(57)【要約】      （修正有）【課題】芯部のＣｕが埋設される位置のベース部材のＣｕ層を略平面化した高周波半導体用パッケージ基板と高周波半導体用パッケージの製造方法、及び高周波半導体用パッケージを提供する。【解決手段】高周波半導体用パッケージ基板の製造方法は、熱伝導率の高い第１のベース部材１３１の一方の面に、所定の位置に孔部を有し、所定の熱膨張率を有する材料からなる第２のベース部材１３２を、ろう材を介して配置し、熱伝導率が高く、かつ、第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料からなり、孔部よりも小さいサイズの芯部１３４を孔部に配置し、第２のベース部材の第１のベース部材と反対の面にろう材を介して熱伝導率の高い第３のベース部材１３３を配置する工程と、第１から第３のベース部材を加圧して加熱することにより各ベース部材及び芯部をろう付けする工程と、冷却した後に、第１のベース部材の他方の面を研磨して略平面にする工程と、を有する。【選択図】図８
2017092312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率の高い第１のベース部材の一方の面に所定の位置に孔部を有し、所定の熱膨張率を有する材料からなる第２のベース部材を、ろう材を介して配置し、熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料からなり、前記孔部よりも小さいサイズの芯部を前記孔部に配置し、前記第２のベース部材の前記第１のベース部材と反対の面にろう材を介して熱伝導率の高い第３のベース部材を配置する第１の工程と、
前記第１のベース部材、第２のベース部材及び第３のベース部材を加圧して加熱することにより前記各ベース部材及び前記芯部をろう付けする第２の工程と、
冷却した後に、前記第１のベース部材の他方の面を研磨して略平面にする第３の工程と、
を有する高周波半導体用パッケージ基板の製造方法。
【請求項２】
熱伝導率の高い第１のベース部材の一方の面に所定の位置に孔部を有し、所定の熱膨張率を有する材料からなる第２のベース部材を、ろう材を介して配置し、熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料からなり、前記孔部よりも小さいサイズの芯部を前記孔部に配置し、前記第２のベース部材の前記第１のベース部材とは異なる面にろう材を介して熱伝導率の高い第３のベース部材を配置し、前記第３のベース部材の前記第２のベース部材と反対の面にろう材を介して枠体を配置する第１の工程と、
前記第１のベース部材、第２のベース部材、第３のベース部材及び前記枠体を加圧して加熱することにより前記各ベース部材、前記芯部及び前記枠体をろう付けする第２の工程と、
冷却した後に、前記第１のベース部材の他方の面を研磨して略平面にする第３の工程と、
を有する高周波半導体用パッケージの製造方法。
【請求項３】
矩形状のパッケージ基板と、
前記パッケージ基板の上に設けられた枠体と、
を有し、
前記パッケージ基板は、
熱伝導率の高い材料で形成された第１のベース部材と、
前記第１のベース部材の上に設けられ、所定の熱膨張率を有する材料で形成されるとともに、半導体素子が搭載される位置に孔部を有する第２のベース部材と、
前記第２のベース部材の上に設けられ、熱伝導率の高い材料で形成された第３のベース部材と、
前記孔部に埋設されるとともに熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料で形成された芯部と、
を有し、
前記第１のベース部材の下面は平面化されており、かつ、前記第３のベース部材の上面は芯部の埋設部位に凹部領域が形成されている、
高周波半導体用パッケージ。
【請求項４】
前記第１のベース部材の厚さは前記芯部の近傍部が縁部の厚さよりも厚く形成されている、
請求項３に記載の高周波半導体用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波半導体用パッケージ基板の製造方法、高周波半導体用パッケージの製造方法、及び高周波半導体用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
大電力の高周波半導体用パッケージは、ベース部材（パッケージ基板）と、ベース部材の上に配置される枠体と、枠体を貫通して信号の入力もしくは出力端子となるフィードスルー線路が載置される誘電体基板とから構成される。枠体にはフィードスルー線路が載置される誘電体基板の材料であるアルミナと熱膨張率が近似したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材料が用いられる。
【０００３】
ベース部材には銅（以下、Ｃｕと称す）とモリブデン（以下、Ｍｏと称す）を用いて、Ｃｕ/Ｍｏ/Ｃｕの３層構造としたベース部材がある。ＣｕはＭｏに比べて熱伝導性が高く、ＭｏはＣｕと比べて熱膨張率が小さく、剛性がある。
【０００４】
また、ベース部材には半導体素子が載置される領域のＭｏの層に孔部を設け、そこにＣｕを埋設して芯部とし、ベース部材の表面から裏面まで熱伝導率を高くしたものがある。これにより、半導体素子が発した熱をＣｕにより拡散するとともに、Ｍｏによりベース部材の剛性を維持している。
【０００５】
しかし、半導体素子を載置する領域にＣｕの芯部をロウ付けする場合、ＣｕはＭｏよりも熱膨張率が大きいので芯部のサイズをＭｏの孔部のサイズよりも予め小さく形成する必要がある。そして、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ及びＭｏの孔部に埋設したＣｕの芯部をろう付けすると、Ｃｕは膨張するとともにロウ材を介してＭｏの孔部壁面に固定される。しかし、その後、冷却すると、Ｍｏと芯部のＣｕの熱膨張率の差により、芯部のＣｕは収縮するがＭｏの層と接している部位は固定されているので、固定されていない高さ方向が収縮する。このため、Ｃｕ/Ｍｏ/ＣｕのＣｕ層は芯部のＣｕと接している部位において、高さ方向に収縮して凹部が形成される。その結果、ベース部材を載置する実装基板とベース部材との間に空隙が発生し、その結果、放熱性が低下するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、パッケージ基板の放熱性の低下を抑制した高周波半導体用パッケージ基板の製造方法、高周波半導体用パッケージの製造方法、及び高周波半導体用パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、実施形態の高周波半導体用パッケージ基板の製造方法は、熱伝導率の高い第１のベース部材の一方の面に、所定の位置に孔部を有し、所定の熱膨張率を有する材料からなる第２のベース部材を、ろう材を介して配置し、熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料からなり、前記孔部よりも小さいサイズの芯部を前記孔部に配置し、前記第２のベース部材の前記第１のベース部材とは異なる面にろう材を介して熱伝導率の高い第３のベース部材を配置する第１の工程と、前記第１のベース部材、第２のベース部材、第３のベース部材及び前記枠体を加圧して加熱することにより前記各ベース部材、及び前記芯部をろう付けする第２の工程と、冷却した後に、前記第１のベース部材の他方の面を研磨して略平面にする第３の工程と、を有する。
【０００９】
上記課題を解決するため、実施形態の高周波半導体用パッケージの製造方法は、熱伝導率の高い第１のベース部材の一方の面に、所定の位置に孔部を有し、所定の熱膨張率を有する材料からなる第２のベース部材を、ろう材を介して配置し、熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料からなり、前記孔部よりも小さいサイズの芯部を前記孔部に配置し、前記第２のベース部材の前記第１のベース部材とは異なる面にろう材を介して熱伝導率の高い第３のベース部材を配置し、前記第３のベース部材の前記第２のベース部材と反対の面にろう材を介して枠体を配置する第１の工程と、前記第１のベース部材、第２のベース部材、第３のベース部材及び前記枠体を加圧して加熱することにより前記各ベース部材、前記芯部及び前記枠体をろう付けする第２の工程と、冷却した後に、前記第１のベース部材の他方の面を研磨して略平面にする第３の工程と、を有する。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、実施形態の高周波半導体用パッケージは、矩形状のパッケージ基板と、前記パッケージ基板の上に設けられた枠体と、を有し、前記パッケージ基板は、熱伝導率の高い材料で形成された第１のベース部材と、前記第１のベース部材の上に設けられ、所定の熱膨張率を有する材料で形成されるとともに、半導体素子が搭載される位置に孔部を有する第２のベース部材と、前記第２のベース部材の上に設けられ、熱伝導率の高い材料で形成された第３のベース部材と、前記孔部に埋設されるとともに熱伝導率が高く、かつ、前記第２のベース部材よりも熱膨張率の高い材料で形成された芯部と、を有し、前記第１のベース部材の下面は平面化されており、かつ、前記第３のベース部材の上面は芯部の埋設部位に凹部領域が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態である高周波半導体用パッケージを用いた高周波半導体装置の分解斜視図。
【図２】実施形態である高周波半導体用パッケージの斜視図。
【図３】実施形態に係る高周波半導体用パッケージのベース部材の斜視図。
【図４】ろう付け前の高周波半導体用パッケージの図。
【図５】加圧、加熱してろう付け中の高周波半導体用パッケージの図。
【図６】冷却後の高周波半導体用パッケージの図。
【図７】第１の実施形態である高周波半導体用パッケージ用基板の断面図。
【図８】第２の実施形態である高周波半導体用パッケージの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
【００１３】
図１は実施形態である高周波半導体用パッケージを用いた高周波半導体装置の一例の分解斜視図である。高周波半導体装置１０は高周波半導体用パッケージ１１に半導体素子１２を搭載している。また、図２は実施形態である高周波半導体用パッケージの斜視図である。
【００１４】
高周波半導体用パッケージ１１は矩形状のベース部材１３、ベース部材１３の上に設けられた枠体１４、枠体１４の対向する辺部に対を成して設けられた端子２２、および枠体１４の上部を塞ぐ蓋体１５を有している。高周波半導体用パッケージ１１は本実施形態の高周波半導体装置１０をネジにより実装基板に固定するための溝部１６を有している。ただし、溝部１６の位置および形状は図１に限定されるものではない。
【００１５】
パッケージ基板であるベース部材１３の表面には枠体１４が設置され、枠体１４の枠内には半導体素子１２がベース部材１３の上に搭載されている。そして、半導体素子１２の両端にはキャパシタチップ２０が配置されている。さらに、半導体素子１２とキャパシタチップ２０とを挟むように高周波回路２１が配置されている。
【００１６】
高周波回路２１の内、入力側を高周波回路２１１とし、出力側を高周波回路２１２とする。高周波回路２１１は誘電体基板２１１ａと、誘電体基板２１１ａの上に設けられマイクロ波を伝送する合成配線２１１ｂとを有する。高周波回路２１２は誘電体基板２１２ａと、誘電体基板２１２ａの上に設けられマイクロ波を伝送する合成配線２１２ｂとを有する。
【００１７】
誘電体基板２１１ａと誘電体基板２１２ａとは一例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等から構成される。合成配線２１１ｂと合成配線２１２ｂとは一例として、金等から構成される。
【００１８】
ベース部材１３の上には入力端子２２１と出力端子２２２とが高周波回路２１を挟んで配置されている。入力端子２２１は誘電体ブロック２３１と誘電体ブロック２５１と入力リード線２６１とを有する。誘電体ブロック２５１は誘電体ブロック２３１の上に設けられている。出力端子２２２は誘電体ブロック２３２と誘電体ブロック２５２と出力リード線２６２とを有する。誘電体ブロック２５２は誘電体ブロック２３２の上に設けられている。
【００１９】
入力端子２２１は銀ろう等によりベース部材１３の上および枠体１４に設けられた嵌合部２７側壁に固定されている。
【００２０】
出力端子２２２は銀ろう等によりベース部材１３の上および枠体１４に設けられた嵌合部２７側壁に固定されている。
【００２１】
枠体１４は半導体素子１２と高周波回路２１とを覆うように配置されている。枠体１４は嵌合部２７を対向する辺部にそれぞれ有している。嵌合部２７とベース部材１３との空隙に入力端子２２１と出力端子２２２とが嵌合している。即ち、入力端子２２１と出力端子２２２とは枠体１４の対向部に対を成して設けられている。
【００２２】
入力端子２２１と出力端子２２２とは半導体素子１２と、マイクロ波等の信号の授受を行う。
【００２３】
図３は本実施形態の高周波半導体用パッケージ１１のベース部材１３の斜視図である。図３（ａ）はベース部材１３の外観の斜視図である。ベース部材１３は第１のベース部材１３１と第２のベース部材１３２と、第３のベース部材１３３とを有している。図３（ｂ）はベース部材１３の内部の構造についての斜視図である。
【００２４】
第１のベース部材１３１は熱伝導率の高いＣｕ材料で形成されている。
【００２５】
第２のベース部材１３２は、第１のベース部材１３１の上に設けられ、枠体１４の熱膨張率と近似する熱膨張率を有するＭｏ材料で形成されるとともに、半導体素子１２が搭載される位置に孔部４０を有している。第２のベース部材１３２に枠体１４の熱膨張率と近似する熱膨張率の材料を使用することで、半導体素子１２の発熱によるベース部材１３の伸縮に対して、枠体１４が破壊されることを防止する。
【００２６】
第３のベース部材１３３は第２のベース部材１３２の上に設けられ、熱伝導率の高いＣｕ材料で形成されている。
【００２７】
第２のベース部材１３２の孔部４０には、熱伝導率の高いＣｕ材料による芯部１３４が埋設されている。この芯部１３４はろう付け前には孔部４０よりも小さく加工され、後に詳述するように加圧、加熱してろう付けすることにより芯部１３４と孔部４０とは銀ろうで固定されている。なお、Ｃｕの線熱膨張率（１８．８×１０−６［１／Ｋ］）はＭｏの線熱膨張率（５．１×１０−６［１／Ｋ］）よりも大きい。
【００２８】
入力端子２２１と出力端子２２２とを結ぶ方向を第１の方向（ｘ軸方向）とし、複数の半導体素子１２が配置されている方向を第２の方向（ｙ軸方向）とする。第２の方向は第１の方向と略直交する。
【００２９】
芯部１３４は半導体素子１２が搭載される位置に半導体素子１２の形状に合わせて、即ち第２の方向（ｙ軸方向）に長く形成されることにより半導体素子１２で発生した熱が第３のベース部材１３３、芯部１３４及び第１のベース部材１３１を介して実装基板（図示せず）に放熱するようになっている。
【００３０】
（実施形態の高周波半導体用パッケージおよびパッケージ基板の製造方法）
図４乃至図６は実施形態である高周波半導体用パッケージ１１の製造方法の図である。図４はろう付け前の各部材を配置した状態を示す高周波半導体用パッケージ１１の図であり、図５は加圧、加熱によりろう付け中の高周波半導体用パッケージ１１の図であり、図６はろう付け後に冷却した高周波半導体用パッケージ１１の図である。
【００３１】
図４に示すように、熱伝導率の高いＣｕからなる第１のベース部材１３１の一方の面（上面）にシート状のろう材（図示せず）を介して所定の熱膨張率を有するＭｏからなる第２のベース部材１３２を載置する。第２のベース部材１３２は所定の位置に孔部４０を有している。
【００３２】
次に、孔部４０に熱伝導率が高く、第２のベース部材１３２よりも熱膨張率の高いＣｕからなる芯部１３４を挿入する。芯部１３４の外形は孔部４０の内径よりも小さく形成されており、孔部４０と芯部１３４との間の領域を空隙部４１とする。これは、芯部１３４の材料であるＣｕが第２のベース部材１３２の材料であるＭｏよりも熱膨張率が高いため、ろう付けのために加圧、加熱すると芯部１３４が膨張する。この膨張したときに孔部４０の内面と芯部１３４の外面とが密着するようになっている。
【００３３】
次に、第２のベース部材１３２の上にシート状のろう材（図示せず）を介して熱伝導率の高い第３のベース部材１３３を載置する。
【００３４】
さらに、第３のベース部材１３３の上にシート状のろう材（図示せず）を介して、アルミナと熱膨張率が近似したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ材料からなる枠体１４を載置する。
【００３５】
その後、当該高周波半導体用パッケージ１１の第１のベース部材１３１、第２のベース部材１３２、第３のベース部材１３３、枠体１４を加圧して加熱することにより各部材をろう付けする。このとき、図５のように、ろう材は加圧により空隙部４１に流入し、第２のベース部材１３２の内面と芯部１３４の外面とを接着する。
【００３６】
加圧、加熱した当該高周波半導体用パッケージ１１を冷却すると、芯部１３４は第２のベース部材１３２と接着した部分は固定され、高さ方向（ｚ軸方向）はそれぞれ第１のベース部材１３１及び第３のベース部材１３３に接着した状態で収縮する。そのため、図６のように、第１のベース部材１３１と第３のベース部材１３３とは芯部１３４に近接している部位、即ち芯部１３４の埋設部位において、凹部領域５０ｂおよび５０ａが形成される。
【００３７】
次に第１のベース部材１３１の下面に形成された凹部領域５０ｂを除去するために、第１のベース部材１３１の下面を研磨して、略平面にする。研磨により平面化した高周波半導体用パッケージ１１は図７及び図８のように第１のベース部材１３１において、芯部１３４の近傍部である凹部領域５０ｂの厚さｔｈ１が第２のベース部材１３２領域の下に位置する縁部厚さｔｈ２よりも厚くなる。
【００３８】
（第１の実施形態）
図７は本実施形態である高周波半導体用パッケージ基板、即ちベース部材１３の図３に示すｙ―ｙ線における断面図である。
【００３９】
ベース部材１３は、熱伝導率の高い材料で形成された第１のベース部材１３１と、第１のベース部材１３１の上に設けられ、所定の熱膨張率を有する材料で形成されるとともに、半導体素子１２が搭載される位置に孔部４０を有する第２のベース部材１３２と、第２のベース部材１３２の上に設けられ、熱伝導率の高い材料で形成された第３のベース部材１３３と、孔部４０に埋設されるとともに熱伝導率が高く、かつ、第２のベース部材１３２よりも熱膨張率の高い材料で形成された芯部１３４を有している。
【００４０】
第１のベース部材１３１の下面は平面化されており、かつ、第３のベース部材１３３の芯部１３４の埋設部位に凹部領域５０ａが形成されている。
【００４１】
従来は図６のように第１のベース部材１３１の下面に凹部領域５０ｂが形成されたままとなっており、実装基板とベース部材１３との間に空隙が発生し、放熱性を低下させていた。本実施形態のベース部材１３の第１のベース部材１３１の下面を平面化することで、実装基板とベース部材１３との間に空隙を発生することを防止し、放熱性の低下を抑制することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態である高周波半導体用パッケージ１１の図２に示すｙ―ｙ線における断面図である。高周波半導体用パッケージ１１は矩形状ベース部材１３と、ベース部材１３の上に設けられた枠体１４とを有している。
【００４３】
ベース部材１３は、熱伝導率の高い材料で形成された第１のベース部材１３１と、第１のベース部材１３１の上に設けられ、所定の熱膨張率を有する材料で形成されるとともに、半導体素子１２が搭載される位置に孔部４０を有する第２のベース部材１３２と、第２のベース部材１３２の上に設けられ、熱伝導率の高い材料で形成された第３のベース部材１３３と、孔部４０に埋設されるとともに熱伝導率が高く、かつ、第２のベース部材１３２よりも熱膨張率の高い材料で形成された芯部１３４を有している。
【００４４】
第１のベース部材１３１の下面は平面化されており、かつ、第３のベース部材１３３の芯部１３４の埋設部位に凹部領域５０ａが形成されている。
【００４５】
従来は図６のように第１のベース部材１３１の下面に凹部領域５０ｂが形成されたままとなっており、実装基板とベース部材１３との間に空隙が発生し、放熱性を低下させていた。本実施形態のベース部材１３の第１のベース部材１３１の下面を平面化することで、実装基板とベース部材１３との間に空隙を発生することを防止し、放熱性の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお、上述した製造方法においては第１のベース部材１３１に第２のベース部材１３２を、次に第２のベース部材１３２に第３のベース部材１３３を、さらに第３のベース部材１３３に枠体１４を順次載置したが、この載置する順序はこれに限定されるものではない。
【００４７】
たとえば、第３のベース部材１３３に第２のベース部材１３２を載置し、孔部４０に芯部１３４を挿入した後、第１のベース部材１３１を載置し、さらに第３のベース部材１３３の上に枠体１４を載置するようにしてもよい。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１０‥‥高周波半導体装置、
１１‥‥高周波半導体用パッケージ、
１２‥‥半導体素子、
１３‥‥ベース部材、
１３１‥‥第１のベース部材、
１３２‥‥第２のベース部材、
１３３‥‥第３のベース部材、
１３４‥‥芯部、
１４‥‥枠体、
１５‥‥蓋体、
１６‥‥溝部、
２０‥‥キャパシタチップ、
２１‥‥高周波回路、
２１１ａ‥‥誘電体基板、
２１１ｂ‥‥合成配線、
２１２ａ‥‥誘電体基板、
２１２ｂ‥‥合成配線、
２２１‥‥入力端子、
２２２‥‥出力端子、
２３１、２３２、２５１、２５２‥‥誘電体ブロック、
２６１‥‥入力リード線、
２６２‥‥出力リード線、
２７‥‥嵌合部、
４０‥‥孔部、
４１‥‥空隙部、
５０ａ、５０ｂ‥‥凹部領域。
【図１】
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【図２】
2017092312.tif 000004
【図３】
2017092312.tif 000005
【図４】
2017092312.tif 000006
【図５】
2017092312.tif 000007
【図６】
2017092312.tif 000008
【図７】
2017092312.tif 000009
【図８】
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