JP2011159892A - 半導体パッケージおよび高周波半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉性を向上させることが可能な半導体パッケージを提供すること。
【解決手段】金属性のベース基体１１と、ベース基体１１の表面上に載置され、中央部に開口部を有する誘電体からなる枠体１２と、枠体１２の上面に載置され、中央部に開口部２１を有し、ベース基体１１と実質的に同一の厚さであり、かつ、ベース基体１１と実質的に同一の線膨張係数であるシール部材１３と、シール部材１３の上面に載置された蓋部１４と、を具備し、ベース基体１１、枠体１２、シール部材１３、および蓋部１４によって所望の空間を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波用の半導体チップを気密封止する半導体パッケージ、および半導体パッケージに半導体チップが封止されてなる高周波半導体装置に関する。

従来の高周波半導体装置は、誘電体の気密性容器からなる半導体パッケージと、このパッケージの内部に収められた高周波用の半導体チップと、を含む構成である。半導体パッケージは、半導体チップが載置される平面状の基体と、この基体上に半導体チップを囲むように載置された枠体と、この枠体上に載置された蓋部と、からなる。この半導体パッケージ、特に枠体には、枠体内部と外部とを貫通する高周波用の線路が形成されており、枠体内部の線路には半導体チップが接続され、また、枠体外部の線路上には、入出力用のリード端子がそれぞれ接続されている（特許文献１、２参照）。

上述の高周波半導体装置は、例えば次のように製造される。まず、基体上に枠体を、例えば半田材料等を用いてろう付けする。次に、枠体外部の線路上に、入力用および出力用のリード端子を、同様に半田材料等を用いてろう付けする。次に、枠体内部の基体上に半導体チップを、同じく半田材料等を用いてろう付けし、ろう付けされた半導体チップと枠体内部の線路とを、ワイヤ等により接続させる。最後に、枠体上に蓋部を、同様に半田材料等によりろう付けする。これにより、半導体チップが半導体パッケージ内に収められて、高周波半導体装置が完成する。

このような高周波半導体装置において、半導体パッケージの内部に収められる、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）等の半導体チップは、その動作時に発熱する。従って、ＦＥＴから発せられた熱を効率的に装置外部に放熱する必要がある。そこで、基体を、放熱効果が高い金属材料によって形成することも考えられる。しかし、このように基体を金属材料によって形成した場合、以下のような問題が生ずる。

上述の高周波半導体装置の製造工程における熱履歴、すなわち、製造工程における各ろう付け工程においては、例えば半田材料を溶融させるために、半導体パッケージ若しくは装置全体を加熱する。しかし、上述のように基体と枠体とは異なる線膨張係数を有する材料からなるため、製造工程における熱履歴により、枠体の上面の平坦性は劣化する。このように平坦性が損なわれた枠体上に蓋部を載置しても、枠体と蓋部との間に隙間が生じるため、半導体パッケージの密閉性が損なわれる問題が生ずる。

また、上述のように半導体パッケージの密閉性が損なわれた状態で半導体チップが収められるため、枠体と蓋部との隙間から水分、塵等がパッケージ内部に入り込み、高周波半導体装置の信頼性が低下する問題がある。

特開２００６−８０３８０号公報 特開２００６−１２１１１８号公報

本発明の課題は、密閉性を向上させることが可能な半導体パッケージ、および信頼性に優れた高周波半導体装置を提供することにある。

本発明による半導体パッケージは、金属性のベース基体と、このベース基体の表面上に載置され、中央部に第１の開口部を有する誘電体からなる第１の枠体と、この第１の枠体の上面に、前記第１の開口部を横切るように形成された複数の線路と、これらの線路の両端部がそれぞれ露出するように前記第１の枠体の上面に載置され、中央部に第２の開口部を有する誘電体からなる第２の枠体と、この第２の枠体の上面に載置され、中央部に第３の開口部を有し、前記ベース基体と実質的に同一の厚さであり、かつ、前記ベース基体と実質的に同一の線膨張係数であるシール部材と、このシール部材の上面に載置された蓋部と、を具備し、前記ベース基体、前記第１の枠体、前記第２の枠体、前記シール部材、および前記蓋部によって所望の空間を構成することを特徴とするものである。

また、本発明による高周波半導体装置は、前記半導体パッケージと、この半導体パッケージの前記空間内に位置するように、前記ベース基体の表面上に載置され、前記線路の一方の端部と導体によって電気的に接続された半導体チップと、を具備することを特徴とするものである。

本発明の半導体パッケージによれば、誘電体からなる枠体上に、ベース基体と実質的に同じ厚みであり、かつベース基体と実質的に同一の線膨張係数を有する金属性のシール部材を載置するため、熱履歴が加わった際の枠体の歪みが相殺される。従って、熱履歴が加わっても、枠体上面に載置されたシール部材の歪みも抑制され、シール部材上面の平坦性が損なわれることが抑制される。これにより、半導体パッケージの密閉性を向上させることができる。

また、上述のような密閉性に優れた半導体パッケージの内部に半導体チップが封止されるため、パッケージ内部に水分、塵等が入り込むことが抑制される。従って、信頼性に優れた高周波半導体装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す斜視図である。 図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った高周波半導体装置の断面図である。 図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った第１の枠体の上面図である。 図２の一点鎖線Ｚ−Ｚ´に沿ったシール部材の上面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る半導体パッケージおよび高周波半導体装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体パッケージを模式的に示す斜視図である。なお、図１においては、一部を省略するとともに、他の一部を分解して示している。

図１に示すように、半導体パッケージは、ベース基体１１と、このベース基体１１上に載置された枠体１２と、この枠体１２上に載置されたシール部材１３と、シール部材１３上に載置された蓋部１４と、を含むものである。

また、枠体１２には、枠体１２の内部と外部とを電気的に導通させる線路１５が設けられており、この線路１５上には、入力リード端子１６および出力リード端子１７が、それぞれ対向する位置に設けられている。以下に、この半導体パッケージおよび、これを用いた高周波半導体装置について、図２乃至図４を参照して詳細に説明する。

図２は、図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った高周波半導体装置の断面図である。図２に示すように、高周波半導体装置は、図１に示される半導体パッケージの内部に、半導体チップ２２が気密封止されて構成されている。はじめに、半導体パッケージの構成について、以下に詳述する。

ベース基体１１は、例えば１ｍｍ程度の所望の厚さｔｂを有する板状のものであり、その平面形状は長方形である。このベース基体１１は、例えば銅とモリブデンとの合金によって形成されている。従って、従来のセラミック等の誘電体からなるベース基体を有する半導体パッケージと比較して、放熱効果が向上される。

なお、図１に示されるように、ベース基体１１の対向する側部には、それぞれ凹部１８が設けられている。この凹部１８は、高周波半導体装置を実装基板（図示せず）等に実装する際のねじ孔の一部となる。

ベース基体１１上には、枠体１２が、例えば半田材料（図示せず）を介して載置されている。この枠体１２は、第１の枠体１２−１と、この第１の枠体１２−１上に載置された第２の枠体１２−２からなる。

図３は、図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った第１の枠体１２−１の上面図である。図３に示すように、第１の枠体１２−１は、一定の厚さを有する枠状のものである。すなわち、第１の枠体１２−１は、一定の厚さを有するとともに、ベース基体１１に対する水平断面形状（以下、これを断面形状と称す）が正方形であり、その中央部には、同様に正方形状に開口された第１の開口部１９が形成されたものである。この第１の枠体１２−１は、例えばセラミック等の誘電体によって形成されている。

第１の枠体１２−１の上面には、線状に線路１５が設けられている。線路１５は、第１開口部１９を横切るように２本に分割されて形成されている。この線路１５は、例えばマイクロストリップ線路であり、例えば銅等の導体の表面が、金で覆われて形成されたものである。なお、以下の説明において、線路１５のうち、第１の開口部１９近傍の端部を第１の端部１５−１、第１の枠体１２−１の周辺部近傍の端部を第２の端部１５−２と称す。

再び図２を参照すると、第１の枠体１２−１に設けられた線路１５の第２の端部１５−２上には、入力リード端子１６および出力リード端子１７が接触配置されている。これらのリード端子１６、１７は、高周波半導体装置の入力端子および出力端子となるものであり、線路１５の第２の端部１５−２上に、例えば半田材料等によってろう付けされて固定されている。

第１の枠体１２−１の上面には、第２の枠体１２−２が、例えばエポキシ樹脂等の絶縁材料（図示せず）を介して載置されている。この第２の枠体１２−２は、第１の枠体１２−１と同様の形状の枠体であるが、そのサイズは異なっている。すなわち、第２の枠体１２−２は、第１の枠体１２−１の枠幅よりも狭い枠幅を有するものである。さらに、第２の枠体１２−１は、一定の厚さを有するとともに、断面形状が、第１の枠体１２−１の一辺よりも短い長さの正方形のものであり、その中央部には、同様に正方形状に開口された第２の開口部２０が形成されている。この第２の枠体１２−２も、例えばセラミック等の誘電体によって形成されている。

以上に説明した第２の枠体１２−２は、少なくとも、線路１５の第１の端部１５−１が第２の開口部２０から露出し、かつ、線路１５の第２の端部１５−２が第２の枠体１２−２の外部から露出するように、第１の枠体１２−１の上面に載置されている。

第２の枠体１２−２の上面には、シール部材１３が、例えば半田材料（図示せず）を介して載置されている。このシール部材１３も、図２の一点鎖線Ｚ−Ｚ´に沿ったシール部材１３の上面図である図４に示すように、第１、第２の枠体１２−１、１２−２と同様の形状であるが、そのサイズは異なっている。すなわち、図４に示すように、シール部材１３は、第２の枠体１２−２よりも狭い枠幅を有するものである。さらに、シール部材１３は、図２に示すように、ベース基体１１の厚さｔｂと実質的に等しい厚さｔｓを有するとともに、断面形状が、第２の枠体１２−２の一辺よりも短い長さの正方形のものであり、その中央部には、同様に正方形状に開口された第３の開口部２１が形成されている。このシール部材１３は、例えば鉄、ニッケル、コバルトからなる合金によって形成されている。この合金の線膨張係数は、ベース基体１１を構成する合金の線膨張係数と実質的に同一である。

なお、シール部材１３とベース基体１１とをそれぞれ構成する材料は、互いの線膨張係数が実質的に等しければよく、上述のように異なる材料によって形成されてもよいし、同一の材料によって形成されてもよい。

以上に説明したシール部材１３は、図２に示すように、これに設けられた第３の開口部２１の位置が、第２の枠体１２−２の第２の開口部２０上に一致するように、第２の枠体１２−２上に載置されている。

このシール部材１３の上面には、例えば金属からなる板状の蓋部１４が、例えば半田材料（図示せず）を介して載置されている。なお、蓋部１４は、金属以外に、セラミック、樹脂等の絶縁物によって形成されたものであってもよい。

以上のように、ベース基体１１、第１の枠体１２−１、第２の枠体１２−１、シール部材１３、および蓋部１４によって、後述する高周波用の半導体チップ２２（図１には図示せず）を封止する空間が形成される。

以上に、半導体パッケージの構成について詳述した。次に、この半導体パッケージの内部に半導体チップ２２が気密封止されてなる高周波半導体装置について説明する。

半導体パッケージの一部を構成するベース基体１１の表面上には、半導体チップ２２として、例えば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）が載置されている。この半導体チップ２２は、ベース基体１１、第１、第２の枠体１２−１、１２−２、シール部材１３、および蓋部１４によって形成された密閉空間内に位置するように、ベース基体１１の表面上に、例えば半田材料（図示せず）を介して載置されている。

この半導体チップ２２は、第１の枠体１２−１の上面に設けられた線路１５の第１の端部１５−１と、例えばワイヤ２３等の導体によって電気的に接続されている。これにより、高周波半導体装置に入力される高周波信号は、入力リード端子１６、ストリップ線路１５、およびワイヤ２３を介して半導体チップ２２に入力され、所望の信号処理がなされる。処理された高周波信号は、ワイヤ２３、ストリップ線路１５、および出力リード端子１７を介して、高周波半導体装置から出力される。

以上に説明した半導体パッケージを用いた高周波半導体装置の製造方法は、従来の製造方法とほぼ同一である。すなわち、まず、ベース基体１１上に第１の枠体１２−１を、例えば半田材料等を用いてろう付けする。次に、第１の枠体１２−１の上面に設けられた線路１５の第２の端部１５−２上に、入力用および出力用のリード端子１６、１７を、同様に半田材料等を用いてろう付けする。次に、第１の枠体１２−１の上面に第２の枠体１２−２を、例えばエポキシ樹脂等の絶縁物を用いてろう付けする。次に、枠体１２内部のベース基体１１上に半導体チップ２２を、同じく半田材料等を用いてろう付けし、ろう付けされた半導体チップ２２と枠体１２内部に露出した線路１５の第１の端部１５−１とを、ワイヤ２３等により接続させる。最後に、枠体１２上に蓋部１４を、同様に半田材料等によりろう付けする。これにより、半導体チップ２２が密閉された高周波半導体装置が完成する。

以上に説明した本実施形態にかかる半導体パッケージによれば、誘電体からなる第２の枠体１２−２の上面に、ベース基体１１と実質的に同じ厚さであり、かつベース基体１１と実質的に同一の線膨張係数を有する金属性のシール部材１３が載置されている。従って、熱履歴が加わった際に、ベース基体１１の熱膨張によって第２の枠体１２−２に生ずる応力は、シール部材１３の熱膨張によって第２の枠体１２−２に生ずる応力により相殺される。すなわち、ベース基体１１の線熱膨張係数に対して第２の枠体１２−２の線膨張係数は小さいため、ベース基体１１が熱膨張することによって、第２の枠体１２−２には、上に凸の形状に変形する応力がかかる。一方で、シール部材１３の線熱膨張係数は、ベース基体１１の線熱膨張係数と実質的に等しいため、シール部材１３がベース基体１１と同程度に熱膨張することによって、第２の枠体１２−２には、下に凸の形状に変形する応力がかかる。従って、第２の枠体１２−２にかかる応力は相殺される。これにより、熱履歴が加わっても、第２の枠体１２−２の上面の平坦性が損なわれることが抑制されため、第２の枠体１２−２の上面に載置されたシール部材１３の歪みも抑制される。よって、シール部材１３と蓋部１４との間に隙間を生じさせることなく、蓋部１４を載置することができる。すなわち、半導体パッケージの密閉性を向上させることができる。

また、この半導体パッケージの内部に半導体チップ２２を気密状態に優れた状態で封止することができるため、パッケージ内部に水分、塵等が入り込むことが抑制される。従って、信頼性に優れた高周波半導体装置を提供することができる。

以上に、本発明の実施形態に係る半導体パッケージおよび高周波半導体装置ついて説明した。しかし、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、ベース基体が金属からなり、かつ、枠体が誘電体からなる半導体パッケージおよび、このようなパッケージを用いた高周波半導体装置であれば、全てに適用可能である。

従って、例えば枠体１２およびシール部材１３の断面形状は、必ずしも上述のように正方形である必要はなく、長方形、８角形、円形、楕円形等、どのような形状であってもよく、断面形状は限定されない。また、枠体１２およびシール部材１３にそれぞれ形成された第１乃第３の開口部１９、２０、２０の形状も限定されず、どのような形状であってもよい。

１１・・・ベース基体
１２・・・枠体
１２−１・・・第１の枠体
１２−２・・・第２の枠体
１３・・・シール部材
１４・・・蓋部
１５・・・ストリップ線路
１５−１・・・第１の端部
１５−２・・・第２の端部
１６・・・入力リード端子
１７・・・出力リード端子
１８・・・凹部
１９・・・第１の開口部
２０・・・第２の開口部
２１・・・第３の開口部
２２・・・高周波半導体装置
２３・・・ワイヤ

Claims (4)

1. 金属性のベース基体と、
   このベース基体の表面上に載置され、中央部に第１の開口部を有する誘電体からなる第１の枠体と、
   この第１の枠体の上面に、前記第１の開口部を横切るように形成された複数の線路と、
   これらの線路の両端部がそれぞれ露出するように前記第１の枠体の上面に載置され、中央部に第２の開口部を有する誘電体からなる第２の枠体と、
   この第２の枠体の上面に載置され、中央部に第３の開口部を有し、前記ベース基体と実質的に同一の厚さであり、かつ、前記ベース基体と実質的に同一の線膨張係数であるシール部材と、
   このシール部材の上面に載置された蓋部と、
   を具備し、
   前記ベース基体、前記第１の枠体、前記第２の枠体、前記シール部材、および前記蓋部によって所望の空間を構成することを特徴とする半導体装置パッケージ。
2. 前記ベース基体と前記シール部材とは、同一の金属により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ。
3. 前記ベース基体は、銅およびモリブデンからなる合金によって形成され、前記シール部材は、鉄、ニッケル、およびコバルトからなる合金によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置パッケージ。
4. 前記請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体パッケージと、
   この半導体パッケージの前記空間内に位置するように、前記ベース基体の表面上に載置され、前記線路の一方の端部と導体によって電気的に接続された半導体チップと、
   を具備することを特徴とする高周波半導体装置。

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