JPH09162324A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属基体とセラミックス枠体との熱膨張係数の
相異に起因して発生する熱応力によって金属基体が変形
したり、セラミックス枠体にクラックや割れが発生して
しまう。 【解決手段】上面に半導体素子３が載置される載置部１
ａを有する銅から成る金属基体１上に、前記載置部１ａ
を囲繞するようにしてメタライズ配線層６を有するセラ
ミックス枠体２をロウ付けした半導体素子収納用パッケ
ージであって、前記金属基体１の下面で、セラミックス
枠体２の内側に、半導体素子３が載置される載置部１ａ
を取り囲むように溝４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子、特に半
導体集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パ
ッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報処理装置の高性能化に伴いこ
れを構成する半導体集積回路素子も高密度化、高集積化
が急激に進んでいる。そのため半導体集積回路素子は作
動時に発生する単位面積、単位体積当たりの発熱量が増
大し、半導体集積回路素子を正常、且つ安定に作動させ
るためにはその熱をいかに効率的に除去するかが課題と
なっている。

【０００３】従来、半導体集積回路素子が発生する熱の
除去方法としては一般に上面中央部に半導体集積回路素
子を載置する載置部を有する良熱伝導性の銅から成る金
属基体上に、前記載置部を囲繞するようにして酸化アル
ミニウム質焼結体やムライト質焼結体、炭化珪素質焼結
体、窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成
るセラミックス枠体を銀ロウ等のロウ材を介して接合し
た構造の半導体素子収納用パッケージを準備し、、前記
金属基体の載置部に半導体集積回路素子を載置固定して
半導体集積回路素子から発生される熱を金属基体に吸収
させるとともに該吸収した熱を大気中に放散させる方法
が採られている。

【０００４】尚、前記セラミックス枠体には複数個のメ
タライズ配線層が埋設されており、該メタライズ配線層
を介して内部に収容する半導体集積回路素子の各電極を
外部電気回路に電気的に接続し得るようになっている。

【０００５】また前記セラミックス枠体は、その下面に
メタライズ金属層が被着されており、該メタライズ金属
層を金属基体に銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けする
ことによって金属基体上に所定位置に接合されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体素子収納用パッケージにおいては、金属基体
を構成する銅の熱膨張係数が１７×１０^-6／℃であり、
酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、窒化ア
ルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等から成るセラ
ミックス枠体の熱膨張係数（酸化アルミニウム質焼結体
の熱膨張係数は約７×１０^-6／℃、ムライト質焼結体の
熱膨張係数は約４×１０^-6／℃、窒化アルミニウム質焼
結体の熱膨張係数は約４×１０^-6／℃、炭化珪素質焼結
体の熱膨張係数は約３×１０^-6／℃）と大きく相異する
ことから、金属基体にセラミックス枠体を銀ロウ等のロ
ウ材を介してロウ付けする際、金属基体とセラミックス
枠体との間に両者の熱膨張係数の相異に起因する大きな
熱応力が発生するとともに該熱応力によってセラミック
ス枠体に割れやクラックが発生してしまい、その結果、
半導体集積回路素子を気密に収容することが不可とな
り、半導体集積回路素子を長期間にわたり正常、且つ安
定に作動させることができないという欠点を有してい
た。

【０００７】また同時に金属基体とセラミックス枠体と
の間に発生する熱応力によって金属基体の半導体集積回
路素子が載置される載置部に大きな変形を招来し、その
結果、金属基体に半導体集積回路素子を強固に固定する
ことができなくなったり、半導体集積回路素子の各電極
をセラミックス枠体に設けたメタライズ配線層に正確に
電気的接続することができないという欠点も有してい
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上面に半導体
素子が載置される載置部を有する銅から成る金属基体上
に、前記載置部を囲繞するようにしてメタライズ配線層
を有するセラミックス枠体をロウ付けした半導体素子収
納用パッケージであって、前記金属基体の下面で、セラ
ミックス枠体の内側に、半導体素子が載置される載置部
を取り囲むように溝を形成したことを特徴とするもので
ある。

【０００９】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、金属基体の下面で、セラミックス枠体の内側に、
半導体素子が載置される載置部を取り囲むように溝を形
成したことから、金属基体上面にセラミックス枠体を銀
ロウ等のロウ材を介してロウ付けする際、金属基体とセ
ラミックス枠体との間に両者の熱膨張係数の相異に起因
する大きな熱応力が発生したとしても該熱応力は金属基
体に形成した溝に有効に吸収され、その結果、半導体集
積回路素子が載置される載置部に大きな変形を招来する
ことはなく、またセラミックス枠体に割れやクラック等
が発生することもない。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。

【００１１】図１は本発明の半導体素子収納用パッケー
ジの一実施例を示し、１は金属基体、２はセラミックス
枠体である。

【００１２】前記金属基体１は、その上面中央部に半導
体集積回路素子３が載置される載置部１ａが設けてあ
り、該載置部１ａ上には半導体集積回路素子３がガラ
ス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して載置固定され、ま
たその上面外周部には前記載置部１ａを囲繞するように
してセラミックス枠体２が銀ロウ等のロウ材を介して接
合されている。

【００１３】前記金属基体１は、例えば、無酸素銅等の
銅から成り、該銅は熱伝導率が約４００Ｗ／ｍＫと高
く、熱を伝導し易いことから金属基体１上に半導体集積
回路素子３を載置固定した場合、金属基体１は半導体集
積回路素子３が発生する熱を良好に吸収するとともに該
吸収した熱を大気中に効率よく放散させるこができ、そ
の結果、半導体集積回路素子３は常に低温となり、半導
体集積回路素子３を長期間にわたり正常、且つ安定に作
動させることができる。

【００１４】また前記金属基体１は、図２に示すように
その下面でセラミックス枠体２の内側に半導体集積回路
素子３が載置される載置部１ａを取り囲むようにして溝
４が形成されている。

【００１５】前記金属基体１に設けられた溝４は、金属
基体１上面にセラミックス枠体２を銀ロウ等のロウ材を
介してロウ付け取着する際、金属基体１とセラミックス
枠体２との間に発生する両者の熱膨張係数の相異に起因
する熱応力を良好に吸収する作用を為し、これにより金
属基体１の上面にセラミックス枠体２をロウ付けする際
に金属基体１とセラミックス枠体２との熱膨張係数の相
異に起因する熱応力が発生したとしても該熱応力は金属
基体１に形成された溝４で有効に吸収され、その結果、
半導体集積回路素子３が載置される載置部１ａに変形を
発生することはなく、同時に、前記熱応力によってセラ
ミックス枠体２に割れやクラックが発生することもな
い。

【００１６】また前記金属基体１に設けられた溝４は、
金属基体１の下面に形成されていることから、金属基体
１の上面にセラミックス枠体２を銀ロウ等のロウ材を介
してロウ付け取着する際、ロウ材の一部が溝４に流入
し、溝４による熱応力の吸収の作用を阻害することもな
い。

【００１７】尚、前記金属基体１の下面に形成した溝４
はその深さを金属基体１の厚みの３分の１以上としてお
くとセラミックス枠体２を金属基体１下面にロウ付けす
る際、金属基体１とセラミックス枠体２との間に発生す
る熱応力が溝４に極めて効率よく吸収され、金属基体１
の半導体集積回路素子３が載置される載置部１ａの変形
及びセラミックス枠体２での割れやクラックの発生をよ
り有効に防止することができる。従って、前記金属基体
１の下面に形成した溝４はその深さを金属基体１の厚み
の３分の１以上としておくことが好ましい。

【００１８】更に前記金属基体１の下面に形成した溝４
はその幅を０．３ｍｍ以上にしておくと金属基体１とセ
ラミックス枠体２との間に発生する熱応力が溝４で極め
て効率よく吸収され、これによって金属基体１の半導体
集積回路素子３が載置される載置部１ａの変形及びセラ
ミックス枠体２での割れやクラックの発生をより有効に
防止することができる。従って、前記金属基体１の下面
に形成した溝４はその幅を０．３ｍｍ以上としておくこ
とが好ましい。

【００１９】また更に前記銅から成る金属基体１は、例
えば銅のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工
法等を施すことによって板状に形成され、溝４は前記銅
の板状体に研削加工法やプレス加工法等を施すことによ
ってセラミックス枠体２の内側で、半導体集積回路素子
３が載置される載置部１ａを取り囲むようにして所定深
さに形成される。

【００２０】前記金属基体１は、またその上面外周部に
該金属基体１の上面に設けた載置部１ａを囲繞するよう
にしてセラミックス枠体２が銀ロウ等のロウ材を介して
ロウ付け取着されており、金属基体１とセラミックス枠
体２とで内部に半導体集積回路素子３を収容するための
空所が形成される。

【００２１】前記金属基体１に取着されるセラミックス
枠体２は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウ
ム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体等の
セラミックスから成り、例えば、酸化アルミニウム質焼
結体から成る場合、主原料としての酸化アルミニウム粉
末及び焼結助剤としての酸化珪素粉末、酸化マグネシウ
ム粉末、酸化カルシウム粉末等を含む原料粉末に適当な
有機バインダー、溶剤、可塑剤等を添加混合して泥漿状
となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法や
カレンダーロール法等のシート成形技術を採用して複数
枚のセラミックグリーンシート（未焼成セラミックシー
ト）を得、次に前記セラミックグリーンシートのそれぞ
れに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれらを所定の
順に上下に積層してセラミックグリーンシート積層体と
なし、最後に前記セラミックグリーンシート積層体を高
温（約１６００℃）で焼成することによって製作され
る。

【００２２】前記セラミックス枠体２はその下面にタン
グステン、モリブデン等の高融点金属粉末から成るメタ
ライズ金属層５が被着形成されており、該メタライズ金
属層５と金属基体１上面とを銀ロウ等のロウ材を介して
ロウ付けすることによって金属基体１上に取着される。

【００２３】前記メタライズ金属層５はセラミックス枠
体２を金属基体１上にロウ付けする際の下地金属層とし
て作用し、タングステンやモリブデン等の高融点金属粉
末に適当な有機バインダー、溶剤を添加混合して得た金
属ペーストをセラミックス枠体２となるセラミックグリ
ーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所
定パターンに印刷塗布しておくことによってセラミック
ス枠体２の下面に被着形成される。

【００２４】また前記セラミックス枠体２を金属基体１
に銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けするには、金属基
体１の上面外周部にセラミックス枠体２を、間にシート
状の銀ロウ材を挟んで載置するとともにこれらを約８５
０℃の温度に加熱し、前記銀ロウ材を溶融させる方法が
採られる。この場合、金属基体１の下面には半導体集積
回路素子３の載置される載置部１ａを取り囲むように溝
４が形成されていることからセラミックス枠体２を金属
基体１にロウ付けする際に両者の熱膨張係数の相異に起
因して熱応力が発生してもその熱応力は金属基体１に形
成された溝４によって有効に吸収され、その結果、半導
体集積回路素子３が載置固定される載置部１ａが変形す
ることはなく、該載置部１ａに半導体集積回路素子３を
強固に固定することができるとともに半導体集積回路素
子３の各電極を後述するメタライズ配線層６に正確に電
気的接続することができる。また同時にセラミックス枠
体２に割れやクラックが発生することもない。

【００２５】更に前記金属基体１上にロウ付けされたセ
ラミックス枠体２はその内部にタングステン、モリブデ
ン等の高融点金属粉末から成るメタライズ配線層６が埋
設してあり、該メタライズ配線層６は半導体集積回路素
子３の各電極を外部リード端子７に接続する作用を為
し、その一端に外部リード端子７が、また他端には半導
体集積回路素子３の各電極がボンディングワイヤ８を介
して取着接続される。

【００２６】前記メタライズ配線層６はタングステン、
モリブデン等の高融点金属粉末から成り、前述のメタラ
イズ金属層５と同様の方法によってセラミックス枠体２
の内部に所定パターンに埋設される。

【００２７】前記セラミックス枠体２に埋設したメタラ
イズ配線層６はその一端に外部リード端子７が取着され
ており、該外部リード端子７は内部に収容する半導体集
積回路素子３の各電極を外部電気回路に電気的に接続す
る作用を為し、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッ
ケル合金等の金属材料で形成されている。

【００２８】かくして本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、セラミックス枠体２が取着された金属基
体１の載置部１ａに半導体集積回路素子３を接着剤を介
して載置固定し、半導体集積回路素子３の各電極をボン
ディングワイヤ８を介してメタライズ配線層６に接続す
るとともに蓋体９をセラミックス枠体２の上面に封止材
を介して接合することによって製品としての半導体装置
となる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、金属基体の下面で、セラミックス枠体の内側
に、半導体素子が載置される載置部を取り囲むように溝
を形成したことから、金属基体上面にセラミックス枠体
を銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けする際、金属基体
とセラミックス枠体との間に両者の熱膨張係数の相異に
起因する大きな熱応力が発生したとしても該熱応力は金
属基体に形成した溝に有効に吸収され、その結果、半導
体集積回路素子が載置される載置部に大きな変形を招来
することはなく、またセラミックス枠体に割れやクラッ
ク等が発生することもない。

【００３０】従って、本発明の半導体素子収納用パッケ
ージでは、金属基体の載置部に半導体集積回路素子を強
固に固定することが可能となるとともに半導体集積回路
素子の各電極を所定のメタライズ配線層に正確、且つ強
固に電気的接続することができる。

【００３１】また同時に半導体集積回路素子を気密に収
容するとともに半導体集積回路素子が作動時に発する熱
を大気中に良好に放散させることがてき、これによって
半導体集積回路素子を長期間にわたり正常、且つ安定に
作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの金属
基体の下面側からみた斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・金属基体 ２・・・・・・・・セラミックス枠体 ３・・・・・・・・半導体集積回路素子 ４・・・・・・・・溝 ６・・・・・・・・メタライズ配線層 ７・・・・・・・・外部リード端子 ９・・・・・・・・蓋体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に半導体素子が載置される載置部を有
   する銅から成る金属基体上に、前記載置部を囲繞するよ
   うにしてメタライズ配線層を有するセラミックス枠体を
   ロウ付けした半導体素子収納用パッケージであって、前
   記金属基体の下面で、セラミックス枠体の内側に、半導
   体素子が載置される載置部を取り囲むように溝を形成し
   た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】前記溝が金属基体の厚みの３分の１以上の
   深さであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素
   子収納用パッケージ。