JP2003124368A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波信号の伝送効率および気密信頼性に優
れた半導体パッケージを提供すること。 【解決手段】 基体１の上側主面に載置される回路基板
６は、絶縁基板の上面に一端部が中心導体３ｂに他端部
が半導体素子５にそれぞれ電気的に接続された線路導体
６ａおよび線路導体６ａの両側に略等間隔をもって形成
された同一面接地導体６ｃが設けられて成るとともに、
一端部側の絶縁基板の端面が枠体２の内面に接してお
り、同一面接地導体６ｃは、枠体２の内面に中心導体３
ｂとの距離が２〜１５ｍｍであるＬ字状の導電性部材１
１を介して電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号入出力部に同
軸コネクタを用いた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、光通信分野で用いられる半導体素
子や、マイクロ波帯，ミリ波帯等の高周波信号で駆動す
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、半導体パッケージという）には、半導体素子
と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力
端子として同軸コネクタが用いられている。この同軸コ
ネクタを具備した半導体パッケージを図５に断面図で示
す。同図において、２１は基体、２２は枠体、２３は同
軸コネクタ、２４は蓋体、２６は回路基板である。

【０００３】基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）
−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）等の金属から成る略四角形の板状体であり、その
上側主面の略中央部には、ＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ
（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子２
５を搭載して成る回路基板２６を載置する載置部２１ａ
が形成されている。載置部２１ａには、半導体素子２５
が、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質セラミックス等から
成る回路基板２６に搭載された状態で載置固定される。

【０００４】なお、回路基板２６に搭載された半導体素
子２５は、その電極が、回路基板２６に被着形成されて
いる線路導体２６ａにボンディングワイヤ２７等を介し
て電気的に接続されている。

【０００５】基体２１の上側主面の外周部には載置部２
１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、
枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５
を収容する空所を形成する。この枠体２２は基体２１と
同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から
成り、基体２１と一体成形される、または基体２１に銀
ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム
溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２
１の上側主面外周部に立設される。

【０００６】枠体２２の側部には同軸コネクタ２３が嵌
着される貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ
内に同軸コネクタ２３を嵌め込むとともに半田等の封着
材２８を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加
熱して封着材２８を溶融させ、溶融した封着材２８を毛
細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａの内面
との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ２３
が貫通孔２２ａ内に封着材２８を介して嵌着接合され
る。

【０００７】同軸コネクタ２３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金等の金属から成る円筒状の外周導体２３ａの中心軸部
分に、信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属か
ら成る棒状の中心導体２３ｂが絶縁体２３ｃを介して固
定されて成る。そして、接地導体としての外周導体２３
ａが封着材２８を介して枠体２２に電気的に接続されて
おり、特性インピーダンスに整合された同軸線路モード
の信号線路を形成している。また、中心導体２３ｂが半
田等から成る導電性接着材２６ｂを介して回路基板２６
の線路導体２６ａに電気的に接続される。図６に回路基
板２６の平面図を示すように、線路導体２６ａの両側に
は略等間隔をもって同一面接地導体２６ｃが形成されて
おり、線路導体２６ａは所定の特性インピーダンスに整
合されたコプレーナ線路となっている。

【０００８】そして、枠体２２の上面に蓋体２４をろう
付け法やシームウエルド法等の溶接法によって接合し、
基体２１、枠体２２および蓋体２４から成る容器内部に
半導体素子２５を収容し気密に封止することによって製
品としての半導体装置となる。

【０００９】上記の同軸コネクタ２３において、同一面
接地導体２６ｃと外周導体２３ａの突起部とを電気的に
接続することにより、同軸線路部の接地電位とコプレー
ナ線路部の接地電位とを同一電位とし、高周波信号を効
率よく伝送できるものが提案されている（特開２００１
−５２８１９参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５，
図６に示した従来の半導体パッケージでは、枠体２２と
回路基板２６の同一面接地導体２６ｃとが電気的に接続
されていないため、中心導体２３ｂの線路導体２６ａと
の接続部付近で枠体２２と同一面接地導体２６ｃとの電
位が異なるため、中心導体２３ｂと線路導体２６ａの接
続部で特性インピーダンスに整合できず、その接続部で
高周波信号の反射損失が発生し、高周波信号を効率よく
伝送できないという問題点があった。

【００１１】また、特開２００１−５２８１９に示され
るような半導体パッケージでは、枠体２２と同一面接地
導体２６ｃとが電気的に接続されているため、同一電位
とすることができ、接続部で高周波信号の反射損失を低
減できるが、外周導体２３ａに突起部を設けているため
外周導体２３ａが肉厚になり、外周導体２３ａと絶縁体
２３ｃとの熱膨張差により絶縁体２３ｃに大きな応力が
加わり絶縁体２３ｃがクラック等によって破損し易くな
る。その結果、半導体パッケージ内部を気密に保つこと
ができなくなる場合があり、半導体パッケージ内部に収
容する半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動さ
せることができないという問題点があった。

【００１２】従って、本発明は上記問題点に鑑み完成さ
れたものであり、その目的は、高周波信号の伝送効率に
優れ、また内部に収容する半導体素子を長期にわたり正
常かつ安定に作動させ得る半導体パッケージを提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体パッケー
ジは、上側主面に半導体素子および回路基板を載置する
ための載置部を有する基体と、該基体の前記上側主面の
外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に
貫通孔が形成された金属製の枠体と、筒状の外周導体お
よびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの
間に介在させた絶縁体から成るとともに前記貫通孔に嵌
着された同軸コネクタとを具備した半導体素子収納用パ
ッケージにおいて、前記回路基板は、絶縁基板の上面に
一端部が前記中心導体に他端部が前記半導体素子にそれ
ぞれ電気的に接続された線路導体および該線路導体の両
側に略等間隔をもって形成された同一面接地導体が設け
られて成るとともに、前記一端部側の前記絶縁基板の端
面が前記枠体の内面に接しており、前記同一面接地導体
は、前記枠体の内面に前記中心導体との距離が２〜１５
ｍｍであるＬ字状の導電性部材を介して電気的に接続さ
れていることを特徴とする。

【００１４】本発明の半導体パッケージによれば、回路
基板の同一面接地導体は枠体の内面に中心導体との距離
が２〜１５ｍｍであるＬ字状の導電性部材を介して電気
的に接続されていることから、同一面接地導体と枠体の
貫通孔に嵌着された同軸コネクタの外周導体とが確実に
電気的に接続され、同軸線路部の接地電位とコプレーナ
線路部の接地電位とを同一電位とすることができる。そ
の結果、中心導体と線路導体との接続部における高周波
信号の反射損失を低減させ、高周波信号を効率よく伝送
させることが可能となる。

【００１５】本発明の半導体装置は、上記本発明の半導
体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定され
るとともに前記同軸コネクタに前記線路導体を介して電
気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合
された蓋体とを具備したことを特徴とする。

【００１６】本発明は、上記の構成により、上記本発明
の半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を
提供できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の半導体パッケージについ
て以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケ
ージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、１
は基体、２は枠体、３は同軸コネクタ、４は蓋体、６は
回路基板である。

【００１８】本発明の半導体パッケージは、上側主面に
半導体素子５および回路基板６を載置するための載置部
１ａを有する基体１と、基体１の上側主面の外周部に載
置部１ａを囲繞するように接合され、側部に貫通孔２ａ
が形成された金属製の枠体２と、筒状の外周導体３ａお
よびその中心軸に設置された中心導体３ｂならびにそれ
らの間に介在させた絶縁体３ｃから成るとともに貫通孔
２ａに嵌着された同軸コネクタ３とを具備した基本構成
である。

【００１９】本発明の基体１はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、そのインゴット
に圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、
または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定
の形状に製作される。基体１の上側主面の略中央部に
は、ＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイ
オード（ＰＤ）等の半導体素子５を載置するための載置
部１ａが設けられており、載置部１ａには半導体素子５
を搭載して成る回路基板６が載置固定される。半導体素
子５は、その電極が、回路基板６の上面に被着形成され
ている線路導体６ａにボンディングワイヤ７等を介して
電気的に接続されている。つまり、線路導体６ａは、そ
の一端部が中心導体３ｂに、他端部が半導体素子５にそ
れぞれ電気的に接続されている。

【００２０】また、基体１の上側主面の外周部には載置
部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設接合されてお
り、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を
収容する空所を形成する。この枠体２は、基体１と同様
にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成
り、基体１と一体成形される、または基体１に銀（Ａ
ｇ）ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシ
ーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基
体１の上側主面の外周部に立設される。

【００２１】枠体２の側部には同軸コネクタ３が嵌着さ
れる貫通孔２ａが形成されている。貫通孔２ａに同軸コ
ネクタ３を嵌着する場合、同軸コネクタ３を嵌め込むと
ともに半田等の封着材８を貫通孔２ａとの隙間に挿入す
る。しかる後、加熱して封着材８を溶融させ、溶融した
封着材８は毛細管現象により同軸コネクタ３と貫通孔２
ａの内面との隙間に充填されることによって、同軸コネ
クタ３が貫通孔２ａに封着材８を介して嵌着接合され
る。

【００２２】同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体
素子５を外部の同軸ケーブル１０に電気的に接続するも
のであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒
状の外周導体３ａの中心軸に同じくＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金等の金属から成る中心導体３ｂが絶縁体３ｃを介して
固定された構造をしている。

【００２３】中心導体３ｂを伝送する高周波信号は、貫
通孔２ａ，２ｂ部において貫通孔２ａ，２ｂの中心軸を
同軸線路のモードで伝送し、特性インピーダンス値に整
合されている。中心導体３ｂが枠体２の内面から突出し
て線路導体６ａと半田等の導電性接着材６ｂにより接続
された部分以降では、高周波信号は回路基板６の上面に
被着形成された線路導体６ａ上を伝送する。

【００２４】本発明において、回路基板６は、絶縁基板
の上面に一端部が中心導体３ｂに他端部が半導体素子５
にそれぞれ電気的に接続された線路導体６ａおよび線路
導体６ａの両側に略等間隔をもって形成された同一面接
地導体６ｃが設けられて成るとともに、一端部側の絶縁
基板の端面が枠体２の内面に接しており、同一面接地導
体６ｃは、枠体２の内面に中心導体３ｂとの距離が２〜
１５ｍｍであるＬ字状の導電性部材１１を介して電気的
に接続されている。なお、回路基板６を成す絶縁基板
は、線路導体６ａの一端部側に位置する端面が枠体２の
内面に接しており、同一面接地導体６ｃと枠体２の内面
とが導通され易いようになっている。また、同一面接地
導体６ｃが絶縁基板の一端部側に位置する端面に延出し
ていれば、同一面接地導体６ｃと枠体２の内面とが確実
に導通され好ましい。

【００２５】本発明では、図２に平面図で、また図３に
斜視図で示すように、回路基板６の上面には、線路導体
６ａの両側に略等間隔をもって形成された同一面接地導
体６ｃを設けて線路導体６ａをコプレーナ線路とし、か
つ同一面接地導体６ｃと枠体２の内面とをＬ字状の導電
性部材１１によって電気的に接続する。導電性部材１１
と同一面接地導体６ｃおよび枠体２は、銀（Ａｇ）ろう
等のろう材や金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田，鉛（Ｐｂ）
−Ｓｎ半田等の半田によってそれぞれ接合され、電気的
に接続される。

【００２６】図４は導電性部材１１の拡大図であり、
（ａ）は拡大側面図、（ｂ）は拡大正面図、（ｃ）は他
の例の拡大側面図である。導電性部材１１は、Ｆｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ，Ａｇ等の金属や導電性樹脂等から
なり、好ましくは厚さｔはｔ＝０．１〜０．３ｍｍ、下
側の長さＬおよび上側の長さＬはＬ＝１〜３ｍｍ、幅Ｗ
はＷ＝０．５〜３ｍｍであるのがよい。

【００２７】ｔ＜０．１ｍｍの場合、導電性部材１１が
薄すぎるため、導電性部材１１の取り扱い時に折れ等の
破損が生じやすく、また導電性部材１１と同一面接地導
体６ｃおよび枠体２を接合した後のろう材または半田と
の熱膨張差による歪みが導電性部材１１に加わり破損し
やすくなる。導電性部材１１が破損すると同一面接地導
体６ｃと枠体２との電気的接続ができなくなり、同一面
接地導体６ｃと枠体２とを同一電位に保つことができ
ず、中心導体３ｂおよび線路導体６ａから構成される信
号線路により伝送される高周波信号の反射損失が大きく
なり易い。ｔ＞０．３ｍｍの場合、導電性部材１１と同
一面接地導体６ｃとの接合部で、回路基板６に導電性部
材１１との熱膨張差による応力が大きく加わり、回路基
板６にクラック等の破損が生じて、導電性部材１１と同
一面接地導体６ｃとの電気的接続ができなくなったり、
同一面接地導体６ｃおよび線路導体６ａが断線し、線路
導体６ａで高周波信号が伝送されなくなる場合がある。

【００２８】Ｌ＜１ｍｍの場合、導電性部材１１が小さ
すぎて導電性部材１１と同一面接地導体６ｃおよび枠体
２を接合する際の取り扱いが困難になり、導電性部材１
１と同一面接地導体６ｃおよび枠体２を接合する作業の
作業性が著しく低下し、確実に接合するのが困難にな
る。Ｌ＞３ｍｍの場合、導電性部材１１と同一面接地導
体６ｃとの接合部で、回路基板６に導電性部材１１との
熱膨張差による応力が大きく加わり、回路基板６にクラ
ック等の破損が生じて、導電性部材１１と同一面接地導
体６ｃとの電気的接続ができなくなったり、同一面接地
導体６ｃおよび線路導体６ａが断線し、線路導体６ａで
高周波信号が伝送されなくなる場合がある。

【００２９】Ｗ＜０．５ｍｍの場合、導電性部材１１が
小さすぎて導電性部材１１と同一面接地導体６ｃおよび
枠体２を接合する際の取り扱いが困難になり、導電性部
材１１と同一面接地導体６ｃおよび枠体２を接合する作
業の作業性が著しく低下し、確実に接合するのが困難に
なる。Ｗ＞３ｍｍの場合、導電性部材１１と同一面接地
導体６ｃとの接合部で、回路基板６に導電性部材１１と
の熱膨張差による応力が大きく加わり、回路基板６にク
ラック等の破損が生じて、導電性部材１１と同一面接地
導体６ｃとの電気的接続ができなくなったり、同一面接
地導体６ｃおよび線路導体６ａが断線し、線路導体６ａ
で高周波信号が伝送されなくなる場合がある。

【００３０】また、図４（ｃ）に示すように、枠体２と
同一面接地導体６ｃとに接合される側の面に、ろう材ま
たは半田を貼り付けたクラッド材を設けるのがよく、接
合時の作業性が著しく向上することとなる。

【００３１】図２および図３に示すように、導電性部材
１１と中心導体３ｂとの距離Ｄは、Ｄ＝２〜１５ｍｍで
あるのがよい。

【００３２】Ｄ＜２ｍｍの場合、導電性部材１１と線路
導体６ａとの距離が近づくこととなり、導電性部材１１
と同一面接地導体６ｃとを接合するためのろう材または
半田が線路導体６ａへ流れ込み、同一面接地導体６ｃと
線路導体６ａとが電気的に短絡して高周波信号を伝送で
きなくなる場合がある。Ｄ＞１５ｍｍの場合、中心導体
３ｂと導電性部材１１との距離が大きくなり、中心導体
３ｂおよび線路導体６ａ近傍の接地電位を略同一にする
のが困難になるため、中心導体３ｂと線路導体６ａとの
接続部を伝送する高周波信号の反射損失が大きくなり高
周波信号を効率よく伝送させることができなくなる場合
がある。

【００３３】このようにして、半導体パッケージ内にお
いて、反射損失や透過損失等の伝送損失の小さい良好な
伝送特性の信号線路が形成される。

【００３４】枠体２の貫通孔２ｂ内に挿入固定される同
軸コネクタプラグ９は、外部電気回路に接続された同軸
ケーブル１０と枠体２に嵌着された同軸コネクタ３とを
接続するためのプラグである。

【００３５】そして、本発明の半導体パッケージは、半
導体素子５の電極と回路基板６の上面に形成された線路
導体６ａとを電気的に接続し、線路導体６ａと中心導体
３ｂとを導電性接着材６ｂを介して電気的に接続し、し
かる後、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属
から成る蓋体４を半田付け法やシームウエルド法により
接合することにより製品としての半導体装置となる。こ
の半導体装置は、基体１が外部電気回路基板に実装さ
れ、同軸コネクタプラグ９と外部電気回路に接続された
同軸ケーブル１０とを接続することにより、内部に収容
する半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、
半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。

【００３６】本発明における高周波信号の好ましい周波
数は５〜６０ＧＨｚ程度であり、この場合に高周波信号
の伝送特性を良好なものとすることができる。

【００３７】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であ
れば種々の変更は可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、基体の上側主面に載置される
回路基板は、絶縁基板の上面に一端部が中心導体に他端
部が半導体素子にそれぞれ電気的に接続された線路導体
および線路導体の両側に略等間隔をもって形成された同
一面接地導体が設けられて成るとともに、一端部側の絶
縁基板の端面が枠体の内面に接しており、同一面接地導
体は、枠体の内面に中心導体との距離が２〜１５ｍｍで
あるＬ字状の導電性部材を介して電気的に接続されてい
ることから、同一面接地導体と枠体の貫通孔に嵌着され
た外周導体とが確実に電気的に接続され、同軸線路部の
接地電位とコプレーナ線路部の接地電位とを同一電位と
することができる。その結果、中心導体と線路導体との
接続部における高周波信号の反射損失が低減し、高周波
信号を効率よく伝送させることが可能となる。

【００３９】また、同軸コネクタの絶縁体がクラック等
によって破損することがなく、半導体パッケージ内部の
気密信頼性を向上させることが可能であり、半導体パッ
ケージ内部に収容する半導体素子を長期にわたり正常か
つ安定に作動させることができる。

【００４０】本発明の半導体装置は、本発明の半導体素
子収納用パッケージと、載置部に載置固定されて同軸コ
ネクタに線路導体を介して電気的に接続された半導体素
子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことに
より、上記本発明の作用効果を有する半導体パッケージ
を用いた信頼性の高い半導体装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体パッケージについて実施の形態
の例を示す断面図である。

【図２】本発明の半導体パッケージにおける回路基板の
平面図である。

【図３】本発明の半導体パッケージにおける回路基板の
部分斜視図である。

【図４】本発明の半導体パッケージにおけるＬ字状の導
電性部材を示し、（ａ）は導電性部材の拡大側面図、
（ｂ）は導電性部材の拡大正面図、（ｃ）は導電性部材
の他の例の拡大側面図である。

【図５】従来の半導体パッケージの断面図である。

【図６】従来の半導体パッケージにおける回路基板の平
面図である。

【符号の説明】

１：基体 １ａ：載置部 ２：枠体 ２ａ：貫通孔 ３：同軸コネクタ ３ａ：外周導体 ３ｂ：中心導体 ３ｃ：絶縁体 ４：蓋体 ５：半導体素子 ６：回路基板 ６ａ：線路導体 ６ｃ：同一面接地導体 １１：導電性部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上側主面に半導体素子および回路基板を
   載置するための載置部を有する基体と、該基体の前記上
   側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合さ
   れ、側部に貫通孔が形成された金属製の枠体と、筒状の
   外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならび
   にそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに前記
   貫通孔に嵌着された同軸コネクタとを具備した半導体素
   子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、絶縁基
   板の上面に一端部が前記中心導体に他端部が前記半導体
   素子にそれぞれ電気的に接続された線路導体および該線
   路導体の両側に略等間隔をもって形成された同一面接地
   導体が設けられて成るとともに、前記一端部側の前記絶
   縁基板の端面が前記枠体の内面に接しており、前記同一
   面接地導体は、前記枠体の内面に前記中心導体との距離
   が２〜１５ｍｍであるＬ字状の導電性部材を介して電気
   的に接続さ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、前記載置部に載置固定されるとともに前記同軸
   コネクタに前記線路導体を介して電気的に接続された半
   導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備
   したことを特徴とする半導体装置。