KR101621712B1 - 반도체 패키지 - Google Patents

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아키히로 마쓰수에
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

적층 세라믹 기판(1) 위에 금속제 링(2)이 설치되어 있다. 적층 세라믹 기판(1) 위에 있어서 금속제 링(2) 내부에 반도체 레이저(6)가 설치되어 있다. 글래스 창(9)을 갖는 금속제 캡(10)이 금속제 링(2)에 접합되어 있다. 금속제 링(2)은 반도체 레이저(6)를 덮는다. 금속제 캡(10)의 외측면에 외부 히트싱크(11)가 접합되어 있다. 이들 구성에 의해, 고주파 특성, 생산성, 및 방열성을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 패키지{SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은, 광통신용의 반도체 패키지에 관한 것이다.
종래의 광통신용의 반도체 패키지에는 메탈 패키지와 CAN 패키지가 있다. 메탈 패키지는, 적층 세라믹 기판과 금속제의 상자를 조합한 것이다. CAN 패키지는, 금속판의 개구 구멍부에 금속제의 막대를 통과시켜 글래스로 기밀(氣密)과 절연을 행하고, 창을 갖는 캡을 용접한 것이다.
메탈 패키지는, 적층 세라믹 기판을 사용하기 때문에 고주파 특성이 우수하다. 그러나, 구조가 복잡하고 부품수가 많이 코스트가 높다. 또한, 상자 형상으로 덮개를 닫기 전의 개구부측(상측)에서밖에 부품 실장을 할 수 없다.
CAN 패키지는, 금속판의 윗면에 모든 방향에서 부품을 실장할 수 있고, 또한 금속판과 캡을 전기용접에 의해 순간적으로 접합할 수 있어 생산성이 우수하다. 그러나, 신호를 공급하는 리드가 금속판에 대하여 글래스 밀봉으로 고정되고 있기 때문에 임피던스 매칭이 취하기 어려워 고주파 특성이 떨어진다.
이에 대하여, 적층 세라믹 기판의 윗면의 오목부에 광반도체 소자를 실장하고, 그것을 창을 갖는 금속제 캡으로 덮은 반도체 패키지가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본국 특개 2003-163382호 공보
적층 세라믹 기판은 알루미나 세라믹이기 때문에, 베이스부가 금속제인 CAN 패키지에 비해 방열성이 떨어지고 있었다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 고주파 특성, 생산성, 및 방열성을 향상시킬 수 있는 반도체 패키지를 얻는 것이다.
본 발명에 관한 반도체 패키지는, 적층 세라믹 기판과, 상기 적층 세라믹 기판 위에 설치된 금속제 링과, 상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치된 광반도체 소자와, 상기 금속제 링에 접합되고, 상기 광반도체 소자를 덮는 창을 갖는 금속제 캡과, 상기 금속제 캡의 외측면에 접합된 외부 히트싱크를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 고주파 특성, 생산성, 및 방열성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 외부 히트싱크가 외부의 프레임에 접합된 상태를 나타낸 단면도다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 외부 히트싱크가 외부의 프레임에 접합된 상태를 나타낸 단면도다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 변형예 1의 캡 내부를 나타낸 측면도다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 변형예 2의 외부 히트싱크가 외부의 프레임에 접합된 상태를 나타낸 단면도다.
도 6은 본 발명의 실시형태 2에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다.
도 7은 본 발명의 실시형태 3에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다.
본 발명의 실시형태에 관한 반도체 패키지에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 동일 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명의 반복을 생략하는 경우가 있다.
실시형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다. 알루미나 등으로 이루어진 적층 세라믹 기판(1) 위에, Fe이나 Ni 등의 금속제 링(2)이 설치되어 있다. 적층 세라믹 기판(1) 위에 있어서 금속제 링(2) 내부에 전극(3)이 설치되어 있다. 전극(3)은 적층 세라믹 기판(1)을 관통하는 비아(4)에 접속되어 있다. 적층 세라믹 기판(1) 위에 있어서 금속제 링(2) 내부에 내부 히트싱크(5)가 설치되어 있다.
내부 히트싱크(5) 위에 면발광형의 반도체 레이저(6)가 설치되어 있다. 이때, 면발광형의 반도체 레이저(6) 대신에, 면수광형의 수광소자를 사용해도 된다. 내부 히트싱크(5)의 표면에 배선(7)이 설치되어 있다. 반도체 레이저(6)와 배선(7)은 와이어에 의해 접속되어 있다.
내부 히트싱크(5)는, 전극(3)의 일부와 배선(7)의 일부가 겹치도록 적층 세라믹 기판(1) 위에 배치되어 있다. 그리고, 전극(3)의 일부와 배선(7)의 일부는, 땜납이나 도전성 수지 등의 도전성 접합부재(8)에 의해 접합되어 있다. 이와 같이 와이어 본드를 행하지 않기 때문에, 전극(3)과 배선(7)의 접합 부분에서의 고주파 전송 손실을 저감해서 고주파 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 와이어 본드 공정을 생략할 수 있기 때문에, 생산성이 향상된다.
글래스 창(9)을 갖는 금속제 캡(10)이 금속제 링(2)에 전기용접되어 있다. 금속제 캡(10)은 얇은 Fe 또는 Fe-Ni 합금으로 이루어진다. 금속제 캡(10)은 내부 히트싱크(5) 및 반도체 레이저(6)를 덮는다. 금속제 캡(10)의 외측면에 외부 히트싱크(11)가 접합되어 있다. 양자의 틈을 접착제(12) 또는 땜납을 사용해서 충전하고 있다. 이때, 금속제 캡(10)과 외부 히트싱크(11)를 용접한 후, 양자의 틈을 방열 그리스 등으로 충전해도 된다.
외부 히트싱크(11)는, 적층 세라믹 기판(1)의 밑면까지 뻗어 있다. 외부 히트싱크(11)는, 외부의 프레임에 접합되는 접합 평면(13, 14)을 갖는다. 접합 평면 13은 외부 히트싱크(11)의 측면에 존재한다. 접합 평면 14는, 적층 세라믹 기판(1)의 밑면측에 존재한다.
도 2 및 도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 외부 히트싱크가 외부의 프레임에 접합된 상태를 나타낸 단면도다. 도 2에서는, 외부 히트싱크(11)의 측면인 접합 평면 13이 외부의 프레임(15)에 접합되어 있다. 도 3에서는, 외부 히트싱크(11)의 밑면인 접합 평면 14가 외부의 프레임(15)에 접합되어 있다. 외부 히트싱크(11)와 프레임(15)의 틈은 방열 그리스(16) 또는 부드러운 방열 시트로 매립된다. 반도체 레이저(6)에서 발생한 열은, 내부 히트싱크(5), 적층 세라믹 기판(1), 금속제 링(2), 금속제 캡(10), 및 외부 히트싱크(11)를 통해 외부의 프레임(15)으로 방열된다.
본 실시형태에서는, 적층 세라믹 기판(1)을 사용함으로써 고주파 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 적층 세라믹 기판(1) 위의 금속제 링(2)과 금속제 캡(10)은 순간적으로 전기용접할 수 있다. 금속제 캡(10)을 용접하기 전의 적층 세라믹 기판(1)은 측벽 등의 장해물이 없기 때문에, 반도체 레이저(6) 등을 실장하기 쉽다. 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 금속제 캡(10) 자체도 일종의 히트싱크로서 기능하지만, 재질의 두께가 얇기 때문에 방열 효과는 낮다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 금속제 캡(10)의 외측면에 외부 히트싱크(11)가 접합되어 있기 때문에, 방열성을 향상시킬 수 있다.
도 4는, 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 변형예 1의 캡 내부를 나타낸 측면도다. 변형예 1에서는, 면발광형의 반도체 레이저(6)(또는 면수광형의 수광소자)가 적층 세라믹 기판(1) 위에 직접적으로 실장되어 있다. 이와 같이 내부 히트싱크(5)를 생략한 경우에도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 5는, 본 발명의 실시형태 1에 관한 반도체 패키지의 변형예 2의 외부 히트싱크가 외부의 프레임에 접합된 상태를 나타낸 단면도다. 외부 히트싱크(11)의 측면인 접합 평면 13이 외부의 프레임(15)에 접합되는 경우에는, 외부 히트싱크(11)의 밑면과 적층 세라믹 기판(1)의 밑면이 일치할 필요는 없다. 따라서, 변형예 2에서는, 양자를 일치시키지 않고, 외부 히트싱크(11)를 크게 함으로써 방열성을 향상시키고 있다.
실시형태 2.
도 6은, 본 발명의 실시형태 2에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다. 본 실시형태에서는, 금속제 링(2)의 두께가 전극(3)보다도 두껍다. 이에 따라, 제품 측면으로부터의 방열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 금속제 링(2)의 내측 단부가 내부 히트싱크(5)에 접촉하고 있다. 이에 따라, 열전도율이 낮은 적층 세라믹 기판(1)을 거치지 않고 내부 히트싱크(5)로부터 열전도율이 높은 금속제 링(2)으로 열을 전달할 수 있다. 이 결과, 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 금속제 링(2)의 외측 단부는 적층 세라믹 기판(1)의 외측 단부에 맞추어져 있다. 이와 같이 적층 세라믹 기판(1)과 동일한 크기까지 금속제 링(2)의 면적을 넓힘으로써 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
실시형태 3.
도 7은, 본 발명의 실시형태 3에 관한 반도체 패키지의 캡 내부를 나타낸 측면도다. 본 실시형태는, 실시형태 2의 구성에, 실시형태 1과 동일한 외부 히트싱크(11)를 추가한 것이다. 외부 히트싱크(11)는, 금속제 캡(10)의 외측면 및 금속제 링(2)의 외측 단부에 접합되어 있다. 이에 따라, 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이때, 실시형태 1∼3에 있어서, 적층 세라믹 기판(1)의 재료로서, 알루미나보다도 열전도율이 높은 AlN을 사용하는 것이 바람직하다. AlN은 알루미나에 비해 8배 이상의 열전도율을 갖기 때문에, 방열성이 우수한 반도체 패키지를 얻을 수 있다.
또한, 광반도체 소자가 반도체 레이저(6)인 경우에는, 글래스 창(9)을 렌즈로 바꾸어도 된다. 반도체 레이저(6)로부터 방출된 빛은 거리와 함께 확산해 가지만 렌즈에 의해 집광할 수 있기 때문에, 빛의 결합 효율을 높일 수 있다.
1 적층 세라믹 기판
2 금속제 링
3 전극
5 내부 히트싱크
6 반도체 레이저(광반도체 소자)
7 배선
9 글래스 창(창)
10 금속제 캡
11 외부 히트싱크
13, 14 접합 평면
15 프레임

Claims (8)

  1. 적층 세라믹 기판과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 설치된 금속제 링과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치된 광반도체 소자와,
    상기 금속제 링에 접합되고, 상기 광반도체 소자를 덮는 창을 갖는 금속제 캡과,
    상기 금속제 캡의 외측면에 접합된 외부 히트싱크를 구비하고,
    상기 외부 히트싱크는, 외부의 프레임에 접합되는 접합 평면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 히트싱크는, 상기 적층 세라믹 기판의 밑면까지 뻗어 있고,
    상기 접합 평면은, 상기 적층 세라믹 기판의 밑면측에 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  3. 적층 세라믹 기판과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 설치된 금속제 링과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치된 전극과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치되고, 상기 전극에 접속된 광반도체 소자와,
    상기 금속제 링에 접합되고, 상기 광반도체 소자를 덮는 창을 갖는 금속제 캡과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치된 내부 히트싱크를 구비하고,
    상기 금속제 링의 두께는 상기 전극보다도 두껍고,
    상기 광반도체 소자는 상기 내부 히트싱크 위에 설치되고,
    상기 금속제 링의 내측 단부는 상기 내부 히트싱크에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지
  4. 적층 세라믹 기판과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 설치된 금속제 링과,
    상기 적층 세라믹 기판 위에 있어서 상기 금속제 링 내부에 설치된 내부 히트싱크와,
    상기 내부 히트싱크 위에 설치된 광반도체 소자와,
    상기 금속제 링에 접합되고, 상기 광반도체 소자를 덮는 창을 갖는 금속제 캡을 구비하고,
    상기 금속제 링의 내측 단부는 상기 내부 히트싱크에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 금속제 링의 외측 단부는 상기 적층 세라믹 기판의 외측 단부에 맞추어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 금속제 링의 외측 단부에 접합된 외부 히트싱크를 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지.
  7. 삭제
  8. 삭제
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