JPH071786B2 - ハイブリッドｉｃおよび金属容器 - Google Patents
ハイブリッドｉｃおよび金属容器Info
- Publication number
- JPH071786B2 JPH071786B2 JP2085948A JP8594890A JPH071786B2 JP H071786 B2 JPH071786 B2 JP H071786B2 JP 2085948 A JP2085948 A JP 2085948A JP 8594890 A JP8594890 A JP 8594890A JP H071786 B2 JPH071786 B2 JP H071786B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal container
- hybrid
- bottom plate
- circuit board
- metal
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- 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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子を載せた回路基板を金属容器内に
気密封止するハイブリッドICと、これに用いる金属容器
とに関するものである。
気密封止するハイブリッドICと、これに用いる金属容器
とに関するものである。
（発明の背景） 民生用の分野においては、各種電源や音響機器用オーデ
ィオアンプ等に50W/in2以上の高電力ハイブリッドIC
（以下HIC）がすでに多用されている。ここに高電力HIC
は消費電力が1W/in2以上のものであり、熱放散を考慮し
た構造設計が行われている。
ィオアンプ等に50W/in2以上の高電力ハイブリッドIC
（以下HIC）がすでに多用されている。ここに高電力HIC
は消費電力が1W/in2以上のものであり、熱放散を考慮し
た構造設計が行われている。
第３図はこの従来の高電力HICの断面図である。この図
で符号10は金属容器であり、四角形の平板状底板部12
と、この底板部12の周縁から起立する枠体部14とを一体
に形成したものである。枠体部14には適宜数のリード16
が貫通してガラス封止部18で封止されている。ここにガ
ラス封止部18のガラスとリード16と枠体部14との熱膨張
係数を整合させるため、金属容器10とリード16は鉄・コ
バルト・ニッケル合金であるコバールで作られる。
で符号10は金属容器であり、四角形の平板状底板部12
と、この底板部12の周縁から起立する枠体部14とを一体
に形成したものである。枠体部14には適宜数のリード16
が貫通してガラス封止部18で封止されている。ここにガ
ラス封止部18のガラスとリード16と枠体部14との熱膨張
係数を整合させるため、金属容器10とリード16は鉄・コ
バルト・ニッケル合金であるコバールで作られる。
20は裸の半導体チップであり、このチップ20はアルミナ
セラミックス製の回路基板22に導電性接着剤25、例えば
銀入りエポキシ樹脂系接着剤により接着されている。回
路基板22は非導電性接着剤26、例えばアルミナまたはシ
リカ入りのエポキシ樹脂系接着剤によって金属容器10内
の底板部12に接着されている。また電気的接続をとるた
めに、金ワイヤ28により、チップ20上の電極と回路基板
22上の回路パターンとが接続され、あるいはリード16と
が接続されている。
セラミックス製の回路基板22に導電性接着剤25、例えば
銀入りエポキシ樹脂系接着剤により接着されている。回
路基板22は非導電性接着剤26、例えばアルミナまたはシ
リカ入りのエポキシ樹脂系接着剤によって金属容器10内
の底板部12に接着されている。また電気的接続をとるた
めに、金ワイヤ28により、チップ20上の電極と回路基板
22上の回路パターンとが接続され、あるいはリード16と
が接続されている。
このように金属容器10内に回路基板22を接着した後、枠
体部14の開口にキャップ30が載せられ、その周縁がシー
ム溶接される。すなわちローラ電極をこの周縁に押圧し
つつローラ電極と金属容器10との間に電流を流すことに
より溶接するものである。
体部14の開口にキャップ30が載せられ、その周縁がシー
ム溶接される。すなわちローラ電極をこの周縁に押圧し
つつローラ電極と金属容器10との間に電流を流すことに
より溶接するものである。
このような構造の従来の高電力HICでは、各部の熱膨張
を整合させるために、金属容器10とリード16とキャップ
30とにガラス封止部18のガラスと熱膨張係数が接近して
いるコバールを用い、また回路基板22に同様に熱膨張係
数が接近したアルミナセラミックスを用いている。
を整合させるために、金属容器10とリード16とキャップ
30とにガラス封止部18のガラスと熱膨張係数が接近して
いるコバールを用い、また回路基板22に同様に熱膨張係
数が接近したアルミナセラミックスを用いている。
しかしこの従来構造のHICは熱放散に限界があって高電
力化が困難であった。このため従来のHICは1W/in2以下
の信号処理回路などの小電力の分野に使用が制限されて
いた。
力化が困難であった。このため従来のHICは1W/in2以下
の信号処理回路などの小電力の分野に使用が制限されて
いた。
その理由を第４図のHICの熱伝導モデル図を用いて説明
する。半導体チップ20のジャンクション部で発生する熱
の大部分は矢印で示すようにパッケージ10の底板部12に
向って流れ、この底板部12の外面に密着するヒートシン
ク32に放熱される。この図で一点鎖線は等温線を示す。
この伝熱モデルは単純化して次式のように表わされる。
する。半導体チップ20のジャンクション部で発生する熱
の大部分は矢印で示すようにパッケージ10の底板部12に
向って流れ、この底板部12の外面に密着するヒートシン
ク32に放熱される。この図で一点鎖線は等温線を示す。
この伝熱モデルは単純化して次式のように表わされる。
Tj-Tc＝Ｐ×ΣRi、 Tj：半導体ジャンクション温度、 Tc：パッケージ底板部温度、 P :半導体チップの消費電力、 Ri：熱流経路の熱抵抗、 ここに左辺のTjは半導体の絶対最大定格で決まり（150
〜200℃位）、Tcは使用環境などで決まる（85〜125℃
位）ら、左辺はほぼ一定の範囲（25〜115℃位）に抑え
る必要がある。このため消費電力Ｐを大きく確保するた
めには熱抵抗ΣRiをできるだけ小さくする構造設計が必
要になる。各層の熱抵抗Riは材料の熱伝導率Kiに反比例
するから、結局この熱流経路の構造材料を熱伝導率の大
きいものにする必要がある。
〜200℃位）、Tcは使用環境などで決まる（85〜125℃
位）ら、左辺はほぼ一定の範囲（25〜115℃位）に抑え
る必要がある。このため消費電力Ｐを大きく確保するた
めには熱抵抗ΣRiをできるだけ小さくする構造設計が必
要になる。各層の熱抵抗Riは材料の熱伝導率Kiに反比例
するから、結局この熱流経路の構造材料を熱伝導率の大
きいものにする必要がある。
第5A〜Ｃ図は各種材料の特性比較図であるが、この第5A
図からも明らかなように熱流経路に介在する接着剤は有
機系であるため熱伝導率が著しく低く、またコバールの
熱伝導率もアルミナと同程度しかない。このため従来構
造のパッケージでは、各部材の熱膨張係数の整合を取り
ながら熱放散を高めることはできなかった。
図からも明らかなように熱流経路に介在する接着剤は有
機系であるため熱伝導率が著しく低く、またコバールの
熱伝導率もアルミナと同程度しかない。このため従来構
造のパッケージでは、各部材の熱膨張係数の整合を取り
ながら熱放散を高めることはできなかった。
（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、各
部の熱膨張係数の整合を図りつつ熱放散を向上させ、HI
Cの高電力が可能で、その信頼性を向上することができ
るハイブリッドICを提供することを第１の目的とする。
部の熱膨張係数の整合を図りつつ熱放散を向上させ、HI
Cの高電力が可能で、その信頼性を向上することができ
るハイブリッドICを提供することを第１の目的とする。
またこのハイブリッドICに用いる金属容器を提供するこ
とを第２の目的とする。
とを第２の目的とする。
（発明の構成） 本発明によれば第１の目的は、底板部とその周縁から立
上がる枠体部とを一体に形成した金属容器内に、半導体
チップを固着した回路基板を収容し、前記金属容器にリ
ードをガラス封止すると共に、前記枠体部の開口を金属
キャップで塞いで気密封止するハイブリッドICにおい
て、前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コ
バルト・ニッケル合金の枠体部とを互いにロー接合して
形成され、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、
前記底板部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ
接合したことを特徴とするハイブリッドIC、により達成
される。
上がる枠体部とを一体に形成した金属容器内に、半導体
チップを固着した回路基板を収容し、前記金属容器にリ
ードをガラス封止すると共に、前記枠体部の開口を金属
キャップで塞いで気密封止するハイブリッドICにおい
て、前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コ
バルト・ニッケル合金の枠体部とを互いにロー接合して
形成され、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、
前記底板部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ
接合したことを特徴とするハイブリッドIC、により達成
される。
また第２の目的は、半導体チップを固定した回路基板を
収容し金属キャップき気密封止するハイブリッドIC用の
金属容器において、銅・タングステンの底板部と、鉄・
コバルト・ニッケル合金の枠体部とを互いにロー接合し
たことを特徴とするハイブリッドICの金属容器、により
達成される。
収容し金属キャップき気密封止するハイブリッドIC用の
金属容器において、銅・タングステンの底板部と、鉄・
コバルト・ニッケル合金の枠体部とを互いにロー接合し
たことを特徴とするハイブリッドICの金属容器、により
達成される。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例の断面図である。
この図において、金属容器10Aは底板部12Aと枠体部14A
とが異なる材料で作られいる。すなわち底板部12Aは、
銅・ダングステン（CuW）で、枠体部14Aはコバールで作
られ、両者は銀ロー付けされている。ここに銅タングス
テンは、燒結させたタングステンの中に銅を溶かし込ん
だ複合材料である。
とが異なる材料で作られいる。すなわち底板部12Aは、
銅・ダングステン（CuW）で、枠体部14Aはコバールで作
られ、両者は銀ロー付けされている。ここに銅タングス
テンは、燒結させたタングステンの中に銅を溶かし込ん
だ複合材料である。
リード16Aは、大電力用に大経としたコバール製の内部
リード16aと、これにフラッシュ溶接された銅製の外部
リード16bとで構成され、内部リード16aが枠体部14Aに
ガラス封止部18Aにおいて封止されている。
リード16aと、これにフラッシュ溶接された銅製の外部
リード16bとで構成され、内部リード16aが枠体部14Aに
ガラス封止部18Aにおいて封止されている。
回路基板22Aは窒化アルミニウム（AlN）で作られ、半導
体チップ20はこの基板22Aにハンダ24Aで接着され、また
この基板22Aはさらにハンダ26Aにより底板部112Aに接着
される。キャップ30は従来と同様にコバール製であり、
枠体部14Aにシーム溶接されている。ここに窒化アルミ
ニウムは第5C図に示すように比誘電率が小さく絶縁性が
良好なものである。
体チップ20はこの基板22Aにハンダ24Aで接着され、また
この基板22Aはさらにハンダ26Aにより底板部112Aに接着
される。キャップ30は従来と同様にコバール製であり、
枠体部14Aにシーム溶接されている。ここに窒化アルミ
ニウムは第5C図に示すように比誘電率が小さく絶縁性が
良好なものである。
熱流経路に介在する回路基板22A（AlN）と、底板部12A
（CuW）とは第5A図に明らかなように従来装置のアルミ
ナ、コバールに比べて熱電導率が著しく大きく、また接
着に用いるハンダも有機系の接着剤に比べて著しく大き
くなる。この結果前記した熱抵抗ΣRiが著しく小さくな
り、消費電力Ｐを大きくすることができる。
（CuW）とは第5A図に明らかなように従来装置のアルミ
ナ、コバールに比べて熱電導率が著しく大きく、また接
着に用いるハンダも有機系の接着剤に比べて著しく大き
くなる。この結果前記した熱抵抗ΣRiが著しく小さくな
り、消費電力Ｐを大きくすることができる。
第２図は、消費電力Ｐ（Ｗ）に対する温度上昇の変化
を、本願のものと従来のものとに対して実測により求め
比較する図である。この図でａは2mm角のパワートラン
ジスタを実装した従来構造のHICの特性を、Ａは同じく
本願構造のHICの特性を示す。またｂは6.5mm角のパワー
トランジスタを実装した従来構造の特性を、Ｂは同じく
本願構造の特性を示す。この図によれば、14Wの消費電
力に対し、ｂの特性では熱抵抗が93/14＝6.6℃/Wとな
り、Ｂの特性では熱抵抗が26/14＝1.9℃/Wとなる。従っ
て本願構造によれば放熱性は6.6/1.9＝3.5倍に向上する
ことが解る。この結果例えばTj＝175℃、Tc＝85℃とし
た時には、本願の構造によれば消費電力47Wまで使用可
能になる。
を、本願のものと従来のものとに対して実測により求め
比較する図である。この図でａは2mm角のパワートラン
ジスタを実装した従来構造のHICの特性を、Ａは同じく
本願構造のHICの特性を示す。またｂは6.5mm角のパワー
トランジスタを実装した従来構造の特性を、Ｂは同じく
本願構造の特性を示す。この図によれば、14Wの消費電
力に対し、ｂの特性では熱抵抗が93/14＝6.6℃/Wとな
り、Ｂの特性では熱抵抗が26/14＝1.9℃/Wとなる。従っ
て本願構造によれば放熱性は6.6/1.9＝3.5倍に向上する
ことが解る。この結果例えばTj＝175℃、Tc＝85℃とし
た時には、本願の構造によれば消費電力47Wまで使用可
能になる。
また熱膨張係数は、リード16Aのガラス封止部18Aを通る
部分がコバールで作られ、枠体部14A、キャップ30がコ
バールで作られているから、熱膨張係数の整合が良好に
とれ、信頼性は確保される。なお底板部分12Aと枠体部1
4Aとは銀ローにより強固にロー付けされているから、温
度変化による信頼性の低下はない。
部分がコバールで作られ、枠体部14A、キャップ30がコ
バールで作られているから、熱膨張係数の整合が良好に
とれ、信頼性は確保される。なお底板部分12Aと枠体部1
4Aとは銀ローにより強固にロー付けされているから、温
度変化による信頼性の低下はない。
（発明の効果） 請求項（１）の発明は以上のように、底板部を銅タング
ステン複合材料で、枠体部をコバールでそれぞれ作りロ
ー付けで互いに接合して金属容器を形成し、窒化アルミ
ニウムで作った回路基板と、半導体チップおよび底板部
とをハンダで接着したものであるから、熱流経路に介在
する材料の熱伝導係数が従来構造に比べて著しく大きく
なる。このため熱放散が向上しHICの高電力化が可能に
なる。またリードのガラス封止部が接触する部分とキャ
ップは通常コバールで作るので、コバール製の枠体部と
熱膨張係数の整合がとれ、温度変化に対する信頼性の向
上が図れる。このため高電力・高信頼性のHICが得られ
る。
ステン複合材料で、枠体部をコバールでそれぞれ作りロ
ー付けで互いに接合して金属容器を形成し、窒化アルミ
ニウムで作った回路基板と、半導体チップおよび底板部
とをハンダで接着したものであるから、熱流経路に介在
する材料の熱伝導係数が従来構造に比べて著しく大きく
なる。このため熱放散が向上しHICの高電力化が可能に
なる。またリードのガラス封止部が接触する部分とキャ
ップは通常コバールで作るので、コバール製の枠体部と
熱膨張係数の整合がとれ、温度変化に対する信頼性の向
上が図れる。このため高電力・高信頼性のHICが得られ
る。
また請求項（２）の発明によれば、このハイブリッドIC
に用いる金属容器が得られる。
に用いる金属容器が得られる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図はその効果
を従来構造のものと対比する比較図、第３図は従来装置
の断面図、第４図は熱流伝導モデル図、第５図は各材料
の特性図である。 10A……金属容器、12A……底板部、14A……枠体部、16
……リード、18……ガラス封止部、20……半導体チッ
プ、22……回路基板、24A、26A……ハンダ。
を従来構造のものと対比する比較図、第３図は従来装置
の断面図、第４図は熱流伝導モデル図、第５図は各材料
の特性図である。 10A……金属容器、12A……底板部、14A……枠体部、16
……リード、18……ガラス封止部、20……半導体チッ
プ、22……回路基板、24A、26A……ハンダ。
Claims (2)
- 【請求項１】底板部とその周縁から立上がる枠体部とを
一体に形成した金属容器内に、半導体チップを固着した
回路基板を収容し、前記金属容器にリードをガラス封止
すると共に、前記枠体部の開口を金属キャップで塞いで
気密封止するハイブリッドICにおいて、 前記金属容器は銅・タングステンの底板部と鉄・コバル
ト・ニッケル合金の枠体部とを互いにロー接合して形成
され、前記回路基板を窒化アルミニウムで形成し、前記
底板部と回路基板と半導体素子とをそれぞれハンダ接合
したことを特徴とするハイブリッドIC。 - 【請求項２】半導体チップを固定した回路基板を収容し
金属キャップで気密封止するハイブリッドIC用の金属容
器において、 銅・タングステンの底板部と、鉄・コバルト・ニッケル
合金の枠体部とを互いにロー接合し、前記枠体部にここ
を貫通するリードをガラス封止したことを特徴とするハ
イブリッドIC用の金属容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085948A JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085948A JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285347A JPH03285347A (ja) | 1991-12-16 |
| JPH071786B2 true JPH071786B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=13872986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2085948A Expired - Lifetime JPH071786B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | ハイブリッドｉｃおよび金属容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071786B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5700724A (en) * | 1994-08-02 | 1997-12-23 | Philips Electronic North America Corporation | Hermetically sealed package for a high power hybrid circuit |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62122152A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板の製造方法 |
| JPS63112346U (ja) * | 1987-01-14 | 1988-07-19 |
-
1990
- 1990-03-31 JP JP2085948A patent/JPH071786B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03285347A (ja) | 1991-12-16 |
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