JP5974956B2

JP5974956B2 - 高周波パッケージ

Info

Publication number: JP5974956B2
Application number: JP2013071399A
Authority: JP
Inventors: 友幸海野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014195032A

Description

この発明は、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号を処理する高周波パッケージに関する。

高周波信号を処理する半導体素子を第１の樹脂基板に実装し、第１の樹脂基板における半導体素子の実装面が向き合うように別の樹脂基板を配置して、この２つの樹脂基板の間をＢＧＡ（Ball Grid Array）ボールで接続した高周波パッケージがある（例えば、特許文献１参照）。この高周波パッケージの半導体素子の実装面に形成されたＲＦ（Radio Frequency）回路、ＤＣ（Direct Current）回路等から、半導体素子の処理する所望信号とは周波数帯の異なる不要放射信号が発生し、ＢＧＡボールを構成する複数のはんだボール間の隙間から、パッケージ外に漏れることがある。この高周波パッケージ内から発生した不要放射信号がパッケージ外に漏れることを抑制するため、各回路からパッケージ最外周までのＢＧＡボール列を一定数設けることで、不要放射信号の漏洩を防いでいた。なお、ＲＦ回路及びＤＣ回路で処理された高周波信号及びＤＣ信号は、ＢＧＡボールを介して、第１、第２の樹脂基板間で信号伝送される。

特開２０１１−１５５２８７号公報

しかしながら、ＲＦ回路及びＤＣ回路等の各回路からパッケージ最外周までの間に、第１、第２の受信基板間の信号伝送に用いられるＢＧＡボールに加えて、不要放射信号を抑制するためのＢＧＡボール列を増やすことにより、パッケージ最外周のサイズが大きくなり、結果的にパッケージ自体が大型化してしまうという問題があった。

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、不要放射信号抑制のための導電性接続部材の配列の数を抑えることを目的とする。

この発明によるレーダ装置は、裏面に高周波回路が搭載された第１の誘電体多層基板と、上記第１の誘電体多層基板の裏面と対向して、複数の導電性接続部材の介在により上記第１の誘電体多層基板に接合され、当該導電性接続部材とともに上記高周波回路を囲む第２の誘電体多層基板と、を備え、上記第２の誘電体多層基板は、上記第１の誘電体多層基板の対向面に形成される接地導体の除去された第１の誘電体開口部と、内層接地導体層及びビアに囲まれて形成される、一端部が上記第１の誘電体開口部に接続された誘電体導波管と、上記誘電体導波管の他端部に接続される第２の誘電体開口部と、内層接地導体層及びビアに囲まれて形成される、一端部が上記第２の誘電体開口部に接続され、他端部が複数のビア列に短絡した先端短絡誘電体導波管とを有し、上記導電性接続部材は、上記第１の誘電体多層基板の外周に沿う外側に少なくとも１列配置された不要放射抑制用の導電性接続部材を有したものである。

この発明によれば、不要放射信号抑制のための導電性接続部材の配列の数を抑えることができるので、パッケージ最外周のサイズをより小さくすることができる。

実施の形態１に係る高周波パッケージの構成を示す図である。従来の高周波パッケージの構成を示す比較図である。

実施の形態１．
この発明に係る実施の形態１による高周波パッケージについて図を用いて説明する。図１は、実施の形態１による高周波パッケージの構成を示す図である。図１において、実施の形態１による高周波パッケージ４は、誘電体多層基板１と、誘電体多層基板２と、導電性接続部材であるＢＧＡボール３から構成される。誘電体多層基板１及び誘電体多層基板２の間には、２次元面内に複数配列されたはんだボールまたは金バンプからなるＢＧＡボール３が配置される。誘電体多層基板１及び誘電体多層基板２は、ＢＧＡボール３を間に挟み所定の距離を空けて配置され、ＢＧＡボール３により接合される。

誘電体多層基板１は、裏面側の実装面に、ＭＭＩＣ（monolithic microwave integrated circuit）５、チップ抵抗６等の高周波回路からなるＲＦ回路、ＤＣ回路等の回路が搭載され、はんだにより接合されている。ＭＭＩＣ５、チップ抵抗６は、複数のバンプにより、誘電体多層基板１の裏面にフリップチップ実装されている。ＭＭＩＣ５は増幅器、ミキサ等をなす半導体素子からなり、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）から構成されても良い。誘電体多層基板１の表面（上面）は接地導体が形成されている。誘電体多層基板１は、裏面（下面）側の実装面を誘電体多層基板２の表面（上面）に対向させ、ＢＧＡボール３を介して誘電体多層基板２の表面に接合される。ＭＭＩＣ５及びチップ抵抗６は、その背面が誘電体多層基板２との間に間隙を有して配置される。誘電体多層基板２の表面は、ＢＧＡボール３に接続されたＲＦ回路またはＤＣ回路、誘電体多層基板１に実装されるＭＭＩＣ５の動作を制御するためのＩＣ（integrated circuit）回路が形成されている。誘電体多層基板２の裏面（下面）は接地導体が形成されている。

ＢＧＡボール３は、一部の隣接する複数のボールの間隙にＭＭＩＣ５、チップ抵抗６等のＲＦ回路を収容している。また、ＲＦ回路及びＤＣ回路で処理される高周波信号及びＤＣ信号は、ＢＧＡボール３の一部の複数のボールを介して、第１、第２の樹脂基板間で信号伝送を行う。また、パッケージ最外郭（外周）のＢＧＡボール３を構成する少なくとも片側１列の一部の複数のボールは、不要放射抑制用の導電性接続部材であるＢＧＡボール列９を構成している。ＢＧＡボール列９は、隣接するボールとの間隔が波長λ（誘電体多層基板２内の高周波信号の伝搬波長）の４分の１の長さよりも短い間隔で配置されることで、誘電体多層基板１及び誘電体多層基板２とともにＲＦ回路を取り囲んで、不要放射信号の漏洩を防ぐ電磁遮蔽壁として作用している。図１の例では、不要放射抑制用のＢＧＡボール列９は２列に配列されている。このとき、ボール間の距離をｄとすると、パッケージの両側で少なくとも４ｄの距離を有している。

誘電体多層基板１は、誘電正接が小さく、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号の伝送損失が小さいものを用いると良く、ガラスエポキシ基板、フッ素樹脂基板、変性ポリイミド等を素材とした樹脂基板、またはＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）からなるセラミック基板等で構成される。誘電体多層基板２は、マイクロ波、ミリ波等の高周波信号の伝送損失が小さい誘電体多層基板１と同じ基材を用いても良く、特に樹脂基板で構成されるのが良い。また、誘電体多層基板２は、誘電体多層基板１よりも高周波信号の伝送損失が大きい異なる基材を用いても良く、また誘電体多層基板２に導波管を設けることで、誘電体多層基板１から伝送される高周波信号を、誘電体多層基板２の裏面側に伝送するようにしても良い。

誘電体多層基板２は、表面に形成された表面接地導体層２１と、裏面に形成された裏面接地導体層２３の中間に、内層接地導体層２２が形成されている。表面接地導体層２１、内層接地導体層２２、及び裏面接地導体層２３は、誘電体多層基板２の内層に配置された複数のビア（ＶＩＡ）１０により接続される。表面接地導体層２１は、導体層が除去された誘電体窓を形成する第１の誘電体開口部３１を有している。内層接地導体層２２は、導体層が除去された誘電体窓を形成する第２の誘電体開口部３２を有している。誘電体導波管４０は、表面接地導体層２１、内層接地導体層２２、及び複数のＶＩＡ１０に囲まれて形成される。誘電体導波管４０は、管路の一端部が第１の誘電体開口部３１に接続され、管路の他端部が第２の誘電体開口部３２に接続される。

先端短絡誘電体導波管５０は、内層接地導体層２２、裏面接地導体層２３、複数のＶＩＡ７の列、及び複数のＶＩＡ７０の列に囲まれて形成される。先端短絡誘電体導波管５０は、管路の一端部が第２の誘電体開口部３２に接続され、管路の他端部が複数配列されたＶＩＡ７により終端される。先端短絡誘電体導波管５０の管路の一方側は複数配列されたＶＩＡ７０により閉じた短絡面が構成されており、当該短絡面と直交する内層接地導体層２２に、上記第２の誘電体開口部３２が形成されている。誘電体導波管４０は、第２の誘電体開口部３２を通じて先端短絡誘電体導波管５０に接続されている。第２の誘電体開口部３２の開口穴は丸形状、矩形状等の穴をなしており、当該穴は薄膜抵抗８で覆われている。即ち、誘電体導波管４０と先端短絡誘電体導波管５０の接続部に薄膜抵抗８が形成されており、薄膜抵抗８は誘電体導波管４０及び先端短絡誘電体導波管５０の電界に平行になるように配置されている。薄膜抵抗８及び先端短絡誘電体導波管５０は終端回路を構成する。

次に、実施の形態１による高周波パッケージ４の動作について説明する。
実施の形態１による高周波パッケージ４は、ＭＭＩＣ５、チップ抵抗６等の回路の実装面に形成されたＲＦ回路、ＤＣ回路等から、半導体素子の処理する所望信号とは周波数帯の異なる不要放射信号が発生する。この不要放射信号は、誘電体多層基板１と誘電体多層基板２を接続するＢＧＡボール３の最外周に配列された不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９により、外側に漏洩し難くなるようになされている。

ここで、比較例として、従来の高周波パッケージに用いられる不要放射抑制用のＢＧＡボール列９について説明する。図２は、従来の高周波パッケージ４５の構成を示す比較図である。図２において、高周波パッケージ４５は、誘電体多層基板１及び誘電体多層基板２と、誘電体多層基板１と誘電体多層基板２の間を接合するＢＧＡボール３から構成される。また、図１と同様、誘電体多層基板１は、誘電体多層基板２と対向する裏面にＭＭＩＣ５及びチップ抵抗６が実装されている。誘電体多層基板１と誘電体多層基板２を接続するＢＧＡボール３の外周には、不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９が設けられている。この不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９は、隣接するボールの間隔が波長λ（誘電体多層基板２内の高周波信号の伝搬波長）の４分の１よりも短い長さの間隔で配置されることにより、不要放射が外部に漏洩するのを防ぐことができる。しかしながら図２に示すように、高周波パッケージ１００の不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９は、ＭＭＩＣ５の処理する所望の高周波信号の２倍波、３倍波等の高調波を抑制するために、最外周に少なくとも３列（両側で６列）設ける必要がある。このとき、ボール間の距離をｄとすると、パッケージの両側で少なくとも６ｄの距離を有することとなる。このことから、高周波パッケージ１００の外周サイズを大きくせざるを得なくなっていた。

これに対し、実施の形態１による高周波パッケージ４は、先端短絡誘電体導波管５０が、ＶＩＡ７の配列により形成される短絡面（ショート点）からλ／４の長さの位置に第２の誘電体開口部３２を有しており、当該第２の誘電体開口部３２に薄膜抵抗８を形成している。ＭＭＩＣ５、チップ抵抗６等のＲＦ回路、ＤＣ回路等から発生したこの不要放射信号は、第１の開口穴３１から誘電体導波管４０に入り、第１の開口穴３２から先端短絡誘電体導波管５０に入る。ここで、薄膜抵抗８は、ＶＩＡ７のショート点から抑圧したい不要放射信号の波長のλ／４の位置に形成されているので、薄膜抵抗８は不要放射信号を終端し、パッケージ外への不要放射を抑えることができる。この薄膜抵抗８による不要放射の抑圧効果により、実施の形態１による高周波パッケージ４は、パッケージ外周に設置する不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９の列数を削減することができる。図１の例では、不要放射抑圧用のＢＧＡボール列９を２列（両側で４列）としており、図２の比較例に示す従来の高周波パッケージ４５の３列（両側で６列）と比べて、最外周がより小さくなることがわかる（ボール間の距離をｄとすると、パッケージの両側で少なくとも２ｄの距離だけ小さくなる。）。

以上説明した通り、実施の形態１による高周波パッケージ４は、裏面に高周波回路が搭載された第１の誘電体多層基板１と、上記第１の誘電体多層基板１の裏面と対向して、複数の導電性接続部材３の介在により上記第１の誘電体多層基板１に接合され、当該導電性接続部材３とともに上記高周波回路（ＭＭＩＣ５）を囲む第２の誘電体多層基板２と、を備え、上記第２の誘電体多層基板２は、上記第１の誘電体多層基板１の対向面に形成される接地導体の除去された第１の誘電体開口部３１と、内層接地導体層２２及びビア１０に囲まれて形成される、一端部が上記第１の誘電体開口部３１に接続された誘電体導波管４０と、上記誘電体導波管４０の他端部に接続される第２の誘電体開口部３２と、内層接地導体層２２及びビア７、１７に囲まれて形成される、一端部が上記第２の誘電体開口部３２に接続され、他端部が複数のビア列７に短絡した先端短絡誘電体導波管５０とを有し、上記導電性接続部材（ＢＧＡボール３）は、上記第１の誘電体多層基板１の外周に沿う外側に少なくとも１列配置された不要放射抑制用の導電性接続部材（ＢＧＡボール９）を有したことを特徴とする。

これにより、不要放射信号抑制のための導電性接続部材の配列の数を抑えることができるので、パッケージ最外周のサイズをより小さくすることができる。また、これによって第１の誘電体多層基板１、第２の誘電体多層基板２をより低価格に構成することができる。

１誘電体多層基板、２誘電体多層基板、３ＢＧＡボール、４高周波パッケージ、５ＭＭＩＣ、６チップ抵抗、７ＶＩＡ、８薄膜抵抗、９不要放射抑制用ＢＧＡボール列、１０ＶＩＡ、２１表面接地導体層、２２内層接地導体層、２３裏面接地導体層、３１第１の誘電体開口部、３２第２の誘電体開口部、４０誘電体導波管、５０先端短絡誘電体導波管、７０ＶＩＡ。

Claims

裏面に高周波回路が搭載された第１の誘電体多層基板と、
上記第１の誘電体多層基板の裏面と対向して、複数の導電性接続部材の介在により上記第１の誘電体多層基板に接合され、当該導電性接続部材とともに上記高周波回路を囲む第２の誘電体多層基板と、
を備え、
上記第２の誘電体多層基板は、上記第１の誘電体多層基板の対向面に形成される接地導体の除去された第１の誘電体開口部と、内層接地導体層及びビアに囲まれて形成される、一端部が上記第１の誘電体開口部に接続された誘電体導波管と、上記誘電体導波管の他端部に接続されて薄膜抵抗の形成される第２の誘電体開口部と、内層接地導体層及びビアに囲まれて形成される、一端部が上記第２の誘電体開口部に接続され、他端部が複数のビア列に短絡した先端短絡誘電体導波管とを有し、
上記導電性接続部材は、上記第１の誘電体多層基板の外周に沿う上記高周波回路を囲んで誘電体多層基板内の高周波信号の伝搬波長の４分の１よりも短い長さの間隔で配置される複数個の不要放射抑制用の導電性接続部材の列と、当該複数個の不要放射抑制用の導電性接続部材の列よりも外側に、更に少なくとも１列配置された誘電体多層基板内の高周波信号の伝搬波長の４分の１よりも短い長さの間隔で配置される複数個の不要放射抑制用の導電性接続部材の他の列を有し、
上記第１の誘電体開口部は、上記高周波回路を囲んで配置した複数個の不要放射抑制用の導電性接続部材の列と上記複数個の不要放射抑制用の導電性接続部材の他の列の間に配置した
高周波パッケージ。
上記第１の誘電体多層基板、第２の誘電体多層基板は、樹脂基板であることを特徴とする請求項１記載の高周波パッケージ。