(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、該誘電体基板表面に搭載される高周波素子を気密に封止するための蓋体と、前記誘電体基板の表面に被着形成され、一端が前記高周波素子と電気的に接続される第１の信号線路と、前記誘電体基板の底面に被着形成された第２の信号線路と、前記誘電体基板内部に設けられた接地層とを具備し、前記第１の信号線路と第２の信号線路とを前記誘電体基板内部の接地層に形成したスロット孔を介して電磁的に結合してなる高周波用パッケージであって、少なくとも前記誘電体基板内の前記スロット孔形成部から前記誘電体基板の底面まで貫き、且つ前記スロット孔と同一形状の断面を有する貫通孔を形成するとともに、該貫通孔内に前記誘電体基板とは異なる誘電体材料を充填してなることを特徴とする高周波用パッケージ。
【請求項２】
前記誘電体基板とは異なる誘電体材料が、前記誘電体基板と色調差から識別できる材料からなることを特徴とする請求項１記載の高周波用パッケージ。
【請求項３】
前記誘電体基板とは異なる誘電体材料が、前記誘電体基板よりも高い誘電率を有する材料からなることを特徴とする請求項２記載の高周波用パッケージ。
【請求項４】
前記第２の信号線路が、リード線からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の高周波用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯からミリ波帯領域の高周波素子を搭載した高周波用パッケージに関し、特に、高周波信号の特性を劣化させることなく高周波素子や回路部品に信号を伝送することができるとともに、組み立てが容易な高周波用パッケージに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、マイクロ波やミリ波を取り扱う高周波素子を搭載したパッケージは、誘電体基板の表面に高周波素子が搭載され、パッケージを所定の外部回路基板の表面に実装した際に、パッケージ内の高周波素子と外部回路基板の信号線路とを接続するための高周波用信号線路が誘電体基板の表面あるいは内部に設けられ、信号の入出力が行われる。このような高周波用パッケージにおいては、高周波信号を劣化させることなく信号を入出力することが可能なパッケージ構造および信号線路の形成が求められる。
【０００３】
そこで、従来から、この種の高周波用パッケージでは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、誘電体基板４０と導電性蓋４１により形成されたキャビティ４２内に高周波素子４３を搭載して気密に封止されており、高周波信号の入出力および外部回路基板への実装は、図６（Ａ）に示されるように、高周波素子４３と接続された、ストリップ線路等の信号線路４４を壁体４５を通過してキャビティ４２外に引き出し、これをさらに基板の側面を経由して底面に配設し、底面に形成された線路を外部回路基板４６の表面に形成された導体層４７にロウ付け実装された半導体パッケージが特開昭６１−１６８９３９号にて提案されている。
【０００４】
また、図６（Ｂ）に示すように、誘電体基板４０の底面に信号線路４８を形成し、この信号線路４８と、高周波素子４３と接続された信号線路４４をスル−ホ−ル導体４９を通じて接続した高周波用パッケージが提案されている。この高周波用パッケージも、信号線路４８を外部回路基板４６の導体層４７と半田等によって接続し実装される。
【０００５】
しかしながら、図６（Ａ）の構造のパッケージにおいては、信号線路４４が壁体４５を通過するため通過部で反射損、放射損が発生しやすく、信号線路４４の基板４０の側面での曲折部で反射が大きくなるなどの問題があり、図６（Ｂ）は、スルーホール導体４９により線路が壁体を通過しないものの伝送する４０ＧＨｚ以上の信号周波数帯域では、スルーホール導体４９での透過損失が急激に大きくなるという問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、図６（Ｃ）に示すように、高周波素子５０が搭載された誘電体基板５１表面側に形成した信号線路５２と、誘電体基板５１底面に形成した信号線路５３とを誘電体基板５１内の接地層５４に設けたスロット孔５５を介して、前記信号線路５２と信号線路５３とを電磁的に結合することにより、伝送特性を劣化させることなく、高周波信号を基板の表面から底面に伝送することができる高周波用パッケージも特開平０９−１８６２６８号に提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６（Ｃ）に示されるようなパッケージにおいては、電磁結合を行うために接地層５４内に形成されるスロット孔５５は、通常、導体インクなどをスロット孔を含む接地層のパターンに印刷することにより形成される。
【０００８】
ところが、導体インクなどの印刷によって形成されるスロット孔５５は、インクのにじみ等によって常に一定の形状のスロット孔を形成することが難しく、量産性に劣るものであった。
【０００９】
さらに、図６（Ｃ）のパッケージの製造時には、信号線路５２と信号線路５３とをスロット孔５５を介して精度よく位置合わせすることが必要であるが、例えば、外部回路基板との接続を担う信号線路５３による外部回路基板への実装の高信頼性を確保するため、信号線路５３をリード線によって形成したものが提案されている。しかし電磁結合を用いた高周波用パッケージの場合、スロット孔５５が誘電体基板５１の内部に形成されているために、リード線を精度よく取り付けることが難しく、リード線の取り付け位置が信号線路５２やスロット孔５５に対してばらつきが生じ、伝送特性に対してもばらつきが生じやすく高信頼性の高周波用パッケージを得ることができなかった。
【００１０】
従って、本発明は、信号線路間の電磁結合部を有するパッケージにおいて、電磁結合性を損なうことなく、組み立てが容易で電磁結合性のばらつきを抑制した量産性に優れた高周波用パッケージを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のパッケージは、誘電体基板と、該誘電体基板表面に搭載される高周波素子を気密に封止するための蓋体と、前記誘電体基板の表面に被着形成され、一端が前記高周波素子と電気的に接続される第１の信号線路と、前記誘電体基板の底面に被着形成された第２の信号線路と、前記誘電体基板内部に設けられた接地層とを具備し、前記第１の信号線路と第２の信号線路とを前記誘電体基板内部の接地層に形成したスロット孔を介して電磁的に結合してなることを基本構造とするもので、本発明においては、少なくとも前記誘電体基板内の前記スロット孔形成部から前記誘電体基板の底面まで貫き、且つ前記スロット孔と同一形状の断面を有する貫通孔を形成するとともに、該貫通孔内に前記誘電体基板とは異なる誘電体材料を充填してなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明によれば、前記誘電体基板とは異なる誘電体材料が、前記誘電体基板と色調差から識別できる材料であり、さらには、前記誘電体基板よりも高い誘電率を有する材料からなることが望ましい。
【００１３】
さらに、上記パッケージにおいては、前記第２の信号線路をリード線によって形成する場合にその取付を容易に行うことができるものである。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、誘電体基板と蓋体により形成されるキャビティ内部において高周波素子と電気的に接続された第１の信号線路と、前記誘電体基板の底面に形成された第２の信号線路とを、前記誘電体基板内の接地層に設けたスロット孔を介して対峙する位置に形成して電磁結合させることにより、信号線路が蓋体の側壁を通過することなく結合できるために、側壁通過部において信号線路がマイクロストリップ線路からストリップ線路へと変換されるための反射損、放射損の発生がなく、またスルーホールやビアホール等による透過損失の影響を受けることがないため、高周波信号の伝送損失を抑制し、かつ必要な周波数の信号を伝送することができる。
【００１５】
また、誘電体基板内部に形成されるスロット孔は、誘電体基板表面あるいは内部に形成された接地層に対してレーザーやＮＣパンチングマシン等によって形成することができるとともに、それによって形成された貫通孔内に誘電体基板と色調差から識別できる誘電体材料を充填することにより、スロット孔の形成位置を誘電体基板の底面にて色調差から確認することができる結果、誘電体基板底面の第２の信号線路としてリード線を精度よく取り付けることが可能となり、高周波用半導体パッケージの特性の劣化を最小限に抑えることができるとともに、特性のバラツキを抑え、量産性を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明における高周波用パッケージの一例の概略断面図を図１に示した。図１によれば、高周波用パッケージ１は、誘電体材料からなる誘電体基板２と導電性蓋体３によりキャビティ４が形成されており、そのキャビティ４内の誘電体基板２の表面には、ＭＭＩＣ、ＭＩＣ等の高周波素子５が搭載されている。
【００１７】
誘電体基板２は、誘電率が２０以下のセラミックス、ガラスセラミックス、セラミック金属複合材料、ガラス有機樹脂系複合材料等々によって形成することが高周波信号の伝送特性を高める上で望ましい。
【００１８】
導電性蓋体３は、キャビティ４からの電磁波が外部に漏洩したりするのを防止できる導電性材料から構成され、金属、導電性セラミックス、セラミック金属複合材料等が使用でき、絶縁基体の表面に導電性物質を塗布したものであってもよいが、コストの点から考慮すれば金属であるのがよい。
【００１９】
本発明によれば、上記の高周波用パッケージのキャビティ４内の誘電体基板２の表面には、高周波素子５に信号を伝送するために、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、グランド付コプレーナ線路のうちから選ばれる１種からなる信号線路６が形成されている。また、誘電体基板２の表面には、図２の誘電体基板２の平面図に示すように、高周波素子５および信号線路６を取り囲むように、導体層７が被着形成されており、この導体層７には導電性蓋体３がロウ付け、半田付け等の手法により接合される。一方、誘電体基板２の底面には、マイクロストリップ線路、グランド付コプレーナ線路のうちから選ばれる１種からなる信号線路８が被着形成されている。
【００２０】
図１は、信号線路６および信号線路８がマイクロストリップ線路の場合の構造を示すものである。図１によれば、誘電体基板２内には導体層からなる接地層９がほぼ全面にわたり形成されている。そして、この接地層９には、スロット孔１０が設けられており、信号線路６と信号線路８とは、各信号線路６、８の終端部をスロット孔１０を介して対峙する位置に形成することにより電磁結合され、両線路間で損失の小さい信号の伝達が行われる。
【００２１】
上記電磁結合構造についてさらに具体的に説明すると、図３に示すように、スロット孔１０の長辺長さＬは、信号の伝送効率を上げる点で伝送信号の波長λの１／２相当の長さにするのが望ましく、スロット孔１０の短辺の長さＭは伝送信号の波長λの１／５相当の長さから１／５０相当の長さに設定するのが望ましい。そして、信号線路６および信号線路８の終端部を、平面的にみてスロット孔１０の中心から互いに長さｘの分だけ突き出るように形成される。この突き出し長さｘは伝送信号の波長λの約１／４相当の長さが望ましい。
【００２２】
また、図１のパッケージにおいては、誘電体基板２内のスロット孔１０形成部から誘電体基板２の底面まで貫き、且つスロット孔１０の上述したような寸法の長孔形状と同一形状の断面を有する貫通孔１１が形成されている。そして、その貫通孔１１内には、誘電体基板２を形成する誘電体材料とは異なる誘電体材料１２が充填されてなることが大きな特徴である。
【００２３】
かかる構成においては、図４の誘電体基板２の底面の平面図に示される通り、スロット孔１０の長孔形状を有する貫通孔１１内に充填された誘電体材料１２によって誘電体基板２の底面においてスロット孔の形成位置を確認することができる。また、充填する誘電体材料１２を誘電体基板２と識別できる色調の材料によって形成することによって、その色調差から極めて容易にスロット孔形成位置およびスロット孔形状を確認することができる。
【００２４】
従って、図４に示すように、信号線路８として、誘電体基板２の底面にリード線を被着形成する場合において、リード線８を精度よく取り付けることが可能となり、誘電体基板２表面側に設けられた信号線路６との電磁結合性のばらつきのないパッケージを作製することができる。なお、リード線８を取り付ける場合には、誘電体基板２の底面にガラス、有機系接着材などの接着材によって取り付けるか、または金メッキが施された導体層を形成してＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ等のロウ材で接合することによりパッケージを作製することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、図１のパッケージにおける信号線路６と信号線路８との電磁結合構造を有するパッケージ基体を組み立てるには、例えば、図５に示すように、図５（Ａ）に示されるような表面一面に接地層９、場合によっては裏面にリード線を固着するための導体層８ａを被着形成した誘電体層２ａに対して、図５（Ｂ）に示すように、レーザーまたはＮＣパンチングマシン等によって、スロット孔１０形状の貫通孔１１を形成する。そして、図５（Ｃ）に示すように、その貫通孔１１内に誘電体層２ａを形成する誘電体材料とは異なる誘電体材料、特に誘電体層２ａを形成する誘電体材料とは色調が異なる誘電体材料１２を充填する。
【００２６】
その後、図５（Ｄ）に示すような高周波素子（図示せず）と接続される信号線路６が表面に形成された誘電体層２ｂを作製し、図５（Ｅ）に示すように、図５（Ｃ）に示される貫通孔１１内に誘電体材料１２が充填された誘電体層２ａと、信号線路６が表面に形成された誘電体層２ｂとを位置合わせして積層し、焼成あるいは熱硬化させて一体化する。
【００２７】
そして、図５（Ｆ）に示すように、誘電体層２ａと誘電体層２ｂが積層一体化された積層体に対して、誘電体層２ａの底面側に信号線路となるリード線８をガラス、有機系接着材などの接着材によって取り付けるか、または導体層８ａに金メッキ加工を施した後、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｉ等のリード線８を取り付けることにより電磁結合構造を有するパッケージ基体を作製することができる。また、信号線路８として用いるリード線は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗ等により、信号線路６との電磁結合性に適当な線径あるいは線幅のリード線が用いられる。
【００２８】
かかる製造工程においては、スロット孔１０をレーザーまたはＮＣパンチングマシン等によって形成することができるために、導体インクの印刷にともなうインクのにじみ等によるスロット形状のバラツキなどが発生することがなく、常に一定形状のスロット孔を形成することができるために、信号線路間の電磁結合性のバラツキを防止することができる。
【００２９】
また、上記貫通孔１１内に充填する誘電体材料としては、セラミックス、ガラスセラミックス、セラミック金属複合材料、有機樹脂、セラミックス−有機樹脂複合材料などを用いることができるが、特に誘電体基板２よりも高い誘電率を有する材料を充填すると、スロット孔を介して形成される電磁界分布が集中しやすくなり、電磁結合部の結合度が向上するため伝送特性も向上できる。
【００３０】
さらに、本発明におけるパッケージにおいては、信号線路８は、外部回路基板（図示せず）に実装する際の接続端子としての機能も兼ね備えるものであり、外部回路基板に形成された導体層と信号線路８とを半田等によるロウ付けによって電気的接続することにより、パッケージを外部回路基板に実装することができる。
【００３１】
上記図１のパッケージにおいては、上記の信号線路６と信号線路８との電磁結合構造に加え、パッケージとしての機能および電磁結合性を向上させるためにあらゆる構造を付加してもよい。
【００３２】
例えば、誘電体基板２の表面に形成された導体層７は、スルーホール導体１３を介して、接地層９と電気的に接続することにより、誘電体基板２の表面に搭載、および形成された高周波素子５や信号線路６は、導電性蓋体３、導体層７および接地層９によって３次元的に囲まれることになり、外部からの電磁波による高周波素子５の誤動作等を防止し、また電磁波のもれを防止して高周波用パッケージの信頼性を高めることができる。
【００３３】
また、図１〜図３の高周波用パッケージにおけるキャビティ４内には、高周波素子５と、信号線路６の他に、高周波素子５に電力を供給するための電源供給層１４が形成されている。この電源供給層１４は、低周波であるために、格別な高周波線路により形成する必要がないため、電源供給層１４は、誘電体基板２内に形成されたスルーホール導体１５を介して誘電体基板２の底面に引き出され、外部回路基板（図示せず）の導体層と電気的に接続される。
【００３４】
また、信号線路６および電源供給層１４の端部は、高周波素子５とリボン、ワイヤ、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding) 等によってそれぞれ電気的に接続され、特に、高周波素子５は、信号線路６の上に半田や金バンプ等により直接載置されることにより、伝送損失なく接続することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の高周波用パッケージによれば、少なくとも誘電体基板内のスロット孔形成部から誘電体基板の底面まで貫き、且つスロット孔と同一形状の断面を有する貫通孔を形成するとともに、その貫通孔内に誘電体基板とは異なる誘電体材料を充填することにより、スロット孔の形成位置を誘電体基板の底面にて色調差等から確認することができる結果、誘電体基板底面の信号線路としてリード線を精度よく取り付けることが可能となる。また、スロット孔をレーザーまたはＮＣパンチングマシン等によって形成することができるために、導体インクの印刷にともなうインクのにじみ等によるスロット形状のバラツキなどが発生することがなく、常に一定形状のスロット孔を形成することができるために、信号線路間の電磁結合性のバラツキを防止することができる。
【００３６】
よって、高周波用パッケージの特性の劣化を最小限に抑えることができるとともに、特性のバラツキを抑え、量産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用パッケージの一例を示す概略断面図である。
【図２】図１の高周波用パッケージの誘電体基板表面の平面図である。
【図３】図１の高周波用パッケージにおける電磁結合構造を説明するための概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】図１の高周波用パッケージにおける誘電体基板底面の平面図である。
【図５】図１の高周波用パッケージ基体の組み立て工程の一例を説明するための図である。
【図６】従来の高周波用パッケージの概略断面図である。
【符号の説明】
１  高周波用パッケージ
２  誘電体基板
３  導電性蓋体
４  キャビティ
５  高周波素子
６  第１の信号線路
７  導体層
８  第２の信号線路
９  接地層
１０  スロット孔
１１  貫通孔
１２  誘電体材料
１３，１５  スルーホール導体
１４  電源供給層
【図１】
0003696735.tif 000002
【図２】
0003696735.tif 000003
【図３】
0003696735.tif 000004
【図４】
0003696735.tif 000005
【図５】
0003696735.tif 000006
【図６】
0003696735.tif 000007