JP2006093472A

JP2006093472A - 回路基板

Info

Publication number: JP2006093472A
Application number: JP2004278462A
Authority: JP
Inventors: Naotake Watanabe; 尚威渡邉; Masayuki Uchida; 雅之内田; Yuichi Yoshida; 裕一吉田; Yoshiharu Fukuchi; 義敏福地
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】放熱する直方体状の半導体パッケージ１を線膨張係数が異なる基板２上に実装した回路基板において、半導体パッケージ１の一つの面３ａに設けた電極４と基板２の表面に設けたランド６Ａとの半田付け部に応力が発生し、クラック等の不良が発生する。
【解決手段】本発明の回路基板は、基板２の表面に設けたランド６Ａを、半導体パッケージ１の一つの面３ａのコーナ部の周囲に向けて広がる半田フィレットＦを形成可能な形状にすると共に、半導体パッケージ１の一つの面３ａに交差する各面３ｂを半田付け可能としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱する半導体パッケージを線膨張係数が異なる基板上に実装した回路基板に関する。

一般に、高周波モジュールに代表される放熱タイプの半導体パッケージは、放熱性を高めるためにセラミックベースの材料で直方体状に構成され、その一つの面（以下、主面と称する）に放熱板およびグランド端子を兼ねる電極を設けている。この半導体パッケージは、基板の表面に形成されたランドに電極を半田付けすることにより基板上に実装される。

従来の半導体パッケージでは、電極が単に前記主面の外形サイズに合わせて形成されており、電極の全面が基板の電極ランドに半田付けされている。この場合、半導体パッケージと基板の線膨張係数に差が有ると、使用環境により半田付け部に応力が発生し、半田付け部にクラック等の不良が発生することがある。

また、半導体パッケージは、その主面の周縁部から外方に向けて導出された端子リードを有しており、その先端は基板に半田付けされるが、この半田付け部にも上記と同様の問題が発生することがある。

上記課題を解決するために、本発明は、放熱する直方体状の半導体パッケージを線膨張係数が異なる基板上に実装したものであって、前記半導体パッケージの一つの面に設けた電極を前記基板の表面に設けたランドに半田付けした回路基板において、前記ランドを前記一つの面のコーナ部から周囲に向けて広がる半田フィレットを形成可能な形状とすると共に、前記半導体パッケージにおける前記一つの面と交差する各面を半田付け可能としたことを特徴としている。

本発明の回路基板は、長期的に使用しても半田付け部にクラック等の不良が発生しにくく、信頼性を高くすることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態の部分断面図、図２は第１の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、（ａ）は主面と反対の面の側から見た斜視図、（ｂ）は主面の側から見た斜視図、図３は第１の実施形態の基板のランドの平面図、図４は第１の実施形態の要部斜視図である。

本実施形態の回路基板は、移動体通信等の各種電子機器に搭載されるものであって、図１に示すように、放熱する半導体パッケージ１と、樹脂製の基板２とを備えている。

半導体パッケージ１は、直方体状のパッケージ本体３と、その主面３ａに設けられ、グランド電極を構成すると共に放熱板を兼ねる電極４と、パッケージ本体３の主面３ａの周縁部から外方に向けて導出された複数本の端子リード５とを備えている。なお、Ｓは半田である。

パッケージ本体３はセラミック系の材料から成り、表面には金メッキが施されており、電極４と導通している。また、金メッキが施されたことで、半田との接合性が良好となっている。

電極４は銅モリブデン等から成り、図２に示すように、パッケージ本体３の主面３ａにおける端子リード５の周囲を除く部分を覆うように形成されている。

基板２はエポキシ系の材料から成り、その表面には導電性材料から成るランド６Ａ、６Ｂが形成されている。なお、基板２の線膨張係数はパッケージ本体３の線膨張係数よりも２倍程度大きくなっている。

そして、本発明では、図３に示すように、電極４が半田付けされるランド６Ａを、パッケージ本体３の主面３ａのコーナ部と対応するコーナ部（点線で示す）から周囲に向けて広がるＬ字形の膨出部６Ａａを有するように形成している。

上記の構成によれば、半導体パッケージ１の電極４を基板２のランド６Ａに半田付けする際、図４に示すように、パッケージ本体３の主面３ａと交差する各面３ｂと膨出部６Ａａの間に跨るように半田を盛ることにより、主面３ａのコーナ部から周囲に向けて広がる半田フィレットＦを形成することができる。

このようにすることで、半導体パッケージ１と基板２の線膨張係数の差により電極４とランド６Ａとの半田付け部に生じる応力を半田フィレットＦの部分に逃がすことができるため、半田付け部にクラック等の不良が発生するのを防ぐことができる。なお、パッケージ本体３の主面３ａに交差する各面３ｂは金メッキが施されて半田との接合性が良好となっているため、半田フィレットＦと面３ｂとの間に隙間が生じることはない。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図５は本発明の第２の実施形態の要部斜視図である。なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態と同一又は類似の部分には同一の符号を用いており、重複する説明は省略してある。

本実施形態では、パッケージ本体３の主面３ａに交差する各面３ｂの間の境界線に沿って断面半円形のスルーホールである切欠部３ｃを設けている。切欠部３ｃの表面は半田が濡れるように形成されており、これにより、半田フィレットＦとパッケージ本体３との接合面積が向上すると共に、応力集中を低減することができるため、半田フィレットＦのパッケージ本体３に対する接合性が向上し、さらに信頼性が向上する。

次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は本発明の第３の実施形態の半導体パッケージを主面側から見た要部斜視図、図７は第３の実施形態の効果の説明図である。

本実施形態では、電極４のコーナ部４ａの基板２側の面を凹ませて電極４に段差を形成している。これにより、図７（ａ）に示すようにコーナ部４ａを凹ませていない場合に比べ、図７（ｂ）に示すようにコーナー部４ａにおいて半田Ｓの高さが高くなるので、応力緩和効果がより向上する。

次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図８は本発明の第４の実施形態の部分断面図である。

本実施形態では、半導体パッケージ１の端子リード５にバネ性を持たせるため、端子リード５にＲ加工（フォーミング）を施した構造とし、端子リード５と基板２の半田付け部に発生する応力を端子リード５の変形により吸収し、半田付け部に作用する応力を緩和させるようにしている。このようにすることで、半田付け部にクラック等の不良が発生しにくくなり、信頼性が向上する。

次に、本発明の第５の実施形態を説明する。図９は本発明の第５の実施形態の部分断面図である。

本実施形態では、端子リード５にバネ性を持たせるため、端子リード５をガルウィング状にフォーミングしている。さらに、このリードフォーミングに伴って半導体パッケージ１の主面３ａと基板２との間に生じる隙間を埋めるために、線膨張係数が電極４と基板２の間の材料（例えば４２アロイ等）から成るスペーサ７を設けた構造としている。これにより、電極４と基板２の間に発生する応力を緩和することもできる。

次に、本発明の第６の実施形態を説明する。図１０は本発明の第６の実施形態の部分断面図、図１１は第６の実施形態の要部斜視図である。

本実施形態では、リードフォーミングの高さを稼ぐため、半導体パッケージ１における主面３ａと反対側の面３ｄを基板２に対向させた状態で半導体パッケージ１を基板２上に実装した構造としている。また、電極４を、主面３ａ上に設けた冠電極８により基板２に接合し、放熱とグランドの機能を得るようにしている。すなわち、冠電極８は、半導体パッケージ１の主面３ａの各辺から基板２に向けて斜めに導出された複数本の弾性変形可能な足８ａを有しており、その先端が基板２に半田付けされている。

このようにすることで、半導体パッケージ１の主面３ａと反対側の面３ｄを基板２に向けることによって端子リード５の付け根部と基板２との距離が遠くなっても、高周波が増加しにくくなり、高周波特性の点で有利となる。また、半導体パッケージ１と基板２の間に発生する応力の一部を冠電極８の足８ａが受けるため、各端子リード５に作用する応力が小さくなり、各端子リード５と基板２との半田付け部に不良が発生しにくくなる。

次に、本発明の第７の実施形態を説明する。図１２は本発明の第７の実施形態の電極の平面図である。

本実施形態では、半導体パッケージ１の電極４が、溶融した半田を所定箇所に誘導するようにパターニングされている。すなわち、各コーナー部に近い箇所にスリット４ｂを、中央部に十字状の孔４ｃを設けている。これにより、各コーナ部の近くの半田量が多くなって応力の緩和が促進されると共に、各コーナ部の半田量のバラツキが低減する。

次に、本発明の第８の実施形態を説明する。図１３は本発明の第８の実施形態の半導体パッケージの斜視図である。

本実施形態では、半導体パッケージ１における端子リード５の本数が少ない辺に、基板２と半田付けされるが回路とは接続されないダミーの端子リード９を設け、各辺の端子リード５とダミーの端子リード９の合計本数本数を同数としている。これにより、一部の端子リード５に応力が集中して基板との半田付け部に不良が発生するのを防ぐことができる。

なお、各辺の端子リード５の本数の差が大きい場合には、ダミーの端子リード６を幅広にしてダミーの端子リード６に作用する応力の大きさを大きくし、各端子リード５に作用する応力の大きさがほぼ同じようになるようにすればよい。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に種々の改変を施すことができる。

本発明の第１の実施形態の部分断面図である。第１の実施形態の半導体パッケージの斜視図である。第１の実施形態の基板のランドの平面図である。第１の実施形態の要部斜視図である。本発明の第２の実施形態の要部斜視図である。本発明の第３の実施形態の半導体パッケージを主面側から見た要部斜視図である。第３の実施形態の効果の説明図である。本発明の第４の実施形態の部分断面図である。本発明の第５の実施形態の部分断面図である。本発明の第６の実施形態の部分断面図である。第６の実施形態の要部斜視図である。本発明の第７の実施形態の電極の平面図である。本発明の第８の実施形態の半導体パッケージの斜視図である。

符号の説明

1…半導体パッケージ、2…基板、3c…切欠部、4…電極、5…端子リード、
6A…ランド、7…スペーサ、8…冠電極、9…ダミーの端子リード

Claims

放熱する直方体状の半導体パッケージを線膨張係数が異なる基板上に実装したものであって、前記半導体パッケージの一つの面に設けた電極を前記基板の表面に設けたランドに半田付けした回路基板において、前記ランドを前記一つの面のコーナ部から周囲に向けて広がる半田フィレットを形成可能な形状とすると共に、前記半導体パッケージにおける前記一つの面と交差する各面を半田付け可能としたことを特徴とする回路基板。
前記半導体パッケージにおける前記一つの面と交差する各面の間の境界線に沿って切欠部を設けたことを特徴とする請求項１記載の回路基板。
前記コーナ部において前記電極の前記基板側の面を凹ませて前記電極に段差を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回路基板。
前記半導体パッケージの前記一つの面の周縁部から外方に向けて導出され、先端が前記基板に半田付けされる複数本の端子リードを有しており、この端子リードを、前記基板と前記半導体パッケージの線膨張係数の差によって生じる応力により変形するように形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の回路基板。
線膨張係数が前記基板と前記半導体パッケージの間のスペーサ又は絶縁基板を前記半導体パッケージと前記基板の間に介在させたことを特徴とする請求項４記載の回路基板。
前記半導体パッケージにおける前記一つの面と反対側の面を前記基板に対向させた状態で前記半導体パッケージが前記基板に実装されると共に、前記電極と前記基板とを電気的に接続する冠電極を設けたことを特徴とする請求項４記載の回路基板。
前記電極を、溶融した半田が所定箇所に誘導されるようにパターニングしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の回路基板。
前記半導体パッケージの前記一つの面の周縁部から外方に向けて導出され、先端が前記基板に半田付けされる複数本の端子リードを有すると共に、前記半導体パッケージの前記一つの面の各辺における端子リードの本数が異なっており、前記端子リードの本数が少ない辺にダミーの端子リードを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項記載の回路基板。