JP2003282752A - Package for high frequency and power module substrate for high frequency - Google Patents
Package for high frequency and power module substrate for high frequencyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、ヒートシンク板と
リング状枠体、及び外部接続端子を有し、半導体素子を
実装するための高周波用パッケージ、及び半導体素子を
実装してなる高周波用パワーモジュール基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high frequency package for mounting a semiconductor element, which has a heat sink plate, a ring-shaped frame, and an external connection terminal, and a high frequency power module having the semiconductor element mounted thereon. Regarding the substrate.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高周波用パッケージは、例えば、移動体
通信の基地局等に用いるシリコンや、ガリウム砒素電界
効果トランジスタ等の高周波、高出力用の半導体素子を
実装するのに用いられる。この高周波用パッケージは、
半導体素子を実装するためのキャビティ部が、半導体素
子の高周波の領域での電気特性を悪化させないために、
略長方形状をした高放熱特性を有する金属板上に形成さ
れた半導体素子実装領域をセラミック製のリング状枠体
で囲繞するように接合して形成されている。そして、高
周波用パッケージは、半導体素子が実装された後、リン
グ状枠体上に接合される蓋体でキャビティ部を気密に封
止するようになっている。また、高周波信号は、リング
状枠体上と蓋体との間に接合された外部接続端子を介し
て入出力されるようになっている。2. Description of the Related Art A high frequency package is used for mounting a high frequency and high power semiconductor element such as silicon or gallium arsenide field effect transistor for use in a mobile communication base station. This high frequency package is
Since the cavity for mounting the semiconductor element does not deteriorate the electrical characteristics of the semiconductor element in the high frequency region,
The semiconductor element mounting region formed on a metal plate having a substantially rectangular shape and having high heat dissipation characteristics is formed by being joined so as to be surrounded by a ring frame made of ceramic. In the high frequency package, after the semiconductor element is mounted, the cavity is hermetically sealed with the lid joined to the ring-shaped frame. Further, the high frequency signal is inputted and outputted through an external connection terminal joined between the ring-shaped frame body and the lid body.
【０００３】この高周波用パッケージは、セラミック製
のリング状枠体と、半導体素子からの発熱を効率よく放
熱するための放熱用の金属板からなるヒートシンク板と
の接合において、セラミックとヒートシンク板の熱膨張
係数を近似させて応力の発生を少なくして、パッケージ
に発生する反りを回避することで、半導体素子の実装不
良の発生を防止している。In this high-frequency package, when the ceramic ring-shaped frame and the heat sink plate made of a metal plate for heat dissipation for efficiently dissipating the heat generated from the semiconductor element are joined, the heat of the ceramic and the heat sink plate is The expansion coefficient is approximated to reduce the generation of stress and avoid the warp generated in the package, thereby preventing the mounting failure of the semiconductor element.
【０００４】図３（Ａ）、（Ｂ）に従来の高周波用パッ
ケージ５０の一例を示す。セラミックと熱膨張係数が近
似し、しかも放熱特性が比較的よいＣｕ−Ｗ（ポーラス
状のタングステンに銅を含浸させたもの）からなるヒー
トシンク板５１には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からな
るセラミック製のリング状枠体５２が、その裏面側に形
成されたメタライズパターンを介してヒートシンク板５
１にＡｇろう５３でろう付け接合されている。更に、リ
ング状枠体５２には、表面側に形成されたメタライズパ
ターン（図示せず）を介して外部と接続するための金属
部材からなる外部接続端子５４がＡｇろう５３でろう付
け接合されている。ヒートシンク板５１、リング状枠体
５２、及び外部接続端子５４には、ろう付け接合された
後、金属表面にＮｉめっき、及びＡｕめっきが施されて
高周波用パッケージ５０を形成している。略長方形状を
したヒートシンク板５１の長手方向の両端部には、固定
部材に固定するための固定用切り欠き部５５が設けられ
ている。FIGS. 3A and 3B show an example of a conventional high frequency package 50. A heat sink plate 51 made of Cu-W (a porous tungsten in which copper is impregnated) having a thermal expansion coefficient similar to that of ceramics and having a relatively good heat dissipation characteristic is made of alumina (Al 2 O 3 ) or the like. The ring-shaped frame body 52 made of ceramic has the heat sink plate 5 through the metallized pattern formed on the back surface side thereof.
1 is brazed with Ag brazing 53. Further, an external connection terminal 54 made of a metal member for connecting to the outside via a metallized pattern (not shown) formed on the front surface side is brazed and joined to the ring-shaped frame body 52 with Ag brazing 53. There is. The heat sink plate 51, the ring-shaped frame body 52, and the external connection terminals 54 are brazed and joined, and then the metal surface is plated with Ni and Au to form the high-frequency package 50. Fixing notches 55 for fixing to a fixing member are provided at both ends in the longitudinal direction of the heat sink plate 51 having a substantially rectangular shape.
【０００５】図４に示すように、この高周波用パッケー
ジ５０には、半導体素子５６がリング状枠体５２の内側
のヒートシンク板５１上にダイボンドされ、半導体素子
５６と外部接続端子５４とをボンディングワイヤ５７で
接続した後、樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋
体５８を用いてリング状枠体５２の上部と樹脂接着剤５
９で接着して気密に封止を行い、高周波用パワーモジュ
ール基板６０を形成している。この高周波用パワーモジ
ュール基板６０は、固定部材に固定用切り欠き部５５で
ねじ止め等を行って固定される。As shown in FIG. 4, in this high frequency package 50, a semiconductor element 56 is die-bonded on a heat sink plate 51 inside a ring-shaped frame 52, and the semiconductor element 56 and an external connection terminal 54 are bonded by a bonding wire. After the connection with 57, a lid 58 made of resin, ceramic, metal, or the like is used to attach the upper portion of the ring-shaped frame 52 to the resin adhesive 5.
9 is adhered and hermetically sealed to form a high frequency power module substrate 60. The high frequency power module substrate 60 is fixed to the fixing member by screwing or the like at the fixing notch 55.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の高周波用パッケージ及び高周波用パワー
モジュール基板は、次のような問題がある。
（１）半導体素子の高周波化が進む中において、高周波
の領域で電気特性を悪化させないために更なる高放熱化
の要求が強い。そこで、ヒートシンク板にＣｕ−Ｗ（熱
伝導率が２２０Ｗ／ｍＫ程度）からなる金属板に代わっ
て熱伝導率が高く、安価なＣｕ（熱伝導率が３９０Ｗ／
ｍＫ）板や、Ｃｕ合金板等のＣｕ系金属板を使用するす
ることが考えられる。しかしながら、ヒートシンク板と
セラミック製のリング状枠体をＡｇろうからなる高温ろ
う材で接合するときの熱膨張係数のミスマッチングから
接合面で応力が発生し、高周波用パッケージに大きな反
りが発生している。この反りによって、半導体素子が実
装できない場合が発生している。また、半導体素子が実
装できたとしても、高周波用パワーモジュール基板を固
定部材に固定するときに曲げが発生して、半導体素子を
破壊する場合が発生している。
（２）移動体通信の基地局等に用いられる高周波用パワ
ーモジュール基板は、低コストの要求が高い。しかしな
がら、ヒートシンク板に比較的高価なＣｕ−Ｗからなる
金属板を用いる場合においては、低コスト化に限界が生
じている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、
安価で高放熱特性を有するヒートシンク板が使用でき、
反りの発生を防止する高周波用パッケージ及び高周波用
パワーモジュール基板を提供することを目的とする。However, the conventional high-frequency package and high-frequency power module board as described above have the following problems. (1) While semiconductor devices have higher frequencies, there is a strong demand for higher heat dissipation in order to prevent deterioration of electrical characteristics in the high frequency region. Therefore, in place of the metal plate made of Cu-W (heat conductivity is about 220 W / mK) for the heat sink plate, high heat conductivity and inexpensive Cu (heat conductivity is 390 W / mK) are used.
It is conceivable to use an mK) plate or a Cu-based metal plate such as a Cu alloy plate. However, when the heat sink plate and the ceramic ring-shaped frame are joined with a high-temperature brazing material made of Ag brazing, stress is generated at the joint surface due to the mismatch of the thermal expansion coefficients, and a large warpage occurs in the high-frequency package. There is. Due to this warpage, there are cases where semiconductor elements cannot be mounted. Even if the semiconductor element can be mounted, bending may occur when the high frequency power module substrate is fixed to the fixing member, and the semiconductor element may be destroyed. (2) High-frequency power module substrates used for mobile communication base stations and the like are highly required to be low in cost. However, when a relatively expensive metal plate made of Cu-W is used as the heat sink plate, there is a limit to cost reduction. The present invention has been made in view of such circumstances,
You can use a heat sink plate that is inexpensive and has high heat dissipation characteristics,
An object of the present invention is to provide a high frequency package and a high frequency power module substrate that prevent warpage.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る高周波用パッケージは、略長方形状からなるヒート
シンク板の表面にリング状枠体を接合して有する高周波
用パッケージにおいて、ヒートシンク板が高放熱特性を
有するＣｕ又はＣｕ系金属板からなり、リング状枠体が
高熱膨張係数を有する低温焼成セラミックからなり、し
かも、ヒートシンク板とリング状枠体が活性金属法で接
合されている。これにより、ヒートシンク板が安価なＣ
ｕ又はＣｕ系金属板からなり、高放熱特性を有するパッ
ケージを安価にすることができる。また、リング状枠体
の熱膨張係数がヒートシンク板の熱膨張係数に近似して
いるので、接合時の応力の発生を少なくでき、反りの発
生を防止することができる。更に、低温焼成セラミック
を通常のＡｇろう等を用いてろう付け接合を行う場合に
は、低温焼成セラミックと同時焼成した、又は後付け印
刷、焼成して形成したＡｇ系導体等からなるメタライズ
パターンにろう付け接合を行うことが考えられるが、Ａ
ｇろうのくわれ現象が発生し、ろう付けが困難となって
いるのに対して、活性金属ろう材で直接低温焼成セラミ
ックにろう付けし、ヒートシンク板と接合しているの
で、強固に接合することができる。A high frequency package according to the present invention which meets the above-mentioned object is a high frequency package in which a ring-shaped frame is joined to the surface of a heat sink plate having a substantially rectangular shape. The heat-dissipating plate and the ring-shaped frame body are joined by the active metal method, and the ring-shaped frame body is made of Cu or a Cu-based metal plate having a heat dissipation characteristic, the ring-shaped frame body is made of low-temperature fired ceramic having a high thermal expansion coefficient. As a result, the heat sink plate is inexpensive C
A package made of u or Cu-based metal plate and having high heat dissipation characteristics can be made inexpensive. Moreover, since the coefficient of thermal expansion of the ring-shaped frame is close to the coefficient of thermal expansion of the heat sink plate, it is possible to reduce the occurrence of stress during joining and prevent the occurrence of warpage. Further, when the low-temperature fired ceramic is brazed and joined using a normal Ag solder, a metallized pattern made of an Ag-based conductor or the like formed by co-firing with the low-temperature firing ceramic or by post-printing or firing is used. It is conceivable to carry out attachment joining, but A
g While the brazing phenomenon of brazing occurs and it is difficult to braze, the active metal brazing material is directly brazed to the low temperature fired ceramic and bonded to the heat sink plate, so it is firmly bonded. be able to.
【０００８】ここで、リング状枠体を形成する低温焼成
セラミックの熱膨張係数が１０×１０−６／℃以上であ
るのがよい。これにより、リング状枠体を形成する低温
焼成セラミックの熱膨張係数をＣｕ又はＣｕ系金属板か
らなるヒートシンク板の熱膨張係数に近似させることが
できるので、リング状枠体とヒートシンク板との接合時
の応力を緩和でき、反りの発生を防止することができ
る。Here, it is preferable that the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame has a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 −6 / ° C. or more. As a result, the coefficient of thermal expansion of the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame can be approximated to the coefficient of thermal expansion of the heat sink plate made of Cu or a Cu-based metal plate, so that the ring-shaped frame and the heat sink plate are joined together. The stress at the time can be relaxed, and the occurrence of warpage can be prevented.
【０００９】前記目的に沿う本発明に係る高周波用パワ
ーモジュール基板は、ヒートシンク板とリング状枠体、
及び外部接続端子を有し、半導体素子を実装して気密に
封止する蓋体を有する高周波用パワーモジュール基板に
おいて、ヒートシンク板が高放熱特性を有するＣｕ又は
Ｃｕ系金属板からなり、リング状枠体が低温焼成セラミ
ックからなり、ヒートシンク板とリング状枠体で形成す
るキャビティ部には半導体素子が実装され、しかも、上
面側に外部接続端子が活性金属法で接合されるリング状
枠体の下面側とヒートシンク板が活性金属法で接合され
ており、蓋体でキャビティ部が気密に封止されている。
これにより、ヒートシンク板が安価なＣｕ又はＣｕ系金
属板からなり、高放熱特性を有する高周波用パワーモジ
ュール基板を安価にすることができる。また、リング状
枠体の熱膨張係数がヒートシンク板の熱膨張係数に近似
しているので、接合時に発生する応力を少なくでき、反
りの発生を防止することができる。更に、低温焼成セラ
ミックに形成したメタライズパターンを介してのろう付
けが難しい低温焼成セラミックに対して、活性金属法で
直接低温焼成セラミックにろう付けしてヒートシンク板
と接合しているので、強固に接合することができる。The high-frequency power module substrate according to the present invention, which meets the above-mentioned object, includes a heat sink plate and a ring-shaped frame,
And a power module board for high frequency having an external connection terminal and a lid for hermetically sealing a semiconductor element mounted thereon, wherein the heat sink plate is made of Cu or a Cu-based metal plate having a high heat dissipation property, and has a ring-shaped frame. The body is made of low temperature fired ceramics, the semiconductor element is mounted in the cavity formed by the heat sink plate and the ring-shaped frame, and the lower surface of the ring-shaped frame whose external connection terminals are joined by the active metal method on the upper surface side. The side and the heat sink plate are joined by the active metal method, and the cavity is hermetically sealed by the lid.
As a result, the heat sink plate is made of an inexpensive Cu or Cu-based metal plate, and the high frequency power module substrate having high heat dissipation characteristics can be made inexpensive. Moreover, since the thermal expansion coefficient of the ring-shaped frame is close to the thermal expansion coefficient of the heat sink plate, the stress generated at the time of bonding can be reduced and the occurrence of warpage can be prevented. Furthermore, since it is difficult to braze through the metallization pattern formed on the low temperature fired ceramics, the low temperature fired ceramics are directly brazed to the low temperature fired ceramics by the active metal method and bonded to the heat sink plate. can do.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本
発明の理解に供する。ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそ
れぞれ本発明の一実施の形態に係る高周波用パッケージ
の平面図、正面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発
明の一実施の形態に係る高周波用パワーモジュール基板
の平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, referring to the attached drawings, an embodiment in which the present invention is embodied will be described to provide an understanding of the present invention. 1A and 1B are a plan view and a front view of a high-frequency package according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are one embodiment of the present invention. It is the top view of the power module board for high frequencies which concerns on a form, and an AA 'line expanded longitudinal cross-sectional view.
【００１１】図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明
の一実施の形態に係る高周波用パッケージ１０は、略長
方形状からなり、高放熱特性を有するＣｕ、又はＣｕ合
金等のＣｕ系金属板で形成されるヒートシンク板１１
と、高熱膨張係数を有するガラスセラミック等からなる
低温焼成セラミックで形成されるリング状枠体１２を有
している。この高熱膨張係数を有する低温焼成セラミッ
クは、高熱膨張係数のガラスとセラミックとの組み合わ
せによって、従来よりも高い熱膨張係数を示す材料で形
成されており、１０００℃近傍の低温で焼結されてい
る。この低温焼成基板で形成されるリング状枠体１２の
熱膨張係数は、Ｃｕ、又はＣｕ合金等のＣｕ系金属と近
似することができるので、熱膨張係数の差から生じる応
力による高周波用パッケージ１０の反りの発生を防止す
ることができる。As shown in FIGS. 1A and 1B, a high-frequency package 10 according to an embodiment of the present invention has a substantially rectangular shape and is made of Cu, Cu alloy, or the like having a high heat dissipation characteristic. Heat sink plate 11 formed of Cu-based metal plate
And a ring-shaped frame body 12 formed of a low temperature fired ceramic made of glass ceramic or the like having a high coefficient of thermal expansion. This low-temperature fired ceramic having a high coefficient of thermal expansion is made of a material having a higher coefficient of thermal expansion than conventional materials by combining glass and a ceramic having a high coefficient of thermal expansion, and is sintered at a low temperature near 1000 ° C. . The thermal expansion coefficient of the ring-shaped frame body 12 formed of this low-temperature fired substrate can be approximated to that of Cu or a Cu-based metal such as a Cu alloy. Therefore, the high-frequency package 10 due to the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient. It is possible to prevent the occurrence of warpage.
【００１２】そして、ヒートシンク板１１とリング状枠
体１２は、ヒートシンク板１１の長手方向中央部表面で
リング状枠体１２と、活性金属ろう材１３を間に挟んで
加熱接合する活性金属法で接合されている。この活性金
属法は、チタン、ジルコニウム、ベリリウム等のよう
に、極めて反応性の大きい、いわゆる活性な金属をＡｇ
ろう等に加えて合金としたものを活性金属ろう材１３と
し、これらをろうとしてチタン等の酸素との親和力の強
さを利用して、直接に低温焼成セラミックにろう付けす
る方法である。ヒートシンク板１１とリング状枠体１２
を接合するのに、リング状枠体１２がアルミナ等の高温
焼成セラミックを用いる場合には、タングステンや、モ
リブデン等の高融点金属を同時焼成して形成するメタラ
イズパターンにＡｇろう等で容易に強固に接合できる。
しかしながら、高融点金属の同時焼成ができない低温焼
成セラミックは、低温焼成セラミックと同時焼成した、
又は焼成済みの低温焼成セラミックに後付け印刷、焼成
して形成したＡｇ等の低融点金属からなるメタライズパ
ターンを介してのろう付けとなるので、ろう材のくわれ
現象が発生し、極端に接合強度が低くなる。そこで、低
温焼成セラミックに直接ろう付けすることができる活性
金属法を用いて接合強度を上げるようにしている。The heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12 are formed by the active metal method in which the ring-shaped frame body 12 and the active metal brazing material 13 are sandwiched between the heat sink plate 11 and the center surface of the heat sink plate 11 by heating. It is joined. This active metal method uses Ag, which is an extremely reactive metal such as titanium, zirconium, and beryllium.
This is a method in which an active metal brazing material 13 is used in addition to brazing or the like as an alloy, and these are brazed directly to the low temperature fired ceramic by utilizing the strength of affinity with oxygen such as titanium. Heat sink plate 11 and ring-shaped frame 12
When the ring-shaped frame 12 is made of a high-temperature fired ceramic such as alumina for joining, the metallized pattern formed by co-firing a refractory metal such as tungsten or molybdenum is easily hardened by Ag brazing or the like. Can be joined to.
However, low-temperature fired ceramics that cannot co-fire high-melting-point metals were co-fired with low-temperature fired ceramics,
Alternatively, since it is brazed through a metallized pattern made of a low-melting metal such as Ag formed by printing after printing on a fired low-temperature fired ceramic and firing, a brazing material cracking phenomenon occurs and the bonding strength is extremely high. Will be lower. Therefore, the bonding strength is increased by using an active metal method that can be directly brazed to the low temperature fired ceramic.
【００１３】この活性金属法で用いられる活性金属ろう
材１３は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｒ、チタ
ンを芯に入れたＡｇ−Ｃｕ合金、Ｔｉ−Ａｇ−Ｂｅ、ニ
ッケルクラッドチタン等がある。ろう付け作業は、ろう
の酸化を防ぐために、通常、真空中、又は不活性なガス
中で行われる。接合は、ヒートシンク板１１とリング状
枠体１２の間にろうを挟み、１０００℃程度の加熱によ
ってろう付けされ、非酸化物系の低温焼成セラミックに
も適用できる。The active metal brazing material 13 used in the active metal method is Ag-Cu-Ti, Ag-Cu-Zr, an Ag-Cu alloy containing titanium in the core, Ti-Ag-Be, nickel clad titanium, etc. There is. The brazing operation is usually performed in a vacuum or in an inert gas to prevent oxidation of the braze. The joining is performed by sandwiching a brazing material between the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12 and brazing by heating at about 1000 ° C., and can also be applied to a non-oxide low-temperature fired ceramic.
【００１４】なお、リング状枠体１２の上面には、鉄系
や、銅系等の薄い金属板からなるリードフレーム形状の
外部接続端子１４が、ヒートシンク板１１とリング状枠
体１２を活性金属法で接合する時と同時に、活性金属ろ
う材１３を間に挟んで加熱接合する活性金属法で接合さ
れている。また、ヒートシンク板１１には、略長方形状
の長手方向の両端部に、この高周波用パッケージ１０を
固定するための固定用切り欠き部１５が設けられてお
り、外部の固定部材にねじ止め等を行うために使用され
る。そして、この高周波用パッケージ１０の金属表面に
は、Ｎｉめっき及びＡｕめっきが施されている。On the upper surface of the ring-shaped frame body 12, a lead frame-shaped external connection terminal 14 made of a thin metal plate such as iron or copper is provided. Simultaneously with the joining by the method, the joining is carried out by the active metal method in which the active metal brazing material 13 is sandwiched between them and the heating is performed. Further, the heat sink plate 11 is provided with fixing notches 15 for fixing the high-frequency package 10 at both ends in a substantially rectangular shape in the longitudinal direction, and screws or the like are fixed to an external fixing member. Used to do. The metal surface of the high frequency package 10 is plated with Ni and Au.
【００１５】ここで、リング状枠体１２を形成する低温
焼成セラミックの熱膨張係数は、１０×１０−６／℃
（４０〜４００℃において）以上であるのがよい。Ｃｕ
又はＣｕ系金属板からなるヒートシンク板１１の熱膨張
係数が約１６×１０−６／℃程度であるので、熱膨張係
数が近似し、接合時の応力を緩和することができるので
反りの発生を軽減することができる。また、熱膨張係数
が１０×１０−６／℃を下まわるとヒートシンク板１１
との熱膨張係数差が大きくなって大きな応力が発生し反
りが大きくなり、半導体素子２２（図２（Ｂ）参照）の
実装が困難となったり、実装できたとしても、固定用切
り欠き部１５で固定部材にねじ止めを行った時に反りが
矯正されることで、半導体素子２２が破壊する場合があ
る。Here, the coefficient of thermal expansion of the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame 12 is 10 × 10 −6 / ° C.
It is preferably at least (at 40 to 400 ° C.). Cu
Alternatively, since the thermal expansion coefficient of the heat sink plate 11 made of a Cu-based metal plate is about 16 × 10 −6 / ° C., the thermal expansion coefficient approximates and the stress at the time of joining can be relieved, so that warpage is not generated. Can be reduced. Further, when the coefficient of thermal expansion falls below 10 × 10 −6 / ° C., the heat sink plate 11
The difference in the thermal expansion coefficient between the two becomes large, large stress is generated, and the warp becomes large, making it difficult to mount the semiconductor element 22 (see FIG. 2B), or even if the semiconductor element 22 can be mounted, the fixing notch The warp may be corrected when the fixing member is screwed at 15, so that the semiconductor element 22 may be broken.
【００１６】次いで、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すよう
に、本発明の一実施の形態に係る高周波用パワーモジュ
ール基板２０は、ヒートシンク板１１と、リング状枠体
１２、及び外部接続端子１４を有し、キャビティ部２１
に半導体素子２２を実装して有し、キャビティ部２１内
を気密に封止する蓋体２３を有している。Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, a high frequency power module substrate 20 according to an embodiment of the present invention includes a heat sink plate 11, a ring-shaped frame body 12, and an external connection. It has a terminal 14 and a cavity portion 21.
The semiconductor element 22 is mounted on and has a lid 23 that hermetically seals the inside of the cavity 21.
【００１７】このヒートシンク板１１は、略長方形状か
らなり、高放熱特性を有するＣｕ又はＣｕ合金等のＣｕ
系金属板で形成されている。また、リング状枠体１２
は、高熱膨張係数を有するガラスセラミック等からなる
低温焼成セラミックで形成されている。リング状枠体１
２の下面側には、ヒートシンク板１１が活性金属法によ
って活性金属ろう材１３を介して接合されている。ま
た、リング状枠体１２の上面側には、Ｆｅ系や、Ｃｕ系
等の薄い金属板からなるリードフレーム形状の外部接続
端子１４が、ヒートシンク板１１とリング状枠体１２を
活性金属法で接合する時と同時に、活性金属ろう材１３
を間に挟んで加熱接合する活性金属法で接合されてい
る。そして、ヒートシンク板１１とリング状枠体１２を
接合して形成するキャビティ部２１のヒートシンク板１
１の上に、半導体素子２２が、例えば、Ａｕ−Ｓｎろう
からなるダイアタッチ材２４を介してダイボンドされて
いる。蓋体２３は、樹脂や、セラミックや、金属部材等
を用いて外形寸法がリング状枠体１２と実質的に同じ大
きさからなり、例えば、箱型に形成されている。そし
て、蓋体２３は、キャビティ部２１に実装されている半
導体素子２２を気密に保つために、リング状枠体１２
や、外部接続端子１４の上面側にエポキシ等の樹脂接着
剤２５を介して被せられて接合されている。これによっ
て、キャビティ部２１内の半導体素子２２は、気密に封
止されている。The heat sink plate 11 has a substantially rectangular shape and has a high heat dissipation property such as Cu or Cu alloy.
It is made of a metal plate. In addition, the ring-shaped frame 12
Is formed of a low temperature fired ceramic such as a glass ceramic having a high coefficient of thermal expansion. Ring frame 1
A heat sink plate 11 is joined to the lower surface side of 2 via an active metal brazing material 13 by the active metal method. In addition, on the upper surface side of the ring-shaped frame body 12, a lead frame-shaped external connection terminal 14 made of a thin metal plate such as Fe-based or Cu-based material is provided, and the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12 are formed by the active metal method. At the same time as joining, the active metal brazing material 13
They are joined by an active metal method in which they are heat-joined with a sandwiched therebetween. Then, the heat sink plate 1 of the cavity portion 21 formed by joining the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12 together
1, the semiconductor element 22 is die-bonded via the die attach material 24 made of Au—Sn solder, for example. The lid 23 is made of resin, ceramics, a metal member, or the like, and has an outer dimension substantially the same as that of the ring-shaped frame 12, and is formed in, for example, a box shape. Then, the lid body 23 holds the ring-shaped frame body 12 in order to keep the semiconductor element 22 mounted in the cavity portion 21 airtight.
Alternatively, the upper surface side of the external connection terminal 14 is covered and bonded via a resin adhesive 25 such as epoxy. As a result, the semiconductor element 22 in the cavity 21 is hermetically sealed.
【００１８】なお、半導体素子２２と外部接続端子１４
との接続は、ボンディングワイヤ２６で接続されてい
る。また、ヒートシンク板１１には、略長方形状の長手
方向の両端部に、高周波用パワーモジュール基板２０を
固定部材に固定するための固定用切り欠き部１５が設け
られており、固定部材にねじ止め等で固定するのに使用
されている。The semiconductor element 22 and the external connection terminal 14
The connection with is connected by a bonding wire 26. Further, the heat sink plate 11 is provided with fixing notches 15 for fixing the high frequency power module board 20 to the fixing member at both ends in the longitudinal direction of the substantially rectangular shape, and is screwed to the fixing member. It is used to fix with etc.
【００１９】[0019]
【発明の効果】請求項１及び２記載の高周波用パッケー
ジは、ヒートシンク板が高放熱特性を有するＣｕ又はＣ
ｕ系金属板からなり、リング状枠体が高熱膨張係数を有
する低温焼成セラミックからなり、しかも、ヒートシン
ク板とリング状枠体が活性金属法で接合されているの
で、ヒートシンク板が安価であり、高放熱特性を有する
パッケージを安価にすることができる。また、リング状
枠体を形成する低温焼成セラミックの熱膨張係数がヒー
トシンク板の熱膨張係数に近似しているので、接合時の
応力発生を緩和でき、反りの発生を防止することができ
る。更に、メタライズパターンを介してのろう付けが難
しい低温焼成セラミックには、活性金属法で直接ろう付
けしてヒートシンク板に接合しているので、強固に接合
することができる。According to the high frequency package of the first and second aspects, the heat sink plate is made of Cu or C having a high heat dissipation characteristic.
The heat sink plate is inexpensive because it is made of a u-based metal plate, the ring-shaped frame is made of low-temperature fired ceramic having a high coefficient of thermal expansion, and the heat sink plate and the ring-shaped frame are joined by the active metal method. A package having high heat dissipation characteristics can be made inexpensive. Further, since the coefficient of thermal expansion of the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame is close to the coefficient of thermal expansion of the heat sink plate, it is possible to alleviate the stress generation at the time of joining and prevent the warpage. Furthermore, since the low temperature fired ceramic, which is difficult to braze through the metallized pattern, is directly brazed by the active metal method to be joined to the heat sink plate, it can be firmly joined.
【００２０】特に、請求項２記載の高周波用パッケージ
は、リング状枠体を形成する低温焼成セラミックの熱膨
張係数が１０×１０−６／℃以上であるので、リング状
枠体を形成する低温焼成セラミックの熱膨張係数をＣｕ
又はＣｕ系金属板からなるヒートシンク板の熱膨張係数
に近似させることができ、リング状枠体とヒートシンク
板との接合時の応力を緩和できて反りの発生を防止する
ことができる。Particularly, in the high frequency package according to the second aspect of the invention, since the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame has a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 −6 / ° C. or more, the low temperature forming the ring-shaped frame is low. The coefficient of thermal expansion of the fired ceramic is Cu
Alternatively, it can be approximated to the thermal expansion coefficient of the heat sink plate made of a Cu-based metal plate, and the stress at the time of joining the ring-shaped frame body and the heat sink plate can be relieved to prevent warpage.
【００２１】請求項３記載の高周波用パワーモジュール
基板は、ヒートシンク板が高放熱特性を有するＣｕ又は
Ｃｕ系金属板からなり、リング状枠体が低温焼成セラミ
ックからなり、ヒートシンク板とリング状枠体で形成す
るキャビティ部には半導体素子が実装され、しかも、上
面側に外部接続端子が活性金属法で接合されるリング状
枠体の下面側とヒートシンク板が活性金属法で接合され
ており、蓋体でキャビティ部が気密に封止されているの
で、ヒートシンク板が安価であり、高放熱特性を有する
高周波用パワーモジュール基板を安価にすることができ
る。また、リング状枠体を形成する低温焼成セラミック
の熱膨張係数がヒートシンク板の熱膨張係数に近似して
いるので、接合時の応力を緩和して反りの発生を防止す
ることができる。更に、メタライズパターンを介しての
ろう付けが難しい低温焼成セラミックに対して、活性金
属法で直接ろう付けし、ヒートシンク板と接合している
ので、強固に接合することができる。In the high frequency power module substrate according to the present invention, the heat sink plate is made of Cu or a Cu-based metal plate having a high heat dissipation characteristic, the ring-shaped frame is made of low temperature fired ceramic, and the heat sink plate and the ring-shaped frame are provided. The semiconductor element is mounted in the cavity formed by, and the lower surface side of the ring-shaped frame body to which the external connection terminals are joined by the active metal method on the upper surface side and the heat sink plate are joined by the active metal method. Since the cavity is hermetically sealed by the body, the heat sink plate is inexpensive, and the high frequency power module substrate having high heat dissipation characteristics can be inexpensive. Moreover, since the coefficient of thermal expansion of the low temperature fired ceramics forming the ring-shaped frame is close to the coefficient of thermal expansion of the heat sink plate, it is possible to relieve stress during joining and prevent warpage. Further, since it is directly brazed by the active metal method and bonded to the heat sink plate, it is possible to firmly bond to the low temperature fired ceramic which is difficult to braze through the metallized pattern.
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形
態に係る高周波用パッケージの平面図、正面図である。1A and 1B are a plan view and a front view, respectively, of a high frequency package according to an embodiment of the present invention.
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形
態に係る高周波用パワーモジュール基板の平面図、Ａ−
Ａ’線拡大縦断面図である。2 (A) and 2 (B) are plan views of a high frequency power module substrate according to an embodiment of the present invention, respectively.
It is an A'line expanded longitudinal cross-sectional view.
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の高周波用パッ
ケージの平面図、正面図である。3A and 3B are a plan view and a front view of a conventional high-frequency package, respectively.
【図４】従来の高周波用パワーモジュール基板の説明図
である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional high frequency power module substrate.
１０：高周波用パッケージ、１１：ヒートシンク板、１
２：リング状枠体、１３：活性金属ろう材、１４：外部
接続端子、１５：固定用切り欠き部、２０：高周波用パ
ワーモジュール基板、２１：キャビティ部、２２：半導
体素子、２３：蓋体、２４：ダイアタッチ材、２５：樹
脂接着剤、２６：ボンディングワイヤ10: high frequency package, 11: heat sink plate, 1
2: Ring frame, 13: Active metal brazing material, 14: External connection terminal, 15: Fixing notch, 20: High frequency power module substrate, 21: Cavity, 22: Semiconductor element, 23: Lid , 24: die attach material, 25: resin adhesive, 26: bonding wire
Claims (3)
面にリング状枠体を接合して有する高周波用パッケージ
において、 前記ヒートシンク板が高放熱特性を有するＣｕ又はＣｕ
系金属板からなり、前記リング状枠体が高熱膨張係数を
有する低温焼成セラミックからなり、しかも、前記ヒー
トシンク板と前記リング状枠体が活性金属法で接合され
ていることを特徴とする高周波用パッケージ。1. A high frequency package comprising a heat sink plate having a substantially rectangular shape and a ring-shaped frame joined to the surface of the heat sink plate, wherein the heat sink plate is Cu or Cu having high heat dissipation characteristics.
A high-frequency metal-made plate, wherein the ring-shaped frame body is made of low-temperature fired ceramic having a high coefficient of thermal expansion, and the heat sink plate and the ring-shaped frame body are joined by an active metal method. package.
いて、前記リング状枠体を形成する前記低温焼成セラミ
ックの熱膨張係数が１０×１０−６／℃以上であること
を特徴とする高周波用パッケージ。2. The high frequency package according to claim 1, wherein the low temperature fired ceramic forming the ring-shaped frame has a coefficient of thermal expansion of 10 × 10 −6 / ° C. or more. .
部接続端子を有し、半導体素子を実装して気密に封止す
る蓋体を有する高周波用パワーモジュール基板におい
て、 前記ヒートシンク板が高放熱特性を有するＣｕ又はＣｕ
系金属板からなり、前記リング状枠体が低温焼成セラミ
ックからなり、前記ヒートシンク板と前記リング状枠体
で形成するキャビティ部には前記半導体素子が実装さ
れ、しかも、上面側に前記外部接続端子が活性金属法で
接合される前記リング状枠体の下面側と前記ヒートシン
ク板が活性金属法で接合されており、前記蓋体で前記キ
ャビティ部が気密に封止されていることを特徴とする高
周波用パワーモジュール基板。3. A high frequency power module board having a heat sink plate, a ring-shaped frame body, and an external connection terminal, and a lid body for mounting a semiconductor element and hermetically sealing the semiconductor element, wherein the heat sink plate has high heat dissipation characteristics. With Cu or Cu
The ring-shaped frame body is made of a low-temperature fired ceramic, and the semiconductor element is mounted on the cavity formed by the heat sink plate and the ring-shaped frame body. Is joined by an active metal method, the lower surface side of the ring-shaped frame body and the heat sink plate are joined by an active metal method, and the cavity is hermetically sealed by the lid body. High frequency power module board.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085078A JP2003282752A (en) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | Package for high frequency and power module substrate for high frequency |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7632716B2 (en) | 2003-06-09 | 2009-12-15 | Sumitomo Metal (Smi) Electronics Devices, Inc. | Package for high frequency usages and its manufacturing method |
| JP2014003134A (en) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Nippon Steel & Sumikin Electronics Devices Inc | High heat dissipation type electronic component storing package |
-
2002
- 2002-03-26 JP JP2002085078A patent/JP2003282752A/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
| US7632716B2 (en) | 2003-06-09 | 2009-12-15 | Sumitomo Metal (Smi) Electronics Devices, Inc. | Package for high frequency usages and its manufacturing method |
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