(57)【要約】  本発明は、金属端子と線路導体の特性インピーダンス整合が容易な接合構造体等に関する。端面１ａを有する金属端子１と、金属端子１の端面１ａの一部が対向している側面２ａを有する線路導体２と、金属粒子を含んでいるとともに、金属端子１の端面１ａを含む第１端部１ｂから線路導体２の側面２ａを含む第２端部２ｂにかけて覆うように位置しており、金属端子１および線路導体２に接合している接合材３とを備える接合構造体Ｃ等である。
2019082602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面を有する金属端子と、
該金属端子の前記端面の一部が対向している側面を有する線路導体と、
金属粒子を含んでいるとともに、前記金属端子の前記端面から前記線路導体の一部にかけて覆うように位置しており、前記金属端子および前記線路導体に接合している接合材と、を備える接合構造体。
【請求項２】
前記金属端子の前記端面と前記線路導体の前記側面とが互いに離れている請求項１記載の接合構造体。
【請求項３】
前記金属端子と前記線路導体とが互いに長さ方向に平行であるとともに、前記金属端子が前記線路導体の上方に位置しており、前記金属端子の前記端面の下部と、前記線路導体の前記側面の上部とが互いに対向している請求項１または請求項２記載の接合構造体。
【請求項４】
前記金属端子の前記端面を含む上下方向の断面視において、前記金属端子の下端が前記線路導体よりも下側に位置している請求項３記載の接合構造体。
【請求項５】
前記接合材が、前記金属端子の前記端面から前記線路導体の上面の前記側面に隣接した部分にかけて連続的に位置している請求項３または請求項４記載の接合構造体。
【請求項６】
前記接合材が、前記金属端子の前記端面を含む第１端部の外周を覆うように位置している請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の接合構造体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の接合構造体と、
第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、を備えており、
前記線路導体は、前記基板の前記第１面側に位置し、
前記金属端子は、前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端面を有している、半導体パッケージ。
【請求項８】
前記第１面と前記端面とが面一となっているか、または前記金属端子の長さ方向に見て、前記端面が前記第１面から突出していない、請求項７記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
請求項７または８記載の半導体パッケージと、
前記第１面側に位置し、前記線路導体と電気的に接続される半導体素子と、を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属端子と線路導体とを接合した接合構造体、半導体パッケージおよび半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体素子等の半導体素子が実装される半導体パッケージとして、半導体素子が実装される基板と、基板に固定されたリード端子（金属端子）とを備えるものが知られている。基板に対する半導体素子の実装およびリード端子の固定は、例えば、誘電体基板等の絶縁性部材を介して行なわれる。【０００３】
この場合、半導体パッケージにおいて、誘電体基板に、金−スズまたはスズ−銀等のろう材を介して信号端子が接合されて、固定されている。信号端子は金属製のリード端子等である。誘電体基板の表面のうち、ろう材が接合される部分には金属層があらかじめ設けられる。リード端子の端部が、リード端子の長さ方向に沿って金属層と対向して接合される（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第2017／033860号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、信号端子と金属層とで構成される伝送路を伝送される信号の高周波化が進んでいる。そのため、上記伝送路における特性インピーダンスの整合をより高い精度で行なうことが求められるようになってきている。また、そのような半導体パッケージの構成が容易な接合構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様の接合構造体は、端面を有する金属端子と、該金属端子の前記端面の一部が対向している側面を有する線路導体と、金属粒子を含んでいるとともに、前記金属端子の前記端面から前記線路導体の一部にかけて覆うように位置しており、前記金属端子および前記線路導体に接合している接合材とを備える。【０００７】
本発明の一つの態様の半導体パッケージは、第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に位置する線路導体と、前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端部を有する金属端子と、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備えており、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に上記構成の接合構造体を有している。【０００８】
本発明の一つの態様の半導体装置は、上記構成の半導体パッケージと、前記第１面側に位置し、前記線路導体と電気的に接続される半導体素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の目的、特色、および利点は、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。
【図１】本発明の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの反対側から見た斜視図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＸ−Ｘ線における断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態の接合構造体を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態の半導体装置の斜視図である。
【図１０Ａ】シミュレーションモデルを示す図である。
【図１０Ｂ】シミュレーションモデルを示す図である。
【図１０Ｃ】シミュレーション結果を示す図である。
【図１０Ｄ】シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態の接合構造体および半導体パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の接合構造体を示す断面図である。図２Ａは本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、図２Ｂは図２Ａの反対側から見た斜視図である。また、図３Ａは本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、図３Ｂは図３ＡのＸ−Ｘ線における断面図である。
【００１１】
本発明の実施形態の接合構造体Ｃは、端面１ａを有する金属端子１と、その端面１ａに対向している側面２ａを有する線路導体２と、金属粒子を含んでいるとともに、金属端子１の端面１ａから線路導体２の一部（例えば、側面２ａを含む第２端部２ｂ）にかけて覆うように位置しており、金属端子１および線路導体２に接合している接合材３とを備えている。この接合構造体Ｃは、例えば外部接続用の金属端子１と、半導体素子と電気的に接続される線路導体２と、金属端子１および線路導体２が所定の位置関係で配置される基板４を含む半導体パッケージにおける、金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合に用いられる。本発明の実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１と、線路導体２と、金属端子１と線路導体２との間に介在している接合材３と、金属端子１および線路導体２が配置されている基板４とを有し、さらに、金属端子１と線路導体２との間に上記実施形態の接合構造体Ｃを有している。
【００１２】
また、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示す例において、半導体パッケージ10は、さらに、線路導体２が実際に配置されて基板４に固定されている絶縁板５と、絶縁板５に接合されているサブマウント６とを有している。基板４は、第１面４ａおよび第１面４ａと反対側の第２面４ｂを有し、第１面４ａと第２面４ｂとの間で基板４を厚み方向に貫通している貫通孔４ｃを有している。金属端子１は、第２面４ｂから第１面４ａにかけて、貫通孔４ｃ内を通って基板４を貫通している。金属端子１の端面１ａおよび端面を含む第１端部１ｂは第１面４ａ側に位置している。基板４の第１面４ａ側に絶縁板５が位置し、これにより基板４の第１面４ａ側に線路導体２が配置されている。この、基板４の第１面４ａ側で、上記構成の接合構造体Ｃを介して金属端子１と線路導体２とが互いに接合されている。すなわち、金属端子１の端面１ａの一部が線路導体２の側面２ａと対向している。金属粒子を含む接合材３が、金属端子１の端面１ａを含む第１端部１ｂから線路導体２の側面２ａを含む第２端部２ｂにかけて覆うように位置している。接合材３は、金属端子１および線路導体２に接合し、接合材３によって金属端子１と線路導体２とが互いに接合されている。
【００１３】
この半導体パッケージ10は、例えば、光半導体素子等の半導体素子（図示せず）を気密封止するものである。半導体素子は、絶縁板５に搭載されるとともに線路導体２と電気的に接続される。基板４の、半導体素子が搭載された第１面４ａ側が金属製ケース（ＣＡＮ）（図示せず）で封止されれば、いわゆるＴＯ（Transistor Outline）−ＣＡＮ型の半導体パッケージが形成される。半導体素子が光半導体素子であるときには、光信号の入出力用の開口を有する金属製ケースが用いられる。
【００１４】
実施形態の接合構造体Ｃにおいて、金属端子１は、例えば上記のような半導体パッケージ10における外部接続用の導電路としての機能を有する。この場合、金属端子１は、細長い帯状または棒状等のリード（ピン）端子である。金属端子１は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金または銅を含む合金材料等の金属材料からなる。金属端子１は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合は、鉄−ニッケル−コバルト合金のインゴット（塊）に圧延加工、打ち抜き加工、切削加工およびエッチング加工等から適宜選択した金属加工を施すことによって製作することができる。
【００１５】
金属端子１は、例えば図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示す例のように、複数の金属端子１が並んで基板４に固定されるものでもよい。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、信号伝送用の一対の金属端子１が基板４を貫通して配置されている。それぞれの金属端子１は、基板４の第１面４ａ側に位置する端面１ａおよび端面１ａを含む第１端部１ｂを有している。金属端子１のうち基板４の第１面４ａ側に位置する部分（気密封止される部分）を第１端部１ｂとみなすこともできる。
【００１６】
なお、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、一対の金属端子１と並んで、接地端子７が配置されている。接地端子７は、金属端子１と同様の金属材料を用い、同様の方法で製作することができる。半導体パッケージ10における金属端子１の構成および機能の詳細については後述する。
【００１７】
金属端子１は、例えば、長さが1.5〜22ｍｍで直径が0.1〜１ｍｍの線状である。信号伝送用の場合、一対の金属端子１の機械的強度、特性インピーダンス（以下、単にインピーダンスという）のマッチングおよび半導体パッケージ10としての小型化等を考慮すれば、それぞれの金属端子１の直径は0.15〜0.25ｍｍとする。金属端子１の直径が0.15ｍｍ以上であれば、例えば半導体パッケージ10の取り扱い時における金属端子１の曲がり等を抑制することが容易であり、作業性の向上等において有利である。また、金属端子１の直径が0.25ｍｍ以下であれば、金属端子１が貫通する貫通孔４ｃの径を小さく抑えることができるため、基板４の小型化、つまりは半導体パッケージ10の小型化に対して有効である。
【００１８】
線路導体２は、例えば、半導体パッケージ10における半導体素子接続用の導体としての機能を有している。半導体素子と線路導体２との電気的な接続は、ボンディングワイヤまたははんだ等の低融点ろう材を介して行なわれる。ボンディングワイヤの場合であれば、ボールボンド法等のボンディング法によって半導体素子（電極）と線路導体２とに順次、金ワイヤまたはアルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤを接合する。これにより、半導体素子を線路導体２に電気的に接続させることができる。この線路導体２と金属端子１とが接合材３を介して互いに接合されて、半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路が構成される。
【００１９】
前述したように、線路導体２は、例えば絶縁板５の表面に形成されている。この絶縁板５が基板４の第１面４ａ側に固定されて、線路導体２が基板４の第１面４ａ側に位置している。線路導体２は、第１面４ａ側において側面２ａを有し、側面２ａを含む第２端部２ｂを有している。また、この第１面４ａ側において、線路導体２の側面２ａに対向して金属端子１の端面１ａが位置している。金属端子１の端面１ａは、その一部のみが線路導体２の側面２ａに対向していてもよい。金属端子１の第１端部１ｂと線路導体２の第２端部２ｂとが、後述する接合材３を介して両者が互いに接合されている。接合材３は、端面１ａおよび側面２ａにも接合している。
【００２０】
線路導体２は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料から適宜選択された金属材料またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。線路導体２は、メタライズ層、めっき層および薄膜層等の形態で形成することができる。線路導体２は、前述したように絶縁板５に形成されたものであり、金、銅、ニッケル、銀等の薄膜層を含むものであるときには、チタン、クロム、タンタル、ニオブ、ニッケル−クロム合金、窒化タンタル等の密着金属層をさらに含むものでもよい。密着金属層は、絶縁板５と薄膜層との間に位置し、線路導体２の絶縁板５に対する密着性を向上させる機能を有する。
【００２１】
線路導体２の厚みは、例えば電気抵抗の低減および内部応力の抑制等を考慮して、0.1〜５μｍ程度に設定される。また、密着金属層の厚みは、絶縁板５に対する密着性の向上および内部応力の抑制等を考慮して、0.01〜0.2μｍ程度に設定される。なお、線路導体２は、密着金属層と薄膜層との間に、両者の相互拡散を抑制する拡散抑制層をさらに含んでいてもよい。拡散抑制層は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、チタン−タングステン合金等の金属材料により形成することができる。拡散抑制層の厚みは、例えば上記の相互拡散の抑制および線路導体２における電気抵抗の抑制等を考慮して、約0.05〜１μｍに設定される。
【００２２】
また、線路導体２は、メタライズ法によって絶縁板５の表面に配置されたものであるときには、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、白金およびパラジウム等の金属材料から適宜選択された金属材料を含んでいて構わない。この場合には、例えば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁板５と焼成することによって線路導体２を形成することができる。
【００２３】
絶縁板５は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ケイ素質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミックス絶縁材料によって形成されている。絶縁板５は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1300〜1600℃の所定温度で焼成する。以上の工程によって絶縁板５を製作することができる。
【００２４】
線路導体２がタングステン等のメタライズ層からなる場合には、メタライズ層（線路導体２）用の金属ペーストを絶縁板５となるグリーンシートの表面に所定パターンに印刷し、同時焼成する製造方法を用いてもよい。この場合には、絶縁板５と線路導体２とを一体的に製作することができる。そのため、線路導体２と絶縁板５との接合の強度および生産性等の向上に関しては有効である。
【００２５】
接合材３は、金属端子１の端面１ａを含む第１端部１ｂから線路導体２の側面２ａを含む第２端部２ｂにかけて覆うように位置している。金属端子１の第１端部１ｂと線路導体２の第２端部２ｂとに接合している接合材３は、例えば、銀、銅、金およびパラジウム等の金属材料またはこれらの金属材料を含む合金等の金属材料からなる金属粒子を含有している。金属粒子同士が互いに金属結合によって結合し合い、接合材３としてまとまった形状になっている。また、この金属粒子が金属端子１および線路導体２それぞれに含有されている金属成分と結合し合っている。これにより、金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合が行なわれている。
【００２６】
この接合構造体Ｃは、例えば図１に示すような上下方向の断面視（縦断面視）において、金属端子１の端面１ａが線路導体２の表面２ｂｂに対して垂直になっている。なお、線路導体２の、絶縁板５と反対側の表面２ｂｂに垂直で、表面２ｂｂが臨む方向を上方向とし、その反対を下方向とする。さらに基板４の第１面４ａの側から第１面４ａを見たときに、この上下方向に対する左右方向も規定する。線路導体２の表面２ｂｂは、以下では上面２ｂｂと呼ぶ。線路導体２の上面２ｂｂは、線路導体２の第２端部２ｂの一部を構成している。また、線路導体２の側面２ａは、金属端子１の端面１ａに対してほぼ平行である。そのため、金属端子１の端面と線路導体２の側面とを互いに対向させて配置させることができる。
【００２７】
金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合構造体Ｃは、金属端子１と線路導体２との間、つまり金属端子１が接続される外部電気回路と、線路導体２が接続される半導体素子との間の信号の伝送路を構成する。このときに、伝送路を伝送される信号の高周波化（例えば40ＧＨｚ以上）に対応できるように、この金属端子１と線路導体２との間のインピーダンスを整合させる必要がある。これに対して、実施形態の接合構造体Ｃでは、そのようなインピーダンス整合の精度向上が容易である。インピーダンス整合の精度向上の詳細は以下のとおりである。
【００２８】
すなわち、実施形態の接合構造体Ｃによれば、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向した状態で接合材３により接合されている。つまり、本発明において、対向とは、信号が伝送される方向である金属端子１の長さ方向において金属端子１と線路導体２とが重なり合っていないことを言う。言い換えると、線路導体２の上面２ｂｂに垂直な方向に見たときの平面視において、金属端子１と線路導体２とが重なり合っていないことを言う。そのため、金属端子１と線路導体２との重なり合いに起因した、伝送路における抵抗の変化が抑制されている。これにより、伝送路の長さ方向における抵抗の変化による特性インピーダンスの変化を低減することができる。したがって、金属端子１と線路導体２とで構成される高周波信号の伝送路における特性インピーダンス整合の精度向上に有効な接合構造体Ｃを提供することができる。本実施形態では、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向し、端面１ａと側面２ａとが直接に接触している。また、金属端子１の端面１ａを含む上下方向の断面視において、線路導体２の下面が金属端子１よりも下側に位置している。
【００２９】
接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合は、例えば次のようにして行なわれる。まず、銀等の上記金属材料の粒子（実際には多数の粒子の集合物）を有機溶剤およびバインダとともに混練してペーストを作製する。次に、金属端子１の端面１ａを線路導体２の側面２ａに対向させて位置合せし、位置合わせした部分に上記ペーストを配置して、これらをジグ等で仮固定する。その後、これらを電気炉等で加熱してペースト中の金属粒子同士を結合させる。このときに、バインダ成分間の重合等が生じるようにしてもよい。すなわち、接合材３は、金属粒子間の金属結合に加えて、有機成分の重合体による接合の作用を含んでいてもよい。上記バインダ成分を含有するペーストによる接合の温度は、例えば約200〜300℃に設定される。
【００３０】
このような接合時の金属粒子等の挙動から、ペーストが線路導体２の第２端部２ｂに位置する上面２ｂｂおよび金属端子１にかけて濡れ広がる。これにより、例えば図１に示すような接合構造体Ｃを作製することができる。
【００３１】
また、このときに、上記ペーストが互いに重合する有機成分を含有していれば、有機成分の重合体によってペーストが比較的低温で硬化するため、接合材３となるペーストの形状維持が容易である。そのため、金属端子１の第１端部１ｂと線路導体２の第２端部２ｂとの接合材３を介した接合を容易に行なわせることもできる。また、比較的低温で接合ができるため、金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合の作業性、ならびに接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10としての生産性の向上についても有効である。
【００３２】
また、接合材３における金属粒子は、金属粒子間の接合の容易さおよび接合の強度等を考慮したときに、１μｍ程度またはそれ未満の粒径である微小粒子（いわゆるサブミクロン粒子、サブナノ粒子、ナノ粒子）であってもよいし、微小粒子とミクロン単位の金属粒子との混合物であってもよい。接合材３となるペーストは、このような微小粒子を金属粒子として用いるときに、互いに重合し合う有機樹脂成分を含有していてもよい。このような有機樹脂成分としては、例えば重合性のカルボン酸誘導体等を挙げることができる。
【００３３】
図４は、本発明の他の実施形態の接合構造体Ｃにおける要部を拡大して示す断面図である。図４において図１〜図３Ｂと同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例では金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向しているとともに、互いに離れている。この端面１ａと側面２ａとの間には間隙８があり、間隙８には接合材３が位置している。すなわち、互いに離れて直接接していない金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとの間が接合材３でつながり、互いに電気的に接続されている。これ以外の点において、この他の実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10は、上記実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００３４】
このような場合には、金属端子１と線路導体２との間に生じる熱応力の効果的な緩和に対して有利である。すなわち、前述したような金属材料からなる金属端子１と、絶縁板５に固定されている線路導体２との間で、金属端子１と絶縁板５との熱膨張率の差に起因した熱応力が生じる可能性がある。この時に、両者の間に、比較的変形が容易な銀等の金属材料を含む接合材３が、間隙８を埋める程度の量（体積）、つまり変形が容易な量で介在している。そのため、接合材３の変形によって、金属端子１と線路導体２（絶縁板５）との間に生じる熱応力を有効に緩和することができる。
【００３５】
この例の場合には、上記のように熱応力の緩和について有利であるため、熱応力による接合構造体Ｃの機械的な破壊を効果的に抑制することができる。したがって、この場合には、インピーダンス整合の精度向上に有効であるとともに、金属端子１と線路導体２の接合の長期信頼性の向上についても有効な接合構造体Ｃとすることができる。なお、このような信頼性向上の効果を得る上では、接合材３が、銀または銅等の弾性率（例えばヤング率）が比較的小さい金属材料を含有する方がよい。接合材３が銀または銅を含む場合には、接合材３における導通抵抗の低減についても有利である。
【００３６】
また、接合材３が、前述したような銀等の微小粒子を含有するものであれば、微粒子間の結合の変位による接合材３としての（巨視的な）変形も容易である。したがって、接合材３は、接合の信頼性向上等に関しては、銀または銅の微小粒子を含有するものが適している。
【００３７】
なお、上記の間隙８の寸法は、例えば、平面視において（線路導体２の上面に対向する方向から見て）約10μｍ以上であれば、上記の熱応力緩和を有効に行なうことができる程度の量の接合材３を、端面１ａと側面２ａとの間に位置させることが容易である。また、上記の間隙８は、例えば、平面視において約100μｍ以下であれば、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとの間の距離が、接合材３の入り込みが難しくなる程度に大きくなる可能性を低減することができる。つまり、接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合の作業性および接合強度の確保に対して有利である。したがって、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとの間に間隙８を設定する場合には、平面視における間隙８の寸法を約10〜100μｍの範囲に設定すればよい。
【００３８】
なお、このような間隙８を含む形態は、図４に示す例に限られない。例えば、接合材３は、間隙８から金属端子１の下面まで回り込んで接合されていてもよく、金属端子１の第１端部１ｂにおいて金属端子１の全周を囲むように（つまり環状に）接合材３が位置していてもよい。
【００３９】
図１および図４に示す例において、接合材３の上部外周は、外側に若干膨らんだようになっている。すなわち、縦断面において接合材３の外周の一部が外側に凸状になっている。これにより、接合材３の量を比較的大きくして、導通抵抗の低減および応力緩和の効果を高めることもできる。
【００４０】
端面１ａと側面２ａとが対向し合って接合される金属端子１と線路導体２との位置関係は、図１〜図４に示す例に限られない。例えば、金属端子１が線路導体２の下方に位置していてもよく、端面１ａの中央部に線路導体２の側面２ａが接続されていてもよい。
【００４１】
ただし、例えば図１および図４に示す例のように、金属端子１と線路導体２とが互いに長さ方向に平行であるとともに、金属端子１が線路導体２の上方に位置しており、金属端子１の端面１ａの下部と、前記線路導体の前記側面の上部とが互いに対向している接合構造体Ｃでは、次のような利点がある。すなわち、この場合には、線路導体２に対する金属端子１の位置合せが、線路導体２の露出した方向である上側から行なえるので、位置合せの作業が容易であり、位置精度の向上も容易である。したがって、接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10としての特性および生産性の向上に有利である。
【００４２】
また、この場合には、接合材３が上記のように外側に凸状に膨らんだ形状とすることも容易である。したがって、応力緩の効果を高める上で有利な構造の接合構造体Ｃを作製することも容易である。
【００４３】
図５は、本発明のさらに他の実施形態の接合構造体Ｃにおける要部を拡大して示す断面図である。図５において図１〜図３Ｂと同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例では、金属端子１の端面１ａを含む上下方向の断面視において、金属端子１の下面が線路導体２よりも下側に位置している。これ以外の点において、この他の実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10は、前述した実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００４４】
この場合には、線路導体２の側面２ａを金属端子１の端面１ａに対向させるときに、端面１ａの比較的広い範囲に線路導体２を対向させることができる。言い換えれば、両者の位置合せの厳密さを低くすることができる。そのため、接合構造体Ｃおよびそれを含む半導体パッケージ10の作製をより容易にすることができる。
【００４５】
また、この場合には、線路導体２の側面２ａを金属端子１の端面１ａに直接に接触させて接触抵抗を低減することもできる。また、そのような直接の接触（接続）構造の作製を上記のように容易にすることもできる。したがって、インピーダンスの整合が容易であるとともに、導通抵抗の低減にも有効であり、生産性の確保についても有効な接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10とすることができる。
【００４６】
図６は、本発明のさらに他の実施形態の接合構造体Ｃにおける要部を拡大して示す断面図である。図６において図１〜図３Ｂと同様の部位には同様の符号を付している。図６に示す例では、図１に示した実施形態と同様の、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向し、端面１ａと側面２ａとが直接に接触する構成に加えて、さらに、金属端子１の第１端部１ｂにおいて金属端子１の外周を覆うように接合材３が位置している。これ以外の点において、この他の実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10は、前述した実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００４７】
端面１ａと側面２ａとが対向することで、金属端子１と線路導体２との重なり合いに起因した、伝送路における抵抗の変化は抑制される。一方、図１に示すように、第１端部１ｂにおいて、周面の下方の一部が接合材３で覆われておらず、金属端子１に空気が隣接する部分が有ると、その部分でインピーダンスが局所的に変化する。伝送される信号は、この変化に起因した反射などによって、その伝送特性が劣化してしまう。本実施形態は、接合材３が第１端部１ｂの外周を覆うように位置しているので、第１端部１ｂにおけるインピーダンスの変化を抑制し、伝送特性の劣化を抑えることができる。接合材３は、第１端部１ｂのうち、第１面４ａから突出した部分の外周を覆っている。接合材３は、外周に直接接触するように覆っていてもよい。
【００４８】
図７は、本発明のさらに他の実施形態の接合構造体Ｃにおける要部を拡大して示す断面図である。図７において図１〜図３Ｂと同様の部位には同様の符号を付している。図７に示す例では、金属端子１のうち、基板４の第１面４ａ側には、端面１ａのみが露出するように位置しており、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向し、端面１ａと側面２ａとが直接に接触している。これ以外の点において、この他の実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10は、前述した実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。本実施形態における、上下方向の位置関係については、図１に示す実施形態と同様に、金属端子１の端面１ａを含む上下方向の断面視において、線路導体２の下面が金属端子１よりも下側に位置している。
【００４９】
金属端子１のうち、基板４の第１面４ａ側に端面１ａのみが露出するとは、言い換えると、第１面４ａと端面１ａとが面一となっているか、または金属端子１の長さ方向に見て、端面１ａが第１面４ａから突出していない。接合材３は、露出した端面１ａから線路導体２の側面２ａを含む第２端部２ｂにかけて覆うように位置している。後述のように、基板４の貫通孔４ｃ内には、絶縁材料からなる封止材が位置している。封止材は、金属端子１と貫通孔４ｃとの間の隙間を塞ぐ機能を有している。第１面４ａ側に端面１ａのみが露出する場合、基板４の貫通孔４ｃ内における金属端子１の周面は、封止材によって全周が覆われており、端面１ａは、接合材３によって覆われており、空気と接触する部分が無い。これによりインピーダンスの局所的な変化が抑制され、伝送特性の劣化を抑えることができる。
【００５０】
図８は、本発明のさらに他の実施形態の接合構造体Ｃにおける要部を拡大して示す断面図である。図８において図１〜図３Ｂと同様の部位には同様の符号を付している。図８に示す例では、図７に示す実施形態と同様に、金属端子１のうち、基板４の第１面４ａ側には、端面１ａのみが露出するように位置しており、金属端子１の端面１ａと線路導体２の側面２ａとが対向し、端面１ａと側面２ａとが直接に接触している。上下方向の位置関係については、図５に示す実施形態と同様に、金属端子１の端面１ａを含む上下方向の断面視において、金属端子１の下面が線路導体２よりも下側に位置している。これ以外の点において、この他の実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10は、前述した実施形態の接合構造体Ｃおよび半導体パッケージ10と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００５１】
また、他の実施形態を含む上記各実施形態の例において、接合材３が、金属端子１の第１端部１ｂから線路導体２の上面２ｂｂの側面に隣接した部分にかけて連続的に広がって位置しているものでもよい。この場合には、比較的広い範囲で接合材３が広がって線路導体２に接合されるため、接合材３と線路導体２との接合強度の向上に有効である。また、これにより、接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合強度も効果的に向上させることができる。
【００５２】
この場合、接合材３のうち線路導体２に上面２ｂｂに接合された部分の先端は、例えば、平面視において、円弧状または楕円弧状等の角部分を有していない形状であってもよい。この場合には、その角部分を起点にした接合材の剥がれの可能性を効果的に低減することができる。したがって、接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合強度も効果的に向上させることができる。
【００５３】
なお、上記の各例において、金属粒子が銀粒子であるときには、次のような点で有利である。すなわち、接合材３における熱伝導性（つまり、接合構造体Ｃおよびこれを含む半導体パッケージ10の放熱性等）、線路導体２および金属端子１を含む信号の伝送路における電気抵抗の低減等に有利である。また、半導体素子の実装または金属ケースの接合等のための熱負荷工程においても再溶融しづらい、アウトガスが少ないという利点が挙げられる。
【００５４】
この場合の銀粒子は、銀を99.9質量％以上含有する、いわゆる純銀であってもよく、微量の銅または金等の他の成分を含有するものでもよい。また、金属粒子の全部が銀粒子でなくてもよく、例えば銀粒子と銅粒子の両方が金属粒子に含まれていてもかまわない。
【００５５】
また、金属粒子が銅粒子であるとき、または銅粒子を含むときには、金属粒子の全部が銀粒子であるときに比べて、イオンマイグレーションの可能性を低減すること、経済性を向上させること等においては有利である。
【００５６】
前述したように、本発明の実施形態の半導体パッケージは次の構成を有している。すなわち、本実施形態の半導体パッケージ10は第１面４ａおよび第１面４ａと反対側の第２面４ｂを有する基板４と、基板４の第１面４ａ側に位置する線路導体２と、基板４の第２面４ｂから第１面４ａにかけて貫通しており、第１面４ａ側に端部１ｂを有する金属端子１と、金属粒子を含んでおり、金属端子１の端部（第１端部）１ｂと線路導体２との間に介在している接合材３とを有している。また、本実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１の端部１ｂと線路導体２との間に、上記いずれかの構成の接合構造体Ｃを有している。
【００５７】
上記形態の半導体パッケージ10によれば、上記いずれかの構成の接合構造体Ｃを有することから、金属端子１と線路導体２とで構成される信号の伝送路におけるインピーダンス整合が容易で、高周波信号の伝送特性向上に有効な半導体パッケージ10を提供することができる。
【００５８】
基板４の第１面４ａ側は、前述した金属ケースで封止される側である。基板４と金属ケースとの間に形成される空間内に、半導体素子および金属端子１の端部１ｂが封止される。また、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａおよび図３Ｂ等に示す例では、基板４の貫通孔４ｃ内に封止材（符号なし）が位置している。封止材は、金属端子１と貫通孔４ｃとの間の隙間を塞ぐ機能を有している。封止材は、ガラス材料またはセラミック材料等の絶縁材料からなる。このような絶縁材料の例としては、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等のガラス、およびこれらのガラスに熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられる。この絶縁材料は、金属端子１におけるインピーダンスマッチング（比誘電率）および封止の信頼性等を考慮して、適宜選択することができる。なお、図１、図４および図５において、金属端子１と基板５の貫通孔４ｃとの間の封止材を省略している。
【００５９】
サブマウント６は、基板４の第１面４ａ上に設けられ、第１面４ａに垂直な基板搭載面を有する。半導体パッケージ10において、サブマウント６は、絶縁板５に搭載される電子部品が発生する熱を基板４へ伝導する機能等を有している。すなわち、サブマウント６は、半導体パッケージ10の外部に放熱する放熱材としての機能を有する。
【００６０】
サブマウント６は、基板４と一体に形成されていてもよく、冷却部材（例えば、ペルチェ素子など）を含んでいてもよい。サブマウント６が基板４と一体に形成されている場合、サブマウント６は、基板４と同様の金属材料からなる。これにより、半導体パッケージ10における放熱性が効果的に確保される。
【００６１】
図９は、本発明の実施形態の半導体装置の斜視図である。本発明の実施形態の半導体装置は次の構成を有している。すなわち、本実施形態の半導体装置100は、半導体パッケージ10と、基板４の第１面４ａ側に位置し、線路導体２と電気的に接続される半導体素子20と、を備える。半導体素子20は、前述のとおり、たとえば光半導体素子等である。半導体素子20は、絶縁板５に搭載されるとともに、線路導体２と、ボンディングワイヤまたははんだ等によって電気的に接続される。
【００６２】
上記形態の半導体装置100によれば、上記いずれかの構成の半導体パッケージ10を備えることから、インピーダンス整合が容易で、高周波信号の伝送特性が向上する半導体装置100を提供することができる。
【００６３】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００６４】
例えば、金属端子１の端面１ａは、線路導体２の上面２ｂｂに対して正確に垂直である必要はなく、加工精度等に応じて多少（数度程度）傾斜していてもよい。
【００６５】
図１に示す実施形態の接合構造体（第１構造体）と、図８に示す実施形態の接合構造体（第２構造体）の高周波信号特性についてシミュレーションを行い、比較した。第１構造体と第２構造体との違いは、第１構造体が、金属端子１の第１端部１ｂが、基板４の第１面４ａから突き出ている構造であり、第２構造体が、金属端子１の第１端部１ｂが、基板４の第１面４ａから突き出ていない構造である。
【００６６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、シミュレーションモデルを示す図であり、図１０Ａは第１構造体モデルＡを示し、図１０Ｂは、第２構造体モデルＢを示す。第１構造体モデルＡでは、基板４の第１面４ａから、金属端子１の第１端部１ｂが５０μｍ突出している。第２構造体モデルＢは、基板４の第１面４ａから、金属端子１の第１端部１ｂが突出しておらず、基板４の第１面４ａ側には端面１ａのみが露出するように位置している構成であり、本発明の図８に示す実施形態のモデルに相当する。
【００６７】
図１０Ｃおよび図１０Ｄは、シミュレーション結果を示す図であり、図１０Ｃは反射損失（Ｓ１１）を示し、図１０Ｄは挿入損失（Ｓ２１）を示す。反射損失および挿入損失は、Ｓパラメータ解析によって得た演算結果である。第１構造体モデルＡの結果を破線で示し、第２構造体モデルＢの結果を実線で示す。反射損失は、縦軸の値（ｄＢ）が小さい（グラフの下方側）ほど損失が小さく、伝送特性が良好であることを示し、挿入損失は、縦軸の値（ｄＢ）がゼロに近い（グラフの上方側）ほど損失が小さく、伝送特性が良好であることを示す。図１０Ｃに示すように、反射損失では、周波数が高くなるほど、第１構造体モデルＡと第２構造体モデルＢとの差が大きくなり、第２構造体モデルＢのほうが良好な特性を示した。図１０Ｄに示すように、挿入損失では、第２構造体モデルＢのほうがやや良好な特性を示した。
【００６８】
本発明は、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、本発明の範囲は特許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、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００６９】
１・・金属端子
１ａ・・端面
１ｂ・・第１端部
２・・線路導体
２ａ・・側面
２ｂ・・第２端部
２ｂｂ・・（線路導体の）上面
３・・接合材
４・・基板
４ａ・・第１面
４ｂ・・第２面
４ｃ・・貫通孔
５・・絶縁板
６・・サブマウント
７・・接地端子
８・・間隙
10・・半導体パッケージ
20・・半導体素子
100・・半導体装置
Ｃ・・接合構造体
【図１】
2019082602.tif 000003
【図２Ａ】
2019082602.tif 000004
【図２Ｂ】
2019082602.tif 000005
【図３Ａ】
2019082602.tif 000006
【図３Ｂ】
2019082602.tif 000007
【図４】
2019082602.tif 000008
【図５】
2019082602.tif 000009
【図６】
2019082602.tif 000010
【図７】
2019082602.tif 000011
【図８】
2019082602.tif 000012
【図９】
2019082602.tif 000013
【図１０Ａ】
2019082602.tif 000014
【図１０Ｂ】
2019082602.tif 000015
【図１０Ｃ】
2019082602.tif 000016
【図１０Ｄ】
2019082602.tif 000017
【国際調査報告】
2019082602.tif 000018
2019082602.tif 000019