JPS6350046A - 超低温冷却用容器 - Google Patents
超低温冷却用容器Info
- Publication number
- JPS6350046A JPS6350046A JP61192660A JP19266086A JPS6350046A JP S6350046 A JPS6350046 A JP S6350046A JP 61192660 A JP61192660 A JP 61192660A JP 19266086 A JP19266086 A JP 19266086A JP S6350046 A JPS6350046 A JP S6350046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- thermal expansion
- semiconductor element
- container
- bonding section
- 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.)
- Granted
Links
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
- 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
- H10W90/756—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は高速素子など液体窒素温度に冷却して使用す
る半導体素子を接着する超低温用冷却用容器に関する。
る半導体素子を接着する超低温用冷却用容器に関する。
（従来の技術）
近年、科学技術計算用コンピュータ等では処理速度を速
くするために高速素子の要求が多くなっている。素子の
高速化にはいくつか方法があるが、その中に冷却による
高速化がある。例えばＳｉのＦＥＴでは液体窒素で冷却
すると数倍の光速化がはかれる。
くするために高速素子の要求が多くなっている。素子の
高速化にはいくつか方法があるが、その中に冷却による
高速化がある。例えばＳｉのＦＥＴでは液体窒素で冷却
すると数倍の光速化がはかれる。
通常、ＩＣやトランジスタ等の半導体素子は金属やセラ
ミックで作られたパッケージに入っているか、あるいは
プラスチックでモールドされている。しかし、これらの
パッケージ等は冷却効率が悪く素子が充分に冷却されな
かったり、またはパッケージ等が熱膨張係数の差で破壊
されたりして超低温冷却用には適していない。そこで従
来は第３図に断面図を示すような構造の超低温冷却用容
器を使用していた。第３図を使って従来容器の構造を説
明する。超低温に冷却して使われる半導体素子２１が厚
さ ０．６關サフアイア板２２に銀ベースト等で接着さ
れている。サファイア板２２はＣｕ板２３にやはり銀ペ
ースト等で接着されている。Ｃｕ板２３はその周辺部で
他の端子板等の部品（図では省略している）の固定する
部品固定材で、半導体素子２１の冷却効率を落さないよ
うに熱伝導のよいＣｕが使われている。サファイア板２
２は緩衝材で、Ｃｕの熱膨張係数α。ｕ＝ １６．８×
１０−６と例えばＳｉの半導体素子の熱膨張係数α ＝
３．４Ｘ １０ ＝との差か大きいのでα とＳｉ
Ｃｕα の中間の熱膨張係数α −［
ｉ、７Ｘ１０’の］
ｓａｐミルサファイアわれている。Ｃｕ板２３はコ
バール（２９％Ｎｉ、１７％Ｃｏ、５４％Ｆｅ）基板２
４に例えば銀ロー付けで接着されている。サファイア板
２２．Ｃｕ板２３．コバール基板２４を合わせて素子接
着部と呼ぶ。コバール基板２４はガラス容器２５に溶着
されている。ガラス容器は２重管の様な構造で、内側は
コバール基板４が溶着され、外側はやはリコバールの口
金２６が溶着されている。口金２６にはドーナッツ状の
導入端子２７がロー付けされている。導入端子２７上に
は口金２８がロー付けされている。半導体素子２１をサ
ファイア板２２に接着し、ボンディングワイヤー２９で
、半導体素子２１と導入端子２７間を配線した後に、ふ
た３０を周辺部３１で溶接する。その後排気口３２から
真空排気して排気口１２を閉じて容器内部３３を真空に
封じて完成する。ガラス容器２５とコバール基板２４で
形成された凹部３４に液体窒素を注入して半導体素子２
１を冷却する。容器内部３３を真空にしたのは、容器内
部３３の気体による熱電導のために四部３４に注入した
液体窒素の蒸発速度を小さくするためである。またガラ
ス容器２５は四部３４の液体窒素の蒸発速度が、壁の熱
伝導で大きくなるのを防ぐために熱伝導率の小さいガラ
スを材料としている。そのために、コバール基板２４と
口金２６はガラスと溶着できるコバールを材料としてい
る。
ミックで作られたパッケージに入っているか、あるいは
プラスチックでモールドされている。しかし、これらの
パッケージ等は冷却効率が悪く素子が充分に冷却されな
かったり、またはパッケージ等が熱膨張係数の差で破壊
されたりして超低温冷却用には適していない。そこで従
来は第３図に断面図を示すような構造の超低温冷却用容
器を使用していた。第３図を使って従来容器の構造を説
明する。超低温に冷却して使われる半導体素子２１が厚
さ ０．６關サフアイア板２２に銀ベースト等で接着さ
れている。サファイア板２２はＣｕ板２３にやはり銀ペ
ースト等で接着されている。Ｃｕ板２３はその周辺部で
他の端子板等の部品（図では省略している）の固定する
部品固定材で、半導体素子２１の冷却効率を落さないよ
うに熱伝導のよいＣｕが使われている。サファイア板２
２は緩衝材で、Ｃｕの熱膨張係数α。ｕ＝ １６．８×
１０−６と例えばＳｉの半導体素子の熱膨張係数α ＝
３．４Ｘ １０ ＝との差か大きいのでα とＳｉ
Ｃｕα の中間の熱膨張係数α −［
ｉ、７Ｘ１０’の］
ｓａｐミルサファイアわれている。Ｃｕ板２３はコ
バール（２９％Ｎｉ、１７％Ｃｏ、５４％Ｆｅ）基板２
４に例えば銀ロー付けで接着されている。サファイア板
２２．Ｃｕ板２３．コバール基板２４を合わせて素子接
着部と呼ぶ。コバール基板２４はガラス容器２５に溶着
されている。ガラス容器は２重管の様な構造で、内側は
コバール基板４が溶着され、外側はやはリコバールの口
金２６が溶着されている。口金２６にはドーナッツ状の
導入端子２７がロー付けされている。導入端子２７上に
は口金２８がロー付けされている。半導体素子２１をサ
ファイア板２２に接着し、ボンディングワイヤー２９で
、半導体素子２１と導入端子２７間を配線した後に、ふ
た３０を周辺部３１で溶接する。その後排気口３２から
真空排気して排気口１２を閉じて容器内部３３を真空に
封じて完成する。ガラス容器２５とコバール基板２４で
形成された凹部３４に液体窒素を注入して半導体素子２
１を冷却する。容器内部３３を真空にしたのは、容器内
部３３の気体による熱電導のために四部３４に注入した
液体窒素の蒸発速度を小さくするためである。またガラ
ス容器２５は四部３４の液体窒素の蒸発速度が、壁の熱
伝導で大きくなるのを防ぐために熱伝導率の小さいガラ
スを材料としている。そのために、コバール基板２４と
口金２６はガラスと溶着できるコバールを材料としてい
る。
上記超低温冷却用容器では、第４図に示すように凹部３
４に液体窒素３５を注入すると、サファイア板２２．Ｃ
ｕ板２３．コバール基板２４の熱膨張係数の違いで素子
接着部が湾曲し、半導体素子２１がサファイア板２２か
ら剥離する事故が発生した。サファイア板２２の厚さを
数倍に厚くすると、湾曲がかなり小さくなり、半導体素
子２１の剥離は防止できる。ところかサファイアは熱伝
導率が良くないので、半導体素子か充分に冷却できなく
なるという問題が新たに発生してしまう。
４に液体窒素３５を注入すると、サファイア板２２．Ｃ
ｕ板２３．コバール基板２４の熱膨張係数の違いで素子
接着部が湾曲し、半導体素子２１がサファイア板２２か
ら剥離する事故が発生した。サファイア板２２の厚さを
数倍に厚くすると、湾曲がかなり小さくなり、半導体素
子２１の剥離は防止できる。ところかサファイアは熱伝
導率が良くないので、半導体素子か充分に冷却できなく
なるという問題が新たに発生してしまう。
（発明が解決しようとする問題点）
以上述べた様に従来の超低温冷却用容器では、液体窒素
で冷却すると、素子接着部が湾曲し、半導体素子がサフ
ァイア板から剥離するという問題点があり、これを防ぐ
ためにサファイア板を厚くすると半導体素子が充分に冷
却されなくて、目的の高速化が達成できないという問題
が新らたに発生していた。
で冷却すると、素子接着部が湾曲し、半導体素子がサフ
ァイア板から剥離するという問題点があり、これを防ぐ
ためにサファイア板を厚くすると半導体素子が充分に冷
却されなくて、目的の高速化が達成できないという問題
が新らたに発生していた。
本発明は、液体窒素で冷却しても半導体素子が剥離する
ことなく、信頼性良く、充分に半導体素子を冷却するこ
とができる超低温冷却用容器を提供することを目的とす
る。
ことなく、信頼性良く、充分に半導体素子を冷却するこ
とができる超低温冷却用容器を提供することを目的とす
る。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
」−記目的を達成するために本発明による超低温冷却用
容器を以下に示す。
容器を以下に示す。
ガラス容器に溶着されたコバール基板に、例えば低膨張
のＦｅ−Ｎｉ合金系のＩＮＶＡＲ（３６％Ｎｉ）からな
る部品固定材°をロー付けする。部品固定材のＩＮＶＡ
Ｒ板に緩衝材としてＡ４２Ｎ板を銀ペースト等で接着し
ＡＩＮ板に半導体素子を接着する。
のＦｅ−Ｎｉ合金系のＩＮＶＡＲ（３６％Ｎｉ）からな
る部品固定材°をロー付けする。部品固定材のＩＮＶＡ
Ｒ板に緩衝材としてＡ４２Ｎ板を銀ペースト等で接着し
ＡＩＮ板に半導体素子を接着する。
（作用）
このような構造の超低温冷却用容器においては、素子接
着部に使われる材料の熱膨張係数の差を小さくし、熱膨
張係数の小さいＩＮＶＡＲ板を中心にしてその両側をＩ
ＮＶＡＲより熱膨張係数の大きいＡＡＮとコバールで
はさむことで、素子接着部の湾曲を防止している。また
、ＡＩＮはサファイアよりも熱伝導が良いので、半導体
素子は充分に冷却される。
着部に使われる材料の熱膨張係数の差を小さくし、熱膨
張係数の小さいＩＮＶＡＲ板を中心にしてその両側をＩ
ＮＶＡＲより熱膨張係数の大きいＡＡＮとコバールで
はさむことで、素子接着部の湾曲を防止している。また
、ＡＩＮはサファイアよりも熱伝導が良いので、半導体
素子は充分に冷却される。
（実施例）
本発明による超低温冷却用容器の一実施例を第１図を使
って説明する。第３図、第４図と同一部分は同一番号で
示されている。
って説明する。第３図、第４図と同一部分は同一番号で
示されている。
第１図で半導体素子２１は、銀ペースト等で厚さ ０
、６ ｍｍのＡＰＮ板２に接着されている。Ａ４２Ｎ板
２はＩＮＶＡＲ板３に銀ペースト等で接着されている。
、６ ｍｍのＡＰＮ板２に接着されている。Ａ４２Ｎ板
２はＩＮＶＡＲ板３に銀ペースト等で接着されている。
ＩＮＶＡＲ板３は、コバール基板２４に例えは銀熱膨張
計数α −３，４Ｘ １０−６と良く一致していＳす る。そしてＡｆｌＮ板２とコバール基板２４の間に熱膨
張係数カａ −１，２Ｘ １０ ’ノ１ＮＶＡＲ
板３ＩＮＶ。
計数α −３，４Ｘ １０−６と良く一致していＳす る。そしてＡｆｌＮ板２とコバール基板２４の間に熱膨
張係数カａ −１，２Ｘ １０ ’ノ１ＮＶＡＲ
板３ＩＮＶ。
がはさまれていて、ＡｆｌＮ板２と ＩＮＶＡＩ？板３
による応力と ＩＮＶＡＩ？板３とコバール基板２４に
よる応力とがうまく打ち消し合ってＡｐＮ板２． Ｉ
ＮＶＡＲ板３．コバール基板２４を合わせた素子接着部
の湾曲を防いでいる。上記の様にＡＰＮ板２゜ＩＮＶＡ
Ｒ板３．コバール基板２４の熱膨張係数の差が小さいの
で、ＡＱＮ板２の板厚も０ 、６ ｍと薄くても充分に
素子接着部の湾曲か防げる。更にＡ氾Ｎの熱伝導率はサ
ファイアの約２倍良いので冷却効率も向上する。
による応力と ＩＮＶＡＩ？板３とコバール基板２４に
よる応力とがうまく打ち消し合ってＡｐＮ板２． Ｉ
ＮＶＡＲ板３．コバール基板２４を合わせた素子接着部
の湾曲を防いでいる。上記の様にＡＰＮ板２゜ＩＮＶＡ
Ｒ板３．コバール基板２４の熱膨張係数の差が小さいの
で、ＡＱＮ板２の板厚も０ 、６ ｍと薄くても充分に
素子接着部の湾曲か防げる。更にＡ氾Ｎの熱伝導率はサ
ファイアの約２倍良いので冷却効率も向上する。
第２図は本発明の他の実施例を示す。第２図では素子接
着部のみを示してあり、第１図と同一部分は同一番号で
示しである。 ＩＮＶＡＲ板１３はコバール基板２４と
銀ロー付けをするときの位置決めを容易にするために周
辺部が厚くなっている。このように ＩＮＶＡＲ板の形
状を変化させても本発明の効果はそこなわれない。
着部のみを示してあり、第１図と同一部分は同一番号で
示しである。 ＩＮＶＡＲ板１３はコバール基板２４と
銀ロー付けをするときの位置決めを容易にするために周
辺部が厚くなっている。このように ＩＮＶＡＲ板の形
状を変化させても本発明の効果はそこなわれない。
半導体素子はＳｉの高速素子に限らない。Ｇｅ。
ＧａＡｓ、Ｇａｐ、Ｉｎｐ、ＩｎＳｂ、ＣｄＴｅ。
ＨｇＣｄＴｅ等の半導体材料の高速素子１発光素子、受
光素子、温度センサー等でもよい。また、容器の利質は
ガラスに限らず、金属等でもよい。
光素子、温度センサー等でもよい。また、容器の利質は
ガラスに限らず、金属等でもよい。
冷却容器内は真空に限らず、Ｈｅ、Ｎ２等のガスでもよ
い。更に冷却方法は液体窒素に限らず、液体ヘリウム、
液体酸素でもよ（、また、ミニクーラーと呼ばれる高圧
窒素ガスを使う方法でもよい。
い。更に冷却方法は液体窒素に限らず、液体ヘリウム、
液体酸素でもよ（、また、ミニクーラーと呼ばれる高圧
窒素ガスを使う方法でもよい。
ＡｐＮ板上をメタライズして半導体素子と導入端子間の
配線のターミナルとすることもできる。部品固定材は
ＩＮＶＡＲに限らない。
配線のターミナルとすることもできる。部品固定材は
ＩＮＶＡＲに限らない。
［発明の効果］
本発明による超低温冷却用容器は、素子接着部に使われ
る材料の組み合わせを変更して超低温冷却時の素子接着
部の湾曲を防いだので、素子の剥離がなくなった。
る材料の組み合わせを変更して超低温冷却時の素子接着
部の湾曲を防いだので、素子の剥離がなくなった。
また、素子接着部の材料間の熱膨張係数の差を小さくし
たのでＡＩＮの板厚が薄くても充分に湾曲防止の効果か
あり、更にＡＩＮは熱伝導が良いので、半導体素子の冷
却効率の向上が可能になった。
たのでＡＩＮの板厚が薄くても充分に湾曲防止の効果か
あり、更にＡＩＮは熱伝導が良いので、半導体素子の冷
却効率の向上が可能になった。
第１図は本発明の一実施例の超低温冷却用容器を示す断
面図、第２図は本発明の他の実施例の一部分を示す断面
図、第３図は従来の超低温冷却用容器を示す断面図、第
４図は従来の超低温冷却用容器の問題点を示す断面図で
ある。 １．２１ 半導体素子、 ２ Ａｆｌ Ｎ板、 ３ 、 １３ １ＮＶＡＲ仮、 ２４ コバール基板、 ２５ ガラス容器、 ２２ サファイア板、 ２３ Ｃｕ板。
面図、第２図は本発明の他の実施例の一部分を示す断面
図、第３図は従来の超低温冷却用容器を示す断面図、第
４図は従来の超低温冷却用容器の問題点を示す断面図で
ある。 １．２１ 半導体素子、 ２ Ａｆｌ Ｎ板、 ３ 、 １３ １ＮＶＡＲ仮、 ２４ コバール基板、 ２５ ガラス容器、 ２２ サファイア板、 ２３ Ｃｕ板。
Claims (1)
- 超低温に冷却して使用する半導体素子を接着し、該半導
体素子を超低温に冷却するための容器において、該容器
の壁の該半導体素子を接着する部分がコバールであり、
該コバールの上に熱膨張係数が３．０×１０＾−＾６以
下のＦｅ−Ｎｉ系又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の低膨張合金
からなる部品固定材とＡｌＮからなる緩衝材を順次接着
したコバール−部品固定材−ＡｌＮの積層構造であり、
前記ＡｌＮ緩衝材の上に上記半導体素子を接着すること
を特徴とする超低温冷却用容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61192660A JPH0797615B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | 超低温冷却用容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61192660A JPH0797615B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | 超低温冷却用容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6350046A true JPS6350046A (ja) | 1988-03-02 |
| JPH0797615B2 JPH0797615B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=16294925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61192660A Expired - Lifetime JPH0797615B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | 超低温冷却用容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797615B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126830A (en) * | 1989-10-31 | 1992-06-30 | General Electric Company | Cryogenic semiconductor power devices |
| EP0757234A1 (fr) * | 1995-08-02 | 1997-02-05 | Societe Francaise De Detecteurs, Infrarouges- Sofradir | Assemblage d'un détecteur à infrarouge avec compensation thermique |
-
1986
- 1986-08-20 JP JP61192660A patent/JPH0797615B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126830A (en) * | 1989-10-31 | 1992-06-30 | General Electric Company | Cryogenic semiconductor power devices |
| EP0757234A1 (fr) * | 1995-08-02 | 1997-02-05 | Societe Francaise De Detecteurs, Infrarouges- Sofradir | Assemblage d'un détecteur à infrarouge avec compensation thermique |
| FR2737566A1 (fr) * | 1995-08-02 | 1997-02-07 | Sofradir | Procede pour realiser l'assemblage d'un bloc de detection d'ondes electromagnetiques, notamment infrarouges, avec un support conducteur thermique, et detecteur d'ondes electromagnetiques mettant en oeuvre ce procede |
| US5834778A (en) * | 1995-08-02 | 1998-11-10 | Societe Francaise De Detecteurs Infrarouges-Sofradir | Method for assembling a detection unit for electromagnetic and in particular infrared waves with a thermally conducting substrate and an electromagnetic and in particular an infrared detector with which to implement this method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0797615B2 (ja) | 1995-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4542259A (en) | High density packages | |
| US4480013A (en) | Substrate for use in semiconductor apparatus | |
| US5536685A (en) | Low heat loss and secure chip carrier for cryogenic cooling | |
| KR890003013A (ko) | 반도체 장치용 부품간의 접속 구조물 | |
| JPH0222540B2 (ja) | ||
| JP2002513234A (ja) | 電子構成素子 | |
| JPS62241354A (ja) | 高周波用回路素子密封パッケージとその製造方法 | |
| US5311399A (en) | High power ceramic microelectronic package | |
| EP0372108B1 (en) | Vacuum container for cryogenically cooled electron device packaging | |
| JPS63211772A (ja) | 赤外線検知器 | |
| JPH0797615B2 (ja) | 超低温冷却用容器 | |
| EP0623955A2 (en) | Semiconductor chip module | |
| JPH02105446A (ja) | 混成集積回路 | |
| JPS63140556A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2870501B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2926819B2 (ja) | 半導体素子搭載用ケース | |
| JPH07218335A (ja) | 赤外線検出器 | |
| JPH02146748A (ja) | 半導体容器 | |
| JPH0758743B2 (ja) | 半導体用気密封止金属パッケージの製造方法 | |
| JPH04113658A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH08125076A (ja) | 半導体パッケージ | |
| US5285012A (en) | Low noise integrated circuit package | |
| JP2796168B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS63228741A (ja) | 半導体素子収納用パツケ−ジ | |
| JPS6476743A (en) | Extremely low temperature cooling vessel |