JP2633128B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/117—Shapes of semiconductor bodies
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばミリ波帯で用い
られるガンダイオード等の半導体装置に関し、特にパッ
ケージ及び配線構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a gun diode used in a millimeter wave band, and more particularly to a package and a wiring structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置において、半導体チップの保
護、信頼性の改善のためには、パッケージが不可欠であ
り、マイクロ波帯以上で用いられる2端子型の半導体装
置、特に、発熱密度の大きいガンダイオードでは、その
パッケージとして放熱性に優れたピル型のものが用いら
れている。2. Description of the Related Art In a semiconductor device, a package is indispensable for protection and reliability improvement of a semiconductor chip, and a two-terminal type semiconductor device used in a microwave band or higher, particularly a gun having a large heat generation density. In the diode, a pill type package excellent in heat dissipation is used as a package.
【0003】図3は、従来用いられてきたガンダイオー
ドのパッケージ方法を示している。1はCu製のパッケ
ージ本体であり、その中央部に台座部としてのダイヤモ
ンドヒートシンク2が取付けられ、この両者1,2によ
り放熱体が形成されている。3はアルミナ製のセラミッ
クリングであり、その一方の端面はパッケージ本体1に
固着されている(図3(a))。ガンダイオードチップ
4は、プレイテッドヒートシンク(Plated Heat Sink)
付きのメサ型に作製され、そのプレイテッドヒートシン
クの部分で熱圧着もしくは半田付けにより台座部2にダ
イボンディングされている(同図(b))。ガンダイオ
ード素子は、上下に電極が形成されており、台座部2は
下部電極を兼ねている。一方、ガンダイオード素子の上
部電極は金リボン5を介してセラミックリング3上部の
金属被膜部に接続されている(同図(c))。最後に、
セラミックリング3上部が金メッキしたCu製の蓋6で
密閉され、これが上部電極となる(同図(d))。FIG. 3 shows a conventional method of packaging a gun diode. Reference numeral 1 denotes a package body made of Cu, and a diamond heat sink 2 as a pedestal portion is attached to a central portion of the package body. Reference numeral 3 denotes an alumina ceramic ring, one end face of which is fixed to the package body 1 (FIG. 3A). Gun diode chip 4 is a plated heat sink
It is manufactured in a mesa shape with a hole, and is die-bonded to the pedestal portion 2 by thermocompression bonding or soldering at a portion of the plated heat sink (FIG. 2B). The gun diode element has upper and lower electrodes formed thereon, and the pedestal 2 also serves as a lower electrode. On the other hand, the upper electrode of the Gunn diode element is connected to the metal coating on the ceramic ring 3 via the gold ribbon 5 (FIG. 3C). Finally,
The upper part of the ceramic ring 3 is sealed with a lid 6 made of gold-plated Cu, and this serves as an upper electrode (FIG. 3D).
【0004】このようなガンダイオードにおいて、高周
波特性改善のためには、パッケージ内、外への配線のイ
ンダクタンスL、キャパシタンスCの低減が必要であ
り、特にミリ波でも U−band(40〜60GHz )以上の
高周波帯では、僅かなL,Cの値でも特性に大きく影響
する。このため、パッケージ内のリード線を幅広のリボ
ンとしたり、そのリボンを複数本並列に接続したり(十
字、ヘキサリボン接続など)するなどの工夫がなされて
いる。In such a Gunn diode, in order to improve the high-frequency characteristics, it is necessary to reduce the inductance L and the capacitance C of wiring inside and outside the package. In particular, even in the case of millimeter waves, the U-band (40 to 60 GHz) is required. In the high frequency band described above, even small values of L and C greatly affect the characteristics. For this reason, various measures have been taken such as making the lead wires in the package a wide ribbon or connecting a plurality of the ribbons in parallel (cross, hexa-ribbon connection, etc.).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、より一
層の高周波帯、例えば、 E−band(60〜90GHz )、
W−band(75〜110GHz )或いはそれ以上の高周波
帯で動作するミリ波用デバイスが開発されるにつれて、
リード線の形状を変えても従来のパッケージング方法で
は素子本来の持つ性能を十分に引出し得ないことが明ら
かとなってきた。このため、パッケージの絶縁体として
一般に用いられるアルミナリングに代えて、誘電率の低
い石英製のリングを用いたパッケージで高周波性能を向
上させることが試みられている。しかし、石英はアルミ
ナと比べて圧縮強度や引張り強度が小さくもろいため
に、Cu製のパッケージ本体にろう付けすると簡単にク
ラックが入ってしまうという問題がある。However, in recent years, higher frequency bands such as E-band (60 to 90 GHz),
As millimeter-wave devices operating in the W-band (75-110 GHz) or higher frequency bands are developed,
It has become clear that the conventional packaging method cannot sufficiently bring out the inherent performance of the element even if the shape of the lead wire is changed. For this reason, attempts have been made to improve the high-frequency performance of a package using a quartz ring having a low dielectric constant instead of an alumina ring generally used as a package insulator. However, quartz has low compressive strength and tensile strength compared to alumina, and is fragile, so there is a problem that cracks are easily formed when brazing to a Cu package body.
【0006】そこで、本発明は、60GHz 以上のミリ波
帯でも配線のインダクタンス、キャパシタンスを十分に
低減できて高周波特性が優れ、さらに高い信頼性と十分
な放熱性を得ることができる半導体装置を提供すること
を目的とする。Accordingly, the present invention provides a semiconductor device capable of sufficiently reducing the inductance and capacitance of the wiring even in the millimeter-wave band of 60 GHz or more, having excellent high-frequency characteristics, and obtaining high reliability and sufficient heat dissipation. The purpose is to do.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、放熱体と、該放熱体に一主面が固着された
半導体素子チップと、該半導体素子チップを取囲む中空
部を有し該中空部の一方の端面が前記放熱体に接し他の
端面が前記半導体装置チップの他の主面より所定距離前
記放熱体から遠ざかっている絶縁体と、該絶縁体の他の
端面と前記半導体素子チップの他の主面を接続する金属
箔と、該金属箔と合金化されて前記絶縁体の他の端面に
取付けられ前記中空部を密閉する蓋とを含み、前記所定
距離が前記金属箔の厚みの3倍以上10倍以下であるこ
とを要旨とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a heat radiator, a semiconductor element chip having one main surface fixed to the heat radiator, and a hollow portion surrounding the semiconductor element chip. An insulator having one end face of the hollow portion in contact with the heat radiator and the other end face being separated from the heat radiator by a predetermined distance from another main face of the semiconductor device chip; and another end face of the insulator. A metal foil for connecting the other main surface of the semiconductor element chip, and a lid which is alloyed with the metal foil and is attached to another end surface of the insulator to seal the hollow portion, wherein the predetermined distance is The gist is that the thickness is not less than 3 times and not more than 10 times the thickness of the metal foil.
【0008】望ましくは、所定距離は30〜100μm
とされる。半導体素子チップは、両主面に電極を有し、
特には、ガンダイオードが適用される。放熱体は金属な
どからなり、半導体素子チップの一方の電極が接続され
る。絶縁体は円筒状に形成される。金属箔はAuからな
り、厚みが5〜20μmである。蓋は金属からなり、A
u−SnなどAuの共晶合金で合金化されて絶縁体の他
の端面に取付けられる。Preferably, the predetermined distance is 30 to 100 μm
It is said. The semiconductor element chip has electrodes on both main surfaces,
In particular, a Gunn diode is applied. The radiator is made of metal or the like, and is connected to one electrode of the semiconductor element chip. The insulator is formed in a cylindrical shape. The metal foil is made of Au and has a thickness of 5 to 20 μm. The lid is made of metal, A
It is alloyed with a eutectic alloy of Au such as u-Sn and attached to the other end face of the insulator.
【0009】[0009]
【作用】半導体素子チップの一主面を放熱体に固着させ
ているので十分な放熱性が得られる。半導体素子チップ
の他の主面と絶縁体の他の端面との高低差を金属箔の厚
みの3倍以上10倍以下の所定距離としているので、両
者間を接続している金属箔の長さが短かくなり、インダ
クタンス分が低減して高周波特性が改善される。また、
蓋を合金化により絶縁体の端面に取付けているので、高
い信頼性が得られる。Since one main surface of the semiconductor element chip is fixed to the heat radiator, sufficient heat radiation can be obtained. Since the height difference between the other main surface of the semiconductor element chip and the other end surface of the insulator is a predetermined distance of 3 to 10 times the thickness of the metal foil, the length of the metal foil connecting the two is Is shortened, the inductance is reduced, and the high-frequency characteristics are improved. Also,
Since the lid is attached to the end face of the insulator by alloying, high reliability can be obtained.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1及び図2に基づ
いて説明する。この実施例は、InPガンダイオードに
適用されている。即ち、ガンダイオードに代表されるミ
リ波用の半導体装置においてパッケージに付随するイン
ダクタンス成分の低減に必要な構造を条件を検討し、規
定したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment is applied to an InP gun diode. That is, in a millimeter-wave semiconductor device typified by a Gunn diode, a structure necessary for reducing an inductance component accompanying a package is examined and defined.
【0011】図1(a)は、同図(b)のA部分の拡大
断面図である。FIG. 1A is an enlarged sectional view of a portion A in FIG.
【0012】なお、図1において前記図3における部材
及び部位と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を
以って示し、重複した説明を省略する。In FIG. 1, components that are the same as or equivalent to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those described above, and redundant description is omitted.
【0013】図1において、絶縁体としてのアルミナ製
のセラミックリング7の一方の端面がパッケージ本体1
に固定されている。半導体素子チップとしてのガンダイ
オードチップ4は60μm径で上下両面に電極を有し、
プレイテッドヒートシンク付きのメサ型に作製されてい
る。ガンダイオードチップ4の下面は、プレイテッドヒ
ートシンクの部分で熱圧着もしくは半田付けによりダイ
ヤモンドヒートシンク2上にダイボンディングされてい
る。そして、ガンダイオードチップ4の上面がセラミッ
クリング7の上面から50μm〜100μm下るように
規定されている。ガンダイオードチップ4の上部電極と
セラミックリング7上部の金属被膜部との接続には、 W
−band(75〜110GHz )で一般的な厚さ10〜15
μm、幅100μm程度の金属箔からなる金リボン8が
用いられている。セラミックリング7の上部には、金メ
ッキしたCu製の蓋6が金リボン8を挟んでAu−Sn
の共晶合金で固着されている。In FIG. 1, one end face of an alumina ceramic ring 7 as an insulator is
It is fixed to. Gunn diode chip 4 as a semiconductor element chip has a diameter of 60 μm and has electrodes on both upper and lower surfaces,
It is manufactured in a mesa type with a plated heat sink. The lower surface of the gun diode chip 4 is die-bonded to the diamond heat sink 2 by thermocompression bonding or soldering at a plated heat sink. The upper surface of the gun diode chip 4 is defined to be lower by 50 μm to 100 μm than the upper surface of the ceramic ring 7. The connection between the upper electrode of the Gunn diode chip 4 and the metal coating on the ceramic ring 7 is W
-Thickness of 10 to 15 for band (75 to 110 GHz)
A gold ribbon 8 made of a metal foil having a thickness of about 100 μm and a width of about 100 μm is used. On the upper part of the ceramic ring 7, a gold-plated lid 6 made of Au—Sn is sandwiched by a gold ribbon 8.
Eutectic alloy.
【0014】次に、94GHz で発振するように設計され
たガンダイオードを用いて、ガンダイオードチップ4の
上面とセラミックリング7の上面との高低差Δを300
μm、200μm、100μm及び50μmとしてパッ
ケージングした試料を作製し、発振実験を行なった。結
果は、高低差Δが小さいほど高周波特性が向上すること
が認められた。Next, using a Gunn diode designed to oscillate at 94 GHz, a height difference Δ between the upper surface of the Gunn diode chip 4 and the upper surface of the ceramic ring 7 is set to 300.
Samples packaged as μm, 200 μm, 100 μm, and 50 μm were prepared, and an oscillation experiment was performed. As a result, it was recognized that the smaller the height difference Δ, the higher the high-frequency characteristics.
【0015】図2には、高低差Δを300μm(特性線
a)、200μm(特性線b)及び100μm(特性線
c)とした各試料の帯域特性を示す。マウント、共振器
は同一条件である。比較例である高低差Δが300μm
の試料では、発振周波数が85−90GHz であるのに対
し、高低差100μmとした本実施例の試料では発振周
波数が95−100GHz となり、また出力は比較例の
1.3倍以上となった。但し、高低差Δを50μm未満
とすると、金リボン8の厚み10〜15μmとたわみ1
0〜20μmによって蓋6との隙間が小さくなるため、
蓋6の封じに用いる共晶ハンダ(Au−Sn)が金リボ
ン8側に流れ込み、金リボン8の質が硬くなってガンダ
イオードチップ4へ引張りやずれのストレスを与えるた
めに、装置の信頼性が損われるおそれがある。FIG. 2 shows the band characteristics of each sample in which the height difference Δ was 300 μm (characteristic line a), 200 μm (characteristic line b) and 100 μm (characteristic line c). The mount and the resonator have the same conditions. The height difference Δ of the comparative example is 300 μm
In the sample of No. 5, the oscillation frequency was 85-90 GHz, whereas in the sample of the present example in which the height difference was 100 μm, the oscillation frequency was 95-100 GHz, and the output was 1.3 times or more of the comparative example. However, when the height difference Δ is less than 50 μm, the thickness of the gold ribbon 8 is 10 to 15 μm and the deflection 1
Since the gap with the lid 6 is reduced by 0 to 20 μm,
The eutectic solder (Au-Sn) used to seal the lid 6 flows into the gold ribbon 8 side, and the quality of the gold ribbon 8 becomes hard and gives stress to the gun diode chip 4 such as pulling and displacement. May be damaged.
【0016】上述の結果は1例であり、より低い V−ba
nd、 U−bandでも同様に、本実施例のものは、比較例と
比べて発振出力の高帯域側での向上が認められた。The above result is one example and lower V-ba
Similarly, in the case of nd and U-band, the improvement of the oscillation output on the high band side was recognized in the case of the present example as compared with the comparative example.
【0017】従って、以上の結果から高低差Δは100
μm以下30μm以上であること、即ち、高低差Δは、
金リボン8の厚みの3倍以上10倍以下の範囲とするの
がよいことが分った。Accordingly, from the above results, the height difference Δ is 100
μm or less and 30 μm or more, that is, the height difference Δ
It has been found that the thickness is preferably in the range of 3 to 10 times the thickness of the gold ribbon 8.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体素子チップの他の主面と絶縁体の他の端面との高
低差を金属箔の厚みの3倍以上10倍以下としたため、
金属箔の長さが短かくなってインダクタンス分が低減
し、60GHz 以上のミリ波帯でも優れた高周波特性が得
られる。半導体素子チップの一主面は放熱体に固着させ
ているため、十分な放熱性が得られる。さらに、蓋は合
金化により絶縁体の端面に取付けているため高信頼性が
得られる。As described above, according to the present invention,
Since the height difference between the other main surface of the semiconductor element chip and the other end surface of the insulator is set to 3 times or more and 10 times or less of the thickness of the metal foil,
The length of the metal foil is shortened, the inductance is reduced, and excellent high-frequency characteristics can be obtained even in the millimeter wave band of 60 GHz or more. Since one main surface of the semiconductor element chip is fixed to the heat radiator, sufficient heat radiation can be obtained. Further, since the lid is attached to the end face of the insulator by alloying, high reliability can be obtained.
【図1】本発明に係る半導体装置の実施例を示す縦断面
図等である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view and the like showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
【図2】本実施例の発振周波数−出力特性を比較例とと
もに示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an oscillation frequency-output characteristic of the present embodiment together with a comparative example.
【図3】従来のガンダイオードのパッケージ方法を示す
図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional gun diode packaging method.
1 パッケージ本体 2 パッケージ本体とともに放熱体を構成するダイヤモ
ンドヒートシンク 4 ガンダイオードチップ(半導体素子チップ) 6 蓋 7 セラミックリング(絶縁体) 8 金リボン(金属箔)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Package main body 2 Diamond heat sink which comprises a radiator with a package main body 4 Gun diode chip (semiconductor element chip) 6 Lid 7 Ceramic ring (insulator) 8 Gold ribbon (metal foil)
Claims (1)
た半導体素子チップと、該半導体素子チップを取囲む中
空部を有し該中空部の一方の端面が前記放熱体に接し他
の端面が前記半導体素子チップの他の主面より所定距離
前記放熱体から遠ざかっている絶縁体と、該絶縁体の他
の端面と前記半導体素子チップの他の主面を接続する金
属箔と、該金属箔と合金化されて前記絶縁体の他の端面
に取付けられ前記中空部を密閉する蓋とを含み、前記所
定距離が前記金属箔の厚みの3倍以上10倍以下である
ことを特徴とする半導体装置。1. A heat radiator, a semiconductor element chip having one main surface fixed to the heat radiator, and a hollow portion surrounding the semiconductor element chip, one end face of the hollow portion being in contact with the heat radiator. An insulator whose other end face is separated from the radiator by a predetermined distance from the other main surface of the semiconductor element chip, and a metal foil that connects the other end face of the insulator to another main surface of the semiconductor element chip. A lid that is alloyed with the metal foil and attached to the other end surface of the insulator to seal the hollow portion, wherein the predetermined distance is not less than 3 times and not more than 10 times the thickness of the metal foil. Characteristic semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3336621A JP2633128B2 (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3336621A JP2633128B2 (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05167128A JPH05167128A (en) | 1993-07-02 |
| JP2633128B2 true JP2633128B2 (en) | 1997-07-23 |
Family
ID=18301049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3336621A Expired - Lifetime JP2633128B2 (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633128B2 (en) |
-
1991
- 1991-12-19 JP JP3336621A patent/JP2633128B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05167128A (en) | 1993-07-02 |
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