JP3126503B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コプレナー線路構造を
した外部信号線路を持つ表面実装型の半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置は、図５に示したよう
に、多層構造をしたセラミック等からなるパッケージ２
００に半導体チップ１００を収容している。

【０００３】パッケージ２００の周囲には、階段面２０
２を延設していて、その階段面２０２には、外部信号線
路４００を備えている。そして、その外部信号線路４０
０を、リード又は金リボン４０２等を介して基板１３０
の信号用接続パッド１４０等に接続できるようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置に、上記のような多層構造をしたセラミック等から
なるパッケージ２００を用いた場合には、そのパッケー
ジ２００の構造が複雑で、そのパッケージ２００の製造
に多大な手数と時間を要した。

【０００５】また、上記のようにして、パッケージ２０
０の周囲に階段面２０２を延設して、その階段面２０２
に外部信号線路４００を備えた場合には、半導体装置の
周囲にパッケージの階段面２０２が突出した状態となっ
て、半導体装置の外径が大きくなってしまった。そし
て、半導体装置のコンパクト化が図れなかった。

【０００６】近時は、半導体装置に収納した半導体チッ
プの高周波化、高速化が一段と進んだのに対応して、半
導体装置のパッケージの外部信号線路を接続する基板の
信号用接続パッドとそれに連なる基板の信号回路やコネ
クタとそれに接続した信号線路がコプレナー線路構造を
している。そして、その信号用接続パッドと信号回路や
コネクタと信号線路を高速信号を伝送損失少なく伝える
ことができるようにしている。

【０００７】従って、上記のような高速化が進んだ半導
体チップを収納した半導体装置にあっても、その基板の
信号用接続パッドやコネクタに接続するパッケージの外
部信号線路をコプレナー線路構造とすることが要求され
ている。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たもので、パッケージの構造を簡易化して、そのパッケ
ージの製造を容易化すると共に、パッケージの周囲の階
段面を無くして、その周囲径を小さくした半導体装置で
あって、パッケージの外部信号線路をコプレナー線路構
造とした半導体装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的のために、本
発明の半導体装置は、セラミックからなる薄板と、その
薄板を上下に貫いて形成したキャビティと、そのキャビ
ティを前記薄板の下面側から覆ったヒートシンクと、そ
のヒートシンクの外方に露出した前記薄板の下面に備え
た外部信号線路と、その外部信号線路を囲むようにして
外部信号線路と所定間隔をあけて前記薄板の下面に該下
面のヒートシンクとの接合領域部分を含んで広く備えた
グランド用メタライズ層であって、前記外部信号線路を
そのほぼ全長に亙ってコプレナー線路構造としたグラン
ド用メタライズ層と、前記薄板上面のキャビテイ周囲に
備えた内部信号線路であって、前記グランド用メタライ
ズ層によりそのほぼ全長に亙ってマイクロストリップ線
路構造とした内部信号線路と、前記薄板を上下に貫いて
内部信号線路の外端と外部信号線路の内端とを接続した
導体ヴィアと、前記キャビティ内に露出したヒートシン
ク上に搭載して前記内部信号線路と電気的に接続した半
導体チップと、その半導体チップを収容したキャビティ
上方を覆うようにして前記薄板の上面側に備えたキャッ
プとを具有してなることを特徴としている。

【００１０】ここで、導体ヴィアとは、メタライズ等の
導体ポールをいう。

【００１１】本発明の半導体装置においては、内部信号
線路の外方の薄板の上面周囲にシール層を備えて、その
シール層にキャップを接合した構造とすることを好適と
している。

【００１２】また、外部信号線路の内端の周囲径を導体
ヴィアの下端の周囲径よりも大きく形成して、その外部
信号線路の内端により導体ヴィアの下端とその周囲の薄
板部分とを覆った構造とすることを好適としている。

【００１３】さらに、外部信号線路の内端から延びる外
部信号線路をその外方に向けて順に連続的に幅狭く形成
した構造とすることを好適としている。

【００１４】

【作用】上記の半導体装置においては、パッケージ本体
を、セラミックからなる１層等の薄板から形成してい
る。

【００１５】そのため、パッケージを手数と時間をかけ
ずに容易に形成できる。それと共に、パッケージ本体
を、多層構造とせずに、１層化等して、パッケージ、即
ち半導体装置を薄型化できる。

【００１６】また、基板の信号用接続パッドやコネクタ
に接続するパッケージの外部信号線路をパッケージ本体
を構成するセラミックからなる薄板の下面に備えてい
る。

【００１７】そのため、パッケージの周囲に階段面を延
設して、その階段面に外部信号線路を備える必要が無く
なり、パッケージの周囲に階段面を延設しない分、パッ
ケージの周囲径、即ち半導体装置の周囲径を小さくでき
る。

【００１８】また、外部信号線路を備えた薄板の下面
に、外部信号線路を囲むようにして外部信号線路と所定
間隔をあけて、グランド用メタライズ層を、薄板下面の
ヒートシンクとの接合領域部分を含んで広く備えてい
る。

【００１９】そのため、その薄板の下面に該下面のヒー
トシンクとの接合領域部分を含んで広く備えたグランド
用メタライズ層により、薄板の下面に備えた外部信号線
路をそのほぼ全長に亙ってコプレナー線路構造とするこ
とができる。さらに、その薄板の下面に該下面のヒート
シンクとの接合領域部分を含んで広く備えたグランド用
メタライズ層により、そのグランド用メタライズ層の上
方に位置する薄板の上面に備えた内部信号線路をそのほ
ぼ全長に亙ってマイクロストリップ線路構造とすること
ができる。そして、その外部信号線路と内部信号線路と
の特性インピーダンスを、それらの信号線路のほぼ全長
に亙って一定値に的確にマッチングさせることができ
る。

【００２０】また、内部信号線路の外端と外部信号線路
の内端とを接続する導体ヴィアを、薄く形成した薄板を
上下に貫いて備えている。そして、その導体ヴィアを短
尺化している。

【００２１】そのため、その短尺化した導体ヴィアを介
して一連に接続した内部信号線路と外部信号線路とから
なるパッケージの信号線路の特性インピーダンスが上記
の導体ヴィアにより大幅に狂う等して、その信号線路の
高周波特性が低下するのを防止できる。

【００２２】また、内部信号線路の外方の薄板の上面周
囲にシール層を備えて、そのシール層にキャップを接合
した半導体装置にあっては、キャップをシール層を介し
て薄板の上面にろう付け等により容易かつ的確に気密に
接合できる。

【００２３】また、外部信号線路の内端の周囲径を導体
ヴィアの下端の周囲径よりも大きく形成して、その外部
信号線路の内端により導体ヴィアの下端とその周囲の薄
板部分とを覆った半導体装置にあっては、パッケージの
焼成時に、メタライズ等の導体ポールからなる導体ヴィ
アとその周囲のセラミックからなる薄板との間に、両者
の熱収縮率の差等により、隙間があいた状態となって
も、その導体ヴィアとその周囲の薄板との間にあいた隙
間の下端を、導体ヴィアの下端とその周囲の薄板部分と
を覆う外部信号線路の内端により気密に塞ぐことができ
る。

【００２４】また、外部信号線路の内端から延びる外部
信号線路をその外方に向けて順に連続的に幅狭く形成し
た半導体装置にあっては、その外部信号線路の側縁を凹
凸のないなだらかな形状に形成して、その外部信号線路
の側縁における高速信号の反射損失を少なく抑えること
ができる。

【００２５】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に従い説明す
る。図１ないし図４は本発明の半導体装置の好適な実施
例を示し、図１はその実装状態を示す正面断面図、図２
はそのパッケージ本体の底面図、図３は図２の一部拡大
図、図４はそのパッケージ本体の平面図を示している。
以下に、この半導体装置を説明する。

【００２６】図において、１０は、１層等のセラミック
からなる薄板であって、パッケージ本体を構成してい
る。

【００２７】薄板１０には、その表面中央に方形状のキ
ャビティ２０を薄板１０を上下に貫いて形成している。

【００２８】キャビティ２０の周囲４方の薄板１０の内
側上面には、図４に示したように、メタライズからなる
細帯状の内部信号線路６０を複数本並べて備えている。

【００２９】薄板１０の下面側には、図１に示したよう
に、高熱伝導性の金属又はセラミックからなる板状のヒ
ートシンク３０を備えて、そのヒートシンク３０により
キャビティ２０の底面を覆っている。

【００３０】ヒートシンク３０の外方に露出した薄板１
０の下面４方には、図２に示したように、メタライズか
らなる細帯状の外部信号線路４０を複数本並べて備えて
いる。

【００３１】外部信号線路４０を備えた薄板１０下面に
は、図２に示したように、外部信号線路４０を囲むよう
にして、外部信号線路４０と所定間隔をあけて、グラン
ド用メタライズ層５０を、薄板１０下面のヒートシンク
３０との接合領域部分を含んで広く連続して備えてい
る。そして、そのグランド用メタライズ層５０により、
薄板１０の下面に備えた外部信号線路４０をそのほぼ全
長に亙ってコプレナー線路構造としている。そして、そ
のグランド用メタライズ層５０により、外部信号線路４
０の特性インピーダンスを、その外部信号線路４０のほ
ぼ全長に亙って５０Ω等にマッチングさせている。

【００３２】グランド用メタライズ層５０は、図２に示
したように、薄板１０下面のヒートシンク３０との接合
領域部分を含んで薄板１０中央のキャビティ２０周縁ま
で広く連続して備えていて、そのキャビティ２０周囲の
グランド用メタライズ層５０により、そのグランド用メ
タライズ層５０の上方に位置する薄板１０の内側上面に
備えた内部信号線路６０をそのほぼ全長に亙ってマイク
ロストリップ線路構造としている。そして、そのグラン
ド用メタライズ層５０により、内部信号線路６０の特性
インピーダンスを、その内部信号線路６０のほぼ全長に
亙って５０Ω等にマッチングさせている。

【００３３】キャビティ２０の周囲のメタライズ層５０
には、薄板１０の下面側に備えたヒートシンク３０を気
密に接合している。

【００３４】ヒートシンク３０は、それを金属から形成
した場合には、そのヒートシンク３０の表面にろう材に
濡れやすいめっきを施して、そのめっきを施したヒート
シンク３０を、薄板１０の下面のろう材に濡れやすいめ
っきを施したメタライズ層５０にろう付けしている。ま
た、ヒートシンク３０をセラミックから形成した場合に
は、ヒートシンク３０の上面に備えたろう材に濡れやす
いめっきを施したメタライズ層（図示せず）を介して、
ヒートシンク３０を薄板１０の下面のろう材に濡れやす
いめっきを施したメタライズ層５０にろう付けしたり、
又はセラミックからなるヒートシンク３０をセラミック
からなる薄板１０やメタライズ層５０と共に一体焼成し
て、そのヒートシンク３０を薄板１０の下面にメタライ
ズ層５０を介して接合したりしている。

【００３５】薄板１０には、図１に示したように、メタ
ライズ等の導体ポールからなる導体ヴィア（以下、導体
ヴィアという）７０を薄板１０を上下に貫いて備えてい
る。そして、その導体ヴィア７０を介して、内部信号線
路６０の外端と外部信号線路４０の内端とを接続してい
る。そして、パッケージ本体を構成する薄板１０の上下
面に、内部信号線路６０と外部信号線路４０とを導体ヴ
ィア７０を介して一連に接続してなる信号線路８０を備
えている。

【００３６】内部信号線路６０の外方の薄板１０の上面
周囲には、図４に示したように、メタライズからなる太
帯状のシール層９０をリング状に連続して備えている。
シール層９０には、ろう材に濡れやすいニッケルめっき
等のめっきを施している。

【００３７】キャビティ２０内に露出したヒートシンク
３０上には、図１に示したように、高速で動作させる半
導体チップ１００を搭載して、その半導体チップの電極
１０２をその周辺の内部信号線路６０の内端にワイヤ１
１０等を介して接続している。そして、半導体チップ１
００を内部信号線路６０に電気的に接続している。

【００３８】薄板１０の上面側には、図１に示したよう
な、帽子状をした金属製のキャップ１２０を備えてい
る。そして、そのキャップ１２０により、半導体チップ
１００を収容したキャビティ２０の上方を覆っている。
キャップ１２０の周囲は、薄板１０の上面周囲に備えた
ろう材に濡れやすいめっきを施したシール層９０に気密
にろう付けしている。

【００３９】以上の構成に加えて、図の半導体装置で
は、図３に示したように、外部信号線路４０の内端の周
囲径を導体ヴィア７０の下端の周囲径よりも大きく形成
している。そして、その外部信号線路４０の内端によ
り、導体ヴィア７０の下端とその周囲の薄板１０部分と
を連続して隙間なく覆っている。そして、パッケージの
焼成時に、導体ヴィア７０とその周囲の薄板１０との間
に両者の熱収縮率の差等により隙間７２が生じても、そ
の隙間７２の下端を外部信号線路４０の内端により気密
に塞ぐことができるようにしている。

【００４０】それと共に、外部信号線路４０の内端に連
なる外部信号線路４０を、その外方に向けて順に連続的
に幅狭く形成している。そして、その外部信号線路４０
の側縁を凹凸のないなだらかな形状に形成して、その外
部信号線路４０の側縁における高速信号の反射損失を少
なく抑えることができるようにしている。

【００４１】さらに、図３に示したように、外部信号線
路４０の線幅に合わせて、外部信号線路４０を囲むメタ
ライズ層５０の内周縁の間をその外方に向けて順に連続
的に幅狭く形成している。そして、そのメタライズ層５
０により、コプレナー線路構造とした外部信号線路４０
の特性インピーダンスを、外部信号線路４０の全長に亙
って５０Ω等に的確にマッチングさせている。

【００４２】図１ないし図４に示した半導体装置は、以
上のように構成していて、この半導体装置においては、
図１に示したように、ヒートシンク３０を基板１３０の
表面に設けた凹部１３２に嵌入して、パッケージ本体を
構成する薄板１０の下面を基板１３０の表面に押接可能
な状態とし、その薄板１０の下面に備えた外部信号線路
４０とメタライズ層５０とを、基板１３０の表面のコプ
レナー線路構造をした信号用接続パッド１４０とグラン
ド用接続パッド（図示せず）とにそれぞれ直接にはんだ
付け等により接続したり、基板１３０の表面に備えたコ
プレナー線路構造をしたコネクタの信号用接続パッド
（図示せず）とグランド用接続パッド（図示せず）とに
それぞれ押接等により接続したりして、基板１３０に表
面実装したり、又は薄板１０の下面に備えた外部信号線
路４０とメタライズ層５０とを、それにろう付けしたリ
ード（図示せず）を介して、基板（図示せず）の表面の
コプレナー線路構造をした信号用接続パッド（図示せ
ず）とグランド用接続パッド（図示せず）とにそれぞれ
はんだ付け等により接続して、基板に実装したりでき
る。

【００４３】なお、薄板１０と導体ヴィア７０との熱収
縮率の差等を極少に抑えて、パッケージの焼成時に、導
体ヴィア７０とその周囲の薄板１０との間に隙間があか
ないようにした場合は、外部信号線路４０の内端の周囲
径を導体ヴィア７０の下端の周囲径と同一か又はそれよ
りも小さく形成して、その外部信号線路４０の内端によ
り導体ヴィア７０の下端の全体又はその一部を覆うよう
にしても良い。

【００４４】また、パッケージの信号線路８０にさほど
高速の信号を伝えない場合は、外部信号線路４０の側縁
を凹凸のある形状に形成しても良い。

【００４５】また、薄板１０の上面周囲には、シール層
９０を備えずに、キャップ１２０を薄板１０の上面周囲
に接着剤等を用いて直接に接続しても良い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置によれば、半導体チップ収容用のパッケージの周囲に
外部信号線路用の階段面を延設する必要を無くして、半
導体装置の周囲径を小さくできる。

【００４７】また、パッケージ本体を１層等のセラミッ
クから形成して、パッケージの構造を簡易化し、パッケ
ージの製造の容易化、迅速化が図れる。それと共に、パ
ッケージ本体を薄型化して、半導体装置の丈を低く抑え
ることができる。

【００４８】また、半導体装置のパッケージ本体を構成
する薄板の下面にコプレナー線路構造をした外部信号線
路を備えて、その外部信号線路をコプレナー線路構造を
した基板の信号用接続パッドやコプレナー線路構造をし
たコネクタにその接続部分の特性インピーダンス等の高
周波特性を狂わせずに的確に接続できる。そして、その
外部信号線路と信号用接続パッドに連なるコプレナー線
路構造をした基板の信号回路やコネクタに連なるコプレ
ナー線路構造をした信号線路との間を高速信号を伝送損
失少なく効率良く伝えることが可能となる。

【００４９】また、内部信号線路の外方の薄板の上面周
囲にシール層を備えて、そのシール層にキャップを接合
した半導体装置にあっては、そのキャップをシール層を
介して薄板の上面に容易かつ的確に気密に接合できる。

【００５０】また、外部信号線路の内端の周囲径を導体
ヴィアの下端の周囲径よりも大きく形成して、その外部
信号線路の内端により導体ヴィアの下端とその周囲の薄
板部分とを覆った半導体装置にあっては、パッケージの
焼成時に、導体ヴィアとその周囲の薄板との間に隙間が
生じても、その隙間の下端を外部信号線路の内端により
気密に塞ぐことができる。そして、薄板からなるパッケ
ージ本体の気密性を的確に保持できる。

【００５１】また、外部信号線路の内端から延びる外部
信号線路をその外方に向けて順に連続的に幅狭く形成し
た半導体装置にあっては、その外部信号線路の側縁を凹
凸のないなだらかな形状に形成して、その外部信号線路
の側縁における高速信号の反射損失を少なく抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の実装状態を示す正面断面
図である。

【図２】本発明の半導体装置のパッケージ本体の底面図
である。

【図３】図２の一部拡大図である。

【図４】本発明の半導体装置のパッケージ本体の平面図
である。

【図５】従来の半導体装置の実装状態を示す正面断面図
である。

【符号の説明】

１０ 薄板 ２０ キャビティ ３０ ヒートシンク ４０ 外部信号線路 ５０ メタライズ層 ６０ 内部信号線路 ７０ 導体ヴィア ８０ 信号線路 ９０ シール層 １００ 半導体チップ １２０ キャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 隆春 長野県長野市大字栗田字舎利田711番地 新光電気工業株式会社内 (72)発明者 大橋 洋二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−125959（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251743（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/08 H01L 21/768 H01L 23/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックからなる薄板と、その薄板を
   上下に貫いて形成したキャビティと、そのキャビティを
   前記薄板の下面側から覆ったヒートシンクと、そのヒー
   トシンクの外方に露出した前記薄板の下面に備えた外部
   信号線路と、その外部信号線路を囲むようにして外部信
   号線路と所定間隔をあけて前記薄板の下面に該下面のヒ
   ートシンクとの接合領域部分を含んで広く備えたグラン
   ド用メタライズ層であって、前記外部信号線路をそのほ
   ぼ全長に亙ってコプレナー線路構造としたグランド用メ
   タライズ層と、前記薄板上面のキャビテイ周囲に備えた
   内部信号線路であって、前記グランド用メタライズ層に
   よりそのほぼ全長に亙ってマイクロストリップ線路構造
   とした内部信号線路と、前記薄板を上下に貫いて内部信
   号線路の外端と外部信号線路の内端とを接続した導体ヴ
   ィアと、前記キャビティ内に露出したヒートシンク上に
   搭載して前記内部信号線路と電気的に接続した半導体チ
   ップと、その半導体チップを収容したキャビティ上方を
   覆うようにして前記薄板の上面側に備えたキャップとを
   具有してなることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 内部信号線路の外方の薄板の上面周囲に
   シール層を備えて、そのシール層にキャップを接合した
   請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 外部信号線路の内端の周囲径を導体ヴィ
   アの下端の周囲径よりも大きく形成して、その外部信号
   線路の内端により導体ヴィアの下端とその周囲の薄板部
   分とを覆った請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 外部信号線路の内端から延びる外部信号
   線路をその外方に向けて順に連続的に幅狭く形成した請
   求項１、２又は３記載の半導体装置。