(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上側主面に前記載置部を囲繞するように取着されると共に側部に切欠部または貫通孔から成る入出力端子の取付部が形成された金属枠体と、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記入出力端子は、略四角形の誘電体板から成り、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体を有する平板部と、該平板部の上面に前記線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部とから構成されており、前記平板部の前記線路導体に平行な両側面および下面が嵌入される溝が上面に形成された金属基台上に嵌入載置されて、該金属基台と共に前記取付部に嵌着され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２】
前記金属基台はヤング率が前記金属枠体よりも小さく厚さが前記平板部の５〜２０倍であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信やマイクロ波通信、ミリ波通信等の分野に用いられる高い周波数で作動する各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信やマイクロ波通信、ミリ波通信等の高い周波数で作動する各種半導体素子を気密封止して収容する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）として、例えば光通信分野に用いられる光半導体パッケージを図５に示す。
【０００３】
同図に示すように、光半導体パッケージは、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成り、上側主面の略中央部に光半導体素子２１が載置される載置部２２を設けた略長方形の板状である基体２３を有する。また、この載置部２２を囲繞するようにして基体２３の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接合されると共に、基体２３の長辺側の両側面には貫通孔又は切欠部からなる取付部２４を、基体２３の短辺側の一側面に光ファイバ２５の固定用の固定部材２６が嵌着接合される貫通孔２７を有し、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属材料から成る枠体２８を有する。更に、取付部２４に嵌着された、半導体素子としての光半導体素子２１と外部電気回路（図示せず）とを電気的に接続する高周波信号入出力用の入出力端子２９と、枠体２８の上面に取着された、光半導体素子２１を気密に封止する蓋体３０とを具備する。
【０００４】
入出力端子２９は、例えば図６に示すように、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体等のセラミックスから成る絶縁体の上面に、その一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体３１および線路導体３１の両側に形成された同一面接地導体３２を有する平板部３３と、平板部３３の上面に線路導体３１および同一面接地導体３２を間に挟んで接合された立壁部３４とから構成されている。
【０００５】
この入出力端子２９の同一面接地導体３２は、線路導体３１を伝送する高周波信号の特性インピーダンスを整合させて反射損失、挿入損失を低減させ高周波信号の伝送特性を向上させるために、線路導体３１の両側に等間隔をもって設けられている。即ち、高周波信号の伝送形態として、線路導体３１と同一面接地導体３２とでコプレーナ構造が採用されている。
【０００６】
なお、線路導体３１で伝送される高周波信号の伝送特性をさらに向上させるために、同一面接地導体３２のみでなく、同一面接地導体３２から平板部３３下面にかけてビアホール（図示せず）を形成することにより、接地電位を強化し安定化することも行われている。
【０００７】
この従来の光半導体パッケージは、基体２３の載置部２２に光半導体素子２１を載置固定させると共に、光半導体素子２１の電極をボンディングワイヤ（図示せず）を介して入出力端子２９の線路導体３１、同一面接地導体３２に電気的に接続した後、枠体２８の上面に蓋体３０を接合させ、基体２３と枠体２８と蓋体３０とから成る容器内部に光半導体素子２１を気密に収容し、固定部材２６に光ファイバ２５を取り付けることにより、製品としての光半導体装置となる。
【０００８】
このような光半導体装置は、光半導体素子２１に外部電気回路から供給される高周波信号によって光励起させ、励起したレーザ光等の光を透光性部材３５を通じて光ファイバ２５に授受させ光ファイバ２５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変換装置として機能し、光通信分野等に多用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の光半導体パッケージにおいては、高周波信号の伝送特性を良好なものとするために、線路導体３１と同一面接地導体３２とビアホールとでコプレーナ構造が採用されているが、より高い周波数の高周波信号を伝送させる場合、以下のような問題が発生していた。
【００１０】
即ち、セラミックス等の誘電体から成る入出力端子の平板部３３の幅に起因する共振が高周波信号の伝送特性に影響を及ぼし、高周波信号の伝送特性が低下して光半導体素子２１の作動性が損なわれるという問題点を有していた。
【００１１】
つまり、平板部３３の線路導体３１に平行な側面には枠体２８の接合用のメタライズ層が形成されており、このメタライズ層間の間隔（平板部３３の幅に相当する）が数１０ＧＨｚの高周波信号の半波長程度であるため、メタライズ層間において高周波信号の周波数付近で共振が起こり、この共振のため高周波信号の損失が増大していた。
【００１２】
また、光半導体素子２１の高周波化が進む昨今では、上記のような入出力端子２９の幅等の大きさに起因する伝送損失を抑えるために、入出力端子２９の平板部３３の厚さが薄型化されてきているため、入出力端子２９の機械的強度が低くなっている。このような入出力端子２９を用いた光半導体パッケージにおいては、光半導体パッケージを外部電気回路基板等にネジ止めした際、光半導体パッケージ自体が変形し、この変形による応力が直接入出力端子２９に加わり、その結果平板部３３にクラックが発生し、高周波信号の伝送特性や光半導体パッケージ内部の気密性が損なわれるという問題点を有していた。
【００１３】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、誘電体から成る入出力端子の平板部の幅に起因する高周波信号の周波数付近での共振を抑制し、また半導体パッケージをネジ止めした際に入出力端子に直接応力が加わらないようにすることにより、高周波信号の伝送特性や半導体パッケージ内部の気密性を良好なものとし、その結果、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る半導体パッケージを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体パッケージは、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上側主面に前記載置部を囲繞するように取着されると共に側部に切欠部または貫通孔から成る入出力端子の取付部が形成された金属枠体と、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記入出力端子は、略四角形の誘電体板から成り、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体を有する平板部と、平板部の上面に前記線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部とから構成されており、前記平板部の前記線路導体に平行な両側面および下面が嵌入される溝が上面に形成された金属基台上に嵌入載置されて、該金属基台とともに前記取付部に嵌着されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明は、上記の構成により、半導体パッケージを外部電気回路基板等にネジ止めした際、この半導体パッケージ自体が変形しても、金属基台が緩衝機能を有するため入出力端子に過大な応力が加わらず、平板部にクラック等を生じることが大幅に抑制され、その結果、高周波信号の伝送特性や半導体パッケージ内部の気密性が損なわれることはない。
【００１６】
更に、金属基台の上面が平板部上面の線路導体と面一となることから、金属基台の上面が線路導体の両側に等間隔をもって配置した同一面接地導体層として機能し、線路導体と金属基台とでコプレーナ構造とすることができるため、入出力端子の平板部の幅を狭くすることが可能となる。従って、入出力端子の平板部の幅に起因する高周波信号の周波数付近での共振を抑制することができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、前記金属基台はヤング率が前記金属枠体よりも小さく厚さが前記平板部の５〜２０倍であることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記の構成により、金属基台が応力に対して変形し歪み易くなるとともに応力を有効に吸収し緩和するものとなり、金属基台の応力緩衝機能がさらに向上する。したがって、入出力端子にクラックが生じることがさらに抑えられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて光半導体パッケージを一例として詳細に説明する。図１は、本発明の半導体パッケージの要部を示す斜視図、図２は本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子を示す斜視図である。図１において、１は基体、２は金属枠体、３は入出力端子、４は金属基台であり、これらから成る光半導体パッケージ５の要部を示す。
【００２０】
本発明の光半導体パッケージ５において、入出力端子３は図１及び図２に示すように、略四角形の誘電体板から成り、上面にその一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体７を有する平板部６と、平板部６の上面に線路導体７の中央部を挟んで他の２辺間にわたり接合された誘電体から成る立壁部８とから構成され、平板部６の線路導体７に平行な両側面および下面が嵌入される溝４ａが上面に形成された金属基台４上に嵌入載置されて、金属基台４とともに取付部９に嵌着されている。
【００２１】
この入出力端子３は、金属基台４とともに、金属枠体２の側部に形成された取付部９に銀ロウ等のロウ材により嵌着接合されており、金属枠体２の一部となって内外を気密に仕切ると共に金属枠体２の内外を導通させる導電路を構成している。
【００２２】
従って、光半導体パッケージ５を外部回路基板等にネジ止めした際に発生する光半導体パッケージ５の変形による応力は以下のようにして吸収緩和される。
【００２３】
先ず、基体１と金属枠体２とを接合している、基体１や金属枠体２の金属材料よりヤング率が小さく延性に優れた、銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ロウ等の接合材で吸収され、次いでＦｅ−Ｎｉ系合金やＣｕ−Ｗ合金等から成る金属基台４が変形して吸収緩和する。更に、入出力端子３と金属基台４とを接合している、Ａｇ−Ｃｕロウ等の接合材にて変形が更に吸収される。このように、複数の部材の応力緩衝機能により、入出力端子３に直接過大な応力が加わらず、入出力端子３の平板部６や立壁部８にクラック等を生じることが大幅に抑制され、高周波信号の伝送特性が向上し、光半導体パッケージ内部の良好な気密性が確保できる。
【００２４】
ここで、金属基台４の応力緩衝機能にとって、金属基台４の上面に形成された溝４ａに嵌入載置された入出力端子３の平板部６の厚さとの関係が重要である。
【００２５】
即ち、光半導体パッケージ５を外部回路基板等にネジ止めした際の光半導体パッケージ５自体の変形による応力が直接入出力端子３に加わるのを抑制し、平板部６にクラックが発生するのを防止するためには、金属基台４の厚さｔ２を平板部６の厚さｔ１の５倍から２０倍の範囲内とすることが好ましい。
【００２６】
これは金属基台４の厚さｔ２が平板部６の厚さｔ１の５倍未満では、金属基台４の応力吸収緩和が不十分となる傾向があり、一方、金属基台４の厚さｔ２が平板部６の厚さｔ１の２０倍を越える場合には、金属基台４の容積が大となり、現在の小型軽量化の要求に合致せず、また金属基台４と入出力端子３との熱膨張差による影響が大きくなり入出力端子３にクラックが生じ易くなるからである。
【００２７】
従って、応力緩衝機能と小型軽量化の両方の要求を満足するためには、例えば平板部６の厚さｔ１を０．２ｍｍとした場合、金属基台４の厚さｔ２を３ｍｍ程度とすることが金属基台４の応力緩衝機能にとっても最適であり、このことから金属基台４の厚さｔ２は平板部６の厚さｔ１の１５倍程度、即ち１３〜１７倍程度が最も望ましい。
【００２８】
また、金属基台４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（ヤング率は約１３．７×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２Ｎｉ）（ヤング率は約１４．７×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｆｅ−Ｎｉ合金（５０Ｎｉ）（ヤング率は約１６．２×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｃｕ−Ｗ合金（１０Ｃｕ）（ヤング率は約３１×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｃｕ−Ｗ合金（１５Ｃｕ）（ヤング率は約２９×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｃｕ−Ｗ合金（２０Ｃｕ）（ヤング率は約２６×１０４Ｎ／ｍｍ２）等から成り、このうち金属枠体２よりもヤング率が小さいものが好ましい。その場合、金属基台４が応力に対して変形し歪み易くなり、応力を有効に吸収し緩和する。金属枠体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（ヤング率は約１３．７×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２Ｎｉ）（ヤング率は約１４．７×１０４Ｎ／ｍｍ２），Ｆｅ−Ｎｉ合金（５０Ｎｉ）（ヤング率は約１６．２×１０４Ｎ／ｍｍ２）等から成るものであるから、金属基台４のヤング率が金属枠体２よりも小さくなるように選択すればよい。
【００２９】
従って、本発明においては、金属基台４はヤング率が金属枠体２よりも小さく厚さが平板部６の５〜２０倍であることが好適であり、その場合応力緩衝機能に優れたものとなる。
【００３０】
また、平板部６の上面に形成された線路導体７は、金属基台４の上面が線路導体７が形成された平板部６の上面と略面一となることから、線路導体７の両側に等間隔で配置した同一面接地導体層として金属基台４の上面を利用するができ、線路導体７および金属基台４の上面によりコプレーナ構造を形成することができる。
【００３１】
従って、平板部６の上面に一本の線路導体７を形成して、平板部６の幅を最も狭くすることができる。例えば、平板部６の幅を１．６ｍｍ、１．８ｍｍに設定したシミュレーションによれば、１．８ｍｍでは６０ＧＨｚ付近で共振が発生するのに対して、１．６ｍｍでは６０ＧＨｚ付近での共振は発生せずより高い周波数帯域で共振が発生していると考えられる。従って、平板部６の幅に起因する共振点を高周波信号の伝送特性に影響しない帯域にまで押し上げて、使用可能帯域を広げることが可能となるため、所望の高周波伝送特性が確保でき、光半導体素子を正常かつ安定に作動させることができる。
【００３２】
尚、入出力端子３の金属枠体２の内側に位置する線路導体７には、光半導体素子（図示せず）の電極がボンディングワイヤ等を介して電気的に接続され、金属枠体２の外側に位置する線路導体７には、外部の駆動回路に接続するための外部リード端子（図示せず）が銀ロウ等のロウ材により接合される。
【００３３】
また、入出力端子３を構成する平板部６及び立壁部８は以下のようにして作製される。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体から成る場合、まず酸化アルミニウム、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥しょう状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複数のセラミックグリーンシートを得る。次いで、このセラミックグリーンシートに、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術を採用して、線路導体７となるメタライズ配線層を所定のパターンに印刷塗布する。その後、そのセラミックグリーンシートを複数枚積層すると共に、還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３４】
一方、基体１と金属枠体２と蓋体（図示せず）とで内部に光半導体素子を収容するための容器が構成される。
【００３５】
基体１は、光半導体素子を支持するための支持部材として作用し、その上面の略中央部に光半導体素子を載置するための載置部を有し、載置部には光半導体素子が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）ロウ材等の接着剤により接着固定される。
【００３６】
また、基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属材料から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことにより製作される。
【００３７】
尚、基体１は、その外表面に耐食性に優れかつロウ材に対して濡れ性の良い金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金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、また基体１上面に光半導体素子を強固に接着固定させることができる。
【００３８】
また、基体１の上面には、光半導体素子が載置される載置部を囲繞するように金属枠体２が接合されており、この金属枠体２の内側に光半導体素子を収容するための空所が形成される。
【００３９】
この金属枠体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成り、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）をプレス加工により枠状とすることにより形成され、基体１への取着は基体１の上面と金属枠体２の下面とを銀ロウ材を介して銀ロウ付けすることにより行われる。
【００４０】
また、入出力端子３の平板部６の上面に形成された線路導体７や金属基台４の露出する表面には、ＮｉやＡｕ等の耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属を、それぞれ厚さ０．５〜９μｍと厚さ０．５〜５μｍとなるように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、線路導体７や金属基台４の酸化腐食を有効に防止することができると共に、線路導体７へのボンディングワイヤや外部接続端子の接続、あるいは入出力端子３の取付部９及び基体１への取着が確実強固なものとなる。
【００４１】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等支障ない。例えば、図３及び図４に示すように、線路導体７と平行な平板部６及び立壁部８の側面を、金属基台４で囲むように接合し、平板部６の上面に形成した線路導体７と面一である金属基台４の上面を線路導体７の両側に等間隔で配置したコプレーナ構造としても良い。
【００４２】
この場合、光半導体パッケージ５を外部電気回路基板にネジ止めした際の変形による応力を緩和する効果がより向上する。その結果、ロウ材等の接合材及び金属基台４等の複数の部材による緩衝機能により、平板部６のクラック発生を皆無にするという効果を奏する。
【００４３】
また、上記と同様に、平板部６の幅に起因する共振周波数を高周波信号の周波数付近から押し上げて、高周波信号に影響の無いようにし、使用可能帯域が広がるという効果も有する。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、入出力端子は、略四角形の誘電体板から成り、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体を有する平板部と、平板部の上面に線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部とから構成されており、平板部の線路導体に平行な両側面および下面が嵌入される溝が上面に形成された金属基台上に嵌入載置されて、金属基台とともに取付部に嵌着されていることにより、半導体パッケージを外部電気回路基板等にネジ止めした際、この半導体パッケージ自体が変形しても、金属基台の応力緩衝作用と、金属基台と基体及び金属枠体との接合材および金属基台と平板部との接合材による複数の部材の応力緩衝作用により、入出力端子に過大な応力が加わらず、その結果、平板部にクラック等を生じることが大幅に抑制されて高周波信号の伝送特性や半導体パッケージ内部の気密性が損なわれることはない。
【００４５】
更に、金属基台の上面が平板部上面の線路導体と面一となることから、金属基台の上面が線路導体の両側に等間隔をもって配置した同一面接地導体層として機能し、線路導体と金属基台とでコプレーナ構造とすることができるため、入出力端子の平板部の幅を狭くすることが可能となる。従って、入出力端子の平板部の幅に起因する高周波信号の周波数付近での共振を抑制することができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとできる。即ち、共振周波数を高周波信号に影響のない高い周波数帯域にまで押し上げることが可能となり、所望の高周波信号の伝送特性が確保でき、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００４６】
本発明は、好ましくは金属基台はヤング率が金属枠体よりも小さく厚さが平板部の５〜２０倍であることにより、金属基台が応力に対して変形し歪み易くなるとともに応力を有効に吸収し緩和するものとなり、金属基台の応力緩衝機能がさらに向上する。したがって、入出力端子にクラックが生じることがさらに抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージの要部を示す斜視図である。
【図２】本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子を示す斜視図である。
【図３】本発明の半導体パッケージについて実施の形態の他の例の要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の半導体パッケージを構成する他の入出力端子を示す斜視図である。
【図５】従来の半導体パッケージを示す断面図である。
【図６】従来の半導体パッケージの入出力端子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
２：金属枠体
３：入出力端子
４：金属基台
４ａ：溝
５：光半導体パッケージ
６：平板部
７：線路導体
８：立壁部
９：取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003598059.tif 000005
【図５】
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【図６】
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