(57)【要約】【課題】  金属筐体内に実装した際に、導波管モードで伝搬する不要電波を吸収し、周波数特性の安定した動作を行う高周波用パッケージを提供する。【解決手段】  高周波用デバイスを搭載し、外部への接続回路が形成されたベース部と、ベース部をカバーするキャップ部とを備えた高周波用パッケージにおいて、キャップ部に、高周波用パッケージを金属筐体内に実装した際、金属筐体内に発生する導波管モードの不要電波を吸収する電波吸収体を備えている。電波吸収体は、誘電損失の大きい誘電体、または誘電損失、磁気損失の大きい鉄、カーボン、フェライトを混合した誘電体、あるいは抵抗皮膜で形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波用デバイスを搭載し、外部への接続回路が形成されたベース部と、該ベース部を覆うキャップ部とを備えた高周波用パッケージにおいて、
前記キャップ部に、前記高周波用パッケージを金属筐体内に実装した際、該金属筐体内に発生する導波管モードの不要電波を吸収する電波吸収体を備えていることを特徴とする高周波用パッケージ。
【請求項２】
前記電波吸収体は、誘電損失の大きい誘電体、または誘電損失、磁気損失の大きい鉄、カーボン、フェライトを混合した誘電体、あるいは抵抗皮膜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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯等で用いられる高周波用パッケージに関し、特に高周波用パッケージを金属筐体内に実装した際、導波管モード帰還または導波管モード共振などの不要共振等による特性劣化を防止し、安定した特性が得られる高周波用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、よく知られている高周波用パッケージとして、キャリア型セラミックパッケージと表面実装型パッケージがある。キャリア型セラミックパッケージは、例えば図１０（ａ）に示すように高周波用のデバイス６、金属製のキャリア部１４、ベース部１５およびキャップ部１３から構成されている。ベース部１５上には信号、電源等の配線パターン１６が形成され、デバイス６を搭載する部分が切り欠かれている。キャップ部１３はプラスチック等の誘電体で形成され、デバイス６の電極は、ボンディングワイヤ８により配線パターン１６に接続し、リード部１７を経て外部に導出されている。他方、表面実装型パッケージは図１０（ｂ）に示すように、デバイス６、ベース部２およびキャップ部１３から構成され、デバイス６の電極は、ボンディングワイヤ８、ベース部２を貫通するスルーホール７を介して、ベース部２裏面側に導出されている。
【０００３】
このような高周波用パッケージを金属筐体に実装する場合、使用周波数帯域が低ければ、金属筐体のシールド構造が、金属筐体内部の導波管モードの不要共振等を防止し、共振等が発生することはなかった。しかし、使用周波数帯域が高くなると、あるいはデバイス６の集積度が上がり、デバイス６のチップサイズが大きくなると、金属筐体のカットオフ周波数が使用周波数より相対的に低くなってしまい、金属筐体内部で導波管モードによる不要共振等が発生してしまう。
【０００４】
一方、電波吸収体を用いて高周波用パッケージ内における不要共振等を防止する方法について、いくつか提案されている。例えば、特開平１１−３３０２８８号公報には、金属製フレームを覆うメタルパッケージのカバー（板）を誘電体または吸収体で構成し、パッケージ内の不要共振等を防いだ例が開示されている。また、特開２０００−１３８４９５号公報には、メタルキャップ内に電波吸収体または抵抗膜を形成し、パッケージ内の不要共振等を抑制した例を開示されている。しかし、これらの方法はいずれもパッケージ内の不要共振等に対する対策として提案されており、高周波用パッケージを金属筐体内部に実装した場合、金属筐体内部に発生する導波管モードの共振等を抑制することはできなかった。特に、準ミリ波帯以上の高周波数帯域では、高周波用パッケージの大きさが使用周波数の波長に近づくため、金属筐体の幅を狭め、導波管モードのカットオフ周波数以下として帰還、共振等を抑えることができなくなってきている。 
【０００５】
また、金属筐体内部の不要共振等を抑える方法としては、例えば、図１１に示すように高周波パッケージ１９を搭載したマイクロストリップ基板３を金属筐体５内に実装し、金属筐体５の内壁にシート状の電波吸収体１８を配置する方法が知られている（特開２００１−２６８１９０号公報参照）。電波吸収体１８は、導波管モードの帰還を減衰させ、不要共振等を抑えさせるものである。しかし、金属筐体内の導波管モードの共振周波数は、使用周波数と金属筐体の形状により、さまざまな電磁界分布となるため、金属筐体内壁に貼り付けられた電波吸収体１８のみで、全ての不要電波を効率よく減衰させることは難しかった。
【０００６】
例えば、入出力信号ラインであるマイクロストリップ線路と増幅器等のデバイス６を内部に実装した高周波用パッケージ１９と、その回路を他の回路と遮蔽するための金属筐体５は、通常、図４（ａ）、（ｂ）のように配置される。金属筐体５の幅により決定される導波管モードカットオフ周波数が、使用周波数より低い場合、図４（ａ）に示すように出力側に接続された負荷（図示せず）との不整合等が生じた場合、デバイス６の出力の一部が導波管モードのエネルギーに変換され、金属筐体５内を伝搬し、その一部が入力側のマイクロストリップ線路に結合し、その空間系を伝搬した帰還エネルギーと、もとの入力信号が同相または逆相で加わることになる。図４（ｃ）に帰還が無い場合の特性（点線で表示）と帰還による発振が起きた場合の特性（実線で表示）を示す。帰還による発振が起きた場合、リップルが出現し、動作が不安定になってしまう。特に、デバイス６が増幅器で、その利得が帰還経路の損失を上回った場合には、自励発振を起こしてしまう。
【０００７】
また、高周波用パッケージ１９の前後の回路が結合するのを防ぐため、入出力のマイクロストリップ線路部では、図４（ｂ）に示すように、金属筐体５にマイクロストリップ線路の延出する方向と直交する方向に突出する金属壁５ｂを形成する場合がある。入出力間の金属筐体５内部の間隔が、導波管モードによる共振周波数の管内波長の略１／２の整数倍となると、その共振周波数で共振が起こり、図４（ｄ）に示すように、マイクロストリップ線路が全反射したのと同じ結果となってしまう。
【０００８】
不要共振の発生について、別の説明を行うと、次のようになる。図５（ａ）は特性インピーダンス５０Ωのマイクロストリップ線路４にセラミック製のキャップ部１３をかぶせたモデルの説明図で、図５（ｂ）はキャップ部１３内部のマイクロストリップ線路４を切り欠いた場合のモデルの説明図を示す。図６（ａ）は、図５（ａ）のモデルにおける伝送特性を、図６（ｂ）は図５（ｂ）のモデルにおけるアイソレーション特性を示している。図中、ＭＳ１１は反射特性を、ＭＳ２１は透過特性を示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、これらの特性には複数の共振点（ア）〜（ク）が存在し、その周波数で伝送特性、アイソレーション特性が劣化していることがわかる。このことは金属筐体内には複数の導波管モードの伝搬に起因する共振があることを示している。      
【０００９】
一方、図９（ａ）〜（ｄ）は、矩形導波管の各種伝搬モードを例示した図である。ＴＥｍｎ波、ＴＭｍｎ波（ｍ、ｎは整数）があり、それぞれ伝搬定数、励振方法が異なる。図９（ａ）はＴＥ１０モード、図９（ｂ）はＴＥ１１モード、図９（ｃ）はＴＭ１１モード、図９（ｄ）はＴＭ２１モードを示しており、各図の左図は伝搬方向に直交した断面図、右図は伝搬方向の側面図である。１０は矩形導波管、１１は電気力線、１２は矩形導波管１０を金属筐体とみなしたとき、内部に実装される高周波用パッケージの外形線をそれぞれ示している。このように矩形導波管内、即ち金属筐体内には、複雑な導波管モードが存在することがわかる。
【特許文献１】特開平１１−３３０２８８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３８４９５号公報
【特許文献３】特開２００１−２６８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、高周波用のデバイス６を含むマイクロ波帯やミリ波帯で使用される高周波用パッケージを金属筐体５内部に実装する場合、デバイス６の出力の一部が負荷との不整合により導波管モードのエネルギーに変換され、金属筐体５内を伝搬し、入力線路に結合し発振したり、金属筐体の構造により、共振が生じてしまうという問題があった。本発明は、金属筐体内に実装された際に、上述のような発振や共振等の不要電波を吸収し、周波数特性の安定した動作を行う高周波用パッケージ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】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、高周波用デバイスを搭載し、外部への接続回路が形成されたベース部と、該ベース部を覆うキャップ部とを備えた高周波用パッケージにおいて、前記キャップ部に、前記高周波用パッケージを金属筐体内に実装した際、該金属筐体内に発生する導波管モードの不要電波を吸収する電波吸収体を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記電波吸収体が、誘電損失の大きい誘電体、または誘電損失、磁気損失の大きい鉄、カーボン、フェライトを混合した誘電体、あるいは抵抗皮膜からなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波用パッケージは、金属筐体内に実装された場合、電波吸収体を備えることにより、金属筐体内で発生した導波管モードの不要電波を吸収するため、安定した動作を実現することができる。特に、高周波用パッケージを金属筐体内の不要電波の電磁界分布の強い場所に配置すると、従来のように金属筐体に電波吸収体を貼り付ける場合と比べて、導波管モードの電磁界が強く結合し、不要電波を吸収することができる。
【００１４】
特に高周波用パッケージのキャップ部に電波吸収体を備えることで、キャップ部の上面および側面のいずれかと電界が平行となる面が必ず存在することになり、複数の導波管モードが存在する金属筐体内で、さまざまなモードの不要電波を吸収することでき、効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態および具体的な実施例について説明する。図１は本発明の高周波用パッケージを金属筐体内部に実装した状態の説明図、図２は本発明の高周波用パッケージの説明図である。図２に示すように、本発明の高周波用パッケージは、デバイス６、ベース部２およびキャップ部１から構成され、デバイス６の電極は、ボンディングワイヤ８、ベース部２を貫通するスルーホール７を介して、ベース部２裏面に導出されている。ここでキャップ部１は、従来例で説明したキャップ部１３とは異なり、電波吸収体となる材料で形成されていることが本発明の特徴である。図１に示すように、増幅器等のデバイスを内部に組み込んだベース部２と、このベース部２を電波吸収体となるキャップ部１でカバーした高周波用パッケージは、マイクロストリップ線路４に接続するようにマイクロストリップ基板３上に実装し、金属筐体５で遮蔽して使用される。通常、マイクロ波、ミリ波等の高周波を扱う回路では、マイクロストリップ線路およびそれらと接続されるＭＭＩＣ等の部品は、金属筐体の幅の中心付近に配置する。つまり、高周波用パッケージは、金属筐体内で電磁界分布の強い位置に配置されることになる。
【００１６】
金属筐体５で遮蔽された高周波用パッケージは、金属筐体５内部の導波管モードで伝送する不要電波を、電波吸収体となるキャップ部１が吸収するため、従来例で説明した図４（ｃ）の帰還がない場合の特性を示すことになる。また、キャップ部１は図示するように、上面及び側面部があり、そのいずれも電波吸収体として作用するため、さまざまなモードに対応し、導波管モードの不要電波を吸収することできる。以下、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図２はキャップ部１とベース部２とからなる本発明の高周波用パッケージの説明図である。従来例で示した図１０（ｂ）の表面型パッケージに対応するもので、その相違点は従来例のキャップ部１３が絶縁体（誘電体）で形成されているのに対し、本発明のキャップ部１は誘電損失の大きい素材、またはセラミック、プラスチックに鉄、フェライト、カーボン等の抵抗体、磁性体の粉体を混合し等価的に損失を高めた素材で形成されたものである。これらの素材は、金属筐体５内に配置したときに、金属筐体５内の電磁エネルギーと結合し、熱エネルギーに変換することで、電波吸収体として作用する。キャップ部１以外の構成は、従来例と同じでＭＭＩＣ等からなる高周波用のデバイス６の電極を、ボンディングワイヤ８、スルーホール７を介してマイクロストリップ線路４に接続している。
【実施例２】
【００１８】
図３は、従来例で示した図１０（ａ）のキャリア型パッケージに対応する高周波用パッケージの説明図である。その相違点は従来例のキャップ部１３が絶縁体（誘電体）で形成されているのに対し、本発明のキャップ部１は誘電体の外側全面に抵抗皮膜９が形成されていることである。この抵抗皮膜９が電波吸収体として作用する。抵抗皮膜９の形成方法は、キャップ部１がセラミックの場合、高抵抗金属薄膜等の蒸着あるいは厚膜抵抗体を塗布、焼結して形成することができ、キャップ部１がプラスチックのような耐熱温度が低い場合は、抵抗体を含有した塗料を塗布するなどして形成することができる。抵抗皮膜９を備えたキャップ部１以外の構成要素は従来例で説明したのと同じである。金属皮膜９は、誘電体の外側全面に形成される他、内側全面、あるいは外側及び内側の両面に形成しても良い。  
【００１９】
抵抗皮膜９により電波吸収体を形成する場合には、導電率に関し最適条件を勘案する必要がある。図７は、図５（ａ）で説明したモデルでキャップ部１に抵抗皮膜９を形成し、金属筐体の中央部分に実装した場合の伝送特性を示したもので、抵抗皮膜９の導電率をパラメータにして図７（ａ）〜（ｄ）に四つのグラフを示している。ここで、マイクストリップ基板３は厚さ０．２mm、比誘電率３．４、金属筐体寸法は幅６mm×長さ１０mm×高さ２mm、キャップ部１３は外寸が幅５mm×長さ５mm×高さ２mm、内寸が幅４mm×長さ４mm×高さ１．５mm、抵抗皮膜９は厚さ５０um、導電率１×１０1（Ｓ／ｍ）、１×１０2（Ｓ／ｍ）、１×１０3（Ｓ／ｍ）、１×１０4（Ｓ／ｍ）である。
【００２０】
図７（ｂ）、（ｃ）に示すように導電率が１×１０2（Ｓ／ｍ） と１×１０3（Ｓ／ｍ）の場合に共振点がなく、良好な特性が得られている。理想的には導波管モードの電磁界インピーダンスと抵抗皮膜の特性インピーダンスが等しいときに最大の減衰が得られるが、図７（ｂ）及び（ｃ）の結果から、抵抗皮膜９の導電率はそれほど厳しい値を設定しなくとも広帯域で良好な特性が得られることがわかる。
【００２１】
図８は、図５（ｂ）に示すモデルにおいて、キャップ部１３の表面に抵抗皮膜９を形成した場合のアイソレーション特性を示したものである。図７と同様、導電率をパラメータにして図８（ａ）〜（ｄ）に四つのグラフを示している。設定条件は図７で説明した場合と同じである。図７の伝送特性と同じく導電率が１×１０2（Ｓ／ｍ） と１×１０3（Ｓ／ｍ） で共振点がなく良好な特性が得られている。なお、導電率が１×１０4（Ｓ／ｍ）でも良好な特性が得られる。この差は、図５（ａ）と図５（ｂ）で、金属筐体内を伝搬する電磁波のモードが異なるためと考えられる。 
【００２２】
以上、抵抗皮膜９で電波吸収体を形成した場合の特性について説明したが、図２に示すように、キャップ部１の材質自体を誘電損失の大きい素材、あるいは等価的に損失を高めた素材で形成しても、同様な効果が得られる。なお、図２では前者の誘電損失の大きい素材を用い、図３では後者の抵抗皮膜を用いた例で説明したが、その逆であってもよい。また、マイクロストリップ線路を用いた場合について説明したが、スロット線路やコプレーナ線路などの平面線路を用いることができる。
【００２３】
以上説明した本発明の高周波用パッケージは、通常金属筐体内の電磁界分布の強い位置（図９に示す例では点線１２の位置）に配置されるため、導波管モードの電磁界と強く結合し、効果的に不要電波を吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を説明する斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明する図である。
【図４】従来の高周波用パッケージを金属筐体内部に実装した場合の問題点を説明する図である。
【図５】従来の高周波用パッケージを金属筐体内部に実装した場合の別の問題を説明する図である。
【図６】従来の高周波用パッケージを金属筐体内部に実装した場合の更に別の問題点を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施例の高周波用パッケージの効果を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施例の高周波用パッケージの効果を説明する図である。
【図９】矩形導波管の各種伝搬モードを例示した図である。
【図１０】従来の高周波用パッケージの説明図である。
【図１１】従来の高周波用パッケージを金属筐体内に実装した際、不要共振を防止する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１；キャップ部、２；ベース部、３；マイクロストリップ基板、４；マイクロストリップ線路、５；金属筐体、５ｂ；金属壁、６；デバイス、７；スルーホール、８；ボンディングワイヤ、９；抵抗皮膜、１０；矩形導波管、１１；電気力線、１２；矩形導波管内に実装された場合のパッケージ外形、１３；キャップ部、１４；キャリア部、１５；ベース部、１６；配線パターン、１７；リード部、１８；電波吸収体、１９；高周波用パッケージ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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