JP2918125B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2918125B2
JP2918125B2 JP8525555A JP52555596A JP2918125B2 JP 2918125 B2 JP2918125 B2 JP 2918125B2 JP 8525555 A JP8525555 A JP 8525555A JP 52555596 A JP52555596 A JP 52555596A JP 2918125 B2 JP2918125 B2 JP 2918125B2
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Japan
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insulator
semiconductor device
thickness
end surface
metal foil
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JP8525555A
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Japanese (ja)
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進一 加藤
彰人 横畑
正道 大森
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、例えばミリ波帯で用いられるガンダイオー
ド等の超高周波半導体装置に関し、特に優れた高周波特
性を得ることができる半導体装置のパッケージに関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultra-high frequency semiconductor device such as a Gunn diode used in a millimeter wave band, and more particularly to a semiconductor device package capable of obtaining excellent high frequency characteristics.

背景技術 半導体装置において、半導体チップの保護、信頼性の
改善のためには、パッケージが不可欠であり、マイクロ
波帯以上で用いられる2端子型の半導体装置、特に、発
熱密度の大きいガンダイオードでは、そのパッケージと
して放熱性に優れたピル型のものが用いらてれいる。
BACKGROUND ART In a semiconductor device, a package is indispensable for protecting a semiconductor chip and improving reliability, and a two-terminal semiconductor device used in a microwave band or higher, particularly a gun diode having a large heat generation density, A pill type package having excellent heat dissipation is used as the package.

図1は従来のガンダイオードのパッケージの構造の概
略を示す断面図である。図1においてガンダイオード4
はパッケージ本体1の上に形成された表面をTi,ついでA
uよりなる金属で被覆されたダイヤモンドヒートシンク
2の上に接着されている。ガンダイオードを囲むように
円筒状の絶縁体3が形成さて、その上部に金メッキした
Cu製の蓋6が上部電極として形成されている。Cu製の蓋
6とガンダイオード4とは金リボン5により電気的に接
続されている。ダイヤモンドヒートシンク2は下部電極
となり、さらにパッケージ本体1と共にガンダイオード
4の放熱体となっている。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional gun diode package. In FIG.
Is Ti on the surface formed on the package body 1 and then A
It is adhered on a diamond heat sink 2 covered with a metal of u. A cylindrical insulator 3 was formed so as to surround the Gunn diode, and the upper portion thereof was plated with gold.
A lid 6 made of Cu is formed as an upper electrode. The Cu lid 6 and the gun diode 4 are electrically connected by the gold ribbon 5. The diamond heat sink 2 serves as a lower electrode, and also serves as a radiator for the gun diode 4 together with the package body 1.

図2A〜2Cは、図1に示した従来のガンダイオードのパ
ッケージの製造方法を示している。まず、図2Aに示すよ
うにCu製のパッケージ本体1の中央部に台座部としての
金属被覆したダイヤモンドヒートシンク2を取付け、こ
の両者1,2により放熱体を形成する。
2A to 2C show a method of manufacturing the conventional gun diode package shown in FIG. First, as shown in FIG. 2A, a metal-coated diamond heat sink 2 as a pedestal is attached to the center of a Cu package body 1, and a radiator is formed by the two.

パッケージ本体1の上部にはアルミナ等からなる円筒
状に形成された絶縁体3が接着されている。この絶縁体
3は通常セラミックリングを称せられる。セラミックリ
ング3は図2Aに示すようにダイヤモンドヒートシンク2
を囲むように、その下面(以下、下端部という)7をパ
ッケージ本体1に固着されている。ガンダイオード4
は、プレイテッドヒートシンク(Plated Heat Sink)付
きのメサ型に作成され、図2Bに示すようにそのプレイテ
ッドヒートシンクの部分で熱圧着もしくは半田付けによ
りダイヤモンドヒートシンク2にダイボンディングす
る。ガンダイオード4は、上下に電極が形成されてお
り、ダイヤモンドヒートシンクからなる台座部2は下部
電極を兼ねている。次に、図2Cに示すようにガンダイオ
ード4の上部電極を金リボン5を介してセラミックリン
グ3の上端面8に形成された金属被膜部に接続する。最
後に、図1に示すようにセラミックリング3の上端面8
を金メッキしたCu製の蓋6でAu−Sn(20%)共晶合金な
どを用いて密閉し、これを上部電気とすればガンダイオ
ード4のパッケージが完成する。
A cylindrical insulator 3 made of alumina or the like is bonded to an upper portion of the package body 1. This insulator 3 is usually called a ceramic ring. The ceramic ring 3 is a diamond heat sink 2 as shown in FIG. 2A.
Is fixed to the package body 1 so as to surround the package body 1. Gun diode 4
Is formed in a mesa type with a plated heat sink (Plated Heat Sink), and is die-bonded to the diamond heat sink 2 by thermocompression bonding or soldering at the portion of the plated heat sink as shown in FIG. 2B. The gun diode 4 has upper and lower electrodes formed thereon, and the pedestal portion 2 formed of a diamond heat sink also serves as a lower electrode. Next, as shown in FIG. 2C, the upper electrode of the Gunn diode 4 is connected via a gold ribbon 5 to a metal coating formed on the upper end surface 8 of the ceramic ring 3. Finally, as shown in FIG.
Is sealed using a Au-Sn (20%) eutectic alloy or the like with a lid 6 made of gold-plated Cu and used as upper electricity to complete the package of the gun diode 4.

しかし、例えば、E−band(60〜90GHz)、V−band
(40〜75GHz)、W−band(75〜110GHz)或いはそれ以
上の超高周波帯で動作するミリ波帯デバイスが開発され
るにつれて、パッケージ内の金リボン5のインダクタン
スL、蓋6とパッケージ本体で形成されるキャパシタン
スCが大きく特性に影響を及ぼすようになってくる。
However, for example, E-band (60 to 90 GHz), V-band
(40-75 GHz), W-band (75-110 GHz) or more, as the millimeter-wave band device operating in the ultra-high frequency band is developed, the inductance L of the gold ribbon 5 in the package, the lid 6 and the package body, The formed capacitance C greatly affects the characteristics.

パッケージ内の金リボンのインダクタンスLを低減す
る方法として、日本特開平5−16728号公報に開示され
た図3Aに示すような改良型パッケージが知られている。
図3Aにおいてガンダイオード4の上部と絶縁体3の上端
部との間の距離(高低差)Δが金リボン5の厚さの3倍
以上10倍以下とすることにより、金リボン5の長さを短
くし、インダクタンスLを小さくしている。図3Bは厚さ
15μm、幅100μmの金リボン5を用いた場合におい
て、図3Aに示した高低差Δを300μm(特性線a)、200
μm(特性線b)及び100μm(特性線c)とした各試
料の帯域特性を示す。マウント、共振器は同一条件であ
る。高低差Δが300μmの試料では、発振周波数が85−9
0GHzであるのに対し、高低差が100μmとした試料では
発振周波数が95−100GHzとなり、また出力はΔ=300μ
mの試料に比して1.3倍以上となることがわかる。
As a method of reducing the inductance L of the gold ribbon in the package, an improved package as shown in FIG. 3A disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-16728 is known.
In FIG. 3A, the distance (height difference) Δ between the upper part of the gun diode 4 and the upper end part of the insulator 3 is set to be three times or more and ten times or less the thickness of the gold ribbon 5 so that the length of the gold ribbon 5 is increased. And the inductance L is reduced. Figure 3B is thickness
When a gold ribbon 5 having a width of 15 μm and a width of 100 μm is used, the height difference Δ shown in FIG.
The band characteristics of each sample at μm (characteristic line b) and 100 μm (characteristic line c) are shown. The mount and the resonator have the same conditions. For a sample with a height difference Δ of 300 μm, the oscillation frequency is 85-9
In contrast to 0 GHz, the sample with a height difference of 100 μm had an oscillation frequency of 95-100 GHz, and the output was Δ = 300 μm.
It turns out that it becomes 1.3 times or more compared with the sample of m.

しかしながらインダクタンスLのみを小さくするだけ
では、700GHz以上の高周波数帯における高出力化等の優
れた高周波特性を得るには不十分である。すなわちパッ
ケージの寄生キャパシタンスCは、その値が大きくなれ
ばなるほど、それに充放電するのに時間がかかることと
なり、V−band、W−band或いはそれ以上の超高周波帯
で動作するミリ波帯デバイスの動作を遅くしてしまう。
特に、従来のパッケージの構造では、絶縁体としては比
較的大きな誘電率を持つアルミナ形成されたセラミック
リング3をはさんでいるので、キャパシタンスCの値は
かなり大きく、素子本来の持つ性能を十分に引き出し得
ないことがわかった。このため、絶縁体3として一般に
用いられるアルミナ製のセラミックリングに代えて、ア
ルミナよりも小さい誘電率を持つ石英製のリングを用い
たパッケージで高周波性能を向上させることが試みられ
ている。しかし、石英はアルミナと比べて圧縮強度や引
張り強度が小さくもろいため、Cu製のパッケージ本体に
ろう付けすると簡単にクラックが入ってしまうという問
題がある。
However, reducing only the inductance L is not enough to obtain excellent high-frequency characteristics such as high output in a high frequency band of 700 GHz or more. That is, the larger the value of the parasitic capacitance C of the package, the longer it takes to charge and discharge the parasitic capacitance C. The parasitic capacitance C of the millimeter-wave band device operating in the V-band, W-band or higher ultra-high frequency band. It slows down the operation.
In particular, in the conventional package structure, since the insulator is sandwiched by the ceramic ring 3 formed of alumina having a relatively large dielectric constant, the value of the capacitance C is considerably large, and the performance inherent in the element is sufficiently improved. I found out that I could not withdraw. For this reason, it has been attempted to improve the high-frequency performance by using a package using a quartz ring having a dielectric constant smaller than that of alumina instead of the alumina ceramic ring generally used as the insulator 3. However, quartz has a low compressive strength and a low tensile strength as compared with alumina, and therefore has a problem that cracks are easily formed when brazing to a Cu package body.

発明の開示 そこで、本発明は、90GHz以上のミリ波帯でも良好な
高周波特性を有する半導体装置を提供せんとするもので
ある。特にパッケージの寄生キャパシタンスCを十分に
低減することにより高周波特性を改善し、さらに高い信
頼性と十分な放熱性を実現した半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having good high-frequency characteristics even in a millimeter wave band of 90 GHz or more. In particular, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which high-frequency characteristics are improved by sufficiently reducing a parasitic capacitance C of a package, and high reliability and sufficient heat dissipation are realized.

上記課題を解決するために、本発明は図4Aに示すよう
に放熱体1と、放熱体1に一主面(下面)が固着された
半導体素子9と、該半導体素子9を取囲む中空部を有し
該中空部の一方の端面(下端面)7が前記放熱体1に接
し他の端面(上端部)8が半導体素子9の他の主面(上
面)より所定距離前記放熱体から遠ざかっている円筒状
の絶縁体3と、該絶縁体3の他の端面(上端面)8と前
記半導体素子9の上面を接続する金属箔5と、該金属箔
5と合金化されて前記絶縁体の他の端面(上端面)に取
付けられ前記中空部密閉する蓋6とを含み、前記絶縁体
3の厚みが0.08mm以上0.14mm以下であることを要旨とす
る。絶縁体としてはたとえばアルミナ等を用いればよ
い。ここで絶縁体の厚みとは絶縁体の外径をa、内径を
bとした場合の(a−b)/2で定義される半径方向の厚
みをいう。絶縁体の半径方向の厚みが0.08mm未満では、
絶縁体のロウ付・溶着時にクラックが入り歩留りが低下
するので、0.08mm未満にすることは好ましくない。特に
装置の信頼性を更に向上させるためには、絶縁体3の厚
みは、前記絶縁体の材質の強度を考慮して、0.1mm以上
であることが好ましい。ここで半導体素子9はダイヤモ
ンドヒートシンク等の台座部2とこの台座部2の上の化
合物半導体等のミリ波素子チップ4から成っている。ミ
リ波素子チップ4としては、特にガンダイオードが好ま
しい。
In order to solve the above problem, the present invention provides a heat radiator 1, a semiconductor element 9 having one main surface (lower surface) fixed to the heat radiator 1, and a hollow portion surrounding the semiconductor element 9 as shown in FIG. 4A. One end surface (lower end surface) 7 of the hollow portion is in contact with the radiator 1 and the other end surface (upper end) 8 is separated from the radiator by a predetermined distance from the other main surface (upper surface) of the semiconductor element 9. A cylindrical insulator 3, a metal foil 5 for connecting the other end surface (upper end surface) 8 of the insulator 3 to the upper surface of the semiconductor element 9, and an insulator which is alloyed with the metal foil 5. And a lid 6 attached to the other end surface (upper end surface) of the insulator 3 to seal the hollow portion, and the thickness of the insulator 3 is not less than 0.08 mm and not more than 0.14 mm. For example, alumina or the like may be used as the insulator. Here, the thickness of the insulator refers to the thickness in the radial direction defined by (ab) / 2 when the outer diameter of the insulator is a and the inner diameter is b. If the thickness of the insulator in the radial direction is less than 0.08 mm,
It is not preferable to make the thickness less than 0.08 mm because cracks occur at the time of brazing and welding of the insulator and the yield decreases. In particular, in order to further improve the reliability of the device, the thickness of the insulator 3 is preferably 0.1 mm or more in consideration of the strength of the material of the insulator. Here, the semiconductor element 9 includes a pedestal portion 2 such as a diamond heat sink and a millimeter-wave device chip 4 such as a compound semiconductor on the pedestal portion 2. As the millimeter wave element chip 4, a Gunn diode is particularly preferable.

また、絶縁体3は、半導体素子9を囲んでいる構造と
なっているので、絶縁体3の内径bは、台座部2の大き
さ(0.3mmφ)を考慮して、0.35mm以上0.5mm以下である
ことが好ましい。
Since the insulator 3 has a structure surrounding the semiconductor element 9, the inner diameter b of the insulator 3 is not less than 0.35 mm and not more than 0.5 mm in consideration of the size (0.3 mmφ) of the pedestal 2. It is preferred that

半導体素子9は、両主面に電極(上部電極および下部
電極)を有している。放熱体1は、金属などからなり、
半導体素子9の一方の電極(下部電極)が接続される。
金属箔5はAuからなり、厚みが5〜20μmである。蓋6
は金属からなり、Au−Sn等Auの共晶合金で合金化され
て、絶縁体の他の端面(上端面)8に取り付けられる。
ミリ波素子チップ4の上面から絶縁体3の上端面までの
距離(高低差)Δは金属箔5の厚み3倍以上10倍以下で
あることが好ましいことはもちろんである。
The semiconductor element 9 has electrodes (upper electrodes and lower electrodes) on both main surfaces. The radiator 1 is made of metal or the like,
One electrode (lower electrode) of the semiconductor element 9 is connected.
The metal foil 5 is made of Au and has a thickness of 5 to 20 μm. Lid 6
Is made of a metal, alloyed with a eutectic alloy of Au such as Au-Sn, and attached to the other end face (upper end face) 8 of the insulator.
It is needless to say that the distance (difference in height) Δ from the upper surface of the millimeter wave element chip 4 to the upper end surface of the insulator 3 is preferably not less than 3 times and not more than 10 times the thickness of the metal foil 5.

図4Aに示すように円筒状の絶縁体3の厚みを0.08mm以
上0.14mm以下とすることにより、絶縁体3の上端面およ
び下端面の面積が小さくなり、その結果、蓋6と放熱体
1で形成されるキャパシタンスCの面積を小さくするこ
とができる。さらに、キャパシタンスCの値を小さくす
ることで、優れた高周波特性を得ることができる。ま
た、半導体素子9の一主面(下面)を放熱体1に固着さ
せているので十分な放熱性を得ることができる。また、
蓋6を合金化により絶縁体3の上端面8に取り付けてい
るので、高い信頼性を得ることができる。
By setting the thickness of the cylindrical insulator 3 to be 0.08 mm or more and 0.14 mm or less as shown in FIG. 4A, the area of the upper end face and the lower end face of the insulator 3 is reduced, and as a result, the lid 6 and the radiator 1 The area of the capacitance C formed by the above can be reduced. Further, by reducing the value of the capacitance C, excellent high-frequency characteristics can be obtained. Further, since one main surface (lower surface) of the semiconductor element 9 is fixed to the heat radiator 1, sufficient heat radiation can be obtained. Also,
Since the lid 6 is attached to the upper end surface 8 of the insulator 3 by alloying, high reliability can be obtained.

図面の簡単な説明 図1は従来のガンダイオードのパッケージの構造を示
す断面図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a conventional Gunn diode package.

図2A〜2Cは図1に示した従来のガンダイオードのパッ
ケージの製造方法を示す図である。
2A to 2C are views showing a method for manufacturing the conventional gun diode package shown in FIG.

図3Aは従来の改良型パッケージの構造を示す断面図
で、図3Bはその特性を比較例とともに示す図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing the structure of a conventional improved package, and FIG. 3B is a diagram showing its characteristics together with a comparative example.

図4Aおよび4Bは本発明の実施例に係るガンダイオード
のパッケージの構造を示す縦断面図である。
4A and 4B are longitudinal sectional views showing the structure of a gun diode package according to an embodiment of the present invention.

図5は本発明の実施例の発振周波数−出力特性を比較
例とともに示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an oscillation frequency-output characteristic of the example of the present invention together with a comparative example.

発明を実施するための最良の形態 図4Aおよび4Bに示す本発明の実施例は、ミリ波素子チ
ップ4としてInPガンダイオードを用いた場合に係る。
即ち、ガンダイオードに代表されるミリ波用の半導体装
置において、パッケージの蓋とパッケージ本体の放熱体
間で形成される寄生キャパシタンスCの値を小さくする
ことを可能にする新規な構造、条件を提供するものであ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The embodiment of the present invention shown in FIGS. 4A and 4B relates to a case where an InP gun diode is used as a millimeter wave element chip 4.
That is, in a millimeter-wave semiconductor device typified by a Gunn diode, a novel structure and conditions are provided that enable the value of the parasitic capacitance C formed between the package lid and the heat radiator of the package body to be reduced. Is what you do.

図4Aは、図4BのA部分の拡大断面図である。なお、図
4A、および4Bにおいて前述した図1、図3A等における部
材及び部位と同一ないし均等のものは、同一符号を似っ
て示し、重複した説明を省略する。
FIG. 4A is an enlarged sectional view of a portion A in FIG. 4B. The figure
In FIGS. 4A and 4B, the same or equivalent members as those in FIGS. 1, 3A and the like described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図4Aにおいて、円筒状に形成された絶縁体であるアル
ミナ製のセラミックリング3の一方の端面7(下端面)
がパッケージ本体の放熱体1に固定されている。ミリ波
素子チップとしてのガンダイオード4は40〜60μmφで
上下両面に電極を有し、0.3mmφのプレイテッドヒート
シンク付きのメサ型に作製されている。ガンダイオード
4の下面は、プレイテッドヒートシンクの部分で熱圧着
もしくは半田付けにより台座部2としての表面をTi,つ
いでAuよりなる金属で被覆されたダイヤモンドヒートシ
ンク上にダイボンディングされている。ダイヤモンドヒ
ートシンク2上にガンダイオード4を直接固着されてい
るので、ガンダイオード4が発生する熱を十分に逃がす
ことができる。一方、ガンダイオード4の上面と、セラ
ミックリング3の上端面8との間の距離を50μm〜150
μmとすることで、セラミックリング3の上端部8とガ
ンダイオード4の上部電極とを接続する金属箔5の長さ
を調節し、金属箔5のインダクタンスLの値が大きくな
り過ぎて、素子の特性に影響が出ないようにしている。
ガンダイオード4の上部電極とセラミックリング3の上
端面8の金属被膜部との接続は、W−band(75〜110GH
z)で一般的な厚さ10〜15μm、幅100μm程度の金属箔
からなる金リボン5が用いられている。すなわちガンダ
イオード4の上面と、セラミックリング3の上端面8と
の間の距離(高低差)は金リボン5の厚さの10倍以下程
度に選ばれている。セラミックリング3の上端面8に
は、金メッキしたCu製の蓋6が金リボン5を挟んでAu−
Sn系の共晶合金で固着されている。合金化することで、
確実に蓋6をセラミックリング3の上端面8に密着させ
ている。但し、この距離(高低差)をあまり短くする
と、金リボン5の厚み10〜15μmとそのたわみ10〜20μ
mによって蓋6との隙間が小さくなるため、蓋6の封じ
に用いる共晶ハンダ(Au−Sn)が金リボン5側に流れ込
み、金リボン5の質が硬くなってガンダイオードチップ
へ引張りやずれ等のストレスを与えるために、装置の信
頼性が損われるおそれがあるので、金リボンの厚さに対
し3倍以上の距離(高低差)とすることが好ましい。
In FIG. 4A, one end face 7 (lower end face) of a ceramic ring 3 made of alumina, which is an insulator formed in a cylindrical shape.
Are fixed to the heat radiator 1 of the package body. The Gunn diode 4 as a millimeter wave element chip is 40 to 60 μmφ, has electrodes on both upper and lower surfaces, and is manufactured in a mesa type with a 0.3 mmφ plated heat sink. The lower surface of the gun diode 4 is die-bonded on a diamond heat sink whose surface as the pedestal portion 2 is coated with a metal made of Ti and then Au by thermocompression bonding or soldering at a portion of a plated heat sink. Since the gun diode 4 is directly fixed on the diamond heat sink 2, the heat generated by the gun diode 4 can be sufficiently released. On the other hand, the distance between the upper surface of the Gunn diode 4 and the upper end surface 8 of the ceramic ring 3 is 50 μm to 150 μm.
By setting the thickness to μm, the length of the metal foil 5 connecting the upper end portion 8 of the ceramic ring 3 and the upper electrode of the Gunn diode 4 is adjusted, and the value of the inductance L of the metal foil 5 becomes too large. The characteristics are not affected.
The connection between the upper electrode of the Gunn diode 4 and the metal coating on the upper end face 8 of the ceramic ring 3 is made in a W-band (75 to 110 GHz).
In z), a gold ribbon 5 generally made of metal foil having a thickness of 10 to 15 μm and a width of about 100 μm is used. That is, the distance (difference in height) between the upper surface of the gun diode 4 and the upper end surface 8 of the ceramic ring 3 is selected to be about 10 times or less the thickness of the gold ribbon 5. On the upper end surface 8 of the ceramic ring 3, a lid 6 made of gold-plated Cu is sandwiched between the Au-
It is fixed with a Sn-based eutectic alloy. By alloying,
The lid 6 is securely brought into close contact with the upper end surface 8 of the ceramic ring 3. However, if this distance (difference in height) is too short, the thickness of the gold ribbon 5 is 10 to 15 μm and its deflection is 10 to 20 μm.
Since the gap between the cover 6 and the cover 6 is reduced by m, the eutectic solder (Au-Sn) used for sealing the cover 6 flows into the gold ribbon 5 side, and the quality of the gold ribbon 5 becomes hard, and the gold ribbon 5 is pulled or shifted to the gun diode chip. Since the reliability of the apparatus may be impaired due to the application of such stress, it is preferable that the distance (the height difference) be at least three times the thickness of the gold ribbon.

次に図4Aおよび4Bに示す本発明のミリ波用パッケージ
の特性を図5に示す。図5に示す出力特性は94GHzで発
振するように設計されたガンダイオードを用いた場合で
あり、比較のために本発明の最良の実施の形態とは異な
る条件の場合も示している。すなわち、本発明の実施の
形態について2通り、比較例として2通りの合計4通り
について、セラミックリング3の端面の面積を変えて、
蓋6とパッケージ本体の放熱体1間で形成される寄生キ
ャパシタンスCの値に変えた場合の、発振実験の結果で
ある。より詳細に述べると、セラミックリング3の端面
の面積を、セラミックリング3の外径aと内径bの組み
合わせ(a,b)を変えてパッケージを構成した場合の実
験結果である。ここで、高周波特性の比較例としては外
径aと内径bの組み合わせ(a,b)を(0.78mm,0.4mm)
及び0.77mm,0.46mm)とし、本発明の第1の実施例とし
ては(0.73mm,0.46mm)とし、第2の実施例としては
(0.75mm,0.50mm)としている。つまり、比較例のセラ
ミックリング3の厚み((a−b)/2)を0.19mmおよび
0.155mmとし、本発明の第1および第2の実施例のセラ
ミックリング3の厚みをそれぞれ0.135mmおよび0.125mm
と変えることで、高周波特性を示している。
Next, characteristics of the millimeter wave package of the present invention shown in FIGS. 4A and 4B are shown in FIG. The output characteristic shown in FIG. 5 is a case where a Gunn diode designed to oscillate at 94 GHz is used, and for comparison, a case under a condition different from the best embodiment of the present invention is also shown. That is, by changing the area of the end face of the ceramic ring 3 for two cases of the embodiment of the present invention and two cases of the comparative example in total,
It is a result of an oscillation experiment when the value of the parasitic capacitance C formed between the lid 6 and the heat radiator 1 of the package body is changed. More specifically, it is an experimental result when a package is formed by changing the area of the end face of the ceramic ring 3 by changing the combination (a, b) of the outer diameter a and the inner diameter b of the ceramic ring 3. Here, as a comparative example of the high frequency characteristics, the combination (a, b) of the outer diameter a and the inner diameter b is (0.78 mm, 0.4 mm)
And 0.77 mm, 0.46 mm), (0.73 mm, 0.46 mm) in the first embodiment of the present invention, and (0.75 mm, 0.50 mm) in the second embodiment. That is, the thickness ((ab) / 2) of the ceramic ring 3 of the comparative example was 0.19 mm and
The thickness of the ceramic ring 3 of the first and second embodiments of the present invention is 0.135 mm and 0.125 mm, respectively.
By changing to, the high frequency characteristics are shown.

なお、本発明の第1および第2の実施例においてはセ
ラミックリング3の内径aは、セラミックリング3の中
に半導体素子9を入れることができるように、0.35mm以
上0.5mm以下であることが必要である。なお、0.5mmを超
えると、セラミックリング3の上端面8とガンダイオー
ド4の上部電極とを接続する金属箔5のインダクタンス
Lの値が大きくなり、発振周波数を下げてしまうので、
0.5mmを超えることはできない。
In the first and second embodiments of the present invention, the inner diameter a of the ceramic ring 3 is preferably not less than 0.35 mm and not more than 0.5 mm so that the semiconductor element 9 can be put in the ceramic ring 3. is necessary. If the thickness exceeds 0.5 mm, the value of the inductance L of the metal foil 5 connecting the upper end surface 8 of the ceramic ring 3 and the upper electrode of the Gunn diode 4 increases, and the oscillation frequency decreases.
It cannot exceed 0.5mm.

図5に示すよに、セラミックリング3の厚み((a−
b)/2)、すなわちセラミックリング3の上端面および
下端面の面積が小さい本発明の第1および第2の実施例
の場合が、端面の面積の大きい比較例に比して高周波特
性が向上していることがわかる。
As shown in FIG. 5, the thickness of the ceramic ring 3 ((a−
b) / 2), that is, in the first and second embodiments of the present invention in which the areas of the upper end face and the lower end face of the ceramic ring 3 are small, the high frequency characteristics are improved as compared with the comparative example in which the area of the end face is large. You can see that it is doing.

図5に示す高周波特性の測定においては4種の試料は
マウント、共振器は同一条件であることはもちろんであ
る。比較例であるセラミックリング3の厚みが0.15mm
(a=0.77mm,b=0.46mm)の試料では、発振周波数が81
〜85GHzであるのに対し、厚みを0.135mm(a=0.73mm,b
=0.46mm)とした本発明の第1の実施例の試料では、発
振周波数が89〜99GHzとなっていることがわかる。ま
た、厚みを0.125mm(a=0.75mm,b=0.50mm)とした本
発明の第2の実施例では発振周波数が94〜100GHzとなっ
ていることがわかる。但し、セラミックリング3の厚み
((a−b)/2)を0.08mm未満とすると、セラミックリ
ング3のロウ付(溶着)時にスラックが入る等などの理
由により機械的強度が弱くなるため、装置の信頼性が損
なわれるおそれがある。確実に装置の信頼性を確保する
ためには、0.08mm以上、好ましくは0.1mm以上であるこ
とが必要である。
In the measurement of the high frequency characteristics shown in FIG. 5, it is a matter of course that the four types of samples have the same conditions for the mount and the resonator. The thickness of the comparative ceramic ring 3 is 0.15 mm
(A = 0.77mm, b = 0.46mm), the oscillation frequency is 81
Thickness of 0.135mm (a = 0.73mm, b
= 0.46 mm), the sample of the first example of the present invention has an oscillation frequency of 89 to 99 GHz. Further, it can be seen that the oscillation frequency is 94 to 100 GHz in the second embodiment of the present invention in which the thickness is 0.125 mm (a = 0.75 mm, b = 0.50 mm). However, if the thickness ((ab) / 2) of the ceramic ring 3 is less than 0.08 mm, the mechanical strength is weakened due to slack when the ceramic ring 3 is brazed (welded), etc. May be compromised. In order to ensure the reliability of the device, it is necessary that the thickness is 0.08 mm or more, preferably 0.1 mm or more.

上述の結果は例示であり、E−band(60〜90GHz),F
−band(90〜140GHz)でも同様に、本発明の第1,および
第2実施例と同様の構造のものは、比較例と比べて高周
波特性の向上が認められた。なお、InPガンダイオード
に限らずGaAsガンダイオード等他のミリ波素子でも同様
である。
The above results are examples, E-band (60-90 GHz), F
Similarly, in the case of -band (90 to 140 GHz), the high frequency characteristics of the same structure as those of the first and second embodiments of the present invention were recognized as compared with the comparative example. The same applies to other millimeter-wave elements such as GaAs gun diodes as well as InP gun diodes.

従って、以上の結果から絶縁体の半径方向の厚みは0.
08mm以上0.14mm以下とすることにより、優れた高周波特
性を得ることができる。
Therefore, from the above results, the radial thickness of the insulator is 0.
By setting the thickness to 08 mm or more and 0.14 mm or less, excellent high-frequency characteristics can be obtained.

産業上の利用可能性 以上のように、本発明にかかる半導体装置は円筒状の
絶縁体の厚み(a−b)/2を0.08mm以上0.14mm以下とす
ることにより、絶縁体の端面(上端面及び下端面)の面
積が小さくなって、蓋とパッケージ本体の放熱体間で形
成される寄生キャパシタンスCの値が低減し、また、半
導体素子の上面と絶縁体の上端面との間の距離を短くし
てくれるので寄生インダクタンスLも小さく90GHz以上
のミリ波帯でも優れた高周波特性が得られる。さらに、
本発明にかかる半導体装置は半導体素子の一主面(下
面)を放熱体に固着させているので十分な放熱性が得ら
れる。また、本発明にかかる半導体装置は蓋を合金化に
より絶縁体の上端面に取り付けているので、高い信頼性
が得られる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, in the semiconductor device according to the present invention, by setting the thickness (ab) / 2 of the cylindrical insulator to 0.08 mm or more and 0.14 mm or less, the end face of the insulator (top The area of the end surface and the lower end surface is reduced, the value of the parasitic capacitance C formed between the lid and the heat radiator of the package body is reduced, and the distance between the upper surface of the semiconductor element and the upper end surface of the insulator is reduced. , The parasitic inductance L is small, and excellent high-frequency characteristics can be obtained even in the millimeter wave band of 90 GHz or more. further,
In the semiconductor device according to the present invention, one main surface (lower surface) of the semiconductor element is fixed to the radiator, so that sufficient heat radiation can be obtained. Further, in the semiconductor device according to the present invention, since the lid is attached to the upper end surface of the insulator by alloying, high reliability can be obtained.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−75247(JP,A) 特開 昭50−44954(JP,A) 特開 昭49−137345(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/02,23/36,47/02 Continuation of front page (56) References JP-A-55-75247 (JP, A) JP-A-50-44954 (JP, A) JP-A-49-137345 (JP, A) (58) Fields studied (Int .Cl. 6 , DB name) H01L 23 / 02,23 / 36,47 / 02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】放熱体と、該放熱体の上部に固着された半
導体素子と、該半導体素子を取囲み、下端面を該放熱体
に接した中空円筒状絶縁体と、該絶縁体の上端面と該半
導体素子とを接続する金属箔と、該金属箔の一部と接
し、かつ該絶縁体の上部に形成され、該絶縁体の中空部
を密閉する蓋とから少なくとも構成され、 該絶縁体の半径方向に測った厚みが0.08mm以上0.14mm以
下であることを特徴する半導体装置。
1. A heat radiator, a semiconductor element fixed to an upper part of the heat radiator, a hollow cylindrical insulator surrounding the semiconductor element and having a lower end surface in contact with the heat radiator, A metal foil for connecting the end face and the semiconductor element, and a lid which is in contact with a part of the metal foil and is formed on an upper portion of the insulator and seals a hollow portion of the insulator; A semiconductor device having a thickness measured in a radial direction of a body of 0.08 mm or more and 0.14 mm or less.
【請求項2】前記半導体素子は台座部と、該台座部の上
部に、下面を密着して形成されたミリ波素子チップとか
ら少なくとも構成されることを特徴とする請求の範囲第
1項記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor element comprises at least a pedestal portion and a millimeter-wave device chip formed on an upper portion of said pedestal portion and having a lower surface in close contact with said pedestal portion. Semiconductor device.
【請求項3】前記ミリ波素子チップは化合物半導体から
なることを特徴とする請求の範囲第2項記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said millimeter wave element chip is made of a compound semiconductor.
【請求項4】前記ミリ波素子チップはガンダイオードで
あることを特徴とする請求の範囲第2項記載の半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said millimeter wave element chip is a Gunn diode.
【請求項5】前記台座部はダイヤモンドヒートシンクで
あることを特徴とする請求の範囲第2項記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein said pedestal is a diamond heat sink.
【請求項6】前記蓋は前記金属箔の一部と合金化されて
前記絶縁体の上端面に固着されていることを特徴とする
請求の範囲第1項記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said lid is alloyed with a part of said metal foil and fixed to an upper end surface of said insulator.
【請求項7】前記金属箔は金リボンであり、前記蓋はAu
−Sn系共晶合金で合金化され前記絶縁体の上端面に固着
されていることを特徴とする請求の範囲第6項記載の半
導体装置。
7. The metal foil is a gold ribbon, and the lid is made of Au.
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor device is alloyed with a Sn-based eutectic alloy and is fixed to an upper end surface of the insulator.
【請求項8】前記半導体素子の上面と前記絶縁体の上端
面との間の距離が前記金属箔の厚みの3倍以上10倍以下
であることを特徴とする請求の範囲第1項記載の半導体
装置。
8. The method according to claim 1, wherein a distance between an upper surface of said semiconductor element and an upper end surface of said insulator is not less than 3 times and not more than 10 times a thickness of said metal foil. Semiconductor device.
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