JP4608409B2

JP4608409B2 - 高放熱型電子部品収納用パッケージ

Info

Publication number: JP4608409B2
Application number: JP2005303800A
Authority: JP
Inventors: 明義小阪田
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: JP2007115793A

Description

本発明は、ヒートシンク板、セラミック枠体、及び外部接続端子で構成される高放熱型電子部品収納用パッケージに関し、より詳細には、ヒートシンク板とセラミック枠体で形成されるキャビティ部に半導体素子等の電子部品が搭載され、セラミック枠体上に接合された金属板等からなる外部接続端子と電子部品をボンディングワイヤで接続して電気的に導通状態とされた後、蓋体で電子部品が気密に封止される高放熱型電子部品収納用パッケージに関する。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来から、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０には、例えば、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）基地局用等のシリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の高周波、高出力の半導体素子等の大型の電子部品を収納したりするためのものがある。このような高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、実装される電子部品５１から発生する高温、且つ大量の熱を放熱するための熱伝導性に優れる金属板からなるヒートシンク板５２の一方の主面に、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の絶縁体からなる窓枠形状のセラミック枠体５３が接合されて有している。また、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、セラミック枠体５３の他方の主面である上面に外部と電気的に導通状態とするための金属板からなる外部接続端子５４が接合されて有している。このセラミック枠体５３とヒートシンク板５２、セラミック枠体５３と外部接続端子５４との接合のためには、セラミック枠体５３のそれぞれの主面にタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるメタライズ膜５５が形成され、更にこのメタライズ膜５５の表面にＮｉめっき被膜（図示せず）が施されている。そして、このＮｉめっき被膜と、ヒートシンク板５２や、外部接続端子５４との間には、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材５６を介して加熱することで、セラミック枠体５３とヒートシンク板５２、セラミック枠体５３と外部接続端子５４の接合体が形成されている。更に、接合体の表面に露出する全ての金属部分には、Ｎｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜からなるめっき被膜（図示せず）を形成することで、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０が形成されている。

高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、ヒートシンク板５２の上面と、セラミック枠体５３の窓枠内周側壁面で形成されるキャビティ部５７のヒートシンク板５２の上面のＡｕめっき被膜面に大型の電子部品５１がＡｕＳｉ等からなるろう材で接合できるようにしている。この接合には、キャビティ部５７のヒートシンク板５２の上面であるマウントパッド部を極めて平坦性をよくすることで、大型の電子部品５１の接合信頼性に問題を発生させることなく接合できるようにしている。また、高放熱型電子部品収納用パッケージ５０に収納されるシリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の高周波、高出力の半導体素子等の電子部品５１は、比較的大型で細長い形状をし、キャビティ部５７の大きい面積を使って接合されている。そして、キャビティ部５７に収納された電子部品５１は、外部接続端子５４との間をボンディングワイヤ５８で直接接続して電気的導通を形成した後、樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋体５９が外部接続端子５４を含むセラミック枠体５３の上面に樹脂や、ガラス等の絶縁性接着材６０で接合されて、電子部品５１がキャビティ部５７内で気密に封止されるようになっている。電子部品５１が収納された高放熱型電子部品収納用パッケージ５０は、外部接続端子５４を配線回路パターンの施された基板ボード（図示せず）等に半田で接合して外部と電気的に接続すると共に、ヒートシンク板５２の長手方向両端部に設けられている取付部６１で放熱性の向上を兼ねる金属製からなる基台（図示せず）にねじ６２でねじ止め、及び／又は、ヒートシンク板５２下面を基台に半田で接合している。

従来のセラミックパッケージには、ヒートシンク板の半導体素子等の電子部品搭載部へのろう材流れを防止するために、セラミック基板にヒートシンク板をろう付けする際に、電子部品搭載部側に高融点ＡｇＣｕろうからなるろう材を配置し、その外側に共晶ＡｇＣｕろうからなるろう材を配置してろう付接合を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２０４６８１号公報

しかしながら、前述したような従来の高放熱型電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）高放熱型電子部品収納用パッケージには、セラミック枠体とヒートシンク板をろう材を介して接合する時に、ヒートシンク板上面へのろう材の流れ出しが発生し、ヒートシンク板の上面を凹凸状態としている。特に、セラミック枠体の内周側壁面近傍には多くのろう材の流れ出しが発生し、ヒートシンク板上面の平坦性を有する面積が中央部に集中化すると共に、面積が小さくなっている。このような高放熱型電子部品収納用パッケージのヒートシンク板上に搭載されるにシリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の高周波、高出力の半導体素子等の電子部品は、ますますの大型化と共に、セラミック枠体の内周側壁面に近接して接合されるので、ヒートシンク板上面の凹凸状態とよって、電子部品にクラックや、電子部品の不着部分等を発生させたりして電子部品の接合信頼性の低下となっている。
（２）特開平１１−２０４６８１号公報で開示されるよう形態での高放熱型電子部品収納用パッケージの場合では、高融点ＡｇＣｕろうと、共晶ＡｇＣｕろうのそれぞれのろう付け温度が異なるので、それぞれの温度の中間的な温度を用いるとしても適切性に欠け、接合強度に問題が発生している。また、ろう付け時には、２種類のろう材を正確に配置させることが難しい作業効率が低いので、高放熱型電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、電子部品が接合されるヒートシンク板の上面の平坦性を向上させて電子部品の接合信頼性を満足させることができる安価な高放熱型電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る高放熱型電子部品収納用パッケージは、熱伝導性の高い金属板の下面に、第１のＣｕ板をＡｇ−Ｃｕろうで接合してなるヒートシンク板の金属板の上面に窓枠形状からなるセラミック枠体がＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合され、ヒートシンク板の上面と、セラミック枠体の内周側壁面で電子部品を収納するためのキャビティ部が設けられると共に、セラミック枠体の上面に電子部品とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための外部接続端子がＡｇ−Ｃｕろうで接合して設けられる高放熱型電子部品収納用パッケージであって、キャビティ部の金属板の上面に、第１のＣｕ板と略同じ厚さからなる第２のＣｕ板が、外形周縁をセラミック枠体の内周側壁面と近接するようにしてＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合されて設けられていると共に、セラミック枠体の外方の金属板の上面に、第２のＣｕ板と略同じ厚さからなるＣｕ板がＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合されて設けられている。

請求項１記載の高放熱型電子部品収納用パッケージは、熱伝導性の高い金属板の下面に、第１のＣｕ板をＡｇ−Ｃｕろうで接合してなるヒートシンク板の金属板の上面に窓枠形状からなるセラミック枠体がＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合され、ヒートシンク板の上面と、セラミック枠体の内周側壁面で電子部品を収納するためのキャビティ部が設けられると共に、セラミック枠体の上面に電子部品とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための外部接続端子がＡｇ−Ｃｕろうで接合して設けられる高放熱型電子部品収納用パッケージであって、キャビティ部の金属板の上面に、第１のＣｕ板と略同じ厚さからなる第２のＣｕ板が、外形周縁をセラミック枠体の内周側壁面と近接するようにしてＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合されて設けられていると共に、セラミック枠体の外方の金属板の上面に、第２のＣｕ板と略同じ厚さからなるＣｕ板がＡｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合されて設けられているので、セラミック枠体を接合した時のＡｇ−Ｃｕろう材が電子部品を実装するためのキャビティ部の底面に流れ出すのを防止することができ、電子部品を実装する時の電子部品に発生するクラックや、電子部品の不着部分等の発生を防止して、電子部品の接合信頼性を向上させることができる。また、ろう材接合には、１種類のＡｇ−Ｃｕろう材で接合させることができるので、接合強度を高くすることができると共に、安価なパッケージとすることができる。更に、金属板の下面に設ける第１のＣｕ板と、金属板の上面側に設ける第２のＣｕ板及びこの第２のＣｕ板と略同じ厚さからなるＣｕ板とは、金属板とＣｕ板の熱膨張率差をバランスさせることができ、パッケージの反りの発生を防止させることができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、実装される電子部品１１から発生する高温、且つ大量の熱を放熱するために、熱伝導性の高い金属板１２の下面に第１のＣｕ板１３を接合してなる高放熱特性を有する略長方形板状のヒートシンク板１４を用いている。そして、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０のヒートシンク板１４の金属板１２の上面には、窓枠形状からなるセラミック枠体１５がろう付接合されている。このセラミック枠体１５には、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックが用いられ、ヒートシンク板１４と接合する部分である窓枠形状の一方の主面にタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の導体金属パターンからなるメタライズ膜１６、更にその上にＮｉめっき被膜が設けられ、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材１７でヒートシンク板１４とろう付接合している。この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、ヒートシンク板１４の上面と、セラミック枠体１５の内周側壁面とで電子部品１１を収納するためのキャビティ部１８が設けられている。これと共に、セラミック枠体１５の上面となる窓枠形状の他方の主面には、一方の主面側に設けるのと同様のタングステンや、モリブデン等の導体金属パターンからなるメタライズ膜１６ａ、更にその上にＮｉめっき被膜が設けられ、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材１７ａで外部接続端子１９がろう付接合されている。この外部接続端子１９は、電子部品１１とボンディングワイヤ２０を介して直接接続して電気的に導通状態とするために設けられている。

この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、キャビティ部１８のヒートシンク板１４の金属板１２の上面に、第１のＣｕ板１３と略同じ厚さからなる第２のＣｕ板２１が、外周周縁をセラミック枠体１５の内周側壁面と近接するようにしてろう材１７ｂでろう付接合されている。この第２のＣｕ板２１の接合形態は、ヒートシンク板１４の金属板１２の上面に、予めろう付接合されていて、この後にセラミック枠体１５がろう付接合される形態、あるいは、セラミック枠体１５のろう付接合と同時、又はセラミック枠体１５のろう付接合後にろう付接合される形態であってもよい。そして、外部接続端子１９を含む表面に露出する全ての金属部分に、Ｎｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜が施された高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、キャビティ部１８の第２のＣｕ板２１のＡｕめっき被膜上にＡｕＳｉ等からなるろう材を介して接合して電子部品１１が搭載されるようになっている。この電子部品１１の搭載には、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材１７、及び／又はろう材１７ｂのろう流れが第２のＣｕ板２１の厚さによって、第２のＣｕ板２１の上面に流れ込むのを防止できて第２のＣｕ板２１の上面を極めて平坦性のよい表面とすることができ、Ａｕめっき被膜形成後の表面の凹凸状態の発生を防止できるので、例え大型の電子部品１１であったとしても接合信頼性を向上させることができる。

キャビティ部１８に搭載された電子部品１１は、外部接続端子１９との間をボンディングワイヤ２０で直接接続して電気的導通を形成している。そして、電子部品１１が実装された高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、キャビティ部１８をガラスや、接着樹脂等の絶縁性接着剤２２を介して樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋体２３で接合して電子部品１１がキャビティ部１８内に気密に封止された後、パッケージの外に延設している外部接続端子１８をボード等に半田で接合するようになっている。更に、高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、ヒートシンク１４の長手方向端部に設けられた取付部２４でねじ等で金属ブロック（図示せず）等にねじ止め（図示せず）すると共に、場合によって、ヒートシンク板１４の下面を金属ブロックに半田で接合している。

この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０には、電子部品１１が搭載される部位であるキャビティ部１８のヒートシンク板１４の金属板１２の上面に第２のＣｕ板２１がろう付接合されて設けられていると共に、これ以外の部位であるヒートシンク板１４の外部に露出する金属板１２の上面にも第２のＣｕ板２１がろう付接合されて設けられているのがよい。この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、金属板１２を中心にして両面に第１のＣｕ板１３と、第２のＣｕ板２１を略バランスさせて張り合わせることで、金属板１２とＣｕ板の熱膨張率差から発生する反りを略全面にわたってバランスさせることができ、パッケージの反りの発生を防止させることができる。

また、この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０のヒートシンク板１４には、金属板１２が銅とモリブデンからなるＣｕ−Ｍｏ合金板、又はポーラス状からなるモリブデンに銅を含浸させたりして作製されるＣｕ−Ｍｏ複合板からなり、第１のＣｕ板１３とクラッド接合、又はろう付接合されているのがよい。この高放熱型電子部品収納用パッケージ１０は、キャビティ部１８に搭載される電子部品１１からの発熱を、熱伝導性の高い金属板１２と、Ｃｕ板から速やかに伝熱させると共に、放熱させることができる。

本発明の高放熱型電子部品収納用パッケージは、シリコンや、ガリウム砒素電界効果トランジスタ等の高周波、高出力の半導体素子等の電子部品を実装させて、例えば、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）基地局用等の電子装置とするのに用いることができる。

（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る高放熱型電子部品収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の高放熱型電子部品収納用パッケージの斜視説明図、Ｂ−Ｂ’線拡大縦断面図である。

符号の説明

１０：高放熱型電子部品収納用パッケージ、１１：電子部品、１２：金属板、１３：第１のＣｕ板、１４：ヒートシンク板、１５：セラミック枠体、１６、１６ａ；メタライズ膜、１７、１７ａ、１７ｂ：ろう材、１８：キャビティ部、１９：外部接続端子、２０：ボンディングワイヤ、２１：第２のＣｕ板、２２：絶縁性接着剤、２３：蓋体、２４：取付部

Claims

熱伝導性の高い金属板の下面に、第１のＣｕ板をＡｇ−Ｃｕろうで接合してなるヒートシンク板の前記金属板の上面に窓枠形状からなるセラミック枠体が前記Ａｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合され、前記ヒートシンク板の上面と、前記セラミック枠体の内周側壁面で電子部品を収納するためのキャビティ部が設けられると共に、前記セラミック枠体の上面に前記電子部品とボンディングワイヤを介して電気的に導通状態とするための外部接続端子が前記Ａｇ−Ｃｕろうで接合して設けられる高放熱型電子部品収納用パッケージであって、
前記キャビティ部の前記金属板の上面に、前記第１のＣｕ板と略同じ厚さからなる第２のＣｕ板が、外形周縁を前記セラミック枠体の内周側壁面と近接するようにして前記Ａｇ−Ｃｕろうと同じろう材でろう付接合されて設けられていると共に、前記セラミック枠体の外方の前記金属板の上面に、前記第２のＣｕ板と略同じ厚さからなるＣｕ板が前記Ａｇ−Ｃｕろうと同じろう材で前記ろう付接合されて設けられていることを特徴とする高放熱型電子部品収納用パッケージ。