JP4000093B2

JP4000093B2 - Input / output terminal, manufacturing method of input / output terminal, package for storing semiconductor element using input / output terminal, and semiconductor device

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Publication number: JP4000093B2
Application number: JP2003152383A
Authority: JP
Inventors: 厚志小笠原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP2004356392A

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（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体またはムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）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Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体または３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２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（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）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、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２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、Ａｌ_２Ｏ_３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（ＳｉＯ_２），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Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element housing package for housing a semiconductor element that operates with a high-frequency signal, and relates to an input / output terminal used in a signal input / output section of the semiconductor element housing package, a method of manufacturing the input / output terminal, The present invention relates to a package for housing a semiconductor element having an output terminal and a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor element storage package (hereinafter also referred to as a package) for storing a semiconductor element using a high frequency signal such as a microwave band or a millimeter wave band is electrically connected to an external electric circuit board. Input / output terminals are provided. This input / output terminal is shown in a perspective view in FIG.
[0003]
In the figure, 101 is alumina (Al ₂ O ₃ ) Quality sintered body, aluminum nitride (AlN) quality sintered body or mullite (3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ ) A rectangular flat plate portion made of a dielectric material such as a sintered material, and the flat plate portion 101 is formed on the upper surface from one side to the opposite side and is metallized such as tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. A line conductor 103 composed of layers is formed. Further, a lower ground conductor 102 made of a metallized layer similar to the line conductor 103 is provided on the entire lower surface of the flat plate portion 101.
[0004]
Further, the upper surface of the flat plate portion 101 is joined with a part of the line conductor 103 interposed therebetween, and an Al having an upper ground conductor 106 on the upper surface. ₂ O ₃ Sintered body, AlN sintered body or 3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ A rectangular parallelepiped standing wall 105 made of a dielectric such as a sintered material is installed. Therefore, the line conductor 103 includes a microstrip line that is not sandwiched between the flat plate portion 101 and the standing wall portion 105, and a strip line that is sandwiched between the flat plate portion 101 and the standing wall portion 105. Further, a side surface ground conductor 107 made of a metallized layer similar to the line conductor 103 is formed on the side surfaces of the flat plate portion 101 and the standing wall portion 105 substantially parallel to the line direction of the line conductor 103 (see, for example, Patent Document 1). .
[0005]
Such an input / output terminal 108 is brazed and attached to an input / output terminal mounting portion provided on a side wall portion of the package, thereby blocking and sealing the inside and outside of the package and keeping the inside of the package airtight.
[0006]
As shown in FIG. 5, the standing wall portion 105 of the input / output terminal 108 is formed by sequentially laminating a plurality of ceramic green sheets 105 a serving as the standing wall portion 105 on the ceramic green sheet serving as the flat plate portion 101, and then sintering them. Produced.
[0007]
Such an input / output terminal 108 is formed on the side portion of the base having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted at the center of the upper surface, and attached to the upper surface of the base so as to surround the mounting portion. When the frame body is made of metal (metal wall type) in a package comprising a frame body in which the mounting portion of the input / output terminal 108 is formed in the formed through hole or notch, it is fitted and brazed to the mounting portion. Or when the frame is made of ceramics (ceramic wall type), the input / output terminal 108 and the frame are integrally formed, so that the semiconductor element and the external electric circuit accommodated therein are formed. It functions as a transmission line for signals input to and output from the substrate.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100653
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional input / output terminal 108, when the ceramic green sheets 105a to be the standing wall portions 105 are sequentially stacked at the same location on the upper surface of the ceramic green sheets to be the flat plate portion 101, the same location on the upper surface of the flat plate portion 101 is obtained. A pressure for laminating the ceramic green sheets 105a is repeatedly applied to the ceramic green sheet 105a, and a portion where the standing wall portion 105 on the upper surface of the ceramic green sheet serving as the flat plate portion 101 is laminated is sometimes depressed by this pressure. When the ceramic green sheet that becomes the flat plate portion 101 is recessed, a crack occurs in the ceramic green sheet that becomes the flat plate portion 101, and the line conductor 103 formed on the upper surface is disconnected, or the inside of the package cannot be kept airtight. There was a problem such as.
[0010]
Further, when the standing wall portion 105 is laminated on the flat plate portion 101, only the ceramic green sheet 105a that becomes the standing wall portion 105 is laminated first, and the first laminated standing wall portion 105 is the upper surface of the ceramic green sheet that becomes the flat plate portion 101. It is also conceivable to laminate them. In this case, the number of times of stacking on the upper surface of the flat plate portion 101 can be set to one time. However, when the standing wall portion 105 is stacked on the upper surface of the flat plate portion 101, the stacking from the upper side of the standing wall portion 105 is performed. When pressure is applied, the pressure applied from the upper surface is absorbed by the plurality of ceramic green sheets 105 a, and the pressure for stacking the standing wall portion 105 on the upper surface of the flat plate portion 101 is not easily transmitted to the upper surface of the flat plate portion 101. As a result, the standing wall portion 105 cannot be firmly fixed to the upper surface of the flat plate portion 101, and the interior of the package cannot be kept airtight.
[0011]
In this case, when the upright wall 105 is laminated on the upper surface of the flat plate portion 101, the upright wall portion 105 is difficult to be plastically deformed because a plurality of ceramic green sheets 105a are laminated, and the upright wall portion 105 is placed on the upper surface of the flat plate portion 101. When laminating, it becomes difficult to fill in the step caused by the thickness of the line conductor 103 on both sides of the line conductor 103, and a gap is likely to be formed on both sides of the line conductor 103, and this gap can keep the inside of the package airtight. The problem of disappearing occurred.
[0012]
Recently, due to the downsizing of the package, the input / output terminal 108 is downsized, the width of the input / output terminal 108 is narrowed, and the distance between the line conductor 103 and the side surface of the flat plate portion 101 tends to be shortened. Due to the increase in functionality, a plurality of line conductors 103 tend to be arranged at narrow intervals on the upper surface of the flat plate portion 101, and it is more difficult to fill the steps on both sides of the line conductor 103 by plastically deforming the ceramic green sheet 105a. It has become. Therefore, in such an input / output terminal 108, a gap is likely to be formed on both sides of the line conductor 103, and the problem that the inside of the package cannot be kept airtight has become prominent.
[0013]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above problems, and its object is to prevent disconnection of the line conductor of the input / output terminal for inputting / outputting a high frequency signal to / from the semiconductor element accommodated in the semiconductor element accommodating package. Provided are an input / output terminal capable of holding the inside of a semiconductor element storage package in an airtight manner, and a semiconductor element storage package and a semiconductor device excellent in airtightness with good input / output of high frequency signals using the same. There is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The input / output terminal of the present invention comprises a flat plate portion made of ceramics having a line conductor formed on one side of the upper surface from the opposite side and a lower ground conductor on the lower surface, and a part of the line conductor on the upper surface of the flat plate portion. An input / output terminal having a rectangular parallelepiped standing wall portion joined by sandwiching between them and having an upper ground conductor formed on the upper surface, wherein the standing wall portion is formed by laminating a plurality of ceramic layers. The width of the lowermost ceramic layer in the line direction of the line conductor is wider than the width of the remaining ceramic layer.
[0015]
According to the input / output terminal of the present invention, since the width of the line conductor of the lowermost ceramic layer of the standing wall portion in the line direction is wider than the width of the remaining ceramic layer of the standing wall portion, the standing wall portion is formed on the upper surface of the flat plate portion. Is applied to the region between the width of the lowermost ceramic layer and the width of the remaining ceramic layer, that is, the region where the remaining ceramic layer of the lowermost ceramic layer is not stacked. . For this reason, the dent of the portion where the standing wall portion of the flat plate portion is laminated becomes a gently inclined dent, so that the line conductor formed on the upper surface is disconnected or the crack is generated in the dent portion of the flat plate portion. And can be excellent in airtightness.
[0016]
Further, even if the remaining ceramic layers are slightly misaligned, the bottom ceramic layer is wider than the remaining ceramic layer, which facilitates the lamination of the remaining ceramic layers.
[0017]
In the method for manufacturing an input / output terminal according to the present invention, a ceramic green sheet serving as the lowermost ceramic layer of the standing wall portion is laminated on an upper surface of the ceramic green sheet serving as the flat plate portion, and then the remaining portion of the standing wall portion is formed. A plurality of ceramic green sheets to be the ceramic layers are laminated, and laminated on the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer to produce a laminate of ceramic green sheets to be the input / output terminals. The laminate is fired.
[0018]
According to the method for manufacturing an input / output terminal of the present invention, the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer of the standing wall is laminated on the upper surface of the ceramic green sheet that is the flat plate, and then the remaining ceramic layer of the standing wall is formed. A method of laminating a plurality of ceramic green sheets, and laminating them on the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer to produce a laminate of ceramic green sheets that serve as input / output terminals. The pressure for laminating the ceramic green sheets can be prevented from being repeatedly applied to the same location on the upper surface of the flat plate portion. As a result, the standing wall portion on the upper surface of the flat plate portion is caused by the pressure for laminating the ceramic green sheets to be the standing wall portion. While preventing the layered part from being deeply recessed and preventing cracks in the flat plate part Preventing line conductor to breakage can be produced output terminals capable of retaining inside the package hermetically.
[0019]
In addition, a ceramic green sheet that is the lowest ceramic layer of the standing wall is laminated on the upper surface of the ceramic green sheet that is the flat plate, and then a plurality of ceramic green sheets that are the remaining ceramic layers of the standing wall are laminated together. Since it is laminated on the ceramic green sheet that is the lower ceramic layer, a single layer of the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer is laminated on the upper surface of the flat plate portion having the line conductor, so that sufficient lamination pressure is applied. In other words, the ceramic green sheet serving as the lowermost ceramic layer can be plastically deformed to easily fill the steps on both sides of the line conductor. As a result, there is no gap on both sides of the line conductor, and the inside of the package can be kept airtight. In addition, even if multiple line conductors are arranged at narrow intervals, it is easy to fill in the steps on both sides of the line conductors, so that the input / output terminals for a multifunctional package where multiple line conductors are arranged at narrow intervals should be used. Can do.
[0020]
In addition, since the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer is wide, the pressure applied to the flat plate portion when the ceramic green sheet that is the remaining ceramic layer is laminated is dispersed, and cracks and other damage are caused to the flat plate portion. It can be prevented from occurring.
[0021]
Even if the remaining ceramic layer is slightly deviated from the stacking position, it is ensured that the lowermost ceramic layer of the standing wall is wider than the remaining ceramic layer of the standing wall. can do.
[0022]
Further, the semiconductor element storage package of the present invention is attached so as to surround the mounting portion on the upper surface of the base body having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted at the center of the upper surface, A frame body having an input / output terminal mounting portion formed of a through-hole or a notch formed in a side portion, and the input / output terminal of the present invention fitted to the mounting portion. Features.
[0023]
According to the package for housing a semiconductor element of the present invention, since the input / output terminal of the present invention is provided, it is possible to provide a package having excellent airtightness, and a large number of lines for inputting and outputting a large number of signals. A small package including a conductor can be obtained.
[0024]
The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element storage package of the present invention, a semiconductor element mounted on the mounting portion and electrically connected to the input / output terminal, and an upper surface of the frame body. And a lid attached so as to close the inside of the frame.
[0025]
According to the semiconductor device of the present invention, since the semiconductor element storage package of the present invention is provided, it is possible to store a semiconductor element that requires airtightness, and a large number of lines for inputting and outputting a large number of signals. A multifunctional semiconductor device including a conductor can be obtained.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The input / output terminal, semiconductor element storage package and semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an input / output terminal of the present invention. In the figure, 1 is a flat plate portion, 2 is a lower ground conductor, 3 is a line conductor, 5 is a standing wall portion, 5a is a ceramic layer at the bottom layer of the standing wall portion, 5b is a ceramic layer at the remaining portion of the standing wall portion, and 6 is an upper ground. A conductor 8 is an input / output terminal.
[0027]
The input / output terminal 8 of the present invention includes a rectangular flat plate portion 1 made of ceramics having a line conductor 3 formed from one side to the opposite side on the upper surface and a lower ground conductor 2 on the lower surface, and the flat plate portion 1 It has a rectangular parallelepiped standing wall portion 5 made of ceramics with a part of the line conductor 3 sandwiched between the upper surface and an upper ground conductor 6 formed on the upper surface. The flat plate portion 1 and the standing wall portion 5 are The remaining ceramic layer of the standing wall portion 5 has a width W1 in the line direction of the line conductor 3 of the lowermost ceramic layer 5a of the standing wall portion 5a, which is composed of a plurality of ceramic layers obtained by sintering a laminate in which a plurality of ceramic green sheets are laminated. The shape is wider than the width W2 of 5b.
[0028]
The flat plate portion 1 is made of alumina (Al ₂ O ₃ ) Sintered material, aluminum nitride (AlN) sintered material, mullite (3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ ) A rectangular flat plate made of ceramics such as a sintered material.
[0029]
The line conductor 3 is made of a metallized layer such as tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. formed on the upper surface of the flat plate portion 1 from one side to the other side, and has an iron (Fe) − at one end exposed to the outside of the package. A lead terminal (not shown) made of a metal such as nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or Fe—Ni alloy is connected. The line conductor 3 is usually formed to have a thickness of 5 to 50 μm and a width of 0.1 to 3 mm.
[0030]
The standing wall 5 is made of Al ₂ O ₃ Sintered body, AlN sintered body, 3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ It is a rectangular parallelepiped made of ceramics such as a sintered material, and is joined to the upper surface of the flat plate portion 1 with a part of the line conductor 3 interposed therebetween.
[0031]
Usually, the lower surface of the flat plate portion 1 and the upper surface of the standing wall portion 5 have the lower ground conductor 2 and the upper ground conductor 6 made of the same metallized layer as the line conductor 3 on the entire surface. Further, a side surface ground conductor 7 made of a metallized layer similar to the line conductor 3 is formed on the side surface of the flat plate portion 1 and the side surface of the standing wall portion 5. These lower ground conductor 2, upper ground conductor 6, and side surface ground conductor 7 enhance grounding to the line conductor 3, and the transmission characteristics of the high-frequency signal of the line conductor 3 are excellent.
[0032]
Further, as shown in FIG. 2A, the standing wall portion 5 is formed by laminating a plurality of ceramic green sheets, and the width W1 of the lowermost ceramic layer 5 a of the standing wall portion 5 is the same as that of the remaining ceramic layer 5 b of the standing wall portion 5. It is wider than the width W2.
[0033]
Since the width W1 of the lowermost ceramic layer 5a is wider than the width W2 of the remaining ceramic layer 5b, the pressure applied to the upper surface of the flat plate portion 1 when the standing wall portion 5 is laminated on the upper surface of the flat plate portion 1 is increased. , Being dispersed in a region between the width W1 of the lowermost ceramic layer 5a and the width W2 of the remaining ceramic layer 5b, that is, in a region where the remaining ceramic layer 5b of the lowermost ceramic layer 5a is not laminated. Become. For this reason, the dent generated in the portion where the standing wall portion of the flat plate portion 1 is laminated becomes a dent having a gentle slope in this region. When this slope is steep, stress concentrates on the steep slope and cracks occur. Or the disconnection of the line conductor 3 formed on the upper surface due to a steep slope can be mitigated. As a result, it is possible to provide an input / output terminal that has good hermetic sealing properties and good conduction reliability of the line conductor 3.
[0034]
Further, when the remaining ceramic layer 5b is stacked on the lowermost ceramic layer 5a, the width W1 of the lowermost ceramic layer 5a is wide, so that the stacked position of the remaining ceramic layer 5b is wide. Even if it is slightly displaced in the direction, it can be laminated without any problem.
[0035]
Such an input / output terminal 8 is manufactured as follows. For example, Al ₂ O ₃ In the case of a sintered material (alumina ceramics), first of all, aluminum oxide, silicon oxide (SiO ₂ ), Magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) and other raw material powders are mixed with a suitable organic binder, plasticizer, solvent, etc. to form a slurry. A plurality of ceramic green sheets are obtained by a tape forming technique such as a doctor blade method or a calender roll method, which is conventionally known, and each ceramic green sheet is punched into a predetermined shape.
[0036]
Next, a metal paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, plasticizer, solvent, etc. to a high melting point metal powder such as tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. is applied to this ceramic green sheet by a screen printing method or the like. The metallized layer is formed in a predetermined pattern to be the lower ground conductor 2, the line conductor 3, and the upper ground conductor 6 by printing and coating using a thick film forming technique. Then, the ceramic green sheet used as the ceramic layer 5a of the lowest layer of the standing wall part 5 is laminated | stacked on the predetermined position of the upper surface of the ceramic green sheet used as the flat plate part 1, and then the ceramic green sheet used as the ceramic layer 5b of the remaining part of the standing wall part 5 A plurality of layers are laminated, and this is laminated on the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5 a to obtain a laminate of ceramic green sheets to be the input / output terminals 8. Finally, a metal paste similar to the above is applied to the portion of the laminate that becomes the side ground conductor 7 and then fired at a temperature of about 1600 ° C. in a reducing atmosphere.
[0037]
As shown in FIG. 2A, in the method of laminating the ceramic green sheets to be the standing walls 5 one by one on the upper surface of the ceramic green sheet to be the flat plate portion 1, the ceramic green sheets on the upper surface of the flat plate portion 1 are The pressure for laminating the ceramic green sheets of each layer is repeatedly applied. On the other hand, according to the above method, the pressure applied to the laminated portion on the upper surface of the flat plate portion 1 is the same as when the lowermost ceramic green sheet 5a is laminated as shown in FIG. Since it is only two times when the sheet 5b is laminated, the lamination pressure is repeatedly applied to the flat plate portion 1, and the depth of the dent generated on the upper surface of the flat plate portion 1 can be reduced. As a result, the stress generated in the recessed portion of the flat plate portion 1 can be reduced, the generation of cracks can be reduced, and the line conductor 3 can be prevented from being disconnected at the recessed portion, and the hermetic sealing property can be achieved. It is possible to provide the input / output terminal 8 that has no problem in connection of the line conductor 3.
[0038]
Further, as shown in FIG. 2B, since the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a is laminated at a predetermined position on the upper surface of the ceramic green sheet to be the flat plate portion 1, a lowermost ceramic layer is formed. A sufficient lamination pressure can be applied to the ceramic green sheet 5a. Therefore, the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a is sufficiently plastically deformed, and the steps on both sides of the line conductor 3 can be easily filled. As a result, there is no gap on both sides of the line conductor 3, and the hermeticity of the package can be improved. In addition, even if a plurality of line conductors are arranged at a narrow interval, it is easy to fill the steps on both sides of the line conductor 3, so that a multi-purpose package for a plurality of line conductors 3 arranged at a narrow interval is used. The output terminal 8 can be used.
[0039]
Furthermore, since the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a is wide, the pressure applied to the upper surface of the flat plate portion 1 when the remaining ceramic layer 5b is laminated is the width W1 of the lowermost ceramic layer 5a. And the width of the remaining ceramic layer 5b is dispersed in the region W2, and the dent generated in the portion where the upright wall portion 5 of the flat plate portion 1 is laminated has a gentle inclination, and the stress generated in the dent portion. Can be prevented from being cracked in the flat plate portion 1 and the line conductor 3 from being disconnected.
[0040]
The width W1 of the lowermost ceramic layer 5a of the standing wall portion 5 is preferably W2 + 0.1 mm ≦ W1 ≦ W2 + 0.5 mm, assuming that the width of the remaining ceramic layer 5b is W2, thereby the remaining ceramic layer 5b. When the ceramic green sheet to be laminated on the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a, the pressure applied to the flat plate portion 1 is effectively dispersed to prevent the flat plate portion 1 from being damaged such as cracks. it can. In addition, even if the remaining ceramic layer 5b is laminated on the lowermost ceramic layer 5a with a slight shift, the remaining ceramic layer 5b can be laminated on the lowermost ceramic layer 5a without any problem. A portion where the conductor 3 is covered with the lowermost ceramic layer 5a can be minimized.
[0041]
If the width is W1 <W2 + 0.1 mm, the width of the lowermost ceramic layer 5a is not sufficiently wider than the width of the remaining ceramic layer 5b, and a ceramic green sheet to be the remaining ceramic layer 5b is laminated. In some cases, the pressure applied to the flat plate portion 1 cannot be sufficiently dispersed, and the flat plate portion 1 cannot be prevented from being damaged such as cracks, and the remaining ceramic layer 5a is not formed on the lowermost ceramic layer 5a. If the layer 5b is laminated with a shift, the remaining ceramic layer 5b may not be laminated on the lowermost ceramic layer 5a without any problem.
[0042]
If the width is W1> W2 + 0.5 mm, the width of the lowermost ceramic layer 5a becomes too wide, and the length of the line conductor 3 covered by the lowermost ceramic layer 5a becomes long. That is, the area of the line conductor 3 exposed to the flat plate portion 1 is small, and a lead terminal is brazed to the line conductor 3 to be electrically connected to an external electric circuit board, or through a bonding wire, a semiconductor element It may be difficult to electrically connect to. Further, when the portion of the line conductor 3 covered with the lowermost ceramic layer 5a of the standing wall portion 5 becomes long, the dielectric loss of the high-frequency signal transmitted through the line conductor 3 increases, and the high-frequency signal cannot be transmitted efficiently.
[0043]
The width W2 of the remaining ceramic layer 5b of the standing wall portion 5 is preferably 0.3 to 1.5 mm. With this width, the input / output terminal 8 can be hermetically held inside the package. . If W2 <0.3 mm, the width of the standing wall portion 5 is too narrow, so that the airtightness inside the package may not be reliably maintained, and the thermal expansion difference from the package when the input / output terminal 8 is brazed to the package As a result, the input / output terminal 8 may be damaged such as a crack. If W2> 1.5 mm, the width of the standing wall portion 5 becomes too wide, and the dielectric loss of the high-frequency signal transmitted through the line conductor 3 immediately below the standing wall portion 5 becomes large. In addition to being unable to transmit, the input / output terminal 8 becomes larger, making it unsuitable for the recent trend toward miniaturization.
[0044]
Preferably, the thickness of the lowermost ceramic layer 5a is 0.1 to 0.5 mm, whereby the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a can be easily plastically deformed to form both sides of the line conductor 3. Steps can be filled reliably. As a result, it is possible to reliably prevent a gap from being generated between the upper surface of the flat plate portion 1 and the lowermost ceramic layer 5a and thus loss of airtightness. When the thickness of the lowermost ceramic layer 5a is less than 0.1 mm, the thickness of the line conductor 3 becomes too thin, and the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a is plastically deformed to cause the line conductor 3 If the steps on both sides are to be filled, the ceramic green sheet to be the lowermost ceramic layer 5a may be deformed too much and breakage such as cracks may occur. In addition, if the thickness of the lowermost ceramic layer 5a exceeds 0.5 mm, the thickness of the ceramic green sheet that becomes the lowermost ceramic layer 5a becomes too thick and plastic deformation becomes difficult. It becomes difficult to fill the steps on both sides.
[0045]
Next, the package of this invention is demonstrated based on FIG. FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of the package of the present invention, in which 21 is a base, 22 is a frame, and 23 is a mounting portion.
[0046]
The package of the present invention has a base 21 having a mounting portion 21a on which the semiconductor element 25 is mounted at the center of the upper surface, and is attached to the upper surface of the base 21 so as to surround the mounting portion 21a. The frame body 22 in which the mounting portion 23 of the input / output terminal 8 formed of a through hole or a notch is formed, and the input / output terminal 8 fitted to the mounting portion 23 are provided.
[0047]
According to the package of the present invention, since the input / output terminal 8 of the present invention is provided, a package with excellent airtightness can be obtained, and a large number of line conductors 3 for inputting and outputting a large number of signals. It can be set as a small package provided with. And when manufacturing a package having such characteristics, it is possible to reliably prevent breakage such as cracks in the input / output terminals 8, so that it can be manufactured with a high yield and is excellent in mass productivity. It can be.
[0048]
The base 21 has a mounting portion 21a for mounting a semiconductor element 25 such as an IC, LSI, semiconductor laser (LD), or photodiode (PD) on the upper surface. Although FIG. 3 shows an example in which the mounting portion 21a is a recess, the upper surface of the base 21 may be flattened to form the mounting portion 21a on the upper surface.
[0049]
The base 21 is made of a metal such as Fe-Ni-Co alloy, copper (Cu) -tungsten (W) alloy, or Al. ₂ O ₃ Sintered body, AlN sintered body, 3Al ₂ O ₃ ・ 2SiO ₂ It consists of ceramics such as a sintered material. When the base 21 is made of metal, the ingot is manufactured into a predetermined shape by applying a conventionally known metal processing method such as rolling or punching. On the other hand, when the substrate 21 is made of ceramics, an appropriate organic binder or solvent is added to the raw material powder to form a paste, and this paste is formed into a ceramic green sheet by a doctor blade method or a calender roll method, Thereafter, the ceramic green sheet is appropriately punched, and a plurality of the ceramic green sheets are laminated and fired at a high temperature of about 1600 ° C.
[0050]
When the substrate 21 is made of metal, the surface thereof is excellent in corrosion resistance and wettability with the brazing material, specifically, a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm and a gold layer having a thickness of 0.5 to 5 μm ( The Au) layer is preferably deposited sequentially by a plating method. Thus, the base 21 can be effectively prevented from being oxidized and corroded, and the semiconductor element 25 can be firmly bonded and fixed to the mounting portion 21a on the top surface of the base 21. On the other hand, when the substrate 21 is made of ceramic, a metallized layer such as W or Mo is formed on the mounting portion 21a as an underlayer, and this surface has excellent corrosion resistance and wettability with the brazing material. Specifically, a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm are preferably sequentially deposited by a plating method. Thereby, the semiconductor element 25 can be firmly bonded and fixed to the mounting portion 21a.
[0051]
The frame 22 is joined to the base 21 by a high melting point metal brazing material such as Ag brazing or Ag—Cu brazing so as to surround the mounting portion 21 a, and is made of ceramic or metal like the base 21. Further, a mounting portion 23 of the input / output terminal 8 formed of a through hole or a notch is formed on a side portion of the frame body 22. As shown in FIG. 3, the base 21 may be provided with a similar notch to form a part of the mounting portion 23 of the input / output terminal 8.
[0052]
When the frame 22 and the base body 21 are made of ceramics, the attachment portion 23 has a conductive layer such as a metallized layer formed on the inner surface. This conductive layer is connected to the base 21 and the frame 22 or a ground conductor formed on one of them and grounded.
[0053]
The input / output terminal 8 of the present invention is fitted and joined to the mounting portion 23 with a refractory metal brazing material such as an Ag brazing material or an Ag-Cu brazing material. The lower ground conductor 2, the upper ground conductor 6, and the side ground conductor 7 of the input / output terminal 8 are connected to a conductive layer formed on the inner surface of the mounting portion 23 when the frame body 22 and the base body 21 are made of ceramics. To be grounded to form a case ground. Alternatively, when the frame body 22 and the base body 21 are made of metal, the lower ground conductor 2, the upper ground conductor 6 and the side ground conductor 7 of the input / output terminal 8 are connected to the metal frame body 22 and the base body 21 and grounded. It becomes a case ground. Further, as shown in FIG. 3, the upper ground conductor 6 of the input / output terminal 8 is connected to a seal ring 24 made of a metal such as Fe—Ni—Co alloy attached to the upper surface of the frame 22 and grounded. It may be a case ground.
[0054]
When the frame 22 is made of ceramics, the input / output terminals 8 may be integrally formed as a part of the frame 22.
[0055]
Since the package according to the present invention includes the input / output terminal 8, it has good transmission characteristics in which the dielectric loss of the high frequency signal is minimized and the transmission loss of the high frequency signal is reduced. In addition, the airtightness can be improved, and the apparatus can be made compact with a large number of line conductors 3 for inputting and outputting a large number of signals.
[0056]
Then, after the semiconductor element 25 is placed on the placement portion 21a of such a package, the electrode of the semiconductor element 25 and the line conductor 3 are connected via a connection means (not shown) such as a bonding wire, and the package A lead terminal (not shown) made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy or the like is joined to the outer line conductor 3 of the wire via a conductive adhesive such as Ag brazing, and the semiconductor element 25 and the external electric circuit board are joined. And electrically connect. Next, if necessary, a seal ring 24 is placed on the upper surface of the frame 22, such as a low melting point metal brazing material such as lead (Pb) -tin (Sn) solder or Au—Sn solder, or a high melting point metal such as Ag—Cu brazing material. The semiconductor element 25 is housed inside the package by attaching it with a brazing material or the like and attaching a lid 26 made of Fe-Ni-Co alloy or the like to the upper surface of the seal ring 24 by soldering or seam weld method. It becomes a semiconductor device as a product.
[0057]
Further, in the embodiment of FIG. 3, the input / output terminals 8 are also provided on the opposite side portions of the frame body 22; The input / output terminals 8 may be attached. In this case, a plurality of attachment portions 23 may be provided on one side and a plurality of input / output terminals 8 may be attached in parallel.
[0058]
Such a semiconductor device according to the present invention includes a package including the input / output terminal 8 according to the present invention. Therefore, the transmission loss of a high-frequency signal is small, the airtightness is high, and the reliability is high. In addition, it can be multifunctional with a large number of line conductors 3 for inputting and outputting a large number of signals.
[0059]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the metallized layer to be the line conductor 3 may contain a metal having excellent conductivity such as Cu, Ag, and the transmission loss of the high-frequency signal transmitted through the line conductor 3 is further reduced. Excellent transmission characteristics can be obtained.
[0060]
【The invention's effect】
According to the input / output terminal of the present invention, a flat plate portion made of ceramics having a line conductor formed from one side to the opposite side on the upper surface and a lower ground conductor on the lower surface, and a part of the line conductor on the upper surface of the flat plate portion In an input / output terminal having a rectangular parallelepiped standing wall portion made of ceramics with an upper ground conductor formed on the upper surface, the standing wall portion is formed by laminating a plurality of ceramic layers, Since the width in the line direction of the line conductor of the lowermost ceramic layer is wider than the width of the remaining ceramic layer, the pressure applied when laminating the standing wall portion on the upper surface of the flat plate portion is the same as the width of the lowermost ceramic layer. Dispersed in the region between the remaining ceramic layers. For this reason, the dent of the portion where the standing wall portion of the flat plate portion is laminated becomes a gently inclined dent, so that the line conductor formed on the upper surface is disconnected or the crack is generated in the dent portion of the flat plate portion. And can be excellent in airtightness.
[0061]
Further, even if the remaining ceramic layers are slightly misaligned, the bottom ceramic layer is wider than the remaining ceramic layer, which facilitates the lamination of the remaining ceramic layers.
[0062]
Further, according to the method for manufacturing an input / output terminal of the present invention, the ceramic green sheet as the lowermost ceramic layer of the standing wall portion is laminated on the upper surface of the ceramic green sheet as the flat plate portion, and then the remaining ceramic layer of the standing wall portion A plurality of ceramic green sheets that are to be laminated are laminated on the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer to produce a laminate of ceramic green sheets that will be input / output terminals, and then this laminate is fired Therefore, the pressure for laminating the ceramic green sheets can be prevented from being repeatedly applied to the same location on the upper surface of the flat plate portion as compared with the method of laminating one layer at a time, and as a result, the ceramic green sheets to be the standing wall portions are laminated. This prevents the area where the standing wall on the flat plate part is stacked from being deeply recessed, Thereby preventing the click occurs, to prevent the disconnection line conductors, the output terminal capable of holding the inner package hermetically.
[0063]
In addition, a ceramic green sheet that is the lowest ceramic layer of the standing wall is laminated on the upper surface of the ceramic green sheet that is the flat plate, and then a plurality of ceramic green sheets that are the remaining ceramic layers of the standing wall are laminated together. Since it is laminated on the ceramic green sheet that is the lower ceramic layer, a single layer of the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer is laminated on the upper surface of the flat plate portion having the line conductor, so that sufficient lamination pressure is applied. In other words, the ceramic green sheet serving as the lowermost ceramic layer can be plastically deformed to easily fill the steps on both sides of the line conductor. As a result, there is no gap on both sides of the line conductor, and the inside of the package can be kept airtight. In addition, even if multiple line conductors are arranged at narrow intervals, it is easy to fill in the steps on both sides of the line conductors, so that the input / output terminals for a multifunctional package where multiple line conductors are arranged at narrow intervals should be used. Can do.
[0064]
In addition, since the ceramic green sheet that is the lowermost ceramic layer is wide, the pressure applied to the flat plate portion when the ceramic green sheet that is the remaining ceramic layer is laminated is dispersed, and cracks and other damage are caused to the flat plate portion. It can be prevented from occurring.
[0065]
In addition, even if the remaining ceramic layer is slightly deviated from the stacking position, it is ensured that the width of the lowermost ceramic layer of the standing wall is wider than the width of the remaining ceramic layer of the standing wall. Can be laminated.
[0066]
Further, according to the package for housing a semiconductor element of the present invention, the base having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted at the center of the upper surface, and the base is mounted so as to surround the mounting portion on the upper surface of the base, From the frame body in which the mounting portion of the input / output terminal consisting of a through hole or notch formed in the side portion is formed, and the input / output terminal of the present invention fitted to the mounting portion, A package having excellent airtightness can be obtained, and a small package including a large number of line conductors for inputting and outputting a large number of signals can be obtained.
[0067]
Further, according to the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element storage package of the present invention, the semiconductor element mounted on the mounting portion and electrically connected to the input / output terminal, and the upper surface of the frame body Since it has a lid attached so as to close the inside of the frame, it can accommodate a semiconductor element that requires airtightness, and can provide a large number of line conductors for inputting and outputting a large number of signals. A multifunctional semiconductor device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an input / output terminal of the present invention.
2A to 2C are side views for explaining a method of manufacturing the input / output terminal of FIG.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of an embodiment of a package for housing a semiconductor element of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a conventional input / output terminal.
5A and 5B are side views showing a method for manufacturing the input / output terminal of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Flat plate
2: Lower ground conductor
3: Line conductor
5: Standing wall
5a: Lowermost ceramic layer
5b: remaining ceramic layer
6: Upper grounding conductor
8: Input / output terminal
21: Base
22: Frame
23: Mounting part
25: Semiconductor element
26: Lid

Claims

A flat plate portion made of ceramics having a line conductor formed on one side of the upper surface from the opposite side and a lower ground conductor on the lower surface; In the input / output terminal having a rectangular parallelepiped standing wall portion formed with a ceramic having an upper ground conductor formed thereon, the standing wall portion is formed by laminating a plurality of ceramic layers, and the bottom ceramic layer An input / output terminal, wherein a width of a line conductor in a line direction is wider than a width of the remaining ceramic layer.

2. The method of manufacturing an input / output terminal according to claim 1, wherein a ceramic green sheet serving as the lowermost ceramic layer of the standing wall portion is laminated on an upper surface of the ceramic green sheet serving as the flat plate portion, and then the standing wall portion. Laminating a plurality of ceramic green sheets to be the remaining ceramic layers, and laminating the ceramic green sheets to be the lowermost ceramic layers to produce a laminate of ceramic green sheets to be the input / output terminals, Thereafter, the laminate is fired, and a method for manufacturing an input / output terminal.

From a base having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted at the center of the upper surface, and a through hole or notch formed on the side so as to surround the mounting portion on the upper surface of the base A package for housing a semiconductor element, comprising: a frame having an input / output terminal mounting portion formed thereon; and the input / output terminal according to claim 1 fitted to the mounting portion.

4. A package for housing a semiconductor element according to claim 3, a semiconductor element mounted on the mounting portion and electrically connected to the input / output terminal, and an inner surface of the frame body is closed on an upper surface of the frame body. And a lid body attached in this manner.