JPH0232553A - 高周波半導体素子用セラミックス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高周波半導体素子用セラミックス製放熱基板
に関する。

（従来の技術） 従来、高周波半導体素子用パッケージとしては、第４図
に示す特開昭６２−１９９０３９号公報等に記載のよう
なものが知られていた。すなわち、従来の高周波半導体
素子用セラミックス基板は、セラミックス基板１（単層
）上にメタライズ層２を設け、公知のめっき層３を施し
たものであり、これに高周波半導体素子５を、ハンダ層
４を介してマウントしていた。

このセラミックス基板１の厚さは、半導体素子が定常動
作を行っているときと、半導体素子の動作の過渡時と、
いずれにおいてもその表面温度（Ｔｊ）が、半導体素子
が正常に動作する範囲に入るように設計されている。す
なわち、定常時の熱の放出は、基板の熱抵抗に反比例す
るから基板の厚さは薄いほうがよく、一方、過渡時にお
いてはその急激な発熱量の増大を吸収保持するだけの基
板の熱容量が必要であることから基板の厚さは厚い方が
よいとされ、したがって基板の厚さはこれら互いに相反
する要求を満たすような値とされている。

（発明が解決しようとする課題） 一方で、トランジスターの出力が大きくなるにつれて、
セラミックス基板には、定常時の放熱性および過渡熱特
性の優れたものが望まれている。

トランジスターの高出力化にともない、高周波半導体素
子用セラミックス基板はその定常時の放熱性を改善する
ため、基板を薄くしさらに面積を大きくする必要がある
。しかし、高周波半導体素子用セラミックス基板の大き
さにはそのデザイン上の制約から制限があり、また基板
の厚さを薄くすると基板の熱容量が小さくなってしまい
過渡時の熱特性が劣ってしまう。

さらに、基板の材質を、現在高周波半導体素子用基板と
して用いられている酸化ベリリウムから高熱伝導性セラ
ミックス基板として各所で使用されている窒化アルミニ
ウムに変更する際にも類似の問題が生ずる。それは、窒
化アルミニウムは酸化ベリリウムに比較して熱伝導率、
および比熱が小さいことから、酸化ベリリウムと同等の
デザインの窒化アルミニウムの基板では、定常時および
過渡時の熱特性が共に劣ってしまうということである。

この窒化アルミニウム基板に、酸化ベリリウム並の定常
時の放熱性を付与しようとする場合には、基板の厚さを
薄くし面積を大きくすることが必要である。しかし、高
周波半導体素子基板は前述のようにデサイン上大きさに
は制約がある。また、基板の厚さを薄くすると、熱容量
がさらに小さくなるため、過渡時の熱特性が一層悪化す
る。

本発明は、上記問題点に解決を与えるものであり、平面
サイズを大きくせずに、定常時および過渡時の熱特性が
改善された高周波半導体素子用セラミックス基板を提供
するものである。

特に本発明は、同一平面サイズで、窒化アルミニウム基
板に酸化ベリリウム並の熱特性を与えることを目的とし
ている。

なお、特開昭６１−５９８４４号公報には、半導体素子
を収容する部分が四部であるセラミックスパッケージが
開示してあるが、これは高周波半導体素子用でないばか
りか、内部に導体配線を有する多層構造であり、この凹
部は封止用キヤ、、プと接続させるものであって、熱特
性を改善するためのものではない。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）概要 本発明は、半導体素子を収容するセラミックス基板であ
って、半導体素子をマウントしていない部分の基板の厚
さが、半導体素子をマウントしてある部分の基板の厚さ
に比べて厚く構成してあることを特徴とする、高周波半
導体素子用セラミックス基板である。

発明の詳細な説明 本発明の高周波半導体素子用セラミックス基板は、半導
体素子を収容する部分が凹形状に、好ましくは一体的に
構成されたもの、すなわち半導体素子のマウントしてあ
る部分の基板の厚さは従来のままか、またはより薄く構
成し、さらに半導体素子のマウントしてある位置以外の
基板の厚みを、半導体素子がマウントしてある部分より
もより厚く構成されたものである。

第１図に、本発明の高周波半導体素子用セラミックス基
板に半導体素子をマウントしたときの様子を、その断面
図として示す。

第１図において、１は半導体素子がマウントしてある位
置以外の厚みを、半導体素子がマウントしてある部分よ
りも厚く構成したセラミックス基板であって、その上に
はメタライズ層２およびめっき層３が設けられており、
高周波半導体素子５は、ハンダ層４を介してマウントし
てある。

定常時に発生した熱は、主にその半導体素子がマウント
してある直下の基板の部分から放出され、その放出の速
度は、基板の熱抵抗に反比例する。

本発明においては、この基板の半導体素子がマウントし
てある部分の厚さが従来のままか、またはより薄く構成
してあるので、基板の熱抵抗力（小さく、定常時の熱を
速やかに放出することが可能である。また、この基板の
半導体素子がマウントしてある位置以外の基板の厚みを
、半導体素子がマウントしてある部分よりもより厚く構
成してあるので、基板の表面積が大きくなっており、こ
れにともなって外気への放熱性の向上もはかられる。

一方、過渡時には、定常時と異なり、半導体素子から基
板の外部に放出される速度以上に急激に熱が発生するこ
とから、熱は直ちに基板の外部に放出されず、基板にと
どまることとなる。その結果、基板の熱容量が十分でな
いと、基板の温度が上昇してしまう。本発明は、半導体
素子のマウントしてある位置以外の基板の厚みを、半導
体素子がマウントしてある部分よりもより厚く構成して
あるので、平面サイズを大きくすることなく、基板自身
の熱容量を増大させることが可能である。

したがって、本発明においては、過渡時の急激な発熱量
の増大に対しても、その発生した熱を吸収保持すること
で、表面温度（Ｔｊ）を許容範囲内におくことができる
。

特に本発明においては、凹形状の基板は、一体的に形成
してある。よって熱伝導にたいする抵抗が少なく、熱伝
導の観点から非常に有利である。

本発明に係るセラミックス基板の製造は、公知の合目的
的な方法によって製造することができる。

例えば、穴空きセラミックスグリーンシート１ａおよび
穴なしセラミックスグリーンシート１ｂを第３図（ａ）
に示すように積層し、その後脱脂し、焼成することによ
って、第３図に（ｂ）示すような基板を作製す−ること
かできる。続いて、基板表面にメタライズ層を公知の印
刷法によって設け、所定の温度で熱処理することにより
、高周波半導体素子用セラミックス基板を得ることがで
きる。

また、穴空きおよび穴なしのセラミックスグリーンシー
トを積層し、その後直ちにメタライズペーストを塗布し
たままで、脱脂し、焼成する、同時焼成によっても上記
例と同様に第２図に示すようなセラミックス基板を作製
することができる。

さらに、セラミックス平板上に、所定の大きさの穴の開
いた金属板を被せて、サンドブラスト、ホーニング等の
方法によって、所定の凹部を設けることによって、第２
図に示すようなセラミックス基板を製造することも可能
である。

本発明に適用可能な高周波半導体素子とは、高出力半導
体を含むものである。

本発明のセラミックス基板の材質としては、通常半導体
素子用放熱基板として用いられているものすべてに適用
できるが、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミック
スが好ましい。

（実施例） 実施例１ 熱伝導率２０　ＱＷ／ｍ　−Ｋ、比熱０．７３１７ｇ・
Ｋの窒化アルミニウムから、２．　５０１１１角、凹部
の底面からの厚さが０．３５ｍ５．凸部の厚さが１ｍｍ
の本発明の高周波半導体素子用セラミックス基板を作製
した。この基板の凹部中央に１５Ｗクラスの高周波半導
体素子を載せて、１００”ｌＪ秒時の過渡時および定常
時の熱抵抗を測定した。その結果は、表１に示す通りで
ある。

比較例１ 熱伝導率２８０Ｗ／ｍ・Ｋ１比熱１．３０Ｊ／ｇ・Ｋの
酸化ベリリウムから、３ｃｍ径、厚さ０．５龍の平板セ
ラミックス製基板を作製した。

この基板の中央に実施例１に使用したと同様の高周波半
導体素子を載せて、実施例１と同様に過渡時および定常
時の熱抵抗を＋１−１定した。その結果は、表１に示す
通りである。

比較例２ 実施例１に使用したのと同様の窒化アルミニウムから、
２．５＋ｏ■角、厚さ０．３５ｍｍの平板セラミックス
製基板を作製した。この基板の中央に実施例１に使用し
たと同様の高周波半導体素子を載せて、実施例１と同様
に過渡時および定常時の熱抵抗を測定した。その結果は
、表１に示す通りである。

表１ ［発明の効果コ 本発明によれば、基板の平面サイズを変更することなく
、セラミックス基板の定常熱特性および過渡熱特性を改
善することができる。

特に本発明によれば、同一平面サイズで、窒化アルミニ
ウム基板に酸化ベリリウム並の熱特性を与えることが可
能であるとの優れた効果を有する。

また、本発明のセラミックス基板を用いると、半導体素
子のマウント位置が明確となるため、アセンブリ時の位
置のばらつきを減少させることが可能となる。

ラミックス基板を用いて、半導体素子をマウントしたと
きの断面図である。第２図は、本発明によるセラミック
ス基板の断面図、第３図は、セラミックスグリーンシー
トの積層による本発明のセラミックス基板の製造の説明
図である。第４図は、従来の平板のセラミックス基板に
半導体素子をマウントしたときの断面図である。

１・・・セラミック基板、ｌａ、ｌｂ・・・セラミック
スグリーンシート、２・・・メタライズ層、３・・・め
っき層、４・・・はんだ層、５・・・半導体素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子を収容するセラミックス基板であって、
   半導体素子をマウントしていない部分の基板の厚さが、
   半導体素子をマウントしてある部分の基板の厚さに比べ
   て厚く構成してなることを特徴とする、高周波半導体素
   子用セラミックス基板。 ２、セラミックス基板上に導体層を有する、請求項１に
   記載の基板。 ３、セラミックス基板の熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
   である、請求項１に記載の基板。 ４、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板である、
   請求項１に記載の基板。