JP2012231101A - メタルベース及びその製造方法並びにこれを用いた素子パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】素子において発生する熱による熱膨張及び熱収縮を抑えることのできるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージを提供する。
【解決手段】少なくとも１つの素子１０が実装されるメタルベース１１０であって、素子１０が実装される実装部が一方の面に形成される第１のベース部材１１１と、第１のベース部材１１１よりも小さい熱膨張係数を有し、第１のベース部材１１１の他方の面に貼着されて第１のベース部材１１１の熱収縮及び熱膨張を拘束する第２のベース部材１１２と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は素子において発生する熱による熱膨張及び熱収縮を抑えることのできるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージに係り、さらに詳しくは、素子において発生する熱による熱膨張及び熱収縮を抑えることのできるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージに関する。

一般に、電子部品としては、高周波デバイス、レーザーダイオード、発光ダイオードなどの素子が使用されている。この種の素子は、作動時に発熱量が多いため、発生する熱を大気中に良好に発散させなければ、装置を正常に作動させることができなくなるという不都合がある。

近年、電子部品の性能が向上することに伴い、素子の高容量化及び高出力化が次第に進んでいる。このように高容量化及び高出力化した素子は、作動時に高熱を発生させるため、高熱の効率良い放熱のために素子をメタルベースに実装させるような方式を採用している。

ところが、メタルベースの熱膨張係数と素子の熱膨張係数とが異なるため、素子において高熱が発生すると、熱膨張係数の違いにより素子が実装されているメタルベースに相当の応力が発生して素子がメタルベースから外れてしまうなどの問題が発生していた。

特に、メタルベースおよび素子は、熱膨張係数の違いによりメタルベースにおいて発生した応力が素子に伝わる場合には素子が損傷するなどの問題が発生するだけではなく、メタルベースが変形又は損傷したり、素子とメタルベースとが分離されてしまうという問題が発生していた。

また、素子及びメタルベースが変形すると、素子とメタルベースとの貼り合わせ状態が不良になる結果、メタルベースによる放熱効果が低下するという問題が発生していた。

本発明の目的は、素子において発生する熱による熱膨張及び熱収縮を抑えることのできるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージを提供することである。

特に、本発明の目的は、複数のベース部材を貼り合わせて形成して、素子において高熱が発生してもベース部材の熱膨張を抑えることのできるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージを提供することである。

本発明の実施形態によるメタルベースは、少なくとも１つの素子が実装されるメタルベースであって、前記素子が実装される実装部が一方の面に形成される第１のベース部材と、前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１のベース部材の他方の面に貼着されて前記第１のベース部材の熱収縮及び熱膨張を拘束する第２のベース部材と、を備える。

前記第１のベース部材の下面縁には前記第２のベース部材が貼着される凹状の貼合部が形成され、前記第２のベース部材は前記貼合部の形状に対応するリング状を呈する。

前記第１のベース部材は、前記実装部が形成される上板と、前記上板と対応する形状で前記上板よりも小さい寸法で設けられ、前記上板の下面の中心に貼着される下板と、を備える。

前記第２のベース部材は、前記第１のベース部材の他方の面の全面に貼着される。

前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と貼り合わせて形成される。

前記第１のベース部材は銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金であり、前記第２のベース部材はＦｅ−Ｎｉ合金、コバール（Ｋｏｖａｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）合金、タングステン（Ｗ）及びタングステン（Ｗ）合金のいずれか一種、これらの合金又はセラミック材料である。

前記第１のベース部材の一方の面には前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体が設けられ、前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と絶縁体とを貼り合わせて形成される。

本発明の実施形態による素子パッケージは、作動時に熱を放出する素子が実装される素子パッケージであって、一方の面に前記素子が実装される実装部を有するメタルベースと、前記メタルベースの一方の面のうち前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体と、前記絶縁体に貼着されて前記素子と電気的に接続される一対のリードフレームと、を備え、前記メタルベースは、一方の面に前記実装部が形成される第１のベース部材と、前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１のベース部材の他方の面に貼着される第２のベース部材と、を備え、前記第１のベース部材の熱収縮及び熱膨張は、前記第２のベース部材及び絶縁体のうち少なくともいずれか一方により拘束されることを特徴とする。

前記第１のベース部材の他方の面の面縁には前記第２のベース部材が貼着される凹状の貼合部が形成され、前記第２のベース部材は前記貼合部の形状に対応するリング状を呈する。

前記第２のベース部材には外方に延在する少なくとも一つの延在部が形成され、前記延在部には締付部材の係合のための貫通孔が穿設される。

前記第１のベース部材は、一方の面に前記実装部が形成される上板と、前記上板と対応する形状に前記上板よりも小さな寸法で設けられ、前記上板の他方の面の中心に貼着される下板と、を備える。

前記第２のベース部材は、前記第１のベース部材の他方の面の全面に貼着される。

前記メタルベースは、前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と絶縁体とを貼り合わせて形成される。

前記第２のベース部材の厚さは、前記第１のベース部材の厚さの５〜７０％である。

前記第１のベース部材は銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金であり、前記第２のベース部材は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、コバール（Ｋｏｖａｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）合金、タングステン（Ｗ）及びタングステン（Ｗ）合金のうちいずれか一種、これらの合金又はセラミック材料である。

本発明の実施形態によるメタルベースの製造方法は、素子が実装されるメタルベースを製造する方法であって、一方の面に前記素子が実装される実装部を有する第１のベース部材を準備する工程と、前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有する材料を用いて第２のベース部材を準備する工程と、前記第１のベース部材及び第２のベース部材を加熱して熱膨張させる工程と、前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程と、前記第２のベース部材が前記第１のベース部材の熱収縮を抑えるようにして第１のベース部材及び第２のベース部材を冷却させる工程と、を含む。

前記第１のベース部材を加熱して熱膨張させる工程において、前記第１のベース部材を４００〜９００℃に加熱する。

前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程において、前記第１のベース部材と第２のベース部材とをろう付けにより貼り合わせる。

セラミック材料からなる絶縁体を準備する工程を含み、前記第１のベース部材及び第２のベース部材を加熱して熱膨張させる工程において、前記絶縁体と共に加熱し、前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程において、前記第１のベース部材の一方の面に加熱された前記絶縁体を貼着する。

本発明の実施形態によれば、第１のベース部材に第２のベース部材を貼着してメタルベースを製造するときに、第１のベース部材及び第２のベース部材を加熱して熱膨張させた状態で第１のベース部材と第２のベース部材とを貼り合わせた後に冷却させる。これにより、相対的に熱膨張係数が小さな第２のベース部材により第１のベース部材の熱収縮が抑えられ、素子の作動時に発生する熱によるメタルベースの熱膨張及び熱収縮が、相対的に熱膨張係数が小さな第２のベース部材の物理的特性とほとんど同様に維持できる。

また、メタルベースの熱膨張及び熱収縮を抑えることにより、素子において高熱が発生しても、メタルベースの変形及び損傷を防止することができる。これにより、素子及びメタルベースの異なる熱膨張の度合いによりメタルベースに作用する応力を低下させ、素子とメタルベースとの貼合部が分離されるという現象を防ぐことができる。

更に、素子とメタルベースとの貼り合わせ状態を良好に維持し、素子において発生する高熱の放熱効率を良好に維持することができる。

本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図である。 本発明の第４の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態によるメタルベース及びその製造方法、並びにこれを用いた素子パッケージをより具体的に説明する。しかしながら、本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、異なる様々な形態で実現される。本実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を持った者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図中、同じ符号は同じ要素を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す斜視図であり、図２は、本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図であり、図３は、本発明の第１の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。

同図に示すように、本発明の第１の実施形態による素子パッケージ１００は、素子１０が実装される実装部１１１ａを有するメタルベース１１０と、前記メタルベース１１０の上面のうち前記実装部１１１ａを除く領域に貼着される少なくとも１以上の絶縁体１２０と、前記絶縁体１２０に貼着されて前記素子１０と電気的に接続される少なくとも一対以上のリードフレーム１３０と、を備える。

まず、本発明において説明される素子１０は、作動時に熱が発生する電子部品であり、例えば、高周波デバイス、レーザーダイオード、発光ダイオードなどの素子が使用される。もちろん、前記素子１０は、上述した素子に限定されるものではなく、作動時に熱が発生し、発生する熱を効率良く放熱させる必要がある様々な素子が使用可能である。

前記メタルベース１１０は、素子１０において発生する熱を効率良く放出させる金属製のものであり、特に、熱膨張及び熱収縮現象が抑えられるように制御される。

前記メタルベース１１０は、素子１０が実装される実装部１１１ａが形成される第１のベース部材１１１と、前記第１のベース部材１１１の下面に貼着されて前記第１のベース部材１１１の熱収縮及び熱膨張を拘束する第２のベース部材１１２と、を備える。上述した「拘束」とは、後述するが、第１のベース部材１１１の熱収縮及び熱膨張が第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０により物理的に抑えられて第１のベース部材１１１の熱収縮及び熱膨張の物理的特性が第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０とほとんど同様に維持されることを意味する。

前記第１のベース部材１１１は、実装部１１１ａが形成されて素子１０が直接的に実装されることにより、素子１０において発生する熱を直接的に伝導する。これにより、前記第１のベース部材１１１は、熱伝導率が高い金属製のものであることが好ましい。例えば、前記第１のベース部材１１１としては、銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金が使用可能である。しかしながら、銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金は熱伝導率に優れているというメリットがあるが、熱膨張係数が高いという欠点がある。

前記第１のベース部材１１１に形成される実装部１１１ａは、第１のベース部材１１１の上面の中央領域を限定するものであり、前記実装部１１１ａは特定の領域に限定されることなく、第１のベース部材１１１の上面のうち素子１０が実装可能な領域であれば、いずれでも構わない。

前記第１のベース部材１１１は、後述する第２のベース部材１１２との貼り合わせ及び第２のベース部材１１２による拘束のために、下面縁に第２のベース部材１１２が貼着される凹形状の貼合部１１１ｂが形成されることが好ましい。

これにより、前記第１のベース部材１１１は、上面と下面とが所定の面積を形成し、前記上面と下面とを取り囲む複数の側面を有するものであり、略直方体の形状に形成され、下面の周縁に沿って凹形状の貼合部１１１ｂが形成される。もちろん、前記第１のベース部材１１１の形状はこれに限定されるものではなく、実装部１１１ａ及び貼合部１１１ｂが形成される形状であれば、様々な形状に変形して実現することが可能である。

第２のベース部材１１２は、前記第１のベース部材１１１の熱膨張及び熱収縮を拘束する手段であり、前記第１のベース部材１１１の貼合部１１１ｂに貼着される。これにより、前記第２のベース部材１１２は、前記貼合部１１１ｂの形状に対応する四角形状又は円形のリング形状を有することが好ましい。前記第２のベース部材１１２の形状は、前記第１のベース部材１１１及び前記貼合部１１１ｂに対応して様々に変形できる。

前記第２のベース部材１１２は、前記第１のベース部材１１１よりも小さい熱膨張係数を有する金属材料又はセラミック材料からなる。例えば、前記第２のベース部材１１２には、Ｆｅ−Ｎｉ合金（ａｌｌｏｙ４２又はａｌｌｏｙ５２）、コバール（Ｋｏｖａｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）合金、タングステン（Ｗ）及びタングステン（Ｗ）合金のうちいずれか一種、これらの合金、又はセラミック材料が選択的に使用され得る。前記コバール（Ｋｏｖａｒ）は、セラミックとガラスの熱膨張特性に適した素材であり、様々な半導体部品及び電子部品の封止及び接合素材として用いて好適な材料である。

また、前記第２のベース部材１１２の厚さは、前記第１のベース部材１１１の厚さの５〜７０％であることが好ましい。このように第２のベース部材１１２の厚さを限定する理由は、第１のベース部材１１１による熱伝導効率を良好に維持しつつ第１のベース部材１１１の熱膨張及び熱収縮を拘束するためである。第２のベース部材１１２の厚さが上述した厚さよりも薄い場合には、第２のベース部材１１２の厚さが薄過ぎて第１のベース部材１１１の熱膨張及び熱収縮の拘束効果が得られず、第２のベース部材１１２の厚さが上述した厚さよりも大きい場合には、第１のベース部材１１１の体積が相対的に低下し過ぎて第１のベース部材１１１による熱伝導効率が低下する虞があるためである。

上述したように第１のベース部材１１１及び第２のベース部材１１２からなるメタルベース１１０は、第２のベース部材１１２により第１のベース部材１１１の熱膨張及び熱収縮を拘束するために、前記第１のベース部材１１１が熱膨張された状態で前記第２のベース部材１１２と絶縁体１２０とを貼り合わせて製作する。

メタルベース１１０の製造方法についてより具体的に説明する。

メタルベース１１０を製造するために、まず、第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０をそれぞれ準備する。特に、第１のベース部材１１１及び第２のベース部材１１２はそれぞれ金属素材からなるものを準備し、特に、第２のベース部材１１２は、第１のベース部材１１１よりも小さい熱膨張係数を有する材料からなるものを準備する。また、絶縁体１２０は、熱膨張係数が第１のベース部材よりもかなり小さいセラミック素材からなるものを準備する。

このようにして第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０を準備した後に、準備された第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０を４００〜９００℃に加熱して熱膨張させる。このとき、前記加熱温度は、第１のベース部材１１１が銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金である場合に最適化された温度であり、もし、第１のベース部材１１１の材料が変更されれば、これに対応して加熱温度も変更することが好ましい。

このため、第１のベース部材１１１の熱膨張が十分に起きた状態で第１のベース部材１１１の下面及び上面に第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０をそれぞれ貼着する。このとき、前記第１のベース部材１１１と第２のベース部材１１２、及び前記第１のベース部材１１１と絶縁体１２０とは、銀銅（ＡｇＣｕ）合金を用いてろう付けにより貼り合わせて形成する。

第１のベース部材１１１と第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０とが貼着された後には、第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０を冷却させる。このとき、冷却が徐々に行われるようにして、第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０に応力が発生することを極力抑えることが好ましい。

上述したように第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０を冷却させた後には、第１のベース部材１１１、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０がそれぞれの材料特性に合わせて熱収縮される必要があるが、第１のベース部材１１１では第１のベース部材１１１の縁領域が第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０により物理的に拘束された状態であるため、熱収縮がほとんど起こらない。このため、第１のベース部材１１１が冷却されても、第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０の物理的な拘束により熱膨張された体積を維持することとなる。これにより、第１のベース部材１１１は素子１０により加熱されても既に熱膨張された状態であるため、更なる熱膨張及び熱収縮は第２のベース部材１１２及び絶縁体１２０の物理的な特性とほとんど同様の状態となる。

このように熱膨張及び熱収縮が制限された状態で冷却された第１のベース部材１１１は、素子１０を実装して使用する場合（電子部品の使用温度：−５０〜３００℃）、素子１０による加熱及び冷却が発生しても、熱膨張及び熱収縮がほとんど起こらないため体積の変化がなくなり、これにより、素子１０との貼り合わせ状態を良好に維持することが可能となる。

一方、上記のようにして製作されるメタルベース１１０には素子１０が実装され、メタルベース１１０の上面には、素子１０と電気的に接続されるリードフレーム１３０が設けられる。このとき、前記メタルベース１１０とリードフレーム１３０との間には、絶縁のための絶縁体１２０が介装される。

前記絶縁体１２０は、前記メタルベース１１０とリードフレーム１３０とを絶縁させる手段であり、セラミック材料を使用することが好ましく、前記絶縁体１２０は、前記メタルベース１１０の上面のうち素子１０が実装される実装部１１１ａを除く領域に、少なくとも１つ設けられる。この実施形態においては、前記第１のベース部材１１１の上面の縁の形状に対応するように略「口」字状に前記絶縁体１２０を製作した。これにより、前記絶縁体１２０の内部に実装部１１１ａが形成される。もちろん、前記絶縁体１２０の形状は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、前記メタルベース１１０とリードフレーム１３０とを絶縁させる限り、様々な形状に変形可能である。

前記リードフレーム１３０は、ワイヤ１１を介して前記素子１０と電気的に接続され、外部の電源と電気的に接続する手段であり、少なくとも一対の金属片が使用される。これにより、それぞれのリードフレーム１３０が前記絶縁体１２０にそれぞれ貼着される。前記リードフレーム１３０の数は、メタルベース１１０に実装される素子１０の数に応じて可変となる。

一方、第１の実施形態による素子パッケージ１００は、メタルベースの形状を様々に変更することができる。

第２の実施形態による素子パッケージ２００は、素子パッケージ２００を容易に組み付けるために、メタルベース２１０、特に、第２のベース部材２１２の形状を変形させている。

図４は、本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す斜視図であり、図５は、本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図であり、図６は、本発明の第２の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。

同図に示すように、第２の実施形態による素子パッケージ２００は、第１の実施形態と同様に、素子１０が実装される実装部を有するメタルベース２１０と、前記メタルベース２１０の上面のうち前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体２２０と、前記絶縁体２２０に貼着されて前記素子１０と電気的に接続される一対のリードフレーム２３０と、を備える。

第２の実施形態による素子パッケージ２００は、メタルベース２１０、特に、第２のベース部材２１２の形状を変形して、素子パッケージ２００を所定の製品に容易に取り付けるようにしている。

前記メタルベース２１０の第１のベース部材２１１、絶縁体２２０及びリードフレーム２３０は、第１の実施形態における構成要素と同じ構成及び作用を有するものであるため、重複する説明は省略する。

但し、第２のベース部材２１２には外向に延在する少なくとも一つの延在部２１２ａを形成し、前記延在部２１２ａにはボルトなどの締付部材の係合のための貫通孔２１２ｂが穿設されることが好ましい。この実施形態においては、前記延在部２１２ａを、前記第２のベース部材２１２と同じ平面上において互いに反対となる方向に長く延設している。なお、それぞれの延在部２１２ａに１本ずつの貫通孔２１２ｂを穿設している。

一方、第３の実施形態による素子パッケージ３００は、メタルベース３１０、特に、第１のベース部材３１１の製造を容易に行うために、第１のベース部材３１１を変形している。

図７は、本発明の第３の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図であり、図８は、本発明の第３の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。

同図に示すように、第３の実施形態による素子パッケージ３００は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、素子１０が実装される実装部を有するメタルベース３１０と、前記メタルベース３１０の上面のうち前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体３２０と、前記絶縁体３２０に貼着されて前記素子１０と電気的に接続される一対のリードフレーム３３０と、を備える。

第３の実施形態による素子パッケージ３００は、メタルベース３１０、特に、第１のベース部材３１１の形状を変形して素子パッケージ３００の製造を容易に行うようにしている。

前記メタルベース３１０の第２のベース部材３１２、絶縁体３２０及びリードフレーム３３０は、第１の実施形態における構成要素と同じ構成及び作用をするものであるため、重複する説明は省略する。

但し、メタルベース３１０の第１のベース部材３１１は、第１の実施形態及び第２の実施形態に開示された第１のベース部材とは異なり、実装部が形成される上板３１１ａと、前記上板３１１ａと対応する形状に前記上板３１１ａよりも小さな寸法で設けられる下板３１１ｂとを別々に製作した後、貼り合わせて製作したものである。

前記第１のベース部材３１１は、前記上板３１１ａの下面の中心に前記下板３１１ｂをろう付けにより貼着して形成する。これにより、前記上板３１１ａの下面の縁に前記第２のベース部材３１２が貼着される貼合部が形成される。

一方、第４の実施形態による素子パッケージ４００は、メタルベース４１０の製造を容易に行うために、第１のベース部材４１１及び第２のベース部材４１２を変形している。

図９は、本発明の第４の実施形態による素子パッケージを示す分解斜視図であり、図１０は、本発明の第４の実施形態による素子パッケージを示す断面図である。

同図に示すように、第４の実施形態による素子パッケージ４００は、第１の実施形態乃至第３の実施形態のように、素子１０が実装される実装部を有するメタルベース４１０と、前記メタルベース４１０の上面のうち前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体４２０と、前記絶縁体４２０に貼着されて前記素子１０と電気的に接続される一対のリードフレーム４３０と、を備える。

第４の実施形態による素子パッケージ４００は、メタルベース４１０、特に、第１のベース部材４１１及び第２のベース部材４１２の形状を変形して、素子パッケージ４００の製造を容易に行うことができ、しかも、第１のベース部材４１１の熱膨張及び熱収縮の拘束効果を高めることができる。

前記絶縁体４２０及びリードフレーム４３０は、第１の実施形態における構成要素と同じ構成及び作用を有するものであるため、重複する説明は省略する。

但し、メタルベース４１０の第１のベース部材４１１及び第２のベース部材４１２は、上述した実施形態に開示された第１のベース部材１１１及び第２のベース部材１１２とは異なり、第１のベース部材１１１に貼合部１１１ｂが形成されていない。これにより、第１のベース部材４１１の下面と、前記第１のベース部材４１１の上面とは同じ面積をもって突き合せられて貼り合わせられる。このため、前記第１のベース部材４１１の熱膨張及び熱収縮を第２のベース部材４１２の上面の全領域において拘束することにより、第１のベース部材４１１の体積の変化が極力抑えられる。

上述した様々な実施形態により製作される素子パッケージ１００、２００、３００、４００は、素子１０の作動時に素子１０において高熱が発生した場合に、熱伝導性に優れたメタルベース１１０、２１０、３１０、４１０に速やかに伝導されて効果的に放出される。このように、メタルベース１１０、２１０、３１０、４１０に高熱が伝導されても、メタルベース１１０、２１０、３１０、４１０は、第１のベース部材１１１、２１１、３１１、４１１が熱膨張された状態では、熱膨張及び熱収縮が第２のベース部材１１２、２１２、３１２、４１２により拘束された状態であるため、体積の変化がほとんど起こらない。これにより、素子１０とメタルベース１１０、２１０、３１０、４１０との結合状態が常に良好に維持可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲により限定される。よって、この技術分野において通常の知識を持った者であれば、後述する特許請求の範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内で本発明を多様に変更実施することが可能である。

１０：素子、
１１０、２１０、３１０、４１０：メタルベース、
１１１、２１１、３１１、４１１：第１のベース部材、
１１２、２１２、３１２、４１２：第２のベース部材、
１２０、２２０、３２０、４２０：絶縁体、
１３０、２３０、３３０、４３０：リードフレーム、

Claims (19)

1. 少なくとも１つの素子が実装されるメタルベースであって、
   前記素子が実装される実装部が一方の面に形成される第１のベース部材と、
   前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１のベース部材の他方の面に貼着されて前記第１のベース部材の熱収縮及び熱膨張を拘束する第２のベース部材と、
   を備えるメタルベース。
2. 前記第１のベース部材の下面縁には前記第２のベース部材が貼着される凹状の貼合部が形成され、
   前記第２のベース部材は前記貼合部の形状に対応するリング状を呈する請求項１記載のメタルベース。
3. 前記第１のベース部材は、
   前記実装部が形成される上板と、
   前記上板と対応する形状で前記上板よりも小さい寸法で設けられ、前記上板の下面の中心に貼着される下板と、
   を備える請求項２記載のメタルベース。
4. 前記第２のベース部材は、前記第１のベース部材の他方の面の全面に貼着される請求項１記載のメタルベース。
5. 前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と貼り合わせて形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメタルベース。
6. 前記第１のベース部材は銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金であり、
   前記第２のベース部材はＦｅ−Ｎｉ合金、コバール（Ｋｏｖａｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）合金、タングステン（Ｗ）及びタングステン（Ｗ）合金のいずれか一種、これらの合金又はセラミック材料である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメタルベース。
7. 前記第１のベース部材の一方の面には前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体が設けられ、
   前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と絶縁体とを貼り合わせて形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のメタルベース。
8. 作動時に熱を放出する素子が実装される素子パッケージであって、
   一方の面に前記素子が実装される実装部を有するメタルベースと、
   前記メタルベースの一方の面のうち前記実装部を除く領域に貼着される少なくとも１つの絶縁体と、
   前記絶縁体に貼着されて前記素子と電気的に接続される一対のリードフレームと、
   を備え、
   前記メタルベースは、
   一方の面に前記実装部が形成される第１のベース部材と、
   前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有し、前記第１のベース部材の他方の面に貼着される第２のベース部材と、
   を備え、
   前記第１のベース部材の熱収縮及び熱膨張は、前記第２のベース部材及び絶縁体のうち少なくともいずれか一方により拘束される素子パッケージ。
9. 前記第１のベース部材の他方の面の面縁には前記第２のベース部材が貼着される凹状の貼合部が形成され、
   前記第２のベース部材は前記貼合部の形状に対応するリング状を呈する請求項８記載の素子パッケージ。
10. 前記第２のベース部材には外方に延在する少なくとも一つの延在部が形成され、
    前記延在部には締付部材の係合のための貫通孔が穿設される請求項９記載の素子パッケージ。
11. 前記第１のベース部材は、
    一方の面に前記実装部が形成される上板と、
    前記上板と対応する形状で前記上板よりも小さな寸法で設けられ、前記上板の他方の面の中心に貼着される下板と、
    を備える請求項９記載の素子パッケージ。
12. 前記第２のベース部材は、前記第１のベース部材の他方の面の全面に貼着される請求項８記載の素子パッケージ。
13. 前記メタルベースは、前記第１のベース部材が熱膨張された状態で前記第２のベース部材と絶縁体とを貼り合わせて形成される請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の素子パッケージ。
14. 前記第２のベース部材の厚さは、前記第１のベース部材の厚さの５〜７０％である請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の素子パッケージ。
15. 前記第１のベース部材は銅（Ｃｕ）又は銅（Ｃｕ）合金であり、
    前記第２のベース部材は、Ｆｅ−Ｎｉ合金、コバール（Ｋｏｖａｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン（Ｍｏ）合金、タングステン（Ｗ）及びタングステン（Ｗ）合金のうちいずれか一種、これらの合金又はセラミック材料である請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の素子パッケージ。
16. 素子が実装されるメタルベースを製造する方法であって、
    一方の面に前記素子が実装される実装部を有する第１のベース部材を準備する工程と、
    前記第１のベース部材よりも小さい熱膨張係数を有する材料を用いて第２のベース部材を準備する工程と、
    前記第１のベース部材及び第２のベース部材を加熱して熱膨張させる工程と、
    前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程と、
    前記第２のベース部材が前記第１のベース部材の熱収縮を抑えるようにして第１のベース部材及び第２のベース部材を冷却させる工程と、
    を含むメタルベースの製造方法。
17. 前記第１のベース部材を加熱して熱膨張させる工程において、前記第１のベース部材を４００〜９００℃に加熱する請求項１６記載のメタルベースの製造方法。
18. 前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程において、前記第１のベース部材と第２のベース部材とをろう付けにより貼り合わせる請求項１６記載のメタルベースの製造方法。
19. セラミック材料からなる絶縁体を準備する工程を含み、
    前記第１のベース部材及び第２のベース部材を加熱して熱膨張させる工程において、前記絶縁体と共に加熱し、
    前記加熱された第１のベース部材の他方の面に加熱された前記第２のベース部材を貼着する工程において、前記第１のベース部材の一方の面に加熱された前記絶縁体を貼着する請求項１６記載のメタルベースの製造方法。

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