JP5906811B2

JP5906811B2 - パッケージ、及び電力増幅器

Info

Publication number: JP5906811B2
Application number: JP2012043310A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　正紀; 正紀伊藤
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013179238A

Description

本発明は、高周波電力増幅用パッケージ及びモジュールの構造に関し、特に、高周波・高出力電力動作を実現するために使用するパッケージ及びモジュールの構造に関する。

キャビティ部分に半導体素子を搭載し、金属板やセラミック基板などで形成される蓋体で気密に封止する半導体部品搭載用のパッケージは、高い信頼性が要求される場面で多く採用されている。

近年、電界効果トランジスタなどの高周波電力増幅用の半導体素子は、移動体通信の基地局等に用いるために、その需要が急激に高まっている。この半導体素子は発熱量が非常に大きい。そのため、一般に、高周波（特に、数Ｗ以上）で動作する高出力電力増幅器は、ヒートシンクが付いたパッケージやモジュールを使用する（例えば、下記の特許文献１に記載の高周波用パッケージを参照のこと。）。

また、十分な放熱性を確保するために、放熱用の金属板からなる底体上にセラミック製の枠体を接合したり、リードフレームなどをセラミック製の枠体に接合したりするなど、様々な工夫がなされている。電力増幅器を実装するためのパッケージとして、従来は、例えば、図１に示すような構造のパッケージが用いられていた。

図１に示すように、従来のパッケージ１０は、ダイ１１、ヒートシンク１２、及び電気引き出し部１３（セラミック部分２１、リード部分２２）によって構成される。ヒートシンク１２は、銅又はその合金、或いは、数種類の金属を貼り合わせて形成される。また、ダイ１１は、ヒートシンク１２上に、金錫などの共晶半田を用いて実装される。また、電気引き出し部１３を構成するセラミック部分２１及びリード部分２２の数は、用途に応じて増減される。

特開２００３−３１８３０５号公報

現状において、大型のヒートシンクを有するパッケージやモジュールにダイを実装する際、位置決めに用いるマークについて、次のような問題が存在している。

第１に、位置決めマークと、ダイを搭載する部分との高さに違いがあるため、カメラの被写界深度がとれずに実装に困難が伴うという問題がある。

第２に、位置決めマークと、ダイを搭載する部分とが遠く、実装範囲を超えてしまうために実装に困難が伴うという問題が存在する。

第３に、マニュアル実装時の位置決めが不明瞭であるという問題がある。マニュアル実装時の位置決めが不明瞭な場合、特に高周波デバイスにおいて、適切な位置にダイが実装されずに、特性に大きな悪影響を与えてしまう可能性がある。

上記のような問題により実装不可となるため、従来は、パッケージやモジュールの一部に別途マーキングをしていた（例えば、けがいたり、識別用のマークを追加したりしていた。）。

さらに、従来は、マニュアル実装時の位置決めが不明瞭であるという問題に対し、何らかの目印を設けて対応するなどの対策がとられていた。

また、ヒートシンクのダイ実装部分又は全面に、金錫半田を予め塗布し、位置決めする方法も考案したが、ダイ実装位置の自由度を損ねたり、ヒートシンクへのワイヤボンディングができなくなるなどの問題が存在していた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、適切な位置にダイを実装することが可能な、新規かつ改良されたパッケージ、及び電力増幅器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、半導体素子を搭載するためのパッケージであって、前記半導体素子が載置されるヒートシンクと、表面に金メッキが施された前記ヒートシンク上に形成され、前記半導体素子の位置決めマークとして用いられる金のマーキングと、を有することを特徴とする、パッケージが提供される。かかる構成により、半導体素子を正確に位置決めすることが可能になる。

また、前記マーキングは、網目状のパターンを成していてもよい。

また、前記マーキングは、前記表面に金メッキが施されたヒートシンクに対して金蒸着を行うことで形成されてもよい。

かかる構成により、電解金メッキで表面処理されたヒートシンク上にも、金をパターンニングすることが可能になる。

また、前記マーキングは、前記表面に金メッキが施されたヒートシンクに対してスパッタを行うことで形成されてもよい。

また、前記マーキングは、前記ヒートシンクに予め設けられた所定形状の溝に金を充填することで形成されてもよい。

また、前記半導体素子を前記ヒートシンクに接合する際に用いる金錫共晶の半田は、接合前において、前記半導体素子の接合時に望まれる所定の比率よりも、金の比率が少なくなるように調整されていてもよい。

かかる構成により、金メッキの金よりも、蒸着やスパッタで付けた金の方が純度、質が良く良好な共晶半田の実装（具体的には、濡れ性が向上する。）が可能になる。

また、前記所定の比率が金０．８：錫０．２である場合に、前記接合前の比率は、金０．７９：錫０．２１であってもよい。

また、前記半導体素子と前記パッケージ外の電極とを接続するための電気引き出し部をさらに有していてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、パッケージに電力増幅機能を提供する半導体素子を搭載した電力増幅器であって、前記半導体素子が載置されるヒートシンクと、表面に金メッキが施された前記ヒートシンク上に形成され、前記半導体素子の位置決めマークとして用いられる金のマーキングと、前記半導体素子と前記パッケージ外の電極とを接続するための電気引き出し部と、を有することを特徴とする、電力増幅器が提供される。

かかる構成により、半導体素子を正確に位置決めすることが可能になる。また、半導体素子が正確に位置決めされることで、位置ずれによる特性悪化が回避される。

以上説明したように本発明によれば、適切な位置にダイを実装することが可能になる。また、ダイの位置が正確に位置決めされることで、位置ずれによる特性悪化を抑圧することが可能になる。

従来の高周波用パッケージの構造を示した上面図である。本実施形態に係る高周波用パッケージの構造を示した上面図である。ユニークなマーキングパターンの一例を示した図である。ユニークなマーキングパターンの一例を示した図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、本実施形態に係る高周波用パッケージの構造について説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るパッケージ１００は、ダイ１１１、ヒートシンク１１２、電気引き出し部１１３（セラミック部分１２１、リード部分１２２）、及びマーキング１１４によって構成される。

ヒートシンク１１２は、銅又はその合金、或いは、数種類の金属を貼り合わせて形成される。また、ダイ１１１は、ヒートシンク１１２上に、金錫などの共晶半田を用いて実装される。また、電気引き出し部１１３を構成するセラミック部分１２１及びリード部分１２２の数は、用途に応じて増減される。

また、マーキング１１４は、ヒートシンク１１２上に、金を蒸着するなどして網目状にパターンニングされる。なお、ここでは網目状のパターンを例示したが、ダイ１１１を実装する際の目安として利用可能な他のパターン形状であってもよい。

通常、ヒートシンク１１２は、電解金メッキで表面処理される。そのため、ヒートシンク１１２に特定のパターンを形成することはできない。そこで、網目状のマーキング１１４は、ヒートシンク１１２に対して金蒸着やスパッタを行うことで形成される。ヒートシンク１１２上に形成されたマーキング１１４は、ダイ１１１を実装する際の目安として利用される。

ヒートシンク１１２上にマーキング１１４を形成すると、カメラの被写界深度や識別範囲を考慮する必要がなくなり、適切な位置にダイ１１１を実装することが可能になる。

なお、ダイ１１１の実装に用いる金錫共晶は、金０．７９：錫０．２１の比率の半田を使用し、ヒートシンク１１２の金を共晶時に使用して、金錫共晶の反応温度が低くなる金０．８：錫０．２の比率となるようにする。このような手法を採用すると、金メッキの金よりも、蒸着やスパッタで付けた金の方が純度、質が良く良好な共晶半田の実装（具体的には、濡れ性が向上する。）が可能になる。

以上説明したように、本実施形態に係るパッケージの構成を適用すると正確にダイ実装できるようになる。

自動機を使用してダイ実装する場合、自動機は、パッケージの形状的に特異な点を位置決めマーカに使用して、撮像画像の画像認識結果から実装位置を決定する。従来は、マーカ部分の高さと実装位置の高さとが大きく異なる場合や、マーカ部分の位置と実装位置とが離れすぎている場合も、自動機による認識不良が生じて、ダイ実装ができなかった。

しかし、本実施形態に係るパッケージの場合、マーキング１１４が施されているため、自動機の性能にかかわらず正しく実装位置が認識され、正確な位置にダイ１１１を実装することができるようになった。また、手動の場合にも、予めマーキング１１４が施されているため、正確な位置にダイ１１１を実装できるようになった。

また、マーキング１１４を形成する際に上述した手法を採用することで、良好な金錫共晶半田が形成され、デバイスの熱抵抗が下がり（つまり、放熱効果が向上し）、電気特性、及び信頼性が向上し、寿命が伸びるという功を奏する。また、当該手法により、ヒートシンク１１２に金錫半田をプリフォームした場合に問題となる、当該プリフォーム部分へのワイヤボンディングも可能になる。

（変形例＃１）
上記説明においては、マーキング１１４の形状を網目状としたが、自動機の判別しやすいユニークなマーキングを用いることも可能である。例えば、図３（線分のランダム配置）又は図４（三次元網目形状）に示すようなマーキングパターンを採用することも可能である。

（変形例＃２）
上記説明においては、金蒸着やスパッタなどでマーキング１１４を形成する方法を例示したが、ヒートシンク１１２に予め溝形状を設け、メッキを施す際に当該溝形状の部分に金を充填することでマーキング１１４を形成する方法も適用可能である。

（変形例＃３）
上記説明においては、高周波用パッケージを念頭において説明したが、高周波に限らず、全ての周波数帯域の回路についても同様の手法が適用可能である。

（変形例＃４）
上記説明においては、電力増幅器にＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を適用することを念頭において説明したが、他のトランジスタ、電力増幅用デバイス、ＭＭＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）などにも同様に適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００パッケージ
１１１ダイ
１１２ヒートシンク
１１３電気引き出し部
１２１セラミック部分
１２２リード部分

Claims

半導体素子を搭載するためのパッケージであって、
前記半導体素子が載置されるヒートシンクと、
表面に金メッキが施された前記ヒートシンク上に形成され、前記半導体素子の位置決めマークとして用いられる金のマーキングと、
を有する
ことを特徴とする、パッケージ。
前記マーキングは、網目状のパターンを成す
ことを特徴とする、請求項１に記載のパッケージ。
前記マーキングは、前記表面に金メッキが施されたヒートシンクに対して金蒸着を行うことで形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のパッケージ。
前記マーキングは、前記表面に金メッキが施されたヒートシンクに対してスパッタを行うことで形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のパッケージ。
前記マーキングは、前記ヒートシンクに予め設けられた所定形状の溝に金を充填することで形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のパッケージ。
前記半導体素子を前記ヒートシンクに接合する際に用いる金錫共晶の半田は、接合前において、前記半導体素子の接合時に望まれる所定の比率よりも、金の比率が少なくなるように調整される
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパッケージ。
前記所定の比率は、金０．８：錫０．２であり、
前記接合前の比率は、金０．７９：錫０．２１である
ことを特徴とする、請求項６に記載のパッケージ。
前記半導体素子と前記パッケージ外の電極とを接続するための電気引き出し部をさらに有する
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のパッケージ。
パッケージに電力増幅機能を提供する半導体素子を搭載した電力増幅器であって、
前記半導体素子が載置されるヒートシンクと、
表面に金メッキが施された前記ヒートシンク上に形成され、前記半導体素子の位置決めマークとして用いられる金のマーキングと、
前記半導体素子と前記パッケージ外の電極とを接続するための電気引き出し部と、
を有する
ことを特徴とする、電力増幅器。