JP4041394B2 - Semiconductor element storage package and semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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および半導体装置に関し、特に、高周波信号の入出力を行なうリード端子を有する半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光通信分野等で使用される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収納する半導体素子収納用パッケージ(以下、パッケージともいう)としては、例えば、半導体素子として半導体レーザ(LD)やフォトダイオード(PD)等の光半導体素子を用いた場合、図4に斜視図で示すようなものが用いられている。
【0003】
このパッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子106を載置するための載置部101aが設けられたセラミックスやプラスチックス等の絶縁体から成る直方体状の基体101と、この基体101の側壁部の外面に形成された複数の電極107と、凹部の底面から側壁部を貫通して複数の電極107にそれぞれ接続された線路導体108と、側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が複数の電極107にそれぞれ接合されたリード端子105とを具備している。
【0004】
また、リード端子105は高周波信号伝送用のリード端子105aおよびその両側に接地用のリード端子105bを含んでいる。これにより、コプレーナ構造とすることによって、高周波信号を良好に伝送することができる。
【0005】
側壁部には貫通孔101bが形成されている。この貫通孔101bに筒状の光ファイバ固定部材(以下、固定部材ともいう)102が嵌着される、または貫通孔101bの側壁部の外面側開口の周囲に固定部材102の一端が接合される。
【0006】
側壁部の上面には、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の金属から成るシールリング103が銀(Ag)ロウ等のロウ材を介して接合され、蓋体104を強固に接合するための部材となる。
【0007】
このようなパッケージの載置部101aに半導体素子106を載置固定するとともに、半導体素子106の各電極と線路導体108とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、シールリング103の上面にFe−Ni−Co合金等から成る蓋体104をロウ付け法やシームウェルド法等の溶接法により接合することにより、半導体素子106を気密に封止する。そして、固定部材102に光ファイバを固定することによって、製品としての半導体装置となる。(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−127371号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に示されるようなパッケージに1〜40GHz程度の高周波帯域の高周波信号を入出力させると、高周波信号が線路導体108を通過する際に誘電体損失が生じ、それが大きな透過損失となるとともに、絶縁体から成る基体101の側壁部を介して、高周波信号伝送用の線路導体108と接地用の線路導体108との間に電気的な容量成分が発生して、高周波信号をパッケージの内外で効率よく伝送できないという問題点があった。
【0010】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、1〜40GHz程度の高周波帯域の高周波信号を低損失で入出力できる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置するための載置部が設けられた絶縁体から成る直方体状の基体と、該基体の側壁部の外面に形成された複数の電極と、前記凹部の底面から前記側壁部を貫通して前記複数の電極にそれぞれ接続された線路導体と、前記側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が前記複数の電極にそれぞれ接合されたリード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記複数の線路導体は高周波信号伝送用の線路導体を含んでおり、該高周波伝送用の線路導体に接続される前記電極は、上端部が下側よりも幅が狭い幅狭部とされ、前記高周波伝送用の線路導体は、前記電極の前記幅狭部と同じ幅とされており、前記基体は、前記側壁部の上面と外面との間で前記高周波信号伝送用の線路導体から上方の部位に段差部が形成されているとともに、前記高周波信号伝送用の線路導体が前記段差部の底面を通って前記電極の前記上端部に接続されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、複数の線路導体は高周波信号伝送用の線路導体を含んでおり、高周波伝送用の線路導体に接続される電極は、上端部が下側よりも幅が狭い幅狭部とされ、高周波伝送用の線路導体は、電極の幅狭部と同じ幅とされており、基体は、側壁部の上面と外面との間で高周波信号伝送用の線路導体から上方の部位に段差部が形成されているとともに、高周波信号伝送用の線路導体が段差部の底面を通って電極の上端部に接続されていることから、従来側壁部の内部に位置し比較的誘電率の高い側壁部で覆われていた高周波信号伝送用の線路導体の一部分の表面を側壁部よりも誘電率の小さな空気に露出させることによって、高周波信号伝送用の線路導体を伝送する高周波信号の誘電体損失を小さくすることができ、また、高周波信号伝送用の線路導体と接地用の線路導体との間に発生する浮遊容量等の容量成分を極めて小さくすることができる。その結果、1〜40GHz程度の非常に高い周波数帯域の高周波信号を入出力させた場合においても、高周波信号の透過損失を低減させて、高周波信号の伝送効率の高いものとすることができる。
【0013】
また、高周波信号伝送用の線路導体から上方の部位のみに段差部を有することから、段差部を有する側壁部の機械的強度が低下することなく維持され、半導体素子収納用パッケージの気密性が損なわれたり、半導体素子収納用パッケージに歪が生じたりすることもない。
【0014】
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、前記載置部に載置固定されるとともに前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記側壁部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。
【0015】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、半導体素子に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力でき、その結果、高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図1は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示す斜視図である。同図において、1は上面に形成された凹部の底面に半導体素子6を載置する載置部1aが設けられた絶縁体から成る直方体状の基体、7は基体1の側壁部の外面に形成された複数の電極、8は凹部の底面から基体1の側壁部を貫通して複数の電極7にそれぞれ接続された線路導体、5は側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が複数の電極7にそれぞれ接合されたリード端子、Aは段差部であり、主にこれらで内部に半導体素子6を収納するためのパッケージが構成される。
【0017】
また、このパッケージの載置部1aに半導体素子6を搭載固定し、半導体素子6と線路導体8とを電気的に接続し、基体1の側壁部の上面に蓋体4を接合することにより半導体装置となる。
【0018】
本発明の基体1は、アルミナ(Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等のセラミックスやエポキシ樹脂,液晶ポリマー等の樹脂等から成る絶縁体から成り、その誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて適宜選定される。
【0019】
このような基体1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に成形することによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、これら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凹部1aや段差部Aとなる貫通孔や切欠きを形成するとともに、線路導体8や電極7となる金属ペーストを印刷塗布して積層する。最後に、この積層体の側壁部の上面に必要に応じてシールリング3を接合させるためのメタライズ金属層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。
【0020】
基体1の側壁部の外面に形成された複数の電極7は、高周波信号伝送用の電極7aと接地用の電極7bとを含む。接地用の電極7bは、1〜40GHz程度の高周波信号を高周波信号伝送用の電極7aに低損失で入出力させるために、電極7aの両側に設けられて接地電位を強化している。これにより、1〜40GHz程度の高周波信号が伝送された際にその伝送特性が良好になる。
【0021】
好ましくは、図1に示すように高周波信号伝送用の電極7aの上端は、接地用電極7bの上端と略同一の高さとされているのがよい。これにより、電極7aの接地がより強化され、高周波信号の伝送特性がより向上する。
【0022】
さらに、高周波信号伝送用の電極7aは、その上端部の幅がそれより下側の幅よりも狭くされ、高周波信号伝送用の線路導体8aと同じ幅でもって接続される。これにより、高周波信号伝送用の電極7aの幅狭部とされた上端部は、接地用の電極7bとの間の間隔が広がるため、電極7a,7b間で発生する容量成分を小さくすることができる。その結果、高周波信号の伝送効率がより向上し、高周波信号の伝送損失をより少なくすることができる。
【0023】
なお、電極7aと電極7bとの間隔は、0.03〜2mmがよい。これにより、電極7aを伝送する高周波信号の損失を小さくして伝送効率を向上させることができる。0.03mm未満では、電極7aと電極7bとが短絡し易くなる。また、2mmを超えると、電極7bの接地電位による高周波信号の損失を抑制する効果が小さくなる。
【0024】
線路導体8は凹部の底面から基体1の側壁部を貫通して複数の電極7にそれぞれ接続されている。線路導体8は、高周波信号伝送用の線路導体8aと接地用の線路導体8bとを含み、それぞれ高周波信号伝送用の電極7aおよび接地用の電極7bに接続されている。
【0025】
高周波信号伝送用の線路導体8aは、基体1の側壁部において、接地用の線路導体8bと同一面で平行に設けられるのがよい。これにより基体1の側壁部において高周波信号伝送用の線路導体8aをコプレーナ線路とすることができ、高周波信号の損失を抑制でき、1〜40GHz程度の高周波信号の伝送特性をより良好なものとすることができる。
【0026】
このような線路導体8および電極7は、タングステン(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、溶剤等を添加混合して得た導体ペーストを、基体1となるセラミックグリーンシートの積層体に、従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンで印刷塗布した後焼成することによって基体1に被着される。または、基体1となるセラミックグリーンシートの積層体を焼成した後に、導体ペーストを所定パターンに印刷塗布し焼成することによって基体1に被着される。
【0027】
なお、線路導体8は、図1に示すように、基体1の凹部に形成された基体1の一部から成る棚部の上面に設けられていてもよい。これにより載置部1aに搭載される半導体素子6の電極の高さと線路導体8の高さとを近づけることができ、半導体素子6の電極と線路導体8とを電気的に接続するボンディングワイヤの長さが短くなって高周波信号の伝送特性が向上する。
【0028】
基体1は、側壁部の上面と外面との間で高周波信号伝送用の線路導体8aから上方の部位に段差部Aが形成されているとともに、高周波信号伝送用の線路導体8aが段差部Aの底面を通って側壁部の外面の電極7に接続されている。これにより、従来側壁部の内部に位置し比較的誘電率の高い側壁部で覆われていた高周波信号伝送用の線路導体8aの一部分の表面を側壁部よりも誘電率の小さな空気に露出させることによって、高周波信号伝送用の線路導体8aを伝送する高周波信号の誘電体損失を小さくすることができ、また、高周波信号伝送用の線路導体8aと接地用の線路導体8bとの間に発生する浮遊容量等の容量成分を極めて小さくすることができる。その結果、1〜40GHz程度の非常に高い周波数帯域の高周波信号を入出力させた場合においても、高周波信号の透過損失を低減させて、高周波信号の伝送効率の高いものとすることができる。
【0029】
また、高周波信号伝送用の線路導体8aから上方の部位のみに段差部Aを有することから、段差部Aを有する側壁部の機械的強度が低下することなく維持され、パッケージの気密性が損なわれたり、パッケージに歪が生じたりすることもない。
【0030】
段差部Aは、基体1となるセラミックグリーンシートに打ち抜き加工等で段差部Aと成る切欠きを形成した後、複数の他のセラミックグリーンシートと積層し、焼成することによって作製される。
【0031】
段差部Aは、図1,図2,図3(a)に示すように基体1の側壁部の外面側にあってもよく、図3(b)に示すように内面側にあってもよい。また、図3(c)に示すように外面側と内面側の両方にあってもよい。また、段差部Aの平面視形状は、図3(a)〜(c)に示すような四角形であってもよく、図3(d)に示すような半円形や、図3(e)に示すようなU字形であってもよく、種々の形状とし得る。好ましくは、図3(d),(e)に示すように段差部Aの角部が曲面状であるのがよく、蓋体4と基体1との熱膨張差による応力が段差部Aの角部に集中するのを抑制し、段差部Aにクラック等の破損が発生するのを有効に抑制できる。
【0032】
段差部Aの長さ(奥行き)a(図2)は、0.5〜5mmであるのがよい。これにより、高周波信号伝送用の線路導体8aの空気に露出している部位の割合が大きくなり、線路導体8aを伝送する高周波信号の透過損失を低減して高周波信号の伝送効率を向上させることができる。
【0033】
a<0.5mmである場合、線路導体8aの空気に露出している部位の割合が小さくなり、線路導体8aを伝送する高周波信号の透過損失を低減する効果が小さくなる。また、a>5mmである場合、基体1の段差部Aにおける側壁部の厚みが小さくなり、基体1の側壁部の強度が低下してクラック等の破損が発生し易くなる。
【0034】
段差部Aの高さb(図2)は、0.5〜10mmであるのがよい。これにより、基体1の側壁部内の線路導体8aを伝送する高周波信号に発生する透過損失を低減できるとともに、段差部Aによる基体1の側壁部の強度の低下を少なくし、基体1の側壁部にクラック等の破損が発生するのを抑制できる。
【0035】
b<0.5mmの場合、線路導体8aと蓋体4との間に発生する容量成分が大きくなり、高周波信号伝送用の線路導体8aを伝送する高周波信号に大きな透過損失が生じ易い。一方、b>5mmの場合、段差部Aによって基体1の側壁部が薄くなる部位の割合が大きくなり、基体1の側壁部の強度が低下してクラック等の破損が発生し易くなる。
【0036】
段差部Aの幅c(図2)は、線路導体8aの幅をdとすると、1.5d≦c≦20d(0.5〜10mm程度)であるのがよい。これにより、線路導体8aを伝送する高周波信号の透過損失を低減できるとともに、段差部Aによって基体1の側壁部の強度の低下を少なくして、基体1の側壁部にクラック等の破損が発生するのを防止できる。
【0037】
c<1.5dの場合、セラミックグリーンシートを積層して基体1を形成する際のセラミックグリーンシートの積層ずれによって、線路導体8aが段差部Aからずれ易くなり、線路導体8aを伝送する高周波信号に誘電体損失が発生し易くなるとともに、線路導体8aと線路導体8bとの間に大きな容量成分が発生して、透過損失が増大し易くなる。また、c>20dの場合、段差部Aによって基体1の側壁部が薄くなる部位の割合が大きく、基体1の側壁部にクラック等の破損が発生し易くなる。
【0038】
リード端子5は、基体1の側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が複数の電極7にそれぞれ接合されている。リード端子5は、高周波信号伝送用のリード端子5aおよび接地用のリード端子5bを含み、それぞれ高周波信号伝送用の電極7aおよび接地用の電極7bと接合されている。
【0039】
このようなリード端子5は、基体1との熱膨張係数差による熱歪みを有効に抑制するとともに高周波信号を伝送させるために、基体1の熱膨張係数に近似した金属から成るのがよい。その金属としては、Fe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等がよく、例えばFe−Ni−Co合金のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。
【0040】
また、基体1の上面には、基体1と蓋体4との熱膨張係数差による熱歪みを有効に抑制するとともに基体1の側壁部の上面に蓋体4をシーム溶接等の溶接等により強固に接合するために金属製のシールリング3が、Agロウ等のロウ材を介して接合されているのがよい。その金属としてはFe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等がよく、例えばFe−Ni−Co合金のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。
【0041】
シールリング3は、基体1の側壁部の上面にW,Mo,Mn等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して得た導体ペーストを塗布し、焼成することによって得られたメタライズ金属層にAgロウ等のロウ材を介して接合される。
【0042】
基体1の側壁部の上面にシールリング3が接合されている場合、段差部Aとシールリング3との間の距離e(図2)は0.3〜3mmであるのがよい。これにより、基体1内の線路導体8aを伝送する高周波信号の透過損失を低減できるとともにシールリング3と基体1の側壁部との熱膨張差による応力によって段差部Aにクラック等の破損が発生するのを有効に抑制できる。
【0043】
e<0.3mmの場合、段差部Aとシールリング3との間の距離が非常に短くなり、シールリング3と基体1の側壁部との熱膨張差による応力が段差部Aに加わり易くなって、段差部Aにクラック等の破損が生じ易くなる。また、線路導体8aとシールリング3との間で、基体1の絶縁体を介して発生する容量成分が大きくなり、また、シールリング3を基体1の側壁部に接合するためのロウ材が段差部Aの内部に流れ込み易くなり、段差部Aの底面の線路導体8aとシールリング3とが電気的に短絡して線路導体8aを高周波信号が伝送し難くなる。
【0044】
一方、e>3mmの場合、線路導体8aの基体1の側壁部を貫通する部位が長くなり、高周波信号の伝送効率を向上させる効果が小さくなる。
【0045】
また、載置部1aに載置される半導体素子6がLD,PD等の光半導体素子である場合、光ファイバをパッケージ内部に導入して半導体素子6と光ファイバ(図示せず)とを光結合させるため、図1に示すように基体1の側壁部に形成された貫通孔1bに嵌着されるかまたは貫通孔1bの側壁部の外面側の開口の周囲に一端が接合された筒状の固定部材2を有している。
【0046】
固定部材2は軸方向に貫通孔が形成されている。この固定部材2の貫通孔のパッケージの外側の一端に光ファイバが金属ホルダ(図示せず)を介して接合固定され、固定部材2の貫通孔の他端の内周面に光を集光するためのガラス,サファイア等から成るレンズ等の透光性部材(図示せず)が接合される。これにより、光ファイバと半導体素子6とが透光性部材を介して効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【0047】
このような固定部材2は、半導体素子6の熱により基体1が加熱されて基体1の側壁部との熱膨張係数差によって生じる歪を有効に抑制するために、基体1の熱膨張係数に近似した金属等が用いられる。その金属としては、Fe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等がよく、例えばFe−Ni−Co合金のインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。
【0048】
本発明の半導体装置は、上記本発明のパッケージと、載置部1aに載置固定されるとともに線路導体8に電気的に接続された半導体素子6と、基体1の側壁部の上面に接合された蓋体4とを具備している。これにより、半導体素子6に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力でき、その結果、高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【0049】
このような半導体装置は、パッケージの載置部1aに半導体素子6をガラス,樹脂,ロウ材等の接着剤を介して接着固定し、半導体素子6の各電極をボンディングワイヤを介して凹部の底面に設けられた線路導体8に電気的に接続し、しかる後、基体1の側壁部の上面にFe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等の金属やセラミックス、樹脂等から成る蓋体4をシーム溶接等の溶接やロウ付け等により接合して半導体素子6を内部に気密に封止することにより作製される。
【0050】
かくして、本発明の半導体装置は、リード端子5が外部電気回路基板の外部電気回路に電気的に接続されることにより、外部電気回路から供給される電気信号によって半導体素子6が駆動され、大容量の情報を高速に処理することが可能となる。
【0051】
【実施例】
本発明の半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【0052】
図1のパッケージを以下のように構成した。先ず、焼成後の比誘電率が9.5となるAl2O3セラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施し、Wペーストを印刷塗布することにより線路導体8、電極7、シールリング3接合用のメタライズ金属層を形成した。そして、これらを積層し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することにより、上面に縦4.5mm×横6.8mm×深さ3mmの凹部を有する縦7.5mm×横13mm×高さ4.5mmの直方体の基体1のサンプルPを作製した。なお、サンプルPは、基体1の側壁部に形成された段差部Aの大きさが長さ(奥行き)a0.5mm×高さb1mm×幅c1.2mm、段差部Aの底面に形成された高周波信号伝送用の線路導体8aの幅が0.6mmであり、線路導体8aの両側にはそれぞれ1.45mmの間隔をおいて1.3mmの幅の接地用の線路導体8bが形成されたものを用いた。
【0053】
また、比較例として図4の構成のサンプルQをサンプルPと同様に作製した。なお、このサンプルQは、段差部Aを設けないこと以外はサンプルPと同様であり、線路導体8a,8bおよび電極7をすべてサンプルPと同様の位置に同様の幅で形成した。
【0054】
これらのサンプルP,Qについて、線路導体8aと線路導体8bとの間に発生する容量成分を測定した。この結果、サンプルPで0.058pF、サンプルQで0.3pFとなって、サンプルPではサンプルQに比べ容量成分が飛躍的に低減されていることがわかった。
【0055】
さらに、線路導体8aに1〜40GHzの高周波信号を入力してその透過損失を測定した結果を図5に示す。図5より、サンプルPはサンプルQに比べて1〜40GHzの全周波数帯域で透過損失が改善され、1〜40GHz帯域の高周波信号を入出力する場合に透過損失を有効に低減できることがわかった。
【0056】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【0057】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置するための載置部が設けられた絶縁体から成る直方体状の基体と、基体の側壁部の表面に形成された複数の電極と、凹部の底面から側壁部を貫通して複数の電極にそれぞれ接続された線路導体と、側壁部の外面に沿って下方に延びるように上端部が複数の電極にそれぞれ接合されたリード端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、複数の線路導体は高周波信号伝送用の線路導体を含んでおり、高周波伝送用の線路導体に接続される電極は、上端部が下側よりも幅が狭い幅狭部とされ、高周波伝送用の線路導体は、電極の幅狭部と同じ幅とされており、基体は、側壁部の上面と外面との間で前記高周波信号伝送用の線路導体から上方の部位に段差部が形成されているとともに、高周波信号伝送用の線路導体が段差部の底面を通って電極の上端部に接続されていることから、従来側壁部の内部に位置し比較的誘電率の高い側壁部で覆われていた高周波信号伝送用の線路導体の一部分の上面を側壁部よりも誘電率の小さな空気に露出させることによって、高周波信号伝送用の線路導体を伝送する高周波信号の誘電体損失を小さくすることができ、また、高周波信号伝送用の線路導体と接地用の線路導体との間に発生する浮遊容量等の容量成分を極めて小さくすることができる。その結果、1〜40GHz程度の非常に高い周波数帯域の高周波信号を入出力させた場合においても、高周波信号の透過損失を低減させて、高周波信号の伝送効率の高いものとすることができる。
【0058】
また、高周波信号伝送用の線路導体から上方の部位のみに段差部を有することから、段差部を有する側壁部の機械的強度が低下することなく維持され、半導体素子収納用パッケージの気密性が損なわれたり、半導体素子収納用パッケージに歪が生じたりすることもない。
【0059】
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、載置部に載置固定されるとともに線路導体に電気的に接続された半導体素子と、側壁部の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、半導体素子に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力でき、その結果、高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す斜視図である。
【図2】図1の半導体素子収納用パッケージの要部拡大斜視図である。
【図3】(a)〜(e)は本発明の半導体素子収納用パッケージにおける段差部について実施の形態の各種例を示す上面図である。
【図4】従来の半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図5】本発明の半導体素子収納用パッケージと従来の半導体素子収納用パッケージについて高周波信号の透過損失を測定した結果のグラフである。
【符号の説明】
1:基体
1a:載置部
4:蓋体
5:リード端子
6:半導体素子
7:電極
8:線路導体
8a:高周波信号伝送用の線路導体
8b:接地用の線路導体
A:段差部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element housing package and a semiconductor device for housing a semiconductor element, and more particularly to a semiconductor element housing package and a semiconductor device having lead terminals for inputting and outputting a high frequency signal.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor element storage package (hereinafter also referred to as a package) for storing various semiconductor elements using high-frequency signals such as microwave bands and millimeter wave bands used in the field of optical communication, for example, semiconductors as semiconductor elements When an optical semiconductor element such as a laser (LD) or a photodiode (PD) is used, the one shown in a perspective view in FIG. 4 is used.
[0003]
This package includes a rectangular
[0004]
The
[0005]
A through
[0006]
A
[0007]
The
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-127371 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a high frequency signal in a high frequency band of about 1 to 40 GHz is input / output to a package as disclosed in
[0010]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a package for housing a semiconductor element and a semiconductor device capable of inputting and outputting a high-frequency signal in a high-frequency band of about 1 to 40 GHz with low loss. There is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The package for housing a semiconductor element of the present invention includes a rectangular parallelepiped base made of an insulator provided with a placement portion for placing a semiconductor element on the bottom surface of a recess formed on the upper surface, and a side wall portion of the base body. A plurality of electrodes formed on the outer surface, line conductors that pass through the side wall portion from the bottom surface of the recess and are connected to the plurality of electrodes, and an upper end portion that extends downward along the outer surface of the side wall portion Wherein the plurality of line conductors include line conductors for high-frequency signal transmission, and are connected to the line conductors for high-frequency transmission. The electrode, the upper end portion is a narrow portion narrower than the lower side, the high-frequency transmission line conductor is the electrode of the electrode Same as narrow part The base is formed with a step portion at an upper portion from the line conductor for high-frequency signal transmission between the upper surface and the outer surface of the side wall, and the high-frequency signal transmission line A conductor is connected to the upper end portion of the electrode through the bottom surface of the stepped portion.
[0012]
In the package for housing a semiconductor element of the present invention, the plurality of line conductors include line conductors for high-frequency signal transmission, and the electrodes connected to the line conductors for high-frequency transmission have an upper end narrower than the lower side. The line conductor for high-frequency transmission is a narrow part. Same as narrow part The base is formed with a stepped portion at an upper portion from the line conductor for high-frequency signal transmission between the upper surface and the outer surface of the side wall portion, and the line conductor for high-frequency signal transmission is a stepped portion. Since it is connected to the upper end of the electrode through the bottom surface of the electrode, the surface of a part of the line conductor for high-frequency signal transmission that is conventionally located inside the side wall and covered with the side wall having a relatively high dielectric constant is covered. By exposing to air having a dielectric constant smaller than that of the side wall, the dielectric loss of the high-frequency signal transmitted through the line conductor for high-frequency signal transmission can be reduced, and the line conductor for high-frequency signal transmission and grounding Capacitance components such as stray capacitance generated between the two line conductors can be made extremely small. As a result, even when a high frequency signal in a very high frequency band of about 1 to 40 GHz is input / output, the transmission loss of the high frequency signal can be reduced and the transmission efficiency of the high frequency signal can be increased.
[0013]
In addition, since the step portion is provided only in the portion above the line conductor for high-frequency signal transmission, the mechanical strength of the side wall portion having the step portion is maintained without lowering, and the airtightness of the package for housing the semiconductor element is impaired. And no distortion occurs in the semiconductor element storage package.
[0014]
The semiconductor device of the present invention is bonded to the semiconductor element storage package of the present invention, a semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the line conductor, and an upper surface of the side wall portion. And a covered lid.
[0015]
With the above-described configuration, the semiconductor device of the present invention can input and output a high frequency signal in a very high frequency band to the semiconductor element with low loss, and as a result, has excellent transmission characteristics of the high frequency signal.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor element storage package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a package of the present invention. In the figure,
[0017]
Further, the
[0018]
The
[0019]
Such a
[0020]
The plurality of
[0021]
Preferably, as shown in FIG. 1, the upper end of the high-frequency signal transmission electrode 7a should be substantially the same height as the upper end of the ground electrode 7b. Thereby, the grounding of the electrode 7a is further strengthened, and the transmission characteristic of the high frequency signal is further improved.
[0022]
Further, the high-frequency signal transmission electrode 7a has a width at its upper end that is narrower than its lower width. High It is connected with the same width as the
[0023]
The distance between the electrode 7a and the electrode 7b is preferably 0.03 to 2 mm. Thereby, the loss of the high frequency signal which transmits the electrode 7a can be made small, and transmission efficiency can be improved. If it is less than 0.03 mm, the electrodes 7a and 7b are easily short-circuited. If it exceeds 2 mm, the effect of suppressing the loss of the high-frequency signal due to the ground potential of the electrode 7b becomes small.
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
Such a
[0027]
As shown in FIG. 1, the
[0028]
The
[0029]
Further, since the stepped portion A is provided only at a portion above the
[0030]
The stepped portion A is produced by forming a notch to be the stepped portion A by punching or the like in the ceramic green sheet to be the
[0031]
The stepped portion A may be on the outer surface side of the side wall portion of the
[0032]
The length (depth) a (FIG. 2) of the stepped portion A is preferably 0.5 to 5 mm. As a result, the proportion of the portion of the
[0033]
When a <0.5 mm, the proportion of the part of the
[0034]
The height b (FIG. 2) of the stepped portion A is preferably 0.5 to 10 mm. As a result, transmission loss generated in the high-frequency signal transmitted through the
[0035]
When b <0.5 mm, the capacitance component generated between the
[0036]
The width c (FIG. 2) of the stepped portion A is preferably 1.5d ≦ c ≦ 20d (about 0.5 to 10 mm), where d is the width of the
[0037]
In the case of c <1.5d, the
[0038]
Lead terminals 5 are joined at their upper ends to a plurality of
[0039]
Such a lead terminal 5 is preferably made of a metal that approximates the thermal expansion coefficient of the
[0040]
In addition, the upper surface of the
[0041]
The
[0042]
When the
[0043]
When e <0.3 mm, the distance between the stepped portion A and the
[0044]
On the other hand, in the case of e> 3 mm, the part which penetrates the side wall part of the base |
[0045]
Further, when the
[0046]
The fixing
[0047]
Such a fixing
[0048]
The semiconductor device of the present invention is bonded to the package of the present invention, the
[0049]
In such a semiconductor device, the
[0050]
Thus, in the semiconductor device of the present invention, when the lead terminal 5 is electrically connected to the external electric circuit of the external electric circuit board, the
[0051]
【Example】
Embodiments of the semiconductor element storage package of the present invention will be described below.
[0052]
The package of FIG. 1 was configured as follows. First, Al whose dielectric constant after firing is 9.5 2 O Three The ceramic green sheet was punched and a metallized metal layer for joining the
[0053]
As a comparative example, a sample Q having the configuration shown in FIG. The sample Q is the same as the sample P except that the stepped portion A is not provided, and the
[0054]
For these samples P and Q, the capacitance component generated between the
[0055]
Further, FIG. 5 shows a result of measuring a transmission loss by inputting a high frequency signal of 1 to 40 GHz to the
[0056]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
[0057]
【The invention's effect】
The package for housing a semiconductor element of the present invention includes a rectangular parallelepiped base made of an insulator provided with a mounting portion for mounting a semiconductor element on the bottom surface of a recess formed on the upper surface, and the surface of the side wall portion of the base A plurality of electrodes formed on the bottom surface, line conductors penetrating the side walls from the bottom of the recesses and connected to the plurality of electrodes, respectively, and upper ends of the plurality of electrodes extending downward along the outer surface of the side walls. In the package for housing semiconductor elements each having a lead terminal bonded thereto, the plurality of line conductors include line conductors for high-frequency signal transmission, and an electrode connected to the line conductor for high-frequency transmission has an upper end portion. The width is narrower than the lower side, and the line conductor for high-frequency transmission is Same as narrow part The base is formed with a step portion at an upper portion from the line conductor for high-frequency signal transmission between the upper surface and the outer surface of the side wall portion, and the line conductor for high-frequency signal transmission is stepped. Since it is connected to the upper end portion of the electrode through the bottom surface of the portion, the upper surface of a part of the line conductor for high-frequency signal transmission that is conventionally located inside the side wall portion and covered with the side wall portion having a relatively high dielectric constant Is exposed to air having a dielectric constant smaller than that of the side wall, so that the dielectric loss of the high-frequency signal transmitted through the line conductor for high-frequency signal transmission can be reduced. Capacitance components such as stray capacitance generated between the line conductors can be made extremely small. As a result, even when a high frequency signal in a very high frequency band of about 1 to 40 GHz is input / output, the transmission loss of the high frequency signal can be reduced and the transmission efficiency of the high frequency signal can be increased.
[0058]
In addition, since the step portion is provided only in the portion above the line conductor for high-frequency signal transmission, the mechanical strength of the side wall portion having the step portion is maintained without lowering, and the airtightness of the package for housing the semiconductor element is impaired. And no distortion occurs in the semiconductor element storage package.
[0059]
A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor element storage package according to the present invention, a semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the line conductor, and a lid bonded to the upper surface of the side wall portion. The high-frequency signal in a very high frequency band can be input to and output from the semiconductor element with low loss, and as a result, the transmission characteristics of the high-frequency signal are excellent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a package for housing a semiconductor element of the present invention.
2 is an enlarged perspective view of a main part of the package for housing a semiconductor element of FIG. 1;
FIGS. 3A to 3E are top views showing various examples of the embodiment of the step portion in the package for housing a semiconductor element of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a perspective view of a conventional semiconductor element housing package.
FIG. 5 is a graph showing a result of measuring a transmission loss of a high-frequency signal for a package for housing a semiconductor element of the present invention and a conventional package for housing a semiconductor element.
[Explanation of symbols]
1: Substrate
1a: Placement part
4: Lid
5: Lead terminal
6: Semiconductor element
7: Electrode
8: Line conductor
8a: Line conductor for high-frequency signal transmission
8b: Line conductor for grounding
A: Stepped part
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