JPH06163736A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

半導体素子収納用パッケージ

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JPH06163736A
JPH06163736A JP4309154A JP30915492A JPH06163736A JP H06163736 A JPH06163736 A JP H06163736A JP 4309154 A JP4309154 A JP 4309154A JP 30915492 A JP30915492 A JP 30915492A JP H06163736 A JPH06163736 A JP H06163736A
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JP
Japan
Prior art keywords
metal
semiconductor element
metal member
package
invar alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP4309154A
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English (en)
Inventor
Satoshi Oike
智 大池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Publication of JPH06163736A publication Critical patent/JPH06163736A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/754Package 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】 【目的】半導体素子が発生する熱を良好に吸収除去する
とともに絶縁容器にクラックや割れが発生するのを皆無
として収容する半導体素子を長期間にわたり正常、且つ
安定に作動させることができる半導体素子収納用パッケ
ージを提供することにある。 【構成】半導体素子3を収容する絶縁基体1の外表面に
コバール金属もしくはインバー合金を含む金属部材9
を、該コバール金属もしくはインバー合金の変移点以下
の温度で溶融もしくは熱硬化する接合材10を介して接
合取着させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子、特に半導体
集積回路素子を収容するための半導体素子収納用パッケ
ージの改良に関するものである。
【0002】
【従来技術】近時、情報処理装置の高性能化、高速度化
に伴い、それを構成する半導体素子も高密度、高集積化
が急激に進んでいる。そのため半導体素子の単位面積、
単位体積当たりの発熱量が増大し、半導体素子を正常、
且つ安定に作動させるためにはその熱をいかに効率的に
除去するかが課題となっている。
【0003】従来、半導体素子が発生する熱の除去方法
としては半導体素子を、酸化アルミニウム質焼結体から
成る絶縁容器の外表面にメタライズ金属層を被着形成す
るとともに該メタライズ金属層に銅等の金属から成る金
属部材を銀ロウ等のロウ材を介し取着した構造の半導体
素子収納用パッケージに収容し、半導体素子から発生さ
れる熱を金属部材に吸収させるとともに該吸収した熱を
大気中に放散させることによって行われている。
【0004】しかしながら、この従来の半導体素子収納
用パッケージは絶縁容器が酸化アルミニウム質焼結体か
ら成り、その熱膨張係数が6.5 〜7.5 ×10-6/ ℃である
のに対し、金属部材を構成する銅の熱膨張係数は14.0〜
20.0×10-6/ ℃であり、両者大きく相違するため絶縁容
器と金属部材に、例えば半導体素子が作動時に発した熱
等が繰り返し印加されると絶縁容器と金属部材との取着
部に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が
発生し、該熱応力によって絶縁容器にクラックや割れが
発生してしまうという欠点を有していた。そのためこの
従来の半導体素子収納用パッケージでは内部に収容する
半導体素子の気密封止が短時間で破れ、半導体素子を長
期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができな
かった。
【0005】そこで上記欠点を解消するために金属部材
を銅に変えて絶縁容器を構成する酸化アルミニウム質焼
結体と熱膨張係数が近似するコバール金属やインバー合
金を含む金属材で形成することが考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コバー
ル金属やインバー合金はその変移点( 約430 ℃) 以下の
温度においては酸化アルミニウム質焼結体に近似した熱
膨張係数を有するものの変移点を越える温度ではその熱
膨張係数が急激に大きくなって酸化アルミニウム質焼結
体の熱膨張係数と合わなくなる。そのため金属部材をコ
バール金属やインバー合金を含む金属材で形成した場
合、金属部材を絶縁容器の外表面に設けたメタライズ金
属層に銀ロウを介して取着する際、銀ロウ材の溶融温度
が約900 ℃とコバール金属やインバー合金の変移点( 約
430 ℃) を越える温度であるため絶縁容器と金属部材と
の取着部に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱
応力が発生し、該熱応力によって絶縁容器にクラックや
割れが発生してしまう。
【0007】従って、金属部材をコバール金属やインバ
ー合金を含む金属材で形成したとしても絶縁容器には依
然としてクラックや割れが発生し、内部に収容する半導
体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させるこ
とができないという課題を有する。
【0008】
【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は半導体素子が発生する熱を良好に吸収除
去するとともに絶縁容器にクラックや割れが発生するの
を皆無として収容する半導体素子を長期間にわたり正
常、且つ安定に作動させることができる半導体素子収納
用パッケージを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子収納
用パッケージは半導体素子を収容する絶縁容器の外表面
にコバール金属もしくはインバー合金を含む金属部材
を、該コバール金属もしくはインバー合金の変移点以下
の温度で溶融もしくは熱硬化する接合材を介して接合取
着させたことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の半導体素子収納用パッケージによれ
ば、絶縁容器の外表面にコバール金属もしくはインバー
合金を含む金属部材を、該コバール金属もしくはインバ
ー合金の変移点以下の温度で溶融もしくは熱硬化する接
合材を介して取着させることから取着時、絶縁容器と金
属部材との間には大きな熱応力が発生することはなく、
絶縁容器にクラックや割れ等が発生するのを皆無として
絶縁容器に金属部材を強固に取着することが可能とな
る。
【0011】
【実施例】次に本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。図1 及び図2 は本発明の半導体素子収納用パッケー
ジの一実施例を示し、1 は電気絶縁材料から成る絶縁基
体であり、2 は蓋体である。この絶縁基体1 と蓋体2 と
で半導体素子3 を収容するための容器4 が構成される。
【0012】前記絶縁基体1はその上面に半導体素子3
を収容するための凹部1aを有し、該凹部1a底面には半導
体素子3 がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接
着固定される。
【0013】前記絶縁基体1 は酸化アルミニウム質焼結
体から成り、例えばアルミナ(Al 2O 3 ) 、シリカ(SiO
2 ) 、カルシア(CaO) 、マグネシア(MgO) 等に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれ
を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法
を採用することによってセラミックグリーンシート(セ
ラミック生シート) を形成し、しかる後、前記セラミッ
クグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに
複数枚積層し、高温( 約1600℃) で焼成することによっ
て製作される。
【0014】また前記絶縁基体1 には凹部1a周辺部から
容器4 の外部にかけて導出する複数個のメタライズ配線
層5 が形成されており、該メタライズ配線層5 の凹部1a
周辺部側には半導体素子3 の各電極がボンディングワイ
ヤ6 を介して電気的に接続され、また容器4 の外部に導
出された部位には外部電気回路と接続される外部リード
端子7 が銀ロウ等のロウ材を介し取着されている。
【0015】前記メタライズ配線層5 は半導体素子3 の
各電極を外部リード端子7 に電気的に接続させる作用を
為し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点
金属粉末から成り、該高融点金属粉末に適当な有機溶
剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを従来周知の
スクリーン印刷法等の厚膜手法を採用し、絶縁基体1 と
成るセラミックグリーンシートに予め印刷塗布しておく
ことによって絶縁基体1の凹部1a周辺部から容器4 の外
部にかけて導出するよう被着形成される。
【0016】尚、前記メタライズ配線層5 はその露出す
る表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、且つロウ材と
の濡れ性が良い金属を1.0 乃至20.0μm の厚みにメッキ
法により層着させておくと、メタライズ配線層5 の酸化
腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ
配線層5 への外部リード端子7 のロウ付けを強固となす
ことができる。従って、前記メタライズ配線層5 にはそ
の露出する表面にニッケル、金等を1.0 乃至20.0μm の
厚みに層着させておくことが好ましい。
【0017】また前記絶縁基体1 はその下面にメタライ
ズ金属層8 が被着されており、該メタライズ金属層8 に
は金属部材9 が接合材10を介して取着されている。
【0018】前記メタライズ金属層8 は金属部材9 を絶
縁基体1 に取着するための下地金属層として作用し、タ
ングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末
により形成されている。
【0019】前記メタライズ金属層8 はメタライズ配線
層4 と同様の方法、具体的にはタングステン等の粉末に
適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペースト
を従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用し、
絶縁基体1 と成るセラミックグリーンシートに予め印刷
塗布しておくことによって絶縁基体1 の下面に被着形成
される。
【0020】また前記メタライズ金属層8 に取着される
金属部材9 はコバール金属やインバー合金等を含む金属
材によって形成されており、該金属部材9 は半導体素子
3 の発する熱膨張係数を良好に吸収するとともに大気中
に放散し、半導体素子3 が熱破壊したり、特性に変化を
来し誤動作したりするのを防止する作用を為す。
【0021】前記金属部材9 は例えば図2(a)に示す如
く、コバール金属もしくはインバー合金から成る板材9a
を2 枚の銅板9bで上下から挟んだ構造のもの、或いは図
2(b)に示す如く、コバール金属もしくはインバー合金か
ら成り、複数個の貫通孔を有する2 枚の金属板9c、9c間
に銅部材9dをその一部が前記金属板9cに設けた貫通孔内
に圧入された状態で挟持された構造のものが好適に使用
される。
【0022】尚、前記図2(a)に示される金属部材9 は例
えば、鉄54.0重量%、ニッケル29.0重量%、コバルト17
重量%の合金からなるコバール金属9aの上下に銅板9bを
載置するとともにこれを圧延ローラにかけ、両板を150K
g/cm2 以上の圧力で押圧することによって製作され、ま
た図2(b)に示される金属部材9 は例えば、銅部材9dの上
下に複数個の貫通孔を有するコバール金属板9cを配し、
しかる後、これを150Kg/cm2 以上の圧力で圧延し、銅部
材9dの一部をコバール金属板9cの貫通孔内に圧入させる
ことによって製作される。
【0023】また前記金属部材9 はコバール金属やイン
バー合金等を含む金属材によって形成されていることか
らその熱膨張係数が5.6 〜7.6 ×10-6/ ℃となり、絶縁
基体1 を構成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係
数に近似する。そのため絶縁基体1 と金属部材9 に半導
体素子3 が作動時に発生する熱が印加されたとしても両
者の取着部には大きな熱応力が発生することはなく、絶
縁基体1 にクラックや割れ等が発生することもない。
【0024】更に前記金属部材9 は絶縁基体1 の下面に
被着させたメタライズ金属層8 に接合材10を介して取着
され、これによって金属部材9 は絶縁基体1 に取着され
ることとなる。
【0025】前記金属部材9 を絶縁基体1 のメタライズ
金属層8 に取着させる接合材10としては金ースズロウ材
やアルミニウムーシリコンロウ材等が好適に使用され、
該金ースズロウ材やアルミニウムーシリコンロウ材はそ
の溶融温度が金属部材9 に含まれているコバール金属や
インバー合金の変移点より低い温度であるため金属部材
9 を絶縁基体1 に被着させたメタライズ金属層8 に接合
材10を介して取着させる際、金属部材9 が絶縁基体1 に
比較して大きく熱膨張することはなく、その結果、両者
の取着部に大きな熱応力が発生することはなく、絶縁基
体1 にクラックや割れ等が発生するのを皆無として金属
部材9 を絶縁基体1 に極めて強固に取着させることが可
能となる。
【0026】尚、前記接合材10は上述の金ースズロウ材
やアルミニウムーシリコンロウ材に限定されるものでは
なく、溶融温度が金属部材9 に含まれているコバール金
属やインバー合金の変移点より低い温度であればいかな
る材質のロウ材であってもよく、またエポキシ樹脂やガ
ラスポリイミド等の熱硬化温度が金属部材9 に含まれて
いるコバール金属やインバー合金の変移点より低い温度
の樹脂接着材であってもよい。接合材10がエポキシ樹脂
等の樹脂接着材から成る場合には絶縁基体1 にメタライ
ズ金属層8 を予め被着させておく必要はなく、絶縁基体
1 の下面に金属部材9 を直接接合材10を介して取着すれ
ばよい。
【0027】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジは絶縁基体1 の凹部1a底面に半導体素子3 をガラス、
樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに
半導体素子3 の各電極をメタライズ配線層5 にボンディ
ングワイヤ6 を介して接続し、しかる後、絶縁基体1 の
上面に蓋体2 をガラス、樹脂、ロウ材等の封止材を介し
て接合さて、絶縁基体1 と蓋体2 とから成る容器4 内部
に半導体素子3 を気密に収容することによって製品とし
てき半導体装置となる。
【0028】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、絶縁容器の外表面にコバール金属もしくはイン
バー合金を含む金属部材を、該コバール金属もしくはイ
ンバー合金の変移点以下の温度で溶融もしくは熱硬化す
る接合材を介して取着させたことから絶縁容器と金属部
材との間には大きな熱応力が発生することはなく、絶縁
容器にクラックや割れ等が発生するのを皆無として絶縁
容器に金属部材を強固に取着することが可能となる。従
って、本発明の半導体素子収納用パッケージは内部に収
容する半導体素子の気密封止が完全となり、半導体素子
を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることが可
能となる。
【0030】また絶縁容器に金属部材が強固に取着され
ているため半導体素子が作動時に多量の熱を発したとし
ても該熱は金属部材を介して大気中に良好に放散され、
その結果、半導体素子は常に低温となり、これによって
も半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動さ
せることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す断面図である。
【図2】(a)(b)は図1に示すパッケージに使用される金
属部材を説明するための部分斜視図である。
【符号の説明】
1・・・・・絶縁基体 2・・・・・蓋体 3・・・・・半導体素子 4・・・・・容器 9・・・・・金属部材 10・・・・・接合材

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を収容する絶縁容器の外表面に
    コバール金属もしくはインバー合金を含む金属部材を、
    該コバール金属もしくはインバー合金の変移点以下の温
    度で溶融もしくは熱硬化する接合材を介して接合取着さ
    せたことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
JP4309154A 1992-11-19 1992-11-19 半導体素子収納用パッケージ Pending JPH06163736A (ja)

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JP4309154A JPH06163736A (ja) 1992-11-19 1992-11-19 半導体素子収納用パッケージ

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58101446A (ja) * 1981-12-11 1983-06-16 Hitachi Ltd 半導体装置
JPH0247054B2 (ja) * 1981-05-21 1990-10-18 Energy Support Corp
JPH0471256A (ja) * 1990-07-11 1992-03-05 Kyocera Corp 放熱体の製造方法

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