(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波集積回路を載置する為のパッケージ筐体と、
このパッケージ筐体上に前記高周波集積回路を囲うように配置、接続され、上部に蓋が取り付けられることにより、前記高周波集積回路を含むパッケージ内部を気密封止するパッケージ壁部と、
前記パッケージ壁部を貫通するように設置され、前記高周波集積回路に信号を入出力する為の少なくとも１個以上のフィードスルー部を備え、
前記フィードスルー部は、
前記パッケージ内部側に配置された第一マイクロストリップ線路と、
前記パッケージ壁部を貫通する部分に配置され、一方の端部が前記第一マイクロストリップ線路と電磁界的に結合される誘電体装荷型導波管と、
パッケージ外部側に配置され、前記誘電体装荷型導波管の他方の端部と電磁界的に結合される第二マイクロストリップ線路と、を有する
ことを特徴とする高周波集積回路用パッケージ。
【請求項２】
高周波集積回路を載置する為のパッケージ筐体と、
このパッケージ筐体上に前記高周波集積回路を囲うように配置、接続され、上部に蓋が取り付けられることにより、前記高周波集積回路を含むパッケージ内部を気密封止するパッケージ壁部と、
前記パッケージ壁部を貫通するように設置され、前記高周波集積回路に信号を入出力する為の少なくとも１個以上のフィードスルー部を備え、
前記フィードスルー部は、
前記パッケージ内部側に配置されたマイクロストリップ線路と、
前記パッケージ壁部を貫通する部分に配置され、一方の端部が前記マイクロストリップ線路と電磁界的に結合されるとともに、他方の端部が他のインターフェースと結合される誘電体装荷型導波管と、を有する
ことを特徴とする高周波集積回路用パッケージ。
【請求項３】
前記誘電体装荷型導波管は、前記パッケージ内部または前記パッケージ外部にスリットを有する、請求項１または２の高周波集積回路用パッケージ。
【請求項４】
前記誘電体装荷型導波管は、前記パッケージ外部に他のインターフェースと結合するためのスリットを有する、請求項２の高周波集積回路用パッケージ。
【請求項５】
前記スリットは、前記誘電体装荷型導波管の上面、下面、側面の少なくともいずれかに設けられる請求項４の高周波集積回路用パッケージ。
【請求項６】
前記フィードスルー部は、他の複数のインターフェースが接続される請求項２、４、５のいずれか1項に記載の高周波集積回路用パッケージ。
【請求項７】
高周波集積回路を載置する為のパッケージ筐体と、
このパッケージ筐体上に前記高周波集積回路を囲うように配置、接続され、上部に蓋が取り付けられることにより、前記高周波集積回路を含むパッケージ内部を気密封止するパッケージ壁部と、
前記パッケージ壁部を貫通するように設置され、前記高周波集積回路に信号を入出力する為の少なくとも１個以上のフィードスルー部を備え、
前記フィードスルー部は、
前記パッケージ内部側に配置されたマイクロストリップ線路と、
前記パッケージ壁部を貫通する部分に配置され、一方の端部が前記マイクロストリップ線路と電磁界的に結合し、他方の端部の端面が前記パッケージ壁部と同一面である誘電体装荷型導波管と、を有する
ことを特徴とする高周波集積回路用パッケージ。
【請求項８】
前記誘電体装荷型導波管の中心部に、前記マイクロストリップ線路のストリップ導体が配置される請求項１から７のいずれか１項に記載の高周波集積回路用パッケージ。
【請求項９】
誘電体基板と、
前記誘電体基板裏面に形成される第１のメタライズと、
前記誘電体基板表面に形成され、アンテナ機能を有する直方体部と、前記直方体部に給電するためのストリップ導体部から構成される第２のメタライズと、
前記直方体部外周部、前記ストリップ導体部、及び直方体部内部に平行に配置するように設けられ、前記第１のメタライズと短絡させるためのビアホールと、
前記直方体部に設けられる複数のスリットを備えるアンテナと接続されることを特徴とする請求項１から８のいずれか1項に記載の高周波集積回路用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波或いはミリ波集積回路を実装する、集積回路用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集積回路用パッケージの構造を図９（ａ）を用いて説明する。３はパッケージ筐体で通常メタルで構成されている。２はパッケージ壁でメタルで構成されている。１はフィードスルー部と呼ばれ、信号及び電源をパッケージ内部に供給または、パッケージ内部の信号を取り出す為に、パッケージ壁を貫通した形で取り付けられている。パッケージ筐体３及びパッケージ壁２とは通常蝋付けで気密に接続される。尚実際使用される場合、パッケージ壁上部に蓋がシームウエルド溶接又は、はんだ付け等で取り付けられ、パッケージは気密封止される。５は電源、または低周波信号を入出力させる為の金属細線、６はそれを支持する為の誘電体基板である。誘電体基板は通常誘電率が１０程度のアルミナが用いられる。４は集積回路チップ、７は集積回路チップ４と信号電極若しくは電源電極とを接続させる為のワイヤボンディングである。
【０００３】
次に本発明での特性向上の対象となっているフィードスルー部の従来例を図９（ｂ）を用いて説明する。図９（ｂ）は、図９（ａ）のフィードスルー部１の拡大斜視図である。１ａは信号電極であり、高周波信号を特性劣化させることなく伝送させる為に通常、誘電体基板１ｂ裏面に設けられた接地電位を持つ裏面メタライズ１ｋとで５０Ωのマイクロストリップ線路を構成している。信号線１ａがパッケージ壁２と短絡しない為に誘電体基板１ｃが１ｂの上に通常同時焼成技術を用いて取り付けられる。この際、１ｂと１ｃが一体化されたフィードスルー部は外部を金属で構成されたパッケージ壁で囲まれるので、必然的にパッケージ壁との接続面は全て接地電位となる。従ってフィードスルー部自体にも図９（ｂ）に示すように、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋのメタライズで囲まれている。フィードスルー部のパッケージ壁で囲まれる部分の断面図を図９（ｃ）に示す。この場合図でも明らかなように回りを全て金属で囲われたストリップ線路となっている。この部分の信号電極１ａの線幅はパッケージ壁前後のマイクロストリップ線路の部分の線路幅と同じであると特性インピーダンスが低くなり、インピーダンスミスマッチングが発生し特性劣化が起こるので、通常、この部分の信号線幅をマイクロストリップ線路部分の信号線幅よりも狭くし特性の改善を図っている。周波数が高くなって信号線路長と、伝送信号の波長が同程度の大きさの領域になって行くとこのように特性インピーダンスを整合させる事が特性確保の為には重要となってくる。しかし、更に周波数が高くなってくると、別な要因で特性劣化が発生する。特性劣化の発生メカニズムを図９（ｃ）を用いて説明する。低周波では信号伝送波マイクロストリップ線路モードで伝送する。しかし、パッケージ壁の部分では、信号線路が導体で囲まれている為、遮断周波数を超えると、導波管モードが励起されてしまう。この導波管の遮断周波数が、外囲器の使用可能上限周波数を決めてしまう。遮断周波数は次式により計算出来る。
【数１】
0004038285.tif 000002
ここでｆは遮断周波数、Ｃは光速、ａは導波管断面の長手方向の長さ、εは充填されている誘電体の誘電率である。εｅｆｆをアルミナとして１０とし、ａを１．０ミリとすると遮断周波数は、４７ＧＨｚとなり、ａを０．７ミリとすると６８ＧＨｚとなる。ａを小さくして行く使用可能周波数帯域は向上するが、製造上の問題により、小型化には限界がある。現在安定して作製可能なのは、帯域６０ＧＨｚのパッケージ迄である。
【０００４】
上記第一の従来例の問題点を解決する第二の従来例の集積回路用外囲器として、”郡山慎一、北澤謙治、藤井幹男による、「電磁結合を用いたミリ波パッケージ」１９９７年電子情報通信学会ソサイエティ大会Ｃ−２−６５”がある。図１０（ａ），（ｂ）に示すようにこの論文の集積回路パッケージでは、パッケージ外部の信号線路とパッケージ内部の信号線路が互いに対抗する面上に構成され、それぞれの間の接続には、両者の共通接地導体板に形成されたスリットを介して電磁界的に結合される。このパッケージは伝送形態に一部ＴＥＭ伝送形態以外の形態が存在する為従来の様なマイクロストリップで接続すると言ったローパスフィルタタイプではなく、帯域の限られるバンドパスフィルタ特性を保持する事になるが、高周波アナログ素子用のパッケージとしては、高帯域化する手段としては有効である。
【０００５】
しかし、この様な集積回路用外囲器では、接地導体が２つの誘電体基板に挟まれる構造となっており、電力増幅器等を外囲器に実装した場合に発生する発熱をうまく逃がす事が出来ず、不要な発振、或いは集積回路の劣化、破壊などの問題があった。また、信号線路が裏面に露出している為、表面実装基板に実装した場合、実装基板の存在により伝送線路の特性が変化してしまう。例えば、裏面に存在する信号線路は、パッケージ内のスリットが存在する金属面を接地面とでマイクロストリップ線路を構成しているが、接続する基板内部に接地面が存在する場合、基板実装後、トリプレートのストリップ線路となる。この際、外囲器内部の接地面と、基板内部の接地面とを高周波的にも十分低いインピーダンスで短絡しなくてはならないが、この場合、多数のビアホール、側面キャスタレーション等が必要になり、高価格になり、また実装密度も低くなる。一方、外囲器の直下には接地面他、金属配線を配置しない構成にすれば特性の劣化は抑えられるが、基板の配線レイアウトに大きく制約を加える事になり、大幅に実装密度は低減してしまう。またパッケージの接地面と信号線の上下関係が、実装基板の上下関係と逆転しているので、信号線同士は良好な接続を行えた場合でも、接地面の接続部で大きな不連続が発生してしまう。従って、パッケージ単体で所望の特性が得られたとしても、基板に実装した状態で良好な高周波特性を実現するのは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱特性を劣化させず、且、基板への実装前後で特性が変動しない方法で、外囲器の入出力端子部の周波数特性を改善し、パッケージの帯域を向上させる事にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
平面型伝送線路を用いた高周波パッケージのフィードスルー部で、封止を行う為に構造的に不可欠なパッケージ壁部で、例えばマイクロストリップ伝送モードと誘電体装荷型導波管モードが混在する事により特性劣化が生じてしまう事を回避する為に、フィードスルー部においてパッケージ壁手前で平面伝送線路を他の伝送モード（導波管モード）に変換し、パッケージ壁を通過した後、平面型伝送線路モードに再変換する。この為、パッケージウオール部でも単一の伝送モードのみが伝送に寄与するので、高周波でも良好な特性が実現出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明の第一の実施形態に係る集積回路用パッケージの斜視図である。図１（ａ）は全体図斜視図、図１（ｂ）はフィードスルー部拡大分解斜視図である。マイクロストリップ線路１ａはパッケージ壁部を貫通せず、手前で断線している。マイクロストリップ線路の直下には誘電体装荷型導波管が配置されており、スリット１ｇによりマイクロストリップ線路と電磁界的に結合している。従って、信号は始めマイクロストリップ線路で伝送し、壁部手前でスリットにより結合された誘電体装荷型導波管にモード変換され、壁部を通過する際は導波管モードで信号が伝送する。壁部通過後、導波管モードはスリット１ｇを介しマイクロストリップ線路に逆変換される。この為、パッケージ壁部を通過する際にはマイクロストリップ伝送モードと導波管モードの混在が起こらず、所望の周波数において特性劣化が起こらず、信号が伝送される。
【００１０】
請求項２では、パッケージの内部ではマイクロストリップ、導波管変換を行うが、パッケージ単体としては、パッケージの外部では逆変換を行わず、信号線のインターフェースは、導波管のままにする事を言及している。図２は請求項２で言及している本発明の実施例である。図では右側のパッケージの外部端子は導波管である。一方左側のパッケージはパッケージの外部端子はマイクロストリップで出ている。左側のパッケージのマイクロストリップ端子部を右側の導波管端子のスリットを覆うように配置する事により、２つのパッケージを結合した状態でマイクロストリップ線路と、導波管がスリットを介して結合する事になる。両方の外部端子がマイクロストリップ線路であれば、信号線路、接地面双方を高周波的に十分低いリアクタンスで短絡させなければならないが、請求項２の本発明を用いる事により、接地面だけの接続で信号線が結合されるので、特性の劣化が大幅に低減される。また図２では導波管インターフェースのパッケージとマイクロストリップインターフェースのパッケージの結合について説明したが、本発明は導波管インターフェース同士の接続にも用いる事が出来る。図３は導波管インターフェース同士を接続する場合の一実施例である。パッケージ壁部と導波管切断面を同一面にする事により、パッケージ接続時に高密度に低損失に接続する事が可能となる。導波管インタフェース同士の接続の別の実施例を図４に示す。図において右側のパッケージは図２における右側のパッケージと同一の構造である。左側のパッケージの外部信号端子は、ほぼ右側のパッケージと同一であるが、スリットが導波管の上面ではなく、下面に設けられている。この２つの端子を上下に重ね合せる事により、２つの端子を結合させている。尚、接続公差を考えると、一方のスリットは所望のスリットの大きさより少し大きくしておき、結合時には接続公差に影響されることなく結合面のスリットの大きさが定まるようにすることが望ましい。
【００１１】
図４の実施例では、スリットを介し上下の導波管を結合させているが、左右の導波管を結合させる構造としたのが、図５である。
【００１２】
図６の実施例は、図２の実施例の発展系である。図２の実施例では、出力と入力が１対１で結合されていたが、本発明は１対多の結合にも応用出来る。図６の実施例は、出力が１に対し、入力が２の場合である。マイクロ波ミリ波の回路では、電力増幅器、バランスミクサなどへの入力の為に前段の信号を複数に分岐する必要がある。前段の信号とは、例えば前置増幅器の出力であるとか、発振器の出力等である。この場合ＭＭＩＣ上若しくは別の基板に電力分配器、カップラ等を設ける必要があった。本発明では、パッケージの入出力部に電力分配の機能を持たせる事が出来るので、部品点数の削減にも寄与する事が出来る。
【００１３】
図７はアンテナへの給電への応用を示した実施例である。誘電体基板９の裏面にはメタライズが施されている。また、誘電体基板９の上面にはメタライズ１０が施されている。メタライズ１０の形状は図７に示されている通り、アンテナの機能を持つ幅広の直方体部と、アンテナに給電する為のストリップ導体部で構成されている。メタライズ１０の外周部にそってビアホールが設けられており、その各点において、メタライズ１０は裏面メタライズに短絡されている。従って例えば、ストリップ導体部に於いては、上面はストリップ導体状の金属で覆われ、側面はビアホールで囲まれ、下面は裏面メタライズ９で囲まれた、誘電体装荷型の導波管を形成する事になる。更にメタライズ１０の内部にもビアホールが、設けられ、メタライズ１０の下部に複数の誘電体装荷型導波管が並列に構成されている。図７の場合この複数の並列に構成されている誘電体装荷型導波管は、給電部の誘電体装荷型導波管と並列に配置されている。更に、この並列に配置された導波管の上面即ちメタライズ１０にはスリット１３が構成されて、このスリット１３から電磁波が空間に輻射され全体としてアンテナの機能を果たしている。このスリット１３は各スリットから同量の輻射をなさしめる為、給電側に近い所は密に、遠くなるに従い疎になるように配置される。この様なアンテナは表面波による損失も抑えられ、また従来の導波管系で組むアンテナより、小型で安価に作製出来るので、注目を浴びているが、このアンテナに給電する事が困難であった。この接続も本発明を用いれば容易に実施出来る。図７示すように、誘電体基板９上の給電部にスリット１２を設け、例えば本発明の図２で示した構造のパッケージを用いる事により、接続を行う。
【００１４】
これまでの実施例では、マイクロストリップ線路から導波管にモード変換する際、導波管をマイクロストリップ線路の接地導体の下面に配置していたが、より小型に行う場合は、図８に示すように、導波管開口部の中心部にストリップ導体が配置されるように構成する事も出来る。図８では裏面メタライズ１ｋ、側面メタライズ１ｉ、及び１ｈ、上面メタライズ１ｊ及び、１ｈ、１ｉとストリップ導体を中心に対称の位置に有る側面メタライズによって囲まれた誘電体部分が、誘電体装荷型導波管を構成している。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、集積回路用外囲器の外部と内部の信号の伝達を導波管モード積極的に用いて行う為、フィードスルー部での特性が導波管の遮断周波数に律則されることなく広帯域の外囲器が実現出来る。また本発明によれば、信号の入出力の伝送線路の主たる部分を外囲器の上面に設ける事が出来る為、実装基板への制約も少なく、高密度実装が可能となり、かつ、外囲器に実装されるＩＣチップを金属のような高放熱部材に直接取り付ける構造が可能となる為、電力増幅器のように発熱量の大きいデバイスにも使用可能である。更に入出力端子において電力分配器を新たに設けることなく電力の分配合成が容易に出来る為、発振器の出力の分配、複数の電力増幅器への電力の分配またバランスミクサの入力の為の信号の分配等の用途に本発明は幅広く用いる事が出来る。また本発明は入出力をマイクロストリップを代表とした平面回路または誘電体装荷型導波管のいずれかを選択出来るので、他のデバイスと接続する際に新たなモード変換部を設ける必要が無いので、システム全体をコンパクトに特性劣化を少なくかつ安価に実現する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に関わる、パッケージ全体斜視図及び、フィードスルー部拡大分解斜視図。
【図２】本発明の第二実施例に関わる、パッケージ間の接続法式を示した斜視図。
【図３】本発明の第三の実施例に関わる、パッケージ間の接続法式を示した斜視図及び、フィードスルー部断面図。
【図４】本発明の第四の実施例に関わる、パッケージ間の接続法式を示した斜視図。
【図５】本発明の第五の実施例に関わる、パッケージ間の接続法式を示した斜視図。
【図６】本発明の第六の実施例に関わる、パッケージ間の接続法式を示した斜視図。
【図７】本発明の第七の実施例に関わる、パッケージとアンテナ基板の接続法式を示した斜視図。
【図８】本発明の第八の実施例に関わる、フィードスルー部の拡大分解斜視図。
【図９】第一の従来例に関するパッケージ全体図斜視図、フィードスルー部拡大斜視図、及び、フィードスルー部断面図。
【図１０】第二の従来例に関するパッケージ全体図上面図、及び断面図。
【符号の説明】
１  フィードスルー
１ａ  マイクロストリップ線路
１ｂ  誘電体基板
１ｃ  誘電体基板
１ｄ  誘電体基板
１ｅ  メタライズ
１ｆ  メタライズ
１ｇ  スリット
１ｈ  側面メタライズ
１Ｉ  側面メタライズ
１ｊ  上面メタライズ
１ｋ  裏面メタライズ
２  パッケージウオール
３  パッケージ筐体
４  ＩＣチップ
５  電源供給又は、低周波用電極
６  誘電体基板
７  ボンディングワイヤ
８  接地導体
９  誘電体基板
１０  メタライズ
１１  ビアホール
１２  スリット
１３  スリット
【図１】
0004038285.tif 000003
【図２】
0004038285.tif 000004
【図３】
0004038285.tif 000005
【図４】
0004038285.tif 000006
【図５】
0004038285.tif 000007
【図６】
0004038285.tif 000008
【図７】
0004038285.tif 000009
【図８】
0004038285.tif 000010
【図９】
0004038285.tif 000011
【図１０】
0004038285.tif 000012