特許 7478117 半導体パッケージ

(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】2024-04-23

(45)【発行日】2024-05-02

(54)【発明の名称】半導体パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/02 20060101AFI20240424BHJP

   H01L 23/06 20060101ALI20240424BHJP

   H01L 23/04 20060101ALI20240424BHJP

   H01L 23/08 20060101ALN20240424BHJP

【ＦＩ】

H01L23/02 C

H01L23/06 B

H01L23/04 Z

H01L23/08 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021074849

(22)【出願日】2021-04-27

(65)【公開番号】P2022169058

(43)【公開日】2022-11-09

【審査請求日】2023-03-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100227732

【弁理士】

【氏名又は名称】小澤 祥二

(72)【発明者】

【氏名】戸谷 真悟

(72)【発明者】

【氏名】倉内 貴司

【審査官】安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０８８０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８３８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／０２－２３／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／５０－２１／５２

Ｈ０１Ｌ ３３／４８－３３／６４

Ｂ２３Ｋ １／００－ １／２０

Ｂ２３Ｋ ３１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体パッケージであって、
第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面を有し、前記第１面側及び前記第２面側に開口部が形成された枠形状の基体と、
半導体が配置される放熱体であって、前記基体よりも熱膨張係数が大きく、前記第１面側の開口部を塞ぎ、前記第１面側の開口部の全周に亘って接合される放熱体と、
前記第２面側の開口部を塞ぐように配置された蓋体と、
前記第２面側の開口部の全周を囲うように前記第２面上に配置され、前記第２面と前記蓋体とを接合する接合部材と、を備え、
前記基体は、内側に凹み部を有する第１基体部と、前記基体の内側に向かって突出する突出部を有する第２基体部と、を有し、
前記基体と、前記放熱体と、前記蓋体との積層方向視で前記基体の前記第２面の内周と外周とを最短で結ぶ直線に沿うように、前記積層方向に切断した前記第１基体部の断面を含む断面を第１断面とし、前記第１断面と異なる位置において前記積層方向視で前記基体の前記第２面の内周と外周とを最短で結ぶ直線に沿うように、前記積層方向に切断した前記第２基体部の断面を含む断面を第２断面としたときに、
前記第１断面における基体の断面二次極モーメントより、前記第２断面における前記基体の断面二次極モーメントのほうが大きく、
前記接合部材によって前記第２面と前記蓋体とが接合されている状態において、前記第１断面における前記接合部材のうちの前記第２面に接する部分の幅は、前記第２断面における前記接合部材のうちの前記第２面に接する部分の幅よりも大きい、
ことを特徴とする、半導体パッケージ。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体パッケージであって、
前記接合部材は、前記基体のうち、前記断面二次極モーメントが最も小さい位置と接する部分の前記幅が、前記基体の他の位置と接する部分の前記幅よりも大きい、
ことを特徴とする、半導体パッケージ。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の半導体パッケージであって、
前記接合部材は、前記積層方向に沿って積層されている複数の金属膜を有しており、
前記接合部材によって前記第２面と前記蓋体とが接合されている状態において、前記第１断面における前記接合部材のうちの前記基体側の金属膜の断面積は、前記第２断面における前記接合部材のうちの前記基体側の金属膜の断面積より大きい、
ことを特徴とする、半導体パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体の熱を外部に放出する放熱体を備える半導体パッケージが知られている（例えば、特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－６４５６号公報

【文献】特開平５－２１８２２５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

セラミック製の枠形状の基体と、基体が有する一対の面のそれぞれに形成される開口部のうちの一方の開口部に接合される放熱体と、他方の開口部に接合される蓋体と、を備える半導体パッケージを製造するとき、基体に放熱体を接合したのち、放熱体とともに基体を加熱して蓋体と基体とを接合する。しかしながら、蓋体と基体とを接合するとき、熱膨張係数が基体より大きい放熱体は、基体に接合されていない側の面が熱膨張によって突出し変形するため、熱膨張の変形によって基体も変形する。基体が変形すると、基体と蓋体とを接合するとき、基体と蓋体との位置がずれる場合があり、基体と蓋体との接合が不十分になるおそれがある。

【0005】

本発明は、半導体パッケージにおいて、基体の変形による基体と蓋体との接合強度の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、半導体パッケージが提供される。この半導体パッケージは、第１面と、前記第１面の反対側の面である第２面を有し、前記第１面側及び前記第２面側に開口部が形成された枠形状の基体と、半導体が配置される放熱体であって、前記基体よりも熱膨張係数が大きく、前記第１面側の開口部を塞ぎ、前記第１面側の開口部の全周に亘って接合される放熱体と、前記第２面側の開口部を塞ぐように配置された蓋体と、前記第２面側の開口部の全周を囲うように前記第２面上に配置され、前記第２面と前記蓋体とを接合する接合部材と、を備え、前記基体と、前記放熱体と、前記蓋体との積層方向視で前記基体の前記第２面の内周と外周とを最短で結ぶ直線に沿うように、前記積層方向に切断した断面を第１断面とし、前記第１断面と異なる位置において前記積層方向視で前記基体の前記第２面の内周と外周とを最短で結ぶ直線に沿うように、前記積層方向に切断した断面を第２断面としたときに、前記第１断面における前記基体の断面二次極モーメントより、前記第２断面における前記基体の断面二次極モーメントのほうが大きく、前記第１断面における前記接合部材のうちの前記第２面に接する部分の幅は、前記第２断面における前記接合部材のうちの前記第２面に接する部分の幅よりも大きい。

【0008】

この構成によれば、基体と放熱体と蓋体とを積層方向に切断した第１断面と、第１断面と異なる位置の第２断面とでは、第１断面における基体の断面二次極モーメントは、第２
断面における基体の断面二次極モーメントより小さく、第１断面における接合部材のうちの第２面に接する部分の幅は、第２断面における接合部材のうちの第２面に接する部分の幅よりも大きい。半導体パッケージを製造するとき、放熱体は、基体の熱膨張と放熱体の熱膨張との差によって、基体の第１面側の開口部に接合される面とは反対側の面が外側に突出するように変形する。このため、基体の断面二次極モーメントが相対的に小さい第１断面の部分は、基体の断面二次極モーメントが相対的に大きい第２断面の部分に比べ、放熱体の熱膨張を起因とする変形が発生しやすい。上述の構成では、基体の第１断面の部分の接合部材の幅は、基体の第２断面の部分の接合部材の幅に比べ大きいため、基体の第１断面の部分には、基体の熱膨張と接合部材の熱膨張との差によって、放熱体の熱膨張による変形を打ち消す方向に力が作用する。これにより、放熱体の熱膨張を起因とする基体の変形が抑制されるため、基体の第１断面の部分と蓋体との位置がずれにくくなり、基体の第１断面の部分と蓋体とを接合することができる。したがって、基体の変形による基体と蓋体との接合強度の低下を抑制することができる。

【0009】

（２）上記形態の半導体パッケージにおいて、前記接合部材は、前記基体のうち、前記断面二次極モーメントが最も小さい位置と接する部分の前記幅が、前記基体の他の位置と接する部分の前記幅よりも大きくてもよい。基体において、断面二次極モーメントが最も小さい位置は、放熱体の変形によって最も変形しやすい。上述の構成によれば、基体において最も変形しやすい部分と接する接合部材の幅は、基体の他の部分と蓋体とを接合する接合部材の部分の幅より大きいため、基体の最も変形しやすい部分は、放熱体による変形が最も抑制される。これにより、基体の最も変形しやすい部分と蓋体との位置がさらにずれにくくなるため、基体の変形による基体と蓋体との接合強度の低下を抑制することができる。

【0010】

（３）上記形態の半導体パッケージにおいて、前記第１断面における前記接合部材のうちの前記基体側の断面積は、前記第２断面における前記接合部材のうちの前記基体側の断面積より大きくてもよい。この構成によれば、第１断面における接合部材の基体側の断面積は、第２断面における接合部材の基体側の断面積より大きいため、基体の第１断面の部分に作用する、基体の熱膨張と接合部材の熱膨張との差による力が相対的に大きくなる。これにより、基体の第１断面の部分での放熱体による変形が抑制されるため、基体の第１断面の部分と蓋体とを接合することができる。したがって、基体の変形による基体と蓋体との接合強度の低下を抑制することができる。

【0011】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、基体と蓋体とを接合する接合部材、この接合部材の製造方法、半導体パッケージの製造装置、半導体パッケージの製造方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム、コンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態の半導体パッケージの上面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】ｘ軸に関する断面二次モーメントの算出方法を説明する図である。

【図5】ｙ軸に関する断面二次モーメントの算出方法を説明する図である。

【図6】アルミナと銅の熱膨張に関する比較を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の半導体パッケージ１の上面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線
断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。本実施形態の半導体パッケージ１は、基体１０と、放熱体２０と、蓋体３０と、接合部材４０と、を備える。半導体パッケージ１の内部には、半導体パッケージ１の外部の制御装置と電気的に接続される半導体５が収容される。半導体５は、例えば、発光波長が４４０～４６０ｎｍのレーザダイオードであり、外部の制御装置によって発光が制御される。なお、半導体パッケージ１に収容される半導体５は、レーザダイオードに限定されず、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴやダイオードなどから構成されるパワーデバイスであってもよいし、他の機能を有する半導体を含んでもよい。また、半導体パッケージ１には、複数の半導体５が収容されていてもよい。本実施形態の半導体パッケージ１は、半導体５と外部の制御装置とに電気的に接続しつつ、放熱体２０を介して半導体５で発生する熱を外部に放出する。なお、図１から図３のそれぞれにおいて、基体１０と、放熱体２０と、蓋体３０との積層方向をｙ軸方向とし、図１に示すＡ－Ａ線に沿う方向をｘ軸方向とし、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向をｚ軸方向とする。

【0014】

基体１０は、枠形状を有する部材である。本実施形態では、基体１０は、アルミナから形成されており、ｙ軸方向のマイナス側の第１面１１と、第１面１１の反対側の面である第２面１２と、を有する。基体１０では、第１面１１側および第２面１２側のそれぞれに、開口部１１ａ、１２ａが形成されている。本実施形態では、半導体パッケージ１の接合部材４０を通るｘｚ平面に沿った断面図である図１に示すように、基体１０は、４つの基体部１３、１４、１５、１６を備える。基体部１３と基体部１５、基体部１３と基体部１６、基体部１４と基体部１５、および、基体部１４と基体部１６のそれぞれは、ｘｚ平面内において、互いに略直交するように配置されている。なお、基体１０は、ＡｌＮ、ＳｉＣから形成されていてもよい。

【0015】

基体部１３は、壁体部１３ａと、突出部１３ｂと、を有する。壁体部１３ａは、基体１０におけるｘ軸方向のマイナス側に配置されており、半導体パッケージ１の積層方向（ｙ軸方向）に垂直な断面形状が矩形形状となるように形成されている。壁体部１３ａは、ｙ軸方向のプラス側に第２面１２を有しており、ｙ軸方向のプラス側における内側の角部が開口部１２ａの一部となる。突出部１３ｂは、壁体部１３ａから基体１０の内側に向かって突出している。突出部１３ｂは、ｙ軸方向のマイナス側に第１面１１を有しており、ｙ軸方向のマイナス側における内側の角部が開口部１１ａの一部となる。

【0016】

基体部１４は、壁体部１４ａと、突出部１４ｂと、を有する。壁体部１４ａは、基体１０におけるｘ軸方向のプラス側に配置されており、半導体パッケージ１の積層方向に垂直な断面形状が矩形形状となるように形成されている。壁体部１４ａは、ｙ軸方向のプラス側に第２面１２を有しており、ｙ軸方向のプラス側における内側の角部が開口部１２ａの一部となる。突出部１４ｂは、壁体部１４ａから基体１０の内側に向かって突出している。突出部１４ｂは、ｙ軸方向のマイナス側に第１面１１を有しており、ｙ軸方向のマイナス側の内側における角部が開口部１１ａの一部となる。

【0017】

基体部１５は、基体１０におけるｚ軸方向のマイナス側に配置されている。基体部１５は、半導体パッケージ１の積層方向に垂直の断面形状が略矩形形状となるように形成されている。基体部１５は、ｙ軸方向のプラス側に第２面１２を有しており、ｙ軸方向のプラス側における内側の角部が開口部１２ａの一部となる。基体部１５には、ｙ軸方向のマイナス側であって基体１０の内側に、凹み部１５ａが形成されている。凹み部１５ａは、ｙ軸方向のマイナス側に第１面１１を有しており、ｙ軸方向のマイナス側における内側の角部が開口部１１ａの一部となる。

【0018】

基体部１６は、基体１０におけるｚ軸方向のプラス側に配置されている。基体部１６は、半導体パッケージ１の積層方向に垂直の断面形状が略矩形形状となるように形成されて
いる。基体部１６は、ｙ軸方向のプラス側に第２面１２を有しており、ｙ軸方向のプラス側における内側の角部が開口部１２ａの一部となる。基体部１６には、ｙ軸方向のマイナス側であって基体１０の内側に、凹み部１６ａが形成されている。凹み部１６ａは、ｙ軸方向のマイナス側に第１面１１を有しており、ｙ軸方向のマイナス側における内側の角部が開口部１１ａの一部となる。

【0019】

放熱体２０は、基体１０よりも熱膨張係数が大きい材料、例えば、銅（Ｃｕ）から形成されている矩形形状の平板であって、一対の主面２１、２２を有している。一対の主面２１、２２のうち、ｙ軸方向のプラス側の一方の主面２２には、半導体５が配置される。一方の主面２２は、図示しない銀からなるろう材を介して、基体１０の第１面１１に接合される（図２および図３参照）。これにより、放熱体２０は、第１面１１側の開口部１１ａを塞ぎ、第１面１１側の開口部１１ａの全周に亘って基体１０に接合される。本実施形態では、他方の主面２１には、何も接合されない。放熱体２０は、半導体５で発生する熱を外部に放出する。なお、放熱体２０を形成する金属は、銅に限定されず、アルミニウム（Ａｌ）などであってもよく、基体１０に比べ熱伝導性が優れている材料が望ましい。また、形状は平板状に限らず、一方の主面２２の半導体５が配置される領域に段差や傾斜が設けられていてもよい。

【0020】

蓋体３０は、平板形状の部材であって、例えば、透光性を有するガラスから形成されている。蓋体３０は、基体１０の第２面１２に接合部材４０を介して接合される。これにより、蓋体３０は、基体１０の第２面１２側の開口部１２ａを塞ぐように配置され、基体１０および放熱体２０とともに、半導体５が収容される空間の気密を維持する。なお、本実施形態では、蓋体３０を形成する材料は、透光性を有していればよく、ガラスに限定されず、サファイアであってもよい。また、形状は平板でなくてもよく、レンズ形状や表面に微小な凹凸が設けられていてもよい。

【0021】

接合部材４０は、図１に示すように、基体１０の第２面１２側の開口部１２ａの全周を囲うように、第２面１２上に配置される。接合部材４０は、基体１０の第２面１２と蓋体３０とを接合する。本実施形態では、接合部材４０は、３種類の金属膜を有する。３種類の金属膜のうち、基体１０側の第１金属膜４０ａは、タングステン（Ｗ）とニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とから形成されている。蓋体３０側の第２金属膜４０ｂは、クロム（Ｃｒ）とニッケルと金とから形成されている。第１金属膜４０ａと第２金属膜４０ｂとの間に配置される接合膜４０ｃは、金錫はんだ（例えば、Ａｕ８０ｗｔ％Ｓｎ）から形成されている。

【0022】

本実施形態では、接合部材４０は、４つの接合部４３、４４、４５、４６から形成されている。接合部４３は、基体部１３と蓋体３０との間に配置されており、第１金属膜４０ａの一部の第１金属膜４３ａと、第２金属膜４０ｂの一部の第２金属膜４３ｂと、接合膜４０ｃの一部の接合膜４３ｃと、を有する（図２参照）。接合部４４は、基体部１４と蓋体３０との間に配置されており、第１金属膜４０ａの一部の第１金属膜４４ａと、第２金属膜４０ｂの一部の第２金属膜４４ｂと、接合膜４０ｃの一部の接合膜４４ｃと、を有する（図２参照）。接合部４５は、基体部１５と蓋体３０との間に配置されており、第１金属膜４０ａの一部の第１金属膜４５ａと、第２金属膜４０ｂの一部の第２金属膜４５ｂと、接合膜４０ｃの一部の接合膜４５ｃと、を有する（図３参照）。接合部４６は、基体部１６と蓋体３０との間に配置されており、第１金属膜４０ａの一部の第１金属膜４６ａと、第２金属膜４０ｂの一部の第２金属膜４６ｂと、接合膜４０ｃの一部の接合膜４６ｃと、を有する（図３参照）。

【0023】

次に、本実施形態の半導体パッケージ１の特徴を説明する。半導体パッケージ１において、図１に示すような、基体１０と、放熱体２０と、蓋体３０との積層方向視で、基体１
０の第２面１２の内周１２ｂと外周１２ｃとを最短で結ぶ直線に沿うように、積層方向に切断した断面を第１断面および第２断面とする。第１断面と第２断面とは異なる位置において切断した断面であり、例えば、図１に示す直線Ｌ１に沿うように積層方向に切断した断面を第１断面とし、直線Ｌ２に沿うように積層方向に切断した断面を第２断面とする。半導体パッケージ１において、このように、第１断面と第２断面とを定義するとき、第１断面における基体１０の断面二次極モーメントより、第２断面における基体１０の断面二次極モーメントのほうが大きく、第１断面における接合部材４０のうちの第２面１２に接する部分の幅は、第２断面における接合部材４０のうちの第２面１２に接する部分の幅よりも大きい。本実施形態では、基体１０が有する基体部１３、１４、１５、１６のそれぞれにおいて、基体部１３、１４の断面（図２に示す断面）が第２断面となり、基体部１５、１６の断面（図３に示す断面）が第１断面となる。すなわち、半導体パッケージ１では、基体部１５、１６における断面二次極モーメントより、基体部１３、１４における断面二次極モーメントの方が大きく、基体部１５、１６における接合部材４０の第１金属膜４５ａ、４６ａの幅Ｗ４５、Ｗ４６は、基体部１３、１４における接合部材４０の第１金属膜４３ａ、４４ａの幅Ｗ４３、Ｗ４３よりも大きい。

【0024】

また、本実施形態の半導体パッケージ１では、基体部１５、１６の断面二次極モーメントの大きさは、基体部１３、１４の断面二次極モーメントの大きさより小さく、基体１０においても最も小さい。具体的には、接合部材４０において、基体１０のうち、断面二次極モーメントが最も小さい基体部１５、１６と接する第１金属膜４５ａ、４６ａの幅Ｗ４５、Ｗ４６は、基体１０の基体部１５、１６とは他の位置と接する第１金属膜４０ａの幅よりも大きい。

【0025】

さらに、本実施形態の半導体パッケージ１では、第１断面における接合部材４０のうちの基体１０側の断面積は、第２断面における接合部材４０のうちの基体１０側の断面積より大きい。具体的には、基体部１５、１６における接合部材４０の第１金属膜４５ａ、４６ａの断面積Ｓ４５、Ｓ４６は、基体部１３、１４における接合部材４０の第１金属膜４３ａ、４４ａの断面積Ｓ４３、Ｓ４４より大きい。

【0026】

ここで、本実施形態における基体１０の断面二次極モーメントの求め方について説明する。基体１０の断面二次極モーメントＩｐは、以下の式（１）で表すことができる。
Iｐ＝Ｉｘ＋Ｉｙ ・・・（１）
ここで、Ｉｘは、基体１０におけるｘ軸に関する断面二次モーメントであり、Ｉｙは、基体１０におけるｙ軸に関する断面二次モーメントである。したがって、基体１０の断面二次極モーメントは、式（１）の右辺に含まれる断面二次モーメントＩｘ、Ｉｙのそれぞれを計算することで求めることができる。

【0027】

図４は、ｘ軸に関する断面二次モーメントＩｘの算出方法を説明する図である。図４には、図１に示す直線Ｌ２に沿うように、基体１０の基体部１３を積層方向に切断した断面が示されている。本実施形態において、図４に示す基体部１３の断面形状の図心Ｃｇ１３をｘｙ座標軸の原点として、ｘ軸とｙ軸とを規定する。ｘ軸に関する断面二次モーメントＩｘを求める場合、最初に、ｘ軸方向に平行な複数の仮想線Ｌｘａ～Ｌｘｋを設定する。複数の仮想線Ｌｘａ～Ｌｘｋは、ｘ軸方向に対して平行に設けられており、複数の仮想線Ｌｘａ～Ｌｘｋとｘ軸は、等間隔に配置されている。複数の仮想線Ｌｘａ～Ｌｘｋとｘ軸は、隣接する仮想線どうし、または、仮想線Ｌｘｅまたは仮想線Ｌｘｆとｘ軸とによって、基体部１３の断面が全て含まれるように設定される。次に、２つの仮想線または１つの仮想線とｘ軸との間に挟まれる複数の領域（部分領域）のそれぞれにおいて、基体部１３の断面と重なる部分の面積（部分面積）を算出する。具体的には、図４に示すように、仮想線Ｌｘｄと仮想線Ｌｘｅとの間に挟まれる部分領域Ａｘｄｅのうち、基体部１３の断面と重なる部分（ドットでのハッチングで示す部分）の面積を部分面積Ｓｘ_13deとして算出
する。本実施形態では、２つの仮想線または１つの仮想線とｘ軸との間に挟まれる部分領域と基体部１３の断面とが重なる部分の面積は、隣接する２つの仮想線の間、または、ｘ軸とｘ軸に隣接する１つの仮想線との間のそれぞれについて算出する。すなわち、図４に示す基体部１３では、１１個の部分面積が算出される。

【0028】

次に、２つの仮想線または１つの仮想線とｘ軸との間に挟まれる部分領域のｙ座標の二乗と、該部分領域に含まれる部分面積との積を、部分領域ごとに算出する。具体的には、上述した部分領域Ａｘｄｅについては、部分領域Ａｘｄｅのｙ座標ｙ_13deの二乗と、算出した部分面積Ｓｘ_13deとの積を算出する。このとき、部分領域Ａｘｄｅのｙ座標ｙ_13deは、仮想線Ｌｘｅのｙ座標と仮想線Ｌｘｄのｙ座標との中間の座標とする。それぞれの部分領域について算出した部分領域のｙ座標の二乗と、該部分領域における部分面積との積を合計した値が、基体部１３のｘ軸に関する断面二次モーメントＩｘとなる。

【0029】

図５は、ｙ軸に関する断面二次モーメントＩｙの算出方法を説明する図である。図５に示す基体部１３の断面は、図４に示す断面と同じ断面である。ｙ軸に関する断面二次モーメントＩｙの算出方法では、図５に示す基体部１３の断面形状の図心Ｃｇ１３をｘｙ座標軸の原点とするｙ軸を規定し、ｙ軸方向に平行な複数の仮想線Ｌｙａ～Ｌｙｇを設定する。複数の仮想線Ｌｙａ～Ｌｙｇは、ｙ軸方向に対して平行に設けられており、複数の仮想線Ｌｙａ～Ｌｙｇとｙ軸は、等間隔に配置されている。複数の仮想線Ｌｙａ～Ｌｙｇとｙ軸は、隣接する仮想線どうし、または、仮想線Ｌｙｃまたは仮想線Ｌｙｄとｙ軸とによって、基体部１３の断面が全て含まれるように設定される。

【0030】

次に、２つの仮想線または１つの仮想線とｙ軸との間に挟まれる部分領域のそれぞれにおいて、基体部１３の断面と重なる部分の部分面積を算出する（例えば、仮想線Ｌｙｂと仮想線Ｌｙｃとの間に挟まれる部分領域Ａｙｂｃのうち、ドットでのハッチングで示す部分の面積Ｓｙ_13bc）。図５に示す基体部１３では、７個の部分面積が算出される。

【0031】

次に、２つの仮想線または１つの仮想線とｙ軸との間に挟まれる部分領域のｘ座標の二乗と、該部分領域における部分面積との積を、それぞれの部分領域において算出する。例えば、部分領域Ａｙｂｃのｘ座標ｘ_13bcの二乗と、算出した部分面積Ｓｙ_13bcとの積を算出する。このとき、部分領域Ａｙｂｃのｘ座標ｘ_13bcは、仮想線Ｌｙｂのｘ座標と仮想線Ｌｙｃのｘ座標との中間の座標とする。それぞれの部分領域について算出した部分領域のｘ座標の二乗と、該部分領域における部分面積との積を合計した値が、基体部１３のｙ軸に関する断面二次モーメントＩｙとなる。

【0032】

最後に、それぞれ算出された基体部１３のｘ軸に関する断面二次モーメントＩｘと、基体部１３のｙ軸に関する断面二次モーメントＩｙとを式（１）にしたがって合計し、基体部１３の断面二次極モーメントＩｐを算出する。ここでは、基体部１３の断面二次極モーメントＩｐを算出する方法を説明したが、他の基体部１４、１５、１６についても同様である。

【0033】

次に、半導体パッケージ１の製造方法について説明する。本実施形態では、最初に、Ｈ型の基体１０を構成するアルミナシート上の基体１０の第２面１２となる位置に、タングステンペーストを印刷によって塗布し、第１金属膜４０ａを成形する。本実施形態では、基体１０のうちの基体部１５と基体部１６のそれぞれの第２面１２となる位置のタングステンペーストの幅を、基体部１３と基体部１４のそれぞれの第２面１２となる位置のタングステンペーストの幅よりも大きくなるように塗布する。なお、ペースト状の原料を塗布する代わりに、フォトリソや蒸着などによって、第１金属膜４０ａを形成してもよい。

【0034】

次に、第１金属膜４０ａが形成されたアルミナシートをパンチングし、パンチングした
アルミナシートを貼り合わせることによって、基体１０を作製する。作製された基体１０の第１面１１側の開口部１１ａに、銀ろうを用いて放熱体２０を接合したのち、基体１０の第１面１１に塗布された第１金属膜４０ａ上と、放熱体２０の一方の主面２２上とのそれぞれに、電界めっきを施し、ニッケル金膜を形成する。

【0035】

ニッケル金膜の電気めっきを施したのち、ニッケル金膜が形成された放熱体２０の一方の主面２２に、金錫はんだを用いて、半導体５や図示しないレンズなどを接合する。次に、基体１０に形成された第１金属膜４０ａ上に、８０ｗｔ％の金を含む金錫のプリフォームを載せる。この金錫のプリフォームは、半導体パッケージ１における接合膜４０ｃとなる。なお、プリフォームの他に、ペーストの印刷や、湿式めっき、はんだボールなどによって、金と錫からなる金属層を形成してもよい。

【0036】

次に、蓋体３０において、蓋体３０を基体１０上に載せるときにプリフォームと接触する部分に、クロム５０ｎｍ／ニッケル２００ｎｍ／金３００ｎｍの金属膜を蒸着によって形成する。この金属膜は、半導体パッケージ１における第２金属膜４０ｂとなる。

【0037】

最後に、蓋体３０に形成したクロム５０ｎｍ／ニッケル２００ｎｍ／金３００ｎｍの金属膜が、基体１０上の金錫のプリフォームに接触するように基体１０と蓋体３０とを組み合わせてから、窒素（Ｎ₂）雰囲気において、３００℃に加熱する。これにより、放熱体２０が接合されている基体１０と蓋体３０とが接合されて、半導体パッケージ１が製造される。

【0038】

本実施形態では、半導体パッケージ１の製造工程において、基体１０と蓋体３０とを接合するとき、第１面１１に放熱体２０が接合されており、第２面１２に第１金属膜４０ａが成形されている基体１０を加熱する。この加熱によって、基体１０には、基体１０と、放熱体２０と、第１金属膜４０ａのそれぞれの熱膨張の違いによって力が作用する。

【0039】

図６は、アルミナと銅の熱膨張に関する比較を説明する図である。図６には、基体１０を形成するアルミナ（ＢＡ９１６）と、放熱体２０を形成する銅とのそれぞれにおける熱膨張係数を示している。図６に示すように、銅の熱膨張係数（１．６８×１０^-5）は、アルミナの熱膨張係数（７．６０×１０^-6）の約４．５倍になっている。例えば、アルミナと銅のそれぞれの外形を７ｍｍとして、加熱によって温度を３００℃上昇させた場合、アルミナは、熱膨張によって１６．０μｍ大きくなるのに対し、銅は、熱膨張によって３５．３μｍ大きくなる。このように、基体１０と放熱体２０では、熱膨張係数の違いによって、温度変化に対する大きさの変化量が異なっている。

【0040】

本実施形態の半導体パッケージ１では、アルミナで形成されている基体１０の第１面１１に、銅から形成されている放熱体２０が接合されている。放熱体２０は、一方の主面２２が基体１０に接合されている一方、他方の主面２１には、何も接合されないため、加熱された放熱体２０は、熱膨張によって、他方の主面２１が突出するように変形する。放熱体２０が熱膨張によって変形すると、基体部１３と基体部１４との間の開口部１２ａ側の距離Ｌ２１（図２参照）と、基体部１５と基体部１６との間の開口部１２ａ側の距離Ｌ２２（図３参照）とが小さくなるように、基体１０が変形するおそれがある。すなわち、基体１０は、基体部１３、１４、１５、１６のそれぞれが開口部１２ａを狭めるように変形するおそれがある。本実施形態の基体１０では、基体部１３、１４、１５、１６のそれぞれの断面二次極モーメントが異なっており、特に、断面二次極モーメントが相対的に小さい基体部１５、１６は、放熱体２０の変形による力が作用することで変形しやすい。具体的には、放熱体２０の変形によって、基体部１５と基体部１６との間の距離Ｌ２２の変化が、基体部１３と基体部１４との間の距離Ｌ２１の変化に比べ大きくなるように、基体１０が変形するおそれがある（図２および図３参照）。

【0041】

本実施形態の半導体パッケージ１では、基体１０の第２面１２に、接合部材４０の第１金属膜４０ａが接合されている。これにより、基体１０と蓋体３０とを接合するときに、基体１０を加熱すると、第１金属膜４０ａの熱膨張による力が基体１０に作用する。具体的には、第１金属膜４０ａは、ｘｚ平面に沿って大きくなるように膨張するため、基体１０には、基体部１３と基体部１４との間の距離Ｌ２１と、基体部１５と基体部１６との間の距離Ｌ２２とが大きくなる方向に、力が作用する。本実施形態では、第１金属膜４５ａ、４６ａのそれぞれの幅Ｗ４５、Ｗ４６が第１金属膜４３ａ、４４ａのそれぞれの幅Ｗ４３、Ｗ４３よりも大きいため、第１金属膜４０ａの熱膨張による力は、断面二次極モーメントが相対的に小さい基体部１５、１６に比較的多く作用する。これにより、基体１０の第２面１２側において、基体部１５と基体部１６との間の距離Ｌ２２の変化が、基体部１３と基体部１４との間の距離Ｌ２１の変化に比べ大きくなるように、第１金属膜４０ａの熱膨張による力が作用し、放熱体２０の変形による基体１０の変形が抑制される。したがって、基体１０と蓋体３０とを接合するときに、基体１０と蓋体３０との位置がずれにくくなり、基体部１５、１６と蓋体３０とを接合することができる。

【0042】

以上説明した、本実施形態の半導体パッケージ１によれば、基体１０と放熱体２０と蓋体３０とを積層方向に切断した第１断面と、第１断面と異なる位置の第２断面とでは、第１断面における基体１０の断面二次極モーメントは、第２断面における基体１０の断面二次極モーメントより小さく、第１断面における接合部材４０のうちの第１金属膜４０ａの幅は、第２断面における接合部材４０のうちの第１金属膜４０ａの幅よりも大きい。半導体パッケージ１を製造するとき、放熱体２０は、基体１０の熱膨張と放熱体２０の熱膨張との差によって、基体１０の第１面１１側の開口部１１ａに接合される一方の主面２２とは反対側の主面２１が外側に突出するように変形する。このため、基体１０の断面二次極モーメントが相対的に小さい基体部１５、１６は、基体１０の断面二次極モーメントが相対的に大きい基体部１３、１４に比べ、放熱体２０の熱膨張を起因とする変形が発生しやすい。半導体パッケージ１では、基体部１５、１６の第１金属膜４５ａ、４６ａの幅Ｗ４５、Ｗ４６が、基体部１３、１４の第１金属膜４３ａ、４４ａの幅Ｗ４３、Ｗ４４に比べ大きいため、基体部１５、１６には、基体１０の熱膨張と第１金属膜４５ａ、４６ａの熱膨張との差によって、放熱体２０の熱膨張による変形を打ち消す方向に力が作用する。これにより、放熱体２０の熱膨張を起因とする基体１０の変形が抑制されるため、基体部１５、１６と蓋体３０との位置がずれにくくなり、基体部１５、１６と蓋体３０とを接合することができる。したがって、基体１０の変形による基体１０と蓋体３０との接合強度の低下を抑制することができる。

【0043】

また、本実施形態の半導体パッケージ１によれば、基体部１５、１６の断面二次極モーメントの大きさは、基体部１３、１４の断面二次極モーメントの大きさより小さく、基体１０においても最も小さい。基体１０において、基体部１５、１６は、断面二次極モーメントが最も小さい位置であり、放熱体２０の変形によって最も変形しやすい。半導体パッケージ１では、基体部１５、１６と接する第１金属膜４５ａ、４６ａの幅Ｗ４５、Ｗ４６は、基体部１５、１６の他の部分と蓋体３０とを接合する接合部材４０の第１金属膜４０ａの幅より大きいため、基体１０の最も変形しやすい部分は、放熱体２０による変形が最も抑制される。これにより、基体部１５、１６と蓋体３０との位置がさらにずれにくくなるため、基体１０の変形による基体１０と蓋体３０との接合強度の低下を抑制することができる。

【0044】

また、本実施形態の半導体パッケージ１によれば、基体部１５、１６と接する第１金属膜４５ａ、４６ａの断面積Ｓ４５、Ｓ４６は、基体部１３、１４と接する第１金属膜４３ａ、４４ａの断面積Ｓ４３、Ｓ４４より大きい。これにより、基体部１５、１６に作用する、基体１０の熱膨張と接合部材４０の熱膨張との差による力が相対的に大きくなる。こ
れにより、断面二次極モーメントが相対的に小さい基体部１５、１６での放熱体２０による変形が抑制されるため、基体部１５、１６と蓋体３０とを接合することができる。したがって、基体１０の変形による基体１０と蓋体３０との接合強度の低下を抑制することができる。

【0045】

また、本実施形態の半導体パッケージ１によれば、第１金属膜４５ａ、４６ａの断面積Ｓ４５、Ｓ４６は、第１金属膜４３ａ、４４ａの断面積Ｓ４３、Ｓ４４より大きい。これにより、放熱体２０の変形によって基体部１５、１６と蓋体３０との間に比較的大きな隙間が形成されても、断面積が大きい第１金属膜４５ａ、４６ａによって埋めることができる。これにより、基体部１５、１６と蓋体３０とを接合することができるため、基体１０の変形による基体１０と蓋体３０との接合強度の低下を抑制することができる。

【0046】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0047】

［変形例１］
上述の実施形態では、断面二次極モーメントＩｐは、基体１０におけるｘ軸に関する断面二次モーメントＩｘと、基体１０におけるｙ軸に関する断面二次モーメントＩｙとのそれぞれを、図４および図５で示す方法によって求めることで算出するとした。しかしながら、断面二次極モーメントＩｐの算出方法は、これに限定されない。例えば、基体１０の断面を網目状に分割し、分割されたそれぞれの領域ごとに、断面二次モーメントＩｘ、Ｉｙを算出してから合計してもよい。

【0048】

［変形例２］
上述の実施形態では、接合部材は、基体１０のうち、断面二次極モーメントが最も小さい位置と接する部分の幅が、基体１０の他の位置と接する部分の幅よりも大きいとした。しかしながら、接合部材が接する基体の部分と、接合部材の幅との関係は、これに限定されない。

【0049】

［変形例３］
上述の実施形態では、接合部材は、３種類の金属層を有するとした。しかしながら、接合部材の構成は、これに限定されない。また、接合部材は、第１金属膜の幅のみを変更することで、接合部材の基体側の幅を変更するとした。しかしながら、接合部材の基体側の幅を変更する方法は、これに限定されない。基体１０側の第１金属膜４０ａとともに、接合膜４０ｃの幅や、第２金属膜４０ｂを変更してもよい。

【0050】

［変形例４］
上述の実施形態では、第１金属膜４５ａ、４６ａの断面積Ｓ４５、Ｓ４６は、第１金属膜４３ａ、４４ａの断面積Ｓ４３、Ｓ４４より大きいとした。しかしながら、第１金属膜４０ａにおける断面積の関係は、これに限定されない。断面二次極モーメントが相対的に小さい基体部１５、１６の第１金属膜４５ａ、４６ａの幅Ｗ４５、Ｗ４６が、断面二次極モーメントが相対的に大きい基体部１３、１４の第１金属膜４３ａ、４４ａの幅Ｗ４３、Ｗ４４に比べ大きければよい。

【0051】

［変形例５］
上述の実施形態では、第１金属膜４０ａは、タングステンから形成されるとした。モリブデンでもよく、熱膨張率が基体１０を形成する材料（アルミナ）より大きい材料が望ましい。

【0052】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0053】

１…半導体パッケージ
５…半導体
１０…基体
１１…第１面
１１ａ，１２ａ…開口部
１２…第２面
１２ｂ…内周
１２ｃ…外周
１３、１４、１５、１６…基体部
２０…放熱体
３０…蓋体
４０…接合部材
Ｉｐ…断面二次極モーメント
Ｗ４３，Ｗ４４、Ｗ４５、Ｗ４６…幅
Ｓ４３，Ｓ４４，Ｓ４５，Ｓ４６…断面積

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】