(57)【要約】【課題】  抵抗体や電波吸収体の無反射条件を満足しつつ、不要共振周波数を抑制することのできるパッケージ構造を得ることを目的とする。【解決手段】  半導体素子を収納するキャビティ２１の形成された誘電体多層基板６と、キャビティ２１を取り囲むようにキャビティ側壁内に配列された複数の金属充填スルーホール４と、キャビティ２１を取り囲むように設けられ、キャビティ側壁内における金属充填スルーホール４の配列から、不要共振波の４分の１波長の距離だけ内側に配列され、無反射終端された複数の抵抗体充填スルーホール７とを備えて、誘電体パッケージ２０を構成する。【選択図】      図１
2008263021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収納するキャビティの形成された誘電体多層基板と、
キャビティを取り囲むようにキャビティ側壁内に配列された複数の金属充填スルーホールと、
キャビティを取り囲むように設けられ、キャビティ側壁内における金属充填スルーホールの配列から、不要共振波の４分の１波長の距離だけ内側に配列され、無反射終端された複数の抵抗体充填スルーホールと、
を備え、金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列され、抵抗充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列されたことを特徴とする誘電体パッケージ。
【請求項２】
半導体素子を収納するキャビティの形成された誘電体多層基板と、
キャビティを取り囲むようにキャビティ側壁内に配列された複数の金属充填スルーホールと、
キャビティの周囲で、キャビティ側壁内における金属充填スルーホールの配列よりも内側に配列された複数の接続用金属充填スルーホールと、
キャビティを取り囲むように設けられ、キャビティ側壁の内層における、金属充填スルーホールの配列から、不要共振波の４分の１波長の距離だけ内側の位置に設けられ、接続用金属充填スルーホールを介して無反射終端された抵抗パターンと、
を備え、
金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列され、接続用金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列されたことを特徴とする誘電体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子の収納されるキャビティが形成された誘電体パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、キャビティ内に半導体素子及び回路基板を搭載し、金属キャップで気密封止してなる半導体パッケージにおいて、パッケージのキャビティ内で起こる共振を抑制するために、パッケージ内のキャビティに面する部位またはキャビティ側面の少なくとも一部に抵抗体の膜を形成したり、電波吸収体を貼り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８３１０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のパッケージでは、キャビティ内に抵抗体や電波吸収体を配置した場合、抵抗体や電波吸収体が無反射条件を満たしていないという問題点があった。このため、抵抗体や電波吸収体において反射を生じ、充分な共振抑制効果が得られていないという課題が生じた。
【０００５】
また、共振そのものが発生しないように、キャビティの寸法をカットオフ周波数以下とする対策も考えられるが、この場合、周波数が高くなるに従い、実装上の制約を生じるという課題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、抵抗体や電波吸収体の無反射条件を満足しつつ、不要共振周波数を抑制することのできるパッケージ構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明による誘電体パッケージは、半導体素子を収納するキャビティの形成された誘電体多層基板と、キャビティを取り囲むようにキャビティ側壁内に配列された複数の金属充填スルーホールと、キャビティを取り囲むように、キャビティ側壁内における金属充填スルーホールの配列から、不要共振波の４分の１波長の距離だけ内側に配列された複数の抵抗体充填スルーホールと、を備えたものである。
また、金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列され、抵抗充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列されても良い。
【０００８】
また、第二の発明は、半導体素子を収納するキャビティの形成された誘電体多層基板と、キャビティを取り囲むようにキャビティ側壁内に配列された複数の金属充填スルーホールと、キャビティを取り囲むように、キャビティ壁面内における金属充填スルーホールの配列よりも内側に配列された複数の接続用金属充填スルーホールと、キャビティを取り囲むように、キャビティ側壁の内層における、金属充填スルーホールの配列から、不要共振波の４分の１波長の距離だけ内側の位置に設けられ、接続用金属充填スルーホールで接地パターン及びシールリングに接続された抵抗体と、を備えたものである。
また、金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列され、接続用金属充填スルーホールは不要共振波の２分の１波長以下の間隔で配列されても良い。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、無反射条件を満たした状態で、キャビティの形成された誘電体パッケージ内の不要共振波を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る誘電体パッケージの構成を示す断面図である。
図において、誘電体パッケージ２０は、金属キャリア１と、金属キャリア１の上に搭載された誘電体多層基板６と、誘電体多層基板６の上面にろう付けや導電性接着剤により接合されたシールリング２を備えて構成される。誘電体パッケージ２０は空洞をなすキャビティ２１が形成され、キャビティ２１の形成する空間内に、１つもしくは複数の半導体素子２２が収納される。また、誘電体パッケージ２０におけるシールリング２の上面には、蓋３が溶接またはろう付けや導電性接着剤により接合されて、キャビティ２１内を気密封止する。蓋３はアルミや鉄ニッケルコバルト合金等の導電性の金属や、導電性皮膜に表面が覆われるように形成された誘電体板などにより、構成される。金属キャリア１およびシールリング２は導電性の金属で構成され、例えば代表的な金属として鉄ニッケルコバルト合金が用いられる。シールリング２は矩形状の貫通穴が形成され、額縁の如く形状を成している。キャビティ２１は誘電体多層基板６に形成された窪み部とシールリング２の貫通穴とが連通して形成される空間によって構成される。半導体素子２２は、増幅器や減衰器などのアクティブ素子やキャパシタやインダクタなどのパッシブ素子を構成している。
【００１１】
誘電体多層基板６は、複数の誘電体シート（誘電体層）を多層に積層して構成されるセラミック基板や、有機基板である。この際、誘電体多層基板６は、キャビティ２１の一部を成す窪み部を形成するように、下層の誘電体層の上層に、貫通穴の開いた誘電体層を積層する。各誘電体層の層間には、配線導体パターンや接地導体パターンが形成されている。また、誘電体多層基板６の上面には、半導体素子２２を実装する導体パッドや、半導体素子２２に接続される配線導体パターンが形成されている。誘電体多層基板６のキャビティ２１の底面を成す誘電体層６ａの下面内層には、接地導体パターン５が設けられている。
【００１２】
誘電体多層基板６における側壁（キャビティ側壁）内部には、キャビティ２１との境界を成す側壁面（キャビティ壁面）３０の周囲を取り囲むように、層間を上下に接続した複数の金属充填スルーホール４が配列される。金属充填スルーホール４は、誘電体多層基板６の微細孔内に金属が充填されたものである。金属充填スルーホール４は、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲に沿って、λ／２以下の間隔で配列される。ここで、λは誘電体多層基板６内を伝播する不要共振波８の伝播周波数ｆに対応した不要共振波長である。この不要共振波８の伝播周波数ｆは、金属充填スルーホール４と接地導体パターン５とシールリング２と蓋３とで囲まれて形成される電磁シールド壁の寸法に応じて決まる。不要共振波８の伝播周波数ｆが、半導体素子２２の動作周波数や入出力されるＲＦ（Radio  Frequency）信号周波数に近い場合、半導体素子２２の動作や誘電体パッケージ全体の動作周波数に影響が及ぶ。図１には、不要共振波８による電界の定在波形のイメージを図示している。金属充填スルーホール４はシールリング２と接地導体パターン５の間に接続され、導通される。すなわち、蓋３から接地導体パターン５に向かう不要共振波８の電界方向に金属充填スルーホール４が直立する。
【００１３】
誘電体多層基板６における側壁（キャビティ側壁）内部には、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲を取り囲むように、層間を上下に接続した複数の抵抗体充填スルーホール７が配列される。抵抗体充填スルーホール７は、誘電体多層基板６の微細孔内に抵抗体が充填されたものである。抵抗体充填スルーホール７は、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲に沿って配列される。抵抗体充填スルーホール７はシールリング２と接地導体パターン５の間に接続され、導通される。抵抗体充填スルーホール７は、蓋３から接地導体パターン５に向かう不要共振波８の電界方向に直立する。
【００１４】
また、抵抗体充填スルーホール７は、金属充填スルーホール４の配列よりも、不要共振波８の４分の１波長の距離だけキャビティ２１側に配列される。さらに、抵抗体充填スルーホール７は、金属充填スルーホール４の配列からλ／４（λは不要共振波８の不要共振波長）の奇数倍の距離だけ離れた電界最大部の位置に設けられる。この際、不要共振波８の電界最大部の位置で無反射終端されるように、抵抗体充填スルーホール７による不要共振波８の無反射条件が、以下の規定される。
【００１５】
ここで、抵抗充填スルーホール７のインピーダンスＲを、単位正方断面あたりの方形導波管ＴＥ１０波の特性インピーダンスにより近似して、
Ｒ＝ωμ／β    （式１）
を満足するように与える。
【００１６】
但し、ω＝誘電体多層基板６における不要共振波８の伝播角速度（＝２πｆ）、μ＝誘電体多層基板６の透磁率、β＝誘電体多層基板６における不要共振波８の位相定数（＝２π/λ）
【００１７】
なお、図２（ａ）に、方形導波管における無反射終端の原理図を示す。
図において、導波管の１端を導体で終端すると、それからλｇ（無反射終端させる信号波長）／４離れた面は、電気的開放面になるので、そこにＴＥ１０波の特性インピーダンスＺｈ＝ωμ／βに等しい抵抗値（単位断面積あたり）をもつ抵抗体の膜を置くと、図２（ｂ）の等価回路に示すように無反射終端が得られる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１による誘電体パッケージは、誘電体多層基板６で構成した誘電体パッケージ２０において、キャビティ側壁内部の金属充填スルーホール４間に発生した不要共振波８を、金属充填スルーホール４から距離λ／４（λは不要共振波長）の奇数倍に設けた抵抗体充填スルーホール７により、無反射終端するものである。これによって、無反射条件を満たした状態で、キャビティ２１の形成された誘電体パッケージ２０内の不要共振波８を抑制することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る誘電体パッケージの構成を示す図であり、（ａ）は誘電体パッケージの断面図、（ｂ）は抵抗パターン１１と金属充填スルーホール９と金属充填スルーホール１０の接続構成を示す斜視図である。この実施の形態２による誘電体パッケージ４０は、実施の形態１の誘電体パッケージ２０において、抵抗体充填スルーホール７の代わりに、抵抗パターン１１と金属充填スルーホール９と金属充填スルーホール１０を設けて構成されるものである。なお、その他の構成については、実施の形態１で示した符号のものと同一のものであるので、以下の説明では詳細な記述を省く。
【００２０】
図において、誘電体パッケージ４０は、金属キャリア１と、金属キャリア１の上に搭載された誘電体多層基板６と、誘電体多層基板６の上面にろう付けや導電性接着剤により接合されたシールリング２を備えて構成される。誘電体パッケージ２０は空洞をなすキャビティ２１が形成され、キャビティ２１の形成する空間内に、１つもしくは複数の半導体素子２２が収納される。また、誘電体パッケージ２０におけるシールリング２の上面には、蓋３が溶接またはろう付けや導電性接着剤により接合されて、キャビティ２１内を気密封止する。誘電体多層基板６のキャビティ２１の底面を成す誘電体層６ａの下面内層には、接地導体パターン５が設けられている。
【００２１】
誘電体多層基板６における側壁（キャビティ側壁）内部には、キャビティ２１との境界を成す側壁面（キャビティ壁面）３０の周囲を取り囲むように、層間を上下に接続した複数の金属充填スルーホール４が配列される。金属充填スルーホール４は、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲に沿って、λ／２以下の間隔で配列される（λは誘電体多層基板６内を伝播する不要共振波８の伝播周波数ｆに対応した不要共振波長）。図３には、不要共振波８による電界の定在波形のイメージを図示している。金属充填スルーホール４はシールリング２と接地導体パターン５の間に接続され、導通される。すなわち、蓋３から接地導体パターン５に向かう不要共振波８の電界方向に金属充填スルーホール４が直立する。
【００２２】
また、誘電体多層基板６における側壁（キャビティ側壁）内部には、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲を取り囲むように、内層に配置された抵抗パターン１１が設けられる。また、抵抗パターン１１の上面は、上端がシールリング２の下面に接続される金属充填スルーホール９の下端に接続され、導通される。抵抗パターン１１の下面は、下端が接地導体パターン５の上面に接続される金属充填スルーホール１０の上端に接続され、導通される。金属充填スルーホール９、１０は、キャビティ２１との境界を成す側壁面３０の周囲に沿って、λ／２以下の間隔で配列される（λは誘電体多層基板６内を伝播する不要共振波８の伝播周波数ｆに対応した不要共振波長）。抵抗パターン１１は、蓋３から接地導体パターン５に向かう不要共振波８の電界方向に垂直に設けられる。
【００２３】
また、抵抗パターン１１は、金属充填スルーホール４の配列からλ／４（λは不要共振波８の不要共振波長）の奇数倍の距離だけ、キャビティ２１側に離れた電界最大部の位置に設けられる。不要共振波８の電界最大部の位置で無反射終端に近いインピーダンスで終端されるように、設定する。この際、抵抗パターン１１の形状は比較的自由に形成できるので、無反射条件に近いインピーダンスの設定自由度は大きい。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２による誘電体パッケージは、誘電体多層基板６で構成した誘電体パッケージ４０において、キャビティ側壁内部の金属充填スルーホール４間に発生した不要共振波を、金属充填スルーホール４から距離λ／４（λは不要共振波長）の奇数倍の位置に設けた抵抗パターン１１により、無反射に近いインピーダンスで終端するものである。抵抗パターン１１を金属充填スルーホール９および１０を介在して接地導体パターン５及びシールリング２に接続される。これによって、無反射条件に近いインピーダンスを満たした状態で、キャビティ２１の形成された誘電体パッケージ４０内の不要共振波を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る誘電体パッケージの構成図である。
【図２】方形導波管における無反射終端の原理図および等価回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る誘電体パッケージの構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  金属キャリア、２  シールリング、３  蓋、４  金属充填スルーホール、６  誘電体多層基板、５  接地導体パターン、７  抵抗体充填スルーホール、９  金属充填スルーホール、１０  金属充填スルーホール、１１  抵抗パターン、２０  誘電体パッケージ、２１  キャビティ、２２  半導体素子、３０  キャビティ側壁面。
【図１】
2008263021.tif 000003
【図２】
2008263021.tif 000004
【図３】
2008263021.tif 000005