JP3553349B2 - 高周波用の半導体パッケージと半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用の半導体チップを収容するためのＬＣＣパッケージ（Ｌｅａｄｌｅｓｓ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体パッケージと、該パッケージを用いて形成された高周波用の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数ＧＨｚ等で動作させる高周波用の半導体チップを収容する半導体パッケージには、一般に、セラミックパッケージが用いられる。
このパッケージは、セラミック層が複数積層されてなり、多層構造をしている。パッケージに備えられた信号線路は、マイクロストリップ線路又はストリップ線路に形成さている。そして、その信号線路の特性インピーダンスが、５０オーム等に調整されている。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失が、少なく抑えられるように構成されている。
【０００３】
ところで、セラミックパッケージは、その製造材料が高く、その製造工程が複雑なため、高価なものであり、一般に汎用される半導体パッケージとしては、不向きである。
【０００４】
このような課題を解消可能なパッケージとして、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の有機材料を用いて形成されたパッケージが考えられる。
有機材料は、セラミックに比べて、その誘電率が低い。従って、パッケージを、有機材料を用いて形成すれば、該パッケージの有機層表面に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度を、セラミックパッケージのセラミック層表面に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度に比べて、早めることができる。そのため、高周波用のパッケージは、低誘電率の有機材料を用いて形成するのが、好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミックパッケージと同様な多層構造をした高周波用の半導体パッケージを、有機材料を用いて形成した場合には、該パッケージの有機層に該層を上下に貫通させて備えるビア（接続線路）が、スルーホール内周面に金属めっき層を被着してなる構造となる。そして、そのビアが、中央に上下に貫通する透孔を持った構造となる。そのため、そのビアを通して、パッケージの有機層の気密性が損なわれて、パッケージの気密性が失われてしまう。
【０００６】
また、有機層表面に形成された信号線路の上方又はその下方に位置する有機層表面にグランド層を備えて、信号線路をマイクロストリップ線路又はストリップ線路に形成し、その信号線路の特性インピーダンスを５０オーム等にマッチングさせようとした場合には、有機層の誘電率が低いため、グランド層を備えた有機層を、０．１ｍｍ等に薄く形成しなければならない。しかしながら、有機層は、その層厚を、０．１ｍｍ等に薄く形成することが極めて困難である。
【０００７】
他方、上記のグランド層を備えた有機層の形成を容易化するために、該有機層を厚く形成した場合には、その有機層表面に形成されたグランド層の下方又は上方の有機層表面に備える信号線路を、該線路の特性インピーダンスを５０オーム等にマッチングさせるために、極端に幅広く形成しなければならない。
従って、そのようにした場合には、パッケージのコンパクト化と、パッケージに備える信号線路の高密度化とが図れない。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、有機材料を用いて形成された気密性のあるパッケージであって、その有機材料表面に形成された信号線路をマイクロストリップ線路又はそれに近い構造の線路に形成して、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送速度を早めたり、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えたりできる、構造が簡単であって、その製造が容易な高周波用の半導体パッケージ（以下、パッケージという）と、該パッケージを用いて形成された高周波用の半導体装置（以下、半導体装置という）とを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１のパッケージは、有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイがその底部に基板の一部を残した有底状態に形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の第２のパッケージは、有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイが基板を上下に貫通して形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成され、該グランド層にヒートシンクが接合されて、該ヒートシンクにより前記キャビテイの底部が封止されてなることを特徴としている。
【００１１】
この第１又は第２のパッケージにおいては、信号線路が、低誘電率の有機材料を用いて形成された基板の凹部、基板の傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されている。そのため、セラミックからなる基板に形成された信号線路に比べて、その有機材料からなる基板に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度を早めることができる。
【００１２】
また、基板の凹部の内側面が、凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成されている。そして、その傾斜面に信号線路が形成されて、その信号線路の下方に位置する、基板の下面にグランド層が形成されている。そのため、その傾斜面に形成された信号線路を、マイクロストリップ線路に近い構造に形成できる。そして、その信号線路の特性インピーダンスを、上記のグランド層を用いて、５０オーム等にマッチングさせることができる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００１３】
また、基板の凹部の底面に形成された信号線路と、基板の上面に形成された信号線路との下方に位置する、基板の下面にグランド層が形成されている。そのため、それらの信号線路を、マイクロストリップ線路に形成できる。そして、それらの信号線路の特性インピーダンスを、上記のグランド層を用いて、５０オーム等にマッチングさせることができる。そして、それらの信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００１４】
また、信号線路が、上記のように、有機材料を用いて形成された基板の凹部の底面、基板の傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されている。そのため、有機材料からなる基板の有機層間に信号線路を備えたり、その有機層間に備えた信号線路を基板の外部に露出した有機層表面の信号線路に電気的に接続するためのスルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを、有機層を上下に貫通させて備える必要を無くすことができる。そして、基板を構成する有機層の気密性が上記のビアにより損なわれるのを防ぐことができる。
【００１５】
また、第２のパッケージにおいては、キャビテイの底部に露出したヒートシンクに半導体チップを搭載して、該チップが発する熱を、ヒートシンクを通して、パッケージの外部に効率良く放散させることができる。
【００１６】
本発明の第１又は第２のパッケージにおいては、グランド線路が凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面の信号線路の両側に信号線路に並べて連続して形成されて、該グランド線路が基板の下面に形成されたグランド層に基板の外側面又はキャビテイの内側面に形成された接続線路を介して電気的に接続された構造とすることを好適としている。
【００１７】
この第１又は第２のパッケージにあっては、信号線路を挟んでその両側に信号線路に並べて形成されたグランド線路を用いて、信号線路を、コプレナー線路に形成できる。加えて、信号線路の下方に位置する、基板の下面に備えられたグランド層を用いて、信号線路を、グランド付きのコプレナー線路に形成できる。そして、その信号線路の特性インピーダンスを、５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。それと共に、信号線路を伝わる高周波信号が、その信号線路に隣合う信号線路であって、同じ基板の凹部、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成された他の信号線路に混入して、それらの信号線路の間でクロストークが生ずるのを、それらの信号線路の間に信号線路に並べて形成されたグランド線路により防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第１の半導体装置は、半導体パッケージの有底のキャビテイの底部に半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂に封止されてなることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の第２の半導体装置は、半導体パッケージのキャビテイの底部に露出したヒートシンクに半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂に封止されてなることを特徴としている。
【００２０】
この第１又は第２の半導体装置においては、半導体チップが湿気や塵埃の悪影響を受けるのを、封止樹脂により防ぐことができる。
【００２１】
また、第１又は第２の半導体装置を上下に反転させて、該半導体装置を回路基板に搭載できる。そして、該半導体装置の基板の上面に形成された信号線路を、それに対応する回路基板上面に形成された信号用の接続線路にはんだ付け等により電気的に接続できる。そして、第１又は第２の半導体装置を回路基板に表面実装できる。
【００２２】
また、第２の半導体装置においては、ヒートシンクに搭載された半導体チップが発する熱を、ヒートシンクを通して、第２の半導体装置の外部に効率良く放散させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
図１及び図２は本発明の第１のパッケージの好適な実施の形態を示し、図１はその斜視図、図２はその正面断面図である。以下に、この第１のパッケージを説明する。
【００２４】
図において、１０は、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリブチレンテレフタレート等の熱硬化性樹脂などの有機材料を用いて形成された基板である。基板１０は、方形ブロック状をしている。基板１０の上下面は、互いに平行に形成されている。基板１０の上面には、方形状をした凹部１２が形成されている。凹部１２の底面１６は、基板１０の上下面と平行に形成されている。
【００２５】
凹部１２の内側面は、図２に示したように、凹部１２の上端開放縁に向かって、斜め外側に拡開する傾斜面１４に形成されている。
【００２６】
凹部１２の底面の中央には、半導体チップ収容用のキャビテイ２０が、その底部に基板１０の一部を残した有底状態に形成されている。
【００２７】
凹部１２の底面１６、傾斜面１４及びそれに連なる基板１０の上面１８には、細帯状の信号線路３０が、キャビテイ２０の周囲にほぼ放射状に複数本並べて形成されている。
【００２８】
信号線路３０の下方に位置する、基板１０の下面には、信号線路３０の特性インピーダンス調整用のグランド層４０が連続して広く形成されている。
【００２９】
信号線路３０及びグランド層４０は、プラスチック成形品の表面に金属めっき層を形成するためのＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）の技術を用いて、有機材料からなる基板１０に立体的及び平面的に形成されている。具体的には、信号線路３０及びグランド層４０形成用のＣｕめっき層が、ＭＩＤの技術を用いて、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。Ｃｕめっき層には、防錆用のＮｉめっき及び表装用のＡｕめっき又はＡｇめっきが重ねて施されている。そして、信号線路３０及びグランド層４０が基板１０に立体的及び平面的に形成されている。
【００３０】
図１及び図２に示した第１のパッケージは、以上のように構成されている。
この第１のパッケージにおいては、低誘電率の有機材料を用いて形成された基板１０の凹部の底面１６、基板１０の傾斜面１４及びそれに連なる基板の上面１８に連続して形成された信号線路３０に、高周波信号を伝送速度早く伝えることができる。
【００３１】
また、基板１０の傾斜面１４に形成された信号線路３０を、その下方の基板１０の下面に広く形成されたグランド層４０を用いて、マイクロストリップ線路に近い構造に形成できる。即ち、傾斜面１４に形成された信号線路３０を、グランド層４０の上方に、グランド層４０と平行に近い、斜め上下方向に配置できる。そして、その信号線路３０の特性インピーダンスを、上記のグランド層４０を用いて、５０オーム等に的確にマッチングさせることができる。そして、その信号線路３０に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００３２】
また、基板１０の上下面と平行な凹部１２の底面１６に形成された信号線路３０と、基板１０の上面１８に形成された信号線路３０とを、それらの下方の基板１０の下面に広く形成されたグランド層４０を用いて、マイクロストリップ線路に形成できる。即ち、凹部１２の底面１６に形成された信号線路３０と、基板１０の上面１８に形成された信号線路３０とを、グランド層４０の上方に、グランド層４０と平行に並べて配置できる。そして、それらの信号線路３０の特性インピーダンスを、上記のグランド層４０を用いて、５０オーム等に的確にマッチングさせることができる。そして、それらの信号線路３０に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００３３】
また、基板１０の有機層間に信号線路３０を備えたり、その有機層間に備えた信号線路３０を基板１０の外部に露出した有機層表面の信号線路３０に電気的に接続するためのスルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを、有機層を上下に貫通させて備える必要を無くすことができる。そして、基板１０の有機層の気密性が上記のビアにより損なわれるのを、防ぐことができる。
【００３４】
図３及び図４は本発明の第２のパッケージの好適な実施の形態を示し、図３はその斜視図、図４はその正面断面図である。以下に、この第２のパッケージを説明する。
【００３５】
図の第２のパッケージでは、凹部の底面１６の中央に、半導体チップ収容用のキャビテイ２２が、基板１０を上下に貫通して形成されている。
【００３６】
基板１０の下面には、信号線路３０の特性インピーダンス調整用のグランド層４０が、前述のＭＩＤの技術を用いて形成されている。そして、そのグランド層４０に、熱伝導性の良いＣｕ等からなるヒートシンク７０が、ろう付け等により接合されている。そして、そのヒートシンク７０により、キャビテイ２２の底部が気密に封止されている。
【００３７】
その他は、図１及び図２に示した第１のパッケージと同様に構成されている。この第２のパッケージにおいては、そのキャビテイ２２の底部に露出したヒートシンク７０に半導体チップを搭載して、該チップが発する熱を、ヒートシンク７０を通して、パッケージの外部に効率良く放散させることができる。
この第２のパッケージのその他の作用は、図１及び図２に示した第１のパッケージと同様である。
【００３８】
図５は本発明の第１のパッケージの他の好適な実施の形態を示し、図５はその斜視図である。図６は本発明の第２のパッケージの他の好適な実施の形態を示し、図６はその斜視図である。以下に、この第１又は第２のパッケージを説明する。
【００３９】
図の第１又は第２のパッケージでは、グランド線路５０が、凹部の底面１６、傾斜面１４及びそれに連なる基板の上面１８の信号線路３０の両側に、信号線路３０に並べて連続して形成されている。
【００４０】
グランド線路５０の外端は、基板１０の外側面に形成された接続線路６０を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に一連に電気的に接続されている。
【００４１】
グランド線路５０及び接続線路６０は、前述のＭＩＤの技術を用いて、有機材料からなる基板１０に立体的及び平面的に形成されている。具体的には、グランド線路５０及び接続線路６０形成用のＣｕめっき層が、ＭＩＤの技術を用いて、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。Ｃｕめっき層には、防錆用のＮｉめっき及び表装用のＡｕめっき又はＡｇめっきが重ねて施されている。そして、グランド線路５０及び接続線路６０が、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。
【００４２】
その他は、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図３及び図４に示した第２のパッケージと同様に構成されている。
この第１又は第２のパッケージにおいては、信号線路３０の両側に信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０を用いて、信号線路３０を、コプレナー線路に形成できる。加えて、基板１０の下面に備えられたグランド層４０を用いて、又はそれに加えて、グランド層４０に接合されたグランドを構成するヒートシンク７０を用いて、信号線路３０を、グランド付きのコプレナー線路に形成できる。そして、その信号線路３０の特性インピーダンスを、５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。それと共に、信号線路３０を伝わる高周波信号が、その信号線路３０に隣合う信号線路３０であって、同じ基板１０の凹部の底面１６、傾斜面１４、及びそれに連なる基板の上面１８に連続して形成された他の信号線路３０に混入して、それらの信号線路３０の間でクロストークが生ずるのを、それらの信号線路３０の間に形成されたグランド線路５０により防ぐことができる。
この第１又は第２のパッケージのその他の作用は、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図３及び図４に示した第２のパッケージと同様である。
【００４３】
図７は本発明の第２のパッケージのもう一つの好適な実施の形態を示し、図７はその斜視図である。以下に、この第２のパッケージを説明する。
【００４４】
この第２のパッケージにおいては、信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０の内端が、キャビテイ２２の内側面に形成された接続線路６２を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に電気的に接続されている。又はそれに加えて、信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０の外端が、基板１０の外側面に形成された接続線路６０を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に電気的に接続されている。そして、信号線路３０が、コプレナー線路に形成されている。
この第２のパッケージのその他の作用は、図６に示した第２のパッケージと同様である。
【００４５】
図８は本発明の第１の半導体装置の好適な実施の形態を示し、図８はその使用状態を示す正面断面図である。以下に、この第１の半導体装置を説明する。
【００４６】
この第１の半導体装置では、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図５に示した第１のパッケージ（図８は、図１及び図２に示した第１のパッケージの例を示している）であって、有底のキャビテイ２０を持つ第１のパッケージのキャビテイ２０の底部に、半導体チップ８０が搭載されている。そして、キャビテイ２０に半導体チップ８０が収容されている。
【００４７】
半導体チップ８０の電極は、凹部の底面１６に形成された信号線路３０の内端に、ワイヤ９０を介して、電気的に接続されている。
【００４８】
半導体チップ８０は、該チップの電極が接続された信号線路３０の内端及びワイヤ９０と共に、封止樹脂１００に気密に封止されている。封止樹脂１００には、紫外線硬化性の樹脂等が用いられていて、該樹脂が半導体チップ８０、該チップの電極が接続された信号線路３０の内端及びワイヤ９０に、その上方からポッティングされて硬化されている。
【００４９】
図８に示した第１の半導体装置は、以上のように構成されている。
この第１の半導体装置においては、半導体チップ８０が湿気や塵埃の悪影響を受けるのを、封止樹脂１００により防ぐことができる。
【００５０】
また、図８に示したように、第１の半導体装置を上下に反転させて、該半導体装置を回路基板１１０に搭載できる。そして、該半導体装置の基板１０の上面１８に形成された信号線路３０を、それに対応する回路基板１１０上面に形成された信号用の接続線路１２０にはんだ付け等により電気的に接続できる。そして、第１の半導体装置を回路基板１１０に表面実装できる。
【００５１】
図９は本発明の第２の半導体装置の好適な実施の形態を示し、図９はその使用状態を示す正面断面図である。以下に、この第２の半導体装置を説明する。
【００５２】
この第２の半導体装置では、図３及び図４に示した第２のパッケージ、又は図６に示した第２のパッケージ（図９は、図３及び図４に示した第１のパッケージの例を示している）であって、キャビテイ２２の底部がヒートシンク７０により気密に封止されてなる第２のパッケージのキャビテイ２２の底部に露出したヒートシンク７０に、半導体チップ８０が搭載されている。そして、キャビテイ２２に半導体チップ８０が収容されている。
【００５３】
その他は、図８に示した第１の半導体装置と同様に構成されている。
この第２の半導体装置においては、ヒートシンク７０に搭載された半導体チップ８０が発する熱を、ヒートシンク７０を通して、第２の半導体装置の外部に効率良く放散させることができる。
この第２の半導体装置のその他の作用は、図８に示した第１の半導体装置と同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１又は第２のパッケージを用いて、本発明の第１又は第２の半導体装置を形成すれば、その第１又は第２の半導体装置に備えられた信号線路の特性インピーダンスを、その信号線路の全長に亙って５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を、少なく抑えることができる。
【００５５】
また、低誘電率の有機材料からなる基板に信号線路を形成できる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送速度を早めることができる。
【００５６】
また、基板の有機層間に信号線路を備える必要を無くすことができる。そして、基板の有機層に、該層を上下に貫通するビアであって、スルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを備える必要を無くすことができる。そして、そのビアにより基板の有機層の気密性が損なわれて、第１又は第２のパッケージや第１又は第２の半導体装置の気密性が失われるのを防ぐことができる。また、基板の有機層間に信号線路を形成する面倒な作業を不要として、第１又は第２のパッケージや第１又は第２の半導体装置の構造の大幅な簡易化とその製造の容易化とが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のパッケージの斜視図である。
【図２】本発明の第１のパッケージの正面断面図である。
【図３】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図４】本発明の第２のパッケージの正面断面図である。
【図５】本発明の第１のパッケージの斜視図である。
【図６】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図７】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図８】本発明の第１の半導体装置の使用状態を示す正面断面図である。
【図９】本発明の第２の半導体装置の使用状態を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ 凹部
１４ 傾斜面
１６ 凹部の底面
１８ 基板の上面
２０、２２ キャビテイ
３０ 信号線路
４０ グランド層
５０ グランド線路
６０、６２ 接続線路
７０ ヒートシンク
８０ 半導体チップ
９０ ワイヤ
１００ 封止樹脂
１１０ 回路基板
１２０ 信号用の接続線路
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用の半導体チップを収容するためのＬＣＣパッケージ（Ｌｅａｄｌｅｓｓ Ｃｈｉｐ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体パッケージと、該パッケージを用いて形成された高周波用の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数ＧＨｚ等で動作させる高周波用の半導体チップを収容する半導体パッケージには、一般に、セラミックパッケージが用いられる。
このパッケージは、セラミック層が複数積層されてなり、多層構造をしている。パッケージに備えられた信号線路は、マイクロストリップ線路又はストリップ線路に形成さている。そして、その信号線路の特性インピーダンスが、５０オーム等に調整されている。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失が、少なく抑えられるように構成されている。
【０００３】
ところで、セラミックパッケージは、その製造材料が高く、その製造工程が複雑なため、高価なものであり、一般に汎用される半導体パッケージとしては、不向きである。
【０００４】
このような課題を解消可能なパッケージとして、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の有機材料を用いて形成されたパッケージが考えられる。
有機材料は、セラミックに比べて、その誘電率が低い。従って、パッケージを、有機材料を用いて形成すれば、該パッケージの有機層表面に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度を、セラミックパッケージのセラミック層表面に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度に比べて、早めることができる。そのため、高周波用のパッケージは、低誘電率の有機材料を用いて形成するのが、好ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セラミックパッケージと同様な多層構造をした高周波用の半導体パッケージを、有機材料を用いて形成した場合には、該パッケージの有機層に該層を上下に貫通させて備えるビア（接続線路）が、スルーホール内周面に金属めっき層を被着してなる構造となる。そして、そのビアが、中央に上下に貫通する透孔を持った構造となる。そのため、そのビアを通して、パッケージの有機層の気密性が損なわれて、パッケージの気密性が失われてしまう。
【０００６】
また、有機層表面に形成された信号線路の上方又はその下方に位置する有機層表面にグランド層を備えて、信号線路をマイクロストリップ線路又はストリップ線路に形成し、その信号線路の特性インピーダンスを５０オーム等にマッチングさせようとした場合には、有機層の誘電率が低いため、グランド層を備えた有機層を、０．１ｍｍ等に薄く形成しなければならない。しかしながら、有機層は、その層厚を、０．１ｍｍ等に薄く形成することが極めて困難である。
【０００７】
他方、上記のグランド層を備えた有機層の形成を容易化するために、該有機層を厚く形成した場合には、その有機層表面に形成されたグランド層の下方又は上方の有機層表面に備える信号線路を、該線路の特性インピーダンスを５０オーム等にマッチングさせるために、極端に幅広く形成しなければならない。
従って、そのようにした場合には、パッケージのコンパクト化と、パッケージに備える信号線路の高密度化とが図れない。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、有機材料を用いて形成された気密性のあるパッケージであって、その有機材料表面に形成された信号線路をマイクロストリップ線路又はそれに近い構造の線路に形成して、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送速度を早めたり、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えたりできる、構造が簡単であって、その製造が容易な高周波用の半導体パッケージ（以下、パッケージという）と、該パッケージを用いて形成された高周波用の半導体装置（以下、半導体装置という）とを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１のパッケージは、有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイがその底部に基板の一部を残した有底状態に形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成されてなることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の第２のパッケージは、有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイが基板を上下に貫通して形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成され、該グランド層にヒートシンクが接合されて、該ヒートシンクにより前記キャビテイの底部が封止されてなることを特徴としている。
【００１１】
この第１又は第２のパッケージにおいては、信号線路が、低誘電率の有機材料を用いて形成された基板の凹部、基板の傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されている。そのため、セラミックからなる基板に形成された信号線路に比べて、その有機材料からなる基板に形成された信号線路を伝わる高周波信号の伝送速度を早めることができる。
【００１２】
また、基板の凹部の内側面が、凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成されている。そして、その傾斜面に信号線路が形成されて、その信号線路の下方に位置する、基板の下面にグランド層が形成されている。そのため、その傾斜面に形成された信号線路を、マイクロストリップ線路に近い構造に形成できる。そして、その信号線路の特性インピーダンスを、上記のグランド層を用いて、５０オーム等にマッチングさせることができる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００１３】
また、基板の凹部の底面に形成された信号線路と、基板の上面に形成された信号線路との下方に位置する、基板の下面にグランド層が形成されている。そのため、それらの信号線路を、マイクロストリップ線路に形成できる。そして、それらの信号線路の特性インピーダンスを、上記のグランド層を用いて、５０オーム等にマッチングさせることができる。そして、それらの信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００１４】
また、信号線路が、上記のように、有機材料を用いて形成された基板の凹部の底面、基板の傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されている。そのため、有機材料からなる基板の有機層間に信号線路を備えたり、その有機層間に備えた信号線路を基板の外部に露出した有機層表面の信号線路に電気的に接続するためのスルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを、有機層を上下に貫通させて備える必要を無くすことができる。そして、基板を構成する有機層の気密性が上記のビアにより損なわれるのを防ぐことができる。
【００１５】
また、第２のパッケージにおいては、キャビテイの底部に露出したヒートシンクに半導体チップを搭載して、該チップが発する熱を、ヒートシンクを通して、パッケージの外部に効率良く放散させることができる。
【００１６】
本発明の第１又は第２のパッケージにおいては、グランド線路が凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面の信号線路の両側に信号線路に並べて連続して形成されて、該グランド線路が基板の下面に形成されたグランド層に基板の外側面又はキャビテイの内側面に形成された接続線路を介して電気的に接続された構造とすることを好適としている。
【００１７】
この第１又は第２のパッケージにあっては、信号線路を挟んでその両側に信号線路に並べて形成されたグランド線路を用いて、信号線路を、コプレナー線路に形成できる。加えて、信号線路の下方に位置する、基板の下面に備えられたグランド層を用いて、信号線路を、グランド付きのコプレナー線路に形成できる。そして、その信号線路の特性インピーダンスを、５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。それと共に、信号線路を伝わる高周波信号が、その信号線路に隣合う信号線路であって、同じ基板の凹部、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成された他の信号線路に混入して、それらの信号線路の間でクロストークが生ずるのを、それらの信号線路の間に信号線路に並べて形成されたグランド線路により防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第１の半導体装置は、半導体パッケージの有底のキャビテイの底部に半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂に封止されてなることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の第２の半導体装置は、半導体パッケージのキャビテイの底部に露出したヒートシンクに半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂に封止されてなることを特徴としている。
【００２０】
この第１又は第２の半導体装置においては、半導体チップが湿気や塵埃の悪影響を受けるのを、封止樹脂により防ぐことができる。
【００２１】
また、第１又は第２の半導体装置を上下に反転させて、該半導体装置を回路基板に搭載できる。そして、該半導体装置の基板の上面に形成された信号線路を、それに対応する回路基板上面に形成された信号用の接続線路にはんだ付け等により電気的に接続できる。そして、第１又は第２の半導体装置を回路基板に表面実装できる。
【００２２】
また、第２の半導体装置においては、ヒートシンクに搭載された半導体チップが発する熱を、ヒートシンクを通して、第２の半導体装置の外部に効率良く放散させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
図１及び図２は本発明の第１のパッケージの好適な実施の形態を示し、図１はその斜視図、図２はその正面断面図である。以下に、この第１のパッケージを説明する。
【００２４】
図において、１０は、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリブチレンテレフタレート等の熱硬化性樹脂などの有機材料を用いて形成された基板である。基板１０は、方形ブロック状をしている。基板１０の上下面は、互いに平行に形成されている。基板１０の上面には、方形状をした凹部１２が形成されている。凹部１２の底面１６は、基板１０の上下面と平行に形成されている。
【００２５】
凹部１２の内側面は、図２に示したように、凹部１２の上端開放縁に向かって、斜め外側に拡開する傾斜面１４に形成されている。
【００２６】
凹部１２の底面の中央には、半導体チップ収容用のキャビテイ２０が、その底部に基板１０の一部を残した有底状態に形成されている。
【００２７】
凹部１２の底面１６、傾斜面１４及びそれに連なる基板１０の上面１８には、細帯状の信号線路３０が、キャビテイ２０の周囲にほぼ放射状に複数本並べて形成されている。
【００２８】
信号線路３０の下方に位置する、基板１０の下面には、信号線路３０の特性インピーダンス調整用のグランド層４０が連続して広く形成されている。
【００２９】
信号線路３０及びグランド層４０は、プラスチック成形品の表面に金属めっき層を形成するためのＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）の技術を用いて、有機材料からなる基板１０に立体的及び平面的に形成されている。具体的には、信号線路３０及びグランド層４０形成用のＣｕめっき層が、ＭＩＤの技術を用いて、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。Ｃｕめっき層には、防錆用のＮｉめっき及び表装用のＡｕめっき又はＡｇめっきが重ねて施されている。そして、信号線路３０及びグランド層４０が基板１０に立体的及び平面的に形成されている。
【００３０】
図１及び図２に示した第１のパッケージは、以上のように構成されている。
この第１のパッケージにおいては、低誘電率の有機材料を用いて形成された基板１０の凹部の底面１６、基板１０の傾斜面１４及びそれに連なる基板の上面１８に連続して形成された信号線路３０に、高周波信号を伝送速度早く伝えることができる。
【００３１】
また、基板１０の傾斜面１４に形成された信号線路３０を、その下方の基板１０の下面に広く形成されたグランド層４０を用いて、マイクロストリップ線路に近い構造に形成できる。即ち、傾斜面１４に形成された信号線路３０を、グランド層４０の上方に、グランド層４０と平行に近い、斜め上下方向に配置できる。そして、その信号線路３０の特性インピーダンスを、上記のグランド層４０を用いて、５０オーム等に的確にマッチングさせることができる。そして、その信号線路３０に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００３２】
また、基板１０の上下面と平行な凹部１２の底面１６に形成された信号線路３０と、基板１０の上面１８に形成された信号線路３０とを、それらの下方の基板１０の下面に広く形成されたグランド層４０を用いて、マイクロストリップ線路に形成できる。即ち、凹部１２の底面１６に形成された信号線路３０と、基板１０の上面１８に形成された信号線路３０とを、グランド層４０の上方に、グランド層４０と平行に並べて配置できる。そして、それらの信号線路３０の特性インピーダンスを、上記のグランド層４０を用いて、５０オーム等に的確にマッチングさせることができる。そして、それらの信号線路３０に伝わる高周波信号の伝送損失を少なく抑えることができる。
【００３３】
また、基板１０の有機層間に信号線路３０を備えたり、その有機層間に備えた信号線路３０を基板１０の外部に露出した有機層表面の信号線路３０に電気的に接続するためのスルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを、有機層を上下に貫通させて備える必要を無くすことができる。そして、基板１０の有機層の気密性が上記のビアにより損なわれるのを、防ぐことができる。
【００３４】
図３及び図４は本発明の第２のパッケージの好適な実施の形態を示し、図３はその斜視図、図４はその正面断面図である。以下に、この第２のパッケージを説明する。
【００３５】
図の第２のパッケージでは、凹部の底面１６の中央に、半導体チップ収容用のキャビテイ２２が、基板１０を上下に貫通して形成されている。
【００３６】
基板１０の下面には、信号線路３０の特性インピーダンス調整用のグランド層４０が、前述のＭＩＤの技術を用いて形成されている。そして、そのグランド層４０に、熱伝導性の良いＣｕ等からなるヒートシンク７０が、ろう付け等により接合されている。そして、そのヒートシンク７０により、キャビテイ２２の底部が気密に封止されている。
【００３７】
その他は、図１及び図２に示した第１のパッケージと同様に構成されている。この第２のパッケージにおいては、そのキャビテイ２２の底部に露出したヒートシンク７０に半導体チップを搭載して、該チップが発する熱を、ヒートシンク７０を通して、パッケージの外部に効率良く放散させることができる。
この第２のパッケージのその他の作用は、図１及び図２に示した第１のパッケージと同様である。
【００３８】
図５は本発明の第１のパッケージの他の好適な実施の形態を示し、図５はその斜視図である。図６は本発明の第２のパッケージの他の好適な実施の形態を示し、図６はその斜視図である。以下に、この第１又は第２のパッケージを説明する。
【００３９】
図の第１又は第２のパッケージでは、グランド線路５０が、凹部の底面１６、傾斜面１４及びそれに連なる基板の上面１８の信号線路３０の両側に、信号線路３０に並べて連続して形成されている。
【００４０】
グランド線路５０の外端は、基板１０の外側面に形成された接続線路６０を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に一連に電気的に接続されている。
【００４１】
グランド線路５０及び接続線路６０は、前述のＭＩＤの技術を用いて、有機材料からなる基板１０に立体的及び平面的に形成されている。具体的には、グランド線路５０及び接続線路６０形成用のＣｕめっき層が、ＭＩＤの技術を用いて、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。Ｃｕめっき層には、防錆用のＮｉめっき及び表装用のＡｕめっき又はＡｇめっきが重ねて施されている。そして、グランド線路５０及び接続線路６０が、基板１０に立体的及び平面的に形成されている。
【００４２】
その他は、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図３及び図４に示した第２のパッケージと同様に構成されている。
この第１又は第２のパッケージにおいては、信号線路３０の両側に信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０を用いて、信号線路３０を、コプレナー線路に形成できる。加えて、基板１０の下面に備えられたグランド層４０を用いて、又はそれに加えて、グランド層４０に接合されたグランドを構成するヒートシンク７０を用いて、信号線路３０を、グランド付きのコプレナー線路に形成できる。そして、その信号線路３０の特性インピーダンスを、５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。それと共に、信号線路３０を伝わる高周波信号が、その信号線路３０に隣合う信号線路３０であって、同じ基板１０の凹部の底面１６、傾斜面１４、及びそれに連なる基板の上面１８に連続して形成された他の信号線路３０に混入して、それらの信号線路３０の間でクロストークが生ずるのを、それらの信号線路３０の間に形成されたグランド線路５０により防ぐことができる。
この第１又は第２のパッケージのその他の作用は、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図３及び図４に示した第２のパッケージと同様である。
【００４３】
図７は本発明の第２のパッケージのもう一つの好適な実施の形態を示し、図７はその斜視図である。以下に、この第２のパッケージを説明する。
【００４４】
この第２のパッケージにおいては、信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０の内端が、キャビテイ２２の内側面に形成された接続線路６２を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に電気的に接続されている。又はそれに加えて、信号線路３０に並べて形成されたグランド線路５０の外端が、基板１０の外側面に形成された接続線路６０を介して、基板１０の下面に形成されたグランド層４０に電気的に接続されている。そして、信号線路３０が、コプレナー線路に形成されている。
この第２のパッケージのその他の作用は、図６に示した第２のパッケージと同様である。
【００４５】
図８は本発明の第１の半導体装置の好適な実施の形態を示し、図８はその使用状態を示す正面断面図である。以下に、この第１の半導体装置を説明する。
【００４６】
この第１の半導体装置では、図１及び図２に示した第１のパッケージ、又は図５に示した第１のパッケージ（図８は、図１及び図２に示した第１のパッケージの例を示している）であって、有底のキャビテイ２０を持つ第１のパッケージのキャビテイ２０の底部に、半導体チップ８０が搭載されている。そして、キャビテイ２０に半導体チップ８０が収容されている。
【００４７】
半導体チップ８０の電極は、凹部の底面１６に形成された信号線路３０の内端に、ワイヤ９０を介して、電気的に接続されている。
【００４８】
半導体チップ８０は、該チップの電極が接続された信号線路３０の内端及びワイヤ９０と共に、封止樹脂１００に気密に封止されている。封止樹脂１００には、紫外線硬化性の樹脂等が用いられていて、該樹脂が半導体チップ８０、該チップの電極が接続された信号線路３０の内端及びワイヤ９０に、その上方からポッティングされて硬化されている。
【００４９】
図８に示した第１の半導体装置は、以上のように構成されている。
この第１の半導体装置においては、半導体チップ８０が湿気や塵埃の悪影響を受けるのを、封止樹脂１００により防ぐことができる。
【００５０】
また、図８に示したように、第１の半導体装置を上下に反転させて、該半導体装置を回路基板１１０に搭載できる。そして、該半導体装置の基板１０の上面１８に形成された信号線路３０を、それに対応する回路基板１１０上面に形成された信号用の接続線路１２０にはんだ付け等により電気的に接続できる。そして、第１の半導体装置を回路基板１１０に表面実装できる。
【００５１】
図９は本発明の第２の半導体装置の好適な実施の形態を示し、図９はその使用状態を示す正面断面図である。以下に、この第２の半導体装置を説明する。
【００５２】
この第２の半導体装置では、図３及び図４に示した第２のパッケージ、又は図６に示した第２のパッケージ（図９は、図３及び図４に示した第１のパッケージの例を示している）であって、キャビテイ２２の底部がヒートシンク７０により気密に封止されてなる第２のパッケージのキャビテイ２２の底部に露出したヒートシンク７０に、半導体チップ８０が搭載されている。そして、キャビテイ２２に半導体チップ８０が収容されている。
【００５３】
その他は、図８に示した第１の半導体装置と同様に構成されている。
この第２の半導体装置においては、ヒートシンク７０に搭載された半導体チップ８０が発する熱を、ヒートシンク７０を通して、第２の半導体装置の外部に効率良く放散させることができる。
この第２の半導体装置のその他の作用は、図８に示した第１の半導体装置と同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１又は第２のパッケージを用いて、本発明の第１又は第２の半導体装置を形成すれば、その第１又は第２の半導体装置に備えられた信号線路の特性インピーダンスを、その信号線路の全長に亙って５０オーム等に正確にマッチングさせることができる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送損失を、少なく抑えることができる。
【００５５】
また、低誘電率の有機材料からなる基板に信号線路を形成できる。そして、その信号線路に伝わる高周波信号の伝送速度を早めることができる。
【００５６】
また、基板の有機層間に信号線路を備える必要を無くすことができる。そして、基板の有機層に、該層を上下に貫通するビアであって、スルーホール内周面に金属めっき層を被着してなるビアを備える必要を無くすことができる。そして、そのビアにより基板の有機層の気密性が損なわれて、第１又は第２のパッケージや第１又は第２の半導体装置の気密性が失われるのを防ぐことができる。また、基板の有機層間に信号線路を形成する面倒な作業を不要として、第１又は第２のパッケージや第１又は第２の半導体装置の構造の大幅な簡易化とその製造の容易化とが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のパッケージの斜視図である。
【図２】本発明の第１のパッケージの正面断面図である。
【図３】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図４】本発明の第２のパッケージの正面断面図である。
【図５】本発明の第１のパッケージの斜視図である。
【図６】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図７】本発明の第２のパッケージの斜視図である。
【図８】本発明の第１の半導体装置の使用状態を示す正面断面図である。
【図９】本発明の第２の半導体装置の使用状態を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１２ 凹部
１４ 傾斜面
１６ 凹部の底面
１８ 基板の上面
２０、２２ キャビテイ
３０ 信号線路
４０ グランド層
５０ グランド線路
６０、６２ 接続線路
７０ ヒートシンク
８０ 半導体チップ
９０ ワイヤ
１００ 封止樹脂
１１０ 回路基板
１２０ 信号用の接続線路
Claims (5)
- 有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイがその底部に基板の一部を残した有底状態に形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成されていることを特徴とする高周波用の半導体パッケージ。
- 有機材料を用いて形成された基板の上面に凹部が形成されて、該凹部の内側面が凹部の底面から凹部の上端開放縁に向かって斜め外側に拡開する傾斜面に形成され、前記凹部の底面に半導体チップ収容用のキャビテイが基板を上下に貫通して形成され、信号線路が前記凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面に連続して形成されて、該信号線路の特性インピーダンス調整用のグランド層が前記基板の下面に形成され、該グランド層にヒートシンクが接合されて、該ヒートシンクにより前記キャビテイの底部が封止されていることを特徴とする高周波用の半導体パッケージ。
- グランド線路が凹部の底面、傾斜面及びそれに連なる基板の上面の信号線路の両側に信号線路に並べて連続して形成されて、該グランド線路が基板の下面に形成されたグランド層に基板の外側面又はキャビテイの内側面に形成された接続線路を介して電気的に接続された請求項１又は２記載の高周波用の半導体パッケージ。
- 請求項１又は該請求項１が引用された請求項３記載の半導体パッケージの有底のキャビテイの底部に半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂により封止されていることを特徴とする高周波用の半導体装置。
- 請求項２又は該請求項２が引用された請求項３記載の半導体パッケージのキャビテイの底部に露出したヒートシンクに半導体チップが搭載されて、該チップの電極と凹部の底面に形成された信号線路とが電気的に接続され、前記半導体チップが封止樹脂により封止されていることを特徴とする高周波用の半導体装置。
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