(57)【要約】【課題】高周波パッケージのリード端子のろう付け強度を十分に確保しつつ、スタブ構造に起因する高周波特性の劣化を防止可能な高周波パッケージを提供する。【解決手段】本発明の高周波パッケージ１０は、高周波差動信号を伝送する一対の端子を有する電子部品１２が載置されるベース基板１１と、電子部品１２の一対の端子と電気的に接続されベース基板１１の表面端部に形成される一対のパッド１４と、一対のパッド１４とろう付けにより接合される基端部と、外部接続される先端部とをそれぞれ有する一対のリード端子１５とを備えている。一対のリード端子１５の各々は、基端部から先端部に向かってパッド１４に対して上方に屈曲した形状を有し、パッド１４と対向する側の領域に所定高さのろう材溜まり１６が形成され、かかる構造により高周波特性とろう付け強度を両立することができる。【選択図】図１
2010016196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波差動信号を伝送する一対の端子を有する電子部品が載置されるベース基板と、
前記一対の端子と電気的に接続され、前記ベース基板の表面端部に形成される一対のパッドと、
前記一対のパッドとろう付けにより接合される基端部と、外部接続される先端部とをそれぞれ有する一対のリード端子と、
を備える高周波パッケージであって、
前記一対のリード端子の各々は、前記基端部から前記先端部に向かって前記パッドに対して上方に屈曲した形状を有し、前記パッドと対向する側の領域に所定高さのろう材溜まりが形成されることを特徴とする高周波パッケージ。
【請求項２】
前記ろう材溜まりの所定高さは、１００μｍから２００μｍの範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の高周波パッケージ。
【請求項３】
前記一対のリード端子の各々は、前記基端部の側の第１の屈曲部と前記先端部の側の第２の屈曲部を有し、前記基端部及び前記先端部が前記パッドの表面と平行となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波パッケージ。
【請求項４】
前記ろう材溜まりは、前記第１の屈曲部及び前記第２の屈曲部の間の下方領域に形成されることを特徴とする請求項３に記載の高周波パッケージ。
【請求項５】
前記第２の屈曲部は、前記ベース基板の側面より前記電子部品の近傍側に位置することを特徴とする請求項３に記載の高周波パッケージ。
【請求項６】
前記一対のリード端子は、グランドに接続される２つのグランド用リード端子に挟まれて配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波パッケージ。
【請求項７】
前記ベース基板には、前記電子部品の一対の端子と前記一対のパッドとの間で前記高周波差動信号を伝送する一対のコプレーナ線路が構成されることを特徴とする請求項６に記載の高周波パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を伝送可能な高周波パッケージに関し、特に、ベース基板の表面端部に設けられた外部接続用のリード端子を介して高周波信号を伝送可能に構成された高周波パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ベース基板上に半導体チップ等の電子部品を載置し、電子部品と外部基板の間で高周波信号を伝送可能な高周波パッケージが用いられている。また、高周波パッケージの構造としては、フラットタイプのリード端子を取り付けた構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来の高周波パッケージにおいて、フラットタイプのリード端子の近辺における部分的な断面構造を示している。半導体チップ等の電子部品（不図示）を載置したベース基板１００の表面端部には、電子部品の高周波信号用の端子と電気的に接続されたフラットタイプのリード端子１０１が取り付けられている。リード端子１０１の基端部は、ベース基板１００表面に形成されたパッド１０２にろう付けされている。なお、パッド１０２と電子部品の端子の間は、ベース基板１００の内層に形成された図示しない配線構造を介して接続されている。また、リード端子１０１のろう付け強度を確保するため、ベース基板１００の側面には、ベース基板１００の誘電体層を積層方向に貫くキャスタレーション１０３が形成されている。このキャスタレーション１０３には、リード端子１０１のろう付け時にろう材が溜まる構造となっている。一方、リード端子１０１の先端部は、外部基板２００の導体パターンと電気的に接続され、高周波パッケージの電子部品と外部基板２００の間で高周波信号の伝送が可能となっている。
【特許文献１】特開２００２−４３４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、光通信などの分野では、数１０ＧＨｚ程度の極めて高い周波数を有する信号を伝送可能な高周波パッケージが要望されている。このような極めて高い周波数の信号を、例えば、図７に示すリード端子１０１を介して伝送させる場合は、キャスタレーション１０３の存在による高周波特性の劣化が問題となる。これは、高周波伝送線路として図７の構造を考えると、横方向に伸びる断面形状を有するリード端子１０１から縦方向に伸びる断面形状を有するキャスタレーション１０３が分岐し、いわゆるスタブ構造の伝送線路を形成するためである。これにより、数１０ＧＨｚ程度の高周波信号を伝送させたとき、スタブ構造の部分で信号の反射が増大し、高周波信号の伝送損失の増大を招くことになる。このように、図７のパッケージ構造は、ある程度周波数が低い信号を伝送させる場合に有効であるが、数１０ＧＨｚ程度の高周波信号を伝送させる場合には良好な高周波特性を実現できないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、高周波差動信号を伝送する電子部品が載置された高周波パッケージにおいて、十分なろう付け強度を確保しつつ、スタブ構造に起因する反射を低減して良好な高周波特性を得ることが可能な一対のリード端子を備えた高周波パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の高周波パッケージは、高周波差動信号を伝送する一対の端子を有する電子部品が載置されるベース基板と、前記一対の端子と電気的に接続され、前記ベース基板の表面端部に形成される一対のパッドと、前記一対のパッドとろう付けにより接合される基端部と、外部接続される先端部とをそれぞれ有する一対のリード端子とを備える高周波パッケージであって、前記一対のリード端子の各々は、前記基端部から前記先端部に向かって前記パッドに対して上方に屈曲した形状を有し、前記パッドと対向する側の領域に所定高さのろう材溜まりが形成されることを特徴としている。
【０００７】
本発明の高周波パッケージによれば、高周波差動信号を伝送する電子部品が載置されたベース基板には、その表面端部の一対のパッドにろう付けされる一対のリード端子を備え、この一対のリード端子は、下方領域にろう材溜まりを形成可能な屈曲した形状を有している。よって、ろう材溜まりの存在によりリード端子をパッドに確実に接合し、十分なろう付け強度を確保できるので、ベース基板側面のキャスタレーションは不要となる。そのため、キャスタレーションによりスタブ構造の伝送線路が形成されることを回避でき、高周波差動信号を伝送する際にスタブ構造による反射を軽減し、良好な高周波特性を保つことができる。
【０００８】
本発明において、前記ろう材溜まりの所定高さは、例えば、１００μｍから２００μｍの範囲内に設定することができる。
【０００９】
本発明において、前記一対のリード端子の各々は、例えば、前記基端部の側の第１の屈曲部と前記先端部の側の第２の屈曲部を有し、前記基端部及び前記先端部が前記パッドの表面と平行となるように形成することができる。この場合、前記ろう材溜まりは、前記第１の屈曲部及び前記第２の屈曲部の間の下方領域に形成することができる。また、前記第２の屈曲部が前記ベース基板の側面より前記電子部品の近傍側に位置するような構造とすることができる。
【００１０】
本発明において、前記一対のリード端子は、グランドに接続される２つのグランド用リード端子に挟まれた配置とすることができる。この場合、前記ベース基板には、前記電子部品の一対の端子と前記一対のパッドとの間で前記高周波差動信号を伝送する一対のコプレーナ線路を構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高周波パッケージにおいて、基端部から先端部に向かってベース基板の上方に屈曲した一対のリード端子を設け、その下方領域に所定高さのろう材溜まりが形成される構造を採用したので、スタブ構造の伝送線路を設けることなくリード端子のろう付け強度を確保できる。そして、スタブ構造に起因して高周波差動信号の反射特性が劣化することを防止でき、特に数１０ＧＨｚ程度の周波数帯域において、良好な高周波特性を実現可能な高周波パッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した高周波パッケージの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態の高周波パッケージの構造について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の高周波パッケージ１０の部分的な構造を示す斜視図である。図１の高周波パッケージ１０は、底部１１ａ及び側壁部１１ｂからなるベース基板１１と、ベース基板１１の中央上部に載置された電子部品としての半導体チップ１２と、ベース基板１１の一方の端部に取り付けられた複数のリード端子１５を備えている。
【００１３】
ベース基板１１は、複数のセラミック誘電体層を積層して形成され、矩形の底部１１ａの上部に中空状の側壁部１１ｂが積層された構造を有する。側壁部１１ｂにより囲まれた底部１１ａの中央上部に半導体チップ１２が載置され、半導体チップ１２の電極パッドがワイヤボンディング１３を介してベース基板１１表面の電極に接続されている。ベース基板１１の底部１１ａ及び側壁部１１ｂの内層には、導体パターンやスルーホールからなる配線構造が形成されている。
【００１４】
ベース基板１１の底部１１ａの表面端部には、４つのリード端子１５が取り付けられている。４つのリード端子１５は、高周波差動信号を伝送する中央の隣接する一対のリード端子１５と、グランドに接続される両側の一対のリード端子１５とを含んでいる。これら４つのリード端子１５は、ベース基板１１に形成された４つのパッド１４とろう付けにより接合されている。リード端子１５を接合するためのろう材としては、例えば、ＡｇＣｕが用いられる。また、４つのパッド１４のうち、高周波差動信号用の一対のリード端子１５と接合されるパッド１４ａはやや狭い幅で形成され、グランド用の一対のリード端子１５と接合されるパッド１４ｂは幅広に形成されている。なお、本実施形態において、高周波差動信号の周波数は１０ＧＨｚ以上に設定されることを前提とする。
【００１５】
４つのリード端子１５は、いずれも基端部から先端部に向かってパッド１４の上方に屈曲した形状を有している。そして、リード端子１５をろう付けする際、リード端子１５とパッド１４の対向部分との間隙にろう材溜まり１６が形成される。すなわち、リード端子１５の基端部がパッド１４に接する部分のみではろう付け強度が不足するが、ろう材溜まり１６により十分なろう材の容量を付加することができるため、ろう付け強度を高めることができる。なお、ろう材溜まり１６のサイズと高周波特性の関係については後述する。
【００１６】
図２は、図１の高周波パッケージ１０のうち、ベース端子１１の端部と、リード端子１５に接続される外部基板３０を含む範囲の概略の平面図を示している。図２の下部に示すように、便宜上、リード端子１５の延伸方向をＸ方向と定め、その直交方向をＹ方向と定める。また、図３は、図２の範囲をＹ方向から見たときの主な構成要素の配置状態を示した側面概念図である。図３の下部に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向（ベース基板１１の積層方向）をＺ方向と定める。
【００１７】
図３に示すように、ベース基板１１の底部１１ａは、下層の誘電体層２０と上層の誘電体層２１とを備えている。また、ベース基板の側壁部１１ｂは、下層の誘電体層２２のみを示しているが、上層には図示しない誘電体層を備えている。一方、４つのリード端子１５の各先端部は、外部基板３０の下面の導体パターン３１と電気的に接続されている。この外部基板３０には、高周波パッケージ１０の半導体チップ１２との間で送受信される高周波差動信号を処理するための高周波回路が構成されている。
【００１８】
図２に示すように、底部１１ａの表面には、上述したように４つのリード端子１５に接合される４つのパッド１４が形成され、そのうちグランド用のリード端子１５に接続される一対のパッド１４ｂの位置には、誘電体層２１をＺ方向に貫く複数のビア２３が形成されている。同様に、一対のパッド１４ｂのうち側壁部１１ｂに重なる位置には、誘電体層２２をＺ方向に貫く複数のビア２４が形成されている。これらのビア２３、２４は、高周波差動信号の波長の１／４以下の間隔で２列に配置されている。誘電体層２０、２１、２２のそれぞれのグランドパターンは、多数のビア２３、２４を介して互いに接続され、これらが一体的にグランド用の各リード端子１５に接続される。
【００１９】
一方、高周波差動信号用のリード端子１５に接続される一対のパッド１４ａの位置には、ビアは形成されておらず、誘電体層２１の導体パターンを経由してワイヤボンディング１３の接続点に達する。従って、高周波差動信号用の一対の伝送線路は、その両側を各誘電体層２０、２１、２２のグランドパターンと各ビア２３、２４により囲まれる構造となる。この場合、中央の２本の導体パターンとその両側の２本のグランドパターンが同一の誘電体層２１において並走する構造となるので、高周波差動信号用の一対の伝送線路はコプレーナ線路として構成されるので、特に数１０ＧＨｚにおける高周波特性の向上に有利となる。
【００２０】
４つのリード端子１５の各々は、基端部の側の屈曲部Ｂ１と先端部の側の屈曲部Ｂ２の２箇所で屈曲した断面形状を有している。すなわち、図３に示されるリード端子１５の断面形状を参照すると、基端側から屈曲部Ｂ１まではパッド１４と平行であり、屈曲部Ｂ１の位置で上方に屈曲し、屈曲部Ｂ２からリード端子１５の先端側まで再びパッド１４（外部基板３０）と平行になっている。そして、リード端子１５の２つの屈曲部Ｂ１、Ｂ２に挟まれた部分の下方領域は、リード端子１５の接合時に形成されたろう材溜まり１６となっている。図３に示すように、ろう材溜まり１６は高さ（Ｚ方向のサイズ）Ｈを有している。すなわち、パッド１４の表面からリード端子１５の先端部の下側までの間隔がＨとなるように、リード端子１５の形状が設定されている。ろう材溜まり１６の高さＨの最適値は、ろう付け強度と高周波特性の両面から設定されるが、具体的な値については後述する。
【００２１】
図３に示すように、リード端子１５の屈曲部Ｂ２の位置は、ベース基板１１の底部１１ａ側面の位置に一致している。ここで、屈曲部Ｂ２の位置を底部１１ａ側面の位置より外側（半導体チップ１２の遠方側）に設定してもよいが、ろう材強度の確保に必要な程度のろう材溜まり１６の容量を確保できる範囲内であることが望ましい。また、底部１１ａ表面に十分なスペースがある場合は、屈曲部Ｂ２の位置が底部１１ａ側面の位置より内側（半導体チップ１２の近傍側）になるように設定してもよい。さらに、図３の例では、ろう材溜まり１６の断面形状が三角形となっているが、露出した側面側の断面形状は直線となる場合に限らず、凹状の曲線となってもよい。この場合でも、ろう材溜まり１６の容量が所望のろう材強度を得るために必要なだけ確保されていればよい。
【００２２】
また、本実施形態のリード端子１５は、基端部から先端部に向かって上方に屈曲した形状を有するが、かかる形状を採用したことにより、リード端子１５の取り付け時の位置合せが容易になる点でメリットがある。すなわち、本実施形態とは逆に先端部から基端部に向かって上方に屈曲する場合は、製造時にリード端子１５の基端部がパッド１４の表面から浮き上がった状態で位置合せが行われるために調整が難しくなり、この点を改善するためにも本実施形態の構造を採用することが望ましい。
【００２３】
図２に示すように、外部基板３０には、４つのリード端子１５とそれぞれ電気的に接続される４本の導体パターン３１が形成されている。このうち、中央の２本の導体パターン３１ａには高周波差動信号用の一対のリード端子１５が接続され、両側の２本の導体パターン３１ｂにはグランド用の一対のリード端子１５が接続される。そして、ベース基板１１と同様、グランド用の両側の２本の導体パターン３１ｂには、外部基板３０をＺ方向に貫く複数のビア３２が形成されている。ビア３２は、一定間隔で二列に配置され、上端が外部基板３０の内層の導体パターン３１ｃ（図３）に接続されている。このように、導体パターン３１ｂに接続されるグランド用のリード端子１５は、ビア３２を介して導体パターン３１ｂ、３１ｃに接続される。なお、図２の外部基板３０の構造は一例であって、４つのリード端子１５と接続可能な多様な配線パターンを形成することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の高周波パッケージ１０は、数１０ＧＨｚの高周波差動信号に対して良好な高周波特性を確保するために有利な構造を備えている。まず、リード端子１５の構造は、従来の図７に示すキャスタレーション１０３のようなスタブ構造を含まないので、反射の増大を回避することができる。これは、図７のスタブ構造の高さに比べた場合、ろう材溜まり１６の高さＨを十分小さい値に設定できるためである。一方、リード端子１５のろう付け強度については、ろう材溜まり１６の容量をある程度確保すれば、図７に示すキャスタレーション１０３と遜色ない程度を実現することができる。このように本実施形態の構造を採用することにより、高周波差動信号に対する高周波特性とリード端子１５のろう付け強度を両立することが可能となる。なお、図１〜図３において、４つのリード端子１５のうち中央の高周波差動信号用の一対のリード端子１５のみを上記構造としても、高周波特性の向上には有効であるが、製造性等の面から両側のグランド用の一対のリード端子１５を同一構造としたものである。
【００２５】
次に図４〜図６を参照して、本実施形態の高周波パッケージ１０の伝送特性について説明する。図４は、高周波パッケージ１０において外部基板３０を含めた高周波差動信号の伝送時のシミュレーションを行った場合の設計条件とシミュレーションの結果を示している。また、図４のシミュレーションに対応して、図５は、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２（反射特性）の周波数特性のグラフを示し、図６は、ＳパラメータＳ２１（透過特性）の周波数特性のグラフを示している。
【００２６】
図４に示すように、リード端子１５のタイプとして、本実施形態（屈曲タイプ）の３通りの条件Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃに加えて、従来のフラットタイプに関してキャスタレーション１０３の有無に応じた条件Ｓｄ、Ｓｅを比較した。本実施形態のリード端子１５に対し、ろう材溜まり１６の高さＨを２００（μｍ）、１５０（μｍ）、１００（μｍ）にそれぞれ設定して条件Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃとした。また、図７に示すようなフラットタイプのリード端子１０１に対し、キャスタレーション１０３を設けない場合を条件Ｓｄとし、キャスタレーション１０３を設ける場合を条件Ｓｅとした。そして、これら５通りの条件について、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２、Ｓ２１をそれぞれシミュレーションにより求めた。なお、図４では、周波数４５ＧＨｚのシミュレーションの結果を示すとともに、図５及び図６では、３０〜５０ＧＨｚの周波数範囲のシミュレーションの結果をプロットしている。
【００２７】
図４〜図６の結果から、上記の５通りの条件のうち、キャスタレーション１０３を設けない場合のフラットタイプの条件Ｓｄが最も良好な高周波特性が得られる。すなわち、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２が最も小さく、かつＳパラメータＳ２１が最も大きくなっている。これは、キャスタレーション１０３が存在しないためスタブ構造による反射の影響を無視できるためであり、この条件Ｓｄを他の条件の基準として用いるものとする。一方、上記の５通りの条件のうち、キャスタレーション１０３を設ける場合のフラットタイプの条件Ｓｅの高周波特性が最も劣化している。すなわち、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２が最も大きく、かつＳパラメータＳ２１が最も小さくなる。これにより、上述したようにキャスタレーション１０３によるスタブ構造に起因して、実際に反射が増大することの影響が確認された。
【００２８】
これに対し、本実施形態のリード端子１５に対応する３つの条件Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃについては、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２、Ｓ２１のいずれも、上記の条件Ｓｄと条件Ｓｅの間に分布している。この場合、ＳパラメータＳ１１、Ｓ２２の大きさは、条件Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの順となり、ＳパラメータのＳ２１の大きさは、条件Ｓｃ、Ｓｂ，Ｓａの順となる。つまり、ろう材溜まり１６の高さＨが１００（μｍ）のときの最も良好な高周波特性が得られ、高さＨが増大するについて徐々に高周波特性が劣化していく。このことから、キャスタレーション１０３に比べればスタブ構造に起因する影響はいずれも小さいが、ろう材溜まり１６の高さＨが大きくなると徐々にスタブ構造に起因する影響が現れることがわかる。
【００２９】
本実施形態において、ろう材溜まり１６の高さＨが小さいほど高周波特性が向上すると推測されるが、高さＨを１００（μｍ）より小さくすると、リード端子１５の十分なろう付け強度が確保できなくなる恐れがある。よって、ろう材溜まり１６の高さＨは１００（μｍ）以上に設定することが望ましい。一方、図５及び図６のグラフにおいて、条件Ｓｃの特性は許容範囲であるもので、これ以上高周波特性が劣化することを回避すべく、ろう材溜まり１６の高さＨは２００（μｍ）以下に設定することが望ましい。以上から本実施形態においては、ろう材溜まり１６の高さＨを１００（μｍ）〜２００（μｍ）の範囲に設定することが望ましい。
【００３０】
ただし、ろう材溜まり１６の最適な高さＨは、高周波パッケージ１０の具体的な設計条件に依存して、ある程度変化することに注意が必要である。例えば、リード端子１５の材質、幅、厚さ、ベース基板１１の材質等などの多様な設計条件に対し、ろう付け強度と高周波特性の双方が最適になるように、ろう材溜まり１６の最適な高さＨを設定することが望ましい。
【００３１】
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。例えば、本実施形態では、高周波パッケージ１０に半導体チップ１２が載置される場合を説明したが、高周波差動信号を伝送する電子部品を載置する高周波パッケージに対し広く本発明を適用することができる。また、本実施形態のリード端子１５は、少なくとも高周波差動信号用として一対を備えていれば、同様の構造のリード端子を多数備えていても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の高周波パッケージの部分的な構造を示す斜視図である。
【図２】図１の高周波パッケージ１０のうち、ベース端子１１の端部と、リード端子１５に接続される外部基板３０を含む範囲の概略の平面図である。
【図３】図２の範囲をＹ方向から見たときの主な構成要素の配置状態を示した側面概念図である。
【図４】本実施形態の高周波パッケージ１０において高周波差動信号の伝送時のシミュレーションを行った場合の設計条件とシミュレーションの結果を示す図である。
【図５】図４のシミュレーションに対応するＳパラメータＳ１１、Ｓ２２（反射特性）の周波数特性のグラフである。
【図６】図４のシミュレーションに対応するＳパラメータＳ２１（透過特性）の周波数特性のグラフである。
【図７】従来の高周波パッケージにおいてフラットタイプのリード端子の近辺における部分的な断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…高周波パッケージ
１１…ベース基板
１１ａ…底部
１１ｂ…側壁部
１２…半導体チップ
１３…ワイヤボンディング
１４…パッド
１５…リード端子
１６…ろう材溜まり
２０、２１、２２…誘電体層
２３、２４…ビア
３０…外部基板
３１…導体パターン
３２…ビア
Ｂ１、Ｂ２…屈曲部
【図１】
2010016196.tif 000003
【図２】
2010016196.tif 000004
【図３】
2010016196.tif 000005
【図４】
2010016196.tif 000006
【図５】
2010016196.tif 000007
【図６】
2010016196.tif 000008
【図７】
2010016196.tif 000009