JPH05152462A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気特性、高密度実装性を損なうことなく、極
めて良好な放熱特性を有する半導体装置を提供すること
を目的とする。 【構成】裏面に外部端子を有する多層回路基板１１と、
前記多層回路基板１１表面に搭載された半導体チップ１
６と、前記多層回路基板１１表面に前記半導体チップ１
６を包囲するように気密に接合されたキャップ２０とを
具備した半導体装置において、前記多層回路基板１１の
基材はカルシウム化合物が添加された窒化アルミニウム
焼結体からなり、前記キャップ２０はイットリウム化合
物が添加された窒化アルミニウム焼結体からなることを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に多層回路基板の基材およびキャップが窒化アルミニウ
ム焼結体（ＡｌＮ焼結体）から形成された半導体装置に
係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置のパッケージは、機械的に破
損しやすい半導体チップを周囲の環境から保護したり、
装置組み立ての取扱い時に加わる種々の応力から機械的
に保護したりすることが第１の目的である。しかしなが
ら、近年の半導体技術の発展に伴って、機械的な保護が
次第に電気的、熱的な保護の能力を高める方向に変化し
つつある。すなわち、半導体装置が回路規模の増大、高
発熱、多ピン、高速、大チップの方向へと発展している
ため、これに応じたパッケージ構造の必要性が高まって
おり、現在、高熱伝導性のＡｌＮ焼結体を基材としたピ
ングリッドアレイパッケージが注目されている。

【０００３】以下、前記ピングリッドアレイパッケージ
によって半導体チップを気密に封止した半導体装置につ
いて、図４を参照して詳細に説明する。ＡｌＮ焼結体を
基材とした多層回路基板１の一面（裏面）には、外部端
子としの多数の入出力用および電源用のピン２が格子状
（ピングリッドアレイ状）に配置されている。前記ピン
２は、前記多層回路基板１の配線と電気的な接続を取り
ながら前記多層回路基板１の裏面にろう材を介して機械
的に接合されている。半導体チップ３は、前記多層回路
基板１の表面に電気的、機械的に接合されている。ワイ
ヤ４は、前記半導体チップ３の多数のパッドと前記多層
回路基板１表面の配線５とを電気的に接続している。シ
ールリング６は、前記半導体チップ３周囲の前記多層回
路基板１表面にろう材により接合されている。キャップ
７は、前記シールリング６に抵抗溶接またはレーザ溶接
により接合され、前記半導体チップ３を気密封止してい
る。放熱フィン８は、前記キャップ６に接合材９により
接合されている。

【０００４】このような半導体装置において、放熱性は
要求される諸特性の中で極めて重要な特性の一つであ
る。しかしながら、前記半導体チップ３を気密封止する
キャップ７およびシールリング６はコバール、４２アロ
イ等の金属が用いられているため、熱伝導率は５０Ｗ／
ｍ・Ｋ以下と低く、前記多層回路基板１から前記放熱フ
ィン８への熱伝導において障害となっていた。このた
め、搭載された半導体チップ３からの放熱は多層回路基
板１が主に担うことになり、高熱伝導性のＡｌＮ焼結体
からなる基材を用いた前記多層回路基板１は、前記半導
体チップ３の消費電力が最大４Ｗ程度まで許容される。
すなわち、半導体チップ３の動作部と外部の間の熱抵抗
は約１０℃／Ｗであり、周囲温度を４５℃として半導体
チップ３の最高動作温度を８５℃とすると、許容温度差
は４０℃であるので、１０℃／Ｗの熱抵抗では約４Ｗ程
度の消費電力まで対応できる。ただし、前記多層回路基
板１の内部には、ＡｌＮに比べて熱伝導率が小さいＣ
ｕ、Ｗ、Ｍｏ等よりなる配線が形成され、前記配線が放
熱を妨げるため、前記多層回路基板１による放熱はＡｌ
Ｎ焼結体のみで決まる熱伝導率より当然低い熱伝導率に
基づいてなされることになる。

【０００５】ところで、最近の半導体チップはますます
高消費電力化してきており、３０Ｗ、５０Ｗ、場合によ
っては１００Ｗ程度の大きな発熱を伴うものが考えら
れ、このような半導体チップには多層回路基板で主に放
熱を担う前述した図４に示す構造のパッケージでは適用
できなくなる。

【０００６】このようなことから、前述した図４に示す
キャップを高熱伝導性のＡｌＮ焼結体から形成すること
が試みられている。ＡｌＮ焼結体を大別すると、焼結助
剤としてイットリウム化合物が添加されたものおよびカ
ルシウム化合物が添加されたものの２種類が知られてい
るるが、一般にイットリウム化合物が添加されたＡｌＮ
焼結体の方がより高い熱伝導率を有している。したがっ
て、前述したように半導体装置の放熱性を重視する場
合、多層回路基板の基材およびキャップには通常イット
リウム化合物が焼結助材として添加されたＡｌＮ焼結体
が用いられている。しかしながら、イットリウム化合物
を焼結助剤として含むＡｌＮ粉末を原料として多層回路
基板を作製する場合、前記原料から形成したグリーンシ
ートに配線用ペーストを印刷し、これらを積層した後前
記グリーンシートとペーストを同時焼成すると、配線抵
抗、焼成温度が高くなり、しかも緻密化が困難になった
り、焼成時の反りや変形を生じる問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置は、半導体チップに生じた熱の放熱性が十分ではな
く、さらに大きい消費電力を有する半導体チップを取り
扱うことが近年とみに求められることから、より放熱性
の優れた半導体装置が要望されている。

【０００８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、電気特性、高密度実装性を損なう
ことなく、極めて良好な放熱性を有する半導体装置を提
供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、裏面に外部端
子を有する多層回路基板と、前記多層回路基板表面に搭
載された半導体チップと、前記多層回路基板表面に前記
半導体チップを包囲するように気密に接合されたキャッ
プとを具備した半導体装置において、

【００１０】前記多層回路基板の基材はカルシウム化合
物が添加されたＡｌＮ焼結体からなり、前記キャップは
イットリウム化合物が添加されたＡｌＮ焼結体からなる
ことを特徴とする半導体装置である。

【００１１】すなわち、本発明は半導体装置のパッケー
ジを構成する多層回路基板の基材とキャップにそれぞれ
カルシウム化合物が添加されたＡｌＮ焼結体およひイッ
トリウム化合物が添加されたＡｌＮ焼結体を用いること
を特徴とするものである。

【００１２】前記多層回路基板は、通常、ＡｌＮ粉末等
を原料としてグリーンシートを作製し、前記グリーンシ
ートにＷ、Ｍｏなどの導電材料を含む配線用ペーストを
印刷し、これらのグリーンシートを積層した後、前記グ
リーンシートとペーストを同時焼成することにより製造
される。この際、前記ＡｌＮ粉末にＣａＯ、ＣａＣ
Ｏ₃ 、ＣａＦなどのカルシウム化合物を焼結助剤として
添加した原料から前記グリーンシートを作製することに
よって、前記同時焼成時の特性が改善され、配線金属の
低抵抗化、焼結温度の低温化、基材となるＡｌＮ焼結体
の緻密化を達成することが可能となる。かかるカルシウ
ム化合物の添加量は、酸化物換算で０．００５〜５重量
％の範囲にすることが好ましい。この理由は、前記カル
シウム化合物の添加量を０．００５重量％未満にすると
焼成に際しての十分な緻密化が困難となり、一方前記カ
ルシウム化合物が５重量％を越えると助剤成分が多くな
り過ぎ、層間の密着強度が低下する恐れがあるからであ
る。より好ましいカルシウム化合物の添加量は、酸化物
換算で０．０１〜４．５重量％の範囲である。

【００１３】前記多層回路基板は、内部の電源用配線に
熱バイアホールとしての孔を開孔することを許容する。
かかる孔の形状、個数は特に制限されず、例えば多層回
路基板に搭載される半導体チップの直下の電源用配線を
全て除去してもよいし、微細な孔を多数メッシュ状に設
けてもよい。さらに、前記多層回路基板内に接地用配線
が形成されている場合には、半導体チップ直下において
前記接地用配線にも熱バイアホールとしての孔を形成す
ることが好ましい。

【００１４】前記キャップは、ＡｌＮ粉末等を原料とし
て成形、焼成することにより得られたＡｌＮ焼結体から
なる。この際、前記ＡｌＮ粉末にＹ₂ Ｏ₃ などのイット
リウム化合物を焼結助剤として添加した原料を用いるこ
とによって焼結性が著しく改善され、高熱伝導率（２７
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を有するＡｌＮ焼結体が得られる。
かかるイットリウム化合物の添加量は、酸化物換算で
０．００５〜５重量％の範囲にすることが好ましい。こ
の理由は、前記イットリウム化合物の添加量を０．００
５重量％未満にすると焼成に際しての十分な緻密化が困
難となり、一方前記イットリウム化合物が５重量％を越
えると助剤成分が多くなり過ぎ、熱伝導率が低下する恐
れがあるからである。より好ましいイットリウム化合物
の添加量は、酸化物換算で０．０１〜４．５重量％の範
囲である。

【００１５】前記多層回路基板と前記キャップとの接合
は、それらの接合面にＭ₁ −Ｍ₂ −Ａｕ系メタライズ層
（ただし、Ｍ₁ はＴｉ、Ｃｒ、ＨｆまたはＺｒ、Ｍ₂ は
Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、ＣｕまたはＰｄを示す）
をそれぞれ形成し、前記メタライズ層間にＡｕ−Ｓｎ、
Ａｕ−Ｓｉ、Ｐｂ−Ｓｎから選ばれる少なくとも１種を
主成分とするろう材を介して行うことが好ましい。な
お、前記メタライズ層は、厚膜形成技術、薄膜形成技術
のいずれによって形成されたものでもよいが、好ましく
は前記多層回路基板と前記キャップとの接合面にＭ₁ 、
Ｍ₂ およびＡｕの薄膜をこの順序で形成した後、前記ろ
う材を用いて接合を行う。また、かかる場合において前
記キャップの接合面から内側面、外側面または両側面、
さらには必要に応じて底面に亘って前記Ｍ₁ −Ｍ₂ −Ａ
ｕ系メタライズ層が形成されることがより好ましい。

【００１６】前記キャップには、前記半導体チップから
の放熱性を高めるために放熱フィンを取り付けることを
許容する。かかる放熱フィンに用いる材料としては、例
えばＡｌＮ、ＢＮ、ダイヤモンド、ガラスセラミック、
コージライト等のセラミックやＷ、Ａｌ／Ｓｉなどの金
属、さらには多孔質体等を挙げることができる。

【００１７】前記キャップと放熱フィンとの固定は、前
記キャップの上面にスタッドをろう材等で接合し、前記
スタッドに前記放熱フィンを機械的に連結することが望
ましい。かかるスタッドに用いる材料としては、例えば
Ｃｕ／Ｗ、Ａｌ合金、Ｍｏ、Ｗなどの金属を挙げること
ができる。前記キャップへの前記スタッドの接合は、ろ
う材、はんだを用いることが好ましく、特にＴｉ５重量
％、Ａｇ６８重量％、Ｃｕ２７重量％を含む組成の活性
金属ろう材が好適である。また、前記キャップおよびス
タッドの接合面にＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜を形成した後、
Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ｐｂ−Ｓｎから
選ばれる少なくとも１種を主成分とするろう材をそれら
の間に介在させて接合してもよい。

【００１８】

【作用】本発明に係わる半導体装置によれば、半導体チ
ップで発生した熱は熱伝導性に優れたＡｌＮ焼結体を基
材とする多層回路基板およびＡｌＮ焼結体からなるキャ
ップの双方を通して放出される。特に、前記キャップに
放熱フィンが取り付けられている場合には、熱は前記キ
ャップを通して前記放熱フィンから遅滞なく放熱され
る。したがって、ＡｌＮ焼結体を基材とする多層回路基
板にコバール等からなるキャップを取り付けた従来の半
導体装置に比べて半導体チップで発生した熱を空気中に
速やかに放出できるため、半導体装置全体の熱抵抗を著
しく低下させることができる。

【００１９】また、前記多層回路基板およびキャップに
用いられるＡｌＮ焼結体は、線熱膨張率（ＴＣＥ）が
４．５×１０^-6／℃（ＲＴ〜６００℃）と半導体チップ
の基板材料であるＳｉの線熱膨張率（３×１０１０^-6／
℃）に近似しているため、熱的な良好に整合し高い信頼
性を確保することができる。

【００２０】さらに、前記多層回路基板の基材を焼結助
剤としてのカルシウム化合物が添加されたＡｌＮ焼結体
から形成することによって、カルシウム化合物の利点で
ある優れた同時焼成特性、配線金属の低抵抗化、焼成温
度の低温化を図ることができる。また、前記キャップを
焼結助剤としてのイットリウム化合物が添加されたＡｌ
Ｎ焼結体から形成することによって、イットリウム化合
物の利点である良好な焼結性、高熱伝導率化を図ること
ができる。このように多層回路基板の基材を形成するＡ
ｌＮ焼結体およびキャップを形成するＡｌＮ焼結体につ
いて、それぞれの目的に応じ焼結助剤を用いることによ
って、優れた放熱性、電気特性、焼結寸法精度を有する
多層回路基板およびキャップを備えた半導体装置を得る
ことができる。

【００２１】さらに、前記多層回路基板と前記キャップ
との接合面にＭ₁ −Ｍ₂ −Ａｕ系メタライズ層（ただ
し、Ｍ₁ はＴｉ、Ｃｒ、ＨｆまたはＺｒ、Ｍ₂ はＮｉ、
Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、ＣｕまたはＰｄを示す）をそれ
ぞれ形成し、前記メタライズ層間にＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−
Ｓｉ、Ｐｂ−Ｓｎから選ばれる少なくとも１種を主成分
とするろう材を介して接合することによって、ろう材、
半田などの接合金属と接合面を活性化するための活性金
属等を含有するペーストを使用したＡｌＮ焼結体同志を
接合する従来の接合技術に比べて接合部の厚さをより均
一化できる。その結果、前記キャップを前記多層回路基
板に強固に接合でき、前記回路基板に搭載された半導体
チップを良好に気密封止することが可能となる。しか
も、接合部における密着性が高いために前記半導体チッ
プで発生した熱を前記多層回路基板から前記接合部を通
して前記キャップに良好に伝達させて放出させることが
できる。さらに、前記メタライズ層を薄膜形成技術によ
って形成すれば、前記接合部の厚さを薄くできるため、
前記多層回路基板から前記キャップへの熱伝達が一層高
められ、より優れた放熱性を達成することが可能とな
る。

【００２２】さらに、多層回路基板内に電源用配線や接
地用配線が形成されると、かかる配線に用いられている
導体材料は熱伝導率がＡｌＮ焼結体より低いためにＡｌ
Ｎ焼結体の高い熱伝導率を最大限に利用することが困難
となる。このような場合、前記多層回路基板に搭載され
る半導体チップ下方部分において、前記電源用配線や接
地用配線に熱バイアスホールを形成すれば、前記半導体
チップで発生した熱を前記熱バイアホールを通して下方
に伝達、放出することができる。したがって、熱の伝達
が前述したように内部の配線で妨げられることがないた
め、半導体装置の放熱性を良く高めることが可能とな
る。また、前記電源用配線や接地用配線に熱バイアホー
ルを形成すれば、多層回路基板の作製の際、グリーンシ
ートを積層したときの層間の密着性を向上できため、前
記多層回路基板の強度を高めることが可能となる。な
お、前述した半導体装置では半導体チップの下方におい
て電源用配線や接地用配線が全く存在しないように多層
回路基板を設計しても放熱性の向上を達成することがで
きる。

【００２３】さらに、前記キャップに放熱フィンを取り
付ける構造において、前記キャップの上面にスタッドを
ろう材等で接合し、前記スタッドに前記放熱フィンを機
械的に連結すれば、前記キャップと前記放熱フィンとを
有機高分子を主体とする接合材料で接合する従来構造に
比べて前記キャップと前記放熱フィンとの接合部におけ
る熱伝導率および機械的強度を著しく向上できる。その
結果、より高放熱の半導体チップの搭載、より大型の放
熱フィンの前記キャップへの安定的な取り付けを可能と
し、さらに放熱フィンの交換が容易なため、半導体装置
の用途毎に適切な放熱フィンを取り付けることが可能と
なる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１

【００２５】図１は、本実施例１の半導体装置を示す断
面図である。多層回路基板１１は、４３ｍｍ×４３ｍｍ
×２ｍｍの寸法で、フッ化カルシウムがＣａＯ換算で
０．１重量％添加されたＡｌＮグリーンシートにタング
ステン（Ｗ）を主体とする配線用導体ペーストが印刷
し、前記グリーシートを７層重ねると共にその上に導体
ペーストが印刷されていない前記グリーンシートを２層
重ねて積層した後、同時焼成することにより作製された
ものである。なお、前記多層回路基板１１は半導体チッ
プの搭載領域の下方に前記配線を一切設けない構造にな
っている。前記配線のうち、信号線はインピーダンスが
５０〜７０Ωとなるように近接する信号線間に電源用配
線または接地用配線を形成してストリップ線路を構成し
た。前記信号線の線路幅は、１５０μｍ、ＡｌＮ焼結体
からなる配線間絶縁層の厚さは約４００μｍとした。

【００２６】多数の第１の薄膜配線１２₁ は、前記Ａｌ
Ｎ多層回路基板１１の表面（上面）に形成され、これら
の第１の薄膜配線１２₁ 上には絶縁層１３を介してリー
ドボンディング用の第２の薄膜配線１２₂ がそれぞれ形
成されている。前記第２の薄膜配線１２₂ は、９０μｍ
の幅を有し、前記絶縁層１３に形成されたスルホール
（図示せず）を通して前記第１の薄膜配線１２₁ に接続
されている。前記第１、第２の薄膜配線は、Ｔｉ／Ｎｉ
／Ａｕから形成され、前記絶縁層１３は反応スパッタに
よって蒸着されたＡｌＮから形成されている。また、前
記多層回路基板１１の上面周辺部には、メタライズ層と
しての前記第１の薄膜配線１２₁ と同様な３層構造を有
する枠状の接合用薄膜１４が形成されている。なお、Ｔ
ｉ／Ｎｉ／Ａｕ薄膜の厚さは、それぞれ５０ｎｍ／５０
０ｎｍ／２００ｎｍである。１００×１００μｍのバイ
アホール（図示せず）は、ＫＯＨを主体とするアルカリ
エッチャントを用いるフォトリソグラフィ技術により形
成されている。前記バイアホールは、例えばＡｕめっき
を行うことにより導体材料で埋められ、前記導体材料が
露出した前記多層回路基板１１の上面にはＴｉ／Ｎｉ／
Ａｕからなるマウント用薄膜（図示せず）が形成されて
いる。

【００２７】外部端子としての多数の入出力用および電
源用のピン１５は、前記多層回路基板１１の裏面（下
面）にろう接法により格子状（ピングリッドアレイ状）
に取付けられている。前記ピン１５は、例えば直径０．
２ｍｍ、長さ１ｍｍの寸法を有すると共に、熱膨張整合
を考慮してコバールから形成されている。前記ピン１５
は、１ｍｍのピッチで３２列×３２列のマトリックス状
に配列され、合計１０００本用いている。つまり、前記
多層回路基板１１の中央部の２４ピンに相当する箇所に
はピンが配列されていない。

【００２８】半導体チップ１６は、前記多層回路基板１
１のマウント用薄膜に銀エポキシ樹脂接着剤（エポテッ
ク社製商品名；Ｈ７０Ｅ）を介して電気的、機械的に接
合されている。前記半導体チップ１６は、１５．５×１
５．５×０．３５ｍｍの寸法を有し、上面には複数のＡ
ｕバンプ１７が形成されている。前記半導体チップ１６
は、前記Ａｕバンプ１７と前記第２の薄膜配線１２₂ 上
のＡｕバンプ１８がＴＡＢリード１９を介して電気的に
接続されている。

【００２９】酸化イットリウムが０．００５重量％添加
されたＡｌＮ焼結体からなるキャップ２０は、前記多層
回路基板１１上の接合用薄膜１４に接合されている。前
記キャップ２０は、下面が開放されたボックス形状をな
し、４３×４３×２ｍｍの寸法を有する。前記キャップ
２０の下面（接合面）には、スパッタリング蒸着により
Ｔｉ（５０ｎｍ）／Ｎｉ（５００ｎｍ）／Ａｕ（２００
ｎｍ）からなる接合用薄膜２１が形成され、前記キャッ
プ２０の前記接合用薄膜２１と前記多層回路基板１１の
前記接合用薄膜１４の間に枠状Ａｕ−Ｓｎろう材層２２
を介して接合することにより前記半導体チップ１６が気
密封止される。

【００３０】ネジ部が直径５ｍｍのＭｏ製のスタッド２
３は、前記キャップ２０にＴｉ５重量％、Ａｇ６８重量
％およびＣｕ２７重量％からなる活性金属ろう材により
接合されている。熱伝導率が１７０〜２９０Ｗ／ｍ・／
ＫのＡｌＮ焼結体からなる放熱フィン２４は、前記キャ
ップ２０の上面に前記スタッド２３を介して機械的に取
り付けられている。 実施例２〜７

【００３１】ＡｌＮ多層回路基板の配線間絶縁層をフッ
化カルシウムがＣａＯ換算で下記表１に示す割合で添加
されたＡｌＮ焼結体から形成し、キャップを酸化イット
リウムが下記表１に示す割合で添加されたＡｌＮ焼結体
から形成した以外、実施例１と同様な構造の６種の半導
体装置を組み立てた。

【００３２】実施例１〜７の半導体装置において、半導
体チップが気密封止された空間の気密度を測定した。そ
の結果、いずれもヘリウムリーク率が１０^-10 ａｔｍ・
ｃｃ／ｓｅｃ以下と実用上問題のない値であった。

【００３３】また、実施例１〜７の半導体装置につい
て、半導体チップの能動面と実験室大気の間の熱抵抗を
測定した。その結果を下記表１に併記した。測定は、半
導体装置を３０×３０×１．６ｃｍのガラスエポキシ基
板にはんだで実装し、整流状態の風を放熱フィンの配列
方向に１ｍ／ｓｅｃで送られた条件下で行った。

【００３４】前記表１から明らかなように、本発明に係
わる半導体装置ではデスクトップスーパーコンピュータ
またはラップトップスーパーコンピュータ等で使用され
る空冷風速１ｍ／ｓｅｃにおいて、熱抵抗約１．６〜
１．８℃／Ｗと極めて良好な放熱性を有することがわか
る。

【００３５】なお、前記実施例１〜７において、多層回
路基板とキャップとの接合面にメタライズ層としてのＴ
ｉ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜を形成したが、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａ
ｕの混合膜をメタライズ層として用いても同様な高い気
密度と優れた放熱性を達成することができた。 実施例８

【００３６】図２は、本実施例８の半導体装置を示す要
部断面図である。本実施例８では、ＡｌＮ焼結体からな
るキャップ２０の下面（多層回路基板１１との接合面）
および内外側面、さらには底面（半導体チップが気密封
止される空間の上面）に亘って例えばＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ
からなる接合用薄膜２１が形成され、キャップ２０の接
合面となる接合用薄膜２１部分が前記多層回路基板１１
の接合用薄膜１４に対向して枠状Ａｕ−Ｓｎろう材層２
２を介して接合されている。また、前記接合用薄膜１４
は前記多層回路基板１１の内部配線（例えば電源用配線
または接地用配線）２５にスルホール２６を通して接続
されている。

【００３７】このような構成の半導体装置によれば、キ
ャップ２０の下面と前記ＡｌＮ多層回路基板１１の接合
用薄膜１４の間に枠状Ａｕ−Ｓｎろう材層２２を介在
し、前記キャップ２０から前記多層回路基板１１に向け
て一定の圧力を加えながら前記ろう材層２２を溶融して
接合する際、過剰のろう材は前記キャップ２０の内外側
面に形成された接続用薄膜２１沿って移動するため、前
記接合用薄膜１４から横方向にろう材がはみ出すのを防
止できる。

【００３８】すなわち、図５に示すように前記多層回路
基板１１の接合用薄膜１４に対向するキャップ２０の下
面のみにＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる接合用薄膜２１を形
成して多層回路基板１１とキャップ２０とを同様に接合
すると、溶融したろう材は前記接合用薄膜１４、２１間
から横方向にはみ出す。このようろう材のはみ出しが起
こると、前記接合部近傍に位置する前記多層回路基板１
１表面の配線（例えばボンディング用の第２の薄膜配線
１２₂ ）や前記多層回路基板１１側面の配線部に接触し
て配線間の短絡が発生する恐れがある。これに対し、本
実施例８のような構成にすれば、前述したようにろう材
が前記接合用薄膜１４から横方向にはみ出すのを防止で
きるため、前記ろう材が前記多層回路基板１１表面の配
線（例えばボンディング用の第２の薄膜配線１２₂ ）や
前記多層回路基板１１側面の配線部に接触して配線間の
短絡が発生するのを回避できる。

【００３９】また、前記キャップ２０の下面および内外
側面、さらに底面に亘ってＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる接
合用薄膜２１を形成し、前記接合用薄膜１４を前記多層
回路基板１１の内部配線（例えば電源用配線または接地
用配線）２５にスルホール２６を通して接続すれば、前
記キャップ２０の内外側面、さらに底面に形成された接
合用薄膜２１は枠状Ａｕ−Ｓｎろう材層２２、接合用薄
膜１４およびスルホール２６を通して前記多層回路基板
１１の内部配線（例えば電源用配線または接地用配線）
２５と同電位となるため、耐電磁波ノイズ性を著しく向
上できる。特に、本実施例８のようにキャップ２０の底
面にも接合用薄膜２１を形成した場合、前記磁気シール
ド効果が顕著となる。

【００４０】なお、実施例８においてはキャップの下面
および内外側面、さらに底面に亘ってＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ
からなる接合用薄膜を形成したが、本発明はこれに限定
されない。例えば、図３に示すようにキャップ２０の下
面および外側面に亘ってＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる接合
用薄膜２１を形成しても実施例８と同様な効果を達成す
ることができる。また、キャップの下面および内側面に
亘ってＴｉ／Ｎｉ／Ａｕからなる接合用薄膜を形成して
も実施例８と同様な効果を達成することができる。

【００４１】前記実施例８のようにキャップの下面から
内外側面に亘ってメタライズ層を形成する場合には多層
回路基板の基材およびキャップがＡｌＮ焼結体以外のセ
ラミックからなるセラミックパッケージでも同様な効果
が得られることはいうまでもない。また、Ｍ₁ −Ｍ₂ −
Ａｕ系メタライズ層と前述したろう材を介して多層回路
基板とキャップを接合すれば、多層回路基板の基材およ
びキャップを共にイットリウム化合物またはカルシウム
化合物が添加されたＡｌＮ焼結体から形成した場合で
も、高い気密度と良好な密着性等を達成することができ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる半
導体装置によれば電気特性、高密度実装性を損なうこと
なく、極めて良好な放熱性を有し、発熱量の大きい半導
体チップの搭載を可能とし、ひいてはデスクトップスー
パーコンピュータまたはラップトップスーパーコンピュ
ータなどに有効に利用できる等顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における半導体装置を示す断
面図。

【図２】本発明の実施例８における半導体装置を示す要
部断面図。

【図３】本発明の他の実施例における半導体装置を示す
要部断面図。

【図４】従来の半導体装置を示す断面図。

【図５】多層回路基板とキャップとを接合する際の問題
点を説明するための断面図。

【符号の説明】

１１…多層回路基板、１４、２１…接合用薄膜、１５…
ピン、１６…半導体チップ、２０…キャップ、２２…ろ
う材層、２３…スタッド、２４…放熱フィン、２５…内
部配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小岩 馨 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岩瀬 暢男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏面に外部端子を有する多層回路基板
   と、前記多層回路基板表面に搭載された半導体チップ
   と、前記多層回路基板表面に前記半導体チップを包囲す
   るように気密に接合されたキャップとを具備した半導体
   装置において、 前記多層回路基板の基材はカルシウム化合物が添加され
   た窒化アルミニウム焼結体からなり、前記キャップはイ
   ットリウム化合物が添加された窒化アルミニウム焼結体
   からなることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記多層回路基板と前記キャップとの接
   合面には、Ｍ₁ −Ｍ₂ −Ａｕ系メタライズ層（ただし、
   Ｍ₁ はＴｉ、Ｃｒ、ＨｆまたはＺｒ、Ｍ₂ はＮｉ、Ｗ、
   Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｂ、ＣｕまたはＰｄを示す）がそれぞれ
   形成され、前記メタライズ層間にＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓ
   ｉ、Ｐｂ−Ｓｎから選ばれる少なくとも１種を主成分と
   するろう材を介して前記多層回路基板と前記キャップと
   を接合したことを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 前記キャップの接合面から内側面、外側
   面または両側面に亘って前記Ｍ₁ −Ｍ₂ −Ａｕ系メタラ
   イズ層が形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置。