JP5241562B2

JP5241562B2 - 接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、およびフレキシブル基板付き半導体装置

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Publication number: JP5241562B2
Application number: JP2009042063A
Authority: JP
Inventors: 成敏小川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP2010199277A

Description

本発明は、端子台の上面に形成された導体配線に接続されたリード端子と、フレキシブル基板に形成された接続配線とを、例えば、半田等の接続部材によって接続する接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、およびフレキシブル基板付き半導体装置に関する。

従来から、光通信の分野等で使用される半導体レーザダイオード、フォトダイオード等の光半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ（以下、単に「パッケージ」と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなパッケージは、半導体素子を装着するための装着部を有する基体と、この装着部を囲むようにして設けられた枠体と、枠体の内外を電気的に導通するための端子台とを備えている。ここで、端子台の上面には、導体配線が形成されている。また、枠体の外側における、端子台に形成された導体配線には、リード端子が接続されている。このようなパッケージのリード端子と外部回路基板とを電気的に接続することによって、光通信用の各種装置が構成される。

ところで、パッケージのリード端子と外部回路基板とを電気的に接続するために、従来では、次のような方法が行われていた。すなわち、パッケージのリード端子をそのまま外部回路基板に半田等の接続部材を用いて直接平面にて接続することによって、リード端子と外部回路基板とを電気的に接続していた。しかしながら、このような接続方法では、リード端子を外部回路基板に直接平面にて接続（平面接続）しているため、接続強度が弱く、リード端子が外部回路基板から外れ易いという問題があった。また、外部回路基板にリード端子が接続された状態で、リード端子がパッケージの端子台から外れることもあった。このような問題を解決するために、従来では、フレキシブル基板に貫通孔を形成し、この貫通孔にリード端子を挿入することによって、フレキシブル基板を介して、リード端子と外部回路基板とを電気的に接続する方法が行われていた（例えば、特許文献２参照）。このようにすると、パッケージのリード端子と外部回路基板とを強固に接続することができる。

特開２００３−２１８２５８号公報特開２００６−８０４１８号公報

しかしながら、近年では、パッケージのリード端子と外部回路基板とを、フレキシブル基板を介して、より強固に接続することが求められている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リード端子と外部回路基板とを、フレキシブル基板を介してより強固に接続することができる接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、およびフレキシブル基板付き半導体装置に関する。

上記目的を達成するために本発明における接続装置は、上面に第１導体配線が形成された端子台と、前記端子台から突出するようにして設けられ、前記第１導体配線に接続されたリード端子と、前記リード端子が挿入された貫通孔、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材、および前記導電部材と接続された接続配線がそれぞれ形成されたフレキシブル基板とを備え、前記端子台には、前記端子台の端面を切り欠いた切欠部が形成されており、かつ前記切欠部には、前記第１導体配線から延設された第２導体配線が形成されており、前記貫通孔に挿入されたリード端子と、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材と、前記切欠部に形成された第２導体配線とが、接続部材によってそれぞれ接続されている。

上記目的を達成するために本発明におけるフレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージは、半導体素子を装着するための装着部を有する基体と、前記装着部を囲むようにして設けられた枠体と、本発明に係る接続装置とを備える。

上記目的を達成するために本発明におけるフレキシブル基板付き半導体装置は、本発明に係る半導体素子収納用パッケージと、前記半導体素子収納用パッケージの基体が有する装着部に装着された半導体素子と、前記枠体の上面に設けられ、前記装着部に装着された半導体素子を封止するための蓋体とを備える。

本発明の接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、およびフレキシブル基板付き半導体装置は、リード端子と外部回路基板とを、フレキシブル基板を介してより強固に接続することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板付き半導体装置の一例を示す斜視図である。図２は、上記フレキシブル基板付き半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。図３は、上記フレキシブル基板付き半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。図４は、変更例１に係るフレキシブル基板付き半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。図５は、変更例２に係るフレキシブル基板付き半導体装置の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、およびフレキシブル基板付き半導体装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブル基板付き半導体装置（以下、「ＦＰＣ基板付き半導体装置」と称する）１の一例を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係るＦＰＣ基板付き半導体装置１は、半導体素子２、基体３、枠体４、蓋体５、端子台６、リード端子７、およびフレキシブル基板（以下、「ＦＰＣ基板」と称する）８を備えている。ここで、端子台６およびＦＰＣ基板８が、本発明に係る接続装置となる。また、基体３、枠体４、端子台６、およびＦＰＣ基板８が、本発明に係るＦＰＣ基板付き半導体素子収納用パッケージとなる。

半導体素子２は、例えば、半導体レーザダイオード、フォトダイオード等の光半導体素子である。なお、半導体素子２は、このような光半導体素子に限らず、例えば、抵抗器、圧電素子、水晶振動子、セラミック発振子等の任意の半導体素子であってもよい。

基体３は、半導体素子２を装着するための装着部３ａを有している。すなわち、装着部３ａ上に、半導体素子２が装着される。ここで、基体３は、例えば、セラミック材料、金属材料、ガラス材料、高耐熱の樹脂材料等からなる。セラミック材料は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体、ガラスセラミックス等である。また、金属材料は、例えば、Ｆｅ系合金、無酸素銅、ＳＵＳ等である。また、ガラス材料は、例えば、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等である。さらに、高耐熱の樹脂材料は、例えば、ポリイミド等である。

枠体４は、基体３の上面であって、かつ装着部３ａを囲むようにして設けられている。ここで、枠体４は、例えば、セラミック材料、金属材料、ガラス材料、高耐熱の樹脂材料等からなる。なお、枠体４は、基体３と一体的に形成されていてもよいし、基体３と別個独立に形成されていてもよい。基体３と枠体４とが別個独立に形成された場合、基体３と枠体４とは、例えば、半田やロウ材等の接続部材を介して接合される。

蓋体５は、枠体４の上面に接合される。すなわち、蓋体５は、枠体４によって形成される半導体素子２が収容された収容空間を、例えば、中空構造で密閉するように、枠体４の上面に、半田やロウ材等の接続部材を介して接合される。

端子台６は、枠体４の内外を電気的に導通するための役割を担う部材である。このため、端子台６の上面６１には、第１導体配線６ａが形成されている。ここで、枠体４の内側における第１導体配線６ａと半導体素子２とは、ワイヤ（ボンディングワイヤ）Ｗにて電気的に接続される。また、端子台６には、第１導体配線６ａの一端側における端子台６の上面６１、および端子台６の端面６２を切り欠いた切欠部Ｃが形成されている（詳細は図２参照）。すなわち、この切欠部Ｃは、キャスタレーションとなる。なお、切欠部Ｃは、端子台６の端面６２のみを切り欠いて形成してもよい。また、切欠部Ｃには、第１導体配線６ａから延設される第２導体配線６ｂが形成されている。すなわち、この第２導体配線６ｂは、キャスタレーション電極となる。

リード端子７は、枠体４の外側における、端子台６に形成された第１導体配線６ａに接続されている。また、リード端子７は、端子台６から突出するようにして設けられている。なお、図１では、リード端子７が３本存在する例について図示したが、これに限定されない。すなわち、リード端子７の数については、任意である。

ＦＰＣ（Flexible-Printed-Circuit）基板８は、ポリイミド等の樹脂フィルムで形成されたベースフィルムに接続配線が形成された可撓性を有する基板である。すなわち、ＦＰＣ基板８は、折り曲げたり、折り畳んだりすることが可能である。ここで、ＦＰＣ基板８には、リード端子７が挿入される貫通孔Ｈが形成されている。また、ＦＰＣ基板８は、貫通孔Ｈが形成された部位とは反対側の部位で、外部回路基板（図示省略）と接続される。このため、外部回路基板には、ＦＰＣ基板８が接続可能なように、例えば、コネクタ等が形成される。なお、図１では、貫通孔Ｈが３つ存在する例について図示したが、これに限定されない。すなわち、貫通孔Ｈの数については、リード端子７の数と同等であればよく、任意である。

図２は、ＦＰＣ基板２の貫通孔Ｈにリード端子７が挿入された場合の、ＦＰＣ基板付き半導体装置１の一部を拡大して示した断面図である。図２に示すように、ＦＰＣ基板２の貫通孔Ｈの内周面には、導電部材８ａが設けられている。また、端子台６側におけるＦＰＣ基板８の表面には、接続配線８ｂが形成されている。なお、この接続配線８ｂは、導電部材８ａと接続される。

ここで、本実施形態においては、貫通孔Ｈに挿入されたリード端子７と、貫通孔Ｈの内周面に設けられた導電部材８ａと、切欠部Ｃに形成された第２導体配線６ｂとが、接続部材９によってそれぞれ接続されている。なお、接続部材９は、例えば、半田、ロウ材、導電性接着材等である。すなわち、貫通孔Ｈに挿入されたリード端子７と、貫通孔Ｈの内周面に設けられた導電部材８ａとが、接続部材９によって接続されているだけでなく、切欠部Ｃに形成された第２導体配線６ｂも、接続部材９によってこれらと接続されている。このため、リード端子７と外部回路基板とを、ＦＰＣ基板８を介してより強固に接続することができる。

なお、図３に示すように、端子台６側のＦＰＣ基板８の表面（具体的には、切欠部Ｃに対応するＦＰＣ基板８の表面）に、貫通孔Ｈの内周面に設けられた導電部材８ａと接続される表面電極８ｃを形成しておくことが好ましい。このようにすると、貫通孔Ｈに挿入されたリード端子７と、貫通孔Ｈの内周面に設けられた導電部材８ａと、切欠部Ｃに形成された第２導体配線６ｂと、端子台６側のＦＰＣ基板８の表面に形成された表面電極８ｃとを、接続部材９によってそれぞれ接続することができる。これにより、図２に示す態様と比較して、リード端子７と外部回路基板とを、ＦＰＣ基板８を介してより強固に接続することができる。

また、本実施形態においては、図２または図３に示すように、端子台６側におけるＦＰＣ基板８の表面に、接続配線８ｂが形成されているので、次のような効果もある。すなわち、ＦＰＣ基板８の裏面に接続配線が形成されている態様と比較して、ＦＰＣ基板８の厚み分、リード端子７における信号の伝送経路が短くなる。リード端子７は大きなインダクタンス成分を有するため、伝送特性の劣化に寄与するが、本実施形態では、リード端子７における信号の伝送経路が短くなるため、信号の伝送特性の劣化を抑制することができる。なおここで、ＦＰＣ基板８の裏面とは、端子台６側のＦＰＣ基板８の表面と反対側の面をいう。また、ＦＰＣ基板８の裏面に接続配線が形成されている場合、外部回路基板に接続するためにＦＰＣ基板８を図１の矢印Ｐの方向へ折り曲げた際に、ＦＰＣ基板８の裏面に形成された接続配線が対向することになる。接続配線が対向するので、接続配線において電磁界結合が発生する。すなわち、接続配線において余分な容量、相互インダクタンス等が発生し、伝送損失が大きくなる。これに対して、本実施形態においては、ＦＰＣ基板８の表面に接続配線８ｂが形成されているので、このような問題は生じない。

また、第２導体配線６ｂの長さは、第１導体配線６ａを伝送する信号の周波数の波長の１／４未満であることが好ましい。すなわち、第２導体配線６ｂは、開放端を有する導体配線（スタブ）である。ここで、仮に、第２導体配線６ｂの長さが、第１導体配線６ａを伝送する信号の周波数の波長の１／４であれば、第２導体配線６ｂにおいて共振が生じることになる。共振が生じると、利得が低下し、信号の伝送特性が低下する。そのため、第２導体配線６ｂの長さは、第１導体配線６ａを伝送する信号の周波数の波長の１／４未満であることが好ましい。このようにすると、第２導体配線６ｂにおいて共振が生じることはない。この結果、信号の伝送特性を向上することができる。

さらに、本実施形態においては、端子台６に切欠部Ｃが形成されており、この切欠部Ｃに第２導体配線６ｂが形成されているので、次のような効果もある。すなわち、半導体素子２からの信号は、第１導体配線６ａ、リード端子７、および接続配線８ｂの順に伝送されることになる。この場合、第１導体配線６ａ、リード端子７、および接続配線８ｂにおいて、それぞれ特性インピーダンスが一定であることが好ましい。つまり、特性インピーダンスの不整合による反射が引き起こす伝送損失を抑制することができ、その結果伝送損失が低下し、信号の伝送特性を向上することができるからである。しかしながら、リード端子７は、一般に、第１導体配線６ａおよび接続配線８ｂと比較して、大きなインダクタンス成分を有しているため、リード端子７において特性インピーダンスが大きくなる。ここで、本実施形態においては、切欠部Ｃに第２導体配線６ｂが形成されているので、第２導体配線６ｂにおいてキャパシタンス成分が形成される。第２導体配線６ｂにおいて形成されるキャパシタンス成分により、リード端子７のインダクタンス成分が打ち消されることになる。そのため、本実施形態においては、リード端子７における特性インピーダンスの変動を抑制することができる。すなわち、本実施形態においては、第１導体配線６ａ、リード端子７、および接続配線８ｂにおいて、それぞれ特性インピーダンスを一定にすることができる。この結果、信号の伝送特性を向上することができる。

なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変更が可能である。以下、いくつかの主な変更例を示す。

（変更例１）
図４は、変更例１に係るＦＰＣ基板付き半導体装置の一部を拡大して示した断面図である。なお、図４において、図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

すなわち、変更例１に係るＦＰＣ基板付き半導体装置におけるＦＰＣ基板８には、突起部１０が設けられている。ここで、突起部１０は、端子台６の切欠部Ｃに差し込み可能である。このようにすると、切欠部Ｃに対して突起部１０がガイドの役割を果たすことになるので、容易に、リード端子７をＦＰＣ基板８に接続することができる。また、変更例１においては、突起部１０に、突起部側電極１０ａが形成されている。これにより、貫通孔Ｈに挿入されたリード端子７と、貫通孔Ｈの内周面に設けられた導電部材８ａと、切欠部Ｃに形成された第２導体配線６ｂと、突起部１０に形成された突起部側電極１０ａとを、接続部材９によってそれぞれ接続することができる。そのため、図２および図３に示す態様と比較して、リード端子７と外部回路基板とを、ＦＰＣ基板８を介してより強固に接続することができる。

なお、上記では、突起部１０に突起部側電極１０ａが形成されている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、突起部１０自体が電極であってもよい。この場合、突起部１０に突起部側電極１０ａを形成しなくともよい。また、突起部１０は、例えば、金属材料から構成される。

（変更例２）
図５は、変更例２に係るＦＰＣ基板付きパッケージにおけるＦＰＣ基板８の一例を示す平面図である。すなわち、接続配線８ｂ間におけるＦＰＣ基板８には、スリットＳが形成されている。これにより、接続配線８ｂ間のクロストークを抑制することができる。また、ＦＰＣ基板８の貫通孔Ｈにリード端子７を接続する際、例えば、半田による熱応力をスリットＳによって緩和することができる。さらに、熱膨張によるＦＰＣ基板８の変形も抑制することができる。

以上のように、本発明は、リード端子と外部回路基板とを、フレキシブル基板を介してより強固に接続することができる接続装置、フレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ、またはフレキシブル基板付き半導体装置として有用である。

１半導体装置
２半導体素子
３基体
４枠体
６端子台（端子台）
６ａ第１導体配線
６ｂ第２導体配線
７リード端子
８ＦＰＣ基板
９接続部材
１０突起部
Ｃ切欠部
Ｈ貫通孔

Claims

上面に第１導体配線が形成された端子台と、
前記端子台から突出するようにして設けられ、前記第１導体配線に接続されたリード端子と、
前記リード端子が挿入された貫通孔、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材、および前記導電部材と接続された接続配線がそれぞれ形成されたフレキシブル基板とを備え、
前記端子台には、前記端子台の端面を切り欠いた切欠部が形成されており、かつ前記切欠部には、前記第１導体配線から延設された第２導体配線が形成されており、
前記貫通孔に挿入されたリード端子と、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材と、前記切欠部に形成された第２導体配線とが、接続部材によってそれぞれ接続されており、
前記フレキシブル基板には、前記端子台の前記切欠部に差し込み可能な突起部が設けられていることを特徴とする接続装置。
前記接続配線は、前記端子台側の前記フレキシブル基板の表面に形成されている、請求項１記載の接続装置。
上面に第１導体配線が形成された端子台と、
前記端子台から突出するようにして設けられ、前記第１導体配線に接続されたリード端子と、
前記リード端子が挿入された貫通孔、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材、および前記導電部材と接続された接続配線がそれぞれ形成されたフレキシブル基板とを備え、
前記端子台には、前記端子台の端面を切り欠いた切欠部が形成されており、かつ前記切欠部には、前記第１導体配線から延設された第２導体配線が形成されており、
前記貫通孔に挿入されたリード端子と、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材と、前記切欠部に形成された第２導体配線とが、接続部材によってそれぞれ接続されており、
前記フレキシブル基板には、複数の前記接続配線がそれぞれ形成されており、
前記接続配線間における前記フレキシブル基板には、スリットが形成されていることを特徴とする接続装置。
上面に第１導体配線が形成された端子台と、
前記端子台から突出するようにして設けられ、前記第１導体配線に接続されたリード端子と、
前記リード端子が挿入された貫通孔、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材、および前記導電部材と接続された接続配線がそれぞれ形成されたフレキシブル基板とを備え、
前記端子台には、前記端子台の端面を切り欠いた切欠部が形成されており、かつ前記切欠部には、前記第１導体配線から延設された第２導体配線が形成されており、
前記貫通孔に挿入されたリード端子と、前記貫通孔の内周面に設けられた導電部材と、前記切欠部に形成された第２導体配線とが、接続部材によってそれぞれ接続されており、
前記第２導体配線の長さは、前記第１導体配線を伝送する信号の周波数の波長の１／４未満であることを特徴とする接続装置。
半導体素子を装着するための装着部を有する基体と、
前記装着部を囲むようにして設けられた枠体と、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の接続装置とを備えたフレキシブル基板付き半導体素子収納用パッケージ。
請求項５に記載の半導体素子収納用パッケージと、
前記半導体素子収納用パッケージの基体が有する装着部に装着された半導体素子と、
前記枠体の上面に設けられ、前記装着部に装着された半導体素子を封止するための蓋体とを備えた、半導体装置。