(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に半導体素子を載置する載置部を有する略長方形の基体と、前記基体の下面に形成され、前記半導体素子と電気的に接続されるとともに高周波信号を入出力する接続パッドと、該接続パッドに接合された固体の導体バンプとを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記接続パッドの面積Ｓ（ｍｍ２）は
２≦１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２Ｆ−１６．７ε
（ただし、Ｆは高周波信号の周波数（ＧＨｚ）、εは基体の比誘電率である。）を満たしており、かつ前記基体の下面の対向する２隅部または対向する２辺部に前記導体バンプの高さと略等しい厚さの補助金属板が接合され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２】
前記補助金属板の厚さが０．１２５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定され、前記接続パッドに電気的に接続された半導体素子と、前記枠体上面に接合された蓋体とを具備した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、高周波帯域で作動する半導体素子を内部に収納する半導体素子収納用パッケージと、この半導体素子収納用パッケージに半導体素子を収容した半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯域やミリ波帯域の高周波信号で作動する半導体素子を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）は、外部電気回路装置との電気的接続をリード線で行うタイプが主流であった。しかし、近年、伝送信号の更なる高周波化に対して接続部における伝送損失を少なくするために、接続部の長さをより短くすることが必要になり、そのためリード線に代えて基体の下面に接続パッドを設け、これを半田を用いて外部電気回路装置と接続する表面実装型のチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）やボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージの採用が進められている。
【０００３】
これら表面実装型の半導体パッケージの例を図３に示す。同図は、従来の半導体装置と外部電気回路装置との接続構造を示す断面図である。この半導体パッケージＡは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）用として用いられたり、またＭＭＩＣ（Monolithic  Microwave  IC）用などとして用いられる。そして、半導体パッケージＡは、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体やガラスセラミックス質焼結体からなる基体１０１と、タングステン（Ｗ）や銅（Ｃｕ）などの金属材料からなる配線導体１０２とを有し、その基体１０１上面の載置部１０１ａに半導体素子Ｃをワイヤボンディング実装法やフリップチップ実装法などを用いて搭載し、半導体パッケージＡと半導体素子Ｃとを電気的に接続させることにより半導体装置Ｂとなる。さらに、基体１０１の下面に設けた接続パッド１０１ｃを介して外部電気回路装置Ｄに電気的に接合される（特開２０００−２９９４０７号公報参照）。
【０００４】
この半導体パッケージＡは、基体１０１の内部に配線導体１０２を有しており、その配線導体１０２は基体１０１の上面に形成された上面電極１０１ｂと基体１０１の下面に設けた接続パッド１０１ｃとを電気的に導通している。そして、半導体装置Ｂは、半導体パッケージＡの接続パッド１０１ｃが金属ボール１０３およびろう材や半田、所謂導体バンプを用いて外部電気回路装置Ｄと物理的および電気的に接続されている。この接続パッド１０１ｃは、半導体パッケージＡを外部電気回路装置Ｄに半田等を介して物理的に接続するだけでなく、高周波信号を伝送して半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄとを電気的に接続させる役割を有するものである。
【０００５】
一般的に、接続パッド１０１ｃにおいて安定した電気的導通を確保し、また同様に安定した接続状態を確保するために、できるだけ大きな面積の接続パッド１０１ｃが必要とされる。その面積は、半導体パッケージＡの大きさと接続パッド１０１ｃの数から規定される接続パッド１０１ｃ間距離とも関連があり、一般的に、接続パッド１０１ｃの面積は０．３〜０．５ｍｍ2とされている。
【０００６】
そして、特開２０００−２９９４０７号公報では、半導体パッケージＡの下面の接続パッド１０１ｃを外部電気回路装置Ｄ上の電極に半田を介して接合させる際に、例えば基体１０１下面の４隅に金属ボール１０３を配置して金属ボール接合部Ｅを形成している。そして、金属ボール１０３を配置していない接合パッド１０１ｃは、例えば半田接合部Ｊにより外部電気回路装置Ｄに接合されているのであるが、金属ボール１０３が半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄとの隙間を一定としているので、半田接合部Ｊの形状を、いずれの接続パッド１０１ｃにおいても応力が集中するようなくびれた部分が発生しない円筒状や樽状の形状とすることができ、接続強度を向上させることができるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時の半導体パッケージにおいては、より高い周波数の高周波信号を伝送させる必要が生じてきたことから、接続パッド１０１ｃと上部電極１０１ｂや内層のグランド層１０１ｄとの間で発生する、高周波信号の伝送に障害となる電気的容量を小さくするために、接続パッド１０１ｃの面積をより小さくすることが求められている。この電気的容量を接続パッド１０１ｃの面積を変えることなく小さくするためには、例えば基体１０１を厚くする方法があるが、この場合軽薄化という市場要求に反することになる。
【０００８】
また、高い周波数の高周波信号を低損失で伝送するには、接続パッド１０１ｃの面積を小さくするのが最良の方法であるが、どの程度面積を小さくすれば接続パッド１０１ｃとグランド層１０１ｄとの間に高周波信号の入出力に悪影響を及ぼすような高い浮遊容量が発生しなくなるのかが明らかになっていなかった。
【０００９】
また、接続パッド１０１ｃの面積を小さくした場合、半導体パッケージＡにおける接続パッド１０１ｃと外部電気回路装置Ｄとの接合強度が不足したり、さらには、半導体素子Ｃが発する熱により半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄの熱膨張係数の差に起因する熱応力により半田接合部Ｊにクラックが発生し、よって半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄとの間の高周波信号の伝送特性が大きく損なわれる場合があった。また、高い周波数の高周波信号を伝送させるために接続パッド１０１ｃの面積を小さくすると、半導体パッケージＡを外部電気回路装置Ｄに接合する際に横ずれが発生する場合があり、このとき半田接合部Ｊにくびれが発生し、このくびれに起因してクラックが発生していた。
【００１０】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高い周波数で作動する半導体素子を収容した半導体素子収納用パッケージを、外部電気回路装置に長期間に亘って信頼性良く接合保持できるようにするとともに、高周波信号の伝送損失の小さい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、上面に半導体素子を載置する載置部を有する略長方形の基体と、前記基体の下面に形成され、前記半導体素子と電気的に接続されるとともに高周波信号を入出力する接続パッドと、該接続パッドに接合された固体の導体バンプとを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記接続パッドの面積Ｓ（ｍｍ２）は
２≦１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２Ｆ−１６．７ε
（ただし、Ｆは高周波信号の周波数（ＧＨｚ）、εは基体の比誘電率である。）を満たしており、かつ前記基体の下面の対向する２隅部または対向する２辺部に前記導体バンプの高さと略等しい厚さの補助金属板が接合されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記の構成により、半導体パッケージの下面の接続パッドの面積Ｓを上式を満たすように設定したことから、接続パッドと半導体パッケージの内層接地導体層等との間に高周波信号の伝送に悪影響を及ぼす浮遊容量が発生せず、また接続パッドで特性インピーダンスが急激に変化しないものとなる。
【００１３】
また、上記接続パッドに外部電気回路装置との接続媒体となる、金属ボールや金属円柱等から成る固体の導体バンプをろう付けにより接続し、さらに導体バンプと外部電気回路装置との接続を半田付け等で行っていることから、従来接続の際に発生していた、半田のくびれおよびこのくびれに起因するクラックを皆無とすることができる。さらに、基体の下面の対向する２隅部または対向する２辺部に導体バンプの高さと略等しい厚さの補助金属板が接合されていることから、半導体パッケージと外部電気回路装置との隙間を一定とすることができ、また半導体パッケージの外部電気回路装置に対する横ずれも防止し易くなり、その結果、横ずれ等に起因する、半田に発生するクラックを有効に防止できる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記補助金属板の厚さが０．１２５〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、上記の構成により、さらに半田接合部にクラックが発生することがなく、また半導体パッケージから伝送される高周波信号の伝送路においてインピーダンスのばらつきが極めて小さくなる。
【００１６】
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、前記載置部に載置固定され、前記接続パッドに電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１７】
図４から明らかなように、より高い周波数の信号を伝送させるためには、接続パッド１ｃの面積Ｓを小さくする必要があること、また高周波信号の周波数が１０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の領域において、基体１の比誘電率ε、接続パッド１ｃの面積Ｓおよび伝送可能な周波数値Ｆの間には明確な関係があることが判明した。即ち、図４に示すように、接続パッド１ｃの面積Ｓ、横軸を伝送可能な高周波信号の最大周波数値Ｆとした座標領域上に値をプロットすることによってグラフ化し、最小二乗法を用いてグラフの関係式を求めると、各比誘電率でグラフの傾きが一致し、Ｓ＝−４．２×１０−３Ｆ＋Ｙe（Ｙe：各グラフにおける縦軸との切片）で表わすことができた。また、各比誘電率におけるデータの直線の縦軸との切片値と、基体１の比誘電率との関係を上記と同じ方法で求めると、Ｙe×１０００＝−１６．７ε＋４０４．４で表わされることが判明した。
【００１８】
また、補助金属板により半導体素子が発する熱の一部を効率よく外部装置に伝達することができ、例えば外部電気回路装置上の電極を介してこの熱を外部に放散させることができる。さらに、補助金属板により半導体パッケージの接地電位を強化することができ、高周波信号の伝送損失の低減効果がさらに大くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージおよび半導体装置を以下に詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の例を示す断面図であり、図１（ｂ）は本発明の補助金属板を下面に接合した半導体パッケージについて実施の形態の例を示す平面図である。また、図２（ａ）は本発明の半導体装置を外部電気回路装置に搭載した場合の実施の形態の例を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の要部拡大断面図である。これらの図において、１は略長方形の基体、１ａは載置部、１ｂは基体１上の上面電極、１ｃは接続パッド、２は基体１上面から下面にかけて形成された配線導体、２ａはロウ材、２ｂは半田、３は固体の導体バンプとしての金属ボール、４は枠体、６は蓋体である。なお、金属ボール３の代わりに金属円柱を用いてもよい。
【００２０】
本発明において、基体１の下面には、接続パッド１ｃとロウ材２ａと金属ボール３および半田２ｂにより構成された、半導体装置Ｂを外部電気回路装置Ｄ上に電気的に接続し搭載するための接続構造Ｋが形成される。
【００２１】
本発明の基体１を構成する絶縁基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体などの絶縁材料からなる略四角形状の板状体である。そして、その内部に配線導体２を有しており、また上面中央部には、枠体４に囲繞されてなるとともに半導体素子Ｃを載置するための載置部１ａを有している。
【００２２】
この基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合以下のようにして作製される。Ａｌ2Ｏ3，酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に、適当な有機バインダー，有機溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法を採用してシート状となすことにより、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工を施すとともに、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），ニッケル（Ｎｉ），パラジウム（Ｐｄ），金（Ａｕ）等の金属材料粉末に適当なバインダー，溶剤を混合してなる導体ペーストを、セラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布することによって、接続パッド１ｃ、配線導体２および上面電極１ｂを形成する。この後、このセラミックグリーンシートを必要に応じて積層し、これを約１６００℃の温度で焼成することによって基体１が作製される。
【００２３】
接続パッド１ｃは上記の導体ペーストを、上記セラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布し、これをセラミックグリーンシートと一括して焼成することによって形成される。この接続パッド１ｃは、半導体パッケージＡを外部電気回路装置Ｄに低融点のロウ材２ａおよび半田２ｂを介して物理的に接続するだけでなく、高周波信号を伝送し半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄとを電気的に接続する機能を有する。また、接続パッド１ｃの表面に、Ｎｉ，Ａｕなどの良導電性で耐食性および低融点ろう材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により０．５〜９μｍの厚さに被着させておくのがよく、接続パッド１ｃの酸化腐食を有効に防止し得るとともに半田２ｂによる半導体パッケージＡと外部電気回路装置Ｄとの接続を強固とすることができる。
【００２４】
枠体４は、例えば金属材料またはセラミックスから成り、金属材料から成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料の粉末を混合して加熱溶解させたものをロール圧延法にて所定の厚さに圧延し、得られたシート状部材を従来周知の絞り加工法にてパイプ状部材とし、このパイプ状部材を、従来周知の引き抜き加工法により段階的に加工して所望の矩形状の断面形状を有するパイプを得る。このパイプを適宜の長さに切断することによって、所望の大きさおよび形状の金属製の枠体４が作製される。この枠体４は、基体１の上面に半導体素子Ｃの載置部１ａを囲繞するようにして銀ロウ等のロウ材を介して接合される。
【００２５】
また、金属製の枠体４に代えて、Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ等のセラミックス製のものを用いても良く、例えばＡｌ2Ｏ3セラミックスからなる場合以下のようにして作製される。Ａｌ2Ｏ3の粉末と、焼結助材としてのＳｉＯ2，ＣａＯ，ＭｇＯ等の粉末と、適当なバインダーおよび溶剤とを混合してこれをスラリー状となす。次いで、従来周知のドクターブレード法等のテープ成形法によって所定厚みのセラミックグリーンシートに成形し、このセラミックグリーンシートを複数枚準備する。ついで、セラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施すとともに、載置部１ａを囲む側壁となる部位、基体１との接合部、および蓋体５との接合部に予めメタライズ層用の導体ペーストを被着し、積層工程後１６００℃程度の温度で焼成工程を経てセラミックスの枠体４が得られる。
【００２６】
基体１の載置部１ａにエポキシ樹脂や銀エポキシ樹脂等を用いて半導体素子Ｃを載置固定し、半導体素子Ｃ上の電極と半導体パッケージ上の上面電極１ｂとをＡｕ，Ａｇ，Ａｌ等からなる金属細線で電気的に接続した後、Ｃｕや酸化アルミニウム等からなる蓋体６をエポキシ樹脂等の樹脂接着剤やロウ材などによる接着または溶接によって封止して半導体装置Ｂとなる。
【００２７】
そして、基体１の下面に形成された接続パッド１ｃと外部電気回路装置Ｄとを、予め接続パッド１ｃにロウ材２ａで接合した金属ボール３を半田２ｂで外部電気回路装置Ｄ上の電極に接続することにより、半導体素子Ｃと外部電気回路装置Ｄとが金属細線、上面電極１ｂ、配線導体２および接続パッド１ｃを介して電気的に接続される。
【００２８】
そして、本発明の半導体パッケージＡにおいては、接続パッド１ｃの面積Ｓは２≦１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２Ｆ−１６．７ε（ただし、Ｆは高周波信号の周波数（ＧＨｚ）、εは基体の比誘電率である。）を満足する必要がある。上記の式は以下のようにして決定した。
【００２９】
まず、図１および図２の構成の半導体パッケージＡの基体１として、大きさが１１ｍｍ×１１ｍｍ、厚さが０．４ｍｍであり、材質がアルミナセラミックス（比誘電率ε＝１０）、ガラスセラミックスＧ（比誘電率ε＝７．５）、ガラスセラミックスＨ（比誘電率ε＝５）の３種類のものを準備する。これらの材質の基体１は、印刷法により形成した配線導体２と上面電極１ｂと接続パッド１ｃを有する厚さ０．２ｍｍのセラミックグリーンシート２層を積層した後、約１６００℃の温度で焼成することによって作製した。配線導体２は、基体１の上面の電極１ｂと、下面の接続パッド１ｃを電気的に接続している。基体１上面での配線導体２の幅は０．１８ｍｍ、長さは３．０ｍｍとした。また、基体１上面の配線導体２から０．１ｍｍの間隔をおいて同一面接地導体層を基体１上面のほぼ全面に形成した。
【００３０】
それぞれの基体１の接続パッド１ｃは、印刷法によって接続パッド１ｃ間の距離を０．８ｍｍで形成し、その面積は、接続パッド１ｃ間の距離が０．８ｍｍである、ボールグリッドアレイタイプの通常の接続パッド１ｃの面積（直径０．７ｍｍ）より小さくする。また、金属ボール３の接合強度を考慮して、それぞれ直径が０．６ｍｍで面積が０．２８ｍｍ2、直径が０．５ｍｍで面積が０．２ｍｍ2、直径が０．４ｍｍで面積が０．１３ｍｍ2、直径が０．３ｍｍで面積が０．０７１ｍｍ2、直径が０．１５ｍｍで面積が０．０１８ｍｍ2とした。
【００３１】
配線導体２、上面電極１ｂおよび接続パッド１ｃは、その表面に厚さ２μｍの無電解Ｎｉメッキ層および厚さ０．１μｍの無電解Ａｕメッキ層を形成した。このようにして、接続パッド１ｃの面積Ｓ（ｍｍ2）を算出するための半導体パッケージＡの基体１の試料を得た。なお、基体１の上面には枠体４が接合されるが、ここではシミュレーション用の試料であるため枠体４は省いている。
【００３２】
これらの試料について、接続パッド１ｃと外部電気回路装置Ｄ上面の電極とを、金属ボール３よりも融点の低いロウ材２ａ、錫（Ｓｎ）を１０重量％、鉛（Ｐｂ）を９０重量％含む金属ボール３としての半田ボール、Ｓｎを３７重量％、Ｐｂを６３重量％含む半田ペーストを用いて接続した。この外部電気回路装置Ｄの基板は、フッ素系樹脂基板上に銅配線を形成したものであり、銅配線の幅は０．２６ｍｍ、長さは４．７ｍｍであった。銅配線から０．１ｍｍの間隔をおいて同一面接地導体層を形成している。
【００３３】
そして、基体１上面の配線導体１ｂの先端部分と外部電気回路装置Ｄの銅配線の先端部分とを、ウエハープローブを用いてネットワークアナライザーに接続し、各試料について高周波信号に対する反射損失Ｓ１１、透過損失Ｓ２１の測定を行なった。伝送可能な高周波信号の最大周波数の判定は、高周波信号伝送のために必要とされる係数値である電圧反射係数Γ＝０．１８、電圧透過係数Τ＝０．９を、Ｓ１１＝−２０ｌｏｇ｜Γ｜、Ｓ２１＝−２０ｌｏｇ｜Τ｜に導入して得られた値、即ち反射損失Ｓ１１が−１５ｄＢ以下、透過損失Ｓ２１が−１．０ｄＢ以上である場合に伝送可能とし、これらの値のいずれかから外れたときの周波数を伝送可能な最大周波数とした。
【００３４】
次に、表１および図４に測定結果を示す。表１は評価に用いた各半導体パッケージＡにおける接続パッド１ｃの面積と、それにより伝送可能な信号の最大周波数値（ＧＨｚ）を示す。そして、図４は表１の結果をグラフ化したものであり、縦軸は接続パッド１ｃの面積Ｓ（ｍｍ2）、横軸は伝送可能な高周波信号の最大周波数値Ｆ（ＧＨｚ）をそれぞれ示す。
【００３５】
【表１】
0003838888.tif 000002
【００３６】
図４から明らかなように、より高い周波数の信号を伝送させるためには、接続パッド１ｃの面積Ｓを小さくする必要があること、また高周波信号の周波数が１０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の領域において、基体１の比誘電率ε、接続パッド１ｃの面積Ｓおよび伝送可能な周波数値Ｆの間には明確な関係があることが判明した。即ち、図４に示すように、接続パッド１ｃの面積Ｓ、横軸を伝送可能な高周波信号の最大周波数値Ｆとした座標領域上に値をプロットすることによってグラフ化し、最小二乗法を用いてグラフの関係式を求めると、各比誘電率でグラフの傾きが一致し、Ｓ≦−４．２×１０−３Ｆ＋Ｙeで表わすことができた（Ｙe：各グラフにおける縦軸との切片）。また、各比誘電率におけるデータの直線の縦軸との切片値と、基体１の比誘電率との関係を上記と同じ方法で求めると、Ｙe×１０００＝−１６．７ε＋４０４．４で表わされることが判明した。
【００３７】
以上より、本発明者は、高周波信号の周波数が１０ＧＨｚ以上８０ＧＨｚ以下の領域において、基体１の比誘電率ε、接続パッド１ｃの面積Ｓおよび伝送可能な周波数値Ｆの関係は、１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２Ｆ−１６．７εで表わされることを見出した。
【００３８】
加えて、接続パッド１ｃは、一般に印刷法等で形成することから、安定して正確に形成できる最小の寸法に限界があり、その大きさは、面積で０．００２ｍｍ2（直径で０．０５ｍｍ）であることから、１０００×Ｓの下限値は２で規定されることとなる。従って、高周波信号の周波数１０〜８０ＧＨｚの領域において基体１の比誘電率ε、接続パッド１ｃの面積Ｓおよび伝送可能な周波数値Ｆの関係は、２≦１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２F−１６．７εで表わされる。
【００３９】
上記関係により、接続パッド１ｃの面積を周波数の大きさに応じて最適なものとできることから、接続パッド１ｃと半導体パッケージＡの接地用導体層との間に高周波信号の入出力に悪影響を及ぼすような浮遊容量の発生が少なくなり、接続パッド１ｃにおいてインピーダンスが急激に変化しないものとなる。その結果、反射損失、透過損失が小さくなり１０〜８０ＧＨｚの高周波信号を良好な伝送特性で伝送することができる。
【００４０】
また本発明では、半導体パッケージＡの基体１の下面に補助金属板Ｍが接合される。この補助金属板Ｍは、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等からなり、基体１下面に対向する２隅部または対向する２辺部にロウ材を介して接合される。なお、基体１下面の４隅部または４辺部に接合してもよい。
【００４１】
補助金属板Ｍの厚さは、金属ボール３の直径と略同一に設定されており、具体的には０．１２５〜０．５ｍｍが好ましい。厚さが０．１２５ｍｍ未満であれば、金属ボール３の直径も０．１２５ｍｍ未満とする必要があり、この直径になると金属ボール３を取り扱うことが甚だ困難となり、製造上の実用性が無くなってしまうとともに、基体１に反りが発生している場合には接続パッド１ｃに接続されない金属ボール３が生じる場合がある。従って、補助金属板Ｍの厚さは０．１２５ｍｍ以上であるとともに、金属ボールの直径も０．１２５ｍｍ以上とすることがよい。補助金属板Ｍの厚さが０．５ｍｍを超えると、金属ボール３の直径が０．５ｍｍを超えることになり、狭ピッチの接続パッド１ｃにおいて金属ボール３同士が接触するという不具合が発生し易くなる。より好ましくは０．１２５〜０．３ｍｍがよい。
【００４２】
また、補助金属板Ｍは外部電気回路装置Ｄに対してネジ締めにより取着される。これにより、半導体装置Ｂを外部電気回路装置Ｄに対して正確に位置合せでき、また補助金属板Ｍの位置ずれを防止することができる。従って、ネジ締めのための貫通孔５が、補助金属板Ｍの基体１外側に突出した突出部に設けられている。貫通孔５は基体１の端面から２ｍｍ以上離れた部位に形成されるのがよい。これは、基体１下面に補助金属板Ｍを例えばロウ材などを用いて接合させる際に、ロウ材によって形成されるメニスカスの影響のない範囲に貫通孔５およびネジ締め部を形成するためである。
【００４３】
また、基体１下面における補助金属板Ｍの接合面積は、基体１下面の１０〜３０％が好ましい。１０％未満になると、熱放散の媒体としての機能が小さくなってしまう。また接合面積が３０％を超えると、補助金属板Ｍと基体１との接合部に生じる熱応力を緩和させることが困難となって補助金属板Ｍと基体１との接合部にクラックが発生し易くなる。より好ましくは１０〜２０％が好適である。
【００４４】
また、補助金属板Ｍは、接地用導体としての機能を併せ持つようにすることが可能である。これにより、高周波信号の伝送特性を大きく向上させ得る。
【００４５】
また、本発明の半導体装置Ｂは、上記半導体パッケージＡと、載置部１ａにＳｎ−Ｐｂ半田、銀エポキシ樹脂、ガラスなどの接着剤を介して載置固定された半導体素子Ｃと、基体１の上面にロウ材を介して接合された枠体４と、枠体４の上面にＡｕ−Ｓｎ等の低融点ロウ材により接合され、半導体素子Ｃを半導体パッケージＡの内部に封止する蓋体５とを具備する。
【００４６】
本発明の半導体装置Ｂは、半導体素子Ｃの作動時に発する熱が非常に大きい場合であっても、基体１および枠体４から、それぞれヒートシンク部や大気中にこの熱を効率良く放散することができる。そのため、半導体素子Ｃの誤作動や酸化腐食等を有効に防止でき、半導体素子Ｃを長期間に亘り正常かつ安定に作動させ得るものとなる。
【００４７】
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はない。例えば、半導体装置として、
基体１と枠体４を用い、半導体素子Ｃを半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子とするとともに半導体パッケージを光信号が伝送できるようにした、所謂光半導体パッケージとすることもできる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、接続パッドの面積Ｓ（mm2）は
２≦１０００×Ｓ≦４０４．４−４．２Ｆ−１６．７ε
（ただし、Ｆは高周波信号の周波数（ＧＨｚ）、εは基体の比誘電率である。）を満たしており、かつ基体の下面の対向する２隅部または対向する２辺部に導体バンプの高さと略等しい厚さの補助金属板が接合されていることにより、接続パッドと半導体パッケージの内層接地導体層等との間に高周波信号の伝送に悪影響を及ぼす浮遊容量が発生せず、また接続パッドで特性インピーダンスが急激に変化しないものとなる。
【００４９】
また、接続パッドに外部電気回路装置との接続媒体となる固体の導体バンプをろう付けにより接続し、導体バンプと外部電気回路装置との接続を半田付け等で行っていることから、半田の括れおよびこの括れに起因するクラックを皆無とすることができる。さらに、基体の下面の対向する２隅部または対向する２辺部に導体バンプの高さと略等しい厚さの補助金属板が接合されていることから、半導体パッケージと外部電気回路装置との隙間を一定とすることができ、また半導体パッケージの外部電気回路装置に対する横ずれも防止し易くなり、横ずれ等に起因する、半田に発生するクラックを有効に防止できる。
【００５０】
本発明は、好ましくは補助金属板の厚さが０．１２５〜０．５ｍｍであることにより、さらに半田接合部にクラックが発生することがなく、また半導体パッケージから伝送される高周波信号の伝送路においてインピーダンスのばらつきが極めて小さくなる。
【００５１】
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、載置部に載置固定され、接続パッドに電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、半導体装置が補助金属板を介して外部電気回路装置に接合されることで、導体バンプを介した半導体装置と外部電気回路装置との接合における接合強度不足を補うことが可能となる。また、半導体装置と外部電気回路装置との位置ずれが解消できるため、導体バンプおよび半田やロウ材で構成される接合部の高さや形状をどの接合ポイントにおいても略同一とすることができる。その結果、どの接合ポイントにおいてもインピーダンスがほぼ一定となり、極めて伝送損失の小さな高周波信号の伝送が実現できる。
【００５２】
また、補助金属板により半導体素子が発する熱の一部を効率よく外部装置に伝達することができ、例えば外部電気回路装置上の電極を介してこの熱を外部に放散させ得る。さらに、補助金属板により半導体パッケージの接地電位を強化することができ、高周波信号の伝送損失の低減効果がさらに大くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図、（ｂ）は下面に補助金属板を接合した半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の半導体装置を外部電気回路装置上に搭載したものの断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図である。
【図３】従来の半導体装置を外部電気回路装置上に搭載したものの断面図である。
【図４】表１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｃ：接続パッド
３：金属ボール
４：枠体
５：貫通孔
６：蓋体
Ａ：半導体パッケージ
Ｂ：半導体装置
Ｃ：半導体素子
Ｍ：補助金属板
【図１】
0003838888.tif 000003
【図２】
0003838888.tif 000004
【図３】
0003838888.tif 000005
【図４】
0003838888.tif 000006