JPS62290158A - 半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造 - Google Patents
半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造Info
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- JPS62290158A JPS62290158A JP13189286A JP13189286A JPS62290158A JP S62290158 A JPS62290158 A JP S62290158A JP 13189286 A JP13189286 A JP 13189286A JP 13189286 A JP13189286 A JP 13189286A JP S62290158 A JPS62290158 A JP S62290158A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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）
本発明はセラミック多層基板又はＩＣパッケージの半導
体素子の塔数部の接合構造に関し、特ＫＧａＡｓ 、
Ｇｅ 、 Ｓｉ等の半導体素子を収納する放熱能力の大
きい超高速用多層基板又はＩＣパッケージにおける前記
接合構造に関する。
体素子の塔数部の接合構造に関し、特ＫＧａＡｓ 、
Ｇｅ 、 Ｓｉ等の半導体素子を収納する放熱能力の大
きい超高速用多層基板又はＩＣパッケージにおける前記
接合構造に関する。
（従来の技術）
近時家電製品から産業機器に至るまで広く半導体が使用
されており、これらの機器に対して小型軽ｆｌｔ（高密
度実装）化、高速化、高出力化、高信頼性化の要請は益
々強くなり、用いられる半導体は高集積化、チップサイ
ズの増大、マルカモジュール化或いは高出力化の方向に
進んでいる。
されており、これらの機器に対して小型軽ｆｌｔ（高密
度実装）化、高速化、高出力化、高信頼性化の要請は益
々強くなり、用いられる半導体は高集積化、チップサイ
ズの増大、マルカモジュール化或いは高出力化の方向に
進んでいる。
我々は先にビングリッドアレイタイプＩＣパンケージ基
板を提案した（実願昭６０−５２６１０゜ここではパッ
ケージのＩＣ塔載部分に高熱伝導材料を用い、ろう付は
又はガラス封着するものであるが、ろう材はＡｉ ／
Ｓｔ）共晶ろう又はＡｕ／Ｓｉ共晶ろうを使用しており
、一層高湿ろうで封着されることが望ましい。その理由
は高熱伝導体の上に搭載される半導体素子は通常Ｊｕ／
Ｓｉの如く４００°Ｃ以上の耐熱ろう材が用いられる為
、パッケージの他の接合部は当然それ以上の耐熱性を有
することが望まれるからであり、従来アルミナは８５０
℃という高温ろう材であるｋｇ／ Ｃｕ共晶ろうを用い
て端子部と金具とを接合し、高い信頼性を得た実績があ
る。
板を提案した（実願昭６０−５２６１０゜ここではパッ
ケージのＩＣ塔載部分に高熱伝導材料を用い、ろう付は
又はガラス封着するものであるが、ろう材はＡｉ ／
Ｓｔ）共晶ろう又はＡｕ／Ｓｉ共晶ろうを使用しており
、一層高湿ろうで封着されることが望ましい。その理由
は高熱伝導体の上に搭載される半導体素子は通常Ｊｕ／
Ｓｉの如く４００°Ｃ以上の耐熱ろう材が用いられる為
、パッケージの他の接合部は当然それ以上の耐熱性を有
することが望まれるからであり、従来アルミナは８５０
℃という高温ろう材であるｋｇ／ Ｃｕ共晶ろうを用い
て端子部と金具とを接合し、高い信頼性を得た実績があ
る。
本発明者等は低誘電率、低温焼成セラミック多層基板又
はＩＣパッケージの半導体素子を塔載するところに高温
ろうで接合する方法を鋭意研究したが、アルミナと同様
な方法でＡｇ／ Ｃｕ （１３５０℃）を用いて接合す
ると高温ろうの固着湿度以下での両者の膨張差によって
、クラックが入り信頼性に欠けるものしか得られなかっ
た。
はＩＣパッケージの半導体素子を塔載するところに高温
ろうで接合する方法を鋭意研究したが、アルミナと同様
な方法でＡｇ／ Ｃｕ （１３５０℃）を用いて接合す
ると高温ろうの固着湿度以下での両者の膨張差によって
、クラックが入り信頼性に欠けるものしか得られなかっ
た。
アルミナセラミックを半導体素子を搭載するとるに用い
ても、同様にクラックの発生が避けられず、信頼性に欠
けるものであった。
ても、同様にクラックの発生が避けられず、信頼性に欠
けるものであった。
なおＩＣパッケージの内部に半導体素子を装着するとき
、接合層を接着する部分を良熱伝導体とし、残部を結晶
化ガラス等としたものを特願昭６０−９７２６により既
に提案したが、１１肴高又、アルミナ低温焼成セラミッ
ク多層基板又はＩＣパッケージの半導体素子を塔載する
ところを高熱伝導材料例えばＡＩＮ 、 ＳｉＣ等を用
い、従来の高温ろう（９７０〜１０５０℃）でろう付け
すると、この両者のいづれかに膨張差による応力歪でク
ラックが入り実用的なものは得られなかった。
、接合層を接着する部分を良熱伝導体とし、残部を結晶
化ガラス等としたものを特願昭６０−９７２６により既
に提案したが、１１肴高又、アルミナ低温焼成セラミッ
ク多層基板又はＩＣパッケージの半導体素子を塔載する
ところを高熱伝導材料例えばＡＩＮ 、 ＳｉＣ等を用
い、従来の高温ろう（９７０〜１０５０℃）でろう付け
すると、この両者のいづれかに膨張差による応力歪でク
ラックが入り実用的なものは得られなかった。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記の問題点を解決するために如何にして膨張
差による応力を吸収させるかにつき検討の結果、高熱伝
導材料と接合されるセラミックとの間に、両者の熱膨張
係数の中間の熱膨張係数を有するスペーサーを介在させ
ることＫより、応力歪を緩和し、かつ反りを少なくする
ことＫよりクラックを防止することができることを見出
した。
差による応力を吸収させるかにつき検討の結果、高熱伝
導材料と接合されるセラミックとの間に、両者の熱膨張
係数の中間の熱膨張係数を有するスペーサーを介在させ
ることＫより、応力歪を緩和し、かつ反りを少なくする
ことＫよりクラックを防止することができることを見出
した。
又、この際、各基材の厚みを熱膨張差に起因する接合部
の応力歪による反りを修正することができる程度に厚く
することにより、クラック発生の防止を一層確実に達成
することができることを見出した。但しこの厚みＫつい
ては製品の形状により制限があり、最小限１．Ｏｆｆが
有効である。
の応力歪による反りを修正することができる程度に厚く
することにより、クラック発生の防止を一層確実に達成
することができることを見出した。但しこの厚みＫつい
ては製品の形状により制限があり、最小限１．Ｏｆｆが
有効である。
（作用）
以下図面を参照しつつ説明する。高熱伝導材であるＡＩ
Ｎ （α＝＝ ５ Ｘ １０′／”Ｃ） とパッケー
ジ部材であるアルミナ（９２〜９９．５係）（α；７．
６〜８．１×１０′／℃）を接続するに際し、従来は第
２図に見るよりにＡＩＮ ｌの下面にメタライズ層２を
設け、アルミナ５の上面にメタライズ層４を設け、その
中間をＡｇ／Ｃｕろう材３でろう付けしていたが熱膨張
差によって反りやクラックが発生した。
Ｎ （α＝＝ ５ Ｘ １０′／”Ｃ） とパッケー
ジ部材であるアルミナ（９２〜９９．５係）（α；７．
６〜８．１×１０′／℃）を接続するに際し、従来は第
２図に見るよりにＡＩＮ ｌの下面にメタライズ層２を
設け、アルミナ５の上面にメタライズ層４を設け、その
中間をＡｇ／Ｃｕろう材３でろう付けしていたが熱膨張
差によって反りやクラックが発生した。
これに対しＡＩＮ ｌの下面にメタライズ層２を設け、
アルミナＷＩ５の上面にメタライズ層４を設け、両メタ
ライズ層２，４間にＡＩＮとアルミナの中間の熱膨張係
数を有する材料をスペーサーとして介在させ高温ろうで
接合すると反りやクラックの発生は認められなかった。
アルミナＷＩ５の上面にメタライズ層４を設け、両メタ
ライズ層２，４間にＡＩＮとアルミナの中間の熱膨張係
数を有する材料をスペーサーとして介在させ高温ろうで
接合すると反りやクラックの発生は認められなかった。
反りやクラック等の発生のメカニズムは第３図に示すと
おりで熱膨張係数α１ 、馬の２種の材料を接続すると
き、α、〉α、とすると第３図−（りのように高温時に
接合されたものが室温になると縮む結果α１の材料の引
張強度が弱い場合α１とα。
おりで熱膨張係数α１ 、馬の２種の材料を接続すると
き、α、〉α、とすると第３図−（りのように高温時に
接合されたものが室温になると縮む結果α１の材料の引
張強度が弱い場合α１とα。
の膨張差による歪応力に耐えられず第３図−（２）のよ
うにクラックが発生したり、又、膨張差による歪応力に
耐えられる強度が両者にある場合はα１の大きい材料は
室温時には縮みが大きいので第３図−（３）のように反
りを発生することになる。
うにクラックが発生したり、又、膨張差による歪応力に
耐えられる強度が両者にある場合はα１の大きい材料は
室温時には縮みが大きいので第３図−（３）のように反
りを発生することになる。
このように反りとか素地の貫入の発生を防止する為に引
張強度の強い材料を用いるか、又はα、。
張強度の強い材料を用いるか、又はα、。
α、の中間の熱膨張係数を有する材料をスペーサーとし
て用いることにより反りやクラック等の発生を防止する
のが本発明である。
て用いることにより反りやクラック等の発生を防止する
のが本発明である。
但し接合材（ろう材）としてＡｇ等の展性のある材料を
用いた方がよいことは当然である。
用いた方がよいことは当然である。
ここに各種材料の熱膨張係数と、熱伝導率を表示すれば
以下のとおりである。
以下のとおりである。
実施例
次に実施例を図面を参照しながら説明する。
ｆＪ６図は従来のパッケージの一例で、半導体素子１１
を塔載するところは放熱性が高く電気伝導性のｃｕ／１
１２を介して蓋状のＣｕ／Ｗ（１０：９０）１３に接合
され、Ｃｕ／Ｗ１３の内側の端部はアルミナパッケージ
１４にメタライズ層１８を介してＡｇ／Ｃｕろうでろう
付１５されている。又同パッケージ１４には同じろう材
でろう付１５により、４２７０イからなるリード１６が
取付けられている。１７はロンドでアルミナパッケージ
１４に気密封着されてなるものである。
を塔載するところは放熱性が高く電気伝導性のｃｕ／１
１２を介して蓋状のＣｕ／Ｗ（１０：９０）１３に接合
され、Ｃｕ／Ｗ１３の内側の端部はアルミナパッケージ
１４にメタライズ層１８を介してＡｇ／Ｃｕろうでろう
付１５されている。又同パッケージ１４には同じろう材
でろう付１５により、４２７０イからなるリード１６が
取付けられている。１７はロンドでアルミナパッケージ
１４に気密封着されてなるものである。
このような構造では半導体素子ベース下の材料が重く、
絶縁性に乏しいという問題がある。
絶縁性に乏しいという問題がある。
そこで前記Ｃｕ ／ ｌｊの代りにＡＩＮ 、 ＳｉＧ
を用いて従来同様に接合しても、アルミナパッケージ
とＡＩＮ 、 ＳｉＣの両方にクラックが発生した。
を用いて従来同様に接合しても、アルミナパッケージ
とＡＩＮ 、 ＳｉＣの両方にクラックが発生した。
次に第４図は本発明の一実施例で、半導体素子１１を搭
載する部分２２ａは全体なＡＩＮ又はＳｉＣにより構成
し、これとアルミナパッケージ１４との接合する部分に
はそれぞれメタライズ層１８を設け、かつｃｕ／Ｗ（１
ｏ：９ｏ） からなる緩衝材２３（スペーサの役割を
果す）を用い−（Ａｇ／Ｃｕろうによりろう付１５しで
ある。その他の構成は第６図と同一部分には同一符号で
示し説明を省略しである。
載する部分２２ａは全体なＡＩＮ又はＳｉＣにより構成
し、これとアルミナパッケージ１４との接合する部分に
はそれぞれメタライズ層１８を設け、かつｃｕ／Ｗ（１
ｏ：９ｏ） からなる緩衝材２３（スペーサの役割を
果す）を用い−（Ａｇ／Ｃｕろうによりろう付１５しで
ある。その他の構成は第６図と同一部分には同一符号で
示し説明を省略しである。
このような構造によるときは反りや貫入、クラック等は
発生し外かった。
発生し外かった。
又更に第５図は本発明の他の実施例で半導体素子１１を
塔載する部分２２１）はＣｕ／Ｗ（１０：９０）からな
る金属部分２２ｂ−１（スペーサの役割を果す）とその
外面側にＡＩＮ又はＳｉＧからなるセラミック部分２２
に＋−２をＡｇ／Ｃｕろうにろう付１５してありこの金
属部分２２ｂ−１をアルミナパッケージ１４ Ｋ Ａｇ
／Ｃｕろうでろう付１５して緩衝作用を持たせである。
塔載する部分２２１）はＣｕ／Ｗ（１０：９０）からな
る金属部分２２ｂ−１（スペーサの役割を果す）とその
外面側にＡＩＮ又はＳｉＧからなるセラミック部分２２
に＋−２をＡｇ／Ｃｕろうにろう付１５してありこの金
属部分２２ｂ−１をアルミナパッケージ１４ Ｋ Ａｇ
／Ｃｕろうでろう付１５して緩衝作用を持たせである。
その他の構造は第４図と同一部分には同一符号で示し説
明を省略した。
明を省略した。
このような構造によっても反り、クラック等の発生を見
なかった。なおその他の実施例は特に図示してないが、
特願昭６０−５７１５７号で開示した結晶化ガラス多層
回路基板や実願昭６０−５２６１４号に開示したＰＧＡ
ＩＣパッケージにも適用することができる。
なかった。なおその他の実施例は特に図示してないが、
特願昭６０−５７１５７号で開示した結晶化ガラス多層
回路基板や実願昭６０−５２６１４号に開示したＰＧＡ
ＩＣパッケージにも適用することができる。
又、更に高熱伝導部材としてＣｕ （α＝１７．０）号
に示すようなＳｉｎ、 −Ａ１． Ｏ，−ＭｇＯ−Ｚｎ
Ｏ−Ｒ，Ｏ及び又はＰｍｏｓ（低温低膨張セラミック、
α＝２．３）を用い、中間にＷの如き（α＝４．３）程
度のものを介在さセ高温ろうでろう付けすればクラック
を生ずることなく接合できた。因みにＣｕ の如きも
のとセラミックを接合する場合従来はアルミナでは接合
できても低温焼成基板とは旨く接合できなかったことと
対比すれば本発明が優れていることが判る。
に示すようなＳｉｎ、 −Ａ１． Ｏ，−ＭｇＯ−Ｚｎ
Ｏ−Ｒ，Ｏ及び又はＰｍｏｓ（低温低膨張セラミック、
α＝２．３）を用い、中間にＷの如き（α＝４．３）程
度のものを介在さセ高温ろうでろう付けすればクラック
を生ずることなく接合できた。因みにＣｕ の如きも
のとセラミックを接合する場合従来はアルミナでは接合
できても低温焼成基板とは旨く接合できなかったことと
対比すれば本発明が優れていることが判る。
発明の効果
本発明によれば１）半導体素子を塔載するところが、高
熱伝導性のあるＡＩＮ又はＳｉＣ等を用いて接合するこ
とが可能となり、２）従来接合時に反りやクラック等が
発生していた点を接合する両者の中間の熱膨張係数を有
するスペーサー例えばＣｕ／Ｗ、Ｗ等を用いることによ
り、更にろう材としてＡｇ等の緩衝材の役目も果し得る
高温ろうを使用することにより、気密性のあるクラック
のない接合構造を提供することができる。
熱伝導性のあるＡＩＮ又はＳｉＣ等を用いて接合するこ
とが可能となり、２）従来接合時に反りやクラック等が
発生していた点を接合する両者の中間の熱膨張係数を有
するスペーサー例えばＣｕ／Ｗ、Ｗ等を用いることによ
り、更にろう材としてＡｇ等の緩衝材の役目も果し得る
高温ろうを使用することにより、気密性のあるクラック
のない接合構造を提供することができる。
第１図は本発明の要部の接合構造を示す断面図第２図は
従来の接合構造の断面図 第３図はα、〉α、の接合部分の変化状態を示す断面図 第４図、第５図は本発明の一例を示す断面図第６図は従
来例を示す断面図 １ ： Ａ’ｌＮ ２ ：メタライズ層３
：ろう材（Ａｇ／ｃｕ） ４ ：メタライズ層５：ア
ルミナ ６：スペーサ １１：半導体素子 １ ’ｌ ： Ｃｕ ／ Ｗ２Ｂ
：蓋状のＣｕ ／Ｗ ｌ ４ ：アルミナパッケージ
１５：ろう付 １６：リード １７：気密封着 １８：メタライズ層２２ａ＠２２
ｂ：半導体素子を塔載する部分２２ｂ−１： Ｃｕ ／
Ｗ カＣ） ｆＺ ル金ｍ ８分２２ｂ−２二ｈＩＮ
又はＳｉＣからなるセラミック部分代理人 弁理士 竹
内 守 始１図 第２図 菊３図（１） 第３図（２） 第３図（３）
従来の接合構造の断面図 第３図はα、〉α、の接合部分の変化状態を示す断面図 第４図、第５図は本発明の一例を示す断面図第６図は従
来例を示す断面図 １ ： Ａ’ｌＮ ２ ：メタライズ層３
：ろう材（Ａｇ／ｃｕ） ４ ：メタライズ層５：ア
ルミナ ６：スペーサ １１：半導体素子 １ ’ｌ ： Ｃｕ ／ Ｗ２Ｂ
：蓋状のＣｕ ／Ｗ ｌ ４ ：アルミナパッケージ
１５：ろう付 １６：リード １７：気密封着 １８：メタライズ層２２ａ＠２２
ｂ：半導体素子を塔載する部分２２ｂ−１： Ｃｕ ／
Ｗ カＣ） ｆＺ ル金ｍ ８分２２ｂ−２二ｈＩＮ
又はＳｉＣからなるセラミック部分代理人 弁理士 竹
内 守 始１図 第２図 菊３図（１） 第３図（２） 第３図（３）
Claims (4)
- （１）セラミック多層基板、ＩＣパッケージにおける半
導体素子塔載部に、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高
熱伝導材料を用い、これと基板又はパッケージのセラミ
ックとを中間に両者の熱伝導率の中間の材料をスペーサ
ーとして介在させ、高温ろうで接合してなることを特徴
とする半導体素子塔載部の接合構造 - （２）高熱伝導材料としてＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢｅＯ、Ｂ
Ｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、ＣＷ−１０、ＣＷ−１５、ＣＷ−
２０を用いた特許請求の範囲第１項記載の半導体素子塔
載部のセラミックの接合構造 - （３）セラミック多層基板又はＩＣパッケージ材料がア
ルミナ、ムライトその他低温焼成セラミック材料を用い
た特許請求の範囲第１項記載の半導体素子塔載部のセラ
ミックの接合構造 - （４）高熱伝導材料が厚く構成されている特許請求の範
囲第１項記載の半導体素子塔載部のセラミックの接合構
造
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13189286A JPS62290158A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13189286A JPS62290158A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7276502A Division JP2759777B2 (ja) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | 半導体素子搭載部のセラミックの接合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62290158A true JPS62290158A (ja) | 1987-12-17 |
| JPH0548953B2 JPH0548953B2 (ja) | 1993-07-22 |
Family
ID=15068590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13189286A Granted JPS62290158A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 半導体素子塔載部のセラミツクの接合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62290158A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63173348A (ja) * | 1987-01-13 | 1988-07-16 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| US5057376A (en) * | 1988-11-15 | 1991-10-15 | Asahi Glass Company Ltd. | Hybrid package, glass ceramic substrate for the hybrid package, and composition for the glass ceramic substrate |
| US5138426A (en) * | 1988-09-22 | 1992-08-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic joined body |
| KR20010045373A (ko) * | 1999-11-04 | 2001-06-05 | 마이클 디. 오브라이언 | 반도체 패키지 |
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0548953B2 (ja) | 1993-07-22 |
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