(57)【要約】【課題】  半導体素子を入出力する高周波信号の伝送効率を優れたものとし得るパッケージおよび半導体装置を提供すること。【解決手段】  半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子が載置される載置部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、側部に下側を切り欠いて成る入出力端子３の取付部２ａを有する枠体２と、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された線路導体３ｃを有するセラミックスから成る平板部３ａおよび平板部３ａの上面に線路導体３ｃの一部を間に挟んで接合されたセラミックスから成る立壁部３ｂから構成され、取付部２ａに嵌着されロウ付けされた入出力端子３とを具備しており、載置部１ａは、基体１の上側主面に形成された凸部から成るとともにその側面が傾斜面１ｃとされており、入出力端子３は、その枠体２内側の端が傾斜面１ｃの下端に当接している。【選択図】図１
2005072502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に下側を切り欠いて成る入出力端子の取付部を有する枠体と、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された線路導体を有するセラミックスから成る平板部および該平板部の上面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合されたセラミックスから成る立壁部から構成され、前記取付部に嵌着されロウ付けされた入出力端子とを具備しており、前記載置部は、前記上側主面に形成された凸部から成るとともにその側面が傾斜面とされており、前記入出力端子は、その前記枠体内側の端が前記傾斜面の下端に当接し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、前記載置部に載置されるとともに前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波通信，ミリ波通信等用の基地局などに用いられ、高周波数、高出力の半導体素子を収納するための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。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンピュータ装置や携帯電話等の情報処理装置および通信装置の高速化および大容量化に伴なって、情報処理装置および通信装置に使用される半導体装置に関しても、ＭＨｚ帯やＧＨｚ帯でより高周波の帯域において、高周波信号を扱い得るように改良の努力が為されてきている。例えば、半導体能動素子として、従来のシリコンを素材とした半導体素子に代わり、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）化合物半導体を用いたＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor:金属半導体電界効果トランジスタ）などの化合物半導体を素材としたショットキバリア型電界効果トランジスタが開発され、ＧＨｚ帯の電気信号に対応できるように改良が進みつつある。
【０００３】
特に携帯電話の基地局に用いられるような情報機器では、限られた電力で高出力が得られ、長時間の信号変換ができるように、高効率、高周波数で作動する高出力の半導体素子と、これを収納するとともにその性能を最大限引き出すことができる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）が望まれている。このような目的を達成するために、ＧａＡｓ化合物半導体を用いたＭＥＳＦＥＴの開発が進められてきた。また、高周波および大電力を扱う半導体素子を収納するパッケージとして、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金などの高い熱伝導性を有する材料からなる基体と、その基体上に取着されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの枠体と、枠体の貫通孔や切欠きから成る取付部にロウ材を介して嵌着されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体等の絶縁材料からなる入出力端子とを備えたパッケージが提案されている。
【０００４】
このようなパッケージの一例を図５の平面図に示す。同図のパッケージは、基体101とその上側主面の外周部にロウ材等で接合された枠体102とを有しており、枠体102の側部に形成された切欠きや貫通孔からなる取付部102ａに、平板部３ａと立壁部３ｂと線路導体３ｃとを備えた入出力端子３が嵌着されロウ付けされる。
【０００５】
この入出力端子３は、図６の要部拡大断面図に示すように、線路導体３ｃが上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された平板部３ａと、平板部３ａの上面において線路導体３ｃの一部を平板部３ａとで挟むとともに線路導体３ｃの線路方向と直交するようにして取着された直方体状の立壁部３ｂとを有している。そして、線路導体３ｃの立壁部３ｂに覆われない露出部分には後述するように金（Ａｕ）メッキ層などの金属メッキ層が施され、線路導体３ｃの導通抵抗を小さくしているとともに、線路導体３ｃの露出部分の表面の電気抵抗を小さくして、線路導体３ｃを伝送する高周波信号の伝送損失を小さくしている。
【０００６】
また、入出力端子３の線路導体３ｃの方向に平行な側面３ｄ、立壁部３ｂの上面、平板部３ａの下面にはＷ等のメタライズ層から成る接地導体層３ｅが予め形成されており、その接地導体層３ｅの表面には、線路導体３ｃと同様にＮｉメッキ層などの金属メッキ層が表面に施され、枠体102の取付部102ａの内面にロウ付けされる際の接合を容易なものとしている。また、パッケージの信頼性を向上させるため、またワイヤボンディングの接合性を向上させるために最後にニッケルメッキ層、および金（Ａｕ）メッキ層が基体101、および入出力端子３の導電性部位、およびロウ材表面に形成される。
【０００７】
図５，図６の枠体102は上面の外周端に全周にわたって段差102ｂが形成されており、また枠体102の上側を切り欠いて成る取付部102ａが形成されている。そして、この取付部102ａに入出力端子３が嵌着され、入出力端子３の平板部３ａの上面が枠体102の段差102ｂの上面より突出した状態で接合されている。これにより、段差102ｂの高さとパッケージの枠体102で囲まれた凹部の底面との高さ関係を適正化しているため、ロウ付け時に入出力端子３に発生するクラックを回避することができる。また、段差102ｂの上面は半導体素子を基体101を介して接地する際に、接地用ワイヤをボンディングするためのボンディング面として用いられることがある。
【０００８】
そして、半導体素子が基体101の上側主面の中央部の載置部にＡｕ−錫（Ｓｎ）合金半田などの接合材を介して接合され、さらにワイヤを介して半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとが電気的に接続され、最後に枠体102の上面に蓋体が取着されてパッケージ内部が気密に封止されることにより、半導体装置となる。
【特許文献１】特開平６−283618号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図５，図６に示すような従来のパッケージにおいて、入出力端子３を取付部102ａに嵌着する際、入出力端子３を基体101の上に載置された半導体素子の位置に対して正確に位置合わせするのが困難であり、特に、線路導体３ｃの線路方向に入出力端子３がずれ易かった。入出力端子３が位置ずれして、線路導体３ｃの枠体102の内側先端が所望の位置からずれると、半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとを電気的に接続するワイヤの長さが長くなって、半導体素子を入出力する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、半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとを電気的に接続するワイヤの下側においては、基体101の上面，平板部３ａの側面，および半導体素子の側面とで凹状の窪みが形成されているため、この凹状の窪みの領域でワイヤに対する接地性が低下することにより、ワイヤを伝送する高周波信号の周りに発生する電界の分布が半導体素子の外周付近で急激に変化し、ワイヤを伝送する高周波信号に発生する反射損失等の伝送損失が大きくなって高周波信号の伝送効率が低下するという問題点があった。
【００１１】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体素子を入出力する高周波信号の伝送効率を優れたものとし得るパッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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が載置される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、側部に下側を切り欠いて成る入出力端子の取付部を有する枠体と、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された線路導体を有するセラミックスから成る平板部および該平板部の上面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合されたセラミックスから成る立壁部から構成され、前記取付部に嵌着されロウ付けされた入出力端子とを具備しており、前記載置部は、前記上側主面に形成された凸部から成るとともにその側面が傾斜面とされており、前記入出力端子は、その前記枠体内側の端が前記傾斜面の下端に当接していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置は、上記構成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線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、載置部が、基体の上側主面に形成された凸部から成るとともにその側面が傾斜面とされており、入出力端子の枠体内側の端が傾斜面の下端に当接していることにより、入出力端子を取付部に嵌着する際に凸部から成る載置部を位置合わせの基準とすることができるので入出力端子を確実に位置決めでき、線路導体の線路方向に入出力端子が位置ずれするのを防止できる。よって、線路導体の枠体の内側先端を所望の位置に精度良く位置させることができ、半導体素子上の電極と入出力端子の線路導体とを電気的に接続するワイヤの長さが長くなるのを有効に防止することができる。その結果、半導体素子を入出力する高周波信号を効率よく伝送できるようになる。
【００１５】
また、半導体素子上の電極と入出力端子の線路導体とを電気的に接続するワイヤの直下においては、載置部の傾斜面が位置していることから、ワイヤと基体との距離が緩やかに変化してワイヤに対する接地電位が急激に変化することがない。よって、ワイヤを伝送する高周波信号の周りに発生する電界の分布が半導体素子の外周付近で急激に変化するのを有効に抑制することができ、ワイヤを伝送する高周波信号に発生する反射損失等の伝送損失を有効に抑制して高周波信号の伝送効率を優れたものとすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記構成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線路導体に電気的に接続された半導体素子と、枠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、半導体素子が長期にわたって安定的に作動する信頼性の高い半導体装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージの平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【００１８】
これらの図において、１は基体、１ａは半導体素子の載置部、１ｃは傾斜面、２は基体１の上側主面に接合された枠体、２ａは入出力端子３の取付部、３は入出力端子、３ａは入出力端子３の平板部、３ｂは入出力端子３の立壁部、３ｃは線路導体、３ｄは入出力端子３の線路方向に平行な側面、３ｅは入出力端子３における上面（立壁部３ｂの上面や平板部３ａの上面の線路導体３ｃの両側）、側面３ｄおよび下面に連続して形成された接地導体層であり、入出力端子３の側面３ｄは凸字状の形状である。
【００１９】
本発明のパッケージは、上側主面に半導体素子が載置される載置部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、側部に下側を切り欠いて成る入出力端子３の取付部２ａを有する枠体２と、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された線路導体３ｃを有するセラミックスから成る平板部３ａおよび平板部３ａの上面に線路導体３ｃの一部を間に挟んで接合されたセラミックスから成る立壁部３ｂから構成され、取付部２ａに嵌着されロウ付けされた入出力端子３とを具備しており、載置部１ａは、基体１の上側主面に形成された凸部から成るとともにその側面が傾斜面１ｃとされており、入出力端子３は、その枠体２内側の端が傾斜面１ｃの下端に当接している。
【００２０】
基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属からなる四角形状の平板であり、金属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法を施すことによって所定形状に製作され、基体１の上側主面には、半導体素子（図示せず）を載置する載置部１ａが設けられる。この基体１は、半導体素子が作動時に発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割をも果たす。基体１の表面には、酸化腐食の防止や半導体素子のロウ付け等による載置固定を良好にするために、厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層や厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層から成る金属層をめっき法等により被着させておくとよい。また、半導体素子の熱を効率よく外部へ放熱させるために、半導体素子がペルチェ素子等の熱電冷却素子（図示せず）に搭載された状態で載置部１ａに載置固定されていてもよい。
【００２１】
載置部１ａは基体１の上側主面に形成された凸部から成る。即ち、載置部１ａの上面が基体１の載置部１ａを除く上側主面よりも突出するように形成されている。さらに載置部１ａの側面が傾斜面１ｃとされている。
【００２２】
この傾斜面１ｃにより、入出力端子３を取付部２ａに嵌着する際、入出力端子３の枠体２内側の先端を傾斜面１ｃの下側に当接させて凸部から成る載置部１ａを位置合わせの基準とすることができるので入出力端子３を確実に位置決めでき、線路導体３ｃの線路方向に入出力端子３が位置ずれするのを防止できる。よって、線路導体３ｃの枠体２の内側先端を所望の位置に精度良く位置させることができ、半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとを電気的に接続するワイヤの長さが長くなるのを有効に防止することができる。その結果、半導体素子を入出力する高周波信号を効率よく伝送できるようになる。
【００２３】
また、半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとを電気的に接続するワイヤの直下においては、載置部１ａの傾斜面１ｃが位置していることから、ワイヤと基体１との距離が緩やかに変化してワイヤに対する接地電位が急激に変化することがない。よって、ワイヤを伝送する高周波信号の周りに発生する電界の分布が半導体素子の外周付近で急激に変化するのを有効に抑制することができ、ワイヤを伝送する高周波信号に発生する反射損失等の伝送損失を有効に抑制して高周波信号の伝送効率を優れたものとすることができる。
【００２４】
好ましくは、傾斜面１ｃの傾斜角度は20〜70°であるのがよく、この構成により、入出力端子３を枠体２の取付部２ａに嵌着する際に入出力端子３を確実に位置決めできるとともに、ワイヤを伝送する高周波信号の周りに発生する電界の分布が半導体素子の外周付近で急激に変化するのを有効に防止することができる。従って、半導体素子を入出力する高周波信号の伝送効率に優れたものとすることができる。
【００２５】
傾斜面１ｃの傾斜角度が20°未満であると、傾斜面１ｃの傾斜角度が小さくなりすぎ、入出力端子３を枠体２の取付部２ａに嵌着する際に入出力端子３を位置決めするのが困難になる。また、傾斜面１ｃの傾斜角度が70°を超えて大きくなると、傾斜面１ｃの傾斜角度が大きくなりすぎ、ワイヤを伝送する高周波信号の周りに発生する電界の分布が半導体素子の外周付近で急激に変化しやすくなる。
【００２６】
また好ましくは、図１に示すように、載置部１ａの傾斜面１ｃの下端は、枠体２の入出力端子３が取着されていない側部において、枠体２の内面に当接するように形成されるのがよい。これにより、基体１に対する枠体２の位置決めを確実なものとすることができ、その結果、枠体２の取付部２ａに取り付けられる入出力端子３を載置部１ａに対して非常に精度良く取り付けることができる。
【００２７】
また、基体１の上側主面の外周部には、載置部１ａ囲繞するようにして銀（Ａｇ）−Ｃｕロウ等のロウ材を介して接合された枠体２が立設されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子を収容する空所を形成する。枠体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｕ−Ｗ等の金属から成る枠状体であり、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法を施したり、射出成形と切削加工等を施すことによって所定形状に製作され、基体１にＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介して接合される。また、枠体２の表面には、酸化腐食の防止や入出力端子３のロウ付け等による嵌着を良好にするために、厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層や厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層から成る金属層をめっき法等により被着させておくとよい。
【００２８】
また、枠体２には、側部の下側を切り欠いて成る切欠きから成る入出力端子３を取り付けるための取付部２ａが形成されている。そして、入出力端子３が枠体２の取付部２ａにＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。なお、取付部２ａは、枠体２の下面から上面にかけて形成されていてもよい。
【００２９】
好ましくは、図３に上面図、図４に要部断面図を示すように、入出力端子３の線路導体３ｃの線路方向の長さが枠体２の幅（枠体２の内面と外面との距離）と同一であるのがよい。この構成の場合、入出力端子３の側面３ｄを入出力端子３の全長にわたって枠体２に接合させることができ、入出力端子３が取付部２ａに対して傾いて取り付けられるのを有効に防止することができる。その結果、半導体素子上の電極と入出力端子３の線路導体３ｃとを電気的に接続するワイヤの長さが所望の長さより長くなるのを有効に防止することができ、半導体素子を入出力する高周波信号をさらに効率よく伝送させることができる。また、枠体２の内面の下端を全周にわたって、載置部１ａの傾斜面１ｃの下端に当接させることができ、枠体２の基体１に対する位置決め精度を非常に高いものとすることができる。その結果、枠体２の取付部２ａに取り付けられる入出力端子３を載置部１ａに対して非常に精度良く取り付けることができるようになり、半導体素子を入出力する高周波信号を一層効率よく伝送させることができる。
【００３０】
また好ましくは、枠体２の幅は立壁部３ｂの幅（立壁部３ｂのパッケージ内側の面とパッケージ外側の面距離）よりも大きくなっており、さらに取付部２ａおよびその付近で枠体２の内外面に段差が形成され、この段差の上面が入出力端子３の平板部３ａの上面と同一面となるように形成されているのがよい。この構成により、段差２ｂの上面を線路導体３ｃに対する接地導体として機能させるとともに、線路導体３ｃを両側に接地導体が形成されたコプレーナ線路とし、線路導体３ｃを全長にわたって特性インピーダンスに整合させることができ、線路導体３ｃを伝送する信号が１ＧＨｚ以上の高周波帯域のものとなっても、高周波信号に反射損失や透過損失といった伝送損失を発生させることなく、高周波信号を極めて効率よく伝送させることができる。
【００３１】
入出力端子３は、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された枠体２の内外を導通する線路導体３ｃを有するセラミックスから成る四角形状の平板部３ａおよびこの平板部３ａの上面に線路導体３ｃの一部を間に挟んで接合された直方体状の立壁部３ｂとから構成され、枠体２の側部に設けられた取付部２ａにＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。
【００３２】
入出力端子３を構成する上記の平板部３ａおよび立壁部３ｂは、Ａｌ２Ｏ３質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスから成り、セラミックグリーンシートを打ち抜き加工した後、これらのセラミックグリーンシートを多層積層して焼成することによって形成される。
【００３３】
入出力端子３の平板部３ａの上面に設けられた線路導体３ｃは、Ｗ，モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の導体ペーストを焼成することにより形成されている。枠体２外側の線路導体３ｃにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るリード端子がＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材を介して電気的に接続されていてもよい。
【００３４】
上記構成のパッケージの載置部１ａに半導体素子を載置固定した後、半導体素子の電極と入出力端子３の線路導体３ｃの枠体２内側の部位とをワイヤをボンディングすることによって電気的に接続し、枠体２の上面に蓋体の外周部をシーム溶接法やレーザ溶接法等の溶接法によって接合し、半導体素子を気密に封止することにより、製品としての半導体装置となる。
【００３５】
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支障ない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、マイクロ波通信，ミリ波通信等用の基地局などに用いられ、高周波数、高出力の半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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一例を示す平面図である。
【図２】図１の半導体素子収納用パッケージのＸ−Ｘ’線における拡大断面図である。
【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平面図である。
【図４】図３の半導体素子収納用パッケージのＹ−Ｙ’線における拡大断面図である。
【図５】従来の半導体素子収納用パッケージの平面図である。
【図６】従来の半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１：基体
１ａ：載置部
１ｃ：傾斜面
２：枠体
２ａ：取付部
３：入出力端子
３ａ：平板部
３ｂ：立壁部
３ｃ：線路導体
【図１】
2005072502.tif 000003
【図２】
2005072502.tif 000004
【図３】
2005072502.tif 000005
【図４】
2005072502.tif 000006
【図５】
2005072502.tif 000007
【図６】
2005072502.tif 000008