JP2000294701A - 半導体用ケース - Google Patents
半導体用ケースInfo
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- JP2000294701A JP2000294701A JP9603399A JP9603399A JP2000294701A JP 2000294701 A JP2000294701 A JP 2000294701A JP 9603399 A JP9603399 A JP 9603399A JP 9603399 A JP9603399 A JP 9603399A JP 2000294701 A JP2000294701 A JP 2000294701A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子の長期信頼性が得られとともに、
安価に製造することができる半導体用ケースを提供す
る。 【解決手段】 半導体素子を搭載するヒートシンク部
と、該ヒートシンク部を支持する円形基盤部と、該ヒー
トシンク部および半導体素子を搭載したマウント部を覆
い円形基盤部に接合して密閉空間を形成するキャップと
から構成される半導体用ケースであって、マウント部と
ヒートシンク部および該円形基盤部は、タングステン粉
末と銅粉末とが適宜の重量比で複合したタングステンー
銅複合粉末によって一体圧縮成形され、該圧縮成形され
た成形体を所定の温度で焼結されている。
安価に製造することができる半導体用ケースを提供す
る。 【解決手段】 半導体素子を搭載するヒートシンク部
と、該ヒートシンク部を支持する円形基盤部と、該ヒー
トシンク部および半導体素子を搭載したマウント部を覆
い円形基盤部に接合して密閉空間を形成するキャップと
から構成される半導体用ケースであって、マウント部と
ヒートシンク部および該円形基盤部は、タングステン粉
末と銅粉末とが適宜の重量比で複合したタングステンー
銅複合粉末によって一体圧縮成形され、該圧縮成形され
た成形体を所定の温度で焼結されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送等に用いら
れる半導体素子を収容するための半導体用ケースに関す
る。
れる半導体素子を収容するための半導体用ケースに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】レーザーダイオードや発光ダイオード等
の電磁波を発するGaAs,CaP,InAs,CaBs等の化合物半導体
素子は、電磁波の発生によって生ずる熱により自ら劣化
するとともに長期信頼性を失うことがある。この劣化の
防止と長期信頼性を確保するために、半導体素子は半導
体用ケースに収容されて使用される。図６および図７に
は、従来用いられている半導体用ケースが示されてい
る。半導体用ケースは、半導体素子２を搭載するサブマ
ウント３と、該サブマウント３を支持するヒートシンク
部材４と、該ヒートシンク部材４を支持する円形基盤５
と、該円形基盤５に支持された該ヒートシンク部材４お
よび半導体素子２を搭載したサブマウント４を覆い該円
形基盤５に溶接等により接合して密閉空間を形成するキ
ャップ６とからなっている。なお、キャップの上面に
は、光取り出し窓７が装着されている。このように構成
された半導体用ケースは、上記密閉空間に窒素ガス等を
封入し、半導体素子を外気と遮断した状態で使用する。
なお、図中８および９は絶縁部材１０を介して円形基盤
５に装着されたリード線、１１は一方のリード線８と上
記半導体素子２とを接続するリードワイヤである。
の電磁波を発するGaAs,CaP,InAs,CaBs等の化合物半導体
素子は、電磁波の発生によって生ずる熱により自ら劣化
するとともに長期信頼性を失うことがある。この劣化の
防止と長期信頼性を確保するために、半導体素子は半導
体用ケースに収容されて使用される。図６および図７に
は、従来用いられている半導体用ケースが示されてい
る。半導体用ケースは、半導体素子２を搭載するサブマ
ウント３と、該サブマウント３を支持するヒートシンク
部材４と、該ヒートシンク部材４を支持する円形基盤５
と、該円形基盤５に支持された該ヒートシンク部材４お
よび半導体素子２を搭載したサブマウント４を覆い該円
形基盤５に溶接等により接合して密閉空間を形成するキ
ャップ６とからなっている。なお、キャップの上面に
は、光取り出し窓７が装着されている。このように構成
された半導体用ケースは、上記密閉空間に窒素ガス等を
封入し、半導体素子を外気と遮断した状態で使用する。
なお、図中８および９は絶縁部材１０を介して円形基盤
５に装着されたリード線、１１は一方のリード線８と上
記半導体素子２とを接続するリードワイヤである。
【０００３】上述した半導体用ケースは、レーザーダイ
オードや発光ダイオード等の半導体素子２から発生した
熱を効率良く放熱することが望ましい。一方、半導体素
子２とこれを搭載するサブマウント３の熱膨張率に差が
あると、発熱に伴って歪みが発生し、半導体素子２に不
必要なストレスが加わる。このようなストレスは、半導
体素子２の性能劣化を加速し、更には破壊の原因とな
る。従って、サブマウント２の材料としては半導体素子
の熱膨張率に近い熱膨張率が要求され、ヒートシンク部
材４および円形基盤５としては熱伝導率が高い材料が要
求される。このような要求を満足するために従来の半導
体用ケースは、サブマウント３を半導体素子２の熱膨張
率に近い例えばアルミナや窒化アルミ等によって構成
し、ヒートシンク部材４を熱伝導性の良い銅や銀等によ
って構成し、そして円形基盤を溶接が可能な鉄材によっ
て構成したものが一般に用いられている。しかるに、上
述した半導体用ケースは、サブマウント３とヒートシン
ク部材４および円形基盤５の材質がそれぞれ異なるた
め、これらを結合するには銀蝋やAu-Su 合金等の蝋材に
よって蝋付けしなければならず、生産性が悪く高価にな
るという問題がある。また、上述した半導体用ケース
は、蝋材によって熱膨張率および熱拡散が不安定とな
り、半導体素子の長期信頼性が得られないという問題が
指摘されている。
オードや発光ダイオード等の半導体素子２から発生した
熱を効率良く放熱することが望ましい。一方、半導体素
子２とこれを搭載するサブマウント３の熱膨張率に差が
あると、発熱に伴って歪みが発生し、半導体素子２に不
必要なストレスが加わる。このようなストレスは、半導
体素子２の性能劣化を加速し、更には破壊の原因とな
る。従って、サブマウント２の材料としては半導体素子
の熱膨張率に近い熱膨張率が要求され、ヒートシンク部
材４および円形基盤５としては熱伝導率が高い材料が要
求される。このような要求を満足するために従来の半導
体用ケースは、サブマウント３を半導体素子２の熱膨張
率に近い例えばアルミナや窒化アルミ等によって構成
し、ヒートシンク部材４を熱伝導性の良い銅や銀等によ
って構成し、そして円形基盤を溶接が可能な鉄材によっ
て構成したものが一般に用いられている。しかるに、上
述した半導体用ケースは、サブマウント３とヒートシン
ク部材４および円形基盤５の材質がそれぞれ異なるた
め、これらを結合するには銀蝋やAu-Su 合金等の蝋材に
よって蝋付けしなければならず、生産性が悪く高価にな
るという問題がある。また、上述した半導体用ケース
は、蝋材によって熱膨張率および熱拡散が不安定とな
り、半導体素子の長期信頼性が得られないという問題が
指摘されている。
【０００４】上述した問題を解消するために上記サブマ
ウントとヒートシンク部材および基盤を、タングステン
またはモリブデン若しくはタングステンーモリブデン合
金のいずれかに溶融金属浸透法（溶浸法）により銅を含
浸せしめた複合材料によって構成した半導体用ケースが
例えば特公平２ー２４３９２号公報、特公平２ー２４３
９３号公報に開示されている。この複合材料は、タング
ステンまたはモリブデン若しくはタングステンとモリブ
デンの粉末を板状に成形し、これを焼結して網目状構造
体を形成し、この網目状構造体上に純度の高い銅板を載
置して１２００°Ｃ程度の温度で加熱することにより、
銅を溶融して網目状構造体に浸透させて製造する。
ウントとヒートシンク部材および基盤を、タングステン
またはモリブデン若しくはタングステンーモリブデン合
金のいずれかに溶融金属浸透法（溶浸法）により銅を含
浸せしめた複合材料によって構成した半導体用ケースが
例えば特公平２ー２４３９２号公報、特公平２ー２４３
９３号公報に開示されている。この複合材料は、タング
ステンまたはモリブデン若しくはタングステンとモリブ
デンの粉末を板状に成形し、これを焼結して網目状構造
体を形成し、この網目状構造体上に純度の高い銅板を載
置して１２００°Ｃ程度の温度で加熱することにより、
銅を溶融して網目状構造体に浸透させて製造する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】而して、上述した溶浸
法によって製造される複合材料は、銅タングステンブロ
ックを製作し、この銅タングステンブロックを切削工具
により切削加工して円形基盤とヒートシンク部を形成し
なければならない。しかしながら、上記複合材は切削性
が悪いため、切削加工に相当の時間を要するとともに、
切削工具を頻繁に交換しなければならないため生産性が
悪く、コストが増大するという問題がある。また、タン
グステン粉末を焼結した網目状構造体内の空孔の大きさ
および密度が均一でないため空孔に溶浸する銅の密度が
不均一となり、熱伝導率および熱膨張率が場所によって
異なり品質が安定せず信頼性に欠けるという問題があ
る。
法によって製造される複合材料は、銅タングステンブロ
ックを製作し、この銅タングステンブロックを切削工具
により切削加工して円形基盤とヒートシンク部を形成し
なければならない。しかしながら、上記複合材は切削性
が悪いため、切削加工に相当の時間を要するとともに、
切削工具を頻繁に交換しなければならないため生産性が
悪く、コストが増大するという問題がある。また、タン
グステン粉末を焼結した網目状構造体内の空孔の大きさ
および密度が均一でないため空孔に溶浸する銅の密度が
不均一となり、熱伝導率および熱膨張率が場所によって
異なり品質が安定せず信頼性に欠けるという問題があ
る。
【０００６】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので
あり、その主たる技術課題は、半導体素子の長期信頼性
が得られるとともに、安価に製造することができる半導
体用ケースを提供することにある。
あり、その主たる技術課題は、半導体素子の長期信頼性
が得られるとともに、安価に製造することができる半導
体用ケースを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記主たる技術課題を解
決するために、本発明によれば、半導体素子を搭載する
ヒートシンク部と、該ヒートシンク部を支持する円形基
盤部と、該ヒートシンク部および該半導体素子を覆い該
円形基盤部に接合して密閉空間を形成するキャップと、
から構成される半導体用ケースにおいて、該ヒートシン
ク部および該円形基盤部は、タングステン粉末と銅粉末
とが適宜の重量比で複合したタングステンー銅複合粉末
によって一体圧縮成形され、該圧縮成形された成形体を
所定の温度で焼結した焼結体によって構成されている、
ことを特徴とする半導体用ケースが提供される。
決するために、本発明によれば、半導体素子を搭載する
ヒートシンク部と、該ヒートシンク部を支持する円形基
盤部と、該ヒートシンク部および該半導体素子を覆い該
円形基盤部に接合して密閉空間を形成するキャップと、
から構成される半導体用ケースにおいて、該ヒートシン
ク部および該円形基盤部は、タングステン粉末と銅粉末
とが適宜の重量比で複合したタングステンー銅複合粉末
によって一体圧縮成形され、該圧縮成形された成形体を
所定の温度で焼結した焼結体によって構成されている、
ことを特徴とする半導体用ケースが提供される。
【０００８】上記タングステン粉末および銅粉末の粒径
は７μｍ以下であことが望ましい。上記成形体は上記タ
ングステンー銅複合粉末を造粒した造粒粉末を型に充填
し圧縮成形する。また、上記タングステンー銅複合粉末
はタングステンー銅複合酸化物を還元した複合粉末から
なり、好ましくは該タングステンー銅複合酸化物が、パ
ラタングステン酸アンモニウムまたはメタタングステン
酸アンモニウムのいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅
または水酸化銅のいずれかとを適宜の重量比で混合して
混合粉末を形成し、該混合粉末から脱水して形成した
「タングステン酸第二銅／三酸化タングステン」であ
る。
は７μｍ以下であことが望ましい。上記成形体は上記タ
ングステンー銅複合粉末を造粒した造粒粉末を型に充填
し圧縮成形する。また、上記タングステンー銅複合粉末
はタングステンー銅複合酸化物を還元した複合粉末から
なり、好ましくは該タングステンー銅複合酸化物が、パ
ラタングステン酸アンモニウムまたはメタタングステン
酸アンモニウムのいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅
または水酸化銅のいずれかとを適宜の重量比で混合して
混合粉末を形成し、該混合粉末から脱水して形成した
「タングステン酸第二銅／三酸化タングステン」であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
半導体用ケースの実施形態について、添付図面を参照し
て詳細に説明する。
半導体用ケースの実施形態について、添付図面を参照し
て詳細に説明する。
【００１０】図１には本発明に従って構成された半導体
用ケースの一実施形態を示す平面図が、図２には図１に
おけるＡ−Ａ線断面図が示されている。図示の実施形態
における半導体用ケースは、半導体素子１０２を搭載す
るマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４と、
該ヒートシンク部１０４を支持する円形基盤部１０５が
タングステン粉末と銅粉末とが適宜の重量比で複合した
タングステンー銅複合粉末によって一体圧縮成形され、
該圧縮成形された成形体を所定の温度で焼結した焼結体
によって構成されている。なお、１０６はヒートシンク
部１０４および該ヒートシンク部１０４のマウント部１
０３に搭載された半導体素子１０２を覆うキャップで、
上面に光取り出し窓１０７を備えている。このキャップ
１０６と円形基盤部１０５とによって覆われた密閉空間
には窒素ガス等が封入されている。図中１０８および１
０９は絶縁部材１１０を介して円形基盤部１０５に装着
されたリード線、１１１は一方のリード線１０８と上記
半導体素子１０２とを接続するリードワイヤである。な
お、半導体素子１０２は図示の実施形態のようにヒート
シンク部１０４のマウント部１０３に直接搭載すること
が望ましいが、半導体素子の取扱上の問題でアルミナや
窒化アルミ等からなるサブマウント部材に装着してサブ
マウントした状態でヒートシンク部１０４のマウント部
１０３に搭載してもよい。
用ケースの一実施形態を示す平面図が、図２には図１に
おけるＡ−Ａ線断面図が示されている。図示の実施形態
における半導体用ケースは、半導体素子１０２を搭載す
るマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４と、
該ヒートシンク部１０４を支持する円形基盤部１０５が
タングステン粉末と銅粉末とが適宜の重量比で複合した
タングステンー銅複合粉末によって一体圧縮成形され、
該圧縮成形された成形体を所定の温度で焼結した焼結体
によって構成されている。なお、１０６はヒートシンク
部１０４および該ヒートシンク部１０４のマウント部１
０３に搭載された半導体素子１０２を覆うキャップで、
上面に光取り出し窓１０７を備えている。このキャップ
１０６と円形基盤部１０５とによって覆われた密閉空間
には窒素ガス等が封入されている。図中１０８および１
０９は絶縁部材１１０を介して円形基盤部１０５に装着
されたリード線、１１１は一方のリード線１０８と上記
半導体素子１０２とを接続するリードワイヤである。な
お、半導体素子１０２は図示の実施形態のようにヒート
シンク部１０４のマウント部１０３に直接搭載すること
が望ましいが、半導体素子の取扱上の問題でアルミナや
窒化アルミ等からなるサブマウント部材に装着してサブ
マウントした状態でヒートシンク部１０４のマウント部
１０３に搭載してもよい。
【００１１】図３乃至図５は、半導体素子１０２を搭載
するマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４
と、該ヒートシンク部１０４を支持する円形基盤部１０
５を焼結体により一体成形した例を示す斜視図である。
図３は、リード線用孔１０５ａを備えた円形基盤部１０
５とマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４と
が一体に形成されたものである。図４は、リード線用孔
１０５ａを備えた円形基盤部１０５とマウント部１０３
を備えたヒートシンク部１０４とが一体に形成されると
ともに、円形基盤部１０５におけるマウント部１０３の
直下には半導体レーザーの後部から発する不要なレーザ
ー光を乱反射して消滅させるための凹部１０５ｂが一体
に形成されたものである。図５は、リード線用孔１０５
ａを備えた円形基盤部１０５と突出して設けられたマウ
ント部１０３を備えたヒートシンク部１０４とが一体に
形成されたものである。
するマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４
と、該ヒートシンク部１０４を支持する円形基盤部１０
５を焼結体により一体成形した例を示す斜視図である。
図３は、リード線用孔１０５ａを備えた円形基盤部１０
５とマウント部１０３を備えたヒートシンク部１０４と
が一体に形成されたものである。図４は、リード線用孔
１０５ａを備えた円形基盤部１０５とマウント部１０３
を備えたヒートシンク部１０４とが一体に形成されると
ともに、円形基盤部１０５におけるマウント部１０３の
直下には半導体レーザーの後部から発する不要なレーザ
ー光を乱反射して消滅させるための凹部１０５ｂが一体
に形成されたものである。図５は、リード線用孔１０５
ａを備えた円形基盤部１０５と突出して設けられたマウ
ント部１０３を備えたヒートシンク部１０４とが一体に
形成されたものである。
【００１２】次に、上記マウント部１０３を備えたヒー
トシンク部１０４および円形基盤部１０５を形成する焼
結体について説明する。熱伝導率が均一で空孔が発生し
ない緻密化されたタングステンー銅複合粉末の焼結体を
形成するためには、タングステンー銅複合酸化物を用い
ることが重要である。タングステンー銅複合酸化物とし
ては、所定量のタングステン酸化物と所定量の銅酸化物
とから製造される例えば、特開平８ー２３９２１９号公
報、特開平８ー３３３１１９号公報に開示された製造方
法によって製造されたものを用いることができる。タン
グステン酸化物としてはパラタングステン酸アンモニウ
ム（ＡＰＴ）（１０ＮＨ４ ５Ｏ・１２ＷＯ３ ・５Ｈ
２ Ｏ）またはメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭ
Ｔ）（６ＮＨ４ ３Ｏ・１２ＷＯ３ ・ＸＨ２ Ｏ）
（ここで、Ｘ０．７５〜１．２５である）が好ましく、
銅酸化物としては酸化第一銅、酸化第二銅または水酸化
銅が好ましい。そして、パラタングステン酸アンモニウ
ム（ＡＰＴ）またはメタタングステン酸アンモニウム
（ＡＭＴ）のいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅また
は水酸化銅のいずれかとを適宜の重量比で混合して混合
粉末を形成し、該混合粉末から脱水して形成したタング
ステンー銅複合酸化物である「タングステン酸第二銅
（ＣｕＷＯ４ ）／三酸化タングステン（ＷＯ３）」を
用いることが望ましい。このタングステンー銅複合酸化
物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）を用いて上記ヒートシン
ク部１０４および円形基盤部１０５を形成する焼結体の
製造方法について説明する。
トシンク部１０４および円形基盤部１０５を形成する焼
結体について説明する。熱伝導率が均一で空孔が発生し
ない緻密化されたタングステンー銅複合粉末の焼結体を
形成するためには、タングステンー銅複合酸化物を用い
ることが重要である。タングステンー銅複合酸化物とし
ては、所定量のタングステン酸化物と所定量の銅酸化物
とから製造される例えば、特開平８ー２３９２１９号公
報、特開平８ー３３３１１９号公報に開示された製造方
法によって製造されたものを用いることができる。タン
グステン酸化物としてはパラタングステン酸アンモニウ
ム（ＡＰＴ）（１０ＮＨ４ ５Ｏ・１２ＷＯ３ ・５Ｈ
２ Ｏ）またはメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭ
Ｔ）（６ＮＨ４ ３Ｏ・１２ＷＯ３ ・ＸＨ２ Ｏ）
（ここで、Ｘ０．７５〜１．２５である）が好ましく、
銅酸化物としては酸化第一銅、酸化第二銅または水酸化
銅が好ましい。そして、パラタングステン酸アンモニウ
ム（ＡＰＴ）またはメタタングステン酸アンモニウム
（ＡＭＴ）のいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅また
は水酸化銅のいずれかとを適宜の重量比で混合して混合
粉末を形成し、該混合粉末から脱水して形成したタング
ステンー銅複合酸化物である「タングステン酸第二銅
（ＣｕＷＯ４ ）／三酸化タングステン（ＷＯ３）」を
用いることが望ましい。このタングステンー銅複合酸化
物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）を用いて上記ヒートシン
ク部１０４および円形基盤部１０５を形成する焼結体の
製造方法について説明する。
【００１３】先ず、所定量のタングステン酸化物と所定
量の銅酸化物とから製造されたタングステンー銅複合酸
化物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）を水素雰囲気中で還元
し、タングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末を製作す
る。このタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末は、タ
ングステン酸第二銅（ＣｕＷＯ４ ）が、銅とタングス
テンとが原子レベルで互いに均一に分散した状態で混合
されているので、タングステンー銅複合酸化物（ＣｕＷ
Ｏ４ ／ＷＯ３ ）を還元した状態で、銅とタングステ
ンとが互いに均一に分散して混合されている。即ち、還
元の際に先ず銅が還元され、次にこの銅がコアの働きを
してその回りにタングステンが還元されるため、互いに
均一に分散された複合粉末が得られる。なお、タングス
テン（Ｗ）粉末と銅（Ｃｕ）粉末を混合しても均一に分
散された複合粉末を製作することはできない。
量の銅酸化物とから製造されたタングステンー銅複合酸
化物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）を水素雰囲気中で還元
し、タングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末を製作す
る。このタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末は、タ
ングステン酸第二銅（ＣｕＷＯ４ ）が、銅とタングス
テンとが原子レベルで互いに均一に分散した状態で混合
されているので、タングステンー銅複合酸化物（ＣｕＷ
Ｏ４ ／ＷＯ３ ）を還元した状態で、銅とタングステ
ンとが互いに均一に分散して混合されている。即ち、還
元の際に先ず銅が還元され、次にこの銅がコアの働きを
してその回りにタングステンが還元されるため、互いに
均一に分散された複合粉末が得られる。なお、タングス
テン（Ｗ）粉末と銅（Ｃｕ）粉末を混合しても均一に分
散された複合粉末を製作することはできない。
【００１４】上述したようにして製作されたタングステ
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末にワックスを添加し、例え
ばスプレードライヤー法によって造粒する。タングステ
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末を造粒するのは、複合粉末
の流動性を良好にするためである。即ち、粉末は粒径が
４４μｍを境にして流動性が著しく変化する。粒径が４
４μｍ以下の粉末は、分子間力、重力、静電気、湿度等
の影響を受けて流動性が悪い。タングステンー銅複合酸
化物を還元して得られるタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）
複合粉末は、一般に粒径が３０μｍ以下と細かいため非
常に流動性が悪い。このため、工業的に型成形すること
は困難である。従って、タングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）
複合粉末を造粒し、例えば６０メッシュ（２５０μｍ）
の篩で篩った造粒粉末を製作する。
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末にワックスを添加し、例え
ばスプレードライヤー法によって造粒する。タングステ
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末を造粒するのは、複合粉末
の流動性を良好にするためである。即ち、粉末は粒径が
４４μｍを境にして流動性が著しく変化する。粒径が４
４μｍ以下の粉末は、分子間力、重力、静電気、湿度等
の影響を受けて流動性が悪い。タングステンー銅複合酸
化物を還元して得られるタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）
複合粉末は、一般に粒径が３０μｍ以下と細かいため非
常に流動性が悪い。このため、工業的に型成形すること
は困難である。従って、タングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）
複合粉末を造粒し、例えば６０メッシュ（２５０μｍ）
の篩で篩った造粒粉末を製作する。
【００１５】上述したように６０メッシュ（２５０μ
ｍ）で篩ったタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）の造粒粉末
を金型に充填し、３．５ｔ／cm２ 程度の成形圧で加圧
して所定の形状に成形する。このように６０メッシュ
（２５０μｍ）で篩った造粒粉末を使用することによ
り、流動性が良く成形時に粉末同士の所謂ブリッジング
が防止され、しかも３．５ｔ／cm２ 程度の成形圧で成
形するため、緻密で欠陥のない均一な成形体を得ること
ができる。
ｍ）で篩ったタングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）の造粒粉末
を金型に充填し、３．５ｔ／cm２ 程度の成形圧で加圧
して所定の形状に成形する。このように６０メッシュ
（２５０μｍ）で篩った造粒粉末を使用することによ
り、流動性が良く成形時に粉末同士の所謂ブリッジング
が防止され、しかも３．５ｔ／cm２ 程度の成形圧で成
形するため、緻密で欠陥のない均一な成形体を得ること
ができる。
【００１６】次に、上記のようにして成形されたタング
ステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）の造粒粉末からなる成形体を水
素中で焼結する。このとき、均一に焼結を行わせるため
場合によっては成形体を高純度のアルミナ粒中に埋め込
み、焼結する。なお、焼結時には、好ましくは６０〜１
２０°Ｃ／ｈｒの速度で昇温し、１１５０〜１３５０°
Ｃの焼結温度で焼結する。空孔を残留させない緻密なタ
ングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）焼結体を得るには、銅の液
相が発生する前の温度でタングステン粒子同士の接合
（焼結）を生じさせ、銅の液相の発生により完全に隙間
無く液相が引き付け合う状態にする必要がある。このた
めには、低温でタングステン（Ｗ）粒子の焼結が進行す
るように粒径を小さくする必要があり（焼結性は粒径の
３乗に比例する）、また均一な配合となるように銅（Ｃ
ｕ）粉末もタングステン（Ｗ）粉末に合わせた同様の粒
径である必要がある。しかるに、本実施形態において
は、タングステン／銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末はタングス
テンと銅の粒径がそれぞれ７μｍ以下、好ましくは３μ
ｍ以下、しかも銅のまわりにタングステンが均一に分散
されているので、焼結時に空孔を残留させない緻密なタ
ングステン／銅（Ｗ／Ｃｕ）焼結体を得ることができ
る。
ステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）の造粒粉末からなる成形体を水
素中で焼結する。このとき、均一に焼結を行わせるため
場合によっては成形体を高純度のアルミナ粒中に埋め込
み、焼結する。なお、焼結時には、好ましくは６０〜１
２０°Ｃ／ｈｒの速度で昇温し、１１５０〜１３５０°
Ｃの焼結温度で焼結する。空孔を残留させない緻密なタ
ングステンー銅（Ｗ／Ｃｕ）焼結体を得るには、銅の液
相が発生する前の温度でタングステン粒子同士の接合
（焼結）を生じさせ、銅の液相の発生により完全に隙間
無く液相が引き付け合う状態にする必要がある。このた
めには、低温でタングステン（Ｗ）粒子の焼結が進行す
るように粒径を小さくする必要があり（焼結性は粒径の
３乗に比例する）、また均一な配合となるように銅（Ｃ
ｕ）粉末もタングステン（Ｗ）粉末に合わせた同様の粒
径である必要がある。しかるに、本実施形態において
は、タングステン／銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末はタングス
テンと銅の粒径がそれぞれ７μｍ以下、好ましくは３μ
ｍ以下、しかも銅のまわりにタングステンが均一に分散
されているので、焼結時に空孔を残留させない緻密なタ
ングステン／銅（Ｗ／Ｃｕ）焼結体を得ることができ
る。
【００１７】上述したようにして製造される焼結体の熱
膨張率および熱伝導率は、タングステンー銅複合酸化物
を製造する際に、タングステン酸化物（アンモニウムパ
ラタングステン（ＡＰＴ）、アンモニウムメタタングス
テン（ＡＭＴ）等）と銅酸化物（酸化第一銅、酸化第二
銅、水酸化銅等）との混合比を調合することでタングス
テンと銅との重量比を変えることができる。タングステ
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末のタングステンと銅との重
量比による熱膨張率および熱伝導率は、表１に示す通り
である。なお、表１には各種半導体の熱膨張係数と、酸
化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）と鉄ーニッケルーコ
バルト合金（コバール）の熱膨張率および熱伝導率を記
載した。
膨張率および熱伝導率は、タングステンー銅複合酸化物
を製造する際に、タングステン酸化物（アンモニウムパ
ラタングステン（ＡＰＴ）、アンモニウムメタタングス
テン（ＡＭＴ）等）と銅酸化物（酸化第一銅、酸化第二
銅、水酸化銅等）との混合比を調合することでタングス
テンと銅との重量比を変えることができる。タングステ
ンー銅（Ｗ／Ｃｕ）複合粉末のタングステンと銅との重
量比による熱膨張率および熱伝導率は、表１に示す通り
である。なお、表１には各種半導体の熱膨張係数と、酸
化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３ ）と鉄ーニッケルーコ
バルト合金（コバール）の熱膨張率および熱伝導率を記
載した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【実施例】オスラム・シルバニア・インコーポレイテッ
ド社（アメリカ合衆国マサチューセッツ州）製造のタン
グステンー銅複合酸化物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）
（TYPE 3) を水素雰囲気中で還元し、９０％タングステ
ン（Ｗ）ー１０％銅（Ｃｕ）に配合された平均粒径が２
０μｍのタングステン（Ｗ）ー銅（Ｃｕ）複合粉末にワ
ックス（Carbowax-8000)を２．５％添加し、スプレード
ライヤー法によって造粒した。そして、これを６０メッ
シュ（２５０μｍ）の篩で篩った造粒粉末を、マウント
部１０３を備えたヒートシンク部１０４および円形基盤
部１０５を一体成形する金型に充填し、３．５ｔ／ｃｍ
２ の成形圧力で加圧して成形体を得た。なお、成形体
における円形基盤部１０５は直径が１０ｍｍ、厚さが２
ｍｍ、ヒートシンク部１０４は縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚
さ３ｍｍであった。次に、水素気流中で１２０°Ｃ／ｈ
ｒの速度で昇温し、１３５０°Ｃで４時間保持して焼結
を行った。この結果、密度が１７．０ｇ／ｃｍ３ の欠
陥の無い焼結体が得られた。この焼結体の平行度および
平面度は３／１００以下であった。また、上記焼結体の
熱特性を測定したところ、熱伝導率が１８８Ｗ／ｍＫ
で、熱膨張率が５．８×１０−６／°Ｃ［２０〜１００
°Ｃ］であった。この焼結体を用いることにより、熱膨
張率がInAs半導体素子の熱膨張率（５．８×１０−６／
°Ｃ）に近似し、InAs半導体素子を搭載するに適した半
導体用ケースを得ることができた。
ド社（アメリカ合衆国マサチューセッツ州）製造のタン
グステンー銅複合酸化物（ＣｕＷＯ４ ／ＷＯ３ ）
（TYPE 3) を水素雰囲気中で還元し、９０％タングステ
ン（Ｗ）ー１０％銅（Ｃｕ）に配合された平均粒径が２
０μｍのタングステン（Ｗ）ー銅（Ｃｕ）複合粉末にワ
ックス（Carbowax-8000)を２．５％添加し、スプレード
ライヤー法によって造粒した。そして、これを６０メッ
シュ（２５０μｍ）の篩で篩った造粒粉末を、マウント
部１０３を備えたヒートシンク部１０４および円形基盤
部１０５を一体成形する金型に充填し、３．５ｔ／ｃｍ
２ の成形圧力で加圧して成形体を得た。なお、成形体
における円形基盤部１０５は直径が１０ｍｍ、厚さが２
ｍｍ、ヒートシンク部１０４は縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚
さ３ｍｍであった。次に、水素気流中で１２０°Ｃ／ｈ
ｒの速度で昇温し、１３５０°Ｃで４時間保持して焼結
を行った。この結果、密度が１７．０ｇ／ｃｍ３ の欠
陥の無い焼結体が得られた。この焼結体の平行度および
平面度は３／１００以下であった。また、上記焼結体の
熱特性を測定したところ、熱伝導率が１８８Ｗ／ｍＫ
で、熱膨張率が５．８×１０−６／°Ｃ［２０〜１００
°Ｃ］であった。この焼結体を用いることにより、熱膨
張率がInAs半導体素子の熱膨張率（５．８×１０−６／
°Ｃ）に近似し、InAs半導体素子を搭載するに適した半
導体用ケースを得ることができた。
【００２０】
【発明の効果】本発明による半導体用ケースは以上のよ
うに構成されているので、次の作用効果を奏する。
うに構成されているので、次の作用効果を奏する。
【００２１】即ち、本発明によれば、半導体用ケースを
構成するヒートシンク部および円形基盤部は、タングス
テン粉末と銅粉末とが適宜の重量比で複合したタングス
テンー銅複合粉末によって一体圧縮成形され、該成形体
を所定の温度で焼結した焼結体によって構成されている
ので、焼結後の加工が不要または僅かな加工で使用する
ことができ、極めて生産性が良く安価な半導体用ケース
を得ることができる。
構成するヒートシンク部および円形基盤部は、タングス
テン粉末と銅粉末とが適宜の重量比で複合したタングス
テンー銅複合粉末によって一体圧縮成形され、該成形体
を所定の温度で焼結した焼結体によって構成されている
ので、焼結後の加工が不要または僅かな加工で使用する
ことができ、極めて生産性が良く安価な半導体用ケース
を得ることができる。
【００２２】また、本発明によれば、タングステン粉末
および銅粉末の粒径は７μｍ以下であり、しかも銅とタ
ングステンが互いに均一に分散している複合粉末である
ため、焼結後タングステンの骨格構造が緻密に構成さ
れ、この緻密な骨格構造内に銅が隙間無く満たされて空
孔を生じることなく高密度なタングステン／銅焼結体が
形成されるので、熱伝導率および熱膨張率が均一になり
寸法精度が良好で品質が安定した信頼性の高い半導体用
ケースを得ることができる。
および銅粉末の粒径は７μｍ以下であり、しかも銅とタ
ングステンが互いに均一に分散している複合粉末である
ため、焼結後タングステンの骨格構造が緻密に構成さ
れ、この緻密な骨格構造内に銅が隙間無く満たされて空
孔を生じることなく高密度なタングステン／銅焼結体が
形成されるので、熱伝導率および熱膨張率が均一になり
寸法精度が良好で品質が安定した信頼性の高い半導体用
ケースを得ることができる。
【００２３】更に、本発明によれば、成形体は、タング
ステンー銅複合粉末を造粒した造粒粉末を型に充填し圧
縮成形するので、量産性がよく、しかもタングステン粉
末および銅粉末の粒径が小さくても流動性が良く成形時
に粉末同士の所謂ブリッジングが防止され、緻密で欠陥
のない均一な成形体を得ることができる。
ステンー銅複合粉末を造粒した造粒粉末を型に充填し圧
縮成形するので、量産性がよく、しかもタングステン粉
末および銅粉末の粒径が小さくても流動性が良く成形時
に粉末同士の所謂ブリッジングが防止され、緻密で欠陥
のない均一な成形体を得ることができる。
【００２４】また、本発明によれば、タングステンー銅
複合酸化物を還元してタングステンー銅複合粉末を形成
することで、タングステン粉末と銅粉末とを混合して得
られるタングステン銅粉末とは異なり、銅とタングステ
ンとが原子レベルで緊密かつ均一に分散した緻密な粉末
となり、焼結性が良好で高密度な焼結体が形成でき、寸
法精度に優れた高品質な半導体用ケースを製造すること
ができる。また、パラタングステン酸アンモニウムまた
はメタタングステン酸アンモニウムと、酸化第一銅、酸
化第二銅または水酸化銅との混合比を変えることでタン
グステンと銅との重量比を適宜調整して化合物半導体素
子の熱膨張率に合った熱膨張率を備えたタングステンー
銅焼結体を構成することができるので、化合物半導体素
子とマウント部との馴染みが良く、熱歪みによって化合
物半導体素子が損傷するという問題が生じない。そし
て、化合物半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張率を有す
るアルミナ、コバールに比して本発明によるタングステ
ンー銅焼結体は１０倍以上の熱伝導率があり、従って冷
却効果が十分に発揮され化合物半導体素子の長期信頼性
を確保することができる。
複合酸化物を還元してタングステンー銅複合粉末を形成
することで、タングステン粉末と銅粉末とを混合して得
られるタングステン銅粉末とは異なり、銅とタングステ
ンとが原子レベルで緊密かつ均一に分散した緻密な粉末
となり、焼結性が良好で高密度な焼結体が形成でき、寸
法精度に優れた高品質な半導体用ケースを製造すること
ができる。また、パラタングステン酸アンモニウムまた
はメタタングステン酸アンモニウムと、酸化第一銅、酸
化第二銅または水酸化銅との混合比を変えることでタン
グステンと銅との重量比を適宜調整して化合物半導体素
子の熱膨張率に合った熱膨張率を備えたタングステンー
銅焼結体を構成することができるので、化合物半導体素
子とマウント部との馴染みが良く、熱歪みによって化合
物半導体素子が損傷するという問題が生じない。そし
て、化合物半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張率を有す
るアルミナ、コバールに比して本発明によるタングステ
ンー銅焼結体は１０倍以上の熱伝導率があり、従って冷
却効果が十分に発揮され化合物半導体素子の長期信頼性
を確保することができる。
【図１】本発明に従って構成された半導体用ケースの平
面図。
面図。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明による半導体用ケースを構成するマウン
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した一実施形態を示す斜視図。
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した一実施形態を示す斜視図。
【図４】本発明による半導体用ケースを構成するマウン
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した他の実施形態を示す斜視図。
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した他の実施形態を示す斜視図。
【図５】本発明による半導体用ケースを構成するマウン
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した更に他の実施形態を示す斜視図。
ト部を備えたヒートシンク部と円形基盤部を焼結体によ
り一体成形した更に他の実施形態を示す斜視図。
【図６】従来用いられている半導体用ケースの平面図。
【図７】図６におけるＢ−Ｂ線断面図。
１０２：半導体素子 １０４：ヒートシンク部 １０５：円形基盤部 １０６：キャップ １０７：光取り出し窓 １０８、１０９：リード線 １１０：絶縁部材 １１１：リードワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前畑 輝明 東京都品川区東品川３丁目25番21号 株式 会社テクニスコ内 (72)発明者 岸田 琢磨 東京都品川区東品川３丁目25番21号 株式 会社テクニスコ内 (72)発明者 妹尾 聡 東京都品川区東品川３丁目25番21号 株式 会社テクニスコ内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB01 BD01
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体素子を搭載するヒートシンク部
と、該ヒートシンク部を支持する円形基盤部と、該ヒー
トシンク部および該半導体素子を覆い該円形基盤部に接
合して密閉空間を形成するキャップと、から構成される
半導体用ケースにおいて、 該ヒートシンク部および該円形基盤部は、タングステン
粉末と銅粉末とが適宜の重量比で複合したタングステン
ー銅複合粉末によって一体圧縮成形され、該圧縮成形さ
れた成形体を所定の温度で焼結した焼結体によって構成
されている、 ことを特徴とする半導体用ケース。 - 【請求項２】 該タングステン粉末の粒径は７μｍ以下
であり、銅粉末の粒径は７μｍ以下である、請求項１記
載の半導体用ケース。 - 【請求項３】 該成形体は、該タングステンー銅複合粉
末を造粒した造粒粉末を型に充填し圧縮成形する、請求
項１又は２に記載の半導体用ケース。 - 【請求項４】 該タングステンー銅複合粉末は、タング
ステンー銅複合酸化物を還元した複合粉末からなる、請
求項１から３のいずれかに記載の半導体用ケース。 - 【請求項５】 該タングステンー銅複合酸化物は、パラ
タングステン酸アンモニウムまたはメタタングステン酸
アンモニウムのいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅ま
たは水酸化銅のいずれかとを適宜の重量比で混合して混
合粉末を形成し、該混合粉末から脱水して形成した「タ
ングステン酸第二銅／三酸化タングステン」である、請
求項４記載の半導体用ケース。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9603399A JP2000294701A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 半導体用ケース |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9603399A JP2000294701A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 半導体用ケース |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294701A true JP2000294701A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14154135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9603399A Pending JP2000294701A (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 半導体用ケース |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294701A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095053B2 (en) | 2003-05-05 | 2006-08-22 | Lamina Ceramics, Inc. | Light emitting diodes packaged for high temperature operation |
| US7252408B2 (en) | 2004-07-19 | 2007-08-07 | Lamina Ceramics, Inc. | LED array package with internal feedback and control |
| US7300182B2 (en) | 2003-05-05 | 2007-11-27 | Lamina Lighting, Inc. | LED light sources for image projection systems |
| US7528421B2 (en) | 2003-05-05 | 2009-05-05 | Lamina Lighting, Inc. | Surface mountable light emitting diode assemblies packaged for high temperature operation |
| US7728341B2 (en) | 2004-04-09 | 2010-06-01 | Lighting Science Group Corporation | Illumination device for providing directionally guided light |
| US7777235B2 (en) | 2003-05-05 | 2010-08-17 | Lighting Science Group Corporation | Light emitting diodes with improved light collimation |
| US7964883B2 (en) * | 2004-02-26 | 2011-06-21 | Lighting Science Group Corporation | Light emitting diode package assembly that emulates the light pattern produced by an incandescent filament bulb |
-
1999
- 1999-04-02 JP JP9603399A patent/JP2000294701A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095053B2 (en) | 2003-05-05 | 2006-08-22 | Lamina Ceramics, Inc. | Light emitting diodes packaged for high temperature operation |
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| US7176502B2 (en) | 2003-05-05 | 2007-02-13 | Lamina Ceramics, Inc. | Light emitting diodes packaged for high temperature operation |
| US7300182B2 (en) | 2003-05-05 | 2007-11-27 | Lamina Lighting, Inc. | LED light sources for image projection systems |
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| US7964883B2 (en) * | 2004-02-26 | 2011-06-21 | Lighting Science Group Corporation | Light emitting diode package assembly that emulates the light pattern produced by an incandescent filament bulb |
| US7728341B2 (en) | 2004-04-09 | 2010-06-01 | Lighting Science Group Corporation | Illumination device for providing directionally guided light |
| US7252408B2 (en) | 2004-07-19 | 2007-08-07 | Lamina Ceramics, Inc. | LED array package with internal feedback and control |
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|
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