(57)【要約】【課題】高周波帯域で共振が発生し、反射損失が増大し、半導体素子の作動性が劣化する。【解決手段】上面に半導体素子５の載置部２ａを有する基体２と、この上面に載置部２ａを囲繞するように取着されるとともに、側部に外面から内面まで貫通する、外面側に大径部８ａ・内面側に大径部８ａと同軸で連なる小径部８ｂを有する貫通孔８が形成された枠体３と、外周導体４ａ・その中心軸に設置された中心導体４ｃ・その間に介在させた絶縁体４ｂから成り、大径部８ａ内に接合されるとともに中心導体４ｃが小径部８ｂを通って枠体２の内側に延設された、中心導体４ｃに半導体素子５が電気的に接続される同軸コネクタ４とを具備した半導体素子収納用パッケージ１において、中心導体４ｃの直径をａ（ｍｍ）、小径部８ｂの直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の前記上面に前記載置部を囲繞するように取着されるとともに、側部に外面から内面まで貫通する、前記外面側に大径部および前記内面側に前記大径部と同軸で連なる小径部を有する貫通孔が形成された枠体と、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の間に介在させた絶縁体から成り、前記大径部内に接合されるとともに前記中心導体が前記小径部を通って前記枠体の内側に延設された、前記中心導体に前記半導体素子が電気的に接続される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、前記中心導体の直径をａ（ｍｍ）、前記小径部の直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１であることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野やマイクロ波通信・ミリ波通信等の分野で用いられる、高周波数帯域で作動す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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野やマイクロ波通信・ミリ波通信等の分野で使用される、高周波数信号により作動する各種半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージの断面図を図１に示す。また、図２に図１の要部拡大断面図を示す。
【０００３】
図１に示すように、半導体素子収納用パッケージ１は、一般に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る基体２を有する。基体２は、その上面にＬＤ（半導体レーザ）やＰＤ（フォトダイオード），ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子５が載置用基台７を介して載置される載置部２ａを有するとともに、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン合金等の金属材料から成る枠体３が、載置部２ａを取囲むように銀ろう等のろう材を介して接合されている。さらに、枠体３は、その側部に設けられた貫通孔８に、半導体素子５と外部電気回路（図示せず）とを電気的に接続するとともに半導体素子収納用パッケージ１内部を気密に塞ぐ同軸コネクタ４が嵌着接合されている。そして半導体素子収納用パッケージ１は、主にこれら基体２と、枠体３と、同軸コネクタ４とで構成されている。
【０００４】
また、同軸コネクタ４は、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る筒状の外周導体４ａと、絶縁体４ｂと、外周導体４ａと同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る中心導体４ｃとから成る。なお、絶縁体４ｂは、ホウ珪酸ガラス等が外周導体４ａの内部に充填されて形成されている。また、中心導体４ｃは、絶縁体４ｂの中心軸部分に挿着され、半導体素子５と外部電気回路基板（図示せず）を電気的に接続する機能を有し、外周導体４ａは、枠体３の側部に設けられた貫通孔８の内面に金−錫合金半田等のろう材６でろう付け固定されている。
【０００５】
なお、枠体３に形成された貫通孔８は、通常は枠体３の外面側に大径部８ａおよび内面側に大径部８ａと同軸で連なる小径部８ｂを有している。そして、その大径部８ａの内面に、外周導体４ａの外周面がろう材６を介して接合されている。また、貫通孔８の内面は、外周導体４ａの外周面とのろう付け性を良好とするために、通常はその内面全体にニッケルや金等の金属から成るめっき膜（図示せず）が被着されている。
【０００６】
そして小径部８ｂは、中心導体４ｃの小径部８ｂにおけるインピーダンスを同軸コネクタのインピーダンス（４９．８〜５０．２Ω）に整合させるため、式（１）を用いて中心導体４ｃの小径部８ｂのインピーダンスが同軸コネクタのインピーダンスと整合するように（ｂ／ａ＝２．２９〜２．３１）、その直径が設定されている。
【０００７】
Ｚ０  ＝  １３８  ×  ｌｏｇ（ｂ／ａ）  ／  （εｒ）０．５・・・（１）
なお、ここで、Ｚ０は中心導体４ｃの小径部８ｂにおけるインピーダンス、ｂは小径部８ｂの直径（ｍｍ）、ａは中心導体４ｃの直径（ｍｍ）、εｒは空気の誘電率である。
【０００８】
なお、同軸コネクタ４と半導体素子５との電気的接続は、中心導体４ｃの枠体３内側に突出した一端と、基体２の載置部２ａに載置した載置用基台７上の回路基板７ａ上面に形成され、インピーダンスが中心導体４ｃの貫通孔８内部でのインピーダンスと同じになるように形成された、マイクロストリップ線路であるメタライズ金属層７ｂとを、Ｓｎ−Ｐｂ半田等の低融点ろう材を介して接合するとともに、このメタライズ金属層７ｂと半導体素子５とをボンディングワイヤ９で接続することにより行なわれる。
【０００９】
〔特許文献１〕
特開平９−６４２１９号公報
〔特許文献２〕
特開平５−２９８１０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の半導体素子収納用パッケージにおいては、同軸コネクタのインピーダンスと、中心導体４ｃの小径部８ｂにおけるインピーダンスが整合しているにもかかわらず、中心導体４ｃと配線導体７ｂとの接続部が容量成分を持つことにより、この容量成分により接続部のインピーダンスが３〜８Ω程度小さくなって４２〜４７Ω程度になってしまい、その結果、中心導体４ｃと配線導体７ｂとの接続部および小径部８ｂの中心導体４ｃ間にインピーダンスの不整合が発生し、反射損失が増大し、半導体素子の作動性が劣化するという問題点を有していた。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は反射損失が小さく、半導体素子の作動性が劣化することのない半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の前記上面に前記載置部を囲繞するように取着されるとともに、側部に外面から内面まで貫通する、前記外面側に大径部および前記内面側に前記大径部と同軸で連なる小径部を有する貫通孔が形成された枠体と、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の間に介在させた絶縁体から成り、前記大径部内に接合されるとともに前記中心導体が前記小径部を通って前記枠体の内側に延設された、前記中心導体に前記半導体素子が電気的に接続される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、前記中心導体の直径をａ（ｍｍ）、前記小径部の直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、中心導体の直径をａ（ｍｍ）、小径部の直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１としたことから、小径部における中心導体のインピーダンスが５０．５〜５５．０Ωとなり、中心導体と配線導体との接続部の低インピーダンスが相殺され、その結果、中心導体と配線導体との接続部および小径部の中心導体間でインピーダンスの不整合による反射損失が増大することはなく、半導体素子の作動性が劣化することはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の半導体素子収納用パッケージを添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、この図において、２は基体、３は枠体、４は同軸コネクタであり、主にこれらで本発明の半導体素子収納用パッケージ１が構成される。また、５は半導体素子、６はろう材、２ａは載置部、７は載置用基台、７ａは回路基板、７ｂは配線導体、８は貫通孔、８ａは大径部、８ｂは小径部、９はボンディングワイヤである。なお、本実施例では、半導体素子５が基体２の載置部２ａに載置した載置用基台７上に載置されている場合の例を示している。
【００１６】
基体２は、半導体素子５を支持するための支持部材ならびに半導体素子５が発生する熱を放散するための放熱板としての機能を有し、その上面の中央部に半導体素子５が載置用基台７を介して載置される載置部２ａを有している。この載置部２ａに載置用基台７が錫−鉛半田等の低融点ろう材（図示せず）を介して接着固定され、半導体素子５が発生した熱が載置用基台７および低融点ろう材を介して外部に効率良く放散され、半導体素子５の作動性が良好なものとなる。
【００１７】
このような基体２は、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン合金等の金属材料から成り、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を施すことによって長方形状に製作される。また、その表面には耐蝕性に優れるとともにろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚みが０．５〜９μｍのニッケル層と厚みが０．５〜９μｍの金層とをめっき法により順次被着させておくと、基体２が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、基体２上面に載置用基台７をろう材を介して強固に接合することができる。従って、基体２の表面に厚みが０．５〜９μｍのニッケル層および厚みが０．５〜９μｍの金層をめっき法により順次被着させておくことが好ましい。
【００１８】
なお、載置用基台７はシリコン（Ｓｉ）や銅−タングステン合金等の熱伝導性の高い金属から成り、その上面には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等のセラミックスから成り、上面に伝送線路としてのメタライズから成る配線導体７ｂが形成されたインピーダンス整合等用の回路基板７ａが接合される。
【００１９】
配線導体７ｂは、そのインピーダンスが後述する同軸コネクタ４のインピーダンスと同じになるように形成されたマイクロストリップ線路であり、半導体素子５にボンディングワイヤ９を介して、また、同軸コネクタ４の中心導体４ｃとは金−錫合金半田等の低融点ろう材を介して接続され、同軸コネクタ４の中心導体４ｃと半導体素子５とを電気的に接続する機能を有する。
【００２０】
また、基体２の上面には、載置部２ａを取囲んで枠体３が銀ろう等のろう材を介して接合されている。枠体３は、その側部に外面から内面まで貫通する、外面側に大径部８ａおよび内面側に大径部８ａと同軸で連なる小径部８ｂが形成された貫通孔８を有しており、この貫通孔８の大径部８ａには同軸コネクタ４が嵌着接合されている。
【００２１】
このような枠体３は、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン合金等の金属材料から成り、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を施すことによって所定の形状に製作される。あるいは、基体２と一体的に形成されていてもよい。また、その表面には耐蝕性に優れるとともにろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚みが０．５〜９μｍのニッケル層と厚みが０．５〜９μｍの金層とをめっき法により順次被着させておくと、枠体３が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、貫通孔８の内面に同軸コネクタ４の外周導体４ａを強固に固定することができる。従って、枠体３の表面に厚みが０．５〜９μｍのニッケル層および厚みが０．５〜９μｍの金層をめっき法により順次被着させておくことが好ましい。
【００２２】
また、大径部８ａの内部に嵌着された同軸コネクタ４は、その中心導体４ｃが小径部８ｂの中心に位置するように配置され、半導体素子５と外部電気回路（図示せず）とを電気的に接続する機能を有するとともに半導体素子収納用パッケージ１の内部を気密に塞ぐ機能を有し、外周導体４ａおよびその中心軸に設置された中心導体４ｃならびにその間に介在させた絶縁体４ｂから成る。
【００２３】
外周導体４ａは、金属材料から成る筒状でありグランドの機能を有し、その外周表面が貫通孔８の内面に金−錫合金半田等のろう材６でろう付けされている。また、絶縁体４ｂは、ホウ珪酸ガラス等の絶縁物から成り、外周導体４ａと中心導体４ｃとを絶縁する機能を有する。さらに、中心導体４ｃは、絶縁体４ｂの中心軸部分に配置され、半導体素子５と外部電気回路とを電気的に接続する機能を有する。
【００２４】
外周導体４ａおよび中心導体４ｃは、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステン合金等の金属材料から成り、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を施すことによって筒状あるいは棒状に形成される。また、その表面には耐蝕性に優れるとともにろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚みが０．５〜９μｍのニッケル層と厚みが０．５〜９μｍの金層とをめっき法により順次被着させておくと、外周導体４ａおよび中心導体４ｃが酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、外周導体４ａの外周表面と貫通孔８の内面とを、および中心導体４ｃと外部電気回路および回路基板７ａの配線導体７ｂとを強固に接合することができる。従って、外周導体４ａおよび中心導体４ｃの表面に厚みが０．５〜９μｍのニッケル層および厚みが０．５〜９μｍの金層をめっき法により順次被着させておくことが好ましい。
【００２５】
なお、同軸コネクタ４は、信号が伝送される中心導体４ｃと外周導体４ａとが、信号伝送時のインピーダンス整合が可能な同軸構造を構成しているので、伝送される信号の周波数が高くなっても、中心導体４ｃにインピーダンスの整合が困難となる部位が出現することはない。
【００２６】
そして、本発明の半導体素子収納用パッケージ１においては、貫通孔８の小径部８ｂにおいて、中心導体４ｃの直径ａ（ｍｍ）と小径部８ｂの直径ｂ（ｍｍ）との比が２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１となっている。また、本発明においてはこのことが重要である。
【００２７】
貫通孔８の小径部８ｂにおいて、中心導体４ｃの直径ａ（ｍｍ）と小径部８ｂの直径ｂ（ｍｍ）との比を２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１とするのは、式（１）に示す同軸形状のインピーダンスを求める式において、小径部８ｂにおける中心導体４ｃのインピーダンスを５０．５乃至５５．０Ωとするためである。
【００２８】
Ｚ０  ＝  １３８  ×  ｌｏｇ（ｂ／ａ）  ／  （εｒ）０．５・・・（１）
なお、ここで、Ｚ０は中心導体４ｃの小径部８ｂにおけるインピーダンス、ｂは小径部８ｂの直径（ｍｍ）、ａは中心導体４ｃの直径（ｍｍ）、εｒは空気の誘電率である。
【００２９】
本発明の半導体素子収納用パッケージ１によれば、中心導体４ｃの直径をａ（ｍｍ）、小径部８ｂの直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１としたことから、小径部８ｂにおける中心導体４ｃのインピーダンスが５０．５〜５５．０Ωとなり、中心導体４ｃと配線導体７ｂとの接続部の低インピーダンスが相殺され、その結果、中心導体４ｃと配線導体７ｂとの接続部および小径部８ｂの中心導体４ｃ間でインピーダンスの不整合による反射損失が増大することはなく、半導体素子５の作動性が劣化することはない。
【００３０】
なお、小径部８ｂのインピーダンスが５０．５Ωより小さくなる、すなわちｂ／ａが２．３３未満となると、中心導体４ｃと配線導体７ｂとの接続部の低インピーダンスを相殺することができず、反射損失が増大し半導体素子５の作動性が劣化する傾向があり、また、小径部８ａのインピーダンスが５５．０Ωより大きくなる、すなわちｂ／ａが２．５１を超えると、小径部８ｂでの反射損失が大きくなり、半導体素子５の作動性が劣化する傾向がある。従って、中心導体４ｃの直径をａ（ｍｍ）、小径部８ｂの直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１とすることが重要である。
【００３１】
また、枠体３の上面には、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料やアルミナセラミックス等の絶縁材料から成る蓋体（図示せず）が接合され、これにより基体２、枠体３、蓋体とから成る容器の内部に半導体素子５が気密に収容される。なお、蓋体の枠体３上面への接合は、例えば、シーム溶接法、ＹＡＧレーザ溶接法等の溶接法、金−錫合金半田等の低融点ろう材によるろう付けにより行なわれる。
【００３２】
かくして本発明の半導体素子収納用パッケージ１によれば、基体２の載置部２ａに半導体素子５を載置固定するとともに、半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ９等を介して同軸コネクタ４の中心導体４ｃと電気的に接続し、次に、枠体３の上面に蓋体を接合し、基体２と枠体３と蓋体とから成る容器の内部に半導体素子５を気密に収容することによって半導体装置となる。
【００３３】
なお、本発明は上述の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において種々の変更を行なうことは何ら支障はなく、例えば半導体素子が、半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子であってもよい。
【００３４】
【実施例】
次に述べるサンプルを製作して、本発明の半導体素子収納用パッケージの電気特性を評価した。
【００３５】
まず、縦３５ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ３ｍｍの長方形の銅−タングステン合金から成る基体と、縦３５ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ７ｍｍの長方形の鉄−ニッケル−コバルト合金から成る枠体とを切削加工により製作し、しかる後、これらを銀−銅ろう材で接合して容器本体を製作した。なお、枠体の側部には、外面側に大径部、内面側に小径部を有する貫通孔を打抜き加工および切削加工により形成した。なお、同軸コネクタの中心導体は０．３ｍｍとし、中心導体をａ、小径部の直径をｂとしたとき比ｂ／ａを２．３０（インピーダンス４９．９Ω）から２．５４（インピーダンス５５．９Ω）まで０．０３刻みとなるようにした。
【００３６】
次に、容器本体の全面に５μｍのニッケル層と０．５μｍの金層とをめっき法により被着させた。また、別途、外周導体、絶縁体および中心導体からなる同軸コネクタを準備し、この同軸コネクタを筒状の高温半田で貫通孔の大径部に嵌着してサンプルＡを得た。なお、高温半田は、Ｎ２雰囲中で、ＳＵＳ製のヒーターブロックを熱源とし、３８０℃の温度を１５０秒印加して溶融した。
【００３７】
評価は反射損失をネットワークアナライザにて測定し、一般的なスペックである反射損失−２０ｄＢにて判定した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2004259972.tif 000003
【００３９】
表１より、中心導体の直径ａおよび小径部の直径ｂの比ｂ／ａが２．３３から２．５１の範囲で反射損失−２０ｄＢを下回り良好な結果となった。上記範囲から外れる場合は−２０ｄＢを超えてしまうことがわかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、中心導体の直径をａ（ｍｍ）、小径部の直径をｂ（ｍｍ）としたときに、２．３３≦ｂ／ａ≦２．５１としたことから、小径部における中心導体のインピーダンスが５０．５〜５５．０Ωとなり、中心導体と配線導体との接続部の低インピーダンスが相殺され、その結果、中心導体と配線導体との接続部および小径部の中心導体間でインピーダンスの不整合による反射損失が増大することはなく、半導体素子の作動性が劣化することはない。
【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の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・・・半導体素子収納用パッケージ
２・・・・・・・・・・基体
２ａ・・・・・・・・・載置部
３・・・・・・・・・・枠体
４・・・・・・・・・・同軸コネクタ
４ａ・・・・・・・・・外周導体
４ｂ・・・・・・・・・絶縁体
４ｃ・・・・・・・・・中心導体
５・・・・・・・・・・半導体素子
６・・・・・・・・・・ろう材
７・・・・・・・・・・載置用基台
７ａ・・・・・・・・・回路基板
７ｂ・・・・・・・・・配線導体
８・・・・・・・・・・貫通孔
８ａ・・・・・・・・・大径部
８ｂ・・・・・・・・・小径部
９・・・・・・・・・・ボンディングワイヤ
【図１】
2004259972.tif 000004
【図２】
2004259972.tif 000005