JP2845634B2 - セラミックパッケージ - Google Patents
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- 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
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- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックパッケージに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】図２はヒートシンク付きのセラミックパ
ッケージに半導体チップを搭載した半導体装置の従来例
を示す。この半導体装置ではパッケージ本体であるセラ
ミック基体１０の外面にヒートシンク１２が接合され、
半導体チップ１６を接合したダイアタッチ１４がヒート
シンク１２上にろう付けされた構成となっている。前記
ヒートシンク１２は熱放散性に優れる金属によって形成
するが、セラミック基体１０とヒートシンク１２との間
での熱膨張係数が大きく相違するとこれら相互間で大き
な熱応力が発生するため、ヒートシンク１２の材料とし
てはセラミック基体１０の熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有する素材が用いられる。また、半導体チップ１６と
ダイアタッチ１４との間でも相互間の熱応力を抑えるた
め熱膨張係数のマッチングをとることがなされている。
ッケージに半導体チップを搭載した半導体装置の従来例
を示す。この半導体装置ではパッケージ本体であるセラ
ミック基体１０の外面にヒートシンク１２が接合され、
半導体チップ１６を接合したダイアタッチ１４がヒート
シンク１２上にろう付けされた構成となっている。前記
ヒートシンク１２は熱放散性に優れる金属によって形成
するが、セラミック基体１０とヒートシンク１２との間
での熱膨張係数が大きく相違するとこれら相互間で大き
な熱応力が発生するため、ヒートシンク１２の材料とし
てはセラミック基体１０の熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有する素材が用いられる。また、半導体チップ１６と
ダイアタッチ１４との間でも相互間の熱応力を抑えるた
め熱膨張係数のマッチングをとることがなされている。
【０００３】このように、ヒートシンク１２とダイアタ
ッチ１４によって別々に熱膨張係数のマッチングをとる
ようにしているのは、セラミック基体１０と半導体チッ
プ１６とで熱膨張係数にかなり大きな開きがあるためで
ある。たとえば、パッケージ本体に多用されるアルミナ
セラミックの熱膨張係数は約7.0 ×10-6／℃、半導体チ
ップに用いられるシリコンの熱膨張係数は約4.8 ×10-6
／℃である。したがって、セラミック基体１０とヒート
シンク１２との間、およびダイアタッチ１４と半導体チ
ップ１６との間でそれぞれ熱膨張係数のマッチングをと
って、過大な熱応力が作用しないようにする必要があ
る。従来例では、ヒートシンク１２としてはセラミック
基体１０の熱膨張係数に近い値を有する銅−モリブデン
の複合材あるいは銅−タングステンの合金材が用いら
れ、ダイアタッチ１４としては半導体チップ１６の熱膨
張係数に近い値を有するモリブデンを用いている。
ッチ１４によって別々に熱膨張係数のマッチングをとる
ようにしているのは、セラミック基体１０と半導体チッ
プ１６とで熱膨張係数にかなり大きな開きがあるためで
ある。たとえば、パッケージ本体に多用されるアルミナ
セラミックの熱膨張係数は約7.0 ×10-6／℃、半導体チ
ップに用いられるシリコンの熱膨張係数は約4.8 ×10-6
／℃である。したがって、セラミック基体１０とヒート
シンク１２との間、およびダイアタッチ１４と半導体チ
ップ１６との間でそれぞれ熱膨張係数のマッチングをと
って、過大な熱応力が作用しないようにする必要があ
る。従来例では、ヒートシンク１２としてはセラミック
基体１０の熱膨張係数に近い値を有する銅−モリブデン
の複合材あるいは銅−タングステンの合金材が用いら
れ、ダイアタッチ１４としては半導体チップ１６の熱膨
張係数に近い値を有するモリブデンを用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ヒートシンク付きセラミックパッケージはセラミック基
体とヒートシンク、半導体チップとダイアタッチの間で
別々に熱膨張係数のマッチングをとっているから、ヒー
トシンク１２とダイアタッチ１４の相互間では熱膨張係
数のマッチングがとられない。この結果、半導体チップ
１６の発熱によってヒートシンク１２とダイアタッチ１
４との間に熱応力が作用し反りが生じるという問題が生
じる。ダイアタッチ１４上に接合した半導体チップ１６
はダイアタッチ１４が反ることによって半導体チップ１
６とダイアタッチ１４との間の接合性が低下したり、場
合によっては半導体チップ１６にクラックが発生する。
近年はセラミックパッケージに搭載される半導体チップ
が大型化しているため、ダイアタッチ１４のわずかな反
りであっても半導体チップ１４にクラックを生じさせる
等の悪影響を及ぼす。
ヒートシンク付きセラミックパッケージはセラミック基
体とヒートシンク、半導体チップとダイアタッチの間で
別々に熱膨張係数のマッチングをとっているから、ヒー
トシンク１２とダイアタッチ１４の相互間では熱膨張係
数のマッチングがとられない。この結果、半導体チップ
１６の発熱によってヒートシンク１２とダイアタッチ１
４との間に熱応力が作用し反りが生じるという問題が生
じる。ダイアタッチ１４上に接合した半導体チップ１６
はダイアタッチ１４が反ることによって半導体チップ１
６とダイアタッチ１４との間の接合性が低下したり、場
合によっては半導体チップ１６にクラックが発生する。
近年はセラミックパッケージに搭載される半導体チップ
が大型化しているため、ダイアタッチ１４のわずかな反
りであっても半導体チップ１４にクラックを生じさせる
等の悪影響を及ぼす。
【０００５】そこで、本発明は上記問題点を解消すべく
なされたものであり、その目的とするところは、ヒート
シンク付きのセラミックパッケージにおいてセラミック
基体とヒートシンクとの間および半導体チップとダイア
タッチとの間の熱膨張係数のマッチングをとることがで
き、かつダイアタッチの反りを効果的に防止することが
できるセラミックパッケージを提供しようとするもので
ある。
なされたものであり、その目的とするところは、ヒート
シンク付きのセラミックパッケージにおいてセラミック
基体とヒートシンクとの間および半導体チップとダイア
タッチとの間の熱膨張係数のマッチングをとることがで
き、かつダイアタッチの反りを効果的に防止することが
できるセラミックパッケージを提供しようとするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、パッケージ本体
を形成するアルミナセラミックから成るセラミック基体
の外面にヒートシンクを接合し、該ヒートシンク上に半
導体チップを搭載するためのダイアタッチを接合したセ
ラミックパッケージにおいて、前記ヒートシンクを銅−
モリブデン−銅の複合材によって形成し、該ヒートシン
クの半導体チップを搭載する部位に、ヒートシンクとダ
イアタッチとの間の熱応力を緩和する銅層を接合し、該
銅層にモリブデンから成るダイアタッチを接合したこと
を特徴とする。 また、前記ヒートシンクを銅−タングス
テンの合金材によって形成し、該ヒートシンクの半導体
チップを搭載する部位に、ヒートシンクとダイアタッチ
との間の熱応力を緩和する銅層を接合し、該銅層にモリ
ブデンから成るダイアタッチを接合したことを特徴とす
る。
するため次の構成を備える。すなわち、パッケージ本体
を形成するアルミナセラミックから成るセラミック基体
の外面にヒートシンクを接合し、該ヒートシンク上に半
導体チップを搭載するためのダイアタッチを接合したセ
ラミックパッケージにおいて、前記ヒートシンクを銅−
モリブデン−銅の複合材によって形成し、該ヒートシン
クの半導体チップを搭載する部位に、ヒートシンクとダ
イアタッチとの間の熱応力を緩和する銅層を接合し、該
銅層にモリブデンから成るダイアタッチを接合したこと
を特徴とする。 また、前記ヒートシンクを銅−タングス
テンの合金材によって形成し、該ヒートシンクの半導体
チップを搭載する部位に、ヒートシンクとダイアタッチ
との間の熱応力を緩和する銅層を接合し、該銅層にモリ
ブデンから成るダイアタッチを接合したことを特徴とす
る。
【０００７】
【作用】ヒートシンクに銅−モリブデン−銅の複合材あ
るいは銅−タングステンの合金材を使用してアルミナセ
ラミックのセラミック基体と熱膨張係数をマッチングさ
せるとともに、ダイアタッチにモリブデンを使用して半
導体チップとダイアタッチとの熱膨張係数をマッチング
させる。ヒートシンクとダイアタッチとの間に設けた銅
層はヒートシンクとダイアタッチとの間で生じる熱応力
を緩和し、これによって、半導体チップに作用する応力
を緩和して、ヒートシンクとダイアタッチとの間で生じ
る熱応力により半導体チップにクラックが発生するとい
った問題を回避する。
るいは銅−タングステンの合金材を使用してアルミナセ
ラミックのセラミック基体と熱膨張係数をマッチングさ
せるとともに、ダイアタッチにモリブデンを使用して半
導体チップとダイアタッチとの熱膨張係数をマッチング
させる。ヒートシンクとダイアタッチとの間に設けた銅
層はヒートシンクとダイアタッチとの間で生じる熱応力
を緩和し、これによって、半導体チップに作用する応力
を緩和して、ヒートシンクとダイアタッチとの間で生じ
る熱応力により半導体チップにクラックが発生するとい
った問題を回避する。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るセラミック
パッケージの一実施例の断面図である。本発明に係るセ
ラミックパッケージはヒートシンク１２とダイアタッチ
１４の中間に銅層２０を設けることを特徴とする。ヒー
トシンク１２にはあらかじめニッケルめっきを施し、ヒ
ートシンク１２と銅層２０および銅層２０とダイアタッ
チ１４との間をろう付けで接合する。セラミック基体１
０としてはアルミナセラミック（熱膨張係数7.0 ×10-6
／℃）を用いる。この場合、ヒートシンク１２としては
銅−モリブデン−銅の複合材あるいは銅−タングステン
の合金材が使用できる。銅−モリブデン−銅の複合材の
熱膨張係数は8.2 ×10-6／℃、銅（10%)タングステン(9
0%) 合金の熱膨張係数は6.7 ×10-6／℃である。また、
半導体チップ（シリコンの熱膨張係数は4.8 ×10-6／
℃) を接合するダイアタッチ１４にはモリブデンの板体
を用いる。モリブデンの熱膨張係数は5.9×10-6／℃で
ある。なお、銅の熱膨張係数は18.8×10-6／℃である。
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るセラミック
パッケージの一実施例の断面図である。本発明に係るセ
ラミックパッケージはヒートシンク１２とダイアタッチ
１４の中間に銅層２０を設けることを特徴とする。ヒー
トシンク１２にはあらかじめニッケルめっきを施し、ヒ
ートシンク１２と銅層２０および銅層２０とダイアタッ
チ１４との間をろう付けで接合する。セラミック基体１
０としてはアルミナセラミック（熱膨張係数7.0 ×10-6
／℃）を用いる。この場合、ヒートシンク１２としては
銅−モリブデン−銅の複合材あるいは銅−タングステン
の合金材が使用できる。銅−モリブデン−銅の複合材の
熱膨張係数は8.2 ×10-6／℃、銅（10%)タングステン(9
0%) 合金の熱膨張係数は6.7 ×10-6／℃である。また、
半導体チップ（シリコンの熱膨張係数は4.8 ×10-6／
℃) を接合するダイアタッチ１４にはモリブデンの板体
を用いる。モリブデンの熱膨張係数は5.9×10-6／℃で
ある。なお、銅の熱膨張係数は18.8×10-6／℃である。
【０００９】上記のようにヒートシンク１２とダイアタ
ッチ１４の中間に銅層２０を設けることにより、ヒート
シンク１２とダイアタッチ１４の熱膨張係数が上記実施
例のように相違していても銅層２０が緩衝材として作用
し、ヒートシンク１２とダイアタッチ１４の相互の熱応
力を緩和することができ、これらの接合体が加熱された
際の反り量を効果的に抑えることができる。これによ
り、ダイアタッチ１４に接合する半導体チップに悪影響
を及ぼすことがなくなり、大型の半導体チップを好適に
搭載することが可能になる。また、銅は熱伝導性にも優
れているからヒートシンク１２の熱放散性に対しても良
好に作用するという利点がある。
ッチ１４の中間に銅層２０を設けることにより、ヒート
シンク１２とダイアタッチ１４の熱膨張係数が上記実施
例のように相違していても銅層２０が緩衝材として作用
し、ヒートシンク１２とダイアタッチ１４の相互の熱応
力を緩和することができ、これらの接合体が加熱された
際の反り量を効果的に抑えることができる。これによ
り、ダイアタッチ１４に接合する半導体チップに悪影響
を及ぼすことがなくなり、大型の半導体チップを好適に
搭載することが可能になる。また、銅は熱伝導性にも優
れているからヒートシンク１２の熱放散性に対しても良
好に作用するという利点がある。
【００１０】図３は上記銅層２０を設けることによる反
り量の改善を実際に試験した結果を示す。図３でＡ、
Ｂ、Ｃは反り量を測定した３種類のサンプルを示す。各
サンプルの構成は下記のとおりである。なお、サンプル
Ａは比較例である。 サンプルＡ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・無し サンプルＢ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・0.2mm 厚、15.47mm 角 サンプルＣ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・0.6mm 厚、15.47mm 角 サンプルＢとサンプルＣとは銅層の厚さが異なり、その
他の構成は共通である。図３に示すように、接合体の反
り量はＡ、Ｂ、Ｃの順に小さくなる。サンプルＡでは反
り量がおよそ30μm 〜60μm であり、サンプルＢではお
よそ20μm 〜50μm 、サンプルＣではおよそ10μm 〜30
μm である。このように、銅層２０を設けることによっ
てダイアタッチ１４の反り量を従来品にくらべて１／２
程度まで減少させることができる。このことは銅層２０
が緩衝材として作用することにより熱応力が有効に緩和
されることを示す。なお、半導体チップサイズは現在考
えられるものとしては16mm角程度が最大サイズである。
上記実験はこの最大サイズを想定して行ったもので、こ
のような大形の半導体チップに対しても十分に小さな反
り量に抑えることができることを示している。
り量の改善を実際に試験した結果を示す。図３でＡ、
Ｂ、Ｃは反り量を測定した３種類のサンプルを示す。各
サンプルの構成は下記のとおりである。なお、サンプル
Ａは比較例である。 サンプルＡ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・無し サンプルＢ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・0.2mm 厚、15.47mm 角 サンプルＣ ヒートシンク材・・・銅(10%) −タングステン(90%) 合金材 0.785mm 厚、27.8mm径 ダイアタッチ材・・・モリブデン板、0.5mm 厚、15.47mm 角 銅層・・・・・・・・0.6mm 厚、15.47mm 角 サンプルＢとサンプルＣとは銅層の厚さが異なり、その
他の構成は共通である。図３に示すように、接合体の反
り量はＡ、Ｂ、Ｃの順に小さくなる。サンプルＡでは反
り量がおよそ30μm 〜60μm であり、サンプルＢではお
よそ20μm 〜50μm 、サンプルＣではおよそ10μm 〜30
μm である。このように、銅層２０を設けることによっ
てダイアタッチ１４の反り量を従来品にくらべて１／２
程度まで減少させることができる。このことは銅層２０
が緩衝材として作用することにより熱応力が有効に緩和
されることを示す。なお、半導体チップサイズは現在考
えられるものとしては16mm角程度が最大サイズである。
上記実験はこの最大サイズを想定して行ったもので、こ
のような大形の半導体チップに対しても十分に小さな反
り量に抑えることができることを示している。
【００１１】以上のように、本実施例のセラミックパッ
ケージによれば、ヒートシンクとダイアタッチとの中間
に銅層を設けるという簡易な方法によってダイアタッチ
の反りを効果的に防止することができ、これによってダ
イアタッチに接合した半導体チップにクラックが入った
りするという問題を解消することができる。なお、ダイ
アタッチの材質およびサイズ、銅層の厚み、ヒートシン
クの材質等については上記実施例に限定されるものでは
なく製品に応じて適宜設定することができる。
ケージによれば、ヒートシンクとダイアタッチとの中間
に銅層を設けるという簡易な方法によってダイアタッチ
の反りを効果的に防止することができ、これによってダ
イアタッチに接合した半導体チップにクラックが入った
りするという問題を解消することができる。なお、ダイ
アタッチの材質およびサイズ、銅層の厚み、ヒートシン
クの材質等については上記実施例に限定されるものでは
なく製品に応じて適宜設定することができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明に係るセラミックパッケージによ
れば、上述したように、セラミック基体とヒートシンク
との間、および半導体チップとダイアタッチとの間でそ
れぞれ熱膨張係数のマッチングをとることができ、かつ
加熱時のダイアタッチの反りが防止でき、ダイアタッチ
が反ることによって半導体チップにクラックが生じる等
の問題点を解消することができ、大形の半導体チップも
好適に搭載可能にする等の著効を奏する。
れば、上述したように、セラミック基体とヒートシンク
との間、および半導体チップとダイアタッチとの間でそ
れぞれ熱膨張係数のマッチングをとることができ、かつ
加熱時のダイアタッチの反りが防止でき、ダイアタッチ
が反ることによって半導体チップにクラックが生じる等
の問題点を解消することができ、大形の半導体チップも
好適に搭載可能にする等の著効を奏する。
【図１】セラミックパッケージの一実施例の断面図であ
る。
る。
【図２】セラミックパッケージを用いた半導体装置の従
来例を示す断面図である。
来例を示す断面図である。
【図３】反り量の実験結果を示すグラフである。
１０ セラミック基体 １２ ヒートシンク １４ ダイアタッチ １６ 半導体チップ ２０ 銅層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−34577（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−159751（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 21/58 H01L 23/12
Claims (2)
- 【請求項１】 パッケージ本体を形成するアルミナセラ
ミックから成るセラミック基体の外面にヒートシンクを
接合し、該ヒートシンク上に半導体チップを搭載するた
めのダイアタッチを接合したセラミックパッケージにお
いて、前記ヒートシンクを銅−モリブデン−銅の複合材によっ
て形成し、 該ヒートシンクの半導体チップを搭載する部位に、ヒー
トシンクとダイアタッチとの間の熱応力を緩和する銅層
を接合し、 該銅層にモリブデンから成るダイアタッチを接合したこ
とを特徴とするセラミックパッケージ。 - 【請求項２】 パッケージ本体を形成するアルミナセラ
ミックから成るセラミック基体の外面にヒートシンクを
接合し、該ヒートシンク上に半導体チップを搭載するた
めのダイアタッチを接合したセラミックパッケージにお
いて、 前記ヒートシンクを銅−タングステンの合金材によって
形成し、 該ヒートシンクの半導体チップを搭載する部位に、ヒー
トシンクとダイアタッチとの間の熱応力を緩和する銅層
を接合し、 該銅層にモリブデンから成るダイアタッチを接合したこ
とを特徴とするセラミックパッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6871391A JP2845634B2 (ja) | 1991-03-09 | 1991-03-09 | セラミックパッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6871391A JP2845634B2 (ja) | 1991-03-09 | 1991-03-09 | セラミックパッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280644A JPH04280644A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2845634B2 true JP2845634B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=13381704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6871391A Expired - Fee Related JP2845634B2 (ja) | 1991-03-09 | 1991-03-09 | セラミックパッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2845634B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-09 JP JP6871391A patent/JP2845634B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04280644A (ja) | 1992-10-06 |
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