JP3652278B2 - 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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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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野で使用されたり、マイクロ波帯、ミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）には、半導体素子を電気的に接地するための導体パターンとしての線路導体が設けられている。このような半導体パッケージを図３に断面図で示す。同図において、２１は基体、２２は金属製の枠体、２６は回路基板である。
【０００３】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成る略四角形状の板状体であり、その上側主面には、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と回路基板２６−Ａ，２６−Ｂが載置固定される。回路基板２６−Ａ，２６−Ｂの下面には、接地導体層２６ｃ−Ａ，２６ｃ−Ｂが被着されており、銀（Ａｇ）ろう，Ａｇ−銅（Ｃｕ）ろう等のろう材や半田によって接地導体層２６ｃと載置部２１ａが強固に接着される。
【０００４】
なお、半導体素子２５は、その電極が回路基板２６−Ａ，２６−Ｂに被着されている第１の線路導体２６ａと第２の線路導体２６ｂにそれぞれボンディングワイヤ２７ａ，２７ｂを介して電気的に接続されている。
【０００５】
基体２１の上側主面の外周部には載置部２１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５を収容する空所を形成する。枠体２２は基体２１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体２１と一体成形される、または基体２１にＡｇろう、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２１の上側主面の外周部に立設される。
【０００６】
枠体２２の側面には同軸コネクタ２３が嵌着される貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ内に同軸コネクタ２３を嵌め込むとともに半田等の封着材を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａの内面との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ２３が貫通孔２２ａ内に封着材を介して嵌着接合される。
【０００７】
同軸コネクタ２３は、中心軸部分に信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体２３ａが固定されている。中心導体２３ａが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板２６−Ａの第１の線路導体２６ａに電気的に接続される。この同軸コネクタ２３には、外部電気回路（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せず）が装着されることによって、内部に収納された半導体素子２５が同軸コネクタ２３の中心導体２３ａを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００８】
第２の線路導体２６ｂは、図４に要部拡大平面図を示すように、回路基板２６−Ｂの第２の線路導体２６ｂの延長部の端面に設けられた導体層２６ｄを介して、接地導体層２６ｃ−Ｂに電気的に接続される。第２の線路導体２６ｂには抵抗部２８が設けられている。この抵抗部２８は、第２の線路導体２６ｂを流れて接地導体層２６ｃ−Ｂに接地される、高周波信号成分を含む終端用信号を、電気エネルギーから熱エネルギーに変換し、接地導体層２６ｃ−Ｂからの終端用信号の反射によるノイズを抑制して、電気的に接地するものである。
【０００９】
最後に、基体２１、枠体２２から成る容器内部に半導体素子２５を収容し、枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法により接合し、容器内部を気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体パッケージにおいては、第２の線路導体２６ｂと導体層２６ｄとの境界部および導体層２６ｄと接地導体層２６ｃ−Ｂとの境界部で終端用信号が略直角に曲がって伝送するため、終端用信号の伝送をスムーズにできないといった理由により、回路基板２６−Ｂに設けた第２の線路導体２６ｂを伝送する終端用信号を確実に接地させるのが困難であった。そのため、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生し、半導体素子２５を正常に作動させることができないという問題点を有していた。
【００１１】
また、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号の高周波化が進むと、第２の線路導体２６ｂに設けられた抵抗部２８において、終端用信号の電気エネルギーを熱エネルギーに変換することを十分にできなくなるとともに、接地導体層２６ｃ−Ｂは終端用信号を接地させるには不十分な面積となっていた。即ち、抵抗部２８では終端用信号を確実に電気エネルギーから熱エネルギーに変換することができず、また接地導体２６ｃ−Ｂの面積が不十分であるため、第２の線路導体２６ｂを伝送する終端用信号を確実に接地できなくなる。そのため、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号によって接地導体層２６ｃ−Ｂからの反射によるノイズが発生し、そのノイズが半導体素子２５に入り込んで誤作動を発生させるという問題点を有していた。
【００１２】
特に、上記問題点は、光通信分野に使用されたりマイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を組み込んだ半導体装置の高速情報処理化が進み、第１の線路導体２６ａおよび第２の線路導体２６ｂを介して半導体素子２５に入出力される信号がより高周波領域になると、より顕著となっていた。
【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、半導体素子の終端用電極に終端用信号の高周波信号成分が反射して入り込んで半導体素子が誤作動を起こすのを防ぐことにより、信頼性の高いものとすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、上側主面に半導体素子を載置するための載置部を有する基体と、前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、内面に回路基板が設置された棚部を有する枠体とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、その上面に、一端が前記半導体素子に電気的に接続され他端が縁部に達しておりかつ途中に高周波信号成分を終端させるための抵抗部を設けた接地用の線路導体が形成されているとともに、前記線路導体を取り囲むように形成されかつ前記線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が設けられ、下面に接地導体層が形成されており、さらに前記線路導体の他端から前記回路基板の端面および前記接地導体層にかけて導体層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体パッケージによれば、線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が回路基板の上面に形成されていることから、線路導体の他端において線路導体を伝送する終端用信号を電気的に接地させるための接地導体層の面積を拡大できる。そのため、線路導体から接地導体層に向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００１６】
また、線路導体に略平行かつ取り囲むように同一面接地導体層が設けられていることから、線路導体から同一面接地導体層に終端用信号の高周波信号成分を空間を介して短絡させることができ、線路導体において終端用信号を大幅に減衰させて確実に接地させることができる。即ち、線路導体を進行する終端用信号は、線路導体の他端側に向かって同一面接地導体層に空間を介して短絡されながら進行するため、他端側にいくにつれて大幅に減衰されることとなる。
【００１７】
さらに、同一面接地導体層において、好ましくは金属から成る枠体に向けて終端用信号を放射し易くなり、線路導体に設けられた抵抗部において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００１８】
従って、本発明は、このような構成により、線路導体を伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生することを防止し、半導体素子を正常に作動させ得る。
【００１９】
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回路基板の線路導体の一端に電気的に接続された前記半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、このような構成により、上記本発明の半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体、６−Ａ，６−Ｂは回路基板である。
【００２２】
本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等から成る略四角形の板状体であり、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、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１の上側主面の略中央部には、ＩＣ，ＬＳＩ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子５を載置するための載置部１ａが形成されており、載置部１ａには半導体素子５が載置固定される。
【００２３】
また、基体１の上側主面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設するように接合されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を収容する空所を形成する。この枠体２は、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１にＡｇろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体１の上側主面の外周部に立設される。
【００２４】
枠体２の内面には回路基板６−Ａ，６−Ｂを設置するための棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂが設けられており、棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂは枠体２と一体成形されるか、または、別体として作製した棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂの一端面をＡｇろう等のろう材を介して枠体２にろう付け、または溶接法により接合することにより枠体２と一体化される。回路基板６−Ａ，６−Ｂの下面には接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂが被着形成されており、Ａｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材やＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田によって接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂと棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂが強固に接着される。
【００２５】
なお、枠体２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属の他に、セラミックス等の誘電体材料から成りかつその表面にメタライズ層等の導体層が形成されているのが好ましい。この場合、後述するように、同一面接地導体層１６から枠体２に向けて放射された高周波信号成分を接地し易くなり、第２の線路導体６ｂに設けられた抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００２６】
半導体素子５は、その電極が回路基板６−Ａ，６−Ｂの上面に被着形成されている第１の線路導体６ａおよび接地用の第２の線路導体６ｂにそれぞれボンディングワイヤ７ａ，７ｂを介して電気的に接続される。
【００２７】
回路基板６−Ａ，６−Ｂは、例えばＡｌ2Ｏ3セラミックスから成る場合、以下のようにして作製される。まず、Ａｌ2Ｏ3，酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによってセラミックグリーンシートを得る。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す、または、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末を金型に充填しプレス成型することによって、所定の形状に成形する。そのセラミックグリーンシートの上面に第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃとなる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２８】
第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃとなる金属ペーストは、Ｗ，モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合してペースト状となしたものを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷することにより、セラミックグリーンシートまたはセラミックスの成形体に印刷塗布される。
【００２９】
なお、第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃは薄膜形成法によって形成されていても良く、その場合、第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃは窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金），チタン（Ｔｉ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），Ａｕ等から形成され、セラミックグリーンシートを焼成した後に形成される。
【００３０】
また、外部より半導体素子５に駆動信号等を入力するものとして、例えば同軸コネクタ３が用いられ、以下のようにして枠体２に設置される。枠体２の側面に同軸コネクタ３が嵌着される貫通孔２ａを形成し、貫通孔２ａ内に同軸コネクタ３を嵌め込むとともにＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の封着材を貫通孔２ａとの隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材は毛細管現象により同軸コネクタ３と貫通孔２ａの内面との隙間に充填されることによって、同軸コネクタ３が貫通孔２ａ内に半田等の封着材を介して嵌着接合される。
【００３１】
同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体素子５を外部電気回路に接続された同軸ケーブルに電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒形等の筒状の外周導体にガラス等の絶縁体が充填され、中心軸にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る中心導体３ａが固定されて成る。中心導体３ａが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板６−Ａの第１の線路導体６ａに電気的に接続される。この同軸コネクタ３に、同軸ケーブルが装着されることによって、半導体パッケージの内部に収納された半導体素子５が同軸コネクタ３の中心導体３ａを介して、外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３２】
そして、半導体素子５の電極と回路基板６−Ａの上面に形成された第１の線路導体６ａとがボンディングワイヤ７ａにより電気的に接続され、第１の線路導体６ａと中心導体３ａとが半田等の導電性接着材を介して電気的に接続される。
【００３３】
また、回路基板６−Ｂの上面に形成された第２の線路導体６ｂは、図２に示すように、一端が半導体素子５に電気的に接続され、他端が回路基板６−Ｂの上面の縁部に達しており、かつ途中に抵抗部８が設けられ、他端は回路基板６−Ｂの上面の略全周に線路導体６ｂに略平行かつ取り囲むように設けられた同一面接地導体層１６に接続されている。この場合、同一面接地導体層１６は、回路基板６−Ｂの上面に線路導体６ｂを取り囲むように設けられるが、好ましくは、回路基板６−Ｂの上面の略全周に設けられるのがよく、同一面接地導体層１６から高周波信号成分が枠体２に向けて放射され易くなる。
【００３４】
第２の線路導体６ｂの途中に設けられた抵抗部８は、Ｔａ2Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ合金等の材料から成り、回路基板６−Ｂに印刷塗布された後に焼成されるか、薄膜形成法により形成され、所望の抵抗値を有する厚み、幅、形状となるように形成される。抵抗値を微小調整するために、抵抗部８の一部をレーザ加工によって除去することもできる。
【００３５】
また、回路基板６−Ｂの端面で第２の線路導体６ｂを他端側に延長した部位には導体層６ｄが設けられ、第２の線路導体６ｂが導体層６ｄを介して接地導体層６ｃ−Ｂに電気的に接続されている。
【００３６】
接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂは、Ａｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材やＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田によって、枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに強固に接着され、回路基板６−Ａ，６−Ｂがそれぞれ棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに設置固定されている。
【００３７】
本発明は、第２の線路導体６ｂの他端に同一面接地導体層１６が接続するように形成されていることから、従来に比べ第２の線路導体６ｂの他端において第２の線路導体６ｂを伝送する終端用信号を接地させるための接地導体層６ｃ−Ｂの面積を拡大できる。そのため、第２の線路導体６ｂから接地導体層６ｃ−Ｂに向けての高周波信号の伝送をスムーズに行なうことができ、第２の線路導体６ｂの他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００３８】
また、第２の線路導体６ｂに略平行にかつ取り囲むように同一面接地導体層１６が設けられていることから、第２の線路導体６ｂから同一面接地導体層１６に終端用信号を空間を介して短絡させることができ、第２の線路導体６ｂにおいて終端用信号を減衰させて確実に接地させることができる。
【００３９】
さらに、同一面接地導体層１６において枠体２に向けて高周波信号を放射し易くなり、第２の線路導体６ｂに設けられた抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００４０】
このようにして、第２の線路導体６ｂを伝わる終端用信号をより確実に接地することができ、第２の線路導体６ｂを伝わる終端用信号により生じる接地導体層６ｃ−Ｂからの反射によるノイズが発生し、そのノイズが半導体素子５に入り込むのを防止し、半導体素子５を正常に作動させ得る。
【００４１】
また、回路基板６−Ａ，６−Ｂは枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに設置されている。基体１には半導体パッケージの製造過程において反りが発生し、外部回路基板へねじ止めによって実装する際、この反りが矯正される。従来、反りが矯正されることにより、基体１上に設置された回路基板６−Ａ，６−Ｂに歪が加わって回路基板６−Ａ，６−Ｂが破損し線路導体６ａ，６ｂが断線してしまい半導体素子５が作動しなくなる場合があったが、枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂは、反りの矯正時に加わる歪の影響を受けにくくなる。そのため、棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂにそれぞれ回路基板６−Ａ，６−Ｂを設置することにより、基体１の反りの矯正時に加わる歪の影響をほとんど受けなくなり、回路基板６−Ａ，６−Ｂの破損を防止し線路導体６ａ，６ｂを伝送する高周波信号を無駄なく伝送できる。従って、半導体素子５を正常かつ安定に作動させることができる。
【００４２】
そして、上記本発明の半導体パッケージの枠体２上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体４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って、製品としての半導体装置となる。蓋体４により、容器内部に収納した半導体素子５を気密に収容し、半導体素子５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。この半導体装置は、基体１が外部電気回路基板に固定実装され、同軸コネクタ３と外部電気回路に接続された同軸ケーブルとを接続することにより、内部に収納した半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。
【００４３】
本発明における高周波信号の好ましい周波数は５〜２０ＧＨｚ程度であり、この場合に高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００４４】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００４５】
（実施例）本発明の実施例と従来例について、線路導体の伝送特性を以下のように解析した。伝送特性の解析は、図５（ａ），（ｂ）に示した２種類の解析モデルについて行なった。この解析モデルは、図１または図３に示した構成をモデル化したものである。即ち、図５（ａ）は本発明の実施例による回路基板６−Ｂの解析モデル（モデルＡ）の上面図、図５（ｂ）は従来の回路基板２６−Ｂの解析モデル（モデルＢ）の上面図である。
【００４６】
各解析モデルＡ，Ｂにおいて、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）（厚さ１ｍｍ）はアルミナセラミックス（比誘電率εｒ＝９．４）からなり、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の上面には抵抗部８（２８）を５０Ωとした第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を形成した。また、ボンディングワイヤ７ｂ（２７ｂ）が接続される側と反対側である、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の端面の第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を延長した部位に、導体層６ｄ（２６ｄ）を形成した。この導体層６ｄ（２６ｄ）を介して、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の下面の接地導体層６ｃ−Ｂ（２６ｃ−Ｂ）に電気的に接続した。
【００４７】
各解析モデルＡ，Ｂでは、半導体素子５の終端用電極の両脇に接地用電極が設けられているものについてモデル化しているため、その接地用電極にボンディングワイヤを介して接続される接地電極層を、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の上面の縁部で第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）の両側に形成した。その接地電極層は、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の端面に設けられた配線導体を介して接地導体層６ｃに電気的に接続されるようにした。
【００４８】
図５（ａ）において、回路基板６−Ｂの上面に第２の線路導体６ｂを取り囲むようにして同一面接地導体層１６を形成した。また、各モデルＡ，Ｂにおいて、基体１（１１）の材質はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、枠体２（２２）の材質はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ボンディングワイヤ７ｂ（２７ｂ）の材質はＡｕであり、それぞれ同様の材質から成るものとした。回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）および同一面接地導体層１６の詳細な寸法は、それぞれ図５（ａ），（ｂ）に示す通りとした（単位はｍｍ）。
【００４９】
そして、各モデルＡ，Ｂについて、０〜２０ＧＨｚの周波数帯域おける反射損失をシミュレーションによって求めた。図６は各モデルＡ，Ｂの反射損失のグラフである。図６において、周波数が０〜２０ＧＨｚの大部分で、従来のモデルＢに比べ、本発明のモデルＡの反射損失が改善されていることがわかる。
【００５０】
図６の結果から、各モデルＡ，Ｂを構成する各部位は、それぞれ同様の材質から成っており、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）部、接地導体層６ｃ−Ｂ（２６ｃ−Ｂ）部、導体層６ｄ（２６ｄ）部および抵抗部８（２８）に起因する伝送損失は同じとみなせることから、各モデルＡ，Ｂの伝送損失の違いは、同一面接地導体層１６の有無に基づくものとみなせる。１２〜１５．５ＧＨｚにおいて、モデルＢに比べ、モデルＡの反射損失が大きくなっているが、これは第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）の長さによる共振の影響により、モデルＢの反射損失が部分的に低減したものと考えられる。
【００５１】
従って、本発明のモデルＡは、従来のモデルＢに比べ、０〜２０ＧＨｚの周波数帯域の大部分で反射特性に優れた良好な信号線路を構成することがわかった。
【００５２】
これは、同一面接地導体層１６によって、第２の線路導体６ｂの他端において第２の線路導体６ｂを伝送する終端用信号を接地させるための接地導体層６ｃ−Ｂの面積を拡大できたため、第２の線路導体６ｂから接地導体層６ｃ−Ｂに向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、第２の線路導体６ｂの他端における終端用信号の反射が減少したためである。また、第２の線路導体６ｂに略平行かつ取り囲むように同一面接地導体層１６を設けたことで、第２の線路導体６ｂから同一面接地導体層１６に終端用信号を空間を介して短絡させることができ、第２の線路導体６ｂにおいて終端用信号を減衰させて確実に接地させたためである。さらに、同一面接地導体層１６において枠体２に向けて終端用信号を放射し易くなり、第２の線路導体６ｂの抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射して、終端用信号をより確実に接地したためである。
【００５３】
上述のように終端用信号を確実に接地することができたため、終端用信号の反射特性が良好になっていると考えられる。このような、終端用信号を確実に接地することによる反射特性の向上は終端用信号の周波数が高くなるほど重要である。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例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は可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ内に載置された回路基板は、その上面に、一端が半導体素子に電気的に接続され他端が縁部に達しておりかつ途中に抵抗部を設けた接地用の線路導体が形成されているとともに、線路導体を取り囲むように形成されかつ線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が設けられ、下面に接地導体層が形成されており、さらに線路導体の他端から回路基板の端面および接地導体層にかけて導体層が形成されていることにより、線路導体の他端において線路導体を伝送する終端用信号を電気的に接地させるための接地導体層の面積を拡大できるため、線路導体から接地導体に向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、線路導体の他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００５６】
また、線路導体から同一面接地導体層に終端用信号の高周波信号成分を空間および間隙を介して短絡させることができ、線路導体において終端用信号を減衰させて確実に接地させることができる。さらに、同一面接地導体層において枠体に向けて高周波信号を放射し易くなり、線路導体に設けられた抵抗部において接地しきれない終端用信号を放射することによってより確実に接地することができる。
【００５７】
従って、線路導体を伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生することを防止し、半導体素子を正常に作動させることが可能になる。
【００５８】
また、基体には半導体パッケージの製造過程において反りが発生し、外部回路基板へねじ止めによって実装する際、この反りが矯正される。このため、従来の基体上に載置固定された回路基板は反り矯正時に歪が加わり破損する場合があったが、反りの矯正による歪の影響が少ない枠体の棚部へ回路基板を設置することにより、回路基板の破損を防止し、回路基板の線路導体で高周波信号を伝送させることができるため、半導体素子を正常に作動させることができる。
【００５９】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、棚部に設置された回路基板と、載置部に載置されるとともに回路基板の線路導体の一端に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の作用効果を有する半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージについて実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体パッケージにおける回路基板の要部拡大平面図である。
【図３】従来の半導体パッケージの断面図である。
【図４】従来の半導体パッケージにおける回路基板の要部拡大平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の半導体パッケージの回路基板について実施の形態の例を示す解析モデルＡの平面図であり、（ｂ）は従来例の回路基板を示す解析モデルＢの平面図である。
【図６】図５の解析モデルＡ，Ｂの反射損失の解析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
２ｂ：棚部
４：蓋体
５：半導体素子
６：回路基板
６ｂ：第２の線路導体
６ｃ：接地導体層
６ｄ：導体層
８：抵抗部
１６：同一面接地導体層
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野で使用されたり、マイクロ波帯、ミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）には、半導体素子を電気的に接地するための導体パターンとしての線路導体が設けられている。このような半導体パッケージを図３に断面図で示す。同図において、２１は基体、２２は金属製の枠体、２６は回路基板である。
【０００３】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成る略四角形状の板状体であり、その上側主面には、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と回路基板２６−Ａ，２６−Ｂが載置固定される。回路基板２６−Ａ，２６−Ｂの下面には、接地導体層２６ｃ−Ａ，２６ｃ−Ｂが被着されており、銀（Ａｇ）ろう，Ａｇ−銅（Ｃｕ）ろう等のろう材や半田によって接地導体層２６ｃと載置部２１ａが強固に接着される。
【０００４】
なお、半導体素子２５は、その電極が回路基板２６−Ａ，２６−Ｂに被着されている第１の線路導体２６ａと第２の線路導体２６ｂにそれぞれボンディングワイヤ２７ａ，２７ｂを介して電気的に接続されている。
【０００５】
基体２１の上側主面の外周部には載置部２１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５を収容する空所を形成する。枠体２２は基体２１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体２１と一体成形される、または基体２１にＡｇろう、Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２１の上側主面の外周部に立設される。
【０００６】
枠体２２の側面には同軸コネクタ２３が嵌着される貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ内に同軸コネクタ２３を嵌め込むとともに半田等の封着材を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａの内面との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ２３が貫通孔２２ａ内に封着材を介して嵌着接合される。
【０００７】
同軸コネクタ２３は、中心軸部分に信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体２３ａが固定されている。中心導体２３ａが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板２６−Ａの第１の線路導体２６ａに電気的に接続される。この同軸コネクタ２３には、外部電気回路（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せず）が装着されることによって、内部に収納された半導体素子２５が同軸コネクタ２３の中心導体２３ａを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【０００８】
第２の線路導体２６ｂは、図４に要部拡大平面図を示すように、回路基板２６−Ｂの第２の線路導体２６ｂの延長部の端面に設けられた導体層２６ｄを介して、接地導体層２６ｃ−Ｂに電気的に接続される。第２の線路導体２６ｂには抵抗部２８が設けられている。この抵抗部２８は、第２の線路導体２６ｂを流れて接地導体層２６ｃ−Ｂに接地される、高周波信号成分を含む終端用信号を、電気エネルギーから熱エネルギーに変換し、接地導体層２６ｃ−Ｂからの終端用信号の反射によるノイズを抑制して、電気的に接地するものである。
【０００９】
最後に、基体２１、枠体２２から成る容器内部に半導体素子２５を収容し、枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法により接合し、容器内部を気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体パッケージにおいては、第２の線路導体２６ｂと導体層２６ｄとの境界部および導体層２６ｄと接地導体層２６ｃ−Ｂとの境界部で終端用信号が略直角に曲がって伝送するため、終端用信号の伝送をスムーズにできないといった理由により、回路基板２６−Ｂに設けた第２の線路導体２６ｂを伝送する終端用信号を確実に接地させるのが困難であった。そのため、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生し、半導体素子２５を正常に作動させることができないという問題点を有していた。
【００１１】
また、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号の高周波化が進むと、第２の線路導体２６ｂに設けられた抵抗部２８において、終端用信号の電気エネルギーを熱エネルギーに変換することを十分にできなくなるとともに、接地導体層２６ｃ−Ｂは終端用信号を接地させるには不十分な面積となっていた。即ち、抵抗部２８では終端用信号を確実に電気エネルギーから熱エネルギーに変換することができず、また接地導体２６ｃ−Ｂの面積が不十分であるため、第２の線路導体２６ｂを伝送する終端用信号を確実に接地できなくなる。そのため、第２の線路導体２６ｂを伝わる終端用信号によって接地導体層２６ｃ−Ｂからの反射によるノイズが発生し、そのノイズが半導体素子２５に入り込んで誤作動を発生させるという問題点を有していた。
【００１２】
特に、上記問題点は、光通信分野に使用されたりマイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を組み込んだ半導体装置の高速情報処理化が進み、第１の線路導体２６ａおよび第２の線路導体２６ｂを介して半導体素子２５に入出力される信号がより高周波領域になると、より顕著となっていた。
【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、半導体素子の終端用電極に終端用信号の高周波信号成分が反射して入り込んで半導体素子が誤作動を起こすのを防ぐことにより、信頼性の高いものとすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、上側主面に半導体素子を載置するための載置部を有する基体と、前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、内面に回路基板が設置された棚部を有する枠体とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、その上面に、一端が前記半導体素子に電気的に接続され他端が縁部に達しておりかつ途中に高周波信号成分を終端させるための抵抗部を設けた接地用の線路導体が形成されているとともに、前記線路導体を取り囲むように形成されかつ前記線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が設けられ、下面に接地導体層が形成されており、さらに前記線路導体の他端から前記回路基板の端面および前記接地導体層にかけて導体層が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体パッケージによれば、線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が回路基板の上面に形成されていることから、線路導体の他端において線路導体を伝送する終端用信号を電気的に接地させるための接地導体層の面積を拡大できる。そのため、線路導体から接地導体層に向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００１６】
また、線路導体に略平行かつ取り囲むように同一面接地導体層が設けられていることから、線路導体から同一面接地導体層に終端用信号の高周波信号成分を空間を介して短絡させることができ、線路導体において終端用信号を大幅に減衰させて確実に接地させることができる。即ち、線路導体を進行する終端用信号は、線路導体の他端側に向かって同一面接地導体層に空間を介して短絡されながら進行するため、他端側にいくにつれて大幅に減衰されることとなる。
【００１７】
さらに、同一面接地導体層において、好ましくは金属から成る枠体に向けて終端用信号を放射し易くなり、線路導体に設けられた抵抗部において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００１８】
従って、本発明は、このような構成により、線路導体を伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生することを防止し、半導体素子を正常に作動させ得る。
【００１９】
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回路基板の線路導体の一端に電気的に接続された前記半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、このような構成により、上記本発明の半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体、６−Ａ，６−Ｂは回路基板である。
【００２２】
本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等から成る略四角形の板状体であり、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、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１の上側主面の略中央部には、ＩＣ，ＬＳＩ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子５を載置するための載置部１ａが形成されており、載置部１ａには半導体素子５が載置固定される。
【００２３】
また、基体１の上側主面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設するように接合されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を収容する空所を形成する。この枠体２は、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１にＡｇろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体１の上側主面の外周部に立設される。
【００２４】
枠体２の内面には回路基板６−Ａ，６−Ｂを設置するための棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂが設けられており、棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂは枠体２と一体成形されるか、または、別体として作製した棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂの一端面をＡｇろう等のろう材を介して枠体２にろう付け、または溶接法により接合することにより枠体２と一体化される。回路基板６−Ａ，６−Ｂの下面には接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂが被着形成されており、Ａｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材やＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田によって接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂと棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂが強固に接着される。
【００２５】
なお、枠体２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属の他に、セラミックス等の誘電体材料から成りかつその表面にメタライズ層等の導体層が形成されているのが好ましい。この場合、後述するように、同一面接地導体層１６から枠体２に向けて放射された高周波信号成分を接地し易くなり、第２の線路導体６ｂに設けられた抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００２６】
半導体素子５は、その電極が回路基板６−Ａ，６−Ｂの上面に被着形成されている第１の線路導体６ａおよび接地用の第２の線路導体６ｂにそれぞれボンディングワイヤ７ａ，７ｂを介して電気的に接続される。
【００２７】
回路基板６−Ａ，６−Ｂは、例えばＡｌ2Ｏ3セラミックスから成る場合、以下のようにして作製される。まず、Ａｌ2Ｏ3，酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによってセラミックグリーンシートを得る。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す、または、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末を金型に充填しプレス成型することによって、所定の形状に成形する。そのセラミックグリーンシートの上面に第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃとなる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２８】
第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃとなる金属ペーストは、Ｗ，モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合してペースト状となしたものを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷することにより、セラミックグリーンシートまたはセラミックスの成形体に印刷塗布される。
【００２９】
なお、第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃは薄膜形成法によって形成されていても良く、その場合、第１の線路導体６ａ、第２の線路導体６ｂおよび接地導体層６ｃは窒化タンタル（Ｔａ2Ｎ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金），チタン（Ｔｉ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），Ａｕ等から形成され、セラミックグリーンシートを焼成した後に形成される。
【００３０】
また、外部より半導体素子５に駆動信号等を入力するものとして、例えば同軸コネクタ３が用いられ、以下のようにして枠体２に設置される。枠体２の側面に同軸コネクタ３が嵌着される貫通孔２ａを形成し、貫通孔２ａ内に同軸コネクタ３を嵌め込むとともにＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の封着材を貫通孔２ａとの隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材は毛細管現象により同軸コネクタ３と貫通孔２ａの内面との隙間に充填されることによって、同軸コネクタ３が貫通孔２ａ内に半田等の封着材を介して嵌着接合される。
【００３１】
同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体素子５を外部電気回路に接続された同軸ケーブルに電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒形等の筒状の外周導体にガラス等の絶縁体が充填され、中心軸にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る中心導体３ａが固定されて成る。中心導体３ａが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板６−Ａの第１の線路導体６ａに電気的に接続される。この同軸コネクタ３に、同軸ケーブルが装着されることによって、半導体パッケージの内部に収納された半導体素子５が同軸コネクタ３の中心導体３ａを介して、外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００３２】
そして、半導体素子５の電極と回路基板６−Ａの上面に形成された第１の線路導体６ａとがボンディングワイヤ７ａにより電気的に接続され、第１の線路導体６ａと中心導体３ａとが半田等の導電性接着材を介して電気的に接続される。
【００３３】
また、回路基板６−Ｂの上面に形成された第２の線路導体６ｂは、図２に示すように、一端が半導体素子５に電気的に接続され、他端が回路基板６−Ｂの上面の縁部に達しており、かつ途中に抵抗部８が設けられ、他端は回路基板６−Ｂの上面の略全周に線路導体６ｂに略平行かつ取り囲むように設けられた同一面接地導体層１６に接続されている。この場合、同一面接地導体層１６は、回路基板６−Ｂの上面に線路導体６ｂを取り囲むように設けられるが、好ましくは、回路基板６−Ｂの上面の略全周に設けられるのがよく、同一面接地導体層１６から高周波信号成分が枠体２に向けて放射され易くなる。
【００３４】
第２の線路導体６ｂの途中に設けられた抵抗部８は、Ｔａ2Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ合金等の材料から成り、回路基板６−Ｂに印刷塗布された後に焼成されるか、薄膜形成法により形成され、所望の抵抗値を有する厚み、幅、形状となるように形成される。抵抗値を微小調整するために、抵抗部８の一部をレーザ加工によって除去することもできる。
【００３５】
また、回路基板６−Ｂの端面で第２の線路導体６ｂを他端側に延長した部位には導体層６ｄが設けられ、第２の線路導体６ｂが導体層６ｄを介して接地導体層６ｃ−Ｂに電気的に接続されている。
【００３６】
接地導体層６ｃ−Ａ，６ｃ−Ｂは、Ａｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材やＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の半田によって、枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに強固に接着され、回路基板６−Ａ，６−Ｂがそれぞれ棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに設置固定されている。
【００３７】
本発明は、第２の線路導体６ｂの他端に同一面接地導体層１６が接続するように形成されていることから、従来に比べ第２の線路導体６ｂの他端において第２の線路導体６ｂを伝送する終端用信号を接地させるための接地導体層６ｃ−Ｂの面積を拡大できる。そのため、第２の線路導体６ｂから接地導体層６ｃ−Ｂに向けての高周波信号の伝送をスムーズに行なうことができ、第２の線路導体６ｂの他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００３８】
また、第２の線路導体６ｂに略平行にかつ取り囲むように同一面接地導体層１６が設けられていることから、第２の線路導体６ｂから同一面接地導体層１６に終端用信号を空間を介して短絡させることができ、第２の線路導体６ｂにおいて終端用信号を減衰させて確実に接地させることができる。
【００３９】
さらに、同一面接地導体層１６において枠体２に向けて高周波信号を放射し易くなり、第２の線路導体６ｂに設けられた抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射することによって終端用信号をより確実に接地することができる。
【００４０】
このようにして、第２の線路導体６ｂを伝わる終端用信号をより確実に接地することができ、第２の線路導体６ｂを伝わる終端用信号により生じる接地導体層６ｃ−Ｂからの反射によるノイズが発生し、そのノイズが半導体素子５に入り込むのを防止し、半導体素子５を正常に作動させ得る。
【００４１】
また、回路基板６−Ａ，６−Ｂは枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂに設置されている。基体１には半導体パッケージの製造過程において反りが発生し、外部回路基板へねじ止めによって実装する際、この反りが矯正される。従来、反りが矯正されることにより、基体１上に設置された回路基板６−Ａ，６−Ｂに歪が加わって回路基板６−Ａ，６−Ｂが破損し線路導体６ａ，６ｂが断線してしまい半導体素子５が作動しなくなる場合があったが、枠体２に設けられた棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂは、反りの矯正時に加わる歪の影響を受けにくくなる。そのため、棚部２ｂ−Ａ，２ｂ−Ｂにそれぞれ回路基板６−Ａ，６−Ｂを設置することにより、基体１の反りの矯正時に加わる歪の影響をほとんど受けなくなり、回路基板６−Ａ，６−Ｂの破損を防止し線路導体６ａ，６ｂを伝送する高周波信号を無駄なく伝送できる。従って、半導体素子５を正常かつ安定に作動させることができる。
【００４２】
そして、上記本発明の半導体パッケージの枠体２上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体４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って、製品としての半導体装置となる。蓋体４により、容器内部に収納した半導体素子５を気密に収容し、半導体素子５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。この半導体装置は、基体１が外部電気回路基板に固定実装され、同軸コネクタ３と外部電気回路に接続された同軸ケーブルとを接続することにより、内部に収納した半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。
【００４３】
本発明における高周波信号の好ましい周波数は５〜２０ＧＨｚ程度であり、この場合に高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００４４】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００４５】
（実施例）本発明の実施例と従来例について、線路導体の伝送特性を以下のように解析した。伝送特性の解析は、図５（ａ），（ｂ）に示した２種類の解析モデルについて行なった。この解析モデルは、図１または図３に示した構成をモデル化したものである。即ち、図５（ａ）は本発明の実施例による回路基板６−Ｂの解析モデル（モデルＡ）の上面図、図５（ｂ）は従来の回路基板２６−Ｂの解析モデル（モデルＢ）の上面図である。
【００４６】
各解析モデルＡ，Ｂにおいて、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）（厚さ１ｍｍ）はアルミナセラミックス（比誘電率εｒ＝９．４）からなり、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の上面には抵抗部８（２８）を５０Ωとした第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を形成した。また、ボンディングワイヤ７ｂ（２７ｂ）が接続される側と反対側である、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の端面の第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を延長した部位に、導体層６ｄ（２６ｄ）を形成した。この導体層６ｄ（２６ｄ）を介して、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）を回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の下面の接地導体層６ｃ−Ｂ（２６ｃ−Ｂ）に電気的に接続した。
【００４７】
各解析モデルＡ，Ｂでは、半導体素子５の終端用電極の両脇に接地用電極が設けられているものについてモデル化しているため、その接地用電極にボンディングワイヤを介して接続される接地電極層を、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の上面の縁部で第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）の両側に形成した。その接地電極層は、回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）の端面に設けられた配線導体を介して接地導体層６ｃに電気的に接続されるようにした。
【００４８】
図５（ａ）において、回路基板６−Ｂの上面に第２の線路導体６ｂを取り囲むようにして同一面接地導体層１６を形成した。また、各モデルＡ，Ｂにおいて、基体１（１１）の材質はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、枠体２（２２）の材質はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ボンディングワイヤ７ｂ（２７ｂ）の材質はＡｕであり、それぞれ同様の材質から成るものとした。回路基板６−Ｂ（２６−Ｂ）、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）および同一面接地導体層１６の詳細な寸法は、それぞれ図５（ａ），（ｂ）に示す通りとした（単位はｍｍ）。
【００４９】
そして、各モデルＡ，Ｂについて、０〜２０ＧＨｚの周波数帯域おける反射損失をシミュレーションによって求めた。図６は各モデルＡ，Ｂの反射損失のグラフである。図６において、周波数が０〜２０ＧＨｚの大部分で、従来のモデルＢに比べ、本発明のモデルＡの反射損失が改善されていることがわかる。
【００５０】
図６の結果から、各モデルＡ，Ｂを構成する各部位は、それぞれ同様の材質から成っており、第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）部、接地導体層６ｃ−Ｂ（２６ｃ−Ｂ）部、導体層６ｄ（２６ｄ）部および抵抗部８（２８）に起因する伝送損失は同じとみなせることから、各モデルＡ，Ｂの伝送損失の違いは、同一面接地導体層１６の有無に基づくものとみなせる。１２〜１５．５ＧＨｚにおいて、モデルＢに比べ、モデルＡの反射損失が大きくなっているが、これは第２の線路導体６ｂ（２６ｂ）の長さによる共振の影響により、モデルＢの反射損失が部分的に低減したものと考えられる。
【００５１】
従って、本発明のモデルＡは、従来のモデルＢに比べ、０〜２０ＧＨｚの周波数帯域の大部分で反射特性に優れた良好な信号線路を構成することがわかった。
【００５２】
これは、同一面接地導体層１６によって、第２の線路導体６ｂの他端において第２の線路導体６ｂを伝送する終端用信号を接地させるための接地導体層６ｃ−Ｂの面積を拡大できたため、第２の線路導体６ｂから接地導体層６ｃ−Ｂに向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、第２の線路導体６ｂの他端における終端用信号の反射が減少したためである。また、第２の線路導体６ｂに略平行かつ取り囲むように同一面接地導体層１６を設けたことで、第２の線路導体６ｂから同一面接地導体層１６に終端用信号を空間を介して短絡させることができ、第２の線路導体６ｂにおいて終端用信号を減衰させて確実に接地させたためである。さらに、同一面接地導体層１６において枠体２に向けて終端用信号を放射し易くなり、第２の線路導体６ｂの抵抗部８において接地しきれない終端用信号を放射して、終端用信号をより確実に接地したためである。
【００５３】
上述のように終端用信号を確実に接地することができたため、終端用信号の反射特性が良好になっていると考えられる。このような、終端用信号を確実に接地することによる反射特性の向上は終端用信号の周波数が高くなるほど重要である。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例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は可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ内に載置された回路基板は、その上面に、一端が半導体素子に電気的に接続され他端が縁部に達しておりかつ途中に抵抗部を設けた接地用の線路導体が形成されているとともに、線路導体を取り囲むように形成されかつ線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が設けられ、下面に接地導体層が形成されており、さらに線路導体の他端から回路基板の端面および接地導体層にかけて導体層が形成されていることにより、線路導体の他端において線路導体を伝送する終端用信号を電気的に接地させるための接地導体層の面積を拡大できるため、線路導体から接地導体に向けての終端用信号の伝送をスムーズに行なうことができ、線路導体の他端における終端用信号の反射を有効に減少させることができる。
【００５６】
また、線路導体から同一面接地導体層に終端用信号の高周波信号成分を空間および間隙を介して短絡させることができ、線路導体において終端用信号を減衰させて確実に接地させることができる。さらに、同一面接地導体層において枠体に向けて高周波信号を放射し易くなり、線路導体に設けられた抵抗部において接地しきれない終端用信号を放射することによってより確実に接地することができる。
【００５７】
従って、線路導体を伝わる終端用信号の反射によるノイズが発生することを防止し、半導体素子を正常に作動させることが可能になる。
【００５８】
また、基体には半導体パッケージの製造過程において反りが発生し、外部回路基板へねじ止めによって実装する際、この反りが矯正される。このため、従来の基体上に載置固定された回路基板は反り矯正時に歪が加わり破損する場合があったが、反りの矯正による歪の影響が少ない枠体の棚部へ回路基板を設置することにより、回路基板の破損を防止し、回路基板の線路導体で高周波信号を伝送させることができるため、半導体素子を正常に作動させることができる。
【００５９】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、棚部に設置された回路基板と、載置部に載置されるとともに回路基板の線路導体の一端に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の作用効果を有する半導体パッケージを用いた信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージについて実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体パッケージにおける回路基板の要部拡大平面図である。
【図３】従来の半導体パッケージの断面図である。
【図４】従来の半導体パッケージにおける回路基板の要部拡大平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の半導体パッケージの回路基板について実施の形態の例を示す解析モデルＡの平面図であり、（ｂ）は従来例の回路基板を示す解析モデルＢの平面図である。
【図６】図５の解析モデルＡ，Ｂの反射損失の解析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
２ｂ：棚部
４：蓋体
５：半導体素子
６：回路基板
６ｂ：第２の線路導体
６ｃ：接地導体層
６ｄ：導体層
８：抵抗部
１６：同一面接地導体層
Claims (2)
- 上側主面に半導体素子を載置するための載置部を有する基体と、前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、内面に回路基板が設置された棚部を有する枠体とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、その上面に、一端が前記半導体素子に電気的に接続され他端が縁部に達しておりかつ途中に高周波信号成分を終端させるための抵抗部を設けた接地用の線路導体が形成されているとともに、前記線路導体を取り囲むように形成されかつ前記線路導体の他端側に接続された同一面接地導体層が設けられ、下面に接地導体層が形成されており、さらに前記線路導体の他端から前記回路基板の端面および前記接地導体層にかけて導体層が形成され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１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回路基板の線路導体の一端に電気的に接続された前記半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする半導体装置。
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