JP2004349568A

JP2004349568A - 入出力端子および半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置

Info

Publication number: JP2004349568A
Application number: JP2003146630A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kitamura; 俊彦北村; Nobuyuki Tanaka; 信幸田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】入出力端子で伝送される高周波信号の伝送効率を良好なものとし、また半導体素子収納用パッケージ内部の気密信頼性を向上させること。
【解決手段】上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体３およびこの線路導体３の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体４を有する誘電体から成る四角形状の平板部１と、この平板部１の上面に接合され、上面に上部接地導体６が形成された誘電体から成る直方体状の立壁部５とを具備した入出力端子９において、立壁部５は、内部に内層接地導体８が形成されているとともに、線路導体３の線路方向に直交する一対の側面５ｃで２つの同一面接地導体４に接する部位に、それぞれ内面に導体層５ｂが形成された溝５ａが上下面にわたって形成されており、内層接地導体８が導体層５ｂを介して上部接地導体６および同一面接地導体４に電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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の信号入出力部に使用される入出力端子および半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用い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（以下、パッケージともいう）には、半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子が設けられている。この入出力端子を図６に斜視図で示す。
【０００３】
同図において、１０１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質セラミックス等の誘電体から成る四角形状の平板部であり、平板部１０１はその上面に、一辺から対向する他辺にかけて形成され、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等のメタライズ層から成る線路導体１０３と、線路導体１０３の両側に等間隔をもって形成されたＷ，Ｍｏ等のメタライズ層から成る同一面接地導体１０４とを有する。また、平板部１０１の下面には、その全面に線路導体１０３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体１０２を有する。
【０００４】
平板部１０１の上面には、線路導体１０３の一部を間に挟んで接合されているとともに、上面に上部接地導体１０６を有するＡｌ_２Ｏ_３質セラミックス，ＡｌＮ質セラミックス，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質セラミックス等の誘電体から成る直方体状の立壁部１０５が設置されている。これにより、線路導体１０３は、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持されていない部位のマイクロストリップ線路と、平板部１０１と立壁部１０５とに狭持されている部位のストリップ線路とを有するものとなる。また、平板部１０１と立壁部１０５の線路導体１０３の線路方向に平行な側面には線路導体１０３と同様のメタライズ層から成る側面接地導体１０７が形成されている。
【０００５】
また、線路導体１０３の両側には等間隔をもって同一面接地導体１０４が形成されており、線路導体１０３を伝送する高周波信号の周波数に応じて、線路導体１０３と同一面接地導体１０４との間の間隔を適宜調整することによって、線路導体１０３を特性インピーダンスに整合させ得る。このように、線路導体１０３を特性インピーダンスに整合させることによって、線路導体１０３を伝送する高周波信号の伝送効率を良好なものとできる。
【０００６】
このような、平板部１０１と立壁部１０５とから構成された入出力端子１０９は、パッケージに設けられ、パッケージ内外を気密に遮断し、その内部を封止することができる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
この入出力端子１０９が取着されたパッケージは、その構成部材の１つである金属製の枠体に設けられた切欠きまたは貫通孔から成る取付部に入出力端子１０９を嵌着したいわゆるメタルウォールタイプや、セラミックス製の枠体に信号の伝送線路としての入出力端子部を一体的に設けたいわゆるセラミックウォールタイプがあり、用途に応じて適宜選択され使用されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１８４８８８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の入出力端子１０９では、線路導体１０３を伝送する高周波信号の周波数が高周波になるにつれ、線路導体１０３の線路方向に直交する立壁部１０３の側面の下端が接する線路導体１０３の部分、つまり線路導体１０３のマイクロストリップ線路とストリップ線路との境界部で高周波信号が立壁部１０５内に放射されて、高周波信号の伝送効率が低下し易くなるという問題があった。特に、線路導体１０３を伝送する高周波信号が１０ＧＨｚ以上である場合、上記問題点が顕著なものとなっていた。
【００１０】
そこで、立壁部１０５の幅や厚みを小さくして立壁部１０５内に放射される高周波信号を低減させることが考えられる。しかしながら、入出力端子１０９は、線路導体１０３の線路方向に平行な側面および上面が銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ろう等のろう材を介してパッケージの枠体や枠体の上面に設けられた金属製のシールリングに接合されるため、枠体やシールリングとの熱膨張差により熱歪が発生し易く、幅や厚みを小さくした立壁部１０５を用いた場合、この熱歪により立壁部１０５にクラック等の破損が発生する場合があった。その結果、パッケージの内部を気密に封止できなくなり、また破損が平板部１０１にまで及んだ場合には、線路導体１０３が断線し半導体素子と外部電気回路基板との間で高周波信号を伝送できなくなるという問題点が発生していた。
【００１１】
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、パッケージに収納された半導体素子に高周波信号を伝送させるための入出力端子において、線路導体で高周波信号の放射、反射等の伝送損失が生ずるのを防止することにより、半導体素子と外部電気回路基板との間における高周波信号の伝送効率を向上させ、また内部の気密信頼性を良好に維持してパッケージ内に収納する半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の入出力端子は、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体および該線路導体の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体を有する誘電体から成る四角形状の平板部と、該平板部の上面に前記線路導体の一部および前記同一面接地導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成された誘電体から成る直方体状の立壁部とを具備した入出力端子において、前記立壁部は、内部に内層接地導体が形成されているとともに、前記線路導体の線路方向に直交する一対の側面で前記２つの同一面接地導体に接する部位に、それぞれ内面に導体層が形成された溝が上下面にわたって形成されており、前記内層接地導体が前記導体層を介して前記上部接地導体および前記同一面接地導体に電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の入出力端子は、立壁部が、内部に内層接地導体が形成されているとともに、線路導体の線路方向に直交する一対の側面で２つの同一面接地導体に接する部位に、それぞれ内面に導体層が形成された溝が上下面にわたって形成されており、内層接地導体が導体層を介して上部接地導体および同一面接地導体に電気的に接続されていることから、線路導体の線路方向に直交する立壁部の側面で電磁遮蔽効果（シールド効果）が得られ、線路導体の線路方向に直交する立壁部の側面の下端が接する線路導体の部分、つまり線路導体のマイクロストリップ線路とストリップ線路との境界部において、この電磁遮蔽効果により、線路導体を伝送する高周波信号が立壁部の内部に放射されても、その放射された高周波信号の成分は２つの導体層と内層接地導体とで囲まれる領域内に閉じ込められることにより損失が有効に抑えられる。その結果、立壁部の幅や厚みを小さくせずに熱歪みに耐え得る大きさの入出力端子としながら、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００１４】
また、導体層および内層接地導体により線路導体に対する接地電位をより強化することができる。その結果、線路導体を伝送する高周波信号の伝送モードがマイクロストリップ線路のモードからストリップ線路のモードに、またはストリップ線路のモードからマイクロストリップ線路のモードに変化しても、高周波信号の反射損失や透過損失をより有効に抑制することができ、高周波信号を極めて効率良く入出力させることができる。
【００１５】
本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記立壁部は、前記側面に形成された２つの前記溝の間にわたって前記側面と上面との間に前記内層接地導体が露出するように段差が形成されており、該段差の側面に前記上部接地導体と前記導体層と前記内層接地導体とに接続された側部導体層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、立壁部の側面に形成された２つの溝の間にわたって側面と上面との間に内層接地導体が露出するように段差が形成されており、この段差の側面に上部接地導体と導体層と内層接地導体とに接続された側部導体層が形成されていることから、側部導体層によって立壁部の側面をより覆うことができ、線路導体に対してより電磁遮蔽効果を向上させることができる。また、側部導体層によって導体層と上部接地導体との導電性が向上し、内層接地導体および導体層の接地電位を半導体素子収納用パッケージのケースグランドとなる枠体に接合される上部接地導体の接地電位に近づけることができ、線路導体に対する接地をより強化することができる。その結果、高周波信号をより効率よく伝送させることができる。
【００１７】
また、立壁部の厚さが、溝が形成された端部から中央にかけて段階的に厚くなっていることから、高周波信号が線路導体の露出した部位から立壁部の端部の薄い誘電体で覆われた部位を経て立壁部の中央の厚い誘電体で覆われた部位を伝送することとなり、高周波信号の伝送モードが急激に変化して損失が生じるのを有効に抑制することができる。
【００１８】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠き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上記構成の入出力端子とを具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記構成により、線路導体を伝送する高周波信号の伝送効率を良好なものとできるとともに、入出力端子にクラックが発生するのを防止して半導体素子収納用パッケージ内部を気密に保持することができる。その結果、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる信頼性の高い半導体素子収納用パッケージとなる。
【００２０】
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、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体装置は、上記構成により、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、高周波信号の伝送性に優れるとともに気密信頼性に優れたものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の入出力端子および半導体素子収納用パッケージならびに半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の入出力端子について実施の形態の一例を示す斜視図である。同図において、１は平板部、３は線路導体、４は同一面接地導体、５は立壁部、６は上部接地導体、８は内層接地導体、９は入出力端子である。
【００２３】
本発明の入出力端子９は、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体３およびこの線路導体３の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体４を有する誘電体から成る四角形状の平板部１と、この平板部１の上面に線路導体３の一部および同一面接地導体４の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体６が形成された誘電体から成る直方体状の立壁部５とを具備している。
【００２４】
平板部１は、Ａｌ_２Ｏ_３質セラミックス，ＡｌＮ質セラミックス，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質セラミックス等の誘電体からなる四角形状のものである。
【００２５】
線路導体３および同一面接地導体４は、平板部１の上面に形成されたＷ，Ｍｏ等のメタライズ層から成る。また、平板部１の下面にはその全面に線路導体３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体２を有する。
【００２６】
立壁部５は、Ａｌ_２Ｏ_３質セラミックス，ＡｌＮ質セラミックス，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質セラミックス等の誘電体からなる直方体状のものであり、平板部１の上面に、間に線路導体３および同一面接地導体４の一部を挟んで接合されている。
【００２７】
また、平板部１の下面および立壁部５の上面にはそれぞれ全面に線路導体３と同様のメタライズ層から成る下部接地導体２および上部接地導体６を有する。さらに、平板部１の側面および立壁部５の側面には線路導体３と同様のメタライズ層から成る側面接地導体７が形成されている。これらの下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７と同一面接地導体４とにより、線路導体３に対する接地が強化され、線路導体３の高周波信号の伝送効率に優れたものとなる。
【００２８】
さらに、立壁部５は、内部に内層接地導体８が形成されているとともに、線路導体３の線路方向に直交する一対の側面５ｃで２つの同一面接地導体４に接する部位に、それぞれ内面に導体層５ｂが形成された溝５ａが上下面にわたって形成されており、内層接地導体８が導体層５ｂを介して上部接地導体６および同一面接地導体４に電気的に接続されている。
【００２９】
これにより、立壁部５の側面５ｃで電磁遮蔽効果が得られ、立壁部５の側面５ｃの下端が接する線路導体３の部分、つまり線路導体３のマイクロストリップ線路とストリップ線路との境界部において、この電磁遮蔽効果により、線路導体３を伝送する高周波信号が立壁部５の内部に放射されても、その放射された高周波信号の成分は２つの導体層５ｂと内層接地導体８とで囲まれる領域内に閉じ込められることにより損失が有効に抑えられる。その結果、立壁部５の幅や厚みを小さくせずに熱歪みに耐え得る大きさの入出力端子９としながら、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００３０】
また、導体層５ｂおよび内層接地導体８により線路導体３に対する接地電位をより強化することができる。その結果、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送モードがマイクロストリップ線路のモードからストリップ線路のモードに、またはストリップ線路のモードからマイクロストリップ線路のモードに変化しても、高周波信号の反射損失や透過損失をより有効に抑制することができ、高周波信号を極めて効率良く入出力させることができる。
【００３１】
溝５ａの拡大断面図を図２に示す。同図に示すように、溝５ａの幅ＸはＸ＝０．３〜１．５ｍｍ、深さＤはＤ＝０．１〜１ｍｍが良く、この構成により、立壁部５の線路導体３の側面５ｃの下端が接する部分において、線路導体３のマイクロストリップ線路とストリップ線路との境界部を伝送する高周波信号が立壁部５の内部に放射されても、溝５ａの電磁遮蔽効果によってその放射された高周波信号の成分を２つの導体層間に閉じ込めることにより損失が有効に抑えられる。また、立壁部５の側面５ｃの下端において線路導体３に対する接地電位をより強化でき、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送モードがマイクロストリップ線路のモードからストリップ線路のモードに、またはストリップ線路のモードからマイクロストリップ線路のモードに変化しても、高周波信号の反射損失や透過損失が生ずるのをより有効に抑制することができる。
【００３２】
Ｘ＜０．３ｍｍの場合、溝５ａの幅が小さすぎて、溝５ａを形成するためのセラミックグリーンシートの打ち抜き加工が困難になるとともに、線路導体３に対する接地電位の強化が困難となり、電磁遮蔽効果も低下し易くなる。Ｘ＞１．５ｍｍの場合、溝５ａの幅が大きすぎて立壁部５の角部が欠けやすくなる。また、Ｄ＜０．１ｍｍの場合、溝５ａが浅いため、溝５ａを形成するためのセラミックグリーンシートの打ち抜き加工が困難となるとともに、線路導体３に対する接地電位の強化が困難となり、電磁遮蔽効果も低下し易くなる。Ｄ＞１ｍｍの場合、溝５ａが深すぎて、対向する溝５ａの間の立壁部５が薄くなり、入出力端子９をパッケージに接合した際に立壁部５にクラック等の破損が生じやすくなる。
【００３３】
溝５ａの断面形状は、図２のような四角形状や半円状、Ｕ字状等の種々の形状とされる。このうち、立壁部５の強度を維持しながら溝５ａを深くして電磁遮蔽効果を高くすることができるという観点からＵ字状のものが好ましい。
【００３４】
入出力端子９のＸ−Ｘ’における断面図を図３に示す。同図に示すように、線路導体３と内層接地導体８との距離ＨはＨ＝０．２〜０．７ｍｍが良く、この構成により、線路導体３のストリップ線路を伝送する高周波信号が立壁部５の上側に放射されるのを有効に抑制できる。また、溝５ａに形成された導体層５ｂと電気的に接続されることにより、ストリップ線路に対する接地電位がより強化され、ストリップ線路を伝送する高周波信号の反射損失や透過損失が生じるのを有効に抑制することができる。
【００３５】
Ｈ＜０．２ｍｍの場合、線路導体３と内層接地導体８との距離が近すぎて、インピーダンスの整合を行うためには、容量成分の低減が必要となって線路導体３を細くしなければならず、線路導体３の形成が困難になるという問題が生じやすい。また、線路導体３と内層接地導体８との間のセラミックグリーンシートを薄くする必要があるため、セラミックグリーンシートを積層して立壁部５を構成する際にセラミックグリーンシートがたわむ等の問題が生じやすくなる。Ｈ＞０．７ｍｍの場合、線路導体３と内層接地導体８との距離が大きくなるため、十分な電磁遮蔽効果が得られ難くなる。
【００３６】
このような入出力端子９は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３質セラミックスから成る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これ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テープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。
【００３７】
次に、このセラミックグリーンシートに、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、下部接地導体２、線路導体３、同一面接地導体４、上部接地導体６、内層接地導体８となるメタライズ層を所定パターンに形成する。また、立壁部５となるセラミックグリーンシートに金型等によって打ち抜き加工を施すことによって、所望の位置に溝５ａを形成し、溝５ａの内面に導体層５ｂとなるＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを塗布する。
【００３８】
その後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、側面接地導体７となるＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを塗布する。そして、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３９】
導体層５ｂの厚さは５〜３０μｍがよく、５μｍ未満では、Ｗ等のメタライズにより導体層５ｂを形成するのが困難となって均一な厚みの導体層５ｂを形成できず、線路導体３に対する接地電位の強化が困難となり、電磁遮蔽効果も低下し易くなる。また、３０μｍを超えると、導体層５ｂと立壁部５との間の熱膨張差により立壁部５に加わる応力が大きくなり立壁部５が破損し易くなる。
【００４０】
内層接地導体８の厚さは５〜２０μｍがよく、５μｍ未満では、Ｗ等のメタライズにより内層接地導体８を形成するのが困難となって均一な厚みの内層接地導体８を形成できず、線路導体３に対する接地電位の強化が困難となり、電磁遮蔽効果も低下し易くなる。また、２０μｍを超えると、内層接地導体８と立壁部５との間の熱膨張差により立壁部５に加わる応力が大きくなり立壁部５が破損し易くなる。
【００４１】
本発明の入出力端子９は、図４に示すように、平板部１において、線路導体３の線路方向に直交する一対の側面１ｃで２つの同一面接地導体４に接する部位に、それぞれ内面に導体層１ｂが形成された溝１ａが上下面にわたって形成されており、導体層１ｂを介して下部接地導体２と同一面接地導体４とが電気的に接続されていても良い。この場合、溝１ａは、平板部１となるセラミックグリーンシートに金型等によって打ち抜き加工を施すことによって所望の位置に形成される。そして、溝１ａに導体層１ｂとなるＷ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを塗布し焼成することによって、導体層１ｂが形成される。
【００４２】
溝１ａに導体層１ｂが形成されていることにより、線路導体３に対する接地電位が強化される。その結果、線路導体３を特性インピーダンスにより整合し易くし、半導体素子と電気的に接続するためのボンディングワイヤ等や外部電気回路と電気的に接続するためのリード端子等を線路導体３の端部に接続しても、これらの接続部で高周波信号の反射損失や透過損失が生ずるのを有効に防止でき、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送特性をより良好にすることができる。
【００４３】
溝１ａの断面形状は、溝５ａと同様に四角形状や半円状、Ｕ字状等の種々の形状とされる。
【００４４】
なお立壁部５は、側面に形成された２つの溝５ａの間にわたって上部接地導体６と導体層５ｂとに接続された側部導体層５ｄが形成されていてもよい。これにより側部導体層５ｄによって立壁部５の側面をより覆うことができ、線路導体３に対してより電磁遮蔽効果を向上させることができる。また、内層接地導体８および導体層５ｂの接地電位をパッケージのケースグランドとなる枠体に接合される上部接地導体６の接地電位に近づけることができ、線路導体３に対する接地をより強化することができる。
【００４５】
また本発明の入出力端子９は、好ましくは、図７に示すように立壁部５の側面に形成された２つの溝５ａの間にわたって側面と上面との間に内層接地導体８が露出するように段差が形成されており、この段差の側面に上部接地導体５ｄと導体層５ｂと内層接地導体８とに接続された側部導体層５ｄが形成されているのがよい。
【００４６】
これにより、側部導体層５ｄによって立壁部５の側面をより覆うことができ、線路導体３に対してより電磁遮蔽効果を向上させることができる。また、側部導体層５ｄによって導体層５ｂと上部接地導体６との導電性が向上し、内層接地導体８および導体層５ｂの接地電位をパッケージのケースグランドとなる枠体に接合される上部接地導体６の接地電位に近づけることができ、線路導体３に対する接地をより強化することができる。その結果、高周波信号をより効率よく伝送させることができる。
【００４７】
また、立壁部５の厚さが、溝５ａが形成された端部から中央にかけて段階的に厚くなっていることから、高周波信号が線路導体３の露出した部位から立壁部５の端部の薄い誘電体で覆われた部位を経て立壁部５の中央の厚い誘電体で覆われた部位を伝送することとなり、高周波信号の伝送モードが急激に変化して損失が生じるのを有効に抑制することができる。
【００４８】
立壁部５に形成した段差は、好ましくは、図７に示すように溝５ａと一体になって形成されているのがよい。この構成により、側部導体層５ｄを導体層５ｂと同時に形成することができ、入出力端子９を効率よく作製することができる。
【００４９】
次に、本発明のパッケージについて図５に基づいて説明する。同図は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図であり、２１は基体、２２は枠体、２３は取付部である。
【００５０】
本発明のパッケージは、上面に半導体素子２５が載置される載置部２１ａを有する基体２１と、この基体２１の上面に載置部２１ａを囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子９の取付部２３が形成された枠体２２と、取付部２３に嵌着された入出力端子９とを具備している。
【００５１】
これにより、線路導体３を伝送する高周波信号の伝送効率を良好なものとできるとともに、入出力端子９にクラックが発生するのを防止してパッケージ内部を気密に保持することができる。その結果、半導体素子２５を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる信頼性の高いパッケージとなる。
【００５２】
基体２１は、上面にＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子２５を載置するための載置部２１ａを有している。図５では載置部２１ａを凹部とした例を示したが、基体２１を平板状としてその上面に載置部２１ａを形成してもよい。
【００５３】
この基体２１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属、またはＡｌ_２Ｏ_３質セラミックス，ＡｌＮ質セラミックス，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質セラミックス等の誘電体からなる。基体２１が金属からなる場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。一方、基体２１がセラミックスから成る場合、その原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法等によってセラミックグリーンシートと成し、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し約１６００℃の高温で焼成することによって作製される。
【００５４】
なお、基体２１が金属からなる場合、その表面に耐蝕性に優れ、かつろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍの金（Ａｕ）層とを順次メッキ法により被着させておくのがよい。これにより、基体２１が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、基体２１上面の載置部２１ａに半導体素子２５を強固に接着固定させることができる。一方、基体２１がセラミックスから成る場合、載置部２１ａに、Ｗ，Ｍｏ等のメタライズ層を下地層として形成し、この表面に耐蝕性に優れ、かつろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのがよい。これにより、載置部２１ａに半導体素子２５を強固に接着固定することができる。
【００５５】
また、枠体２２は、基体２１上に載置部２１ａを囲繞するようにＡｇろう、Ａｇ−Ｃｕろう材等の高融点金属ろう材により接合されており、基体２１と同様に誘電体または金属から成る。また、枠体２２の側部には、貫通孔または切欠きから成る入出力端子９の取付部２３が形成されている。なお、図５に示すように、基体２１にも同様の切欠きを設けて入出力端子９の取付部２３の一部が形成されていてもよい。
【００５６】
取付部２３は、枠体２２および基体２１が誘電体からなる場合、内面にメタライズ層等の導電層が形成されている。この導電層は、基体２１および／または枠体２２に被着形成された接地導体に接続されて接地されている。
【００５７】
取付部２３には本発明の入出力端子９がＡｇろう、Ａｇ−Ｃｕろう材等の高融点金属ろう材により嵌着接合されている。そして、入出力端子９の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、枠体２２および基体２１が誘電体からなる場合、取付部２３の内面に形成された導電層に接続されることにより接地され、ケースグランドとなる。あるいは、枠体２２および基体２１が金属からなる場合、入出力端子９の下部接地導体２、上部接地導体６および側面接地導体７は、金属製の枠体２２や基体２１に接続されて接地され、ケースグランドとなる。また、入出力端子９の上部接地導体６は、図５に示すように枠体２２の上面に取着されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるシールリング２４に接続されて接地され、ケースグランドとなっていてもよい。
【００５８】
このような本発明のパッケージは、上記本発明の入出力端子９を具備していることから、高周波信号の誘電体損失を最小限に抑えて高周波信号の伝送損失を小さくした、良好な伝送特性を有するものとなる。
【００５９】
そして、線路導体３を載置部２１ａに載置される半導体素子２５の電極ならびに外部電気回路基板の配線導体にボンディングワイヤ，リボン，リード端子等（図示せず）を介して接続して、半導体素子２５と外部電気回路基板とを電気的に接続する。次に、必要に応じて枠体２２の上面にシールリング２４を鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）半田やＡｕ−Ｓｎ半田等の低融点金属ろう材やＡｇ−Ｃｕろう材等の高融点金属ろう材等により取着し、シールリング２４の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体２６を半田付けやシームウエルド法等の溶接により取着することにより、半導体素子２５がパッケージ内部に収納された製品としての半導体装置となる。
【００６０】
また、図５の実施の形態では枠体２２の対向する側部に入出力端子９を２つ設けているが、必要に応じて他の側部に設けてもよく、または１つの側部に複数の入出力端子９を取り付けてもよく、この場合取付部２３を１つの側部に複数設けて入出力端子９を並列的に複数取り付ければよい。
【００６１】
このような本発明の半導体装置は、上記本発明の入出力端子９を具備していることから、高周波信号の誘電体損失を最小限に抑えて高周波信号の伝送損失を小さくし、伝送効率を良好に保持することができる。
【００６２】
【実施例】
本発明の入出力端子９の実施例を以下に説明する。
【００６３】
図１の入出力端子９を以下のように構成した。先ず、焼成後の比誘電率が９．５となるＡｌ_２Ｏ_３質セラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施し、Ｗペーストを印刷塗布することにより下部接地導体２、線路導体３、同一面接地導体４、導体層５ｂ、上部接地導体６、側面接地導体７、内層接地導体８となるメタライズ層を形成するためのＷペースト層を形成した。
【００６４】
そして、これらを積層し、還元雰囲気中で約１６００℃の温度で焼成することにより、縦１．２ｍｍ×横３．７ｍｍ×高さ１．２４ｍｍの直方体の立壁部５と縦３．２ｍｍ×横３．７ｍｍ×高さ０．７６ｍｍの直方体の平板部１とを有した入出力端子９を作製した。
【００６５】
なお、平板部１の上面の中央部には縦方向に一辺から他辺にかけて幅が０．５ｍｍの線路導体３が形成され、そして線路導体３の両側に０．３５ｍｍ離して線路導体３と平行な幅が１．２５ｍｍの同一面接地導体４が形成され、立壁部５の両側面には線路導体３の両側の０．６ｍｍ離れた位置に上側から下側にかけて幅０．４ｍｍ×深さ０．２ｍｍの溝５ａが４箇所形成され、かつ平板部１上面（立壁部５下側）から１ｍｍ上側の位置に内層接地導体８が設けられたサンプルを作製した。これをサンプルＰとした。
【００６６】
また、図７の構成のサンプルＱをサンプルＰと同様に作製した。なお、このサンプルＱでは、内層接地導体８より上側の立壁部５に、立壁部５の側面に形成された２つの溝５ａの間にわたって側面と上面との間に内層接地導体８が露出するように深さ０．２ｍｍの段差が形成されており、この段差の側面に上部接地導体６，導体層５ｂおよび内層接地導体８に接続された側部導体層５ｄが形成されている。この側部導体層５ｄを設けること以外はサンプルＰと同様とした。
【００６７】
また、比較例として図６の構成のサンプルＲをサンプルＰと同様に作製した。なお、このサンプルＲは、溝５ａ、導体層５ｂ、内層接地導体８を設けないこと以外はサンプルＰと同様とした。
【００６８】
そして、線路導体３に１〜４０ＧＨｚの高周波信号を入力してその反射損失を測定した結果を図８に示す。図８より、サンプルＰ，ＱはサンプルＲに比べて１〜４０ＧＨｚの全周波数帯域で反射損失が改善され、１〜４０ＧＨｚ帯域の高周波信号を入出力する場合に反射損失を有効に低減できることがわかった。特に、サンプルＱでは１０ＧＨｚ以上の高周波帯域で反射損失を大幅に低減できることが判った。
【００６９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の入出力端子は、上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体およびこの線路導体の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体を有する誘電体から成る四角形状の平板部と、この平板部の上面に線路導体の一部および同一面接地導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成された誘電体から成る直方体状の立壁部とを具備した入出力端子において、立壁部は、内部に内層接地導体が形成されているとともに、線路導体の線路方向に直交する一対の側面で２つの同一面接地導体に接する部位に、それぞれ内面に導体層が形成された溝が上下面にわたって形成されており、内層接地導体が導体層を介して上部接地導体および同一面接地導体に電気的に接続されていることから、線路導体の線路方向に直交する立壁部の側面で電磁遮蔽効果が得られ、線路導体の線路方向に直交する立壁部の側面の下端が接する線路導体の部分、つまり線路導体のマイクロストリップ線路とストリップ線路との境界部において、この電磁遮蔽効果により、線路導体を伝送する高周波信号が立壁部の内部に放射されても、その放射された高周波信号の成分は２つの導体層と内層接地導体とで囲まれる領域内に閉じ込められることにより損失が有効に抑えられる。その結果、立壁部の幅や厚みを小さくせずに熱歪みに耐え得る大きさの入出力端子としながら、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００７１】
また、導体層および内層接地導体により線路導体に対する接地電位をより強化することができる。その結果、線路導体を伝送する高周波信号の伝送モードがマイクロストリップ線路のモードからストリップ線路のモードに、またはストリップ線路のモードからマイクロストリップ線路のモードに変化しても、高周波信号の反射損失や透過損失をより有効に抑制することができ、高周波信号を極めて効率良く入出力させることができる。
【００７２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成された枠体と、取付部に嵌着された上記構成の入出力端子とを具備していることにより、線路導体を伝送する高周波信号の伝送効率を良好なものとできるとともに、入出力端子にクラックが発生するのを防止して半導体素子収納用パッケージ内部を気密に保持することができる。その結果、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる信頼性の高い半導体素子収納用パッケージとなる。
【００７３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、立壁部の側面に形成された２つの溝の間にわたって側面と上面との間に内層接地導体が露出するように段差が形成されており、この段差の側面に上部接地導体と導体層と内層接地導体とに接続された側部導体層が形成されていることから、側部導体層によって立壁部の側面をより覆うことができ、線路導体に対してより電磁遮蔽効果を向上させることができる。また、側部導体層によって導体層と上部接地導体との導電性が向上し、内層接地導体および導体層の接地電位を半導体素子収納用パッケージのケースグランドとなる枠体に接合される上部接地導体の接地電位に近づけることができ、線路導体に対する接地をより強化することができる。その結果、高周波信号をより効率よく伝送させることができる。
【００７４】
また、立壁部の厚さが、溝が形成された端部から中央にかけて段階的に厚くなっていることから、高周波信号が線路導体の露出した部位から立壁部の端部の薄い誘電体で覆われた部位を経て立壁部の中央の厚い誘電体で覆われた部位を伝送することとなり、高周波信号の伝送モードが急激に変化して損失が生じるのを有効に抑制することができる。
【００７５】
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、載置部に載置固定されるとともに入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に取着された蓋体とを具備していることにより、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、高周波信号の伝送性に優れるとともに気密信頼性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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の入出力端子における溝を示す要部拡大断面図である。
【図３】図１の入出力端子のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図４】本発明の入出力端子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す分解斜視図である。
【図６】従来の入出力端子の斜視図である。
【図７】本発明の入出力端子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の入出力端子と本発明の入出力端子について高周波信号の反射損失を測定した結果のグラフである。
【符号の説明】
１：平板部
３：線路導体
４：同一面接地導体
５：立壁部
５ａ：溝
５ｂ：導体層
５ｃ：線路導体の線路方向に直交する側面
５ｄ：側部導体層
６：上部接地導体
８：内層接地導体
９：入出力端子
２１：基体
２２：枠体
２３：取付部
２５：半導体素子
２６：蓋体

Claims

上面に一辺から対向する他辺にかけて形成された線路導体および該線路導体の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体を有する誘電体から成る四角形状の平板部と、該平板部の上面に前記線路導体の一部および前記同一面接地導体の一部を間に挟んで接合され、上面に上部接地導体が形成された誘電体から成る直方体状の立壁部とを具備した入出力端子において、前記立壁部は、内部に内層接地導体が形成されているとともに、前記線路導体の線路方向に直交する一対の側面で前記２つの同一面接地導体に接する部位に、それぞれ内面に導体層が形成された溝が上下面にわたって形成されており、前記内層接地導体が前記導体層を介して前記上部接地導体および前記同一面接地導体に電気的に接続されていることを特徴とする入出力端子。
前記立壁部は、前記側面に形成された２つの前記溝の間にわたって前記側面と上面との間に前記内層接地導体が露出するように段差が形成されており、該段差の側面に前記上部接地導体と前記導体層と前記内層接地導体とに接続された側部導体層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の入出力端子。
上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠き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または請求項２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るとともに前記入出力端子に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に取着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。