(57)【要約】【課題】周波特性および気密性が保たれた高周波半導体装置用パッケージおよび量産性に富む製造方法、並びに高周波半導体装置を提供する。【解決手段】高周波半導体装置用パッケージは、金属ベースプレートと、開口部が設けられ、前記金属ベースプレート上に接続された第１の金属壁であって、前記開口部は、下面側から後退しかつ上面には到達しない、第１の金属壁と、前記第１の金属壁の前記上面に接続され、前記第１の金属壁の前記厚さよりも厚い第２の金属壁と、絶縁体層と、前記第１および前記第２の金属壁と絶縁された線路パターンと、を有し、前記開口部の内壁と前記金属ベースプレートとに接合されたフィードスルー部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースプレートと、
開口部が設けられ、前記金属ベースプレート上に接続された金属壁であって、前記開口部は、下面側から後退しかつ上面には到達しない、第１の金属壁と、
前記第１の金属壁の前記上面に接続され、前記第１の金属壁の前記厚さよりも厚い第２の金属壁と、
絶縁体層と、前記第１および前記第２の金属壁と絶縁された線路パターンと、を有し、前記開口部の内壁と前記金属ベースプレートとに接合されたフィードスルー部と、
を備えた高周波半導体装置用パッケージ。
【請求項２】
前記第１の金属壁が均一な厚さを有するリング形状である請求項１記載の高周波半導体装置用パッケージ。
【請求項３】
前記第２の金属壁が均一な厚さを有するリング形状である請求項１または２に記載の高周波半導体装置用パッケージ。
【請求項４】
前記開口部は、第１の開口部と、前記第１の開口部と対向する第２の開口部と、を含み、
前記フィードスルー部は、前記第１の開口部の側に設けられ第１の線路パターンを有する第１のフィードスルー部と、前記第２の開口部の側に設けられ、第２の線路パターンを有する第２のフィードスルー部と、を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波半導体装置用パッケージ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の高周波半導体装置用パッケージと、
前記金属ベースプレート上に設けられ、前記第１の線路パターンおよび前記第２の線路パターンとそれぞれ接続された半導体素子と、
前記第２の金属壁の上面と接合された蓋部と、
を備えた高周波半導体装置。
【請求項６】
均一な厚さを有する第１の金属パイプから、リング形状の第１の金属壁を切り出し、下面から後退し上面には到達しない開口部を形成する工程と、
前記第１の金属壁の前記厚さよりも大きくかつ均一な厚さを有する第２の金属パイプから、リング形状の第２の金属壁を切り出す工程と、
線路パターンを有し、絶縁体を含むフィードスルー部を形成する工程と、
金属ベースプレートと第１の金属壁の前記下面との間、前記第１の金属壁の前記上面と前記第２の金属壁の上面との間、前記金属ベースプレートと前記フィードスルー部の底面との間、前記フィードスルー部の上面および側面と前記開口部の内壁との間、とを接合する工程と、
を備えた高周波半導体装置用パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波半導体装置用パッケージおよびその製造方法、並びに高周波半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１ＧＨｚ以上で動作させる高周波半導体装置は、高周波特性を保ちつつ、高い信頼性を有することが要求される。
【０００３】
入力線路パターンや出力線路パターンにおいて寄生容量を低減すると、高周波特性を高く保つことができる。しかしながら、入力線路パターンや出力線路パターンの寄生容量を低減するには、入力線路パターンや出力線路パターンと接触する高周波半導体装置用パッケージを構成する金属壁を薄くすることが必要である。
【０００４】
他方、高周波半導体装置用パッケージを構成する金属壁を薄くすると金属壁に上面に半田付けされる蓋部との間にリークパスが生じやすくなる。また、蓋部を金属壁上面に半田付けする作業性も悪くなり、その結果、金属壁と蓋部との間にリークパスが生じやすくなる。気密性や作業性を高めようとすると、高周波半導体装置用パッケージの金属壁は厚くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３８８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波特性および気密性が保たれた高周波半導体装置用パッケージおよび量産性に富むその製造方法、並びに高周波半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の高周波半導体装置用パッケージは、金属ベースプレートと、開口部が設けられ、前記金属ベースプレート上に接続された第１の金属壁であって、前記開口部は、下面側から後退しかつ上面には到達しない、第１の金属壁と、前記第１の金属壁の前記上面に接続され、前記第１の金属壁の前記厚さよりも厚い第２の金属壁と、絶縁体層と、前記第１および前記第２の金属壁と絶縁された線路パターンと、を有し、前記開口部の内壁と前記金属ベースプレートとに接合されたフィードスルー部と、を有する。    
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図１（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
【図２】フィードスルー部の模式斜視図である。
【図３】フィードスルー部の高周波等価回路図である。
【図４】図４（ａ）は金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図４（ｂ）は金属壁の形成工程を説明する模式断面図、図４（ｃ）は第１の金属壁の模式平面図、図４（ｄ）は第２の金属壁の模式平面図、である。
【図５】図５（ａ）は比較例にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図５（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
【図６】図６（ａ）は比較例の金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図６（ｂ）は形成工程を説明する模式断面図、図６（ｃ）は金属壁の模式平面図、である。
【図７】図７（ａ）は第１の実施形態の変形例にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図７（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
【図８】図８（ａ）は変形例の金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図８（ｂ）はその形成工程を説明する模式断面図、図８（ｃ）は第１の金属壁の模式平面図、図８（ｄ）は第２の金属壁の模式平面図、である。
【図９】第１の実施形態にかかる高周波半導体装置用パッケージを用いた高周波半導体装置の内部の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図１（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
高周波半導体装置用パッケージ５は、金属ベースプレート３０と、第１の金属壁１０と、第２の金属壁２０と、フィードスルー部５０と、を有する。
【００１０】
第１の金属壁１０は、開口部１０ａを有し、金属ベースプレート３０上に接合され、均一な厚さＴ１を有し、リング形状である。開口部１０ａは、第１の金属壁２０の下面１０ｂから後退しかつ上面１０ｃには到達しない。
【００１１】
第２の金属壁２０は、第１の金属壁１０の上面１０ｃに接合され、第１の金属壁１０の厚さＴ１よりも大きくかつ均一な厚さＴ２を有し、リング形状を有する。第１および第２の金属壁１０、２０は、たとえば、アルミニウム、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属とすることができる。
【００１２】
金属ベースプレート３０は、たとえば、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属とすることができる。さらに金属ベースプレート３０の表面は、金、ニッケル、銀、銀−白金合金、銀−パラジウム合金などのメッキ層であってもよい。
【００１３】
フィードスルー部５０は、セラミックなどの絶縁体層を含み、開口部１０ａの内壁と金属ベースプレート３０とに接合され、絶縁体層の表面に線路パターンを有する。
【００１４】
なお、金属ベースプレート３０上に、第１の金属壁１０と、第２の金属壁２０と、フィードスルー部５０と、が積層され、接合されると、図１（ａ）の構造となる。なお、高周波半導体装置用パッケージ５は、蓋部４０をさらに有することができる。蓋部４０は、金属プレートまたはセラミックプレートなどとすることができる。金属プレートの場合、モリブデン、銅モリブデン合金などの導電性金属とすることができる。セラミックプレートの場合、アルミナや窒化アルミニウムなどとすることができる。
【００１５】
図２は、フィードスルー部の模式斜視図である。
フィードスルー部５０は、第１の絶縁体層５２ａと、第１の絶縁体層５２ａの上面に設けられた線路パターン５４と、線路パターン５４が設けられた第１の絶縁体層５２ａの上面に設けられた第２絶縁体層５２ｂと、を含む。第１の絶縁体層５２ａと第２の絶縁体層５２ｂとは、セラミックなどからなり、線路パターンを構成する導電領域（導電性を有する厚膜など）を挟んで焼成工程などにより形成できる。
【００１６】
セラミックの材質としては、たとえば、アルミナ、窒化アルミニウムなどとすることができる。
【００１７】
表面に露出した線路パターン５４には金、ニッケル、銀、銀−白金合金、銀−パラジウム合金などのメッキ層などを設けることができる。また、フィードスルー部５０の側面５２ｃ、底面５２ｅ、上面５２ｆなどに厚膜などからなる導電領域を設けると、金属ベースプレート３０や第１の金属壁１０と接合することが容易となる。
【００１８】
図３は、フィードスルー部の高周波等価回路図である。
線路パターン５４となる導電領域と線路パターンを取り囲む第１、第２の絶縁体層５２ａ、５２ｂを挟んで、金属ベースプレート３０と金属壁１０との間に、が寄生容量Ｃ１が発生する。金属壁が厚くなるほど寄生容量Ｃ１は大きくなる。
【００１９】
パッケージ５に搭載された高周波半導体素子は、たとえば、入力回路（図示せず）や出力回路（図示せず）を介して、入力側の線路パターン５０や出力側の線路パターン５０に接続される。この場合、寄生容量Ｃ１がそれぞれ加わる。
【００２０】
図４（ａ）は金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図４（ｂ）は金属壁の形成工程を説明する模式断面図、図４（ｃ）は第１の金属壁の模式平面図、図４（ｄ）は第２の金属壁の模式平面図、である。
なお、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図である。まず、均一な厚さＴ１を有する第１の金属パイプから、リング形状の第１の金属壁１０を切り出す。さらに、第１の金属壁１０の下面１０ｂから後退し上面１０ｃには到達しない開口部１０ａを形成する。
【００２１】
続いて、第１の金属壁１０の厚さＴ１よりも大きくかつ均一な厚さＴ２を有する第２の金属パイプから、リング形状の第２の金属壁２０を切り出す。また、蓋部４０は、内部に高周波半導体素子を接着し、ワイヤボンディングなどを行ったのち接合される。
【００２２】
他方、図２に表すように、線路パターン５４を有するフィードスルー部５０を形成する。なお、金属パイプから金属壁を切り出す工程と、フィードスルー部５０を形成する工程と、は、順序を問わない。
【００２３】
フィードスルー部５０を、開口部１０ａにはめ込む。さらに、金属ベースプレート３０と第１の金属壁１０の下面１０ｂとの間、第１の金属壁１０の上面１０ｃと第２の金属壁２０の下面２０ａとの間、金属ベースプレート３０とフィードスルー部５０の底面５２ｅとの間、フィードスルー部５０の上面５２ｆおよび側面５２ｃと開口部１０ａの内壁１０ｄとの間、とをそれぞれ接合する。この接合工程は、これらの部材を金型内に重ねて、たとえば、銀ロウなどのロウ材を用いて行うことができる。 
【００２４】
図５（ａ）は比較例にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図５（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
【００２５】
蓋部１４０は、内部に高周波半導体素子を接着し、ワイヤボンディングなどを行ったのち接合される。比較例では、金属壁１１０は１層のみである。
【００２６】
フィードスルー部１５０をはめ込む開口部近傍の金属壁１１０を周囲よりも薄く切削し、寄生容量の発生を抑制する。
【００２７】
図６（ａ）は比較例の金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図６（ｂ）は形成工程を説明する模式断面図、図６（ｃ）は金属壁の模式平面図、である。
なお、図６（ｂ）は、Ａ−Ａ線に沿った模式断面図である。開口部近傍の金属壁１１０を切削した領域の厚さＴＴ３が薄過ぎると、蓋部と、金属壁１１０と、を接合する半田材などが下方に漏れることがある。また、気密封止が困難となることがある。比較例では、切削領域の厚さＴＴ３を０．７ｍｍ以上とし、蓋部とメタルシールリング１２０とを、ＡｕＳｂ半田などで接着する。しかしながら、切削領域の厚さＴＴ３を０．７ｍｍ以下にはできないので、線路パターン１５４の寄生容量が増加し、周波数が高くなるほど線路パターンのインピーダンスが低下する。このため、たとえば、５ＧＨｚよりも高い周波数において、インピーダンス整合が困難となり、高周波特性が低下する。
【００２８】
これに対して、第１の実施形態にかかる高周波半導体装置用パッケージでは、線路パターン５４の長さを短くでき、寄生容量Ｃ１を低減できる。このため、線路パターン５４のインピーダンスの低減が抑制でき、５ＧＨｚ以上の周波数においても高周波特性の低下が抑制できる。さらに、フィードスルー部５０の線路パターン５４は、厚さＴ２が大きい第２の金属壁２０の上面に蓋部４０を半田材などで確実に接合できる。この結果、気密性を高め、信頼性改善できる。
【００２９】
また、第１および第２の金属壁１０、２０は、単純な形状の金属パイプを切り出すことができるので、量産性に富んだ高周波半導体装置用パッケージが可能となり、高周波半導体装置のコストが低減できる。
【００３０】
図７（ａ）は第１の実施形態の変形例にかかる高周波半導体装置用パッケージの模式斜視図、図７（ｂ）は部材のうち金属壁の模式斜視図、である。
図８（ａ）は変形例の金属壁の形成工程を説明する模式正面図、図８（ｂ）はその形成工程を説明する模式断面図、図８（ｃ）は第１の金属壁の模式平面図、図８（ｄ）は第２の金属壁の模式平面図、である。
【００３１】
第１の金属壁２１０は、フィードスルー部２５０をはめ込む開口部２１０ｂ近傍の厚さＴ４を周囲よりも薄く切削し、第１の実施形態の厚さ程度にする。その上に重ねる第２の金属壁２１０は、蓋部２４０を半田付けする際にリークパスが生じにくい厚さ（Ｔ２）を有する。
【００３２】
図９は、第１の実施形態にかかる高周波半導体装置用パッケージを用いた高周波半導体装置の内部の模式平面図（蓋部は省略）である。
高周波半導体装置は、パッケージ５と、高周波半導体素子６０と、を有する。高周波半導体素子６０は、たとえば、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓやＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮなどからなるＨＥＭＴ（High  Electron  Mobility  Transisitor）などとすることができる。まや、高周波半導体装置は、入力回路６２と、出力回路６４と、をさらに有することができる。
【００３３】
入力回路６２や出力回路６４は、マイクロストリップラインを含んでいる。他方、第１および第２の金属壁１０、２０は接地電位となるので、フィードスルー部５０の線路パターン５４は、第１および第２の金属壁１０、２０に囲まれストリップラインとなる。ストリップラインのインピーダンスは、マイクロストリップラインのインピーダンスよりも低い。ストリップラインとなるフィードスルー部５０の長さが大きいほど、線路パターン５４のインピーダンスが低下する。
【００３４】
本実施形態の高周波半導体装置では、第１の金属壁１０の厚さＴ１を縮小し、線路パターン５４の長さを小さくできる。このため、線路パターン５４の寄生容量Ｃ１を低減し、５ＧＨｚ以上でも高周波特性の低下が抑制できる。これらの高周波半導体装置は、レーダー装置、衛星通信基地局などに用いることができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
５  高周波半導体装置用パッケージ、１０  第１の金属壁、１０ａ  開口部、１０ｂ  下面、１０ｃ  上面、２０  第２の金属壁、３０  金属ベースプレート、４０  蓋部、５０、２５０  フィードスルー部、５２ａ  第１の絶縁体層、５２ｂ  第２の絶縁体層、５４  線路パターン、６０  半導体装置、２１０  第１の金属壁、２１０ｂ  開口部、２２０  第２の金属壁、Ｔ１  第１の金属壁の厚さ、Ｔ２  第２の金属壁の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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