(57)【要約】【課題】  高周波電気信号に反射等を起こして伝送特性が大きく劣化する。【解決手段】搭載部１ａを有する基体１と、搭載部１ａに設けた第１パッド２、第２パッド３、グランド用パッド４と、第１パッド２より導出する第１配線導体４ａと、第２パッド３より導出する第２配線導体６と、グランド用パッド４より導出するグランド配線導体４ｂと、第２配線導体６に接続されているコネクター７とから成る半導体素子収納用パッケージ８と、高周波の電気信号を送受信する半導体素子９とで構成され、パッケージ８の搭載部１ａに半導体素子９を搭載するとともに第１パッド２、第２パッド３、グランド用パッド４に半導体素子９下面の電極１０を接続部材１１を介し電気的に接続した半導体装置であって、第２パッド３は少なくとも２つのグランド用パッド４の間に、互いの隣接間隔を０．０５ｍｍ以下として形成されている。【選択図】  図１
2005101210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載される搭載部を有する基体と、該基体の搭載部に形成されている第１パッド、第２パッドおよびグランド用パッドと、該第１パッドより基体下面にかけて導出されている複数個の第１配線導体と、前記第２パッドより基体上面もしくは側面にかけて導出されている第２配線導体と、前記グランド用パッドより基体下面にかけて導出されているグランド配線導体と、前記第２配線導体に電気的に接続されているコネクターとから成る半導体素子収納用パッケージと、下面に電極を有し、４０ＧＨｚ乃至８０ＧＨｚの電気信号を送受信する半導体素子とで構成され、前記半導体素子収納用パッケージの搭載部に半導体素子を搭載するとともに第１パッド、第２パッドおよびグランド用パッドに半導体素子の下面に形成されている電極を接続部材を介して電気的に接続してなる半導体装置であって、前記第２パッドは、少なくとも２つの前記グランド用パッドの間に、互いの隣接間隔が０．０５ｍｍ以下となるようにして形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子と前記基体の搭載部との間に、絶縁性樹脂充填材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波の電気信号を送受信する半導体素子を半導体素子収納用パッケージ内に気密に収容して成る半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信や無線通信等の機器には多数の半導体装置が使用されており、かかる半導体装置は一般に、高周波の電気信号を送受信する半導体素子を半導体素子収納用パッケージ内に気密に収容することによって形成されている。
【０００３】
前記半導体素子収納用パッケージは、通常、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等の電気絶縁材料から成り、上面に半導体素子の搭載部が形成された基体と、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀等の金属材料から成り、基体の半導体素子搭載部から下面にかけて被着導出された複数の入出力用配線導体（第１配線導体）およびグランド配線導体と、この配線導体と電気的に接続するようにして基体の下面に形成された複数個のグランド用パッドおよび入出力用パッドと、基体の搭載部より上面もしくは側面にかけて導出されている出入力用配線導体（第２配線導体）と、この出入力用配線導体（第２配線導体）に一端が接続されるとともに他端が外部に導出されているコネクターとにより構成されている。
【０００４】
そして、かかる半導体素子収納用パッケージには、その搭載部に電気信号を送受信する半導体素子がＡｕ−Ｓｎろう材あるいは半田等の接合材を介して接着固定されるとともに、半導体素子の入出力電極および接地電極が入出力用配線導体（第１配線導体）、グランド配線導体および出入力用配線導体（第２配線導体）にボンディングワイヤを介して接続され、その後、必要に応じて蓋体等で半導体素子を封止することによって半導体装置となる。
【０００５】
また前記半導体装置は基体の下面に形成されているグランド用パッドおよび入出力用パッドを外部電気回路基板の回路導体に半田バンプ等を介し接続させることによって内部に収容する半導体素子が外部電気回路に接続され、同時にコネクターに同軸ケーブル等を介し外部の通信装置等の外部機器を接続させることによって半導体素子と外部機器とが接続するようになっている。
【０００６】
なお、前記半導体装置に使用されている半導体素子は複数の電気信号を合成して一つの電気信号に変換する、或いは一つの電気信号を分離して複数の電気信号に変換する機能を有しており、外部電気回路から第１配線導体を介して入力される複数の周波数帯域が低い電気信号は半導体素子で合成されて一つの周波数帯域が高い電気信号となり、この周波数帯域の高い電気信号は第２配線導体を介してコネクターに伝送されるとともにコネクターより外部の通信装置等の外部機器に伝送され、またコネクターを介して外部機器より伝送された周波数帯域の高い電気信号は半導体素子で複数の周波数帯域が低い電気信号に変換され、各々の周波数帯域の低い電気信号は第１配線導体を介して外部電気回路に伝送されることとなる。
【０００７】
また前記半導体装置において、半導体素子の入出力電極および接地電極と入出力用配線導体（第１配線導体）や出入力用配線導体（第２配線導体）等とを接続するボンディングワイヤは一般に直径が１８μｍ〜５０μｍ、純度が９９．９％以上、破断強度が０．０５〜０．７８（Ｎ）程度の金線（Ａｕワイヤ）が使用されている。
【特許文献１】特開２００２−１６４４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この従来の半導体装置においては、半導体素子の入出力電極と第２配線導体とを接続しているボンディングワイヤの破断強度が０．０５〜０．７８（Ｎ）程度であり、弱いことから外力印加によって接続領域近傍で切れるのを防止するため長さを１ｍｍ以上として余裕をもたせていること、第２配線導体が比誘電率約２〜１０の基板上に形成されているのに対し、ボンディングワイヤはその周囲が比誘電率１の空気で囲まれており、ボンディングワイヤのインピーダンスが第２配線導体のインピーダンスよりも高くなっていること等から、半導体素子とコネクターを結ぶ線路中にインピーダンスが他よりも高い領域が１ｍｍ以上の長さにわたって形成されていることとなる。そのため、この第２配線導体とボンディングワイヤとを介してコネクターと半導体素子との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、インピーダンスが高いボンディングワイヤで信号に反射等を起こし、伝送特性が大きく劣化するという欠点を有していた。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は半導体素子とコネクターとの間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を反射等を起こすことなく良好に伝送させることができる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】
【００１０】
本発明は、半導体素子が搭載される搭載部を有する基体と、該基体の搭載部に形成されている第１パッド、第２パッドおよびグランド用パッドと、該第１パッドより基体下面にかけて導出されている複数個の第１配線導体と、前記第２パッドより基体上面もしくは側面にかけて導出されている第２配線導体と、前記グランド用パッドより基体下面にかけて導出されているグランド配線導体と、前記第２配線導体に電気的に接続されているコネクターとから成る半導体素子収納用パッケージと、下面に電極を有し、４０ＧＨｚ乃至８０ＧＨｚの電気信号を送受信する半導体素子とで構成され、前記半導体素子収納用パッケージの搭載部に半導体素子を搭載するとともに第１パッド、第２パッドおよびグランド用パッドに半導体素子の下面に形成されている電極を接続部材を介して電気的に接続してなる半導体装置であって、前記第２パッドは、少なくとも２つの前記グランド用パッドの間に、互いの隣接間隔が０．０５ｍｍ以下となるようにして形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明は、前記半導体素子と前記基体の搭載部との間に、絶縁性樹脂充填材が充填されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置によれば第２配線導体に電気的接続されている第２パッドを基体の半導体素子が搭載される搭載部に形成するとともに該第２パッドを半導体素子の電極に接続部材を介し接続するようになし、接続部材の長さを０．５ｍｍ程度の短いものになしたこと、第２パッドを２つのグランド用パッド間に配するとともに互いの隣接間隔を０．０５ｍｍ以下として第２パッドおよび該第２パッドと半導体素子の電極とを接続する接続部材のインピーダンスを低く抑えたことから、第２配線導体を介してコネクターと半導体素子との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、半導体素子の電極と第２配線導体とを電気的に接続する第２パッドおよび接続部材において信号に大きな反射等を起こすことはほとんどなく、その結果、信号の伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００１３】
また本発明によれば、半導体素子の下面と基体の搭載部との間に絶縁性の樹脂充填材を充填したことから第２パッドとグランド用パッドとの間隔が０．０５ｍｍ以下と短く、異物の付着等により両者間に電気的な短絡が発生しようとしてもその電気的短絡が前記絶縁性樹脂で有効に防止され、半導体素子を常に正常に作動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の半導体装置の一実施例を示し、半導体素子収納用パッケージ８内に半導体素子９を収容して構成されている。
【００１６】
前記半導体素子収納用パッケージ８は、基体１、第１パッド２、第２パッド３、グランド用パッド４、第１配線導体４ａ、グランド配線導体４ｂ、第２配線導体６およびコネクター７により基本的に形成されている。
【００１７】
前記基体１は酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス、窒化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒、可塑剤、分散剤を添加混合して泥漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のシート形成法を採用しシート状に形成してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを必要に応じて複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００１８】
また前記基体１はその上面に半導体素子９が搭載収容される搭載部１ａを有しており、該搭載部１ａには半導体素子９の電極１０が接続部材１１を介して電気的に接続される第１パッド２、第２パッド３およびグランド用パッド４が形成されている。
【００１９】
前記第１パッド２、第２パッド３およびグランド用パッド４はタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀等の金属材料から成り、例えば、タングステンから成る場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤を添加して成る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の表面に所定パターンに印刷しておくことによって基体１の搭載部１ａに形成される。
【００２０】
更に前記基体１には搭載部１ａに形成した第１パッド２およびグランド用パッド４から基体１に設けた貫通孔を介し基体１下面に導出する第１配線導体４ａおよびグランド配線導体４ｂが形成されており、該各配線導体４ａ、４ｂは半導体素子９の電極１０が接続される第１パッド２およびグランド用パッド４を後述する基体１下面に被着形成されている入出力用パッド５ａやグランド配線パッド５ｂに接続するための導電路として作用する。
【００２１】
前記基体１にはまたその下面に入出力用パッド５ａやグランド配線パッド５ｂが被着形成されており、該入出力用パッド５ａおよびグランド配線パッド５ｂは、半導体素子の各電極を外部電気回路基板の回路導体の所定の信号用や接地用等の回路導体に接続する作用をなす。
【００２２】
なお、前記第１配線導体４ａおよびグランド配線導体４ｂ、入出力用パッド５ａおよびグランド配線パッド５ｂは、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀等の金属材料から成り、例えばタングステンから成る場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤を添加して成る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の表面等に所定パターンに印刷しておくことにより形成される。
【００２３】
更に、前記基体１には搭載部１ａに形成した第２パッド３から基体１に設けた貫通孔を介し基体１の上面もしくは側面に導出する第２配線導体６が形成されており、該第２配線導体６は半導体素子９の電極１０をコネクター７の線材７ａに接続するための導電路として作用する。
【００２４】
前記第２配線導体６は、上述の第１配線導体４ａ等と同様に、タングステン、モリブデン等の金属材料から成り、例えばタングステンから成る場合であれば、タングステン粉末に有機溶剤等を添加して成る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の表面等にスクリーン印刷法により所定パターンに印刷しておくことによって形成される。
【００２５】
この第２配線導体６の基体１外表面側の一端はコネクター７の線材７ａと電気的に接続しており、このコネクター７を同軸ケーブル等を介して通信装置等の外部機器に接続することにより半導体素子９と外部機器との間で高周波信号の送受信が行われる。
【００２６】
前記コネクター７は、半導体素子収納用パッケージ８の第２配線導体６を同軸ケーブル等を介して外部機器に接続するための接続体として作用し、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属の線材７ａの周囲を、ホウ珪酸系ガラス等の絶縁性の外囲体７ｂで取り囲んだ構造である。
【００２７】
前記線材７ａと外囲体７ｂとから成るコネクター７は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る線材７ａを、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の容器の中央にセットし、容器内にホウ珪酸ガラス等のガラス粉末を充填した後、ガラス粉末を加熱溶融させて線材７ａの周囲に被着させることによって製作される。
【００２８】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージ８によれば、基体１の搭載部１ａに半導体素子９を搭載するとともに、半導体素子９の下面に形成されている電極１０を第１パッド２、第２パッド３およびグランド用パッド４に半田等から成る接続部材１１を介して接続し、最後に蓋体１２を基体１の上面に封止材を介して接合させ、半導体素子９を気密に封止することによって半導体装置１３となる。
【００２９】
この半導体装置１３は基体１下面の入出力用パッド５ａおよびグランド配線パッド５ｂが外部電気回路基板１４の所定の信号用や接地用等の回路導体１５に半田１６等を介して接続され、これによって半導体素子９の電極１０は外部電気回路基板１４と電気的に接続される。
【００３０】
なお、入出力用パッド５ａおよびグランド配線パッド５ｂの、外部電気回路基板１４の所定の信号用や接地用等の回路導体１５への半田１６等を介しての接続は、あらかじめ半田等を入出力用パッド５ａおよびグランド配線パッド５ｂに接合しておくとともに、この半田を再溶融させることによって入出力用パッド５ａ等は外部電気回路基板１４の所定の回路導体１５に接続されることとなる。
【００３１】
また、この半導体装置１３に取着されているコネクター７の線材７ａに同軸ケーブル等の外部接続用の導線を接続することにより、半導体素子９の電極１０が通信装置等の外部機器に接続される。
【００３２】
そしてかかる半導体装置１３は、外部電気回路基板１４から供給される５〜１０ＧＨｚの複数の電気信号を入出力用パッド５ａ、第１配線導体４ａおよび第１パッド２を介して半導体素子９に入力させ、半導体素子９でこれら入力された電気信号を合成して、４０〜８０ＧＨｚの電気信号とするとともにこれを第２パッド３および第２配線導体６を介してコネクター７に出力し、該コネクター７の線材７ａを介して外部の通信装置等の外部機器に伝送する、或いは、外部の通信装置等の外部機器から伝送された４０〜８０ＧＨｚの一つの電気信号をコネクター７の線材７ａ、第２配線導体６および第２パッド３を介して半導体素子９に入力し、半導体素子９で入力された４０〜８０ＧＨｚの電気信号を５〜１０ＧＨｚの複数の電気信号に変換するとともにこれらの個々の電気信号を第１パッド２、第１配線導体４ａおよび入出力用パッド５ａを介して外部電気回路基板１４に供給することとなる。
【００３３】
本発明の半導体装置においては、基体１の半導体素子９が搭載される搭載部１ａに、第２配線導体６と電気的に接続し、半導体素子９の電極１０に接続部材１１を介して接続される第２パッド３を形成しておくこと、およびこの第２パッド３を２つのグランド用パッド４間に配するとともに互いの隣接間隔を０．０５ｍｍ以下としておくことが重要である。
【００３４】
このように基体１の搭載部１ａに第２パッド３を設け、該第２パッド３に半導体素子９の下面に形成されている電極１０を接続部材１１を介し接続するようにすると第２パッド３と半導体素子９の電極１０とを接続部材１１の長さが０．５ｍｍ程度の短いものとなること、および第２パッド３を２つのグランド用パッド４間に配置させるとともに互いの隣接間隔を０．０５ｍｍ以下とすることによって第２パッド３と半導体素子９の電極１０とを接続する接続部材１１のインピーダンスを低く抑えることができ、その結果、第２配線導体６を介してコネクター７と半導体素子９との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた場合、半導体素子９の電極１０と第２配線導体６とを電気的に接続する第２パッド３および接続部材１１において信号に大きな反射等を起こすことはほとんどなく、信号の伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００３５】
なお、前記第２パッド３はグランド用パッド４との間の距離が０．０５ｍｍを超えるようになると第２パッド３と半導体素子９の電極１０とを接続する接続部材１１のインピーダンスが高くなり、その結果、第２配線導体６を介してコネクター７と半導体素子９との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚ高周波の電気信号を伝送させた場合、半導体素子９の電極１０と第２配線導体６とを電気的に接続する第２パッド３および接続部材１１において信号に大きな反射等を起こし伝送特性が大きく劣化してしまう。従って、前記第２パッド３はグランド用パッド４との距離が０．０５ｍｍ以下に特定される。
【００３６】
また本発明の半導体装置において、半導体素子９の下面と基体１の搭載部１ａとの間に絶縁性の樹脂充填材１１ａを充填しておくと、第２パッド３とグランド用パッド４との間隔を０．０５ｍｍ以下と短くした際、異物の付着等により第２パッド３とグランド用パッドとの間に電気的な短絡が発生しようとしてもその電気的短絡が前記絶縁性樹脂充填材１１ａで有効に防止され、半導体素子９を常に正常に作動させることが可能となる。従って、前記半導体素子９の下面と基体１の搭載部１ａとの間には絶縁性樹脂充填材１１ａを充填しておくことが好ましい。
【００３７】
前記絶縁性樹脂充填材１１ａは、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂から成り、例えばエポキシ樹脂から成る場合であれば、未硬化のエポキシ樹脂を半導体素子９の下面と基体１の搭載部１ａとの間に充填するとともに加熱硬化させることによって形成することができる。
【００３８】
なお、絶縁性樹脂充填材１１ａは、通常は均一の材料で形成されるが、搭載部１ａの外周に位置する部位をその他の部位よりも低弾性で変形しやすいものとしておき、搭載部１ａの外周に近付くほど大きくなる熱応力（絶縁基体１と半導体素子９も熱膨張係数の差に起因するもの）をより有効に緩和するようにして、半導体素子９の接続信頼性をより優れたものとしてもよい。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施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であれば種々の変更は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載部
２・・・・・第１パッド
３・・・・・第２パッド
４・・・・・グランド用パッド
４ａ・・・・第１配線導体
４ｂ・・・・グランド配線導体
５ａ・・・・入出力用パッド
５ｂ・・・・グランド配線パッド
６・・・・・第２配線導体
７・・・・・コネクター
７ａ・・・・線材
７ｂ・・・・外囲体
８・・・・・半導体素子収納用パッケージ
９・・・・・半導体素子
１０・・・・電極
１１・・・・接続部材
１１ａ・・・樹脂充填材
１２・・・・蓋体
１３・・・・半導体装置
１４・・・・外部電気回路基板
１５・・・・回路導体
１６・・・・半田
【図１】
2005101210.tif 000003