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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023077604
(43)【公開日】2023-06-06
(54)【発明の名称】パッケージ
(51)【国際特許分類】
H01L 23/02 20060101AFI20230530BHJP
H01L 23/08 20060101ALI20230530BHJP
H01L 23/10 20060101ALI20230530BHJP
【ＦＩ】
H01L23/02 K
H01L23/08 C
H01L23/10 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021190940
(22)【出願日】2021-11-25
(71)【出願人】
【識別番号】391039896
【氏名又は名称】ＮＧＫエレクトロデバイス株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(74)【代理人】
【識別番号】100134991
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 和樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148507
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 弘行
(72)【発明者】
【氏名】白井 直哉
(72)【発明者】
【氏名】三原 芳和
(72)【発明者】
【氏名】小阪田 明義
(57)【要約】
【課題】パッケージの製造時または使用時の温度変化下でのパッケージの熱応力集中を低減することができるパッケージを提供する。
【解決手段】パッケージ５１は、蓋体８０によって封止されることになるキャビティＣＶを有している。パッケージ５１は、２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数を有する第１の金属材料からなるヒートシンク１０と、ヒートシンク１０上に設けられ、平面視においてキャビティＣＶを囲む枠体２０と、を含む。枠体２０は、温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有するセラミック材料からなるセラミック部２１と、セラミック部２１とヒートシンク１０との間に配置され、温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さく第２の線膨張係数よりも大きい第３の線膨張係数を有する緩衝材料からなる緩衝部２２と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】パッケージ５１は、蓋体８０によって封止されることになるキャビティＣＶを有している。パッケージ５１は、２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数を有する第１の金属材料からなるヒートシンク１０と、ヒートシンク１０上に設けられ、平面視においてキャビティＣＶを囲む枠体２０と、を含む。枠体２０は、温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有するセラミック材料からなるセラミック部２１と、セラミック部２１とヒートシンク１０との間に配置され、温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さく第２の線膨張係数よりも大きい第３の線膨張係数を有する緩衝材料からなる緩衝部２２と、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蓋体によって封止されることになるキャビティを有するパッケージであって、
２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数を有する第１の金属材料からなるヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に設けられ、平面視において前記キャビティを囲む枠体と、
を備え、
前記枠体は、
前記温度範囲において前記第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有するセラミック材料からなるセラミック部と、
前記セラミック部と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記温度範囲において前記第１の線膨張係数よりも小さく前記第２の線膨張係数よりも大きい第３の線膨張係数を有する緩衝材料からなる緩衝部と、を含む、
パッケージ。
２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数を有する第１の金属材料からなるヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に設けられ、平面視において前記キャビティを囲む枠体と、
を備え、
前記枠体は、
前記温度範囲において前記第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有するセラミック材料からなるセラミック部と、
前記セラミック部と前記ヒートシンクとの間に配置され、前記温度範囲において前記第１の線膨張係数よりも小さく前記第２の線膨張係数よりも大きい第３の線膨張係数を有する緩衝材料からなる緩衝部と、を含む、
パッケージ。
【請求項2】
前記緩衝材料は、前記第１の金属材料と異なる第２の金属材料を含む、
請求項１に記載のパッケージ。
請求項１に記載のパッケージ。
【請求項3】
前記緩衝材料はステンレス鋼を含む、
請求項１または２に記載のパッケージ。
請求項１または２に記載のパッケージ。
【請求項4】
前記ステンレス鋼はクロム原子を、１１．５質量パーセント以上、１８質量パーセント以下で含有している、
請求項３に記載のパッケージ。
請求項３に記載のパッケージ。
【請求項5】
前記セラミック材料の前記第２の線膨張係数は９ｐｐｍ／Ｋ以上である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から４のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項6】
前記セラミック材料はジルコニアを含む、
請求項１から５のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から５のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項7】
前記第１の金属材料は、３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を有している、
請求項１から６のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から６のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項8】
前記第１の金属材料は、純度９５．０重量パーセント以上で銅を含有している、
請求項１から７のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から７のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項9】
前記第１の金属材料は非複合材料である、
請求項１から８のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から８のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項10】
前記緩衝部は前記ヒートシンクおよび前記セラミック部の各々へ接合材を用いて接合されている、
請求項１から９のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から９のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項11】
前記接合材は樹脂またはナノ金属粒子を含む、
請求項１０に記載のパッケージ。
請求項１０に記載のパッケージ。
【請求項12】
前記セラミック部は、前記ヒートシンクの方に面するセラミック面を有しており、前記セラミック面は、前記キャビティを囲む内縁を有しており、前記内縁は屈曲部分を含み、前記屈曲部分は平面視において前記緩衝部から外れている、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のパッケージ。
請求項１から１１のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項13】
前記セラミック部の前記セラミック面は、前記内縁を囲む外縁を有しており、前記外縁の少なくとも一部は平面視において前記緩衝部に重なり合っている、
請求項１２に記載のパッケージ。
請求項１２に記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パッケージに関し、特に、蓋体によって封止されることになるキャビティを有するパッケージに関するものである。
【背景技術】
【0002】
電力用半導体素子などの電子部品を収納するために、キャビティを有するパッケージがしばしば用いられる。パッケージのキャビティ中へ電子部品が搭載された後、パッケージに蓋体が接合されることによって、キャビティが気密に封止される。これにより、外部環境から保護された電子部品を有する電子装置が得られる。ヒートシンクの底面（電子部品が搭載された面と反対の面）は、通常、それを支持する支持部材へ取り付けられることになる。支持部材は、例えば、実装ボードまたは放熱部材である。支持部材は、ヒートシンクの底面へ熱的に接触させられる。ヒートシンクを介することによって電子部品からの熱が効率的にパッケージの外部へ（典型的には支持部材へ）と排出される。これにより、電子部品の温度上昇が、例えば１５０℃程度までに抑えられる。一方で、電子装置が置かれた外部環境によっては、パッケージの温度は氷点下温度にまで低下する。よって電子装置は、これら温度差に起因したヒートサイクルに耐える必要がある。
【0003】
特開２００３－２８２７５１号公報（特許文献１）に開示された技術によれば、ヒートシンクとしてＣｕまたはＣｕ系金属板が用いられる。Ｃｕは、安価でありながら、３００Ｗ／ｍ・Ｋを超える高い熱伝導率を有している。よって、ヒートシンクの材料コストを抑えつつ、ヒートシンクの放熱性能を高めることができる。この技術によれば、まず、ヒートシンク上に半導体素子が、ろう付けによって実装される。次に、予め外部接続端子が接合されている枠体がヒートシンク上に、半導体素子を囲むように接合される。この接合に低融点接合材を用いることによって、半導体素子のろう付け温度未満の温度で枠体が接合される。次に、枠体の上面側に蓋体が接合されることによって、キャビティが封止される。これにより電子装置が得られる。
【0004】
特開２００５－２４３８１９号公報（特許文献２）によれば、ヒートシンクにＣＰＣ（登録商標）が広く用いられていることが開示されている。ＣＰＣは、Ｃｕ－Ｍｏ合金層と、その上下に設けられたＣｕ層と、を有する複合金属板（複合材料）である。ＣＰＣの線膨張係数は、Ｃｕの線膨張係数に比して低い。よって、ヒートシンク材料として、Ｃｕに代わってＣＰＣを用いることによって、ヒートシンクの線膨張係数をセラミックの線膨張係数に近づけることができる。
【0005】
特開２０１５－２０４４２６号公報（特許文献３）は、電子部品収納用パッケージを開示している。パッケージは、電子部品から発生する熱を放散させるためのヒートシンク板と、ヒートシンク板にろう付け接合された額縁状のセラミック枠体とを有している。セラミック枠体は上層シートと下層シートとの接合体からなり、額縁状である。セラミック枠体は、内周側において、下層シートが上層シートよりも後退していることによって段差部を有している。上面視で、ヒートシンク板の上面は、上層シートの内周よりも内側へは、ろう付け接合におけるろう流れを有していない。ヒートシンク板は、セラミックと熱膨張係数が近似する材料からなる。
【0006】
韓国特許第１０－１１７５６１３号明細書（特許文献４）は、作動時に熱を放出する素子が実装されるパッケージを開示している。パッケージは、第１ベースと、第１ベースに接合され枠型に形成された第２ベースと、第２ベースに接合された絶縁体と、絶縁体に接合されたリードフレームと、を含む。第１ベースおよび第２ベースは金属材料からなってよく、第２ベースの線膨張係数は第１ベースの線膨張係数よりも小さくてよい。第１ベースの金属材料は、銅（Ｃｕ）またはＣｕ合金であってよく、第２ベースの金属材料は、コバール（登録商標）、鉄（Ｆｅ）－ニッケル（Ｎｉ）合金、モリブデン（Ｍｏ）、Ｍｏ合金、タングステン（Ｗ）およびＷ合金のうちいずれか１つまたはその合金であってよい。第１ベースと第２ベースとは、レーザ溶接またはシーム溶接によって接合されていてよい。絶縁体は、セラミック材料からなっていてよく、第２ベースに、ろう付けによって接合されていてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００３－２８２７５１号公報
【特許文献2】特開２００５－２４３８１９号公報
【特許文献3】特開２０１５－２０４４２６号公報
【特許文献4】韓国特許第１０－１１７５６１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ヒートシンクの熱伝導率向上またはコスト低減を十分に実現しようとすると、ヒートシンクの熱膨張係数をセラミックの熱膨張係数に十分に整合させることが困難となりやすい。熱膨張係数の差異が大きいと、パッケージの製造時または使用時の温度変化下で、パッケージにおいて熱応力集中が問題となりやすい。
【0009】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、パッケージの製造時または使用時の温度変化下でのパッケージの熱応力集中を低減することができるパッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施の形態のパッケージは、蓋体によって封止されることになるキャビティを有している。パッケージは、２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数を有する第１の金属材料からなるヒートシンクと、ヒートシンク上に設けられ、平面視においてキャビティを囲む枠体と、を含む。枠体は、上記温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さい第２の線膨張係数を有するセラミック材料からなるセラミック部と、セラミック部とヒートシンクとの間に配置され、上記温度範囲において第１の線膨張係数よりも小さく第２の線膨張係数よりも大きい第３の線膨張係数を有する緩衝材料からなる緩衝部と、を含む。
【発明の効果】
【0011】
一実施の形態のパッケージによれば、緩衝部が有する第３の線膨張係数が、ヒートシンクが有する第１の線膨張係数より小さく、セラミック部が有する第２の線膨張係数よりも大きい。これにより、ヒートシンクとセラミック部との間の熱膨張差が、緩衝部によって緩衝される。よって、パッケージの製造時または使用時の温度変化下でのパッケージの熱応力集中を低減することができる。
【0012】
緩衝材料は、第１の金属材料と異なる第２の金属材料を含んでよい。その場合、緩衝材料が何ら金属材料を含まない場合に比して、熱応力下での緩衝部の脆性破壊を防止することができる。
【0013】
緩衝材料はステンレス鋼を含んでよい。その場合、緩衝材料が何ら金属材料を含まない場合に比して、熱応力下での緩衝部の脆性破壊を防止することができる。ステンレス鋼が用いられる場合、その組成制御によって、緩衝材料が有する第３の線膨張係数を、ヒートシンクが有する第１の線膨張係数よりも小さく、かつセラミック部が有する第２の線膨張係数よりも大きい値へ、容易に調整することができる。ステンレス鋼はクロム原子を、１１．５質量パーセント以上、１８質量パーセント以下で含有していてよい。その場合、緩衝材料が有する第３の線膨張係数を約１１ｐｐｍ／℃とし得る。これにより、セラミック部をなすセラミック材料の第２の線膨張係数が緩衝材料の第３の線膨張係数よりも小さいという条件を満たしつつも、セラミック材料の第２の線膨張係数が１１ｐｐｍ／℃に近い大きな値であることが許容される。より大きな第２の線膨張係数を有するセラミック材料を選択することによって、当該セラミック材料からなるセラミック部と、ヒートシンクとの間の熱膨張差を抑制することができる。
【0014】
セラミック材料の第２の線膨張係数は９ｐｐｍ／Ｋ以上であってよい。その場合、当該セラミック材料からなるセラミック部と、比較的高い第１の線膨張係数を有するヒートシンクとの間の熱膨張差を抑制することができる。
【0015】
セラミック材料はジルコニアを含んでよい。その場合、セラミック材料が有する第２の線膨張係数を９ｐｐｍ／Ｋ以上にすることができる。これにより、当該セラミック材料からなるセラミック部と、ヒートシンクとの間の熱膨張差を抑制することができる。
【0016】
第１の金属材料は、３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を有していてよい。その場合、第１の金属材料からなるヒートシンクの放熱性能を高めることができる。
【0017】
第１の金属材料は、純度９５．０重量パーセント以上で銅を含有していてよい。その場合、約３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を得ることができる。これにより、第１の金属材料からなるヒートシンクの放熱性能を高めることができる。
【0018】
第１の金属材料は非複合材料であってよい。その場合、第１の金属材料が有する第１の線膨張係数を複合材料の材料設計によって抑制することができない。その結果としてヒートシンクとセラミック部との間の熱膨張差が大きくなりやすいところ、そのような場合であっても、前述した理由によって、パッケージの製造時または使用時の温度変化下での、パッケージにおける応力集中を、低減することができる。
【0019】
緩衝部はヒートシンクおよびセラミック部の各々へ接合材を用いて接合されていてよい。この接合工程は、通常、加熱およびその後の冷却を必要とするところ、その際の熱応力集中を、前述した理由で低減することができる。接合材は樹脂またはナノ金属粒子を含んでいてよい。その場合、接合材が典型的なろう材である場合に比して、接合工程に要する最高温度が低くなる。これにより、接合工程において生じる熱応力を低減することができる。
【0020】
セラミック部は、ヒートシンクの方に面するセラミック面を有しており、セラミック面は、キャビティを囲む内縁を有しており、内縁は屈曲部分を含む。屈曲部分は、平面視において、緩衝部から外れていてよい。その場合、屈曲部分への熱応力集中を抑制することができる。セラミック部のセラミック面は、内縁を囲む外縁を有している。外縁の少なくとも一部は、平面視において、緩衝部に重なり合っていてよい。その場合、セラミック面の内縁の屈曲部分が平面視において緩衝部から外れるように緩衝部を設計しつつも、緩衝部の剛性を十分に確保しやすくなる。
【0021】
この発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施の形態１に係る電子装置の構成を、キャビティ内部が見えるようにその一部の図示を省略して示す概略斜視図である。
【図4】銅（Ｃｕ）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と複合材料（ＣＰＣ）との各々の熱膨張係数（ＣＴＥ）の温度依存性を例示するグラフ図である。
【図5】パッケージの製造における接合工程に起因した熱応力のシミュレーション条件に用いられる構成の寸法を示す平面図である。
【図6】パッケージの製造における接合工程に起因した枠体のセラミック部の熱応力の最大値のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図8】実施の形態２に係るパッケージの構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお本明細書において、金属は、特段の記載がない限り、純金属および合金のいずれをも意味し得る。また平面視は、厚み方向に垂直な平面への射影を意味する。熱膨張係数（ＣＴＥ）は、特段の記載がない限り、線膨張係数によって表される。無視できない異方性を線膨張係数が有する場合は、面内方向における線膨張係数が採用される。面内方向は、厚み方向に垂直な方向である。
【0024】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る電子装置９０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の電子装置９０の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。電子装置９０は、パッケージ５１と、蓋体８０と、電子部品８とを有している。また電子装置９０は接着層７０を有していてよい。また電子装置９０は、ワイヤ９（配線部材）を有していてよい。なお図１においては、パッケージ５１が有するキャビティＣＶの内部が部分的に見えるように、蓋体８０および接着層７０の図示が部分的に省略されている。電子部品８はパワー半導体素子であってよく、この場合、電子装置９０はパワーモジュールである。パワー半導体素子は高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用であってよく、この場合、電子装置９０はＲＦパワーモジュールである。なお、図１および図２においては１つの電子部品８が図示されているが、パッケージ５１へは複数の電子部品８が搭載されていてよい。
図１は、実施の形態１に係る電子装置９０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の電子装置９０の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。電子装置９０は、パッケージ５１と、蓋体８０と、電子部品８とを有している。また電子装置９０は接着層７０を有していてよい。また電子装置９０は、ワイヤ９（配線部材）を有していてよい。なお図１においては、パッケージ５１が有するキャビティＣＶの内部が部分的に見えるように、蓋体８０および接着層７０の図示が部分的に省略されている。電子部品８はパワー半導体素子であってよく、この場合、電子装置９０はパワーモジュールである。パワー半導体素子は高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用であってよく、この場合、電子装置９０はＲＦパワーモジュールである。なお、図１および図２においては１つの電子部品８が図示されているが、パッケージ５１へは複数の電子部品８が搭載されていてよい。
【0025】
図３は、電子装置９０（図２）の部品としてのパッケージ５１の構成を示す概略断面図である。電子装置９０の製造のためにパッケージ５１が準備された時点では、図３に示されているように、電子部品８は未だ実装されていない。パッケージ５１は、蓋体８０によって封止されることになるキャビティＣＶを有している。パッケージ５１は、ヒートシンク１０と、枠体２０と、リードフレーム３０（金属端子）とを含む。
【0026】
ヒートシンク１０は、底面ＢＴと、厚み方向において底面ＢＴと反対の実装面ＭＴと、を有している。ヒートシンク１０は第１の金属材料（以下において、ヒートシンク材料とも称する）からなる。ヒートシンク材料は、２５℃と２００℃との間の温度範囲において第１の線膨張係数（以下において、ＣＴＥ１とも称する）を有する。言い換えれば、ヒートシンク１０が、２５℃のときに寸法Ｌ２５を有し、２００℃のときに寸法Ｌ２００を有する場合、ＣＴＥ１は、
ＣＴＥ１＝｛（Ｌ２００－Ｌ２５）／（２００－２５）｝／Ｌ２５
によって定義される。他の部材に関連して後述されるＣＴＥ２およびＣＴＥ３の定義も、これと同様である。
ＣＴＥ１＝｛（Ｌ２００－Ｌ２５）／（２００－２５）｝／Ｌ２５
によって定義される。他の部材に関連して後述されるＣＴＥ２およびＣＴＥ３の定義も、これと同様である。
【0027】
ヒートシンク材料は、ヒートシンク１０の放熱性能を高める観点では、大きな熱伝導率を有していることが好ましく、具体的には、３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を有していることが好ましい。このように高い熱伝導率は、ヒートシンク材料が高比率でＣｕを含有することによって容易に得られる。熱伝導率を高める観点では、ヒートシンク材料はＣｕを、好ましくは純度９５．０重量パーセント（ｗｔ％）以上で含有し、より好ましくは純度９９．８ｗｔ％以上で含有する。ヒートシンク材料は、非複合材料であってよい。非複合材料は、純金属材料または合金材料であり、ＣＰＣが有するような積層構造を有していない。
【0028】
枠体２０は、ヒートシンク１０の実装面ＭＴの外周部上に設けられており、平面視においてキャビティＣＶを囲んでいる。枠体２０の外縁は、図１に示されているように矩形形状を有していてよく、その各辺の大きさは、例えば、１０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である。枠体２０の厚みは、例えば、０．２５ｍｍ以上、１．２５ｍｍ以下である。枠体２０の厚みが０．２５ｍｍ未満であると、キャビティＣＶの高さが不足する可能性が高い。枠体２０の厚みが１．２５ｍｍより大きいと、枠体２０上のリードフレーム３０への接続が必要なワイヤ９（図２）の長さも大きくなり、その結果、ワイヤ９のインダクタンスも大きくなる。ワイヤ９のインダクタンスの増大は、電気特性上、通常は望まれないことである。
【0029】
枠体２０は、セラミック部２１と、緩衝部２２とを含む。緩衝部２２は、セラミック部２１とヒートシンク１０との間に配置されている。言い換えれば、緩衝部２２を介してセラミック部２１がヒートシンク１０上に配置されている。緩衝部２２はヒートシンク１０およびセラミック部２１の各々へ接合材（図示せず）を用いて接合されていてよい。接合材は、樹脂を含んでいてよく、具体的には、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂）とＡｇ粒子との混合物であってよい。あるいは、接合材は、低温焼結材料であってよく、具体的には、Ａｇ粒子およびＣｕ粒子の少なくともいずれかを含む焼結材料であってよい。これら粒子はナノ金属粒子であってよい。ナノ金属粒子は、１００ｎｍ以下の直径を有する金属粒子である。接合材の厚み（図３における縦方向の寸法）は、セラミック部２１、緩衝部２２およびヒートシンク１０の各々の厚みよりも十分に小さくてよく、その場合、パッケージ５１の熱応力の検討において接合材の影響は実質的に無視することができる。接合材の厚みは、例えば、０．０１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下である。
【0030】
セラミック部２１は、ＣＴＥ１よりも小さいＣＴＥ２（第２の線膨張係数）を有するセラミック材料からなる。ＣＴＥ２は、９ｐｐｍ／Ｋ以上であることが好ましい。セラミック材料は、ジルコニア（ＺｒＯ２）を含んでいてよく、実質的にジルコニアであってよい。セラミック部２１の厚みは、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であってよい。厚みが０．２ｍｍ以上であることによって、セラミック部２１を、グリーンシートの焼成によって容易に形成することができる。
【0031】
緩衝部２２は、ＣＴＥ１よりも小さくＣＴＥ２よりも大きいＣＴＥ３（第３の線膨張係数）を有する緩衝材料からなる。緩衝材料は、前述した第１の金属材料と異なる第２の金属材料を含むことが好ましく、実質的に第２の金属材料であってよい。第２の金属材料は、ステンレス鋼であることが好ましく、Ｆｅ－Ｃｒ（クロム）合金であることが、より好ましい。Ｆｅ－Ｃｒ合金は、主成分としてＦｅ原子を含有しており、かつ１１．５ｗｔ％以上、１８ｗｔ％以下のＣｒ原子を含有していることが好ましい。Ｆｅ－Ｃｒ合金は、さらに他の微量元素を含んでいてよいが、その総量は、通常、３ｗｔ％未満である。このような組成を有するＦｅ－Ｃｒ合金としては、一般に、１８Ｃｒステンレス（例えば、ＳＵＳ４３０と称される材料）および１３Ｃｒステンレス（例えば、ＳＵＳ４１０またはＳＵＳ４０３と称される材料）が広く用いられている。ＳＵＳ４３０のＣｒ原子の含有量は、１６ｗｔ％以上１８ｗｔ％以下である。ＳＵＳ４１０およびＳＵＳ４０３のＣｒ原子の含有量は、１１．５ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下である。これら３つの例のうちでは、ＳＵＳ４３０が、通常、最も安価な材料である。緩衝部２２の厚みは、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であってよい。厚みが０．０５ｍｍ以上であることによって、緩衝部２２による効果を、より十分に得ることができる。
【0032】
リードフレーム３０は、キャビティＣＶの内部と外部とをつなぐ電気的経路を構成している。リードフレーム３０の材料は、例えば、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｃｕ、またはＣｕ合金である。Ｆｅ－Ｎｉ合金は、例えば、４２アロイである。４２アロイは、主成分としてＦｅ原子を含有しており、かつ約４２ｗｔ％のＮｉ原子を含有している。リードフレーム３０は枠体２０のセラミック部２１上に設けられている。リードフレーム３０とセラミック部２１との間には両者を互いに接合するための接合材（図示せず）が設けられていてよい。この接合材は、前述した接合材と同様の材料からなっていてよい。
【0033】
セラミック部２１は、ヒートシンク１０の方に面するセラミック面ＳＣ（図３）を有している。セラミック面ＳＣは、キャビティＣＶを囲む内縁ＰＩと、内縁を囲む外縁ＰＥとを有している。内縁ＰＩは屈曲部分ＢＤを含む。屈曲部分ＢＤは、矩形形状が有する４つの角部であってよい。本実施の形態においては、平面視において、セラミック部２１と、緩衝部２２とが、互いに実質的に重なり合っていてよい。言い換えれば、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩおよび外縁ＰＥのそれぞれが、緩衝部２２の上面（セラミック面ＳＣに面する面）の内縁および外縁と実質的に一致していてよい。
【0034】
次に、電子装置９０の製造方法の例について、以下に説明する。
【0035】
パッケージ５１（図３）が準備される。パッケージ５１のヒートシンク１０の実装面ＭＴ上に電子部品８が搭載される。この搭載は、はんだ付けによって行われてよい。言い換えれば、電子部品８の搭載のための実装材として、はんだ材が用いられてよい。次に、電子部品８がリードフレーム３０に、ワイヤ９によって電気的に接続される。ワイヤ９はワイヤボンディングによって形成されてよい。
【0036】
蓋体８０（図１および図２）が準備される。蓋体８０は、セラミック材料からなっていてよく、このセラミック材料は主成分としてアルミナを含んでいてよく、例えば、実質的にアルミナである。あるいは、蓋体８０は樹脂を含んでいてよい。樹脂は、例えば、液晶ポリマーである。なお当該樹脂中に無機フィラーが分散されていてもよく、無機材フィラーは、例えばシリカ粒である。樹脂中に無機フィラーが分散されていることによって、蓋体８０の強度および耐久性を高めることができる。
【0037】
次に、リードフレーム３０が設けられた枠体２０上に、蓋体８０が接着層７０を介して載置される。接着層７０は、本例においては熱硬化性樹脂を含み、当該載置の時点では半硬化状態にある。接着層７０は、枠体２０上にキャビティＣＶを囲むように設けられる。接着層７０は、図２に示されているように、枠体２０上にリードフレーム３０を介して設けられる部分を有していてよい。接着層７０の、蓋体８０とパッケージ５１との間での厚みは、例えば、１００μｍ以上、３６０μｍ以下である。蓋体８０は、キャビティＣＶ（図１）に面する内面８１ｉと、その反対の外面８１ｏとを有していてよく、また典型的には、内面８１ｉ上には、セラミック枠体６１の枠形状におおよそ対応した枠形状を有する突起である枠部８１ｐが設けられている。この場合、接着層７０は枠部８１ｐに接する。
【0038】
次に、蓋体８０が枠体２０へ所定の荷重で押し付けられる。適切な荷重は、パッケージ５１の寸法設計に依存するが、例えば５００ｇ以上、１ｋｇ以下程度である。荷重での押し付けが行われながら、接着層７０が加熱される。加熱された接着層７０は、まず軟化状態へと変化する。これにより接着層７０の粘度が低下する。その結果、接着層７０が濡れ広がる。その後、加熱による硬化反応の進行にともなって、接着層７０は硬化状態へと変化し、その結果、接着層７０は蓋体８０と枠体２０とを互いに接着する。
【0039】
接着層７０は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシリコーン(silicone)樹脂の少なくともいずれかを主成分として含んでいてよい。特にエポキシ樹脂は、耐熱性、機械的強度および耐薬品性をバランス良く備えている点で好ましい。これら特性を好適に有するためには、主成分としてのエポキシ樹脂の含有量が２０～４０ｗｔ％であることが好ましく、残部は硬化剤などの副成分からなってよい。具体的には、この副成分は、例えば、１～１０ｗｔ％の硬化剤と、５０～７０ｗｔ％の無機フィラーと、０．５～２ｗｔ％のカップリング剤と、０．５～２ｗｔ％の触媒と、０．１～５ｗｔ％の低応力剤とであってよい。硬化剤としてはフェノキシ樹脂化合物が用いられてよい。無機フィラーとしてはシリカが用いられてよい。触媒としては有機リンまたはホウ素塩が用いられてよい。低応力剤としてはシリコーンが用いられてよい。接着層７０は、蓋体８０の曲げ弾性率よりも小さな曲げ弾性率を有していてよい。
【0040】
以上により、図１および図２に示されているように、蓋体８０がキャビティＣＶを封止する構成が得られる。言い換えれば、電子装置９０（図１および図２）が得られる。電子装置９０のヒートシンク１０の底面ＢＴ（図２）は、支持部材（図示せず）に取り付けられることになる。支持部材は、例えば、実装ボードまたは放熱部材である。ヒートシンク１０は、支持部材への取り付けのための固定具（例えば、ねじ）が通る貫通部（図示せず）を有していてもよい。
【0041】
図４は、ＣｕとＡｌ２Ｏ３とＣＰＣとの各々のＣＴＥの温度依存性を例示するグラフ図である。Ａｌ２Ｏ３のＣＴＥに比して、Ｃｕは顕著に大きなＣＴＥを有しているが、ＣＰＣは同程度のＣＴＥを有している。よって、パッケージにキャビティを設けるための枠体がＡｌ２Ｏ３からなる場合、ヒートシンクがＣｕではなくＣＰＣからなれば、枠体とヒートシンクとの間での熱膨張の差異を、かなり抑制することができる。しかしながら、ヒートシンクの放熱性能を高めるために、ヒートシンク材料として、ＣＰＣの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料、典型的には実質的に純粋なＣｕ、を用いることが求められる場合がある。また、ＣＰＣは比較的高価な複合材料であることから、より安価な非複合材料、典型的には実質的に純粋なＣｕ、を用いることが求められる場合がある。しかしながら、ＣｕからなるヒートシンクにＡｌ２Ｏ３からなる枠体が接合材によって単純に接合される構成の場合、これらのＣＴＥの差異が大きいので、パッケージの製造時または使用時の温度変化下で、パッケージにおいて熱応力集中が問題となりやすい。
【0042】
本実施の形態によれば、緩衝部２２のＣＴＥ３は、ヒートシンク１０のＣＴＥ１より小さく、セラミック部２１のＣＴＥ２よりも大きい。これにより、ヒートシンク１０とセラミック部２１との間の熱膨張差が、緩衝部２２によって緩衝される。よって、パッケージ５１の製造時または使用時の温度変化下でのパッケージ５１の熱応力集中を低減することができる。
【0043】
緩衝材料が金属材料（例えばステンレス鋼）を含むことによって、緩衝材料が何ら金属材料を含まない場合（典型的には緩衝材料がセラミック材料である場合）に比して、熱応力下での緩衝部２２の脆性破壊を防止することができる。ステンレス鋼が用いられる場合、その組成制御によって、緩衝材料のＣＴＥ３を、ヒートシンク１０のＣＴＥ１よりも小さく、かつセラミック部２１のＣＴＥ２よりも大きい値へ、容易に調整することができる。緩衝材料が含むステンレス鋼がＣｒ原子を、１１．５ｗｔ％以上、１８ｗｔ％以下で含有していることによって、緩衝材料が有するＣＴＥ３を約１１ｐｐｍ／℃とし得る。これにより、セラミック部２１をなすセラミック材料のＣＴＥ２が緩衝材料のＣＴＥ３よりも小さいという条件を満たしつつも、セラミック材料のＣＴＥ２が１１ｐｐｍ／℃に近い大きな値であることが許容される。より大きなＣＴＥ２を有するセラミック材料を選択することによって、当該セラミック材料からなるセラミック部２１と、ヒートシンク１０との間の熱膨張差を抑制することができる。
【0044】
セラミック材料のＣＴＥ２が９ｐｐｍ／Ｋ以上であることによって、当該セラミック材料からなるセラミック部２１と、比較的高いＣＴＥ１を有するヒートシンク１０との間の熱膨張差を抑制することができる。セラミック材料がジルコニアを含むことによって、セラミック材料のＣＴＥ２を９ｐｐｍ／Ｋ以上にすることができる。
【0045】
ヒートシンク材料は、３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を有している。これによりヒートシンク１０の放熱性能を高めることができる。ヒートシンク材料が純度９５．０ｗｔ％以上でＣｕを含有していることによって、約３００Ｗ／ｍ・Ｋより大きな熱伝導率を容易に得ることができる。ヒートシンク材料が非複合材料である場合、ヒートシンク材料のＣＴＥ１を複合材料の材料設計によって抑制することができない。その結果としてヒートシンク１０とセラミック部２１との間の熱膨張差が大きくなりやすいところ、そのような場合であっても、前述した理由によって、パッケージ５１の製造時または使用時の温度変化下での、パッケージ５１における応力集中を、低減することができる。
【0046】
緩衝部２２はヒートシンク１０およびセラミック部２１の各々へ接合材を用いて接合されている。この接合工程は、通常、加熱およびその後の冷却を必要とするところ、その際の熱応力集中を、前述した理由で低減することができる。接合材は樹脂またはナノ金属粒子を含んでよい。その場合、接合材が典型的なろう材である場合に比して、接合工程に要する最高温度が低くなる。これにより、接合工程において生じる熱応力を低減することができる。
【0047】
なお、線膨張係数は、温度を２５℃から上昇させた際の変位を、光干渉法(optical interferometric method)または押し棒式膨張計(push-rod dilatometer)で測定することで得られる。熱伝導率はフラッシュ法により測定される。材料の成分はＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)分析法により測定される。上述した様々な物性値を測定するための試料は、電子装置９０またはパッケージ５１を個々の部品へと分解することによって得られたものであってよい。
【0048】
次に、パッケージの製造における接合工程に起因した熱応力についてのシミュレーションについて、以下に説明する。なお図５は、シミュレーション条件に用いられる構成の寸法を示す平面図である。また、シミュレーションにおいて想定されている材料の物性値を、下記の表１に示す。アルミナおよびジルコニアは、枠体２０のセラミック部２１をなすセラミック材料である。４２アロイは、リードフレーム３０をなす材料である。Ｃｕは、ヒートシンク１０をなす材料である。ＳＵＳ４３０は、緩衝部２２をなす材料である。なお表１において、ＣＴＥは、２５℃を基準として、２００℃の場合と、８００℃の場合との２種類が示されている。言い換えれば、２５℃と２００℃との間のＣＴＥと、２５℃と８００℃との間のＣＴＥとが示されている。
【0049】
【表1】
【0050】
シミュレーションは、以下の表２に示すＮｏ．１～Ｎｏ．５の各々について行われている。なお接合温度は、部材間の接合のための接合材が適用される際の温度である。接合温度に関して、２００℃は、接合材として樹脂またはナノ金属粒子を含有するものを想定した温度であり、８００℃は、接合材として典型的なろう材を想定した接合温度である。
【0051】
【表2】
【0052】
図６は、枠体のセラミック部の熱応力の最大値のシミュレーション結果を示すグラフ図である。なおグラフ中の値は、Ｎｏ．１の結果で規格化されている。本結果から、緩衝部２２が適用されることによって、熱応力の最大値が低減されることがわかる。また、接合温度が低減されることによって、熱応力の最大値が低減されることがわかる。
【0053】
図７は、上記シミュレーション結果における、枠体２０のセラミック部２１の熱応力の分布の傾向を示すグラフ図である。図中、より濃い黒色が、より大きな熱応力を示している。本結果から、セラミック部２１において、屈曲部分ＢＤに熱応力が集中しやすいことがわかる。
【0054】
＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２に係るパッケージ５２の構成を示す概略断面図である。本実施の形態においては、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩの少なくとも一部が、平面視において、緩衝部２２から外れている。特に、内縁ＰＩの屈曲部分ＢＤ（図１参照）は、平面視において、緩衝部２２から外れている。
図８は、実施の形態２に係るパッケージ５２の構成を示す概略断面図である。本実施の形態においては、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩの少なくとも一部が、平面視において、緩衝部２２から外れている。特に、内縁ＰＩの屈曲部分ＢＤ（図１参照）は、平面視において、緩衝部２２から外れている。
【0055】
セラミック面の外縁ＰＥの少なくとも一部は、平面視において、緩衝部２２に重なり合っていてよい。なお、図８の構成においては、セラミック面ＳＣの外縁ＰＥが、緩衝部２２の上面（セラミック面ＳＣに面する面）の外縁と実質的に一致しており、この構成も、外縁ＰＥが平面視において緩衝部２２に重なり合っている構成の一種とみなす。
【0056】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。電子装置９０（図１および図２）のために、パッケージ５１（図３：実施の形態１）に代わってパッケージ５２（図８：実施の形態２）が用いられてよい。
【0057】
本実施の形態によれば、セラミック部２１のセラミック面ＳＣの内縁ＰＩの屈曲部分ＢＤは、平面視において、緩衝部２２から外れている。これにより、屈曲部分ＢＤへの熱応力集中（図７参照）を抑制することができる。
【0058】
セラミック部２１のセラミック面ＳＣの外縁ＰＥの少なくとも一部は、平面視において緩衝部２２に重なり合っていてよい。これにより、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩの屈曲部分ＢＤが平面視において緩衝部２２から外れるように緩衝部２２を設計しつつも、緩衝部２２の幅寸法が過小となることを避けることによって、緩衝部２２の剛性を十分に確保しやすくなる。
【0059】
枠体２０の外側面は、ヒートシンク１０の側面よりも外側へ突き出していないことが好ましい。言い換えれば、平面視において、枠体２０は、ヒートシンク１０が配置されている範囲内にのみ配置されていることが好ましい。これにより、電子装置９０（図２参照）をその支持部材（図示せず）へ取り付ける際に、支持部材上に設けられている何らかの構成（例えば、プリント基板）に枠体２０が接触する恐れを低減することができる。なおこのことは、本実施の形態２だけでなく、前述した実施の形態１においても同様である。
【0060】
なお、前述したように内縁ＰＩが平面視において緩衝部２２から外れていることによって、寸法ＬＡおよび寸法ＬＢに関して、以下の式
０．１≦ＬＢ／ＬＡ≦０．６
が満たされていることが好ましい。ここで、寸法ＬＡはセラミック部２１のセラミック面ＳＣの幅寸法（厚み方向に垂直な寸法）である。また寸法ＬＢは、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩが緩衝部２２から突出している寸法である。なお寸法ＬＡおよび寸法ＬＢは、面内方向に垂直な断面における寸法である。特に、当該断面が屈曲部分ＢＤ（図１参照）を通る場合は、上式が満たされていることが好ましい。０．１≦ＬＢ／ＬＡが満たされていることによって、熱応力集中の緩和効果が、より十分なものとなる。ＬＢ／ＬＡ≦０．６が満たされていることによって、緩衝部２２の剛性を十分に確保しやすくなる。
０．１≦ＬＢ／ＬＡ≦０．６
が満たされていることが好ましい。ここで、寸法ＬＡはセラミック部２１のセラミック面ＳＣの幅寸法（厚み方向に垂直な寸法）である。また寸法ＬＢは、セラミック面ＳＣの内縁ＰＩが緩衝部２２から突出している寸法である。なお寸法ＬＡおよび寸法ＬＢは、面内方向に垂直な断面における寸法である。特に、当該断面が屈曲部分ＢＤ（図１参照）を通る場合は、上式が満たされていることが好ましい。０．１≦ＬＢ／ＬＡが満たされていることによって、熱応力集中の緩和効果が、より十分なものとなる。ＬＢ／ＬＡ≦０．６が満たされていることによって、緩衝部２２の剛性を十分に確保しやすくなる。
【符号の説明】
【0061】
８ ：電子部品
９ ：ワイヤ（配線部材）
１０ ：ヒートシンク
２０ ：枠体
２１ ：セラミック部
２２ ：緩衝部
３０ ：リードフレーム（金属端子）
５１，５２ ：パッケージ
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：電子装置
ＢＤ ：屈曲部分
ＣＶ ：キャビティ
ＰＥ ：外縁
ＰＩ ：内縁
ＳＣ ：セラミック面
９ ：ワイヤ（配線部材）
１０ ：ヒートシンク
２０ ：枠体
２１ ：セラミック部
２２ ：緩衝部
３０ ：リードフレーム（金属端子）
５１，５２ ：パッケージ
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：電子装置
ＢＤ ：屈曲部分
ＣＶ ：キャビティ
ＰＥ ：外縁
ＰＩ ：内縁
ＳＣ ：セラミック面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】