JP2007294569A

JP2007294569A - 高放熱型電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2007294569A
Application number: JP2006119002A
Authority: JP
Inventors: Shizuteru Hashimoto; 静輝橋本
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】熱応力に対する気密信頼性が高く安価な高放熱型電子部品収納用パッケージを提供する。
【解決手段】ヒートシンク板１１の上面に絶縁枠体１２を接合し、その上面に複数の外部接続端子１３を有してなり、絶縁枠体１２の内周側壁とヒートシンク板１１の上面で形成されるキャビティ部１４に電子部品２０が収納された後、蓋体２２が接合材２３を介して接合され、電子部品２０を気密に封止するのに用いられる高放熱型電子部品収納用パッケージ１０において、絶縁枠体１２の蓋体２２との直接接合部面に、それぞれが絶縁枠体１２の端部、及び外部接続端子１３の端部から離間して連続する溝部１５、又は／及び島状の凹部１６を有し、外部接続端子１３を含む絶縁枠体１２と蓋体２２を接合する接合材２３が流動性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンク板、絶縁枠体、外部接続端子等で構成される高放熱型電子部品収納用パッケージに関し、より詳細には、キャビティ部のヒートシンク板上面に半導体素子等の電子部品が搭載され、金属板等からなる外部接続端子のワイヤボンドパッド部と電子部品をボンディングワイヤで接続して電気的に導通状態とされた後、蓋体で電子部品が気密に封止されるのに用いられる高放熱型電子部品収納用パッケージに関する。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来から、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０には、例えば、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）基地局用等のシリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の高周波、高出力の半導体素子等の電子部品を収納したりするためのものがある。このような高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、実装される電子部品から発生する高温、且つ大量の熱を放熱するためのヒートシンク板５１の一方の主面に、セラミックや、樹脂からなる窓枠形状の絶縁枠体５２が接合されて有している。また、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、絶縁枠体５２の他方の主面である上面に外部と電気的に導通状態とするための金属板からなる複数の外部接続端子５３が接合されて有している。この外部接続端子５３は、一方の端子側を絶縁枠体５２の上面に接合し、他方の端子側を絶縁枠体５２の外部に突出している。

高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、ヒートシンク板５１の上面と、絶縁枠体５２の窓枠内周側壁面で形成されるキャビティ部５４のヒートシンク板５１の上面に電子部品が接合できるようになっている。そして、キャビティ部５４に収納される電子部品は、外部接続端子５３との間をボンディングワイヤで直接接続して電気的導通が形成できるようになっている。なお、この外部接続端子５３には、ボンディングワイヤを接続するための一方の端子側のワイヤボンドパッド部と、外部と接続するための他方の端子側の端子部が兼ね備えて設けられている。高放熱型電子部品収納用パッケージ５０には、電子部品がキャビティ部５４内に実装された後、樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋体が外部接続端子５３を含む絶縁枠体５２の平面状の上面に樹脂や、ガラス等の絶縁性接着材で接合されて、キャビティ部５４内を中空状態にして電子部品が気密に封止されるようになっている。

従来の電子部品収納用パッケージには、電子部品の動作及び使用環境の変化で熱が繰り返し付加される環境下で蓋体と枠体間の接合信頼性が高いパッケージとして、枠体の上面にキャビティ部を取り囲むようにして凸部を設け、この凸部に対向して蓋体の下面に環状の溝部を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の電子部品収納用パッケージには、枠体の上面に形成されたメタライズ層に金属製蓋体をシーム溶接で接合する時の熱応力によるメタライズ層の剥離を防止するために、枠体の上面に環状の溝部を設け、この溝部を覆ってメタライズ層が形成されるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
更には、従来の電子部品収納用パッケージには、光半導体素子を収納し、透光性蓋体を高精度の平行度を保って枠体に接合するために、枠体上面の外周部に設ける溝に接合材を充填させたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−１６３２９５号公報特開２００４−３２７５６２号公報特開２００６−４１４５６号公報

しかしながら、前述したような従来の高放熱型電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）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、高出力の半導体素子等の電子部品を収納し、ＲＦ基地局用等に使用する高放熱型電子部品収納用パッケージは、電子部品からの高発熱による熱応力に耐えて蓋体との接合部からの破壊を防止するための気密信頼性を満足させることが求められている。高放熱型電子部品収納用パッケージには、この気密信頼性を保証するためにさまざまな信頼性試験が課せられるが、蓋体との接合部である外部接続端子を含む絶縁枠体の接合幅が狭いので接合面積が小さく十分な接合強度を持たせることができなくなっている。また、接合部面には、絶縁枠体と外部接続端子の間に段差があると共に、それぞれの部材に対する接合材の濡れ性が異なるので、接合材の接合強度にアンバランスが発生し、全体の接合強度が低下することとなっている。更には、従来の高放熱型電子部品収納用パッケージは、接合部のそれぞれの部材の熱膨張係数が異なり、熱応力を発生するがこれに耐えて破壊を防止することができるパッケージ構造としての限界が発生している。
（２）特開２００３−１６３２９５号公報で開示されるような形態での高放熱型電子部品収納用パッケージの場合では、枠体に凸部を形成するのに費用が掛かり、パッケージのコストアップとなる。また、蓋体の厚さが薄い場合には、溝部を形成した部分の蓋体の肉厚が薄くなるので、強度及び気密性が低下して信頼性が低くなる。
（３）特開２００３−１６３２９５号公報、特開２００４−３２７５６２号公報、又は特開２００６−４１４５６号公報で開示されるような形態での高放熱型電子部品収納用パッケージの場合では、凸部や溝部を枠体の上面に環状に設けるので、蓋体との接合面が段差状となっている時には形成が困難である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、熱応力に対する気密信頼性が高く安価な高放熱型電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る高放熱型電子部品収納用パッケージは、ヒートシンク板の上面に窓枠形状からなる絶縁枠体を接合して有すると共に、絶縁枠体の上面に一方の端子側を接合し、他方の端子側が絶縁枠体の外部に突出する金属板からなる互いに電気的に断線状態の複数の外部接続端子を有してなり、絶縁枠体の内周側壁とヒートシンク板の上面で形成される電子部品を収納するためのキャビティ部を有し、キャビティ部に電子部品が収納された後、外部接続端子の一方の端子側を挟み込むようにして絶縁枠体の上面に蓋体が接合材を介して接合され、キャビティ部を中空状態にして電子部品を気密に封止するのに用いられる高放熱型電子部品収納用パッケージにおいて、絶縁枠体の蓋体との直接接合部面に、それぞれが絶縁枠体の端部、及び外部接続端子の端部から離間して連続する溝部、又は／及び島状の凹部を有し、外部接続端子を含む絶縁枠体と蓋体を接合する接合材が流動性を有する。

請求項１記載の高放熱型電子部品収納用パッケージは、絶縁枠体の蓋体との直接接合部面に、それぞれが絶縁枠体の端部、及び外部接続端子の端部から離間して連続する溝部、又は／及び島状の凹部を有し、外部接続端子を含む絶縁枠体と蓋体を接合する接合材が流動性を有するので、溝部、又は／及び凹部によって蓋体との接合部である絶縁枠体の接合面積を大きくすることができ、絶縁枠体の接合幅が狭くなったとしても、十分な接合強度を持たせることができる。また、この高放熱型電子部品収納用パッケージは、溝部、又は／及び凹部によって接合面積を大きくできることで、それぞれの部材に対する接合材の濡れ性の差による接合強度のアンバランスが発生したとしても、アンバランスをカバーして全体としては接合強度を高めることができる。また、この高放熱型電子部品収納用パッケージは、溝部、又は／及び凹部によって接合面積を大きくできることで、接合部のそれぞれの部材の熱膨張係数差による熱応力の発生があったとしても、これに耐えることができ、接合部の破壊を防止することができる。更には、この高放熱型電子部品収納用パッケージは、絶縁枠体の蓋体との接合面に溝部、又は／及び凹部を形成することだけで接合面積を大きくできるので、気密信頼性を維持した安価なパッケージを提供できる。

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するための最良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放熱型電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高放熱型電子部品収納用パッケージに電子部品を実装した状態の斜視説明図、Ｂ−Ｂ’線拡大縦断面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高放熱型電子部品収納用パッケージの変形例の高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、実装される電子部品２０（図２参照）から発生する高温、且つ大量の熱を放熱するための高放熱特性を有する略長方形板状の金属板からなるヒートシンク板１１の上面に、窓枠形状からなる絶縁枠体１２を接合して有している。この絶縁枠体１２には、電気絶縁性の高い、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックが用いられている。あるいは、絶縁枠体１２には、電気絶縁性の高い、例えば、ＢＴ樹脂（ビスマレイミドトリアジンを主成分とする樹脂）や、ポリイミド等からなる樹脂が用いられている。また、ヒートシンク板１１には、銅と他の金属との複合金属板や、銅と他の金属との合金金属板や、他の金属板又は銅系金属板の両面に銅板をクラッドした接合金属板等が用いられている。ヒートシンク板１１と絶縁枠体１２の接合は、例えば、絶縁枠体１２がセラミックからなる場合には、その下面となる窓枠形状の一方の主面にタングステンや、モリブデン等の導体金属で形成されたメタライズ膜が設けられ、更にその上にＮｉや、Ｎｉ−Ｃｏ等の第１のＮｉめっき被膜が施され、ヒートシンク板１１の上面との間にＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を介して加熱してろう付け接合されることで形成されている。あるいは、ヒートシンク板１１と絶縁枠体１２の接合は、例えば、絶縁枠体１２が樹脂からなる場合には、例えば、シリコーン系接着樹脂や、オレフィン系接着樹脂や、ポリイミド系接着樹脂等の耐熱性のある接着樹脂を介して接合されることで形成されている。

また、この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、絶縁枠体１２の上面になる窓枠形状の他方の主面には、一方の端子側を接合し、他方の端子側が絶縁枠体１２の外部に突出するＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の金属板からなる互いに電気的に断線状態の複数の外部接続端子１３を有している。外部接続端子１３と絶縁枠体１２の接合は、例えば、絶縁枠体１２がセラミックからなる場合には、その上面となる窓枠形状の他方の主面にタングステンや、モリブデン等の導体金属で形成されたメタライズ膜が設けられ、更にその上にＮｉや、Ｎｉ−Ｃｏ等の第１のＮｉめっき被膜１６が施され、外部接続端子１３の一方の端子側の下面との間にＡｇ−Ｃｕろう等のろう材を介して加熱してろう付け接合されることで形成されている。あるいは、外部接続端子１３と絶縁枠体１２の接合は、例えば、絶縁枠体１２が樹脂からなる場合には、例えば、シリコーン系接着樹脂や、オレフィン系接着樹脂や、ポリイミド系接着樹脂等の耐熱性のある接着樹脂を介して接合されることで形成されている。そして、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、電子部品２０を載置して接合するためのヒートシンク板１１の上面と、電子部品２０を囲繞するための絶縁枠体１２の内周側壁面とで形成される電子部品２０を収納するためのキャビティ部１４を有している。

図２（Ａ）に示すように、この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、キャビティ部１４の底面であるヒートシンク板１１の上面に電子部品２０が接合できるようになっている。そして、キャビティ部１４に収納される電子部品２０は、外部接続端子１３との間をボンディングワイヤ２１で直接接続して電気的導通が形成できるようになっている。ここで用いられる外部接続端子１３は、ボンディングワイヤ２１を接続するための一方の端子側のワイヤボンドパッド部と、外部と接続するための他方の端子側の端子部を備える金属板からなっている。高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、電子部品２０がキャビティ部１４内に実装された後、外部接続端子１３の一方の端子側を挟み込むようにして絶縁枠体１２の上面に樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋体２２がエポキシ系等の樹脂や、低融点のガラス等の接合材２３で接合されて、キャビティ部１４内を中空状態にして電子部品２０が気密に封止され、例えば、ＲＦ基地局用等デバイスとして用いられるようになっている。なお、接合材２３は、外部接続端子１３の表面にＡｕめっき被膜を設けた場合には、Ａｕめっき被膜面とガラスとの接着性が低いので、接合強度に優れる樹脂を用いることが好ましい。

そして、図２（Ｂ）に示すように、蓋体２２が接合されて電子部品２０が収納された高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、外部接続端子１３の他方の端子側である端子部下面が配線回路パターンの施された基板ボード２４等に半田２５等で接合されるようになっている。また、電子部品２０が収納された高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク板１１の長手方向両端部に設けられている取付部２６（図２（Ａ）参照）で放熱性の向上を兼ねる金属製からなる基台２７にねじ２８（図２（Ａ）参照）でねじ止め、及び／又は、ヒートシンク板１１の下面を基台２７に半田２５等で接合するようになっている。なお、電子部品２０が収納された高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク板１１の下面と、基台２７との間をできるだけ密接させることで熱伝導性を向上させて放熱性を向上させるために、ヒートシンク板１１の下面を半田２５で接合すると共に、ヒートシンク板１１の取付部２６で基台２７にねじ２８でねじ止めすることが好ましい。

上記の高放熱型電子部品収納用パッケージ１０の絶縁枠体１２の上面には、外部接続端子１３が接合されていない部位である外部に露出する部分である蓋体２２との直接接合面に、それぞれが絶縁枠体１２の端部、及び外部接続端子１３の端部から離間して連続する溝部１５を有している。しかも、外部接続端子１３を含む絶縁枠体１２と、蓋体２２を接合する接合材２３は、溝部１５の中に流れ込むような流動性を有している。接合材２３には、エポキシ系等の樹脂や、低融点のガラス等を用いることで、容易に高い流動性を持たせることができる。高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、この溝部１５によって蓋体２２を接合材２３で接合する時に接着面積を大きくすることができ、接合強度を高めることができる。従って、強度的に一番弱い部分であるこの接合部には、電子部品２０が収納された後に、例えば、温度サイクル試験（例えば、−６５〜１５０℃間の繰り返し試験）等の過酷な信頼性評価が実施されたとしても、十分な接合強度を持たせることができ、破壊を防止することができる。

次いで、図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージ１０の変形例の高放熱型電子部品収納用パッケージ１０ａ、１０ｂを説明する。
図３（Ａ）に示すように、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０ａは、絶縁枠体１２の上面の外部接続端子１３が接合されていない部位である外部に露出する部分である蓋体２２との直接接合面に、それぞれが絶縁枠体１２の端部、及び外部接続端子１３の端部から離間して島状に点在する凹部１６を有している。あるいは、図３（Ｂ）に示すように、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０ｂは、絶縁枠体１２の上面の外部接続端子１３が接合されていない部位である外部に露出する部分である蓋体２２との直接接合面に、それぞれが絶縁枠体１２の端部、及び外部接続端子１３の端部から離間して連続する溝部１５と、島状に点在する凹部１６の両方を有している。

次いで、本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージ１０、１０ａ、１０ｂ（以下、代表して１０と記す）の製造方法を簡単に説明する。なお、ここでは、絶縁枠体１２にセラミックを用いる場合について説明する。
高放熱型電子部品収納用パッケージ１０を構成するための略矩形状のヒートシンク板１１には、セラミックと熱膨張係数が近似し、ポーラス状からなるタングステン（Ｗ）に熱伝導性に優れるＣｕを含浸させたりして作製されるＣｕ−Ｗ複合金属板や、Ｃｕとモリブデン（Ｍｏ）からなるＣｕ−Ｍｏ複合金属板や、Ｃｕと他の金属との合金金属板や、Ｃｕ−Ｍｏ系金属板の両面にＣｕ板をクラッドしたＣｕ／Ｃｕ−Ｍｏ／Ｃｕ接合金属板等を準備している。このヒートシンク板１１には、表面に露出する全ての部分にＮｉめっき浴中で通電するＮｉ電解めっき法で、第１のＮｉめっき被膜を形成している。

高放熱型電子部品収納用パッケージ１０を構成するための窓枠形状の絶縁枠体１２には、電気絶縁性の高い、Ａｌ_２Ｏ_３や、ＡｌＮ等のセラミックグリーンシートを準備している。このセラミックグリーンシートには、Ｗや、Ｍｏ等の高融点金属からなる導体ペーストで両面の必要部分に導体パターンをスクリーン印刷し、窓枠形状の内周部を金型等で打ち抜いて形成している。そして、セラミックグリーンシートと高融点金属は、還元雰囲気中の炉で焼成して、両面の必要部分にメタライズ膜を有する絶縁枠体１２としている。更に、この絶縁枠体１２には、メタライズ膜の表面にＮｉめっき浴中で通電するＮｉ電解めっき法で、第１のＮｉめっき被膜を形成している。

次に、ヒートシンク板１１と絶縁枠体１２は、間にＡｇ−Ｃｕろう等からなるろう材を挟み込んで加熱してろう付け接合している。また、絶縁枠体１２と外部接続端子１３は、間にＡｇ−Ｃｕろう等からなるろう材１７を挟み込んで加熱してろう付け接合している。なお、この接合は、それぞれを別々に行ってもよく、あるいは、同時に行ってもよい。この接合によって、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、ヒートシンク板１１の上面と、絶縁枠体１２の内周側壁面で電子部品２０を実装するためのキャビティ部１４を設けている。

次に、ヒートシンク板１１と外部接続端子１３を含む外部に露出する全ての金属表面には、Ｎｉめっき浴中で通電するＮｉ電解めっき法で、第２のＮｉめっき被膜を形成している。そして、この第２のＮｉめっき被膜の上面には、更に、Ａｕめっき浴中で通電するＡｕ電解めっき法で、Ａｕめっき被膜を形成することで高放熱型電子部品収納用パッケージ１０を作製している。

本発明の高放熱型電子部品収納用パッケージは、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、高出力の半導体素子等の電子部品を実装させて、例えば、ＲＦ基地局用等の電子装置とするのに用いることができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高放熱型電子部品収納用パッケージに電子部品を実装した状態の斜視説明図、Ｂ−Ｂ’線拡大縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同高放熱型電子部品収納用パッケージの変形例の高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図、Ｃ−Ｃ’線拡大縦断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ：高放熱型電子部品収納用パッケージ、１１：ヒートシンク板、１２：絶縁枠体、１３：外部接続端子、１４：キャビティ部、１５：溝部、１６：凹部、２０：電子部品、２１：ボンディングワイヤ、２２：蓋体、２３：接合材、２４：基板ボード、２５：半田、２６：取付部、２７：基台、２８：ねじ

Claims

ヒートシンク板の上面に窓枠形状からなる絶縁枠体を接合して有すると共に、該絶縁枠体の上面に一方の端子側を接合し、他方の端子側が前記絶縁枠体の外部に突出する金属板からなる互いに電気的に断線状態の複数の外部接続端子を有してなり、前記絶縁枠体の内周側壁と前記ヒートシンク板の上面で形成される電子部品を収納するためのキャビティ部を有し、該キャビティ部に前記電子部品が収納された後、前記外部接続端子の前記一方の端子側を挟み込むようにして前記絶縁枠体の上面に蓋体が接合材を介して接合され、前記キャビティ部を中空状態にして前記電子部品を気密に封止するのに用いられる高放熱型電子部品収納用パッケージにおいて、
前記絶縁枠体の前記蓋体との直接接合部面に、それぞれが前記絶縁枠体の端部、及び前記外部接続端子の端部から離間して連続する溝部、又は／及び島状の凹部を有し、前記外部接続端子を含む前記絶縁枠体と前記蓋体を接合する前記接合材が流動性を有することを特徴とする高放熱型電子部品収納用パッケージ。