(57)【要約】【課題】プリント回路基板へ実装した場合でも、約２０〜約９０ＧＨｚの高周波信号の伝送特性に優れる高周波パッケージを提供すること。【解決手段】誘電体基板１１の上面１１ａに、環状枠体１２と、その内側と外側の領域に、第１、第２の信号線層１４，１５、第１、第２のグランド層２２，２３を備え、誘電体基板１１の内部に第３の信号線層１６と第３のグランド層２４、下面１１ｂに第４のグランド層２７備え、第１の信号線層１４、第２の信号線層１５と第３の信号線層１６とを接続する第１の導体ビア１７と、第１、第２グランド層２２，２３と、第３のグランド層２４と第４のグランド層２７とを接続する第２の導体ビア２５とを備え、第３の信号線層１６と下面１１ａとの間隔ｈが、ｈ（ｍｍ）≦λ／（８×εｒ１／２）（λ：伝播する最高周波数の波長、εｒ：基板の比誘電率）を満足する。【選択図】図２
2004311567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一方の主面側に、該主面上に配設された環状枠体と、該環状枠体の内側と外側のそれぞれの領域の前記一方の主面に形成された第１の信号線層、第２の信号線層と、前記第１の信号線層及び前記第２の信号線層のそれぞれの周囲に、ギャップを介して形成された第１のグランド層、第２のグランド層とを備え、
前記誘電体基板の内部に、前記環状枠体の側壁部の下方に位置する第３の信号線層と、該第３の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第３のグランド層とを備え、
前記誘電体基板の他方の主面側に、第４のグランド層を備え、
前記第１の信号線層の一端部と前記第３の信号線層の一端部、前記第２の信号線層の一端部と前記第３の信号線層の他端部とを接続する第１の導体ビアと、
前記第１、第２又は第３の信号線層を挟んで、前記第１のグランド層と前記第３のグランド層と前記第４のグランド層との間、及び前記第２のグランド層と前記第３のグランド層と前記第４のグランド層との間をそれぞれ接続する複数の第２の導体ビアとを備え、
前記第３の信号線層と前記一方の主面との間隔ｈが、下記の（１）式を満足することを特徴とする高周波パッケージ。
ｈ（ｍｍ）≦λ／（８×εｒ１／２）          （１）式
ここで、
λ：第１、第２及び第３の信号線層と第１の導体ビアを伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）
εｒ：誘電体基板の比誘電率
【請求項２】
隣接する前記第２の導体ビア同士の中心間の間隔Ｄが、下記の（２）式を満足することを特徴とする請求項１記載の高周波パッケージ。
Ｄ（ｍｍ）＜λ／（２×εｒ１／２）          （２）式
ここで、
λ：第１、第２、第３の信号線層及び第１の導体ビアを伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）
εｒ：誘電体基板の比誘電率
【請求項３】
前記第１、第２及び第３の信号線層の中心線と前記第２の導体ビアの中心との間の間隔Ｗが、下記の（３）式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波パッケージ。
Ｗ（ｍｍ）＜λ／（４×εｒ１／２）          （３）式
ここで、
λ：第１、第２、第３の信号線層及び第１の導体ビアを伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）
εｒ：誘電体基板の比誘電率
【請求項４】
前記第１の導体ビアと前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１つの前記第２の導体ビアの中心間の間隔ＷＳが、下記の（４）式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
ＷＳ（ｍｍ）≧Ｗ              （４）式
ここで、
Ｗ：第１、第２又は第３の信号線層の中心線と第２の導体ビアの中心との間隔（単位：ｍｍ）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波パッケージに関し、より詳細には、例えば約２０ＧＨｚ（準ミリ波）〜約９０ＧＨｚ帯の高周波信号を利用する半導体素子を収容する高周波パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波パッケージは、通常、誘電体基板上に形成された半導体素子実装領域及びその周辺部の高周波回路と、さらにその周囲に設けられた環状の枠体とその上に載置されるキャップを含んで構成されている。そして、上記の半導体素子実装領域及びその周辺部の高周波回路が、前記枠体とキャップとで密閉封止されるようになっている。また、高周波信号は、前記枠体の側壁部を貫通する信号線層を介して、外部から、前記半導体素子実装領域及びその周辺部の高周波回路に入出力されるようになっている。
【０００３】
図６は、従来の高周波パッケージの一例を示す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ線における断面部を含む斜視図である。誘電体基板４１は板状であり、誘電体基板４１の下面４１ｂにグランド層４２が形成されている。また、誘電体基板４１の上面４１ａの半導体素子実装領域及びその周辺部の高周波回路領域を囲むように、誘電体材料で形成された環状の枠体４４が設けられている。
【０００４】
枠体４４の内側領域４４ｄにおける誘電体基板上面４１ａには、幅がＷ１の帯状の回路部４３ａが形成されている。さらに、枠体４４の外側の誘電体基板上面４１ａにはリード部４３ｂが設けられ、このリード部４３ｂから延長され、回路部４３ａに電気的に接続された導体部４３ｃが枠体４４を貫通して設けられている。これら回路部４３ａ、リード部４３ｂ、導体部４３ｃを含んで信号線路４３が構成されている。
【０００５】
上記のリード部４３ｂと回路部４３ａは、幅がほぼ同じ幅Ｗ１であり、導体部４３ｃの幅Ｗ２は、回路部４３ａ、リード部４３ｂより狭くなっている。導体部４３ｃの幅Ｗ２が、回路部４３ａ、リード部４３ｂより狭いのは、導体部４３ｃとこの近傍の側壁部４４ａとを含んで構成される回路と、回路部４３ａ、リード部４３ｂの特性インピーダンスが同等になるようにするためである。そのような条件に設定することにより、信号線路４３の回路部４３ａ、リード部４３ｂ、導体部４３ｃにおける各特性インピーダンスの整合を図り、反射損失を抑えて信号の伝送損失を小さくすることができるようになっている。
【０００６】
半導体素子が高周波パッケージ４０に実装される場合には、誘電体基板上面４１ａにおける枠体内側領域４４ｄのほぼ中央部に半導体素子４５が配置され、半導体素子４５のパッド４５ａと回路部４３ａの端部とがボンディングワイヤ４５ｂにより接続される。さらに、枠体４４上部にキャップ４６が接合され、このキャップ４６により誘電体基板４１上の枠体内側領域４４ｄが密閉・封止される。
【０００７】
上記の誘電体基板４１、グランド層４２、信号線路４３、枠体４４、キャップ４６等を含んでマイクロストリップ線路タイプの高周波パッケージ４０が構成されている。そして高周波信号（図示せず）は、信号線路４３のリード部４３ｂより導体部４３ｃ、回路部４３ａ等を介して半導体素子４５に入力され、半導体素子４５より信号線路４３の回路部４３ａ、導体部４３ｃ等を介してリード部４３ｂより出力されるようになっている。
【０００８】
しかしながら、上記の高周波パッケージ４０は、導体部４３ｃの幅Ｗ２が狭いので、この寸法精度を確保することが難しく、また抵抗値が大きく、信号の伝送損失が大きくなりやすい。また製造する際、導体部４３ｃの両端部と側壁部４４ａの内外面４４ｂ、４４ｃとを正確に位置合わせすることが難しいという問題があった。
【０００９】
この問題に対処するため、信号線路が埋設される枠体の側壁部分を薄く形成した高周波パッケージが開発されている。しかし、この高周波パッケージの場合には、側壁部が薄いので、製造が難しいという問題があった。
【００１０】
この他、上述のような従来のマイクロストリップ線路タイプの高周波パッケージは、ミリ波や準ミリ波のようなより高周波数帯域の信号を処理する場合、半導体素子と信号線路の信号線層、グランド層との接続損失や、信号線層における放射損失が大きくなり易いという問題があった。この問題に対処するため、近年、誘電体基板の一方の主面側に信号線層及びグランド層を備え、それらの上に半導体素子がフリップチップボンディングにより実装される、いわゆるコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
上記のコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージの場合には、枠体の内部領域に半導体素子を配置し、信号線層、グランド層の上に、フリップチップボンディングにより実装することが可能である。また、信号線層が、グランド層、導体層、及び基板（金属）によって囲まれるので、電磁的にシールドされると共に、信号線層等の環共振が抑制される。したがって、準ミリ波（〜３０ＧＨｚ帯）における高周波特性に優れるという長所がある。
【００１２】
しかし、上記のコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージは、３０ＧＨｚを超える帯域の高周波特性に劣る傾向がある。また、基板を構成するセラミック板の厚みを薄くすることが難しく、構造が複雑であるので、多くの製造工程を要するという難点があった。
【００１３】
本発明者らは、上記の課題を解決するため、準ミリ波〜約７０から９０ＧＨｚ帯域における高周波特性に優れ、かつ良好な封止構造を有すると共に、製造が容易で、コストが安い高周波パッケージを先に提案した（特許文献２）。
【００１４】
図７は、本発明者らが先に提案した高周波パッケージの基本的な構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す部分断面斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ線における要部拡大断面図である。図７に示した高周波パッケージ５０は、誘電体基板１１の一方の主面１１ａ側に、環状の枠体１２を備え、この枠体１２の内側と外側の領域の主面１１ａ上に、それぞれ第１の信号線層１４、第２の信号線層１５が形成されている。また、第１の信号線層１４及び第２の信号線層１５のそれぞれの周囲に、ギャップを介して形成されたそれぞれ第１のグランド層２２、第２のグランド層２３を備え、誘電体基板１１の他方の主面１１ｂ側に、第３のグランド層２４と、第３のグランド層２４とはギャップ介して、枠体１２をまたぐ態様で、第３の信号線層１６が設けられている。
【００１５】
そして、第１の信号線層１４の一端部と第３の信号線層１６の一端部、第２の信号線層１５の一端部と第３の信号線層１６の他端部とが、それぞれ第１の導体ビア１７、１７で接続され、第１のグランド層２２と第３のグランド層２４、及び第２のグランド層２３と第３のグランド層２４とが、複数の第２の導体ビア２５で接続されている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平２−８７７０１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４４２２２号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の高周波パッケージ５０は、製造が容易であるので、安いコストで製造することが可能であり、準ミリ波〜約７０から９０ＧＨｚ帯域における高周波特性に優れ、安定的に高周波信号を伝送することができるという、優れた長所を有している。
【００１８】
高周波パッケージは、通常プリント回路基板（ＰＣＢ）に実装されて使用される。この実装の際には、高周波パッケージがプリント回路基板に装着された後、高周波パッケージのリード端子とプリント回路基板の端子とが、ワイヤ又はリボンを用いたボンディングによって電気的に接続される。
【００１９】
この場合、高周波パッケージの構造や接続の形態によっては、信号線路の特性インピーダンスの低下、プリント回路基板内への電磁放射等による高周波伝送特性の低下という問題が生じることがある。特に、高周波パッケージの信号線が、プリント回路基板に接触又は近接する場合、このような高周波伝送特性の低下が生じ易い。
【００２０】
また、高周波パッケージが伝送可能な高周波信号の最高周波数は、誘電体基板の厚さの影響を受け、信号線層からグランド層までの距離によっては、不要な共振を起こし、特定の周波数を超えると信号の伝送特性への影響が大きくなる傾向がある。そのために、高い周波数の信号を伝送する高周波パッケージでは、誘電体基板の厚さを薄くしなければならないが、厚さを薄くすると、誘電体基板の強度を確保することが難しいという問題が生じる。
【００２１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、約２０ＧＨｚ（準ミリ波）〜約９０ＧＨｚ帯域における高周波特性（伝送特性）に優れるとともに、プリント回路基板への実装が容易であり、プリント回路基板に実装した場合でも安定的に高周波信号を伝送することができる高周波パッケージを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る高周波パッケージ（１）は、誘電体基板の一方の主面側に、該主面上に配設された環状枠体と、該環状枠体の内側と外側のそれぞれの領域の前記一方の主面に形成された第１の信号線層、第２の信号線層と、前記第１の信号線層及び前記第２の信号線層のそれぞれの周囲に、ギャップを介して形成された第１のグランド層、第２のグランド層とを備え、前記誘電体基板の内部に、前記環状枠体の側壁部の下方に位置する第３の信号線層と、該第３の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第３のグランド層とを備え、前記誘電体基板の他方の主面側に、第４のグランド層を備え、前記第１の信号線層の一端部と前記第３の信号線層の一端部、前記第２の信号線層の一端部と前記第３の信号線層の他端部とを接続する第１の導体ビアと、前記第１、第２又は第３の信号線層を挟んで、前記第１のグランド層と前記第３のグランド層と前記第４のグランド層との間、及び前記第２のグランド層と前記第３のグランド層と前記第４のグランド層との間をそれぞれ接続する複数の第２の導体ビアとを備え、前記第３の信号線層と前記一方の主面との間隔ｈが、下記の（１）式を満足することを特徴としている。
ｈ（ｍｍ）≦λ／（８×εｒ１／２）        （１）式
なお、λは、第１、第２及び第３の信号線層と第１の導体ビアを伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）、εｒは誘電体基板の比誘電率である。
【００２３】
上記の高周波パッケージ（１）によれば、誘電体基板の内部に配置された第３の信号線層と誘電体基板上面との間隔ｈ、すなわち、誘電体基板上面の第１、第２の信号線層と誘電体基板内の第３の信号線層とを接続する第１の導体ビアの長さが、上記の（１）式によって制限されているので、第１の導体ビアのインダクタンスの影響を受けて、パッケージの高周波特性が低下することを防止できる。さらに、誘電体基板の下面に第４のグランド層が設けられているので、どのような材質のプリント回路基板に実装された場合でも、高周波信号の伝送特性に対するプリント回路基板の影響を最小限に抑えることができる。
【００２４】
高周波パッケージ（１）の場合には、信号線路が、上述の第１、第２及び第３の信号線層と第１の導体ビア及び第１、第２、第３、第４のグランド層で構成され、これらによりグランド付コプレナ・ウェーブガイドが形成されている。そのために、上記の効果のほかに、各信号線層を伝播する信号の反射損失が少ないこと、電磁波が信号線路から誘電体基板中に放射されるのを抑制できること等の理由により、高周波パッケージ（１）は、約２０ＧＨｚ（準ミリ波）〜約９０ＧＨｚ（ミリ波）帯域における高周波特性（伝送特性）に極めて優れている。また、信号線層が枠体に接触していないので、枠体を金属製にして、電磁的にシールドさせることができ、封止を確実なものとすることができる。このように、グランド層、環状枠体、キャップ等により十分に接地を行うことができるので、安定して高周波信号を伝送することができるという効果も得られる。
【００２５】
また、本発明に係る高周波パッケージ（２）は、上記の高周波パッケージ（１）において、隣接する前記第２の導体ビア同士の中心間の間隔Ｄが、下記の（２）式を満足することを特徴としている。なお、λ及びεｒは（１）式の場合と同じことを意味する。
Ｄ（ｍｍ）＜λ／（２×εｒ１／２）          （２）式
上記の高周波パッケージ（２）によれば、上記の高周波パッケージ（１）が有する効果に加えて、第２の導体ビア同士の間隔Ｄが（２）式を満たす範囲に設定されているので、第１、第２、第３の各信号線層及び第１の導体ビアから、第１、第２、第３の信号線層に直交し誘電体基板面に平行な方向へ放射された高周波信号が、第２の導体ビアの隙間Ｄから誘電体基板側に漏れることを抑制することができる。また、隙間Ｄに起因する不要モードによりリップルが発生することが防止され、より波長が短い高周波領域における高周波特性（伝送特性）の向上を図ることができる。
【００２６】
また、本発明に係る高周波パッケージ（３）は、上記の高周波パッケージ（１）又は（２）において、前記第１、第２及び第３の信号線層の中心線と前記第２の導体ビアの中心との間の間隔Ｗが、下記の（３）式を満足することを特徴としている。なお、λ及びεｒは、（２）式の場合と同じことを意味する。
Ｗ（ｍｍ）＜λ／（４×εｒ１／２）          （３）式
上記の高周波パッケージ（３）によれば、上記の高周波パッケージ（１）または（２）が有する効果に加えて、第１、第２及び第３の信号線層の中心線と第２の導体ビアの中心との間隔Ｗが、（１）式を満足するように設定されているので、第１、第２及び第３の信号線層及び第１の導体ビアから、各信号線層に直交し誘電体基板面に平行な方向へ放射された高周波信号により、各信号線層と第２の導体ビアとの間で発生する共振を防止することができる。そのために、不要なモードによるリップルの発生を防止することができる。また、上記の（２）式を同時に満足する場合には、それらの相乗効果により、波長が短い高周波帯域における高周波特性（伝送特性）をいっそう向上させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る高周波パッケージ（４）は、上記の高周波パッケージ（１）、（２）又は（３）において、前記第１の導体ビアと前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１つの前記第２の導体ビアの中心間の間隔ＷＳが、下記の（４）式を満足することを特徴としている。なお、Ｗは、第１、第２又は第３の信号線層の中心線と第２の導体ビアの中心との間隔（単位：ｍｍ）である。
ＷＳ（ｍｍ）≧Ｗ              （４）式
上記の高周波パッケージ（４）によれば、第１の導体ビアと第１の導体ビアに近接する少なくとも１つの第２の導体ビアの中心間の間隔ＷＳが、（４）式を満足するように設定されているので、第１の導体ビアに近接する第２の導体ビアの影響を受けて、第１の導体ビアを伝播する信号に反射損失が生じることを防止することができる。そのために、信号の伝送特性をより向上させることができる。また、上記の（２）式、（３）式を同時に満足する場合には、それらの相乗効果により、波長が短い高周波帯域における高周波特性（伝送特性）をいっそう向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波パッケージの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一の機能を有する構成部品には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
図１は実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０を模式的に示した部分断面斜視図である。また図２は、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０の主要部の構造を示す部分拡大断面図、図３は、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０について、図２に示した各面における断面構造を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ’切断線、（ｂ）はＢ−Ｂ’切断線、（ｃ）はＣ−Ｃ’切断線を含む紙面に垂直な面における断面図である。
【００３０】
高周波パッケージ１０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の一方の主面（以下、単に「上面」と記す）１１ａ上に配設された環状の枠体１２と、信号線層１４、１５、１６と、第１、第２、第３、第４のグランド層２２、２３、２４、２７とを含んで構成されている。誘電体基板１１は板状で、アルミナ等のセラミックス、ガラスセラミックス又はテフロン（登録商標）等の樹脂で形成されている。
【００３１】
枠体１２は、誘電体基板上面１１ａに、半導体素子等の素子収容部（キャビティ）１１ｃを囲む態様で配置されており、枠体１２の形状は平面視ほぼ四角形である。また、この枠体１２は、誘電体基板１１と略同様の膨張係数を有するコバールまたはインバーといった合金によって形成されている。
【００３２】
誘電体基板１１の他方の主面（以下、単に「下面」と記す）１１ｂには、例えば板状の銅タングステン製ヒートスラグ１９が取り付けられており、キャビティ１１ｃの底部はこのヒートスラグ１９によって構成されている。半導体素子等がキャビティ１１ｃに配置され、ワイヤボンディング等により電気的に接続された後、キャップ２６により枠体１２の内側の領域が密封されることによって内部の素子が保護されるようになっている。なお、キャップ２６は、コバール、インバー等の合金で作製されたものが適しており、枠体１２に対しては、ろう付け等によって接合される。
【００３３】
枠体１２の内側領域１２ｂには、キャビティ１１ｃを挟んで対向する誘電体基板上面１１ａの所定箇所に、帯状の第１の信号線層１４、１４がそれぞれ形成されている。一方、枠体１２の外側領域１２ｃには、枠体側壁部１２ａを挟んで第１の信号線層１４、１４に対向する位置に、帯状の第２の信号線層１５、１５が形成されている。
【００３４】
誘電体基板１１の上面１１ａには、枠体１２の内側に第１の信号線層１４とはギャップｇ１を介して第１のグランド層２２、外側に第２の信号線層１５とはギャップｇ２を介して第２のグランド層２３が形成されている。第１のグランド層２２と第２のグランド層２３とは分離している必要はない。むしろ連続している方が望ましく、第１のグランド層２２と第２のグランド層２３の境界領域の上に枠体１２が設けられているのが望ましい。
【００３５】
一方、誘電体基板１１の下面１１ｂには、第４のグランド層２７が、少なくとも、後に説明する第２の導体ビア２５が設けられている領域に形成されている。なお、前述のヒートスラグ１９は、第４のグランド層２７に接合されている。
【００３６】
図２に、図１に示したＩＩ−ＩＩ’線における切断面の要部拡大断面図を示した。誘電体基板１１の内部には、枠体側壁部１２ａの下方に、枠体側壁部１２ａの厚さより長さが長い第３の信号線層１６が設けられている。また、第３の信号線層１６と同じ面に、ギャップｇ３を介して、第３のグランド層２４が設けられている（図３（ｂ）参照）。そして、第３の信号線層１６の枠体側壁部１２ａの内側に位置する端部１６ａとその上方の第１の信号線層１４の端部１４ａとの間および第３の信号線層１６の枠体側壁部１２ａの外側に位置する端部１６ｂとその上方の第２の信号線層１５の端部１５ａとの間は、それぞれ第１の導体ビア１７、１７で接続されている。また、第１、第２のグランド層２２、２３と第３のグランド層２４と第４のグランド層２７とは、複数の第２の導体ビア２５によって接続されている。
【００３７】
上記の第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６及び第１、第２、第３、第４のグランド層２２、２３、２４、２７、第１、第２の導体ビア１７、２５を含んで、グランド付コプレナ・ウェーブガイドが構成されている。
【００３８】
上記の第１、第２、第３、第４のグランド層２２、２３、２４、２７は、誘電体基板１１がセラミックスの場合にはメタライズされたタングステンやモリブデン、ガラスセラミックスの場合はメタライズされた銀や銅、樹脂の場合にはメタライズされた銅で構成することが好ましい。
【００３９】
高周波パッケージ１０に半導体素子等が搭載されて使用される場合には、高周波信号は、一方の側（例えば、図１の左側）の第２の信号線層１５、第１の導体ビア１７、第３の信号線層１６、第１の導体ビア１７および第１の信号線層１４を介して半導体素子等（図示省略）に入力され、対向する側（例えば、図１の右側）の第１の信号線層１４、第１の導体ビア１７、第３の信号線層１６、第１の導体ビア１７および第２の信号線層１５を介して出力される。
【００４０】
実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０は、第３の信号線層１６と誘電体基板１１の上面１１ａとの間隔ｈ（単位：ｍｍ）、すなわち第１、第２の信号線層１４、１５の下面から第３の信号線層１６の上面までの深さが、下記の（１）式を満足するするように設定されている。
ｈ≦λ／（８×εｒ１／２）          （１）式
ここで、λは、第１、第２及び第３の信号線層１４、１５、１６と第１の導体ビア１７を伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）、εｒは、誘電体基板１１の比誘電率である。
【００４１】
上記のように、第３の信号線層１６と誘電体基板１１の上面との間隔ｈ、すなわち、第１の導体ビア１７の長さが、（１）式の右辺の値以下に設定されているので、第１の導体ビア１７に起因するインダクタンスを抑制することができる。
【００４２】
さらに、前述のように、誘電体基板１１の下面１１ｂ側には、第４のグランド層２７が形成されているので（図２、図３（ｃ）参照）、高周波パッケージ１０が搭載されるプリント回路基板が、どのような材料で構成されていたとしても、その影響を受けにくい。したがって、高周波パッケージ１０は、特性インピーダンスが低くなり過ぎるような悪影響を受けることがほとんどない。
【００４３】
第３の信号線層１６と誘電体基板１１の下面１１ｂとの間隔は、ｈより大きい方が好ましい。誘電体基板１１は、強度の面からある程度の厚さが必要であるので、高周波信号の伝播特性と強度の両面を考慮して、誘電体基板１１の厚さを設定するのがよい。
【００４４】
なお、図１〜図３には、誘電体基板１１の下面１１ｂ側にヒートスラグ１９が配設された図を示したが、これは一つの例であり、他の例ではヒートスラグ１９の位置にプリント回路基板などの高周波パッケージ１０を実装する基板が位置していてもよく、キャビティ１１ｃの底部が、誘電体材料により誘電体基板１１と一体的に形成されていてもよい。
【００４５】
また、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０では、枠体１２がコバール、インバー等の合金によって形成されている場合を例を挙げて説明したが、別の実施の形態では、枠体１２が誘電体材料を用いて形成されていてもよい。この場合、枠体１２の表面に導体が形成され、この導体が第１、第２のグランド層２２、２３と接続されている態様とすることが好ましい。さらに、実施の形態（１）では、キャップ２６を、誘電体基板１１上に配設された枠体１２に接合して封止する場合を説明したが、別の実施の形態では、これら枠体とキャップが一体化された態様とし、キャップを誘電体基板１１上に接合することによって封止するタイプとしてもよい。
【００４６】
図４は、実施の形態（２）、（３）または（４）に係る高周波パッケージを説明するための要部拡大平面図である。これらの実施の形態（２）〜（４）に係る高周波パッケージは、いずれも、例えば、約２０ＧＨｚ以上の周波数というように、より短い波長の高周波信号が伝送される場合でも、信号の優れた伝送特性を確保するのに好適な高周波パッケージである。
【００４７】
まず、図４に示した符号を説明する。符号Ｄは、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６を挟んで同じ側に位置する、第２の導体ビア３５ａ、３５ｃのうちの隣接する導体ビア同士の間隔、又は第２の導体ビア３５ｂ、３５ｄのうちの隣接する導体ビア同士の間隔を表す。また、符号Ｗは、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６の中心線と第２の導体ビア３５ｃ、３５ｄの中心との間隔、符号Ｗｓは、第１の導体ビア１７と第１の導体ビア１７に近接する第２の導体ビア３５ａ、３５ｂの中心間の間隔を表す。
【００４８】
実施の形態（２）に係る高周波パッケージは、実施の形態（１）に係る高周波パッケージが満足する条件に加え、さらに隣接する第２の導体ビア２５同士の間隔Ｄ（単位：ｍｍ）が、下記の（２）式を満足する。
Ｄ＜λ／（２×εｒ１／２）          （２）式
なお、λは、第１、第２及び第３の信号線層１４、１５、１６と第１の導体ビア１７を伝播する最高周波数信号の空気中における波長（単位：ｍｍ）、εｒは、誘電体基板１１の比誘電率である。間隔Ｄは小さい方が好ましいが、その下限は、製造技術の制約を受け、導体ビア同士を近接させて形成することができる限界の技術によって決まる。
【００４９】
上記の実施の形態（２）に係る高周波パッケージの場合には、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６から、これらの信号線層に直交し誘電体基板面に平行に放射される高周波信号が、第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの隙間Ｄを介して誘電体基板１１内に漏れることが抑制される。
【００５０】
また、隙間Ｄに起因する不要モードによりリップルが発生することが防止され、より短い波長の高周波信号が伝送される場合でも、良好な信号の伝送特性を確保することができる。
【００５１】
実施の形態（３）に係る高周波パッケージは、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６の中心線と第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの中心との間隔Ｗ（単位：ｍｍ）が、下記の（３）式を満足する。
Ｗ＜λ／（４×εｒ１／２）          （３）式
なお、λとεｒは、（２）式で用いられたものと同じである。ただし、この場合のλには、グランドビア径の影響があるので、利用しようとする高周波信号の１．１５倍の周波数に対応する波長をλとして用い、間隔Ｗを求めることが好ましい。しかし、間隔Ｗは、一方では、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、ギャップｇ１、ｇ２、ｇ３、第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの直径等との関係から制限される値でもある。
【００５２】
実施の形態（３）に係る高周波パッケージの場合には、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６から、これらの信号線層に直交し誘電体基板面に平行に放射される高周波信号の波長と、信号線層１４、１５、１６の中心線から第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの中心までの距離（間隔）Ｗとの関係に起因する共振の発生を抑制することができるので、リップルの発生を防止することができる。また、前述の（２）式を同時に満足する場合には、相乗効果により、波長が短い高周波領域における高周波信号の伝送特性をさらに向上させることができる。
【００５３】
実施の形態（４）に係る高周波パッケージは、第１の導体ビア１７と第１の導体ビア１７に近接する第２の導体ビア３５ａ、３５ｂの中心間の間隔Ｗｓ（単位：ｍｍ）が、下記の（４）式を満足する。
ＷＳ≧Ｗ              （４）式
なお、上記のとおり、Ｗは、第１、第２、第３の信号線層１４、１５、１６の中心線と第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの中心との間隔（単位：ｍｍ）を表している。
【００５４】
実施の形態（４）に係る高周波パッケージの場合には、第１の導体ビア１７と第１の導体ビア１７に近接する第２の導体ビア３５ａ、３５ｂが、（４）式を満足する関係の位置に配置されている。また、第１の導体ビア１７に近接する第２の導体ビア３５ａ、３５ｂに起因する、第１の導体ビア１７を伝播する信号の反射損失を抑制することができるので、高周波信号の伝送特性をより向上させることができる。さらに、上記の（２）式及び（３）式のうちの少なくとも一方を満足する場合には、それらとの相乗効果により、高周波信号の伝送特性のいっそうの向上を図ることができる。
【００５５】
なお、上記の実施の形態（１）〜（４）に係る高周波パッケージにおいて、第２の導体ビア３５ａ〜３５ｄの直径は同じである必要はなく、それぞれの直径が相違していてもよい。
【００５６】
【実施例及び比較例】
図１〜図３に示した構成を有する高周波パッケージ１０を対象に、本発明に係る実施例３ケース及び比較例１ケースについて、高周波信号の伝送特性を調査した。なお、誘電体基板１１はいずれもガラスセラミックスで、大きさ：７．４ｍｍ×９．４ｍｍとした。
【００５７】
実施例１の高周波パッケージは、主な諸元の数値は表１のとおりであり、その他の条件は、誘電体基板１１の厚さ：０．４５ｍｍ、比誘電率：７．５、誘電体基板１１の上面１１ａと第３の信号線層１６との間隔（ｈ）：０．１５ｍｍ、第２の導体ビア２５同士の間隔（Ｄ）：０．３５ｍｍ、第１、第２の導体ビア１７、２５の径：０．１３ｍｍとした。
【００５８】
実施例２の高周波パッケージは、主な諸元が表２のとおりであり、その他の条件は、誘電体基板１１の厚さ：０．４ｍｍ、比誘電率：５．５、誘電体基板１１の上面１１ａと第３の信号線層１６との間隔（ｈ）：０．１３ｍｍ、第２の導体ビア２５同士の間隔（Ｄ）：０．３５ｍｍ、第１、第２の導体ビア１７、２５の径：０．１３ｍｍとした。
【００５９】
【表１】
2004311567.tif 000003
【００６０】
【表２】
2004311567.tif 000004
実施例３の高周波パッケージ１０は、誘電体基板１１の厚さを０．５２ｍｍとし、その他の条件は実施例２の場合と同じとした。
【００６１】
比較例に係る高周波パッケージは、誘電体基板１１の上面１１ａと第３の信号線層１６との間隔（ｈ）を０．２６ｍｍ［λ／（８×５．５１／２）で６１ＧＨｚに相当］とし、その他の条件は実施例３の場合と同じとした。
【００６２】
高周波信号の伝送特性は、高周波パッケージの第１の信号線層１４の端部１４ｂと、第２の信号線層の端部１５ｂとに、グランド−シグナル−グランドタイプのエア・コプレナプローブを接続し、ネットワークアナライザを使用することによって測定した。この方法により、周波数２ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚの高周波信号を流し、高周波パッケージの信号経路すべてを含む領域における高周波信号の伝送特性を調査した。
【００６３】
図５は測定結果を示すグラフである。図５（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実施例３、（ｄ）は比較例に関する結果であり、それぞれ信号の周波数と、反射特性及び通過特性との関係を示している。
【００６４】
図５（ａ）から、実施例１の場合は、７７ＧＨｚ付近まで反射損失が−１４ｄＢ以下であり、広帯域で信号の反射損失が少ないことが分かった。また、この帯域では、通過損失も少なく、いずれも良好な特性であった。
【００６５】
図５（ｂ）から、実施例２の場合は、８５ＧＨｚ付近まで反射損失が−１５ｄＢ以下であり、極めて広帯域で信号の反射損失が少ないことが分かった。また、この帯域では、通過損失も少なく、いずれも良好な特性であった。上記の実施例１に比べて特性がより優れているのは、誘電体基板１１の比誘電率が小さいからである。
【００６６】
図５（ｃ）から、実施例３の場合は、反射損失は８５ＧＨｚ付近まで−１３ｄＢ以下であり、この帯域では通過損失も少なく、広い帯域で良好な特性を示した。なお、実施例２に比べて反射損失がやや多いのは、誘電体基板１１の厚さが厚かったためと考えられる。
【００６７】
上記のように、実施例１〜３については、広い帯域で反射特性、通過特性ともに良好で高周波信号の伝送特性に優れており、リップル、スプリアス等の不要モードの発生が抑制されていることが裏付けられた。
【００６８】
図５（ｄ）から、比較例の場合には、６０ＧＨｚ付近を中心に、反射損失が多く、通過損失も顕著であり、高周波信号の伝送特性に劣っていた。このように伝送特性に劣る理由は、誘電体基板１１の上面１１ａと第３の信号線層１６との間隔（ｈ）が大きく、６０ＧＨｚ付近以上の周波数で、前述の（１）式を満足しなくなるためである。（６１ＧＨｚのλ／８が０．２６ｍｍか、確認してください）
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態（１）に係る高周波パッケージを模式的に示した部分断面斜視図である。
【図２】図１に示した高周波パッケージの主要部の構造を示す部分拡大断面図である。
【図３】図２に示した断面図の各面における断面構造を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ’切断線、（ｂ）はＢ−Ｂ’切断線、（ｃ）はＣ−Ｃ’切断線を含む紙面に垂直な面における断面図である。
【図４】実施の形態（２）、（３）または（４）に係る高周波パッケージを説明するための要部拡大平面図である。
【図５】高周波信号の伝送特性を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実施例３、（ｄ）は比較例を示している。
【図６】従来の高周波パッケージの一例を示す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ線における断面部を含む斜視図である。
【図７】本発明者らが先に提案した高周波パッケージの基本的な構成を示す図であり、（ａ）は全体の構成を示す部分断面斜視図、（ｂ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ切断線における要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０    高周波パッケージ
１１    誘電体基板
１１ａ  誘電体基板の上面
１１ｂ  誘電体基板の下面
１２    枠体
１２ｂ  内側領域
１２ｃ  外側領域
１４    第１の信号線層
１５    第２の信号線層
１６    第３の信号線層
１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂ  端部
１７    第１の導体ビア
２２    第１のグランド層
２３    第２のグランド層
２４    第３のグランド層
２５    第２の導体ビア
２６    キャップ
２７    第４のグランド層
３５ａ〜３５ｆ  第２の導体ビア
ｇ１〜ｇ３    ギャップ
【図１】
2004311567.tif 000005
【図２】
2004311567.tif 000006
【図３】
2004311567.tif 000007
【図４】
2004311567.tif 000008
【図５】
2004311567.tif 000009
【図６】
2004311567.tif 000010
【図７】
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