JP2010016196A - High-frequency package - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a high-frequency package capable of transmitting a high-frequency signal, and more particularly to a high-frequency package configured to be able to transmit a high-frequency signal via an external connection lead terminal provided at a surface end portion of a base substrate. .
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)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a high frequency package has been used in which an electronic component such as a semiconductor chip is mounted on a base substrate and a high frequency signal can be transmitted between the electronic component and an external substrate. Further, as a structure of the high frequency package, a structure in which a flat type lead terminal is attached is known (for example, see Patent Document 1).
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。
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。
In recent years, in the field of optical communication and the like, a high frequency package capable of transmitting a signal having an extremely high frequency of about several tens of GHz has been demanded. When such a signal with a very high frequency is transmitted via the
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。 Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and in a high-frequency package on which an electronic component that transmits a high-frequency differential signal is mounted, a sufficient stub structure is secured and a stub structure is provided. An object of the present invention is to provide a high-frequency package including a pair of lead terminals that can reduce reflection due to the above and obtain good high-frequency characteristics.
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。 In order to solve the above problems, a high-frequency package according to the present invention includes a base substrate on which an electronic component having a pair of terminals for transmitting a high-frequency differential signal is mounted, and is electrically connected to the pair of terminals, A high-frequency package comprising a pair of pads formed on a surface end portion of a base substrate, a base end portion joined to the pair of pads by brazing, and a pair of lead terminals each having a distal end portion connected externally Each of the pair of lead terminals has a shape bent upward with respect to the pad from the base end portion toward the tip end portion, and has a predetermined height in a region facing the pad. It is characterized in that a brazing material reservoir is formed.
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。 According to the high frequency package of the present invention, the base substrate on which the electronic component that transmits the high frequency differential signal is mounted is provided with a pair of lead terminals that are brazed to a pair of pads on the surface end portion. The lead terminal has a bent shape capable of forming a brazing material reservoir in the lower region. Therefore, the lead terminal can be reliably bonded to the pad due to the presence of the brazing material reservoir, and sufficient brazing strength can be secured, so that castration on the side surface of the base substrate becomes unnecessary. Therefore, formation of a transmission line having a stub structure due to castellation can be avoided, and reflection due to the stub structure can be reduced when a high-frequency differential signal is transmitted, and good high-frequency characteristics can be maintained.
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。 In the present invention, the predetermined height of the brazing material reservoir can be set within a range of 100 μm to 200 μm, for example.
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。 In the present invention, each of the pair of lead terminals has, for example, a first bent portion on the proximal end side and a second bent portion on the distal end portion, and the proximal end portion and the distal end portion The part can be formed to be parallel to the surface of the pad. In this case, the brazing material reservoir can be formed in a lower region between the first bent portion and the second bent portion. Moreover, it can be set as the structure where the said 2nd bending part is located in the vicinity side of the said electronic component rather than the side surface of the said base substrate.
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。 In the present invention, the pair of lead terminals may be disposed between two ground lead terminals connected to the ground. In this case, a pair of coplanar lines for transmitting the high-frequency differential signal between the pair of terminals of the electronic component and the pair of pads can be formed on the base substrate.
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。 According to the present invention, in the high frequency package, a structure is provided in which a pair of lead terminals bent above the base substrate from the base end portion toward the tip end portion are provided, and a brazing material reservoir having a predetermined height is formed in the lower region. Since it is adopted, the brazing strength of the lead terminal can be secured without providing a transmission line with a stub structure. Further, it is possible to prevent the reflection characteristics of the high-frequency differential signal from being deteriorated due to the stub structure, and it is possible to provide a high-frequency package capable of realizing good high-frequency characteristics particularly in a frequency band of about several tens of GHz.
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。
Hereinafter, preferred embodiments of a high-frequency package to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. First, the structure of the high-frequency package of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing a partial structure of the high-
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。
The
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。
Four
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。
Each of the four
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。
FIG. 2 is a schematic plan view of a range including the end portion of the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 2, on the surface of the
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。
On the other hand, vias are not formed at the positions of the pair of
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。
Each of the four
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。
As shown in FIG. 3, the position of the bent portion B <b> 2 of the
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。
In addition, the
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。
As shown in FIG. 2, four
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。
As described above, the high-
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。
Next, transmission characteristics of the high-
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。
As shown in FIG. 4, as the type of the
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。
From the results of FIGS. 4 to 6, among the above five conditions, the flat type condition Sd in the case where the
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。
On the other hand, for the three conditions Sa, Sb, and Sc corresponding to the
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。
In this embodiment, it is estimated that the high frequency characteristics are improved as the height H of the
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。
However, it should be noted that the optimum height H of the
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。
The contents of the present invention have been specifically described above based on the present embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. . For example, in the present embodiment, the case where the
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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。 A base substrate on which an electronic component having a pair of terminals for transmitting a high-frequency differential signal is mounted;
A pair of pads that are electrically connected to the pair of terminals and formed on the surface end of the base substrate;
A pair of lead terminals each having a proximal end portion joined by brazing to the pair of pads and a distal end portion externally connected;
A high frequency package comprising:
Each of the pair of lead terminals has a shape bent upward with respect to the pad from the base end portion toward the tip end portion, and a brazing material reservoir having a predetermined height in a region facing the pad. A high frequency package characterized in that is formed.
The high frequency signal according to claim 6, wherein the base substrate includes a pair of coplanar lines that transmit the high frequency differential signal between a pair of terminals of the electronic component and the pair of pads. package.
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