JP7036646B2 - 半導体素子用パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部接続用のピン端子を有する半導体素子用パッケージおよび半導体装置に関する。

情報が伝送される通信機器の高速化，大容量化に伴って、通信機器に実装される半導体装置における高周波化が進んでいる。半導体装置は、例えば光変調器等の光電変換素子がパッケージに封止されたものである。パッケージは、例えば、高周波信号が伝送される導体（中心導体）と、中心導体の両側に位置する接地導体とを有している（例えば特許文献１を参照）。

特開2011－015200号公報

近年、半導体素子用パッケージおよび半導体装置において、より一層の高周波化が求められている。これに対して、例えば高周波信号のクロストークノイズ低減のために、高周波信号が伝送される導体と、その両側の接地導体との距離を小さくすると、浮遊容量の増加による反射特性低下の可能性が生じる。

本発明の１つの態様の半導体素子用パッケージは、壁部分で囲まれた半導体素子の収容部を有する基体と、該基体の前記壁部分の内側面に隣接して位置する絶縁板と、前記壁部分から突出するとともに、前記絶縁板の表面に位置しているピン端子と、前記絶縁板の表面に位置しており、前記ピン端子と接続された端部を有する信号配線と、前記絶縁板の表面に、前記信号配線を挟んで、該信号配線と間隔をあけて位置している第１接地配線および第２接地配線とを備えている。また、前記第１接地配線のみが、前記ピン端子と隣り合う位置まで延在している。

本発明の１つの態様の半導体装置は、上記構成の半導体素子用パッケージと、前記収容部に収容された半導体素子とを備えている。

本発明の１つの態様の半導体素子用パッケージによれば、第１接地配線のみがピン端子と隣り合う位置まで延在していることから、クロストークノイズを低減しながら、反射特性を効果的に向上させることができる。

本発明の１つの態様の半導体装置によれば、上記構成の半導体素子用パッケージを含むことから、クロストークノイズの低減および反射特性の向上に有効な半導体装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の半導体素子用パッケージの斜視図であり、（ｂ）は本発明の実施形態の半導体装置の斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示す半導体素子用パッケージの要部を拡大して示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態の半導体素子用パッケージの要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図３（ａ）の一部をさらに拡大して示す平面図である。 本発明の実施形態の半導体装置の一部を拡大して示す平面図である。 本発明の実施形態の半導体素子用パッケージの変形例を示す平面図である。 （ａ）は実施形態の半導体装置における高周波特性を示すグラフであり、（ｂ）は比較例の半導体装置における高周波特性を示すグラフである。

本発明の実施形態の半導体素子用パッケージおよび半導体装置について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は説明上の便宜的なものであり、実際に半導体素子用パッケージおよび半導体装置が使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下の説明におけるインピーダンスは、特性インピーダンスを意味する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態の半導体素子用パッケージを上から見た斜視図であり、（ｂ）は本発明の実施形態の半導体装置の斜視図である。図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１に示す半導体素子用パッケージの要部を拡大して示す斜視図である。図３（ａ）は本発明の実施形態の半導体素子用パッケージの要部を拡大して示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面図である。図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図３（ａ）の一部をさらに拡大して示す平面図である。図５は、本発明の実施形態の半導体装置の一部を拡大して示す平面図である。図６は、本発明の実施形態の半導体素子用パッケージの変形例を示す平面図である。

実施形態の半導体素子用パッケージ10は、基本的に、半導体素子を収容する基体１と、基体１に配置された絶縁板２と、外部接続端子であるピン端子３と、半導体素子と電気的に接続される信号配線４と、信号配線の両側に位置する同一面接地導体である第１接地配線５および第２接地配線６とを有している。信号配線４、第1接地配線５および第２接地
配線６はコプレナ型の伝送線路またはマイクロストリップ線路を形成している。

基体１は、壁部分１ａで囲まれた半導体素子の収容部１ａａを有している。絶縁板２は、基体１の壁部分１ａの側面に隣接して位置している。ピン端子３は、壁部分１ａから絶縁板２の表面に突出して位置している。信号配線４は、絶縁板２の表面に位置しており、ピン端子３と接続された端部を有している。第１接地配線５および第２接地配線６は、絶縁板２の表面（図１等に示す例では上面）に、信号配線４を挟んで、信号配線４と間隔をあけて位置している。絶縁板２の表面第１接地配線５のみが、ピン端子と隣り合う位置まで延在している。

また、収容部１ａａに半導体素子11が収容されるとともに、蓋体12で収容部１ａａが封止されて半導体装置20が構成されている。搭載される半導体素子11としては、例えば半導体レーザ（レーザダイオード、ＬＤ）またはフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子、半導体集積回路素子および光センサ等のセンサ素子が挙げられる。

また、光半導体素子は、強誘電体素子であるＬＮ（ニオブ酸リチウム）による変調素子（以下、ＬＮ素子という）であってもよい。本実施形態では、半導体素子11がＬＮ素子である場合を例に挙げて説明する。光半導体素子を含む半導体装置20は、例えば光通信に用いられる光半導体装置である。例えば、ＬＮ素子に入力されたレーザ光等の光信号が電気信号に変換され、上記信号配線を通って外部電気回路に伝送される。この場合の光半導体
装置は、いわゆるＬＮ変調器であり、光ファイバを含む通信システムにおいて光電変換用の部品として用いられる。

基体１は、例えば平面視で矩形状（図１等に示す例では細長い長方形状）であり、直方体状である。直方体状の基体１の上面に凹状の収容部１ａａの開口が位置している。基体１のうち収容部１ａａを囲む部分が壁部分１ａである。半導体素子11は、例えば収容部１ａａの底面に搭載される。また、半導体素子11は、搭載用の基台（いわゆるサブマウント）を介して収容部１ａａの底面に搭載されても構わない。

また、この例における基体１は、上記光ファイバを位置決め固定するための貫通孔１ｂを有している。貫通孔１ｂは、ＬＮ素子である半導体素子11と外部との間で光信号を送受する光ファイバが配置される部分である。貫通孔１ｂに光ファイバが挿入され、その光ファイバの端部分が半導体素子11の受光部または発光部に接続される。これにより、半導体素子11（光半導体素子）と外部との間で光信号の送受が可能になる。

基体１の貫通孔１ｂは、例えば、ドリルによる孔あけ加工等により形成される。貫通孔１ｂの基体１外側開口の周囲にフェルール等を含む筒状の固定部材の一端が接合されてもよく、または貫通孔１ｂに固定部材がはめ込まれて接合されてもよい。筒状の固定部材が有する長さ方向の貫通孔内に光ファイバが挿入され、固定部材を介して光ファイバが基体１に対して位置決め固定される。

基体１は、例えば、鉄－ニッケル－クロム合金（ＪＩＳ規格のＳＵＳ304、ＳＵＳ310等）、鉄－ニッケル－クロム－モリブデン合金（ＪＩＳ規格のＳＵＳ303、ＳＵＳ316等）等のステンレス鋼、鉄－ニッケル－コバルト合金および銅－亜鉛合金等の金属材料から適宜選択された材料によって形成されている。

例えば、基体１の収容部１ａａに収容される半導体素子11が、ＬＮ素子の熱膨張係数15.4×10^－６／℃と近似している材料が選択される。すなわち、この場合には、例えば、ＳＵＳ303（熱膨張係数14.6×10^－６／℃）、ＳＵＳ304（熱膨張係数17.3×10^－６／℃）、ＳＵＳ310（熱膨張係数15.8×10^－６／℃）、ＳＵＳ316(熱膨張係数16.0×10^－６／℃)等の鉄－ニッケル－クロム合金、鉄－ニッケル－クロム－モリブデン合金の金属材料が、基体１を作製する材料として選択される。この基体１の収容部１ａａにＬＮ素子を収容して半導体装置（光電変換装置）とした場合、基体１と半導体素子11との熱膨張係数が近似する。そのため、半導体素子11が作動した際に発生する熱、または半導体素子11を基体１に実装するときに加えられる熱等によって生じる熱応力が低減される。したがって、熱応力による半導体素子11の基体１からの剥がれ等の可能性を効果的に低減することができる。

基体１は、基体１を形成する金属材料の原材料に、圧延、打ち抜き、放電、切削および研磨等の金属加工法から適宜選択した加工を施すことによって製作することができる。この場合、基体１は、収容部１ａａの底面を含む板状の部分と、板状の部分の上面の外周に位置する枠状の部分（壁部分１ａ）とを別々に作製した後、これらを互いに接合させる方法で製作しても構わない。板状の部分と枠部状の部分とは、例えば、ろう材を介した接合等の接合法で接合させることができる。

また、基体１は、その露出表面にニッケルおよび金等のめっき層を被着させてもよい。金めっき層等によって、基体１の酸化の抑制およびろう材の濡れ性向上等の効果を得ることができる。一例を挙げれば、厚さ0.5～９μｍのニッケル層と厚さ0.5～９μｍの金層とが、順次電気めっき法等のめっき法により基体１の表面に被着される。これによって、基体１が酸化腐食するのを抑制することができる。また、基体１に対するコネクタ３等の接合（詳細は後述）を容易で強固なものとすることができる。

なお、基体１は、全体的に一体成形されたものでもよい。この一体成形の方法としては材料の原材料に上記のような金属加工を施す方法が挙げられる。基体１が全体的に一体成型されたものである場合は、上記板状の部分と枠状の部分との境界部分における機械的な強度の向上およびこれらの位置精度の向上等の点において有利である。

ピン端子３および信号配線４は、半導体素子11を外部電気回路と電気的に接続する導電路の一部として機能する。すなわち、収容部１ａａの底面に搭載される半導体素子11と信号配線４とが、後述するボンディングワイヤ13等の導電性接続材によって互いに電気的に接続される。半導体素子11に送受される電気信号は、端部がピン端子３と接続されている配線導体４とピン端子３との間で送受される。ピン端子３のうち壁部分１ａよりも外側に位置する部分が外部電気回路と電気的に接続されれば、ピン端子３およぶ信号配線４を介して半導体素子11と外部電気回路とが互いに電気的に接続される。これにより、半導体素子11と外部電気回路との間で電気信号の送受が行なわれるようになる。

半導体素子11がＬＮ素子等の光電変換素子であるときには、伝送される電気信号は、例えば約10～65ＧＨｚの高周波信号である。高周波信号が伝送される伝送線路においては、インピーダンス整合の精度向上が必要であり、また、外部との間で電磁ノイズの低減が必要である。

第１接地配線５および第２接地配線６は、上記のように、信号配線４とともにコプレナ型の伝送線路を構成する部分であり、この伝送線路における、いわゆる同一面接地導体として機能する。第１接地配線５および第２接地配線６により、信号配線４と外部との間の電磁ノイズを低減することができる。また、第１接地配線５および第２接地配線６と信号配線４との間に生じる容量成分により、信号配線４のインピーダンスを低く抑えて、伝送線路全体におけるインピーダンス整合を図ることもできる。

実施形態の半導体素子用パッケージ10においては、第１接地配線５および第２接地配線６のうち、第１接地配線５のみが、信号配線４と隣り合う位置から、ピン端子３と隣り合う位置まで延在している。言い換えれば、信号配線４を線幅方向に挟む一対の同一面接地導体のうち一方のみが、ピン端子３に隣り合うような寸法で形成されている。つまり、この一方の同一面接地導体を第１接地配線５とし、他の同一面接地導体を第２接地配線６とした構成ということもできる。

第１配線５のピン端子３と隣り合う延在部分は、図２および図３等に示されているように、壁部分１ａに接する部分まで延びていてもよい。第１接地配線５が壁部分１ａに接し、互いに電気的に接続されている場合には、壁部分１ａを含む基体１が接地電位であってもよい。これにより、第１接地配線５における接地電位をより安定させることができる。そのため、信号配線４に対する電磁ノイズの遮蔽効果およびインピーダンス整合効果を高めて、信号配線４の伝送特性等を向上させることができる。

すなわち、上記構成の場合には、第１接地配線５がピン端子３と隣り合う位置まで延びているため、信号配線４から、信号配線４とピン端子３との接続部分およびピン端子３のうち壁部分１ａの内側に位置する部分にかけて、伝送線路に効果的に容量成分を付与できる。また、この伝送線路の全体において、電磁ノイズを低減して、（複数の信号配線４が配列されるとき等の）クロストークノイズを低減することができる。

また、上記構成の場合には、第２接地配線６がピン端子３に隣り合う部分には位置していない。言い換えれば、ピン端子３の部分においては、同一面接地導体から付与される容量成分が、信号配線４に比べて小さく抑えられている。そのため、伝送線路のうちピン端
子３部分でインピーダンスが小さくなり過ぎる可能性が効果的に低減されている。

すなわち、実施形態の半導体素子用パッケージ10では、第１接地配線５により最低限必要な容量成分を得るとともにクロストークノイズ等の電磁ノイズを低減しながら、第２接地配線６による容量成分を低減して、線路導体４のインピーダンス整合の精度を向上させることができる。したがって、実施形態の半導体素子用パッケージ10によれば、クロストークノイズを低減しながら、反射特性を効果的に向上させることが容易な半導体素子用パッケージを提供することができる。

なお、第１接地配線５および第２接地配線６は、例えば図５に示す例のように、実施形態の半導体素子用パッケージ10を含む半導体装置20において、半導体素子11（ＬＮ素子）の接地電極と電気的に接続されていてもよい。この場合には、ＬＮ素子の接地電極に対して、より安定した接地電位を付与して、ＬＮ素子の動作を効果的に安定させることもできる。

第１接地配線５および第２接地配線は、絶縁板２の厚み方向の少なくとも一部貫通する貫通導体７と接続されていてもよく、貫通導体７によって、絶縁板２の内部または下面に位置する接地導体層（図示せず）と電気的に接続されていてもよい。接地導体層は、例えば、平面視における面積が第１接地配線５および第２接地配線６を合わせた面積よりも大きい導体層である。接地導体層との電気的な接続により、第１接地配線５および第２接地配線６の接地電位を安定させることができる。

信号配線４、第１接地配線５、第２接地配線６、貫通導体７および接地導体層といった導体部分は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属材料によって形成されている。信号配線４、第１接地配線５および第２接地配線６は、このような金属材料の合金材料からなるものでもよく、複数の金属層が互いに積層されたものでもよい。複数の金属層は、互いに異なる種類の金属材料からなるものでもよく、互いに異なる厚みを有するものでもよい。また、上記導体部分は、セラミック粒子またはガラス粒子等の粒子を微量含有するものでもよい。

信号配線４、第１接地配線５および第２接地配線６は、例えば、タングステンからなる場合であれば、次のようにして形成することができる。まず、タングステン等の金属材料の粉末を有効溶剤およびバインダ等とともに混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストを絶縁板２となるグリーンシートの表面にスクリーン印刷法等の方法で所定パターンに印刷する。その後、この金属ペーストとグリーンシートとを同時焼成する。以上の工程によって、タングステン等のメタライズ層が配線導体として配置された絶縁板２を製作することができる。

信号配線４、第１接地配線５および第２接地配線６は、上記のメタライズ層の露出表面にニッケルおよび金等のめっき層がさらに設けられたものでもよい。めっき層によって、配線導体22の酸化等が抑制され、信頼性が向上する。また、ろう材またはボンディングワイヤ等の接続性（ろう材の濡れ性またはボンディング性等）の特性が向上する。

なお、上記導体部分は、互いに同じ材料からなるもの、または互いに同じ厚みのものである必要はなく、互いに異なる材料からなるものでもよく互いに異なる厚みのものでもよい。

絶縁板２は、収容部１ａａ内に上記信号配線４を、他と電気的に絶縁させた状態で位置決めして配置するための部材として機能する。絶縁板２は、例えば平面視で四角形状（図２等に示す例では長方形状）の平板状の部材である。なお、絶縁板２の形状および寸法は
、絶縁板２の用途または収容部１ａａの形状および寸法等に応じて適宜設定されて構わない。また、絶縁板２は、平板状でもよく、上面、下面および側面等の外表面に、段状の部分または湾曲した部分等を有していてもよい。

なお、この実施形態では、基体１は、収容部１ａａの底面に位置する台座１ｃを有している。台座１ｃは、基体１のうち収容部１ａａ内に段状の搭載部（絶縁板２が搭載される部位）を設ける機能を有する部分である。また、この実施形態では、台座１ｃから壁部分１ａの一部を構成する壁状の部分が上方向に伸びるように設けられている。台座１ｃおよび壁部分１ａのうち台座１ｃ上に位置する部分は、収容部１ａａの底面を含む平板状の部分（符号なし）とともに基体１を構成している。

絶縁板２は、壁部分１ａから収容部１ａａ内に突出しているピン端子３との接続が容易な位置に信号配線４を位置させるために、壁部分１ａの側面（収容部１ａａ内に位置する面であり、内側面）に隣接して位置している。絶縁板２と壁部分１ａとの間の距離は、例えば約数十～数百μｍ程度またはそれ以下に設定される。また、絶縁板２と壁部分１ａとが互いに接していてもよい。また、壁部分１ａの収容部１ａａ側の側面に横方向に溝状の凹みを設け、この凹み内に絶縁板２の端部分を差し込むようにしてもよい。

また、絶縁板２は、例えば図２に示す例のように、収容部１ａａの底面においても基体１と接しているものでも構わない。この例では、基体１のうち収容部１ａａの底面と内側面との間の隅部分に絶縁板２が接合されている。絶縁板２と基体１との接合は、例えば、銀ろう等のろう材により（つまり、ろう付けにより）行なわれる。絶縁板２のうち基体１にろう付けされる部分には、あらかじめ下地金属層（図示せず）を設けておいてもよい。下地金属層は、例えば信号配線４等の導体部分と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。

絶縁板２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁板２は、このようなセラミック焼結体を含む複数の絶縁層によって形成されているものでもよい。絶縁層の層数は、絶縁板２の所定の寸法および機械的な強度等の条件に応じて適宜設定される。

絶縁板２（絶縁層）は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、以下のようにして作製される。まず、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、有機溶剤、可塑剤，分散剤等を添加混合してスラリーを作製する。次に、このスラリーをドクターブレード法等のシート成型技術によって帯状等のセラミックグリーンシートに成形する。次に、このセラミックグリーンシートを所定の形状および寸法に切断することによって複数枚のグリーンシートを得る。 その後、これらのセラミックグリーンシートを必要に応じて複数枚積層し、約1300～1600℃の温度で焼成する。これによって、絶縁板２を製作することができる。

ピン端子３は、絶縁板２の壁部分１ａ側の端部において、上記絶縁板２の上面に位置する信号配線４と接続されている。ピン端子３は、前述したように信号配線４とともに高周波信号の伝送線路を構成している。ピン端子３は、例えばスズ－銀、スズ－銀－銅等のはんだ、または導電性接着剤等の導電性接続材（図示せず）に接続されていてもよい。

ピン端子３は、外部接続のため、収容部１ａａと反対側の端部分が壁部分１ａの外側に位置している。この場合、壁部分１ａの内外を貫通する貫通孔（符号なし）があり、この貫通孔にピン端子３が挿入されていてもよい。ピン端子３と貫通孔の内面との間に隙間が
生じるときには、ガラスまたは金属材料（ろう材）等で隙間を塞いで、収容部１ａａ内の気密性を確保する。

ピン端子３は、例えば細長い円柱状（線状）であり、長さが1.5～22ｍｍ、直径が0.1～0.5ｍｍである。ピン端子３は、鉄－ニッケル－コバルト合金または鉄－ニッケル合金等
の金属材料からなる。例えば、ピン端子３が鉄－ニッケル－コバルト合金からなる場合は、この合金の原材料に打ち抜き、圧延、研磨およびエッチング等の金属加工方法から適宜選択した加工を施すことによって、ピン端子３を製作することができる。

なお、ピン端子３は、その直径が0.1ｍｍより大きい（0.1ｍｍ超である）場合には、曲がり等の変形の抑制に対して有効である。これによって、ピン端子３部分におけるインピーダンスの制御を容易で精度の高いものとすることができる。またピン端子３の直径が0.5ｍｍ以下であれば、貫通孔の径を小さく抑えること等において有利であり、半導体装置20の小型化等に対して有効である。

なお、上記構成の半導体素子用パッケージ10において、第２接地配線６のうち壁部分１ａ側の端部分は、例えば図３（ａ）に示すように、信号配線４のうちピン端子３との接続部分の境界に位置しているが、これより多少、壁部分１ａに近くてもよく、遠くてもよい。この位置のずれは、例えばピン端子３の接続時の作業および第２接地配線６となる金属ペーストの印刷精度等に応じた距離であり、例えば数十μｍ程度である。

また、第１接地配線５および第２接地配線６それぞれと、信号配線４およびピン端子３との平面視における距離は、高周波信号の伝送線路におけるインピーダンス整合等を考慮して適宜設定することができる。例えば、伝送される信号が約40ＧＨｚの高周波信号であり、信号配線４の線幅が約30～300μｍであり、ピン端子３が直径約0.3ｍｍであるときに、次のように設定してもよい。すなわち、それぞれ平面視において、第１接地配線５と信号配線４との間の距離を約10～100μｍ、第１接地配線５とピン端子３との間の距離を約100～400μｍとしてもよい。また、第２接地配線６と信号配線４との間の距離を約10～100μｍとしてもよい。第１接地配線５および第２接地配線６と信号配線４との間の距離は、互いに同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。

また、例えば図３（ａ）等に示すように、第１接地配線５は、信号配線４に隣り合う部分からピン端子３に隣り合う部分にかけて、これらとの間の距離が段階的に大きくなるものでもよい。この場合、例えば信号配線４とピン端子３とを接続する上記導電性接続材による信号配線４とピン端子３との電気的な短絡の可能性を効果的に低減することができる。また、ピン端子３が隣接することによる静電容量の増加分を相殺し、信号配線４のインピーダンス変化を効果的に抑制することができる。そのため、電気信号の伝送に関して半導体素子用パッケージ10の信頼性を向上させることができる。

前述したように、上記構成の半導体素子用パッケージ10と、収容部１ａａに収容された半導体素子11とによって、実施形態の半導体装置20が基本的に構成されている。半導体素子11は、上記のようにＬＮ素子等の光半導体素子を含む半導体素子である。半導体素子11は、接合材を介して収容部底面に直接に搭載されてもよく、サブマウントを介して搭載されてもよい。この接合材は、例えばスズ－銀等の低融点ろう材、金－シリコン（Ａｕ－Ｓｉ）接合材、樹脂系接着剤およびガラス等の接合材から適宜選択した接合材である。例えば、金－シリコンのペーストまたはフィルム等を介して収容部１ａａ底面に半導体素子11を位置決めして載せ、これらを加熱することで、収容部１ａａ底面に半導体素子11を接合し、固定することができる。

収容部１ａａに収容された半導体素子11は、信号用および接地用等の電極が、ボンディ
ングワイヤ13等によって信号配線４、第１接地配線５および第２接地配線６の、それぞれ対応する配線に電気的に接続される。

また、壁部分１ａの上面に蓋体12が接合されて、収容部１ａａの上側の開口が塞がれる。壁部分１ａの上面と蓋体12との接合は、例えば例えば、金－スズ（Ａｕ－Ｓｎ）合金はんだ等の低融点ロウ材を介した接合法により行なわれる。また、蓋体12と基体１上面との接合は、ＹＡＧ（イットリウム－アルミニウム－ガーネット）レーザ溶接、抵抗溶接等の溶接法により行なわれてもよい。

また、ＬＮ素子（半導体素子11）に光信号を伝送するための光ファイバが半導体装置20に含まれるときには、貫通孔１ｂに光ファイバ等が挿入され、固定される。この光ファイバの端部分がＬＮ素子等の半導体素子11の受光部または発光部に接続される。これにより、半導体素子11と外部との間で光信号の送受が可能になる。光ファイバは、フェルールを含む筒状の部材を介して、貫通孔１ｂ内に位置する基体１表面に接合されてよい。この接合は、低融点ろう材を含む各種の接合材により行なうことができる。

また、上記実施形態の半導体素子用パッケージ10および半導体装置20において、それぞれ２つ以上のピン端子３および信号配線４が、壁部分１ａの側面に沿って互いに並んで位置していてもよい。また、このときに、互いに隣り合う２つの信号配線４の間において互いに隣り合って位置する２つ以上の第１接地配線５があってよい。すなわち、それぞれ１つの信号配線４およびピン端子３と、それに隣り合う１つの第１接地配線５とを一組の伝送線路の一部と見たときに、１つの伝送線路に含まれる信号線路４に対する第１接地配線５の位置が、その隣の伝送線路に含まれる信号配線４に近い側であってもよい。言い換えれば、２つの第１接地配線５が、互いに隣り合う位置にあってもよい。

この場合には、２つの第１接地配線５が隣り合う側において、信号配線４に対するクロストークノイズ等の電磁ノイズを効果的に低減することができる。例えば、互いに隣り合う２つの信号配線４が異なる高周波信号であり、一方の信号配線の電磁ノイズの放射が他方の信号配線に影響を与える可能性がある場合に、クロストークノイズの低減による伝送特性向上の効果を高めることができる。

また、上記実施形態の半導体素子用パッケージ10および半導体装置20において、２つ以上の第１接地配線５があるときに、互いに隣り合う２つの第１接地配線５が、絶縁板２のうち壁部分１ａと反対側の外周部分において合流して１つの接地層５Ａになっていてもよい。

この場合には、第１接地配線５を含む接地層５Ａの平面視における面積をより大きくすることができ、第１接地配線５の接地電位を効果的に安定させることができる。このような場合には、信号配線４におけるクロストークノイズ等の電磁ノイズの影響を効果的に低減することができる。そのため、伝送線路の伝送特性向上に有利な半導体素子用パッケージ10および半導体装置20とすることができる。

また、この例には、ピン端子３から比較的離れた位置で第１接地配線５の線幅（接地面）を比較的広くした例とみなすこともできる。ピン端子３から比較的遠い位置では、ピン端子３の接続などによるインピーダンス不整合の影響の可能性が低減され、共振が起きにくい。そのため、信号配線４と接地配線５の関係性を重要視することよりも、接地面積を大きくしグランド強化することにより高周波信号の伝送特性を向上させることができる。

なお、前述したように、平面視における第１接地配線５の延在部分とピン端子３との間の距離、ならびに第１接地配線５および第２接地配線６のそれぞれと信号配線４との間の
距離は適宜設定することができるが、第１接地配線５の延在部分とピン端子３との間の距離が、第１接地配線５および第２接地配線６のそれぞれと信号配線４との間の距離以上であるときには、次のような点で有利である。

すなわち、この場合には、上記のように接合材による信号配線４およびピン端子３と第１接地配線５との電気的な短絡の可能性低減の効果に加えて、ピン端子３の接合によるインピーダンス整合の影響をコントロールすることが容易となる。

また、上記実施形態の半導体素子用パッケージ10および半導体装置20において、例えば図６に示すように、絶縁板２が、壁部分１ａに隣接した部分において表面（上面）から側面に沿って伸びる溝部８を有していてもよい。また、第１接地配線５の壁部分１ａ側の端部が溝部内まで延在していてもよい。この場合には、溝部８内に位置する第１接地配線５により、隣接する信号配線４からのクロストークノイズなどの電磁ノイズをより効果的に低減することができる。 図６に示す変形例においても、図１～図５と同様の部分には同
様の符号を付している。

次に、図１～図５に示す実施形態の半導体装置20および比較例の半導体装置（図示せず）における高周波特性に関するシミュレーション結果について、図７（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。

図７（ａ）は、上記実施形態の半導体装置における高周波特性を示すグラフであり、（ｂ）は比較例の半導体装置における高周波特性を示すグラフである。比較例の半導体装置は、基本的に上記実施形態の半導体装置20と同様の構成であり、ピン端子が接続している信号配線を挟んで２つの接地配線が位置している構造等を備えている。比較例の半導体装置では、信号配線を挟む２つの接地配線の両方が、ピン端子と隣り合う位置まで延在している。すなわち、絶縁板2の上面において、信号配線とピン端子とを含む高周波信号の伝送線路のほぼ全長にわたって、同一面接地導体が位置している。

シミュレーション条件は、以下のとおりとした。すなわち、信号配線４と第１接地配線５および第２接地配線６とのそれぞれの隣接間隔を250μｍとし、信号配線４とピン端子
３とを電気的に接続するためにピン端子３の平面視における壁部分１ａからの突出長さを350μｍとして、それぞれ設定した。シミュレーションは、Ｓパラメータにより、Ｓ11、
Ｓ33、Ｓ55に関して行ない、50ＧＨｚ以下の周波数（Frequency）における周波数に対す
る反射損失（Return Loss）の変化をシミュレータにより解析し、グラフ化した。

シミュレーションの結果、図７に示すように、実施形態の半導体装置20（およびこれを構成する半導体素子用パッケージ10）における高周波特性向上の効果を確認することができた。例えば10～50ＧＨｚの高周波信号に対して、実施形態の半導体装置10は比較例の半導体装置よりも反射損失が小さく、信号を良好に伝送できることがわかる。また、反射損失が－20ｄＢを一つの基準とすると、実施形態では45ＧＨｚ程度まで対応可能であるが、比較例では30ＧＨｚ程度までしか対応できていない。これにより、本実施形態ではより高周波回路に対して有効な装置であることがわかる。

なお、本発明は、以上の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々の変更は可能である。例えば、壁部分１ａと反対側の端部において、第１接地配線５と第２接地配線６とが合流して１つの接地層になっていてもよい。また、複数の第１接地配線５および複数の第２接地配線６が１つの接地層になっていてもよい。

また、ピン端子３は、基体１（壁部分１ａ等）を貫通して、基体１の外表面まで電気的に導出されたものでもよい。これにより、信号配線４のピン端子３を介した外部電気回路
との電気的な接続が容易になる。

１・・基体
１ａ・・壁部分
１ａａ・・収容部
１ｂ・・貫通孔
１ｃ・・台座
２・・絶縁板
３・・ピン端子
４・・信号配線
５・・第１接地配線
５Ａ・・接地層
６・・第２接地配線
７・・貫通導体
８・・溝部
10・・半導体素子用パッケージ
11・・半導体素子
12・・蓋体
20・・半導体装置

Claims (6)

1. 壁部分で囲まれた半導体素子の収容部を有する基体と、
   該基体の前記壁部分の内側面に隣接して位置する絶縁板と、
   前記壁部分から突出するとともに、前記絶縁板の表面に位置するピン端子と、
   前記絶縁板の表面に位置しており、前記ピン端子と接続された端部を有する信号配線と、前記絶縁板の表面に、前記信号配線を挟んで、該信号配線と間隔をあけて位置している第１接地配線および第２接地配線とを備えており、
   前記第１接地配線のみが、前記ピン端子と隣り合う位置まで延在している半導体素子用パッケージ。
2. それぞれ２つ以上の前記ピン端子および前記信号配線が、前記壁部分の前記内側面に沿って互いに並んで位置しており、
   互いに隣り合う２つの前記信号配線の間において互いに隣り合って位置する２つ以上の前記第１接地配線を備えている請求項１記載の半導体素子用パッケージ。
3. 互いに隣り合う２つの前記第１接地配線が、前記絶縁板のうち前記壁部分と反対側の外周部分において合流して１つの接地層になっている請求項２記載の半導体素子用パッケージ。
4. 平面視において、前記第１接地配線の延在部分と前記信号配線の前記端部との間の距離が、前記第１接地配線および前記第２接地配線のそれぞれと前記信号配線のうち前記第１接地配線および前記第２接地配線で挟まれた部分との間の距離以上の大きさである請求項１～請求項３のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージ。
5. 前記絶縁板が、前記壁部分に隣接した部分において前記表面から前記内側面に沿って伸びる溝部を有しており、
   前記第１接地配線の前記壁部分側の端部が前記溝部内まで延在している請求項１～請求項４のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージ。
6. 請求項１～請求項５のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージと、
   前記収容部に収容された半導体素子とを備える半導体装置。

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