JPH08222658A - 半導体素子用パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

半導体素子用パッケージ及びその製造方法

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JPH08222658A
JPH08222658A JP2901595A JP2901595A JPH08222658A JP H08222658 A JPH08222658 A JP H08222658A JP 2901595 A JP2901595 A JP 2901595A JP 2901595 A JP2901595 A JP 2901595A JP H08222658 A JPH08222658 A JP H08222658A
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JP
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copper
semiconductor element
frame member
package
metal
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JP2901595A
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Toshiki Shimizu
俊樹 清水
Junichi Shiraishi
順一 白石
Seisaku Yamanaka
正策 山中
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 枠部材ロウ付け時の反りや、半導体素子の実
装時の割れを有効に防止し、銅のみの金属基体を用いた
場合に近い高い放熱性を有する半導体素子用パッケージ
を安価に提供する。 【構成】 金属基体1が銅層2と銅−タングステン合金
層3の2層からなり、この金属基体1の銅層2の外周部
にアルミナやコバール等からなる枠部材4が銀ロウ等の
ロウ材を介して固着された半導体素子用パッケージ。枠
部材4によって囲まれる金属基体1の上面に、半導体素
子5が金系半田を介して実装される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、特に高出
力のパワーFETなどを収容する半導体素子用パッケー
ジ、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高出力のパワーFETなどを収容
する半導体素子用パッケージは、金属基体として、銅又
は銅−タングステン合金の単一金属を用いたものや、特
開昭63−73651号公報に記載されているように、
金属基体の素子搭載面を銅−タングステン合金とし、裏
面を銅とした構造のものがある。
【0003】金属基体が単一金属の銅からなる場合、銅
の熱伝導率が大きいため、半導体素子が発生する熱は銅
の金属基体を伝わって良好に外部に放出され、半導体素
子の温度上昇を有効に防ぐことが可能である。
【0004】しかし、銅の熱膨張係数はセラミックス又
はコバール等の金属からなる枠部材の熱膨張係数と大き
く相違するため、金属基体に枠部材をロウ付けする際、
熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって金属基体が
大きく反り返ったり、あるいはセラミックス枠部材に亀
裂が入る等の問題が発生しやすい。又、同様に半導体素
子をAu−Si等の金系半田で実装する際にも、熱膨張
係数の差により、半導体素子に亀裂が入る等の問題が発
生する。
【0005】一方、金属基体として銅−タングステン合
金を用いた場合、枠部材や半導体素子との間の熱膨張係
数の相違による熱応力の問題は解決されるものの、銅−
タングステン合金は銅に比べて熱伝導率が小さいので、
銅の金属基体の場合に比べて放熱性がほぼ半分に低下す
るという欠点ある。
【0006】このような単一金属からなる金属基体の欠
点を解決するため、特開昭63−73651号公報に
は、半導体素子搭載面を銅−タングステン合金とし、そ
の裏面に銅を接合した2層構造の金属基体が提案されて
いる。しかし、この2層構造の金属基体では、半導体素
子と金属基体との間の熱膨張差の問題は解決されるもの
の、2層をなす金属の熱膨張係数の関係から、銅−タン
グステン合金上に枠部材をロウ付けする際の熱応力は金
属基体の反りが助長される方向に作用するため、金属基
体の反り、セラミックス枠部材の亀裂の問題に対しては
有効ではないし、銅のみの金属基体に比較して放熱性も
低下する。
【0007】又、特開平2−146748号公報には、
金属基体の両面に半導体素子と熱膨張係数の近い金属を
貼り付けた構造、即ち銅の両面に銅−タングステン合金
のような熱膨張係数が半導体素子に近い金属を貼り付け
た構造の金属基体が記載されている。この構造の場合、
金属基体の反り及びセラミックス枠部材の亀裂の問題は
解決するが、銅のみの金属基体に比べて放熱性は低下す
るうえ、金属基体の層数が多くなることによりコスト高
を招く原因となる。
【0008】更に、特開昭53−21425号公報に
は、半導体が搭載される金属基体の側面に低熱膨張係数
の金属をとりつけた構造が提案されている。この構造の
金属基体によれば、放熱性は優れ、半導体素子にかかる
応力や、反りの問題も解決される可能性があるが、半導
体搭載部の構造が非常に複雑になるため、コストが高く
なり、大量に安価に製造することは困難である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来の事情に鑑み、枠部材のロウ付け時の反りやセラ
ミックス枠部材割れ、及び半導体素子の実装時の割れを
有効に防止し、銅のみの金属基体を用いた場合に近い高
い放熱性を有する半導体素子用パッケージを、安価に提
供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明のセラミックス又は金属からなる枠部材と金
属基体とによって構成される半導体素子用パッケージ
は、該金属基体が銅層と銅−タングステン合金層の2層
からなり、銅層側表面に上記枠部材が接合されて半導体
素子搭載面となっていることを特徴とするものである。
【0011】即ち、本発明の半導体素子用パッケージ
は、図1に示すように、金属基体1が銅層2と銅−タン
グステン合金層3の2層からなり、この金属基体1の銅
層2の外周部にアルミナやコバール等からなる枠部材4
が銀ロウ等のロウ材を介して固着された構造を有してい
る。そして、その枠部材4によって囲まれる金属基体1
の上面に、半導体素子5が金系半田を介して実装され
る。
【0012】また、本発明のセラミックス又は金属から
なる枠部材と金属基体とによって構成される半導体素子
用パッケージの製造方法は、金属基体を構成する銅層と
銅−タングステン合金層及び前記枠部材を、銅層を中に
して同時に接合することを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明の半導体素子用パッケージにおいては、
熱膨張係数の大きな銅層2が熱膨張係数の小さい枠部材
4と銅−タングステン合金層3とに挟まれた構造となっ
ている。その結果、これらを互いに接合する各接合層に
おける熱膨張係数の相違による熱応力は、金属基体1の
反りを互いに打ち消す方向に働くため、各層の厚さを適
当なものにすることにより、枠部材接合時に反りをほと
んど生じることがない。従って、枠部材をロウ付けする
際に、パッケージの反りや、セラミックス枠部材の亀裂
を防止することができる。
【0014】又、半導体素子5を実装する際において
も、銅層2は枠部材4と銅タングステン合金層3によっ
て拘束されているため、銅層2と半導体素子5との界面
にかかる応力は緩和され、しかも前記のごとくパッケー
ジ全体に反りも生じないため、半導体素子5には大きな
応力が発生せず、半導体素子の亀裂も有効に防止づるこ
とができる。
【0015】かかる応力抑制ないし反り防止の効果は、
枠部材4の熱膨張係数と金属基体1の銅−タングステン
合金層3の熱膨張係数が同一又は近似している場合に、
最も顕著に発揮される。このような枠部材4の材質とし
ては、銅−タングステン合金の組成にもよるが、例え
ば、金属としてはコバール、42アロイ等のFe−Ni
合金、セラミックスではアルミナ、窒化アルミニウム、
ムライト、ベリリア等が考えられる。
【0016】放熱性に関して、最も重要な半導体素子5
が直接接合される部分には熱伝導率の良い銅層2を用い
ていることから、従来の銅−タングステン合金単体の金
属基体、あるいは半導体素子接合面が銅−タングステン
合金で且つその裏面に銅を配した2層構造の金属基体に
比較して、放熱性が優れており、銅単体を用いた金属基
体の場合に近いものとなる。
【0017】かかる半導体素子用パッケージにおいて、
金属基体1を構成する銅層2の厚さは、0.1mm以上
であって且つ金属基体全体の厚さの80%以下であるこ
とが好ましい。その理由は、銅層2の厚さが0.1mm
未満では、放熱性が著しく低下し、金属基体1に占める
銅層2の厚さの比率が0.8以上になると、相対的に銅
層2が厚くなり過ぎるため、金属基体1に反りが発生し
たり、半導体素子5に応力が発生するなど、銅のみから
なる金属基体を用いたパッケージに近い現象が生じるか
らである。
【0018】銅層2の厚さ及び銅層2と銅−タングステ
ン合金層3の厚さ比率は、上記の条件を満たす範囲にお
いて、所要のパッケージ形状並びにサイズに基づいて、
半導体素子にかかる応力と熱抵抗の優先度を考慮した上
で、最適なものを決定すればよい。
【0019】上記の構造を有する本発明の半導体素子用
パッケージの製造は、銅層2と銅−タングステン合金層
3を先に接合した後枠部材4を接合することもできる
が、銅層2と銅−タングステン合金層3及び枠部材4
を、銅層2を中にして同時に接合することが望ましい。
これらを同時に接合することによって、ロウ付けの熱が
同時に金属基体1の全体にかかるので、反りの発生を最
小限に抑制できる。
【0020】又、本発明の半導体素子用パッケージは、
比較的簡単な構造であり、製造方法も簡単であるから、
安価に提供することが可能になる。
【0021】
【実施例】図1に示す半導体素子用パッケージを、金属
基体1の銅層2と銅−タングステン合金層3及びアルミ
ナ製の枠部材4を銀ロウで同時に接合することにより、
作製した。その際、金属基体1の全体の厚さを0.5m
mとし、銅層2と銅−タングステン合金層3の厚さを下
記表1のように変化させた。尚、キャビティの大きさは
5mm×1.2mmとした。
【0022】得られた各パッケージについて、接合によ
る枠部材4の亀裂と気密性を調べ、更にその良品のパッ
ケージの銅層2上に半導体素子5をAu−Si共晶合金
を使って搭載し、半導体素子5の亀裂状態を調べた。下
記表1に、パッケージ組立時及び素子搭載時における全
試料個数に対する不良品個数を示した。
【0023】又、上記のごとく半導体素子5を搭載した
後の各パッケージについて、キャビティベースの反り及
び熱抵抗を測定した。尚、熱抵抗の測定は、半導体素子
の温度に敏感なパラメータの温度依存データから、動作
時のチップ温度を算出して熱抵抗を計算するTSP法
(Temperature sensitive parameter method)により行
った。その結果を下記表1に示した。
【0024】比較のために、銅のみからなる金属基体
(試料8)、銅−タングステン合金のみからなる金属基
体(試料9)、及び上面が銅で下面を銅−タングステン
合金とした金属基体(試料5〜7)を用い、それぞれ上
記と同様に、パッケージ組立時及び半導体素子搭載時の
不良品個数、反り、熱抵抗を求め、その結果を併せて表
1に示した。
【0025】
【表1】 金属基体構成(厚さmm) 不良品/全個数 反 り 熱抵抗試料 素子搭載側 反 対 側 組立時 搭載時 (μm) (℃/W) 1 Cu (0.1) CuW(0.4) 0/50 0/50 0.279 0.500 2 Cu (0.2) CuW(0.3) 0/50 0/50 1.122 0.438 3 Cu (0.3) CuW(0.2) 0/50 0/50 3.828 0.386 4 Cu (0.4) CuW(0.1) 0/50 0/50 8.062 0.343 5* CuW(0.1) Cu (0.4) 25/50 10/25 18.201 0.407 6* CuW(0.2) Cu (0.4) 15/50 2/35 10.983 0.490 7* CuW(0.3) Cu (0.2) 7/50 0/43 5.854 0.554 8* Cu (0.5) − 45/50 5/5 26.426 0.302 9* CuW(0.5) − 0/50 0/50 <0 0.651 (注)表中の*を付した試料は比較例である。
【0026】表1の結果から分かるように、金属基体が
銅のみからなる試料8のパッケージは、熱応力が大きい
ため反りが非常に大きくなり、パッケージ組立時及び素
子搭載時の不良品個数も極端に多い。又、金属基体が銅
−タングステン合金のみからなる試料9のパッケージ
は、反りが少なく、従って組立時や素子搭載時の不良品
は少ないが、熱抵抗が大きく、放熱性に劣ることが分か
る。
【0027】これに対して、金属基体の半導体素子搭載
面側を銅層、その反対側裏面を銅−タングステン合金層
とした本発明例のパッケージ(試料1〜4)は、熱応力
による反り及び熱抵抗が共に小さく、従って反りが10
μm以下で且つ熱抵抗が0.5℃/W以下という優れた
特性を有している。このため、パッケージ組立時及び素
子搭載時の不良品が殆ど発生せず、放熱性にも優れてい
る。
【0028】更に、本発明例のパッケージとは逆に半導
体素子搭載面を銅−タングステン合金層、その反対側裏
面を銅層とした金属基体を用いた試料5〜7のパッケー
ジは、試料8のパッケージに比べ熱応力による反りが小
さく、試料9のパッケージに比べ熱抵抗が小さくなるも
のの、熱応力による反り及び熱抵抗ともに本発明例のパ
ッケージよりは劣っており、組立時や素子搭載時の不良
品も若干発生しやすいことが分かる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体素子
用パッケージは、枠部材が接合され且つ半導体素子が搭
載される金属基体上面に銅層を用い、その反対側裏面に
銅−タングステン合金層を用いていることから、枠部材
と金属基体をロウ材で接合する際に熱応力が金属基体の
反りを打ち消す方向に働く。従って、組立時に反りを生
ずることなく、セラミックス枠部材の亀裂を防ぐことが
できる。
【0030】又、パッケージに半導体素子を金系半田な
どで実装する際にも、中央の銅層が両側の枠部材と銅−
タングステン合金層によって拘束されているので、反り
の発生が極めて少なく、半導体素子に亀裂が入ることな
く実装することができる。
【0031】更に、半導体素子が搭載される金属基体上
面に銅層を用いていることから、半導体素子で発生する
熱を効率よく外部に放出することができ、しかも、簡単
な構造であることから安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す半導体素子用パッケー
ジの断面図である。
【符号の説明】
1 金属基体 2 銅層 3 銅−タングステン合金層 4 枠部材 5 半導体素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス又は金属からなる枠部材と
    金属基体とによって構成される半導体素子用パッケージ
    であって、該金属基体が銅層と銅−タングステン合金層
    の2層からなり、銅層側表面に上記枠部材が接合されて
    半導体素子搭載面となっていることを特徴とする半導体
    素子用パッケージ。
  2. 【請求項2】 前記銅層の厚さが、0.1mm以上であ
    って且つ金属基体全体の厚さの80%以下であることを
    特徴とする、請求項1に記載の半導体素子用パッケー
    ジ。
  3. 【請求項3】 前記枠部材の熱膨張係数と金属基体の銅
    −タングステン合金層の熱膨張係数が近似していること
    を特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体素子用パ
    ッケージ。
  4. 【請求項4】 セラミックス又は金属からなる枠部材と
    金属基体とによって構成される半導体素子用パッケージ
    の製造方法であって、金属基体を構成する銅層と銅−タ
    ングステン合金層及び前記枠部材を、銅層を中にして同
    時に接合することを特徴とする半導体素子用パッケージ
    の製造方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003019655A1 (en) * 2001-08-23 2003-03-06 Dowa Mining Co., Ltd. Radiation plate and power semiconductor module, ic package
WO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Fujitsu Limited パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JP2006287227A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Agere Systems Inc 集積回路デバイスにおける反りの制御
JP2010074122A (ja) * 2008-08-21 2010-04-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Led用ヒートシンク、led用ヒートシンク前駆体、led素子、led用ヒートシンクの製造方法およびled素子の製造方法
JP2011135110A (ja) * 2011-04-05 2011-07-07 Nissan Motor Co Ltd 接合構造
JP2012231101A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Kostek Sys Co Ltd メタルベース及びその製造方法並びにこれを用いた素子パッケージ
US8993121B2 (en) 2010-02-19 2015-03-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the same
US9199433B2 (en) 2009-06-30 2015-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the metal laminated structure
WO2017006771A1 (ja) * 2015-07-06 2017-01-12 ローム株式会社 パワーモジュールおよびインバータ装置
CN109727924A (zh) * 2018-12-27 2019-05-07 江苏省宜兴电子器件总厂有限公司 一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7180176B2 (en) 2001-08-23 2007-02-20 Dowa Mining Co., Ltd. Radiation plate and power semiconductor module IC package
JP2003068949A (ja) * 2001-08-23 2003-03-07 Dowa Mining Co Ltd 放熱板およびパワー半導体モジュール、icパッケージ
WO2003019655A1 (en) * 2001-08-23 2003-03-06 Dowa Mining Co., Ltd. Radiation plate and power semiconductor module, ic package
US7919856B2 (en) 2005-02-15 2011-04-05 Fujitsu Limited Package mounted module and package board module
JPWO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2008-07-03 富士通株式会社 パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JP4500348B2 (ja) * 2005-02-15 2010-07-14 富士通株式会社 パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
WO2006087769A1 (ja) * 2005-02-15 2006-08-24 Fujitsu Limited パッケージ実装モジュールおよびパッケージ基板モジュール
JP2006287227A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Agere Systems Inc 集積回路デバイスにおける反りの制御
JP2010074122A (ja) * 2008-08-21 2010-04-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Led用ヒートシンク、led用ヒートシンク前駆体、led素子、led用ヒートシンクの製造方法およびled素子の製造方法
US9199433B2 (en) 2009-06-30 2015-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the metal laminated structure
US8993121B2 (en) 2010-02-19 2015-03-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the same
JP2011135110A (ja) * 2011-04-05 2011-07-07 Nissan Motor Co Ltd 接合構造
JP2012231101A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Kostek Sys Co Ltd メタルベース及びその製造方法並びにこれを用いた素子パッケージ
WO2017006771A1 (ja) * 2015-07-06 2017-01-12 ローム株式会社 パワーモジュールおよびインバータ装置
JP2017017283A (ja) * 2015-07-06 2017-01-19 ローム株式会社 パワーモジュールおよびインバータ装置
US10748826B2 (en) 2015-07-06 2020-08-18 Rohm Co., Ltd. Power module and inverter equipment
CN109727924A (zh) * 2018-12-27 2019-05-07 江苏省宜兴电子器件总厂有限公司 一种带AlN和Si过渡片陶瓷外壳封装结构

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