(57)【要約】【課題】接地用リード端子の接合を強固にするとともに、１０〜１００ＧＨｚの高周波信号を低損失で入出力できる半導体素子収納用パッケージとすること。【解決手段】半導体素子収納用パッケージは、凹部１ａの底面に半導体素子６の載置部を有する基体１と、基体１の下面の縁部に外周縁から内側に向けて形成された第一のメタライズ層１ｃと、下面の残部の面全面に第一のメタライズ層１ｃを内側から一定間隔をもって囲むように形成された第二のメタライズ層１ｄと、凹部１ａの底面から第一および第二のメタライズ層１ｃ，１ｄにかけて形成された貫通導体７と、第一のメタライズ層１ｃに接合された信号用リード端子５ａと、第二のメタライズ層１ｄに接合された接地用リード端子５ｂとを具備しており、第二のメタライズ層１ｄは、下面の外周縁から接地用リード端子５ｂに沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部Ａが設けられている。【選択図】  図１
2004259859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置する載置部が設けられている絶縁材料から成る直方体状の基体と、該基体の下面の縁部に外周縁から内側に向けて形成された第一のメタライズ層と、前記下面の残部の面全面に前記第一のメタライズ層を内側から一定間隔をもって囲むように形成された第二のメタライズ層と、前記基体の前記凹部の底面から前記第一および第二のメタライズ層にかけてそれぞれ形成された貫通導体と、前記第一のメタライズ層に一端側が接合されて外側に延びた信号用リード端子と、前記第二のメタライズ層の前記基体の下面の縁部の部位に一端側が接合されて外側に延びた接地用リード端子とを具備しており、前記第二のメタライズ層は、前記下面の外周縁から前記接地用リード端子に沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部が設けら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】
前記接地用リード端子は前記信号用リード端子の両側に設けられており、前記非形成部はそれぞれ前記接地用リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置されるとともに前記貫通導体を介して前記信号用リード端子および前記接地用リード端子に電気的に接続された半導体素子と、前記基体の上面に取着された蓋体とを具備している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、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、集積回路素子等各種の半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージ、およびその半導体素子収納用パッケージを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）として、ＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子を収納するためのパッケージを図４、図５に示す。
【０００３】
この従来のパッケージにおいて、その容器本体は上面に凹部１０１ａを有する直方体状の絶縁材料から成り、凹部１０１ａの底面に半導体素子１０６を載置する載置部を有するとともに、一側部に貫通孔１０１ｂが形成された基体１０１と、貫通孔１０１ｂに嵌着されるかまたは基体１０１の外面側の開口の周囲に接合された光ファイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）１０２とを有する。
【０００４】
またパッケージは、下面の縁部に外周縁から内側に向けて形成された信号用リード端子１０５ａを接続するための第一のメタライズ層１０１ｃと、下面の残部の面全面に第一のメタライズ層１０１ｃを内側から一定間隔をもって囲むように形成された接地用リード端子１０５ｂを接続するための第二のメタライズ層１０１ｄと、第一のメタライズ層１０１ｃに一端側が接合された信号用リード端子１０５ａと、信号用リード端子１０５ａに平行で同じ高さとなるように第二のメタライズ層１０１ｄに一端側が接合された接地用リード端子１０５ｂとを具備している。また、基体１０１の上面には、蓋体１０４をシーム溶接するための金属製のシールリング１０３が接合されている（例えば、以下の特許文献１参照）。
【０００５】
なお、第二のメタライズ層１０１ｄが第一のメタライズ層１０１ｃを内側から一定間隔をもって囲んでいることにより、信号用リード端子１０５ａに１０ＧＨｚ程度の高周波信号を入出力させた場合、信号用リード端子１０５ａの上方側および側方側への高周波信号の放射を有効に抑制することができる。その結果、高周波信号の透過損失が抑制され、パッケージへの高周波信号の低損失な入出力を可能にすることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１２７３７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１０〜１００ＧＨｚのより高周波帯域の高周波信号をパッケージに入出力させる場合、透過損失がより大きくなって高周波信号の伝送性が低下するという問題があった。このような透過損失を抑制するため、接地電位（グランド）をより強化する必要性が生じてきた。
【０００８】
このような必要性に対処するため、第二のメタライズ層１０１ｄを第一のメタライズ層１０１ｃの残部の面全面により大きな面積で設けるという方法がある。しかしこの場合、第二のメタライズ層１０１ｄと接地用リード端子１０５ｂとをロウ付けする際、ロウ材が第二のメタライズ層１０１ｄの表面で濡れ広がるという問題点があった。
【０００９】
即ち、図４の従来構成では、第二のメタライズ層１０１ｄと接地用リード端子１０５ｂとの接合部において、接地用リード端子１０５ｂの側面にロウ材の大きなメニスカスが形成されて、第二のメタライズ層１０１ｄと接地用リード端子１０５ｂとの接合が強固になっていたが、接地電位をより強化しようとして第二のメタライズ層１０１ｄの面積を大きくすると、ロウ材が第二のメタライズ層１０１ｄの表面で濡れ広がり、メニスカスが形成されなくなる。その結果、第二のメタライズ層１０１ｄと接地用リード端子１０５ｂとの接合強度が低下するという問題があった。
【００１０】
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、接地用リード端子の基体への接合を強固にするとともに、１０〜１００ＧＨｚの高周波帯域の高周波信号を低損失で入出力することが可能な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にある。
【００１１】
【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、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置する載置部が設けられている絶縁材料から成る直方体状の基体と、該基体の下面の縁部に外周縁から内側に向けて形成された第一のメタライズ層と、前記下面の残部の面全面に前記第一のメタライズ層を内側から一定間隔をもって囲むように形成された第二のメタライズ層と、前記基体の前記凹部の底面から前記第一および第二のメタライズ層にかけてそれぞれ形成された貫通導体と、前記第一のメタライズ層に一端側が接合されて外側に延びた信号用リード端子と、前記第二のメタライズ層の前記基体の下面の縁部の部位に一端側が接合されて外側に延びた接地用リード端子とを具備しており、前記第二のメタライズ層は、前記下面の外周縁から前記接地用リード端子に沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、第二のメタライズ層が、下面の外周縁から接地用リード端子に沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部が設けられていることから、接地用リード端子を第二のメタライズ層に接合する際、ロウ材が第二のメタライズ層の表面を濡れ広がるのを非形成部によって防ぐことができ、接地用リード端子と第二のメタライズ層との接合部のロウ材の体積を大きくして接地用リード端子の側面に大きなロウ材のメニスカスを形成することができる。その結果、基体の下面のほぼ全面を占める大きな面積の接地導体としての第二のメタライズ層を有することにより接地電位が強化され、高周波信号の損失を低減することができるとともに、接地用リード端子を第二のメタライズ層に強固に接合することが可能となる。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記接地用リード端子は前記信号用リード端子の両側に設けられており、前記非形成部はそれぞれ前記接地リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、接地用リード端子が信号用リード端子の両側に設けられており、非形成部がそれぞれ接地用リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けられていることから、信号用リード端子を両側の接地用リード端子で挟むことによって信号用リード端子の接地性をより強化して高周波信号の損失を低減することができる。また、接地用リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けた非形成部が接地用リード端子を接合するためのロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。さらに、接地用リード端子が接合された第二のメタライズ層は、一定間隔をもって第一のメタライズ層を囲んでいるので第一のメタライズ層と第二のメタライズ層との間にも非形成部が存在し、この非形成部によってもロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。その結果、高周波信号の伝送性をより向上させることができるとともに接地用リード端子の第二のメタライズ層との接合強度をより大きくすることができる。
【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、前記載置部に載置されるとともに前記貫通導体を介して前記信号用リード端子および前記接地用リード端子に電気的に接続された半導体素子と、前記基体の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、上記の構成により、半導体素子に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力できるとともに、接地用リード端子の接合強度が向上した接合の信頼性の高い高性能の半導体装置を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のパッケージについて以下に詳細に説明する。図１、図２は本発明のパッケージについて光半導体素子を収納するためのパッケージとしての実施の形態の例を示す。同図において、１は、上面に形成された凹部１ａの底面に半導体素子６を載置する載置部が設けられ、一側部に貫通孔１ｂが形成されている絶縁材料から成る直方体状の基体である。２は貫通孔１ｂの基体１の外面側の開口の周囲または貫通孔１ｂに嵌着された光ファイバ固定部材、３は基体１の上面に接合され蓋体４のシーム溶接を可能とする金属製のシールリング、５ａは、基体１の下面に形成された第一のメタライズ層１ｃに接合された信号用リード端子、５ｂは、基体１の下面に形成された第二のメタライズ層１ｄに接合された接地用リード端子である。これら基体１、固定部材２、シールリング３、信号用リード端子５ａ、接地用リード端子５ｂで、パッケージが主に構成される。
【００１８】
本発明の基体１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス等のセラミックスから成る絶縁材料であり、搭載される半導体素子６の特性に応じた誘電率や熱膨張係数等の特性を有するものが適宜選定される。
【００１９】
また、基体１の一側部に形成された貫通孔１ｂは、光ファイバ（図示せず）から出力される光信号または光ファイバに入力される光信号の伝達経路として機能する。貫通孔１ｂには、固定部材２が貫通孔１ｂに嵌着されるかまたは基体１の外面側における貫通孔１ｂの開口の周囲に接合されることにより基体１に固定される。
【００２０】
固定部材２の内周面には、光を集光するためのサファイア等から成るレンズ等の透光性部材（図示せず）が接合されている。固定部材２は、基体１と透光性部材との熱膨張係数差による熱歪みを有効に防止するためのものであり、光ファイバを樹脂等で接着固定した金属ホルダ（図示せず）を固定部材２にＹＡＧレーザ溶接した際、熱により固定部材２が熱膨張して応力が発生するのを防止するため、基体１の熱膨張係数に近似した金属から成る。その金属としては、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２１】
また、基体１の下面には、縁部に外周縁から内側に向けて形成された第一のメタライズ層１ｃと、残部の面全面に第一のメタライズ層１ｃを内側から一定間隔をもって囲むように形成された第二のメタライズ層１ｄとが被着されており、第一のメタライズ層１ｃには信号用リード端子５ａ、第二のメタライズ層１ｄには接地用リード端子５ｂが、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材によって接合される。そして、図１に示すように、第二のメタライズ層１ｄには、下面の外周縁から接地用リード端子５ｂに沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部Ａが設けられている。
【００２２】
これにより、接地用リード端子５ｂを第二のメタライズ層１ｄに接合する際、ロウ材が第二のメタライズ層１ｄの表面を濡れ広がるのを非形成部Ａによって防ぐことができ、接地用リード端子５ｂと第二のメタライズ層１ｄとの接合部のロウ材の体積を大きくして接地用リード端子５ｂの側面に大きなロウ材のメニスカスを形成することができる。その結果、基体１の下面のほぼ全面を占める大きな面積の接地導体としての第二のメタライズ層１ｄを有することにより接地電位が強化され、高周波信号の損失を低減することができるとともに、接地用リード端子５ｂを第二のメタライズ層１ｄに強固に接合することが可能となる。
【００２３】
また、接地用リード端子５ｂは、信号用リード端子５ａの両側に設けられており、非形成部Ａがそれぞれ接地用リード端子５ｂの信号用リード端子５ａと反対側に沿って設けられているのがよい。これにより、信号用リード端子５ａを両側の接地用リード端子５ｂで挟むことによって信号用リード端子５ａの接地性をより強化して高周波信号の損失を低減することができる。また、接地用リード端子５ｂの信号用リード端子５ａと反対側に沿って設けた非形成部Ａが接地用リード端子５ｂを接合するためのロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。さらに、接地用リード端子５ｂが接合された第二のメタライズ層１ｄは、一定間隔をもって第一のメタライズ層１ｃを囲んでいるので第一のメタライズ層１ｃと第二のメタライズ層１ｄとの間にも非形成部が存在し、この非形成部によってもロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。その結果、高周波信号の伝送性をより向上させることができるとともに接地用リード端子５ｂの第二のメタライズ層１ｄとの接合強度をより大きくすることができる。
【００２４】
第二のメタライズ層１ｄは、接地電位をより強化して１０〜１００ＧＨｚの高周波信号をパッケージに低損失で入出力させるために、基体１の下面のほぼ全面に形成されている。その結果、１０〜１００ＧＨｚの高周波信号が伝送された場合にその伝送特性が良好になる。
【００２５】
この第二のメタライズ層１ｄは、図３に他の実施の形態を示すように、基体１の下面のみに限らず、下面から基体１の外側面にかけて形成されていても良い。図３のように基体１の外側面全面に被着すれば、第二のメタライズ層１ｄの面積を大きくすることができ、接地電位強化の点で好ましい。また、図３のように、基体１の凹部１ａの周囲に形成された金属製のシールリング３を接合させるためのメタライズ層が基体１の外側面に形成された第二のメタライズ層１ｄと電気的に接続されているのがよい。これにより、金属製の蓋体４をシールリング３に接合する場合、蓋体４が第二のメタライズ層１ｄに電気的に接続されることとなり、半導体装置全体をグランドとして機能させることができ、接地電位をより強化することができる。
【００２６】
また、非形成部Ａの幅は、０．０３〜０．５ｍｍであるのがよい。これにより、第二のメタライズ層１ｄに接地用リード端子５ｂを接合したときに、ロウ材が広がるのが非形成部Ａで有効に阻止され、接地用リード端子５ｂの接合部の周囲にロウ材の良好なメニスカスが形成される。また接地導体層としての第二のメタライズ層１ｄの面積を大きく減少させることもなく、接地電位を強化することができる。非形成部Ａの幅が０．０３ｍｍ未満の場合、そのようなきわめて小さい幅の非形成部Ａを第二のメタライズ層１ｄに形成するのは困難であるとともにロウ材が濡れ広がるのを有効に抑制することが困難になる。一方、０．５ｍｍを超える場合、接地導体層としての第二のメタライズ層１ｄの面積が小さくなるため接地電位強化が難しくなる。
【００２７】
第一のメタライズ層１ｃ，第二のメタライズ層１ｄは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンで印刷塗布し、焼成することによって基体１に被着形成される。
【００２８】
第一のメタライズ層１ｃ，第二のメタライズ層１ｄに接合される信号用リード端子５ａ，接地用リード端子５ｂは、基体１との熱膨張係数差による熱歪みを有効に防止するとともに高周波信号の伝送を可能とするために、基体１の熱膨張係数に近似した金属から成るのがよい。その金属としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２９】
また、基体１の凹部１ａの底面には半導体素子６の電極と電気的に接続するためのメタライズ配線層１ｅが形成されているとともにメタライズ配線層１ｅから第一および第二のメタライズ層１ｃ，１ｄにかけてそれぞれ貫通導体７が形成されている。これにより、半導体素子６の電極とメタライズ配線層１ｅとを電気的に接続するとともに信号用リード端子５ａおよび接地用リード端子５ｂを外部電気回路基板に接続することにより、半導体素子６と外部電気回路基板とを電気的に接続して外部電気回路基板と半導体素子６との間で信号の入出力を行なうことができる。
【００３０】
貫通導体７は、図１に示すように、信号用リード端子５ａや接地用リード端子５ｂの先端の近傍にあるのがよい。これにより信号用リード端子５ａや接地用リード端子５ｂを接合するためのロウ材が貫通導体７の直下に濡れ広がるため、信号用リード端子５ａおよび接地用リード端子５ｂと貫通導体７とを低抵抗で接続することができる。これにより、信号用リード端子５ａから半導体素子６にわたる導電路の伝送性がよくなるとともに接地用リード端子５ｂと貫通導体７との電位差がより近づき、貫通導体７およびメタライズ配線層１ｅの接地性をより向上できる。
【００３１】
さらに、貫通導体７は、接地用リード端子５ｂの信号用リード端子側の近傍にあるのがよい。これにより、信号用リード端子５ａに接続された貫通導体７に対する接地性をより向上することができる。
【００３２】
また、基体１の上面には、基体１との熱膨張係数差による熱歪みを有効に防止するとともに基体１の上面に接合されて蓋体４のシーム溶接を可能とする金属製のシールリング３が、Ａｇロウ等のロウ材を介して接合される。その金属としてはＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００３３】
本発明の半導体装置は、上記のパッケージと、載置部に載置されるとともに貫通導体７を介して信号用リード端子５ａおよび接地用リード端子５ｂに電気的に接続された半導体素子６と、基体１の上面に取着された蓋体４とを具備している。
【００３４】
このような半導体装置は、パッケージの載置部に半導体素子６をガラス，樹脂，ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに、半導体素子６の各電極をボンディングワイヤ（図示せず）を介してパッケージ内部の所定のメタライズ配線層１ｅに接続し、しかる後、基体１上面に蓋体４をシーム溶接やろう付け等により接合して半導体素子６を内部に気密に封止することにより作製される。
【００３５】
かくして、本発明の半導体装置は、半導体素子６に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力できるとともに、接地用リード端子５ｂの接合強度が向上した接合の信頼性の高い高性能のものとなる。
【００３６】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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何等差し支えない。例えば非形成部Ａは基体１の外側面もしくは上面に形成されてあってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、第二のメタライズ層が、下面の外周縁から接地用リード端子に沿ってその一端に回り込むように一定間隔をもって非形成部が設けられていることから、接地用リード端子を第二のメタライズ層に接合する際、ロウ材が第二のメタライズ層の表面を濡れ広がるのを非形成部によって防ぐことができ、接地用リード端子と第二のメタライズ層との接合部のロウ材の体積を大きくして接地用リード端子の側面に大きなロウ材のメニスカスを形成することができる。その結果、基体の下面のほぼ全面を占める大きな面積の接地導体としての第二のメタライズ層を有することにより接地電位が強化され、高周波信号の損失を低減することができるとともに、接地用リード端子を第二のメタライズ層に強固に接合することが可能となる。
【００３８】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、接地用リード端子が信号用リード端子の両側に設けられており、非形成部がそれぞれ接地用リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けられていることから、信号用リード端子を両側の接地用リード端子で挟むことによって信号用リード端子の接地性をより強化して高周波信号の損失を低減することができる。また、接地用リード端子の信号用リード端子と反対側に沿って設けた非形成部が接地用リード端子を接合するためのロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。さらに、接地用リード端子が接合された第二のメタライズ層は、一定間隔をもって第一のメタライズ層を囲んでいるので第一のメタライズ層と第二のメタライズ層との間にも非形成部が存在し、この非形成部によってもロウ材の濡れ広がりを有効に防止することができる。その結果、高周波信号の伝送性をより向上させることができるとともに接地用リード端子の第二のメタライズ層との接合強度をより大きくすることができる。
【００３９】
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、載置部に載置されるとともに貫通導体を介して信号用リード端子および接地用リード端子に電気的に接続された半導体素子と、基体の上面に取着された蓋体とを具備していることにより、半導体素子に非常に高い周波数帯域の高周波信号を低損失で入出力できるとともに、接地用リード端子の接合強度が向上した接合の信頼性の高い高性能の半導体装置を提供できる。
【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下面図である。
【図２】図１の半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図３】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他の例を示す斜視図である。
【図４】従来の半導体素子収納用パッケージの下面図である。
【図５】図４の半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凹部
１ｃ：第一のメタライズ層
１ｄ：第二のメタライズ層
４：蓋体
５ａ：信号用リード端子
５ｂ：接地用リード端子
６：半導体素子
Ａ：非形成部
【図１】
2004259859.tif 000003
【図２】
2004259859.tif 000004
【図３】
2004259859.tif 000005
【図４】
2004259859.tif 000006
【図５】
2004259859.tif 000007