JP4336016B2

JP4336016B2 - 半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP4336016B2
Application number: JP2000054967A
Authority: JP
Inventors: 利良中島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001244356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波通信分野およびミリ波通信分野等で用いられ、高周波帯域で作動するガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の化合物半導体等から成る各種半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波通信分野またはミリ波通信分野等で用いられ、高周波帯域で作動する各種半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）を図５に示す。同図において、２１，２４はそれぞれ金属材料から成り容器本体を構成する基体と側壁用の枠体、２５はセラミックスから成り基体２１上に接合され高周波信号を入出力する入出力端子、２６は蓋体、２８は半導体素子を示す。これら基体２１、枠体２４、入出力端子２５、蓋体２６とで、半導体素子２８を半導体パッケージ内部に収容する。
【０００３】
また、このような半導体パッケージは、一般に半導体素子２８が載置される載置部２１ａを有する基体２１と、基体２１上面の外周部に載置部２１ａを囲繞するように接合される枠体２４および接合面に金属層が設けられた入出力端子２５とが、銀ロウ等のロウ材で接合される。さらに、蓋体２６と枠体２４上面とが、蓋体２６と枠体２４上面にそれぞれ設けられた金属層を介して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材で接合される。
【０００４】
基体２１は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属材料から成り、半導体素子２８作動時に発熱する熱を吸収し放散するための放熱板として機能するとともに、半導体素子２８を支持する支持部材として機能する。
【０００５】
また、枠体２４は、基体２１に熱膨張係数が近似する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属材料から成るとともに、入出力端子２５を嵌着するための貫通孔または切欠部から成る取付部２４ａが形成されており、入出力端子２５の上面および下面にそれぞれ設けられた金属層を介して銀ロウ等のロウ材で接合される。
【０００６】
また、この入出力端子２５は、基体２１，枠体２４に熱膨張係数が近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等のセラミックスから成るとともに、半導体パッケージの内外を導出するようにモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ金属層２５ａが被着されている。
【０００７】
また、このメタライズ金属層２５ａには、外部電気回路との高周波信号の入出力を行なうために、導電性を有する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属材料から成るリード端子２７が銀ロウ等のロウ材で接合されるとともに、半導体素子２８と電気的に接続するためのボンディングワイヤ２９が接合される。
【０００８】
なお、この半導体素子２８は、載置部２１ａに錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低融点半田を介して接合され、作動時にはこの低融点半田を介して基体２１に伝熱される。
【０００９】
しかる後、枠体２４の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体２６により、金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材で接合することによって、半導体パッケージ内部に半導体素子２８を気密に収容しその作動性を良好なものとする。
【００１０】
このように、基体２１、枠体２４、入出力端子２５、蓋体２６とで、半導体素子２８を半導体パッケージ内部に収容するとともに、ボンディングワイヤ２９とリード端子２７と外部電気回路とを電気的に接合することによって、半導体素子２８が高周波信号によって作動する半導体装置となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、半導体素子２８は高密度化、高集積化が急激に進み、そのため半導体素子２８の作動時に発する熱量が従来に比し極めて大きなものとなっている。従って、半導体素子２８を従来の半導体パッケージに収納して半導体装置となした場合、半導体素子２８の作動時に発する熱を放散するＣｕ−Ｗ合金から成る基体２１の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ程度と比較的高くても、近年の半導体素子２８が発する多量の熱を十分に吸収することができない。その結果、半導体素子２８は、発熱によって高温となり熱破壊を起こしたり、熱による特性劣化を引き起こし誤作動が生じる等の問題点を有していた。
【００１２】
このような問題点を解決する手段として、図３および図４に示すように、放熱板１２として、この上面から下面にかけて熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体１２ａの上下両面に、各５０μｍ以下の厚さを有するＣｒ−Ｆｅ合金層１２ｂ−１，Ｃｕ層１２ｂ−２，Ｆｅ−Ｎｉ層またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ層１２ｂ−３の３層構造を有する金属層１２ｂを拡散接合したものを使用し、さらにこの放熱板１２側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化するため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金から成る枠状の基体１１の穴部（開口）１１ｂに、放熱板１２を銀ロウ等のロウ材で挿着するといったものを本出願人は提案した（特願平１０−３２７２１６号）。
【００１３】
しかしながら、図３，図４のものでは、厚さ方向の熱伝導は非常に優れているが、幅方向の熱伝導率、即ち金属層１２ｂの横方向への熱伝導率は、金属層１２ｂの組成とその厚さが１５０μｍ以下である点から非常に低い。そのため、穴部１１ｂに熱伝導性に優れる銀ロウを介して挿着しても、発する熱は銀ロウまで十分に伝熱しない。そのため、半導体素子１８は、その作動時に発する熱が非常に高いために、厚さ方向のみの熱伝導では十分放熱できない場合、高温となり熱破壊を起こしたり、熱による特性劣化を引き起こし誤作動が生じる等の問題点を有していた。
【００１４】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、半導体素子が作動時に発する熱を外部に効率良く放散させて半導体素子を常に適温とし、半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る半導体パッケージを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕ−Ｗ合金から成る枠状の基体と、該基体の開口に嵌め込まれロウ材を介して接合されるとともに上面に半導体素子が載置される載置部を有する放熱板と、前記基体上面に前記放熱板を囲繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部から成る入出力端子の取付部を有しＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕ−Ｗ合金から成る枠体と、前記取付部に嵌着された入出力端子とから成る半導体素子収納用パッケージにおいて、前記放熱板は、厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成り、かつ上面および下面に前記放熱板側からクロム−鉄合金層，銅層，モリブデン層および銅層から成る金属層が積層されて成ることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、このような構成により、上面に半導体素子が載置される放熱板が、その上面側から下面側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であるものとなり、さらに、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金から成り放熱板側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化する基体の開口に、熱伝導性に優れる銀ロウ等のロウ材を介して嵌着したことから、半導体素子の作動時の熱は、厚さ方向、即ち半導体素子が放熱板に低融点半田を介して接合されている面からそのまま垂直下方に伝熱する経路と、幅方向、即ち金属層の横方向（面方向）から放熱板の側面（ロウ材）へ伝熱する経路との２経路で、放熱板の下面側に伝熱され大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させ得る。
【００１７】
さらに、本発明の上記構成の放熱板は、その重量が極めて小さなものであり、半導体パッケージ内部に半導体素子を収納して半導体装置となした場合、半導体装置の重量も極めて小さなものとなって、近年の小型軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、前記放熱板と前記金属層および前記金属層内は拡散接合により互いに接合されて成ることを特徴とする。これにより、耐熱性の劣る樹脂接着剤を介して接合させる場合に比較して、放熱板をロウ材により基体に接合することが容易となり、またスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成法により金属層を形成する場合よりも、横方向の熱伝導性が良好な厚い金属層が効率良く安定して形成できる。また、拡散接合により放熱板と金属層および金属層内を一時に接合することが可能になるため、きわめて生産性の高いものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージの一実施形態を示す断面図であり、図２は図１の放熱板の部分拡大断面図である。これらの図において、１は基体、２は放熱板、３はロウ材、４は枠体、５は入出力端子、６は蓋体、８は半導体素子である。これら基体１、放熱板２、ロウ材３、枠体４、入出力端子５および蓋体６とで、半導体素子８を収容するための容器が構成される。
【００２０】
枠状の基体１は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金から成り、また略中央部に開口（貫通孔）１ｂが形成され、これに放熱板２をロウ材３で嵌着することによって、放熱板２側部の気孔を塞ぐとともに耐外圧性を強化する機能を有する。
【００２１】
この基体１が上記金属材料から成る場合、基体１は、半導体パッケージ内外に高周波信号を入出力させた際に発生する電磁場を遮蔽する所謂電磁遮蔽板としても機能し、また基体１は、その外側周縁部に設けられたネジ穴（図示せず）にトルクをかけてネジを締めても、この基体１が弾性を有することから、クラック等の破損を有効に防止でき、所謂破損防止板としても機能する。
【００２２】
また、この金属材料から成る基体１は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって、その主面に開口１ｂを有する形状、所謂枠状に製作される。また、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被着させておくと、放熱板２や入出力端子５との銀ロウ等のロウ材３による接合をより強固なものとできる。
【００２３】
また、この放熱板２は、半導体素子８を支持する支持部材として機能するとともに、半導体素子８が作動時に発する熱を吸収し大気中に放散する機能を有しており、図２に示すように、上面側から下面側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構造を有する金属層２ｂを、好ましくは拡散接合によって積層させ被着させたものである。この拡散接合の他に、厚膜法によって形成してもよい。
【００２４】
この一方向性複合材料から成る芯体２ａは、例えば一方向に配向した炭素繊維の束を、固体のピッチあるいはコークス等の微粉末に分散させたフェルール樹脂等の熱硬化性樹脂の溶液中に含浸させ、次にこれを乾燥させて一方向に炭素繊維が配向している複数枚のシートを形成するとともに、各々のシートを炭素繊維の方向が同一となるようにして複数枚積層する。次に、積層された複数枚のシートに所定の圧力を加えるとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化させ、最後にこれを不活性雰囲気中高温で焼成し、フェノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉末を炭化させる（炭素を形成する）とともに、この炭素で各々の炭素繊維を結合させることによって製作されている。
【００２５】
また、この放熱板２の一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面には、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構造を有する金属層２ｂが拡散接合によって積層され被着されており、それぞれの厚さを調整することによって、特に幅方向（横方向）の熱膨張係数を調整できる。
【００２６】
なお、放熱板２の厚さ方向（縦方向）の熱膨張係数は、金属層２ｂの厚さが一方向性複合材料から成る芯体２ａの厚さに比し非常に薄く、また、一方向性複合材料から成る芯体２ａの厚さ方向の弾性率は芯体２ａの幅方向の弾性率に比し１／１００以下と非常に低いため、一方向性複合材料から成る芯体２ａの厚さ方向の熱膨張係数にほとんど近似し、およそ７×１０^-6／℃となる。
【００２７】
このようなことから、この放熱板２の幅方向の熱膨張係数を基体１の熱膨張係数に近似させ、それぞれロウ付けした際に発生する残留熱応力を非常に小さくし接合を強固なものとするためには、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４のそれぞれの厚さ、特に一方向性複合材料から成る芯体２ａの熱膨張係数、弾性率のような特性の影響を直接的に受けにくい放熱板２の表層側（Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４）の厚さを調整するのがよい。
【００２８】
例えば、基体１の熱膨張係数がおよそ１０〜１３×１０^-6／℃のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金のような金属材料に近似させるためには、最表層でかつ熱膨張係数の大きなＣｕ層２ｂ−４の厚さを最も厚くし、Ｍｏ層２ｂ−３の厚さをＣｕ層２ｂ−４の厚さよりも比較的薄くする。さらにＣｒ−Ｆｅ層２ｂ−１とＣｕ層２ｂ−２との厚さは、Ｍｏ層２ｂ−３の厚さよりもさらに薄くする。具体的には、Ｃｕ層２ｂ−４の厚さを２０μm程度、Ｍｏ層２ｂ−３の厚さを１０μm程度、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１とＣｕ層２ｂ−２との厚さを５μm程度としておく。
【００２９】
なお、金属層２ｂが一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面に拡散接合させることによって被着される場合、具体的には、芯体２ａの上下両面にそれぞれの厚さが５０μｍ以下でかつ基体１の熱膨張係数に近似させるように厚さ調整された、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１用のＣｒ−Ｆｅ合金箔，Ｃｕ層２ｂ−２用のＣｕ箔，Ｍｏ層２ｂ−３用のＭｏ箔，Ｃｕ層２ｂ−４用のＣｕ箔を、順次載置して積層させ、次にこれを真空ホットプレスで５ＭＰａの圧力をかけつつ１２００℃の温度で１時間加熱することによって行なわれる。
【００３０】
また、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１は、金属層２ｂを一方向性複合材料から成る芯体２ａに強固に接合させる密着層であり、Ｃｕ層２ｂ−２は、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１とＭｏ層２ｂ−３とを強固に接合させるとともに両者の相互拡散を有効に防止する拡散防止層であり、Ｍｏ層２ｂ−３とＣｕ層２ｂ−４は、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１およびＣｕ層２ｂ−２と相まって、その厚さを調整することによって放熱板２の熱膨張係数を基体１の熱膨張係数に近似させる熱膨張係数調整層である。
【００３１】
なお、最表層のＣｕ層２ｂ−４は、その熱伝導性に優れた特性から、半導体素子８が発する熱を効率良く放熱板２上面を伝熱させる機能を有するとともに、その表面にＮｉメッキやＣｕメッキ等のメッキを非常に容易に被着させることを可能とする。
【００３２】
また、放熱板２の側部には、ロウ材３との接合を強固なものとするために、耐蝕性に優れかつロウ材３との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被着させておくと、ロウ材３を介して基体１に強固に接合できる。
【００３３】
このように、基体１の熱膨張係数に近似させた放熱板２を基体１の開口１ｂに銀ロウ等のロウ材３を介して嵌着させても、その残留熱応力によって剥がれたり、放熱板２が破損するようなことはない。また、この放熱板２上に半導体素子８を載置固定し、半導体素子８を作動させても作動時に発する高温の熱によって、基体１と放熱板２とが熱膨張差によって剥がれたり、放熱板２が破損するようなことはない。
【００３４】
また、半導体素子８の作動時に発する高温の熱は、厚さ方向と幅方向の２経路で下面側に伝熱され大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子８は常に適温となり、半導体素子８を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３５】
また、このような放熱板２は、比重がきわめて小さく（Ａｌと同程度）その重量が小さいことから、この放熱板２を使用した半導体パッケージに半導体素子８を収納して半導体装置となした際、従来の半導体装置に比し極めて軽量なものとなり、近年の小型軽量化が進む電子装置にも実装が可能となる。
【００３６】
また、放熱板２は、幅方向の弾性率が３０ＧＰａ以下と軟質であることから、放熱板２と基体１との間に若干の熱膨張差があったとしても両者間に発生する熱応力は放熱板２が適度に変形することによって吸収される。その結果、基体１と放熱板２との接合が正常に保たれることから、半導体素子８が発する熱を常に大気中へ効率良く放散させることができる。
【００３７】
さらに、一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面に金属層２ｂを被着させた放熱板２は、芯体２ａと上面の金属層２ｂとの間および芯体２ａと下面の金属層２ｂとの間に、両者の熱膨張係数の相違による熱応力が発生するが、その各々の熱応力は金属層２ｂの芯体２ａに対する被着位置が異なることから互いに相殺される。その結果、放熱板２は芯体２ａと金属層２ｂとの間に発生する熱応力によって変形することなく常に平坦となり、これにより放熱板２上に半導体素子８を強固に載置固定させることができるとともに、半導体素子８が作動時に発する熱を常に大気中へ効率良く放散させることができる。
【００３８】
本発明の放熱板２の厚さは０．２〜５ｍｍが好ましく、０．２ｍｍ未満では、製造するのが困難であるとともに、製造できたとしても芯体２ａ部分が薄すぎてその弾性率が非常に小さなものとなり、放熱板２の熱膨張係数は金属層２ｂに影響され決定されることとなる。金属層２ｂの影響を小さくするには、金属層２ｂの各層の厚さを非常に薄くする必要があり、金属箔で作製するには厚さを５μｍ未満とするのは非常に困難なため、金属層２ｂを形成することが困難となる。一方、放熱板２の厚さが５ｍｍを超える場合、厚さが厚すぎて小型軽量化がなされず、実用性の乏しいものとなる。
【００３９】
また、放熱板２の載置部１ａを有する上面の大きさは、半導体素子８の下面に対して、面積比で５０％以上であるのがよく、５０％未満では、熱放散効果が従来のＣｕ−Ｗ合金から成るものを半導体素子８の下面に１００％程度の面積比で形成した場合と同等以下となる。
【００４０】
さらに、図１では、放熱板２の上面および下面は基体１の上面および下面に略面一とされているが、放熱板２の上面は基体１の上面よりも高くても低くても構わない。好ましくは、小型軽量化のために、放熱板２の上面は基体１の上面から突出しているよりも面一とされているのがよい。一方、放熱板２の下面は、放熱効果が損なわれないようにするために、基体１の下面に面一とされているか、または基体１の下面より突出していることが好ましい。
【００４１】
この放熱板２が挿着される基体１の上面には、基体１に熱膨張係数が近似するアルミナセラミックス等から成るセラミックスから成り、高周波信号を入出力する入出力端子５が、枠体４の貫通孔または切欠部からなる取付部４ａに、Ｍｏ−Ｍｎ等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ層とその表面に被着したＮｉメッキ層とを介して銀ロウ等のロウ材で接合される。
【００４２】
また、この入出力端子５には、半導体パッケージ内外を導出するように、Ｍｏ−Ｍｎ等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ金属層５ａが被着されているとともに、この入出力端子５上面にも枠体４との接合用のメタライズ層とその表面に被着されたＮｉメッキ層とが形成されている。
【００４３】
このメタライズ金属層５ａの表面には、耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被着させておくと、リード端子７との銀ロウ等のロウ材３による接合を可能とし、また、このＮｉ層の表面にさらに厚さ０．５〜９μｍのＡｕ層をメッキ法により被着させることによって、半導体素子８と電気的に接続させるためのボンディングワイヤ９を接合できる。
【００４４】
このリード端子７は、外部電気回路との高周波信号の入出力を行なうために導電性を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、その金属材料のインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００４５】
枠体４は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金から成り、入出力端子５にその熱膨張係数が近似したものを用いることによって、ロウ付け後の残留熱応力を小さいものとし、その結果それらの接合を強固なものとできる。
【００４６】
また、この枠体４が金属材料から成る場合、枠体４は半導体パッケージ内外に高周波信号を入出力させた際に発生する電磁場を遮蔽する所謂電磁遮蔽版として機能する。
【００４７】
この金属材料から成る枠体４は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって所定の枠状の形状に製作される。また、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層をメッキ法により被着させておくと、入出力端子５の上面との銀ロウ等のロウ材３による接合をより強固なものとできる。
【００４８】
なお、枠体４の上面すなわち蓋体６に接合される面は、Ａｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材で接合されるため、その低融点ロウ材との濡れに優れる接合面としておく必要があることから、上述のＮｉ層の表面にさらに厚さ０．５〜９μmのＡｕ層を被着させておくと良い。
【００４９】
このような枠体４の上面には、好ましくは枠体４と同じ材料のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るか、またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体６が、Ａｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材を介して接合される。
【００５０】
かくして、半導体素子８は、半導体パッケージ内部に気密に封止され、また半導体装置となされた後に作動時に発する熱が効率良く大気中に放散されるため、誤作動等の問題を全く発生させない。
【００５１】
このように、本発明の半導体パッケージは、上面に半導体素子８が載置される載置部１ａを有する放熱板２として、放熱板２の上面側から下面側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面にＣｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構造を有する金属層２ｂを拡散接合により積層させ被着させたものを使用し、さらにＣｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金から成り、放熱板２側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化するための基体１の開口１ｂに、熱伝導性に優れる銀ロウ等のロウ材３を介して嵌着して成る。
【００５２】
これにより、半導体素子８が作動時に発した熱は、厚さ方向（半導体素子８が放熱板２に低融点半田を介して接合されている面からそのまま垂直下方に伝熱する経路）と、幅方向｛金属層２ｂの横方向から放熱板２の側面（ロウ材３）を伝熱する経路｝との２経路で、放熱板２の下面側に伝熱され大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子８は常に適温となり、半導体素子８を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００５３】
また、本発明によれば、厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体２ａの上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層２ｂ−１，Ｃｕ層２ｂ−２，Ｍｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の４層構造を有する金属層２ｂを拡散接合により積層させ被着させた放熱板２は、その重量が極めて軽量なものであり、半導体パッケージ内部に半導体素子８を収納して半導体装置となした場合、半導体装置の重量も極めて軽量なものとなって、近年の小型軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【００５４】
さらに、本発明によれば、上記金属層２ｂのうち、特にＭｏ層２ｂ−３，Ｃｕ層２ｂ−４の２層のそれぞれの厚さを調整することによって、放熱板２の幅方向の熱膨張係数を基体１のそれに近似させることができ、そのため基体１と放熱板２との接合を強固なものとできる。
【００５５】
かくして、本発明の半導体パッケージは、放熱板２の載置部１ａ上に半導体素子８をＳｎ−Ｐｂ半田等の低融点半田を介して載置固定するとともに、半導体素子８の各電極をボンディングワイヤ９を介してメタライズ金属層５ａに接続させ、しかる後、枠体４の上面に蓋体６をＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材を介して接合させ、基体１、放熱板２、ロウ材３、枠体４、入出力端子５および蓋体６とから成る容器内部に半導体素子８を収納することによって、製品としての半導体装置となる。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行なうことは何等支障ない。
【００５７】
例えば、放熱板２の側面とＣｕ層２ｂ−４の表面とに、その熱膨張係数が大きく変わらない程度にＣｕメッキを施しておくと、Ｃｕメッキの熱伝導性に優れた性質から、幅方向｛金属層２ｂの横方向から放熱板２の側面（Ｃｕメッキとロウ材３）を伝熱する経路｝の熱伝導性を非常に高くできる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は、上面に半導体素子が載置される放熱板として、放熱板の上面側から下面側にかけての熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上である部材、即ち厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体の上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層，Ｃｕ層，Ｍｏ層，Ｃｕ層の４層構造を有する金属層を拡散接合させることにより積層被着させたものを使用し、さらにＣｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金から成り、放熱板側部の気孔を塞ぎ耐外圧性を強化するための基体の開口に、熱伝導性に優れる銀ロウ等のロウ材を介して嵌着したことから、半導体素子が作動時に発した熱は、厚さ方向と幅方向との２経路で、放熱板の下面側に伝熱され大気中に効率良く放散される。その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００５９】
さらに、厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成る芯体の上下両面に、Ｃｒ−Ｆｅ合金層，Ｃｕ層，Ｍｏ層，Ｃｕ層の４層構造を有する金属層を拡散接合により積層被着させた放熱板は、その重量が極めて小さいものであり、半導体パッケージ内部に半導体素子を収納して半導体装置となした場合、半導体装置の重量も極めて小さなものとなって、近年の小型軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【００６０】
本発明は、好ましくは、放熱板と金属層および金属層内は拡散接合により互いに接合されて成るにより、耐熱性の劣る樹脂接着剤を介して接合させる場合に比較して、放熱板をロウ材により基体に接合することが容易となり、またスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成法により金属層を形成する場合よりも、厚い金属層が効率良く安定して形成できる。また、拡散接合により放熱板と金属層および金属層内を一時に接合することが可能になるため、きわめて生産性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の放熱板の部分拡大断面図である。
【図３】従来の半導体パッケージの断面図である。
【図４】図３の放熱板の部分拡大断面図である。
【図５】従来の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：開口
２：放熱板
２ａ：芯体
２ｂ：金属層
２ｂ−１：クロム−鉄合金層
２ｂ−２：銅層
２ｂ−３：モリブデン層
２ｂ−４：銅層
３：ロウ材
４：枠体
４ａ：取付部
５：入出力端子
８：半導体素子

Claims

Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕ−Ｗ合金から成る枠状の基体と、該基体の開口に嵌め込まれロウ材を介して接合されるとともに上面に半導体素子が載置される載置部を有する放熱板と、前記基体上面に前記放熱板を囲繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部から成る入出力端子の取付部を有しＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕ−Ｗ合金から成る枠体と、前記取付部に嵌着された入出力端子とから成る半導体素子収納用パッケージにおいて、前記放熱板は、厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成り、かつ上面および下面に前記放熱板側からクロム−鉄合金層，銅層，モリブデン層および銅層から成る金属層が積層されて成ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
前記放熱板と前記金属層および前記金属層内は拡散接合により互いに接合されて成ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。