JP2004356392A - 入出力端子、入出力端子の製造方法、入出力端子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 - Google Patents
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Abstract
【課題】入出力端子の半導体素子に高周波信号を入出力させる線路導体の断線を防止するとともに、半導体素子収納用パッケージの気密性を高めること。
【解決手段】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および下面に下部接地導体２を有するセラミックスから成る平板部１と、この平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体６が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部５とを具備し、立壁部５は複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層５ａの線路導体３の線路方向における幅が残部のセラミック層５ｂの幅よりも広い入出力端子８、およびこの入出力端子８を備えた半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置。
【選択図】 図１
【解決手段】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および下面に下部接地導体２を有するセラミックスから成る平板部１と、この平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体６が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部５とを具備し、立壁部５は複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層５ａの線路導体３の線路方向における幅が残部のセラミック層５ｂの幅よりも広い入出力端子８、およびこの入出力端子８を備えた半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置。
【選択図】 図１
Description
【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に関し、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、入出力端子の製造方法およびこの入出力端子を具備している半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置に関する。
【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、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４に斜視図で示す。
【０００３】
同図において、１０１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体またはムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等の誘電体から成る四角平板状の平板部であり、平板部１０１はその上面に、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が形成される。また、平板部１０１の下面には、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１０２を有する。
【０００４】
また、平板部１０１の上面には、線路導体１０３の一部を間に挟んで接合されるとともに、上面に上部接地導体１０６を有するＡｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体または３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等の誘電体から成る直方体状の立壁部１０５が設置される。そのため、線路導体１０３は、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持されていない部位のマイクロストリップ線路と、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持される部位のストリップ線路とから成る。また、線路導体１０３の線路方向にほぼ平行な平板部１０１と立壁部１０５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１０７が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような入出力端子１０８は、パッケージの側壁部に設けられた入出力端子の取付部にロウ付けして取付けられることによりパッケージ内外を遮断，封止し、パッケージ内部を気密に保つ。
【０００６】
この入出力端子１０８の立壁部１０５は、図５に示すように、平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上に立壁部１０５となる複数のセラミックグリーンシート１０５ａを順次積層し、その後焼結させて作製される。
【０００７】
このような入出力端子１０８は、上面の中央部に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部に形成された貫通孔または切欠きに入出力端子１０８の取付部が形成された枠体とから成るパッケージにおいて、枠体が金属製である場合（メタルウォールタイプ）は取付部に嵌着されロウ付けされることにより、または枠体がセラミックス製である場合（セラミックウォールタイプ）は、上記の入出力端子１０８と枠体とが一体的に形成されることにより、内部に収容する半導体素子と外部電気回路基板との間で入出力される信号の伝送線路として機能する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１００６９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の入出力端子１０８では、立壁部１０５となるセラミックグリーンシート１０５ａを平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面の同一箇所に順次積層していくと、平板部１０１の上面の同一箇所にセラミックグリーンシート１０５ａを積層するための圧力が繰り返し加わることとなり、この圧力によって平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面の立壁部１０５が積層される部位が凹んでしまう場合があった。平板部１０１となるセラミックグリーンシートが凹むことによって、平板部１０１となるセラミックグリーンシートにクラックが生じ、上面に形成された線路導体１０３が断線してしまったり、パッケージ内部を気密に保持できなくなったりする等の問題点が発生していた。
【００１０】
また立壁部１０５を平板部１０１に積層する際に、立壁部１０５となるセラミックグリーンシート１０５ａのみをすべて先に積層し、先に積層された立壁部１０５を平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面に積層することも考えられる。この場合には、平板部１０１の上面への積層回数を１回だけとすることができるが、平板部１０１の上面に立壁部１０５を積層する際に、立壁部１０５の上側から積層するための圧力を加えると、上面から加えられた圧力が複数のセラミックグリーンシート１０５ａに吸収されて、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層するための圧力が平板部１０１の上面に伝わり難くなる。その結果、平板部１０１の上面に立壁部１０５を強固に固定できなくなり、パッケージ内部を気密に保持できなくなる等の問題点が発生していた。
【００１１】
またこの場合には、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層する際、立壁部１０５はセラミックグリーンシート１０５ａが複数積層されて成るため塑性変形し難く、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層する際に線路導体１０３の両側に線路導体１０３の厚さによって生じる段差を埋めるのが困難となり、線路導体１０３の両側に隙間が生じてしまい易く、この隙間によって、パッケージ内部を気密に保持できなくなるという問題が発生していた。
【００１２】
また近時、パッケージの小型化のため、入出力端子１０８が小型化され入出力端子１０８の幅が狭くなり線路導体１０３と平板部１０１の側面までの距離が短くなる傾向にあるとともに、パッケージの多機能化のため、平板部１０１の上面に複数の線路導体１０３を狭い間隔で配置する傾向にあり、セラミックグリーンシート１０５ａを塑性変形させて線路導体１０３の両側の段差を埋めることがより困難となってきた。従って、このような入出力端子１０８においては、線路導体１０３の両側に隙間が生じてしまい易く、パッケージ内部を気密に保持できなくなるという問題が顕著に現れるようになってきた。
【００１３】
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、半導体素子収納用パッケージに収容した半導体素子に高周波信号を入出力させる入出力端子の線路導体の断線を防止するとともに、半導体素子収納用パッケージの内部を気密に保持することのできる入出力端子、およびこれを用いた高周波信号の入出力が良好で、気密性に優れた半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の入出力端子は、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および下面に下部接地導体を有するセラミックスから成る平板部と、この平板部の上面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部とを具備している入出力端子において、前記立壁部は、複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層の前記線路導体の線路方向における幅が残部の前記セラミック層の幅よりも広いことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の入出力端子によれば、立壁部の最下層のセラミック層の線路導体の線路方向における幅が、立壁部の残部のセラミック層の幅よりも広いことより、平板部の上面に立壁部を積層する際に加わる圧力が、最下層のセラミック層の幅と残部のセラミック層の幅との間の領域、すなわち最下層のセラミック層の残部のセラミック層が積層されていない領域に分散される。このため、平板部の立壁部が積層される部位の凹みが緩やかに傾斜した凹みとなり、上面に形成された線路導体が断線したり、平板部の凹み部分でクラックが生じたりするのを緩和することができ、気密性に優れたものとすることができる。
【００１６】
また残部のセラミック層の積層位置が多少ずれても、最下層のセラミック層の幅が残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることより、残部のセラミック層の積層が容易となる。
【００１７】
また、本発明の入出力端子の製造方法は、前記平板部となるセラミックグリーンシートの上面に前記立壁部の前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで前記立壁部の残部の前記セラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して前記入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製し、その後この積層体を焼成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の入出力端子の製造方法によれば、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製することから、一層ずつ積層する方法に対し、平板部の上面の同一箇所にセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることを防止でき、その結果、立壁部となるセラミックグリーンシートを積層するための圧力によって平板部上面の立壁部が積層される部位が深く凹むのを防止し、平板部にクラックが生じるのを防止するとともに、線路導体が断線するのを防止し、パッケージ内部を気密に保持することができる入出力端子を製造できる。
【００１９】
また、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層することから、線路導体を有する平板部の上面に最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、十分な積層圧力を加えることができ、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが塑性変形して線路導体の両側にある段差を埋めることが容易となる。その結果、線路導体の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの内部を気密に保持できる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されても線路導体の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体が狭い間隔で配置される多機能なパッケージ用の入出力端子とすることができる。
【００２０】
また、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部に加わる圧力を分散させ、平板部にクラック等の破損が発生するのを防止できる。
【００２１】
また残部のセラミック層が積層位置から多少ずれて積層されたとしても、立壁部の最下層のセラミック層の幅が立壁部の残部セラミック層の幅よりも幅広とされていることにより、確実に積層することができる。
【００２２】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に形成された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上記本発明の入出力端子とを具備していることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、本発明の入出力端子を具備していることより、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた小型のパッケージとすることができる。
【００２４】
また、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、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置によれば、本発明の半導体素子収納用パッケージを具備していることより、気密性を要する半導体素子を収納することができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた多機能な半導体装置とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の入出力端子、半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置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の実施の形態の一例を示す斜視図である。同図において、１は平板部、２は下部接地導体、３は線路導体、５は立壁部、５ａは立壁部の最下層のセラミック層、５ｂは立壁部の残部のセラミック層、６は上部接地導体、８は入出力端子である。
【００２７】
本発明の入出力端子８は、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および下面に下部接地導体２を有するセラミックスから成る四角平板状の平板部１と、この平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体６が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部５とを具備しており、平板部１と立壁部５は複数のセラミックグリーンシートが積層された積層体を焼結した複数のセラミック層から成り、立壁部５の最下層のセラミック層５ａの線路導体３の線路方向における幅Ｗ１が立壁部５の残部セラミック層５ｂの幅Ｗ２よりも広い形状とされている。
【００２８】
平板部１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスからなる四角平板状のものである。
【００２９】
線路導体３は、平板部１の上面に一辺から対向する他辺にかけて形成されたタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等のメタライズ層から成り、パッケージの外部に露出する一端に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子（図示せず）等が接続される。線路導体３は通常厚さ５〜５０μｍ、幅０．１〜３ｍｍに形成される。
【００３０】
立壁部５は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックスからなる直方体状のものであり、平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合されている。
【００３１】
また通常、平板部１の下面および立壁部５の上面にはそれぞれ全面に線路導体３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体２および上部接地導体６を有する。さらに、平板部１の側面および立壁部５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７が形成されている。これらの下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７により、線路導体３に対する接地が強化され、線路導体３の高周波信号の伝送特性が優れたものとなる。
【００３２】
また、立壁部５は図２（ａ）に示すように複数のセラミックグリーンシートが積層されて成り、立壁部５の最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が立壁部５の残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２よりも幅広とされている。
【００３３】
最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２より幅広とされていることにより、平板部１の上面に立壁部５を積層する際に平板部１の上面に加わる圧力が、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１と残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２との間の領域、すなわち最下層のセラミック層５ａの残部のセラミック層５ｂが積層されていない領域に分散されることとなる。このため、平板部１の立壁部が積層される部位に生じる凹みがこの領域にゆるやかな傾斜を有する形状の凹みとなり、この傾斜が急峻な場合にその急峻な傾斜部に応力が集中してクラックが生じたり、上面に形成された線路導体３が急峻な傾斜により断線したりすることを緩和することができる。その結果、気密封止性がよく、線路導体３の導通信頼性もよい入出力端子とすることができる。
【００３４】
また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂを積層する際に、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が幅広とされているために、残部のセラミック層５ｂの積層位置が幅方向に多少ずれても問題なく積層できる。
【００３５】
このような入出力端子８は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体（アルミナ質セラミックス）から成る場合、先ず酸化アルミニウム，酸化珪素（ＳｉＯ２），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，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てから、それぞれのセラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工する。
【００３６】
次に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、このセラミックグリーンシートに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下部接地導体２，線路導体３，上部接地導体６となるメタライズ層の所定パターンに形成する。その後、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面の所定位置に立壁部５の最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部５の残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシート同士を複数枚積層し、これを最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子８となるセラミックグリーンシートの積層体を得る。最後に、この積層体の側面接地導体７となる部分に上記同様の金属ペーストを塗布した後、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。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部５となるセラミックグリーンシートを一層ずつ積層する方法では、平板部１の上面のセラミックグリーンシートの積層部分に各層のセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることとなる。これに対し、上記方法によれば、平板部１の上面の積層部分に加わる圧力は、図２（ｂ）に示すように、最下層のセラミックグリーンシート５ａを積層するときと、残部のセラミックグリーンシート５ｂを積層するときとの２度だけとなるので、積層圧力が平板部１に繰り返し加わって平板部１の上面に生じる凹みの深さを浅くすることができる。これにより、平板部１の凹み部分に生じる応力を少なくし、クラックの発生を減少させることができるとともに、線路導体３が凹み部分で断線するのを防止することができて、気密封止性がよく線路導体３の接続にも問題がない入出力端子８とすることができる。
【００３８】
また、図２（ｂ）に示すように、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面の所定位置に最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートに積層圧力を十分にかけることができる。したがって、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが十分に塑性変形し、線路導体３の両側にある段差を容易に埋めることができる。その結果、線路導体３の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの気密性を高めることができる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されていても、線路導体３の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体３が狭い間隔で多数配置される多機能なパッケージ用の入出力端子８とすることができる。
【００３９】
さらにまた、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層５ｂを積層する際に平板部１の上面に加わる圧力が、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１と残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２との間の領域に分散されることとなり、平板部１の立壁部５が積層される部位に生じる凹みがゆるやかな傾斜を有するものとなり、凹み部分に生じる応力が分散して平板部１にクラックが生じたり、線路導体３が断線したりすることを防止することができる。
【００４０】
立壁部５の最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１は、残部のセラミック層５ｂの幅をＷ２とすれば、Ｗ２＋０．１ｍｍ≦Ｗ１≦Ｗ２＋０．５ｍｍとするのがよく、これにより残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシートを最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの上に積層する際に平板部１に加わる圧力を有効に分散させ、平板部１にクラック等の破損が発生するのを防止できる。また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂが多少ずれて積層されても、残部のセラミック層５ｂを最下層のセラミック層５ａの上に問題なく積層することができるとともに、線路導体３が最下層のセラミック層５ａで覆われる部分を最小限に抑えることができる。
【００４１】
Ｗ１＜Ｗ２＋０．１ｍｍの幅であると、最下層のセラミック層５ａの幅が残部のセラミック層５ｂの幅に対して十分に幅広とならず、残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部１に加わる圧力を十分分散させることができず、平板部１にクラック等の破損が発生するのを防止できない場合があり、また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂがずれて積層されると、残部のセラミック層５ｂを最下層のセラミック層５ａの上に問題なく積層することができなくなる場合がある。
【００４２】
またＷ１＞Ｗ２＋０．５ｍｍの幅であると、最下層のセラミック層５ａの幅が幅広となりすぎて、最下層のセラミック層５ａに覆われる線路導体３の長さが長くなってしまう。即ち、平板部１に露出する線路導体３の面積が小さいものとなって、線路導体３にリード端子をロウ付けして外部電気回路基板と電気的に接続したり、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することが困難となったりする場合がある。また、線路導体３が立壁部５の最下層のセラミック層５ａで覆われる部分が長くなると、線路導体３を伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなってしまい高周波信号を効率よく伝送できなくなる。
【００４３】
また立壁部５の残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２は好ましくは０．３〜１．５ｍｍであるのがよく、この幅であればパッケージ内部を気密に保持することのできる入出力端子８とすることができる。Ｗ２＜０．３ｍｍであると、立壁部５の幅が狭すぎることからパッケージ内部の気密を確実に保持できなくなる場合があり、入出力端子８をパッケージにロウ付けするときのパッケージとの熱膨張差によって、入出力端子８にクラック等の破損が生じる場合がある。Ｗ２＞１．５ｍｍであると、立壁部５の幅が広くなりすぎてしまい、立壁部５の直下の線路導体３を伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなってしまうので、高周波信号を効率よく伝送できなくなるとともに、入出力端子８が大型化してしまい近時の小型化傾向に適さないものとなる。
【００４４】
また好ましくは、最下層のセラミック層５ａの厚さは０．１〜０．５ｍｍであるのがよく、これにより最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを容易に塑性変形させて線路導体３の両側の段差を確実に埋めることができる。その結果、平板部１の上面と最下層のセラミック層５ａの間に隙間が生じて気密性が失われるのを確実に防止することができる。最下層のセラミック層５ａの厚さが０．１ｍｍ未満となると、線路導体３の厚みに対して薄くなりすぎてしまい、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを塑性変形させて線路導体３の両側の段差を埋めようとすると、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが変形しすぎてクラック等の破損が生じてしまう場合がある。また、最下層のセラミック層５ａの厚さが０．５ｍｍを超えると、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの厚さが厚くなりすぎてしまい、塑性変形し難くなるので、線路導体３の両側の段差を埋めるのが困難となる。
【００４５】
次に、本発明のパッケージについて図３に基づいて説明する。同図は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、２１は基体、２２は枠体、２３は取付部である。
【００４６】
本発明のパッケージは、上面の中央部に半導体素子２５が載置される載置部２１ａを有する基体２１と、この基体２１の上面に載置部２１ａを囲繞するように取着され、側部に形成された貫通孔または切欠きから成る入出力端子８の取付部２３が形成された枠体２２と、取付部２３に嵌着された入出力端子８とを具備している。
【００４７】
本発明のパッケージによれば、上記本発明の入出力端子８を具備していることから、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた小型のパッケージとすることができる。そして、このような特性を有するパッケージを製造する際に、入出力端子８にクラック等の破損が発生するのを確実に防止できることから、高い歩留まりで作製することが可能となり、量産性に優れるものとすることができる。
【００４８】
基体２１は、上面に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２５を載置するための載置部２１ａを有している。図３では載置部２１ａを凹部とした例を示したが、基体２１の上面を平坦にしてその上面に載置部２１ａを形成してもよい。
【００４９】
基体２１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属、またはＡｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックスから成る。基体２１が金属から成る場合、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、基体２１が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、こ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、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。
【００５０】
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、かつロウ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）層とを順次めっき法により被着させておくのがよい。これにより、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形成し、この表面に耐蝕性に優れ、かつロウ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層とを順次めっき法により被着させておくのがよい。これにより、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。
【００５１】
枠体２２は、基体２１上に載置部２１ａを囲繞するようにＡｇロウ、Ａｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材により接合されており、基体２１と同様にセラミックスまたは金属から成る。また、枠体２２の側部には、貫通孔または切欠きから成る入出力端子８の取付部２３が形成されている。なお、図３に示すように、基体２１にも同様の切欠きを設けて入出力端子８の取付部２３の一部が形成されていてもよい。
【００５２】
取付部２３は、枠体２２および基体２１がセラミックスからなる場合、内面にメタライズ層等の導電層が形成されている。この導電層は、基体２１および枠体２２またはこれらのうち一方に被着形成された接地導体に接続されて接地される。
【００５３】
取付部２３には本発明の入出力端子８がＡｇロウ、Ａｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材により嵌着接合されている。そして、入出力端子８の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、枠体２２および基体２１がセラミックスからなる場合、取付部２３の内面に形成された導電層に接続されることにより接地され、ケースグランドとなる。あるいは、枠体２２および基体２１が金属からなる場合、入出力端子８の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、金属製の枠体２２や基体２１に接続されて接地され、ケースグランドとなる。また、入出力端子８の上部接地導体６は、図３に示すように枠体２２の上面に取着されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ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っていてもよい。
【００５４】
なお、枠体２２がセラミックスから成る場合、入出力端子８は枠体２２の一部として一体的に成形されてもよい。
【００５５】
このような本発明のパッケージは、入出力端子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とともに、気密性に優れたものとすることができ、また多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた小型のものとすることができる。
【００５６】
そして、このようなパッケージの載置部２１ａに半導体素子２５を載置した後、半導体素子２５の電極と線路導体３とをボンディングワイヤ等の接続手段（図示せず）を介して接続し、パッケージの外側の線路導体３にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるリード端子（図示せず）等をＡｇロウなどの導電性接着材を介して接合して、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、必要に応じて枠体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ロウ材やＡｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材等により取着し、シールリング２４の上面にＦｅ−Ｎｉ−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等により取着することにより、半導体素子２５が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。
【００５７】
また、図３の実施の形態では枠体２２の対向する側部にも入出力端子８を設けているが、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８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８を並列的に複数取り付ければよい。
【００５８】
このような本発明の半導体装置は、上記本発明の入出力端子８を具備しているパッケージを備えていることから、高周波信号の伝送損失が少なく、気密性に優れた信頼性の高いものとすることができ、また多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた多機能なものとすることができる。
【００５９】
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。例えば、線路導体３となるメタライズ層には、Ｃｕ，Ａｇ等の導電性に優れた金属が含まれていてもよく、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送損失をさらに低減させ、高周波信号の伝送特性に優れたものとすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の入出力端子によれば、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および下面に下部接地導体を有するセラミックスから成る平板部と、この平板部の上面に線路導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部とを具備している入出力端子において、立壁部は複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層の線路導体の線路方向における幅が残部のセラミック層の幅よりも広いことより、平板部の上面に立壁部を積層する際に加わる圧力が、最下層のセラミック層の幅と残部のセラミック層の幅との間の領域に分散される。このため、平板部の立壁部が積層される部位の凹みが緩やかに傾斜した凹みとなり、上面に形成された線路導体が断線したり、平板部の凹み部分でクラックが生じたりするのを緩和することができ、気密性に優れたものとすることができる。
【００６１】
また残部のセラミック層の積層位置が多少ずれても、最下層のセラミック層の幅が残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることより、残部のセラミック層の積層が容易となる。
【００６２】
また、本発明の入出力端子の製造方法によれば、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製し、その後この積層体を焼成することから、一層ずつ積層する方法に対し、平板部の上面の同一箇所にセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることを防止でき、その結果、立壁部となるセラミックグリーンシートを積層するための圧力によって平板部上面の立壁部が積層される部位が深く凹むのを防止し、平板部にクラックが生じるのを防止するとともに、線路導体が断線するのを防止し、パッケージ内部を気密に保持することのできる入出力端子となる。
【００６３】
また、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層することから、線路導体を有する平板部の上面に最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、十分な積層圧力を加えることができ、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが塑性変形して線路導体の両側にある段差を埋めることが容易となる。その結果、線路導体の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの内部を気密に保持できる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されても線路導体の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体が狭い間隔で配置される多機能なパッケージ用の入出力端子とすることができる。
【００６４】
また、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部に加わる圧力を分散させ、平板部にクラック等の破損が発生するのを防止できる。
【００６５】
また、残部のセラミック層が積層位置から多少ずれて積層されたとしても、立壁部の最下層のセラミック層の幅が立壁部の残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることにより、確実に積層することができる。
【００６６】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、上面の中央部に半導体素子が載置され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、側部に形成された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上記本発明の入出力端子とを具備していることより、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた小型のパッケージとすることができる。
【００６７】
また、本発明の半導体装置によれば、上記本発明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、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることより、気密性を要する半導体素子を収納することができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた多機能な半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入出力端子の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の入出力端子の製造方法を説明する側面図である。
【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図４】従来の入出力端子の斜視図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は図４の入出力端子の製造方法を示す側面図である。
【符号の説明】
１：平板部
２：下部接地導体
３：線路導体
５：立壁部
５ａ：最下層のセラミック層
５ｂ：残部のセラミック層
６：上部接地導体
８：入出力端子
２１：基体
２２：枠体
２３：取付部
２５：半導体素子
２６：蓋体
【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に関し、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、入出力端子の製造方法およびこの入出力端子を具備している半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置に関する。
【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、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４に斜視図で示す。
【０００３】
同図において、１０１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体またはムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等の誘電体から成る四角平板状の平板部であり、平板部１０１はその上面に、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が形成される。また、平板部１０１の下面には、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１０２を有する。
【０００４】
また、平板部１０１の上面には、線路導体１０３の一部を間に挟んで接合されるとともに、上面に上部接地導体１０６を有するＡｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体または３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等の誘電体から成る直方体状の立壁部１０５が設置される。そのため、線路導体１０３は、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持されていない部位のマイクロストリップ線路と、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持される部位のストリップ線路とから成る。また、線路導体１０３の線路方向にほぼ平行な平板部１０１と立壁部１０５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１０７が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このような入出力端子１０８は、パッケージの側壁部に設けられた入出力端子の取付部にロウ付けして取付けられることによりパッケージ内外を遮断，封止し、パッケージ内部を気密に保つ。
【０００６】
この入出力端子１０８の立壁部１０５は、図５に示すように、平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上に立壁部１０５となる複数のセラミックグリーンシート１０５ａを順次積層し、その後焼結させて作製される。
【０００７】
このような入出力端子１０８は、上面の中央部に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部に形成された貫通孔または切欠きに入出力端子１０８の取付部が形成された枠体とから成るパッケージにおいて、枠体が金属製である場合（メタルウォールタイプ）は取付部に嵌着されロウ付けされることにより、または枠体がセラミックス製である場合（セラミックウォールタイプ）は、上記の入出力端子１０８と枠体とが一体的に形成されることにより、内部に収容する半導体素子と外部電気回路基板との間で入出力される信号の伝送線路として機能する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１００６９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の入出力端子１０８では、立壁部１０５となるセラミックグリーンシート１０５ａを平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面の同一箇所に順次積層していくと、平板部１０１の上面の同一箇所にセラミックグリーンシート１０５ａを積層するための圧力が繰り返し加わることとなり、この圧力によって平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面の立壁部１０５が積層される部位が凹んでしまう場合があった。平板部１０１となるセラミックグリーンシートが凹むことによって、平板部１０１となるセラミックグリーンシートにクラックが生じ、上面に形成された線路導体１０３が断線してしまったり、パッケージ内部を気密に保持できなくなったりする等の問題点が発生していた。
【００１０】
また立壁部１０５を平板部１０１に積層する際に、立壁部１０５となるセラミックグリーンシート１０５ａのみをすべて先に積層し、先に積層された立壁部１０５を平板部１０１となるセラミックグリーンシートの上面に積層することも考えられる。この場合には、平板部１０１の上面への積層回数を１回だけとすることができるが、平板部１０１の上面に立壁部１０５を積層する際に、立壁部１０５の上側から積層するための圧力を加えると、上面から加えられた圧力が複数のセラミックグリーンシート１０５ａに吸収されて、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層するための圧力が平板部１０１の上面に伝わり難くなる。その結果、平板部１０１の上面に立壁部１０５を強固に固定できなくなり、パッケージ内部を気密に保持できなくなる等の問題点が発生していた。
【００１１】
またこの場合には、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層する際、立壁部１０５はセラミックグリーンシート１０５ａが複数積層されて成るため塑性変形し難く、立壁部１０５を平板部１０１の上面に積層する際に線路導体１０３の両側に線路導体１０３の厚さによって生じる段差を埋めるのが困難となり、線路導体１０３の両側に隙間が生じてしまい易く、この隙間によって、パッケージ内部を気密に保持できなくなるという問題が発生していた。
【００１２】
また近時、パッケージの小型化のため、入出力端子１０８が小型化され入出力端子１０８の幅が狭くなり線路導体１０３と平板部１０１の側面までの距離が短くなる傾向にあるとともに、パッケージの多機能化のため、平板部１０１の上面に複数の線路導体１０３を狭い間隔で配置する傾向にあり、セラミックグリーンシート１０５ａを塑性変形させて線路導体１０３の両側の段差を埋めることがより困難となってきた。従って、このような入出力端子１０８においては、線路導体１０３の両側に隙間が生じてしまい易く、パッケージ内部を気密に保持できなくなるという問題が顕著に現れるようになってきた。
【００１３】
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、半導体素子収納用パッケージに収容した半導体素子に高周波信号を入出力させる入出力端子の線路導体の断線を防止するとともに、半導体素子収納用パッケージの内部を気密に保持することのできる入出力端子、およびこれを用いた高周波信号の入出力が良好で、気密性に優れた半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の入出力端子は、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および下面に下部接地導体を有するセラミックスから成る平板部と、この平板部の上面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部とを具備している入出力端子において、前記立壁部は、複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層の前記線路導体の線路方向における幅が残部の前記セラミック層の幅よりも広いことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の入出力端子によれば、立壁部の最下層のセラミック層の線路導体の線路方向における幅が、立壁部の残部のセラミック層の幅よりも広いことより、平板部の上面に立壁部を積層する際に加わる圧力が、最下層のセラミック層の幅と残部のセラミック層の幅との間の領域、すなわち最下層のセラミック層の残部のセラミック層が積層されていない領域に分散される。このため、平板部の立壁部が積層される部位の凹みが緩やかに傾斜した凹みとなり、上面に形成された線路導体が断線したり、平板部の凹み部分でクラックが生じたりするのを緩和することができ、気密性に優れたものとすることができる。
【００１６】
また残部のセラミック層の積層位置が多少ずれても、最下層のセラミック層の幅が残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることより、残部のセラミック層の積層が容易となる。
【００１７】
また、本発明の入出力端子の製造方法は、前記平板部となるセラミックグリーンシートの上面に前記立壁部の前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで前記立壁部の残部の前記セラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して前記入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製し、その後この積層体を焼成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の入出力端子の製造方法によれば、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製することから、一層ずつ積層する方法に対し、平板部の上面の同一箇所にセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることを防止でき、その結果、立壁部となるセラミックグリーンシートを積層するための圧力によって平板部上面の立壁部が積層される部位が深く凹むのを防止し、平板部にクラックが生じるのを防止するとともに、線路導体が断線するのを防止し、パッケージ内部を気密に保持することができる入出力端子を製造できる。
【００１９】
また、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層することから、線路導体を有する平板部の上面に最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、十分な積層圧力を加えることができ、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが塑性変形して線路導体の両側にある段差を埋めることが容易となる。その結果、線路導体の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの内部を気密に保持できる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されても線路導体の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体が狭い間隔で配置される多機能なパッケージ用の入出力端子とすることができる。
【００２０】
また、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部に加わる圧力を分散させ、平板部にクラック等の破損が発生するのを防止できる。
【００２１】
また残部のセラミック層が積層位置から多少ずれて積層されたとしても、立壁部の最下層のセラミック層の幅が立壁部の残部セラミック層の幅よりも幅広とされていることにより、確実に積層することができる。
【００２２】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に形成された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上記本発明の入出力端子とを具備していることを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、本発明の入出力端子を具備していることより、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた小型のパッケージとすることができる。
【００２４】
また、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、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００２５】
本発明の半導体装置によれば、本発明の半導体素子収納用パッケージを具備していることより、気密性を要する半導体素子を収納することができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた多機能な半導体装置とすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の入出力端子、半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置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の実施の形態の一例を示す斜視図である。同図において、１は平板部、２は下部接地導体、３は線路導体、５は立壁部、５ａは立壁部の最下層のセラミック層、５ｂは立壁部の残部のセラミック層、６は上部接地導体、８は入出力端子である。
【００２７】
本発明の入出力端子８は、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および下面に下部接地導体２を有するセラミックスから成る四角平板状の平板部１と、この平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体６が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部５とを具備しており、平板部１と立壁部５は複数のセラミックグリーンシートが積層された積層体を焼結した複数のセラミック層から成り、立壁部５の最下層のセラミック層５ａの線路導体３の線路方向における幅Ｗ１が立壁部５の残部セラミック層５ｂの幅Ｗ２よりも広い形状とされている。
【００２８】
平板部１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスからなる四角平板状のものである。
【００２９】
線路導体３は、平板部１の上面に一辺から対向する他辺にかけて形成されたタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等のメタライズ層から成り、パッケージの外部に露出する一端に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子（図示せず）等が接続される。線路導体３は通常厚さ５〜５０μｍ、幅０．１〜３ｍｍに形成される。
【００３０】
立壁部５は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックスからなる直方体状のものであり、平板部１の上面に線路導体３の一部を間に挟んで接合されている。
【００３１】
また通常、平板部１の下面および立壁部５の上面にはそれぞれ全面に線路導体３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体２および上部接地導体６を有する。さらに、平板部１の側面および立壁部５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７が形成されている。これらの下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７により、線路導体３に対する接地が強化され、線路導体３の高周波信号の伝送特性が優れたものとなる。
【００３２】
また、立壁部５は図２（ａ）に示すように複数のセラミックグリーンシートが積層されて成り、立壁部５の最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が立壁部５の残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２よりも幅広とされている。
【００３３】
最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２より幅広とされていることにより、平板部１の上面に立壁部５を積層する際に平板部１の上面に加わる圧力が、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１と残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２との間の領域、すなわち最下層のセラミック層５ａの残部のセラミック層５ｂが積層されていない領域に分散されることとなる。このため、平板部１の立壁部が積層される部位に生じる凹みがこの領域にゆるやかな傾斜を有する形状の凹みとなり、この傾斜が急峻な場合にその急峻な傾斜部に応力が集中してクラックが生じたり、上面に形成された線路導体３が急峻な傾斜により断線したりすることを緩和することができる。その結果、気密封止性がよく、線路導体３の導通信頼性もよい入出力端子とすることができる。
【００３４】
また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂを積層する際に、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１が幅広とされているために、残部のセラミック層５ｂの積層位置が幅方向に多少ずれても問題なく積層できる。
【００３５】
このような入出力端子８は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体（アルミナ質セラミックス）から成る場合、先ず酸化アルミニウム，酸化珪素（ＳｉＯ２），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，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てから、それぞれのセラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工する。
【００３６】
次に、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ，可塑剤，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、このセラミックグリーンシートに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下部接地導体２，線路導体３，上部接地導体６となるメタライズ層の所定パターンに形成する。その後、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面の所定位置に立壁部５の最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部５の残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシート同士を複数枚積層し、これを最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子８となるセラミックグリーンシートの積層体を得る。最後に、この積層体の側面接地導体７となる部分に上記同様の金属ペーストを塗布した後、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。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部５となるセラミックグリーンシートを一層ずつ積層する方法では、平板部１の上面のセラミックグリーンシートの積層部分に各層のセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることとなる。これに対し、上記方法によれば、平板部１の上面の積層部分に加わる圧力は、図２（ｂ）に示すように、最下層のセラミックグリーンシート５ａを積層するときと、残部のセラミックグリーンシート５ｂを積層するときとの２度だけとなるので、積層圧力が平板部１に繰り返し加わって平板部１の上面に生じる凹みの深さを浅くすることができる。これにより、平板部１の凹み部分に生じる応力を少なくし、クラックの発生を減少させることができるとともに、線路導体３が凹み部分で断線するのを防止することができて、気密封止性がよく線路導体３の接続にも問題がない入出力端子８とすることができる。
【００３８】
また、図２（ｂ）に示すように、平板部１となるセラミックグリーンシートの上面の所定位置に最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートに積層圧力を十分にかけることができる。したがって、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが十分に塑性変形し、線路導体３の両側にある段差を容易に埋めることができる。その結果、線路導体３の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの気密性を高めることができる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されていても、線路導体３の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体３が狭い間隔で多数配置される多機能なパッケージ用の入出力端子８とすることができる。
【００３９】
さらにまた、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層５ｂを積層する際に平板部１の上面に加わる圧力が、最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１と残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２との間の領域に分散されることとなり、平板部１の立壁部５が積層される部位に生じる凹みがゆるやかな傾斜を有するものとなり、凹み部分に生じる応力が分散して平板部１にクラックが生じたり、線路導体３が断線したりすることを防止することができる。
【００４０】
立壁部５の最下層のセラミック層５ａの幅Ｗ１は、残部のセラミック層５ｂの幅をＷ２とすれば、Ｗ２＋０．１ｍｍ≦Ｗ１≦Ｗ２＋０．５ｍｍとするのがよく、これにより残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシートを最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの上に積層する際に平板部１に加わる圧力を有効に分散させ、平板部１にクラック等の破損が発生するのを防止できる。また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂが多少ずれて積層されても、残部のセラミック層５ｂを最下層のセラミック層５ａの上に問題なく積層することができるとともに、線路導体３が最下層のセラミック層５ａで覆われる部分を最小限に抑えることができる。
【００４１】
Ｗ１＜Ｗ２＋０．１ｍｍの幅であると、最下層のセラミック層５ａの幅が残部のセラミック層５ｂの幅に対して十分に幅広とならず、残部のセラミック層５ｂとなるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部１に加わる圧力を十分分散させることができず、平板部１にクラック等の破損が発生するのを防止できない場合があり、また、最下層のセラミック層５ａの上に残部のセラミック層５ｂがずれて積層されると、残部のセラミック層５ｂを最下層のセラミック層５ａの上に問題なく積層することができなくなる場合がある。
【００４２】
またＷ１＞Ｗ２＋０．５ｍｍの幅であると、最下層のセラミック層５ａの幅が幅広となりすぎて、最下層のセラミック層５ａに覆われる線路導体３の長さが長くなってしまう。即ち、平板部１に露出する線路導体３の面積が小さいものとなって、線路導体３にリード端子をロウ付けして外部電気回路基板と電気的に接続したり、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することが困難となったりする場合がある。また、線路導体３が立壁部５の最下層のセラミック層５ａで覆われる部分が長くなると、線路導体３を伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなってしまい高周波信号を効率よく伝送できなくなる。
【００４３】
また立壁部５の残部のセラミック層５ｂの幅Ｗ２は好ましくは０．３〜１．５ｍｍであるのがよく、この幅であればパッケージ内部を気密に保持することのできる入出力端子８とすることができる。Ｗ２＜０．３ｍｍであると、立壁部５の幅が狭すぎることからパッケージ内部の気密を確実に保持できなくなる場合があり、入出力端子８をパッケージにロウ付けするときのパッケージとの熱膨張差によって、入出力端子８にクラック等の破損が生じる場合がある。Ｗ２＞１．５ｍｍであると、立壁部５の幅が広くなりすぎてしまい、立壁部５の直下の線路導体３を伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなってしまうので、高周波信号を効率よく伝送できなくなるとともに、入出力端子８が大型化してしまい近時の小型化傾向に適さないものとなる。
【００４４】
また好ましくは、最下層のセラミック層５ａの厚さは０．１〜０．５ｍｍであるのがよく、これにより最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを容易に塑性変形させて線路導体３の両側の段差を確実に埋めることができる。その結果、平板部１の上面と最下層のセラミック層５ａの間に隙間が生じて気密性が失われるのを確実に防止することができる。最下層のセラミック層５ａの厚さが０．１ｍｍ未満となると、線路導体３の厚みに対して薄くなりすぎてしまい、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートを塑性変形させて線路導体３の両側の段差を埋めようとすると、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートが変形しすぎてクラック等の破損が生じてしまう場合がある。また、最下層のセラミック層５ａの厚さが０．５ｍｍを超えると、最下層のセラミック層５ａとなるセラミックグリーンシートの厚さが厚くなりすぎてしまい、塑性変形し難くなるので、線路導体３の両側の段差を埋めるのが困難となる。
【００４５】
次に、本発明のパッケージについて図３に基づいて説明する。同図は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、２１は基体、２２は枠体、２３は取付部である。
【００４６】
本発明のパッケージは、上面の中央部に半導体素子２５が載置される載置部２１ａを有する基体２１と、この基体２１の上面に載置部２１ａを囲繞するように取着され、側部に形成された貫通孔または切欠きから成る入出力端子８の取付部２３が形成された枠体２２と、取付部２３に嵌着された入出力端子８とを具備している。
【００４７】
本発明のパッケージによれば、上記本発明の入出力端子８を具備していることから、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた小型のパッケージとすることができる。そして、このような特性を有するパッケージを製造する際に、入出力端子８にクラック等の破損が発生するのを確実に防止できることから、高い歩留まりで作製することが可能となり、量産性に優れるものとすることができる。
【００４８】
基体２１は、上面に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２５を載置するための載置部２１ａを有している。図３では載置部２１ａを凹部とした例を示したが、基体２１の上面を平坦にしてその上面に載置部２１ａを形成してもよい。
【００４９】
基体２１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属、またはＡｌ２Ｏ３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体等のセラミックスから成る。基体２１が金属から成る場合、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、基体２１が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、こ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、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。
【００５０】
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、かつロウ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）層とを順次めっき法により被着させておくのがよい。これにより、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形成し、この表面に耐蝕性に優れ、かつロウ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層とを順次めっき法により被着させておくのがよい。これにより、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。
【００５１】
枠体２２は、基体２１上に載置部２１ａを囲繞するようにＡｇロウ、Ａｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材により接合されており、基体２１と同様にセラミックスまたは金属から成る。また、枠体２２の側部には、貫通孔または切欠きから成る入出力端子８の取付部２３が形成されている。なお、図３に示すように、基体２１にも同様の切欠きを設けて入出力端子８の取付部２３の一部が形成されていてもよい。
【００５２】
取付部２３は、枠体２２および基体２１がセラミックスからなる場合、内面にメタライズ層等の導電層が形成されている。この導電層は、基体２１および枠体２２またはこれらのうち一方に被着形成された接地導体に接続されて接地される。
【００５３】
取付部２３には本発明の入出力端子８がＡｇロウ、Ａｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材により嵌着接合されている。そして、入出力端子８の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、枠体２２および基体２１がセラミックスからなる場合、取付部２３の内面に形成された導電層に接続されることにより接地され、ケースグランドとなる。あるいは、枠体２２および基体２１が金属からなる場合、入出力端子８の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、金属製の枠体２２や基体２１に接続されて接地され、ケースグランドとなる。また、入出力端子８の上部接地導体６は、図３に示すように枠体２２の上面に取着されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ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っていてもよい。
【００５４】
なお、枠体２２がセラミックスから成る場合、入出力端子８は枠体２２の一部として一体的に成形されてもよい。
【００５５】
このような本発明のパッケージは、入出力端子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とともに、気密性に優れたものとすることができ、また多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた小型のものとすることができる。
【００５６】
そして、このようなパッケージの載置部２１ａに半導体素子２５を載置した後、半導体素子２５の電極と線路導体３とをボンディングワイヤ等の接続手段（図示せず）を介して接続し、パッケージの外側の線路導体３にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるリード端子（図示せず）等をＡｇロウなどの導電性接着材を介して接合して、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、必要に応じて枠体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ロウ材やＡｇ−Ｃｕロウ材等の高融点金属ロウ材等により取着し、シールリング２４の上面にＦｅ−Ｎｉ−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等により取着することにより、半導体素子２５が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。
【００５７】
また、図３の実施の形態では枠体２２の対向する側部にも入出力端子８を設けているが、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８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８を並列的に複数取り付ければよい。
【００５８】
このような本発明の半導体装置は、上記本発明の入出力端子８を具備しているパッケージを備えていることから、高周波信号の伝送損失が少なく、気密性に優れた信頼性の高いものとすることができ、また多数の信号を入出力するための多数の線路導体３を備えた多機能なものとすることができる。
【００５９】
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。例えば、線路導体３となるメタライズ層には、Ｃｕ，Ａｇ等の導電性に優れた金属が含まれていてもよく、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送損失をさらに低減させ、高周波信号の伝送特性に優れたものとすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の入出力端子によれば、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および下面に下部接地導体を有するセラミックスから成る平板部と、この平板部の上面に線路導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部とを具備している入出力端子において、立壁部は複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層の線路導体の線路方向における幅が残部のセラミック層の幅よりも広いことより、平板部の上面に立壁部を積層する際に加わる圧力が、最下層のセラミック層の幅と残部のセラミック層の幅との間の領域に分散される。このため、平板部の立壁部が積層される部位の凹みが緩やかに傾斜した凹みとなり、上面に形成された線路導体が断線したり、平板部の凹み部分でクラックが生じたりするのを緩和することができ、気密性に優れたものとすることができる。
【００６１】
また残部のセラミック層の積層位置が多少ずれても、最下層のセラミック層の幅が残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることより、残部のセラミック層の積層が容易となる。
【００６２】
また、本発明の入出力端子の製造方法によれば、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製し、その後この積層体を焼成することから、一層ずつ積層する方法に対し、平板部の上面の同一箇所にセラミックグリーンシートを積層するための圧力が繰り返し加わることを防止でき、その結果、立壁部となるセラミックグリーンシートを積層するための圧力によって平板部上面の立壁部が積層される部位が深く凹むのを防止し、平板部にクラックが生じるのを防止するとともに、線路導体が断線するのを防止し、パッケージ内部を気密に保持することのできる入出力端子となる。
【００６３】
また、平板部となるセラミックグリーンシートの上面に立壁部の最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで立壁部の残部のセラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層することから、線路導体を有する平板部の上面に最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを単層で積層するので、十分な積層圧力を加えることができ、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが塑性変形して線路導体の両側にある段差を埋めることが容易となる。その結果、線路導体の両側に隙間が生じることがなく、パッケージの内部を気密に保持できる。また、複数の線路導体が狭い間隔で配置されても線路導体の両側の段差を埋めることが容易なので、複数の線路導体が狭い間隔で配置される多機能なパッケージ用の入出力端子とすることができる。
【００６４】
また、最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートが幅広であることより、残部のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層する際に平板部に加わる圧力を分散させ、平板部にクラック等の破損が発生するのを防止できる。
【００６５】
また、残部のセラミック層が積層位置から多少ずれて積層されたとしても、立壁部の最下層のセラミック層の幅が立壁部の残部のセラミック層の幅よりも幅広とされていることにより、確実に積層することができる。
【００６６】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、上面の中央部に半導体素子が載置され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、側部に形成された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上記本発明の入出力端子とを具備していることより、気密性に優れたパッケージとすることができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた小型のパッケージとすることができる。
【００６７】
また、本発明の半導体装置によれば、上記本発明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、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることより、気密性を要する半導体素子を収納することができ、多数の信号を入出力するための多数の線路導体を備えた多機能な半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の入出力端子の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の入出力端子の製造方法を説明する側面図である。
【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図４】従来の入出力端子の斜視図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は図４の入出力端子の製造方法を示す側面図である。
【符号の説明】
１：平板部
２：下部接地導体
３：線路導体
５：立壁部
５ａ：最下層のセラミック層
５ｂ：残部のセラミック層
６：上部接地導体
８：入出力端子
２１：基体
２２：枠体
２３：取付部
２５：半導体素子
２６：蓋体
Claims (4)
- 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および下面に下部接地導体を有するセラミックスから成る平板部と、該平板部の上面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成されたセラミックスから成る直方体状の立壁部とを具備している入出力端子において、前記立壁部は、複数のセラミック層が積層されて成るとともに、最下層のセラミック層の前記線路導体の線路方向における幅が残部の前記セラミック層の幅よりも広いことを特徴とする入出力端子。
- 請求項１記載の入出力端子の製造方法であって、前記平板部となるセラミックグリーンシートの上面に前記立壁部の前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートを積層し、次いで前記立壁部の残部の前記セラミック層となる複数のセラミックグリーンシート同士を積層し、前記最下層のセラミック層となるセラミックグリーンシートの上に積層して前記入出力端子となるセラミックグリーンシートの積層体を作製し、その後該積層体を焼成することを特徴とする入出力端子の製造方法。
- 上面の中央部に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に形成された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てい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３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、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着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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