JP2016171157A - 高周波半導体用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】性能を向上させることができる高周波半導体用パッケージを提供すること。
【解決手段】実施形態に係る高周波半導体用パッケージは、導電性の筐体と、信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを備えたフィードスルーと、を具備する。前記信号用配線パターンは、前記筐体を貫通するとともに前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記筐体と絶縁されるように設けられる。前記グランド用配線パターンは、前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記信号用配線パターンを間に挟むように設けられる。このグランド用配線パターンは、筐体金属壁に囲まれた領域には存在しないように前記筐体の外部において露出する第１のグランド用配線パターンと、前記筐体の内部において露出する第２のグランド用配線パターンと、に分割されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、高周波半導体用パッケージに関する。

従来の高周波半導体用パッケージは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の高周波領域において使用される半導体素子を内部に収容することができる筐体によって構成されるものである。筐体には、これを貫通するように信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを備えたフィードスルーが設けられている。

このような従来の高周波半導体用パッケージに収容される半導体素子は、筐体内部において露出する信号用配線パターンに電気的に接続されている。半導体素子は、信号用配線パターンを介してパッケージ外部から高周波信号等を受け取り、他の信号用配線パターンを介してパッケージ外部に、信号処理された高周波信号を出力する。

このような従来の高周波半導体用パッケージにおいては、より性能を向上させるために、フィードスルー上の信号用配線パターン内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）を抑制することが求められている。

特開２０１２−２４３７８１号公報 特開２０１０−１７７３６４号公報

フィードスルー上の信号用配線パターンは筐体外部の領域、筐体金属壁に囲まれた領域、および筐体内部の領域の３つの領域からなる。筐体金属壁に囲まれた領域は接地電位に囲まれているために配線パターンのインピーダンスが下がる。筐体金属壁に囲まれた領域の線路幅を細くすることでフィードスルー上の信号用配線パターンのインピーダンスの不連続を解消することもできるが、その際には耐電力が小さくなる。

実施形態は、フィードスルー上の信号用配線パターンのインピーダンスの不連続を解消することで性能を向上させることができる高周波半導体用パッケージを提供することを目的とする。

実施形態に係る高周波半導体用パッケージは、導電性の筐体と、信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを備えたフィードスルーと、を具備する。前記信号用配線パターンは、前記筐体を貫通するとともに前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記筐体と絶縁されるように設けられる。前記グランド用配線パターンは、前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記筐体と電気的に接続され、かつ前記信号用配線パターンを間に挟むように設けられる。このグランド用配線パターンは筐体金属壁に囲まれた領域には存在しないように、前記筐体の外部において露出する第１のグランド用配線パターンと、前記筐体の内部において露出する第２のグランド用配線パターンと、に分割されている。

第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージを示す分解斜視図である。 図１に示す高周波半導体用パッケージの信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを拡大して示す上面図である。 図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示すグランド用配線パターンの断面図である。 図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿って示す信号用配線パターンの断面図である。 比較例に係る高周波半導体用パッケージの信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを拡大して示す上面図である。 図５の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示すグランド用配線パターンの断面図である。 第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージの信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを拡大して示す、図２に対応する上面図である。

以下、本実施形態に係る高周波半導体用パッケージについて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、実装基板の一例である実装ボードに実装された第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージを示す分解斜視図である。図１に示すように、高周波半導体用パッケージ１０は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体素子や入出力用の整合回路等（図示せず）を内部に収容可能なパッケージ筐体によって構成される。パッケージ筐体は、板状の基体１１、この基体１１の表面上に設けられた枠体１２、および枠体１２上に配置される板状の蓋体１３、によって構成される。基体１１、枠体１２、および蓋体１３はそれぞれ、例えば金属製である。なお、基体１１、枠体１２、および蓋体１３はそれぞれ、導電性の材料によって構成されればよく、必ずしも金属製である必要はない。

このような高周波半導体用パッケージ１０には、内部に収容される半導体素子に対して高周波信号を供給する、あるいは内部に収容される半導体素子から出力される高周波信号をパッケージ外部に導くための信号用リード線１４、およびこのリード線１４に対して略平行に配置されるグランド用リード線１５、が設けられている。これらのリード線１４、１５はそれぞれ、枠体１２から突出し、枠体１２からパッケージ１０の外部方向にリード線１４、１５が延伸するように設けられている。

このような高周波半導体用パッケージ１０が実装される実装ボード９０は、所望の手段により接地される実装筐体９１および実装筐体９１の表面上に設けられたプリント基板９２、によって構成される。実装筐体９１は金属製であって、この表面には、高周波半導体用パッケージ１０が配置される凹部９３が形成されている。また、プリント基板９２は、高周波半導体用パッケージ１０が配置される凹部９３に対応する領域が開口された板状の誘電体である。

プリント基板９２の表面上には、信号用配線９４およびグランド用配線９５が設けられている。信号用配線９４は、枠状のプリント基板９２を横切るように設けられており、グランド用配線９５は、信号用配線９４の両側においてこの配線９４から離間した位置に、信号用配線９４に沿うように設けられている。グランド用配線９５は、プリント基板９２を貫通するスルーホール９６（図３）によって実装筐体９１に電気的に接続されており、このようにして接地されている。

このような実装ボード９０に対して、高周波半導体用パッケージ１０は、以下のように実装される。すなわち、高周波半導体用パッケージ１０を、実装筐体９１の凹部９３内に配置する。そして、パッケージ１０の信号用リード線１４をプリント基板９２の信号用配線９４に、例えば半田材（図示せず）等によって固定し、パッケージ１０のグランド用リード線１５をプリント基板９２のグランド用配線９５に、例えば半田材（図示せず）等によって固定する。このようにして、高周波半導体用パッケージ１０は、実装ボード９０に接続される。

実装ボード９０の実装筐体９１は接地されているため、実装ボード９０に実装された高周波半導体用パッケージ１０の基体１１、枠体１２、および蓋体１３は全て接地される。すなわち、実装ボード９０に実装された高周波半導体用パッケージ１０を構成するパッケージ筐体は接地される。したがって、パッケージ筐体は、この内部に配置される半導体素子と筐体外部とを電磁的に遮蔽する電磁シールドとなる。

図２は、図１に示す高周波半導体用パッケージの要部を拡大して示す上面図である。図２は、具体的には、図１に示す高周波半導体用パッケージの信号用リード線１４が接続される信号用配線パターン、およびグランド用リード線１５が接続されるグランド用配線パターン、を拡大して示している。また、図３は、図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示すグランド用配線パターンの断面図であり、図４は、図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿って示す信号用配線パターンの断面図である。以下に、図２〜図４を参照して、上述の信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンについて、詳細に説明する。なお、本願においては、下記の信号用配線パターン１６およびグランド用配線パターン１９を、フィードスルーと称する。

図２および図４に示すように、フィードスルーを構成する信号用配線パターン１６は、枠体１２を貫通して枠体１２の内部および外部において露出し、かつ枠体１２から絶縁されるように設けられている。具体的には、枠体１２を貫通して枠体１２の内部および外部において露出するように第１の誘電体ブロック１７が設けられており、信号用配線パターン１６は、このような第１の誘電体ブロック１７の表面上に、枠体１２を貫通して枠体１２の内部および外部において露出するように設けられている。

なお、図４に示すように、信号用配線パターン１６を含む第１の誘電体ブロック１７の表面上の一部領域には、第２の誘電体ブロック１８が設けられている。信号用配線パターン１６は、第１の誘電体ブロック１７と第２の誘電体ブロック１８に挟まれることによって枠体１２から絶縁されている。

このような信号用配線パターン１６は、図２に示すように、場所によらず一定の配線幅Ｗｓを有する線路であり、第１の誘電体ブロック１７の表面上に直線状に設けられている。

そして、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２の外部において露出する部分に、上述の信号用リード線１４が、例えば銀ろう材（図示せず）によって固定されている。

図２および図３に示すように、フィードスルーを構成するグランド用配線パターン１９は、枠体１２の内部および外部において露出するように設けられている。具体的には、グランド用配線パターン１９は、第１の誘電体ブロック１７の表面上に、枠体１２の内部および外部において露出するように設けられている。

さらに、図３に示すように、グランド用配線パターン１９は、第１の誘電体ブロック１７の側面上にも設けられており、第１の誘電体ブロック１７の表面上のグランド用配線パターン１９は、第１の誘電体ブロック１７の側面上のグランド用配線パターン１９を介して、接地されている基体１１に接する。このようにして、グランド用配線パターン１９は接地される。

このようなグランド用配線パターン１９は、図２に示すように、少なくとも第１の誘電体ブロック１７の表面上においては場所によらず一定の配線幅Ｗｇを有するマイクロストリップ線路であり、第１の誘電体ブロック１７の表面上において、信号用配線パターン１６の両側に、信号用配線パターン１６を挟むように設けられている。各々のグランド用配線パターン１９は、信号用配線パターン１６の長手方向に沿って、信号用配線パターン１６に対して略平行に設けられている。

ここで、図２および図３に示すように、グランド用配線パターン１９は、枠体１２の外部において露出する第１のグランド用配線パターン１９１、および枠体１２の内部において露出する第２のグランド用配線パターン１９２、に分割されている。したがって、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２の外部に露出される部分は、第１のグランド用配線パターン１９１に挟まれており、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２の内部に露出される部分は、第２のグランド用配線パターン１９２に挟まれている。そして、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓ（図４）の両側には、グランド用配線パターン１９が設けられていない。

このように設けられたグランド用配線パターン１９のうち、第１のグランド用配線パターン１９１には、上述のグランド用リード線１５が、例えば銀ろう材（図示せず）によって固定されている。

なお、信号用リード線１４およびグランド用リード線１５は、図１に示すように枠体１２の一側面から突出するように設けられる他、この側面に対向する枠体１２の他の一側面にも同様に設けられている。したがって、図２〜図４に示す構造は、枠体１２の他の一側面にも同様に設けられている。

以上に説明したようにグランド用配線パターン１９を、第１のグランド用配線パターン１９１および第２のグランド用配線パターン１９２に分割し、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓの両側には、グランド用配線パターン１９を設けないことにより、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）が抑制される。以下に、インピーダンスの不連続性の抑制効果について、比較例に係る高周波半導体用パッケージの構造を参照して、より詳細に説明する。

図５は、比較例に係る高周波半導体用パッケージの信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを拡大して示す、図２に対応する上面図であり、図６は、図５の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示すグランド用配線パターンの断面図である。なお、図５および図６に示される比較例に係る高周波半導体用パッケージの要部において、本実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１０と同一部分については同一符号を付すとともに、同一部分についての説明は省略する。

図５および図６に示されるように、比較例に係る高周波半導体用パッケージにおいては、グランド用配線パターン１１９が分割されておらず、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓの両側にも、グランド用配線パターン１１９ｓが設けられている。このように、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２の内部および外部に露出する部分は、このパターン１６の両側に配置されたグランド用配線パターン１１９のみに挟まれているが、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓは、このパターン１６ｓの両側に配置されたグランド用配線パターン１１９ｓに挟まれる他、さらに枠体１２に囲まれる。

すなわち、信号用配線パターン１６のうち枠体１２の内部および外部に露出する部分は、３方向から接地電位で挟まれるのに対して、信号用配線パターン１６のうち枠体１２に囲まれる部分１６ｓは、４方向から接地電位で挟まれる。この結果、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓのインピーダンスの値は、信号用配線パターン１６の他の部分（枠体１２から露出する部分）のインピーダンスの値より低くなる。したがって、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生する（インピーダンスに不連続が発生する）。

これに対して本実施形態においては、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓは、図２および図４に示されるように、接地された枠体１２と接地された基体１１とに挟まれるものの、図２に示されるように、グランド用配線パターン１９には挟まれない。

すなわち、信号用配線パターン１６のうち枠体１２の内部および外部に露出する部分は、３方向から接地電位で挟まれるのに対して、信号用配線パターン１６のうち枠体１２と基体１１とに挟まれる部分１６ｓは、２方向から接地電位で挟まれる。この結果、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓのインピーダンスの低下は抑制され、信号用配線パターン１６の他の部分（枠体１２から露出する部分）のインピーダンスの値と、の差は、比較例に係る高周波半導体用パッケージにおいて発生するインピーダンスの差より小さくなる。したがって、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）が抑制される。

以上に説明したように、本実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１０によれば、グランド用配線パターン１９が分割されており、接地された基体１１と接地された枠体１２とに挟まれる信号用配線パターン１６ｓの両側には、グランド用配線パターン１９が設けられていない。したがって、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）が抑制される。この結果、信号用配線パターン１６内における高周波信号の反射が抑制され、高周波半導体用パッケージ１０の性能を向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージの信号用配線パターンおよびグランド用配線パターンを拡大して示す、図２に対応する上面図である。なお、図７に示される第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージの要部において、第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１０と同一部分については同一符号を付すとともに、同一部分についての説明は省略する。

図７に示されるように、第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいて、グランド用配線パターン２９は、枠体１２の外部において露出する第１のグランド用配線パターン２９１、および枠体１２の内部において露出する第２のグランド用配線パターン２９２、に分割されており、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓの両側には、グランド用配線パターン２９は設けられていない。この点においては、第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１０のグランド用配線パターン１９と同様である。

第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいて、第１のグランド用配線パターン２９１の枠体１２に近接する一端の配線幅Ｗｇ、および第２のグランド用配線パターン２９２の枠体１２に近接する一端の配線幅Ｗｇ、はそれぞれ、枠体１２に近づくにしたがって狭くなり、信号用配線パターンとグランド用配線パターンの隙間が広がっており、この点において、第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１０の第１、第２のグランド用配線パターン１９１、１９２と異なっている。

このような第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいても、グランド用配線パターン２９が分割されており、接地された基体１１と接地された枠体１２とに挟まれる信号用配線パターン１６ｓの両側には、グランド用配線パターン２９が設けられていない。したがって、第１の実施形態に係る高周波半導体用パッケージと同様の理由により、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）を抑制することができ、高周波半導体用パッケージの性能を向上させることができる。

さらに、第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいては、枠体１２に近づくにしたがって信号用配線パターン１６とグランド用配線パターン２９の隙間が広がっているため、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）をより効果的に抑制することができ、高周波半導体用パッケージの性能をより一層向上させることができる。

すなわち、図５および図６に示される比較例に係る高周波半導体用パッケージにおいて、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に囲まれる部分１６ｓのインピーダンスの値は、信号用配線パターン１６の他の部分（枠体１２から露出する部分）のインピーダンスの値より低くなるが、枠体１２と基体１１とに挟まれる部分１６ｓにおいて急激にインピーダンスの値が低くなるわけではなく、信号用配線パターン１６のうち、枠体１２に近づくにしたがって、徐々にインピーダンスの値が低くなる。

これに対して第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいて、例えば信号用配線パターン１６とグランド用配線パターン２９の隙間は、枠体１２に近づくにしたがって広がっているため、グランドの影響はグランド用配線パターン２９から枠体１２に移行していく。

すなわち、第２の実施形態に係る高周波半導体用パッケージにおいて、第１のグランド用配線パターン２９１および第２のグランド用配線パターン２９２の形状は、比較例に係る高周波半導体用パッケージの信号用配線パターン１６のインピーダンスの値の変化を追従して打ち消すような形状となっている。したがって、信号用配線パターン１６内において位置毎のインピーダンスの値に差が発生すること（インピーダンスに不連続が発生すること）をより効果的に抑制することができ、高周波半導体用パッケージの性能をより一層向上させることができる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・高周波半導体用パッケージ
１１・・・基体
１２・・・枠体
１３・・・蓋体
１４・・・信号用リード線
１５・・・グランド用リード線
１６・・・フィードスルーの信号用配線パターン
１６ｓ・・・枠体に囲まれた部分
１７・・・第１の誘電体ブロック
１８・・・第２の誘電体ブロック
１９、２９・・・フィードスルーのグランド用配線パターン
１９１、２９１・・・フィードスルーの第１のグランド用配線パターン
１９２、２９２・・・フィードスルーの第２のグランド用配線パターン
９０・・・実装ボード
９１・・・実装筐体
９２・・・プリント基板
９３・・・凹部
９４・・・プリント基板上の信号用配線
９５・・・プリント基板上のグランド用配線
９６・・・スルーホール
１１９・・・フィードスルーのグランド用配線パターン
１１９ｓ・・・枠体に囲まれた部分

Claims (5)

1. 導電性の筐体と、
   前記筐体を貫通するとともに前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記筐体と絶縁されるように設けられた信号用配線パターン、および前記筐体の内部および外部において露出し、かつ前記信号用配線パターンを間に挟むように設けられたグランド用配線パターン、を備えたフィードスルーと、
   を具備し、
   前記グランド用配線パターンは、筐体金属壁に囲まれた領域には存在しないように前記筐体の外部において露出する第１のグランド用配線パターンと、前記筐体の内部において露出する第２のグランド用配線パターンと、に分割されていることを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
2. 前記信号用配線パターンの配線幅は一定であり、
   前記第１のグランド用配線パターンの配線幅、および前記第２のグランド用配線パターンの配線幅、はそれぞれ、前記筐体に近づくにしたがって狭くなり、信号用配線パターンとグランド用配線パターンの隙間が広がることを特徴とする請求項１に記載の高周波半導体用パッケージ。
3. 前記信号用配線パターンと前記グランド用配線パターンとは、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波半導体用パッケージ。
4. 前記筐体は、
   板状の基体と、
   この基体の表面上に設けられた枠体と、
   この枠体上に配置された蓋体と、
   によって構成され、
   前記信号用配線パターンは、前記枠体を貫通するように設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波半導体用パッケージ。
5. 前記枠体を貫通して前記枠体の内部および外部において露出する第１の誘電体ブロックと、
   前記枠体を貫通するように前記第１の誘電体ブロック上に配置された第２の誘電体ブロックと、
   をさらに具備し、
   前記信号用配線パターンおよび前記グランド用配線パターンはそれぞれ、前記第１の誘電体ブロックの表面上に設けられたことを特徴とする請求項４の記載の高周波半導体用パッケージ。

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