WO2024024984A1 - パッケージ、半導体モジュール、およびパッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

パッケージ（５１）は、キャビティ（ＣＶ）を有しており、放熱板（１１）およびセラミック枠体（２１）を含む。放熱板（１１）は、金属を含有する第１の焼結材料からなり、前記キャビティに面するキャビティ面を含む主面（Ｐ２）と、前記主面（Ｐ２）と反対の放熱面（Ｐ１）と、前記放熱面（Ｐ１）と前記主面（Ｐ２）との間の側面（Ｐ４ｂ）と、を有している。セラミック枠体（２１）は、前記キャビティ（ＣＶ）を囲む内面（Ｐ３）と、前記内面（Ｐ３）と反対の外面（Ｐ４ａ）と、を有している。前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）および／または前記側面（Ｐ４ｂ）は、前記セラミック枠体（２１）に直接に接合された接合面を含む。

Description

パッケージ、半導体モジュール、およびパッケージの製造方法

　本発明は、パッケージ、半導体モジュール、およびパッケージの製造方法に関するものである。

　特開２０１５－２０４４２６号公報（特許文献１）はパッケージを開示している。このパッケージは、ヒートシンク板と、セラミック枠体とを有している。ヒートシンク板は、長方形状の金属板であり、その上面に搭載された電子部品から発生する熱を放散させるためのものである。セラミック枠体は、電子部品が載置される部位を囲繞するようにヒートシンク板に接合されている。当該接合は、ろう付けによって行われる。ろう付け温度は７８０℃程度である。セラミック枠体は、例えば、アルミナまたは窒化アルミニウムからなる。

　上記セラミック枠体は、額縁形状を有しており、上層シートと下層シートとの接合体によって構成されている。下層シート下面には、メタライズ膜およびめっき被膜が設けられている。下層シート下面上のめっき被膜と、ヒートシンク板とは、ろう材を介して接合されている。下層シートの内周端は、上層シートの内周端よりも、外周の方へずれて位置している。これにより、電子部品をセラミック枠体の上層シートの内周に近接させても、ろう材のフィレットを避けて電子部品を搭載することができる。

　上記ヒートシンク板は金属板である。この金属板としては、熱伝導率が高く、かつ、セラミック枠体とのろう付け時の線膨張係数差によるパッケージの反りを緩和できるものが選択される。例えば、複合金属板またはクラッド金属板が用いられる。複合金属板は、例えば、含侵法によって形成される。具体的には、ポーラス状の高融点金属板にＣｕを含浸させることによって形成される。タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）などの高融点金属の線膨張係数がセラミックの線膨張係数に近いことによって、ヒートシンク板の線膨張係数を、セラミック枠体の線膨張係数に近づけることができる。またＣｕが熱伝導性に優れるので、ヒートシンク板の放熱性能を高めることができる。

　ヒートシンク板の線膨張係数をセラミック枠体の線膨張係数に近づける必要がある場合、上記のように、複合金属板またはクラッド金属板が広く用いられている。なお線膨張係数の整合性が重要でない場合、単純な金属材料も広く用いられており、例えば純銅を用いることによって、熱伝導率を顕著に高めることができる。なお、半導体発光素子用のヒートシンク板（言い換えれば、放熱板または放熱基板）としては、下記のように、金属酸化物を含有するものも提案されている。

　特開２００９－８８２０５号公報（特許文献２）によれば、放熱基板は、金属酸化物を主成分とする素体と、素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを有している。複数の金属塊は、その厚み方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする。この特徴により、熱伝導率に異方性が発現することとなる。上記金属酸化物は、例えば、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２またはＺｒＯ_２である。ＺｎＯは白色であるので、半導体発光素子からの光を、より反射することができる。また、金属塊が銀または銀合金からなる場合、金属酸化物としてＺｎＯを用いることによって、放熱基板がしなりやすくなり、よって放熱基板を割れにくくすることができる。この放熱基板の製造方法は、薄片状金属粉および金属酸化物が分散されたスラリーを用意する工程と、スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することでグリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とを有している。

特開２０１５－２０４４２６号公報 特開２００９－８８２０５号公報

　パッケージの大きさには、通常、制限がある。そのような制限下で、上記特開２０１５－２０４４２６号公報の技術のように、下層シートの内周端を上層シートの内周端よりも外周の方へずらすには、下層シートの額縁形状の幅寸法（内周と外周との間の寸法）を小さくする必要がある。その結果、パッケージの封止信頼性または製造容易性が低くなりやすい。以上から、枠体の幅寸法（内周と外周との間の寸法）が過小となることを避けつつ、電子部品（典型的には半導体素子）を枠体に近接させて実装するための技術が求められる。

　本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、枠体の幅寸法が過小となることを避けつつ、半導体素子を枠体に近接させて実装することができる、パッケージ、半導体モジュール、およびパッケージの製造方法を提供することである。

　態様１は、キャビティ（ＣＶ）を有するパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、放熱板（１１，１５）と、セラミック枠体（２１～２６）とを備える。前記放熱板（１１，１５）は、金属を含有する第１の焼結材料からなり、前記キャビティ（ＣＶ）に面するキャビティ面（Ｐ２ａ）を含む主面（Ｐ２）と、前記主面（Ｐ２）と反対の放熱面（Ｐ１）と、前記放熱面（Ｐ１）と前記主面（Ｐ２）との間の側面（Ｐ４ｂ）と、を有している。前記セラミック枠体（２１～２６）は、前記キャビティ（ＣＶ）を囲む内面（Ｐ３）と、前記内面（Ｐ３）と反対の外面（Ｐ４ａ）と、を有する。前記放熱板（１１，１５）の前記主面（Ｐ２）および／または前記側面（Ｐ４ｂ）は、前記セラミック枠体（２１～２６）に直接に接合された接合面を含む。

　態様２は、態様１に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、前記第１の焼結材料は焼結金属材料である。

　態様３は、態様１または２に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、前記第１の焼結材料は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有している。

　態様４は、態様３に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、前記接合面の少なくとも一部の断面視において、前記接合面は、巨視的には直線に沿って延びており、微視的には前記放熱板（１１，１５）と前記セラミック枠体（２１～２６）との間で起伏を有する境界線をなしており、前記境界線は、前記銅からなる銅区間と、前記少なくとも１つの高融点金属からなる高融点金属区間と、を有しており、前記直線上への前記境界線の射影において前記高融点金属区間が占める割合は、前記放熱板（１１，１５）に占める前記少なくとも１つの高融点金属の体積比よりも大きい。

　態様５は、態様３または４に記載のパッケージ（５１～５６）であって、前記セラミック枠体（２１～２６）上の上面（Ｐ５）上に設けられ、前記放熱板（１１，１５）の前記第１の焼結材料に比して高い体積比で銅を含有する第２の焼結材料からなるメタライズ層（３１）をさらに備える。

　態様６は、態様１から５のいずれか１項に記載のパッケージであって、前記セラミック枠体（２１～２６）はＭｎを含有しており、Ｍｎの元素分布図において、前記セラミック枠体（２１～２６）は、前記接合面から前記セラミック枠体（２１～２６）内へ３μｍ以内の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲の層部分と、前記接合面から前記セラミック枠体（２１～２６）内へ６μｍ以上９μｍ以下の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲のバルク部分と、を含み、Ｍｎ元素の濃度は、前記バルク部分よりも前記層部分の方が高い。

　態様７は、態様１から５のいずれか１項に記載のパッケージであって、前記セラミック枠体（２１～２６）はＭｎを含有しており、前記セラミック枠体（２１～２６）は、前記接合面から深さ３μｍ以内に位置する層部分と、前記層部分によって前記接合面から隔てられたバルク部分と、を含み、前記接合面から前記セラミック枠体（２１～２６）内への深さに対するＭｎ濃度プロファイルは、前記層部分内に位置する最大ピークを含む。

　態様８は、態様７に記載のパッケージであって、前記深さに対する前記Ｍｎ濃度プロファイルにおいて、前記最大ピークは、前記バルク部分の代表値の１５０％以上である。

　態様９は、態様１から８のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、前記放熱板（１１）の前記接合面（Ｐ２ｂ）は銀を含有していない。

　態様１０は、態様１から９のいずれか１項に記載のパッケージ（５１，５３）であって、前記放熱板（１１）の前記側面（Ｐ４ｂ）は、前記セラミック枠体（２１，２３）の前記外面（Ｐ４ａ）に平らにつながった側面（Ｐ４ｂ）を有している。

　態様１１は、態様１から１０のいずれか１項に記載のパッケージ（５１ｑ，５１ｒ）であって、前記放熱板の前記主面（Ｐ２）と、前記セラミック枠体（２１～２６）の前記外面とが鋭角を有している。

　態様１２は、態様１から１１のいずれか１項に記載のパッケージ（５１ｒ）であって、前記セラミック枠体（２１）は、前記セラミック枠体（２１）によって前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）から隔てられ、前記外面（Ｐ４ａ）につながる上面（Ｐ５）を有しており、前記セラミック枠体（２１）の前記上面（Ｐ５）と、前記セラミック枠体（２１）の前記外面（Ｐ４ａ）とがなす角部（ＡＰ）は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率半径を有している。

　態様１３は、態様１から１２のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）であって、前記セラミック枠体（２１～２６）上の上面（Ｐ５）上に設けられた金属端子（３０）をさらに備える。

　態様１４は、態様１から１３のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）と、前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）の前記キャビティ面（Ｐ２ａ）上に実装された半導体素子（８）と、を備える半導体モジュール（９０）である。前記半導体素子（８）と、前記セラミック枠体（２１）の前記内面（Ｐ３）との間の距離は２５μｍ以下である。

　態様１５は、キャビティ（ＣＶ）を有するパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）の製造方法であって、焼成されることによって放熱板（１１，１５）とされることになる第１のグリーン部材（１１Ｇ）と、焼成されることによってセラミック枠体（２１～２６）とされることになる第２のグリーン部材（２１Ｇ）と、が組み合わされたグリーン構造体（ＳＧ）を形成する工程と、前記グリーン構造体（ＳＧ）を焼成する工程と、を備える。

　態様１６は、態様１５に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）の製造方法であって、前記グリーン構造体（ＳＧ）を形成する工程は前記第２のグリーン部材（２１Ｇ）を形成する工程を含み、前記第２のグリーン部材（２１Ｇ）を形成する工程は、前記第２のグリーン部材（２１Ｇ）の少なくとも一部となるグリーンシートから、前記キャビティ（ＣＶ）に対応する部分を除去する工程を含む。

　態様１７は、態様１５または１６に記載のパッケージ（５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ）の製造方法であって、前記第１のグリーン部材（１１Ｇ）は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第１の金属粉末を用いて形成される。前記グリーン構造体（ＳＧ）は、焼成されることによって前記セラミック枠体（２１～２６）上の上面（Ｐ５）上のメタライズ層（３１）とされることになる追加層（３１Ｇ）を含み、前記追加層（３１Ｇ）は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第２の金属粉末を用いて形成される。前記第２の金属粉末は、前記第１の金属粉末に比して高い体積比で銅を含有している。

　なお上記各態様における括弧をした符号の記載は、上記各態様の記載内容を理解するための補助的なものであり、上記各態様を限定するものではない。

　上記態様によれば、セラミック枠体と放熱板とが直接に接合される。これにより、セラミック枠体と放熱板との接合に、ろう材を必要としない。よって、キャビティ内へ流れ込んだろう材が半導体素子の実装の妨げとなることが避けられる。よって、半導体素子をセラミック枠体に近接させて実装することができる。

　この発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を、キャビティ内部が見えるようにその一部の図示を省略して示す概略斜視図である。 図１の半導体モジュールの線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。 図２の半導体モジュールの部品としてのパッケージの構成を示す概略断面図である。 図３のパッケージの製造方法を概略的に示すフロー図である。 図３のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。 図３のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。 図３のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。 図３のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。 比較例のパッケージの構成を示す概略断面図である。 図９のパッケージを用いた半導体モジュールの構成を示す概略断面図である。 放熱板の側面とセラミック枠体の外面とが平らにつながっている第１の例を示す概略部分断面図である。 放熱板の側面とセラミック枠体の外面とが平らにつながっている第２の例を示す概略部分断面図である。 放熱板の側面とセラミック枠体の外面とが平らにつながっている第３の例を示す概略部分断面図である。 図１１の第１の変形例のパッケージを示す概略部分断面図である。 図１１の第２の変形例のパッケージを示す概略部分断面図である。 放熱板とセラミック枠体との接合強度試験の様子を示す概略部分断面図である。 実施の形態１に係るパッケージが有する放熱板およびセラミック枠体の構成を示す概略断面図である。 実施の形態２に係るパッケージの構成を、図１７と同様の視野で示す概略断面図である。 実施の形態３に係るパッケージの構成を、図１７と同様の視野で示す概略断面図である。 実施の形態４に係るパッケージの構成を、図１７と同様の視野で示す概略断面図である。 実施の形態５に係るパッケージの構成を、図１７と同様の視野で示す概略断面図である。 実施の形態６に係るパッケージの構成を、図１７と同様の視野で示す概略断面図である。 実施の形態１における放熱板とセラミック枠体との接合面の一部の断面視を示す電子顕微鏡写真である。 接合面の少なくとも一部の断面視において、接合面が、巨視的には直線に沿って延びており、微視的には放熱板とセラミック枠体との間で起伏を有する境界線をなしているところ、当該直線状への境界線の射影を示す図である。 放熱板およびセラミック枠体の接合面近傍でのＣｕ元素分布（上段）を、当該分布図の視野に対応する電子顕微鏡写真（上段）と共に示す図である。 放熱板およびセラミック枠体の接合面近傍でのＷ元素分布（上段）を、当該分布図の視野に対応する電子顕微鏡写真（上段）と共に示す図である。 放熱板およびセラミック枠体の接合面近傍でのＭｎ元素分布（上段）を、当該分布図の視野に対応する電子顕微鏡写真（上段）と共に示す図である。 図２７の下段に示されたＭｎの元素分布に関して、層部分およびバルク部分を示した図である。 Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域を長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。 Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域を長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。 Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域を長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。 Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域を長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。 Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域を長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお本明細書において、金属は、特段の記載がない限り、純金属および合金のいずれをも意味し得る。また「グリーン」の文言は、焼成前の状態を意味する。よって、「グリーン」の文言が付されている部材は、焼成されることになるが、未だ焼成されていない。

　＜実施の形態１＞
　図１は、本実施の形態１に係る半導体モジュール９０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の半導体モジュール９０の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。半導体モジュール９０は、パッケージ５１および半導体素子８を有している。また半導体モジュール９０は、半導体素子８の配線部材としてのワイヤ９を有していてよい。また半導体モジュール９０は、キャビティＣＶを封止するための蓋体８０を有していてよい。蓋体８０はパッケージ５１へ接着層７０によって取り付けられていてよい。なお図１においては、パッケージ５１が有するキャビティＣＶの内部が部分的に見えるように、蓋体８０および接着層７０の図示が部分的に省略されている。

　半導体素子８はパワー半導体素子であってよく、この場合、半導体モジュール９０はパワーモジュールである。パワー半導体素子は高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用であってよく、この場合、半導体モジュール９０はＲＦパワーモジュールである。なお、図１および図２においては１つの半導体素子８が図示されているが、パッケージ５１へは複数の半導体素子８が実装されていてよい。また半導体素子８以外の素子、例えば受動素子、も実装されていてよい。

　図３は、半導体モジュール９０（図２）の部品としてのパッケージ５１の構成を示す概略断面図である。半導体モジュール９０の製造のためにパッケージ５１が準備された時点では、図３に示されているように、半導体素子８は未だ実装されていなくてよい。パッケージ５１は、蓋体８０によって封止されることになるキャビティＣＶを有している。パッケージ５１は放熱板１１とセラミック枠体２１とを有している。

　放熱板１１は、金属を含有する第１の焼結材料からなる。例えば、第１の焼結材料は銅（Ｃｕ）および高融点金属を含有している。高融点金属は、Ｃｕよりも高い融点を有している。高融点金属は、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくともいずれかであってよい。よって、第１の焼結材料は、Ｃｕと、ＷおよびＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有していてよい。以下の説明においては、主に、高融点金属がＷである場合を例として説明するが、Ｗの代わりに、またはＷと共に、Ｍｏが用いられてよい。第１の焼結材料は、非金属を含有している必要はない。言い換えれば、第１の焼結材料は焼結金属材料であってよい。言い換えれば、第１の焼結材料は、実質的に金属からなる焼結材料であってよい。焼結金属材料は、ＣｕおよびＷを含有していてよく、例えば、ＣｕおよびＷの合金、すなわち銅タングステン合金であってよい。変形例として、第１の焼結材料は非金属も含有していてよい。非金属は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２またはＺｒＯ_２などのセラミックであってよい。

　放熱板１１の放熱性能を高めるためには、放熱板１１の材料は、大きな熱伝導率を有していることが好ましい。このように高い熱伝導率は、放熱板１１が十分な比率でＣｕを含有することによって容易に得られる。一方、放熱板１１が十分な比率でＷを含有することによって、放熱板１１の線膨張係数を、アルミナなどのセラミックの線膨張係数に近づけることができる。線膨張係数のこの近似性は、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の熱応力の抑制に有用である。

　放熱板１１は、放熱面Ｐ１と、放熱面Ｐ１と反対の主面Ｐ２とを有している。放熱板１１の放熱面Ｐ１は、典型的には、支持部材（図示せず）に取り付けられることになる。支持部材は、例えば、実装ボードまたは放熱部材である。放熱板１１は、支持部材への取り付けのための固定具（例えば、ねじ）が通る貫通部（図示せず）を有していてよい。

　セラミック枠体２１は、セラミックからなる枠体である。パッケージ５１の枠体としてセラミック枠体２１を用いることによって、パッケージ５１の耐熱性および絶縁性を高めることができる。セラミック枠体２１の材料は、主成分としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を含有してよく、またセラミック枠体２１の焼結を促進するために微量のシリカ（ＳｉＯ_２）を含有してよく、また、Ｍｎ元素を含む添加剤を含有してよい。また他の成分が含有されてもよい。セラミック枠体２１の材料としての原料粉末は、例えば、主成分としての５０重量％以上のＡｌ_２Ｏ_３粉末と、ＳｉＯ_２換算で５～１７重量％に対応するＳｉ元素含有粉末と、ＭｎＯ換算で３～１４重量％に対応するＭｎ元素含有粉末と、の混合粉末であってよい。当該混合粉末が用いられる場合の焼成温度は、例えば、１１５０～１３００℃である。

　セラミック枠体２１は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。セラミック枠体２１は、キャビティＣＶを囲む内面Ｐ３と、内面Ｐ３と反対の外面Ｐ４ａとを有している。放熱板１１は、放熱面Ｐ１と主面Ｐ２との間に側面Ｐ４ｂを有している。側面Ｐ４ｂは、詳しくは図１１～図１３を参照して説明するが、セラミック枠体２１の外面Ｐ４ａに平らにつながっていてよい。セラミック枠体２１の外縁は、厚み方向に垂直な面内方向において、図１に示されているように矩形形状を有していてよい。矩形形状の各辺の大きさは、例えば、４ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。セラミック枠体２１の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。

　放熱板１１の主面Ｐ２は、キャビティＣＶに面するキャビティ面Ｐ２ａと、セラミック枠体２１に直接に接合された接合面Ｐ２ｂとを含む。よって、セラミック枠体２１と放熱板１１とは、互いに直接に接合されている。従ってこれらの接合に銀（Ａｇ）ろう材は用いられていない。よって放熱板１１の接合面Ｐ２ｂは、Ａｇを含有している必要がない。

　本発明者は、セラミック枠体２１と放熱板１１とが互いに十分な強度で接合されていることを確認した。さらに、セラミック枠体２１と放熱板１１とが互いに直接に接合されていることを、光学顕微鏡観察によって確認した。本明細書における「直接に接合され」との表現は、接合部において、放熱板１１およびセラミック枠体２１から由来する成分以外の成分が検出されないことを意味する。例えば、放熱板１１がＣｕを含有し、かつセラミック枠体２１がシリカおよび／またはＭｎを含有する場合、本発明者の推測では、後述する焼成工程において、溶融Ｃｕと、シリカおよび／またはＭｎとが反応することによって、上述した極めて薄い反応層が形成されているかもしれない。なお接合部の成分は、例えば、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって検証することができる。ＥＤＸは、ＥＤＸ用の分光器が装備された電子顕微鏡によって行うことができる。

　パッケージ５１はリードフレーム３０（金属端子）を有していてよい。リードフレーム３０は、セラミック枠体２１上の上面Ｐ５上に設けられており、セラミック枠体２１によって放熱板１１から隔てられている。なお、上面Ｐ５は平坦面であってよい。リードフレーム３０は、キャビティＣＶの内部と外部とをつなぐ電気的経路を構成する。リードフレーム３０とセラミック枠体２１との間には、両者を互いに接合するための接合材（図示せず）が設けられていてよい。この接合材は、例えば、Ａｇシンター接合によって形成されてよく、その場合、上記接合材は、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂）とＡｇ粒子との混合物である。また、この接合材に銀ろうが用いられてもよい。この場合、通常は、セラミック枠体２１上の上面Ｐ５上に銀ろう用のメタライズ層３１が予め形成される。メタライズ層３１の形成方法の一例としては、まず、セラミック枠体２１および放熱板１１を形成するための（詳しくは後述される）焼成工程の前に、セラミック枠体２１となるグリーンシート上に、メタライズ層３１となるペーストが印刷される。具体的には、まずＷ、ＭｏおよびＣｕの少なくともいずれか１つの金属粉末と、添加材、樹脂、溶剤などとを配合し、さらに必要に応じてセラミック粉末を添加し、混錬することにより、ペーストが作製される。このペーストが、前工程で準備されたグリーンシートに、例えばスクリーン印刷により印刷される。この印刷後、グリーンシートが、例えば温度１１０℃および時間５分間の条件で、乾燥される。あるいは、このメタライズ層３１は、セラミック枠体２１および放熱板１１を形成するための（詳しくは後述される）焼成工程の前に、セラミック枠体２１となるグリーンシート上に、金属を含有するグリーンシートを積層することによって、形成されてよい。

　メタライズ層３１は、放熱板１１の前述した第１の焼結材料に比して、高い体積比でＣｕを含有する第２の焼結材料からなっていてよい。その場合、メタライズ層３１の線膨張係数が放熱板１１の線膨張係数よりも高くなる。メタライズ層３１の厚みが放熱板１１の厚みよりも通常は小さいことを勘案すると、メタライズ層３１と放熱板１１との間にセラミック枠体２１が配置されている構成において、上述した線膨張係数の関係を有することによって、パッケージ５１における熱応力のバランスを取りやすくなる。よって、温度変化下でのパッケージ５１の反りを抑制することができる。メタライズ層３１の厚みは５μｍ以上２００μｍ以下であることが望ましい。厚みが５μｍ以上であると、熱応力の上記バランスを取りやすくなるので、パッケージ５１の反りを抑制する効果を、より十分に得ることができる。さらに、導電層としての機能を十分に得ることができる。厚みが２００μｍ以下であると、メタライズ層３１の剥離を発生しにくくすることができる。

　蓋体８０（図１および図２）は、セラミック材料からなっていてよく、このセラミック材料は主成分としてアルミナを含んでいてよく、例えば、実質的にアルミナである。あるいは、蓋体８０は樹脂を含んでいてよい。樹脂は、例えば、液晶ポリマーである。なお当該樹脂中に無機フィラーが分散されていてもよく、無機フィラーは、例えばシリカ粒である。樹脂中に無機フィラーが分散されていることによって、蓋体８０の強度および耐久性を高めることができる。

　半導体素子８（図２）は、パッケージ５１の放熱板１１の主面Ｐ２のキャビティ面Ｐ２ａ（図３）上に実装されることになる。実装された半導体素子８と、セラミック枠体２１の内面Ｐ３との間の距離Ｌ１（図２）は、２５μｍ以下であってよい。距離Ｌ１はゼロであってもよい。言い換えれば、半導体素子８とセラミック枠体２１の内面Ｐ３とは接触していてもよい。

　半導体素子８の実装は、例えば、はんだ材（図示せず）を用いて行われてよい。半導体素子８の実装後、半導体素子８をリードフレーム３０へ電気的に接続するために、ワイヤ９（図２）が形成されてよい。この形成はワイヤボンディングによって行われてよい。続いてパッケージ５１へ蓋体８０が取り付けられてよい。この取り付けは、接着層７０を用いて行われてよい。接着層７０は熱硬化性樹脂であってよい。接着層７０は、セラミック枠体２１上に、キャビティＣＶを囲むように設けられる。接着層７０は、図２に示されているように、セラミック枠体２１上にリードフレーム３０を介して設けられる部分を有していてよい。接着層７０の、蓋体８０とパッケージ５１との間での厚みは、例えば、１００μｍ以上３６０μｍ以下である。

　図４は、パッケージ５１（図３）の製造方法を概略的に示すフロー図である。図５～図８は、当該製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。

　ステップＳＴ１１およびＳＴ１２（図４）のそれぞれにて、少なくとも１つの第１のグリーンシート（第１のグリーン構造体）１１Ｇ（図５）および少なくとも１つの第２のグリーンシート（第２のグリーン構造体）２１Ｇ（図５）が形成される。第１のグリーンシート１１Ｇ（図５）は、焼成されることによって放熱板１１（図３）とされることになるグリーンシートである。第２のグリーンシート２１Ｇ（図５）は、焼成されることによってセラミック枠体２１（図３）とされることになるグリーンシートである。

　グリーンシートを形成するためには、まずスラリーが準備される。スラリーは、焼結体の成分となる粉末を、樹脂、可塑剤および溶剤などとボールミルによって混合することによって得られる。セラミック枠体２１を形成するためのスラリー用の上記粉末は、例えば、主成分のＡｌ_２Ｏ_３粉末および焼結助剤のＳｉＯ_２粉末などである。放熱板１１となる第１のグリーンシート１１Ｇを形成するためのスラリー用の上記粉末は、Ｃｕ粉末およびＷ粉末などである。具体的には、第１のグリーンシート１１Ｇを形成する工程は、Ｃｕと、ＷおよびＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第１の金属粉末を用いて行われてよい。第１の金属粉末は、Ｃｕを含有する粉末と、高融点金属を含有する粉末と、の混合粉末であってよい。Ｃｕを含有する粉末は、Ｃｕ粉末であってよい。スラリーはドクターブレード法によりグリーンシートに加工される。グリーンシートの平面形状は、目的とする部品の形状に応じて決定される。放熱板１１を形成するための第１のグリーンシート１１Ｇの平面形状は、通常、略矩形形状とされる。セラミック枠体２１を形成するための第２のグリーンシート２１Ｇの平面形状は、キャビティＣＶ（図３）に対応する部分が除去された枠状形状とされる。具体的には、第２のグリーンシート２１Ｇは、ドクターブレード法によって単純なシートとして形成された後、キャビティＣＶに対応する部分が除去される。

　ステップＳＴ１４にて、焼成されることによってセラミック枠体２１上の上面Ｐ５上のメタライズ層３１とされることになる追加層３１Ｇが、第２のグリーンシート２１Ｇ上に形成される。この形成は、Ｃｕと、ＷおよびＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第２の金属粉末を用いて行われてよい。第２の金属粉末は、前述した第１の金属粉末に比して、高い体積比でＣｕを含有していてよい。

　次に、ステップＳＴ２０（図４）にて、図５における矢印で示されているように、第１のグリーンシート１１Ｇ上に第２のグリーンシート２１Ｇが積層される。これにより、第１のグリーンシート１１Ｇと、第２のグリーンシート２１Ｇと、が組み合わされた積層体（グリーン構造体）ＳＧ（図６）が形成される。次に、後述するブレイクが行われることになる位置において、刃先ＣＴによる機械加工、またはレーザ加工装置（図示せず）によるレーザ加工を用いて、第１のグリーンシート１１Ｇおよび第２のグリーンシート２１Ｇの各々の表面にトレンチ（図示せず）が形成されてよい。

　ステップＳＴ３０（図４）にて、積層体ＳＧ（図６）が焼成される。これにより、積層体ＳＧが焼成体ＳＦ（図７）へと変化する。焼成温度は、例えば、１１００℃以上１４００℃である。焼成温度が１１００℃以上であることによって、積層体ＳＧをＣｕの融点より高い温度へ加熱することができる。これにより、Ｃｕを含有する放熱板１１を高品質で形成することができる。一方、焼成温度が１４００℃以下であることによって、焼成温度が過度に高いことに起因しての工程上の困難を避けることができる。

　次に、前述したトレンチを起点としてのブレイク工程が、破線ＢＲ（図７）に示すように行われる。その結果、焼成体ＳＦが複数の部分へと分割される（図８）。これにより、複数のパッケージ５１（図３）に対応する複数の焼成体ＳＦが得られる。

　次に、焼成体ＳＦへ、リードフレーム３０（図３）が取り付けられる。これにより、パッケージ５１（図３）が得られる。

　なお上記製造方法において、焼成工程後の適当なタイミングで、めっき処理が行われてよい。また上記製造方法は、前述したように一例であり、様々な変形例が適用され得る。例えば、焼成体ＳＦに対してブレイク工程が行われる代わりに、焼成前の積層体ＳＧに対して切断処理が行われてもよい。また、半導体素子８（図２）の実装は、上記製造方法によればブレイク工程後のタイミングで行われることになるが、当該タイミングに代わって、焼成工程後かつブレイク工程の前のタイミングで行われてもよい。

　図９は、比較例のパッケージ５９の構成を示す概略断面図である。図１０は、パッケージ５９を用いた、比較例の半導体モジュール９９の構成を示す概略断面図である。パッケージ５９は、放熱板１１およびセラミック枠体２１（図３：本実施の形態１）に代わって、放熱板１９および枠体２９を有している。放熱板１９の材料は、典型的には、含侵法によって形成された銅タングステン合金、または、銅と銅モリブデン合金との積層構造を有するクラッド材である。枠体２９は、セラミック材料からなり、これは典型的にはアルミナである。

　枠体２９は放熱板１９へ、ろう材３６によって接合されている。ろう材３６は、その形成時には流動性を有しており、図９に示されているように、枠体２９の内周面（キャビティＣＶに面する面）よりも内側へと流れ込む。ろう材３６のうちキャビティＣＶ内へ流れ込んだ部分は、図１０に示されているように、キャビティＣＶの縁においてフィレット３６ｆを形成する。流れ込む距離、言い換えればフィレット３６ｆの幅寸法は、２５μｍよりも大きくなりやすい。よって、フィレット３６ｆと半導体素子８とが互いに干渉する可能性を十分低くするためには、半導体素子８と枠体２９の内面との間の距離Ｌ９（図１０）を、２５μｍよりも大きくする必要がある。このように半導体素子８と枠体２９との間に大きな間隔を空けなければならない結果、キャビティＣＶ中の実装面積（半導体素子８を実装することができる領域の面積）が小さくなってしまう。また、ワイヤ９の長さが大きくなり、このことは通常、インダクタンスの意図しない増加のような、電気的特性の悪化につながる。

　ろう材３６としては、典型的には、Ａｇろう材が用いられる。ろう材３６がＡｇを含有する場合において、放熱板１９の電位を基準としてリードフレーム３０に負電位が長期間印加されると、矢印ＭＧ（図１０）に示すようにＡｇマイグレーションが発生しやすい。このＡｇマイグレーションによって、放熱板１９とリードフレーム３０との間の電気的絶縁性が不十分となることがある。

　また、ろう材３６が形成される際には、溶融したろう材３６の濡れ性が確保されている必要がある。その目的で、セラミック材料からなる枠体２９の、ろう材３６に面する表面には、溶融したろう材３６に対して高い濡れ性を有するめっき層を形成しておく必要がある。また、このめっき層を形成する準備として、通常、枠体２９に、ろう材３６用のメタライズ層（図示せず）を形成する必要がある。

　本実施の形態１によれば、セラミック枠体２１と放熱板１１とが直接に接合される。これにより、セラミック枠体２１と放熱板１１との接合に、ろう材３６（図１０：比較例）を必要としない。よって、キャビティＣＶ内へ流れ込んだろう材３６が半導体素子８の実装の妨げとなることが避けられる。よって、半導体素子８とセラミック枠体２１の内面Ｐ３との間の距離Ｌ１（図２）を小さくすることができ、例えば２５μｍ以下とすることができる。言い換えれば、半導体素子８をセラミック枠体２１に近接させて実装することができる。よって、キャビティＣＶ中の実装面積を、より大きくすることができる。またワイヤ９の長さが小さくなり、これは通常、電気的特性の良化につながる。また、ろう材３６（図１０：比較例）を用いる必要がないので、ろう材が含有しているＡｇのマイグレーション現象が放熱板１１とリードフレーム３０との間で発生することを避けることができる。また、ろう材３６の濡れ性を確保するための層（典型的には、ろう材３６用の、前述しためっき層およびメタライズ層（図示せず））を必要としない。

　放熱板１１（図２）は、セラミック枠体２１の外面Ｐ４ａに平らにつながった側面Ｐ４ｂを有していてよい。ここで、図１１～図１３を参照して、放熱板１１の側面Ｐ４ｂがセラミック枠体２１の外面Ｐ４ａに平らにつながっている３つの例について、以下に説明する。

　図１１に例示されたパッケージ５１においては、外面Ｐ４ａの端（図中、下端）と、側面Ｐ４ｂの端（図中、上端）と、が共通の位置にあり、この位置は、主面Ｐ２の端（図中、右端）の位置とも共通である。図１２に例示されたパッケージ５１ａにおいては、外面Ｐ４ａの端（図中、下端）と、側面Ｐ４ｂの端（図中、上端）と、が実質的に共通の位置にあるものの、厳密にいえば、側面Ｐ４ｂが外面Ｐ４ａから寸法Ｅ１ほど突出しており、この寸法Ｅ１は０．１ｍｍ以下である。図１３に例示されたパッケージ５１ｂにおいては、外面Ｐ４ａの端（図中、下端）と、側面Ｐ４ｂの端（図中、上端）と、が実質的に共通の位置にあるものの、厳密にいえば、外面Ｐ４ａが側面Ｐ４ｂから寸法Ｅ２ほど突出しており、この寸法Ｅ２は０．１ｍｍ以下である。

　これらパッケージ５１，５１ａ，５１ｂ（図１１～図１３）によれば、主面Ｐ２の端部近傍における、放熱板１１とセラミック枠体２１との位置ずれに起因しての応力集中を、抑制することができる。これにより、放熱板１１とセラミック枠体２１との間での剥離が主面Ｐ２の端部近傍を起点として発生することが防止される。

　なお、外面Ｐ４ａの端（図１１～図１３の各々における下端）における外面Ｐ４ａの向き（言い換えれば法線ベクトルの向き）と、側面Ｐ４ｂの端（図１１～図１３の各々における上端）における側面Ｐ４ｂの向き（言い換えれば法線ベクトルの向き）と、は互いに共通であってよい。当該法線ベクトルは、図１１～図１３に示された例においては厚み方向に垂直であるが、これに限定されるものではなく、厚み方向に交差していればよい。

　側面Ｐ４ｂの一部はブレイク工程（図８）における破断面であってよい。この場合、外面Ｐ４ａと側面Ｐ４ｂとの間の箇所がパッケージ５１の破壊の起点となることを避けつつ、実装面積（半導体素子８などを実装可能な領域の面積）を確保しやすい。側面Ｐ４ｂが外面Ｐ４ａに平らにつながっていない典型的な形態としては、外面Ｐ４ａが側面Ｐ４ｂから外側に実質的にはみ出している形態（具体的には、図１３において寸法Ｅ２＞０．１ｍｍである形態）、または、外面Ｐ４ａが側面Ｐ４ｂの実質的に内側に位置している形態（具体的には、図１２において寸法Ｅ１＞０．１ｍｍである形態）がある。前者の形態においては、はみ出した部分が破壊の起点となる恐れがある。後者の形態においては、セラミック枠体２１の外縁が内側に寄るので、セラミック枠体２１の幅が所定の寸法に維持される必要がある限り、セラミック枠体２１の内縁も内側に寄り、その結果、実装面積が小さくなる。

　図１４は、パッケージ５１（図１１）の第１の変形例のパッケージ５１ｑを示す概略部分断面図である。パッケージ５１ｑにおいては、放熱板１１の主面Ｐ２と、セラミック枠体２１の外面Ｐ４ａとが有する角度ＤＧ１は、鋭角であり、好ましくは８０°以上８９°以下であり、より好ましくは８０°以上８５°以下である。セラミック枠体２１は、セラミック枠体２１によって放熱板１１の主面Ｐ２から隔てられ、外面Ｐ４ａにつながる上面Ｐ５を有していてよい。上面Ｐ５は主面Ｐ２におおよそ平行な面である。上面Ｐ５と外面Ｐ４ａとが有する角度ＤＧ２は、角度ＤＧ１が鋭角であることに対応して、鈍角を有していてよく、好ましくは９１°以上１００°以下であり、より好ましくは９５°以上１００°以下である。なお、外面Ｐ４ａの端（図１４における下端）における外面Ｐ４ａの向き（言い換えれば法線ベクトルの向き）と、側面Ｐ４ｂの端（図１４における上端）における側面Ｐ４ｂの向き（言い換えれば法線ベクトルの向き）と、は互いにおおよそ共通であってよい。その場合、角度ＤＧ１が鋭角であることに対応して、放熱板１１の主面Ｐ２と、放熱板１１の側面Ｐ４ｂとが有する角度ＤＧ０は、鈍角であり、好ましくは９１°以上１００°以下であり、より好ましくは９５°以上１００°以下である。

　なお、外面Ｐ４ａと上面Ｐ５とがなす角部ＡＰ（図１５参照）が丸められている場合は、角度ＤＧ２は、図１４におけるセラミック枠体２１の外面Ｐ４ａの下端（言い換えれば、実質的に主面Ｐ２の端に一致する端）での外面Ｐ４ａの接平面と、上面Ｐ５とがなす角度としてよい。

　角度ＤＧ１が鋭角であることによって、上面Ｐ５の端が内側（図１４における左側）に引き下がる。これにより、セラミック枠体２１の上面Ｐ５の端へ外部から衝撃が加わりにくくなる。よって、衝撃によってセラミック枠体２１が欠けることが防止される。一方で、角度ＤＧ１が過度に小さくはないことによって、放熱板１１およびセラミック枠体２１を同時焼成によって形成する際にこれらが互いに剥離することが防止される。

　図１５は、パッケージ５１（図１１）の第２の変形例のパッケージ５１ｒを示す概略部分断面図である。本変形例においては、上面Ｐ５と外面Ｐ４ａとがなす角部ＡＰが丸められている。これにより、衝撃によってセラミック枠体２１の角部ＡＰが欠けることが防止される。具体的には、角部ＡＰは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率半径を有している。曲率半径が０．１ｍｍ以上であると、角部ＡＰが欠けることを防止する効果が十分に得られる。曲率半径が０．５ｍｍ以下であると、角部ＡＰが丸められていることに起因して上面Ｐ５の面積が過度に減少することが避けられる。これにより、リードフレーム３０（図３）の接合面積を十分に確保することによって、リードフレーム３０を高い強度で接合することができる。なお角度ＤＧ１は、図１４を参照して前述した角度範囲にあることが好ましいが、それに限定されるものではない。

　図１６は、放熱板１１とセラミック枠体２１との接合強度試験の様子を示す概略部分断面図である。なお試験においては、作業の便宜上、図１６に示されているような、放熱板１１およびセラミック枠体２１の各々が面内方向において同一形状を有する単純な積層体を、試料として用いた。積層体の固定は、積層体をＬ字状の下治具１００の角部に配置することによって行った。また接合強度の試験装置としては、島津製作所（ＳＨＩＭＡＤＺＵ　ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）製のオートグラフ（登録商標）「ＡＧ－Ｘ　ｐｌｕｓ」を使用した。

　放熱板１１の粉末原料は、平均粒径５μｍのＣｕ粉末と、平均粒径３μｍのＷ粉末と、の混合粉末を用いた、Ｃｕ粉末とＷ粉末との比率は、焼成後のＣｕとＷとの体積比が５０／５０となるように（言い換えれば等しくなるように）調整された。セラミック枠体２１の粉末原料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、およびＭｎＯ_２の粉体を用いた。放熱板１１およびセラミック枠体２１の同時焼成工程は、最大温度１２５０℃を２時間維持することによって行われた。

　接合強度試験は、１０００Ｎの横押し荷重ＬＤ（図１６）を印加することによって行われた。この横押し荷重ＬＤの印加によっても、放熱板１１とセラミック枠体２１とは互いに剥離しなかった。この横押し荷重ＬＤは、接合面における１２Ｎ／ｍｍ^２（１．２ｋｇｆ／ｍｍ^２）以上のせん断強度に相当するものであり、当該せん断強度は、パッケージの実用上、十分に高い。

　また図１７と同様の試料に対して温度サイクル試験も行うことによって、熱膨張の繰り返しに対するセラミック枠体２１と放熱板１１との間の耐剥離性を評価した。具体的には、ＭＩＬ規格８８３Ｋ、メソッドナンバー１０１０、コンディションＣに準拠して、所定温度に１５分間保持する工程を１００サイクル繰り返す温度サイクル試験を行った。この試験において、セラミック枠体２１と放熱板１１との間に剥離がないことを目視によって確認した。

　＜実施の形態２～６＞
　図１７は、前述した本実施の形態１に係るパッケージ５１（図３）が有する放熱板１１およびセラミック枠体２１の構成を示す概略断面図である。なお説明の便宜上、図３の図示よりも図１７の図示は簡素化されている。図１７と対比しつつ、実施の形態２～６のそれぞれに係るパッケージ５２～５６の構成について、以下に説明する。

　図１８は、本実施の形態２に係るパッケージ５２の構成を示す概略断面図である。パッケージ５２は、セラミック枠体２１（図１７）に代わって、セラミック枠体２２を有している。セラミック枠体２２（具体的にはその内側部分）は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。厚み方向における位置に関して、セラミック枠体２２は、放熱板１１の主面Ｐ２の上方の位置から、放熱板１１の主面Ｐ２と放熱面Ｐ１との間の範囲内へと延びている。なおセラミック枠体２２はさらに延びていてよく、図１８に示された例においては、放熱板１１の放熱面Ｐ１の位置まで延びている。セラミック枠体２２は放熱板１１の側面Ｐ４ｂから離れている。

　図１９は、本実施の形態３に係るパッケージ５３の構成を示す概略断面図である。パッケージ５３は、セラミック枠体２１（図１７）に代わって、セラミック枠体２３を有している。セラミック枠体２３は、放熱板１１の主面Ｐ２上に配置された板状の基部２３ａと、基部２３ａを介して放熱板１１に固定された枠体部２３ｂとを有している。なお基部２３ａと枠体部２３ｂとの境界（図中、破線）は仮想的なものであってよい。枠体部２３ｂは内面Ｐ３を有している。放熱板１１の主面Ｐ２は、本実施の形態３においては、セラミック枠体２３の基部２３ａに直接に接合された接合面Ｐ２ｂを有している。図１９に示された例においては、主面Ｐ２の全部が接合面Ｐ２ｂである。また本実施の形態３においては、放熱板１１のキャビティ面Ｐ２ａは、セラミック枠体２３の基部２３ａを介してキャビティＣＶに面している。よって本実施の形態３においても、キャビティ面Ｐ２ａは、キャビティＣＶに面しているといえる。

　図２０は、本実施の形態４に係るパッケージ５４の構成を示す概略断面図である。パッケージ５４は、セラミック枠体２１（図１７）に代わって、セラミック枠体２４を有している。セラミック枠体２４（具体的にはその内側部分）は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。厚み方向における位置に関して、セラミック枠体２４は、放熱板１１の主面Ｐ２の上方の位置から、放熱板１１の主面Ｐ２と放熱面Ｐ１との間の範囲内へと延びている。なおセラミック枠体２４はさらに延びていてよく、図２０に示された例においては、放熱板１１の放熱面Ｐ１の位置まで延びている。放熱板１１の側面Ｐ４ｂは、セラミック枠体２４に直接に接合された接合面を有している。図２０に示された例においては、側面Ｐ４ｂの全部が接合面であるが、側面Ｐ４ｂの一部のみが接合面であってもよい。

　パッケージ５４は、下層ＬＹ１と上層ＬＹ２との積層体を焼成することによって製造され得る。下層ＬＹ１は、例えば、次のように形成される。まず、焼成されることによってセラミック枠体２４となる材料からなる第１の未焼成層が形成される。次に、第１の未焼成層に、放熱板１１が配置される領域に対応した貫通孔が金型を用いて形成される。次に、上記貫通孔を覆うように第１の未焼成層上に、焼成されることによって放熱板１１となる部分を含む第２の未焼成層が積層される。次に、上記金型を再度用いて上記貫通孔内に第２の未焼成層の上記部分が押し込まれる。次に、第２の未焼成層のうち、金型によって押し込まれなかった部分、言い換えれば第１の未焼成層の上面上に残存した部分、が除去される。これにより、下層ＬＹ１が得られる。上層ＬＹ２は、焼成されることによってセラミック枠体２４となる材料からなる未焼成層から、キャビティＣＶに対応する部分を除去することによって得られる。下層ＬＹ１と上層ＬＹ２との積層体を焼成することによって、パッケージ５４が得られる。なお、これに類した工法によって、後述するパッケージ５５（図２１）およびパッケージ５６（図２２）も製造され得る。

　図２１は、本実施の形態５に係るパッケージ５５の構成を示す概略断面図である。パッケージ５５は、放熱板１１およびセラミック枠体２１（図１７）に代わって、放熱板１５およびセラミック枠体２５を有している。セラミック枠体２５（具体的にはその内側部分）は放熱板１５の主面Ｐ２上に配置されている。放熱板１５は、支持部１５ｂと、支持部１５ｂの一部の上に設けられたキャビティ部１５ａと、を有している。キャビティ部１５ａと支持部１５ｂとの境界（図２１における破線）は、仮想的なものであってよい。放熱板１５の主面Ｐ２は、キャビティ部１５ａからなるキャビティ面Ｐ２ａと、支持部１５ｂからなる接合面Ｐ２ｂと、を有している。放熱板１５の主面Ｐ２においては、厚み方向において、キャビティ面Ｐ２ａの位置と、接合面Ｐ２ｂの位置とが異なっており、後者の位置の方が放熱面Ｐ１に近い。キャビティ面Ｐ２ａと接合面Ｐ２ｂとは、互いにおおよそ平行な面であってよい。主面Ｐ２はさらに、キャビティ部１５ａからなりキャビティ面Ｐ２ａと接合面Ｐ２ｂとを互いにつなぐ側壁面Ｐ２ｃを有していてよい。放熱板１５の側壁面Ｐ２ｃは、おおよそ厚み方向に沿っていてよい。側壁面Ｐ２ｃはセラミック枠体２５に直接に接合された接合面であってよい。支持部１５ｂの側面Ｐ４ｂは、セラミック枠体２５に直接に接合された接合面を有していてよい。

　図２２は、本実施の形態６に係るパッケージ５６の構成を示す概略断面図である。パッケージ５６は、セラミック枠体２１（図１７）に代わって、セラミック枠体２６を有している。セラミック枠体２６は、放熱板１１の側面Ｐ４ｂ上に配置されている。側面Ｐ４ｂは、セラミック枠体２６に直接に接合された接合面を含む。図２２に示された例においては側面Ｐ４ｂの全部が接合面であるが、側面Ｐ４ｂの一部のみが接合面であってもよい。

　なおパッケージ５２～５６に対しても、パッケージ５１と同様に、リードフレーム３０（図３）が適用されてよい。また、パッケージ５２～５６に対しても、パッケージ５１と同様に、メタライズ層３１（図３）が適用されてよい。また、パッケージ５１～５６のいずれの場合においても、セラミック枠体の上面Ｐ５上に、リードフレーム３０用のメタライズ層３１に代わってまたはこれと共に、リードフレーム３０用ではない他のメタライズ層が形成されてよい。この他のメタライズ層の材料は、メタライズ層３１の材料として上述されたものと同様であってよい。

　＜放熱板とセラミック枠体との接合面の分析＞
　次に、同時焼成によって形成される放熱板とセラミック枠体との間の接合面についての分析結果について、以下に説明する。

　図２３は、放熱板１１とセラミック枠体２１との接合面（図３における接合面Ｐ２ｂ）の一部の断面視を示す電子顕微鏡写真である。なお、図中の電子顕微鏡写真は、加速電圧１５ｋＶでの観察によるものであり、これは他図の電子顕微鏡写真についても同様である。また図中、Ｚ方向は、放熱板とセラミック枠体とが接合面を介して互いに対向する方向である。よってＺ方向は、例えば、図１７においては厚み方向（図１７における縦方向）に対応し、図２２においては面内方向（図２２における横方向）に対応する。Ｘ方向は、Ｚ方向に垂直な方向である。よってＸ方向は、例えば、図１７においては面内方向（図１７における横方向）に対応し、図２２においては厚み方向（図２２における縦方向）に対応する。なお放熱板１１およびセラミック枠体２１の粉末原料は、図１６を参照して説明されたものと同一とされた。

　放熱板１１の当該接合面に占める高融点金属（ＷおよびＭｏからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属であり、図２３で観察された試料においてはＷ）の面積比は、放熱板１１に占める当該高融点金属の体積比よりも大きい。当該体積比は、放熱板１１の断面の顕微鏡写真において高融点金属が占める面積比の値によって算出されてよく、算出に際しては、例えば、放熱板１１の、図２３に示されている面積（約１６０μｍ×約２０μｍ）程度の範囲が用いられてよく、本例においてはＷ＝５０％かつＣｕ＝５０％であった。当該写真に示された放熱板１１において、白色部分がＷであり、灰色部分がＣｕであり、これらの間には十分なコントラストの相違があるので、画像の２値化によって面積比を算出することができる。この２値化は、画像処理ソフトウェアを用いて行われてよい。画像処理ソフトウェアとしては、例えば、「ＩｍａｇｅＪ」が用いられてよい。

　上記断面視において、接合面は、巨視的には直線に沿って延びており、微視的には放熱板とセラミック枠体との間で起伏を有する境界線をなしている。ここで、巨視的な直線は、１００μｍオーダーの寸法範囲での微視的な境界線の直線近似によって得られてよく、例えば図２３においては、Ｘ方向における１６０μｍの範囲での、起伏を有する境界線に対する直線近似によって得られてよい。なお当該直線は、例えば、図１７の構造においては実質的に面内方向（図１７における横方向）に沿って延びる直線とみなしてよく、図２２の構造においては実質的に厚み方向（図２２における縦方向）に沿って延びる直線とみなしてよい。また当該起伏は、通常の分解能を有する走査型電子顕微鏡による断面観察によって容易に観察可能である。例えば、図２３のように起伏が十分に判別可能な断面視は、例えば、０．１μｍ程度（あるいはそれ未満）の分解能が確保されれば十分に観察可能である。上記起伏を有する境界線は、銅からなる銅区間と、少なくとも１つの高融点金属からなる高融点金属区間と、を有している。図２３の顕微鏡写真において、高融点金属からなる部分（具体的にはＷ）は白色を有しており、銅からなる部分は灰色を有しており、両者の間にはコントラストの大きな差異があるので、銅区間と高融点金属区間とを区別することは容易である。図２４に示すように、境界線上の高融点金属区間および銅区間を上記巨視的な直線上、すなわちＸ軸上に射影することによって、境界線上において高融点金属および銅が占める割合を簡易的に求めることができる。本例においては、上記直線上への境界線の射影において、高融点金属区間が占める割合は６５．３％であり、銅区間が占める割合は３４．７％であった。

　以上から、上記直線上への境界線の射影において高融点金属区間が占める割合は６５．３％と見積もられ、かつ、放熱板１１に占める高融点金属の体積比は５０％と見積もられ、前者の方が後者よりも大きい。また本発明者らの検討では、高融点金属区間が占める上記割合は、パッケージを作製する際の焼成温度および焼成時間を増大させることによって増大させることができた。当該割合を大きくすることによって、放熱板１１の、セラミック枠体２１に面する部分の、上記直線方向における熱膨張係数を、セラミック枠体２１の熱膨張係数に近づけることができる。これにより、放熱板１１とセラミック枠体２１とが互いに剥離することが防止される。

　図２５～図２７のそれぞれは、放熱板１１およびセラミック枠体２１の接合面近傍でのＣｕ、ＷおよびＭｎの元素分布（下段）を、当該分布図の視野に対応する電子顕微鏡写真（上段）と共に示す図である。図２８は、図２７の下段に示されたＭｎの元素分布に関して、詳しくは後述する層部分およびバルク部分を示した図である。下段の元素分布図では各元素の濃度が高い箇所が白く表示されている。図２７に示されたＭｎについての元素分布図の結果からわかるように、セラミック枠体２１の、放熱板１１の接合面に面する層部分（図２８）に、Ｍｎ元素が偏在していることがわかる。なお元素分布の測定は、走査型電子顕微鏡エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）により行われた。測定装置としては、日立ハイテク（Ｈｉｔａｃｈｉ　Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製の、Ｍｉｎｉｓｃｏｐｅ（登録商標）「ＴＭ３０３０」を使用した。

　図２９～図３３の各々は、Ｍｎ元素分析におけるＳＥＭ－ＥＤＸのカウント数の、接合面に垂直な方向（すなわち図２３におけるＺ方向）における深さプロファイルを示すグラフ（上段）を、図２７に示された電子顕微鏡写真に当該プロファイルに対応する領域の長方形を付加したもの（下段）と、グラフの横軸に一致するように当該領域を配置したもの（中段）と共に示す図である。カウント数は、セラミック枠体２１におけるＭｎ元素の濃度（例えば重量％によって表される濃度）に対応する。上段のグラフにはＷの深さプロファイルも示されている。なお、図２９から図３３に示された深さプロファイルは、厚み方向に垂直な方向において異なる位置を有する５つの領域に対しての測定結果である。Ｍｎの元素分布図において、層部分にＭｎの分布がある箇所を通るように、接合面からセラミック枠体内への深さに対するＭｎ濃度プロファイルを取得した。

　ここで、Ｍｎの元素分布図（図２８の下段）において、セラミック枠体２１のうち、放熱板１１の接合面から深さ３μｍ以内に位置する部分、言い換えれば、接合面からセラミック枠体２１内へ３μｍ以内の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲、を層部分と定義する。セラミック枠体２１の層部分は、放熱板１１の接合面の近傍に位置することから、その組成は、放熱板１１に接合されていることの影響を強く受ける。一方、セラミック枠体２１のうち、接合面から層部分によって隔てられ、かつ接合面から十分な深さを有する部分は、上記のような影響を実質的に受けないバルク領域である。本発明者らの検討では、深さ６μｍ以上の部分は、十分に深く位置することによって、上記バルク領域に含まれる。そこで本明細書においては、バルク領域の代表部分として、接合面からセラミック枠体２１内へ６μｍ以上９μｍ以下の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲を、バルク部分と称する。

　図２９～図３３の結果からわかるように、放熱板１１の接合面からセラミック枠体２１内への深さに対するＭｎ濃度プロファイルは、層部分内（言い換えれば、接合面から深さ３μｍ内）に位置する最大ピークを含む。よって、単一の最大ピークのみが観測された場合は、当該最大ピークが層部分内に位置し、同じ最大カウント数を有する複数の最大ピークが観測された場合は、この複数の最大ピークが、層部分内に位置する最大ピークを含む。Ｍｎ濃度プロファイルは、図２９～図３３からわかるように、接合面から約６μｍ以上深い位置においては、バルクの性質を有していると考えられる。よって、Ｍｎ濃度プロファイルにおけるバルク部分の代表値は、例えば、接合面からセラミック枠体２１内へ、６μｍ以上９μｍ以下の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲におけるピークによって見積もることができる。前述した、層部分に位置する最大ピークは、図２９～図３３においてそうであるように、バルク部分の代表値の１５０％以上であってよい。当該パーセンテージは、本発明者らの検討では、パッケージを作製する際の焼成時間を増大させることによって増大させることができた。

　また、図２９～図３３の結果からわかるように、Ｍｎ元素の濃度は、バルク部分よりも層部分の方が高い。これに対応して、ＭｎのＳＥＭ－ＥＤＸ（元素分布図）において、単位面積当たりのカウント数は、バルク部分よりも層部分の方が高い。また、面内方向における共通の範囲において、バルク部分のカウント数に比して、層部分のカウント数の方が高い。カウント数が総計される上記の範囲の寸法は、数十μｍ程度（例えば、おおよそ、図２８の視野の横方向における寸法程度）確保されれば、通常、十分である。層部分のＭｎ元素の濃度は、バルク部分のＭｎ元素濃度の１５０％以上であってよい。なおこのパーセンテージは、例えば、面内方向における前述した共通の範囲において、バルク部分のカウント数の総計に対する層部分のカウント数の総計のパーセンテージを算出することによって得られる。

　本発明者らの検討では、セラミック枠体２１の層部分内においてＭｎ濃度が局所的に高められることによって、セラミック枠体２１と放熱板１１との接合強度を高めることができると考えられる。この理由は、メカニズムの検証までは未だおこなわれていないが、セラミック枠体２１のＭｎ原子と放熱板１１の金属原子とが結合するためかもしれないと考えられる。接合強度が高められる上記効果は、層部分に位置する最大ピークがバルク部分の代表値の１５０％以上であることによって、より十分に得られる。この効果の観点では当該パーセンテージの上限は特にないと考えられ、他の観点を勘案しても、例えば１０００％程度までは高めることができると考えられる。

　８　　：半導体素子
　９　　：ワイヤ（配線部材）
　１１，１５　：放熱板
　１１Ｇ：第１のグリーンシート
　２１～２６　：セラミック枠体
　２１Ｇ：第２のグリーンシート
　３０　：リードフレーム（金属端子）
　３１　：メタライズ層
　５１～５６，５１ａ，５１ｂ，５１ｑ，５１ｒ　：パッケージ
　７０　：接着層
　８０　：蓋体
　９０　：半導体モジュール
　ＣＶ　：キャビティ
　Ｐ１　：放熱面
　Ｐ２　：主面
　Ｐ２ａ：キャビティ面
　Ｐ２ｂ：接合面
　Ｐ３　：内面
　Ｐ４ａ：外面
　Ｐ４ｂ：側面
　ＳＦ　：焼成体
　ＳＧ　：積層体

Claims (17)

1. 　キャビティを有するパッケージであって、
   　金属を含有する第１の焼結材料からなり、前記キャビティに面するキャビティ面を含む主面と、前記主面と反対の放熱面と、前記放熱面と前記主面との間の側面と、を有する放熱板と、
   　前記キャビティを囲む内面と、前記内面と反対の外面と、を有するセラミック枠体と、
   を備え、
   　前記放熱板の前記主面および／または前記側面は、前記セラミック枠体に直接に接合された接合面を含む、
   パッケージ。
2. 　請求項１に記載のパッケージであって、
   　前記第１の焼結材料は焼結金属材料である、パッケージ。
3. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
   　前記第１の焼結材料は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有している、パッケージ。
4. 　請求項３に記載のパッケージであって、
   　前記接合面の少なくとも一部の断面視において、前記接合面は、巨視的には直線に沿って延びており、微視的には前記放熱板と前記セラミック枠体との間で起伏を有する境界線をなしており、前記境界線は、前記銅からなる銅区間と、前記少なくとも１つの高融点金属からなる高融点金属区間と、を有しており、
   　前記直線上への前記境界線の射影において前記高融点金属区間が占める割合は、前記放熱板に占める前記少なくとも１つの高融点金属の体積比よりも大きい、パッケージ。
5. 　請求項３に記載のパッケージであって、
   　前記セラミック枠体上の上面上に設けられ、前記放熱板の前記第１の焼結材料に比して高い体積比で銅を含有する第２の焼結材料からなるメタライズ層をさらに備える、パッケージ。
6. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
   　前記セラミック枠体はＭｎを含有しており、
   　Ｍｎの元素分布図において、前記セラミック枠体は、前記接合面から前記セラミック枠体内へ３μｍ以内の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲の層部分と、前記接合面から前記セラミック枠体内へ６μｍ以上９μｍ以下の深さ位置を含む３μｍの深さ範囲のバルク部分と、を含み、
   　Ｍｎ元素の濃度は、前記バルク部分よりも前記層部分の方が高い、パッケージ。
7. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
   　前記セラミック枠体はＭｎを含有しており、
   　前記セラミック枠体は、前記接合面から深さ３μｍ以内に位置する層部分と、前記層部分によって前記接合面から隔てられたバルク部分と、を含み、
   　前記接合面から前記セラミック枠体内への深さに対するＭｎ濃度プロファイルは、前記層部分内に位置する最大ピークを含む、パッケージ。
8. 　請求項７に記載のパッケージであって、
   　前記深さに対する前記Ｍｎ濃度プロファイルにおいて、前記最大ピークは、前記バルク部分の代表値の１５０％以上である、パッケージ。
9. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
   　前記放熱板の前記接合面は銀を含有していない、パッケージ。
10. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
    　前記放熱板の前記側面は、前記セラミック枠体の前記外面に平らにつながっている、パッケージ。
11. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
    　前記放熱板の前記主面と、前記セラミック枠体の前記外面とが鋭角を有している、パッケージ。
12. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
    　前記セラミック枠体は、前記セラミック枠体によって前記放熱板の前記主面から隔てられ、前記外面につながる上面を有しており、
    　前記セラミック枠体の前記上面と、前記セラミック枠体の前記外面とがなす角部は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の曲率半径を有している、パッケージ。
13. 　請求項１または２に記載のパッケージであって、
    　前記セラミック枠体上の上面上に設けられた金属端子をさらに備える、パッケージ。
14. 　請求項１または２に記載のパッケージと、
    　前記放熱板の前記主面の前記キャビティ面上に実装された半導体素子と、
    を備え、
    　前記半導体素子と、前記セラミック枠体の前記内面との間の距離は２５μｍ以下である、半導体モジュール。
15. 　キャビティを有するパッケージの製造方法であって、
    　焼成されることによって放熱板とされることになる第１のグリーン部材と、焼成されることによってセラミック枠体とされることになる第２のグリーン部材と、が組み合わされたグリーン構造体を形成する工程と、
    　前記グリーン構造体を焼成する工程と、
    を備える、パッケージの製造方法。
16. 　請求項１５に記載のパッケージの製造方法であって、
    　前記グリーン構造体を形成する工程は前記第２のグリーン部材を形成する工程を含み、前記第２のグリーン部材を形成する工程は、前記第２のグリーン部材の少なくとも一部となるグリーンシートから、前記キャビティに対応する部分を除去する工程を含む、パッケージの製造方法。
17. 　請求項１５または１６に記載のパッケージの製造方法であって、
    　前記第１のグリーン部材は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第１の金属粉末を用いて形成され、
    　前記グリーン構造体は、焼成されることによって前記セラミック枠体上の上面上のメタライズ層とされることになる追加層を含み、前記追加層は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含有する第２の金属粉末を用いて形成され、前記第２の金属粉末は、前記第１の金属粉末に比して高い体積比で銅を含有している、パッケージの製造方法。

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