(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の一主面側に絶縁体製の環状枠体と、該環状枠体の内外領域に前記環状枠体を挟んで対向して形成された第１及び第２の信号線層と、これら第１及び第２の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第１のグランド層とを備え、前記第１及び第２の信号線層の少なくとも片方が前記環状枠体に掛かって形成され、
前記誘電体基板の他主面側には第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２のグランド層とを備え、
前記第１及び第２の信号線層の各一端部と前記第３の信号線層の両端部とを接続する第１の導体ビアを備えると共に、前記第１〜第３の信号線層を挟んで、その両側に前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを接続する複数個の第２の導体ビアが所定間隔毎に形成されていることを特徴とする高周波パッケージ。
【請求項２】
前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第２の導体ビアどうしの間隔Ｄが、
Ｄ＜λ/(２×εr1/2)
の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１記載の高周波パッケージ。
【請求項３】
前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第１〜第３の信号線層と前記第２の導体ビアとの距離Ｗが、
Ｗ＜λ/(４×εr1/2)
の範囲で設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高周波パッケージ。
【請求項４】
前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、前記誘電体基板の厚さをＴとするとき、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが、
２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2)
の範囲で設定されてい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。
【請求項５】
前記誘電体基板の一主面側が、半導体素子実装領域及び外部入出力端子部の近傍部分を除いて前記絶縁体製の環状枠体により覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
【請求項６】
前記絶縁体製の環状枠体の内部にシ−ルド用の導体ビアが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
【請求項７】
前記環状枠体を構成する材料の比誘電率が前記誘電体基板を構成する材料の比誘電率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
【請求項８】
前記環状枠体の上面にメタライズ層が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
【請求項９】
前記誘電体基板の一主面側における前記半導体素子実装領域が複数個形成され、これに対応して前記環状枠体にも半導体素子実装のための開口部が複数個形成され、全体としてマルチチップモジュ−ル（ＭＣＭ）化対応になっていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波パッケージに関し、より詳細には、例えば準ミリ波及び約３０〜９０ＧＨｚ帯の高周波信号を利用する半導体素子及びその周辺に形成された高周波回路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を環状枠体及びこの環状枠体上に接合される蓋体で気密封止することにより構成されており、高周波信号は前記枠体の下面を貫通する信号線層を介して入出力されるようになっている。
【０００３】
図９は従来のこの種高周波パッケージを示した模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面部分の斜視図である。誘電体基板４１は厚さＴの略直方体板形状に形成されており、誘電体基板４１の下面４１ｂにはグランド層４２が形成される一方、誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には、環状の誘電体製の枠体４４が形成されている。枠体４４の内側領域４４ｄにおける誘電体基板上面４１ａの所定箇所には、幅がｗ1 の薄膜状の回路部４３ａが複数個形成される一方、枠体４４を挟んで回路部４３ａと対向する外側には、これと同様（幅がｗ1 ）のリード部４３ｂがそれぞれ形成されている。回路部４３ａの一端部とリード部４３ｂの一端部とは幅がｗ2 の導体部４３ｃを介して接続されており、この導体部４３ｃは枠体４４の壁部４４ａ内に埋設されている。これら回路部４３ａ、リード部４３ｂ、導体部４３ｃを含んで信号線層４３が構成されている。
【０００４】
また導体部４３ｃとこの近傍の壁部４４ａとを含んで構成される回路の特性インピーダンスを、回路部４３ａ、リード部４３ｂのそれと同等にするため、導体部４３ｃの幅ｗ2 は回路部４３ａ及びリード部４３ｂの幅ｗ1 よりも小さい値に設定されている。そして信号線層４３における反射損失を抑えて伝送損失を小さくするために、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が図られている。
【０００５】
誘電体基板上面４１ａにおける枠体内側領域４４ｄの略中央部には半導体素子４５が実装されるようになっており、半導体素子４５のパッド４５ａと回路部４３ａの他端部とはボンディングワイヤ４５ｂを介して接続されるようになっている。枠体４４の上面には蓋体４６が接合（ハーメチックシール）されるようになっており、この蓋体４６により誘電体基板４１上の枠体内側領域４４ｄが気密・封止されるようになっている。これら誘電体基板４１、グランド層４２、信号線層４３、枠体４４、蓋体４６等を含んでマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージ４０が構成されている。
【０００６】
高周波信号（図示せず）は、信号線層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に入力される一方、半導体素子４５より出力された高周波信号は、信号線層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。
しかしながらこのように構成された高周波パッケージ４０では、導体部４３ｃの幅ｗ2 が狭くなっており、この寸法精度を確保することが難しく、また抵抗が大きくなり、伝送損失が増大し易い。また製造する際、導体部４３ｃの両端部と壁部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課題があった。
【０００７】
この課題に対処するため、信号線層が埋設される枠体部分を薄く形成したものが提案されている。図１０は従来のこの種高周波パッケージの主要部を模式的に示した斜視図であり、図中４１、４２は図９に示したものと同様の誘電体基板、グランド層を示している。誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には環状をした誘電体製の枠体５４が形成され、枠体５４の所定箇所には凹部５４ｂが形成されている。一方、誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には幅がｗ1 の薄膜状の信号線層５３が形成されている。この信号線層５３の一端部５３ａ側は枠体５４の内側領域５４ｃに形成され、信号線層５３の他端部５３ｂ側は枠体５４の外側領域５４ｄに形成されており、信号線層５３の略中央部は凹部５４ｂの近傍内に埋設されている。
【０００８】
その他の構成は図９に示したものと略同様であるのでここではその構成の詳細な説明は省略することとする。これら誘電体基板４１、グランド層４２、信号線層５３、枠体５４等を含んで高周波パッケージが構成されている。そして高周波信号は、他端部５３ｂ側より信号線層５３等を介して半導体素子４５（図９）に入力される一方、半導体素子４５より出力された高周波信号は、信号線層５３等を介して他端部５３ｂ側より出力されるようになっている。
【０００９】
しかしながらこのように構成された高周波パッケージでは、凹部５４ｂの厚さｅ1 を薄く設定する必要があり、製造が難しく、また凹部５４ｂにおいて強度的に特に弱くなるという課題があった。
また図９、図１０に示したマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージでは、半導体素子４５が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ものである場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３との接続損失や、信号線層４３、５３における放射損失が大きくなり易いという課題があった。
【００１０】
この課題に対処するため、近年、誘電体基板の一主面側に信号線層及びグランド層が形成され、これらの上に半導体素子４５がフリップチップ実装される、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提案されている。
【００１１】
図１１は従来のこの種高周波パッケージの要部を模式的に示した部分断面斜視図であり（特開平２−８７７０１号公報）、図中６１は金属基板を示している。略直方体板形状の金属基板６１上の所定箇所にはセラミック板６３が固定され、セラミック板６３を挟む左右両側には例えば３個の導体層６４ａ、３個のセラミック層６４ｂを交互に積層した積層板６４が一体的に形成されている。これらセラミック板６３、積層板６４等を含んで外形が略直方体板形状をした誘電体基板６２が構成されている。誘電体基板６２上の所定箇所には幅がｗ1 の薄膜状の信号線層６５が図中矢印前後方向に形成されると共に、信号線層６５の左右両側にはギャップｇを介してグランド層６６が形成されている。
【００１２】
また信号線層６５の略中央部、及びこの近傍のグランド層６６上にはセラミック板６８が図中矢印左右方向に形成され、セラミック板６８の両端部には例えば２個の導体層６９ａ、３個のセラミック層６９ｂを交互に積層した積層板６９が一体的に形成されている。これらセラミック板６８、積層板６９を含んで略井の字形状の枠体６７が構成されている。そして金属基板６１と枠体６７の内部領域６７ａにおける信号線層６５近傍のグランド層６６とは、左右各１個の導体ビア６６ａを介して接続されている。
【００１３】
また、枠体６７の上面や、積層体６４、６９の前端面６４ｃ、６９ｃ、及び右端面６４ｄ、６９ｄ等には、メタライズ層７１が形成されている。これら誘電体基板６２、信号線層６５、グランド層６６、枠体６７、メタライズ層７１等を含んでコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージが構成されている。
【００１４】
このように構成された高周波パッケージでは、枠体６７の内部領域６７ａに半導体素子（図示せず）を実装することが可能となる。また信号線層６５がグランド層６６、導体層６４ａ、６９ａ、メタライズ層７１、及び金属基板６１に取り囲まれることにより、電磁的にシールドされると共に、積層板６４、６９等により信号線層６５等の環共振が抑制されるため、準ミリ波（〜３０ＧＨｚ帯）における高周波特性を優れたものにすることが可能になるとしている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記図９、図１０に示したマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージにおいては、上述したように、ミリ波のような高周波帯域の信号を処理する場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３との接続損失や、信号線層４３、５３の放射損失が大きくなり易いという課題があった。また導体部４３ｃの幅ｗ2 を正確に設定することが難しく、導体部４３ｃの両端部と壁部４４ａの内外面４４ｂ、４４ｃとを正確に位置合わせするのが困難であり（図９）、また凹部５４ｂの厚さｅ1 を薄く設定するのが面倒であり、また凹部５４ｂにおいて強度的に特に弱くなる（図１０）という課題があった。
【００１６】
また図１１に示したコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージにおいては、３０ＧＨｚ（準ミリ波帯域）を超える帯域における高周波特性に劣るおそれがある。またセラミック板６８の厚さｅ0 を薄く設定するのが難しいと共に、セラミック板６３、６８と積層板６４、６９とを含んで構成される誘電体基板６２や枠体６７を製造するのが面倒であるという課題があった。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、準ミリ波〜９０ＧＨｚ帯域における高周波特性に優れ、かつ良好な封止構造とすることができると共に、製造が容易で、コストを削減することができ、強度的にも優れた高周波パッケージを提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段及びその効果】
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、誘電体基板の一主面側に絶縁体製の環状枠体と、該環状枠体の内外領域に前記環状枠体を挟んで対向して形成された第１及び第２の信号線層と、これら第１及び第２の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第１のグランド層とを備え、前記第１及び第２の信号線層の少なくとも片方が前記環状枠体に掛かって形成され、前記誘電体基板の他主面側には第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２のグランド層とを備え、前記第１及び第２の信号線層の各一端部と前記第３の信号線層の両端部とを接続する第１の導体ビアを備えると共に、前記第１〜第３の信号線層を挟んで、その両側に前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを接続する複数個の第２の導体ビアが所定間隔毎に形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記した高周波パッケージ（１）によれば、前記第１の信号線層、前記第１の導体ビア、第３の信号線層、前記第１の導体ビア、前記第２の信号線層を含んで構成される信号配線を容易に形成することができると共に、前記第１のグランド層、前記第２の導体ビア、前記第２のグランド層を含んで構成されるグランドを容易に形成することができる。
【００２０】
また前記第２の導体ビアにより、前記第１の導体ビアに基づくインピーダンスの変化を軽減させて反射損失を減少させることができると共に、前記信号配線から放射される電磁波が前記誘電体基板中に放射されるのを防止することができ、これらの結果、準ミリ波〜ミリ波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。また前記第１及び第２の信号線層の少なくとも片方が前記環状枠体に掛かって形成されてもよいため、前記環状枠体の厚さを厚く設定することが可能であり、前記環状枠体の強度を確保することができる。
【００２１】
また、絶縁体製の環状枠体を誘電体基板の構成材料と同種のセラミックを用いて形成することも可能であり、この場合、前記環状枠体と前記誘電体基板との形成を同一的工程において行うことができ、製造工程の簡略化によるコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る高周波パッケージ（２）は、上記高周波パッケージ（１）において、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第２の導体ビアどうしの間隔Ｄが、Ｄ＜λ/(２×εr1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（２）によれば、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアより前記第１〜第３の信号線層に対して垂直方向へ放射される高周波信号が前記第２の導体ビアの隙間Ｄを介して前記誘電体基板側に漏れ出すのを阻止し、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のを防止することができ、この結果、より波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。なお、間隔Ｄの下限は小さい程よいが、前記誘電体基板に第２の導体ビアどうしを接近して形成する技術による規制を受けることとなる。
【００２３】
また、本発明に係る高周波パッケージ（３）は、上記高周波パッケージ（１）または（２）において、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第１〜第３の信号線層と前記第２の導体ビアとの距離Ｗが、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（３）によれば、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアより前記第１〜第３の信号線層に関して略垂直方向に放射される高周波信号における、前記第２の導体ビアまでの距離Ｗに起因する共振の発生を防止すると共に、リップルの発生を防止することができる。また上記高周波パッケージ（２）を前提とするものの場合、その相乗効果により、一層波長が短い高周波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。
なお、共振によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλに代入し、距離Ｗを求めるのが現実的にはより望ましい。
また、距離Ｗの下限は小さい程よいが、実際的には前記第１〜第３の信号線層の幅、前記ギャップ、前記第２の導体ビアの直径等による規制を受けることとなる。
【００２４】
また、本発明に係る高周波パッケージ（４）は、上記高周波パッケージ（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、前記誘電体基板の厚さをＴとするとき、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
【００２５】
上記した高周波パッケージ（４）によれば、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが長いと発生し易い共振の発生を阻止し、リップルの発生を防止することができると共に、距離Ｌが短過ぎると発生し易い前記第１の導体ビア間における電磁界の干渉及びそれに伴う不要振動の発生を抑制することができる。また上記した高周波パッケージ（２）及び／又は（３）を前提とするものの場合、その相乗効果により、より一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
なお、前記共振や前記第１の導体ビアの直径によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλに代入し、距離Ｌを求めるのが現実的にはより望ましい。
【００２６】
また、本発明に係る高周波パッケージ（５）は、上記高周波パッケージ（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の一主面側が、半導体素子実装領域及び外部入出力端子部の近傍部分を除いて前記絶縁体製の環状枠体により覆われていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（５）によれば、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保することができ、前記環状枠体における強度的課題を解決することができる。また、半導体素子を搭載するスぺ−スを小さくすることにより、キャビティ共振を起こりにくくすることができる。
【００２７】
また、本発明に係る高周波パッケージ（６）は、上記高周波パッケージ（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記絶縁体製の環状枠体の内部にシ−ルド用の導体ビアが形成されていることを特徴としている。
本発明に係る高周波パッケージの場合、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保することが可能であり、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保すれば、この環状枠体の中にシ−ルド用の導体ビアを形成することも容易である。環状枠体の中にシ−ルド用の導体ビアを形成すれば、電磁波に対するシ−ルド効果をより一層高めることができる。
【００２８】
また、本発明に係る高周波パッケージ（７）は、上記高周波パッケージ（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記環状枠体を構成する材料の比誘電率が前記誘電体基板を構成する材料の比誘電率よりも小さいことを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（７）によれば、前記環状枠体に覆われた前記第１及び第２の信号線層部分及び前記第１の導体ビア部分からの電磁波の放射を抑制して、伝送損失を低く抑えることができる。
【００２９】
また、本発明に係る高周波パッケージ（８）は、上記高周波パッケージ（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記環状枠体の上面にメタライズ層が形成されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（８）によれば、前記環状枠体がセラミック等の絶縁体で構成されていても前記環状枠体の上面にコバ−ル製あるいはインバ−合金製等の蓋体を容易に接合することができる。
【００３０】
また、本発明に係る高周波パッケージ（９）は、上記高周波パッケージ（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の一主面側における前記半導体素子実装領域が複数個形成され、これに対応して前記環状枠体にも半導体素子実装のための開口部が複数個形成され、全体としてマルチチップモジュ−ル（ＭＣＭ）化対応になっていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（９）によれば、各種電子機器の高機能化に伴うＭＣＭ化に容易に対応することができる。
【００３１】
【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、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。
【００３２】
図１は実施の形態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。また図２は実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は下面図である。誘電体基板１１はアルミナセラミック等を用いて厚さがＴの略直方体板形状に形成され、誘電体基板上面１１ａの所定箇所には絶縁体製の環状枠体１２が接合されている。環状枠体１２は誘電体基板１１と同様にアルミナセラミック等を用いて形成されており、環状枠体１２の壁部１２ａの厚さはＬw （図２（ｂ））に設定されている。
【００３３】
枠体内側領域１２ｂの略中央部には半導体素子（図示せず）を搭載するスペース１１ｃが形成され、スペース１１ｃを挟んで対向する誘電体基板上面１１ａの所定箇所には、幅がｗ1 の薄膜状の信号線層１４がそれぞれ形成されている。一方、枠体外側領域１２ｃにおける環状枠体１２を挟んで信号線層１４と対向する箇所には幅がｗ2 の薄膜状の信号線層１５が形成され、これら信号線層１４、１５の少なくとも片方に環状枠体１２が掛かるように構成されている。信号線層１４、１５の周囲にはギャップｇ1 、ｇ2 を介してグランド層２２が形成されており、これらによりコプレナ・ウェーブガイドが構成されている。
【００３４】
他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、壁部１２ａをまたぐ態様で幅がｗ3 の薄膜状の信号線層１６が形成されている（図２（ｃ））。信号線層１６の周囲にはギャップｇ3 を介してグランド層２４が形成されており、これらによりコプレナ・ウェーブガイドが構成されている。
【００３５】
信号線層１４、１５の端部１４ａ、１５ａには導体ビア１７の上端部がそれぞれ接続され、導体ビア１７の下端部は信号線層１６の両端部１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続されている（図２（ａ））。この導体ビア１７の直径はｄ1 、導体ビア１７と信号線層１４、１５の端部１４ｂ、１５ｂとの距離はＬ0 、導体ビア１７どうしの距離はＬにそれぞれ設定されている。また、壁部１２ａと信号線層１４の端部１４ｂとの距離はＬ1 、壁部１２ａと信号線層１５の端部１５ｂとの距離はＬ2 、壁部１２ａの厚さはＬw 、壁部１２ａの高さはＴw にそれぞれ設定されている。
【００３６】
この距離Ｌは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、誘電体基板１１の厚さをＴとするとき、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲で設定されている。この際、共振や導体ビア１７の直径ｄ1 の大きさによるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλとして採用し、距離Ｌを求めておくことが実際上はより望ましい。これら信号線層１４、導体ビア１７、信号線層１６、導体ビア１７、信号線層１５を含んで信号配線１３が構成されている。
【００３７】
信号線層１４、１５、１６を挟むその両側には、グランド層２２とグランド層２４とを接続する直径がｄ2 の導体ビア２５ａ、２５ｂが形成されている。これら導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしの間隔はＤに設定されている。この間隔Ｄは誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、Ｄ＜λ/(２×εr1/2) の範囲で設定されている。なお、間隔Ｄの下限は小さい程よいが、誘電体基板１１に導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしを接近して形成する技術による規制を受けることとなる。
【００３８】
また導体ビア２５ａ、２５ｂの中心と信号線層１４、１５、１６の中心線との距離はそれぞれＷに設定されている。この距離Ｗは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲で設定されている。この際、共振によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλとして採用し、距離Ｗを求めるのが現実的にはより望ましい。
【００３９】
また距離Ｗの下限は小さい程よいが、実際的には信号線層１４、１５、１６の幅ｗ1 、ｗ2 、ｗ3 、ギャップｇ1 〜ｇ3 、導体ビア２５ａ、２５ｂの直径ｄ2 等による規制を受けることとなる。これらグランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４を含んでグランド２１が構成されている。またこれらグランド２１と信号配線１３とを含んでコプレナ・ウェーブガイド２０が構成されており、スペース１１ｃ近傍のコプレナ・ウェーブガイド２０上には、図示しない半導体素子が実装されるようになっている。
【００４０】
また、スペース１１ｃを挟んで対向する誘電体基板上面１１ａの所定箇所には、所定幅の薄膜状のバイアス電圧供給端子１８がそれぞれ２本形成されている（図１）。また、外側領域１２ｃにおける環状枠体１２を挟んでバイアス電圧供給端子１８と対向する箇所には所定幅の薄膜状の引き出し端子１９がそれぞれ２本形成されている（図１）。バイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９の周囲にはギャップｇ1 、ｇ2 を介してグランド層２２が形成されている。
【００４１】
他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、壁部１２ａをまたぐ態様で所定幅の薄膜状の接続配線（図示せず）が形成され、この接続配線の周囲にはギャップ（図示せず）を介してグランド層２４が形成されており、これらバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９と接続配線とは信号配線１３の場合と同様に導体ビア（図示せず）により接続されている。
【００４２】
これらバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９、接続配線の所定幅、及びギャップｇ1 、ｇ2 等の幅は、信号線層１４、１５の場合と同様に設定する必要はなく、またバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９の本数も１本の他、３本あるいは４本であっても差し支えない。また、バイアス線路の構成は、必ずしも上記したようなバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９、接続配線及び導体ビアを用いた構成とする必要はなく、図１１に示したような基板主面上におけるコプレナ線路構造（ただし枠体は図１１に示したように積層構造にする必要なし）であってもよく、あるいは、図９や図１０に示したようなマイクロストリップ線路構造（ただし図９や図１０に示したように線路幅を狭くしたり、壁厚を薄くする必要なし）であっても差し支えない。
【００４３】
また、環状枠体１２の上面にはメタライズ層３０が形成されており、環状枠体１２がセラミック等の絶縁体で構成されていても、環状枠体１２の上面にコバールまたはインバー合金製の蓋体２６を容易に接合することができるようになっている。蓋体２６と環状枠体１２とはハンダ（図示せず）等を用いて接続される。
【００４４】
また、実施の形態に係る高周波パッケージ１０の場合、信号線層１４、１５の少なくとも片方に環状枠体１２が掛かるように構成されているため、環状枠体１２の壁厚Ｌw を十分大きく確保することが可能であり、環状枠体１２の壁厚Ｌw を十分大きく確保することにより、この環状枠体１２の中にシ−ルド用の導体ビア３１を形成することが容易になっており、環状枠体１２の内部にはグランド層２２と蓋体２６とを接続するシ−ルド用の導体ビア３１が多数形成されており、電磁波に対するシ−ルド効果をより一層高めることができるようになっている。
【００４５】
これら誘電体基板１１、環状枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド２０、蓋体２６等を含んで高周波パッケージ１０が構成されている。
このように構成された高周波パッケージ１０を使用する場合、高周波信号（図示せず）は信号線層端部１５ｂより信号配線１３、信号線層端部１４ｂを介して半導体素子に入力される一方、半導体素子からの出力信号は信号線層端部１４ｂ、信号配線１３を介して信号線層端部１５ｂより出力される。
【００４６】
上記説明から明らかなように、実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１の一主面１１ａ側に環状枠体１２と、環状枠体１２の内外領域１２ｂ、１２ｃに環状枠体１２を挟んで対向して形成された信号線層１４、１５と、これら信号線層１４、１５の周囲にギャップｇ1 、ｇ2 を介して形成されたグランド層２２とを備える一方、誘電体基板１１の他主面１１ｂ側には信号線層１６と、信号線層１６の周囲にギャップｇ3 を介して形成されたグランド層２４とを備えている。
【００４７】
また、信号線層１４、１５の各一端部１４ａ、１５ａと信号線層１６の両端部１６ａ、１６ｂとを接続する導体ビア１７を備えると共に、信号線層１４〜１６を挟んで、その両側にグランド層２２とグランド層２４とを接続する複数個の導体ビア２５ａ、２５ｂが所定間隔Ｄで形成されており、環状枠体１２の壁部１２ａの下面の一部を通すだけで信号線層１４、導体ビア１７、信号線層１６、導体ビア１７、信号線層１５を含んで構成される信号配線１３を容易に形成することができている。
【００４８】
また、グランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４を含んで構成されるグランド２１を容易に形成することができ、かつグランド２１と信号配線１３とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイド２０を容易に形成することができる。また複数個の導体ビア２５ａ、２５ｂにより、導体ビア１７に基づくインピーダンスの変化を軽減させて反射損失を減少させることができると共に、信号配線１３から放射された電磁波が誘電体基板１１中に放射されるのを防止することができ、これらの結果、準ミリ波〜ミリ波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００４９】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしの間隔Ｄが、Ｄ＜λ/(２×εr1/2) の範囲で設定されているので、信号配線１３より信号線層１４〜１６の垂直方向へ放射される高周波信号が導体ビア２５ａ、２５ｂの隙間Ｄを介して誘電体基板１１側に漏れ出すのを阻止し、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のを防止することができ、この結果、より波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５０】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗが、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲で設定されているので、信号配線１３より信号線層１４〜１６に関して略垂直方向に放射される高周波信号における、導体ビア２５ａ、２５ｂまでの距離Ｗに起因する共振の発生を防止すると共に、リップルの発生を防止することができる。また導体ビア２５ａ、２５ｂの間隔Ｄを、Ｄ＜λ/(２×εr1/2) の範囲で設定した場合との相乗効果により、一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５１】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、誘電体基板１１の厚さをＴとするとき、導体ビア間１７の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲で設定されているので、導体ビア１７間の距離Ｌが長いと発生し易い共振の発生を阻止し、リップルの発生を防止することができると共に、距離Ｌが短過ぎる場合に発生し易い導体ビア１７間における電磁界の干渉及びそれに伴う振動の発生を抑制することができる。また導体ビア２５ａ、２５ｂの間隔Ｄを、Ｄ＜λ/(２×εr1/2) の範囲で設定した場合、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗを、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲で設定した場合との相乗効果により、より一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、環状枠体１２がアルミナセラミック等を用いて形成される場合について説明したが、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、環状枠体がより誘電率の低い絶縁体材料を用いて形成されていてもよい。かかる高周波パッケージによれば、環状枠体に覆われた信号線層１５部分及び導体ビア１７部分から環状枠体への電磁波の放射を抑制して、伝送損失をより低く抑えることができる。
【００５３】
また、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、図３あるいは図４に示したように、誘電体基板１１の一主面側が、半導体素子実装領域及び外部入出力端子部の近傍部分を除いて絶縁体製の環状枠体１２により覆われていてもよく、かかる高周波パッケージによれば、環状枠体の壁厚Ｌw を十分大きく確保することができ、環状枠体における強度的課題を解決することができる。
【００５４】
また、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、誘電体基板１１の一主面側における半導体素子実装領域が複数個形成され、これに対応して環状枠体にも半導体素子実装のための開口部が複数個形成され、全体としてマルチチップモジュ−ル（ＭＣＭ）化対応可能に構成されていてもよい。かかる高周波パッケージによれば、各種電子機器の高機能化に伴うＭＣＭ化に容易に対応することができる。ＭＣＭ化対応の場合、高周波信号の伝送損失が問題となる半導体素子や各電子部品のチップ間、すなわち開口部間は図１のＡ−Ａ部に示したような構造を採用することは言うまでもない。
【００５５】
また、上記した実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１の下方が開放されている場合ついて説明したが、別の実施の形態のものでは、誘電体基板１１の下面１１ｂに別の誘電体基板が積層されていてもよい。この場合、信号線層１６の幅ｗ3 や信号線層１６、グランド層２４間のギャップｇ3 は積層する別の誘電体基板の比誘電率の値も考慮して再設計するのが望ましい。
【００５６】
【実施例及び比較例】
以下、実施例及び比較例に係る高周波パッケージを用い、以下の実験条件で伝送特性及び反射特性を調査した結果について説明する。
実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの誘電体基板１１の厚さＴ、比誘電率εr 、信号線層１４〜１６の幅ｗ1 〜ｗ3 、導体ビア１７と信号線層１４、１５の端部１４ｂ、１５ｂとの距離Ｌ0 、信号線層１４〜１６とグランド層２２、２４とのギャップｇ1 〜ｇ3 、導体ビア１７及び導体ビア２５ａ、２５ｂ（共に図２）の直径ｄ1 、ｄ2 、壁部１２ａと信号線層１４の端部１４ｂとの距離Ｌ1 、壁部１２ａと信号線層１５の端部１５ｂとの距離Ｌ2 、壁部１２ａの厚さＬw 、壁部１２ａの高さＴw をそれぞれ下記の表１に示した。
【００５７】
比較例１としては環状枠体の構成材料をコバ−ルとし、環状枠体の厚さを実施例のものよりは薄くして環状枠体が信号線層に掛からないようにし、また導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものを、また比較例２としては環状枠体の構成材料をコバ−ルとし、環状枠体の厚さを実施例のものよりは薄くして環状枠体が信号線層に掛からないようにし、また導体ビア２５ａ、２５ｂが導体ビア１７近傍における信号線層１６の両側のみに形成され、信号線層１４、１５の両側には形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものをそれぞれ作製し、実施例の場合と同様の実験条件で伝送特性及び反射特性を調査した。
【００５８】
【表１】
0003939059.tif 000002
また、実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの導体ビア２５ａ、２５ｂどうしの間隔Ｄ、信号線層１４〜１６、導体ビア２５ａ、２５ｂ間の距離Ｗ、導体ビア１７間の距離Ｌをそれぞれ下記の表２（設定値欄）に示した。
なお表２には、実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージごとに、誘電体基板１１の厚さＴと、利用しようとする高周波が７０ＧＨｚ（代入するときの値が８０ＧＨｚ）の場合の波長λとに基づき、演算した間隔Ｄ、距離Ｗ、Ｌの規定値をそれぞれ併記し、上記設定値が適合しているか否かについて○印または×印により明確にした。
【００５９】
【表２】
0003939059.tif 000003
表２より明らかなように、実施例１及び実施例２のものは間隔Ｄ及び距離Ｌがそれぞれ規定値に適合している。一方、比較例１は導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）もの、比較例２は導体ビア２５ａ、２５ｂが導体ビア１７近傍における信号線層１６の両側のみに形成され、信号線層１４、１５の両側には形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものを選んでいる。
【００６０】
試験装置としてはネットワークアナライザを使用し、グランド・シグナル・グランドピッチが０．２５ｍｍのエアー・コプレナープローブにより、蓋体２６（図２）を外した状態において実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの伝送特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。
【００６１】
図５、図６は実施例１、２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。また図７、図８は比較例１、２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
図５より明らかなように、実施例１に係る高周波パッケージでは、３０ＧＨｚ以下のＤＣ〜準ミリ波帯において、Ｓ２１＞−０．６ｄＢ以上、Ｓ１１＜−１５ｄＢ以下という優れた伝送特性、反射特性を有していた。さらに、７０〜８０ＧＨｚまで広帯域に伝送し、ミリ波帯まで使用可能になっていた。
また図６より明らかなように、実施例２に係る高周波パッケージでは、環状枠体による信号線層の被覆量が多くなっており、４０ＧＨｚ付近において伝送特性、反射特性が若干劣化しているが、それ以外の７０〜８０ＧＨｚまで広帯域に伝送しており、６０〜７０ＧＨｚのミリ波帯では、Ｓ２１＞−１．２ｄＢ、Ｓ１１＜−１５ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。なお、実施例２における４０ＧＨｚ付近における反射特性の劣化はＬを大きくすることにより極大値を低周波側にシフトさせることができ、またＬを小さくすることにより極大値を高周波側にシフトさせることができるので、使用する信号周波数に応じて支障を生じないように適宜容易に設計することができる。
【００６２】
一方、導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない比較例１では、図７より明らかなように、１０〜１１ＧＨｚごとに鋭いリップルが生じており、高周波帯域で使用するのが困難であった。
また導体ビア２５ａ、２５ｂが一部にしか形成されていない比較例２では、図８より明らかなように、約４０ＧＨｚ以上において、Ｓ２１が−２．５ｄＢ以下であり、ミリ波帯域で使用するのが困難であった。
【００６３】
上記結果から明らかなように、実施例１、２に係る高周波パッケージでは、信号線層１４〜１６を挟んでその両側に導体ビア２５ａ、２５ｂが所定間隔で形成されているため、伝送特性、反射特性を優れたものにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波パッケージの実施の形態を模式的に示した部分断面斜視図である。
【図２】実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は下面図である。
【図３】別の実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を示した模式的平面図である。
【図４】別の実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式的平面図である。
【図５】実施例１に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図６】実施例２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図７】比較例１に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図８】比較例２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図９】従来の高周波パッケージを示した模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面部分の斜視図である。
【図１０】従来の別の高周波パッケージの主要部を模式的に示した斜視図である。
【図１１】従来のさらに別の高周波パッケージの略前半部を模式的に示した部分断面斜視図である。
【符号の説明】
１０    高周波パッケージ
１１    誘電体基板
１１ａ  上面
１１ｂ  下面
１２    環状枠体
１２ｂ  内側領域
１２ｃ  外側領域
１４、１５、１６    信号線層
１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂ    端部
１７、２５ａ、２５ｂ    導体ビア
２２、２４    グランド層
ｇ1 〜ｇ3     ギャップ
【図１】
0003939059.tif 000004
【図２】
0003939059.tif 000005
【図３】
0003939059.tif 000006
【図４】
0003939059.tif 000007
【図５】
0003939059.tif 000008
【図６】
0003939059.tif 000009
【図７】
0003939059.tif 000010
【図８】
0003939059.tif 000011
【図９】
0003939059.tif 000012
【図１０】
0003939059.tif 000013
【図１１】
0003939059.tif 000014