JPS62281452A - 半導体モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子を気密に実装した半導体モジュー
ルに関する。

〔従来の技術〕

半導体素子を基板上に実装すると共に、その基板上に実
装された半導体素子を覆うキャップを基板上に設置して
半導体素子を気密封止した半導体モジュールは、公知で
ある。このような半導体モジュールの一例は、特開昭５
９−８５４５８号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した如き半導体モジュールは、基板とキャップ部と
の接合時あるいは半導体素子の発熱などによって、基板
とキャップとの間に熱変形差を生じることによる熱応力
の発生に対する対策は考慮されてい々い。

一般に、半導体素子あるいはこれらを含むパッケージ等
で熱変形差による破壊が間頂となるときの対策としては
、専ら構成材料の線膨張係数をそろえる方法が用いられ
る。一方で、構成材料を剛性の低い柔軟なものとしたり
、応力やひずみの集中を避ける構造にするなどの手段も
とられる場合もあるが、これは熱整合をとった材料系に
次ぐ二次的な改善手段として位置づけられている。とこ
ろで、材料系で熱整合をとることと半導体素子の冷却を
促進するという要求は互いに矛盾する場合が多い。例え
ば、鋼材のように熱伝導率の高いものは熱変形が太きく
＊　Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系低熱膨張合金は熱変形が小さい
が冷却効果が小さい。シリコンカーバイトは熱伝導率が
高く、熱変形も小さいが高価で加工性が極端に悪いなど
である。そこで熱伝導率の高い材料に大きな熱変形を許
しつつ構造の柔軟性によって応力緩和を図るとともに、
モジュールやパッケージの材料系の選択に大きな自由度
をもたらす構造案が強く求められてきた。

本発明の目的は、基板とキャップとの熱変形差による熱
応力の発生を低減させることのできる半導体モジュール
を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、基板上に半導体素子を覆うように設けられ
るキャップの構造を、半導体素子の周りを囲むハウジン
グ枠と、そのノ・ウジング枠の上部を覆う天井板とに分
けて構成し、更に、このノ・ウジング枠を接着剤よりも
高融点の軟質材料で形成することで達成できる。

〔作用〕

キャップの天井板部分と基板との間の熱変形差が生じて
も、ハウジング枠が軟質材料であるためその変形差に応
じて変形し、熱応力の発生を低減することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図でちり、第２図
は第１図の断面図を示している。

第１図および第２図において、半導体素子９はセラミッ
クス基板の上表面において電気的に接続されている複数
個のはんだボール８の上に取り付けられている。さらに
、半導体素子９を外部回路に接続するため、はんだボー
ル８と基板１の表面層及び内層配線を電気的に導通して
なるピン７が基板１の裏面にろう付けされている。伝熱
手段１０は、天井板３内表面と半導体素子９との間にあ
って、半導体素子９で発生した熱を天井板３に伝えるた
めに設けられる。また、天井板３を介して熱を吸収し半
導体素子９の冷却を促進する流体を通す冷却ジャケット
４は、天井板３の外面に取シ付けられている。モジュー
ルが半導体素子９を気密に封止する構造を形成するため
、基板１の周囲を適当な熱伝導性の良い材料からなるハ
ウジング枠２と天井板３で構成されたキャップによって
取り巻く。枠２は、例えば６０Ｐｂ−４０８ｎの成分を
有するはんだ（融点２３８Ｃ）の如きヤング率の低い材
料とする。そして、天井板３は例えばアルミニウムの如
き熱伝導の良い材料とする。

突合せ面は基板１と枠２との間及び天井板３とハウジン
グ枠２との間を共に３７Ｐｂ−６３８ｎの成分をもつ共
晶はんだ（＠点１８３Ｃ）の如き枠２より低融点の接着
剤により接合する。接合に際し、リフロ一温度は約２０
０Ｃにとりハウジング枠２の溶融を防止する。以上のよ
うに構成されたモジュールは、たとえ、半導体素子９の
熱により天井板３と基板１との間で熱変形差を生じても
、軟質のヤング率の低い６０Ｐｂ−４０Ｓｎはんだで構
成されたハウジング枠２が変形し、熱応力を解放する。

なお、上記の実施例において天井板の材料は、半導体素
子９の冷却を十分に行いうるものであれば何を用いても
良い。例えば銅のようにはんだのぬれ性が良好なものは
、はんだ付は面をメツヤしてぬれ性を向上させる手間が
かからない利点を持つうえ、熱伝導性もよい。また、枠
２の材料についても、接着用のはんだの融点よシ高い材
料でヤング率が十分に低いものであれば１本実施例と同
じ機能を持たせられる。

矢に、本発明の池の実施例を説明する。第３図は、本発
明の他の実施例における斜視図、第４図は第３図の断面
図、第５図は第３図の気密封止枠１１を示す図である。

第３図、第４図、第５図において、１〜１０の構成素子
は前述の実施例の場合と同様である。

１１は気密封止枠で、１、この枠の各辺には突起部１２
が設けられている。

さて、半導体素子９は、はんだボール８を介して、基板
１の上面に接続されている。外部回路との電気的接続の
ため、基板１の内層配線と導通するピン７が基板１の下
面にろう付けしている。キャップは、ハウジング枠２と
天井板３とで構成されるが、天井板３とハウジング枠２
との接合面およびハウジング枠２と基板１との接合面の
内側に気密封止枠１１が配置され、その突起部１２が接
合面に埋設されてスペーサの役割を果たしている。

基板１とキャップとで構成される内部空間には。

冷却促進のための不活性ガスが封入される。この不活性
ガスを気密封止するため、各接合面は接着剤で加熱接着
する。この場合、気密封止枠１１は、封入した不活性ガ
ス内圧上昇のために接着剤が外部へ押し出されたり、あ
るいは半導体素子側へ溶解した接着剤が流入するのを効
果的に防止する。

また、突起部１２が各接合面に挿入されてスペーサとし
て機能しているので、接合面の接着剤の厚さが一様とな
る。

この実施例によれば、キャップ接合時に接着剤が内部に
流入して基板配線の短絡を発生させることを防止でき、
しかも接合部の信頼性が向上するなどの効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体素子を実装し、気密封止した半
導体モジュールにおいて、ノ・ウジングと配線基板との
間で熱的な不整合を吸収し、かつ低減できるため、封止
接合部の強度信頼性が極めて高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は第１図
の断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す斜視図、
第４図は第３図の断面図、第５図は第３図の実施例に用
いられる気密封止枠を示す図である。 １・・・基板、２・・・ハウジング枠、３・・・ノ飄つ
ジング天井板、４・・・冷却ジャケット、５・・・共晶
はんだ、６・・・共晶はんだ、７・・・ビン、８・・・
はんだボール、９・・・半導体素子、１０・・・放熱手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子が実装された基板と、該基板上に該半導
   体素子を気密封止するキャップと、キャップ上に接合さ
   れる放熱装置とを含む半導体モジュールにおいて、 前記キャップは、前記半導体素子を封止するためその周
   りを囲むハウジング枠と、該ハウジング枠の上部を覆う
   天井板とで構成し、 該ハウジング枠は、該天井板と該ハウジング枠及び該ハ
   ウジング枠と前記基板とを加熱接合する接着剤よりも高
   融点の軟質材料で形成したことを特徴とする半導体モジ
   ュール。