(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの電気信号を送信または受信する半導体素子を搭載するための搭載部を有する基体と、該基体の前記搭載部から導出されている配線導体と、導電性の線材を含み、該線材が前記配線導体に電気的に接続されているコネクターとを備え、
前記基体は、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトおよびフォルステライトからなる群より選択される結晶相を含有するガラスセラミック焼結体により構成されており、
前記線材は、ベリリウム−銅により構成されており、
前記コネクターの前記線材と前記配線導体との接続長さが８００μｍ以下であ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に記載の半導体素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載された半導体素子とを備え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】
本発明は高周波の電気信号を送受信する半導体素子を収納する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て成る半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気信号を送受信する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は、一般に、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）およびグランド用配線導体と、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、導電性の線材と絶縁性の外囲体とから成り、線材の一端が出入力用配線導体（第２配線導体）に接続され、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。
【０００３】
かかる半導体素子収納用パッケージは、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、半導体素子の電極が入出力配線導体（第１配線導体）、グランド用配線導体および出入力配線導体（第２配線導体）にボンディングワイヤや接続用リボン、半田等の導電性接続材を介して接続され、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、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。
【０００６】
また、前記コネクターは、通常、銅等の金属の線材の周囲をセラミックス等の絶縁性材料から成る外囲体で取り囲んだ構造を有しており、コネクターの線材と第２配線導体とはコネクターの線材が熱により膨張した際、第２配線導体より外れてしまうのを防止するため約２ｍｍ（２０００μｍ）以上の長さに接続し、接続面積を大としていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１６４４６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置においては、第２配線導体にコネクターの線材を２ｍｍ以上の長さにわたって接続しており、両者の接続部におけるインピーダンスは第２配線導体とコネクターの線材との合計となって他よりも低い低インピーダンスになるとともにその低インピーダンスの領域が２ｍｍ以上のものとなっている。そのため、この第２配線導体とコネクターの線材との間に４０ＧＨｚ〜８０ＧHzの高周波の電気信号を伝送させた場合、高周波の電気信号は前記インピーダンスが低い領域（第２配線導体とコネクターの線材とが２ｍｍ以上にわたって接続されている領域）で反射等を起こし、伝送特性が大きく劣化するという欠点を有していた。
【０００９】
また、この従来の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置においては基体が酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体等で形成されており、その線膨張係数が７．５×１０-6／℃であるのに対し、コネクターの線材は線膨張係数が約１６×１０-6／℃程度の銅等から成り、基体の線膨張係数とコネクターの線材の線膨張係数とが大きく相違することから基体に設けた第２配線導体にコネクターの線材を接続させた後、基体と線材に熱が作用すると線材が基体よりも大きく熱膨張し、その結果、線材が基体に設けた第２配線導体より外れて半導体素子収納用パッケージ或いは半導体装置としての信頼性が大きく低下するという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、基体に設けた第２配線導体にコネクターの線材を強固に接続させ、かつ、第２配線導体とコネクターの線材との接続部での高周波電気信号の反射等を有効に防止し、伝送特性の優れた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、４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの電気信号を送信または受信する半導体素子を搭載するための搭載部を有する基体と、該基体の前記搭載部から導出されている配線導体と、導電性の線材を含み、該線材が前記配線導体に電気的に接続されているコネクターとを備えている。
【００１２】
そして、本発明の半導体素子収納用パッケージは、前記基体が、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイトおよびフォルステライトからなる群より選択される結晶相を含有するガラスセラミック焼結体により構成されており、前記線材は、ベリリウム−銅により構成されており、前記コネクターの前記線材と前記配線導体との接続長さが８００μｍ以下である。
【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、前記搭載部に搭載される半導体素子とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
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では、基体とコネクターの線材との線膨張係数差を小さく（例えば８．０×１０−６／℃以下に）することができるため、基体に設けた配線導体にコネクターの線材を接続させた後、基体と線材に熱が作用したとしても線材が基体より大きく熱膨張して外れることはなく配線導体にコネクターの線材を常に接続させておくことが可能となる。そのため、本半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置では、配線導体と線材との接続長さを２ｍｍより短く（例えば８００μｍ以下に）しても、コネクターの線材の熱膨張などに起因して配線導体から該線材が外れるのを防ぐことができる。したがって、本半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置では、配線導体とコネクターの線材との接続を強固に保つとともに、配線導体とコネクターの線材との接続領域における反射などを有効に防止して伝送特性の優れたものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示し、１は基体、２ａは第１配線導体、２ｂはグランド配線導体、３ａは入出力用パッド、３ｂはグランド用パッド、４は第２配線導体、５はコネクターである。これら基体１、第１配線導体２ａ、グランド配線導体２ｂ、入出力用パッド３ａ、グランド用パッド３ｂ、第２配線導体４およびコネクター５により半導体素子６を収納するための半導体素子収納用パッケージ７が基本的に構成される。
【００１６】
前記基体１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、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。
【００１７】
また前記基体１は、半導体素子の搭載部１ａから下面にかけて複数個の第１配線導体２ａおよびグランド用配線導体２ｂが形成されており、該各配線導体２ａ、２ｂは半導体素子の電気信号入出力用、接地用の各電極を、入出力用パッド３ａやグランド用パッド３ｂに接続するための導電路として作用し、搭載部１ａ側の一端には半導体素子６の電気信号入出力用、接地用の各電極が導電性接続材を介して電気的に接続される。
【００１８】
前記第１配線導体２ａおよびグランド用配線導体２ｂ、入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂは、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成り、例えば銅から成る場合であれば、銅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に所定パターンに印刷しておくことにより形成される。
【００１９】
この第１配線導体２ａおよびグランド用配線導体２ｂの基体１下面側の一端は、それぞれ対応する入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂと電気的に接続しており、これらの入出力用パッド３ａ、グランド用パッド３ｂを外部電気回路の所定の信号用や接地用等の回路導体に接続することにより、半導体素子６の電気信号入出力用、接地用の各電極が外部電気回路と電気的に接続される。
【００２０】
また前記基体１は、半導体素子の搭載部１ａから上面や側面等にかけて第２配線導体４が形成されており、該第２配線導体４は半導体素子６の電極をコネクター５の線材５ａに接続するための導電路として作用し、搭載部１ａ側の一端には半導体素子６の電極が導電性接続材８を介して電気的に接続される。
【００２１】
前記第２配線導体４は、上述の第１配線導体２ａ等と同様に、銅、銀、金、パラジウム、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属材料から成り、例えば銅から成る場合であれば、銅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に所定パターンに印刷しておくことにより形成される。
【００２２】
この第２配線導体４の基体１外表面側の一端はコネクター５の線材５ａと電気的に接続しており、このコネクター５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６と外部機器との間で高周波信号の送受信が行われる。
【００２３】
前記コネクター５は、半導体素子収納用パッケージ７の第２配線導体４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、銅やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属の線材の周囲を、ホウ珪酸系ガラス等の絶縁性の外囲体５ｂで取り囲んだ構造である。
【００２４】
前記線材５ａと外囲体５ｂとから成るコネクター５は、例えば、銅から成る線材５ａを、銅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５ａの周囲に被着させることによって製作される。
【００２５】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、基体１の搭載部１ａに半導体素子６を搭載するとともにガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して固定し、しかる後、半導体素子６の各電極を第１配線導体２ａおよびグランド用配線導体２ｂに、例えば、ボンディングワイヤ８を介して接続し、最後に蓋体１０を基体１の上面に封止材を介して接合させ、半導体素子６を気密に封入することによって半導体装置１１となる。
【００２６】
この半導体装置１１は基体１下面の入出力用パッド３ａおよびグランド用パッド３ｂが外部電気回路基板の所定の信号用や接地用等の回路導体に半田バンプ等の外部端子を介して接続され、これによって半導体素子６の信号用、接地用の各電極は外部電気回路と電気的に接続される。
【００２７】
また、この半導体装置１１に取着されているコネクター５の線材５ａ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６の電極が通信装置等の外部機器に接続される。
【００２８】
そしてかかる半導体装置１１は、外部電気回路から供給される複数の周波数帯域が低い（５〜１０ＧＨｚ）電気信号を第１配線導体２ａを介して半導体素子６に入力させ、半導体素子６でこれら入力された電気信号を合成して一つの周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号とするとともにこれを第２配線導体４を介してコネクター５に出力し、該コネクター５の線材５ａ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一つの周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号をコネクター５の線材５ａ及び第２配線導体４を介して半導体素子６に入力し、半導体素子６で入力された周波数帯域が高い（４０〜８０ＧＨｚ）電気信号を複数の周波数帯域が低い（５〜１０ＧＨｚ）電気信号に変換するとともにこれらの個々の周波数帯域が低い電気信号を第１配線導体２ａを介して外部電気回路に供給することとなる。
【００２９】
本発明の半導体素子収納用パッケージおよびこれを用いた半導体装置においては、第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続長さを８００μｍ以下とすることが重要である。
【００３０】
第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続長さを８００μｍ以下とすると第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続部における低インピーダンス領域の長さが極めて短いものとなり、その結果、第２配線導体４とコネクター５の線材５ａに４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させたとしても低インピーダンス領域が短いことから大きな反射を起こすことはなく伝送特性を極めて優れたものとなすことが可能となる。
【００３１】
前記第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続部の長さが８００μｍを超えると第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続部における低インピーダンス領域が長いものとなり、第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの間に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させた際、接続部で反射等を起こし、伝送特性が大きく劣化してしまう。従って、前記第２配線導体４とコネクター５の線材５ａとの接続部の長さは８００μｍ以下に特定される。
【００３２】
また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においては、基体１とコネクター５の線材５ａとの線膨張係数差を８．０×１０-6／℃以下としておくことが重要である。
【００３３】
前記基体１とコネクター５の線材５ａとの線膨張係数差を８．０×１０-6／℃以下とすると基体１に設けた第２配線導体４にコネクター５の線材５ａを接続させた後、基体１と線材５ａに熱が作用したとしても線材５ａが基体１より大きく熱膨張して外れることはなく、これによって第２配線導体４にコネクター５の線材５ａを常に接続させておくことが可能となる。
【００３４】
前記基体１とコネクター５の線材５ａとの線膨張係数差は８．０×１０-6／℃を超えると基体１に設けた第２配線導体４にコネクター５の線材５ａを接続した後、基体１と線材５ａに熱が作用した時、線材５ａが基体１より大きく熱膨張して線材５ａが第２配線導体４より外れてしまう。従って、前記基体１とコネクター５の線材５ａとの線膨張係数差は８．０×１０-6／℃以下に特定される。
【００３５】
前記基体１とコネクター５の線材５ａとの線膨張係数差を８．０×１０-6／℃以下とする際の基体１及び線材５ａの具体的材料としては、基体１が酸化アルミニウム質焼結体（線膨張係数：７．５×１０-6／℃）から成る場合、線材５ａは鉄―ニッケル−コバルト合金、基体１が高熱膨張のクォーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト等の結晶相を含有するガラスセラミック焼結体（線膨張係数：約１６．０×１０-6／℃）から成る場合、線材５ａはベリリウム−銅が好適に使用される。
【００３６】
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。
【００３７】
【発明の効果】
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によれば、第２配線導体とコネクターの線材との接続長さを８００μｍ以下と短くしたことから、第２配線導体とコネクターの線材との接続部における低インピーダンス領域の長さが極めて短いものとなり、その結果、第２配線導体とコネクターの線材に４０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの高周波の電気信号を伝送させたとしても低インピーダンス領域が短いことから大きな反射を起こすことはなく、伝送特性を優れたものとなすことができる。
【００３８】
また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によれば、基体とコネクターの線材との線膨張係数差を８．０×１０-6／℃以下としたことから基体に設けた第２配線導体にコネクターの線材を接続させた後、基体と線材に熱が作用したとしても線材が基体より大きく熱膨張して外れることはなく第２配線導体にコネクターの線材を常に接続させておくことが可能となる。
【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およびこの半導体素子収納用パッケージを用いた半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載部
２ａ・・・・第１配線導体
２ｂ・・・・グランド配線導体
３ａ・・・・入出力用パッド
３ｂ・・・・グランド用パッド
４・・・・・第２配線導体
５・・・・・コネクター
５ａ・・・・線材
５ｂ・・・・外囲体
６・・・・・半導体素子
７・・・・・半導体素子収納用パッケージ
８・・・・・ボンディングワイヤ
１０・・・・蓋体
１１・・・・半導体装置
【図１】
0003808421.tif 000002