WO2023074811A1 - 半導体パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

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WO2023074811A1
WO2023074811A1 PCT/JP2022/040205 JP2022040205W WO2023074811A1 WO 2023074811 A1 WO2023074811 A1 WO 2023074811A1 JP 2022040205 W JP2022040205 W JP 2022040205W WO 2023074811 A1 WO2023074811 A1 WO 2023074811A1
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WO
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semiconductor package
view
opening
package according
sectional
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/040205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏信 藤原
猛夫 佐竹
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor package in which a semiconductor element can be mounted, and a semiconductor device having the semiconductor element mounted thereon.
  • Patent Document 1 A conventional semiconductor package and semiconductor device are described in Patent Document 1, for example.
  • a semiconductor package includes a base, a fixing member, and a joining member that joins the base and the fixing member.
  • the base has a base portion having a first upper surface, and a frame portion located on the first upper surface and having an inner surface, an outer surface, and an opening penetrating from the outer surface to the inner surface in the first direction.
  • the fixing member has a first part located in the opening, a second part continuous with the first part and located on the outer side surface of the first part, and penetrating through the first part and the second part in the first direction. and a through hole.
  • the joining member is positioned between the first portion and the opening.
  • the opening In a cross-sectional view that intersects with the first direction, the opening has a shape that includes a first linear portion in at least a portion thereof, and the first portion includes a second linear portion that faces the first linear portion.
  • the joint member has a shape, and the thickness of the joining member in a cross-sectional view that intersects the first direction is the thinnest between the first straight portion and the second straight portion.
  • a semiconductor device includes the semiconductor package configured as described above and a semiconductor element mounted on the first upper surface.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a semiconductor package and a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor package and the semiconductor device shown in FIG. 1
  • FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor package shown in FIG. 1
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor package shown in FIG. 1
  • FIG. 2 is a perspective view of a base in the semiconductor package shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is an X1-X1 cross-sectional view of the semiconductor package shown in FIG. 3
  • FIG. 4 is a Y1-Y1 cross-sectional view of the semiconductor package shown in FIG. 3
  • FIG. 2 is a perspective view of a fixing member in the semiconductor package shown in FIG. 1;
  • FIG. 8B is a rear perspective view of the fixing member shown in FIG. 8A;
  • FIG. 8B is a Y2-Y2 cross-sectional view of FIG. 8A;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a securing member according to another embodiment of the present disclosure;
  • 8C is a perspective view of the securing member shown in FIG. 8D;
  • FIG. 8C is a rear perspective view of the fixing member shown in FIG. 8D;
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a securing member according to another embodiment of the present disclosure;
  • 8G is a perspective view of the securing member shown in FIG. 8G;
  • FIG. 8G is a perspective view of the securing member shown in FIG. 8G;
  • FIG. 8G is a rear perspective view of the fixing member shown in FIG. 8G.
  • FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a securing member according to yet another embodiment of the present disclosure
  • 8J is a perspective view of the securing member shown in FIG. 8J
  • FIG. Figure 8J is a rear perspective view of the securing member shown in Figure 8J
  • 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a joint portion between a fixing member and a frame portion of the semiconductor package shown in FIG. 1, viewed from above
  • FIG. FIG. 8 is an enlarged view of a main portion A shown in FIG. 7;
  • FIG. 10 is an external perspective view of a semiconductor package and a semiconductor device according to another embodiment of the present disclosure
  • 12 is an exploded perspective view of the semiconductor package and the semiconductor device shown in FIG. 11
  • FIG. 12 is a perspective view of the semiconductor package shown in FIG. 11
  • FIG. 12 is a plan view of the semiconductor package shown in FIG. 11
  • FIG. FIG. 12 is a perspective view of a base in the semiconductor package shown in FIG. 11
  • 12 is a perspective view of a fixing member in the semiconductor package shown in FIG. 11
  • FIG. 16B is a rear perspective view of the fixing member shown in FIG. 16A
  • FIG. FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line Y3-Y3 of FIG.
  • FIG. 16A 14 is an X2-X2 cross-sectional view of the semiconductor package shown in FIG. 13;
  • FIG. 18 is an enlarged view of a main portion B shown in FIG. 17;
  • FIG. 18 is an enlarged view of main part B shown in FIG. 17 of a semiconductor package according to still another embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 18 is an enlarged view of main part B shown in FIG. 17 of a semiconductor package according to still another embodiment of the present disclosure; FIG.
  • the semiconductor package disclosed in Patent Document 1 has a base body having a mounting region in which an optical semiconductor element is mounted, and a fixing member.
  • a side surface of the substrate has a through hole.
  • the fixing member is inserted into the through hole and fixed with a bonding material.
  • An optical component such as an optical fiber member is welded to the fixing member using a laser or the like.
  • the semiconductor package and the semiconductor device may be directed upward or downward, but for the sake of convenience, an orthogonal coordinate system xyz is defined, and the positive side of the z direction is upward.
  • the first direction refers to, for example, the y direction in the drawings.
  • the second direction refers to a direction perpendicular to the first direction in plan view, for example, the x direction in the drawing.
  • the third direction refers to a direction orthogonal to the first direction and the second direction in plan view, and refers to, for example, the z direction in the drawings.
  • FIG. 1 A semiconductor package 1 according to a first embodiment of the present disclosure and a semiconductor device 10 including the same will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
  • FIG. 1 A semiconductor package 1 according to a first embodiment of the present disclosure and a semiconductor device 10 including the same will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
  • FIG. 1 A semiconductor package 1 according to a first embodiment of the present disclosure and a semiconductor device 10 including the same will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
  • the semiconductor device 10 includes a semiconductor element 6, a semiconductor package 1, and a lid 7. Moreover, the semiconductor device 10 may further include a seal ring 8 .
  • the semiconductor element 6 performs optical signal processing such as converting an optical signal into an electrical signal or converting an electrical signal into an optical signal. As shown in FIG. 2, the semiconductor element 6 is housed in the semiconductor package 1. As shown in FIG.
  • Examples of the semiconductor element 6 include an optical semiconductor element such as a semiconductor laser (Laser Diode; LD) or a photodiode (Photodiode; PD), a semiconductor integrated circuit element, and a sensor element such as an optical sensor.
  • Semiconductor element 6 may be formed of a semiconductor material such as gallium arsenide or gallium nitride.
  • the semiconductor package 1 can protect the semiconductor element 6 from the outside. Moreover, the semiconductor package 1 includes at least a base 2 that houses the semiconductor element 6 , a fixing member 3 that is joined to the base 2 , a joining member 4 that joins the base 2 and the fixing member 3 , and an input/output terminal 5 . I have.
  • the base 2 has a base 21 and a frame 22, as shown in FIG.
  • the base 21 of the base 2 has a first upper surface 21a.
  • the frame portion 22 of the base 2 has an opening 22a, an outer side surface 22b, an inner side surface 22c, and a second upper surface 22d, and is located on the first upper surface 21a.
  • a semiconductor element 6 is mounted on the base 21 of the base 2 .
  • the base 21 has, for example, a square shape in plan view, and has a first upper surface 21a on which the semiconductor element 6 is mounted.
  • the base 21 can dissipate heat generated from the semiconductor element 6 inside the semiconductor package 1 to the outside of the semiconductor package 1 .
  • the shape of the base portion 21 in plan view is a quadrilateral shape. may be
  • the length of one side of the base 21 may be, for example, 5 mm or more and 50 mm or less.
  • Materials for the base 21 include, for example, metal materials such as copper, iron, tungsten, molybdenum, nickel or cobalt, or alloys containing these metal materials.
  • the base portion 21 may be a single metal plate or a laminate in which a plurality of metal plates are laminated.
  • the material of the base 21 is the metal material described above, the surface of the base 21 is plated with nickel, gold, or the like using an electroplating method or an electroless plating method in order to reduce oxidation corrosion. Layers may be formed.
  • the ingot of the above-mentioned metal material is processed into a predetermined shape by performing metal processing such as rolling, punching, and cutting. can be done.
  • the main component of the base 21 is, for example, an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, or a ceramic material such as glass ceramics.
  • the main component of the base portion 21 is a ceramic material
  • the first upper surface 21a of the base portion 21 is provided with wiring or wiring formed by sintering a metal paste containing a metal such as molybdenum or manganese through which high-frequency signals are transmitted. , wiring formed using a thin film forming technique such as vapor deposition or sputtering may be located.
  • the “main component” in the present disclosure means at least a component with the highest content, for example, a component with a content of 90% or more.
  • the first upper surface 21a of the base 21 may have a stepped portion (for example, a submount) for mounting the semiconductor element 6, and the semiconductor element 6 may be mounted via the stepped portion.
  • a stepped portion for example, a submount
  • the step portion may be integrally molded.
  • the base portion 21 can have a convex portion 21b on the first upper surface 21a as shown in FIG. 7, and the semiconductor element 6 is mounted on the convex portion 21b. be done.
  • the frame portion 22 of the base 2 is located on the first upper surface 21a of the base portion 21 and protects the semiconductor element 6 located inside in plan view. That is, in plan view, the frame portion 22 is positioned so as to surround the semiconductor element 6 . Further, the frame portion 22 may be positioned along the outer edge of the first upper surface 21a, or may be positioned inside the outer edge of the first upper surface 21a. Also, the outer edge of the first upper surface 21a of the base 21 may not be entirely enclosed. In other words, there may be a portion that is partially open.
  • the material of the frame portion 22 may be, for example, metal materials such as copper, iron, tungsten, molybdenum, nickel or cobalt, or alloys containing these metal materials.
  • the material of the frame portion 22 is an insulating material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body, and a silicon nitride sintered body.
  • it may be a ceramic material such as glass ceramics.
  • the frame portion 22 can be joined to the base portion 21 via brazing material or the like.
  • the material of the brazing material is, for example, silver, copper, gold, aluminum or magnesium, and may contain additives such as nickel, cadmium or phosphorus.
  • the base portion 21 and the frame portion 22 can be formed integrally. In this case, the step of joining the base portion 21 and the frame portion 22 using a joining material can be omitted.
  • the opening 22a of the frame 22 extends from the outer surface 22b to the inner surface 22c and penetrates in the first direction. Further, as shown in FIG. 6, the opening 22a has a shape including at least a part of the first linear portion 22aa in a cross-sectional view that intersects with the first direction.
  • intersect means non-parallel.
  • the first direction refers to, for example, the y direction in the drawings.
  • the opening 22a may have a polygonal shape in a cross-sectional view that intersects with the first direction. Furthermore, as shown in FIG. 6, when the opening 22a is rectangular in a cross-sectional view that intersects the first direction, one of the four sides can be the first linear portion 22aa.
  • the fixing member 3 has a first portion 31 located at the opening 22a of the frame portion 22, and a portion adjacent to the outer surface 22b of the frame portion 22 continuously from the first portion 31. It has a second portion 32 and a through hole 33 penetrating through the first portion 31 and the second portion 32 in the first direction.
  • An optical component such as a lens or an optical fiber is fixed to the fixing member 3, for example.
  • the fixing member 3 examples include metal materials such as copper, iron, tungsten, molybdenum, nickel, and cobalt, or alloys containing these metal materials.
  • the fixing member 3 can be manufactured into a predetermined shape by using a metal processing method such as rolling or punching on an ingot obtained by casting a molten metal material into a mold and solidifying it.
  • the predetermined shape is, for example, as shown in FIGS. 16A to 16C, when viewed from the side in the first direction, the second portion 32 has a shape combining a circle and a rectangle, and the first portion 31 has a shape of a rectangle. Shape.
  • the first part 31 of the fixing member 3 is joined to the opening 22a of the frame part 22 via the joining member 4 .
  • the first portion 31 has a shape including a second straight portion 31a positioned to face the first straight portion 22aa of the opening 22a in a cross-sectional view that intersects the first direction.
  • the joining member 4 (D41) positioned between the first straight portion 22aa and the second straight portion 31a can be made the thinnest.
  • a portion of the joining member 4 positioned between the first straight portion 22aa and the second straight portion 31a may be the thinnest, or may be the thinnest portion positioned between the first straight portion 22aa and the second straight portion 31a.
  • All of the connecting members 4 may be the thinnest. This makes it possible to use the first linear portion 22aa and the second linear portion 31a as reference surfaces for optical axis alignment.
  • the first portion 31 of the fixing member 3 may have a shape along the opening 22a in a cross-sectional view that intersects the first direction.
  • the bonding area between the first portion 31 of the fixing member 3 and the opening 22a increases compared to the case where the first portion 31 of the fixing member 3 does not follow the shape of the opening 22a.
  • the bonding strength between the fixing member 3 and the base 2 can be improved.
  • the shape of the first portion 31 along the opening 22a is not limited to a shape in which the first portion 31 and the opening 22 are completely similar. For example, one of them may include a manufacturing error, or the opening 22a may be rectangular and the first portion 31 may be rectangular with at least one corner missing.
  • the interval between the side facing the opening 22a and the first portion 31 may be not constant.
  • the size of the first portion 31 in a side view from the first direction may be, for example, 2 mm ⁇ 2 mm to 10 mm ⁇ 10 mm.
  • the fixing member 3 can make the length L312 of the first portion 31 in the second direction shorter than the length L322 of the second portion 32 in the second direction in plan view.
  • the area of contact between the second portion 32 and the frame portion 22 or through the joint member 4 increases, so that the joint strength between the fixing member 3 and the frame portion 22 can be improved.
  • the length L312 of the first portion 31 in the second direction may be, for example, 2 mm or more and 10 mm or less.
  • the length L322 of the second portion 32 in the second direction may be, for example, 2 mm or more and 15 mm or less.
  • the fixing member 3 can make the length L313 of the first portion 31 in the third direction shorter than the length L323 of the second portion 32 in the third direction. .
  • the area of contact between the second portion 32 and the frame portion 22 or through the joint member 4 increases, so that the joint strength between the fixing member 3 and the frame portion 22 can be improved.
  • the length L313 of the first portion 31 in the third direction may be, for example, 2 mm or more and 10 mm or less.
  • the length L323 of the second portion 32 in the third direction may be, for example, 2 mm or more and 15 mm or less.
  • the fixing member 3 may have a portion where the first portion 31 and the second portion 32 are flush with each other in a cross-sectional view intersecting the first direction and/or a cross-sectional view intersecting the second direction.
  • the first portion 31 and the second portion 32 may have a portion where they are flush with each other.
  • the first part 31 and the second part 32 may have a portion where they are flush with each other both in view and in a cross-sectional view that intersects with the second direction.
  • the first part 31 of the fixing member 3 may have recesses 31c in the second direction and/or the third direction, for example, as shown in FIGS. 8J to 8L.
  • the joint member 4 positioned between the opening 22a and the first portion 31 can be accumulated in the recess 31c. Therefore, it is possible to further improve the bonding strength between the fixing member 3 and the base 2 .
  • the thickness D311 of the first portion 31 in the first direction may be greater than the thickness D221 of the frame portion 22 in the first direction.
  • the bonding area between the opening 22a and the first portion 31 is increased. Therefore, the bonding strength between the fixing member 3 and the frame portion 22 can be improved.
  • the thickness D311 of the first portion 31 and the thickness D221 of the frame portion 22 are constant along the second direction, but these thicknesses may partially decrease.
  • the frame portion 22 may be partly thicker around the opening 22a to which the first portion 31 is fixed.
  • the minimum thickness of the first portion 31 in the first direction is the frame portion 22 may be thicker than the maximum thickness in the first direction by, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the shape of the second portion 32 of the fixing member 3 when viewed sideways from the first direction is not particularly limited. For example, it may be circular as shown in FIGS. 8A-8B.
  • the through hole 33 of the fixing member 3 may be circular as shown in FIGS. 8A to 8C.
  • the through hole 33 may have a concave or convex holding portion 33a, as shown in FIGS. 8D to 8L.
  • the lens is held in the through hole 33, and the concave or convex holding portion 33a joins the fixing member 3 and the lens.
  • the lens is made of, for example, glass, translucent resin, or a translucent material such as sapphire.
  • an optical fiber for example, may be inserted and fixed in the through hole 33 of the fixing member 3 .
  • the size of the through-hole 33 is set to have a diameter of, for example, 1.5 mm or more and 5 mm or less.
  • the joining member 4 is positioned between the opening 22a of the frame 22 and the first part 31 of the fixing member 3, and joins the opening 22a and the first part 31 together.
  • the thickness of the joining member 4 is the thinnest between the first linear portion 22aa and the second linear portion 31a. That is, the thickness D41 of the joining member 4 located between the first straight portion 22aa of the opening 22a and the second straight portion 31a of the first portion 31 is the same as the first straight portion 22aa of the opening 22a and the first straight portion 31a. 31 is thinner than the thickness of the joint member 4 positioned at a position different from the position between the second linear portion 31a. Furthermore, in other words, the joining member 4 has a thinnest portion at a position between the first portion 31 and the second linear portion 31a.
  • the thickness of the joint member 4 here refers to the thickness in a cross-sectional view that intersects the first direction.
  • the thickness D41 of the joining member 4 located between the first straight portion 22aa and the second straight portion 31a is constant along the first straight portion 22aa.
  • the surface having the first linear portion 22aa and the surface having the second linear portion 31a can be used as reference surfaces. This makes it possible to facilitate alignment between the fixing member 3 and the opening 22a of the base 2, thereby reducing the occurrence of optical axis misalignment.
  • the thickness D41 of the joining member 4 may not be constant along the first straight portion 22aa. A part of the member 4 should be the thinnest.
  • brazing material for this joining member 4, solder, brazing material, glass, resin adhesive, or the like can be used. Silver brazing or the like can be used as the brazing material, which is excellent in heat resistance and bonding strength among bonding materials.
  • the joining member 4 has a first portion 41 positioned between the first portion 31 of the fixing member 3 and the opening portion 22a, and a first portion 41 positioned continuously with the first portion 41 and fixed.
  • a second portion 42 located between the second portion 32 of the member 3 and the outer surface 22b. That is, the opening 22a and the first portion 31 are joined by the first portion 41 of the joining member 4, and the second portion 32 and the outer side surface 22b are positioned continuously with the first portion 41 of the joining member 4. It is joined by the second part 42 .
  • the bonding area between the fixing member 3 and the base 2 is further increased, so that the bonding strength between the fixing member 3 and the base 2 can be improved.
  • the area of the second portion 32 in side view from the first direction should be larger than the area of the opening 22a.
  • the thickness D311 of the first portion 31 in the first direction is thicker than the thickness D221 of the frame portion 22 in the first direction, as shown in FIG.
  • it can be a shape that includes a curved portion. That is, a fillet is formed by the joining member 4 at the joining portion between the fixing member 3 and the base 2 . Therefore, the bonding strength of the fixing member 3 to the base 2 is improved.
  • the fillet refers to a C-plane shape.
  • the input/output terminal 5 has a first wiring layer 51 and a second wiring layer 52, and may have a structure in which multiple layers are laminated.
  • the input/output terminal 5 is located on the outer side surface 22b of the frame portion 22 away from the opening portion 22a of the base portion 21. As shown in FIG.
  • the input/output terminals 5 may be positioned on a surface different from the surface on which the opening 22a is positioned, among the outer side surfaces 22b of the frame portion 22.
  • the first wiring layer 51 and the second wiring layer 52 transmit electrical signals between the semiconductor element 6 and the external circuit board. As shown in FIG. 4, the first wiring layer 51 may be exposed on the upper surface of the input/output terminal 5 in plan view.
  • the material of each of the plurality of layers constituting the input/output terminal 5 is an insulating material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride sintered body. , ceramics such as silicon nitride sintered bodies and glass ceramics.
  • a method for manufacturing the input/output terminals 5 will be described.
  • green sheets corresponding to a plurality of layers forming the input/output terminals 5 are prepared.
  • a plurality of layers before firing are obtained by using a tool such as a laser, a punch, or a cutter so that each green sheet has a predetermined shape.
  • Wiring is formed using a thin film forming technique to obtain a first wiring layer 51 and a second wiring layer 52 .
  • a plurality of layers including the first wiring layer 51 and the second wiring layer 52 are press-bonded and simultaneously fired in a laminated state.
  • the second wiring layer 52 can be made larger than the frame portion 22 in plan view.
  • that the second wiring layer 52 is larger than the frame portion 22 means that the second wiring layer 52 has a portion that protrudes from the frame portion 22 in the second direction by, for example, 0.05 mm or more and 2 mm or less in a plan view. refers to what you are doing.
  • the protruding portion of the second wiring layer 52 can be used as a reference surface when laminating layers, thereby preventing lamination misalignment during fabrication of the input/output terminals 5. can be reduced, and the positional deviation between the wiring layer and the fixing member 3 can be reduced.
  • the input/output terminal 5 may be joined to the frame portion 22 via a brazing material, or may be integrally molded with the frame portion 22 .
  • a lead terminal may be connected to the first wiring layer 51 of the input/output terminal 5 .
  • a lead terminal is a member for electrically connecting to an external electric circuit board or the like.
  • the lead terminals may be connected to the first wiring layer 51 via brazing material.
  • the seal ring 8 has the function of joining the frames 22 and 7 together. As shown in FIG. 2, the seal ring 8 is arranged on the second upper surface 22d of the frame portion 22, and surrounds the semiconductor element 6 in plan view or plan perspective view.
  • Materials for the seal ring 8 include, for example, metal materials such as iron, copper, silver, nickel, chromium, cobalt, molybdenum, and tungsten, or alloys obtained by combining a plurality of these metal materials.
  • the lid 7 is located on the second upper surface 22 d of the frame 22 and protects the semiconductor element 6 together with the frame 22 . As shown in FIGS. 1 and 2, the lid 7 is joined to the frame 22 via a seal ring 8 located on the second upper surface 22d of the frame 22 to seal the semiconductor package 1. As shown in FIG.
  • the lid 7 can be made of, for example, a metal material.
  • the material of the lid body 7 includes metal materials such as iron, copper, silver, nickel, chromium, cobalt, molybdenum, and tungsten, or alloys obtained by combining a plurality of these metal materials.
  • the seal ring 8 is not provided on the second upper surface 22d of the frame portion 22, the lid body 7 may be bonded via a bonding material such as solder, brazing material, glass, or resin adhesive. .
  • a plurality of green sheets are formed. Specifically, for example, ceramic powder such as boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, or beryllium oxide is added and mixed with an organic binder, a plasticizer, a solvent, or the like to obtain a mixture, and the mixture is formed into a layer. to produce a plurality of green sheets.
  • the plurality of green sheets described above are processed by a mold or the like, and as shown in FIG.
  • a plurality of second green sheets having 22 contours are prepared. As for the portion where the opening 22a of the frame 22 is located, some of the second green sheets are formed by providing a notch in a portion of the outer shape of the frame 22 in plan view.
  • the input/output terminals 5 are formed integrally with the frame portion 22, some of the second green sheets are formed in an outer shape in which the frame portion 22 and the input/output terminals 5 are combined.
  • vias or the like may be formed in the plurality of first green sheets and the plurality of second green sheets using a mold, laser, or the like.
  • the material of the base portion 21 is the same ceramic material as the material of the frame portion 22 is described.
  • a molten metal material is cast into a mold and solidified to form an ingot into a predetermined shape using a metalworking method or the like.
  • (b) Prepare a high melting point metal powder such as tungsten or molybdenum, and add and mix an organic binder, plasticizer, solvent, or the like to this powder to prepare a metal paste.
  • a metal paste is printed in a predetermined pattern on each of the plurality of first green sheets and the plurality of second green sheets to form wiring.
  • the metal paste may contain glass or ceramics in order to increase the bonding strength with the substrate 2 .
  • the plurality of first green sheets and second green sheets are sintered to obtain the base body 2 in which the base portion 21 and the frame portion 22 are joined.
  • the sintered base 2 is obtained with the input/output terminals 5 further joined to the frame portion 22.
  • the base 2 can be formed by joining the base 21 and the frame 22 with a brazing material or the like. .
  • the semiconductor package 1 can be obtained by bonding the fixing member 3 formed in a predetermined shape using a metal material to the frame portion 22 via the bonding member 4 . After that, the semiconductor element 6 is mounted on the first upper surface 21a of the base portion 21, and the lid body 7 is joined to the second upper surface 22d of the frame portion 22, whereby the semiconductor device 10 can be obtained.
  • a seal ring 8 is positioned on the second upper surface 22 d of the frame portion 22 , and the lid body 7 may be joined via the seal ring 8 .
  • FIG. 11 (Second embodiment) Next, a semiconductor package 1 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 11 to 19.
  • FIG. 11 (Second embodiment)
  • the first portion 31 of the fixing member 3 has a third upper surface 31b. 15, the opening 22a of the frame portion 22 reaches the second upper surface 22d of the frame portion 22. As shown in FIG. Furthermore, the third upper surface 31b of the first portion 31 is flush with the second upper surface 22d of the frame portion 22, as shown in FIGS. Therefore, when the lid 7 or the seal ring 8 is positioned on the second upper surface 22d of the frame portion 22, the lid 7 or the seal ring 8 is sealed to the third upper surface 31b of the fixing member 3 via the bonding material. be stopped.
  • the bonding area between the first portion 31 and the opening 22a is increased, and the bonding strength between the fixing member 3 and the base 2 can be further improved.
  • the substrate 2 is made of a ceramic material, there is no need to provide a ceramic layer on the upper side of the opening 22a. can be reduced.
  • the fact that the third upper surface 31b and the second upper surface 22d are flush with each other is not limited to the case where they are completely flush with each other.
  • a case where the third upper surface 31b of the first portion 31 is located above the second upper surface 22d of the frame portion 22 by, for example, about 0.1 mm due to an error is also included.
  • the third upper surface 31b of the first portion 31 is lower than the second upper surface 22d of the frame portion 22 by, for example, about 0.1 mm due to manufacturing errors. It may be located below.
  • the joint member 4 can accumulate on the third upper surface 31b of the first portion 31, thereby improving airtightness. becomes possible.
  • the statement that the substrate 2 is made of a ceramic material may include the case where the substrate 2 contains substances that are unavoidable in manufacturing other than the ceramic material.
  • the number of layers of the second green sheet having a notch in a part of the outer shape of the frame portion 22 in plan view is changed. be.
  • the shape of the opening 22a may be a shape combining the first linear portion 22aa and an arc.
  • the fixing member 3 may have a concave or convex holding portion 33a in a cross-sectional view that intersects with the second direction.
  • the input/output terminal 5 may have a stepped shape when viewed from the side in the second direction. That is, the input/output terminal 5 may have a two-step staircase shape when viewed from the side in the second direction.
  • the first wiring layer 51 is located on the upper surface of the upper stage
  • the second wiring layer 52 is located on the upper surface of the lower stage
  • the second wiring layer 52 extends from the outer periphery of the frame portion 22 in the first direction and / Or it may extend in the second direction
  • the second wiring layer 52 may be a wiring layer different from the above-described first wiring layer 51 and may be exposed in plan view.
  • the semiconductor package according to the present disclosure can implement the following configurations (1) to (18).
  • a base portion having a first upper surface; and a frame portion positioned on the first upper surface and having an inner surface, an outer surface, and an opening penetrating in a first direction from the outer surface to the inner surface; a substrate having a first portion located in the opening; a second portion continuous with the first portion and located on the outer surface side of the first portion; and the first portion and the second portion extending in the first direction.
  • a fixing member having a through hole penetrating through the a joining member positioned between the first portion and the opening;
  • the opening In a cross-sectional view that intersects with the first direction, the opening has a shape including at least a first straight portion, and the first portion is a second straight portion located opposite the first straight portion. It has a shape that includes a straight part,
  • a semiconductor package wherein a thickness of the bonding member in a cross-sectional view that intersects the first direction is the thinnest between the first linear portion and the second linear portion.
  • the frame has a second upper surface;
  • the first part has a third upper surface, the opening reaches the second upper surface of the frame,
  • the semiconductor package according to any one of the configurations (1) to (3), wherein the third upper surface of the first portion is flush with the second upper surface of the frame portion.
  • the joining member includes a first portion located between the first portion and the opening, and a portion continuously located between the first portion and between the second portion and the outer surface.
  • the length of the first portion in the third direction perpendicular to the first direction and the second direction is the length of the second portion in the third direction.
  • the base includes an input/output terminal positioned apart from the opening on the outer surface and having at least a first wiring layer and a second wiring layer;
  • the semiconductor device according to the present disclosure can implement the following configuration (19).
  • the thickness of the bonding member between the first straight portion and the second straight portion is positioned between the other first portion and the opening.
  • the bonding member thinner than the thickness, the surface having the first linear portion and the surface having the second linear portion can be used as reference surfaces, thereby aligning the fixing member with the opening of the base. can be facilitated. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor package and a semiconductor device capable of reducing the occurrence of optical axis misalignment.

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Abstract

半導体パッケージは、基体と、固定部材と、基体と固定部材を接合する接合部材とを備えている。基体は、第１上面を有する基部と、第１上面に位置するとともに、内側面と外側面と外側面から内側面にかけて第１方向に貫通した開口部とを有する枠部を有する。固定部材は、開口部に位置する第１部と、第１部と連続して第１部の外側面側に位置する第２部と、第１方向に第１部および第２部を貫通する貫通孔を有している。接合部材は、第１部と開口部との間に位置している。第１方向と交差する断面視において、開口部は、少なくとも一部に第１直線部を含む形状を有するとともに、第１部は、第１直線部と対向して位置する第２直線部を含む形状を有しており、第１方向と交差する断面視における接合部材の厚みは、第１直線部と第２直線部との間において最も薄い。

Description

半導体パッケージおよび半導体装置
　本開示は、半導体素子を実装することが可能な半導体パッケージ、およびそれに半導体素子を実装した半導体装置に関する。
　従来技術の半導体パッケージおよび半導体装置は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２００２－２２８８８８号公報
　本開示の一実施形態に係る半導体パッケージは、基体と、固定部材と、基体と固定部材を接合する接合部材とを備えている。基体は、第１上面を有する基部と、第１上面に位置するとともに、内側面と外側面と外側面から内側面にかけて第１方向に貫通した開口部とを有する枠部を有する。固定部材は、開口部に位置する第１部と、第１部と連続して第１部の外側面側に位置する第２部と、第１方向に第１部および第２部を貫通する貫通孔とを有している。接合部材は、第１部と開口部との間に位置している。第１方向と交差する断面視において、開口部は、少なくとも一部に第１直線部を含む形状を有するとともに、第１部は、第１直線部と対向して位置する第２直線部を含む形状を有しており、第１方向と交差する断面視における接合部材の厚みは、第１直線部と第２直線部との間において最も薄い。
　本開示の一実施形態に係る半導体装置は、上記構成の半導体パッケージと、第１上面に実装された半導体素子とを備えている。
　本開示の目的、特色、及び利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本開示の一実施形態に係る半導体パッケージおよび半導体装置の外観斜視図である。 図１に示す半導体パッケージおよび半導体装置の分解斜視図である。 図１に示す半導体パッケージの斜視図である。 図１に示す半導体パッケージの平面図である。 図１に示す半導体パッケージにおける基体の斜視図である。 図３に示す半導体パッケージのＸ１－Ｘ１断面図である。 図３に示す半導体パッケージのＹ１－Ｙ１断面図である。 図１に示す半導体パッケージにおける固定部材の斜視図である。 図８Ａに示す固定部材を背後から見た斜視図である。 図８ＡのＹ２－Ｙ２断面図である。 本開示の他の実施形態に係る固定部材の断面図である。 図８Ｄに示す固定部材の斜視図である。 図８Ｄに示す固定部材を背後から見た斜視図である。 本開示の他の実施形態に係る固定部材の断面図である。 図８Ｇに示す固定部材の斜視図である。 図８Ｇに示す固定部材を背後から見た斜視図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る固定部材の断面図である。 図８Ｊに示す固定部材の斜視図である。 図８Ｊに示す固定部材を背後から見た斜視図である。 図１に示す半導体パッケージの固定部材と枠部の接合部を平面視した部分拡大断面図である。 図７に示した要部Ａの拡大図である。 本開示の他の実施形態に係る半導体パッケージおよび半導体装置の外観斜視図である。 図１１に示す半導体パッケージおよび半導体装置の分解斜視図である。 図１１に示す半導体パッケージの斜視図である。 図１１に示す半導体パッケージの平面図である。 図１１に示す半導体パッケージにおける基体の斜視図である。 図１１に示す半導体パッケージにおける固定部材の斜視図である。 図１６Ａに示す固定部材を背後から見た斜視図である。 図１６ＡのＹ３－Ｙ３断面図である。 図１３に示す半導体パッケージのＸ２－Ｘ２断面図である。 図１７に示した要部Ｂの拡大図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る半導体パッケージの図１７に示した要部Ｂの拡大図である。
　近年、機器の小型化とともにＩＣ、発光ダイオード、圧電素子または水晶振動子等の半導体素子を実装することが可能な小型の半導体パッケージが知られている。また、レーザダイオードまたはフォトダイオード等の光半導体素子を実装することが可能な半導体パッケージが提案されている。
　特許文献１に開示された半導体パッケージは、内部に光半導体素子が実装される実装領域を有する基体と、固定部材とを有する。基体の側面は、貫通孔を有している。固定部材は、貫通孔に挿入され、接合材によって固定されている。また、固定部材には、光ファイバ部材等の光学部品がレーザー等を用いて溶接される。
　特許文献１に開示された技術では、光ファイバが固定される固定部材の一部が、基体の側面に位置する貫通孔へ挿入されている。この固定部材の挿入される部分は円形状を有している。また、貫通孔は円形状を有している。固定部材の挿入される部分は、貫通孔に接合材を介して接合される。
　このような半導体パッケージでは、固定部材を接合材によって基体の貫通孔に接合する際に、円形同士の接合であるため、基準面が存在せず、固定部材の位置決めが困難となり、光軸のズレが発生するおそれがあった。
　　＜半導体パッケージ、および半導体装置の構成＞
　以下、本開示のいくつかの例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、半導体パッケージ、および半導体装置は、いずれの方向が上方もしくは下方とされてもよいが、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側を上方とする。以下において、第１方向とは、例えば、図面でいうｙ方向のことを指す。第２方向とは、平面視において、第１方向と直交する方向のことをいい、例えば、図面でいうｘ方向を指す。また、第３方向とは、平面視において、第１方向および第２方向と直交する方向のことをいい、例えば、図面でいうｚ方向を指す。
　　（第１の実施形態）
　図１～図１０を参照して本開示の第１の実施形態に係る半導体パッケージ１、および、これを備えた半導体装置１０について説明する。
　図１および図２に示すように、半導体装置１０は、半導体素子６と半導体パッケージ１と、蓋体７を備えている。また、半導体装置１０は、さらにシールリング８を備えていてもよい。
　半導体素子６は、光信号を電気信号に変換または電気信号を光信号に変換するなど光信号の処理を行なう。図２に示すように、半導体素子６は半導体パッケージ１に収納されている。
　半導体素子６としては、例えば、半導体レーザー（Laser Diode；ＬＤ）または、フォトダイオード（Photodiode；ＰＤ）等の光半導体素子、半導体集積回路素子および光センサ等のセンサ素子が挙げられる。半導体素子６は、例えばガリウム砒素または窒化ガリウムなどの半導体材料によって形成できる。
　半導体パッケージ１は、半導体素子６を外部から保護することができる。また、半導体パッケージ１は、少なくとも、半導体素子６を収納する基体２と、基体２に接合される固定部材３と、基体２と固定部材３を接合する接合部材４と、入出力端子５とを備えている。
　基体２は、図５に示すように、基部２１と、枠部２２とを有している。基体２の基部２１は、第１上面２１ａを有する。基体２の枠部２２は、開口部２２ａと、外側面２２ｂと、内側面２２ｃと、第２上面２２ｄとを有しており、第１上面２１ａに位置している。
　基体２の基部２１には、半導体素子６が実装されている。基部２１は、例えば、平面視において、四角形状であり、半導体素子６が実装される第１上面２１ａを有している。
　基部２１は、半導体パッケージ１内で半導体素子６から発生した熱を半導体パッケージ１の外部に放熱することができる。なお、本実施形態では、基部２１の平面視における形状が四角形状であるが、半導体素子６を実装することが可能であれば、四角形状に限られず、四角形状以外の多角形状または楕円形状などであってもよい。なお、平面視において、基部２１の一辺の長さは、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。
　基部２１の材料としては、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金が挙げられる。この場合、基部２１は、１枚の金属板または複数の金属板を積層させた積層体であってもよい。また、基部２１の材料が、上記金属材料である場合には、酸化腐食を低減するために、基部２１の表面には、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは金等の鍍金層が形成されていてもよい。
　なお、基部２１の材料が、上記金属材料である場合には、上記金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法、切削加工法等による金属加工を施すことにより、所定の形状に加工することができる。
　また、基部２１の主成分は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料であってもよい。基部２１の主成分がセラミック材料である場合には、基部２１の第１上面２１ａには、高周波信号が伝送されるモリブデンまたはマンガン等の金属を含む金属ペーストを焼結して形成された配線や、蒸着法またはスパッタ法などの薄膜形成技術を用いて形成された配線が位置していてもよい。ここで、本開示における「主成分」とは、少なくとも、含有率が最も高い成分であればよく、例えば含有率が９０％以上である成分のことを指す。
　基部２１の第１上面２１ａは、半導体素子６の搭載用の段差部（例えば、サブマウント）を有し、段差部を介して半導体素子６が実装されても構わない。
　基部２１の材料が、セラミック材料である場合には、段差部を一体成形としてもよい。段差部が、基部２１と一体成形される場合には、基部２１は、図７に示すように、第１上面２１ａに凸部２１ｂを有することができ、凸部２１ｂには半導体素子６が実装される。
　基体２の枠部２２は、図２、図３および図５に示すように、基部２１の第１上面２１ａに位置し、平面視において、内部に位置する半導体素子６を保護している。つまり、平面視において、枠部２２は、半導体素子６を取り囲むように位置している。また、枠部２２は、第１上面２１ａの外縁に沿って位置していてもよいし、第１上面２１ａの外縁よりも内側に位置していてもよい。また、基部２１の第１上面２１ａの外縁の全てを囲っていなくてもよい。つまり、一部開口している箇所があってもよい。
　枠部２２の材料は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金であってもよい。また、枠部２２の材料は、絶縁材料であって、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料であってもよい。
　枠部２２は、ろう材等を介して基部２１に接合することができる。なお、ろう材の材料は、例えば、銀、銅、金、アルミニウムまたはマグネシウムであり、ニッケル、カドミウムまたはリンなどの添加物を含有させてもよい。また、枠部２２の材料が、基部２１の材料と同じである場合には、基部２１と枠部２２は一体成形とすることができる。この場合には、接合材を用いて基部２１と枠部２２を接合する工程を削減することができる。
　枠部２２の開口部２２ａは、図５に示すように、外側面２２ｂから内側面２２ｃにかけて位置し、第１方向に貫通している。また、開口部２２ａは、図６に示すように、第１方向と交差する断面視において、少なくとも一部に第１直線部２２ａａを含む形状を有している。ここで交差とは、平行でないことをいう。また、第１方向とは、例えば、図面でいうｙ方向を指す。
　また、開口部２２ａは、第１方向と交差する断面視において、多角形状であってもよい。さらに、図６に示すように、第１方向と交差する断面視において、開口部２２ａが矩形である場合には、４辺の内の１辺を第１直線部２２ａａとすることができる。
　固定部材３は、図８Ａ～図８Ｃに示すように、枠部２２の開口部２２ａに位置する第１部３１と、第１部３１と連続して枠部２２の外側面２２ｂ側に位置する第２部３２と、第１方向に第１部３１および第２部３２を貫通する貫通孔３３とを有する。固定部材３には、例えば、レンズや光ファイバなどの光学部品が固定される。
　固定部材３の材料としては、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金が挙げられる。固定部材３は、例えば、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、圧延加工または打ち抜き加工などの金属加工法を用いることで、所定形状に製作することができる。ここで所定形状とは、例えば、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、第１方向からの側面視において、第２部３２が、円形と矩形を組み合わせた形状であり、第１部３１が矩形状である。
　固定部材３の第１部３１は、枠部２２の開口部２２ａに接合部材４を介して接合される。第１部３１は、図６に示すように、第１方向と交差する断面視において、開口部２２ａの第１直線部２２ａａと対向して位置する第２直線部３１ａを含む形状を有している。第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａとの間に位置する接合部材４（Ｄ４１）を、最も薄くすることができる。この場合、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａとの間に位置する接合部材４の一部が最も薄くてもよいし、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａとの間に位置する接合部材４の全部が最も薄くてもよい。このことによって、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａを光軸合わせの基準面とすることが可能となる。
　また、固定部材３の第１部３１は、図６に示すように、第１方向と交差する断面視において、開口部２２ａに沿った形状を有していてもよい。この場合には、固定部材３の第１部３１が開口部２２ａの形状に沿った形状でない場合と比較して、固定部材３の第１部３１と開口部２２ａとの接合面積が増加するため、固定部材３と基体２との接合強度を向上させることができる。ここでいう、第１部３１が開口部２２ａに沿った形状とは、第１部３１及び開口部２２とが完全に相似な形状に限られない。例えば、いずれか一方が製造誤差を含んでいてもよいし、開口部２２ａが矩形状であり、第１部３１の形状が少なくとも一つの角の一部が欠けた矩形状であってもよい。また、開口部２２ａと第１部３１と対向する辺の間隔が一定でない箇所があってもよい。なお、第１方向からの側面視における、第１部３１の大きさは、例えば２ｍｍ×２ｍｍ～１０ｍｍ×１０ｍｍであってもよい。
　固定部材３は、図４に示すように、平面視において、第１部３１の第２方向の長さＬ３１２を、第２部３２の第２方向の長さＬ３２２よりも短くすることができる。この場合には、第２部３２が枠部２２と接する、もしくは接合部材４を介して接する面積が増加するため、固定部材３と枠部２２の接合強度を向上させることができる。なお、第１部３１の第２方向の長さＬ３１２は、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。また、第２部３２の第２方向の長さＬ３２２は、例えば２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。
　また、固定部材３は、図８Ａ～図８Ｃに示すように、第１部３１の第３方向の長さＬ３１３を、第２部３２の第３方向の長さＬ３２３よりも短くすることができる。この場合には、第２部３２が枠部２２と接する、もしくは接合部材４を介して接する面積が増加するため、固定部材３と枠部２２の接合強度を向上させることができる。なお、第１部３１の第３方向の長さＬ３１３は、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。また、第２部３２の第３方向の長さＬ３２３は、例えば２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。
　なお、固定部材３は、第１方向と交差する断面視および／または第２方向と交差する断面視において、第１部３１と第２部３２が面一となる部分を有していてもよい。例えば、後述する実施形態のように、第１方向と交差する断面視において、第１部３１と第２部３２が面一となる部分を有してもよいし、第１方向と交差する断面視および第２方向と交差する断面視の両方において、第１部３１と第２部３２が面一となる部分を有してもよい。
　固定部材３の第１部３１は、例えば図８Ｊ～図８Ｌのように、第２方向および／または第３方向に凹部３１ｃを有していてもよい。この場合、開口部２２ａと第１部３１との間に位置する接合部材４を凹部３１ｃに溜めることができる。このため、固定部材３と基体２との接合強度をさらに向上させることが可能になる。
　図４に示すように、第１部３１の第１方向における厚みＤ３１１は、枠部２２の第１方向の厚みＤ２２１より厚くしてもよい。この場合には、第１部３１の第１方向における厚みＬ３１１が、枠部２２の第１方向の厚みＬ２２１より薄い場合と比較して、開口部２２ａと第１部３１との接合面積が増加するため、固定部材３と枠部２２との接合強度を向上させることができる。本実施形態においては、第１部３１の厚みＤ３１１および枠部２２の厚みＤ２２１は、それぞれ、第２方向に沿って一定であるが、これらの厚みは一部薄くなる部分があってもよい。例えば、枠部２２のうち第１部３１が固定される開口部２２ａ周辺において、枠部２２の厚みが一部厚くなっていてもよい。なお、第１部３１の第１方向における厚みＤ３１１と、枠部２２の第１方向の厚みＤ２２１のそれぞれが一定でない場合には、第１部３１の第１方向における最小の厚みが、枠部２２の第１方向の最大の厚みより、例えば１０ｕｍ以上１００ｕｍ以下厚くてもよい。
　第１方向から側面視した場合における、固定部材３の第２部３２の形状は、特に限定されない。例えば、図８Ａ～図８Ｂに示すように、円形状であってもよい。
　固定部材３の貫通孔３３は、図８Ａ～図８Ｃに示すように、円形状であってよい。また、第２方向と交差する断面視において、図８Ｄ～図８Ｌに示すように、貫通孔３３は、凹形状、または凸形状の保持部３３ａを有していてもよい。この場合、貫通孔３３にレンズが保持され、凹形状または凸形状の保持部３３ａは、固定部材３とレンズとを接合する。レンズは例えば、ガラス、透光性樹脂またはサファイアなどの透光性材料からなる。また、固定部材３の貫通孔３３には、例えば光ファイバが挿入固定されていても構わない。なお、貫通孔３３の大きさは、例えば直径が１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
　接合部材４は、枠部２２の開口部２２ａと、固定部材３の第１部３１との間に位置しており、開口部２２ａと第１部３１とを接合する。また、図６に示すように、接合部材４の厚みは、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａとの間において最も薄い。つまり、開口部２２ａの第１直線部２２ａａと、第１部３１の第２直線部３１ａとの間に位置する接合部材４の厚みＤ４１は、開口部２２ａの第１直線部２２ａａと第１部３１の第２直線部３１ａとの間の位置とは異なる位置に位置する接合部材４の厚みよりも薄い。さらに言い換えれば、接合部材４は、第１部３１の第２直線部３１ａとの間の位置において、厚みが最も薄い部分を有している。なお、ここでいう、接合部材４の厚みとは、第１方向と交差する断面視における厚みを指す。
　本実施形態においては、図６に示すように、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａの間に位置する接合部材４の厚みＤ４１は、第１直線部２２ａａに沿って一定である。このような場合、第１直線部２２ａａを有する面と第２直線部３１ａを有する面を基準面とすることができる。このことによって、固定部材３と基体２の開口部２２ａとの位置合わせを容易にするすることができ、光軸ズレの発生を低減できる。なお、上述したように、接合部材４の厚みＤ４１は、第１直線部２２ａａに沿って一定でなくてもよく、この場合、第１直線部２２ａａと第２直線部３１ａの間に位置する接合部材４の一部が最も薄くなっていればよい。
　この接合部材４には、半田、ろう材、ガラスまたは樹脂接着材等を用いることができる。ろう材としては銀ろう等を用いることができ、接合材の中では耐熱性および接合強度に優れている。
　また、接合部材４は、図９に示すように、固定部材３の第１部３１と開口部２２ａとの間に位置する第１部分４１と、第１部分４１と連続して位置するとともに固定部材３の第２部３２と外側面２２ｂとの間に位置する第２部分４２と、を有していてもよい。つまり、開口部２２ａと第１部３１が、接合部材４の第１部分４１によって接合されるとともに、第２部３２と外側面２２ｂが、接合部材４の第１部分４１と連続して位置する第２部分４２によって接合されている。このことによって、固定部材３と基体２との接合面積がさらに増加するため、固定部材３と基体２との接合強度を向上させることができる。この場合、例えば第１方向からの側面視における第２部３２の面積を、開口部２２ａの面積よりも大きくするのがよい。
　また、第１部３１の第１方向における厚みＤ３１１が、枠部２２の第１方向の厚みＤ２２１より厚い場合には、図１０に示すように、接合部材４の内側面２２ｃ側における端部４３が、曲線部を含む形状とすることができる。つまり、固定部材３と基体２との接合部において、接合部材４によるフィレットが形成される。このため、基体２に対する、固定部材３の接合強度が向上する。ここで、フィレットとは、Ｃ面形状であることを指す。
　入出力端子５は、第１配線層５１と第２配線層５２を有しており、複数層を積層した構造であってもよい。また、入出力端子５は、基部２１の開口部２２ａと離れて、枠部２２の外側面２２ｂに位置している。例えば、平面視において、基部２１が矩形状であった場合、枠部２２の外側面２２ｂのうち、開口部２２ａが位置する面とは別の面に入出力端子５が位置していればよい。第１配線層５１および第２配線層５２は、半導体素子６および外部回路基板の間で電気信号を伝送する。図４に示すように、平面視において、第１配線層５１は、入出力端子５の上面に露出していてもよい。
　入出力端子５を構成する複数層のそれぞれの材料としては、絶縁材料であって、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックスなどのセラミックスが挙げられる。
　ここで、入出力端子５の作製方法について説明する。まず、入出力端子５を構成する複数の層に対応するグリーンシートを準備する。そして、各グリーンシートを所定の形状となるようにレーザー、パンチまたはカッターなどの工具を用いて、焼成前の複数の層を得る。次に焼成前の未硬化の複数の層に対して、例えば、高周波信号が伝送されるモリブデンまたはマンガン等の金属を含む金属ペーストを焼結し形成された配線や、蒸着法またはスパッタ法などの薄膜形成技術を用いて配線を形成し、第１配線層５１および第２配線層５２を得る。その後、第１配線層５１および第２配線層５２を含む複数の層を圧着して、積層した状態で同時焼成する。
　入出力端子５は、図４に示すように、平面視において、第２配線層５２を枠部２２よりも大きくすることができる。ここで、第２配線層５２が枠部２２よりも大きいとは、平面視において、第２配線層５２が枠部２２より、例えば、第２方向に０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下突出した部分を有していることを指す。第２配線層５２に高周波の信号線などが配線されている場合、第２配線層５２の突出部を積層の際の、基準面とすることができ、入出力端子５の作製時における積層ズレの発生を低減することができるとともに、配線層と固定部材３の位置ズレを低減できる。
　なお、入出力端子５は、枠部２２にろう材を介して接合されてもよいし、枠部２２と一体成形されていてもよい。
　また、入出力端子５の第１配線層５１にはリード端子が接続されていてもよい。リード端子は、外部の電気回路基板等と電気的に接続するための部材である。リード端子は、ろう材を介して、第１配線層５１に接続されてもよい。
　シールリング８は、枠部２２および７を接合する機能を有する。図２に示すように、シールリング８は枠部２２の第２上面２２ｄに配置されており、平面視または平面透視において半導体素子６を取り囲んでいる。シールリング８の材料としては、例えば、鉄、銅、銀、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンなどの金属材料、あるいはこれらの金属材料を複数組み合わせた合金などが挙げられる。
　蓋体７は、枠部２２の第２上面２２ｄに位置し、枠部２２とともに半導体素子６を保護する。この蓋体７は、図１および図２に示すように、枠部２２の第２上面２２ｄに位置するシールリング８を介して枠部２２に接合され、半導体パッケージ１を封止している。蓋体７は、例えば、金属材料で形成することができる。この場合、蓋体７の材料としては、鉄、銅、銀、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンなどの金属材料、あるいはこれらの金属材料を複数組み合わせた合金が挙げられる。また、枠部２２の第２上面２２ｄにシールリング８を設けない場合には、蓋体７は、例えば、半田、ろう材、ガラスまたは樹脂接着材などの接合材を介して接合されてもよい。
　　＜半導体パッケージ、および半導体装置１０の製造方法＞
　ここで、第１の実施形態に係る半導体パッケージ１、および半導体装置１０の製造方法を説明する。なお、本開示は以下の実施形態に限定されない。
　（ａ）まず、複数のグリーンシートを形成する。具体的には、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素または酸化ベリリウムなどのセラミック粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得て、混合物を層状に形成して複数のグリーンシートを作製する。次いで、前述の複数のグリーンシートを金型等によって加工し、図４に示したように、平面視において、基部２１の外形に形成された複数の第１グリーンシートと、平面視において、枠部２２の外形に形成された複数の第２グリーンシートを準備する。枠部２２の開口部２２ａが位置する部分については、平面視において、一部の第２グリーンシートは、枠部２２の外形の一部分に切り欠きを設けて形成する。
　また、入出力端子５が、枠部２２と一体成形される場合には、一部の第２グリーンシートは枠部２２と入出力端子５が結合した形状の外形に形成される。この工程において、複数の第１グリーンシートおよび複数の第２グリーンシートに、金型またはレーザー等を用いてビア等を形成してもよい。
　ここでは、基部２１の材料が、枠部２２の材料と同じセラミックス材料である場合について説明しているが、基部２１もしくは枠部２２のどちらか一方を、金属材料を用いて作製する場合には、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットを金属加工法等を用いて所定形状に成形することで作成される。
　（ｂ）タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤などを添加混合して金属ペーストを準備する。次いで、複数の第１グリーンシートおよび複数の第２グリーンシートのそれぞれに、金属ペーストを所定のパターンに印刷し、配線を形成する。なお、金属ペーストは、基体２との接合強度を高めるために、ガラスまたはセラミックスを含んでいても構わない。
　（ｃ）複数の第１グリーンシートの外縁部と、複数の第２グリーンシートの外縁部とが一致するように積層し、グリーンシート積層体を形成する。なお、グリーンシート積層体を形成した後に、金属ペーストを所定のパターンに印刷し、配線を形成してもよい。
　（ｄ）グリーンシート積層体を焼成することによって、複数の第１グリーンシートと第２グリーンシートを焼結させて、基部２１と枠部２２が接合された基体２を得る。入出力端子５が、枠部２２と一体成形されている場合には、枠部２２にさらに入出力端子５が接合された状態で焼結された基体２を得る。なお、基部２１の材料もしくは枠部２２の材料のどちらか一方が金属材料である場合には、基部２１と枠部２２を、ろう材等を用いて接合することにより基体２とすることができる。
　（ｅ）金属材料を用いて所定の形状に形成した固定部材３を、接合部材４を介して枠部２２に接合することによって半導体パッケージ１とすることができる。その後、基部２１の第１上面２１ａに半導体素子６を実装し、枠部２２の第２上面２２ｄに蓋体７を接合することによって半導体装置１０とすることができる。なお、図２に示すように、枠部２２の第２上面２２ｄには、シールリング８が位置しており、シールリング８を介して蓋体７が接合されても構わない。
　　（第２の実施形態）
　次に、本開示の第２の実施形態による半導体パッケージ１について、図１１～図１９を参照しつつ説明する。
　本実施形態において、第１の実施形態と異なる点を説明する。図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、固定部材３の第１部３１は、第３上面３１ｂを有する。また、枠部２２の開口部２２ａは、図１５に示すように、枠部２２の第２上面２２ｄに達している。さらに、第１部３１の第３上面３１ｂは、図１３および図１７に示すように、枠部２２の第２上面２２ｄと面一になっている。このため、蓋体７もしくはシールリング８が、枠部２２の第２上面２２ｄに位置する場合、固定部材３の第３上面３１ｂには、接合材を介して蓋体７もしくはシールリング８が封止される。このことによって、第１部３１と開口部２２ａとの接合面積が増加し、固定部材３と基体２との接合強度をさらに向上させることができる。また、この場合において、基体２がセラミック材料から成る場合には、開口部２２ａの上側にセラミック層を設けなくてもよいので、開口部２２ａの上側のセラミックがたわんで基体２が変形する可能性を低減できる。
　ここで、第３上面３１ｂと第２上面２２ｄとが面一とは、両者が完全に面一である場合だけでなく、図１８に示すように、第１方向と交差する断面視において、製造誤差により、第１部３１の第３上面３１ｂが、枠部２２の第２上面２２ｄよりも、例えば０．１ｍｍ程度上方に位置している場合も含む。また、図１９に示すように、第１方向と交差する断面視において、製造誤差により、第１部３１の第３上面３１ｂが、枠部２２の第２上面２２ｄよりも、例えば０．１ｍｍ程度下方に位置していてもよい。この場合には、図１１に示すように、シールリング８または蓋体７を接合した際に、接合部材４が第１部３１の第３上面３１ｂに溜まることができ、気密性を向上させることが可能となる。
　なお、ここで、基体２がセラミック材料から成るとは、基体２が、その材料としてセラミック材料以外に製造上不可避な物質等を含んでいる場合を含んでいてもよい。
　本実施形態の半導体パッケージ１を作製する方法としては、例えば、前述の製造方法で、平面視において、枠部２２の外形の一部分に切り欠きを有する第２グリーンシートの層数を変更することである。
　なお、本開示は上述の第１の実施形態、第２の実施形態および実施例に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
　例えば、開口部２２ａの形状は、第１直線部２２ａａと円弧を組み合わせた形状としてもよい。
　また、第２の実施形態において、固定部材３は、第２方向と交差する断面視において、凹形状または凸形状の保持部３３ａを有していてもよい。
　また、入出力端子５は、第２方向からの側面視において、階段状の形状であってもよい。つまり、入出力端子５は、第２方向からの側面視において、２段の階段形状であってもよい。この場合、第１配線層５１が上段の上面に位置し、第２配線層５２が下段の上面に位置し、第２配線層５２が、平面視において、枠部２２の外周から第１方向および／または第２方向に延在していてもよく、また、第２配線層５２が、上述の第１配線層５１とは異なる配線層であって、平面視において、露出していてもよい。
　本開示の係る半導体パッケージは、以下の構成（１）～（１８）が実施可能である。
（１）第１上面を有する基部と、前記第１上面に位置するとともに、内側面と外側面と前記外側面から前記内側面にかけて第１方向に貫通した開口部とを有する枠部と、を有する基体と、
前記開口部に位置する第１部と、前記第１部と連続して前記第１部の前記外側面側に位置する第２部と、前記第１方向に前記第１部および前記第２部を貫通する貫通孔と、を有する固定部材と、
前記第１部と前記開口部との間に位置する接合部材とを備えており、
前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部は、少なくとも一部に第１直線部を含む形状を有するとともに、前記第１部は、前記第１直線部と対向して位置する第２直線部を含む形状を有しており、
前記第１方向と交差する断面視における前記接合部材の厚みは、前記第１直線部と前記第２直線部との間において最も薄い、半導体パッケージ。
（２）前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部の形状が、多角形状である、上記構成（１）に記載の半導体パッケージ。
（３）前記第１方向と交差する断面視において、前記第１部の形状が、前記開口部に沿った形状を有している、上記構成（１）または（２）に記載の半導体パッケージ。
（４）前記枠部は、第２上面を有しており、
　前記第１部は、第３上面を有しており、
　前記開口部が、前記枠部の前記第２上面に達しており、
前記第１部の前記第３上面が、前記枠部の前記第２上面と面一になっている、上記構成（１）～（３）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（５）平面視において、前記第１方向と直交する第２方向の前記第１部の長さが、前記第２方向の前記第２部の長さよりも短い、上記構成（１）～（４）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（６）前記接合部材が、前記第１部と前記開口部との間に位置する第１部分と、該第１部分と連続して位置するとともに前記第２部と前記外側面との間に位置する第２部分と、を有している、上記構成（５）に記載の半導体パッケージ。
（７）前記第２方向と交差する断面視において、前記第１部の前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向の長さが、前記第２部の前記第３方向の長さよりも短い、上記構成（５）または（６）に記載の半導体パッケージ。
（８）前記第１方向と交差する断面視および／または前記第２方向と交差する断面視において、前記第１部と前記第２部が面一となる部分を有している、上記構成（５）～（７）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（９）前記第１部が、前記第２方向および／または前記第３方向に凹部を有している、上記構成（５）～（８）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１０）前記第１部の前記第１方向の厚みが、前記枠部の前記第１方向の厚みよりも厚い、上記構成（１）～（９）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１１）平面視において、前記接合部材の前記内側面側における端部が、曲線部を含む形状を有している、上記構成（１０）に記載の半導体パッケージ。
（１２）前記基体が、前記第１上面に凸部を有している、上記構成（１）～（１１）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１３）前記基体は、前記外側面の前記開口部と離れて位置し、少なくとも第１配線層と第２配線層を有する入出力端子を備えており、
平面視において、前記第２配線層が前記枠部よりも突出した部分を有している、上記構成（１）～（１２）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１４）前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部が矩形状であるとともに、前記第１部が矩形状である、上記構成（１）～（１３）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１５）前記枠部と前記基部とが同じ材料から成り、一体成形されている、上記構成（１）～（１４）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１６）前記基体がセラミックから成る、上記構成（１）～（１５）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１７）前記接合部材は、樹脂接着材である、上記構成（１）～（１６）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
（１８）平面視で、前記第１方向と直交する第２方向と交差する断面視において、前記貫通孔は、凹形状または凸形状の保持部を有している、上記構成（１）～（１７）のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
　本開示の係る半導体装置は、以下の構成（１９）が実施可能である。
（１９）上記構成（１）～（１８）のいずれか１つに記載の半導体パッケージと、
　前記半導体パッケージの前記第１上面に実装された半導体素子とを備える、半導体装置。
　本開示の一実施形態に係る半導体パッケージは、上述のように、第１直線部と第２直線部の間における接合部材の厚みを、それ以外の第１部と開口部との間に位置する接合部材の厚みと比較して薄くすることで、第１直線部を有する面と第２直線部を有する面を、基準面とすることができるため、固定部材と基体の開口部との位置合わせを容易にすることが可能である。このことによって光軸ズレの発生を低減可能な半導体パッケージおよび半導体装置を提供することができる。
　本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。
１　半導体パッケージ
２　基体
２１　基部
２１ａ　第１上面
２１ｂ　凸部
２２　枠部
２２ａ　開口部
２２ａａ　第１直線部
２２ｂ　外側面
２２ｃ　内側面
２２ｄ　第２上面
Ｄ２２１　枠部の第１方向の厚み
３　固定部材
３１　第１部
３１ａ　第２直線部
３１ｂ　第３上面
３１ｃ　凹部
Ｄ３１１　第１部の第１方向の厚み
Ｌ３１２　第１部の第２方向の長さ
Ｌ３１３　第１部の第３方向の長さ
３２　第２部
Ｌ３２２　第２部の第２方向の長さ
Ｌ３２３　第２部の第３方向の長さ
３３　貫通孔
３３ａ　保持部
４　接合部材
４１　第１部分
４２　第２部分
４３　端部
Ｄ４１　第１直線部と第２直線部の間に位置する接合部材の厚み
５　入出力端子
５１　第１配線層
５２　第２配線層
６　半導体素子
７　蓋体
８　シールリング
１０　半導体装置

Claims (19)

  1. 　第１上面を有する基部と、前記第１上面に位置するとともに、内側面と外側面と前記外側面から前記内側面にかけて第１方向に貫通した開口部とを有する枠部と、を有する基体と、
    　前記開口部に位置する第１部と、前記第１部と連続して前記第１部の前記外側面側に位置する第２部と、前記第１方向に前記第１部および前記第２部を貫通する貫通孔と、を有する固定部材と、
    　前記第１部と前記開口部との間に位置する接合部材とを備えており、
    　前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部は、少なくとも一部に第１直線部を含む形状を有するとともに、前記第１部は、前記第１直線部と対向して位置する第２直線部を含む形状を有しており、
    　前記第１方向と交差する断面視における前記接合部材の厚みは、前記第１直線部と前記第２直線部との間において最も薄い、半導体パッケージ。
  2. 　前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部の形状が、多角形状である、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  3. 　前記第１方向と交差する断面視において、前記第１部の形状が、前記開口部に沿った形状を有している、請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
  4. 　前記枠部は、第２上面を有しており、
    　前記第１部は、第３上面を有しており、
    　前記開口部が、前記枠部の前記第２上面に達しており、
    　前記第１部の前記第３上面が、前記枠部の前記第２上面と面一になっている、請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  5. 　平面視において、前記第１方向と直交する第２方向の前記第１部の長さが、前記第２方向の前記第２部の長さよりも短い、請求項１～４のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  6. 　前記接合部材が、前記第１部と前記開口部との間に位置する第１部分と、該第１部分と連続して位置するとともに前記第２部と前記外側面との間に位置する第２部分と、を有している、請求項５に記載の半導体パッケージ。
  7. 　前記第２方向と交差する断面視において、前記第１部の前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向の長さが、前記第２部の前記第３方向の長さよりも短い、請求項５または６記載の半導体パッケージ。
  8. 　前記第１方向と交差する断面視および／または前記第２方向と交差する断面視において、前記第１部と前記第２部が面一となる部分を有している、請求項５～７のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  9. 　前記第１部が、前記第２方向および／または前記第３方向に凹部を有している、請求項５～８のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  10. 　前記第１部の前記第１方向の厚みが、前記枠部の前記第１方向の厚みよりも厚い、請求項１～９のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  11. 　平面視において、前記接合部材の前記内側面側における端部が、曲線部を含む形状を有している、請求項１０に記載の半導体パッケージ。
  12. 　前記基体が、前記第１上面に凸部を有している、請求項１～１１のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  13. 　前記基体は、前記外側面の前記開口部と離れて位置し、少なくとも第１配線層と第２配線層を有する入出力端子を備えており、
    　平面視において、前記第２配線層が前記枠部よりも突出した部分を有している、請求項１～１２のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  14. 　前記第１方向と交差する断面視において、前記開口部が矩形状であるとともに、前記第１部が矩形状である、請求項１～１３のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  15. 　前記枠部と前記基部とが同じ材料から成り、一体成形されている、請求項１～１４のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  16. 　前記基体がセラミックから成る、請求項１～１５のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  17. 　前記接合部材は、樹脂接着材である、請求項１～１６のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  18. 　平面視で、前記第１方向と直交する第２方向と交差する断面視において、前記貫通孔は、凹形状または凸形状の保持部を有している、請求項１～１７のいずれか１つに記載の半導体パッケージ。
  19. 　請求項１～１８のいずれか１つに記載の半導体パッケージと、
    前記半導体パッケージの前記第１上面に実装された半導体素子とを備える、半導体装置。
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