JP2833592B2 - 半導体容器 - Google Patents

半導体容器

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JP2833592B2 JP21107196A JP21107196A JP2833592B2 JP 2833592 B2 JP2833592 B2 JP 2833592B2 JP 21107196 A JP21107196 A JP 21107196A JP 21107196 A JP21107196 A JP 21107196A JP 2833592 B2 JP2833592 B2 JP 2833592B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体容器に係り、
特に高周波数帯高出力トランジスタ用半導体容器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体容器は、半導体チップ、イ
ンピーダンス整合回路基板、チップコンデンサといった
半導体回路をマウントする台座部と、ヒートシンクを考
慮した放熱板と、半導体回路を囲む側壁部で構成されて
いる。すなわち、図3(A)に示した従来の半導体容器
では、台座部と放熱板とが銅(Cu)により一体形成で
形成されて放熱板兼台座3を構成しており、この放熱板
兼台座3上にセラミック材又はCu材の側壁部6が接着
され、また放熱板兼台座3上に例えばGaAsからなる
半導体チップ1、セラミック等からなるインピーダンス
整合回路基板2等がマウントされている。
【0003】図3(B)は従来の半導体容器の他の例の
断面図を示す。この半導体容器は、放熱板と台座が別々
に構成されている。Cu材により構成された放熱板4の
上に設けられた台座5はマウントする材料の熱膨張率に
近いと材料で形成され、銅−タングステン焼結体(Cu
W)等で構成されており、その上に半導体チップ1、イ
ンピーダンス整合回路基板2等がマウントされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の図3
(A)に死した半導体容器では、半導体チップ1、イン
ピーダンス整合回路基板2等を金・錫共晶ろう等のソル
ダによりマウントする際に生ずる熱応力、あるいはマウ
ント後に熱ショック試験等を行った際の熱応力により、
半導体チップ1、インピーダンス整合回路基板2等にク
ラックが入るという問題がある。
【0005】その理由は、放熱板兼台座3として用いら
れるCu材の熱膨張率は約17.0×10-6-1であ
り、半導体チップ1の材料であるガリウム−砒素(Ga
As)の熱膨張率6.0×10-6-1やインピーダンス
整合回路基板2の材料であるセラミック材の熱膨張率
6.7×10-6-1に比べて2〜3倍程度大きいためで
ある。
【0006】また、図3(B)に示した従来の半導体容
器では、上記のクラックの問題は生じないものの、放熱
板4の裏面に大きな反りを生ずる。このため、放熱板4
の裏面からの熱放散性に問題がある。その理由は、台座
5の材料であるCuW材の熱膨張率は6.0×10-6
-1であり、熱膨張率が約17.0×10-6-1であるC
u材からなる放熱板4との貼り合わせの際にそれらの熱
膨張率の差により反りを生じるためである。実験の結
果、約10mm角、厚さ2mmの銅板と、同じく約10
mm角、厚さ0.5mmのCuW板を貼り合わせた場合
には最大約60μmの反りを生じた。
【0007】更に、図3(B)に示した従来の半導体容
器では、ワイヤボンディングの自動化が困難である。そ
の理由は、半導体チップ1の表面に有するボンディング
パッドと、インピーダンス整合回路基板2等の表面のボ
ンディングパッドとの間に、400μm以上の段差が生
じるため、ボンディングワイヤをボンディング自動機で
行う際に、機械の制限でボンディングできない場合が生
じるからである。
【0008】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
熱ストレスに対する信頼度が高く、しかも生産性の高い
半導体容器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は放熱板上に台座を介して半導体回路を構成
する回路部品及び基板をマウントすると共に、半導体回
路を囲む側壁部を放熱板上に設けた構成の半導体容器に
おいて、台座を、回路部品及び基板のうち熱膨張率の異
なる回路部品及び基板毎に専用に設けると共に、マウン
トする回路部品又は基板の熱膨張率と近似した熱膨張率
の材料で、かつ、マウントする回路部品又は基板の寸法
と同一の寸法で構成したものである。
【0010】この発明では、台座にマウントする際にソ
ルダにより生じる熱応力、あるいはマウント後の熱ショ
ック試験等の熱環境試験による熱応力に対し、台座とそ
の上にマウントされる回路部品又は基板との熱膨張率の
差が小さいため、熱ストレスが単一材料で形成された単
一の台座よりも小さくできる。
【0011】また、本発明における熱膨張率の異なる回
路部品及び基板毎に専用に設けられた台座は、それぞれ
マウントされる回路部品又は基板の寸法と同一の寸法で
形成されるため、各専用台座と放熱板との貼り合わせ面
積を減少できる。
【0012】また、本発明における熱膨張率の異なる回
路部品及び基板毎に専用に設けられた台座は、マウント
する回路部品が有するボンディングパッド面とマウント
する基板が有するボンディングパッド面とが互いに同一
平面上に位置するように、熱膨張率の異なる回路部品及
び基板の各厚さに対応して厚さが設定されて形成されて
いることを特徴とする。
【0013】また、本発明では、専用台座をマウントす
る回路部品又は基板の材料の熱膨張率を考慮した材料で
個々に選択でき、また、マウントする回路部品又は基板
の寸法変更に合わせて台座の寸法変更ができる。
【0014】また、本発明における放熱板は、半導体チ
ップがマウントされる第1の台座が設けられる部分が、
インピーダンス整合回路基板がマウントされる第2の台
座が設けられる部分に対して第2の台座の厚さよりも高
い断面凸形状であることを特徴とする。これにより、第
2の台座を放熱板に設ける際に放熱板の凸部の側面を位
置決めに利用できる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
【0016】図1は本発明になる半導体容器の第1の実
施の形態の断面図を示す。同図中、図3(B)と同一構
成部分には同一符号を付してある。図1に示すように、
この半導体容器は、Cu材による放熱板4の上にチップ
台座7と基板台座8とを設け、チップ台座7の上に表面
にボンディングパッドを有する半導体チップ1をマウン
トし、基板台座8の上に表面にボンディングパッドやス
トリップラインで構成される電気回路配線を有するイン
ピーダンス整合回路基板2等をマウントする構成とされ
ている。また、チップ台座7及び基板台座8及びそれら
の上にマウントされた半導体回路の周囲に側壁部6が設
けられている。これらの半導体チップ1及びインピーダ
ンス整合回路基板2等からなる半導体回路は、高周波数
帯用の高出力トランジスタを構成している。
【0017】ここで、上記のチップ台座7はGaAs材
による半導体チップ1とほぼ同等の熱膨張率を持つ材
料、例えばCuW材により構成されている。また、基板
台座8は、セラミック材によるインピーダンス整合回路
基板2とほぼ同等の熱膨張率を持つ、例えばMo材、C
uW材等により構成されている。なお、熱膨張率は、C
uが約17.0×10-6-1、CuWが約6.0×10
-6-1、Moが約5.1×10-6-1、GaAsが約
6.0×10-6-1、セラミック(Ai23)で約6.
7×10-6-1である。
【0018】例えば、CuW材で形成されたチップ台座
7にGaAs材の半導体チップ1をマウントし、Mo材
で形成された基板台座8にセラミック材のインピーダン
ス整合回路基板2をマウントした場合、Cu単一材質で
形成された台座にマウントした場合に比べて、互いの熱
膨張率の差が小さいため、熱ストレスによって生じる半
導体チップ1やインピーダンス整合回路基板2等のクラ
ックの発生を低減でき、よって容器の信頼度を向上でき
ると共に、製造工程における歩留りが向上し、生産性が
向上する。これは容器が大きく、チップ台座7、基板台
座8と半導体チップ1、インピーダンス整合回路基板2
との接触面積が大きい場合に特に有効である。
【0019】また、この際、半導体チップ1及びインピ
ーダンス整合回路基板2等の寸法に合わせて、チップ台
座7及び基板台座8個々の寸法を決定し、できるだけ放
熱板4との貼り合わせ面積を減少させることで、放熱板
4とチップ台座7及び基板台座8との熱膨張率の差によ
って生じる反りが低減でき、よって、熱環境に対し安定
な高周波数体用高出力トランジスタの容器が得られる。
これは容器が大きく、チップ台座7、基板台座8と半導
体チップ1、インピーダンス整合回路基板2との接触面
積が小さい場合に特に有効である。
【0020】また、チップ台座7及び基板台座8の各厚
さを、それらの上にマウントされる半導体チップ1、イ
ンピーダンス整合回路基板2等の有するボンディングパ
ッド面が同一平面となるように、個々に形成すること
で、ワイヤボンディングを容易、かつ、確実に行える。
これはボンディング作業を自動機にて行う際、機械のボ
ンディングパッド面の段差によるボンディング能力の限
界を補償し、特に有効であり、このことにより、組立歩
留りが向上するために生産性が向上する。
【0021】また、チップ台座7と基板台座8の材料を
個々に選択することにより、例えばチップ台座7は半導
体チップ1のクラックを防止するCuW材で、基板台座
8はインピーダンス整合回路基板2のクラックを防止す
るMo材とすることにより、加工が困難なCuW材のみ
の台座を用いる場合に比べて安価に構成でき、生産性を
向上できる。
【0022】更に、半導体チップ1及びインピーダンス
整合回路基板2等に対して専用のチップ台座7、基板台
座8を側壁部6を有する放熱板4に被着しているため、
例えば周波数の異なる製品展開等の際の半導体チップ
1、インピーダンス整合回路基板2等の設計寸法の変更
に合わせてチップ台座7、基板台座8の寸法を個々に変
更することで同一放熱板を使用でき、よってこれまでの
製品毎に異なる容器を使用していた場合に比べて安価に
容器を製造、入手でき、生産性が向上する。
【0023】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図2は本発明になる半導体容器の第1の実施
の形態の断面図を示す。同図中、図1と同一構成部分に
は同一符号を付し、その説明を省略する。図2に示すよ
うに、この容器は、チップ台座7が設けられる部分が、
基板台座8が設けられる部分に対して基板台座8の厚さ
よりも高い断面凸形状の放熱板9を有する点に特徴があ
る。
【0024】この実施の形態によれば、第1の実施の形
態と同様のチップ台座7及び基板台座8を有するため
に、第1の実施の形態と同様の効果を有すると共に、更
に基板台座8を放熱板9に接着するときに、放熱板9の
凸部の側壁を利用して位置決めできるため、位置精度良
く接着できるという効果も有する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放熱板上の台座を、台座にマウントされる回路部品又は
基板との熱膨張率を考慮してマウントされる回路部品又
は基板個々に、すなわち専用に設けるようにしたため、
以下の数々の特長を有する。
【0026】(1)台座とマウントされる回路部品又は
基板との熱膨張率の差が小さく、熱ストレスが単一材料
で形成された単一の台座よりも小さくできるため、熱環
境下での回路部品、基板等のクラックの発生を低減でき
ることから、製造工程における歩留りの向上により生産
性を向上でき、しかも上記のクラックの発生の低減と共
に放熱板裏面に反りも低減できるため、熱環境に対し高
信頼度の半導体容器が得られる。
【0027】(2)熱膨張率の異なる回路部品及び基板
毎に専用に設けられた台座は、それぞれマウントされる
回路部品又は基板の寸法と同一の寸法で形成されること
で、各専用台座と放熱板との貼り合わせ面積を減少する
ようにしたため、熱膨張率の差によって生じる放熱板裏
面の反りを殆ど生じないようにでき、より一層熱環境に
対し高信頼度の半導体容器が得られる。
【0028】(3)熱膨張率の異なる回路部品及び基板
毎に専用に設けられた台座の厚さの設定により、マウン
トする回路部品が有するボンディングパッド面とマウン
トする基板が有するボンディングパッド面とが互いに同
一平面上に位置するようにされるため、ボンディング自
動機によるボンディング作業が容易に、かつ、確実にで
き、ボンディング自動化及び組立歩留りの向上により生
産性が向上する。
【0029】(4)専用台座をマウントする回路部品又
は基板の材料の熱膨張率を考慮した材料で個々に選択で
きるため、加工が困難な材料を用いずに台座を形成で
き、安価に構成できると共に生産性を向上することがで
きる。
【0030】(5)台座が個々に形成されているため、
使用周波数の異なる製品展開等の際のマウントする回路
部品又は基板の寸法変更に合わせて台座の寸法変更がで
き、同一の放熱板を使用でき、製品毎に異なる容器を製
造・使用するよりも、同一容器の大量製造・使用ができ
ることから安価に容器を製造・入手でき、生産性を向上
できる。
【0031】(6)放熱板の半導体チップがマウントさ
れる第1の台座が設けられる部分が、インピーダンス整
合回路基板がマウントされる第2の台座が設けられる部
分に対して第2の台座の厚さよりも高い断面凸形状とす
ることにより、第2の台座を放熱板に設ける際に放熱板
の凸部の側面を位置決めに利用できるため、位置精度良
く第2の台座を放熱板上に固定でき、生産性を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の断面図である。
【図3】従来の各例の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 インピーダンス整合回路基板 4 放熱板 6 側壁部 7 チップ台座 8 基板台座 9 放熱板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱板上に台座を介して半導体回路を構
    成する回路部品及び基板をマウントすると共に、前記半
    導体回路を囲む側壁部を前記放熱板上に設けた構成の半
    導体容器において、 前記台座を、前記回路部品及び基板のうち熱膨張率の異
    なる回路部品及び基板毎に専用に設けると共に、マウン
    トする回路部品又は基板の熱膨張率と近似した熱膨張率
    の材料で、かつ、マウントする回路部品又は基板の寸法
    と同一の寸法で構成したことを特徴とする半導体容器。
  2. 【請求項2】 前記熱膨張率の異なる回路部品及び基板
    毎に専用に設けられた台座は、マウントする回路部品が
    有するボンディングパッド面とマウントする基板が有す
    るボンディングパッド面とが互いに同一平面上に位置す
    るように、前記熱膨張率の異なる回路部品及び基板の各
    厚さに対応して厚さが設定されて形成されていることを
    特徴とする請求項1記載の半導体容器。
  3. 【請求項3】 前記熱膨張率の異なる回路部品及び基板
    は、少なくとも半導体チップとインピーダンス整合回路
    基板であることを特徴とする請求項1又は2記載の半導
    体容器。
  4. 【請求項4】 前記放熱板は、前記半導体チップがマウ
    ントされる第1の台座が設けられる部分が、前記インピ
    ーダンス整合回路基板がマウントされる第2の台座が設
    けられる部分に対して該第2の台座の厚さよりも高い断
    面凸形状であることを特徴とする請求項記載の半導体
    容器。
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