(57)【要約】【課題】はんだ等の接合材の過不足が導波管の電気的特性に影響しない電磁装置およびその製造方法を得る。【解決手段】導波管に接続され得るキャリア部材開口を有するキャリア部材と、接合パッドを持ち電子部品を搭載する基板とをはんだあるいは導電性接着剤等の接合材層によって接合した電磁装置およびその製造方法。接合パッドと接合材層とで、キャリア部材開口に連通してキャリア部材開口と基板とを電磁的に接続する接続開口を形成する。接合パッドには接続開口に連通した、幅が電磁波の波長の１／４以下のスリットを設けて接合材量の過不足を吸収する。スリットは行き止まりスリットあるいは接合パッドの全体に亘って設けられた格子状のスリットである。【選択図】        図１
2005020046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管に接続され得るキャリア部材開口を有するキャリア部材に接合され、電子部品を搭載する基板を備えた電磁装置に於いて、
上記キャリア部材開口を含む範囲で上記キャリア部材上に接合された接合材層と、
上記接合材層および上記基板間で上記接合材層および上記基板に接合された接合パッドとを備え、
上記接合パッドおよび上記接合材層が、上記キャリア部材開口に連通して上記キャリア部材開口と上記基板とを電磁的に接続する接続開口を備え、上記接合パッドが上記接続開口に連通した接合材貯留空洞を備えたことを特徴とする電磁装置。
【請求項２】
上記接合材貯留空洞が上記接合パッドに設けたスリットであり、上記スリットの開口部の幅が上記接続開口を通る電磁波の波長の１／４以下であることを特徴とする請求項１記載の電磁装置。
【請求項３】
上記接合材貯留空洞が、上記接続開口から所定距離延びた行き止まりスリットであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の電磁装置。
【請求項４】
上記接合材貯留空洞が、上記接合パッドの全体に亘って設けられた格子状のスリットであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の電磁装置。
【請求項５】
導波管に接続され得るキャリア部材開口を有するキャリア部材と、電子部品を搭載する基板とを接合する電磁装置の製造方法に於いて、
上記基板上に上記キャリア部材開口に対応した位置で基板表面を露出させ、スリットを持つ接合パッド開口を有する接合パッドを設け、
上記接合パッド上に接合材層を設け、
上記キャリア部材開口が上記接合パッド開口に連通する位置で、上記キャリア部材を上記接合材層上に配置し、
上記接合材層を加熱し冷却して上記基板と上記キャリア部材とを接合して、上記接合パッドおよび上記接合材層により、上記キャリア部材開口に連通して上記キャリア部材開口と上記基板とを電磁的に接続する接続開口を形成することを特徴とする電磁装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電磁装置およびその製造方法に関し、特に導波管に接続され得るキャリア部材と、電子部品を搭載する基板とを接合した接合構造を持つ電磁装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波回路に於いては、誘電体又は半導体からなる基板の一方の面に形成したマイクロ波デバイスと、このマイクロ波デバイスの地導体に設けられた結合孔と、金属筐体内の導波管のＨ面に設けられた導波管結合孔とを対向させ、電磁的に結合させ、地導体と金属筐体を半田又は導電性接着剤で一体化し、金属筐体とマイクロ波デバイスを覆う金属カバーとを半田又は接着剤で一体化してある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２０２５２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のマイクロ波回路に於いては、半田により半導体基板と地導体の導波管結合孔とを接合する際に、地導体や基板に反りが生じていたり、傾いていたりすると、溶融半田の量が場所によって変化して一様でなくなってしまう。溶融半田が少ない不足部分では基板が露出して導波管結合孔のこの部分に空洞ができてしまい、溶融半田が多すぎる過剰部分では導波管結合孔内にまで半田が突出してしまい、導波管がこの部分で変形することになる。このような変形は、導波管を通じて供給される電磁波の漏れや反射の発生の原因となり、電気特性に悪影響を及ぼす。
【０００５】
従来、このような導波管の変形による不都合を無くすために、半田による接合作業が終了した後、半田不足部分に半田を補充したり、半田過剰部分から半田を削除したりする手直し作業が必要で、マイクロ波回路等の電磁装置の製造に於ける接合構造および接合方法の改善が望まれており、また改善された接合構造を持つ電磁装置が望まれていた。
【０００６】
従って、この発明の課題ははんだ等の接合材の過不足が装置の電気特性に悪影響を及ぼさないようにした電磁装置およびその製造方法を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、この発明の電磁装置は、導波管に接続され得るキャリア部材開口を有するキャリア部材に接合され、電子部品を搭載する基板を備えた電磁装置であって、上記キャリア部材開口を含む範囲で上記キャリア部材上に接合された接合材層と、上記接合材層および上記基板間で上記接合材層および上記基板に接合された接合パッドとを備え、上記接合パッドおよび上記接合材層が、上記キャリア部材開口に連通して上記キャリア部材開口と上記基板とを電磁的に接続する接続開口を備え、上記接合パッドが上記接続開口に連通した接合材貯留空洞を備えたことを特徴とする電磁装置である。
【０００８】
また、導波管に接続され得るキャリア部材開口を有するキャリア部材と、電子部品を搭載する基板とを接合する電磁装置の製造方法は、上記基板上に上記キャリア部材開口に対応した位置で基板表面を露出させ、スリットを持つ接合パッド開口を有する接合パッドを設け、上記接合パッド上に接合材層を設け、上記キャリア部材開口が上記接合パッド開口に連通する位置で、上記キャリア部材を上記接合材層上に配置し、上記接合材層を加熱し冷却して上記基板と上記キャリア部材とを接合して、上記接合パッドおよび上記接合材層により、上記キャリア部材開口に連通して上記キャリア部材開口と上記基板とを電磁的に接続する接続開口を形成することを特徴とする電磁装置の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１および図２には本発明の電磁装置の一実施形態の概略を模式的に側面断面図および底面図で示してある。電磁装置は、金属製の筐体１の両端に設けられて、それぞれ導波管結合孔２を有する一対の導波管３を備えている。導波管３の上面には矩形の板状のキャリア部材５が設けられていて、導波管３の導波管結合孔２にキャリア部材５のキャリア部材開口６がはんだあるいは導電性樹脂接着剤等により接合されている。キャリア部材５の上面には、はんだあるいは導電性樹脂接着剤等の接合材層７が設けられていて、その上には接合パッド８を持つアルミナセラミック基板９が接合されている。セラミック基板９上には半導体素子である電子部品１０が搭載されている。
【００１０】
キャリア部材５に設けられているキャリア部材開口６は導波管３と基板９との間を電磁的に結合する導波管の一部を構成する開口であり、また接合材層７に設けられた接合材層開口１１も同様に導波管３と基板９との間を電磁的に結合する導波管の一部を構成する開口である。これらの開口６および１１は互いに連通して基板９上の接合パッド８に設けられた接合パッド開口１２に接続されていて基板９の表面を接合パッド開口１２から露出させている。このようにキャリア部材５のキャリア部材開口６は露出した基板９に電磁的に接続されており、この意味で接合材層開口１１と接合パッド開口１２とは接続開口１３であり、この接続開口１３とキャリア部材開口６とで導波管４を基板９に結合している。接合材層７は機械的接合を持つことは勿論、この接続開口１３を形成し得るように、少なくとも接続開口１３を含む範囲でキャリア部材５と接合パッド８との間に設けられていることが必要である。
【００１１】
図３および図４には、接合パッド８を持つ矩形板状のアルミナ製のセラミック基板９を概略側面断面図と底面図で示してある。基板９は例えば幅７．５ｍｍ、長さ１５ｍｍ、厚さ１．０ｍｍで、その底面にはメタライズ加工により、例えば幅６．９ｍｍで長さ１４．４ｍｍの寸法の接合パッド８が形成されている。接合パッド８は例えばタングステンあるいは銀である。また、接合パッド８のキャリア部材開口６（図２）に対応して軸整列した位置には、接合パッド開口１２が設けられていて、そこから基板表面のアルミナセラミックが露出していて、内層の導波路（図示してない）に対して電磁波の入出力がここから行われる。接合パッド開口１２は図示の例では幅１．５ｍｍで長さ５ｍｍでの矩形の開口である。キャリア部材５は例えば幅９ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのコバール（登録商標）製で、はんだ付け用のメタライズとしてその表面全体に例えば厚さ５μｍｍのニッケル層と厚さ０．５μｍの金層とが形成されている。
【００１２】
この発明によれば、矩形の接合パッド開口１２の２つの長辺にはそれぞれ２本の、また２つの短辺にはそれぞれ１本の、先端が閉じて行き止まりになっているスリット１４が形成されている。スリット１４はこの例では幅０．２ｍｍ、長さ２ｍｍである。このスリット１４は、後に説明するように、接合材層７の接合時に少なくとも接続開口１３に望んで開口することになり、溶融はんだあるいは導電性樹脂等の接合材の過不足の影響を吸収する接合材貯留空洞の作用をする。従って、スリット１４の形状、容積および配置は、過剰のあるいは不足の接合材に対応し得るように設定されている。一方、導波管である接続開口１３を通る電磁波に影響を与えないように、少なくともスリット１４の開口部の幅は接続開口１３を通る電磁波の波長の１／４以下としてある。ここで用いる電磁波の一例は周波数７５ＧＨｚで波長は４ｍｍである。
【００１３】
電子部品１０を搭載する基板９と導波管４に接合し得るキャリア部材開口６を有するキャリア部材５とを接合するためには、接合材としてはんだを用いる場合、先ずアルミナセラミック基板９の表面にはんだに対して濡れ性の良い接合パッド８を形成する。このとき接合パッド８には、キャリア部材開口６に対応した位置で接合パッド開口１２を形成して基板９の表面を露出させる。また、接合パッド開口１２には先に説明したスリット１４を形成しておく。この状態が図３および図４に示されている。
【００１４】
次にキャリア部材５上に、はんだペーストの印刷によりＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを供給し、このはんだ接合材の層上に図３および図４に示す基板９の接合パッド８を接触させて配置する。このとき、はんだ接合材は、接合パッド開口１２を部分的にも覆ってしまわないようにするが、スリット１４の中に入り込まない限りスリット１４を覆っていてもよい。また基板９は、キャリア部材開口６が接合パッド開口１２に整列して連通する位置に配置する。
【００１５】
次に接合材を間に挟んだキャリア部材５と基板９とをホットプレートで約２２０℃に加熱し、接合材を加熱して溶融させ、冷却して固化させると、図１に示すように、基板９とキャリア部材５とが接合材層７によって接合されて、接合材層開口１１と接合パッド開口１２とからなる接続開口１３によって電磁気的に接合された接合構造が得られる。
【００１６】
図５にはこの接合構造の詳細を示す。この接合構造に於いて、接合材の加熱溶融時には、接合材はスリット１４の一部だけに入り込んでこの充填部分１４ａを埋め、スリット１４の開口部近傍には入り込まずに空間部１４ｂが残されている。加熱溶融時に接続開口１３周囲の接合材量が不均一であったり、基板９あるいはキャリア部材５が傾いていたりすることが原因で、接続開口１３周囲に接合材の不足部分や過剰部分が生ずることがある。しかしながら、この発明の接合構造によれば、接合材の量の変化は、スリット１４内の接合材量の増減として現れ、スリット１４内の空間部１４ｂが接合材の不足部分では増大して過剰部分では減少するだけで、接続開口１３の周壁面に凹凸を発生させることがない。この意味でスリット１４は接合材貯留空洞であり、図に示すようなスリットの形状だけでなく、電磁波に影響せず、溶融あるいは導電性接着剤等の接合材の過不足を吸収できる空洞であれば様々な形状にできる。
【００１７】
このように、この発明の電磁装置に於いては、接合材により基板９とキャリア部材５との間に接続開口１３を設けて接合する際に、接合材の量が場所によって変化して不均一が生じても、接合材が少ない不足部分ではスリット１４内の空間部１４ｂが増大し、接合材が多すぎる過剰部分ではスリット１４内の充填部１４ａが増大することにより接合材の量の不均一が吸収される。従って、接続開口１３内に電磁波に影響する空洞や接合材の突出部分等の変形が生じてしまうことがなく、このような変形による電磁波の漏れや反射が発生せず、電気特性に悪影響を及ぼすことがない。従って、従来必要であった、接合作業終了後の接合材手直し作業が不必要となる。
【００１８】
実施の形態２．
図６にはこの発明の電磁装置に用いることのできる別の接合パッド１５を有する基板９を示す。この接合パッド１５に於いては、接合パッド１５の表面全体に亘って格子状のスリット１６が形成されていて、上述の接続開口１３を構成する接合パッド開口１７を通るようにされており、接続開口１３に連通した接合材貯留空洞を形成している。その他の構成は図１乃至図４に示すものと同様である。このような形状のスリット１６を用いれば、溶融接合材の過不足の吸収能力が大きくできる。また、スリットの長さの管理をする必要がないため、製造工程が複雑にならない。
【００１９】
【発明の効果】
以上の如く本発明により、接合材の過不足が装置の電気特性に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁装置を示す概略側面断面図である。
【図２】図１の電磁装置の概略平面断面図である。
【図３】図１および図２の接合パッドを持つ基板を示す概略側面図である。
【図４】図３の基板の概略平面図である。
【図５】この発明の電磁装置の接合構造の詳細を示すスリットを通る線に沿った側面断面図である。
【図６】接合パッドを持つ基板の別の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
５  キャリア部材、６  開口、７  接合材層、８  接合パッド、９  基板、１０  電子部品、１２  接合パッド開口、１３  接続開口、１４  接合材貯留空洞（スリット）。
【図１】
2005020046.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005020046.tif 000006
【図５】
2005020046.tif 000007
【図６】
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