JPH03226541A - パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 - Google Patents
パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材Info
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- JPH03226541A JPH03226541A JP2019639A JP1963990A JPH03226541A JP H03226541 A JPH03226541 A JP H03226541A JP 2019639 A JP2019639 A JP 2019639A JP 1963990 A JP1963990 A JP 1963990A JP H03226541 A JPH03226541 A JP H03226541A
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
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〕
この発明は、高強度を有するＷ基焼結合金で構成された
、パッケージ型半導体装置におけるヒートシンク材や基
板材などの放熱性構造部材に関するものである。
、パッケージ型半導体装置におけるヒートシンク材や基
板材などの放熱性構造部材に関するものである。
一般に、パッケージ型半導体装置としては、第１図に縦
断面図で示されるように、アルミナセラミック製枠体１
の上面に外部リード２を上方に向けて多数格子状に配設
し、前記枠体の底面には、枠体１の底面に形成されたＷ
粉末などを用いたベーストを塗布し焼結してなるメタラ
イジング層５と、このメタライジング層の上にさらに形
成したＮＩ メツキ層などのメツキ層６を介して、同じ
く表面にメツキ層６を形成した基板材３が銀ろうなどを
用いてろう付けされ、かつ基板材３の上面に半導体素子
４が搭載された構造のＰＧＡ （ピングリッドアレイ）
パッケージ型のものや、第２図に同じく縦断面図で示さ
れるように、アルミナセラミック製枠体１の外周にそっ
て外部リード２を水平に多数配設し、この枠体の底面に
、第１図の装置と同様にメタライジング層５およびメツ
キ層６を介して基板材３をろう付けし、半導体素子４が
搭載されるヒートシンク材７が同じく表面メツキ層６を
介して前記基板材３の上面にろう付けされた構造のフラ
ットパッケージ型のもの、また第３図に同縦断面図で示
されるように、有底のアルミナセラミック製枠体１の外
周にそって外部り一部２が水平に多数配設され、枠体１
の底面には、同様にメタライジング層５およびメツキ層
６を介して半導体素子４が搭載されるヒートシンク材７
がろう付けされた構造のものや、なお、第１〜３図の装
置において、１１は封着用のキャップを示し、第４図に
平面図で、第５図に縦断面図で示されるように、金属製
枠体８の側壁の一部に切削加工により形成した四部８ａ
に、接続回路１０を備えたアルミナセラミック製端子９
が、また前記枠体８の底面には基板材３か、それぞれメ
タライジング層５およびＮｉメツキ層などのメツキ層６
を介して銀ろうを用いて気密に嵌着され、前記端子９の
接続回路のうちの外側に露出した接続回路ｌＯには外部
リード２が接続され、かつ前記端子９の上面にはキャッ
プＩＩによる封着のための金属製シールリング１２がろ
う付けされた構造のメタルパッケージ型のもの、さらに
第６図に縦断面図で示されるように、鉄またはコバール
（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）などの金属で構成された基台
１３に、外部り一部２が基台１３を貫通した状態で、ガ
ラス封止材１４て気密に固着され、かつ基台１３の中央
部上面には、上部に半導体素子４が搭載されるヒートシ
ンク材７がメツキ層６を介してろう付けされ、これ全体
をキャップ１１で気密に包囲した構造のガラス端子パッ
ケージ型のものなどが知られている。
断面図で示されるように、アルミナセラミック製枠体１
の上面に外部リード２を上方に向けて多数格子状に配設
し、前記枠体の底面には、枠体１の底面に形成されたＷ
粉末などを用いたベーストを塗布し焼結してなるメタラ
イジング層５と、このメタライジング層の上にさらに形
成したＮＩ メツキ層などのメツキ層６を介して、同じ
く表面にメツキ層６を形成した基板材３が銀ろうなどを
用いてろう付けされ、かつ基板材３の上面に半導体素子
４が搭載された構造のＰＧＡ （ピングリッドアレイ）
パッケージ型のものや、第２図に同じく縦断面図で示さ
れるように、アルミナセラミック製枠体１の外周にそっ
て外部リード２を水平に多数配設し、この枠体の底面に
、第１図の装置と同様にメタライジング層５およびメツ
キ層６を介して基板材３をろう付けし、半導体素子４が
搭載されるヒートシンク材７が同じく表面メツキ層６を
介して前記基板材３の上面にろう付けされた構造のフラ
ットパッケージ型のもの、また第３図に同縦断面図で示
されるように、有底のアルミナセラミック製枠体１の外
周にそって外部り一部２が水平に多数配設され、枠体１
の底面には、同様にメタライジング層５およびメツキ層
６を介して半導体素子４が搭載されるヒートシンク材７
がろう付けされた構造のものや、なお、第１〜３図の装
置において、１１は封着用のキャップを示し、第４図に
平面図で、第５図に縦断面図で示されるように、金属製
枠体８の側壁の一部に切削加工により形成した四部８ａ
に、接続回路１０を備えたアルミナセラミック製端子９
が、また前記枠体８の底面には基板材３か、それぞれメ
タライジング層５およびＮｉメツキ層などのメツキ層６
を介して銀ろうを用いて気密に嵌着され、前記端子９の
接続回路のうちの外側に露出した接続回路ｌＯには外部
リード２が接続され、かつ前記端子９の上面にはキャッ
プＩＩによる封着のための金属製シールリング１２がろ
う付けされた構造のメタルパッケージ型のもの、さらに
第６図に縦断面図で示されるように、鉄またはコバール
（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）などの金属で構成された基台
１３に、外部り一部２が基台１３を貫通した状態で、ガ
ラス封止材１４て気密に固着され、かつ基台１３の中央
部上面には、上部に半導体素子４が搭載されるヒートシ
ンク材７がメツキ層６を介してろう付けされ、これ全体
をキャップ１１で気密に包囲した構造のガラス端子パッ
ケージ型のものなどが知られている。
これら各種のパッケージ型半導体装置においては、半導
体素子４が発する熱は、それを搭載した基板材３やヒー
トシンク材７を介して、その外部に効率よく放散される
ので、これら部材間に発生した熱応力で半導体素子４な
どが破損することがない。
体素子４が発する熱は、それを搭載した基板材３やヒー
トシンク材７を介して、その外部に効率よく放散される
ので、これら部材間に発生した熱応力で半導体素子４な
どが破損することがない。
また、これら半導体装置の放熱性構造部材である基板材
やヒートシンク材などとしては、放熱性が要求され、か
つ剥離防止の目的から低熱膨張係数か要求されることか
ら、例えば特公昭６３２７８６０号公報に記載されるよ
うな多孔質Ｗ焼結体に１〜３０重量％（以下％は重量％
を示す）のＣｕを溶浸してなる材料で構成されたものが
用いられていることも良く知られるところである。
やヒートシンク材などとしては、放熱性が要求され、か
つ剥離防止の目的から低熱膨張係数か要求されることか
ら、例えば特公昭６３２７８６０号公報に記載されるよ
うな多孔質Ｗ焼結体に１〜３０重量％（以下％は重量％
を示す）のＣｕを溶浸してなる材料で構成されたものが
用いられていることも良く知られるところである。
しかし、近年の半導体装置の高集積化に伴い、半導体装
置の放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材など
にも軽量化および薄肉化が要求され、二の結果低熱膨張
係数を具備した状態で高強度を何する放熱性構造部材の
開発が強く望まれているが、上記の従来放熱性構造部材
はじめ、その他多くの材料で構成された放熱性構造部材
は、いずれも強度が十分ないために、これらの要求に満
足して対応することができないのが現状である。
置の放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材など
にも軽量化および薄肉化が要求され、二の結果低熱膨張
係数を具備した状態で高強度を何する放熱性構造部材の
開発が強く望まれているが、上記の従来放熱性構造部材
はじめ、その他多くの材料で構成された放熱性構造部材
は、いずれも強度が十分ないために、これらの要求に満
足して対応することができないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高強度
を有する半導体装置の放熱性構造部材を開発すべく研究
を行なった結果、上記放熱性構造部材を、 Ｎｉ：３．５〜１２％、 Ｆｅ：１．５〜８％。
を有する半導体装置の放熱性構造部材を開発すべく研究
を行なった結果、上記放熱性構造部材を、 Ｎｉ：３．５〜１２％、 Ｆｅ：１．５〜８％。
を含有し、さらに必要に応して、
Ｍｏ二３．５〜１２％。
を含有し、残りがＷと不可避不純物からなる組成を有す
るＷ基焼結合金で構成すると、この結果の放熱性構造部
材は、合金製なので放熱性を有し、かつ半導体素子であ
るＳ１素子の熱膨張係数：３．５〜４ ｘ １０’／”
Ｃや、ＧａＡｓ素子の熱膨張係数：５〜６ ｘ １ｏ−
６／”Ｃ１さらに枠体などを構成するアルミナセラミッ
クの熱膨張係数：約７×１０’／”Ｃ１特にＳｉ素子や
ＧａＡｓ素子の熱膨張係数に近く、最近多く用いられる
ようになったムライトセラミックや窒化アルミニウムセ
ラミックの熱膨張係数：約４．５Ｘ１０６／’Ｃ１およ
びガラス・アルミナ複合セラミックの熱膨張係数：約５
ＸｌＯ／’Ｃと同等の４〜５ Ｘ １０−６／’Ｃの島
影６ 張係数をもつので、これら構造部材間に２１１離現象や
破損現象などの発生がなく、またＣｕ含浸の多孔質Ｗ焼
結体で構成された上記従来放熱性構造部材に比して約２
倍以上、引張強さで約１００ｋｇ／ｍＪ以上の高強度を
もつので、薄肉化および軽量化が可能であるという研究
結果を得たのである。
るＷ基焼結合金で構成すると、この結果の放熱性構造部
材は、合金製なので放熱性を有し、かつ半導体素子であ
るＳ１素子の熱膨張係数：３．５〜４ ｘ １０’／”
Ｃや、ＧａＡｓ素子の熱膨張係数：５〜６ ｘ １ｏ−
６／”Ｃ１さらに枠体などを構成するアルミナセラミッ
クの熱膨張係数：約７×１０’／”Ｃ１特にＳｉ素子や
ＧａＡｓ素子の熱膨張係数に近く、最近多く用いられる
ようになったムライトセラミックや窒化アルミニウムセ
ラミックの熱膨張係数：約４．５Ｘ１０６／’Ｃ１およ
びガラス・アルミナ複合セラミックの熱膨張係数：約５
ＸｌＯ／’Ｃと同等の４〜５ Ｘ １０−６／’Ｃの島
影６ 張係数をもつので、これら構造部材間に２１１離現象や
破損現象などの発生がなく、またＣｕ含浸の多孔質Ｗ焼
結体で構成された上記従来放熱性構造部材に比して約２
倍以上、引張強さで約１００ｋｇ／ｍＪ以上の高強度を
もつので、薄肉化および軽量化が可能であるという研究
結果を得たのである。
この発明は、上記研究結果にもとづいてなされたもので
あって、以下に放熱性構造部材を構成するＷ基焼結合金
の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
あって、以下に放熱性構造部材を構成するＷ基焼結合金
の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）ＮｉおよびＦｅ
これらの成分には、焼結時に結合して、最低温度の場合
１４３０℃で液相を形成し、もって焼結性を向上させる
ことにより、強度と伸びを向上させると共に、理論密度
比で９９．８？６以上に高密度化する作用があるが、そ
の含有量が、それぞれＮ ｉ：３．５？６未満およびＦ
ｅ：１．５！％未満では液相発生量が不十分なために上
記の作用に所望の効果が得られず、一方その含有量がそ
れぞれＮｉ：１２％、Ｆｅ：８９６を越えると、熱膨張
係数が急激に増大し、相手接合部材と？す離したり、こ
れを破損したりするようになることから、その含有量を
Ｎｉ：３．５〜１２％、Ｆｅ：１．５〜８％と定めた。
１４３０℃で液相を形成し、もって焼結性を向上させる
ことにより、強度と伸びを向上させると共に、理論密度
比で９９．８？６以上に高密度化する作用があるが、そ
の含有量が、それぞれＮ ｉ：３．５？６未満およびＦ
ｅ：１．５！％未満では液相発生量が不十分なために上
記の作用に所望の効果が得られず、一方その含有量がそ
れぞれＮｉ：１２％、Ｆｅ：８９６を越えると、熱膨張
係数が急激に増大し、相手接合部材と？す離したり、こ
れを破損したりするようになることから、その含有量を
Ｎｉ：３．５〜１２％、Ｆｅ：１．５〜８％と定めた。
（ｂ） Ｍ。
Ｍｏ成分には、ＮｉおよびＦｅと結合して液相を形成し
、これら３成分による液相発生温度はＮｉ ＋Ｆｅによ
る液相発生温度よりも約５０℃も低く、かつＷに対する
液相のぬれ性を向上させ、もって強度および伸びをさら
に一段と向上させる作用があるので、必要に応じて含有
されるが、その含有量が３．５％未満でも、またその含
有量が１２％を越えても前記作用に所望の効果が得られ
ないことから、その含有量を３．５〜１２％と定めた。
、これら３成分による液相発生温度はＮｉ ＋Ｆｅによ
る液相発生温度よりも約５０℃も低く、かつＷに対する
液相のぬれ性を向上させ、もって強度および伸びをさら
に一段と向上させる作用があるので、必要に応じて含有
されるが、その含有量が３．５％未満でも、またその含
有量が１２％を越えても前記作用に所望の効果が得られ
ないことから、その含有量を３．５〜１２％と定めた。
原料粉末として、いずれも１〜Ｓｕｎの範囲内の平均粒
径を有するＷ粉末、Ｎｊ粉末、Ｆｅ粉末、およびＭｏ粉
末を用意し、これら原料粉末を第１表に示される配合組
成に配合し、ボールミルにて７２時時間式混合した後、
３ｔｏｎ／ｃ−の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついで
この圧粉体を１４００〜１５００℃の範囲内の所定温度
（Ｍｏ含有の場合は１４００〜１４５０℃）で焼結する
ことにより実質的に配合組成と同一の成分組成を有し、
かつ平面：２５＋ａ＋ｅ Ｘ ２５ｙｏｍ、厚さ：１ｍ
ｍの寸法をもった本発明構造部材１〜９および比較構造
部材１．２をそれぞれ製造した。
径を有するＷ粉末、Ｎｊ粉末、Ｆｅ粉末、およびＭｏ粉
末を用意し、これら原料粉末を第１表に示される配合組
成に配合し、ボールミルにて７２時時間式混合した後、
３ｔｏｎ／ｃ−の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついで
この圧粉体を１４００〜１５００℃の範囲内の所定温度
（Ｍｏ含有の場合は１４００〜１４５０℃）で焼結する
ことにより実質的に配合組成と同一の成分組成を有し、
かつ平面：２５＋ａ＋ｅ Ｘ ２５ｙｏｍ、厚さ：１ｍ
ｍの寸法をもった本発明構造部材１〜９および比較構造
部材１．２をそれぞれ製造した。
なお、比較構造部材１．２は、いずれもＷ基焼結合金の
構成成分であるＮｉおよびＦｅの含有量（第１表に※印
を付す）がこの発明の範囲から外れたものである。
構成成分であるＮｉおよびＦｅの含有量（第１表に※印
を付す）がこの発明の範囲から外れたものである。
また、比較の目的で、原料粉末として平均粒径：５−を
有するＷ粉末を用い、プレス圧力を違えることにより空
孔率の異った３種の圧粉体を成形し、これらの圧粉体を
１３５０℃の温度で焼結してそれぞれ第１表に示される
空孔率を有する多孔質Ｗ焼結体を成形し、ついでこれに
Ｃｕ溶浸を施すことにより、同じく平面： ２５＋ｎｍ
Ｘ ２５１１１１％厚さ：１ｍｍの寸法をもった従来
構造部材１〜３を製造した。
有するＷ粉末を用い、プレス圧力を違えることにより空
孔率の異った３種の圧粉体を成形し、これらの圧粉体を
１３５０℃の温度で焼結してそれぞれ第１表に示される
空孔率を有する多孔質Ｗ焼結体を成形し、ついでこれに
Ｃｕ溶浸を施すことにより、同じく平面： ２５＋ｎｍ
Ｘ ２５１１１１％厚さ：１ｍｍの寸法をもった従来
構造部材１〜３を製造した。
つぎに、この結果得られたダ種の構造部材について、理
論密度比、熱膨張係数（２０〜４００℃）、引張強さ、
伸び、およびロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定し
、この１９１定結果を第１表に示した。
論密度比、熱膨張係数（２０〜４００℃）、引張強さ、
伸び、およびロックウェル硬さ（Ｃスケール）を測定し
、この１９１定結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明構造部材１〜９は、
いずれも従来構造部材１〜３と同等あるいはこれより低
い熱膨張係数と高い理論密度比を有し、かつこれより一
段と高い引張強さと伸びを示すことが明らかであり、一
方比較構造部材１．２に見られるようにＷ基焼結合金の
構成成分であるＮｉおよびＦｅ含有量がこの発明の範囲
から外れると、引張強さ、伸び、および理論密度比、あ
るいは熱膨張係数に所望の値が得られないものである。
いずれも従来構造部材１〜３と同等あるいはこれより低
い熱膨張係数と高い理論密度比を有し、かつこれより一
段と高い引張強さと伸びを示すことが明らかであり、一
方比較構造部材１．２に見られるようにＷ基焼結合金の
構成成分であるＮｉおよびＦｅ含有量がこの発明の範囲
から外れると、引張強さ、伸び、および理論密度比、あ
るいは熱膨張係数に所望の値が得られないものである。
上述のように、この発明の放熱性構造部材は、半導体装
置を構成する半導体素子や各種セラミック部材、特にム
ライトセラミック、窒化アルミニウムセラミック、およ
びガラス・アルミナ複合セラミックと同等の低い熱膨張
係数を有するので、相手接合部材との間に剥離現象や、
これら部材を破損することがなく、また高強度と高伸び
を存し、この値は引張強さで１０２ｋｇ／ｍｎｆ以上、
伸びで１５％以上を示し、これらの値のうち特に引張強
さは従来構造部材の約２倍以上の高いものであって、こ
のことは放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材
などの薄肉化および軽量化を可能とし、半導体装置の高
集積化に十分対応することができ、さらに、この発明の
放熱性構造部材は、粉末成形法により所望形状またはそ
れに近い形状まで金型を用いて容易に成形することがで
き、Ｃｕ＠ｆｉの工程も必要ないため、基板材とヒート
シンク材または金属製枠体とを一体に形成し、切削加工
を極めて少なくして加工コストを低減させることができ
るなど工業上有用な特性を有するのである。
置を構成する半導体素子や各種セラミック部材、特にム
ライトセラミック、窒化アルミニウムセラミック、およ
びガラス・アルミナ複合セラミックと同等の低い熱膨張
係数を有するので、相手接合部材との間に剥離現象や、
これら部材を破損することがなく、また高強度と高伸び
を存し、この値は引張強さで１０２ｋｇ／ｍｎｆ以上、
伸びで１５％以上を示し、これらの値のうち特に引張強
さは従来構造部材の約２倍以上の高いものであって、こ
のことは放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材
などの薄肉化および軽量化を可能とし、半導体装置の高
集積化に十分対応することができ、さらに、この発明の
放熱性構造部材は、粉末成形法により所望形状またはそ
れに近い形状まで金型を用いて容易に成形することがで
き、Ｃｕ＠ｆｉの工程も必要ないため、基板材とヒート
シンク材または金属製枠体とを一体に形成し、切削加工
を極めて少なくして加工コストを低減させることができ
るなど工業上有用な特性を有するのである。
第１〜６図は各種のパッケージ型半導体装置の構造を示
す図であって、第１〜３図および第５゜６図が縦断面図
、第４図が第５図に示す装置の平面図である。 ３・・・基板材、 ４・・・半導体素子、７
・・・ヒートシンク材。 代 理 人 晶 田 和 夫 外１名 第 図 第 図 第 図 第 ４ 図 ５橿る 図
す図であって、第１〜３図および第５゜６図が縦断面図
、第４図が第５図に示す装置の平面図である。 ３・・・基板材、 ４・・・半導体素子、７
・・・ヒートシンク材。 代 理 人 晶 田 和 夫 外１名 第 図 第 図 第 図 第 ４ 図 ５橿る 図
Claims (2)
- （１）Ｎｉ：３．５〜１２％、Ｆｅ：１．５〜８％、を
含有し、残りがＷと不可避不純物からなる組成（以上重
量％）を有するＷ基焼結合金で構成してなるパッケージ
型半導体装置の高強度放熱性構造部材。 - （２）Ｎｉ：３．５〜１２％、Ｆｅ：１．５〜８％、を
含有し、さらに、 Ｍｏ：３．５〜１２％。 を含有し、残りがＷと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有するＷ基焼結合金で構成してなるパッケー
ジ型半導体装置の高強度放熱性構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019639A JP2815656B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019639A JP2815656B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03226541A true JPH03226541A (ja) | 1991-10-07 |
| JP2815656B2 JP2815656B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=12004793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019639A Expired - Lifetime JP2815656B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2815656B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012007191A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Jfe Seimitsu Kk | 焼結タングステン基合金 |
| WO2013084749A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
-
1990
- 1990-01-30 JP JP2019639A patent/JP2815656B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012007191A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Jfe Seimitsu Kk | 焼結タングステン基合金 |
| WO2013084749A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
| WO2013084748A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-13 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
| JPWO2013084749A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-04-27 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
| JPWO2013084748A1 (ja) * | 2011-12-07 | 2015-04-27 | 株式会社アライドマテリアル | タングステン焼結合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2815656B2 (ja) | 1998-10-27 |
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