(57)【要約】【課題】半導体素子から発生する熱を基体に伝えることなく選択的に放熱体を介して外部へ放散させることにより、半導体素子収納用パッケージ全体の温度上昇を抑え、半導体素子を常に適温にして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。【解決手段】半導体素子収納用パッケージは、上側主面に凹部１ａを有するセラミックスからなる基体１と、凹部１ａの底面から下側主面にかけて基体１を貫通する横断面形状が四角形状の貫通孔２と、貫通孔２に嵌着された、上面に半導体素子９が載置される載置部１ｂを有する金属製の直方体状の放熱体３とを具備しており、放熱体３は、上面と側面との間に全周にわたって段差３ｃが形成されている。【選択図】  図２
2004288948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に凹部を有するセラミックスからなる基体と、前記凹部の底面から下側主面にかけて前記基体を貫通する横断面形状が四角形状の貫通孔と、前記貫通孔に嵌着された、上面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の直方体状の放熱体とを具備しており、該放熱体は、上面と側面との間に全周にわたって段差が形成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】
前記放熱体は、前記段差の下側の側面が下方に向かって下面の中心側に傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された前記半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を収容するためのセラミックスからなる基体を具備する半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関し、特に基体に付設された放熱体の形状の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来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（以下、単にパッケージともいう）は、リードフレームなどに搭載した半導体素子を樹脂モールドした樹脂封止型のパッケージや、金属またはセラミックスから成る中空の容器の内部に半導体素子を気密封止した気密封止型のパッケージが知られている。その中でも、気密封止型のパッケージは、気密性に優れるため、高信頼性が要求される場合に多用されている。
【０００３】
従来の気密封止型のパッケージＣの一例を示す断面図を図５に示す。同図において、２１は基体、２１ａは半導体素子の載置部、２２は枠体、２３は放熱体、２４は入出力端子、２５は半導体素子、２８は蓋体である。基体２１は、例えば鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成り、基体２１の上側主面の外周部には、載置部２１ａを囲繞するように接合されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる枠体２２が立設されている。この枠体２２は、基体２１に銀（Ａｇ）ロウなどのロウ材を介してロウ付けされるか、あるいは基体２１と一体成形されることにより設けられる。
【０００４】
また、基体２１の中央部には貫通孔Ｂ１が形成されており、この貫通孔Ｂ１に熱伝導性の高い銅（Ｃｕ）系材料からなる放熱体２３がロウ材を介して接合されている。そして、この放熱体２３の上面に半導体素子２５が載置される載置部２１ａが設けられている。
【０００５】
放熱体２３は上下２枚の銅板２３ａからなり、この２枚の銅板２３ａの間にロウ材を挟み、加熱、冷却することにより２枚の銅板２３ａが互いに接合されている。そして、貫通孔Ｂ１の内面に２枚の銅板２３ａの各側面が全周にわたってロウ材を介して接合されている。
【０００６】
そして、枠体２２には側部に貫通孔から成る入出力端子２４の取付部２２ａが形成されており、この取付部２２ａ内に枠体２２の内外を気密に封止するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスからなる入出力端子２４が嵌着されている。
【０００７】
入出力端子２４は、上面にメタライズ層からなる線路導体２４ａが形成された平板部とこの上面に線路導体２４ａの一部を間に挟んで接合された立壁部とからなり、枠体２２の外側の露出した線路導体２４ａ上には外部リード端子２７が接合されている。
【０００８】
このようなパッケージＣの載置部２１ａに半導体素子２５をペルチェ素子などの電子冷却素子を介して載置固定するとともに線路導体２４ａと半導体素子２５の電極とをボンディングワイヤ２６を介して電気的に接続し、枠体２２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる蓋体２８を金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等のロウ材を用いたロウ付け法やシームウエルド法等の溶接法で取着して、基体２１、枠体２２、蓋体２８、入出力端子２４、放熱体２３から主に構成される容器内部を気密に封止することによって、製品としての半導体装置となる。
【０００９】
この半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって半導体素子２５を駆動させることで無線基地局等に用いられるパワーアンプモジュール用等の半導体装置として機能する。
【００１０】
このようなパッケージＣは、基体２１がセラミックス製の入出力端子２４の熱膨張係数に近似する熱膨張係数を有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるため、パッケージＣの製造工程中に基体２１と入出力端子２４との熱膨張係数差によって入出力端子２４にクラックなどの不具合が発生するのを有効に抑制できる。
【００１１】
また、半導体素子２５を熱伝導性のよい銅板２３ａからなる放熱体２３上に搭載するため、半導体素子２５が発する熱を放熱体２３を介して外部に効率よく放熱することができ、半導体素子２５の温度上昇を抑制して半導体素子２５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になるというものである（例えば、下記の特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−２１７３３３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、金属製の基体２１を用いているため、パッケージＣの重量が大きく、このようなパッケージＣを通信機器等の携帯用機器や衛星通信用のモジュール等に用いるのは困難であった。また、半導体素子２５から発生した熱が放熱体２３から金属製の基体２１に伝わり易く、この熱が入出力端子２４およびボンディングワイヤ２６を介して半導体素子２５に伝わることになり、電子冷却素子を半導体素子２５と載置部２１ａとの間に配置して半導体素子２５から放熱体２３への熱伝導性を向上しても半導体素子２５の温度を適温まで下げることができないという問題点を有していた。
【００１４】
そこで、基体２１を例えばＡｌ２Ｏ３質焼結体などのセラミックスから構成することにより重量を軽減するとともに、基体２１の熱伝導度を金属製の基体２１に比して小さくすることにより基体２１に熱が伝わるのを抑制し、選択的に放熱体２３を介して外部に放熱させるという提案がされている。
【００１５】
このようなセラミックスからなる基体２１は、金属に比較して軽量であり、また熱伝導度が低いという利点を有している。さらに、表面にメタライズ層から成る線路導体を形成できることから、半導体素子２５の電極と線路導体とを短い距離でボンディングワイヤ２６により接続することができ、信号の損失を低減することもできる。
【００１６】
しかしながら、セラミックス製の基体２１は熱伝導性が低くて放熱体２３からの熱が伝わり難いものの、半導体素子２５の使用周波数の高周波化にともなって発熱量が多くなった場合、半導体素子２５や電子冷却素子からの熱を全て放熱体２３の下方に伝達して放熱させることはできず、一部の熱は放熱体２３の側面から基体２１に伝達される。従って、基体２１に熱が伝達されるとセラミックスからなる基体２１の熱伝導率が小さいために、その熱を容易に放熱することができずに基体２１内に残留し、その結果、パッケージＣ全体の温度が上昇して電子冷却素子による冷却だけでは半導体素子２５を適正な温度とすることができないという問題点を依然として有していた。
【００１７】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、半導体素子から発生する熱を基体に伝えることなく選択的に放熱体を介して外部へ放散させることにより、半導体素子収納用パッケージ全体の温度上昇を抑え、半導体素子を常に適温にして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できる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に凹部を有するセラミックスからなる基体と、前記凹部の底面から下側主面にかけて前記基体を貫通する横断面形状が四角形状の貫通孔と、前記貫通孔に嵌着された、上面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の直方体状の放熱体とを具備しており、該放熱体は、上面と側面との間に全周にわたって段差が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に凹部を有するセラミックスからなる基体と、凹部の底面から下側主面にかけて基体を貫通する横断面形状が四角形状の貫通孔と、貫通孔に嵌着された、上面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の直方体状の放熱体とを具備しており、放熱体は、上面と側面との間に全周にわたって段差が形成されていることから、放熱体の側面と基体との接触面積を小さくすることができ、放熱体から基体へ熱が伝達されるのを有効に抑制することができるとともに、放熱体は下側ほど横断面積が大きくなっているために、熱を下側により効率よく伝達することができる。その結果、半導体素子からの熱を基体に伝えることなく選択的に放熱体を介して外部へ放散させて半導体素子収納用パッケージ全体の温度上昇を抑え、半導体素子を常に適温にして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できる。
【００２０】
本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記放熱体は、前記段差の下側の側面が下方に向かって下面の中心側に傾斜していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、放熱体の段差の下側の側面が下方に向かって下面の中心側に傾斜していることにより、基体と放熱体との間のロウ材の体積を段差の下側に行くほど大きくすることができ、基体と放熱体との熱膨張係数差により応力が生じた場合でも、この体積の大きいロウ材により応力を有効に吸収することができる。また、放熱体の下面の端と基体との距離が適度に大きくなっていることから、半導体素子収納用パッケージを外部回路基板等に搭載した場合、熱膨張係数差による応力が集中し易い放熱体、基体および外部電気回路基板の３つの部品が接触する界面部分に大きな体積のロウ材を設けることができ、応力集中を有効に緩和することができる。これらの結果、基体にクラックが生じるのを有効に抑制することができる。さらに、ロウ材を段差の下側に導くことによって、放熱体の側面と基体との間のロウ材が段差の上側にあふれ出て熱が基体側へ伝わり易くなるのを有効に抑制することができる。
【００２２】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された前記半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた放熱性に優れ、半導体素子の動作信頼性の高いものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す上面図であり、図２（ａ）は、図１に示すパッケージのＡ−Ａ’線における断面図、また同図（ｂ）は放熱体のＢ−Ｂ’線における断面図である。これらの図において、１は基体、１ａは凹部、１ｂは載置部、１ｃは側壁、１ｄは線路導体、２は貫通孔、３は放熱体、４は電子冷却素子、５はロウ材、６はリード端子、７はボンディングワイヤ、８は蓋体、９は半導体素子である。
【００２５】
本発明の基体１は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等のセラミックスから形成され、例えばＡｌ２Ｏ３質焼結体からなる場合以下のようにして作製される。すなわち、Ａｌ２Ｏ３，酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法によってシート状となすことにより、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。
【００２６】
次に、このセラミックグリーンシートに貫通孔２や凹部１ａ等となる適当な打抜き加工を施すとともに、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の金属粉末に適当なバインダ、溶剤を混合してなる導体ペーストを、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布することによって、半導体素子９の電極と電気的に接続される線路導体１ｄや、リード端子６が接合される電極となる導体層を形成する。その後、これらのセラミックグリーンシートを所定の順序で積層した後、所定の寸法に切断し、最後に約１６００℃の温度で焼成することによって、線路導体１ｄ等の導体層を有した基体１となる焼結体を作製することができる。
【００２７】
線路導体１ｄは、酸化腐食を防止するためやボンディングワイヤ７との接合強度を高めるため、Ｎｉめっき、Ａｕめっきなどの金属めっきが表面に被着されているのがよい。
【００２８】
また、凹部１ａを構成する側壁１ｃには、図１，２に示すように一部を切り欠いて成る入出力部１ｅが形成され、この入出力部１ｅの底面には線路導体１ｄと電気的に接続された電極が形成されている。そして、この電極にＦｅ−Ｎｉ合金等の金属からなるリード端子６をＡｇロウ等のロウ材を介して接合し、線路導体１ｄと半導体素子９の電極とをボンディングワイヤ７で電気的に接合することにより、外部電気回路からリード端子６を介して供給される電気信号によって半導体素子９を駆動させるとともに、半導体素子９と外部電気回路との信号の入出力を行なうことができる。
【００２９】
本発明の基体１は、その凹部１ａの底面から基体１の下面にかけて形成された貫通孔２にＣｕやＣｕ−Ｗ合金等の熱伝導性の高い金属からなる放熱体３が嵌着されている。この放熱体３が半導体素子９を支持するための支持部材となり、この放熱体３の上面の載置部１ｂに半導体素子９がペルチェ素子などの電子冷却素子４を介して接着固定される。
【００３０】
放熱体３は熱伝導性が良好であるとともにセラミックスと熱膨張係数が近いＣｕ−Ｗが用いられるのがよい。これにより、半導体素子９が発する熱を効率よく伝達して大気中に放熱することが可能になり、冷却効率を高いものにすることができる。また、セラミックス製の基体１と放熱体３との熱膨張係数差を小さくし、これらの熱膨張係数差による応力によって基体１にクラックが生じるのを有効に抑制することもできる。
【００３１】
また放熱体３は、直方体状であり、図２（ｂ）に示すように上面と側面との間に全周にわたって段差３ｃが形成されている。これにより、放熱体３の側面と基体１との接触面積を小さくすることができ、放熱体３から基体１へ熱が伝達されるのを有効に抑制することができるとともに、放熱体３は下側ほど横断面積が大きくなっているために、熱を下側により効率よく伝達することができる。その結果、半導体素子９からの熱を基体１に伝えることなく選択的に放熱体３を介して外部へ放散させてパッケージ全体の温度上昇を抑え、半導体素子９を常に適温にして半導体素子９を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３２】
放熱体３の下側の部位３ｂの各側面の長さは、段差３ｃの上側の部位３ａの各側面の長さの１．０５乃至２倍であるのがよい。１．０５倍未満であるとＡｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックス製の基体１と上側の部位３ａの側面との間の距離が小さいため、上側の部位３ａから熱が輻射熱として基体１に伝わり、この熱がボンディングワイヤ７を介して半導体素子９に伝達されることとなって電子冷却素子４による冷却効率が低下し易くなる。
【００３３】
一方、２倍を超えると放熱体３の横断面積が大きくなるためにその横方向の熱膨張が大きくなり、基体１と放熱体３との接合部において、放熱体３と基体１との熱膨張係数差により応力が発生して基体１にクラックが発生し易くなったり、あるいは放熱体３の下側の部位３ｂの厚さが小さい場合には下側の部位３ｂが変形し易くなる。
【００３４】
また、放熱体３の下側の部位３ｂの厚さは、放熱体３の厚さに対して５乃至５０％であるのがよい。５０％を超えるとＡｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等からなる基体１と下側の部位３ｂとの接合面積が大きくなるため、半導体素子９で発生した熱が基体１に伝わり易くなり、ボンディングワイヤ７を介して半導体素子９に作用して半導体素子９の電子冷却素子４による冷却効率が減少し易くなる。
【００３５】
一方、５％未満であると、下側の部位３ｂの強度が弱くなり、基体１と下側の部位３ｂとの接合部において下側の部位３ｂと基体１との熱膨張係数の違いにより応力が発生して、下側の部位３ｂが変形し易くなり、半導体素子９の位置ズレが発生してボンディングワイヤ７が断線し易くなる。
【００３６】
また、放熱体３は段差３ｃの下側の側面、即ち下側の部位３ｂの側面が下方に向かって下面の中心側に傾斜しているのがよい。これにより、基体１と放熱体３との間のロウ材５の体積を段差３ｃの下側に行くほど大きくすることができ、基体１と放熱体３との熱膨張係数差により応力が生じた場合でも、この体積の大きいロウ材５により応力を有効に吸収することができる。また、放熱体３の下面の端と基体１との距離が適度に大きくなっていることから、パッケージを外部回路基板等に搭載した場合、熱膨張係数差による応力が集中し易い放熱体３、基体１および外部電気回路基板の３つの部品が接触する界面部分に大きな体積のロウ材５を設けることができ、応力集中を有効に緩和することができる。これらの結果、基体１にクラックが生じるのを有効に抑制することができる。さらに、ロウ材５を段差３ｃの下側に導くことによって、放熱体３の側面と基体１との間のロウ材５が段差３ｃの上側にあふれ出て熱が基体１側へ伝わり易くなるのを有効に抑制することができる。
【００３７】
また、放熱体３の下側の部位３ｂは、図３に斜視図で示すように、四隅の角が斜めに切り欠かれていてもよい。これにより、放熱体３と基体１との熱膨張係数差による応力が集中し易い貫通孔２の角部において、貫通孔２の角部と下側の部位３ｂの四隅との間のロウ材の体積を大きくすることができ、熱膨張係数差による応力を有効に緩和することができる。
【００３８】
また、放熱体３は、図４に斜視図で示すように、下側の部位３ｂの露出した上面において、側面の中央の上方に位置する部位に側面と面一になっているとともに、上側の部位３ａの上面と面一になっている直方体状の突出部３ｄを有していてもよい。これにより、放熱体３の下側の部位３ｂを補強することができるため、下側の部位３ｂを薄くして放熱体３と基体１との接触面積をより小さくすることができ、放熱体３から基体１に熱が伝わるのをより有効に抑制することができる。
【００３９】
このようなパッケージの載置部１ｂに半導体素子９をペルチェ素子などの電子冷却素子４を介して載置固定するとともに線路導体１ｄと半導体素子９の電極とをボンディングワイヤ７を介して電気的に接続し、基体１の上面の凹部１ａの周囲、即ち側壁１ｃの上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる環状部材（図示せず）を介してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる蓋体８をＡｕ−Ｓｎ等のロウ材を用いたロウ付け法やシームウエルド法等の溶接法で取着して、基体１、放熱体３、蓋体８から主に構成される容器内部を気密に封止することによって、製品としての半導体装置となる。
【００４０】
この半導体装置は、外部電気回路からリード端子６、線路導体１ｄ、ボンディングワイヤ７を介して供給される駆動信号によって半導体素子９を駆動させることで光通信用や無線通信用などに用いられる半導体装置として作動する。
【００４１】
【実施例】
（実施例１）
本発明の半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４２】
図１のパッケージを以下のように構成した。Ａｌ２Ｏ３質焼結体からなり、外形が縦１０．１５ｍｍ×横１２．７８ｍｍ×高さ５．００ｍｍ、凹部１ａの形状が縦７．１５ｍｍ×横８．５３ｍｍ、側壁１ｃの高さが３．６１ｍｍの基体１を用意した。そして、これら基体１の凹部１ａの底面から基体１の下面にかけて種々の大きさの貫通孔２を形成した（表１参照）。
【００４３】
また、上側の部位３ａが縦２．２０ｍｍ×横３．５０ｍｍ×高さ０．５０ｍｍで、下側の部位３ｂの縦および横の長さがそれぞれ表１の各貫通孔２よりも０．１０ｍｍ小さくなっている（高さは０．５０ｍｍ）Ｃｕ−Ｗからなる放熱体３を用意した。
【００４４】
そして、これらの放熱体３を上記の基体１の貫通孔２にＡｇロウ（ＢＡｇ８：ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１）を介して嵌着し、各大きさの放熱体３についてそれぞれ１０個のサンプルを得た。
【００４５】
これらのサンプルにおいて載置部１ｂに縦２．１５ｍｍ、横３．６３ｍｍ、高さ０．６３ｍｍの電子冷却素子４を介して縦０．２５ｍｍ、横０．２５ｍｍ、高さ０．１０ｍｍのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電解効果型トランジスタ）を搭載してテストサンプルとした。
【００４６】
また、比較サンプルとして、上記の種々の大きさの放熱体３の下側の部位３ｂと各側面の長さが同じで高さが１．００ｍｍの直方体である、段差３ｃを形成していない放熱体３を用意し、これを各貫通孔２にロウ材５を介して嵌着し、上記と同様に電子冷却素子４および半導体素子９を載置したものを、各大きさについて１０個ずつ作製した。
【００４７】
そして、これらのサンプルについて半導体素子９を５ＧＨｚ、５０ｍＶの条件で１時間作動させた際に、２５℃に設定された測定室内で半導体素子９の温度上昇を赤外線温度計を用いて評価した。評価結果を表１に示す。表１の各欄における評価結果はいずれも１０個のサンプルの表面温度の平均値である。
【００４８】
【表１】
2004288948.tif 000003
【００４９】
表１に示す結果より、段差３ｃのない比較サンプルと比較して、本発明の段差３ｃを有する放熱体３を用いたテストサンプルは、温度上昇を大幅に低減できることが判明した。
【００５０】
（実施例２）
次いで、放熱体３の上側の部位３ａの側面長さに対する下側の部位３ｂの側面長さの比を１．５とし、下側の部位３ａの厚さを放熱体３全体の厚さに対して種々の割合にしたサンプル（表２参照）を各厚さについて１０個ずつ作製し、実施例１と同様にして半導体素子９の温度上昇を評価するとともに、放熱体３の変形の有無を評価した。評価結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
2004288948.tif 000004
【００５２】
表２に示す結果から、本発明の放熱体３の下側の部位３ｂの高さの割合を全体の高さに対して５〜５０％とすることにより、半導体素子９を常に適温にして半導体素子９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になるとともに、放熱体３の下側の部位３ｂの変形を解消したパッケージを得ることができることが判明した。
【００５３】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および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内で種々の変更を施すことは何等支障ない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に凹部を有するセラミックスからなる基体と、凹部の底面から下側主面にかけて基体を貫通する横断面形状が四角形状の貫通孔と、貫通孔に嵌着された、上面に半導体素子が載置される載置部を有する金属製の直方体状の放熱体とを具備しており、放熱体は、上面と側面との間に全周にわたって段差が形成されていることから、放熱体の側面と基体との接触面積を小さくすることができ、放熱体から基体へ熱が伝達されるのを有効に抑制することができるとともに、放熱体は下側ほど横断面積が大きくなっているために、熱を下側により効率よく伝達することができる。その結果、半導体素子からの熱を基体に伝えることなく選択的に放熱体を介して外部へ放散させて半導体素子収納用パッケージ全体の温度上昇を抑え、半導体素子を常に適温にして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できる。
【００５５】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、放熱体の段差の下側の側面が下方に向かって下面の中心側に傾斜していることにより、基体と放熱体との間のロウ材の体積を段差の下側に行くほど大きくすることができ、基体と放熱体との熱膨張係数差により応力が生じた場合でも、この体積の大きいロウ材により応力を有効に吸収することができる。また、放熱体の下面の端と基体との距離が適度に大きくなっていることから、半導体素子収納用パッケージを外部回路基板等に搭載した場合、熱膨張係数差による応力が集中し易い放熱体、基体および外部電気回路基板の３つの部品が接触する界面部分に大きな体積のロウ材を設けることができ、応力集中を有効に緩和することができる。これらの結果、基体にクラックが生じるのを有効に抑制することができる。さらに、ロウ材を段差の下側に導くことによって、放熱体の側面と基体との間のロウ材が段差の上側にあふれ出て熱が基体側へ伝わり易くなるのを有効に抑制することができる。
【００５６】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた放熱性に優れ、半導体素子の動作信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は図１の半導体素子収納用パッケージのＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は（ａ）の半導体素子収納用パッケージにおける放熱体の拡大断面図である。
【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージにおける放熱体について実施の形態の例を示す斜視図である。
【図４】本発明の半導体素子収納用パッケージにおける放熱体について実施の形態の例を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凹部
１ｂ：載置部
１ｃ：側壁
１ｄ：線路導体
２：貫通孔
３：放熱体
３ｃ：段差
４：電子冷却素子
５：ロウ材
８：蓋体
９：半導体素子
【図１】
2004288948.tif 000005
【図２】
2004288948.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月8日(2003.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
そして、枠体22には側部に貫通孔から成る入出力端子24の取付部22ａが形成されており、この取付部22ａ内に枠体22の内外を気密に封止するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスからなる入出力端子24が嵌着されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
そこで、基体21を例えばＡｌ２Ｏ３質焼結体などのセラミックスから構成することにより重量を軽減するとともに、基体21の熱伝導度を金属製の基体21に比して小さくすることにより基体21に熱が伝わるのを抑制し、選択的に放熱体23を介して外部に放熱させるという提案がされている。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の基体１は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２等のセラミックスから形成され、例えばＡｌ２Ｏ３質焼結体からなる場合以下のようにして作製される。すなわち、Ａｌ２Ｏ３，酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法によってシート状となすことにより、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
放熱体３の下側の部位３ｂの各側面の長さは、段差３ｃの上側の部位３ａの各側面の長さの1.05乃至２倍であるのがよい。1.05倍未満であるとＡｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックス製の基体１と上側の部位３ａの側面との間の距離が小さいため、上側の部位３ａから熱が輻射熱として基体１に伝わり、この熱がボンディングワイヤ７を介して半導体素子９に伝達されることとなって電子冷却素子４による冷却効率が低下し易くなる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
また、放熱体３の下側の部位３ｂの厚さは、放熱体３の厚さに対して５乃至50％であるのがよい。50％を超えるとＡｌ２Ｏ３質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等からなる基体１と下側の部位３ｂとの接合面積が大きくなるため、半導体素子９で発生した熱が基体１に伝わり易くなり、ボンディングワイヤ７を介して半導体素子９に作用して半導体素子９の電子冷却素子４による冷却効率が減少し易くなる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図１のパッケージを以下のように構成した。Ａｌ２Ｏ３質焼結体からなり、外形が縦10.15ｍｍ×横12.78ｍｍ×高さ5.00ｍｍ、凹部１ａの形状が縦7.15ｍｍ×横8.53ｍｍ、側壁１ｃの高さが3.61ｍｍの基体１を用意した。そして、これら基体１の凹部１ａの底面から基体１の下面にかけて種々の大きさの貫通孔２を形成した（表１参照）。