JP2012227347A - 高周波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイソレーションの低下や、伝送損失の増大を防止する
【解決手段】基板１０の表面であってダイパッド３０の周辺部において、ダイパッドから突出して形成された複数の平坦なグランドリードピン２５ａと、グランド線路２２ａと、信号線路２１ａと、信号線路の一端に一端が接続された複数の平坦な信号リードピン２６ａとを有する。信号リードピンと、それに隣接するグランドリードピンとのそれぞれの長さ方向の中心線の、ダイパッドに接近した端部での間隔は、５００μｍより狭い。信号リードピンは、一端において、信号線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側が所定の厚さだけ削除され、基板の表面との間に欠損部が形成され、信号リードピンの一端と信号線路、及び、グランドリードピンとグランド線路は、半田により接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積回路と、その集積回路を搭載するダイパッド、リードピンとを樹脂モールドし、リードピンの先端が樹脂の底面と同一面に位置するモールドＩＣを、信号線路を有した基板上に配設した高周波装置において、信号線路間のアイソレーションの低下及び伝送損失の増大を改善した装置に関する。

従来、下記特許文献１に開示の集積回路装置が知られている。図７に示すように、モールドＩＣ８０は、アイランド８１と、その上に配設されたＩＣチップ８２と、アイランド８１から連続して突出して形成されたグランド線路となるリード部８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄと、信号線路となるリード部８４ａ、８４ｂと、それらをモールドした樹脂８５とを有している。この特許文献では、信号線路の両側にグランド線路が位置するように、すなわち、Ｇ−Ｓ−Ｇ構造となるように、リード部は配置されている。この構造により、一つの信号線路であるリード部を伝搬する信号が、他の信号線路であるリード部に漏洩することが、グランド線路のリード部による遮蔽により防止されている。

特開平７−２４５３２８

ところが、特許文献１に開示の方法は、信号線路となるリード部８４ａ、８４ｂがＬ字状に屈曲形成されているので、図６に示すように、モールドＩＣ８０を実装基板８６に配置すると、信号線路となるリード部８４ａは、基板面から大きく離れた位置に存在する。このため、実装基板８６から離れ空中に浮いた本体部８４０のインダクタンスは、本体部８４０が実装基板８６に接触している場合に比べて、増加することになり、高周波特性を劣化させるという問題があった。

また、最近、ＩＣチップやダイパッドの小型化、端子数の増加などのために、上記のＧ−Ｓ−Ｇ構造において、ダイパッドの縁における信号リードピン、グランドリードピンとの長さ方向の中心線の間隔は、４００μｍと５００μｍより狭くすることが要請されている。本発明者らは、各種実験を重ねた結果、このリードピン間の間隔が狭くなると、信号リードピンの浮遊容量が増大することが分かった。その結果、信号リードピン間のアイソレーションが低下し、伝送損失も増加する。

本発明は、このアイソレーションの低下や、伝送損失の増大を防止することを目的とする。

第１の発明は、裏面に面状の金属膜から成るグランド層を有した基板と、該基板の表面に配設されグランド層と導通する金属性のダイパッドと、該ダイパッドの表面に配設された集積回路とを有する高周波装置において、基板の表面であってダイパッドの周辺部において、ダイパッドから突出して形成された複数の平坦なグランドリードピンと、基板の表面の周辺部に形成され、基板のグランド層と導通する複数のグランド線路と、基板の表面に形成され、グランド層との間でマイクロストリップ導波路を形成し、周辺部に向けて伸びた複数の信号線路と、基板の表面の周辺部に形成され、複数の信号線路の一端に、それぞれ、一端が接続された複数の平坦な信号リードピンであって、隣接する２つのグランドリードピンの間に、ダイパッドに向けて伸びた信号リードピンと、信号リードピンの他端において、集積回路と接続されたボンディングワイヤと、集積回路、ダイパッド、ボンディングワイヤ、グランドリードピン、信号リードピンを、ダイパッドの裏面と、グランドリードピンの先端部分と、信号リードピンの先端部分を露出させて、モールドした樹脂と、を有し、それぞれの信号リードピンと、それに隣接するグランドリードピンとの、ダイパッドに接近した端部での長さ方向の中心線の間隔は、５００μｍより狭く、信号リードピンは、一端において、信号線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側の全体が削除された欠損部を有し、信号リードピンの一端と信号線路、及び、グランドリードピンとグランド線路は、半田により接続されていることを特徴とする。

上記発明において、それぞれの信号リードピンと、それに隣接するグランドリードピンとの、ダイパッドに接近した端部での長さ方向の中心線の間隔は、４００μｍ以下が望ましい。また、信号リードピンは、信号線路と接続される根元部から集積回路に向かう先端までの全ておいて、裏面側の全体が薄く形成された欠損部（先端まで削除された凹部）を有している。この欠損部には、モールド樹脂が充填されていても、空間であっても良い。すなわち、信号リードピンの厚さが薄くなっている部分を含むようにモールドされていれば、信号リードピンに形成される欠損部には樹脂が充填されていることになる。この場合には、欠損部の部分の樹脂底面と実装基板の上面との間に空気層が形成される。また、信号リードピンの厚さが薄くなっている部分の一部だけを含むようにモールドされていれば、モールド樹脂の外側に突出した信号リードピンの欠損部は、空気層となる。この場合には、欠損部の信号リードピンの薄くなった底面と、実装基板の上面との間は、空気層となる。
本発明において、グランドリードピンは、グランド線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側の全体が削除された欠損部（グランド線路と接続される根元部から先端までに形成された凹部）を有していても良い。この場合も、欠損部は、モールド樹脂が充填されていても、空間であっても良い。
また、グランド線路のダイパッド側の端部は、グランド層と第１ビアホールにより導通しており、その第１ビアホールの位置からダイパッドまでのグランドリードピンの長さは、それぞれの信号リードピンとそれに隣接するグランドリードピンとの長さ方向の中心線の、ダイパッドに接近した側での間隔以上であって、伝搬する信号の波長×３／８以下であることが望ましい。第１ビアホールの位置からダイパッドまでのグランドリードピンの長さはが、短過ぎると、コプレーナ線路によるガイドの効果が小さいため、隣接する信号リードピンに信号が漏れ、アイソレーションが劣化する。また、その長さが管内λ／２であると、グランドリードピンは両端がショートしているので、共振する。このため、管内波長λ×３／８程度以下が望ましい。
また、グランド線路のダイパッドから離れた側の端部は、グランド層と第２ビアホールにより導通していることが望ましい。

本発明によると、信号リードピンは、一端において、信号線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側の全体が削除され、基板の表面との間に欠損部が形成されているので、信号リードピンとグランドリードピンとのそれぞれの長さ方向の中心線の最小間隔が、５００μｍよりも狭い場合であっても、信号リードピン間のアイソレーションの低下を防止することができた。２〜３０ＧＨｚにおいて、３５ｄＢ以上のアイソレーションを実現することができた。また、伝送損失は、上記周波数範囲において、１．５ｄＢ程度以下と、信号リードピンとグランドリードピンとの長さ方向の中心線の間隔が７５０μｍの場合に比べて、伝送損失が増大することはなかった。また、上記の欠損部を空気層とすることにより、信号リードピンと信号線路とをハンダ付けする時に、余分なハンダがこの欠損部に流れ、両側に存在するグランドリードピンの方向に流れて、両者が短絡することが防止される。グランドリードピンも同様に、欠損部が形成されるように、厚さが薄くなるように削除されている場合には、短絡防止の効果は高い。また、第１ビアホールの位置からダイパッドまでのグランドリードピンの長さを、信号リードピンとグランドリードピンとのそれぞれの長さ方向の中心線の最短間隔以上、伝搬する信号の波長×３／８以下とすることで、共振を防止することができた。これにより、特定の周波数においてアイソレーションが低下することが防止された。また、グランド線路のダイパッドから離れた側の端部も、グランド層と第２ビアホールにより導通させることにより、グランド線路の他端が開放端となることが防止される。これにより、インピーダンス不整合や共振の発生が防止され、アイソレーションの低下を防止することができる。

本発明の具体的な実施例１に係る高周波装置の縦断面図。 実施例１に係る高周波装置の平面図。 実施例１に係る高周波装置の斜視図。 実施例１に係る高周波装置の一つの信号線路の入力端と、その信号線路が接続される集積回路のパッド間の伝送路の挿入損失と信号線路の入力端での反射特性を示した特性図。 実施例１に係る高周波装置の一つの信号線路の入力端と、他の信号線路が接続される集積回路の各パッドとの間のアイソレーションを示した特性図。 従来例のモールドＩＣにおけるリード部と実装基板との関係を示した断面図。 従来例のモールドＩＣの構造を示した斜視図。

以下、本発明を具体的な実施例を説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明の具体的な一実施例に係る高周波装置１の構成を示した断面図であり、図２は、その平面図であり、図３は斜視図である。誘電体から成る実装基板１０の裏面１０ｂには、全体の平面に一様に厚さ一定の金属から成るグランド層１１が形成されている。実装基板１０の比誘電率は３．６、厚さは１２０μｍである。誘電体基板１０の表面１０ａには、複数の信号線路２１ａ、２１ｂ…（図２）が形成されており、各信号線路２１ａ、２１ｂ…の両側に、グランド線路２２ａ、２２ｂ…（図２）が形成されている。グランド層１１、信号線路２１ａ、２１ｂ…、グランド線路２２ａ、２２ｂ…の厚さは、それぞれ、２５μｍである。

実装基板１０の表面１０ａには、金属製のダイパッド３０が配設されている。このダイパッド３０の底面３０ｂは、ハンダ３２により、多数のビアホール３１の上面３１ａに、接続されている。ビアホール３１は、ダイパッド３０が配置される矩形領域に等間隔で、グランド層１１に電気的に接続するように設けられている。この結果、ダイパッド３０は、全領域において、グランド層１１と同一のグランド電位となる。ダイパッド３０は中央部の厚さが薄くなっており、その薄い領域の表面３０ａには、集積回路３３が接合されている。

各グランド線路２２ａ、２２ｂ…は、それぞ、第１ビアホールと第２ビアホールの組（２４ａ、２３ａ）、（２４ｂ、２３ｂ）…（図２）により、グランド層１１と電気的に導通している。第１ビアホール２４ａ、２４ｂ…は、ダイパッド３０の外周の縁３０ｃに近い側のビアホールであり、第２ビアホール２３ａ、２３ｂ…は、ダイパッド３０の外周の縁３０ｃに対して遠い側のビアホールである。

ダイパッド３０の周辺の縁３０ｃからは、周辺部Ｄにおいて、ダイパッド３０に連続して、多数のグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…（図２）が突出している。それぞれのグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の先端部は、それぞれのグランド線路２２ａ、２２ｂ…に、ダイパッド３０に近接した側の第１ビアホール２４ａ、２４ｂ…の位置で、ハンダにより接続されている。ダイパッド３０の周辺の縁３０ｃからグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…とグランド線路２２ａ、２２ｂ…との接続部までが、周辺部Ｄとして定義される。ダイパッド３０の縁３０ｃの位置におけるグランドリードピン２５ａ、２５ｂの長さ方向にとられる中心線の間隔は、０．８ｍｍであり、グランド線路２２ａ、２２ｂの長さ方向にとられる中心線の間隔１ｍｍよりも狭い。したがって、グランドリードピン２５ａ、２５ｂ…は、グランド線路２２ａ、２２ｂ…に向かうに従って、それらの中心線の間隔を拡大するように屈折して形成されている。

それぞれの信号線路２１ａ、２１ｂ…のダイパッド３０側の先端部（２１０ｃ）には、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…のダイパッド３０から遠い方の一端がハンダにより接続されている。それぞれの信号リードピン２６ａ、２６ｂ…は、周辺部Ｄにおいて、両側のグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の間に存在し、ダイパッド３０の縁３０ｃの近くまで伸びている。ダイパッド３０の周辺の縁３０ｃから信号リードピン２６ａ、２６ｂ…と信号線路２１ａ、２１ｂ…との接続部までが、周辺部Ｄとして定義される。ダイパッド３０の縁３０ｃに近い位置における信号リードピン２６ａ、２６ｂのそれぞれの長さ方向にとられる中心線の間隔は０．８ｍｍであり、信号線路２１ａ、２１ｂのそれぞれの長さ方向にとられる中心線の間隔１ｍｍよりも狭い。したがって、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…は、信号線路２１ａ、２１ｂ…に向かうに従って、それらの中心線の間隔を拡大するように屈折して形成されている。また、ダイパッド３０の縁３０ｃに近い位置における信号リードピン２６ａ、２６ｂ…と、それに隣接するグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…との長さ方向にとられる中心線の間隔は、０．４ｍｍである。また、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…とグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の幅は、０．２ｍｍである。したがって、ダイパッド３０の周辺の縁３０ｃにおける信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の長さ方向の稜線と、これに対面するグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の長さ方向の稜線間の間隔は、０．２ｍｍである。

それぞれの信号線路２１ａ、２１ｂ…に対するそれぞれの信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の各接合部２６０の厚さは、０．２ｍｍである。そして、接合部２６０からダイパッド３０の方向に向かう先端までの本体部２６１の厚さは、０．１ｍｍであり、接合部２６０の厚さの１／２の厚さに、本体部２６１の裏面２６１ｂが削除されている。削除された部分により欠損部２６２（凹部）が形成される。この本体部２６１は、エッチングにより形成された。したがって、信号リードピン２６の裏面２６１ｂと実装基板１０の表面１０ａとの間の間隔は、０．１ｍｍに信号線路２１ａ、２１ｂの厚さとハンダ層の厚さを加えた値となる。信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の上面は平坦であり、ダイパット３０の厚さの厚い周辺部の上面と同一高さである。そして、それぞれの信号リードピン２６ａ、２６ｂ…のダイパット３０に近い側の先端部と、集積回路３３上のパッド４０とは、なるべく距離を短くして、ワイヤ４１によりボンディングされている。隣接する信号リードピン２６ａ、２６ｂに、それぞれ、接続されるパッド４０間の間隔は、０．６ｍｍである。そして、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の厚さが薄い各本体部２６１と厚さの厚い各接合部２６０との境界線ｇを４辺とする直方体形状に、樹脂４２によりモールドされている。したがって、この実施例の場合には、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の本体部２６１の欠損部２６２には樹脂４２が充填されている。そして、その欠損部２６２の樹脂４２の裏面と、実装基板１０の表面１０ａとの間には空気層が形成されることになる。なお、樹脂４２によるモールドは、境界線ｇよりもダイパッド３０に近い側であっても良い。この場合には、本体部２６１の裏面２６１ｂと実装基板１０の表面１０ａとの間は、欠損部２６２を含めて全て空気層となる。

上記構造の実施例１の高周波装置において、一つの信号線路２１の入力端と、その信号線路２１と電気的に接続されるパッド４０間の伝送路の挿入損失と、一つの信号線路２１の入力端での反射特性をシミュレーションにより求めた。信号線路２１は、図２における５つの信号線路のうち中央の信号線路を選択した。その結果を図４に示す。また、一つの特定の信号線路２１ａの入力端と、他の４つの信号線路２１ｂ、２１ｃ、…が電気的に接続される４つのパッド４０間のアイソレーションをシミュレーションにより求めた。特定の信号線路は図２の５つの信号線路のうち最も外側にある信号線路を選択し、他の４つの信号線路は、その信号線路に、順次、近接した内側の信号線路を選択した。特定の信号線路と４つのパッドとの組合せを、特定の信号線路に近い側のパッドとの組について、Ｓ（１０，１）、Ｓ（９，１）、Ｓ（８，１）、Ｓ（７，１）として示した特性を図５に示す。各信号線路２１ａ、２１ｂ…間のそれぞれのアイソレーションは、２〜３０ＧＨｚにおいて、３５ｄＢ以上であった。また、伝送損失は、１．５ｄＢ以下であった。また、伝送特性において、アンソレーションを低下させる共振は見られなかった。

なお、上記実施例において、上記の欠損部２６２には、樹脂４２が充填されていても、充填されずに空気層が存在していても良い。欠損部２６２が空気層の場合、接合部２６０と信号線路との間の余分なハンダはこの欠損部に流れ、グランドリードピンの方向には流れない。したがって、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…とグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…間の短絡を防止することができる。また、欠損部２６２に樹脂４２が充填されている場合には、間隔が狭い部分である周辺部Ｄでは、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…が高周波装置１の裏面には露出しない。よって、間隔が狭くなっても、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…とグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…間の短絡が防止される。

また、グランドリードピン２５ａ、２５ｂについても、グランド線路との接合部を除いた本体部の厚さを、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…と同様に、薄くして、欠損部を形成するようにしても良い。これにより、グランドリードピン２５ａ、２５ｂの薄くした本体部分の裏面と実装基板１０の表面１０ａとの間に欠損部及び間隙が形成されるようにしても良い。この場合には、２６ＧＨｚで、伝送損失は１．５ｄＢ、アイソレーションは３２ｄＢであった。

上記実施例において、信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の厚さが薄くなる本体部２６１の厚さは、接合部２６０の厚さの１／３以上、２／３以下が望ましい。
また、ダイパッド３０の縁３０ｃに近い位置における信号リードピン２６ａ、２６ｂのそれぞれの長さ方向にとられる中心線の間隔は１ｍｍより狭い場合に効果があり、０．８ｍｍ以下であっても良い。信号リードピン２６ａ、２６ｂの中心線の間隔が１ｍｍ以上となると、信号リードピン２６ａ、２６ｂがマイクロストリップ線路として機能するので、信号リードピン２６ａ、２６ｂに欠損部２６２がなくとも、アイソレーションは得られる。しかし、信号リードピン２６ａ、２６ｂの中心線の間隔が１ｍｍよりも狭くなると、信号リードピン２６ａ、２６ｂに欠損部２６２が存在しないと、アイソレーションが劣化する。したがって、信号リードピン２６ａ、２６ｂの中心線の間隔が１ｍｍより狭い場合、特に、０．８ｍｍ以下の場合に、本発明の効果は高い。
また、同様な理由から、ダイパッド３０の縁３０ｃに近い位置における信号リードピン２６ａ、２６ｂ…と、それに隣接するグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…との長さ方向にとられる中心線の間隔は０．５ｍｍより狭い場合に効果があり、０．４ｍｍ以下であっても良い。また、ダイパッド３０の周辺の縁３０ｃにおける信号リードピン２６ａ、２６ｂ…の長さ方向の稜線と、これに対面するグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の長さ方向の稜線間の間隔は０．３ｍｍより狭い場合に効果があり、０．２ｍｍ以下であっても良い。信号リードピン２６ａ、２６ｂ…とグランドリードピン２５ａ、２５ｂ…の幅は０．２ｍｍ以下でああっても良い。

本発明は、１０〜３０ＧＨｚ帯の信号を、高アイソレーション特性の下に、処理する高周波装置に用いることができる。

１…高周波装置
１０…実装基板
１１…グランド層
２１ａ、２１ｂ…信号線路
２２ａ、２２ｂ…グランド線路
２５ａ、２５ｂ…グランドリードピン
２６ａ、２６ｂ…信号リードピン
３０…ダイパッド
３３…集積回路
２４ａ、２４ｂ…第１ビアホール
２３ａ、２３ｂ…第２ビアホール
４２…樹脂

Claims (4)

1. 裏面に面状の金属膜から成るグランド層を有した基板と、該基板の表面に配設され前記グランド層と導通する金属性のダイパッドと、該ダイパッドの表面に配設された集積回路とを有する高周波装置において、
   前記基板の表面であって前記ダイパッドの周辺部において、前記ダイパッドから突出して形成された複数の平坦なグランドリードピンと、
   前記基板の表面の前記周辺部に形成され、前記基板の前記グランド層と導通する複数のグランド線路と、
   前記基板の表面に形成され、前記グランド層との間でマイクロストリップ導波路を形成し、前記周辺部に向けて伸びた複数の信号線路と、
   前記基板の表面の前記周辺部に形成され、複数の前記信号線路の一端に、それぞれ、一端が接続された複数の平坦な信号リードピンであって、隣接する２つの前記グランドリードピンの間に、前記ダイパッドに向けて伸びた信号リードピンと、
   前記信号リードピンの他端において、前記集積回路と接続されたボンディングワイヤと、
   前記集積回路、前記ダイパッド、前記ボンディングワイヤ、前記グランドリードピン、前記信号リードピンを、前記ダイパッドの裏面と、前記グランドリードピンの先端部分と、前記信号リードピンの先端部分を露出させて、モールドした樹脂と、
   を有し、
   それぞれの前記信号リードピンと、それに隣接するグランドリードピンとの、前記ダイパッドに接近した端部での長さ方向の中心線の間隔は、５００μｍより狭く、
   前記信号リードピンは、前記一端において、前記信号線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側の全体が削除された欠損部を有し、
   前記信号リードピンの前記一端と前記信号線路、及び、前記グランドリードピンと前記グランド線路は、半田により接続されている
   ことを特徴とする高周波装置。
2. 前記グランドリードピンは、前記グランド線路と接続される部分を除いて、厚さが薄くなるように裏面側の全体が削除された欠損部を有することを特徴とする請求項１に記載の高周波装置。
3. 前記グランド線路の前記ダイパッド側の端部は、前記グランド層と第１ビアホールにより導通しており、その第１ビアホールの位置から前記ダイパッドまでの前記グランドリードピンの長さは、それぞれの前記信号リードピンとそれに隣接するグランドリードピンとの長さ方向の中心線の、前記ダイパッドに接近した側での間隔以上であって、伝搬する信号の波長×３／８以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波装置。
4. 前記グランド線路の前記ダイパッドから離れた側の端部は、前記グランド層と第２ビアホールにより導通していることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の高周波装置。