JPH01253944A - 半導体装置用部品 - Google Patents
半導体装置用部品Info
- Publication number
- JPH01253944A JPH01253944A JP63081239A JP8123988A JPH01253944A JP H01253944 A JPH01253944 A JP H01253944A JP 63081239 A JP63081239 A JP 63081239A JP 8123988 A JP8123988 A JP 8123988A JP H01253944 A JPH01253944 A JP H01253944A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- cap
- aln
- alloy
- soft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、高熱伝導性を付与した高信頼性の半導体装置
用部品に関する。
用部品に関する。
[従来の技術]
高度の信頼性を要求される半導体対土用のキャップの材
料には、42アロイ、コバールなどの低膨脹性合金材料
もしくはAl2O3ムライトなどのセラミックス材料が
採用されている。その構造は、第2図並びに第3図に示
すとおりである。すなわち、図において、半導体素子3
はセラミックス基板4の上に搭載され、これにキャップ
lがかぶせであるが、特にキャップlが絶縁性のあるセ
ラミックス(例えばアルミナ、ムライトなど)であると
き、すなわち、第2図の場合はキャップlの周縁にスカ
ート状の低膨脹性合金材料の金属枠2を、又キャップ1
が導電性の低膨脹性合金材料よりなるとき、すなわち、
第3図の場合はキャップ1と半導体索子3との接触部に
絶縁層5を設けることによって、半導体索子3のリーク
電流を防ぐ構造となっている。なお、図中6はメタライ
ズ部、11はヒートシンクである。このような構造のた
め、高気密性で高信頼性のキャップが採用されていた。
料には、42アロイ、コバールなどの低膨脹性合金材料
もしくはAl2O3ムライトなどのセラミックス材料が
採用されている。その構造は、第2図並びに第3図に示
すとおりである。すなわち、図において、半導体素子3
はセラミックス基板4の上に搭載され、これにキャップ
lがかぶせであるが、特にキャップlが絶縁性のあるセ
ラミックス(例えばアルミナ、ムライトなど)であると
き、すなわち、第2図の場合はキャップlの周縁にスカ
ート状の低膨脹性合金材料の金属枠2を、又キャップ1
が導電性の低膨脹性合金材料よりなるとき、すなわち、
第3図の場合はキャップ1と半導体索子3との接触部に
絶縁層5を設けることによって、半導体索子3のリーク
電流を防ぐ構造となっている。なお、図中6はメタライ
ズ部、11はヒートシンクである。このような構造のた
め、高気密性で高信頼性のキャップが採用されていた。
[発明が解決しようとする問題点]
半導体素子の発熱量の増大に伴い、熱放散性の優れたキ
ャップの開発が急がれている。例えば高熱伝導性の金属
材料によるキャップを用いたとしても、前述のように絶
縁部分を設ける必要があり、コストが上昇するばかりで
なく、熱伝導性に問題が生じる。
ャップの開発が急がれている。例えば高熱伝導性の金属
材料によるキャップを用いたとしても、前述のように絶
縁部分を設ける必要があり、コストが上昇するばかりで
なく、熱伝導性に問題が生じる。
そこで、高熱伝導性でしかも絶縁性のある材料を用いた
キャップが注目されている。それらの候補材料としては
、Be01SiC,AlNが考えられるが、BeO,S
iCは毒性と供給不安定の点で問題がある。したがって
AlNが最もR力であるが、AlNを用いた半導体装置
用部品を作製するために、AlN表面の金属枠と接合す
る個所に金属処理を施した後、金属ろう付けで金属枠を
ろう付けする必要がある。
キャップが注目されている。それらの候補材料としては
、Be01SiC,AlNが考えられるが、BeO,S
iCは毒性と供給不安定の点で問題がある。したがって
AlNが最もR力であるが、AlNを用いた半導体装置
用部品を作製するために、AlN表面の金属枠と接合す
る個所に金属処理を施した後、金属ろう付けで金属枠を
ろう付けする必要がある。
金属ろう付け、例えば銀ろう(Ag−Cu)付けする場
合、AlNは室温から銀ろう付は温度(780℃)まで
の平均熱膨脹率が5.5X10−6に−1と小さいのに
対して、金属枠である鉄−ニッケル系合金の平均熱膨脹
率はl0XIO嶋に−1(コバール)〜IIX to−
6k ” (42アロイ)と極めて高い。このためA
lNキャップ内に大きな熱応力による歪が発生する結果
となり、AlNキャップにクラックや金属枠にソリや変
形が生じるため、寸法精度、気密性、信頼性の高い半導
体装置用部品を実現することはできなかった。
合、AlNは室温から銀ろう付は温度(780℃)まで
の平均熱膨脹率が5.5X10−6に−1と小さいのに
対して、金属枠である鉄−ニッケル系合金の平均熱膨脹
率はl0XIO嶋に−1(コバール)〜IIX to−
6k ” (42アロイ)と極めて高い。このためA
lNキャップ内に大きな熱応力による歪が発生する結果
となり、AlNキャップにクラックや金属枠にソリや変
形が生じるため、寸法精度、気密性、信頼性の高い半導
体装置用部品を実現することはできなかった。
そこで本発明は高発熱量の半導体素子を実装するため、
熱放散性のよいAlNキャップを用い、このAlNキャ
ップに金属枠を十分な接合強度で取り付け、ソリ、変形
が少なく、高い気密性、信頼性を有する半導体装置用部
品を提供することを目的とするものである。
熱放散性のよいAlNキャップを用い、このAlNキャ
ップに金属枠を十分な接合強度で取り付け、ソリ、変形
が少なく、高い気密性、信頼性を有する半導体装置用部
品を提供することを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段]
本発明は絶縁基板に搭載された半導体素子を気密に封止
するキャップが、軟金属層を介して低膨脹性金属製枠体
と窒化アルミニウム焼結体との接合により構成されてい
る半導体装置用部品である。
するキャップが、軟金属層を介して低膨脹性金属製枠体
と窒化アルミニウム焼結体との接合により構成されてい
る半導体装置用部品である。
上記において、金属製枠体の構造は、低熱膨脹性金属材
料と軟金属材料からなるもので、低膨脹性金属材料は、
42アロイ、コバール、Fe−Ni合金もしくはFe−
Ni−Co合金材料からなり、軟金属材料はCu、Fe
、Ni。
料と軟金属材料からなるもので、低膨脹性金属材料は、
42アロイ、コバール、Fe−Ni合金もしくはFe−
Ni−Co合金材料からなり、軟金属材料はCu、Fe
、Ni。
Alから選ばれた金属またはそれらの合金からなる。
半導体装置用部品はAlN、軟金属層そして低熱膨脂性
金属層の順の構造からなり、AlNとそれら一体の金属
枠との接合、あるいはそれぞれの金属枠を別々にろう付
されても作用としては変りない。
金属層の順の構造からなり、AlNとそれら一体の金属
枠との接合、あるいはそれぞれの金属枠を別々にろう付
されても作用としては変りない。
具体的構成を図面に基づいて説明すると、第1図はその
一例を示すもので、■はAlN製の基板で、その表面の
一部にメタライズ部6を形成し、このメタライズ部6に
低熱膨張性金属板8を軟金属板9を介して金属ろう 7
をもって接合しである。低熱膨張性金属板8の下端はセ
ラミックス基板4に接合されている。セラミックス基板
4には半導体素子3が搭載されている。
一例を示すもので、■はAlN製の基板で、その表面の
一部にメタライズ部6を形成し、このメタライズ部6に
低熱膨張性金属板8を軟金属板9を介して金属ろう 7
をもって接合しである。低熱膨張性金属板8の下端はセ
ラミックス基板4に接合されている。セラミックス基板
4には半導体素子3が搭載されている。
さらに、AlN製のキャップ1の上面には通常の如くヒ
ートシンク11が取付けてあり、半導体素子3で発生し
た熱は、キャップlを通してヒートシンク【1によって
発散され、冷却効果を高める。なお、メタライズ部6と
しては、従来から金属枠をセラミックス基板4にろう付
けする際に使用されているものでよく、例えばWlM
o 、 M o −M n ′:!FをAlN製キ中キ
ヤツプ時焼成あるいはポストメタライズするか、または
Ti、Cr、Ni等を真空蒸着やスパッタリングによっ
て形成する。
ートシンク11が取付けてあり、半導体素子3で発生し
た熱は、キャップlを通してヒートシンク【1によって
発散され、冷却効果を高める。なお、メタライズ部6と
しては、従来から金属枠をセラミックス基板4にろう付
けする際に使用されているものでよく、例えばWlM
o 、 M o −M n ′:!FをAlN製キ中キ
ヤツプ時焼成あるいはポストメタライズするか、または
Ti、Cr、Ni等を真空蒸着やスパッタリングによっ
て形成する。
また、使用する金属ろう 7としては、銀ろうが好まし
いが、低熱膨張性金属板8の金属材料やメタライズ層6
にろう材と濡れ性の良い金属の薄い被覆層を形成するこ
と等によって、両者を強固に接合できれば他のろう材で
あってもよい。さらに、銀ろうを用いる場合であっても
、メタライズ層にWを用いる場合など、必要に応じてそ
の上に薄いメツキ層を形成し、又、低熱膨張性金属板の
表面にも金属ろう 7の濡れ性を安定させるために、必
要に応じてメツキ層を予め形成しておくことが好ましい
。
いが、低熱膨張性金属板8の金属材料やメタライズ層6
にろう材と濡れ性の良い金属の薄い被覆層を形成するこ
と等によって、両者を強固に接合できれば他のろう材で
あってもよい。さらに、銀ろうを用いる場合であっても
、メタライズ層にWを用いる場合など、必要に応じてそ
の上に薄いメツキ層を形成し、又、低熱膨張性金属板の
表面にも金属ろう 7の濡れ性を安定させるために、必
要に応じてメツキ層を予め形成しておくことが好ましい
。
[作 用]
AlN製のキャップに、低熱膨張性金属材料と軟金属材
料からなる金属板をろう付けする場合、選ばれた低熱膨
張性金属材料でも、AlNとの熱膨張率が異なるために
、それらの間に介在した軟金属層が塑性変形することに
よって応力を緩和することができて、ソリ、変形が少な
くなり、高精度、高信頼性、高気密性の半導体装置部品
を提供することができた。
料からなる金属板をろう付けする場合、選ばれた低熱膨
張性金属材料でも、AlNとの熱膨張率が異なるために
、それらの間に介在した軟金属層が塑性変形することに
よって応力を緩和することができて、ソリ、変形が少な
くなり、高精度、高信頼性、高気密性の半導体装置部品
を提供することができた。
したがって、ろう付けされる表層部が軟金属材料である
C u s F e ) N l % A Iの金属あ
るいはそれらの合金からなり、それを介して低熱膨張性
金属材料である42アロイ(Fe −42%Ni)、コ
バール(Fe−29%Ni−17%Co)などのFe−
Ni系合金の金属板とAlN製キ中キヤツプろう付けし
た場合、熱応力が緩和されるために、接合強度が十分高
く、信頓性のある半導体装置用部品が得られる。
C u s F e ) N l % A Iの金属あ
るいはそれらの合金からなり、それを介して低熱膨張性
金属材料である42アロイ(Fe −42%Ni)、コ
バール(Fe−29%Ni−17%Co)などのFe−
Ni系合金の金属板とAlN製キ中キヤツプろう付けし
た場合、熱応力が緩和されるために、接合強度が十分高
く、信頓性のある半導体装置用部品が得られる。
例えば、軟金属材料としてCuと低熱膨張性金属材料と
してコバールとの組合せからなる金属板をAlN製キ中
キヤツプろう付けする場合、銀ろう付は温度の780℃
ないしさらに高温から約200℃までの温度範囲におい
て、Cuが塑性変形してコバールとAlNとの間で発生
した応力を緩和する。したがって、Cuは熱膨張率が1
8X 10°6に−1とAlNのそれに比べて極めて大
きいにも拘らず、熱応力による歪を殆ど発生することが
ない。CuをAgろう付けする場合、Tめ、Cu表面に
Niめっき処理を施しておくとさらに良い。また、Cu
が無酸素銅である場合に、熱応力緩和効果は特に顕著で
ある。また、低熱膨張性金属材料として42アロイ、コ
バールはキャップ材料として工業的に適しているのみで
なく、その熱膨張率が金属材料中でAlNの熱膨張率に
近いので効果的である。又、金属枠体を軟金属板を介し
た低熱膨張性金属板とするのは、軟金属材料のみでは、
それ自体強度が低く、実用上問題があるからである。こ
のため、低熱膨張性金属材料と軟金属材料との組合せに
よる金属枠体を用いることによって、AlN製キ中キヤ
ツプ属枠体を十分な接合強度で接合せしめることができ
、しかも、高気密性(〜X 10−” atm−cc
/5ee) 、高精度、高信頼性のものが得られる。
してコバールとの組合せからなる金属板をAlN製キ中
キヤツプろう付けする場合、銀ろう付は温度の780℃
ないしさらに高温から約200℃までの温度範囲におい
て、Cuが塑性変形してコバールとAlNとの間で発生
した応力を緩和する。したがって、Cuは熱膨張率が1
8X 10°6に−1とAlNのそれに比べて極めて大
きいにも拘らず、熱応力による歪を殆ど発生することが
ない。CuをAgろう付けする場合、Tめ、Cu表面に
Niめっき処理を施しておくとさらに良い。また、Cu
が無酸素銅である場合に、熱応力緩和効果は特に顕著で
ある。また、低熱膨張性金属材料として42アロイ、コ
バールはキャップ材料として工業的に適しているのみで
なく、その熱膨張率が金属材料中でAlNの熱膨張率に
近いので効果的である。又、金属枠体を軟金属板を介し
た低熱膨張性金属板とするのは、軟金属材料のみでは、
それ自体強度が低く、実用上問題があるからである。こ
のため、低熱膨張性金属材料と軟金属材料との組合せに
よる金属枠体を用いることによって、AlN製キ中キヤ
ツプ属枠体を十分な接合強度で接合せしめることができ
、しかも、高気密性(〜X 10−” atm−cc
/5ee) 、高精度、高信頼性のものが得られる。
なお、CuSCu合金のほかに、軟金属としてNi、F
e、Alまたはこれらの合金の効果が大である。ただ、
Alの場合は、低融点ろう材でろう付けする場合、顕著
な効果が認められた。
e、Alまたはこれらの合金の効果が大である。ただ、
Alの場合は、低融点ろう材でろう付けする場合、顕著
な効果が認められた。
[実施例コ
A I N (lonm平方、厚さ3+ua)のキャッ
プの周囲に形成したWからなるメタライジング層にNi
メツキを施した後、厚さ 0.ln+mの表1に示す金
属枠体をそれぞれ銀ろう付けしたく830℃)。
プの周囲に形成したWからなるメタライジング層にNi
メツキを施した後、厚さ 0.ln+mの表1に示す金
属枠体をそれぞれ銀ろう付けしたく830℃)。
ただし、金属枠体の表層部にCuを用いる場合はろう付
は前に予めNiメツキ処理を行った。
は前に予めNiメツキ処理を行った。
これらの試料についてソリの大きさ、気密性を4−1定
し、併せて組織観察を行った。ソリの大きさは第4図に
示すaの大きさであり、気密性は第5図に示すように、
キャップをHeガス雰囲気におき、キャップ内部を真空
排気することによるHeリークチエツク法で測定した。
し、併せて組織観察を行った。ソリの大きさは第4図に
示すaの大きさであり、気密性は第5図に示すように、
キャップをHeガス雰囲気におき、キャップ内部を真空
排気することによるHeリークチエツク法で測定した。
組織観察はAlN製のキャップ1およびそれと 8.9
からなる金属枠体lOとの接合部をSEM、OMにより
観察し、クラック、欠陥の有無を調べた。
からなる金属枠体lOとの接合部をSEM、OMにより
観察し、クラック、欠陥の有無を調べた。
結果を表1に示す。
表1
[発明の効果]
本発明によれば、高熱伝導性を付与したA1N製のキャ
ップに対して金属枠体を高精度(ソリ、変形が少ない)
で接合でき、高気密性、高信頼性を有する半導体装置部
品が得られる。
ップに対して金属枠体を高精度(ソリ、変形が少ない)
で接合でき、高気密性、高信頼性を有する半導体装置部
品が得られる。
第1図は本発明の詳細な説明図、第2図、第3図は従来
例の説明図、第4図はソリの試験についての説明図、第
5図は気密性試験の説明図である。 ■・・・AlN基板、2・・・金属枠、3・・・半導体
素子、4・・・セラミックス基板、5・・・絶縁層、6
・・・メタライジング部、7・・・金属ろう、8・・・
低膨張性金属板、9・・・軟金属板、10・・・金属枠
体、11・・・ヒートシンク。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人 弁理士 小 松 秀 岳
例の説明図、第4図はソリの試験についての説明図、第
5図は気密性試験の説明図である。 ■・・・AlN基板、2・・・金属枠、3・・・半導体
素子、4・・・セラミックス基板、5・・・絶縁層、6
・・・メタライジング部、7・・・金属ろう、8・・・
低膨張性金属板、9・・・軟金属板、10・・・金属枠
体、11・・・ヒートシンク。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人 弁理士 小 松 秀 岳
Claims (2)
- (1)絶縁基板に搭載された半導体素子を気密に封止す
るキャップが、低膨脹性金属製枠体と窒化アルミニウム
焼結体とが軟金属材料を介して接合により構成されてい
ることを特徴とする半導体装置用部品。 - (2)低熱膨脹性金属材料は、42アロイ、コバール、
Fe−Ni合金もしくはFe−Ni− Co合金材料であり、軟金属材料はCu、 Fe、Ni、Alから選ばれた金属またはそれらの合金
からなる請求項(1)記載の半導体装置用部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081239A JPH01253944A (ja) | 1988-04-04 | 1988-04-04 | 半導体装置用部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081239A JPH01253944A (ja) | 1988-04-04 | 1988-04-04 | 半導体装置用部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01253944A true JPH01253944A (ja) | 1989-10-11 |
| JPH0581184B2 JPH0581184B2 (ja) | 1993-11-11 |
Family
ID=13740879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63081239A Granted JPH01253944A (ja) | 1988-04-04 | 1988-04-04 | 半導体装置用部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01253944A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01176939U (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-18 | ||
| JPH0361345U (ja) * | 1989-10-19 | 1991-06-17 |
-
1988
- 1988-04-04 JP JP63081239A patent/JPH01253944A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01176939U (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-18 | ||
| JPH0361345U (ja) * | 1989-10-19 | 1991-06-17 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0581184B2 (ja) | 1993-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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