JPH05167128A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、優れた高周波特性、高信頼性及び
十分な放熱性を得ることを目的とする。 【構成】 放熱体１，２に一主面が固着された半導体素
子チップ４と、チップ４を取囲む中空部を有し、この中
空部の一方の端面が放熱体１，２に接し他の端面がチッ
プ４の他の主面より所定距離放熱体１から遠ざかってい
る絶縁体７と、絶縁体７の他の端面とチップ４の他の主
面を接続する金属箔８と、金属箔８と合金化されて絶縁
体７の他の端面に取付けられた蓋６とを含み、前記所定
距離が金属箔８の厚みの３倍以上１０倍以下であること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばミリ波帯で用い
られるガンダイオード等の半導体装置に関し、特にパッ
ケージ及び配線構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置において、半導体チップの保
護、信頼性の改善のためには、パッケージが不可欠であ
り、マイクロ波帯以上で用いられる２端子型の半導体装
置、特に、発熱密度の大きいガンダイオードでは、その
パッケージとして放熱性に優れたピル型のものが用いら
れている。

【０００３】図３は、従来用いられてきたガンダイオー
ドのパッケージ方法を示している。１はＣｕ製のパッケ
ージ本体であり、その中央部に台座部としてのダイヤモ
ンドヒートシンク２が取付けられ、この両者１，２によ
り放熱体が形成されている。３はアルミナ製のセラミッ
クリングであり、その一方の端面はパッケージ本体１に
固着されている（図３（ａ））。ガンダイオードチップ
４は、プレイテッドヒートシンク（Plated Heat Sink）
付きのメサ型に作製され、そのプレイテッドヒートシン
クの部分で熱圧着もしくは半田付けにより台座部２にダ
イボンディングされている（同図（ｂ））。ガンダイオ
ード素子は、上下に電極が形成されており、台座部２は
下部電極を兼ねている。一方、ガンダイオード素子の上
部電極は金リボン５を介してセラミックリング３上部の
金属被膜部に接続されている（同図（ｃ））。最後に、
セラミックリング３上部が金メッキしたＣｕ製の蓋６で
密閉され、これが上部電極となる（同図（ｄ））。

【０００４】このようなガンダイオードにおいて、高周
波特性改善のためには、パッケージ内、外への配線のイ
ンダクタンスＬ、キャパシタンスＣの低減が必要であ
り、特にミリ波でも U−band（４０〜６０GHz ）以上の
高周波帯では、僅かなＬ，Ｃの値でも特性に大きく影響
する。このため、パッケージ内のリード線を幅広のリボ
ンとしたり、そのリボンを複数本並列に接続したり（十
字、ヘキサリボン接続など）するなどの工夫がなされて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、より一
層の高周波帯、例えば、 E−band（６０〜９０GHz ）、
W−band（７５〜１１０GHz ）或いはそれ以上の高周波
帯で動作するミリ波用デバイスが開発されるにつれて、
リード線の形状を変えても従来のパッケージング方法で
は素子本来の持つ性能を十分に引出し得ないことが明ら
かとなってきた。このため、パッケージの絶縁体として
一般に用いられるアルミナリングに代えて、誘電率の低
い石英製のリングを用いたパッケージで高周波性能を向
上させることが試みられている。しかし、石英はアルミ
ナと比べて圧縮強度や引張り強度が小さくもろいため
に、Ｃｕ製のパッケージ本体にろう付けすると簡単にク
ラックが入ってしまうという問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、６０GHz 以上のミリ波
帯でも配線のインダクタンス、キャパシタンスを十分に
低減できて高周波特性が優れ、さらに高い信頼性と十分
な放熱性を得ることができる半導体装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、放熱体と、該放熱体に一主面が固着された
半導体素子チップと、該半導体素子チップを取囲む中空
部を有し該中空部の一方の端面が前記放熱体に接し他の
端面が前記半導体装置チップの他の主面より所定距離前
記放熱体から遠ざかっている絶縁体と、該絶縁体の他の
端面と前記半導体素子チップの他の主面を接続する金属
箔と、該金属箔と合金化されて前記絶縁体の他の端面に
取付けられ前記中空部を密閉する蓋とを含み、前記所定
距離が前記金属箔の厚みの３倍以上１０倍以下であるこ
とを要旨とする。

【０００８】望ましくは、所定距離は３０〜１００μｍ
とされる。半導体素子チップは、両主面に電極を有し、
特には、ガンダイオードが適用される。放熱体は金属な
どからなり、半導体素子チップの一方の電極が接続され
る。絶縁体は円筒状に形成される。金属箔はＡｕからな
り、厚みが５〜２０μｍである。蓋は金属からなり、Ａ
ｕ−ＳｎなどＡｕの共晶合金で合金化されて絶縁体の他
の端面に取付けられる。

【０００９】

【作用】半導体素子チップの一主面を放熱体に固着させ
ているので十分な放熱性が得られる。半導体素子チップ
の他の主面と絶縁体の他の端面との高低差を金属箔の厚
みの３倍以上１０倍以下の所定距離としているので、両
者間を接続している金属箔の長さが短かくなり、インダ
クタンス分が低減して高周波特性が改善される。また、
蓋を合金化により絶縁体の端面に取付けているので、高
い信頼性が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１及び図２に基づ
いて説明する。この実施例は、ＩｎＰガンダイオードに
適用されている。即ち、ガンダイオードに代表されるミ
リ波用の半導体装置においてパッケージに付随するイン
ダクタンス成分の低減に必要な構造を条件を検討し、規
定したものである。

【００１１】図１（ａ）は、同図（ｂ）のＡ部分の拡大
断面図である。

【００１２】なお、図１において前記図３における部材
及び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を
以って示し、重複した説明を省略する。

【００１３】図１において、絶縁体としてのアルミナ製
のセラミックリング７の一方の端面がパッケージ本体１
に固定されている。半導体素子チップとしてのガンダイ
オードチップ４は６０μｍ径で上下両面に電極を有し、
プレイテッドヒートシンク付きのメサ型に作製されてい
る。ガンダイオードチップ４の下面は、プレイテッドヒ
ートシンクの部分で熱圧着もしくは半田付けによりダイ
ヤモンドヒートシンク２上にダイボンディングされてい
る。そして、ガンダイオードチップ４の上面がセラミッ
クリング７の上面から５０μｍ〜１００μｍ下るように
規定されている。ガンダイオードチップ４の上部電極と
セラミックリング７上部の金属被膜部との接続には、 W
−band（７５〜１１０GHz ）で一般的な厚さ１０〜１５
μｍ、幅１００μｍ程度の金属箔からなる金リボン８が
用いられている。セラミックリング７の上部には、金メ
ッキしたＣｕ製の蓋６が金リボン８を挟んでＡｕ−Ｓｎ
の共晶合金で固着されている。

【００１４】次に、９４GHz で発振するように設計され
たガンダイオードを用いて、ガンダイオードチップ４の
上面とセラミックリング７の上面との高低差Δを３００
μｍ、２００μｍ、１００μｍ及び５０μｍとしてパッ
ケージングした試料を作製し、発振実験を行なった。結
果は、高低差Δが小さいほど高周波特性が向上すること
が認められた。

【００１５】図２には、高低差Δを３００μｍ（特性線
ａ）、２００μｍ（特性線ｂ）及び１００μｍ（特性線
ｃ）とした各試料の帯域特性を示す。マウント、共振器
は同一条件である。比較例である高低差Δが３００μｍ
の試料では、発振周波数が８５−９０GHz であるのに対
し、高低差１００μｍとした本実施例の試料では発振周
波数が９５−１００GHz となり、また出力は比較例の
１．３倍以上となった。但し、高低差Δを５０μｍ未満
とすると、金リボン８の厚み１０〜１５μｍとたわみ１
０〜２０μｍによって蓋６との隙間が小さくなるため、
蓋６の封じに用いる共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）が金リボ
ン８側に流れ込み、金リボン８の質が硬くなってガンダ
イオードチップ４へ引張りやずれのストレスを与えるた
めに、装置の信頼性が損われるおそれがある。

【００１６】上述の結果は１例であり、より低い V−ba
nd、 U−bandでも同様に、本実施例のものは、比較例と
比べて発振出力の高帯域側での向上が認められた。

【００１７】従って、以上の結果から高低差Δは１００
μｍ以下３０μｍ以上であること、即ち、高低差Δは、
金リボン８の厚みの３倍以上１０倍以下の範囲とするの
がよいことが分った。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体素子チップの他の主面と絶縁体の他の端面との高
低差を金属箔の厚みの３倍以上１０倍以下としたため、
金属箔の長さが短かくなってインダクタンス分が低減
し、６０GHz 以上のミリ波帯でも優れた高周波特性が得
られる。半導体素子チップの一主面は放熱体に固着させ
ているため、十分な放熱性が得られる。さらに、蓋は合
金化により絶縁体の端面に取付けているため高信頼性が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の実施例を示す縦断面
図等である。

【図２】本実施例の発振周波数−出力特性を比較例とと
もに示す図である。

【図３】従来のガンダイオードのパッケージ方法を示す
図である。

【符号の説明】

１ パッケージ本体 ２ パッケージ本体とともに放熱体を構成するダイヤモ
ンドヒートシンク ４ ガンダイオードチップ（半導体素子チップ） ６ 蓋 ７ セラミックリング（絶縁体） ８ 金リボン（金属箔）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放熱体と、該放熱体に一主面が固着され
   た半導体素子チップと、該半導体素子チップを取囲む中
   空部を有し該中空部の一方の端面が前記放熱体に接し他
   の端面が前記半導体素子チップの他の主面より所定距離
   前記放熱体から遠ざかっている絶縁体と、該絶縁体の他
   の端面と前記半導体素子チップの他の主面を接続する金
   属箔と、該金属箔と合金化されて前記絶縁体の他の端面
   に取付けられ前記中空部を密閉する蓋とを含み、前記所
   定距離が前記金属箔の厚みの３倍以上１０倍以下である
   ことを特徴とする半導体装置。