(57)【要約】  【課題】  10ＧＨｚ以上の高周波信号においても接続部でのインピーダンスの不整合を小さくして信号を良好に伝播させることができるような、回路基板や半導体素子の接続をするための接続基板を提供すること。  【解決手段】  半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士を接続用バンプ５を介して接続するための接続基板１であって、絶縁基板２上に形成された信号線路３と、絶縁基板２上に信号線路３の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ信号線路３に平行方向に形成された接地線路４とを有し、接続用バンプ５が接続される部位は、隣り合う線路間で互いに線路の長さ方向にずれている。接続用バンプ５が接続される部位の信号線路３と接地線路４との間の容量結合が小さくなるので、接続用バンプ５が形成されることで容量結合が大きくなるのと相殺されて、接続部でのインピーダンスの変化が抑えられる。【選択図】  図１
2009283908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士を接続用バンプを介して接続するための接続基板であって、絶縁基板上に形成された信号線路と、前記絶縁基板上に前記信号線路の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ前記信号線路に平行方向に形成された接地線路とを有し、前記接続用バンプが接続される部位は、隣り合う線路間で互いに線路の長さ方向にずれていることを特徴とする接続基板。
【請求項２】
前記接続用バンプが接続される部位は、前記信号線路および前記接地線路それぞれの両端部であることを特徴とする請求項１記載の接続基板。
【請求項３】
前記信号線路の両端部は、前記接地線路の両端部より外側に位置することを特徴とする請求項２記載の接続基板。
【請求項４】
前記接地線路の前記接続用バンプが接続される部位は、前記信号線路を対称軸とした線対称な位置にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の接続基板。
【請求項５】
半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士が請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の接続基板により接続されていることを特徴とする電子装置。
【請求項６】
前記半導体素子および前記回路基板が金属から成る基体の上に搭載されており、前記回路基板は、第２の絶縁基板上に形成された信号線路導体と、前記第２の絶縁基板上に前記信号線路導体の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ形成された接地線路導体とを有し、前記第２の絶縁基板は、前記接続用バンプが接続される部位の間に厚みの薄い部分を有することを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信やマイクロ波通信，ミリ波通信等で使用される、特に10ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する回路基板や半導体素子を接続する接続基板、およびこの接続基板により回路基板や半導体素子が接続されている電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信や無線通信分野に用いられる従来の電子装置として、図11に断面図で示すような半導体装置がある。この半導体装置は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成る箱状の基体108の底部に、ＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）やＰＤ（Photo Diode：フォトダイオ−ド）等の半導体素子106および回路基板107が載置されている。また、基体108の側壁には貫通孔が形成されており、貫通孔内に同軸コネクタ109が嵌着接合されている。
【０００３】
この同軸コネクタ109には、外部電気回路（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せず）が装着され、同軸コネクタ109の中心導体109ａは半田等から成る導電性接着材を介して回路基板107の線路導体に電気的に接続される。半導体素子106と回路基板107とがボンディングワイヤ101を介して電気的に接続されることにより、基体108の内部に収納された半導体素子106と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。そして、基体108の側壁上面に蓋体110をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法により接合し、内部を気密に封止することによって半導体装置となる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
このような半導体装置においては、半導体素子106の高周波化が進むにつれ、ボンディングワイヤ101によるボンディング部においてインピーダンス不整合が生じ、ボンディング部での信号の反射損失および挿入損失が大きくなり、またインダクタンス成分が大きいため信号の減衰量が大きくなるという問題が生じる。
【０００５】
この問題を解決する一つの手法として、ワイヤボンディングに代えて、信号線路と接地線路とから成るコプレーナ線路等の平面導波路配線が形成された接続基板を用い、この配線基板の平面導波路配線と、半導体素子上の配線および回路基板上の配線とをバンプボンディングにより電気的に接続した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2003−115630号公報
【特許文献２】特開2002−305263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の半導体装置においては、ワイヤボンディングと比較するとインピーダンスの整合は取れるものの、ボンディング部においては信号線路および接地線路の上に接続用バンプが形成されることにより信号線路および接地線路の厚みが見かけ上厚くなることから、ボンディング部では隣り合う信号線路と接地線路との間の容量結合が大きくなってしまうので、インピーダンスの不整合が起きてしまうという問題があった。これは、より高い周波数の、特に10ＧＨｚ以上の信号を伝播させる場合に、より顕著であり、例えば高い周波数で作動する半導体素子を搭載する半導体装置においては、このインピーダンスの不整合により信号の反射が起きてしまい、信号を良好に伝播させることができなくなってしまうものであった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても、接続部でのインピーダンスの不整合を小さくして信号を良好に伝播させることができるような、回路基板や半導体素子の接続をするための接続基板を提供することにある。また、本発明の他の目的は、その接続基板を用いた高周波での作動が良好な電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の接続基板は、半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士を接続用バンプを介して接続するための接続基板であって、絶縁基板上に形成された信号線路と、前記絶縁基板上に前記信号線路の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ前記信号線路に平行方向に形成された接地線路とを有し、前記接続用バンプが接続される部位は、隣り合う線路間で互いに線路の長さ方向にずれていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の接続基板は、上記構成において、前記接続用バンプが接続される部位は、前記信号線路および前記接地線路それぞれの両端部であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の接続基板は、上記構成において、前記信号線路の両端部は、前記接地線路の両端部より外側に位置することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の接続基板は、上記各構成において、前記接地線路の前記接続用バンプが接続される部位は、前記信号線路を対称軸とした線対称な位置にあることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の電子装置は、半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士が上記構成のいずれかの本発明の接続基板により接続されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電子装置は、上記構成において、前記半導体素子および前記回路基板が金属から成る基体の上に搭載されており、前記回路基板は、第２の絶縁基板上に形成された信号線路導体と、前記第２の絶縁基板上に前記信号線路導体の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ形成された接地線路導体とを有し、前記第２の絶縁基板は、前記接続用バンプが接続される部位の間に厚みの薄い部分を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の接続基板によれば、接続用バンプが接続される部位は、隣り合う線路間で互いに線路の長さ方向にずれていることから、隣り合う線路それぞれの上に接続される接続用バンプ間の容量結合が小さくなるので、接続用バンプが形成されることで信号線路および接地線路の厚みが見かけ上厚くなって容量結合が大きくなるのと相殺されて、ボンディング接続部でのインピーダンスの変化が抑えられた接続基板となる。それによって良好な伝送特性を実現でき、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても伝送損失が小さいので、接続基板により接続された半導体素子等を正常に作動させることができる。
【００１６】
本発明の接続基板は、上記構成において、接続用バンプが接続される部位は、信号線路および接地線路それぞれの両端部であるときには、接続用バンプが接続される部位より外側（接続基板の端部側）には信号線路および接地線路が延在していないので、線路の延在した部分とその隣の線路上の接続用バンプとの間に不要な容量が発生しない。したがって、隣り合う線路間の接続用バンプのずれが小さくてもインピーダンスの変化をより抑えることができる。
【００１７】
本発明の接続基板は、上記構成において、信号線路の両端部は、接地線路の両端部より外側に位置するときには、接続用バンプが接続される信号線路の両端部の両隣には接地線路がないので、信号線路の上に接続される接続用バンプと両隣の接地線路との間の容量をより抑えることができる。
【００１８】
本発明の接続基板は、上記各構成において、接地線路の接続用バンプが接続される部位は、信号線路を対称軸とした線対称な位置にあるときには、信号線路への信号（電流）の入出力位置に対して両隣の接地線路の接地電流のずれがないので、不要な反射を抑えることができ、より良好な伝送特性を有する接続基板となる。
【００１９】
本発明の電子装置によれば、半導体素子および回路基板の組合せの間で高周波用線路同士が、上記構成のいずれかの本発明の接続基板により接続されていることから、半導体素子および回路基板の組合せの間で伝送損失の小さい接続がなされて、良好な高周波伝送特性を有する、例えば接続された半導体素子が高速で正常に作動する電子装置となる。
【００２０】
また、本発明の電子装置によれば、上記構成において、半導体素子および回路基板が金属から成る基体の上に搭載されており、回路基板は第２の絶縁基板上に形成された信号線路導体と第２の絶縁基板上に信号線路導体の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ形成された接地線路導体とを有し、第２の絶縁基板は接続用バンプが接続される部位の間に厚みの薄い部分を有するときには、接続用バンプが接続される部位の信号線路導体と接地線路導体との間において、誘電体である第２の絶縁基板の一部がそれより比誘電率の小さい空間となり、これらの間の容量結合が小さくなるので、接続用バンプが形成されることで信号線路導体および接地線路導体の厚みが見かけ上厚くなって容量結合が大きくなるのと相殺されて、接続部でのインピーダンスの変化が抑えられた回路基板となる。このような回路基板と半導体素子とを上記構成のいずれかの本発明の接続基板によって接続することから、より良好な高周波伝送特性を有し、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても伝送損失が小さく、半導体素子等を高速で正常に作動させることができる電子装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）を下側から見た平面図である。
【図３】本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施の形態の一例を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は（ａ）の下面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図７】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図７におけるＡ部を上面視した一例を示す平面図である。
【図９】（ａ）は本発明の電子装置の実施の形態の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１０】（ａ）は図９（ａ）における回路基板の下面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の電子装置における回路基板の他の例を示す下面図である。
【図１１】従来の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の接続基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図であり、接続用バンプを接続した例を示している。図２は図１に対応しており、（ａ）は本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）を下側から見た平面図である。図３は本発明の実施の形態の一例を示す斜視図である。図４（ａ）〜（ｆ）は本発明の接続基板の実施の形態の一例を示す平面図である。図５（ａ）は本発明の実施の形態の一例を示す上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）の下面図である。図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示す平面図である。また、図７は本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図８（ａ）および（ｂ）は、図７におけるＡ部を上面視した一例を示す平面図である。図９（ａ）は、図８と同様の、本発明の電子装置の実施の形態の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、図９（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。図10（ａ）は図９（ａ）における回路基板の下面図であり、図10（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の電子装置における回路基板の他の例を示す下面図である。
【００２３】
これらの図において、１は接続基板、２は接続基板１の絶縁基板、３は絶縁基板２の主面上に形成された信号線路、４は絶縁基板２の主面上に形成された接地線路、４ａは信号線路３や接地線路４が形成された主面と対向する主面上に形成された接地導体、４ｂは絶縁基板２を貫通して接地線路４と接地導体４ａとを接続する貫通導体、５は接続用バンプ、６は半導体素子、６ａは半導体素子６の信号線路導体、６ｂは半導体素子６の接地線路導体、７は回路基板、７ａは回路基板７の信号線路導体、７ｂは回路基板７の接地線路導体、７ｃは回路基板７の側面導体、７ｄは回路基板７の第２の絶縁基板、７ｅは第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分、８は半導体素子６や回路基板７が搭載される基体、９は同軸コネクタ、９ａは中心導体、10は蓋体である。
【００２４】
本発明の接続基板１は、図７および図８に示す例のように、例えば、半導体素子６と回路基板７とを電気的に接続するためのものであり、特に高周波用線路同士を接続するためのものである。接続基板１の半導体素子６や回路基板７に向かい合う面（接続面）には、信号線路３と接地線路４とが形成され、これら信号線路３と接地線路４とでコプレーナ型の伝送線路を構成している。接続基板１の信号線路３は、その一端が回路基板７の信号線路導体７ａに、他端が半導体素子６の信号線路導体６ａに、それぞれ導電性の接続用バンプ５を介して接続される。また、接続基板１の接地線路４・４は、同じくその一端が回路基板７の接地線路導体７ｂに、他端が半導体素子６の接地線路導体６ｂに、それぞれ導電性の接続用バンプ５を介して接続される。
【００２５】
本発明の接続基板１は、図１〜図４に示す例のように、半導体素子６および回路基板７の組合せの間で高周波用線路同士を接続用バンプ５を介して接続するための接続基板１であって、絶縁基板２上に形成された信号線路３と、絶縁基板２上に信号線路３の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ信号線路３に平行方向に形成された接地線路４とを有し、接続用バンプ５が接続される部位は、隣り合う線路間で互いに線路の長さ方向にずれていることを特徴とするものである。このように、接続用バンプ５が接続される部位は、隣り合う信号線路３と接地線路４・４との間で互いに各線路３，４の長さ方向にずれていることから、接続用バンプ５が接続される部位がずれていない場合と比較すると、隣り合う線路３，４上の接続用バンプ５・５間の距離が大きくなり、隣り合う信号線路３および接地線路４・４それぞれの上に接続される接続用バンプ５間の容量結合が小さくなるので、接続用バンプ５が形成されることで信号線路３および接地線路４の厚みが見かけ上厚くなって容量結合が大きくなるのと相殺されて、ボンディング接続部でのインピーダンスの変化が抑えられた接続基板１となる。
【００２６】
また、上記構成において、図３および図４（ａ）〜（ｅ）に示す例のように、接続用バンプ５が接続される部位が、信号線路３および接地線路４それぞれの両端部であるときには、接続用バンプ５が接続される部位より外側（接続基板の端部側）には信号線路３および接地線路４が延在していないので、線路の延在した部分とその隣の線路上の接続用バンプ５との間に不要な容量が発生しないので、接続用バンプのずれが小さくてもインピーダンスの変化をより抑えることができるので好ましい。
【００２７】
また、上記構成において、図３および図４（ｃ），（ｅ）に示す例のように、信号線路３の両端部が接地線路４の両端部より外側に位置するときには、接続用バンプ５が接続される信号線路３の両端部の両隣には接地線路４がないので、信号線路３の上に接続される接続用バンプ５と両隣の接地線路４との間の容量をより抑えることができるのでより好ましい。
【００２８】
また、上記各構成において、図１〜図３および図４（ａ），（ｂ），（ｅ），（ｆ）に示す例のように、接地線路４の接続用バンプ５が接続される部位は、信号線路３（の幅方向の中心を通る線）を対称軸とした線対称な位置にあるときには、信号線路への信号（電流）の入出力位置に対して両隣の接地線路４の接地電流のずれがないので、不要な反射を抑えることができ、より良好な伝送特性を有する接続基板となる。
【００２９】
図４（ｅ），（ｆ）に示す例は、それぞれ図３に示す例、図１および図２に示す例と信号線路３および接地線路４の大きさや配置は同じであるが、接続用バンプ５の大きさが小さく、また、接地線路４・４の接続用バンプ５が接続される部位は、信号線路３から離れた位置にある。このように信号線路３および接地線路４の幅に対して小さい接続用バンプ５を用い、信号線路３の接続バンプ５が接続される部位と接続バンプ５が接続される部位とをできるだけ離すようにすることにより、隣り合う線路３・４間の接続用バンプ５・５が接続される部位のずれが小さくてもインピーダンスの変化をより抑えることができるので好ましい。
【００３０】
また、接続基板１は、図５に示す例のように、絶縁基板２の信号線路３および接地線路４・４が形成された主面と対向する主面に接地導体４ａが形成され、絶縁基板２を貫通して接地線路４・４と接地導体４とを接続する貫通導体４ｂが形成されたものでもよい。このような接続基板１とすると、疑似同軸の構造となり、高周波の信号をより良好に伝播させることができるようになる。この場合、信号線路３に接続される接続用バンプ５と接地導体４ａとの間の容量結合も増加してしまうので、接地導体４ａの、信号線路３の接続用バンプ５が接続される部位と対向する部位には開口を設けてこの容量結合の増加を抑えるようにする。図６（ａ），（ｂ）は、図５（ａ）と同様の、接地導体４ａおよび貫通導体４ｂを設ける場合の、他の例を示す上面図であり、それぞれ、図４（ａ），（ｂ）に示すような信号線路３、接地線路４および接続用バンプ５の場合の接地導体４ａの形状の一例を示す。このように、信号線路３上の接続用バンプ５を接続する位置に応じて接地導体４ａを形成しない領域（接地導体４ａの開口）を設ければよい。開口の大きさや形状は絶縁基板２の比誘電率や厚み、接続用バンプ５の大きさに応じて設定すればよい。
【００３１】
接地線路４・４と接地導体４ａとを接続する導体としては、図５に示す例のような貫通導体４ｂでなくてもよく、絶縁基板２の側面に形成した側面導体や、絶縁基板２の側面に形成した切欠きの内面に導体層を形成したいわゆるキャステレーション導体であってもよい。貫通導体４ｂは接地線路４・４の信号線路３側の外辺に沿って配列すると、接地線路４・４の信号線路３側の外辺から貫通導体４ｂまでの距離が同程度になり、接地線路４・４と接地導体４ａとの間の電位差が、信号線路３側において同程度になるので好ましい。また、接地線路４・４の幅方向における電位差が生じないように、貫通導体４ｂの径に対して接地線路４・４の幅は小さい方が好ましい。図５に示す例のように、貫通導体４ｂの径に対して接地線路４・４の幅は大きい場合は、貫通導体４ｂを接地線路４・４の幅方向に複数列配置すると接地線路４・４の幅方向における電位差を小さくすることができる。このようなことから、接地線路４・４の幅方向の片側だけに形成される側面導体やキャステレーション導体よりも貫通導体４ｂの方がより好ましい。
【００３２】
図11に示すような従来の半導体装置に対して、このような接続基板１により半導体素子６と回路基板７とを接続した半導体装置の例が、図７に示す本発明の電子装置の一例である。
【００３３】
すなわち、本発明の電子装置は、半導体素子６および回路基板７の組合せの間で高周波用線路同士が、上記本発明の接続基板１により接続されていることを特徴とするものである。このような本発明の電子装置によれば、半導体素子６および回路基板７の組合せの間で本発明の接続基板１によって伝送損失の小さい接続がなされて、良好な高周波伝送特性を有する、例えば接続された半導体素子６が正常に作動する電子装置となる。
【００３４】
また、本発明の電子装置は、上記構成において、図９に示す例のように、半導体素子６および回路基板７が金属から成る基体８の上に搭載されており、回路基板７は第２の絶縁基板７ｄ上に形成された信号線路導体７ａと第２の絶縁基板７ｄ上に信号線路導体の両側に沿って間隔を設けてそれぞれ形成された接地線路導体７ｂ・７ｂとを有し、第２の絶縁基板７ｄは接続用バンプ５が接続される部位の間に厚みの薄い部分７ｅを有することが好ましい。このような構成とすると、接続用バンプ５が接続される部位の信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂ・７ｂとの間において、誘電体である第２の絶縁基板７ｄの一部がそれより比誘電率の小さい空間となり、これらの間の容量結合が小さくなるので、接続用バンプ５が形成されることで信号線路導体７ａおよび接地線路導体７ｂ・７ｂの厚みが見かけ上厚くなって容量結合が大きくなるのと相殺されて、接続部でのインピーダンスの変化が抑えられた回路基板７となる。このような回路基板７と半導体素子６とを上記構成のいずれかの本発明の接続基板１によって接続することから、より良好な高周波伝送特性を有し、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても伝送損失が小さく、半導体素子６等を高速で正常に作動させることができる電子装置となる。
【００３５】
信号線路３および接地線路４・４の接続用バンプ５が接続される部位、信号線路３や接地線路４・４の大きさや配置、また絶縁基板２の比誘電率に応じて設定される。
【００３６】
接続基板１は、例えば、比誘電率が9.5の酸化アルミニウム質焼結体から成り、厚みが0.2ｍｍである絶縁基板２を用いた場合であれば、信号線路３の幅を0.1ｍｍ、厚みを0.002ｍｍとし、その両側に0.05ｍｍの間隔を設けて同じ厚みで幅が0.1ｍｍの接地線路４・４を形成することにより、信号線路３を50Ωにインピーダンス整合させたコプレーナ線路とすることができる。そして、直径0.1ｍｍで高さ0.03ｍｍの円柱状のバンプを、信号線路３および接地線路４・４の両端部から0.1ｍｍの位置に接続用バンプ５の中央を配して設ける場合は、例えば、図４（ａ）に示す例のように、信号線路３をその両端部からそれぞれ0.13ｍｍ短くすることによって、接続用バンプ５が接続される両端部においてもインピーダンスを約50Ωに近づけることができる。
【００３７】
接続基板１は、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ガラスセラミック焼結体等のセラミックスや、エポキシ，ポリイミド，テトラフルオロエチレン，液晶ポリマー等の樹脂から成る絶縁基板２に、信号線路３および接地線路４・４が形成されたものである。
【００３８】
絶縁基板２は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒および有機バインダーを添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう。）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層して積層体を作製し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。または、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末に必要に応じて有機バインダーを加えたものを金型に充填しプレス成型することによって所定の形状に成形して、この成形体を約1600度の温度で焼成することによって製作される。
【００３９】
信号線路３および接地線路４・４の形成は、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダーや溶剤を添加混合してペースト状にしたものを、従来周知のスクリーン印刷法により、セラミックグリーンシートまたはその積層体、あるいはセラミックスの成形体に所定形状に印刷塗布しておき、これらと同時焼成することにより形成される。絶縁基板２を作製した後に、絶縁基板２上に同様のペーストを印刷塗布して焼成することにより、メタライズ層を焼き付けてもよい。
【００４０】
絶縁基板２が有機樹脂からなる場合は、銅（Ｃｕ）等の金属箔をエッチング加工により信号線路３および接地線路４・４の形状に加工したものを転写する方法がある。
【００４１】
また、信号線路３および接地線路４・４を形成する方法としては、絶縁基板２を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法がある。電子装置が小型である場合は、それに搭載される接続基板１はさらに小さく、信号線路３および接地線路４・４は微細なものとなるため、接続基板１の信号線路３および接地線路４・４が接続される半導体素子６や回路基板７の高周波用線路との位置合わせ精度を高めるためには、蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法が好ましい。この場合は、信号線路３および接地線路４・４の形成前に、必要に応じて基板１ａの主面に研磨加工を施す場合もある。
【００４２】
以下、信号線路３および接地線路４・４となる配線導体を蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する場合について詳細に説明する。配線導体は、例えば密着金属層，拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る。
【００４３】
密着金属層は、セラミックス等から成る絶縁基板２との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうちの少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは0.01〜0.2μｍ程度が好ましい。密着金属層の厚みが0.01μｍ未満では、密着金属層を絶縁基板２に強固に密着させることが困難となる傾向がある。一方、密着金属層の厚みが0.2μｍを超えると、成膜時の内部応力によって密着金属層が絶縁基板２から剥離し易くなる傾向がある。
【００４４】
拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.05〜１μｍ程度が好ましい。拡散防止層の厚みが0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向があり、１μｍを超えると、成膜時の内部応力により拡散防止層が密着金属層から剥離し易く成る傾向がある。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は絶縁基板２との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。
【００４５】
主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.1〜５μｍ程度が好ましい。主導体層の厚みが0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きなものとなって接続基板１の信号線路３および接地線路４・４となる配線導体に要求される電気抵抗を満足できなくなる傾向があり、５μｍを超えると、成膜時の内部応力により主導体層が拡散防止層から剥離し易く成る傾向がある。また、Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。
【００４６】
本発明の電子装置としては、例えば、図７および図８に示すような半導体装置がある。この半導体装置は、箱型の基体８の底面上に半導体素子６と回路基板７が搭載され、側壁には貫通孔が形成されており、貫通孔内に同軸コネクタ９が嵌着接合されている。同軸コネクタ９の中心導体９ａは回路基板７上の信号線路導体７ａにろう材等により接続され、半導体素子６の高周波用線路と回路基板７の高周波用線路とが、半導体素子６および回路基板７の上にまたがるように配置され、接続用バンプ５を介して接続された接続基板１により機械的および電気的に接続されている。そして、基体８の側壁上面に蓋体10を接合し、容器内部を気密に封止することによって、半導体装置が構成されている。
【００４７】
接続用バンプ５は、導電性の金属からなるものであり、従来からフリップチップ実装等で用いられているものを用いればよい。例えば、ワイヤボンディング装置を用いて形成する、いわゆる金（Ａｕ）スタッドバンプや半田ペーストを溶融させて固化させた半田バンプ、高温半田や銅（Ｃｕ）等の金属ボールを低温半田で接合したボールバンプ、あるいは蒸着法により形成したバンプ等を用いればよい。
【００４８】
このような接続用バンプ５は、図１〜図10に示す例では各接続箇所につき１つずつ配置しているが、各接続箇所につき複数配置してもよい。
【００４９】
半導体素子６は、例えば、ＬＤやＰＤ等の光半導体素子や、ＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ等の半導体集積回路素子を含む半導体素子である。
【００５０】
回路基板７は、図８（ａ）に示す例では、上面に信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂ・７ｂとが形成され、これらによってコプレーナ型の伝送線路が構成されて、高周波信号を良好に伝送することができる。この場合の接地線路導体７ｂ・７ｂは、その接続基板１が接続されるのとは反対側の端部で図示しない貫通導体により下面の接地導体に接続され、基体８に接地される。また、図８（ｂ）に示す例では、上面に形成された信号線路導体７ａと下面に形成された接地導体（図示せず）とによってマイクロストリップ線路型の伝送線路が構成されている。接続基板１の接地線路４・４は、回路基板７の上面に形成された接地導体７ｂ・７ｂに接続され、回路基板７の上面の接地導体７ｂと下面の接地導体（図示せず）とは、回路基板７の側面に形成した切欠きの内面に導体層を形成した、いわゆるキャステレーション導体７ｃにより接続される。キャステレーション導体７ｃに代えて貫通導体により接続してもよい。
【００５１】
回路基板７は、図９に示す例のように、第２の絶縁基板７ｄ上に形成された信号線路導体７ａと第２の絶縁基板７ｄ上に信号線路導体７ａの両側に沿って間隔を設けてそれぞれ形成された接地線路導体７ｂ・７ｂとを有し、第２の絶縁基板７ｄは接続用バンプ５が接続される部位の間に厚みの薄い部分７ｅを有することが好ましい。厚みの薄い部分７ｅによって信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂとの間の容量結合の大きさを調整するので、厚みの薄い部分７ｅは、信号線路導体７ａや接地線路導体７ｂ・７ｂの大きさや配置、また第２の絶縁基板７ｄの比誘電率に応じてその厚みが設定される。
【００５２】
第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分７ｅの位置は、回路基板７における信号線路導体７ａおよび接地線路導体７ｂ・７ｂの接続用バンプ５が接続される部位の間である。信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂ・７ｂとの間の容量結合を小さくするのが目的であるので、接続用バンプ５が接続される部位の間とは、接続用バンプ５が接続される部位も含まれる。すなわち、厚みの薄い部分７ｅは、図10（ｃ）に示す例のような位置だけでなく、図10（ｄ）に示す例のような位置に設けてもよい。
【００５３】
また、厚みの薄い部分７ｅの位置は、上記のような厳密に接続用バンプ５が接続される部位の間でなくても、図10（ａ）および図10（ｂ）に示す例のように、接続用バンプ５が接続される部位より第２の絶縁基板７ｄの外辺側や内側まで伸びていても、信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂとの間の容量結合の大きさの調整に寄与するので構わない。厚みの薄い部分７ｅが、接続用バンプ５が接続される部位の内側の端部を大きく越えて内側にまで設けられると、接続用バンプ５が形成されることによって容量結合が大きくなっていない部分まで信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂとの間の容量結合が小さくなってしまい、インピーダンスが合わなくなってしまう傾向がある。このことから、第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分７ｅは、接続用バンプ５が接続される部位の内側の端部より外側に設けるのが好ましい。
【００５４】
第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分７ｅは、図９および図10（ａ）に示す例では、接続用バンプ５が接続される部位より外側の第２の絶縁基板７ｄを、それより内側の厚みより薄くして段差状にしている。このような形状は、厚みの薄い部分７ｅを平板状の第２の絶縁基板７ｄを研削加工することによって作製するのが容易であるので好ましい。これに対して、段差の角部が丸まった形状とすると、角部を起点とした割れが発生し難くなるのでより好ましい。また、厚みの薄い部分７ｅは、図９および図10（ａ）に示す例のように一様な厚みでなくてもよく、例えば、接続用バンプ５が接続される部位から第２の絶縁基板７ｄの外辺にかけて厚みが薄くなるようにしてもよい。この場合も接続用バンプ５が接続される部位から第２の絶縁基板７ｄの外辺にかけて直線的に厚みが薄くなる傾斜面を形成してもよく、この傾斜面を第２の絶縁基板７ｄの端に近づくに連れて傾斜が緩くなるような曲面にしてもよい。このような場合は、図９および図10（ａ）に示す例に比べて、第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分７ｅで割れが発生し難くなり、傾斜面を曲面にすると、傾斜面が平面である場合に比較して容量結合をより小さくすることができる。また、厚みの薄い部分６が一様な厚みであっても、厚みの薄い部分７ｅが、絶縁基板２の端部を残した溝状であると、第２の絶縁基板７ｄの強度低下がより小さいので好ましい。図10（ｄ）に示す例のように、第２の絶縁基板７ｄの端部を全周残して厚みの薄い部分７ｅを凹部状とすると、第２の絶縁基板７ｄの強度低下をさらに小さくすることができるので、より好ましい。
【００５５】
また、信号線路導体７ａおよび接地線路導体７ｂ・７ｂが形成された第２の絶縁基板７ｄの上面からの厚みが薄く、その下に比誘電率の小さい空間があることで信号線路導体７ａと接地線路導体７ｂ・７ｂとの間の容量結合が小さくなるものであるから、この空間の下に第２の絶縁基板７ｄが存在しても構わない。すなわち、第２の絶縁基板７ｄの側面に、図10（ａ）〜図10（ｄ）に示す例のような、平面視の形状を有する内部空間を設けたものであってもよい。
【００５６】
回路基板７は、第２の絶縁基板７ｄの信号線路導体７ａおよび接地線路導体７ｂが形成された主面と対向する主面に接地導体が形成され、第２の絶縁基板７ｄを貫通して接地線路導体７ｂと接地導体とを接続する貫通導体が形成されたものであってもよい。このようにすると、疑似同軸の構造となり、高周波の信号をより良好に伝播させることができるようになる。
【００５７】
このような回路基板７は、接続基板１と同様にして作製することができる。第２の絶縁基板７ｄの厚みの薄い部分７ｅは、平板状の第２の絶縁基板７ｄを、研削加工等によって形成することができる。この厚みの薄い部分７ｅは、信号線路導体７ａおよび接地線路導体７ｂ・７ｂ等を形成した後に形成してもよいし、グリーンシートの積層体を作製した後に同様の加工を施して形成してもよい。また、図９および図10（ａ）に示す例の場合は、大きさの異なるグリーンシートを積層して積層体を作製しておくことでも作製することができるし、あるいは、貫通孔を有するグリーンシートを用いて積層体を作製しておくことでも作製することができる。プレス成型によって作製する場合は、金型の形状によって厚みの薄い部分７ｅを有する形状とすることができる。
【００５８】
回路基板７は、例えば、比誘電率が9.5の酸化アルミニウム質焼結体から成る第２の絶縁基板７ｄを用いた場合であれば、信号線路導体７ａの幅を0.1ｍｍ、厚みを0.002ｍｍとし、その両側に0.05ｍｍの間隔を設けて同じ厚みで幅が0.4ｍｍの接地線路導体７ｂ・７ｂを形成して、直径0.1ｍｍで高さ0.02ｍｍの円柱状の接続用バンプ５を設ける場合は、例えば、接続用バンプ５の中心から外側の第２の絶縁基板７ｄの厚みを0.02ｍｍとした、図９および図10（ａ）に示す例のような厚みの薄い部分６を形成することによって、接続用バンプ５が接続される両端部においてもインピーダンスを約50Ωに近づけることができる。
【００５９】
半導体素子６や回路基板７は、基体８の載置部に、例えば銀（Ａｇ）ろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材や半田、あるいは樹脂接着剤といった接合材によって強固に接着固定される。図７に示す例では半導体素子６は基体８の搭載部に直接搭載されているが、これは半導体素子６で発生した熱を金属製の基体８の搭載部を通して外部へ放熱するためである。半導体素子６の発熱が大きい場合は、半導体素子６と基体８の搭載部との間にペルチェ素子等を搭載して、半導体素子６を冷却するようにしてもよい。
【００６０】
接続基板１は、半導体素子６や回路基板７を基体８の載置部に搭載した後に、これらをまたぐように載置して接続される。接続基板１と半導体素子６や回路基板７との接続は、導電性の接着剤や半田バンプや半田ボールより融点の低い半田を用いて接続すればよい。接続用バンプ５が半田バンプである場合は、加熱することによりこの半田を溶融させて接合してもよい。このときの接着剤の硬化温度や半田の融点は、先に行なわれる半導体素子６や回路基板７の基体８への搭載時に用いられる接合材が溶融したり分解したりすることのない温度であることが好ましい。
【００６１】
基体８は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成る容器であり、搭載された半導体素子６が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能を有する。このため、基体８は、熱伝導性の良い金属から成り、搭載される半導体素子６やセラミック製の回路基板７の熱膨張係数に近い、上に挙げた金属から成るものが好ましい。例えば基体８がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工，打ち抜き加工，切削加工，プレス加工等の周知の金属加工方法を施すことによって、所定形状に製作された底板となる底部と、同様の金属加工法を用いて作製した側壁となる枠部とを銀ろう等の接合材で接合することによって形成される。側壁の貫通孔はドリル加工や金型による打ち抜き加工により形成される。また、例えばメタル・インジェクション・モールド法等によって底部と枠部とを一体的に形成してもよい。
【００６２】
また、外部より半導体素子６に駆動信号等を入力させる入出力端子としては、例えば同軸コネクタ９が用いられ、以下のようにして基体８の側壁に設置される。基体８の側壁に形成された貫通孔内に同軸コネクタ９を嵌め込むとともにＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の封着材を貫通孔との隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象により同軸コネクタ９と貫通孔の内面との隙間に充填することによって、同軸コネクタ９が貫通孔内に半田等の封着材を介して嵌着接合される。
【００６３】
同軸コネクタ９は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒形等の筒状の外周導体にホウケイ酸ガラス等の絶縁体が充填され、その中心を貫通してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る線状の中心導体９ａが固定されて成るものである。
【００６４】
この同軸コネクタ９には、外部電気回路（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せず）が装着されることによって、内部に収納された半導体素子６が同軸コネクタ９の中心導体９ａを介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００６５】
半導体素子６がＬＤやＰＤのような光半導体素子である場合は、基体８の貫通孔が形成された壁と対向する壁の、半導体素子６に対向する内面から外面にかけて貫通孔を設けるものもある。そしてその外面にこの貫通孔と内部がつながった筒状部材を設置して、この筒状部材内に、ホウ珪酸ガラスや鉛系ガラス等の非晶質ガラスやサファイアから成る、球状，半球状，凸レンズ状，ロッドレンズ状等の透光性部材を固定する。筒状部材は、基体８と同様の金属からなる筒状体を銀ろう等の接合材で固定すればよい。
【００６６】
最後に、基体８の側壁上面に蓋体10を接合し、容器内部を気密に封止することによって半導体装置となる。基体８への蓋体10の接合は、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接等の溶接またはＡｕ−Ｓｎろう材等のろう材によるろう付け等のろう接により行なわれる。
【００６７】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、他の電子装置の例としては、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）の単結晶基板を用いたＬＮ光変調器がある。例えば、外部からの電気信号を入力するためのコネクタがＬＮ光強度変調器の基体に接続され、基体内でコネクタの端子と上記と同様の回路基板とがろう材等で接続され、この回路基板とＬＮ基板とが本発明の接続基板で接続されたものである。ＬＮ基板には接続基板が接続される進行波型電極と、この電極に近接してＴｉ（チタン）金属の熱拡散あるいはプロトン交換法と呼ばれる方法で形成されるＹ分岐型の光導波路が形成され、この光導波路の両端にはそれぞれ光ファイバーが接続される。光ファイバーは基体の側壁に形成された貫通孔を通して外部に引き出され、それぞれの先端には他の電子機器等に接続するためのコネクタが接続される。これによれば、回路基板とＬＮ基板との接続部でのインピーダンスの変化が抑えられ、伝送損失が小さくなるので、入力された電気信号を正確に光信号に変換させることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・・・・・接続基板
２・・・・・・・絶縁基板
３・・・・・・・信号線路
４・・・・・・・接地線路
４ａ・・・・・・接地導体
４ｂ・・・・・・貫通導体
５・・・・・・・接続用バンプ
６・・・・・・・半導体素子
６ａ・・・・・・信号線路導体
６ｂ・・・・・・接地線路導体
７・・・・・・・回路基板
７ａ・・・・・・信号線路導体
７ｂ・・・・・・接地線路導体
７ｃ・・・・・・側面導体
７ｄ・・・・・・第２の絶縁基板
７ｅ・・・・・・厚みの薄い部分
８・・・・・・・基体
９・・・・・・・同軸コネクタ
９ａ・・・・・・中心導体
10・・・・・・・蓋体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009283908.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009283908.tif 000009
【図８】
2009283908.tif 000010
【図９】
2009283908.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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