(57)【要約】【課題】電気的に絶縁された放熱用ベースメタルとリードメタルを有する高周波用高放熱型半導体素子収納用基板のめっき処理の通電を容易にする。【解決手段】セラミックス枠体４ａの表面に接合されたリードメタル１ａと裏面に接合されたベースメタル６ａをセラミックス枠体４ａに形成したスルーホール７ａとめっき導通用パターン８ａで電気的に接続し、リードメタル１ａに接続したリードフレーム部３ａより給電してリードメタル１ａおよびベースメタル６ａ表面をめっき処理する。めっき処理後にめっき導通用パターン８ａおよびリードメタル１ａとリードフレーム部３ａとの間を切断する。【選択図】図１
2013016597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス枠体の一方の面にリードメタルを含むリードフレーム部を、他方の面に放熱用のベースメタルを接合した半導体素子収納用基板において、リードフレーム部とベースメタルを電気的に接続するためのスルーホールおよびめっき導通用パターンがセラミックス枠体に少なくとも１つ形成されており、めっき処理後にスルーホールに接続しためっき導通用パターンおよびリードフレーム部とリードメタル間を切断することを特徴とした高周波用高放熱型半導体素子収納用基板。
【請求項２】
セラミックス枠体に形成されためっき導通用パターンがW、Ｍｏ金属の少なくとも１種類の金属で構成され、リードフレーム部が鉄―ニッケル合金、ベースメタルがＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｃｕ複合部材のいずれか、セラミックス枠体の成分中のアルミナ含有率が７０ｗｔ％以上、であることを特徴とする請求項１記載の高周波用高放熱型半導体素子収納用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子からの発熱を放熱させるためのベースメタルと、電気信号用のリードメタルをセラミックス枠体の表裏に接合して形成される高周波用高放熱型半導体素子収納用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の基地局等に使用される高周波用回路基板では発熱量が大きく、かつ熱膨張率の低い化合物半導体素子が実装される。このためこれらの半導体素子は熱膨張率が１０−５／℃以下で放熱性にすぐれた特性を有するＷ−Ｃｕ、Ｍｏ−Ｃｕ、Ｃｒ−Ｃｕなどの複合金属体で構成されたベースメタル上に実装される。一方、半導体素子からの信号線はリードメタルに接続されるが、リードメタルとベースメタルを電気的に絶縁するためベースメタルとリードメタルはセラミックス枠体上に接合される。上記半導体素子は実装時に４００℃以上の高温の熱処理を要するため、リードメタルおよびベースメタル表面は熱処理時の酸化や下地金属の拡散を防止するため、一般に厚付けの電解ニッケル/金めっき処理が行われる。セラミックス枠体により電気的に絶縁されたリードメタルとベースメタルにそれぞれ電解めっき処理を行うため、電解めっき処理時にはリードメタルとベースメタルに夫々別々の給電端子を接続して電解めっき処理を行っている。
【０００３】
電気的に絶縁されたリードメタルとベースメタルに電解めっき処理するためには１つの製品に対して２つの給電用電極を必要とする。  従来技術にて製造される高周波用高放熱型半導体素子収納用基板を図５に示す。リードメタル５１はリードフレーム部５３と一体構造となっているため、リードメタル５１への電解メッキ処理はリードフレーム部５３に給電端子（図示せず）を接続することで容易にめっき処理が可能である。しかしながらベースメタル５６は図６に示すようにリードメタル５１、リードフレーム部５３とは電気的な接続がないため、ベースメタル５６とリードフレーム部５３間を接続する新たな給電端子の追加が必要となる。リードメタル５１についてはリードフレーム部５３と同一材料で一体形成可能であるが、ベースメタル５６はリードフレーム部５３と材質が異なるため、一体形成できない。したがってリードフレーム部５３とベースメタル５６間を接続する給電端子を別途、設けなければならない。通常、リードフレーム部５３とベースメタル５６を電気的に接続するめっき用のジグ（図示せず）を別途、取り付けてベースメタル５６へのめっき給電を行っている。
【０００４】
特許文献１では電極リードと電気的な接触のない金属部分の間を導体ペーストを塗布して電気的導通を図り、さらに導体ペーストの表面を絶縁体で絶縁し、電気めっきを行い、最後に導体ペーストと絶縁体を除去する方法が記載されている。さらに特許文献２では電解めっき用の外部端子と電気的に接続していない導体パターンBを外部端子と接続している導体パターンAとあらかじめ接続しておき、電気めっき処理後に導体パターンAと導体パターンB間の電気的接続を切断する半導体素子収納用セラミックパッケージが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１７０２４７号公報
【特許文献２】特開平６−１９６５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらめっき用のジグを別途、取り付ける方法では各製品へめっき用のジグを取り付ける作業が煩雑であり、めっき工程の生産性を著しく低下させる。さらにめっき用のジグとベースメタル５６は電気的に接触しているだけであるため、接触状態のバラツキが大きい。このためリードメタル５１とベースメタル５６のめっき厚の相違による品質ばらつきや接触不良によるベースメタル５６の不めっき等の品質不良を引き起こしやすいと言う問題があった。
【０００７】
特許文献１の方法では、
（１）導体ペーストや絶縁体が十分に除去できず製品が不良品となること、
（２）導体ペーストや絶縁体により電解めっき液が汚染されること、
等が問題となる。また特許文献２の方法ではセラミックパッケージ内の孤立した浮きパターンに電気めっき処理することは可能であるが、セラミックパッケージの表面、裏面に電気的に独立した異種金属材料間の電気的接続に応用することはできない。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するために考案されたもので、その目的はセラミックス基板の表裏に接合された異種金属材料のリードメタルと放熱用ベースメタルに簡便、且つ高品質なめっき処理を施した高周波用高放熱型半導体素子収納用基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高周波用高放熱型半導体素子収納用基板は絶縁用のセラミックス枠体の一方の表面にリードフレーム部と一体化した電気信号用のリードメタル、他方の表面に半導体素子の発熱を放熱させるベースメタルを接合した後、Ni／Auめっき処理することにより作製される。
【００１０】
ここでリードメタルとベースメタルはセラミックス枠体に形成した導体を充填したスルーホールとめっき導通用パターンとを介して電気的に接続された状態でNi/Auめっき処理され、めっき処理後にめっき導通用パターンとリードフレーム部／リードメタル間を切断することを特徴とする。
【００１１】
上記発明に適した材料としてはセラミックス枠体についてはアルミナが一般的であるが、低温焼成可能なガラスセラミックスや高熱伝導率の窒化アルミニウムなど使用目的に応じて随時選択することができる。リードメタル材料としては打ち抜き加工性に優れた金属、合金材料が選択されるが、通常、リードフレーム部に使用される４２アロイ等が使用される。ベースメタル材料としてはＧａＡｓ、ＧａＮなどの化合物半導体と熱膨脹率がマッチングし、且つ放熱板に適した高熱伝導率を有する金属材料が適する。これらの特性を満足する材料としては高熱伝導金属と低熱膨脹金属からなる複合体が使用される。代表的な例としては粉末ＷやＭｏ焼結体にＣｕを溶融含浸させたCuーW、Cu−Mo材がある。また低コスト化にはＣｒ−Ｃｕ材が有効である。含侵法の他にＣｕとＷ、Ｍｏ、Ｃｒ等の低熱膨脹金属板を交互に３層以上積層したクラッド板も使用することができる。この場合、表面層、裏面層はＣｕ板となる。
【発明の効果】
【００１２】
これによりセラミックス枠体にリードメタルおよびベースメタルが接合された状態でＮｉ／Ａｕめっき処理を行う場合、リードフレーム部にめっき用の給電端子を接続するだけでリードメタル、ベースメタルの両方を安定にＮｉ／Ａｕめっき処理することができる。リードフレーム部とベースメタルを接続するめっき用のジグの取り付けが不要のため、めっき作業が簡便となるのみならず、ジグの接触ばらつきによるめっき膜厚ばらつきを低減することができる。Ｎｉ／Ａｕめっき後にめっき導通用パターンおよびリードメタル／リードフレーム部の接続部を切断することによって、リードメタルとベースメタル間は電気的に絶縁され、高品質の高周波用高放熱型半導体素子収納用基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による高周波用高放熱型半導体素子収納用基板を示し、リードメタルとベースメタルをセラミックス枠体に接合した後の平面図である。
【図２】本発明による高周波用高放熱型半導体素子収納用基板を示し、導通用パターンを切断した後の平面図である。
【図３】本発明の高周波用高放熱型半導体素子収納用基板の製造フローである。
【図４】（１）〜（３）はそれぞれ、図１の破線CDに沿った要部断面図、Ni/Auめっき後の要部断面図、めっき引き出し線切断後の要部断面図である。
【図５】従来構造の高周波用高放熱型半導体素子収納用基板の平面図である。
【図６】図５の破線ABに沿った断面構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による高周波用高放熱型半導体素子収納用基板の構造を図１、図２に示す。リードメタル１aとベースメタル６ａをセラミックス枠体４ａに形成したスルーホール７ａとめっき導通用パターン８ａによって電気的に接続し、リードフレーム部３ａより給電して電気めっき処理を行い、めっき処理後にリードフレーム部３ａとめっき導通用パターン８ａを切断する。
【００１５】
セラミックス枠体材料としてはセラミックス回路基板に使用される一般的なアルミナ、窒化アルミ、ガラスセラミックス等いずれも使用可能である。セラミックス枠体に形成するめっき導通用パターン、スルーホール導通に用いる金属導体材料は使用するセラミックス材料によって適時選定される。通常、アルミナ、窒化アルミ材料に対してはタングステンやモリブデンといった高融点金属が選定される。低温焼成タイプのガラスセラミックスでは銅、銀が導体材料として使用される。
リードメタルおよびリードフレーム部材にはコバーや４２アロイといった鉄合金材料が一般的に使用される。一方、ベースメタル材料としてはヒートシンクとしての放熱性と高周波用の化合物半導体の熱膨脹率とのマッチングを両立できるＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｒ−Ｃｕ複合材料が使用される。
リードメタルおよびベースメタルを接合するセラミックス枠体表面は導体ペーストにてあらかじめメタライズ処理されており、さらにメタライズ表面はニッケルめっき処理されている。ニッケルめっき処理されたメタライズ表面へのリードメタル１ａおよびベースメタル６ａの接合には一般的に銀ロー材（Ａｇ−Ｃｕ合金）が使用される。銀ロー接続後、リードメタル１ａ、ベースメタル６ａ表面は半導体素子の実装のため、めっき処理されるが、実装温度が高温であることから通常、厚付けの電解ニッケル／金めっきが適用される。めっき後にリードメタル１ａとベースメタル６ａ間を接続する導通用パターン８ａを切断するが、一般的にはレーザー光による導体切断が適している。最後にリードフレーム部３ａとリードメタル１ａの切断は通常の打ち抜きによって切断され、高周波用高放熱型半導体素子収納用基板が完成する。
【００１６】
ついで図３を参照して本発明の実施の形態に係る高周波用高放熱型半導体素子収納用基板の製造方法について説明する。
（１）はじめにセラミックス枠体４ａとなるグリーンシートを作製し、パンチ加工にてスルーホール７ａを形成する。（２）次にタングステン（Ｗ）ペースト印刷にてスルーホール７ａ内を穴埋め充填するとともに、金属メタライズ電極部２ａ、めっき導通用パターン８ａをスクリーン印刷にて形成する。（３）次にパンチ加工にてキャビティ５ａを形成する。（４）これを水素還元雰囲気ガス中にて焼成してセラミックス枠体４ａのシートを得る。（５）焼成後のシートのＷメタライズ部に厚み５−１０ｕｍ程度の電解ニッケルめっき処理を行う。（６）ニッケルめっき後のセラミックスシートを個片切断し、セラミックス枠体４ａを得る。
【００１７】
（７）ニッケルめっき処理された表面のメタライズ電極部２ａとリードメタル１ａの間に銀ロー材を配置するとともに、裏面のメタライズ電極部２ａとモリブデン粉末焼結体に銅を含浸させたＭｏ−Ｃｕ複合体製のベースメタル６ａ（表面はあらかじめニッケルめっき処理済み）の間にも銀ロー材を配置し、ロー付け用の冶具で固定した後、水素還元雰囲気にて加熱して銀ローを溶融させ、リードメタル１ａとベースメタル６ａをセラミックス枠体４ａに接合する。（８）リードフレーム部３ａより給電し電解ニッケル／金めっき処理を行う。この時、セラミックス枠体４ａに形成したスルーホール７ａを介して裏面ベースメタル６ａへもめっき処理がなされる。（９）めっき導通用パターン８ａをレーザーにて切断、さらに（１０）リードフレーム部３ａを切断し、リードフレーム部３ａと製品を分離する。以上の工程をへて高周波用高放熱型半導体素子収納用基板が製造される。
【００１８】
次に図４にて本発明の要点を断面構造から説明する。図４は図１の破線CDに沿った断面構造を表している。(１)スルーホール７ａに充填されたタングステン導体により、セラミックス枠体４ａの表面と裏面のベースメタル６ａが電気的に接続される。（２）このためセラミックス枠体４ａ表面に接合したリードフレーム部３ａからの給電により裏面ベースメタル６ａも同時に電解ニッケル９ａ／金めっき１０ａ処理することが可能となる。通常、めっき厚としてニッケル１０ｕｍ、金２ｕｍ程度を形成する。（３）めっき後にセラミックス枠体４ａ表面のめっき導通用パターン８ａをレーザーにて切断し、さらにベースメタル６ａとリードメタル１ａを電気的に分離する。これにより表面のリードメタル１ａと裏面のベースメタル６ａが電気的に分離される。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の高周波用高放熱型半導体素子収納用基板は消費電力が大きく、熱応力に弱いガリウム砒素、窒化ガリウムなどの化合物半導体の実装に使用され、例えば携帯基地局等のパワーアンプ用の電子装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００２０】
１a：リードメタル、2a：金属メタライズ電極部、3a：リードフレーム部
4a：セラミックス枠体、５a：セラミックス枠体キャビティ、６a：ベースメタル
７a：スルーホール、８a：めっき導通用パターン、９a：ニッケルめっき層
１０a：金めっき層、１１a：レーザー切断箇所
【図１】
2013016597.tif 000003
【図２】
2013016597.tif 000004
【図３】
2013016597.tif 000005
【図４】
2013016597.tif 000006
【図５】
2013016597.tif 000007
【図６】
2013016597.tif 000008