JP4172783B2

JP4172783B2 - 入出力端子および半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置

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Publication number: JP4172783B2
Application number: JP2003336279A
Authority: JP
Inventors: 義信澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005108891A

Description

本発明は、１ＧＨｚ程度以上の高周波帯域で作動するＬＤ（半導体レーザ）、ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子およびＩＣ,ＬＳＩ等の半導体素子を収納するための、光ファイバを用いて光信号の入出力を行なう光通信分野，ミリ波通信分野等で用いられる半導体素子収納用パッケージに組み込まれる入出力端子、およびそれを用いた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。

従来の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の例として、光通信分野等の高い周波数で作動するＬＤ,ＰＤ等の光半導体素子を収容するための光半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）および光半導体装置を図３に示す。同図に示すように、パッケージは一般に、上面に光半導体素子１７が載置固定される載置部１１ａを有する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属材料から成る基体１１と、載置部１１ａを囲む様にして基体１１の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、側部にパッケージの内外を導通するための入出力端子１３設置用の貫通孔１２ａおよび光透過用の貫通孔１２ｂを有するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る枠体１２とを有する。

また、貫通孔１２ａに配置される入出力端子１３は、パッケージの交換のための外部ソケットの着脱が可能なレセクタブル構造を有しており、この入出力端子１３は、金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点のロウ材により貫通孔１２ａに嵌着されロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るホルダ１３ａと、このホルダ１３ａの一端に形成された貫通孔に充填された低融点ガラス１３ｂと、低融点ガラス１３ｂの中心部分に装着されたパッケージの内外を導通させる１本の金属端子１３ｃとから成る。この低融点ガラス１３ｂは、金属端子１３ｃを電気的に絶縁するため、金属端子１３ｃをホルダ１３ａに接合するため、およびパッケージ内外の気密性を保持するためのものである。また、金属端子１３ｃはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、光半導体素子１７と外部電気回路との接続を行なうためのものである。

また、枠体１２の他の側部に形成された貫通孔１２ｂに、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等から成り内部に光信号を伝送させる空間を有する筒状の固定部材１４が銀ロウ等のロウ材で接合される。そして、この固定部材１４の内部に、集光レンズとして機能するとともにパッケージの内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材１５が２００〜４００℃の融点を有するＡｕ−Ｓｎ合金等の低融点のロウ材により接合されることによりパッケージと成る。

このパッケージの基体１１の載置部１１ａにペルチェ素子等の電子冷却素子１７ａを介して光半導体素子１７を、樹脂接着剤、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに、光半導体素子１７の電極をボンディングワイヤを介して入出力端子１３の金属端子１３ｃに接続し、しかる後、枠体１２の上面に蓋体１６をシーム溶接等によって接合する。このようにして、基体１１、枠体１２、入出力端子１３、透光性部材１５および蓋体１６とからなる容器内部に光半導体素子１７を気密に収容することにより光半導体装置と成る。

なお、この光半導体装置の載置部１１ａ上には、光半導体素子１７の駆動用または信号増幅用のＬＳＩ等の半導体素子１７’が設けられ、この半導体素子１７’の下面にも電子冷却素子１７ａ又はヒートシンクを配設し得る。

そして、このような光半導体装置の固定部材１４に光ファイバ２０をＹＡＧレーザ溶接等により接合することによって、例えば、外部電気回路から供給される駆動信号によって光半導体素子１７を光励起させ、励起したレーザ光等の光を透光性部材１５を通して光ファイバ２０に授受させるとともに光ファイバ２０内を伝送させることにより、大容量の情報を高速に伝送できる光電子変換装置として機能させることができるとともに、光通信分野等に多用することができる。
特開2003-69126号公報

しかしながら、従来の光半導体パッケージは、金属端子１３ｃの絶縁を十分に行なうために、低融点ガラス１３ｂを厚くする必要があり、また、金属から成る筒状のホルダ１３ａを用いているため入出力端子１３が非常に大きくなるため、それを備える枠体１２が非常に高くなってパッケージの低背化、即ち小型化が極めて困難であるという問題点があった。

また、金属端子１３ｃの枠体１２の内側に突出した部位は、接地性が低下するために高周波信号を良好に伝送することができないという問題点も有していた。

そこで、このような問題点を解決する構成として、例えば図４に示すようなセラミックスから成る入出力端子２３を用いるものが提案されている。この入出力端子２３は、アルミナセラミックス等から成る平板部２３ａと、平板部２３ａ上面に形成され１つの高周波信号の伝送路(入力線路または出力線路)として設けられた１本の線路導体２３ｂと、線路導体２３ｂの両側に形成された同一面接地導体２３ｃと、平板部２３ａ下面に形成された下部接地導体と、平板部２３ａ上面に設置されたアルミナセラミックス等から成る立壁部２３ｄとから成る。

これによれば、アルミナセラミックス等から成る平板部２３ａおよび立壁部２３ｄが十分な絶縁性を有するため、厚くする必要がなく小型化が可能であり、また、線路導体２３ｂが枠体１２の内側において同一面接地導体２３ｃおよび下部接地導体により接地強化されているので、高周波信号の伝送特性を向上させることができる。

しかし、近年、高周波信号の周波数は１ＧＨｚ以上と高くなってきており、一般に線路導体２３ｂと半導体素子１７’や光半導体素子１７との電気的接続は、Ａｕ等から成るボンディングワイヤ,リボンによる誘導成分（Ｌ）が大きくなり、そのため、半導体素子１７’，光半導体素子１７と外部電気回路との間で高周波信号の伝送損失が大きくなって１ＧＨｚ以上の高周波信号の伝達が円滑に成されないという問題点を有していた。これを従来の入出力端子２３で解決しようとすると、線路導体２３ｂと同一面接地導体２３ｃや下部接地導体等の接地導体との配置関係を調整してインピーダンスの整合を行なう必要があり、その場合、線路導体２３ｂの幅を非常に細くしなければならなくなり、接続信頼性が低下し易いという問題点があった。

また、線路導体２３ｂの接地電位を良好に強化するためには、平板部２３ａを薄くして平板部２３ａの下面に設けた下部接地導体と線路導体２３ｂとを電磁結合させる必要があり、そのため、線路導体２３ｂと光半導体素子１７や半導体素子１７’との高さが大きく異なることとなり、これらの高さを調整するために入出力端子２３を金属やセラミックスなどのキャリアを介して基体上に接合させる必要があった。その結果、キャリアによって抵抗が増加し、入出力端子２３の接地導体と光半導体素子１７や半導体素子１７’の接地導体とが同電位とならなくなって接地性が低下し、外部電気回路と光半導体素子１７や半導体素子１７’との間で高周波信号に位相のずれが生じて高周波信号の伝送性が低下するという問題点を有していた。

従って，本発明は上記問題点に鑑み完成したものであり、その目的は、半導体素子と外部電気回路との高周波信号の位相のずれを防止して高周波信号の伝送特性を良好にすることが可能な小型の入出力端子およびこれを用い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。

本発明の入出力端子は、上面に一辺側から対向する他辺側に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第一の差動線路および該第一の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第一の同一面接地導体が形成された直方体状の平板部と、前記第一差動線路および前記第一同一面接地導体の前記他辺側の端部を覆うように前記平板部の前記上面の前記他辺側から中央部にかけて接合された立壁部と、該立壁部の上側主面に前記他辺側の一端部から対向する他端部に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第二の差動線路および該第二の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第二の同一面接地導体と、前記立壁部に形成された、前記第一および第二の差動線路導体を電気的に接続する信号用貫通導体と、前記立壁部に形成された、前記第一および第二の同一面接地導体を電気的に接続する接地用貫通導体とを具備していることを特徴とする。

本発明の入出力端子において、好ましくは、前記第一の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔および前記第二の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔をそれぞれＧ、前記第一の差動線路と前記第一の同一面接地導体との間隔および前記第二の差動線路と前記第二の同一面接地導体との間隔をＷ、前記平板部の厚みをｔとしたときに、０．０１ｍｍ≦Ｇ≦３ｔかつｔ／３≦Ｗ≦３ｔであることを特徴とする。

本発明の入出力端子において、好ましくは、前記接地用貫通導体は、前記第一および第二の差動線路の両側に前記第一および第二の差動線路と平行に一定の間隔で複数形成されていることを特徴とする。

本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の前記上面に前記載置部を囲繞するように取着されるとともに側部に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。

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電極が前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の入出力端子は、上面に一辺側から対向する他辺側に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第一の差動線路および第一の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第一の同一面接地導体が形成された直方体状の平板部と、第一差動線路および第一同一面接地導体の他辺側の端部を覆うように平板部の上面の他辺側から中央部にかけて接合された立壁部と、立壁部の上側主面に他辺側の一端部から対向する他端部に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第二の差動線路および第二の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第二の同一面接地導体と、立壁部に形成された、第一および第二の差動線路導体を電気的に接続する信号用貫通導体と、立壁部に形成された、第一および第二の同一面接地導体を電気的に接続する接地用貫通導体とを具備していることから、第一および第二の差動線路を構成する２本の線路導体に位相が相反する正負の関係にある高周波信号をそれぞれ入力することにより、それぞれの線路導体においてノイズが発生したとしても、２本の線路導体をそれぞれ伝送する高周波信号の差として出力されることから、それぞれの線路導体で発生したノイズが差し引かれて非常に小さな値となり、高周波信号の伝送性をノイズの少ない非常に優れたものとすることができる。

また、第一および第二の差動線路は、２本の線路導体同士が互いに電磁結合した状態で高周波信号を伝送させることができるため、入出力端子の下面に設けた下部接地導体と十分に電磁結合させる必要はなくなり、第一および第二の差動線路と平板部の下面との間の距離を大きくしても高周波伝送特性を良好に維持することができる。その結果、高周波信号の伝送性を低下させることなく、平板部および立壁部の高さを調整して第二の差動線路を所望の高さにすることができるので、入出力端子を半導体素子収納用パッケージの基体にキャリアを介して接合する必要はなくなり、入出力端子の接地導体と半導体素子の接地導体とを非常に近い電位として、外部電気回路と半導体素子との間で高周波信号に位相のずれが生じるのを有効に防止できる。

本発明の入出力端子は、第一の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔および第二の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔をそれぞれＧ、第一の差動線路と第一の同一面接地導体との間隔および第二の差動線路と第二の同一面接地導体との間隔をＷ、平板部の厚みをｔとしたときに、０．０１ｍｍ≦Ｇ≦３ｔかつｔ／３≦Ｗ≦３ｔであることから、２本の線路導体間の電磁結合および線路導体と同一面接地導体との電磁結合を非常に良好なものとすることができ、高周波信号の伝送性をより向上させることができる。

本発明の入出力端子は、接地用貫通導体は、第一および第二の差動線路の両側に第一および第二の差動線路と平行に一定の間隔で複数形成されていることから、第一および第二の差動線路からの高周波信号の漏れを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送性をさらに向上させることができる。

本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面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るとともに側部に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から、上記本発明の入出力端子の特徴を備えた高周波伝送特性に優れたものとなる。

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、載置部に載置されるとともに電極が前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることから、上記本発明の入出力端子および半導体素子収納用パッケージの特徴を備えた高周波伝送特性に優れるものとなる。

本発明の半導体素子収納用パッケージの例としての光半導体素子を収納したパッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す断面図、図２はこのパッケージに組み込まれる本発明の入出力端子の斜視図である。これらの図において、１は基体、２は枠体、３は高周波信号の入出力用の入出力端子、４は光ファイバや透光性部材５を内部に設置固定するための筒状の固定部材、５は球レンズ等の透光性部材、６は蓋体、７は半導体素子としての一例であるＬＤ(半導体レーザ)，ＰＤ(フォトダイオード)等の光半導体素子である。これらの基体１、枠体２、入出力端子３、透光性部材５及び蓋体６で、内部に光半導体素子７を収容するための容器が構成される。

基体１は、光半導体素子７を支持するための支持部材ならびに光半導体素子７から発せられる熱を拡散するための放熱板として機能し、その上面の中央部に光半導体素子７を載置するための載置部１ａを有しており、この載置部１ａに光半導体素子７が鉛（Ｐｂ）-Ｓｎ半田等の接着剤を介して接着固定されるとともにこの接着剤を介して光半導体素子７から発せられた熱が伝えられ、外部に効率よく放熱され、光半導体素子７の作動性を良好なものにする。

この基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属材料や、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミック等のセラミックスからなり、金属材料から成る場合には、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方法を施すことによって所定の形状に製作される。一方、セラミックからなる場合には、その原料粉末に適当な有機バインダーや溶剤等を添加混合しペースト状と成すとともに、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロウル法によってセラミックグリーンシートと成し、しかる後セラミックス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℃の高温で焼結することによって作製される。

なお、基体１が金属材料からなる場合には、その表面に耐食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層を順次メッキ法により被着させておくと、基体１が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、基体１上面に光半導体素子７を強固に接着固定させることができる。したがって、基体１が金属材料から成る場合には、その表面に０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくことが好ましい。

一方、基体１がセラミックから成る場合、光半導体素子７を載置する載置部１ａに耐食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層とを順次メッキ法により被着させておくのがよい。これにより、基体１上面に光半導体素子７を強固に接着固定させることができる。

また、基体１は、その上面に光半導体素子７が載置される載置部１ａを囲むように、貫通孔や切欠きから成る取付部２ａが形成された枠体２が接合されており、この枠体２の内側に光半導体素子７を収容するための空所が形成される。

この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成る場合やセラミックスから成る場合があり、基体１と同様の加工法で、側部に取付部２ａを、他の側部に光透過用の貫通孔２ｂを有するような形状に作製される。

そして、枠体２がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る場合、例えばＦｅ−Ｎｉ合金の場合はこの合金のインゴットに圧延加工やプレス加工等の金属加工を施すことによって所定の形状に製作される。また、枠体２の基体１への接合は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１上面に敷設した適度なボリュームを有するプリフォームとされた銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。さらに、基体１と同様にして、枠体２の表面に０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。

一方、枠体２がセラミックからなる場合には、入出力端子３をろう付けするために側部に設けた貫通孔または切欠きから成る取付部２ａの内周面に０．５〜９μｍのＮｉ層および０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。

本発明において、枠体２の貫通孔または切欠きから成る取付部２ａに取着される入出力端子３は、図２に示すような構成であり、上面に一辺側から対向する他辺側に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体３ｂから成る第一の差動線路Ａおよび第一の差動線路Ａの両側に等間隔をもって形成された第一の同一面接地導体３ｃが形成された直方体状の平板部３ａと、第一の差動線路Ａおよび第一の同一面接地導体３ｃの他辺側の端部を覆うように平板部３ａの上面の他辺側から中央部にかけて接合された立壁部３ｄと、立壁部３ｄの上側主面に他辺側の一端部から対向する他端部に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体３ｂ’から成る第二の差動線路Ｂおよび第二の差動線路Ｂの両側に等間隔をもって形成された第二の同一面接地導体３ｃ’と、立壁部３ｄに形成された、第一および第二の差動線路導体Ａ，Ｂを電気的に接続する信号用貫通導体９と、立壁部３ｄに形成された、第一および第二の同一面接地導体３ｃ，３ｃ’を電気的に接続する接地用貫通導体１０とを具備している。

この構成により、２本の線路導体３ｂに位相が相反する正負の関係にある高周波信号をそれぞれ入力することにより、それぞれの線路導体３ｂにおいてノイズが発生したとしても、２本の線路導体３ｂをそれぞれ伝送する高周波信号の差として出力されることから、それぞれの線路導体３ｂで発生したノイズが差し引かれて非常に小さな値となり、高周波信号の伝送性をノイズの少ない非常に優れたものとすることができる。また、同様に、２本の線路導体３ｂ’に位相が相反する正負の関係にある高周波信号をそれぞれ入力することによっても、それぞれの線路導体３ｂ’においてノイズが発生したとしても、２本の線路導体３ｂ’をそれぞれ伝送する高周波信号の差として出力されることから、それぞれの線路導体３ｂ’で発生したノイズが差し引かれて非常に小さな値となる。

また、第一および第二の差動線路Ａ，Ｂは、２本の線路導体３ｂ同士および２本の線路導体３ｂ’同士が互いに電磁結合した状態で高周波信号を伝送させることができるため、入出力端子３の下面に設けた下部接地導体８と十分に電磁結合させる必要はなくなり、第一の差動線路Ａと平板部３ａの下面との間の距離、および第二の差動線路Ｂと平板部３ａの下面との間の距離を大きくしても高周波伝送特性を良好に維持することができる。その結果、高周波信号の伝送性を低下させることなく、平板部３ａおよび立壁部３ｄの高さを調整して第二の差動線路Ａ，Ｂを所望の高さにすることができるので、入出力端子３をパッケージの基体１にキャリアを介して接合する必要はなくなり、入出力端子３の接地導体と光半導体素子７の接地導体とを非常に近い電位として、外部電気回路と光半導体素子との間で高周波信号に位相のずれが生じるのを有効に防止できる。

好ましくは、第一の差動線路Ａを成す２本の線路導体３ｂ間の間隔および第二の差動線路Ｂを成す２本の線路導体３ｂ’間の間隔をそれぞれＧ、第一の差動線路Ａと第一の同一面接地導体３ｃとの間隔および第二の差動線路Ｂと第二の同一面接地導体３ｃ’との間隔をＷ、平板部３ａの厚みをｔとしたときに、０．０１ｍｍ≦Ｇ≦３ｔかつｔ／３≦Ｗ≦３ｔとするのがよい。これにより、２本の線路導体３ｂ間の電磁結合、２本の線路導体３ｂ’間の電磁結合、線路導体３ｂと第一の同一面接地導体３ｃとの電磁結合、および線路導体３ｂ’と第二の同一面接地導体３ｃ’との電磁結合を非常に良好なものとすることができ、高周波信号の伝送性をより向上させることができる。

Ｇ＜０．０１ｍｍの場合、２本の線路導体３ｂ間および２本の線路導体３ｂ’間の距離が近接し過ぎて容量成分が増大し、第一および第二の差動線路Ａ，Ｂのインピーダンスが１００Ω未満となり、インピーダンスの不連続が発生して、高周波信号の反射や損失が増大し易くなる。一方、Ｇ＞３ｔの場合、２本の線路導体３ｂ間および２本の線路導体３ｂ’間の距離が増大し、線路導体３ｂ，３ｂ’の誘導成分が増大して高周波伝送特性が低下し易くなる。

また、Ｗ＜ｔ／３の場合、線路導体３ｂと第一の同一面接地導体３ｃとの距離および線路導体３ｂ’と第二の同一面接地導体３ｃ’との距離が大きくなり過ぎ、これらの間で電磁結合するのが困難になって線路導体３ｂ，３ｂ’の誘導成分が増大し易くなる。一方、Ｗ＞３ｔの場合、線路導体３ｂと第一の同一面接地導体３ｃとの間および線路導体３ｂ’と第二の同一面接地導体３ｃ’との間で容量成分が増大し、インピーダンスが低くなり易い。

さらに、接地用貫通導体１０は、図２に示すように第一および第二の差動線路Ａ，Ｂの両側に第一および第二の差動線路Ａ，Ｂと平行に一定の間隔で複数形成されているのがよい。これにより、第一および第二の差動線路Ａ，Ｂからの高周波信号の漏れを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送性をさらに向上させることができる。

このような接地用貫通導体１０の一定の間隔は、第一および第二の差動線路Ａ，Ｂを伝送する高周波信号の波長の１／４未満であるのがよい。これにより、高周波信号の損失をより有効に低減することができる
平板部３ａおよび立壁部３ｄは、ＡｌＮセラミックス、Ａｌ_２Ｏ_３セラミックス、ガラスセラミックス等の絶縁材料からなる。

また、線路導体３ｂ，３ｂ’や第一および第二の同一面接地導体３ｃ，３ｃ’はＷやモリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等で形成されており、例えば、Ｗ等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部３ａおよび立壁部３ｄ用のセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって平板部３ａおよび立壁部３ｄに形成される。

また、信号用貫通導体９および接地用貫通導体１０はＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等で形成されており、例えば、Ｗ等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部３ａおよび立壁部３ｄ用のセラミックグリーンシートに、所定の打ち抜き工程を施して貫通孔を形成した後、スクリーン印刷法によりＷやＭｏなどの導体ペーストを貫通孔に充填することによって平板部３ａおよび立壁部３ｄに形成される。

なお、本発明における高周波信号の周波数は、ＬＳＩ,ＬＤ等用の１ＭＨｚ〜数１００ＧＨｚ程度の高周波帯域，超高周波帯域であり、特に光半導体素子駆動用の５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ程度、好ましくは２０ＧＨｚ〜６０ＧＨｚ程度の帯域である。

また、２本の線路導体３ｂ，３ｂ’に１つの高周波信号を同相モードと逆相モードをそれぞれ入力することで、高周波信号のノイズを小さくすることもできる。

このような、線路導体３ｂ，３ｂ’の表面には、基体１や枠体２と同様に、ボンディングワイヤやリード端子等を接続する為の０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくとよい。

また、平板部３ａの下面には下部接地導体８が形成されていてもよく、これにより、差動線路Ａ，Ｂの接地電位を強化することができるとともに基体１への接合が良好になる。また、入出力端子３の側部には側部接地導体が形成されていてもよく、これにより第一および第二の同一面接地導体、下部接地導体が電気的に接続され接地電位のさらなる強化が可能となるとともに枠体２への接合が良好になる。なお、下部接地導体８に図２に示すように金属やセラミックスなどのキャリアａを設けてもよい。

さらに、立壁部３ｄの第二の同一面接地導体３ｃ’は、図２に示すように、入出力端子３の中央部側に延出して差動線路Ｂの先端を一定間隔を空けて囲んでいるのがよい。これにより、第一および第二の差動線路Ａ，Ｂの接地電位をより強化できるとともに、この延出部で枠体２の取付部２ａに良好に接合される。

また、枠体２の側部に内外を貫通するように形成された光透過用の貫通孔２ｂの周囲の枠体２の外側側面に、内部で光信号が伝送されるように筒状に形成された、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る固定部材４が、銀ロウ等のロウ材を介して接合される。

この固定部材４は、基体１や枠体２と同様の加工法で所望の形状に加工製作されるとともに、その表面に０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。

また、固定部材４の内周面には、集光レンズとして機能するとともに、パッケージの内部を塞ぐ非晶質ガラス等からなる透光性部材５が、その接合部の表面に形成されたメタライズ層を介して、２００〜４００℃の融点を有するＡｕ−Ｓｎ合金等の低融点のロウ材で接合される。

この透光性部材５は、熱膨張係数が４〜１２×１０^−６/℃(室温〜４００℃)のサファイア(単結晶アルミナ)や非晶質ガラス等からなり、球状や半球状、凸レンズ状、ロウッドレンズ状等とされ、外部のレーザ光等の光を光ファイバ２０を通して光半導体素子７に入力させる、または光半導体素子７で出力したレーザ光等の光を光ファイバ２０に入力させるための集光用部材として用いられる。透光性部材５が、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸化珪素（ＳｉＯ_２）,酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする鉛系、またはホウ酸系やケイ砂を主成分とするホウケイ酸系のものを用いる。

また、この透光性部材５は、その熱膨張係数が枠体２のそれと異なっていても、固定部材４が熱膨張差による応力を吸収緩和するので、結晶軸が応力のために、ある方向に揃うことによって、光の屈折率の変化を起こすようなことは発生しにくい。従って、このような固定部材４に固定された透光性部材５を用いることによって、光半導体素子７と光ファイバ２０との間の光の結合効率を高くできる。

そして、本発明のパッケージの基体１の載置部１ａにペルチェ素子等の電子冷却素子７ａを介して光半導体素子７や駆動用または信号増幅用のＬＳＩ等の半導体素子７’を、樹脂接着剤、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに、光半導体素子７や半導体素子７’の電極をボンディングワイヤを介して入出力端子３の第二の差動線路Ｂに接続し、しかる後、枠体２の上面に蓋体６をシーム溶接等によって接合する。このようにして、基体１、枠体２、入出力端子３、透光性部材５および蓋体６とからなる容器内部に光半導体素子７を気密に収容することにより本発明の半導体装置と成る。

そして、このような光半導体装置の固定部材４に光ファイバ２０をＹＡＧレーザ溶接等により接合することによって、例えば、外部電気回路から供給される駆動信号によって光半導体素子７を光励起させ、励起したレーザ光等の光を透光性部材５を通して光ファイバ２０に授受させるとともに光ファイバ２０内を伝送させることにより、大容量の情報を高速に伝送できる光電子変換装置として機能させることができるとともに、光通信分野等に多用することができる。

かくして、本発明は、薄型化及び小型化がなされ、入出力端子３が精密なインピーダンス制御が可能な構造であるとともに、光半導体素子７及び半導体素子７’と外部電気回路との５ＧＨｚ以上の高周波信号の入出力を、正確かつ円滑(低損失)に行なうことができる。

本発明の入出力端子３を以下のサンプルを用いて評価した。

先ず、誘電率が８．６のアルミナセラミックスから成る、長さ２．０ｍｍ、厚さｔ（ｍｍ）の平板部３ａの上面に幅Ｗｓ（ｍｍ）の２本の線路導体３ｂを間隔Ｇ（ｍｍ）を空けて平行に設けることによって、第一の差動線路Ａを一辺側から他辺側に向かって形成した。また、差動線路Ａの両側に間隔Ｗ（ｍｍ）を空けて幅Ｗｇ（ｍｍ）の第一の同一面接地導体３ｃを形成した。

次に、この平板部３ａの上面の他辺側の端部を覆う長さ１．８ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミナセラミックス（誘電率８．６）から成る立壁部３ｄを形成した。

さらに、立壁部３ｄの上面の上記他辺側の一端部から対向する他端部に向かって、第一の差動線路Ａと同じ幅および同じ間隔で、長さ０．４ｍｍの第二の差動線路導体Ｂおよび第二の同一面接地導体３ｃ’を形成した。

また、第一の差動線路Ａと第二の差動線路Ｂとを直径１００μｍの信号用貫通導体９で、および第一の同一面接地導体３ｃと第二の同一面接地導体３ｃ’とを直径１００μｍの接地用貫通導体１０で接続した。

さらに、この入出力端子３の両側面全面および下面に接地導体を形成することによりサンプルを作製した。なお、上記の差動線路や接地導体、貫通導体等の導体はすべてＷ（タングステン）により形成した。

このサンプルの第一の差動線路Ａの一端と第二の差動線路Ｂの一端との間のインピーダンス（Ｏｄｄ）を測定することにより、高周波信号の伝送特性を評価した。

表１に結果を示す。これより、０．０１ｍｍ≦Ｇ≦３ｔかつｔ／３≦Ｗ≦３ｔを満たすサンプルＮｏ．１，３，５の場合、目的とする１００Ω対して±３Ωの非常に小さな誤差範囲内にすることができ特に優れていることがわかった。

なお、本発明は、上記実施の形態の例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において種種の変更を行なうことは何等支障ない。

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断面図である。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。従来の半導体素子収納用パッケージの断面図である。従来の入出力端子の斜視図である。

符号の説明

１:基体
１ａ:載置部
２:枠体
２ａ:取付部
２ｂ:貫通孔
３ａ:平板部
３ｂ，３ｂ’:線路導体
３ｃ:第一の接地導体
３ｃ’:第二の接地導体
３ｄ：立壁部
４：固定部材
５：透光性部材
６：蓋体
７：光半導体素子（半導体素子）
９：信号用貫通導体
１０：接地用貫通導体
Ａ：第一の差動線路
Ｂ：第二の差動線路

Claims

上面に一辺側から対向する他辺側に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第一の差動線路および該第一の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第一の同一面接地導体が形成された直方体状の平板部と、前記第一の差動線路および前記第一の同一面接地導体の前記他辺側の端部を覆うように前記平板部の前記上面の前記他辺側から中央部にかけて接合された立壁部と、該立壁部の上側主面に前記他辺側の一端部から対向する他端部に向かって延びるように形成された２本の平行な線路導体から成る第二の差動線路および該第二の差動線路の両側に等間隔をもって形成された第二の同一面接地導体と、前記立壁部に形成された、前記第一および第二の差動線路導体を電気的に接続する信号用貫通導体と、前記立壁部に形成された、前記第一および第二の同一面接地導体を電気的に接続する接地用貫通導体とを具備していることを特徴とする入出力端子。
前記第一の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔および前記第二の差動線路を成す２本の線路導体間の間隔をそれぞれＧ、前記第一の差動線路と前記第一の同一面接地導体との間隔および前記第二の差動線路と前記第二の同一面接地導体との間隔をＷ、前記平板部の厚みをｔとしたときに、０．０１ｍｍ≦Ｇ≦３ｔかつｔ／３≦Ｗ≦３ｔであることを特徴とする請求項１記載の入出力端子。
前記接地用貫通導体は、前記第一および第二の差動線路の両側に前記第一および第二の差動線路と平行に一定の間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の入出力端子。
上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の前記上面に前記載置部を囲繞するように取着されるとともに側部に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請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の入出力端子とを具備し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４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電極が前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする半導体装置。