JP3387221B2 - 半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ - Google Patents
半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージInfo
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- JP3387221B2 JP3387221B2 JP16590394A JP16590394A JP3387221B2 JP 3387221 B2 JP3387221 B2 JP 3387221B2 JP 16590394 A JP16590394 A JP 16590394A JP 16590394 A JP16590394 A JP 16590394A JP 3387221 B2 JP3387221 B2 JP 3387221B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体用高熱伝導性セ
ラミックスパッケージに関する。より詳細には、ハイパ
ワートランジスタ、マイクロ波モノシリックＩＣ（ＭＭ
ＩＣ）等の高出力の素子を搭載することが要求されるマ
イクロ波パッケージ等に適した半導体用高熱伝導性セラ
ミックスパッケージに関する。
ラミックスパッケージに関する。より詳細には、ハイパ
ワートランジスタ、マイクロ波モノシリックＩＣ（ＭＭ
ＩＣ）等の高出力の素子を搭載することが要求されるマ
イクロ波パッケージ等に適した半導体用高熱伝導性セラ
ミックスパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】各種半導体素子の出力、動作速度等の向
上に伴い、その発熱による障害が顕在化してきた。この
ような高速、高出力の半導体素子は、発熱量が大きいの
で過熱により動作特性が低下することがある。この不具
合を防ぐために、このような半導体素子用のパッケージ
では、熱伝導性の高い材料で構成された基板に半導体素
子を搭載するよう構成されている。従来、発熱量の大き
い高出力半導体素子用パッケージには、熱伝導性の優れ
た酸化ベリリウム（BeＯ）を基板として使用してきた。
上に伴い、その発熱による障害が顕在化してきた。この
ような高速、高出力の半導体素子は、発熱量が大きいの
で過熱により動作特性が低下することがある。この不具
合を防ぐために、このような半導体素子用のパッケージ
では、熱伝導性の高い材料で構成された基板に半導体素
子を搭載するよう構成されている。従来、発熱量の大き
い高出力半導体素子用パッケージには、熱伝導性の優れ
た酸化ベリリウム（BeＯ）を基板として使用してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】BeＯを半導体素子用パ
ッケージに使用する場合、BeＯ基板表面にメタライズを
施し、CuＷ合金あるいはCuの金属部材に接合して半導体
素子を搭載していた。しかしながら、近年、半導体素子
の発熱量の増加が著しくBeＯを使用した半導体素子用パ
ッケージにおいても、熱放散性が限界に近づきつつあ
る。これに対して、BeＯを薄肉化して熱放散性を向上さ
せることが検討されてきた。しかしながら、BeＯには毒
性がある上に加工性が悪く、薄肉化することが困難であ
った。そのため、BeＯを使用した半導体素子パッケージ
では、薄肉化により熱放散性を向上させることが事実上
不可能であり、より高い熱放散性が必要なときには対応
ができない。また、熱放散性に優れるダイヤモンドや立
方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等の材料は、半導体素子パッ
ケージに応用するには価格が高く、実用性が低い。
ッケージに使用する場合、BeＯ基板表面にメタライズを
施し、CuＷ合金あるいはCuの金属部材に接合して半導体
素子を搭載していた。しかしながら、近年、半導体素子
の発熱量の増加が著しくBeＯを使用した半導体素子用パ
ッケージにおいても、熱放散性が限界に近づきつつあ
る。これに対して、BeＯを薄肉化して熱放散性を向上さ
せることが検討されてきた。しかしながら、BeＯには毒
性がある上に加工性が悪く、薄肉化することが困難であ
った。そのため、BeＯを使用した半導体素子パッケージ
では、薄肉化により熱放散性を向上させることが事実上
不可能であり、より高い熱放散性が必要なときには対応
ができない。また、熱放散性に優れるダイヤモンドや立
方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等の材料は、半導体素子パッ
ケージに応用するには価格が高く、実用性が低い。
【０００４】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージを提供することにある。
題点を解決した新規な半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、半導体
素子を搭載するAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、
前記セラミックス基板の半導体素子を搭載する側とは反
対側の面に接合され、前記セラミックス基板の厚さ以上
の厚さを有するCuまたはCuを主とする合金の金属板とを
含むことを特徴とする半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージが提供される。
素子を搭載するAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、
前記セラミックス基板の半導体素子を搭載する側とは反
対側の面に接合され、前記セラミックス基板の厚さ以上
の厚さを有するCuまたはCuを主とする合金の金属板とを
含むことを特徴とする半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージが提供される。
【０００６】また、本発明では、半導体素子を搭載する
AlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、前記セラミック
ス基板の半導体素子を搭載する側の面に接合されたCuま
たはCuを主とする合金の金属板とを含むことを特徴とす
る半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージが提供さ
れる。
AlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、前記セラミック
ス基板の半導体素子を搭載する側の面に接合されたCuま
たはCuを主とする合金の金属板とを含むことを特徴とす
る半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージが提供さ
れる。
【０００７】本発明の半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージは、半導体素子を搭載する上記セラミックス
基板の半導体素子を搭載する側の面に接合されたCuまた
はCuを主とする合金の金属板および半導体素子を搭載す
る側とは反対側の面に接合され、前記セラミックス基板
の厚さ以上の厚さを有するCuまたはCuを主とする合金の
金属板の両方を備えていてもよい。
パッケージは、半導体素子を搭載する上記セラミックス
基板の半導体素子を搭載する側の面に接合されたCuまた
はCuを主とする合金の金属板および半導体素子を搭載す
る側とは反対側の面に接合され、前記セラミックス基板
の厚さ以上の厚さを有するCuまたはCuを主とする合金の
金属板の両方を備えていてもよい。
【０００８】本発明のセラミックスパッケージに類似の
構成を有するものとして、本件出願人による特開平１−
103853号公報に開示された金属部材に搭載されるセラミ
ックス基板に銅または銅合金をメタライズまたは接着す
るものがある。しかしながら、同公報に開示されたもの
は、セラミックス基板と金属部材との間の応力緩和を目
的としたものであり、本発明のセラミックスパッケージ
とは、セラミックス基板と、それに接合された銅または
銅合金部分の厚さの関係が異なり、判別可能である。
構成を有するものとして、本件出願人による特開平１−
103853号公報に開示された金属部材に搭載されるセラミ
ックス基板に銅または銅合金をメタライズまたは接着す
るものがある。しかしながら、同公報に開示されたもの
は、セラミックス基板と金属部材との間の応力緩和を目
的としたものであり、本発明のセラミックスパッケージ
とは、セラミックス基板と、それに接合された銅または
銅合金部分の厚さの関係が異なり、判別可能である。
【０００９】なお、本発明のセラミックスパッケージに
使用するCuまたはCuを主とする合金の金属板は、特性と
してその熱伝導性が最も重要であり、純度等はたいして
問題にならない。具体的には、熱伝導率が300Ｗ／ｍＫ
以上の金属で構成されていることが好ましい。
使用するCuまたはCuを主とする合金の金属板は、特性と
してその熱伝導性が最も重要であり、純度等はたいして
問題にならない。具体的には、熱伝導率が300Ｗ／ｍＫ
以上の金属で構成されていることが好ましい。
【００１０】本発明のセラミックスパッケージは、さら
に前記金属板が接合されたセラミックス基板を搭載する
金属部材を備え、この金属部材が、熱伝導率が100Ｗ／
ｍＫ以上の金属で構成されていることが好ましい。この
金属部材は、例えば、Cu−Ｗ合金、Cu−Mo合金またはCu
で構成されていることが好ましい。
に前記金属板が接合されたセラミックス基板を搭載する
金属部材を備え、この金属部材が、熱伝導率が100Ｗ／
ｍＫ以上の金属で構成されていることが好ましい。この
金属部材は、例えば、Cu−Ｗ合金、Cu−Mo合金またはCu
で構成されていることが好ましい。
【００１１】さらに、本発明では、半導体素子を搭載す
るAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、該基板が直接
接合されて搭載される金属部材とを備え、該金属部材が
熱伝導率が100Ｗ／ｍＫ以上の金属で構成されているこ
とを特徴とする半導体用高熱伝導性セラミックスパッケ
ージが提供される。このセラミックスパッケージにおい
ては、金属部材が、上記の金属板に用いられるものと同
様なCuまたはCuを主とする合金で構成されており、前記
基板が搭載される部分が他の部位よりも厚いことが好ま
しい。
るAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、該基板が直接
接合されて搭載される金属部材とを備え、該金属部材が
熱伝導率が100Ｗ／ｍＫ以上の金属で構成されているこ
とを特徴とする半導体用高熱伝導性セラミックスパッケ
ージが提供される。このセラミックスパッケージにおい
ては、金属部材が、上記の金属板に用いられるものと同
様なCuまたはCuを主とする合金で構成されており、前記
基板が搭載される部分が他の部位よりも厚いことが好ま
しい。
【００１２】
【作用】本発明のセラミックスパッケージは、半導体素
子を搭載するAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、こ
のセラミックス基板の少なくとも一面に接合されたCuま
たはCuを主とする合金の放熱用金属板とを備える。特に
セラミックス基板の半導体素子を搭載する面とは反対側
の面に放熱用金属板が接合されている場合には、この金
属板は基板の厚さ以上の厚さを有する。一般にBeＯの熱
伝導率は、 220Ｗ／ｍｋから 280Ｗ／ｍＫであり、それ
に対し、本件発明で使用する放熱用金属板の熱伝導率は
300Ｗ／ｍＫ以上（Cuの熱伝導率は 393Ｗ／ｍＫ）であ
る。従って、本発明のセラミックスパッケージは基板の
熱抵抗を低下させるには好適な構成となっている。
子を搭載するAlＮまたはBeＯのセラミックス基板と、こ
のセラミックス基板の少なくとも一面に接合されたCuま
たはCuを主とする合金の放熱用金属板とを備える。特に
セラミックス基板の半導体素子を搭載する面とは反対側
の面に放熱用金属板が接合されている場合には、この金
属板は基板の厚さ以上の厚さを有する。一般にBeＯの熱
伝導率は、 220Ｗ／ｍｋから 280Ｗ／ｍＫであり、それ
に対し、本件発明で使用する放熱用金属板の熱伝導率は
300Ｗ／ｍＫ以上（Cuの熱伝導率は 393Ｗ／ｍＫ）であ
る。従って、本発明のセラミックスパッケージは基板の
熱抵抗を低下させるには好適な構成となっている。
【００１３】本発明のセラミックスパッケージにおいて
は、基板の素子が搭載される面に金属板を接合すると、
素子が搭載されていない面に金属板を接合した場合より
も熱抵抗を下げることが可能である。また、基板の両面
に金属板を接合すると、さらに効果的に熱抵抗を低下さ
せることができる。本発明のセラミックスパッケージで
は、いずれの構造においても、セラミックス基板（AlＮ
基板またはBeＯ基板）により、絶縁を保つことができ
る。
は、基板の素子が搭載される面に金属板を接合すると、
素子が搭載されていない面に金属板を接合した場合より
も熱抵抗を下げることが可能である。また、基板の両面
に金属板を接合すると、さらに効果的に熱抵抗を低下さ
せることができる。本発明のセラミックスパッケージで
は、いずれの構造においても、セラミックス基板（AlＮ
基板またはBeＯ基板）により、絶縁を保つことができ
る。
【００１４】本発明のセラミックスパッケージは、上記
の金属板が接合された基板が、熱伝導率100Ｗ／ｍＫ以
上の金属部材に搭載されることが好ましい。金属部材の
熱伝導率が、100Ｗ／ｍＫ未満の場合には、セラミック
スパッケージの熱放散性が悪くなる。上記の金属部材に
使用される金属材料は、具体的には、Cu−Ｗ合金、Cu−
Mo合金またはCuが好ましい。この金属部材の基板搭載部
分の厚さは、必要に応じて薄くすることもできる。すな
わち、実装する際の機械的観点から金属部材の上面から
半導体素子の搭載部までの寸法が変更できない場合、金
属部材の基板搭載部分の厚さを薄くして、上記の金属板
が接合された基板を搭載してもよい。このような構成に
することで、基板の半導体素子が搭載されていない面に
接合された金属板の厚さを基板の厚さ以上にしても、金
属板が接合された基板を金属部材に搭載できる。
の金属板が接合された基板が、熱伝導率100Ｗ／ｍＫ以
上の金属部材に搭載されることが好ましい。金属部材の
熱伝導率が、100Ｗ／ｍＫ未満の場合には、セラミック
スパッケージの熱放散性が悪くなる。上記の金属部材に
使用される金属材料は、具体的には、Cu−Ｗ合金、Cu−
Mo合金またはCuが好ましい。この金属部材の基板搭載部
分の厚さは、必要に応じて薄くすることもできる。すな
わち、実装する際の機械的観点から金属部材の上面から
半導体素子の搭載部までの寸法が変更できない場合、金
属部材の基板搭載部分の厚さを薄くして、上記の金属板
が接合された基板を搭載してもよい。このような構成に
することで、基板の半導体素子が搭載されていない面に
接合された金属板の厚さを基板の厚さ以上にしても、金
属板が接合された基板を金属部材に搭載できる。
【００１５】上記本発明のセラミックスパッケージは以
下の工程で製造する。まず絶縁体であるAlＮ基板または
BeＯ基板にメタライズを施す。メタライズはグリーンシ
ートに直接金属を塗布し、グリーンシートと金属とを同
時焼成させるコファイヤー法でもよいし、予め焼結体を
作製した後メタライズを施すポストメタライズ法でも構
わない。またポストメラタイズ法では、金属蒸着などの
薄膜法、スクリーン印刷などの厚膜法などいずれの方法
でも可能である。上記のメタライズを施した基板に対
し、片面もしくは両面に金属板をロウ付けなどで接合す
る。さらに、この金属板が接合された基板をやはりロウ
付け等で金属部材に搭載してもよい。上記の複数のロウ
付けを一工程で行ってもよい。
下の工程で製造する。まず絶縁体であるAlＮ基板または
BeＯ基板にメタライズを施す。メタライズはグリーンシ
ートに直接金属を塗布し、グリーンシートと金属とを同
時焼成させるコファイヤー法でもよいし、予め焼結体を
作製した後メタライズを施すポストメタライズ法でも構
わない。またポストメラタイズ法では、金属蒸着などの
薄膜法、スクリーン印刷などの厚膜法などいずれの方法
でも可能である。上記のメタライズを施した基板に対
し、片面もしくは両面に金属板をロウ付けなどで接合す
る。さらに、この金属板が接合された基板をやはりロウ
付け等で金属部材に搭載してもよい。上記の複数のロウ
付けを一工程で行ってもよい。
【００１６】上記の方法で製造された本発明のセラミッ
クスパッケージの熱抵抗は、従来のBeＯのみを用いたパ
ッケージより低く、より高出力の素子が搭載可能であ
り、安価なCuを用いているため低コストで作製できる。
クスパッケージの熱抵抗は、従来のBeＯのみを用いたパ
ッケージより低く、より高出力の素子が搭載可能であ
り、安価なCuを用いているため低コストで作製できる。
【００１７】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１８】
【実施例】図１〜図５および図７に、それぞれ異なる構
成の本発明の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケー
ジを示す。図１(a)、図２(a)、図３(a)、図４(a)、図５
(a)および図７(a)は、それぞれ本発明の半導体用高熱伝
導性セラミックスパッケージの斜視図であり、図１
(b)、図２(b)、図３(b)、図４(b)、図５(b) および図７
(b)は、それぞれ図１(a)、図２(a)、図３(a)、図４
(a)、図５(a)および図７(a)の矢印で示した断面におけ
る断面図である。
成の本発明の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケー
ジを示す。図１(a)、図２(a)、図３(a)、図４(a)、図５
(a)および図７(a)は、それぞれ本発明の半導体用高熱伝
導性セラミックスパッケージの斜視図であり、図１
(b)、図２(b)、図３(b)、図４(b)、図５(b) および図７
(b)は、それぞれ図１(a)、図２(a)、図３(a)、図４
(a)、図５(a)および図７(a)の矢印で示した断面におけ
る断面図である。
【００１９】図１(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第１の実施例を示す。図１(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の下面に接合され
たCu板２と、それらを搭載するCu−Ｗ合金の金属部材３
とを備える。金属部材３の中央部付近には、金属部材３
を横切って２本の溝31が設けられ、それにより搭載部32
が形成されている。Cu板２は、金属部材３の搭載部32に
ろう付けされている。また、金属部材３の両端には、Ｕ
字型の切込みが形成されている。セラミックスパッケー
ジを配線基板等に搭載する場合には、この切込みを利用
してビス等でセラミックスパッケージを基板に固定す
る。
パッケージの第１の実施例を示す。図１(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の下面に接合され
たCu板２と、それらを搭載するCu−Ｗ合金の金属部材３
とを備える。金属部材３の中央部付近には、金属部材３
を横切って２本の溝31が設けられ、それにより搭載部32
が形成されている。Cu板２は、金属部材３の搭載部32に
ろう付けされている。また、金属部材３の両端には、Ｕ
字型の切込みが形成されている。セラミックスパッケー
ジを配線基板等に搭載する場合には、この切込みを利用
してビス等でセラミックスパッケージを基板に固定す
る。
【００２０】図示されていないが、セラミックス基板１
上または金属部材３上に電極が設けられており、半導体
素子４に必要な電気的な配線が行われていてもよい。ま
た、セラミックス基板１上にプリント配線が施されてい
てもよい。さらに、半導体素子４を保護するキャップが
被せられ、そのキャップに半導体素子４と外部との電気
的な接続のための電極が設けられていてもよい。
上または金属部材３上に電極が設けられており、半導体
素子４に必要な電気的な配線が行われていてもよい。ま
た、セラミックス基板１上にプリント配線が施されてい
てもよい。さらに、半導体素子４を保護するキャップが
被せられ、そのキャップに半導体素子４と外部との電気
的な接続のための電極が設けられていてもよい。
【００２１】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.25mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.35mm
とし、金属部材３の寸法を12mm×28mm×1.5mmとした。
また、基板１には、熱伝導率180Ｗ／ｍＫのAlＮを使用
したが、基板１には熱伝導率120Ｗ／ｍＫ以上で十分な
絶縁性を有するセラミックス、例えば、SiＣ、BeＯ等任
意のものが使用できる。一方、Cu板２には、熱伝導率が
300Ｗ／ｍＫ以上のCuまたはCuを主とした合金が使用で
きる。さらに、金属部材３は、熱伝導率100Ｗ／ｍＫ以
上のCu−Mo合金、Cu等が使用可能である。
10mm×0.25mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.35mm
とし、金属部材３の寸法を12mm×28mm×1.5mmとした。
また、基板１には、熱伝導率180Ｗ／ｍＫのAlＮを使用
したが、基板１には熱伝導率120Ｗ／ｍＫ以上で十分な
絶縁性を有するセラミックス、例えば、SiＣ、BeＯ等任
意のものが使用できる。一方、Cu板２には、熱伝導率が
300Ｗ／ｍＫ以上のCuまたはCuを主とした合金が使用で
きる。さらに、金属部材３は、熱伝導率100Ｗ／ｍＫ以
上のCu−Mo合金、Cu等が使用可能である。
【００２２】図２(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第２の実施例を示す。図２(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板２と、それらを搭載す
るCu−Ｗ合金の金属部材３とを備える。Cu板２には、半
導体素子４に対応した孔が開いており、半導体素子４は
その孔から露出していて、Cu板２には接触していない。
金属部材３は、図１(a)および(b)に示されているものと
等しい。
パッケージの第２の実施例を示す。図２(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板２と、それらを搭載す
るCu−Ｗ合金の金属部材３とを備える。Cu板２には、半
導体素子４に対応した孔が開いており、半導体素子４は
その孔から露出していて、Cu板２には接触していない。
金属部材３は、図１(a)および(b)に示されているものと
等しい。
【００２３】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.4mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
した。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、放熱用のCu板２がAlＮ基板１の半
導体４が搭載されている面に接合されているので、図１
(a)および(b)に示されているものよりもさらに熱抵抗が
小さい。
10mm×0.4mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
した。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、放熱用のCu板２がAlＮ基板１の半
導体４が搭載されている面に接合されているので、図１
(a)および(b)に示されているものよりもさらに熱抵抗が
小さい。
【００２４】図３(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第３の実施例を示す。図３(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の下面に接合され
たCu板２と、それらを搭載するCu−Ｗ合金の金属部材３
とを備える。本実施例のセラミックスパッケージでは、
金属部材３の中央部分33が切削されて薄くなっており、
その部分にCu板２がろう付けにより固定されている。Cu
板２は、金属部材３が薄い分厚いものを使用している。
パッケージの第３の実施例を示す。図３(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の下面に接合され
たCu板２と、それらを搭載するCu−Ｗ合金の金属部材３
とを備える。本実施例のセラミックスパッケージでは、
金属部材３の中央部分33が切削されて薄くなっており、
その部分にCu板２がろう付けにより固定されている。Cu
板２は、金属部材３が薄い分厚いものを使用している。
【００２５】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.2mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.8mmと
し、金属部材３の寸法を12mm×28mmで、中央部分33の厚
さを1.1mm、他の部分の厚さを1.5mmとした。使用されて
いる材料の熱伝導率は、図１(a)および(b)に示されてい
るものと等しい。本実施例のセラミックスパッケージ
は、全体の高さが、図１(a)および(b)に示されているも
のと等しいにも関わらず、熱伝導率が高い放熱用Cu板２
の厚さがはるかに厚いので、図１(a)および(b)に示され
ているものよりもさらに熱抵抗が小さい。
10mm×0.2mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.8mmと
し、金属部材３の寸法を12mm×28mmで、中央部分33の厚
さを1.1mm、他の部分の厚さを1.5mmとした。使用されて
いる材料の熱伝導率は、図１(a)および(b)に示されてい
るものと等しい。本実施例のセラミックスパッケージ
は、全体の高さが、図１(a)および(b)に示されているも
のと等しいにも関わらず、熱伝導率が高い放熱用Cu板２
の厚さがはるかに厚いので、図１(a)および(b)に示され
ているものよりもさらに熱抵抗が小さい。
【００２６】図４(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第４の実施例を示す。図４(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板２と、それらを搭載す
るCu−Ｗ合金の金属部材３とを備える。Cu板２には、半
導体素子４に対応した孔が開いており、半導体素子４は
その孔から露出していて、Cu板２には接触していない。
金属部材３は、図３(a)および(b)に示されているものと
等しい。
パッケージの第４の実施例を示す。図４(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板２と、それらを搭載す
るCu−Ｗ合金の金属部材３とを備える。Cu板２には、半
導体素子４に対応した孔が開いており、半導体素子４は
その孔から露出していて、Cu板２には接触していない。
金属部材３は、図３(a)および(b)に示されているものと
等しい。
【００２７】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.4mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
した。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、図１(a)および(b)に示されている
ものに比較して、全体の高さが低いにも関わらず放熱用
のCu板２が、AlＮ基板１の半導体４が搭載されている面
に接合されているので、十分小さい熱抵抗を有する。
10mm×0.4mmとし、Cu板２の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
した。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、図１(a)および(b)に示されている
ものに比較して、全体の高さが低いにも関わらず放熱用
のCu板２が、AlＮ基板１の半導体４が搭載されている面
に接合されているので、十分小さい熱抵抗を有する。
【００２８】図５(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第５の実施例を示す。図５(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板21と、AlＮ基板１の下
面に接合されたCu板22と、それらを搭載するCu−Ｗ合金
の金属部材３とを備える。Cu板21には、半導体素子４に
対応した孔が開いており、半導体素子４はその孔から露
出していて、Cu板21には接触していない。金属部材３
は、図３(a)および(b)に示されているものと同様、中央
部分33が切削されて薄くなっており、その部分にCu板22
がろう付けにより固定されている。
パッケージの第５の実施例を示す。図５(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１の半導体４が搭載
されている上面に接合されたCu板21と、AlＮ基板１の下
面に接合されたCu板22と、それらを搭載するCu−Ｗ合金
の金属部材３とを備える。Cu板21には、半導体素子４に
対応した孔が開いており、半導体素子４はその孔から露
出していて、Cu板21には接触していない。金属部材３
は、図３(a)および(b)に示されているものと同様、中央
部分33が切削されて薄くなっており、その部分にCu板22
がろう付けにより固定されている。
【００２９】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.2mmとし、Cu板21の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
し、Cu板22の寸法を10mm×10mm×0.4mmとし、金属部材
３の寸法を12mm×28mmで、中央部分33の厚さを1.3mm、
他の部分の厚さを1.5mmとした。使用されている材料の
熱伝導率は、図１(a)および(b)に示されているものと等
しい。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、図１(a)および(b)に示されている
ものに比較して、放熱用のCu板がAlＮ基板１の両面に接
合されているので、熱抵抗が極めて小さい。
10mm×0.2mmとし、Cu板21の寸法を10mm×10mm×0.2mmと
し、Cu板22の寸法を10mm×10mm×0.4mmとし、金属部材
３の寸法を12mm×28mmで、中央部分33の厚さを1.3mm、
他の部分の厚さを1.5mmとした。使用されている材料の
熱伝導率は、図１(a)および(b)に示されているものと等
しい。使用されている材料の熱伝導率は、図１(a)およ
び(b)に示されているものと等しい。本実施例のセラミ
ックスパッケージは、図１(a)および(b)に示されている
ものに比較して、放熱用のCu板がAlＮ基板１の両面に接
合されているので、熱抵抗が極めて小さい。
【００３０】本実施例では、基板１の半導体素子４を搭
載する側の上面に接合されているCu板21が、基板１の上
面全体を覆う構成となっているが、図５の構成のセラミ
ックスパッケージの場合、必ずしもその必要はない。す
なわち、基板１の下面に接合されたCu板22により、ある
程度の熱放散性は確保されているので、基板１の上面に
接合されたCu板は、図６(a)に示すよう、半導体素子４
が搭載される部分のみを覆う構成のCu板23であっても、
また、図６(b)に示すよう、回路配線等を形成する構成
のCu板24であってもよい。
載する側の上面に接合されているCu板21が、基板１の上
面全体を覆う構成となっているが、図５の構成のセラミ
ックスパッケージの場合、必ずしもその必要はない。す
なわち、基板１の下面に接合されたCu板22により、ある
程度の熱放散性は確保されているので、基板１の上面に
接合されたCu板は、図６(a)に示すよう、半導体素子４
が搭載される部分のみを覆う構成のCu板23であっても、
また、図６(b)に示すよう、回路配線等を形成する構成
のCu板24であってもよい。
【００３１】図７(a)および(b)に本発明のセラミックス
パッケージの第６の実施例を示す。図７(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１を直接搭載するCu
の金属部材３とを備える。金属部材３の中央部付近に
は、金属部材３を横切って２本の溝31が設けられ、それ
により他の部分より厚い搭載部32が形成されている。Al
Ｎ基板１は、金属部材３の搭載部32にろう付けされてい
る。他の構成は、図１(a)および(b)に示したものと等し
い。
パッケージの第６の実施例を示す。図７(a)および(b)の
セラミックスパッケージは、上面に４個の半導体素子４
を搭載したAlＮ基板１と、AlＮ基板１を直接搭載するCu
の金属部材３とを備える。金属部材３の中央部付近に
は、金属部材３を横切って２本の溝31が設けられ、それ
により他の部分より厚い搭載部32が形成されている。Al
Ｎ基板１は、金属部材３の搭載部32にろう付けされてい
る。他の構成は、図１(a)および(b)に示したものと等し
い。
【００３２】本実施例では、AlＮ基板１の寸法を10mm×
10mm×0.2mmとし、金属部材３の寸法を12mm×28mmで、
搭載部32の厚さを1.8mm、他の部分の厚さを1.5mmとし
た。本実施例のセラミックスパッケージは、Cu板と金属
部材との接合部がないので極めてよい熱放散性を示す。
また、本実施例のセラミックスパッケージは、特に、基
板１にAlＮ基板を使用することが推奨される。AlＮ基板
は薄肉化が容易であるので、機械的観点から金属部材の
上面から半導体素子の搭載部までの寸法が固定されてい
る場合でも、基板の厚さを変更することで、金属部材３
の形状を熱放散性に優れた形状に保ったまま対応できる
からである。一方、金属部材３には、熱伝導率が300Ｗ
／ｍＫ以上のCuまたはCuを主とした合金が使用できる。
10mm×0.2mmとし、金属部材３の寸法を12mm×28mmで、
搭載部32の厚さを1.8mm、他の部分の厚さを1.5mmとし
た。本実施例のセラミックスパッケージは、Cu板と金属
部材との接合部がないので極めてよい熱放散性を示す。
また、本実施例のセラミックスパッケージは、特に、基
板１にAlＮ基板を使用することが推奨される。AlＮ基板
は薄肉化が容易であるので、機械的観点から金属部材の
上面から半導体素子の搭載部までの寸法が固定されてい
る場合でも、基板の厚さを変更することで、金属部材３
の形状を熱放散性に優れた形状に保ったまま対応できる
からである。一方、金属部材３には、熱伝導率が300Ｗ
／ｍＫ以上のCuまたはCuを主とした合金が使用できる。
【００３３】図１、図２、図３、図５および図７に示す
本発明の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージを
作製した。いずれのセラミックスパッケージにおいて
も、基板１として、高融点金属を含むペーストのメタラ
イズを施したAlＮ基板を使用した。図１、図２、図３お
よび図５のセラミックスパッケージの場合、このAlＮ基
板にAg−CuロウによりCu板をロウ付けした。
本発明の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージを
作製した。いずれのセラミックスパッケージにおいて
も、基板１として、高融点金属を含むペーストのメタラ
イズを施したAlＮ基板を使用した。図１、図２、図３お
よび図５のセラミックスパッケージの場合、このAlＮ基
板にAg−CuロウによりCu板をロウ付けした。
【００３４】上記のCu板が接合された基板１を、さら
に、Cu−Ｗ合金の金属部材３にAg−Cuロウによりロウ付
けした。一方、図７のセラミックスパッケージは、Cuの
金属部材３に、AlＮ基板をAg−Cuロウにより直接ロウ付
けした。上記の金属部材３に接合された各基板１に半導
体素子４としてSiチップを 420℃でロウ付けし、本発明
の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージが完成し
た。
に、Cu−Ｗ合金の金属部材３にAg−Cuロウによりロウ付
けした。一方、図７のセラミックスパッケージは、Cuの
金属部材３に、AlＮ基板をAg−Cuロウにより直接ロウ付
けした。上記の金属部材３に接合された各基板１に半導
体素子４としてSiチップを 420℃でロウ付けし、本発明
の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージが完成し
た。
【００３５】それぞれのセラミックスパッケージのSiチ
ップを発熱させ、パッケージの熱抵抗を測定した。ま
た、比較例として、厚さ 0.6mmのBeＯ基板を、本発明の
セラミックスパッケージと等しいCu−Ｗの金属部材に直
接ロウ付けしたもの、および金属部材に熱伝導率が100
Ｗ／ｍＫであるＷＣ−Co合金を使用して試料１と等しい
形状に作製したパッケージの熱抵抗も測定した。結果を
併せて表１に示す。
ップを発熱させ、パッケージの熱抵抗を測定した。ま
た、比較例として、厚さ 0.6mmのBeＯ基板を、本発明の
セラミックスパッケージと等しいCu−Ｗの金属部材に直
接ロウ付けしたもの、および金属部材に熱伝導率が100
Ｗ／ｍＫであるＷＣ−Co合金を使用して試料１と等しい
形状に作製したパッケージの熱抵抗も測定した。結果を
併せて表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１に示したように、Cu板２がAlＮ基板１
に接合され、さらにCu板２が、Cu−Ｗ合金の金属部材３
に接合された構成の本発明のセラミックスパッケージ
は、BeＯ基板が直接Cu−Ｗ合金の金属部材３に接合され
た従来のセラミックスパッケージよりも、優れた熱特性
を有する。また、Cu板が、AlＮ基板１の半導体素子４が
搭載された上面に接合されたものはさらに優れた熱特性
を有する。一方、金属部材にＷＣ−Co合金を使用したも
のは、熱放散性が極めて悪く、実用性に乏しいことがわ
かった。
に接合され、さらにCu板２が、Cu−Ｗ合金の金属部材３
に接合された構成の本発明のセラミックスパッケージ
は、BeＯ基板が直接Cu−Ｗ合金の金属部材３に接合され
た従来のセラミックスパッケージよりも、優れた熱特性
を有する。また、Cu板が、AlＮ基板１の半導体素子４が
搭載された上面に接合されたものはさらに優れた熱特性
を有する。一方、金属部材にＷＣ−Co合金を使用したも
のは、熱放散性が極めて悪く、実用性に乏しいことがわ
かった。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述のように、本発明の半導体用高
熱伝導性セラミックスパッケージは、AlＮ基板またはBe
Ｏ基板にCu板を接合する特徴的な構成により、熱抵抗を
低減している。本発明により、高出力の素子を搭載する
ことが可能なパッケージが提供される。
熱伝導性セラミックスパッケージは、AlＮ基板またはBe
Ｏ基板にCu板を接合する特徴的な構成により、熱抵抗を
低減している。本発明により、高出力の素子を搭載する
ことが可能なパッケージが提供される。
【図１】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第１の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第１の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
【図２】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第２の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第２の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
【図３】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第３の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第３の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
【図４】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第４の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第４の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
【図５】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第５の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第５の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
【図６】(a)および(b)は、それぞれ本発明の半導体用高
熱伝導性セラミックスパッケージの上側Cu板の変形例を
示す斜視図ある。
熱伝導性セラミックスパッケージの上側Cu板の変形例を
示す斜視図ある。
【図７】(a)は、本発明の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージの第６の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
クスパッケージの第６の実施例の斜視図であり、(b)
は、(a)の矢印で示した面における断面図である。
１ 基板
２、21、22 Cu板
３ 金属部材
４ 半導体素子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/12
Claims (7)
- 【請求項１】一方の面に半導体素子を装荷されたAlＮま
たはBeＯのセラミックス基板と、該セラミックス基板の
他方の面に接合された金属板と、該金属板を介して該セ
ラミックス基板を支持する金属部材とを備えたセラミッ
クスパッケージにおいて、 該金属板が、CuまたはCuを主とする合金を材料とし、該
セラミックス基板の厚さよりも大きな厚さを有し、 該金属部材が、100 Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有し、且
つ、自身の厚さが減じられた領域において該セラミック
ス基板及び金属板を支持していることを特徴とする半導
体用高熱伝導性セラミックスパッケージ 。 - 【請求項２】さらに、前記セラミックス基板表面の前記
半導体素子を装荷された面と同じ面の上に接合された、
CuまたはCuを主とする合金のもう１枚の金属板を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体用高熱伝導性
セラミックスパッケージ。 - 【請求項３】前記金属部材が、Cu−Ｗ合金、Cu−Mo合金
またはCuで構成されていることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の半導体用高熱伝導性セラミックス
パッケージ。 - 【請求項４】一方の面に半導体素子を装荷されたAlＮま
たはBeＯのセラミックス基板と、該セラミックス基板の
該半導体素子を装荷された面と同じ面上に接合された金
属板とを備えたセラミックスパッケージにおいて、 該金属板は、CuまたはCuを主とする合金を材料とし、該
セラミックス基板に装荷された半導体素子の形状に対応
した孔を有し、該セラミックス基板上に接合された状態
で該半導体素子には接触しないように構成されているこ
とを特徴とする 半導体用高熱伝導性セラミックスパッケ
ージ。 - 【請求項５】さらに、CuまたはCuを主とする合金を材料
とし、前記セラミックス基板の厚さ よりも大きな厚さを
有し、該記セラミックス基板の他方の面に接合されたも
う１枚の金属板を備えることを特徴とする請求項４に記
載の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ。 - 【請求項６】さらに、熱伝導率が100 Ｗ／ｍＫ以上の金
属を材料とし、前記セラミックス基板を直接に、また
は、前記もう１枚の金属板を介して前記セラミックス基
板を支持する金属部材を備えることを特徴とする請求項
４または請求項５に記載の半導体用高熱伝導性セラミッ
クスパッケージ。 - 【請求項７】前記金属部材が、Cu−Ｗ合金、Cu−Mo合金
またはCuで構成されていることを特徴とする請求項６に
記載の半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16590394A JP3387221B2 (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-24 | 半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17995093 | 1993-06-25 | ||
| JP5-179950 | 1993-06-25 | ||
| JP16590394A JP3387221B2 (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-24 | 半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799268A JPH0799268A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3387221B2 true JP3387221B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=26490460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16590394A Expired - Fee Related JP3387221B2 (ja) | 1993-06-25 | 1994-06-24 | 半導体用高熱伝導性セラミックスパッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3387221B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0899795A3 (en) | 1997-08-27 | 1999-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical-semiconductor container or module |
| US6335863B1 (en) | 1998-01-16 | 2002-01-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Package for semiconductors, and semiconductor module that employs the package |
| JP2000174166A (ja) | 1998-10-02 | 2000-06-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体搭載パッケ―ジ |
| JP3769139B2 (ja) * | 1999-03-04 | 2006-04-19 | 三菱電機株式会社 | パワー半導体モジュール |
| JP3433732B2 (ja) * | 2000-11-22 | 2003-08-04 | 住友電気工業株式会社 | 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器 |
| JP2002374127A (ja) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Seiko Epson Corp | 圧電発振器 |
| JPWO2004053984A1 (ja) | 2002-12-09 | 2006-04-13 | 株式会社豊田中央研究所 | 半導体素子放熱部材およびそれを用いた半導体装置ならびにその製造方法 |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP16590394A patent/JP3387221B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0799268A (ja) | 1995-04-11 |
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