JP2838154B2 - 放熱体の製造方法 - Google Patents

放熱体の製造方法

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    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体素子、特に半導体集積回路素子を収容
する半導体素子収納用パッケージに使用される放熱体の
製造方法に関するものである。
(従来の技術) 近時、情報処理装置の高性能化、高集積化に伴い、そ
れを構成する半導体素子も高密度化、高集積化が急激に
進んでいる。そのため半導体素子の単位面積、単位体積
あたりの発熱量が増大し、半導体素子を正常、且つ安定
に作動させるためにはその熱をいかに効率的に除去する
かが課題となっている。
従来、半導体素子が発生する熱の除去方法としては第
3図に示すように上面中央部に半導体素子13が載置され
る載置部11aを有した金属製の放熱体11上に、前記半導
体素子載置部11aを囲繞するようにして絶縁枠体12をロ
ウ付け取着した構造の半導体素子収納用パッケージを準
備し、放熱体11の半導体素子載置部11aに半導体素子13
を載置固定し、半導体素子13から発生される熱を放熱体
11に吸収させるとともに該吸着した熱を大気中に放出す
ることによって半導体素子13を熱から保護している。
尚、前記半導体素子収納用パッケージにおいて放熱体
11は上面にロウ付け取着される絶縁枠体12との間に大き
な熱応力が発生しないよう熱膨張係数が絶縁枠体12と近
似する金属部材、例えばコバールもしくはインバー合金
と銅とを接合させた金属部材により形成されており、そ
の外表面には絶縁枠体12をロウ付け取着する際のロウ材
が強固に接合するようにロウ材と濡れ性が良いニッケル
等がメッキにより層着されている。
また前記絶縁枠体12はその下面にモリブデン、タング
ステン、マンガン等の高融点金属粉末から成るメタライ
ズ金属層14が被着形成されており、該メタライズ金属層
14を放熱体11に銀ロウ等のロウ材15を介しロウ付けする
ことによって絶縁枠体12は放熱体11上にロウ付け取着さ
れている。
更に前記放熱体11は第4図に示すようにコバールもし
くはインバー合金から成る2枚の金属板11b,11bの間に
銅板11cを接合させた構造を有しており、該放熱体11は
コバールもしくはインバー合金から成り、複数個の貫通
孔11dを有する2枚の金属板11b,11bと銅板11cを準備
し、次に前記2枚の金属板11b,11b間に銅板11cを配する
とともにこれを圧延し、銅板11cの一部を2枚の金属板1
1b,11bの各々に設けた貫通孔11d内に圧入させ、銅板11c
を2枚の金属板11b,11b間に接合させることによってそ
の熱膨張係数が絶縁枠体12と近似するように形成され
る。
(発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、この従来の半導体素子収納用パッケージ
に使用される放熱体11は2枚の金属板11b,11b間に銅板1
1cを配するとともにこれを圧延し、銅板11cの一部を金
属板11b,11bに設けた貫通孔11d内に圧入させ、銅板11c
を金属板11b,11bに接合させることとによって形成され
ており、2枚の金属板11b,11b間に銅板11cを配し、圧延
して放熱体11を形成する際、銅板11cが2枚の金属板11
b,11bの各々に設けた貫通孔11d内を完全に埋めることが
できず、貫通孔11dの開口部、即ち、放熱体11の上下面
に多数の空隙Aを有したものとなっている。
そのためこの放熱体11上に半導体素子13を載置固定し
た場合、放熱体11の上面には多数の空隙Aが形成されて
いることから該空隙Aによって放熱体11と半導体素子13
の接合部面積が狭いものとなり、その結果、半導体素子
13の放熱体11に対する接合強度が低く、半導体素子13に
外力が印加されると該外力によって半導体素子13が放熱
体11より外れてしまい、半導体装置としての機能が喪失
してしまうという欠点を有していた。
また放熱体11と半導体素子13との間には多数の空隙A
が存在することから半導体素子13の作動に発生する熱は
放熱体11への伝達が前記空隙Aによって悪くなり、その
結果、半導体素子13を該半導体素子13の発生する熱によ
って高温とし、半導体素子13に熱破壊を起こさせたり、
特性に熱変化を与え、誤動作を生じさせたりするという
欠点も有していた。
(発明の目的) 本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的
は表面に半導体素子を強固に載置固定するのを可能と
し、且つ半導体素子の発生する熱を大気中に良好に放出
させ、半導体素子を長期間にわたり正常に作動させるこ
とを可能とした半導体素子収納用パッケージに好適に使
用される放熱体の製造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明の放熱体の製造方法は、コバールもしくはイン
バー合金から成り、複数個の貫通孔を有する2枚の金属
板間に銅板を配した状態で1次圧延し、銅板の一部を金
属板に設けた貫通孔内に圧入させることによって銅板を
金属板間に接合させた接合体を得、 次に前記接合体の上下面に銅から成る薄板を配し、し
かる後、これを2次圧延し、銅薄板を接合体の上下面に
接合させることを特徴とするものである。
(実施例) 次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
第1図は本発明の製造方法によって製作された放熱体
を用いた半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す
断面図であり、1は放熱体、2は絶縁枠体である。
前記放熱体1はその上面中央部に半導体素子3を載置
固定するための凸状の載置部1aが設けてあり、該載置部
1a上には半導体素子3が接着材を介し取着される。
前記放熱体1は半導体素子3が発生する熱を直接伝導
吸収するとともに該吸収した熱を大気中に放出する作用
を為し、後述する絶縁枠体2との間に大きな熱応力が発
生しないよう熱膨張係数が絶縁枠体2と近似し、且つ良
熱伝導性である材料、具体的にはコバールもしくはイン
バー合金に銅を接合させた金属部材により形成される。
前記放熱体1はまたその上面外周端に放熱体1の上面
に設けた凸状の半導体素子載置部1aを囲繞するようにし
て絶縁枠体2が取着されており、放熱体1と絶縁枠体2
とで半導体素子3を収容するための空所が形成される。
尚、前記放熱体1はその外表面にロウ材と濡れ性が良
く、耐蝕性に優れたニッケル、金等をメッキにより0.3
乃至10.0μmの厚さに層着させておくと放熱体1の酸化
腐食を有効に防止するとともに放熱体1上に絶縁枠体2
を銀ロウ等のロウ材を介し強固にロウ付け取着すること
ができる。従って、放熱体1の外表面にはニッケル、金
等を0.3乃至10.0μmの厚さに層着させておくことが好
ましい。
また前記放熱体1の上面に取着される絶縁枠体2はア
ルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、例べば
アルミナセラミックスの粉末に適当な有機溶剤、溶媒を
添加混合して泥漿状となすとともにこれをドクターブレ
ード法を採用することによってセラミックグリーンシー
ト(セラミック生シート)を形成し、しかる後、セラミ
ックグリーンシートに適当な打抜き加工を施すととせに
複数枚積層し、高温(約1600℃)で焼成することによっ
て製作される。
前記絶縁枠体2はその下面にタングステン、モリブデ
ン、マンガン等の高融点金属粉末から成るメタライズ金
属層5が被着されており、該メタライズ金属層5と放熱
体1とを銀ロウ等のロウ材6を介しロウ付けすることに
よって放熱体1上に取着される。
また前記絶縁枠体2の内部にはモリブデン、タングス
テン、マンガン等の高融点金属粉末から成る導電層7が
設けてあり、該導電層7は半導体素子3の電極を外部リ
ードピン8に接続する作用を為し、その一端に外部リー
ドピン8が、また他端に半導体素子3の電極に接続され
たボンディングワイヤ9が取着される。
前記絶縁枠体2に設けた導電層7に取着される外部リ
ードピン8は内部に収容する半導体素子3の各電極を外
部電気回路に接続する作用を為し、コバール(Fe−Ni−
Co合金)や42Alloy(Fe−Ni合金)等の金属を棒状に加
工したものが使用される。
尚、前記外部リードピン8の外表面にニッケル、金等
から成る良導電性で、且つ耐蝕性に優れた金属をメッキ
により0.3乃至20.0μmの厚さに層着させておくと外部
リードピン8と外部電気回路との電気的接続が良好とな
り、また外部リードピン8の酸化腐食が有効に防止され
る。従って、外部リードピン8の外表面にはニッケル、
金等の良導電性で、且つ耐蝕性に優れた金属をメッキに
より0.3乃至20.0μmの厚さに層着させておくことが好
ましい。
また前記絶縁枠体2の上面には蓋体10がガラス、樹脂
等の封止材を介して取着され、これによって放熱体1と
絶縁枠体2と蓋体10とから成る半導体素子収納用パッケ
ージの内部が完全に気密に封止される。
かくして絶縁枠体2が取着された放熱体1の凸状載置
部1a上に半導体素子3を載置固定し、半導体素子3の各
電極をボンディングワイヤ9を介して導電層7に接続す
るとともに蓋体10を絶縁枠体2の上面に封止材を介し取
着することによって最終製品としての半導体装置とな
る。
次に上記半導体素子収納用パッケージに使用される本
発明の放熱体の製造方法について第2図に基づき説明す
る。
まず第2図(a)に示す如く複数個の貫通孔1dを有す
る2枚の金属板1b,1bと1枚の銅板1cを準備する。
前記金属板1bはコバールもしくはインバー合金から成
り、例えばコバールから成る場合、鉄、ニッケル、コバ
ルト等の金属粉末を高温で熔解させ、合金化させてコバ
ールのインゴットを作るとともに該インゴットを従来周
知の金属圧延加工法により板状となすことによって形成
され、また金属板1bに設けられる複数個の貫通孔1dは金
属板1bを従来周知の金属穴あけ加工法を採用することに
よって断面0.2乃至2.0mmφの孔に形成される。
次に前記2枚の金属板1b,1bと1枚の銅板1cは、2枚
の金属板1b,1b間に銅板1cを配するとともにこれをロー
ル圧延により1次圧延し、銅板1cの一部を2枚の金属板
1b,1bの各々に設けた貫通孔1d内に圧入させることによ
って、2枚の金属板1b,1bと銅板1cとを接合させた第2
図(b)に示す接合体1eとなす。
尚、この場合、接合体1eは、銅板1cが2枚の金属板1
b,1bの各々に設けた貫通孔1d内を完全に埋めることがで
きず、貫通孔1dの開口部に多数の空隙Bを有したものと
なる。
そして次に第2図(c)に示す如く、前記接合体1eの
上下面に銅から成る薄板1f,1fを配し、しかる後、これ
をロール圧延により2次圧延し、接合体1eの上下面に銅
の薄板1f,1fを接合させて第2図(d)に示すような製
品としての放熱体1となる。
前記銅から成る薄板1f,1fは接合体1eの上下面に接合
させる際、接合体1eの貫通孔1d開口部に形成されている
空隙Bを埋める作用を為し、これよって得られる放熱体
1は空隙の存在を皆無となすことができる。従ってこの
得られた放熱体1に半導体素子3を載置固定した場合、
放熱体1と半導体素子3との間には空隙がないことから
両者の接合部面積を大きなものとなすことができ、その
結果、半導体素子3の放熱体1に対する接合強度を極め
て強いものとなすことが可能となる。
また放熱体1に空隙の存在が皆無であることから該放
熱体1に半導体素子3を載置固定した場合、半導体素子
3が作動時に発生する熱は放熱体1が良好に吸収すると
ともに大気中に放出し、これによって半導体素子3を常
に低温として該半導体素子3を長期間にわたり正常、且
つ安定に作動させることが可能となる。
尚、前記放熱体1の熱膨張係数は金属板1bの厚さ、銅
板1cの厚さ及び銅から成る薄板1fの厚さに左右され、金
属板1bの厚さを0.05乃至0.5mm、銅板1cの厚さを0.2乃至
2.0mm、銅から成る薄板の厚さを0.02乃至0.5mmとしてお
くとその熱膨張係数は6.0〜7.0×10-6/℃となり、絶縁
枠体2を構成するアルミナセラミックスの熱膨張係数と
近似したものとなる。従って、放熱体1と絶縁枠体2と
をその間に熱応力を発生することなく強固に取着するに
は放熱体1はそれを構成する金属板1b、銅板1c及び銅か
ら成る薄板1fの各々を上記範囲の厚さとしておくことが
好ましい。
(発明の効果) 本発明の放熱体の製造方法によればコバールもしくは
インバー合金から成る2枚の金属板間に銅板を接合させ
た接合体の上下面に銅から成る薄板を圧延により接合さ
せたことから放熱体に空隙の存在を皆無となすことがで
き、その結果、放熱体に半導体素子を載置固定する際、
放熱体と半導体素子との接合部面積を広くして半導体素
子を放熱体上に極めて強固に接合させることが可能とな
る。
また放熱体に空隙の存在が皆無であることから放熱体
に半導体素子が発生する熱を効率的に吸収除去させるこ
とができ、その結果、半導体素子を低温として該半導体
素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させること
も可能となる。、
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法によって形成された放熱体を
使用した半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す
断面図、第2図(a)(b)(c)(d)は本発明の放
熱体の製造方法を説明するための各工程毎き断面図、第
3図は従来の放熱体を使用した半導体素子収納用パッケ
ージの断面図、第4図は第3図に示す放熱体の部分拡大
斜視図である。 1……放熱体、1b……金属板 1c……銅板、1d……貫通孔 1e……接合体、1f……薄板 2……絶縁枠体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コバールもしくはインバー合金から成り、
    複数個の貫通孔を有する2枚の金属板間に銅板を配した
    状態で1次圧延し、銅板の一部を金属板に設けた貫通孔
    内に圧入させることによって銅板を金属板間に接合させ
    た接合体を得、 次に前記接合体の上下面に銅から成る薄板を配し、しか
    る後、これを2次圧延し、銅薄板を接合体の上下面に接
    合させることを特徴とする放熱体の製造方法。
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