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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】P2024019155
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】パッケージおよびパッケージの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 23/06 20060101AFI20240201BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20240201BHJP
H01L 23/373 20060101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01L23/06 B
H01L25/04 C
H01L23/36 M
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023124465
(22)【出願日】2023-07-31
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2022/029336
(32)【優先日】2022-07-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】WO
(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】佐藤 正和
(72)【発明者】
【氏名】小阪田 明義
(72)【発明者】
【氏名】三原 芳和
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA03
5F136BB05
5F136EA13
5F136EA23
5F136FA03
5F136FA04
(57)【要約】
【課題】放熱板とセラミック枠体との間の線膨張係数の差異に起因しての反りを十分かつ容易に抑制することができる、パッケージおよびパッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】放熱板１１は、金属を含有する焼結材料からなり、放熱面Ｐ１と、厚み方向において前記放熱面Ｐ１と反対の主面Ｐ２とを有する。セラミック枠体２１は、前記放熱板１１の前記主面Ｐ２上に配置され、キャビティＣＶを囲む内面Ｐ３を有し、セラミック枠体２１を含む。前記放熱板１１は、第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する第１の層と、前記第１の層と前記セラミック枠体２１との間に配置され、前記第１の組成比と異なる第２の組成比で前記複数の元素を含有し、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、を含む。
【選択図】図４
【解決手段】放熱板１１は、金属を含有する焼結材料からなり、放熱面Ｐ１と、厚み方向において前記放熱面Ｐ１と反対の主面Ｐ２とを有する。セラミック枠体２１は、前記放熱板１１の前記主面Ｐ２上に配置され、キャビティＣＶを囲む内面Ｐ３を有し、セラミック枠体２１を含む。前記放熱板１１は、第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する第１の層と、前記第１の層と前記セラミック枠体２１との間に配置され、前記第１の組成比と異なる第２の組成比で前記複数の元素を含有し、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、を含む。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャビティを有するパッケージであって、
金属を含有する焼結材料からなり、放熱面と、厚み方向において前記放熱面と反対の主面とを有する放熱板と、
前記放熱板の前記主面上に配置され、前記キャビティを囲む内面を有するセラミック枠体と、
を備え、
前記放熱板は、
第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する第１の層と、
前記第１の層と前記セラミック枠体との間に配置され、前記第１の組成比と異なる第２の組成比で前記複数の元素を含有し、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、
を含む、パッケージ。
金属を含有する焼結材料からなり、放熱面と、厚み方向において前記放熱面と反対の主面とを有する放熱板と、
前記放熱板の前記主面上に配置され、前記キャビティを囲む内面を有するセラミック枠体と、
を備え、
前記放熱板は、
第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する第１の層と、
前記第１の層と前記セラミック枠体との間に配置され、前記第１の組成比と異なる第２の組成比で前記複数の元素を含有し、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、
を含む、パッケージ。
【請求項2】
請求項１に記載のパッケージであって、
前記放熱板の前記第１の層は、前記放熱板の前記放熱面と、前記厚み方向における前記放熱板のセンター位置との間に配置されており、
前記放熱板の前記第２の層は、前記センター位置と前記セラミック枠体との間に配置されている、パッケージ。
前記放熱板の前記第１の層は、前記放熱板の前記放熱面と、前記厚み方向における前記放熱板のセンター位置との間に配置されており、
前記放熱板の前記第２の層は、前記センター位置と前記セラミック枠体との間に配置されている、パッケージ。
【請求項3】
請求項１または２に記載のパッケージであって、
前記複数の元素は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含む、パッケージ。
前記複数の元素は、銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含む、パッケージ。
【請求項4】
請求項１または２に記載のパッケージであって、
前記放熱板の前記主面は、前記キャビティに面するキャビティ面と、前記セラミック枠体に直接に接合された接合面とを含む、パッケージ。
前記放熱板の前記主面は、前記キャビティに面するキャビティ面と、前記セラミック枠体に直接に接合された接合面とを含む、パッケージ。
【請求項5】
請求項１または２に記載のパッケージであって、
前記焼結材料は焼結金属材料である、パッケージ。
前記焼結材料は焼結金属材料である、パッケージ。
【請求項6】
請求項１または２に記載のパッケージであって、
前記セラミック枠体は、前記内面と反対の外面を有しており、前記放熱板は、前記セラミック枠体の前記外面に平らにつながった側面を有している、パッケージ。
前記セラミック枠体は、前記内面と反対の外面を有しており、前記放熱板は、前記セラミック枠体の前記外面に平らにつながった側面を有している、パッケージ。
【請求項7】
キャビティを有するパッケージであって、
金属を含有する焼結材料からなり、放熱面と、厚み方向において前記放熱面と反対の主面とを有する放熱板と、
前記放熱板の前記主面上に配置され、前記キャビティを囲む内面を有するセラミック枠体と、
を備え、
前記放熱板は、
前記放熱板の前記放熱面と、前記厚み方向における前記放熱板のセンター位置との間に配置され、第１の線膨張係数を有する第１の層と、
前記センター位置と前記セラミック枠体との間に配置され、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、
を含む、パッケージ。
金属を含有する焼結材料からなり、放熱面と、厚み方向において前記放熱面と反対の主面とを有する放熱板と、
前記放熱板の前記主面上に配置され、前記キャビティを囲む内面を有するセラミック枠体と、
を備え、
前記放熱板は、
前記放熱板の前記放熱面と、前記厚み方向における前記放熱板のセンター位置との間に配置され、第１の線膨張係数を有する第１の層と、
前記センター位置と前記セラミック枠体との間に配置され、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、
を含む、パッケージ。
【請求項8】
キャビティを有するパッケージの製造方法であって、前記パッケージは、金属を含有する焼結材料からなり放熱面と前記放熱面と反対の主面とを有する放熱板と、前記放熱板の前記主面上に配置され、前記キャビティを囲む内面を有するセラミック枠体と、を備え、前記放熱板は、第１の線膨張係数を有する第１の層と、前記第１の層と前記セラミック枠体との間に配置され、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、を含み、前記製造方法は、
焼成されることによって前記放熱板の前記第１の層とされることになる第１のグリーンシートを形成する工程と、
焼成されることによって前記放熱板の前記第２の層とされることになる第２のグリーンシートを形成する工程と、
焼成されることによって前記セラミック枠体とされることになるセラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記第１のグリーンシートと、前記第２のグリーンシートと、前記セラミックグリーンシートとが積層された積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成する工程と、
を備える、パッケージの製造方法。
焼成されることによって前記放熱板の前記第１の層とされることになる第１のグリーンシートを形成する工程と、
焼成されることによって前記放熱板の前記第２の層とされることになる第２のグリーンシートを形成する工程と、
焼成されることによって前記セラミック枠体とされることになるセラミックグリーンシートを形成する工程と、
前記第１のグリーンシートと、前記第２のグリーンシートと、前記セラミックグリーンシートとが積層された積層体を形成する工程と、
前記積層体を焼成する工程と、
を備える、パッケージの製造方法。
【請求項9】
請求項８に記載のパッケージの製造方法であって、
前記積層体を形成する工程の前に、前記セラミックグリーンシートから、前記キャビティに対応する部分を除去する工程をさらに備える、パッケージの製造方法。
前記積層体を形成する工程の前に、前記セラミックグリーンシートから、前記キャビティに対応する部分を除去する工程をさらに備える、パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パッケージおよびパッケージの製造方法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。ヒートシンク板（言い換えれば放熱基板または放熱板）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２００５－１５０１３３号公報（特許文献１）の技術によれば、まず、ヒートシンク板と、セラミック枠体と、外部接続端子とが互いに接続される。これにより、キャビティを有するパッケージが準備される。ヒートシンク板とセラミック枠体とは、約７８０℃～９００℃での銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）ろう付けによって接合される。このパッケージ上に半導体素子が実装され、そしてセラミック枠体の上面部に蓋体が接着される。ヒートシンクは、セラミックと熱膨張係数が近似する材料からなる。当該材料としては、Ｃｕと他の金属との複合金属板（クラッド材料）などが例示されている。
【0004】
特開２０１８－０４１８６８号公報（特許文献２）は、電子部品に適用される放熱基板を開示している。放熱基板の一表面側には、銀ろうを含む接合部を介してセラミックス基板が接合される。銀ろう付けは、加熱されながら行われる。この加熱後の冷却において放熱基板およびセラミックス基板はそれぞれ収縮する。ここで、この放熱基板は、Ｃｕ層と、金属Ａからなる金属Ａ層と、が交互に積層されることによって構成されたクラッド材料からなる。当該公報によれば、この構成によって、前述した収縮にともなう反り変形が抑制される。金属Ａは、ＭｏまたはＷである。放熱基板の製造方法は、Ｃｕ板と金属Ａ板を接合する工程を有している。この工程は、Ｃｕ板と金属Ａ板を交互に重ねて高温で１軸方向に加圧する熱間プレス加工を施す。
【0005】
なお、半導体発光素子用のヒートシンク板（言い換えれば、放熱板または放熱基板）としては、下記のように、金属酸化物を含有するものも提案されている。
【0006】
特開２００９－８８２０５号公報（特許文献３）によれば、焼成工程を用いて製造される放熱基板が開示されている。放熱基板は、金属酸化物を主成分とする素体と、素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを有している。複数の金属塊は、その厚み方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする。この特徴により、熱伝導率に異方性が発現することとなる。上記金属酸化物は、例えば、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＺｒＯ２である。ＺｎＯは白色であるので、半導体発光素子からの光を、より反射することができる。また、金属塊が銀または銀合金からなる場合、金属酸化物としてＺｎＯを用いることによって、放熱基板がしなりやすくなり、よって放熱基板を割れにくくすることができる。この放熱基板の製造方法は、薄片状金属粉および金属酸化物が分散されたスラリーを用意する工程と、スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することでグリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００５－１５０１３３号公報
【特許文献2】特開２０１８－０４１８６８号公報
【特許文献3】特開２００９－８８２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記特開２０１８－０４１８６８号公報の技術によれば、放熱基板の積層構造における各層の材料はＣｕ板または金属Ａ板（具体的には、Ｍｏ板またはＷ板）のいずれかである。よって、各層の線膨張係数の設計の融通性が低い。仮に、多くの種類の金属Ａ板を適用することが可能であるならば、設計の融通性は、ある程度確保されるかもしれない。しかしながら、多くの種類の金属板を準備することは、製造上、大きな負担となりやすい。よって、当該公報の技術では、放熱基板（放熱板）と、それに取り付けられたセラミック基板との間の線膨張係数の差異に起因しての反りを十分かつ容易に抑制することが困難である。
【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、放熱板とセラミック枠体との間の線膨張係数の差異に起因しての反りを十分かつ容易に抑制することができる、パッケージおよびパッケージの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
態様１は、キャビティ（ＣＶ）を有するパッケージ（５１～５５）であって、放熱板（１１）と、セラミック枠体（２１～２５）とを備える。前記放熱板（１１）は、金属を含有する焼結材料からなり、放熱面（Ｐ１）と、厚み方向において前記放熱面（Ｐ１）と反対の主面（Ｐ２）とを有する。前記セラミック枠体（２１～２５）は、前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）上に配置され、前記キャビティ（ＣＶ）を囲む内面（Ｐ３）を有する。前記放熱板（１１）は、第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する第１の層と、前記第１の層と前記セラミック枠体（２１～２５）との間に配置され、前記第１の組成比と異なる第２の組成比で前記複数の元素を含有し、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、を含む。
【0011】
態様２は、態様１に記載のパッケージ（５１～５５）であって、前記放熱板（１１）の前記第１の層は、前記放熱板（１１）の前記放熱面（Ｐ１）と、前記厚み方向における前記放熱板（１１）のセンター位置との間に配置されており、前記放熱板（１１）の前記第２の層は、前記センター位置と前記セラミック枠体（２１～２５）との間に配置されている。
【0012】
態様３は、態様１または２に記載のパッケージ（５１～５５）であって、前記複数の元素は銅と、タングステンおよびモリブデンからなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含む。
【0013】
態様４は、態様１から３のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５５）であって、前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）は、前記キャビティ（ＣＶ）に面するキャビティ面（Ｐ２ａ）と、前記セラミック枠体（２１～２５）に直接に接合された接合面（Ｐ２ｂ）とを含む。
【0014】
態様５は、態様１から４のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５５）であって、前記焼結材料は焼結金属材料である。
【0015】
態様６は、態様１から５のいずれか１項に記載のパッケージ（５１～５５）であって、前記セラミック枠体（２１～２５）は、前記内面（Ｐ３）と反対の外面（Ｐ４ａ）を有しており、前記放熱板（１１）は、前記セラミック枠体（２１～２５）の前記外面（Ｐ４ａ）に平らにつながった側面（Ｐ４ｂ）を有している。
【0016】
態様７は、キャビティ（ＣＶ）を有するパッケージ（５１～５５）であって、放熱板（１１）と、セラミック枠体（２１～２５）とを備える。前記放熱板（１１）は、金属を含有する焼結材料からなり、放熱面（Ｐ１）と、厚み方向において前記放熱面（Ｐ１）と反対の主面（Ｐ２）とを有する。前記セラミック枠体（２１～２５）は、前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）上に配置され、前記キャビティ（ＣＶ）を囲む内面（Ｐ３）を有する。前記放熱板（１１）は、第１の層と、第２の層とを含む。前記第１の層は、前記放熱板（１１）の前記放熱面（Ｐ１）と、前記厚み方向における前記放熱板（１１）のセンター位置との間に配置され、第１の線膨張係数を有する。前記第２の層は、前記センター位置と前記セラミック枠体（２１～２５）との間に配置され、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
【0017】
態様８は、キャビティ（ＣＶ）を有するパッケージ（５１～５５）の製造方法である。前記パッケージ（５１～５５）は、金属を含有する焼結材料からなり放熱面（Ｐ１）と前記放熱面（Ｐ１）と反対の主面（Ｐ２）とを有する放熱板（１１）と、前記放熱板（１１）の前記主面（Ｐ２）上に配置され、前記キャビティ（ＣＶ）を囲む内面（Ｐ３）を有するセラミック枠体（２１～２５）と、を備える。前記放熱板（１１）は、第１の線膨張係数を有する第１の層と、前記第１の層と前記セラミック枠体（２１～２５）との間に配置され、前記第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する第２の層と、を含む。前記製造方法は、焼成されることによって前記放熱板（１１）の前記第１の層とされることになる第１のグリーンシートを形成する工程と、焼成されることによって前記放熱板（１１）の前記第２の層とされることになる第２のグリーンシートを形成する工程と、焼成されることによって前記セラミック枠体（２１～２５）とされることになるセラミックグリーンシート（２１Ｇ）を形成する工程と、前記第１のグリーンシートと、前記第２のグリーンシートと、前記セラミックグリーンシート（２１Ｇ）とが積層された積層体を形成する工程と、前記積層体を焼成する工程と、を備える。
【0018】
態様９は、態様８に記載のパッケージ（５１～５５）の製造方法であって、前記積層体（ＳＧ）を形成する工程の前に、前記セラミックグリーンシート（２１Ｇ）から、前記キャビティ（ＣＶ）に対応する部分を除去する工程をさらに備える。
【発明の効果】
【0019】
上記態様によれば、放熱板とセラミック枠体との間の線膨張係数の差異に起因してのパッケージの反りを、十分かつ容易に抑制することができる。
【0020】
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】
【0021】
【図1】実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を、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5】本実施の形態１のパッケージの製造方法を概略的に示すフロー図である。
【図6】本実施の形態１のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。
【図8】本実施の形態１のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。
【図9】本実施の形態１のパッケージの製造方法の一工程を例示する概略部分断面図である。
【図10】比較例のパッケージの構成を示す概略断面図である。
【図12】実施の形態１に係るパッケージが有する放熱板およびセラミック枠体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】
【0022】
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。
【0023】
＜実施の形態１＞
（半導体モジュールの構成）
図１は、実施の形態１に係る半導体モジュール９０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の半導体モジュール９０の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。半導体モジュール９０は、パッケージ５１および半導体素子８を有している。また半導体モジュール９０は、半導体素子８の配線部材としてのワイヤ９を有していてよい。また半導体モジュール９０は、キャビティＣＶを封止するための蓋体８０を有していてよい。蓋体８０はパッケージ５１へ接着層７０によって取り付けられていてよい。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。
（半導体モジュールの構成）
図１は、実施の形態１に係る半導体モジュール９０の構成を示す概略斜視図である。図２は、図１の半導体モジュール９０の線ＩＩ－ＩＩに沿う概略断面図である。半導体モジュール９０は、パッケージ５１および半導体素子８を有している。また半導体モジュール９０は、半導体素子８の配線部材としてのワイヤ９を有していてよい。また半導体モジュール９０は、キャビティＣＶを封止するための蓋体８０を有していてよい。蓋体８０はパッケージ５１へ接着層７０によって取り付けられていてよい。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。
【0024】
半導体素子８はパワー半導体素子であってよく、この場合、半導体モジュール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、半導体モジュール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つの半導体素子８が図示されているが、パッケージ５１へは複数の半導体素子８が実装されていてよい。また半導体素子８以外の素子、例えば受動素子、も実装されていてよい。
【0025】
（パッケージの構成）
図３は、半導体モジュール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。半導体モジュール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、半導体素子８は未だ実装されていなくてよい。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は放熱板１１とセラミック枠体２１とを有している。
図３は、半導体モジュール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。半導体モジュール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、半導体素子８は未だ実装されていなくてよい。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は放熱板１１とセラミック枠体２１とを有している。
【0026】
放熱板１１は、金属を含有する焼結材料からなる。例えば、焼結材料は銅（Ｃｕ）および高融点金属を含有している。高融点金属は、Ｃｕよりも高い融点を有している。高融点金属は、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくともいずれかであっていてよい。焼結材料は、非金属を含有している必要はない。言い換えれば、焼結材料は焼結金属材料であってよい。言い換えれば、焼結材料は、実質的に金属からなる焼結材料であってよい。焼結金属材料は、ＣｕおよびＷを含有していてよく、例えば、ＣｕおよびＷの合金、すなわち銅タングステン合金であってよい。放熱板１１の放熱性能を高めるためには、放熱板１１の材料は、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、放熱板１１が十分な比率でＣｕを含有することによって容易に得られる。一方、放熱板１１が十分な比率でＷを含有することによって、放熱板１１の線膨張係数を、アルミナなどのセラミックの線膨張係数に近づけることができる。線膨張係数のこの近似性は、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の熱応力の抑制に有用である。アルミナなどのセラミックの線膨張係数に近づけるため、焼結材料は非金属を含んでいてもよい。非金属は、例えば、アルミナおよび／またはシリカなどのセラミックであってよい。
【0027】
放熱板１１は、放熱面Ｐ１と、放熱面Ｐ１と反対の主面Ｐ２とを有している。放熱板１１の放熱面Ｐ１は、典型的には、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。放熱板１１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）を有していてよい。
【0028】
セラミック枠体２１は、セラミックからなる枠体である。パッケージ５１の枠体としてセラミック枠体２１を用いることによって、パッケージ５１の耐熱性および絶縁性を高めることができる。セラミック枠体２１の材料は、主成分としてアルミナを含有してよく、またセラミック枠体２１の焼結を促進するために、微量のシリカ、および／または、マンガン元素を含む微量の添加剤を含有してよい。
【0029】
セラミック枠体２１は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。セラミック枠体２１は、キャビティＣＶを囲む内面Ｐ３と、内面Ｐ３と反対の外面Ｐ４ａとを有している。放熱板１１は、セラミック枠体２１の外面Ｐ４ａに平らにつながった側面Ｐ４ｂを有していてよい。セラミック枠体２１の外縁は、厚み方向に垂直な面内方向において、図１に示されているように矩形形状を有していてよい。矩形形状の各辺の大きさは、例えば、４ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。セラミック枠体２１の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。
【0030】
放熱板１１の主面Ｐ２は、キャビティＣＶに面するキャビティ面Ｐ２ａと、セラミック枠体２１に直接に接合された接合面Ｐ２ｂとを含む。よって、セラミック枠体２１と放熱板１１とは、互いに直接に接合されている。従ってこれらの接合に銀（Ａｇ）ろう材は用いられていない。よって放熱板１１の接合面Ｐ２ｂは、Ａｇを含有している必要がない。
【0031】
本発明者は、セラミック枠体２１と放熱板１１とが互いに十分な強度で接合されていることを確認した。さらに、セラミック枠体２１と放熱板１１とが互いに直接に接合されていることを、光学顕微鏡観察によって確認した。本明細書における「直接に接合され」との表現は、接合部において、放熱板１１およびセラミック枠体２１から由来する成分以外の成分が検出されないことを意味する。例えば、放熱板１１がＣｕを含有し、かつセラミック枠体２１がシリカおよび／またはマンガンを含有する場合、本発明者の推測では、後述する焼成工程において、溶融Ｃｕと、シリカおよび／またはマンガンとが反応することによって、上述した極めて薄い反応層が形成されているかもしれない。なお上記成分は、後述するように、電子顕微鏡を用いた簡易的な方法、または、エネルギー分散Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって検証することができる。
【0032】
パッケージ５１はリードフレーム３０（金属端子）を有していてよい。リードフレーム３０は、セラミック枠体２１上に設けられており、セラミック枠体２１によって放熱板１１から隔てられている。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する。リードフレーム３０とセラミック枠体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、例えば、Ａｇシンター接合によって形成されてよく、その場合、上記接合材は、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る。また、この接合材に銀ろうが用いられてもよい。この場合、通常は、セラミック枠体２１に銀ろう用のメタライズ層が予め形成される。メタライズ層の形成方法の一例としては、まず、セラミック枠体２１および放熱板１１を形成するための（詳しくは後述される）焼成工程の前に、セラミック枠体２１となるグリーンシート上に、メタライズ層となるペーストが印刷される。具体的には、まずＷ、ＭｏおよびＣｕの少なくともいずれか１つの金属粉末と、添加材、樹脂、溶剤などとを配合し、さらに必要に応じてセラミック粉末を添加し、混錬することにより、ペーストが作製される。このペーストが、前工程で準備されたグリーンシートに、例えばスクリーン印刷により印刷される。この印刷後、グリーンシートが、例えば温度１１０℃および時間５分間の条件で、乾燥される。あるいは、このメタライズ層は、セラミック枠体２１および放熱板１１を形成するための（詳しくは後述される）焼成工程の前に、セラミック枠体２１となるグリーンシート上に、金属を含有するグリーンシートを積層することによって、形成されてよい。
【0033】
蓋体８０（図１および図２）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。
【0034】
半導体素子８（図２）は、パッケージ５１の放熱板１１の主面Ｐ２のキャビティ面Ｐ２ａ（図３）上に実装されることになる。実装された半導体素子８と、セラミック枠体２１の内面Ｐ３との間の距離Ｌ１（図２）は、２５μｍ以下であってよい。距離Ｌ１はゼロであってもよい。言い換えれば、半導体素子８とセラミック枠体２１の内面Ｐ３とは接触していてもよい。
【0035】
半導体素子８の実装は、例えば、はんだ材（図示せず）を用いて行われてよい。半導体素子８の実装後、半導体素子８をリードフレーム３０へ電気的に接続するために、ワイヤ９（図２）が形成されてよい。この形成はワイヤボンディングによって行われてよい。続いてパッケージ５１へ蓋体８０が取り付けられてよい。この取り付けは、接着層７０を用いて行われてよい。接着層７０は熱硬化性樹脂であってよい。接着層７０は、セラミック枠体２１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、セラミック枠体２１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。
【0036】
（放熱板の構成）
図４は、パッケージ５１を示す図３の一部拡大図である。放熱板１１は複数の層ＬＦ１～ＬＦ９を含む。ここでは、放熱板１１に含まれる複数の層の数が９つの場合について詳しく説明するが、この数は放熱板１１の設計に応じて選択されてよい。層ＬＦ１～ＬＦ９は、厚み方向において、放熱面Ｐ１から主面Ｐ２へと順に積層されている。複数の層ＬＦ１～ＬＦ９のそれぞれは、後述する複数のグリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（図７）に対応している。グリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（図７）の界面は、グリーンシートの積層体ＳＧの積層界面である。この積層界面は、焼成工程後には、明確な境界としてはほとんど認識できなくなる。
図４は、パッケージ５１を示す図３の一部拡大図である。放熱板１１は複数の層ＬＦ１～ＬＦ９を含む。ここでは、放熱板１１に含まれる複数の層の数が９つの場合について詳しく説明するが、この数は放熱板１１の設計に応じて選択されてよい。層ＬＦ１～ＬＦ９は、厚み方向において、放熱面Ｐ１から主面Ｐ２へと順に積層されている。複数の層ＬＦ１～ＬＦ９のそれぞれは、後述する複数のグリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（図７）に対応している。グリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（図７）の界面は、グリーンシートの積層体ＳＧの積層界面である。この積層界面は、焼成工程後には、明確な境界としてはほとんど認識できなくなる。
【0037】
各層の組成比は以下のように測定することができる。図４のような断面を走査型電子顕微鏡の反射電子モードで観察すると、原子番号の違いに応じたコントラストの画像が得られる。組成がＣｕおよびＷを含む場合、Ｃｕよりも原子番号の大きいＷの方が、反射電子の信号強度が高い。よって、Ｃｕの割合が低い層、すなわちＷの割合が高い層は、明るい画像となる。一方、Ｃｕの割合が高い層、すなわちＷの割合が低い層は、暗い画像となる。このコントラストに基づいて組成比を評価することができる。より厳密な評価方法としては、例えば、各層について、厚み方向における数点でＥＤＸによる成分分析が行われてよい。そして、当該層の上記複数点における組成比の平均値が、各層の組成比として用いられてよい。
【0038】
複数の層ＬＦ１～ＬＦ９の構成としては様々なものがあり得るが、以下において、第１～第３の例を挙げる。なおこれら第１～第３の例においては、層ＬＦ１～ＬＦ９の各々は、共通して複数の元素を含有している。これら複数の元素は、銅（Ｃｕ）と、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）からなる群から選ばれた少なくとも１つの高融点金属と、を含む。以下の説明においては主に、これら複数の元素が、ＣｕおよびＷを含み、具体的にはＣｕおよびＷの２つである場合を例として説明する。言い換えれば、以下の説明においては主に、層ＬＦ１～ＬＦ９が銅タングステン（ＣｕＷ）合金である場合を例として説明する。変形例として、Ｗの代わりに、またはＷと共に、Ｍｏが用いられてよい。ＣｕＷ合金の組成比の値は、ＣｕＷ合金におけるＣｕの重量パーセントで表すものとする。ここで、放熱板１１は焼結材料からなるので、セラミック枠体を製造するための標準的な製造装置を有していれば、それを用いることによって、放熱板１１の焼結材料の組成比を容易に調整することができる。
【0039】
（複数の層の構成の第１の例）
第１の例においては、層ＬＦ１から層ＬＦ９へと線膨張係数が徐々に増加するように放熱板１１が構成されている。ここで、層ＬＦ１～ＬＦ９のそれぞれが有する組成比を組成比Ｃ１～Ｃ９と称する。本例においては、組成比Ｃ１から組成比Ｃ９へと組成比（Ｃｕ含有量）が徐々に大きくされる。これにより層ＬＦ１から層ＬＦ９へと線膨張係数が徐々に増加する。
第１の例においては、層ＬＦ１から層ＬＦ９へと線膨張係数が徐々に増加するように放熱板１１が構成されている。ここで、層ＬＦ１～ＬＦ９のそれぞれが有する組成比を組成比Ｃ１～Ｃ９と称する。本例においては、組成比Ｃ１から組成比Ｃ９へと組成比（Ｃｕ含有量）が徐々に大きくされる。これにより層ＬＦ１から層ＬＦ９へと線膨張係数が徐々に増加する。
【0040】
ここで、ｍおよびｎを条件１≦ｍ＜ｎ≦９を満たす整数とし、層ＬＦｍを第１の層とみなし、層ＬＦｎを第２の層とみなすと、本例から、以下の特徴が読み取れる。
－第１の層ＬＦｍは、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦｎは、第１の層ＬＦｍとセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦｍは第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦｎは、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
－第１の層ＬＦｍは、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦｎは、第１の層ＬＦｍとセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦｍは第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦｎは、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
【0041】
さらに、条件１≦ｍ＜５かつ５＜ｎ≦９も満たすｍおよびｎに着目すると、本例から、以下の特徴も読み取れる。
－第１の層ＬＦｍは、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦｎは、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
－第１の層ＬＦｍは、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦｎは、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
【0042】
（複数の層の構成の第２の例）
第２の例においては、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９が第１の線膨張係数を有し、層ＬＦ７～ＬＦ８が第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有するように、放熱板１１が構成されている。本例においては、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９は組成比Ｃｍを有しており、層ＬＦ７～ＬＦ８は、組成比Ｃｍよりも大きい組成比Ｃｎを有している。これにより、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９の線膨張係数に比して、層ＬＦ７～ＬＦ８の線膨張係数の方が大きくなる。ここで、セラミック枠体２１と放熱板１１との線膨張係数の差が大き過ぎると、セラミック枠体２１と放熱板１１との間で剥離が生じることがある。また、パッケージ５１の微妙な反り量の調整を行う必要が生じることがある。これらの問題を解決するため、層ＬＦ７～ＬＦ８の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有するＬＦ９が積層されている。
第２の例においては、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９が第１の線膨張係数を有し、層ＬＦ７～ＬＦ８が第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有するように、放熱板１１が構成されている。本例においては、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９は組成比Ｃｍを有しており、層ＬＦ７～ＬＦ８は、組成比Ｃｍよりも大きい組成比Ｃｎを有している。これにより、層ＬＦ１～ＬＦ６およびＬＦ９の線膨張係数に比して、層ＬＦ７～ＬＦ８の線膨張係数の方が大きくなる。ここで、セラミック枠体２１と放熱板１１との線膨張係数の差が大き過ぎると、セラミック枠体２１と放熱板１１との間で剥離が生じることがある。また、パッケージ５１の微妙な反り量の調整を行う必要が生じることがある。これらの問題を解決するため、層ＬＦ７～ＬＦ８の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有するＬＦ９が積層されている。
【0043】
ここで、層ＬＦ１～ＬＦ６を第１の層とみなし、層ＬＦ７～ＬＦ８を第２の層とみなすと、本例から、以下の特徴が読み取れる。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６は、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、第１の層ＬＦ１～ＬＦ６とセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６は第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６のうち層ＬＦ１～ＬＦ４に着目すると、上記第１の層ＬＦ１～ＬＦ６のうち第１の層ＬＦ１～ＬＦ４は、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６は、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、第１の層ＬＦ１～ＬＦ６とセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６は第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ６のうち層ＬＦ１～ＬＦ４に着目すると、上記第１の層ＬＦ１～ＬＦ６のうち第１の層ＬＦ１～ＬＦ４は、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦ７～ＬＦ８は、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
【0044】
（複数の層の構成の第３の例）
第３の例においては、層ＬＦ１～ＬＦ３が第１の線膨張係数を有し、層ＬＦ４～ＬＦ９が第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有するように、放熱板１１が構成されている。本例においては、層ＬＦ１～ＬＦ３は組成比Ｃｍを有しており、層ＬＦ４～ＬＦ９は、組成比Ｃｍよりも大きい組成比Ｃｎを有している。これにより、層ＬＦ１～ＬＦ３の線膨張係数に比して、層ＬＦ４～ＬＦ９の線膨張係数の方が大きくなる。
第３の例においては、層ＬＦ１～ＬＦ３が第１の線膨張係数を有し、層ＬＦ４～ＬＦ９が第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有するように、放熱板１１が構成されている。本例においては、層ＬＦ１～ＬＦ３は組成比Ｃｍを有しており、層ＬＦ４～ＬＦ９は、組成比Ｃｍよりも大きい組成比Ｃｎを有している。これにより、層ＬＦ１～ＬＦ３の線膨張係数に比して、層ＬＦ４～ＬＦ９の線膨張係数の方が大きくなる。
【0045】
ここで、層ＬＦ１～ＬＦ３を第１の層とみなし、層ＬＦ４～ＬＦ９を第２の層とみなすと、本例から、以下の特徴が読み取れる。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９は、第１の層ＬＦ１～ＬＦ３とセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９のうち層ＬＦ６～ＬＦ９に着目すると、上記第２の層ＬＦ４～ＬＦ９のうち第２の層ＬＦ６～ＬＦ９は、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は、第１の組成比Ｃｍで元素ＣｕおよびＷを含有する。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９は、第１の層ＬＦ１～ＬＦ３とセラミック枠体２１との間に配置されており、第１の組成比Ｃｍと異なる第２の組成比Ｃｎで元素ＣｕおよびＷを含有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は第１の線膨張係数を有する。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９は、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。
－第１の層ＬＦ１～ＬＦ３は、放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置（図４における層ＬＦ５の位置）との間に配置されている。第２の層ＬＦ４～ＬＦ９のうち層ＬＦ６～ＬＦ９に着目すると、上記第２の層ＬＦ４～ＬＦ９のうち第２の層ＬＦ６～ＬＦ９は、センター位置（図４における層ＬＦ５の位置）とセラミック枠体２１との間に配置されている。
【0046】
【0047】
ステップＳＴ１０（図５）にて、焼成されることによって層ＬＦ１～ＬＦ９（図４）のそれぞれとなるグリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（後述される図７参照）が形成される。ここで、第１の層および第２の層（前述の第１～第３の例を参照）は、層ＬＦ１～ＬＦ９に含まれる。よってステップＳＴ１０（図５）は当然に、焼成されることによって第１の層とされることになる第１のグリーンシートを形成するステップＳＴ１１（図５）と、焼成されることによって第２の層とされることになる第２のグリーンシートを形成するステップＳＴ１２（図５）とを含む。またステップＳＴ１３（図５）にて、焼成されることによってセラミック枠体２１とされることになるセラミックグリーンシート２１Ｇ（後述される図７参照）が形成される。
【0048】
グリーンシートを形成するためには、まずスラリーが準備される。スラリーは、焼結体の成分となる粉末を、樹脂、可塑剤および溶剤などとボールミルによって混合することによって得られる。セラミック枠体２１を形成するためのスラリー用の上記粉末は、例えば、主成分のＡｌ２Ｏ３粉末と、焼結助剤のＳｉＯ２粉末および／またはＭｎＣＯ３粉末と、などである。放熱板１１の層ＬＦ１～ＬＦ９を形成するためのスラリー用の上記粉末は、Ｃｕ粉末およびＷ粉末などである。スラリーはドクターブレード法によりグリーンシートに加工される。グリーンシートの平面形状は、目的とする部品の形状に応じて決定される。放熱板１１を形成するためのグリーンシートの平面形状は、通常、略矩形形状とされる。セラミック枠体２１を形成するためのセラミックグリーンシート２１Ｇの平面形状は、キャビティＣＶ（図３）に対応する部分が除去された枠状形状とされる。具体的には、セラミックグリーンシート２１Ｇは、ドクターブレード法によって単純なシートとして形成された後、キャビティＣＶに対応する部分が除去される。
【0049】
ステップＳＴ２０（図５）にて、グリーンシートＬＧ１～ＬＧ９（図７）とセラミックグリーンシート２１Ｇとが積層されることによって、積層体ＳＧ（図６および図７）が形成される。なお積層体ＳＧは、グリーンシートＬＧ１～ＬＧ９の積層体１１Ｇを含む。積層体１１Ｇは、焼成されることによって放熱板１１（図４）とされることになるものである。積層体ＳＧにおいて、焼成されることによって第１の層（前述の第１～第３の例を参照）とされることになる第１のグリーンシートと、焼成されることによって第２の層（前述の第１～第３の例を参照）とされることになる第２のグリーンシートと、焼成されることによってセラミック枠体２１とされることになるセラミックグリーンシート２１Ｇとが、積層されている。
【0050】
次に、後述するブレイクが行われることになる位置において、刃先ＣＴ（図６）による機械加工、またはレーザ加工装置（図示せず）によるレーザ加工を用いて、積層体１１Ｇおよびセラミックグリーンシート２１Ｇの各々の表面にトレンチ（図示せず）が形成されてよい。
【0051】
ステップＳＴ３０（図５）にて、積層体ＳＧ（図６）が焼成される。これにより、積層体ＳＧが焼成体ＳＦ（図８）へと変化する。焼成温度は、例えば、１１００℃以上１４００℃である。焼成温度が１１００℃以上であることによって、積層体ＳＧをＣｕの融点より高い温度へ加熱することができる。これにより、Ｃｕを含有する放熱板１１を高品質で形成することができる。一方、焼成温度が１４００℃以下であることによって、焼成温度が過度に高いことに起因しての工程上の困難を避けることができる。
【0052】
次に、前述したトレンチを起点としてのブレイク工程が、破線ＢＲ（図８）に示すように行われる。その結果、焼成体ＳＦが複数の部分へと分割される。これにより、複数のパッケージ５１（図３）に対応する複数の焼成体ＳＦが得られる（図９）。
【0053】
【0054】
なお上記製造方法において、焼成工程後の適当なタイミングで、めっき処理が行われてよい。また上記製造方法は、前述したように一例であり、様々な変形例が適用され得る。例えば、焼成体ＳＦに対してブレイク工程が行われる代わりに、焼成前の積層体ＳＧに対して切断処理が行われてもよい。また、半導体素子８（図２）の実装は、上記製造方法によればブレイク工程後のタイミングで行われることになるが、当該タイミングに代わって、焼成工程後かつブレイク工程の前のタイミングで行われてもよい。
【0055】
図１０は、比較例のパッケージ５９の構成を示す概略断面図である。図１１は、パッケージ５９を用いた、比較例の半導体モジュール９９の構成を示す概略断面図である。パッケージ５９は、放熱板１１およびセラミック枠体２１（図３：実施の形態１）に代わって、放熱板１９およびセラミック枠体２９を有している。セラミック枠体２９は、セラミック材料からなり、これは典型的にはアルミナである。
【0056】
放熱板１９の材料は、熱伝導率の観点からは純銅がよい。しかし銅の線膨張係数はアルミナの線膨張係数よりも大きい。セラミック枠体２９と放熱板１９とをろう材で接合する工程で、ろう材を溶融させるための加熱後の冷却過程において、ろう材が硬化した後、放熱板１９の主面Ｐ２側はセラミック枠体２９に拘束されて収縮が抑制される一方、放熱面Ｐ１側では収縮は抑制されない。その結果、パッケージ５９には、図１０において上方へ凸状の反りが生じる。そこで、放熱板１９の線膨張係数をより小さくしてアルミナの線膨張係数に近づけることが考えられる。例えば、タングステンおよびモリブデンはアルミナよりも線膨張係数が小さいので、放熱板１９の材料にこれら金属元素を利用することが考えられる。その場合、放熱板１９の材料は、典型的には、含侵法によって形成された銅タングステン合金材料、または、銅と銅モリブデン合金との積層構造を有するクラッド材料である。前者の材料の場合、放熱板１９はその全体においてほぼ均一な線膨張係数を有するので、熱応力に起因してのパッケージ５９の反りを抑制するように厚み方向において線膨張係数を変化させることはできない。後者の材料の場合、積層構造における各層の線膨張係数の設計の融通性が低い。仮に、多くの種類の金属板をクラッド材料へ適用することが可能であるならば、設計の融通性は、ある程度確保されるかもしれない。しかしながら、多くの種類の金属板を準備することは、製造上、大きな負担となりやすい。よって、熱応力に起因してのパッケージ５９の反りを十分かつ容易に抑制することが困難である。
【0057】
セラミック枠体２９は放熱板１９へ、ろう材２６によって接合されている。ろう材２６は、その形成時には流動性を有しており、図１０に示されているように、セラミック枠体２９の内周面（キャビティＣＶに面する面）よりも内側へと流れ込む。ろう材２６のうちキャビティＣＶ内へ流れ込んだ部分は、キャビティＣＶの縁においてフィレット２６ｆを形成する。流れ込む距離、言い換えればフィレット２６ｆの幅寸法は、２５μｍよりも大きくなりやすい。よって、フィレット２６ｆと半導体素子８とが互いに干渉する可能性を十分低くするためには、半導体素子８とセラミック枠体２９の内面との間の距離Ｌ９（図１１）を、２５μｍよりも大きくする必要がある。このように半導体素子８とセラミック枠体２９との間に大きな間隔を空けなければならない結果、キャビティＣＶ中の実装面積（半導体素子８を実装することができる領域の面積）が小さくなってしまう。また、ワイヤ９の長さが大きくなり、このことは通常、インダクタンスの意図しない増加のような、電気的特性の悪化につながる。
【0058】
ろう材２６としては、典型的には、Ａｇろう材が用いられる。ろう材２６がＡｇを含有する場合において、放熱板１９の電位を基準としてリードフレーム３０に負電位が長期間印加されると、矢印ＭＧ（図１１）に示すようにＡｇマイグレーションが発生しやすい。このＡｇマイグレーションによって、放熱板１９とリードフレーム３０との間の電気的絶縁性が不十分となることがある。
【0059】
また、ろう材２６が形成される際には、溶融したろう材２６の濡れ性が確保されている必要がある。その目的で、セラミック材料からなるセラミック枠体２９の、ろう材２６に面する表面には、溶融したろう材２６に対して高い濡れ性を有するめっき層を形成しておく必要がある。また、このめっき層を形成する準備として、通常、セラミック枠体２９にメタライズ層を形成する必要がある。
【0060】
本実施の形態１によれば、前述の第１～第３の例において説明したように、放熱板１１が含む第１の層は、第１の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数を有する。さらに、放熱板１１が含む第２の層は、第１の層とセラミック枠体２１との間に配置され、第１の組成比と異なる第２の組成比で複数の元素を含有し、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。これらの特徴によれば、第１の層は第２の層に比して、放熱面Ｐ１の近くに配置され、かつ小さな線膨張係数を有する。よって、降温時における放熱板１１の放熱面Ｐ１側の収縮が小さくなるので、パッケージ５１の反り（具体的には、図３における上方へ凸の反り）が抑制される。よって、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の線膨張係数の差異に起因してのパッケージ５１の反りが抑制される。この反りは、放熱板１１をなす焼結材料の組成比の値および分布を最適化することによって、容易かつ十分に抑制することができる。以上から、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の線膨張係数の差異に起因してのパッケージ５１の反りを、十分かつ容易に抑制することができる。
【0061】
また、放熱板１１が含む第１の層は、放熱板１１の放熱面Ｐ１と、厚み方向における放熱板１１のセンター位置との間に配置され、第１の線膨張係数を有する。さらに、放熱板１１が含む第２の層は、当該センター位置とセラミック枠体２１との間に配置され、第１の線膨張係数よりも大きい第２の線膨張係数を有する。これらの特徴によれば、第１の層は第２の層に比して、放熱面Ｐ１の近くに配置され、かつ小さな線膨張係数を有する。よって、降温時における放熱板１１の放熱面Ｐ１側の収縮が小さくなるので、パッケージ５１の反り（具体的には、図３における上方へ凸の反り）が抑制される。よって、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の線膨張係数の差異に起因してのパッケージ５１の反りが抑制される。この反りは、放熱板１１をなす焼結材料の組成比の値および分布を最適化することによって、容易かつ十分に抑制することができる。以上から、放熱板１１とセラミック枠体２１との間の線膨張係数の差異に起因してのパッケージ５１の反りを、十分かつ容易に抑制することができる。
【0062】
また、セラミック枠体２１と、放熱板１１とが直接に接合される。これにより、セラミック枠体２１と、放熱板１１との接合に、ろう材２６（図１１：比較例）を必要としない。よって、キャビティＣＶ内へ流れ込んだろう材２６が半導体素子８の実装の妨げとなることが避けられる。よって、半導体素子８とセラミック枠体２１の内面Ｐ３との間の距離Ｌ１（図２）を小さくすることができ、例えば２５μｍ以下とすることができる。言い換えれば、半導体素子８をセラミック枠体２１に近接させて実装することができる。よって、キャビティＣＶ中の実装面積を、より大きくすることができる。またワイヤ９の長さが小さくなり、これは通常、電気的特性の良化につながる。また、ろう材２６（図１１：比較例）を用いる必要がないので、ろう材が含有しているＡｇのマイグレーション現象が放熱板１１とリードフレーム３０との間で発生することを避けることができる。また、ろう材２６の濡れ性を確保するための層（典型的には、前述しためっき層およびメタライズ層）を必要としない。
【0063】
放熱板１１（図２）は、セラミック枠体２１の外面Ｐ４ａに平らにつながった側面Ｐ４ｂを有していてよい。この場合、外面Ｐ４ａと側面Ｐ４ｂとの間の箇所がパッケージ５１の破壊の起点となることを避けつつ、実装面積（半導体素子８などを実装可能な領域の面積）を確保しやすい。このような側面Ｐ４ｂの一部はブレイク工程（図８）における破断面であってよい。側面Ｐ４ｂが外面Ｐ４ａに平らにつながっていない典型的な形態としては、外面Ｐ４ａが側面Ｐ４ｂから外側にはみ出している形態、または、外面Ｐ４ａが側面Ｐ４ｂの内側に位置している形態がある。前者の形態においては、はみ出した部分が破壊の起点となる恐れがある。後者の形態においては、セラミック枠体２１の外縁が内側に寄るので、セラミック枠体２１の幅が所定の寸法に維持される必要がある限り、セラミック枠体２１の内縁も内側に寄り、その結果、実装面積が小さくなる。
【0064】
なお変形例として、セラミック枠体２１が取り付けられていない放熱板１１（図３）が作製されてよい。例えば、焼成体ＳＦの製造方法において、セラミックグリーンシート２１Ｇ（図６）の形成を省略することによって、他の部材が取り付けられていない放熱板１１が得られる。そのようにして得られた放熱板１１へ他の部材が取り付けられてよく、例えば、枠体が取り付けられれば、パッケージが得られる。
【0065】
＜キャビティに関連しての変形例＞
上記実施の形態１のパッケージ５１はキャビティＣＶ（図２）を有しているが、変形例として、キャビティＣＶの有無を問わない構成が用いられてよい。具体的には、キャビティＣＶを構成するセラミック枠体２１に代わってセラミック基体が用いられてよく、その場合、セラミック枠体２１の代わりにセラミック基体が放熱板１１に取り付けられる。具体的には、放熱板１１と、放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されたセラミック基体と、の接合体が用いられてよい。この接合体はキャビティＣＶを有していなくてよい。セラミック基体は、例えばセラミック平板である。セラミック平板は、放熱板１１の主面Ｐ２に取り付けられた第１の面と、当該第１の面と反対の第２の面とを有している。セラミック平板の第２の面にはリードフレーム３０が取り付けられていてよい。半導体モジュールを作製するために、セラミック平板の第２の面上に半導体素子８が実装されてよい。上記接合体がキャビティＣＶを有していなくても、例えば、下側（半導体素子８に面することになる側）にキャビティを有する蓋体８０（図２参照）が取り付けられることによって、半導体素子８をキャビティ内に封止することができる。
上記実施の形態１のパッケージ５１はキャビティＣＶ（図２）を有しているが、変形例として、キャビティＣＶの有無を問わない構成が用いられてよい。具体的には、キャビティＣＶを構成するセラミック枠体２１に代わってセラミック基体が用いられてよく、その場合、セラミック枠体２１の代わりにセラミック基体が放熱板１１に取り付けられる。具体的には、放熱板１１と、放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されたセラミック基体と、の接合体が用いられてよい。この接合体はキャビティＣＶを有していなくてよい。セラミック基体は、例えばセラミック平板である。セラミック平板は、放熱板１１の主面Ｐ２に取り付けられた第１の面と、当該第１の面と反対の第２の面とを有している。セラミック平板の第２の面にはリードフレーム３０が取り付けられていてよい。半導体モジュールを作製するために、セラミック平板の第２の面上に半導体素子８が実装されてよい。上記接合体がキャビティＣＶを有していなくても、例えば、下側（半導体素子８に面することになる側）にキャビティを有する蓋体８０（図２参照）が取り付けられることによって、半導体素子８をキャビティ内に封止することができる。
【0066】
＜実施の形態２～５＞
図１２は、前述した本実施の形態１に係るパッケージ５１（図３）が有する放熱板１１およびセラミック枠体２１の構成を示す概略断面図である。なお説明の便宜上、図３の図示よりも図１２の図示は簡素化されている。図１２と対比しつつ、実施の形態２～６のそれぞれに係るパッケージ５２～５６の構成について、以下に説明する。
図１２は、前述した本実施の形態１に係るパッケージ５１（図３）が有する放熱板１１およびセラミック枠体２１の構成を示す概略断面図である。なお説明の便宜上、図３の図示よりも図１２の図示は簡素化されている。図１２と対比しつつ、実施の形態２～６のそれぞれに係るパッケージ５２～５６の構成について、以下に説明する。
【0067】
図１３は、本実施の形態２に係るパッケージ５２の構成を示す概略断面図である。パッケージ５２は、セラミック枠体２１（図１２）に代わって、セラミック枠体２２を有している。セラミック枠体２２（具体的にはその内側部分）は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。厚み方向における位置に関して、セラミック枠体２２は、放熱板１１の主面Ｐ２の上方の位置から、放熱板１１の主面Ｐ２と放熱面Ｐ１との間の範囲内へと延びている。なおセラミック枠体２２はさらに延びていてよく、図１３に示された例においては、放熱板１１の放熱面Ｐ１の位置まで延びている。セラミック枠体２２は放熱板１１の側面Ｐ４ｂから離れている。
【0068】
図１４は、本実施の形態３に係るパッケージ５３の構成を示す概略断面図である。パッケージ５３は、セラミック枠体２１（図１２）に代わって、セラミック枠体２３を有している。セラミック枠体２３は、放熱板１１の主面Ｐ２上に配置された板状の基部２３ａと、基部２３ａを介して放熱板１１に固定された枠体部２３ｂとを有している。なお基部２３ａと枠体部２３ｂとの境界（図中、破線）は仮想的なものであってよい。枠体部２３ｂは内面Ｐ３を有している。放熱板１１の主面Ｐ２は、本実施の形態３においては、セラミック枠体２３の基部２３ａに直接に接合された接合面Ｐ２ｂを有している。図１４に示された例においては、主面Ｐ２の全部が接合面Ｐ２ｂである。また本実施の形態３においては、放熱板１１のキャビティ面Ｐ２ａは、セラミック枠体２３の基部２３ａを介してキャビティＣＶに面している。よって本実施の形態３においても、キャビティ面Ｐ２ａは、キャビティＣＶに面しているといえる。
【0069】
図１５は、本実施の形態４に係るパッケージ５４の構成を示す概略断面図である。パッケージ５４は、セラミック枠体２１（図１２）に代わって、セラミック枠体２４を有している。セラミック枠体２４（具体的にはその内側部分）は放熱板１１の主面Ｐ２上に配置されている。厚み方向における位置に関して、セラミック枠体２４は、放熱板１１の主面Ｐ２の上方の位置から、放熱板１１の主面Ｐ２と放熱面Ｐ１との間の範囲内へと延びている。なおセラミック枠体２４はさらに延びていてよく、図１５に示された例においては、放熱板１１の放熱面Ｐ１の位置まで延びている。放熱板１１の側面Ｐ４ｂは、セラミック枠体２４に直接に接合された接合面を有している。図１５に示された例においては、側面Ｐ４ｂの全部が接合面であるが、側面Ｐ４ｂの一部のみが接合面であってもよい。
【0070】
パッケージ５４は、下層ＬＹ１と上層ＬＹ２との積層体を焼成することによって製造され得る。下層ＬＹ１は、例えば、次のように形成される。まず、焼成されることによってセラミック枠体２４となる材料からなる第１の未焼成層が形成される。次に、第１の未焼成層に、放熱板１１が配置される領域に対応した貫通孔が金型を用いて形成される。次に、上記貫通孔を覆うように第１の未焼成層上に、焼成されることによって放熱板１１となる部分を含む第２の未焼成層が積層される。次に、上記金型を再度用いて上記貫通孔内に第２の未焼成層の上記部分が押し込まれる。次に、第２の未焼成層のうち、金型によって押し込まれなかった部分、言い換えれば第１の未焼成層の上面上に残存した部分、が除去される。これにより、下層ＬＹ１が得られる。上層ＬＹ２は、焼成されることによってセラミック枠体２４となる材料からなる未焼成層から、キャビティＣＶに対応する部分を除去することによって得られる。下層ＬＹ１と上層ＬＹ２との積層体を焼成することによって、パッケージ５４が得られる。なお、これに類した工法によって、後述するパッケージ５５（図１６）も製造され得る。
【0071】
図１６は、本実施の形態５に係るパッケージ５５の構成を示す概略断面図である。パッケージ５５は、放熱板１１およびセラミック枠体２１（図１２）に代わって、放熱板１５およびセラミック枠体２５を有している。セラミック枠体２５（具体的にはその内側部分）は放熱板１５の主面Ｐ２上に配置されている。放熱板１５は、支持部１５ｂと、支持部１５ｂの一部の上に設けられたキャビティ部１５ａと、を有している。キャビティ部１５ａと支持部１５ｂとの境界（図１６における破線）は、仮想的なものであってよい。放熱板１５の主面Ｐ２は、キャビティ部１５ａからなるキャビティ面Ｐ２ａと、支持部１５ｂからなる接合面Ｐ２ｂと、を有している。放熱板１５の主面Ｐ２においては、厚み方向において、キャビティ面Ｐ２ａの位置と、接合面Ｐ２ｂの位置とが異なっており、後者の位置の方が放熱面Ｐ１に近い。キャビティ面Ｐ２ａと接合面Ｐ２ｂとは、互いにおおよそ平行な面であってよい。主面Ｐ２はさらに、キャビティ部１５ａからなりキャビティ面Ｐ２ａと接合面Ｐ２ｂとを互いにつなぐ側壁面Ｐ２ｃを有していてよい。放熱板１５の側壁面Ｐ２ｃは、おおよそ厚み方向に沿っていてよい。側壁面Ｐ２ｃはセラミック枠体２５に直接に接合された接合面であってよい。支持部１５ｂの側面Ｐ４ｂは、セラミック枠体２５に直接に接合された接合面を有していてよい。
【符号の説明】
【0072】
８ ：半導体素子
９ ：ワイヤ（配線部材）
１１，１５：放熱板
２１～２５：セラミック枠体
３１Ｇ ：セラミックグリーンシート
３０ ：リードフレーム（金属端子）
５１～５５：パッケージ
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：半導体モジュール
ＣＶ ：キャビティ
Ｐ１ ：放熱面
Ｐ２ ：主面
Ｐ２ａ ：キャビティ面
Ｐ２ｂ ：接合面
Ｐ３ ：内面
Ｐ４ａ ：外面
Ｐ４ｂ ：側面
ＳＦ ：焼成体
ＳＧ ：積層体
９ ：ワイヤ（配線部材）
１１，１５：放熱板
２１～２５：セラミック枠体
３１Ｇ ：セラミックグリーンシート
３０ ：リードフレーム（金属端子）
５１～５５：パッケージ
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：半導体モジュール
ＣＶ ：キャビティ
Ｐ１ ：放熱面
Ｐ２ ：主面
Ｐ２ａ ：キャビティ面
Ｐ２ｂ ：接合面
Ｐ３ ：内面
Ｐ４ａ ：外面
Ｐ４ｂ ：側面
ＳＦ ：焼成体
ＳＧ ：積層体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】