(57)【要約】【課題】半導体素子収納用パッケージに収容される半導体素子が発する熱を効率よく放散させて、半導体素子を長期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、上側主面に半導体素子４が載置される載置部１ａが形成されるとともに四隅部にネジを挿入するための貫通孔１ｃまたは切欠きを有するネジ止め部１ｂがそれぞれ形成された略四角形の金属製の基体１と、基体１の上側主面に載置部１ａを囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子３の取付部２ａが形成された金属製の枠体２と、取付部２ａに嵌着された、枠体２の内外を電気的に導通するメタライズ配線層３ａを有するセラミック製の入出力端子３と、基体１の下側主面の略全面に密着されたグラファイトシート６とを具備しており、グラファイトシート６は中央部６ｂが最も厚い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に半導体素子が載置される載置部が形成されるとともに四隅部にネジを挿入するための貫通孔または切欠きを有するネジ止め部がそれぞれ形成された略四角形の金属製の基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された、前記枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミック製の入出力端子と、前記基体の下側主面の略全面に密着されたグラファイトシートとを具備しており、該グラファイトシートは中央部が最も厚い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】
前記グラファイトシートは、前記中央部の厚さが前記ネジ止め部の下方に位置する部位の厚さよりも５乃至１０％大きい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】
前記グラファイトシートは、前記中央部の面積が前記グラファイトシートの主面の面積の３０乃至７０％であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記グラファイトシートの前記ネジ止め部の下方に位置する部位が、前記ネジ止め部に挿入される前記ネジの中心軸を中心軸とするとともに前記ネジ止め部の前記貫通孔の直径または前記切欠きの幅の３乃至５倍の直径の円筒領域の内側に位置する部位であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
前記グラファイトシートは、前記基体側から第１のグラファイトシートおよび第２のグラファイトシートが積層されて成り、該第２のグラファイトシートは、その端が全周にわたって前記枠体の直下に位置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６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備した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、特に外部基板への実装構造を改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージともいう）を図４に平面図、図５に図４のＢ−Ｂ’線における断面図で示す。これらの図において、１１は基体、１２は枠体、１３は入出力端子を示し、これらで内部空間に半導体素子１４を収容する半導体パッケージが基本的に構成される。
【０００３】
基体１１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の焼結材等から成り、その上側主面の略中央部には、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体素子１４を載置するための載置部１１ａが設けられている。また、基体１１の四隅部に、貫通孔１１ｃあるいは切欠きを有するネジ止め部１１ｂが設けられている。基体１１は、ネジ止め部１１ｂの貫通孔１１ｃあるいは切欠きにネジを挿入し放熱板等の外部基板Ｃにネジ止め固定される。
【０００４】
基体１１の上側主面には、載置部１１ａを囲繞するようにして接合され、側部に入出力端子１３の取付部１２ａが形成された枠体１２が立設されている。
【０００５】
枠体１２は基体１１と同様に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１１と一体成形される、または基体１１に銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体１１の上側主面に立設される。
【０００６】
入出力端子１３は、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成り、枠体１２の取付部１２ａにロウ材を介して嵌着接合され、枠体１２の内外を導通する複数のメタライズ配線層１３ａが被着形成されている。
【０００７】
このような構成の半導体パッケージの載置部１１ａに半導体素子１４を載置固定した後、半導体素子１４の電極と入出力端子１３の枠体１２内面側のメタライズ配線層１３ａとをボンディングワイヤ（図示せず）で電気的に接続し、枠体１２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体１５をシーム溶接法等の溶接法により接合して半導体素子１４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。
【０００８】
しかしながら、この半導体装置は、半導体素子１４が作動により発熱し、特に作動周波数が高周波になるほど発熱量は大きく、半導体素子１４が高温となって誤動作するという問題点を有していた。
【０００９】
このような問題点を解決するために、半導体素子１４を熱伝導率の高いグラファイトシートを介して基体１１上に載置固定することにより半導体素子１４が発する熱を基体１１へ放熱させることが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【００１０】
この構成の半導体装置は、外部電気回路装置に設けた放熱板等の外部基板Ｃにネジ止め固定されることにより、外部電気回路装置の構成要素として機能することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２２３６２９号公報（第２−３頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の半導体装置は、半導体素子１４が作動する際に発する熱を基体１１に効率よく放熱することができるが、基体１１においては熱を外部基板Ｃに効率よく放熱することは困難であった。即ち、ネジ止め部１１ｂの貫通孔１１ｃにネジを挿入して外部基板Ｃにネジ止め固定する際において、ネジの締め付けによりネジ止め部１１ｂ周辺に大きな応力が加わることによって、基体１１が変形して基体１１の下面と外部基板Ｃとの間に隙間が生じ、基体１１から外部基板Ｃへの放熱が効率よく行なわれなくなる。
【００１３】
また、近年の高密度化が進んだ半導体素子１４では、発熱量が従来のものに比べてきわめて大きくなってきており、基体１１の半導体素子１４の直下の部位が半導体素子１４から伝わる熱のために急激に高温化する。そのため、基体１１の半導体素子１４の直下の部位が局部的に熱膨張して基体１１が変形し、基体１１の下面と外部基板Ｃとの間に隙間が生じて基体１１から外部基板Ｃへの放熱が効率よく行なわれなくなる。
【００１４】
このように基体１１から外部基板Ｃへの放熱が困難となるため、半導体素子１４から基体１１への放熱の効率も低下して半導体素子１４が高温となって誤動作したり、あるいは、基体１１の変形がより大きくなって枠体１２に嵌着させた入出力端子１３に応力が加わり、入出力端子１３にクラックが発生することにより、気密性が失われたりメタライズ配線層１３ａが断線したりするといった問題点を有していた。
【００１５】
このような基体１１と外部基板Ｃとの間の隙間による放熱効率の低下を改善するために、例えばシリコングリースなどの充填材料を基体１１と外部基板Ｃとの間の隙間に介在させて基体１１と外部基板Ｃとの密着不足を補うという方法がある。
【００１６】
しかしながら、シリコングリースの熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下と小さく、例え基体１１と外部基板Ｃとの間の隙間が小さくてシリコングリースの層が薄くなっているとしても熱伝導はシリコングリース層で妨げられ、基体１１から外部基板Ｃへの放熱性は著しく低下するといった問題点を有していた。
【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、ＦＥＴ，ＭＭＩＣ等の半導体素子が発する熱を効率よく外部に放熱して半導体素子の温度を所定の範囲内に維持し、また、基体における温度の偏りによる半導体パッケージの歪みを緩和して入出力端子に発生するクラックを抑制することにより、気密性の保持や入出力端子のメタライズ配線層の断線防止を行い、内部に収容する半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る半導体素子収納用パッケージ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、上側主面に半導体素子が載置される載置部が形成されるとともに四隅部にネジを挿入するための貫通孔または切欠きを有するネジ止め部がそれぞれ形成された略四角形の金属製の基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された、前記枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミック製の入出力端子と、前記基体の下側主面の略全面に密着されたグラファイトシートとを具備しており、該グラファイトシートは中央部が最も厚いことを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、基体の下面の略全面に密着された中央部が最も厚いグラファイトシートを具備したことから、半導体素子収納用パッケージの内部に収容した半導体素子から発生し基体に伝達された熱をきわめて速やかにグラファイトシートの面方向に伝達することができ、基体の半導体素子の接合部直下が局所的に高温になるのを有効に抑制することができる。また、グラファイトシートの厚さ方向においても１℃／Ｗ以下の小さい熱抵抗で熱を外部基板へ速やかに放熱することができ、半導体素子の高温化を有効に抑制することができる。
【００２０】
また、グラファイトシートの中央部がより大きい力で圧縮されるため、ネジ止め部の貫通孔にネジを挿入して外部基板にネジ止め固定する際において、ネジの締め付けによりネジ止め部周辺に大きな応力が加わって基体が変形した場合や、基体の半導体素子の直下の部位が半導体素子から伝わる熱のために急激に高温化し、基体の半導体素子の直下の部位が局部的に熱膨張して基体が変形した場合に、基体と外部基板との距離が大きくなっても、中央部のグラファイトシートに加わっている圧力が若干開放されて圧縮されていたグラファイトシートの厚みが復元されて増すことにより基体とグラファイトシートの密着性を保つことができる。
【００２１】
これらの結果、半導体素子が発する熱を効率よく外部に放熱して半導体素子の温度を所定の範囲内に維持し、また、基体における温度の偏りによる半導体素子収納用パッケージの歪みを緩和して入出力端子に発生するクラックを抑制することにより、気密性の保持や入出力端子のメタライズ配線層の断線防止を行い、内部に収容する半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２２】
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、前記グラファイトシートは、前記中央部の厚さが前記ネジ止め部の下方に位置する部位の厚さよりも５乃至１０％大きいことを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートの中央部の厚さがネジ止め部の下方に位置する部位の厚さよりも５乃至１０％大きいことから、従来のグラファイトシートでは中央部よりもネジ止め部でより強く圧縮されて中央部の圧力が弱くなるのに対して、本発明のグラファイトシートでは、その中央部をネジ止め部よりも厚くすることにより中央部も確実に基体および外部基板に密着させることができ、放熱性をより高めることができる。
【００２４】
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、前記中央部の面積が前記グラファイトシートの主面の面積の３０乃至７０％であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、グラファイトシートの中央部の面積がグラファイトシートの主面の面積の３０乃至７０％であることから、ネジ止めの際にグラファイトシート全面に均一に圧力が加わり易くなり、半導体素子から離れた部位においても半導体素子の熱をグラファイトシートを介して外部基板に伝達することができ、さらに高い放熱効果を得ることができる。
【００２６】
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、前記グラファイトシートの前記ネジ止め部の下方に位置する部位が、前記ネジ止め部に挿入される前記ネジの中心軸を中心軸とするとともに前記ネジ止め部の前記貫通孔の直径または前記切欠きの幅の３乃至５倍の直径の円筒領域の内側に位置する部位であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートのネジ止め部の下方に位置する部位が、ネジ止め部に挿入されるネジの中心軸を中心軸とするとともにネジ止め部の貫通孔の直径または切欠きの幅の３乃至５倍の直径の円筒領域の内側に位置する部位であることから、グラファイトシートを略全面において満遍なく均一な圧力で圧縮することができるため、グラファイトシートが歪んで破れるのを有効に抑制でき、より大きな圧力でグラファイトシートを圧縮することができる。即ち、グラファイトシートのネジ止め部の下方に位置する部位が最も強く圧縮されるため、この部位を中央部よりも薄くすることにより、中央部を確実に基体および外部基板に密着させることができ、放熱性をより高めることができる。その結果、グラファイトシート全面において基体および外部基板との密着性をより向上させて熱伝導率を向上させることができる。
【００２８】
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、前記グラファイトシートは、前記基体側から第１のグラファイトシートおよび第２のグラファイトシートが積層されて成り、該第２のグラファイトシートは、その端が全周にわたって前記枠体の直下に位置していることを特徴とする。
【００２９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートは、基体側から第１グラファイトシートおよび第２のグラファイトシートが積層されて成り、この第２のグラファイトシートは、その端が全周にわたって枠体の直下に位置していることにより、載置部の直下から枠体の直下にかけて確実にグラファイトシートを基体および外部基板に密着させることができ、簡便な構成で放熱性をより高めることができる。
【００３０】
また、半導体素子収納用パッケージをネジ止めする際、ネジの締め付け力にバラツキが生じても基体の載置部の直下から枠体の直下の部位が確実にグラファイトシートに密着しているため、放熱性が大きく損なわれることが無い。
【００３１】
さらに、ネジ止め部の下方には一層の第１のグラファイトシートのみであるため、このネジ止め部の下方の第１のグラファイトシートに生じる圧力は２層のグラファイトシートが積層された部位よりも小さくなって熱の伝達速度が多少小さくなり、ネジ止め部に挿入されたネジの温度の上昇を抑制することができる。その結果、熱膨張によりネジが膨張することに起因してグラファイトシートの密着性が損なわれることが有効に抑制することができる。
【００３２】
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、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００３３】
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、気密信頼性および導通信頼性の高いものとなる。
【００３４】
【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および半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図、図２（ａ）は図１の半導体パッケージのＡ−Ａ’線における断面図、図２（ｂ）は図１の半導体パッケージに用いられるグラファイトシートの断面図である。また、図３（ａ）は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の他の例を示す下面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に用いられるグラファイトシートの断面図である。これらの図において、１は基体、１ａは載置部、１ｂはネジ止め部、２は枠体、２ａは取付部、３は入出力端子、３ａはメタライズ配線層、４は半導体素子、５は蓋体、６はグラファイトシート、６ｂは中央部を示し、これら基体１、枠体２、入出力端子３、グラファイトシート６で、内部空間に半導体素子４を収容する半導体パッケージが基本的に構成される。また、半導体パッケージに半導体素子４を搭載し、枠体２の上面に蓋体５を接合することにより半導体装置と成る。
【００３５】
本発明の基体１は平面視形状が略四角形であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施したり、または射出成形と切削加工等を施すことによって所定の形状に製作される。基体１の上側主面には、ＦＥＴ，ＭＭＩＣ等の半導体素子４を載置する載置部１ａが設けられる。この基体１は、半導体素子４が作動時に発する熱を外部に放熱させるための放熱板としての役割も果たし、基体１が放熱板等の外部基板Ｃにネジ止めされることにより半導体素子４で発生した熱を基体１を介して外部基板Ｃに放熱することができる。
【００３６】
なお、略四角形とは、完全な四角形である場合以外に、例えば角部を曲線や直線で面取りしたような概略四角形であるものも含んでいることを意味する。
【００３７】
基体１表面には、酸化腐食の防止や半導体素子４のロウ付け等による載置固定を良好にするために、厚さ０．５乃至９μｍのＮｉ層や厚さ０．５乃至５μｍの金（Ａｕ）層からなる金属層をめっき法等により被着させておくとよい。また、半導体素子４から発せられる熱を効率よく外部へ放熱させるために、半導体素子４がペルチェ素子等の熱電冷却素子（図示せず）に搭載された状態で載置部１ａに載置固定されていてもよい。
【００３８】
また、基体１の上側主面には、載置部１ａを囲繞するようにして接合されるとともに、側部に入出力端子３の取付部２ａが形成された枠体２が立設されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子４を収容する空所を形成する。
【００３９】
枠体２は平面視形状が略四角形状の枠状体であり、入出力端子３を支持する作用をなす。また、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１にＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることにより、基体１の上側主面に立設される。取付部２ａは、枠体２の１乃至４つの側部を貫通するかまたは側部を切り欠いて成る。取付部２ａが枠体２の側部を上面から切り欠いて成る場合、枠体２および取付部２ａの上面に略四角形の枠状のシールリング（図示せず）が接合されていてもよく、その場合シールリングは、取付部２ａに入出力端子３が嵌着接合される際、または嵌着接合された後にロウ付けによって接合される。
【００４０】
本発明の入出力端子３は、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成る断面が逆Ｔ字型（凸型）の部材であり、枠体２の取付部２ａに嵌め込むとともに、入出力端子３と取付部２ａとの隙間に溶融したＡｇロウ等のロウ材を毛細管現象により充填させることで枠体２に嵌着接合される。この入出力端子３には、枠体２の内外を導通するメタライズ配線層３ａが被着形成される。また、入出力端子３は枠体２の一部となって枠体２の内外を気密に仕切るとともに、枠体２の内外を導通させる導電路としての機能を有する。
【００４１】
また入出力端子３は、例えばアルミナ質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。まず、Ａｌ２Ｏ３，酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これら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しメタライズ配線層３ａとなる金属ペーストを印刷塗布して積層する。次いで所定の大きさに切断して個々の積層体となすとともに、得られた積層体が焼成後に枠体２と接合される面に、メタライズ層となる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００４２】
なお、メタライズ配線層３ａおよびメタライズ層となる金属ペーストは、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合してペースト状となしたものを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷することにより、セラミックグリーンシートおよびその積層体に印刷塗布される。
【００４３】
また、基体１の四隅部には貫通孔１ｃが形成されて成るネジ止め部１ｂが設けられている。このネジ止め部１ｂの貫通孔１ｃにネジを挿入し、外部基板Ｃにネジ止めすることにより半導体パッケージを固定することができる。このようなネジ止め部１ｂは基体１の四隅部に切欠きを形成することによって設けられてもよい。また、基体１の四隅部の各ネジ止め部１ｂを基体１からそれぞれ基体１の外側に延出して形成されてもよい。これにより、ネジ止め部１ｂを外部基板Ｃにネジ止めした際に加わる応力を延出したネジ止め部１ｂで吸収することができ、基体１の歪を小さくすることができる。
【００４４】
本発明の基体１は、下面の略全面にグラファイトシート６が密着されている。これにより、半導体パッケージの内部に収容した半導体素子４から発生し基体１に伝達された熱をきわめて速やかにグラファイトシート６の面方向に伝達することができ、基体１の半導体素子４の接合部直下が局所的に高温になるのを有効に抑制することができる。また、グラファイトシート６の厚さ方向においても１℃／Ｗ以下の小さい熱抵抗で熱を外部基板Ｃへ速やかに放熱することができ、半導体素子４の高温化を有効に抑制することができる。
【００４５】
また、基体１の下面の略全面に密着されたグラファイトシート６は、中央部６ｂが最も厚くなっている。これにより、グラファイトシート６の中央部６ｂがより大きい力で圧縮される。その結果、ネジ止め部１ｂの貫通孔１ｃにネジを挿入して外部基板Ｃにネジ止め固定する際において、ネジの締め付けによりネジ止め部１ｂ周辺に大きな応力が加わって基体１が変形した場合や、基体１の半導体素子４の直下の部位が半導体素子４から伝わる熱のために急激に高温化し、基体１の半導体素子４の直下の部位が局部的に熱膨張して基体１が変形した場合に、基体１と外部基板Ｃとの距離が大きくなっても、中央部６ｂのグラファイトシート６に加わっている圧力が若干開放されて圧縮されていたグラファイトシート６の厚みが復元されて増すことにより基体１とグラファイトシート６との密着性を保つことができる。
【００４６】
グラファイトシート６は、ポリイミドフィルム等の高分子フィルムを、例えば不活性雰囲気下、２０００℃以上の条件で加熱して得られるものであり、面方向に６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、また厚さ方向においても１℃／Ｗ以下の小さな熱抵抗を有するものが得られている。
【００４７】
中央部６ｂが最も厚いグラファイトシート６は、先ず、ポリイミドを金型を用いて成型することにより、あるいは板状のポリイミドの表面を切削することにより中央部６ｂが厚いポリイミド板を作製し、これを不活性雰囲気下で２０００℃以上に加熱することにより作製することができる。
【００４８】
また、グラファイトシート６は中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さよりも５乃至１０％大きいのがよい。これにより、グラファイトシートは中央部６ｂよりもネジ止め部ではより強く圧縮されて中央部の圧力が弱くなるのに対して中央部６ｂをネジ止め部１ｂよりも厚くすることにより中央部６ｂを確実に基体１および外部基板Ｃに密着させることができ、放熱性をより高めることができる。
【００４９】
グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さとネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さとの差は、ネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さの５％よりも小さい場合、グラファイトシート６の中央部６ｂに大きい力で圧縮し難くなり、その結果、基体１が変形して基体１と外部基板Ｃとの距離が大きくなった場合に基体１とグラファイトシート６との密着性を保つことができ難くなる。また、１０％より大きい場合、グラファイトシート６の圧縮力が非常に大きくなり、グラファイトシート６に大きな応力が加わってグラファイトシート６が破損し易くなる。
【００５０】
また、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さは０．０５乃至０．３ｍｍがよい。０．０５ｍｍ未満の場合、基体１をネジ止め固定した際、基体１や外部基板Ｃの反りなどの変形のために基体１と外部基板Ｃとの間をグラファイトシート６で隙間なく埋めることが困難になり易く、基体１からグラファイトシート６への熱伝導性が低下し易くなる。また、０．３ｍｍを超えると、グラファイトシート６を作製するのが困難となる。
【００５１】
グラファイトシート６は、中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位の厚さよりも５乃至１０％大きく、中央部６ｂの面積がグラファイトシート６の主面の面積の３０乃至７０％であるのがよい。これにより、ネジ止めの際にグラファイトシート６全面に均一に圧力が加わり易くなり、半導体素子４から離れた部位においても半導体素子４の熱をグラファイトシート６を介して外部基板Ｃに伝達することができ、さらに効率の良い放熱効果を得ることができる。
【００５２】
上記の中央部６ｂの面積が３０％未満の場合、半導体素子４とネジ止め部１ｂとの間に位置するグラファイトシート６に加わる圧力が若干弱くなり、グラファイトシート６全面に均一に圧力が加わり難くなる。また、７０％を超えるとネジ止め部１ｂ近傍のグラファイトシート６の厚さが大きくなってグラファイトシート６の中央部６ｂを圧縮する圧力が弱くなる。
【００５３】
グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａは、ネジ止め部１ｂに挿入されるネジの中心軸を中心軸とするとともにネジ止め部１ｂの貫通孔１ｃの直径またはネジ止め部１ｂの切欠きの幅の３乃至５倍の直径の円筒領域の内側に位置する部位であることが好ましい。これにより、グラファイトシート６を略全面において満遍なく均一な圧力で圧縮することができるため、グラファイトシート６が歪んで破れるのを有効に抑制でき、より大きな圧力でグラファイトシート６を圧縮することができる。即ち、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａが最も強く圧縮されるため、この部位を中央部６ｂよりも薄くすることにより、中央部６ｂを確実に基体１および外部基板Ｃに密着させることができ、放熱性をより高めることができる。その結果、グラファイトシート６全面において基体１および外部基板Ｃとの密着性をより向上させて熱伝導率を向上させることができる。
【００５４】
グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径は、ネジ止め部１ｂの貫通孔１ｃの直径またはネジ止め部１ｂの切欠きの幅の３倍未満であると、グラファイトシート６のネジ止めによる大きな圧力が加わり易いネジ周辺の領域内にグラファイトシート６の厚さの変曲点が存在することになり、その変曲点付近の部位にネジ止めにより歪が生じ易くなり、グラファイトシート６が破損し易くなる。また、５倍を超えると、グラファイトシート６のネジ止めによる大きな圧力が加わり易いネジ周辺の領域とグラファイトシート６の厚さの変曲点とが大きく離れることになり、それらの間の部位には圧力が加わり難くなってグラファイトシート６全面に満遍なく大きな圧力を加えることが困難になり易い。
【００５５】
また、図６に本発明の半導体パッケージの実施の形態の他の例を示すように、グラファイトシート６は、基体側から第１のグラファイトシート６ｃおよび第２のグラファイトシート６ｄが積層されて成り、この第２のグラファイトシート６ｄは、その端が全周にわたって枠体２の直下に位置しているのがよい。
【００５６】
これにより、載置部１ａの直下から枠体２の直下にかけて確実にグラファイトシート６を基体１および外部基板Ｃに密着させることができ、簡便な構成で放熱性をより高めることができる。
【００５７】
また、半導体パッケージをネジ止めする際、ネジの締め付け力にバラツキが生じても基体１の載置部１ａの直下から枠体２の直下の部位が確実にグラファイトシート６に密着しているため、放熱性が大きく損なわれることが無い。
【００５８】
さらに、ネジ止め部１ｂの下方には一層の第１のグラファイトシート６ｃのみであるため、このネジ止め部１ｂの下方の第２のグラファイトシート６ｄに生じる圧力は２層のグラファイトシート６ｃ，６ｄが積層された部位よりも小さくなって熱の伝達速度が多少小さくなり、ネジ止め部１ｂに挿入されたネジの温度の上昇を抑制することができる。その結果、熱膨張によりネジが膨張することに起因してグラファイトシート６の密着性が損なわれることが有効に抑制することができる。
【００５９】
このような第２のグラファイトシート６ｄは、厚さが第１のグラファイトシート６ｃの厚さの５乃至２０％であるのがよい。これにより、グラファイトシート６を基体１および外部基板Ｃに良好に密着させることができる。
【００６０】
第２のグラファイトシート６ｄの厚さが第１のグラファイトシート６ｃの厚さの５％未満であれば、グラファイトシート６を大きい力で圧縮し難くなり、その結果、ネジ止め等の際に基体１が変形して基体１と外部基板Ｃとの距離が大きくなった場合に基体１およびグラファイトシート６との密着性を保つことが困難になる。また、２０％を超えると２層のグラファイトシート６ｃ，６ｄが積層された部位が厚くなりすぎてネジ止め部１ｂでネジ止めを行なう際、基体１に反りが発生して半導体素子４にクラックが発生し易くなる。
【００６１】
そして、上記構成の半導体パッケージの載置部１ａに半導体素子４を載置固定した後、半導体素子４の電極と入出力端子３のメタライズ配線層３ａの枠体２の内側の部位とをボンディングワイヤで電気的に接続し、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体５をシームウエルド法等の溶接法やロウ付け法により接合し、半導体素子４を気密に封止することにより半導体装置となる。
【００６２】
この半導体装置は、メタライズ配線層３ａの枠体２外側の部位にリード線やリボン線（図示せず）をロウ付けまたは半田付けし、リード線やリボン線を外部電気回路基板の外部電気回路に接続することにより、半導体パッケージ内部に収納した半導体素子４が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子４が電気信号で作動することとなる。
【００６３】
【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について以下に説明する。先ず、縦２０ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ１．５ｍｍのＣｕ−Ｗ合金からなる基体１に、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ５ｍｍ、枠部の幅１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるとともに側部に幅３ｍｍ、高さ２ｍｍの長方形の取付部２ａを有する枠体２をＡｇロウ（ＢＡｇ８：ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１）でロウ付けした。そして、この取付部２ａに入出力端子３を同じＡｇロウで嵌着接合させたサンプルを用意した。なお、このサンプルは、基体１の四隅部にそれぞれ貫通孔１ｃから成るネジ止め部１ｂをあらかじめ形成しておき、基体１および枠体２、メタライズ配線層３ａ上に厚さが３μｍのＮｉめっきと厚さが１μｍのＡｕめっきをこの順で被着した。
【００６４】
このようにして得られたサンプルについて、基体１の裏面の形状に合わせた外形で、中央部６ｂを中心軸とする直径が１５ｍｍの円内で凸状になっており、中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（０．１ｍｍ）よりも大きいグラファイトシート６（表１参照）を各１０枚用意し、これを各サンプルの基体１とアルミニウムから成る放熱板としての外部基板Ｃとの間に配置し、グラファイトシート６に加えられる圧力が３０×１０４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。なお、グラファイトシート６に加えられる圧力は、予めグラファイトシート６と外部基板Ｃとの間に感圧紙を挟んでおいてネジ止めを行ない、ネジのトルクを測定することにより求めたネジのトルクと圧力との関係を用いてトルクを調整することにより所望の圧力とした。
【００６５】
このとき、グラファイトシート６と外部基板Ｃとの間に感圧紙（「富士プレスケール」富士写真フィルム（株）製）を載置してグラファイトシート６の基体１および外部基板Ｃへの密着性をグラファイトシート６に作用した圧力の分布で評価した。そして、基体１の下面全面に圧力が略均一に加わっているものを良とした。
【００６６】
なお、感圧紙は発色剤を含むとともに所定の圧力で潰れるように加工されたきわめて小さいカプセルを表面に均一に分散させて塗布したシートと、顕色剤があらかじめ塗布されているシートとからなり、所定の圧力で壊れたカプセルから出てくる発色剤により、顕色剤が発色し、発色した色（赤色）の濃度を光学的に読み取ることで加えられた圧力が求められるというものである。
【００６７】
また、放熱性の評価として、これらのサンプルに半導体素子４を搭載し、半導体素子４に例えば５ＧＨｚの高周波信号を入力して、半導体素子４を発熱させた（常温からおよそ１５０℃まで昇温）ときに半導体素子４が正常に作動するかどうかの作動性を調べた。全てのサンプルの半導体素子４が正常に作動した場合を良、正常に作動しないものが１個でも発生した場合を不良とした。それらの評価結果を表１に示す。なお、表１において「厚さの差」とは、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さとネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さとの差のネジ止め部の下方に位置する部位６ａの厚さに対する割合である。
【００６８】
【表１】
2004288949.tif 000003
【００６９】
表１の結果より、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さの５乃至１０％であるとグラファイトシート６に略均一に圧力が加わり、また、放熱性においても良好であることが判明した。
【００７０】
（実施例２）
次いで、中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（０．１ｍｍ）よりも７．５％大きく、ネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａが、貫通孔１ｃ（直径２．５ｍｍ）の中心軸（貫通孔１ｃに挿入されるネジの中心軸と一致）を中心軸とするとともに各種直径（表２参照）の円筒領域の内側に位置する部位であるグラファイトシート６各１０枚を用いて実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力が３０×１０４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表２に示す。なお、表２において「直径比」とは、ネジ止め部の下方に位置する部位６ａの貫通孔１ｃに対する直径比である。
【００７１】
【表２】
2004288949.tif 000004
【００７２】
表２の結果より、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径が貫通孔１ｃの直径の３乃至５倍であると、貫通孔１ｃの周囲におけるグラファイトシート６の破損などの不具合を解消でき、基体１の全面に略均一により大きな圧力をかけることができることが判明した。また、放熱性においても良好であることが判明した。
【００７３】
（実施例３）
次いで、基体１の四隅部に幅２．５ｍｍの切欠きを設けてネジ止め部１ｂを形成し、また、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径をこの切欠きの幅の４倍とし、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さがグラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（０．１ｍｍ）よりも種々の割合（表３参照）で大きくしたグラファイトシート６各１０枚を用いて、実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力が３０×１０４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表３に示す。なお、表３において「厚さの差」とは、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さとネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さとの差のネジ止め部の下方に位置する部位６ａの厚さに対する割合である。
【００７４】
【表３】
2004288949.tif 000005
【００７５】
表３の結果より、実施例１で示した評価結果と同様にグラファイトシート６の中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さよりも５乃至１０％であるとグラファイトシート６に略均一に圧力が加わり、また、放熱性においても良好であることが判明した。
【００７６】
（実施例４）
次いで、基体１の四隅部に幅２．５ｍｍの切欠きを設けてネジ止め部１ｂを形成し、また、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径をこの切欠きの幅の４倍とし、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さをグラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（０．１ｍｍ）よりも７．５％大きくしたグラファイトシート６において、中央部６ｂの面積とグラファイトシート６の主面の面積との面積比（グラファイトシート６の主面の面積に対する面積比）を種々の値（表４参照）としたグラファイトシート６を各１０枚用意して、実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力を２５×１０４Ｐａとなるように設定してサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表４に示す。
【００７７】
【表４】
2004288949.tif 000006
【００７８】
表４の結果より、グラファイトシート６の中央部６ｂの面積がグラファイトシート６の主面の面積の３０乃至７０％であると、グラファイトシート６全面に均一に圧力が加わっており、これにより、放熱性においても極めて良好な結果が得られることが判明した。
【００７９】
（実施例５）
次いで、基体１の下面と同形状の第１のグラファイトシート６ｃ（厚さ０．１ｍｍ）を８０枚用意した。また、枠体２の外形と同形状であり、第１のグラファイトシート６ｃの厚さとの厚さ比（第１のグラファイトシート６ｃの厚さに対する厚さ比）を種々の値（表５参照）とした第２のグラファイトシート６ｄを各１０枚用意した。そして、これらの第１および第２のグラファイトシート６ｃ，６ｄを各サンプルの基体１とアルミニウムから成る放熱板としての外部基板Ｃとの間に配置し、しかる後、サンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。
【００８０】
このとき、第２のグラファイトシート６ｄは、第１のグラファイトシート６ｃの所定位置に予めアルコールなどの揮発性の高い溶媒を介して積層しておいた。
【００８１】
なお、グラファイトシート６に加えられる圧力は、予めグラファイトシート６と外部基板Ｃとの間に感圧紙を挟んでおいてネジ止めを行ない、ネジのトルクを測定することにより求めたネジのトルクと圧力との関係を用いてトルクを調整することにより所望の圧力とした。
【００８２】
また、放熱性の評価として、上記実施例と同様にこれらのサンプルに半導体素子４を搭載し、半導体素子４に例えば５ＧＨｚの高周波信号を入力して、半導体素子４を発熱させた（常温からおよそ１５０℃まで昇温）ときに半導体素子４が正常に作動するかどうかの作動性を調べた。全てのサンプルの半導体素子４が正常に作動した場合を良、正常に作動しないものが１個でも発生した場合を不良とした。それらの評価結果を表５に示す。なお、表５において「厚さ比」とは、第１のグラファイトシート６ｃの厚さに対する第２のグラファイトシート６ｄの厚さ比である。これらの評価結果を表５に示す。
【００８３】
【表５】
2004288949.tif 000007
【００８４】
表５の結果より、２層構造のグラファイトシート６において、第２のグラファイトシート６ｄの第１のグラファイトシート６ｃの厚さに対する厚さ比が２．５％の場合、圧力分布が均一であるとともに方熱性も良好であったが、半導体素子４にわずかなノイズが生じ、誤動作の兆候が現れたものがあった。また、厚さ比が２２．５％の場合、基板に反りが発生して圧力が不均一になるものがあった。
【００８５】
これらに対し、第２のグラファイトシート６ｄの厚さ比が５乃至２０％であれば、載置部１ａの直下から枠体２の直下にかけて均一に圧力が加わっているとともに放熱性が良好であることが確認できた。
【００８６】
なお、本発明は上記実施の形態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あれば種々の変更は可能である。例えば、メタライズ配線層３ａがＣｕ等の電気抵抗の低い金属から成っていてもよく、この場合メタライズ配線層３ａにおいて電気信号の抵抗損失を低減でき、半導体素子４をより正常に作動させることができる。
【００８７】
また、本発明が光半導体素子収納用パッケージに用いられてもよいことは勿論であり、その場合には枠体２はその側部に光ファイバーが固定される貫通孔が形成された形状となる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子が載置される載置部が形成されるとともに四隅部にネジを挿入するための貫通孔または切欠きを有するネジ止め部がそれぞれ形成された略四角形の金属製の基体と、この基体の上側主面に載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、取付部に嵌着された、枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミック製の入出力端子と、基体の下側主面の略全面に密着されたグラファイトシートとを具備しており、このグラファイトシートは中央部が最も厚いことから、半導体素子収納用パッケージの内部に収容した半導体素子から発生し基体に伝達された熱をきわめて速やかにグラファイトシートの面方向に伝達することができ、基体の半導体素子の接合部直下が局所的に高温になるのを有効に抑制することができる。また、グラファイトシートの厚さ方向においても１℃／Ｗ以下の小さい熱抵抗で熱を外部基板へ速やかに放熱することができ、半導体素子の高温化を有効に抑制することができる。
【００８９】
また、グラファイトシートの中央部がより大きい力で圧縮される結果、ネジ止め部の貫通孔にネジを挿入して外部基板にネジ止め固定する際において、ネジの締め付けによりネジ止め部周辺に大きな応力が加わって基体が変形した場合や、基体の半導体素子の直下の部位が半導体素子から伝わる熱のために急激に高温化し、基体の半導体素子の直下の部位が局部的に熱膨張して基体が変形した場合に、基体と外部基板との距離が大きくなっても、中央部のグラファイトシートに加わっている圧力が若干開放されて圧縮されていたグラファイトシートの厚みが復元されて増すことにより基体とグラファイトシートの密着性を保つことができる。
【００９０】
これらの結果、半導体素子が発する熱を効率よく外部に放熱して半導体素子の温度を所定の範囲内に維持し、また、基体における温度の偏りによる半導体素子収納用パッケージの歪みを緩和して入出力端子に発生するクラックを抑制することにより、気密性の保持や入出力端子のメタライズ配線層の断線防止を行い、内部に収容する半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００９１】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートの中央部の厚さがネジ止め部の下方に位置する部位の厚さよりも５乃至１０％大きいことから、グラファイトシートは中央部よりもネジ止め部ではより強く圧縮されて中央部の圧力が弱くなるのに対してグラファイトシートの中央部をネジ止め部よりも厚くすることにより中央部も確実に基体および外部基板に密着させることができ、放熱性をより高めることができる。
【００９２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、グラファイトシートの中央部の面積がグラファイトシートの主面の面積の３０乃至７０％であることから、ネジ止めの際にグラファイトシート全面に均一に圧力が加わり易くなり、半導体素子から離れた部位においても半導体素子の熱をグラファイトシートを介して外部基板に伝達することができ、さらに効率の良い放熱効果を得ることができる。
【００９３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートのネジ止め部の下方に位置する部位が、ネジ止め部に挿入されるネジの中心軸を中心軸とするとともにネジ止め部の貫通孔の直径または切欠きの幅の３乃至５倍の直径の円筒領域の内側に位置する部位であることから、グラファイトシートを略全面において満遍なく均一な圧力で圧縮することができるため、グラファイトシートが歪んで破れるのを有効に抑制でき、より大きな圧力でグラファイトシートを圧縮することができる。即ち、グラファイトシートのネジ止め部の下方に位置する部位が最も強く圧縮されるため、この部位を中央部よりも薄くすることにより、中央部を確実に基体および外部基板に密着させることができ、放熱性をより高めることができる。その結果、グラファイトシート全面において基体および外部基板との密着性をより向上させて熱伝導率を向上させることができる。
【００９４】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の半導体素子収納用パッケージにおいて、グラファイトシートは、基体側から第１のグラファイトシートおよび第２のグラファイトシートが積層されて成り、この第２のグラファイトシートは、その端が全周にわたって枠体の直下に位置していることにより、載置部の直下から枠体の直下にかけて確実にグラファイトシートを基体および外部基板に密着させることができ、簡便な構成で放熱性をより高めることができる。
【００９５】
また、半導体素子収納用パッケージをネジ止めする際、ネジの締め付け力にバラツキが生じても基体の載置部の直下から枠体の直下の部位が確実にグラファイトシートに密着しているため、放熱性が大きく損なわれることが無い。
【００９６】
さらに、ネジ止め部の下方には一層の第１のグラファイトシートのみであるため、このネジ止め部の下方の第１のグラファイトシートに生じる圧力は２層のグラファイトシートが積層された部位よりも小さくなって熱の伝達速度が多少小さくなり、ネジ止め部に挿入されたネジの温度の上昇を抑制することができる。その結果、熱膨張によりネジが膨張することに起因してグラファイトシートの密着性が損なわれることが有効に抑制することができる。
【００９７】
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、載置部に載置固定されるとともに入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、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、気密信頼性および導通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斜視図である。
【図２】（ａ）図１の半導体素子収納用パッケージのＡ−Ａ’線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）に用いられるグラファイトシートの断面図である。
【図３】（ａ）は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他の例を示す下面図であり、（ｂ）は（ａ）に用いられるグラファイトシートの断面図である。
【図４】従来の半導体素子収納用パッケージの平面図である。
【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。
【図６】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他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：ネジ止め部
１ｃ：貫通孔
２：枠体
２ａ：取付部
３：入出力端子
３ａ：メタライズ配線層
４：半導体素子
５：蓋体
６：グラファイトシート
６ａ：ネジ止め部の下方に位置する部位
６ｂ：中央部
６ｃ：第１のグラファイトシート
６ｄ：第２のグラファイトシート
Ｃ：外部基板
【図１】
2004288949.tif 000008
【図２】
2004288949.tif 000009
【図３】
2004288949.tif 000010
【図４】
2004288949.tif 000011
【図５】
2004288949.tif 000012
【図６】
2004288949.tif 000013
【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】
入出力端子13は、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成り、枠体12の取付部12ａにロウ材を介して嵌着接合され、枠体12の内外を導通する複数のメタライズ配線層13ａが被着形成されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
本発明の入出力端子３は、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成る断面が逆Ｔ字型（凸型）の部材であり、枠体２の取付部２ａに嵌め込むとともに、入出力端子３と取付部２ａとの隙間に溶融したＡｇロウ等のロウ材を毛細管現象により充填させることで枠体２に嵌着接合される。この入出力端子３には、枠体２の内外を導通するメタライズ配線層３ａが被着形成される。また、入出力端子３は枠体２の一部となって枠体２の内外を気密に仕切るとともに、枠体２の内外を導通させる導電路としての機能を有する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
また入出力端子３は、例えばアルミナ質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。まず、Ａｌ２Ｏ３，酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これら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しメタライズ配線層３ａとなる金属ペーストを印刷塗布して積層する。次いで所定の大きさに切断して個々の積層体となすとともに、得られた積層体が焼成後に枠体２と接合される面に、メタライズ層となる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって製作される。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
このようにして得られたサンプルについて、基体１の裏面の形状に合わせた外形で、中央部６ｂを中心軸とする直径が15ｍｍの円内で凸状になっており、中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（0.1ｍｍ）よりも大きいグラファイトシート６（表１参照）を各10枚用意し、これを各サンプルの基体１とアルミニウムから成る放熱板としての外部基板Ｃとの間に配置し、グラファイトシート６に加えられる圧力が30×10４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。なお、グラファイトシート６に加えられる圧力は、予めグラファイトシート６と外部基板Ｃとの間に感圧紙を挟んでおいてネジ止めを行ない、ネジのトルクを測定することにより求めたネジのトルクと圧力との関係を用いてトルクを調整することにより所望の圧力とした。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
（実施例２）
次いで、中央部６ｂの厚さがネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（0.1ｍｍ）よりも7.5％大きく、ネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａが、貫通孔１ｃ（直径2.5ｍｍ）の中心軸（貫通孔１ｃに挿入されるネジの中心軸と一致）を中心軸とするとともに各種直径（表２参照）の円筒領域の内側に位置する部位であるグラファイトシート６各10枚を用いて実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力が30×10４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表２に示す。なお、表２において「直径比」とは、ネジ止め部の下方に位置する部位６ａの貫通孔１ｃに対する直径比である。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
（実施例３）
次いで、基体１の四隅部に幅2.5ｍｍの切欠きを設けてネジ止め部１ｂを形成し、また、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径をこの切欠きの幅の４倍とし、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さがグラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（0.1ｍｍ）よりも種々の割合（表３参照）で大きくしたグラファイトシート６各10枚を用いて、実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力が30×10４Ｐａとなるようにサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表３に示す。なお、表３において「厚さの差」とは、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さとネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さとの差のネジ止め部の下方に位置する部位６ａの厚さに対する割合である。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
（実施例４）
次いで、基体１の四隅部に幅2.5ｍｍの切欠きを設けてネジ止め部１ｂを形成し、また、グラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの直径をこの切欠きの幅の４倍とし、グラファイトシート６の中央部６ｂの厚さをグラファイトシート６のネジ止め部１ｂの下方に位置する部位６ａの厚さ（0.1ｍｍ）よりも7.5％大きくしたグラファイトシート６において、中央部６ｂの面積とグラファイトシート６の主面の面積との面積比（グラファイトシート６の主面の面積に対する面積比）を種々の値（表４参照）としたグラファイトシート６を各10枚用意して、実施例１と同様にサンプルを作製しグラファイトシート６に加えられる圧力を25×10４Ｐａとなるように設定してサンプルを外部基板Ｃにネジ止めした。そして、実施例１と同様に感圧紙を用いて、グラファイトシート６の密着性のバラツキ状態を評価した。また、放熱性の評価をこれらのサンプルについて実施例１の場合と同様に行なった。それらの評価結果を表４に示す。