(57)【要約】【課題】高周波信号の伝送効率に優れた半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供すること。【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、基体１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２ｂが形成された金属製の枠体２と、貫通孔２ｂに嵌着された同軸コネクタ３とを具備し、枠体２の内面の貫通孔２ｂの下方の部位に棚部２ａが設けられているとともに、棚部２ａの上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が貫通孔２ｂの軸方向に略平行な凹部２ｃが設けられており、凹部２ｃの開口縁の対向する２辺の貫通孔２ｂ側の端部に半円状の切欠き部２ｄがそれぞれ形成されており、凹部２ｃに半導体素子５と中心導体３ｂとを電気的に接続する線路導体６ａが上面に形成された回路基板６が嵌め込まれている。【選択図】　図２
2004022956.tif 000002
【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、側部に貫通孔が形成された金属製の枠体と、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貫通孔に嵌着された同軸コネクタとを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記枠体の内面の前記貫通孔の下方の部位に棚部が設けられているとともに該棚部の上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が前記貫通孔の軸方向に略平行な凹部が形成されており、該凹部の開口縁の前記対向する２辺の前記貫通孔側の端部に半円状の切欠き部がそれぞれ形成されており、前記凹部に前記中心導体と前記半導体素子とを電気的に接続する線路導体が上面に形成された回路基板が嵌め込ま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同軸コネクタに前記線路導体を介して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、光通信やマイクロ波通信、ミリ波通信等の分野で使用される高い周波数で作動する各種半導体素子を収納し、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および半導体装置に関する。
【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（以下、半導体パッケージともいう）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。
【０００３】
この同軸コネクタを具備した半導体パッケージを図３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は回路基板である。基体２１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）合金等の金属から成る略四角形の板状体であり、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を搭載して成る回路基板２６を載置する載置部２１ａが形成されている。載置部２１ａには、半導体素子２５が、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等から成る回路基板２６に搭載された状態で載置固定される。
【０００４】
なお、回路基板２６に搭載された半導体素子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にボンディングワイヤ２７等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
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が設けられており、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。この枠体２２は、基体２１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等から成り、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、またはシーム溶接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設けられる。この枠体２２の側部には同軸コネクタ２３が嵌着される円形の貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａに同軸コネクタ２３を嵌め込んで半田等の封着材２８を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材２８を溶融させ、溶融した封着材２８を毛細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａ内面との隙間に充填させることにより、同軸コネクタ２３が貫通孔２２ａに封着材２８を介して嵌着接合される。
【０００６】
同軸コネクタ２３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒状の外周導体２３ａの中心軸部分に、信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体２３ｂが絶縁体２３ｃを介して固定されて成る。そして、接地導体としての外周導体２３ａが封着材２８を介して枠体２２に電気的に接続されており、特性インピーダンスに整合された同軸線路モードの信号線路を形成している。また、中心導体２３ｂが半田等から成る導電性接着材２６ｂを介して回路基板２６の線路導体２６ａに電気的に接続される。線路導体２６ａは、所定の特性インピーダンスに整合されたマイクロストリップ線路となっている。
【０００７】
そして、枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウエ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から成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。
【０００８】
なお、図３において、２１ｂは基体２１を外部電気回路基板等にネジ止めするための貫通孔、２２ｂは同軸コネクタプラグ２９を嵌め込むための貫通孔、２９は同軸コネクタプラグ、３０は外部電気回路に接続された同軸ケーブルである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の半導体パッケージでは、線路導体２６ａを接地するための接地導体が回路基板２６の線路導体２６ａに対向する面（下面）側に位置する基体２１のみであり、線路導体２６ａを伝送する高周波信号（１０ＧＨｚ程度）がさらに高周波化された場合、接地導体が基体２１のみでは接地導体の面積が不十分となり、線路導体２６ａにおいて高周波信号の反射等の伝送損失が発生し、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点があった。
【００１０】
また、回路基板２６の位置が中心導体２３ｂに対して左右方向にずれると、中心導体２３ｂに対して線路導体２６ａが左右方向にずれて、中心導体２３ｂと線路導体２６ａとの接続部で高周波信号の特性インピーダンスが所定値から大きくずれ、高周波信号に反射等の伝送損失が発生するという問題点を有していた。
【００１１】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、高周波信号の伝送効率に優れた半導体パッケージを提供することである。
【００１２】
【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、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、側部に貫通孔が形成された金属製の枠体と、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貫通孔に嵌着された同軸コネクタとを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記枠体の内面の前記貫通孔の下方の部位に棚部が設けられているとともに該棚部の上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が前記貫通孔の軸方向に略平行な凹部が形成されており、該凹部の開口縁の前記対向する２辺の前記貫通孔側の端部に半円状の切欠き部がそれぞれ形成されており、
前記凹部に前記半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続する線路導体が上面に形成された回路基板が嵌め込まれていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、枠体の内面の貫通孔の下方の部位に棚部が設けられているとともに棚部の上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が貫通孔の軸方向に略平行な凹部が形成されており、凹部の開口縁の対向する２辺の貫通孔側の端部に半円状の切欠き部がそれぞれ形成されており、凹部に半導体素子と中心導体とを電気的に接続する線路導体が上面に形成された回路基板が嵌め込まれていることから、回路基板を棚部に設置する際の位置決めの作業性が大幅に向上し、また、中心導体に対する線路導体の位置ずれを防ぐことができ、中心導体と線路導体との接続部における高周波信号の伝送特性を向上させることができる。その結果、線路導体で伝送される高周波信号がさらに高周波化された場合にも、高周波信号の伝送特性を良好にすることができる。
【００１４】
また、凹部の貫通孔の軸方向に略平行な対向する２辺の貫通孔側の端部に半円状の切欠き部がそれぞれ形成されていることにより、凹部に回路基板を嵌めこんでロウ材等の接合材で接合する際に、接合材の溜りを切欠き部に形成することができるので、回路基板をより強固に接合することができる。また、切欠き部を設けない場合に比べ、回路基板の側面が凹部の側面に接合している長さを短くでき、回路基板に加わる棚部との熱膨張差による応力を緩和することもできる。その結果、回路基板が凹部から剥離したり、回路基板にクラック等が発生するのを防止でき、半導体素子を駆動させる高周波信号を回路基板を介して確実に伝送させることができる。
【００１５】
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同軸コネクタに前記線路導体を介して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。
【００１６】
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。
【００１７】
【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は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図、図２は図１の半導体パッケージの要部拡大断面図であり、これらの図において１は基体、２は枠体、３は同軸コネクタ、４は蓋体である。
【００１８】
本発明の半導体パッケージは、上側主面に半導体素子５を載置するための載置部１ａを有する基体１と、基体１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２ｂが形成された金属製の枠体２と、筒状の外周導体３ａおよびその中心軸に設置された中心導体３ｂならびにそれらの間に介在させた絶縁体３ｃから成るとともに貫通孔２ｂに嵌着された同軸コネクタ３とを具備している。そして、枠体２の内面の貫通孔２ｂの下方の部位に棚部２ａが設けられているとともに棚部２ａの上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が貫通孔２ｂの軸方向に略平行な凹部２ｃが形成されており、凹部２ｃの開口縁の対向する２辺の貫通孔２ｂ側の端部に半円状の切欠き部２ｄがそれぞれ形成されており、凹部２ｃに半導体素子５と中心導体３ｂとを電気的に接続する線路導体６ａが上面に形成された回路基板６が嵌め込まれている。
【００１９】
本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなる略四角形の板状体であり、その上側主面の略中央部にはＩＣ，ＬＳＩ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子５を載置する載置部１ａが形成されている。
【００２０】
なお、半導体素子５は、その電極が回路基板６の上面に形成されている線路導体６ａにボンディングワイヤ７等を介して電気的に接続されている。
【００２１】
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が設けられており、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Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成り、基体１と一体成形されることによって、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たり、シーム溶接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設けられる。
【００２２】
枠体２の内面の棚部２ａに設けられた回路基板６は、その下面に接地導体層６ｃが形成されている。そして、棚部２ａの凹部２ｃの底面に半田等の接合材６ｅを載置し、接合材６ｅの上に回路基板６を接地導体層６ｃ側の面（下面）が接合材６ｅ側になるようにして嵌め込み載置する。しかる後、接合材６ｅを加熱して溶融させ、凹部２ｃの底面および切欠き部２ｄに濡れ広がるようにし、棚部２ａ上面の凹部２ｃに回路基板６を接合し固定する。これにより、切欠き部２ｄに接合材６ｅの溜りを形成することができ、棚部２ａの凹部２ｃと回路基板６との接合強度を強固なものとすることができる。
【００２３】
正方形や長方形の略四角形の回路基板６の一辺の長さは０．５〜３ｍｍ程度である。また、回路基板６の厚みは０．２〜３ｍｍが好適である。０．２ｍｍ未満では、回路基板６が薄すぎるため、回路基板６自体の強度が弱くなりすぎて、凹部２ｃに嵌め込み接合すると熱膨張差による応力でクラックが発生したり、また、半導体素子５と線路導体６ａとをボンディングワイヤ７等で電気的に接続する際に、回路基板６にクラック等の破損が生じ易くなる。３ｍｍを超えると、回路基板６が厚くなりすぎて、線路導体６ａから接地導体層６ｃまでの距離が大きくなり、線路導体６ａに高周波信号を伝送させる際に線路導体６ａを適切なインピーダンス値とすることができなくなり、高周波信号を無駄なく伝送させるのが困難になる。
【００２４】
枠体２の貫通孔２ｂに挿入固定される同軸コネクタ３は、半導体パッケージ内部に収容する半導体素子５を外部の同軸ケーブル９に電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ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Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ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。この同軸コネクタ３は、外周導体３ａが枠体２の貫通孔２ｂに封着材８を介して、また中心導体３ｂが回路基板６の線路導体６ａに半田等の導電性接着材６ｂを介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００２５】
本発明では、棚部２ａの上面に形成された凹部２ｃに回路基板６が嵌め込まれて接合されることから、線路導体６ａと中心導体３ｂとの接続部（以下、単に「接続部」といえば線路導体６ａと中心導体３ｂとの接続部をいう）の位置を安定化させ、接続部における高周波信号の伝送特性を常に良好にすることができる。
【００２６】
また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、棚部２ａ上面の開口形状が略四角形の凹部２ｃに略四角形の回路基板６が嵌め込まれており、回路基板６の上面の中央部に半導体素子５と中心導体３ｂとを電気的に接続する線路導体６ａが、回路基板６の側面および凹部２ｃの側面に略平行に形成されている。なお、線路導体６ａに略平行な凹部２ｃの側面とは線路導体６ａの線路方向に略平行な側面である。
【００２７】
また、凹部２ｃの形状は、回路基板６を正確に位置決めして嵌め込むためには回路基板６の外形寸法より僅かに大きな内形寸法を有する略四角形が好ましい。この場合、回路基板６を凹部２ｃに上方から落とし込むようにして嵌入することができ、回路基板６の嵌め込みおよび位置決めを容易に行なうことができる。その結果、回路基板６を棚部２ａに設置する作業性がより向上するとともに、棚部２ａに対する回路基板６の位置ずれを防ぐことができる。
【００２８】
また本発明において、図２（ｂ）に示すように、凹部２ｃの開口縁の対向する２辺の貫通孔２ｂ側の端部に半円状の切欠き部２ｄがそれぞれ形成されている。この切欠き部２ｄに回路基板６を接合するための接合材６ｅの溜りを形成することができ、回路基板６を凹部２ｃに強固に接合できる。また、凹部２ｃをエンドミル等の工具を用いて金属加工によって形成する際に、半円状の切欠き部２ｄを工具の逃げとすることができ、凹部２ｃの貫通孔２ｂ側の隅部に工具の刃先形状の削り残しが発生するのを防止できる。従って、切欠き部２ｄがない場合には凹部２ｃの貫通孔２ｂ側の隅部に削り残しによる傾斜部等が形成されるが、そのような傾斜部等がないため、回路基板６を凹部２ｃの貫通孔２ｂ側の端まで入れることができ、回路基板６を凹部２ｃの所望の位置に載置することが可能となり、接続部の位置を安定化させ、接続部における高周波信号の伝送特性を常に良好にできる。
【００２９】
切欠き部２ｄの半径は０．１〜１ｍｍであるのが良く、０．１ｍｍ未満では、切欠き部２ｄに回路基板６を接合するための接合材６ｅの溜りを十分に形成することができないため、回路基板６を凹部２ｃに強固に接合することができなくなる。１ｍｍを超えると、凹部２ｃの切欠き部２ｄが形成された２側面とそれに対向する回路基板６の２側面との接合長さが十分に確保できないため、線路導体６ａを十分に接地できなくなるとともに、回路基板６の位置ずれを招き、接続部がずれて高周波信号の伝送特性を良好に保つことが困難になる。
【００３０】
本発明では、図２（ａ）のように、凹部２ｃの深さを回路基板６の厚さと略同じにして、回路基板６周囲の棚部２ａ上面を線路導体６ａと略面一とすることが好ましい。これにより、棚部２ａの上面が線路導体６ａの両側に等間隔をもって配置された同一面接地導体として機能し、線路導体６ａと棚部２ａとでコプレーナ構造とすることができる。線路導体６ａをコプレーナ構造とすることによって、線路導体６ａを伝送する高周波信号の伝送特性をさらに良好にすることができる。
【００３１】
また、上記のように線路導体６ａをコプレーナ構造とする場合、凹部２ｃの深さを回路基板６の厚さよりも若干（０．３ｍｍ程度以下）深くしてもよい。この場合にも、棚部２ａの上面が線路導体６ａに対する同一面接地導体としてより有効に機能する。
【００３２】
また、線路導体６ａに略平行な凹部２ｃの側面間の間隔を０．５〜２ｍｍ程度と小さくすることにより、数１０ＧＨｚの高周波信号が回路基板６において共振を起こすのを防ぐことができる。このように回路基板を小型化することにより、半導体パッケージを小型化することもできる。
【００３３】
そして、本発明の半導体パッケージは、半導体素子５の電極と回路基板６の上面の線路導体６ａとをボンディングワイヤ７により電気的に接続し、しかる後、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体４を半田付け法やシームウエルド法により接合することにより、製品としての半導体装置となる。この半導体装置は、基体１の対向する一対の端部に設けられた貫通孔１ｂをネジ止めすることで外部電気回路基板に実装され、同軸コネクタプラグ９と外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０とを接続することにより、半導体パッケージ内部に収容した半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。
【００３４】
なお、本発明は上述の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で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００３５】
【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を載置するための載置部を有する基体と、基体の上側主面に載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔が形成された金属製の枠体と、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貫通孔に嵌着された同軸コネクタとを具備し、枠体の内面の貫通孔の下方の部位に棚部が設けられているとともに棚部の上面に開口形状が略四角形で開口縁の対向する２辺が貫通孔の軸方向に略平行な凹部が形成されており、凹部の開口縁の対向する２辺の貫通孔側の端部に半円状の切欠き部がそれぞれ形成されており、凹部に半導体素子と中心導体とを電気的に接続する線路導体が上面に形成された回路基板が嵌め込まれていることにより、回路基板を棚部に設置する際の位置決めの作業性が大幅に向上し、また、中心導体に対する線路導体の位置ずれを防ぐことができ、中心導体と線路導体との接続部における高周波信号の伝送特性を向上させることができる。その結果、線路導体で伝送される高周波信号がさらに高周波化された場合にも、高周波信号の伝送特性を良好にすることができる。
【００３６】
また、凹部に回路基板を嵌めこんでロウ材等の接合材で接合する際に、接合材の溜りを切欠き部に形成することができるので、回路基板をより強固に接合することができる。また、切欠き部を設けない場合に比べ、回路基板の側面が凹部の側面に接合している長さを短くでき、回路基板に加わる棚部との熱膨張差による応力を緩和することもできる。その結果、回路基板が凹部から剥離したり、回路基板にクラック等が発生するのを防止でき、半導体素子を駆動させる高周波信号を回路基板を介して確実に伝送させることができる。
【００３７】
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同軸コネクタに線路導体を介して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断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の半導体素子収納用パッケージにおける枠体の棚部について実施の形態の例を示す断面図、（ｂ）は凹部に回路基板を嵌め込んだ棚部の平面図である。
【図３】従来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：載置部
２：枠体
２ａ：棚部
２ｂ：貫通孔
２ｃ：凹部
２ｄ：切欠き部
３：同軸コネクタ
３ａ：外周導体
３ｂ：中心導体
３ｃ：絶縁体
５：半導体素子
６：回路基板
６ａ：線路導体
【図１】
2004022956.tif 000003
【図２】
2004022956.tif 000004
【図３】
2004022956.tif 000005