JP2007012717A - パッケージ型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、特に発熱素子、およびその発熱素子を冷却するための冷却素子を有する半導体装置を単一のパッケージに収納したパッケージ型半導体装置に関し、パッケージ内における高周波信号の損失および反射を低減し、また、外部から冷却素子に流入する熱を遮断することによって冷却素子における消費電力を抑制し、高効率で低消費電力なパッケージ型半導体装置を提供することである。
【解決手段】
パッケージ内の高周波線路に、熱伝導率が低く、且つフレキシブルな誘電体素材により形成される基板を用いる。そして、パッケージ内部における基板の配置精度を向上させ、ボンディングワイヤーの長さを短くする。これにより、パッケージ内部における高周波信号の損失を低減する。さらに、パッケージ外部から高周波線路を介して冷却素子に伝導する熱流量が低減されることにより、冷却素子の消費電力が少なくなり、パッケージ型半導体装置全体の消費電力の低減が実現する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、発熱素子、およびその発熱素子を冷却するための冷却素子を有する半導体装置を単一のパッケージに収納したパッケージ型半導体装置に関する。

従来の光通信用パッケージ型半導体装置を図１に示す。図１に示される従来の光通信用パッケージ型半導体装置は、パッケージ１内部に、例えば半導体レーザダイオード（ＬＤ）５、フォトダイオード（ＰＤ；図には示さず）、高周波回路基板５１を有している。パッケージ１は、ＣｕＷ２０やＫｏｖａｒからなる合金材料で構成されている。また、パッケージ１にはセラミック材のフィードスルー２が貫入されて、セラミック材のフィードスルー２上に導体により形成された信号線路（フィードスルー）を介して、外部からパッケージ１内部に、高周波信号、ＬＤ駆動電源、およびＰＤ駆動電源が供給される。パッケージ１内部に配置されている半導体レーザ５は、駆動温度により発振波長や光出力が変動する。このため、所望の波長や光出力を得るために、半導体レーザ５を一定温度で動作するように温度制御することが必要となる。従来の光通信用パッケージ型半導体装置では、パッケージ１内部に配置される冷却素子３上に高い熱伝導率の放熱部材４が実装され、その上に半導体レーザ５を実装した小型実装基板６が積載された。高周波回路基板５１、および小型実装基板６には、半導体レーザ５の熱を効率良く排熱するように、アルミナや窒化アルミニウムなどのセラミック材からなる材料が用いられる。更に、小型実装基板６上に形成される信号線路と、高周波回路基板５１および半導体レーザ５とのインピーダンス整合をとるように、高周波回路基板５１、および小型実装基板６それぞれの厚み、あるいは信号線路の幅が設定される。

上記した技術に関連して、以下に示す提案がなされている。

特開２００１−２７４２７０号公報に開示されている「半導体素子収納用パッケージ」では、上面に放熱板を介して半導体素子を載置する載置部を有する基体と、該基体上面に前記放熱板を囲繞するように取着され、かつ側部に貫通孔または切欠部から成る取付部を有する、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＣｕから成る枠体と、取付部に嵌着される入出力端子とから成る半導体素子収納用パッケージにおいて、放熱板は、厚さ方向に配向した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から成り、かつ上面および下面に放熱板側からＦｅ−Ｃｒ合金層とＣｕ層とが順に積層された金属層が被着されており、基体はＣｕから成るとともに厚さが０．５〜３ｍｍである半導体素子収納用パッケージが提案されている。

また、特開２００３−２７３２７８号公報に開示されている「パッケージ型半導体装置」では、絶縁性フィルムと、この絶縁性フィルムの両面に設けられ配線パターンを構成する第１及び第２の導電体層と、この第１導電体層上に搭載された集積回路と、第１導電体層に形成された配線パターンと他方の第２導電体層に形成された配線パターンとを接続する導電体と、を有し、第１及び第２導電体層に形成された配線パターンの一部は、特性インピーダンスを基に高周波特性を考慮して設計された高速用配線であり、絶縁性フィルムの集積回路側の一方の部分が搭載用基板上に搭載され、絶縁性フィルムの他方の部分の端部に他の基板との接続部が設けられているパッケージ型半導体装置が提案されている。

また、特開２００４−３０１８７３号公報に開示されている「光半導体素子モジュール」では、光半導体素子と、光半導体素子を載置する基板と、基板上で光半導体素子の周辺に配置された温度検出素子と、基板を載置した電子冷却素子と、
電気信号端子の設けられた第１の側方壁面、および第１の側方壁面と対向配置された第２の側方壁面を有し、底面に電子冷却素子を載置したパッケージと、一端がパッケージの第１の側方壁面に接合され、他端が基板上面における第１の側方壁面側に接合されて、電気信号端子と光半導体素子とを電気的に接続する給電線路とを備え、光半導体素子は、第１の側方壁面よりも第２の側方壁面の方に近くなるように配置された光半導体素子モジュールが提案されている。

特開２００１−２７４２７０号公報 特開２００３−２７３２７８号公報 特開２００４−３０１８７３号公報

図１に示される従来の光通信用パッケージ型半導体装置では、高周波基板５１と、パッケージ１に貫入されているセラミック材のフィードスルー２上に形成されている信号線路との接続は、通常ボンディングワイヤ５２を用いて行われている。ボンディングワイヤ５２による接続の場合、ワイヤの長さが長くなると高周波信号の損失や反射が大きくなるため、通常はできるだけワイヤの長さを短くすることが求められている。ボンディングワイヤ５２の長さを短くするためには、冷却素子３や放熱部材４、および高周波基板５１を精度よく実装することが必要であり、高精度の実装技術や装置を必要とした。例えば信号線路としてコプレーナ線路を用いた場合、１本の信号線路と２本のグランド線路との間隔は、それぞれ１００〜２００（ｕｍ）であり、この線路間隔に合わせる精度で、冷却素子３、放熱部材４、高周波基板５１、小型実装基板６、そして半導体レーザ５を実装することが必要であった。基板や素子類の高精度実装には多くの作業工程が必要となり、それに伴う工数が必要となる。このため、製品コストの上昇を招くことが問題であった。

上記ボンディングワイヤの長さに起因する高周波信号の損失や反射の問題を解決するために、例えば図２に示すように、セラミック材のフィードスルー５３の高周波基板５１と隣接する側に段差５３ａを形成し、フィードスルー５３と放熱基板上４の高周波基板５１とを寸間なく接続できるようにした構造がある。この構造を採用することによって両者を電気的に接続するボンディングワイヤを短くすることができる。また、セラミック材のフィードスルー５３のグラウンド部分と高周波基板５１とのグラウンド部分を共通とすることにより、高周波基板５１のグラウンドを強化して、高周波基板５１上を伝送する高周波信号の通過損失を低減する。しかし、図２に示す構造では、セラミック材のフィードスルー５３と放熱基板４上に積載された高周波基板５１とが物理的に接触しているため、パッケージ１外部から放熱基板４を介して冷却素子３へ流入してくる熱流量が大きくなる。このため、冷却素子３の消費電力が増大するという問題があった。例えば、高周波基板５１の材料をアルミナ（熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ）とし、高周波基板５１の寸法として厚さ０．３ｍｍ、幅１ｍｍ、長さ２ｍｍのものを用いた場合、外部から高周波基板５１および放熱基板４を介して冷却素子３へ流入してくる熱の熱伝導は少なくとも４．５ｍＷ／Ｋと見積もられる。更に、高周波基板５１のセラミック材による熱伝導率に加えて、セラミック材のそれぞれの面上に導体によって形成されるグランド部および信号線路による熱伝導率を考慮しなければならない。導体の部材をＡｕ（熱伝導率３００Ｗ／ｍ・Ｋ）とし、セラミック材の両面上にそれぞれ厚さ５ｕｍの導体が形成されたとした場合、導体による熱伝導は０．７５ｍＷ／Ｋとなる。この結果、高周波基板５１のセラミック材による熱伝導と、セラミック材上に形成された導体部による熱伝導とを合わせて、外部から冷却素子３への熱伝導は、概ね５ｍＷ／Ｋ以上と見積もられる。

更に、図２に示すように、放熱基板４とセラミック材のフィードスルー５３とが近接して配置される場合には、上記アルミナ素材により形成される高周波基板５１を介して外部から伝わる熱の熱伝導率は更に大きくなる。例えば、放熱基板４とセラミック材のフィードスルー５３との間隔を０．５ｍｍとした場合、アルミナ高周波基板５１を介して外部から伝わる熱の熱伝導は２１ｍＷ／Ｋとなる。この場合、半導体レーザ５の温度を２５℃、外部の環境温度を７５℃とすると、冷却素子３へ流入する熱量は１Ｗを超える。これは、半導体レーザ５の駆動電圧１．５Ｖ、および駆動電流１００ｍＡに基づいて算出される消費電力０．１５Ｗと比較しても非常に大きく、外部から伝導する熱に起因する冷却素子の消費電力の増大が問題となる。

また、図３に示すように、従来のパッケージ型半導体装置においては、半導体レーザ５に高周波信号を入力する際に、入力信号の反射を防止するための終端抵抗７が半導体レーザ５と同じ放熱基板４上に実装されているため、この終端抵抗７による発熱によっても冷却素子３の消費電力が増大する問題があった。

パッケージ型半導体装置には、近年さらなる低消費電力化が要求されており、冷却素子３の消費電力増大は大きな障害となっている。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のパッケージ型半導体装置（３０，３５，４０）は、パッケージ（１）と、パッケージに格納される半導体素子（５）と、半導体素子に接続されて半導体素子を一定温度に保持するための冷却素子（３）と、パッケージの第１の位置に設けられる入力部（２）と半導体素子との間に配設され、入力部から半導体素子の電力としてパッケージ内部に入力される高周波信号を伝送するための、セラミック素材よりも熱伝導率の低い誘電体素材で形成されるフレキシブル基板（１１ａ）とを備える。

本発明により、特に発熱素子、およびその発熱素子を冷却するための冷却素子を有する半導体装置を単一のパッケージに収納したパッケージ型半導体装置に関し、パッケージ内における高周波信号の損失および反射を低減し、また、外部から冷却素子に流入する熱を遮断することによって冷却素子における消費電力を抑制し、高効率で低消費電力なパッケージ型半導体装置を提供することができる。

添付図面を参照して、本発明によるパッケージ型半導体装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。本発明は、特に、レーザダイオード等の発熱素子および当該発熱素子を冷却するための冷却素子を有する半導体装置を単一のパッケージに収納したパッケージ型半導体装置である。

本発明によるパッケージ型半導体装置では、パッケージ内に配置される高周波線路の基板素材に、熱伝導率が低く、且つフレキシブルな誘電体を用いる。これにより、パッケージ内部における基板の配置精度を向上させて、パッケージ内部におけるボンディングワイヤーの長さを短くする。そして、パッケージ内部における高周波信号の損失を低減する。さらに、パッケージ外部から高周波線路を介して冷却素子に伝導する熱流量が低減されることにより、冷却素子の消費電力が少なくなり、パッケージ型半導体装置全体の消費電力の低減が実現する。また、レーザダイオード等の発熱素子に高周波信号を入射する際に生じる、信号の反射を防止する目的で備えられる終端抵抗を、当該発熱素子を冷却するための冷却素子とは分離した場所に実装する。これにより、終端抵抗で発生する熱が冷却素子に伝導することを防止し、冷却素子における消費電力を低減することが可能となる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（側面）を図４Ａに示す。本実施の形態に係わるパッケージ型半導体装置３０は、小型基板６に積置されたレーザを発信するためのレーザダイオード５と、レーザダイオード５を規定温度に維持するための冷却素子４と、これらを格納するためのパッケージ１と、パッケージ１の側壁に貫入されて、レーザダイオード５に入力する高周波信号をパッケージ１外部から内部に導入するフィードスルー２を備えている。フィードスルー２は、セラミック部材上に、導体の信号線路およびグランド線路が形成されることにより構成される。また、小型基板６に積置されたレーザダイオード５は、放熱基板４を介して冷却素子３の上に配置される。本実施の形態において、レーザダイオード５は小型基板６の上に実装されているが、放熱基板４または冷却素子３の上に直接実装されても良い。フィードスルー２を介してパッケージ内に導入された高周波信号は、フィードスルー２と小型基板６との間に配置される低熱伝導率の部材で構成されるフレキシブル基板１１ａを通ってレーザダイオード５に入力される。高周波信号の入力に基づいてレーザダイオード５から放射されるレーザは、パッケージ１内部に配置されて、レーザダイオード５から放射されるレーザを平行光線に変換するための第一レンズ２１により平行光線とされ、パッケージ１に配設された窓部２４を通過してパッケージ１外部に導出される。窓部２４は通常、サファイアやガラス部材により形成される。パッケージ外部には、平行なレーザ光線を収束するための第二レンズ２２が配置されている。そして、収束されたレーザ光線は、光ファイバ２３に入力されて光信号として伝送される。本実施の形態においては、光ファイバ２３に集光するために２枚のレンズを用いているが、第一レンズ２１を集光レンズとすることで一枚のレンズにて光ファイバ２３へ集光することも可能である。また光ファイバ２３に結合するだけでなく、レセプタクルに結合しても良い。

図４Ｂに、本実施の形態の上面から見た概略構成を示す。パッケージ１に貫入されているフィードスルー２の上面には、高周波信号線２ａとグランド端子２ｂとがそれぞれ形成されている。セラミック材のフィードスルー２上面には、この他にも図示せぬ冷却素子３駆動用の電源端子、熱伝対（サーミスタ素子）端子、モニター用のフォトダイオード端子などが設けられている。また、フィードスルー２上面に形成される高周波信号線２ａとグランド端子２ｂなどの端子の配置位置は、本実施の形態において示される位置に限定されるものではない。

本実施の形態においては、レーザダイオード５に高周波信号を入射する際に生じる信号の反射を防止する目的で、レーザダイオード５にフレキシブル基板１１ｂを介して終端抵抗７が接続される。終端抵抗７は、図４Ｃに示すように、レーザダイオード５を冷却するための冷却素子３とは分離した台座８上に配置される。フィードスルー２上の信号線路２ａとフレキシブル基板１１ａ上の信号線路との間は、ボンディングワイヤ１５０により接続される。また、フレキシブル基板１１ａ上の信号線路とレーザダイオード５との間は、ボンディングワイヤ１５１により接続される。同様に、レーザダイオード５とフレキシブル基板１１ｂ間、およびフレキシブル基板１１ｂと終端抵抗７との間は、それぞれボンディングワイヤ１５２、１５３で接続される。

本実施の形態に係わるパッケージ型半導体装置３０のパッケージ１内部は、通常、温度や湿気などの外部環境の変化による高周波信号の特性変化を防止するために不活性ガス等により気密封止される。但し、外部環境の変化の少ない箇所で使用することが判っている場合であれば、特にパッケージ１内を気密に封止する必要はない。

本実施の形態のパッケージ型半導体装置３０が起動すると、高周波信号が、フィードスルー２上に形成されている信号線２ａとグランド端子２ｂとを介してパッケージ１内部に入力される。パッケージ１内に入力された高周波信号を減衰させることなくレーザダイオード５に伝送するために、信号線２ａの端部直近にフレキシブル基板１１ａの端部を配置する。また、フレキシブル基板１１ａのもう一方の端部は、レーザダイオード５の直近に配置される。この構造により、フィードスルー２とフレキシブル基板１１ａ間、および、フレキシブル基板１１ａとレーザダイオード５間に接続されるボンディングワイヤ１５０，１５１の長さを短くすることができる。また、図４Ｂ，および図４Ｃに示すように、レーザダイオード５と終端抵抗７との間もフレキシブル基板１１ｂで接続される。フレキシブル基板１１ｂによる接続のため、当該箇所においても、レーザダイオード５とフレキシブル基板１１ｂ、およびフレキシブル基板１１ｂと終端抵抗７との間の実装精度を向上させることが可能となる。この結果、レーザダイオード５とフレキシブル基板１１ｂ間、およびフレキシブル基板１１ｂと終端抵抗７との間の信号線それぞれを接続するボンディングワイヤ１５２、１５３の長さを短くすることが出来る。これにより、フィードスルー２を介してパッケージ１内に入力される高周波信号を信号線路および基板間のボンディングワイヤ部において、減衰および反射させることなく、高効率でレーザダイオード５に伝送することができる。

また、図４Ｂおよび図４Ｃに示されているように、本実施の形態においては、終端抵抗７が、冷却素子３とは別の基板８上に実装されている。特に図４Ｃにおいては、終端抵抗７の上面に信号線を接続し、底面をグランドに接続した構造を示しているが、本発明においてはこの構造に限定されるものではなく、終端抵抗７の上面に抵抗がパターニングされている場合、終端抵抗７の上面に信号線とグラウンド端子双方を形成して、両端子にボンディングワイヤを接続することも可能である。

図５Ａ〜図５Ｃに、フレキシブル基板１１ａ、１１ｂの３種類の断面タイプを示す。フレキシブル基板１１ａ、１１ｂのタイプとしては、図５Ａに示すマイクロストリップ線路１００、図５Ｂに示すコプレーナグラウンド線路１０１、あるいは図５Ｃに示すコプレーナ−線路１０２が考えられる。フレキシブル基板は、概ねＲ＜１ｍｍ以下に曲げても割れることなく、尚且つ再度平坦な状態に戻すことのできる基板である。また、本実施の形態におけるフレキシブル基板１１ａ、１１ｂの誘電体１１ｊの素材には、例えばポリミド樹脂といった低熱伝導率（＜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）の素材が採用される。ポリミド樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋで、また誘電率は３．４〜３．６である。フレキシブル基板１１ａ、１１ｂの上面または下面には、金、銅等の導電性の良い金属が蒸着されている。特性インピーダンスが５０Ωであるマイクロストリップ線路型のフレキシブル基板を考えた場合、導電性金属の膜厚を５ｕｍ、ポリミド樹脂により形成される基板の厚さを５０ｕｍとすると、基板上の信号線路幅は約１１０ｕｍとなる。図５Ａに示すマイクロストリップ線路型のフレキシブル基板１００における基板の幅を１ｍｍ、基板の長さを２ｍｍとした場合の熱伝導について考察する。銅およびポリミドの熱伝導率はそれぞれ３９０Ｗ／ｍ・Ｋ、０．２Ｗ／ｍ・Ｋなので、図５Ａに示すフレキシブル基板１００の信号線路パターン１１ｃおよびグランドパターン１１ｄを介して伝わる熱伝導はそれぞれ０．１１ｍＷ／Ｋ、０．９８ｍＷ／Ｋである。また、ポリミド樹脂を介して伝わる熱伝導は０．００５ｍＷ／Ｋである。このため、本実施の形態に係わるフレキシブル基板１００においては、導電性金属を介して伝わる熱量が支配的であることが判る。レーザダイオード５の温度を２５℃、外部の環境温度を７５℃とした場合、図５Ａに示すマイクロストリップ線路型のフレキシブル基板１００を介して伝わる熱量は約５０ｍＷ程度と見込まれ、従来の実施例（外部からの熱流量は１Ｗ以上）と比較すると、本実施の形態では、外部から流入してくる熱流量を大幅に低減させることが可能となる。

上記した、図５Ａに示すマイクロストリップ線路型のフレキシブル基板１００の他に、図５Ｂに示すコプレーナグラウンド線路１０１、あるいは図５Ｃに示すコプレーナ−線路１０２が考えられるが、同様に５０Ωの特性インピーダンスを有する伝送線路を考えた場合、コプレーナグラウンド線路１０１の場合は、信号線１１ｅの線路幅が２２０ｕｍ、信号線路１１ｅと表側のグラウンド線路１１ｆとの間隔は２００ｕｍとなる。また、コプレーナ線路の場合には、信号線路１１ｇの幅が４００ｕｍ、信号線路１１ｇとグラウンド線路１１ｈとの間隔が約３０ｕｍとなる。上記したように、熱伝導は導電性金属によるものが支配的であるため、フレキシブル基板として採用して、熱伝導を少なくするためにはマイクロストリップライン１００タイプのものか、コプレーナ線路１０２タイプのものが有利となる。しかし、コプレーナ線路１０２タイプのものは、信号線路とグラウンド線路との間隔が３０ｕｍしかないため、製造誤差に起因するパターン間隔のバラつきによる特性インピーダンスの変化が大きい。特性インピーダンスの変化を抑えるためにはパターン間隔を広くすればよいが、信号線幅も広くなるために熱伝導が大きくなってしまう。このため、フレキシブル基板に適用するには、図５Ａに示すマイクロストリップ線路型のフレキシブル基板１００が、熱伝導を抑制するという観点においては最適であると考えられる。マイクロストリップ線路型のフレキシブル基板１００を採用した際には、基板の全幅を１ｍｍから２ｍｍとした場合においても、フレキシブル基板を介して外部から流入する熱量は１００ｍＷであり、従来の実施例における熱流入量である１Ｗと比較しても十分低いといえる。また、上記フレキシブル基板１１ａ、１１ｂの基板設計において、特性インピーダンスを５０Ωとした数値を用いて説明してきたが、フレキシブル基板の特性インピーダンスの値は５０Ωに限定されるものではなく、パッケージ型半導体装置に格納される素子や、パッケージの外部に接続される高周波回路とのインピーダンス整合のため、例えば２５Ωの特性インピーダンスやその他のインピーダンスの値によりフレキシブル基板１１ａ、１１ｂの設計を行っても良い。

本実施の形態においては、パッケージ１内部における高周波信号の伝送線路としてフレキシブル基板を用いるため、パッケージ１内において、フィードスルー２の信号線２ａおよびグラウンド２ｂの位置とレーザダイオード５の実装位置とが設計から相対的にずれた場合においても、容易に信号線位置を合わせることができる。これにより、基板間、および基板とレーザダイオード５とを接続するボンディングワイヤの長さを最低限の長さに抑制することが可能となり、高周波信号の減衰や反射を防止して、パッケージ１内における高効率な信号伝送を可能とする。また、部材実装位置公差を考慮した高周波基板設計が不要になり、且つ高精度の実装技術や実装装置を用いる必要がなくなるため、生産性の向上が実現する。

さらに、本実施の形態においては、フレキシブル基板１１ａ、１１ｂの誘電体部に低熱伝導部材を採用する。これにより、外部からパッケージ１内部に流入してくる熱流量を抑制し、レーザダイオード５等の発熱素子を一定温度に維持する冷却素子３の消費電力を低減する。そして、低消費電力なパッケージ型半導体装置を実現することが出来る。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（上面）を図６に示す。本実施の形態に係わるパッケージ型半導体装置３５の基本的な概略構成、および動作原理は実施の形態１のそれらと同様である。但し、本実施の形態においては、終端抵抗７がレーザダイオード５と同じ放熱基板４の上に載置されている。本実施の形態は、終端抵抗７における発熱量の少ない場合に適した形態となる。本実施の形態においては、終端抵抗７を配置するための台座８が不要になる他、それに伴いレーザダイオード５と終端抵抗７とを接続するためのフレキシブル基板１１ｂが不要となる。

このため、本実施の形態におけるパッケージ型半導体装置３５においては、実施の形態１による作用効果に加えて、さらに部品コストおよび組み立てコストの低減が実現する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係わるパッケージ型半導体装置３５の概略構成（上面）を図７に示す。本発明に係わるパッケージ型半導体装置４０の基本的な構成、および動作原理は、実施の形態１におけるそれらと同様である。但し、本実施の形態は、放熱基板４とは熱的に分離された台座８２上にドライバＩＣ８１を備えている。そして、パッケージ外部から入力される高周波信号は、フィードスルー２からボンディングワイヤ６１を介してドライバＩＣ８１に入力される。そして、ドライバＩＣ８１に入力された高周波信号は、ドライバＩＣ８１において所定の出力レベルに調整された後、ボンディングワイヤ９２を介して実施の形態１におけるフレキシブル基板１１ａに対応する、フレキシブル基板７１に伝送される。そして、高周波信号は最終的にフレキシブル基板７１を介してレーザダイオード５に入力される。本実施の形態に備えられるドライバＩＣ８１は、それ自身発熱するため、レーザダイオード５および冷却素子３と熱的に分離して配置される。

本実施の形態により、実施の形態１と同様の作用効果が得られると伴に、さらに、ドライバＩＣ８１を有することにより、高周波信号の出力レベルを調整可能となり、利便性の高いパッケージ型半導体装置４０を実現することが出来る。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係わるパッケージ型半導体装置の、フレキシブル基板端部における接続形態を図８に示す。本実施の形態では、コプレーナ線路タイプ１０２のフレキシブル基板１１ａを、フリップチップボンディングにてフィードスルー２上に形成されている信号線路に接続する。図８においては、コプレーナ線路タイプ１０２のフレキシブル基板１１ａを示しているが、この線路タイプは、図５Ａに示されるマイクロストリップ線路１００タイプのフレキシブル基板を用いても、あるいは、図５Ｂに示されるコプレーナグランド線路１０１タイプのものを用いても良い。本実施の形態におけるフレキシブル基板の接続構成により、高周波信号を伝送するためのボンディングワイヤの本数を削減することができる。このため、当該箇所におけるインピーダンス整合が容易となり、高周波信号の伝送損失および反射を低減することができる。また、本実施の形態は、実施の形態１から３までの何れにも適用可能である。

本実施の形態により、実施の形態１から３までに記載した作用効果に加えて、さらに、フレキシブル基板の接続部における伝送信号の伝送特性を向上させることが可能となる。

実施の形態１〜４に係わるパッケージ型半導体装置それぞれにおいては、冷却素子３により一定温度に保持される構成要件を、レーザダイオード５として説明してきたが、このレーザダイオードは、直接変調型レーザ、電界吸収型変調器あるいは電界吸収型変調器を有する半導体レーザ等の半導体素子としても良い。また、当該半導体素子は、発光素子に限定されず、受光素子であっても良い。

従来のパッケージ型半導体装置の概略構成を示したものである。 従来のパッケージ型半導体装置の概略構成を示したものである。 従来のパッケージ型半導体装置の上面から見た概略構成を示したものである。 本発明の実施の形態１に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（側面）を示したものである。 本発明の実施の形態１に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（上面）を示したものである。 本発明の実施の形態１に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（正面）を示したものである。 本発明におけるフレキシブル基板（マイクロストリップ線路）の断面を示したものである。 本発明におけるフレキシブル基板（コプレーナグラウンド線路）の断面を示したものである。 本発明におけるフレキシブル基板（コプレーナ線路）の断面を示したものである。 本発明の実施の形態２に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（上面）を示したものである。 本発明の実施の形態３に係わるパッケージ型半導体装置の概略構成（上面）を示したものである。 本発明の実施の形態４に係わるパッケージ型半導体装置におけるフレキシブル基板端部における接続形態を示したものである。

符号の説明

１…パッケージ
２…フィードスルー
２ａ…信号線
２ｂ…グラウンド線
３…冷却素子
４…放熱基板
５…レーザダイオード
６…小型基板
７…終端抵抗
８…台座
１１ａ…フレキシブル基板１
１１ｂ…フレキシブル基板２
１１ｃ…フレキシブル基板（マイクロストリップ線路）の信号線
１１ｄ…フレキシブル基板（マイクロストリップ線路）のグラウンド線
１１ｅ…フレキシブル基板（コプレーナグラウンド線路）の信号線
１１ｆ…フレキシブル基板（コプレーナグラウンド線路）のグラウンド線
１１ｇ…フレキシブル基板（コプレーナ線路）の信号線
１１ｈ…フレキシブル基板（コプレーナ線路）のグラウンド線
１１ｊ…フレキシブル基板の誘電体
２１…第一レンズ
２２…第二レンズ
２３…光ファイバ
３０、３５、４０…パッケージ型半導体装置
５１、７１…高周波基板
５３…フィードスルー
５２、６１、６２、６３、９１、９２…ボンディングワイヤ
８１…ドライバＩＣ
８２…ドライバＩＣ用台座
１００…マイクロストリップ線路
１０１…コプレーナグランド線路
１０２…コプレーナ線路
１５０、１５１、１５２、１５３…ボンディングワイヤ

Claims (15)

1. パッケージと、
   前記パッケージに格納される半導体素子と、
   前記半導体素子に接続されて前記半導体素子を一定温度に保持するための冷却素子と、
   前記パッケージの第１の位置に設けられる入力部と前記半導体素子との間に配設され、前記入力部から前記半導体素子の電力として前記パッケージ内部に入力される高周波信号を伝送するための、セラミック素材よりも熱伝導率の低い誘電体素材で形成されるフレキシブル基板と
   を具備するパッケージ型半導体装置。
2. 請求項１に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記半導体素子は、発光素子と受光素子の何れか一方であるパッケージ型半導体装置。
3. 請求項１または２に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記フレキシブル基板の前記誘電体素材は、樹脂製の素材であるパッケージ型半導体装置。
4. 請求項１から３までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記フレキシブル基板は、熱伝導率が３０（Ｗ／ｍ／Ｋ）以下である前記誘電体素材により形成されるパッケージ型半導体装置。
5. 請求項１から４までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記樹脂製の素材は、ポリミド樹脂であるパッケージ型半導体装置。
6. 請求項１から５までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記フレキシブル基板は、マイクロストリップ線路を形成するパッケージ型半導体装置。
7. 請求項１から５までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記フレキシブル基板は、コプレーナグランド線路を形成するパッケージ型半導体装置。
8. 請求項１から５までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   前記フレキシブル基板は、コプレーナ線路を形成するパッケージ型半導体装置。
9. 請求項１から８までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
   さらに、前記高周波信号が前記半導体素子で反射されるのを防止するための終端抵抗を具備するパッケージ型半導体装置。
10. 請求項９に記載のパッケージ型半導体装置において、
    前記終端抵抗は、特に前記パッケージ内部の前記冷却素子とは熱的に分離された位置に配置されるパッケージ型半導体装置。
11. 請求項１から１０までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
    さらに、前記入力部と前記フレキシブル基板との間に前記高周波信号の出力を調整するためのドライバＩＣを具備し、
    前記ドライバＩＣは、特に前記冷却素子とは熱的に分離された位置に配置されるパッケージ型半導体装置。
12. 請求項１から１１までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
    前記フレキシブル基板は、隣接する前記入力部、あるいは前記ドライバＩＣ上に形成される信号線路に対してフリップチップボンディングにより電気的に接続されるパッケージ型半導体装置。
13. 請求項１から１２までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
    前記パッケージは、前記パッケージの第２位置に光学窓を備え、
    前記半導体素子が前記発光素子の場合、前記発光素子から出射される光線は前記光学窓から前記パッケージの外部に放射され、
    前記半導体素子が前記受光素子の場合、前記パッケージの外部から入射される光線は前記光学窓から前記受光素子に入射される
    パッケージ型半導体装置。
14. 請求項１３に記載のパッケージ型半導体装置において、
    さらに、光学レンズを具備し、
    前記光学レンズは前記半導体素子と前記光学窓との間に配置され、前記発光素子から出射される光線、あるいは前記パッケージの外部から入射される光線を収束するパッケージ型半導体装置。
15. 請求項１から１４までの少なくとも一項に記載のパッケージ型半導体装置において、
    前記パッケージの内部は不活性ガスにより密封されるパッケージ型半導体装置。

Images