JPH03285347A - ハイブリッドｉｃおよび金属容器 - Google Patents
ハイブリッドｉｃおよび金属容器Info
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- JPH03285347A JPH03285347A JP2085948A JP8594890A JPH03285347A JP H03285347 A JPH03285347 A JP H03285347A JP 2085948 A JP2085948 A JP 2085948A JP 8594890 A JP8594890 A JP 8594890A JP H03285347 A JPH03285347 A JP H03285347A
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- Japan
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- metal container
- frame
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- hybrid
- solder
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- 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
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
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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
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
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- 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、半導体素子を載せた回路基板を金属容器内に
気密封止するハイブリッドＩＣと、これに用いる金属容
器とに関するものである。
気密封止するハイブリッドＩＣと、これに用いる金属容
器とに関するものである。
（発明の背景）
民生用の分野においては、各種電源や音響機器用オーデ
ィオアンプ等に５０ Ｗ ／ ｉ１２以上の高電力バイ
ブリッドＩＣ（以下ＨＩＣ）がすでに多用されている。
ィオアンプ等に５０ Ｗ ／ ｉ１２以上の高電力バイ
ブリッドＩＣ（以下ＨＩＣ）がすでに多用されている。
ここに高電力ＨＩＣは消費電力がＩＷ／ｉ０２以上のも
のであり、熱放散を考慮した構造設計が行われている。
のであり、熱放散を考慮した構造設計が行われている。
第３図はこの従来の高電力ＨＩＣの断面図である。この
図で符号１０は金属容器であり、四角形の平板状底板部
１２と、この底板部１２の周縁から起立する枠体部１４
とを一体に形成したものである。枠体部１４には適宜数
のり一ド１６が貫通してガラス封止部１８で封止されて
いる。ここにガラス封止部１８のガラスとリード１６と
枠体部１４との熱膨張係数を整合させるため、金属容器
１０とリード１６は鉄・コバルト・ニッケル合金である
コバールで作られる。
図で符号１０は金属容器であり、四角形の平板状底板部
１２と、この底板部１２の周縁から起立する枠体部１４
とを一体に形成したものである。枠体部１４には適宜数
のり一ド１６が貫通してガラス封止部１８で封止されて
いる。ここにガラス封止部１８のガラスとリード１６と
枠体部１４との熱膨張係数を整合させるため、金属容器
１０とリード１６は鉄・コバルト・ニッケル合金である
コバールで作られる。
２０は裸の半導体チップであり、このチップ２０はアル
ミナセラミックス製の回路基板２２に導電性接着剤２４
、例えば銀入りエポキシ樹脂系接着剤により接着されて
いる。回路基板２２は非導電性接着剤２６、例えばアル
ミナまたはシリカ入りのエポキシ樹脂系接着剤によって
金属容器１０内の底板部１２に接着されている。また電
気的接続をとるために、金ワイヤ２８により、チップ２
０上の電極と回路基板２２上の回路パターンとが接続さ
れ、あるいはリード１６とが接続されている。
ミナセラミックス製の回路基板２２に導電性接着剤２４
、例えば銀入りエポキシ樹脂系接着剤により接着されて
いる。回路基板２２は非導電性接着剤２６、例えばアル
ミナまたはシリカ入りのエポキシ樹脂系接着剤によって
金属容器１０内の底板部１２に接着されている。また電
気的接続をとるために、金ワイヤ２８により、チップ２
０上の電極と回路基板２２上の回路パターンとが接続さ
れ、あるいはリード１６とが接続されている。
このように金属容器１０内に回路基板２２を接着した後
、枠体部１４の開口にキャップ３０が載せられ、その周
縁がシーム溶接される。すなわちローラ電極をこの周縁
に押圧しっつローラ電極と金属容器１０との間に電流を
流すことにより溶接するものである。
、枠体部１４の開口にキャップ３０が載せられ、その周
縁がシーム溶接される。すなわちローラ電極をこの周縁
に押圧しっつローラ電極と金属容器１０との間に電流を
流すことにより溶接するものである。
このような構造の従来の高電力ＨＩＣでは、各部の熱膨
張を整合させるために、金属容器１０とリード１６とキ
ャップ３０とにガラス封止部１８のガラスと熱膨張係数
が接近しているコバールを用い、また回路基板２２に同
様に熱膨張係数が接近したアルミナセラミックスを用い
ている。
張を整合させるために、金属容器１０とリード１６とキ
ャップ３０とにガラス封止部１８のガラスと熱膨張係数
が接近しているコバールを用い、また回路基板２２に同
様に熱膨張係数が接近したアルミナセラミックスを用い
ている。
しかしこの従来構造のＨＩＣは熱放散に限界があって高
電力化が困難であった。このため従来のＨＩＣはＩＷ／
ｉｎ２以下の信号処理回路などの小電力の分野に使用が
制限されていた。
電力化が困難であった。このため従来のＨＩＣはＩＷ／
ｉｎ２以下の信号処理回路などの小電力の分野に使用が
制限されていた。
その理由を第４図のＨＩＣの熱伝導モデル図を用いて説
明する。半導体チップ２０のジャンクション部で発生す
る熱の大部分は矢印で示すようにパッケージ１０の底板
部１２に向って流れ、この底板部１２の外面に密着する
ヒートシンク３２に放熱される。この図で一点鎖線は等
混線を示す。この伝熱モデルは単純化して次式のように
表わされる。
明する。半導体チップ２０のジャンクション部で発生す
る熱の大部分は矢印で示すようにパッケージ１０の底板
部１２に向って流れ、この底板部１２の外面に密着する
ヒートシンク３２に放熱される。この図で一点鎖線は等
混線を示す。この伝熱モデルは単純化して次式のように
表わされる。
Ｔ、 −Ｔｃ ＝ＰＸΣＲ
Ｔ４ ：半導体ジャンクション温度、
Ｔｃ ：パッケージ底板部温度、
Ｐ ：半導体チップの消費電力、
Ｒ，：熱流経路の熱抵抗、
ここに左辺のＴ、は半導体の絶対最大定格で決まり（１
５０〜２００°Ｃ位）、Ｔｃは使用環境などで決まる（
８５〜１２５°Ｃ位）から、左辺はほぼ一定の範囲（２
５〜１１５’Ｃ位）に抑える必要がある。このため消費
電力Ｐを大きく確保するためには熱抵抗ΣＲ１をできる
だけ小さくする構造設計が必要になる。各層の熱抵抗Ｒ
１は材料の熱伝導率に、に反比例するから、結局この熱
流経路の構造材料を熱伝導率の大きいものにする必要が
ある。
５０〜２００°Ｃ位）、Ｔｃは使用環境などで決まる（
８５〜１２５°Ｃ位）から、左辺はほぼ一定の範囲（２
５〜１１５’Ｃ位）に抑える必要がある。このため消費
電力Ｐを大きく確保するためには熱抵抗ΣＲ１をできる
だけ小さくする構造設計が必要になる。各層の熱抵抗Ｒ
１は材料の熱伝導率に、に反比例するから、結局この熱
流経路の構造材料を熱伝導率の大きいものにする必要が
ある。
第５Ａ−Ｃ図は各種材料の特性比較図であるが、この第
５Ａ図からも明らかなように熱流経路に介在する接着剤
は有機系であるため熱伝導率が著しく低く、またコバー
ルの熱伝導率もアルミナと同程度しかない、このため従
来構造のパッケージでは、各部材の熱膨張係数の整合を
取りながら熱放散を高めることはできなかった。
５Ａ図からも明らかなように熱流経路に介在する接着剤
は有機系であるため熱伝導率が著しく低く、またコバー
ルの熱伝導率もアルミナと同程度しかない、このため従
来構造のパッケージでは、各部材の熱膨張係数の整合を
取りながら熱放散を高めることはできなかった。
（発明の目的）
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、各
部の熱膨張係数の整合を図りつつ熱放散を向上させ、）
ＩＩＣの高電力化が可能で、その信頼性を向上すること
ができるハイブリッドＩＣを提供することを第１の目的
とする。
部の熱膨張係数の整合を図りつつ熱放散を向上させ、）
ＩＩＣの高電力化が可能で、その信頼性を向上すること
ができるハイブリッドＩＣを提供することを第１の目的
とする。
またこのハイブリッドＩＣに用いる金属容器を提供する
ことを第２の目的とする。
ことを第２の目的とする。
（発明の構成）
本発明によれば第１の目的は、底板部とその周縁から立
上がる枠体部とを一体に形成した金属容器内に、半導体
チップを固着した回路基板を収容し、前記金属容器にリ
ードをガラス封止すると共に、前記枠体部の開口を金属
キャップで塞いで気密封止するハイブリッドＩＣにおい
て、前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コ
バルトニッケル合金の枠体部とを互いに接合して形成さ
れ、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、前記底
板部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ接合し
たことを特徴とするハイブリ・ンドＩＣ１により達成さ
れる。
上がる枠体部とを一体に形成した金属容器内に、半導体
チップを固着した回路基板を収容し、前記金属容器にリ
ードをガラス封止すると共に、前記枠体部の開口を金属
キャップで塞いで気密封止するハイブリッドＩＣにおい
て、前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コ
バルトニッケル合金の枠体部とを互いに接合して形成さ
れ、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、前記底
板部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ接合し
たことを特徴とするハイブリ・ンドＩＣ１により達成さ
れる。
また第２の目的は、半導体チップを固定した回路基板を
収容し金属キャップで気密封止するハイブリッドＩＣ用
の金属容器において、銅・タングステンの底板部と、鉄
・コバルト・ニッケル合金の枠体部とを互いに接合した
ことを特徴とするハイブリッドＩＣ用の金属容器、によ
り達成され杭 （実施例） 第１図は本発明の一実施例の断面図である。
収容し金属キャップで気密封止するハイブリッドＩＣ用
の金属容器において、銅・タングステンの底板部と、鉄
・コバルト・ニッケル合金の枠体部とを互いに接合した
ことを特徴とするハイブリッドＩＣ用の金属容器、によ
り達成され杭 （実施例） 第１図は本発明の一実施例の断面図である。
この図において、金属容器１０Ａは底板部１２Ａと枠体
部１４Ａとが異なる材料で作られている。すなわち底板
部１２Ａは、銅・タングステン（ＣｕＷ）で、枠体部１
４Ａはコバールで作られ、両者は銀ロー付けされている
。ここに銅タングステンは、焼結させたタングステンの
中に銅を溶かし込んだ複合材料である。
部１４Ａとが異なる材料で作られている。すなわち底板
部１２Ａは、銅・タングステン（ＣｕＷ）で、枠体部１
４Ａはコバールで作られ、両者は銀ロー付けされている
。ここに銅タングステンは、焼結させたタングステンの
中に銅を溶かし込んだ複合材料である。
ｌ−ド１６Ａは、大電力用に大径としたコバール製の内
部リード１６ａと、これにフラッシュ溶接された銅製の
外部リード１６ｂとで構成され、内部リード１６ａが枠
体部１４Ａにガラス封止部１８Ａにおいて封止されてい
る。
部リード１６ａと、これにフラッシュ溶接された銅製の
外部リード１６ｂとで構成され、内部リード１６ａが枠
体部１４Ａにガラス封止部１８Ａにおいて封止されてい
る。
回路基板２２Ａは窒化アルミニウム（、＝ｌＮ）で作ら
れ、半導体チップ２０はこの基板２２Ａにハンダ２４Ａ
で接看され、またこの基板２２Ａはさらにハンダ２６Ａ
により底板部１２Ａに接看される。キャップ３０は従来
と同様にコバール製であり、枠体部１４Ａにシーム溶接
されている。ここに窒化アルミニウムは第５Ｃ図に示す
ように比話電率が小さく絶縁性が良好なものである。
れ、半導体チップ２０はこの基板２２Ａにハンダ２４Ａ
で接看され、またこの基板２２Ａはさらにハンダ２６Ａ
により底板部１２Ａに接看される。キャップ３０は従来
と同様にコバール製であり、枠体部１４Ａにシーム溶接
されている。ここに窒化アルミニウムは第５Ｃ図に示す
ように比話電率が小さく絶縁性が良好なものである。
熱流経路に介在する回路基板２２Ａ （ＡｆｆＮ）と、
底板部１２Ａ（ＣｕＷ）とは第５Ａ図に明らかなように
従来装置のアルミナ、コバールに比べて熱電導率が著し
く大きく、また接着に用いるハンダも有機系の接着剤に
比べて著しく大きくなる。この結果前記した熱抵抗ΣＲ
，が著しく小さくなり、消費電力Ｐを大きくすることが
できる。
底板部１２Ａ（ＣｕＷ）とは第５Ａ図に明らかなように
従来装置のアルミナ、コバールに比べて熱電導率が著し
く大きく、また接着に用いるハンダも有機系の接着剤に
比べて著しく大きくなる。この結果前記した熱抵抗ΣＲ
，が著しく小さくなり、消費電力Ｐを大きくすることが
できる。
第２図は、消費電力Ｐ （Ｗ）に対する温度上昇の変化
を、本願のものと従来のものとに対して実測により求め
比較する図である。この図でａは２ｍｍ角のパワートラ
ンジスタを実装した従来構造のＨＩ Ｃの特性を、Ａは
同じく本願構造のＨＩＣの特性を示す。またｂは６．５
ｍｍ角のパワートランジスタを実装した従来構造の特性
を、Ｂは同じく本願構造の特性を示す。この図によれば
、１４Ｗの消費電力に対し、ｂの特性では熱抵抗が９３
／１４＝５６°Ｃ／Ｖｖ＋となり、Ｂの特性では熱抵抗
が２６／＋４＝１．９°Ｃ／ Ｗとなる。従って本願構
造によれば放熱性は６．６ ／１．９ ＝３．５倍に向
上することが解る。この結果例えばＴ、＝１７５°Ｃ，
Ｔｃ＝８５℃とした時には、本願の構造によれば消費電
力４７Ｗまで使用可能になる。
を、本願のものと従来のものとに対して実測により求め
比較する図である。この図でａは２ｍｍ角のパワートラ
ンジスタを実装した従来構造のＨＩ Ｃの特性を、Ａは
同じく本願構造のＨＩＣの特性を示す。またｂは６．５
ｍｍ角のパワートランジスタを実装した従来構造の特性
を、Ｂは同じく本願構造の特性を示す。この図によれば
、１４Ｗの消費電力に対し、ｂの特性では熱抵抗が９３
／１４＝５６°Ｃ／Ｖｖ＋となり、Ｂの特性では熱抵抗
が２６／＋４＝１．９°Ｃ／ Ｗとなる。従って本願構
造によれば放熱性は６．６ ／１．９ ＝３．５倍に向
上することが解る。この結果例えばＴ、＝１７５°Ｃ，
Ｔｃ＝８５℃とした時には、本願の構造によれば消費電
力４７Ｗまで使用可能になる。
また熱膨張係数は、リード１６Ａのガラス封止部１８Ａ
を通る部分がコバールで作られ、枠体部１４Ａ、キャッ
プ３０がコバールで作られているから、熱膨張係数の整
合が良好にとれ、信頼性は確保される。なお底板部１２
Ａと枠体部１４Ａとは銀ローにより強固にロー付けされ
ているから、温度変化による信頼性の低下はない。
を通る部分がコバールで作られ、枠体部１４Ａ、キャッ
プ３０がコバールで作られているから、熱膨張係数の整
合が良好にとれ、信頼性は確保される。なお底板部１２
Ａと枠体部１４Ａとは銀ローにより強固にロー付けされ
ているから、温度変化による信頼性の低下はない。
（発明の効果）
請求項（１）の発明は以上のように、底板部を銅タング
ステン複合材料で、枠体部をコバールでそれぞれ作りこ
れらをロー付けなどで互いに接合して金属容器を形成し
、窒化アルミニウムで作った回路基板と、半導体チップ
および底板部とをハンダで接着したものであるから、熱
流経路に介在する材料の熱伝導係数が従来構造に比べて
著しく大きくなる。このため熱放散が向上しＨＩＣの高
電力化が可能になる。またリードのガラス封止部が接触
する部分とキャップは通常コバールで作るので、コバー
ル製の枠体部と熱膨弓長係数の整合がとれ、温度変化に
対する信頼性の向上が図れる。このため高電力・高信頼
性のＨＩＣが得られる。
ステン複合材料で、枠体部をコバールでそれぞれ作りこ
れらをロー付けなどで互いに接合して金属容器を形成し
、窒化アルミニウムで作った回路基板と、半導体チップ
および底板部とをハンダで接着したものであるから、熱
流経路に介在する材料の熱伝導係数が従来構造に比べて
著しく大きくなる。このため熱放散が向上しＨＩＣの高
電力化が可能になる。またリードのガラス封止部が接触
する部分とキャップは通常コバールで作るので、コバー
ル製の枠体部と熱膨弓長係数の整合がとれ、温度変化に
対する信頼性の向上が図れる。このため高電力・高信頼
性のＨＩＣが得られる。
また請求項（２）の発明によれば、このハイブリッドＩ
Ｃに用いる金属容器が得られる８
Ｃに用いる金属容器が得られる８
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はその効果
を従来構造のものと対比する比較図、第３図は従来装置
の断面図、第４図は熱流伝導モデル図、第５図は各材料
の特性図である。 １０Ａ・・・金属容器、 １２Ａ・・・底板部、 １４Ａ・・・枠体部、 １６・・・リード、 １８・・・ガラス封止部、 ２０・・・半導体チップ、 ２２・・・回路基板、 ２４Ａ、２６Ａ・・・ハンダ。
を従来構造のものと対比する比較図、第３図は従来装置
の断面図、第４図は熱流伝導モデル図、第５図は各材料
の特性図である。 １０Ａ・・・金属容器、 １２Ａ・・・底板部、 １４Ａ・・・枠体部、 １６・・・リード、 １８・・・ガラス封止部、 ２０・・・半導体チップ、 ２２・・・回路基板、 ２４Ａ、２６Ａ・・・ハンダ。
Claims (2)
- （１）底板部とその周縁から立上がる枠体部とを一体に
形成した金属容器内に、半導体チップを固着した回路基
板を収容し、前記金属容器にリードをガラス封止すると
共に、前記枠体部の開口を金属キャップで塞いで気密封
止するハイブリッドＩＣにおいて、 前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コバル
ト・ニッケル合金の枠体部とを互いに接合して形成され
、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、前記底板
部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ接合した
ことを特徴とするハイブリッドＩＣ。 - （２）半導体チップを固定した回路基板を収容し金属キ
ャップで気密封止するハイブリッドＩＣ用の金属容器に
おいて、 銅・タングステンの底板部と、鉄・コバルト・ニッケル
合金の枠体部とを互いに接合したことを特徴とするハイ
ブリッドＩＣ用の金属容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085948A JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085948A JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285347A true JPH03285347A (ja) | 1991-12-16 |
| JPH071786B2 JPH071786B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=13872986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2085948A Expired - Lifetime JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071786B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5700724A (en) * | 1994-08-02 | 1997-12-23 | Philips Electronic North America Corporation | Hermetically sealed package for a high power hybrid circuit |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62122152A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板の製造方法 |
| JPS63112346U (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-19 |
-
1990
- 1990-03-31 JP JP2085948A patent/JPH071786B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62122152A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板の製造方法 |
| JPS63112346U (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-19 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5700724A (en) * | 1994-08-02 | 1997-12-23 | Philips Electronic North America Corporation | Hermetically sealed package for a high power hybrid circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH071786B2 (ja) | 1995-01-11 |
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