(57)【要約】【課題】搭載される半導体素子とリード端子とを接近させて高周波特性を改善し得る半導体パッケージを提供する。【解決手段】レーザダイオード２３を放熱するためのヒートシンク３を有する金属ベース１と、金属ベース１を貫通して絶縁体１２〜１５により固定されたリード端子８〜１１とを備え、ヒートシンク３とリード端子８，１１との間に、レーザダイオード２３をリード端子８，１１に接近させるための厚み調整板２１を設け、厚み調整板２１上に導体２５，２７が形成された基板２４を配置し、導体２７とリード端子８とを直接半田付けすることにより、高周波特性を改善する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を放熱するための突起部を有する金属ベースと、前記金属ベースを貫通して絶縁体により固定されたリード端子とを備えた半導体パッケージにおいて、
前記突起部と前記リード端子との間に、前記半導体素子を前記リード端子に接近させるための厚み調整部材を備えたことを特徴とする、半導体パッケージ。
【請求項２】
前記厚み調整部材上に配置される配線回路基板を含み、
前記リード端子と前記配線回路基板が直接半田付けされている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記厚み調整部材上に配置される配線回路基板を含み、
前記リード端子と前記配線回路基板が長さが５００μｍ以下のボンディングワイヤーで接続されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記配線回路基板は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムで形成されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記厚み調整部材は、ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，カーボン，鉄，銅またはこれらの合金で形成される、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記厚み調整部材は、その厚みが０．０５ｍｍ以上に選ばれている、請求項５に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記配線回路基板には、マイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路が形成されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記配線回路基板には、少なくとも２本のマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路が形成されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記少なくとも２本のマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路は複数の配線回路基板に形成されている、請求項８に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記配線回路基板には、少なくとも１つの抵抗回路が形成されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの抵抗回路は、前記半導体素子に対して配線回路を流れる信号の波長の１／４以下の距離に設けられている、請求項１０に記載の半導体パッケージ。
【請求項１２】
前記配線回路基板には、ノイズ除去のためのフィルタ回路が設けられている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体パッケージに関し、例えば、光半導体素子や発光素子や受光素子をマウントするための半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野では、電気ー光信号変換用の発光素子や、光ー電気信号変換用の受光素子のマウントとして光半導体パッケージが多用されている。そのような例として特開平１１−１３５６９０号公報には、半導体ステムとしてセラミックス板とこれを貫通して設けられた金属リードを含み、セラミックス板上に一体的に形成されている突起部を貫通して導電性ビアを設け、突起部にレーザダイオードなどを取り付けた半導体モジュールについて記載されている。
【０００３】
また、米国特許第６３３１９９２号公報には、ビアを設けたセラミック基板にレーザダイオードを搭載した光半導体モジュールについて記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１３５６９０号公報
【０００５】
【特許文献２】
米国特許第６３３１９９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−１３５６９０号公報に記載されている光半導体モジュールにおいて、突起部の壁面にはレーザダイオードなどが取り付けられ、セラミック板を貫通する金属リードとレーザダイオードとがボンディング接続される。金属リードとセラミック板との間は封着ガラスによって絶縁されている。金属リードとレーザダイオードとの間の距離が長くなるとボンディングワイヤが長くなってしまい、高周波特性が劣化するため、できる限りこの間の距離を短くする必要があり、そのためには突起部の壁面を金属リードに接近させる必要がある。
【０００７】
ところが金属リードの周囲には絶縁のために封着ガラスが埋め込まれているため、接近させるにも限界がある。通常、ステムと突起部とは一体に形成されるので、突起部が封着ガラス上を跨いで金属リードに接近させることはできない。もし、突起部を封着ガラスを跨いで金属リードに接近させようとすれば、突起部をステムとは別個に製作しなければならず、コスト高になってしまう。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、搭載される半導体素子とリード端子とを接近させて高周波特性を改善し得る半導体パッケージを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体素子を放熱するための突起部を有する金属ベースと、金属ベースを貫通して絶縁体により固定されたリード端子とを備えた半導体パッケージにおいて、突起部とリード端子との間に、半導体素子をリード端子に接近させるための厚み調整部材を備えたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、搭載される半導体素子とリード端子とを接近させて高周波特性を改善することができ、金属ベースと突起部とを一体的に形成できるのでコスト高になることはない。
【００１１】
好ましくは、厚み調整部材上に配置される配線回路基板を含み、リード端子と配線回路基板が直接半田付けされている。これにより、ワイヤーボンディングした場合に比べてインダクタンス成分を生じないので、高周波特性が劣化することがない。
【００１２】
好ましくは、厚み調整部材上に配置される配線回路基板を含み、リード端子と配線回路基板が長さが５００μｍ以下のボンディングワイヤーで接続されている。ボンディングワイヤーの長さを５００μｍ以下に制限することで可能な限り、高周波特性の劣化を抑えることができる。
【００１３】
好ましくは、配線回路基板は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムで形成されている。
【００１４】
好ましくは、厚み調整部材は、ニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，カーボン，鉄，銅またはこれらの合金で形成される。
【００１５】
好ましくは、厚み調整部材は、その厚みが０．０５ｍｍ以上に選ばれている。
【００１６】
好ましくは、配線回路基板にはマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路が形成されている。
【００１７】
好ましくは、配線回路基板には少なくとも２本のマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路が形成されている。
【００１８】
好ましくは、少なくとも２本のマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路は複数の配線回路基板に形成されている。
【００１９】
好ましくは、配線回路基板には少なくとも１つの抵抗回路が形成されている。
【００２０】
好ましくは、少なくとも１つの抵抗回路は、半導体素子に対して配線回路を流れる信号の波長の１／４以下の距離に設けられている。
【００２１】
好ましくは、配線回路基板にはノイズ除去のためのフィルタ回路が設けられている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図であり、図２（ａ）は同じく光半導体パッケージの平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。
【００２３】
図１および図２において、光半導体パッケージ１は金属ベース２を含む。金属ベース２は、安価で低コスト加工が可能なＦｅを円板状に形成しており、金属ベース２の上側平坦部の中心部には５°〜２０°の角度で傾斜した傾斜面部１６と、平坦部から垂直に突出した突起部としての半円柱状のヒートシンク３とが一体的に形成されている。ヒートシンク３はレーザダイオード２３の放熱板となるものである。
【００２４】
金属ベース２の側面には３箇所に窪み形状部１８が形成されている。この窪み形状部１８は、ダイボンダーの治具にある突起部に固定されて位置合わせを行うために設けられている。また、金属ベース２には４箇所に貫通孔４〜７が形成されており、これらの貫通孔４〜７にはリード端子８〜１１が低融点ガラスなどの絶縁体１２〜１５によって気密封止されている。なお、金属ベース２の底面にはリード端子２０が直付けされている。さらにより好ましくは、全体に金メッキが施される。
【００２５】
傾斜面部１６にはフォトダイオード２２が配置され、サブマウント１７を介して、またはサブマウント１７を介さずにダイボンドされる。ヒートシンク３の側面の平坦部には、厚み調整板２１が設けられている。この厚み調整板２１は、例えばニッケル，コバルト，タングステン，モリブデン，カーボン，鉄，銅またはこれらの合金からなり、その厚みが０．０５ｍ以上の厚みを有するように形成されており、リード端子８，１１を気密封止する絶縁体１２，１５を跨ぐように配置される。
厚み調整板２１の中央上部には、レーザダイオード２３がダイボンドされるとともに、リード端子８の近傍に窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムで形成された基板２４が取り付けられる。厚み調整板２１の厚みを調整することにより基板２４とリード端子８とをより接近させることができ、レーザダイオード２３で生じた熱は厚さ調整板２１を介してヒートシンク３に伝達される。
【００２６】
基板２４上には導体２５と蒸着抵抗２６と導体２７とが形成されており、導体２５，２７はインピーダンスが２５Ω又は５０Ωのマイクロストリップ線路を構成している。なお。マイクロストリップ線路に代えてコプレーナ線路を形成するようにしてもよい。導体２５とレーザダイオード２３との間はワイヤーボンディング接続され、導体２７とリード端子８の先端部とは直接半田付けされる。リード端子９とフォトダイオード２２はワイヤーボンディング接続される。また、導体２５とレーザダイオード２３との間のワイヤーボンディング接続は、５００μｍ以下の長さのワイヤーで行われる。
【００２７】
これらの接続により、リード端子９と１１との間でフォトダイオード２２からの光検出出力が得られ、リード端子８から電流を加えることでレーザダイオード２３が発光する。フォトダイオード２２には、金属ベース２２の平坦部に対して垂直な方向に配置される光ファイバー（図示せず）から信号光が入射される。また、レーザダイオード２３で発光された光信号は、金属ベース２の平坦部に対して水平方向に延びるように配置された光ファイバー（図示せず）に出射される。
【００２８】
上述のごとく、この実施形態によれば、金属ベース２の平坦面とリード端子８，１１との間に、リード端子８，１１を気密封止するための絶縁体１２，１５を跨ぐように厚み調整板２１を配置したので、ヒートシンク３を金属ベース２とは別個の部品として製造することなく、一体物でプレス加工により製造できる。これにより、金属ベース２とヒートシンク３とを安価なＦｅを用いて低コスト加工できる。
【００２９】
また、厚み調整板２１により、基板２４をリード端子８に接近させることができるばかりでなく、基板２４上に形成されているマイクロストリップ線路の導体２７とリード端子８の先端部を直接半田することにより高速動作が可能になる。すなわち、ワイヤーボンディングした場合にはボンディングワイヤーによるインダクタンス成分で信号が劣化するのに対して、直接半田付けした場合にはインダクタンス成分が生じないので信号の劣化を減少でき、従来例では２．５Ｇｂｉｔ／ｓより高い例えば１０Ｇｂｐｓでの高速動作が不可能であったものがこの実施形態では可能になり、８０ｋｍ以上の長距離伝送も可能にできる。
【００３０】
なお、貫通孔４〜７の径および基板２４の厚みはインピーダンス値により決定される。また、厚み調整板２１の厚みを例えば厚くすれば、マイクロストリップ線路のインピーダンスをさらに低くすることができる。さらに、消費電力を１０パーセント以上下げることができる。さらに、厚み調整板２１の厚みを例えば薄くすればマイクロストリップ線路のインピーダンスを高くして、駆動回路を搭載することができ、より信号の伝送状態を向上することができる。
【００３１】
また、厚み調整板２１として放熱特性の良好なＦｅまたはＣｕあるいはこれらの合金を用いることで、レーザダイオード２３からの発熱を効率良くヒートシンク３に伝達できるので、放熱効果を高めることができる。
【００３２】
図３はこの発明の他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。この実施形態は、以下の構成が図１と異なっている。すなわち、ヒートシンク３の平坦面側に厚み調整板２１が設けられるとともに、厚み調整板２１とほぼ同じ大きさのＡＬＮ基板３１が厚み調整板２１に密着して設けられる。ＡＬＮ基板３１上には中央にレーザダイオード２３と蒸着抵抗２６とが設けられ、インピーダンス整合がとられている。リード端子１１の近傍に導体３２が形成されており、リード端子８の近傍に導体３５が形成されている。これらの導体３２，３５はマイクロストリップ線路を構成する。導体３２とリード端子１１の先端部とが直接半田付けされ、導体３５とリード端子８の先端部とが直接半田付けされ、リード端子８，１１が図示しない外部の差動回路の入力に接続可能にされる。なお、蒸着抵抗２６はレーザダイオード２３に対して、配線回路を流れる信号の波長の１／４以下の距離内に配置されることが高周波特性上好ましい。
【００３３】
図１に示した実施形態では片側から信号が入力される構造であるが、この実施形態ではリード端子１１を導体３２に直接半田接続することで差動入力が可能となり、より高速動作および長距離伝送が可能になる。
【００３４】
図４はこの発明のさらに他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。この実施形態はレーザダイオード２３の背面部に凸型の厚み調整板２１ａが設けられている。厚み調整板２１ａの左右には基板３６，３７が配置されており、これらの基板３６，３７上にはマイクロストリップ線路を構成するための導体４１，４２が形成されている。そして、導体４１とリード端子８の上部が直接半田付けされ、導体４２とリード端子１１の上部とが直接半田付けされる。
【００３５】
導体４１，４２とレーザダイオード２３とはワイヤーボンディング接続される。したがって、この実施形態では導体４１，４２とレーザダイオード２３とがワイヤボンディングされるだけであり、その長さも５００μｍ以下にできるので、高速動作・高速伝送が可能になる。
図５はこの発明のその他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図であり、図６は図５に示した実施形態の電気回路図である。
【００３６】
この実施形態は、レーザダイオード２３とリード端子９との間にバイアス電流入力部を設け、そこにノイズ除去のためにフイルタ回路５４を接続したものである。フィルタ回路５４は例えばチップ抵抗、チップインダクタ、セラミックコンデンサーによって構成されている。ＡＬＮ基板３１には、マイクロストリップを構成する導体５１，５２が形成されており、レーザダイオード２３は導体５１とワイヤーボンディング接続されており、導体５１はリード端子１１の先端部に直接半田付けされている。図６に示すように、リード端子９からバイアス電流がフィルタ回路５４を介してレーザダイオード２３に与えられており、レーザダイオード２３は導体５２に接続され、導体５２はリード端子８の上部に直接半田付けされている。
【００３７】
したがって、この実施形態によれば、バイアス電流を与える経路にフィルタ回路５４を挿入することにより、バイアス回路からのノイズの混入を防止して高速動作・長距離伝送が可能になる。
【００３８】
図７はこの発明のその他の実施形態の要部断面図である。この実施形態は、図１、３、４、５等、これまでに示した実施形態に適用されるものである．すなわち、図７（ａ）に示した例は、厚み調整板２１と基板３１の下端を金属ベース２の平坦面に密着させたものであり、図７（ｂ）に示した例は厚み調整板２１および基板３１の下端と、金属ベース２の平坦面との間に、ガラスのメニスカスとの干渉を防ぐために必要とされる長さｄの間隔を有するように構成したものである。この間隔は０．４ｍｍ以下に選ばれることが好ましい。厚み調整板２１および基板３１の下端と、金属ベース２の平坦面との間の間隔を少なく設けることにより信号の反射および反射を少なくできる。
【００３９】
図８は、本発明の半導体パッケージの反射特性を示すグラフであり、図１の実施態様に対応する特性を示す。四角で示す特性ａは従来のパッケージの反射特性であり、三角で示す特性ｂは、図１の半導体パッケージの反射特性である。特性ａとｂとを対比すれば明らかなように、本発明に基づく図１の実施態様では、３ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの帯域で反射特性を向上できていることがわかる。
【００４０】
図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態に限定されるものではない。本発明と同一の範囲内において、または均等の範囲内において、図示した実施形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体素子を放熱するための突起部を有する金属ベースと、金属ベースを貫通して絶縁体により固定されたリード端子とを備えた半導体パッケージにおいて、突起部とリード端子との間に、半導体素子をリード端子に接近させるための厚み調整部材を備えたことにより、搭載される半導体素子とリード端子とを接近させて高周波特性を改善することができ、金属ベースと突起部とを一体的に形成できるのでコスト高になることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態における光半導体パッケージの平面図と正面図である。
【図３】この発明の他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。
【図５】この発明のその他の実施形態における光半導体パッケージの外観斜視図である。
【図６】図５に示した実施形態の電気回路図である。
【図７】この発明のその他の実施形態の要部断面図である。
【図８】図１に示した実施形態における反射特性を示す図である。
【符号の説明】
１  光半導体パッケージ
２  金属ベース
３  ヒートシンク
４〜７  貫通孔
８〜１１、２０  リード端子
１２〜１５  絶縁体
１６  傾斜面部
１７  サブマウント
１８  窪み形状部
２１、２１ａ  厚み調整板
２２  フォトダイオード
２３  レーザダイオード
２４、３１、３６、３７  基板
２５、２７、３２、３５、４１、４２、５１、５２  導体
２６、５３  蒸着抵抗
３１  ＡＬＮ基板
５４  フィルタ回路
【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】
2004335584.tif 000008
【図７】
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【図８】
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