(57)【要約】【課題】  電子部品の発した熱を外部や大気中に良好に放散させることができ、かつ電子部品を放熱部材に強固に接合させることが可能な電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置を提供すること。【解決手段】  上面の中央部に電子部品11の搭載部10を有する四角平板状の放熱部材１と、放熱部材１の上面に、搭載部10を取り囲むとともに一対の対向する側部の外面が放熱部材１の上面の外周端よりも内側に取着された四角形状の枠体５と、枠体５の内面から外面に導出された複数の配線導体６とを具備しており、放熱部材１は、金属から成る枠状の基体２の中央部の上面から下面にかけて基体２よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体３が埋設されているとともに、基体２は、枠体５の一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、基体２よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層４が形成されている。【選択図】  図２
2006013260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の中央部に電子部品の搭載部を有する四角平板状の放熱部材と、該放熱部材の上面に、前記搭載部を取り囲むとともに一対の対向する側部の外面が前記放熱部材の上面の外周端よりも内側に取着された四角形状の枠体と、該枠体の内面から外面に導出された複数の配線導体とを具備しており、前記放熱部材は、金属から成る枠状の基体の中央部の上面から下面にかけて前記基体よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体が埋設されているとともに、前記基体は、前記枠体の前記一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、前記基体よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層が形成されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記電子部品と、前記枠体の上面に前記電子部品を覆うように取着された蓋体または前記枠体の内側に前記電子部品を覆うように充填された封止樹脂とを具備していることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は良好な放熱特性の放熱構造を有する、半導体素子などの電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や圧電振動子、発光素子などの電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージは、一般に酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成る枠体と、電子部品が搭載されてその動作時に発生する熱を外部もしくは大気中に良好に放散させるための、銅粉末とタングステン粉末とを溶融して得られる銅−タングステン合金または銅粉末とモリブデン粉末とを溶融して得られる銅−モリブデン合金から成る放熱部材と、蓋体とから構成されており、放熱部材の上面の電子部品の搭載部を取り囲むように枠体が配置されているとともに、これら枠体および放熱部材によって形成される凹部の内側から外側にかけて、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀等から成る複数の配線導体が枠体に被着され導出されている。
【０００３】
そして、放熱部材の上面の搭載部に電子部品をガラス，樹脂，ロウ材等の接合材を介して接合固定するとともに、この電子部品の各電極をボンディングワイヤを介して配線導体に電気的に接続し、しかる後、枠体に蓋体をガラス，樹脂，ロウ材等から成る封止材を介して接合し、放熱部材と枠体と蓋体とから成る容器の内部に電子部品を収容することによって製品としての電子装置となる（例えば、下記の特許文献１参照）。この電子装置は、さらに放熱効率を向上させるために、ねじ止め等によって外部放熱板に搭載される場合もある。
【０００４】
このような銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等から成る放熱部材を具備した電子部品収納用パッケージは、放熱部材の熱伝導率が高く、なおかつ放熱部材の熱膨張係数が、電子部品としての半導体素子の構成材料であるシリコン，ガリウム砒素やパッケージの構成材料として使われるセラミック材料等と熱膨張係数が近似することから、パワーＩＣや高周波トランジスタ等の高発熱半導体素子を搭載する電子部品収納用パッケージとして注目されている。
【０００５】
近年、パワーＩＣや高周波トランジスタの高集積化に伴う発熱量の増大によって、現在では300Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を持つ放熱部材が求められている。しかしながら、前述のタングステンと銅との合金材料またはモリブデンと銅との合金材料から成る放熱部材の熱伝導率は200Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度とその要求に対して低いため、放熱特性が不十分であるという問題点があった。
【０００６】
これに対し、タングステンまたはモリブデンと銅とがマトリクス状に構成された複合材料、つまり、タングステンまたはモリブデンから成る焼結体に銅を含浸させて成る放熱部材を用いることが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１２４６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このタングステンまたはモリブデンと銅とがマトリクス状に構成された複合材料から成る放熱部材を用いた電子部品収納用パッケージでは、タングステンまたはモリブデンは熱伝導率，熱膨張係数が共に低く、銅は熱伝導率，熱膨張係数が共に高いため、銅の含有量を増加させるに伴って放熱部材の熱伝導率，熱膨張率が共に増加することとなる。よって、放熱部材の熱伝導率を向上させるために銅の含有量を増加させると、電子部品と放熱部材との熱膨張係数の差が大きくなり、電子部品を放熱部材に強固に接合することができなくなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記従来の技術における問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、電子部品の発した熱を外部や大気中に良好に放散させることができ、かつ電子部品を放熱部材に強固に接合させることが可能な電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電子部品収納用パッケージは、上面の中央部に電子部品の搭載部を有する四角平板状の放熱部材と、該放熱部材の上面に、前記搭載部を取り囲むとともに一対の対向する側部の外面が前記放熱部材の上面の外周端よりも内側に取着された四角形状の枠体と、該枠体の内面から外面に導出された複数の配線導体とを具備しており、前記放熱部材は、金属から成る枠状の基体の中央部の上面から下面にかけて前記基体よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体が埋設されているとともに、前記基体は、前記枠体の前記一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、前記基体よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに電極が前記配線導体に電気的に接続された前記電子部品と、前記枠体の上面に前記電子部品を覆うように取着された蓋体または前記枠体の内側に前記電子部品を覆うように充填された封止樹脂とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子部品収納用パッケージは、上面の中央部に電子部品の搭載部を有する四角平板状の放熱部材と、放熱部材の上面に、搭載部を取り囲むとともに一対の対向する側部の外面が放熱部材の上面の外周端よりも内側に取着された四角形状の枠体と、枠体の内面から外面に導出された複数の配線導体とを具備しており、放熱部材は、金属から成る枠状の基体の中央部の上面から下面にかけて基体よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体が埋設されているとともに、基体は、枠体の上記一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、基体よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層が形成されていることから、従来のタングステンまたはモリブデンから成る焼結体に銅を含浸させて成る放熱部材に比べて、電子部品の搭載部の下により体積の大きい銅から成る高熱伝導部分を配置することができるので、電子部品で発生した熱を電子部品の搭載面に垂直な方向により多く伝えることができ、その結果、電子部品に発生する熱をこの放熱部材を介して大気中あるいは外部放熱板にきわめて良好に放散することができる。
【００１２】
また、基体よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体が熱膨張しても、枠状の基体が貫通金属体を拘束して放熱部材全体の熱膨張を抑制することができる。よって、放熱部材における貫通金属体の占める割合が大きいにもかかわらず、放熱部材全体の熱膨張を小さくすることができ、電子部品と放熱部材との強固な接合を維持することができる。
【００１３】
さらに、枠体は一対の対向する側部の外面が放熱部材の上面の外周端よりも内側に位置しており、基体は枠体の上記一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、基体よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層により、電子部品が発生した熱を放熱部材に平行な方向および垂直な方向の両方により多く伝えることができ、電子部品の放熱性をきわめて向上させることができる。その結果、電子部品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。
【００１４】
また、基体は、上記一対の対向する側部の外面よりも外側の上下面および側面が金属層に覆われていないことから、放熱部材の平面視における金属層の比率を小さくして金属層の熱膨張によって放熱部材全体の熱膨張係数が大きくなるのを有効に防止することができる。よって放熱部材と枠体との接合時に、放熱部材と枠体との熱膨張係数の違いから、放熱部材に反りが発生するのを有効に防止して放熱部材の下面の平坦性を維持し、外部基板への密着性をきわめて良好にして放熱部材から外部基板へ効率よく熱伝導させることができる。その結果、放熱部材の良好な熱伝導性と外部基板への高効率な熱伝導によって、電子部品収納用パッケージの放熱性をきわめて高くすることができる。
【００１５】
本発明の電子装置は、上記本発明の電子部品収納用パッケージと、搭載部に搭載されるとともに電極が配線導体に電気的に接続された電子部品と、枠体の上面に電子部品を覆うように取着された蓋体または枠体の内側に電子部品を覆うように充填された封止樹脂とを具備していることから、本発明の電子部品収納用パッケージの特徴を備えた、電子部品の放熱特性が極めて良好な、長期にわたって安定して電子部品を作動させることができる電子装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置の実施の形態の一例を示す平面図である。また、図２は図１の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置のＡ−Ａ’線における断面図、図３は図１の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた電子装置のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【００１７】
これらの図において、１は放熱部材、２は放熱部材１の基体、３は貫通金属体、４は金属層、５は枠体、６は配線導体である。これら放熱部材１と枠体５とで電子部品11を収納する電子部品収納用パッケージ８が構成される。また、この放熱部材１の搭載部10に電子部品11を搭載した後に、放熱部材１と枠体５とからなる凹部５ａに電子部品11を覆うように封止樹脂を充填して電子部品11を封止することにより、または、枠体５の上面に蓋体13を凹部５ａを覆うように取着して電子部品11を封止することにより、本発明の電子装置14が構成される。
【００１８】
放熱部材１は、電子部品11の作動に伴い発生する熱を吸収するとともに大気中に放散させる、あるいは外部放熱板に伝導させる機能を有する。本発明の放熱部材１は、枠状の基体２の中央部の上面から下面にかけて基体２よりも熱伝導率の高い金属から成る貫通金属体３が埋設されている。また、本発明において、枠体５は一対の対向する側部の外面が放熱部材１の上面の外周端よりも内側に位置しており、基体２は、枠体５の上記一対の対向する側部の外面同士の間の上下面および側面を連続して覆う、基体２よりも熱伝導率の高い金属から成る金属層４が形成されている。
【００１９】
基体２は、その熱膨張係数が枠体５の熱膨張係数の0.68〜1.33倍である金属が用いられる。これにより放熱部材１の熱膨張係数が大きくなるのを抑制することができ、放熱部材１と枠体５との熱膨張係数差による応力が生じるのを有効に防止することができる。
【００２０】
このような基体２は、枠体５がセラミックスから成る場合、例えば、タングステンやモリブデン等から成る焼結体に銅を含浸させたもの、モリブデン、またはステンレス等が用いられる。
【００２１】
基体２は、例えば以下のようにして作製される。基体２がタングステンやモリブデン等から成る焼結体に銅を含浸させたものから成る場合、先ず平均粒径が５〜40μｍのタングステン粉末またはモリブデン粉末を、電子部品11の搭載部10となる部位に貫通穴が形成されるように加圧成形し、これを1300〜1600℃の雰囲気中で焼結することにより、電子部品11の搭載部10に上面から下面にかけて形成された貫通穴を持つ多孔体を作製する。そして、この多孔体に水素雰囲気下において銅の融点1084℃以上で10〜50質量％の銅を含浸させることにより、タングステンまたはモリブデンから成る焼結体に銅を含浸させて成る（タングステンまたはモリブデンと銅とのマトリクスから成る）平板状の基体２が作製される。
【００２２】
また、基体２がモリブデンから成る場合、原料のモリブデン金属粉末を焼結し圧延加工した平板の中央に貫通穴を形成することにより基体２を作製することができる。また、基体２がステンレスから成る場合、鉄、クロム、ニッケルの原料粉末を溶解、精錬、造塊、圧延加工した平板の中央に貫通穴を形成することにより基体２を作製することができる。
【００２３】
貫通金属体３は、基体２の中央に形成された貫通穴に、基体２の上面から下面にかけて基体２よりも熱伝導率の高い金属が埋設されて成る。貫通金属体３としては、例えば、銅や銅を５０質量％以上含む合金等の金属、あるいはダイヤモンド粉末やカーボン繊維、カーボン粉末などを含有した金属等が用いられる。
【００２４】
また、金属層４は、基体２の一対の対向する両端部を除く上下面および側面に帯状に連続して被着されている。金属層４は基体２よりも熱伝導率の高い金属から成り、例えば、銅等の金属が用いられる。
【００２５】
基体２の貫通穴への貫通金属体３の埋設方法、および、基体２の上下面および側面への金属層４の形成方法は、例えば、基体２にめっき処理をする方法、銅等の金属粉末を含む金属ペーストを印刷塗布した後に焼成する方法、あるいは銅等の金属を加熱して金属を溶融させ、溶融した金属を基体２の貫通穴に充填したり基体２の表面に被着させることにより金属層４を形成する方法が挙げられる。また、基体２の貫通穴へ金属部材を挿入して接合することにより貫通金属体３を形成してもよい。また、基体２の貫通穴へ貫通金属体３を埋設した後、基体２の上下面および側面に金属層４となる金属板を接合することにより形成してもよい。
【００２６】
また、放熱部材１の上面側、即ち、電子部品11が搭載される搭載部10側の金属層４の表面の算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦30（μｍ）の平滑面であることが好ましい。Ｒａ＞30（μｍ）の場合には、電子部品11をガラス，樹脂，ロウ材等の接合材を介して搭載部10に接合固定する際に、接合材中にボイドが発生しやすくなる傾向がある。接合材中に発生したボイドは、電子部品11と放熱部材１との接合強度を低下させるだけでなく、電子部品11と放熱部材１との間の熱伝達を阻害し、電子部品収納用パッケージ８および電子装置14の熱放散性を低下させる傾向がある。
【００２７】
また、放熱部材１の下面側、即ち、電子部品11が搭載される搭載部10とは反対側の金属層４の表面の算術平均粗さＲａは、Ｒａ≦30（μｍ）であることが好ましい。通常、電子部品収納用パッケージ８は、アルミニウムや銅等の金属体あるいは、高熱伝導を有するセラミック体から成る支持基板へネジ止めにより、またははんだ等の溶融金属，ロウ材を用いて接続される。このとき、基体２の下面の金属層４の下面の算術平均粗さＲａがＲａ＞30（μｍ）の場合には、電子部品収納用パッケージ８と支持基板とを十分に密着させることが困難となり、両者の間に空隙やボイドが発生しやすくなり、その結果、電子部品11で発生した熱を電子部品収納用パッケージ８からこの支持基板へ効率良く伝達させることができなくなるおそれがある。したがって、下面の金属層４の外側表面となる下面は、支持基板との良好な密着性が得られるように、Ｒａ≦30（μｍ）の平滑面であることが望ましい。
【００２８】
金属層４の厚みは、上面側、下面側、側面側がそれぞれ異なっていてもよく、同じであっても良いが、それぞれ800μｍより厚くなると基体２と金属層４との熱膨張差によって発生する応力が大きくなり十分な接合強度が得られない傾向があることから、800μｍ以下としておくことが望ましい。また、金属層４の厚みが50μｍ以上であれば、電子部品11の作動に伴い発生する熱が金属層４の平面方向および垂直方向に十分広がるので、放熱部材１の熱放散性はさらに向上することから50μｍ以上としておくことが望ましい。
【００２９】
本発明の枠体５は、一対の対向する側部の外面が放熱部材１の上面の外周端よりも内側に位置している。この一対の対向する側部の外面よりも外側における放熱部材１の上下面および側面においては、金属層４は形成されておらず、基体２が露出している。これにより、放熱部材１の平面視における金属層４の比率を小さくして金属層４の熱膨張によって放熱部材１全体の熱膨張係数が大きくなるのを有効に防止することができる。
【００３０】
放熱部材１の平面視において、上記のような金属層４が形成されていない部位の面積、すなわち、放熱部材１の平面視における基体２が露出した部位の面積は、放熱部材１の平面視における面積の0.1〜0.3倍であるのがよい。0.1倍未満であると放熱部材１の平面視における金属層４の面積比率が高くなって放熱部材１全体の熱膨張係数が大きくなり、放熱部材１と枠体５との間に応力が生じて枠体５にクラックが生じやすくなる。また、0.3倍を超えると金属層４の面積比率が小さくなって電子部品11で発生した熱を平面方向に効率よく分散する効果が小さくなりやすい。
【００３１】
枠体５は酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等から成り、銀ロウ等のロウ材を介して放熱部材１の上面に搭載部10を取り囲んで接合固定されることにより取着される。なお、このロウ材による接合固定に際しては、ロウ付け用の金属層（図示せず）が枠体５の下面に形成されてもよい。また、枠体５は金属から構成されていてもよく、その場合、配線導体６を枠体５を構成する金属と絶縁させるために配線導体６の周囲をセラミックスや樹脂、ガラス等の絶縁体で覆えばよい。
【００３２】
また、放熱部材１には、その上面の中央部の搭載部10に電子部品11が樹脂，ガラス，ロウ材等の接合材を介して固定される。なお、接合材としてロウ材を用いる場合には、ロウ付け用の金属層（図示せず）が放熱部材１の電子部品11との接合部10に形成されてもよい。ただし、放熱部材１の上面の搭載部10に接合された金属層４により十分なロウ付けができる場合には、ロウ付け用の金属層は特に必要ではない。
【００３３】
枠体５は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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，溶剤，可塑剤，分散剤等を混合添加して泥漿状となすとともに、これから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）を形成し、しかる後に、この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、タングステン，モリブデン，マンガン，銅，銀，ニッケル，パラジウム，金等の金属材料粉末に適当な有機バインダ，溶剤を混合してなる導電性ペーストをグリーンシートに予めスクリーン印刷法等により所定の配線導体６のパターンに印刷塗布した後に、このグリーンシートを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
【００３４】
また、枠体５には、放熱部材１と枠体５とで構成される凹部５ａの内面（搭載部10周辺）から枠体５の外面にかけて導出する配線導体６が形成されており、配線導体６の凹部５ａの内側の一端には電子部品11の各電極がボンディングワイヤ12を介して電気的に接続される。また、配線導体６の枠体５の外側の他端には外部電気回路基板との接続用のリード端子７が接続される。
【００３５】
配線導体６は、例えばタングステン，モリブデン等の高融点金属から成り、タングステン，モリブデン等の金属粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを枠体５となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法等によって所定のパターンに印刷塗布しておくことによって、放熱部材１および枠体５による凹部５ａの内面から枠体５の外面にかけて被着形成される。
【００３６】
また、配線導体６はその露出する表面にニッケル，金等の耐食性に優れ、かつボンディングワイヤ12のボンディング性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法によって被着させておくと、配線導体６の酸化腐食を有効に防止できるとともに配線導体６へのボンディングワイヤ12の接続を強固となすことができる。従って、配線導体６は、その露出する表面にニッケル，金等の耐食性に優れ、かつボンディング性に優れる金属を１〜20μｍの厚みに被着させておくことが望ましい。
【００３７】
また、枠体５は、一対の対向する側部の下面が平面視で貫通金属体３の端部と重なっているのがよい。これにより、放熱部材１の比較的強度の弱い貫通金属体３と基体２との境界部分を枠体５の一部で覆うことによって放熱部材１を補強することができ、放熱部材１が反ったり変形したりするのを有効に防止することができる。
【００３８】
上記のような貫通金属体３の端部と重なっている枠体５の部位は、配線導体６が形成されていないことが好ましい。これにより、配線導体６によって枠体５の強度が低下することなく、貫通金属体３と基体２との境界部分を覆う枠体５の部位の強度を高くすることができ、貫通金属体３と基体２と熱膨張差によって生じる応力により枠体５にクラックが生じるのをより有効に防止できる。
【００３９】
かくして、上述の電子部品収納用パッケージ８の放熱部材１の搭載部10上に電子部品11をガラス，樹脂，ロウ材等から成る接合材を介して接合固定するとともに、電子部品11の各電極をボンディングワイヤ12を介して所定の配線導体６に電気的に接続し、しかる後に、放熱部材１と枠体５とからなる凹部５ａの内側に電子部品11を覆うようにエポキシ樹脂等の封止樹脂を充填して電子部品11を封止することによって、あるいは、樹脂や金属，セラミックス等から成る蓋体13を枠体５の上面に凹部５ａを覆うように取着して電子部品11を封止することによって製品としての電子装置14となる。
【００４０】
なお、本発明は以上の実施の形態の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が可能である。例えば、電子部品11で発生した熱を放熱部材１から大気中に効率良く放散させるために、放熱部材１の基体２および貫通金属体３の下面に接合された金属層４に放熱フィンを接続したり、金属層４に放熱フィンをロウ付け等で接合して放熱フィンが放熱部材１と一体化した形状としたりしてもよく、これによって、電子部品11の作動に伴い発生する熱を放熱部材１により吸収するとともに大気中に放散させる作用をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた本発明の電子装置のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】図１の電子部品収納用パッケージおよびそれを用いた本発明の電子装置のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・・・・・・・・放熱部材
２・・・・・・・・・・基体
３・・・・・・・・・・貫通金属体
４・・・・・・・・・・金属層
５・・・・・・・・・・枠体
６・・・・・・・・・・配線導体
８・・・・・・・・・・電子部品収納用パッケージ
10・・・・・・・・・・搭載部
11・・・・・・・・・・電子部品
14・・・・・・・・・・電子装置
【図１】
2006013260.tif 000003
【図２】
2006013260.tif 000004
【図３】
2006013260.tif 000005