(57)【要約】【課題】線路導体に高周波信号を特性インピーダンスの不整合を発生させることなく伝搬させることができると共に、リード端子の接合強度を向上させることができる入出力端子及び半導体素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】セラミック多層基板１１にリード端子１２が接合される線路導体１３と、接地導体１４と導体ビア１５を介して接続され、下層に設けられるベタ導体膜１６と、線路導体１３及び接地導体１４のそれぞれと接続するキャスタレーション導体膜１７と、基板１１の上面に接合されるセラミック立設体１８を有する入出力端子１０において、線路導体１３の下方のベタ導体膜１６の一辺側の稜部周辺部に基板１１の絶縁体が開口から露出する切り欠き部１９を有すると共に、これを含有してその周縁のベタ導体膜１６の上面まで基板１１のセラミックと同材料からなる絶縁体膜２０を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略四角形状のセラミック多層基板の最上層上面の一辺から他辺にかけて設けられ前記一辺側の端部にリード端子が接合される導体金属からなる線路導体と、該線路導体に近接して併設され前記一辺側の端部に前記リード端子が接合される前記導体金属からなる接地導体と、該接地導体に前記セラミック多層基板の上下層を導通させるための前記導体金属からなる導体ビアを介して接続され、前記セラミック多層基板の下層に設けられる前記導体金属からなるベタ導体膜と、前記セラミック多層基板の上層の前記一辺側の壁面に前記線路導体及び接地導体のそれぞれと接続する前記導体金属からなるキャスタレーション導体膜と、前記セラミック多層基板の上面に前記線路導体及び接地導体の一部を間に挟んで接合される直方体状のセラミック立設体を有する入出力端子において、
前記線路導体の下方の前記ベタ導体膜の前記一辺側の稜部周辺部に前記セラミック多層基板の絶縁体が開口から露出する切り欠き部を有すると共に、該切り欠き部を含有して該切り欠き部周縁の前記ベタ導体膜の上面まで前記セラミック多層基板のセラミックと同材料からなる絶縁体膜を有することを特徴とする入出力端子。
【請求項２】
半導体素子を載置させるための搭載部を有する基体と、該基体の上面に前記搭載部を囲繞して接合され、側壁部に貫通孔、又は切り欠きからなる入出力端子の取り付け部を設ける枠体と、前記取り付け部に嵌着させる請求項１記載の入出力端子と、該入出力端子に外部水平方向に突出させて接合させるリード端子を有す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を特性インピーダンスの不整合を発生させることなく伝搬させるための入出力端子、及びこの入出力端子を取り付けて高周波信号で作動する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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のモジュールの高速化に伴い、高周波信号で作動する半導体素子を搭載するための半導体素子収納用パッケージには、半導体素子と外部との間で特性インピーダンスの不整合を発生させることなく高周波信号を伝播させるために入出力端子が用いられている。この入出力端子は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックや、プラスチックからなる誘電体基材に導体金属からなる信号線用や、接地線用の導体線路を形成して、そこにリード端子を取り付けるのに用いられている。
【０００３】
図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら従来の入出力端子を説明する。ここで、図３（Ａ）は従来の入出力端子の斜視図、図３（Ｂ）は従来の入出力端子を構成するセラミック多層基板各層の説明図である。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の入出力端子５０は、略四角形状のＡｌ２Ｏ３や、ＡｌＮ等のセラミックの例えば、２層の複数層からなるセラミック多層基板５１の最上層上面の一辺から相対向する他辺にかけて延設され、一辺側の端部に金属製のリード端子５２を接合するためのタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の導体金属からなる信号線用の線路導体５３を有している。また、この入出力端子５０は、一辺から相対向する他辺にかけて延設される線路導体５３に近接して併設されて一辺側の端部にリード端子５２を接合するための上記と同様の導体金属からなる接地導体５４を有している。
【０００４】
更に、この入出力端子５０は、接地導体５４にセラミック多層基板５１の上下層を導通させるための導体金属からなる導体ビア５５を介して接続され、広範囲の導体面積を確保するためにセラミック多層基板５１の下層に設けられる導体金属からなるベタ導体膜５６を有している。また、更に、この入出力端子５０は、セラミック多層基板５１の上面のリード端子５２が接合される一辺側の壁面に線路導体５３、及び接地導体５４のそれぞれと接続され、リード端子５２の接合強度を向上させるための導体金属からなるキャスタレーション導体膜５７を有している。また、更に、この入出力端子５０は、セラミック多層基板５１の上面に線路導体５３、及び接地導体５４の一部を間に挟んで接合される直方体状の上記と同様のＡｌ２Ｏ３や、ＡｌＮ等のセラミックからなるセラミック立設体５８を有している。そして、更に、この入出力端子５０には、線路導体５３の下方のベタ導体膜５６に、線路導体５３の略幅寸法に相当するセラミック多層基板５１の絶縁体が開口から露出する切り欠き部５９を有している。この切り欠き部５９は、キャスタレーション導体膜５７によってリード端子５２を強固に接合するためと共に、線路導体５３のキャスタレーション導体膜５７によって接地導体５４と電気的に導通状態にあるベタ導体膜５６に接触して線路導体５３と接地導体５４が電気的に接続することを防止するために設けられている。
【０００５】
上記の入出力端子５０は、高周波信号で作動する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を構成するのに用いられている。そして、この半導体素子収納用パッケージには、半導体素子が搭載され、ボンディングワイヤを介して入出力端子５０と電気的導通状態が形成された後、パッケージの内部を気密に封止して半導体素子が収納されるようになっている。
【０００６】
従来の入出力端子及び半導体素子収納用パッケージには、リード端子を線路導体に強固に接合させリード端子が線路導体から剥離するのを防止すると共に、線路導体で高周波信号の反射等の伝送損失が発生するのを防止するために、線路導体がタングステンを主成分とするメタライズ層及びその上に被着されためっき層からなり、リード端子が接合される側の側面の上端部から線路導体の端部にかけてモリブデン、マンガンの少なくとも一方を主成分とするメタライズ層及びその上に被着されためっき層からなる側部導体層が設けられているのが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の入出力端子及び半導体素子収納用パッケージには、高周波信号の反射損失が低減でき伝送特性を向上させるために、上面に線路導体、及びその両側に接地導体が形成され、更に、リード端子を接合する一辺側の壁面に接地導体を延設させて設けられているのが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２９６７８９号公報
【特許文献２】特許第３６７０５７４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、前述したような従来の入出力端子及び半導体素子収納用パッケージには、次のような問題がある。
（１）入出力端子及びこれを用いた半導体素子収納用パッケージは、入出力端子の線路導体の下方のベタ導体膜に設ける切り欠き部の一辺側の稜部周辺部の幅寸法を、線路導体を伝播する高周波信号の特性インピーダンスの不整合を防止するために、できるだけ線路導体の幅寸法に相当する幅寸法として線路導体をベタ導体膜に近接させるのがよい。しかしながら、入出力端子のセラミック多層基板の一辺側の壁面には、キャスタレーション導体膜を設ける必要があり、例え、キャスタレーション導体膜の幅を小さくなるように形成しても導体膜形成時の導体金属の滲みが裏面側表面に発生することで線路導体のキャスタレーション導体膜とベタ導体膜の接触を発生させる場合がある。この接触によって、入出力端子の線路導体は、接地導体と短絡して入出力端子及び半導体素子収納用パッケージとしての機能を果たせなくなっている。
（２）特開２００４−２９６７８９号公報で開示される入出力端子及び半導体素子収納用パッケージは、キャスタレーション導体膜がセラミック基板の線路導体のみに設けられており、しかもベタ導体膜に切り欠き部を設ける必要がないので、キャスタレーション導体膜とベタ導体膜が接触するという問題の発生がない。
（３）特許第３６７０５７４号公報で開示される入出力端子及び半導体素子収納用パッケージは、キャスタレーション導体膜がセラミック基板の接地導体のみに設けられてベタ導体膜に切り欠き部を設ける必要がないので、キャスタレーション導体膜とベタ導体膜が接触するという問題の発生がないと共に、線路導体にはキャスタレーション導体膜がなくそこに接合するリード端子の接合強度を向上させることができなくなっている。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、線路導体に高周波信号を特性インピーダンスの不整合を発生させることなく伝搬させることができると共に、リード端子の接合強度を向上させることができる入出力端子及び半導体素子収納用パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的に沿う本発明に係る入出力端子は、略四角形状のセラミック多層基板の最上層上面の一辺から他辺にかけて設けられ一辺側の端部にリード端子が接合される導体金属からなる線路導体と、線路導体に近接して併設され一辺側の端部にリード端子が接合される導体金属からなる接地導体と、接地導体にセラミック多層基板の上下層を導通させるための導体金属からなる導体ビアを介して接続され、セラミック多層基板の下層に設けられる導体金属からなるベタ導体膜と、セラミック多層基板の上層の一辺側の壁面に線路導体及び接地導体のそれぞれと接続する導体金属からなるキャスタレーション導体膜と、セラミック多層基板の上面に線路導体及び接地導体の一部を間に挟んで接合される直方体状のセラミック立設体を有する入出力端子において、線路導体の下方のベタ導体膜の一辺側の稜部周辺部にセラミック多層基板の絶縁体が開口から露出する切り欠き部を有すると共に、切り欠き部を含有して切り欠き部周縁のベタ導体膜の上面までセラミック多層基板のセラミックと同材料からなる絶縁体膜を有する。
【００１１】
前記目的に沿う本発明に係る半導体素子収納用パッケージは、半導体素子を載置させるための搭載部を有する基体と、基体の上面に搭載部を囲繞して接合され、側壁部に貫通孔、又は切り欠きからなる入出力端子の取り付け部を設ける枠体と、取り付け部に嵌着させる請求項１記載の入出力端子と、入出力端子に外部水平方向に突出させて接合させるリード端子を有する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の入出力端子は、線路導体の下方のベタ導体膜の一辺側の稜部周辺部にセラミック多層基板の絶縁体が開口から露出する切り欠き部を有すると共に、切り欠き部を含有して切り欠き部周縁のベタ導体膜の上面までセラミック多層基板のセラミックと同材料からなる絶縁体膜を有するので、切り欠き部と絶縁体膜とによってキャスタレーション部の導体膜形成時の導体金属の裏面側表面への滲み発生があったとしても線路導体とベタ導体膜との接触を防止できると共に、線路導体の下方のベタ導体膜に設ける切り欠き部の幅寸法をできるだけ線路導体の幅寸法に相当する幅寸法として線路導体をベタ導体膜に近接させることができ、線路導体を伝播する高周波信号の特性インピーダンスの不整合を防止することができる。また、線路導体及び接地導体のそれぞれに接合されるリード端子は、それぞれに設けるキャスタレーション導体膜によって接合強度を向上させることができる。
【００１３】
請求項２記載の半導体素子収納用パッケージは、半導体素子を載置させるための搭載部を有する基体と、基体の上面に搭載部を囲繞して接合され、側壁部に貫通孔、又は切り欠きからなる入出力端子の取り付け部を設ける枠体と、取り付け部に嵌着させる請求項１記載の入出力端子と、入出力端子に外部水平方向に突出させて接合させるリード端子を有するので、高周波信号で作動する半導体素子を搭載部に載置させ、ボンディングワイヤを介して入出力端子と電気的導通状態が形成された後、パッケージの内部を気密に封止して半導体素子を収納し、入出力端子の線路導体を伝播する高周波信号の特性インピーダンスの不整合を防止することができると共に、入出力端子にリード端子を外部水平方向に突出させて接合させるための接合強度を強固に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る入出力端子の斜視図、入出力端子を構成するセラミック多層基板各層の説明図、図２は本発明の一実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【００１５】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る入出力端子１０は、平面視して略四角形状のＡｌ２Ｏ３や、ＡｌＮ等のセラミックの例えば、２層の複数層からなるセラミック多層基板１１を備えている。このセラミック多層基板１１の最上層上面には、一辺から相対向する他辺にかけて延設され、一辺側の端部にセラミックと熱膨張係数が近似するＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等からなる金属製のリード端子１２を接合するためのタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点の導体金属からなる信号線用の線路導体１３を有している。また、この入出力端子１０のセラミック多層基板１１の最上層上面には、一辺から相対向する他辺にかけて延設される線路導体１３に近接して併設されて一辺側の端部に上記と同様のＫＶや、４２アロイ等からなる金属製のリード端子１２を接合するための上記と同様のＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属からなる接地導体１４を有している。なお、線路導体１３や、接地導体１４にリード端子１２を、例えば、Ａｇろう等で接合する場合には、導体金属の上面にＮｉめっき被膜を形成している。
【００１６】
更に、入出力端子１０は、接地導体１４にセラミック多層基板１１の上下層を導通させるための上記と同様のＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属からなる導体ビア１５を介して接続され、広範囲の導体面積を確保するためにセラミック多層基板１１の下層に設けられる上記と同様のＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属からなるベタ導体膜１６を有している。また、この入出力端子１０は、セラミック多層基板１１の上面のリード端子１２が接合される一辺側の壁面に線路導体１３、及び接地導体１４のそれぞれと接続され、リード端子１２の接合強度を接合部に接合材のメニスカス（接合材溜まり）を設けるようにして向上させるための上記と同様のＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属からなるキャスタレーション導体膜１７を有している。また、更に、入出力端子５０は、セラミック多層基板１１の上面に線路導体１３、及び接地導体１４の一部を間に挟んで接合される直方体状のセラミック多層基板１１と同様のＡｌ２Ｏ３や、ＡｌＮ等のセラミックからなり、複数枚が積層されて積み上げられたセラミック立設体１８を有している。
【００１７】
上記の入出力端子１０には、線路導体１３の下方のベタ導体膜１６の一辺側の稜部周辺部に、線路導体１３の略幅寸法に相当するセラミック多層基板１１の絶縁体が開口から露出する切り欠き部１９を有している。また、この入出力端子１０には、この切り欠き部１９と共に、切り欠き部１９を含有して切り欠き部１９周縁のベタ導体膜１６の上面までセラミック多層基板１１のセラミックと同材質からなる絶縁体膜２０が被覆されて有している。この切り欠き部１９は、線路導体１３のキャスタレーション導体膜１７によって接合材のメニスカスができることでリード端子１２の接合強度を向上させるためと共に、このキャスタレーション導体膜１７によってベタ導体膜１６に接続して電気的に導通状態にある接地導体１４と短絡するのを防止するために設けられている。そして、この切り欠き部１９は、切り欠き幅が線路導体１３の略幅寸法に相当することで、線路導体１３を伝播する高周波信号の特性インピーダンスの不整合を防止することができる。また、絶縁体膜２０は、切り欠き部１９周縁のベタ導体膜１６の上面まで被覆して設けられていることで、キャスタレーション導体膜１７形成時の導体金属の滲みが裏面側表面に発生したとしても線路導体１３のキャスタレーション導体膜１７と、接地導体１４と電気的に導通状態にあるベタ導体膜１６との接触を防止して、線路導体１３と接地導体１４の短絡を防止することができる。
【００１８】
ここで、入出力端子１０を構成するセラミック多層基板１１や、セラミック立設体１８に用いられるセラミックについて簡単に説明する。例えば、セラミックがアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる場合には、先ず、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及びトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練し、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製する。次いで、スラリーは、ドクターブレード法等によってシート状に成形し、乾燥して、例えば、厚み０．５ｍｍのセラミックグリーンシートに作製している。
【００１９】
次いで、上記のセラミックグリーンシートを用いた入出力端子１０の作製方法を簡単に説明する。セラミック多層基板１１用の複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれには、先ず、必要とする位置に導体ビア１５用や、キャスタレーション導体膜１７形成用等のための貫通孔を孔明け金型や、パンチングマシーン等を用いて穿設している。次に、セラミックグリーンシートの導体ビア１５用の貫通孔には、Ｗや、Ｍｏ等の高融点の導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で導体金属の孔埋め充填体を形成している。また、セラミックグリーンシートのキャスタレーション導体膜１７形成用の貫通孔には、Ｗや、Ｍｏ等の高融点の導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で貫通孔壁面にスルーホール導体を形成している。更に、セラミックグリーンシートの表面には、Ｗや、Ｍｏ等の高融点の導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で線路導体１３や、接地導体１４や、ベタ導体膜１６用の導体パターンを形成している。なお、上記のベタ導体膜１６用の導体パターンには、導体膜を設けない部分となる切り欠き部１９を設けて導体パターンを形成している。また、接地導体１４用の導体パターンは、導体ビア１５用の導体金属の孔埋め充填体、及びキャスタレーション導体膜１７用のスルーホール導体を介してベタ導体膜１６用の導体パターンと接続状態となっている。次に、上記のそれぞれのセラミックグリーンシートは、決められた所望の形状に打ち抜き金型等で打ち抜いたり、切り刃等で切断したりして形成している。このとき、キャスタレーション部は、貫通孔の中心を横断するようにして形成している。
【００２０】
一方、セラミック立設体１８用の複数枚のセラミックグリーンシートのそれぞれには、図示しないが、必要に応じてＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属ペーストを用いてスクリーン印刷で導体パターンを形成している。そして、上記のそれぞれのセラミックグリーンシートは、決められた所望の形状に打ち抜き金型等で打ち抜いたり、切り刃等で切断したりして形成している。
【００２１】
次いで、セラミック多層基板１１用の複数枚のセラミックグリーンシートと、セラミック立設体１８用の複数枚のセラミックグリーンシートは、全てを重ね合わせ、温度と圧力をかけて積層した後、セラミックグリーンシートと、Ｗや、Ｍｏ等の高融点の導体金属を還元雰囲気中の約１５５０℃で同時焼成して焼結体からなる入出力端子１０を作製している。
【００２２】
次に、図２を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージを説明する。図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージ２１は、高周波信号で作動する半導体素子を載置させるための搭載部２２を有し、そこに搭載された半導体素子からの発熱を速やかに外部に放熱することができるように熱伝導性に優れた、例えば、ＫＶや、４２アロイや、Ｃｕや、Ｃｕ合金等からなる板状の基体２３を備えている。また、この半導体素子収納用パッケージ２１は、基体２３の上面に搭載部２２を囲繞するようにしてろう付け等で接合され、側壁部に貫通孔、又は切り欠きからなる前記の請求項１記載の入出力端子１０の取り付け部２４を設ける枠体２５を備えている。この枠体２５は、そこに接合される入出力端子１０を構成するセラミックと熱膨張係数が近似する、例えば、ＫＶや、４２アロイ等の金属製からなっている。
【００２３】
この半導体素子収納用パッケージ２１は、枠体２５の側壁部に貫通孔や、切り欠きとして設けた取り付け部２４にろう付け接合で嵌着させる入出力端子１０を有している。なお、入出力端子１０には、枠体２５の取り付け部２４の貫通孔面、又は切り欠き面にろう材を介してろう付け接合するために、当接面部の外周全体にＷや、Ｍｏ等の高融点の導体金属が形成されている。また、ろう付け接合には、導体金属の上面にＮｉめっき被膜を形成し、例えば、Ａｇろう等を用いて加熱して接合している。
【００２４】
また、この半導体素子収納用パッケージ２１は、入出力端子１０に外部水平方向に突出させて接合させるＫＶや、４２アロイ等の金属からなるリード端子１２を有している。このリード端子１２のろう付け接合においては、上記と同様に、導体金属の上面にＮｉめっき被膜を形成し、例えば、Ａｇろう等を用いて加熱して接合している。そして、この半導体素子収納用パッケージ２１は、外部に露出する金属部分にＮｉめっき被膜、及びＡｕめっき被膜が施されている。
【００２５】
上記の半導体素子収納用パッケージ２１には、搭載部２２に高周波信号で作動する半導体素子を載置させ、半導体素子と入出力端子１０の搭載部２２側の線路導体１３や、接地導体１４をボンディングワイヤを介して接続し、外部との間に電気的導通状態を形成している。また、上記の半導体素子収納用パッケージ２１には、光ファイバーが取着された金属フォルダを固定するためのＫＶや、４２アロイ等からなる金属製の固定部材２６が設けられており、半導体素子と光結合できるようになっている。更に、上記の半導体素子収納用パッケージ２１には、半導体素子等が実装された後、上部にＫＶや、４２アロイ等からなる金属製の蓋体（図示せず）が接合されて、搭載部２２の内部を気密に封止するようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の入出力端子及び半導体素子収納用パッケージは、例えば、４０ＧＨＺを超えるような高周波信号を特性インピーダンスの不整合を生じさせることなく伝送できる入出力端子及び半導体素子収納用パッケージとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る入出力端子の斜視図、入出力端子を構成するセラミック多層基板各層の説明図である。
【図２】は本発明の一実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の入出力端子の斜視図、入出力端子を構成するセラミック多層基板各層の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：入出力端子、１１：セラミック多層基板、１２：リード端子、１３：線路導体、１４：接地導体、１５：導体ビア、１６：ベタ導体膜、１７：キャスタレーション導体膜、１８：セラミック立設体、１９：切り欠き部、２０：絶縁体膜、２１：半導体素子収納用パッケージ、２２：搭載部、２３：基体、２４：取り付け部、２５：枠体、２６：固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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