(57)【要約】【課題】高い放熱特性を確保しつつ、金属ベースの反りを防止できる半導体装置を提供する。【解決手段】互いに略平行な表面および裏面と、表面と裏面の間に設けられた側面とを有する金属ベースと、金属ベースの表面に固定された、半導体とセラミックの回路基板とを含み、半導体で発生した熱が、金属ベースを介して外部に放出される半導体装置において、金属ベースが、回路基板と裏面との間に、裏面に平行な方向に側面から切り込まれた切り込み部を有する。【選択図】図１
2009206397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な表面および裏面と、該表面と該裏面との間に該裏面と略垂直に設けられた側面とを有する金属ベースと、該金属ベースの表面に固定された半導体素子とセラミックの回路基板とを備えた半導体装置であって、該金属ベースは、該裏面に略平行な方向に該側面から切り込まれた切り込み部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記金属ベースは、１組の互いに略平行な側面を有し、１組の対向する側面からそれぞれ切り込み部が切り込まれたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記切り込み部は、上記半導体素子と上記金属ベースの裏面との間に挟まれた領域を除く領域に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
互いに略平行な表面および裏面と、該表面と該裏面との間に該裏面と略垂直に設けられた側面とを有する金属ベースと、該金属ベースの表面に固定された半導体素子とセラミックの回路基板とを備えた半導体装置であって、該金属ベースは、該裏面に略垂直な方向に、該裏面から切り込まれた切り込み部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
上記金属ベースは、互いに略平行に設けられた複数の切り込み部からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
上記金属ベースが、半導体パッケージの一部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベースに半導体素子が搭載された半導体装置に関し、特に、金属ベースを含むパッケージに半導体素子が搭載された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波用の半導体装置では、高周波用の半導体素子と半導体素子を制御する制御用回路基板が、パッケージに載置される。特に、高周波用の半導体装置では、半導体素子の動作により発生する熱を効率よく放出するために、パッケージは、銅のような熱伝導性の高い金属からなる金属ベースを含む構造となる。この金属ベースの裏面をヒートシンクに接触させることにより、半導体素子の冷却を行う。しかしながら、金属ベースとその上に固定された例えばセラミックからなる制御用回路基板との間の線膨張率の違いが大きいため、半導体素子からの発熱量が大きい場合、パッケージに反りが生じ、放熱性が阻害されるなどの問題があった。
【０００３】
これに対して、パッケージの金属ベースに、銅よりも固いタングステン等の金属層を挟み、パッケージの反りを防止する構造や、更にタングステン等の金属層を貫通するようにスルーホールを設けて銅を埋め込む構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０９-０４５８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、タングステン等の金属層は、銅等からなる金属ベース部より熱伝導率が小さく、また、タングステン等の金属層において熱抵抗が大きくなるため、放熱特性が低下し、素子特性の劣化原因となったり、故障原因となったりするという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、高い放熱特性を確保しつつ、金属ベースの反りを緩和できる半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様は、互いに略平行な表面および裏面と、表面と裏面の間に裏面と略垂直に設けられた側面とを有する金属ベースと、金属ベースの表面に固定された、半導体とセラミック回路基板とを含み、半導体で発生した熱が、金属ベースを介して外部に放出される半導体装置であって、金属ベースが、回路基板と裏面との間に、裏面に略平行な方向に側面から切り込まれた切り込み部を有することを特徴とする半導体装置である。
【０００７】
本発明の他の態様は、互いに略平行な表面および裏面と、表面と裏面の間に裏面と略垂直に設けられた側面とを有する金属ベースと、金属ベースの表面に固定された、半導体とセラミック回路基板とを含み、半導体で発生した熱が、金属ベースを介して外部に放出される半導体装置であって、金属ベースが、裏面に略垂直な方向に、裏面から切り込まれた切り込み部を有することを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一の態様では、側面から切り込まれた切り込み部を備えることにより、放熱特性を維持しつつ、回路基板と金属ベースとの間で発生する熱応力による表面の反りを切り込み部が遮断することによって、裏面の反りを緩和できる。
【０００９】
本発明の他の態様では、裏面から切り込まれた切り込み部を備えることにより、放熱特性を維持しつつ、金属ベースが、裏面に垂直な方向に、裏面から切り込まれた切り込み部を有しているので、金属ベースの横方向の等価線膨張係数が少なくなり、回路基板と金属ベースとの間で発生する熱応力による反りを緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、「上」、「下」、「左」、「右」およびこれらの用語を含む名称を適宜使用するが、これらの方向は図面を参照した発明の理解を容易にするために用いるものであり、実施形態を上下反転、あるいは任意の方向に回転した形態も、当然に本願発明の技術的範囲に含まれる。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる高周波用の半導体装置の断面図である。半導体装置１００は、例えば銅からなるパッケージ１を含む。パッケージ１は、略平行に配置された表面と裏面、および表面と裏面との間に裏面に略垂直に設けられた４つの側面を有する。側面は、対向配置された２組の側面からなる。金属ベース部１ａの表面には、周囲を囲むように壁部１ｂが設けられている。更に、金属ベース部１ａの表面には、半導体素子（発熱体）５を載置するための台部１ｃが設けられている。パッケージ１は、熱伝導性の良い他の金属から形成しても良い。この金属ベース部１ａの裏面をヒートシンクに接触させることにより、半導体素子の冷却を行う。
【００１２】
パッケージ１の金属ベース部１ａの表面には、セラミック等からなる制御用の回路基板４が半田３で固定されている。また、台部１ｃの上には、半導体素子５が半田３で固定されている。半導体素子５は、例えば、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等のような発熱量の大きな半導体素子からなる。半導体素子５と制御用の回路基板４とは電気的に接続され、回路基板４に設けられた制御用回路により半導体素子５が制御される。なお、台座１ｃを設けることなく、金属ベース部１ａの表面に半導体素子５を直接半田３で固定しても構わない。
【００１３】
金属ベース部１ａには、回路基板４と金属ベース部１ａの裏面との間に、裏面に略平行な方向に側面から切り込まれた切り込み部１０が設けられている。本実施の形態１では、切り込み部１０は、対向する２つの側面に設けられている。切り込み部１０は、平板状の切り込みで、その厚み（図１では上下方向の厚み）は、例えば０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。ただし、切り込み部１０により上下の金属ベース部１ａが切断されていれば良く、特に厚みにはこだわらない。
【００１４】
切り込み部１０は、半導体素子５の真下を除く領域、即ち、半導体素子５と金属ベース１ａの裏面との間に挟まれた領域を除いた領域、に設けられるのが好ましい。これにより、半導体素子５からの放熱経路を短くして、放熱効率を高くできるからである。
【００１５】
このように、本実施の形態１にかかる半導体装置１００では、金属ベース部１ａに切り込み部１０を設けることにより、半導体素子５の温度が上昇した場合、切り込み部１０より表面側の金属ベース部１ａの上部のみが変形し、熱応力を緩和する。このため、金属ベース部１ａの裏面では、変形が生じなくなる。このため、金属パッケージの平坦性が維持されることにより放熱性が確保され、半導体装置の故障率も低減できる。
【００１６】
また、金属ベース部１ａは、異なった金属を挟むことなく１つの金属材料から一体形成されるため、十分な放熱特性を得ることができる。
【００１７】
また、切り込み部１０は、半導体素子５の真下を除く領域に形成されているため、十分な放熱特性が確保でき、半導体素子５が高温になることによる素子特性の劣化や素子破壊を防止できる。
【００１８】
実施の形態２．
図２は、全体が２００で表される、本発明の実施の形態２にかかる高周波用の半導体装置の断面図である。図１と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
【００１９】
本実施の形態２にかかる半導体装置２００では、金属ベース部１ａが、裏面に略垂直な方向に、裏面から切り込まれた切り込み部２０を有する。切り込み部２０は平板状であり、互いに平行になるように、複数設けることが好ましい。この金属ベース部１ａの裏面をヒートシンクに接触させることにより、半導体素子の冷却を行う。
【００２０】
このように、本実施の形態２にかかる半導体装置２００では、金属ベース部１ａに切り込み部２０を設けることにより、金属ベース部１ａと回路基板４との間の線膨張率の差によって生じる、金属ベース部１ａの表面の曲率は変わらないが、金属ベース部１ａの横方向の等価線膨張率を低くできるため、パッケージ１全体の反りを低減することができる。
【００２１】
また、金属ベース部１ａは、異なった金属を挟むことなく、例えば銅のような１つの金属から一体形成されるため、十分な放熱特性を得ることができる。
【００２２】
更に、切り込み部２０は、金属ベース部１ａの裏面に略垂直な方向（図２では上下方向）に設けられているため、放熱特性は十分に確保することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態１、２では、金属ベース部１ａを含むパッケージ１について説明したが、上述の切り欠き部１０、２０は、パッケージ構造を有さない金属ベースに対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  パッケージ、１ａ  金属ベース部、１ｂ  壁部、１ｃ  台部、２  リード端子、３  半田、４  回路基板、５  半導体素子、１０、２０  切り欠き部、１００、２００  半導体装置。
【図１】
2009206397.tif 000003
【図２】
2009206397.tif 000004