JP2004356352A - 高周波回路用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波伝送特性およびアイソレーション特性の劣化を抑制し、搭載される高周波回路部品の動作の安定化をすることができる高周波回路用パッケージを得る。
【解決手段】高周波回路用パッケージ１０は、上面に高周波回路部品１４を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路１１が形成された基体１２と、この基体１２の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体１３とを具備しており、基体１２は、蓋体１３との接合部と高周波伝送路１１との間に導体層１９を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】高周波回路用パッケージ１０は、上面に高周波回路部品１４を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路１１が形成された基体１２と、この基体１２の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体１３とを具備しており、基体１２は、蓋体１３との接合部と高周波伝送路１１との間に導体層１９を備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路部品が搭載収容される高周波回路用パッケージ、特に１０ＧＨｚ以上のマイクロ波，ミリ波帯等の高周波帯域で使用される高周波回路部品が搭載収容される高周波回路用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波回路部品を搭載収容し、外部回路基板に実装されて電子回路を構成する高周波回路用パッケージにおいては、金属またはセラミックス等から成る蓋体をパッケージベースとなる基体に高周波回路部品を覆うように取り付けることにより高周波回路部品の気密封止を行なっている。従って、このような高周波回路用パッケージの内部には、基体と蓋体との間に通常は直方体状とされる空洞が形成されることから、この高周波回路用パッケージは方形空洞共振器と同様の性質を有するものとなる。
【０００３】
そのため、上記の空洞はその寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域で空洞共振を生じるので、高い周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子等の高周波回路部品をこの高周波回路用パッケージに実装する場合には、前記空洞の寸法を小さくすることによって、遮断周波数を回路部品が動作する周波数帯域よりも十分に高くして、空洞共振による悪影響を防止することが行なわれている。
【０００４】
しかしながら、このように空洞の寸法を小さくするという方法では、この空洞内に高周波回路部品を収容するための空間を確保するためには限界があり、高周波回路部品の動作周波数のさらなる高周波化に対しては、対応できなくなり、その高周波回路部品が動作する周波数帯域より空洞共振が生じる周波数の方が低くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、高周波回路用パッケージでは、空洞共振のみならず、高周波回路用パッケージの内部に実装する高周波回路部品としての増幅器に対してアイソレーション特性の劣化を引き起こすことがあるという問題点もある。すなわち、前述のとおり、高周波回路用パッケージには直方体状の空洞が形成されることから、その高周波伝送路である入出力端子から見ると、高周波回路用パッケージの空洞が導波管と同様の性質を有するものとなる。
【０００６】
そのため、空洞の寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域であると、入出力端子間に高周波信号が空洞を介して伝播し、アイソレーション特性の劣化を引き起こすことがある。これに対して、高い周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子等の高周波回路部品を高周波回路用パッケージに実装する場合には、上記の空洞共振の場合と同様、空洞の寸法を小さくすることによって、その遮断周波数を高周波回路部品が動作する周波数帯域よりも十分に高くして、アイソレーション特性の劣化を防いでいる。
【０００７】
しかしながら、この方法では、前述と同様に、高周波回路部品の動作周波数のさらなる高周波化に対して対応できなくなり、その高周波回路部品が動作する周波数帯域より入出力端子間に伝播する高周波信号の周波数の方が低くなるという問題点があった。
【０００８】
これら問題点を解決するために、電磁波吸収体からなる蓋体を配設して、空洞共振および空洞を伝播する高周波信号を抑制する方法が採られている。
【０００９】
例えば、図３に断面図で示す半導体パッケージ３０では、Ａｌ製ヒートスプレッダ３１を囲むように着設した支持枠３２に所定のスルーホールが設けてあり、このスルーホールを挿通してリードフレーム３３が支持枠３２の上下面に所要パターンで露出するように配置してあり、支持枠３２の上面側のリードフレーム３３（インナーリード部）とヒートスプレッダ３１上に搭載した半導体素子であるＬＳＩチップ３４とを被覆するように、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライト等の電波吸収体から成るキャップ３５を絶縁材３６によって封着したものが知られている（下記の特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２４３４１２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す半導体パッケージ３０のように、支持枠３２内にリードフレーム３３を配置しているものでは、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライト等の電波吸収体から成るキャップとリードフレームが近接しているため、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライトの損失が大きい周波数帯域では高周波信号が減衰するという問題点がある。また、高周波信号が減衰しないようにＮｉ−Ｚｎ系焼結フェライトの損失を小さくすると、電磁界エネルギーの吸収効率が低下するため、空洞共振およびアイソレーション特性の劣化を抑制することができないという問題点があった。
【００１２】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を確実に抑えると同時に、高周波伝送路を伝送する高周波信号の減衰を抑えることができ、その結果、搭載される高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる小型の高周波回路用パッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波回路用パッケージは、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、該搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、該基体の前記上面に前記搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、前記基体は、前記蓋体との接合部と前記高周波伝送路との間に導体層を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、この基体の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、基体は、蓋体との接合部と高周波伝送路との間に導体層を備えていることから、蓋体が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、基体に形成された高周波伝送路と蓋体とが最も近接する基体と蓋体との接合部と、高周波伝送路との間に形成された導体層により、高周波伝送路を伝送する高周波信号が蓋体に侵入するのを有効に防ぐことができる。その結果、高周波伝送路に伝送する高周波信号が電波吸収体から成る蓋体によって減衰することを有効に抑制することができる。
【００１５】
本発明の高周波回路用パッケージにおいて、好ましくは、上記構成において、前記導体層は、その前記搭載部側の端が前記蓋体の前記接合部よりも前記搭載部側に位置していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層の搭載部側の端が蓋体の接合部よりも搭載部側に位置していることから、高周波伝送路を伝送する高周波信号が導体層の端部を回り込んで蓋体に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００１７】
本発明の高周波回路用パッケージにおいて、好ましくは、上記構成において、前記導体層は接地導体層であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層を接地導体層としたことから、高周波伝送路の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、さらに高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波回路用パッケージを図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線における断面図である。これらの図において、１４は高周波回路部品としての高周波半導体素子、１１は高周波伝送路、１２はパッケージベースである基体、１３は基体１２側に凹部を有する蓋体であり、上面に高周波半導体素子１４の搭載部を有するとともにその近傍から下面にかけて高周波伝送路１１が形成された基体１２と、基体１２の上面に搭載部を覆うように取り付けられる蓋体１３とにより高周波回路用パッケージ１０が構成される。
【００２１】
そして、搭載部に高周波半導体素子１４を搭載するとともに、高周波半導体素子１４の電極と高周波伝送路１１とをボンディングワイヤ１５等で電気的に接続した後、基体１２と蓋体１３とを封止材によって接合し、基体１２の搭載部に搭載された高周波半導体素子１４を内部に封止することにより、高周波回路用パッケージ１０を用いた高周波回路装置となる。
【００２２】
本発明の高周波回路用パッケージ１０においては、図１に示すように、蓋体１３は電磁波吸収体から成り、かつ基体１２と蓋体１３との接合部と高周波伝送路１１との間に導体層１９を備えたことが重要である。
【００２３】
このような構成により、蓋体１３が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、高周波伝送路１１と蓋体１３とが最も近接する基体１２と蓋体１３との接合部と、高周波伝送路１１との間に形成された導体層１９により、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が蓋体１３に侵入するのを防ぐことができ、高周波伝送路１１により伝送される高周波信号が、電波吸収体から成る蓋体１３によって吸収されて減衰することを抑制することができる。その結果、基体１２の搭載部に搭載される高周波半導体素子１４等の高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【００２４】
本発明の高周波回路用パッケージ１０において、高周波伝送路１１により伝送される高周波信号の周波数範囲の上限については特に限定するものではないが、昨今の材料技術および昨今の要求に応えるマイクロ波，ミリ波無線通信用としての用途を考慮した場合、９０ＧＨｚ以下が実用的である。その場合に上記本発明の効果が９０ＧＨｚまでの広帯域にわたって得られるものとなる。
【００２５】
ここで、パッケージベースとなる基体１２の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質セラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。また、基体１２の形状や寸法（厚み，幅，長さ）は、使用される高周波信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて設定される。
【００２６】
高周波伝送路１１および導体層１９は、高周波信号の伝送用として適した金属材料の導体から成り、例えばＣｕ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ｗ，Ｃｒ−Ｃｕ等の金属やこれらの金属にＮｉメッキおよびＡｕメッキを被着したもの、Ｔａ２Ｎ上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｎｉ−Ｃｒ上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等から成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ処理法等により形成される。その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて設定される。
【００２７】
基体１２の作製にあたっては、例えばガラスセラミックスから成る場合であれば、まずガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工やスクリーン印刷法によりＣｕやＡｇ等の導体ペーストを塗布する。次に約１０００℃で焼成を行ない、最後に各導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００２８】
また、蓋体１３は電磁波吸収体から成り、これのような電磁波吸収体としては、電磁波を吸収する物質であれば基本的に何でも良い。例えば、樹脂，ゴム，セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子，カーボン粒子が分散含有された構造のもの、あるいはフェライト焼結体，体積固有抵抗率が１×１０−１〜１×１０５Ωｍ程度の導電性セラミックス，導電性樹脂等を、この高周波回路用パッケージ１０が使用されるデバイスの形態，用途や電磁波吸収体の電磁波吸収特性等に応じて適宜選定できる。
【００２９】
蓋体１３の電磁波吸収体に含まれる磁性体粒子としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト，Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト，Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト，Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト，Ｂａ系フェライト，Ｃｏ系フェライト，カーボニル鉄，パーマロイ，パーメンジュール，フェロシリコン，センダスト，アモルファス合金，電磁ステンレス鋼，窒化鉄、およびＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉやこれらの合金等の軟磁性金属等が挙げられる。また、カーボン粒子としては、例えば、カーボンファイバー，カーボンナノチューブ，カーボンマイクロコイル，黒鉛，カーボンブラック，活性炭，フラーレン，ガラス状カーボン等を使用できる。また、磁性体粒子およびカーボン粒子の形状は、球状，塊状，扁平状，繊維状，鱗片状，コイル状，四面体，六面体等適宜使用できる。
【００３０】
また、これらの粒子を分散含有させる絶縁体としては、例えば、アルミナ質セラミックス，ムライト質セラミックス，ホウ珪酸ガラス，コージライト，ステアタイト，フォルステライト等の無機化合物、あるいはエポキシ系樹脂，フェノール系樹脂，ＰＴＦＥ樹脂，ポリイミド，ポリアミド，ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），塩素化ポリエチレン，ウレタン，クロロプレンゴム，ナイロン，ポリエチレン，光硬化樹脂等の樹脂があり、これらを単独で、またはこれらのうち２種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
また、樹脂，ゴム，セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子が分散含有された構造のものは、磁性体粒子の含有率が１０質量％以上９９質量％以下、より好適には３０質量％以上９７質量％以下とすることが好ましい。磁性体粒子の含有率が１０質量％未満になると電磁波吸収特性が低下してしまい、逆に９９質量％を超えると成形体としたときの強度が著しく低下してしまうため、本発明の高周波回路用パッケージ１０の蓋体１３としては好ましくないものとなる。
【００３２】
また、蓋体１３の製造方法は、粉末加圧成形，インジェクション成形，熱ロール成形，ドクターブレード成形，鋳込み成形，光造形等の公知の製法を採用することができる。
【００３３】
なお、基体１２は、高周波半導体素子１４から発生する熱を良好に放熱させるために、図１に示すように中央部に貫通穴が設けられるとともに、この貫通穴を塞ぐように下面に放熱体（ヒートシンク）１８が接合されてもよい。これにより、ヒートシンク１８上に高周波半導体素子１４を搭載することにより、高周波半導体素子１４から発生した熱を効率よく高周波回路用パッケージ１０の外部へ放熱することができる。
【００３４】
また、本発明の高周波回路用パッケージ１０において、好ましくは、上記構成において、導体層１９は、その搭載部側の端が蓋体１３の接合部よりも、即ち、導体層１９の搭載部側の端が蓋体１３の下面の搭載部側の辺よりも搭載部側に位置しているのがよい。これにより、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回り込んで蓋体１３に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００３５】
このような導体層１９の搭載部側の端と蓋体１３の下面の搭載部側の辺との距離は、５０μｍ以上であるのがよい。これにより、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回り込んで蓋体１３に侵入するのを良好に抑制できる。この距離が５０μｍ未満であると、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回りこんで蓋体１３に侵入しやすくなる。
【００３６】
また、導体層１９は、基体１２の上面にある場合、基体１２の高さ方向における高周波伝送路１１との距離Ｗが基体１２の横方向における高周波伝送路１１との距離Ｌよりも大きくなっているのがよい。これにより、高周波伝送路１１のインピーダンスをより整合させることができる。即ち、基体１２の高さ方向においては、高周波伝送路１１と導体層１９との間は誘電体であるのに対し、基体１２の上面においては、高周波伝送路１１と導体層１９との間は空気に接しているため、基体１２の上面においては高周波伝送路１１と導体層１９との間の誘電率が低くなって容量結合が小さくなるので距離ＬをＷよりも小さくすることでインピーダンス整合を良好にすることができる。
【００３７】
さらに、導体層１９は、基体１２の上面にある場合、導体層１９の搭載部側の端が蓋体１３の接合部よりも搭載部側に位置しているとともに、基体１２の高さ方向における高周波伝送路１１との距離Ｗが基体１２の横方向における高周波伝送路１１との距離Ｌよりも大きくなっているのがよい。これにより、Ｗ＞Ｌとしてインピーダンス整合を良好にできると同時に、蓋体１３を高周波伝送路１１から遠ざけることにより蓋体１３による高周波伝送路１１を伝送する高周波信号の減衰を有効に抑制することができ、高周波信号の伝送性をより向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の高周波回路用パッケージ１０においては、導体層１９は、接地導体層であることが好ましい。導体層１９が接地導体層であることにより、高周波伝送路１１の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、基体１２の搭載部に搭載される高周波半導体素子１４等の高周波回路部品の動作のより一層の安定化を図ることができる。
【００３９】
【実施例】
本発明の高周波回路用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４０】
比誘電率が６のガラスセラミックスから成り、厚みが０．４ｍｍの基体１２の一主面に、高周波伝送路１１としてＣｕメタライズ上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させて成る導体を形成し、高周波半導体素子１４に代えて高周波伝送路を形成した高周波回路基板をヒートシンク１８上にＡｕ−Ｓｎろう材を用いて実装した後、ボンディングワイヤ１５にて高周波伝送路１１に電気的に接続し、導体層１９として蓋体１３が搭載される領域にＣｕメタライズ上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させて成る導体を形成し、導体層１９の上に、導体層１９の搭載部側の辺と蓋体１３の下面の搭載部側の辺とが一致するように電磁波吸収体から成る蓋体１３をガラス封止材により接合して、高周波回路用パッケージ１０を作製した。この本発明の高周波回路用パッケージ１０を試料Ａとした。
【００４１】
一方、比較例として、図３に示すように、試料Ａと同様にして、高周波回路用パッケージ３０を作製した。ただし、導体層１９は形成していない。この比較例の高周波回路用パッケージ３０を試料Ｂとした。
【００４２】
なお、蓋体１３は主成分がＦｅ２Ｏ３のフェライト焼結体から成り、図１に示すように凹部を有するものであり、その天井部の肉厚は１ｍｍとした。
【００４３】
これら、本発明および比較例の高周波回路用パッケージである試料Ａ、Ｂを、ガラスクロスにフッ素樹脂を含浸させて形成した外部回路基板１６上に形成した線路導体１７に半田を介して電気的に接続し、ウェハープローブを用いてネットワークアナライザに接続し、０．１ＧＨｚ〜４０．１ＧＨｚの周波数範囲において、高周波信号に対する伝送損失（Ｓ２１）の測定を行なった。その測定結果を図４に示す。また、特性曲線のうち実線は試料Ａの、破線は試料Ｂの伝送損失の周波数特性をそれぞれ示している。
【００４４】
図４に示す結果より、本発明の実施例である試料Ａにおいては、周波数４０ＧＨｚ迄、伝送損失が−１．５ｄＢ以上の良好な周波数特性を実現していることが分かる。これに対し、比較例の試料Ｂにおいては、１０ＧＨｚ付近以上の周波数で伝送損失が増大しており、その差は０．１ｄ以上となっているが、本発明の実施例である試料Ａにおいては、図示した周波数範囲においては良好な特性が得られた。
【００４５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施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を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記の実施の形態の例では、導体層１９は蓋体１３が搭載される領域だけに形成したが、高周波伝送路１１の周囲にも形成してもよい。また、導体層１９は基体１２の上面ではなく内部に形成されていてもよく、上面と内部の両方に形成されていてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、この基体の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、基体は、蓋体との接合部と高周波伝送路との間に導体層を備えていることから、蓋体が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、基体に形成された高周波伝送路と蓋体とが最も近接する基体と蓋体との接合部と、高周波伝送路との間に形成された導体層により、高周波伝送路を伝送する高周波信号が蓋体に侵入するのを有効に防ぐことができる。その結果、高周波伝送路に伝送する高周波信号が電波吸収体から成る蓋体によって減衰することを有効に抑制することができる。
【００４７】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層の搭載部側の端が蓋体の接合部よりも搭載部側に位置していることから、高周波伝送路を伝送する高周波信号が導体層の端部を回り込んで蓋体に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００４８】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層を接地導体層としたことから、高周波伝送路の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、さらに高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の高周波回路用パッケージのＸ−Ｘ線における断面図である。
【図３】従来の高周波回路用パッケージの断面図である。
【図４】本発明の実施例および比較例の高周波回路用パッケージについて高周波信号の伝送損失の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０・・・高周波回路用パッケージ
１１・・・高周波伝送路
１２・・・基体
１３・・・蓋体
１４・・・高周波半導体素子（高周波回路部品）
１５・・・ボンディングワイヤ
１６・・・外部回路基板
１７・・・線路導体
１８・・・ヒートシンク
１９・・・導体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路部品が搭載収容される高周波回路用パッケージ、特に１０ＧＨｚ以上のマイクロ波，ミリ波帯等の高周波帯域で使用される高周波回路部品が搭載収容される高周波回路用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波回路部品を搭載収容し、外部回路基板に実装されて電子回路を構成する高周波回路用パッケージにおいては、金属またはセラミックス等から成る蓋体をパッケージベースとなる基体に高周波回路部品を覆うように取り付けることにより高周波回路部品の気密封止を行なっている。従って、このような高周波回路用パッケージの内部には、基体と蓋体との間に通常は直方体状とされる空洞が形成されることから、この高周波回路用パッケージは方形空洞共振器と同様の性質を有するものとなる。
【０００３】
そのため、上記の空洞はその寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域で空洞共振を生じるので、高い周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子等の高周波回路部品をこの高周波回路用パッケージに実装する場合には、前記空洞の寸法を小さくすることによって、遮断周波数を回路部品が動作する周波数帯域よりも十分に高くして、空洞共振による悪影響を防止することが行なわれている。
【０００４】
しかしながら、このように空洞の寸法を小さくするという方法では、この空洞内に高周波回路部品を収容するための空間を確保するためには限界があり、高周波回路部品の動作周波数のさらなる高周波化に対しては、対応できなくなり、その高周波回路部品が動作する周波数帯域より空洞共振が生じる周波数の方が低くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
さらに、高周波回路用パッケージでは、空洞共振のみならず、高周波回路用パッケージの内部に実装する高周波回路部品としての増幅器に対してアイソレーション特性の劣化を引き起こすことがあるという問題点もある。すなわち、前述のとおり、高周波回路用パッケージには直方体状の空洞が形成されることから、その高周波伝送路である入出力端子から見ると、高周波回路用パッケージの空洞が導波管と同様の性質を有するものとなる。
【０００６】
そのため、空洞の寸法によって定まる遮断周波数より高い周波数帯域であると、入出力端子間に高周波信号が空洞を介して伝播し、アイソレーション特性の劣化を引き起こすことがある。これに対して、高い周波数帯域で動作する高周波半導体素子あるいはその他の回路素子等の高周波回路部品を高周波回路用パッケージに実装する場合には、上記の空洞共振の場合と同様、空洞の寸法を小さくすることによって、その遮断周波数を高周波回路部品が動作する周波数帯域よりも十分に高くして、アイソレーション特性の劣化を防いでいる。
【０００７】
しかしながら、この方法では、前述と同様に、高周波回路部品の動作周波数のさらなる高周波化に対して対応できなくなり、その高周波回路部品が動作する周波数帯域より入出力端子間に伝播する高周波信号の周波数の方が低くなるという問題点があった。
【０００８】
これら問題点を解決するために、電磁波吸収体からなる蓋体を配設して、空洞共振および空洞を伝播する高周波信号を抑制する方法が採られている。
【０００９】
例えば、図３に断面図で示す半導体パッケージ３０では、Ａｌ製ヒートスプレッダ３１を囲むように着設した支持枠３２に所定のスルーホールが設けてあり、このスルーホールを挿通してリードフレーム３３が支持枠３２の上下面に所要パターンで露出するように配置してあり、支持枠３２の上面側のリードフレーム３３（インナーリード部）とヒートスプレッダ３１上に搭載した半導体素子であるＬＳＩチップ３４とを被覆するように、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライト等の電波吸収体から成るキャップ３５を絶縁材３６によって封着したものが知られている（下記の特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２４３４１２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す半導体パッケージ３０のように、支持枠３２内にリードフレーム３３を配置しているものでは、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライト等の電波吸収体から成るキャップとリードフレームが近接しているため、Ｎｉ−Ｚｎ系焼結フェライトの損失が大きい周波数帯域では高周波信号が減衰するという問題点がある。また、高周波信号が減衰しないようにＮｉ−Ｚｎ系焼結フェライトの損失を小さくすると、電磁界エネルギーの吸収効率が低下するため、空洞共振およびアイソレーション特性の劣化を抑制することができないという問題点があった。
【００１２】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を確実に抑えると同時に、高周波伝送路を伝送する高周波信号の減衰を抑えることができ、その結果、搭載される高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる小型の高周波回路用パッケージを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波回路用パッケージは、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、該搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、該基体の前記上面に前記搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、前記基体は、前記蓋体との接合部と前記高周波伝送路との間に導体層を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、この基体の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、基体は、蓋体との接合部と高周波伝送路との間に導体層を備えていることから、蓋体が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、基体に形成された高周波伝送路と蓋体とが最も近接する基体と蓋体との接合部と、高周波伝送路との間に形成された導体層により、高周波伝送路を伝送する高周波信号が蓋体に侵入するのを有効に防ぐことができる。その結果、高周波伝送路に伝送する高周波信号が電波吸収体から成る蓋体によって減衰することを有効に抑制することができる。
【００１５】
本発明の高周波回路用パッケージにおいて、好ましくは、上記構成において、前記導体層は、その前記搭載部側の端が前記蓋体の前記接合部よりも前記搭載部側に位置していることを特徴とする。
【００１６】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層の搭載部側の端が蓋体の接合部よりも搭載部側に位置していることから、高周波伝送路を伝送する高周波信号が導体層の端部を回り込んで蓋体に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００１７】
本発明の高周波回路用パッケージにおいて、好ましくは、上記構成において、前記導体層は接地導体層であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層を接地導体層としたことから、高周波伝送路の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、さらに高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波回路用パッケージを図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線における断面図である。これらの図において、１４は高周波回路部品としての高周波半導体素子、１１は高周波伝送路、１２はパッケージベースである基体、１３は基体１２側に凹部を有する蓋体であり、上面に高周波半導体素子１４の搭載部を有するとともにその近傍から下面にかけて高周波伝送路１１が形成された基体１２と、基体１２の上面に搭載部を覆うように取り付けられる蓋体１３とにより高周波回路用パッケージ１０が構成される。
【００２１】
そして、搭載部に高周波半導体素子１４を搭載するとともに、高周波半導体素子１４の電極と高周波伝送路１１とをボンディングワイヤ１５等で電気的に接続した後、基体１２と蓋体１３とを封止材によって接合し、基体１２の搭載部に搭載された高周波半導体素子１４を内部に封止することにより、高周波回路用パッケージ１０を用いた高周波回路装置となる。
【００２２】
本発明の高周波回路用パッケージ１０においては、図１に示すように、蓋体１３は電磁波吸収体から成り、かつ基体１２と蓋体１３との接合部と高周波伝送路１１との間に導体層１９を備えたことが重要である。
【００２３】
このような構成により、蓋体１３が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、高周波伝送路１１と蓋体１３とが最も近接する基体１２と蓋体１３との接合部と、高周波伝送路１１との間に形成された導体層１９により、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が蓋体１３に侵入するのを防ぐことができ、高周波伝送路１１により伝送される高周波信号が、電波吸収体から成る蓋体１３によって吸収されて減衰することを抑制することができる。その結果、基体１２の搭載部に搭載される高周波半導体素子１４等の高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【００２４】
本発明の高周波回路用パッケージ１０において、高周波伝送路１１により伝送される高周波信号の周波数範囲の上限については特に限定するものではないが、昨今の材料技術および昨今の要求に応えるマイクロ波，ミリ波無線通信用としての用途を考慮した場合、９０ＧＨｚ以下が実用的である。その場合に上記本発明の効果が９０ＧＨｚまでの広帯域にわたって得られるものとなる。
【００２５】
ここで、パッケージベースとなる基体１２の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質セラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，液晶ポリエステル，ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。また、基体１２の形状や寸法（厚み，幅，長さ）は、使用される高周波信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて設定される。
【００２６】
高周波伝送路１１および導体層１９は、高周波信号の伝送用として適した金属材料の導体から成り、例えばＣｕ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ｗ，Ｃｒ−Ｃｕ等の金属やこれらの金属にＮｉメッキおよびＡｕメッキを被着したもの、Ｔａ２Ｎ上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、Ｎｉ−Ｃｒ上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等から成り、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成法やメッキ処理法等により形成される。その厚みや幅も伝送される高周波信号の周波数や特性インピーダンス等に応じて設定される。
【００２７】
基体１２の作製にあたっては、例えばガラスセラミックスから成る場合であれば、まずガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工やスクリーン印刷法によりＣｕやＡｇ等の導体ペーストを塗布する。次に約１０００℃で焼成を行ない、最後に各導体層上にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００２８】
また、蓋体１３は電磁波吸収体から成り、これのような電磁波吸収体としては、電磁波を吸収する物質であれば基本的に何でも良い。例えば、樹脂，ゴム，セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子，カーボン粒子が分散含有された構造のもの、あるいはフェライト焼結体，体積固有抵抗率が１×１０−１〜１×１０５Ωｍ程度の導電性セラミックス，導電性樹脂等を、この高周波回路用パッケージ１０が使用されるデバイスの形態，用途や電磁波吸収体の電磁波吸収特性等に応じて適宜選定できる。
【００２９】
蓋体１３の電磁波吸収体に含まれる磁性体粒子としては、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト，Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト，Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト，Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト，Ｂａ系フェライト，Ｃｏ系フェライト，カーボニル鉄，パーマロイ，パーメンジュール，フェロシリコン，センダスト，アモルファス合金，電磁ステンレス鋼，窒化鉄、およびＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉやこれらの合金等の軟磁性金属等が挙げられる。また、カーボン粒子としては、例えば、カーボンファイバー，カーボンナノチューブ，カーボンマイクロコイル，黒鉛，カーボンブラック，活性炭，フラーレン，ガラス状カーボン等を使用できる。また、磁性体粒子およびカーボン粒子の形状は、球状，塊状，扁平状，繊維状，鱗片状，コイル状，四面体，六面体等適宜使用できる。
【００３０】
また、これらの粒子を分散含有させる絶縁体としては、例えば、アルミナ質セラミックス，ムライト質セラミックス，ホウ珪酸ガラス，コージライト，ステアタイト，フォルステライト等の無機化合物、あるいはエポキシ系樹脂，フェノール系樹脂，ＰＴＦＥ樹脂，ポリイミド，ポリアミド，ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），塩素化ポリエチレン，ウレタン，クロロプレンゴム，ナイロン，ポリエチレン，光硬化樹脂等の樹脂があり、これらを単独で、またはこれらのうち２種類以上を混合して使用することができる。
【００３１】
また、樹脂，ゴム，セラミックス等の絶縁体中に磁性体粒子が分散含有された構造のものは、磁性体粒子の含有率が１０質量％以上９９質量％以下、より好適には３０質量％以上９７質量％以下とすることが好ましい。磁性体粒子の含有率が１０質量％未満になると電磁波吸収特性が低下してしまい、逆に９９質量％を超えると成形体としたときの強度が著しく低下してしまうため、本発明の高周波回路用パッケージ１０の蓋体１３としては好ましくないものとなる。
【００３２】
また、蓋体１３の製造方法は、粉末加圧成形，インジェクション成形，熱ロール成形，ドクターブレード成形，鋳込み成形，光造形等の公知の製法を採用することができる。
【００３３】
なお、基体１２は、高周波半導体素子１４から発生する熱を良好に放熱させるために、図１に示すように中央部に貫通穴が設けられるとともに、この貫通穴を塞ぐように下面に放熱体（ヒートシンク）１８が接合されてもよい。これにより、ヒートシンク１８上に高周波半導体素子１４を搭載することにより、高周波半導体素子１４から発生した熱を効率よく高周波回路用パッケージ１０の外部へ放熱することができる。
【００３４】
また、本発明の高周波回路用パッケージ１０において、好ましくは、上記構成において、導体層１９は、その搭載部側の端が蓋体１３の接合部よりも、即ち、導体層１９の搭載部側の端が蓋体１３の下面の搭載部側の辺よりも搭載部側に位置しているのがよい。これにより、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回り込んで蓋体１３に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００３５】
このような導体層１９の搭載部側の端と蓋体１３の下面の搭載部側の辺との距離は、５０μｍ以上であるのがよい。これにより、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回り込んで蓋体１３に侵入するのを良好に抑制できる。この距離が５０μｍ未満であると、高周波伝送路１１を伝送する高周波信号が導体層１９の端部を回りこんで蓋体１３に侵入しやすくなる。
【００３６】
また、導体層１９は、基体１２の上面にある場合、基体１２の高さ方向における高周波伝送路１１との距離Ｗが基体１２の横方向における高周波伝送路１１との距離Ｌよりも大きくなっているのがよい。これにより、高周波伝送路１１のインピーダンスをより整合させることができる。即ち、基体１２の高さ方向においては、高周波伝送路１１と導体層１９との間は誘電体であるのに対し、基体１２の上面においては、高周波伝送路１１と導体層１９との間は空気に接しているため、基体１２の上面においては高周波伝送路１１と導体層１９との間の誘電率が低くなって容量結合が小さくなるので距離ＬをＷよりも小さくすることでインピーダンス整合を良好にすることができる。
【００３７】
さらに、導体層１９は、基体１２の上面にある場合、導体層１９の搭載部側の端が蓋体１３の接合部よりも搭載部側に位置しているとともに、基体１２の高さ方向における高周波伝送路１１との距離Ｗが基体１２の横方向における高周波伝送路１１との距離Ｌよりも大きくなっているのがよい。これにより、Ｗ＞Ｌとしてインピーダンス整合を良好にできると同時に、蓋体１３を高周波伝送路１１から遠ざけることにより蓋体１３による高周波伝送路１１を伝送する高周波信号の減衰を有効に抑制することができ、高周波信号の伝送性をより向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の高周波回路用パッケージ１０においては、導体層１９は、接地導体層であることが好ましい。導体層１９が接地導体層であることにより、高周波伝送路１１の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、基体１２の搭載部に搭載される高周波半導体素子１４等の高周波回路部品の動作のより一層の安定化を図ることができる。
【００３９】
【実施例】
本発明の高周波回路用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４０】
比誘電率が６のガラスセラミックスから成り、厚みが０．４ｍｍの基体１２の一主面に、高周波伝送路１１としてＣｕメタライズ上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させて成る導体を形成し、高周波半導体素子１４に代えて高周波伝送路を形成した高周波回路基板をヒートシンク１８上にＡｕ−Ｓｎろう材を用いて実装した後、ボンディングワイヤ１５にて高周波伝送路１１に電気的に接続し、導体層１９として蓋体１３が搭載される領域にＣｕメタライズ上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させて成る導体を形成し、導体層１９の上に、導体層１９の搭載部側の辺と蓋体１３の下面の搭載部側の辺とが一致するように電磁波吸収体から成る蓋体１３をガラス封止材により接合して、高周波回路用パッケージ１０を作製した。この本発明の高周波回路用パッケージ１０を試料Ａとした。
【００４１】
一方、比較例として、図３に示すように、試料Ａと同様にして、高周波回路用パッケージ３０を作製した。ただし、導体層１９は形成していない。この比較例の高周波回路用パッケージ３０を試料Ｂとした。
【００４２】
なお、蓋体１３は主成分がＦｅ２Ｏ３のフェライト焼結体から成り、図１に示すように凹部を有するものであり、その天井部の肉厚は１ｍｍとした。
【００４３】
これら、本発明および比較例の高周波回路用パッケージである試料Ａ、Ｂを、ガラスクロスにフッ素樹脂を含浸させて形成した外部回路基板１６上に形成した線路導体１７に半田を介して電気的に接続し、ウェハープローブを用いてネットワークアナライザに接続し、０．１ＧＨｚ〜４０．１ＧＨｚの周波数範囲において、高周波信号に対する伝送損失（Ｓ２１）の測定を行なった。その測定結果を図４に示す。また、特性曲線のうち実線は試料Ａの、破線は試料Ｂの伝送損失の周波数特性をそれぞれ示している。
【００４４】
図４に示す結果より、本発明の実施例である試料Ａにおいては、周波数４０ＧＨｚ迄、伝送損失が−１．５ｄＢ以上の良好な周波数特性を実現していることが分かる。これに対し、比較例の試料Ｂにおいては、１０ＧＨｚ付近以上の周波数で伝送損失が増大しており、その差は０．１ｄ以上となっているが、本発明の実施例である試料Ａにおいては、図示した周波数範囲においては良好な特性が得られた。
【００４５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施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を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記の実施の形態の例では、導体層１９は蓋体１３が搭載される領域だけに形成したが、高周波伝送路１１の周囲にも形成してもよい。また、導体層１９は基体１２の上面ではなく内部に形成されていてもよく、上面と内部の両方に形成されていてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、この搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、この基体の上面に搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、基体は、蓋体との接合部と高周波伝送路との間に導体層を備えていることから、蓋体が電波吸収体から成ることにより空洞共振の発生、および空洞内の電磁波伝播を抑制すると同時に、基体に形成された高周波伝送路と蓋体とが最も近接する基体と蓋体との接合部と、高周波伝送路との間に形成された導体層により、高周波伝送路を伝送する高周波信号が蓋体に侵入するのを有効に防ぐことができる。その結果、高周波伝送路に伝送する高周波信号が電波吸収体から成る蓋体によって減衰することを有効に抑制することができる。
【００４７】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層の搭載部側の端が蓋体の接合部よりも搭載部側に位置していることから、高周波伝送路を伝送する高周波信号が導体層の端部を回り込んで蓋体に侵入するのを有効に抑制することができ、高周波信号の伝送効率をより向上させることができる。
【００４８】
本発明の高周波回路用パッケージによれば、導体層を接地導体層としたことから、高周波伝送路の周囲の接地電位を安定させることにより、安定した高周波信号の伝送を実現させることができ、その結果、さらに高周波回路部品の動作の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波回路用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の高周波回路用パッケージのＸ−Ｘ線における断面図である。
【図３】従来の高周波回路用パッケージの断面図である。
【図４】本発明の実施例および比較例の高周波回路用パッケージについて高周波信号の伝送損失の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０・・・高周波回路用パッケージ
１１・・・高周波伝送路
１２・・・基体
１３・・・蓋体
１４・・・高周波半導体素子（高周波回路部品）
１５・・・ボンディングワイヤ
１６・・・外部回路基板
１７・・・線路導体
１８・・・ヒートシンク
１９・・・導体層
Claims (3)
- 上面に高周波回路部品を搭載する搭載部を有するとともに、該搭載部の近傍から下面の外周部にかけて高周波信号を伝送する高周波伝送路が形成された基体と、該基体の前記上面に前記搭載部を覆うように取り付けられる電磁波吸収体から成る蓋体とを具備しており、前記基体は、前記蓋体との接合部と前記高周波伝送路との間に導体層を備えていることを特徴とする高周波回路用パッケージ。
- 前記導体層は、その前記搭載部側の端が前記蓋体の前記接合部よりも前記搭載部側に位置していることを特徴とする請求項１記載の高周波回路用パッケージ。
- 前記導体層は、接地導体層であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波回路用パッケージ。
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|---|---|---|---|---|
| JP2007180995A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Kyocera Kinseki Corp | 圧電振動子 |
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