JPS63122253A - 半導体パツケ−ジ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化アルミニウム焼結体を他のセラミック焼
結体、あるいは、金属と接合してなる半導体パッケージ
に係る。

〔従来の技術〕

従来、特開昭５９−２３２６９２号公報に記載のように
。

チタンと銀もしくは鋼のうち一種以上を合金にした接合
用ろう材を泪いて、低膨張メタル、もしくは、低ヤング
率メタルの少なくとも一方を中間層としてセラミックス
と金属等をろう付することが記載されている。しかし、
窒化アルミニウム系セラミックスと他のセラミックス、
または、金属とを実際に接合した例は記載さ九ておらず
、窒化アルミニウム系セラミックスを半導体パッケージ
に適用する際に生じる熱応力破壊について考慮されてい
なかった。

また、特開昭６０−１７８６４７号公報に記載のように
。

窒化アルミニウム系セラミックスを外囲器として用いた
半導体装置があるが、接合は有機系接着剤、ガラス、は
んだで行われており、銀ろう付のように、はんだ付温度
以上の耐熱性をもつ接合によって行なわれていない、ま
た、この場合に生じる熱応力についても考慮されていな
かった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記従来技術には、窒化アルミニウムと他のセラミック
ス、または、金属とを実際に銀ろう付した例は記載され
ておらず、窒化アルミニウムを半導体パッケージに適用
するには問題があった。

本発明の目的は、窒化アルミニウム系セラミックス焼結
体と他のセラミックス、又は、金属とろう付するときの
問題点を解決し、信頼性の高い接合部をもつ半導体パッ
ケージを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕 窒化アルミニウム系セラミック諷焼結体と他のセラミッ
クスまたは金属とを熱応力緩和材を介してろう付するこ
とにより前記目的は達成される。

熱応力緩和材には銀と銅の少なくとも一方が良く、厚さ
は１００μｍ以上が好ましく、特に、１００〜１０００
μｍが好ましい、接合部材を半導体パッケージに適用す
る場合、−例として、他のセラミックスとしてアルミナ
があり、これに多層回路が組み込まれている。

さらに、熱伝導率１００〜３２０ｗ／ｍ＠ｋ、電気抵抗
率ＩＱｉ４Ω・１以上の窒化アルミニウム系セラミック
スを用いると、高放熱性の半導体パッケージに適用可能
となる。

ろう付は銀、銅または銀と銅との合金のうち少なくとも
１種にＴｉ、Ｚｒのうち、少なくとも一種類の金属を添
加したろう材により行うことが望ましい、なお、ろう付
は、非酸化性雰囲気で行うことが望ましい。

〔作用〕

窒化アルミニウム系セラミックス焼結体を他のセラミッ
クス、または、金属とろう付する場合に、両者の間に熱
膨張率の違いがあり、しかも、ろう材との間にも熱膨張
率差があるので、ろう付後の冷却過程で熱応力が発生し
、セラミックス焼結体が割れることがわかった。−例と
して、窒化アルミニウム系セラミックス焼結体とアルミ
ナとを銀ろう付した場合には、ろう付後の冷却過程で窒
化アルミニウム系焼結体が割れた。なお、この場合の窒
化アルミニウム系セラミックスの熱膨張率は約４〜５　
Ｘ　１０−’／’Ｃであり、アルミナの熱膨張率は約７
．５　Ｘ　１０−’／’Ｃである。

熱応力によるセラミックス焼結体の割れを防止するため
に、ろう何部に熱応力緩和材を介在させることが必要で
ある。この熱応力緩和材には、ろう付後の冷却過程に生
じる熱応力により容易に変形し、セラミックス焼結体に
かかる熱応力を軽減す、るヤング率（Ｅ）の小さい、さ
らに熱伝導性のよい銀（Ｅ＝７．７Ｘ１０”ｋｇｆ／閣
２）銅（Ｅ＝７．０Ｘ１０８ｋｇｆ／１１１工）が好ま
しいことが判明した。。

また、銀、銅または銀ろう等にチタンまたはジルコニウ
ムを添加したろう材を用いることにより直接ろう付が可
能である０例えば、チタンを含んだ銀ろうを用いて窒化
アルミニウム系セラミックス焼結体と熱応力緩和材、熱
応力緩和材と他のセラミックス、または、金属とのろう
付が可能となる。ただし、熱応力緩和材が金属の場合は
、Ｔｉを含む銀ろうでなくともよい、ここで、チタンの
含有量は、１重量％以上が好ましく、特に、１〜１０重
量％が好ましい。

なお、窒化アルミニウム系セラミックス、または、アル
ミナの表面にマンガンとモリブデンの混合粉末を有機バ
インダでペースト状にしたものを塗布し、フォーミング
ガス中で高温に加熱して焼成してセラミックス表面を金
属化し、その上にニッケルの被膜を施した場合、チタン
を含まない銀ろうによりろう付が可能である。

〔実施例〕

窒化アルミニウム系セラミックス焼結体を他のセラミッ
クス焼結体にろう付けした例として半導体装置用パッケ
ージがある。第１図はこの断面図である。半導体装置の
高密度化、高速度化に伴って発熱量が増加し、パッケー
ジの放熱性を高めることが要求され、集積回路を含む半
導体装１ｍｔｌを塔載した窒化アルミニウム系セラミッ
クス焼結体基板２を入出力ピン３を持ち内部に多層配線
を施されているアルミナ枠体４にろう付し、窒化アルミ
ニウム系セラミックス焼結体基板に放熱フィン５を熱伝
導性接着剤６を用いて取付けて放熱性を改善する。

放熱フィン５には、熱伝導性のよい鋼タングステン複合
材、窒化アルミニウム系セラミックス焼結体、炭化珪素
系セラミックス、銀、銅等が適する。ただし、放熱フィ
ンの材料の熱膨張率と窒化アルミニム系セラミックスの
熱膨張率が大きく異なる場合は、放熱フィン５と窒化ア
ルミニウム系セラミックス基板２との接合には工夫を要
する。

また、放熱フィンと基板を窒化アルミニウム系セラミッ
クス焼結体単体で製作した場合も、冷却構造と同様の効
果が得られる。

以下に窒化アルミニウム系セラミ゛ツクス焼結体基板２
とアルミナ枠体４の接合の実施例を述べる。

なお、第２図、第３図、第４図および第５図は、第１図
のＡ部すなわち窒化アルミニウム系セラミックス焼結体
基板２とアルミナ枠体４の接合部の拡大図である。

〔実施例１〕 第１図のような半導体装置用パッケージにおいて、窒化
アルミニウム系セラミックス焼結体基板２とアルミナ枠
体４を第２図のように熱応力緩和材７を介して各材料を
チタン入り銀ろう８でろう付けする。熱応力緩和材７に
は、厚さ５００μｍの銀の薄板を用いた。ろう付は、銀
ろう（ＪＩＳ規格ＢＡｇ−８）粉末にチタン粉末を３重
量％添加しペースト状にしたものを各材料の接合面に塗
布、乾燥し、真空中で７８０〜９００℃。

３〜５分加熱することにより行った結果、気密性の高い
半導体パッケージが得られた。

〔実施例２〕 第１図のような半導体装置用パッケージにおいて、窒化
アルミニウム系セラミックス焼結体基板２とアルミナ枠
体４を第３図のような熱応力緩和材７を介して接合した
。すなわち、窒化アルミニウム系セラミックス焼結体基
板２と熱応力緩和材７の接合には約３％のＺｒ入り銀ろ
う（Ｊ　Ｉ　Ｓ規格ＢＡｇ−８）８を用い、アルミナ枠
体４と熱応力緩和材７の接合については、アルミナ枠体
４の表面を、Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎメタライズ９Ｌ、、Ｎｉ
めつき１０を施した後、熱応力緩和材７と銀ろう１１を
用いて、実施例１と同じ条件で同時にろう付した。

なお、熱応力緩和材７には、厚さ５００μｍの銀の薄板
を用いたが、気密性の高い半導体パッケージが得られた
。

〔実施例３〕 第１図のような半導体装置用パッケージにおいて、窒化
アルミニウム系セラミックス焼結体基板２とアルミナ枠
体４を第４図のように熱応力緩和材７を介して銀ろう付
した。ただし、熱応力緩和材７には、厚さ５００μｍの
銀の薄板を用い、窒＜Ｅ、アルミニウム系セラミックス
焼結体基板２およびアルミナ枠体４の接合面は、Ｍ　ｏ
　−Ｍ　ｎメタライズされた後、Ｎｉめつきが施されて
いる。窒化アルミニウム系セラミックス焼結体基板のＭ
　ｏ　−Ｍｎメタライズ層９は、ＭＯとＭｎの混合粉末
ペーストを基板に塗布・乾燥し、加湿フォーミングガス
中で、１３００℃約１時間、加熱焼成することにより得
られた。この結果、気密性の高い半導体パッケージが得
られた。

〔実施例４〕 第１図のような半導体装置用パッケージにおいて、窒化
アルミニウム系セラミックス焼結体基板２の接合面を実
施例３のようにＭ　ｏ　−Ｍ　ｎメタライズＦ、Ｎｉめ
つき１０し、銀ろう箔を用いて熱応力緩和材７とろう付
した。また、Ｔｉり銀ろう８を用いて、熱応力緩和材７
とアルミナ枠体４をろう付けする。このようにして、熱
応力緩和材７を介して窒化アルミニウム系セラミックス
焼結体基板２とアルミニウム枠体４を接合することがで
きる。なお、熱応力緩和材７は厚さ５００μｍの銀の薄
板を用いた。この結果、気密性の高い半導体パッケージ
が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ろう何機の冷却過程で窒化アルミニウ
ム系セラミックス焼結体が割れない信頼性の高い半導体
パッケージを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置用パッケージの
断面図、第２図は実施例１の接合部拡大図、第３図は実
施例２の接合部拡大図、第４図は実施例３の接合部拡大
図、第５図は実施例４の接合部拡大図である。 ｌ・・・半導体装置、２・・・窒化アルミニウム系セラ
ミ第　１日 邑２図　　　　　　　　穿３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体装置を搭載するためのセラミックス基板とし
   て、窒化アルミニウムセラミックスを、前記窒化アルミ
   ニウムセラミックスを固定し、前記半導体装置を気密封
   止するアルミナセラミックス枠体からなる半導体パッケ
   ージにおいて、前記窒化アルミウムセラミツクスは厚さ １００〜１０００μｍの銀箔を介して前記アルミナセラ
   ミックス枠体に接合することを特徴とする半導体パッケ
   ージ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記窒化アルミニ
   ウムセラミツクスと前記アルミナセラミックス枠体との
   接合は銀、銅、銀と銅の合金のうちの少なくとも一種類
   にＴｉまたはＺｒのうち少なくとも一種類の金属を１〜
   １０ｗｔ％添加したろう材により行なわれることを特徴
   とする半導体パッケージ。