JP3165139B1 - 気密封止型半導体パッケージ - Google Patents

気密封止型半導体パッケージ

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Abstract

【要約】 【課題】 金属基体上に接合したセラミック端子が割れ
ることなく、半導体素子から発生する熱を十分に放熱す
ることができる気密封止型半導体パッケージを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 鉄系材料からなる金属基体10上に環状
の金属枠体30及び金属枠体30の内外を導通するセラ
ミック端子40を接合している。金属基体10の半導体
素子50を搭載する領域には貫通孔11を形成し、この
貫通孔11内に放熱体20を埋め込んでいる。放熱体2
0は貫通孔11に2枚の銅板21,21及びこの銅板2
1,21間に挟んだ銀ろう材22をセットして加熱、徐
冷することで貫通孔11内に固着している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子を中空で
収納する気密封止型半導体パッケージに関し、特に放熱
性に優れた気密封止型半導体パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、半導体素子を収納する半導体
パッケージとして、樹脂封止型パッケージと気密封止型
パッケージが主に知られている。
【0003】前者は、リードフレームなどに搭載した半
導体素子を樹脂モールドしたものであり、大量生産に向
きコストが安いという利点から広く採用されている。後
者は金属基体やセラミック基体に搭載した半導体素子を
中空で気密封止したものであり、樹脂封止型パッケージ
に比べてコストは高くなるが気密性に優れるため、高信
頼性が要求される場合に採用されている。
【0004】図3は、従来の気密封止型半導体パッケー
ジの一例を示す断面図及び上面図である。鉄系材料から
なる金属基体10上に環状の金属枠体30を接合し、こ
の内側に半導体素子50を搭載している。金属枠体30
には切り欠き部(図示せず)を形成し、この切り欠き部
内に金属枠体30と絶縁状態を保ちつつ金属枠体30の
内外を導通するセラミック端子40を接合している。2
段構造のセラミック端子40の下段にはメタライズ層4
1を形成し、金属枠体30内側のメタライズ層41上に
は半導体素子50と結線したボンディングワイヤ60を
結線し、金属枠体30外側のメタライズ層41上には外
部リード70を接合している。金属枠体30上には、平
板状の金属蓋体80をろう付けやシーム溶接などの方法
で接合し、半導体素子50を中空90で気密封止してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記説明した従来の気
密封止型半導体パッケージにおいて、金属枠体にはコバ
ール材などの鉄系材料を用いている。セラミック端子に
用いるセラミックの熱膨張係数は、6.7×10-6/K
(at850℃)であるため、金属基体としてセラミッ
クと熱膨張係数が近い値の材料を用いないと製造工程中
にセラミック端子が割れることがあるからである。コバ
ール材の熱膨張係数は、5.3×10-6/K(at85
0℃)であり、この程度の差であれば製造工程中にセラ
ミック端子が割れることがない。しかしながらコバール
材の熱伝導率は17W/m・Kと悪いため、半導体素子
で発生する熱を十分に放熱することができない。近年、
ガリウム・ヒ素電界効果トランジスタ(GaAsFE
T)など半導体素子の大型化、高密度化及び高集積化が
進み、半導体素子の動作時に発生する発熱量が急激に増
大してきたため、十分な放熱性を備えたパッケージが要
求されている。このため、例えば金属基体を銅材で形成
した場合、銅の熱伝導率は394W/m・Kと良好であ
るが、熱膨張係数が17.0×10-6/K(at850
℃)とセラミックと大きな差があるため、製造工程中に
セラミック端子が割れることがある。
【0006】本発明は上記問題点を解決するものであ
り、金属基体上に接合したセラミック端子が割れること
なく、半導体素子から発生する熱を十分に放熱すること
ができる気密封止型半導体パッケージを提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、鉄系材料からなる金属基体上に環状の金属
枠体及び前記金属枠体と絶縁しつつ前記金属枠体の内外
を導通するセラミック端子を接合した気密封止型半導体
パッケージにおいて、前記金属基体の半導体素子を搭載
する領域に貫通孔を形成し、この貫通孔内に銅系材料か
らなる放熱体を埋め込んだものである。
【0008】これによれば、熱伝導性の良好な銅材から
なる放熱体上に半導体素子を搭載するため、半導体素子
からの発熱を十分に放熱することができる。また、セラ
ミック端子を搭載する金属基体には、セラミックと熱膨
張係数が近いコバール材などの鉄系材料を用いているた
め、製造工程中にセラミック端子が割れることがない。
【0009】また、本発明は金属基体に形成した貫通孔
内に2枚の銅板及びこの銅板間に挟んだろう材をセット
して加熱、徐冷して、貫通孔内に放熱体を接合したもの
である。これによれば、金属基体上にろう材をセットす
ることなく放熱体を接合できるため、金属基体上の半導
体素子搭載領域にろう材が付着し、ダイボンディングに
悪影響を与えることがない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
気密封止型半導体パッケージについて図面を参照しなが
ら詳しく説明する。
【0011】図1は、GaAsFETを搭載した気密封
止型半導体パッケージの断面図である。用途としては携
帯電話の無線基地局用のパワーアンプモジュールなどに
用いられる。コバール材(鉄54%−ニッケル28%−
コバルト18%)からなる金属基体10上には、同じく
コバール材からなる環状の金属枠体30をろう付けによ
り接合している。金属基体10の中央部には貫通孔(図
示せず)を形成し、ここに放熱体20を埋め込み、この
上に半導体素子50を搭載している。放熱体20は2枚
の銅板21,21からなり、この2枚の銅板21,21
間及びその周辺に備えた銀ろう材22を介して金属基体
10と接合している。放熱体20は金属基体10の上面
と同一面上か図面記載のように若干突出していてもよ
い。
【0012】金属基体10上に接合した金属枠体30に
は切り欠き部(図示せず)を形成し、この切り欠き部内
に金属枠体30と絶縁状態を保ちつつ金属枠体30の内
外を導通するセラミック端子40を接合している。セラ
ミック端子40に2段構造とし、その下段にはメタライ
ズ層41を形成している、金属枠体30内側のメタライ
ズ層41上には半導体素子50と結線したボンディング
ワイヤ60を結線し、金属枠体30外側のメタライズ層
41上には外部リード70を接合している。金属枠体3
0上には金属蓋体80を接合し、半導体素子50を中空
90で気密封止している。
【0013】図2は金属基体に放熱体を接合する際の説
明図である。金属基体10の中央部に形成した貫通孔1
1に2枚の銅板21,21及びこの銅板21,21間に
挟んだ銀ろう材22をセットし、銀ろうが溶融する約8
30℃に加熱することにより、銀ろう材22が溶融して
銅板21,21の周辺にも行き渡り、この後徐冷して銀
ろう材が固化することにより、銅板21,21と金属基
体10とを接合している。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属基体をセラミックと熱膨張係数の近い鉄系材料で形成
したため、セラミック端子が製造工程中に割れることが
ない。
【0015】また、半導体素子は金属基体に埋め込んだ
銅材からなる放熱体上に搭載するため、半導体素子から
の発熱を十分に放熱することができる。
【0016】さらに、放熱体を2枚の銅板で形成し、こ
の間にろう材を挟んだ状態でろう材を溶融、固化して放
熱体を接合するため、ろう材が半導体素子搭載領域に及
ぶことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による気密封止型半導体パ
ッケージの断面図
【図2】本発明の一実施形態による気密封止型半導体パ
ッケージを製造する際の説明図
【図3】(a)従来の気密封止型半導体パッケージの断
面図 (b)従来の気密封止型半導体パッケージの上面図
【符号の説明】
10 金属基体 11 貫通孔 20 放熱体 21 銅板 22 銀ろう材 30 金属枠体 40 セラミック端子 41 メタライズ層 50 半導体素子 60 ボンディングワイヤ 70 外部リード 80 金属蓋体 90 中空

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄系材料からなる金属基体上に環状の金
    属枠体及び前記金属枠体と絶縁しつつ前記金属枠体の内
    外を導通するセラミック端子を接合した気密封止型半導
    体パッケージにおいて、前記金属基体の半導体素子を搭
    載する領域に貫通孔を形成し、この貫通孔内に銅系材料
    からなる放熱体を埋め込んだことを特徴とする気密封止
    型半導体パッケージ。
  2. 【請求項2】 前記貫通孔内に2枚の銅板及びこの銅板
    間に挟んだろう材をセットして加熱、徐冷し、前記貫通
    孔内に放熱体を接合したことを特徴とする請求項1記載
    の気密封止型半導体パッケージ。
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