JP4641286B2 - Semiconductor package - Google Patents

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Description

本発明は、高周波半導体装置、特にミリ波半導体装置が搭載された半導体パッケージに関するものである。   The present invention relates to a high frequency semiconductor device, and more particularly to a semiconductor package in which a millimeter wave semiconductor device is mounted.

ミリ波レーダ用半導体装置などの高周波半導体装置は、耐環境性、動作の安定、低コスト化、小型化、などの観点から、パッケージ化されている。   High-frequency semiconductor devices such as millimeter-wave radar semiconductor devices are packaged from the viewpoints of environmental resistance, operational stability, cost reduction, size reduction, and the like.

しかし、このパッケージ内のキャビティの大きさが、キャビティを伝搬する電磁波の管内波長の1/2の整数倍である時、共振が発生し、内部に定在波を形成する。高周波半導体装置が搭載された半導体パッケージでは、キャビティの大きさをキャビティ内の管内波長の1/2以下とすることは困難であり、共振が発生する可能性が高い。定在波は、パッケージ内のデバイスやワイヤボンドなどを励振し、動作が不安定になったり、不要な伝搬の原因となる。したがって、送受信ポート間のアイソレーションを劣化させたり、受信ポート間のアイソレーションを劣化させてしまう。   However, when the size of the cavity in the package is an integral multiple of 1/2 of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave propagating through the cavity, resonance occurs and a standing wave is formed inside. In a semiconductor package on which a high-frequency semiconductor device is mounted, it is difficult to reduce the size of the cavity to ½ or less of the in-tube wavelength in the cavity, and there is a high possibility that resonance will occur. Standing waves excite devices and wire bonds in the package, causing unstable operation and unnecessary propagation. Therefore, the isolation between the transmission and reception ports is deteriorated and the isolation between the reception ports is deteriorated.

この問題の解決のため、特許文献1には、角柱状の突起を格子状または市松模様に周期的に並べた構造を有する半導体パッケージが示されている。特許文献2には、角柱状または円柱状の突起を格子状に並べた構造が示され、それらの構造はプレス加工によって作製される旨が記されている。特許文献3には、円錐状、楕円柱状の突起を周期的に並べた構造が示されている。特許文献4には、スリットを周期的に並べた構造を有する半導体パッケージが示されている。   In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses a semiconductor package having a structure in which prismatic protrusions are periodically arranged in a lattice or checkered pattern. Patent Document 2 shows a structure in which prismatic or columnar protrusions are arranged in a grid pattern, and describes that these structures are manufactured by press working. Patent Document 3 shows a structure in which conical and elliptical columnar protrusions are periodically arranged. Patent Document 4 discloses a semiconductor package having a structure in which slits are periodically arranged.

ほかにも、周期構造を利用したものとして、非特許文献1がある。この文献には、周期構造を利用した遅延線の技術が示されており、さらに周期構造がバンドギャップを形成できることが示唆されている。
特許第3739230号 特許第3589137号 特開平11−40689 特開2006−73935 川村光男、マイクロ波基礎工学、昭晃堂、pp.113−126
In addition, Non-Patent Document 1 is one that uses a periodic structure. This document shows a delay line technique using a periodic structure, and further suggests that the periodic structure can form a band gap.
Japanese Patent No. 3739230 Japanese Patent No. 3589137 JP-A-11-40689 JP 2006-73935 A Mitsuo Kawamura, Microwave Fundamental Engineering, Shosodo, pp. 113-126

先に述べたように、パッケージは小型で低コストなものが良いため、周期構造は容易に作製でき、かつその周期が短いもの、もしくは周期構造の繰り返し数が少ないもの、であることが望ましい。   As described above, since the package is preferably small and low-cost, it is desirable that the periodic structure can be easily manufactured and the period is short or the number of repetitions of the periodic structure is small.

しかしながら、特許文献1、2、3に記された周期構造では、1周期あたりの電磁波の伝搬阻止効果がそれほど高くなく、繰り返し数が多くなってしまうためパッケージが大きくなってしまう。また、特許文献4に記された周期構造では、周期が管内波長と同じであり、特許文献1、2に記された周期構造の周期である管内波長の1/2と比べて大きく、必然的にパッケージを大きくせざるを得ない。また、特許文献4のスリットは、レーザー加工機などを用いて作製する旨が記載されていて、作製の容易さの観点からも望ましいものではない。   However, in the periodic structures described in Patent Literatures 1, 2, and 3, the effect of preventing propagation of electromagnetic waves per cycle is not so high, and the number of repetitions increases, resulting in a large package. Further, in the periodic structure described in Patent Document 4, the period is the same as the guide wavelength, which is larger than ½ of the guide wavelength, which is the period of the periodic structure described in Patent Documents 1 and 2. I have to enlarge the package. Moreover, the slit of patent document 4 describes that it produces using a laser processing machine etc., and is not desirable also from a viewpoint of the ease of manufacture.

そこで、本発明では、従来の周期構造よりも電磁波の遮蔽効果が高く、しかも容易に作製できる周期構造を有した半導体パッケージを提供する。   Therefore, the present invention provides a semiconductor package having a periodic structure that has a higher electromagnetic wave shielding effect than a conventional periodic structure and can be easily manufactured.

第1の発明は、ミリ波半導体装置が設置された基板と、基板を覆い密閉する導電性の蓋とから成る直方体形状の半導体パッケージにおいて、第1軸方向において、対向して設けられ、電磁波を入力又は出力させる第1ポートと、第2ポートと、第1軸に直交する第2軸方向において、対向して設けられ、電磁波を入力又は出力させる第3ポートと、第4ポートと、半導体パッケージを2分する第1領域における蓋の内側の上面において、基板側に向けて立設され、第1ポート、第2ポートに対して入出力し、半導体パッケージ内を伝搬する電磁波の進行方向である1軸に垂直で、且つ、第1軸に沿って周期的配列された複数の導電性の板から成る第1の周期構造と、半導体パッケージを2分する第1領域とは異なる第2領域における蓋の内側の上面において、基板側に向けて立設され、第3ポート、第4ポートに対して入出力し、半導体パッケージ内を伝搬する電磁波の進行方向である第2軸に垂直で、且つ、第2軸に沿って周期的に配列された複数の導電性の板から成る第2の周期構造とを有し、第1の周期構造と第2の周期構造とは、それぞれの周期構造の板の配列方向が直交して、T字型に配設されており、板の間隔は、伝搬する電磁波の管内波長の1/2×0.8〜1/2×1.2であり、板の高さは、電磁波の管内波長の1/4×0.8〜1/4×1.2であり、板と基板との間隔は、1.0mm以下であることを特徴とする半導体パッケージである。 A first invention is a rectangular parallelepiped semiconductor package comprising a substrate on which a millimeter-wave semiconductor device is installed and a conductive lid that covers and seals the substrate , and is provided facing each other in the first axial direction, A first port that inputs or outputs, a second port, a third port that is provided opposite to each other in a second axis direction orthogonal to the first axis, and that inputs or outputs electromagnetic waves, a fourth port, and a semiconductor package The traveling direction of the electromagnetic wave propagating in the semiconductor package is input / output to / from the first port and the second port on the upper surface inside the lid in the first region that bisects A first periodic structure composed of a plurality of conductive plates perpendicular to one axis and periodically arranged along the first axis, and a second region different from the first region that bisects the semiconductor package; the inside of the lid The upper surface, is erected toward the substrate side, the third port, and input to and output from the fourth port, perpendicular to the second axis which is the traveling direction of the electromagnetic wave propagating in the semiconductor package, and, the second axis A second periodic structure comprising a plurality of conductive plates periodically arranged along the first and second periodic structures, wherein the first periodic structure and the second periodic structure are arranged directions of the plates of the respective periodic structures Are arranged in a T-shape, and the interval between the plates is 1/2 × 0.8 to 1/2 × 1.2 of the in-tube wavelength of the propagating electromagnetic wave, and the height of the plates is The semiconductor package is characterized in that the wavelength within the tube of the electromagnetic wave is ¼ × 0.8 to ¼ × 1.2 , and the distance between the plate and the substrate is 1.0 mm or less .

電磁波の進行方向に沿って、というのは、板の配列方向に対して電磁波の進行方向が沿っていることを意味し、板の配列方向と電磁波の進行方向が直交していないこと、つまり各板に対して電磁波の進行方向が平行でないことをいう。この場合、板と電磁波の進行方向のなす角は、直角に近いほど望ましく、直角であることが最も望ましい。また、板の間隔は、管内波長の1/2×0.9〜1/2×1.1であればより望ましく、管内波長の1/2であるとさらに望ましい。板の高さも、管内波長の1/4×0.9〜1/4×1.1であればより望ましく、管内波長の1/4であるとさらに望ましい。
導電性の蓋および板は、金属であってもよく、金属以外で形成したものにメッキを施したものであってもよい。たとえば、金属としては、アルミニウムなどが使用でき、金属以外には、樹脂などに金属メッキを施したものなどが使用できる。メッキに使用する金属は、金などが使用できる。また、蓋は全体が導電性である必要はなく、蓋の内面または蓋の肉厚の内部が導電性であればよい。また、蓋と板は一体となっていてもよい。
Along the traveling direction of the electromagnetic wave means that the traveling direction of the electromagnetic wave is in line with the arrangement direction of the plates, and that the traveling direction of the plates and the traveling direction of the electromagnetic waves are not orthogonal, that is, each It means that the traveling direction of electromagnetic waves is not parallel to the plate. In this case, the angle formed by the plate and the traveling direction of the electromagnetic wave is preferably as close to a right angle as possible, and most preferably a right angle. Further, the interval between the plates is more preferably 1/2 × 0.9 to 1/2 × 1.1 of the guide wavelength, and more preferably 1/2 of the guide wavelength. The height of the plate is also preferably 1/4 × 0.9 to 1/4 × 1.1 of the guide wavelength, and more preferably 1/4 of the guide wavelength.
The conductive lid and plate may be metal, or may be formed by plating a material other than metal. For example, as the metal, aluminum or the like can be used, and in addition to the metal, a resin or the like subjected to metal plating can be used. The metal used for plating can be gold. Further, the entire lid does not need to be conductive, and the inner surface of the lid or the inside of the wall of the lid may be conductive. Further, the lid and the plate may be integrated.

本発明において、板が基板に設置された入出力ポート間を結ぶ線に対し垂直に配列されている。この場合、入出力ポート間を伝搬する電磁波に対して板が直交することになる。 In the present invention, the plate is arranged perpendicular to the line connecting the input / output ports installed on the substrate . In this case, so that the plate is perpendicular to the electromagnetic wave propagating between the input and output ports.

本発明において、半導体パッケージ内を伝搬する電磁波の進行方向は複数あって、蓋の上面には、各進行方向に沿って板が配列され、各進行方向ごとの複数の配列部分で構成されている。 In the present invention, there are a plurality of traveling directions of electromagnetic waves propagating in the semiconductor package, and a plate is arranged along each traveling direction on the upper surface of the lid, and is composed of a plurality of array portions for each traveling direction . .

入出力ポートが複数ある場合、電磁波の進行方向も複数あり、特定の方向の板の配列だけでは、ある入出力ポート間は電磁波の進行方向に沿って板が配列されていても、他の入出力ポート間は電磁波の進行方向が板の配列方向に沿っていない場合があり、特に平行となっている場合は伝搬抑止効果が著しく低くなってしまう。   When there are multiple input / output ports, there are multiple directions of electromagnetic wave travel, and if only plates are arranged in a specific direction, even if plates are arranged along the direction of electromagnetic wave travel between other input / output ports, There is a case where the traveling direction of the electromagnetic wave does not follow the arrangement direction of the plates between the output ports, and the propagation suppressing effect is remarkably reduced particularly when they are parallel.

本発明では、電磁波の進行方向ごとにいくつか領域を分け、その領域においては、電磁波の進行方向に沿って板が配列されているようにした。つまり、蓋の内側の上面は、いくつかの配列方向の異なる板の周期構造により構成されることとなる。また、領域の境界では板の配列方向の違いにより板と板はT字型に交わることになる。このような構造により、電磁波の進行方向と沿わない部分を減らしている。 In the present invention, several regions are divided for each traveling direction of the electromagnetic wave, and the plates are arranged along the traveling direction of the electromagnetic wave in the region. That is, the upper surface inside the lid is constituted by a periodic structure of several plates having different arrangement directions. Further, at the boundary of the region, the plate and the plate intersect with each other due to the difference in the arrangement direction of the plates. By such a structure, the part which does not follow the advancing direction of electromagnetic waves is reduced.

発明では、高周波半導体装置がミリ波半導体装置である。パッケージを小型化できるため、本発明のパッケージは、ミリ波半導体が搭載されたパッケージに特に有効である。 In the invention, the high frequency semiconductor device is a millimeter wave semiconductor device . Since the package can be reduced in size, the package of the present invention is particularly effective for a package on which a millimeter wave semiconductor is mounted.

第2の発明から第4の発明はいずれも周期構造の形成に特徴を有した構造である。
本発明による周期構造は、プレス加工、樹脂成型、アルミダイキャストによる一体成型で容易に成型できる。樹脂成型の場合は、成型後表面を金属メッキ加工する。
Each of the second to fourth inventions is a structure characterized by the formation of a periodic structure.
The periodic structure according to the present invention can be easily formed by press molding, resin molding, or integral molding by aluminum die casting. In the case of resin molding, the surface after molding is subjected to metal plating.

板の厚さは、薄いほど伝搬抑止効果が高いが、薄すぎると上記のような加工方法では容易に作製できなくなる。そのため加工するためには、少なくとも300μm以上は必要であり、できるだけ薄い方がよい。また、板と基板の間の距離を調整することによって、同等の伝搬抑止効果を保ったまま、ある程度板の厚さを大きくできる。   The thinner the plate is, the higher the effect of suppressing the propagation is. Therefore, in order to process, at least 300 micrometers or more are required, and the thinner one is good. Further, by adjusting the distance between the plate and the substrate, the thickness of the plate can be increased to some extent while maintaining the same propagation suppression effect.

金属板をプレス加工する場合、または樹脂成型後表面を金属メッキする場合に用いる金属としては、金などを用いることができる。   Gold or the like can be used as a metal used when pressing a metal plate or when plating the surface after resin molding.

発明のように、蓋の内側の上面に板をもって周期構造を作製したことにより、パッケージ内には、パッケージ内を伝搬する電磁波の管内波長帯にバンドギャップが形成され、その管内波長帯の電磁波の伝搬を抑止できる。したがって、パッケージ内の共振を防止でき、入出力ポート間のアイソレーションの劣化を防止できる。また、構造が簡単であるため製造が容易で低コスト化が可能である。また、板と電磁波の進行方向が直交する場合は、電磁波の伝搬抑止効果が最も高く、そのため周期構造をなす板の枚数を減らすことができ、さらなるパッケージの小型化をはかることができる。また、発明による構造では、電磁波の伝搬を完全には抑止できず、パッケージ内に定在波が発生し、電界の強い部分が発生してしまう。しかし、領域を調整することにより、その電界の強い部分が、電界の影響を受けやすい半導体装置や線路の上にこないようにすることが可能である。したがって、ポート間のアイソレーションの劣化を防止できる。 As in the invention , the periodic structure is produced with the plate on the inner upper surface of the lid, so that in the package, a band gap is formed in the in-tube wavelength band of the electromagnetic wave propagating in the package. Propagation can be suppressed. Therefore, resonance in the package can be prevented, and deterioration of isolation between input and output ports can be prevented. In addition, since the structure is simple, manufacturing is easy and cost reduction is possible. In addition, when the traveling direction of the electromagnetic wave is orthogonal to the plate, the effect of suppressing the propagation of electromagnetic wave is the highest, so that the number of plates having a periodic structure can be reduced, and the package can be further downsized. Also, in the structure of the inventions, it can not be suppressed completely the propagation of electromagnetic waves, standing waves are generated in the package, a strong part of the electric field is generated. However, by adjusting the region, it is possible to prevent a portion where the electric field is strong from coming on a semiconductor device or a line that is easily affected by the electric field. Therefore, it is possible to prevent deterioration of isolation between ports.

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

実施例1では、本発明による周期構造を有したパッケージを作製し、パッケージ内で特定波長の電磁波の伝搬が効果的に抑止できているかを確かめた。なお、ミリ波半導体に本発明のパッケージを適用することを考え、抑止したい管内波長を4.6mmとした。以下にその実施例1のパッケージの構造を詳しく記述する。   In Example 1, a package having a periodic structure according to the present invention was manufactured, and it was confirmed whether propagation of electromagnetic waves of a specific wavelength could be effectively suppressed in the package. In consideration of applying the package of the present invention to a millimeter-wave semiconductor, the guide wavelength to be suppressed was set to 4.6 mm. The package structure of the first embodiment will be described in detail below.

図1は、実施例1のパッケージの斜視図である。パッケージ内の構造がわかるように、透視して示している。なお、説明をしやすくするために、便宜的にx、y、z軸を図1中に示している。図2は、パッケージのx軸での断面図である。パッケージは直方体であり、x軸は、x軸に対してパッケージが左右対称になるように選んでいる。パッケージは、入力ポート12と出力ポート13を有する基板10と、基板10を覆いパッケージを密閉する導電性の蓋11とからなる。蓋11の内側には、蓋11の側面15a、b(y軸方向)に対して導電性の板14a〜14fが平行に並んで設置されている。板14a〜14fの間隔D1はパッケージ内を伝搬する電磁波の管内波長の1/2の2.3mmで、板14aと側面15aおよび板14fと側面15bの間隔D2は管内波長のほぼ1/4の1.1mm、板14a〜14fの高さD3は管内波長の1/4より少し大きい1.3mm、板14a〜14fの厚さD4は0.3mm、基板10と板14a〜14fとの間隔D5は0.6mmである。また、入力ポート12と出力ポート13はx軸上であって、基板10上にはチップ16が設置され、チップ17と入力ポート12を接続する線路17およびチップ17と出力ポート13を接続する線路18が形成されていて、入力ポート12は板14aと14bの間に、出力ポート13は板14eと14fの間に設置されている。このように入力ポート12と出力ポート13を設置したことにより、入力ポート12と出力ポート13間は、板14a〜14fと直交している。   1 is a perspective view of a package of Example 1. FIG. It is shown in a transparent manner so that the structure inside the package can be understood. For ease of explanation, the x, y, and z axes are shown in FIG. 1 for convenience. FIG. 2 is a cross-sectional view of the package along the x-axis. The package is a rectangular parallelepiped, and the x-axis is selected so that the package is symmetrical with respect to the x-axis. The package includes a substrate 10 having an input port 12 and an output port 13, and a conductive lid 11 that covers the substrate 10 and seals the package. Inside the lid 11, conductive plates 14 a to 14 f are installed in parallel to the side surfaces 15 a and b (y-axis direction) of the lid 11. The distance D1 between the plates 14a to 14f is 2.3 mm which is ½ of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave propagating in the package, and the distance D2 between the plates 14a and the side surface 15a and the plate 14f and the side surface 15b is about ¼ of the in-tube wavelength. 1.1 mm, the height D3 of the plates 14a to 14f is 1.3 mm, which is slightly larger than ¼ of the guide wavelength, the thickness D4 of the plates 14a to 14f is 0.3 mm, and the distance D5 between the substrate 10 and the plates 14a to 14f Is 0.6 mm. Further, the input port 12 and the output port 13 are on the x axis, and the chip 16 is installed on the substrate 10. The line 17 connecting the chip 17 and the input port 12 and the line connecting the chip 17 and the output port 13. The input port 12 is installed between the plates 14a and 14b, and the output port 13 is installed between the plates 14e and 14f. Since the input port 12 and the output port 13 are thus installed, the space between the input port 12 and the output port 13 is orthogonal to the plates 14a to 14f.

板14a〜14fによる周期構造は、金属板をプレス加工することによって作製した。単純な構造であるため、容易に作製ができる。また、板状の周期構造は、樹脂成型したものに金属メッキを施すことによって成型してもよいし、アルミダイキャストにより成型してもよい。同様の効果が得られる。   The periodic structure by the plates 14a to 14f was produced by pressing a metal plate. Since it has a simple structure, it can be easily manufactured. Further, the plate-like periodic structure may be formed by applying metal plating to a resin-molded one, or may be formed by aluminum die casting. Similar effects can be obtained.

この実施例1のパッケージの入力ポート12から77GHzの電磁波を入射し、パッケージ内の電界分布を調べると、図3、4の結果をえた。図3は、z=D5の平面での電界分布を示し、色が白いほど電界が強いことを示す。また、図4は、図2と同じ断面における電界分布を示す。図3と同じく色が白いほど電界が強いことを示す。入力付近では電界は強いが、次第に弱まり、出力ポート13にはほとんど伝搬していないことがわかる。また、x軸方向、つまり板14a〜14fと直交する方向に対して最も効果的に伝搬を抑止できていて、y軸方向、つまり板14a〜14fと平行な方向にはほとんど抑止効果がないことがわかる。   When an electromagnetic wave of 77 GHz was incident from the input port 12 of the package of Example 1 and the electric field distribution in the package was examined, the results of FIGS. 3 and 4 were obtained. FIG. 3 shows the electric field distribution in the plane where z = D5, and the whiter the color, the stronger the electric field. FIG. 4 shows the electric field distribution in the same cross section as FIG. As in FIG. 3, the whiter the color, the stronger the electric field. It can be seen that the electric field is strong near the input, but gradually weakens and hardly propagates to the output port 13. Further, the propagation can be most effectively suppressed in the x-axis direction, that is, the direction orthogonal to the plates 14a to 14f, and there is almost no suppression effect in the y-axis direction, that is, the direction parallel to the plates 14a to 14f. I understand.

また、図3、4を見ると、板の枚数は4、5枚で十分な伝搬阻止効果があり、4、5周期ほどの周期構造でも高い効果があることが読み取れる。したがって、実施例1のパッケージにおいては、さらなるパッケージの小型化が可能と思われる。   3 and 4, it can be seen that the number of plates is sufficient to prevent propagation when the number of plates is 4 or 5, and that a periodic structure of about 4 or 5 cycles is highly effective. Therefore, in the package of Example 1, it is considered possible to further reduce the size of the package.

ここで、周期構造により特定波長においてバンドギャップが形成されることの定性的な説明を、図5を参考にしながら述べておく。
図5のように、上下に導体で挟まれた領域に電磁波が右に進行する場合、電界は下向き、磁界は図面に対して垂直下向きである。しかし、障壁があるため電界は図5のように曲がり、電磁波の進行方向と平行な成分が発生する。そのため、障壁に沿って伝搬する電磁波が発生し、障壁の高さが電磁波の管内波長の1/4であるため定在波を形成する。すなわち、電磁波のエネルギーの一部は進行方向に垂直な電磁波のエネルギーに変換され、進行方向のエネルギーは減少する。さらに電磁波の管内波長の1/2離れたところに障壁があると、ここでも同様に定在波が形成されるが、電界の向きはさきほどの定在波とは逆向きであるため打ち消しあう。したがって、障壁が管内波長の1/2で並んでいる場合、この管内波長の電磁波は、上下に導体で挟まれた領域内では存在できなくなる。つまり、バンドギャップが形成されることになる。
Here, a qualitative explanation that the band gap is formed at a specific wavelength due to the periodic structure will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, when the electromagnetic wave travels to the right in the region sandwiched between the upper and lower conductors, the electric field is downward and the magnetic field is downward perpendicular to the drawing. However, since there is a barrier, the electric field is bent as shown in FIG. 5, and a component parallel to the traveling direction of the electromagnetic wave is generated. Therefore, an electromagnetic wave propagating along the barrier is generated, and a standing wave is formed because the height of the barrier is ¼ of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave. That is, part of the energy of the electromagnetic wave is converted into the energy of the electromagnetic wave perpendicular to the traveling direction, and the energy in the traveling direction decreases. Further, if there is a barrier at a distance of ½ of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave, a standing wave is similarly formed here, but the direction of the electric field is opposite to that of the previous standing wave and cancels out. Therefore, when the barriers are arranged at ½ of the guide wavelength, electromagnetic waves having the guide wavelength cannot exist in the region sandwiched between the conductors above and below. That is, a band gap is formed.

実施例2では、実施例1と同じ周期構造のパッケージにおいて、D3の値を変化させたときに、D5の値がどの範囲であれば77GHz付近にバンドギャップが形成されるかを検討した。   In Example 2, in the package having the same periodic structure as in Example 1, when the value of D3 was changed, it was examined in which range the value of D5 would form a band gap in the vicinity of 77 GHz.

まず、実施例1と全く同一の条件でD5の値だけを変化させたところ、D5の値が0.9mm以下であれば、77GHz付近にバンドギャップが形成されることが確認できた。また、D3の値を1.0mmとし、D5の値を変化させたところ、D5の値が1.0mm以下で、77GHz付近にバンドギャップが形成されることが確認できた。   First, when only the value of D5 was changed under exactly the same conditions as in Example 1, it was confirmed that a band gap was formed in the vicinity of 77 GHz if the value of D5 was 0.9 mm or less. Moreover, when the value of D3 was 1.0 mm and the value of D5 was changed, it was confirmed that a band gap was formed in the vicinity of 77 GHz when the value of D5 was 1.0 mm or less.

実施例3では、ローカルポート100と受信ポート101〜103が3つある場合に、ポート間のアイソレーションを高めるのに効果的な構造を示す。ポートが複数あるために、実施例1のような周期構造では、ある特定のポート間を結ぶ線に対して板が直交しないこととなる。そこで、図6のように、2つの板による周期構造を互いに配列方向が直交し、かつT字型に板と板が交わる構造を有するパッケージを作製した。図6では、図1と同様に、パッケージ内部の構造がわかるよう透視して示している。なお、基板110に搭載されているチップ105はダミーである。また、基板110上には、チップ105とローカルポート100を結ぶ線路106、チップ105と受信ポート101を結ぶ線路107、チップ105とローカルポート102を結ぶ線路108、チップ105とローカルポート103を結ぶ線路109が形成されている。D1〜D5の数値はすべて実施例1と同じである。   In the third embodiment, when there are three local ports 100 and three reception ports 101 to 103, an effective structure for increasing isolation between ports is shown. Since there are a plurality of ports, in the periodic structure as in the first embodiment, the plate is not orthogonal to the line connecting certain ports. Therefore, as shown in FIG. 6, a package having a structure in which a periodic structure composed of two plates is perpendicular to each other in the arrangement direction and the plate and the plate cross in a T shape. In FIG. 6, as in FIG. 1, a perspective view is shown so that the structure inside the package can be seen. Note that the chip 105 mounted on the substrate 110 is a dummy. On the substrate 110, a line 106 connecting the chip 105 and the local port 100, a line 107 connecting the chip 105 and the reception port 101, a line 108 connecting the chip 105 and the local port 102, and a line connecting the chip 105 and the local port 103. 109 is formed. The numerical values of D1 to D5 are all the same as in the first embodiment.

図7は、ローカルポート100から76.5GHzの電磁波を入力した場合の、板の先端面を結ぶ基板110に平行な平面での電界分布を等電位線として示し、図8は、受信ポート102から76.5GHzの電磁波を入力した場合の、板の端面での電界分布を等電位線として示している。図7のように、ローカルポート100からの入力は、周期構造を有する板に対し直交しているため、電磁波の伝搬を効果的に抑止できていることがわかる。一方、図8のように、受信ポート102からの入力では、周期構造を有する板に対し直交していて、ローカルポート100から並んでいる板に対しては平行であるが、基板110との間に隙間があり、完全な壁とはなっていない。このため、受信ポート102からの信号は効果的に抑止できておらず、定在波がいたるところで形成されていることがわかる。しかし、アイソレーションが必要となる、チップ105上や、線路106、107、109上では、電界が強くない。つまり、実施例3の構造では、周期構造による電磁波のフィルタ機能は弱く、定在波の形成を抑止することはできないが、線路上やチップ上のように、電磁波による影響を与えたくない領域は電界の強い部分とならないように、調整することができる。このようにして、実施例3では、ポート間のアイソレーションを高めている。   FIG. 7 shows, as equipotential lines, electric field distribution in a plane parallel to the substrate 110 connecting the front end surfaces of the plate when an electromagnetic wave of 76.5 GHz is input from the local port 100. FIG. The electric field distribution on the end face of the plate when an electromagnetic wave of 76.5 GHz is input is shown as an equipotential line. As shown in FIG. 7, it can be seen that the input from the local port 100 is orthogonal to the plate having the periodic structure, so that the propagation of electromagnetic waves can be effectively suppressed. On the other hand, as shown in FIG. 8, the input from the reception port 102 is orthogonal to the plate having the periodic structure and is parallel to the plate arranged from the local port 100, but between the substrate 110 and the substrate 110. There is a gap in the wall and it is not a complete wall. For this reason, it can be seen that the signal from the reception port 102 is not effectively suppressed, and a standing wave is formed everywhere. However, the electric field is not strong on the chip 105 and the lines 106, 107, and 109 that require isolation. In other words, in the structure of Example 3, the electromagnetic wave filtering function due to the periodic structure is weak, and the formation of standing waves cannot be suppressed. However, there are areas that do not want to be affected by electromagnetic waves, such as on the line or on the chip. It can be adjusted so that it does not become a portion with a strong electric field. In this way, in the third embodiment, the isolation between the ports is increased.

図9は、ローカルポート100と受信ポート101間のアイソレーションを測定したグラフである。蓋をしない場合、周期構造がない蓋をした場合、周期蓋1(実施例1の構造の蓋)をした場合、周期蓋2(実施例3の構造の蓋)をした場合、の4通りに対しアイソレーションを測定した。抑止したい周波数は、77GHz付近である。その結果、図9のように、周期構造のない蓋をした場合は、蓋をしない場合と比べて、15dBほど劣化している。他方、周期蓋2をした場合は、蓋をしない場合と比べて、20dBほどよくなっている。   FIG. 9 is a graph in which the isolation between the local port 100 and the reception port 101 is measured. When the lid is not provided, when the lid without the periodic structure is used, when the periodic lid 1 (the lid having the structure of the first embodiment) is used, and when the periodic lid 2 (the lid having the structure of the third embodiment) is used, Isolation was measured. The frequency to be suppressed is around 77 GHz. As a result, as shown in FIG. 9, when the lid without the periodic structure is used, the deterioration is about 15 dB compared to the case without the lid. On the other hand, when the periodic cover 2 is used, it is about 20 dB better than when the periodic cover 2 is not used.

図10は、受信ポート101と受信ポート102間のアイソレーションを測定したグラフである。蓋をしない場合、周期構造がない蓋をした場合、周期蓋2をした場合、の3通りに対しアイソレーションを測定した。同じように、抑止したい周波数は、77GHz付近である。周期構造のない蓋をした場合は、蓋をしない場合と比べて、10dBほど劣化している。他方、周期蓋2をした場合は、蓋をしない場合と比べて、8dBほどよくなっている。   FIG. 10 is a graph in which the isolation between the reception port 101 and the reception port 102 is measured. Isolation was measured for the following three cases: when the lid was not used, when the lid without the periodic structure was used, and when the cycle lid 2 was used. Similarly, the frequency to be suppressed is around 77 GHz. When the lid without the periodic structure is used, the deterioration is about 10 dB compared to the case without the lid. On the other hand, when the periodic lid 2 is used, it is about 8 dB better than when the lid is not used.

このように、実施例3の構造を用いることにより、ポート間のアイソレーションを向上することができた。   As described above, by using the structure of Example 3, the isolation between the ports could be improved.

本発明の半導体パッケージは、パッケージ内の共振、ポート間のアイソレーションの劣化を防止でき、かつ小型化、低コスト化が可能であることに利点がある。   The semiconductor package of the present invention is advantageous in that resonance within the package and deterioration of isolation between ports can be prevented, and miniaturization and cost reduction are possible.

実施例1の半導体パッケージの斜視図。1 is a perspective view of a semiconductor package of Example 1. FIG. 実施例1の半導体パッケージの断面図。2 is a cross-sectional view of the semiconductor package of Example 1. FIG. 半導体パッケージ内の電界分布図。The electric field distribution map in a semiconductor package. 半導体パッケージ内の電界分布図。The electric field distribution map in a semiconductor package. バンドギャップ形成の説明図。An explanatory view of band gap formation. 実施例3の半導体パッケージの斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a semiconductor package of Example 3. ローカルポート100から入力した場合の電界分布図。FIG. 6 is an electric field distribution diagram when input from the local port 100. 受信ポート102から入力した場合の電界分布図。The electric field distribution diagram in the case of inputting from the reception port 102. ローカルポート100と受信ポート101間のアイソレーションの測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of isolation between the local port 100 and the reception port 101. 受信ポート101と受信ポート102間のアイソレーションの測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of isolation between the reception port 101 and the reception port 102;

10、110:基板
11:蓋
12:入力ポート
13:出力ポート
14a〜14f:板
16、105:チップ
17、18、106〜109:線路
100:ローカルポート
101〜103:受信ポート
10, 110: Substrate 11: Cover 12: Input port 13: Output port 14a-14f: Board 16, 105: Chip 17, 18, 106-109: Line 100: Local port 101-103: Reception port

Claims (4)

ミリ波半導体装置が設置された基板と、前記基板を覆い密閉する導電性の蓋とから成る直方体形状の半導体パッケージにおいて、
第1軸方向において、対向して設けられ、電磁波を入力又は出力させる第1ポートと、第2ポートと、
前記第1軸に直交する第2軸方向において、対向して設けられ、電磁波を入力又は出力させる第3ポートと、第4ポートと、
前記半導体パッケージを2分する第1領域における前記蓋の内側の上面において、前記基板側に向けて立設され、前記第1ポート、前記第2ポートに対して入出力し、前記半導体パッケージ内を伝搬する電磁波の進行方向である前記1軸に垂直で、且つ、前記第1軸に沿って周期的配列された複数の導電性の板から成る第1の周期構造と、
前記半導体パッケージを2分する第1領域とは異なる第2領域における前記蓋の内側の上面において、前記基板側に向けて立設され、前記第3ポート、前記第4ポートに対して入出力し、前記半導体パッケージ内を伝搬する電磁波の進行方向である前記第2軸に垂直で、且つ、前記第2軸に沿って周期的に配列された複数の導電性の板から成る第2の周期構造と
を有し、
前記第1の周期構造と前記第2の周期構造とは、それぞれの周期構造の前記板の配列方向が直交して、T字型に配設されており、
前記板の間隔は、伝搬する前記電磁波の管内波長の1/2×0.8〜1/2×1.2であり、
前記板の高さは、前記電磁波の管内波長の1/4×0.8〜1/4×1.2であり、
前記板と前記基板との間隔は、1.0mm以下である
ことを特徴とする半導体パッケージ。
In a rectangular parallelepiped semiconductor package comprising a substrate on which a millimeter wave semiconductor device is installed and a conductive lid that covers and seals the substrate,
A first port provided oppositely in the first axial direction to input or output electromagnetic waves; and a second port;
A third port provided oppositely in a second axis direction orthogonal to the first axis, for inputting or outputting electromagnetic waves, and a fourth port;
An upper surface on the inner side of the lid in the first region that bisects the semiconductor package is erected toward the substrate side, and inputs and outputs to the first port and the second port, and the inside of the semiconductor package A first periodic structure composed of a plurality of conductive plates that are perpendicular to the one axis that is the traveling direction of the propagating electromagnetic wave and that are periodically arranged along the first axis ;
An upper surface on the inner side of the lid in a second region different from the first region that bisects the semiconductor package is erected toward the substrate side, and inputs and outputs to the third port and the fourth port. A second periodic structure comprising a plurality of conductive plates that are perpendicular to the second axis, which is the traveling direction of electromagnetic waves propagating in the semiconductor package, and are periodically arranged along the second axis When
Have
The first periodic structure and the second periodic structure are arranged in a T shape, with the arrangement directions of the plates of the respective periodic structures being orthogonal to each other,
The interval between the plates is 1/2 × 0.8 to 1/2 × 1.2 of the guide wavelength of the electromagnetic wave propagating,
The height of the plate is 1/4 × 0.8 to 1/4 × 1.2 of the in-tube wavelength of the electromagnetic wave ,
The semiconductor package is characterized in that a distance between the plate and the substrate is 1.0 mm or less .
前記蓋および前記板は、金属板のプレス加工により形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。 The semiconductor package according to claim 1, wherein the lid and the plate are formed by pressing a metal plate. 前記蓋および前記板は、樹脂成型による一体成型であり、
前記蓋および前記板の表面に、金属メッキが施されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。
The lid and the plate are integrally molded by resin molding,
The semiconductor package according to claim 1, wherein metal plating is applied to surfaces of the lid and the plate.
前記蓋および前記板は、アルミダイキャストによる一体成型で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ。 The semiconductor package according to claim 1, wherein the lid and the plate are integrally formed by aluminum die casting.
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