(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に接地導体層が形成され、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板上に前記搭載部を囲むように接合された枠体と、前記枠体の両側に位置する前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体と、前記絶縁基板の内部で前記枠体の下方に前記一対の線路導体と一直線状かつ平行に形成され、両端が前記一対の線路導体の前記枠体の両側の各端部とそれぞれ貫通導体により電気的に接続された内層線路導体と、前記絶縁基板を貫通して前記線路導体および前記内層線路導体の近傍に形成され、下端が前記接地導体層に電気的に接続された複数の接地貫通導体とから成り、前記枠体が導体から成り、該枠体の直下に前記接地貫通導体が形成されるとともに該接地貫通導体の上端が前記枠体に電気的に接続されており、前記貫通導体と前記複数の接地貫通導体との間に形成されるキャパシタンス成分により前記貫通導体の特性インピーダンスを低下させて、前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体ならびに前記内層線路導体の特性インピーダンスと同じにしていることを特徴とする高周波回路用パッケージ。
【請求項２】
前記接地貫通導体は、前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体と前記貫通導体と前記内層線路導体との両側に３本ずつ合計６本形成されていることを特徴とする請求項１記載の高周波回路用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波帯で用いられる高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を収容するための高周波回路用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＨｚ帯またはＧＨｚ帯の高周波帯で動作する高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を収容するために用いられる高周波回路用パッケージは、従来、高周波回路部品を搭載するための搭載部を有する平板状セラミックス等から成る絶縁基板と、絶縁基板上に搭載部を囲むように接合されて、内部に高周波回路部品を収容する側壁となる絶縁枠体と、絶縁枠体の上面に接合されて高周波回路部品を絶縁枠体の内側に気密封止する蓋体とから成り、絶縁基板上面には、絶縁枠体の内外を導通するように形成された伝送線路としての線路導体が、その一部を絶縁枠体と絶縁基板とに挟持されて形成されていた。
【０００３】
このような従来の高周波回路用パッケージでは、枠状の絶縁体が絶縁基板上面に接合されているため、この絶縁体が蒸着やめっき等による薄膜形成およびフォトリソグラフィによる配線パターン形成の作業の障害となり、薄膜法による伝送線路の形成ができないという問題点があった。また、収容部の側壁が絶縁体であるため高周波回路部品の電磁シールドが不完全であるという問題点があった。
【０００４】
このため、絶縁基体を平板状とするとともに、蓋体を金属により形成し、かつその外周部の全周にわたって高周波回路部品の収容部の側壁となる突出部が設けられた形状とすることにより、絶縁基体の上面に薄膜法による伝送線路の形成を可能とするとともに、高周波回路部品の電磁シールド効果を良好とした高周波回路用パッケージが考案されている。
【０００５】
このような構造の高周波回路用パッケージの例を図４に斜視図で示す。図４において、１は絶縁基板、２は絶縁基板１の下面に形成された接地導体層、３は金属により形成され、外周部の全周にわたって高周波回路部品の収容部の側壁となる突出部３ａが設けられた蓋体、４は絶縁基板１の搭載部に搭載された高周波回路部品、５・５は絶縁基板１の上面に伝送線路として形成された線路導体、６は高周波回路部品４の電極と線路導体５とを電気的に接続するボンディングワイヤである。
【０００６】
このような構造の高周波回路用パッケージでは、蓋体３が金属で形成されているため、線路導体５の全部を絶縁基板１の上面に形成してしまうと、収容部の側壁を構成する蓋体３の突出部３ａと接触する部分で線路導体５間にショートが発生してしまうため、図４および図５に示すように、線路導体５を収容部の外側と内側とに分割し、それぞれの線路導体５からビア導体やスルーホール導体等の貫通導体７を絶縁基板１の内層側に向けて設けるとともに、それぞれの貫通導体７・７間を内層線路導体８で電気的に接続して、これらの貫通導体７と内層線路導体８とを介して、収容部の内側の線路導体５と外側の線路導体５とを電気的に接続した構造としている。
【０００７】
このように図４および図５に示すような伝送線路構造とすることにより、絶縁基板１の上面に薄膜法により微細な線路導体５を形成することができ、また金属製の蓋体３により収容部の側壁および上面が覆われるため、収容部に収容した高周波回路部品４の電磁シールドが可能となり、同時に線路導体５と蓋体３との接触による線路導体５間のショートを防ぐことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４および図５に示したような構成の従来の高周波回路用パッケージでは、線路導体５間を電気的に接続する貫通導体７の周囲に接地導体層が存在しないことから、貫通導体７のインダクタンス成分が増大するために貫通導体７の特性インピーダンスが線路導体５の特性インピーダンスと異なることとなってしまい、貫通導体７と線路導体５との間の特性インピーダンスの不整合による反射損失が発生して高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、線路導体と貫通導体と内層線路導体とにより構成される伝送線路構造を有する高周波回路用パッケージにおいて、線路導体と貫通導体との特性インピーダンスの不整合を防止して反射損失による高周波信号の伝送特性の劣化を無くし、薄膜法による伝送線路の形成が可能で高周波信号の伝送特性に優れ、かつ高周波回路部品の電磁シールド効果が良好な高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波回路用パッケージは、下面に接地導体層が形成され、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板上に前記搭載部を囲むように接合された枠体と、前記枠体の両側に位置する前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体と、前記絶縁基板の内部で前記枠体の下方に前記一対の線路導体と一直線状かつ平行に形成され、両端が前記一対の線路導体の前記枠体の両側の各端部とそれぞれ貫通導体により電気的に接続された内層線路導体と、前記絶縁基板を貫通して前記線路導体および前記内層線路導体の近傍に形成され、下端が前記接地導体層に電気的に接続された複数の接地貫通導体とから成り、前記枠体が導体から成り、該枠体の直下に前記接地貫通導体が形成されるとともに該接地貫通導体の上端が前記枠体に電気的に接続されており、前記貫通導体と前記複数の接地貫通導体との間に形成されるキャパシタンス成分により前記貫通導体の特性インピーダンスを低下させて、前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体ならびに前記内層線路導体の特性インピーダンスと同じにしていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の高周波回路用パッケージは、上記構成において、前記接地貫通導体は、前記絶縁基板の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体と前記貫通導体と前記内層線路導体との両側に３本ずつ合計６本形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、線路導体と内層線路導体との近傍に複数の接地貫通導体が形成されていることから、線路導体と内層線路導体とを電気的に接続する信号伝送用の貫通導体の周囲に複数の接地貫通導体が位置することとなってこれらの間に形成されるキャパシタンス成分により信号伝送用の貫通導体の特性インピーダンスを低下させることができ、その結果、貫通導体の特性インピーダンスを線路導体の特性インピーダンスと同じとすることができ、特性インピーダンスの不整合による反射損失の増加とそれにともなう高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の高周波回路用パッケージによれば、枠体が導体から成り、複数の接地貫通導体がその枠体の直下に形成されて枠体と接地導体層とに電気的に導通されているため、接地貫通導体の接地状態を十分に安定させることができ、信号伝送用の貫通導体周辺の電磁シールド効果をより完全なものとすることができる。その結果、導体から成る枠体と絶縁基板下面の接地導体層とにより伝送線路の上下が電磁シールドされ、枠体直下の接地貫通導体により伝送線路の左右が電磁シールドされることとなり、外部との電磁シールド効果に優れた高周波回路用パッケージとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波回路用パッケージを図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその要部断面図、図３はその要部平面図である。
【００１６】
図１〜図３において１１は上面に高周波回路部品を搭載する搭載部（図示せず）を有する絶縁基板、１２は絶縁基板１１の下面に形成された接地導体層、１３は絶縁基板１１上に搭載部を囲むように接合され、絶縁体または導体から成る蓋体であり、その外周部に高周波回路部品の収容部の側壁となる枠体１３ａ部分を有している。
【００１７】
なお、ここでは枠体１３ａを蓋体１３の一部として一体的に構成した例を示しているが、蓋体１３を枠体１３ａとその上面に接合される蓋部分との独立した部材として構成してもよい。
【００１８】
１４は高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品であり、絶縁基板１１の搭載部に搭載されている。１５・１５は絶縁基板１１の上面に互いに一直線状に形成された一対の線路導体であり、一方が枠体１３ａの内側に、他方が枠体１３ａの外側に位置するように形成されている。１６は高周波回路部品１４の電極と線路導体１５とを電気的に接続するボンディングワイヤであり、１７は一対の線路導体１５のそれぞれから絶縁基板１１の内層側に向けて形成されたビア導体やスルーホール導体等の貫通導体、１８は絶縁基板１１の内部で枠体１３ａの下方に一対の線路導体１５・１５と一直線状かつ平行に形成された内層線路導体である。内層線路導体１８の両端は一対の線路導体１５・１５の枠体１３ａの両側の各端部とそれぞれ貫通導体１７により電気的に接続されており、これにより、貫通導体１７と内層線路導体１８とを介して、収容部の側壁を構成する枠体１３ａの内側の線路導体１５と外側の線路導体１５とを電気的に接続し、搭載部上の高周波回路部品１４と外部の電気回路との間が電気的に接続されることとなる。
【００１９】
そして、１９および２０は絶縁基板１１を貫通して線路導体１５および内層線路導体１８の近傍に形成され、下端が接地導体層１２に電気的に接続された複数の接地貫通導体であり、このうち２０は枠体１３ａの直下に形成された接地貫通導体である。
【００２０】
この例では、一対の線路導体１５・１５および貫通導体１７・内層線路導体１８の両側に３本ずつ合計６本の接地貫通導体１９・２０を形成しており、また、そのうち２本の接地貫通導体２０は蓋体１３が絶縁基板１１に接合される領域、すなわち枠体１３ａの直下の領域に形成され、その上端で枠体１３ａと接している。
【００２１】
なお、枠体13ａの直下に接地貫通導体20を形成するとともに、枠体13ａは金属等の導体から成るものとし、接地貫通導体20の上端は枠体13ａに接することにより、あるいは接合されることにより電気的に接続される。
【００２２】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、このように一対の線路導体１５・１５および貫通導体１７・内層線路導体１８の近傍に接地貫通導体１９・２０を形成したことから、特に貫通導体１７と接地貫通導体１９・２０との間に形成されるキャパシタンス成分により貫通導体１７の特性インピーダンスを低下させることができ、貫通導体１７の特性インピーダンスを線路導体１５ならびに内層線路導体１８の特性インピーダンスと同じとすることができ、特性インピーダンスの不整合による反射損失の増加とそれにともなう高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができる。
【００２３】
また、導体から成る枠体13ａの直下に接地貫通導体20が形成されて枠体13ａと接地導体層20とが電気的に導通されているため、接地貫通導体20の接地状態を十分に安定させることができ、枠体13ａと絶縁基板11との接合部における線路導体15・貫通導体17・内層線路導体18周辺の電磁シールド効果をより完全なものとすることができる。
【００２４】
本発明の高周波回路用パッケージにおける絶縁基板１１には、例えばアルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等のセラミックス材料あるいはガラスセラミックス等の無機系材料、またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）・ガラスエポキシ・ポリイミド等の樹脂性材料等を用いることができ、例えばガラスセラミックスから成る場合であれば、ガラスセラミックスのグリーンシートの所定の箇所に貫通導体１７となる貫通孔および接地貫通導体１９・２０となる貫通孔をそれぞれ形成した後、スクリーン印刷法等の印刷法によりこれら貫通孔に金属ペーストを充填するとともに、所定の箇所に内層線路導体１８となる金属ペーストを印刷塗布し、これらのグリーンシートを上下に積層し約１０００℃で一体焼成することにより製作される。
【００２５】
このようにして製作された絶縁基板１１の上面には、薄膜法あるいは上記のような印刷・焼成法により所定パターンに一対の線路導体１５・１５が形成され、貫通導体１７を介して内層線路導体１８と電気的に接続される。
【００２６】
また、蓋体１３は、例えば蓋部分となる平板上の金属板の外周に枠体１３ａとなる金属枠体を溶接等で接合すること等により製作される。
【００２７】
複数の接地貫通導体１９・２０の形成位置は線路導体１５や内層線路導体１８と貫通導体１７との特性インピーダンスの差、および絶縁基板１１の素材の比誘電率に応じて、シミュレーションまたは実測などの方法により決定する。
【００２８】
例えば、線路導体１５の特性インピーダンスが５０Ωで貫通導体１７の特性インピーダンスが１００  Ω、ガラスセラミックスにより形成された絶縁基板１１の比誘電率が５．５  の高周波回路用パッケージについてコンピュータシミュレーションにより算出したところ、貫通導体１７から０．５  ｍｍ離れた位置に貫通導体１７の両側に１つずつ接地貫通導体１９を形成することにより、貫通導体１７の特性インピーダンスを５０Ωにまで低下させることができ、その結果、線路導体１５と貫通導体１７との特性インピーダンスの不整合の無い、高周波信号の伝送特性に優れた高周波回路用パッケージとすることができた。
【００２９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００３０】
例えば、一対の線路導体を必要に応じて複数設けてもよく、また、線路導体の両側の絶縁基板表面に接地貫通導体の上端が接続された同一面接地導体層を設けたいわゆるグランド付コプレーナ線路構造としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高周波回路用パッケージによれば、貫通導体によって接続される線路導体と内層線路導体との近傍に、下端が接地導体層に電気的に接続された複数の接地貫通導体を形成したことから、信号伝送用の貫通導体と接地貫通導体との間に形成されるキャパシタンス成分により信号伝送用の貫通導体の特性インピーダンスを低下させて線路導体の特性インピーダンスと整合させることができ、高周波信号の伝送線路において特性インピーダンスの不整合による反射損失の増加とそれにともなう高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができる高周波回路用パッケージとなる。
【００３２】
また、本発明の高周波回路用パッケージによれば、枠体が導体から成り、複数の接地貫通導体が枠体の直下に形成されて枠体と接地導体層とに電気的に導通されているため、接地貫通導体の接地状態を十分に安定させることができ、導体から成る枠体と絶縁基板下面の接地導体層とにより伝送線路の上下が、また枠体直下の接地貫通導体により伝送線路の左右がそれぞれ電磁シールドされることとなり、信号伝送用の貫通導体周辺の電磁シールド効果をより完全なものとすることができて、外部との電磁シールド効果に優れた高周波回路用パッケージとなる。
【００３３】
以上により、本発明によれば、線路導体と貫通導体と内層線路導体とにより構成される伝送線路構造を有する高周波回路用パッケージにおいて、薄膜法による伝送線路の形成が可能で、線路導体と貫通導体との特性インピーダンスの不整合を防止して反射損失による高周波信号の伝送特性の劣化を無くすことができ、高周波信号の伝送特性に優れ、かつ高周波回路部品の電磁シールド効果が良好な高周波回路用パッケージを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す高周波回路用パッケージの要部断面図である。
【図３】図１に示す高周波回路用パッケージの要部平面図である。
【図４】従来の高周波回路用パッケージの例を示す斜視図である。
【図５】図４に示す従来の高周波回路用パッケージの要部断面図である。
【符号の説明】
１１・・・・・絶縁基板
１２・・・・・接地導体層
１３・・・・・蓋体
１３ａ・・・・枠体
１４・・・・・高周波回路部品
１５・・・・・線路導体
１７・・・・・貫通導体
１８・・・・・内層線路導体
１９・・・・・接地貫通導体
２０・・・・・枠体の直下に形成された接地貫通導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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