(57)【要約】【課題】高周波半導体素子を高周波的に絶縁すると共に水分等から確実に保護することのできる安価な高周波半導体用パッケージを提供する。【解決手段】厚銅箔からなる基体と、この基体の上面の外周縁部に沿って設けられ、内側に前記厚銅箔の表面を露出させて高周波半導体素子を収容するキャビティを形成した多層樹脂基板と、この多層樹脂基板の上面および前記キャビティの内壁面を形成する面を覆って設けられた導体膜と、前記多層樹脂基板の上端周縁部に装着されて前記キャビティを密閉して覆う蓋体とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚銅箔からなる基体と、
この基体の上面の外周縁部に沿って設けられ、内側に前記厚銅箔の表面を露出させて高周波半導体素子を収容するキャビティを形成した多層樹脂基板と、
この多層樹脂基板の上面および前記キャビティの内壁面を形成する面を覆って設けられた導体膜と、
前記多層樹脂基板の上端周縁部に装着されて前記キャビティを密閉して覆う蓋体と
を具備したことを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
【請求項２】
前記高周波半導体素子は、化合物半導体からなり、
前記多層樹脂基板は、複数の樹脂層を介して複数の導体層を積層したものであって、
前記基体は、回路基板に対する前記高周波半導体素子の実装部をなすものである請求項１に記載の高周波半導体用パッケージ。
【請求項３】
前記多層樹脂基板は、その上面に前記高周波半導体素子に接続される高周波信号用内部電極端子を備え、この高周波信号用内部電極端子と前記基体に形成された高周波信号用外部接続端子とを結ぶ連結部を形成したものである請求項１に記載の高周波半導体用パッケージ。
【請求項４】
前記蓋体は、前記高周波半導体素子を収納した前記キャビティを真空にして、または前記キャビティに不活性ガスを封入してこのキャビティを密閉するものである請求項１に記載の高周波半導体用パッケージ。
【請求項５】
前記蓋体は、内側面を導体層で覆った樹脂体、または導電性の金属体からなる請求項１に記載の高周波半導体用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波半導体素子を外部と高周波的に遮蔽すると共に水分等の外的雰囲気から保護するための気密性を有する安価な高周波半導体用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧaＡsやＧａＮ等を主体とする化合物半導体からなるマイクロ波用の高周波半導体素子を収納する高周波半導体用パッケージには、前記高周波半導体素子を外部と高周波的に遮蔽すると共に水分等から保護するめの気密性が要求される。またこの種の高周波半導体用パッケージには、前記高周波半導体素子が発する熱を効果的に放熱できる特性も要求される。
【０００３】
ちなみに従来一般的な高周波半導体用パッケージとしては、金属とセラミックとを組み合わせた構造からなるものや、セラミックス製がよく知られている。また、例えば特許文献１に紹介されるように半導体素子を樹脂モールドしたものがよく知られている。また特許文献２に紹介されるように、放熱特性を高める工夫をしたものも考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６０６８３７号公報
【特許文献２】特開２００８−４２０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に紹介されるような、高周波半導体素子を樹脂でモールドした半導体用パッケージは、樹脂の電気的特性と水分等に対する透過性の点で、前記高周波半導体素子の性能および信頼性を保証する上で多くの課題がある。これに対して金属とセラミックとを組み合わせた構造からなる半導体用パッケージは熱的特性を揃えるため材料が高価となる上、多くの場合、放熱体である金属製ヒートスプレッダは例えば銀ろうなどで２次的に接着するため、接着位置精度に問題があり、また、その工程も高コストとなるという問題がある。またセラミックス製あるいは樹脂製の半導体パッケージにて放熱特性を確保するには、半導体素子の下面から半導体パッケージ外部へと熱を逃がすために例えば高密度にスルーホールあるいはビアホールを設置する方法等が用いられる。これで得られる放熱特性では不充分な場合、さらに放熱特性を高めるために、特許文献２に紹介されるような半導体素子の上面に放熱用電極を取り付けるような構造を採用する等の工夫が用いられることもある。このように、搭載可能な半導体素子の発熱量に制限が課せられることが否めない。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高周波半導体素子を外部と高周波的に遮蔽すると共に水分等の外的雰囲気から確実に保護することのできる安価な高周波半導体用パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するべく本発明に係る高周波半導体用パッケージは、例えば厚銅箔などからなる基体と、この基体の上面の外周縁部に沿って設けられ、内側に前記厚銅箔の表面を露出させて高周波半導体素子を収容するキャビティを形成した多層樹脂基板と、この多層樹脂基板の上面および前記キャビティの内壁面を形成する面を覆って設けられた接地電位の導体膜と、前記多層樹脂基板の上端周縁部に装着されて前記キャビティを密閉して覆う同じく接地電位の蓋体とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
ここで、前記多層樹脂基板は、複数の樹脂層を介して複数の導体層を積層したものであって、前記基体は、前記多層樹脂基板に対する前記高周波半導体素子の実装部をなす。また前記多層樹脂基板は、その上面に前記高周波半導体素子に接続される内部電極端子を備え、この内部電極端子と前記基体に形成された外部接続端子部とを結ぶ回路導体を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の高周波半導体用パッケージによれば、基体の上面に設けられ、キャビティを形成した多層樹脂基板の上面およびこのキャビティの内壁面を形成する面を覆って接地電位の導体膜が設けられており、同じく接地電位の蓋体とともに導体で囲まれた空間を形成するので、高周波半導体パッケージ内部を高周波的に確実に遮蔽することができる。しかも気密性・水密性の点でも優れており、かつ通常のプリント配線板の製造技術を用いて製造することができるため、従来の金属とセラミックとを組み合わせた構造からなるパッケージやセラミック製のパッケージに比較して安価である。更には前記キャビティの底面が例えば厚銅箔からなる基体なので、高周波半導体素子に対する放熱特性を十分に確保できる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波半導体用パッケージの概略構成を、蓋体を省いた状態として示す斜視図。
【図２】図１に示す高周波半導体用パッケージの断面構造を示す図。
【図３】多層樹脂基板の構造を概略的に示す図。
【図４】基体に設けられる接続端子の構造を、高周波半導体用パッケージを裏面側から見た状態として示す図。
【図５】本発明の別の実施形態に係る高周波半導体用パッケージの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る高周波半導体用パッケージについて説明する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る高周波半導体用パッケージ１の概略構成を示す斜視図である。但し、図１においては高周波半導体用パッケージ１を構成する蓋体を省略し、この高周波半導体用パッケージ１の内側構造が分かるように描いている。また図２は、図１に示す高周波半導体用パッケージ１のＡ-Ａ線に沿う断面図である。
【００１３】
この高周波半導体用パッケージ１は、例えば厚みが１００μｍ程度の厚銅箔からなる基体２と、この基体２の上面の外周縁部に沿って設けられた枠状の、例えば厚みが数百μｍ程度の多層配線樹脂基板３とを備える。この多層配線樹脂基板３は、その内側中央部に前記基体（厚銅箔）２の表面を露出させて高周波半導体素子１０を収容するキャビティ（空間）４を形成したものである。
【００１４】
前記多層配線樹脂基板３は、図３にその概略的な構造を示すように、所定の配線パターンを形成した、例えば薄銅箔３ａからなる導体層を両面に形成した複数枚の樹脂製コア３ｂを、加熱硬化性の樹脂（プリプレグ）３ｃを介して積層したものである。またこの多層配線樹脂基板３には、異なる層間の薄銅箔３ａを、更には前記基体（厚銅箔）２とを電気的に接続するスルーホール（図示せず）が適宜設けられる。
【００１５】
また前記多層配線樹脂基板３の上面には、前記高周波半導体素子１０の電極端子（図示せず）との接続に供せられる複数の高周波信号用内部電極５ａ、および複数の電源・制御信号用内部電極５ｂがそれぞれ形成されている。高周波信号用内部電極５ａは、前記多層配線樹脂基板３を介して前記基体（厚銅箔）２の縁部に形成された高周波信号用外部接続端子２ａに接続され、また電源・制御信号用内部電極５ｂは前記多層配線樹脂基板３を介して電源・制御信号用外部接続端子２ｂに接続されている。これらの高周波信号用内部電極５ａ、電源・制御信号用内部電極５ｂと前記高周波半導体素子１０の電極端子（図示せず）との接続は、図示しないが例えば金線（Ａu）によるボンディングによって行われる。
【００１６】
また前記多層配線樹脂基板３の上面には、この多層配線樹脂基板３の周縁に沿って樹脂製の枠体６が設けられている。この枠体６は、前記多層配線樹脂基板３と一体となって前記キャビティ４の上部の高周波信号用内部電極５ａおよび電源・制御信号用内部電極５ｂと前記高周波半導体素子１０との間の配線空間を形成する役割を担う。従って前記高周波半導体用パッケージ１の内側は、前記高周波半導体素子１０を収容してこの高周波半導体用パッケージ１に電気的に接続する為の２段構造の凹部を形成した形状となっている。
【００１７】
ここで前記枠体６の上面および内壁面、更には前記多層配線樹脂基板３の上面および前記キャビティ４を囲む内壁面は、高周波信号用内部電極５ａおよび電源・制御信号用内部電極５ｂを除いて導体膜７にて可能な限り覆われている。この導体膜７は、例えば厚みが１０〜５０μｍの銅（Ｃu）からなる。ここで「可能な限り」とは、前記導体膜７から分離させて高周波信号用内部電極５ａおよび電源・制御信号用内部電極５ｂを島状に独立させる為の微小幅の絶縁領域（基板樹脂露出領域）８を、前記各電極５ａ、５ｂの周囲にそれぞれ形成することを意味する。従って前記高周波半導体用パッケージ１の前記キャビティ４を含む２段構造の凹部の内側面の略全てが、微少な前記絶縁領域（基板樹脂露出領域）８を除いて前記導体膜７が付いている。高周波信号用内部電極５ａおよび電源・制御信号用内部電極５ｂにはボンディングに適した表面処理（めっき）が施される。そして上記構造の高周波半導体用パッケージ１の上面は、前記枠体６の上端面に装着される蓋体９にて前記２段構造の凹部を密閉して覆うようになっている。尚、前記蓋体９は、例えば金属板、或いは外周あるいは内面に導体膜を付けた樹脂板からなる。また前記蓋体９による前記高周波半導体用パッケージ１の密閉は、前記高周波半導体素子１０を収容したキャビティ４を含む内部空間を例えば窒素（Ｎ）等の不活性ガスを封入して行われることが望ましい。
【００１８】
ここで前記基体（厚銅箔）２の縁部に形成された高周波信号用外部接続端子２ａについて説明する。この接続端子２ａは、図４に高周波半導体用パッケージ１を裏面側から見た状態を拡大して示すように、前記基体（厚銅箔）２の縁部に沿って設けられる。具体的には例えば前記接続端子２ａは、前記基体２の一部をＵ字状にエッチング除去する等してこの基体２の主体部から分離させ、前記高周波半導体用パッケージ１の側部に露出させた島状の導体部として形成される。
【００１９】
また前記高周波半導体用パッケージ１の側部（端部）に露出して設けられた高周波信号用外部接続端子２ａには、その側部端面から前記多層配線樹脂基板３の側部端面に掛けて溝２ｃが設けられている。そしてこの溝２ｃの多層配線樹脂基板３には導体膜２ｄを付けている。この導体２ｄは、前記高周波半導体素子１０をパッケージングした前記高周波半導体用パッケージ１をプリント配線基板（図示せず）に表面実装する際、高周波信号用外部接続端子２ａとこのプリント配線基板の導体部とを電気的・機械的に強固に結合し実装信頼性を高める役割を担う。
【００２０】
また導体膜２ｄを付けた溝２ｃは、図１に示すように前記基体２の主体部にこの基体２の側面に沿って複数個設けられる。尚、前記基体２は、高周波信号用外部接続端子２ａを除いて前記高周波半導体用パッケージ１の基準電位を規定する接地（ＧＮＤ）部として機能すると共に、前記キャビティ４の底面に実装された前記高周波半導体素子１０の放熱体としても機能する。従って前記基体２の主体部を上述した如く前記プリント配線基板に表面実装することで、前記高周波半導体用パッケージ１が接地されると共に、パッケージ内部空間が接地電位導体で囲まれることで高周波的に遮蔽され、さらにこのプリント配線基板に熱的に結合され、また機械的に強固に取り付けられる。
【００２１】
尚、前記高周波半導体用パッケージ１における前記キャビティ４については、例えば前記多層配線樹脂基板３の中央領域をレーザ加工、または機械加工を施して前記基体１の上面を露出させることで形成される。また前記キャビティ４の深さ（高さ）を、前記高周波半導体素子１０をパッケージング可能な深さ（高さ）として確保するには、例えば前記多層配線樹脂基板３の層数を増やすことで制御可能である。
【００２２】
また必要に応じて前記多層配線樹脂基板３に設けられて導体膜７と基体１とを電気的に接続するスルーホールについては、前記高周波半導体素子１０にて使用する周波数の波長に対して十分に短いピッチで形成する。そしてこれらのスルーホールについては樹脂等にて穴埋めした後、この多層配線樹脂基板３の上面及び基体１の裏面に露出するスルーホール端部に銅カバーメッキを施し平坦度を出すようにすれば良い。このようにして高周波半導体パッケージを形成すれば、前記キャビティ４を含む２段構造の凹部の内側面の略々全てを金属からなる導体膜７にて覆うことができる。従って前記多層配線樹脂基板３及び枠体６から発生するガス等の前記キャビティ４を含む２段構造の凹部内への侵入を防ぐことができ、前記高周波半導体素子１０を樹脂が発生するガス等から効果的に保護することが可能となる。更には前記導体膜７にて前記キャビティ４内を高周波的に遮蔽することが可能とり、前記高周波半導体素子１０からのマイクロ波の漏れ出し、あるいは外部からのノイズ等が高周波半導体素子に与える影響を防ぐことが可能となる。
【００２３】
故に上述した構造の高周波半導体用パッケージ１によれば、前記キャビティ４における前記基体１の上面が露出した底部に前記高周波半導体素子１０を実装し、この高周波半導体素子１０と前記端子部５ａ、５ｂとをボンディングワイヤにより接続することで、この高周波半導体用パッケージ１を介して前記高周波半導体素子１０に対する配線の全てが行われる。そして前記基体１の下面側からこの基体２を介して、更には前記多層配線樹脂基板３を介して前記高周波半導体素子１０に対する制御信号および高周波信号の入出力が行われる。また前記基体２および前記多層配線樹脂基板３を介して前記高周波半導体素子１０に対する電源供給も行われる。
【００２４】
これに加えて前記キャビティ４に実装された前記高周波半導体素子１０の放熱が、熱伝導率の高い銅厚箔からなる前記基体１を介して行われるので、その放熱特性を十分に確保することができる。更には前記多層配線樹脂基板３および蓋体９によって囲まれる前記キャビティ４を含む２段構造の凹部の内面が、前記多層配線樹脂基板３の表面及び枠体６の上面及び内面に付けられた前記導体膜７にて覆われるのでその気密性・水密性が十分に高く、また高周波（マイクロ波）に対する遮蔽性にも優れている。
【００２５】
従って前記キャビティ４を含む２段構造の凹部内への周囲環境（外的雰囲気）からの水分の侵入を防ぐことができ、前記高周波半導体素子１０の安定した動作を十分に保証することができる。また従来からパッケージ素材として用いられていた高価なセラミックと異なり、前記多層配線樹脂基板３を主体とする樹脂材を用いて高周波半導体用パッケージ１を実現することができるので、安価である等の実用的利点もある。
【００２６】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば図１および図２において、多層配線樹脂基板３の周縁に沿って設けられる枠体６はその材料として樹脂により形成したが、樹脂の代わりに銅により形成しても良い。すなわち、銅製の基体２上に多層配線樹脂基板３を設け、その周縁に沿って銅製の枠体６を設けた構成としてもよい。同じく図１および図２に示した板状の蓋体９に代えて、図５に示すような凹部を形成した形状の蓋体９を用いることも可能である。この場合、前述した枠体６を省略した、いわゆるインターポーザ構造の高周波半導体用パッケージ１として実現すれば十分である。また、この場合、蓋体９はリング状の蓋体と平板状の蓋体とを組み合わせた構造としても良い。さらに、上記の実施形態の説明においては、プリント配線基板に対する表面実装タイプの高周波半導体用パッケージ１を例に説明したが、高周波半導体用パッケージ１とプリント配線基板との配線をボンディングワイヤや金箔・銅箔等を用いて行う、いわゆるドロップインタイプのものにも同様に適用可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  高周波半導体用パッケージ
２  基体（厚銅箔）
２ａ  高周波信号用外部接続端子
２ｂ  電源・制御信号用外部接続端子
２ｃ  溝
３  多層配線樹脂基板
３ａ  薄銅箔
３ｂ  樹脂製コア
３ｃ  加熱硬化性の樹脂（プリプレグ）
４  キャビティ
５ａ  高周波信号用内部電極
５ｂ  電源・制御信号用内部電極
６  枠体（樹脂製）
７  導体膜
８  絶縁領域（基板樹脂露出領域）
９  蓋体
１０  高周波半導体素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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