JPH0126109Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ICチツプを内含し、受動素子を搭
載もしくは形成した基板上の導体パターン上に直
接平面付けするフラツトパツクタイプICチツプ
用パツケージ、特に高速、高周波領域への適用を
実現するICチツプ用パツケージに関するもので
ある。

半導体パツケージの構造は大きく分けると、セ
ラミツク、メタル、ガラス、プラスチツクの構造
による４種類に分類される。しかし、能動素子が
トランジスタからIC、LSI、さらには超LSIへと
進展していく中で、パツケージ構造の変化も激し
くその構造も単なる上述の４構造では分類でき
ず、各種の材料や構造が入り組んだ複雑なものに
なりつつある。しかし、形状から分類すると、ト
ランジスタ外形型パツケージ（TO型）、 Single−In−Lineパツケージ（SIP型）Dual−
In−Lineパツケージ（DIP型）、フラツトパツク
タイプパツケージ、テープキヤリアタイプパツケ
ージに大別される。TO型パツケージは、トラン
ジスタと同一のメタル形ハーメチツクパツケージ
に多数のリードを付けたものであり、メタルキヤ
ツプ溶接強度が強い、封入雰囲気の制御も簡単に
行なえる等の特徴を持つている。しかし現在で
は、パツケージが高価になると、多数リードが出
たパツケージでは基板上への搭載が複雑である等
の点からあまり使用されなくなる傾向にある。
SIP型パツケージは、パツケージの片側にリード
が配列されたものであり、DIP型パツケージはパ
ツケージの両側にリードが配列されたものであ
る。SIP型及びDIP型パツケージは、チツプのマ
ウント、ボンデイングの連続自動化や大量バツチ
処理等が可能になるため、量産に適しており、材
料面を含め安価なパツケージを得る事ができる。
最近では民生用ばかりではなく通信工業用IC，
LSIの分野でもかなり使用されている。ただし、
SIP型及びDIP型パツケージは、リードフレーム
を使用しているために内部リードの長さが長くな
り、製作や取り扱いが困難、電気的高周波特性を
劣化させる等の欠点があつた。テープキヤリアタ
イプパツケージは、チツプをポリイミドテープに
連続的に組み込み、樹脂でコートした上で個々に
切りはなしたものであり、回路基板の導体面に平
面付けされる。フラツトパツクタイプパツケージ
は、両側または４方向に端子を出した小形パツケ
ージであり、回路基板の孔に挿入せず導体パタン
上に直接平面付けするタイプである。SIPやDIP
タイプと異なり、パツケージ面積が従来の同ピン
数のDIPに比べて1/2以下である。また、４方向
にリードが出ている事から内部リードの長さが短
かくなるため、インダクタンスやキヤパシタンス
等の寄生素子効果を軽減する事ができる等の特長
をもち帯域数百ＭHz程度の各種高周波回路に適用
されている。

一方、電気回路の動作領域は年々高速化、広帯
域化する傾向にあり、例えば数ＧHzの帯域をもつ
た増幅器数Gb／ｓの高速で動作するデイジタル
回路等が必要となつている。これに応じてIC化
技術も年々と進み、例えばガリウムヒ素電界効果
トランジスタを用いた高速デイジタルIC、高周
波アナログICが実現されつつある。したがつて、
このような高速ICに適合したICパツケージの必
要性が高まつているが、従来のICパツケージで
はこのような高速ICの能力を十分に発揮させる
のはきわめて困難であつた。

第１図は、比較的高速動作に適した従来のフラ
ツトパツクタイプパツケージの平面図、第２図は
第１図のフラツトパツクタイプパツケージの断面
図でありICチツプを搭載した例を示しているが、
ここではこのようなパツケージに高速ICを搭載
し高速回路に用いる場合を例にとり、従来技術の
限界を説明する。第１図において、１１０１はリ
ードであり通常はリードに金メツキが施されてい
る。１１０２はパツケージ本体であり、セラミツ
クの構造のものが一般に使われている。１１０３
は信号導体パターンであり、リードと電気的に接
続されている。この信号導体パターンの幅は通常
約400μm程度であり、印刷配線技術を用いて形成
されており、表面は金メツキが施されている。信
号導体パターン長は、可能な限り短かくなつてい
る。１１０４は、ICチツプの搭載用金ランド部
であり、信号導体パターン１１０３と同様に印刷
配線パターンで形成されており、表面は金メツキ
が施されている。第２図は第１図のパツケージの
断面図であり、同図において２１０１はリード、
２１０２はパツケージ本体、２１０３は信号導体
パターン、２１０４はICチツプ搭載用金ランド
部である。２１０５は放熱用スタツドであり、
ICチツプ搭載用金ランド部２１０４と導通して
いる。この放熱用スタツド２１０５により、IC
チツプで発生する熱は、実装される回路基板を通
じて放散される。２１０６はICチツプであり、
例えばGaAs−ICチツプである。２１０７はICチ
ツプ２１０６と信号導体パターン２１０３とを接
続するボンデイングワイヤである。２１０８はパ
ツケージキヤツプであり、パツケージ本体２１０
３には、金属ハンダあるいはガラスハンダを用い
て封着される。このような構造のICチツプパツ
ケージは、信号導体パターンを極力短くして、寄
生素子効果を軽減するようにしているが、動作速
度（周波数）が高くなるに従つてこの寄生素子の
効果が無視できなくなる。又、信号導体パターン
を分布定数線路と見た時の特性インピーダンスが
周波数と共に変動するため、高周波、高速ICチ
ツプ用パツケージとして用いた時、入出力端にお
いて他の回路とインピーダンス整合をとつて信号
伝送を行なうことが不可能だつた。そのため、
ICの動作速度に制限を与え、たとえば動作速度
1Gb／ｓ以上といつた高速ICのICチツプパツケー
ジとして用いようとしても、良好な動作は得られ
ない。

本考案は、上記のような従来のICチツプパツ
ケージの欠点に鑑みてなされたものである。すな
わち、(1)ICパツケージ内の信号導体パターンと
同一平面上に接地導体パターンを配置するコープ
レーナストリツプ線路構造を用いて信号導体パタ
ーンを一定の特性インピーダンスを持つ分布定数
線路化し、また、(2)ICチツプパツケージ裏側に
表面の接地導体パターンと導通した接地導体パタ
ーン及び放熱用スタツドを設けて、回路基板への
搭載及び回路基板上の接地導体との接続にこの放
熱用スタツドを用い、これにより高周波での接地
を完全に行なわしめ、さらに、(3)回路基板上の信
号線路とパツケージ内の信号線路とをリードなし
に直接接続できる構造にすることにより、寄生素
子効果を著しく軽減せしめ、前記(1)，(2)，(3)の効
果によつてIC動作速度の向上を可能ならしめる
と共に、製造容易かつ安価で外部との接続箇所が
増大しないICチツプパツケージを提供すること
を目的としている。

本考案によれば、フラツトパツクタイプのIC
チツプ用パツケージにおいて、前記ICチツプ用
パツケージ内の各信号導体パターンと同一平面上
で各信号導体ではさまれる部分と、前記ICチツ
プ用パツケージを形成する誘電体基板の裏面とに
それぞれ連続した接地導体パターンを設け、前記
信号導体パターンの幅と前記接地導体パターンと
の間隔とを一定比に保ちつつ前記接地導体パター
ンおよび前記信号導体パターンの幅をICチツプ
搭載方向に向かつて連続的に細く形成し、さらに
これら接地導体パターンと電気的に導通させた放
熱用スタツドをパツケージ裏側の中心部分に設け
ると共に、前記ICチツプ用パツケージを回路基
板に搭載する時の電気的接続部として、前記各信
号導体パターンと前記放熱用スタツドとを用いる
ことを特徴とするICチツプ用パツケージが得ら
れる。

第３図は、本考案であるICチツプ用パツケー
ジの平面図を示したものである。第３図におい
て、３１０１は接地導体パターン、３１０２はパ
ツケージ本体、３１０３は信号導体パターンであ
る。接地導体３１０１及び信号導体パターン３１
０３は、薄膜技術あるいは厚膜技術のいずれかを
用いて形成することができる。信号導体３１０３
は、両サイドに接地導体パターン３１０１を配置
する事により、コープレーナ形分布定数線路を構
成する。その特性インピーダンスは、信号導体パ
ターン３１０３の線路巾をＷ、接地導体パターン
３１０２と信号導体パターン３１０３との間隔を
Ｓとすると、ほぼＳ／Ｗに比例した値として決定
される。パツケージ本体３１０２には、通常のセ
ラミツク基板を用いるが、本考案のICチツプ用
パツケージでは裏面にも接地導体パターンを設け
るので、このセラミツク基板の厚さが線路の特性
インピーダンスの値に影響を与える。従つて、こ
の厚さは線路の所要特性インピーダンス値、機械
的強度等を考慮して適切な値に定める必要があ
る。ICチツプは、通常パツケージの裏側中央部
分に取付けられた、放熱用スタツド３１０５上に
搭載すればよい。この放熱用スタツド３１０５は
表面の接地導体パターン３１０１と電気的に導通
している。なお、各信号導体パターンは当然互い
に分離されているが、接地導体パターン３１０１
は中央部分で一体化されている。

第４図は、本考案のICチツプ用パツケージに
おいて、第３図のＸ−X′間の断面を示したもの
である。４１０１は接地導体パターン、４１０２
はパツケージ本体、４１０３は信号導体パター
ン、４１０５は放熱用スタツド、４１０６はIC
チツプ、４１０７はボンデイングワイヤ、４１０
８はパツケージキヤツプである。接地導体パター
ン４１０１は、パツケージ本体４１０２の表面だ
けでなく、その壁面及び裏面にも形成されてい
る。ICチツプ４１０６は、接地導体パターン４
１０１と電気的に導通した放熱用スタツド４１０
５上に搭載される。このICチツプ４１０６と信
号導体パターン４１０３との接続は、ボンデイン
グワイヤ４１０７により行なわれる。分布定数線
路化された信号導体パターン４１０３の特性イン
ピーダンスは、前述の如く信号導体パターン４１
０３と接地導体パターン４１０１との間隔Ｓと信
号導体パターン４１０３の線路幅Ｗとの比で決定
される。したがつて第３図に示すように、信号導
体パターン３１０３と接地導体パターン３１０１
との間隔Ｓの値を、Ｓ／Ｗの値を一定に保ちつつ
連続的に小さくしていくことにより、一定の特性
インピーダンスを保つたままで線路幅Ｗを可能な
限り細くすることができ、小さな形状のICチツ
プのごく近端まで信号導体パターンを形成するこ
とができる。これによつて、ボンテイングワイヤ
４１０７の長さも短縮され、さらには従来のIC
パツケージに比べ小形化も容易となる。放熱用ス
タツド４１０５は、熱伝導性の優れた金属材料、
例えば無酸素銅等を用いて形成される。この放熱
用スタツド４１０５は、ICパツケージ表面にそ
の端面が露出するような構造となつており、接地
導体パターン４１０１と導通している。この放熱
用スタツド４１０５上にICチツプを搭載する。
第５図は、第３図を裏面からみたものを示してい
る。図において、４１１１は裏面の接地導体パタ
ーンであり、表面の接地導体パターンとは、所望
の位置（ただし表面の信号導体パターンとは接触
しない限り）において、スルーホール３１０４等
により導通されている。

本考案のパツケージを回路基板に搭載する時に
は、回路基板上の信号導体パターンと信号導体パ
ターン４１０３とをハンダ付けあるいはボンデイ
ングワイヤによつて直接接続すればよい。なおこ
のとき、回路基板上の信号導体パターンの特性イ
ンピーダンスが、本考案パツケージ内の信号導体
パターンの特性インピーダンスと同じになるよう
に、回路基板上のパターンを設計してあるものと
する。ICパツケージの接地導体パターンと回路
基板の接地パターンとの接続は、放熱用スタツド
４１０５を回路基板の接地パターンにハンダ付け
する事で行なわれ、これにより高周波的にも充分
な接地が行なわれる。これらによつて、インダク
タンスやキヤパシタンス等の寄生素子効果がほと
んど無しに、ICチツプと回路基板上のパターン
を接続する事ができる。また、回路基板上の信号
線路パターンとの接続点数が従来のICパツケー
ジと比べて特に増大する事がなく、回路基板上へ
の搭載が容易に行なえる。パツケージキヤツプ４
１０８は、たとえばセラミツク材を用いて形成
し、パツケージ本体４１０２への封着はガラスハ
ンダ等の非導電材料を用いて行なう。

このような構成によれば、従来のICチツプ用
パツケージで生じていたようなインピーダンスの
不整合が実質的になくなり、寄生素子の効果が著
しく減少し、高周波的接地が充分に行なえるよう
になるので、たとえば動作速度1Gb／ｓ以上のIC
チツプを容易に搭載して動作させることが可能と
なる。さらに、本考案のICチツプ用パツケージ
は誘電体基板１枚とパツケージキヤツプ、放熱用
スタツドのみで構成できるため、製造が容易であ
り、安価である。またパツケージの大きさの小型
化も容易となり高密度実装が可能になる。

これまでの説明においては、外部回路との接続
用リードを用いないパツケージの実施態様につい
て説明を行なつたが本考案の主旨はこれに限るも
のではなく、外部回路との接続を容易にするため
にリードを備えた態様であつてもよい。また、パ
ツケージの材料の一例としてセラミツク材を用い
た場合について説明したが、本考案はこれに限る
ものではなく、例えばベリリヤ材、プラスチツク
材を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のICチツプ用パツケージの平面
を示した図、第２図は第１図に示した従来のIC
チツプ用パツケージの断面を示した図である。第
３図は、本考案のICチツプ用パツケージの構成
を説明するために示した図、第４図は第３図のＸ
−X′間の断面を示したものである。第５図は、
第３図を裏面から見た様子を示した図である。な
お図中の記号は、それぞれ次のものを示してい
る。 １１０１，２１０１……リード、１１０２，２
１０２，３１０２，４１０２……パツケージ本
体、１１０３，２１０６，３１０３，４１０３…
…信号導体パターン、１１０４，２１０４……
ICチツプ搭載用金ランド部、２１０５，４１０
５……放熱用スタツド、２１０６，４１０６……
ICチツプ、２１０７，４１０７……ボンデイン
グワイヤ、２１０８，４１０８……パツケージキ
ヤツプ、３１０１，４１０１，４１１１……接地
導体パターン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. フラツトパツクタイプのICチツプ用パツケー
   ジにおいて、前記ICチツプ用パツケージ内の各
   信号導体パターンと同一平面上で各信号導体では
   さまれる部分と、前記ICチツプ用パツケージを
   形成する誘電体基板の裏面とにそれぞれ連続した
   接地導体パターンを設け、前記信号導体パターン
   の幅と前記接地導体パターンとの間隔を一定比に
   保ちつつ前記接地導体パターンおよび前記信号導
   体パターンの幅をICチツプ搭載方向に向かつて
   連続的に細く形成し、さらにこれら接地導体パタ
   ーンと電気的に導通させた放熱用スタツドをパツ
   ケージ裏側に設けると共に、前記ICチツプ用パ
   ツケージを回路基板に搭載する時の電気的接続部
   として、前記各信号導体パターンと前記放熱用ス
   タツドとを用いることを特徴とするICチツプ用
   パツケージ。