JPS6114668B2 - - Google Patents

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JPS6114668B2
JPS6114668B2 JP168777A JP168777A JPS6114668B2 JP S6114668 B2 JPS6114668 B2 JP S6114668B2 JP 168777 A JP168777 A JP 168777A JP 168777 A JP168777 A JP 168777A JP S6114668 B2 JPS6114668 B2 JP S6114668B2
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JP
Japan
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hollow
insulator
hollow member
semiconductor
metal header
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Naofumi Tsuzuki
Shinzo Anazawa
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPS6114668B2 publication Critical patent/JPS6114668B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子、特に高周波高出力用半導
体素子を装着するに適した半導体素子用容器に関
する。
従来より半導体素子を装着するための容器はそ
の半導体素子の持つ諸特性を出来るだけ劣化させ
ずに外部回路に導くことが出来るような構成とさ
れていることは当然であり、そのためその種類も
多岐にわたつて提供されている。
第１図は、その代表的な例を使用した半導体装
置であり、これを従来例として説明する。１は熱
伝導度の良い材質、例えば銅より成る金属ヘツダ
ーであり、その中心領領域に２条の平行な矩形の
突起部１ａ，１ｂを有している。そして２条の突
起部１ａ，１ｂの間には絶縁性であつて熱伝導度
の良い材質、例えばベリリアセラミツクより成る
素子保持用の半導体保持板２が接合されるが、こ
の半導体保持板２は上面にメタライズ層３を施さ
れていることにより、このメタライズ層３が半導
体素子４の搭載面とされる。また金属ヘツダー１
上にはその２条の突起部１ａ，１ｂを囲むような
端子取付用の中空絶縁体５が接合されるが、この
絶縁体５の上面の一部にも一対の端子取付用導電
層としてのメタライズ層６ａ，６ｂが施されてい
る。このメタライズ層６ａ，６ｂは入力及び出力
のための導電層であるが、その形状を任意に規定
出来るので外部回路とのインピーダンス整合を調
整する機能をも果たし得る。
７は容器の気密封止蓋体のためのフレーム状絶
縁基板である。
ところで、メタライズ層３に装着する半導体素
子４と外部回路との電気的接続は、例えば半導体
素子４がバイポーラ型トランジスタの場合であれ
ば、メタライズ層３はコレクタと接続され、更に
このメタライズ層３は金属細線８ｂのボンデイン
グによつてメタライズ層６ｂと接続され、またメ
タライズ層６ｂからは外部引出しリード９bbに
より外部回路へ出力として導出される。
一方、入力側については半導体素子４の入力電
極とメタライズ層６ａとの接続が直接、金属細線
８ａによつて行なわれ、メタライズ層６ａは外部
引出しリード９ａを介して外部回路と接続され
る。次に接地電極については金属ヘツダー１が導
電性であるのでその突起部１ａ，１ｂの上面と金
属細線８ｃ，８ｄによつて行なわれる。
かゝる構成による半導体素子用容器においては
半導体装置の高出力化および高周波化のために、
入力側の矩形状突起部１ａの幅を拡げることによ
つて、MOSチツプコンデンサ等の整合回路用素
子を載置することが可能となり、整合回路を容器
内部に設けることができる。また、一般には半導
体素子４をより効率的に動作させるため、入力側
を容量性に、出力側を誘導性に設計されており、
このための容器構成として入力側のメタライズ層
６ａと外部引出しリード９ａとの接合面積は大き
くして容量性の寄生素子を形成し、出力側のメタ
ライズ層６ａと外部引出しリード９ｂとの接合面
積は小さくして誘導性の寄生素子を形成すること
が実施されている。もちろん、これらの寄生素子
のインピーダンスは小さい方が良く、特に高周波
領域、例えば4GHz以上における動作の場合に
は、逆にメタライズ層６ａ，６ｂによつて生ずる
寄生素子が半導体素子４の特性を不安定化するこ
とがある。また寄生素子のインピーダンスが大き
いと、上述の内部整合回路を設ける場合にはその
設計が極めて困難になる。
高出力用途のトランジスタに於いては、そのチ
ツプ形状は高出力になる程細長い形状となり、そ
れに伴ないメタライズ層６ａ，６ｂの半導体素子
と平行なる方向の幅も広くなる。このため、高出
力用途のトランジスタに於いては、端子取付用の
中空絶縁体５の幅を小さくし、メタライズ層６
ａ，６ｂの面積を小さくしたり、絶縁体５の下部
に空胴層を形成し、エアーギヤツプを設け実効的
に誘電率を小さくする等によりメタライズ層６
ａ，６ｂと金属ヘツダーとの間に生ずる寄生容量
を小さくすることが試みられている。しかしなが
らかゝる構造では中空絶縁体５の機械的強度は必
然的に弱められる傾向にあるが、高出力素子用と
して容器が10mm×10mm程度まで大型化するに従つ
て、金属ヘツダー１と中空絶縁体５の熱膨張率の
差によつて生じる機械的歪が増大するため、更に
この傾向が強められる。
また突起部１ａ上に形成される内部整合回路用
のMOSチツプコンデンサもシリコンを材質とす
る場合には、その熱膨張率の差によりチツプ装着
後の温度変化によりクラツクを生じせしめる。こ
のため容器の製造工程および半導体素子搭載後に
ネジ止め用の放熱板にヘツダーを装着する時点等
で各所にクラツクが生じたりして気密性が損なわ
れやすく、容器の製造歩留り、信頼性等に大きな
問題が生じていた。
この問題は半導体素子用容器が、高出力用のた
めに容器を大型化する場合や、内部整合回路を設
けるために大型化する場合や、入力および出力側
の寄生素子の容量等のインピーダンスを小さくす
る場合にはクラツクが生じたり、気密性が損なわ
れる傾向があつた。
本発明は、以上のような欠点を有さず、気密性
の高い大型の容器で、かつ内部整合回路の構成に
適する構造を有する半導体素子用容器を提供する
のが目的である。
本発明は、原理的には熱伝導率がよく、かつ熱
膨張率も大きい金属ヘツダーを小型化し、リード
取付用中空絶縁体との直接的接合を避けて、中空
絶縁体と同程度の熱膨張率を有する部材を介在さ
せることによりクラツクの発生を防止し、気密性
及び歩留りを改善することにある。
従つて、本発明は具体的には金属ヘツダーは熱
放散を必要とする半導体素子保持板のみが搭置さ
れる程度まで小型化して、金属ヘツダーの表面中
央部の上部で貫通する穴を有する中空部材と、こ
の中空部材と同程度の熱膨張率を有する絶縁物か
ら成り、中央に前記中空部材の貫通穴よりも大き
い貫通孔を備えた中空絶縁体とを備え、この中空
部材を金属ヘツダーの表面中央部が中空部材の孔
から露出するように接合し、この中空部材上に中
空絶縁体を取付け、必要に応じ更に中空部材上面
で中空絶縁体よりは内側に２条の突起部を設けそ
の上端面に端子取付用の導電層を設けることによ
り実施される。
以下に本発明の実施例を第２図に参照して説明
する。
断面図としての第２図ａにおいて、１〜９の各
構成要素は従来例と同様なので説明を省くが、金
属ヘツダー１は第２図ｂから明らかなように、ス
テム１４上に載置されており、素子保持用絶縁体
２より多少大きめな程度まで小形化されている。
この小形化された金属ヘツダー１の上面が、露
出する位置に中空絶縁体５の熱膨張率に近い熱膨
張率を有する材質による中空部材１０の孔が配置
されるように中空部材１０が接合され、金属ヘツ
ダー１の露出上面上に素子保持板２が接合され、
さらに前記中空部材１０の上面に突起部１ａ，１
ｂを接合しかつ、上端部にリード取付用中空絶縁
体５を接合する。
このように構成した上で、中空絶縁体５上に容
器の気密封止蓋体のためのフレーム状絶縁基板７
及びメタライズ層６ａ，６ｂのそれぞれには外部
引出しリード９ａ，９ｂをそれぞれ接合する。
なお、半導体素子４は素子保持板２のコレクタ
用のメタライズ層３に装着され、さらにMOSチ
ツプコンデンサ等から成る内部整合回路用受動素
子１１が突起部１ａ上に装着され、半導体素子４
と受動素子１１はメタライズ層間及びメタライズ
層間の電気的接続は従来例と同様金属細線によつ
て行なわれるが、半導体素子４と受動素子１１を
接続する金属細線８ｅおよび受動素子１１と入力
側リード取付メタライズ層６ａを接続する金属細
線８ｆは内部整合回路においてのインダクタンス
素子としての機能を有する。
以上のように金属ヘツダー１上に接合された素
子保持板２上に半導体素子４を装着するので、発
生する熱は従来例と同様に極めて効率的に放熱が
行なわれる。また、突起部１ａ，１ｂは中空部材
１０上に取付けられているが、この中空部材１０
としては通常はアルミナセラミツク等で形成され
る中空絶縁体５と同程度の熱膨張率を有する例え
ばば、コバー、モリブデンおよびアルミナセラミ
ツク等で形成されている。すなわち、中空部材１
０上に接合され、ほぼ同じ熱膨張率の中空絶縁体
５が接合されるため、その内部の半導体素子４等
の気密性は確実でたとえ中空絶縁体５の機械的強
度が低下しても、また容器の形状が大型化しても
金属ヘツダー１との熱膨張率の差による歪力は中
空部材１０により緩和されるため、クラツクの発
生、気密性の劣下を生じることがない。
第３図は、本発明の他の実施例を示す図で、第
１図及び第２図と同一部分には同一の参照数字が
付されている。入力および出力リード取付用メタ
ライズ層６ａ，６ｂによる寄生容量を低減するた
めに中空絶縁体５′の下部に空洞部１２ａ，１２
ｂを設けたものである。このような形状にすれば
中空絶縁体５′の機械的強度は低下するが、熱膨
張による歪力が直接中空絶縁体５に加わらない本
構造では極めて有効に作用する。さらにメタライ
ズ層６ａ，６ｂと中空部材１０との間の寄生容量
も大巾に低減できる。
第４図ａ，ｂは、本発明のさらに他の実施例を
示す図で、第１〜３図と同一部分は同一の参照数
字を付してある。内部整合回路の必要性の有無に
寄らず、寄生容量寄生素子のインピーダンスの低
い半導体容器を実現する場合には本構造が有効で
あることが示され得る。即ち、中空部材１０′，
１０′としてセラミツクで構成し、その表面にメ
タライズ層６ａ，６ｂ，１３ａ，１３ｂが形成さ
れている。このメタライズ層はリード９ａ，９ｂ
導出用のメタライズ層６ａ，６ｂは相対する位置
の中空部材１０′，１０″の下面領域にメタライズ
層を形成されていない。このため、前記メタライ
ズ層６ａ，６ｂによつて生じる寄生容量を大幅に
減少せしめることが可能となる。
以上から明らかなように、中空部材は必要に応
じて金属部材あるいはセラミツク部材のどちらで
も選択できる。また前記セラミツク部材上のメタ
ライズ層１３ａ，１３ｂは突起部１ａ，１ｂと金
属ヘツダー１とを出来るだけ小さなインダクタン
スを有するような状態で電気的に接続するため
と、前記セラミツク部材と金属ヘツダー１を接合
するためとの目的のために形成されている。
第４図ｂでは中空部材１０″上には中空絶縁体
５と突起部１ａ，１ｂとを離間して設けているの
でメタライズ層６ａ，６ｂの寄生容量はさらに減
少される。
第２図、第３図における突起部１ａ，１ｂにお
いても材質は同様に金属またはセラミツクを用い
ることができ、また中空部材と一体化して形成す
ることも可能である。。また突起部１ａ，１ｂを
一体化できるセラミツクを用いて中空部材１０を
形成する場合にはほぼ全表面上にメタライズ層を
形成する事が好ましい。
以上説明してきたように本発明によれば、内部
整合回路を設けたり、高出力化するための半導体
容器が大型化しても、寄生容量等の寄生素子のイ
ンピーダンスが極めて小さく、内部整合回路を構
成しやすい容器を実現でき、同時にクラツク等の
信頼度面での性能を大幅に改善できるので、特に
高周波高出力用半導体素子に最適な半導体素子用
容器が提供出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図ａは従来例による半導体素子用容器を示
す断面図で、第１図ｂはその平面図である。第２
図ａは本発明による半導体素子用容器を示す断面
図で、第２図ｂはその平面図である。第３図、第
４図ａおよび第４図ｂはそれぞれ本発明による他
の実施例を示す断面図である。図面の参照数字は
それぞれ、１は金属ヘツダー２は素子保持用絶縁
体としての半導体保持板、３はコレクター用のメ
タライズ層、４は半導体素子５，５′は端子取付
用の絶縁体、６ａ，６ｂは端子取付用導電層とし
てのメタライズ層、７はフレーム状絶縁基板、８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆは金属細線、
９ａ，９ｂは外部引出しリード、１０，１０′，
１０″は中空部材、１１は内部整合回路用受動素
子、１２ａ，１２ｂは空洞部、１３ａ，１３ｂは
接地接続用導電層としてのメタライズ層を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 金属ヘツダーと、該金属ヘツダーの主表面上
    に固着された素子保持用絶縁体と、該素子保持用
    絶縁体の上に固着された半導体素子と、前記素子
    保持用絶縁体を囲む孔を有し、前記素子保持用絶
    縁体が該孔部に位置するごとくに前記孔部の周辺
    が前記金属ヘツダーに固着され、前記金属ヘツダ
    ーよりも広く延在する中空部材と、少なくとも該
    中空部材の周辺部の上表面上に取り付けられた外
    部導出端子とを含むことを特徴とする半導体素子
    用容器。
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