JP4530579B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
半導体素子収納用パッケージ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4530579B2 JP4530579B2 JP2001152590A JP2001152590A JP4530579B2 JP 4530579 B2 JP4530579 B2 JP 4530579B2 JP 2001152590 A JP2001152590 A JP 2001152590A JP 2001152590 A JP2001152590 A JP 2001152590A JP 4530579 B2 JP4530579 B2 JP 4530579B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- line conductor
- input
- dielectric
- metallized layer
- flat plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【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ものである。
【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）合金等の金属材料から成り、上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、その対向する辺部に外部の実装基板（図示せず）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を囲繞するようにして基体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共に、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（図示せず）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固定用の筒状の固定部材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の外側開口の周辺部には、枠体７の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る光ファイバ１２固定用の筒状の固定部材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を挟持すると共に上面に蓋体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】
更に、この半導体パッケージ１は、取付部６に取着された入出力端子５と、枠体７の上面に取着された半導体素子２を気密に封止する蓋体１５とを具備して成る。
【０００６】
このような半導体パッケージ１は、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共に、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に電気的に接続し、更に光ファイバ１２と半導体素子２との光軸を調整する。その後、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。次に、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。
【０００７】
このような光半導体装置は、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。
【０００８】
そこで、この光半導体装置を構成する半導体パッケージ１に用いられる入出力端子５には、電気的に絶縁され、リード線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同様の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共に、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接合させる接合媒体として機能するメタライズ層（図示せず）が形成されている。
【０００９】
この線路導体２８の枠体７外側の部位の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、銀ロウ等のロウ材で接合されると共に、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。
【００１０】
このような入出力端子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。
【００１１】
近年、より高い周波数の入出力信号を伝送すると共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。
【００１２】
【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をアルミナ（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して線路導体２８が形成されているため、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体から成る誘電体成分は、Ｃｕとの濡れ性が悪いことから、ＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体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、上記導体層にロウ付けした、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に、外部電気回路との電気的接続時等に外部応力が加わると、リード端子１６が導体層ごと誘電体表面から剥離するという問題点があった。
【００１３】
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、アルミナを主成分とする誘電体等と同時焼成で形成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうリード端子に外部応力が加わっても、誘電体から成る平板部上面に強固に接合されて剥離せず高周波信号の伝送特性を損なわない線路導体を有する入出力端子を具備したものとすることにある。
【００１４】
本発明の半導体パッケージは、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、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誘電体から成る平板部および該平板部の上面に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から構成されると共に、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記線路導体は、前記枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに前記枠体の外側の部位がモリブデンを７０〜９０重量％、マンガンを２〜１５重量％、酸化珪素を５〜２０重量％、酸化チタンを１〜１０重量％含有するメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が前記立壁部の下面で接続されて成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、線路導体が、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、アルミナ質焼結体等から成る誘電体成分のＭｏを主成分とするメタライズ層への拡散が容易となる。その結果、枠体の外側の部位であるリード線接続部のＭｏ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、そこに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ことになる。
【００１６】
【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を構成する入出力端子の例を示す斜視図であり、図２は、本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子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半導体パッケージを示す図４と同様であり、共通する各部の詳細な説明は省略する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子は、図１および図２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、枠体７の内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体７の外側の部位がＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部１０の下面で接続されて成る。
【００１８】
この線路導体８を構成するリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、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全体の配線抵抗もワイヤーボンディング部８ａがＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成ることから、リード端子接続部８ｂおよびワイヤーボンディング部８ａの全体のシート抵抗も７ｍΩ／□程度以下と低抵抗なものとなる。
【００１９】
本発明の線路導体８のワイヤーボンディング部８ａは、ＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層から成り、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ものである。このメタライズ層は、Ｃｕを１０〜７０体積％、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の保形性を維持する上では、Ｃｕを４０〜６０体積％、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８ｍΩ／□程度以下に低減できる。
【００２０】
線路導体８におけるＣｕ量が１０体積％未満であり、かつＷおよび／またはＭｏ量が９０体積％を超えると、線路導体８の抵抗が高くなる。また、Ｃｕ量が７０体積％を超え、かつＷおよび／またはＭｏ量が３０体積％未満になると、線路導体８の保形性が低下し、線路導体８ににじみ等が発生したり、溶融したＣｕにより線路導体８が凝集して断線を生じると共に、誘電体と線路導体８との熱膨張差により線路導体８が剥離を生じ易くなる。
【００２１】
また、線路導体８は、含有される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による焼結粒子として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より小さいと線路導体８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しまい、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。
【００２２】
また、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、線路導体８の強度不足や誘電体との密着性不足、さらに導通抵抗の増加等が発生するおそれがある。より好ましくは１．３〜３μｍが良い。
【００２３】
一方、本発明の線路導体８のリード端子接続部８ｂはＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、ワイヤーボンディング部８ａの場合と同様に、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。このようなＭｏを主成分とするメタライズ層は、従来周知のＭｏ−マンガン（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％、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。
【００２４】
また、Ｍｏを主成分とするメタライズ層には、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し、その結果、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層がアルミナ質焼結体から成る平板部９上面に強固に接合されることから、ロウ材により接続されたリード端子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ことになる。
【００２５】
また、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、入出力端子５の立壁部１０の下面で電気的に接続されている。このとき、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕ成分がリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層側に拡散して接合していることから、立壁部１０の下面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、ワイヤーボンディング部８ａとリード端子接続部８ｂとの界面の抵抗変化が急激な変化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影響することはない。
【００２６】
この接続部の形態については電気的に接続されていればよいが、図２に示すようにワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とする導通抵抗の小さいメタライズ層を、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層の上面に被着形成した形態がよく、高周波信号の伝送特性の点で好ましい。即ち、高周波信号は表皮効果により線路導体８の極く表面を伝送するため、導通抵抗の小さいメタライズ層を上側（表層側）にするのがよく、またリード端子１６を接続するための銀ロウ等の高導電性のロウ材皮膜とも相俟って透過損失が小さくなり、高周波信号の伝送特性が向上することになる。
【００２７】
また、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層の接続界面は、入出力端子５の平板部９と立壁部１０との間に介在させ、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と良い。また、加圧接合して寸法精度を確保することは入出力端子５と枠体７との気密封止にとっても効果的である。
【００２８】
さらに、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層との接続は、図３に他の例を示すように、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層とリード端子接続部８ｂのメタライズ層とを突き合せて線路導体８を形成し、その接続界面を平板部９と立壁部１０との間に介在させ、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ようにしても良い。これより、上記と同様に気密封止にも効果的なものとなる。
【００２９】
いずれの場合も、リード端子接続部８ｂは、リード端子１６がメタライズ層と十分な長さ（０．２〜３ｍｍ程度）で銀ロウ等のロウ材で接合できる領域が確保できれば良く、リード端子１６がワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層の線路導体８に接しないようにすることが接続信頼性の点で重要となる。
【００３０】
更に、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の抵抗低化のために、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種からなる金属層が、無電解めっき、電解めっき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は、最表面はＡｕから成ることがより好ましい。
【００３１】
更に、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を主成分としたセラミック成分、あるい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。
【００３２】
なお、本発明の入出力端子５においては、Ｃｕの融点を超える温度で誘電体と同時焼成すると、線路導体８中のＣｕ成分が誘電体中に拡散する場合があるが、線路導体８の周囲の誘電体へのＣｕの拡散距離を３０μｍ以下、特に１０μｍ以下とすることが好ましく、この場合、焼成条件等を制御することにより拡散距離を制御できる。線路導体８中のＣｕ成分の誘電体中への拡散距離が３０μｍを超えると、線路導体８間の絶縁性が低下し、線路導体８としての信頼性が低下する。従って、上記拡散距離を３０μｍ以下に制御することにより、線路導体８間の最小線間距離を１００μｍ以下、とりわけ９０μｍ以下として、線路導体８の高密度配線化が可能となる。
【００３３】
更に、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合金等の金属材料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】
また、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、Ｃｕを含有するメタライズ層とＭｏを主成分とするメタライズ層から成る線路導体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、更には９９％以上の高緻密体から形成されてい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。更に、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は、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、このような特性を有する入出力端子５の誘電体としては、主成分としてアルミナを８４〜９０重量％の割合で含有すると共に、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％の割合で含有するものが好適である。
【００３６】
また、この誘電体中には、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、Ｃｕを含有するメタライズ層との同時焼結性を向上させ得る。その含有量は、ＳｉＯ2が２〜１５重量％、上記同時焼結性の点からは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、更に同時焼結性の点からは０．２〜２．５重量％が良い。更に、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あるいは結晶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ものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍ未満であると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難くなる。
【００３８】
また、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と同様のメタライズ層が形成されると共に、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等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。このメタライズ層は、例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部９用のセラミックグリーンシートに周知のスクリーン印刷法等により所定のパターンに印刷塗布しておき、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合金等の金属材料から成る基体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共に枠体７の内外を導通する導電路となる。
【００４０】
次に、本発明の半導体パッケージ１を構成する入出力端子５の製造方法について、その一例を以下の［１］〜［６］に具体的に説明する。
【００４１】
［１］先ず、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］次に、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。更に、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。
【００４３】
なお、これら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、酢酸塩等で添加しても良い。
【００４４】
［３］その後、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泥しょうを調製した後、得られた泥しょうをドクターブレード法によりシート状に成形する。あるいは、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。
【００４５】
［４］次に、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。
【００４６】
先ず、この導体ペーストＢを用いて、平板部９用のシート状の成形体のリード端子接続部側表面にスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により線路導体８となる配線パターンを印刷塗布する。次いで、リード端子接続部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側表面に、同様のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により、線路導体８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。
【００４７】
また、この導体ペースト中には、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。
【００４８】
［５］その後、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、焼成最高温度１２００〜１５００℃で焼成一体化する。
【００４９】
このとき、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メタライズ層が得られず、低い抵抗値を維持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共に、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。
【００５０】
更に、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であることが好ましい。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、この酸化膜と導体中のＣｕが反応してしまい、線路導体８の低抵抗化の妨げとなるのみならずＣｕの拡散を助長してしまうからである。
【００５１】
［６］その後、同時焼成された入出力端子５の線路導体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の群から選ばれる少なくとも１種のメタライズ層を０．５〜１０μｍの厚さで被着する。
【００５２】
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等の金属材料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。
【００５３】
本発明において、線路導体８の枠体７内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るが、メタライズ層中のＣｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％は以下のようにして特定できる。即ち、このメタライズ層は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、従ってＣｕより融点が１０００℃以上高いＷ，ＭｏとＣｕとは固溶体を形成しない。よって、メタライズ層はＷ粒子，Ｍｏ粒子の間隔をＣｕが埋めた構成となり、Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％を特定することが可能となる。
【００５４】
具体的は以下のようになる。まず、一定量の線路導体８試料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酸処理した線路導体８試料の重量が変化しなくなったのを確認した後、酸処理後の線路導体８試料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試料の重量から、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。
【００５５】
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。
【００５６】
【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、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、枠体外側の部位であるリード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層が平板部上面に強固に接合され、その結果、Ｍｏを主成分とするメタライズ層上面に接続されたリード端子に外部応力が加わってもメタライズ層ごと剥離したりせず、接続信頼性が向上する。
【００５７】
また、枠体内側の部位であるワイヤーボンディング部がＣｕを１０〜７０体積％、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メタライズ層で構成され、リード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層と電気的に接続されていることから、ワイヤーボンディング部のＣｕがリード端子接続部のメタライズ層に拡散して線路導体全体の導体抵抗が低くなり、その結果高周波信号の透過損失が小さくなる。
【００５８】
以上の結果、アルミナを主成分とする焼結体と同時焼成でき、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、誘電体から成る平板部上面に強固に接続されて剥離することがない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半導体パッケージを実現できる。
【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の入出力端子の断面図である。
【図３】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他の例を示す断面図である。
【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
８ａ：ワイヤーボンディング部
８ｂ：リード端子接続部
９：平板部
１０：立壁部
【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ものである。
【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）合金等の金属材料から成り、上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、その対向する辺部に外部の実装基板（図示せず）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を囲繞するようにして基体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共に、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（図示せず）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固定用の筒状の固定部材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の外側開口の周辺部には、枠体７の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る光ファイバ１２固定用の筒状の固定部材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を挟持すると共に上面に蓋体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】
更に、この半導体パッケージ１は、取付部６に取着された入出力端子５と、枠体７の上面に取着された半導体素子２を気密に封止する蓋体１５とを具備して成る。
【０００６】
このような半導体パッケージ１は、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共に、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に電気的に接続し、更に光ファイバ１２と半導体素子２との光軸を調整する。その後、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。次に、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。
【０００７】
このような光半導体装置は、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。
【０００８】
そこで、この光半導体装置を構成する半導体パッケージ１に用いられる入出力端子５には、電気的に絶縁され、リード線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同様の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共に、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接合させる接合媒体として機能するメタライズ層（図示せず）が形成されている。
【０００９】
この線路導体２８の枠体７外側の部位の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、銀ロウ等のロウ材で接合されると共に、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。
【００１０】
このような入出力端子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。
【００１１】
近年、より高い周波数の入出力信号を伝送すると共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。
【００１２】
【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をアルミナ（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して線路導体２８が形成されているため、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体から成る誘電体成分は、Ｃｕとの濡れ性が悪いことから、ＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体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、上記導体層にロウ付けした、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に、外部電気回路との電気的接続時等に外部応力が加わると、リード端子１６が導体層ごと誘電体表面から剥離するという問題点があった。
【００１３】
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、アルミナを主成分とする誘電体等と同時焼成で形成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうリード端子に外部応力が加わっても、誘電体から成る平板部上面に強固に接合されて剥離せず高周波信号の伝送特性を損なわない線路導体を有する入出力端子を具備したものとすることにある。
【００１４】
本発明の半導体パッケージは、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、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誘電体から成る平板部および該平板部の上面に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から構成されると共に、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記線路導体は、前記枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに前記枠体の外側の部位がモリブデンを７０〜９０重量％、マンガンを２〜１５重量％、酸化珪素を５〜２０重量％、酸化チタンを１〜１０重量％含有するメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が前記立壁部の下面で接続されて成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、線路導体が、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、アルミナ質焼結体等から成る誘電体成分のＭｏを主成分とするメタライズ層への拡散が容易となる。その結果、枠体の外側の部位であるリード線接続部のＭｏ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、そこに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ことになる。
【００１６】
【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を構成する入出力端子の例を示す斜視図であり、図２は、本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子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半導体パッケージを示す図４と同様であり、共通する各部の詳細な説明は省略する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子は、図１および図２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、枠体７の内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体７の外側の部位がＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部１０の下面で接続されて成る。
【００１８】
この線路導体８を構成するリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、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全体の配線抵抗もワイヤーボンディング部８ａがＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成ることから、リード端子接続部８ｂおよびワイヤーボンディング部８ａの全体のシート抵抗も７ｍΩ／□程度以下と低抵抗なものとなる。
【００１９】
本発明の線路導体８のワイヤーボンディング部８ａは、ＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層から成り、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ものである。このメタライズ層は、Ｃｕを１０〜７０体積％、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の保形性を維持する上では、Ｃｕを４０〜６０体積％、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８ｍΩ／□程度以下に低減できる。
【００２０】
線路導体８におけるＣｕ量が１０体積％未満であり、かつＷおよび／またはＭｏ量が９０体積％を超えると、線路導体８の抵抗が高くなる。また、Ｃｕ量が７０体積％を超え、かつＷおよび／またはＭｏ量が３０体積％未満になると、線路導体８の保形性が低下し、線路導体８ににじみ等が発生したり、溶融したＣｕにより線路導体８が凝集して断線を生じると共に、誘電体と線路導体８との熱膨張差により線路導体８が剥離を生じ易くなる。
【００２１】
また、線路導体８は、含有される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による焼結粒子として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より小さいと線路導体８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しまい、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。
【００２２】
また、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、線路導体８の強度不足や誘電体との密着性不足、さらに導通抵抗の増加等が発生するおそれがある。より好ましくは１．３〜３μｍが良い。
【００２３】
一方、本発明の線路導体８のリード端子接続部８ｂはＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、ワイヤーボンディング部８ａの場合と同様に、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。このようなＭｏを主成分とするメタライズ層は、従来周知のＭｏ−マンガン（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％、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。
【００２４】
また、Ｍｏを主成分とするメタライズ層には、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し、その結果、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層がアルミナ質焼結体から成る平板部９上面に強固に接合されることから、ロウ材により接続されたリード端子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ことになる。
【００２５】
また、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、入出力端子５の立壁部１０の下面で電気的に接続されている。このとき、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕ成分がリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層側に拡散して接合していることから、立壁部１０の下面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、ワイヤーボンディング部８ａとリード端子接続部８ｂとの界面の抵抗変化が急激な変化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影響することはない。
【００２６】
この接続部の形態については電気的に接続されていればよいが、図２に示すようにワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とする導通抵抗の小さいメタライズ層を、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層の上面に被着形成した形態がよく、高周波信号の伝送特性の点で好ましい。即ち、高周波信号は表皮効果により線路導体８の極く表面を伝送するため、導通抵抗の小さいメタライズ層を上側（表層側）にするのがよく、またリード端子１６を接続するための銀ロウ等の高導電性のロウ材皮膜とも相俟って透過損失が小さくなり、高周波信号の伝送特性が向上することになる。
【００２７】
また、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層の接続界面は、入出力端子５の平板部９と立壁部１０との間に介在させ、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と良い。また、加圧接合して寸法精度を確保することは入出力端子５と枠体７との気密封止にとっても効果的である。
【００２８】
さらに、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層との接続は、図３に他の例を示すように、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層とリード端子接続部８ｂのメタライズ層とを突き合せて線路導体８を形成し、その接続界面を平板部９と立壁部１０との間に介在させ、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ようにしても良い。これより、上記と同様に気密封止にも効果的なものとなる。
【００２９】
いずれの場合も、リード端子接続部８ｂは、リード端子１６がメタライズ層と十分な長さ（０．２〜３ｍｍ程度）で銀ロウ等のロウ材で接合できる領域が確保できれば良く、リード端子１６がワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層の線路導体８に接しないようにすることが接続信頼性の点で重要となる。
【００３０】
更に、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の抵抗低化のために、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種からなる金属層が、無電解めっき、電解めっき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は、最表面はＡｕから成ることがより好ましい。
【００３１】
更に、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を主成分としたセラミック成分、あるい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。
【００３２】
なお、本発明の入出力端子５においては、Ｃｕの融点を超える温度で誘電体と同時焼成すると、線路導体８中のＣｕ成分が誘電体中に拡散する場合があるが、線路導体８の周囲の誘電体へのＣｕの拡散距離を３０μｍ以下、特に１０μｍ以下とすることが好ましく、この場合、焼成条件等を制御することにより拡散距離を制御できる。線路導体８中のＣｕ成分の誘電体中への拡散距離が３０μｍを超えると、線路導体８間の絶縁性が低下し、線路導体８としての信頼性が低下する。従って、上記拡散距離を３０μｍ以下に制御することにより、線路導体８間の最小線間距離を１００μｍ以下、とりわけ９０μｍ以下として、線路導体８の高密度配線化が可能となる。
【００３３】
更に、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合金等の金属材料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】
また、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、Ｃｕを含有するメタライズ層とＭｏを主成分とするメタライズ層から成る線路導体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、更には９９％以上の高緻密体から形成されてい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。更に、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は、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、このような特性を有する入出力端子５の誘電体としては、主成分としてアルミナを８４〜９０重量％の割合で含有すると共に、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％の割合で含有するものが好適である。
【００３６】
また、この誘電体中には、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、Ｃｕを含有するメタライズ層との同時焼結性を向上させ得る。その含有量は、ＳｉＯ2が２〜１５重量％、上記同時焼結性の点からは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、更に同時焼結性の点からは０．２〜２．５重量％が良い。更に、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あるいは結晶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ものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍ未満であると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難くなる。
【００３８】
また、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と同様のメタライズ層が形成されると共に、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等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。このメタライズ層は、例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部９用のセラミックグリーンシートに周知のスクリーン印刷法等により所定のパターンに印刷塗布しておき、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合金等の金属材料から成る基体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共に枠体７の内外を導通する導電路となる。
【００４０】
次に、本発明の半導体パッケージ１を構成する入出力端子５の製造方法について、その一例を以下の［１］〜［６］に具体的に説明する。
【００４１】
［１］先ず、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］次に、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。更に、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。
【００４３】
なお、これら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、酢酸塩等で添加しても良い。
【００４４】
［３］その後、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泥しょうを調製した後、得られた泥しょうをドクターブレード法によりシート状に成形する。あるいは、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。
【００４５】
［４］次に、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。
【００４６】
先ず、この導体ペーストＢを用いて、平板部９用のシート状の成形体のリード端子接続部側表面にスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により線路導体８となる配線パターンを印刷塗布する。次いで、リード端子接続部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側表面に、同様のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により、線路導体８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。
【００４７】
また、この導体ペースト中には、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。
【００４８】
［５］その後、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、焼成最高温度１２００〜１５００℃で焼成一体化する。
【００４９】
このとき、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メタライズ層が得られず、低い抵抗値を維持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共に、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。
【００５０】
更に、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であることが好ましい。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、この酸化膜と導体中のＣｕが反応してしまい、線路導体８の低抵抗化の妨げとなるのみならずＣｕの拡散を助長してしまうからである。
【００５１】
［６］その後、同時焼成された入出力端子５の線路導体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の群から選ばれる少なくとも１種のメタライズ層を０．５〜１０μｍの厚さで被着する。
【００５２】
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等の金属材料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。
【００５３】
本発明において、線路導体８の枠体７内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るが、メタライズ層中のＣｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％は以下のようにして特定できる。即ち、このメタライズ層は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、従ってＣｕより融点が１０００℃以上高いＷ，ＭｏとＣｕとは固溶体を形成しない。よって、メタライズ層はＷ粒子，Ｍｏ粒子の間隔をＣｕが埋めた構成となり、Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％を特定することが可能となる。
【００５４】
具体的は以下のようになる。まず、一定量の線路導体８試料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酸処理した線路導体８試料の重量が変化しなくなったのを確認した後、酸処理後の線路導体８試料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試料の重量から、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。
【００５５】
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。
【００５６】
【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、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、枠体外側の部位であるリード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層が平板部上面に強固に接合され、その結果、Ｍｏを主成分とするメタライズ層上面に接続されたリード端子に外部応力が加わってもメタライズ層ごと剥離したりせず、接続信頼性が向上する。
【００５７】
また、枠体内側の部位であるワイヤーボンディング部がＣｕを１０〜７０体積％、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メタライズ層で構成され、リード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層と電気的に接続されていることから、ワイヤーボンディング部のＣｕがリード端子接続部のメタライズ層に拡散して線路導体全体の導体抵抗が低くなり、その結果高周波信号の透過損失が小さくなる。
【００５８】
以上の結果、アルミナを主成分とする焼結体と同時焼成でき、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、誘電体から成る平板部上面に強固に接続されて剥離することがない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半導体パッケージを実現できる。
【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の入出力端子の断面図である。
【図３】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他の例を示す断面図である。
【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
８ａ：ワイヤーボンディング部
８ｂ：リード端子接続部
９：平板部
１０：立壁部
Claims (1)
- 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、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誘電体から成る平板部および該平板部の上面に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から構成されると共に、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記線路導体は、前記枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに前記枠体の外側の部位がモリブデンを７０〜９０重量％、マンガンを２〜１５重量％、酸化珪素を５〜２０重量％、酸化チタンを１〜１０重量％含有するメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が前記立壁部の下面で接続されて成ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001152590A JP4530579B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001152590A JP4530579B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 半導体素子収納用パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002353353A JP2002353353A (ja) | 2002-12-06 |
| JP4530579B2 true JP4530579B2 (ja) | 2010-08-25 |
Family
ID=18997230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001152590A Expired - Fee Related JP4530579B2 (ja) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | 半導体素子収納用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4530579B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4761713B2 (ja) * | 2004-01-28 | 2011-08-31 | 京セラ株式会社 | 電子部品封止用基板および多数個取り用電子部品封止用基板ならびに電子装置の製造方法 |
| AT15574U3 (de) * | 2017-05-11 | 2018-05-15 | Plansee Se | Flexibles Bauteil mit Schichtaufbau mit metallischer Lage |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS645041A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-10 | Shinko Electric Ind Co | Manufacture of ceramic body having superconducting circuit pattern |
| JP3439969B2 (ja) * | 1997-12-15 | 2003-08-25 | 京セラ株式会社 | 高周波用入出力端子ならびに高周波用半導体素子収納用パッケージ |
-
2001
- 2001-05-22 JP JP2001152590A patent/JP4530579B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002353353A (ja) | 2002-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4959079B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP4530579B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP3825310B2 (ja) | 入出力端子、半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
| JP4530524B2 (ja) | 配線基板 | |
| JP3762352B2 (ja) | 配線基板 | |
| JP2003188300A (ja) | 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
| JP2002289719A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2002329800A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2003234552A (ja) | 配線基板 | |
| JP2750232B2 (ja) | 電子部品収納用パッケージ | |
| JP2740605B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージの製造方法 | |
| JP4000093B2 (ja) | 入出力端子、入出力端子の製造方法、入出力端子を用いた半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
| JP2801449B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2004228532A (ja) | 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 | |
| JP4454183B2 (ja) | 配線基板の製造方法 | |
| JP2004221407A (ja) | 配線基板 | |
| JP2000260896A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2685159B2 (ja) | 電子部品収納用パッケージ | |
| JP2740606B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP3670523B2 (ja) | 光半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2003234551A (ja) | 配線基板 | |
| JP2670208B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2003007923A (ja) | 配線基板 | |
| JP3709082B2 (ja) | 光半導体素子収納用パッケージ | |
| JP2004296788A (ja) | 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080218 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100223 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100414 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100511 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100608 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130618 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |