JPH03211860A - 半導体パッケージ - 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】 「産業上の利用分野コ この発明は、半導体パッケージの技術に関するものであ
り、熱伝導性、電気絶縁性のパッドを有し、高周波トラ
ンジスタなどに用いられる新しい半導体パッケージを提
供するものである。

［従来の技術］ 高周波、即ち無線周波用の半導体デバイスの使用は、放
熱性２寸法、信頼性及びその他の特性において多くの用
途に適きさせたので、測的に増加した。半導体トランジ
スタは、非常に小さく、かつ非常に使用しにくいため、
一般にパッケージの中に組み入れられている。高周波パ
ッケージは、半導体素子（特にトランジスタ）を保持す
るため、及び他の素子との接続に即座に役立つ電極を供
給するために使用される。

このようなパッケージを設計する際には、半導体の発熱
傾向を考慮しなければならない、このため、半導体は、
ヒートシンクとして働き、かつトランジスタが発生した
熱を放熱する熱伝導性のパッド上に設けられることが多
い、しかし、半導体は、電気的なエネルギーに敏感であ
るため、熱伝導性のパッドは、電気的には絶縁体である
べきである。

このため、パッドには、熱伝導性で電気絶縁性の材料が
使用されている。このような材料としては、時に応じて
アルミナ（アルミニウム酸化物。

ＡｌｚＯ３）が使用されることもあるが、一般には、ベ
リリア（ベリリウム酸１ヒ物、Ｂｅｄ）が用いられる。

ベリリア（Ｂｅｄ）は、ＡＩｚＯｉよりも熱伝導性が良
いので、より一般的に使用されている。しかし、ＢｅＯ
は非常に毒性が強いため、ＢｅＯの取り扱いや加工には
注意が必要である。粉末状のＢｅＯは、人間の呼吸器系
にとって危険なものである。従って、ＢｅＯ製のパッド
が機械加工されたり置かれたりする場合には注意を払わ
なければならない。ＢｅＯが安全に扱われ、人体との不
適正な接触がなされないことを保証するような適正な装
備及び安全装置が必要とされる。

従来のパッケージのもう１つの閏題は、ＢｅＯが使用さ
れる際に、ＢｅＯの薄いパッドを用いることである。こ
のパッドは、プレフォームの使用によりヒートシンクに
取り付けられる２通常、プレフォームは、金及びすす、
又は銀及び銅からなっている。プレフォームは、搭載パ
ッドとヒートシンクとの間に配置されており、その状態
で加熱される。この熱がプレフォームを溶かし、パッド
をヒートシンクにはんだ付けするゆこれにより、パッド
とプレフォームとの間、及びプレフォームとヒートシン
クとの間の２つの境界面がｆｊられる。これらの境界面
は、接続部の熱伝導性を低下させる。

さらに、ＢｅＯは約２００℃〜２５０℃までの高い熱伝
導性を有しているが、その能力は温度上昇にともなって
低下する。

ＢｅＯパッドは、一般に約０．１０１８〜０．１５２４
ｃｍ（０，０４０〜ｏ、ｏｅｏインチ）の厚さで使用さ
れる。このような厚さは、ＢｅＯの機械的な強度が低い
ことから要求されている。もし、パッドが十分な厚さを
有していなければ、取付中又はｔ麦の使用時に加熱され
た際に、パッドにひびが入ったり、パッドが割れたりし
てしまう。

［発明の概要］ １〜ランジスタや他の半導体をパッケージ内に設けるた
めのパッドとして使用し得る他の材料、即ち熱伝導性を
有し電気的に絶縁体である池の材料が最近発見された。

これらの材料は、非常に薄いフィルム状でヒートシンク
の表面に直接付けられるか、又は小片（ｓｌｉｖｅｒ）
としてヒートシンク上に設けられる。これにより、パッ
ケージの熱伝導性が向上するとともに、パッケージ全体
の高さが低くなる。

この発明に有用な材料は、ボロン窒化物（ＢＮ）、ダイ
ヤモンド、アルミニウム窒化物（ＡＩＮ）及びアルミニ
ウム酸化物（Ａ　１２０３）である。

ＢＮ、ＡＩＮ及びＡ　ｌ　２０３は、プラズマ蒸着によ
り付着される。ダイヤモンドは、薄いコーティングとし
て、真空蒸着により付着される。また、ヒートシンクと
上記の材料の小片との間にプレフォームを配置し、二者
を互いにはんだ付けするためにこれらを加熱することに
よって、上記の材料をヒートシンク上に設けてもよい、
これらのフィルム又は小片は、その材料が高い機械強度
を有しているため、従来のＢｅＯ製のパッドに比べて十
分に薄くすることができる。さらに、そのフィルムはヒ
ートシンク上に直接付着されるので、材料と材料との間
の１つの境界面を無視できる。

［実施例］ 図はこの発明の〜実施例による半導体パッケージを示す
分解斜視図である９ 区において、この実施例の半導体パッケージ１０は、コ
ンデンサ３０とともにピートシンク２０を有している。

ヒートシンク２ｏは、ヒートシンクとして望ましい品質
を持つタングステンと銅と（Ｗ十Ｃｕ）により作られる
のが好ましい。

ヒートシンク２０は、半導体パッケージ１ｏの支持部材
として働く。コンデンサ３ｏは、組立後の半導体パッケ
ージ１０内のし一トシンク２ｏ上に直接設けられている
。

搭載バッド４０は、ヒートシンク２ｏに取り付けられて
いる。そして、半導体５ｏはパッド４゜に取り付けられ
ている。これらの取付方法につぃては、さらに後述する
。第１のプレフォーム６゜は、ヒートシンク２０上に、
コンデンサ３０　パッド４０及び半導体５０を囲んで配
置されている。

そして、薄板（Ｉａｎ＋１ｎａ）　７０及び８０は、第
１のプレフォーム６０上に配置されている。薄板７０゜
８０は、半導体５０に対して適当な接続がなされるよう
にするためのスペーサとして働く、薄板７０．８０は、
所定の位置に、内側で半導体５゜に接続されるリード７
５と共に焼成されている。

第２のプレフォーム９０は薄板７０．８０上に配置され
ており、保譚塁としての１（ｌｉｄ）　１００は完成し
たパッケージにがぶせられている。

薄板７０．８０は、一般にアルミニウムがらなっており
、かつリード７５を半導体５０に対して適当に位置決め
している。Ｍｌ　００は、−ｍにコバール（ｋｏｖａｌ
）　（鉄−コバルト合金）がらなっている。第１のプレ
フォーム６０及び第２のプレフォーム９０は、低温はん
だ付けを可能にするために、金及びすす、又は銅及び銀
がらなっている。

バッド４０は、いくつかの異なる材料により乍ることが
でき、その材料の小片（ｓｌｉｖｅｒ）又は非常に薄く
被覆された層（ｌａｙｅｒ）であってもよい。バッド４
０は、ボロン窒化物、ダイヤモンド、アルミニウム窒化
物又はアルミナにより作ることができる。バッド４０は
、その形状に応じた異なる方法でヒートシンク２０に取
り付けられる。

ダイヤモンドからなるバッド４０は、単結晶基板又は薄
いフィルムという２つの異なる形態をとることができる
。単結晶基板は、０．００７６２〜０．０１０１６ｃｍ
　（０，００３〜０．００４１インチ〉の厚さである。

また、このような単結晶基板状のダイヤモンドからなる
パッド４０は、金及びずず、又は銅及び銀からなるプレ
フォームの使用によりヒートシンク２０に接着される。

プレフォームは、パッド４゜の小片とヒートシンク２０
との間に配置される。

そして、熱が加えられ、これにより小片がヒートシンク
２０にはんだ付けされる。

パッド４０にダイヤモンドを使用する方法では、ヒート
シンク２０上に微細なダイヤモンド粒子を真空蒸着する
のが好ましい、これにより、材料と材料との間の１つの
境界面が除かれ、バッド４０を介した半導体５０とヒー
トシンク２０との間の熱伝導性を良くすることができる
。これにより、バッド４０の寸法も小さくなる。上述し
たように、ダイヤモンドの小片は通常０．００７６２〜
Ｏ，０ＬＯ１６ｃｍ（０，００３〜０．００４インチ）
の厚さであるが、真空蒸着された場合のダイヤモンド層
の厚さは、−ｉ的に０．０００７６２〜０．００１２７
ＣＩ　（０，０００３〜０．０００５インチ）であり、
特に１０μ（０、０００３９インチ）が好ましい。

ダイヤモンド小片及びダイヤモンド層のどちらが使用さ
れる場合でも、ダイヤモンドのバッド４０は、適当な金
属で予備的にめっきされ、その後金めっきが施される。

そして、半導体５０は、加熱・加圧されることにより、
その金めつき上に設けられる。金めつきとシリコンの半
導体５０とは、半導体５０を所定の位置に保持する金−
シリコン混合物を形成する。

パッド４０がボロン窒化物、アルミニウム窒化物又はア
ルミナからなる場合も、薄い層又は薄い小片のような２
つの異なる形態でヒートシンク２０に適用することがで
きる。これらの材料からなる小片は、概ね０．０２０３
２〜０．０３０４８ｃｍ　（０，００８〜０．０１２イ
ンチ）の厚さであるのが好ましい、このような小片を使
用する場きは、小片であるパッド４０をビー１−シンク
２０にはんだ付けするためにプレフォームを使用する必
要がある。これらの材料は、プラズマ蒸着によっても設
けることができる。このような蒸着技術では、プラズマ
が形成されるまで材料を加熱するので、ダイヤモンドに
は使用できない。これは、ダイヤモンドの場合には、冷
えていくカーボンがダイヤモンドの格子構造にリフォー
ムされることがないためである。

プラズマ蒸着は、約０．０１７７８〜０．０２０３２ｃ
ｍ（約０．００７〜ｏ　、　ｏｏｓインチ）の厚さの材
料の層を製造する。プラズマ蒸着は、被膜を保持するた
めのプレフォームを必要としない。ボロン窒化物、アル
ミニウム窒化物又はアルミナのうちのどれが使用されて
も、モリブデン、ニッケル及び金の層でめっきされなけ
ればならない、そして、上述したように、半導体５０は
金めつきに保持される。

上記のような技術を用いることにより、高周波パッケー
ジの全体の厚さを１／３減少させて、約０．３０４８ｃ
ｉ　（０，１２０インチ）から０．２０３２ｃ＋ｙ　（
０，０８０インチ）にすることができる。しかし、必要
であれば、ヒートシンク２０と薄板７０との間に、パッ
ケージ全体の厚さを０．３０４８ｃｍ　（０，１２０イ
ンチ）に維持するためのコバール製のスペーサを設けて
もよい。

なお、上記実施例では高周波トランジスタ・パッケージ
及びそのパッドを示したが、特許請求の範囲に示した精
神及び範囲内で種々の変更が可能であることは言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例によるパッケージを示す分解斜
視図である。 図において、１０は半導体パッケージ、２０はヒートシ
ンク、４０はパッド、５０は半導体、１００は蓋である
。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体のそれぞれの電極に接続するための入力電
   極、出力電極及び共通電極を有している半導体パッケー
   ジであって、支持部材、この支持部材上に設けられ、熱
   伝導性を有しているとともに、電気的に絶縁体であるパ
   ッド、このパッド上に設けられた半導体、及び保護蓋を
   備えており、 前記パッドは、プラズマ蒸着されたアルミニウム窒化物
   、真空蒸着されたダイヤモンド、プラズマ蒸着されたア
   ルミナ及びプラズマ蒸着されたボロン窒化物からなる群
   より選ばれた材料を含んでいる半導体パッケージ。
2. （２）パッドの材料が、プラズマ蒸着されたボロン窒化
   物である特許請求の範囲第１項記載の半導体パッケージ
   。
3. （３）パッドの厚さが０．０１７７８〜０．０２０３２
   ｃｍである特許請求の範囲第２項記載の半導体パッケー
   ジ。
4. （４）パッドの材料がプラズマ蒸着されたアルミニウム
   窒化物である特許請求の範囲第１項記載の半導体パッケ
   ージ。
5. （５）パッドの厚さが０．０１７７８〜０．０２０３２
   ｃｍである特許請求の範囲第４項記載の半導体パッケー
   ジ。
6. （６）パッドの材料が真空蒸着されたダイヤモンドであ
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体パッケージ。
7. （７）パッドの厚さが０．０００７６２〜０．００１２
   ７ｃｍである特許請求の範囲第６項記載の半導体パッケ
   ージ。
8. （８）パッドの材料がプラズマ蒸着されたアルミナであ
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体パッケージ。
9. （９）パッドの厚さが０．０１７７８〜０．０２０３２
   ｃｍである特許請求の範囲第８項記載の半導体パッケー
   ジ。