JP2003188300A

JP2003188300A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置

Info

Publication number: JP2003188300A
Application number: JP2001383586A
Authority: JP
Inventors: Yasuyoshi Kunimatsu; 廉可國松
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミナセラミックスと同等の強度と熱伝導
率とを有する入出力端子とすることができ、また入出力
端子の誘電体と同時焼成が可能でありインピーダンス整
合が容易で適正な線路幅を有する低抵抗の線路導体を形
成できるようにすること。【解決手段】上面に複数の線路導体８を有する誘電体
から成る平板部９および平板部９の上面に複数の線路導
体８を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部10か
ら構成されるとともに枠体７の取付部６に嵌着された入
出力端子５は、平板部９および立壁部10がＡｌ₂Ｏ₃を主
成分としてＭｎ₂Ｏ₃を２〜15重量％含有するとともに比
誘電率が８〜10であるアルミナ質焼結体から成り、平板
部９の厚さが0.15〜１ｍｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野や無線
通信分野等で用いられ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および半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信やマイクロ波通信、ミリ波
通信等の分野で用いられ高い周波数で作動する各種半導
体素子を気密封止して収容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）１として、例え
ば光通信分野に用いられる光半導体パッケージを図４に
示す。

【０００３】同図に示すように、光半導体パッケージと
しての半導体パッケージ１ａは、一般に鉄（Ｆｅ）−ニ
ッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−
タングステン（Ｗ）合金等の金属やアルミナ質焼結体
（アルミナセラミックス）等から成り、上面の略中央部
に半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等
の光半導体素子等の半導体素子２が載置される載置部３
を設けた基体４を有する。この基体４は、略長方形の板
状であり、その対向する一対の辺部に外部の実装基板に
ネジ止めするためのネジ止め孔11が設けられている。

【０００４】また、載置部３を囲繞するようにして基体
４の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接合されるととも
に、基体４の長辺側に位置する両側部に半導体素子２と
外部電気回路とを電気的に接続する高周波信号入出力用
の入出力端子５を嵌着接合するための貫通孔または切欠
き部から成る取付部６が設けられた枠体７を有する。こ
の枠体７はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、基
体４の短辺側に位置する一側部に光ファイバ12固定用の
筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材という）18
が嵌着接合される貫通孔14が形成されている。

【０００５】さらに、取付部６に嵌着された入出力端子
５と、枠体７の上面に取着された半導体素子２を気密に
封止する蓋体15とを具備する。

【０００６】入出力端子５は、図２に示すように、上面
の１辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体８
を有する誘電体から成る平板部９と、平板部９の上面に
線路導体８を間に挟んで接合された同様の誘電体から成
る立壁部10とから構成されている。また、入出力端子５
の線路導体８に略平行な側面には、線路導体８を擬似同
軸状に囲み接地導体として機能すると共に取付部６の内
周面に銀ロウ等のロウ材を介して接合させる接合媒体と
して機能する金属層８ａが形成されている。線路導体８
の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、
銀ロウ等のロウ材で接合されると共に入出力端子５と外
部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子16
が接合される。

【０００７】また、シールリング17が、枠体７の上面お
よび入出力端子５の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接
合され、入出力端子５を挟持すると共に上面に蓋体15を
シーム溶接等により接合するための接合媒体として機能
する。

【０００８】このような半導体パッケージ１ａは、基体
４の載置部３に半導体素子２を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）
半田等の低融点ロウ材で載置固定させると共に、半導体
素子２の電極をボンディングワイヤ（図示せず）を介し
て入出力端子５の線路導体８に電気的に接続し、更に光
ファイバ12と半導体素子２との光軸を調整する。その
後、固定部材18の枠体７外側の端面に光ファイバ12を樹
脂等の接着剤で取着した金属ホルダ13を、金（Ａｕ）−
錫（Ｓｎ）等の低融点ロウ材で接合する。次に、基体４
と枠体７と蓋体15とから成る容器内部に半導体素子２を
気密に収容することにより、製品としての光半導体装置
となる。

【０００９】このような光半導体装置は、外部の実装基
板上にネジ止めされた後、半導体素子２を外部電気回路
から供給される駆動用の高周波信号によって光励起さ
せ、励起したレーザ光等の光を光ファイバ12に授受させ
光ファイバ12内を伝送させることにより、大容量の情報
を高速に伝送できる光電変換装置として機能し、光通信
分野等に多用されている。

【００１０】そして、この光半導体装置に用いられ、高
い周波数で駆動される半導体素子２を収容する半導体パ
ッケージ１ａに用いられる入出力端子５としては、反射
損失を小さくして高い周波数の入出力信号を伝送するた
めに、小型化とともに高い気密性と高周波損失の少ない
ことが要求されている。その為に、入出力端子５を構成
する誘電体には、一般に比誘電率εが８〜10程度の酸化
アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体等のセラミックスが
用いられていた。また、入出力端子５に形成される線路
導体８には。電気抵抗が比較的小さく、かつ上記セラミ
ックスと同時焼成により微細な配線パターンの形成が可
能なタングステン（Ｗ）などの高融点金属が採用されて
いた。

【００１１】しかし、上記高融点金属から成る線路導体
８では、入出力端子５を小型化すると高い周波数での入
出力信号（高周波信号）の反射損失は防止できるもの
の、線路導体８の線幅を狭くしなければならず、よって
リード端子16の接合面積が小さくなってリード端子16が
線路導体８から剥れたり、また線路導体８の電気抵抗が
増加し、高周波信号の透過損失を招くことになる。

【００１２】そこで、より低抵抗のＣｕ、またはＣｕと
ＷやＭｏとを含む導体を用い、またアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）やムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）などの酸
化物セラミックスに、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）など
の周期律表の２ａ族元素酸化物とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）
などの周期律表の３ａ族元素酸化物とを含有させ、Ｃｕ
やＡｕなどの導体と同時焼成して配線パターンを形成す
ることが提案されている（従来例Ａ：特開平7−15101号
公報参照）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例Ａでは、セラミックスを低温焼成した場合に、入出
力端子５のεが３〜５程度に低下してしまい、線路導体
８の幅を小さくせざるを得なくなり、接合するリード端
子16の接合強度が低下したり、インピーダンス整合が困
難になるという問題点があった。

【００１４】また、ガラスセラミックスなどの低温焼成
が可能なセラミックスを用いて平板部９および立壁部10
を作製し、導体としてＣｕを使用した構成の入出力端子
５を有する半導体パッケージも提案されている。しか
し、この場合においても同様の不具合が発生していた。
例えば、入出力端子５のεが例えば３程度に小さくなる
場合があり、このとき線路導体８のインピーダンスを所
望の値とするためにたとえ回路設計を最適にしたとして
も、平板部10の厚さを例えば0.5ｍｍ程度以下にしなけ
ればならない場合がある。この場合、ガラスセラミック
スはアルミナセラミックスに比べて強度が数分の一と小
さいことから、入出力端子５を枠体７にロウ付けすると
きに加わる熱により、枠体７とガラスセラミックスとの
熱膨張係数差に起因して発生する熱応力により、入出力
端子５のガラスセラミックスにクラックが発生し易いと
いう問題点があった。さらに、ガラスセラミックスは熱
伝導率がアルミナセラミックスに比べて数十％小さく、
これにより上記クラックの発生が助長されていた。

【００１５】従って、本発明は上記問題点に鑑み完成さ
れたもので、その目的は、アルミナセラミックスと同等
の強度と熱伝導率とを有する入出力端子を作製でき、ま
た入出力端子の誘電体と同時焼成が可能でありインピー
ダンス整合が容易で適正な線路幅を有する低抵抗の線路
導体を入出力端子に形成できる半導体パッケージおよび
半導体装置を提供することにある。

【００１６】

【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、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基
体と、該基体の前記上面に前記載置部を囲繞するように
取着され、側部に切欠き部または貫通孔から成る入出力
端子の取付部が形成された金属製の枠体と、上面の一辺
側から対向する他辺側にかけて形成された複数の線路導
体を有する誘電体から成る平板部および該平板部の上面
に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された誘電体か
ら成る立壁部から構成されるとともに前記取付部に嵌着
された入出力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、前記入出力端子は、前記平板部および前
記立壁部がＡｌ₂Ｏ₃を主成分としてＭｎ₂Ｏ₃を２〜15重
量％含有するとともに比誘電率が８〜10であるアルミナ
質焼結体から成り、前記平板部の厚さが0.15〜１ｍｍで
あることを特徴とする。

【００１７】本発明は、入出力端子の平板部と立壁部を
構成する誘電体を、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としてＭｎ₂Ｏ₃を
２〜15重量％含有する組成としたことから、1500℃以下
の焼成温度で焼結体として緻密化され、同時に低融点の
金属からなる線路導体を同時焼成して形成することがで
きる。

【００１８】また、入出力端子を構成する誘電体は、そ
の比誘電率εがＡｌ₂Ｏ₃と同等の８〜10となる。これに
より、平板部の厚さを必要以上に薄くする必要がなく、
平板部の強度を保持することができる。この場合、入出
力端子の誘電体のεがアルミナセラミックスと同等にな
るのは、Ｍｎ₂Ｏ₃を含有したことでＡｌ₂Ｏ₃結晶粒子の
粒界層にＭｎ元素を含む高比誘電率の結晶相が生成され
ているからであると考えられ、従ってインピーダンスを
整合させるために入出力端子の平板部の厚さを例えば0.
5ｍｍ程度にすることができる。

【００１９】さらに、平板部の厚さが0.15〜１ｍｍであ
ることから、平板部の強度が保持され、基体や枠体との
熱膨張差によって平板部にクラックが入ったり平板部が
破損するのを防ぐとともに、隣接する線路導体で生じた
電界分布が重なり合って電気的なアイソレーション（分
離）が破れるのを防いで高周波信号を良好に伝送させる
ことができる。

【００２０】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、前記載置部に載置固定されると
ともに前記入出力端子に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。

【００２１】本発明は、上記の構成により、本発明の半
導体素子収納用パッケージを用いていることから、高周
波信号の伝送特性に優れるとともに小型化された半導体
装置となる。

【００２２】

【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例を示す斜視図、図２は本発
明の半導体パッケージを構成する入出力端子の斜視図で
ある。図３は、隣り合う線路導体間または隣り合う入出
力端子間において電界のアイソレーションが破れている
様子を模式的に示した半導体パッケージの側面図であ
る。

【００２３】なお、本発明の半導体パッケージ１全体の
基本構成は従来の半導体パッケージを示す図４と同様で
あり、共通する各部の詳細な説明は省略する。

【００２４】本発明の半導体パッケージ１を構成する入
出力端子５は、図１，図２に示すように、略四角形の誘
電体板から成り、上面に１辺側から対向する他辺側にか
けて形成された複数の線路導体８を有する平板部９と、
その上面に線路導体８を間に挟んで接合された誘電体か
ら成る略直方体の立壁部10とから構成され、例えば線路
導体８はＣｕを含有するメタライズ層から成る。

【００２５】このメタライズ層としては、例えばＣｕを
10〜70体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを30〜90体
積％の割合で含有して成るものが好ましい。線路導体８
の低抵抗化、誘電体との同時焼結性および線路導体８の
保形性のうえでは、例えばＣｕを40〜60体積％ならびに
Ｗおよび／またはＭｏを40〜60体積％とすることが良
く、この場合、シート抵抗を８ｍΩ／□以下に低減で
き、より好適である。Ｃｕが10体積％未満であり、Ｗお
よび／またはＭｏが90体積％を超えると、線路導体８の
抵抗が高くなる。また、Ｃｕが７０体積％を超え、Ｗお
よび／またはＭｏ量が30体積％未満になると、線路導体
８の保形性が低下し、線路導体８に滲み等が発生した
り、溶融したＣｕにより線路導体８が凝集して断線を生
じると共に、誘電体と線路導体８との熱膨張差により線
路導体８が剥離を生じ易くなる。

【００２６】また、線路導体８に含まれるＷおよび／ま
たはＭｏが平均粒径１〜10μｍの球状あるいは数個の粒
子の焼結粒子としてＣｕから成るマトリックス中に分散
含有されていることが好適である。これは、平均粒径が
１μｍより小さいと、線路導体８の保形性が劣化して多
孔質化し抵抗値が高くなるからである。他方、10μｍを
超えると、Ｃｕから成るマトリックスがＷやＭｏの粒子
によって分断されて抵抗値が高くなったり、Ｃｕ成分の
分離により滲みが発生する恐れがある。好ましくは、Ｗ
および／またはＭｏの平均粒径は1.3〜５μｍがよく、
より好ましくは1.3〜３μｍが良い。

【００２７】さらに、線路導体８の表面には、酸化によ
る腐食防止、ワイヤボンディング性、半田との濡れ性、
および線路導体８の低抵抗化のために、金（Ａｕ）、Ｃ
ｕ、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）およびパラジウ
ム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１種からなる金属層が、
無電解めっき、電解めっき等によって被着されているこ
とが好ましい。特に、耐食性の向上と導体の抵抗低減の
点から、最表面はＡｕから成る金属層が被着されている
ことがより好ましい。

【００２８】また、線路導体８中には、誘電体との密着
性を改善するために、誘電体を構成するセラミックスを
主成分としたセラミック成分、あるいは誘電体を構成す
る組成と同一組成のセラミック成分を0.05〜２体積％の
割合で含有させることが好ましい。

【００２９】なお、本発明の入出力端子５においては、
例えばＣｕの融点を超える温度で誘電体と同時焼成する
と、線路導体８中のＣｕ成分が誘電体中に拡散する場合
があるが、線路導体８の周囲の誘電体中へのＣｕの拡散
距離を30μｍ以下、特に10μｍ以下とすることが好まし
く、焼成温度、焼成時間等の焼成条件を制御することに
より拡散距離を制御できる。線路導体８中のＣｕ成分の
誘電体中への拡散距離が30μｍを超えると、線路導体８
同士の間の絶縁性が低下し、線路導体８としての信頼性
が低下する。従って、拡散距離を30μｍ以下に制御する
ことにより、線路導体８間の距離を100μｍ以下、とり
わけ90μｍ以下として、線路導体８の高密度配線化が可
能となる。

【００３０】さらに、線路導体８の枠体７外側の部位に
は、外部電気回路と入出力端子５との高周波信号の入出
力を行なうための、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から
成るリード端子16が、銀ロウ等のロウ材で接合される。

【００３１】また、入出力端子５の平板部９および立壁
部10は、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としてＭｎ₂Ｏ₃を２〜15重量
％含有するアルミナ質焼結体（アルミナセラミックス）
から成り、このアルミナセラミックスはＣｕ−Ｗなどの
メタライズ層から成る線路導体８との同時焼結が可能で
あり好ましい。このアルミナセラミックスは、相対密度
が95％以上、特に97％以上、さらには99％以上の高緻密
体から成ることが好適であり、高熱伝導性と高強度を具
備するものとなる。

【００３２】さらに、線路導体８との同時焼成時にその
保形性を維持するためには、焼成温度が1200〜1500℃の
低温であるとともに相対密度を95％以上に緻密化させる
ことが好ましい。

【００３３】従って、このような特性を有する入出力端
子５の誘電体としては、主成分としてアルミナを８４〜
９０重量％の割合で含有すると共に、上記焼成温度での
焼結性を高める点でＭｎをＭｎ₂Ｏ₃換算で２〜15重量％
の割合で含有するものが好適である。

【００３４】また、この誘電体中には、第３成分として
ＳｉＯ₂およびマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃ
ａ），ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類元素の
１種以上を酸化物として含有させると、Ｃｕ含有導体と
の同時焼結性を向上させる上で好ましい。その含有量
は、ＳｉＯ₂は２〜15重量％がよく、同時焼結性の点か
ら３〜１０重量％がより好適である。また、アルカリ土
類元素は、酸化物換算で合計が0.1〜４重量％が良く、
さらに同時焼結性の点から0.2〜2.5重量％が良い。さら
に、第４成分としてＷ，Ｍｏ，クロム（Ｃｒ）等の金属
を着色成分として２重量％以下の割合で含有させても良
い。

【００３５】本発明では、Ａｌ₂Ｏ₃以外の成分は、Ａｌ
₂Ｏ₃主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存
在するが、熱伝導性を高めるうえで粒界中に助剤成分を
含有する結晶相が形成されていることが好ましい。この
Ａｌ₂Ｏ₃主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在
するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、15〜5.0μ
ｍであることが好ましい。なお、主結晶相が柱状結晶か
ら成る場合、上記平均結晶粒径は短軸径に基くものであ
る。この主結晶相の平均結晶粒径が15μｍ未満である
と、高熱伝導化が難しく、5.0μｍを超えると、入出力
端子５の強度が低下する。

【００３６】また、入出力端子５の立壁部10は、平板部
９と同様の誘電体から成り、その上面全面に線路導体８
と同様のメタライズ層が形成されると共に、枠体７の取
付部６の内周面に接合される面にもメタライズ層が形成
されている。このメタライズ層は、線路導体８等と同様
の方法により導体ペーストを所定パターンに印刷塗布し
焼成することにより形成される。このメタライズ層は、
例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加
混合して得た導体ペーストを、平板部９用のセラミック
グリーンシートに周知のスクリーン印刷法等により所定
パターンに印刷塗布しておき、焼成することにより形成
される。

【００３７】本発明において、平板部９の厚さは焼成後
において0.15〜１ｍｍの範囲となるように設定される。
これは近時のＦＥＴ（Field Effect Transistor）や
ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave ＩＣ）などがもっ
とも多く使われている周波数帯（数百ＭＨｚ〜５ＧＨ
ｚ）において、図３に示すように入出力端子５間の電界
間のアイソレーション（分離）が、平板部９の厚さが１
ｍｍを超えると損なわれ易くなるあるからであるととも
に、線路導体８の幅をリード端子の接合が可能な適正な
幅とすることができるためである。即ち、幅が１ｍｍを
超えると、隣接する線路導体８の電気力線同士が互いに
重なり合い、重なった部分により線路導体８（入出力端
子５が複数ある場合入出力端子５）同士が互いに電気的
にアイソレーション（分離）されなくなる。

【００３８】また、平板部９の厚さが0.15ｍｍ未満の場
合、金属から成る基体１や枠体２との熱膨張差により、
平板部９にクラックが入ったり平板部９が破損し易くな
るとともに、例えば50Ωにインピーダンスを整合するた
めに線路導体８の幅を小さくしなければならず、このと
き、たとえシート抵抗が小さい線路導体８を用いたとし
ても、この幅が小さくなることにより発熱し破断する場
合がある。従って、平板部９の厚さは0.15ｍｍを下限と
する必要がある。但し、この厚さは従来のガラスセラミ
ックスからなる基体では強度が小さいために実現できな
かった厚さであるが、本発明において実現している。

【００３９】かくして得られた入出力端子５は、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成る基体４
上面に接合された枠体７の側部の取付部６に銀ロウ等の
ロウ材により嵌着接合される。これにより、枠体７の一
部となって内外を気密に仕切ると共に枠体７の内外を導
通する導電路となる。

【００４０】次に、本発明の半導体パッケージ１の入出
力端子５の製造方法についてその一例を具体的に説明す
る。

【００４１】［１］入出力端子５の平板部９と立壁部10
を作製するために、主成分となるＡｌ₂Ｏ₃原料粉末とし
て、平均粒径が0.5〜2.5μｍ、より好ましくは0.5〜２
μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径が0.5μｍ未満
の場合、そのような微粉末は取り扱いが難しく、また粉
末製造のコストが高くなり、2.5μｍより大きくなると1
500℃以下の低温での焼成が困難となるからである。

【００４２】［２］Ａｌ₂Ｏ₃原料粉末に対して、第２成
分としてＭｎ₂Ｏ₃を２〜15重量％、より好ましくは３〜
10重量％の割合で添加する。また、第３成分としてＳｉ
Ｏ₂およびＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ等のアルカリ土類元
素の１種以上の酸化物を0.1〜４重量％、より好ましく
は0.2〜2.5重量％の割合で添加する。さらに、第４成分
としてＷ，Ｍｏ，Ｃｒ等の遷移金属の金属粉末や酸化物
粉末等を着色成分として金属換算で２重量％以下の割合
で添加する。これらの各酸化物を添加する際は、酸化物
粉末以外に、焼成により酸化物を形成し得る炭酸塩、硝
酸塩、酢酸塩等で添加しても良い。

【００４３】［３］この混合粉末から周知の成形方法に
よりシート状の成形体を作成する。具体的には、この混
合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調
製した後、得られたスラリーをドクターブレード法によ
りシート状に成形する。または、この混合粉末に有機バ
インダーを添加し、プレス成形法や圧延成形法により所
定の厚さのシート状の成形体を作製する。

【００４４】［４］平均粒径が例えば１〜10μｍのＣｕ
粉末を10〜70体積％、平均粒径が１〜10μｍのＷおよび
／またはＭｏ粉末を30〜90体積％の割合で含有した導体
ペーストを調製する。この導体ペーストを用いて、平板
部９用のシート状の成形体の表面にスクリーン印刷法や
グラビア印刷法等により線路導体８となる配線パターン
を印刷塗布する。また、この導体ペースト中には、平板
部９の誘電体との密着性を高めるために、Ａｌ₂Ｏ₃粉
末、または誘電体を構成する酸化物セラミックス成分と
同一組成のセラミック粉末を0.05〜２体積％添加するこ
とも可能である。

【００４５】［５］シート状の成形体から、平板部９お
よび立壁部10の成形体を打ち抜き加工で作製し、平板部
９の上面に立壁部10を積層圧着し、この積層体を非酸化
性雰囲気中、焼成最高温度が1200〜1500℃となる条件で
焼成一体化する。焼成温度が1200℃より低いと、酸化ア
ルミニウム質焼結体の相対密度が95％以上となるように
緻密化できず、熱伝導性や強度が低下する。1500℃を超
えると、とりわけ導体ペースト中のＷやＭｏ自体の焼結
が進み、マトリックスであるＣｕ中にＷ，Ｍｏが存在す
る均質な組織の導体層が得られず、低い抵抗値を維持で
きなくなる。即ち、線路導体８のシート抵抗を８ｍΩ／
□以下とすることが困難になる。また、酸化物セラミッ
クスの主結晶相の粒径が大きくなって異常粒成長が発生
したり、Ｃｕがセラミックス中に拡散する際の経路であ
る粒界の長さが短くなると共に、拡散速度も速くなる。
その結果、拡散距離を30μｍ以下に抑制することが困難
となり、抵抗値が増加することになる。

【００４６】さらに、焼成時の非酸化性雰囲気として
は、窒素、または窒素と水素の混合雰囲気であることが
好ましい。とりわけ、線路導体８中のＣｕの拡散を抑制
する点で、窒素および水素を含み、露点が10℃以下、特
に−10℃以下の非酸化性雰囲気が好ましい。この非酸化
性雰囲気にはアルゴンガス等の不活性ガスを混入しても
良い。非酸化性雰囲気の露点が10℃より高いと、焼成中
に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応して酸
化膜を形成し、この酸化膜と導体中のＣｕが反応して、
線路導体８の低抵抗化の妨げとなるのみならずＣｕの拡
散を助長する。

【００４７】［６］同時焼成された入出力端子５の線路
導体８に対して、無電解めっき法、または電解めっき法
により、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄのうちの少
なくとも１種のメタライズ層を0.5〜10μｍの厚さで被
着する。

【００４８】そして、線路導体８に対して、外部電気回
路と入出力端子５との高周波信号の入出力を行なうため
の、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属から成る
リード端子16が銀ロウ等のロウ材で接合される。

【００４９】以上のように本発明は、入出力端子５がＡ
ｌ₂Ｏ₃を主成分としてＭｎ₂Ｏ₃を２〜15重量％含有する
とともに比誘電率が８〜10であるアルミナ質焼結体から
成り、平板部９の厚さが0.15〜１ｍｍであることによ
り、線路導体８のインピーダンス整合を容易に行うこと
ができ、また、入出力端子５の強度がアルミナセラミッ
クスと同等になっているため、クラックの発生を抑える
ことができる。また、入出力端子５に使用する導体に例
えばＣｕ系材料を用いることにより、入出力端子５を非
磁性体で構成することを可能とし、磁界をほとんど発生
させることなく線路導体間の絶縁が十分な半導体パッケ
ージを提供することができる。

【００５０】また、本発明の半導体パッケージの基体４
の載置部３に半導体素子２をロウ材，樹脂接着剤等によ
り載置固定し、半導体素子２の電極をボンディングワイ
ヤ等を介して入出力端子５の線路導体８に電気的に接続
し、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るシールリング17を
枠体７の上面および入出力端子５の上面に銀ロウ等のロ
ウ材を介して接合して入出力端子５を挟持すると共に、
シールリング17の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成
る蓋体15をシーム溶接等により接合することにより、半
導体装置となる。

【００５１】

【実施例】本発明の半導体パッケージの実施例について
以下に説明する。

【００５２】（実施例）図２の本発明の入出力端子５を
以下のように構成した。平板部９および立壁部10を、Ａ
ｌ₂Ｏ₃を88.6重量％、Ｍｎ₂Ｏ₃を5.7重量％、ＳｉＯ₂を
5.3重量％、およびＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ₂等のアルカ
リ土類元素酸化物を0.4重量％含むとともに、相対密度
が97％のアルミナ質焼結体によって作製した。平板部９
の上面の線路導体８は、Ｃｕを50体積％、Ｗを50体積％
の割合で含有し、シート抵抗が４ｍΩ／□であるものと
した。また、Ｗの平均粒径は1.5μｍであった。線路導
体８の表面には、厚さ２μｍのＡｕ層を電解めっき法で
形成した。

【００５３】この入出力端子５間のアイソレーションの
大きさを、ＧａＡｓＦＥＴから成る半導体素子２を２個
用い、それぞれの半導体素子２に対応する入出力端子５
を２個用いた半導体パッケージ１について、2.4ＧＨｚ
の高周波信号を入力した場合の平板部９の厚さとアイソ
レーションとの関係を求めた。また、線路導体８の幅は
インピーダンス整合等を考慮して設定した。隣り合う入
出力端子５間の間隔は一般的な値である1.27ｍｍ、2.54
ｍｍとした。評価結果を表１に示す。なお、表１でアイ
ソレーションの値は各試料番号の10サンプルについて測
定した結果の平均値を示している。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１より、平板部９の厚さが0.15ｍｍ未満
になると、平板部９が薄くなり過ぎて熱応力で破壊され
たり、またインピーダンス整合を行うために線路導体８
の幅を小さくせざるを得ず、その結果、発生する熱によ
り線路導体８が破断される場合があった。また、入出力
端子５間の間隔の大きさにかかわらず、平板部９の厚さ
が1.00ｍｍを超えるとアイソレーションが−20ｄＢ程度
を超えて劣化し、また、線路導体８の単位長さ当りの電
気的容量が小さくなるのでインピーダンス整合のために
線路導体８の幅を大きくしなければならなくなり、よっ
てアイソレーションを劣化させないように平板部９の幅
を大きくせざるを得ず、半導体パッケージ全体が大型化
するという不具合が発生した。従って、平板部９の厚さ
は0.15〜１ｍｍとする必要があることが判明した。

【００５６】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
すことは何等支障ない。

【００５７】

【発明の効果】本発明は、上面に複数の線路導体を有す
る誘電体から成る平板部および平板部の上面に複数の線
路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部か
ら構成されるとともに枠体の取付部に嵌着された入出力
端子は、平板部および立壁部がＡｌ₂Ｏ₃を主成分として
Ｍｎ₂Ｏ₃を２〜15重量％含有するとともに比誘電率が８
〜10であるアルミナ質焼結体から成り、平板部の厚さが
0.15〜１ｍｍであることにより、入出力端子の平板部と
立壁部を構成する誘電体を、1500℃以下の焼成温度で緻
密化された焼結体として作製でき、同時に低融点の金属
からなる線路導体を同時焼成して形成することができ
る。

【００５８】また、入出力端子を構成する誘電体は、そ
の比誘電率εがＡｌ₂Ｏ₃と同等の８〜10となる。これに
より、平板部の厚さを必要以上に薄くする必要がなく、
平板部の強度を保持することができる。この場合、入出
力端子の誘電体のεがアルミナセラミックスと同等にな
るのは、Ｍｎ₂Ｏ₃を含有したことでＡｌ₂Ｏ₃結晶粒子の
粒界層にＭｎ元素を含む高比誘電率の結晶相が生成され
ているからであると考えられ、従ってインピーダンスを
整合させるために入出力端子の平板部の厚さを例えば0.
5ｍｍ程度にすることができる。

【００５９】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るととも
に入出力端子に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、本発
明の半導体素子収納用パッケージを用いていることか
ら、高周波信号の伝送特性に優れるとともに小型化され
たものとなる。

【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
の例を示す分解斜視図である。

【図２】本発明の半導体パッケージにおける入出力端子
の斜視図である。

【図３】本発明の半導体パッケージにおいて線路導体間
または入出力端子間のアイソレーションを説明するため
の側面図である。

【図４】従来の半導体パッケージの分解斜視図である。

【符号の説明】

１：半導体パッケージ２：半導体素子３：載置部４：基体５：入出力端子６：取付部７：枠体８：線路導体９：平板部 10：立壁部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に半導体素子が載置される載置部を
有する基体と、該基体の前記上面に前記載置部を囲繞す
るように取着され、側部に切欠き部または貫通孔から成
る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、上
面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数
の線路導体を有する誘電体から成る平板部および該平板
部の上面に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された
誘電体から成る立壁部から構成されるとともに前記取付
部に嵌着された入出力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、前記入出力端子は、前記平板部
および前記立壁部がＡｌ₂Ｏ₃を主成分としてＭｎ₂Ｏ₃を
２〜15重量％含有するとともに比誘電率が８〜10である
アルミナ質焼結体から成り、前記平板部の厚さが0.15〜
１ｍｍであることを特徴とする半導体素子収納用パッケ
ージ。
【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入出
力端子に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。