JPH0710949U - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ムライト質セラミックスまたはガラスセラミッ
クスよりなり、枠状の絶縁容器２と、主としてシリコン
Ｓｉよりなり、絶縁容器２の一主面にろう付け接合又は
ガラス接合されたヒートシンク３と、シリコンＳｉ半導
体よりなり、絶縁容器の中でヒートシンクにスクライブ
接合された集積回路チップ４とを備えていることを特徴
とする半導体装置１。 【効果】全体として軽量であり、信号伝播速度が速く、
熱放散性及び各部の接合性に優れる。従って、高速高密
度の集積回路装置として有用である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体装置に関し、特に高熱放散性が要求される半導体装置に好適 に利用され得る。

【０００２】

【従来の技術】

半導体装置においては、半導体チップの大型化、高集積化、高速化、パワーア ップ化に伴い発熱量が大きくなるので、高熱放散性の絶縁容器が要求される。従 って、アルミナ等よりなる絶縁セラミック層に配線を形成したセラミック多層配 線基板に半導体チップを搭載するだけでなく、その多層配線基板に高熱伝導材料 よりなるフィンを取り付けた構造が採用される。また、半導体チップが搭載され る基板部自体を高熱伝導材料にて構成し、半導体チップを包囲するような枠体を その基板部に接合した構造も採用される（特開昭６３−３１４８５５号公報、実 開平１−１３７５３８号公報等）。特に熱放散性に限れば、基板自体がヒートシ ンクとして機能する後者の構造が優れている。

【０００３】 一方、近年、信号伝播速度を速くすることのために、高密度ＩＣパッケージの 多層基板中の絶縁層として、アルミナ系セラミックスに代えてムライト系セラミ ックスやガラスセラミックスを用いようとする提案がなされている（特公昭５７ −２３６７２号公報，特開昭５５−１３９７０９号公報）。

【０００４】 すなわち、電気信号の伝播遅延時間は、配線導体をとりまく絶縁層の誘電率の 平方根に比例するので、比誘電率の小さいムライト又はガラスセラミックスを絶 縁層の主成分として信号の高速化を達成しようとするのである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記の従来技術において、高熱伝導材料としては、銅タングステン合金、窒化 アルミニウムセラミックス、炭化ケイ素セラミックス、タングステン、モリブデ ンが知られている。

【０００６】 しかし、これらの材料の中には、半導体容器の絶縁材料としてムライトセラミ ックスを用いた場合に、これとシリコン半導体とのいずれとも適合し、しかも軽 量且つ安価なものはない。従って、ムライトセラミックスを絶縁材料とする高熱 放散性のシリコン半導体装置は、未だ量産されていない。 本考案の目的は、このような課題を解決し、高速高密度、軽量及び低コストの 半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

その手段は、半導体装置が、 ムライト質セラミックスまたはガラスセラミックスよりなり、枠状の絶縁容器 と、 主としてシリコンＳｉよりなり、絶縁容器の一主面にろう付け接合又はガラス 接合されたヒートシンクと、 シリコンＳｉ半導体よりなり、絶縁容器の中でヒートシンクにスクライブ接合 された集積回路チップとを備えていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】

集積回路チップがヒートシンクに接合されているから、集積回路チップより発 せられる熱は、直接ヒートシンクに伝わる。そして、そのヒートシンクは主とし てシリコンＳｉよりなる。シリコンＳｉの熱伝導率は、１６８Ｗ／ｍ・Ｋである から、従来のヒートシンク材料のそれに匹敵する。従って、ヒートシンクを介し て効率良く、熱が放散される。

【０００９】 また、集積回路チップもヒートシンクもともにシリコンＳｉよりなるうえ、シ リコンの熱膨張係数が３．５×１０^-6／℃であるから、これと熱膨張差の小さい ムライト（熱膨張係数＝４．０×１０^-6／℃）やガラスセラミックス（熱膨張係 数＝３．０×１０^-6／℃）を絶縁容器の主成分とすることにより、チップとヒー トシンクとの接合部分及び絶縁容器とヒートシンクとの接合部分の熱応力が軽減 される。 更にシリコンの比重は、２．３と小さいから、ヒートシンクが半導体装置全体 のかなりの体積を占めたとしても、装置全体は従来のものよりも軽い。

【００１０】

【実施例】

−実施例１− 図１に、本考案の半導体装置をピングリッドアレイ（ＰＧＡ）等の高密度ＩＣ 装置に適用したところの構造例を示す。ピングリッドアレイタイプの高密度ＩＣ 装置１は、絶縁容器２、ヒートシンク３、集積回路チップ４、Ｉ／Ｏ（入出力） ピン５及び封止用蓋体６で構成されている。

【００１１】 絶縁容器２は、ムライト含有量７５重量％、密度２．９５ｇ／ｃｍ³、誘電率 ６．３、熱膨張係数４．０×１０^-6／℃のムライト質セラミックスよりなり、内 部に配線が形成された枠状の多層配線基板である。そして、その一主面には、ヒ ートシンク３との接合部分に厚さ１５μｍのタングステンのメタライズと厚さ２ μｍのニッケル鍍金がなされている。また、反対側の主面にも封止用蓋体６との 接合部分に同様のメタライズとニッケル鍍金が施されている。

【００１２】 ヒートシンク３は、熱膨張係数が３．５×１０^-6／℃、熱伝導率１６８Ｗ／ｍ ・ｋ、密度２．３４ｇ／ｃｍ³の信越化学製シリコンＳｉよりなり、絶縁容器２ の前記主面にＡｇろう付けされている。

【００１３】 集積回路チップ４は、Ｓｉ純度１００−１０^-9重量％のシリコンＳｉ半導体よ りなり、絶縁容器２の中でヒートシンク３にスクライブ接合されている。Ｉ／Ｏ ピン５は、絶縁容器２のパッド部（図示省略）に接合され、絶縁容器２の内部配 線と外部の周辺回路とを電気的に接続している。封止用蓋体６は、コバール等の 金属よりなり、絶縁容器２に接合され、集積回路チップ４を気密に閉塞している 。尚、図示しないが、集積回路チップ４と絶縁容器２の内部配線とは、周知のＡ ｌ線又はＡｕ線にてボンディングされ、電気的に接続している。

【００１４】 本例半導体装置の効果を確認するために、この装置を温度−６５℃で５分間保 持した後、温度１５０℃で５分間保持する熱サイクルを５０サイクル繰り返した ところ、絶縁容器２とヒートシンク３との接合部分及びヒートシンク３と集積回 路チップ４との接合部分のいずれも異常なかった。また、集積回路チップ４の回 路にも損傷がなかった。

【００１５】 −実施例２− 本例の半導体装置は、絶縁容器２の材質をムライトセラミックスに代えて、Ｓ ｉＯ₂５６重量％、Ａｌ₂Ｏ₃２３．５重量％、ＭｇＯ１５重量％、Ｂ₂Ｏ₃１．０ 重量％、ＺｎＯ３．５重量％、Ｐ₂Ｏ₅１．０重量％よりなる密度２．５ｇ／ｃｍ ³ 、誘電率５．５、熱膨張係数３．０×１０^-6／℃のコージェライト系結晶化ガ ラスとした以外は、実施例１と同形同質の半導体装置である。

【００１６】 実施例１と同様の熱サイクルを繰り返したところ、絶縁容器２とヒートシンク ３との接合部分及びヒートシンク３と集積回路チップ４との接合部分のいずれも 異常なかった。また、集積回路チップ４の回路にも損傷がなかった。

【００１７】

【考案の効果】

本考案半導体装置は、上記の構成を備えるので、全体として軽量であり、信号 伝播速度が速く、熱放散性及び各部の接合性に優れる。従って、高速高密度の集 積回路装置として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の半導体装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体装置 ２ 絶縁容器
３ ヒートシンク ４ 集積回路チップ ５ Ｉ／Ｏ（入出力）ピン
６ 封止用蓋体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ムライト質セラミックスまたはガラスセ
   ラミックスよりなり、枠状の絶縁容器と、 主としてシリコンＳｉよりなり、絶縁容器の一主面にろ
   う付け接合又はガラス接合されたヒートシンクと、 シリコンＳｉ半導体よりなり、絶縁容器の中でヒートシ
   ンクにスクライブ接合された集積回路チップとを備えて
   いることを特徴とする半導体装置。