JPH0464243A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0464243A JPH0464243A JP2175231A JP17523190A JPH0464243A JP H0464243 A JPH0464243 A JP H0464243A JP 2175231 A JP2175231 A JP 2175231A JP 17523190 A JP17523190 A JP 17523190A JP H0464243 A JPH0464243 A JP H0464243A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermal conductivity
- silicon carbide
- heat dissipation
- semiconductor device
- semiconductor laser
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
-
- 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
- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/531—Shapes of wire connectors
- H10W72/5363—Shapes of wire connectors the connected ends being wedge-shaped
-
- 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
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- 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、半導体レーザのパッケージに好適な放熱基板
に関する。
に関する。
従来、高熱伝導性セラミックスを半導体装置に応用した
例は多く、例えば、特公昭６３−４２４１４号公報のよ
うに、高熱伝導炭化ケイ素セラミック上に半導体素子を
搭載して、良好な放熱特性が得られたことが記載されて
いる。この中で、高熱伝導炭化ケイ素セラミックの熱膨
張係数が、８１半導体素子の熱膨張係数とほぼ同様であ
るため、温度サイクル等の信頼性試験についても良好な
結果が得られたと記載されている。
例は多く、例えば、特公昭６３−４２４１４号公報のよ
うに、高熱伝導炭化ケイ素セラミック上に半導体素子を
搭載して、良好な放熱特性が得られたことが記載されて
いる。この中で、高熱伝導炭化ケイ素セラミックの熱膨
張係数が、８１半導体素子の熱膨張係数とほぼ同様であ
るため、温度サイクル等の信頼性試験についても良好な
結果が得られたと記載されている。
上記従来技術は、半導体素子を搭載するために必要な放
熱基板の諸特性及び製造方法について言及しているもの
の、使用すべき周波数帯については特に考慮されていな
い。また、上記技術に見られる様な、高熱伝導セラミッ
クスを応用した半導体装置の場合、常用周波数帯は１Ｍ
Ｈｚであり。
熱基板の諸特性及び製造方法について言及しているもの
の、使用すべき周波数帯については特に考慮されていな
い。また、上記技術に見られる様な、高熱伝導セラミッ
クスを応用した半導体装置の場合、常用周波数帯は１Ｍ
Ｈｚであり。
これを超える周波数帯で、放熱基板の特性が半導体装置
の電気的特性に影響するか否かについては特に言及され
ていない。
の電気的特性に影響するか否かについては特に言及され
ていない。
本発明の目的は、放熱性の優れた半導体レーザーパッケ
ージに好適な誘電率が可変である放熱基板を提供するこ
とにあり、また、本発明により、高周波領域であるＩＧ
Ｈｚ付近で、半導体レーザーパッケージで発生する共振
問題を解決することにある。
ージに好適な誘電率が可変である放熱基板を提供するこ
とにあり、また、本発明により、高周波領域であるＩＧ
Ｈｚ付近で、半導体レーザーパッケージで発生する共振
問題を解決することにある。
上記目的を達成するために、本発明は高熱伝導性炭化ケ
イ素セラミックスに酸化アルミニウムを添加することで
、セラミックスの誘電率を可変にしたものである。
イ素セラミックスに酸化アルミニウムを添加することで
、セラミックスの誘電率を可変にしたものである。
酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素セラミックスは、
酸化アルミニウムの添加により、その誘電率が可変とな
る。しかし、その添加量が０．１５重量％を越えると、
熱伝導率が２．ＯＷ／ａ１１℃以下。
酸化アルミニウムの添加により、その誘電率が可変とな
る。しかし、その添加量が０．１５重量％を越えると、
熱伝導率が２．ＯＷ／ａ１１℃以下。
そして、比抵抗が１０６Ω国以下となり、半導体装置の
基板としては、その特性を満足しなくなる。
基板としては、その特性を満足しなくなる。
従って、熱伝導率及び比抵抗が従来の高熱伝導炭化ケイ
素セラミックスに劣ることなく、且つ、必要な所定の誘
電率を得るためには、酸化アルミニウムの添加量が、０
．０５〜０．１５重量％であることが望ましい。
素セラミックスに劣ることなく、且つ、必要な所定の誘
電率を得るためには、酸化アルミニウムの添加量が、０
．０５〜０．１５重量％であることが望ましい。
〈実施例１〉
純度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径２μｍ）１００
重量部、酸化ベリリウム粉末１重量部に、酸化アルミニ
ウムをそれぞれ、０，０．０５゜０．１０，０．１５，
０．２ 重量部配合し、バインダ及び溶剤を加え充分に
混合し、造粒した後、直径３００ｍ、厚さ２ｍ＋に仮成
形した。次いで、この仮成形体を黒鉛ダイス内に組み込
み、真空ホットプレス装置により、真空度１０−ａ〜１
０″″！１Ｔｏｒｒ、圧力２００ ｋｇ／ａｎ？、温度
２１００℃の条件下で焼結した。この様にして得られた
相対密度９８％以上のそれぞれの焼結体を、両面研削し
、口２５．４ｍに切断した。熱伝導率はレーザフラッシ
ュ法により熱拡散率を測定して算出した。誘電率及び比
抵抗は、基極の両面に電極をつけて、室温で測定した。
重量部、酸化ベリリウム粉末１重量部に、酸化アルミニ
ウムをそれぞれ、０，０．０５゜０．１０，０．１５，
０．２ 重量部配合し、バインダ及び溶剤を加え充分に
混合し、造粒した後、直径３００ｍ、厚さ２ｍ＋に仮成
形した。次いで、この仮成形体を黒鉛ダイス内に組み込
み、真空ホットプレス装置により、真空度１０−ａ〜１
０″″！１Ｔｏｒｒ、圧力２００ ｋｇ／ａｎ？、温度
２１００℃の条件下で焼結した。この様にして得られた
相対密度９８％以上のそれぞれの焼結体を、両面研削し
、口２５．４ｍに切断した。熱伝導率はレーザフラッシ
ュ法により熱拡散率を測定して算出した。誘電率及び比
抵抗は、基極の両面に電極をつけて、室温で測定した。
第１図は、酸化アルミニウム含有量と各特性値の関係を
示す。
示す。
誘電率を２５０以上で安定に得るには、酸化アルミニウ
ム含有量が０．０５重量以上必要であるが、０．１５重
量％を越えると熱伝導率が２．ＯＷ／■℃より低くなる
ため、酸化アルミニウム含有量の範囲は０．０５〜０．
１５重量％が好ましい。
ム含有量が０．０５重量以上必要であるが、０．１５重
量％を越えると熱伝導率が２．ＯＷ／■℃より低くなる
ため、酸化アルミニウム含有量の範囲は０．０５〜０．
１５重量％が好ましい。
〈実施例２〉
第２図は各種セラミックスを放熱基板として実装し、熱
抵抗を測定するための構造図である。放熱基板２のサイ
ズは５ ｍ Ｘ ５■Ｘ０．６３５閣で、上、下面面に
はメタライズを施した。半導体レーザ１のサイズは４
ａｎ Ｘ ４ ｍ Ｘ ０ 、４０６ ｍで、放熱基板
２と半導体レーザ１、放熱基板２と銅ステム３の間はそ
れぞれＰ ｂ −５Ｓ ｎ 、 Ｐ ｂ −４０Ｓｎは
んだで接合した。また、接合層の厚さは０．１ｍｍ以下
とした。
抵抗を測定するための構造図である。放熱基板２のサイ
ズは５ ｍ Ｘ ５■Ｘ０．６３５閣で、上、下面面に
はメタライズを施した。半導体レーザ１のサイズは４
ａｎ Ｘ ４ ｍ Ｘ ０ 、４０６ ｍで、放熱基板
２と半導体レーザ１、放熱基板２と銅ステム３の間はそ
れぞれＰ ｂ −５Ｓ ｎ 、 Ｐ ｂ −４０Ｓｎは
んだで接合した。また、接合層の厚さは０．１ｍｍ以下
とした。
第３図は、第２図で説明した熱抵抗測定サンプルを使用
して、各種セラミックス毎に測定した一定熱量印加時間
と熱抵抗の関係を示した図である。
して、各種セラミックス毎に測定した一定熱量印加時間
と熱抵抗の関係を示した図である。
印加時間が大きくなるにつれて、各種セラミックス間の
熱抵抗差は大きくなる。この中で１本発明の放熱基板は
良好な結果を示し、ＡＱＮ等と比較して、熱抵抗は低く
なった。
熱抵抗差は大きくなる。この中で１本発明の放熱基板は
良好な結果を示し、ＡＱＮ等と比較して、熱抵抗は低く
なった。
〈実施例３〉
第４図は、本発明の放熱基板を半導体レーザパッケージ
に実装した場合の模式図である。放熱基板６の上下両面
にはＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの３層連続蒸着膜
メタライズを施し、サイズを１ ｘｉ Ｘ ０ 、５ｍ
Ｘ ０ 、２ ｍ とした。放熱基板６と半導体レー
ザ５、放熱基板６と金属ステム６は、それぞれ、Ｐｂ−
６０Ｓｎ、Ａｕ−２０５ｎのはんだで接合した。また、
半導体レーザ上面はＰ極とし、φ２０μｍの金線を用い
て正極と接続した。一方、半導体レーザ下面のＮ極は、
Ａｕ−２０Ｓｎはんだの接合部を通し、放熱基板の上面
メタライズと接し、金線９を通して、金属ステム７に接
地した。このパッケージ構造で、放熱基板６をＡＲＮと
して、応答周波数ＩＧＨｚで発振のテストを行なったと
ころ、共振が発生し必要な発振スペクトルが得ら乳なか
った。
に実装した場合の模式図である。放熱基板６の上下両面
にはＴ ｉ ／ Ｐ ｔ ／ Ａ ｕの３層連続蒸着膜
メタライズを施し、サイズを１ ｘｉ Ｘ ０ 、５ｍ
Ｘ ０ 、２ ｍ とした。放熱基板６と半導体レー
ザ５、放熱基板６と金属ステム６は、それぞれ、Ｐｂ−
６０Ｓｎ、Ａｕ−２０５ｎのはんだで接合した。また、
半導体レーザ上面はＰ極とし、φ２０μｍの金線を用い
て正極と接続した。一方、半導体レーザ下面のＮ極は、
Ａｕ−２０Ｓｎはんだの接合部を通し、放熱基板の上面
メタライズと接し、金線９を通して、金属ステム７に接
地した。このパッケージ構造で、放熱基板６をＡＲＮと
して、応答周波数ＩＧＨｚで発振のテストを行なったと
ころ、共振が発生し必要な発振スペクトルが得ら乳なか
った。
そこで、第５図に示すような等価回路を考えて共振周波
数が回路の１／Ｐ丁ごにほぼ、比例することから、放熱
基板６を従来の高熱伝導ＳｉＣに置き換えてテストした
が、ＡＱＮの場合と同様に良好な結果が得られなかった
。そこで放熱基板６を本発明の放熱基板に置き換えたと
ころ、良好な応答性が得られた。ここで使用したＡＱＮ
の誘電率は９、従来の高熱伝導ＳｉＣは４ｏ、そして、
本発明の放熱基板は、２５０〜５００である。第４図で
説明したパッケージの場合、インダクタンスＬの発生主
要因は金線８と考えられる。また、抵抗Ｒはほぼ一定と
考えられるので、放熱基板の容量Ｃを変化させた場合、
共振周波数は１／Ｋにほぼ比例すると考えられる。従っ
て、本発明の放熱基板を使用した場合、共振周波数はＡ
ＱＮの場合と比較して１７５〜１／７、低くなったと考
察される。
数が回路の１／Ｐ丁ごにほぼ、比例することから、放熱
基板６を従来の高熱伝導ＳｉＣに置き換えてテストした
が、ＡＱＮの場合と同様に良好な結果が得られなかった
。そこで放熱基板６を本発明の放熱基板に置き換えたと
ころ、良好な応答性が得られた。ここで使用したＡＱＮ
の誘電率は９、従来の高熱伝導ＳｉＣは４ｏ、そして、
本発明の放熱基板は、２５０〜５００である。第４図で
説明したパッケージの場合、インダクタンスＬの発生主
要因は金線８と考えられる。また、抵抗Ｒはほぼ一定と
考えられるので、放熱基板の容量Ｃを変化させた場合、
共振周波数は１／Ｋにほぼ比例すると考えられる。従っ
て、本発明の放熱基板を使用した場合、共振周波数はＡ
ＱＮの場合と比較して１７５〜１／７、低くなったと考
察される。
本発明によれば、半導体レーザの放熱基板に用いた場合
、熱伝導率が大きいので、熱抵抗の低下及び良好な放熱
効果がある。また、放熱基板の誘電率が可変、かつ、大
きく出来るので、パンケージの共振対策に効果がある。
、熱伝導率が大きいので、熱抵抗の低下及び良好な放熱
効果がある。また、放熱基板の誘電率が可変、かつ、大
きく出来るので、パンケージの共振対策に効果がある。
第１図は本発明の放熱基板の酸化アルミニウム含有量と
熱伝導率、比抵抗、及び誘電率の関係を示した特性図、
第２図は熱抵抗測定サンプルの説明図、第３図は各種放
熱基板を用いた場合の出力印加時間と熱抵抗の関係を示
した特性図、第４図は、本発明の放熱基板を半導体レー
ザのパッケージに組み込んだ場合の説明図、第５図は、
第４図に示した半導体レーザーパッケージの等価回路図
である。 １・・・半導体レーザ、２・・・放熱基板、３・・・銅
ステム、４・・・はんだ、５・・・半導体レーザ、６・
・高熱伝導第１図 １イしアルぐ二７ム含有！（皇量・／ａ）第２図 第３図 印力０＠間（ｙｎｊ） 第４図 第 図
熱伝導率、比抵抗、及び誘電率の関係を示した特性図、
第２図は熱抵抗測定サンプルの説明図、第３図は各種放
熱基板を用いた場合の出力印加時間と熱抵抗の関係を示
した特性図、第４図は、本発明の放熱基板を半導体レー
ザのパッケージに組み込んだ場合の説明図、第５図は、
第４図に示した半導体レーザーパッケージの等価回路図
である。 １・・・半導体レーザ、２・・・放熱基板、３・・・銅
ステム、４・・・はんだ、５・・・半導体レーザ、６・
・高熱伝導第１図 １イしアルぐ二７ム含有！（皇量・／ａ）第２図 第３図 印力０＠間（ｙｎｊ） 第４図 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭化ケイ素を主成分とし、ベリリウムまたは酸化ベ
リリウムの少なくとも一種を含み、かつ、酸化アルミニ
ウムを含む電気絶縁性焼結体からなる基体表面に金属化
膜を有し、前記金属化膜上にろう材を介して半導体レー
ザ素子が接合されていることを特徴とする半導体装置。 ２、請求項１において、前記焼結体の酸化アルミニウム
の含有量が、炭化ケイ素１００重量部に対し、０．０５
〜０．１５重量部である半導体装置。 ３、請求項１または２において、前記焼結体の室温での
熱伝導率が２．０Ｗ／ｃｍ℃以上である半導体装置。 ４、請求項１または２において、前記焼結体の室温での
比抵抗が１０＾６Ωｃｍ以上である半導体装置。 ５、請求項１または２において、前記焼結体の誘電率が
、周波数１ＭＨｚで２５０以上である半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175231A JPH0464243A (ja) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175231A JPH0464243A (ja) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0464243A true JPH0464243A (ja) | 1992-02-28 |
Family
ID=15992563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2175231A Pending JPH0464243A (ja) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0464243A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007123738A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Sony Corp | 光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信装置 |
| US7457333B2 (en) | 2003-03-14 | 2008-11-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light-transmitting module capable of responding a high-frequency over 10 GHz |
-
1990
- 1990-07-04 JP JP2175231A patent/JPH0464243A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7457333B2 (en) | 2003-03-14 | 2008-11-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Light-transmitting module capable of responding a high-frequency over 10 GHz |
| JP2007123738A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Sony Corp | 光送信モジュール、光送受信モジュール及び光通信装置 |
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