(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数の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た半導体素子収納用パッケージ用の入出力端子において、前記線路導体は、銅を１０〜７０体積％ならびにタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜９０体積％含有するとともに、前記一辺側から前記立壁部の直下の途中まで線路状とされ前記途中から前記他辺側の端の手前の位置にかけて二股に分岐している第一のメタライズ層と、モリブデンを主成分とするとともに前記第一のメタライズ層の二股分岐部から前記他辺側の終端までの部位および前記第一のメタライズ層の二股部に挟まれた前記平板部の上面を覆っている第二のメタライズ層とから構成されており、前記平板部と前記複数の線路導体と前記立壁部とは同時焼成されて成ることを特徴とする入出力端子。
【請求項２】
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、前記上側主面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に切欠き部または貫通孔から成る入出力端子の取付部が形成された枠体と、前記取付部に嵌着された請求項1記載の入出力端子とを具備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３】
請求項２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電極が前記入出力端子に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に枠体内側を塞ぐように接合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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野やマイクロ波通信およびミリ波通信等の分野で用いられる、高い周波数で作動する各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野やマイクロ波通信およびミリ波通信分野等で用いられる、高い周波数で作動する各種半導体素子を気密封止して収容する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）として、例えば光通信分野に用いられる光半導体パッケージを図４に示す。同図に示すように、光半導体パッケージとしての半導体パッケージ１は、一般に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成り、上側主面の略中央部に半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子等の半導体素子２が載置される載置部３を設けた基体４を有する。この基体４は、略長方形の板状であり、その対向する一対の辺部に外部の実装基板にネジ止めするためのネジ止め孔１１が設けられている。
【０００３】
また、載置部３を囲繞するように基体４の上側主面に銀ロウ等のロウ材を介して接合されるとともに、基体４の長辺側に位置する両側部に、半導体素子２と外部電気回路とを電気的に接続する高周波信号入出力用の入出力端子５を嵌着接合するための貫通孔または切欠き部から成る取付部６が設けられた枠体７を有する。この枠体７は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、基体４の短辺側に位置する一側部に、光ファイバ１２が固定される筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材という）１８が嵌着接合される貫通孔１４が形成されている。そして、枠体７の光伝送路である貫通孔１４の枠体７外側開口の周囲には、枠体７の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から固定部材１８が銀ロウ等のロウ材で接合される。
【０００４】
また、シールリング１７は、枠体７の上面および入出力端子５の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、入出力端子５を枠体７と挟持するとともに上面に蓋体１５をシーム溶接等により接合するための接合媒体として機能する。
【０００５】
このような半導体パッケージ１は以下のように作製される。基体４の載置部３に半導体素子２を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低融点ロウ材で載置固定させるとともに、半導体素子２の電極をボンディングワイヤ（図示せず）を介して図５に示す入出力端子５の線路導体２８に電気的に接続する。さらに、光ファイバ１２と半導体素子２との光軸を調整して、固定部材１８の枠体７外側の端面に光ファイバ１２を樹脂等の接着剤で取着した金属ホルダ１３を、金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等の低融点ロウ材で接合する。
【０００６】
そして、枠体７の上面に蓋体１５をシーム溶接等により接合して、基体４と枠体７と蓋体１５とから成る容器内部に半導体素子２を気密に収容することにより、製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、外部の実装基板上にネジ止めされた後、半導体素子２を外部電気回路から供給される駆動用の高周波信号によって光励起させ、励起したレーザ光等の光を光ファイバ１２に授受させ光ファイバ１２内を伝送させることにより、大容量の情報を高速に伝送できる光電変換装置として機能し、光通信分野等に多用されている。
【０００７】
そこで、上記の半導体パッケージ１に用いられる入出力端子５には、電気的に絶縁され、リード端子の接続およびワイヤーボンディングが可能な配線パターンの形成ができることが必要となる。このような入出力端子５は、図５，図６に示すように、上面の１辺側から対向する他辺側にかけて形成された配線パターンとしての線路導体２８を有する誘電体から成る平板部９と、平板部９の上面に線路導体２８を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部１０とから構成されている。また、平板部９および立壁部１０の線路導体２８に略平行な両側面には、線路導体２８を擬似同軸状に囲み接地導体として機能するとともに、図４に示す取付部６の内周面に銀ロウ等のロウ材を介して入出力端子５を接合させる接合媒体として機能する接合用のメタライズ層（図示せず）が形成されている。
【０００８】
この線路導体２８の枠体７外側の部位の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、銀ロウ等のロウ材で接合されるとともに、入出力端子５と外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子１６が接合される。一方、線路導体２８の枠体７内側の部位の上面に位置するワイヤーボンディング部２８ａには、Ａｕ，アルミニウム（Ａｌ）等の線材から成り、超音波接合法や熱圧着法等により半導体素子２と入出力端子５との電気的接続を行なうためのボンディングワイヤ（図示せず）が接続される。
【０００９】
この入出力端子５を構成する誘電体としては、一般にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体等のセラミックスが用いられていた。一方、入出力端子５に形成される線路導体２８には、電気抵抗が小さく、上記セラミックスと同時焼成により微細な配線パターンの形成が可能なＷやＭｏ等の高融点金属が採用されていた。
【００１０】
近年、より高い周波数の入出力信号を伝送できるとともに小型化されたものに対する要求が高まっており、その結果線路導体２８の線幅も細くなって配線抵抗が増大するようになっていた。しかし、高融点金属から成る線路導体２８では、シート抵抗もせいぜい８ｍΩ／□程度までしか低くできず、高周波信号の透過損失が大きくなるという問題があった。そこで、より低抵抗のＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体を用いて上記セラミックスと同時焼成して線路導体２８を形成することが提案されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体から成る誘電体と１２００〜１５００℃の低い温度で同時焼成されて成るメタライズ層で線路導体２８を形成するため、またアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体はＣｕとの濡れ性が悪いため、その誘電体成分はＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせたメタライズ層への拡散が不充分となっていた。その結果、半導体素子２と入出力端子５との電気的接続を行なうボンディングワイヤには外力が加わらないことから、線路導体２８のワイヤーボンディング部２８ａには何等問題は生じないものの、上記メタライズ層にロウ付けされ、外部電気回路に電気的な接続を行なうリード端子１６に、接続時等に外部応力が加わると、リード端子１６がメタライズ層ごと平板部９の上面から剥離するという問題点があった。
【００１２】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、半導体パッケージの入出力端子に形成された線路導体がアルミナを主成分とする焼結体等と同時焼成で強固に形成でき、また線路導体上に接合されたリード端子に外力が加わっても強固に接合されて剥離せず、さらに線路導体の導体抵抗が小さいため高周波信号の伝送特性が向上した入出力端子を具備した半導体パッケージとすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の入出力端子は、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数の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た半導体素子収納用パッケージ用の入出力端子において、前記線路導体は、銅を１０〜７０体積％ならびにタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜９０体積％含有するとともに、前記一辺側から前記立壁部の直下の途中まで線路状とされ前記途中から前記他辺側の端の手前の位置にかけて二股に分岐している第一のメタライズ層と、モリブデンを主成分とするとともに前記第一のメタライズ層の二股分岐部から前記他辺側の終端までの部位および前記第一のメタライズ層の二股部に挟まれた前記平板部の上面を覆っている第二のメタライズ層とから構成されており、前記平板部と前記複数の線路導体と前記立壁部とは同時焼成されて成ることを特徴とする。
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、前記上側主面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に切欠き部または貫通孔から成る入出力端子の取付部が形成された枠体と、前記取付部に嵌着された本発明の入出力端子とを具備していることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、本発明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電極が前記入出力端子に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に枠体内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、上記の構成により、アルミナ質焼結体等から成る平板部の誘電体成分が、Ｍｏを主成分とする第二のメタライズ層に容易に拡散するとともに、第二のメタライズ層のシート抵抗が低減される。その結果、平板部の他辺側、即ち枠体外側の部位のリード端子接続部に相当する第二のメタライズ層が、アルミナ質焼結体等から成る平板部上面に強固に接合されるため、接続されたリード端子の外部応力に対する強度が増大して接続信頼性が向上する。従って、大きな電流が流れても発熱量が小さい線路導体が得られる。
【００１５】
また、平板部の一辺側、即ち枠体内側の部位にあるワイヤーボンディング部であってＣｕを１０〜７０体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有する低抵抗導体から成る第一のメタライズ層と、リード端子接続部であってＭｏを主成分とする第二のメタライズ層とが電気的に接続されていることから、第一のメタライズ層のＣｕが第二のメタライズ層に拡散して、第一のメタライズ層よりも導体抵抗が大きい第二のメタライズ層の導体抵抗が小さくなり、第二のメタライズ層の悪影響を小さくすることができ、その結果高周波信号の透過損失が大きくなるのを抑えることができる。
【００１６】
従って、入出力端子の線路導体は、アルミナを主成分とする焼結体等から成る平板部と同時焼成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子に外力が加わっても平板部上面に強固に接合されて剥離することがないものとなる。故に、本発明の半導体パッケージはそのような線路導体を有する入出力端子を具備した高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は、本発明の半導体パッケージ用の入出力端子を示す斜視図であり、図２は図１の入出力端子の平面図、図３は本発明の半導体パッケージ用の入出力端子について実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明の半導体パッケージ全体の基本構成は従来例の図４と同様であり、共通する各部の詳細な説明は省略する。
【００１８】
本発明の入出力端子は、図１〜図３に示すように、略四角形の誘電体板から成り、上面に１辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数の線路導体８を有する平板部９と、その上面に複数の線路導体８を間に挟んで接合された誘電体から成る略直方体の立壁部１０とから構成される。線路導体８は、Ｃｕを１０〜７０体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するとともに、平板部９の一辺側（枠体７内側の辺側）から立壁部１０の直下の途中まで単線の線路状とされその途中から他辺側（枠体７外側の辺側）の端９ａの手前の位置にかけて二股に分岐している第一のメタライズ層１１と、Ｍｏを主成分とするとともに第一のメタライズ層１１の二股分岐部１２から他辺側（枠体７外側の辺側）の終端Ｃまでの部位および第一のメタライズ層１１の二股部１１ａに挟まれた平板部９の上面（領域Ｅ）を覆っている第二のメタライズ層１３とから構成されている。
【００１９】
図２は、第二のメタライズ層１３が立壁部１０の直下の途中まで形成された場合を示し、図３は、第二のメタライズ層１３が平板部９上面の枠体７内側の部位にまで形成された場合を示す。
【００２０】
図２は、線路導体８の幅が全体として同じであり、第一のメタライズ層１１の二股部１１ａが、平板部９の一辺側の単線の線路状部に平行に延びている一対の幅の細い線路から成っている構成を示している。二股部１１ａは、図２の構成に限らず、第一のメタライズ層１１の幅が平板部９の一辺側の単線の線路状部から二股部１１ａで広がるように、線路導体８の幅が二股部１１ａで大きくなっていてもよく、また第一のメタライズ層１１の幅が平板部９の一辺側の単線の線路状部から二股部１１ａで小さくなっていてもよい。ただし、図２のように線路導体８の幅が全体として同じである方が、線路導体８のインピーダンスを整合させることが容易であり好ましい。
【００２１】
線路導体８のリード端子接続部８ｂである第二のメタライズ層は、平板部９および立壁部１０を構成するセラミックス等の誘電体に対する密着性が極めて良好であり、線路導体８全体の配線抵抗についても、ワイヤーボンディング部８ａが上記組成の第一のメタライズ層１１から成るとともに第二のメタライズ層１３との接合部が上記構成となっていることから、リード端子接続部８ｂおよびワイヤーボンディング部８ａを含めた全体のシート抵抗が５ｍΩ／□程度と低抵抗になる。
【００２２】
線路導体８のワイヤーボンディング部８ａは、第一のメタライズ層１１から成り、後述するように平板部９および立壁部１０を構成する誘電体と同時焼成により形成される。この第一のメタライズ層１１は、Ｃｕを１０〜７０体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有して成るが、線路導体８の低抵抗化、誘電体との同時焼結性および線路導体８の保形性を良好にするうえで、Ｃｕを４０〜６０体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを４０〜６０体積％含有することが好ましい。この場合、ワイヤーボンディング部８ａのシート抵抗を４ｍΩ／□程度に低減できる。即ち、ワイヤボンディング部８ａは、導電性の高いＣｕを含むＣｕＷ等となっていることから、シート抵抗がより小さくなる。
【００２３】
第一のメタライズ層１１におけるＣｕの量が１０体積％未満であり、かつＷおよび／またはＭｏの量が９０体積％を超えると、電気抵抗が高くなる。また、Ｃｕの量が７０体積％を超え、かつＷおよび／またはＭｏの量が３０体積％未満になると、第一のメタライズ層１１の保形性が低下し、第一のメタライズ層１１ににじみ等が発生したり、溶融したＣｕにより第一のメタライズ層１１が凝集して断線を生じるとともに、誘電体と第一のメタライズ層１１との熱膨張差により第一のメタライズ層１１が剥離を生じ易くなる。
【００２４】
また、第一のメタライズ層１１、Ｗおよび／またはＭｏが平均粒径１〜１０μｍの球状あるいは数個の粒子の焼結粒子としてＣｕから成るマトリックス中に分散含有されていることが好適である。これは、平均粒径が１μｍより小さいと第一のメタライズ層１１の保形性が悪くなり、組織が多孔質化して抵抗値が高くなる。他方、１０μｍを超えると、Ｃｕから成るマトリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されて、抵抗値が高くなったり、Ｃｕ成分の分離によりにじみが発生する恐れがある。より好ましくは、Ｗおよび／またはＭｏの平均粒径は１．３〜５μｍがよく、１．３μｍ未満では、焼結時に焼結が進行しすぎて誘電体との接着強度が低下するおそれがある。５μｍを超えると、焼結が不十分となり、第一のメタライズ層１１の強度不足や誘電体との密着性不足、さらに抵抗の増加等が発生するおそれがある。さらに好ましくは１．３〜３μｍが良い。
【００２５】
線路導体８のリード端子接続部８ｂである第二のメタライズ層１３は、第一のメタライズ層１１と同様に、後述するように平板部９および立壁部１０を構成する誘電体と同時焼成により形成される。Ｍｏを主成分とする第二のメタライズ層１３は、Ｍｏ−Ｍｎペーストを用いて誘電体と同時焼成して形成される。Ｍｏ−Ｍｎペーストとしては、例えばＭｏを７０〜９０重量％ならびにＭｎを２〜１５重量％、酸化珪素（ＳｉＯ2）を５〜２０重量％、酸化チタン（ＴｉＯ2）を１〜１０重量％含有するものが良い。また、第二のメタライズ層１３にはとりわけアルミナ質焼結体から成る誘電体成分が容易に拡散するため、平板部９がアルミナ質焼結体から成る場合、第二のメタライズ層１３が強固に被着される。その結果、ロウ材により接合されたリード端子１６の外部応力に対する強度が増加して接続信頼性が向上する。従って、平板部９はアルミナ質焼結体から成ることが好ましい。
【００２６】
また、第一のメタライズ層１１と第二のメタライズ層１３は、立壁部１０の下面の直下、または立壁部１０よりも枠体７内側の部位で接続される。このとき、第一のメタライズ層１１のＣｕ成分が第二のメタライズ層１３側に拡散して接続されていることから、立壁部１０の下面の直下の接続部においてはＣｕが全体的に拡散されている。従って、Ｃｕの拡散により、第一のメタライズ層１１と第二のメタライズ層１３との接続部での抵抗変化が急激ではなく徐々に変化するものとなり、その結果高周波信号の伝送特性に対する影響がほとんどない。
【００２７】
本発明において、第二のメタライズ層１３が、第一のメタライズ層１１の二股分岐部１２から二股部１１ａの終端Ｃおよび第一のメタライズ層１１の二股部１１ａに挟まれた平板部９の上面を覆っていることにより、二股部１１ａに挟まれた平板部９の上面において、第二のメタライズ層１３にアルミナ質焼結体等から成る誘電体成分が容易に拡散し、第二のメタライズ層１３が強固に被着される。また、第一のメタライズ層１１の二股分岐部１２から二股部１１ａの終端Ｃまでの部位において、第一のメタライズ層１１のＣｕ成分が第二のメタライズ層１３側に拡散して接続されるので、第二のメタライズ層１３の導体抵抗が小さくなり、第一のメタライズ層１１よりも導体抵抗が大きい第二のメタライズ層１３の悪影響を小さくすることができ、その結果、高周波信号の透過損失が大きくなるのを抑えることができる。
【００２８】
また図２に示すように、好ましくは、第一のメタライズ層１１における立壁部１０下面の直下の途中の二股分岐部１２から二股部１１ａの終端Ｃまでの部位を、第二のメタライズ層１３がこの部位よりも幅広に覆うように、第二のメタライズ層１３が被着形成されてリード端子接続部８ｂが覆われることがよい。これにより、第二のメタライズ層１３の接合面積が増大するとともに、二股部１１ａが第二のメタライズ層１３によって押え込まれた構成となる。従って、リード端子１６が第二のメタライズ層１３上にロウ付けされた場合、第二のメタライズ層１３が主にＭｏからなるため誘電体成分が容易に拡散して第二のメタライズ層１３が平板部９に強固に接合されているため、リード端子１６が第二のメタライズ層１３とともに平板部９から剥がれることがなく、リード端子１６の接合強度が向上する。
【００２９】
このとき、二股部１１ａが平板部９の端９ａにまで形成されていると、第二のメタライズ層１３から二股部１１ａの端部が露出する場合があり、この露出した二股部１１ａから第二のメタライズ層１３が剥れる場合がある。従って、平板部９の端９ａの手前の位置に二股部１１ａの終端Ｃを設けるが、終端Ｃは端９ａの０．１〜０．５ｍｍ手前に位置しているのが良い。終端Ｃの位置と端９ａとの間の距離が０．１ｍｍ未満になると、第一のメタライズ層１１となる導体ペーストの印刷バラツキにより、二股部１１ａの終端Ｃが端９ａにかかる場合があり、その結果第二のメタライズ層１３が終端Ｃの剥れを起点として剥れる恐れがある。また、上記の距離が０．５ｍｍを超えると、シート抵抗を小さくする効果が低下する傾向にある。好適には０．２〜０．４ｍｍがよい。
【００３０】
また、二股部１１ａを覆う第二のメタライズ層１３の二股部１１ａからの幅方向のはみ出し幅は０．３〜０．７ｍｍがよい。はみ出し幅が０．３ｍｍ未満では、第二のメタライズ層１３となる導体ペーストを印刷する際に、下方の二股部１１ａとなる印刷層の段差でカスレが発生する場合がある。また、はみ出し幅が０．７ｍｍを超えると、線路導体８の高密度化が阻害されてしまう。
【００３１】
また、第一のメタライズ層１１と第二のメタライズ層１３との立壁部１０の下面における接続部では、接続部の厚みが厚くなるので、立壁部１０を平板部９に接合する際に加圧接合して入出力端子５の寸法精度を確保することができる。この加圧接合は、入出力端子５と枠体７との気密封止にとっても効果的である。また、図３のように、第一のメタライズ層１１に対する第二のメタライズ層１３の接続開始部が立壁部１０よりも枠体７内側にあってもよい。この場合、第一のメタライズ層１１と第二のメタライズ層１３との接続開始部の大きな段差が立壁部１０の下面で生じないため、気密封止を確実にすることができる。
【００３２】
さらに、線路導体８の表面には、酸化による腐食防止、ワイヤボンディング性、半田との濡れ性、および線路導体８の低抵抗化のために、Ａｕ，Ｃｕ，チタン（Ｔｉ），Ｎｉおよびパラジウム（Ｐｄ）のうちの少なくとも１種からなる第二のメタライズ層１３が、無電解めっき法、電解めっき法等によって被着されていることが好ましい。特に、耐食性の向上と抵抗低減の点から、最表面はＡｕ層から成ることがより好ましい。また線路導体８中には、誘電体との密着性を改善するために、誘電体を構成するセラミックスの主成分であるセラミック成分、または誘電体組成と同一組成のセラミック成分を０．０５〜２体積％の割合で含有させることが好ましい。
【００３３】
この線路導体８の枠体７外側の部位には、外部電気回路と入出力端子５との高周波信号の入出力を行なうためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るリード端子１６が、銀ロウ等のロウ材で接合される。
【００３４】
入出力端子５の平板部９は、アルミナを主成分とするセラミックスから成るのがよく、第一のメタライズ層１１と第二のメタライズ層１３から成る線路導体８との同時焼結性の点で好ましい。このアルミナを主成分とするセラミックスは、相対密度が９５％以上、特に９７％以上、さらには９９％以上の高緻密体から成ることが好適であり、高熱伝導性と高強度を具備するものとなる。また、線路導体８との同時焼成時に線路導体８の保形性を確保するために、焼成温度を１２００〜１５００℃の低温とするとともに相対密度を９５％以上に緻密化させることが好ましい。
【００３５】
従って、このようなアルミナを主成分とするセラミックスとしては、主成分のアルミナを８４〜９０重量％含有するとともに、上記焼成温度での焼結性を高める点でＭｎ化合物をＭｎＯ２換算で２〜６重量％含有するものが好適である。またこのセラミックスには、第３成分として、ＳｉＯ２、およびマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類元素の１種以上を酸化物として含有させるとよく、第一のメタライズ層との同時焼結性が向上する。第３成分の含有量は、ＳｉＯ２は２〜１５重量％がよく、上記同時焼結性の点から３〜１０重量％がより好適である。またアルカリ土類元素は、酸化物換算で合計が０．１〜４重量％が良く、さらに同時焼結性の点から０．２〜２．５重量％が良い。
【００３６】
さらに第４成分として、Ｗ，Ｍｏ，クロム（Ｃｒ）等の金属を着色成分として２重量％以下の割合で含有させても良い。
【００３７】
本発明では、Ａｌ2Ｏ3以外の成分は、Ａｌ2Ｏ3主結晶相の粒界に非晶質相また結晶質相として存在するが、熱伝導性を高めるうえで粒界中に助剤成分を含有する結晶質相が形成されていることが好ましい。また、Ａｌ2Ｏ3主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は１．５〜５μｍであることが好ましい。なお、主結晶相が柱状結晶から成る場合、上記平均結晶粒径は短軸径に基く。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍ未満では高熱伝導化が難しく、５μｍを超えると入出力端子５に要求される強度が得られ難くなる。
【００３８】
入出力端子５の立壁部１０は、平板部９と同様の誘電体から成り、その上面全面に線路導体８と同様の材料から成るメタライズ層が形成されるとともに、図４に示す枠体７の取付部６の内周面に接合される面にもメタライズ層が形成されている。このメタライズ層は、線路導体８と同様の方法により金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し焼成することにより形成される。
【００３９】
かくして得られた入出力端子５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成る基体４の上側主面に接合された枠体７の側部の取付部６に、銀ロウ等のロウ材により嵌着接合される。これにより、枠体７の一部となって内外を気密に仕切るとともに枠体７の内外を導通する導電路となる。
【００４０】
次に、本発明の入出力端子５の製造方法について、以下の工程［１］〜［６］によって具体的に説明する。
【００４１】
［１］入出力端子５の平板部９と立壁部１０を形成するために、主成分となるＡｌ2Ｏ3原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、より好ましくは０．５〜２μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径が０．５μｍ未満の場合、そのような微粉末は取り扱いが難しく、また粉末製造のコストが高くなり、２．５μｍより大きくなると、１５００℃以下の低温での焼成が困難となるからである。
【００４２】
［２］Ａｌ2Ｏ3原料粉末に対して、第２成分としてＭｎＯ2を２〜１５重量％、より好ましくは３〜１０重量％の割合で添加する。また、第３成分として、ＳｉＯ2およびＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ等のアルカリ土類元素の１種以上の酸化物を０．１〜４重量％、より好ましくは０．２〜２．５重量％の割合で添加する。さらに、第４成分として、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末等を着色成分として金属換算で２重量％以下の割合で添加する。なお、これらの各酸化物を添加する際は、酸化物粉末以外に、焼成することにより酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等でもって添加しても良い。
【００４３】
［３］この混合粉末から周知の成形方法によりシート状の成形体を作成する。具体的には、この混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調製した後、得られたスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形する。または、この混合粉末に有機バインダーを添加し、プレス成形法や圧延成形法により所定の厚さのシート状の成形体を作製する。
【００４４】
［４］平均粒径が１〜１０μｍのＣｕ粉末を１０〜７０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのＷおよび／またはＭｏ粉末を３０〜９０体積％の割合で含有した導体ペーストＡと、平均粒径が１〜１０μｍのＭｏ粉末を７０〜９０重量％、平均粒径が１〜１０μｍのＭｎ粉末を２〜１５重量％、ＳｉＯ2粉末を５〜２０重量％、ＴｉＯ2粉末を１〜１０重量％の割合で含有した導体ペーストＢを調製する。導体ペーストＡを用いて、平板部９用のシート状の成形体のワイヤーボンディング部８ａ側の表面からリード端子接続部８ｂ側の表面にかけて、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により第一のメタライズ層１１となる配線パターンを印刷塗布する。次に、リード端子接続部８ｂ側表面に形成した配線パターンに一部が重なるように、導体ペーストＢを用いて、上記成形体の表面に、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等により、第二のメタライズ層１３となる配線パターンを印刷塗布する。その後、配線パターンの重複部を加圧して所定厚さになるように微調整する。
【００４５】
これらの導体ペーストＡ，Ｂ中には、平板部９の誘電体との密着性を高めるために、Ａｌ2Ｏ3粉末、または誘電体を構成する酸化物セラミックス成分と同一組成のセラミック粉末を０．０５〜２体積％添加することも可能である。
【００４６】
［５］シート状の成形体から、平板部９および立壁部１０の形状のものを打ち抜き加工で作製し、平板部９の上面に立壁部１０を積層圧着し、この積層体を非酸化性雰囲気中、最高温度１２００〜１５００℃で焼成し一体化する。焼成温度が１２００℃より低いと、酸化アルミニウム質焼結体の相対密度が９５％以上となるように緻密化できず、熱伝導性や強度が低下する。１５００℃を超えると、導体ペーストＡ中のＷやＭｏ自体の焼結が進み、マトリックスであるＣｕ中にＷ，Ｍｏが均一に存在する均質な組織の第一のメタライズ層１１が得られず、低い抵抗値とすることができなくなる。即ち、ワイヤーボンディング部８ａ側の線路導体８のシート抵抗を８ｍΩ／□以下とすることが困難になる。また１５００℃を超えると、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径が大きくなって異常粒成長が発生したり、Ｃｕがセラミックス中に拡散する際の経路である粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる。その結果、拡散距離を３０μｍ以下に抑制することが困難となり、抵抗値が増加することになる。従って、上記焼成温度は１２５０〜１４００℃の範囲がより好適である。
【００４７】
また、焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素または窒素と水素の混合雰囲気が好ましい。特に、線路導体８中のＣｕの拡散を抑制する点で、窒素および水素を含み、露点が１０℃以下、特に−１０℃以下の非酸化性雰囲気が好ましい。この非酸化性雰囲気にはアルゴンガス等の不活性ガスを混入しても良い。この非酸化性雰囲気の露点が１０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応して酸化膜を形成し、この酸化膜と線路導体８中のＣｕが反応し、線路導体８の低抵抗化の妨げとなるのみならずＣｕの拡散を助長するからである。
【００４８】
［６］同時焼成された線路導体８に対して、無電解めっき法または電解めっき法により、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄのうちの少なくとも１種を含む金属層を０．５〜１０μｍの厚さで被着する。
【００４９】
そして線路導体８に対して、外部電気回路と入出力端子５との高周波信号の入出力を行なうための、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属から成るリード端子１６が銀ロウ等のロウ材で接合される。
【００５０】
本発明において、第一のメタライズ層１１中のＣｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％は以下のようにして特定できる。即ち、第一のメタライズ層１１はＣｕの融点（１０８３℃）以上の１２００〜１５００℃で平板部９と同時焼成されるものであり、Ｃｕとそれより融点が１０００℃以上高いＷ，Ｍｏとは固溶体を形成しないため、第一のメタライズ層１１はＷ粒子，Ｍｏ粒子の間をＣｕが埋めた構成となり、その結果Ｃｕを分離することが容易にできるため、Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％を特定することが可能となる。具体的には以下のようになる。まず、一定量の線路導体８の一部の重量を測定した後、それに含有されるＣｕ成分のみを亜硫酸ナトリウム，塩酸または硫酸等の酸で溶解する。処理液にＣｕ成分が溶解し終えて処理液の量が変化しなくなった後、線路導体８の一部の重量を再度測定し重量変化を算出する。Ｃｕの比重８．９４よりＣｕの体積を算出する。酸処理後の線路導体８の一部の重量から、Ｗ（比重１９．３）および／またはＭｏ（比重１０．２２）の体積を算出する。Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏのそれぞれの体積から体積％を算出する。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等支障ない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、入出力端子の平板部の上面に形成された線路導体は、銅を１０〜７０体積％ならびにタングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するとともに、平板部の一辺側から立壁部の直下の途中まで線路状とされその途中から他辺側の端の手前の位置にかけて二股に分岐している第一のメタライズ層と、モリブデンを主成分とするとともに第一のメタライズ層の二股分岐部から他辺側の終端までの部位および第一のメタライズ層の二股部に挟まれた平板部の上面を覆っている第二のメタライズ層とから構成されていることにより、アルミナ質焼結体等から成る平板部の誘電体成分が、Ｍｏを主成分とする第二のメタライズ層に容易に拡散するとともに、第二のメタライズ層のシート抵抗が低減される。その結果、枠体外側の部位のリード端子接続部に相当する第二のメタライズ層が、アルミナ質焼結体等から成る平板部上面に強固に接合されるため、接続されたリード端子の外部応力に対する強度が増大して接続信頼性が向上する。従って、大きな電流が流れても発熱量が小さい線路導体が得られる。
【００５３】
また、枠体内側の部位にあるワイヤーボンディング部であってＣｕを１０〜７０体積％ならびにＷおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有する低抵抗導体から成る第一のメタライズ層と、リード端子接続部であってＭｏを主成分とする第二のメタライズ層とが電気的に接続されていることから、第一のメタライズ層のＣｕが第二のメタライズ層に拡散して、第一のメタライズ層よりも導体抵抗が大きい第二のメタライズ層の悪影響を小さくすることができ、その結果高周波信号の透過損失が大きくなるのを抑えることができる。
【００５４】
従って、入出力端子の線路導体は、アルミナを主成分とする焼結体等から成る平板部と同時焼成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子に外力が加わっても平板部上面に強固に接合されて剥離することがないものとなる。故に、本発明の半導体パッケージはそのような線路導体を有する入出力端子を具備した高周波信号の伝送特性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージにおける入出力端子について実施の形態の例を示す斜視図である。
【図２】図１の入出力端子の平面図である。
【図３】本発明の入出力端子の他の例を示す平面図である。
【図４】従来の半導体パッケージを示す分解斜視図である。
【図５】従来の半導体パッケージにおける入出力端子の斜視図である。
【図６】図５の入出力端子の断面図である。
【符号の説明】
１：半導体パッケージ
２：半導体素子
３：載置部
４：基体
５：入出力端子
６：取付部
７：枠体
８：線路導体
９：平板部
１０：立壁部
１１：第一のメタライズ層
１１ａ：二股部
１２：二股分岐部
１３：第二のメタライズ層
Ｃ：終端
【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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