JPH08125076A - 半導体パッケージ - Google Patents
半導体パッケージInfo
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- JPH08125076A JPH08125076A JP25696294A JP25696294A JPH08125076A JP H08125076 A JPH08125076 A JP H08125076A JP 25696294 A JP25696294 A JP 25696294A JP 25696294 A JP25696294 A JP 25696294A JP H08125076 A JPH08125076 A JP H08125076A
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- Japan
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- heat sink
- alloy
- circuit board
- semiconductor package
- buffer frame
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Abstract
(57)【要約】
【目的】耐熱サイクル性を大幅に改善でき、特に高出力
の半導体素子を搭載収容した場合においても、優れた動
作信頼性および耐久性を発揮する半導体パッケージを提
供する。 【構成】半導体素子６を搭載収容する回路基板２ａ，２
ｂと、半導体素子６において発生した熱を放散するヒー
トシンク３ａを備えた半導体パッケージ１ａ，１ｂにお
いて、上記回路基板２ａ，２ｂとヒートシンク３ａとの
間に略筒状の緩衝枠体８を配設し、この緩衝枠体８の軸
方向の一端側を回路基板２ａ，２ｂに接合する一方、他
端側をヒートシンク３ａに接合したことを特徴とする。
また緩衝枠体８は、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ
合金などの低熱膨張合金で形成するとよい。
の半導体素子を搭載収容した場合においても、優れた動
作信頼性および耐久性を発揮する半導体パッケージを提
供する。 【構成】半導体素子６を搭載収容する回路基板２ａ，２
ｂと、半導体素子６において発生した熱を放散するヒー
トシンク３ａを備えた半導体パッケージ１ａ，１ｂにお
いて、上記回路基板２ａ，２ｂとヒートシンク３ａとの
間に略筒状の緩衝枠体８を配設し、この緩衝枠体８の軸
方向の一端側を回路基板２ａ，２ｂに接合する一方、他
端側をヒートシンク３ａに接合したことを特徴とする。
また緩衝枠体８は、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ
合金などの低熱膨張合金で形成するとよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体パッケージに係
り、特に耐熱サイクル性を大幅に改善でき、高出力の半
導体素子を搭載収容した場合においても動作信頼性およ
び耐久性が優れた半導体パッケージに関する。
り、特に耐熱サイクル性を大幅に改善でき、高出力の半
導体素子を搭載収容した場合においても動作信頼性およ
び耐久性が優れた半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス回路基板上に半導体素子
（チップ）を搭載収容した半導体パッケージとして、例
えばマルチチップモジュール，マイクロチップキャリ
ア，ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）パッケージ，フラッ
トパックパッケージなど種々の構造を有する半導体パッ
ケージが実用化されている。
（チップ）を搭載収容した半導体パッケージとして、例
えばマルチチップモジュール，マイクロチップキャリ
ア，ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）パッケージ，フラッ
トパックパッケージなど種々の構造を有する半導体パッ
ケージが実用化されている。
【０００３】近年、半導体素子の大型化，高速化，高出
力化（高消費電力化）が進展しており、半導体素子にお
ける発熱量も増大化の一途を辿っている。そのため半導
体パッケージの構成部品相互間における熱膨張係数差の
解消や、より良好な放熱性を確保するための対応が要求
されている。
力化（高消費電力化）が進展しており、半導体素子にお
ける発熱量も増大化の一途を辿っている。そのため半導
体パッケージの構成部品相互間における熱膨張係数差の
解消や、より良好な放熱性を確保するための対応が要求
されている。
【０００４】図５は、従来の半導体パッケージ１の構造
例を示す断面図であり、図６はこの半導体パッケージ１
に使用されるヒートシンク３の形状例を示す斜視図であ
る。
例を示す断面図であり、図６はこの半導体パッケージ１
に使用されるヒートシンク３の形状例を示す斜視図であ
る。
【０００５】図５に示す半導体パッケージ１は、例えば
Ａｌ2 Ｏ3 等で形成されたセラミックス多層回路基板２
の中心部に、高熱伝導性を有するヒートシンク３を一体
に接合して形成される。ヒートシンク３は高熱伝導率を
有し、熱放散性に優れたＣｕ−Ｗ合金を使用して、図６
に示すように、一端側周縁に突出する外周フランジ４を
有するように形成される。またセラミックス多層回路基
板２の中央部に形成された凹陥部５に半導体素子６が収
容され、かつ半導体素子６はヒートシンク３の上面に一
体に接合される。セラミックス多層回路基板２の下面に
は、予めＭｏやＭｏ−Ｍｎ等の高融点金属から成るメタ
ライズ層およびＮｉなどから成るめっき層が形成されて
いる。このメタライズ層およびめっき層を形成したセラ
ミックス多層回路基板２の下面に、Ａｇろう材などを用
いて、ヒートシンク３の外周フランジ４が一体に接合さ
れている。上記の従来の半導体パッケージ１において、
半導体素子６にて発生した熱はヒートシンク３に伝達さ
れ順次系外に放散される。
Ａｌ2 Ｏ3 等で形成されたセラミックス多層回路基板２
の中心部に、高熱伝導性を有するヒートシンク３を一体
に接合して形成される。ヒートシンク３は高熱伝導率を
有し、熱放散性に優れたＣｕ−Ｗ合金を使用して、図６
に示すように、一端側周縁に突出する外周フランジ４を
有するように形成される。またセラミックス多層回路基
板２の中央部に形成された凹陥部５に半導体素子６が収
容され、かつ半導体素子６はヒートシンク３の上面に一
体に接合される。セラミックス多層回路基板２の下面に
は、予めＭｏやＭｏ−Ｍｎ等の高融点金属から成るメタ
ライズ層およびＮｉなどから成るめっき層が形成されて
いる。このメタライズ層およびめっき層を形成したセラ
ミックス多層回路基板２の下面に、Ａｇろう材などを用
いて、ヒートシンク３の外周フランジ４が一体に接合さ
れている。上記の従来の半導体パッケージ１において、
半導体素子６にて発生した熱はヒートシンク３に伝達さ
れ順次系外に放散される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体パッケージにおいては、セラミックス回路基板と
ヒートシンクとが端面部において直接接合される構造を
有しているため、半導体素子のＯＮ−ＯＦＦ動作の繰り
返しに伴ってセラミックス回路基板とヒートシンクとの
熱膨張差に起因する応力が繰り返して発生し易い欠点が
あった。しかも、この応力はセラミックス回路基板とヒ
ートシンクとの接合部に集中して作用し、図５に示すよ
うに、セラミックス回路基板２とヒートシンクとの接合
境界部にクラック７を発生させたり、最終的にはクラッ
ク７が基板全体を貫通してセラミックス回路基板からヒ
ートシンク３が剥離して半導体装置の機能を喪失させる
場合があり、いずれにしろ半導体装置の動作信頼性およ
び耐久性が低くなる問題点があった。
半導体パッケージにおいては、セラミックス回路基板と
ヒートシンクとが端面部において直接接合される構造を
有しているため、半導体素子のＯＮ−ＯＦＦ動作の繰り
返しに伴ってセラミックス回路基板とヒートシンクとの
熱膨張差に起因する応力が繰り返して発生し易い欠点が
あった。しかも、この応力はセラミックス回路基板とヒ
ートシンクとの接合部に集中して作用し、図５に示すよ
うに、セラミックス回路基板２とヒートシンクとの接合
境界部にクラック７を発生させたり、最終的にはクラッ
ク７が基板全体を貫通してセラミックス回路基板からヒ
ートシンク３が剥離して半導体装置の機能を喪失させる
場合があり、いずれにしろ半導体装置の動作信頼性およ
び耐久性が低くなる問題点があった。
【０００７】近年、半導体素子の大型化，高速化，高消
費電力化がさらに進展し、半導体素子からの発熱量の増
大化に対応して上記問題点がなお一層クローズアップさ
れている。
費電力化がさらに進展し、半導体素子からの発熱量の増
大化に対応して上記問題点がなお一層クローズアップさ
れている。
【０００８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、耐熱サイクル性を大幅に改善でき、特
に高出力の半導体素子を搭載収容した場合においても、
優れた動作信頼性および耐久性を発揮する半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
れたものであり、耐熱サイクル性を大幅に改善でき、特
に高出力の半導体素子を搭載収容した場合においても、
優れた動作信頼性および耐久性を発揮する半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは、熱サイクルが負荷される際に発生す
る応力を軽減する半導体パッケージの構造について鋭意
研究を重ねた。その結果、特に回路基板とヒートシンク
との間に筒状の緩衝枠体を配設し、回路基板とヒートシ
ンクとの熱膨張による変位を吸収するような接合構造を
形成することにより、耐熱サイクル特性が極めて良好な
半導体パッケージが得られるという知見を得た。本発明
は上記知見に基づいて完成されたものである。
め、本発明者らは、熱サイクルが負荷される際に発生す
る応力を軽減する半導体パッケージの構造について鋭意
研究を重ねた。その結果、特に回路基板とヒートシンク
との間に筒状の緩衝枠体を配設し、回路基板とヒートシ
ンクとの熱膨張による変位を吸収するような接合構造を
形成することにより、耐熱サイクル特性が極めて良好な
半導体パッケージが得られるという知見を得た。本発明
は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１０】すなわち本発明に係る半導体パッケージ
は、半導体素子を搭載収容する回路基板と、半導体素子
において発生した熱を放散するヒートシンクを備えた半
導体パッケージにおいて、上記回路基板とヒートシンク
との間に略筒状の緩衝枠体を配設し、この緩衝枠体の軸
方向の一端側を回路基板に接合する一方、他端側をヒー
トシンクに接合したことを特徴とする。また緩衝枠体
を、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱
膨張合金で形成するとよい。
は、半導体素子を搭載収容する回路基板と、半導体素子
において発生した熱を放散するヒートシンクを備えた半
導体パッケージにおいて、上記回路基板とヒートシンク
との間に略筒状の緩衝枠体を配設し、この緩衝枠体の軸
方向の一端側を回路基板に接合する一方、他端側をヒー
トシンクに接合したことを特徴とする。また緩衝枠体
を、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱
膨張合金で形成するとよい。
【００１１】ここで上記回路基板としては電気絶縁性を
有する基板であれば特に限定されるものではなく、アル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）回路基板，窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）回路基板などのセラミックス回路基板やガラス回路
基板等が使用される。
有する基板であれば特に限定されるものではなく、アル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）回路基板，窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）回路基板などのセラミックス回路基板やガラス回路
基板等が使用される。
【００１２】またヒートシンクを構成する材料として
は、良好な放熱性を確保するために高い熱伝導率を有す
る材料が使用される。具体的には、銅（Ｃｕ），Ｃｕ−
Ｗ合金，クラッド材などの金属製ヒートシンクやＡｌＮ
から成るセラミックス製ヒートシンク等が使用される。
上記クラッド材としては、コバール合金（２８wt％Ｎｉ
−１８Ｃｏ−５３％Ｆｅ合金）を心材とし、その両面に
Ｃｕ板を一体に接合したクラッド材（ＣＫＣ）やＣｕ−
Ｍｏ−Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金）−Ｃｕクラッド材等が使用される。
は、良好な放熱性を確保するために高い熱伝導率を有す
る材料が使用される。具体的には、銅（Ｃｕ），Ｃｕ−
Ｗ合金，クラッド材などの金属製ヒートシンクやＡｌＮ
から成るセラミックス製ヒートシンク等が使用される。
上記クラッド材としては、コバール合金（２８wt％Ｎｉ
−１８Ｃｏ−５３％Ｆｅ合金）を心材とし、その両面に
Ｃｕ板を一体に接合したクラッド材（ＣＫＣ）やＣｕ−
Ｍｏ−Ｃｕクラッド材，Ｃｕ−（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金）−Ｃｕクラッド材等が使用される。
【００１３】さらに回路基板とヒートシンクとの間に配
設され両者を接合する緩衝枠体は、回路基板とヒートシ
ンクとの熱膨張差による変位を吸収し、応力を緩衝する
ために設けられる。この緩衝枠体を構成する材料として
は、回路基板の主たる構成材料となるセラミックスと近
似した熱膨張係数を有する材料を使用することが望まし
い。すなわち緩衝枠体は、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ
−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金で形成するとよい。上記
Ｎｉ−Ｆｅ合金の具体例としては、４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金（４２アロイ），３６．５ｗｔ％−Ｆｅ合金など
の不変鋼があり、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金の具体例として
は、２８ｗｔ％Ｎｉ−１８％Ｃｏ−５３％Ｆｅ合金（コ
バール合金），３２％Ｎｉ−５％Ｃｏ−６３％Ｆｅ合金
などの超不変鋼がある。
設され両者を接合する緩衝枠体は、回路基板とヒートシ
ンクとの熱膨張差による変位を吸収し、応力を緩衝する
ために設けられる。この緩衝枠体を構成する材料として
は、回路基板の主たる構成材料となるセラミックスと近
似した熱膨張係数を有する材料を使用することが望まし
い。すなわち緩衝枠体は、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆｅ
−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金で形成するとよい。上記
Ｎｉ−Ｆｅ合金の具体例としては、４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金（４２アロイ），３６．５ｗｔ％−Ｆｅ合金など
の不変鋼があり、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金の具体例として
は、２８ｗｔ％Ｎｉ−１８％Ｃｏ−５３％Ｆｅ合金（コ
バール合金），３２％Ｎｉ−５％Ｃｏ−６３％Ｆｅ合金
などの超不変鋼がある。
【００１４】上記緩衝枠体は、上記材料から成る板状素
材を打抜き、さらにプレス機により深絞り加工すること
により、略筒状（四角筒状）に形成される。略筒状に形
成された緩衝枠体の軸方向の一端側を回路基板に接合す
る一方、他端側をヒートシンクに接合して本発明に係る
半導体パッケージが形成される。
材を打抜き、さらにプレス機により深絞り加工すること
により、略筒状（四角筒状）に形成される。略筒状に形
成された緩衝枠体の軸方向の一端側を回路基板に接合す
る一方、他端側をヒートシンクに接合して本発明に係る
半導体パッケージが形成される。
【００１５】緩衝枠体と回路基板またはヒートシンクと
の接合は、高融点金属メタライズ法や活性金属法により
実施される。高融点金属メタライズ法は、Ｍｏ，Ｍｏ−
Ｍｎ等の高融点金属から成るメタライズ層を被接合部材
表面に形成し、さらに必要に応じてＮｉなどのめっき層
を形成した後に、Ａｇろう材等を使用して接合する方法
である。また活性金属法は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの活
性金属を１〜１０％含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を有機
溶媒中に分散して調製した接合用ペーストを両部材間に
介装し熱処理して接合する方法である。上記活性金属は
特にセラミックス回路基板に対するろう材の濡れ性を改
善するために有効な成分であり、特に窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）回路基板に対して高い接合強度を与える。
の接合は、高融点金属メタライズ法や活性金属法により
実施される。高融点金属メタライズ法は、Ｍｏ，Ｍｏ−
Ｍｎ等の高融点金属から成るメタライズ層を被接合部材
表面に形成し、さらに必要に応じてＮｉなどのめっき層
を形成した後に、Ａｇろう材等を使用して接合する方法
である。また活性金属法は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの活
性金属を１〜１０％含有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を有機
溶媒中に分散して調製した接合用ペーストを両部材間に
介装し熱処理して接合する方法である。上記活性金属は
特にセラミックス回路基板に対するろう材の濡れ性を改
善するために有効な成分であり、特に窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）回路基板に対して高い接合強度を与える。
【００１６】
【作用】上記構成に係る半導体パッケージによれば、略
筒状に形成された緩衝枠体の軸方向の一端側が回路基板
に接合される一方、他端側がヒートシンクに接合されて
いるため、両接合部間に弾性変形が可能な部位が形成さ
れる。そのため、熱サイクルが負荷された際に発生する
回路基板とヒートシンクとの変位は上記弾性変形が可能
な部位によって吸収されるため、応力歪み等が発生する
ことが少ない。したがって、回路基板とヒートシンクと
の熱膨張差に起因する応力発生が少なく、回路基板の割
れや剥離が効果的に防止でき耐熱サイクル特性が向上し
信頼性が高い半導体パッケージが得られる。
筒状に形成された緩衝枠体の軸方向の一端側が回路基板
に接合される一方、他端側がヒートシンクに接合されて
いるため、両接合部間に弾性変形が可能な部位が形成さ
れる。そのため、熱サイクルが負荷された際に発生する
回路基板とヒートシンクとの変位は上記弾性変形が可能
な部位によって吸収されるため、応力歪み等が発生する
ことが少ない。したがって、回路基板とヒートシンクと
の熱膨張差に起因する応力発生が少なく、回路基板の割
れや剥離が効果的に防止でき耐熱サイクル特性が向上し
信頼性が高い半導体パッケージが得られる。
【００１７】特に緩衝枠体の構成材として、Ｎｉ−Ｆｅ
合金やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金を使用
することにより、緩衝枠体自体の熱膨張による応力発生
の影響を効果的に低減することができる。
合金やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金を使用
することにより、緩衝枠体自体の熱膨張による応力発生
の影響を効果的に低減することができる。
【００１８】
【実施例】以下本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【００１９】実施例１ 図１に示すように縦横が２５．４mmで厚さが３mmである
Ａｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２ａを用意し、その
表面にＭｏペーストを塗布した後に焼成してＭｏメタラ
イズ層を形成し、さらに厚さ２μｍのＮｉめっき層を形
成した。
Ａｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２ａを用意し、その
表面にＭｏペーストを塗布した後に焼成してＭｏメタラ
イズ層を形成し、さらに厚さ２μｍのＮｉめっき層を形
成した。
【００２０】一方、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ＫのＣｕ
−Ｗ合金を加工して、縦横が１０mmで厚さ２mmの寸法を
有し、図１に示すように、軸方向の上端部に段差部を有
するヒートシンク３ａを形成した。
−Ｗ合金を加工して、縦横が１０mmで厚さ２mmの寸法を
有し、図１に示すように、軸方向の上端部に段差部を有
するヒートシンク３ａを形成した。
【００２１】さらに４２アロイから成る板素材をプレス
加工して、図２に示すような略四角筒状で厚さ０．１５
mmの緩衝枠体８を形成し、さらにこの表面に厚さ２μｍ
のＮｉめっき層を一体に形成した。
加工して、図２に示すような略四角筒状で厚さ０．１５
mmの緩衝枠体８を形成し、さらにこの表面に厚さ２μｍ
のＮｉめっき層を一体に形成した。
【００２２】次に緩衝枠体８の上端部を、ヒートシンク
３ａの段差部にＡｇろう材を介装して押圧する一方、緩
衝枠体８の下端部をセラミックス多層基板２ａの下面
に、Ａｇろう材を介して押圧し、この状態でＡｒガス不
活性雰囲気中で８５０℃に加熱することにより、図１に
示すような実施例１に係る半導体パッケージ１ａを多数
調製した。
３ａの段差部にＡｇろう材を介装して押圧する一方、緩
衝枠体８の下端部をセラミックス多層基板２ａの下面
に、Ａｇろう材を介して押圧し、この状態でＡｒガス不
活性雰囲気中で８５０℃に加熱することにより、図１に
示すような実施例１に係る半導体パッケージ１ａを多数
調製した。
【００２３】実施例２ 実施例１において使用したＡｌ2 Ｏ3 製セラミックス多
層基板２ａに代えてＡｌＮ製セラミックス多層基板２ｂ
を使用した点，およびＡｇろう材の代りに３０ｗｔ％Ａ
ｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉなる組成を有する活性金属ペ
ーストを使用した点，およびＡｒガス不活性雰囲気に代
えて真空中で熱処理して緩衝枠体を接合した点以外は実
施例１と同様に処理して同一寸法を有する実施例２に係
る半導体パッケージ１ｂを多数製造した。
層基板２ａに代えてＡｌＮ製セラミックス多層基板２ｂ
を使用した点，およびＡｇろう材の代りに３０ｗｔ％Ａ
ｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉなる組成を有する活性金属ペ
ーストを使用した点，およびＡｒガス不活性雰囲気に代
えて真空中で熱処理して緩衝枠体を接合した点以外は実
施例１と同様に処理して同一寸法を有する実施例２に係
る半導体パッケージ１ｂを多数製造した。
【００２４】実施例３ 図３に示すように縦横が２５．４mmで厚さが３mmである
Ａｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２ａを用意し、その
表面にＭｏペーストを塗布した後に焼成してＭｏメタラ
イズ層を形成し、さらに厚さ２μｍしのＮｉめっき層を
形成した。
Ａｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２ａを用意し、その
表面にＭｏペーストを塗布した後に焼成してＭｏメタラ
イズ層を形成し、さらに厚さ２μｍしのＮｉめっき層を
形成した。
【００２５】一方、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ＫのＣｕ
−Ｗ合金を加工して、縦横が１０mmで厚さ２mmの寸法を
有し、図４に示すように、軸方向の上端部の外周に突起
を有するヒートシンク３ｂを形成した。
−Ｗ合金を加工して、縦横が１０mmで厚さ２mmの寸法を
有し、図４に示すように、軸方向の上端部の外周に突起
を有するヒートシンク３ｂを形成した。
【００２６】さらに４２アロイから成る板素材をプレス
加工して、図４に示すような略四角筒状で厚さ０．１５
mmの緩衝枠体８ａを形成し、さらにこの表面に厚さ２μ
ｍのＮｉめっき層を一体に形成した。
加工して、図４に示すような略四角筒状で厚さ０．１５
mmの緩衝枠体８ａを形成し、さらにこの表面に厚さ２μ
ｍのＮｉめっき層を一体に形成した。
【００２７】次に緩衝枠体８ａの上端部を、ヒートシン
ク３ｂの突起にＡｇろう材を介装して押圧する一方、緩
衝枠体８ａの下端部をセラミックス多層基板２ａの下面
に、Ａｇろう材を介して押圧し、この状態でＡｒガス不
活性雰囲気中で８５０℃に加熱することにより、図３に
示すような実施例３に係る半導体パッケージ１ｃを多数
調製した。
ク３ｂの突起にＡｇろう材を介装して押圧する一方、緩
衝枠体８ａの下端部をセラミックス多層基板２ａの下面
に、Ａｇろう材を介して押圧し、この状態でＡｒガス不
活性雰囲気中で８５０℃に加熱することにより、図３に
示すような実施例３に係る半導体パッケージ１ｃを多数
調製した。
【００２８】実施例４ 実施例３において使用したＡｌ2 Ｏ3 製セラミックス多
層基板２ａに代えてＡｌＮ製セラミックス多層基板２ｂ
を使用した点，およびＡｇろう材の代りに３０ｗｔ％Ａ
ｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉなる組成を有する活性金属ペ
ーストを使用した点，およびＡｒガス不活性雰囲気に代
えて真空中で熱処理して緩衝枠体を接合した点以外は実
施例３と同様に処理して同一寸法を有する実施例４に係
る半導体パッケージ１ｄを多数製造した。
層基板２ａに代えてＡｌＮ製セラミックス多層基板２ｂ
を使用した点，およびＡｇろう材の代りに３０ｗｔ％Ａ
ｇ−６５％Ｃｕ−５％Ｔｉなる組成を有する活性金属ペ
ーストを使用した点，およびＡｒガス不活性雰囲気に代
えて真空中で熱処理して緩衝枠体を接合した点以外は実
施例３と同様に処理して同一寸法を有する実施例４に係
る半導体パッケージ１ｄを多数製造した。
【００２９】実施例５ 実施例４において使用したＣｕ−Ｗ合金製ヒートシンク
３ｂに代えて熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・ＫのＡｌＮ焼結
体から成るヒートシンク３ｃを使用した点以外は実施例
４と同様に処理して実施例５に係る半導体パッケージ１
ｅを多数調製した。
３ｂに代えて熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・ＫのＡｌＮ焼結
体から成るヒートシンク３ｃを使用した点以外は実施例
４と同様に処理して実施例５に係る半導体パッケージ１
ｅを多数調製した。
【００３０】なお上記実施例１〜５において緩衝枠体
８，８ａの上端面とヒートシンク３ａ〜３ｃの上端面と
を一致するようにし、ヒートシンク上面の平坦性をより
広い面積で確保することによって、半導体素子６の搭載
性をより改善することができる。
８，８ａの上端面とヒートシンク３ａ〜３ｃの上端面と
を一致するようにし、ヒートシンク上面の平坦性をより
広い面積で確保することによって、半導体素子６の搭載
性をより改善することができる。
【００３１】比較例 Ｃｕ−Ｗ合金素材を切削加工して、図６に示すように、
軸方向の一端側に外周フランジ４を形成した従来のヒー
トシンク３を形成した。そしてこのヒートシンク３の外
周フランジ４をＡｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２の
底面部にＡｇろう材を介して押圧し、Ａｒガス不活性雰
囲気中で８５０℃に加熱して両者を直接に接合し、図５
に示すような従来構造を有する比較例に係る半導体パッ
ケージ１を製造した。
軸方向の一端側に外周フランジ４を形成した従来のヒー
トシンク３を形成した。そしてこのヒートシンク３の外
周フランジ４をＡｌ2 Ｏ3 製セラミックス多層基板２の
底面部にＡｇろう材を介して押圧し、Ａｒガス不活性雰
囲気中で８５０℃に加熱して両者を直接に接合し、図５
に示すような従来構造を有する比較例に係る半導体パッ
ケージ１を製造した。
【００３２】そして上記のように調製した各実施例およ
び比較例に係る半導体パッケージの耐久性および信頼性
を評価するために下記のような熱衝撃サイクル試験（Ｔ
ＣＴ：ヒートサイクル試験）を実施した。
び比較例に係る半導体パッケージの耐久性および信頼性
を評価するために下記のような熱衝撃サイクル試験（Ｔ
ＣＴ：ヒートサイクル試験）を実施した。
【００３３】熱衝撃サイクル試験は、各半導体パッケー
ジの試料群に対して、温度−４０℃で３０分保持した後
に室温（２５℃）で１０分間保持し、しかる後に加熱し
て温度＋１２５℃で３０分間保持する熱サイクルを１サ
イクルとして、この昇温−降温サイクルを繰り返して負
荷し、所定サイクル完了毎に半導体パッケージの試料群
において発生したクラックや剥離などの割合を測定する
方法で実施した。測定結果を下記表１に示す。
ジの試料群に対して、温度−４０℃で３０分保持した後
に室温（２５℃）で１０分間保持し、しかる後に加熱し
て温度＋１２５℃で３０分間保持する熱サイクルを１サ
イクルとして、この昇温−降温サイクルを繰り返して負
荷し、所定サイクル完了毎に半導体パッケージの試料群
において発生したクラックや剥離などの割合を測定する
方法で実施した。測定結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】上記表１に示す結果から明らかなように、
緩衝枠体を介して回路基板とヒートシンクとを接合した
実施例１〜５に係る半導体パッケージにおいては、熱サ
イクル負荷時に発生する回路基板とヒートシンクとの変
位が緩衝枠体によって吸収されるため、各構成部材に熱
応力等が作用することが少なく、優れた耐熱サイクル特
性が得られた。ちなみに各実施例に係る半導体パッケー
ジにおいては、５００サイクル経過後においてもセラミ
ックス多層基板部においてクラックや剥離等の欠陥が発
生せず健全な状態を示した。
緩衝枠体を介して回路基板とヒートシンクとを接合した
実施例１〜５に係る半導体パッケージにおいては、熱サ
イクル負荷時に発生する回路基板とヒートシンクとの変
位が緩衝枠体によって吸収されるため、各構成部材に熱
応力等が作用することが少なく、優れた耐熱サイクル特
性が得られた。ちなみに各実施例に係る半導体パッケー
ジにおいては、５００サイクル経過後においてもセラミ
ックス多層基板部においてクラックや剥離等の欠陥が発
生せず健全な状態を示した。
【００３６】また、セラミックス回路基板およびヒート
シンクを共にＡｌＮ焼結体で形成した実施例５に係る半
導体パッケージ１ｅによれば、金属製のヒートシンクを
用いた実施例１〜４と比較して放熱性は若干低下する
が、セラミックス回路基板とヒートシンクとの熱膨張差
が解消されるため、熱影響がより小さくなり、より優れ
た耐熱サイクル特性が得られた。
シンクを共にＡｌＮ焼結体で形成した実施例５に係る半
導体パッケージ１ｅによれば、金属製のヒートシンクを
用いた実施例１〜４と比較して放熱性は若干低下する
が、セラミックス回路基板とヒートシンクとの熱膨張差
が解消されるため、熱影響がより小さくなり、より優れ
た耐熱サイクル特性が得られた。
【００３７】また各実施例においては、四角筒状の緩衝
枠体８，８ａを介して回路基板２ａ，２ｂとヒートシン
ク３ａ，３ｂ，３ｃとを気密に接合する構造となるた
め、ヒートシンク側から半導体素子６方向に外気が侵入
することが防止でき、半導体素子６の酸化による劣化も
防止することができる。
枠体８，８ａを介して回路基板２ａ，２ｂとヒートシン
ク３ａ，３ｂ，３ｃとを気密に接合する構造となるた
め、ヒートシンク側から半導体素子６方向に外気が侵入
することが防止でき、半導体素子６の酸化による劣化も
防止することができる。
【００３８】一方、緩衝枠体を使用せずにセラミックス
回路基板とヒートシンクとを下端部において直接接合し
て形成した比較例に係る半導体パッケージ１において
は、３００サイクル経過後に、図５に示すようにセラミ
ックス多層回路基板２の接合境界部にクラック７が多数
発生した。また５００サイクル経過後にはセラミックス
多層基板とヒートシンクとの剥離を生じる割合が高くな
り、耐久性および信頼性が低下することが確認された。
回路基板とヒートシンクとを下端部において直接接合し
て形成した比較例に係る半導体パッケージ１において
は、３００サイクル経過後に、図５に示すようにセラミ
ックス多層回路基板２の接合境界部にクラック７が多数
発生した。また５００サイクル経過後にはセラミックス
多層基板とヒートシンクとの剥離を生じる割合が高くな
り、耐久性および信頼性が低下することが確認された。
【００３９】
【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る半導体パッ
ケージによれば、略筒状に形成された緩衝枠体の軸方向
の一端側が回路基板に接合される一方、他端側がヒート
シンクに接合されているため、両接合部間に弾性変形が
可能な部位が形成される。そのため、熱サイクルが負荷
された際に発生する回路基板とヒートシンクとの変位は
上記弾性変形が可能な部位によって吸収されるため、応
力歪み等が発生することが少ない。したがって、回路基
板とヒートシンクとの熱膨張差に起因する応力発生が少
なく、回路基板の割れや剥離が効果的に防止でき耐熱サ
イクル特性が向上し信頼性が高い半導体パッケージが得
られる。
ケージによれば、略筒状に形成された緩衝枠体の軸方向
の一端側が回路基板に接合される一方、他端側がヒート
シンクに接合されているため、両接合部間に弾性変形が
可能な部位が形成される。そのため、熱サイクルが負荷
された際に発生する回路基板とヒートシンクとの変位は
上記弾性変形が可能な部位によって吸収されるため、応
力歪み等が発生することが少ない。したがって、回路基
板とヒートシンクとの熱膨張差に起因する応力発生が少
なく、回路基板の割れや剥離が効果的に防止でき耐熱サ
イクル特性が向上し信頼性が高い半導体パッケージが得
られる。
【００４０】特に緩衝枠体の構成材として、Ｎｉ−Ｆｅ
合金やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金を使用
することにより、緩衝枠体自体の熱膨張による応力発生
の影響を効果的に低減することができる。
合金やＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金を使用
することにより、緩衝枠体自体の熱膨張による応力発生
の影響を効果的に低減することができる。
【図１】本発明に係る半導体パッケージの一実施例を示
す断面図。
す断面図。
【図２】図１に示す半導体パッケージに使用された緩衝
枠体の形状を示す斜視図。
枠体の形状を示す斜視図。
【図３】本発明に係る半導体パッケージの他の実施例を
示す断面図。
示す断面図。
【図４】図３に示す半導体パッケージに使用された緩衝
枠体の形状を示す斜視図。
枠体の形状を示す斜視図。
【図５】従来の半導体パッケージの構造例を示す断面
図。
図。
【図６】図５に示す半導体パッケージに使用されたヒー
トシンクの形状を示す斜視図。
トシンクの形状を示す斜視図。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 半導体パッケージ ２，２ａ，２ｂ セラミックス回路基板（多層回路基
板） ３，３ａ，３ｂ，３ｃ ヒートシンク ４ 外周フランジ ５ 凹陥部 ６ 半導体素子（チップ） ７ クラック ８，８ａ 緩衝枠体
板） ３，３ａ，３ｂ，３ｃ ヒートシンク ４ 外周フランジ ５ 凹陥部 ６ 半導体素子（チップ） ７ クラック ８，８ａ 緩衝枠体
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体素子を搭載収容する回路基板と、
半導体素子において発生した熱を放散するヒートシンク
を備えた半導体パッケージにおいて、上記回路基板とヒ
ートシンクとの間に略筒状の緩衝枠体を配設し、この緩
衝枠体の軸方向の一端側を回路基板に接合する一方、他
端側をヒートシンクに接合したことを特徴とする半導体
パッケージ。 - 【請求項２】 緩衝枠体を、Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ合金などの低熱膨張合金で形成したことを特徴
とする請求項１記載の半導体パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25696294A JPH08125076A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 半導体パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25696294A JPH08125076A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 半導体パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08125076A true JPH08125076A (ja) | 1996-05-17 |
Family
ID=17299795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25696294A Pending JPH08125076A (ja) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | 半導体パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08125076A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100764461B1 (ko) * | 2006-03-27 | 2007-10-05 | 삼성전기주식회사 | 버퍼층을 갖는 반도체 패키지 |
| JP2021019149A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
-
1994
- 1994-10-21 JP JP25696294A patent/JPH08125076A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100764461B1 (ko) * | 2006-03-27 | 2007-10-05 | 삼성전기주식회사 | 버퍼층을 갖는 반도체 패키지 |
| JP2021019149A (ja) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
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