半导体模块的制作方法

本发明涉及一种半导体模块，其不仅将半导体元件实现为电可操作模块还实现为光可操作模块。

背景技术：

日本专利公开号JP-H05-327031公开了一种光学半导体模块，其实现了半导体激光二极管(LD)、安装LD的载体、连接半导体模块的内部与外部的基板、以及将LD、载体和基板的内部部分包围在其中的壳体。基板在壳体内延伸并且与LD丝焊。壳体还实现了控制LD的温度的热电冷却器(TEC)。TEC设置有通过其向壳体外部散热的下板和其上安装了LD的上板。

一种类型的半导体模块包括其中安装有间隔体、布线基板、馈通件(feedthrough)、传输基板的壳体。间隔体上设置有安装半导体元件的布线基板和/或半导体元件。布线基板设置有与半导体元件连接的信号线，同时，半导体元件设置有电极。连接壳体的内部与外部的馈通件上支撑传输基板的一端。即，传输基板通过馈通件悬臂支撑并且在与布线基板的端部(或半导体元件的端部)面对的另一端下方形成空间。传输基板设置有信号线，其将射频(RF)信号传送到半导体元件，该信号线与布线基板上的信号线相连接，或者该信号线与利用接合线而设置在半导体元件上的信号焊盘连接。

当焊接较长时，即，传输基板的另一端远离布线基板的端部(或者远离半导体元件的端部)，半导体模块的高频性能由于在接合线内出现的寄生电感而衰减。因此，接合线优选尽可能地短以抑制高频的衰减。

然而，传输基板被设置为与布线基板(或半导体元件)非常近，以缩短接合线的长度时，粘合剂将布线基板(或半导体元件)固定在其下方布置的间隔体上，粘合剂在布线基板(或半导体元件)与间隔体之间渗出的多余部分或残留部分中延伸，其中在传输基板与布线基板(或半导体元件)之间存在间隙，或者粘合剂在传输基板和布线基板(或半导体元件)的顶部表面扩散，这导致传输基板或布线基板上的信号线短路，或者导致传输基板或布线基板上的信号线不能丝焊。由于传输基板通过馈通件悬臂支撑，所以传输基板必须具有相当大的厚度以保持其硬度或硬度。因此，传输基板不能变薄以缩短传输基板的端部面对布线基板(或半导体元件)的端部的距离，以便避免在传输基板与布线基板(或半导体元件)之间的间隙中的多余的或渗出的粘合剂的扩散。

技术实现要素：

本发明的一方面涉及一种半导体模块，其包括，半导体元件、布线基板、间隔体、传输基板和馈通件。布线基板上安装了半导体元件。间隔体，其通过粘合剂将布线基板固定在该间隔体上。传输基板传递用于被提供至半导体元件的射频(RF)信号。馈通件支撑传输基板的一端。该实施例的半导体模块的特征在于，传输基板在其面对布线基板和间隔体的另一端设置有上端以及下端，其中下端从上端退回以形成用于接收在布线基板和间隔体之间渗出的粘合剂的空间。

本发明的另一方面还涉及不包括布线基板的半导体模块。即，本实施例的半导体模块具有如下的特征：间隔体上直接安装半导体元件。传输基板在其另一端设置有上端以及下端。下端从上端退回以形成用于接收半导体元件和间隔体之间渗出的粘合剂的空间。即，传输基板的上端和下端面对半导体元件(而非布线基板)和间隔体。

附图说明

以下参照附图详细描述本发明的优选实施例，以便更好地理解前述和其他目的、方面和优点，其中：

图1是示出本发明第一实施例的半导体模块的内部的平面图；

图2显示了图1所示半导体模块的截面，其中该截面沿图1所示的线II-II截取；

图3对传输基板的端部和面对传输基板的所述端部的布线基板的端部进行放大；

图4是表示本发明的第二实施例的另一种半导体模块的内部的平面图；

图5显示了图4所示的半导体模块的截面，其中该截面沿图4所示的线V-V截取。

具体实施方式

接下来，参照附图说明根据本发明的实施例。在附图的描述中，彼此相同或相似的数字或标记将指代彼此相同或相似的元件，而无需重复解释。本发明不限于下述实施例，并且本发明包括在权利要求中限定的内容、落在权利要求中的全部修改和变形及其等同物。

第一实施例

图1是表示本发明第一实施例的半导体模块1的内部的平面图，图2显示了图1所示半导体模块的截面，其中该截面沿图1所示的线II-II截取。第一实施例的半导体模块1是一种可适用于光通信系统的光发射子组件(TOSA)。半导体模块1设置有壳体10，其中图1部分地打开了壳体10以显示其内部。壳体10，其可由包含镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)的合金制成，壳体10包括多个侧壁10a到10d以及底部10e。两侧壁10a和10b沿着壳体10的纵向方向相互面对，同时，剩下的两侧壁10c和10d沿着壳体10的横向方向也相互面对。底部10e与各个侧壁10a到10d的底端接触。因此，四个侧壁10a到10d和底部10e形成了其内封闭了光学元件和电气元件的空间。

半导体模块1在壳体10内设置有半导体元件20、透镜支架30、温度控制装置80、载体90、间隔体100、布线基板105、以及传输基板115。壳体10在前侧壁10a可将光插座40附接至其上并且在后侧壁10b设置有馈通件109。下面的解释中假设方向“后”和/或“背面”是馈通件109相对于壳体10设置的一侧，而另一方向“前”和/或“向前”对应于光插座40附接至壳体10的一侧。然而，这些限定仅是以解释为目的而表达的，并且对本发明的保护范围没有影响。半导体元件20，其在LD和光学调制器共用的基板上集成半导体激光二极管(LD)和光学调制器，设置LD的电极21和光学调制器的另一个电极22。半导体元件20被实质布置在壳体10的中心。向电极21供应偏置电流，半导体元件20中的LD可产生为连续波(CW)的激光。激光在沿壳体10的中心延伸的光轴的方向上传输(accompany)。通过响应于提供给电极22的调制信号来调制激光，半导体元件20中的光学调制器可以产生光学信号。透镜支架30，其设置于半导体元件20和前侧壁10a之间，透镜支架30保护其中的与半导体元件20光耦合的第一透镜30a。光插座40，其设置在半导体元件20相对于第一透镜30a的相对侧，光插座40保护窗口40a和第二透镜40b。保护窗口40a的光插座40的根部部分设置在前侧壁10a内。窗口40a与第一透镜30a光学耦合。保护第二透镜40b的光插座40的剩余部分被布置在壳体10的外部。第二透镜40b通过窗口40a和第一透镜30a与半导体元件20光学耦合。从半导体元件20输出并穿过光插座40的光信号进入光插座40内的光纤组。

温度控制器80可以是一种所谓的热电冷却器(TEC)，温度控制器80安装在壳体10的底部10e。温度控制器80可以保持半导体元件20的温度，使得半导体元件20可以产生其波长在设计波长内保持恒定的光信号。温度控制器80设置有两个电极81以向温度控制器80供电。安装在温度控制器80上的载体90将间隔体100和透镜支架30安装在其上。载体90和间隔体100可以由诸如铜钨(CuW)的金属制成。间隔体100，其设置有前端和面对后侧壁10b的后端100c，间隔体100用可以是焊料、银膏和/或导电树脂的粘合剂130将布线基板105固定在其顶面100a上。透镜支架30布置在间隔体100和前侧壁10a之间。

布线基板105，其可以由氮化铝制成，布线基板105设置有顶面105a、背面105b、前端和面对后侧壁10b的后端105c。背面105b面对间隔体100的顶面100a并且通过粘合剂130固定在其上；同时，顶面105a上设置有信号线105s、接地图案105g、端接图案105t和监控线105m。信号线105s沿壳体10的纵向方向从后端105c延伸，但是其与后端105c相反的一端朝向半导体元件20弯曲以向其提供调制信号，接合线70从该相反一端丝焊到电极22。提供接地电平的接地图案105g围绕信号线105s并且其上安装了第一电容器51，该第一电容器51作为旁路电容器来消除偏置电流中包含的高频分量。半导体元件20的背面电极和电容器51的背面电极相互连接并且与接地图案105g电连接；同时，电容器51的顶部电极通过接合线72连接到半导体元件20的电极21以向半导体元件20的LD提供偏置电流。通过端接器(terminator)53端接于接地图案105g的端接图案105t上安装另一个电容器52，另一个电容器52的顶部电极通过接合线71连接到半导体元件20的电极22。即，信号线105s可以通过电容器52和端接器53在交流(AC)模式中端接。监控线105m上安装热敏电阻器54，其中热敏电阻器54可以感测半导体元件20周围的温度。

馈通件109，其可由诸如氧化铝(Al₂O₃)的陶瓷制成，馈通件109穿过壳体10的后侧壁10b。传输基板115包括顶面115a、背面115b、下端115c、上端115d和在下端115c和上端115d之间的阶梯115e。其一端由馈通件109支撑的传输基板115还穿过壳体10的后侧壁10b。传输基板115在其位于壳体10外部的后端设置有引线端子120。传输基板115的前端在壳体10内突出；特别地，传输基板115通过馈通件109悬臂支撑，其前部形成与馈通件109相对的悬垂物。

图3放大了传输基板115的前端和布线基板105的后端。传输基板115的顶面115a，其相对于壳体10的底部10e拉高，并且距离壳体10的底部10e大约2.8mm，传输基板115的顶面115a设置有信号线115s、地线115g以及电源线115p。信号线115s与引线端子120中的一个相连，并且信号线115s还利用接合线73与布线基板105上的信号线105s相连以通过信号线105s将调制信号传送至半导体元件20。地线115g与引线端子120之一连接并且还经过接合线74与布线基板105上的接地图案105g连接。电源线115p与引线端子120之一连接并且还经过接合线75与电容器51连接。因此，引线端子120可通过电源线115p、接合线75、电容器51和接合线72向半导体元件20的LD的电极21供应偏置电流。传输基板115的背面115b面对壳体10的底部10e，同时，下端115c和上端115d被布置在传输基板115的前端并且面对布线基板105的后端105c和间隔体100的后端100c。

如图3所示，下端115c延续至传输基板115的背面115b并且面对间隔体100的端部100c和布线基板105的端部105c。在该实施例中，布线基板105的后端105c与间隔体100的后端100c在虚线H3上对齐。剩余粘合剂130a在间隔体100和布线基板105之间向着传输基板115渗出，具体地，直接向着传输基板115的下端115c渗出。上端115d延续到顶面115a，其中上端115d的下边缘位于虚线H1之上，该虚线H1对应于布线基板105的底面105b。即，上端115d的下边缘位于渗出的粘合剂130的上端之上。此外，上端115d面对布线基板105的后端105c，它们之间的距离小于下端115c与布线基板105的后端105c之间的距离；特别地，上端115d相对于布线基板105的后端105c形成了0.1mm的间隙。传输基板115上的信号线115s在延伸部115f上具有端部，即其前端。接合线73将延伸部115f上的信号线115s与布线基板105上的信号线105s连接。本实施例的延伸部115f沿着壳体的纵向方向被设置为长度例如0.5mm，该长度可以小于馈通件109与布线基板105的后端105c之间距离(在本实施例中是2.5mm)的1/5。传输基板115在除上端115d以外的部分在阶梯115e与背面115b之间可以具有0.8mm的厚度，即下端115c的长度，并且该厚度优选地大于延伸部115e的厚度，即，上端115d的长度。此外，延伸部115f具有的厚度(即上端115d的长度)优选地小于布线基板105的厚度(在本实施例中是1.5mm)。阶梯115e连接下端115c和上端115d，并且优选地与相应的端部115c和115d形成直角。即，阶梯115e实质平行于壳体10的底部10e延伸。

下面将描述设置间隔体100、布线基板105以及传输基板115的好处。传输基板115在其前端设置有由下端115c、上端115d以及阶梯115e形成的延伸部115f，在此形成了其下方的能够接收渗出的粘合剂130a的空间：因此，防止渗出部分130a中的粘合剂在上端115d和端部105c之间渗出时，在传输基板115和布线基板105上的延伸。因此，防止传输基板115和布线基板105中出现的故障，诸如信号线115S和地线115g之间的短路，或者防止无法与焊接信号线和/或焊接地线丝焊。

由于下端115c面对间隔体100的后端100c，确切地说，下端115c面对在布线基板105和间隔体100之间渗出的粘合剂，因此传输基板115可以形成得更厚，这可以加强传输基板115的硬度，这显示出悬臂式传输基板115的足够的硬度。此外，由于上端115d可以形成得与布线基板105更接近，而无需关注在上端115d和布线基板105之间的剩余粘合剂的渗出，因此接合线73可以缩短。

传输基板115的延伸部115f可以具有比布线基板105的厚度小的厚度。此外，传输基板115除了延伸部115f之外的厚度(即，下端115c的长度)可以大于布线基板105的厚度。传输基板115可以加强其硬度。延伸部115f沿壳体10的纵向方向的长度可以小于馈通件109和布线基板105的后端105c之间的长度的1/5。即，延伸部115f可以具有至少用于接收在布线基板105和间隔体100之间渗出的粘合剂的长度。

第二实施例

图4是本发明的第二实施例的半导体模块1A的内部的平面图；图5显示了沿图4所示的线V-V截取的半导体模块1A的截面。半导体模块1A设置有壳体10A，在图4和5中省略其盖部。壳体10A，其可由含有镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)的合金制成，壳体10A包括前侧壁10a、后侧壁10b、两个侧壁10c和10d以及底部10e，其中前侧壁10a和后侧壁10b沿着壳体10A的纵向方向相互面对；同时剩下的两侧壁10c和10d沿着横向方向相互面对。这些侧壁10a到10d在底部10e的各个端部升起以形成在其中安装半导体元件140的空间。特别地，半导体模块1A在由此形成的空间内设置有与前述半导体元件20不同的半导体元件140，以及通过粘合剂130在其上安装半导体元件140的间隔体100A。

安装在壳体10A的底部10e上的间隔体100A设置有面对后侧壁10b的后端100c。间隔体100A可以由铜钨(CuW)金属制成，并且通过粘合剂130将半导体元件140安装在间隔体100A的顶面100a上。如上所述，半导体元件140是诸如LSI的集成电路(IC)和微波单片IC(MMIC)的一种电子装置。半导体元件可以是一种用于光通信系统的电子装置，诸如光学调制器、在光学接收器前端实现的跨阻抗放大器、和/或激光二极管驱动器(LDD)。半导体元件140设置有顶面140a和背面140b，以及面向传输基板115的后端140c。顶面140a形成包括信号焊盘140s和接地焊盘140g的焊盘。半导体元件140的背面140b面向间隔体100A的顶面100a并且通过粘合剂130接触间隔体100A的顶面100a。

如图4和5所示，根据第二实施例的半导体模块1A设置有两个馈通件109和两个传输基板115，在其间放置半导体元件140。即，一个传输基板115将射频(RF)信号提供至半导体元件140，而另一个传输基板115提取由半导体元件140处理的射频信号。因此，馈通件109和传输基板115可被用作输入端口和输出端口。传输基板115具有彼此相同的布置。因此，下面的解释集中在传输基板115之一和馈通件109之一。传输基板115设置有顶面115a、背面115b、下端115c、上端115d以及阶梯115e。传输基板115从外部向壳体10A的内部延伸。传输基板115可以通过馈通件109由壳体10A来支撑，使得传输基板115在壳体10A内的部分在其下方留有空间；即，传输基板115具有悬臂式布置。传输基板115的顶面115a至少提供信号线115s和地线115g，确切地说，传输基板115的顶面115a提供至少两条地线，在所述至少两条地线之间放置信号线115s以构成共面布置。传输基板115在其外端部设置有引线端子。一个引线端子120与信号线115s连接，而夹着用于信号线115s的所述一个引线端子120的两个引线端子120连接到传输基板115上的地线115g。

与前述实施例中的传输基板115、布线基板105和间隔体100之间的空间布置类似，本实施例中的传输基板115的下端115c面向半导体元件140的背面140b和间隔体100A的顶面100a之间的界面；具体而言，下端115b面向粘合剂130的渗出部分130a。由于下端115c、上端115d以及下端115c和上端115d之间的阶梯115e形成了可接收粘合剂130的渗出部分130a的空间，因此即使上端115d和后端140c形成足够窄的间隙以便粘合剂渗出在其中，也可以防止粘合剂130的渗出部分130a在上端115d和半导体元件140的后端140c之间延伸。类似于前面实施例的阶梯，阶梯115e实质平行于壳体10A的底部10e延伸，并且与其间隔例如2.8mm。传输基板115上的信号线115s通过接合线73a与半导体元件140上的信号焊盘140s连接，且地线115g通过接合线74a与也被设置在半导体元件140上的接地焊盘140g连接。因此，输入到半导体元件140或从其中提取的RF信号可以在伪共面结构上从各引线端子被加载到半导体元件140上的各焊盘。

将进一步描述传输基板115的端部和半导体元件140的端部。下端115c连接背面115b并面对间隔体100A的后端100c和半导体元件140的后端140c，其中半导体元件140的后端140c与间隔体100A的后端100c对齐。换句话说，后端100c和后端140c形成与上端115d和下端115c相对的平面。下端115c从上端115d退回以形成延伸部115f，留下可接收粘合剂130的渗出部分130a的空间。上端115d和后端140c之间形成的间隙约为0.1mm，其足够窄以使粘合剂在其间渗出。然而，本发明的实施例设置有用于接收在半导体元件140与间隔体100A之间渗出的粘合剂的空间，即，下端115c与间隔体100A的后端100c和半导体元件140的后端140c分离得足够宽以防止粘合剂130在其间渗出。因为上端115d如此靠近半导体元件140(确切地说，半导体元件140上的信号焊盘140s)，所以连接信号线115s的端部与信号焊盘140s的接合线73a变得更短，并且可以保持半导体模块1A的高频性能。优选地，延伸部115f沿壳体10A的纵向方向的长度小于从馈通件109的端部到半导体元件140的面对馈通件109的端部140c的长度的五分之一(1/5)。下端115c的高度优选大于上端115d的高度，并且还大于半导体元件140的厚度。此外，优先地，延伸部115f的高度小于半导体元件140的厚度。即，传输基板115、半导体元件140和间隔体100A的空间布置的特征在于：传输基板115的下端115c面对间隔体100A和半导体元件140之间的粘合剂。因此，传输基板的延伸部115f下方形成的空间可以可靠地接收多余渗出的粘合剂130a。

因此，即使半导体元件140被安装在与传输基板115足够接近的间隔体110A上，也可以防止在半导体元件140和间隔体100A之间渗出的多余粘合剂渗出到半导体元件140与传输基板115之间。此外，由于下端115c面向间隔体100A的端部100c，因此下端115c的高度可以比半导体元件140的厚度厚，即使在传输基板115具有悬臂式布置时，这也可以加强传输基板115的硬度。此外，传输基板115(特别是信号线115s的端部)可以被布置得如此靠近半导体元件140上的信号焊盘140s，因此连接信号线115s与信号焊盘140s的接合线73a可以缩短。此外，由于下端115c面对间隔体100A的后端100c，因此下端115c的厚度可以形成为比半导体元件140厚，即使传输基板115仅由馈通件109悬臂支撑，这也可以使得传输基板115变硬，并且增强了可靠性。

此外，传输基板115中的延伸部115f可以比半导体元件140薄，而传输基板115除了延伸部115f之外的厚度(即，下端115c的长度)可以比半导体元件140厚。此外，延伸部115f的长度优选地小于从馈通件109到半导体元件140的面对馈通件109的端部的长度的1/5。即，延伸部115f可以具有这样的长度，该长度仅用于在其下方形成足够的空间以接收从半导体元件140和间隔体100A之间的界面渗出的多余或渗出的粘合剂。

虽然在此已经为了说明的目的描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域的技术人员来说许多修改和改变将变得显而易见。因此，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这些修改和变化。

本申请要求于2016年11月25日提交的日本专利申请No.2016-229362的优先权，其在此通过引用并入本文中。