(57)【要約】  【課題】  半導体素子から発生する熱を効率よく外部へ放散させて半導体素子の温度上昇を抑制し、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とともに、セラミックスから成る枠体にクラック等の破損が発生しない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。  【解決手段】  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３が載置される凸部１ａが形成された長板状の金属製の基体１と、内外を導通させるための配線導体２ａを有するとともに基体１の上側主面に凸部１ａを囲繞するようにロウ付けされたセラミックスから成る枠体２とを具備しており、基体１は、凸部１ａの周囲の厚みが0.1〜0.3ｍｍであり、基体１の両短辺側において凸部１ａの側面と枠体２の内面との間に、凸部１ａの長辺の長さの0.03〜0.2倍の隙間が設けられている。【選択図】  図２
2005159288.tif 000002
【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直方体状の凸部が形成された長板状の金属製の基体と、内外を導通させるための配線導体を有するとともに前記基体の前記上側主面に前記凸部を囲繞するようにロウ付けされたセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記基体は、前記凸部の周囲の厚みが０．１〜０．３ｍｍであり、前記基体の両短辺側において前記凸部の側面と前記枠体の内面との間に、前記凸部の長辺の長さの０．０３乃至０．２倍の隙間が設けら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】
前記基体は、銅または銅を主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成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、前記凸部に載置されるとともに前記配線導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面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。
【請求項４】
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、前記凸部に載置されるとともに前記配線導体に電気的に接続された半導体素子と、該半導体素子を覆う外装樹脂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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を収容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する。
【背景技術】
【０００２】
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）としては、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の一例を示す断面図を図４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が形成されており、この貫通孔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】
そして、このようなパッケージの載置部21ａに半導体素子25を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することにより、主にこれら基体21、枠体22、蓋体28、入出力端子24、放熱体23から成る製品としての半導体装置が構成されている。
【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を駆動す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】
そして、この半導体装置によれば、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、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2001−217333号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の構成においては、入出力端子24を枠体22の取付部22ａにロウ付けする際に、Ａｌ２Ｏ３質焼結体（熱膨張係数７×10−６〜８×10−６／℃）等のセラミックス製の入出力端子24にクラック等の破損が生じることがないように、基体21および枠体22として入出力端子24と熱膨張係数が近い値のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数５×10−６〜10×10−６／℃）等の金属材料を用いている。しかしながら、近年、半導体素子25の高集積化が急速に進み、半導体素子25の作動時に発生する発熱量が急激に増大してきているのに対して、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の熱伝導率は17Ｗ／ｍ・Ｋと低い値であるために、放熱体23だけでは半導体素子25で発生する熱を外部に十分に放散できず、半導体素子25の温度が上昇して半導体素子25が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１２】
このため、熱伝導率が150〜400Ｗ／ｍ・Ｋと高い値をもつ無酸素Ｃｕ等のＣｕ系材料で基体21および枠体22を形成することが考えられるが、Ｃｕ系材料の熱膨張係数は10×10−６〜20×10−６／℃であり、基体21および枠体22とセラミックス製の入出力端子24とでは、熱膨張差が大きいために枠体22の取付部22ａに入出力端子24をロウ付けすると、入出力端子24に基体21および枠体22との熱膨張差による大きな応力が加わって、入出力端子24にクラック等の破損が生じる場合があった。そしてその結果、パッケージ内部を気密に保持できなくなり。半導体素子25が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１３】
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効率よく外部へ放散させて半導体素子の温度上昇を抑制し、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とともに、セラミックスから成る枠体にクラック等の破損が発生しない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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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直方体状の凸部が形成された長板状の金属製の基体と、内外を導通させるための配線導体を有するとともに前記基体の前記上側主面に前記凸部を囲繞するようにロウ付けされたセラミックスから成る枠体とを具備しており、前記基体は、前記凸部の周囲の厚みが0.1〜0.3ｍｍであり、前記基体の両短辺側において前記凸部の側面と前記枠体の内面との間に、前記凸部の長辺の長さの0.03乃至0.2倍の隙間が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
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、前記基体は、銅または銅を主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成ることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記構成の半導体素子収納用パッケージと、前記凸部に載置されるとともに前記配線導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、上記構成の半導体素子収納用パッケージと、前記凸部に載置されるとともに前記配線導体に電気的に接続された半導体素子と、この半導体素子を覆う外装樹脂とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
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直方体状の凸部が形成された長板状の金属製の基体と、内外を導通させるための配線導体を有するとともに基体の上側主面に凸部を囲繞するようにロウ付けされたセラミックスから成る枠体とを具備しており、基体は、凸部の周囲の厚みが0.1〜0.3ｍｍであり、基体の両短辺側において凸部の側面と枠体の内面との間に、凸部の長辺の長さの0.03〜0.2倍の隙間が設けられていることから、基体の凸部の周囲の厚みが0.1〜0.3ｍｍである部分の、凸部の側面と枠体とに挟まれた隙間領域において金属製の基体を変形させ易くすることができ、基体と枠体とがロウ付けされることによって枠体に生ずる歪みをこの隙間領域で吸収させることができる。従って、基体に熱膨張係数の高い材料を用いても、セラミックスから成る枠体にクラック等の破損が生じ難くなり、半導体素子収納用パッケージの内部を気密に保持することができるようになる。
【００１９】
また、高熱伝導率であって熱膨張率が大きい材料でも基体に使用することができるので、半導体素子から発生する熱を効率よく外部へ放散させて半導体素子の温度上昇を抑制し、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とすることができる。
【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、基体は、銅または銅を主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成ることから、基体の熱伝導率が高く、半導体素子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、さらに、基体がセラミック粉末を含有させて成ることにより基体の剛性が増すとともに、基体の熱膨張係数が枠体の熱膨張係数に近づき、枠体に作用する基体との熱膨張差による応力を小さくすることができ、枠体にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することができる。また、基体に生ずる歪みを少なくして、基体の凸部の上側主面を平坦に保つことができる。その結果、半導体素子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るとともに、内部を気密に保持することができ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とすることができる。
【００２１】
本発明の半導体装置は、上記構成の半導体素子収納用パッケージと、凸部に載置されるとともに配線導体に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることにより、上記本発明の半導体素子収納用パッケージによって放熱性に優れ、半導体素子の動作信頼性の高いものとなる。
【００２２】
本発明の半導体装置は、上記構成の半導体素子収納用パッケージと、凸部に載置されるとともに配線導体に電気的に接続された半導体素子と、半導体素子を覆う外装樹脂とを具備していることにより、外層樹脂によって半導体素子が外気から保護され、上記本発明の半導体素子収納用パッケージによって放熱性に優れる、半導体素子の動作信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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の実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１のパッケージの断面図である。これらの図において、１は基体、２は枠体を示し、これら基体１、枠体２で、内部空間に半導体素子３を収容する容器が基本的に構成される。
【００２４】
本発明のパッケージは、図１および図２に示すように、上側主面に半導体素子３が載置される直方体状の凸部１ａが形成された長板状の金属製の基体１と、内外を導通させるための配線導体２ａを有するとともに基体１の上側主面に凸部１ａを囲繞するようにロウ付けされたセラミックスから成る枠体２とを具備しており、基体１は、凸部の周囲の厚みＡが0.1〜0.3ｍｍであり、基体１の両短辺側において凸部１ａの側面と枠体２の内面との間に、凸部１ａの長辺の長さＣの0.03〜0.2倍の長さ（幅）Ｂの隙間が設けられている。
【００２５】
本発明の基体１は、無酸素Ｃｕ，Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ）合金，ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成る材料等のＣｕ系材料やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る。特に、基体１の熱伝導性をよくして内部に収容する半導体素子３から発生した熱を効率よく外部へ放散させるという観点からは、高熱伝導性のＣｕ系材料（ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金）が好ましい。
【００２６】
さらに好ましくは、基体１は、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成るものがよい。この構成により、基体１の熱伝導率が高く、半導体素子３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、さらに、基体１がセラミック粉末を含有させて成ることにより基体１の剛性が増すとともに、基体１の熱膨張係数が枠体２の熱膨張係数に近づき、基体１との熱膨張差により枠体２に作用する応力が低減されるので、枠体２にクラック等の破損が生じ難くなる。
【００２７】
また、基体１と枠体２との熱膨張差が小さくなることにより基体１に生じる歪みも小さくなるので、基体１の凸部１ａの上側主面を平坦に保つことができる。その結果、パッケージは、半導体素子３が基体１に強固に接合され、半導体素子３の発した熱を外部や大気中に良好に放散することができ、内部の気密信頼性が高くて半導体素子３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。
【００２８】
このような基体１は、金属や合金から成る場合、金属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すことによって所定形状に製作される。
【００２９】
また基体１がＣｕまたはＣｕの含有率が70％質量％以上のＣｕを主成分とする合金にセラミック粉末を含有させて成る場合、基体１には、ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金にＡｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体等のセラミック粉末が含有されている。ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金にセラミック粉末を含有させることにより、高熱伝導性であるとともに熱膨張係数は含有されるセラミックスに近いものとすることができ、例えば、銅に0.1〜２質量％のＡｌ２Ｏ３質焼結体を含有させて成る場合は、熱伝導率が350Ｗ／ｍ・Ｋ〜360Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張係数が16×10-6〜17×10-6の基体１が得られる。Ａｌ２Ｏ３質焼結体の含有量を増やせば、さらに熱膨張係数の低い基体１が得られ、例えば10質量％含有させることによって熱膨張係数が14×10-6程度の銅にＡｌ２Ｏ３質焼結体を含有させた基体１が得られる。
【００３０】
ＣｕまたはＣｕ合金にセラミック粉末を含有させるには、例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体を含有して成る場合は、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，溶剤，可塑剤，分散剤等を混合添加して顆粒状の混合物と成し、約1600℃で焼成して得られたセラミックス粉末の表面に金属層を被着させた後に、これを加圧成形して基体１の所定形状にしたセラミックス多孔体を得、しかる後に、このセラミックス多孔体に非酸化雰囲気下において約1100℃で銅または銅を主成分とする合金を含浸させることによって、基体１の銅または銅を主成分とする合金が５〜70質量％の基体１を得ることができる。
【００３１】
または、約1600℃で焼成して得られたセラミックス粉末と、銅または銅を主成分とする合金の金属粉末と、有機バインダおよび溶剤とを混練させ、これを加圧成形して基体１の所定形状にしたものを得、しかる後に、非酸化雰囲気下において約800℃で有機バインダおよび溶剤とを熱分解させて除去し、その後に、非酸化雰囲気下において約1100℃で銅または銅を主成分とする合金を溶融させて有機バインダおよび溶剤を除去することによって形成された空孔を埋めこむことで、基体１の銅または銅を主成分とする合金の質量比が70〜99.9質量％の基体１を得ることができる。
【００３２】
基体１がその他のセラミック粉末を含有して成る場合も同様にして得ることができる。
【００３３】
ここで、基体１は、凸部１ａが厚み0.5〜２ｍｍ、長辺８〜20ｍｍ、短辺１〜３ｍｍ程度とされ、凸部１ａの周囲に厚さ0.1〜0.3ｍｍの鍔状の部分（厚さＡの部分）が設けられている。
【００３４】
基体１の上側主面の中央部には、半導体素子３を載置する凸部１ａが設けられている。この基体１は、半導体素子３が作動時に発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割をも果たす。基体１の表面には、酸化腐食の防止や半導体素子３のロウ付け等による載置固定を良好にするために、厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層や厚さ0.5〜５μｍの金（Ａｕ）層から成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３の熱を効率よく外部へ放熱させるために、半導体素子３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凸部１ａに載置固定されていてもよい。
【００３５】
また、基体１の上側主面の凸部１ａの周囲には、凸部１ａを囲繞するようにしてＡｇロウやＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介して接合されるとともに、上方の所定部に線路導体２ａを有するセラミックスから成る枠体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３を収容する空所を形成する役割を果たす。
【００３６】
枠体２は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックスから成り、例えばＡｌ２Ｏ３質焼結体から成る場合以下のようにして作製される。すなわち、アルミナ（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。
【００３７】
次に、このセラミックグリーンシートに枠体２の内側面や外側面となる適当な打抜き加工を施すとともに、Ｗ，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３の電極と電気的に接続される線路導体２ａ等となる導体層を形成する。また、枠体２の上面および底面となるセラミッククリーンシートにはロウ付け用の導体層が形成される。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２ａ等の導体層を有した枠体２となる焼結体を作製することができる。
【００３８】
線路導体２ａは、枠体２の内側となる部分で、ボンディングワイヤ６を介して半導体素子３の電極と電気的に接続され、枠体２の外側となる部分で、ＡｇロウやＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介して接合されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るリード端子７を介して外部電気回路に電気的に接続される。そして、リード端子７は、外部電気回路（図示せず）から供給される電気信号を半導体素子３に伝えて半導体素子３を駆動させるとともに、半導体素子３と外部電気回路との信号の入出力を行なう。線路導体２ａの表面は、酸化腐食を防止するためやボンディングワイヤ６およびリード端子７との接合強度を高めるため、表面に厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層や厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層等の金属層がめっき法によって被着されているのがよい。
【００３９】
また、基体１の枠体２とのロウ付けされる部分の厚みＡが0.1〜0.3ｍｍであり、基体１の両短辺側において凸部１ａの側面と枠体２の内面との間に、凸部１ａの長辺の長さＣの0.03〜0.2倍の長さＢの隙間が設けられている。基体１の凸部１ａの周囲の厚みが0.1〜0.3ｍｍである部分の、凸部１ａの側面と枠体２とに挟まれた隙間領域において金属製の基体１を変形させ易くすることができ、基体１と枠体２とがロウ付けされることによって、枠体２に生ずる歪みをこの隙間領域で吸収させることができる。従って、基体１に無酸素Ｃｕ，Ｃｕ−Ｍｏ合金等の熱膨張係数が高く熱伝導性のよい材料を用いても、セラミックスから成る枠体２にクラック等の破損が生じ難くなり、パッケージの内部を気密に保持することができるようになる。
【００４０】
Ａ＜0.1ｍｍとなると、基体１の厚みが薄くなりすぎて、枠体２が基体１に接合されるときに基体１が反り等の変形を起こし易くなり、その結果、基体１の下側主面を外部電気回路基板に密着できなくなり、半導体素子３から発熱する熱を基体１を介して外部に良好に放散できなくなる。Ａ＞0.3ｍｍとなると、基体１が変形し難くなり、基体１と枠体２とをロウ付けする際に基体１で歪みを十分に吸収できず枠体２にクラック等の破損を生じさせてしまう場合がある。
【００４１】
また、Ｂ＜0.03Ｃとなると、凸部１ａの側面と枠体２の内面との間の寸法が小さくなりすぎて、基体１と枠体２とがロウ付けされることによって枠体２に生ずる歪みを吸収できなくなり、枠体２にクラック等の破損を生じさせてしまう場合がある。すなわち、基体１と枠体２との熱膨張係数差によって、枠体２の下面の内周側に基体１の大きな収縮により引張応力が加わり、枠体２の下面の内周側にクラックが発生し易くなる。Ｂ＞0.2Ｃとなると、基体１全体に占める凸部１ａの周囲の厚みＡの部分が多くなり、枠体２が基体１に接合されるときに基体１が反り等の変形を起こし易くなり、その結果、基体１の下側主面を外部電気回路基板に密着できなくなり、半導体素子３から発熱する熱を基体１を介して外部に良好に放散できなくなる。
【００４２】
そして、図２に示すように、上記構成のパッケージの凸部１ａに半導体素子３を載置固定した後、半導体素子３の電極と線路導体２ａの枠体２の内側の部位とをボンディングワイヤ６で電気的に接続し、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属や枠体２と同じセラミックスから成る蓋体４を半田付け法や溶接法等により取着し、半導体素子３を気密に封止することで製品としての半導体装置となる。なおこの場合、図２に示すように、枠体２の線路導体２ａの上部に、線路導体２ａの一部を挟み込むようにして凸部２ｂを形成する。これにより、線路導体２ａの枠体２内側の部位にボンディングワイヤ６を接続するための空間を確保するとともに、線路導体２と蓋体４とが電気的に短絡するのを防止できる。
【００４３】
または、図３に示すように、半導体素子３をエポキシ樹脂系の外装樹脂５によって覆い、半導体素子３を気密に封止することにより、製品としての本発明の半導体装置となる。なお、基体１と枠体２との隙間に外装樹脂５を充填させることによって、パッケージと外装樹脂５との密着強度を向上させることができる。
【００４４】
本発明の半導体装置によれば、上記構成のパッケージを用いることによって放熱性に優れ、半導体素子３の動作信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【実施例１】
【００４５】
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。
【００４６】
図１の本発明のパッケージのサンプルを以下のようにして作製した。無酸素Ｃｕから成り縦9.1ｍｍ×横1.55ｍｍで厚さが 0.7mmの凸部１ａの周囲に厚さ0.15ｍｍの鍔状部分が形成された外形が縦10.6ｍｍ×横2.25ｍｍの長板状の金属製の基体１を用意し、この上面に平面視での外側寸法が縦11.7ｍｍ×横3ｍｍで厚さが１mmのＡｌ２Ｏ３質焼結体から成り、平面視での内側寸法が縦9.3ｍｍ×横1.75ｍｍ、縦10.1ｍｍ×横1.75ｍｍの２種類の枠体２、すなわち隙間Ｂの長さが0.1および0.5ｍｍとなる２種類の枠体２を用意した。
【００４７】
基体１と内側面の寸法が縦9.3ｍｍ×横1.75ｍｍ、縦10.1ｍｍ×横1.75ｍｍの２種類の枠体２をそれぞれＡｇ−Ｃｕロウ（融点780℃）で接合し、これらを常温（25℃）まで均一に冷却することによりパッケージのサンプルを作製した。ここで、枠体２の内側面の寸法が縦9.3ｍｍ×横1.75ｍｍのパッケージのサンプルをＰ１（比較例）、枠体２の内側面の寸法が縦10.1ｍｍ×横1.75ｍｍのサンプルをＰ２（本発明の実施例）とする。
【００４８】
これらのサンプルＰ１、Ｐ２について、常温まで均一に冷却した後、基体１および枠体２の表面を10倍の光学顕微鏡を用いて観察したところ、サンプルＰ１では枠体２にクラックの発生が確認されたが、サンプルＰ２では一切クラックの発生が確認されなかった。
【００４９】
さらに、これらのサンプルＰ１、Ｐ２について、常温まで均一に冷却した際の枠体２に発生する最大主応力を有限要素法解析によって求めたところ、サンプルＰ１では577ＭＰａとなり、サンプルＰ２では348ＭＰａとなった。
【００５０】
従って、本発明のパッケージであるサンプルＰ２が枠体２のクラックの抑制に有効であることが判った。
【実施例２】
【００５１】
さらに、上記のサンプルＰ２において基体１の凸部１ａの周囲の厚さＡだけを0.08ｍｍ，0.1ｍｍ，0.2ｍｍ，0.25ｍｍ，0.3ｍｍ，0.32ｍｍと変えたものを作製した。基体１の厚さが0.08ｍｍのものをサンプルＰ21、0.1ｍｍのものをサンプルＰ22、0.2ｍｍのものをサンプルＰ23、0.25ｍｍのものをサンプルＰ24、0.3ｍｍのものをサンプルＰ25、0.32ｍｍのものをサンプルＰ26とした。これらのサンプルＰ21〜Ｐ26について、サンプルＰ２と同様にして、基体１と枠体２の表面を観察し、クラックの発生の有無を評価した。その評価結果を表１に示す。
【表１】
2005159288.tif 000003
【００５２】
表1より、サンプルＰ22〜Ｐ25ではクラックの発生が見られなかった。サンプルP21では基体１にクラックが発生し、サンプルＰ26では枠体２にクラックが発生し、パッケージ内部を気密に保持できない状態であった。従って、サンプルＰ22〜Ｐ25がパッケージとして機能し得るものとなることが判った。即ち、基体１の凸部１ａの周囲の厚さＡが0.1〜0.3ｍｍであればよいことが判った。
【実施例３】
【００５３】
次に、無酸素Ｃｕから成り縦9.1ｍｍ×横1.55ｍｍで厚さが 0.7mmの凸部１ａの周囲に厚さ0.15ｍｍの鍔状部分が形成された外形が縦10.6ｍｍ×横2.25ｍｍの長板状の金属製の基体１を用意し、この上面に平面視での外側寸法が縦15ｍｍ×横３ｍｍで厚さが１mmのＡｌ２Ｏ３質焼結体から成り、平面視での内側寸法が縦9.6ｍｍ×横1.75ｍｍ，縦9.7ｍｍ×横1.75ｍｍ，縦11ｍｍ×横1.75ｍｍ，縦12ｍｍ×横1.75ｍｍ，縦12.7ｍｍ×横1.75ｍｍ，縦12.8ｍｍ×横1.75ｍｍの６種類の枠体２、すなわち隙間の長さＢおよび凸部の長辺の長さＣに対する隙間の長さＢの比率（括弧内に示す）が0.25ｍｍ（0.027），0.3ｍｍ（0.033），0.95（0.104），1.45ｍｍ（0.159），1.8ｍｍ（0.198），1.85ｍｍ（0.203）となる６種類の枠体２を用意した。これら６種類の枠体２をそれぞれＡｇ−Ｃｕロウ（融点780℃）で接合し、これらを常温（25℃）まで均一に冷却することによりパッケージのサンプルを作製した。
【００５４】
ここで、枠体２の内側面の縦の寸法が9.6ｍｍのものをサンプルＰ201、縦9.7ｍｍのものをサンプルＰ202、縦11ｍｍのものをサンプルＰ203、縦12ｍｍのものをサンプルＰ204、縦12.7ｍｍのものをサンプルＰ205、縦12.8ｍｍのものをサンプルＰ206とした。
【００５５】
これらのサンプルＰ201〜Ｐ206について、常温まで均一に冷却した後、基体１と枠体２の表面を10倍の光学顕微鏡を用いて観察しクラックの発生の有無を評価するとともに、基体１下面の反り寸法を測定した。その評価結果を表２に示す。
【表２】
2005159288.tif 000004
【００５６】
表２より、サンプルＰ202〜Ｐ206ではクラックの発生が見られなかった。サンプルP201では枠体２にクラックが発生し、パッケージ内部を気密に保持できない状態であった。また、サンプルＰ206では、基体１の下面の反り寸法が0.05ｍｍを上回るものとなり、基体１の下面を外部電気回路基板等に密着させることができず、半導体素子３から発生する熱を外部に良好に放散できないものとなることが判った。即ち、基体１の下面の反り寸法が0.05ｍｍを上回るものとなると、半導体素子３が作動した際に基体１の温度が上昇し易く、基体１の温度上昇によって、半導体素子３が誤作動を起こしてしまう場合がある。一方、基体1の反り寸法が0.05ｍｍ以下のP205では半導体素子３が作動しても基体１の温度上昇が抑制され、半導体素子３の誤作動を確実に防止できるものとなった。従って、サンプルＰ202〜Ｐ205がパッケージとして機能し得るものとなることが判った。即ち、枠体２の内面と凸部１ａとの間に凸部１ａの長辺の長さCの0.03乃至0.2倍の隙間Bが設けられると有効であることが判った。
【００５７】
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種々の変更を施すことは何等支障ない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】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の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：基体
１ａ：凸部
２：枠体
２ａ：配線導体
３：半導体素子
４：蓋体
５：外装樹脂
【図１】
2005159288.tif 000005
【図２】
2005159288.tif 000006
【図３】
2005159288.tif 000007
【図４】
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