JP6813263B2 - 配線基板、半導体素子パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

特開２００７−３２４５１１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 図１に示す配線基板１の要部拡大平面図である。 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。 半導体素子パッケージ１００の平面図である。 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。 配線基板１近傍の拡大断面図である。 半導体装置２００を示す斜視図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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、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。
2. 前記第１屈曲部および前記第２屈曲部は、曲線状であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記第３接地配線は、前記第１端部配線部側の端部に接続され、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ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の配線基板。
4. 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、
   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。
5. 請求項４に記載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半導体装置。

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