JP2633128B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2633128B2 JP2633128B2 JP3336621A JP33662191A JP2633128B2 JP 2633128 B2 JP2633128 B2 JP 2633128B2 JP 3336621 A JP3336621 A JP 3336621A JP 33662191 A JP33662191 A JP 33662191A JP 2633128 B2 JP2633128 B2 JP 2633128B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor element
- insulator
- element chip
- metal foil
- face
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- 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 - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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))。
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))。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【0011】図1(a)は、同図(b)のA部分の拡大
断面図である。
断面図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
図等である。
【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。
もに示す図である。
【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。
図である。
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)
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)
Claims (1)
- 【請求項1】 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3336621A JP2633128B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3336621A JP2633128B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05167128A JPH05167128A (ja) | 1993-07-02 |
JP2633128B2 true JP2633128B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=18301049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3336621A Expired - Lifetime JP2633128B2 (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2633128B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-19 JP JP3336621A patent/JP2633128B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05167128A (ja) | 1993-07-02 |
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