JP2005072151A - Electromagnetic wave absorber and package for high frequency circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波、ミリ波等の高周波帯域で使用される電磁波吸収体、およびこの電磁波吸収体を配設した高周波回路用パッケージに関する。特に、携帯電話やアンテナスイッチモジュール等に用いられる高周波回路用パッケージに関する。 The present invention relates to an electromagnetic wave absorber used in a high frequency band such as a microwave and a millimeter wave, and a high frequency circuit package provided with the electromagnetic wave absorber. In particular, the present invention relates to a high-frequency circuit package used for a mobile phone, an antenna switch module, and the like.
高周波回路用パッケージ内の気密封止は、通常、金属またはセラミック等からなる直方体状の蓋体をパッケージベースに取り付けて封止することにより行われている。このような高周波回路用パッケージ内部には直方体状の空洞が形成されるため、直方形空洞共振器と同様に高周波回路用パッケージの内部には空洞共振が発生する。前記空洞共振は高周波回路内部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生じるので、この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を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、遮断周波数を前記素子が動作する周波数帯域よりも十分に高くしている。ところが、この方法では素子の動作周波数が高周波化するに伴い、素子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るという問題があった。近年、この問題を解決するために、電磁波吸収体を高周波回路用パッケージの一部または内部に装着して、空洞共振時の電界エネルギーまたは磁界エネルギーを吸収することにより、空洞共振を抑制する方法が採られるようになってきている。 The hermetic sealing in the high frequency circuit package is usually performed by attaching a rectangular parallelepiped lid made of metal or ceramic to the package base and sealing. Since a rectangular parallelepiped cavity is formed inside such a high-frequency circuit package, cavity resonance occurs inside the high-frequency circuit package as in the rectangular cavity resonator. Since the cavity resonance occurs in a frequency band higher than the cutoff frequency determined by the dimensions inside the high frequency circuit, when mounting a high frequency semiconductor element or other circuit element operating in this frequency band in a high frequency circuit package, By reducing the size, the cut-off frequency is made sufficiently higher than the frequency band in which the element operates. However, this method has a problem that the frequency at which cavity resonance occurs is lower than the frequency band in which the element operates as the operating frequency of the element increases. In recent years, in order to solve this problem, there is a method for suppressing cavity resonance by attaching an electromagnetic wave absorber to a part or inside of a high frequency circuit package and absorbing electric field energy or magnetic field energy at the time of cavity resonance. It has come to be adopted.
また、導電性材料を主成分とする電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内に装着したり、高周波回路用パッケージの蓋体として使用したりすると、高周波回路用パッケージ内に実装された増幅器のアイソレーション特性が劣化していた。すなわち、高周波回路用パッケージ及び高周波半導体素子に形成された高周波伝送線路を伝搬するマイクロ波、ミリ波により、パッケージ蓋体を介する電流が流れるため、高周波信号の帰還に起因する不要な発振が生じる。このような問題を解決するため、電気的絶縁性を有する電磁波吸収体を高周波回路用パッケージの蓋体の内側に配設して、高周波回路用パッケージの蓋体に流れる高周波電流を抑制する方法が採られている。 Also, if an electromagnetic wave absorber mainly composed of a conductive material is mounted in a high frequency circuit package or used as a lid for a high frequency circuit package, the isolation of the amplifier mounted in the high frequency circuit package The characteristics were degraded. That is, since the current through the package lid flows by microwaves and millimeter waves propagating through the high-frequency transmission line formed in the high-frequency circuit package and the high-frequency semiconductor element, unnecessary oscillation due to the feedback of the high-frequency signal occurs. In order to solve such a problem, there is a method in which an electromagnetic wave absorber having electrical insulation is disposed inside the lid of the high frequency circuit package to suppress the high frequency current flowing through the lid of the high frequency circuit package. It is taken.
このような高周波回路用パッケージに配設される電磁波吸収材料は、磁性材料、導電性材料、誘電性材料に大きく分類される。このような電磁波吸収体が電磁波エネルギーを吸収する原理について説明する。電波吸収体に外部から入射した電磁波エネルギーが熱に変換され、その結果電磁波が吸収されることを式に表すと、例えば式(1)のようになる。 Electromagnetic wave absorbing materials disposed in such high-frequency circuit packages are broadly classified into magnetic materials, conductive materials, and dielectric materials. The principle that such an electromagnetic wave absorber absorbs electromagnetic wave energy will be described. When the electromagnetic wave energy incident on the radio wave absorber from the outside is converted into heat and the electromagnetic wave is absorbed as a result, the equation (1) is obtained, for example.
P=(1/2)ωμ0μr”|H|2 +(1/2)ωε0εr”|E|2 ・・・(1)
ここで、P:吸収される電磁波エネルギー
E:電界
H:磁界
ω:電磁波の角周波数
μ0 :真空の透磁率
ε0 :真空の誘電率
μr”:電磁波吸収体の複素比透磁率の虚数部
εr”:電磁波吸収体の複素比誘電率の虚数部
式(1)から、複素比透磁率、複素比誘電率の虚数部が大きいと、電磁波吸収体によって電磁波吸収エネルギーが吸収されやすいことがわかる。また、この虚数部が大きな材料を用いると、電磁波吸収層の厚みを薄くすることができる。
P = (1/2) ωμ 0 μ r "| H | 2 + (1/2)
Where P: absorbed electromagnetic wave energy E: electric field H: magnetic field ω: electromagnetic wave angular frequency μ 0 : vacuum permeability ε 0 : vacuum permittivity μ r ″: imaginary number of complex relative permeability of electromagnetic wave absorber Ε r ″: imaginary part of complex relative permittivity of electromagnetic wave absorber
From the equation (1), it can be seen that when the imaginary part of the complex relative permeability and the complex relative permittivity is large, the electromagnetic wave absorption energy is easily absorbed by the electromagnetic wave absorber. Further, when a material having a large imaginary part is used, the thickness of the electromagnetic wave absorbing layer can be reduced.
磁性材料が高周波領域において電磁波を吸収するのは、磁性材料の複素比透磁率の虚数部によって起こる磁気損失によって、高周波の電磁波エネルギーが熱エネルギーに変換されるためと考えられる。磁性材料に入射した電磁波のうち熱エネルギーに変換されなかった電磁波の一部は磁性材料を透過する。また、導電性材料は、電圧を加えると電流が流れ、電気エネルギーが消費される抵抗体である。抵抗体が高周波の電磁波を吸収するのは、抵抗体中に電界が発生すると、抵抗体中で電磁波エネルギーが熱エネルギーに変換されるためと考えられる。導電性材料が効率良く電磁波を吸収するためには、一般に複素比誘電率の虚数部が大きいことが必要である。また、誘電性材料が高周波領域において電磁波を吸収するのは、誘電性材料の持つ誘電損失が熱エネルギーに変換されるためと考えられる。ただし、一般に誘電性材料はGHz帯のような高い周波数の電磁波は吸収しにくい性質を有する。GHz帯の高周波の電磁波を吸収するためには、磁性材料と誘電性材料または/および導電性材料とを組合せるか、好ましくは磁性材料と導電性材料とを組み合わせることが行われている。 The reason why the magnetic material absorbs electromagnetic waves in the high frequency region is considered to be that high frequency electromagnetic energy is converted into thermal energy by magnetic loss caused by the imaginary part of the complex relative permeability of the magnetic material. A part of the electromagnetic wave that has not been converted into thermal energy among the electromagnetic wave incident on the magnetic material passes through the magnetic material. In addition, the conductive material is a resistor that consumes electric energy when a voltage is applied, and consumes electrical energy. The reason why the resistor absorbs the high-frequency electromagnetic wave is considered to be that when an electric field is generated in the resistor, the electromagnetic wave energy is converted into thermal energy in the resistor. In order for the conductive material to efficiently absorb electromagnetic waves, it is generally necessary that the imaginary part of the complex relative dielectric constant is large. The dielectric material absorbs electromagnetic waves in the high frequency region because the dielectric loss of the dielectric material is converted into thermal energy. However, in general, a dielectric material has a property that it is difficult to absorb electromagnetic waves having a high frequency such as a GHz band. In order to absorb high frequency electromagnetic waves in the GHz band, a combination of a magnetic material and a dielectric material or / and a conductive material, or preferably a combination of a magnetic material and a conductive material is performed.
また、MHz帯で優れた電磁波吸収特性有する電磁波吸収体として、磁性材料である軟磁性フェライト板に導電性材料である金属板を張り付けた2層構造の電磁波吸収体が知られている。この2層構造は、電磁波吸収体の面が空気等の気体と面している場合、電磁波吸収体表面での電磁波の反射をできるだけ低減させるために考案されたものである。従来、電磁波吸収体と気体との間の反射がゼロの場合の電磁波吸収体の特性インピーダンスZcは、理想的には次式で表されるとされている。 As an electromagnetic wave absorber having excellent electromagnetic wave absorption characteristics in the MHz band, an electromagnetic wave absorber having a two-layer structure in which a metal plate as a conductive material is attached to a soft magnetic ferrite plate as a magnetic material is known. This two-layer structure has been devised to reduce the reflection of electromagnetic waves on the surface of the electromagnetic wave absorber as much as possible when the surface of the electromagnetic wave absorber faces a gas such as air. Conventionally, the characteristic impedance Z c of the electromagnetic wave absorber when the reflection is zero between the electromagnetic wave absorber and gas, ideally there is a represented by the following formula.
Zc =η(μr /εr )1/2 (2)
ここで、 η:空気等の気体の特性インピーダンス
μr :複素比透磁率
εr :複素比誘電率
しかしながら、GHz帯のような高周波領域では、導電性板と磁性板とを2層構造にしてZcを整合させただけでは、電磁波吸収特性に優れた電磁波吸収体を提供することができない。この理由は、GHz帯のような高周波領域では波長が短いため、導電性板と磁性板との境界面で電磁波の反射が起こりやすいためと考えられる。
Z c = η (μ r / ε r ) 1/2 (2)
Here, η: Characteristic impedance of gas such as air μ r : Complex relative permeability ε r : Complex relative permittivity However, in a high frequency region such as the GHz band, the conductive plate and the magnetic plate have a two-layer structure. only aligned with Z c can not provide an electromagnetic wave absorber excellent in the electromagnetic wave absorption characteristics. The reason for this is thought to be that electromagnetic waves are likely to be reflected at the interface between the conductive plate and the magnetic plate because the wavelength is short in a high frequency region such as the GHz band.
したがって、高周波回路用パッケージ内に配設される電磁波吸収体としては、第1に電磁波を効率良く吸収させるため使用周波数帯における複素比誘電率と複素比透磁率が大きく、第2に導電性材料と磁性材料とを組合せ、両者を一体的に形成させて電磁波の反射を抑制した電磁波吸収体が望まれている。特に、近年の高周波回路用パッケージの高周波化に伴ってGHz帯の高周波を吸収する電波吸収体の出現が強く望まれてきた。 Therefore, as an electromagnetic wave absorber disposed in the package for a high frequency circuit, first, in order to efficiently absorb electromagnetic waves, the complex relative permittivity and the complex relative permeability in the operating frequency band are large, and secondly, a conductive material. There is a demand for an electromagnetic wave absorber that combines a magnetic material and a magnetic material to form both of them integrally to suppress reflection of electromagnetic waves. In particular, with the recent increase in the frequency of high-frequency circuit packages, there has been a strong demand for the appearance of a radio wave absorber that absorbs high frequencies in the GHz band.
例えば、高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体としては、高周波回路用パッケージのパッケージ蓋体の裏面に装着した、直方体の形状を有するフェライトシートあるいはフェライト塗料からなる電磁波吸収体72(不図示)が知られている(特許文献1)。 For example, as an electromagnetic wave absorber attached to the inside of a high frequency circuit package, an electromagnetic wave absorber 72 (not suitable) made of a ferrite sheet or ferrite paint having a rectangular parallelepiped shape attached to the back surface of the package lid of the high frequency circuit package. (Patent Document 1).
また、電磁波吸収特性を向上させるため、フェライト粒子と導電性セラミック粒子とを混合分散後、成形して作製した電磁波吸収体(特許文献2)、結晶系がスピネル形あるいはマグネトプランバイト形の組成を有するフェライト磁性粉末と、セラミック粉末とを重量比99.5:0.5〜90:10で混合した混合粉末からなる電磁波吸収体用複合粉末材料(特許文献3)等が知られている。 In addition, in order to improve electromagnetic wave absorption characteristics, an electromagnetic wave absorber produced by mixing and dispersing ferrite particles and conductive ceramic particles (Patent Document 2), and a crystal system having a spinel type or magnetoplumbite type composition. An electromagnetic wave absorber composite powder material (Patent Document 3) and the like made of a mixed powder obtained by mixing a ferrite magnetic powder and a ceramic powder in a weight ratio of 99.5: 0.5 to 90:10 are known.
また、図12に示すように、特許文献4には、高周波回路基板が実装されたパッケージベースと、パッケージベース上の高周波回路基板を封止するようにパッケージベース上に配設された誘電性材料からなる封止基板と、封止基板の外側に配設された電磁波吸収体と、電磁波吸収体を包囲して配設された導電性の金属製キャップにより構成された高周波回路用パッケージが開示されている。 As shown in FIG. 12, Patent Document 4 discloses a package base on which a high-frequency circuit board is mounted and a dielectric material disposed on the package base so as to seal the high-frequency circuit board on the package base. A high frequency circuit package comprising: a sealing substrate comprising: an electromagnetic wave absorber disposed outside the sealing substrate; and a conductive metal cap disposed so as to surround the electromagnetic wave absorber. ing.
また、特許文献5には、高周波半導体素子が実装されたパッケージベースと、高周波半導体素子に形成された高周波伝送線路と、パッケージベース上に配設された金属製キャップと、金属製キャップの内側に配設された電磁波吸収体とから高周波回路用パッケージにおいて、さらに高周波伝送線路側の電磁波吸収体の一部に導電性の金属膜を貼り付けた高周波回路用パッケージが開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている高周波回路用パッケージ内部に装着されるフェライトシートやフェライト塗料は、少なくともおよそ20重量%の合成樹脂を含有するため耐難燃性が劣るといった問題があった。この問題を解決するために、合成樹脂にデカブロモジフェニルオキサイド、TBAエポキシオリゴマー・ポリマー、TBAカーボネートオリゴマー等の難燃剤を添加することが行われている。このような難燃剤はBrやClを含むため、加熱するとBr、Cl元素を含む脱離ガスが発生する。このような難燃剤を含む電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内部に装着すると、パッケージ蓋体とパッケージベースとの接合時や高周波回路用パッケージとマザーボードとの接合時の加熱によって、Br、Cl元素を含む脱離ガスが高周波回路用パッケージ40内部に充満する。このような脱離ガスは腐食性があることから、高周波回路用パッケージ内部に実装される半導体素子(不図示)や、パッケージベースに形成される伝送線路(不図示)等を腐食させるといった問題があった。また、合成樹脂を含有するフェライトシートやフェライト塗料は一般に気孔率が大きく、水分や腐食性ガスを透過させやすいため、高信頼性が必要な高周波回路用パッケージの蓋体として用いることができなかった。
However, the ferrite sheet and ferrite paint mounted in the high-frequency circuit package disclosed in
また、フェライト粒子と導電性セラミック粒子を混合分散後、成形して作製した特許文献2に開示されている電磁波吸収体は、Snoekの限界によってフェライトによる電磁波吸収がkHz〜MHz帯の周波数でしか実質的に起こらないと共に、フェライト焼結体中に含まれる導電性粒子の複素比誘電率の虚数部による電磁波エネルギーの損失が周波数の増加と共に小さくなるため、GHz帯以上の周波数の電磁波の吸収が困難であるという問題があった。また、特許文献2に開示されている電磁波吸収体はフェライト粒子と導電性セラミック粒子とを混合分散後、成形して製造しているので粒子同士の結合が弱く、導電性粒子やセラミック粒子が剥離して高周波回路用パッケージ内に放出され、高周波回路用パッケージ内の高周波半導体素子や高周波回路にこの剥離した粒子が接触し、高周波回路用パッケージの誤作動を招くという問題があった。
Further, the electromagnetic wave absorber disclosed in
また、前記脱離ガスの発生を抑制するために、機能性セラミック、例えば、NiーZnフェライトを電磁波吸収体に用いることも考えられるが、NiーZnフェライトを構成するFe2O3は通常50mol%未満であり、数MHz程度の周波数帯域を対象とした電磁波吸収体にしか用いることができなかった。これに対し、近年、10GHz以上の高周波帯域に使用する電磁波吸収体が求められているが、このようなNiーZnフェライトを10GHz以上の高周波数帯域を対象とした電磁波吸収体に用いても所望の電磁波吸収特性が得られないという問題があった。 In order to suppress the generation of the desorbed gas, a functional ceramic, for example, Ni—Zn ferrite may be used for the electromagnetic wave absorber, but Fe 2 O 3 constituting the Ni—Zn ferrite is usually 50 mol. It was less than% and could only be used for an electromagnetic wave absorber intended for a frequency band of about several MHz. In contrast, in recent years, there has been a demand for an electromagnetic wave absorber used in a high frequency band of 10 GHz or higher. However, even if such Ni—Zn ferrite is used for an electromagnetic wave absorber intended for a high frequency band of 10 GHz or higher, it is desirable. There was a problem that the electromagnetic wave absorption characteristics of the film could not be obtained.
また、10GHz以上の高周波帯域で使用される近年の高周波回路用パッケージの出現に伴って高周波回路用パッケージの小型化が顕著になってきていると共に、10GHz以上の高周波帯域で使用される高周波回路用パッケージの内部に装着される電磁波吸収体が求められている。磁性粉末とセラミック粉末との混合物からなる特許文献3に開示されている電磁波吸収体は、軽量化のため磁性粉末に電磁波を吸収しにくいセラミック粒子を分散させているため電磁波吸収特性が低下するという問題があった。また、特許文献3に記載の電磁波吸収体は、およそ1GHz以上の高周波では複素透磁率の虚数部が小さくなるため、1GHz以上の周波数の電磁波の吸収が困難であるという問題があった。
Further, with the advent of high-frequency circuit packages used in a high-frequency band of 10 GHz or more in recent years, the miniaturization of high-frequency circuit packages has become remarkable, and for high-frequency circuits used in a high-frequency band of 10 GHz or more. There is a need for an electromagnetic wave absorber that is mounted inside a package. The electromagnetic wave absorber disclosed in
また、特許文献2、3に開示された電磁波吸収体は、電磁波の多くを透過させる。このため、特許文献2、3に開示された電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ内に配設する場合は、高周波回路から不要な高周波が発振されないように金属製キャップを高周波回路用パッケージの蓋体として装着する必要があった。
Moreover, the electromagnetic wave absorber disclosed in
また、特許文献4の高周波回路用パッケージにおいては、電磁波吸収体と金属製キャップの両方を装着する必要があるため、高周波回路用パッケージの小型化が困難であると共に、多大な製造コストがかかるという問題があった。 Moreover, in the high frequency circuit package of Patent Document 4, since it is necessary to attach both an electromagnetic wave absorber and a metal cap, it is difficult to reduce the size of the high frequency circuit package, and a large manufacturing cost is required. There was a problem.
また、特許文献5の高周波回路用パッケージは、電磁波吸収体の主面の一部に導電性の金属膜を接着した後、金属膜を高周波伝送路と対向させて電磁波吸収体を蓋体の内側に設けなければならなかったため、製造コストが高くなるという問題があった。
In the high frequency circuit package disclosed in
また、特許文献2〜5の電磁波吸収体を高周波回路用パッケージ蓋体内部に半田を用いて固定する場合、蓋体と電磁波吸収体との接合強度を上げるため電磁波吸収体30の当接面に、例えばCr層、Ni層、Au層を順次メタライジングしてから電磁波吸収体を接合する必要があった。このため、電磁波吸収体の蓋体への接合コストが多大になるという問題点があった。
Moreover, when fixing the electromagnetic wave absorber of patent documents 2-5 inside the package cover body for high frequency circuits using solder, in order to raise the joint strength of a cover body and an electromagnetic wave absorber, it will contact on the contact surface of the
そこで本発明は、電磁波吸収特性の良好な電磁波吸収体を提供することを目的とする。特に高周波帯域において良好な電磁波吸収特性を示す電磁波吸収体を提供することを目的とする。また、高周波回路用パッケージに高周波回路用パッケージから発生する不要な電磁波を効率良く吸収し、かつ高周波回路用パッケージ内へ微粒子が脱落しない高信頼性の本発明の電磁波吸収体を配設することにより、空洞共振が抑制され、アイソレーション特性の良好な高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。また、高周波回路用パッケージ蓋体に本発明の電磁波吸収体を半田で固定する場合、半田と電磁波吸収体とを低コストで強固に固定できる高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。また、特に10GHz以上の高周波帯域を対象としたアイソレーション特性の良好な高周波回路用パッケージを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the electromagnetic wave absorber with a favorable electromagnetic wave absorption characteristic. In particular, an object of the present invention is to provide an electromagnetic wave absorber that exhibits good electromagnetic wave absorption characteristics in a high frequency band. In addition, the high-frequency circuit package can efficiently absorb unnecessary electromagnetic waves generated from the high-frequency circuit package, and the high-reliability electromagnetic wave absorber of the present invention in which fine particles do not fall into the high-frequency circuit package. An object of the present invention is to provide a package for a high-frequency circuit in which cavity resonance is suppressed and the isolation characteristic is good. It is another object of the present invention to provide a high frequency circuit package capable of firmly fixing the solder and the electromagnetic wave absorber at low cost when the electromagnetic wave absorber of the present invention is fixed to the high frequency circuit package lid with solder. It is another object of the present invention to provide a high-frequency circuit package with good isolation characteristics especially for a high-frequency band of 10 GHz or more.
本発明の電磁波吸収体は、絶縁層と導電層を有するセラミック焼結体からなり、前記絶縁層と前記導電層が同じ酸化物磁性材料を含有し、かつ一体的に焼結されていることを特徴とする。 The electromagnetic wave absorber of the present invention comprises a ceramic sintered body having an insulating layer and a conductive layer, and the insulating layer and the conductive layer contain the same oxide magnetic material and are integrally sintered. Features.
また、25℃〜100℃における体積固有抵抗が10−2〜103Ω・cmであることを特徴とする。 Further, the volume resistivity at 25 ° C. to 100 ° C. is 10 −2 to 10 3 Ω · cm.
また、絶縁層の25℃〜100℃における表面抵抗率が105〜1014Ωであることを特徴とする。 The surface resistivity of the insulating layer at 25 ° C. to 100 ° C. is 10 5 to 10 14 Ω.
また、酸化物磁性材料がMnFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4から選ばれる少なくとも1種の結晶相、もしくはこれらのうち少なくとも2種の固溶体を含有することを特徴とする。 The oxide magnetic material is characterized by containing at least one crystal phase selected from MnFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , and ZnFe 2 O 4 , or at least two solid solutions thereof.
また、導電層がFe3O4を含有することを特徴とする。 Further, the conductive layer contains Fe 3 O 4 .
また、金属元素としてのFeの含有量がFe2O3換算で70〜95mol%であることを特徴とする。
Further, characterized in that the content of Fe as the metal element is 70~95Mol% in
本発明の高周波回路用パッケージは、上記電磁波吸収体を内部に配設したことを特徴とする。 The high frequency circuit package of the present invention is characterized in that the electromagnetic wave absorber is disposed inside.
また、上記電磁波吸収体を蓋体として用いたことを特徴とする。 Further, the electromagnetic wave absorber is used as a lid.
また、高周波半導体素子と、高周波半導体素子を配設するための回路基板と、回路基板を配設するためのパッケージベースと、高周波半導体素子と電気的に接続されかつ高周波半導体素子からの高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と、パッケージベースと繋がりかつ高周波半導体素子、回路基板および高周波伝送線路を収納するための蓋体とを具備し、パッケージベースと蓋体で囲まれた空洞の内面に電磁波吸収体を配設し、高周波半導体素子と対向する基板の主面を導電層、主面の裏面または基板の側面のいずれかを絶縁層としたことを特徴とする。 A high-frequency semiconductor element; a circuit board for disposing the high-frequency semiconductor element; a package base for disposing the circuit board; and a high-frequency signal electrically connected to the high-frequency semiconductor element. An electromagnetic wave is formed on the inner surface of the cavity surrounded by the package base and the lid, the radio frequency transmission line for transmitting, and the lid for connecting the package base and accommodating the high-frequency semiconductor element, the circuit board and the high-frequency transmission line. An absorber is provided, and the main surface of the substrate facing the high-frequency semiconductor element is a conductive layer, and either the back surface of the main surface or the side surface of the substrate is an insulating layer.
また、高周波半導体素子と、高周波半導体素子を配設するための回路基板と、回路基板を配設するためのパッケージベースと、高周波半導体素子と電気的に接続されかつ高周波半導体素子からの高周波信号を伝送するための高周波伝送線路と、パッケージベースと繋がりかつ高周波半導体素子、回路基板および高周波伝送線路を収納するための蓋体とを具備し、蓋体が電磁波吸収体からなり、パッケージベースと蓋体とで囲まれた空洞内面の高周波半導体素子と対向する蓋体の主面を導電層、蓋体の端面または外周面のいずれかを絶縁層としたことを特徴とする。 A high-frequency semiconductor element; a circuit board for disposing the high-frequency semiconductor element; a package base for disposing the circuit board; and a high-frequency signal electrically connected to the high-frequency semiconductor element. A high-frequency transmission line for transmission and a lid for connecting the high-frequency semiconductor element, the circuit board, and the high-frequency transmission line connected to the package base, the lid being made of an electromagnetic wave absorber, the package base and the lid The main surface of the lid body facing the high-frequency semiconductor element on the inner surface of the cavity surrounded by is a conductive layer, and either the end surface or the outer peripheral surface of the lid body is an insulating layer.
また、高周波伝送線路の伝送特性が、パッケージベース単体で測定したときの伝送特性と実質的に等しいことを特徴とする。 In addition, the transmission characteristic of the high-frequency transmission line is substantially equal to the transmission characteristic when measured by a single package base.
また、電磁波吸収体と高周波伝送線路との距離を0.1mm以上としたことを特徴とする。 In addition, the distance between the electromagnetic wave absorber and the high-frequency transmission line is 0.1 mm or more.
また、周波数10GHz以上における電磁波の減衰量が2dB以上である電磁波吸収体を用いたことを特徴とする。 In addition, an electromagnetic wave absorber having an electromagnetic wave attenuation amount of 2 dB or more at a frequency of 10 GHz or more is used.
高周波における電磁波吸収特性に優れた電磁波吸収体を提供することが可能となる。また、高周波における空洞共振が抑制され、アイソレーション特性に優れた高周波回路用パッケージを提供することができる。これによって、本発明の高周波回路用パッケージを搭載した通信用機器、コンピュータ、家電製品等の品質を向上させることが可能となる。例えば、本発明の高周波回路用パッケージを、無線通信において使用される携帯電話に搭載することによって、高品質のデータ送受信が可能となる。 It is possible to provide an electromagnetic wave absorber excellent in electromagnetic wave absorption characteristics at high frequencies. In addition, it is possible to provide a package for a high-frequency circuit in which cavity resonance at high frequencies is suppressed and the isolation characteristics are excellent. This makes it possible to improve the quality of communication devices, computers, home appliances, and the like that are equipped with the high-frequency circuit package of the present invention. For example, high-quality data transmission / reception can be performed by mounting the high-frequency circuit package of the present invention on a mobile phone used in wireless communication.
以下、図に基づき本発明について詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明の電磁波吸収体30は絶縁層48と導電層44とを有するセラミック焼結体であって、絶縁層48と導電層44が同じ酸化物磁性材料を含有し、かつ一体的に焼結されていることが重要である。これによって、電磁波吸収特性に優れた電磁波吸収体30を提供することができる。本発明の電磁波吸収体30の主面56を導電層44とするとは、主面56の大部分を導電層とするということを示し、好ましくは主面56の面積の90%以上を導電層44とする。図1(a)の電磁波吸収体30は、主面56および主面56の裏面が導電層44、主面56の端面が絶縁層48からなる。図1(b)の電磁波吸収体30は、主面56が導電層44、主面56の裏面と側面が絶縁層48である。図1(c)の電磁波吸収体30は、蓋体状の形状をしており、外側が絶縁層48、内側が導電層44からなる。
As shown in FIG. 1, the
また、電磁波吸収体30は、図2、3に示したように高周波回路用パッケージ40の内部に配設したり、図4〜6に示したように高周波回路用パッケージ40の蓋体52として配設したりすることができる。これによって、空洞共振が抑制され、アイソレーション特性に優れた高周波回路用パッケージを提供することができる。
The
また、電磁波吸収体30の25〜100℃における体積固有抵抗は、10−2〜103Ω・cmであることが好ましい。これによって、高周波回路用パッケージ40の10GHz以上における空洞共振をさらに抑制することができる。この理由は、体積固有抵抗が10−2Ω・cmよりも小さいと電磁波吸収体30によって電磁波が反射されやすくなることによって、導電性材料による電磁波吸収が著しくなくなるためである。また、体積固有抵抗が103Ω・cmよりも大きいと、電磁波吸収体30の導電性が低下するため、導電性材料による電磁波吸収が著しくなくなるためである。
The volume resistivity of the
また、電磁波吸収体30の絶縁層48の25℃〜100℃における表面抵抗率を105〜1014Ωとすることが好ましい。これによって、高周波回路用パッケージ40のアイソレーション特性をさらに向上させることができる。この理由は、高周波回路用パッケージ40内にアンプが配設されている場合、アンプ周辺上部に表面抵抗率が105Ωよりも小さい電磁波吸収体が配設されていると、アンプにより高周波信号を著しく増幅させることができないため好ましくないからであり、表面抵抗率が1014Ωよりも大きい電磁波吸収体30を製造することが困難なため好ましくないからである。
The surface resistivity of the insulating
また、電磁波吸収体30の導電層44の表面抵抗率は10−4〜103Ω・cmであることが好ましい。これによって、高周波回路用パッケージ40の10GHz以上における空洞共振をさらに抑制することができる。
The surface resistivity of the
また、電磁波吸収体30の主面56の厚みに対する導電層44の厚みの割合の下限は30%、上限は100%であることが好ましい。下限を30%としたのは、30%以上では高周波回路用パッケージ40の空洞共振抑制効果を十分発揮することができるからである。
The lower limit of the ratio of the thickness of the
また、絶縁層48は、電磁波吸収体の表面から内部への深さ方向の少なくとも0.5mmまでの範囲に形成されていることが好ましい。この理由は、絶縁層48がこの範囲に形成された電磁波吸収体30を周波数10GHz以上で作動する高周波回路用パッケージ40内部に配設したり、高周波回路用パッケージ40の蓋体52として用いたりする場合、高周波回路用パッケージ40内の空洞共振を特に抑制し、かつアイソレーション特性を向上できるからである。
The insulating
また、導電層44と絶縁層48の境界においては、導電率が傾斜していることが好ましい。すなわち、電磁波吸収体30の表面の絶縁層48を少しずつ研磨していくと次第に研磨面の導電率が低下し、研磨代が一定値以上では研磨面の表面は表面抵抗率が低下し導電性を有する面となる。
In addition, the conductivity is preferably inclined at the boundary between the
本発明の電磁波吸収体30の材料の組成、結晶相について説明する。高周波回路用パッケージ40内の高周波の空洞共振を抑制するためには、電磁波吸収体30に含有される酸化物磁性体材料が、金属元素としてCa、Mg、Sr、Ba、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Ru、Rh、希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましい。さらに好ましくは、MnMn2O4、MnFe2O4、MnCr2O4、MnV2O4、Mn2TiO4、MnRh2O4、MnGeO3、FeFe2O4、FeCr2O4、FeV2O4、Fe2TiO4、Fe2GeO4、FeCo2O4、FeTiO3、CoCo2O4、CoFe2O4、CoCr2O4、Co2GeO4、Co2TiO4、CoRh2O4、CoMnO3、CoTiO3、NiMn2O4、NiMnO3、NiFe2O4、NiCr2O4、NiCo2O4、NiGe2O4、NiRh2O4、NiTiO3、CuMn2O4、CuFe2O4、CuCr2O4、CuRh2O4、CuRh2O4、ZnMn2O4、ZnCr2O4、ZnFe2O4、Zn2TiO4、ZnMnO3、MgMn2O4、MgFe2O4、MgCr2O4、MgAl2O4、MgV2O4、Mg2TiO4、MgMnO3、LiV2O4、BaFe12O19、BaFe18O27、BaZnFe17O27、BaZn1.5Fe17.5O27、BaMnFe16O27、BaNi2Fe16O27、BaNi0.5ZnFe16.5O27、BaCo0.75Zn0.75Fe16.5O27、Ba2Mg2Fe12O22、Ba2Ni2Fe12O22、Ba2Zn2Fe12O22、Ba2Zn1.5Fe12.5O22、Ba2Co2Fe12O22、Ba3Co2Fe24O41、R3Fe5O12(Rは希土類元素)、RFeO3(Rは希土類元素)から選ばれる少なくとも1種の結晶相を主成分として含有する。特に好ましくは、MnFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4から選ばれる少なくとも1種の結晶相、もしくはこれらのうち少なくとも2種の固溶体を含有する。最も好ましくは、NiFe2O4、ZnFe2O4のうち少なくとも1種、もしくはこれらの固溶体を含有する。
The composition and crystal phase of the material of the
また、高周波回路用パッケージ40内の高周波の空洞共振を抑制するためには、絶縁層48がFeFe2O4、FeCr2O4、FeCo2O4、CoCo2O4、CoFe2O4、CoCr2O4、NiFe2O4、NiCr2O4、NiCo2O4、CuFe2O4、CuCr2O4、ZnCr2O4、ZnFe2O4、MgFe2O4、MgCr2O4、MnFe2O4、O、CoOから選ばれる少なくとも1種の結晶相を含有し、導電層44がCr2O3、MnO、Mn3O4、Co3O4、FeO、Fe3O4、ZnO、LaCrO3、LaFeO3、LaCrO3、LaCoO3、LaNiO3、LaSrZrO3、FeAl2O4、SrCrO3、SrRuO3、CaRuO3、SrFeO3から選ばれる少なくとも1種の結晶相を含有する。特に好ましくは、絶縁層48がFe2O3、NiO、CoOから選ばれる少なくとも1種の結晶相を含有し、導電層44がMnO、Mn3O4、Co3O4、FeO、Fe3O4から選ばれる少なくとも1種の結晶相を含有する。
In order to suppress high-frequency cavity resonance in the high-
最も好ましくは、導電層44および絶縁層48が共に結晶相としてNiFe2O4、ZnFe2O4のうち少なくとも1種もしくはこれらの固溶体、並びにFe2O3を主成分として含有し、導電層44が結晶相としてFe3O4を含有する。これによって、誘電損失と磁気損失の両方を効率よく電磁波吸収体により発生させることができるため、特に空洞共振が抑制され、アイソレーション特性の良好な高周波回路用パッケージを得ることができる。
Most preferably, the
また、電磁波吸収体30に含まれる導電層44と絶縁層48の結晶相は、X線回折法、X線回折法と透過型電子顕微鏡(TEM)を併用した方法等により同定する。
The crystalline phases of the
また、電磁波吸収体30は、金属元素としてFeをFe2O3換算で70〜95mol%含有することが好ましい。これによって、特に10GHz以上の高周波帯域における電磁波の吸収特性を向上させることができる。また、スピネル構造を有するNiFe2O4相はコランダム構造を有するFe2O3相よりも緻密化し易いため、本発明の高周波回路用パッケージ40に配設される電磁波吸収体に含まれる酸化物磁性材料をNiFe2O4とすることによって、高周波回路用パッケージ40の外部から内部へ浸透する水分や有害ガスによって高周波半導体素子18や高周波伝送線路22等が腐食されることがなくなる。
Further, the
また、本発明では、高周波回路用パッケージ40の蓋体の材質として金属を用いる場合、電磁波吸収体30の表層にNiFe2O4相からなる酸化物磁性材料を析出させることにより、電磁波吸収体30の表面にNi層、Au層のみを順次メタライジング後に、電磁波吸収体30と高周波回路用パッケージ40の蓋体とを半田により密着することができる。すなわち、これによって電磁波吸収体30の表面にCr層を設ける必要がなくなるため、製造コストを低減させることができる。
In the present invention, when a metal is used as the material of the lid of the high
また、電磁波吸収体30は、FeをFe2O3を換算で70〜95mol%含有させることが好ましい。この理由はFe含有量がFe2O3換算で70mol%未満であると、電磁波吸収体30の磁気損失による電磁波吸収特性を著しく向上させることができないと共に、電磁波吸収体を低温で焼結させることが困難となるからである。また、Fe含有量がFe2O3換算で95mol%よりも多いと、10GHz以上の高周波帯域での電磁波吸収特性を著しく向上させることができないからである。
Further, the
本発明の電磁波吸収体30は例えば以下の方法によって作製される。
The
電磁波吸収体30に含有される酸化物磁性材料がNiFe2O4である場合について説明する。出発原料として、比表面積が2m2/g以上のFe2O3とNiOの粉末を秤量し、水とともにボールミルまたはビーズビルに投入調合した後、平均粒径が0.6〜2μmとなるまで湿式混合・粉砕したスラリーを得る。また、空洞共振を更に抑制した高周波回路用パッケージ40を得るためには、ZnO、CuOの少なくとも一種の原料粉末をFe2O3とNiOの合計100mol部に対して2〜10mol部添加することが好ましい。得られたスラリーに有機結合剤を添加混合後、噴霧乾燥機により乾燥・造粒し、得られた造粒粉を公知の成形手段、例えば、粉末加圧成形法により、所定形状の成形体を得る。好ましくは、前記スラリーを乾燥して、得られた乾燥粉を700〜900℃程度で仮焼し、得られた仮焼粉に水を加えて仮焼粉の平均粒径が2μm以下となるまで、ボールミルやビーズミルで粉砕した後、有機結合材を添加混合後、噴霧乾燥機にて再度乾燥、造粒、成形し成形体を得る。そして、酸素分圧が0.15気圧以下の雰囲気中で、上記成形体を1000〜1400℃で0〜10時間焼成後、さらに300〜500℃/時間で降温し、電磁波吸収体30を作成する。ここで、粉末加圧成形法を用いる場合、その成形圧を例えば460〜1900MPaとして成形することが、成形体を焼成して得られる緻密な電磁波吸収体30を作製するために好ましい。
The case where the oxide magnetic material contained in the
また、前記焼成中に、絶縁層48を形成させようとする表面のみをNiO粉末に埋設することが重要である。これにより、NiO粉末に埋設されて焼成された電磁波吸収体30の表面に絶縁層48を形成させ、NiO粉末に埋設されずに焼成された電磁波吸収体の表面に導電層44を形成させることができる。
Also, it is important that only the surface on which the insulating
特に、前記焼成において酸素分圧が0.1気圧以下の雰囲気中で焼成することにより、電磁波吸収体30の25℃〜100℃における体積固有抵抗を10−2〜103Ωに制御した電磁波吸収体30を作製することができる。また、焼成温度を1250℃〜1350℃で焼成することにより、絶縁層48の25℃〜100℃における表面抵抗率を105〜1014Ωに制御した電磁波吸収体30を得ることができる。
In particular, the electromagnetic wave absorption in which the volume resistivity at 25 ° C. to 100 ° C. of the
また、電磁波吸収体30に含まれる酸化物磁性材料がNiFe2O4以外の場合の電磁波吸収体30は例えば次のように製造する。前記酸化物磁性材料がNiCr2O4、NiCo2O4の場合は、出発原料のFe2O3をCr2O3またはCoOに置き換えて製造できる。また、前記酸化物磁性材料がCoFe2O4、CuFe2O4、ZnFe2O4の場合は、出発原料のNiO粉末および成形体を埋設するための粉末をそれぞれCoO、CuO、ZnOに置き換えて製造できる。
The
また、電磁波吸収体30は、直方体形状の基板に限らず、円柱、円錐、三角柱、三角錐、それらの組み合わせからなる形状でも良い。
The
本発明の高周波回路用パッケージ40は、上述したように電磁波吸収体30を高周波回路用パッケージ40の内部に配設したものである。好ましくは、本発明の高周波回路用パッケージ40は、断面図を図2に示すように、高周波半導体素子26と、高周波半導体素子26を配設するための回路基板18と、回路基板18を配設するためのパッケージベース14と、高周波半導体素子26と電気的に接続されかつ高周波半導体素子26からの高周波信号を伝送するための高周波伝送線路22と、パッケージベース14と繋がりかつ高周波半導体素子26、回路基板18および高周波伝送線路22を収納するための蓋体とを具備し、パッケージベース14と蓋体26で囲まれた空洞の内面に電磁波吸収体30を配設し、高周波半導体素子26と対向する電磁波吸収体30の主面56を導電層44、主面56の裏面または側面のいずれかを絶縁層48とする。これによって、GHz帯以上の周波数帯域で空洞共振を特に抑制した高周波回路用パッケージ40を提供することができる。好ましくは図3に示すように、パッケージベース14にグラウンド電極を設ける。
As described above, the high-
本発明の高周波回路用パッケージ40に配設されるセラミック基板からなる電磁波吸収体30は導電層44と絶縁層48が一体的に焼結されているため、磁性材料による電磁波吸収と導電性材料による電磁波吸収とが同時に可能となる。このため、従来の高周波回路用パッケージのように磁性材料からなる電磁波吸収体と導電性材料からなる電磁波吸収体の両方を高周波回路用パッケージに配設したり、導電性材料と絶縁性材料とを混合分散させて電磁波吸収体を作成後に高周波回路用パッケージに配設したりする必要がない。また、蓋体26が金属等の導電性材料からなる場合、主面56の裏面または側面のいずれかを絶縁層48とすることによって、電磁波吸収体30と蓋体26との電気的絶縁が可能となるため、電磁波吸収体30と高周波伝送線路22との電磁界結合を抑制し、アイソレーション特性に優れた高周波回路用パッケージ40を得ることができる。
In the
また、本発明の高周波回路用パッケージ40は、上述したように蓋体52として電磁波吸収体30を用いたものである。好ましくは、図4に示したように、高周波半導体素子26と、高周波半導体素子26を配設するための回路基板18と、回路基板18を配設するためのパッケージベース14と、高周波半導体素子26と電気的に接続されかつ高周波半導体素子26からの高周波信号を伝送するための高周波伝送線路22と、パッケージベース14と繋がりかつ高周波半導体素子26、回路基板18および高周波伝送線路22を収納するための蓋体52とを具備すし、蓋体52が電磁波吸収体30からなり、パッケージベース14と蓋体52とで囲まれた空洞内面の高周波半導体素子26と対向する蓋体52の主面を導電層44、蓋体52の端面または外周面のいずれかを絶縁層48とする。これによって、GHz帯以上の周波数帯域で特に空洞共振を抑制した高周波回路用パッケージ40を提供することができる。さらに好ましくは図5に示すように、パッケージベース14にグラウンド電極を設ける。ここで言う端面とは、図4、5においてパッケージベース14と蓋体52が接触している面である。
The high
また、図4、5の高周波回路用パッケージ40に配設される電磁波吸収体30は導電層44と絶縁層48が一体的に焼結されているため、磁性材料による電磁波吸収と導電性材料による電磁波吸収とが同時に可能となる。蓋体52は電磁波吸収体30を兼ねているため、従来の高周波回路用パッケージのように高周波回路用パッケージ内に電磁波吸収体を配設する必要がなく、したがって部品点数を削減できると共に高周波回路用パッケージを小型化でき、また製造コストを低減することもできる。また、図6のようにパッケージベース14を容器状とし蓋体を基板状の電磁波吸収体30とした高周波回路用パッケージ40とすることもできる。
4 and 5, since the
本発明の高周波回路用パッケージを構成する各部材の好ましい形態について説明する。高周波半導体素子26は、例えばSi、Ge、Se、Te、GaAs、GaP、GaN、InSb、CdS、ZnTe、ZnOのいずれかに、必要に応じて例えば不純物を拡散技術によりドープしてPN接合しソース、ドレイン、ゲートを形成してなり、電圧を印加することにより例えば100MHz〜40GHzの高周波信号を発信する。パッケージベース14はセラミック、樹脂等からなる。高周波伝送線路22は例えばマッチング回路、分布常数回路、パッシブ回路、コントロール回路、アンプ、ミキサ、検波回路のいずれかの回路を回路基板18上に形成してなり、具体的には例えばAu、Ag、Cu等のマイクロストリップライン、ワイヤボンド、抵抗体、コンデンサ等を含む。回路基板18は、セラミック、樹脂等からなる。蓋体26はセラミック、金属、樹脂等から構成され、蓋体52は電磁波吸収体30を兼ねている。本発明の高周波回路用パッケージは、パッケージベース14上に、高周波伝送線路22と高周波半導体素子26を形成した回路基板18を配設後、蓋体とパッケージベース14を公知の方法例えばガラス接合により接着して封止する。また、図2、3のように蓋体26の内側に電磁波吸収体30を配設した配設後、パッケージベース14と蓋体26とを接着する。また上述の通り、好ましくは図3に示すようにパッケージベース14の下面と内部にグランド層を設ける。
The preferable form of each member which comprises the package for high frequency circuits of this invention is demonstrated. The high-
また、回路基板18に配設された高周波半導体素子26と高周波伝送線路22の例を図7に示す。入力端子側の電極13dから入力した高周波信号は、高周波半導体素子26、抵抗体64、コンデンサ68、負極13b、正極13c、ワイヤボンディングにより形成された金属ワイヤ15、MMIC(モノリシックマイクロウェーブIC)により構成された回路を経て出力端子側の電極13eより高周波の出力信号として出力される。
An example of the high-
また、本発明の高周波回路用パッケージ40を無線通信のキャリア周波数fで無線通信する装置として用いる場合を例として説明する。例えば、送受信機能を有するGaAsからなる高周波半導体素子18にベースバンド信号を入力するための入力端子(不図示)と、高周波半導体素子18からベースバンド信号を出力するための出力端子(不図示)と、高周波半導体素子18を電気的に制御するための制御用端子(不図示)とを具備し、前記入力端子、前記出力端子、前記制御用端子を高周波回路用パッケージ40の外側端部に設け、回路基板上18に設けた高周波半導体素子26、高周波伝送線路22およびこれらの端子とを電気的に接続する。前記入力端子、前記出力端子、前記制御用端子には、前記無線通信のキャリア周波数fよりも低周波の中間波信号、ベースバンド信号、電源信号、制御用信号から選ばれる信号が通過する。高周波伝送線路22は、パッケージベース14に形成されたマイクロストリップライン、高周波半導体素子18と前記マイクロストリップラインとを接合するための金属ワイヤ等から構成される。
Further, the case where the high
また、本発明の高周波回路用パッケージ40は、高周波伝送線路22の伝送特性が、パッケージベース14単体で測定したときの伝送特性と実質的に等しいことが好ましい。パッケージベース14単体とは、パッケージベース14上に回路基板を配設し、パッケージベース14にグラウンド電極を設け、かつ蓋体26、52、電磁波吸収体30を配設していない状態である。この状態では、上方に電磁波を反射する物体が無く、空洞共振や信号の減衰がないため高周波伝送線路22は理想的な伝送特性を示す。このパッケージベース14単体のときの高周波伝送線路22の伝送特性は、4端子回路をインピーダンスが較正された高周波電源に接続したときの電力透過係数(S21)のことであり、蓋体26と電磁波吸収体基板30を備えた高周波回路用パッケージ40、または蓋体52を備えた高周波回路用パッケージとしたときの高周波伝送線路22の電力透過係数(S21)を同様に測定し、両者のS21の差が0.2dB以下であれば実質的に等しいものとする。好ましくは両者のS21の差が0.1dB以下である。
In the high-
また、本発明の高周波回路用パッケージ40は、基板形状の電磁波吸収体30、または蓋体52からなる電磁波吸収体と高周波伝送線路22との距離d1を0.1mm以上とすることが好ましい。電磁波吸収体と高周波伝送線路22との距離d1が0.1mmより近くなると高周波伝送線路を流れる信号が減衰しやすいため好ましくない。また、高周波伝送線路にアンプを具備する場合、アンプ周辺でのアイソレーション特性の劣化を抑制するためには、距離d1の上限を3mmとすることが好ましい。距離d1とは、高周波伝送線路22と電磁波吸収体基板30との最短距離、高周波伝送線路22と蓋体52との最短距離のことを言い、最短距離が測定できる位置で高周波回路用パッケージ40を切断しd1を測定する。
In the high
また、本発明の高周波回路用パッケージ40は、周波数10GHz以上における電磁波の減衰量が2dB以上である電磁波吸収体30を用いることが、高周波回路用パッケージ40内の空洞共振を抑制し、かつアイソレーション特性を向上させるために好ましい。周波数10GHz以上における電磁波の減衰量が2dB以上である電磁波吸収体30は、上述した電磁波吸収体30の材料により構成することが好ましい。
In addition, the high
なお、高周波回路用パッケージ40の蓋体52を本発明の電磁波吸収体30により形成した場合、気孔率が2%以下である緻密な焼結体とすることが高周波回路用パッケージ40の気密性を向上させるために好ましい。
When the
まず図1(a)、(b)、(c)に示す電磁波吸収体30を次のように作製した。
First, the
出発原料として、比表面積が2〜3m2/gの各粉末を表1のモル比の組成となるよう秤量し、水とともにボールミルまたはビーズビルに投入調合した後、平均粒径が0.8〜1.2μmとなるまで湿式混合・粉砕しスラリーを得た。得られたスラリーを乾燥して、得られた乾燥粉を700〜900℃程度で仮焼し、得られた仮焼粉に水を加えて仮焼粉の平均粒径が2μm以下となるまで、ボールミルやビーズミルで粉砕した後、有機結合材を添加混合し、噴霧乾燥機にて乾燥、造粒した。得られた造粒体を、成形圧460〜1900MPaで成形し所定形状の成形体を得た。そして、酸素分圧が表1に示した雰囲気中(酸素の残部は窒素)で、得られた成形体を表1に示した焼成温度で4時間保持して焼成後、さらに300〜500℃/時間で降温し、焼結体からなる電磁波吸収体30を作成した。なお、電磁波吸収体30に絶縁層48を形成させようとする成形体の表面のみを表1に示す埋設用粉末に埋設して焼成した。
As a starting material, each powder having a specific surface area of 2 to 3 m 2 / g was weighed so as to have a composition with a molar ratio shown in Table 1, and charged into a ball mill or bead building together with water. The slurry was obtained by wet mixing and pulverizing to 1.2 μm. The obtained slurry is dried, the obtained dried powder is calcined at about 700 to 900 ° C., and water is added to the obtained calcined powder until the average particle size of the calcined powder becomes 2 μm or less. After pulverizing with a ball mill or bead mill, an organic binder was added and mixed, dried and granulated with a spray dryer. The obtained granulated body was molded at a molding pressure of 460 to 1900 MPa to obtain a molded body having a predetermined shape. Then, in an atmosphere having an oxygen partial pressure shown in Table 1 (the remainder of oxygen is nitrogen), the obtained molded body was held at the firing temperature shown in Table 1 for 4 hours and then fired, and further 300 to 500 ° C / The temperature was lowered over time to prepare an
得られた電磁波吸収体30の25℃における体積固有抵抗と表面抵抗率を三菱油化株式会社のロレスタHPまたはロレスタFPを用いて測定した。また、各面の結晶相をX線回折法または微小部X線回折法により同定した。
The volume specific resistance and surface resistivity at 25 ° C. of the obtained
次に、図7のように高周波伝送線路22とGaAsからなる高周波半導体素子26をアルミナからなる回路基板18上に構成した。また、Auメッキ付きコバール(KOV)製からなる蓋体26をパッケージベース14に固定する前に、この空洞内に、導電層44にNi、Au層を順次メッキした厚さ0.2〜2mmの電磁波吸収体30(図1(a)、(b))を金属製の蓋体26の内側に半田付けして固定した。高周波回路用パッケージ40内の空洞は、外径8mm×8mm、高さ0.2〜6mmの大きさを有するものとした。電磁波吸収体30を配設した蓋体26とパッケージベース14とをガラスにより接合し、出力端子側の電極13eから10GHzおよび12GHzの高周波信号を出力させた。また、電磁波吸収体30を配設した蓋体26の代わりに図1(c)の蓋体52を用いて同様に出力端子側の電極13eから10GHzおよび12GHzの高周波信号を出力させた。その結果、いずれの高周波回路用パッケージ40内にも空洞共振が発生しなかった。
Next, as shown in FIG. 7, a high-
また、図1(a)、(b)の形状の電磁波吸収体30(外径6×6×1mm)を設けたAuメッキ付きコバール(KOV)製からなる蓋体26と、高周波伝送線路22としてマイクロストリップラインを設けた回路基板18をアルミナセラミックからなるパッケージベース14に配設したパッケージベース14とを図3のように重ねて、パッケージベース単体での高周波回路用パッケージ40の伝送特性を評価した。高周波回路用パッケージ40内の空洞は、外径8mm×8mm、高さ0.2〜6mmの大きさを有するものとした。電磁波吸収体30は、蓋体26をパッケージベース14に固定する前に、この空洞内に、導電層44にNi、Au層を順次メッキした厚さ0.2〜2mmの電磁波吸収体30を金属製の蓋体26の内側に半田付けして固定した。得られた高周波回路用パッケージの伝送特性は、ネットワークアナライザーを用いて100MHz〜40GHzの周波数帯で、パッケージベース14単体での電力透過係数S21と、高周波伝送線路22と電磁波吸収体30の主面56との距離を0〜6mmとしたときのS21とを測定し、両者の差ΔS21(A)が0.1dB以下であれば良好と判断し○、それ以外を伝送特性が悪いと判断し×とした。
Further, a
また、電磁波吸収体30の10〜40GHzにおける電磁波の減衰量を次のように測定した。先ず、図8に示すように、伝送線路22が形成されたパッケージベース14上に、伝送線路22を覆うように電磁波吸収体30を載置した。ここで、パッケージベース14の外形寸法は10mm×10mm×0.5mmとした。次に、伝送線路22にプローブ17を押し当て、プローブ17から同軸ケーブル(不図示)を介して接続されるネットワークアナライザー(不図示)により、周波数帯域10〜40GHzで電力反射係数S11、電力透過係数S21を測定した。電磁波吸収体30の装着によって得られる電磁波の減衰量は、電力反射係数をS11、電力透過係数をS21をとする時、|S21/(1−S11)|により計算した。なお、図8に示すパッケージベース14単体の電力透過係数S21は−1.5dB以上であった。
Moreover, the attenuation amount of the electromagnetic wave in 10-40 GHz of the
また、電磁波吸収体30を高周波回路用パッケージ40内へ配設することによって得られる空洞共振抑制の効果については、図9に示すように、伝送線路22が形成されたパッケージベース14と、パッケージベース14上に取り付けられた、8mm×8mm×0.8mmの空洞を有するAuメッキ付きコバール(KOV)製のパッケージ蓋体26とからなる高周波回路用パッケージ40を用いて評価した。高周波伝送線路22にプローブ17を押し当て、プローブ17から同軸ケーブル(不図示)を介して接続されるネットワークアナライザー(不図示)により10〜40GHzにおいて電磁波吸収体30を装着したときの電力透過係数S21と、電磁波吸収体30を装着しないときの電力透過係数S21との差の絶対値△S21(B)が0.1dB未満であったものを空洞共振抑制の効果があったものとして○、△S21(B)が0.1dB以上であったものを空洞共振抑制の効果がないものとして×とした。
As for the effect of suppressing the cavity resonance obtained by disposing the
また、図1(c)の形状の電磁波吸収体30からなる蓋体52(外径10×10mm)と、高周波伝送線路22としてマイクロストリップラインを設けた回路基板18をアルミナセラミックからなるパッケージベース14に配設したパッケージベース14とを図4のように重ねて、パッケージベース単体での高周波回路用パッケージ40の伝送特性を評価した。パッケージベース14単体での電力透過係数S21と、蓋体52を配設したときの高周波回路用パッケージ40のS21とを測定し、両者の差からΔS21(A)を評価し、同様にΔS21(A)が0.1dB以下であれば良好と判断し○、それ以外を伝送特性が悪いと判断し×とした。また、高周波回路用パッケージ40内の空洞共振抑制の効果については、高周波伝送線路22が形成されたパッケージベース14と、パッケージベース14上に取り付けられた、電磁波吸収体30からなる蓋体52を有する高周波回路用パッケージ40を用いて評価した。高周波伝送線路22にプローブ17を押し当て、プローブ17から同軸ケーブルを介して接続されるネットワークアナライザーにより10〜40GHzにおいて蓋体52を装着したときの電力透過係数S21と、蓋体52を装着しないときの電力透過係数S21との差の絶対値△S21(B)が0.1dB未満であったものを空洞共振抑制の効果があったものとして○、△S21(B)が0.1dB以上であったものを空洞共振抑制の効果がないものとして×とした。
A
これらの結果を表1、図10に示した。表1から明らかなように、本発明の範囲内である試料No.1〜No.14は、100MHz〜40GHzにおいてΔS21(A)が0.1dB以下となり高周波伝送線路22の伝送特性が良好で、空洞共振も発生しなかった。
These results are shown in Table 1 and FIG. As is apparent from Table 1, sample Nos. Within the scope of the present invention. 1-No. In No. 14, ΔS 21 (A) was 0.1 dB or less at 100 MHz to 40 GHz, the transmission characteristics of the high-
また、例えば、試料No.1の100MHz〜40GHzのS21を図10(b)に示したように、パッケージベース14単体での伝送特性(図10(a))と0.1dB以内のS21が得られた。試料No.4は電磁波吸収体30と高周波伝送線路22との距離が0.1mm未満と非常に近接しているため、40GHzにおけるS21がー1.8dBとなり、試料No.1〜3、5〜14に比べて高周波伝送線路22の伝送特性(アイソレーション)を著しく改善することができなかった。
Also, for example, sample No. As shown in FIG. 10B, S 21 of 100 MHz to 40 GHz of No. 1 was obtained with transmission characteristics (FIG. 10A) of the
また、試料No.1、2に用いた電磁波吸収体30の絶縁層48と導電層44からはJCPDSのNo.10−0325のNiFe2O4相が含まれ、導電層44にはさらにFe3O4相が含まれていることがX線回折法により明らかとなった。
Sample No. From the insulating
一方、本発明の範囲外の試料No.15〜18は、ΔS21(A)が0.1dBよりも大きくなって高周波伝送線路の伝送特性が劣化したり、△S21(B)が0.1dB以上となって空洞共振抑制の効果がなかったりした。また、図11(a)に示したように、電磁波吸収体を配設しなかった試料No.15では、26GHz付近に大きな空洞共振のピークが発生した。また、図11(b)、(c)に示したように、試料No.16、18のS21は、周波数が高くなるにつれてS21が急激に小さくなり、伝送特性が悪くなった。 On the other hand, sample no. For 15 to 18, ΔS 21 (A) is larger than 0.1 dB and the transmission characteristics of the high-frequency transmission line are deteriorated, or ΔS 21 ( B) is 0.1 dB or more and the effect of suppressing cavity resonance is obtained. I did not. Further, as shown in FIG. 11A, the sample No. in which the electromagnetic wave absorber was not provided was arranged. 15, a large cavity resonance peak occurred in the vicinity of 26 GHz. In addition, as shown in FIGS. S 21 of 16, 18, S 21 becomes abruptly smaller as the frequency becomes higher, the transmission characteristic worsens.
なお、表1に示した組成は、例えば試料No.1の場合はFe2O3とNiOのモル比が0.9:0.1であることを示す。また、各電磁波吸収体の組成は出発原料と焼成後とで同じであることをICP発光分光分析により確認した。また、表1において試料No.15のd1は蓋体と高周波伝送線路との距離を示す。 The composition shown in Table 1 is, for example, sample No. The case of 1 indicates that the molar ratio of Fe 2 O 3 and NiO is 0.9: 0.1. Further, it was confirmed by ICP emission spectroscopic analysis that the composition of each electromagnetic wave absorber was the same between the starting material and after firing. In Table 1, sample No. D 1 of 15 indicates the distance between the lid and the high-frequency transmission line.
13:電極
13a:グラウンド電極
13b:負極
13c:正極
13d:入力端子側の電極
13e:出力端子側の電極
14、73:パッケージベース
15:ワイヤ
17:プローブ
18:高周波半導体素子
20:電磁波の減衰量を測定する装置
22:高周波伝送線路
26、52、71:蓋体
30、72:電磁波吸収体
40、70:高周波回路用パッケージ
56:主面
60:MMIC
64:抵抗体
68:コンデンサ
74:高周波回路基板
75:誘電体基板
76:金属壁
13:
64: resistor 68: capacitor 74: high frequency circuit board 75: dielectric substrate 76: metal wall
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