JP2003249596A - 入出力端子および半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入出力端子で伝送される高周波信号の伝送効
率を良好に保持し、また半導体素子収納用パッケージ内
部の気密信頼性を向上させすること。 【解決手段】 複数の誘電体層が積層された略長方形の
誘電体板から成るとともに上面に一辺から対向する他辺
にかけて形成された線路導体３を有する平板部１と、平
板部１の上面に線路導体３を間に挟んで接合された誘電
体から成る立壁部４とを具備しており、平板部１は、内
部に少なくとも線路導体３に対向するように内層導体層
１ａが設けられているとともに下面の略全面に下部接地
導体２が形成されており、線路導体３の端部の直下にお
ける内層導体層１ａの下側の誘電体層11の端に上下主面
間にわたって切り欠かれた切欠き部11ａが形成されてい
るとともに切欠き部11ａに内層導体層１ａおよび下部接
地導体２を電気的に接続するための導体層11ｂが設けら
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、高周波信号で作動
する半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッ
ケージの信号入出力部に使用される入出力端子およびそ
の入出力端子を用いた半導体素子収納用パッケージに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周
波信号を用いる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（以下、半導体パッケージともいう）
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が設けられている。この入出力端
子を図６に斜視図で示す。

【０００３】同図において、101はアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラ
ミックス，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）セラミ
ックス等の誘電体から成る平板部であり、その上面に、
一辺から対向する他辺にかけて形成され、タングステン
（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等のメタライズ層から成る
線路導体103を有するとともに、下面にはその全面に線
路導体103と同様のメタライズ層から成る下部接地導体1
02を有する。この平板部101の上面には、線路導体103を
狭持して接合されるとともに、上面に上部接地導体105
を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミックス，ＡｌＮセラミックス，
３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂セラミックス等の誘電体から成
る立壁部104が設置される。平板部101と立壁部104の側
面には線路導体103と同様のメタライズ層から成る側面
接地導体106を有する。

【０００４】線路導体103を伝送する高周波信号の周波
数に応じて、平板部101の厚さを適宜調整することによ
って、線路導体103と下部接地導体102までの距離を調整
し、線路導体103を特性インピーダンスに整合させる。
このように、線路導体103を特性インピーダンスに整合
させることによって、線路導体103を伝送する高周波信
号の伝送効率を良好なものとできる。

【０００５】このように、入出力端子107は、平板部101
と立壁部104とから構成され、半導体パッケージ内外を
気密に遮断し、その内部を封止している。

【０００６】この入出力端子107が取着される半導体パ
ッケージは、その構成部材の１つである金属製の枠体に
設けられた切欠きまたは貫通孔から成る取付部に入出力
端子107を嵌着した所謂メタルウォールタイプや、セラ
ミック製の枠体に信号の伝送線路としての入出力端子部
を一体的に設けた所謂セラミックウォールタイプがあ
り、用途に応じて適宜選択され使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の入出力端子107では、線路導体103を伝送する高周波
信号の周波数が高周波になるにつれ、線路導体103から
下部接地導体102までの距離を近づけて特性インピーダ
ンスに整合させる必要があり、これに伴い平板部101の
厚さを薄くする必要があった。平板部101を薄くした入
出力端子107を半導体パッケージに用いた場合、平板部1
01と、その下面および側面に銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ろ
う等のろう材を介してそれぞれ接合される基体および枠
体との間に、それらの熱膨張差による熱歪みが発生し、
平板部101がこの熱歪みに耐えられずに、平板部101にク
ラック等の破損が発生する場合があった。平板部101に
破損が発生すると、半導体パッケージの内部を気密に封
止できなくなり、また破損が線路導体103にまで及んだ
場合には半導体素子と外部電気回路基板との間で高周波
信号を伝送できなくなるという問題点が発生していた。

【０００８】特に、線路導体103を伝送する高周波信号
が10ＧＨｚ以上である場合、平板部101が特に薄くなる
ため平板部101の破損が大きなものとなり易く、上記の
問題点が顕著なものとなっていた。

【０００９】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、半導体パッケージの半導
体素子の高周波信号を伝送させる入出力端子の破損を有
効に防止することにより、半導体素子と外部電気回路基
板との高周波信号の伝送効率を良好に保持し、また内部
の気密信頼性を向上させ、半導体パッケージ内に収納す
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
るものとすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の入出力端子は、
複数の誘電体層が積層された略長方形の誘電体板から成
るとともに上面に一辺から対向する他辺にかけて形成さ
れた線路導体を有する平板部と、該平板部の上面に前記
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
とを具備しており、前記平板部は、内部に少なくとも前
記線路導体に対向するように内層導体層が設けられてい
るとともに下面の略全面に下部接地導体が形成されてお
り、前記線路導体の端部の直下における前記内層導体層
の下側の前記誘電体層の端に上下主面間にわたって切り
欠かれた切欠き部が形成されているとともに該切欠き部
に前記内層導体層および前記下部接地導体を電気的に接
続するための導体層が設けられていることを特徴とす
る。

【００１１】本発明の入出力端子は、上記の構成によ
り、内層導体層を線路導体に対する接地導体層として機
能させることができる。従って、高周波信号が伝送され
る線路導体と内層導体層との距離を近づけて、線路導体
を特性インピーダンスに整合させることができ、従来の
ように平板部を薄くせずとも線路導体を特性インピーダ
ンスに整合させることができる。また、線路導体の端部
において接地電位を強化することができ、線路導体の端
部をボンディングワイヤを介して半導体素子と電気的に
接続したり、線路導体の端部をリード端子を介して外部
電気回路基板と電気的に接続しても、接続部で接地電位
が強化されているため、高周波信号の反射損失や透過損
失を抑制することができ、入出力端子で高周波信号を無
駄なく効率良く入出力させることができる。

【００１２】本発明の半導体素子収納用パッケージは、
上面に半導体素子を載置する載置部を有する基体と、該
基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側
部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が
形成された枠体と、前記取付部に嵌着された請求項１記
載の入出力端子とを具備したことを特徴とする。

【００１３】本発明の半導体素子収納用パッケージは、
上記の構成により、線路導体を伝送する高周波信号の伝
送効率を良好なものとできるとともに、入出力端子にク
ラックが発生するのを防止して線路導体で無駄なく高周
波信号を伝送させることができ、また半導体素子収納用
パッケージ内部を気密に保持することができる。その結
果、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ
ることができる信頼性の高い半導体素子収納用パッケー
ジとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の入出力端子および半導体
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は本発明の入出力端子について実施の形態の一例を
示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図であ
り、これらの図において、１はＡｌ₂Ｏ₃セラミックス，
ＡｌＮセラミックス，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂セラミッ
クス等の略長方形の誘電体板からなる平板部である。こ
の平板部１は、その上面に一辺から対向する他辺にかけ
て形成されたＷ，Ｍｏ等のメタライズ層から成る線路導
体３を有するとともに、下面にはその略全面に線路導体
３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体２を有す
る。また、平板部１の上面には、間に線路導体３を挟ん
で接合されるとともに、上面に線路導体３と同様のメタ
ライズ層から成る上部接地導体５を有し、Ａｌ₂Ｏ₃セラ
ミックス，ＡｌＮセラミックス，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂セラミックス等の誘電体から成る立壁部４が設けられ
る。平板部１および立壁部４の側面には線路導体３と同
様のメタライズ層から成る側面接地導体６を有する。

【００１５】平板部１は複数（図１では２層）の誘電体
層が積層されて成り、下層の誘電体層11と上層の誘電体
層12とから成る。そして、下層の誘電体層11と上層の誘
電体層12との間に少なくとも線路導体３に対向するよう
にＷ等のメタライズ層から成る内層導体層１ａが形成さ
れ、線路導体３の端部の直下における内層導体層１ａの
下側の誘電体層11の端に上下主面間にわたって切り欠か
れた切欠き部11ａが形成されているとともに、切欠き部
11ａに内層導体層１ａおよび下部接地導体２を電気的に
接続するためのＷ等のメタライズ層から成る導体層11ｂ
が設けられている。上記内層導体層１ａは、下層の誘電
体層11と上層の誘電体層12との間の略全面に形成されて
いてもよい。

【００１６】この構成により、線路導体３を伝送する高
周波信号がより高周波になった場合、従来例の図６のよ
うに平板部101を薄くして線路導体103と下部接地導体10
2との距離を近づけて特性インピーダンスに整合させる
必要はなく、平板部１の厚みを半導体パッケージに接合
しても熱歪みに十分耐え得る厚みとしながら、線路導体
３と内層導体層１ａとの距離を小さくして線路導体３を
特性インピーダンスに整合させることができる。その結
果、高周波信号の伝送特性を良好なものとし、かつ半導
体パッケージに接合した際にクラック等の破損を防止し
得る入出力端子とすることができる。

【００１７】また、切欠き部11ａに設けられた導体層11
ｂにより、線路導体３の端部の直下において接地電位を
強化できる。即ち、導体層11ｂはケースグランドとなる
下部接地導体２に直接接続されるので、線路導体３の端
部の直下において接地電位が強化される。その結果、線
路導体３の端部をボンディングワイヤを介して半導体素
子に電気的に接続したり、線路導体３の端部をリード端
子を介して外部電気回路基板に電気的に接続しても、接
続部で高周波信号の反射損失や透過損失が生ずるのを抑
制でき、入出力端子７において高周波信号を無駄なく入
出力させることができる。

【００１８】切欠き部11ａの拡大断面図を図３に示す。
同図に示すように、切欠き部11ａの幅ＸはＸ＝0.3〜1.5
ｍｍ、深さＤはＤ＝0.1〜１ｍｍが良く、この構成によ
り、線路導体３の端部をボンディングワイヤを介して半
導体素子に電気的に接続したり、線路導体３の端部をリ
ード端子を介して外部電気回路基板に電気的に接続して
も、接続部で高周波信号の反射損失や透過損失が生ずる
のを有効に抑制することができる。

【００１９】Ｘ＜0.3ｍｍの場合、切欠き部11ａの幅が
小さすぎて、切欠き部11ａを形成するためのセラミック
グリーンシートの打ち抜き加工が困難になるとともに、
線路導体３の端部の直下の内層導体層１ａの接地電位を
十分に強化できなくなる。Ｘ＞1.5ｍｍの場合、切欠き
部11ａの幅が大きすぎて切欠き部11ａの上側の誘電体層
12が欠けやすくなる。また、Ｄ＜0.1ｍｍの場合、切欠
き部11ａが浅いため、切欠き部11ａを形成するためのセ
ラミックグリーンシートの打ち抜き加工が困難となり、
Ｄ＞１ｍｍの場合、切欠き部11ａが深すぎて、線路導体
３の端部の直下の内層導体層１ａの接地電位を十分に強
化できなくなるとともに、切欠き部11ａの上側の誘電体
層12が欠けやすくなる。

【００２０】このような入出力端子７は以下のようにし
て作製される。例えば、Ａｌ₂Ｏ₃質セラミックスから成
る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシ
ウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、
可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従
来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等の
テープ成形技術により複数のセラミックグリーンシート
を得る。

【００２１】次に、このセラミックグリーンシートに、
Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、
可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、ス
クリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、
内層導体層１ａ、下部接地導体２、線路導体３、上部接
地導体５となるメタライズ層を所定パターンに形成す
る。また、下層の誘電体層11となるセラミックグリーン
シートに金型等によって打ち抜き加工を施すことによっ
て、所望の位置に切欠き部11ａを形成し、切欠き部11ａ
に導体層11ｂとなるＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当
な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た
金属ペーストを塗布する。

【００２２】その後、セラミックグリーンシートを複数
枚積層し、側面接地導体６となるＷ，Ｍｏ等の高融点金
属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加
混合して得た金属ペーストを塗布する。これを還元雰囲
気中、約1600℃の温度で焼成することにより製作され
る。

【００２３】本発明の入出力端子７によれば、内層導体
層１ａを線路導体３の接地導体として機能させることが
できるため、線路導体３を伝送する高周波信号がより高
周波になっても、平板部１を薄くすることなく接地導体
（内層導体層１ａ）を線路導体３に近づけることによっ
て線路導体３を特性インピーダンスに整合させることが
できる。その結果、高周波信号の伝送損失を小さくて良
好な伝送特性が得られるとともに平板部１にクラックが
発生するのを防止し、線路導体３で無駄なく信号を伝送
させて半導体パッケージに取り付けた場合に内部を気密
に保持できる入出力端子となる。

【００２４】本発明において、図４に示すように、平板
部１上面の線路導体３の両側に略等間隔をもって形成さ
れた同一面接地導体１ｂが設けられていても良い。同一
面接地導体１ｂは、線路導体３と同様の金属ペーストを
スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布する
ことによって形成される。線路導体３の両側に同一面接
地導体１ｂが形成されていることにより、線路導体３を
特性インピーダンスにより整合し易くするとともに、線
路導体３のシールド効果（電磁遮蔽効果）が得られ、線
路導体３から外部への高周波信号の放射を抑制すること
ができ、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送特性を
より良好にすることができる。

【００２５】次に、本発明の半導体パッケージについて
図５に基づいて説明する。同図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斜視図である。同
図において、21は基体であり、その上面にはＩＣ，ＬＳ
Ｉ，半導体レーザー（ＬＤ），フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）等の半導体素子25を載置するための載置部21ａを有
している。図５では載置部21ａを凹部とした例を示した
が、基体21を平板状としてその上面に載置部21ａを形成
してもよい。この基体21は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎ
ｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属、
またはＡｌ₂Ｏ₃セラミックス，ＡｌＮセラミックス，３
Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂セラミックス等の誘電体からな
る。金属からなる場合、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を施すことによっ
て所定形状に製作される。一方、セラミックスから成る
場合、その原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添
加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブ
レード法やカレンダーロール法等によってセラミックグ
リーンシートと成し、しかる後、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、これを複数枚積層し
約1600℃の高温で焼成することによって作製される。

【００２６】なお、基体21が金属からなる場合、その表
面に耐蝕性に優れかつろう材との濡れ性に優れる金属、
具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍ
の金（Ａｕ）層とを順次メッキ法により被着させておく
のがよく、基体21が酸化腐蝕するのを有効に防止できる
とともに、基体21上面の載置部21ａに半導体素子25を強
固に接着固定させることができる。一方、基体21がセラ
ミックスから成る場合、載置部21ａに、Ｗ，Ｍｏ等のメ
タライズ層を下地層として、耐蝕性に優れかつろう材と
の濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍの
Ｎｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法に
より被着させておくのがよく、載置部21ａに半導体素子
25を強固に接着固定することができる。

【００２７】また、22は基体21上に載置部21ａを囲繞す
るように取着された枠体であり、基体21と同様に誘電体
または金属から成る。23は、枠体22を切り欠いて形成さ
れ、その底面と側面にメタライズ層等の導電層を形成し
た入出力端子の取付部である。なお、基体21にも同様の
切欠きを設けて取付部23が形成されている。この取付部
23の底面と側面は、基体21および／または枠体22に被着
形成された接地導体に接続されて接地されている。

【００２８】そして、取付部23に本発明の入出力端子７
または入出力端子８が嵌着される。なお、入出力端子
７，８の下部接地導体２は取付部23の底面の導電層に接
続されて接地されケースグランドとなっており、上部接
地導体５は枠体22の上面の接地導体、または金属製の枠
体22、または枠体22の上面に取着されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金等の金属からなるシールリング24に接続されて接
地されケースグランドとなる。枠体22が誘電体から成る
場合、入出力端子７，８は枠体22の一部として一体的に
成形されてもよい。

【００２９】このような本発明の半導体パッケージは、
入出力端子７，８を具備していることから、高周波信号
の誘電体損失を最小限に抑えて高周波信号の伝送損失を
小さくした、良好な伝送特性を有するものとなる。

【００３０】そして、線路導体３を載置部21ａに載置さ
れる半導体素子25の電極ならびに外部電気回路基板の配
線導体にワイヤ，リボン，リード端子等（図示せず）を
介して接続して、半導体素子25と外部電気回路基板とを
電気的に接続する。次に、枠体22の上面にシールリング
24を鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）半田やＡｕ−Ｓｎ半田等の
低融点金属ろう材やＡｇ−Ｃｕろう材等の高融点金属ろ
う材等により取着し、シールリング24の上面にＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体26を半田付けやシームウエ
ルド法により接合することにより、半導体素子25が半導
体パッケージ内部に収納された製品としての半導体装置
となる。

【００３１】また、基体21と枠体22とはＡｇ−Ｃｕろう
材等の高融点金属ろう材により接合され、入出力端子
７，８は取付部23に嵌着され同様の高融点金属ろう材に
より接合される。

【００３２】また、図５の実施の形態では枠体22の対向
する側部に入出力端子７を２つ設けているが、必要に応
じて他の側部に設けてもよく、または１つの側部に複数
の入出力端子７を取り付けてもよく、この場合取付部23
を１つの側部に複数設けて入出力端子７を並列的に複数
取り付ければよい。もちろん入出力端子７の代わりに入
出力端子８を設けてもよい。

【００３３】このような本発明の半導体パッケージは、
上記本発明の入出力端子７，８を具備していることか
ら、高周波信号の誘電体損失を最小限に抑えて高周波信
号の伝送損失を小さくし、伝送効率を良好に保持するこ
とができる。

【００３４】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
れば種々の変更を施すことは何等差し支えない。

【００３５】

【発明の効果】本発明の入出力端子は、複数の誘電体層
が積層された略長方形の誘電体板から成るとともに上面
に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体を
有する平板部と、平板部の上面に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とを具備しており、平
板部は、内部に少なくとも線路導体に対向するように内
層導体層が設けられているとともに下面の略全面に下部
接地導体が形成されており、線路導体の端部の直下にお
ける内層導体層の下側の誘電体層の端に上下主面間にわ
たって切り欠かれた切欠き部が形成されているとともに
切欠き部に内層導体層および下部接地導体を電気的に接
続するための導体層が設けられていることにより、内層
導体層を線路導体に対する接地導体層として機能させる
ことができる。従って、高周波信号が伝送される線路導
体と内層導体層との距離を近づけて、線路導体を特性イ
ンピーダンスに整合させることができ、従来のように平
板部を薄くせずとも線路導体を特性インピーダンスに整
合させることができる。また、線路導体の端部において
接地電位を強化することができ、線路導体の端部をボン
ディングワイヤを介して半導体素子と電気的に接続した
り、線路導体の端部をリード端子を介して外部電気回路
基板と電気的に接続しても、接続部で接地電位が強化さ
れているため、高周波信号の反射損失や透過損失を抑制
することができ、入出力端子で高周波信号を無駄なく効
率良く入出力させることができる。

【００３６】本発明の半導体素子収納用パッケージは、
上面に半導体素子を載置する載置部を有する基体と、基
体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部に貫
通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成さ
れた枠体と、取付部に嵌着された本発明の入出力端子と
を具備したことにより、線路導体を伝送する高周波信号
の伝送効率を良好なものとできるとともに、入出力端子
にクラックが発生するのを防止して線路導体で無駄なく
高周波信号を伝送させることができ、また半導体素子収
納用パッケージ内部を気密に保持することができる。そ
の結果、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信頼性の高い半導体素子収納用パッ
ケージとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の入出力端子について実施の形態の例を
示す斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における入出力端子の断面図で
ある。

【図３】図１の入出力端子の切欠き部の断面図である。

【図４】本発明の入出力端子について実施の形態の他の
例を示す斜視図である。

【図５】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す分解斜視図である。

【図６】従来の入出力端子を示す斜視図である。

【符号の説明】

１：平板部 １ａ：内層導体層 ２：下部接地導体 ３：線路導体 ４：立壁部 ７，８：入出力端子 11ａ：切欠き部 11ｂ：導体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の誘電体層が積層された略長方形の
   誘電体板から成るとともに上面に一辺から対向する他辺
   にかけて形成された線路導体を有する平板部と、該平板
   部の上面に前記線路導体を間に挟んで接合された誘電体
   から成る立壁部とを具備しており、前記平板部は、内部
   に少なくとも前記線路導体に対向するように内層導体層
   が設けられているとともに下面の略全面に下部接地導体
   が形成されており、前記線路導体の端部の直下における
   前記内層導体層の下側の前記誘電体層の端に上下主面間
   にわたって切り欠かれた切欠き部が形成されているとと
   もに該切欠き部に前記内層導体層および前記下部接地導
   体を電気的に接続するための導体層が設けられているこ
   とを特徴とする入出力端子。
2. 【請求項２】 上面に半導体素子を載置する載置部を有
   する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するよう
   に取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力
   端子の取付部が形成された枠体と、前記取付部に嵌着さ
   れた請求項１記載の入出力端子とを具備したことを特徴
   とする半導体素子収納用パッケージ。