JPH0236553A - 半導体装置用部品間の接続構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、半導体装置用部品間の接続構造に関し、特
に高発熱量の半導体素子、たとえば、ハイパワートラン
ジスタ、レーザダイオード等を実装するための高熱伝導
性が要求される半導体装置用部品間の接続構造に関する
ものである。

［従来の技術］ 半導体素子を実装するために構成される半導体装置用部
品間の接続構造は、一般的には、絶縁基材とそれに接合
される接合部材とから構成される。

−例を挙げれば、その接続構造は、半導体素子がその上
に載せられる絶縁基板と、その絶縁基板の上で配線回路
等が形成された所定の部分に銀ろう等を用いたろう接に
よって接続されたリードフレーム、あるいはその絶縁基
板に銀ろう等を用いたろう接によって接続されたヒート
シンクとから構成される。この場合、絶縁基板には一般
的に、半導体素子と絶縁を保つために電気絶縁性、機械
的強度および半導体素子からの発熱を放散するために熱
伝導性が高いことが要求される。また、リードフレーム
としては、その電気抵抗か小さいこと、および機械的強
度が高いことが要求される。さらに、ヒートシンクとし
ては、その熱伝導性が高いことが要求される。

このような半導体装置用部品間の接続構造、たとえば、
半導体装置用パッケージ、電子部品等に用いられる絶縁
基板の材料としては、従来より、アルミナ（ＡＬＯ３）
が上記の特性を満足するものとして一般的に選択されて
いる。また、絶縁基数に接続されるべき各種金属材料等
としては以下のものか挙げられる。たとえば、リードフ
レームと［、では、上記の特性を満足するものとして商
品名コバール（Ｆｅ−２９重重二Ｎｉ−１７重量％Ｃｏ
合金）、４２７０イ（Ｆ　ｅ　−４２重量％Ｎｉ合金）
などの鉄−ニッケル系合金か一般的に選択されている。

ヒートシンクとしては、上記の特性を満足するものとし
て、銅−タングステン合金（Ｗ−１０〜２０重ｆｆ１９
６　Ｃｕ合金）が一般的に選択されている。［化学工業
Ｊ１９８４年３月号特集エレクトロセラミックス、　「
セラミック基板とＩＣパンケージｊｐ、５９〜６７に開
示されているように、アルミナからなる絶縁基板上に配
線回路として形成された金属化層の部分に、商品名コバ
ールからなるリードフレームか銀ろう等によってろうづ
けされた接続構造が半導体装置搭載用基板に用いられて
いる。

第４Ａ図は従来の上述のような構成を何する半導体装置
用部品間の接続構造の一例を示す平面図、第４Ｂ図はそ
の断面図、第４Ｃ図はリードフレーム３とアルミナから
なる基板１との接合部を詳細に示す断面図である。

図において、この″ｆ−導体装置用部品間の接続構造は
、アルミナからなる基板１の表面の一部には金属化層２
が形成され、この金属化層２にはリードフレーム３が金
属ろう等でろうづけされて接合されている。また、この
括仮１の所定位１ｕには高発熱量の電界効果型トランジ
スタＣＦＥＴ）等の半導体索子４が搭載され、金属化層
２またはリードフレーム３とボンディングワイヤ５で結
線されている。さらに、基板１の裏面にはタングステン
合金、たとえば、銅−タングステン合金からなるヒート
シンク６が取付けられている。また、第４Ｃ図に示すよ
うに、基板１とリードフレーム３との接合部は、金属化
層２の上に薄いめっき層７が形成され、リードフレーム
３の表面には金属ろう９の濡れ性を安定させるために、
必要に応じてめっき層８が形成されている。

また、半導体装置用部品間の接続構造の他の例として、
絶縁基板に載せられた半導体素子を気密に封止するため
のキャップを挙げることができる。

高度の信頼性が要求される半導体素子封止用のキャップ
の材料には、４２アロイ、商品名コバール等の低熱膨張
性合金材料、もしくはアルミナ、ムライト等のセラミッ
クス系材料か採用されている。

その構造は、第５Ａ図および第５Ｂ図に示すとおりであ
る。すなわち、図において、半導体素子４はセラミック
基板１０１の上に搭載され、この上にカバー部材１１が
被せられている。特に、カバー部材１１が絶縁性のセラ
ミックスから構成されるとき、すなわち、第５Ａ図に示
される場合、カバー部材１１の周縁にスカート状の金属
枠１１１が設けられている。また、カバー部材１１が導
電性を有する合金材料であるとき、すなわち、第５Ｂ図
に示される場合、カバー部材１１と半導体素子４との間
の接触部には絶縁層１１２が設けられている。上記のよ
うに絶縁物を設けることによって、このキャップは半導
体素子４のリーク電流を防ぐ構造を有するように形成さ
れている。なお、各図中において各接合箇所には金属化
層２が形成され、カバー部材１１の上には熱放散性を高
めるためにヒートシンク６か設けられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、アルミナは電気絶縁性および機械的強度
に優れている反面、熱伝導率が１７Ｗｍ−’に一’　と
小さいために熱放散性が悪く、たとえば、高発熱量の電
界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等を搭載するためには
不適当である。高発熱量の半導体素子を搭載するために
、熱伝導率が２６０Ｗｍ−’　Ｋ−’　と高いベリリア
（Ｂ　ｅ　Ｏ）を用いた絶縁基板も存在するが、ベリリ
アは毒性かあり、使用上の安全対策が煩雑であるという
問題点がある。

そこで、最近では、高発熱量の半導体素子搭載用の絶縁
基板として、熱伝導率がベリリアとほぼ同等で、２００
Ｗｍ−’　Ｋ−’　と高い上に毒性かなく、また、アル
ミナと同等の電気絶縁性や機械的強度を有する窒化アル
ミニウム（ＡＱＮ）が有望視されている。

しかしながら、窒化アルミニウム基板にリードフレーム
を金属ろうづけ、たとえば、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ）づけ
する場合、窒化アルミニウムは室温から銀ろうづけ温度
（７８０℃）までの平均熱膨張率が４．３Ｘ１０−６に
−’　と小さいのに対して、リードフレームである鉄−
ニッケル系合金の平均熱膨張率はｌ０ＸＩＯ−’に一’
　　（コバール）、ｌｌＸｌ０−６に一’　　（４２７
０イ）と極めて高い。このため、この熱膨張率の差によ
り、窒化アルミニウム基板へのリードフレームの銀ろう
づけ時の冷却過程で窒化アルミニウム基板内に残留応力
としての大きな熱応力による歪が発生する結果となる。

したがって、リードフレームを基板から引き剥がす方向
に引張ると容易に破断が起こり、十分なリードフレーム
接合強度が得られないという問題点があった。

また、半導体素子の発熱量の増大に伴ない、熱放散性の
優れたキャップの開発が急がれている。

たとえば、高熱伝導性の金属材料によるキャップが用い
られたとしても、前述のように絶縁部分を設ける必要か
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に優る材料を用いた
キャップが注目されている。それらの候補材料としては
、ベリリア（Ｂｅｌｌ、　　シリコンカーバイド（Ｓ　
ｉ　Ｃ）　、窒化アルミニウム（ＡｆＬＮ）か考えられ
る。しかし、ベリリア、シリコンカーバイドは毒性と供
給不安定および電気的特性の点で問題を有する。したが
って、窒化アルミニウムが最も有力であるが、窒化アル
ミニウムをカバー部材として用いたキャップを製造する
ためには、窒化アルミニウムからなるカバー部材の表面
において枠部材と接合されるべき箇所に金属化処理を施
した後、金属ろうづけによってカバー部材と枠部材とを
ろう接する必要がある。

しかしながら、金属ろうづけ、たとえば、銀ろう（Ａｇ
−Ｃｕ）づけする場合、上述のように窒化アルミニウム
は室温から銀ろうづけ時の温度（７８０℃）までの平均
熱膨張率が４．３Ｘ１０−６に−１と小さいのに対し、
枠部材として一般的に用いられる低熱膨張性の鉄−ニッ
ケル系合金の平均熱膨張率はｌ０ＸＩＯ−’に一部　　
（コバール）〜ｌｌＸｌ０−６に一部　　（４２アロイ
）と極めて高い。このため、窒化アルミニウムからなる
カバー部材内に大きな熱応力による残留歪が発生する結
果となる。その残留歪によって窒化アルミニウムからな
るカバー部材にクラックが生じ、枠部材に反りや変形が
生じるため、寸法精度、気密性、信頼性の高いキャップ
を提供することはてきないという問題点があった。

さらに、高熱伝導性が要求される半導体パッケージには
、放熱基板としてのＣｕ−Ｗ合金板と、高放熱性絶縁基
板としてのベリリア（Ｂｅｄ）とか用いられている。し
かしながら、ベリリアに代えて窒化アルミニウムからな
る絶縁基板を用いるにあたって、金属化処理が施された
窒化アルミニウム基板を銀ろうづけによって銅−タング
ステン合金板と接続する場合には、窒化アルミニウム基
板にクラックが生じたり、あるいは銅−タングステン合
金板に反りが生じるという新たな問題が起こってきた。

アルミナからなる封止のためのキャップと窒化アルミニ
ウム基板とをろうづけによって封着をすることが試みら
れているが、この場合においてもアルミナや窒化アルミ
ニウムからなるセラミック部材にクラックや反りが生じ
るために封着を行なうことが困難であった。

また、ハイパワー半導体モジュール用の放熱基板として
、窒化アルミニウム基板の両面に銅板を温度９００℃程
度において活性金属ろうを用いることによってろうづけ
が試みられている。しかしながら、この場合においても
、ろうづけされた後、サンプルの一部で窒化アルミニウ
ムにクラックが認められた。クラックが認められないサ
ンプルについても、−５５℃〜＋１５０℃で各５分間、
ヒートサイクル試験を行なったところ、サイクル数が１
００回に満たないうちに窒化アルミニウムにクラックの
発生、銅板の剥離が認められた。

以上の問題点を要約すれば、窒化アルミニウムからなる
セラミック部材と、金属材料や他のセラミック材料から
なる、窒化アルミニウムと異なる材料からなる部材との
ろうづけ時、またはその接続された部材のヒートサイク
ル試験等の信頼性評価において、クラック、割れ、剥離
、反り等が生じることである。たとえば、銀ろうづけが
施される場合、上述のように、窒化アルミニウムは室温
から銀ろうづけ温度（７８０°Ｃ程度）までの平均熱膨
張率が比較的小さいのに対し、コバール等の低熱膨張性
金属の平均熱膨張率は極めて高い。

方、銅−タングステン合金やアルミナ等の塑性変形し難
い材料の熱膨張率は６．５〜９Ｘ１０−６に−１であり
、それらのヤング率は２９０００〜３７０００ｋｇ／ｍ
ｍ２と大きい。コノため、窒化アルミニウムとこれらの
異種材料とがろうづけされた場合、そのろう接待の冷却
過程において極めて大きい熱応力が発生することになる
。したがって、この熱応力が、ろうづけ時においてクラ
ックの発生をもたらし、あるいは残留応力として部村内
に存在するため、ヒートサイクル試験等の信頼性評価に
おいてもその信頼性が乏しくなるものと考えられる。

そこで、この発明は、高発熱量の半導体素子を実装する
ために熱放散性の良い窒化アルミニウムからなる部材を
用い、この部材に接続部材を十分な接合強度で接合させ
ることができるとともに、窒化アルミニウムと異なる材
料との接合においてクラックや割れが発生することなく
、変形も少なく、極めて信頼性の高い半導体装置用部品
間の接続構造を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の１つの局面によれば、半導体装置用部品間の
接続構造は、その上に半導体素子が載せられるべき主表
面を有する窒化アルミニウムからなる基材と、この基材
に接合されるべきものであり、窒化アルミニウムと異な
る材料を主材料とする接続部材と、緩衝材と、基材と緩
衝材と接続部材とを接合するろう接材とを備えている。

緩衝材は、基材と接続部材との間に介在し、ろう接待の
冷却過程で、基材と接続部材との熱膨張率の差によって
発生する熱応力を緩和するように、塑性変形能の高い軟
質金属材料からなる軟質金属層と、その軟質金属層によ
って挾まれたモリブデンおよびタングステンの少なくと
もいずれかの金属を含む金属層とからなる三層構造を有
するものである。

好ましくは、軟質金属材料は、銅、銅合金、アルミニウ
ム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄お
よび鉄合金からなる群より選ばれたいずれかの材料であ
ればよい。また、接続部材は鉄−ニッケル−コバルト合
金、銅−タングステン合金からなるものがよい。

また、この発明のもう１つの局面によれば、半導体装置
用部品間の接続構造として、絶縁基板に載せられた半導
体素子を気密に封止するためのキャップが提供される。

このキャップは、半導体素子を保護するようにその上方
に設けられ、窒化アルミニウムからなるカバー部材と、
そのカバー部材の下方に位置する半導体素子を取囲むよ
うにカバー部月に接合されるべきものであり、窒化アル
ミニウムと異なる材料を主材料とする枠部材と、緩衝材
と、カバー部材と緩衝材と枠部材とを接合するろう接材
とを備えている。緩衝材は、カバー部材と枠部材との間
に介在し、ろう接待の冷却過程で、カバー部材と枠部材
との熱膨張率の差によって発生する熱応力を緩和するよ
うに、塑性変形能の高い軟質金属材料からなる軟質金属
層と、その軟質金属層によって挾まれたモリブデンおよ
びタングステンの少なくともいずれかの金属を含む金属
層とからなるもである。

［作用コ ろうづけ時に発生する熱応力を低減せしめる１つの方法
として、窒化アルミニウムからなる部材と異種材料から
なる部材との間にインサート材として緩衝材を挿入する
ことが考えられる。この緩衝材は大別して２種に区分さ
れる。その１つは極めて塑性変形能に優れた銅やニッケ
ル等の軟質金属材料からなる緩衝材、もう１つは窒化ア
ルミニウムとほぼ等しい熱膨張率を有し、かつ塑性変形
し難い金属材料、たとえば、モリブデンまたはタングス
テンを含む金属材料からなる緩衝材が提案されている。

つまり、それらの接合方法は、（ｉ）異種材料窒化アル
ミニウム間に発生する熱応力を軟質金属材料が塑性変形
することによって吸収する方法、（１１）窒化アルミニ
ウムと熱膨張率がほぼ等しいモリブデンまたはタングス
テン等を含む金属材料をインサート材として介在させる
ことにより、異種材料−インサート材間において熱応力
が発生するものの、インサート材−窒化アルミニウム間
においてはそれらの熱膨張率がほぼ等しいので、発生し
た熱応力が窒化アルミニウムに及ばないようにする方法
である。

しかしながら、前者の軟質金属材料からなる緩衝材をイ
ンサートする方法のみでは発生する熱応力を十分吸収す
ることができないことがある。インサート材の厚みが薄
ければ、その塑性変形能が乏しく、また、厚すぎれば、
その塑性変形能に富むが、インサート月自体の熱応力が
無視し得なくなり、窒化アルミニウム部材に悪影響を及
ぼす。

したがって、最適の厚みが存在するが、熱応力の吸収を
十分図ることが可能なインサート材を軟質金属材料のみ
で構成することは困難である。

また、モリブデンまたはタングステン等の剛直なインサ
ート材を用いた接合方法においても、異種材料−インサ
ート材間の熱膨張率の差が大きいと、インサート材自身
が弾性変形する場合がある。

さらに、モリブデンまたはタングステンは、そのヤング
率が非常に大きいため、変形量が小さくても発生する応
力が大きい。このことが、窒化アルミニウム部材に亀裂
やクラックを発生せしめる原因となる。このような問題
は、モリブデンまたはタングステン等からなるインサー
ト材の厚みを大きくすることによって解決され得る。し
かしながら、半導体装置の設計上の寸法の制約等により
、インサート材の厚みを大きくすることは困難である。

したかって、本願発明者等は鋭意研究により、軟質金属
材料のみ、またはモリブデン等の塑性変形し雌い金属材
料のみからなるインサート材を窒化アルミニウム部材と
異種材料からなる部材との間に介在させた場合よりも、
そのインサート材の厚みが薄く、しかもそのインサート
材のもたらす熱応力緩和効果が大きく、変形、反りが少
なく、かつクラックが発生することのない信頼性の高い
接続構造を提供することができた。つまり、接続部分の
断面構造は、窒化アルミニウム／軟質金属層／モリブデ
ンおよびタングステンの少なくともいずれかの金属を含
む金属層／軟質金属層／異種材料で構成される。この場
合、緩衝材としてインサートされる材料は、各単板をろ
うづけすることによって構成されてもよく、クラツド材
、つまり一体型のインサート祠として介在させてもよい
。

また、部材を接合するためのろう接材は銀ろう、金ろう
、半田等のいずれの材料からなるものでもよく、限定さ
れない。

たとえば、窒化アルミニウム焼結体からなる基材と、コ
バールからなる接続部材どしての金属枠とを銀−銅ろう
でろう接する場合、軟質金属層／モリブデンまたはタン
グステンを含む金属層／軟質金属層を釘する緩衝材とし
て、銅／モリブデン／銅から構成されるクラツド材を選
択することができる。この場合の部分構造の断面構造は
、窒化アルミニウム／銅／モリブデン／銅／コバールか
う構成される。コバールとモリブデンの熱膨張率の差に
よって発生する熱応力は、その間に介在させられた銅層
が塑性変形することによって低減せしめられる。また、
モリブデンはそのヤング率が３３０００１ｃ　ｇ／ｍｍ
２　と非常に大きく、塑性変形し難いので、コバールと
の間に発生する熱応力がモリブデン層に集中し、窒化ア
ルミニウムに及ぼし難いと考えられる。しかしながら、
その熱応力によってモリブデンの弾性変形が若干引き起
こされると、その歪によって窒化アルミニウムに熱応力
が及ぶ可能性が存在する。そのため、この熱応力を低減
せしめるために、塑性変形能の高い銅層を窒化アルミニ
ウム−モリブデンの間にも介在させる。これによって、
窒化アルミニウムに熱歪の影響がほとんど及ばないよう
にすることが可能となる。このようにして、ろうづけ時
の熱歪の少ない窒化アルミニウム部材と異押祠料との接
合構造が得られる。また、信頼性試験、たとえば、５５
℃〜＋１５０℃のヒートサイクル試験において、この温
度サイクルによって発生する熱歪が銅の塑性変形によっ
て緩和されることが可能となる。

こ場合、銅層は窒化アルミニウムまたはモリブデンと固
着されているため、銅の熱膨張も抑えられ、ヒートサイ
クルにおける信頼性は格段に向上する。

以上のように、この発明に従った半導体装置用部品間の
接続構造においては、緩衝材を構成する軟質金属層はそ
の塑性変形によって、ろう接待およびヒートサイクルに
おける熱応力を低減せしめる。また、緩衝材を構成する
モリブデンおよびタングステンの少なくともいずれかの
金属を含む金属層は、異種材料との熱応力を窒化アルミ
ニウム部材に及ぼさないように働く。

また、この発明に従った接続１１４造においては用いら
れる緩衝材の厚みを薄くすることが可能である。たとえ
ば、窒化アルミニウム部材とコバールからなる金属枠と
のろう接においては、信頼性、反り、クラック等の試験
を満足する緩衝材の厚みは、８１層のみでは０．５ｍｍ
、モリブデン層のみでは０．４ｍｍである。この発明に
従って、緩衝材を銅／モリブデン／銅の三層構造で構成
すると、各層の厚みは０．０５１０．１１０．０５ｍｍ
であり、緩衝材全体の厚みは０．２ｍｍである。したか
って、半導体装置の設計に厳しい制約が課される場合に
も本発明は適用され得る。

［実施例］ この発明の１つの局面による半導体装置用部品間の接続
構造の一実施例、たとえば、リードフレームと緩衝材と
窒化アルミニウム基板との接続１を造について図を用い
て説明する。

第１Ａ図は半導体装置搭載用基板として用いられた一実
施例を示す平面図、第１Ｂ図はその断面図、第１Ｃ図は
リードフレーム３と窒化アルミニウムからなる基板１と
の接合部を詳細に示す断面図である。

図において、この接続構造は、焼結体としての窒化アル
ミニウムからなる基板１の表面の一部には金属化層２が
形成され、この金属化層２にはリードフレーム３が金属
ろう等でろうづけされて接合されている。金属化層２と
リードフレーム３との間には、その表面にニッケルめっ
き層が形成された緩衝材１３が介在している。この緩衝
材は銅等の軟質金属層と、その軟質金属層によって挾ま
れたモリブデンまたはタングステンを含む金属層とから
なる三層構造を有する。また、窒化アルミニウム基板１
の所定位置には高発熱量のＦＥＴ等の半導体素子４が搭
載され、金属化層２またはリードフレーム３とボンディ
ングワイヤ５で結線されている。

さらに、窒化アルミニウム基板１の裏面にはタングステ
ン合金、たとえば銅−タングステン合金からなるヒート
シンク６が取付けられている。このヒートシンク６と窒
化アルミニウム基板１との接合においても、窒化アルミ
ニウム基板１−リードフレーム３間と同様に本発明に従
った緩衝材が介在させられる。

また、第１Ｃ図に示すように、窒化アルミニウム基板１
とリードフレーム３との接合部は、金属化層２上に薄い
めっき層７が形成され、リードフレーム３が、金属ろう
９の濡れ性を安定させるために、必要に応じてコバール
等からなる金属層２３の外周面にめっき層８が形成され
たものからなる。

また、この発明に従った半導体装置用部品間の接続構造
が適用されるキャップの構造について図を用いて説明す
る。

第２図はその一例を示す断面図である。窒化アルミニウ
ム焼結体からなるカバー部材１１の周縁側部表面には金
属化層２が形成されている。この金属化層２には、銅等
の軟質金属層とモリブデンまたはタングステンを含む金
属層との三層構造からなる緩衝材１３０を介して、金属
ろう９によって、鉄−ニッケル系合金の金属層２３０の
みから構成される枠部材３０が接合されている。枠部材
３０の下端はセラミック基板１０１に金属化層２を介し
て接合されている。セラミック基板１０１には半導体素
子４が搭載されている。さらに、カバー部材１１の上面
にはヒートシンク６が取付けられることにより、半導体
素子４で発生した熱はカバー部材１１を通してヒートシ
ンク６によって発散され、その冷却効果が高められる。

また、使用される金属ろう９としては、銀ろうが好まし
いが、枠部材３０の接合面や金属化層２の上にろう接材
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、他のろう接材であっ
てもよい。このめっき層が果たす役割は、上述のリード
フレームと窒化アルミニウム基板との接続構造の実施例
において説明したとおりである。

実施例１ 各試料としての窒化アルミニウム焼結基板にメタライジ
ング処理が施された。窒化アルミニウム焼結基板の大き
さは口２０ｍｍＸｔ１．５ｍｍであった。メタライジン
グ処理により形成された金属化層の表面には膜厚２μｍ
の二；ノケルめつき層が形成された。そして、第１表に
示される緩衝材を介在させて、窒化アルミニウム焼結基
板と、口２０ｍｍＸｔ１．Ｏｍｍの大きさを有する銅−
タングステン合金板とを温度８３０℃の水素雰囲気中に
おいて、ろう接材として銀−銅を用いてろうづけした。

緩衝ヰ」を構成する各金属層の厚みは第１表に示されて
いる。

このようにして得られた各接合部材をヒートサイクル試
験（−５５〜＋１５０°Ｃ，１００サイクル）の前後に
おいて、実体顕微鏡および走査型電子顕微鏡を用いて、
その接合構造の断面におけるクラックの有無を調べた。

その結果は第１表に示されている。なお、第１表中、Ｏ
はクラックの発生が認められなかったことを示し、×は
クラックが発生したことを示している。また、試料Ｎｏ
。

５〜８は比較例を示す。

第１表によれば、この発明に従った構成を有する緩衝材
を用いて窒化アルミニウム焼結基板と銅−タングステン
合金板とを接合した場合、クラックの発生が全く認めら
れなかった。特に、ヒートサイクル試験後においては、
本発明に従った接合部材にクラックの発生は認められな
かった。

実施例２ 実施例１と同様に各試料を準備し、低融点ろう接材とし
てアルミニウムーシリコンを用いて温度５５０℃の水素
−窒素雰囲気中においてろうづけした。各試料において
用いられた緩衝材の構成および厚みは第２表に示されて
いる。

得られた各試料の接合部材において実施例１と同様にク
ラックの発生の有無を調べた。その結果は第２表に示さ
れている。試料Ｎｏ、３．４は比較例を示す。第２表に
よれば、本発明に従った構成を有する緩衝材を用いて窒
化アルミニウム焼結基板と銅−タングステン合金板とを
接合すれば、ヒートサイクル試験の前後においてクラッ
クの発生が全く認められないことが理解される。

（以下余白） 実施例３ 第３図はカバー部材１１と枠部材３０とが接合されたキ
ャップとして準備された各試料の側断面を示す。第３図
を参照して、窒化アルミニウムからなる厚み１ｍｍの円
形状カバー部材１１の外周側面にタングステン・メタラ
イジング処理が施された。金属化層２が形成されたカバ
ー部材１１の外周側面には、さらにニッケルめっき処理
が施された。その後、第３表に示される各種の緩衝材１
３０を介在させて、コバールの金属層２３０のみからな
る枠部材３０とカバー部材１１とが、温度８５０℃の水
素雰囲気中において銀ろうづけされた。このようにして
得られた各試料の枠部材３０の内径は２０ｍｍφであり
、その肉厚は０．２ｍｍであった。

このようにして得られた各試料について、実施例１と同
様に信頼性評価試験が行なわれた。その結果は第３表に
示されている。また、キャップとしての各試料の気密性
を評価するために、Ｈｅリークチエツク法によって気密
性評価試験が行なわれた。この結果も第３表に示されて
いる。なお、第３表中、○はクラック発生なし、または
気密性が良好であることを示し、×はクラック発生有り
、または気密性が不良であることを示す。試料Ｎｏ。

５．６．７は比較例を示す。

第３表によれば、この発明に従った構成を有する緩衝材
を用いれば、クラックの発生は認められず、気密性にお
いても良好なキャップを得ることができた。

（以下余白） 実施例４ 窒化アルミニウム焼結基板の両面にタングステン・メタ
ライジング処理が施された。そのメタライジング処理が
施された表面にはニッケルめっき処理がさらに施された
。このようにして処理された窒化アルミニウム焼結基板
の各試料に、第４表に示される構成を有する金属板か、
温度９２０℃の水素雰囲気中において、ろう接材として
銀−銅を用いてろうづけされた。このようにして、ハイ
パワー半導体モジュール用基板が作製された。

得られた各基板について実施例１と同様にヒートサイク
ル試験を行ない、クラックの発生の有無を調べた。その
結果は第４表に示される。試料Ｎｏ、３は比較例を示す
。

第４表によれば、この発明に従った構成を有する金属板
を窒化アルミニウム焼結基板に接合すると、ヒートサイ
クル試験の前後においてクラックの発生が全く認められ
ないハイパワー半導体モジュール用基板を作製すること
ができた。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば窒化アルミニウム部材
と異種材料からなる部材とを接合する上において、軟質
金属層と、その軟質金属層によって挾まれたモリブデン
またはタングステンを含む金属層とからなる三層構造を
有する緩衝材を介在させることによって、信頼性の高い
半導体装置用部品間の接続構造を提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図はこの発明に従った半導
体装置用部品間の接続構造の一実施例、たとえば、リー
ドフレームと緩衝材と窒化アルミニウムＩＪ、板との接
合構造を示す平面図、断面図である。 第２図はこの発明に従った半導体装置用部品間の接続構
造としてキャップに適用された一実施例を示す断面図で
ある。 第３図は実施例３において準備されるキャップとしての
各試料を示す側断面図である。 第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図は従来の半導体装置用部
品間の接続構造、たとえば、リードフレームとアルミナ
基板との接続構造を示す平面図、断面図である。 第５Ａ図、第５Ｂ図は従来の半導体装置用部品間の接続
構造、たとえば、絶縁基板に載せられた半導体素子を気
密に封止するためのキャップに用いられる接続構造を示
す断面図である。 図において、１は基板、３はリードフレーム、６はヒー
トシンク、９は金属ろう、１１はカバー部材、１３，１
３０は緩衝材、３０は枠部材である。 なお、各図中、同一７〕号は同一または相当部分を示す
。 第１Ａ図 第２図 第７８図 １３０：　慴ｉη１チオ↑ 第１Ｃ図 第３図 １３：緩Ｔ針科 第４Ａ図 第４Ｂ図 第４図 第夕Ａ図 第５Ｂ図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）その上に半導体素子が載せられるべき主表面を有
   する窒化アルミニウムからなる基材と、前記基材に接合
   されるべきものであり、前記窒化アルミニウムと異なる
   材料を主材料とする接続部材と、 前記基材と前記接続部材との間に介在する緩衝材と、 前記基材と前記緩衝材と前記接続部材とを接合するろう
   接材とを備え、 前記緩衝材は、ろう接時の冷却過程で、前記基材と前記
   接続部材との熱膨張率の差によって発生する熱応力を緩
   和するように、塑性変形能の高い軟質金属材料からなる
   軟質金属層と、その軟質金属層によって挾まれたモリブ
   デンおよびタングステンの少なくともいずれかの金属を
   含む金属層とからなる三層構造を有する、半導体装置用
   部品間の接続構造。
2. （２）前記軟質金属材料は、銅、銅合金、アルミニウム
   、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、お
   よび鉄合金からなる群より選ばれたいずれかの材料から
   なる、請求項１記載の半導体装置用部品間の接続構造。
3. （３）前記接続部材は、鉄−ニッケル−コバルト合金か
   らなる、請求項１記載の半導体装置用部品間の接続構造
   。
4. （４）前記接続部材は、銅−タングステン合金からなる
   、請求項１記載の半導体装置用部品間の接続構造。
5. （５）絶縁基板に載せられた半導体素子を気密に封止す
   るための半導体装置用部品間の接続構造であって、 前記半導体素子を保護するようにその上方に設けられ、
   窒化アルミニウムからなるカバー部材と、前記カバー部
   材の下方に位置する前記半導体素子を取囲むように、前
   記カバー部材に接合されるべきものであり、前記窒化ア
   ルミニウムと異なる材料を主材料とする枠部材と、 前記カバー部材と前記枠部材との間に介在する緩衝材と
   、 前記カバー部材と前記緩衝材と前記枠部材とを接合する
   ろう接材とを備え、 前記緩衝材は、ろう接時の冷却過程で、前記カバー部材
   と前記枠部材との熱膨張率の差によって発生する熱応力
   を緩和するように、塑性変形能の高い軟質金属材料から
   なる軟質金属層と、その軟質金属層によって挾まれたモ
   リブデンおよびタングステンの少なくともいずれかの金
   属を含む金属層とからなる三層構造を有する、半導体装
   置用部品間の接続構造。