JP3450167B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路素
子などの半導体素子を内部に収納し、外部に放熱体を備
える半導体素子収納用パッケージに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、半導体集積回路素子などの半
導体素子は、パッケージに収納された状態でプリント配
線基板などに実装される。高い信頼性が要求される用途
では、図１に示すようなセラミック材を電気絶縁材料と
して形成されるパッケージが使用されている。半導体素
子が動作時に発熱する場合は、放熱についても考慮する
必要がある。 【０００３】図１は、絶縁基体１と蓋体２とで、半導体
素子３を収納してフラット型のセラミック製パッケージ
４を形成している状態を示す。絶縁基体１は、一般にア
ルミナセラミックスなどの無機電気絶縁材料から成り、
タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金
属粉末から成る複数個の配線層５が、電気絶縁材料の焼
結過程で同時に生成される。配線層５には、ニッケルメ
ッキ、金メッキなどが施され、半導体素子３に形成され
るボンディングパッドとの間でボンディングワイヤ６に
よる電気的接続が行われる。配線層５の一部はパッケー
ジ４の外部に露出し、外部リード端子７がロウ材８を介
して接合される。絶縁基体１に半導体素子３を収納し、
ボンディンクワイヤ６による電気的接続が終了すると、
絶縁基体１の表面に設けられている金属層９を利用して
蓋体２がロウ材１０で接合され、半導体素子３を収納す
る絶縁基体１の凹所１１が外部に対して気密に封止され
る。なお半導体素子３は、絶縁基体１の凹所１１の底面
にガラス、樹脂あるいはハンダなどの接合層１２によっ
て固定される。蓋体２としては、線熱膨張係数がアルミ
ナセラミックスに近い、４２アロイなどの鉄−ニッケル
合金やコバールなどのコバルトを含む合金が使用され
る。 【０００４】半導体素子３が動作中の発熱量が大きくな
る場合は、セラミック製パッケージ４に放熱性の良い金
属あるいは金属化合物の放熱体１３をヒートシンクとし
て装着する。放熱体１３を装着するために、絶縁基体１
の底面には、金属層１４が形成され、銀ロウ（Ｂ−Ａｇ
８）やハンダ（６：４半田）などのロウ材１５による接
合が行われる。エポキシ系などの樹脂を用いて接着する
場合もある。 【０００５】図２は、絶縁基体２１の凹所２２の底面に
外部に開口する貫通孔２３を形成し、半導体素子３を放
熱体１３に直接接合して放熱効果を一層高めることがで
きるパッケージ２４の構成を示す。図１のパッケージ４
と対応する部分には同一の参照符を付す。 【０００６】図１および図２で、放熱体１３の材料とし
ては、蓋体２と同様に、絶縁基体１、２１の主成分であ
るアルミナセラミックスの線熱膨張係数に近い線熱膨張
係数を有する４２アロイなどの鉄−ニッケル合金やコバ
ールなどのコバルトを含む合金が使用可能である。これ
らの合金よりも熱伝導率が良く、線熱膨張係数がアルミ
ナセラミックスに近い、銅−タングステン（ＣｕＷ）も
広く使用されている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】図１に示すような半導
体素子３を収納するセラミック製パッケージ４、２４で
は、放熱体１３として４２アロイやコバールなどを材料
として使用可能であるけれども、これらの材料は熱伝導
率が必ずしも良くないので、充分な放熱効果が得られな
い。放熱体１３の材料として銅−タングステンを使用す
れば、放熱性は改善される。しかしながら、銅−タング
ステンは複合焼結合金として製造され、硬質のタングス
テン粒子の間隙に銅が充填されている構造であるので、
機械加工は困難であり、材料コストや製造コストが高く
なってしまう。 【０００８】熱伝導率や加工性が良好で、材料コストや
製造コストが低い材料として、銅もしくは銅を主成分と
する金属を使用することが考えられる。ただし、銅の線
熱膨張係数は１７ｐｐｍ／℃程度であり、従来のパッケ
ージ用セラミック材の線熱膨張係数である７ｐｐｍ／℃
程度と比較すると、大きく異なっている。線熱膨張係数
の差に基づいて熱応力が発生し、絶縁基体１，４１の強
度を超えるおそれが生じる。絶縁基体１，４１の強度を
超えると、クラックなどが生じたりして接合部分の気密
性が劣化したりして、パッケージとしての信頼性が低下
する可能性が大きくなる。このため、銅を放熱体とする
場合は、設計的に使用することができる範囲が大きく制
限されてしまう。 【０００９】また、近時、情報処理装置は高速駆動が行
われ、ノイズの影響を極めて受け易いものとなってきて
おり、外部電気回路より配線層にノイズが入り込むとこ
れが配線層を介してそのまま半導体素子に入り込み、半
導体素子を誤動作させてしまう。 【００１０】本発明の目的は、銅もしくは銅を主成分と
する金属を放熱体に用いて、しかも信頼性を確保するこ
とができる半導体素子収納用パッケージを提供すること
である。 【００１１】また本発明の他の目的は、外部電気回路よ
り配線層に入り込んだノイズを良好に吸収し、半導体素
子にノイズが入り込むのを有効に防止して半導体素子を
正常に作動させることができる半導体素子収納用パッケ
ージを提供することにある。 【００１２】本発明は、複数個の配線層を有し、外表面
に放熱体が取着されている絶縁基体と蓋体とから成り、
内部に半導体素子を収容するための空所を有する半導体
素子収納用パッケージであって、前記放熱体を銅もしく
は銅を主成分とする金属で形成し、且つ前記絶縁基体
を、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）を５〜３０重量％含有す
るリチウム珪酸ガラス２０〜８０体積％と、４０〜４０
０℃における線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であるフ
ィラーを８０〜２０体積％との割合で含む成形体を焼成
して得られる、４０〜４００℃における熱膨張係数が１
０〜２０ｐｐｍ／℃のセラミック材で形成するととも
に、配線層の一部周囲を、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）を
５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜８０
体積％と、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐ
ｐｍ／℃以上であるフィラーを８０〜２０体積％との割
合で含むガラスセラミックス１０〜５０重量部とフェラ
イト粉末５０〜９０重量部とから成る補助膜で被覆した
ことを特徴とするものである。 【００１３】 【００１４】 【００１５】本発明によれば、内部に半導体素子を収納
するための空所を有する半導体素子収納用パッケージの
絶縁基体の線熱膨張係数は、４０〜４００℃の温度範囲
で１０〜２０ｐｐｍ／℃であるので、放熱体として使用
する銅もしくは銅を主成分とする金属に対して線熱膨張
係数の差が小さい。放熱体と絶縁基体との間の熱応力が
小さくなるので、長期間にわたって信頼性を維持するこ
とができる。放熱体として使用する銅もしくは銅を主成
分とする金属は、従来の銅−タングステンなどの材料に
比較して熱伝導率や加工性が良く、材料コストや製造コ
ストを安くすることができる。 【００１６】また本発明によれば、絶縁基体に形成した
配線層の一部周囲がフェライト粉末を含有した補助膜で
被覆されていることから外部電気回路から配線層にノイ
ズが入り込んだ場合、そのノイズはフェライト粉末で熱
エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが
配線層を介してそのまま半導体素子に入り込むことはな
く、半導体素子を正常に作動させることが可能となる。 【００１７】 【発明の実施の形態】図１を用いて、本発明の実施の一
形態としての放熱体付セラミック製パッケージの概略的
な構成を説明する。本実施形態のパッケージも、基本的
な構造は、従来からのパッケージと同等である。絶縁基
体１は、４０〜４００℃の温度範囲における線熱膨張係
数が１０〜２０ｐｐｍ／℃のセラミック材、たとえばリ
チウム珪酸ガラスと、線熱膨張係数が４０〜４００℃で
８ｐｐｍ／℃以上であるフィラーとを焼成して得られる
焼結体である。蓋体２は、従来と同様に４２アロイなど
で形成される。 【００１８】ＬＳＩなどの半導体素子３は、絶縁基体１
と蓋体２とから成るパッケージ４内に気密封止され、周
囲の環境の影響から保護される。半導体素子３は、絶縁
基体１に形成されている配線層５に対し、ボンディング
ワイヤ６を介して電気的に接続される。配線層５に対
し、パッケージ４の外部で外部リード端子７がロウ材８
によって接合される。蓋体２は、絶縁基体１の表面の金
属層９にロウ材１０によって接合される。蓋体２による
絶縁基体１の気密封止は、絶縁基体１の凹所１１に半導
体素子３を接合層１２を介して固定し、ボンディングワ
イヤ６を用いて配線層５との間で電気的接続を終了した
後、行われる。 【００１９】半導体素子３の集積規模が大きかったり、
高速度で動作したり、大電流や高電圧を取扱ったりする
ような場合は、消費電力が熱に変化し、温度が上昇す
る。半導体素子３の温度を適性な範囲に抑えるために、
放熱体１３が絶縁基体１の底面に装着される。放熱体１
３の材料は、熱伝導率および機械加工性が良好な銅また
は銅を主成分とする金属である。銅の線熱膨張係数は、
１７ｐｐｍ／℃である。 【００２０】絶縁基体１が一般的なアルミナセラミック
ス等の場合は、線熱膨張係数が約７ｐｐｍ／℃となるの
で、放熱体１３に銅を使用すると、線熱膨張係数の差が
大きくなる。絶縁基体１の底面には、金属層１４が形成
され、たとえばハンダによる接合層１５を介して放熱体
１３が装着される。 【００２１】半導体素子３を内部に収納したフラット型
のパッケージ４は、プリント配線基板などに実装されて
使用される。プリント配線基板に、他の電子部品ととも
にハンダなどで接合される際に、４００℃程度まで加熱
される可能性がある。このため、絶縁基体１と放熱体１
３とは、４０〜４００℃の温度範囲で、線熱膨張係数の
差が小さいことが望ましい。放熱体１３として銅あるい
は銅を主成分とする金属を使用する場合は、前述のよう
にその線熱膨張係数は１７ｐｐｍ／℃であるので、絶縁
基体１としては、その温度範囲で線熱膨張係数が１０〜
２０ｐｐｍ／℃程度のセラミック材料を用いることが好
ましい。このようなセラミック材料として、リチウム珪
酸ガラス２０〜８０体積％と、４０〜４００℃における
線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上のフィラー８０〜２０
体積％とを含む成形体を焼成して成る焼結体によって形
成するいわゆるガラスセラミック焼結体が用いられる。 【００２２】前記リチウム珪酸ガラスとしては、たとえ
ば、 ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３−ＭｇＯ−ＴｉＯ_２ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｎａ_２Ｏ−
Ｆ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ−Ｎａ_２Ｏ−
ＺｎＯ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−Ａ１_２Ｏ_３−Ｋ_２Ｏ−Ｐ_２Ｏ_５−
ＺｎＯ−Ｎａ_２Ｏ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−ＭｇＯ ＳｉＯ_２−Ｌｉ_２Ｏ−ＺｎＯ 等の組成物が挙げられ、このうち、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ_２）は、リチウム珪酸を形成するために必須の成分で
あり、ガラス全量中６０〜８５重量％の割合で存在す
る。ＳｉＯ_２とＬｉ_２Ｏとの合量がガラス全量中６５〜
９５重量％であることが、リチウム珪酸結晶を析出させ
る上で望ましい。 【００２３】また、４０〜４００℃における線熱膨張係
数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラーとしては、表１に
挙げたものが好適に使用される。 【００２４】 【表１】【００２５】更にリチウム珪酸ガラスの成分量を２０〜
８０体積％、フィラーの成分量を２０〜８０体積％の範
囲とするのは、セラミック材の４０〜４００℃における
線熱膨張係数を１０〜２０ｐｐｍ／℃の範囲に制御する
とともに、焼成温度を下げるためであり、リチウム珪酸
ガラスの成分量が２０体積％より少ない、言い換えれば
フィラーが８０体積％より多いと液相焼結することがで
きずに高温で焼成する必要があり、またリチウム珪酸ガ
ラスが８０体積％より多い、言い換えるとフィラーが２
０体積％より少ないと、セラミック材料の特性がリチウ
ム珪酸ガラスの特性に大きく依存してしまい、線熱膨張
係数を所定値に制御するのが困難となるとともに、原料
のコストも高くなってしまうからである。 【００２６】またリチウム珪酸ガラスでは、酸化リチウ
ム（Ｌｉ₂ Ｏ）を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％
の割合で含有することが重要である。このようなリチウ
ム珪酸ガラスを用いることによって、高い線熱膨張係数
を有するリチウム珪酸を析出させることができる。な
お、酸化リチウムの含有量が５重量％より小さいと、焼
成時にリチウム珪酸の結晶の生成量が少なくなってしま
い、高い線熱膨張係数を得ることができない。酸化リチ
ウムの含有量が３０重量％より大きいと、電気絶縁体と
しての誘電正接が１００×１０^-4を超えるため、基板と
しての特性が劣化してしまう。またこのガラス中には鉛
（Ｐｂ）を実質的に含まないことが望ましい。鉛は毒性
を有するため製造工程中での被毒を防止するための格別
な装置および管理を必要とするために、焼結体を安価に
製造することができなくなるためである。鉛が不純物と
して不可避的に混入する場合を考慮すると、鉛の含有量
は０．０５重量％以下であることが望ましい。 【００２７】さらに、リチウム珪酸ガラスの屈伏点を、
４００〜８００℃、特に４００〜６５０℃としておくこ
とが望ましい。これはリチウム珪酸ガラスおよびフィラ
ーから成る成形体を形成する場合、有機樹脂バインダー
を混合しているが、焼成時に前記有機樹脂バインダーを
効率良く除去するためである。屈伏点が４００℃より低
いと、成形体の緻密化が低温で開始するために、有機樹
脂バインダーが分解揮散できなくなり、有機樹脂バイン
ダー成分が残留して特性に影響を及ぽす結果となる。一
方、屈伏点が８００℃より高いと、リチウム珪酸ガラス
の量を多くしないと結晶しにくくなるため高価なリチウ
ム珪酸ガラスを大量に必要とすることになり、焼結体の
コストが高くなってしまう。 【００２８】フィラーは、リチウム珪酸ガラスの屈伏点
に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。すわな
ち、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が４００〜６５０℃と
低い場合は、低温での焼結性が高まるためフィラーの含
有量は５０〜８０体積％と比較的多く配合することがで
きる。これに対して、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が６
５０〜８００℃と高い場合は、焼結性が低下するためフ
ィラーの含有量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合
することが望ましい。 【００２９】リチウム珪酸ガラスは、フィラー無添加で
は収縮開始温度が７００℃以下となり、８５０℃以上で
は溶融してしまう。フィラーを２０〜８０体積％の割合
で混合することによって、焼成温度を上昇させ結晶の析
出とフィラーを液相焼結させるための液相の形成とを行
うことができる。また原料コストを下げるためには、高
価な結晶性ガラスの含有量を減少させることが好まし
い。 【００３０】リチウム珪酸ガラスとフィラーとの混合物
は、成形のための有機樹脂バインダーを添加した後、所
望の成形手段、たとえばドクターブレード、圧延法、金
型プレス等によってシー卜状など任意の形状に成形さ
れ、焼成に供される。 【００３１】焼成に当たっては、まず成形のために配合
した有機樹脂バインダー成分を除去する。有機樹脂バイ
ンダーの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われ
る。 【００３２】成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃
程度であることが望ましい。収縮開始温度がこれより低
いと有機樹脂バインダーの除去が困難となるので、成形
体中のリチウム珪酸ガラスの特性、特に屈伏点を制御す
ることが重要である。焼成は、８５０〜１３００℃の酸
化性雰囲気中で行われ、相対密度９０％以上まで緻密化
される。このときの焼成温度が８５０℃より低いと、緻
密化することができない。なお、配線層として銅を用い
る場合は、８５０〜１０５０℃の非酸化性雰囲気中で行
われる。 【００３３】このようにして製造される焼結体中には、
リチウム珪酸ガラスから生成される結晶相、リチウム珪
酸ガラスとフィラーとの反応によって生成する結晶相、
あるいはフィラーが分解して生成する結晶相等が存在
し、これらの結晶相の粒界にガラス相が存在して焼結体
の線熱膨張係数が４０〜４００℃において１０〜２０ｐ
ｐｍ／℃となる。 【００３４】なお、前記酸化リチウム（Ｌｉ₂ Ｏ）を５
〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜８０体
積％と、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐｐ
ｍ／℃以上であるフィラーを８０〜２０体積％の割合で
含む成形体を焼成して得られる焼結体から成る４０〜４
００℃における線熱膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃の
セラミック材は、その焼成温度が従来のアルミナセラミ
ックスに比べて低いことから、配線層５を従来のタング
ステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の電気抵抗率が
５．４μΩ・ｃｍ（２０℃）以上の高融点金属粉末にか
えて、電気抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下の
低融点の銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）を使用す
ることかできる。かかる銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、金
（Ａｕ）で配線層５を形成すると、銅（Ｃｕ）や銀（Ａ
ｇ）等の電気抵抗率が低いことから配線層５を信号が伝
搬した際、メタライズ配線層５で信号が大きく減衰する
ことはなく、良好に伝搬させることができる。 【００３５】また前記セラミック材は、その比誘電率が
７．５（室温１ＭＨｚ）であり、従来のアルミナセラミ
ックスの比誘電率（１０〜１１：室温１ＭＨｚ）より低
いことから、配線層５を伝播する信号の伝搬速度を従来
に比し極めて速いものとなすこともでき、これによって
配線層５を介して半導体素子３に信号を高速で出し入れ
し、半導体素子３を高速駆動させることもできる。 【００３６】以上説明したようなセラミック材を絶縁基
板として製造するためには、リチウム珪酸ガラスとフィ
ラーから成る原料粉末に適切な有機樹脂バインダーや可
塑剤、溶剤を添加混合して泥漿物を作るとともに、その
泥漿物に対し、ドクターブレード法やカレンダロール法
を用いてグリーンシートを形成する。さらに配線層やワ
イヤボンディング用の接続パッドとして、銅、銀あるい
は金などの金属粉末に有機樹脂バインダー、可塑剤およ
び溶剤を添加混合して形成する金属ペーストを、グリー
ンシート上にスクリーン印刷法などによって所定パター
ンを形成するように印刷して塗布する。場合によって
は、グリーンシートに適当な打抜き加工を施して、スル
ーホールを形成し、このスルーホール内にも金属ぺース
トを充填する。これらのグリーンシートを複数枚積層
し、グリーンシートと金属ペーストとを同時焼成するこ
とによって、図１に示すような多層構造のパッケージ４
を得ることができる。 【００３７】また上述したセラミック材から成る絶縁基
体１には複数個の配線層５が形成されており、かつ配線
層５の周囲の一部はフェライト粉末を含有する補助膜５
ａで被覆されている。補助膜５ａは外部電気回路から配
線層５に入り込んだノイズを選択的に熱エネルギーに変
換させて吸収し、これによって配線層５に入り込んだノ
イズはそのまま配線層５を介して半導体素子３に入り込
むことはなく、半導体素子３を正常に作動させることが
可能となる。 【００３８】補助膜５ａは酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）を
５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜８０
体積％と、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐ
ｐｍ／℃以上であるフィラーを８０〜２０体積％の割合
で含むガラスセラミックス１０〜５０重量部とフェライ
ト粉末５０〜９０重量部とで形成されており、４０〜４
００℃における線熱膨張係数は８〜１８ｐｐｍ／℃であ
る。補助膜５ａの線熱膨張係数と絶縁基体１の線熱膨張
係数との差が小さいため、補助膜５ａを絶縁基体１に形
成した配線層５の一部周囲に強固に接合させることがで
きる。補助膜５ａのフェライト粉末はＮｉ−Ｚｎフェラ
イト（Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｆｅ−Ｏ）、フェロクスプレ
ーナ型フェライト（Ｂａ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｚｎ−Ｆｅ−
Ｏ）等が使用される。補助膜５ａはリチウム珪酸ガラス
とフィラー粉末とフェライト粉末とから成る原料粉末に
適切な有機樹脂バインダーや可塑剤、溶剤を添加混合し
てフェライトペーストを作り、これを絶縁基体１となる
グリーンシートの配線層５が形成される領域にスクリー
ン印刷法により予め印刷塗布しておくことによって絶縁
基体１と同時焼成で配線層５の周囲の一部に形成され
る。補助膜５ａはフェライト粉末の添加量が５０重量部
未満となると配線層５に入り込んだノイズを良好に吸収
することが困難となり、９０重量部を超えると補助膜５
ａの焼結が不充分となり、絶縁基体１及び配線層５と同
時に焼成するのが困難となるので５０〜９０重量部の範
囲とする。 【００３９】次に図２を用いて、本発明の実施の他の形
態としての放熱体付セラミック製パッケージの概略的な
構成を説明する。本実施形態のパッケージも、基本的な
構造は、従来からのパッケージと同等である。また図１
の形態と同等の部分には同一の参照符を付し、重複した
説明を省略する。本実施形態では、前述のようなセラミ
ック材による絶縁基体２１の半導体素子３収納用の凹所
２２には外部への貫通孔２３が形成され、パッケージ２
４としての開口部を封止するように放熱体１３が装着さ
れる。半導体素子３が絶縁基体２１を介さず放熱体１３
に直接接合されるので、放熱経路の伝熱抵抗が小さくな
り、半導体素子３の冷却効果を高めることができる。 【００４０】次の表２は、図１および図２に示す絶縁基
体１、２１と放熱体１３との組合わせを試験サンプルと
して、大気雰囲気中で−４０℃と１２５℃の各温度に制
御した恒温層にそれぞれ１５分ずつ保持する１サイクル
を繰返す温度サイクル試験を、本発明と従来のセラミッ
ク材とを比較して行った結果の一例を示す。 【００４１】 【表２】 【００４２】従来のパッケージ用セラミック材では、ハ
ンダや樹脂で放熱体１３を接合しても、温度サイクルの
早い段階で接合部にクラックが発生してしまう。図１の
パッケージタイプで、接合面積があまり大きくならない
ような場合に、銀ロウで接合可能となる。図２のパッケ
ージタイプでは、銀ロウで接合しても、凹所１１のコー
ナー部などにクラックが入りやすい。本発明のセラミッ
ク材では、導体メタライズとして銅を用いるため、融点
の問題で銀ロウは使用不可能であるけれども、ハンダお
よび樹脂を接合材として用いれば良好な接合を行うこと
ができる。 【００４３】なお、図１および図２の実施形態では、フ
ラット型のパッケージ４、２４について本発明をそれぞ
れ実施しているけれども、他の型のパッケージについて
も同様に実施することかできる。また、放熱体１３を形
成している銅もしくは銅を主成分とする金属は機械加工
性が良好であるので、フィンなどを付けて放熱効果を高
めることも容易である。さらに、絶縁基体１、２１の線
熱膨張係数が銅に近付いているので、蓋体２についても
銅や銅を主成分とする金属を使用し、コスト低減等を図
ることもできる。 【００４４】 【実施例】以下本発明の絶縁基体１、２１のセラミック
材を、さらに具体的な例で説明する。リチウム珪酸ガラ
スとしては、次の２種のガラスを準備する。 【００４５】 重量比率で７４％ＳｉＯ_２−１４％Ｌ
ｉ_２Ｏ−４％Ａ１_２Ｏ_３−２％Ｐ_２Ｏ_５−２％Ｋ_２Ｏ−
２％ＺｎＯ−２％Ｎａ_２Ｏ（Ｐｂ含有量５０ｐｐｍ以
下、屈伏点４８０℃） 重量比率で７８％ＳｉＯ_２−
１０％Ｌｉ_２Ｏ−４％Ａ１_２Ｏ_３−２％Ｐ_２Ｏ_５−５％
Ｋ_２Ｏ−１％Ｎａ_２Ｏ（Ｐｂ含有量５０ｐｐｍ以下、屈
伏点７８０℃）これらの２種のガラスに対して、前述の
表１に示したフィラーを組合わせ、得られる焼結体に対
し、４０〜４００℃の線熱膨張係数や他の物性値を測定
した結果を次の表３に示す。 【００４６】 【表３】【００４７】誘電損失は、焼結体を直径６０ｍｍ、厚さ
２ｍｍに加工し、ＪＩＳＣ２１４１の手法で、ＬＣＲメ
ータ（Ｙ．Ｈ．Ｐ．社製４２８４Ａ型）を用いて求め、
また比誘電率はＬＣＲメータを用いて１ＭＨｚ、１．０
Ｖｒｍｓの条件で２５℃における静電容量を測定し、こ
の静電容量から２５℃における比誘電率を算出した。 【００４８】また配線層として銅（Ｃｕ）を同時焼成に
より被着形成し、配線層の剥離、溶融、焼結不良などに
ついての評価も行った。 【００４９】なお、評価のためのサンプルは、表３に示
す各原料組成物を用いて、溶媒としてのトルエンとイソ
プロピルアルコール、バインダーとしてのアクリル樹
脂、可塑剤としてのＤＢＰ（ジブチルフタレート）を用
いて、ドクターブレード法により厚み５００μｍのグリ
ーンシート成形体を作成し、その表面にＣｕ配線用金属
ペーストをスクリーン印刷法に基づいて塗布した。そし
て次にこれを７００℃でＮ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ雰囲気中で脱バイ
ンダ処理し、各焼成温度で窒素雰囲気中で配線層と絶縁
基板とを同時に焼成し、パッケージ用の配線基板を作成
した。 【００５０】本実施例によるセラミック材は線熱膨張係
数が１０〜２０ｐｐｍ／℃の範囲であるので、放熱体と
して使用する銅もしくは銅を主成分とする金属との線熱
膨張係数の差が小さくなり、熱応力によるクラック等の
発生のおそれがない。 【００５１】また、本実施例によるセラミック材は、焼
結温度がアルミナセラミックなどと比較して低くなるの
で、配線層にＣｕなどの導電率の高い金属を用いること
ができる。アルミナセラミツクなどでは、焼結温度が高
いので、配線層にはモリブデン（Ｍｏ）やタングステン
（Ｗ）などの高融点金属材料を用いる必要があり、導電
性はあまり大きくないので、電気抵抗値が高くなり、半
導体集積回路素子に対する信号の伝達の際の損失が大き
くなる。本実施例では、銅を配線層に使用することがで
きるので、配線層の電気抵抗値が小さくなり、信号の減
衰量も減少する。 【００５２】また、比誘電率は、アルミナが約１０であ
るのに比較すると小さくなる。比誘電率が大きいと、配
線層の単位長さ当たりの静電容量が大きくなり、電気信
号の伝搬の際に遅延が生じ、高速駆動ができなくなって
しまう。本実施例のセラミック材は、比誘電率が従来の
アルミナよりも小さいので、より高速の信号を伝搬する
ことができる。 【００５３】 【発明の効果】本発明によれば、放熱体を熱伝導率が良
好な銅もしくは銅を主成分とする金属で形成するので、
半導体素子から発生する熱に対して良好な放熱効果を得
ることができる。 【００５４】また本発明によれば、内部に半導体素子を
収納するための空所を有する半導体素子収納用パッケー
ジの絶縁基体の線熱膨張係数は、４０〜４００℃の温度
範囲で１０〜２０ｐｐｍ／℃であるので、放熱体として
使用する銅もしくは銅を主成分とする金属に対して線熱
膨張係数の差が小さい。放熱体と絶縁基体との間の熱応
力が小さくなるので、長期間にわたって信頼性を維持す
ることができる。放熱体として使用する銅もしくは銅を
主成分とする金属は、従来の銅−タングステンなどの材
料に比較して熱伝導率や加工性が良く、材料コストや製
造コストを安くすることができる。 【００５５】更に本発明によれば、絶縁基体に形成した
配線層の一部周囲がフェライト粉末を含有した補助膜で
被覆されていることから外部電気回路から配線層にノイ
ズが入り込んだ場合、そのノイズはフェライト粉末で熱
エネルギーに変換されて吸収され、その結果、ノイズが
配線層を介してそのまま半導体素子に入り込むことはな
く、半導体素子を正常に作動させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の一形態の構成を示す概略的な断
面図である。 【図２】本発明の実施の他の形態の概略的な断面図であ
る。 【符号の説明】 １、２１・・・絶縁基体 ２・・・・・・蓋体 ３・・・・・・半導体素子 ４、２４・・・パッケージ ５・・・・・・配線層 ５ａ・・・・・補助膜 １３・・・・・放熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/08 C04B 35/19 C04B 35/20 H01L 23/34

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数個の配線層を有し、外表面に放熱体
   が取着されている絶縁基体と蓋体とから成り、内部に半
   導体素子を収容するための空所を有する半導体素子収納
   用パッケージであって、前記放熱体を銅もしくは銅を主
   成分とする金属で形成し、且つ前記絶縁基体を、酸化リ
   チウム（Ｌｉ _２ Ｏ）を５〜３０重量％含有するリチウム
   珪酸ガラス２０〜８０体積％と、４０〜４００℃におけ
   る線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラーを８
   ０〜２０体積％との割合で含む成形体を焼成して得られ
   る、４０〜４００℃における熱膨張係数が１０〜２０ｐ
   ｐｍ／℃のセラミック材で形成するとともに、配線層の
   一部周囲を、酸化リチウム（Ｌｉ _２ Ｏ）を５〜３０重量
   ％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜８０体積％と、４
   ０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上
   であるフィラーを８０〜２０体積％との割合で含むガラ
   スセラミックス１０〜５０重量部とフェライト粉末５０
   〜９０重量部とから成る補助膜で被覆したことを特徴と
   する半導体素子収納用パッケージ。