JP2650044B2 - Connection structure between components for semiconductor devices - Google Patents
Connection structure between components for semiconductor devicesInfo
- Publication number
- JP2650044B2 JP2650044B2 JP16496488A JP16496488A JP2650044B2 JP 2650044 B2 JP2650044 B2 JP 2650044B2 JP 16496488 A JP16496488 A JP 16496488A JP 16496488 A JP16496488 A JP 16496488A JP 2650044 B2 JP2650044 B2 JP 2650044B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- iron
- connection structure
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体装置用部品間の接合構造に関し、特
に高発熱量の半導体素子、たとえば、ハイパワー・トラ
ンジスタ、レーザダイオード等を実装するための高熱伝
導性が要求される半導体装置用部品間の接合構造に関す
るものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonding structure between components for a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a high calorific value, such as a high power transistor or a laser diode. The present invention relates to a bonding structure between components for a semiconductor device that requires high thermal conductivity.
［従来の技術］ 半導体素子を実装するために構成される半導体装置用
部品間の接続構造は、一般的には、絶縁基材とそれに接
合される接合部材とから構成される。一例を挙げれば、
その接続構造は、半導体素子がその上に載せられる絶縁
基板と、その絶縁基板の上で配線回路等が形成された所
定の部分に銀ろう等を用いたろう接によって接続された
リードフレームとから構成される。この場合、絶縁基板
には一般的に、半導体素子と絶縁を保つために電気絶縁
性、機械的強度および半導体素子からの発熱を放散する
ために熱伝導性が高いことが要求される。また、リード
フレームとしては、その電気抵抗が小さいこと、および
機械的強度が高いことが要求される。たとえば、リード
フレームとして要求される具体的な特性については、MI
L規格（MIL STD）883 Ｂに示されている。これによれ
ば、リードフレームに備えられるべき引張強度、屈曲強
度、疲労等の特性が定められている。このような半導体
装置用部品間の接続構造に用いられる絶縁基板の材料と
しては、従来より、アルミナ（Al2O3）が上記の特性を
満足するものとして一般的に選択されている。また、リ
ードフレームとしては、上記の特性を満足するものとし
て商品名コバール（Fe−29重量％Ni−17重量％Co合
金）、42アロイ（Fe−42重量％Ni合金）などの鉄−ニッ
ケル系合金が一般的に選択されている。化学工業1984−
（３）59エレクトロセラミックス特集に開示されている
ように、アルミナからなる絶縁基板上に配線回路として
形成された金属化層の部分に、商品名コバールからなる
リードフレームが銀ろう等によってろう付けされた接続
構造が半導体装置搭載用基板に用いられている。[Related Art] A connection structure between components for a semiconductor device configured to mount a semiconductor element generally includes an insulating base material and a bonding member bonded thereto. For example,
The connection structure is composed of an insulating substrate on which the semiconductor element is mounted, and a lead frame connected to a predetermined portion of the insulating substrate on which a wiring circuit and the like are formed by soldering using silver solder or the like. Is done. In this case, the insulating substrate is generally required to have high electrical insulation, high mechanical strength, and high thermal conductivity to dissipate heat generated from the semiconductor element in order to maintain insulation from the semiconductor element. Further, the lead frame is required to have a low electric resistance and a high mechanical strength. For example, regarding the specific characteristics required for a lead frame,
It is shown in L standard (MIL STD) 883B. According to this, characteristics such as tensile strength, bending strength, and fatigue to be provided in the lead frame are determined. As a material for an insulating substrate used for such a connection structure between components for a semiconductor device, alumina (Al 2 O 3 ) has been generally selected as a material satisfying the above characteristics. As the lead frame, iron-nickel alloys such as Kovar (Fe-29% by weight Ni-17% by weight Co alloy), 42 alloy (Fe-42% by weight Ni alloy), etc., satisfying the above characteristics are used. Alloys are generally selected. Chemical Industry 1984
(3) As disclosed in the 59 Special Issue on Electroceramics, a lead frame made of Kovar (trade name) is brazed to a metallized layer formed as a wiring circuit on an insulating substrate made of alumina by silver brazing or the like. Such a connection structure is used for a semiconductor device mounting substrate.
第1A図は従来の上述のような構成を有する半導体装置
用部品間の接続構造の一例を示す平面図、第1B図はその
断面図、第1C図はリードフレーム３とアルミナからなる
基板１との接合部を詳細に示す断面図である。図におい
て、この半導体装置用部品間の接続構造は、アルミナか
らなる基板１の表面の一部には金属化層２が形成され、
この金属化層２にはリードフレーム３が金属ろう等でろ
う付けされて接合されている。又、この基板１の所定位
置には高発熱量の電界効果型トランジスタ（FET）等の
半導体素子４が搭載され、金属化層２またはリードフレ
ーム３とボンディングワイヤ５で結線されている。さら
に、基板１の裏面にはタングステン合金、例えば銅−タ
ングステン合金からなるヒートシンク６が取付けられて
いる。また、第1C図に示すように、基板１とリードフレ
ーム３との接合部は、金属化層２の上に薄いめっき層７
が形成され、リードフレーム３の表面には金属ろう９の
濡れ性を安定させるために、必要に応じてめっき層８が
形成されている。1A is a plan view showing an example of a conventional connection structure between components for a semiconductor device having the above-described configuration, FIG. 1B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 1C is a plan view of a lead frame 3 and a substrate 1 made of alumina. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a joint portion of FIG. In the figure, this connection structure between components for a semiconductor device is such that a metallized layer 2 is formed on a part of the surface of a substrate 1 made of alumina,
A lead frame 3 is joined to the metallized layer 2 by brazing with a metal braze or the like. A semiconductor element 4 such as a field effect transistor (FET) having a high calorific value is mounted at a predetermined position on the substrate 1, and is connected to the metallization layer 2 or the lead frame 3 by a bonding wire 5. Further, a heat sink 6 made of a tungsten alloy, for example, a copper-tungsten alloy is attached to the back surface of the substrate 1. Further, as shown in FIG. 1C, the joint between the substrate 1 and the lead frame 3 is formed on the metallized layer 2 by a thin plating layer 7.
Is formed, and a plating layer 8 is formed on the surface of the lead frame 3 as needed in order to stabilize the wettability of the metal braze 9.
しかしながら、アルミナは電気絶縁性および機械強度
に優れている反面、熱伝導率が17Wm-1k-1と小さいため
に熱放散性が悪く、たとえば、高発熱量の電界効果型ト
ランジスタ（FET）等を搭載するためには不適当であ
る。高発熱量の半導体素子を搭載するために、熱伝導率
が260Wm-1k-1と高いベリリア（BeO）を用いた絶縁基板
も存在するが、ベリリアは毒性があり、使用上の安全対
策が煩雑であるという問題点がある。However, while alumina has excellent electrical insulation and mechanical strength, it has poor heat dissipation due to its small thermal conductivity of 17 Wm -1 k -1 . For example, a field effect transistor (FET) with a high calorific value It is not suitable for mounting. In order to mount a semiconductor element with a high calorific value, there is an insulating substrate using beryllia (BeO), which has a high thermal conductivity of 260 Wm -1 k -1. There is a problem that it is complicated.
そこで、最近では、高発熱量の半導体素子搭載用の絶
縁基板として、熱伝導率がベリリアとほぼ同等で、200W
m-1k-1と高い上に毒性がなく、また、アルミナと同等の
電気絶縁性や機械強度を有する窒化アルミニウム（Al
N）が有望視されている。Therefore, recently, as an insulating substrate for mounting a semiconductor element with a high calorific value, thermal conductivity is almost the same as that of beryllia, 200 W
Aluminum nitride (Al), which has a high level of m -1 k -1 and has no toxicity, and has the same electrical insulation and mechanical strength as alumina
N) is promising.
しかしながら、窒化アルミニウム基板にリードフレー
ムを金属ろう付け、たとえば、銀ろう（Ag−Cu）付けす
る場合、窒化アルミニウムは室温から銀ろう付け温度
（780℃）までの平均熱膨脹率が4.3×10-6k-1と小さい
のに対して、リードフレームである鉄−ニッケル系合金
の平均熱膨脹率は10×10-6k-1（コバール）、11×10-6k
-1（42アロイ）と極めて高い。このため、この熱膨脹率
の差により、窒化アルミニウム基板へのリードフレーム
の銀ろう付け時の冷却過程で窒化アルミニウム基板内に
残留応力としての大きな熱応力による歪が発生する結果
となる。したがって、リードフレームを基板から引き剥
がす方向に引張ると容易に破断が起こり、十分なリード
フレーム接合強度が得られないという問題点があった。However, when a lead frame is metal brazed to an aluminum nitride substrate, for example, by silver brazing (Ag-Cu), the average thermal expansion coefficient from room temperature to the silver brazing temperature (780 ° C.) is 4.3 × 10 −6. whereas small and k -1, iron is a lead frame - nickel alloy having an average thermal expansion coefficient is 10 × 10 -6 k -1 (Kovar), 11 × 10 -6 k
-1 (42 alloy), extremely high. Therefore, due to the difference in the coefficient of thermal expansion, a distortion due to a large thermal stress as a residual stress occurs in the aluminum nitride substrate in a cooling process at the time of silver brazing of the lead frame to the aluminum nitride substrate. Therefore, when the lead frame is pulled in a direction in which the lead frame is peeled off from the substrate, the lead frame is easily broken, and there is a problem that sufficient lead frame bonding strength cannot be obtained.
また、窒化アルミニウムとほぼ等しい熱膨脹率を有す
るモリブデンからなるリードフレームを用いて熱応力に
よる歪をなくすという提案もなされている。しかしなが
ら、モリブデンは高価な上に成形性が悪いので、安価で
使いやすい半導体装置用部品間の接続構造を提供するこ
とができないという欠点があった。It has also been proposed to use a lead frame made of molybdenum having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of aluminum nitride to eliminate distortion due to thermal stress. However, since molybdenum is expensive and has poor moldability, there is a disadvantage that it is not possible to provide an inexpensive and easy-to-use connection structure between semiconductor device components.
さらに、リードフレームの材料として用いられる鉄−
ニッケル−コバルト合金の組成を調整することによって
熱膨脹率を調整し、窒化アルミニウム等の低熱膨脹性の
セラミックス焼結体とのろう付け時に発生する残留応
力、歪を消滅あるいは軽減しようとするものが特開昭62
−167833号公報に開示されている。しかし、これによれ
ば、従来から用いられているリードフレームの材料とし
ての鉄−ニッケル−コバルト合金の塑性を微妙に調整す
ることが必要であり、そのため、製造上煩雑であるとい
う問題点があった。Furthermore, iron used as a material for lead frames
The one that attempts to eliminate or reduce the residual stress and strain generated when brazing with a low thermal expansion ceramic sintered body such as aluminum nitride by adjusting the coefficient of thermal expansion by adjusting the composition of the nickel-cobalt alloy. Kaisho 62
No. 167833. However, according to this, it is necessary to finely adjust the plasticity of an iron-nickel-cobalt alloy as a material of a conventionally used lead frame, and therefore, there is a problem that the production is complicated. Was.
また、半導体装置用部品間の接続構造の他の例とし
て、絶縁基板に載せられた半導体素子を気密に封止する
ためのキャップを挙げることができる。高度の信頼性が
要求される半導体素子封止用のキャップの材料には、42
アロイ、商品名コバール等の低熱膨脹性合金材料、もし
くはアルミナ、ムライトなどのセラミックス系材料が採
用されている。その構造は、第2A図および第2B図に示す
とおりである。すなわち、図において、半導体素子４は
セラミック基板101の上に搭載され、この上にカバー部
材11が被せられている。特に、カバー部材11が絶縁性の
セラミックスから構成されるとき、すなわち、第2A図に
示される場合、カバー部材11の周縁にスカート状の金属
枠111が設けられている。又、カバー部材11が導電性を
有する合金材料であるとき、すなわち、第2B図に示され
る場合、カバー部材11と半導体素子４との間の接触部に
は絶縁層112が設けられている。上記のように絶縁物を
設けることによって、このキャップは半導体素子４のリ
ーク電流を防ぐ構造を有するように形成されている。な
お、各図中において各接合箇所には金属化層２が形成さ
れ、カバー部材11の上には熱放散性を高めるためにヒー
トシンク６が設けられている。Another example of a connection structure between components for a semiconductor device is a cap for hermetically sealing a semiconductor element mounted on an insulating substrate. The material of the cap for semiconductor device encapsulation that requires high reliability is 42
Alloy materials, low thermal expansion alloy materials such as Kovar, or ceramic materials such as alumina and mullite are used. The structure is as shown in FIGS. 2A and 2B. That is, in the drawing, the semiconductor element 4 is mounted on a ceramic substrate 101, and a cover member 11 is put on the ceramic substrate 101. In particular, when the cover member 11 is made of insulating ceramics, that is, in the case shown in FIG. 2A, a skirt-shaped metal frame 111 is provided on the periphery of the cover member 11. When the cover member 11 is made of a conductive alloy material, that is, as shown in FIG. 2B, an insulating layer 112 is provided at a contact portion between the cover member 11 and the semiconductor element 4. By providing the insulator as described above, the cap is formed so as to have a structure for preventing a leak current of the semiconductor element 4. In each of the drawings, a metallized layer 2 is formed at each joint, and a heat sink 6 is provided on the cover member 11 to enhance heat dissipation.
半導体素子の発熱量の増大に伴ない、熱放散性の優れ
たキャップの開発が急がれている。たとえば、高熱伝導
性の金属材料によるキャップが用いられたとしても、前
述のように絶縁部分を設ける必要があり、コストが上昇
するばかりでなく、熱伝導性に問題が生じる。As the calorific value of the semiconductor element increases, development of a cap having excellent heat dissipation properties is urgently required. For example, even if a cap made of a metal material having high heat conductivity is used, it is necessary to provide an insulating portion as described above, which not only increases the cost but also causes a problem in heat conductivity.
そこで、高熱伝導性でしかも絶縁性が優れる材料を用
いたキャップが注目されている。それらの候補材料とし
ては、ベリリア（BeO）、シリコンカーバイト（SiC）、
窒化アルミニウム（AlN）が考えられる。しかし、ベリ
リア、シリコンカーバイドは毒性と供給不安定及び電気
特性の点で問題を有する。したがって、窒化アルミニウ
ムが最も有力であるが、窒化アルミニウムをカバー部材
として用いたキャップを製造するためには、窒化アルミ
ニウムからなるカバー部材の表面において枠部材と接合
されるべき箇所に金属化処理を施した後、金属ろう付け
によってカバー部材と枠部材とをろう接する必要があ
る。Therefore, a cap using a material having high thermal conductivity and excellent insulating properties has attracted attention. These candidate materials include beryllia (BeO), silicon carbide (SiC),
Aluminum nitride (AlN) is conceivable. However, beryllia and silicon carbide have problems in terms of toxicity, supply instability and electrical properties. Therefore, aluminum nitride is the most influential, but in order to manufacture a cap using aluminum nitride as a cover member, a metallization treatment is applied to a portion of the surface of the cover member made of aluminum nitride to be joined to the frame member. After that, it is necessary to braze the cover member and the frame member by metal brazing.
しかしながら、金属ろう付け、たとえば、銀ろう（Ag
−Cu）付けする場合、上述のように窒化アルミニウムは
室温から銀ろう付け時の温度（780℃）までの平均熱膨
脹率が4.3×10-6k-1と小さいのに対し、枠部材として一
般的に用いられる低熱膨脹性の鉄−ニッケル系合金の平
均熱膨脹率は10×10-6k-1（コバール）〜11×10-6k
-1（42アロイ）と極めて高い。このため、窒化アルミニ
ウムからなるカバー部材内に大きな熱応力による残留歪
が発生する結果となる。その残留歪によって窒化アルミ
ニウムからなるカバー部材にクラックが生じ、枠部材に
反りや変形が生じるため、寸法精度、気密性、信頼性の
高いキャップを提供することはできないという問題点が
あった。However, metal brazing, for example, silver brazing (Ag
-Cu), as described above, aluminum nitride has a small average thermal expansion coefficient of 4.3 × 10 -6 k -1 from room temperature to the temperature at the time of silver brazing (780 ° C). The average coefficient of thermal expansion of a low thermal expansion iron-nickel alloy commonly used is 10 × 10 -6 k -1 (Kovar) to 11 × 10 -6 k
-1 (42 alloy), extremely high. As a result, a residual strain due to a large thermal stress occurs in the cover member made of aluminum nitride. The residual strain causes cracks in the cover member made of aluminum nitride and causes warpage and deformation of the frame member. Therefore, there is a problem that a cap having high dimensional accuracy, airtightness, and reliability cannot be provided.
［発明が解決しようとする課題］ この発明は、高発熱量の半導体素子を実装するために
熱放散性のよい窒化アルミニウムからなる基材を用い、
この基材に接続部材を十分な接合強度で接合させること
が可能な半導体装置用部品間の接続構造を提供すること
を目的とする。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention uses a base material made of aluminum nitride having good heat dissipation to mount a semiconductor element having a high calorific value,
It is an object of the present invention to provide a connection structure between components for semiconductor devices, which allows a connection member to be bonded to the base material with a sufficient bonding strength.
［課題を解決するための手段］ この発明者等は上記課題を解決するために研究を重ね
てきたが、このろう接時の冷却過程で発生する熱応力に
よる残留歪の解消には、窒化アルミニウムからなる基材
と、鉄−ニッケル合金および鉄−ニッケル−コバルト合
金のいずれかの材料を主材料とする接続部材との間に、
特定の熱応力緩衝材を介在させることが有効であること
を見出し、本発明を完成するに至った。[Means for Solving the Problems] The present inventors have repeatedly studied to solve the above problems. However, in order to eliminate residual strain due to thermal stress generated in a cooling process at the time of soldering, aluminum nitride is used. Between the base member consisting of iron-nickel alloy and iron-nickel-cobalt alloy, and a connecting member having a main material of
It has been found that interposing a specific thermal stress buffer material is effective, and the present invention has been completed.
この発明の１つの局面によれば、半導体装置用部品間
の接続構造は、その上に半導体素子が載せられるべき主
表面を有する窒化アルミニウムからなる基材と、この基
材に接合されるべきものであり、鉄−ニッケル合金およ
び鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかの材料を主材
料となる接続部材と、緩衝材と、基材と緩衝材と接続部
材とを接合するろう接材とを備えている。緩衝材は、基
材と接続部材との間に介在し、ろう接時の冷却過程で、
基材と接続部材との熱膨脹率の差によって発生する熱応
力をそれ自身が塑性変形することによって緩和するよう
に、塑性変形能の高い軟質金属および軟質合金のいずれ
かからなるものである。好ましくは、緩衝材は、銅、銅
合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄及びアルミニウムの
うちのいずれかの材料からなればよい。また、接続部材
としてはリードフレームであればよく、その形状が厚み
0.1mm、幅8mmであるとき、緩衝材の厚みが0.01〜1mmの
範囲を有するものであればよい。窒化アルミニウムから
なる基材は焼結体を含むのが好ましい。さらに、この半
導体装置用部品間の接続構造は、基材の接合面に形成さ
れた金属化層を備えるのが好ましい。この金属化層は、
タングステンおよびモリブデンのうち少なくとも１種の
金属と、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及び酸窒
化アルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種
のアルミニウム化合物と、酸化カルシウムとを含有する
ものがよい。金属化層のろう接材との接合面にはめっき
層が形成されるのが好ましい。接続部材のろう接材との
接合面にもめっき層が形成されるのが好ましい。According to one aspect of the present invention, a connection structure between components for a semiconductor device includes a base made of aluminum nitride having a main surface on which a semiconductor element is to be mounted, and a base to be bonded to the base. A connection member mainly composed of any of iron-nickel alloy and iron-nickel-cobalt alloy, a cushioning material, and a brazing material for joining the base material, the cushioning material, and the connection member. ing. The cushioning material is interposed between the base material and the connecting member, and in the cooling process during brazing,
It is made of either a soft metal or a soft alloy having a high plastic deformation ability so that thermal stress generated by a difference in thermal expansion coefficient between the base material and the connection member is reduced by plastic deformation of itself. Preferably, the cushioning material may be made of any material of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, iron and aluminum. The connection member may be a lead frame, and its shape may be a thickness.
When the thickness is 0.1 mm and the width is 8 mm, the thickness of the cushioning material may be in the range of 0.01 to 1 mm. The substrate made of aluminum nitride preferably contains a sintered body. Further, the connection structure between the components for a semiconductor device preferably includes a metallized layer formed on a bonding surface of the base material. This metallization layer
A material containing at least one metal of tungsten and molybdenum, at least one aluminum compound selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, and aluminum oxynitride, and calcium oxide is preferable. It is preferable that a plating layer is formed on the joining surface of the metallized layer with the brazing material. It is preferable that the plating layer is also formed on the joining surface of the connection member with the brazing material.
このように窒化アルミニウムからなる基材と接続部材
との間に緩衝材として軟質金属および軟質合金のいずれ
かからなる材料を介在させると、ろう付けがなされる温
度付近では、さらに軟らかくなり、非常に塑性変形しや
すい状態になる。そのため、窒化アルミニウム基材と接
続部材との熱膨脹率の差によって発生した熱応力のほと
んどが、この緩衝材の塑性変形によって吸収され、窒化
アルミニウム基材内部の残留応力を解消することができ
る。その結果、所望のろう付け強度を得ることができ
る。When a material made of any of a soft metal and a soft alloy is interposed as a buffer between the base material made of aluminum nitride and the connecting member in this manner, the material becomes even softer near the brazing temperature, and becomes very soft. It becomes a state where it is easily plastically deformed. Therefore, most of the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between the aluminum nitride base material and the connection member is absorbed by the plastic deformation of the cushioning material, and the residual stress inside the aluminum nitride base material can be eliminated. As a result, a desired brazing strength can be obtained.
接続部材としてのリードフレームが厚み0.1mm、幅8mm
の形状を有するとき、緩衝材の厚みは0.01〜1mmの範囲
であることが好ましい。0.01mm以下では薄すぎて塑性変
形量が少なく、熱応力を十分には吸収することができな
い。また、1mm以上となると、緩衝材自身もろう付け時
において熱膨脹しているので、それによって発生する熱
応力を無視することができなくなる。すなわち、リード
フレームと窒化アルミニウム基材との熱膨脹率の差によ
って発生した熱応力は、その緩衝材の塑性変形によって
吸収され得ても、その緩衝材自身の熱応力が大きいた
め、リードフレームや窒化アルミニウム基材に熱歪とし
て悪影響を及ぼすことになる。Lead frame as connecting member is 0.1mm thick and 8mm wide
, The thickness of the cushioning material is preferably in the range of 0.01 to 1 mm. When the thickness is less than 0.01 mm, the thickness is too thin and the amount of plastic deformation is small, so that thermal stress cannot be sufficiently absorbed. When the thickness is 1 mm or more, the cushioning material itself is thermally expanded at the time of brazing, so that the thermal stress generated thereby cannot be ignored. That is, even if the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between the lead frame and the aluminum nitride base material can be absorbed by the plastic deformation of the cushioning material, the thermal stress of the cushioning material itself is large. This has an adverse effect on the aluminum substrate as thermal strain.
また、窒化アルミニウム基材の接合面に金属化層を形
成するのが好ましく、その金属化層が、タングステンお
よびモリブデンのうちの少なくとも１種の金属と、窒化
アルミニウム、酸化アルミニウム、および酸窒化アルミ
ニウムのうちの少なくとも１種のアルミニウム化合物
と、酸化アルミニウムとを含有するものであれば、接合
強度、および熱伝導性の点について好ましいものが得ら
れる。Further, it is preferable to form a metallized layer on the bonding surface of the aluminum nitride substrate, and the metallized layer is formed of at least one metal selected from tungsten and molybdenum, aluminum nitride, aluminum oxide, and aluminum oxynitride. As long as it contains at least one kind of aluminum compound and aluminum oxide, a preferable one can be obtained in terms of bonding strength and thermal conductivity.
さらに、金属化層のろう接材との接合面にめっき層を
形成することにより、均一に安定したろう付けを施すこ
とができる。つまり、ろう接材と金属化層との濡れ性が
めっき層を設けることによって改善され得る。接続部材
のろう接材との接合面に形成されためっき層も上記と同
様に作用する。これらのめっき層はニッケルめっき処理
によって形成されるのが好ましい。特に、後工程で金め
っき等の処理が施される場合には、金めっきの付着性、
析出性を向上させ、その上に均一な金めっき層を形成す
るためにニッケルめっき処理を行うのが好ましい。Furthermore, by forming a plating layer on the joining surface of the metallization layer with the brazing material, it is possible to perform brazing uniformly and stably. That is, the wettability between the brazing material and the metallized layer can be improved by providing the plating layer. The plating layer formed on the joint surface of the connection member with the brazing material also acts in the same manner as described above. These plating layers are preferably formed by a nickel plating process. In particular, when a process such as gold plating is performed in a later step, the adhesion of the gold plating,
It is preferable to perform a nickel plating process in order to improve the precipitation property and form a uniform gold plating layer thereon.
また、この発明のもう１つの局面によれば、半導体装
置用部品間の接続構造は、窒化アルミニウムからなる基
材と、その基材に接合されるべきものであり、鉄−ニッ
ケル合金及び鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかの
材料を主材料とする接続部材と、基材と接続部材とを接
合するろう接材とを備えるもので、次のようなことを特
徴とするものである。少なくとも、接続部材の基材との
接合面は、ろう接時の冷却過程で、基材と接続部材との
熱膨脹率の差によって発生する熱応力をそれ自身が塑性
変形することによって緩和するように、塑性変形能の高
い軟質金属および軟質合金のいずれかから構成されるも
のである。このような構造を有する半導体装置用部品間
の接続構造においては、好ましくは、接続部材の基材と
の接合面は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄
およびアルミニウムのうちにいずれかの材料から構成さ
れるのがよい。また、接続部材はリードフレームを含む
のがよい。さらに、接続部材は、少なくとも基材との接
合部分が、鉄−ニッケル合金および鉄−ニッケル−コバ
ルト合金のいずれかの材料からなる内層部分と、軟質金
属および軟質合金のいずれかからなる外層部分とを備え
るのがよい。この場合、その接続部材は、基材との接合
部分以外の部分が、鉄−ニッケル合金及び鉄−ニッケル
−コバルト合金のいずれかの材料からなるのが好まし
い。Further, according to another aspect of the present invention, a connection structure between components for a semiconductor device includes a base made of aluminum nitride and a base to be joined to the base. It comprises a connecting member mainly composed of any one of nickel-cobalt alloys, and a brazing material for joining the base member and the connecting member, and is characterized by the following. At least, the joining surface of the connection member and the base material is designed to reduce the thermal stress generated by the difference in the coefficient of thermal expansion between the base material and the connection member during the cooling process during brazing by plastically deforming itself. And any one of a soft metal and a soft alloy having high plastic deformability. In the connection structure between the semiconductor device parts having such a structure, preferably, the bonding surface of the connection member with the base material is any one of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, iron and aluminum. It may be composed of materials. Preferably, the connection member includes a lead frame. Furthermore, the connection member has at least a joint portion with the base material, an inner layer portion made of any material of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy, and an outer layer portion made of any of a soft metal and a soft alloy. Should be provided. In this case, it is preferable that a portion of the connection member other than the joint portion with the base material is made of any of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy.
この半導体装置用部品間の接続構造によれば、接続部
材の窒化アルミニウム基材との接合面を構成する軟質金
属および軟質合金のいずれかの材料が塑性変形すること
によって、窒化アルミニウム基材と接続部材との熱膨脹
率の差によって発生する熱応力を緩和する。したがっ
て、窒化アルミニウム基材と接続部材とをろう付けした
場合、その間に発生する熱応力が緩和されるために、接
合強度が十分高い半導体装置用部品間の接続構造を得る
ことができ、信頼性、熱衝撃性に極めて優れている。According to the connection structure between the components for a semiconductor device, any one of the soft metal and the soft alloy constituting the joining surface of the connection member with the aluminum nitride base material is plastically deformed, thereby connecting with the aluminum nitride base material. The thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient with the member is reduced. Therefore, when the aluminum nitride base material and the connection member are brazed, the thermal stress generated therebetween is relieved, so that a connection structure between semiconductor device components having sufficiently high bonding strength can be obtained, and reliability can be improved. Very excellent in thermal shock resistance.
また、窒化アルミニウム基材に接続部材をろう付けす
る場合、接続部材の基材との接合部分が少なくとも、鉄
−ニッケル合金または鉄−ニッケル−コバルト合金から
なる内層部分と、軟質金属または軟質合金からなる外層
部分とから構成されれば、窒化アルミニウム基材との接
合部分を構成する軟質金属または軟質合金からなる外層
部分が塑性変形することによって、窒化アルミニウム基
板と接続部材との間に発生する熱応力を緩和する。な
お、この場合、接続部材全体を内層部分と外層部分とか
らなる３層複合構造にすると、接続部材自体の屈曲強度
が低くなり、実用上支障が存在する場合もありうる。そ
のため、熱応力が問題となる接合部分のみを３層複合構
造とし、その他の部分は鉄−ニッケル合金または鉄−ニ
ッケル−コバルト合金からなる単層構造として屈曲強度
を維持しても良い。また、リードフレーム等の接続部材
のろう接部分に軟質金属または軟質合金からなる緩衝層
を１層のみ形成した２層複合構造でも、上述のように熱
応力を緩和する効果が存在する。しかし、この２層複合
構造においては、高温下におけるろう接時にバイメタル
効果によってリードフレームに反りや変形が生じ、リー
ドフレームと窒化アルミニウム基材との接合部にボイド
が発生しやすくなる。その結果、リードフレーム等の接
続部材の接合強度がばらつき、接続構造自体の信頼性が
低下する。Further, when brazing the connection member to the aluminum nitride base material, at least the joint portion of the connection member with the base material, an inner layer portion made of an iron-nickel alloy or an iron-nickel-cobalt alloy, and a soft metal or a soft alloy. The outer layer portion made of a soft metal or a soft alloy constituting the joint portion with the aluminum nitride base material is plastically deformed, so that heat generated between the aluminum nitride substrate and the connection member is formed. Relieve stress. In this case, if the entire connection member has a three-layer composite structure including an inner layer portion and an outer layer portion, the bending strength of the connection member itself is reduced, and there may be a practical problem. For this reason, only the joint part where thermal stress is a problem may be formed into a three-layer composite structure, and the other parts may be maintained in a single-layer structure made of an iron-nickel alloy or an iron-nickel-cobalt alloy, so as to maintain the bending strength. Further, even in a two-layer composite structure in which only one buffer layer made of a soft metal or a soft alloy is formed on a brazing portion of a connection member such as a lead frame, the effect of reducing thermal stress exists as described above. However, in the two-layer composite structure, the lead frame is warped or deformed by the bimetal effect at the time of brazing at a high temperature, and voids are easily generated at the joint between the lead frame and the aluminum nitride base material. As a result, the bonding strength of the connection members such as the lead frame varies, and the reliability of the connection structure itself decreases.
たとえば、接続部材の基材との接合面を構成する軟質
金属材料として銅、接続部材の主材料として商品名コバ
ール（Fe−29重量％Ni−17重量％Co）を選び、それらの
組合せからなる複合金属板を窒化アルミニウム基板に銀
ろう付けする場合、銀ろう付け温度の780℃ないしさら
に高温から、約200℃までの温度範囲において、銅が塑
性変形することによって、コバールと窒化アルミニウム
基板との間に発生する熱応力を緩和する。この場合、銅
はその熱膨脹率が18×10-6k-1であり、窒化アルミニウ
ムの熱膨脹率に比べて極めて大きいにもかかわらず、ろ
う接時の冷却過程で発生する熱応力による残留歪をほと
んど発生させることがない。また、この場合、銅として
無酸素銅が用いられると、その熱応力緩和効果は特に顕
著である。なお、接続部材の主材料として鉄−ニッケル
−コバルト合金の１つである商品名コバールが選ばれる
のは、リードフレーム等の材料として工業的に適してい
るのみではなく、その熱膨脹率が金属材料の中で窒化ア
ルミニウムの熱膨脹率に近いためである。リードフレー
ム等の接続部材を複合金属板とするのは、軟質金属材料
のみからなるリードフレームでは、それ自体の引張、屈
曲強度が低いので、実用上問題があるからである。For example, copper is selected as the soft metal material constituting the joint surface of the connecting member with the base material, and Kovar (Fe-29 wt% Ni-17 wt% Co) is selected as the main material of the connecting member, and a combination thereof is used. When silver brazing a composite metal plate to an aluminum nitride substrate, copper is plastically deformed in a temperature range from 780 ° C. or higher, which is the silver brazing temperature, to approximately 200 ° C., so that the Kovar and the aluminum nitride substrate are bonded to each other. Relieves thermal stress generated between them. In this case, copper has a thermal expansion coefficient of 18 × 10 -6 k -1, which is extremely large compared to the thermal expansion coefficient of aluminum nitride, but has a residual strain due to thermal stress generated during the cooling process during brazing. It hardly occurs. Further, in this case, when oxygen-free copper is used as copper, the thermal stress relaxation effect is particularly remarkable. The reason why Kovar, a trade name of one of iron-nickel-cobalt alloys, is selected as the main material of the connection member is not only industrially suitable as a material for a lead frame or the like, but also has a coefficient of thermal expansion of a metal material. This is because the coefficient of thermal expansion of aluminum nitride is close to that of aluminum nitride. The connecting member such as the lead frame is made of a composite metal plate because a lead frame made of only a soft metal material has a low practical tensile strength and bending strength, which causes a practical problem.
なお、軟質金属材料として銅、銅合金の他にニッケ
ル、鉄、アルミニウム金属またはこれらの合金が用いら
れるが、アルミニウムを用いる場合は、低融点ろう材で
ろう付けする場合のみ、顕著な効果が認められる。Nickel, iron, aluminum metals or alloys thereof are used in addition to copper and copper alloys as the soft metal material. However, when aluminum is used, a remarkable effect is recognized only when brazing with a low melting point brazing material. Can be
さらに、この発明のさらにもう１つの局面によれば、
半導体装置用部品間の接続構造として、絶縁基板に載せ
られ半導体素子を気密に封止するためのキャップが提供
される。このキャップは、半導体素子を保護するように
その上方に設けられ、窒化アルミニウムからなるカバー
部材と、そのカバー部材の下方に位置する半導体素子を
取囲むようにカバー部材に接合されるべきものであり、
鉄−ニッケル合金および鉄−ニッケル−コバルト合金の
いずれかの材料からなる枠部材と、緩衝材と、カバー部
材と緩衝材と枠部材とを接合するろう接材とを備えてい
る。緩衝材は、カバー部材と枠部材との間に介在し、ろ
う接時の冷却過程で、カバー部材と枠部材との熱膨脹率
の差によって発生する熱応力をそれ自身が塑性変形する
ことによって緩和するように、塑性変形能の高い乾質金
属または軟質合金からなるものである。この緩衝材は、
銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、およびアル
ミニウムのうちのいずれかの材料からなるのが好まし
い。Further, according to yet another aspect of the present invention,
As a connection structure between components for a semiconductor device, there is provided a cap mounted on an insulating substrate to hermetically seal a semiconductor element. The cap is provided above the semiconductor element to protect it, and is to be joined to the cover member so as to surround the cover member made of aluminum nitride and the semiconductor element located below the cover member. ,
A frame member made of any of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy, a cushioning material, and a brazing material for joining the cover member, the cushioning material, and the frame member are provided. The cushioning material is interposed between the cover member and the frame member, and in a cooling process at the time of brazing, the thermal stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the cover member and the frame member is reduced by plastic deformation itself. It is made of a dry metal or a soft alloy having high plastic deformability. This cushioning material
It is preferably made of any one of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, iron, and aluminum.
また、この発明に従ってキャップは、カバー部材と、
枠部材と、ろう接材とを備えるもので、次のようなこと
を特徴とするものである。少なくとも、枠部材とカバー
部材との接合面は、ろう接時の冷却過程で、カバー部材
と枠部材との熱膨脹率の差によって発生する熱応力をそ
れ自身が塑性変形することによって緩和するように、塑
性変形能の高い軟質金属または軟質合金から構成される
ものである。この場合、その接合面は、銅、銅合金、ニ
ッケル、ニッケル合金、鉄およびアルミニウムのうちの
いずれかの材料から構成されるのが好ましい。また、枠
部材は、少なくともカバー部材との接合部分が、鉄−ニ
ッケル合金および鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれ
かの材料からなる内層部分と、軟質金属および軟質合金
のいずれかからなる外層部分とを備えればよい。Further, according to the present invention, the cap includes a cover member,
It comprises a frame member and a brazing material, and has the following features. At least, the joining surface between the frame member and the cover member is designed to relieve the thermal stress generated by the difference in the coefficient of thermal expansion between the cover member and the frame member in the cooling process during brazing by plastically deforming itself. And a soft metal or a soft alloy having high plastic deformability. In this case, the joint surface is preferably made of any one of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, iron and aluminum. Further, the frame member has at least a joint portion with the cover member, an inner layer portion made of any material of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy, and an outer layer portion made of any of a soft metal and a soft alloy. Should be provided.
この発明に従ったキャップによれば、カバー部材と枠
部材との間に介在する緩衝材、あるいは枠部材のカバー
部材との接合面を構成する軟質金属材料が塑性変形する
ことによって、ろう接時の冷却過程で、カバー部材と枠
部材との熱膨脹率の差によって発生する熱応力を緩和す
る。また、枠部材のカバー部材との接合部分が、鉄−ニ
ッケル系合金からなる内層部分と、軟質金属材料からな
る外層部分とから構成されることによって、窒化アルミ
ニウムからなるカバー部材内のクラックの発生を抑制す
ることができるとともに、バイメタル効果も抑制され、
枠部材の変形、反りが低減され得る。それによって、高
精度、高信頼性、高気密性のキャップを提供することが
できる。したがって、ろう付けされる接合面の表面層が
少なくとも軟質金属材料から構成されるので、その軟質
金属材料によって接合面に発生する熱応力が緩和される
ために、キャップを構成する部材間の接合強度が十分高
く、信頼性のあるキャップを提供することができる。According to the cap according to the present invention, the cushioning material interposed between the cover member and the frame member, or the soft metal material forming the joint surface of the frame member with the cover member is plastically deformed, so that the soldering is performed at the time of brazing. During the cooling process, the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between the cover member and the frame member is reduced. Further, since the joint portion of the frame member with the cover member is composed of an inner layer portion made of an iron-nickel alloy and an outer layer portion made of a soft metal material, cracks are generated in the cover member made of aluminum nitride. And the bimetal effect is also suppressed,
Deformation and warpage of the frame member can be reduced. Thereby, a highly accurate, highly reliable, and highly airtight cap can be provided. Therefore, since the surface layer of the joint surface to be brazed is made of at least a soft metal material, thermal stress generated on the joint surface by the soft metal material is reduced, so that the joining strength between the members constituting the cap is reduced. Is high enough to provide a reliable cap.
たとえば、軟質金属材料として銅、枠部材の主材料と
して商品名コバールを選び、それらの組合せからなる３
層複合金属板を窒化アルミニウムからなるカバー部材に
銀ろう付けする場合、銀ろう付け時の温度である780℃
ないしさらに高温から、約200℃までの温度範囲におい
て、銅が塑性変形してコバールと窒化アルミニウムとの
間に発生する熱応力を緩和する。この例において、各部
材を構成する材料が果たす役割は、前述のリードフレー
ムと窒化アルミニウム基板との接続構造の構造例におい
て述べたとおりである。For example, copper is selected as the soft metal material, and Kovar is selected as the main material of the frame member.
In the case of silver brazing a layer composite metal plate to a cover member made of aluminum nitride, the temperature at the time of silver brazing is 780 ° C.
Further, in a temperature range from a high temperature to about 200 ° C., copper plastically deforms, thereby relaxing thermal stress generated between Kovar and aluminum nitride. In this example, the role of the material constituting each member is as described in the structural example of the connection structure between the lead frame and the aluminum nitride substrate.
既に説明したように、本発明は、窒化アルミニウムか
らなる基材を用いた半導体装置用部品間の接続構造を形
成する技術を改良したものである。この発明において用
いられる焼結体としての窒化アルミニウムは、たとえ
ば、以下に示される方法によって得られる。As described above, the present invention is an improvement of a technique for forming a connection structure between components for a semiconductor device using a substrate made of aluminum nitride. Aluminum nitride as a sintered body used in the present invention is obtained, for example, by the following method.
本発明に用いられる窒化アルミニウム焼結体からなる
基材は、好ましくは、窒化アルミニウムを主成分とし、
周期律表III a族元素を0.01〜1.0重量％、酸素を0.001
〜0.5重量％含有し、その熱伝導率が180Wm-1k-1以上を
示すものである。まず、希土類元素を含む化合物を少な
くとも１つ、その希土類元素換算で0.01〜1.0重量％含
量するように、窒化アルミニウムの粉末と混合する。成
形助剤としてはパラフィン、PVB、PEG等が用いられる。
このとき、フェノール樹脂等、分解して炭素を残留せし
めるもの、炭素粉、黒鉛粉等を添化し、焼結体中の残留
炭素を制御してもよい。希土類化合物としてはステアリ
ン酸、パルメチン酸、アルコキシド硝酸塩、炭素塩、水
酸化物等が使用される。好ましくは、ステアリン酸等高
分子の化合物を用いる。これらは希土類の含有量を小さ
くし、窒化アルミニウム粉末との混合を良好にすること
が可能になると考えられる。特に、ステアリン酸は成形
助剤としての作用の他、窒素アルミニウム粉末との混合
性、残留する炭素量等から最も好ましいものである。窒
化アルミニウム粉末は微細均粒である必要がある。平均
粒径１μｍ以下であることが好ましく、また、酸素含有
量としては2.0重量％以下であることが好ましい。この
ような窒化アルミニウム粉末は直接窒化法（金属アルミ
ニウムの窒化による方法）では得難く、還元窒化法（酸
化アルミニウムの還元窒化による方法）によって得られ
る。直接窒化法で得る場合には反応の制御、粒径の分級
等に十分配慮が必要である。The substrate made of the aluminum nitride sintered body used in the present invention preferably has aluminum nitride as a main component,
Periodic Table III 0.01a-1.0% by weight of Group a element, 0.001% of oxygen
0.50.5% by weight, and has a thermal conductivity of 180 Wm -1 k -1 or more. First, aluminum nitride powder is mixed with at least one compound containing a rare earth element so as to have a content of 0.01 to 1.0% by weight in terms of the rare earth element. Paraffin, PVB, PEG or the like is used as a molding aid.
At this time, carbon powder, graphite powder, or the like, which decomposes to leave carbon, such as a phenol resin, may be added to control the residual carbon in the sintered body. As the rare earth compound, stearic acid, palmetic acid, alkoxide nitrate, carbon salt, hydroxide and the like are used. Preferably, a high molecular compound such as stearic acid is used. It is considered that these can reduce the content of the rare earth element and improve the mixing with the aluminum nitride powder. In particular, stearic acid is the most preferable in view of the function as a molding aid, the miscibility with the aluminum nitrogen powder, the amount of residual carbon, and the like. The aluminum nitride powder needs to be finely uniform. The average particle size is preferably 1 μm or less, and the oxygen content is preferably 2.0% by weight or less. Such an aluminum nitride powder is difficult to obtain by a direct nitridation method (a method by nitriding aluminum metal), but is obtained by a reduction nitriding method (a method by reduction nitriding of aluminum oxide). In the case of obtaining by the direct nitriding method, it is necessary to sufficiently control the reaction and classify the particle size.
次に、この混合粉末は、所定形状に成形された後、窒
素含有の非酸化雰囲気中で焼結される。高い熱伝導率を
得るためには、1000〜2100℃の温度にて５時間以上焼結
し、平均粒径を５μｍ以上にすることが好ましい焼結条
件である。焼結後の冷却は速やかに行うのが好ましい。
徐冷した場合には、焼結助剤が析出し、焼結肌の劣化が
著しくなる。そのため、好ましくは、200℃／時間以上
の速度で1500℃の温度まで冷却する。Next, the mixed powder is formed into a predetermined shape, and then sintered in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen. In order to obtain a high thermal conductivity, sintering at a temperature of 1000 to 2100 ° C. for 5 hours or more and an average particle size of 5 μm or more are preferable sintering conditions. It is preferable to perform cooling after sintering promptly.
In the case of slow cooling, the sintering aid precipitates and the sintering surface deteriorates remarkably. Therefore, it is preferable to cool to a temperature of 1500 ° C. at a rate of 200 ° C./hour or more.
上記の方法で得られた窒化アルミニウム焼結体からな
る基材を用いて、その表面に金属化層を形成する工程は
以下のように行われる。The step of forming a metallized layer on the surface of a substrate made of the aluminum nitride sintered body obtained by the above method is performed as follows.
まず、上記の方法によって窒化アルミニウム焼結体か
らなる基板を準備する。金属化層の材料としては、カル
シウム化合物の粉末と、アルミニウム化合物の粉末と、
タングステンまたはモリブデンの金属粉末とを混練し、
ビヒクル等の有機バインダを加えて金属ペーストを作製
する。この場合、各組成は金属粉末を40〜98重量％、ア
ルミニウム化合物を１〜25重量％、および酸化カルシウ
ムを１〜35重量％の範囲内であればよい。また、後工程
の焼結工程を低温度で行うためには、その焼結温度を下
げる働きをする触媒として、銅またはニッケルを添加し
てもよい。作製された金属ペーストは窒化アルミニウム
焼結体の基板表面に塗布される。この窒化アルミニウム
焼結体からなる基板は1500〜1800℃の温度で窒素等の不
活性雰囲気中で焼成されることにより、その表面に金属
化層が形成される。なお、金属粉末としてタングステン
粉末を用い、アルミニウム化合物として酸化アルミニウ
ムを１〜10重量％、および酸化カルシウムを１〜20重量
％含有する金属化層、または金属粉末としてモリブデン
粉末を用い、アルミニウム化合物として酸化アルミニウ
ムを１〜10重量％、および酸化カルシウムを１〜35重量
％含有する金属化層が形成される場合、窒化アルミニウ
ム焼結体からなる基板と金属化層との接着強度、および
熱伝導性の点について好ましいものが得られる。First, a substrate made of an aluminum nitride sintered body is prepared by the above method. As the material of the metallized layer, calcium compound powder, aluminum compound powder,
Knead with metal powder of tungsten or molybdenum,
A metal paste is prepared by adding an organic binder such as a vehicle. In this case, each composition may be in the range of 40 to 98% by weight of metal powder, 1 to 25% by weight of aluminum compound, and 1 to 35% by weight of calcium oxide. Further, in order to perform the subsequent sintering step at a low temperature, copper or nickel may be added as a catalyst that functions to lower the sintering temperature. The produced metal paste is applied to the substrate surface of the aluminum nitride sintered body. The substrate made of this aluminum nitride sintered body is fired at a temperature of 1500 to 1800 ° C. in an inert atmosphere such as nitrogen to form a metallized layer on its surface. Note that a tungsten powder is used as a metal powder, a metallized layer containing 1 to 10% by weight of aluminum oxide and 1 to 20% by weight of calcium oxide as an aluminum compound, or a molybdenum powder is used as a metal powder, and an oxide is used as an aluminum compound. When a metallized layer containing 1 to 10% by weight of aluminum and 1 to 35% by weight of calcium oxide is formed, the adhesive strength between the substrate made of the aluminum nitride sintered body and the metallized layer, and the thermal conductivity Preferred in terms of points.
次に、本発明に従った半導体装置用部品間の接続構造
を形成する方法の典型例ついて説明する。第３図はこの
発明に従った半導体装置用部品間の接続構造の製造方法
を示す工程図である。第3A、Ｂ図を参照して、まず、窒
化アルミニウム焼結基板を準備する。次に、上記の方法
によって得られた金属ペーストをこの窒化アルミニウム
焼結基板表面上に塗布する。塗布された金属ペーストに
は予め決められた所定のパターンに従って、たとえば回
路パターンに従ってスクリーン印刷処理が施される。そ
の後、スクリーン印刷された金属ペーストには乾燥処理
が施される。この窒化アルミニウム焼結基板は所定の温
度に加熱された不活性ガス雰囲気中で焼成される。焼成
後、窒化アルミニウム焼結基板の上に形成された金属化
層の表面にニッケルめっきが施される。このニッケルめ
っきの強度、気密性を向上させるために800℃程度の温
度で熱処理が施され、ニッケルめっきが焼結される。そ
して、この窒化アルミニウム焼結基板とリードフレー
ム、キャップ用枠部材等とを接合するために、ニッケル
めっきの表面にろう付けが施される。さらに、接合部に
は金めっきが施される。このようにして、この発明に従
った半導体装置用部品間の接続構造が製造され得る。Next, a typical example of a method for forming a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention will be described. FIG. 3 is a process chart showing a method of manufacturing a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention. Referring to FIGS. 3A and 3B, first, an aluminum nitride sintered substrate is prepared. Next, the metal paste obtained by the above method is applied on the surface of the aluminum nitride sintered substrate. The applied metal paste is subjected to a screen printing process according to a predetermined pattern, for example, according to a circuit pattern. Thereafter, the screen printed metal paste is subjected to a drying process. The aluminum nitride sintered substrate is fired in an inert gas atmosphere heated to a predetermined temperature. After firing, nickel plating is applied to the surface of the metallized layer formed on the aluminum nitride sintered substrate. A heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. to improve the strength and airtightness of the nickel plating, and the nickel plating is sintered. Then, in order to join the aluminum nitride sintered substrate to the lead frame, the cap frame member, and the like, the surface of the nickel plating is brazed. Further, the joints are plated with gold. In this manner, a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention can be manufactured.
上記の工程に従って製造される、この発明の１つの局
面による半導体装置用部品間の接続構造の一実施例、た
とえば、リードフレームと緩衝材と窒化アルミニウム基
板との接合構造について図を用いて説明する。第4A図は
半導体装置搭載用基板として用いられた一実施例を示す
平面図、第4B図はその断面図、第4C図はリードフレーム
３と窒化アルミニウム基板１との接合部を詳細に示す断
面図である。図において、この接続構造は、焼結体とし
ての窒化アルミニウム基板１の表面の一部には前述の工
程に従って金属化層２が形成され、この金属化層２には
リードフレーム３が金属ろう等でろう付けされて接合さ
れている。金属化層２とリードフレーム３との間には、
その表面にニッケルめっき層が形成された銅等の軟質金
属からなる緩衝材13が介在している。また、窒化アルミ
ニウム基板１の所定位置には高発熱量のFET等の半導体
素子４が搭載され、金属化層２またはリードフレーム３
とボンディングワイヤ５で結線されている。さらに、窒
化アルミニウム基板１の裏面にはタングステン合金、た
とえば銅−タングステン合金からなるヒートシンク６が
取付けられている。また、第4C図に示すように、窒化ア
ルミニウム基板１とリードフレーム３との結合部は、金
属化層２上に薄いめっき層７が形成され、リードフレー
ム３が、金属ろう９の濡れ性を安定させるために、必要
に応じてコバール等からなる金属層23の外周面にめっき
層８が形成されたものからなる。One embodiment of a connection structure between components for a semiconductor device according to one aspect of the present invention, which is manufactured according to the above-described steps, for example, a joint structure between a lead frame, a buffer material, and an aluminum nitride substrate will be described with reference to the drawings. . FIG. 4A is a plan view showing one embodiment used as a substrate for mounting a semiconductor device, FIG. 4B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 4C is a cross-sectional view showing a joint portion between the lead frame 3 and the aluminum nitride substrate 1 in detail. FIG. In this figure, this connection structure is such that a metallized layer 2 is formed on a part of the surface of an aluminum nitride substrate 1 as a sintered body in accordance with the above-described process, and a lead frame 3 is formed on the metallized layer 2 by a metal brazing or the like. And brazed together. Between the metallized layer 2 and the lead frame 3,
A buffer material 13 made of a soft metal such as copper having a nickel plating layer formed on the surface thereof is interposed. A semiconductor element 4 such as a FET having a high calorific value is mounted on a predetermined position of the aluminum nitride substrate 1, and the metallized layer 2 or the lead frame 3
And a bonding wire 5. Further, a heat sink 6 made of a tungsten alloy, for example, a copper-tungsten alloy is attached to the back surface of the aluminum nitride substrate 1. Further, as shown in FIG. 4C, a thin plating layer 7 is formed on the metallized layer 2 at the joint between the aluminum nitride substrate 1 and the lead frame 3 so that the lead frame 3 reduces the wettability of the metal brazing material 9. In order to stabilize, the plating layer 8 is formed on the outer peripheral surface of the metal layer 23 made of Kovar or the like as necessary.
この発明のもう１つの局面に従った半導体装置用部品
間の接続構造の一実施例、たとえば、軟質金属材料から
なる緩衝層と鉄−ニッケル系合金からなる金属層とを有
するリードフレームと、窒化アルミニウム基板との接続
構造について図を用いて説明する。第5A図および第5B図
に示すように、この接続構造は窒化アルミニウム基板１
の表面の一部に金属化層２が形成され、その金属化層２
に複合金属層からなるリードフレーム３が金属ろう等で
ろう付けされて接合されている。このリードフレーム３
は、銅等からなる緩衝層13とコバール等からなる金属層
23とを有している。また、この窒化アルミニウム基板１
の所定位置には高発熱量のFET等の半導体素子４が搭載
され、金属か層２または複合金属板からなるリードフレ
ーム３とボンディングワイヤ５で結線される。さらに、
窒化アルミニウム基板１の裏面には、ヒートシンク６が
取付けられている。One embodiment of a connection structure between semiconductor device parts according to another aspect of the present invention, for example, a lead frame having a buffer layer made of a soft metal material and a metal layer made of an iron-nickel alloy, The connection structure with the aluminum substrate will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, this connection structure
Metallized layer 2 is formed on a part of the surface of
The lead frame 3 made of a composite metal layer is joined by brazing with a metal braze or the like. This lead frame 3
Is a buffer layer 13 made of copper or the like and a metal layer made of Kovar or the like
23. The aluminum nitride substrate 1
A semiconductor element 4 such as a FET having a high calorific value is mounted at a predetermined position, and is connected to a lead frame 3 made of a metal or a layer 2 or a composite metal plate by a bonding wire 5. further,
A heat sink 6 is attached to the back surface of the aluminum nitride substrate 1.
金属化層２としては、従来からリードフレームを絶縁
基板にろう付けする際に使用されているものを形成して
もよく、たとえば、上述のようにタングステン、または
モリブデンを主成分とする金属ペーストを窒化アルミニ
ウム基板に塗布して、基板と同時に焼成するか、ポスト
メタライジング処理を行うか、またはチタン、クロム、
ニッケル等を真空蒸着やスパッタリングによって薄膜と
して形成してもよい。さらに、使用される金属ろう接材
としては銀ろうが好ましいが、複合金属板を構成する金
属材料や金属化層に、ろう接材と濡れ性の良い金属の薄
い被覆層を形成すること等によって両者を強固に接合で
きれば他のろう接材であってもよい。銀ろうを用いる場
合であっても、たとえば、第5C図に示すように、金属化
層２にタングステンを主成分として用いる場合など、必
要に応じて金属化層２の上に薄いニッケルめっき層７を
形成し、複合金属板からなるリードフレーム３の表面に
は金属ろう９の濡れ性を安定させるために、必要に応じ
てニッケルめっき層８を予め形成しておくことが好まし
い。The metallized layer 2 may be formed of a material that has been conventionally used for brazing a lead frame to an insulating substrate. For example, as described above, a metal paste containing tungsten or molybdenum as a main component may be used. Coated on aluminum nitride substrate and fired at the same time as the substrate, post-metallizing process, or titanium, chromium,
Nickel or the like may be formed as a thin film by vacuum evaporation or sputtering. Furthermore, silver brazing is preferable as the metal brazing material to be used, but by forming a thin coating layer of a metal having good wettability with the brazing material on the metal material or the metalized layer constituting the composite metal plate. Other brazing materials may be used as long as they can be joined firmly. Even when silver brazing is used, as shown in FIG. 5C, for example, when tungsten is used as the main component for the metallization layer 2, a thin nickel plating layer 7 In order to stabilize the wettability of the metal braze 9, it is preferable to form a nickel plating layer 8 in advance on the surface of the lead frame 3 made of a composite metal plate, if necessary.
さらに、この発明のさらにもう１つの局面による半導
体装置用部品間の接続構造の一実施例たとえば、三層複
合構造を有するリードフレームと窒化アルミニウム基板
とからなる接続構造について図を用いて説明する。第6A
図〜第6C図に示すように、この接続構造は窒化アルミニ
ウム基板１の表面の一部に金属化層２が形成され、この
金属化層２に、３層複合金属部3aと単層金属部3bとから
なるリードフレーム３が接合されている。リードフレー
ム３のうち、３層複合金属部3aのみが金属ろう９により
ろう付けされて金属化層２の上に接合されている。ま
た、この窒化アルミニウム基板１の所定位置には高発熱
量のFET等の半導体素子４が搭載され、金属化層２また
はリードフレーム３とボンディングワイヤ５で結線され
ている。さらに、窒化アルミニウム基板１の裏面には、
必要に応じてヒートシンク６が取付けられ得る。An embodiment of a connection structure between components for a semiconductor device according to still another aspect of the present invention, for example, a connection structure including a lead frame having a three-layer composite structure and an aluminum nitride substrate will be described with reference to the drawings. 6A
As shown in FIG. 6 to FIG. 6C, in this connection structure, a metallized layer 2 is formed on a part of the surface of an aluminum nitride substrate 1, and the metallized layer 2 has a three-layer composite metal part 3a and a single-layer metal part. 3b are joined. Only the three-layer composite metal portion 3a of the lead frame 3 is brazed by the metal braze 9 and joined to the metallized layer 2. A semiconductor element 4 such as an FET having a high calorific value is mounted on a predetermined position of the aluminum nitride substrate 1 and connected to the metallization layer 2 or the lead frame 3 by bonding wires 5. Further, on the back surface of the aluminum nitride substrate 1,
A heat sink 6 can be attached as needed.
さらに、リードフレーム３の３層複合金属部3aを第6C
図に拡大して示すように、３層のうちのコバール等から
なる金属層23は単層金属部3bと同一の低熱膨脹性金属材
料からなり、この金属層23を挟んで両側の緩衝層13は同
一の軟質金属材料から構成される。３層複合層3aは、リ
ードフレーム３のうち、ろう付け部分である金属層23の
両面に緩衝層13を、クラッドテープ形成法によってクラ
ッド材として成形することによって製造され得る。第6C
図に示すように、リードフレーム３のろう付け部分の両
面を予め削って薄くしておき、この部分に緩衝層13を単
層金属部3bとほぼ同じ厚さになるまで形成してもよい。
窒化アルミニウム基板１に形成される金属化層２を形成
する方法としては、従来からリードフレームを絶縁基板
にろう付けする際に使用されている方法でもよく、たと
えば、上述したようにタングステン、モリブデン等を含
む金属ペーストを窒化アルミニウム基板に塗布し、基板
と同時に焼成する方法、またはチタン、クロム、ニッケ
ル等からなる薄膜を真空蒸着やスパッタリングによって
形成する方法でもよい。Further, the three-layer composite metal part 3a of the lead frame 3 is
As shown in the enlarged view of the figure, the metal layer 23 made of Kovar or the like among the three layers is made of the same low thermal expansion metal material as the single-layer metal part 3b, and the buffer layers 13 on both sides of this metal layer 23 are sandwiched. Are made of the same soft metal material. The three-layer composite layer 3a can be manufactured by forming the buffer layers 13 on both surfaces of the metal layer 23, which is a brazed portion, of the lead frame 3 as a clad material by a clad tape forming method. 6th C
As shown in the figure, both surfaces of the brazing portion of the lead frame 3 may be previously shaved and thinned, and the buffer layer 13 may be formed on this portion until the thickness becomes substantially the same as the single-layer metal portion 3b.
As a method of forming the metallized layer 2 formed on the aluminum nitride substrate 1, a method conventionally used for brazing a lead frame to an insulating substrate may be used. For example, as described above, tungsten, molybdenum, etc. May be applied to an aluminum nitride substrate and fired simultaneously with the substrate, or a method of forming a thin film made of titanium, chromium, nickel or the like by vacuum evaporation or sputtering.
また、使用される金属ろう接材としては銀ろうが好ま
しい。リードフレーム３の３層複合金属部3aや窒化アル
ミニウム基板１の上に形成された金属化層２に、ろう接
材と濡れ性の良い金属の薄い被覆層を形成することなど
によって、両者を強固に接合できれば、他の金属ろう接
材であってもよい。さらに、銀ろうを用いる場合であっ
ても、たとえば、第6BC図に示すように、金属化層２を
タングステンを主成分として形成した場合など、必要に
応じて金属化層２上に薄いニッケル等のめっき層７を形
成するとともに、リードフレーム３の３層複合金属部3a
の表面には金属ろう９の濡れ性を安定させるために必要
に応じてニッケル等のめっき層８を予め形成しておくこ
とが好ましい。また、めっき層はリードフレーム３の全
表面に施してもよい。そうすることによって、後工程で
金めっき等の処理が施される場合に金めっきの付着性、
析出性を向上させることができ、均一な金めっき層が形
成され得る。Silver brazing is preferred as the metal brazing material used. By forming a thin coating layer of a brazing material and a metal having good wettability on the metallized layer 2 formed on the three-layer composite metal part 3a of the lead frame 3 and the aluminum nitride substrate 1, for example, the two are firmly connected. Other metal brazing materials may be used as long as they can be joined together. Further, even when silver brazing is used, for example, as shown in FIG. 6BC, when the metallization layer 2 is formed mainly of tungsten, as shown in FIG. And a three-layer composite metal part 3a of the lead frame 3.
In order to stabilize the wettability of the metal brazing material 9, it is preferable to form a plating layer 8 of nickel or the like in advance on the surface of the substrate. Further, the plating layer may be applied to the entire surface of the lead frame 3. By doing so, when a process such as gold plating is performed in a later step, the adhesion of the gold plating,
Precipitation can be improved, and a uniform gold plating layer can be formed.
また、この発明に従った半導体装置用部品間の接続構
造が適用されるキャップの構造について図を用いて説明
する。第７図はその一例を示すものである。窒化アルミ
ニウム焼結体からなるカバー部材11の表面の一部には金
属化層２が形成されている。この金属化層２には、銅等
からなる緩衝材130を介して、金属ろう９によって、鉄
−ニッケル系合金の金属層230のみから構成される枠部
材30が接合されている。枠部材30の下端はセラミックス
基板101に金属化層２を介して接合されている。セラミ
ックス基板101には半導体素子４が搭載されている。さ
らに、カバー部材11の上面にはヒートシンク６が取付け
られることにより、半導体素子４で発生した熱はカバー
部材11を通してヒートシンク６によって発散され、その
冷却効果が高められる。なお、金属化層２としては、上
述のリードフレームと窒化アルミニウム基板との接続構
造において説明されたものと同様のものが用いられる。
また、使用される金属ろう９としては、銀ろうが好まし
いが、枠部材30の接合面や金属化層２の上にろう接材と
濡れ性のよい金属の薄い被覆層を形成すること等によっ
て、両者を強固に接合できれば、他のろう接材であって
もよい。このめっき層が果たす役割は、上述のリードフ
レームと窒化アルミニウム基板との接続構造の実施例に
おいて説明したとおりである。The structure of a cap to which a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows an example. A metallized layer 2 is formed on a part of the surface of a cover member 11 made of an aluminum nitride sintered body. The frame member 30 composed of only the metal layer 230 of the iron-nickel alloy is joined to the metallized layer 2 by the metal braze 9 via the buffer material 130 made of copper or the like. The lower end of the frame member 30 is joined to the ceramic substrate 101 via the metallized layer 2. The semiconductor element 4 is mounted on the ceramic substrate 101. Furthermore, by attaching the heat sink 6 to the upper surface of the cover member 11, heat generated in the semiconductor element 4 is radiated by the heat sink 6 through the cover member 11, and the cooling effect is enhanced. As the metallized layer 2, the same as that described in the connection structure between the lead frame and the aluminum nitride substrate described above is used.
As the metal brazing material 9 used, silver brazing is preferable, but by forming a thin coating layer of a metal having good wettability with the brazing material on the joining surface of the frame member 30 or the metallized layer 2. Other brazing materials may be used as long as they can be firmly joined. The role of this plating layer is as described in the embodiment of the connection structure between the lead frame and the aluminum nitride substrate.
さらに、この発明の半導体装置用部品間の接続構造が
適用されたキャップの別の実施例として第８図にその接
続構造の断面が示される。図において、窒化アルミニウ
ム焼結体からなるカバー部材11の表面の一部には金属化
層２が形成されている。この金属化層２には３層複合金
属板からなる枠部材30が金属ろう９によって接合されて
いる。枠部材30は、コバール等の低膨脹性金属材料から
なる金属層230の両表面に、銅等の軟質金属材料からな
る緩衝層130が複合されたものから構成されている。枠
部材30の下端は金属化層２を介してセラミックス基板10
1に接合されている。セラミックス基板101には半導体素
子４が搭載されている。さらに、窒化アルミニウム焼結
体からなるカバー部材11の上面にはヒートシンク６が取
付けられることにより、半導体素子４で発生した熱はカ
バー部材11を通してヒートシンク６によって発散され、
その冷却効果が高められる。金属化層２、および金属ろ
う９については上述で説明されたものと同様のものが用
いられる。また、枠部材30や金属化層２の接合面には薄
いめっき層が形成されてもよい。この場合、めっき層が
果たす役割については上述で説明したとおりである。Further, as another embodiment of the cap to which the connection structure between components for a semiconductor device of the present invention is applied, a cross section of the connection structure is shown in FIG. In the figure, a metallized layer 2 is formed on a part of the surface of a cover member 11 made of an aluminum nitride sintered body. A frame member 30 made of a three-layer composite metal plate is joined to the metallized layer 2 by a metal braze 9. The frame member 30 is configured by combining a metal layer 230 made of a low-expansion metal material such as Kovar and a buffer layer 130 made of a soft metal material such as copper on both surfaces. The lower end of the frame member 30 is connected to the ceramic substrate 10 via the metallized layer 2.
Joined to one. The semiconductor element 4 is mounted on the ceramic substrate 101. Further, the heat sink 6 is attached to the upper surface of the cover member 11 made of the aluminum nitride sintered body, so that the heat generated in the semiconductor element 4 is radiated by the heat sink 6 through the cover member 11,
The cooling effect is enhanced. As the metallized layer 2 and the brazing metal 9, the same as those described above are used. Further, a thin plating layer may be formed on the joint surface between the frame member 30 and the metallized layer 2. In this case, the role played by the plating layer is as described above.
［実施例］ 以下、前述の方法によって得られた窒化アルミニウム
焼結体からなる基材より作製された各試料を用いて行っ
た実施例について説明する。[Examples] Hereinafter, examples performed using each sample manufactured from the base material made of the aluminum nitride sintered body obtained by the above-described method will be described.
実施例１ 前述の方法によって得られた窒化アルミニウム焼結基
板にメタライジング処理が施された。このメタライジン
グ処理は、所定の組成を有する金属ペーストを窒化アル
ミニウム焼結基板の各試料の表面に塗布し、脱バインダ
処理をした後、窒素雰囲気中において温度1600℃で60分
間焼成することにより行われた。それによって、窒化ア
ルミニウム焼結基板の所定の部分上に金属化層が形成さ
れた。この場合、金属ペーストは、タングステン粉末に
酸化カルシウム粉末とアルミナ粉末とを添加し、ビヒク
ル等の有機バインダと混練して作製された。なお、添加
量（重量％）は酸化カルシウムを14重量％、アルミナを
４重量％とした。Example 1 A metallizing treatment was applied to the aluminum nitride sintered substrate obtained by the above-described method. This metallizing process is performed by applying a metal paste having a predetermined composition to the surface of each sample of the aluminum nitride sintered substrate, performing a binder removal process, and then firing in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1600 ° C. for 60 minutes. Was done. Thereby, a metallized layer was formed on a predetermined portion of the aluminum nitride sintered substrate. In this case, the metal paste was prepared by adding calcium oxide powder and alumina powder to tungsten powder and kneading the mixture with an organic binder such as a vehicle. The amount of addition (% by weight) was 14% by weight of calcium oxide and 4% by weight of alumina.
さらに、金属化層の表面に膜厚２μｍのニッケルめっ
き層が形成された。そして、第4C図に示すように、リー
ドフレームと窒化アルミニウム焼結基板との間に緩衝材
を介在させて温度830℃において銀ろう付けを行った。
窒化アルミニウム焼結基板とリードフレームとの接合構
造の寸法関係については第９図に示される。幅8mm、長
さ10mmのリードフレーム３が長さ20mmの窒化アルミニウ
ム基板１に銀ろう９によって接合された。リードフレー
ム３と窒化アルミニウム基板１との接合部分の大きさ
は、長さ2mm、幅8mmであった。このリードフレームと窒
化アルミニウム焼結基板との接合強度を評価するため
に、第10図に示すように、リードフレーム３を矢印の方
向に引張ることにより引張試験を行い、そのろう付け強
度を測定した。その結果は、第１表にろう付け強度とし
て５個の測定値の平均値が示されている。なお、比較例
としてベリリア基板にリードフレームを接合した例も示
す（No.10）。Further, a nickel plating layer having a thickness of 2 μm was formed on the surface of the metallized layer. Then, as shown in FIG. 4C, silver brazing was performed at a temperature of 830 ° C. with a buffer material interposed between the lead frame and the aluminum nitride sintered substrate.
FIG. 9 shows the dimensional relationship of the joint structure between the aluminum nitride sintered substrate and the lead frame. A lead frame 3 having a width of 8 mm and a length of 10 mm was joined to an aluminum nitride substrate 1 having a length of 20 mm with a silver solder 9. The size of the joint between the lead frame 3 and the aluminum nitride substrate 1 was 2 mm in length and 8 mm in width. In order to evaluate the bonding strength between the lead frame and the aluminum nitride sintered substrate, as shown in FIG. 10, a tensile test was performed by pulling the lead frame 3 in the direction of the arrow, and the brazing strength was measured. . The results are shown in Table 1 as an average value of five measured values as the brazing strength. An example in which a lead frame is bonded to a beryllia substrate is also shown as a comparative example (No. 10).
第１表によれば、緩衝材を使用しないもののろう付け
強度は0.5〜2kgと非常に低いことがわかる。また、緩衝
材を使用しない場合は、その破壊起点は窒化アルミニウ
ム基板の内部に存在し、明らかに熱応力ワレをしてい
た。本発明に従って緩衝材を用いてリードフレームと窒
化アルミニウム焼結基板とを接合したものは、リードフ
レームの寸法が厚み0.1mm、幅8mmであるとき、緩衝材の
厚みが0.01〜1mmの範囲内にあれば、好ましいろう付け
強度が得られることが認められる。 According to Table 1, the brazing strength is very low, 0.5 to 2 kg, without using the cushioning material. Further, when the cushioning material was not used, the fracture starting point was present inside the aluminum nitride substrate, and thermal stress was clearly cracked. In the case where the lead frame and the aluminum nitride sintered substrate are joined using the cushioning material according to the present invention, when the dimensions of the lead frame are 0.1 mm in thickness and 8 mm in width, the thickness of the cushioning material is in the range of 0.01 to 1 mm. If so, it is recognized that favorable brazing strength can be obtained.
さらに、窒化アルミニウム焼結基板の各試料の所定の
表面上に上記の組成を有する金属化層が形成された後、
その上に膜厚２〜３μｍのニッケルめっき層、さらに膜
厚２〜３μｍの金めっき層を形成した。その後、そのめ
っき層の表面に電界効果型ハイパワー・トランジスタを
金−シリコンのろう材でろう接し、搭載した。そして、
△VBE法によって、すなわち、トランジスタのエミッタ
・ベース間における順方向降下電圧VBEの電力印加によ
る変化分△VBEを測定し、トランジスタ−窒化アルミニ
ウム焼結基板一体の熱抵抗を評価した。測定された熱抵
抗値はいずれの試料においても1.9℃/W程度以下であっ
た。このことより半導体素子が載せられるべき基板とし
て窒化アルミニウム基板を用いることが、熱伝導性の観
点から適していることが理解される。Further, after a metallized layer having the above composition is formed on a predetermined surface of each sample of the aluminum nitride sintered substrate,
A nickel plating layer having a thickness of 2 to 3 μm and a gold plating layer having a thickness of 2 to 3 μm were further formed thereon. Thereafter, a field-effect high-power transistor was mounted on the surface of the plating layer by brazing with gold-silicon brazing material. And
△ by V BE method, i.e., by measuring the variation △ V BE due to application of power forward voltage drop V BE between the emitter and base of the transistor, the transistor - to evaluate the thermal resistance of the sintered aluminum substrate integrally nitride. The measured thermal resistance value was about 1.9 ° C./W or less in all samples. From this, it is understood that the use of an aluminum nitride substrate as a substrate on which a semiconductor element is to be mounted is suitable from the viewpoint of thermal conductivity.
実施例２ 窒化アルミニウム焼結基板の表面上に厚膜法または薄
膜法によってニッケルの金属化層を形成した。その金属
化層の上に実施例１と同様にリードフレームを接合し、
試料を作製した。リードフレームと基板との接合強度は
実施例１と同様の方法によって評価した。得られた結果
は第２表に示される。Example 2 A metallized layer of nickel was formed on the surface of an aluminum nitride sintered substrate by a thick film method or a thin film method. A lead frame was joined on the metallized layer in the same manner as in Example 1,
A sample was prepared. The bonding strength between the lead frame and the substrate was evaluated by the same method as in Example 1. The results obtained are shown in Table 2.
第２表によれば、緩衝材を使用しないもののろう付け
強度は0.5〜2kgと非常に低いことが認められる。また、
その破壊起点は窒化アルミニウム焼結基板の内部に存在
し、しかも熱応力割れが認められた。 According to Table 2, it is recognized that the brazing strength is very low, 0.5 to 2 kg, without using the cushioning material. Also,
The fracture origin was present inside the aluminum nitride sintered substrate, and thermal stress cracking was observed.
実施例３ 実施例１と同様に、リードフレームを、窒化アルミニ
ウム基板の表面に形成したタングステンを主成分とする
金属化層の上に銀ろうによって温度約830℃において緩
衝材を介在させずにろう付けした。この場合、リードフ
レームは第９図に示された形状を有するものとし、その
厚みは0.1mmのものを用いた。第5C図または第6C図に示
されるようにリードフレームは、そのろう付け部におい
ては、第３表にその各構成が示されるように３層複合金
属部、または２層複合金属部から構成されるものを用
い、リードフレーム全体が同一の厚みを有するように形
成された。作製された各試料それぞれ10個について、リ
ードフレームと窒化アルミニウム焼結基板との結合強度
を実施例１と同様の方法によって測定した。得られた接
合強度の測定結果は、各試料について10個の測定値のバ
ラツキの範囲として第３表に示される。Example 3 In the same manner as in Example 1, a lead frame was formed on a metal layer mainly composed of tungsten formed on the surface of an aluminum nitride substrate by using a silver solder at a temperature of about 830 ° C. without interposing a buffer material. Attached. In this case, the lead frame had the shape shown in FIG. 9 and the thickness thereof was 0.1 mm. As shown in FIG. 5C or FIG. 6C, the lead frame is composed of a three-layer composite metal part or a two-layer composite metal part as shown in Table 3 at the brazing part. The lead frame was formed such that the entire lead frame had the same thickness. The bonding strength between the lead frame and the aluminum nitride sintered substrate was measured by the same method as in Example 1 for each of the ten manufactured samples. The obtained bonding strength measurement results are shown in Table 3 as a range of variation of ten measurement values for each sample.
第３表から明らかなように、３層複合金属部を有する
リードフレーム、および２層複合金属部を有するリード
フレームを用いて窒化アルミニウム基板にそのリードフ
レームを接合した場合、コバールや42アロイのみからな
る従来のリードフレームを用いて接合した場合に比べ
て、その接合強度が著しく改善されることがわかる。ま
た、３層複合金属部を有するリードフレームを用いた場
合においては、２層複合金属部を有するリードフレーム
を用いた場合に比較して接合強度のばらつきが少ないこ
とが理解される。 As is evident from Table 3, when the lead frame having a three-layer composite metal part and the lead frame having a two-layer composite metal part were joined to an aluminum nitride substrate using only a Kovar or 42 alloy. It can be seen that the bonding strength is remarkably improved as compared with the case where bonding is performed using a conventional lead frame. In addition, it is understood that when the lead frame having the three-layer composite metal part is used, the variation in the bonding strength is smaller than when the lead frame having the two-layer composite metal part is used.
また、リードフレームの解放端を直角に折曲げてから
元に戻すまでを１サイクルとする屈曲強度試験を行った
結果、３層複合金属部を有するリードフレーム、および
コバールや42アロイのみからなる従来のリードフレーム
においては、その破断までの24サイクル以上を要した。
これに対して、リードフレーム全体を２層複合金属部と
したものについては５〜10サイクルで破断が起こり、軟
質金属材料のみからなるリードフレムについては２〜６
サイクルで破断した。In addition, a bending strength test was performed in which the open end of the lead frame was bent at a right angle and then returned to its original state as one cycle. As a result, a conventional lead frame having a three-layer composite metal part, and only Kovar and 42 alloy were used. It took 24 cycles or more to break the lead frame.
On the other hand, when the entire lead frame is made of a two-layer composite metal part, breakage occurs in 5 to 10 cycles, and in the case of a lead frame made of only a soft metal material, 2 to 6
Broken on cycle.
実施例４ 実施例３と同様にして、同一形状で同一厚さ0.1mmの
リードフレームを、第９図に示すようにろう付けによっ
て窒化アルミニウム基板に接合した。リードフレーム
は、そのろう付け部分においては第４表に示されるよう
に３層複合金属部、または２層複合金属部からなるよう
に製作された。各リードフレームは、窒化アルミニウム
基板の所定の表面上に実施例１と同様に形成されたタン
グステンを主成分とする金属化層の上に、その組成が金
−シリコン、金−銀−ゲルマニウム等からなる低融点金
属ろう接材を用いて温度450〜600℃においてろう接され
た。得られた各試料それぞれ10個について、実施例１と
同様の方法によって接合強度を測定した。得られた接合
強度の測定結果は各試料について10個の測定値のバラツ
キの範囲として第４表に示されている。Example 4 In the same manner as in Example 3, a lead frame having the same shape and the same thickness of 0.1 mm was joined to an aluminum nitride substrate by brazing as shown in FIG. The lead frame was fabricated to have a three-layer composite metal part or a two-layer composite metal part as shown in Table 4 at the brazed part. Each lead frame has a composition of gold-silicon, gold-silver-germanium, etc. on a metallized layer containing tungsten as a main component formed on a predetermined surface of an aluminum nitride substrate in the same manner as in Example 1. It was brazed at a temperature of 450 to 600 ° C. using a low-melting metal brazing material. For each of the obtained ten samples, the bonding strength was measured in the same manner as in Example 1. The obtained bonding strength measurement results are shown in Table 4 as a range of variation of ten measurement values for each sample.
第４表から明らかなように、３層複合金属部を有する
リードフレームを用いた場合、２層複合金属部を有する
リードフレームを用いた場合においては、コバールや42
アロイのみからなる従来のリードフレームに比べてその
接合強度が著しく改善されることが認められる。また、
３層複合金属部を有するリードフレームを用いた場合
は、その接合強度のばらつきが少ないことが理解され
る。 As is clear from Table 4, when a lead frame having a three-layer composite metal part is used, when a lead frame having a two-layer composite metal part is used, Kovar or 42
It is recognized that the bonding strength is remarkably improved as compared with a conventional lead frame consisting of only an alloy. Also,
It is understood that when a lead frame having a three-layer composite metal part is used, the variation in the bonding strength is small.
実施例５ 厚さ3mm、10mm×10mmの面積を有する窒化アルミニウ
ム焼結体からなるカバー部材の周囲に、実施例１と同様
の方法によってモリブデンを主成分とする金属化層を形
成した。この金属化層の上にはニッケルめっきが施され
た後、厚み0.1mmの枠部材がその上に温度830゜Ｃにおい
て銀ろう付けされた。この枠部材は第５表に示される三
層複合金属から構成された。但し、枠部材の表層部に銅
を用いる場合には、ろう付け前に予めニッケルめっき処
理が施された。このようにして得られたキャップの各試
料について反りの大きな、気密性を測定した。反りの大
きさは、第11図に示すようにカバー部材11と枠部材30と
が接合され、ａの大きさとして測定された。気密性は、
第12図に示すように、キャップをヘリウム（He）ガス雰
囲気中に置き、そのキャップの内部を真空排気すること
により測定した。また、窒化アルミニウム焼結体からな
るカバー部材と枠部材との接合部を倍率×5000の走査型
電子顕微鏡、あるいは倍率×40の実体光学顕微鏡により
観察し、クラック、欠陥の有無を調べた。Example 5 A metallized layer containing molybdenum as a main component was formed in the same manner as in Example 1 around a cover member made of an aluminum nitride sintered body having a thickness of 3 mm and an area of 10 mm × 10 mm. After nickel plating was applied on the metallized layer, a frame member having a thickness of 0.1 mm was silver-brazed thereon at a temperature of 830 ° C. This frame member was composed of the three-layer composite metal shown in Table 5. However, when copper was used for the surface layer of the frame member, nickel plating was performed before brazing. For each sample of the cap thus obtained, the airtightness of the warp was measured. As shown in FIG. 11, the magnitude of the warpage was measured as the size of “a” where the cover member 11 and the frame member 30 were joined. The airtightness is
As shown in FIG. 12, the cap was placed in a helium (He) gas atmosphere, and measurement was performed by evacuating the inside of the cap. Further, the joint between the cover member and the frame member made of the aluminum nitride sintered body was observed with a scanning electron microscope at a magnification of × 5000 or a stereoscopic optical microscope at a magnification of × 40, and the presence or absence of cracks and defects was examined.
また、比較例として枠部材が２層複合金属からなるも
の、単層金属からなるものを用いた場合についても同様
に試料を作製し、反りの大きさ、気密性を測定した。Also, as a comparative example, when a frame member was made of a two-layer composite metal or a single-layer metal, a sample was prepared in the same manner, and the magnitude of warpage and airtightness were measured.
測定結果は第５表に示される。なお、反りの大きさの
測定結果については、５個の測定値の平均値として示さ
れている。第５表から明らかなように、この発明に従っ
た接続構造を有するキャップは、反りの大きさ、気密性
について優れていることが認められる。また、その接合
部においてはクラックの存在は認められなかった。The measurement results are shown in Table 5. In addition, the measurement result of the magnitude of the warpage is shown as an average value of five measurement values. As is clear from Table 5, it is recognized that the cap having the connection structure according to the present invention is excellent in the degree of warpage and airtightness. No crack was observed at the joint.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の構造による窒化アルミ
ニウムからなる基材あるいはカバー部材とそれに対する
接続部材との接続構造は、その接合面に塑性変形能の高
い軟質金属あるいは軟質合金を用いることによって、反
りおよびクラックの発生を防止することができ、寸法精
度、気密性にすぐれ高信頼性の半導体装置を提供するこ
とができる。 [Effects of the Invention] As described above, the connection structure between the base member or cover member made of aluminum nitride and the connection member therefor according to the structure of the present invention has a soft metal or soft alloy with high plastic deformability on its joint surface. Is used, it is possible to prevent warpage and cracks, and to provide a highly reliable semiconductor device having excellent dimensional accuracy and airtightness.
第1A図、第1B図、第1C図は従来の半導体装置用部品間の
接続構造、たとえば、リードフレームとアルミナ基板と
の接続構造を示す平面図、断面図である。 第2A図、第2B図は従来の半導体装置用部品間の接続構
造、たとえば、絶縁基板に載せられた半導体素子を気密
に封止するためのキャップに用いられる接続構造を示す
断面図である。 第3A,B図はこの発明に従った半導体装置用部品間の接続
構造の製造方法の一実施例を概略的に示す断面図であ
る。 第4A図、第4B図、第4C図はこの発明に従った半導体装置
用部品間の接続構造の一実施例、例えばリードフレーム
と緩衝材と窒化アルミニウム基板との接続構造を示す平
面図、断面図である。 第5A図、第5B図、第5C図は、この発明の半導体装置要部
品間の接続構造の別の実施例として、たとえば、複合金
属板からなるリードフレームと窒化アルミニウム基板と
の接続構造を示す平面図、断面図である。 第6A図、第6B図、第6C I図及び第6C II図は、この発明
に従った半導体装置用部品間の接続構造のさらに別の実
施例、たとえば、３層複合構造からなるリードフレーム
と窒化アルミニウム基板との接続構造を示す平面図、断
面図である。 第７図は、この発明に従った半導体装置用部品間の接続
構造としてキャップに適用された一実施例を示す断面図
である。 第８図は、この発明に従った半導体装置用部品間の接続
構造をキャップに適用した別の実施例を示す断面図であ
る。 第９図は実施例におけるリードフレームと窒化アルミニ
ウム基板との接続構造の寸法関係を示すための側面図で
ある。 第10図は、窒化アルミニウム基板に接合されたリードフ
レームの接合強度を測定するために行われる試験方法を
説明するための側面図である。 第11図は、実施例においてキャップの枠部材に発生する
反りの大きさを測定した箇所を示す図である。 第12図は、実施例においてキャップの気密性を測定する
ために行われる試験方法を説明するための図である。1A, 1B, and 1C are a plan view and a sectional view showing a conventional connection structure between components for a semiconductor device, for example, a connection structure between a lead frame and an alumina substrate. 2A and 2B are cross-sectional views showing a conventional connection structure between components for a semiconductor device, for example, a connection structure used for a cap for hermetically sealing a semiconductor element mounted on an insulating substrate. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing one embodiment of a method of manufacturing a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention. 4A, 4B, and 4C are plan views and cross-sectional views showing one embodiment of a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention, for example, a connection structure between a lead frame, a buffer material, and an aluminum nitride substrate. FIG. FIGS. 5A, 5B, and 5C show a connection structure between a lead frame made of a composite metal plate and an aluminum nitride substrate as another embodiment of the connection structure between the main parts of the semiconductor device of the present invention. It is a top view and a sectional view. FIG. 6A, FIG. 6B, FIG. 6C I and FIG. 6C II show another embodiment of a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention, for example, a lead frame having a three-layer composite structure; 5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a connection structure with an aluminum nitride substrate. FIG. 7 is a sectional view showing an embodiment in which a cap is used as a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing another embodiment in which a connection structure between components for a semiconductor device according to the present invention is applied to a cap. FIG. 9 is a side view showing the dimensional relationship of the connection structure between the lead frame and the aluminum nitride substrate in the embodiment. FIG. 10 is a side view for explaining a test method performed to measure the bonding strength of a lead frame bonded to an aluminum nitride substrate. FIG. 11 is a diagram showing locations where the magnitude of warpage generated in the frame member of the cap was measured in the example. FIG. 12 is a diagram for explaining a test method performed to measure the airtightness of the cap in the example.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 雅也 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 湯塩 泰久 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 赤澤 均 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 山川 晃 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaya Miyake 1-1-1, Koyokita, Itami-shi, Hyogo Prefecture Inside the Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. (72) Inventor Yasuhisa Yushio 1 Kunyokita, Itami-shi, Hyogo 1-1 1-1 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Hitoshi Akazawa 1-1-1, Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Akira Yamakawa Hyogo 1-1 1-1 Kunyokita, Itami-shi, Japan Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works
Claims (18)
面を有する窒化アルミニウムからなる基材と、前記基材
に接合されるべきものであり、鉄−ニッケル合金および
鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかの材料を主材料
とする接続部材と、前記基材と前記接続部材との間に介
在する銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、およ
びアルミニウムからなる群より選ばれたいずれかの材料
からなる緩衝材と、前記基材と前記緩衝材と前記接続部
材とを接合するろう接材とを備え、前記緩衝材は、ろう
接時の冷却過程で、前記基材と前記接続部材との熱膨脹
率の差によって発生する熱応力を、それ自身が塑性変形
することによって緩和するように、塑性変形能の高い軟
質金属および軟質合金のいずれかからなるものであるこ
とを特徴とする半導体装置用部品間の接続構造。1. A base material made of aluminum nitride having a main surface on which a semiconductor element is to be mounted, and an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy to be bonded to the base material. A connection member having any material as a main material, and copper, a copper alloy, nickel, a nickel alloy, iron, and any one selected from the group consisting of aluminum interposed between the base material and the connection member A cushioning material made of a material, comprising a brazing material for joining the base material, the cushioning material, and the connection member, wherein the cushioning material, in a cooling process at the time of brazing, the base material and the connection member, The semi-conductive material is made of a soft metal or a soft alloy having high plastic deformability so that the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient of the metal can be reduced by plastic deformation itself. Connection structure between a body equipment parts.
請求項（１）に記載の半導体装置用部品間の接続構造。2. The connecting member includes a lead frame.
A connection structure between components for a semiconductor device according to claim 1.
形状を有するとき、前記緩衝材の厚みは0.01〜1mmの範
囲内である請求項（２）に記載の半導体装置用部品間の
接続構造。3. The connection between components for a semiconductor device according to claim 2, wherein when the lead frame has a shape having a thickness of 0.1 mm and a width of 8 mm, the thickness of the cushioning material is in a range of 0.01 to 1 mm. Construction.
に記載の半導体装置用部品間の接続構造。4. The method according to claim 1, wherein the substrate includes a sintered body.
3. The connection structure between components for a semiconductor device according to item 1.
記基材の接合面に形成された金属化層をさらに備える、
請求項（１）に記載の半導体装置用部品間の接続構造。5. The connection structure between components for a semiconductor device further includes a metallization layer formed on a bonding surface of the base material.
A connection structure between components for a semiconductor device according to claim 1.
リブデンのうち少なくとも１種の金属と、窒化アルミニ
ウム、酸化アルミニウム、および酸窒化アルミニウムか
らなる群より選ばれた少なくとも１種のアルミニウム化
合物と、酸化カルシウムとを含有する、請求項（５）に
記載の半導体装置用部品間の接続構造。6. The metallized layer comprises: at least one metal selected from the group consisting of tungsten and molybdenum; and at least one aluminum compound selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, and aluminum oxynitride; The connection structure between components for a semiconductor device according to claim 5, further comprising calcium.
記金属化層の前記ろう接材との接合面に形成されためっ
き層をさらに備える、請求項（５）に記載の半導体装置
用部品間の接続構造。7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the connection structure between the semiconductor device components further includes a plating layer formed on a bonding surface of the metallization layer with the brazing material. Connection structure between parts.
記接続部材の前記ろう接材との接合面に形成されためっ
き層をさらに備える、請求項（７）に記載の半導体装置
用部品間の接続構造。8. The component for a semiconductor device according to claim 7, wherein the connection structure between the components for a semiconductor device further includes a plating layer formed on a joint surface of the connection member with the brazing material. Connection structure between.
面を有する窒化アルミニウムからなる基材と、前記基材
に接合されるべきものであり、鉄−ニッケル合金および
鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかの材料を主材料
とする接続部材と、前記基材と前記接続部材とを接合す
るろう接合材とを備え、少なくとも、前記接続部材の前
記基材との接合面は、ろう接時の冷却過程で、前記基材
と前記接続部材との熱膨脹率の差によって発生する熱応
力を、それ自身が塑性変形することによって緩和するよ
うに、塑性変形能の高い軟質金属および軟質合金のいず
れかから構成されるものであることを特徴とする半導体
装置用部品間の接続構造。9. A base material made of aluminum nitride having a main surface on which a semiconductor element is to be mounted, and an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy to be bonded to the base material. A connection member having any material as a main material, and a brazing material for bonding the base member and the connection member, and at least a bonding surface of the connection member with the base material at the time of brazing is used. In the cooling process, any one of a soft metal and a soft alloy having a high plastic deformation ability so that thermal stress generated by a difference in thermal expansion coefficient between the base material and the connection member is relaxed by plastic deformation itself. A connection structure between components for a semiconductor device, characterized by comprising:
の接合面は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄
およびアルミニウムからなる群より選ばれたいずれかの
材料から構成される、請求項（９）に記載の半導体装置
用部品間の接続構造。10. A bonding surface of at least said connecting member with said base material is made of any material selected from the group consisting of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, iron and aluminum. Item 9. The connection structure between semiconductor device components according to item 9).
む、請求項（９）に記載の半導体装置用部品間の接続構
造。11. The connection structure between components for a semiconductor device according to claim 9, wherein said connection member includes a lead frame.
との接合部分が、鉄−ニッケル合金および鉄−ニッケル
ーコバルト合金のいずれかの材料からなる内層部分と、
軟質金属および軟質合金のいずれかからなる外層部分と
を備える、請求項（11）に記載の半導体装置用部品間の
接続構造。12. The connection member, wherein at least a joint portion with the base material includes an inner layer portion made of any one of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy;
The connection structure between components for a semiconductor device according to claim (11), further comprising an outer layer portion made of a soft metal or a soft alloy.
以外の部分が、鉄−ニッケル合金および鉄−ニッケル−
コバルト合金のいずれかの材料からなる請求項（12）に
記載の半導体装置用部品間の接続構造。13. The connecting member according to claim 1, wherein a portion other than a joint portion with the base material has an iron-nickel alloy and an iron-nickel alloy.
13. The connection structure between components for a semiconductor device according to claim 12, wherein the connection structure is made of a cobalt alloy.
に封止するためのキャップであって、前記半導体素子を
保護するようにその上方に設けられ、窒化アルミニウム
からなるカバー部材と、前記カバー部材の下方に位置す
る前記半導体素子を取囲むように、前記カバー部材に接
合されるべきものであり、鉄−ニッケル合金および鉄−
ニッケル−コバルト合金のいずれかの材料を主材料とす
る枠部材と、前記カバー部材と前記枠部材との間に介在
する緩衝材と、前記カバー部材と前記緩衝材と前記枠部
材とを接合するろう接材とを備え、前記緩衝材は、ろう
接時の冷却過程で、前記カバー部材と前記枠部材との熱
膨脹率の差によって発生する熱応力を、それ自身が塑性
変形することによって緩和するように、塑性変形能の高
い軟質金属または軟質合金からなるものであることを特
徴とするキャップ。14. A cap for hermetically sealing a semiconductor element mounted on an insulating substrate, said cap being provided above said semiconductor element to protect said semiconductor element, said cover member being made of aluminum nitride; The semiconductor device is to be joined to the cover member so as to surround the semiconductor element located below the member, and the iron-nickel alloy and the iron-
A frame member mainly composed of any material of a nickel-cobalt alloy, a cushioning material interposed between the cover member and the frame member, and joining the cover member, the cushioning material, and the frame member A brazing material, wherein the cushioning material relaxes thermal stress generated by a difference in thermal expansion coefficient between the cover member and the frame member in a cooling process during brazing by plastically deforming itself. A cap made of a soft metal or a soft alloy having high plastic deformability.
ニッケル合金、鉄、およびアルミニウムからなる群より
選ばれたいずれかの材料からなる請求項（14）に記載の
キャップ。15. The cushioning material is made of copper, copper alloy, nickel,
15. The cap according to claim 14, wherein the cap is made of any material selected from the group consisting of a nickel alloy, iron, and aluminum.
に封止するためのキャップであって、前記半導体素子を
保護するようにその上方に設けられ、窒化アルミニウム
からなるカバー部材と、前記カバー部材の下方に位置す
る前記半導体素子を取囲むように、前記カバー部材に接
合されるべきものであり、鉄−ニッケル合金および鉄−
ニッケル−コバルト合金のいずれかの材料を主材料とす
る枠部材と、前記カバー部材と前記枠部材とを接合する
ろう接材とを備え、少なくとも、前記枠部材の前記カバ
ー部材との接合面は、ろう接時の冷却過程で、前記カバ
ー部材と前記枠部材との熱膨脹率の差によって発生する
熱応力を、それ自身が塑性変形することによって緩和す
るように、塑性変形能の高い軟質金属または軟質合金か
ら構成されるものであることを特徴とするキャップ。16. A cap for hermetically sealing a semiconductor element mounted on an insulating substrate, the cap being provided above the semiconductor element so as to protect the semiconductor element, the cover member being made of aluminum nitride, and the cover The semiconductor device is to be joined to the cover member so as to surround the semiconductor element located below the member, and the iron-nickel alloy and the iron-
A frame member mainly composed of any material of a nickel-cobalt alloy, and a brazing material for bonding the cover member and the frame member, and at least a bonding surface of the frame member to the cover member is provided. In a cooling process at the time of brazing, a thermal stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the cover member and the frame member is softened with a high plastic deformability so as to be relaxed by plastically deforming itself. A cap made of a soft alloy.
との接合面は、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、
鉄およびアルミニウムからなる群より選ばれたいずれか
の材料から構成される請求項（16）に記載のキャップ。17. At least a joint surface of the frame member with the cover member is made of copper, copper alloy, nickel, nickel alloy,
17. The cap according to claim 16, wherein the cap is made of any material selected from the group consisting of iron and aluminum.
部材との接合部分が、鉄−ニッケル合金及び鉄−ニッケ
ル−コバルト合金のいずれかの材料からなる内層部分
と、軟質金属および軟質合金のいずれかからなる外層部
分とを備える請求項（16）に記載のキャップ。18. The frame member, wherein at least a joint portion with the cover member has an inner layer portion made of any one of an iron-nickel alloy and an iron-nickel-cobalt alloy, and a soft metal or a soft alloy. 17. The cap according to claim 16, further comprising: an outer layer portion comprising:
Applications Claiming Priority (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16519087 | 1987-07-03 | ||
| JP62-165190 | 1987-07-03 | ||
| JP62-175070 | 1987-07-14 | ||
| JP17507087 | 1987-07-14 | ||
| JP27527787 | 1987-10-30 | ||
| JP62-275277 | 1987-10-30 | ||
| JP63-124932 | 1988-05-24 | ||
| JP12493288 | 1988-05-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0256955A JPH0256955A (en) | 1990-02-26 |
| JP2650044B2 true JP2650044B2 (en) | 1997-09-03 |
Family
ID=27471073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16496488A Expired - Lifetime JP2650044B2 (en) | 1987-07-03 | 1988-07-04 | Connection structure between components for semiconductor devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2650044B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03283549A (en) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Ngk Insulators Ltd | Ic package |
| JP2849869B2 (en) * | 1990-10-31 | 1999-01-27 | 京セラ株式会社 | Package for storing semiconductor elements |
| JP7083898B2 (en) * | 2018-06-28 | 2022-06-13 | 京セラ株式会社 | Hypokeimenon and semiconductor devices |
-
1988
- 1988-07-04 JP JP16496488A patent/JP2650044B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0256955A (en) | 1990-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR910007016B1 (en) | Components for semiconductor | |
| EP0297569B1 (en) | Member for semiconductor apparatus | |
| EP0297512B1 (en) | Member for semiconductor apparatus | |
| US4517584A (en) | Ceramic packaged semiconductor device | |
| JP3845925B2 (en) | Semiconductor device member using aluminum nitride substrate and method for manufacturing the same | |
| JP2000323618A (en) | Copper circuit clad substrate and manufacture thereof | |
| JPH06296084A (en) | Thermal conductor of high conductivity, wiring board provided therewith and manufacture thereof | |
| EP1450403A1 (en) | Heat spreader module | |
| JP2650044B2 (en) | Connection structure between components for semiconductor devices | |
| JP2523162B2 (en) | Semiconductor device components | |
| KR930005894B1 (en) | Aluminium nitride sintered by formed with metallized layer and method of manufacturing the same | |
| JPH022836B2 (en) | ||
| JP4227610B2 (en) | Manufacturing method of heat dissipation base | |
| JP3814924B2 (en) | Semiconductor device substrate | |
| JP2520940B2 (en) | Semiconductor device parts | |
| JP2000086368A (en) | Nitride ceramic substrate | |
| JPH07105464B2 (en) | Semiconductor device for mounting semiconductor elements | |
| JP2967065B2 (en) | Semiconductor module | |
| JP2525873B2 (en) | Connection structure between semiconductor device parts | |
| JP3180100B2 (en) | Semiconductor module | |
| JP2002043481A (en) | Ceramic module and its manufacturing method | |
| JPH0748180A (en) | Ceramic-metal conjugate | |
| JPS63289950A (en) | Package for semiconductor | |
| JPH0581184B2 (en) | ||
| JPS63122253A (en) | Seminconductor package |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 12 |