(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収容する酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁容器の外表面に放熱板を取着して成る半導体素子収納用パッケージであって、前記放熱板は炭化珪素とアルミニウムのセラミックー金属複合材料で形成されており、前記放熱板と前記絶縁容器とがアルミニウムロウ材を介して接合されていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記放熱板を形成するセラミックー金属複合材料が２０重量％乃至４５重量％の炭化珪素と５５重量％乃至８０重量％のアルミニウムから成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ（大規模集積回路素子）等の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージは、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料から成り、上面に半導体素子を収容するための凹部を有し、下面に銅や銅ータングステン合金等の金属材料から成る放熱板が取着されている絶縁基体と、該絶縁基体の凹部周辺から外周縁にかけて被着導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配線層と、内部に収容する半導体素子を外部電気回路に接続するために前記メタライズ配線層に銀ロウ等のロウ材を介し取着された外部リード端子と、蓋体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該半導体素子の各電極をボンディングワイヤを介してメタライズ配線層に電気的に接続し、しかる後、絶縁基体に蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子を気密に収容することによって製品としての半導体装置となる。
【０００３】
なお、上述の半導体素子収納用パッケージにおいては、絶縁基体の下面に取着されている放熱板が銅や銅ータングステン合金等の金属材料で形成されており、該銅や銅ータングステン合金等は熱伝導性に優れていることから放熱板は半導体素子の作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に良好に放散させることができ、これによって半導体素子を常に適温とし半導体素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が発生したりするのを有効に防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の半導体素子収納用パッケージでは、放熱板が銅で形成されている場合、該銅はその熱膨張係数が約１８×１０-6／℃で絶縁基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の熱膨張係数（酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数は約７×１０-6／℃、ムライト質焼結体の熱膨張係数は約４×１０-6／℃、ガラスセラミックス焼結体の熱膨張係数は約４×１０-6／℃）と大きく相違することから、容器内部に半導体素子を気密に収容し、半導体装置となした後、絶縁基体と放熱板の各々に半導体素子が作動時に発生する熱等が印加された場合、放熱板と絶縁基体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生し、該熱応力によって放熱板が絶縁基体より剥がれ、半導体素子の作動時に発する熱を大気中に良好に放散させることが不可となったり、絶縁基体に割れやクラックが発生し、容器の気密封止が破れて容器内部に収容する半導体素子を長期間にわたり、正常、且つ安定に作動させることができないという欠点を有していた。
【０００５】
また放熱板が銅ータングステン合金で形成されている場合、該銅ータングステン合金は重いことから容器内部に半導体素子を気密に収容し、半導体装置となした際、半導体装置の重量が重くなり、近時の小型化、軽量化が進む電子装置にはその実装が困難となってしまう欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は内部に収容する半導体素子を常に適温として正常、かつ安定に作動させることができる軽量の半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【０００７】
本発明は、半導体素子を収容する酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁容器の外表面に放熱板を取着して成る半導体素子収納用パッケージであって、前記放熱板は炭化珪素とアルミニウムのセラミックー金属複合材料で形成されており、前記放熱板と前記絶縁容器とがアルミニウムロウ材を介して接合されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明は前記放熱板を形成するセラミックー金属複合材料が２０重量％乃至４５重量％の炭化珪素と５５重量％乃至８０重量％のアルミニウムから成ることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、半導体素子が収容される絶縁容器の外表面に、例えば、２０重量％乃至４５重量％の炭化珪素と５５重量％乃至８０重量％のアルミニウムのセラミックー金属複合材料から成る熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱板を取着させたことから半導体素子が作動時に発した熱は放熱板に良好に吸収されるとともに該放熱板を介して大気中に効率良く放散され、その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００１０】
また前記セラミックー金属複合材料はその熱膨張係数が６×１０-6／℃〜９×１０-6／℃であり、半導体素子を収容する絶縁容器の熱膨張係数（絶縁容器が酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合は約７×１０-6／℃、ムライト質焼結体で形成されている場合は約４×１０-6／℃、ガラスセラミックス焼結体で形成されている場合は約４×１０-6／℃）に近似することから絶縁容器の外表面に放熱板を取着させた後、絶縁容器と放熱板に半導体素子が作動時に発する熱等が印加されたとしても両者間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生することはなく、その結果、絶縁容器の外表面に放熱板を常に強固に取着し、半導体素子が作動時に発した熱を放熱板を介して大気中に常に良好に放散させることが可能となる。
【００１１】
更に前記セラミックー金属複合材料はその重量が銅ータングステン合金に比べて１／５程度であり、極めて軽量なものであることから半導体素子収納用パッケージ内に半導体素子を収容し、半導体装置となした場合、半導体装置の重量は極めて軽量なものとなり、その結果、近時の小型化、軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示し、１は絶縁基体、２は蓋体である。この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子３を収容する絶縁容器４が構成される。
【００１３】
前記絶縁基体１はその上面に半導体素子３を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ底面には半導体素子３が載置され、ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定される。
【００１４】
前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結体の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）と成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１５】
また前記絶縁基体１は凹部１ａ周辺から外周縁にかけて複数個のメタライズ配線層５が被着形成されており、該メタライズ配線層５の凹部１ａ周辺部には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の上面外周縁に導出された部位には外部電気回路と接続される外部リード端子７が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。
【００１６】
前記メタライズ配線層５は半導体素子３の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末により形成されている。
【００１７】
前記メタライズ配線層５はタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンにに印刷塗布しておくことによって絶縁基体１の凹部１ａ周辺から外周縁にかけて被着形成される。
【００１８】
また前記メタライズ配線層５はその露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を１μｍ〜２０μｍの厚みにメッキ法により被着させておくと、メタライズ配線層５の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにメタライズ配線層５への外部リード端子７のロウ付けを強固となすことができる。従って、前記メタライズ配線層５は、その露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１９】
更に前記メタライズ配線層５には外部リード端子７が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されており、該外部リード端子７は容器４内部に収容する半導体素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなし、外部リード端子７を外部電気回路に接続することによって容器４内部に収容される半導体素子３はメタライズ配線層５及び外部リード端子７を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００２０】
前記外部リード端子７は鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００２１】
前記外部リード端子７が被着された絶縁基体１はまたその下面に放熱板８がロウ材等から成る接着剤を介して取着されており、該放熱板８は半導体素子３が作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に効率良く放散させて半導体素子３を常に適温となし、これによって半導体素子３は常に正常に作動することが可能となる。
【００２２】
前記放熱板８は炭化珪素とアルミニウムのセラミックー金属複合材料で形成されており、該セラミックー金属複合材料は、例えば、炭化珪素粉末（粒径約１０μｍ）を１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で加圧成形するとともにこれを非酸化雰囲気中、約１５００℃の温度で焼成して多孔質の炭化珪素焼結体を得、次に７００℃の温度で加熱溶融させたアルミニウムを炭化珪素焼結体の多孔部分及び表面に毛管現象等を利用して含浸させることによって製作される。
【００２３】
前記放熱板８を形成するセラミックー金属複合材料はその熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、熱を極めて伝え易い材料であることから絶縁基体１の下面に取着させた場合、半導体素子３の作動時に発する熱は絶縁基体１を介して放熱板８に良好に吸収され、かつ放熱体８を介して大気中に効率良く放散されることとなる。
【００２４】
また前記放熱板８を形成するセラミックー金属複合材料はその熱膨張係数が６×１０-6／℃〜９×１０-6／℃であり、絶縁基体１の熱膨張係数（約７×１０-6）に近似することから絶縁基体１の下面に放熱板８を取着させた後、絶縁基体１と放熱板８に半導体素子３が作動時に発する熱等が印加されたとしても両者間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生することはなく、その結果、絶縁基体１の下面に放熱板８を常に強固に取着し、半導体素子３が作動時に発した熱を放熱板８を介して大気中に常に良好に放散させることが可能となる。
【００２５】
更に前記一方向性複合材料から成る放熱板８はその弾性率が３０ＧＰａ以下であり、軟質であることから放熱板８と絶縁基体１との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が多少発生したとしてもその熱応力は放熱板８を適度に変形させることによって吸収され、その結果、絶縁基体１と放熱板８とは極めて強固に接合し、半導体素子３が発する熱を常に大気中へ効率良く放散させることができる。
【００２６】
更に前記放熱板８はその重量が銅ータングステン合金に比較して１／５程度であり、軽いことからこの放熱板８が取着された半導体素子収納用パッケージに半導体素子３を収容して半導体装置を形成した場合、該半導体装置の重量も極めて軽量なものとなり、近時の小型化、軽量化が進む電子装置にも実装が可能となる。
【００２７】
なお、前記セラミックー金属複合材料から成る放熱板８の絶縁基体１下面への取着は、ロウ材等の接着剤を使用することによって行われ、ロウ材を使用して取着する場合は、絶縁基体１の下面に前述のメタライズ配線層５と同様の方法によってタングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成るメタライズ金属層９を予め被着させておき、次にこの金属層９上に放熱板８を間にアルミニウムロウ材から成る箔を挟んで載置し、しかる後、前記アルミニウムロウ材を約６００℃の温度で加熱溶融させることによって行われる。
【００２８】
また前記セラミックー金属複合材料から成る放熱板８は、炭化珪素の量が２０重量％未満、アルミニウムの量が８０重量％を超える、或いは炭化珪素の量が４５重量％を超え、アルミニウムの量が５５重量％未満となると放熱板８の熱膨張係数が絶縁基体１の熱膨張係数に対して相違し、放熱板８を絶縁基体１の下面に強固に取着させることが困難となってしまう。従って、前記セラミックー金属複合材料から成る放熱板８は、２０重量％乃至４５重量％の炭化珪素と５５重量％乃至８０重量％のアルミニウムで形成しておくことが好ましい。
【００２９】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介して接着固定するとともに該半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ６を介して所定のメタライズ配線層５に接続させ、しかる後、前記絶縁基体１の上面に蓋体２をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器４内部に半導体素子３を気密に収容することによって製品としての半導体装置となる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、半導体素子が収容される絶縁容器の外表面に、例えば、２０重量％乃至４５重量％の炭化珪素と５５重量％乃至８０重量％のアルミニウムのセラミックー金属複合材料から成る熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱板を取着させたことから半導体素子が作動時に発した熱は放熱板に良好に吸収されるとともに該放熱板を介して大気中に効率良く放散され、その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００３２】
また前記セラミックー金属複合材料はその熱膨張係数が６×１０-6／℃〜９×１０-6／℃であり、半導体素子を収容する絶縁容器の熱膨張係数（絶縁容器が酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合は約７×１０-6／℃、ムライト質焼結体で形成されている場合は約４×１０-6／℃、ガラスセラミックス焼結体で形成されている場合は約４×１０-6／℃）に近似することから絶縁容器の外表面に放熱板を取着させた後、絶縁容器と放熱板に半導体素子が作動時に発する熱等が印加されたとしても両者間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生することはなく、その結果、絶縁容器の外表面に放熱板を常に強固に取着し、半導体素子が作動時に発した熱を放熱板を介して大気中に常に良好に放散させることが可能となる。
【００３３】
更に前記セラミックー金属複合材料はその重量が銅ータングステン合金に比べて１／５程度であり、極めて軽量なものであることから半導体素子収納用パッケージ内に半導体素子を収容し、半導体装置となした場合、半導体装置の重量は極めて軽量なものとなり、その結果、近時の小型化、軽量化が進む電子装置への実装も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・蓋体
３・・・・・・・・半導体素子
４・・・・・・・・絶縁容器
５・・・・・・・・メタライズ配線層
７・・・・・・・・外部リード端子
８・・・・・・・・放熱板
【図１】
0003659467.tif 000002