JPH0581184B2 - - Google Patents
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- JPH0581184B2 JPH0581184B2 JP63081239A JP8123988A JPH0581184B2 JP H0581184 B2 JPH0581184 B2 JP H0581184B2 JP 63081239 A JP63081239 A JP 63081239A JP 8123988 A JP8123988 A JP 8123988A JP H0581184 B2 JPH0581184 B2 JP H0581184B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- aln
- cap
- alloy
- thermal expansion
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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)
Description
［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。 ［従来の技術］ 高度の信頼性を要求される半導体封止用のキヤ
ツプの材料には、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
ミツ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はセラミツクス基
板４の上に搭載され、これにキヤツプ１がかぶせ
てあるが、特にキヤツプ１が絶縁性のあるセラミ
ツクス（例えばアルミナ、ムライトなど）である
とき、すなわち、第２図の場合はキヤツプ１の周
縁にスカート状の低膨脹性合金材料の金属枠２
を、又キヤツプ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図の場合はキヤツプ
１と半導体素子３との接触部に絶縁層５を設ける
ことによつて、半導体素子３のリーク電流を防ぐ
構造となつている。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ヤツプが採用さ
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
優れたキヤツ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ヤツプを用いたとし
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
を用いたキヤツプが注目されている。それらの候
補材料としては、BeO、SiC、AlNが考えられる
が、BeO、SiCは毒性と供給不安定の点で問題が
ある。したがつてAlNが最も有力であるが、
AlNを用いた半導体装置用部品を製作するため
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け温度（780
℃）までの平均熱膨脹率が5.5×10-6k-1と小さい
のに対して、金属枠である鉄−ニツケル系合金の
平均熱膨脹率は10×10-6k-1（コバール）〜11×
10-6k-1（42アロイ）と極めて高い。このためAlN
キヤツプ内に大きな熱応力による歪が発生する結
果となり、AlNキヤツプにクラツクや金属枠に
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
きなかつた。 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キヤツプを用い、
このAlNキヤツ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
密に封止するキヤツプが、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
製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、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
熱膨脹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。 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、１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に低熱膨脹製金属板８を軟金
属板９を介して金属ろう７をもつて接合してあ
る。低熱膨脹性金属板８の下端はセラミツクス基
板４に接合されている。セラミツク基板４には半
導体素子３が搭載されている。さらに、AlN製
のキヤツプ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、キヤツプ１を通してヒートシンク１１によつ
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ツクス
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Ｗ、Mo、Mo−Mn等をAlN製キヤ
ツプと同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ツタ
リングによつて形成する。 また、使用する金属ろう７としては、銀ろうが
好ましいが、低熱膨脹性金属板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つて、両者を強固に
接合できれば他のろう材であつてもよい。さら
に、銀ろうを用いる場合であつても、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、低熱膨脹性金属板の
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製のキヤツプに、低熱膨脹性金属材料と
軟金属材料からなる金属板をろう付けする場合、
選ばれた低熱膨脹性金属材料でも、AlNとの熱
膨脹率が異なるために、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つて応力を緩和す
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。 したがつて、ろう付けされる表層部が軟金属材
料であるCu、Fu、Ni、Al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脹性金属材
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製キヤツプとをろう付けした場合、
熱応力が緩和されるために、接合強度が十分高
く、信頼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と低熱膨脹性金
属材料してコバールとの組合せからなる金属板を
AlN製キヤツプに銀ろう付けする場合、銀ろう
付け温度の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。
したがつて、Cuは熱膨脹率が18×16-6k-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、予め、Cu表面にNiめつき処理
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、低熱膨脹性金属材料として42アロイ、
コバールはキヤツプ材料として工業的に適してい
るのみでなく、その熱膨脹率が金属材料中で
AlNの熱膨脹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脹性金属板と
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、
低熱膨脹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つて、AlN製キヤ
ツプに金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（〜×
10-11atm・c.c.／sec）、高精度、高信頼性のもの
が得られる。 なお、Cu、Cu合金のほかに、軟金属として
Ni、Fe、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］ AlN（10mm平方、厚さ３mm）のキヤツプの周囲
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0.1mmの表１に示す金属枠
体をそれぞれ銀ろう付けした（830℃）。ただし、
金属枠体の表層部にCuを用いる場合はろう付け
前に予めNiメツキ処理を行つた。これらの試料
についてソリの大きさ、気密性を測定し、併せて
組織観察を行つた。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、キヤツプをHeガス雰囲気におき、キヤツプ
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性のキヤツプ
１およびそれと８、９からなる金属枠体１０の接
合部をSEM、OMにより観察し、クラツク、欠
陥の有無を調べた。結果を表１に示す。
導体装置用部品に関する。 ［従来の技術］ 高度の信頼性を要求される半導体封止用のキヤ
ツプの材料には、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
ミツ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はセラミツクス基
板４の上に搭載され、これにキヤツプ１がかぶせ
てあるが、特にキヤツプ１が絶縁性のあるセラミ
ツクス（例えばアルミナ、ムライトなど）である
とき、すなわち、第２図の場合はキヤツプ１の周
縁にスカート状の低膨脹性合金材料の金属枠２
を、又キヤツプ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図の場合はキヤツプ
１と半導体素子３との接触部に絶縁層５を設ける
ことによつて、半導体素子３のリーク電流を防ぐ
構造となつている。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ヤツプが採用さ
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
優れたキヤツ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ヤツプを用いたとし
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
を用いたキヤツプが注目されている。それらの候
補材料としては、BeO、SiC、AlNが考えられる
が、BeO、SiCは毒性と供給不安定の点で問題が
ある。したがつてAlNが最も有力であるが、
AlNを用いた半導体装置用部品を製作するため
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け温度（780
℃）までの平均熱膨脹率が5.5×10-6k-1と小さい
のに対して、金属枠である鉄−ニツケル系合金の
平均熱膨脹率は10×10-6k-1（コバール）〜11×
10-6k-1（42アロイ）と極めて高い。このためAlN
キヤツプ内に大きな熱応力による歪が発生する結
果となり、AlNキヤツプにクラツクや金属枠に
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
きなかつた。 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キヤツプを用い、
このAlNキヤツ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
密に封止するキヤツプが、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
製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、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
熱膨脹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。 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、１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に低熱膨脹製金属板８を軟金
属板９を介して金属ろう７をもつて接合してあ
る。低熱膨脹性金属板８の下端はセラミツクス基
板４に接合されている。セラミツク基板４には半
導体素子３が搭載されている。さらに、AlN製
のキヤツプ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、キヤツプ１を通してヒートシンク１１によつ
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ツクス
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Ｗ、Mo、Mo−Mn等をAlN製キヤ
ツプと同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ツタ
リングによつて形成する。 また、使用する金属ろう７としては、銀ろうが
好ましいが、低熱膨脹性金属板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つて、両者を強固に
接合できれば他のろう材であつてもよい。さら
に、銀ろうを用いる場合であつても、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、低熱膨脹性金属板の
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製のキヤツプに、低熱膨脹性金属材料と
軟金属材料からなる金属板をろう付けする場合、
選ばれた低熱膨脹性金属材料でも、AlNとの熱
膨脹率が異なるために、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つて応力を緩和す
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。 したがつて、ろう付けされる表層部が軟金属材
料であるCu、Fu、Ni、Al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脹性金属材
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製キヤツプとをろう付けした場合、
熱応力が緩和されるために、接合強度が十分高
く、信頼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と低熱膨脹性金
属材料してコバールとの組合せからなる金属板を
AlN製キヤツプに銀ろう付けする場合、銀ろう
付け温度の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。
したがつて、Cuは熱膨脹率が18×16-6k-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、予め、Cu表面にNiめつき処理
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、低熱膨脹性金属材料として42アロイ、
コバールはキヤツプ材料として工業的に適してい
るのみでなく、その熱膨脹率が金属材料中で
AlNの熱膨脹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脹性金属板と
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、
低熱膨脹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つて、AlN製キヤ
ツプに金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（〜×
10-11atm・c.c.／sec）、高精度、高信頼性のもの
が得られる。 なお、Cu、Cu合金のほかに、軟金属として
Ni、Fe、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］ AlN（10mm平方、厚さ３mm）のキヤツプの周囲
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0.1mmの表１に示す金属枠
体をそれぞれ銀ろう付けした（830℃）。ただし、
金属枠体の表層部にCuを用いる場合はろう付け
前に予めNiメツキ処理を行つた。これらの試料
についてソリの大きさ、気密性を測定し、併せて
組織観察を行つた。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、キヤツプをHeガス雰囲気におき、キヤツプ
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性のキヤツプ
１およびそれと８、９からなる金属枠体１０の接
合部をSEM、OMにより観察し、クラツク、欠
陥の有無を調べた。結果を表１に示す。
【表】
［発明の効果］
本発明によれば、高熱伝導性を付与したAlN
製のキヤツ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。
製のキヤツ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図は本発明の実施例の説明図、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。 １……AlN基板、２……金属枠、３……半導
体素子、４……セラミツクス基板、５……絶縁
層、６……メタライジング部、７……金属ろう、
８……低膨脹性金属板、９……軟金属板、１０…
…金属枠体、１１……ヒートシンク。
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。 １……AlN基板、２……金属枠、３……半導
体素子、４……セラミツクス基板、５……絶縁
層、６……メタライジング部、７……金属ろう、
８……低膨脹性金属板、９……軟金属板、１０…
…金属枠体、１１……ヒートシンク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁基板に搭載された半導体素子を気密に封
止するキヤツプが、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 JPH01253944A (ja) | 1989-10-11 |
| JPH0581184B2 true 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) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0741157Y2 (ja) * | 1988-06-01 | 1995-09-20 | 日本特殊陶業株式会社 | Ｉｃパッケージ用封止キャップ |
| JPH0361345U (ja) * | 1989-10-19 | 1991-06-17 |
-
1988
- 1988-04-04 JP JP63081239A patent/JPH01253944A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01253944A (ja) | 1989-10-11 |
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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 | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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