JP5391151B2 - 半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子からの高発熱を，ヒートシンク板を介して被取付け対象である基台から放熱させるために、基台にねじ止めされるヒートシンク板、セラミック製のリング状枠体及び外部接続端子の接合体からなる半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法に関する。

従来、例えば、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）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は、作動時の発熱が大きいので、発生する熱を大気中に良好に放散させなければ、装置を正常に作動させることができなくなる恐れがある。そこで、高周波用半導体素子を実装するための半導体素子収納用パッケージは、半導体素子の高周波の領域での電気特性を悪化させないように、半導体素子を搭載するキャビティを、略長方形状をした高放熱特性を有する金属板からなるヒートシンク板上に形成された半導体素子実装領域を、セラミック製のリング状枠体で囲繞して形成している。そして、このような半導体素子収納用パッケージは、半導体素子が実装された後、蓋体でキャビティを気密に封止して用いる。
また、高周波信号は、上述のような半導体素子収納用パッケージにおけるセラミック製のリング状枠体上面に接合される金属製の外部接続端子（例えば、銅板）を介して入出力されるよう構成されている。そして、半導体素子が封止された半導体素子収納用パッケージは、ヒートシンク板に放熱された熱を更に外部に放熱させるための基台に、ヒートシンク板の略長方形状の長手方向の両端部に形成されている切欠き部にネジが取り付けられてねじ止めして固定できるよう構成されている。

上述のような半導体素子収納用パッケージは、まず、ヒートシンク材上にセラミック製のリング状枠体を、そして、このリング状枠体上に外部接続端子をそれぞれ金属ろう材を介して接合して接合体を形成した後（接合体形成工程）、リング状枠体内側のキャビティに半導体素子を搭載してから，この半導体素子と外部接続端子とをワイヤボンディングした後（半導体素子搭載工程）、リング状枠体の開口部に蓋体を覆設して気密に封止する（封止工程）ことにより製造される。
通常、接合体形成工程を完了して出来上がった接合体のヒートシンク材には反りが生じているものがあり、その中にはヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反ったものがある。
この場合、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反った接合体に、半導体素子搭載工程および封止工程を実施した際に、ヒートシンク材の鉛直下方側への凸状の反りがさらに助長されて最終製品である半導体装置が不良品化してしまうケースがあった。
このため、接合体形成工程を完了して出来上がった接合体において、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反ったものに対して、この反りを鉛直下方側に凹状に反ったものに（ヒートシンク材の反りの向きを逆転させるように）修正する技術が必要だった。
現時点においては本願発明と同様の「解決すべき課題」を有する先行技術は発見されていないが、関連する技術分野又は同一の技術分野の特許文献としては以下に示すものが知られている。

特許文献１には「半導体装置」という名称で、放熱板の一面に半導体素子の搭載された絶縁基板がろう材により接合固定された半導体装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される半導体装置は、放熱板の一面に半導体素子が搭載された絶縁基板がろう材により接合固定された半導体装置において、前記ろう材による接合時に、前記放熱板と前記絶縁基板との熱膨張係数の差により生じる前記放熱板の反りを補正するため、その反りに対し反対方向の反りを予め前記放熱板に付与するとともに、その反り量、シミュレーションにより計測された前記ろう材による接合直後の前記放熱板の反り量の３０〜４０％の範囲内としたことを特徴とするものである。
このような特許文献１に開示される発明によれば、シミュレーションに基づいて求められた値だけ予め放熱板に補正用の反りを付与しているため、ろう材融着により生じる放熱板の反りが上記補正用の反りによって精度良く相殺され、放熱板が正確な平板形に仕上げられる。
この結果、放熱板の一面が全域にわたり冷却フィンに密着して両者間に隙間が生じず、放熱効率が向上し、また、反り防止用に板厚を大きくする必要もないので、その分低重量・低コスト化が図られる。

また、特許文献２には「高周波用パッケージの製造方法」という名称で、放熱用金属板と絶縁体、及び絶縁体と外部接続端子を接合して形成する高周波用パッケージの製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示される高周波用パッケージの製造方法は、本願発明と同じ出願人によるものであり、文献中に記載される符号をそのまま用いて説明すると、銅タングステン系の複合金属材料からなる略長方形板状の放熱用金属板１１の上面とセラミックからなる枠状の絶縁体１２の下面を接合し、絶縁体１２の上面に外部接続端子１４を接合して形成する高周波用パッケージ１０の製造方法において、放熱用金属板１１と絶縁体１２、及び絶縁体１２と外部接続端子１４を高温ろう材１３でろう付け接合して接合体１５を形成する工程と、接合体１５を高温ろう材１３の溶融温度以下で加熱しながら押圧して反りを矯正する工程を有することを特徴とするものである。
このような特許文献２に開示される発明によれば、放熱用金属板と絶縁体、及び絶縁体と外部接続端子を高温ろう材でろう付け接合して接合体を形成する工程と、接合体を高温ろう材の溶融温度以下で加熱しながら押圧して反りを矯正する工程を有するので、接合体に発生した反りを容易に矯正することができ、修正後の反りの発生を防止して歩留まりを向上させて安価に高周波用パッケージを作製できる。また、再加熱工程があったとしても矯正した反りが元に戻ることなく、高周波用パッケージに接合される部材の接合不良の発生がない高周波用パッケージの製造方法を提供できる。

さらに、特許文献３には「高周波用パッケージの製造方法」という名称で、高周波用半導体素子からの高発熱をヒートシンク板を介して更に基台から放熱させるために、基台にねじ止めされるヒートシンク板、リング状のセラミック枠体、及び外部接続端子の接合体からなる高周波用パッケージの製造方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示される発明も本願発明と出願人によるものであり、文献中に記載される符号をそのまま用いて説明すると、ヒートシンク板１１、リング状枠体１２、及び外部接続端子１５からなる接合体１７にキャビティ部１４を有しヒートシンク板１１の他方の主面を基台２０に当接する高周波用パッケージ１０の製造方法において、治具板２６上に熱可塑性樹脂２７を載置し、治具板２６とキャビティ部１４側のヒートシンク板１１の長手方向両端部間にスペーサー２８を介して接合体１７を載置する工程、ヒートシンク板１１の他方の主面から押圧し接合体１７を撓め、加熱して治具板２６との間の隙間に熱可塑性樹脂２７を充填した後、常温で接合体１７を治具板２６上に接合する工程、ヒートシンク板１１の他方の主面を平面状に研削する工程、接合体１７を治具板２６から外して撓みを解放し、熱可塑性樹脂２７を剥離、除去する工程を有することを特徴とするものである。
このような特許文献３に開示される発明によれば、セラミックに機械的な応力を残すことなく基台に当接させるためのヒートシンク板の他方の主面を長手方向両端部から中心線部にかけて突出し中心線部で最大突出部となる曲面凸形状として基台に密着させることができ、容易に安定して半導体素子の放熱特性や、電気的特性を向上させることができる高周波用パッケージの製造方法を提供できる。また、ヒートシンク板の他方の主面が凸形状となるものを得るための選別工程の必要がなく、歩留まりの低下も発生しないので、安価な高周波用パッケージの製造方法を提供できる。更に、ヒートシンク板に突起を設けたり、ヒートシンク板と基台との間にインジウムシートを必要としないので、高周波用パッケージを安価にすることができる高周波用パッケージの製造方法を提供できる。

特開平２−７７１４３号公報 特開２００４−０１４８２７号公報 特開２００５−２１７０８６号公報

特許文献１に開示される発明によれば、半導体素子搭載工程、密封工程を一定の条件下で行った場合でも、金属ろう材の配合や、その塗布膜の膜厚の違いなど，僅かな条件の違いによりヒートシンク材に生じる反りの向きや，反り量に違いが生じるため、接合体形成工程以後の複数の工程を加味して、予めヒートシンク板に対して反対方向の反りを付与することはほとんど不可能に近かった。
また、仮にこのような技術が確立できたとしても、それぞれのケースに応じて適切なヒートシンク板の反り量をシミュレーションして求め、予めヒートシンク板に対して反対方向の反りを付与しなければならないことになり、この場合、接合体を製品として納品する業者の数に応じて個別に接合体を製造しなければならないため極めて煩雑であり、接合体の生産効率を向上しがたいという課題が生じることが予想される。

また、特許文献２に開示される発明の場合、ヒートシンク材の矯正時にセラミック製のリング状枠体に無理な応力がかかり、矯正中にリング状枠体が破損して不良品化する恐れがあった。この場合、製品の歩留まりを向上しがたいという課題があった。

特許文献３に開示される発明は、本願発明と同じ技術分野に属するものであるが、接合体形成工程を完了した接合体の，外部接続端子を鉛直上方に配置した状態で載置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反ったものに対して、この反りを鉛直下方側に凹状に反ったものに修正することができないという課題があった。

本発明はかかる従来の課題に対処してなされたものでありその目的は、接合体形成工程を完了した接合体を、その外部接続端子を鉛直上方に配置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反ったものを、鉛直下方側に凹状に反った状態となるよう修正し、かつ、その修正工程時に、リング状枠体に過剰な負荷がかかるのを防止して破損を防止することができる半導体素子収納用パッケージの製造方法およびそれにより製造された半導体素子収納用パッケージを提供することにある。

上記目的を達成するため請求項１記載の発明である半導体素子収納用パッケージの製造方法は、長方形状で金属製のヒートシンク材と、このヒートシンク材の上面に金属ろう材を介して接合されるセラミック製のリング状枠体と、このリング状枠体のヒートシンク材に接合されない上面上に金属ろう材を介して接合される外部接続端子とを有し、リング状枠体の開口部内に形成されるキャビティに半導体素子を搭載可能な半導体素子収納用パッケージの製造方法であって、ヒートシンク材の上面に金属ろう材を介してリング状枠体を接合し、さらに、このリング状枠体上に金属ろう材を介して外部接続端子を接合して、接合体を形成する第１の工程と、この第１の工程の後に、熱可塑性樹脂が一面に塗布された治具の上面に，接合体を，外部接続端子を鉛直下方に向けて載置してから、接合体におけるヒートシンク材の長手方向と直交する向きで，かつ，リング状枠体上に金属角棒を２本載置し、この金属角棒上に荷重をかけてヒートシンク材の長手方向を鉛直上方側に凸状をなすように湾曲させながら，熱可塑性樹脂を加熱して接合体と治具の隙間に熱可塑性樹脂を充填した後、接合体に荷重をかけたまま熱可塑性樹脂を常温に戻して，治具上に接合体を接着する第２の工程と、この第２の工程の後に、ヒートシンク材の凸状に沿った面を研磨して平坦面を形成する第３の工程と、この第３の工程の後に、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させて治具から接合体を取り外す第４の工程と、を有し、接合体におけるヒートシンク材の短辺の側面をＲ面、このＲ面と平行に形成され，キャビティを形成するリング状枠体の内側面をＰ面、Ｐ面と平行に形成されるリング状枠体の外側面をＱ面と、それぞれすると、金属角棒の一の側面は、ヒートシンク材を平面視した場合に，Ｐ面とＱ面の間に配置され、金属角棒の一の側面と平行に形成される他の側面は、Ｑ面とＲ面の間に配置されることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、ヒートシンク材は、その中央部に搭載される半導体素子から発せられる高発熱を、ヒートシンク材がネジ止めされる被取付け対象である基台に逃がして放熱させるという作用を有する。また、リング状枠体は、ヒートシンク材の上面に搭載される半導体素子を囲繞してキャビティを形成して、半導体素子をキャビティ内に気密状態で収容可能にするという作用を有する。また、リング状枠体を特にセラミック製とすることで、リング状枠体の上面に金属ろう材を介して接合される外部接続端子と，ヒートシンク材とを絶縁するという作用を有する。
また、外部接続端子は、キャビティ内に収容される半導体素子への電気信号（例えば、高周波信号等）の出入力を可能にするという作用を有する。
そして、第１の工程は、ヒートシンク材と、リング状枠体と、外部接続端子とを金属ろう材により接合して一体にした接合体を形成するという作用を有する。
続く、第２の工程は、治具上に接合体を、その外部接続端子を鉛直下方に配置して熱可塑性樹脂により接着して，一時的に固定するという作用を有する。また、この時、治具上において鉛直上方側にヒートシンク材を配置し、このヒートシンク材の長手方向における２箇所に金属角棒を介して荷重をかけてヒートシンク材の長手方向が鉛直上方側に凸状となるように湾曲させるという手段を用いることにより、セラミック製のリング状枠体に直接的に負荷をかけることなく，ヒートシンク材の長手方向を鉛直上方側に凸状に湾曲させる（反らせる）という作用を有する。加えて、熱可塑性樹脂を軟化させるための熱は、ヒートシンク材を熱膨張させて，その長手方向を鉛直上方側に凸状に湾曲させる作用を助長するという作用を有する。そして、治具上に熱可塑性樹脂により接合体を接着することで、金属角棒を介して接合体に作用する荷重からヒートシンク材が開放された後も、ヒートシンク材に対して、ヒートシンク材を鉛直上方側に凸状に湾曲させる外力を作用させ続けるという作用を有する。
さらに、第３の工程は、治具上に接着されたままの状態でヒートシンク材の表面を研磨することで、ヒートシンク材の凸部を除去するという作用を有する。
そして、第４の工程は、熱可塑性樹脂を加熱して軟化し、治具から研磨済みの接合体をとり外すことで、ヒートシンク材を湾曲させる外力からヒートシンク材を（接合体を）開放するという作用を有する。
つまり、ヒートシンク材の長手方向を鉛直上方側に凸状に湾曲させて、この凸部を研磨して除去することはすなわち、平坦なヒートシンク材の表面を研磨して抉りとって凹状にすることと同義である。このため、第４の工程を完了した接合体を、その外部接続端子を鉛直上方側に配置して載置した際に、ヒートシンク材の長手方向を鉛直下方側に向って緩やかに凹状に反った状態にするという作用を有する。
加えて、第２の工程において、ヒートシンク材上に金属角棒を載置する際に、金属角棒の一の側面を、ヒートシンク材を平面視した場合に，Ｐ面とＱ面の間に配置し、かつ、金属角棒の他の側面をＱ面とＲ面の間に配置することで、金属角棒上からヒートシンク材に荷重をかけた際に、治具上に載置されるヒートシンク材の長手方向の両端を治具表面上に近接させるとともに、ヒートシンク材の長手方向の中央部を鉛直上方に突出させるように撓ませるという作用を生じさせる。

請求項２記載の発明である半導体素子収納用パッケージの製造方法は、請求項１記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法であって、金属角棒の重心線は、ヒートシンク材を平面視した場合に，Ｑ面とＲ面の間に配置されることを特徴とするものである。
上記構成の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明をより具体的に記載したものであるため、請求項１記載の発明と同じ作用を有する。
つまり、請求項２記載の発明の第２の工程において、ヒートシンク材上に載置される金属角棒が均一な（略均一の概念も含む）材質である場合、請求項１に記載されるとおりに金属角棒をヒートシンク材上に載置すると、金属角棒の重心線は、ヒートシンク材を平面視した場合に，Ｑ面とＲ面の間に配置されることになる。この結果、請求項１記載の発明と同様の作用が生じる。

請求項３記載の発明である半導体素子収納用パッケージの製造方法は、請求項１又は請求項２記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法であって、第２の工程において、治具と接合体の間に、第２の金属角棒を介設することを特徴とするものである。
上記構成の請求項３記載の発明は、ヒートシンク材の厚みが大きいために、金属角棒及び荷重を利用してもヒートシンク材を湾曲させる（撓ませる）ことが容易にできない場合に対処するためものである。
このため、請求項３記載の発明においては、第２の工程において、治具上に熱可塑性樹脂により接合体を接着する際に、接合体と治具の間に第２の金属角棒を介設することで、治具と接合体との接触面積を小さくして、リング状枠体が接合された領域を含んだヒートシンク材全体を，荷重により湾曲させることを可能にするという作用を有する。
つまり、接合体と治具の間に第２の金属角棒を介設することで、治具と接合体との実質的な接触面積が低下して、ヒートシンク材の可撓性が高められる。
この結果、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明と同じ作用を有する。

請求項４記載の発明である半導体素子収納用パッケージは、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法により製造された半導体素子収納用パッケージであって、外部接続端子を鉛直上方に配置して接合体を載置した際に、ヒートシンク材の長手方向は、鉛直下側に向って凹反りをなすことを特徴とするものである。
上記構成の発明は、上述の請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法により製造された半導体素子収納用パッケージであり、その製造方法は、請求項１乃至請求項３のそれぞれに記載の発明と同じ作用を有する。
また、請求項４に記載の発明によれば、外部接続端子を鉛直上方に配置して接合体を載置した際に、ヒートシンク材の長手方向を，鉛直下側に向って凹反りが形成された半導体素子収納用パッケージを提供するという作用を有する。

本発明の請求項１乃至請求項３のそれぞれに記載の発明によれば、第１の工程を完了した時点において、外部接続端子を鉛直上方側に配置して接合体を載置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反った状態のものを、第４の工程を完了した時点で、外部接続端子を鉛直上方側に配置して接合体を載置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凹状に反った状態にすることができるという効果を有する。
この結果、外部接続端子を鉛直上方側に配置して接合体を載置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凹状に反った状態の接合体を意図的にかつ効率的に生産して供給することができるという効果を有する。
加えて、第２から第４の工程を経ることで、接合体のヒートシンク材に生じる反り量のバラツキを小さくすることができる。これにより、製品の品質を高めることができるという効果も有する。
また、この時、ヒートシンク材の上面に接合されるリング状枠体に、直接的に過剰な負荷がかかる恐れがないので、第２から第４の工程の実施時に、リング状枠体が破損して接合体が不良品化するのを防止することができるという効果を有する。これにより、半導体装置収納用パッケージを生産する際の製品の歩留まりを向上することができる。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明を「物」の発明として捉えたものであり、請求項１乃至請求項３に記載のそれぞれの発明と同じ効果を有する。
また、請求項４記載の半導体素子収納用パッケージによれば、第４の工程を完了した接合体に対して、別途半導体素子搭載工程及び密封工程を実施した場合でも、被取付け対象である基台に接合体のヒートシンク材をネジ止めした際に、ヒートシンク材と基台とを密着させることができないような過剰な反りがヒートシンク材に生じるのを防止することができる。
この結果、請求項４記載の半導体素子収納用パッケージに半導体素子が搭載され、キャビティが気密状態に封止されてなる最終製品である半導体装置の歩留まりを向上することができるという効果を有する。従って、高品質な製品を提供することができるという効果を有する。

（ａ）は本発明の実施例１に係る接合体を鉛直上方側から見た平面図であり、（ｂ）は研磨工程を行う前の接合体の側面図である。（ｃ）は研磨工程を行った後の接合体の側面図であり、（ｄ）は本発明の実施例１に係る接合体を鉛直下方側から見た平面図である。 本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの使用状態を示す概念図である。 （ａ）〜（ｅ）はいずれも本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造工程を示す側面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に係る導体素子収納用パッケージの製造工程において接合体を湾曲させた状態を示す側面図であり、（ｂ）は図４（ａ）中の符号Ａで示す方向から視た矢視図である。 （ａ）は本発明の実施例１に係る接合体のヒートシンク材を研磨する前の状態を示す側面図であり、（ｂ），（ｃ）はいずれも本発明の実施例１に係る接合体のヒートシンク材を研磨した後に熱可塑性樹脂から接合体を取り外した状態のヒートシンク材示す側面図である。 （ａ）は本発明の実施例２に係る導体素子収納用パッケージの製造工程において接合体を湾曲させた状態を示す側面図であり、（ｂ）は図６（ａ）中の符号Ｂで示す方向から視た矢視図である。 本発明に係る接合体のヒートシンク材の下面における反り量の測定結果の変化を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージおよびその製造方法について実施例１及び実施例２を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１に係る半導体装置収納用パッケージについて図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の実施例１に係る接合体を鉛直上方側から見た平面図であり、（ｂ）は研磨工程を行う前の接合体の側面図である。（ｃ）は研磨工程を行った後の接合体の側面図であり、（ｄ）は本発明の実施例１に係る接合体を鉛直下方側から見た平面図である。また、図２は本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの使用状態を示す概念図である。
図１（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すように、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１は、長方形状で金属製のヒートシンク材３の上面３ｂの中央に、セラミック製のリング状枠体４が金属ろう材１２を介して接合され、このリング状枠体４の上面４ａに金属ろう材１２を介して、例えば、銅板等の金属板からなる外部接続端子５が接合されたものであり、さらに、図１（ｃ）に示すように、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下側に凹状に緩やかに反っているものである。また、ヒートシンク材３の長手方向の両端部には、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１を被取付け対象である，例えば、金属製の図示しない基台上にネジ止めするための，ネジ孔を兼ねる切欠き３ａが形成されている。
なお、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１において、ヒートシンク材３をネジ止めするための切欠き３ａを、単なる貫通孔としないのは、半導体素子収納用パッケージ１のキャビティ１１内に搭載される半導体素子の高発熱により、ヒートシンク材３が熱膨張した際に、ヒートシンク材３の長手方向への変形がネジ９（図２を参照）により妨げられて撓みが生じ，被取付け対象である基台から浮き上がって，基台への放熱性が損なわれるのを防止するためである。

また、図２に示すように、上述のような実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１の，リング状枠体４の開口部の内側に形成されるキャビティ１１内に半導体素子６を搭載し、この半導体素子６と外部接続端子５とを例えば、ボンディングワイヤ７により電気的に接続した後、リング状枠体４の開口部に樹脂やガラスを介して蓋体８を接合して、キャビティ１１内の半導体素子６を気密状態に封止したものが半導体装置１８である。

このような半導体装置１８は、被取付け対象１０上にネジ９止めされることで、半導体素子収納用パッケージ１のヒートシンク材３と被取付け対象１０である基台とが密着した状態となり、半導体素子６が高発熱した際に、ヒートシンク材３を介して被取付け対象１０である金属製の基台に効率よく熱が放熱されることで、半導体装置１８の作動を可能にする構造になっている。
そして、半導体素子６を搭載し、蓋体８によりキャビティ１１を封止してなる半導体装置１８を、被取付け対象１０である基台の表面に密着させるためには、キャビティ１１の封止工程を完了した時点における半導体装置１８のヒートシンク材３が、図１（ｂ）に示すように、その外部接続端子５を鉛直上方側に配置して載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下方に緩やかに凸状に反った状態であることが望ましい。
これは、ヒートシンク材３の切欠き３ａにネジ９を挿通させて被取付け対象１０である基台に固定した際に、ネジ９の基台内部への侵入に伴ってヒートシンク材３の反りが矯正されることで、ヒートシンク材３の下面３ｃと被取付け対象１０である基台の上面を密着させることができるためである。

一般に、半導体素子収納用パッケージの製造時に、ヒートシンク材３上に、金属ろう材１２によりリング状枠体４及び外部接続端子５を接合して接合体２を形成した場合（接合体２の形成工程を完了した時点においては）、図１（ｂ）に示すように、ヒートシンク材３の長手方向が、鉛直下方側に凸状に緩やかに反った状態となるので、半導体装置１８として使用するにはむしろ好適であるように思われる。
しかしながら実際には、最終製品である半導体装置１８とするためには、接合体２を形成した後に、キャビティ１１内への半導体素子６の搭載工程を行い、この後に、蓋体８によるキャビティ１１の封止工程を行う必要がある。
そして、接合体２のキャビティ１１内に搭載される半導体素子６や、それを接合するための金属ろう材１２、さらには、蓋体８の材質や、蓋体８を接合するための樹脂やガラスの材質によっては、半導体素子６の搭載工程及び蓋体８による封止工程を全て完了した時点で、図１（ｂ）に示すようなヒートシンク材３の長手方向の鉛直下方側への凸状の反りが一層助長されて、ネジ９による押圧力をもってしてもヒートシンク材３の過剰な反りを矯正することができなくなり、結果として、半導体装置１８が不良品化してしまう場合があった。

このような事情に鑑み、発明者らは鋭意研究の結果、接合体２の形成工程を完了した時点に生じる、図１（ｂ）に示すようなヒートシンク材３の反りを、図１（ｃ）に示すようなヒートシンク材３の反りに予め修正しておくことで、その後、半導体素子６の搭載工程や、キャビティ１１の封止工程を行って出来上がった、半導体装置１８におけるヒートシンク材３の反りを、図１（ｂ）に示す状態にすることができることを見出したのである。
つまり、接合体２の形成工程を実施すると、ヒートシンク材３に図１（ｂ）に示すような鉛直下方側に向って緩やかな凸状をなすような反りが生じ、この状態のまま、半導体素子６の搭載工程、及び、キャビティ１１の封止工程を行うと、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下方に向って凸状をなす反りが一層進行してしまい、最終製品である半導体装置１８が不良品化してしまう。そこで、発明者らは、接合体２の形成工程を完了した後に、後述の本発明に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法により、ヒートシンク材３に生じる反りを一旦逆転させておき、この後に、半導体素子６の搭載工程、及び、キャビティ１１の封止工程を行うことで、最終製品である半導体装置１８のヒートシンク材３の反りを、図１（ｂ）に示すような、被取付け対象１０である基台への取付けに好適な反りにすることに成功したのである。

以下に、図２及び図３を参照しながら、本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法について詳細に説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）はいずれも本発明に係る半導体素子収納用パッケージの製造工程を示す側面図である。また、図４（ａ）は本発明に係る導体素子収納用パッケージの製造工程において接合体を湾曲させた状態を示す側面図であり、（ｂ）は図４（ａ）中の符号Ａで示す方向から視た矢視図である。なお、なお、図１又は図２に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法を大まかに説明すると、接合体２を形成する第１の工程と、この接合体２のヒートシンク材３の反りを逆転させるための第２から第４の工程からなっている。
具体的には、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１の製造方法における第１の工程は、図３（ａ）に示すように、ヒートシンク材３の上面３ｂ上に金属ろう材１２を介してリング状枠体４を接合するとともに、このリング状枠体４上に金属ろう材１２を介して外部接続端子５を接合して接合体２を形成する接合体２形成工程（ステップＳ１）である。
なお、ヒートシンク材３としては、例えば、銅とモリブデンとからなる合金板の上下面に銅板を貼り合せたＣＰＣを用いてもよい。また、ヒートシンク材３の上面３ｂに接合するリング状枠体４としては、例えば、アルミナセラミックスが適しているが、これらは必ずしも上述のものに限定される必要はなく、半導体素子６からの高発熱に耐えるだけの十分な強度を有し、かつ、ヒートシンク材３と，リング状枠体４，外部接続端子５の熱膨張係数を近似させることができるものであればどのような材質の組合せでも良い。

上述の第１の工程を完了した後の第２乃至第４の工程は、接合体２のヒートシンク材３の反りを逆転させるための工程である。
実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法における第２の工程は、平板状の治具１３上に接合体２を熱可塑性樹脂１６により接着保持する工程である。
この第２の工程では、荷重が作用した際に容易に変形しない，平板状で十分な厚みを有する治具１３上の一面に、予め熱可塑性樹脂１６を塗布しておき、先の第１の工程において形成された接合体２を、その外部接続端子５を鉛直下方に向けた状態で治具１３上に載置する（ステップＳ２−１）。
このステップＳ２−１の後に、図３（ｂ）に示すように、接合体２のヒートシンク材３の長手方向と直交する（略直交の概念も含む）向きで，かつ，リング状枠体４上に金属角棒１４を平行に（略平行の概念も含む）２本載置し、この金属角棒１４上に、例えば、おもり１５を載置するなどして荷重をかけて、ヒートシンク材３の長手方向を鉛直上方に凸状を成すように湾曲させながら、熱可塑性樹脂１６を加熱して、より具体的には、治具１３上に載置される接合体２，金属角棒１４及びおもり１５を同時に加熱することにより熱可塑性樹脂１６を軟化させて、接合体２と治具１３の隙間に熱可塑性樹脂１６を充填した後、接合体２に荷重をかけたまま熱可塑性樹脂１６を常温に戻して、治具１３上に接合体２を接着する（ステップＳ２−２）。

ここで、一旦図３の説明を離れて、図１，図２及び図４を参照しながら、ステップＳ２−２において、ヒートシンク材３上に載置される金属角棒１４の載置位置について詳細に説明する。
図４（ａ）は、先の図３（ｂ）に示す図と同じ側面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中の符号Ａで示す方向から視た矢視図である。なお、図４（ｂ）では、図４（ａ）中に示されるおもり１５の記載は省略した。
ステップＳ２−２において、接合体２のヒートシンク材３上に載置される金属角棒１４の載置位置を以下に示すように規定した場合、ヒートシンク材３を効率よく鉛直上方側に凸状に撓ませることができる。
すなわち、図１（ａ），図２、図４（ｂ）に示すように、接合体２におけるヒートシンク材３の短辺の側面をＲ面、このＲ面と平行に形成され，キャビティ１１を形成するリング状枠体４の内側面をＰ面、このＰ面と平行に形成されるリング状枠体４の外側面をＱ面とした場合に、金属角棒１４の一の側面１４ａをＰ面とＱ面の間に配置し、かつ、金属角棒１４の他の側面１４ｂをＱ面とＲ面の間に配置すればよい。
そして、金属角棒１４が均質な材質により構成されている場合、上述のような位置関係を保ちながらヒートシンク材３上に金属角棒１４を配置することで、金属角棒１４の重心線１４ｃは、Ｑ面とＲ面の間に配置されることになるので、金属角棒１４上におもり１５を載置するなどしてヒートシンク材３に荷重を加えた際に、ヒートシンク材３の切欠き３ａが形成される端面（Ｒ面）が、治具１３の上面に押し下げられるような力が作用する（図４（ａ）を参照）。
この結果、治具１３上に、ヒートシンク材３の長手方向が，鉛直上方に凸状に反った状態で熱可塑性樹脂１６により接着されるのである。
なお、ヒートシンク材３に荷重を作用させたまま熱可塑性樹脂１６を常温に戻して硬化させることで、治具１３上に接合体２を接着させるとともに、ヒートシンク材３から金属角棒１４及びおもり１５を取外した後も、ヒートシンク材３に対してこれを鉛直上方側に緩やかに凸状を成すような外力を作用させ続けることができる。

再び図３に戻り、第２の工程の後の第３の工程について、図３（ｃ）を参照しながら説明する。
第３の工程では、治具１３上に熱可塑性樹脂１６により接着された接合体２のヒートシンク材３の表面（下面３ｃ）に形成される凸部３ｄを研磨装置２０により研磨して、ヒートシンク材３の表面（下面３ｃ）に平坦面を形成する工程である（ステップＳ３）。
図３（ｄ）に示すように、ステップＳ３を完了した時点では、ヒートシンク材３の表面（下面３ｃ）は、平坦で略水平状になっているが、接合体２は治具１３上に熱可塑性樹脂１６により接着されたままの状態であるため、接合体２のヒートシンク材３には、その長手方向を鉛直上方側に向って凸状に湾曲させる力が作用したままである。

そして、上述の第３の工程を完了した後の第４の工程において、治具１３ごと熱可塑性樹脂１６及び接合体２を加熱して、熱可塑性樹脂１６を軟化させて治具１３から接合体２を取り出すことで（ステップＳ４）、図３（ｅ）に示すように、外部接続端子５を鉛直上方に配置して載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下方側に緩やかに凹状に反った状態の半導体素子収納用パッケージ１となるのである。

ここで、第２から第４の工程を実施することにより、図３（ｅ）に示すような反りを有するヒートシンク材３が形成される仕組みについて図５を参照しながら詳細に説明する。
図５（ａ）は本発明の実施例１に係る接合体のヒートシンク材を研磨する前の状態を示す側面図であり、（ｂ），（ｃ）はいずれも本発明の実施例１に係る接合体のヒートシンク材を研磨した後に熱可塑性樹脂から接合体を取り外した状態のヒートシンク材を示す側面図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
研磨装置２０により研磨される前のヒートシンク材３は、図５（ａ）に示すとおりである。すなわち、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直上方側に緩やかな凸状をなすように湾曲した（反った）状態が維持されながら、治具１３上に熱可塑性樹脂１６により接着されている。
そして、この図５（ａ）中に破線で示す水平面１９が形成されるまで研磨装置２０でヒートシンク材３の表面（下面３ｃ）の凸部３ｄを研磨した後、熱可塑性樹脂１６を加熱して軟化させて接合体２を取り出した直後のヒートシンク材３の状態を示しているのが図５（ｂ）である。
この状態において、接合体２は、ヒートシンク材３を湾曲させる外力から開放されているので、ヒートシンク材３の表面（下面３ｃ）に形成されていた凸部３ｄが研磨装置２０により研磨されて除去されたことで、凸部３ｄが存在していた領域には凹部３ｅが形成される。
そして、図５（ｂ）に示すヒートシンク材３を上下反転して示したものが図５（ｃ）である。つまり、図５（ｃ）は、図２（ｃ）及び図３（ｅ）に示す接合体２のヒートシンク材３を示している。
すなわち、上述の第２から第４の工程を実施することにより、先の第１の工程において接合体を形成した際に、その長手方向が鉛直下方側に緩やかに凸状をなすように反ったヒートシンク材３（図２（ｂ）を参照）の反りを逆転させることができるのである。
従って、本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、外部接続端子５を鉛直上方に配置して接合体２を載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下側に向って緩やかに凹反りをなす半導体素子収納用パッケージ１を製造することができる。

従って、上述のような実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１を用いることによれば、その後、半導体素子収納用パッケージ１に対して半導体素子６搭載工程や、蓋体８によるキャビティ１１の封止工程を行った場合でも、被取付け対象１０である基台上にネジ９を用いて固定した際に、ヒートシンク材３と基台とを密着させることができないような反りが生じたヒートシンク材３を有する半導体装置１８となるのを防止することができる。
従って、この半導体素子収納用パッケージ１を用いて半導体装置１８を製造することで、最終製品である半導体装置１８が不良品化するのを防止することができる。

以下に、図６を参照しながら実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法について説明する。なお、実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法により製造された半導体素子収納用パッケージは、先に述べた実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１と同じであるためその詳細な説明については省略する。また、実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法のほとんどは、先に述べた実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法と同じであるため、それとの共通する部分についての説明についても省略する。
本発明に係る半導体素子収納用パッケージ１を構成する接合体２におけるヒートシンク材３の平面方向の厚みは、半導体素子収納用パッケージ１の使用目的によって、すなわち、半導体素子収納用パッケージ１に搭載される半導体素子６の特性に応じて様々に変えられる。
このため、先の図２に示すような接合体２のヒートシンク材３よりもその平面方向における厚みが大きいものを使用する場合もある。この場合、先の図４に示すような金属角棒１４とおもり１５とを用いただけではヒートシンク材３を目的とする形状に湾曲させることができない（反らせることができない）場合があった。このような事情に鑑み発明されたのがここで説明する実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法である。

図６（ａ）は本発明の実施例２に係る導体素子収納用パッケージの製造工程において接合体を湾曲させた状態を示す側面図であり、（ｂ）は図６（ａ）中の符号Ｂで示す方向から視た矢視図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法における第２の工程は、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１の製造方法において用いた金属角棒１４及びおもり１５に加えて、別の金属角棒１７を使用することを特徴としている。
より具体的には、実施例２に係る半導体素子収納用パッケージ１の製造方法においては、図６（ａ），（ｂ）に示すように、治具１３上に熱可塑性樹脂１６により接合体２を接着する際に、治具１３と，接合体２の外部接続端子５との間に、金属角棒１４とは別の金属角棒１７を介設している。
この場合、治具１３上に，接合体２を直接載置する場合に比べて、接合体２における外部接続端子５と，治具１３の上面との接触面積を小さくすることができる。先の図４に示す実施例１に係る方法では、おもり１５の荷重により反りを生じるのは，主にヒートシンク材３の長手方向両端部であったのに対し、図６に示す実施例２に係る方法では、リング状枠体４が接合される領域を含むヒートシンク材３の全ての領域に反りを生じさせることが可能になる。つまり、リング状枠体４ごとヒートシンク材３を撓ませる（湾曲させる）ことが可能になる。
このため、ヒートシンク材３の平面方向における厚みが大きい場合でも、図２（ｃ）に示すような本発明に係る半導体素子収納用パッケージ１を製造することができる。

なお、実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法においては、金属角棒１７を外部接続端子５，５の間のリング状枠体４と治具１３の間に介設するのではなく、リング状枠体４上に接合される外部接続端子５と治具１３との間に金属角棒１７を介設している。
この場合、金属よりも剛性の低いセラミック製のリング状枠体４におもり１５による荷重が直接的に作用しないので、第２の工程の実施時に、リング状枠体４に過剰な負荷がかかって破損するのを好適に防止することができる。
また、金属角棒１７は、接合体２における外部接続端子５，５の隙間を塞ぐように、かつ、金属角棒１４，１４と平行（略平行の概念も含む）に配置することが望ましい。
この場合、接合体２のヒートシンク材３を湾曲させる際に、ヒートシンク材３の長手方向に略均等におもり１５からの荷重を作用させることができるという効果を有する。
この結果、個々の半導体素子収納用パッケージ１におけるヒートシンク材３の下面３ｃに形成される凹状の湾曲部分の長手方向における断面形状を近似させて、製品の品質にバラツキが生じるのを防止するという効果が期待できる。

最後に、本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法の効果を立証する目的で行った試験結果について図７を参照しながら詳細に説明する。
本試験では、まず第１の工程により製造された接合体２を無作為に７点抽出して、これら全てのサンプルに対して図３（ｂ）から（ｅ）に示すような，第２から第４の工程を実施しながら随時、ヒートシンク材３の下面３ｃにおける反り量の測定を行った。
なお、各サンプルの反り量の測定は、図２（ｄ）に示すような、接合体２の外部接続端子５を鉛直下方に向けた状態で行い、各サンプルのそれぞれの工程における反り量の変化については図７のグラフに示した。
図７は本発明に係る接合体のヒートシンク材の下面における反り量の測定結果の変化を示すグラフである。
また、ヒートシンク材３の反り量の測定には「表面粗さ計」を用いた。そして、図７に示すグラフにおいて、Ｙ軸方向の数値がプラス方向に増加するほど、図１（ｄ）に示す状態で載置された接合体２のヒートシンク材３の長手方向が鉛直上方側に凸状に大きく反っていることを意味し、逆に、Ｙ軸方向の数値がゼロを下回ってマイナス方向に増加するほど、図１（ｄ）に示す状態で載置された接合体２のヒートシンク材３の長手方向が鉛直下方側に凹状に大きく反っていることを意味している。

図７に示すように、第１の工程を完了した時点では、７点のサンプルのうち６点のサンプルのヒートシンク材３の長手方向が，鉛直上方側に凸状に反っていることが確認された。
さらに、第２の工程を完了した時点では、全てのサンプルのヒートシンク材３において鉛直上方側への凸状の反りが助長されていることが確認された。これは、金属角棒１４とおもり１５によるヒートシンク材３の湾曲作用と、ヒートシンク材３の熱膨張によると考えられる。
そして、第３の工程を完了した後に、第４の工程により接合体２を治具１３から取外して、接合体２のヒートシンク材３を外力から開放した状態では、すなわち、第４の工程を完了した時点では、全てのサンプルを図１（ｄ）に示す状態で載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向は、鉛直上方に向って凹状に反った状態になっていることが確認された（図５（ｂ）を参照）。
しかも、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、第２から第４の工程を実施することにより、第１の工程を完了した時点における各サンプル同士の反り量のバラツキが小さくなることも確認された。
従って、本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、第１の工程を完了した時点で，接合体２の外部接続端子５を鉛直上方に配置して載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向が鉛直下方側に向って凸状に反った状態になっているもの（図１（ｂ）を参照）を、以後の第２から第４の工程を実施することにより、接合体２の外部接続端子５を鉛直上方に配置して載置した際に、ヒートシンク材３の長手方向を、鉛直下方側に緩やかに凹状に反った状態にすることができるという効果が発揮されることが確認された。

以上説明したように本発明は接合体形成工程を完了した接合体を、その外部接続端子を鉛直上方に配置した際に、ヒートシンク材の長手方向が鉛直下方側に凸状に反ったものを、鉛直下方側に凹状に反った状態に修正することのできる半導体素子収納用パッケージの製造方法、および、それにより製造された半導体素子収納用パッケージに関するものであり、電子部品の製造分野において利用可能である。

１…半導体素子収納用パッケージ ２…接合体 ３…ヒートシンク材 ３ａ…切欠き ３ｂ…上面 ３ｃ…下面 ３ｄ…凸部 ３ｅ…凹部 ４…リング状枠体 ４ａ…上面 ５…外部接続端子 ６…半導体素子 ７…ボンディングワイヤ ８…蓋体 ９…ネジ １０…被取付け対象 １１…キャビティ １２…金属ろう材 １３…治具 １４…金属角棒 １４ａ…一の側面 １４ｂ…他の側面 １４ｃ…重心線 １５…おもり １６…熱可塑性樹脂 １７…金属角棒 １８…半導体装置 １９…水平面（平坦面） ２０…研磨装置

Claims (4)

1. 長方形状で金属製のヒートシンク材と、このヒートシンク材の上面に金属ろう材を介して接合されるセラミック製のリング状枠体と、このリング状枠体の前記ヒートシンク材に接合されない上面上に金属ろう材を介して接合される外部接続端子とを有し、前記リング状枠体の開口部内に形成されるキャビティに半導体素子を搭載可能な半導体素子収納用パッケージの製造方法であって、
   前記ヒートシンク材の上面に金属ろう材を介してリング状枠体を接合し、さらに、このリング状枠体上に金属ろう材を介して外部接続端子を接合して、接合体を形成する第１の工程と、
   この第１の工程の後に、熱可塑性樹脂が一面に塗布された治具の上面に，前記接合体を，前記外部接続端子を鉛直下方に向けて載置してから、前記接合体における前記ヒートシンク材の長手方向と直交する向きで，かつ，前記リング状枠体上に金属角棒を２本載置し、この金属角棒上に荷重をかけて前記ヒートシンク材の長手方向を鉛直上方側に凸状をなすように湾曲させながら，前記熱可塑性樹脂を加熱して前記接合体と前記治具の隙間に前記熱可塑性樹脂を充填した後、前記接合体に荷重をかけたまま前記熱可塑性樹脂を常温に戻して，前記治具上に前記接合体を接着する第２の工程と、
   この第２の工程の後に、前記ヒートシンク材の凸状に沿った面を研磨して平坦面を形成する第３の工程と、
   この第３の工程の後に、前記熱可塑性樹脂を加熱して軟化させて前記治具から前記接合体を取り外す第４の工程と、を有し、
   前記接合体における前記ヒートシンク材の短辺の側面をＲ面、このＲ面と平行に形成され，前記キャビティを形成する前記リング状枠体の内側面をＰ面、前記Ｐ面と平行に形成される前記リング状枠体の外側面をＱ面と、それぞれすると、
   前記金属角棒の一の側面は、前記ヒートシンク材を平面視した場合に，前記Ｐ面と前記Ｑ面の間に配置され、前記金属角棒の一の側面と平行に形成される他の側面は、前記Ｑ面と前記Ｒ面の間に配置されることを特徴とする半導体素子収納用パッケージの製造方法。
2. 前記金属角棒の重心線は、前記ヒートシンク材を平面視した場合に，前記Ｑ面と前記Ｒ面の間に配置され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の製造方法。
3. 前記第２の工程において、前記治具と前記接合体の間に、第２の金属角棒を介設することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体素子収納用パッケージの製造方法により製造された半導体素子収納用パッケージであって、
   前記外部接続端子を鉛直上方に配置して前記接合体を載置した際に、前記ヒートシンク材の長手方向は、鉛直下側に向って凹反りをなすことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。