半導体パッケージのシールド構造

【課題】ＥＭＣ対策性と放熱性とに優れ、しかもＥＭＣ対策構造の構築と再構築とを容易に行うことができる半導体パッケージのシールド構造を提供する。
【解決手段】半導体パッケージ１とプリント基板２と熱伝導性部材３とシールド部材４とを備える。半導体パッケージ１では、半導体実装基板５上の半導体素子１０が金属製のリッド６で封止されている。プリント基板２はグランド用ランド２１を上面に有する。熱伝導性部材３は半導体素子１０とリッド６の間に介設されている。シールド部材４は金属であり、リッド接触部４１とリード部４２とを有する。リッド６の大部分がリッド接触部４１の開口４０から露出している。リッド接触部４１は半導体パッケージ１のリッド６に電気的に接触している。リード部４２はリッド接触部４１から延出し、ランド２１に電気的に接続している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ノイズ輻射抑制と放熱性を目的として構築された半導体パッケージのシールド構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の高速化及び高機能化に伴い、ＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility ）対策や放熱効果を高めた電子部品のシールド構造が種々提案されている。
図１３に示すシールド構造は、例えば、特許文献１に開示の技術である。この技術は、高速受信器において外来雑音および復調信号の小信号増幅回路への入射を抑え、さらに、回路が発生する熱の放熱効果を高めることにより受信特性の劣化を防ぐことを図ったものである。
具体的には、プリント基板１００上に実装された小信号増幅回路１０１と復調回路１０２を、それぞれシールドケース１１１，１１２で覆うことにより、電気的アイソレーションを高め、外来雑音および復調信号の放射による小信号増幅回路１０１への入射を抑制するようにしている。さらに、熱伝導特性の良い絶縁性放熱シート１２０を、復調回路１０２とシールドケース１１２の間に介し、また、絶縁性放熱シート１２１を、シールドケース１１２とモジュールケース１３０との間に挟むことにより、復調回路１０２の放熱性を高め、温度上昇を抑制するようにしている。
【０００３】
また、図１４に示すシールド構造は、例えば、特許文献２に開示の技術である。この技術は、ＥＭＣ対策と放熱対策との双方を半導体パッケージ内で完結した構造を有するものである。
具体的には、半導体パッケージが、電気伝導性接地２０１を有する支持体２００と、支持体２００の方に向いた正面２１２とは反対側の裏面２１１を有し支持体２００上に取り付けられたフリップチップダイ２１０と、フリップチップダイ２１０の裏面２１１の電気伝導性層２２０を支持体２００の接地２０１に電気的に接続する電気伝導性手段２２１を備える電磁干渉シールドとを備えている。そして、フリップチップダイ２１０からの放熱は、フリップチップダイ２１０を覆う成型樹脂２３０の広い表面から放出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０４１６７８号公報
【特許文献２】特開２００３−００７９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した従来の技術は、次のような問題がある。
図１３に示したシールド構造では、小信号増幅回路１０１や復調回路１０２からのノイズ輻射をシールドケース１１１やシールドケース１１２で遮蔽するので、ＥＭＣ対策の面で優れている。しかし、復調回路１０２からの熱を、絶縁性放熱シート１２０を通じてシールドケース１１２に伝導させた後、さらに、絶縁性放熱シート１２１を通じて、モジュールケース１３０に伝導させる構造であるので、放熱効果が十分といえない。
【０００６】
これに対して、図１４に示したシールド構造では、電気伝導性手段２２１によりＥＭＣ対策が図られるだけでなく、フリップチップダイ２１０からの熱を、成型樹脂２３０の広い表面から放出するようにして、十分な放熱効果を得ている。
しかしながら、この技術では、半導体素子であるフリップチップダイ２１０やＥＭＣ対策用の電気伝導性手段２２１等が、プリント基板である支持体２００上に成型樹脂２３０によって完全固められた構造となっているので、電気伝導性手段２２１等を一度取り付けてしまうと、交換したり、その取り付け位置を調整したりすることができない。したがって、実際にＥＭＣ規格に準拠した評価を実施する義務のあるセットメーカーにとっては、ＥＭＣ対策構造の再構築が不可能であり、非常に不便である。
【０００７】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ＥＭＣ対策性と放熱性とに優れ、しかもＥＭＣ対策構造の構築と再構築とを容易に行うことができる半導体パッケージのシールド構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るアンテナ装置は、半導体素子が半導体実装基板上に実装され、金属製のリッドが半導体素子を封止した状態で半導体実装基板上に取り付けられた半導体パッケージと、半導体パッケージが上面に実装され、グランドに電気的に接続されたグランド用ランドが半導体パッケージの周囲に配設されたプリント基板と、半導体パッケージの半導体素子の上面とリッドの下面との間に介設された熱伝導性部材と、その開口を介してリッドの上面の大部分を露出させた状態でリッドの上面周縁部に電気的に接触する環状のリッド接触部と、リッド接触部からグランド用ランド側に延出して、その下端部がグランド用ランドに電気的に接続するリード部とを有して成る金属製のシールド部材とを備える構成とした。
かかる構成により、半導体素子の熱が半導体素子の上面から熱伝導性部材に伝わり、この熱伝導性部材を伝導して、リッドに至る。
このとき、リッドの上面の大部分が、シールド部材のリッド接触部の開口を介して露出した状態になっているので、リッドに至った熱は、リッド上面から外部に放出される。
また、半導体素子からの電磁波が放射されると、ノイズ電流が金属製のリッドに誘起され、このノイズ電流による不要輻射が発生するおそれがある。
しかし、この発明の半導体パッケージのシールド構造では、シールド部材のリッド接触部がリッドの上面周縁部に電気的に接触すると共に、シールド部材のリード部がグランド用ランドに電気的に接続されているので、リッドに誘起されたノイズ電流は、リッド接触部からリード部に流入し、グランド用ランドを通じて、グランドに排出される。
この結果、半導体素子の電磁波で誘起されるノイズ電流は、全てシールド部材を通じてグランドに排出されるので、リッドにおける不要輻射は生ぜず、十分なシールディングが可能となる。
また、インピーダンスの不整合等の理由により、最適なインピーダンスを有するシールド部材に交換する場合には、シールド部材のリッド接触部をリッド上面から離すと共に、リード部をグランド用ランドから取り外す。しかる後、新たなシールド部材を半導体パッケージに被せ、リッド接触部をリッドの上面周縁部に電気的に接触させると共に、リード部をグランド用ランドに電気的に接続することにより、新たなシールド部材に交換することができる。つまり、半導体パッケージをプリント基板に実装した後でも、シールド部材を交換又は調整することで、ＥＭＣ対策の再構築を容易に行うことができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体パッケージのシールド構造において、シールド部材全体を、１枚の金属板で形成した構成とする。
かかる構成により、半導体素子からの熱が、熱伝導性部材を伝導してリッドに至り、シールド部材に至ると、熱は、全体が１枚の金属板で形成された広表面のシールド部材から効率的に放熱される。また、シールド部材全体が１枚の金属板で形成されているので、抵抗値が低く、この結果、リッドに誘起されたノイズ電流がシールド部材を通じて効率的にグランドに排出される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体パッケージのシールド構造において、シールド部材のリッド接触部とリード部とに、ヒートシンク部を形成した構成とする。
かかる構成により、半導体素子からの熱が、熱伝導性部材を伝導してリッドに至り、シールド部材に至ると、熱は、シールド部材に形成されているヒートシンク部から効率的に放出される。
【発明の効果】
【００１１】
以上詳しく説明したように、この発明の半導体パッケージのシールド構造によれば、ＥＭＣ対策性と放熱性とに優れているだけでなく、シールド部材を交換又は調整することで、ＥＭＣ対策構造の構築と再構築とを容易に行うことができるという優れた効果がある。
また、請求項２の発明によれば、より高い放熱効果と不要輻射抑制とを得ることができるという効果がある。
さらに、請求項３の発明によれば、放熱効果のさらなる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の第１実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す分解斜視図である。
【図２】第１実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す平面図である。
【図３】図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図４】コンタクトを示す斜視図である。
【図５】図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図６】放熱効果を説明するための断面図である。
【図７】不要輻射抑制効果を説明するため断面図である。
【図８】実験の結果を示す線図である。
【図９】この発明の第２実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す断面図である。
【図１０】ヒートシンク部の変形例を示す断面図である。
【図１１】リッド接触部の接触構造の変形例である接触片を示す断面図である。
【図１２】シールド部材の変形例を示す断面図である。
【図１３】第１従来例を示す断面図である。
【図１４】第２従来例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、この発明の第１実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す分解斜視図であり、図２は、第１実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す平面図であり、図３は、図２の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【００１５】
この実施例の半導体パッケージのシールド構造は、図１に示すように、半導体パッケージ１と、プリント基板２と、半導体パッケージ１内の熱伝導性部材３と、シールド部材４とを備えている。
【００１６】
半導体パッケージ１は、図１に示すように、半導体実装基板５に実装された半導体素子１０を、リッド６で封止した構造になっている。
半導体実装基板５は、半導体素子１０と電気的に接続した図示しない配線パターンを有し、配線パターンの端部が、半導体実装基板５の下面に列設された端子群５０に接続されている、
このような半導体実装基板５に実装されている半導体素子１０としては、例えば、画像処理ＩＣ等である。
リッド６は、図３に示すように、突出部６０と鍔部６１とを有する帽子状の金属体であり、鍔部６１を半導体実装基板５の上面に密着させた状態で、半導体素子１０の上に被さっている。
【００１７】
プリント基板２は、半導体パッケージ１が実装された基板であり、端子群５０が接続されたランド群２０と、このランド群２０を囲む方形状のグランド用ランド２１とを上面に有している。グランド用ランド２１は、ビアホール２３を通じてプリント基板２裏面のグランド２５に電気的に接続されている。
【００１８】
一方、熱伝導性部材３は、半導体素子１０で発生した熱をリッド６に伝導させるための部材であり、例えば、シリコンゴム等が用いられる。この熱伝導性部材３は、半導体素子１０の上面とリッド６の突出部６０裏面との間に介設されている。
【００１９】
シールド部材４は、半導体パッケージ１のリッド６とプリント基板２のランド群２０とを電気的に接続するための部材であり、銅等の金属で形成されている。
具体的には、シールド部材４は、図１に示すように、１枚の銅板で形成された方形状の枠体であり、リッド接触部４１とリード部４２とを有している。
【００２０】
リッド接触部４１は、中央に開口４０を有する環状の水平な部分であり、図２及び図３に示すように、リッド６の上面の大部分を開口４０を通じて露出させている。
また、このリッド接触部４１は、半導体パッケージ１のリッド６に接触させる部分でもあり、８つのコンタクト４３をその裏面４１ｂに有している。
図４は、コンタクトを示す斜視図であり、図５は、図１の矢視Ａ−Ａ断面図であり、コンタクト４３の取り付け状態を拡大して示す。
図４に示すように、コンタクト４３は、バネ性の舌片部４３ａと取付部４３ｂとで形成されており、図５に示すように、舌片部４３ａを下側にした状態で、取付部４３ｂがリッド接触部４１の裏面４１ｂに固着されている。
これにより、図５の実線及び破線に示すように、コンタクト４３の舌片部４３ａが、図示しない下方の物体に触れると、物体の上方力に抗しながら上方に撓んで、物体に圧接する。
このようなコンタクト４３は、図２に示すように、リッド接触部４１の裏面４隅とこれら隅と隅との中間にそれぞれ取り付けられ、図３に示すように、各コンタクト４３の舌片部４３ａがリッド６の鍔部６１上面の周縁部に圧接している。
【００２１】
一方、リード部４２は、図１及び図３に示すように、リッド接触部４１と連続した面体であり、リッド接触部４１からグランド用ランド２１側に延出している。そして、リード部４２の下端部に設けられたフランジ部４２ａが、半田２６によってグランド用ランド２１に電気的に接続されている。
【００２２】
このようなシールド部材４の大きさや開口４０の口径は、半導体パッケージ１の大きさに対応して設定される。リッド６を有した半導体パッケージ１の縦，横及び高さが、例えば、３５ｍｍ，３５ｍｍ及び１．５ｍｍである場合には、シールド部材４の厚さ，縦，横及び高さを０．４５ｍｍ，３５ｍｍ，３５ｍｍ及び２．５ｍｍに設定すると共に、開口４０の縦及び横を２７ｍｍ，２７ｍｍに設定することが好ましい。
【００２３】
次に、この実施例の半導体パッケージ１のシールド構造が示す作用及び効果について説明する。
図６は、放熱効果を説明するための断面図であり、図７は、不要輻射抑制効果を説明するため断面図である。
図６において、プリント基板２のランド群２０，半導体パッケージ１の端子群５０を通じて、半導体素子１０に電源が供給され、半導体素子１０が作動すると、半導体素子１０の上面から熱Ｔが放出される。
この熱Ｔは、熱伝導性部材３を伝導して、リッド６に至る。
このとき、リッド６上面の大部分が、シールド部材４の開口４０によって露出した状態になっている。このため、リッド６に至った熱Ｔは、リッド６の広面積の上面から外部に、効率的に放熱される。
そして、リッド６からシールド部材４に至った熱Ｔは、全体が１枚の銅板で形成された広表面のシールド部材４から効率的に放熱される。
【００２４】
また、半導体素子１０が作動すると、半導体素子１０から電磁波が放射され、図７に示すように、ノイズ電流Ｉが金属製のリッド６に誘起される。このノイズ電流Ｉは、不要輻射の原因となる。
しかし、リッド６に誘起されたノイズ電流Ｉは、矢印で示すように、シールド部材４のコンタクト４３を通じてリッド接触部４１に至り、リード部４２及び半田２６を通じてプリント基板２のグランド用ランド２１に至る。しかる後、ノイズ電流Ｉは、ビアホール２３を通じてグランド２５に排出される。
この結果、半導体素子１０の電磁波で誘起されるノイズ電流Ｉは、全てシールド部材４を通じてグランド２５に排出されるので、不要輻射が効果的に抑制される。
さらに、シールド部材４全体が１枚の銅属板で形成されているので、抵抗値が低い。したがって、ノイズ電流Ｉはシールド部材４を通じて効率的にグランド２５に排出される。
【００２５】
ところで、シールド部材４のインピーダンスとプリント基板２側のインピーダンスとが整合しないと、ノイズ電流Ｉを効果的にグランド２５に排出させることができない。
このような場合には、最適なインピーダンスを有するシールド部材４に交換する。
シールド部材４の交換は非常に簡単である。フランジ部４２ａをグランド用ランド２１に固着させている半田２６を熱で溶かして、シールド部材４のリード部４２をグランド用ランド２１から外す。すると、リッド接触部４１裏面のコンタクト４３は、半導体パッケージ１のリッド６に接触しているだけであるので、リード部４２をグランド用ランド２１から外すと、リッド接触部４１とリッド６との接触が自動的に解放され、シールド部材４全体が半導体パッケージ１とプリント基板２とから外れる。
そして、シールド部材４を半導体パッケージ１から取り去った後、新たなシールド部材４を半導体パッケージ１に被せ、コンタクト４３をリッド６に接触させた状態で、リード部４２をグランド用ランド２１に半田２６で接続することにより、最適なインピーダンスを有した新たなシールド部材４に交換することができる。
【００２６】
発明者は、不要輻射抑制効果を確認すべく、次のような実験を行った。
図８は、実験の結果を示す線図である。
この実験では半導体パッケージ１として、デジタルＡＶ機器のメイン半導体パッケージを用い、この半導体パッケージ１にシールド部材４を接続した半導体パッケージのシールド構造と、シールド部材４を接続しない半導体パッケージのシールド構造とを、電波暗室３ｍ法を用いて、放射ノイズレベルを測定した。
まず、シールド部材４を接続しない半導体パッケージのシールド構造を測定したところ、図８の破線曲線Ｓ１で示すような測定結果を得た。
そして、シールド部材４を接続したこの実施例の半導体パッケージのシールド構造を測定したところ、図８の実線曲線Ｓ２で示すような測定結果を得た。
この結果から、この実施例のようにシールド部材４を接続した半導体パッケージのシールド構造を用いることにより、最大８．５ｄＢのノイズ低減効果が得られることが確認された。
【００２７】
（実施例２）
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図９は、この発明の第２実施例に係る半導体パッケージのシールド構造を示す断面図である。
図９に示すように、この実施例の半導体パッケージのシールド構造では、ヒートシンク部７が、シールド部材４のリッド接触部４１とリード部４２とに形成されている。
具体的には、上を向く複数のフィン７０をリッド接触部４１の上面に突設すると共に、水平なフィン７１をリード部４２の側面に突設した。
これにより、半導体素子１０からの熱が、熱伝導性部材３を伝導してリッド６に至り、シールド部材４に至ると、熱は、ヒートシンク部７の多数のフィン７０，７１の広い表面から放出される。
【００２８】
なお、ヒートシンク部７の構造は、図９に表されたものに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、シールド部材４自体を断面蛇行状に曲げて、凹凸部７２を設けることにより、ヒートシンク部７を形成することで、同様の効果を得ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００２９】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、金属製のコンタクト４３をシールド部材４のリッド接触部４１の裏面に取り付け、このコンタクト４３をリッド６の鍔部６１に圧接することで、リッド６とシールド部材４とを電気的に接続させたが、コンタクト４３の代わりに、図１１に示すような接触片４５を用いても良い。
すなわち、シールド部材４のリッド接触部４１に切り込みを入れて、舌状の接触片４５を形成し、この接触片４５を下方に曲げてバネ性を持たせることで、コンタクト４３と同様の機能を持たせることができる。
【００３０】
また、上記実施例では、シールド部材４を１枚の金属板で形成したが、ワイヤを組んでシールド部材４を構成しても良い。例えば、図１２に示すように、リッド接触部４１の外周に複数の導電性のワイヤ４２′を等間隔で取り付けることで、シールド部材４を構成することもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体パッケージ、２…プリント基板、３…熱伝導性部材、４…シールド部材、５…半導体実装基板、６…リッド、７…ヒートシンク部、１０…半導体素子、２０…ランド群、２１…グランド用ランド、２３…ビアホール、２５…グランド、２６…半田、４０…開口、４１…リッド接触部、４２…リード部、４２′…ワイヤ、４２ａ…フランジ部、４３…コンタクト、４３ａ…舌片部、４３ｂ…取付部、４５…接触片、５０…端子群、６０…突出部、６１…鍔部、７０，７１…フィン、７２…凹凸部、Ｉ…ノイズ電流、Ｔ…熱。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が半導体実装基板上に実装され、金属製のリッドが上記半導体素子を封止した状態で当該半導体実装基板上に取り付けられた半導体パッケージと、
上記半導体パッケージが上面に実装され、グランドに電気的に接続されたグランド用ランドが当該半導体パッケージの周囲に配設されたプリント基板と、
上記半導体パッケージの半導体素子の上面とリッドの下面との間に介設された熱伝導性部材と、
その開口を介して上記リッドの上面の大部分を露出させた状態でリッドの上面周縁部に電気的に接触する環状のリッド接触部と、当該リッド接触部から上記グランド用ランド側に延出して、その下端部がグランド用ランドに電気的に接続するリード部とを有して成る金属製のシールド部材と
を備えることを特徴とする半導体パッケージのシールド構造。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体パッケージのシールド構造において、
上記シールド部材全体を、１枚の金属板で形成した、
ことを特徴とする半導体パッケージのシールド構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体パッケージのシールド構造において、
上記シールド部材のリッド接触部とリード部とに、ヒートシンク部を形成した、
ことを特徴とする半導体パッケージのシールド構造。

【図１】