(57)【要約】【課題】半導体素子収納用パッケージの歪を生じ難くしてパッケージ内部を気密に保持するとともに半導体素子の作動性を良好なものとすること。【解決手段】半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子５が載置される載置部１ｂが形成されるとともに四隅部に外側に延出したネジ止め部１ａがそれぞれ形成された四角形状の金属製の基体１と、この基体１の上側主面の外周部に載置部１ｂを囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子４の取付部３ａが形成された金属製の枠体３と、取付部３ａに嵌着された、枠体３の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミックス製の入出力端子４とを具備しており、ネジ止め部１ａは、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されている。【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が載置される載置部が形成されるとともに四隅部に外側に延出したネジ止め部がそれぞれ形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された、前記枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミックス製の入出力端子とを具備しており、前記ネジ止め部は、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成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】
請求項１記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）を図７、図８に示す。図７はパッケージの平面図、図８は図７のパッケージの断面図である。これらの図において、２１は四角形状の基体、２３は枠体、２４は入出力端子を示し、これら基体２１、枠体２３、入出力端子２４とで、内部空間に半導体素子２５を収容する容器が基本的に構成される。
【０００３】
基体２１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成り、基体２１の上側主面の中央部には、半導体集積回路素子（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を載置するための載置部２１ｂが設けられている。また、基体２１の四隅部に外側に延出して設けられた張出部から成るネジ止め部２１ａが設けられている。この基体２１は、ネジ止め部２１ａの貫通穴にネジを挿入し外部電気回路基板にネジ止め固定される。
【０００４】
基体２１の上側主面の外周部には、載置部２１ｂを囲繞するようにして接合された枠体２３が立設されている。この枠体２３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、基体２１に銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。
【０００５】
枠体２３は、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子２４を取り付けるための取付部が形成されている。そして、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体等のセラミックスから成る入出力端子２４が枠体２３の取付部にＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。
【０００６】
入出力端子２４は、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された枠体２３の内外を導通するメタライズ配線層を有する四角形状の平板部およびこの平板部の上面にメタライズ配線層の一部を間に挟んで接合された直方体状の立壁部とから成り、この入出力端子２４の枠体２３外面側のメタライズ配線層にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るリード端子２６がＡｇロウ等のロウ材を介して電気的に接続されることによってパッケージが製作される（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
このような構成のパッケージの載置部２１ｂに半導体素子２５を載置固定した後、半導体素子２５の電極と入出力端子２４の枠体２３内面側のメタライズ配線層とをボンディングワイヤで電気的に接続し、枠体２３の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体２７をシーム溶接法等の溶接法により接合することによって、製品としての半導体装置と成る。そして、ネジ止め部２１ａの貫通穴にネジを挿入し、基体２１を外部電気回路基板にネジ止め固定する。この半導体装置は、リード端子２６が外部電気回路に接続され、半導体素子２５が外部電気回路に電気的に接続されることによって、半導体素子２５が高周波信号で作動することとなる。
【０００８】
また、半導体素子２５がＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子である場合には、枠体２３の側部に光ファイバ２８を挿通させるための貫通孔が設けられ、半導体素子２５の光入出力端面と光ファイバ２８の光入出力端面が対向するようにして、光ファイバ２８が枠体２３の貫通孔に挿通固定される。
【０００９】
このような光半導体素子を収納するパッケージとしては、下記の特許文献２に記載されているように、ネジ止め部２１ａを基体２１，枠体２３よりも縦弾性係数の低い材質、例えば、Ｃｕ，Ｃｕ合金，アルミニウム（Ａｌ），Ａｌ合金等で形成し、基体２１にＡｇロウ付けする構成が提案されている。これにより、ネジ止め部２１ａをネジ止め固定しても、ネジ止め部２１ａが主に変形して基体２１の変形が抑えられ、半導体素子２５と光ファイバ２８との光入出力端面が対向した状態を維持することができるというものである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−５４６５７号公報
【特許文献２】
特開平６−８２６５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に示される構成においては、基体２１をネジ止めして外部電気回路基板に固定した際、ネジ止めにより基体２１に歪みが発生し、入出力端子２４にクラック等の破損が生じ、パッケージ内部を気密に保持できなくなるという問題点があった。
【００１２】
また、半導体素子２５が光半導体素子である場合には、ネジ止めにより発生した基体２１の歪みで、光ファイバ２８の位置がずれ、半導体素子２５と光ファイバ２８とを光学的に結合できなくなって、光信号を入出力できなくなるという問題点もあった。
【００１３】
また、上記特許文献２に示される構成においては、ネジ止め部２１ａを構成するＣｕの焼きなまし温度が約４５０℃、Ａｌの焼きなまし温度が約４００℃であるため、ネジ止め部２１ａを約８００℃で基体２１にＡｇロウ付けする際に、ネジ止め部２１ａが焼きなまされ、ネジ止め部２１ａが変形する。このようにネジ止め部２１ａが変形した状態で、基体２１を外部電気回路基板にネジ止め固定すると、基体２１を外部電気回路基板に密着できず隙間が生じ、半導体素子２５から発生する熱を外部に効率よく放散できなくなり、その結果、半導体素子２５の温度が上昇し、半導体素子２５が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１４】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、パッケージの歪を生じ難くしてパッケージ内部を気密に保持するとともに半導体素子の作動性を良好なものとすることにある。
【００１５】
【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が載置される載置部が形成されるとともに四隅部に外側に延出したネジ止め部がそれぞれ形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された、前記枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミックス製の入出力端子とを具備しており、前記ネジ止め部は、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、ネジ止め部は、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されていることにより、半導体素子収納用パッケージを外部電気回路基板にネジ止め固定した場合に発生する歪を生じさせようとする応力をネジ止め部における貫通穴の上側の突出部が適度に変形することによって吸収し、基体に伝わり難くすることができる。その結果、入出力端子にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制でき、半導体素子収納用パッケージ内部を気密に保持することができる。また、半導体素子が光半導体素子である場合、半導体素子と光ファイバとの光学的な結合が低下するのを有効に抑制できる。
【００１７】
また、ネジ止め部は基体を延出して形成されていることから、枠体と基体とを高温でロウ付けした際にネジ止め部が変形することはなく、基体を外部電気回路基板に良好に密着させてネジ止め固定することができ、半導体素子から発生する熱を外部に効率よく放散させることもできる。その結果、半導体素子の温度の上昇を抑え、半導体素子を正常に作動させ得る。
【００１８】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１のパッケージの断面図である。また、図３は本発明のパッケージにおけるネジ止め部の断面図である。これらの図において、１は基体、３は枠体、４は入出力端子、６はリード端子を示し、基体１と枠体３と入出力端子４とで半導体素子５を内部に収納する容器が基本的に構成される。
【００２１】
本発明のパッケージは、図１〜図３に示すように、上側主面に半導体素子５が載置される載置部１ｂが形成されるとともに四隅部に外側に延出したネジ止め部１ａがそれぞれ形成された四角形状の金属製の基体１と、この基体１の上側主面の外周部に載置部１ｂを囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子４の取付部３ａが形成された金属製の枠体３と、取付部３ａに嵌着された、枠体３の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミックス製の入出力端子４とを具備しており、ネジ止め部１ａは、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されている。
【００２２】
本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施したり、射出成形と切削加工等を施すことによって所定形状に製作される。基体１の上側主面には、半導体素子５を載置する載置部１ｂが設けられる。この基体１は、半導体素子５が作動時に発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割をも果たす。基体１の表面には、酸化腐食の防止や半導体素子５のロウ付け等による載置固定を良好にするために、厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍの金（Ａｕ）層から成る金属層をめっき法等により被着させておくとよい。また、半導体素子５の熱を効率よく外部へ放熱させるために、半導体素子５がペルチェ素子等の熱電冷却素子（図示せず）に搭載された状態で載置部１ｂに載置固定されていてもよい。
【００２３】
基体１は四角形状で、その四隅部に外側に延出したネジ止め部１ａが形成されている。ネジ止め部１ａは、光ファイバ８が枠体３に固定されている場合、図１に示すように、光ファイバ８が固定されている枠体３の側面側およびこの面に対向する側面側に形成されているのがよい。これにより、パッケージを外部電気回路基板にネジ止め固定した際に発生する応力が、光ファイバ８が固定されている枠体３の側面部に加わるのを抑制することができる。即ち、互いに逆の方向に延出した２つのネジ止め部１ａの間に位置する部分において曲げ応力が最も大きくなり易いのに対し、枠体３の同じ側面側にある２つのネジ止め部１ａの間に位置する部分においては曲げ応力は小さく、この曲げ応力の小さい部分で光ファイバ８を固定することにより、光ファイバ８の位置がずれるのを有効に抑制することができる。
【００２４】
また、ネジ止め部１ａは、光ファイバ８が枠体３に固定されていない場合には、枠体３の入出力端子４が嵌着されている側面側に形成されているのがよい。これにより、枠体３の同じ側面側にある２つのネジ止め部１ａの間に位置する部分、即ち曲げ応力の小さい部分で入出力端子４を嵌着することにより、入出力端子４に加わる応力を小さくして入出力端子４にクラックが生じるのを有効に抑制できる。
【００２５】
また、基体１の上側主面の外周部には、載置部１ｂを囲繞するようにしてＡｇロウ等のロウ材を介して接合された枠体３が立設されており、枠体３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。枠体３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属から成る平面視形状が四角形状の枠状体であり、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施したり、射出成形と切削加工等を施すことによって所定形状に製作され、基体１にＡｇロウ等のロウ材を介して接続される。また、枠体３の表面には、酸化腐食の防止や入出力端子４のロウ付け等による嵌着を良好にするために、厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属層をめっき法等により被着させておくとよい。
【００２６】
また、枠体３には、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子４を取り付けるための取付部３ａが形成されている。そして、入出力端子４が枠体３の取付部３ａにＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。
【００２７】
入出力端子４は、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された枠体３の内外を導通するメタライズ配線層を有する四角形状の平板部およびこの平板部の上面にメタライズ配線層の一部を間に挟んで接合された直方体状の立壁部とから構成され、枠体３の側部に設けられた取付部３ａにＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。
【００２８】
入出力端子４を構成する上記の平板部および立壁部は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスから成り、セラミックグリーンシートを打ち抜き加工し、セラミックグリーンシートを多層積層し焼成することによって形成される。
【００２９】
入出力端子４の平板部の上面に設けられたメタライズ配線層は、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の導体ペーストを焼成することにより形成され、枠体３外側のメタライズ配線層にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るリード端子６がＡｇロウ等のロウ材を介して電気的に接続される。
【００３０】
本発明のパッケージは、図３に示すように、ネジ止め部１ａは、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されている。これにより、パッケージを外部電気回路基板にネジ止め固定した場合に発生する歪を生じさせようとする応力をネジ止め部１ａにおける貫通穴の上側の突出部１ｃが適度に変形することによって吸収し、基体１に伝わり難くすることができる。その結果、入出力端子４にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制でき、パッケージ内部を気密に保持することができる。また、半導体素子５が光半導体素子である場合、半導体素子５と光ファイバ８との光学的な結合が低下するのを有効に抑制できる。
【００３１】
また、ネジ止め部１ａは基体１を延出して形成されていることから、枠体３と基体１とを高温でロウ付けした際にネジ止め部１ａが変形することはなく、基体１を外部電気回路基板に良好に密着させてネジ止め固定することができ、半導体素子５から発生する熱を外部に効率よく放散させることもできる。その結果、半導体素子５の温度の上昇を抑え、半導体素子５を正常に作動させ得る。
【００３２】
ネジ止め部１ａにおける貫通穴は、円形，楕円形等の円形状であり、図３に示すように内周面に段差が形成されていてもよい。この場合、貫通穴の上側の突出部１ｃが段差部分を支点として大きく変形することができ、突出部１ｃに加わる応力を緩和する効果が大きくなる。また、貫通穴は、内径が下側から上側にかけて滑らかに変化するように形成されていてもよい。この場合、突出部１ｃの変形による応力緩和効果を有しながら突出部１ｃの強度を大きくすることもでき、突出部１ｃが変形することによって生じ易くなる破損を有効に抑制することができる。
【００３３】
突出部１ｃの厚みＡ（図３）はネジ止め部１ａの厚みをＢとした場合に、Ｂ／５≦Ａ≦３Ｂ／５とするのがよく、ネジ止め部１ａをネジ止め固定した場合に、基体１に歪を生じさせようとする応力を突出部１ｃが適度に変形することによって吸収し、入出力端子４にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制できる。Ａ＜Ｂ／５の場合、突出部１ｃが大きく変形して突出部１ｃが破断し易くなり、基体１をネジ止め固定するのが困難になる。また、Ａ＞３Ｂ／５の場合、突出部１ｃが変形し難くなって突出部１ｃで吸収される応力が小さくなり、ネジ止め固定時に基体１に歪みが生じ易くなる。
【００３４】
また、ネジ止め部１ａにおける貫通穴の上側の内径Ｃ（図３）は下側の内径をＤとした場合に、Ｄ／３≦Ｃ≦５Ｄ／６とするのがよく、ネジ止め部１ａをネジ止め固定した場合に、基体１に歪を生じさせようとする応力を吸収して入出力端子４にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制できる。Ｃ＜Ｄ／３の場合、突出部１ｃが大きく変形し、突出部１ｃが破断し易くなるとともに、ネジ止め部１ａを大きくする必要があり近時の小型化傾向に適さないものとなる。また、Ｃ＞５Ｄ／６の場合、突出部１ｃで吸収される応力が小さくなり、ネジ止め固定時に基体１に歪みが生じ易くなる。
【００３５】
また、図３の構成において、図４にネジ止め部１ａの断面図で示すように、ネジ止め部１ａの上面の貫通穴の開口の周囲に全周にわたって溝が形成されていてもよい。この場合、突出部１ｃがより変形して応力を緩和し易くなる。さらに、図５にネジ止め部１ａの断面図で示すように、段差の側面と天井面との間に凹んだ曲面状の溝を全周にわたって形成してもよい。これにより、突出部１ｃがより変形して応力を緩和し易くなる。また、図６にネジ止め部１ａの平面図で示すように、突出部１ｃの上下面を貫通するスリット状の切り込みを複数、等間隔で形成してもよい。これにより、突出部１ｃがより変形して応力を緩和し易くなる。なお、これらを組み合わせてもよい。
【００３６】
上記構成のパッケージの載置部１ｂに半導体素子５を載置固定した後、半導体素子５の電極と入出力端子４のメタライズ配線層の枠体３内側の部位とをボンディングワイヤで電気的に接続し、枠体３の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体７をシーム溶接法等の溶接法により接合し、半導体素子５を気密に封止することにより、製品としての半導体装置となる。
【００３７】
また、半導体素子５がＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子である場合には、枠体３の側部に光ファイバ８を挿通させるための貫通孔３ｂが設けられ、半導体素子５の光入出力端面と光ファイバ８の光入出力端面が対向するようにして、貫通孔３ｂに石英等の透光性材料からなる光ファイバ８がロウ付け等により挿通固定される。
【００３８】
そして、ネジ止め部１ａの貫通穴にネジを挿入し基体１を外部電気回路基板にネジ止め固定し、リード端子６を外部電気回路に接続することにより、半導体装置内部に収納した半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が電気信号で作動することとなる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは可能である。
【００４０】
【発明の効果】
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が載置される載置部が形成されるとともに四隅部に外側に延出したネジ止め部がそれぞれ形成された四角形状の金属製の基体と、この基体の上側主面の外周部に載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された金属製の枠体と、取付部に嵌着された、枠体の内外を電気的に導通するメタライズ配線層を有するセラミックス製の入出力端子とを具備しており、前記ネジ止め部は、ネジが挿通される上下面間を貫通する貫通穴が、横断面形状が円形状で、かつ下側よりも上側が小径とされて形成されていることにより、半導体素子収納用パッケージを外部電気回路基板にネジ止め固定した場合に発生する歪を生じさせようとする応力をネジ止め部における貫通穴の上側の突出部が適度に変形することによって吸収し、基体に伝わり難くすることができる。その結果、入出力端子にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制でき、半導体素子収納用パッケージ内部を気密に保持することができる。また、半導体素子が光半導体素子である場合、半導体素子と光ファイバとの光学的な結合の低下も有効に抑制できる。
【００４１】
また、ネジ止め部は基体を延出して形成されていることから、枠体と基体とを高温でロウ付けした際にネジ止め部が変形することはなく、基体を外部電気回路基板に良好に密着させてネジ止め固定することができ、半導体素子から発生する熱を外部に効率よく放散させることもできる。その結果、半導体素子の温度の上昇を抑え、半導体素子を正常に作動させ得る。
【００４２】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】図１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におけるネジ止め部の拡大断面図である。
【図４】本発明の半導体素子収納用パッケージにおけるネジ止め部について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体素子収納用パッケージにおけるネジ止め部について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体素子収納用パッケージにおけるネジ止め部について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図７】従来の半導体素子収納用パッケージの平面図である。
【図８】図７の半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：ネジ止め部
１ｂ：載置部
１ｃ：突出部
３：枠体
４：入出力端子
５：半導体素子
【図１】
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【図２】
2004221327.tif 000004
【図３】
2004221327.tif 000005
【図４】
2004221327.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004221327.tif 000008
【図７】
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【図８】
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