(57)【要約】【課題】半導体素子とリード端子とを可能な限り直線にして最短で接続することにより、高速通信が可能で高信頼性を有し安価な半導体ステムを提供する。【解決手段】ヒートシンク２３の垂直面に設けられた基板６１に配置されたレーザダイオード５３と、基板６１の真下に形成されている開口部２７を介してヒートシンク２３に形成された貫通孔２６内の金属ピン３３の先端部とを、例えば５００μｍ以下の長さの最短距離でボンディングワイヤーによって接続し、高速通信が可能で高信頼性を得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を搭載する金属ベースと、金属ピンが絶縁体によって該金属ベースの貫通孔に封止された半導体ステムにおいて、
前記半導体素子の真下近傍に信号入力用の金属ピンを配置したことを特徴とする、半導体ステム。
【請求項２】
前記金属ベースは、垂直面を有する突起部を含み、さらに
前記垂直面に設けられて前記半導体素子が取り付けられる配線回路基板を備える、請求項１に記載の半導体ステム。
【請求項３】
前記半導体素子の真下近傍に配置した金属ピンと前記配線回路基板とが直接半田付けされる、請求項２に記載の半導体ステム。
【請求項４】
前記半導体素子の真下近傍に配置した金属ピンと、前記配線回路基板とが長さが５００μｍ以下のボンディングワイヤーによって接続される、請求項２に記載の半導体ステム。
【請求項５】
前記突起部の垂直面に接して貫通孔が形成されており、その貫通孔により前記垂直面に開口部が形成されており、前記ボンディングワイヤーは前記開口部を介して当該貫通孔内の金属ピンと前記配線回路基板とを接続する、請求項２または４に記載の半導体ステム。
【請求項６】
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２ないし５のいずれかに記載の半導体ステム。
【請求項７】
前記配線回路基板には少なくともマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路を構成する導体が形成されている、請求項２ないし６のいずれかに記載の半導体ステム。
【請求項８】
前記配線回路基板には、少なくとも１つの抵抗回路が配置されている、請求項２ないし７のいずれかに記載の半導体ステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ステムに関し、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）が搭載され、通信や民生などの用途で幅広く使用されている半導体パッケージを構成する半導体ステムに関する。
【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。そのような例の半導体ステムが特開平１１−１３５６９０号公報に記載されている。
【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】
図６は特開平１１−１３５６９０号公報に記載されている半導体ステムの要部概略を示す斜視図である。円板１１の平坦部１２の表面に、その表面と５°〜２０°の角度で傾斜した傾斜面部１３が形成されているとともに、その表面から垂直に突出した突起部１４が形成されている。傾斜面部１３にはフォトダイオード８が配置され、突起部１４の垂直面にはレーザダイオード９が配置される。
【０００５】
円板１１には２箇所に貫通孔１，２が形成されており、これらの貫通孔１，２には金属リード５，６が挿入され、ガラスなどの絶縁体３，４によって封止されている。金属リード５とレーザダイオード９とはワイヤーボンディング接続され、金属リード６とフォトダイオード８とはワイヤーボンディング接続されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３５６９０号公報
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第６３３１９９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した半導体ステムにおいて、金属リード５はレーザダイオード９に対して横方向に配置されており、金属リード６もフォトダイオード８に対して横方向に配置されていることにより信号ラインが曲がってしまうため、信号が劣化してしまい、２．５Ｇｂｐｓ／ｓｅｃよりも高い１０Ｇｂｐｓ／ｓｅｃの高速動作や、８０ｋｍ以上の長距離伝送ができないという問題がある。
【０００９】
また、半導体ステムにおいて、高速通信が要求されていないものでは、特別なインピーダンス設計を施す必要はなかったが、２．５Ｇｂｐｓ以上の高速通信では、ラインとのインピーダンスマッチング設計が必要になる。半導体ステムは金属リード５，６を金属ベース１２の貫通孔１，２に封止するためにガラスなどの絶縁体３，４が用いられており、このガラスでインピーダンスマッチングの設計を行うと、ガラス径が大きくなり、半導体素子を搭載するスペースが狭くなってしまい、半導体素子を搭載するのが困難になる。また、金属リード５，６でインピーダンスのミスマッチングが起こると高周波信号の劣化が生じる。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、半導体素子とリード端子とを可能な限り直線にして最短で接続することにより、高速通信が可能で高信頼性を有し安価な半導体ステムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体素子を搭載する金属ベースと、金属ピンが絶縁体によって該金属ベースの貫通孔に封止された半導体ステムにおいて、半導体素子の真下近傍に信号入力用の金属ピンを配置したことを特徴とする。
【００１２】
これにより、半導体素子に最短経路で信号を入力することができるので、高速通信が可能で高信頼性を有する半導体ステムを得ることができる。
【００１３】
好ましくは、金属ベースは垂直面を有する突起部を含み、この垂直面に設けられて半導体素子が取り付けられる配線回路基板を備える。
【００１４】
好ましくは、半導体素子の真下近傍に配置した金属ピンが配線回路基板に直接半田付けされる。
【００１５】
好ましくは、半導体素子の真下近傍に配置した金属ピンは、長さが５００μｍ以下のボンディングワイヤーによって配線回路基板に接続される。
【００１６】
好ましくは、突起部の垂直面に接して貫通孔が形成されており、その貫通孔により垂直面に開口部が形成されており、ボンディングワイヤーは開口部を介して当該貫通孔内の金属ピンと配線回路基板とを接続する。
【００１７】
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。
好ましくは、配線回路基板には少なくともマイクロストリップ線路またはコプレーナ線路を構成する導体が形成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
【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半導体ステムの外観斜視図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【００２０】
図１および図２において、金属ベース２１は例えばＦｅを円板状に形成して構成されており、金属ベース２１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２２と、平坦部から垂直に突出した突起部としてのヒートシンク２３とが一体的に形成されている。また、金属ベース２１の側面には３箇所に窪み形状部２８が形成されている。この窪み形状部２８は、ダイボンダーなど実装機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。
【００２１】
金属ベース２１の平坦部には２箇所に貫通孔２４，２５が形成されるとともに、図２に示すようにヒートシンク２３から金属ベース２１の平坦部を貫通する貫通孔２６が形成されている。貫通孔２６はヒートシンク２３の垂直面に接するように形成される結果、ヒートシンク２３の垂直面には開口部２７が形成される。これらの貫通孔２４〜２６はプレスまたは切削法により形成される。
【００２２】
貫通孔２４，２５には金属ピン３１，３２が挿入され、貫通孔２６には金属ピン３３が挿入される。金属ピン３１〜３３は例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金を用いて直径が例えば０．３ｍｍになるように形成される。金属ピン３１〜３３と貫通孔２４〜２６の間には、例えばホウケイ酸ガラス４１〜４３が封入される。貫通孔２６には金属ベース２１の平坦部に相当する厚み分だけホウケイ酸ガラス４３が封入されており、金属ピン３３は貫通孔２６内でその先端部が露出している。
【００２３】
傾斜面部２２にはフォトダイオード５１が配置され、サブマウント５２を介して、またはサブマウント５２を介さずにダイボンドされる。フォトダイオード５１は金属ピン３２にワイヤーボンド接続される。ヒートシンク２３の側面の垂直面には、開口部２７の幅より大きい基板６１が設けられている。基板６１は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で形成されており、その中央部にはレーザダイオード５３が配置されており、マイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路を構成する導体６２，６３が形成されている。
【００２４】
レーザダイオード５３と金属ピン３１とはワイヤーボンディング接続され、レーザダイオード５３は基板６１の導体を介してあるいは直接金属ピン３３にワイヤーボンディング接続される。基板６１上には抵抗７４が設けられており、レーザダイオード５３と合わせてインピーダンス整合をとる。このワイヤーボンディング接続は、レーザダイオード５３の下部から基板６１の真下に形成されている開口２７を介してヒートシンク２３に形成された貫通孔２６内の金属ピン３３の先端部に、例えば５００μｍ以下の長さの短距離で行うことができる。
【００２５】
なお、フォトダイオード５１には、レーザダイオード５３の後方光が入射され、レーザダイオード５３で発光された信号光は、金属ベース２１の平坦部に対して平行に延びるように配置された光ファイバー（図示せず）にレンズキャップのレンズを介して（図示せず）出射される。
【００２６】
上述のごとく、ヒートシンク２３の垂直面に基板６１を配置し、基板６１上にレーザダイオード５３を設け、レーザダイオード５３の真下近傍に金属ピン３３を配置することにより、両者の接続経路を最短にできる。また、レーザダイオード５３を基板６１上に設けるようにしたので、レーザダイオード５３を金属ピン３１に接近させることができ、金属ピン３１とレーザダイオード５３の信号電極とを接続するボンディングワイヤーの長さを短くできる。これにより、そのボンディングワイヤーのインダクタンス成分を小さくできるので、１０Ｇｂｐｓ／ｓｅｃでの高速動作に適したものにすることができる。
【００２７】
もし、基板６１を設けることなくレーザダイオード５３を金属ピン３１に接近させようとすると、ヒートシンク２３の垂直面を金属ピン３１に接近するように形成する必要があるが、その場合金属ピン３１を封止するホウケイ酸ガラス４１を跨ぐことになり、ヒートシンク２３がホウケイ酸ガラス４１に接触しないように金属ベース２１とは別個の部品として形成する必要が生じ、コスト高になってしまう。これに対して、この実施形態では、基板６１によりレーザダイオード５３を金属ピン３１に接近させることができ、ヒートシンク２３を金属ベース２１と一体的に形成できるので、コスト高になることはない。
【００２８】
図３はこの発明の他の実施形態における半導体ステムの外観斜視図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【００２９】
図３および図４に示した実施形態は、図１に示した傾斜面部２２が金属ベース２１に形成されておらず、別個に設けた基板７１上にフォトダイオード５１を設けたものである。金属ベース２１のほぼ中心部には貫通孔２９が形成されており、この貫通孔２９に金属ピン３４が例えばホウケイ酸ガラス４４によって封止されている。ヒートシンク２３の垂直面には図１と同様にして、基板６１が設けられており、基板６１の中央部にはレーザダイオード５３が配置され、レーザダイオード５３を挟むようにしてマイクロストリップ線路あるいはコプレーナ線路を構成する導体６２，６３が形成されている。
【００３０】
前述の金属ピン３４の先端部は、図４に示すように導体５４に直接半田付けされている。基板７１は基板６１に対して直交し、導体５４を跨ぐように設けられている。このために、基板７１には基板６１と接する突起８１，８２が長手方向の両端側面に形成され、これらの突起８１，８２で基板７１が基板６１の導体６２，６３に固着されている。また、基板７１の上表面には導体７２，７３が形成されている。
【００３１】
金属ピン３２は基板７１の導体７２にワイヤーボンディング接続されており、フォトダイオード５１は導体７３にワイヤーボンディング接続され、導体７３は基板６１の導体６２にワイヤーボンディング接続され、レーザダイオード５３は導体６３にワイヤーボンディング接続されている。なお、基板６１には図１と同様にして抵抗７４が形成されている。
【００３２】
この実施形態においても、レーザダイオード５３のほぼ真下近傍に金属ピン３４を配置し、フォトダイオード５１が設けられている基板７１を基板６１に固着することにより、各部材間を接続するボンディングワイヤーの長さを５００μｍ以下にすることができ、高速通信が可能で高信頼性を有する半導体ステムが得られる。
【００３３】
図５はこの発明のその他の実施形態における金属ピンと導体との接続状態を示す断面図である。
【００３４】
前述の図３および図４に示した実施形態では、金属ピン３４の先端部を導体５４に直接半田付けしたのに対して、この実施形態は金属ピン３４の先端部と導体５４との間をワイヤーボンディング接続したものであり、それ以外の構成は図３および図４と同じである。この実施形態においても、レーザダイオード５３のほぼ真下の近傍に金属ピン３４を配置しているので、金属ピン３４と導体５４とを接続するボンディングワイヤーの長さを５００μｍ以下にすることができる。これにより、高速通信が可能で高信頼性を有する半導体ステムを得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、半導体素子を搭載する金属ベースと、金属ピンが絶縁体によって該金属ベースの貫通孔に封止された半導体ステムにおいて、半導体素子の真下近傍に信号入力用の金属ピンを配置したことにより、半導体素子と金属ピンとを最短経路で接続することができるので、高速通信が可能で高信頼性を有する半導体ステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における半導体ステムの外観斜視図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図である。
【図３】この発明のさらに他の実施形態における半導体ステムの外観斜視図である。
【図４】図４の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】この発明のその他の実施形態における金属ピンとレーザダイオードの接地電極との接続状態を示す断面図である。
【図６】従来の半導体ステムの要部概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１  金属ベース
２２  傾斜面部
２３  ヒートシンク
２４〜２６，２９  貫通孔
２７  開口部
２８  窪み形状部
３１〜３３  金属ピン
４１〜４３  ホウケイ酸ガラス
５１  フォトダイオード
５２  サブマウント
５３  レーザダイオード
６１，７１  基板
５４，６２，６３，７２，７３  導体
６５  フィルタ回路
７４  抵抗
８１，８２  突起
【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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