JP5100302B2

JP5100302B2 - 高周波半導体用パッケージ

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Publication number: JP5100302B2
Application number: JP2007269269A
Authority: JP
Inventors: 修森谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: JP2009099735A

Description

本発明は、熱膨張に対する耐久性を向上させた高周波半導体用パッケージに関する。

従来の高周波半導体用パッケージは、直方体形状のキャップと、板状の底面部とを半田や接着剤によって接着して形成されていた。この直方体形状のキャップは平面のみによって形成されており、キャップと底面部を形成する材質の熱膨張率が異なると、キャップに歪みが生じて亀裂が発生するという問題点があった。この問題点は、例えば１０〜１００W以上の電力を消費する電力半導体用のパッケージにおいて顕著に現れる。

通常底面部は接地を取る必要から銅などの金属を用いる。そこで、パッケージを底面部の金属と熱膨張率の近い金属により形成することが考えられる。しかし、銅は高価な上、酸化防止のため、また、高周波特性維持のために金メッキ等の処理を行なう必要となる。このため、この方法は製造コストが上昇すると言う問題点がある。

一方、柔軟性に富む樹脂は材質の経年変化が大きく、また耐熱性も弱い。このため、キャップの材質としてセラミックスを用いることが多いが、セラミックスは金属と熱膨張率が大きく異なり、熱膨張によりキャップに亀裂が生じることがある。

この点に関し、熱伝導率に優れた材質を調製し、この材質によって放熱基板を設けた高周波トランジスタパッケージが提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−１２１６３９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、新たに熱伝導率の優れた材質を調製する必要があり、また、放熱基板を形成する必要があるため、製造コストが上昇するという問題点があった。

この目的を達成するために本発明は、金属によって形成された、板状の底面部と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、収納部を囲む外壁は、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲面を含むキャップと、を有することを特徴とする、高周波半導体用パッケージを提供する。

この目的を達成するために本発明は、金属によって形成された、板状の底面部と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、収納部を囲む外壁に曲面を含むキャップと、を有することを特徴とする、高周波半導体用パッケージを提供する。

本発明によれば、底面部とキャップの熱膨張率が異なっていても、底面部が熱膨張したときにキャップにひび割れなどの損傷が起きにくいという効果がある。

以下、本発明による高周波半導体パッケージの一実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

＜実施形態の概要＞
本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、前記収納部を囲む外壁に曲面を含むキャップと、を有することを特徴とする。

＜実施形態の詳細＞
（第1の実施形態）
図１は、第1の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。図1に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、底面が略円形状である柱体を底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなすキャップ１０と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１０の側壁にはリード３０が挿通される。

図２は、本実施形態の高周波半導体パッケージの図１におけるＡＡ線断面図である。図２に示すように、キャップ１０の底面に平行な平面による断面であるＡＡ線断面図において、キャップ１０の断面の形状は略半円形をなし、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有する。

図３は、本実施形態の高周波半導体パッケージの図１におけるＢＢ線断面図である。図２に示すように、キャップ１０の底面に垂直な平面による断面であるＢＢ線断面図において、キャップ１０の断面の形状は長方形をなし、収納部４０を有する。なお、図３においては、リード３０及びリード３０の挿通孔を省略してある。

図４は、本実施形態の高周波半導体パッケージのキャップ１０を取り除いたときの上面図である。なお、構成の細部は省略してある。底面部２０の表面には、チップ３５とリード３０が配設される。図４に示すように、チップ３５を矢印Ｘ方向に長く配置した場合、チップ３５により生じた熱による高温部は斜線５０に示すように矢印Ｘ方向に長く、矢印Ｙ方向に短くなる。この時、熱膨張は矢印Ｘの方向が最も大きい。

このため、キャップ１０は底面部２０が熱膨張する方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むように構成する。特に、最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むように構成することが好適である。

本実施形態においては、図４の矢印Ｘの方向に最も大きく熱膨張する。従って、矢印Ｘの方向に沿って切断した場合の切断面、すなわち図１のＡＡ線断面図において、断面が半円形となり、曲線を有する。

ここで、材質について説明する。底面部２０を形成する金属は、銅、アルミニウムなどの単体又は合金を用いることができる。キャップ１０を形成する非金属は、樹脂、セラミックスを用いることができるがこれらに限られるものではない。

なお、図１乃至図４には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１０は底面部２０が熱膨張する方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むように構成した。このため、底面部２０とキャップ１０の熱膨張率が異なっていても、図２の矢印Ｃに示すように底面部２０が熱膨張したとき、キャップ１０は曲面の弾性により膨張を吸収するため、キャップ１０にひび割れなどの損傷が起きにくいという効果がある。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。また、図６は本実施形態の高周波半導体パッケージの上面図であり、図７は本実施形態の高周波半導体パッケージの側面図である。また、図８は本実施形態の高周波半導体パッケージの正面図である。図９は本実施形態の高周波半導体パッケージの図５におけるＡＡ線断面図であり、図１０は本実施形態の高周波半導体パッケージの図５におけるＢＢ線断面図である。

図５乃至図１０に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成され、ネジ止め可能な欠損部２２を有する板状の底面部２１と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、収納部４０を囲む外壁に曲面を含むキャップ１０と、を有する。

底面部２１は、横方向又は縦方向の幅がキャップ１０によって覆われる幅よりも広く、キャップ１０に覆われない部分であるフランジ部を有する。欠損部２２はこのフランジ部に設けることが望ましい。欠損部２２は、切り欠きであっても挿通孔であってもよい。

底面部２１の材質、及びキャップ１０の形状及び材質は第１の実施形態と同様である。

なお、図５乃至図１０には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、底面部２１がネジ止め可能な欠損部２２を有する。このため、回路基板への高周波半導体パッケージの着脱が容易となるという効果がある。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。また、図１２は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１１におけるＡＡ線断面図であり、図１３は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１１におけるＢＢ線断面図である。

図１１乃至図１３に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、側面が曲面をなす錐体状の形状をなすキャップ１１と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１１の側壁にはリード３０が挿通される。

キャップ１１は、底面が長方形又は多角形の角錐であり、この角錐の側面が外部に凸となる曲面部分を一つ以上有する。図１１乃至図１３には、底面が長方形であり、側面が外部に凸となる曲面部分を一つ有するキャップ１１の例が図示されているが、この形態に限られるものではない。側面が外部に凸となる曲面部分を複数有する場合のキャップ１１の例は、側面がウェーブ状になっているものなどが挙げられる。

底面部２０の形状及び材質、加えてキャップ１０の形状及び材質は第１の実施形態と同様である。また、底面部２０に代えて、第２の実施形態の底面部２１を用いることもできる。

なお、図１１乃至図１３には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１１は、底面が長方形又は多角形の角錐であり、この角錐の側面が外部に凸となる曲面部分を一つ以上有する。このため、底面部２０が、図１１に示した横方向のみならず縦方向に熱膨張したときにも、キャップ１１にひび割れなどの損傷が起きにくいという効果がある。

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。また、図１５は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１４におけるＡＡ線断面図であり、図１６は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１４におけるＢＢ線断面図である。

図１４乃至図１６に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、底面が頂点を曲線によって形成される長方形である柱体をこの底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなすキャップ１２と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１２の側壁にはリード３０が挿通される。

キャップ１２は、長方形又は多角形の頂点を曲線によって置き変えた図形、すなわち頂点を曲線によって形成される長方形又は多角形を底面とする柱体を、この底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなす。従って、キャップ１２の側面は平面と曲面とを有する。

なお、図１４乃至図１６には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１２は、側面に平面と曲面を有する形状をなす。このため、底面部２０が熱膨張したときにキャップ１１にひび割れなどの損傷が起きにくいだけでなく、組み立て前に複数積み上げて保管することができ、取り扱いが容易であるという効果がある。

（第５の実施形態）
図１７は、第５の実施形態の高周波半導体パッケージの上面図である。また、図１８は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１７におけるＡＡ線断面図であり、図１９は本実施形態の高周波半導体パッケージの図１７におけるＢＢ線断面図である。

図１７乃至図１９に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、全ての辺及び頂点を曲面によって置換した柱体をこの柱体の底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなすキャップ１３と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１３の側壁にはリード３０が挿通される。

キャップ１３は、例えば四角柱や多角柱の全ての辺及び頂点を曲面に置き換えて形成し、この柱体の底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなす。すなわち、切断前のこの柱体は稜が曲面によって形成されている。また、キャップ１３は平面と曲面を有する。すなわち、キャップ１３は、底面部２０と接する部分以外の辺と頂点は曲面によって形成される。

なお、図１７乃至図１９には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１３は、底面部２０と接する部分以外の辺と頂点は曲面によって形成される。このため、底面部２０が横方向のみならず縦方向にも熱膨張したときにおいてもキャップ１３にひび割れなどの損傷が起きにくいだけでなく、組み立て前に複数積み上げて保管することができ、取り扱いが容易であるという効果がある。

（第６の実施形態）
図２０は、第６の実施形態の高周波半導体パッケージの斜視図である。また、図２１は本実施形態の高周波半導体パッケージの図２０におけるＡＡ線断面図であり、図２２は本実施形態の高周波半導体パッケージの図２０におけるＢＢ線断面図である。

図２０乃至図２２に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、底面部２０と対向する側面に複数の曲面を有するキャップ１４と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１４の側壁にはリード３０が挿通される。

キャップ１４は、図２０乃至図２２に示すように、例えば底面部２０と対向する側面に複数のウェーブ状の曲面を有するように構成することができるが、この形状に限られるものではない。

また、複数の曲面を設ける前のキャップ１４の形状は、第１乃至５の実施形態に述べたキャップの形状であってもよい。

なお、図２０乃至図２２には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１４は、底面部２０と対向する側面に複数の曲面を有する。このため、底面部２０が大きく熱膨張したときにおいてもキャップ１３にひび割れなどの損傷が起きにくいという効果がある。

（第７の実施形態）
図２３は、第７の実施形態の高周波半導体パッケージの斜視図である。また、図２４は本実施形態の高周波半導体パッケージの図２３におけるＡＡ線断面図であり、図２５は本実施形態の高周波半導体パッケージの図２３におけるＢＢ線断面図である。

図２３乃至図２５に示すように、本実施形態の高周波半導体パッケージは、金属によって形成された、板状の底面部２０と、非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部４０を有し、曲面のみによって形成される立体を一つの平面によって切断した形状をなすキャップ１５と、を有する。さらに、収納部４０に収納された電力半導体を備え、キャップ１５の側壁にはリード３０が挿通される。

キャップ１５は、例えば球体や楕円球を任意の一つの平面によって切断した形状をなすが、これに限られるものではなく、凹部や凸部を有していてもよい。また、キャップ１５はウィエーブ状の曲面を有していてもよい。

なお、図２３乃至図２５には左右対称の高周波半導体パッケージが図示されているが、本実施形態の高周波半導体パッケージは対象図形ではない形状も含むものとする。

以上述べたように、本実施形態の高周波半導体パッケージにおいては、キャップ１５は、底面部２０と接する部分以外の部分は曲面のみによって形成される。このため、底面部２０がどのような方向に熱膨張してもキャップ１５にひび割れなどの損傷が起きにくい、という効果がある。

＜本発明の具体化における可能性＞
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第1の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。第1の実施形態の高周波半導体パッケージの図１におけるＡＡ線断面図である。第1の実施形態の高周波半導体パッケージの図１におけるＢＢ線断面図である。第1の実施形態の高周波半導体パッケージのキャップを取り除いたときの上面図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの上面図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの側面図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの正面図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの図５におけるＡＡ線断面図である。第２の実施形態の高周波半導体パッケージの図５におけるＢＢ線断面図である。第３の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。第３の実施形態の高周波半導体パッケージの図１１におけるＡＡ線断面図である。第３の実施形態の高周波半導体パッケージの図１１におけるＢＢ線断面図である。第４の実施形態の高周波半導体パッケージの外観斜視図である。第４の実施形態の高周波半導体パッケージの図１４におけるＡＡ線断面図である。第４の実施形態の高周波半導体パッケージの図１４におけるＢＢ線断面図である。第５の実施形態の高周波半導体パッケージの上面図である。第５の実施形態の高周波半導体パッケージの図１７におけるＡＡ線断面図である。第５の実施形態の高周波半導体パッケージの図１７におけるＢＢ線断面図である。第６の実施形態の高周波半導体パッケージの斜視図である。第６の実施形態の高周波半導体パッケージの図２０におけるＡＡ線断面図である。第６の実施形態の高周波半導体パッケージの図２０におけるＢＢ線断面図である。第７の実施形態の高周波半導体パッケージの斜視図である。第７の実施形態の高周波半導体パッケージの図２３におけるＡＡ線断面図である。第７の実施形態の高周波半導体パッケージの図２３におけるＢＢ線断面図である。

符号の説明

１０，１１，１２，１３，１４，１５：キャップ、
２０，２１：底面部、
３０：リード、
４０：収納部。

Claims

金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、前記収納部を囲む外壁は、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲面を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、前記収納部を囲む外壁に、少なくとも２つの平面と、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に少なくとも一つの曲面とを含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、底面が略円形状である柱体を前記底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなし、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、側面が曲面をなす錐体状の形状をなし、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、底面が頂点を曲線によって形成される長方形又は多角形である柱体を前記底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなし、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、全ての辺及び頂点を曲面によって置換した柱体を前記柱体の底面と垂直な一つの平面によって切断した形状をなし、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
前記キャップが、前記キャップの前記底面部と対向する側面に複数の曲面を有する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高周波半導体用パッケージ。
金属によって形成された、板状の底面部と、
非金属によって形成され、内部に回路部品を収納する空間である収納部を有し、曲面のみによって形成される立体を一つの平面によって切断した形状をなし、前記底面部の最も熱膨張の大きい方向に沿って切断したとき、切断面に曲線を含むキャップと、
を有することを特徴とする高周波半導体用パッケージ。
前記収納部に収納された電力半導体と、
前記キャップに挿通されたリードと、
をさらに有することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高周波半導体用パッケージ。
前記収納部に収納された電力半導体と、
前記キャップに挿通されたリードと、をさらに有し、
前記非金属がセラミックスである、
ことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高周波半導体用パッケージ。
前記底面部が、ネジ止め可能な欠損部を有することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の高周波半導体用パッケージ。