(57)【要約】【課題】高周波信号の反射損失を低減することのできる、高周波信号の伝送特性に優れた半導体素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】上側主面に半導体素子５の載置部１ａを有する基体１と、この上側主面に載置部１ａを囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から成る同軸コネクタ３の保持部材１１の取付部２ａが設けられた枠体２と、取付部に取着され、同軸コネクタ３の挿着孔１１ｂが形成された保持部材１１と、挿着孔１１ａに挿着された同軸コネクタ３と、枠体２の内側の貫通孔２ａまたは切欠き部の下方の部位に設けられた棚部１１ａの上面に設置され、絶縁基板の上面に中心導体が電気的に接続されるとともに半導体素子５がボンディングワイヤ７を介して電気的に接続される線路導体６ａが形成された回路基板６とを具備して成る半導体素子収納用パッケージであって、ボンディングワイヤ７の長さが０．１〜１ｍｍである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に半導体素子を載置するための載置部を有する基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から成る同軸コネクタの保持部材の取付部が設けられた枠体と、前記取付部に取着され、前記枠体の外側より内側にかけて中心部を貫通して前記同軸コネクタが挿着される挿着孔が形成された前記保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに前記挿着孔に挿着された前記同軸コネクタと、前記枠体の内側の前記貫通孔または前記切欠き部の下方の部位に設けられた棚部の上面に設置され、絶縁基板の上面に前記中心導体が電気的に接続されるとともに前記半導体素子がボンディングワイヤを介して電気的に接続される線路導体が形成された回路基板とを具備して成る半導体素子収納用パッケージであって、前記ボンディングワイヤの長さが０．１〜１ｍｍであることを特徴とする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、信号入出力部に同軸コネクタを用いた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、光通信分野で用いられる半導体素子や、マイクロ波帯・ミリ波帯等の高周波信号で駆動され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は、半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子として同軸コネクタが用いられている。この同軸コネクタを具備した半導体素子収納用パッケージの従来例を図２に断面図で示す。同図において、２１は基体、２２は枠体、２３は同軸コネクタ、２４は蓋体、２６は回路基板、３１は保持部材である。
【０００３】
基体２１は鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン等の金属から成る略四角形状の板状体であり、その上側主面の略中央部には、ＩＣ・ＬＳＩ・半導体レーザ（ＬＤ）・フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子２５を搭載するための載置部２１ａが形成されている。載置部２１ａには、例えば半導体素子２５が半田等の接合材により載置固定され、半導体素子２５は、その電極が回路基板２６に被着形成されている線路導体２６ａにワイヤボンディング２７を介して電気的に接続される。
【０００４】
また、基体２１の上側主面の外周部には載置部２１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５を収容する空所を形成する機能を有する。この枠体２２は、基体２１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体２１と一体成形される、または基体２１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、あるいはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２１の上側主面の外周部に立設される。
【０００５】
さらに、枠体２２の側部には同軸コネクタ２３の保持部材３１が取付けられる貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ内には、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる保持部材３１が挿入されるとともに、保持部材３１の外周面と貫通孔２２ａの内周面とが銀ろう等のろう材を介して嵌着接合されている。
【０００６】
また、保持部材３１には、回路基板２６を上面に設置するための棚部３１ａと同軸コネクタ２３を挿入するための挿着孔３１ｂが設けられている。そして、棚部３１ａには、一方の主面に線路導体２６ａを、他方の主面に接地導体２６ｃを具備した回路基板２６が、接地導体２６ｃ側が棚部３１ａ側となるようにして銀ろう等のろう材から成る接合材２６ｄを介して被着固定されている。
【０００７】
さらに、挿着孔３１ｂは枠体２２の内外を貫通するように形成されており、これに同軸コネクタ２３を挿入するとともに外周導体２３ａとの間に半田等の封着材２８を挿入することによって、同軸コネクタ２３が固定されている。
【０００８】
また、同軸コネクタ２３の中心導体２３ｂの先端部は、回路基板２６の上面に突出して位置しており、中心導体２３ｂの先端部と線路導体２６ａの上面とは半田等の導電性接着材２６ｂを介して電気的に接続している。
【０００９】
なお、同軸コネクタ２３は、内部に収容する半導体素子２５を外部の同軸ケーブル３０に電気的に接続するものであり、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体２３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る中心導体２３ｂが絶縁体２３ｃを介して固定された構造をしている。
【００１０】
かくして、グランドとしての外周導体２３ａが保持部材３１に半田等の封着材２８を介して電気的に接続され、さらに信号線路としての中心導体２３ｂが回路基板２６の線路導体２６ａに半田等から成る導電性接着材２６ｂを介してそれぞれ電気的に接続される。
【００１１】
なお、高周波信号は、挿着孔３１ｂ・３１ｃ部においては挿着孔３１ｂ・３１ｃの中心部に位置し同軸線路となっている同軸コネクタ２３の中心導体２３ａを伝送し、保持部材３１の枠体２２内側の面から出て線路導体２６ａの一端の半田等の導電性接着材２５ｂに達したあとは、所定の特性インピーダンスに整合された伝送線路となっている線路導体２６ａ上を伝送する。
【００１２】
そして、枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウェルド法等の溶接法によって接合し、基体２１、枠体２２および蓋体２４からなる容器内部に半導体素子２５を収容し気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００１３】
なお、保持部材３１の貫通孔３１ｃ内に挿入固定される同軸コネクタプラグ２９は、外部電気回路に接続された同軸ケーブル３０と保持部材３１に挿着された同軸コネクタ２３とを接続するためのプラグであり、その外周面はネジ切されており、内周面にネジ切を有する貫通孔３１ｃにネジ止めされている。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−１６４４５３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体素子と回路基板の線路導体とを電気的に接続するボンディングワイヤのＬ成分（誘導性成分）が非常に大きいために、回路基板の線路導体の特性インピーダンスとボンディングワイヤの特性インピーダンスのズレが非常に大きくなって高周波信号のロス（損失）の原因となり、その結果、ボンディングワイヤを介することで高周波信号のロスおよび信号の伝播モードのずれが非常に大きくなってしまい、高周波信号の入出力時における反射損失が大きくなり、具体的には１０ＧＨｚ以上の高周波信号における反射損失が−１５ｄＢ以上と大きなものとなってしまうという問題点を有していた。
【００１６】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたもので、その目的は高周波信号の反射損失を低減することのできる、高周波信号の伝送特性に優れた半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子を載置するための載置部を有する基体と、この基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔または切欠き部から成る同軸コネクタの保持部材の取付部が設けられた枠体と、前記取付部に取着され、前記枠体の外側より内側にかけて中心部を貫通して前記同軸コネクタが挿着される挿着孔が形成された前記保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに前記挿着孔に挿着された前記同軸コネクタと、前記枠体の内側の前記貫通孔または前記切欠き部の下方の部位に設けられた棚部の上面に設置され、絶縁基板の上面に前記中心導体が電気的に接続されるとともに前記半導体素子がボンディングワイヤを介して電気的に接続される線路導体が形成された回路基板とを具備して成る半導体素子収納用パッケージであって、前記ボンディングワイヤの長さが０．１〜１ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成においてボンディングワイヤの長さを０．１〜１ｍｍとしたことから、ボンディングワイヤはそのＬ成分（誘導性成分）が小さく、かつ線路導体との特性インピーダンスのズレが非常に小さなものとなり、その結果、半導体素子への高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の半導体素子収納用パッケージについて添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体、３は同軸コネクタ、４は蓋体、６は回路基板、７はボンディングワイヤ、１１は保持部材であり、主にこれらで本発明の半導体素子収納用パッケージが構成される。
【００２０】
基体１は鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン等の金属からなる略四角形状の板状体であり、その上側主面の略中央部には、ＩＣ・ＬＳＩ・半導体レーザ（ＬＤ）・フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子５を搭載するための載置部１ａが形成されている。載置部１ａには、半導体素子５が半田等の接合材により載置固定されている。半導体素子５は、その電極が後述する回路基板６に被着形成されている線路導体６ａにボンディングワイヤ７を介して電気的に接続される。
【００２１】
そして、本発明の半導体素子収納用パッケージにおいては、ボンディングワイヤ７の長さを０．１〜１ｍｍとすることが重要である。
【００２２】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、ボンディングワイヤ７の長さを０．１〜１ｍｍとしたことから、ボンディングワイヤ７はそのＬ成分（誘導性成分）が小さく、かつ線路導体との特性インピーダンスのズレが非常に小さなものとなり、その結果、半導体素子５への高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【００２３】
なお、ボンディングワイヤ７の長さが１ｍｍを超えるとボンディングワイヤ７のＬ成分（誘導性成分）が大きくなり過ぎ、良好な特性インピーダンスが得られなくなり、半導体素子５を正常に作動させることが困難となる傾向がる。また、ボンディングワイヤ７の長さが０．１ｍｍ未満の場合、半導体素子５および線路導体６ａ間のボンディング引回し作業が困難となり、ボンディング接合が不十分となる可能性がある。従って、ボンディングワイヤ７の長さを０．１〜１ｍｍの範囲とすることが重要である。
【００２４】
また、ここでボンディングワイヤ７の長さとは、ボンディングワイヤ７と半導体素子５の電極との接合部およびボンディングワイヤ７と線路導体６ａとの接合部間におけるボンディングワイヤ７の最短長さをいう。
【００２５】
さらに、ボンディングワイヤ７の長さを０．１〜１ｍｍの範囲とするには、通常、半導体素子５は、その厚みが数ｍｍ以内であり、その表面の高さ位置が回路基板６の線路導体６ａ表面の高さ位置と大きく異なるので、図１に示すように半導体素子５を載置部１ａに台座１２を介して載置し、半導体素子５表面の高さ位置と回路基板６の線路導体６ａ表面の高さ位置と同じにし、さらに半導体素子５の電極と線路導体６ａとを接触しない程度の距離を空けて近接して配置すればよい。
【００２６】
なお、線路導体６ａと半導体素子５の電極との距離を０．７ｍｍとし、ボンディングワイヤ７のループ高さを０．１５ｍｍにすることにより、ボンディングワイヤ７の長さを１．０ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
なお、このような台座１２は、半導体素子５が発生する熱を良好に放散させるという観点からは放熱性の良好な銅やアルミニウム等の金属、基体１や枠体２と同じ材料により形成される。
【００２８】
また、基体１の上側主面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を収容する空所を形成する。この枠体２は基体１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、あるいはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体１の上側主面の外周部に立設される。
【００２９】
さらに、枠体２の側部には後述する同軸コネクタ３を保持・固定する保持部材１１が嵌着される貫通孔２ａが形成されており、貫通孔２ａ内には、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる保持部材１１が挿入されるとともに、保持部材１１の外周面と貫通孔２ａの内周面とが銀ろう等のろう材を介して嵌着接合されている。
【００３０】
また、保持部材１１には、回路基板６を上面に設置するための棚部１ａと同軸コネクタ３を挿入するための挿着孔１１ｂが設けられている。そして、棚部１ａには、一方の主面に線路導体６ａを、他方の主面に接地導体６ｃを具備した回路基板６が、接地導体６ｃ側が棚部１ａ側となるようにして銀ろう等のろう材から成る接合材６ｄを介して被着固定されている。
【００３１】
なお、回路基板６は、次に述べる方法により製作される。
絶縁基板は、線路導体６ａおよび接地導体６ｃを支持する機能を有し、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、酸化アルミニウム質焼結体や窒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・窒化珪素質焼結体・ガラス−セラミックス等の無機材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等のセラミック原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタブレード法を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工・積層加工・切断加工を施すことにより絶縁基板用の生セラミック成形体を得るとともにこの生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３２】
線路導体６ａは、半導体素子５および同軸コネクタ３の中心導体３ｃ間の電気信号を伝送する機能を有し、絶縁基板の一方の主面にその一辺から対向する辺にかけて直線状に形成されている。また、接地導体６ｃは、保持部材１１と電気的に接続して接地する機能を有し、絶縁基板の他方の主面の略全面に形成されている。
【００３３】
このような線路導体６ａおよび接地導体６ｃは、絶縁基板がポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る場合は一般に銅めっきにより形成され、絶縁基板が酸化アルミニウム質焼結体等の無機材料から成る場合は、タングステンやモリブデン、マンガン等から成り、例えば、絶縁基板が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、タングステンの粉末に有機溶剤・溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、あらかじめ主面となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、セラミックグリーンシートを焼成することによって絶縁基板の主面に形成され、回路基板６となる。
【００３４】
なお、線路導体６ａおよび接地導体６ｃはその表面に、酸化防止のためおよび中心導体３ａやボンディングワイヤ７との接続を強固にするために、厚みが０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をめっき法により順次被着させておくことが好ましい。
【００３５】
さらに、挿着孔１ｂは枠体２の内外を貫通するように形成されており、これに同軸コネクタ３を挿入するとともに外周導体３ａとの間に半田等の封着材８を挿入することによって、同軸コネクタ３が固定されている。
【００３６】
なお、このような基体１や枠体２、保持部材１１は、これらが例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合は、鉄−ニッケル−コバルト合金の母材を従来周知の打抜き加工や切削加工することによって製作される。
【００３７】
また、同軸コネクタ３の中心導体３ｂの先端部は、回路基板６の上面に突出して位置しており、中心導体３ｂの先端部と線路導体６ａの上面とは半田等の導電性接着材６ｂを介して電気的に接続している。
【００３８】
なお、同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体素子５を外部の同軸ケーブル１０に電気的に接続するものであり、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る中心導体３ｂが絶縁体３ｃを介して固定された構造をしている。
【００３９】
また、外周導体３ａおよび中心導体３ｂは、例えばこれらが鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合は、円筒状および棒状の鉄−ニッケル−コバルト合金を所望の長さに切断することによって製作される。さらに、絶縁体３ｃは、例えば酸化珪素を７０〜７３質量％、酸化ホウ素を２３〜２６質量％、酸化アルミニウムを０．２〜２質量％、酸化カリウムを０．２〜２質量％、酸化ナトリウムを０．２〜１質量％および酸化リチウムを０．２〜２質量％含むガラスから成り、長さが外周導体３ａの長さとほぼ同じで、リング状に成形したガラスを外周導体３ｂの内部に挿入し、次に、リング状のガラスの穴に中心導体３ｂを挿入し、しかる後数１００℃の温度でガラスを加熱・溶融することにより同軸コネクタ３が製作される。
【００４０】
かくして、グランドとしての外周導体３ａが保持部材１１に半田等の封着材８を介して電気的に接続され、さらに信号線路としての中心導体３ｂが回路基板６の線路導体６ａに半田等から成る導電性接着材６ｂを介してそれぞれ電気的に接続される。
【００４１】
なお、高周波信号は、挿着孔１１ｂ・１１ｃ部においては挿着孔１１ｂ・１１ｃの中心部に位置し同軸線路となっている同軸コネクタ３の中心導体３ａを伝送し、保持部材１１の枠体２内側の面から出て線路導体６ａの一端の半田等の導電性接着材６ｂに達したあとは、所定の特性インピーダンスに整合された伝送線路となっている線路導体６ａ上を伝送する。なお、一般にこのような線路導体６ａは、マイクロストリップ線路やコプレナ線路の構造をとることが多い。
【００４２】
そして、枠体２の上面に蓋体４をろう付け法やシームウェルド法等の溶接法によって接合し、基体１、枠体２および蓋体４からなる容器内部に半導体素子５を収容し気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００４３】
また、保持部材１１の貫通孔１１ｃ内に挿入固定される同軸コネクタプラグ９は、外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０と保持部材１１に挿着された同軸コネクタ３とを接続するためのプラグであり、その外周面はネジ切されており、内周面にネジ切を有する貫通孔１１ｃにネジ止めされている。
【００４４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００４５】
【実施例】
回路基板の線路導体と半導体素子の電極を近接させて配置し、ボンディングワイヤの長さが０．１〜１．２ｍｍの半導体装置を作成して、周波数が４０ＧＨｚまでの反射損失を測定した。図３に示すように、ボンディングワイヤの長さが１ｍｍ以内では、周波数４０ＧＨｚまで反射損失（Ｒｅｔｕｒｎ  Ｌｏｓｓ）が−１５ｄＢ以下と良好なものとなることがわかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成においてボンディングワイヤの長さを０．１〜１ｍｍとしたことから、ボンディングワイヤはそのＬ成分（誘導性成分）が小さく、かつ特性インピーダンスが非常に小さなものとなり、その結果、半導体素子への高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた半導体装置の周波数−反射損失の関係を示す図である。
【符号の説明】
１、２１・・・・・・・・・・基体
２、２２・・・・・・・・・・枠体
２ａ・・・・・・・・・・・取付部（貫通孔）
３、２３・・・・・・・・・・同軸コネクタ
３ａ、２３ａ・・・・・・・・外周導体
３ｂ、２３ｂ・・・・・・・・中心導体
３ｃ、２３ｃ・・・・・・・・絶縁体
４、２４・・・・・・・・・・蓋体
５、２５・・・・・・・・・・半導体素子
６、２６・・・・・・・・・・回路基板
６ａ、２６ａ・・・・・・・・線路導体
７、２７・・・・・・・・・ワイヤボンディング
１１、３１・・・・・・・・・保持部材
【図１】
2004152868.tif 000003
【図２】
2004152868.tif 000004
【図３】
2004152868.tif 000005