(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣパッケージの一辺に第一の高調波成分をもつ高周波信号を入出力する高周波信号入出力リードを備え、他辺に前記高周波信号よりも低い第一の高調波成分をもつ低周波信号を入出力する低周波信号リードを備えた高速動作ＩＣの実装方法において、
前記高周波信号入出力リードとその同一辺に整列したその他のリードを、電気長が最短となる形状で高周波信号接続用基板に接続し、
前記低周波信号リードとその同一辺に整列したその他リードを、その辺を囲うように配置された低周波信号接続用基板に、凸状に湾曲させた形状で接続することを特徴とする高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項２】
前記低周波信号接続用基板を、ベース基板上に、前記ＩＣパッケージの近傍にてネジ止めにより固定することを特徴とする請求項１記載の高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項３】
前記低周波信号接続用基板が、有機系基板であることを特徴とする請求項１記載の高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項４】
前記低周波信号接続用基板が、ガラスエポキシ基板であることを特徴とする請求項１記載の高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項５】
前記低周波信号接続用基板が、テフロン基板であることを特徴とする請求項１記載の高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項６】
前記高周波信号接続用基板が、前記ＩＣパッケージの放熱用かつ基板補強用のヒートブロック上に搭載されたセラミック基板であることを特徴とする請求項１記載の高速動作ＩＣの実装方法。
【請求項７】
ＩＣパッケージの一辺に第一の高調波成分をもつ高周波信号を入出力する高周波信号入出力リードを備え、他辺に前記高周波信号よりも低い第一の高調波成分をもつ低周波信号を入出力する低周波信号リードを備えた高速動作ＩＣであって、
前記高周波信号入出力リードとその同一辺に整列したその他のリードは、電気長が最短となる形状で高周波信号接続用基板に接続されており、
前記低周波信号リードとその同一辺に整列したその他リードは、その辺を囲うように配置された低周波信号接続用基板に、凸状に湾曲させた形状で接続されていることを特徴とする高速動作ＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速動作ＩＣの実装に適用でき、特に、数ギガビット以上の第一高調波成分をもつ高周波信号を入出するリードを一辺に有し、他辺に前記高周波信号より低い第一高調波成分をもつ低周波信号を入出力するリードを備えた高速動作ＩＣにおいて、高周波特性、放熱性が優れ、リードはんだ付け部の熱疲労劣化を防ぎ、コスト上昇を抑圧する事ができる実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理装置の高性能化、データ通信の高速度化に伴い、データ信号を多重・分離する高速時分割ＩＣも大容量化、高集積化が進んでいる。この高速動作ＩＣを搭載し、駆動させるための実装方法は、高周波特性、放熱性、機械的強度、コスト面の全てにおいて優れていることが望ましい。
【０００３】
図７に従来の実装の方法を示す。図７に示すように、高速動作ＩＣは、１９９４年電子情報通信学会技術研究報告［集積回路］Ｖｏｌ．９３  Ｎｏ．４２１、６１ページに記載されているよう、放熱性と高周波特性に優れたセラミックを材質とする基板上に実装する方法が知られている。
【０００４】
図７において、ＩＣ４のパッケージは、方形であり、一辺に高周波信号入出力用リード５を備え、他三辺にはこの高周波信号よりも第一高調波成分の低い低周波信号を入出力するための低周波信号入出力用リード６を備える。セラミック基板１には、ＩＣ４の大きさに相当する四角形の穴が開けられており、ＩＣ４は、このセラミック基板１の四角形の穴にはめ込まれる。ＩＣ４は、セラミック基板１のパッドへ、コバールを材質とするリード５および６をはんだ付けすることにより接続される。セラミック基板１の下には、ＩＣ４の放熱とセラミック基板１の補強を目的とするＣｕＷ（銅タングステン）を材質とするヒートブロック２を設置する。
【０００５】
リード５および６は、高周波特性の劣化を防ぐため電気長が最短となるよう約２ｍｍ程度の長さでセラミック基板に接続される。この時ＩＣ４とセラミック基板１とヒートシンク部２との熱膨張係数は、６．９×１０−６／℃であり、コバールを材質とするリード５の熱膨張係数は、６．０×１０−６／℃であるので、三者の熱膨張係数差に起因する熱応力は小さい。よってリード接続部に熱疲労によるはんだクラック等は起こらず、機械的強度が確保される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、基板にセラミックだけを用いた従来例では、高周波特性と機械的強度と放熱性に優れた高速動作ＩＣの実装方法が実現できる。しかし、高速動作ＩＣの周囲をセラミック基板にて覆うため、材料費が高価なセラミック基板の面積が大きくなり、コストの面で問題がある。
【０００７】
これに対して、安価なガラスエポキシ基板を使用する場合の従来技術としては、特開平７−５８２４７号公報に記載されている。この方法は、図２に示すように、ＩＣパッケージ４の四隅に脚部７を形成し、その底面を基板３に接着し、ＩＣ高速動作時に発生した熱や周囲温度によって熱応力が発生した場合でも、脚部７が基板のたわみ、伸縮を抑え、リードへの応力の伝達を軽減し、機械的強度を確保している。
【０００８】
しかし、この方法では、現在解決しようとしている数ギガビット以上の第一高調波成分を持つ高周波信号が入出力されるリードも曲げて実装されるため、不要なインダクタンス成分が付加され高周波特性の劣化を引き起こす。また放熱性も良くないため、ＩＣ内部のジャンクション温度の上昇を招き、ＩＣ使用条件の制限となってしまう。
【０００９】
本発明は、上記のような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波特性と放熱性に優れ、リードはんだ付け部の熱疲労劣化を防ぎ、コスト上昇を抑圧する高速動作ＩＣの実装方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、信号を入出力するためのリードを備えるＩＣパッケージであって、前記リードの少なくとも一つは、凸状に湾曲させた形状を備える。
【００１１】
この場合、基板は、ベース基板と、  前記ベース基板上に配置されるヒートブロックと、前記ヒートブロック上に配置されるセラミック基板と、前記ベース基板上に配置される有機系基板とを備え、前記有機系基板と、前記ヒートブロックとは、互いに接触しないで配置される。すなわち、有機系基板と、前記ヒートブロックとは、空間を設けて配置することにより、ＩＣパッケージをヒートブロックに搭載させた場合に、凸状に湾曲させた形状のリードを有機系基板に接続しやすくなる。また、有機系基板と、前記ヒートブロックとは熱膨張係数が異なるため、これらを接触させないことにより、熱応力の影響が、接触させた場合に比べて少なくすることができる。
【００１２】
凸状に湾曲させた形状のリードは、有機系基板、例えば、ガラスエポキシ基板に接続され、高周波信号よりも低い第一高調波成分をもつ低周波信号を入出力をする際に利用することができる。  凸状に湾曲させた形状にすることにより、ＩＣ４高速駆動時に発生する熱や、周囲温度変動に起因する熱応力によって有機系基板の膨張または収縮を、吸収することができ、リードの接続部分のはんだクラック、熱疲労劣化を防ぐことができる。また、それ以外のリードは、最短でセラミック基板に接続することにより、高周波特性と機械的強度と放熱性に優れ、高周波信号を入出力する場合に利用することができる。
【００１３】
また、前記有機系基板は、前記ベース基板上に固定するための固定部材を備える。固定部材は、例えば、ねじ止めにて固定することにより、各々の基板の熱応力による熱疲労劣化などを防ぐことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１および図３に、本発明の実施の形態における高速動作ＩＣとその実装方法の全体構造の平面図および断面図を示す。  また、図８に、ヒートブロック２およびセラミック基板１の構成を示し、図９に、ヒートブロック２、セラミック基板１およびガラスエポキシ基板３の構成を示す。
【００１６】
図１および図３において、ＩＣ４を搭載させた基板は、  情報処理装置名銅に利用されるものである。ＩＣ４のパッケージは、方形であり、一辺に高周波信号入出力用リード５を備え、他三辺にはこの高周波信号よりも第一高調波成分の低い低周波信号を入出力するための低周波信号入出力用リード６を備える。  セラミック基板１は、少なくともＩＣ４の高周波信号入出力用リード５を備える辺の長さを含む大きさを備える。高周波信号入出力用リード５を備える一辺は、セラミック基板１上に配置され、そのリードは、電気長が最短となるようにセラミック基板１に接続される。ガラスエポキシ基板３は、低周波信号入出力用リード６を備える３辺に面するように構成され、本実施の形態においては、図９に示すように、コの字型に形成されている。低周波信号入出力用リード６を備える３辺は、図３に示すように、ガラスエポキシ基板３上に配置され、そのリード線は、凸状に湾曲させた形状をしている。ガラスエポキシ基板３は、テフロンや、Ｂｔレジンなどの有機系基板で構成してもよい。図１に示すように、高周波信号入出力用リード５は、低周波信号入出力用リード６より、リードの長さが短くなっている。
【００１７】
図９に示すように、セラミック基板１とガラスエポキシ基板３とで、ＩＣ４をはめ込むための四角形の穴を形成する。  また、図８に示すように、セラミック基板１の下には、ＩＣ４の放熱とセラミック基板１の補強を目的とするＣｕＷ（銅タングステン）を材質とする接合金属のヒートブロック２を設置する。セラミック基板１とヒートブロック２とは、銀エポキシもしくははんだ等の導電性結合部材により結合される。また、ヒートブロック２およびガラスエポキシ基板は、互いに接触しないでベース基板１０に配置され、ネジどめすることによりベース基板１０に結合される。
【００１８】
高周波信号入出力用リード５は、高周波特性の劣化を防ぐため電気長が最短となるよう約２ｍｍ程度の長さでセラミック基板１のパッドにはんだ付けすることにより接続される。高周波信号入出力用リード５は、数ギガビット以上の第一高調波成分をもつ高周波信号伝送を目的とするため約２ｍｍ程度と実装上可能な限り短く、かつ、ストレートな形状とし、ＩＣ４とセラミック基板１間はすき間がないようにはんだ付けする。この構成により不要なインダクタンスが付加されず高周波信号系での高周波特性劣化は生じない。ヒートブロック２の熱膨張係数は６．０×１０−６／℃、ＩＣ４のパッケージおよびセラミック基板部１の熱膨張係数は６．９×１０−６／℃であるので、３者の間では熱膨張係数差に起因する熱応力は小さく熱疲労劣化は生じない。また、高周波信号入出力用リード５の熱膨張係数は６．０×１０−６／℃であるので、ＩＣ４のパッケージとセラミック基板部１との間で熱応力は小さく熱疲労劣化は生じない。
【００１９】
図４に、ガラスエポキシ基板３とＩＣ４とを接続する低周波信号入出力用リード６のフォーミングの形状の詳細図を示す。ＩＣ４は、ガラスエポキシ基板３と、コバールを材質とする低周波信号入出力用リード６とをはんだ付けすることによりガラスエポキシ基板３に接続される。ガラスエポキシ基板部３の熱膨張係数は１２．５×１０−６／℃であり、低周波信号入出力用リード６の熱膨張係数の約２倍の大きさであり、２者の間での熱応力は無視できない。そこで、本実施の形態においては、ＩＣ４とガラスエポキシ基板部３との間に約１ｍｍ程度の空間を作り、低周波信号入出力用リード６を、図３に示すようにフォーミングしてガラスエポキシ基板部３にはんだ付けする。ＩＣ４の高速駆動時に発生する熱や、周囲温度変動に起因する熱応力によってガラスエポキシ基板３の膨張または収縮を、このフォーミングした低周波信号入出力用リード６が吸収するため、低周波信号入出力用リード６接続部のはんだクラックや熱疲労劣化を防ぐことができる。図３に示すように、ガラスエポキシ基板３は、ベース基板１０に支柱を介してねじ９により固定され、この構造により水平方向のガラスエポキシ基板３の伸縮を抑えることができる。
【００２０】
ここで、低周波信号入出力用リード６を図４に示す形状としたときのリードの直線部分の長さをＬ１、曲げの長さをＬ２とし、はんだフィレット８を図４に示すような形状に形成し、長さＬ１、Ｌ２をパラメータとして予測寿命Ｎｆ（サイクル）を有限要素法を用いた熱応力解析により求めた結果を図５に示す。この予測寿命とは、温度−４０℃〜８５℃〜−４０℃を１サイクルとして、何サイクルではんだフィレット８にクラックが入るかを推定した計算値である。図５に示すように、Ｌ１＝Ｌ２＝２ｍｍに設定する事により、１０００サイクル以上の寿命が得られる。
【００２１】
また、図６に、低周波信号入出力用リード６を図４に示すようにフォーミングし、Ｌ１＝Ｌ２＝２ｍｍとした場合の高周波信号の伝送損失を計算機によって解析した結果を示す。図６において、横軸に周波数、縦軸に伝送損失を示す。
【００２２】
図６に示すように、１．０ＧＨｚの信号でも０．２ｄＢの減衰にとどまることから、ガラスエポキシ基板に接続されるリードを通る低周波信号が１．０Ｇｈｚでも、本実施の形態の適用が可能であることが判る。
【００２３】
また、図１０に、ヒートブロック２、セラミック基板１およびガラスエポキシ基板３の他の構成を示す。ガラスエポキシ基板３は、図１０に示すように、方形で、セラミック基板１及びヒートブロック２の大きさに相当する四角形の穴をあけて構成しておいてもよい。この場合、この穴に、セラミック基板１及びヒートブロック２が、接触しないように差し込まれ、その上にＩＣ４がはめ込まれ、接続される。これにより、セラミック基板の面積をより小さくして、コストを抑えることができる。
【００２４】
また、情報処理装置において、本実施の形態における実装を行なう場合には、高周波信号の配線部分は、セラミック基板を利用し、低周波信号の配線部分は、ガラスエポキシ基板を利用することができる。
【００２５】
本実施の形態によれば、ＩＣ放熱用及び基板補強用のヒートブロック上に搭載された高周波信号伝達用セラミック基板に、高速動作ＩＣを搭載するため、放熱性に優れ、  ＩＣの高周波信号入出力用のリードとその同一辺に整列したその他リードは電気長が最短となる形状でセラミック基板に接続するため、高周波特性の劣化はない。また、前記高周波信号よりも低い第一高調波成分の低周波信号リードとその同一辺に整列したその他リードは、該低周波信号リードを持つ辺を囲うよう配置されたガラスエポキシ基板に、リードを凸状に湾曲させた形状でガラスエポキシ基板に接続しているため、熱膨張、熱収縮による熱応力をリードの変形によって吸収し、はんだ付け部の熱疲労劣化を防止し、ガラスエポキシ基板を使用できるためセラミック基板面積の減少によりコスト上昇の抑圧ができる。
【００２６】
また、ベース基板上に高速ＩＣパッケージの近傍にてネジ止めにより固定するため、水平方向のガラスエポキシ基板３の伸縮を抑えることができ、ＩＣパッケージとリード接合部、リードおよび基板のはんだ付け部に与える熱応力を抑圧できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波特性と放熱性に優れ、リードはんだ付け部の熱疲労劣化を防ぎ、コスト上昇を抑圧する高速動作ＩＣの実装を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における全体構造を示す平面図と断面図。
【図２】ＩＣパッケージに脚部を設けた従来例の断面図。
【図３】実施の形態における高速時分割ＩＣとその実装方法の全体構造を示す平面図と断面図。
【図４】低周波信号伝送用基板部に接続する低周波信号入出力用ＩＣリードのフォーミングの形状を示す構成図。
【図５】低周波信号入出力用リード６の形状の温度変化に対応する予測寿命の推定説明図。
【図６】低周波信号入出力用リード６の高周波信号伝送損失シミュレーション結果のグラフ。
【図７】従来例の全体構造を示す平面図と断面図。
【図８】実施の形態におけるヒートブロック２およびセラミック基板１の構成図。
【図９】実施の形態におけるヒートブロック２、セラミック基板１およびガラスエポキシ基板３の構成図。
【図１０】実施の形態におけるヒートブロック２、セラミック基板１およびガラスエポキシ基板３の他の構成図。
【符号の説明】
１…セラミック基板部
２  …ヒートブロック
３  …ガラスエポキシ基板部
４  …ＩＣ（パッケージ部）
５  …ＩＣリード（高周波信号入出力用）
６  …ＩＣリード（低周波信号入出力用）
７  …脚部（従来例）
８  …はんだフィレット
９…ねじ
１０…ベース基板。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003556810.tif 000010
【図１０】
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