JPH08115996A - 半導体素子搭載用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属板からなる電源層及び接地層が接着剤層
を介して基板上に積層された半導体素子搭載用パッケー
ジの反りを低減し、ダイ付け性、封止性を改良した新規
な半導体素子搭載用パッケージを提供する。 【構成】 金属板からなる電源層５及び接地層８が接着
剤層６を介して基板４上に積層されたパッケージであっ
て、該電源層５又は接地層８のうち、該基板と接着剤層
を介して接合される層を構成する金属板のビッカース硬
度が１３０以下となるように構成された半導体素子搭載
用パッケージである

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な半導体素子搭載
用パッケージに関する。詳しくは、金属板からなる電源
層及び接地層が接着剤層を介して基板上に積層された半
導体素子搭載用パッケージの反りを低減し、ダイ付け
性、封止性を改良した新規な半導体素子搭載用パッケー
ジに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在一般的に使用されている半導体素子
搭載用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）と
しては、以下に示すように大きく分けて３種類のものが
ある。

【０００３】即ち、ガラス封止型のパッケージに代表
されるように、セラミックあるいは金属の基板と蓋体の
間に金属製のリードフレームが封止材を介して接着（接
合）されているもの、プラスチック製のパッケージに
代表されるように、金属製のリードフレームに半導体素
子が樹脂系接着剤層を介して接合されており、パッケー
ジ全体をモールド樹脂が覆って封止しているもの、ピ
ングリッドアレイ（ＰＧＡ）等のパッケージに代表され
るように、セラミックの絶縁層とタングステンなどの導
電層を複数積層したものを同時焼成して得られるパッケ
ージである。

【０００４】上記およびのタイプのパッケージは、
通常、クワッドフラットタイプ（ＱＦＰ）で使用される
ことが多い。

【０００５】これらはそれぞれ長所、短所を持っている
が、およびのタイプのパッケージはのタイプのも
のに比べ、面状の電源層及び接地層を形成し難いため電
気特性では劣る。しかしながら、現時点及び将来におい
て、半導体素子の高性能化及び実装の多様化のためお
よびのタイプのパッケージにおいても、電源層及び接
地層の低自己インダクタンス化等の電気特性の優れたも
のが求められるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように及び
の構造を持った半導体素子搭載用パッケージにおいては
セラミック、金属等からなる基板上に、図７に示す如き
線状の金属リード１（リードフレーム）だけで電気回路
が形成されることが多かった。この様な線状の金属リー
ドだけでは自己インダクタンスが数ｎＨ以上と高く、高
速（例えば１０ＭＨｚ以上の周波数）で作動する半導体
素子に対しては、同時切り換えスイッチングノイズが生
じ易くなり電気特性が劣る。また、電源層と接地層間に
は高容量のデカップリングコンデンサーが形成できない
ため電源回路、接地回路に発生するノイズを除去するた
めにパッケージ外部にコンデンサーを設けねばならず実
装密度が低下する。

【０００７】上記の線状の金属リードだけで構成される
パッケージの欠点を改良するため、金属板のような面状
の電源層あるいは接地層を形成することが考えられる。

【０００８】例えば、かかる目的は別にして、上記のよ
うな面状の金属板より電源層及び接地層が構成されたパ
ッケージとして、図８に示す構造のものが知られてい
る。即ち、金属板によりなる電源層５及び接地層８並び
に信号層は接着剤層１０を介して接合されて積層体が構
成される。かかる積層体は強度的に問題があり、これを
補強するため、積層体の中央に形成されたキャビティー
に半導体素子１２を搭載し、ワイヤボンディング１１を
施した後、全体を樹脂モールド１３により覆うことによ
ってパッケージとされる。そのため、上記パッケージに
おいては、半導体素子より発生する熱の放散性が悪く、
大出力の半導体素子を搭載する場合に発熱の問題があ
る。

【０００９】このような背景の下で、金属板よりなる電
源層及び接地層を含む積層体を強度を有する基板上に積
層することによって、樹脂モールドを回避し、放熱性の
良いパッケージを構成することも考えられる。

【００１０】しかしながら、基板を使用しない上記樹脂
モールドされたパッケージに比べ、セラミック焼結体或
いは金属のように剛性を持った基板と、面状の金属層を
形成する金属板とを接着剤層で積層した場合、得られる
パッケージに反りが生じてダイ付け性、封止性が低下し
たり、ひどい場合は各層間の剥離等が発生するという現
象が生じ、製品の歩留りを低下するという問題があっ
た。

【００１１】上記問題に対して、基板の厚みを大きくす
る等の手段も考えられるが、パッケージの大型化、重量
増を招くため実用的ではなく、前記問題の解決に至って
いないのが現状である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの問題を解決する
ために本発明者は研究を重ねた結果、基板に接着剤層を
介して直接接合される金属板のビッカース硬度を特定の
範囲に設定することにより、基板の厚みを比較的薄く設
定しながら、得られるパッケージの反りを効果的に抑制
し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。

【００１３】以下、本発明を添付図面に従って詳細に説
明するが、本発明はこれらの添付図面に限定されるもの
ではない。

【００１４】図１は、本発明にかかる半導体素子用パッ
ケージの代表的な態様を示す分解図である。また、図
２、図３及び図５は、本発明に使用する金属板の一態様
を示す平面図、図４及び図６は、本発明における金属板
と基板との接合状態の断面を示す概略図である。

【００１５】即ち、本発明は、金属板からなる電源層５
及び接地層８が接着剤層６を介して基板上に積層された
パッケージであって、該電源層又は接地層のうち、該基
板と接着剤層を介して接合される層を構成する金属板の
ビッカース硬度が１３０以下であることを特徴とする半
導体素子搭載用パッケージである。

【００１６】尚、９は信号層を示す。

【００１７】本発明において、基板４の材質は、パッケ
ージの構成材料として知られているセラミック、金属な
どの材質が特に制限なく使用される。具体的には、アル
ミナ、窒化アルミニウム、ベリリア、ムライト、窒化ケ
イ素、炭化ケイ素、ガラスセラミックなどのセラミック
焼結体、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合
金、モリブデン、タングステン、銅−タングステン合
金、銅−モリブデン合金、銅−モリブデン−銅のクラッ
ド材などの金属系材料等である。

【００１８】セラミックの場合は焼成により得られたま
まの表面状態でもよいが接着性を高めるために研磨等の
表面処理を行っても良く、さらにセラミック、金属とも
に表面を酸化処理、エッチング処理等行ったものでも良
い。

【００１９】また、基板４の厚みに関しても制限されな
いが、本発明の効果が特に顕著に現れるのは３ｍｍ以下
の厚みの基板を使用する場合である。

【００２０】更に、かかる基板として、熱伝導率の高
い、例えば１００Ｗ／ｍＫ以上の窒化アルミニウム、ベ
リリア、炭化ケイ素、金属アルミニウム（アルミニウム
合金を含む）、銅（銅合金を含む）、モリブデン、タン
グステン、銅−タングステン合金、銅−モリブデン合
金、銅−モリブデン−銅のクラッド材等を基板としてを
使用すれば放熱性に優れたパッケージを得ることができ
る。

【００２１】この高熱電導率の材料の中で金属、合金及
びクラッド材はセラミック焼結体と異なり危なくないの
でパッケージ組み立て時の破損に対しては有利であり、
更には、粉末を焼き固めて作るセラミック焼結体に比べ
パッケージの気密性に優れる場合がある。特に、モリブ
デン、タングステン、銅−タングステン合金、銅−モリ
ブデン合金、銅−モリブデン−銅のクラッド材などは２
５〜４００℃における熱膨張率が１０×１０^-6・℃^-1以
下と小さく、半導体素子搭載時の素子とのミスマッチが
小さく、２５℃における弾性率（ヤング率）も２．０〜
４．５×１０⁴ｋｇｔ／ｍｍ²と高いので熱膨張率の異な
る異種材料との接合に際しても生じる反りはセラミック
焼結体並又はそれ以下に比較的小さく押さえられること
もあり、金属材料の中でもより好適に使用される。これ
らの金属材料の表面には耐食性を増すために、必要に応
じてＮｉメッキＡｌ蒸着膜などの表面処理を施したもの
を用いることもできる。

【００２２】また、アルミナ焼結体、ムライト焼結体の
ようにシリコン半導体素子との熱膨張率は近似している
反面、熱伝導率が比較的小さい材料の場合も、電源層、
接地層を形成する金属板を接合する面に対して反対面
に、例えば金属アルミニウム（アルミニウム合金を含
む）、銅（銅合金を含む）のように熱伝導率の大きい材
料を接合あるいは接合すれば、上記の熱伝導率が１００
Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率材料を使用したのと同じ高い
放熱性のパッケージが得られ、大面積、高消費電力の半
導体素子が搭載できる。

【００２３】本発明において、電源層５又は接地層８の
うち、該基板と接着剤層を介して接合される層を構成す
る金属板のビッカース硬度が１３０以下、好ましくはビ
ッカース硬度が９０以下、より好ましくは５０以下であ
ることが極めて重要である。

【００２４】該金属板のビッカース硬度が１３０より大
きい場合、例えば、基板の大きさが４０×４０ｍｍの正
方形で厚み１ｍｍの場合、該金属板と基板との接合体の
反りが２００μｍを越え易く、そのため、ダイ付け性は
勿論、パッケージの封止性が悪化するという問題が生じ
る。また、ビッカース硬度が９０以下になると接合体の
反りが１５０μｍ以下となるのでかかる問題がより起こ
り難く、ビッカース硬度が５０以下では反りが１００μ
ｍ以下となるので該問題を極めて効果的に防止すること
ができる。

【００２５】即ち、本発明者らは、かかる基板と金属板
との接合時の反りに対して研究を重ねた結果、上記接合
される金属板のビッカース硬度を特定の範囲に調整すれ
ば、該基板と金属板との熱膨張率差には殆ど影響を受け
ないことを見い出したのである。それは基板と金属板と
の熱膨張率が近似した場合は勿論、基板と金属板との熱
膨張率が大きく異なる場合でも、金属板のビッカース硬
度が特定の値より低ければ、得られるパッケージの反り
を十分小さく抑えることができることで示される。

【００２６】その具体例として、窒化アルミニウム焼結
体或いはアルミナ焼結体製基板と、アルミニウム、銅、
ニッケル製金属板との接合の場合がある。これらの例で
は基板と金属板との熱膨張率差が小さくてもビッカース
硬度が大きければ接合体の反りは大きくなることが示さ
れる。基板と面状の金属板との接合体の反りを小さくし
ようとする場合、基板と金属板との熱膨張率差を小さく
し接合時に発生する熱応力を小さくしようとする試みよ
り、金属板のビッカース硬度を小さくし柔軟なものにす
ることの方がより本質的で効果が大きいことが示され
た。尚、上記金属板のビッカース硬度は、基板に接着剤
層を介して接合された後の測定値をいう。その理由は、
接着剤層を介して接合する際の温度等の影響により金属
板のビッカース硬度が変化することにある。

【００２７】また、本発明において、ビッカース硬度は
印加荷重１ｋｇ、印加時間３０秒間の条件で測定された
値である。

【００２８】本発明において、電源層及び接地層を形成
する金属板の厚みは特に限定されないが、パッケージの
製造上、及び反りを低減するために５〜３０００μｍの
範囲が好ましい。また、金属板の材質としても特に制限
されないが、具体的なものを例示すれば、Ａｌ、Ａｌ系
合金、Ｃｕ、Ｃｕ系合金、Ｎｉ、Ｎｉ系合金、Ａｇ、Ａ
ｇ系合金、Ａｕ、Ａｕ系合金、Ｍｇ、Ｍｇ系合金、Ｔ
ｉ、Ｔｉ系合金、Ｎｂ、Ｎｂ系合金、Ｔａ、Ｔａ系合
金、白金族元素を主成分とするもの、などが挙げられ
る。また、金属板は、上記金属の圧延板、押し出し板、
電解板（箔）等を用いることができる。この場合、金属
板は例えば圧延上がりのように比較的高硬度の状態で用
いても良いし、予め焼き鈍し等の熱処理を行って軟化さ
せたものでもよい。要は、接合前にビッカース硬度が１
３０を越える金属板の材質であっても、接合時の加熱に
より軟化し、ビッカース硬度が１３０以下に低下するも
のであればよい。

【００２９】また、本発明において、金属板は単一の層
よりなる態様の他、表面に別の種類の金属膜を形成させ
た金属板のように、種類の異なる複数の金属層よりなる
金属板も好適に使用することができる。具体的には、上
記金属より選ばれた一種の金属層の表面にＡｌ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｂ等の金属またはこれらを
含む合金よりなる金属より選ばれた他の種類の金属層を
メッキ、蒸着、スパッタ、クラッド（金属箔を圧着接合
したもの）等の方法によって形成したものが挙げられ
る。

【００３０】また、接着剤層による基板との接着性向上
のため、金属板表面を洗浄、研磨、エッチング、ブラス
ト等の処理を行ったものを用いてもよい。

【００３１】本発明においては、熱膨張率が近似した材
料同士の接合体の場合（例えばアルミニウムまたはアル
ミニウム合金製基板とアルミニウムまたはアルミニウム
合金製金属板とのような、あるいは銅または銅合金製基
板と銅または銅合金製金属板とのように、０〜１００℃
における熱膨張率差が３×１０^-6・℃^-1未満の材料同士
の接合、接合の場合）は勿論であるが、さらに反りの原
因となる熱応力が大きく発生する事が予測できるような
０〜１００℃における熱膨張率差が３×１０^-6・℃^-1以
上（例えば金属銅基板とニッケル金属板では３．７×１
０^-6・℃^-1、アルミナ焼結体基板とニッケル金属板では
およそ６．３×１０^-6・℃^-1）の基板材料と金属材料と
の接合あるいは接合を、大きな反りを発生させることな
く行うことができる。

【００３２】本発明において、電源層及び接地層を形成
する金属板の形状としては、面状のものが特に制限なく
使用することができる。かかる面状とは、図５に示すよ
うに実質的に欠陥の無い平板だけでなく、図２に示すよ
うに中央部分に角穴、丸穴等の半導体素子を搭載するた
めのキャビティーを形成する切欠部７を形成した枠状
体、図３に示すように接着性向上のため小さな丸孔、角
孔等の孔３が平面に多数形成された多孔板などが一般的
である。さらに、それらの枠状部分の内部にワイヤボン
ディング用リードおよび外側に外部リード等が必要に応
じて具備されていても良い。

【００３３】上記金属板の各態様において、面積で１５
ｍｍ²以上の連続した平面部分（内部に穴等の欠陥が存
在していても良い。）が存在する場合に、本発明の効果
が顕著に認められる。特に、欠陥が少ない金属板を使用
した場合に高い効果が得られる。これに対して、従来広
く使われているリードフレームなどのように、連続した
面状の部分がなく線状の金属体によって構成される場合
は、たとえ金属板の占める総面積が多くても、金属板材
料のビッカース硬度が接合、接合体の反りに与える影響
はもともと小さく、本発明の構成による効果は少ない。

【００３４】本発明において、図１、更には図４及び図
６に示すように、基板４と金属板２とは、接着剤層６を
介して接合される。かかる接着剤層としては、公知の材
質のものが特に制限なく使用されるが、パッケージの構
造を維持するためには接着強度が、９０度ピールで１Ｋ
ｇ／ｃｍ以上あることが好ましく、該強度が１．５Ｋｇ
／ｃｍ以上であれば更に好ましい。上記の基板と金属板
との接着剤層を形成するための好適な接着剤としては、
次に挙げるようなものが好適に使用される。例えば、フ
ッ素樹脂、熱可塑性タイプのポリイミド等の熱可塑性の
樹脂接着剤、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノー
ル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド等の熱硬化性の樹脂
接着剤、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の室温硬化性
の樹脂接着剤、シリコーンゲル等のゲル状樹脂接着剤、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｐｄなどの活性金属を含有したろう材（例
えば、Ａｇ−Ｃｕを主成分とし、Ｔｉ、Ｚｒを小量含む
もの）、ホウ珪酸鉛系ガラス、ホウ珪酸鉛亜鉛系ガラス
等の低融点ガラスなどが挙げられる。

【００３５】これらの接着剤のうち、硬化後の耐熱温度
が２６０℃以上のものが後工程での加熱処理条件下にお
ける安定性の面で好ましい。また、該接着剤の使用形態
としては、フィルム状のもの、ペースト状のものが適宜
使用される。ペースト状の接着剤の使用方法としては、
ペースト状接着剤をスクリーン印刷法、ディスペンス法
などにより基板、金属板に塗布する方法が一般に採用さ
れる。また、接着剤の種類によっては、粉末の状態で静
電塗装により基板上に接着剤層を形成させても良い。

【００３６】また、上記接着剤層６の厚みは特に制限さ
れないが、一般に５〜１０００μｍ程度が好適である。

【００３７】本発明において、接着剤を使用して基板上
に金属板を接合する方法は特に制限されない。例えば、
接着時の雰囲気は、使用する接着材料の種類に応じて適
宜決定されれば良く、一般に窒素、アルゴン等の不活性
ガス中、水素中、大気中、真空中、あるいはこれらの混
合条件において実施される。

【００３８】また、加熱温度は、基板の材質、金属板の
材質、接着材料の組み合わせにより適宜選択すればよい
が、基板と金属板との熱膨張を考慮すると、５００℃以
下、好ましくは４００℃以下の接着温度を採用すること
が好ましく、かかる接着温度を採用することによって充
分に反りの小さい接着体が得られる。

【００３９】従って、前記接着剤のうち、接着温度が比
較的低温である樹脂系の接着剤或いは低融点のロウ材よ
りなる接着剤が好適に使用される。

【００４０】更に、上記接着時の加熱手段は、その接着
条件に応じて、バッチ炉、連続炉、ホットプレート、オ
ーブンなどの公知の加熱手段より適宜選択すれば良い。

【００４１】本発明において、他の構成は特に制限され
ない。例えば、パッケージを構成する他の層、即ち、基
板と接着剤層を介して直接接合していない電源層又は接
地層及び信号層の形成は、前記接着剤層を介して接合す
ることによって行うことができる。

【００４２】また、本発明の半導体素子搭載用パッケー
ジの封止は、蓋体を封止材により接着しても良いし、キ
ャビティー内にモールド樹脂を充填しても良い。しか
し、より放熱性を高めた構造としては蓋体を封止材によ
り接着し、パッケージ内部を空洞としたものが好適であ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の前記構成によれば、得られるパッケージに反りの発
生を効果的に防止しながら、電源層あるいは接地層を形
成する金属板を接着剤層を介して基板上に直接接着して
形成できるようになり、その自己インダクタンスも線状
のものと比べて大きく減少し少なくとも３ｎＨ以下、そ
の材質と形状の適正化で１ｎＨ以下、更に例えば外形４
０×４０ｍｍの正方形で厚み０．１ｍｍの面状金属板で
０．０５〜０．４ｎＨ（１ＭＨｚ以上）、外形４０×４
０ｍｍで厚み０．１ｍｍでその中央部分に２０×２０ｍ
ｍの空間のある面状金属板枠体の場合で０．１〜０．６
ｎＨ（１ＭＨｚ以上）と、良好な特性を有する半導体素
子搭載用パッケージを製造することが可能である。

【００４４】従って、ダイ付け性、封止性に優れ、かつ
構成材料にとらわれずにパッケージの構造設計ができ、
電気特性、放熱性の優れた半導体素子搭載用パッケージ
を得ることができる。

【００４５】

【実施例】本発明をさらに明確に説明するため、以下に
実施例を挙げて説明するが、本発明はこれら実施例に限
定されるものではない。

【００４６】実施例１及び２、比較例１及び２ 基板として、４０×４０×の正方形で厚みが１ｍｍの窒
化アルミニウム焼結体を用意した。次に、図１における
電源層５を構成する金属板として図２に示されるような
枠体を用意した。この枠体の材質としては２種類の銅を
それぞれ使用した（ＪＩＳ：Ｃ１０２０（実施例１）、
古河電工株式会社製：ＥＦＴＥＣ６４Ｔ（比較例
１））。枠体形状は４０×４０ｍｍの正方形で厚み０．
１ｍｍであり、正方形の中央は２０×２０ｍｍの空間が
ある。

【００４７】また、図３で示されるような面状の枠体金
属板に直径０．８ｍｍの丸穴の開いたものを用意した。
これらの丸穴は０．２ｍｍの間隔をあけて計１２００個
あいている。この丸穴は面状の金属板全体の５０．３％
を占める。上記金属板としても、２種類の銅を使用した
（ＪＩＳ：Ｃ１０２０（実施例２）、古河電工株式会社
製：ＥＦＴＥＣ６４Ｔ（比較例２））。その形状は４０
×４０ｍｍの正方形で厚みは０．１ｍｍであり正方形の
中央は２０×２０ｍｍの空間がある。

【００４８】更に接着剤として厚み１２５μｍのテトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（ＰＦＡ）フィルムを用意した。これらの線
状及び面状金属板をＰＦＡフィルムを用いて図４の断面
図に示されるように配置して窒化アルミニウム焼結体基
板上に接着した。

【００４９】接着条件は窒素雰囲気中３３０℃で３０分
間の加熱である。接着強度は９０度ピール法で５．５〜
７．６Ｋｇ／ｃｍの範囲にあり、充分緊密に接着してい
た。

【００５０】得られた接合体につき、金属板のビッカー
ス硬度及び反りを測定し、表１に示した。本実施例にお
いて、反りは金属板の接着されていない側の基板面の反
りを２本の基板対角線に沿って測定し（長さ各５４ｍ
ｍ）、かかる２本の平均値を算出したものである。

【００５１】その結果、金属板と基板との接合体は明ら
かにビッカース硬度の影響を受け、ビッカース硬度が１
３０を越えると反りも２００μｍを越える。また、金属
板内に多数の穴があき欠損部分が５０％ある状態でも、
金属板が連続した面状であれば接着体の反りはビッカー
ス硬度の影響を受け、金属板のビッカース硬度が１３０
を越えると接着体の反りは２００μｍを越える。

【００５２】また、面状の金属板の場合ビッカース硬度
が１３０より小さいと接着体の反りは２００μｍ以下と
小さくなり、明らかに金属板のビッカース硬度が接着体
の反りに影響を与えることが判る。

【００５３】続いて、上記実験結果に基づき、図１に示
される様なパッケージを構成した。即ち、上記基板と接
合された電源層としての各金属板上に、上記と同様の接
着剤層を介して、該金属板と同形状の接地層及び線状の
信号層を形成した半導体素子搭載用パッケージを、該接
地層及び信号層の材質を種々変えて作成した。

【００５４】その結果、パッケージの反り及び電源層の
ビッカース硬度に関して、これら積層した接地層及び信
号層の材質の種類に殆ど関係なく、表１に示される結果
とほぼ同様の傾向が得られた。

【００５５】

【表１】

【００５６】実施例３〜１１、比較例３及び４ 金属板のビッカース硬度の違いによる接着体の反りの発
生状況を更に調べるために以下の実験を行った。基板と
して、窒化アルミニウム焼結体、アルミナ焼結体、銅、
アルミニウム、モリブテン、タングステン、及びＣｕを
２０重量％含有する銅−タングステン合金を用意した。
尚、アルミニウムは厚さ７μｍの陽極酸化膜が施され、
銅、モリブデン、タングステン、銅−タングステン合金
の表面には、必要に応じて、電解Ｎｉメッキが全面に３
μｍ施されている。該基板の形状は４０×４０×の正方
形で厚みは１ｍｍである。

【００５７】一方、図１における電源層５（但し、欠陥
のない面状）を構成する金属板として金属板の材料とし
てアルミニウム（ＪＩＳ：１Ｎ９９）、銅（ＪＩＳ：Ｃ
１０２０、及び古河電工株式会社製：ＥＦＴＥＣ６４
Ｔ）、ニッケル（純度９９．９５％以上の電解ニッケ
ル）を用意した。なお、ニッケル板は予め水素雰囲気中
１１００℃で３０分間焼き鈍したものを使用した。その
他の金属板は圧延上がりのままである。用いた金属板の
形状は図５で例示されるような４０×４０×の正方形で
厚みは０．１ｍｍの欠陥の無い面状である。接着剤とし
てＰＦＡを厚み１２５μｍのフィルム状に成形したもの
を用意した。

【００５８】次に、表２に示される組み合わせで上記基
板と金属板との間にＰＦＡフィルムを挟み、窒素雰囲気
中３３０℃で３０分間加熱し図６の断面図で例示される
ような配置の各種接着体を作成した。なお接着強度は実
施例、比較例とも９０度ピール法で２．１〜８．４Ｋｇ
／ｃｍの範囲であり充分緊密に接着している。

【００５９】得られた接着体につき金属板の接着されて
いない側の基板面の反りを、２本の基板対角線に沿って
測定し（長さ各５４ｍｍ）、２本の平均値を算出した。
その結果を表２に示す。表２で示した反りの測定数値で
マイナス表示されているものは測定面が凹面になったも
のである。

【００６０】また、接合体上の金属板のビッカース硬度
も測定し、表２に記載した。

【００６１】その結果基板との熱膨張率差が同じ銅系の
材料であっても、ビッカース硬度の小さい無酸素銅（Ｃ
１０２０）は反りが７０μｍ以下であるのに対し、ビッ
カース硬度の大きい銅合金（ＥＦＴＥＣ６４Ｔ）は２０
０μｍを越えており、硬度も接着前後で変化していな
い。その他アルミニウム板、及びニッケル板の接着体は
金属板のビッカース硬度も１３０以下と小さく、反りは
それぞれ３０μｍ以下、及び１２０μｍ以下である。
尚、熱膨張率差は０〜１００℃における各材料間の差で
ある。

【００６２】続いて、上記実験結果に基づき、図１に示
される様なパッケージを構成した。即ち、上記基板と接
合された電源層としての各金属板上に、上記と同様の接
着剤層を介して、該金属板と同形状の接地層及び線状の
信号層を形成した半導体素子搭載用パッケージを、該接
地層及び信号層の材質を種々変えて作成した。

【００６３】その結果、パッケージの反り及び電源層の
ビッカース硬度に関して、これら積層した接地層及び信
号層の材質の種類に殆ど関係なく、表２に示される結果
とほぼ同様の傾向が得られた。

【００６４】上記基板にモリブデン、タングステン、銅
−タングステン合金を使用したものはビッカース硬度が
５０を越える電解ニッケルを電源層として使用した場
合、セラミック焼結体基板（窒化アルミニウム、アルミ
ナ）や金属である銅基板よりも幾分反りが小さくなる。
それは、ヤング率がモリブデンで３．３×１０⁴ｋｇｆ
／ｍｍ²、タングステンで４．１×１０⁴ｋｇｆ／ｍ
ｍ²、銅−タングステン合金で２．９×１０⁴ｋｇｆ／ｍ
ｍ²と比較的高いため反りが生じにくくなったものと推
察される。

【００６５】

【表２】

【００６６】実施例１８〜２２、比較例５及び６ 金属板の焼き鈍しによるビッカース硬度変化と接着体の
反りとの関係を調べるために以下の実験を行った。

【００６７】基板として４０×４０×１ｍｍの窒化アル
ミニウム焼結体を用意した。図１における電源層５（但
し、欠陥のない面状）を構成する金属板として、４０×
４０×０．１ｍｍの正方形で欠陥の無い面状のものを用
意した。該金属板は銅製及びニッケル製の２種類のもの
を用意し、その材質として銅は古河電工株式会社製のＥ
ＦＴＥＣ６４Ｔで圧延上がりのままの状態のものであ
る。ニッケルは純度９９．９５％以上の電解ニッケルで
ある。更にこの２種類の金属板につき銅は窒素雰囲気中
４３０℃、５５０℃、７５０℃で各３０分間ずつ加熱し
て焼き鈍し、ニッケルは水素雰囲気中６００℃及び１０
５０℃で各３０分間加熱して焼き鈍したものも別に用意
した。

【００６８】接着剤としては、厚み１２５μｍのＰＦＡ
フィルムを用意した。これらの金属板を基板上にＰＦＡ
フィルムを用いて窒素雰囲気中３３０℃で各３０分間加
熱することで接着し、各種接合体を得た。

【００６９】これら金属板のビッカース硬度と接着体の
反りの測定結果を表３に示した。なお、反り及びビッカ
ース硬度の測定方法は実施例１と同じである。

【００７０】その結果、明らかに銅板及びニッケル板双
方の金属板においてビッカース硬度の低下とともに接着
体の反りが低下している。

【００７１】また、ビッカース硬度が１３０を越えると
接着体の反りが２００μｍを越え、９０〜１３０の範囲
で反りは２００μｍ以下、５０〜９０の範囲で反りは１
５０μｍ以下、更に５０以下で１００μｍ以下である。

【００７２】続いて、上記実験結果に基づき、図１に示
される様なパッケージを構成した。即ち、上記基板と接
合された電源層としての各金属板上に、上記と同様の接
着剤層を介して、該金属板と同形状の接地層及び線状の
信号層を形成した半導体素子搭載用パッケージを、該接
地層及び信号層の材質を種々変えて作成した。

【００７３】その結果、パッケージの反り及び電源層の
ビッカース硬度に関して、これら積層した接地層及び信
号層の材質の種類に殆ど関係なく、表３に示される結果
とほぼ同様の傾向が得られた。

【００７４】

【表３】

【００７５】実施例２３〜２５ 接着材料による接着温度と接着体の反りとの関係を調べ
るために以下の実験を行った。

【００７６】基板として４０×４０×１ｍｍの窒化アル
ミニウム焼結体を用意した。また、図１における電源層
５（但し、欠陥のない面状）を構成する金属板として、
図５に示す４０×４０×０．１ｍｍの正方形で欠陥の無
い面状のものを使用した。金属板の材質は、古河電工株
式会社製：ＥＦＴＥＣ６４Ｔを窒素雰囲気中５５０℃で
３０分間焼き鈍し、接合後のビッカース硬度が８１とな
るように調製したものである。

【００７７】また、接着剤として室温硬化タイプのエポ
キシ樹脂（ペースト状）、加熱硬化タイプのシリコーン
樹脂（ペースト状）、熱可塑性ポリイミド（フィルム
状）をそれぞれ使用した。これら接着材料は、硬化後
（接着後）厚み１２５μｍになるように調製した。接着
剤の硬化条件は、エポキシ樹脂の場合、大気中２５℃で
２４時間、シリコーン樹脂の場合、窒素雰囲気中１５０
℃で２時間、ポリイミドの場合、窒素雰囲気中４３０℃
で５分間となるように行った。

【００７８】各種接着剤による接着体を作成した後、接
着体の反りを測定した。反りの測定方法は実施例１〜３
と同じである。

【００７９】これら接着体の接着強度は９０度ピール法
で２．６〜７．１Ｋｇ／ｃｍであり充分緊密に接着して
いる。

【００８０】その結果を表４に示す。この結果より、明
らかに接着温度が上昇するにつれて接着体の反りが増大
することが示されたが、実験した接着温度範囲において
は接着体の反りは１５０μｍ未満であり充分実用範囲に
ある。

【００８１】続いて、上記実験結果に基づき、図１に示
される様なパッケージを構成した。即ち、上記基板と接
合された電源層としての各金属板上に、上記と同様の接
着剤層を介して、該金属板と同形状の接地層及び線状の
信号層を形成した半導体素子搭載用パッケージを、該接
地層及び信号層の材質を種々変えて作成した。

【００８２】その結果、パッケージの反り及び電源層の
ビッカース硬度に関して、これら積層した接地層及び信
号層の材質の種類に殆ど関係なく、表４に示される結果
とほぼ同様の傾向が得られた。

【００８３】

【表４】

【００８４】実施例２６〜３０ 接着する面状の金属板の厚みと接着体の反りとの関係を
調べるために以下の実験を行った。

【００８５】基板として窒化アルミニウム焼結体を用意
した。その形状は４０×４０×の正方形で厚みは１ｍｍ
である。図１における電源層５（但し、欠陥のない面
状）を構成する金属板として、アルミニウム（ＪＩＳ：
１Ｎ９９）よりなり、図５に示すように４０×４０の正
方形で厚みが０．００５〜２．５ｍｍの欠陥の無い面状
のものを使用した。

【００８６】接着剤として、厚み１２５μｍのＰＦＡフ
ィルムを用意した。これらのアルミニウム金属板（およ
び箔）を窒化アルミニウム焼結体製基板上に窒素雰囲気
中３３０℃で３０分間加熱し接合した。

【００８７】得られた接合体のアルミニウム金属板のビ
ッカース硬度及び接着体の反りを測定し、表５に示され
る結果を得た。なお、反りの測定方法は実施例１と同じ
である。

【００８８】その結果、アルミニウム板の厚みが厚くな
るに従って接着体の反りは大きくなる傾向を示すが、反
りは２００μｍ未満であった。

【００８９】続いて、上記実験結果に基づき、図１に示
される様なパッケージを構成した。即ち、上記基板と接
合された電源層としての各金属板上に、上記と同様の接
着剤層を介して、該金属板と同形状の接地層及び線状の
信号層を形成した半導体素子搭載用パッケージを、該接
地層及び信号層の材質を種々変えて作成した。

【００９０】その結果、パッケージの反り及び電源層の
ビッカース硬度に関して、これら積層した接地層及び信
号層の材質の種類に殆ど関係なく、表５に示される結果
とほぼ同様の傾向が得られた。

【００９１】

【表５】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体素子搭載用パッケージの代表
的な態様を示す分解図である。

【図２】 本発明に使用する面状の金属板（枠体）の一
例である。

【図３】 本発明に使用する穴を多数有する面状の金属
板（穴あき枠体）の一例である。

【図４】 本発明において、接着剤層を介して基板と金
属板が接合された状態の断面を示す概略図である。

【図５】 本発明に使用する面状の金属板（欠陥の無い
もの）の一例である。

【図６】 本発明において、接着剤層を介して基板と金
属板が接合された状態の断面を示す概略図である。

【図７】 従来の線状の金属板の平面を示す概略図であ
る。

【図８】 従来の半導体素子搭載用パッケージの断面を
示す概略図である。

【符号の説明】

１ 金属リード ２ 金属板 ３ 微細な穴 ４ 基板 ５ 電源層 ６ 接着剤層 ７ 切欠部 ８ 接地層 ９ 信号層 １０ 接着剤層 １１ ワイヤボンディング １２ 半導体素子 １３ 樹脂モールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板からなる電源層及び接地層が接着
   剤層を介して基板上に積層されたパッケージであって、
   該電源層又は接地層のうち、該基板と接着剤層を介して
   接合される層を構成する金属板のビッカース硬度が１３
   ０以下であることを特徴とする半導体素子搭載用パッケ
   ージ。