特許 6927850 接合構造および半導体パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6927850

(24)【登録日】2021年8月10日

(45)【発行日】2021年9月1日

(54)【発明の名称】接合構造および半導体パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/04 20060101AFI20210823BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20210823BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/04 E

   H01L23/12 K

   H01L23/04 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-208061(P2017-208061)

(22)【出願日】2017年10月27日

(65)【公開番号】特開2019-80018(P2019-80018A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】森 隆二

(72)【発明者】

【氏名】谷口 雅彦

【審査官】 井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０５３８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３１６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７０８６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

端部を有する金属端子と、
該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、
銀を含有する金属粒子を含んでいるとともに、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備え、
前記金属端子の前記端部と前記線路導体との接合界面に沿って空隙が位置している接合構造。

【請求項2】

前記接合材が、互いに接合した銀粒子を含んでいる請求項１記載の接合構造。

【請求項3】

前記金属端子が、前記線路導体から離れた先端を有しており、
前記接合材が前記金属端子の前記先端において外側に凸状である請求項１または請求項２記載の接合構造。

【請求項4】

前記接合材の体積抵抗率が、５〜１０μΩ・ｃｍである請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の接合構造。

【請求項5】

第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面側に位置する線路導体と、
前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端部を有する金属端子と、
金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備えており、
前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の接合構造を有している半導体パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リード端子と線路導体との間に介在する接合材を含む接合構造および半導体パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

光半導体素子等の半導体素子が実装される半導体パッケージとして、半導体素子が実装される基板と、基板に固定されたリード端子とを備えるものが知られている。基板に対する半導体素子の実装およびリード端子の固定は、例えば、誘電体基板等の絶縁性部材を介して行なわれる。

【0003】

この場合、半導体パッケージにおいて、誘電体基板に、金−スズまたはスズ−銀等のろう材を介して信号端子が接合されて、固定されている。信号端子は金属製のリードピン端子等である。誘電体基板の表面のうちろう材が接合される部分には金属層があらかじめ設けられる（例えば特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第2017／033860号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体パッケージにおいて、信号端子と基板との機械的な接続の信頼性の向上、電気的な接続における直流抵抗の低減およびインピーダンス整合の容易さの向上が求められている。また、そのような半導体パッケージの構成が容易な接合構造が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一つの態様の接合構造は、端部を有する金属端子と、該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、銀を含んでいるとともに、前記金属端子の前記端部と前記線路導
体との間に介在している接合材とを備え、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との接合界面に沿って空隙が位置している。

【0007】

本発明の一つの態様の半導体パッケージは、第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に位置する線路導体と、前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端部を有する金属端子と、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備えており、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の接合構造を有している。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一つの態様の接合構造によれば、金属端子と線路導体との機械的な接続強度の向上、電気的な接続における直流抵抗の低減およびインピーダンス整合の容易さの向上に有効な接合構造を提供することができる。

【0009】

本発明の一つの態様の半導体パッケージによれば、上記構成の接合構造を含むことから、信号端子と基板との電気的な接続における直流抵抗が低減されているとともにインピーダンス整合も容易な半導体パッケージを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態の接合構造を示す断面図である。

【図2】図１のＡ部分を拡大して示す断面図である。

【図3】図１のＢ部分を拡大して示す断面図である。

【図4】（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の反対側から見た斜視図である。

【図5】（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

【図6】本発明の他の実施形態の接合構造における要部を拡大して示す断面図である。

【図7】本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。

【図8】本発明の他の実施形態の接合構造の要部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態の接合構造および半導体パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の接合構造を示す断面図であり、図２は、図１のＡ部分を拡大して示す断面図であり、図３は、図１のＢ部分を拡大して示す断面図である。また、図４（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の反対側から見た斜視図である。また、図５（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

【0012】

本発明の実施形態の接合構造Ｃは、端部１ａを有する金属端子１と、線路導体２と、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に介在している接合材３とを有している。接合材３によって金属端子１の端部１ａと線路導体２とが互いに接合されている。接合材３は導電性を有するものであるときに、接合材３を介して金属端子１と線路導体２とが互いに機械的および電気的に接続されている。接合材３は、その体積抵抗率が５〜１０μΩ・ｃｍである。また、この実施形態においては、金属端子１の端部１ａと接合材３との接合界面に沿って空隙４が位置している。

【0013】

この接合構造Ｃは、例えば外部接続用の金属端子１と、半導体素子と電気的に接続される線路導体２と、金属端子１および線路導体２が所定の位置関係で配置される基板５を含む半導体パッケージにおける、金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合に用いられる。本発明の実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１と、線路導体２と、金属端子１と線路導体２との間に介在している接合材３と、金属端子１および線路導体２が配置されている基板５とを有し、さらに、金属端子１と線路導体２との間に上記実施形態の接合構造Ｃを有している。

【0014】

また、図４および図５に示す例において、半導体パッケージ10は、さらに、線路導体２が実際に配置されて基板５に固定されている絶縁板６と、絶縁板６に接合されているサブマウント７とを有している。基板５は、第１面５ａおよび第１面と反対側の第２面５ｂを有し第１面５ａと第２面５ｂとの間で基板５を厚み方向に貫通している貫通孔５ｃとを有している。リード端子１は、第２面５ｂから第１面５ａにかけて、貫通孔５ｃ内を通って基板５を貫通している。リード端子１の端部１ａは第１面５ａ側に位置している。基板５の第１面５a側に絶縁板６が位置し、これにより基板５の第１面５ａ側に線路導体２が配
置されている。この、基板５の第１面５ａ側で、上記構成の接合構造Ｃを介して金属端子１の端部１ａと線路導体２とが互いに接合されている。

【0015】

この半導体パッケージ10は、例えば、光半導体素子等の半導体素子（図示せず）を気密封止するものである。半導体素子は、絶縁板６に搭載されるとともに線路導体２と電気的に接続される。基板５の、半導体素子が搭載された第１面５ａ側が金属製ケース（ＣＡＮ
）（図示せず）で封止されれば、いわゆるＴＯ（Transistor Outline）−ＣＡＮ型の半導体パッケージ10が形成される。半導体素子が光半導体素子であるときには、光信号の入出力用の開口を有する金属ケースが用いられる。

【0016】

実施形態の接合構造Ｃにおいて、金属端子１は、例えば上記のような半導体パッケージ10における外部接続用の導電路としての機能を有する。この場合、金属端子１は、細長い帯状または棒状等のリード（ピン）端子である。金属端子１は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金または銅を含む合金材料等の金属材料からなる。金属端子１は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合は、鉄−ニッケル−コバルト合金このインゴット（塊）に圧延加工、打ち抜き加工、切削加工およびエッチング加工等から適宜選択した金属加工を施すことによって製作することができる。

【0017】

金属端子１は、例えば図４および図５に示す例のように、複数の金属端子１が並んで基板５に固定されるものでもよい。図４および図５に示す例では、信号伝送用の一対の金属端子１が基板５を貫通して配置されている。それぞれの金属端子１は、基板５の第１面５ａ側に位置する端部１ａを有している。

【0018】

なお、図４および図５に示す例では、一対の金属端子１と並んで、接地端子８が配置されている。接地端子８は、金属端子１と同様の金属材料を用い、同様の方法で製作することができる。半導体パッケージ10における金属端子１および接地端子８の構成および機能の詳細については後述する。

【0019】

金属端子１は、例えば、長さが1.5〜22ｍｍで直径が0.1〜１ｍｍの線状である。信号伝送用の場合、一対の金属端子１の機械的強度、特性インピーダンス（以下、単にインピーダンスという）のマッチングおよび半導体パッケージ10としての小型化等を考慮すれば、それぞれの金属端子１の直径は0.15〜0.25ｍｍとする。金属端子１の直径が0.15ｍｍ以上であれば、例えば半導体パッケージ10の取り扱い時における金属端子１の曲がり等を抑制することが容易であり、作業性の向上等において有利である。また、金属端子１の直径が0.25ｍｍ以下であれば、金属端子１が貫通する貫通孔５ｃの径を小さく抑えることができるため、基板５の小型化、つまりは半導体パッケージ10の小型化に対して有効である。

【0020】

線路導体２は、例えば、半導体パッケージ10における半導体素子接続用の導体として機能を有している。半導体素子と線路導体２との電気的な接続は、ボンディングワイヤまたははんだ等の低融点ろう材を介して行なわれる。ボンディングワイヤの場合であれば、ボールボンド法等のボンディング法によって半導体素子（電極）と線路導体２とに順次、金ワイヤまたはアルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤを接合することにより、半導体素子を線路導体２に電気的に接続させることができる。この線路導体２と金属端子１とが接合材３を介して互いに接合されて、半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路が構成される。

【0021】

前述したように、線路導体２は、例えば絶縁板６の表面に形成されている。この絶縁板６が基板５の第１面５ａ側に固定されて、線路導体２が基板５の第１面５ａ側に位置している。この第１面５ａ側において、線路導体２に金属端子１の端部１ａが位置し、後述する接合材３を介して両者が互いに接合されている。

【0022】

線路導体２は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料から適宜選択された金属材料またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。線路導体２は、メタライズ層、めっき層および薄膜層等の形態で形成することができる。線路導体２は、前述したように絶縁板６に形成されたものであり、金、銅、ニッケル、銀等の薄膜層を含む
ものであるときには、チタン、クロム、タンタル、ニオブ、ニッケル−クロム合金、窒化タンタル等の密着金属層をさらに含むものでもよい。密着金属層は、絶縁板６と薄膜層との間に位置し、線路導体２の絶縁板６に対する密着性を向上させる機能を有する。

【0023】

線路導体２の厚みは、例えば電気抵抗の低減および内部応力の抑制等を考慮して、0.1
〜５μｍ程度に設定される。また、密着金属層の厚みは、絶縁板６に対する密着性の向上および内部応力の抑制等を考慮して、0.01〜0.2μｍ程度に設定される。なお、線路導体
２は、密着金属層と薄膜層との間に、両者の相互拡散を抑制する拡散抑制層をさらに含んでいてもよい。拡散抑制層は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、チタン−タングステン合金等の金属材料により形成することができる。拡散抑制層の厚みは、例えば上記の相互拡散の抑制および線路導体２における電気抵抗の抑制等を考慮して、約0.05〜１μｍに設定される。

【0024】

また、線路導体２は、メタライズ法によって絶縁板６の表面に配置されたものであるときには、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、白金およびパラジウム等の金属材料から適宜選択された金属材料を含んでいて構わない。この場合には、例えば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁板６と焼成することによって線路導体２を形成することができる。

【0025】

絶縁板６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、窒化ケイ素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ス絶縁材料によって形成されている。絶縁板６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、次のようにして製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1300〜1600℃の所定温度で焼成する。以上の工程によって絶縁板６を製作することができる。

【0026】

線路導体２がタングステン等のメタライズ層からなる場合には、メタライズ層（線路導体２）用の金属ペーストを絶縁板６となるグリーンシートの表面に所定パターンに印刷し、同時焼成する製造方法を用いてもよい。この場合には、絶縁板６と線路導体２とを一体的に製作することができる。そのため、線路導体２と絶縁板６との接合の強度および生産性等の向上に関しては有効である。

【0027】

金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に介在している接合材３は、銀を含む金属材料からなる金属粒子を含有している。金属粒子における銀以外の金属材料としては、銅、金およびパラジウム等の金属材料またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料等を挙げることができる。金属粒子同士が互いに金属結合によって結合し合い、接合材３としてまとまった形状になっている。また、この金属粒子が金属端子１および線路導体２それぞれに含有されている金属成分と結合し合っている。これにより、金属端子１と線路導体２との接合材３を介した接合が行なわれている。

【0028】

接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合は、例えば次のようにして行なわれる。まず、銀等の上記金属材料の粒子（実際には多数の粒子の集合物）を有機溶剤およびバインダとともに混練してペーストを作製する。次に、このペーストを間に挟んで金属端子１の端部１ａを線路導体２の所定部位に位置合せし、ジグ等で仮固定する。その後、これらを電気炉等で加熱してペースト中の金属粒子同士を結合させる。このときに、バインダ成分間の重合等が生じるようにしてもよい。すなわち、接合材３は、金属粒子間の金属
結合に加えて、有機成分の重合体による接合の作用を含んでいてもよい。上記バインダ成分を含有するペーストによる接合の温度は、例えば約200〜300℃に設定される。

【0029】

接合材３は、銀を含有する金属粒子を含んでいる。なお、説明で参照する各図において、金属粒子は粒径が小さいため図示を省略している。また、接合材３は、その体積抵抗率が５〜10μΩ・ｃｍである。この接合構造Ｃによれば、接合材３の体積抵抗率が５〜10μΩ・ｃｍ（５〜10×10^−８Ω・ｍ）であり、比較的小さいため金属端子１と線路導体２との電気的な接続における直流抵抗（以下、単に抵抗という）の低減に有効である。また、上記の体積抵抗率（以下、単に抵抗率ともいう）が適度に大きいため金属端子１と線路導体２との電気的な接続における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。また、接合材３が銀を含有する金属粒子を含んでいるため、信号端子１および線路導体に対する濡れ性向上が容易であり、接合強度の向上も容易である。したがって、金属端子１と線路導体２との機械的な接続強度の向上、電気的な接続における直流抵抗の低減およびインピーダンス整合の容易さの向上に有効な接合構造Ｃを提供することができる。

【0030】

言い換えれば、接合材３は、上記のような形態であるため、金属粒子間の焼結を比較的低い温度で進めることができる。そのため、接合材３（上記ペースト）を介した金属端子１と線路導体２との接合を比較的低い温度で行なうことができる。これにより、接合時に生じる熱応力を低減することができる。

【0031】

また、接合材３は、上記のような形態であるため、金属粒子を形成している金属材料としての物性よりも体積抵抗率を大きくする方向に、容易に調整することができる。したがって、接合材３の体積抵抗率が小さくなり過ぎることを抑制しながら、接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合を強固なものとすることができる。一例を挙げれば、金属粒子が銀からなる粒子であるときに、銀の抵抗率は約1.6×10^−８Ω・ｍ（1.6×10^−２μΩ・ｃｍ）であり、これに対して、接合材３の抵抗率は５〜10μΩ・ｃｍに調整されている。接合材３について、単に抵抗を小さくするときには抵抗率が小さいほどよいが、小さすぎると金属端子１および線路導体２と接合材３との間でインピーダンス整合が難しくなる。これに対して、接合材３の抵抗率が５〜10μΩ・ｃｍであるため、上記インピーダンスの整合が容易である。

【0032】

なお、接合材３の抵抗率が６μΩ・ｃｍ以上であれば、接合材３と金属端子１および線路導体２とのインピーダンス整合がより容易である。また、接合材３の抵抗率が７μΩ・ｃｍ以上であれば、上記インピーダンス整合がより容易であるとともに、金属粒子間の応力緩和のための空隙等（詳細は後述）をより有効に設けることもできるため、接合の信頼性向上についても有効である。また、接合材３の抵抗率が９μΩ・ｃｍ以下であれば、接合材３の抵抗低減に対してより有効である。すなわち、接合材３の抵抗率は、接合材３およびそれが用いられる半導体パッケージ10の所望の特性等に応じて、６〜10μΩ・ｃｍ、７〜10μΩ・ｃｍ、６〜９μΩ・ｃｍおよび７〜９μΩ・ｃｍ等の範囲に設定するようにしてもよい。

【0033】

接合材３の抵抗率は、例えば４端子法により測定することができる。例えば、通電された４端子のうち、より内側に配置されて試料（接合材３）に接続された２端子間の電位差を測定することで、この区間の試料の抵抗を測定する。以上の操作により、試料、つまり接合材３の抵抗率を測定することができる。

【0034】

また、接合材３の抵抗率は、金属粒子の組成、粒径および接合材３における充填の密度等を調整することにより、所定の値に調整することができる。上記充填の密度とは、接合材３の一定の体積において金属粒子が占める体積の割合である。接合材３のうち金属粒子
３が存在している部分以外の部分は、例えば空隙であり、金属粒子３の充填の割合が大きいほど空隙の割合が小さい。したがって、接合材３における金属粒子の充填の密度を大きくするほど、接合材３の抵抗率を小さくすることができる。

【0035】

また、接合材３における金属粒子の充填の密度を小さくすることにより、接合材３の抵抗率が小さくなり過ぎることを抑制することができる。接合材３における金属粒子の充填の割合は、上記ペースト作製時の有機溶剤およびバインダの種類および添加量、ならびに金属粒子の粒径等の条件によって調整することができる。

【0036】

上記金属粒子の粒径は、例えば平均粒径および粒度分布である。金属粒子の粒径が小さい方が、接合材３となるペーストにおける金属粒子の充填の割合を大きくすることができる。ただし、粒径が小さいものだけでは、硬化時に凝集の塊が所々に出来、ボイドが発生しやすくなる可能性があるため、適切な粒径にする必要がある。また、金属粒子の粒度分布において、粒径が比較的大きいものと小さいものとが組み合わされたときには、粒径が比較的大きい金属粒子間に粒径が比較的小さい金属粒子が入り込み、金属粒子の充填の密度が大きくなる。

【0037】

また、上記金属粒子の組成は、例えば、金属粒子が銀（物性である抵抗率が最小の金属）からなるものであるときを抵抗の低減に最も有利なものとして、銀以外の金属材料の添加による金属粒子の抵抗率の増加を考慮して調整する。例えば、銀の抵抗率が約1.6×10^−８Ω・ｍであるのに対して、銅の抵抗率が約1.7×10^−８Ω・ｍであり、金の抵抗率が
約2.4×10^−８Ω・ｍである。このような抵抗率の差を利用して、接合材３の抵抗率を調
整することができる。この場合、個々の金属粒子における銀の含有率を調整してもよく、複数の金属粒子における銀粒子の個数の割合を調整してもよい。

【0038】

また、接合材３における金属粒子は、金属粒子間の接合の容易さおよび接合の強度等を考慮したときに、１μｍ程度またはそれ未満の粒径である微小粒子（いわゆるサブミクロン粒子、サブナノ粒子、ナノ粒子）であってもよいし、微小粒子とミクロン単位の金属粒子との混合物であってもよい。接合材３となるペーストは、このような微小粒子を金属粒子として用いるときに、互いに重合し合う有機樹脂成分を含有していてもよい。このような有機樹脂成分としては、例えば重合性のカルボン酸誘導体等を挙げることができる。

【0039】

上記構成の接合構造Ｃにおいて、接合材３は、互いに接合した銀粒子を含んでいるものでもよい。互いに接合した銀粒子は、例えば上記のように、接合材３における充填の密度、粒径および組成等が適宜調整されたものである。銀粒子が互いに接合して接合材３の少なくとも一部を形成しているため、接合材３の機械的な強度の向上、および金属端子１、線路導体２に対する接合強度の向上に対して有利である。

【0040】

この場合の銀粒子は、例えば、金属端子１から線路導体２にかけて連続して接合し合い、一続きになったものでもよい。このようなときには、接合材３の機械的な強度および金属端子１と線路導体２との接合強度を効果的に向上させることができる。

【0041】

また、上記の各例において、金属粒子が銀粒子であるときには、次のような点で有利である。すなわち、接合材３における熱伝導性（つまり、接合構造Ｃおよびこれを含む半導体パッケージ10の放熱性等）、線路導体２および金属端子１を含む信号の伝送路における電気抵抗の低減等に有利である。また、半導体素子の実装または金属ケースの接合等のための熱負荷工程においても再溶融しづらい、アウトガスが少ないという利点が挙げられる。

【0042】

この場合の銀粒子は、銀を99.9質量％以上含有する、いわゆる純銀であってもよく、微
量の銅または金等の他の成分を含有するものでもよい。また、金属粒子の全部が銀粒子でなくてもよく、例えば銀粒子と銅粒子の両方が金属粒子に含まれていてもかまわない。

【0043】

なお、金属粒子が銅粒子であるとき、または銅粒子を含むときには、金属粒子の全部が銀粒子であるときに比べて、イオンマイグレーションの可能性を低減すること、経済性を向上させること等においては有利である。

【0044】

上記各構成の接合構造Ｃおよびそれを含む半導体パッケージ10において、例えば図１に示すように、金属端子１が線路導体２から離れた先端を有しており、接合材３が金属端子１の先端において外側に凸状であるものでもよい。つまり、線路導体２に対して金属端子１が非接触であり、両者の間の空間の少なくとも一部に接合材３が位置している。この空間内の接合材３と、金属端子１の先端から線路導体２の上面等にかけて接合された接合材３によって、線路導体２に金属端子１が接合されている。

【0045】

この場合には、金属端子１と線路導体２とが互いに非接触であることから、金属端子１と線路導体２および線路導体２が位置する絶縁板６等との間に熱応力が生じる可能性が効果的に低減されている。また、接合材３が金属端子１の先端において外側に凸状であることから、接合材３の体積を比較的大きくすることができる。つまり、接合材３の変形の余地を大きくすることができる。そのため、接合材３に熱応力等の応力が作用したときに、接合材３の凸状の部分等の変形によって応力を吸収し、低減することができる。また凸状の外面に対する複数の法線方向に沿って、熱応力が多方向に分散される。したがって、接合材３と線路導体２との間の熱応力によるクラック等の機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。

【0046】

上記各構成の接合構造Ｃおよびそれを含む半導体パッケージ10において、金属端子１の端部１ａと線路導体２との接合界面に沿って空隙４が位置していてもよい。空隙４の一例を図１および図２に示している。この例において、空隙４は、金属端子１の下側（線路導体２側）のみに位置している。すなわち、図３に示すように、金属端子１の上側には空隙４がない。空隙４は、例えば金属端子１と接合材３との間に生じる熱応力を吸収し、緩和する機能を有している。すなわち、金属端子１の端部１ａと接合材３との接合界面に沿って空隙４が位置しているため、この空隙４において金属端子１の表面部分の変形が容易である。この変形により、例えば線路導体２または線路導体２が位置している基体である絶縁板６と金属端子との間に生じる熱応力を、吸収して緩和することができる。したがって、例えば接合材３のクラック等の、熱応力による接合構造Ｃの機械的な破壊の可能性を低減することができる。これにより、金属端子１と線路導体２との電気的および機械的な接続の信頼性を向上させることができる。

【0047】

空隙４は、上記の熱応力の緩和を考慮すれば、金属端子１と接合材３とが対向し合う接合界面のうち５〜30％程度の面積比で存在している。言い換えれば、接合材３は、金属端子１の端部に面している表面のうち５〜30％程度の面積の領域では、金属端子１と実際に接合されていなくて構わない。上記の面積比が５％程度以上であれば、熱応力を効果的に吸収し、緩和することができる。また、上記の面積比が30％以下であれば、接合材３の金属端子１に対する実際の接合面積を大きくして、両者間の接合強度を効果的に向上させることができる。

【0048】

なお、空隙４は、図１および図２の例では一続きの比較的面積が大きいものであるが、これに限らず、より面積が小さいものが複数個分散して存在していても構わない。空隙４の高さ等の大きさは、空隙４への水分等の腐食成分の入り込み抑制等を考慮すれば、いわゆるサブミクロンオーダーの狭いものにすればよい。空隙４の高さ等の大きさは、金属粒子の粒径、接合時の加熱温度等の接合条件、金属粒子の材料および接合時に接合材３に作
用する重力等の外力の大きさおよび向き等の条件を適宜調整すればよい。

【0049】

例えば図２に示すように、空隙４が、金属端子１の端部１ａのうち線路導体２と接合材３を介して対向している領域（以下、下部領域ともいう）に位置しているときには、次のような効果が得られる。この場合には、金属端子１および接合材３において熱応力が集中しやすい下部領域において、熱応力を効果的に緩和することができる。したがって、熱応力の緩和による信頼性の向上に有効な接合構造Ｃとすることができる。

【0050】

空隙４について、下部領域に位置させるには、例えば、接合材３を介した金属端子１と線路導体２との接合時に、上記下部領域が下向きになるようにすればよい。このようにすれば、重力により金属端子１（端部１ａ）から接合材３となるペーストが離れ、空隙４となる隙間を生じさせることができる。この隙間が生じた状態で、金属粒子間の結合が生じるため、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に空隙４を位置させることができる。

【0051】

また、この例において、空隙４が、金属端子１の端部１ａのうち線路導体２と接合材３を介して対向している領域（上記の下部領域）のみに位置している。この場合には、下部領域を除く比較的広い領域において接合材３が金属端子１の端部１ａに直接に接合されている。そのため、両者間の接合強度を高めることができる。

【0052】

また、このような空隙４は、接合材３と金属端子１との界面における導通抵抗の調整に利用することもでき、接合材３と金属端子１との間の抵抗の調整に利用することもできる。これにより、金属端子１、接合材３および線路導体２それぞれの間の抵抗およびインピーダンスの最終調整を容易に行なうこともできる。すなわち、抵抗率を上記のように調整した接合材３を用いて上記の抵抗およびインピーダンスを概略所定値に調整し、これをさらに空隙４で微調整することで、特にインピーダンスの調整（整合）の精度を向上させることができる。

【0053】

図６は、本発明の他の実施形態の接合構造における要部を拡大して示す断面図である。図６において図１〜図５と同様の部位には同様の符号を付している。図６に示す例では、空隙４内において露出する金属端子１の表面に、金属粒子と同じ金属材料からなる薄層９が位置している。薄層９は、例えば厚みが0.5μm〜10μm程度の層状の部位である。薄層
９は、空隙４に面する金属端子１の表面のほぼ全面に沿って位置しているものであってもよいし、接合材３が接している金属端子１の表面に位置していてもよい。このような薄層９が存在することにより、水分の付着による金属端子１の腐食等の可能性を効果的に低減することができる。

【0054】

薄層９は、例えば、接合材３（上記ペースト）を介した金属端子１と線路導体２との接合時の加熱の温度および時間等を調整することで生成させることができる。例えば、上記の接合温度を接合材３となるペーストの接合温度の上限（300℃等）程度に設定して、金
属端子１と線路導体２との接合を行なうようにすればよい。このときの熱で接合材３中の銀等の成分が金属端子１の端部１ａ表面に沿って濡れ拡がり、薄層９を形成する。

【0055】

図７は、本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。図７において図１〜図５と同様の部位には同様の符号を付している。図７に示す例において、接合材３は、ピン端子１の先端（図７では右端）から線路導体２に対向している端部１ａの広い範囲においてピン端子１に接合されていない。空隙４は、ピン端子１の先端部分に位置している。この場合には、ピン端子１の先端部の中央から端部１ａに対向する線路導体２にかけて、接合材３が滑らかにフィレットを作っている。

【0056】

図７に示すような例では、上記フィレットの存在によって、接合材３の線路導体２に対
する接合強度も向上させることができる。また、この例においても、接合材３と金属端子１の端部１ａ（先端部）との間に空隙４が位置しているため、空隙４部分における熱応力の緩和が容易である。したがって、接合材３を介した線路導体２と金属端子１との接合強度および接続信頼性の向上に有効な接合構造Ｃとすることができる。

【0057】

前述したように、本発明の実施形態の半導体パッケージは次の構成を有している。すなわち、本実施形態の半導体パッケージ10は第１面５ａおよび第１面５ａと反対側の第２面５ｂを有する基板５と、基板５の第１面５ａ側に位置する線路導体２と、基板５の第２面５ｂから第１面５ａにかけて貫通しており、第１面５ａ側に端部１ａを有する金属端子１と、金属粒子を含んでおり、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に介在している接合材３とを有している。また、本実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に、上記いずれかの構成の接合構造Ｃを有している。

【0058】

上記形態の半導体パッケージ10によれば、上記いずれかの構成の接合構造Ｃを有することから、金属端子１、接合材３および線路導体２それぞれの間の抵抗およびインピーダンスを所望の値に容易に調整することができる。したがって、例えば接合材３を含む伝送路におけるインピーダンス整合が容易な半導体パッケージ10を提供することができる。

【0059】

基板５の第１面５ａ側は、前述した金属ケースで封止される側である。基板５と金属ケースとの間に形成される空間内に、半導体素子および金属端子１の端部１ａが封止される。また、図４および図５等に示す例では、基板５の貫通孔５ｃ内に封止材（符号なし）が位置している。封止材は、金属端子１と貫通孔５ｃとの間の隙間を塞ぐ機能を有している。封止材は、ガラス材料またはセラミック材料等の絶縁材料からなる。このような絶縁材料の例としては、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等のガラス、およびこれらのガラスに熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられる。この絶縁材料は、金属端子１におけるインピーダンスマッチング（比誘電率）および封止の信頼性等を考慮して、適宜選択することができる。なお、図１および図７において、金属端子１と基板５の貫通孔５ｃとの間の封止材を省略している。

【0060】

サブマウント７は、基板５の第１面５ａ上に設けられ、第１面５ａに平行な基板搭載面を有する。半導体パッケージ10において、サブマウント７は、絶縁板６に搭載される電子部品が発生する熱を基板５へ伝導する機能等を有している。すなわち、サブマウント７は、半導体パッケージ10の外部に放熱する放熱材としての機能を有する。

【0061】

サブマウント７は、基板５と一体に形成されていてもよく、冷却部材（例えば、ペルチェ素子など）を含んでいてもよい。サブマウント７が基板５と一体に形成されている場合、サブマウント７は、基板５と同様の金属材料からなる。これにより、半導体パッケージ10における放熱性が効果的に確保される。

【0062】

なお、本発明は以上の実施の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。

【0063】

例えば、図８に示すように、空隙４は接合材３に閉じられた空間に位置していてもよい。これにより、金属端子１と絶縁板６との間に生じる熱応力を緩和することができると同時に、水分の付着による金属端子１の腐食等の可能性を効果的に低減することができる。

【実施例】

【0064】

本発明の１つの実施例の接合構造について説明する。

【0065】

この接合構造において、金属端子と線路導体とを表１に記載の組成等を有する接合材で
接合し、順次直列に接続された金属端子、接合材および線路導体からなる伝送路における抵抗およびインピーダンス整合をシミュレーション解析した。

【0066】

この例では、金属端子は、長さが10ｍｍで直径が0.15ｍｍのものに設定した。接合材は、銀のサブミクロン粒子を金属粒子として含むものとした。また、線路導体は、タングステンのメタライズ層からなる厚みが約10μｍのものであり、ニッケルめっき層および金めっき層で被覆した状態のものとした。線路幅は、約100μｍとし、その幅全域に接合材が接合されたものとした。

【0067】

測定の結果、接合材の体積抵抗率を５〜10μｍの範囲としたときに、金属端子と線路導体とで構成される伝送路における抵抗は１×10^−３Ω以下であり、ほぼリード端子自体の導通抵抗程度に低くできることが確認できた。また、上記伝送路における反射損失は約−15ｄＢ以下であり、高周波伝送特性が良好であることが確認できた。

【符号の説明】

【0068】

１・・金属端子
１ａ・・端部
２・・線路導体
３・・接合材
４・・空隙
５・・基板
５ａ・・第１面
５ｂ・・第２面
５ｃ・・貫通孔
６・・絶縁板
７・・サブマウント
８・・接地端子
９・・薄層
10・・半導体パッケージ
Ｈ・・封止材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】