CN114503359B - 高频封装 - Google Patents
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Abstract
伪同轴线路(104)在第一连接部(105)处连接至第一共面线路(102)，并且在第二连接部(106)处连接至第二共面线路(103)。第一共面线路(102)和第二共面线路(103)是例如差动共面线路。此外，伪同轴线路(104)的第二连接部(106)具有露出的背面凹部(107)。背面凹部(107)在平面图中呈大致半圆形形状、大致半椭圆形形状或矩形形状。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括共面线路的高频封装。
背景技术
对高速高频信号执行放大处理的电子器件、发送/接收高速光信号的光学器件、或这两种器件均安装于用于实现数字相干光传输所必需的基本模块中。具有相对复杂形状的高频线路被包含在其中存储和安装这些器件的封装中。为了满足基本模块的要求，这些高频线路需要具有相对良好的高频特性，以使高频信号能够在没有反射和辐射的情况下传播。注意，作为高频线路近些年的结构，经常使用包括差动共面线路的高频信号器件封装，其中，两条接地线跨接布置于彼此相邻的两条信号线上。
在这种类型的高频信号器件封装(以下简称为高频封装)中，将封装内的基板的表面上的差动共面线路连接至基板的背面上的差动共面线路。使用在基板的厚度方向上延伸穿过基板的伪同轴线路(参考专利文献1至7)。
这里的伪同轴线路是指具有与一般的同轴缆线类似的结构的高频线路。作为特征，同轴缆线在其剖面的中心处包括一个导体(单相同轴缆线)或两个导体(差分同轴缆线)。设置接地线以围绕其呈圆周形状(通常在单相同轴缆线中观察到)，或者呈椭圆形状或跑道形状(通常在差分同轴缆线中观察到)。此外，绝缘体填充于中心导体和接地线之间。
然而，原则上难以将具有圆周形状、椭圆形状或跑道形状的接地线引入到构成高频封装的基板中，以使其在厚度方向上连续地延伸穿过基板。因此，作为替代，延伸穿过基板的接地贯通孔以预定间隔被引入符合圆周形状、椭圆形状或跑道形状的阵列中。这通常被称为伪同轴线路。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5922604号
专利文献2：日本专利第5964785号
专利文献3：日本专利第6013280号
专利文献4：日本专利第6013296号
专利文献5：日本专利第6013297号
专利文献6：日本专利第6013298号
专利文献7：日本专利第6211835号
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在常规技术中，在差动共面线路与伪同轴线路的连接(耦合)部分中，发生特性阻抗的不匹配。此外，对于高频信号，原则上会发生朝向外周部分的辐射(连接(耦合)部分与外周部分几乎成直角)，同时发生包括更高频带的信号的反射和辐射，并且信号传输因此而劣化。
为了解决上述问题而做出了本发明，本发明的目的在于，在共面线路和伪同轴线路之间的连接部中获得特性阻抗的匹配，当共面线路和伪同轴线路几乎成直角时，防止高频信号由于连接部不能完全弯曲而在连接部处泄漏至外部，并且在连接部中没有反射的情况下顺利地进行高频信号的传播。
解决问题的手段
根据本发明，提供一种高频封装。高频封装包括：封装主体，包括由交替地层叠的绝缘层和导体层形成的基板；第一共面线路，形成于基板的表面上；第二共面线路，形成于基板的背面上，所述背面在封装主体的安装面的一侧；伪同轴线路，形成为延伸穿过基板，在第一连接部处连接至第一共面线路，在第二连接部处连接至第二共面线路；第一信号引脚，布置于封装主体的安装面的一侧，并且一端连接至第二共面线路的第一信号线；第二信号引脚，布置于封装主体的安装面的一侧，并且一端连接至第二共面线路的第二信号线；以及接地引脚，布置于封装主体的安装面的一侧，并且一端连接至第二共面线路的接地线，其中，高频封装还包括表面凹部和背面凹部中的至少一个，所述表面凹部形成于基板的表面上并且使伪同轴线路的第一连接部在所述表面凹部中露出，所述背面凹部形成于基板的背面上并且使伪同轴线路的第二连接部在所述背面凹部中露出。
本发明的效果
如上所述，根据本发明，在共面线路和伪同轴线路之间的连接部中沿绝缘体层的深度方向形成凹部。因此，可以在共面线路和伪同轴线路之间的连接部中获得特性阻抗的匹配，当共面线路和伪同轴线路几乎成直角时，防止高频信号由于连接部不能完全弯曲而在连接部处泄漏至外部，并且在连接部中没有反射的情况下顺利地进行高频信号的传播。
附图说明
图1A是示出根据本发明的第一实施例的高频封装的构造的透视图；
图1B是示出根据本发明的第一实施例的高频封装的构造的透视图；
图1C是示出根据本发明的第一实施例的高频封装的构造的透视图；
图1D是示出根据本发明的第一实施例的高频封装的部分构造的透视图；
图1E是示出常规技术的高频线路的构造的图；
图1F是示出常规技术的高频线路的构造的图；
图2是示出根据本发明的第二实施例的高频封装的构造的透视图；
图3A是示出根据本发明的第三实施例的高频封装的构造的透视图；
图3B是示出根据本发明的第三实施例的高频封装的构造的透视图；
图3C是示出根据本发明的第三实施例的高频封装件的部分构造的透视图；
图4是示出根据本发明的第四实施例的高频封装的构造的透视图；
图5A是示出根据本发明的第五实施例的高频封装的构造的透视图；
图5B是示出根据本发明的第五实施例的高频封装的构造的透视图；
图5C是示出根据本发明的第五实施例的高频封装的构造的透视图；
图6A是示出根据本发明的第六实施例的高频封装的构造的透视图；以及
图6B是示出根据本发明的第六实施例的高频封装的构造的透视图。
具体实施方式
现在将描述根据本发明的实施例的高频封装。
【第一实施例】
首先，参考图1A、图1B、图1C和图1D描述本发明的第一实施例的高频封装100。高频封装100包括封装主体101、第一共面线路102、第二共面线路103和伪同轴线路104。第一共面线路102和第二共面线路103中的每一个都是例如差动共面线路。注意，图1B示出了封装主体101的安装表面，图1C示出了部分地剖开的剖面。
封装主体101包括基板101a，该基板由交替地层叠的绝缘层和导体层形成，各个绝缘层均由绝缘体(电介质)制成，各个导体层均由导体箔等制成，并且第一共面线路102形成于基板101a的表面上。此外，第二共面线路103形成于基板101a的背面上，该背面在封装主体101的安装面的一侧。如图1C和图1D所示，伪同轴线路104形成为延伸穿过基板101a，在第一连接部105处连接至第一共面线路102，并且在第二连接部106处连接至第二共面线路103。注意，在图1D中，省略了线路周围的基板101a，而主要示出了延伸穿过基板101a的差动中心导体。
图1D所示的背面凹部107的形状是指选择性地除去稍后描述的绝缘体(电介质)的区域。注意，当形成伪同轴线路时，已知的事实是，在高频信号使用的最高频率(通常，已知的是f3dB频率或f6dB频率)处，通常需要布置多个接地贯通孔，这些贯通孔之间的距离间隔对应于使用绝缘体(电介质)作为材料的波导中的波长的(1/8＝0.125)至(1/4＝0.250)。因此，在第一实施例中，为了避免附图的复杂性，没有示出封装主体101中的接地贯通孔。
例如，在基板101a上，光电转换芯片131连接至第一共面线路102的输入端和输出端。在连接至光电转换芯片131的光纤132和光纤133之间执行光信号和高频电信号之间的转换。光电转换芯片131具有例如利用两个光电二极管的差动放大型光电转换功能。
此外，高频封装100包括第一信号引脚121、第二信号引脚122和接地引脚123。第一信号引脚121布置于封装主体101的安装表面的一侧，并且一端连接至第二共面线路103的第一信号线。第二信号引脚122布置于封装主体101的安装面的一侧，并且一端连接至第二共面线路103的第二信号线。接地引脚123布置于封装主体101的安装面一侧，并且一端连接至第二共面线路103的接地线。
注意，基板101a具有由交替地层叠多个金属层(导体层)和绝缘层形成的结构，该多个金属层(导体层)由金属箔等制成。金属层由形成为垂直地延伸穿过绝缘层的接地贯通孔(未示出)电连接，并且连接至接地线。接地线被设定为与形成高频封装的壳体材料的一部分的金属具有相同的电位，并因此通常也称为封装接地线。
除了上述构造之外，高频封装100还包括背面凹部107，该背面凹部形成于基板101a的背面上，并且使伪同轴线路104的第二连接部106从该背面凹部中露出。背面凹部107是去除了第二连接部106上的绝缘体的部分。注意，第二共面线路103的第一信号线和第二信号线是在嵌入基板101a中的同时形成的，并且背面凹部107形成于基板101a的背面上没有形成第二共面线路103的第一信号线和第二信号线的区域中。背面凹部107在平面图中可以具有大致半圆形形状、大致半椭圆形形状或矩形形状形状。
根据上述第一实施例，当设置背面凹部107时，第二连接部106上的绝缘体被去除，并使第二连接部106露出。在该区域中，高频线路(信号线)附近的相对介电常数接近1，即诸如空气的气体或真空的相对介电常数。例如，如果将诸如陶瓷的无机材料引入绝缘体层中，则其相对介电常数几乎为9。因此，与诸如空气的气体或真空的大约为1的相对介电常数的差异是明显的。因此，抑制了第二连接部106中相对于接地电位的电容的展现。
通常，高频线路的特性阻抗与高频线路的电容的根
成反比。此外，已知的事实是，高频线路的弯曲部中的特性阻抗有效地引起电容的上升。还已知的是，高频信号的高频分量不能在弯曲部处完全弯曲并辐射至外部。
因此，当设置背面凹部107时，第二连接部106中的特性阻抗的降低受到
的倒数(即约3倍)的效果的抑制。另外，同时，由于也能够仅在弯曲部的外周部选择性地同时获得抑制电容上升的效果，所以高频信号几乎不辐射。这是因为高频信号在物理上通常具有被吸引到高电容的一部分(场所)的电磁特性。因此，高频信号在第二连接部106处的反射和辐射同时减少。结果，高频信号可以在伪同轴线路104和第二共面线路103之间无损耗地传播。
从第二共面线路103到伪同轴线路104，在第二连接部106中形成几乎直角弯曲的形状。在弯曲的高频线路中，已知的事实是，当在弯曲部(连接部)中产生的电容通常升高时，弯曲部中的特性阻抗降低。弯曲部的特性阻抗低于高频线路原本具有的特性阻抗。因此，高频信号在弯曲部中被反射，并且高频信号的传播受到阻碍。
在与高频线路形成于同一平面内的弯曲部中，作为减小电容的措施，将倒角形状引入形成高频线路的信号线的弯曲部的各个外周顶点。如通常已知的，这使得可以避免上述问题。这种构造能够减小弯曲部中形成高频线路的信号线的导体面积，并且降低弯曲部中的电容。
另一方面，在不是形成于同一平面内并沿所谓的基板垂直方向弯曲的高频线路中，不能在同一平面内应用上述常规技术。因此，在专利文献1至7中，提出了关于在作为延伸穿过基板的高频线路的伪同轴线路的各个端部形成接地平面的导体薄膜的形状、或者增加新的导体以形成接地平面的方案。
例如，如图1E所示，在专利文献1中，在连接至单相共面线路301的单相伪同轴线路302的端部，在从信号线(中心导体)302a观察的弯曲外周方向上，接地平面303的起始位置被改变为远离的，并且在伪同轴线路302的端部以直角弯曲的部分处的电容的上升被抑制，从而抑制了降低这部分中的特性阻抗。注意，在图1E中，(b)显示了沿着(a)中的线A-A’截取的剖面。附图标记304指示接地贯通孔。
然而，如图1F的(a)中所示，如果具有相对较高的相对介电常数的材料用于形成高频线路的绝缘层305，则需要使接地平面303的起始位置更加远离信号线。此时，如图1F的(b)中所示，如果由金属或绝缘体制成并构成封装结构的壁306布置于接地平面303的起始位置附近，则专利文献1的应用目的地受到限制。即，对于在所有广泛领域中形成高频封装时使用的具有绝缘性的绝缘材料，可以说从通用化的观点来看，常规已知的专利技术未必是充分的。
与这些常规技术相比，根据第一实施例，采用非常简单且易于实现的结构，从而确保在诸如差动共面线路的共面线路与伪同轴线路之间的连接部中的特性阻抗匹配并且在它们之间无损耗地传播高频信号。
根据第一实施例，凹部被设计并形成为期望的形状，从而赋予第二连接部106中的特性阻抗的设计自由度。此外，当设置凹部时，它仅选择性地形成于连接部的几乎外周上。即使在第二连接部中，也能够选择性地且空间地抑制几乎外周上的电容的降低，并且抑制高频信号向外部空间的泄漏。因此，可以确保第二连接部106中的特性阻抗的匹配，同时实现高频信号向空间泄漏的抑制，并且改善经由高频封装100的信号传输的传输特性。
【第二实施例】
接下来将参考图2描述本发明的第二实施例。在上述第一实施例中，背面凹部107设置于基板101a的背面上。如图2所示，表面凹部108可以设置于基板101a的表面上。表面凹部108形成于基板101a的表面上。在表面凹部108中，在伪同轴线路104的第一连接部105附近的区域中，绝缘体的一部分被去除。图2示出如下状态：在表面凹部108中，形成伪同轴线路104的绝缘体层在基板101a的厚度方向上被部分地去除。注意，在伪同轴线路104的中心导体的表面上形成有薄绝缘层。表面凹部108在平面图中可以具有大致半圆形形状、大致半椭圆形形状或矩形形状。注意，在第二实施例中，可以设置背面凹部107，如第一实施例中那样。
注意，当形成伪同轴线路时，已知的事实是，在高频信号使用的最高频率(通常，已知的是f3dB频率或f6dB频率)处，通常需要布置多个接地贯通孔，这些贯通孔之间的距离间隔对应于使用绝缘体(电介质)作为材料的波导中的波长的(1/8＝0.125)至(1/4＝0.250)。因此，在图2中，为了避免复杂性，没有示出封装主体101中的接地贯通孔。
根据第二实施例，当设置表面凹部108时，在第一连接部105上形成伪同轴线路104的绝缘体的一部分被去除。在该区域中，高频线路(信号线)附近的相对介电常数接近1，即诸如空气的气体或真空的相对介电常数。例如，如果将诸如陶瓷的无机材料引入绝缘体层中，则其相对介电常数几乎为9。因此，与诸如空气的气体或真空的大约为1的相对介电常数的差异是明显的。因此，抑制了第一连接部105中相对于接地电位的电容的展现。
通常，高频线路的特性阻抗与高频线路的电容的根
成反比。此外，已知的事实是，高频线路的弯曲部中的特性阻抗有效地引起电容的上升。还已知的是，高频信号的高频分量不能在弯曲部处完全弯曲并辐射至外部。因此，当设置表面凹部108时，第一连接部105中的特性阻抗的降低受到/>
的倒数(即约3倍)的效果的抑制。
另外，同时，由于也能够仅在弯曲部的外周部选择性地同时获得抑制电容上升的效果，所以高频信号几乎不辐射。这是因为高频信号在物理上通常具有被吸引到高电容的一部分(场所)的电磁特性。因此，高频信号在第一连接部105处的反射和辐射同时减少。结果，高频信号可以在伪同轴线路104和第一共面线路102之间无损耗地传播。
如上所述，同样在第二实施例中，可以确保差动共面线路和伪同轴线路之间的连接部中的特性阻抗的匹配并且在它们之间无损耗地传播高频信号。根据第二实施例，凹部被设计并形成为期望的形状，从而赋予第一连接部105中的特性阻抗的设计自由度。
此外，当设置凹部时，它选择性地仅形成于连接部的几乎外周上。即使在第二连接部中，也能够选择性地且空间地抑制几乎外周上的电容的降低，并且抑制高频信号向外部空间的泄漏。因此，可以确保第一连接部105中的特性阻抗的匹配，同时实现高频信号向空间泄漏的抑制，并且改善经由高频封装100的信号传输的传输特性。
【第三实施例】
接下来将参考图3A、图3B和图3C描述本发明的第三实施例。图3A示出封装主体101的安装面，并且图3B示出局部剖切面。图3C示出了在线路周围没有基板101a的结构，并且主要示出了延伸穿过基板的差动中心导体。图3C所示的部分107a和108的形状是指选择性地去除稍后描述的绝缘体(电介质)的区域。
注意，当形成伪同轴线路时，已知的事实是，在高频信号使用的最高频率(通常，已知的是f3dB频率或f6dB频率)处，通常需要布置多个接地贯通孔，这些贯通孔之间的距离间隔对应于使用绝缘体(电介质)作为材料的波导中的波长的(1/8＝0.125)至(1/4＝0.250)。因此，在图3A、图3B和图3C中，为了避免复杂性，没有示出封装主体101中的接地贯通孔。
在第三实施例中，首先，设置表面凹部108，该表面凹部形成于基板101a的表面上，并且在伪同轴线路104的第一连接部105中在该表面凹部处去除了绝缘体的一部分。这种构造与上述第二实施例中的相同。在第三实施例中，设置有背面凹部107a，该背面凹部形成于基板101a的背面上并且使伪同轴线路104的第二连接部106在该背面凹部中露出。在背面凹部107a中，伪同轴线路104的绝缘体的一部分被去除至基板101a的内部。注意，其余构造与上述第一实施例中的相同。
根据第三实施例，由于在第二连接部106中去除了伪同轴线路104的绝缘体的一部分，所以可以进一步减少高频信号在第二连接部106中的反射。
【第四实施例】
接下来将参考图4描述本发明的第四实施例。在第四实施例中，关于基板101a，在基板101a的厚度方向上，在基板101a中形成孔部109，其中，在伪同轴线路104的差动中心导体之间的绝缘体的一部分被去除得比表面凹部108多。在第四实施例中，在孔部109中，不仅伪同轴线路104的差动线路之间的绝缘体，而且对面的差动线路之间的绝缘体也被部分地去除。其余构造与上述第三实施例中的相同。
根据第四实施例，由于设置了孔部109，所以在孔部109中的伪同轴线路104的区域中，差动线路之间的相对介电常数接近1，即诸如空气的气体或真空的相对介电常数，并且抑制了相对于接地电位的电容的展现。结果，根据第四实施例，可以进一步抑制伪同轴线路104中的传输损耗。
【第五实施例】
接下来将参考图5A、图5B和图5C描述本发明的第五实施例的高频封装100a。在高频封装100a中，形成两条单相侧耦合线路结构，其中，增加两条高频线路102a之间的间隔，以削弱它们之间产生的电磁耦合，并加强与相邻的接地导体箔在纵向方向上的电磁耦合。
利用这种构造，可以安装光电转换芯片131a，其中，单片地集成了具有由一个光电二极管等形成的单端高频接口的两个光电转换功能。因此，在这种构造中，对于通过光纤132和光纤133传播的光信号中的每一个，即使单片地集成了具有单端高频接口的两个光电转换功能，光电转换芯片也可以在光信号和高频电信号之间执行转换。其余构造与上述第四实施例中的相同。
根据第五实施例，通过两条高频线路102a和第二共面线路103，可以在结构彼此不同的差动耦合高频线路和单端高频线路之间容易地执行转换。
【第六实施例】
接下来将参考图6A和图6B描述根据本发明的第六实施例的高频封装100b。高频封装100b包括覆盖材料111，该覆盖材料形成为覆盖基板101a的表面。覆盖材料111包括上表面凹部111a，该上表面凹部通过选择性地去除表面凹部108正上方的部分附近的覆盖材料111而形成为不封闭表面凹部108。由于在表面凹部108和上表面凹部111a中存在空气或真空，所以相对介电常数为1，并且伴随着第一连接部105附近的相对介电常数的上升的电容的上升和由此引起的特性阻抗的降低被抑制。
如上所述，根据本发明，在共面线路和伪同轴线路之间的连接部中沿绝缘体层的深度方向形成凹部。因此，可以在共面线路和伪同轴线路之间的连接部中获得特性阻抗的匹配，当共面线路和伪同轴线路几乎成直角时，防止高频信号泄漏到外部，因为它在连接部处不能完全弯曲，并且在连接部中没有反射的情况下平顺地执行高频信号的传播。
注意，本发明不限于以上描述的实施例，显然本领域技术人员可以在本发明的技术范围内可以做出许多变型例和组合。在变型例和组合中，例如，形成高频封装主体的基板的材料不限于陶瓷，当然也可以使用石英或树脂来实施本发明。此外，安装于高频封装中的芯片不限于光电转换芯片，当然可以是直接调制型半导体激光器、具有单片外部调制器的半导体激光器、或者光调制器等。
附图标记的说明
100…高频封装，101…封装主体，101a…基板，102…第一共面线路，103…第二共面线路，104…伪同轴线路，105…第一连接部，106…第二连接部，107…背面凹部，121…第一信号引脚，122…第二信号引脚，123…接地引脚，131…光电转换芯片，132…光纤，133…光纤。
Claims (7)
1.一种高频封装，包括：
封装主体，包括由交替地层叠的绝缘层和导体层形成的基板；
第一共面线路，形成于所述基板的第一表面上；
第二共面线路，形成于所述基板的第二表面上，所述第二表面在所述封装主体的安装面的一侧；
伪同轴线路，形成为延伸穿过所述基板，在第一连接部处连接至所述第一共面线路，并且在第二连接部处连接至所述第二共面线路；
第一信号引脚，布置于所述封装主体的所述安装面的所述一侧，并且一端连接至所述第二共面线路的第一信号线；
第二信号引脚，布置于所述封装主体的所述安装面的所述一侧，并且一端连接至所述第二共面线路的第二信号线；
接地引脚，布置于所述封装主体的所述安装面的所述一侧，并且一端连接至所述第二共面线路的接地线；以及
第一表面凹部和第二表面凹部中的至少一个，所述第一表面凹部是通过在所述第一连接部附近的区域中去除绝缘体的一部分而形成于所述基板的所述第一表面上以使所述伪同轴线路的所述第一连接部在所述第一表面凹部中露出，所述第二表面凹部是通过去除所述第二连接部上的绝缘体而形成于所述基板的第二表面上以使所述伪同轴线路的所述第二连接部在所述第二表面凹部中露出。
2.根据权利要求1所述的高频封装，其中
所述第二共面线路的第一信号线和第二信号线是在嵌入所述基板中的同时形成的，并且
所述第二表面凹部形成于所述基板的所述第二表面上未形成所述第二共面线路的所述第一信号线和所述第二信号线的区域中。
3.根据权利要求2所述的高频封装，其中
在所述第二表面凹部中，所述伪同轴线路的绝缘体的一部分被去除至所述基板的内侧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高频封装，其中
在所述第一表面凹部中，所述伪同轴线路的绝缘体的一部分被去除至所述基板的内侧。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的高频封装，其中
所述第一共面线路和所述第二共面线路中的至少一个是差动共面线路，在所述差动共面线路中，所述第一信号线和所述第二信号线彼此电磁耦合。
6.根据权利要求5所述的高频封装，其中
所述基板在所述第一表面凹部的内侧包括孔部，在所述孔部中，差动线路之间的所述伪同轴线路的绝缘体的一部分被去除。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的高频封装，还包括覆盖材料，所述覆盖材料形成为覆盖所述基板的所述第一表面，
其中，所述覆盖材料包括上表面凹部，所述上表面凹部形成为不封闭所述第一表面凹部。
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