JP2003133467A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子が作動時に発する熱を効率良く外
部に伝えることができ、また半導体パッケージを外部装
置にネジ止めした際の破損を防止すること。 【解決手段】 上面に半導体素子１を載置する載置部２
ａを有する半導体パッケージの基体２は、Ａｇ，Ｔｉ，
ＺｒおよびＷのうちの少なくとも一種を０．２〜１０重
量部ならびにＣｕを９０〜９９．８重量部含有する金属
成分ｎが含浸された炭素質母材ｍ内に一方向性炭素繊維
ｌの集合体が分散された金属炭素複合体Ａを基材とし、
その上下面に金属メッキ層ｘとロウ材層ｙとＣｕ層ｚと
が順次積層されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の
半導体集積回路素子や、電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ：Field Effect Transistor）等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に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体素子収納用パッケージ（以
下、半導体パッケージという）を図３〜図５にそれぞれ
平面図，断面図および部分拡大断面図で示す（特開２０
００−１５０７４６公報参照）。なお、特開２０００−
１５０７４６では光半導体素子を収容するための光半導
体パッケージについて開示している。また、光半導体パ
ッケージに設けられる集光レンズとしての透光性部材や
光ファイバ固定部材等については省略して以下に説明す
る。

【０００３】この半導体パッケージは、上面に半導体素
子１０１が載置される載置部１０２ａを有する基体１０
２と、基体１０２の上面に載置部１０２ａを囲繞するよ
うに銀ロウ等のロウ材で接合され、側部に貫通孔または
切欠き部から成る入出力端子の取付部１０３ａが設けら
れた枠体１０３と、取付部１０３ａに嵌着された入出力
端子１０５とを有する。この入出力端子１０５にはメタ
ライズ層１０５ａが枠体１０３の内外を導通するように
形成されるとともに、外部電気回路に接合されるリード
端子１０６が枠体１０３外側のメタライズ層１０５ａに
銀ロウ等のロウ材でロウ付けされる。またシールリング
１０４は、ほぼ面一となる枠体１０３上面と入出力端子
１０５の上面に銀ロウ等のロウ材で接合され、半導体パ
ッケージに蓋体（図示せず）をシーム溶接やロウ付けす
る際の接合媒体として機能する。

【０００４】基体１０２は、その上面から下面にかけて
一方向に配列した一方向性炭素繊維を炭素で結合した一
方向性炭素繊維複合材料から成る。一方向性炭素繊維複
合材料は、横方向（一方向性炭素繊維の方向に垂直な方
向）の弾性率が非常に低く、かつ熱膨張係数が約７×１
０^-6／℃であり、その上下面にクロム（Ｃｒ）−鉄（Ｆ
ｅ）合金層から成る第１層と、銅（Ｃｕ）層から成る第
２層と、Ｆｅ−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合
金層から成る第３層との３層構造である金属層が被着さ
れている。これにより、横方向の熱膨張係数を１０×１
０^-6〜１３×１０^-6／℃に調整している。

【０００５】また、基体１０２の縦方向（一方向性炭素
繊維の方向）の熱膨張係数は、一方向性炭素繊維の方向
の弾性率が非常に高いため、その弾性率は高く、かつそ
の熱膨張係数は一方向性炭素繊維の方向の熱膨張係数
（殆ど０〜５×１０^-6程度）に近似したものとなる。ま
た基体１０２は、縦方向の熱伝導率が約３００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上と非常に高いのに対し、横方向の熱伝導率は、そ
れぞれの一方向性炭素繊維の間に非常に多くの気孔があ
るため約３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下と非常に低く、縦方向と横
方向とで熱伝導率が大きく異なっている。

【０００６】このような基体１０２は、外部電気回路の
ヒートシンク部にネジ止めされて密着固定されることに
より、半導体素子１０１が作動時に発する熱を効率良く
ヒートシンク部に伝える所謂放熱板としても機能する。

【０００７】そして、基体１０２を有する半導体パッケ
ージに半導体素子１０１を載置固定した後、半導体素子
１０１とメタライズ層１０５ａとをボンディングワイヤ
（図示せず）で電気的に接続し、蓋体により半導体素子
１０１を気密に封止することにより、製品としての半導
体装置となる。なお、半導体素子１０１は外部電気回路
から入力される高周波信号により作動する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
素子１０１の熱量が非常に大きい場合、その熱は、基体
１０２上面の載置部１０２ａからほぼ直下のみにしか伝
わらないことから、熱は基体１０２と枠体１０３とから
成る空所（内部空間）に蓄熱され、その結果、半導体素
子１０１の作動性が劣化したり半導体素子１０１が熱破
壊されるといった問題点があった。

【０００９】また、半導体パッケージと外部電気回路の
ヒートシンク部との密着固定を強固にするとともにヒー
トシンク部への熱伝達効率を高めるために、高いトルク
でネジ止めすると、圧縮強度が金属に比べて桁違いに小
さい基体１０２が厚さ方向に潰れて半導体パッケージと
ヒートシンク部との密着固定ができなくなる。そのた
め、半導体素子１０１の熱をヒートシンク部に良好に伝
達できなくなり、この場合にも半導体素子１０１の作動
性が劣化したり半導体素子１０１が熱破壊されるといっ
た問題点があった。

【００１０】また、第１層のＣｒ−Ｆｅ合金層は、その
Ｆｅ成分と、一方向性炭素繊維中のカーボン（Ｃ）およ
び第２層のＣｕ層との相互拡散により接合されているた
め、これらの拡散層で熱伝達効率が劣化していた。ま
た、Ｃｒ−Ｆｅ合金層自体の熱伝導率が１５〜２０Ｗ／
ｍ・Ｋ程度と非常に低い。主にこれらの理由で、基体１
０２の縦方向および横方向の熱伝達効率が劣化してい
た。

【００１１】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、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
集積回路素子や電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ：Fiel
d Effect Transistor）等の半導体素子の熱を効率良く
半導体パッケージ外部（外部電気回路のヒートシンク部
等）に伝え、半導体素子の作動時の温度を適正なものと
し、半導体素子を長期にわたり正常且つ安定に作動させ
ることにある。また、半導体パッケージをネジ止めした
際に基体が潰れるのを防止し、その結果半導体素子の熱
を効率良く半導体パッケージ外部に伝えることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、略直方体とされ、上面に半導体素子を載置する載
置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞
するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から
成る入出力端子の取付部を有する枠体と、前記取付部に
嵌着された入出力端子とを具備した半導体素子収納用パ
ッケージにおいて、前記基体は、銀，チタン，ジルコニ
ウムおよびタングステンのうちの少なくとも一種を０．
２〜１０重量部ならびに銅を９０〜９９．８重量部含有
する金属成分が含浸された炭素質母材内に一方向性炭素
繊維の集合体が分散された金属炭素複合体を基材とし、
該基材の上下面に金属メッキ層とロウ材層と銅層とが順
次積層されていることを特徴とする。

【００１３】本発明は、金属炭素複合体が炭素繊維と高
温高圧下で含浸された金属とからなるため、その表面が
緻密になり、金属炭素複合体の表面に金属メッキ層が形
成できるようになった。そして、基材の上下面に金属メ
ッキ層を介してロウ材層、Ｃｕ層がこの順で強固に接合
できるようになった。即ち、金属メッキ層の炭素繊維へ
の被着部における被着力の弱さを、含浸された金属が表
面に露出している部位における被着力で補強することが
できるとともに、金属炭素複合体の表面が緻密になるた
め炭素繊維に被着される金属メッキ層の表面欠陥が極め
て少なくなっており、その結果、金属炭素複合体の表面
に金属メッキ層を強固かつ信頼性よく被着することがで
きる。このように、基材表面に金属メッキ層を信頼性良
くかつ強固に形成できることによって、ロウ材層を介し
て熱伝導性の極めて良好なＣｕ層を形成することができ
る。その結果、従来のＣｒ−Ｆｅ合金層，Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金層等のＦｅ系の金属層を形成した構成では得ら
れない効率のよい熱伝達が可能になる。

【００１４】かくして、メッキ層とロウ材層と銅層とか
ら成る金属層と金属炭素複合体との間の熱伝達効率、金
属炭素複合体中の熱伝達効率が非常に良好となり、半導
体素子の熱を効率良く外部に伝えることができる。ま
た、金属炭素複合体により半導体パッケージの破損を防
止できる。

【００１５】本発明において、好ましくは、前記銅層の
厚さが前記金属炭素複合体の厚さの１／１０〜１／２で
あることを特徴とする。

【００１６】本発明は、上記の構成により、半導体素子
を基体に強固に載置固定でき、また半導体素子から基体
への熱伝達効率が非常に良好になる。

【００１７】本発明の半導体装置は、本発明の半導体パ
ッケージと、前記載置部に載置固定され前記入出力端子
に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に
接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。

【００１８】本発明は、上記の構成により、上記本発明
の半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を
提供できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージについ
て以下に詳細に説明する。図１，図２は本発明の半導体
パッケージについて実施の形態の一例を示すものであ
り、図１は半導体パッケージの断面図、図２は半導体パ
ッケージの基体の部分拡大断面図である。

【００２０】図１において、１は半導体素子、２は金属
炭素複合体Ａから成る基材の表面に金属メッキ層とロウ
材層とＣｕ層とから成る金属層ａが形成された基体、３
は載置部２ａを囲繞するように接合された枠体、４は枠
体３の上面に接合されたシールリング、５は枠体３の取
付部３ａに嵌着された入出力端子である。これら基体
２，枠体３，シールリング４，入出力端子５とで半導体
素子１を内部に収容する容器が主に構成される。

【００２１】また、図２において、ｌは一方向性炭素繊
維、ｍは炭素質母材、ｎは銀（Ａｇ），チタン（Ｔ
ｉ），クロム（Ｃｒ），ジルコニウム（Ｚｒ），タング
ステン（Ｗ）のうちの少なくとも一種を０．２〜１０重
量部ならびに銅（Ｃｕ）を９０〜９９．８重量部含有す
る金属成分であり、金属炭素複合体Ａは、金属成分ｎが
含浸された炭素質母材ｍ内に一方向性炭素繊維ｌの集合
体が分散されて成る。また、ｘは金属メッキ層、ｙはロ
ウ材層、ｚはＣｕ層であり、金属炭素複合体Ａの少なく
とも上下面に金属メッキ層ｘとロウ材層ｙとＣｕ層ｚと
が順次積層されて成る金属層ａが形成されることにより
基体２が構成される。

【００２２】一方向性炭素繊維ｌ，炭素質母材ｍおよび
金属成分ｎから構成される金属炭素複合体Ａは、例えば
以下の工程［１］〜［７］のようにして作製される。

【００２３】［１］一方向性炭素繊維ｌの束を炭素で結
合したブロックを小さな一方向性炭素繊維ｌの集合体を
破砕し、破砕された一方向性炭素繊維ｌの集合体を集め
て固体のピッチあるいはコークス等の微粉末を分散させ
たフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の溶液中に浸す。な
お、ブロックを破砕して得られる小塊の大きさは矩形状
のものに換算して一辺が約０．１〜１ｍｍ程度である。

【００２４】［２］これを乾燥させて所定の圧力を加え
るとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化させる。

【００２５】［３］不活性雰囲気中、高温で焼成するこ
とでフェノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉末
を炭化させて炭素質母材ｍとする。炭素質母材ｍは、そ
れ自体２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋの大きな熱伝導率を有
し、半導体素子１の発する熱の伝熱経路としても機能す
る。

【００２６】［４］一方、溶融したＣｕの中に、Ａｇ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種を０．２
〜１０重量部含有させることにより、互いに融解した液
状体を作製しておく。

【００２７】［５］次に、［４］で作製された、Ａｇ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種を０．２
〜１０重量部ならびにＣｕを９０〜９９．８重量部含有
する金属成分ｎ（液状体）を、炭素質母材ｍ内に高温高
圧のもとで含浸させたブロックとなす。含浸された金属
成分ｎは塊状または薄板状であり、炭素質母材ｍ内に分
散されることとなる。このブロックを板状に切り出して
金属炭素複合体Ａとなる板を作製し、この板の寸法は、
例えば厚さが０．５〜２ｍｍ程度、平視面における縦×
横の寸法が１００ｍｍ角程度である。

【００２８】［６］この板を所望の形状に加工して金属
炭素複合体Ａを作製する。

【００２９】［７］金属炭素複合体Ａの表面に金属層ａ
を被着する。

【００３０】本発明の金属炭素複合体Ａの熱膨張係数
は、金属成分ｎが含浸されていることにより、８×１０
^-6〜１０×１０^-6／℃となる。また、金属成分ｎが含浸
されていることにより、炭素質母材ｍとの密着性が非常
に良好になる。そのため、半導体素子１が作動時に発す
る熱は基体２の内部を効率良く伝達し、外部電気回路の
ヒートシンク部に確実に伝熱される。さらに、金属成分
ｎが含浸されていることにより、金属炭素複合体Ａの剛
性が高くなり、半導体パッケージを外部電気回路にネジ
止めにより固定する場合、金属炭素複合体Ａが潰れるこ
となく強固に固定できる。そのため、半導体素子１の熱
を外部電気回路のヒートシンク部に確実に伝熱できる。

【００３１】なお、金属成分ｎは、その熱膨張係数が１
７×１０^-6〜２０×１０^-6／℃、熱伝導率が３５０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上、弾性率が８０ＧＰａ（ギガパスカル）以
上、融点が１０００℃以上となり、それらの諸特性は半
導体パッケージの製作上、および特性上好ましいものと
なる。

【００３２】また、金属成分ｎがＡｇとＣｕから成る場
合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、それらの間の濡れ
性が高いため密着性が非常に高くなる。また、金属成分
ｎがＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種とＣ
ｕとから成る場合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、そ
れらの間でＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗの炭素化合物が生成さ
れるため密着性が非常に高くなる。Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種が０．２重量部未満の
場合、濡れ性が低下し、またこれらの金属の炭素化合物
の生成が促進されないため、密着性が低下し、その結果
半導体素子１の熱は基体２の内部を効率良く伝達し難く
なる。一方、１０重量部を超える場合、同様に濡れ性が
低下し、炭素化合物の生成が促進されないため、密着性
が低下する。特に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗの場合には、
Ｃｕ中に融解され難くなり、熱伝導性の低いＴｉ，Ｃ
ｒ，Ｚｒ，ＷがＣｕ中および／またはＣｕ表面に分散さ
れることとなり、半導体素子１の熱は基体２の内部を効
率良く伝達し難くなる。

【００３３】金属炭素複合体Ａに対する金属成分ｎの含
有量は１０〜２０重量％がよい。１０重量％未満になる
と、水平方向で所望の熱伝導率が得られず、２０重量％
を超えると、基体２と半導体素子１との熱膨張係数差が
大きくなり、半導体素子１と基体２との接合部にクラッ
クが発生し易くなる。基体２と半導体素子１との熱膨張
係数差を考慮すると、より好ましくは１５〜２０重量％
がよい。また、金属成分ｎの含有量を１０〜２０重量％
と好適な範囲とすることにより、金属炭素複合体Ａの表
面に現われる金属成分ｎの表面積の割合は、金属炭素複
合体Ａの表面積に対して約６〜１０％となり、これによ
り金属メッキ層ｘの被着強度が向上する。

【００３４】また、熱膨張係数について、金属成分ｎを
炭素質母材ｍ内に１０〜２０重量％程度の好適な含有量
で含浸させれば、金属炭素複合体Ａの熱膨張係数が半導
体素子１と大幅に異なる程度に上昇することは無い。ま
た、金属成分ｎのうち特にＡｇの場合は熱伝導率が非常
に高いため、半導体素子１の熱を伝えるのに有利であ
る。また、金属炭素複合体Ａの弾性率は従来に比し高く
なるため、金属成分ｎが基体２の両端部をネジで外部電
気回路に締め付けた際の補強材として機能し、基体２の
破損を有効に防止する。

【００３５】また、金属成分ｎの融点は非常に高いた
め、半導体パッケージを融点が７８０℃程度以上の銀ロ
ウ等のロウ材で組み立てても金属成分ｎが溶融すること
がなく、常に炭素質母材ｍ内を安定にしておくことがで
きる。なお、ロウ付け時に溶融するような金属の場合は
基体２の端面から溶け出すことがあり、半導体パッケー
ジ用としては不適である。

【００３６】金属炭素複合体Ａから成る基材の少なくと
も上下面に被着される金属メッキ層ｘは、Ｎｉメッキ層
やＣｕメッキ層等から成り、金属炭素複合体Ａの上下面
または表面全面に被着され、金属炭素複合体Ａとロウ材
層ｙとの接合媒体として機能する。金属メッキ層ｘは、
一方向性炭素繊維ｌや炭素質母材ｍとの密着性は若干弱
いが、金属炭素複合体Ａの表面に大きな割合で露出して
いる金属成分ｎとの密着性が非常に強固であるため、金
属炭素複合体Ａと金属メッキ層ｘとの密着性は全体的に
強固になる。

【００３７】この金属メッキ層ｘの厚さは１〜３０μｍ
が良く、１μｍ未満の場合、その厚さのばらつきにより
金属メッキ層ｘがほとんど被着されていない部位が発生
する場合がある。そのため、金属炭素複合体Ａとロウ材
層ｙとの接合媒体としての機能が劣化する。一方、３０
μｍを超えると、Ｎｉメッキ層の場合はその熱伝達効率
の低さにより半導体素子１の熱を効率良く外部に伝え難
くなり、Ｃｕメッキ層の場合は金属炭素複合体Ａとの熱
膨張差により密着性が劣化する。

【００３８】なお、金属メッキ層ｘの金属炭素複合体Ａ
への被着については、メッキ被着工程の煩雑さ，基体２
の熱伝達効率を鑑みれば、金属炭素複合体Ａの表面全面
に被着させることが好ましい。

【００３９】ロウ材層ｙは、金属メッキ層ｘとＣｕ層ｚ
との接合媒体即ち接着材として機能するとともに、Ｃｕ
層ｚから伝わる熱を効率良く金属メッキ層ｘに伝える熱
伝達媒体としても機能する。また、ロウ材層ｙは比較的
軟質であることから、金属メッキ層ｘとＣｕ層ｚとの熱
膨張差による応力発生を緩和する所謂応力緩和層として
も機能する。なお、ロウ材層ｙは、主にＡｇから成るＡ
ｇロウ、ＡｇとＣｕとから成るＡｇロウ等の熱伝達効率
の優れたロウ材から成る。このロウ材層ｙの厚さは３〜
５０μｍが良く、３μｍ未満の場合、厚さが非常に薄い
ため応力緩和層としての機能が劣化する。５０μｍを超
えると、厚すぎるため熱伝達効率が低下するとともに金
属メッキ層ｘとＣｕ層ｚとの熱膨張差によって発生する
応力を緩和する応力緩和層としての機能が低下する。

【００４０】Ｃｕ層ｚは、基体２の熱伝達効率を良好と
する機能を有するとともに、半導体素子１の載置部２ａ
を滑らかな面とする機能を有する。即ち、Ｃｕ層ｚは、
それ自体で非常に熱伝達効率が高く、また最表層がロウ
材層ｙの場合（Ｃｕ層ｚがない場合）には表面がボイド
もあるような粗面となり、半導体素子１を強固に載置固
定するのが困難になり熱伝達効率が劣化する。このＣｕ
層ｚの厚さは金属炭素複合体Ａの厚さの１／１０〜１／
２であれば良い。１／１０未満の場合、金属炭素複合体
Ａの厚さが薄い場合それに伴い非常に薄いものとなり、
ロウ材層ｙの上面に凹凸なく滑らかに平坦にＣｕ層ｚを
被着させるのが困難にある。そのため、載置部２ａに凹
凸が発生して半導体素子１を強固に載置固定するのが困
難になる。一方、１／２を超えると、厚くなり過ぎて半
導体素子１の熱を効率良くロウ材層ｙに伝え難くなると
ともに、金属炭素複合体ＡとＣｕ層ｚとの熱膨張差によ
りそれらの密着性が劣化する。

【００４１】金属メッキ層ｘ，ロウ材層ｙおよびＣｕ層
ｚが順次積層されて成る金属層ａは、金属炭素複合体Ａ
の表面に露出している一方向性炭素繊維ｌの気孔を完全
に被覆し、半導体パッケージ内部の気密性を保持する機
能を有するとともに、半導体素子１の熱を縦方向および
横方向に効率良く伝える伝熱媒体として機能する。具体
的には、基体２は、半導体素子１の載置部２ａの面に垂
直な方向（縦方向）および水平な方向（横方向）のいず
れにおいても３５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率
が得られる。

【００４２】また、金属層ａは、半導体パッケージ内部
の気密性をヘリウム（Ｈｅ）を使用して検査した際、Ｈ
ｅの一部が一方向性炭素繊維ｌの気孔中にトラップされ
るのを有効に防止し、検査に対して適格な半導体パッケ
ージが得られる。

【００４３】基体２の上面には、側部に貫通孔または切
欠き部から成る取付部３ａを有する枠体３が、載置部２
ａを囲繞するようにＡｇロウ等のロウ材で接合される。
この枠体３は、高周波信号が入出力される半導体素子１
の周辺部を電磁的に遮蔽するため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金等の金属材料から成るのが一般的であるが、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス，窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）セラミックス等のセラミックスで形成しても良い。
例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、この合金
のインゴットに圧延加工やプレス加工等の金属加工を施
すことにより所定の形状に作製される。また、その表面
には酸化腐食を有効に防止するために、基体２の上面に
接合した後に、０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μ
ｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておく
と良い。

【００４４】枠体３の取付部３ａには、その内周面に入
出力端子５がＡｇロウ等のロウ材を介して嵌着接合され
る。この入出力端子５は、絶縁性のセラミック基板に導
電性のメタライズ層５ａが被着された平板部と、メタラ
イズ層４ａを間に挟んで平板部の上面に接合された立壁
部とから成り、半導体パッケージ内部の気密性を保持す
るとともに半導体パッケージと外部電気回路との高周波
信号の入出力を行うものである。なお、セラミック基板
の材料は、誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて、Ａｌ
₂Ｏ₃セラミックスやＡｌＮセラミックス等のセラミック
ス材料から選択すればよい。

【００４５】入出力端子５は、セラミック基板となる原
料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペー
スト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカ
レンダーロール法によって形成されたセラミックグリー
ンシートに、メタライズ層５ａとなるＷ，モリブデン
（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒
を添加混合して得た金属ペーストを、従来周知のスクリ
ーン印刷法により所望のパターン形状に印刷塗布し約１
６００℃の高温で同時焼成して作製される。

【００４６】また、メタライズ層５ａの上面には、入出
力端子５との接合を強固にするために熱膨張係数が入出
力端子５のセラミック基板に近似した部材から成るリー
ド端子（図示せず）がＡｇロウ等のロウ材で接合され
る。例えば、入出力端子５のセラミック基板がＡｌ₂Ｏ₃
セラミックスから成る場合、リード端子はＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る。

【００４７】この入出力端子５が嵌着接合された枠体３
の上面には、蓋体７をシーム溶接やＡｕ−錫（Ｓｎ）ロ
ウで接合するための接合媒体として機能する、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るシール
リング４が、Ａｇロウ等のロウ材で接合される。シール
リング４は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場
合、この合金のインゴットに圧延加工やプレス加工等の
金属加工を施すことにより所定の形状に作製される。ま
た、その表面には酸化腐食を有効に防止するために、
０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の
金属層をメッキ法により被着させておくと良い。このシ
ールリング４の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ
−Ｎｉ合金等から成る金属製の蓋体７、またはＡｌ₂Ｏ₃
セラミックス，ＡｌＮセラミックス等から成るセラミッ
クス製の蓋体７が接合され、蓋体７により半導体素子１
を半導体パッケージ内部に気密に封止する。

【００４８】このように、本発明の半導体パッケージ
は、略直方体とされ、上面に半導体素子１を載置する載
置部２ａを有する基体２と、基体２上面に載置部２ａを
囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部
から成る入出力端子の取付部３ａを有する枠体３と、取
付部３ａに嵌着された入出力端子５とを具備する。そし
て、基体２は、Ａｇ，Ｔｉ，ＺｒおよびＷのうちの少な
くとも一種を０．２〜１０重量部ならびにＣｕを９０〜
９９．８重量部含有する金属成分ｎが含浸された炭素質
母材ｍ内に一方向性炭素繊維ｌの集合体が分散された金
属炭素複合体Ａを基材とし、その上下面に金属メッキ層
ｘとロウ材層ｙおよびＣｕ層ｚとが順次被着されて成る
金属層ａを有することを特徴とする。さらに、Ｃｕ層ｚ
の厚さは金属炭素複合体Ａの厚さの１／１０〜１／２で
あることが好ましい。

【００４９】また、上記本発明の半導体パッケージと、
載置部２ａに載置固定され入出力端子５に電気的に接続
された半導体素子１と、枠体３の上面に接合された蓋体
７とを具備することにより、製品としての半導体装置と
なる。この半導体装置は、具体的には、載置部２ａに半
導体素子１をガラス，樹脂，ロウ材等の接着剤を介して
接着固定し、半導体素子１の電極をボンディングワイヤ
を介して所定のメタライズ層５ａに電気的に接続し、し
かる後、シールリング４上面に蓋体７をガラス，樹脂，
ロウ材，シーム溶接等により接合することにより、基体
２，枠体３，シールリング４，入出力端子５から成る半
導体パッケージ内部に半導体素子１を収納して成る。こ
のような半導体装置は外部電気回路から供給される高周
波信号により半導体素子１を作動させる。

【００５０】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行
うことは何等支障ない。例えば、半導体パッケージとし
て、枠体３の側部に光ファイバ接続用の筒状の固定部材
を設けることにより光信号を入出力できるようにし、光
半導体素子に光信号を入出力することにより光半導体素
子を作動させる光半導体パッケージとしても良い。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、略直方体とされ、上面に半導
体素子を載置する載置部を有する基体が、Ａｇ，Ｔｉ，
ＺｒおよびＷのうちの少なくとも一種を０．２〜１０重
量部ならびにＣｕを９０〜９９．８重量部含有する金属
成分が含浸された炭素質母材内に一方向性炭素繊維の集
合体が分散された金属炭素複合体を基材そり、その上下
面に金属メッキ層とロウ材層と銅層とが順次積層されて
いることにより、金属炭素複合体が炭素繊維と高温高圧
下で含浸された金属とからなるため、その表面が緻密に
なり、金属炭素複合体の表面に金属メッキ層が形成でき
るようになった。そして、基材の上下面に金属メッキ層
を介してロウ材層、Ｃｕ層がこの順で強固に接合できる
ようになった。即ち、金属メッキ層の炭素繊維への被着
部における被着力の弱さを、含浸された金属が表面に露
出している部位における被着力で補強することができる
とともに、金属炭素複合体の表面が緻密になるため炭素
繊維に被着される金属メッキ層の表面欠陥が極めて少な
くなっており、その結果、金属炭素複合体の表面に金属
メッキ層を強固かつ信頼性よく被着することができる。
このように、基材表面に金属メッキ層を信頼性良くかつ
強固に形成できることによって、ロウ材層を介して熱伝
導性の極めて良好なＣｕ層を形成することができる。そ
の結果、従来のＣｒ−Ｆｅ合金層，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金層等のＦｅ系の金属層を形成した構成では得られない
効率のよい熱伝達が可能になる。

【００５２】かくして、メッキ層とロウ材層と銅層とか
ら成る金属層と金属炭素複合体との間の熱伝達効率、金
属炭素複合体中の熱伝達効率が非常に良好となり、半導
体素子の熱を効率良く外部に伝えることができる。ま
た、金属炭素複合体により半導体パッケージの破損を防
止できる。

【００５３】本発明において、好ましくは銅層の厚さが
金属炭素複合体の厚さの１／１０〜１／２であることに
より、半導体素子を基体に強固に載置固定でき、半導体
素子から基体への熱伝達効率が非常に良好になる。

【００５４】本発明の半導体装置は、本発明の半導体パ
ッケージと、載置部に載置固定され入出力端子に電気的
に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋
体とを具備したことにより、上記本発明の半導体パッケ
ージを用いた信頼性の高い半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージについて実施の形態
の一例を示す断面図である。

【図２】図１の半導体パッケージにおける基体の部分拡
大断面図である。

【図３】従来の半導体パッケージの平面図である。

【図４】図３の半導体パッケージの断面図である。

【図５】図３の半導体パッケージにおける基体の部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１：半導体素子 ２：基体 ２ａ：載置部 ３：枠体 ３ａ：取付部 ５：入出力端子 ７：蓋体 ｌ：一方向性炭素繊維 ｍ：炭素質母材 ｎ：金属成分 Ａ：金属炭素複合体 ｘ：金属メッキ層 ｙ：ロウ材層 ｚ：銅層 ａ：金属層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/06 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｇ 23/14 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｍ 23/373 23/36 Ｍ Ｆターム(参考） 4G026 BA13 BD02 BF16 BF34 BF35 BG02 BG05 BH08 4G032 AA09 AA14 AA41 AA44 AA45 AA52 BA04 GA08 GA09 5F036 AA01 BA23 BB08 BD01 BD11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略直方体とされ、上面に半導体素子を載
   置する載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置
   部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠
   き部から成る入出力端子の取付部を有する枠体と、前記
   取付部に嵌着された入出力端子とを具備した半導体素子
   収納用パッケージにおいて、前記基体は、銀，チタン，
   ジルコニウムおよびタングステンのうちの少なくとも一
   種を０．２〜１０重量部ならびに銅を９０〜９９．８重
   量部含有する金属成分が含浸された炭素質母材内に一方
   向性炭素繊維の集合体が分散された金属炭素複合体を基
   材とし、該基材の上下面に金属メッキ層とロウ材層と銅
   層とが順次積層さ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。
2. 【請求項２】 前記銅層の厚さが前記金属炭素複合体の
   厚さの１／１０〜１／２であ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。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体素子収納用パッケ
   ージと、前記載置部に載置固定され前記入出力端子に電
   気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合
   された蓋体とを具備したことを特徴とする半導体装置。