JPH04113656A - パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 - Google Patents
パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材Info
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- JPH04113656A JPH04113656A JP2232792A JP23279290A JPH04113656A JP H04113656 A JPH04113656 A JP H04113656A JP 2232792 A JP2232792 A JP 2232792A JP 23279290 A JP23279290 A JP 23279290A JP H04113656 A JPH04113656 A JP H04113656A
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- 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〕
この発明は、高強度を有するＭｏ基焼結合金で構成され
た、パッケージ型半導体装置におけるヒートシンク材や
基板材などの放熱性構造部材に関するものである。
た、パッケージ型半導体装置におけるヒートシンク材や
基板材などの放熱性構造部材に関するものである。
一般に、パッケージ型半導体装置としては、第１図に縦
断面図で示されるように、アルミナセラミック製枠体１
の上面に外部リード２を上方に向けて多数格子状に配設
し、前記枠体の底面には、枠体１の底面に形成したＷ粉
末などを焼結してなるメタライジング層５と、このメタ
ライジング層の上にさらに形成したＮ１メツキ層などの
メツキ層６を介して、同じく表面にメツキ層６を形成し
た基板材３が銀ろうなどを用いてろう付けされ、かつ基
板材１の上面に半導体素子４が搭載された構造のＰＧＡ
（ビングリッドアレイ）パッケージ型のものや、第２
図に同じく縦断面図で示されるように、アルミナセラミ
ック製枠体ｌの外周にそって外部リード２を水平に多数
配設し、この枠体の底面に、第１図の装置と同様にメタ
ライジング層５およびメツキ層６を介して基板材３をろ
う付けし、半導体素子４が搭載されるヒートシンク材７
が同じく表面メツキ層６を介して前記基板材３の上面に
ろう付けされた構造のフラットパッケージ型のもの、ま
た第３図に同縦断面図で示されるように、有底のアルミ
ナセラミック製枠体１の外周にそって外部リード２が水
平に多数配設され、枠体１の底面には、同様にメタライ
ジング層５およびメツキ層６を介して半導体素子４が搭
載されるヒートシンク材７がろう付けされた構造のもの
や、なお、第１〜３図の装置において、１１は封着用の
キャップを示し、第４図に平面図で、第５図に縦断面図
で示されるように、金属製枠体８の側壁の一部に切削加
工により形成した凹部８ａに、接続回路１０を備えたア
ルミナセラミック製端子９が、また前記枠体８の底面に
は基板材３が、それぞれメタライジング層５およびＮｉ
メツキ層などのメツキ層６を介して銀ろうを用いて気密
に嵌着され、前記端子９の接続回路のうちの外側に露出
した接続回路１０には外部リード２が接続され、かつ前
記端子９の上面にはキャップ１１による封着のための金
属製シールリング１２がろう付けされた構造のメタルパ
ッケージ型のもの、さらに第６図に縦断面図で示される
ように、鉄またはコバール（Ｆｅ −Ｎｉ −Ｃｏ合
金）などの金属で構成された基台１３に、外部リード２
か基台１３を貫通した状態で、ガラス封止材１４て気密
に固着され、かつ基台１３の中央部上面には、上部に半
導体素子４が搭載されるヒートシンク材７かメツキ層６
を介してろう付けされ、これ全体をキャップ１１で気密
に包囲した構造のガラス端子パッケージ型のものなどが
知られている。
断面図で示されるように、アルミナセラミック製枠体１
の上面に外部リード２を上方に向けて多数格子状に配設
し、前記枠体の底面には、枠体１の底面に形成したＷ粉
末などを焼結してなるメタライジング層５と、このメタ
ライジング層の上にさらに形成したＮ１メツキ層などの
メツキ層６を介して、同じく表面にメツキ層６を形成し
た基板材３が銀ろうなどを用いてろう付けされ、かつ基
板材１の上面に半導体素子４が搭載された構造のＰＧＡ
（ビングリッドアレイ）パッケージ型のものや、第２
図に同じく縦断面図で示されるように、アルミナセラミ
ック製枠体ｌの外周にそって外部リード２を水平に多数
配設し、この枠体の底面に、第１図の装置と同様にメタ
ライジング層５およびメツキ層６を介して基板材３をろ
う付けし、半導体素子４が搭載されるヒートシンク材７
が同じく表面メツキ層６を介して前記基板材３の上面に
ろう付けされた構造のフラットパッケージ型のもの、ま
た第３図に同縦断面図で示されるように、有底のアルミ
ナセラミック製枠体１の外周にそって外部リード２が水
平に多数配設され、枠体１の底面には、同様にメタライ
ジング層５およびメツキ層６を介して半導体素子４が搭
載されるヒートシンク材７がろう付けされた構造のもの
や、なお、第１〜３図の装置において、１１は封着用の
キャップを示し、第４図に平面図で、第５図に縦断面図
で示されるように、金属製枠体８の側壁の一部に切削加
工により形成した凹部８ａに、接続回路１０を備えたア
ルミナセラミック製端子９が、また前記枠体８の底面に
は基板材３が、それぞれメタライジング層５およびＮｉ
メツキ層などのメツキ層６を介して銀ろうを用いて気密
に嵌着され、前記端子９の接続回路のうちの外側に露出
した接続回路１０には外部リード２が接続され、かつ前
記端子９の上面にはキャップ１１による封着のための金
属製シールリング１２がろう付けされた構造のメタルパ
ッケージ型のもの、さらに第６図に縦断面図で示される
ように、鉄またはコバール（Ｆｅ −Ｎｉ −Ｃｏ合
金）などの金属で構成された基台１３に、外部リード２
か基台１３を貫通した状態で、ガラス封止材１４て気密
に固着され、かつ基台１３の中央部上面には、上部に半
導体素子４が搭載されるヒートシンク材７かメツキ層６
を介してろう付けされ、これ全体をキャップ１１で気密
に包囲した構造のガラス端子パッケージ型のものなどが
知られている。
これら各種のパッケージ型半導体装置においては、半導
体素子４が発する熱は、それを搭載した基板材３やヒー
トシンク材７を介して、その外部に効率よく放散される
ので、これら部材間に発生した熱応力で半導体素子４な
どが破損することがない。
体素子４が発する熱は、それを搭載した基板材３やヒー
トシンク材７を介して、その外部に効率よく放散される
ので、これら部材間に発生した熱応力で半導体素子４な
どが破損することがない。
また、これら半導体装置の放熱性構造部材である基板材
やヒートシンク材などとしては、放熱性が要求され、か
つ剥離防止の目的から低熱膨張係数が要求されることか
ら、例えば特公昭６３−２７８６０号公報に記載される
ような多孔質Ｍｏ焼結体に１〜３０重量％（以下％は重
量％を示す）のＣｕを溶浸してなる材料で構成されたも
のが用いられていることも良く知られるところである。
やヒートシンク材などとしては、放熱性が要求され、か
つ剥離防止の目的から低熱膨張係数が要求されることか
ら、例えば特公昭６３−２７８６０号公報に記載される
ような多孔質Ｍｏ焼結体に１〜３０重量％（以下％は重
量％を示す）のＣｕを溶浸してなる材料で構成されたも
のが用いられていることも良く知られるところである。
しかし、近年の半導体装置の高集積化に伴い、半導体装
置の放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材など
にも軽量化および薄肉化が要求され、この結果低熱膨張
係数を具備した状態で高強度を有する放熱性構造部材の
開発が強く望まれているが、上記の従来放熱性構造部材
はじめ、その他多くの材料で構成された放熱性構造部材
は、いずれも強度が十分でないために、これらの要求に
満足して対応することができないのが現状である。
置の放熱性構造部材である基板材やヒートシンク材など
にも軽量化および薄肉化が要求され、この結果低熱膨張
係数を具備した状態で高強度を有する放熱性構造部材の
開発が強く望まれているが、上記の従来放熱性構造部材
はじめ、その他多くの材料で構成された放熱性構造部材
は、いずれも強度が十分でないために、これらの要求に
満足して対応することができないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高強度
を有する半導体装置の放熱性構造部材を開発すべく研究
を行なった結果、上記放熱性構造部材を、 Ｎ１：２〜１２％、 Ｃｕ：Ｌ、５〜８％、を含有
し、残りがＭｏと不可避不純物からなる組成を有するＭ
ｏ基焼結合金で構成すると、この結果の放熱性構造部材
は、合金製なので放熱性を有し、かつ半導体素子である
Ｓｔ素子の熱膨張係数：３．５〜４ Ｘ １０’／’Ｃ
や、Ｇａ−Ａｓ素子の熱膨張係数＝５〜６ Ｘ １０’
／ ’Ｃ１さらに枠体などを構成するアルミナセラミッ
クの熱膨張係数：約７×１０−６／℃と同等の４６〜８
．３ Ｘ １０−６／℃の熱膨張係数をもつので、これ
ら構造部材間に剥離現象や破損現象などの発生がなく、
またＣｕ含浸の多孔質Ｍｏ焼結体で構成された上記従来
放熱性構造部材に比して高い、引張強さで約８０ｋｇ／
ｍａｔ以上の高強度をもつので、薄肉化および軽量化が
可能であるという研究結果を得たのである。
を有する半導体装置の放熱性構造部材を開発すべく研究
を行なった結果、上記放熱性構造部材を、 Ｎ１：２〜１２％、 Ｃｕ：Ｌ、５〜８％、を含有
し、残りがＭｏと不可避不純物からなる組成を有するＭ
ｏ基焼結合金で構成すると、この結果の放熱性構造部材
は、合金製なので放熱性を有し、かつ半導体素子である
Ｓｔ素子の熱膨張係数：３．５〜４ Ｘ １０’／’Ｃ
や、Ｇａ−Ａｓ素子の熱膨張係数＝５〜６ Ｘ １０’
／ ’Ｃ１さらに枠体などを構成するアルミナセラミッ
クの熱膨張係数：約７×１０−６／℃と同等の４６〜８
．３ Ｘ １０−６／℃の熱膨張係数をもつので、これ
ら構造部材間に剥離現象や破損現象などの発生がなく、
またＣｕ含浸の多孔質Ｍｏ焼結体で構成された上記従来
放熱性構造部材に比して高い、引張強さで約８０ｋｇ／
ｍａｔ以上の高強度をもつので、薄肉化および軽量化が
可能であるという研究結果を得たのである。
この発明は、上記研究結果にもとづいてなされたもので
あって、以下に放熱性構造部材を構成するＭｏ基焼結合
金の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
あって、以下に放熱性構造部材を構成するＭｏ基焼結合
金の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）ＮｉおよびＣｕ
これらの成分には、焼結時に結合して、１２９０〜１３
８０℃の温度で液相を形成し、もって焼結性を向上させ
ることにより、強度と伸びを向上させると共に、理論密
度比で９９％以上に高密度化する作用かあるが、その含
有量か、それぞれＮ１：２％未満およびＣｕ：１．５％
未満ては液相発生量か不十分なために上記の作用に所望
の効果か得られず、一方その含有量がそれぞれＮｉ：１
２％、Ｃｕ：８％を越えると、熱膨張係数が急激に増大
し、相手接合部材と剥離したり、これを破損したりする
ようになることから、その含有量をＮｉ、１〜１２％、
Ｃｕ１．５〜８％と定めた。
８０℃の温度で液相を形成し、もって焼結性を向上させ
ることにより、強度と伸びを向上させると共に、理論密
度比で９９％以上に高密度化する作用かあるが、その含
有量か、それぞれＮ１：２％未満およびＣｕ：１．５％
未満ては液相発生量か不十分なために上記の作用に所望
の効果か得られず、一方その含有量がそれぞれＮｉ：１
２％、Ｃｕ：８％を越えると、熱膨張係数が急激に増大
し、相手接合部材と剥離したり、これを破損したりする
ようになることから、その含有量をＮｉ、１〜１２％、
Ｃｕ１．５〜８％と定めた。
つぎに、この発明の構造部材を実施例により具体的に説
明する。
明する。
原料粉末として、いずれも１〜６虜の範囲内の平均粒径
を有するＭｏ粉末、Ｎｆ粉末、およびＣｕ粉末を用意し
、これら原料粉末を第１表に示される配合組成に配合し
、ボールミルにて７２時時間式混合した後、１ｔｏｎ／
ｃ−の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体
を１３５０〜１４００℃の範囲内の所定温度で焼結する
ことにより実質的に配合組成と同一の成分組成を有し、
かつ平面；２５■ｍＸ２５ｍｍ、厚さ＋１！Ｉ１１の寸
法をもった本発明構造部材１〜６および比較構造部材１
．２をそれぞれ製造した。
を有するＭｏ粉末、Ｎｆ粉末、およびＣｕ粉末を用意し
、これら原料粉末を第１表に示される配合組成に配合し
、ボールミルにて７２時時間式混合した後、１ｔｏｎ／
ｃ−の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体
を１３５０〜１４００℃の範囲内の所定温度で焼結する
ことにより実質的に配合組成と同一の成分組成を有し、
かつ平面；２５■ｍＸ２５ｍｍ、厚さ＋１！Ｉ１１の寸
法をもった本発明構造部材１〜６および比較構造部材１
．２をそれぞれ製造した。
なお、比較構造部材１，２は、いずれもＭｏ基焼結合金
の構成成分であるＮｉおよびＣｕの含有量（第１表に※
印を付す）かこの発明の範囲から外れたものである。
の構成成分であるＮｉおよびＣｕの含有量（第１表に※
印を付す）かこの発明の範囲から外れたものである。
また、比較の目的で、原料粉末として平均粒径：４．２
ｕｆｎを有するＭｏ粉末を用い、プレス圧力を違えるこ
とにより空孔率の異った３種の圧粉体を成形し、これら
の圧粉体を１４００℃の温度で焼結してそれぞれ第１表
に示される空孔率を有する多孔質Ｍｏ焼結体を成形し、
ついでこれにＣｕ溶浸を施すことにより、同じく平面二
２５＋ａｍ Ｘ ２５＋ａｍ、厚さ：１關の寸法をもっ
た従来構造部材１〜３を製造した。
ｕｆｎを有するＭｏ粉末を用い、プレス圧力を違えるこ
とにより空孔率の異った３種の圧粉体を成形し、これら
の圧粉体を１４００℃の温度で焼結してそれぞれ第１表
に示される空孔率を有する多孔質Ｍｏ焼結体を成形し、
ついでこれにＣｕ溶浸を施すことにより、同じく平面二
２５＋ａｍ Ｘ ２５＋ａｍ、厚さ：１關の寸法をもっ
た従来構造部材１〜３を製造した。
つぎに、この結果得られた各種の構造部材について、理
論密度比、熱膨張係数（２０〜８００℃）、引張強さ、
伸び、およびビッカース硬さ（荷重：１０ｋｇ）を測定
し、この測定結果を第１表に示した。
論密度比、熱膨張係数（２０〜８００℃）、引張強さ、
伸び、およびビッカース硬さ（荷重：１０ｋｇ）を測定
し、この測定結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明構造部材１〜６は、
いずれも従来構造部材１〜３と同等の低い熱膨張係数を
有し、かつこれより高い理論密度比を有し、さらにこれ
より一段と高い引張強さと伸びを示すことが明らかであ
り、一方ＮｉおよびＦｅの含有量がこの発明の範囲から
外れて低い比較構造部材１では所望の高強度および高伸
びが得られず、またＮ１およびＦｅの含有量がこの発明
の範囲から外れて高い比較構造部材２では熱膨張係数が
増大したものになっている。
いずれも従来構造部材１〜３と同等の低い熱膨張係数を
有し、かつこれより高い理論密度比を有し、さらにこれ
より一段と高い引張強さと伸びを示すことが明らかであ
り、一方ＮｉおよびＦｅの含有量がこの発明の範囲から
外れて低い比較構造部材１では所望の高強度および高伸
びが得られず、またＮ１およびＦｅの含有量がこの発明
の範囲から外れて高い比較構造部材２では熱膨張係数が
増大したものになっている。
上述のように、この発明の構造部材は、半導体装置を構
成する半導体素子や各種セラミック部材と同等の低い熱
膨張係数を有するので、相手接合部材との間に剥離現象
や、これら部材を破損することがなく、また高強度と高
伸びを有し、この値は引張強さで約８０）ｃｇ／−以上
、伸びで８％以上を示し、このことは放熱性構造部材で
ある基板材やヒートシンク材などの薄肉化および軽量化
を可能とし、半導体装置の高集積化に十分対応すること
ができるなど工業上有用な特性を有するのである。
成する半導体素子や各種セラミック部材と同等の低い熱
膨張係数を有するので、相手接合部材との間に剥離現象
や、これら部材を破損することがなく、また高強度と高
伸びを有し、この値は引張強さで約８０）ｃｇ／−以上
、伸びで８％以上を示し、このことは放熱性構造部材で
ある基板材やヒートシンク材などの薄肉化および軽量化
を可能とし、半導体装置の高集積化に十分対応すること
ができるなど工業上有用な特性を有するのである。
第１〜６図は各種のパッケージ型半導体装置の構造を示
す図であって、第１〜３図および第５゜６図が縦断面図
、第４図が第５図に示す装置の平面図である。 ３・・・基板材、 ４・・・半導体素子、７
・・・ヒートシンク材。 出 願 人 二 三菱金属株式会社 外２名代 理 人
： 富 １）和□夫 外１８第 図 第 図 第 図 第 図 、ジ１ 図 第 図
す図であって、第１〜３図および第５゜６図が縦断面図
、第４図が第５図に示す装置の平面図である。 ３・・・基板材、 ４・・・半導体素子、７
・・・ヒートシンク材。 出 願 人 二 三菱金属株式会社 外２名代 理 人
： 富 １）和□夫 外１８第 図 第 図 第 図 第 図 、ジ１ 図 第 図
Claims (1)
- （１）Ｎｉ：２〜１２％、Ｃｕ：１．５〜８％、を含有
し、残りがＭｏと不可避不純物からなる組成（以上重量
％）を有するＭｏ基焼結合金で構成してなるパッケージ
型半導体装置の高強度放熱性構造部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2232792A JP2804836B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2232792A JP2804836B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04113656A true JPH04113656A (ja) | 1992-04-15 |
| JP2804836B2 JP2804836B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=16944828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2232792A Expired - Fee Related JP2804836B2 (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | パッケージ型半導体装置の高強度放熱性構造部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804836B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06212340A (ja) * | 1992-11-26 | 1994-08-02 | Tokyo Tungsten Co Ltd | Ｃｕ−Ｍｏ焼結体、これを用いた放熱用部材、及び、放熱用部材を備えた半導体装置 |
| US5410198A (en) * | 1993-07-30 | 1995-04-25 | Butka; Kemal | Propulsion system |
| CN108604589A (zh) * | 2016-02-16 | 2018-09-28 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置及其制造方法 |
-
1990
- 1990-09-03 JP JP2232792A patent/JP2804836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06212340A (ja) * | 1992-11-26 | 1994-08-02 | Tokyo Tungsten Co Ltd | Ｃｕ−Ｍｏ焼結体、これを用いた放熱用部材、及び、放熱用部材を備えた半導体装置 |
| US5410198A (en) * | 1993-07-30 | 1995-04-25 | Butka; Kemal | Propulsion system |
| CN108604589A (zh) * | 2016-02-16 | 2018-09-28 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2804836B2 (ja) | 1998-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |