(57)【要約】【課題】金属製の放熱板を一体に形成したセラミックパッケージのように、熱膨脹率が大きく異なる基板と放熱板とを一体に形成しても熱膨脹によるクラックの発生を防止するセラミックパッケージを提供する。【解決手段】セラミック基板１２に金属からなる放熱板１４を接合してなるセラミックパッケージ１０において、放熱板１４のセラミック基板１２に接合された領域と反対側の面に、多数個の凹穴２０を形成することにより薄肉加工部分１８が形成されていることを特徴とするセラミックパッケージ１０である。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板に金属からなる放熱板を接合してなるセラミックパッケージにおいて、
前記放熱板の前記セラミック基板に接合された領域と反対側の面に、多数個の凹穴を形成することにより薄肉加工部分が形成されていることを特徴とするセラミックパッケージ。
【請求項２】
前記凹穴が、個別に不均一の深さ寸法に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックパッケージ。
【請求項３】
前記凹穴が、底部側に徐々に縮径するテーパー穴に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックパッケージ。
【請求項４】
前記薄肉加工部分は、開口径が異なる凹穴により形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のセラミックパッケージ。
【請求項５】
前記凹穴が、千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のセラミックパッケージ。
【請求項６】
前記凹穴が、プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載のセラミックパッケージ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のセラミックパッケージに、半導体素子が搭載され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、セラミック基板と放熱板とを一体に形成したセラミックパッケージおよびこれを用いた半導体装置に関する。より詳細には、セラミック基板と放熱板との熱膨脹差に起因してセラミック基板にクラックが生じることを防止したセラミックパッケージおよびこれを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消費電力が大きい半導体素子を搭載する半導体装置においては、半導体素子の発熱量が大きいため、半導体素子の発する熱を効率的に放出することが必要となる。半導体装置の冷却には、ファンによる放熱機構の他に、パッケージの基板に放熱板を取り付ける方法、放熱板に半導体素子を直接接合する方法等がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２１１２４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミックパッケージを用いた半導体装置においては、セラミックからなる基板と金属からなる放熱板の熱膨張率が異なる。このため、半導体素子の発熱に伴うセラミック基板と放熱板の熱膨張差により、セラミック基板にクラックが生じてしまうという課題や、放熱板が反ることによりセラミックパッケージに搭載した半導体素子に悪影響を及ぼすという課題がある。
【０００５】
そこで、図７に示すように、放熱板１４として、セラミック基板１２の熱膨張率に近似させた材料、例えば、銅タングステンや、銅モリブデン等の合金板または積層板を使用する方法や、放熱板１４に熱応力を緩衝させるための緩衝溝３０を形成する方法が提案されている。
このような合金板または積層板を放熱板１４として用いることにより、放熱板１４とセラミック基板１２との間に生じる熱応力を緩和することができ、セラミック基板１２と放熱板１４とのろう付け部分にクラックが生じてしまう問題やセラミックパッケージ１０に反りが生じるという問題を回避することができた。
しかしながら、セラミック基板の熱膨脹率と同様の熱膨脹率を有するタングステン板やモリブデン板、あるいはこれらと銅板との合金や積層板は高価な材料であり、材料費が嵩んでしまうという課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は以上に説明した課題を解決すべく種々の検討を行った結果、放熱板に単なる銅板等のセラミック基板とは熱膨脹率が大きく異なる金属材を用いたセラミックパッケージであっても、金属板の形状を工夫すれば、セラミック基板と放熱板の熱膨張率の差異により生じる熱応力を緩和させることが可能であることに想到し、本発明を完成させた。
本発明は、次のような構成を有する。
すなわち、セラミック基板に金属からなる放熱板を接合してなるセラミックパッケージにおいて、前記放熱板の前記セラミック基板に接合された領域と反対側の面に、多数個の凹穴を形成することにより薄肉加工部分が形成されていることを特徴とするものである。
これにより、セラミック基板に接着される放熱板はそれぞれの位置において、接着部分の放熱板の板厚を変化させることができる。したがって、セラミック基板と放熱板との間に熱膨張差が生じたとしても、これによって生じた熱応力が分散されることにり、セラミック基板と放熱板との接着部分にクラックが生じることや、半導体装置に反りが生じるを防ぐことが可能になる。
【０００７】
また、前記凹穴が、個別に不均一の深さ寸法に形成されていることが好ましい。
これにより、セラミック基板と放熱板との間に生じる熱応力を分散させ易くなる。
さらに、前記凹穴が、底部側に徐々に縮径するテーパー穴に形成されていることが好ましい。
これにより、プレス加工が容易に行うことができると共に、放熱板の放熱効率を向上させることができる。
また、前記薄肉加工部が、開口径が異なる凹穴により形成されていることが好ましい。
これにより、セラミック基板と放熱板との間に生じる熱応力をさらに分散させ易くなる。
さらにまた、前記凹穴が、千鳥状に配列されていることが好ましい。
これによれば、セラミックパッケージを用いた半導体装置の熱膨脹によるクラックおよび反りの発生の防止をより好適に行うことができる。
【０００８】
また、前記凹穴が、プレス加工により形成されていることが好ましい。
これによれば、セラミックパッケージの製造コストを削減させることが可能になる。
また、上記のいずれかに該当するセラミックパッケージに、半導体素子が搭載されていることを特徴とする半導体装置である。
これによれば、放熱板が一体に形成されたセラミックパッケージを用いながらも、材料の相違による熱膨脹の違いに起因するクラックや反りが生じにくい半導体装置を提供することができる。また、半導体装置の歩留まりも向上させることができる。さらには、放熱板を軽量化することができ、セラミックパッケージおよび半導体装置の軽量化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係るセラミックパッケージの好適な実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係るセラミックパッケージの平面図である。図２は、セラミックパッケージの底面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。
本実施の形態におけるセラミックパッケージ１０は、アルミナからなるセラミック基板１２と、銅板からなる放熱板１４をろう付けにより互いに接着することにより形成されている。本実施の形態においては、ろう材１６に銀−銅ろうが用いられているが、他のろう材を用いてもよいのはもちろんである。セラミック基板１２には、平面視中央部分に貫通孔１２ａが形成されている。貫通孔１２ａが形成された部位は、放熱板１４がセラミック基板１２の底面に接合されることにより、半導体素子の載置部１２ｂとなる。
半導体装置はセラミックパッケージ１０の載置部１２ｂに半導体素子をダイ付けし、半導体素子とセラミック基板１２に形成されているインナーパターン１２ｃとをワイヤボンディング等により電気的に接続することによって形成される。
【００１０】
図３に示すように、本実施の形態に係るセラミックパッケージ１０は、放熱板１４のセラミック基板１２が接合された面（領域）と反対側の面に、セラミック基板１２の部材幅（Ｗ１）より若干幅広となる範囲（Ｗ２）にわたって薄肉加工部分１８が形成されていることを特徴とする。この薄肉加工部分１８は、多数個の凹穴２０が互いに隣接して形成されることによりなっている。
凹穴２０は、図２に示すように、平面形状が円形の大径穴２０ａと小径穴２０ｂの異なる径寸法の２種類の凹穴２０からなる。
大径穴２０ａは縦横の格子状に配列され、小径穴２０ｂは隣接する大径穴２０ａの中間に配設されている。
【００１１】
凹穴２０は、例えば、先に大径穴２０ａを順送りプレス加工により形成した後に、小径穴２０ｂを大径穴２０ａと同様に順送りプレス加工によって形成することができる。プレス加工により凹穴２０を形成する際には、プレスにより排除される放熱板１４の肉が、他の部分に逃げなければならないので、順送りプレス加工のように、複数回に分けて順次プレス加工して凹穴２０を形成する方法が好適である。プレス加工により凹穴２０の形成が終わった後、放熱板１４の外端縁を所定寸法に切断して整形する。
【００１２】
以上のようにして放熱板１４の下面（外面）に大径穴２０ａと小径穴２０ｂとを交互に配置することにより薄肉加工部分１８を形成すると、放熱板１４の下面の隣接する凹穴２０の中間が突起２２となり、多数の突起２２が形成されることによって、放熱板１４の表面積が増加し、放熱効率を向上させることができる。なお、突起２２は、放熱板１４の材厚と同じ高さに形成される。
また、放熱板１４の下面に形成された凹穴２０は、大径穴２０ａと小径穴２０ｂとが交互に配置されて形成されているから、放熱板１４の下面には、突起２２が散点的に（ランダムに）形成されることになる。このことは、セラミック基板１２にろう付けされている部位の放熱板１４の材厚が、セラミック基板１２に接する平面内で不均一となっていることを意味する。言い換えれば、放熱板１４とセラミック基板１２との接合部分で同一厚さとなっている部分が直線的に連続しないことを意味する。
【００１３】
このように、本実施の形態における放熱板１４とセラミック基板１２は、同一厚さで接着されている部分が直線的に配置されないようにしたことにより、特定方向へ放熱板１４が伸張することを防止し、セラミック基板１２との接着部分における熱膨張差による熱応力を分散吸収させることが可能になる。
放熱板１４をこのように構成することにより、セラミック基板１２と銅板からなる放熱板１４のように、熱膨張係数が大きく異なる材料を用いてセラミックパッケージ１０を形成することができ、半導体素子（図示せず）を搭載した状態で、セラミック基板１２にクラックが生じたり、放熱板１４に反りが生じるといったことを防止することが可能となる。
【００１４】
さらに、凹穴２０は、放熱板１４の下端面からセラミック基板１２に近付くにつれて徐々に縮径するテーパー穴に形成されている。このように凹穴２０の断面形状をテーパー状にすると、プレス加工によって凹穴２０を形成する際に、放熱板１４の肉の逃げ場が確保しやすくなるため、プレス加工の仕上がりが良好になる。
【００１５】
本実施の形態においては、放熱板１４として、幅８．３ｍｍ、長さ１７．８ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの銅板を使用している。薄肉加工部分１８の厚さは０．３ｍｍであり、大径穴２０ａの直径が２．０ｍｍ、小径穴２０ｂの直径が０．８ｍｍである。本実施形態のセラミックパッケージ１０に半導体素子を搭載した半導体装置の放熱板１４の反り量δ（図３参照）を測定したところ、５０μｍであった。これに対し、凹穴２０を形成していない単板状の同厚、同形状の銅板からなる放熱板１４をセラミック基板１２に接合してなるセラミックパッケージ１０を用いた場合の放熱板１４の反り量δは１７５μｍであった。このことから、凹穴２０を加工した放熱板１４は、半導体素子搭載時における放熱板１４の反りを３分の１程度に抑えることが可能となる。
【００１６】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、異なる径寸法の２種類の凹穴２０が放熱板１４の下面に形成されたセラミックパッケージ１０について説明した。ところで、凹穴２０の形状は、放熱板１４とセラミック基板１２とが接合された部分において、放熱板１４が一定方向へ伸張することを可及的に小さくすることができれば本発明の目的を達成することができる。
すなわち、薄肉加工部１８は、必ずしも異なる径寸法の凹穴２０によって形成される必要はなく、また、それぞれの凹穴２０が千鳥状配置になっていなくてもよい。
【００１７】
第２の実施の形態について、図４、図５を参照して説明する。なお、本実施の形態のセラミックパッケージ１０は、凹穴２０の配列のみが第１の実施の形態と異なるものであり、本実施の形態のセラミック基板１２等の構成は第１の実施の形態で用いた符号と同様である。したがって、本実施の形態においてはこれらの詳細な説明を省略している。
【００１８】
本実施の形態における薄肉加工部１８は、図４に示すように、平面形状が同一の円形状となる凹穴２０を格子状に配設したものである。本実施の形態においては、隣接する凹穴２０の中間の部分の領域２４が第１の実施の形態に比べて大きくなっている。すなわち、放熱板１４の材積が第１の実施の形態と比較して大きくなるため、放熱効率を向上させることができるという利点がある。
【００１９】
また、本実施の形態においては、図５に示すように、凹穴２０の深さが不均一になるように設けている。すなわち、凹穴２０の深さがランダムとなるように凹穴２０を加工している。これにより、たとえ、放熱板１４に規則的に凹穴２０が形成されていても、３次元的にはセラミック基板１２に接合される部位については放熱板１４の厚さが場所によって異なることになる。したがって、セラミック基板１２と放熱板１４との熱膨脹の差が特定方向のみにあらわれることを防止し、熱応力を緩衝させることが可能となり、クラックや放熱板の反りが生じにくいセラミックパッケージとして得ることができる。
【００２０】
以上、本発明に係るセラミックパッケージについて詳細に説明してきたが、本発明は、以上の説明した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、凹穴２０は必ずしもプレス加工で形成される必要はなく、切削等による加工により形成されてもよいのはもちろんである。
また、凹穴（プレス穴）２０の平面形状は円形以外に、例えば、ハニカム形状のような形状であってもよい。
さらに、以上に説明した実施の形態においては、放熱板１４に形成した凹穴２０が放熱板１４の範囲内で全てのプレス部分が収まっている形状になっているが、必ずしも放熱板１４の範囲内に全ての凹穴２０が完全に収まっている必要はない。例えば、図６に示すように、放熱板１４の外周縁において凹穴２０の一部形状が欠損する形状になってもよい。
また、以上の実施の形態においては、放熱板に銅板を用いた例について説明したが、銅材の他に鉄板やアルミニウム板等の他の材料を用いた場合にも同様に本発明を適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係るセラミックパッケージを用いることにより、以下に述べる作用効果が得られる。
すなわち、セラミック基板に接着させる放熱板に多数個の凹穴による薄肉加工部分を形成したことにより、セラミック基板と放熱板との接着部分おける放熱板の板厚を不均一にすることができる。したがって、セラミック基板と放熱板との間に熱膨張量の差異があったとしても、これにより生じる応力の逃げの部分が存在することにより、セラミック基板と放熱板との接着部分にクラックが生じることや、このセラミックパッケージを用いた半導体装置に反りが生じるを防ぐことが可能になり、歩留まりが向上する。
【００２２】
また、前記多数個形成された凹穴の深さ寸法を不均一にしたことで、セラミック基板と放熱板との間に生じる熱応力を分散させ易くなる。
さらに、凹穴をテーパー穴状に形成したことにより、プレス加工が容易に行うことができると共に、放熱板の放熱効率を向上させることができる。
また、薄肉加工部分を開口径が異なる凹穴で形成したり、凹穴を千鳥配列で形成することにより、金属製の放熱板を一体に形成したセラミックパッケージを用いた半導体装置の熱膨脹によるクラックや反りの発生の防止をより好適に行うことができる。
【００２３】
さらに、前記多数個形成された凹穴をプレス加工により形成することにより、セラミックパッケージの製造コストを削減させることが可能になる。
さらにまた、以上に説明したセラミックパッケージを用いた半導体装置としたことにより、クラックが発生し難く、反りが少なくすることができるので、精密な形状の半導体装置とすることができる等といった著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るセラミックパッケージの説明平面図である。
【図２】セラミックパッケージの説明底面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るセラミックパッケージの説明底面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線における説明断面図である。
【図６】他の実施の形態の一例を示す説明底面図である。
【図７】従来の技術の一例を示す説明正面図である。
【符号の説明】
１０  セラミックパッケージ
１２  セラミック基板
１４  放熱板
１６  ろう材
１８  薄肉加工部分
２０  凹穴（プレス穴）
２２  突起
２４  隣接するプレス穴の中間の部分の領域
３０  緩衝溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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