JP6813263B2 - Wiring boards, semiconductor device packages and semiconductor devices - Google Patents
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Description
本発明は、差動信号を伝送する配線基板、該配線基板を備える半導体素子パッケージおよび半導体装置に関する。 The present invention relates to a wiring board for transmitting a differential signal, a semiconductor element package including the wiring board, and a semiconductor device.
光伝送を利用することで信号通信は、大幅に高速化され、電気信号の伝送も高速化されている。高速化伝送に適した伝送方式として、差動線路伝送方式が用いられる。差動線路方式は、逆位相の高周波信号を一対の伝送線路によって伝送し、伝送先で2つの信号から電位差を検出する。一対の伝送線路による伝送中にノイズが混入しても、電位差を検出することで、混入したノイズがキャンセルされるので、ノイズ耐性の高い信号伝送が実現できる。 By using optical transmission, signal communication has been significantly speeded up, and electrical signal transmission has also been speeded up. A differential line transmission method is used as a transmission method suitable for high-speed transmission. In the differential line system, high-frequency signals having opposite phases are transmitted by a pair of transmission lines, and a potential difference is detected from the two signals at the transmission destination. Even if noise is mixed during transmission by a pair of transmission lines, the mixed noise is canceled by detecting the potential difference, so that signal transmission with high noise immunity can be realized.
一対の差動線路は、誘電体基板上に一定の間隔を空けて平行に配設され、信号が伝送されると、互いに結合して所定のインピーダンスとなるように線路設計される。しかしながら、一対の伝送路の一方端部側と他方端部側とでは、接続される回路や電子部品が異なるので、端部における線路間の間隔を接続先に応じて変更すると、一方端部側と他方端部側とで間隔が異なる場合がある。たとえば、一方端部側での間隔よりも他方端部側での間隔が大きくなる。 The pair of differential lines are arranged in parallel on the dielectric substrate at regular intervals, and when a signal is transmitted, the lines are designed so that they are coupled to each other to have a predetermined impedance. However, since the circuits and electronic components to be connected differ between one end side and the other end side of the pair of transmission lines, if the distance between the lines at the end is changed according to the connection destination, the one end side And the other end side may have different intervals. For example, the distance on the other end side is larger than the distance on the one end side.
特許文献1記載のプリント配線板は、差動伝送線路が拡開する線路開口部において、線路間に帰還電流パターンを設け、差動インピーダンスを整合させた一方端部と他方端部とで差動線路の間隔が異なるプリント配線板としている。
In the printed wiring board described in
高周波差動線路の場合は、2本の信号配線(S)に差動信号を伝送させ、その両側に沿って接地配線(G)を設けることで、差動信号を安定して伝送させている。 In the case of a high-frequency differential line, the differential signal is transmitted to the two signal wirings (S), and the ground wiring (G) is provided along both sides of the two signal wirings (S) to stably transmit the differential signal. ..
このように、高周波差動線路は、G−S−S−Gと並べて配置する場合が多い。これに対し、G−S−G−S−Gと配置する差動線路もある。一端にG−S−S−Gの差動線路を接続し、他端にG−S−G−S−G配置を有する差動線路を接続する場合は、両端部において配線の配置が異なっているのでそのまま接続することができない。 In this way, the high-frequency differential line is often arranged side by side with the GSS-G. On the other hand, there is also a differential line arranged with G-S-G-S-G. When a GSS-SG differential line is connected to one end and a differential line having a GSSGSG arrangement is connected to the other end, the wiring arrangement is different at both ends. I can't connect as it is.
本発明の目的は、高周波信号の伝送特性が良好な差動線路の配置変換機能を有する配線基板、半導体素子パッケージおよび半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wiring substrate, a semiconductor element package, and a semiconductor device having a differential line arrangement conversion function having good transmission characteristics of high-frequency signals.
本発明の一つの態様の配線基板は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方主面に設けられる、差動信号伝送を行う一対の差動信号伝送線路であって、第1端部配線部、第2端部配線部および前記第1端部配線部と前記第2端部配線部とを接続する第1中央配線部を有する第1伝送線路と、前記第1端部配線部に第1の間隔を空けて隣接する第3端部配線部、前記第2端部配線部に前記第1の間隔よりも大きい第2の間隔を空けて配置される第4端部配線部および前記第1中央配線部に沿って設けられる、前記第3端部配線部と前記第4端部配線部とを接続する第2中央配線部を有する第2伝送線路と、からなる一対の差動信号伝送線路と、前記一方主面に、前記第1伝送線路に沿って設けられる第1接地配線と、前記一方主面に、前記第2伝送線路に沿って設けられる第2接地配線と、前記一方主面の、前記第2の間隔に設けられる第3接地配線と、を含むことを特徴とする。 The wiring substrate of one aspect of the present invention is a dielectric substrate and a pair of differential signal transmission lines provided on one main surface of the dielectric substrate for performing differential signal transmission, and is wiring at the first end. A first transmission line having a first central wiring portion for connecting a portion, a second end portion wiring portion, the first end portion wiring portion, and the second end portion wiring portion, and a first transmission line having the first end portion wiring portion. A third end wiring portion adjacent to each other with a gap of 1, a fourth end wiring portion arranged at the second end wiring portion with a second spacing larger than the first spacing, and the first. 1 A pair of differential signal transmissions including a second transmission line having a second central wiring portion for connecting the third end wiring portion and the fourth end wiring portion provided along the central wiring portion. A line, a first ground wiring provided along the first transmission line on the one main surface, a second ground wiring provided along the second transmission line on the one main surface, and the one main surface. It is characterized by including a third ground wiring provided at the second interval on the surface.
上記態様において、前記第1端部配線部、前記第3端部配線部、前記第1中央配線部および前記第2中央配線部は、直線状に設けられ、前記第1中央配線部と前記第2中央配線部との間隔が、前記第1の間隔と同じであるのがよい。 In the above embodiment, the first end wiring portion, the third end wiring portion, the first central wiring portion, and the second central wiring portion are provided in a straight line, and the first central wiring portion and the first central wiring portion are provided. 2 It is preferable that the distance from the central wiring portion is the same as the first distance.
また、上記態様において、第3接地配線は、涙滴形状であり、前記第2端部配線部は、前記第1中央配線部に対して、屈曲して連なる第1屈曲部と、該第1屈曲部に連なるとともに、前記誘電体基板の端部側に位置する第1遊端部とを有し、前記第4端部配線部は、前記第2中央配線部に対して、屈曲して連なる第2屈曲部と、該第2屈曲部に連なるとともに、前記誘電体基板の端部側に位置する第2遊端部とを有しており、前記第1屈曲部、前記第2屈曲部、前記第1遊端部および前記第2遊端部は、前記第3接地配線の形状に沿うように設けられ、前記第1遊端部と前記第2遊端部は、前記第1の間隔より大きく、前記第1屈曲部と前記第2屈曲部との最大の間隔より小さい部分であり、前記第1屈曲部と前記第2屈曲部との最大の間隔は、前記第1遊端部と前記第2遊端部との間隔より大きい部分である。 Further, in the above aspect, the third ground wiring has a teardrop shape, and the second end wiring portion has a first bending portion that is bent and connected to the first central wiring portion, and the first bending portion. It is connected to the bent portion and has a first free end portion located on the end side of the dielectric substrate, and the fourth end wiring portion is bent and connected to the second central wiring portion. It has a second bent portion, a second free end portion connected to the second bent portion and located on the end side of the dielectric substrate, and the first bent portion, the second bent portion, and the like. The first free end portion and the second free end portion are provided so as to follow the shape of the third ground wiring, and the first free end portion and the second free end portion are separated from each other by the first distance. It is a portion that is large and smaller than the maximum distance between the first bent portion and the second bent portion, and the maximum distance between the first bent portion and the second bent portion is the portion between the first free end portion and the second bent portion. It is a portion larger than the distance from the second free end portion.
また、上記態様において、前記第1屈曲部および前記第2屈曲部は、曲線状であるのがよい。 Further, in the above aspect, the first bent portion and the second bent portion are preferably curved.
また、上記態様において、前記第3接地配線は、涙滴形状であるとともに、前記第1屈曲部と前記第2屈曲部との間に位置する第5端部とこの第5端部とは反対側であって、前記第1遊端部と前記第2遊端部との間に位置する第6端部とを有し、前記第5端部から前記第6端部にかけて、配線幅が狭くなり、前記第1屈曲部、前記第2屈曲部、前記第1遊端部および前記第2遊端部は、前記第3接地配線の形状に沿うように設けられるのがよい。 Further, in the above aspect, the third grounding wiring has a teardrop shape, and the fifth end portion located between the first bent portion and the second bent portion is opposite to the fifth end portion. It has a sixth end portion located between the first free end portion and the second free end portion on the side, and the wiring width is narrow from the fifth end portion to the sixth end portion. Therefore, the first bent portion, the second bent portion, the first free end portion, and the second free end portion are preferably provided so as to follow the shape of the third grounding wiring.
また、上記態様において、前記第5端部に接続され、前記誘電体基板に埋設された接地ビア導体をさらに含むのがよい。 Further, in the above aspect, it is preferable to further include a ground via conductor connected to the fifth end portion and embedded in the dielectric substrate.
また本発明の一つの態様の半導体素子パッケージは、半導体素子が載置される載置領域を含む主面を有する板状の基体と、前記載置領域を囲むように前記主面に設けられる枠部材と、上記の配線基板であって、前記第1端部配線部および前記第3端部配線部が前記枠部材の外部または内部に配置され、前記第2端部配線部および前記第4端部配線部が前記枠部材の内部または外部に配置されるように、前記枠部材を貫通して設けられる配線基板と、を備えることを特徴とする。 Further, the semiconductor element package according to one aspect of the present invention includes a plate-shaped substrate having a main surface including a mounting region on which the semiconductor element is mounted, and a frame provided on the main surface so as to surround the previously described mounting region. The member and the wiring board, the first end wiring portion and the third end wiring portion are arranged outside or inside the frame member, and the second end wiring portion and the fourth end are arranged. It is characterized by including a wiring board provided so as to penetrate the frame member so that the wiring portion is arranged inside or outside the frame member.
また本発明の一つの態様の半導体装置は、上記の半導体素子パッケージと、前記載置領域に載置された半導体素子と、一対の差動信号伝送線路、前記第1接地配線、前記第2接地配線および前記第3接地配線と、前記半導体素子とを電気的に接続する接続部材と、を備えることを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to one aspect of the present invention includes the above-mentioned semiconductor element package, the semiconductor element mounted in the above-described region, a pair of differential signal transmission lines, the first grounded wiring, and the second grounded. It is characterized by including wiring, the third grounded wiring, and a connecting member for electrically connecting the semiconductor element.
本発明の一つの態様の配線基板によれば、差動信号伝送を行う一対の差動信号伝送線路の両側に第1接地配線と第2接地配線とが設けられ、第2端部配線部と第4端部配線部との間に第3接地配線が設けられる。これにより、一方側が接地配線−信号配線−信号配線−接地配線との並びであり、他方側が接地配線−信号配線−接地配線−信号配線−接地配線との並びであるような場合でも、インピーダンスの変動などによる反射や損失を抑制して高周波信号の伝送特性を良好に変換する配線基板を提供することができる。 According to the wiring board of one aspect of the present invention, the first grounded wiring and the second grounded wiring are provided on both sides of the pair of differential signal transmission lines for performing the differential signal transmission, and the second end wiring portion and the wiring portion. A third ground wire is provided between the wire and the fourth end wiring section. As a result, even if one side is a line of ground wiring-signal wiring-signal wiring-ground wiring and the other side is a line of ground wiring-signal wiring-ground wiring-signal wiring-ground wiring, the impedance It is possible to provide a wiring substrate that suppresses reflection and loss due to fluctuations and the like to satisfactorily convert the transmission characteristics of high-frequency signals.
上記態様において、第1端部配線部、第3端部配線部、第1中央配線部および第2中央配線部が、直線状に設けられ、第1中央配線部と第2中央配線部との間隔が、第1の間隔と同じであると、第1端部配線部から第1中央配線部、第3端部配線部から第2中央配線部において高周波インピーダンスを一定のものとできる。 In the above embodiment, the first end wiring portion, the third end wiring portion, the first central wiring portion, and the second central wiring portion are provided in a straight line, and the first central wiring portion and the second central wiring portion are connected to each other. When the interval is the same as the first interval, the high frequency impedance can be made constant from the first end wiring portion to the first central wiring portion and from the third end wiring portion to the second central wiring portion.
また、上記態様において、第2端部配線部は、第1中央配線部に対して、屈曲して連なる第1屈曲部と、この第1屈曲部に連なる第1遊端部とを有し、第4端部配線部は、第2中央配線部に対して、屈曲して連なる第2屈曲部と、この第2屈曲部に連なる第2遊端部とを有していると、第1遊端部および第2遊端部の間隔を第1中央配線部および第2中央配線部の間隔と異なるものとすることができる。 Further, in the above aspect, the second end wiring portion has a first bent portion that is bent and connected to the first central wiring portion, and a first free end portion that is connected to the first bent portion. When the fourth end wiring portion has a second bent portion that is bent and connected to the second central wiring portion and a second free end portion that is connected to the second bent portion, the first play The distance between the end portion and the second free end portion can be different from the distance between the first central wiring portion and the second central wiring portion.
また、上記態様において、第1屈曲部および第2屈曲部が曲線状であると、第1屈曲部および第2屈曲部における高周波インピーダンス変動を低減させることができる。 Further, in the above aspect, when the first bent portion and the second bent portion are curved, the high frequency impedance fluctuation in the first bent portion and the second bent portion can be reduced.
また、上記態様において、第3接地配線は、第1屈曲部と第2屈曲部との間に位置する第5端部とこの第5端部とは反対側の第6端部とを有し、第5端部から第6端部にかけて、配線幅が狭くなり、第1屈曲部、第2屈曲部、第1遊端部および第2遊端部は、第3接地配線の形状に沿うように設けられると、高周波インピーダンスの変動を低減させながら第1遊端部および第2遊端部の間隔が狭い配置にすることができる。 Further, in the above aspect, the third ground wiring has a fifth end portion located between the first bent portion and the second bent portion and a sixth end portion on the opposite side to the fifth end portion. , The wiring width becomes narrower from the 5th end to the 6th end, and the first bent portion, the second bent portion, the first free end portion and the second free end portion follow the shape of the third ground wiring. If it is provided in, the distance between the first free end portion and the second free end portion can be narrowed while reducing the fluctuation of the high frequency impedance.
また、上記態様において、第5端部に接続され、誘電体基板に埋設された接地ビア導体をさらに含むと、第3接地配線の接地電位を安定させることができる。 Further, in the above aspect, if the grounding via conductor connected to the fifth end portion and embedded in the dielectric substrate is further included, the grounding potential of the third grounding wiring can be stabilized.
また本発明の一つの態様の半導体素子パッケージによれば、上記の配線基板を備えるので、高周波信号の伝送特性が良好な半導体素子パッケージを実現できる。 Further, according to the semiconductor element package of one aspect of the present invention, since the above wiring board is provided, a semiconductor element package having good high frequency signal transmission characteristics can be realized.
また本発明の一つの態様の半導体装置によれば、上記の半導体素子パッケージを備えるので、高周波信号の伝送特性が良好な半導体装置を実現できる。 Further, according to the semiconductor device of one aspect of the present invention, since the above-mentioned semiconductor element package is provided, it is possible to realize a semiconductor device having good transmission characteristics of high frequency signals.
図1は、本発明の実施形態である配線基板1を示す斜視図である。また、図2は配線基板1の他方端部付近の部分拡大平面図である。配線基板1は、誘電体基板2と、一対の差動信号伝送路3,4と、第1接地配線5と、第2接地配線6と、第3接地配線7と、接地導体層8とを含む。以下、図1および図2を参照しながら配線基板1について説明する。
FIG. 1 is a perspective view showing a
誘電体基板2は、誘電体材料からなる基板である。この誘電体基板2の一方主面2aに、一対の差動信号伝送路3,4、第1接地配線5、第2接地配線6および第3接地配線7の各配線と、接地導体層8とが設けられる。接地導体層8は、誘電体基板2の他方主面にも設けてもよい。また、他方主面に設ける代わりに誘電体基板2の内層に内層接地導体層10として設けてもよい。
The
誘電体材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。 The dielectric material includes, for example, a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body, a mulite sintered body, a silicon carbide sintered body, an aluminum nitride material sintered body or a silicon nitride material sintered body, or a glass ceramic. Materials can be used.
一対の差動信号伝送線路3,4は、誘電体基板2の一方主面2aに設けられており、差動信号の伝送を行う。一対の差動信号伝送線路3,4は、第1伝送線路3と第2伝送線路4とからなり、互いに結合するペア配線である。
The pair of differential
第1伝送線路3は、一方端部側の第1端部配線部3a、他方端部側の第2端部配線部3bおよび第1端部配線部3aと第2端部配線部3bとを接続する第1中央配線部3cを有する。
The
第2伝送線路4は、一方端部側の第3端部配線部4a、他方端部側の第4端部配線部4bおよび第3端部配線部4aと第4端部配線部4bとを接続する第2中央配線部4cを有する。第3端部配線部4aは、第1端部配線部3aに第1の間隔を空けて隣接しており、第4端部配線部4bは、第2端部配線部3bに第1の間隔よりも大きい第2の間隔を空けて配置される。すなわち、一対の差動信号伝送線路3,4は、一方端部側における両配線の間隔よりも、他方端部側における両配線の間隔のほうが広くなっている。
The
また、第2伝送線路4は、第1中央配線部3cに沿って設けられ、第3端部配線部4aと第4端部配線部4bとを接続する第2中央配線部4cを有する。
Further, the
誘電体基板2の一方主面2aには、第1伝送線路3に沿って設けられる第1接地配線5と、第2伝送線路4に沿って設けられる第2接地配線6と、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bとの間の第2の間隔に第3接地配線7が設けられる。第3接地配線7は、他方端部側から第1伝送線路3および第2伝送線路4の間に設けられる。また、第3接地配線7は、他方端部側から一方端部側に延びる第1伝送線路3および第2伝送線路4に沿うように第1伝送線路3および第2伝送線路4の途中まで延びている。
On one
誘電体基板2の一方主面2aに設けられた各配線は、一方端部側において、第1接地配線5−第1伝送線路3−第2伝送線路4−第2接地配線6(GSSG)と並んでいるのに対し、他方端部側では、第1接地配線5−第1伝送線路3−第3接地配線7−第2伝送線路4−第2接地配線6(GSGSG)と並んでいる。第3接地配線7を第1伝送線路3と第2伝送線路4との間に設けることで、一対の差動信号伝送線路3,4において、一方端部側ではGSSG構成であり、他方端部側ではGSGSG構成であり、異なる端部構成に対応することができる。
The wiring provided on one
一対の差動信号伝送線路3,4は、互いに結合しながら高周波信号を伝送するので、第1伝送線路3と第2伝送線路4は、線路幅、導体厚み、線路長(電気長)をほぼ同じとし、さらに第1伝送線路3と第2伝送線路4との間隔を一定とすることが好ましい。本実施形態では、第1端部配線部3a、第3端部配線部4a、第1中央配線部3cおよび第2中央配線部4cは、いずれもが直線状に設けられており、第1端部配線部3aと第3端部配線部4aの間隔と、第1中央配線部3cと前記第2中央配線部4cとの間隔を同じとしている。第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bにおいては、線路間隔が第1端部配線部3a、第1中央配線部3c、第3端部配線部4aおよび第2中央配線部4cにおける線路間隔よりも広い。なお、第1伝送線路3および第2伝送線路4を簡易的に直線状に表したが、曲線状にして配線基板1上の所定位置に引き回すことができることは言うまでもない。
Since the pair of differential
他方端部側では、GSGSG構成とするために、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bとの間隔である第2の間隔を第1端部配線部3aと第3端部配線部4aとの間隔である第1の間隔よりも大きくし、その間に第3接地配線7を設けている。第2の間隔は、第3接地配線7を設けることができる最短の間隔とすることができる。このとき、第2端部
配線部3bと第4端部配線部4bとは、その線路幅、導体厚み、線路長を同じとし、さらに第2端部配線部3bと第3接地配線7との間隔および第4端部配線部4bと第3接地配線7との間隔を同一とする。
On the other end side, in order to form a GNDSG configuration, the second interval, which is the interval between the second
第2端部配線部3bと第4端部配線部4bにおいて、第1の間隔よりも第2の間隔を広げることにより、第1接地配線5および第2接地配線6の間隔も広がるので、第1接地配線5および第2接地配線6との静電容量が低下し、インピーダンスが増加する傾向になる。よって、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bでは、伝送方向に向かって直交する方向の幅を広くし、第1接地配線5および第2接地配線6との静電容量を増加させることにより、インピーダンスを低下させる必要があった。これにより、配線基板1は、第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bを誘電体基板2の他方端部側に高密度に配置することが困難になった。さらに、第1中央配線部3cと第2端部配線部3bとの接続部、および第2中央配線部4cと第4端部配線部4bとの接続部において、伝送方向に向かって直交する方向における伝送線路の幅が変化することにより、反射損失や挿入損失が増加するとともに周波数共振が生じる虞があった。
In the second
これに対して本発明では、配線基板1は、第1の間隔よりも第2の間隔を広げるように設けられた第2端部配線部3bと第4端部配線部4bとの間に第3接地配線7を設けることにより、伝送方向に向かって直交する方向における、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bの幅を広げることなく静電容量を増加させ、インピーダンスを低下させることができる。さらに、配線基板1は、第1中央配線部3cと第2端部配線部3bとの接続部、および第2中央配線部4cと第4端部配線部4bとの接続部における伝送線路の反射損失や挿入損失の増加、および周波数共振の発生を抑制することができる。
On the other hand, in the present invention, the
上記のように本実施形態では、第3接地配線7を設けるために、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bとの間隔を第1端部配線部3aと第3端部配線部4aとの間隔よりも大きくしている。具体的には、第2端部配線部3bは、第1中央配線部3cに対して屈曲して連なる第1屈曲部30aと、この第1屈曲部30aに連なる第1遊端部30bとを有し、第4端部配線部4bは、第2中央配線部4cに対して屈曲して連なる第2屈曲部40aと、この第2屈曲部40aに連なる第2遊端部40bとを有する。
As described above, in the present embodiment, in order to provide the
第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとが、少なくとも互いに離反する部分を有することで、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bとの間隔を大きくし、第3接地配線7を設けている。第3接地配線7は、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとの間に位置する第5端部7aと、この第5端部7aとは反対側の第6端部7bとを有する。第6端部7bは誘電体基板2の他方端部側に位置する。第3接地配線7は、高周波特性を劣化させない配線形状とされる。また、第3接地配線7は、接地電位とするため、接地導体に接続される。例えば、第3接地配線7は、第5端部7aにおいてビア導体により、接地導体に接続された内層接地導体層10や、誘電体基板2の他方主面に設けられた接地導体層8と電気的に接続される。
By having the first
第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとは、インピーダンスの変動を低減するとともに、反射損失や挿入損失等の周波数特性を改善するために、伝送線路の幅および第3接地配線7との間隔を一定とする。また、第2端部配線部3bと第3接地配線7および第4端部配線部4bと第3接地配線7との静電容量の制御幅を大きくするために、第1屈曲部30aおよび第2屈曲部40aを互いに離反する方向に凸状の曲線とする。そうすると、第3接地配線7の形状は、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aの形状に沿ったものとなる。
The width of the transmission line and the distance between the first
第1屈曲部30aと第2屈曲部40aは、伝送線路の幅を大きく変化させたり、鋭角な角部を設けると、挿入損失や反射損失が大きくなり、周波数共振も生じる。したがって、
第1屈曲部30aと第2屈曲部40aは、伝送線路の幅および第3接地配線7との間隔を一定かつ曲線状とすることが好ましい。
If the width of the transmission line of the first
It is preferable that the width of the transmission line and the distance between the first
本実施形態では、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとが、互いに離反する方向に凸状の円弧形状としている。円弧形状の第1屈曲部30aと第2屈曲部40aには、それぞれ第1遊端部30bと第2遊端部40bが接続される。第1遊端部30bと第2遊端部40bには、一対の差動信号伝送線路3,4と半導体素子11等を電気的に接続する機能を有するボンディングワイヤ12等の接続部材が接続される。第1遊端部30bと第2遊端部40bは、誘電体基板2の他方端部側に平行に延びて設けられる。
In the present embodiment, the first
第1遊端部30bと第2遊端部40bとの間には、第1遊端部30bと第2遊端部40bとの間隔を保ち第3接地配線7の第6端部7bが配置される。このような、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bおよび第1遊端部30bと第2遊端部40bの形状に応じて第3接地配線7は、第5端部7aの形状が略円形状であり、第6端部7bにかけて配線幅が狭くなっている。第3接地配線7は、配線基板1の平面上視においていわゆる涙滴状の形状を成している。
The
第1遊端部30bと第2遊端部40bとの間隔は、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとの間隔よりも小さいが、第1端部配線部3aと第3端部配線部4aとの間隔よりも大きい。本実施形態において、第1伝送線路3および第2伝送線路4は、第1中央配線部3cおよび第2中央配線部4cとの接続部分から誘電体基板2の他方端部側に向けて、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとが互いに離反するように間隔を広げ、その後、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとは互いに近接するようにして第1遊端部30bおよび第2遊端部40bに接続される。
The distance between the first
第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとは、その間に第3接地配線7が設けられればよいので、誘電体基板2の他方端部側に向かって互いに離反し、そのまま互いに近接することなく同じ間隔を保持したまま、第1遊端部30bと第2遊端部40bに連なり、平行に配設されてもよい。その場合、第1遊端部30bと第2遊端部40bとの間隔が比較的大きくなるとともに、第1遊端部30bと第2遊端部40bとの間に配置される第3接地配線7の第6端部7bにおける、線路幅が大きくなる。
Since the first
第1遊端部30b、第2遊端部40bおよび第3接地配線7の第6端部7bは、半導体素子11やマウント部材15に設けられた配線導体とボンディングワイヤ12などの接続部材で接続される部分である。
The first
ボンディングワイヤ12は、伝送線路の直径が長さに対して小さく、インダクタンス成分が大きくなる。また、周辺に電磁結合できる導体がないと、容量成分が小さくなる。したがって、高周波インピーダンスが伝送線路に比べて高くなり、第1遊端部30bおよび第2遊端部40bからボンディングワイヤ12を伝送する高周波信号の伝送特性が劣化する傾向がある。
In the
周辺に誘電体が存在せずとも、ボンディングワイヤ12は、伝送線路と同様に互いに電磁結合し、ボンディングワイヤ12同士の距離が小さいほど電磁結合が強くなる。本実施形態は、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとが、伝送方向に向かって一旦互いに離反したのち、近接するように設けられていることにより、第1遊端部30b、第2遊端部40bおよび第3接地配線7の第6端部7bの間隔を比較的小さくできる。したがって、これらボンディングワイヤ12等の接続部材同士の間の距離を小さくすることができ、電磁結合を強くすることができる。これによりボンディングワイヤ12等の接続部材におけるインピーダンスが高くなることを抑制し、ボンディングワイヤ12における伝送特性の劣化を抑制することができる。
Even if there is no dielectric in the periphery, the
第2端部配線部3bと第4端部配線部4bは、第1伝送線路3と第2伝送線路4の高周波伝送特性を劣化させる部分であるので、第2端部配線部3bと第4端部配線部4bの長さは、第1伝送線路3と第2伝送線路4の全長において、例えば、5〜30%とすることが好ましい。
Since the second
接地導体層8は、誘電体基板2の一方主面2aの、差動信号伝送線路3,4の延びる方向に直交する方向端部、および誘電体基板2の他方主面または内層に設けられるベタ導体層である。なお他方主面に設ける代わりに、誘電体基板2の内層に内層接地導体層10として設けてもよい。接地導体層8および内層接地導体層10は、接地導体に電気的に接続され、差動信号伝送線路3,4の接地電位(基準電位)となる。
The
一対の差動信号伝送線路3,4、第1接地配線5、第2接地配線6および第3接地配線7の各配線と、接地導体層8は、金、銀、銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびマンガンなどの金属材料からなり、誘電体基板2の表層にメタライズ層やめっき層等の形態で同時焼成されたり、金属めっきされてなる。また、金属材料の線材が所定の形状に加工されて作製され、誘電体基板2の表層に設けられためっき層にろう材等の接合材を介して接合されたものでもよく、例えば誘電体基板2との同時焼成が可能な金属材料に限らず、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属合金が所定の配線形状に加工され、誘電体基板2の表層に設けられためっき層にろう材で接合されたものも使用できる。
The pair of differential
誘電体基板2が、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製することができる。まず酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形して矩形シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を1300〜1600℃の温度で焼成することによって誘電体基板2を作製することができる。なお、セラミックグリーンシートは必ずしも複数層を積層する必要はなく、誘電体基板2としての機械的な強度等の点で支障がなければ、1層のみでも構わない。
When the
また、誘電体基板2が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、各配線と、接地導体層8は、例えばタングステンを含んでなり、次のようにして作製することができる。タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体基板2となるセラミックグリーンシートの表面(主面)に、所定のパターン形状となるように、スクリーン印刷法等の方法で印刷する。その後、これらのセラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成する方法で、各配線と、接地導体層8を形成することができる。
When the
また、各配線が層間接続導体を含んでいても良く、上記と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。層間接続導体の場合には、予め誘電体基板2となるセラミックグリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を設けておいて、この貫通孔内に金属ペーストを充填し、セラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成すればよい。
Further, each wiring may include an interlayer connection conductor, and can be formed by the same method using the same metal material as described above. In the case of an interlayer connection conductor, a through hole penetrating in the thickness direction is provided in advance in the ceramic green sheet to be the
次に配線基板1を備える半導体素子パッケージ100および半導体装置200について説明する。
Next, the
図3は、配線基板1を備える半導体素子パッケージ100を示す斜視図である。図4は、半導体素子パッケージ100の平面図である。図5は、図4の切断面線A−Aにおける半導体素子パッケージ100の断面図である。図6は、配線基板1近傍の拡大断面図である。図7は、半導体装置200を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a
半導体素子パッケージ100は、配線基板1と基体20と枠部材30とを備える。半導体素子パッケージ100は、その内部に半導体素子11を収納し、半導体素子に電気信号を入出力するこができる機能を有する半導体装置200を構成するものである。
The
本実施形態では、半導体素子パッケージ100に収納される半導体素子11は、発光素子であるLD(レーザダイオード)を例としている。
In the present embodiment, the
基体20は、矩形板状に形成されており、一方主面2aに半導体素子11を載置可能な載置領域を有している。この載置領域は、半導体素子パッケージ100に収納される半導体素子11を載置し、半導体素子を基体20の表面に固定するための領域である。
The
本実施形態の基体20は、複数の絶縁性基板を積層することにより作製される。そして、基体20の載置領域上に半導体素子11が載置される。絶縁性基板としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。
The
基体20の作製方法の一例を説明する。上記材料のガラス粉末およびセラミック粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合部材を作製する。この混合部材をシート状に成形することにより複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を作製する。積層体を約1600度の温度で焼成することにより基体20が作製される。
An example of a method for producing the
なお、基体20としては、複数の絶縁性基板が積層された構成に限られるものではない。一つの絶縁性基板により基体20が構成されていてもよい。また、基体20として、少なくとも半導体素子11が載置される載置領域の部分に高い絶縁性を有していることが求められることから、例えば、金属基板の少なくとも載置領域上に絶縁性基板を積層した構成としてもよい。特に、基体20に対して高い放熱性が求められる場合、金属部材は高い放熱性を有していることから、基体20がこのような構成であることが好ましい。金属基板上に絶縁性基板を積層した構成とすることで、基体20の放熱性を高めることができる。
The
金属基板材料としては、具体的には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンのような金属、あるいはこれらの金属の合金、たとえば銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、鉄−ニッケル−コバルト合金などを用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって基体20を構成する金属基板を作製することができる。
Specific examples of the metal substrate material include metals such as iron, copper, nickel, chromium, cobalt, molybdenum or tungsten, or alloys of these metals such as copper-tungsten alloy, copper-molybdenum alloy and iron-nickel. -A cobalt alloy or the like can be used. A metal substrate constituting the
作製した金属基板の載置領域上に、別途作製した絶縁性基板をろう材などの接合材で接合して基体20を得る。
A
枠部材30は、平面視において基体20の載置領域を取り囲んで基体20の一方主面に設けられている。枠部材30は、載置領域を取り囲んでいればよく、枠部材30の内側において、載置領域は、中央部分にあってもよく、その他の部分にあってもよい。また、基体20は、本実施形態のように、基体20の主面が枠部材30よりも大きく、延出する部分があってもよく、枠部材30とほぼ同じ外形状を有していてもよい。
The
枠部材30は、金属材料からなり、例えば、基体20と同様の鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属部材、あるいはこれらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに切削加工法、金型加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって金属部材からなる枠部材30を作製することができる。また、枠部材30としてセラミック材料を用いてもよい。また、枠部材30は、一種の材料からなっていてもよいが、複数種の材料が積層された構造であってもよい。
The
また、本実施形態として、半導体素子にLDやPD等の光半導体素子、またはLN変調素子等を用いる場合には、枠部材30には、光が透過するための貫通孔31が設けられている。貫通孔31に光ファイバの入出力端部を挿通し、半導体素子11から出射される光を光ファイバに入力してもよく、光ファイバから出射される光を半導体素子11に入力してもよい。また、光ファイバの入出力端部を貫通孔31の外方で固定し、半導体素子11から出射される光を、貫通孔31を透過させて外部の光ファイバに入力してもよく、光ファイバから出射される光を半導体素子11に入力してもよい。
Further, in the present embodiment, when an optical semiconductor element such as LD or PD, an LN modulation element, or the like is used as the semiconductor element, the
枠部材30の側壁には長孔が形成され、この長孔を塞ぐように配線基板1が枠部材30の側壁を貫通して設けられる。配線基板1は、枠部材30の枠内から枠外へまたは枠外から枠内へと電気信号を入出力させる。配線基板1の第1端部配線部3aおよび第3端部配線部4aが枠部材30の外部に配置され、第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bが枠部材30の内部に配置される。内部に配置された第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bは、基体20の載置領域に載置された半導体素子11と枠内で接続部材によって電気的に接続される。第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bと半導体素子11との間に、例えばドライバ回路等が接続される場合もある。配線基板1の第1端部配線部3aおよび第3端部配線部4aは、外部のフレキシブル基板などの外部回路と電気的に接続する。
An elongated hole is formed in the side wall of the
なお、配線基板1は上述実施形態とは反対に、第1端部配線部3aおよび第3端部配線部4aが枠部材30の内部に配置され、第2端部配線部3bおよび第4端部配線部4bが枠部材30の外部に配置されるように設けられてもよい。
Contrary to the above-described embodiment, the
半導体素子11と配線基板1との接続は、例えば、ボンディングワイヤ12によって行なわれる。
The connection between the
半導体素子パッケージ100は、蓋部材を備えていてもよい。蓋部材は、枠部材30の上面にろう材などの接合材によって固定される。半導体装置200を組み立てる場合、基体20の載置領域に半導体素子11を載置して基体20に固定し、半導体素子11と配線基板1とを電気的に接続するとともに、半導体素子11が光半導体素子の場合には、半導体素子11との間で光信号が入出力されるように光ファイバを貫通孔31に固定する。その後、蓋部材を枠部材30に固定する。蓋部材の枠部材30への固定は、たとえばシーム溶接などによって行う。
The
蓋部材は、半導体装置200の内部に水分や微粒子などの侵入を防止できるものであればよく、枠部材30と同様の金属材料やセラミックス材料などを板状に加工、成形したものを用いることができる。
The lid member may be any as long as it can prevent moisture, fine particles, etc. from entering the inside of the
ここで、例えば、半導体素子11が光半導体素子の場合、半導体素子11は、光ファイバの光軸上に配置する必要があるので、基体20に半導体素子11を直接載置せず、マウント部材15を基体20の載置領域に固定し、このマウント部材15を介して載置することが好ましい。マウント部材15は、絶縁性を有する材料であればよく、基体20で説明
した絶縁性基板と同様のセラミックス材料などを用いることができる。
Here, for example, when the
図6に示すように、配線基板1は、第3接地配線7の第5端部7aに接続され、誘電体基板2に埋設された接地ビア導体9および接地ビア導体9に、誘電体基板2内部で接続する内部接地導体層10をさらに有していてもよい。第1中央配線部3cおよび第2中央配線部4cとの接続部分から伝送方向に向かって、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aとが互いに離反し始める箇所では、第3接地配線7との距離を近付けることが難しく、結合が弱くなりインピーダンスが高くなる部分が生じてしまう。接地ビア導体9は、第5端部7aに接続される位置に埋設されることで、第1屈曲部30aと第2屈曲部40aと電界結合しインピーダンスが高くなることを抑制することができる。
As shown in FIG. 6, the
上記の半導体装置200は、半導体素子11として発光素子を収納した構成であるが、本発明の半導体装置は、これに限らず半導体素子11として受光素子であるPD(フォトダイオード)を収納した構成であってもよい。
The above-mentioned
半導体素子11である受光素子は、光ファイバから出射された光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は配線基板1を介して外部に出力される。外部の制御部は、半導体装置から出力された電気信号に応じた処理を実行する。
The light receiving element, which is the
なお、本実施例に示す配線基板1は、光半導体素子ではない、LN変調素子、信号処理用演算素子、その他の高周波半導体素子を収納するパッケージに用いることもできる。
The
1 配線基板
2 誘電体基板
2a 一方主面
3 第1伝送線路
3a 第1端部配線部
3b 第2端部配線部
3c 第1中央配線部
4 第2伝送線路
4a 第3端部配線部
4b 第4端部配線部
4c 第2中央配線部
5 第1接地配線
6 第2接地配線
7 第3接地配線
7a 第5端部
7b 第6端部
8 接地導体層
9 接地ビア導体
10 内部接地導体層
11 半導体素子
15 マウント部材
20 基体
30 枠部材
31 貫通孔
30a 第1屈曲部
30b 第1遊端部
40a 第2屈曲部
40b 第2遊端部
100 半導体素子パッケージ
200 半導体装置
1
Claims (5)
前記誘電体基板の一方主面に設けられる、差動信号伝送を行う一対の差動信号伝送線路であって、
第1端部配線部、第2端部配線部および前記第1端部配線部と前記第2端部配線部とを接続する第1中央配線部を有する第1伝送線路と、
前記第1端部配線部に第1の間隔を空けて隣接する第3端部配線部、前記第2端部配線部に前記第1の間隔よりも大きい第2の間隔を空けて配置される第4端部配線部および前記第1中央配線部に沿って設けられる、前記第3端部配線部と前記第4端部配線部とを接続する第2中央配線部を有する第2伝送線路と、からなる一対の差動信号伝送線路と、
前記一方主面に、前記第1伝送線路に沿って設けられる第1接地配線と、
前記一方主面に、前記第2伝送線路に沿って設けられる第2接地配線と、
前記一方主面の、前記第2の間隔に設けられ、前記第2端部配線部から前記第1端部配線部に向かう涙滴形状である第3接地配線と、を含んでおり、
前記第1端部配線部、前記第3端部配線部、前記第1中央配線部および前記第2中央配線部は、直線状に設けられ、前記第1中央配線部と前記第2中央配線部との間隔が、前記第1の間隔と同じであり、
前記第2端部配線部は、前記第1中央配線部に対して、屈曲して連なる第1屈曲部と、該第1屈曲部に連なるとともに、前記誘電体基板の端部側に位置する第1遊端部とを有し、
前記第4端部配線部は、前記第2中央配線部に対して、屈曲して連なる第2屈曲部と、該第2屈曲部に連なるとともに、前記誘電体基板の端部側に位置する第2遊端部とを有しており、
前記第1屈曲部、前記第2屈曲部、前記第1遊端部および前記第2遊端部は、前記第3接地配線の形状に沿うように設けられ、
前記第1遊端部と前記第2遊端部は、前記第1の間隔より大きく、前記第1屈曲部と前記第2屈曲部との最大の間隔より小さい部分であり、
前記第1屈曲部と前記第2屈曲部との最大の間隔は、前記第1遊端部と前記第2遊端部との間隔より大きい部分であることを特徴とする配線基板。 Dielectric substrate and
A pair of differential signal transmission lines provided on one main surface of the dielectric substrate for transmitting differential signals.
A first transmission line having a first end wiring portion, a second end wiring portion, a first central wiring portion connecting the first end wiring portion and the second end wiring portion, and a first transmission line.
The third end wiring portion adjacent to the first end wiring portion with a first interval is arranged, and the second end wiring portion is arranged with a second interval larger than the first interval. A second transmission line having a second central wiring portion for connecting the third end wiring portion and the fourth end wiring portion, which is provided along the fourth end wiring portion and the first central wiring portion. A pair of differential signal transmission lines consisting of,
A first grounded wiring provided along the first transmission line on one of the main surfaces,
A second ground wire provided along the second transmission line on one of the main surfaces,
It includes a third grounding wiring provided at the second interval on one of the main surfaces and having a teardrop shape from the second end wiring portion to the first end wiring portion.
The first end wiring portion, the third end wiring portion, the first central wiring portion, and the second central wiring portion are provided in a straight line, and the first central wiring portion and the second central wiring portion are provided. The interval with and is the same as the first interval,
The second end wiring portion is connected to the first bent portion and the first bent portion which is bent and connected to the first central wiring portion, and is located on the end side of the dielectric substrate. It has one free end and
The fourth end wiring portion is connected to the second bent portion and the second bent portion which is bent and connected to the second central wiring portion, and is located on the end side of the dielectric substrate. It has two free ends and
The first bent portion, the second bent portion, the first free end portion, and the second free end portion are provided so as to follow the shape of the third ground wiring.
The first free end portion and the second free end portion are portions that are larger than the first free end portion and smaller than the maximum distance between the first bent portion and the second bent portion.
A wiring board characterized in that the maximum distance between the first bent portion and the second bent portion is larger than the distance between the first free end portion and the second free end portion.
前記載置領域を囲むように前記主面に設けられる枠部材と、
請求項1〜3のいずれか1つに記載の配線基板であって、前記第1端部配線部および前記第3端部配線部が前記枠部材の外部または内部に配置され、前記第2端部配線部および前記第4端部配線部が前記枠部材の内部または外部に配置されるように、前記枠部材を貫通して設けられる配線基板と、を備えることを特徴とする半導体素子パッケージ。 A plate-shaped substrate having a main surface including a mounting area on which a semiconductor element is mounted,
A frame member provided on the main surface so as to surround the above-mentioned placement area,
The wiring board according to any one of claims 1 to 3, wherein the first end wiring portion and the third end wiring portion are arranged outside or inside the frame member, and the second end. A semiconductor device package comprising: a wiring board provided so as to penetrate the frame member so that the portion wiring portion and the fourth end portion wiring portion are arranged inside or outside the frame member.
前記載置領域に載置された半導体素子と、
一対の差動信号伝送線路、前記第1接地配線、前記第2接地配線および前記第3接地配線と、前記半導体素子とを電気的に接続する接続部材と、を備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device package according to claim 4 and
Semiconductor devices mounted in the above-mentioned placement region,
A semiconductor device including a pair of differential signal transmission lines, the first grounded wiring, the second grounded wiring, the third grounded wiring, and a connecting member for electrically connecting the semiconductor element. ..
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