(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と半導体素子を実装するメタライズパターンを施した絶縁体基板を気密的に封止する半導体気密封止容器において、前記半導体容器の外側の端子と前記絶縁体基板のメタライズパターンとを電気的に接続する構造であって、
前記半導体容器の内壁部に凹状部を形成して、該凹状部にメタライズを施して前記外側の端子と電気的に通じる凹状の端子を形成し、
前記絶縁体基板の上下面もしくは一方の面のメタライズパターンの端部には、「く」形状または波形状に形成した金属端子を接合して、電極を形成し、
前記絶縁体基板を上記半導体容器に挿入し、前記電極を上記形成した端子の凹状部に差し込むことで電気的に接続することを特徴とする電気的接続構造。
【請求項２】
半導体素子と半導体素子を実装するメタライズパターンを施した絶縁体基板を気密的に封止する半導体気密封止容器において、前記半導体容器の外側の端子と前記絶縁体基板のメタライズパターンとを電気的に接続する構造であって、
前記半導体容器の内壁部に凹状部を形成して、該凹状部にメタライズを施して前記外側の端子と電気的に通じる凹状の端子を形成し、
前記絶縁体基板の上下面もしくは一方の面のメタライズパターンの端部には、発泡金属片を接合して、電極を形成し、
前記絶縁体基板を上記半導体容器に挿入し、前記電極を上記形成した端子の凹状部に差し込むことで電気的に接続することを特徴とする電気的接続構造。
【請求項３】
半導体素子と半導体素子を実装するメタライズパターンを施した絶縁体基板を気密的に封止する半導体気密封止容器において、前記半導体容器の外側の端子と前記絶縁体基板のメタライズパターンとを電気的に接続する構造であって、
前記半導体容器の内壁部に凹状部を形成して、該凹状部にメタライズを施して前記外側の端子と電気的に通じる凹状の端子を形成し、
前記絶縁体基板の上下面もしくは一方の面のメタライズパターンの端部には、先端部に半田バンプを形成した発泡金属片を接合して、電極を形成し、
前記絶縁体基板を上記半導体容器に挿入し、前記電極を上記形成した端子の凹状部に差し込んで、該端子と加熱接合することで電気的に接続することを特徴とする電気的接続構造。
【請求項４】
凹状部を形成する箇所が半導体容器の側壁の内壁部であり、該凹状部にメタライズを施して凹状の端子を形成して、
絶縁体基板に設けた電極を前記端子の凹状部に差し込むことで電気的に接続し、蓋をかぶせて気密封止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気的接続構造。
【請求項５】
凹状部を形成する箇所が半導体容器の蓋の内壁部であり、該凹状部にメタライズを施して凹状の端子を形成して、
絶縁体基板に設けた電極を前記端子の凹状部に差し込むことで電気的接続と蓋による気密封止とを行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電気的接続構造。
【請求項６】
セラミックスにより形成され、メタライズ電極を備え、半導体容器の側壁、もしくは蓋の内側に形成される凹状の端子に対し、半導体素子を実装するメタライズパターンを施し、マイクロストリップラインを形成している絶縁体基板の端部を差し込んで電気的接続をとる際、該端部の差し込みによって前記凹状の端子に挿入される部分及びこれに対応して接続され、前記蓋もしくは容器側壁を通してそれらの外側に通じるマイクロストリップラインの幅をせばめたものとして接続することを特徴とする半導体気密封止容器における電気的接続部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
従来半導体素子等は、例えば図８に示すような構成によって容器中に気密封止されている。以下このような容器を半導体容器と称する。
側壁および底部がセラミックスよりなる半導体容器51の底部に、所定のメタライズパータンにより基板回路59を形成した絶縁体基板52と半導体素子53をダイボンド54した後に、半導体容器51を貫通して形成された端子電極56を半導体素子53の電極55と直接に、また基板回路59を介してＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等の直径20μｍ程度の金属ワイヤボンド58にて電気接続している。（特開平6-318763号参照）
さらに半導体容器を気密に封止するには、半導体素子の実装面と平行に位置するセラミックスまたは金属よりなる蓋60を、半導体容器51を半導体素子53を実装している上面から、半田付けや溶接により気密封止している。このような構成をとるのは、電気的接続を行うワイヤボンディング作業が半導体素子の上面からしか行えないためである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように容器側の端子電極をワイヤボンディングで絶縁体基板側端子とを電気的接続すると、その数が多いとコストアップにつながる。
また、ワイヤボンディングはインピーダンス整合に問題があり、高周波リターンロスが大くなる。
【０００３】
【課題を解消するための手段】
本発明は上記説明のような、半導体容器と半導体素子をダイボンドして前記容器に収納する絶縁体基板の間で施されるワイヤボンディングによる電気的接続をなくすため、半導体素子と半導体素子を実装するメタライズパターンを施した絶縁体基板を気密に封止する半導体気密封止容器において、前記半導体素子と前記絶縁体基板を実装する半導体容器の内壁部に、凹状部を形成し、該凹状部に容器外側と電気的に通じるメタライズ電極を形成した半導体気密封止容器の凹状の端子を提案するものである。
【０００４】
また、本発明は半導体容器を側壁で気密に封止する蓋の内壁部に凹状部を形成し、該凹状部に蓋の外側と電気的に通じるメタライズ電極を形成し、蓋を兼ねた半導体気密封止容器の凹状の端子を提案するものである。
【０００５】
さらに本発明は、前記半導体容器の内壁部あるいは半導体容器の蓋の内壁部に形成された凹状部に外側と電気的に通じるメタルライズ電極を備えて凹状の端子を形成し、これに対して半導体素子を実装するメタライズパターンを施した絶縁体基板は該基板の端部において上下面もしくは一方の面において電極を備え、前記凹状の端子に前記基板端部に形成された電極を直接差し込んで電気的接続する半導体気密封止容器を提案するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１において、半導体容器１は底部７が金属体、複数の側壁８がセラミックス、蓋６が金属体より形成されたものを示しているが、特に複数の側壁のうちすくなくとも一つが次に説明する構成よりなるものである。もちろん一つの側壁に限られることはない。
半導体容器１のすくなくとも一つの側壁にはその内壁部に凹状部が形成され、ここに側壁外側と電気的に通じるメタライズ電極を備える凹状の端子９が設けられるが、側壁にこの凹状の端子を備えるものを得るため、三層構造のメタライズを施したセラミックス複合体をもって作製した。
図に示すように側壁は下より点線で分割されるａ、ｂとメタライズ部11で区分されているｃの３層よりなり、下より第１層ａ、第２層ｂ、第３層ｃのうち、第１層ａの上面と第２層ｂの上下面と第３層ｃの下面にはパターニングされたメタライズを施してメタライズ部11を形成し、第２層ｂに設けたビア10により、第２層ｂを中心に上下間の電気的接続を取っている。これにより接触面積を広くし、電気的接続の際の抵抗を下げている。
また第２層ｂの上面で内側とつながり、半導体容器の外側となるメタライズ部11には金属端子12を接合して、外部配線を容易とする。
前記第１層ａ、第２層ｂ、第３層ｃを重ね、半導体容器の側壁の内側となる側において、第２層ｂの端面を後退させ、凹状部を形成した状態で３層をダイボンドにより一体化させると凹状部にメタライズ電極を備えた凹状の端子９が得られる。
従って本例ではすくなくとも一つの側壁の内壁部に、上記凹状部にメタライズ電極を備える凹状の端子が形成されているセラミックスの側壁を含み、他のセラミックスの側壁８と、底部７が金属体、蓋６が金属体よりなる半導体容器が用意されることになる。
【０００７】
半導体素子２は絶縁体基板３にダイボンドし、その後にワイヤボンド４にして半導体素子２の電極と絶縁体基板３上の電極を電気的に接続する。
絶縁体基板３の上面にはメタライズにより所要回路が形成され、その一部は基板の端部に至って電極を形成している。薄膜抵抗は絶縁体基板上に直接描画している。絶縁体基板上には図示していないが半導体素子以外のチップコンデンサやチップ抵抗やコイルが表面に実装されて機能回路が構成される。
絶縁体基板３の裏面はダイボンドを容易にし、且つグランド強化のために、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをあらかじめメタライズ処理している。
本説明では半導体素子、半導体容器と説明しているが、上記説明のように実際には多くの回路素子が絶縁体基板上のメタライズパターンによる回路上に載置されており、ここでは代表的に半導体素子、半導体容器と説明しているのである。
【０００８】
絶縁体基板３の端部に形成した電極を半導体容器１の内部壁に形成した凹状の端子９に差し込みつつ、絶縁体基板３と半導体容器１をハンダによりダイボンドした。さらに蓋６を半導体容器１に気密的にハンダ付けして、半導体気密封止容器を完成した。
いうまでもないが、絶縁体基板３の端部に設けた電極と半導体容器１の内壁部に形成された凹状部の凹状の端子９とはその寸法が嵌合もしくははまりやすい形状、寸法としなければならない。
このような電気的接続によって、半導体容器を介しての外部導体と収納される絶縁体基板上の回路とのワイヤボンド接続を避けることができる。
【０００９】
上記の説明から理解できるように、図１の実施例において、半導体容器の側壁の内壁部で凹状の端子を設けた構成を蓋として、これに対応して半導体容器を予め側方において開放する容器として作っておけば、蓋と凹状の端子を兼ねることができる。
図２に示す蓋を兼ねる凹状の端子の構造は図１の構造と基本的には同等であるが、凹状の端子９のセラミックスの絶縁部を取り囲む位置に金属ブロック13を接合しており、この部分は蓋として用いられる部分とし、蓋の四方を半導体容器に溶接して、最終的に容器の気密封止を取ることができる。
このような金属ブロック13として電気溶接用のコバールブロックが凹状の端子の周辺に銀ろう付けされているが、凹状の端子９を形成するセラミックスの第１層ａの下面と第３層ｃの上面、及び第１〜３層ａ〜ｂ〜ｃの両側面にメタライズを施し、前記コバールブロックを銀ろう付けしている。
またこの蓋を兼ねた凹状の端子は後のハンダ付け及び絶縁体基板端部に形成の電極との接合のため、金めっきを施し、これにより電気的接続の抵抗を減らしている。
【００１０】
半導体気密容器の形成時に、絶縁体基板は通常薄いものであり、接合の際破損のおそれもあり、薄膜絶縁体基板上のメタライズパターン回路の端部に形成される電極として図３ａ〜ｈに示す構成のものが用意される。
以下ａ〜ｈ図に対応して説明する。
図示していないが、各図電極はいずれも絶縁体基板上の所要のメタライズパターン回路と電気的接続にあるものとする。
ａ：絶縁体基板３の端部においてＴｉ／Ｍｏ／Ａｕのメッキにより、該金属の厚膜40を絶縁体基板の上下面に作成し、それをＷのビア41にて電気的に接続する。
ｂ：絶縁体基板の上下面の独立したメタライズ部、又は一方のメタライズ部に金バンプ42をめっき厚さを厚くすることにより形成する。
ｃ：ハンダバンプ43は絶縁体基板上のメタライズ部上下にスクリーン印刷で作製する。
ｄ：コバール44の金属板を絶縁体基板のメタライズ部に銀ろう付け47をし、その後全体に金めっきを施した。最後にハンダ片を前記金属板の先端に載せ、加熱処理してハンダバンプ43を作製する。
ｅ，ｆ：断面「く」形状、波形状の金属電極45、46を変形加工により作製し、絶縁体基板のメタライズ部に銀ろう付け47をした。その後金めっきを施した。
ｇ：発泡金属片48と金属板49と絶縁体基板のメタライズ部を同時に銀ろう付け      47をした。その後全体に金めっきを施した。
ｈ：ｇにより加工した電極の先端部にハンダ片を載せ、加熱処理でハンダバンプ43を作成した。ハンダには低融点のＳｎＰｂを用いた。
【００１１】
先端に電極を形成し、半導体素子ほかの部品を実装した薄膜絶縁体基板をまず半導体容器内に組み入れ、蓋を兼ねる凹状の端子を半導体容器の横方向より差し込んだ。前記図３ａのＴｉ／Ｍｏ／Ａｕの厚膜、同ｂのＡｕバンプ、同ｅの「く」形状電極、ｆの波形状電極、同ｇの発泡金属を具えるものでは、まず絶縁体基板と半導体容器をハンダ付けし、その後に電気溶接にて蓋付けした。図３ｃ、同ｄ、同ｈのハンダ電極の場合は、絶縁体基板と半導体容器の間のハンダを低融点ＢｉＳｎ合金にして蓋付け端子のハンダ付けと、絶縁体基板の半導体容器付けを同時に行った。
【００１２】
さらに、高周波用の蓋と絶縁体基板を作成した。
図４は高周波半導体容器の蓋を兼ねる凹状の端子の構造を示し、図５は高周波用の電極を有する絶縁体基板の一例を実装構造で示している。
図４に示す構造と図２に示した構造と変わるところは凹状の端子に形成されているが、アルミナのセラミックスの第２層21の上面には予めマイクロストリップラインが形成されており、第１層20には複数のビア23を形成し、上面のメタライズ部24のグランドを強化して、凹状の端子が形成される。なお25は蓋用の金属ブロック、26は外部接続用端子である。
【００１３】
図５は高周波用の電極を有する絶縁体基板の一例を示す。ａ図は上面図、ｂ図は側面図、ｃ図はａ図の点線で囲む一部拡大図である。絶縁体基板27の上面には薄膜抵抗を含む回路がメタライズ28により描画されており、下面は一面にメタライズされており、半導体ＩＣ素子29をハンダによりフリップチップ実装した。
高周波用の端子部の上下のメタライズ部にはハンダ片の加熱処理によってｂ図に示すように、基板27の先端上下面および半導体ＩＣ素子29の位置でハンダバンプを形成した。これは図３のｃに示すものの適用である。
【００１４】
高周波用の端子部のマイクロストリップラインの先端は、凹状の端子のセラミックス部の形状に合わせてインピーダンス整合をとるために凹状の端子に挿入される部分は、ａ図の点線の丸で囲んだ部分をｃ図で拡大して示すように、メタライズ部分の幅をせばめており、これと接続される図６の蓋を兼ねる凹状の端子より外側に通じるストリップラインも図示していないが、セラミックス部の形状に合わせてインピーダンス整合をとるために幅をせばめたものとして、接続部が形成されている。
【００１５】
図６に高周波用の蓋と凹状の端子を兼ねた蓋30を用いた半導体容器に半導体素子等を気密に封止する実装構造を示す。
側壁に開放部を有する金属製一体の半導体容器31を用意する。蓋の凹状の端子に絶縁体基板27の電極を差し込んで加熱処理してハンダ付けし、その後に絶縁体基板27を半導体容器31内に挿入し、蓋30で半導体容器31の開放部をふさいで電気溶接し、同時に絶縁体基板27を半導体容器31に半田付けした。
図７に端子部の高周波伝達特性を示す。これは半導体容器の外側の端子と内部の半導体素子を実装する絶縁体基板上のマイクロストリップラインの伝送特性を示しているが、伝送特性が20ＧＨｚ以上まで向上したことを示している。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によればワイヤボンドの本数を減らして、製造コストが低下する。
蓋付けと電気的接続を一工程で行えるため、作業効率化からコストが低下した。
半導体容器の端子と絶縁体基板の間のワイヤボンドが上面からしか行えなかったために、蓋を上面に付けるなどの規制があったが、本発明により、蓋を側面にできる半導体気密封止容器設計の自由度が増えた。
ワイヤボンドを減らすことから、インピーダンス不整合を抑制し、高周波特性が良くなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体気密封止容器の一例を示す。
【図２】本発明の半導体気密封止容器の蓋兼凹状端子の一例を示す。
【図３】ａ〜ｈはそれぞれ絶縁体基板の端部に設けた電極構造を示す。
【図４】高周波用の蓋兼凹状端子の一例を示す。
【図５】ａは高周波用の電極を有する絶縁基板の一例についてその上面図を、ｂは同側面図を、ｃはａの点線で囲む部分の一部拡大図を示す。
【図６】高周波用の蓋兼凹状電極を半導体容器に実装した半導体気密封止容器の構造を示す。
【図７】半導体容器の外側の端子と内側の半導体素子を実装する絶縁体基板上のマイクロストップラインの間の伝送特性を示す。
【図８】従来の半導体気密封止容器における半導体素子の実装方法を示す。
【符号の説明】
１  半導体容器
２  半導体素子
３  絶縁体基板
４  ワイヤボンド
５  電極
６  蓋
７  底部
８  側壁
９  凹状の端子
10  ビア
11  メタライズ部
12  金属端子
13  金属ブロック
20  第１層
21  第２層
22  第３層
23  ビア
24  メタライズ部
25  金属ブロック
26  外部接続用金属端子
27  絶縁体基板
28  メタライズ部
29  半導体ＩＣ素子
30  蓋を兼ねる凹状の端子
31  半導体容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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