維の方向）の弾性率は、一方向性炭素繊維の方向の弾性
率が非常に高いため高く、また縦方向の熱膨張係数は一
方向性炭素繊維の方向の熱膨張係数（殆ど０〜５×10^-6
／℃程度）に近似したものとなる。また基体102は、縦
方向の熱伝導率が約300Ｗ／ｍ・Ｋ以上と非常に高いの
に対し、横方向の熱伝導率は、それぞれの一方向性炭素
繊維の間に非常に多くの気孔が有るため約30Ｗ／ｍ・Ｋ
以下と非常に低く、縦方向と横方向とで熱伝導率が大き
く異なっている。

【０００６】このような基体102は、外部電気回路基板
のヒートシンク部にネジ止めされて密着固定されること
により、半導体素子101が作動時に発する熱を効率よく
ヒートシンク部に伝える所謂放熱板としても機能する。

【０００７】そして、基体102を有する半導体パッケー
ジに半導体素子101を載置固定した後、半導体素子101と
メタライズ層105ａとをボンディングワイヤで電気的に
接続し、蓋体により半導体素子101を気密に封止するこ
とにより、製品としての半導体装置となる。なお、半導
体素子101は外部電気回路から入力される電気信号によ
り作動する。

【０００８】

【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101の発熱量が非常に大きい場合、その熱は
基体102上面の載置部102ａからほぼ直下のみにしか伝わ
らないことから、熱は基体102と枠体103とからなる空所
（内部空間）に畜熱され易く、その結果、半導体素子10
1の作動性が劣化したり、半導体素子101が熱破壊される
といった問題点があった。

【０００９】また、第１層のＣｒ−Ｆｅ合金層は、その
Ｆｅ成分と、一方向性炭素繊維中のカーボン（Ｃ）およ
び第２層のＣｕ層との相互拡散により接合されているた
め、これらの拡散層で、Ｃｒ−Ｆｅ合金層からカーボン
への熱伝達効率が劣化し、Ｃｕ層からＣｒ−Ｆｅ合金層
への熱伝達効率が劣化していた。また、Ｃｒ−Ｆｅ合金
層自体の熱伝導率が15〜20Ｗ／ｍ・Ｋ程度と非常に低
い。主にこれらの理由で、基体１の縦方向および横方向
の熱伝達効率が劣化していた。

【００１０】従って、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、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
集積回路素子やＦＥＴ等の半導体素子の熱を効率よく半
導体パッケージの外部、例えば外部電気回路基板のヒー
トシンク部に伝え、半導体素子の作動時の温度を適正な
ものとし、半導体素子を長期に亘り正常かつ安定に作動
させることにある。

【００１１】

【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、上面に半導体素子を載置する載置部を有する板状
の基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように
接合され、側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力
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、一方向性炭素繊維の集合体が内部
に分散された炭素質母材中に銀，チタン，クロム，ジル
コニウムおよびタングステンのうちの少なくとも一種を
0.2〜10重量％ならびに銅を90〜99.8重量％含有する金
属成分が含浸されているとともに中央部に上下面を貫通
する貫通穴が形成された金属炭素複合体と、前記貫通穴
に前記金属炭素複合体の上下面に略面一となるように嵌
着された銅板と、該銅板の上下面および前記金属炭素複
合体の上下面に順次積層されたステンレススチール層お
よび銅層と、該銅層の表面および前記金属炭素複合体の
側面に被着された金属メッキ層とを有していることを特
徴とする。

【００１２】本発明は、上記の構成により、金属炭素複
合体が、炭素質母材と、一方向性炭素繊維の集合体と、
高温高圧下で含浸された銅を主成分とする金属成分とか
らなるため、その表面状態が非常に緻密になる。また、
Ｆｅ成分とＣ成分とは相互拡散することから、金属炭素
複合体の上下面にステンレススチール層を非常に強固に
接合でき、ステンレススチール層の熱膨張による歪みは
金属炭素複合体の熱膨張による歪みに近似するように抑
制される。さらに、Ｆｅ成分とＣｕ成分とは相互拡散す
ることから、Ｃｕ板の上下面にステンレススチール層を
強固に接合できる。また、金属炭素複合体の上下面およ
び銅板の上下面に接合されるステンレススチール層は一
体的に形成される。従って、Ｃｕ板の熱膨張による歪み
は金属炭素複合体の熱膨張による歪みに近似するように
ステンレススチール層によって抑え込まれ、金属炭素複
合体の熱膨張係数に近似した半導体素子を、Ｃｕ板の上
面にステンレススチール層等を介して接合できる。その
結果、半導体素子の熱はＣｕ板を介して効率良く外部に
放散される。

【００１３】また、含浸された金属成分は金属炭素複合
体の側面に露出しており、ＮｉメッキやＣｕメッキ等の
金属メッキ層を基体の側面に信頼性よく被着させること
ができる。このような側面に露出した金属成分により、
金属メッキ層と炭素繊維との接合における接合力の弱さ
が補強され、さらに基体の側面が緻密化されるため、炭
素繊維と接合する金属メッキ層の表面欠陥を極めて小さ
くできる。そのため、金属炭素複合体から金属メッキ層
が剥がれ難くなり金属成分の酸化を有効に防止できる。

【００１４】本発明において、好ましくは、前記金属炭
素複合体および前記銅板の厚さが500〜1500μｍであ
り、前記ステンレススチール層の厚さが５〜50μｍであ
り、かつ前記銅層の厚さが200〜650μｍであることを特
徴とする。

【００１５】本発明は、上記の構成により、半導体素子
を基体に信頼性よくかつ強固に載置固定でき、また半導
体素子から基体への熱伝達効率が極めて良好となるとと
もに金属炭素複合体を基体の一部として用いているため
に基体の重さを小さくすることができる。さらに、熱伝
達媒体としてＣｕ板を用いているため、半導体素子の接
地状態が強化され、半導体素子に入出力する高周波信号
の伝送損失が小さくなるとともに外部の電界の影響を極
めて小さくできる。

【００１６】本発明の半導体装置は、本発明の半導体素
子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるととも
に入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、枠体
の上面に取着された蓋体とを具備したことを特徴とす
る。

【００１７】本発明は、上記の構成により、基体は主成
分としてＣｕが炭素質母材内に含浸されているとともに
ステンレススチール層やＣｕ層が形成されているため、
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、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
ボード等の外部電気回路基板にネジ止めした際、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。

【００１８】

【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は図１における半導
体パッケージの基体の部分拡大断面図である。

【００１９】図１において、Ａは金属炭素複合体、Ｚは
金属炭素複合体Ａの中央部に設けられた貫通穴２ｂに金
属炭素複合体Ａの上下面に略面一となるように嵌着され
たＣｕ板、ａは金属炭素複合体Ａの上下面およびＣｕ板
Ｚの上下面に一体的に接合されたステンレススチール層
ＸおよびＣｕ層Ｙから成る金属層、２は金属炭素複合体
Ａ，Ｃｕ板Ｚ，金属層ａからなる基体である。また、３
は枠体、４はシールリング、５は入出力端子、７は蓋体
である。これら基体２、枠体３、シールリング４、入出
力端子５および蓋体７とで半導体素子１を内部に収容す
る容器が基本的に構成される。

【００２０】また、図２において、ｌは一方向性炭素繊
維、ｍは炭素質母材、ｎは銀（Ａｇ），チタン（Ｔ
ｉ），クロム（Ｃｒ），ジルコニウム（Ｚｒ），タング
ステン（Ｗ）のうちの少なくとも一種を0.2〜10重量％
ならびにＣｕを90〜99.8重量％含有する金属成分、Ａは
金属炭素複合体であり、金属成分ｎが含浸された炭素質
母材ｍ内に一方向性炭素繊維ｌの集合体が分散されて成
る。また、Ｘはステンレススチール層、ＹはＣｕ層、ｂ
はＮｉメッキ層，Ｃｕメッキ層等からなる金属メッキ層
であり、金属炭素複合体ＡおよびＣｕ板Ｚの上下面にス
テンレススチール層ＸとＣｕ層Ｙとが順次積層され、Ｃ
ｕ層Ｙの表面および金属炭素複合体Ａの側面に金属メッ
キ層ｂが被着されることにより、基体２が構成される。

【００２１】一方向性炭素繊維ｌ，炭素質母材ｍおよび
金属成分ｎから構成される金属炭素複合体Ａは、例えば
以下の工程［１］〜［５］のようにして作製される。

【００２２】[１]一方向性炭素繊維ｌの束を炭素で結合
したブロックを小さな一方向性の炭素繊維１からなる小
さな集合体に破砕し、破砕された一方向性炭素繊維ｌの
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、ブロックを破砕して得られる小塊の大
きさは、立方体のものに換算して一辺が約0.1〜１ｍｍ
程度である。

【００２３】[２]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る。

【００２４】[３]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ｍとする。炭素質母材ｍは、それ
自体が200〜300Ｗ／ｍ・Ｋの大きな熱伝導率を有し、半
導体素子１が発する熱の伝熱経路としても機能する。

【００２５】[４]一方、溶融したＣｕの中にＡｇ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗから選ばれた少なくとも一種を0.2
〜10重量％ならびにＣｕを90〜99.8重量％含有する金属
成分ｎ（液状体）を、炭素質母材ｍ内に高温高圧のもと
で含浸させたブロックとなす。含浸された金属成分ｎは
塊状または薄板状であり、炭素質母材ｍ内に分散される
こととなる。このブロックを板状に切り出して金属炭素
複合体Ａとなる板を作製し、この板の寸法は、例えば厚
さが0.5〜1.5ｍｍ程度、平面視における縦×横の寸法が
100ｍｍ角程度である。

【００２６】[５]この板を、中央部に貫通穴が形成され
た略四角形である所望の形状に加工して金属炭素複合体
Ａを作製する。

【００２７】本発明の基体２は、金属炭素複合体Ａの貫
通穴２ｂにＣｕ板Ｚが嵌着され、さらにＣｕ板Ｚおよび
金属炭素複合体Ａの上下面に接合するようにステンレス
スチール層ＸおよびＣｕ層Ｙとが高温，高圧のもとでの
拡散接合によって接合されている。Ｃｕ板Ｚとステンレ
ススチール層とは、ＦｅとＣｕとの相互拡散により接合
されるとともに、金属炭素複合体Ａとステンレススチー
ル層ＸとはＣ成分とＦｅ成分とが相互拡散することによ
り非常に強固に接合されている。また、金属層２ａの表
面および金属炭素複合体Ａの側面にはＮｉメッキ層，Ｃ
ｕメッキ層等の金属メッキ層ｂが形成される。

【００２８】このような構成を有することにより、半導
体素子１の熱の大部分は、基体２の上面側のＣｕ層Ｙお
よびステンレススチール層Ｘを介してＣｕ板Ｚに伝えら
れ、次に速やかに下面側のステンレススチール層Ｘおよ
びＣｕ層Ｙを介して外部電気回路基板のヒートシンク部
に伝達され外部に放散される。また、Ｃｕ層Ｙを横方向
に伝わった熱は、金属炭素複合体Ａの内部の炭素質母材
ｍや一方向性炭素繊維ｌの集合体および金属成分ｎを介
してランダムな方向に伝達され、基体２の下面，側面の
金属メッキ層ｂを介して速やかに外部電気回路基板のヒ
ートシンク部に伝えられ外部に放散される。

【００２９】また、基体２は金属成分ｎおよび金属層ａ
によってその剛性が高くなっている。その結果、Ｃｕ板
Ｚの熱膨張による歪みは金属炭素複合体Ａの熱膨張によ
る歪みに近似するように抑え込まれており、金属炭素複
合体Ａの熱膨張係数に近似した半導体素子１を、Ｃｕ板
Ｚの上面にステンレススチール層Ｘ等を介して接合でき
る。その結果、半導体素子１の熱はＣｕ板Ｚを介して効
率良く外部に放散される。

【００３０】具体的には、金属炭素複合体Ａ（熱膨張係
数：７×10^-6〜10×10^-6／℃）の上下面に接合されたス
テンレススチール層Ｘ（熱膨張係数：11×10^-6〜14×10
^-6／℃）は、金属炭素複合体Ａとの接合が非常に強固で
あるため、熱膨張による歪みが抑制され、金属炭素複合
体Ａの熱歪みにほぼ近似したものとなる。また、ステン
レススチール層Ｘは、金属炭素複合体Ａとステンレスス
チール層Ｘとの接合ほど強固ではないが、一体的にＣｕ
板Ｚの上下面にも比較的強固に接合されているため、ス
テンレススチール層ＸとＣｕ板Ｚとの熱膨張による歪み
は、金属炭素複合体Ａの熱歪みにほぼ近似することにな
る。また、金属炭素複合体Ａは、ステンレススチール層
Ｘ表面に拡散接合されるＣｕ層Ｙの好ましい厚さが200
〜650μｍと比較的薄いため、Ｃｕ層Ｙによる熱歪みの
影響を受け難い。従って、基体２は全体的に金属炭素複
合体Ａの熱膨張係数にほぼ近似することとなり、その熱
膨張係数に近似した半導体素子１を強固に接合できる。

【００３１】本発明において、金属炭素複合体Ａおよび
Ｃｕ板Ｚの厚さは500〜1500μｍが良く、500μｍ未満で
は高い剛性を有する金属炭素複合体Ａを作製するのが困
難であり、1500μｍを超えると、基体２に近接配置され
ている他の半導体装置や外部電気回路基板に高周波信号
を伝送する際に、金属炭素複合体Ａの厚さが厚いため、
高周波信号がまわり込むことに起因するインダクタンス
が大きくなり、インサーションロス（挿入損失）が大き
くなるという問題が発生する。

【００３２】また、ステンレススチール層Ｘの厚さは５
〜50μｍが良く、５μｍ未満では高い剛性を有するステ
ンレススチール層Ｘの作製が非常に困難であり、50μｍ
を超えると、熱伝導率の比較的低いステンレススチール
層Ｘの厚さが厚くなることにより、半導体素子１の熱を
効率良く外部に放散し難い。また、この場合、金属炭素
複合体Ａがステンレススチール層Ｘの熱膨張による熱歪
みを抑制するのが困難になり、基体２全体の熱膨張によ
る熱歪みを金属炭素複合体Ａ、即ち半導体素子１の熱膨
張による熱歪みに近似させ難い。その結果、半導体素子
１が基体２から剥がれる等して、半導体素子１の熱を効
率良く外部に放散させ難くなる。

【００３３】また、Ｃｕ層Ｙの厚さは200〜650μｍが良
く、200μｍ未満では半導体素子１の熱を効率良く横方
向（載置部２ａの面に平行方向）に伝える機能が損なわ
れる。即ち、Ｃｕ層Ｙは半導体素子１の熱を効率良く横
方向に伝える機能を有している。また、650μｍを超え
ると、Ｃｕ層Ｙの熱膨張による熱歪みがステンレススチ
ール層Ｘや金属炭素複合体Ａに及ぼす影響が大きくな
り、基体２全体の熱膨張による熱歪みが大きくなる。そ
の結果、半導体素子１が基体２から剥がれる等して半導
体素子１の熱を効率良く外部に放散させ難くなる。

【００３４】また、金属炭素複合体Ａは金属成分ｎが含
浸されていることにより、炭素質母材ｍの密着性が非常
に良好となる。そのため、半導体素子１の熱の一部は基
体２の内部を効率よく伝達し、外部電気回路基板のヒー
トシンク部に確実に伝達される。

【００３５】なお、金属成分ｎがＡｇとＣｕから成る場
合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、それらの間の濡れ
性が高いため密着性が非常に高くなる。また、金属成分
ｎがＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種とＣ
ｕとからなる場合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、そ
れらの間でＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗの炭素化合物が生成さ
れるため密着性が非常に高くなる。Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種が0.2重量％未満の場
合、濡れ性が低下したり、またこれらの金属の炭素化合
物の生成が促進されないため、密着性が低下する。特
に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗの場合には、Ｃｕ中に融解さ
れ難くなり、熱伝導性の低いＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＷがＣ
ｕ中および／またはＣｕ表面に分散されることとなり、
半導体素子１の熱は基体２の内部を効率よく伝達し難く
なる。

【００３６】金属炭素複合体Ａに対する金属成分ｎの含
有量は10〜20重量％がよい。10重量％未満になると、横
方向で所望の熱伝導率が得られず、20重量％を超える
と、基体２と半導体素子１との熱膨張係数差が大きくな
り、半導体素子１と基体２との接合部にクラックが発生
し易くなる。基体２と半導体素子１との熱膨張係数差を
考慮すると、より好ましくは15〜20重量％がよい。ま
た、金属成分ｎの含有量を10〜20重量％と好適な範囲と
することにより、金属炭素複合体Ａの表面に現われる金
属成分ｎの表面積の割合は、金属炭素複合体Ａの表面積
に対して約６〜10％となり、これにより金属メッキ層ｂ
の被着強度が向上する。

【００３７】また、熱膨張係数について、金属成分ｎを
炭素質母材ｍ内に10〜20重量％程度の好適な含有量で含
浸させれば、金属炭素複合体Ａの熱膨張係数が半導体素
子１と大幅に異なる程度に上昇することはない。また、
金属成分ｎのうち特にＡｇの場合は熱伝導率が非常に高
いため、半導体素子１の熱を伝えるのに有利である。ま
た、金属炭素複合体Ａの弾性率は従来に比し高くなるた
め、金属成分ｎが基体２の両端部をネジで外部電気回路
基板に締め付けた際の補強材として機能し、基体２の破
損を有効に防止する。

【００３８】また、金属成分ｎの融点は非常に高いた
め、半導体パッケージを融点が780℃程度以上の銀ロウ
等のロウ材で組立てても金属成分ｎが溶融することはな
く、常に炭素質母材ｍ内を安定にしておくことができ
る。なお、ロウ付け時に溶融するような金属成分ｎの場
合は基体２の端面から流れ出すことがあり、半導体パッ
ケージとしては不適である。

【００３９】Ｃｕ層Ｙの表面および金属炭素複合体Ａの
側面に被着される金属メッキ層ｂは、Ｎｉメっき層やＣ
ｕメッキ層からなる。基体２の上下面における金属メッ
キ層ｂは、基体２上に枠体３を容易に接合させることを
可能とする。一方、基体２の側面における金属メッキ層
ｂは、側面に露出する金属成分ｎの酸化腐食を有効に防
止する。この金属メッキ層ｂの厚さは１〜30μｍがよ
く、１μｍ未満の場合、その厚さのバラツキにより金属
メッキ層ｂが殆ど被着されない部位が発生することがあ
る。この場合、表面が酸化され易くなったり、枠体３の
接合強度が劣化するなどの不具合を招来する。一方、30
μｍを超えると、Ｎｉメッキ層の場合は熱伝達効率が低
くなって半導体素子１の熱が速やかに放散されなくな
り、Ｃｕメッキ層の場合は金属炭素複合体Ａの側面との
熱膨張差により密着性が低下する。

【００４０】また、金属層ａは、半導体パッケージ内部
の気密性をヘリウム（Ｈｅ）を使用して検査する際、Ｈ
ｅが一方向性炭素繊維ｌの気孔中にトラップされるのを
有効に防止し、気密性検査に対して適確な判定が得られ
る。

【００４１】基体２の上面には、側部に貫通孔または切
欠き部から成る入出力端子５の取付部３ａを有する枠体
３が、載置部２ａを囲繞するようにＡｇロウ等のロウ材
で接合される。この枠体３は、高周波信号が入出力され
る半導体素子１の周辺部を電磁的に遮蔽するため、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るのが一般的であ
るが、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス，窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等のセラミック
スで形成してもよい。例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金か
らなる場合、この合金のインゴットに圧延加工やプレス
加工等の金属加工を施すことにより所定形状に作製され
る。また、その表面には酸化腐食を有効に防止するため
に、0.5〜９μｍのＮｉ層や0.5〜５μｍのＡｕ層等の金
属層をメッキ法により被着させておくとよい。

【００４２】枠体３の取付部３ａには、その内周面に入
出力端子５がＡｇロウ等のロウ材を介して嵌着接合され
る。この入出力端子５は、絶縁性のセラミック基板に導
電性のメタライズ層５ａが被着された平板部と、メタラ
イズ層５ａを間に挟んで平板部の上面に接合された立壁
部とから成り、半導体パッケージ内部の気密性を保持す
るとともに半導体パッケージと外部電気回路との高周波
信号の入出力を行うものである。なお、セラミック基板
の材料は、誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて、Ａｌ
₂Ｏ₃セラミックスやＡｌＮセラミックス等のセラミック
ス材料から選択すれば良い。

【００４３】入出力端子５は、セラミック基板と成る原
料粉末に適当なバインダー、溶剤等を添加混合してスラ
リー状と成し、このスラリーをドクターブレード法やカ
レンダーロール法等の成形方法によってセラミックグリ
ーンシートとし、次に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、メタライズ層５ａとな
るＷ，モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末
に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、
従来周知のスクリーン印刷法により所望のパターン形状
に印刷塗布し、約1600℃の高温で同時焼成して作製され
る。

【００４４】また、メタライズ層５ａの上面には、入出
力端子５との接合を強固にするために熱膨張係数が入出
力端子５のセラミック基板に近似した部材から成るリー
ド端子（図示せず）がＡｇロウ等のロウ材で接合され
る。例えば、入出力端子５のセラミック基板がＡｌ₂Ｏ₃
セラミックスから成る場合、リード端子はＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る。

【００４５】この入出力端子５が嵌着接合された枠体３
の上面には、蓋体７をシーム熔接やＡｕ−錫（Ｓｎ）ロ
ウで接合するための接合媒体として機能する、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るシール
リング４が、Ａｇロウ等のロウ材で接合される。シール
リング４は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場
合、この合金のインゴットに圧延加工やプレス加工等の
金属加工を施すことにより所定形状に作製される。ま
た、その表面には酸化腐食を有効に防止するために、0.
5〜９μｍのＮｉ層や0.5〜５μｍのＡｕ層等の金属層を
メッキ法により被着させておくと良い。このシールリン
グ４の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合
金等から成る金属製の蓋体７、またはＡｌ₂Ｏ₃セラミッ
クス，ＡｌＮセラミックス等から成るセラミックス製の
蓋体７が接合され、蓋体７により半導体素子１を半導体
パッケージ内部に気密に封止する。

【００４６】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１を載置する載置部２ａを有する
略四角形の基体２と、基体２の上面に載置部２ａを囲繞
するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から
成る入出力端子５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５とを具備している。そ
して、基体２は、一方向性炭素繊維ｌの集合体が内部に
分散された炭素質母材ｍ中にＡｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒお
よびＷのうちの少なくとも一種を0.2〜10重量％ならび
にＣｕを90〜99.8重量％含有する金属成分ｎが含浸され
ているとともに中央部に上下面を貫通する貫通穴２ｂが
形成された金属炭素複合体Ａと、貫通穴２ｂに金属炭素
複合体Ａの上下面に略面一となるように嵌着されたＣｕ
板Ｚと、Ｃｕ板Ｚの上下面および金属炭素複合体Ａの上
下面に順次積層されたステンレススチール層ＸおよびＣ
ｕ層Ｚと、Ｃｕ層Ｚの表面および金属炭素複合体Ａの側
面に被着される金属メッキ層ｂとを有している。

【００４７】また、上記本発明の半導体パッケージと、
載置部２ａに載置固定され入出力端子５に電気的に接続
された半導体素子１と、枠体３の上面に接合された蓋体
７とを具備することにより、製品としての半導体装置と
なる。この半導体装置は、具体的には、載置部２ａに半
導体素子１をガラス，樹脂，ロウ材等の接着剤を介して
載置固定し、半導体素子１の電極をボンディングワイヤ
を介して所定のメタライズ層５ａに電気的に接続し、し
かる後、シールリング４上面に蓋体７をガラス，樹脂，
ロウ材，シーム溶接等により接合することで、基体２，
枠体３，シールリング４，入出力端子５および蓋体７か
ら成る半導体装置の内部に半導体素子１を収納して成
る。この半導体装置は外部電気回路から供給される高周
波信号により半導体素子１を作動させる。

【００４８】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行
うことは何等支障ない。例えば、半導体パッケージとし
て、枠体３の側部に光ファイバ接続用の筒状の固定部材
を設けることにより光信号を入出力できるようにし、光
半導体素子に光信号を入出力することにより、光半導体
素子を作動させる光半導体パッケージとしても良い。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、上面に半導体素子を載置する
載置部を有する板状の基体が、一方向性炭素繊維の集合
体が内部に分散された炭素質母材中に銀，チタン，クロ
ム，ジルコニウムおよびタングステンのうちの少なくと
も一種を0.2〜10重量％ならびに銅を90〜99.8重量％含
有する金属成分が含浸されているとともに中央部に上下
面を貫通する貫通穴が形成された金属炭素複合体と、貫
通穴に金属炭素複合体の上下面に略面一となるように嵌
着された銅板と、銅板の上下面および金属炭素複合体の
上下面に順次積層されたステンレススチール層および銅
層と、銅層の表面および金属炭素複合体の側面に被着さ
れた金属メッキ層とを有していることにより、ＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の半導体集積回路素子やＦＥＴ等の半導体素子の
熱を効率よく半導体パッケージの外部に伝え、半導体素
子の作動時の温度を適正なものとし、半導体素子を長期
に亘り正常かつ安定に作動させ得る。

【００５０】本発明は、好ましくは金属炭素複合体およ
びＣｕ板の厚さが500〜1500μｍであり、ステンレスス
チール層の厚さが５〜50μｍであり、かつＣｕ層の厚さ
が200〜650μｍであることにより、半導体素子の熱をよ
り良好に放散させ得る。

【００５１】本発明の半導体装置は、本発明の半導体パ
ッケージと、載置部に載置固定され入出力端子に電気的
に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋
体とを具備したことにより、上記本発明の半導体パッケ
ージを用いた信頼性の高い半導体装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージについて実施の形態
の例を示す断面図である。

【図２】図１の半導体パッケージにおける基体の部分拡
大断面図である。

【図３】従来の半導体パッケージの平面図である。

【図４】図３の半導体パッケージの断面図である。

【図５】図３の半導体パッケージにおける基体の部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１：半導体素子２：基体２ａ：載置部２ｂ：貫通穴３：枠体３ａ：取付部５：入出力端子７：蓋体Ａ：金属炭素複合体ｌ：一方向性炭素繊維ｍ：炭素質母材ｎ：金属成分ａ：金属層ｂ：金属メッキ層Ｘ：ステンレススチール層Ｙ：Ｃｕ層Ｚ：Ｃｕ板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｃ 23/373 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に半導体素子を載置する載置部を有
する板状の基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞す
るように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から成
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、一方向性炭素繊維の集合
体が内部に分散された炭素質母材中に銀，チタン，クロ
ム，ジルコニウムおよびタングステンのうちの少なくと
も一種を0.2〜10重量％ならびに銅を90〜99.8重量％含
有する金属成分が含浸されているとともに中央部に上下
面を貫通する貫通穴が形成された金属炭素複合体と、前
記貫通穴に前記金属炭素複合体の上下面に略面一となる
ように嵌着された銅板と、該銅板の上下面および前記金
属炭素複合体の上下面に順次積層されたステンレススチ
ール層および銅層と、該銅層の表面および前記金属炭素
複合体の側面に被着された金属メッキ層とを有している
ことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】前記金属炭素複合体および前記銅板の厚
さが500〜1500μｍであり、前記ステンレススチール層
の厚さが５〜50μｍであり、かつ前記銅層の厚さが200
〜650μｍ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。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の半導体素
子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されると
ともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子
と、前記枠体の上面に取着された蓋体とを具備したこと
を特徴とする半導体装置。