JP5956465B2

JP5956465B2 - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置

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Publication number: JP5956465B2
Application number: JP2013550330A
Authority: JP
Inventors: 真広辻野; 芳規川頭
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103999209B; US9386687B2; US20140345929A1; WO2013094684A1; JPWO2013094684A1; CN103999209A

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品が収納される電子部品収納用パッケージおよび電子装置に関する。このような電子装置は各種電子機器に用いられる。

電子部品を収納する電子部品収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）として、例えば、誘電体基板の上面に、複数の信号線が放射状に形成されているパッケージがある。信号線は、誘電体基板に載置される電子部品に複数のボンディングパッドを介して接続されている。

特開平９−２７５１４５号公報

しかしながら、複数の信号線は放射状に配線されているので、中央に配置された信号線の長さと外側に配置された信号線の長さとが異なってしまう。近年、電子部品の高集積化および高周波数化が進められている。信号線の数が多くなると、それぞれの信号線の長さの違いが大きくなってしまう。そして、信号線の長さの違いによって、それぞれの信号線を伝わる信号に位相差が生じてしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、信号の伝送距離が異なる複数の配線導体を備えた場合であっても、信号の位相差が大きくならない電子部品収納用パッケージを提供することを目的とする。

本発明の一つの態様に基づく電子部品収納用パッケージは、誘電体からなる誘電体領域および上面に電子部品が載置される載置領域を有する基板と、誘電体から成り、前記誘電体領域および前記載置領域を囲む枠体とから成る容器本体を有する。前記基板には、前記枠体直下から前記誘電体領域に配置された、前記電子部品に信号を入出力する第１の配線導体およびこの第１の配線導体よりも信号伝送距離の長い第２の配線導体が形成されている。そして、前記枠体と一体に形成され、前記枠体から突出した、突出部を備えており、この突出部は、少なくとも前記第１の配線導体の一部を覆っている。

上記態様の電子部品収納用パッケージにおいて、第１の配線導体は、信号の伝送距離が相対的に第２の配線導体よりも短い。そして、第１の配線導体の少なくとも一部が、突出部に覆われている。誘電体からなる突出部に覆われている部分では、覆われていない部分と比較して、信号の伝播速度が遅くなる。そのため、第１の配線導体の突出部に覆われている部分で、信号伝送に要する時間が増加する。結果として、第１の配線導体と第２の配線導体とを伝送する信号の伝送時間の違いを小さくすることができ、信号の位相差を小さくできる。

第１の実施形態の電子部品収納用パッケージおよびこれを備えた電子装置の分解斜視図である。図１に示す電子部品収納用パッケージの斜視図である。図２に示す電子部品収納用パッケージの平面図である。図３に示す電子部品収納用パッケージのＡ部拡大平面図である。図２に示す電子部品収納用パッケージのＸ−Ｘ断面図である。図２に示す電子部品収納用パッケージのＹ−Ｙ断面図である。図３に示す電子部品収納用パッケージの変形例を示す平面図である。図６に示す電子部品収納用パッケージのＸ−Ｘ断面図である。図６に示す電子部品収納用パッケージのＹ−Ｙ断面図である。第２の実施形態の電子部品収納用パッケージの平面図である。図８に示す電子部品収納用パッケージのＸ−Ｘ断面図である。図８に示す電子部品収納用パッケージのＹ−Ｙ断面図である。

以下、本発明の各実施形態の電子部品収納用パッケージ１（以下、単にパッケージ１ともいう）およびこれを備えた電子装置１０１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、本発明を説明するために実際より簡略化して示したものである。従って、本発明に係るパッケージおよび電子装置は、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、各図の縮尺は実際のものとは異なる。

図１〜図５Ｂに第1の実施形態のパッケージを示す。第１の実施形態のパッケージ１は、基板３と枠体５とから成る容器本体を備えている。基板３は、誘電体からなる誘電体領域３ａと、これに隣り合う電子部品の載置領域３ｂとを有する。載置領域３ｂには、上面に電子部品１０３が載置される。この基板３の上面の周囲には枠体５が立設される。枠体５は誘電体領域３ａおよび載置領域３ｂを取り囲んでいる。また、基板３は、誘電体領域３ａに配線導体７および接地導体９を備えている。さらに、第１の実施形態の電子装置１０１は、上記のパッケージ１と、基板３の載置領域３ｂに載置された電子部品１０３と、枠体５の上面に接合された蓋体１０５とを備えている。

本実施形態における基板３は、四角板形状の誘電体によって構成されている。そのため、本実施形態の基板３においては、基板３の全体が誘電体領域３ａである。また、誘電体領域３ａのうち、電子部品１０３が載置される領域が載置領域３ｂである。すなわち、載置領域３ｂは誘電体領域３ａの一部となっている。

載置領域３ｂとは、基板３を平面視した場合に電子部品１０３と重なり合う領域を意味する。基板３は、例えば、縦および横がそれぞれ５ｍｍ〜５０ｍｍの長方形状である。また、基板３の厚みは、例えば、０．３ｍｍ〜３ｍｍである。

本実施形態においては載置領域３ｂが基板３の上面の中央部に形成されている。載置領域３ｂとは、電子部品１０３が載置される領域を意味する。したがって、例えば、基板３の上面の端部に載置領域３ｂが形成されていても何ら問題ない。また、本実施形態の基板３は１つの載置領域３ｂを有しているが、基板３が複数の載置領域３ｂを有し、それぞれの載置領域３ｂに電子部品１０３が載置されていてもよい。

基板３の上面に載置される電子部品１０３としては、例えば、光半導体素子、ＩＣ(Integrated Circuit)素子およびコンデンサのような電子部品が挙げられる。光半導体素子としては、例えば、ＬＤ（Laser Diode）素子に代表される発光素子、あるいは、ＰＤ(Photodiode)素子に代表される受光素子が挙げられる。

電子部品１０３と配線導体７とは、例えばボンディングワイヤ１１を介して電気的に接続される。このボンディングワイヤ１１および配線導体７を介して、外部の配線回路（不図示）と電子部品１０３との間で信号が送受される。載置領域３ｂは誘電体の上に設けられているので、電子部品１０３は基板３によって絶縁されている。なお、基板３が金属等から成り、電子部品１０３が載置される部分に高い絶縁性が求められる場合には、基板３上に絶縁性の載置基板１３を配置して、この載置基板１３の上に電子部品１０３を載置してもよい。

誘電体領域３ａを構成する誘電体としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体および窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料を用いることができる。上記の誘電体材料を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることによって混合体を作製する。この混合体をシート状に成形することによって複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することによって積層体を作製する。積層体を約１６００℃の温度で一体焼成することによって基板３が作製される。

基板３としては、上記のような複数のシートが積層された構成に限られない。１つのシートによって基板３が構成されていてもよい。また、基板３として、上面に誘電体領域３ａを有する構成であればよい。例えば、金属部材の上面の一部に誘電体を載置した構成のように、基板３が誘電体と金属部材とを組み合わせた構成であってもよい。特に、基板３に対して高い放熱性が求められる場合には、基板３が金属部材と組み合わされた構成であることが好ましい。金属部材は高い熱伝導性を有しているものが多いからである。

具体的には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属材料、あるいはこれらの金属からなる合金またはこれらを複合した材料を金属部材として用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって基板３を構成する金属部材を作製することができる。

本実施形態のパッケージ１は、誘電体領域３ａおよび載置領域３ｂを囲むように基板３の上面に枠体５を備えている。枠体５は、上下２つの部分に区分できる。下方に配置され、基板３の上面に接する第１の部分５ａ、および第１の部分５ａの上に配置される第２の部分５ｃで枠体５が構成される。第１の部分５ａは、平面視において四角形の枠形状であって、内周面の一部に誘電体領域３ａ上に突出する突出部５ｂを有している。第１の部分５ａは、銀ロウのような接合部材（不図示）を介して基板３に接合されている。基板３および第１の部分５ａが誘電体からなる場合は、第１の部分５ａが基板３の上面に積層されて一体焼成されたものでもよい。

第２の部分５ｃは、第１の部分５ａのような突出部５ｂが形成されていない。第２の部分５ｃを平面視した場合に外周部が第１の部分５ａと重なり合うように、内周面および外周面がそれぞれ四角形の枠形状をしている。なお、図１，２においては視覚的な理解を容易にする観点から、第１の部分５ａと第２の部分５ｃとが別々の部材のように示されているが、これに限られるものではない。

例えば、第１の部分５ａと第２の部分５ｃとが、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体のようなセラミック材料からなり、一体焼成によって形成されていてもよい。枠体５によってパッケージ１の剛性が向上するので、電子装置１０１が外部実装基板（不図示）に実装される際に加わる力によって、パッケージ１が変形し難くなる。これによって、例えば光ファイバを介して光信号の入出力を行なう電子装置１０１の場合に、パッケージ１の変形によって、光ファイバの取り付け位置と電子部品１０３との位置関係がずれて光信号の出力低下を来すことがないようにすることができる。

また、第２の部分５ｃは金属材料で形成してもよい。第２の部分５ｃが金属材料からなる場合には、例えば銀ロウのような接合部材（不図示）を介して第１の部分５ａと接合して用いる。第２の部分５ｃが金属材料の場合には、放熱性が向上し、電子部品１０３の冷却に有利である。また、第２の部分５ｃは、パッケージ１の低背化を目的として用いない場合もある。

枠体５は、例えば平面視した場合の縦横がそれぞれ５〜５０ｍｍ、外周と内周との間の幅、すなわち枠体５の厚みは０．５〜２ｍｍ、高さは３〜３０ｍｍ程度である。

枠体５には、突出部５ｂを除いて、基板３と同様に、絶縁性部材あるいは金属部材を用いることができる。絶縁性部材には、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体および窒化珪素質焼結体のようなセラミック材を用いることができる。また、金属部材には、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属材料、あるいはこれらの金属材料からなる合金またはこれらを複合した部材を用いることができる。

また、本実施形態における突出部５ｂは、誘電体によって構成されている。突出部５ｂを構成する誘電体としては、基板３と同様に、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体および窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料を用いることができる。

基板３上面における誘電体領域３ａには、高周波信号が流れる複数の配線導体７および接地導体９が形成されている。配線導体７は、第１の配線導体７ａと、この第１の配線導体７ａよりも距離が長い第２の配線導体７ｂとがある。第１の配線導体７ａは、第２の配線導体７ｂよりも両端の距離が近い所に配線されているので、第２の配線導体７ｂよりも長さが短い。また、第２の配線導体７ｂは、誘電体領域３ａから枠体５に向かうにつれて第１の配線導体７ａとの間隔が広がるとともに、折れ曲がり部分を有する形状に形成されている。そのため、第２の配線導体７ｂは第１の配線導体７ａよりも信号伝送距離が長くなる。

なお、これらの配線導体７のそれぞれを間に挟むように、誘電体領域３ａには接地導体９が配設されている。この配線導体７の両側に配置される接地導体９と配線導体７とによってコプレーナ線路が形成され、配線導体７に高周波信号が良好に伝送される。

各配線導体７の一方の端部は、電子部品１０３の電極に例えばボンディングワイヤ１１を介して電気的に接続される。枠体５を構成する４つの側壁のうちの一側壁に複数の配線導体７を引き出す場合、電子部品１０３の幅が一側壁の幅より小さいことから、配線導体７は電子部品１０３から放射状に引き出される。そのため、これらの配線導体７の長さに違いが生じる。中央に配置される配線導体７ａは最短距離で引き出されるのに対し、外側の配線導体７ｂの経路が長くなる。このように、配線導体７の長さが互いに異なり、配線導体７の信号伝送距離に差がある場合は、それぞれの信号間に位相差が生じる可能性がある。

本実施形態のパッケージ１においては、突出部５ｂが少なくとも第１の配線導体７ａの一部を覆うように配置されている。図１，図３，図５Ａから分かるように、枠体５直下から誘電体領域３ａの途中まで突出部５ｂが第１の配線導体７ａを覆っている。これによって、第１の配線導体７ａの一部が基板３および突出部５ｂに挟まれている構成となっている。一方、第２の配線導体７ｂは突出部５ｂに覆われていない。第１の配線導体７が突出部５ｂに覆われている部分では、覆われていない部分と比較して周囲の誘電率が高くなるため、高周波信号の伝播速度が低下する。

したがって、第２の配線導体７ｂの信号伝送距離が第１の配線導体７ａの信号伝送距離よりも長い状態であっても、第１の配線導体７ａにおける信号伝送に要する時間と第２の配線導体７ｂにおける信号伝送に要する時間との差を小さくすることができる、つまり、第１の配線導体７ａおよび第２の配線導体７ｂから外部の配線回路に信号を取り出す際に、これらの配線導体７における高周波信号の位相差を小さくできる。

配線導体７の引き回しパターンを調整することによって配線導体７における信号の位相差を小さくする場合に比べて、引き回しを行なうスペースを必要としない。そのため、配線導体７の引き回しの自由度を高めることができる。

突出部５ｂの厚さ（高さ）は、高周波信号の波長に比べて十分厚いものとし、突出部５ｂの誘電率による効果を十分得られるようにする。例えば、厚さは枠体５ａの高さと同じとしてもよい。また、突出部５ｂは、誘電体領域３ａから枠体５に向かうにつれて幅が広くなるように形成してもよい。この場合には、突出部５ｂの側面と枠体５の内周面との間が鈍角になり、クラックや割れが生じにくくなる。また、突出部５ｂに覆われている部分で配線導体７を屈曲させて引き回し、配線導体７の信号伝送距離を長くする方法を組み合わせてもよい。

突出部５ｂの突出長さは、第１の配線導体７ａおよび第２の配線導体７ｂの信号伝送距離の差に応じて決めればよい。例えば、誘電体領域３ａに誘電率が９．４である酸化アルミニウム質焼結体を用い、突出部５ｂに同様に誘電率が９．４である酸化アルミニウム質焼結体を用いた場合には、突出部５ｂに覆われている部分での信号伝送の速度Ｖ１は、約９．８×１０^７ｍ／ｓとなり、突出部５ｂに覆われていない部分での信号伝送の速度Ｖ２が約１．３×１０^８ｍ／ｓとなる。

例えば、図１〜５に示すパッケージ１においては突出部５ｂの突出長さは３ｍｍである。第１の配線導体７ａの信号伝送距離Ｌ１が５．８ｍｍであり、第２の配線導体７ｂの信号伝送距離Ｌ２が６．８ｍｍであるとき、第１の配線導体７ａにおいて、突出部５ｂが覆っている部分の長さＬ１１が３ｍｍであり、突出部１５ｂが当接していない部分の長さＬ１２が２．８ｍｍである。

従って、枠体５が突出部１５ｂを有していない場合には、第１の配線導体７ａと第２の配線導体７ｂとの間で信号伝送に約７．７×１０^−１２秒の差（Ｌ２／Ｖ２−Ｌ１／Ｖ２）が生じる。しかしながら、上記構成のパッケージ１においては、第１の配線導体７ａと第２の配線導体７ｂとの間での信号伝送の差（Ｌ２／Ｖ２−（Ｌ１１／Ｖ１＋Ｌ１２／Ｖ２））が約１．５×１０^−１３秒となる。したがって、第１の配線導体７ａおよび第２の配線導体７ｂを伝送する信号伝送の時間差を、突出部１５ｂが無い場合の７．７×１０^−１２秒の時間差に対して１／５０程度に抑えることができる。

図１〜図５に示すパッケージ１においては、突出部５ｂが、第１の配線導体７ａの一部を覆い、第２の配線導体７ｂは覆わない構成を示したが、例えば、図６，図７Ａ，図７Ｂに示すように、突出部５ｂが、第１の配線導体７ａおよび第２の配線導体７ｂのそれぞれ一部を覆い、覆われる長さを異ならせる構成としても良い。

図６，図７Ａ，図７Ｂに示すパッケージ１においては、第１の配線導体７ａの一部が突出部５ｂに覆われる長さが第２の配線導体７ｂの一部が突出部５ｂに覆われる長さよりも長い。これによって、第１の配線導体７ａの実質的な信号伝送距離を長くすることができる。なお、図７（ａ）は、突出部５ｂが第１の配線導体７ａを覆っている部分の断面Ｘ−Ｘを示し、図７（ｂ）は第２の配線導体７ｂを突出部５ｂが覆っている部分の断面Ｙ−Ｙを示す。

図３に示すパッケージ１および図６に示すパッケージ１のように、互いに長さの異なる第１の配線導体７ａおよび第２の配線導体７ｂを覆う突出部１５ｂの長さを異ならせることによって、信号の伝送時間を調整することができる。なお、配線導体７の種類はこれら図１，図６に示されるものに限られるものではない。異なる長さを有する配線導体７の種類がさらに増えても、同様に突出部５ｂで覆う長さを調整して行なえばよい。

配線導体７および接地導体９としては、信号の伝送ロスを少なくするため、導電性の良好な部材を用いることが好ましい。具体的には、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀および金のような金属材料を用いることができる。

本実施形態のパッケージ１において、配線導体７は、基板３の上面および下面を貫通する貫通孔に設けられたビア導体１９に接続されており、このビア導体１９を介して基板３の下面側に引き出されている。ビア導体１９の下端はリード端子２１に接続されており、リード端子２１は外部の配線回路に接続される。これにより、電子部品１０３は、配線導体７、ビア導体１９およびリード端子２１などを介して外部の配線回路との間で信号の入出力を行なう。

なお、ビア導体１９およびリード端子２１には、導電性の良好な金属が用いられる。また、本実施形態のパッケージ１はビア導体１９およびリード端子２１による接続方法を有するが、これは一例であり、これに限るものではない。

本実施形態のパッケージ１を用いた電子装置１０１は、枠体５と接合された蓋体１０５とを備えている。蓋体１０５は、パッケージ１内部に収容される電子部品１０３等を封止するように設けられている。蓋体１０５は、枠体５の上面に接合されている。このように電子部品１０３を封止することによって、長期間のパッケージ１の使用による電子部品１０３を保護することができる。

蓋体１０５としては、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属部材、あるいはこれらの合金を用いることができる。また、枠体５と蓋体１０５は、例えば、金−錫ロウを用いて接合してもよい。

また、枠体５と蓋体１０５とは直接に接合されていてもよいが、例えば、平面視した場合に枠体５と重なり合うようなリング形状である金属部材、いわゆるシールリングを間に挟んで接合されていてもよい。第２の部分５ｃが金属である場合に、この第２の部分５ｃをシールリングとして用いることができる。

なお、上記第１の実施形態のパッケージ１においては、枠体５が突出部５ｂを有し、突出部５ｂが第１の配線導体７ａの一部を覆っている例を示した。しかし、枠体５に突出部５ｂを一体に形成せず、突出部５ｂの代わりに別体の誘電体部材を用いてもよい。そして、この誘電体部材を、第１の配線導体７ａの一部を挟んで基板３の誘電体領域３ａに接合してもよい。突出部５ｂと同じ形状の誘電体部材を用いることによって、突出部５ｂを用いたのと同様に配線導体７を流れる信号の位相差を合わせることができる。

図８は、突出部５ｂの代わりに誘電体部材６を用いた例を示す。誘電体部材６と枠体５とは別部材で構成されている。この場合、枠体５の第１の部分５ａと誘電体部材６とに異なる材質を用いることが容易である。例えば、誘電体部材６は酸化アルミニウム質焼結体とし、第１の部分５ａは金属製とすることもできる。

なお、誘電体部材は枠体５の内周面に接するように設置するのが好ましい。誘電体部材と枠体５との間に空隙を設けると、空隙部分でインピーダンスが変わるために高周波信号の伝送損失が生じる場合がある。

以上、各実施形態の電子部品収納用パッケージおよびこれを用いた電子装置について説明した。ただし、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や実施形態の組合せを施すことは何等差し支えない。

１：電子部品収納用パッケージ（パッケージ）
３：基板
３ａ：誘電体領域
３ｂ：載置領域
５：枠体
５ａ：第１の部分
５ｂ：突出部
５ｃ：第２の部分
６：誘電体部材
７・・・配線導体
７ａ・・・第１の配線導体
７ｂ・・・第２の配線導体
９・・・接地導体
１１・・・ボンディングワイヤ
１３・・・載置基板
１９・・・ビア導体
２１・・・リード端子
１０１・・・電子装置
１０３・・・電子部品
１０５・・・蓋体

Claims

誘電体から成る誘電体領域および上面に電子部品が載置される載置領域を有する基板部と、誘電体から成り、前記誘電体領域および前記載置領域を囲む枠体とから成る容器本体と、
前記枠体直下から前記誘電体領域に配置された、前記電子部品に信号を入出力する第１の配線導体および該第１の配線導体よりも信号伝送距離の長い第２の配線導体と、
前記枠体と一体に形成され、前記枠体から突出した、少なくとも前記第１の配線導体の一部を覆う突出部とを備えていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
前記突出部が、前記第１の配線導体の一部および前記第２の配線導体の一部をそれぞれ覆っており、前記第１の配線導体が覆われている部分の信号伝送距離が、前記第２の配線導体が覆われている部分の信号伝送距離よりも長いことを特徴とする請求項１記載の電子部品収納用パッケージ。
請求項１または２記載の電子部品収納用パッケージと、
該電子部品収納用パッケージの前記載置領域に載置されて前記第１の配線導体および前記第２の配線導体に接続された電子部品とを備えた電子装置。