JPH0669367A

JPH0669367A - 高放熱性セラミックパッケージ

Info

Publication number: JPH0669367A
Application number: JP24274892A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hidaka; 明弘日高
Original assignee: Sumitomo Metal Ceramics Inc
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Electronics Devices Inc
Priority date: 1992-08-18
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 1994-03-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】製造が容易でパッケージ内部の熱を拡散させ
て、該パッケージ側面方向への放熱を促進させると共
に、該パッケージ表面、放熱フィンの放熱特性を十分に
引き出させるようにした高放熱性セラミックパッケージ
を提供する。【構成】複数のセラミック層２を積層・一体化した積
層型セラミックパッケージにおいて、該パッケージ内部
で、かつ該パッケージのキャビティ５下層のセラミック
層間に、同時焼成温度で溶融しない金属層３を電気的非
導通状態に介在させると共に、該金属層３をセラミック
層２と同時焼成して一体化し、前記パッケージ内部の熱
の流れを、該パッケージの側面方向に促進させるように
した構成よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高放熱性セラミックパ
ッケージに係り、より詳細には、パッケージ内部の熱を
拡散させて、該パッケージ側面方向への放熱を促進させ
ると共に、該パッケージ表面、放熱フィンの放熱特性を
十分に引き出させるようにした高放熱性セラミックパッ
ケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックパッケージにおいて
は、搭載するＩＣチップの大型化、高速化等により、該
ＩＣチップの消費電力の増加に伴う熱の放熱特性が重要
視されつつある。ところで、アルミナ系のセラミックパ
ッケージにおいては、金属等に比べて熱伝導率が低いた
め、該パッケージ内部での熱拡散性が悪く、そのために
該パッケージのチップ搭載部分の温度が高く、側面に行
く程、その温度が低下して、放熱性が良いとは言えな
い。

【０００３】そこで、現在では、このようなセラミック
パッケージにおいては、該パッケージ表面に放熱フィン
を取り付けることで、その放熱面積を広げて、その熱拡
散を図っている。しかし、該パッケージは、前述した通
り、パッケージ内部の熱拡散性が低いため、搭載するＩ
Ｃチップからの熱が、前記放熱フィンに有効に伝わら
ず、該放熱フィンの特性を十分に使っていないのが実情
である。

【０００４】また、この他に、パッケージの表面に、該
パッケージより熱伝導率の高い物質よりなる金属を蒸着
や塗布、または該金属よりなる板体やテープを接着剤で
固着して、金属層を形成した構成のセラミックパッケー
ジが提案されている（特開昭６０−１０９２５５号公報
参照）。そして、該セラミックパッケージによれば、パ
ッケージ表面での熱を、パッケージ中央より側面に拡散
することができるという利点を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したセラ
ミックパッケージの場合、次のような課題がある。すな
わち、セラミックパッケージは、本来的に、パッケージ内
部の熱拡散性が低いため、放熱フィンを付けた場合と同
様に、該熱はパッケージ表面の金属層に均一に伝わら
ず、熱拡散性を十分には発揮し得ない。金属層を、パッケージ表面に形成する構成であるの
で、該パッケージ表面の活用が制限される。パッケージ表面に、金属層を接着や蒸着等で後付け
する構成であるので、該パッケージ表面と金属層との一
体化が難しく、また接着剤等の介在で、熱拡散性が低下
する。等の課題がある。

【０００６】なお、これ以外に、パッケージの厚み方向
の熱伝導性を向上させるために、サーマル・ビアを設け
る構成も提案されているが、その製造が容易でなく、か
つコスト的にも課題がある。

【０００７】本発明は、上述した問題に対処して創作し
たものであって、その目的とする処は、製造が容易でパ
ッケージ内部の熱を拡散させて、該パッケージ側面方向
への放熱を促進させると共に、該パッケージ表面、放熱
フィンの放熱特性を十分に引き出させるようにした高放
熱性セラミックパッケージを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そして、上記目的を達成
するための手段としての本発明の高放熱性セラミックパ
ッケージは、複数のセラミック層を積層・一体化した積
層型セラミックパッケージにおいて、該パッケージ内部
で、かつ該パッケージのキャビティ下のセラミック層間
に、同時焼成温度で溶融しない金属層を電気的非導通状
態に介在させると共に、該金属層をセラミック層と同時
焼成して一体化し、前記パッケージ内部の熱の流れを、
該パッケージの側面方向に促進させるようにした構成よ
りなる。

【０００９】また、本発明の他の高放熱性セラミックパ
ッケージは、前記発明において、セラミック層を形成す
るセラミックグリーンシートの一面または両面に金属層
を配した構成よりなる。

【００１０】

【作用】本発明の高放熱性セラミックパッケージは、パ
ッケージのキャビティ下のセラミック層間にタングステ
ン等の金属層を電気的非導通状態に介在させているの
で、該キャビティに搭載するＩＣチップの発熱による熱
を、該金属層を通じてパッケージ側面方向へ有効に拡散
させることができるように作用する。

【００１１】また、金属層をセラミック層と同時焼成し
て一体化しているので、セラミック層における熱が、金
属層にスムーズに誘導され、その熱拡散性を向上させ得
るように作用し、また該金属層が、パッケージ内部に組
み込まれているので、該パッケージ表面を活用できるよ
うに作用する。また金属層を多層とすることで、その熱
拡散性が向上し、またキャビティの底（下）厚を厚くで
きることより、該パッケージ側面への放熱面積を増大さ
せることができるように作用する。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を具体化
した実施例について説明する。ここに、図１〜図５は、
本発明の実施例を示し、図１は金属層を一層介在させた
構成の概略縦断面図、図２は図１の分解状態の斜視図、
図３は金属層の平面図、図４は金属層を多層に介在させ
た構成の概略縦断面図、図５は放熱フィンを設けた状態
の概略断面図、図６〜図８は、パッケージの熱抵抗を説
明するためのグラフ、図９は他の実施例の断面図、であ
る。

【００１３】本実施例の高放熱性セラミックパッケージ
は、概略すると、キャビティダウン型のＰＧＡセラミッ
ク基板よりなるパッケージ１であって、パッケージ１を
形成するセラミック層２，２間に、金属層３を介在させ
た構成よりなる。

【００１４】パッケージ１は、セラミックグリーンシー
トよりなるセラミック層２，２，・・を積層し、これを
焼成して形成されていて、ＩＣチップ４を搭載するキャ
ビティ５の底層下のセラミック層２，２の間に金属層３
が配され、金属層３は、セラミック層２，２・・と同時
焼成されて一体化されている。ここで、金属層３として
は、パッケージを形成するセラミック層２より、その熱
伝導率が高いタングステン（Ｗ）が用いられている。し
かし、モリブデン（Ｍｏ）等の金属を用いてもよい。

【００１５】また、低温焼成セラミック基板を用いた場
合は、金属層に、金属の中でも特に高熱伝導率を有する
銀、銅等を用いて積層し、８００〜１０００℃で同時焼
成して一体に形成できる。

【００１６】また、金属層３は、セラミックシートの一
面の全域にタングステンペーストをスクリーン印刷、あ
るいは塗布等することで形成され、通常、その厚さが、
５〜１０μｍ程度の厚さとされている。しかし、該タン
グステンペーストを、セラミックシートの一面の一部分
にのみ、あるいはセラミックシートの両面にスクリーン
印刷、塗布等した構成、また厚みを他の厚みとしてもよ
い。また、該金属層３は、金属シート、金属板を用いた
構成としてもよい。

【００１７】そして、本実施例の高放熱性セラミックパ
ッケージは、パッケージ１の内部に水平方向に金属層３
が配され、すなわち、パッケージ１のキャビティ５の底
層と裏面との間のセラミック層２，２間にタングステン
よりなる金属層３が電気的非導通状態に介在されている
ので、パッケージ１の内部において、図１に示すよう
に、途中で積極的に金属層３を通じてパッケージ側面方
向への熱拡散を促進させ、ＩＣチップ４の温度を低下さ
せるように作用する。

【００１８】また、金属層３がセラミック層２，２・・
と同時焼成・一体化されているので、セラミック層２，
２・・における熱が、金属層３にスムーズに誘導され、
その熱拡散性を向上させ得るように作用し、また金属層
３が、パッケージ内部に組み込まれているので、パッケ
ージ１の裏面に種々の部品を配置するためのスペースを
保持できるように作用する。

【００１９】また、前述した実施例において、金属層３
を、図４に示すように多層（ここでは、４層）配置した
構成、また図５に示すように放熱フィン６を配置した構
成としてもよい。

【００２０】次に、本実施例の効果を確認するために、
本実施例として、厚み８μｍのタングステン層を１層配
置したパッケージ（外径４４mm口）と、５層配置したパ
ッケージ（外径４４mm口）の構成と、従来例として、タ
ングステン層を有しないパッケージ（外径４４mm口）と
を用い、それぞれについての熱抵抗Θ_J-a（℃／ｗ）に
よる比較試験を行った。

【００２１】そして、その結果を図６に示す。この結果
より、タングステン層をセラミック層間に介在させた場
合、タングステン層を有しない構成に対し、２０〜３０
％の低熱抵抗化が可能となることが確認できた。また、
タングステン層を多層に介在させた場合は、一層、熱拡
散性を向上できることも確認できた。

【００２２】また、本実施例として、厚みが８μｍのタ
ングステン層を５層介在させたパッケージと、厚みが８
０μｍのタングステン層を５層介在させたパッケージの
構成と、従来例として、タングステン層を有しないパッ
ケージについて、先の比較試験例と同様の試験を行っ
た。そして、その結果を図７に示す。この結果より、タ
ングステン層をセラミック層間に介在させた場合であっ
て、そのタングステン層の厚みが８０μｍ程度ある構成
の方が、一層、低熱抵抗化を向上させ得ることが確認で
きた。

【００２３】更に、本実施例として、放熱フィン付のパ
ッケージに、厚み８０μｍのタングステン層を５層配置
した構成と、配置していない構成について、先の比較例
と同様の熱抵抗Θ_J-a（℃／ｗ）による比較試験を行っ
た。そして、その結果、図８に示すような結果を得た。
この結果によれば、放熱フィンを有する構成の場合にお
いてもタングステン層を介在させた場合、タングステン
層を有しない構成に対して、２０〜３５％の低熱抵抗化
が可能となるという結果を得た。

【００２４】なお、本実施例では、キャビティダウン型
のＰＧＡパッケージについて説明したが、図９のような
キャビティアップ型のＰＧＡパッケージについても同様
である。また、ＱＦＰ等の他の積層型セラミックパッケ
ージや、セラミック回路基板にも適用が可能である。

【００２５】以上のことより、タングステン層をセラミ
ック層間に介在させた場合は、パッケージ内部の熱を拡
散させて、該パッケージ側面方向への放熱を促進させる
と共に、該パッケージ表面、放熱フィンの放熱特性を十
分に引き出させるようにした高放熱性セラミックパッケ
ージを提供できることが確認できた。

【００２６】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で変
形実施できる構成を含む。因に、上述した実施例では、
金属層として、タングステンを用いた構成で説明した
が、セラミック層に比べて、高熱伝導率を有する金属で
あれば、モリブデン、銅その他の金属であってもよいこ
とは当然である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の高放熱性セラミックパッケージによれば、パッケージ
のキャビティ下のセラミック層間にタングステン等の高
熱伝導率を有する金属層を電気的非導通状態に介在させ
ているので、該キャビティに搭載するＩＣチップの発熱
による熱を、該金属層を通じてパッケージ側面方向へ有
効に拡散させることができるという効果を有する。

【００２８】また、本発明の高放熱性セラミックパッケ
ージによれば、金属層をセラミック層と同時焼成して一
体化しているので、セラミック層における熱が、金属層
にスムーズに誘導され、その熱拡散性を向上させること
ができ、また該金属層が、パッケージ内部に組み込まれ
ているので、該パッケージ表面を活用できるように作用
する。また金属層を多層とすることで、その熱拡散性が
向上し、またキャビティの底（下）厚を厚くできること
より、該パッケージ側面への放熱面積を増大させること
ができるという効果を有する。

【００２９】また、本発明の高放熱性セラミックパッケ
ージは、セラミックグリーンシートに金属ペーストを印
刷、塗布して積層、焼成するという通常のセラミック多
層基板の製造方法で形成できるので、製造方法が容易だ
という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の金属層を一層介在させた構
成の概略縦断面図である。

【図２】図１の分解状態の斜視図である。

【図３】金属層の平面図である。

【図４】金属層を多層に介在させた構成の概略縦断面
図である。

【図５】放熱フィンを設けた状態の概略断面図であ
る。

【図６】パッケージの熱抵抗を説明するためのグラフ
である。

【図７】パッケージの熱抵抗を説明するためのグラフ
である。

【図８】パッケージの熱抵抗を説明するためのグラフ
である。

【図９】他の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１・・・パッケージ、２・・・セラミック層、３・・・
金属層、４・・・ＩＣチップ、５・・・キャビティ、６
・・・放熱フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセラミック層を積層・一体化した
積層型セラミックパッケージにおいて、該パッケージ内
部で、かつ該パッケージのキャビティ下層のセラミック
層間に、同時焼成温度で溶融しない金属層を電気的非導
通状態に介在させると共に、該金属層をセラミック層と
同時焼成して一体化し、前記パッケージ内部の熱の流れ
を、該パッケージの側面方向に促進させるようにしたこ
とを特徴とする高放熱性セラミックパッケージ。
【請求項２】セラミック層を形成するセラミックグリ
ーンシートの一面または両面に金属層を配してなる請求
項１に記載の高放熱性セラミックパッケージ。