JP2004356340A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号を良好に入出力できるとともに、内部を気密に保持できる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供すること。
【解決手段】上面に形成された凹部の底面に半導体素子６を載置するための載置部１ａが設けられた絶縁体から成る直方体状の基体１と、この基体１の側壁部の外面に形成された電極７と、凹部の底面から側壁部を貫通して電極７に接続された線路導体と、上側が電極７にロウ付けされたリード端子５とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、電極７は、下端部が基体１の下面の外周部に延出しており、リード端子５は、下側の下面が基体１の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関し、特に、外部電気回路基板との接続を良好に行なうことのできる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野等で使用されるマイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）としては、例えば、半導体素子として半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を用いた場合、図４に斜視図で示すようなものが用いられている。
【０００３】
このパッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子１０６を載置するための載置部１０１ａが設けられたセラミックスやプラスチックス等の絶縁体から成る直方体状の基体１０１と、この基体１０１の側壁部の外面に形成された電極１０７と、凹部の底面から側壁部を貫通して電極１０７に接続された線路導体１０８と、側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が電極１０７に接合されたリード端子１０５とを具備している。
【０００４】
これにより、線路導体１０８から電極１０７にかけて基体１０１内部に形成される内層導体の長さを最短として、高周波信号が内層導体を伝送するときに発生する誘電体損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【０００５】
側壁部には貫通孔１０１ｂが形成されている。この貫通孔１０１ｂに筒状の光ファイバ固定部材（以下、単に固定部材ともいう）１０２が嵌着される、または貫通孔１０１ｂの側壁部の外面側開口の周囲に固定部材１０２の一端が接合される。
【０００６】
側壁部の上面には、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成るシールリング１０３が銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して接合され、蓋体１０４を強固に接合するための部材となる。
【０００７】
このようなパッケージの載置部１０１ａに半導体素子１０６を載置固定するとともに、半導体素子１０６の各電極と線路導体１０８とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、シールリング１０３の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体１０４をロウ付け法やシームウェルド法等の溶接法により接合することにより、半導体素子１０６を気密に封止する。そして、固定部材１０２に光ファイバを固定し、リード端子１０５を外部電気回路基板の外部電気回路に電気的に接続することによって、製品としての半導体装置となる。（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１２７３７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるようなパッケージにおいて、半導体素子１０６から発生する熱を外部に効率よく発散させるために、基体１０１の下面を外部電気回路基板の上面に載置させ、リード端子１０５をパッケージの下面で外側に向けて折り曲げて外部電気回路基板に電気的に接続すると、リード端子１０５が折り曲げられる際にリード端子１０５が電極１０７から剥がれてパッケージに高周波信号を入出力できなくなったり、電極１０７の基体１０１下面側に局所的に大きな外力が加わり基体１０１にクラック等の破損が生じてパッケージの内部を気密に保持できなくなるという問題点があった。
【００１０】
また、このようなパッケージを外部電気回路基板に実装させた場合、作動時に生じる熱等により生じた外部電気回路基板とパッケージとの熱膨張差によって、リード端子１０５を基体１０１の側壁部から引き離すような応力が加わり、リード端子１０５がその付け根から剥離したり基体１０１にクラックが生じ易くなり、その結果、高周波信号の伝送性が低下したり、パッケージの気密性が低下するという問題点があった。
【００１１】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、高周波信号を良好に入出力できるとともに、内部を気密に保持できる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置するための載置部が設けられた絶縁体から成る直方体状の基体と、該基体の側壁部の外面に形成された電極と、前記凹部の底面から前記側壁部を貫通して前記電極に接続された線路導体と、上側が前記電極にロウ付けされたリード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記電極は、下端部が前記基体の下面の外周部に延出しており、前記リード端子は、下側の下面が前記基体の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、電極は、下端部が基体の下面の外周部に延出しており、リード端子は、下側の下面が基体の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられていることから、半導体素子から発生する熱を外部に効率よく発散させるために、基体の下面を外部電気回路基板の上面に載置しても、リード端子をさらに曲げる必要がなく、リード端子を曲げる際の応力でリード端子が剥がれたり基体にクラックが生じるのを有効に抑制できる。
【００１４】
また、電極の下端部が基体の下面の外周部に延出しているので、電極とリード端子とを接合するためのロウ材の大きなメニスカスをリード端子から基体の下面の外周部に延出した電極にかけて設けることができ、リード端子と電極との接合強度を著しく向上させることができる。その結果、リード端子を基体の側壁部から引き離すような外力が加わってもリード端子が剥離したり基体にクラックが生じたりするのを有効に抑制できる。
【００１５】
その結果、半導体素子収納用パッケージを外部電気回路基板に接続する際に、リード端子が電極から剥がれるのを防止して、常に高周波信号を確実に入出力できる半導体素子収納用パッケージとするとともに、電極に外力が加わって基体にクラック等の破損が生じるのを防止して、内部を気密に保持できる半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置されるとともに前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記凹部を塞ぐように前記側壁部の上面に接合された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、高周波信号の伝送性信頼性に優れるとともに、内部を気密に保持することが可能な半導体装置となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示し、（ａ）はパッケージの側面図、（ｂ）はパッケージの正面図である。また、図２は図１のパッケージの斜視図である。同図において、１は上面に形成された凹部の底面に半導体素子６を載置する載置部１ａが設けられた絶縁体から成る直方体状の基体、７は基体１の側壁部の外面に形成された電極、７ａは基体１の下面の外周部に延出した電極７の延出部、８は凹部の底面から基体１の側壁部を貫通して電極７に接続された線路導体、５は下側の下面が基体１の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられているリード端子５であり、主にこれらで内部に半導体素子６を収納するためのパッケージが構成される。
【００１９】
また、このパッケージの載置部１ａに半導体素子６を搭載固定し、半導体素子６と線路導体８とを電気的に接続し、基体１の側壁部の上面に、凹部を塞ぐように蓋体４を接合することにより半導体装置となる。
【００２０】
本発明の基体１は、アルミナ質焼結体（Ａｌ_２Ｏ_３セラミックス），窒化アルミニウム質焼結体（ＡｌＮセラミックス）等のセラミックスやエポキシ樹脂，液晶ポリマー等の樹脂等から成る絶縁体から成り、その誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて適宜選定される。
【００２１】
このような基体１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３セラミックスから成る場合、以下のようにして作製される。まず、Ａｌ_２Ｏ_３，酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状に成形することによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し凹部１ａや貫通孔１ｂとなる貫通孔や切欠きを形成するとともに、線路導体８，電極７，延出部７ａとなる金属ペーストを印刷塗布して積層する。最後に、この積層体の側壁部の上面に必要に応じてシールリング３を接合させるためのメタライズ金属層となる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２２】
基体１の側壁部の外面に形成された電極７は、基体１の下面の外周部に延出した延出部７ａを有している。そして、基体１の側壁部の外面の電極７にリード端子５がＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付け接合されている。なお、リード端子５は、下側の下面が基体１の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられている。
【００２３】
このような構成により、半導体素子６から発生する熱を外部に効率よく発散させるために、基体１の下面を外部電気回路基板の上面に載置しても、リード端子５をさらに曲げる必要がなく、リード端子５を曲げる際の応力でリード端子５が剥がれたり基体１にクラックが生じるのを有効に抑制でき、また、電極５の下端部が基体１の下面の外周部に延出しているので、電極７とリード端子５とを接合するためのロウ材の大きなメニスカスをリード端子５から基体１の下面の外周部に延出した電極（延出部７ａ）にかけて設けることができ、リード端子５と電極７との接合強度を著しく向上させることができる。その結果、リード端子５を基体１の側壁部から引き離すような外力が加わってもリード端子５が剥離したり基体１にクラックが生じたりするのを有効に抑制できる。
【００２４】
このようなリード端子５は、基体１との熱膨張係数差による熱歪みを有効に抑制するとともに高周波信号を伝送させるために、基体１の熱膨張係数に近似した金属から成るのがよい。その金属としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２５】
また、リード端子５は、基体１の下面よりも上側で屈曲しているとともに、下側の下面の先端が基体１の下面と同じ面内に位置するのがよい。これにより、基体１の側面と、リード端子５の下面（リード端子５の屈曲部と先端との間の部位の下面）との間にロウ材を溜めることができ、リード端子５をより強固に接合できるとともに、リード端子５に応力が加わった場合に、このロウ材の溜まりによって応力を緩和することができ、リード端子５の接合信頼性を向上させることができる。
【００２６】
延出部７ａの幅Ａ（図１（ｂ）参照）は、好ましくは、０．２〜１ｍｍであるのがよい。この構成により、リード端子５と電極７とを接合するためのロウ材のメニスカスをリード端子５から延出部７ａにかけて良好に形成することができ、リード端子５と電極７とを非常に強固に接合することができる。その結果、リード端子５に外力が加わっても基体１の下面側に局所的に大きな応力が加わるのを防止し、基体１にクラック等の破損が発生することを有効に防止できる。
【００２７】
Ａ＜０．２ｍｍの場合、延出部７ａの幅が狭くなってロウ材と延出部７ａとの接合面積を増加させることができず、その結果、リード端子５に外力が加わった場合、基体１の下面側に局所的に大きな応力が加わって、基体１にクラック等の破損が発生し易くなる。また、Ａ＞１ｍｍの場合、延出部７ａの幅が広くなりすぎてリード端子５と電極７とを接合するためのロウ材が延出部７ａに流出し、リード端子５と電極７との間に適度にロウ材を溜めることができず良好なロウ材のメニスカスを形成できなくなり、その結果、リード端子５と電極７とを強固に接合するのが困難になる。
【００２８】
また、延出部７ａは、図３（ａ）にパッケージの下面図を示すように、電極７が基体１の下面の外周部に延出されて形成されている。隣り合う電極７が接地用の電極である場合は、図３（ｂ）にパッケージの下面図を示すように、隣り合う延出部７ａ同士が連結されて設けられていてもよい。図３（ｂ）の構成により、接地電位の面積を大きくすることができ、接地電位の強化が可能となる。
【００２９】
線路導体８は凹部の底面から基体１の側壁部を貫通して電極７に接続されている。このような線路導体８および電極７は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して得た導体ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートの積層体に、従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンで印刷塗布した後焼成することによって基体１に被着される。または、基体１となるセラミックグリーンシートの積層体を焼成した後に、導体ペーストを所定パターンに印刷塗布し焼成することによって基体１に被着される。
【００３０】
なお、線路導体８は、図２に示すように、基体１の凹部に形成された基体１の一部から成る棚部の上面に設けられていてもよい。これにより載置部１ａに搭載される半導体素子６の電極の高さと線路導体８の高さとを近づけることができ、半導体素子６の電極と線路導体８とを電気的に接続するボンディングワイヤの長さが短くなって高周波信号の伝送特性が向上する。
【００３１】
また、基体１の上面には、基体１と蓋体４との熱膨張係数差による熱歪みを有効に抑制するとともに基体１の側壁部の上面に蓋体４をシーム溶接等の溶接等により強固に接合するために金属製のシールリング３が、Ａｇロウ等のロウ材を介して接合されているのがよい。その金属としてはＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００３２】
シールリング３は、基体１の側壁部の上面にＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して得た導体ペーストを塗布し、焼成することによって得られたメタライズ金属層にＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。
【００３３】
また、載置部１ａに載置される半導体素子６がＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子である場合、光ファイバをパッケージ内部に導入して半導体素子６と光ファイバ（図示せず）とを光結合させるため、図１に示すように基体１の側壁部に形成された貫通孔１ｂに嵌着されるかまたは貫通孔１ｂの側壁部の外面側の開口の周囲に一端が接合された筒状の固定部材２を有している。
【００３４】
固定部材２は軸方向に貫通孔が形成されている。この固定部材２の貫通孔のパッケージの外側の一端に光ファイバが金属ホルダ（図示せず）を介して接合固定され、固定部材２の貫通孔の他端の内周面に光を集光するためのガラス，サファイア等から成るレンズ等の透光性部材（図示せず）が接合される。これにより、光ファイバと半導体素子６とが透光性部材を介して効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【００３５】
このような固定部材２は、半導体素子６の熱により基体１が加熱されて基体１の側壁部との熱膨張係数差によって生じる歪を有効に抑制するために、基体１の熱膨張係数に近似した金属等が用いられる。その金属としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００３６】
本発明の半導体装置は、上記本発明のパッケージと、載置部１ａに載置固定されるとともに線路導体８に電気的に接続された半導体素子６と、基体１の側壁部の上面に凹部を塞ぐように接合された蓋体４とを具備している。
【００３７】
このような半導体装置は、パッケージの載置部１ａに半導体素子６をガラス，樹脂，ロウ材等の接着剤を介して接着固定し、半導体素子６の各電極をボンディングワイヤを介して凹部の底面に設けられた線路導体８に電気的に接続し、しかる後、基体１の側壁部の上面にＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やセラミックス、樹脂等から成る蓋体４をシーム溶接等の溶接やロウ付け等により接合して半導体素子６を内部に気密に封止することにより作製される。
【００３８】
かくして、本発明の半導体装置は、リード端子５が外部電気回路基板の外部電気回路に電気的に接続されることにより、外部電気回路から供給される電気信号によって半導体素子６が駆動され、大容量の情報を高速に処理することが可能となる。これにより、常に高周波信号を確実に入出力できるとともに、内部を気密に保持できるものとなる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、電極は、下端部が基体の下面の外周部に延出しており、リード端子は、下側の下面が基体の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられていることから、半導体素子から発生する熱を外部に効率よく発散させるために、基体の下面を外部電気回路基板の上面に載置しても、リード端子をさらに曲げる必要がなく、リード端子を曲げる際の応力でリード端子が剥がれたり基体にクラックが生じるのを有効に抑制できる。
【００４１】
また、電極の下端部が基体の下面の外周部に延出しているので、電極とリード端子とを接合するためのロウ材の大きなメニスカスをリード端子から基体の下面の外周部に延出した電極にかけて設けることができ、リード端子と電極との接合強度を著しく向上させることができる。その結果、リード端子を基体の側壁部から引き離すような外力が加わってもリード端子が剥離したり基体にクラックが生じたりするのを有効に抑制できる。
【００４２】
その結果、半導体素子収納用パッケージを外部電気回路基板に接続する際に、リード端子が電極から剥がれるのを防止して、常に高周波信号を確実に入出力できる半導体素子収納用パッケージとするとともに、電極に外力が加わって基体にクラック等の破損が生じるのを防止して、内部を気密に保持できる半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００４３】
本発明の半導体装置は、上記の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置されるとともに線路導体に電気的に接続された半導体素子と、凹部を塞ぐように側壁部の上面に接合された蓋体とを具備していることにより、高周波信号の伝送性信頼性に優れるとともに、内部を気密に保持することが可能な半導体装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示し、（ａ）はパッケージの側面図、（ｂ）はパッケージの正面図である。
【図２】図１の半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の半導体素子収納用パッケージにおける基体の下面の外周部に延出した電極について実施の形態の各種例を示す下面図である。
【図４】従来の半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
４：蓋体
５：リード端子
６：半導体素子
７：電極
８：線路導体

Claims (2)

1. 上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置するための載置部が設けられた絶縁体から成る直方体状の基体と、該基体の側壁部の外面に形成された電極と、前記凹部の底面から前記側壁部を貫通して前記電極に接続された線路導体と、上側が前記電極にロウ付けされたリード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記電極は、下端部が前記基体の下面の外周部に延出しており、前記リード端子は、下側の下面が前記基体の下面と同じ面内に位置するように外側に向けて曲げられていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置されるとともに前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記凹部を塞ぐように前記側壁部の上面に接合された蓋体とを具備していることを特徴とする半導体装置。

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