JPH08191122A - ヒートスプレッダー付きセラミックパッケージとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ある程度放熱が必要な部位であっても安価で
容易に設けることができ、かつセラミック製のパッケー
ジ基体とヒートスプレッダーとの熱膨張差をなくし、熱
膨張差によるメタライズ層の外縁部の剥離、パッケージ
本体の損傷の発生をなくしたヒートスプレッダー付きセ
ラミックパッケージとその製造方法を提供する。 【構成】 半導体チップ等の電子部品を搭載するセラミ
ック製のパッケージ基体にメタライズ層を介してヒート
スプレッダーを固着したヒートスプレッダー付きセラミ
ックパッケージにおいて、該ヒートスプレッダーが、該
パッケージ基体と同材質とした構成よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートスプレッダー付
きセラミックパッケージとその製造方法に係り、より詳
細には、ある程度放熱が必要な部位であっても安価で容
易に設けることができ、かつセラミック製のパッケージ
基体とヒートスプレッダーとの熱膨張差をなくし、該熱
膨張差によるパッケージ基体の損傷の発生をなくしたヒ
ートスプレッダー付きセラミックパッケージとその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体パッケージにおいて、搭載
する半導体チップ等の電子部品の高密度化、大型化等に
より、該電子部品の消費電力の増加に伴う熱の放熱特性
が重要視されている。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、その熱伝導
率が低いため、該セラミック製のパッケージ基体の内部
での熱拡散性が悪く、そのため該パッケージ基体の電子
部品の搭載部分の温度が高くなる。

【０００３】そこで、現在では、このセラミックパッケ
ージにおいては、パッケージ基体のチップ搭載部（キャ
ビティ部）の形成される面の反対面に、タングステン等
のメタライズ層を設け、該メタライズ層上面に銀ろう等
の熱伝導性接着剤で、熱伝導性の良好な銅−タングステ
ン製板や、銅製板等のヒートスプレッダーを固着した構
成のものが多く用いられている。そして、この構成の場
合、該ヒートスプレッダーによって、前記チップ搭載部
に搭載した電子部品からの発熱を、パッケージ基体から
スムーズに放熱できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヒートスプレ
ッダー付きセラミックパッケージは、次のような課題が
ある。すなわち、 ヒートスプレッダーが、セラミック製のパッケージ
基体と熱膨張率の異なる銅製板で形成されている場合に
は、そのろう付け工程での熱変形に伴いメタライズ層の
外縁部が剥離し、パッケージ基体そのものが損傷する。 熱サイクル試験時において、その熱膨張差で同様の
損傷が発生する。 ヒートスプレッダーとして、熱伝導率の良い銅−タ
ングステン製板を用いる時には、その製造コストが高く
なり、その使用個所が制限される。等の課題がある。

【０００５】そこで、本発明者は、このような課題に鑑
み、種々、研究・検討した結果、このヒートスプレッダ
ーとして、セラミックパッケージ基体と同材質を用いる
ことで、前記課題を解決できることを究明した。

【０００６】本発明は、以上のような課題に対処して創
作したものであって、その目的とする処は、ある程度放
熱が必要な部位であっても安価で容易に設けることがで
き、かつセラミック製のパッケージ基体とヒートスプレ
ッダーとの熱膨張差をなくし、該熱膨張差によるメタラ
イズ層の外縁部の剥離、パッケージ本体の損傷の発生を
なくしたヒートスプレッダー付きセラミックパッケージ
とその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、上記課題を解決
するための手段としての本発明の放熱部品付きセラミッ
クパッケージは、半導体チップ等の電子部品を搭載する
セラミック製のパッケージ基体にメタライズ層を介して
ヒートスプレッダーを固着したヒートスプレッダー付き
セラミックパッケージにおいて、該ヒートスプレッダー
が、該パッケージ基体と同材質からなる構成としてい
る。

【０００８】また、本発明の放熱部品付きセラミックパ
ッケージの製造方法は、半導体チップ等の電子部品を搭
載するセラミック製のパッケージ基体にメタライズ層を
介してヒートスプレッダーを固着したヒートスプレッダ
ー付きセラミックパッケージの製造方法において、該ヒ
ートスプレッダーとして、前記パッケージ基体と同材質
を用い、該ヒートスプレッダーの該パッケージ基体側の
面にメタライズ層を介してＮｉメッキ層を形成し、また
該パッケージ基体の該ヒートスプレッダー側の面にメタ
ライズ層を介してＮｉメッキ層を形成し、該ヒートスプ
レッダーの該Ｎｉメッキ層と前記パッケージ基体のＮｉ
メッキ層の間に銀ろう等の熱伝導性の良い接着材を配し
た後、該接着材を加熱・溶融・硬化させることで、該パ
ッケージ基体と前記ヒートスプレッダーを固着する構成
としている。

【０００９】

【作用】本発明のヒートスプレッダー付きセラミックパ
ッケージとその製造方法は、ヒートスプレッダーとし
て、セラミック製のパッケージ基体と同材質を用いパッ
ケージ基体との接合を銀ろう等の熱伝導性の良い接着材
を用いているので、半導体チップ等の電子部品から発生
した熱をパッケージ基体を通して、メタライズ層及び該
接着材層で拡散させ、効率よくヒートスプレッダーから
熱を放散させるように作用する。さらに、前記パッケー
ジ基体とヒートスプレッダーが、同材質で形成されてい
るのでその熱膨張差がなくなり、該ヒートスプレッダー
付けの際に該熱膨張差によるメタライズ層の外縁部の剥
離の発生を防止できる。

【００１０】

【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４は、
本発明の一実施例を示し、図１はヒートスプレッダー付
きセラミックパッケージの断面図、図２は図１の要部拡
大図、図３は図２の要部拡大図、図４はヒートスプレッ
ダーの熱伝導率とチップ許容発熱量との関係を示す線図
である。

【００１１】本実施例のヒートスプレッダー付きセラミ
ックパッケージは、図１に示すように、ヒートスプレッ
ダー付きＰＧＡセラミックパッケージであって、概略す
ると、セラミック製のパッケージ基体１の背面（半導体
チップ等の電子部品が搭載される面の背面側）にセラミ
ック製のヒートスプレッダー２を固着した構成よりな
る。

【００１２】パッケージ基体１は、中央部に半導体チッ
プ３を搭載するためのキャビティからなるチップ搭載部
４を有し、このチップ搭載部４の形成されている側の面
の周囲には複数本の外部端子５が立設されている。この
パッケージ基体１は、通常、アルミナ系のセラミック材
料からなる複数枚のグリーンシートの最外層部のグリー
ンシートの一面にメタライズ層６を形成するタングステ
ンペーストをスクリーン印刷・乾燥し、全グリーンシー
トを積層して得た積層体を、１５５０℃程度の還元雰囲
気下で同時焼成し、その後露出する金属部分（外部端子
５、メタライズ層６等）にＮｉメッキし、Ｎｉメッキ層
７を形成している。

【００１３】パッケージ基体１の背面１ａに固着されて
いるヒートスプレッダー２は、パッケージ基体１と同質
のアルミナセラミックで形成されている。ヒートスプレ
ッダー２のパッケージ基体１側の面には、メタライズ層
８を介してＮｉメッキ層９が形成されている。このヒー
トスプレッダー２は、アルミナ系のセラミック材料から
なる１枚または複数枚のグリーンシートの最外層部のグ
リーンシートの一面にメタライズ層８を形成するタング
ステンペーストをスクリーン印刷、乾燥し、複数枚の場
合は積層して、１５５０℃程度の還元雰囲気下で同時焼
成した後、このメタライズ層８の上にＮｉメッキ層９を
電解または無電解メッキすることにって形成している。

【００１４】パッケージ基体１とヒートスプレッダー２
は、銀ろう１０によって固着されている（図２、図３参
照）。すなわち、パッケージ基体１の背面１ａのＮｉメ
ッキ層７とヒートスプレッダー２のＮｉメッキ層９との
間に銀ろう１０を載置し、接触状態に配した後、これを
７９０℃で加熱・溶融し、硬化することによって、パッ
ケージ基体１の背面１ａにヒートヒプレッダー２を固着
している。

【００１５】次に、本実施例のヒートスプレッダー付き
ＰＧＡセラミックパッケージとその製造方法の作用、効
果を確認するために、セラミック製のパッケージ基体の
背面に厚みが、１．３２ｍｍ、大きさが、縦：２５ｍｍ
×横：２５ｍｍのアルミナ系セラミック板からなるヒー
トスプレッダーを用いた構成（本実施例）と、アルミナ
系セラミックス板のヒートスプレッダーと同サイズの銅
−タングステン製板からなるヒートスプレッダーを用い
た構成（従来例）、およびヒートスプレッダーを設け
ていない構成（従来例）のそれぞれについて、ヒート
スプレッダーの熱伝導率と搭載する半導体チップの許容
発熱量を測定することにより、該ヒートスプレッダーの
熱伝導率がパッケージ基体の放熱特性に及ぼす関係を調
べた。その結果を図３に示す。なお、各実施例はいずれ
も、アルミニウム製のヒートシンク付で測定した。

【００１６】この結果、従来例の銅−タングステン製
板からなるヒートスプレッダーを用いたものの場合、そ
のチップ許容発熱量が、１２ｗであり、従来例のヒー
トスプレッダーを設けていないものの場合、そのチップ
許容発熱量が８ｗであったのに対して、本実施例のセラ
ミック製ヒートスプレッダーを用いたものの場合、１
０．５ｗであった。このことより、本実施例の場合、銅
−タングステン製板からなるヒートスプレッダーを用い
たものに比べて、そのチップ許容発熱量が、劣るものの
大きな放熱特性を必要としない個所において、十分に使
用できることが確認できる。

【００１７】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。因みに、前述した実施例にお
いては、パッケージ基体として、アルミナ系セラミック
で説明したが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ムライト
等であってもよいことは当然である。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
のヒートスプレッダー付きセラミックパッケージとその
製造方法によれば、ヒートスプレッダーとして、セラミ
ック製のパッケージ基体と同材質を用いているので、そ
の熱膨張差がなくなり、該ヒートスプレッダー付けの際
に該熱膨張差によるメタライズ層の外縁部の剥離の発生
を防止できるという効果を有する。

【００１９】従って、本発明によれば、ある程度放熱が
必要な部位であっても安価で容易に設けることができ、
かつセラミック製のパッケージ基体とヒートスプレッダ
ーとの熱膨張差をなくし、該熱膨張差によるパッケージ
基体の損傷の発生をなくしたヒートスプレッダー付きセ
ラミックパッケージとその製造方法を提供するこができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すヒートスプレッダー
付きＰＧＡセラミックパッケージの断面図である。

【図２】 図１の要部拡大図である。

【図３】 図２の要部拡大図である。

【図４】 ヒートスプレッダーの熱伝導率とチップ許容
発熱量との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１・・・セラミック製のパッケージ基体、１ａ・・・パ
ッケージ基体の背面、２・・・セラミック製のヒートス
プレッダー、３・・・半導体チップ、４・・・チップ搭
載部、５・・・外部端子、６・・・メタライズ層、７・
・・Ｎｉメッキ層、８・・・メタライズ層、９・・・Ｎ
ｉメッキ層、１０・・・銀ろう（接着材層）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップ等の電子部品を搭載するセ
   ラミック製のパッケージ基体にメタライズ層を介してヒ
   ートスプレッダーを固着したヒートスプレッダー付きセ
   ラミックパッケージにおいて、該ヒートスプレッダー
   が、該パッケージ基体と同材質からなることを特徴とす
   るヒートスプレッダー付きセラミックパッケージ。
2. 【請求項２】 半導体チップ等の電子部品を搭載するセ
   ラミック製のパッケージ基体にメタライズ層を介してヒ
   ートスプレッダーを固着したヒートスプレッダー付きセ
   ラミックパッケージの製造方法において、該ヒートスプ
   レッダーとして、前記パッケージ基体と同材質を用い、
   該ヒートスプレッダーの該パッケージ基体側の面にメタ
   ライズ層を介してＮｉメッキ層を形成し、また該パッケ
   ージ基体の該ヒートスプレッダー側の面にメタライズ層
   を介してＮｉメッキ層を形成し、該ヒートスプレッダー
   の該Ｎｉメッキ層と前記パッケージ基体のＮｉメッキ層
   の間に銀ろう等の熱伝導性の良い接着材を配した後、該
   接着材を加熱・溶融・硬化させることで、該パッケージ
   基体と前記ヒートスプレッダーを固着することを特徴と
   するヒートスプレッダー付きセラミックパッケージの製
   造方法。