JPS63244653A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63244653A JPS63244653A JP7616687A JP7616687A JPS63244653A JP S63244653 A JPS63244653 A JP S63244653A JP 7616687 A JP7616687 A JP 7616687A JP 7616687 A JP7616687 A JP 7616687A JP S63244653 A JPS63244653 A JP S63244653A
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Landscapes
- Lead Frames For Integrated Circuits (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】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は窒化アルミニウム基板に金属リードを接合して
なる半導体装置に関する。
なる半導体装置に関する。
(従来の技術)
従来、例えばオーバレイ・トランジスタなどの高周波高
出力トランジスタを備えた高周波半導体装置においては
、半導体からの発熱が大きく、この熱を放散させる必要
があり、セラミックス基板として放熱性および電気絶縁
性に優れたベリリア(BeO)l板を使用し、このベリ
リア基板に高周波用の半導体チップを装着したものがあ
る。
出力トランジスタを備えた高周波半導体装置においては
、半導体からの発熱が大きく、この熱を放散させる必要
があり、セラミックス基板として放熱性および電気絶縁
性に優れたベリリア(BeO)l板を使用し、このベリ
リア基板に高周波用の半導体チップを装着したものがあ
る。
ベリリア基板に電気入出力用のリードを設ける場合には
、熱膨脹係数がベリリアとアルミナは近似しているので
、汎用のアルミナ基板と同様にFe−Ni系合金からな
るリードをAa−Cu系のろう材を用いてベリリア基板
に接合している。
、熱膨脹係数がベリリアとアルミナは近似しているので
、汎用のアルミナ基板と同様にFe−Ni系合金からな
るリードをAa−Cu系のろう材を用いてベリリア基板
に接合している。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、このようなベリリア基板を用いた従来の
高周波半導体装置には次の様な問題がある。なお、高周
波高出力半導体装置にかぎらず、高集積化され発熱密度
の高いLSI、VLSIなどの高出力半導体装置におい
ても全く同様の問題がある。
高周波半導体装置には次の様な問題がある。なお、高周
波高出力半導体装置にかぎらず、高集積化され発熱密度
の高いLSI、VLSIなどの高出力半導体装置におい
ても全く同様の問題がある。
すなわち、ベリリアは優れた放熱性と電気絶縁性を有す
るものであるが、熱膨脹係数が7.5×10””/’C
で、半導体チップ例えばSiチップの熱膨脹係数3.5
〜4.0X10’−8/”Cと大きく異なっている。こ
のため、半導体チップをベリリア基板に直接v1.lシ
てハンダ付けにより基板に装着する場合には、半導体チ
ップが大型であるとへりリア基板と半導体チップとの熱
膨張の差が大きくなり、ハンダ付は時の熱応力により半
導体チップが破損する恐れがある。従って、大型の半導
体チップをベリリア基板に直接装着することができず、
半導体の高出力化を図る上で限界がある。
るものであるが、熱膨脹係数が7.5×10””/’C
で、半導体チップ例えばSiチップの熱膨脹係数3.5
〜4.0X10’−8/”Cと大きく異なっている。こ
のため、半導体チップをベリリア基板に直接v1.lシ
てハンダ付けにより基板に装着する場合には、半導体チ
ップが大型であるとへりリア基板と半導体チップとの熱
膨張の差が大きくなり、ハンダ付は時の熱応力により半
導体チップが破損する恐れがある。従って、大型の半導
体チップをベリリア基板に直接装着することができず、
半導体の高出力化を図る上で限界がある。
なお、半導体チップとベリリア基板との間にスペーサを
介在させて半導体チップに対する熱応力を緩和させる方
法もあるが、この場合には半導体チップの装着が非常に
面倒になる。また、ベリリア基板は高価で、且つ毒性を
有するので取扱に注意を要し作業が面倒であるため、用
途が限定されている。
介在させて半導体チップに対する熱応力を緩和させる方
法もあるが、この場合には半導体チップの装着が非常に
面倒になる。また、ベリリア基板は高価で、且つ毒性を
有するので取扱に注意を要し作業が面倒であるため、用
途が限定されている。
本発明は前記事情に基づいてなされたもので、大型の半
導体チップを基板に直接装着でき、且つリードを基板を
劣化させることなく接合することができる高い信頼性と
寿命を有する高出力および高周波用として最適な半導体
装置を安価に提供することを目的とする。
導体チップを基板に直接装着でき、且つリードを基板を
劣化させることなく接合することができる高い信頼性と
寿命を有する高出力および高周波用として最適な半導体
装置を安価に提供することを目的とする。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段と作用)前記目的を達成
するために本発明の半導体装置は、窒化アルミニウム基
板と、この窒化アルミニウム基板にろう付けにより接合
された金属リードとを具備することを特徴とするもので
ある。
するために本発明の半導体装置は、窒化アルミニウム基
板と、この窒化アルミニウム基板にろう付けにより接合
された金属リードとを具備することを特徴とするもので
ある。
(実施例)
本発明の半導体装置の実施例について説明する。
(1) 本発明を適用したピングリットアレイ(P、
G、A)タイプの半導体装置の構成の例を第1図および
第2図について説明する。
G、A)タイプの半導体装置の構成の例を第1図および
第2図について説明する。
図中1は窒化アルミニウムの焼結体からなる窒化アルミ
ニウム基板である。窒化アルミニウムは、電気絶縁性に
優れていることに加えて、熱伝導率が70〜260w/
mkと非常に大きく高い放熱性を有している。本発明の
半導体装置では、Y2033wt%を含む窒化アルミニ
ウム粉末をシート成形し、MO又はW導体を印刷の上、
積層し1750℃にて焼成して得られた高い熱伝導率を
有する窒化アルミニウム基板1を用いる。図中3は電気
入出力用ビン形をなすリードで、このリード3は熱膨脹
係数5.5〜8.5X10−8 /℃の材料から選ばれ
、Fe−Ni系合金例えば4270イ、コバールからな
るもの、あるいは熱膨脹係数4.0〜5.5x10−
’ /’Cの材料で、MOlWなどの金属からなるもの
を用いる。前者の材料は一般に使用されており安価であ
るが、熱膨脹係数が窒化アルミニウム基板1のそれに比
較して大きいのでより低温で接合が可能なAg−Cu−
Sn、Ag−Cu−In系ろう材を使用スることが必要
である。後者の材料は熱膨脹係数が窒化アルミニウム基
板1のそれと近似するので、リード3の接合面積が大き
い場合においても、前述のろう材おうおびAg−Cuろ
う材を用いてもろう付けによる熱応力を確実に緩和でき
る。リード材質とろう材のいずれかの組合わせで信頼性
の高い装置が実現できる。そしてリード3は窒化アルミ
ニウム基板1凹部を囲む表面の所定の位置に所定数並べ
て配置される。窒化アルミニウム基板1とリード3との
接合構造について補足説明する。
ニウム基板である。窒化アルミニウムは、電気絶縁性に
優れていることに加えて、熱伝導率が70〜260w/
mkと非常に大きく高い放熱性を有している。本発明の
半導体装置では、Y2033wt%を含む窒化アルミニ
ウム粉末をシート成形し、MO又はW導体を印刷の上、
積層し1750℃にて焼成して得られた高い熱伝導率を
有する窒化アルミニウム基板1を用いる。図中3は電気
入出力用ビン形をなすリードで、このリード3は熱膨脹
係数5.5〜8.5X10−8 /℃の材料から選ばれ
、Fe−Ni系合金例えば4270イ、コバールからな
るもの、あるいは熱膨脹係数4.0〜5.5x10−
’ /’Cの材料で、MOlWなどの金属からなるもの
を用いる。前者の材料は一般に使用されており安価であ
るが、熱膨脹係数が窒化アルミニウム基板1のそれに比
較して大きいのでより低温で接合が可能なAg−Cu−
Sn、Ag−Cu−In系ろう材を使用スることが必要
である。後者の材料は熱膨脹係数が窒化アルミニウム基
板1のそれと近似するので、リード3の接合面積が大き
い場合においても、前述のろう材おうおびAg−Cuろ
う材を用いてもろう付けによる熱応力を確実に緩和でき
る。リード材質とろう材のいずれかの組合わせで信頼性
の高い装置が実現できる。そしてリード3は窒化アルミ
ニウム基板1凹部を囲む表面の所定の位置に所定数並べ
て配置される。窒化アルミニウム基板1とリード3との
接合構造について補足説明する。
窒化アルミニウム基板1の表面にはMO又はWのメタラ
イズ層4が形成され、このメタライズ層4の上にはNi
めりき5を施す。このメタライズ層4.5は窒化アルミ
ニウム基板1の表面に形成する導体配線リード3接合部
および3iチップ2マウント部を構成する。またリード
3の表面にもNiめりき6を施し、ろう材7との濡れを
良好とする。リード材が4270イの場合には、接合部
r!1600〜630℃の低温ろうAg−CU−8n。
イズ層4が形成され、このメタライズ層4の上にはNi
めりき5を施す。このメタライズ層4.5は窒化アルミ
ニウム基板1の表面に形成する導体配線リード3接合部
および3iチップ2マウント部を構成する。またリード
3の表面にもNiめりき6を施し、ろう材7との濡れを
良好とする。リード材が4270イの場合には、接合部
r!1600〜630℃の低温ろうAg−CU−8n。
ACI−Cu−Inなどのろう材を使用する。リード材
がMOの場合には、接合温度790℃のAg−Cuろう
材および上記のAg−Cu−8n。
がMOの場合には、接合温度790℃のAg−Cuろう
材および上記のAg−Cu−8n。
Ag−Cu−In系ろう材のいずれを使用してもよい。
そして、このろう付けは中性または還元雰囲気中で60
0〜800℃の温度で行われる。リード接合強度はいず
れの場合にも、3に’j/ai以上のももが得られる。
0〜800℃の温度で行われる。リード接合強度はいず
れの場合にも、3に’j/ai以上のももが得られる。
窒化アルミニウム基板の熱膨脹係数は約4.5X10”
” /’Cである。窒化アルミニウム基板1の中央部に
形成した凹部には15X15#Imの大形5zLs1>
チップが載置され、この半導体チップ2はボンディング
ワイヤ2aで窒化アルミニウム基板1の表面に形成した
導体配線と電気的に接続される。このSiチップの熱膨
脹係数は約3.7x10− ’ /℃で、窒化アルミニ
ウム基板の熱膨脹係数と近似しており、ハンダ付けは熱
処理および信頼性テスト(熱衝撃試験)においても両者
に熱応力による破損は生じなかった。ベリリア基板の場
合には3iチップ7×7M以上でチップにクラックを生
じた。
” /’Cである。窒化アルミニウム基板1の中央部に
形成した凹部には15X15#Imの大形5zLs1>
チップが載置され、この半導体チップ2はボンディング
ワイヤ2aで窒化アルミニウム基板1の表面に形成した
導体配線と電気的に接続される。このSiチップの熱膨
脹係数は約3.7x10− ’ /℃で、窒化アルミニ
ウム基板の熱膨脹係数と近似しており、ハンダ付けは熱
処理および信頼性テスト(熱衝撃試験)においても両者
に熱応力による破損は生じなかった。ベリリア基板の場
合には3iチップ7×7M以上でチップにクラックを生
じた。
なお、窒化アルミニウム基板1の凹部は蓋材(図示せず
)で封止される。
)で封止される。
このように構成された半導体装置において、基板1を形
成する窒化アルミニウムは優れた電気絶縁性に加えて、
高い放熱性を有している。また、窒化アルミニウムの熱
膨脹係数は半導体チップ2具体的には3tチツプの熱膨
脹係数と近似している。このため、半導体チップ2を窒
化アルミニウム基板1にスペーサを介さず直接載置して
ハンダ付けして装着する場合に、半導体チップ2が大き
な熱応力を受けて破損することがない。半導体チップ2
が大きさの制限を受けることがない。従って、高出力の
大型の半導体チップ2を窒化アルミニウム基板1に直接
載置してハンダ付けにより装着することが可能となる。
成する窒化アルミニウムは優れた電気絶縁性に加えて、
高い放熱性を有している。また、窒化アルミニウムの熱
膨脹係数は半導体チップ2具体的には3tチツプの熱膨
脹係数と近似している。このため、半導体チップ2を窒
化アルミニウム基板1にスペーサを介さず直接載置して
ハンダ付けして装着する場合に、半導体チップ2が大き
な熱応力を受けて破損することがない。半導体チップ2
が大きさの制限を受けることがない。従って、高出力の
大型の半導体チップ2を窒化アルミニウム基板1に直接
載置してハンダ付けにより装着することが可能となる。
窒化アルミニウム基板を用いた半導体装置の信頼性が轟
く且つ耐久性も向上する。さらに窒化アルミニウム基板
1はベリリアに比して安価であり、且つ毒性がないので
取り扱いが容易である。
く且つ耐久性も向上する。さらに窒化アルミニウム基板
1はベリリアに比して安価であり、且つ毒性がないので
取り扱いが容易である。
(2)第3図および第4図は本発明を適用したオーバレ
イ・トランジスタ用の半導体装置の構成を示している。
イ・トランジスタ用の半導体装置の構成を示している。
図中11は窒化アルミニウム基板、12は窒化アルミニ
ウム基板11の表面に形成されたMoメタライズ層、1
3はMOメタライズ層12の表面に施されたNiめっき
層である。なお、Niめっきを施されたMOメタライズ
層12,13′″&1導体配線部とリード14,15,
16.のろう付は接合部および3iチツプ17のハンダ
接合部を構成している。これらリード14.15.ie
は4270イ、コバールなど熱膨脹係数5.5〜8.5
X10−”/’Cの材質からなる場合には、Ag−Cu
−Sn、Ag−Cu−In系ろう材18を用いて接合す
る。リード14.15.16が熱膨脹係数4.0〜5゜
5X10−”/’CのW、MOなどの場合には、Aa−
Cu、Ag−Cu−3n。
ウム基板11の表面に形成されたMoメタライズ層、1
3はMOメタライズ層12の表面に施されたNiめっき
層である。なお、Niめっきを施されたMOメタライズ
層12,13′″&1導体配線部とリード14,15,
16.のろう付は接合部および3iチツプ17のハンダ
接合部を構成している。これらリード14.15.ie
は4270イ、コバールなど熱膨脹係数5.5〜8.5
X10−”/’Cの材質からなる場合には、Ag−Cu
−Sn、Ag−Cu−In系ろう材18を用いて接合す
る。リード14.15.16が熱膨脹係数4.0〜5゜
5X10−”/’CのW、MOなどの場合には、Aa−
Cu、Ag−Cu−3n。
Ag−Cu−Inなどいずれのろう材18を用いて接合
してもよい。いずれもリードのろう付は接合強度は3
Ky / cd以上で高い。
してもよい。いずれもリードのろう付は接合強度は3
Ky / cd以上で高い。
なお、全体をAuめっきした窒化アルミニウム基板11
には半導体チップ17がAu−8tハンダで装着され、
ワイヤボレディングされケースに取付けられる。
には半導体チップ17がAu−8tハンダで装着され、
ワイヤボレディングされケースに取付けられる。
この構成の半導体装置においても前記した例の半導体装
置と同様の効果が得られる。
置と同様の効果が得られる。
[発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、窒化アルミニウム
基板を用いることにより、大型の半導体チップを直接基
板に装着することが可能となり、半導体の高出力化を達
成できる。また、リードはその材質に応じてろう材を選
択し、窒化アルミニウム基板に接合するので基板の破損
を防止して高信頼性および高寿命化を達成した汎用性を
有する高出力および高周波用の半導体装置を安価に得る
ことができる。
基板を用いることにより、大型の半導体チップを直接基
板に装着することが可能となり、半導体の高出力化を達
成できる。また、リードはその材質に応じてろう材を選
択し、窒化アルミニウム基板に接合するので基板の破損
を防止して高信頼性および高寿命化を達成した汎用性を
有する高出力および高周波用の半導体装置を安価に得る
ことができる。
第1図は本発明の半導体装置の一例を示す断面図、第2
図は第1図で示す半導体装置のリード接合部を拡大して
示す断面図、第3図は本発明の半導体装置の他の例を示
す平面図、第4図は同断面図である。 1・・・窒化アルミニウム基板、2・・・半導体チップ
、2a・・・ボンディングワイヤ、3・・・リード、4
・・・メタライズ層、5・・・Niメッキ、6・・・N
iメッキ、′7・・・ろう、11・・・窒化アルミニウ
ム基板、12・・・メタライズ層、13・・・Niメッ
キ、14.15゜16・・・リード、17・・・半導体
チップ、18・・・ろう。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図
図は第1図で示す半導体装置のリード接合部を拡大して
示す断面図、第3図は本発明の半導体装置の他の例を示
す平面図、第4図は同断面図である。 1・・・窒化アルミニウム基板、2・・・半導体チップ
、2a・・・ボンディングワイヤ、3・・・リード、4
・・・メタライズ層、5・・・Niメッキ、6・・・N
iメッキ、′7・・・ろう、11・・・窒化アルミニウ
ム基板、12・・・メタライズ層、13・・・Niメッ
キ、14.15゜16・・・リード、17・・・半導体
チップ、18・・・ろう。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図
Claims (3)
- (1)窒化アルミニウム基板と、この窒化アルミニウム
基板にろう付けにより接合された金属リードとを具備し
てなることを特徴とする半導体装置。 - (2)金属リードはMo、Wなどの熱膨脹係数が4.0
〜5.5×10^−^6−/℃の材料からなり、Ag−
Cu、Ag−Cu−Sn、Ag−Cu−In系ろう材に
て接合されたものである特許請求の範囲第1項記載の半
導体装置。 - (3)金属リードはFe−Ni、Fe−Ni−Co系合
金などの熱膨脹係数が5.5〜8.5×10^−^6/
℃の材料からなり、Ag−Cu−Sn、Ag−Cu−I
n系ろう材にて接合されたものである特許請求の範囲第
1項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7616687A JPS63244653A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7616687A JPS63244653A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63244653A true JPS63244653A (ja) | 1988-10-12 |
Family
ID=13597490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7616687A Pending JPS63244653A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63244653A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5264388A (en) * | 1988-05-16 | 1993-11-23 | Sumitomo Electric Industries, Inc. | Sintered body of aluminum nitride |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60178647A (ja) * | 1984-02-27 | 1985-09-12 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JPS6135539A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
1987
- 1987-03-31 JP JP7616687A patent/JPS63244653A/ja active Pending
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