JP3716173B2 - 回路基板およびそれを用いた半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号入出力部に同軸コネクタを用いた半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信やマイクロ波帯、ミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）には、半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子として同軸コネクタが用いられている。この同軸コネクタを具備した半導体パッケージを図５に断面図で示す。
【０００３】
同図において、２１は基体、２２は枠体、２３は同軸コネクタ、２４は蓋体、２６は回路基板である。
【０００４】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成る略四角形状の板状体であり、その上面の略中央部には、ＩＣ、ＬＳＩ、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子２５を搭載して成る回路基板２６を載置する載置部２１ａが形成されている。載置部２１ａには、半導体素子２５が、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質セラミックス等から成る回路基板２６に搭載された状態で載置固定される。
【０００５】
なお、回路基板２６に搭載された半導体素子２５は、その電極が回路基板２６に被着形成されている線路導体２６ａにボンディングワイヤ２７等を介して電気的に接続されている。
【０００６】
基体２１の上面の外周部には載置部２１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５を収容する空所を形成する。
【０００７】
枠体２２は基体２１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体２１と一体成形される、または基体２１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２１の上面外周部に立設される。
【０００８】
枠体２２の側面には同軸コネクタ２３が嵌着される貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ内に同軸コネクタ２３を嵌め込むとともに半田等の封着材２８を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材２８を溶融させ、溶融した封着材２８を毛細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａの内壁との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ２３が貫通孔２２ａ内に半田等の封着材２８を介して嵌着される。
【０００９】
同軸コネクタ２３は、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体２３ａの中心軸部分に、信号線路として鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る棒状の中心導体２３ｂが絶縁体２３ｃを介して固定されて成り、グランドとしての外周導体２３ａが封着材２８を介して枠体２２に電気的に接続されており、特性インピーダンスに整合された同軸線路モードの信号線路を形成している。また、中心導体２３ｂが半田等から成る導電性接着材２６ｂを介して回路基板２６の線路導体２６ａに電気的に接続される。線路導体２６ａは、所定の特性インピーダンスに整合されたマイクロストリップ線路となっている。
【００１０】
この同軸コネクタ２３を備えた半導体パッケージは、内周面にネジ切りを有する貫通孔２２ｂに同軸コネクタプラグ２９のネジ状の外周面がネジ止めされ、外部電気回路に接続された同軸ケーブル３０が同軸コネクタプラグ２９に装着されることによって、内部に収納された半導体素子２５が同軸コネクタ２３の中心導体２３ｂを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００１１】
枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法を採用して接合し、基体２１、枠体２２および蓋体２４から成る容器内部に半導体素子２５を収容し気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体パッケージでは、同軸コネクタ２３の中心導体２３ｂと回路基板２６の線路導体２６ａとの接続部において、中心導体２３ｂと線路導体２６ａとを導電性接着材２６ｂで接続することによって、線路導体２６ａの表面に中心導体２３ｂが載置されることから、接続部の容量成分が付加されて容量成分が増加し、接続部において信号線路のインピーダンスが低下していた。
【００１３】
接続部でインピーダンスの整合がとれないために、半導体パッケージ内の信号線路において、接続部における高周波信号の反射損失が大きくなり、高周波信号を効率よく伝送するのが困難となるという問題があった。
【００１４】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は高周波信号の伝送効率に優れた半導体パッケージを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、一端側が、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成る同軸コネクタの前記中心導体に電気的に接続される線路導体が上側主面に形成されており、前記線路導体は、マイクロストリップ線路であって、前記中心導体と接続される一端部が前記中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が前記中心導体と略同じ幅とされているとともに、前記幅狭部から前記残部へと幅が変化する傾斜部が形成されており、更に前記中心導体は、先端が半球状で、該先端部から前記線路導体の残部側に向かって導電性接着材のメニスカスが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の回路基板によれば、回路基板の線路導体はマイクロストリップ線路であって、中心導体との接続部で中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が中心導体と略同じ幅となっていることから、幅狭部のインピーダンスは線路導体の幅広部の特性インピーダンスより高くなっている。従来、線路導体と中心導体とを接続することにより、接続部における信号線路の容量成分が増加し接続部のインピーダンスが低下してインピーダンス不整合を生じていたが、本発明では接続部を幅狭部として特性インピーダンスより高いインピーダンス値としていることから、線路導体と中心導体とを接続することによって接続部のインピーダンスが低下した場合においても、接続部を特性インピーダンスに整合することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の回路基板において、好ましくは、前記線路導体の表面の算術平均粗さＲａが０．３〜０．７μｍであることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、この構成により、線路導体の表面を、中心導体を接続するためのろう材や半田等の導電性接着材に対して適切な濡れ性を有するような粗さとすることで、導電性接着材が濡れる範囲を適切に広げることができる。中心導体と線路導体とを電気的に接続するための導電性接着材が広範囲に流れることを防止し、中心導体と線路導体との接続部におけるインピーダンスがばらつくことを防止することができ、また線路導体表面における導電性接着材の適切な濡れ性を確保し、線路導体と中心導体とを強固に接続できる。
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子および上記本発明の回路基板を載置するための載置部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、かつ側部に貫通孔から成る同軸コネクタの嵌着部が設けられた枠体と、前記嵌着部に嵌着された前記同軸コネクタとを具備していることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体、３は同軸コネクタ、４は蓋体、６は回路基板である。
【００２０】
基体１は鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属や銅−タングステンの焼結材等から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１の上面の略中央部には、ＩＣ、ＬＳＩ、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子を載置するための載置部１ａが形成されており、載置部１ａには半導体素子５を搭載して成る回路基板６が載置固定される。半導体素子５は、その電極が回路基板６に被着形成されている線路導体６ａにボンディングワイヤ７等を介して電気的に接続されている。
【００２１】
また、基体１の上面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設接合されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を収容する空所を形成する。
【００２２】
枠体２は基体１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体１の上面の外周部に立設される。
【００２３】
枠体２の側面には同軸コネクタ３が嵌着される貫通孔２ａが形成されている。貫通孔２ａ内には同軸コネクタ３を嵌め込むとともに半田等の封着材８を貫通孔２ａとの隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材８を溶融させ、溶融した封着材８は毛細管現象により同軸コネクタ３と貫通孔２ａの内壁との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ３が貫通孔２ａ内に半田等の封着材８を介して嵌着接合される。
【００２４】
同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体素子５を外部の同軸ケーブル１０に電気的に接続されるものであり、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る中心導体３ｂが絶縁体３ｃを介して固定された構造をしている。
【００２５】
中心導体３ｂを伝送する高周波信号は、貫通孔２ａ，２ｂ部において貫通孔２ａ，２ｂの中心軸を同軸線路のモードで伝送し、特性インピーダンス値に整合されている。中心導体３ｂが枠体２の内面から突出して線路導体６ａと半田等の導電性接着材６ｂにより接続された部位以降では、高周波信号は回路基板６の表面に被着形成された線路導体６ａ上を伝送する。この線路導体６ａは、中心導体３ｂとの接続部において幅狭部６ｃを有している（図２）。
【００２６】
図２は回路基板６の平面図であるが、同図に示すように、幅狭部６ｃを除く線路導体６ａの幅をＷ１、幅狭部６ｃの幅をＷ２、中心導体３ｂの幅をｄとしたとき、０．７ｄ≦Ｗ２≦０．９ｄ，Ｗ１＞Ｗ２となっている。なお、Ｗ１とｄについては、０．９ｄ≦Ｗ１≦１．１ｄといった程度の範囲であればよい。この構成により、幅狭部６ｃを除く部分の線路導体６ａを特性インピーダンス値に整合させ、幅狭部６ｃ部においては特性インピーダンス値よりも高いインピーダンス値とすることができる。幅狭部６ｃと線路導体６ａの残部との間で線路幅に段差が生じるが、この段差部については、幅狭部６ｃから幅の広い線路導体６ａへ変化している傾斜部の線路導体６ａに対する傾斜角度θは３０〜６０°として連続的に線路幅を変化させるのがよく、この場合反射損失による高周波信号の減衰を抑制させることができる。
【００２７】
図３は図２のＡ−Ａ’線における断面図であるが、線路導体６ａと中心導体３ｂとを接続することにより、接続部では信号線路が中心導体３ｂ，線路導体６ａおよび導電性接着材６ｂとなっている。線路導体６ａ単体が信号線路である場合と比して、信号線路の容量成分が増加し、接続部のインピーダンスが低下することとなる。したがって、接続部における線路導体６ａを幅狭部６ｃとして、幅狭部６ｃ単体のインピーダンス値は特性インピーダンスより高い値としている。これにより、中心導体３ｂを接続して接続部のインピーダンスが低下しても、接続部を特性インピーダンスに整合させることができる。また接続部は、導電性接着材６ｂの量を適宜調整して、信号線路のインピーダンスを整合している。このようにして、半導体パッケージ内において、反射損失や透過損失等の伝送損失の小さい良好な伝送特性の信号線路が形成される。
【００２８】
枠体２の貫通孔２ｂ内に挿入固定される同軸コネクタプラグ９は、外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０と枠体２に嵌着された同軸コネクタ３とを接続するためのプラグであり、その外周面はネジ状となっており、内周面にネジ切りを有する貫通孔２ｂにネジ止めされる。
【００２９】
そして、本発明の半導体パッケージは、半導体素子５の電極と回路基板６の上面に形成された線路導体６ａとを電気的に接続し、回路基板６の線路導体６ａと同軸コネクタ３の中心導体３ｂとを半田等の導電性接着材６ｂを介して電気的に接続し、しかる後、枠体２の上面に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る蓋体４を半田付け法やシームウエルド法により接合することにより製品としての半導体装置となる。
【００３０】
この半導体装置は、基体１が外部電気回路基板に実装され、同軸コネクタプラグ９と外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０とを接続することにより、内部に収容する半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。
【００３１】
本発明の半導体パッケージにおいて好ましくは、線路導体６ａの表面の算術平均粗さＲａを０．３〜０．７μｍとする。Ｒａが０．３μｍ未満の場合、導電性接着材６ｂの濡れ性が悪くなり、中心導体３ｂを幅狭部６ｃに十分な強度で接合できなくなり、半導体パッケージを外部電気回路基板に実装するなどした際に半導体パッケージに外力が印加された場合、中心導体３ｂが幅狭部６ｃから外れて信号の伝送ができなくなる場合がある。また、Ｒａが０．７μｍを超える場合、導電性接着材６ｂが流れ易くなってしまい、また線路導体６ａ表面における導電性接着材６ｂの流れ具合がばらつき、その結果接続部におけるインピーダンス値がばらつくこととなり、接続部のインピーダンス整合が困難となる。
【００３２】
図４は図２のＢ−Ｂ’線における断面図であり、線路導体の表面の算術平均粗さＲａを０．３〜０．７μｍとすることにより、図４のような導電性接着材６ｂのメニスカスによる中心導体３ｂの先端から線路導体６ａに向かってなだらかな傾斜を形成することができる。導電性接着材６ｂのなだらかな傾斜を形成することにより、中心導体３ｂと線路導体６ａとの接合強度を上げて強固に接続させることができる。また、導電性接着材６ｂの流れ具合を制御することが可能となり、接続部のインピーダンスの整合を容易に行なうことができ、接続部における信号の反射損失による減衰を防止して、伝送効率を良好なものとできる。高周波信号が伝送する場合において、表皮効果のために高周波信号は信号線路の表面付近を伝送することとなるが、導電性接着材６ｂがなだらかな傾斜を形成しているため、導電性接着材６ｂの表面を伝送する高周波信号が、表面形状により反射し難くなり、伝送効率の低下を防ぐこととなる。
【００３３】
このような良好な伝送特性を有する中心導体３ｂとしては、図４に示すように、円柱状であって先端が半球状のものがよい。
【００３４】
本発明における高周波信号の好ましい周波数は５〜５０ＧＨｚ程度であり、この場合に高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の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内であれば種々の変更は可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ内に載置された回路基板は、半導体素子と中心導体とを電気的に接続する線路導体が上側主面に形成されており、線路導体は、マイクロストリップ線路であって、中心導体と接続される一端部が中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が中心導体と略同じ幅とされているとともに、前記幅狭部から前記残部へと幅が変化する傾斜部が形成されており、更に前記中心導体は、先端が半球状で、該先端部から前記線路導体の残部側に向かって導電性接着材のメニスカスが形成されていることにより、線路導体の残部においてそのインピーダンスを特性インピーダンス値に整合させることができ、線路導体の幅狭部では、線路導体と中心導体とを接続した状態で信号線路を特性インピーダンスに整合することができる。このようにして、半導体パッケージ内部において同軸コネクタおよび回路基板の線路導体から成る信号線路が特性インピーダンスに整合され、高周波信号の反射損失を低減して伝送効率を良好にすることのできる信号線路を形成できる。
【００３７】
本発明は、好ましくは線路導体の表面の算術平均粗さＲａが０．３〜０．７μｍであることにより、線路導体と中心導体を接続するための導電性接着材の線路導体との濡れ性を確保するとともに、導電性接着材が流れ過ぎないように制御し、導電性接着材のなだらかな傾斜を形成することができる。導電性接着材の線路導体との濡れ性を確保することによって、アンカー効果が得られ導電性接着材と線路導体との接合を強固なものとすることができ、半導体パッケージに外力が加えられた場合においても、中心導体が線路導体から外れ難くなる。また、導電性接着材が流れ過ぎないように制御してなだらかな傾斜を形成することにより、中心導体と線路導体とをより強固に接続させるとともに、流れる範囲の制御によって、中心導体と線路導体との接続部におけるインピーダンスを整合させた信号線路とすることができる。
【００３８】
また、信号線路を高周波信号が伝送する場合、表皮効果のため高周波信号は信号線路表面付近を伝送することとなるが、導電性接着材がなだらかな傾斜を形成しているため、導電性接着材の表面を伝送する高周波信号がなだらかな傾斜に沿って伝送することとなり、その結果高周波信号の反射損失を抑えて伝送効率を損ねることなく効率良く伝送することが可能となる。
【００３９】
以上の効果により、５〜５０ＧＨｚの高周波信号の伝送特性に優れ、かつ気密性に優れた半導体パッケージとして有効に機能することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体パッケージ内に収容された回路基板の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図５】従来の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
３：同軸コネクタ
３ａ：外周導体
３ｂ：中心導体
３ｃ：絶縁体
５：半導体素子
６：回路基板
６ａ：線路導体
６ｃ：幅狭部
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号入出力部に同軸コネクタを用いた半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信やマイクロ波帯、ミリ波帯等の高周波信号を用いる各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）には、半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子として同軸コネクタが用いられている。この同軸コネクタを具備した半導体パッケージを図５に断面図で示す。
【０００３】
同図において、２１は基体、２２は枠体、２３は同軸コネクタ、２４は蓋体、２６は回路基板である。
【０００４】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成る略四角形状の板状体であり、その上面の略中央部には、ＩＣ、ＬＳＩ、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子２５を搭載して成る回路基板２６を載置する載置部２１ａが形成されている。載置部２１ａには、半導体素子２５が、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質セラミックス等から成る回路基板２６に搭載された状態で載置固定される。
【０００５】
なお、回路基板２６に搭載された半導体素子２５は、その電極が回路基板２６に被着形成されている線路導体２６ａにボンディングワイヤ２７等を介して電気的に接続されている。
【０００６】
基体２１の上面の外周部には載置部２１ａを囲繞するようにして枠体２２が立設されており、枠体２２は基体２１とともにその内側に半導体素子２５を収容する空所を形成する。
【０００７】
枠体２２は基体２１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体２１と一体成形される、または基体２１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体２１の上面外周部に立設される。
【０００８】
枠体２２の側面には同軸コネクタ２３が嵌着される貫通孔２２ａが形成されており、貫通孔２２ａ内に同軸コネクタ２３を嵌め込むとともに半田等の封着材２８を貫通孔２２ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材２８を溶融させ、溶融した封着材２８を毛細管現象により同軸コネクタ２３と貫通孔２２ａの内壁との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ２３が貫通孔２２ａ内に半田等の封着材２８を介して嵌着される。
【０００９】
同軸コネクタ２３は、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体２３ａの中心軸部分に、信号線路として鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る棒状の中心導体２３ｂが絶縁体２３ｃを介して固定されて成り、グランドとしての外周導体２３ａが封着材２８を介して枠体２２に電気的に接続されており、特性インピーダンスに整合された同軸線路モードの信号線路を形成している。また、中心導体２３ｂが半田等から成る導電性接着材２６ｂを介して回路基板２６の線路導体２６ａに電気的に接続される。線路導体２６ａは、所定の特性インピーダンスに整合されたマイクロストリップ線路となっている。
【００１０】
この同軸コネクタ２３を備えた半導体パッケージは、内周面にネジ切りを有する貫通孔２２ｂに同軸コネクタプラグ２９のネジ状の外周面がネジ止めされ、外部電気回路に接続された同軸ケーブル３０が同軸コネクタプラグ２９に装着されることによって、内部に収納された半導体素子２５が同軸コネクタ２３の中心導体２３ｂを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００１１】
枠体２２の上面に蓋体２４をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法を採用して接合し、基体２１、枠体２２および蓋体２４から成る容器内部に半導体素子２５を収容し気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体パッケージでは、同軸コネクタ２３の中心導体２３ｂと回路基板２６の線路導体２６ａとの接続部において、中心導体２３ｂと線路導体２６ａとを導電性接着材２６ｂで接続することによって、線路導体２６ａの表面に中心導体２３ｂが載置されることから、接続部の容量成分が付加されて容量成分が増加し、接続部において信号線路のインピーダンスが低下していた。
【００１３】
接続部でインピーダンスの整合がとれないために、半導体パッケージ内の信号線路において、接続部における高周波信号の反射損失が大きくなり、高周波信号を効率よく伝送するのが困難となるという問題があった。
【００１４】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は高周波信号の伝送効率に優れた半導体パッケージを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、一端側が、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成る同軸コネクタの前記中心導体に電気的に接続される線路導体が上側主面に形成されており、前記線路導体は、マイクロストリップ線路であって、前記中心導体と接続される一端部が前記中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が前記中心導体と略同じ幅とされているとともに、前記幅狭部から前記残部へと幅が変化する傾斜部が形成されており、更に前記中心導体は、先端が半球状で、該先端部から前記線路導体の残部側に向かって導電性接着材のメニスカスが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の回路基板によれば、回路基板の線路導体はマイクロストリップ線路であって、中心導体との接続部で中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が中心導体と略同じ幅となっていることから、幅狭部のインピーダンスは線路導体の幅広部の特性インピーダンスより高くなっている。従来、線路導体と中心導体とを接続することにより、接続部における信号線路の容量成分が増加し接続部のインピーダンスが低下してインピーダンス不整合を生じていたが、本発明では接続部を幅狭部として特性インピーダンスより高いインピーダンス値としていることから、線路導体と中心導体とを接続することによって接続部のインピーダンスが低下した場合においても、接続部を特性インピーダンスに整合することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の回路基板において、好ましくは、前記線路導体の表面の算術平均粗さＲａが０．３〜０．７μｍであることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、この構成により、線路導体の表面を、中心導体を接続するためのろう材や半田等の導電性接着材に対して適切な濡れ性を有するような粗さとすることで、導電性接着材が濡れる範囲を適切に広げることができる。中心導体と線路導体とを電気的に接続するための導電性接着材が広範囲に流れることを防止し、中心導体と線路導体との接続部におけるインピーダンスがばらつくことを防止することができ、また線路導体表面における導電性接着材の適切な濡れ性を確保し、線路導体と中心導体とを強固に接続できる。
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に半導体素子および上記本発明の回路基板を載置するための載置部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、かつ側部に貫通孔から成る同軸コネクタの嵌着部が設けられた枠体と、前記嵌着部に嵌着された前記同軸コネクタとを具備していることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は枠体、３は同軸コネクタ、４は蓋体、６は回路基板である。
【００２０】
基体１は鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属や銅−タングステンの焼結材等から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１の上面の略中央部には、ＩＣ、ＬＳＩ、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子を載置するための載置部１ａが形成されており、載置部１ａには半導体素子５を搭載して成る回路基板６が載置固定される。半導体素子５は、その電極が回路基板６に被着形成されている線路導体６ａにボンディングワイヤ７等を介して電気的に接続されている。
【００２１】
また、基体１の上面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設接合されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子５を収容する空所を形成する。
【００２２】
枠体２は基体１と同様に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１に銀ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって基体１の上面の外周部に立設される。
【００２３】
枠体２の側面には同軸コネクタ３が嵌着される貫通孔２ａが形成されている。貫通孔２ａ内には同軸コネクタ３を嵌め込むとともに半田等の封着材８を貫通孔２ａとの隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材８を溶融させ、溶融した封着材８は毛細管現象により同軸コネクタ３と貫通孔２ａの内壁との隙間に充填させることによって、同軸コネクタ３が貫通孔２ａ内に半田等の封着材８を介して嵌着接合される。
【００２４】
同軸コネクタ３は、内部に収容する半導体素子５を外部の同軸ケーブル１０に電気的に接続されるものであり、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る円筒状の外周導体３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る中心導体３ｂが絶縁体３ｃを介して固定された構造をしている。
【００２５】
中心導体３ｂを伝送する高周波信号は、貫通孔２ａ，２ｂ部において貫通孔２ａ，２ｂの中心軸を同軸線路のモードで伝送し、特性インピーダンス値に整合されている。中心導体３ｂが枠体２の内面から突出して線路導体６ａと半田等の導電性接着材６ｂにより接続された部位以降では、高周波信号は回路基板６の表面に被着形成された線路導体６ａ上を伝送する。この線路導体６ａは、中心導体３ｂとの接続部において幅狭部６ｃを有している（図２）。
【００２６】
図２は回路基板６の平面図であるが、同図に示すように、幅狭部６ｃを除く線路導体６ａの幅をＷ１、幅狭部６ｃの幅をＷ２、中心導体３ｂの幅をｄとしたとき、０．７ｄ≦Ｗ２≦０．９ｄ，Ｗ１＞Ｗ２となっている。なお、Ｗ１とｄについては、０．９ｄ≦Ｗ１≦１．１ｄといった程度の範囲であればよい。この構成により、幅狭部６ｃを除く部分の線路導体６ａを特性インピーダンス値に整合させ、幅狭部６ｃ部においては特性インピーダンス値よりも高いインピーダンス値とすることができる。幅狭部６ｃと線路導体６ａの残部との間で線路幅に段差が生じるが、この段差部については、幅狭部６ｃから幅の広い線路導体６ａへ変化している傾斜部の線路導体６ａに対する傾斜角度θは３０〜６０°として連続的に線路幅を変化させるのがよく、この場合反射損失による高周波信号の減衰を抑制させることができる。
【００２７】
図３は図２のＡ−Ａ’線における断面図であるが、線路導体６ａと中心導体３ｂとを接続することにより、接続部では信号線路が中心導体３ｂ，線路導体６ａおよび導電性接着材６ｂとなっている。線路導体６ａ単体が信号線路である場合と比して、信号線路の容量成分が増加し、接続部のインピーダンスが低下することとなる。したがって、接続部における線路導体６ａを幅狭部６ｃとして、幅狭部６ｃ単体のインピーダンス値は特性インピーダンスより高い値としている。これにより、中心導体３ｂを接続して接続部のインピーダンスが低下しても、接続部を特性インピーダンスに整合させることができる。また接続部は、導電性接着材６ｂの量を適宜調整して、信号線路のインピーダンスを整合している。このようにして、半導体パッケージ内において、反射損失や透過損失等の伝送損失の小さい良好な伝送特性の信号線路が形成される。
【００２８】
枠体２の貫通孔２ｂ内に挿入固定される同軸コネクタプラグ９は、外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０と枠体２に嵌着された同軸コネクタ３とを接続するためのプラグであり、その外周面はネジ状となっており、内周面にネジ切りを有する貫通孔２ｂにネジ止めされる。
【００２９】
そして、本発明の半導体パッケージは、半導体素子５の電極と回路基板６の上面に形成された線路導体６ａとを電気的に接続し、回路基板６の線路導体６ａと同軸コネクタ３の中心導体３ｂとを半田等の導電性接着材６ｂを介して電気的に接続し、しかる後、枠体２の上面に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る蓋体４を半田付け法やシームウエルド法により接合することにより製品としての半導体装置となる。
【００３０】
この半導体装置は、基体１が外部電気回路基板に実装され、同軸コネクタプラグ９と外部電気回路に接続された同軸ケーブル１０とを接続することにより、内部に収容する半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。
【００３１】
本発明の半導体パッケージにおいて好ましくは、線路導体６ａの表面の算術平均粗さＲａを０．３〜０．７μｍとする。Ｒａが０．３μｍ未満の場合、導電性接着材６ｂの濡れ性が悪くなり、中心導体３ｂを幅狭部６ｃに十分な強度で接合できなくなり、半導体パッケージを外部電気回路基板に実装するなどした際に半導体パッケージに外力が印加された場合、中心導体３ｂが幅狭部６ｃから外れて信号の伝送ができなくなる場合がある。また、Ｒａが０．７μｍを超える場合、導電性接着材６ｂが流れ易くなってしまい、また線路導体６ａ表面における導電性接着材６ｂの流れ具合がばらつき、その結果接続部におけるインピーダンス値がばらつくこととなり、接続部のインピーダンス整合が困難となる。
【００３２】
図４は図２のＢ−Ｂ’線における断面図であり、線路導体の表面の算術平均粗さＲａを０．３〜０．７μｍとすることにより、図４のような導電性接着材６ｂのメニスカスによる中心導体３ｂの先端から線路導体６ａに向かってなだらかな傾斜を形成することができる。導電性接着材６ｂのなだらかな傾斜を形成することにより、中心導体３ｂと線路導体６ａとの接合強度を上げて強固に接続させることができる。また、導電性接着材６ｂの流れ具合を制御することが可能となり、接続部のインピーダンスの整合を容易に行なうことができ、接続部における信号の反射損失による減衰を防止して、伝送効率を良好なものとできる。高周波信号が伝送する場合において、表皮効果のために高周波信号は信号線路の表面付近を伝送することとなるが、導電性接着材６ｂがなだらかな傾斜を形成しているため、導電性接着材６ｂの表面を伝送する高周波信号が、表面形状により反射し難くなり、伝送効率の低下を防ぐこととなる。
【００３３】
このような良好な伝送特性を有する中心導体３ｂとしては、図４に示すように、円柱状であって先端が半球状のものがよい。
【００３４】
本発明における高周波信号の好ましい周波数は５〜５０ＧＨｚ程度であり、この場合に高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の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内であれば種々の変更は可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ内に載置された回路基板は、半導体素子と中心導体とを電気的に接続する線路導体が上側主面に形成されており、線路導体は、マイクロストリップ線路であって、中心導体と接続される一端部が中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が中心導体と略同じ幅とされているとともに、前記幅狭部から前記残部へと幅が変化する傾斜部が形成されており、更に前記中心導体は、先端が半球状で、該先端部から前記線路導体の残部側に向かって導電性接着材のメニスカスが形成されていることにより、線路導体の残部においてそのインピーダンスを特性インピーダンス値に整合させることができ、線路導体の幅狭部では、線路導体と中心導体とを接続した状態で信号線路を特性インピーダンスに整合することができる。このようにして、半導体パッケージ内部において同軸コネクタおよび回路基板の線路導体から成る信号線路が特性インピーダンスに整合され、高周波信号の反射損失を低減して伝送効率を良好にすることのできる信号線路を形成できる。
【００３７】
本発明は、好ましくは線路導体の表面の算術平均粗さＲａが０．３〜０．７μｍであることにより、線路導体と中心導体を接続するための導電性接着材の線路導体との濡れ性を確保するとともに、導電性接着材が流れ過ぎないように制御し、導電性接着材のなだらかな傾斜を形成することができる。導電性接着材の線路導体との濡れ性を確保することによって、アンカー効果が得られ導電性接着材と線路導体との接合を強固なものとすることができ、半導体パッケージに外力が加えられた場合においても、中心導体が線路導体から外れ難くなる。また、導電性接着材が流れ過ぎないように制御してなだらかな傾斜を形成することにより、中心導体と線路導体とをより強固に接続させるとともに、流れる範囲の制御によって、中心導体と線路導体との接続部におけるインピーダンスを整合させた信号線路とすることができる。
【００３８】
また、信号線路を高周波信号が伝送する場合、表皮効果のため高周波信号は信号線路表面付近を伝送することとなるが、導電性接着材がなだらかな傾斜を形成しているため、導電性接着材の表面を伝送する高周波信号がなだらかな傾斜に沿って伝送することとなり、その結果高周波信号の反射損失を抑えて伝送効率を損ねることなく効率良く伝送することが可能となる。
【００３９】
以上の効果により、５〜５０ＧＨｚの高周波信号の伝送特性に優れ、かつ気密性に優れた半導体パッケージとして有効に機能することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体パッケージ内に収容された回路基板の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図５】従来の半導体パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
３：同軸コネクタ
３ａ：外周導体
３ｂ：中心導体
３ｃ：絶縁体
５：半導体素子
６：回路基板
６ａ：線路導体
６ｃ：幅狭部
Claims (3)
- 一端側が、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成る同軸コネクタの前記中心導体に電気的に接続される線路導体が上側主面に形成されており、前記線路導体は、マイクロストリップ線路であって、前記中心導体と接続される一端部が前記中心導体の幅の０．７〜０．９倍の幅狭部とされ残部が前記中心導体と略同じ幅とされているとともに、前記幅狭部から前記残部へと幅が変化する傾斜部が形成されており、更に前記中心導体は、先端が半球状で、該先端部から前記線路導体の残部側に向かって導電性接着材のメニスカスが形成されていることを特徴とする回路基板。
- 前記線路導体の表面の算術平均粗さＲａが０．３〜０．７μｍであることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
- 上面に半導体素子および請求項１または請求項２に記載の回路基板を載置するための載置部を有する基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、かつ側部に貫通孔から成る前記同軸コネクタの嵌着部が設けられた枠体と、前記嵌着部に嵌着された前記同軸コネクタとを具備していることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
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