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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】パッケージ
(51)【国際特許分類】
H01L 23/34 20060101AFI20240228BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20240228BHJP
H01L 23/06 20060101ALI20240228BHJP
【ＦＩ】
H01L23/34 A
H01L23/12 S
H01L23/06 B
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021074850
(22)【出願日】2021-04-27
(65)【公開番号】P2022169059
(43)【公開日】2022-11-09
【審査請求日】2022-12-05
(73)【特許権者】
【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
(73)【特許権者】
【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】山本 智康
(72)【発明者】
【氏名】三原 芳和
(72)【発明者】
【氏名】白井 直哉
【審査官】佐藤 靖史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２１９４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１１５７３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０１３２７９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０２０５６３４４（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０４１８６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８８６７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２５８２４８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２３／３４
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
Ｈ０１Ｌ ２３／０６
(57)【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、セラミックスからなり、平面視において前記キャビティを囲む枠体と、
前記枠体を支持する支持面を有するヒートシンクと、
を備え、前記枠体と前記ヒートシンクの前記支持面とは互いにろう付けされており、前記ヒートシンクは、
前記支持面を有し、銅からなり、厚みｔ１を有する第１層と、
前記第１層に積層され、モリブデンからなり、厚みｔ２を有する第２層と、
前記第２層に積層され、銅からなり、厚みｔ３を有する第３層と、
前記第３層に積層され、モリブデンからなり、厚みｔ４を有する第４層と、
前記第４層に積層され、銅からなり、厚みｔ５を有する第５層と、
を含み、
３≦ｔ１／ｔ５≦５、および
３≦ｔ３／ｔ５≦５
が満たされている、パッケージ。
【請求項2】
３≦ｔ１／ｔ５≦４が満たされている、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項3】
前記枠体の前記セラミックスは、２５℃と１００℃との間で、５ｐｐｍ／℃以上、８ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有しており、かつ、
２５℃と８００℃との間で、７．５ｐｐｍ／℃以上、８．５ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有している、
請求項１または２に記載のパッケージ。
【請求項4】
０．１０≦（ｔ２＋ｔ４）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）≦０．１３が満たされている、請求項１から３のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項5】
前記蓋体はセラミックスからなる、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6】
前記第５層は、前記ヒートシンクの底面を有している、請求項１から５のいずれか１項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、ヒートシンク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。これにより電子部品が外部環境から保護される。さらに、パッケージがヒートシンクを有することによって、電子部品からの熱を効率的に除去することができる。ヒートシンクの搭載面（キャビティに面する面）上には電子部品が搭載されることになり、ヒートシンクの底面（上記搭載面と反対の面）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、電子部品の過熱が抑制される。
【0003】
電子部品が動作されることによって、パッケージの温度は、例えば１５０℃程度に上昇する。一方で、パッケージを有する製品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、蓋体によって封止されたパッケージの気密性は、これら温度の差異に対応したヒートサイクル下において維持される必要がある。この信頼性を検証する目的でヒートサイクル試験が行われることがあり、その温度範囲は、典型的には－６５℃と＋１５０℃との間である。
【0004】
特開２００５－１５０１３３号公報（特許文献１）は、半導体素子収納用容器を開示している。半導体素子収納用容器は、基体（パッケージ）と、蓋体とで構成されている。基体は、金属板からなるヒートシンクと、セラミック枠体と、外部接続端子とを有している。セラミック枠体はヒートシンクに、ろう付けによって接合されている。ろう材としては、例えば、Ａｇ－Ｃｕが用いられる。ヒートシンクとセラミック枠体とで形成されるキャビティ部には半導体素子が搭載される。半導体素子が搭載された後、エポキシ樹脂等の樹脂接着材を用いてセラミック枠体に蓋体が接合される。これによりキャビティが気密に封止される。ヒートシンクは、銅（Ｃｕ）板と、他の金属板との複合金属板からなる。ヒートシンクに高熱伝導率を付与する目的で、ヒートシンクとセラミック枠体との間の熱膨張係数の近似性が若干犠牲になるものの、ヒートシンクの線膨張係数を８ｐｐｍ／℃以上としてもよい。上記公報が主張するところによれば、そのようにヒートシンクの熱膨張係数が高くても、蓋体が樹脂材からなることによって、ヒートサイクル下での基体と蓋体との接合信頼性は確保することができる。
【0005】
特開２０１８－４１８６８号公報（特許文献２）は、ろう付けによって放熱基板（ヒートシンク）とセラミックス基板とが互いに接合された構成が開示されている。当該公報の記載によれば、以下のような課題が記されている。
【0006】
放熱基板は、接合される半導体デバイスの信頼性を確保するため、半導体デバイスの動作温度である１５０℃付近の温度において半導体デバイスの熱膨張係数に近いことが必要である。そのため、放熱基板は、熱膨張係数が低い金属で構成された層が全体に占める体積比率を１０％超にする必要がある。このように構成された放熱基板（ヒートシンク）の熱膨張係数は、セラミックス基板の熱膨張係数よりも小さい。したがって、組立時のろう付けにおける加熱温度（例えば８００℃）ではセラミックス基板の方がより大きく熱変形するので、冷却後において放熱基板には反り変形が生じる。
【0007】
上記課題に鑑みて上記特開２０１８－４１８６８号公報は、Ｃｕ層と、Ｍｏ層（またはＷ層）とが交互に積層された放熱基板において、前記Ｃｕ層が厚さ方向に非対称に積層されることを開示している。具体的には、当該公報は、セラミックス基板が接合される一表面側に配置される前記Ｃｕ層の厚さが、前記一表面と反対側の他表面側に配置される前記Ｃｕ層の厚さより、厚いことを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２００５－１５０１３３号公報
【文献】特開２０１８－４１８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明者らの検討によると、上記特開２０１８－４１８６８号公報の技術が用いている非対称性が過剰であると、ろう付けに起因して発生する反り（後述するプラス反り）とは逆向きの反り（後述するマイナス反り）がパッケージに発生してしまう。具体的には、ヒートシンクの底面が凹状となるような反りが発生してしまう。この凹状の反りに起因して、ヒートシンクの中央部と、ヒートシンクを支持する支持部材との間に、ボイドが形成されることがある。電子部品は典型的にはヒートシンクの中央部近傍に搭載されるので、ヒートシンクの中央部近傍のボイドは、ヒートシンクを介しての電子部品からの放熱を阻害しやすい。その結果、パッケージの放熱性能が不十分となることがある。逆に、上記の非対称性が過小であると、ろう付けに起因して生じる反りを抑制する効果が不足してしまう。
【0010】
ろう付けに起因してのプラス反りは、Ｃｕ層とＭｏ層とが積層されたヒートシンクにおいてＭｏ層の体積比率を低くするほど緩和される。しかしながらその場合、本発明者らの検討によれば、パッケージと蓋体との接合信頼性（具体的には、－６５℃と１５０℃との間でのヒートサイクル下での接合信頼性）を確保しにくくなる。特に、前述した特開２００５－１５０１３３号公報における技術とは異なり蓋体がセラミックスからなる場合、この問題は深刻となりやすい。具体的には、－６５℃と１５０℃との間でのヒートサイクル下において、枠体と蓋体とを互いに接合するための樹脂接着層にクラックが発生することがある。さらに、Ｍｏ層の体積比率を低くし過ぎれば、マイナス反りの発生につながる。
【0011】
本発明者らは、ヒートサイクル試験の結果として、上記のようなクラックを実際に観察した。このクラックは、キャビティと外部雰囲気との間を延びることによって、キャビティの気密性を喪失させてしまう。このクラックは、ヒートサイクルの温度範囲においてヒートシンクの線膨張係数がセラミック枠体の線膨張係数に比してかなり大きいことから生じる大きな応力に起因する。ヒートサイクルの温度範囲における線膨張係数の上記差異は、ろう付け温度である８００℃近傍においてヒートシンクとセラミック枠体との間の線膨張係数の差異を抑制することを優先する材料選択が行われると、拡大してしまう。
【0012】
以上から、ろう付けに起因してのパッケージの反りを抑制しつつ、ヒートサイクル下での接合信頼性を確保することが、従来の技術では困難である。さらに、本発明者らの検討によれば、ヒートシンクの上述した非対称な積層は、場合によっては、キャビティからヒートシンクへの放熱性能を不十分なものとすることがある。この熱伝導性の低さは、パッケージの放熱性能を不十分なものにしてしまう。
【0013】
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、パッケージの反りを抑制しながら枠体と蓋体との間の接合信頼性を確保しつつ、十分な放熱性能を有す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】
【0014】
一実施の形態におけるパッケージは、蓋体によって封止されることになるキャビティを有するパッケージであって、枠体と、ヒートシンクとを有している。前記枠体は、セラミックスからなり、平面視において前記キャビティを囲んでいる。前記ヒートシンクは、前記枠体を支持する支持面を有している。前記ヒートシンクは、第１層と、第２層と、第３層と、第４層と、第５層とを有している。前記第１層は、前記支持面を有しており、銅からなり、厚みｔ１を有している。前記第２層は、前記第１層に積層されており、モリブデンからなり、厚みｔ２を有している。前記第３層は、前記第２層に積層されており、銅からなり、厚みｔ３を有している。前記第４層は、前記第３層に積層されており、モリブデンからなり、厚みｔ４を有している。前記第５層は、前記第４層に積層されており、銅からなり、厚みｔ５を有している。３≦ｔ１／ｔ５≦５が満たされている。３≦ｔ３／ｔ５≦５が満たされている。
【0015】
前記パッケージにおいて、３≦ｔ１／ｔ５≦４が満たされていてよい。
【0016】
前記枠体の前記セラミックスは、２５℃と１００℃との間で、５ｐｐｍ／℃以上、８ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有していてよく、かつ、２５℃と８００℃との間で、７．５ｐｐｍ／℃以上、８．５ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有していてよい。
【0017】
前記パッケージにおいて、０．１０≦（ｔ２＋ｔ４）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）≦０．１３が満たされていてよい。
【0018】
蓋体はセラミックスからなっていてよい。
【発明の効果】
【0019】
一実施の形態によれば、ｔ１／ｔ５≦５が満たされていることによって、ヒートシンクおよび枠体を有するパッケージの枠体側が過度に凸状となるような反り（後述するマイナス反り）を抑制することができる。さらに、３≦ｔ１／ｔ５が満たされていることによって、ヒートシンクおよび枠体を有するパッケージのヒートシンク側が過度に凸状となるような反り（後述するプラス反り）を抑制することができ、かつ、枠体と蓋体との間の接合信頼性を確保することができる。さらに、ｔ３／ｔ５≦５および３≦ｔ１／ｔ５が満たされることによって、ｔ１が過度に小さくなることが避けられる。ｔ１が過度に小さくないことによって、キャビティからヒートシンクへ流入する熱の抵抗が過度に大きくなることが避けられる。熱抵抗が過度に大きくないことによって、パッケージの放熱性能を十分に確保することができる。以上から、パッケージの反りを抑制しながら枠体と蓋体との間の接合信頼性を確保しつつ、十分な放熱性能を得ることができる。
【0020】
この発明の目的、特徴、局面、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】一実施の形態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】パッケージのプラス反り（＋ＷＰ）およびマイナス反り（－ＷＰ）の定義について説明する断面図である。
【図5】実施例および第１比較例としての、ヒートシンクを含むパッケージの構成を示す部分断面図である。
【図6】第２比較例のパッケージの構成を示す部分断面図である。
【図7】ヒートシンクに適用可能な複合金属板（Ａ型）の線膨張係数ＣＴＥＡと、ヒートシンクに適用可能な複合金属板（Ｂ型）の線膨張係数ＣＴＥＢと、枠体に適用可能なセラミック組成Ｘの線膨張係数ＣＴＥＸとを例示するグラフ図である。
【図10】枠体の材料としてセラミック組成Ｙを用いつつ、ヒートシンク中のＭｏの体積比率（％）を異ならしめた場合の、ヒートシンクの第１層の厚みｔ１（ｍｍ）とパッケージの反りとの相関を例示するグラフ図である。
【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、以下の記載において、温度Ｔ（℃）における線膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は、温度２５℃（室温）における長さがＬ２５でありかつ温度Ｔにおける長さがＬＴであるとき、
｛（ＬＴ－Ｌ２５）／（Ｔ－２５）｝／Ｌ２５
によって定義される。また本明細書において、上記の線膨張係数のことを、２５℃とＴ（℃）との間での線膨張係数と称することもある。また、複合金属板の線膨張係数は、面内方向に沿った長さに基づいて算出される。ここで面内方向は、複合金属板の積層方向（厚み方向）に垂直な方向である。
｛（ＬＴ－Ｌ２５）／（Ｔ－２５）｝／Ｌ２５
によって定義される。また本明細書において、上記の線膨張係数のことを、２５℃とＴ（℃）との間での線膨張係数と称することもある。また、複合金属板の線膨張係数は、面内方向に沿った長さに基づいて算出される。ここで面内方向は、複合金属板の積層方向（厚み方向）に垂直な方向である。
【0023】
図１は、本実施の形態における電子装置９０の構成を、キャビティＣＶ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２および図３のそれぞれは、図１の電子装置９０の線ＩＩ－ＩＩおよび線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う概略断面図である。
【0024】
電子装置９０は、キャビティＣＶを有するパッケージ１０と、キャビティＣＶ内に収められた電子部品８と、配線部９と、蓋体８０と、接着層７０とを有している。パッケージ１０は、ヒートシンク１３と、枠体１４と、金属端子１５とを有している。電子部品８は、例えば、高周波用の電力用半導体素子であり、この場合、パッケージ１０は、高周波パッケージである。電子部品８は、配線部９によってパッケージ１０の金属端子１５に電気的に接続されていてよい。蓋体８０は、接着層７０によって枠体１４に接合されることによって、キャビティＣＶを封止している。
【0025】
蓋体８０はセラミックスからなっていてよい。このセラミックスは、主成分としてアルミナを含んでいてよい。また、このセラミックスは、枠体１４のセラミックスと同じであってよく、あるいは異なってもよい。
【0026】
なお、蓋体８０の材料はセラミックスに限定されるものではない。例えば、蓋体８０は樹脂材を含んでいてよい。樹脂材は、例えば、液晶ポリマーである。なお当該樹脂材中には、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。樹脂材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。
【0027】
パッケージ１０において、ヒートシンク１３と、枠体１４と、金属端子１５とは、接合材（図示せず）を用いて互いに接合されていてよい。接合材は、例えば、銀ろうである。セラミックと金属との銀ろうによる接合を可能にするため、枠体１４の、ヒートシンク１３および金属端子１５に接合される面には、タングステンまたはモリブデンなどからなる金属層が設けられていてよい。なお、接合材による接合の後、典型的には、パッケージ１０に、めっき処理が施されている。
【0028】
枠体１４は、ヒートシンク１３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１４はセラミックスからなる。このセラミックスは、２５℃と１００℃との間で、５ｐｐｍ／℃以上、８ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有していてよく、かつ、２５℃と８００℃との間で、７．５ｐｐｍ／℃以上、８．５ｐｐｍ／℃以下の線膨張係数を有していてよい。当該セラミックスは、主成分として、例えばアルミナを含む。枠体１４の曲げ弾性率は、通常、接着層７０の曲げ弾性率よりも大きい。
【0029】
金属端子１５は枠体１４上に接合されている。金属端子１５は、パッケージ１０および蓋体８０によって封止されたキャビティＣＶの内部と外部とをつなぐ電気的経路を構成している。キャビティＣＶの内部においては、金属端子１５に電子部品８が配線部９によって電気的に接続されている。配線部９は、例えば、ボンディングワイヤである。
【0030】
接着層７０は、パッケージ１０上において、キャビティＣＶを囲むように設けられている。図１を参照して、接着層７０は、金属端子１５上の部分と、枠体１４上の部分とを有していてよい。接着層７０は、枠体１４と蓋体８０との間に配置された部分を有することによって、これらを互いに接合している。接着層７０の、蓋体８０とパッケージ１０との間での厚みは、例えば、１００μｍ以上３６０μｍ以下である。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。
【0031】
接着層７０は、硬化状態にある熱硬化性接着材からなる。この熱硬化性接着材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシリコーン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。硬化状態にある熱硬化性接着剤が上記の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％（重量％）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(silicone)が用いられてよい。
【0032】
電子装置９０のヒートシンク１３の底面ＢＴ（図２および図３）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１３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。
【0033】
蓋体８０は、図２に示されているように、キャビティＣＶ（図１）に面する内面８１ｉと、その反対の外面８１ｏとを有している。典型的には、内面８１ｉ上には、枠体１４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。
【0034】
次に、電子装置９０の製造方法について、以下に説明する。
【0035】
パッケージ１０が準備される。パッケージ１０のヒートシンク１３上に電子部品８が搭載される。例えば、ヒートシンク１３上に電子部品８がはんだ付けされる。次に、電子部品８が金属端子１５に配線部９によって電気的に接続される。
【0036】
次に、蓋体８０がパッケージ１０上に載置される。具体的には、蓋体８０がパッケージ１０の枠体１４へ、半硬化状態にある接着層７０を介して取り付けられる。次に、蓋体８０がパッケージ１０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１０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する。その結果、パッケージ１０に蓋体８０が接合される。これによりキャビティＣＶが封止される。
【0037】
以上により、電子装置９０が得られる。
【0038】
図４を参照して、パッケージ１０のプラス反り（＋ＷＰ）およびマイナス反り（－ＷＰ）の定義について説明する断面図である。図４の上段を参照して、パッケージ１０のプラス反りは、ヒートシンクの底面ＢＴが凸状となる反りであり、反り量＋ＷＰは、底面ＢＴにおける縁部に対しての中央部の突出寸法によって定義される。図４の下段を参照して、パッケージ１０のマイナス反りは、ヒートシンクの底面ＢＴが凹状となる反りであり、反り量－ＷＰは、底面ＢＴにおける中央部に対しての縁部の突出寸法によって定義される。
【0039】
なお、後述する、反り量の測定結果は、触針の先端が試料の表面に直接触れる方式で得たものである。測定装置としては、表面粗さ計（東京精密社製 ＳＵＲＦＣＯＭ４８０Ｂ）を用いた。
【0040】
図５の上段は、パッケージ１０の実施例としてのパッケージ１０Ａ～１０Ｃと、第１比較例としてのパッケージ１０Ｄとを示す部分断面図である。ヒートシンク１３は、底面ＢＴと反対側に、枠体１４を支持する支持面ＳＴを有している。またヒートシンク１３は、第１層１３１と、第２層１３２と、第３層１３３と、第４層１３４と、第５層１３５とを有している。具体的には、ヒートシンク１３は、第１層１３１～第５層１３５によって構成された、５層構造の複合金属板（クラッド板）である。第１層１３１、第３層１３３および第５層１３５は、銅（Ｃｕ）からなり、言い換えればＣｕ層である。第２層１３２および第４層１３４は、モリブデン（Ｍｏ）からなり、言い換えればＭｏ層である。第１層１３１は、支持面ＳＴを有している。第２層１３２は第１層１３１に積層されている。第３層１３３は第２層１３２に積層されている。第４層１３４は第３層１３３に積層されている。第５層１３５は第４層１３４に積層されている。第１層１３１～第５層１３５のそれぞれは、厚みｔ１～ｔ５を有している。
【0041】
図５の下段は、パッケージ１０Ａ～１０Ｄの各々について、第１層１３１～第５層１３５のそれぞれが有する厚みｔ１～ｔ５の値（ｍｍ）を示している。パッケージ１０Ａ～１０Ｃにおいては、３≦ｔ１／ｔ５≦５が満たされており、また、３≦ｔ３／ｔ５≦５が満たされている。特にパッケージ１０Ｂおよび１０Ｃにおいては、３≦ｔ１／ｔ５≦４が満たされている。またパッケージ１０Ａ～１０Ｄにおいては、０．１０≦（ｔ２＋ｔ４）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）≦０．１３が満たされている。これは、Ｃｕ層およびＭｏ層によって構成されているヒートシンク１３に占めるＭｏ層の割合が、体積比（言い換えれば、厚み比）として１０％以上１３％以下であることを意味する。なおこの割合のことを、以下において、Ｍｏ比率と称することがある。
【0042】
図６は、第２比較例のパッケージ１０Ｒの構成を例示する部分断面図である。パッケージ１０Ｒのヒートシンク１３も、図５の場合と同様に、Ｃｕ層とＭｏ層とが交互に積層されることによって構成されている。ただしパッケージ１０Ｒにおいては、図５の場合と異なり、積層構造が厚み方向において対称性を有している。
【0043】
図７は、ヒートシンク１３に適用可能な複合金属板（Ａ型）の線膨張係数ＣＴＥＡと、ヒートシンク１３に適用可能な複合金属板（Ｂ型）の線膨張係数ＣＴＥＢと、枠体１４に適用可能なセラミック組成Ｘの線膨張係数ＣＴＥＸとを例示するグラフ図である。金属材料としての複合金属板の線膨張係数はＪＩＳ Ｚ ２２８５、セラミック材料としてのセラミック組成Ｘの線膨張係数はＪＩＳ Ｒ １６１８にそれぞれ準拠して測定された。Ａ型およびＢ型は、そのいずれもが、厚み方向において対称な積層構造（図６に示されたような積層構造）を有するようにＣｕ層とＭｏ層とが交互に積層された複合金属板であるが、その材料設計が異なっている。具体的には、Ａ型のＭｏ比率は１２．３％であり、Ｂ型のＭｏ比率は７．８％である。
【0044】
なお、２５℃を基準として３３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上３６０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下程度の高熱伝導率が意図された場合において、複合金属板の線膨張係数は、その材料設計によって、線膨張係数ＣＴＥＡと線膨張係数ＣＴＥＢとの中間および周縁で調整可能である。具体的には、２５℃と１００℃との間での線膨張係数として９ｐｐｍ／℃以上１５ｐｐｍ／℃以下の範囲の特性と、２５℃と８００℃との間での線膨張係数として７．５ｐｐｍ／℃以上８．５ｐｐｍ／℃以下の範囲の特性とを、容易に得ることができる。なお、ヒートシンク１３の２５℃と１００℃との間での線膨張係数が１５ｐｐｍ／℃以下であることによって、ヒートシンク１３と枠体１４との間での過度な膨張／収縮の差異が避けられる。
【0045】
ヒートサイクルの温度範囲（典型的な試験においては、－６５℃～＋１５０℃の温度範囲）においては、複合金属板の線膨張係数ＣＴＥＢは、枠体用のセラミック材料の線膨張係数ＣＴＥＸよりもかなり大きい。よって、図３に示されているように、膨張／収縮ＥＸ２に比して、膨張／収縮ＥＸ１は、かなり大きい。また、蓋体８０がセラミックスからなることから、膨張／収縮ＥＸ３に比しても、膨張／収縮ＥＸ１の方が大きい。これら、膨張／収縮の差異に起因して、電子装置９０には応力が加わる。ヒートサイクル下において、この応力によって接着層７０にクラックＣＲが発生すると、枠体１４と蓋体８０との接合信頼性が損なわれる。
【0046】
上記の接合信頼性を確保する観点では、ヒートシンク１３の材料設計は、矢印ＶＣ（図７）に示されているように１００℃近傍において線膨張係数を低くするように行われることが好ましい。一方で、そのような材料設計は、矢印ＶＷ（図７）に示されているように、ヒートシンク１３の線膨張係数を８００℃近傍においても低くしてしまう。８００℃は、ヒートシンク１３と枠体１４とを互いに接合するためのろう付けの温度に対応している。よって、上述した材料設計においては、ろう付け温度において、枠体１４の線膨張係数がヒートシンク１３の線膨張係数に比して、無視できない程度に大きくなる。その結果、図６に示されたような対称な積層構造を用いている限り、ろう付けに起因しての過大なプラス反り（図４：＋ＷＰ）を避けることは困難である。以上から、比較例のパッケージ１０Ｒにおいては、ヒートサイクル下での接合信頼性を確保しつつ、反りを抑制する、ということは困難である。
【0047】
図８および図９のそれぞれは、枠体１４にセラミック組成Ｘおよびセラミック組成Ｙが用いられた場合における、図５に示されたパッケージ１０Ａ～１０Ｄの反りの測定結果を実線で示すグラフ図である。枠体１４の縦×横×厚みのサイズは、９．４×１９．８×０．５（ｍｍ）であった。ヒートシンク１３の縦×横×厚みのサイズは、９．８×２０．６×１．０２６（ｍｍ）であった。
【0048】
なお、図８および図９中の破線は、パッケージ１０Ａ～１０Ｄが製造される前のヒートシンク１３の反り、言い換えれば、枠体１４に接合される前のヒートシンク１３の反り、を示している。枠体１４が接合される前の時点では、枠体１４が接合されることになる面とは反対の面である底面ＢＴのいずれもが凸状であった。言い換えれば、いずれのヒートシンク１３もプラス反りを有していた。
【0049】
なお、セラミック組成Ｘは、２５℃と１００℃との間での線膨張係数５．７６（ｐｐｍ／℃）と、２５℃と８００℃との間での線膨張係数７．８０（ｐｐｍ／℃）とを有している。またセラミック組成Ｙは、２５℃と１００℃との間での線膨張係数７．１０（ｐｐｍ／℃）と、２５℃と８００℃との間での線膨張係数８．３０（ｐｐｍ／℃）とを有している。セラミック組成Ｘは、主にアルミナからなり、具体的には、９０ｗｔ％以上の割合でアルミナを含有している。セラミック組成Ｙは、セラミック組成Ｘの線膨張係数に比してより大きな線膨張係数を得ることを意図して、主原料としてアルミナを含有しつつも２０ｗｔ％程度のジルコニアも含有している。
【0050】
材料組成を調整することによって、セラミック組成Ｘの特性とセラミック組成Ｙの特性との中間および周縁の特性を得ることもでき、枠体１４の材料として、そのように調整された材料組成が用いられてもよい。具体的には、２５℃と１００℃との間での線膨張係数として５ｐｐｍ／℃以上８ｐｐｍ／℃以下の範囲の特性と、２５℃と８００℃との間での線膨張係数として７．５ｐｐｍ／℃以上８．５ｐｐｍ／℃以下の範囲の特性とを、容易に得ることができる。
【0051】
【0052】
さらに、セラミック組成Ｘおよびセラミック組成Ｙの各々が用いられた場合におけるパッケージ１０Ｒ（図６）の反りも測定された。なお積層構造としては、ｔ１＝０．３５（ｍｍ）、ｔ２＝０．０６３（ｍｍ）、ｔ３＝０．２（ｍｍ）、ｔ４＝０．０６３（ｍｍ）、およびｔ５＝０．３５（ｍｍ）の条件が用いられた。
【0053】
以上に述べた反りの測定結果を、以下の表にまとめる。なお、各条件における反り量は、４個の試料の測定値の平均値である。
【0054】
【表1】
【0055】
上記の表において、「反りの絶対値」の行には、反りの絶対値の観点での評価結果が記載されている。最も好適な「Ａ」は３０μｍ未満の値を示し、「Ｂ」は３０μｍ以上４０μｍ未満のやや大きな値を示し、「Ｆ」は４０μｍ以上の過大な値を示す。特に、過大なプラス反り（図４上段：プラスＷＰ）は、ヒートサイクル下における応力を増大させることによって、接合信頼性に悪影響を及ぼすことがある。また、そのような反りをパッケージが有していると、ヒートシンク１３が支持部材へねじ締めによって固定される際に、パッケージが破壊される恐れがある。
【0056】
また上記の表において、「マイナス反り」の行には、過大なマイナス反り（図４下段：－ＷＰ）を避けることが好ましいという観点での評価結果が記載されている。プラス反り（図４上段：＋ＷＰ）に比してマイナス反り（図４下段：－ＷＰ）の方がパッケージ１０の放熱性能の低下につながりやすく、この観点においては、パッケージ１０が絶対値として５０μｍ以上のマイナス反り（－ＷＰ）を有しないことが好ましく、反りがゼロまたはプラス（＋ＷＰ）であることが、より好ましい。そこで、最も好適な「Ａ」はマイナス反りを有していないことを示し、「Ｂ」はマイナス反りの絶対値が５μｍ未満であることを示し、「Ｃ」はマイナス反りの絶対値が５μｍ以上であることを示す。
【0057】
また上記の表において、「温度サイクル」の行には、ヒートサイクル下での接合信頼性を検証するための、－６５℃と＋１５０℃との間での温度サイクル試験の結果が示されている。「Ａ」は５００サイクル後の気密性検査においても信頼性が確保されていたことを示し、「Ｂ」は３００サイクル後の気密性検査においては信頼性が確保されていたものの４００サイクル後の気密性検査においては信頼性が確保されていなかったことを示し、「Ｆ」は１００サイクル後の気密性検査において信頼性が確保されていなかったことを示す。この温度サイクル試験では、セラミックからなる蓋体８０が用いられた。
【0058】
なお、実験番号１および２（対称な積層構造）に比べ、実験番号３～１０（非対称な積層構造）では、枠体１４に面するＣｕ層の厚みｔ１が大きいため、Ｃｕの変形による応力緩和効果が期待できる。よって、蓋体８０が樹脂からなる場合であっても、温度サイクル試験の結果はほぼ同等になると考えられる。
【0059】
また上記の表において、「ヒートシンク熱伝導性」の行には、キャビティＣＶ（電子部品８）からヒートシンク１３への放熱性能の評価結果が記載されている。厚みｔ１が小さいということは、ヒートシンク１３の、キャビティＣＶに面するＣｕ層の厚みが小さいことを意味する。その場合、キャビティＣＶに面する位置に、高い熱伝導性を有するＣｕ層が、十分な厚みで設けられない。その結果、キャビティＣＶからの放熱性能を確保しにくくなる。「Ａ」はこのような懸念がないことを示し、「Ｂ」はこのような懸念が小さいことを示し、「Ｆ」はこのような懸念が大きいことを示す。
【0060】
以上、表１に示された評価結果を総合的に勘案すると、表１に示された実験番号間では、実験番号５～１０が好ましく、実験番号５～８がより好ましく、実験番号７および８が特に好ましい。好適でないことを意味する「Ｆ」の評価をいずれの観点においても避けるためには、３≦ｔ１／ｔ５≦５、および、３≦ｔ３／ｔ５≦５、が満たされる必要がある。
【0061】
具体的には、ｔ１／ｔ５≦５が満たされていることによって、過度なマイナス反り（図４下段：－ＷＰ）を抑制することができる。さらに、３≦ｔ１／ｔ５が満たされていることによって、過度なプラス反り（図４上段：＋ＷＰ）を抑制することができ、かつ、枠体１４と蓋体８０との間の接合信頼性を確保することができる。さらに、ｔ３／ｔ５≦５および３≦ｔ１／ｔ５が満たされることによって、ｔ１が過度に小さくなることが避けられる。ｔ１が過度に小さくないことによって、キャビティＣＶからヒートシンク１３へ流入する熱の抵抗が過度に大きくなることが避けられる。熱抵抗が過度に大きくないことによって、パッケージ１０の放熱性能を十分に確保することができる。以上から、パッケージ１０の反りを抑制しながら枠体１４と蓋体８０との間の接合信頼性を確保しつつ、十分な放熱性能を得ることができる。
【0062】
３≦ｔ１／ｔ５≦４である実験番号５～８の各々は、すべての評価項目において、「Ｃ」がなく「Ａ」または「Ｂ」のみを有しているので、さらに好ましい。
【0063】
図１０は、枠体１４の材料としてセラミック組成Ｙを用いつつ、ヒートシンク１３中のＭｏ比率（％）を異ならしめた場合の、ヒートシンク１３の第１層１３１の厚みｔ１（ｍｍ）とパッケージ１０の反りとの相関を例示するグラフ図である。図１０に示された検討結果を含め、本発明者らの検討結果によれば、望ましくない反りを避けるためには、Ｍｏ比率が１０％以上１３％以下であることが好ましい。言い換えれば、０．１０≦（ｔ２＋ｔ４）／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５）≦０．１３が満たされていることが好ましい。
【符号の説明】
【0064】
８ ：電子部品
１０ ：パッケージ
１３ ：ヒートシンク
１４ ：枠体
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：電子装置
１３１ ：第１層
１３２ ：第２層
１３３ ：第３層
１３４ ：第４層
１３５ ：第５層
ＣＶ ：キャビティ
１０ ：パッケージ
１３ ：ヒートシンク
１４ ：枠体
７０ ：接着層
８０ ：蓋体
９０ ：電子装置
１３１ ：第１層
１３２ ：第２層
１３３ ：第３層
１３４ ：第４層
１３５ ：第５層
ＣＶ ：キャビティ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】