(57)【要約】【課題】  ヒートシンクをろう材等を用いることなくアイレットに充分に固着でき、且つヒートシンクの柱状部を内包するキャップをアイレットの一面側に被着したとき、キャップ内を高気密に保持できる半導体装置用ステムを提供する。【解決手段】  半導体素子が搭載される柱状のヒートシンク１８がアイレット１２の一面側に固着された半導体装置用ステム１０において、該アイレット１２を形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって形成されたヒートシンク１８には、前記半導体素子を搭載する柱状部２０と、柱状部２０の一端面から突出する挿入部２０ａとが一体に形成され、挿入部２０ａの先端部には、ヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部近傍で施された潰し加工によって、挿入部２０ａよりも拡径されたフランジ状の潰し部２０ｂが形成されていることを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に固着された半導体装置用ステムにおいて、
該アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって形成されたヒートシンクには、前記半導体素子を搭載する柱状部と、前記柱状部のアイレット側の端面から突出する挿入部とが一体に形成され、
前記ヒートシンクの挿入部が、前記アイレットに形成されたヒートシンク用貫通孔内に、そのアイレットの一面側開口部から挿入されていると共に、
前記挿入部の先端部には、前記ヒートシンク用貫通孔のアイレットの他面側開口部近傍で施された潰し加工によって、前記挿入部よりも拡径されたフランジ状の潰し部が形成されていることを特徴とする半導体装置用ステム。
【請求項２】
ヒートシンク用貫通孔が、前記アイレットの他面側に形成された凹部の底面に開口され、且つ前記ヒートシンク用貫通孔に挿入されたヒートシンクの挿入部の先端部に形成されたフランジ状の潰し部が前記凹部内に形成されている請求項１記載の半導体装置用ステム。
【請求項３】
アイレットの他面側に形成された凹部が、フランジ状の潰し部によって充填されている請求項２記載の半導体装置用ステム。
【請求項４】
アイレットの他面側に形成された凹部が、楕円状の凹部である請求項２又は請求項３記載の半導体装置用ステム。
【請求項５】
半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に固着された半導体装置用ステムを製造する際に、
該ヒートシンクとして、前記半導体素子を搭載する柱状部と、前記柱状部のアイレット側の端面から突出する挿入部とを、前記アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって一体に形成したヒートシンクを用い、
前記ヒートシンクのアイレット側の端面から突出する挿入部を、前記アイレットに形成したヒートシンク用貫通孔内に、そのアイレットの一面側開口部から挿入した後、
前記ヒートシンク用貫通孔のアイレットの他面側開口部から突出する前記挿入部の先端部を、潰し加工によって前記挿入部よりも拡径してフランジ状の潰し部に形成し、前記ヒートシンクの挿入部をヒートシンク用貫通孔内に固着することを特徴とする半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項６】
ヒートシンク用貫通孔に挿入したヒートシンクの挿入部の先端部を、前記アイレットの他面側に形成した凹部の底面に開口した開口部から突出した後、
前記挿入部の先端部を潰し加工によってフランジ状の潰し部を前記凹部内に形成する請求項５記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項７】
アイレットの他面側に形成した凹部を、フランジ状の潰し部によって充填するように、ヒートシンクの挿入部の先端部に潰し加工を施す請求項６記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【請求項８】
アイレットの他面側に形成した凹部を、楕円状の凹部とする請求項６又は請求項７記載の半導体装置用ステムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置用ステム及びその製造方法に関し、更に詳細にはリードが封着されるリード用貫通孔が形成されたアイレットの一面側に、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクが固着された半導体装置用ステム及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤやＬＤ等に用いられる半導体レーザ素子は、その発熱量が大きいため、半導体レーザ素子を搭載する半導体装置用ステムも、その放熱性を向上することが必要となる。
かかる半導体装置用ステムとしては、図４に示す半導体装置用ステム１００が用いられている。図４の半導体装置用ステム１００は、コバール等の鉄系金属で形成されたアイレット１０２に、リード用貫通孔１０４，１０４の各々にリード１０６がガラス封着されていると共に、熱伝導率がコバール等の鉄系金属よりも高い銅から成る柱状のヒートシンク１０８が、アイレット１０２の一面側に銀ろう等の導電性ろう材によって固着されている。
かかるヒートシンク１０８の一端部側の側面には、半導体素子１１０が搭載されており、半導体素子１１０はアイレット１０２の一面側に突出するリード１０６，１０６の突出端部とワイヤボンディングされる。
尚、アイレット１０２の他面側には、アースリード１０７が当接して接合されている。
【０００３】
図４に示す半導体装置用ステム１００の放熱性は、銅製のヒートシンク１０８が銅よりも熱伝導性に劣る鉄系金属から成るアイレット１０２に固着されているため、充分に満足できるものではなかった。
更に、ヒートシンク１０８を、アイレット１０２の一面側に銀ろう等の導電性ろう材によって固着しているため、未着や空孔等のろう付け障害や位置ずれ等の問題が発生することもある。
かかる図４に示す半導体装置用ステム１００に対して、下記特許文献１には、図５に示す半導体装置用ステム２００が提案されている。
【０００４】
図５に示す半導体装置用ステム２００は、コバール等の鉄系金属で形成されたアイレット２０２に、リード用貫通孔にリード２０６がガラス封着されていると共に、熱伝導率がコバール等の鉄系金属よりも高い銅から形成され、一端部側の側面に半導体素子１１０が搭載された柱状部２０８ａを具備するヒートシンク２０８が固着されている。
このヒートシンク２０８の固着は、柱状部２０８ａの他端部２０８ｂを、アイレット２０２に形成されたヒートシンク用貫通孔２１０内に、その一面側開口部から圧入してなされている。
このため、ヒートシンク２０８の他端部２０８ｂの端面は、ヒートシンク用貫通孔２１０の他面側開口部に露出しており、この端面にアースリード２０７が接続されている。
【特許文献１】特開平８−２４２４０１号公報（〔００１０〕〜〔００１４〕、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に示す半導体装置用ステム２００によれば、導電性ろう材を用いることなくヒートシンク２０８をアイレット２０２に固着できる。
更に、熱伝導率の高い金属で形成されたヒートシンク２０８の他端部２０８ｂの端面が、アイレット２０２の他面側に露出しており、半導体装置用ステム２００の放熱性を図４に示す半導体装置用ステム１００よりも向上できる。
しかしながら、本発明者の検討によれば、アイレット２０２の一面側にキャップを被着し、ヒートシンク２０８の柱状部２０８ａを含むキャップ内を高気密に保持せんとする場合には、銀ろう等の導電性ろう材をヒートシンク用貫通孔２１０とヒートシンク２０８の他端部２０８ｂとの間に流し込むことが必要である。
或いは、特許文献１に記載されている如く、ヒートシンク用貫通孔２１０の内壁面に、アイレット２０２のリード用貫通孔にリード２０６をガラス封着する際に、溶融してヒートシンク２０８の他端部２０８ｂを封着するように、リン等を含有して融点が低下したニッケルめっき皮膜を形成することが必要である。
そこで、本発明の課題は、ヒートシンクをろう材等を用いることなくアイレットに充分に固着でき、且つヒートシンクの柱状部を内包するキャップをアイレットの一面側に被着したとき、キャップ内を高気密に保持できる半導体装置用ステム及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、前記課題を解決すべく、先ず、アイレットにヒートシンク用凹部を形成し、このヒートシンク用凹部にヒートシンクの他端部を圧入したところ、得られた半導体装置用ステムのアイレットの一面側に被着した、ヒートシンクを含むキャップ内を高気密に保持できるものの、ヒートシンクの固着強度が不充分であること、及びアイレットの他面側に熱伝導率の高い金属で形成されたヒートシンクの他端部の端面が露出しておらず、半導体装置用ステムの放熱性を図４に示す半導体装置用ステム１００よりも向上することは困難であることが判明した。
【０００７】
本発明者は、かかる知見から、ヒートシンクの少なくも一部をアイレットの他面側に露出することが、ヒートシンクをアイレットに充分に固着でき且つ半導体装置用ステムの放熱性の面で有効であることを知った。
このため、本発明者は、ヒートシンクの少なくとも一部をアイレットの他面側に露出した際に、アイレットの一面側に被着したヒートシンクの柱状部を含むキャップ内の気密保持性を向上し得る手段について更に検討を重ねた。
その結果、ヒートシンクとして、半導体素子を搭載する柱状部と、この柱状部の一端部から突出する挿入部とが一体に形成されたヒートシンクを用い、このヒートシンクの挿入部を、アイレットを貫通するヒートシンク用貫通孔のアイレットの一面側開口部から挿入した後、アイレットの他面側開口部から突出する挿入部の先端部に潰し加工を施し、アイレットの他面側開口部近傍にフランジ状の潰し部を形成することによって、アイレットの一面側に被着したヒートシンクの柱状部を含むキャップ内の気密保持性を向上し得ることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明は、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に固着された半導体装置用ステムにおいて、該アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって形成されたヒートシンクには、前記半導体素子を搭載する柱状部と、前記柱状部のアイレット側の端面から突出する挿入部とが一体に形成され、前記ヒートシンクの挿入部が、前記アイレットに形成されたヒートシンク用貫通孔内に、そのアイレットの一面側開口部から挿入されていると共に、前記挿入部の先端部には、前記ヒートシンク用貫通孔のアイレットの他面側開口部近傍で施された潰し加工によって、前記挿入部よりも拡径されたフランジ状の潰し部が形成されていることを特徴とする半導体装置用ステムにある。
更に、本発明は、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクがアイレットの一面側に固着された半導体装置用ステムを製造する際に、該ヒートシンクとして、前記半導体素子を搭載する柱状部と、前記柱状部のアイレット側の端面から突出する挿入部とを、前記アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって一体に形成したヒートシンクを用い、前記ヒートシンクのアイレット側の端面から突出する挿入部を、前記アイレットに形成したヒートシンク用貫通孔内に、そのアイレットの一面側開口部から挿入した後、前記ヒートシンク用貫通孔のアイレットの他面側開口部から突出する前記挿入部の先端部を、潰し加工によって前記挿入部よりも拡径してフランジ状の潰し部に形成し、前記ヒートシンクの挿入部をヒートシンク用貫通孔内に固着することを特徴とする半導体装置用ステムの製造方法にある。
【０００９】
かかる本発明において、ヒートシンク用貫通孔に挿入したヒートシンクの挿入部の先端部を、前記アイレットの他面側に形成した凹部の底面に開口した開口部から突出した後、前記挿入部の先端部を潰し加工によってフランジ状の潰し部を前記凹部内に形成すること、特に、アイレットの他面側に形成した凹部を、フランジ状の潰し部によって充填するように、ヒートシンクの挿入部の先端部に潰し加工を施すことによって、アイレットの他面側を平坦面に形成できる。
この際に、アイレットの他面側に形成した凹部を、楕円状の凹部とすることによって、凹部内に形成されたフランジ状の潰し部によりヒートシンクの回転を防止できる。
また、ヒートシンクとしては、アイレットに一端部が固着されて、半導体素子が搭載される柱状のヒートシンクが、前記アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって形成されており、前記ヒートシンクには、前記半導体素子が搭載される柱状部と、前記柱状部の一端から突出し、前記アイレットに形成されたヒートシンク用貫通孔に挿入される挿入部とが一体に形成され、且つ前記ヒートシンクの挿入部が、前記挿入部をヒートシンク用貫通孔のアイレットの一面側開口部から挿入し、前記アイレットの他面側開口部から突出する先端部に潰し加工を施した際に、前記アイレットの他面側開口部近傍で前記挿入部よりも拡径されたフランジ状の潰し部が形成されるように、前記挿入部の先端部がアイレットの他面側開口部から所定長突出する長さに形成されているヒートシンクを好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アイレットを形成する金属よりも熱伝導率の高い金属によって形成したヒートシンクの挿入部は、アイレットのヒートシンク用貫通孔に挿入し、その先端部に施された潰し加工によって形成したフランジ状の潰し部は、アイレットの他面側に露出している。このため、本発明に係る半導体装置用ステムは、ヒートシンクの少なくとも一部をアイレットの他面側に露出することなく、ヒートシンクをアイレットに固着した半導体装置用ステムに比較して、放熱性を向上できる。
しかも、ヒートシンクの挿入部は、アイレットのヒートシンク用貫通孔に挿入され、その先端部に潰し加工が施される。このため、挿入部の先端部がフランジ状の潰し部に形成されると共に、ヒートシンク用貫通孔内に位置する部分も若干拡径されて、ヒートシンク用貫通孔の内壁面に密着し、ヒートシンクの挿入部をアイレットのヒートシンク用貫通孔内に充分に固着できる。
更に、ヒートシンクの挿入部とヒートシンク用貫通孔との間に微小なクリアランス（ヒートシンクの挿入部の外径とヒートシンク用貫通孔の孔径との隙間）が存在していても、アイレットの他面側で形成されたフランジ状の潰し部によってシールされる。このため、アイレットの一面側にヒートシンクの柱状部を含むキャップを被着したとき、キャップ内を高気密に保持できる。
この様に、本発明に係る半導体装置用ステムは、ヒートシンクをろう材等を用いることなくアイレットに充分に固着でき、且つアイレットの一面側に、ヒートシンクの柱状部を内包するように被着したキャップ内を高気密に保持できる結果、ＣＤやＬＤ等に用いられる発熱量が大きい半導体レーザ等の半導体素子を搭載できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る半導体装置用ステムの一例を図１に示す。図１（ｂ）は、半導体装置用ステム１０の正面図であって、図１（ａ）は半導体装置用ステム１０の上面図であり、図１（ｃ）は半導体装置用ステム１０の底面図である。
図１に示す半導体装置用ステム１０には、コバールから成るアイレット１２のリード用貫通孔１４，１４の各々にリード１６が、その一端部がアイレット１２の一面側に突出するようにガラス封着されている。
更に、アイレット１２の一面側には、アイレット１２を形成するコバールよりも熱伝導率の高い銅から成る柱状のヒートシンク１８の柱状部２０が固着されている。かかるヒートシンク１８に形成された平坦面である搭載面１８ａに半導体素子が搭載される。
また、アイレット１２の他面側には、アースリード２１の一端部が当接され、抵抗溶接によって接合されている。
【００１２】
図１に示す半導体装置用ステム１０のヒートシンク１８を形成する柱状部２０には、図２に示す様に、柱状部２０のアイレット１２側の端面から突出する挿入部２０ａが一体に形成されている。この挿入部２０ａは、アイレット１２に形成されたヒートシンク用貫通孔２２内に、ヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の一面側開口部から挿入されている。かかる挿入部２０ａは、柱状部２０と同一金属で形成されており、柱状部２０よりも細い棒状のものである。
かかる挿入部２０ａの先端部は、ヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部近傍で潰し加工が施され、棒状の挿入部２０ａよりも拡径されたフランジ状の潰し部２０ｂに形成されている。このヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部近傍で形成されたフランジ状の潰し部２０ｂによって、ヒートシンク１８はアイレット１２に固着されている。
更に、かかるフランジ状の潰し部２０ｂは、微小なクリアランスが存在する可能性のある挿入部２０ａとヒートシンク用貫通孔２２との間をアイレット１２の他面側からシールする。このため、アイレット１２の一面側にヒートシンク１８を含むキャップ内を被着したとき、キャップ内を高気密に保持できる。
【００１３】
図２に示すフランジ状の潰し部２０ｂは、アイレット１２の他面側に形成された凹部２４内に形成されており、凹部２４の底面にはヒートシンク用貫通孔２２が開口されている。このヒートシンク用貫通孔２２の開口径は、凹部２４の開口径よりも小径である。
かかる凹部２４内に、図２に示す様に、凹部２４内にフランジ状の潰し部２０ｂを形成すること、特に、凹部２４内をフランジ状の潰し部２０ｂによって充填することによって、アイレット１２の他面側を平坦面に形成できる。
また、凹部２４を、図１（ｃ）に示す様に、楕円形の凹部２４とし、この凹部２４内にフランジ状の潰し部２０ｂを形成することによって、ヒートシンク１８の回転止めを図ることができる。
【００１４】
図１及び図２に示す半導体装置用ステム１０を製造するには、先ず、図３（ａ）に示す様に、コバールから成る金属板にプレス加工を施し、所定の箇所にリード用貫通孔１４，１４、ヒートシンク用貫通孔２２、及びヒートシンク用貫通孔２２が底面に開口する凹部２４を形成したアイレット１２を形成する。
更に、プレス加工によって、図３（ａ）に示す銅から成るヒートシンク１８を形成する。このヒートシンク１８には、半導体素子を搭載する搭載面１８ａが平坦面に形成された柱状部２０と、柱状部２０の一端側から突出する挿入部２０ａとが一体に形成されている。この挿入部２０ａは柱状部２０よりも細い。
かかる挿入部２０ａは、その先端部をアイレット１２に形成したヒートシンク用貫通孔２２内に、そのアイレット１２の一面側開口部から挿入し、挿入部２０ａの先端部を、図３（ｂ）に示す様に、凹部２４の底面に開口したヒートシンク用貫通孔２２の他面側開口部から突出させる。
【００１５】
この様に、ヒートシンク用貫通孔２２の他面側開口部から突出した挿入部２０ａの先端部に潰し加工を施し、挿入部２０ａよりも拡径されたフランジ状の潰し部２０ｂを形成する。
従って、挿入部２０ａは、挿入部２０ａをヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の一面側開口部から挿入し、その他面側開口部から突出する先端部に潰し加工を施した際に、アイレット１２の他面側開口部近傍において、挿入部２０ａよりも拡径されたフランジ状の潰し部２０ｂが形成されるように、挿入部２０ａの先端部がヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部から所定長突出する長さに形成することが大切である。
更に、フランジ状の潰し部２０ｂによって凹部２４を充填する場合には、ヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部から突出する挿入部２０ａの突出長を、０挿入部２０ａの先端部に施される潰し加工によって形成されるフランジ状の潰し部２０ｂの大きさと凹部２４の体積との関係を予め実験によって決定する。
【００１６】
この様に、ヒートシンク用貫通孔２２のアイレット１２の他面側開口部から突出する挿入部２０ａの先端部に潰し加工を施すことによって、ヒートシンク用貫通孔２２内に位置する挿入部２０ａの部分も若干拡径される。このため、挿入部２０ａの外周面がヒートシンク用貫通孔２２の内壁面に密着し、挿入部２０ａをヒートシンク用貫通孔２２内に充分に固着できる。
更に、挿入部２０ａの先端部に、ヒートシンク用貫通孔２２内の挿入部２０ａよりも大径のフランジ状の潰し部２０ｂが形成される。このフランジ状の潰し部２０ｂは、微小なクリアランスが存在する可能性のある挿入部２０ａとヒートシンク用貫通孔２２との間をアイレット１２の他面側からシールする。このため、挿入部２０ａがヒートシンク用貫通孔２２内に密着して固着されていることと相俟って、アイレット１２の一面側にヒートシンク１８の柱状部２０を含むキャップを被着したとき、キャップ内を高気密に保持できる。
【００１７】
ここで、図３（ｂ）に示す様に、ヒートシンク１８の挿入部２０ａの先端部を、アイレット１２に形成したヒートシンク用貫通孔２２内に、そのアイレット１２の一面側開口部から挿入し、挿入部２０ａの先端部を、楕円形状の凹部２４の底面に開口したヒートシンク用貫通孔２２の他面側開口部から突出する。
次いで、凹部２４の底面に開口したヒートシンク用貫通孔２２の他面側開口部から突出した挿入部２０ａの先端部に潰し加工を施し、挿入部２０ａよりも大径のフランジ状の潰し部２０ｂによって凹部２４内を充填して、ヒートシンク１８をアイレット１２の一面側に固着した。
その後、ヒートシンク１８を固着したアイレット１２に気密試験を行った。この気密試験には、リード用貫通孔１４，１４をろう材等で閉塞したヒートシンク１８付のアイレット１２を、４００℃に加熱した後、氷が浮いた水（０℃の水）に投入して急冷したものを用いた。
かかるヒートシンク１８付のアイレット１２を用いた気密試験では、ヒートシンク１８の柱状部２０が形成されているアイレット１２の一面側にヘリウムガスを流しつつ、フランジ状の潰し部２０ｂが露出しているアイレット１２の他面側を減圧状態とし、アイレット１２の他面側にヘリウムガスが漏れるアイレット１２の他面側の圧力によって、気密性を評価した。
このヒートシンク１８付のアイレット１２では、４．２×１０-10Ｐａという高い気密性を呈することが判った。
尚、ヒートシンク２０８の一端部をアイレット２０２に圧入して得た図５に示す半導体装置用ステム２００を用いた、同様な気密試験では、２×１０-8Ｐａ程度の気密性であった。
【００１８】
図３（ａ）に示す様に、ヒートシンク用貫通孔２２の他面側開口部から突出した挿入部２０ａの先端部に潰し加工を施し、挿入部２０ａよりも拡径されたフランジ状の潰し部２０ｂを形成した後、ヒートシンク１８を形成する柱状部２０の外周面及びリード用貫通孔１４，１４の内壁面を含むアイレット１２の表面に、厚さ２μｍ程度のニッケルめっきを施す。このニッケルめっきは、アイレット１２やヒートシンク１８が酸化されることを防止するためのものである。
更に、フランジ状の潰し部２０ｂがアイレット１２の他面側に露出している部分以外の部分に、アースリード２１の一端部を抵抗溶接によって接続した後、リード用貫通孔１４，１４にリード１６，１６をガラス封着する。
その後、ヒートシンク１８を形成する柱状部２０の搭載面１８ａに搭載される半導体素子とワイヤボンディングされるリード１６，１６の一端部に潰し加工を施すことによって、半導体装置用ステム１０を得ることができる。
尚、得た半導体装置用ステム１０に金めっき等の外装めっきを施してもよい。
【００１９】
図１及び図２では、フランジ状の潰し部２０ｂがアイレット１２の他面側に露出している部分以外の部分に、アースリード２１の一端部を抵抗溶接によって接続しているが、フランジ状の潰し部２０ｂが露出している部分に、アースリード２１の一端部を接続してもよい。
但し、この場合には、アースリード２１の一端部を銀ろう等のろう材によって接続することが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る半導体装置用ステムの一例を説明する説明図である。
【図２】図１に示す半導体装置用ステムの部分断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置用ステムの製造方法を説明する説明図である。
【図４】従来の半導体装置用ステムを説明する斜視図である。
【図５】改良された半導体装置用ステムの断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  半導体装置用ステム
１２  アイレット
１６  リード
１８  ヒートシンク
１８ａ  搭載面
２０ａ  挿入部
２０  柱状部
２０ｂ  フランジ状の潰し部
２１  アースリード
２２  ヒートシンク用貫通孔
２４  凹部
【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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