JPS63187650A - 集積回路パツケ−ジ - Google Patents

集積回路パツケ−ジ

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JPS63187650A
JPS63187650A JP1938087A JP1938087A JPS63187650A JP S63187650 A JPS63187650 A JP S63187650A JP 1938087 A JP1938087 A JP 1938087A JP 1938087 A JP1938087 A JP 1938087A JP S63187650 A JPS63187650 A JP S63187650A
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ground
power supply
signal
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Tomoji Goto
後藤 智司
Akira Otsuka
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ケ)技術分野 この発明は、100Mb/s以上の高速デジタル信号や
、500MHz以上の周波数を処理する集積回路を組込
むパッケージに関する。
半導体集積回路チップのパッケージには、次のような機
能がある。
(1)  チップを環境から保護すること。
(11)  チップを機械的に支持すること。
(iii)  電力供給手段を与える事。
+11ii)  信号の入出力手段を与える事。
(V)  外部回路などからチップを絶縁する事。
(Q  ICチップから生ずる熱を放散する事。
などである。
ICパッケージは大別して、 (a)  プラスチックパッケージ (b)  サーディツプ(CERDIP )(c)  
セラミックパッケージ などがある。
(イ)従来技術 プラスチックパッケージを第4図に示す。SiのICチ
ップの電極部とリードフレームの電極部とが、Auワイ
ヤで接続されている。ICチップワイヤ、リードフレー
ムなどの全体を樹脂で覆っている。
リードフレームが側面に並んでいるものが多いが、これ
はDIP(Dual in 1ine package
)という。
プラスチックパッケージは量的には、全パッケージ生産
量の内、80%を占め汎用性に富む。安価で使いやすい
しかし、放熱性が悪いので、高速性を要するICのパッ
ケージとしては不適である。
CERD I Pパッケージの構造を第5図に示す。こ
れはセラミック板2枚を用いてパッケージとしたもので
ある。リードフレームは、セラミック板の両側に樹脂封
止されている。ICの電極部とリードフレームの電極部
がAβワイヤで接続されている。
セラミック板を使うから、熱放散性に優れる。
プラスチックパッケージよりも使用温度域が広い。
より高速動作するICチップのパッケージとしても用い
る事ができる。生産量は全パッケージのうちの約15%
である。セラミック製のパッケージであるが、セラミッ
クパッケージとはいわない。単にCERDIP  とい
う。
第6図に示すのは、現在市販されているパッヶ−ジのう
ち、最も高級なものである。
セラミック板を4層以上積層してある。セラミック板が
多数積層されているので、Multi Laminat
eCeramic PacKage(MLCP)と呼ぶ
。単にセラミックパッケージという事もある。
リードフレームは2方向又は4方向に平行して設けられ
ている。底板にはメタライズ面があり、これはグランド
とする事が多い。底板の上にICチップをダイボンドし
てある。底板より上の開口のある第1セラミツク板の上
には信号線メタライズ配線と電源・グランドメタライズ
配線が同一平面上に設けられている。
メタライズ配線の内側端が、Auワイヤにより、ICチ
ップの電極部に接続される。メタライズ配線の外側端に
リードフレームがろう付けされる。
このようにメタライズ配線j・でより、リードフレーム
とICチップが仲介されることになる。
リードフレームよりもメタライズ配線は微細に形成でき
るから、ICチップを収容する開口部が、ビン本の増加
とともに拡大するのを防ぐことができる。
またセラミックであるから、プラスチックよりも放熱性
がよい。
M L CPは高級なパッケージで、高価である。量的
には、全ICパッケージの内の約3%にすぎない。
(つ)発明が解決しようとする問題点 以上に説明したIC用パッケージは、いずれも、500
MH2というような高い周波数の信号を扱うICのパッ
ケージとしては不適である。
高速、高周波で動作する集積回路用パッケージとして要
求される特性としては次のようなものがある。
(1)信号線を伝送、線路として取り扱う必要がある。
このため信号線を所定の特11インピーダンスZ。
になるようにしなければならない。
(11)雑音の影響を少なくしなければならない。この
ため、信号線の間隔はできるかぎり広くシナければなら
ない。また信号線の長さはできるだけ短くしなければな
らない。パッケージはできるだけ小さくしなければなら
ない。
(110電源へ入る雑音を除去するため電源とグランド
GNDの間にできるだけ大きい容量のコンデンサのある
事が望ましい。
第4図〜第6図に示す従来のICパッケージは、信号線
のインピーダンスが一定であるという(1)の条件を満
していない。
信号線や電源の数が多くなると、第4図〜第6図のIC
パッケージは、(ii)の条件を満たす事ができない。
電源線、GND線は同一平面上にあるから第4図〜第6
図のものは(iiDの条件を満たす事ができない。
け)信号線・電源線分離型パッケージ 特願昭60−253074号(S60゜11.12出奮
)は、多層にセラミック板を重ね、その1枚は信号用メ
タライズ配線を全て設け、その他のセラミック板には電
源、グランドメタライズ面を四辺全体に設けたセラミッ
クパッケージを提案している。
このパッケージは極めて洗練された構造となっている。
前節の問題において、(1)、(II)の問題は解決さ
れる。
しかしながら、0j1)の問題については十分な解決を
与えていない。本発明者はこう考える。
00   目     的 集積回路の電源へ雑音が入りにくいようにするため、電
源とGNDの間に大きい容量のコンデンサを形成した集
積回路パッケージを提供する事が本発明の第1の目的で
ある。
信号線のインピーダンスをある特定インピーダンスに合
致させ高周波、高速信号が通りやすくなっている集積回
路パッケージを提供する事が本発明の第2の目的である
ψ)構 成 本発明の集積回路パッケージの特徴は以下の如くである
電源供給用のメタライズ面を4辺に有するセラミック板
を、グランドメタライズ面を有するセラミック板で挾ん
で、電源とグランドの間に大きい容量のコンデンサを購
成する。
信号用配線は唯ひとつのセラミック板の上に集合させる
。電源メタライズ面をグランドメクライズ面で挾んだ組
を、信号用配線のセラミック板の上下に少くともひとつ
づつ設ける。
図式的に一般的な説明をする。
電源(VTT、 ”S5% ”DD%・・・)はそれぞ
れ1枚のセラミック板に対応させ、セラミック板の4辺
に電源メタライズ面を設ける。
グランドG N Dもメタライズ面として1枚のセラミ
ック板の全体に形成する。
つまり、電源面、グランド面は、セラミック板に一対一
の対応をする。
n個の異なる電源があれば、少なくともn枚の電源用の
セラミック板が必要となる。
電源面、グランド面は、各セラミック板の上面全体に設
ける。1枚のセラミック板に、2以上の電源面が存在す
るという事はない。電源面とグランド面が共存するとい
う事もない。信号、線が電源、グランド面にあるという
事もない。
このようにセラミック板と、電源、グランド面、信号線
面が一対一に対応している。
従って、積層の順序を表現するため、電源面、グランド
面、信号線面が形成されたセラミック板の順序を述べる
かわりに、面自体の順序を述べる事ができる。
電源面をKによって表現する。
グランド面をGによって表現する。
信号線面をSによって表現する。
本発明は、Kが必ずGによって挾まれている事を要求す
る。つまりGKGという層構造を要求しているのである
さらに、本発明は、これらの構造が信号線面の上下に少
なくとも1組ある、という事を要求している。
つまり、本発明の集積回路パッケージの一般構造は、下
から上への順で、次の積層構造として表現できる。
GKGK・・・GSGKGK・・・G(1)これが一般
式である。電源層、グランド層を区別する必要がある場
合は、次のように書く。
GoK4GBK2G2”’Gj−ISGjJ(g+1−
KnGn+1    (2)任意の電源面Kiは、それ
より下のG1−1と、それより上のGiとの間にコンデ
ンサを形成する。上又は下だけにある場合に比べて、コ
ンデンサの8州は2倍になる。またGK間の厚みを、通
常の場合の半分にすれば、これによって容量は2倍にな
る。
同じ表記法で特願昭60−253074のパッケージの
t!’i造を表現すると、 G S K G           (3)となる。
Sの上下に於て、本発明の要件を持っていない。
第4図〜第6図のパッケージは、ひとつの平面上に電源
、グランド、信号線が共存しているから、前記の表記で
は記述できない。
以下、実施例を示す図面によって説明する。
第1図は本発明の集積回路パッケージの斜視図、第2図
は縦断面図である。このパッケージは、中央に開口を有
するセラミック板1〜6を積層し、最下層に盲板である
底板7を貼付けたものである。
底板7は金属板であってもよいし、上面にメタライズ面
を設けたセラミック板であってもよい。
メタライズというのは、物体の表面に金属を被覆する、
という事である。ここでは、セラミック板の表面に導電
体を形成するために、金属層を形成する事である。
セラミックに接触する部分はタングステンWである。外
部に露呈しない場合はタングステンだけでもよい。外部
に露出する場合は、さらに、金、・〜Uで被覆する。
一般に厚膜であって、10μ〃Z〜30μmの厚みがあ
る。
第1図に於てメタライズ面又はメタライズ線を示すため
に、斜線を付している。これは断面を表ワスハッチンで
はない。
底板7の上面は、グランド面となる。前述の説明では第
0グランド面Goであったものに当る。底板7が金属板
であっても、この上面がGoに当ることに変りはない。
メタライズ面であっても金、属であっても同じことであ
る。
第1セラミツク板1より上のセラミック板は全て中央に
開口W1、W2、〜■3、〜■4を有する。
第1セラミツク板1〜第3セラミツク’II 3 ハ同
じ辺長W】の開口を有する。開口W1と底板7で囲まれ
る空間をキャビティ12という。ここにICチップをグ
イボンドするのである。
第4セラミツク板4の開口W2は、〜■1より太きい。
ここに第1段部D1が生ずる。
第5セラミツク板5の開口〜V3は、W2よりさらに大
きい。第4セラミツク仮4の内縁に第2段部D2が生ず
る。
第6セラミツク板6の開口W4は、W3よりも大きい。
第5セラミツク板5の内縁に第3段部D3が生ずる。
第3セラミツク板3までは外辺長が等しく、外側面ば而
−(つらいち)になっている。
第4セラミツク板4〜第6セラミツク板6までの外辺長
は等しく、第3セラミツク板3までのものより短い。そ
こで第3セラミツク板3の外縁に第4段部D4が生じる
第1セラミツクtiiの上には電源メタライズ面に、が
形成されている。これは外部に露呈していない。この電
源メタライズ面はワイヤボンデングの対象とはならない
。単に、グランドとの間にコンデンサを形成するために
追加されたものである。
第2セラミツク板2の上面には、第1グランドメクライ
ズ面G1が形成されている。このグランドメタライズ面
G1も外部に露呈していない。ワイヤボンデングの対象
にならない。つまり、ICチップにグランドレベルを与
えるためのグランド面ではない。単にコンデンサを形成
するためのものである。
コンデンサの極板距離である、第1セラミツク阪1、第
2セラミツク板の厚みT1、T2は十分に小さい。
第3セラミツク板3は重要なセラミック板である。これ
の上には、多数の信号メタライズ配線11が形成されて
いる。信号メタライズ配5線11)よ、線幅が一定で、
開口縁W、から放射状に延長し、外縁にまで至っている
信号メクライズ配線11は、内縁に於ては、第1段部D
1に露呈し、外縁に於ては第4段部り、に露呈している
信号メクライズ配線11は全てが第3セラミツク板3の
上にある。これが信号線面Sである。D4に於て、信号
メクライズ配線11の外縁に、信号用リードフレーム8
がろう付けされている。
第3セラミツク板3の上には、信号メクライズ配線の他
に、電源用メタライズ面、線26、グランド用メタライ
ズ配線27が設けられている。
これらは、セラミック板を上下に貫くスルーホールによ
って、上下の電源メタライズ面、グランドメタライズ面
と電気的に接続される。
電源用メタライズ配線26、グランド用メタライズ配線
27は第3セラミツク板3の外縁から、中間部まで続い
ている。中央開口には至らない。
電源用メタライズ配線26の外縁は、D4に於て、電源
用リードフレーム9にろう付けされる。
グランド用メタライズ配線27の外縁はXD4に於て、
グランド用リードフレーム10にろう付けされる。
第4セラミツク板4の上面には、第2グランドメクライ
ズ面G2が形成されている。第2段部D2に於て、グラ
ンドメタライズ面G2の一部が露出している。この面G
2は、ICチップのグランドのボンデインバッドとワイ
ヤボンドされるべき面である。
グランド面G2が、ICチップを囲む4辺にあるから、
ICチップのどの位置にグランドレベルを必要とする場
合であっても、最短のワイヤによってボンディングでき
る。
第5セラミツク板5の上面には、第2電源メタライズ而
に2 が形成されている。
電源メタライズ面に2 の内縁は、第3段部D3に露出
している。この電源面に2 は、ICチップの電源用ポ
ンディングパッドとワイヤによって接、続される而であ
る。つまり、K2はICに対する電源供給面である。
電源面はICチップを囲む4辺にあるから、ICチップ
のどの位置に電源用のパッドがあっても A”短のワイ
ヤによって接続できる。
第6セラミツク板6の上面は、第3グランドメタライズ
面G3となっている。
第6セラミツク板6の上には、蓋板(図示せず)が貼付
けられる。
第5セラミツク板5、第6セラミツク板6によって、6
2に2G3よりなるコンデンサが構成される。
これらのセラミック板5.6の厚みT5、T6は十分小
さい。
これらのグランド面Go−03、電源面Kl 、R2は
、スルーホールにより、信号線面S上の電源メタライズ
配線26、グランドメタライズ配線27と接続される。
電源メタライズ配線26と、第1電源メタライズ面に1
、第2電源メタライズ而に2とは、スルーホール1g、
19によって結合される。
グランドメタライズ配線27と、第1グランド面Goは
スルーホール20によって結合される。グランドメタラ
イズ配線27と、第1グランド而61〜第3グランド而
G3は、スルーホール21.22.23によって結合さ
れている。
第3セラミツク板、第4セラミツク板の厚みT3、T、
は、T1、T2、T5、T6よりも厚い事が望ましい。
これは信号線面SをグランドGXGから遠ざける、とい
う事である。
T1、T2、T5、T6はグランドと電源のコンデンサ
の厚みにあたる。これが薄い方が、コンデンサ容量が大
きくなる。望ましくは100μm以下であるのがよい。
(ホ)他の構成 第3図に本発明の他の実施例を示す。
これは、第2グランド而G2と同一の面上の段部D2に
、終端抵抗R1、R2と、電極28.29を設けたもの
である。
第7図にこの部分の拡大部を示す。
R1はグランド面G2と電極28を結ぶ。
R2は電極28.29を結ぶ。
ワイヤ31により、1段下の信号用メタライズ配線11
と電極28を接続する。ワイヤ32によって、1段上の
電源用メタライズ面に2と電極29を接続する。
すると、信号用メタライズ配線11の直流レベルは、電
源VTTを、抵抗R2とR1で分圧したものになる。
また、信号用メタライズ配線11の、グランド間の終端
抵抗はR1とR2の並列抵抗になる。特性インピーダン
スをZoとすると R4R2Z。
とする。R7とR2の比は、直流レベルの値で決まるか
ら、望ましいR1のR2の値が決まる。
こうして、信号線の終端は、その特性インピーダンスZ
oで終端されることになる。
その池の構成は、第1図、第2図に表わされるものと同
様である。
一般にこのような抵抗は、Goを除き、61〜Gnの任
意のグランド面に設ける事ができる。Gn+1は蓋板が
貼付けられるから除外される。抵抗を設ける場合、全面
にグランドメタライズすることはできない。4辺の外縁
のみにメタライズ面を形成することになる。
この例ではグランド面に抵抗を設けているが、電源面K
l 、R2、・・・、Knであってもよい。
さらに、直流レベルに条件が課されない場合は、電極2
8と、抵抗R1だけにしてもよい。この場合、R1−Z
oとする。電極28を信号メタライズ配線11 の始端
にワイヤで結合することにより、特性インピーダンスで
信号線が終端されることになる。
(り)実施例 第1図の例に於て、セラミック板1〜6の厚みT、〜T
6を次のようにしたパッケージを作成した。
T1= 0.1 m可 T2−01騎 T3 = 0.3 mm T4=0.3間 Ts = 0.1 My T6=0.1間 ここで、0.1間の厚みはコンデンサを形成する部分の
セラミックの厚さである。
03朋の厚み(T3、T4)は信号線が、所定の特性イ
ンピーダンスを持つように決められた値である。セラミ
ックが4へ1203であり、誘電率が9.5である時、
信号用メタライズ線の幅が0.12 mmである場合、
03”の厚みのセラミックで、信号線がり゛ランドと挾
まれた時、特性インピーダンスゲエフ7−が500にな
る。
以」二の値に於て、電源とグランド間に形成される4つ
のコンデンサの容量の和は1509Fであった。
パッケージの一辺は7間のノζツケージである。
7×7間の外形のパッケージに於て、電源、グランド間
の容量が150pFというのは極めて大きい値である。
次に、このパッケージに4〜18GHzの帯域を有する
増幅器チップを着装した。この増幅器チップは4〜18
 GHzの帯域でgdBの利得をもつものである。
そして、5 GHzの入力信号に対する利得を測定した
電源、グランド間のコンデンサの効果を見るために、電
源には、直流電圧と、この直流電圧の1/100の振幅
をもつ10GHzの交流を雑音成分として加えた。
電源のとり方として、本発明のパッケージの(a)電源
用メタライズ面からチップに与えたもの(b)  信号
用メタライズ面のひとつを使ってチップに与えたもの の2つの場合について実験を行なった。(、)が本発明
の場合に当り、(b)が従来例に当る。
(a)の場合、雑音成分は減衰して1/2o以下であっ
た。出力波形の歪みもみられなかった。
(b)の場合、雑音成分は減衰せず、出力波形の歪みが
著しかった。
ケ)効 果 本発明のパッケージは、内部に大きい容量のコンデンサ
を持つ。このkめ電源が安定し、電源の雑音が問題とな
るような、高速、高周波用途の集積回路のパッケージと
して最適である。特に、高速デジタル信号を処理するG
a As集積回路のパッケージとして極めて有効である
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例にかかるパッケージの斜視図。 第2図は同じものの縦断面図。 第3図は本発明の他の実施例にがかるノクツケージの斜
視図。 第4図は公知のプラスチックノぐツケージ(P−DIP
)の1例を示す縦断面図。 第5図は公知のサーデイプ(CERDIP)の1例を示
す縦断面図。 第6図は従来例にかかるセラミックパッケージの1例を
示す縦断面図。 第7図は第3図の実施例に於て、抵抗の部分のみを拡大
した平面図。 1 、、、、、、、、、第1セラミツク板2、、、.1
.−1.第2セラミツク板3・・・・・・・・・第3セ
ラミツク板4・・・・・・・・・第4セラミツク板5・
・・・・・・・・第5セラミ゛ンク仮6 ・・・・・・
・・・第6セラミ゛ツク板7・・・・・・・・・底  
板 8 ・・・・・・・・・前号用リードフレーム9 ・・
・・・・・・・電源用リードフレーム10 ・・・・・
・・・・ グランド用リードフレーム11  ・・・・
・・・・・信号メタライズ配線Go、 G1〜Gn・・
・グランドメタライズ面に1〜Kn・・・・・・電源メ
タライズ面S ・・・・・・・・・ 信  号  線 
  面18〜23・・・・・・スルーホール 26  ・・・・・・・・・電源用メタライズ面線27
 ・・・・・・・・・ グランド用メタライズ配線発 
 明  者     後  藤  智  用人  塚 
    昭

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも上面がグランド面G_0となる導体で
    あつて盲板である底板7と、中央に開口を有し該中央開
    口から外縁に至る全ての信号メタライズ配線11と中間
    部から外縁に至る電源用メタライズ配線26及びグラン
    ド用メタライズ配線27とよりなる信号線面Sを有する
    1枚のセラミック板と、中央に開口を有し四辺の全面或
    は一部に電源メタライズ面K_1、K_2、・・・、K
    _nを形成したn枚のセラミック板と、中央に開口を有
    し四辺の全面或は一部にグランドメタライズ面G_1、
    G_2、・・・、G_n_+_1を形成した(n+1)
    枚のセラミック板と、信号線面Sを有するセラミック板
    の外縁に於て信号メタライズ配線11、電源用メタライ
    ズ配線26、グランド用メタライズ配線27にそれぞれ
    接続される信号用リードフレーム8、電源用リードフレ
    ーム9、グランド用リードフレーム10と、前記電源用
    メタライズ配線26と電源メタライズ面K_1、K_2
    、・・・、K_nとを結合するスルーホールと、前記グ
    ランド用メタライズ配線27とグランドメタライズ面G
    _0、G_1、G_2、・・・、G_nとを結合するス
    ルーホールとよりなり、電源メタライズ面Kがグランド
    メタライズ面Gによつて挾まれたGKGの層構造を、信
    号線面Sの上下に少なくともひとつ以上有するようにセ
    ラミック板が積層されており、中央の開口部の底板上面
    のキャビティ12に集積回路チップを収容できるように
    した事を特徴とする集積回路パッケージ。
  2. (2)底板7が金属板であることを特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項記載の集積回路パッケージ。
  3. (3)底板7が上面にメタライズ面を形成したセラミッ
    ク板である事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
    載の集積回路パッケージ。
  4. (4)電源メタライズ面Kとグランドメタライズ面Gの
    距離が、グランドメタライズ面Gと信号線面の距離より
    も小さい事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
    の集積回路パッケージ。
  5. (5)電源メタライズ面Kとグランドメタライズ面Gと
    の距離が100μm以下である事を特徴とする特許請求
    の範囲第(4)項記載の集積回路パッケージ。
  6. (6)電源メタライズ面K_1、K_2、・・・、K_
    nのうちのひとつの面に、信号メタライズ配線の特性イ
    ンピーダンスに等しい抵抗を電源メタライズ面から電極
    28に至るように形成してある事を特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項又は第(4)項記載の集積回路パッケ
    ージ。
  7. (7)グランドメタライズ面G_1、G_2、・・・、
    G_nのうちのひとつの面に信号メタライズ配線の特性
    インピーダンスに等しい抵抗をグランドメタライズ面か
    ら電極28に至るように形成した事を特徴とする特許請
    求の範囲第(1)項又は第(4)項記載の集積回路パッ
    ケージ。
  8. (8)電源メタライズ面K_1、K_2、・・・、K_
    nのうちのひとつの面に、該電源メタライズ面から抵抗
    R_1を電極28に至るように設け、電極28から抵抗
    R_2を電極29に至るように設け、R_1、R_2の
    並列抵抗が信号メタライズ配線の特性インピーダンスに
    等しくなるようにしてある事を特徴とする特許請求の範
    囲第(1)項又は第(4)項記載の集積回路パッケージ
  9. (9)グランドメタライズ面G、G_2、・・・、G_
    nのうちのひとつの面に、該グランドメタライズ面から
    抵抗R_1を電極28に至るように設け、電極28から
    抵抗R_2を電極29に至るように設けR_1、R_2
    の並列抵抗が信号メタライズ配線の特性インピーダンス
    に等しくなるようにしてある事を特徴とする特許請求の
    範囲第(1)項又は第(4)項記載の集積回路パッケー
    ジ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4975761A (en) * 1989-09-05 1990-12-04 Advanced Micro Devices, Inc. High performance plastic encapsulated package for integrated circuit die
EP0493081A2 (en) * 1990-12-26 1992-07-01 STMicroelectronics, Inc. Solid state high power amplifier module
US5608261A (en) * 1994-12-28 1997-03-04 Intel Corporation High performance and high capacitance package with improved thermal dissipation
JP2003124710A (ja) * 2001-10-11 2003-04-25 Hitachi Metals Ltd 非可逆回路モジュール

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