JP2008091796A - パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光機能性の半導体素子のパッケージを小型化することと、当該パッケージと当該半導体素子とを有する半導体装置を小型化する。
【解決手段】光機能性の半導体素子と、該半導体素子を覆うパッケージとを有する半導体装置であって、前記パッケージは、実装される基板によって塞がれる開口面と、前記半導体素子に接続されるリード配線と、前記リード配線が貫通するリード貫通面と、前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴とする半導体装置。
【選択図】図３Ｃ

Description

本発明は、光機能性の半導体素子を覆うパッケージと、当該パッケージを用いて形成される半導体装置に関する。

発光素子や受光素子などの光機能性を有する半導体素子を実装するための構造は、様々な形状のものが提案されていた。例えば、レーザダイオードなどの発光素子がパッケージングされた半導体装置の構成の例を図１に示す。

図１は、レーザダイオードよりなる半導体素子を含む半導体装置の構成の一例を示す図である。図１を参照するに、本図に示す半導体装置１０は、ステムと呼ばれる金属ベース１１上に光機能性の半導体素子１２が設置され、さらに金属ベース１１に金属製のキャップ１３が接合されて半導体素子１２が封止される構造になっている。また、キャップ１３には、ダイオードの発光を透過させるための光透過部１４が形成されている。

また、金属ベース１１には、リード配線１５が挿入されており、リード配線１５と半導体素子１２とは、ボンディングワイヤ１７で接続されている。上記のリード配線１５と金属ベース１１とは、例えばガラスよりなる絶縁材料１６により絶縁される構造になっている。
特開２００３−１０１１１９号公報 特開２００３−１６３３８２号公報

しかし、半導体装置を小型化・微細化しようとすると、半導体装置の構造上、困難となる問題があった。上記の図１に示した半導体装置では、金属ベース１１をリード配線１５が貫通しており、さらにリード配線１５と金属ベース１１を絶縁するためのガラスを封入するための空間が必要になるため、金属ベース１１の径を小さくすることに限界が生じていた。

現在、キャップ１３の径は、３．３mmから５．６mm程度のものが実用化されているが、キャップの径をこれ以上に小さくすることは、上記の構造上の問題から困難となっていた。

そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な半導体装置を提供することを統括的課題としている。

本発明の具体的な課題は、光機能性の半導体素子のパッケージを小型化することと、当該パッケージと当該半導体素子とを有する半導体装置を小型化することである。

本発明の第１の観点では、上記の課題を、光機能性の半導体素子を覆うパッケージであって、実装される基板によって塞がれる開口面と、前記半導体素子に接続されるリード配線と、前記リード配線が貫通するリード貫通面と、前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴とするパッケージにより、解決する。

本発明によれば、光機能性の半導体素子のパッケージを小型化することが可能となる。

また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、光機能性の半導体素子と、該半導体素子を覆うパッケージとを有する半導体装置であって、前記パッケージは、実装される基板によって塞がれる開口面と、前記半導体素子に接続されるリード配線と、前記リード配線が貫通するリード貫通面と、前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴とする半導体装置により、解決する。

本発明によれば、光機能性の半導体素子とパッケージとを有する半導体装置を小型化することが可能なる。

また、前記リード配線と前記半導体素子はボンディングワイヤにより接続されていてもよい。

また、前記パッケージには、接地される接地リード配線が接続されていてもよい。

本発明によれば、光機能性の半導体素子のパッケージを小型化することと、当該パッケージと当該半導体素子とを有する半導体装置を小型化することが可能となる。

本発明によるパッケージは、光機能性の半導体素子を覆うパッケージであって、実装される基板によって塞がれる開口面と、前記半導体素子に接続されるリード配線と、前記リード配線が貫通するリード貫通面と、前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴としている。

すなわち、上記のパッケージは、実装される基板によって塞がれる、前記開口面を有していることが特徴である。また、前記半導体素子に接続される前記リード配線は、前記パッケージの前記リード貫通面を貫通するようにして設置されている。

従来の半導体装置においては、ステム（底部側のベース）とキャップ（半導体素子を覆うカバー）が別々に形成されて接合され、さらに半導体素子に接続されるリード配線は、ステム側から挿入（貫通）される構造となっていた。

一方で、上記のパッケージでは、前記開口面が、当該パッケージが実装される基板によって塞がれるように実装され、パッケージと基板によって画成される内部の空間に半導体素子を収納することが可能となるように構成されている。また、上記のパッケージには、リード配線を貫通させるためのリード貫通面が形成され、当該空間の外部から前記半導体素子への接続が可能となるように構成されている。

したがって、上記のパッケージでは、従来の半導体装置（パッケージ）のステム（底面側のベース）に相当する構造が不要となり、リード配線は、前記基板上に実装（接合）されたパッケージの一面を貫通するようにして設置される。

このため、従来のパッケージに比べて小型化・微細化が容易となり、さらに、構造が単純であるために製造コストが低減される効果も奏する。

上記のパッケージを用いて、例えば受光素子や、または、発光素子を有する小型化・単純化された半導体装置を構成することができる。

次に、上記のパッケージと、当該パッケージを用いた半導体装置の構成の具体的な例について、図面に基づき、説明する。

図２Ａ〜図２Ｃは、実施例１による光機能性の半導体素子のパッケージを示した図である。図２Ａは斜視図を、図２Ｂは図２Ａの開口面１０１Ａ（後述）からみた平面図を、図２Ｃは、図２ＢのＡ−Ａ'断面をそれぞれ示している。

図２Ａ〜図２Ｃを参照するに、本実施例によるパッケージ１００は、例えば金属により実質的に一体的に形成された略筐体状（直方体状）のパッケージ本体１０１を有しており、当該筐体を構成する多面のうちの一面が、開口面１０１Ａとされている。パッケージ１００を実装する場合には、開口面１０１Ａが塞がれるようにして実装の対象となる基板にパッケージ本体１０１が接合される。

また、パッケージ本体１０１の筐体を構成する多面のうちの一面は、パッケージ本体１０１の内部に設置される半導体素子に接続されるリード配線１０２が貫通するリード貫通面１０１Ｂとなっている。リード配線１０２は、パッケージ本体１０１の内側で、例えばボンディングワイヤなどによって半導体素子（本図では図示せず）と接続される。また、リード配線１０２は、パッケージ本体１０１の内側からパッケージ本体１０１の外側へと延伸するように形成されている。

例えば、上記のリード配線１０２は、略円筒状のフランジ部品１０４の中心の穴部にガラスよりなるシール剤１０５により固定（シール）されている。上記のフランジ部品１０４は、リード貫通面１０１Ｂの穴部にろう付けにより接合された構造になっている。

また、パッケージ本体１０１のリード貫通面１０１Ｂと対向する側は、光透過部１０３が形成された光透過面１０１Ｃとなっている。光透過部１０３は、半導体素子の発光による光や、または半導体素子の受光のための光が透過するための穴部よりなるが、半導体素子をパッケージ本体１０１で封止する場合には、ガラスなどの光透過性材料を当該穴部に接合してもよい。

上記のパッケージ１００では、パッケージが実装される基板によって塞がれる、開口面１０１Ａを有していることが特徴である。また、パッケージに収納される半導体素子に接続されるリード配線１０２は、パッケージ本体１０１のリード貫通面１０１Ｂを貫通するようにして設置されている。このため、本実施例によるパッケージ１００は、従来のステムとキャップにより構成されるパッケージに比べて、小型化・微細化された構造とすることが可能となっている。

従来の半導体装置においては、ステム（半導体素子が設置される底部側のベース）とキャップ（半導体素子を覆うカバー）が別々に形成されて接合され、さらに半導体素子に接続されるリード配線は、ステム側から挿入（貫通）される構造となっていた。

一方で、上記のパッケージ１００は、開口面１０１Ａが、パッケージ１００が実装される基板によって塞がれるようにして実装される。この場合、半導体素子は、パッケージ１００（パッケージ本体１０１）と基板とによって画成される内部の空間に収納される。また、上記のパッケージ１００には、リード配線１０２を貫通させるためのリード貫通面１０１Ｂが形成され、パッケージの外部からパッケージ内部の半導体素子への接続が可能となるように構成されている。

したがって、上記のパッケージ１００では、従来の半導体装置（パッケージ）のステム（底面側のベース）に相当する構造が不要となり、リード配線は、前記基板上に実装（接合）されたパッケージ本体１０１の一面（リード貫通面１０１Ａ）を貫通するようにして設置されている。

したがって、従来のパッケージに比べて本実施例によるパッケージは小型化・微細化が容易となっている。また、本実施例によるパッケージは従来のパッケージに比べて部品点数が少なく、また構造が単純なために製造コストが低くなっていることも特徴である。

上記のパッケージ１００を用いて、例えば受光素子や、または、発光素子を有する小型化・単純化された半導体装置を構成することができる。また、単純な構造で上記の半導体素子を封止することも可能である。

例えば、パッケージ本体１０１の長さＬは４ｍｍ、幅Ｗは２ｍｍ、高さＨは１．９ｍｍ、リード配線１０２の径は０．１５ｍｍ程度に形成することが可能であるが、これらの数値は一例であり、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。

また、開口面１０１Ａ、リード貫通面１０１Ｂ、光透過面１０１Ｃなどの位置関係は、上記の場合に限定されず、例えば半導体素子の仕様や、形成する半導体装置の仕様に合わせて様々に変更してもよい。

例えば、リード貫通面１０１Ｂは、開口面１０１Ａと対向するようにしてもよい。また、光透過面１０１Ｃは、リード貫通面１０１Ｂではなく、開口面１０１Ａと対向するようにしてもよい。また、光透過面１０１Ｃを、リード貫通面１０１Ｂと垂直な方向の面としてもよい。また、パッケージ本体１０１は、実質的な筐体形状（直方体）に限定されず、他の様々な形状であってもよい。

また、上記のパッケージ本体１０１は、例えば鉄（Ｆｅ）やコバール（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏを主成分とする合金）などの金属材料により構成することができる。例えば、パッケージ本体１０１を鉄により構成した場合には、表面をＮｉメッキすることが好ましい。また、半導体素子の放熱を考慮する場合には、熱伝導性に優れたＣｕなどの熱伝導率の高い材料を用いてもよい。

次に、上記のパッケージ１００を用いて半導体素子を実装する半導体装置の構成の例について図３Ａ以下で説明する。なお、図３Ａ以下の図中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。また、特に説明しない部分は、本実施例記載のパッケージ１００の構造と同様とする。

図３Ａ〜図３Ｃは、実施例１に記載したパッケージ１００と、光機能性の半導体素子２０１とを用いて構成した、実施例２による半導体装置２００を示す図である。図３Ａは斜視図を、図３Ｂは図２Ａの開口面１０１Ａからみた平面図を、図３Ｃは、図３ＢのＢ−Ｂ'断面をそれぞれ示している。

図３Ａ〜図３Ｃを参照するに、本実施例による半導体装置２００は、実施例１（図２Ａ〜図２Ｃ）に示したパッケージ１００に、半導体素子２０１が設置されてなる構造を有している。また、図３Ｃに示すように、半導体装置２００（パッケージ１００）を実装する場合には、開口面１０１Ａが塞がれるようにして、半導体装置２００（パッケージ１００）の実装の対象となる基板Ｓに、パッケージ本体１０１が接合される。例えば、基板Ｓは、樹脂材料などの絶縁材料により構成される。このようにして、半導体素子２０１を、パッケージ本体１０１と基板Ｓにより画成される空間に封止（密封）することも可能である。

上記の半導体素子２０１は、例えばパッケージ本体１０１の開口面１０１Ａに対向する面に、サブマウント２０２を介して設置されている。半導体素子２０１が、例えばレーザダイオードなどの発光素子である場合、発光面が光透過面１０１Ｃ（光透過部１０３）の方向を向くように設置される。また、半導体素子２０１が、例えばフォトダイオードなどの受光素子である場合、受光面が光透過面１０１Ｃ（光透過部１０３）の方向を向くように設置される。また、半導体素子２０１が設置される面は、上記に限定されず、略筐体形状のパッケージ本体１０１の内壁面のいずれかであればよい。

また、半導体素子２０１とリード配線１０２とは、例えばボンディングワイヤ２０２によって接続されている。また、半導体素子２０１の接地側の電極は、例えばサブマウント２０２を介してパッケージ本体１０１に接続され、パッケージ本体１０１を介して接地されるようにしてもよい。すなわち、この場合にはパッケージ本体１０１を、半導体素子２０１に接続される実質的な配線の一部として用いることができる。

この場合、基板Ｓ上には、パッケージ本体１０１と接続される、接地された導電パターンが形成されていると好適である。また、基板Ｓ上には、上記の半導体素子２０１や半導体装置２００以外の他の半導体素子やパッケージが実装されていてもよい。また、基板Ｓ上には、これらの素子やパッケージを接続する他の導電パターン（配線パターン）が形成されていてもよい。すなわち基板Ｓは、いわゆる配線基板であってもよい。

また、図４Ａ〜図４Ｂは、実施例３による半導体装置２００Ａを示す図である。図４Ａは開口面１０１Ａからみた平面図を、図４Ｂは、図４ＡのＣ−Ｃ'断面をそれぞれ示している。

図４Ａ、図４Ｂを参照するに、本実施例による半導体装置２００Ａでは、半導体素子２０１が、サブマウントを用いずにパッケージ本体１０１の開口面１０１Ａに対向する面に設置されていることが特徴である。このように、必要に応じてサブマウントの有無により、もしくはサブマウントの高さ（厚さ）を変更することで、半導体素子が設置される高さ（位置）を調整することができる。

また、本実施例では、パッケージ本体１０１に、接地された接地リード配線１０２Ａが接続されていることが特徴である。例えば接地リード配線１０２Ａは、パッケージ本体１０１のリード配線１０２が設置される側と対向する側に接続される。

上記の接地リード配線１０２Ａを介して、パッケージ本体１０１（半導体素子２０１）を接地することができる。また、接地リード配線１０２Ａを接続する位置は上記の場合に限定されず、パッケージ本体１０１の様々な場所に接続することが可能である。このように、パッケージ本体１０１を接地する方法は、様々に選択することができる。

また、図５は、実施例４による半導体装置２００Ｂを示す断面図である。図５を参照するに、本実施例による半導体装置２００Ｂでは、半導体装置２０１が、パッケージ本体１０１の内壁面ではなく、基板Ｓ上にサブマウント２０２を介して設置されていることが特徴である。このように、半導体素子２０１の設置場所は、例えばパッケージ本体１０１側（内壁面）や、もしくは基板Ｓ側など、様々に選択することができる。

また、上記の半導体装置２００Ｂを構成する場合には、リード配線１０２と半導体素子２０１とのワイヤボンディングを容易にするために、パッケージ本体１０１に、ワイヤボンディング作業のための開口部を設けてもよい。また、当該開口部が、半導体素子の発光による光や、または半導体素子の受光のための光が透過するための穴部（光透過部）を兼ねるように構成してもよい。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

例えば、実装される半導体素子２０１は、発光素子や受光素子などの光機能素子に限定されず、他の様々な半導体素子であってもよい。また、実装される半導体素子は１個の場合に限定されず、複数の半導体素子が実装されるようにしてもよい。

本発明によれば、光機能性の半導体素子のパッケージを小型化することと、当該パッケージと当該半導体素子とを有する半導体装置を小型化することが可能となる。

従来の半導体装置を示す断面図である。 実施例１によるパッケージを示す図（その１）である。 実施例１によるパッケージを示す図（その２）である。 実施例１によるパッケージを示す図（その３）である。 実施例２による半導体装置を示す図（その１）である。 実施例２による半導体装置を示す図（その２）である。 実施例２による半導体装置を示す図（その３）である。 実施例３による半導体装置を示す図（その１）である。 実施例３による半導体装置を示す図（その２）である。 実施例４による半導体装置を示す図である。

符号の説明

１００ パッケージ
１０１ パッケージ本体
１０１Ａ 開口面
１０１Ｂ リード貫通面
１０１Ｃ 光透過面
１０２ リード配線
１０２Ａ 接地リード配線
１０３ 光透過部
１０４ フランジ部品
１０５ シール剤
２００，２００Ａ，２００Ｂ 半導体装置
２０１ 半導体素子
２０２ サブマウント
２０３ ボンディングワイヤ

Claims (4)

1. 光機能性の半導体素子を覆うパッケージであって、
   実装される基板によって塞がれる開口面と、
   前記半導体素子に接続されるリード配線と、
   前記リード配線が貫通するリード貫通面と、
   前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴とするパッケージ。
2. 光機能性の半導体素子と、該半導体素子を覆うパッケージとを有する半導体装置であって、
   前記パッケージは、
   実装される基板によって塞がれる開口面と、
   前記半導体素子に接続されるリード配線と、
   前記リード配線が貫通するリード貫通面と、
   前記半導体素子の発光または前記半導体素子の受光のための光透過部と、を有することを特徴とする半導体装置。
3. 前記リード配線と前記半導体素子はボンディングワイヤにより接続されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. 前記パッケージには、接地される接地リード配線が接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置。

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