JP2004214584A - 高周波用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】回路基板上に実装した際に、パッケージの誘電体基板と回路基板との間で接地導体が不安定となり、反射損失や放射損失が生じ、高周波的な不整合が生じ、高周波入出力信号の損失が増大し、ＶＳＷＲが劣化する。
【解決手段】上面に高周波回路部品Ｓの搭載部が形成された誘電体基板２１と、上面に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体２２および第１の同一面接地導体２３と、下面に形成された第２の線路導体２４および第２の同一面接地導体２５と、内部に形成された第１および第２の線路導体２２，２４の端部同士を接続する貫通導体２６ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５を接続する接地貫通導体２７と、第２の線路導体２４に接合された金属端子３２および第２の同一面接地導体２５に接合された接地金属端子３４とを具備して成り、接地金属端子３４間の間隔が高周波信号の波長の１／２以下である高周波用パッケージである。
【選択図】 図１
【解決手段】上面に高周波回路部品Ｓの搭載部が形成された誘電体基板２１と、上面に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体２２および第１の同一面接地導体２３と、下面に形成された第２の線路導体２４および第２の同一面接地導体２５と、内部に形成された第１および第２の線路導体２２，２４の端部同士を接続する貫通導体２６ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５を接続する接地貫通導体２７と、第２の線路導体２４に接合された金属端子３２および第２の同一面接地導体２５に接合された接地金属端子３４とを具備して成り、接地金属端子３４間の間隔が高周波信号の波長の１／２以下である高周波用パッケージである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯で用いられる高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を搭載するための高周波用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＨｚ帯またはＧＨｚ帯の高周波帯で動作する高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を収容するために用いられる高周波用パッケージには、例えば、特許第２６０５５０２号公報に開示された、図９に示すようなものがあった。
【０００３】
図９（ａ）〜（ｃ）はそのような従来の高周波用パッケージの一例を示す図であり、図９（ａ）は一部を破断した平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、図９（ｃ）は底面図である。また、図１０は図９に示す高周波用パッケージの要部を拡大して示した斜視図である。これらの図において、１はセラミックス等から成るパッケージ基板、２はセラミックスあるいは表面をメタライズしたセラミックス等から成るパッケージ側壁であり、パッケージ基板１の表面上に装着されている。パッケージ側壁２のパッケージ基板１に接しない上端面は、金等の金属や鉄−ニッケル−コバルト合金等の合金から成るフタ３により封止されている。４はパッケージ基板１の表面にメタライズ５を施したダイボンディング領域、６はセラミックス等から成る誘電体基板であり、この誘電体基板６の表面上に金属薄膜から成る内部高周波伝送線路１９が形成され、ダイボンディング領域４，誘電体基板６，内部高周波伝送線路１９はパッケージ基板１とパッケージ側壁２とフタ３とにより囲まれたキャビティ内に構成されている。また、パッケージ基板１の底面部に、接地金属薄膜８と信号線金属薄膜９が形成され、これらにより外部コプレーナ線路１０を構成し、その信号線金属薄膜９は金属から成るバイアホール１１により内部高周波伝送線路１９と電気的に接続した構造となっている。
【０００４】
なお、１８は誘電体基板６の表面上に形成された接地金属薄膜であり、内部高周波伝送線路１９とともに内部コプレーナ線路２０を構成するものである。また、１２は外部コプレーナ線路１０の接地金属薄膜８と内部コプレーナ線路２０の接地金属薄膜１８とを電気的に接続する接地用バイアホールである。
【０００５】
このような高周波用パッケージが、図１１に断面図で示すように、ガラスエポキシ，フッ素樹脂，セラミックス等から成る回路基板１３上に表面実装されて、高周波回路が構成される。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６０５５０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波用パッケージは以上のように構成されているので、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、パッケージ基板１と回路基板１３との接合部分では、信号線金属薄膜９の両側に配置された接地金属薄膜８間の間隔が使用される高周波信号の波長の１／２よりも長い場合は、接地金属薄膜８間のグランドネットワーク経路が長くなり、インダクタンス成分が増大することにより、接地金属薄膜８の接地状態が不安定となる傾向があるため、この部分で局部的に特性インピーダンスが変化して高周波信号の反射損失を生じることとなり、また、この部分で高周波信号のシールド効果が不充分となって放射損失を生じることとなるため、これらの損失によって高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【０００８】
さらに、従来の高周波用パッケージは以上のように構成されているので、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、信号線金属薄膜９と接地金属薄膜１８および８との間に存在するパッケージ基板１内の浮遊キャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板１３に表面実装した際の信号線金属薄膜９と回路基板１３の下面側接地導体（図示せず）との間に存在する回路基板１３の誘電体基板内の浮遊キャパシタンス成分の発生により、パッケージ基板１と回路基板１３との間に存在するキャパシタンス成分が増大するため、回路基板１３に表面実装した際の高周波用パッケージの入出力部において高周波的な不整合が生じ、高周波入出力信号の損失が増大して、電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲと略す）が劣化するという問題点があった。
【０００９】
さらに、従来の高周波用パッケージは、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、パッケージ基板１の上面の接地金属薄膜１８と下面の接地金属薄膜８とを電気的に接続する接地導体が設けられていなかったため、接地金属薄膜１８と接地金属薄膜８とが高周波的に接続されていないために接地状態が不安定になり、パッケージ基板１の入出力部において高周波入出力信号の損失が増大して、ＶＳＷＲが劣化する傾向があるという問題点があった。また、パッケージ基板１の入出力部において高周波信号の伝搬モードが不連続になるため、放射損失が増大し、その結果、高周波用パッケージの入出力部における高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、低損失で、かつ低ＶＳＷＲの高周波用パッケージを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用パッケージは、上面に高周波回路部品の搭載部が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の上面に前記搭載部の近傍から外周方向に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体およびこの第１の線路導体の両側に形成された第１の同一面接地導体と、前記誘電体基板の下面に前記第１の線路導体の外周側の端部と端部を対向させて外周縁に向けて形成された前記高周波信号を伝送する第２の線路導体およびこの第２の線路導体の両側に形成された第２の同一面接地導体と、前記誘電体基板の内部に形成され、前記第１および第２の線路導体の対向する端部同士を電気的に接続する貫通導体ならびに前記第１および第２の同一面接地導体を電気的に接続する接地貫通導体と、前記第２の線路導体に平行に接合された金属端子およびこの金属端子の両側に平行にそれぞれ前記第２の同一面接地導体に接合された接地金属端子とを具備して成り、この接地金属端子間の間隔が前記高周波信号の波長の１／２以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の高周波用パッケージは、上記構成において、前記第１の同一面接地導体の前記金属端子の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の高周波用パッケージは、上記構成において、前記誘電体基板の側面の前記接地金属端子の上に位置する部位に前記第１の同一面接地導体と前記接地金属端子とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の高周波用パッケージによれば、上記構成の高周波用パッケージにおいて、金属端子の両側に平行に配置された接地金属端子間の間隔（ギャップ）が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板上に表面実装した際に、接地金属端子間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板とこの高周波用パッケージが実装される回路基板との接合部分において接地金属端子が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００１５】
さらに、第１の同一面接地導体の金属端子部の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けることにより、金属端子と第１および第２の同一面接地導体との間に存在する誘電体基板内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板に表面実装した際の金属端子と回路基板の下面側接地導体との間に存在する回路基板の誘電体基板内のキャパシタンス成分を非形成部の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板とこのパッケージが表面実装される回路基板の誘電体基板との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００１６】
さらに、誘電体基板の側面の接地金属端子の上に位置する部位に第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体を設けることにより、第１の同一面接地導体と接地金属端子とが電気的に直接に接続されているために入出力部の接地状態が安定し、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波用パッケージを図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１，図２および図３は本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す図であり、図１は一部を破断した断面図、図２は底面図、図３は上面図である。
【００１９】
これらの図において、２１は誘電体基板、２１ａは高周波用半導体素子等の高周波回路部品Ｓが搭載される搭載部、２２は第１の線路導体、２３は第１の同一面接地導体、２４は第２の線路導体、２５は第２の同一面接地導体、２６は貫通導体、２７は接地貫通導体、３２は金属端子、３４は接地金属端子であり、これらで高周波用パッケージが構成されている。また、２８は高周波回路部品Ｓと第１の線路導体２とを接続するボンディングワイヤ等の導電性接続部材である。
【００２０】
また、２９は誘電体基体、３０は接続用線路導体であり、これらで回路基板３１が構成されており、高周波用パッケージの第２の線路導体２４と回路基板３１の接続用線路導体３０とを間に金属端子３２を挟んで接続することにより、高周波用パッケージが回路基板３１に実装されることになる。なお、本例では、誘電体基体２９の下面に下面側接地導体３３を、上面に上面側接地導体３４を形成し、上面側接地導体３４と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続した例を示している。
【００２１】
また、本例では誘電体基板２１の上面中央部に凹部を形成してその凹部に搭載部２１ａを設けているが、誘電体基板２１を平板状としてその上面に搭載部２１ａを形成してもよい。
【００２２】
誘電体基板２１は、高周波回路部品Ｓを支持するための支持体であり、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の無機系誘電体材料、あるいはポリイミド，ガラスエポキシ等の有機系誘電体材料、あるいはセラミックス粉末等の無機誘電体粉末をエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合誘電体材料等から成り、この例では上面中央部に高周波回路部品Ｓを収容するための凹部を有する略四角状である。そして凹部の底面には高周波回路部品Ｓを搭載するための搭載部２１ａを形成しており、この搭載部２１ａに高周波回路部品Ｓがろう材，樹脂，ガラス等の接着剤を介して接着固定される。なお、搭載部２１ａには、必要に応じて誘電体基板２１の表面にメタライズ層が形成される。
【００２３】
この誘電体基板２１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、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクタブレード法等のシート成形法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、還元雰囲気中約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２４】
誘電体基板２１には、その上面に搭載部２１ａの近傍から外周方向にその途中まで、幅が０．１〜１．０ｍｍ程度の第１の線路導体２２が形成されるとともに、下面に第１の線路導体２２の外周側の端部と端部を対向させて、その対向する領域から外周縁に向けて第１の線路導体２２と平行に、幅が０．１〜１．５ｍｍ程度の第２の線路導体２４が形成されており、また、内部に第１の線路導体２２の端部とこれに対向する第２の線路導体２４の端部とを電気的に接続する貫通導体２６が配設されている。これらの第１および第２の線路導体２２，２４ならびに貫通導体２６は、高周波回路部品Ｓの各電極を外部電気回路に電気的に接続するための導電路として機能する。
【００２５】
なお、第１および第２の線路導体２２，２４の幅は、伝搬される高周波信号の周波数や高周波用パッケージの大きさにより適宜設定される。本発明の高周波用パッケージにおいては、例えば誘電体基板２１の比誘電率を６とした際には、第１の線路導体２２の幅は０．３２ｍｍ程度に、第２の線路導体２４の幅は０．３２ｍｍ程度に設定される。
【００２６】
また、誘電体基板２１には、上面に第１の線路導体２２の両側に第１の同一面接地導体２３が形成されるとともに、下面に第２の線路導体２４の両側に第２の同一面接地導体２５が形成されており、また、内部に第１の同一面接地導体２３と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続する接地貫通導体２７が配設されている。第１の同一面接地導体２３および第２の同一面接地導体２５は、第１の線路導体２２と導電性接続部材２８との不連続性を補償したり、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４との間のアイソレーションを向上させる機能を有する。また、接地貫通導体２７は、高インピーダンスの貫通導体２６に対して容量成分を補うことができ、貫通導体２６におけるインピーダンスの不整合を防ぐことが可能である。これらの結果、高周波回路部品Ｓと外部電気回路との間の電気的接続におけるインピーダンスのミスマッチングを効果的に抑えて高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができ、低反射損失の高周波用パッケージとすることができる。
【００２７】
また、第１の同一面接地導体２３と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続する接地貫通導体２７は、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４とを電気的に接続する貫通導体２６に対し、擬似同軸構造を構成するように複数本を配置することにより、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４との間での高周波入出力信号の授受を、不整合を少なくし低損失かつ低ＶＳＷＲで行なわせることができる。
【００２８】
なお、本例においては、第１の同一面接地導体２３および第２の同一面接地導体２５は、第１の線路導体２２および第２の線路導体２４の対向する端部をそれぞれ取り囲むように連続して一体的に形成されており、より良好な接地状態を得ることができるものとしている。
【００２９】
第１および第２の線路導体２２，２４，貫通導体２６，第１および第２の同一面接地導体２３，２５ならびに接地貫通導体２７は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属メタライズ等の導電性材料から形成されている。例えば、タングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して得たタングステンぺーストを、貫通導体２６または接地貫通導体２７となる貫通孔をあらかじめ穿設した誘電体基板２１となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、または充填し、これを誘電体基板２１となるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、誘電体基板１の上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００３０】
なお、これらの第１および第２の線路導体２２，２４ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５は、その露出する表面にニッケル，金等の耐蝕性に優れ、かつろう材やボンディングワイヤ等の接続部材との接合性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくと、これらの線路導体２２，２４および同一面接地導体２３，２５が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、線路導体２２，２４および同一面接地導体２３，２５とボンディングワイヤや半田等との接続を強固かつ容易なものとなすことができる。従って、第１および第２の線路導体２２，２４ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５の各導体には、その露出する表面にニッケル，金等の耐蝕性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくことが好ましい。
【００３１】
そして、搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓを導電性接続部材２８により第１の線路導体２２と電気的に接続し、搭載部２１ａの上面に蓋体（図示せず）を取着して高周波回路部品Ｓを気密封止した後、この高周波用パッケージを、誘電体基体２９の上面に高周波信号を伝送する接続用線路導体３０が形成された回路基板３１に、第２の線路導体２４および接続用線路導体３０を平行に対向させて位置させて、第２の線路導体２４に接合されて誘電体基板２１の外周端に配置された金属端子３２を挟んで電気的に接続することにより、高周波用パッケージ内部の高周波回路部品Ｓと回路基板３１の外部電気回路とが電気的に接続される。
【００３２】
そして、本発明の高周波用パッケージは、金属端子３２の両側に配置された接地金属端子３４間の間隔が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）以下であるものとなっている。
【００３３】
このように接地金属端子３４間の間隔がλ／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、接地金属端子３４間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、高周波用パッケージの誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において接地金属端子３４が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。その結果、本発明の高周波用パッケージによれば、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００３４】
本発明の高周波用パッケージにおいて、誘電体基板２１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体等の各種セラミックスやガラスセラミックス等の無機系誘電体材料、あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），エポキシ，ポリイミド，ガラスエポキシ等の有機系誘電体材料、あるいはセラミックス粉末等の無機誘電体粉末をエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合誘電体材料等の誘電体材料から成り、必要に応じて複数の誘電体層を積層して形成される。
【００３５】
そして、搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓをボンディングワイヤ等の導電性接続部材２８により第１の線路導体２２と電気的に接続し、これを気密封止するには、例えば搭載部２１ａの上面に蓋体（図示せず）を取着する。この蓋体には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金，無酸素銅，アルミニウム，ステンレス，Ｃｕ−Ｗ合金，Ｃｕ−Ｍｏ合金等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいはＰＴＦＥ，ガラスエポキシ等の樹脂系材料等が用いられる。また、蓋体を取着するには、それらの材料に応じて、半田，Ａｕ−Ｓｎろう等の低融点金属ろう材やＡｕ−Ｇｅろう等の高融点金属ろう材、あるいはエポキシ，導電性エポキシ等の樹脂接着剤、あるいはシームウェルド，電子ビーム溶接等の溶接等により取着する。
【００３６】
第１および第２の線路導体２２，２４，貫通導体２６，第１および第２の同一面接地導体２３，２５ならびに接地貫通導体２７は、高周波線路導体用の金属材料、例えばＣｕやＭｏＭｎ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｗ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｃｒ＋Ｃｕ，Ｃｒ＋Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｔａ２Ｎ＋ＮｉＣｒ＋Ａｕ，Ｔｉ＋Ｐｄ＋Ａｕ，ＮｉＣｒ＋Ｐｄ＋Ａｕ等の金属薄膜や金属箔，金属板，メタライズ導体等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ処理法等により形成される。その厚みや形状，線路幅，線路導体と同一面接地導体との間隔等は、これら線路導体２２，２４や貫通導体２６により伝送される高周波入出力信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて適宜設定される。本発明の高周波用パッケージにおいては、例えば誘電体基板２１の比誘電率を６とした際には、第１の線路導体２２の幅は０．３２ｍｍ程度に、第２の線路導体２４の幅は０．３２ｍｍ程度に、貫通導体２６の直径はφ０．１５ｍｍ程度に、第１の線路導体２２と第１の同一面接地導体２３との間隔は０．１ｍｍ程度に、第２の線路導体２４と第２の同一面接地導体２５との間隔は０．３ｍｍ程度にそれぞれ設定される。
【００３７】
このような本発明の高周波用パッケージにおいては、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔をλ／２以下に設定することが重要である。
【００３８】
ここで、図４に、図１〜図３に示す本発明の高周波用パッケージの例における接地金属端子３４間の間隔と高周波信号の使用限界周波数との関係を線図で示す。本データは３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。また、金属端子３２の幅は０．２ｍｍに設定した。図４の横軸には接地金属端子３４間の間隔（単位：ｎλ）を示し、縦軸には使用限界周波数（単位：ＧＨｚ）を示した。使用限界周波数は、電磁界シミュレータにより算出される、Ｓ１１（反射特性）の値が−１５ｄＢ以下となる周波数とした。
【００３９】
図４にそれぞれ結果を黒点で示して特性曲線で結んだように、接地金属端子３４間の間隔をλ／４，λ／３，λ／２，λおよび２λに変化させたとき、使用限界周波数はそれぞれ６２ＧＨｚ，６１ＧＨｚ，６０ＧＨｚ，３０ＧＨｚおよび１５ＧＨｚとなった。以上の結果より分かるように、接地金属端子３４間の間隔が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）を超えるときには、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において接地金属端子３４の接地状態が不安定となる傾向があるため、この部分で局部的に特性インピーダンスが変化して反射損失を生じることとなり、また、この部分で高周波信号のシールド効果が不充分となって放射損失を生じることとなるため、これらの損失によって高周波信号の伝送特性が劣化する。したがって、本発明の高周波用パッケージにおいては、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔をλ／２以下に設定することが望ましい。
【００４０】
このような金属端子３２および接地金属端子３４は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の板材に打抜き加工やエッチング加工を施すことによって所定の形状に形成される。また、金属端子３２と第２の線路導体２４および接続用線路導体３０との接合は、例えば、金属端子３２を第２の線路導体２４に間に銀−銅ろう等の第１のろう材を挟んで当接させるとともに、これらを第１のろう材の融点以上の温度に加熱することにより金属端子３２を第２の線路導体２４にろう付けし、その後、第２の線路導体２４に接合された金属端子３２を回路基板３１の上面の接続用線路導体３０に間に第１のろう材よりも融点の低い銀−銅ろう等の第２のろう材を挟んで当接させるとともに、これらを第２のろう材の融点以上かつ第１のろう材の融点以下の温度に加熱することにより金属端子３２と接続用線路導体３０とをろう付けする方法が採用される。
【００４１】
また、金属端子３２および接地金属端子３４は、その表面にニッケル，金等の良導電性で、かつ耐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、金属端子３２および接地金属端子３４の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、シグナル（信号）系およびグランド（接地）系の電気的接続を良好となすことができる。従って、金属端子３２および接地金属端子３４はその表面にニッケル，金等をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００４２】
回路基板３１は、誘電体基体２９の上面に接続用線路導体３０が被着形成されて成り、この誘電体基体２９は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスや有機樹脂等の誘電体材料から成る。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、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクタブレード法等のシート成形法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、還元雰囲気中約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００４３】
また、接続用線路導体３０は、０．１〜２．０ｍｍ程度の幅であり、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属メタライズ等の導電性材料から形成されている。例えばタングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して得たタングステンぺーストを、回路基板３１の誘電体基体２９となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを誘電体基体２９となるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、誘電体基体２９の上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００４４】
なお、本例では、誘電体基板２１の下面の第２の同一面接地導体２５に、金属端子３２の両側に平行に配置されて第２の同一面接地導体２５に接合される接地金属端子３４を一体的に形成した導電性基板３５を、ろう材等の接着剤を介して接合した例を示している。この導電性基板３５は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成る。例えば鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００４５】
さらに、本例では、誘電体基板２１の下面に電源用接続端子３６を取り付けている。この電源用接続端子３６は、高周波回路部品Ｓを駆動させるために必要な、バイアス用の端子であり、回路基板３１上面の電源用導体（図示せず）にろう付けされるとともに、この電源用接続端子３６が接続された配線導体（図示せず）が搭載部２１ａに導出されて搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓとボンディングワイヤやリボン等の導電性接続部材により電気的に接続され、高周波回路部品Ｓにバイアス電力を供給するものである。このように金属端子３２と同様の材料・形状で電源用接続端子３６を取り付けることにより、これら電源用接続端子３６によっても高周波用パッケージを回路基板３１にろう付けにより良好に、かつ強固に接続することができる。また、この例のように金属端子３２と電源用接続端子３６とを誘電体基板２１の外周のそれぞれの辺に配置することによって、高周波用パッケージの回路基板３１への実装をより強固なものとすることができ、より信頼性の高い実装を行なうことができるものとなる。
【００４６】
次に、図５は本発明の高周波用パッケージの実施の形態の他の例を示す、図３と同様の上面図である。図５において、図１〜図３と同様の箇所には同じ符号を付してある。この本発明の高周波用パッケージの例においては、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に導体の非形成部３７を設けている。
【００４７】
このように、金属端子３２の上部に位置する部位の第１の同一面接地導体２３の一部にその導体の非形成部３７を設けることにより、金属端子３２と第１および第２の同一面接地導体２３，２５との間に存在する誘電体基板２１内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板３１に表面実装した際の金属端子３２と回路基板３１の下面側接地導体３３との間に存在する回路基板３１の誘電体基板２９内のキャパシタンス成分をこの非形成部３７の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板２１とこのパッケージが表面実装される回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００４８】
ここで、図６に、図５に示す本発明の高周波用パッケージの例における、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けた場合と設けない場合との高周波特性シミュレーション結果を示す。このデータは３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。高周波用パッケージの誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１の誘電体基板２９には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。なお、金属端子３２の上部に存在し、第１の同一面接地導体２３と同一平面上に位置する接地導体の非形成部３７の大きさは、０．７ｍｍ×１．０ｍｍとした。
【００４９】
図６の線図において、横軸には周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸には反射特性（単位：ｄＢ）を示した。また、特性曲線のうち点線Ａは非形成部３７を設けない場合の結果を示し、実線Ｂは非形成部３７を設けた場合の結果を示す。この結果より分かるように、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けない場合（Ａ）は、６２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっているのに対し、非形成部３７を設けた場合（Ｂ）は、８３ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっており、非形成部３７を設けた場合には、設けない場合よりも高周波特性が改善されている。
【００５０】
なお、非形成部３７の幅は、広い方がパッケージの誘電体基板２１と実装基板である回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分をより大きく軽減できるため、より効果があるものとなるが、接地金属端子３４間の幅と同等の幅か、もしくは接地金属端子３４間の約８０％以下であることが望ましい。これは、非形成部３７の幅が広くなりすぎると、非形成部３７から高周波信号の電磁波が放射するようになってしまうことにより、高周波信号の伝送特性が劣化する傾向にあるためである。
【００５１】
また、図５に示した例では、非形成部３７の形状は略四角形として設けられているが、このような四角形状の場合は、例えば７０ＧＨｚ以上の超高周波領域では、非形成部３７の端部に電界が集中し、伝播モードが不連続になることから挿入損失が増大する懸念がある。このようなときは、非形成部３７の形状を円形状もしくは楕円形状等にして、非形成部３７における局部的な電界集中を緩和する構造としてもよい。
【００５２】
次に、図７は本発明の高周波用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す、図３，図５と同様の上面である。図７において、図１〜図３，図５と同様の箇所には同じ符号を付してある。この本発明の高周波用パッケージにおいては、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続する、側面に上面から下面にかけて形成された溝状の凹部の内部に導体が形成された、いわゆるキャスタレーション接地導体３８を設けている。これにより、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とがキャスタレーション導体３８によって電気的に直接に接続されているために高周波信号の入出力部の接地状態が安定し、入出力部において、高周波信号の反射損失を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００５３】
ここで、図８に、図７に示す本発明の高周波用パッケージの例における、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けた場合と設けない場合との高周波特性シミュレーション結果を示す。このデータも３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。高周波用パッケージの誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１の誘電体基板２９には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。
【００５４】
図８の線図において、横軸には周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸には反射特性（単位：ｄＢ）を示した。また、特性曲線のうち点線Ａは誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けない場合の結果を示し、実線Ｂはキャスタレーション接地導体３７を設けた場合の結果を示す。この結果より分かるように、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション導体３７を設けない場合（Ａ）は、６２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっているのに対し、キャスタレーション接地導体３７を設けた場合（Ｂ）は、８２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっており、キャスタレーション接地導体３７を設けた場合には、設けない場合よりも高周波特性が改善されている。
【００５５】
なお、キャスタレーション接地導体３７は、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に形成された、誘電体基板２１の上面から下面にわたる溝状の凹部の内面に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するように導体層が形成されているものとして、上記の各導体層と同様の材料を用いて同様の方法により被着形成すればよく、また、この溝状の凹部に他の導電部材、例えば金属板や金属ブロックを取着することにより形成してもよい。また、凹部を誘電体基板２１の中央部に向かって深く形成するほど、より長い距離にわたって接地状態が安定するようになり、入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００５６】
かくして、本発明の高周波用パッケージによれば、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔がλ／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、接地金属端子３４間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において、接地金属端子３４が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。その結果、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる、高周波信号の入出力特性に優れた高周波用パッケージとなる。
【００５７】
さらに、本発明の高周波用パッケージにおいては、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けることにより、金属端子３２と第１および第２の同一面接地導体２３，２５との間に存在する誘電体基板２１内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板３１に表面実装した際の金属端子３２と回路基板３１の下面側接地導体３３との間に存在する回路基板３１の誘電体基板２９内のキャパシタンス成分を非形成部３７の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板２１とこのパッケージが表面実装される回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００５８】
さらに、本発明の高周波パッケージにおいては、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けることにより、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とが電気的に直接に接続されているために、高周波信号の入出力部の接地状態が安定し、入出力部において、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００５９】
なお、本発明は上述の実施の形態の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、種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態の例では、金属端子３２および接地金属端子３４を鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成るものとして説明したが、金属端子３２および接地金属端子３４が半田，銅，ろう材等の端子の場合にも応用が可能であることはいうまでもない。
【００６０】
また、高周波信号の入出力部としての金属端子３２および接地金属端子３４は、高周波用半導体素子等の高周波回路部品Ｓが搭載される搭載部２１ａの領域に面する一辺につき一対の入出力部を有する場合について述べたが、多ポートＩＣに対応させて、一辺につき二対以上の入出力部を配設する構造としてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の高周波用パッケージによれば、上面に高周波回路部品の搭載部が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の上面に前記搭載部の近傍から外周方向に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体およびこの第１の線路導体の両側に形成された第１の同一面接地導体と、前記誘電体基板の下面に前記第１の線路導体の外周側の端部と端部を対向させて外周縁に向けて形成された前記高周波信号を伝送する第２の線路導体およびこの第２の線路導体の両側に形成された第２の同一面接地導体と、前記誘電体基板の内部に形成され、前記第１および第２の線路導体の対向する端部同士を電気的に接続する貫通導体ならびに前記第１および第２の同一面接地導体を電気的に接続する接地貫通導体と、前記第２の線路導体に接合された金属端子およびこの金属端子の両側に平行にそれぞれ前記第２の線路導体に接合された接地金属端子とを具備して成り、この接地金属端子間の間隔が前記高周波信号の波長の１／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板上に表面実装した際に、接地金属端子間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板と回路基板との接合部分において、接地金属端子が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。
【００６２】
さらに、第１の同一面接地導体の金属端子部の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けることにより、金属端子と第１および第２の同一面接地導体との間に存在する誘電体基板内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板に表面実装した際の金属端子と回路基板の下面側接地導体との間に存在する回路基板の誘電体基板内のキャパシタンス成分を非形成部の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板とこのパッケージが表面実装される回路基板の誘電体基板との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００６３】
さらに、誘電体基板の側面の接地金属端子の上に位置する部位に第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体を設けることにより、第１の同一面接地導体と接地金属端子とが電気的に直接に接続されているために入出力部の接地状態が安定し、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００６４】
その結果、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる、高周波信号の入出力特性に優れた高周波用パッケージとなる。
【００６５】
以上により、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、低損失で、かつ低ＶＳＷＲの高周波用パッケージを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す一部を破断した断面図である。
【図２】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す底面図である。
【図３】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す上面図である。
【図４】本発明の高周波用パッケージにおける接地金属端子間の間隔と高周波信号の使用限界周波数との関係を示す線図である。
【図５】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の他の例を示す上面図である。
【図６】本発明の高周波用パッケージにおける第１の同一面接地導体の非形成部の有無による高周波特性の比較を示す線図である。
【図７】本発明の高周波用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図８】本発明の高周波用パッケージにおける第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体の有無による高周波特性の比較を示す線図である。
【図９】（ａ）は従来の高周波用パッケージの一例を示す一部を破断した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、（ｃ）は底面図である。
【図１０】図９に示す従来の高周波用パッケージの要部を拡大して示した斜視図である。
【図１１】従来の高周波用パッケージの回路基板上に実装された様子を示す断面図である。
【符号の説明】
２１・・・・・・誘電体基板
２１ａ・・・・・搭載部
２２・・・・・・第１の線路導体
２３・・・・・・第１の同一面接地導体
２４・・・・・・第２の線路導体
２５・・・・・・第２の同一面接地導体
２６・・・・・・貫通導体
２７・・・・・・接地貫通導体
３２・・・・・・金属端子
３４・・・・・・接地金属端子
３７・・・・・・非形成部
３８・・・・・・キャスタレーション接地導体
Ｓ・・・・・・高周波回路部品（高周波用半導体素子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯で用いられる高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を搭載するための高周波用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＨｚ帯またはＧＨｚ帯の高周波帯で動作する高周波半導体素子や高周波回路等の高周波回路部品を収容するために用いられる高周波用パッケージには、例えば、特許第２６０５５０２号公報に開示された、図９に示すようなものがあった。
【０００３】
図９（ａ）〜（ｃ）はそのような従来の高周波用パッケージの一例を示す図であり、図９（ａ）は一部を破断した平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、図９（ｃ）は底面図である。また、図１０は図９に示す高周波用パッケージの要部を拡大して示した斜視図である。これらの図において、１はセラミックス等から成るパッケージ基板、２はセラミックスあるいは表面をメタライズしたセラミックス等から成るパッケージ側壁であり、パッケージ基板１の表面上に装着されている。パッケージ側壁２のパッケージ基板１に接しない上端面は、金等の金属や鉄−ニッケル−コバルト合金等の合金から成るフタ３により封止されている。４はパッケージ基板１の表面にメタライズ５を施したダイボンディング領域、６はセラミックス等から成る誘電体基板であり、この誘電体基板６の表面上に金属薄膜から成る内部高周波伝送線路１９が形成され、ダイボンディング領域４，誘電体基板６，内部高周波伝送線路１９はパッケージ基板１とパッケージ側壁２とフタ３とにより囲まれたキャビティ内に構成されている。また、パッケージ基板１の底面部に、接地金属薄膜８と信号線金属薄膜９が形成され、これらにより外部コプレーナ線路１０を構成し、その信号線金属薄膜９は金属から成るバイアホール１１により内部高周波伝送線路１９と電気的に接続した構造となっている。
【０００４】
なお、１８は誘電体基板６の表面上に形成された接地金属薄膜であり、内部高周波伝送線路１９とともに内部コプレーナ線路２０を構成するものである。また、１２は外部コプレーナ線路１０の接地金属薄膜８と内部コプレーナ線路２０の接地金属薄膜１８とを電気的に接続する接地用バイアホールである。
【０００５】
このような高周波用パッケージが、図１１に断面図で示すように、ガラスエポキシ，フッ素樹脂，セラミックス等から成る回路基板１３上に表面実装されて、高周波回路が構成される。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６０５５０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高周波用パッケージは以上のように構成されているので、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、パッケージ基板１と回路基板１３との接合部分では、信号線金属薄膜９の両側に配置された接地金属薄膜８間の間隔が使用される高周波信号の波長の１／２よりも長い場合は、接地金属薄膜８間のグランドネットワーク経路が長くなり、インダクタンス成分が増大することにより、接地金属薄膜８の接地状態が不安定となる傾向があるため、この部分で局部的に特性インピーダンスが変化して高周波信号の反射損失を生じることとなり、また、この部分で高周波信号のシールド効果が不充分となって放射損失を生じることとなるため、これらの損失によって高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【０００８】
さらに、従来の高周波用パッケージは以上のように構成されているので、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、信号線金属薄膜９と接地金属薄膜１８および８との間に存在するパッケージ基板１内の浮遊キャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板１３に表面実装した際の信号線金属薄膜９と回路基板１３の下面側接地導体（図示せず）との間に存在する回路基板１３の誘電体基板内の浮遊キャパシタンス成分の発生により、パッケージ基板１と回路基板１３との間に存在するキャパシタンス成分が増大するため、回路基板１３に表面実装した際の高周波用パッケージの入出力部において高周波的な不整合が生じ、高周波入出力信号の損失が増大して、電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲと略す）が劣化するという問題点があった。
【０００９】
さらに、従来の高周波用パッケージは、この高周波用パッケージを回路基板１３上に表面実装した際に、パッケージ基板１の上面の接地金属薄膜１８と下面の接地金属薄膜８とを電気的に接続する接地導体が設けられていなかったため、接地金属薄膜１８と接地金属薄膜８とが高周波的に接続されていないために接地状態が不安定になり、パッケージ基板１の入出力部において高周波入出力信号の損失が増大して、ＶＳＷＲが劣化する傾向があるという問題点があった。また、パッケージ基板１の入出力部において高周波信号の伝搬モードが不連続になるため、放射損失が増大し、その結果、高周波用パッケージの入出力部における高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、低損失で、かつ低ＶＳＷＲの高周波用パッケージを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用パッケージは、上面に高周波回路部品の搭載部が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の上面に前記搭載部の近傍から外周方向に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体およびこの第１の線路導体の両側に形成された第１の同一面接地導体と、前記誘電体基板の下面に前記第１の線路導体の外周側の端部と端部を対向させて外周縁に向けて形成された前記高周波信号を伝送する第２の線路導体およびこの第２の線路導体の両側に形成された第２の同一面接地導体と、前記誘電体基板の内部に形成され、前記第１および第２の線路導体の対向する端部同士を電気的に接続する貫通導体ならびに前記第１および第２の同一面接地導体を電気的に接続する接地貫通導体と、前記第２の線路導体に平行に接合された金属端子およびこの金属端子の両側に平行にそれぞれ前記第２の同一面接地導体に接合された接地金属端子とを具備して成り、この接地金属端子間の間隔が前記高周波信号の波長の１／２以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の高周波用パッケージは、上記構成において、前記第１の同一面接地導体の前記金属端子の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の高周波用パッケージは、上記構成において、前記誘電体基板の側面の前記接地金属端子の上に位置する部位に前記第１の同一面接地導体と前記接地金属端子とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の高周波用パッケージによれば、上記構成の高周波用パッケージにおいて、金属端子の両側に平行に配置された接地金属端子間の間隔（ギャップ）が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板上に表面実装した際に、接地金属端子間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板とこの高周波用パッケージが実装される回路基板との接合部分において接地金属端子が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００１５】
さらに、第１の同一面接地導体の金属端子部の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けることにより、金属端子と第１および第２の同一面接地導体との間に存在する誘電体基板内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板に表面実装した際の金属端子と回路基板の下面側接地導体との間に存在する回路基板の誘電体基板内のキャパシタンス成分を非形成部の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板とこのパッケージが表面実装される回路基板の誘電体基板との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００１６】
さらに、誘電体基板の側面の接地金属端子の上に位置する部位に第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体を設けることにより、第１の同一面接地導体と接地金属端子とが電気的に直接に接続されているために入出力部の接地状態が安定し、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波用パッケージを図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１，図２および図３は本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す図であり、図１は一部を破断した断面図、図２は底面図、図３は上面図である。
【００１９】
これらの図において、２１は誘電体基板、２１ａは高周波用半導体素子等の高周波回路部品Ｓが搭載される搭載部、２２は第１の線路導体、２３は第１の同一面接地導体、２４は第２の線路導体、２５は第２の同一面接地導体、２６は貫通導体、２７は接地貫通導体、３２は金属端子、３４は接地金属端子であり、これらで高周波用パッケージが構成されている。また、２８は高周波回路部品Ｓと第１の線路導体２とを接続するボンディングワイヤ等の導電性接続部材である。
【００２０】
また、２９は誘電体基体、３０は接続用線路導体であり、これらで回路基板３１が構成されており、高周波用パッケージの第２の線路導体２４と回路基板３１の接続用線路導体３０とを間に金属端子３２を挟んで接続することにより、高周波用パッケージが回路基板３１に実装されることになる。なお、本例では、誘電体基体２９の下面に下面側接地導体３３を、上面に上面側接地導体３４を形成し、上面側接地導体３４と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続した例を示している。
【００２１】
また、本例では誘電体基板２１の上面中央部に凹部を形成してその凹部に搭載部２１ａを設けているが、誘電体基板２１を平板状としてその上面に搭載部２１ａを形成してもよい。
【００２２】
誘電体基板２１は、高周波回路部品Ｓを支持するための支持体であり、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等の無機系誘電体材料、あるいはポリイミド，ガラスエポキシ等の有機系誘電体材料、あるいはセラミックス粉末等の無機誘電体粉末をエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合誘電体材料等から成り、この例では上面中央部に高周波回路部品Ｓを収容するための凹部を有する略四角状である。そして凹部の底面には高周波回路部品Ｓを搭載するための搭載部２１ａを形成しており、この搭載部２１ａに高周波回路部品Ｓがろう材，樹脂，ガラス等の接着剤を介して接着固定される。なお、搭載部２１ａには、必要に応じて誘電体基板２１の表面にメタライズ層が形成される。
【００２３】
この誘電体基板２１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、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクタブレード法等のシート成形法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、還元雰囲気中約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２４】
誘電体基板２１には、その上面に搭載部２１ａの近傍から外周方向にその途中まで、幅が０．１〜１．０ｍｍ程度の第１の線路導体２２が形成されるとともに、下面に第１の線路導体２２の外周側の端部と端部を対向させて、その対向する領域から外周縁に向けて第１の線路導体２２と平行に、幅が０．１〜１．５ｍｍ程度の第２の線路導体２４が形成されており、また、内部に第１の線路導体２２の端部とこれに対向する第２の線路導体２４の端部とを電気的に接続する貫通導体２６が配設されている。これらの第１および第２の線路導体２２，２４ならびに貫通導体２６は、高周波回路部品Ｓの各電極を外部電気回路に電気的に接続するための導電路として機能する。
【００２５】
なお、第１および第２の線路導体２２，２４の幅は、伝搬される高周波信号の周波数や高周波用パッケージの大きさにより適宜設定される。本発明の高周波用パッケージにおいては、例えば誘電体基板２１の比誘電率を６とした際には、第１の線路導体２２の幅は０．３２ｍｍ程度に、第２の線路導体２４の幅は０．３２ｍｍ程度に設定される。
【００２６】
また、誘電体基板２１には、上面に第１の線路導体２２の両側に第１の同一面接地導体２３が形成されるとともに、下面に第２の線路導体２４の両側に第２の同一面接地導体２５が形成されており、また、内部に第１の同一面接地導体２３と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続する接地貫通導体２７が配設されている。第１の同一面接地導体２３および第２の同一面接地導体２５は、第１の線路導体２２と導電性接続部材２８との不連続性を補償したり、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４との間のアイソレーションを向上させる機能を有する。また、接地貫通導体２７は、高インピーダンスの貫通導体２６に対して容量成分を補うことができ、貫通導体２６におけるインピーダンスの不整合を防ぐことが可能である。これらの結果、高周波回路部品Ｓと外部電気回路との間の電気的接続におけるインピーダンスのミスマッチングを効果的に抑えて高周波信号の伝送特性の劣化を抑えることができ、低反射損失の高周波用パッケージとすることができる。
【００２７】
また、第１の同一面接地導体２３と第２の同一面接地導体２５とを電気的に接続する接地貫通導体２７は、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４とを電気的に接続する貫通導体２６に対し、擬似同軸構造を構成するように複数本を配置することにより、第１の線路導体２２と第２の線路導体２４との間での高周波入出力信号の授受を、不整合を少なくし低損失かつ低ＶＳＷＲで行なわせることができる。
【００２８】
なお、本例においては、第１の同一面接地導体２３および第２の同一面接地導体２５は、第１の線路導体２２および第２の線路導体２４の対向する端部をそれぞれ取り囲むように連続して一体的に形成されており、より良好な接地状態を得ることができるものとしている。
【００２９】
第１および第２の線路導体２２，２４，貫通導体２６，第１および第２の同一面接地導体２３，２５ならびに接地貫通導体２７は、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属メタライズ等の導電性材料から形成されている。例えば、タングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して得たタングステンぺーストを、貫通導体２６または接地貫通導体２７となる貫通孔をあらかじめ穿設した誘電体基板２１となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、または充填し、これを誘電体基板２１となるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、誘電体基板１の上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００３０】
なお、これらの第１および第２の線路導体２２，２４ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５は、その露出する表面にニッケル，金等の耐蝕性に優れ、かつろう材やボンディングワイヤ等の接続部材との接合性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくと、これらの線路導体２２，２４および同一面接地導体２３，２５が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに、線路導体２２，２４および同一面接地導体２３，２５とボンディングワイヤや半田等との接続を強固かつ容易なものとなすことができる。従って、第１および第２の線路導体２２，２４ならびに第１および第２の同一面接地導体２３，２５の各導体には、その露出する表面にニッケル，金等の耐蝕性に優れる金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに設けておくことが好ましい。
【００３１】
そして、搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓを導電性接続部材２８により第１の線路導体２２と電気的に接続し、搭載部２１ａの上面に蓋体（図示せず）を取着して高周波回路部品Ｓを気密封止した後、この高周波用パッケージを、誘電体基体２９の上面に高周波信号を伝送する接続用線路導体３０が形成された回路基板３１に、第２の線路導体２４および接続用線路導体３０を平行に対向させて位置させて、第２の線路導体２４に接合されて誘電体基板２１の外周端に配置された金属端子３２を挟んで電気的に接続することにより、高周波用パッケージ内部の高周波回路部品Ｓと回路基板３１の外部電気回路とが電気的に接続される。
【００３２】
そして、本発明の高周波用パッケージは、金属端子３２の両側に配置された接地金属端子３４間の間隔が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）以下であるものとなっている。
【００３３】
このように接地金属端子３４間の間隔がλ／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、接地金属端子３４間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、高周波用パッケージの誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において接地金属端子３４が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。その結果、本発明の高周波用パッケージによれば、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００３４】
本発明の高周波用パッケージにおいて、誘電体基板２１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体等の各種セラミックスやガラスセラミックス等の無機系誘電体材料、あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），エポキシ，ポリイミド，ガラスエポキシ等の有機系誘電体材料、あるいはセラミックス粉末等の無機誘電体粉末をエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂で結合して成る複合誘電体材料等の誘電体材料から成り、必要に応じて複数の誘電体層を積層して形成される。
【００３５】
そして、搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓをボンディングワイヤ等の導電性接続部材２８により第１の線路導体２２と電気的に接続し、これを気密封止するには、例えば搭載部２１ａの上面に蓋体（図示せず）を取着する。この蓋体には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ系合金，無酸素銅，アルミニウム，ステンレス，Ｃｕ−Ｗ合金，Ｃｕ−Ｍｏ合金等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム質焼結体やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいはＰＴＦＥ，ガラスエポキシ等の樹脂系材料等が用いられる。また、蓋体を取着するには、それらの材料に応じて、半田，Ａｕ−Ｓｎろう等の低融点金属ろう材やＡｕ−Ｇｅろう等の高融点金属ろう材、あるいはエポキシ，導電性エポキシ等の樹脂接着剤、あるいはシームウェルド，電子ビーム溶接等の溶接等により取着する。
【００３６】
第１および第２の線路導体２２，２４，貫通導体２６，第１および第２の同一面接地導体２３，２５ならびに接地貫通導体２７は、高周波線路導体用の金属材料、例えばＣｕやＭｏＭｎ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｗ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｃｒ＋Ｃｕ，Ｃｒ＋Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ａｕ，Ｔａ２Ｎ＋ＮｉＣｒ＋Ａｕ，Ｔｉ＋Ｐｄ＋Ａｕ，ＮｉＣｒ＋Ｐｄ＋Ａｕ等の金属薄膜や金属箔，金属板，メタライズ導体等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ処理法等により形成される。その厚みや形状，線路幅，線路導体と同一面接地導体との間隔等は、これら線路導体２２，２４や貫通導体２６により伝送される高周波入出力信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて適宜設定される。本発明の高周波用パッケージにおいては、例えば誘電体基板２１の比誘電率を６とした際には、第１の線路導体２２の幅は０．３２ｍｍ程度に、第２の線路導体２４の幅は０．３２ｍｍ程度に、貫通導体２６の直径はφ０．１５ｍｍ程度に、第１の線路導体２２と第１の同一面接地導体２３との間隔は０．１ｍｍ程度に、第２の線路導体２４と第２の同一面接地導体２５との間隔は０．３ｍｍ程度にそれぞれ設定される。
【００３７】
このような本発明の高周波用パッケージにおいては、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔をλ／２以下に設定することが重要である。
【００３８】
ここで、図４に、図１〜図３に示す本発明の高周波用パッケージの例における接地金属端子３４間の間隔と高周波信号の使用限界周波数との関係を線図で示す。本データは３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。また、金属端子３２の幅は０．２ｍｍに設定した。図４の横軸には接地金属端子３４間の間隔（単位：ｎλ）を示し、縦軸には使用限界周波数（単位：ＧＨｚ）を示した。使用限界周波数は、電磁界シミュレータにより算出される、Ｓ１１（反射特性）の値が−１５ｄＢ以下となる周波数とした。
【００３９】
図４にそれぞれ結果を黒点で示して特性曲線で結んだように、接地金属端子３４間の間隔をλ／４，λ／３，λ／２，λおよび２λに変化させたとき、使用限界周波数はそれぞれ６２ＧＨｚ，６１ＧＨｚ，６０ＧＨｚ，３０ＧＨｚおよび１５ＧＨｚとなった。以上の結果より分かるように、接地金属端子３４間の間隔が使用周波数の高周波信号の波長λの１／２（λ／２）を超えるときには、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において接地金属端子３４の接地状態が不安定となる傾向があるため、この部分で局部的に特性インピーダンスが変化して反射損失を生じることとなり、また、この部分で高周波信号のシールド効果が不充分となって放射損失を生じることとなるため、これらの損失によって高周波信号の伝送特性が劣化する。したがって、本発明の高周波用パッケージにおいては、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔をλ／２以下に設定することが望ましい。
【００４０】
このような金属端子３２および接地金属端子３４は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の板材に打抜き加工やエッチング加工を施すことによって所定の形状に形成される。また、金属端子３２と第２の線路導体２４および接続用線路導体３０との接合は、例えば、金属端子３２を第２の線路導体２４に間に銀−銅ろう等の第１のろう材を挟んで当接させるとともに、これらを第１のろう材の融点以上の温度に加熱することにより金属端子３２を第２の線路導体２４にろう付けし、その後、第２の線路導体２４に接合された金属端子３２を回路基板３１の上面の接続用線路導体３０に間に第１のろう材よりも融点の低い銀−銅ろう等の第２のろう材を挟んで当接させるとともに、これらを第２のろう材の融点以上かつ第１のろう材の融点以下の温度に加熱することにより金属端子３２と接続用線路導体３０とをろう付けする方法が採用される。
【００４１】
また、金属端子３２および接地金属端子３４は、その表面にニッケル，金等の良導電性で、かつ耐蝕性に優れた金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、金属端子３２および接地金属端子３４の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、シグナル（信号）系およびグランド（接地）系の電気的接続を良好となすことができる。従って、金属端子３２および接地金属端子３４はその表面にニッケル，金等をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００４２】
回路基板３１は、誘電体基体２９の上面に接続用線路導体３０が被着形成されて成り、この誘電体基体２９は、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックスや有機樹脂等の誘電体材料から成る。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、酸化アルミニウム，酸化珪素，酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクタブレード法等のシート成形法を採用することによってセラミックグリーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、還元雰囲気中約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００４３】
また、接続用線路導体３０は、０．１〜２．０ｍｍ程度の幅であり、タングステンやモリブデン，銅，銀等の金属メタライズ等の導電性材料から形成されている。例えばタングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダ，溶剤を添加混合して得たタングステンぺーストを、回路基板３１の誘電体基体２９となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、これを誘電体基体２９となるセラミックグリーンシートとともに焼成することによって、誘電体基体２９の上面から下面にかけて所定のパターンに被着形成される。
【００４４】
なお、本例では、誘電体基板２１の下面の第２の同一面接地導体２５に、金属端子３２の両側に平行に配置されて第２の同一面接地導体２５に接合される接地金属端子３４を一体的に形成した導電性基板３５を、ろう材等の接着剤を介して接合した例を示している。この導電性基板３５は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成る。例えば鉄−ニッケル−コバルト合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成される。
【００４５】
さらに、本例では、誘電体基板２１の下面に電源用接続端子３６を取り付けている。この電源用接続端子３６は、高周波回路部品Ｓを駆動させるために必要な、バイアス用の端子であり、回路基板３１上面の電源用導体（図示せず）にろう付けされるとともに、この電源用接続端子３６が接続された配線導体（図示せず）が搭載部２１ａに導出されて搭載部２１ａに搭載した高周波回路部品Ｓとボンディングワイヤやリボン等の導電性接続部材により電気的に接続され、高周波回路部品Ｓにバイアス電力を供給するものである。このように金属端子３２と同様の材料・形状で電源用接続端子３６を取り付けることにより、これら電源用接続端子３６によっても高周波用パッケージを回路基板３１にろう付けにより良好に、かつ強固に接続することができる。また、この例のように金属端子３２と電源用接続端子３６とを誘電体基板２１の外周のそれぞれの辺に配置することによって、高周波用パッケージの回路基板３１への実装をより強固なものとすることができ、より信頼性の高い実装を行なうことができるものとなる。
【００４６】
次に、図５は本発明の高周波用パッケージの実施の形態の他の例を示す、図３と同様の上面図である。図５において、図１〜図３と同様の箇所には同じ符号を付してある。この本発明の高周波用パッケージの例においては、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に導体の非形成部３７を設けている。
【００４７】
このように、金属端子３２の上部に位置する部位の第１の同一面接地導体２３の一部にその導体の非形成部３７を設けることにより、金属端子３２と第１および第２の同一面接地導体２３，２５との間に存在する誘電体基板２１内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板３１に表面実装した際の金属端子３２と回路基板３１の下面側接地導体３３との間に存在する回路基板３１の誘電体基板２９内のキャパシタンス成分をこの非形成部３７の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板２１とこのパッケージが表面実装される回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００４８】
ここで、図６に、図５に示す本発明の高周波用パッケージの例における、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けた場合と設けない場合との高周波特性シミュレーション結果を示す。このデータは３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。高周波用パッケージの誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１の誘電体基板２９には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。なお、金属端子３２の上部に存在し、第１の同一面接地導体２３と同一平面上に位置する接地導体の非形成部３７の大きさは、０．７ｍｍ×１．０ｍｍとした。
【００４９】
図６の線図において、横軸には周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸には反射特性（単位：ｄＢ）を示した。また、特性曲線のうち点線Ａは非形成部３７を設けない場合の結果を示し、実線Ｂは非形成部３７を設けた場合の結果を示す。この結果より分かるように、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けない場合（Ａ）は、６２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっているのに対し、非形成部３７を設けた場合（Ｂ）は、８３ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっており、非形成部３７を設けた場合には、設けない場合よりも高周波特性が改善されている。
【００５０】
なお、非形成部３７の幅は、広い方がパッケージの誘電体基板２１と実装基板である回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分をより大きく軽減できるため、より効果があるものとなるが、接地金属端子３４間の幅と同等の幅か、もしくは接地金属端子３４間の約８０％以下であることが望ましい。これは、非形成部３７の幅が広くなりすぎると、非形成部３７から高周波信号の電磁波が放射するようになってしまうことにより、高周波信号の伝送特性が劣化する傾向にあるためである。
【００５１】
また、図５に示した例では、非形成部３７の形状は略四角形として設けられているが、このような四角形状の場合は、例えば７０ＧＨｚ以上の超高周波領域では、非形成部３７の端部に電界が集中し、伝播モードが不連続になることから挿入損失が増大する懸念がある。このようなときは、非形成部３７の形状を円形状もしくは楕円形状等にして、非形成部３７における局部的な電界集中を緩和する構造としてもよい。
【００５２】
次に、図７は本発明の高周波用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す、図３，図５と同様の上面である。図７において、図１〜図３，図５と同様の箇所には同じ符号を付してある。この本発明の高周波用パッケージにおいては、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続する、側面に上面から下面にかけて形成された溝状の凹部の内部に導体が形成された、いわゆるキャスタレーション接地導体３８を設けている。これにより、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とがキャスタレーション導体３８によって電気的に直接に接続されているために高周波信号の入出力部の接地状態が安定し、入出力部において、高周波信号の反射損失を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００５３】
ここで、図８に、図７に示す本発明の高周波用パッケージの例における、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けた場合と設けない場合との高周波特性シミュレーション結果を示す。このデータも３次元電磁界シミュレータを用いて検討を行なった結果である。高周波用パッケージの誘電体基板２１には比誘電率が６．０で厚みが０．４ｍｍの誘電体材料を用い、回路基板３１の誘電体基板２９には比誘電率が３．３８で厚みが０．２ｍｍの誘電体材料を用いた。第１の線路導体２２は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう線路幅を０．３２ｍｍに設定した。また、回路基板３１上に形成された接続用線路導体３０の線路幅は、伝送線路インピーダンスが約５０Ωとなるよう０．４２ｍｍに設定した。
【００５４】
図８の線図において、横軸には周波数（単位：ＧＨｚ）を示し、縦軸には反射特性（単位：ｄＢ）を示した。また、特性曲線のうち点線Ａは誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けない場合の結果を示し、実線Ｂはキャスタレーション接地導体３７を設けた場合の結果を示す。この結果より分かるように、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション導体３７を設けない場合（Ａ）は、６２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっているのに対し、キャスタレーション接地導体３７を設けた場合（Ｂ）は、８２ＧＨｚまで反射特性が１５ｄＢになっており、キャスタレーション接地導体３７を設けた場合には、設けない場合よりも高周波特性が改善されている。
【００５５】
なお、キャスタレーション接地導体３７は、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に形成された、誘電体基板２１の上面から下面にわたる溝状の凹部の内面に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するように導体層が形成されているものとして、上記の各導体層と同様の材料を用いて同様の方法により被着形成すればよく、また、この溝状の凹部に他の導電部材、例えば金属板や金属ブロックを取着することにより形成してもよい。また、凹部を誘電体基板２１の中央部に向かって深く形成するほど、より長い距離にわたって接地状態が安定するようになり、入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００５６】
かくして、本発明の高周波用パッケージによれば、金属端子３２の両側に平行に配置された接地金属端子３４間の間隔がλ／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板３１上に表面実装した際に、接地金属端子３４間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板２１と回路基板３１との接合部分において、接地金属端子３４が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。その結果、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる、高周波信号の入出力特性に優れた高周波用パッケージとなる。
【００５７】
さらに、本発明の高周波用パッケージにおいては、第１の同一面接地導体２３の金属端子３２の上部に位置する部位に接地導体の非形成部３７を設けることにより、金属端子３２と第１および第２の同一面接地導体２３，２５との間に存在する誘電体基板２１内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板３１に表面実装した際の金属端子３２と回路基板３１の下面側接地導体３３との間に存在する回路基板３１の誘電体基板２９内のキャパシタンス成分を非形成部３７の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板２１とこのパッケージが表面実装される回路基板３１の誘電体基板２９との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板３１に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００５８】
さらに、本発明の高周波パッケージにおいては、誘電体基板２１の側面の接地金属端子３４の上に位置する部位に第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体３７を設けることにより、第１の同一面接地導体２３と接地金属端子３４とが電気的に直接に接続されているために、高周波信号の入出力部の接地状態が安定し、入出力部において、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００５９】
なお、本発明は上述の実施の形態の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、種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態の例では、金属端子３２および接地金属端子３４を鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成るものとして説明したが、金属端子３２および接地金属端子３４が半田，銅，ろう材等の端子の場合にも応用が可能であることはいうまでもない。
【００６０】
また、高周波信号の入出力部としての金属端子３２および接地金属端子３４は、高周波用半導体素子等の高周波回路部品Ｓが搭載される搭載部２１ａの領域に面する一辺につき一対の入出力部を有する場合について述べたが、多ポートＩＣに対応させて、一辺につき二対以上の入出力部を配設する構造としてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の高周波用パッケージによれば、上面に高周波回路部品の搭載部が形成された誘電体基板と、この誘電体基板の上面に前記搭載部の近傍から外周方向に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体およびこの第１の線路導体の両側に形成された第１の同一面接地導体と、前記誘電体基板の下面に前記第１の線路導体の外周側の端部と端部を対向させて外周縁に向けて形成された前記高周波信号を伝送する第２の線路導体およびこの第２の線路導体の両側に形成された第２の同一面接地導体と、前記誘電体基板の内部に形成され、前記第１および第２の線路導体の対向する端部同士を電気的に接続する貫通導体ならびに前記第１および第２の同一面接地導体を電気的に接続する接地貫通導体と、前記第２の線路導体に接合された金属端子およびこの金属端子の両側に平行にそれぞれ前記第２の線路導体に接合された接地金属端子とを具備して成り、この接地金属端子間の間隔が前記高周波信号の波長の１／２以下であるものとしたことから、この高周波用パッケージを回路基板上に表面実装した際に、接地金属端子間のグランドネットワーク経路が短くなり、インダクタンス成分の増大を防ぐことができるので、パッケージの誘電体基板と回路基板との接合部分において、接地金属端子が安定した接地状態を構成することができ、また、この部分で高周波信号の漏れを抑制することができる。
【００６２】
さらに、第１の同一面接地導体の金属端子部の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けることにより、金属端子と第１および第２の同一面接地導体との間に存在する誘電体基板内のキャパシタンス成分や、この高周波用パッケージを回路基板に表面実装した際の金属端子と回路基板の下面側接地導体との間に存在する回路基板の誘電体基板内のキャパシタンス成分を非形成部の大きさに応じて小さくできるので、高周波用パッケージを構成する誘電体基板とこのパッケージが表面実装される回路基板の誘電体基板との間に発生するキャパシタンス成分を軽減することができ、その結果、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる。
【００６３】
さらに、誘電体基板の側面の接地金属端子の上に位置する部位に第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体を設けることにより、第１の同一面接地導体と接地金属端子とが電気的に直接に接続されているために入出力部の接地状態が安定し、反射特性を低減することができるとともに、電磁波シールド効果を高めて放射損失を抑制することができ、その結果、高周波信号の入出力部における高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができ、高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。
【００６４】
その結果、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、高周波入出力信号の損失を低く抑え、ＶＳＷＲを下げることができる、高周波信号の入出力特性に優れた高周波用パッケージとなる。
【００６５】
以上により、本発明によれば、回路基板に表面実装した際の入出力部における高周波入出力信号に対する高周波的な不整合および放射損失を抑止し、低損失で、かつ低ＶＳＷＲの高周波用パッケージを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す一部を破断した断面図である。
【図２】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す底面図である。
【図３】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の一例を示す上面図である。
【図４】本発明の高周波用パッケージにおける接地金属端子間の間隔と高周波信号の使用限界周波数との関係を示す線図である。
【図５】本発明の高周波用パッケージの実施の形態の他の例を示す上面図である。
【図６】本発明の高周波用パッケージにおける第１の同一面接地導体の非形成部の有無による高周波特性の比較を示す線図である。
【図７】本発明の高周波用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図８】本発明の高周波用パッケージにおける第１の同一面接地導体と接地金属端子とを接続するキャスタレーション接地導体の有無による高周波特性の比較を示す線図である。
【図９】（ａ）は従来の高周波用パッケージの一例を示す一部を破断した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、（ｃ）は底面図である。
【図１０】図９に示す従来の高周波用パッケージの要部を拡大して示した斜視図である。
【図１１】従来の高周波用パッケージの回路基板上に実装された様子を示す断面図である。
【符号の説明】
２１・・・・・・誘電体基板
２１ａ・・・・・搭載部
２２・・・・・・第１の線路導体
２３・・・・・・第１の同一面接地導体
２４・・・・・・第２の線路導体
２５・・・・・・第２の同一面接地導体
２６・・・・・・貫通導体
２７・・・・・・接地貫通導体
３２・・・・・・金属端子
３４・・・・・・接地金属端子
３７・・・・・・非形成部
３８・・・・・・キャスタレーション接地導体
Ｓ・・・・・・高周波回路部品（高周波用半導体素子）
Claims (3)
- 上面に高周波回路部品の搭載部が形成された誘電体基板と、該誘電体基板の上面に前記搭載部の近傍から外周方向に形成された高周波信号を伝送する第１の線路導体および該第１の線路導体の両側に形成された第１の同一面接地導体と、前記誘電体基板の下面に前記第１の線路導体の外周側の端部と端部を対向させて外周縁に向けて形成された前記高周波信号を伝送する第２の線路導体および該第２の線路導体の両側に形成された第２の同一面接地導体と、前記誘電体基板の内部に形成され、前記第１および第２の線路導体の対向する端部同士を電気的に接続する貫通導体ならびに前記第１および第２の同一面接地導体を電気的に接続する接地貫通導体と、前記第２の線路導体に平行に接合された金属端子および該金属端子の両側に平行にそれぞれ前記第２の同一面接地導体に接合された接地金属端子とを具備して成り、該接地金属端子間の間隔が前記高周波信号の波長の１／２以下であることを特徴とする高周波用パッケージ。
- 前記第１の同一面接地導体の前記金属端子の上部に位置する部位に導体の非形成部を設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波用パッケージ。
- 前記誘電体基板の側面の前記接地金属端子の上に位置する部位に前記第１の同一面接地導体と前記接地金属端子とを電気的に接続するキャスタレーション接地導体を設けたことを特徴とする高周波用パッケージ。
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