JP2008160153A - 高周波電子部品のパッケージ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体デバイス等の高周波信号を入出力する電子部品のパッケージ構造において、不要な共振を防止し、高周波信号の損失増加を防止する。
【解決手段】 凹部内に電子部品２３を搭載するパッケージ構造において、電子部品２３に高周波信号を入出力する伝送線路６を誘電体基板１上に設けるとともに、接地用電極線７を当該伝送線路に隣接して誘電体基板１部材上に設け、接地用電極線７の凹部に臨む先端を接地用金属筐体３に導電性スルーホール１０で接続した。これにより。誘電体基板１上に設けた接地用電極線７の先端が開放された状態がなくなり、共振や高周波信号の損失が増加することを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波信号を入出力する半導体デバイス等の電子部品をパッケージする構造に関し、特に、接地用導電体面上に周囲を誘電体部材で囲んだ形成した凹部内に電子部品を搭載するパッケージ構造に関する。

マイクロ波帯以上の移動無線端末や画像伝送装置等に用いられる高周波電子部品のパッケージ構造では、搭載性や簡素化の観点から高周波パッケージ装置の小型化、気密構造化、高周波化が重要な要素となっている。

マイクロ波帯以上の移動無線端末や画像伝送装置等に用いられる従来の高周波パッケージ装置の第１の例として、接地用金属筐体（接地用導体）の面上に多層の誘電体基板を設け、この誘電体基板上に電子部品に高周波信号を入出力する伝送線路を設けて分布定数素子を形成した構造が知られている（非特許文献１参照。）。
この例では、接地用金属筐体の面上に配置した多層の誘電体基板に、電子部品を収納するキャビティ構造の凹部と伝送線路とを有し、キャビティ構造の凹部の端面まで伝送線路による分布定数素子を形成して、搭載した電子部品に高周波信号を伝送する構造としている。

また、同様に、接地用金属筐体と多層の誘電体基板を用いた第２の従来例として、接地用金属筐体（接地用導体）の面上に多層の誘電体基板を設け、この誘電体基板上に電子部品に高周波信号を入出力する伝送線路と接地用金属電極とを設けて分布定数素子を形成した構造が知られている（非特許文献１参照。）。
この例では、接地用金属筐体の面上に配置した多層の誘電体基板に、電子部品を収納するキャビティ構造の凹部と伝送線路と接地用金属電極とを有し、キャビティ構造の凹部の端面まで同一面上の接地用金属電極を有する伝送線路による分布定数素子を形成して、搭載した電子部品に高周波信号を伝送する構造としている。

これら従来例の構造は、伝送線路による分布定数素子を形成した誘電体基板により、搭載した電子部品を収納するキャビティ構造の凹部の端面まで、あるいは、搭載した電子部品を収納するキャビティ構造の空洞の端面まで、高周波信号を伝播することができる利点と、前記伝送線路による分布定数素子の構造が簡単であるため小型化できる利点が有る。
Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｌａｂ．：「ＲＦ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．２００３年３月。

上記の従来技術で示した第１の例では、２層以上の誘電体基板を用いており、伝送線路による分布定数素子を形成した誘電体基板により、搭載した電子部品を収納するキャビティ構造の凹部の端面まで、あるいは、半導体を含む搭載部品を収納するキャビティ構造の空洞の端面まで、高周波信号を伝播する伝送線路による分布定数素子を形成している。
この構造では、誘電体基板の同一面上に接地用電極が形成されない伝送線路による分布定数素子が用いられており、誘電体基板の面上に設けた伝送線路による分布定数素子から空間への高周波信号の放射が増加して、高周波信号の損失が増加してしまうことがある。

上記の従来技術で示した第２の例では、２層以上の誘電体基板を用いており、誘電体基板の同一面上に設けた接地用金属電極と伝送線路による分布定数素子を形成した誘電体基板により、電子部品を収納するキャビティ構造の凹部の端面まで、あるいは、電子部品を収納するキャビティ構造の空洞の端面まで高周波信号を伝播する伝送線路による分布定数素子を形成している。
この構造では、誘電体基板の同一面上に接地用金属電極を形成した伝送線路による分布定数素子を構成するが、接地用金属電極をスルーホールにより接地用金属筐体（接地用導体）に接続しても、スルーホールの先端に一方が開放された伝送線路による分布定数素子が残り、高周波信号の損失が増加してしまうことがある。

図１０には、上記の従来技術で示した第２の例に相当する高周波電子部品のパッケージ構造を示してある。
このパッケージ構造は、２層の誘電体基板１０１、１０２を用い、誘電体基板１０１の同一面上に設けた接地用金属電極１０７と伝送線路１０６による分布定数素子を形成した誘電体基板１０１により、搭載する電子部品を収納するキャビティ構造の凹部の端面まで、高周波信号を伝播する伝送線路１０６による分布定数素子を構成している。

図１０において、１０１は伝送線路１０６による分布定数素子を形成する第一層目の誘電体基板、１０２は第二層目の誘電体基板、１０３は接地用金属筐体、１０７は伝送線路１０６に隣接する両側に誘電体基板１０１の同一面上に設けた一対の接地用金属電極、１０４は第一層目の誘電体基板１０１に形成したキャビティ構造を構成する空洞、１０５は第二層目の誘電体基板１０２に形成したキャビティ構造を構成する空洞であり、接地用金属電極１０７は接地用金属筐体１０３に導電性のスルーホール１０８で接続されている。
なお、伝送線路導体１０６及び接地用金属電極１０７の基端部は、第二層目の誘電体基板１０２に形成した切欠き１０９により露出され、外部と接続できる構造となっている。また、空洞１０４、１０５により構成されるキャビティ構造の凹部に搭載する電子部品が収容され、当該電子部品に対して伝送線路１０６がボンディングワイヤで接続される。

図１０の構造では、伝送線路１０６による分布定数素子の構造が簡単であるため小型化できる利点に加えて、伝送線路１０６をその先端がキャビティ構造の凹部に臨むように延設しているので、伝送線路１０６により電子部品を収容するキャビティ構造の空洞１０４の端面まで高周波信号を伝播することができる利点が得られる。
しかしながら、接地用金属電極１０７がその中央部でスルーホール１０８により接地用金属筐体に接続されているため、接地用金属電極１０７のスルーホール１０８より先端側に、一方が開放されたｂ−ｃ間、ｅ−ｆ間の伝送線路１０６による分布定数素子が残り、共振や高周波信号の損失が増加してしまうことがある。

図１１には図１０に示した例におけるａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の伝送特性を示し、図１２には同じくａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の反射特性を示してある。
図１１から明らかなように約２６ＧＨｚに不要な共振があり、伝送損失が急増していることがわかり、また、図１２から明らかなように約２６ＧＨｚに不要な共振があり、−１１ｄＢ程度に反射特性が劣化していることがわかる。

なお、図１１及び図１２の特性計測では、図１０に示す例において、第１層目の誘電体基板１０１及び第２層目の誘電体基板１０２の比誘電率を５.６、厚さを０.１５ｍｍ、伝送線路１０６による分布定数素子の金属導体幅を０.２２ｍｍ、接地用金属電極１０７の金属導体幅を０.８ｍｍ、導電性のスルーホール１０８の直径を０.２ｍｍ、導電性のスルーホール１０８とキャビティ構造の空洞１０４の間に残る伝送線路１０６の距離を１.２ｍｍ、誘電体基板１０１及び誘電体基板１０２及び接地用金属筐体１０３の大きさをそれぞれ１０×８ｍｍ、接地用金属筐体１０３の厚みを０.６ｍｍ、誘電体基板１０１に形成した空洞１０４の大きさを４.８×３.２ｍｍ、誘電体基板１０２に形成したキャビティ構造の空洞１０５の大きさを７.２×５.６ｍｍ、高周波信号を外部から入出力するために、第２層目の誘電体基板１０２に形成した切欠き１０９の大きさを２.４×０.６ｍｍとした。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、半導体デバイス等の高周波信号を入出力する電子部品のパッケージ構造において、不要な共振を防止し、高周波信号の損失増加を防止することを目的としている。

本発明は、接地用導電体面上に周囲を誘電体部材で囲んだ凹部を設け、当該凹部内に電子部品を搭載するパッケージ構造であって、前記電子部品に高周波信号を入出力する伝送線路を前記誘電体部材上に設けるとともに、接地用電極線を当該伝送線路に隣接して当該誘電体部材上に設け、当該接地用電極線の前記凹部に臨む先端を前記接地用導電体に接続したことを特徴とする。

また、本発明は、更に、前記接地用電極線はその基端から先端に至る中間部で前記誘電体部材を貫通する導電性スルーホールにより前記接地用導電体に接続されていることを特徴とする。
また、本発明は、更に、伝送線路及び接地用電極線が設けられた前記誘電体部材上に更に他の誘電体部材を設けて、誘電体部材の多層構造としたことを特徴とする。

ここで、本発明では、伝送路及び設置用電極線が設けられる誘電体部材は１層であっても２層以上の多層であってもよく、設計上の必要に応じて任意に選択し得る。
また、本発明では、接地用導電体は、上記の例のように金属体（接地用金属筐体）である他に、誘電体基板の表面を金属で覆うことで導電性をもたせた部材であってもよく、要は、接地として機能するよう構成されたものであればよい。
また、本発明は、半導体デバイス、フィルタ機能デバイス等、高周波信号を入出力する種々な電子部品のパッケージ構造に適用することができる。

また、本発明では、誘電体部材として、ガラス、セラミック等の種々な材料を用いることができる。
なお、電子部品を収容しているキャビティ構造の凹部を誘電体基板で蓋をすることで、電子部品を気密に収容するパッケージ構造を容易に実現することができる。

本発明によると、伝送線路に隣接して設けた接地用電極線を凹部に臨む先端で接地用導電体に接続するようにしたため、誘電体部材上に設けた接地用電極線の先端が開放された状態がなくなり、共振や高周波信号の損失が増加することを防止することができる。
また、本発明によると、接地用電極線をその中間部で誘電体部材を貫通する導電性スルーホールにより接地用導電体に接続するようにしたため、共振や高周波信号の損失が増加することをより効果的に防止することができる。
また、本発明によると、伝送線路及び接地用電極線が設けられた誘電体部材上に更に他の誘電体部材を設けて誘電体部材の多層構造としたため、誘電体基板の多層構造という従来の構造を踏襲して、共振や高周波信号の損失が増加することを防止することができるパッケージ構造を実現することができる。

本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造を示し、図２は接地用電極線７部分の断面構造を示している。
なお、以下に説明する各実施例では、誘電体部材として誘電体基板を用い、接地用導電体として接地用金属筐体或いは金属で覆った誘電体基板を用いている。

図１及び図２において、第１層目の誘電体基板１に電子部品２１を収納するキャビティ構造の空洞４を設け、この誘電体基板１の上面に分布定数素子を形成する伝送路導体６と一対の接地用電極線７を設け、誘電体基板１の下面に接地用金属筐体３を設けて空洞４に底面を形成し、誘電体基板１上にキャビティ構造の空洞５を有する第２層目の誘電体基板２を設けてある。
すなわち、接地用金属筐体３を底面とし、空洞４（及び空洞５）を内壁面としたキャビティ構造の凹部が形成され、誘電体基板１上に伝送線路６と当該伝送線に隣接する一対の接地用電極線７が延設され、これら伝送線路６と接地用電極線７の先端がキャビティ構造の凹部に臨んでいる。

また、金属等の導電体を詰めた導電性のスルーホール８を誘電体基板１に設けて、接地用電極線７をその中央部で接地用金属筐体３に接続し、更に、金属等の導電体を内壁面に設けた導電性の半円筒状スルーホール１０を空洞４の壁面に設けて、接地用電極線７をその先端で接地用金属筐体３に接続してある。
すなわち、誘電体基板１上の伝送線路６と同一面上に設けた接地用電極線７は、その基端から先端に至る中間部で導電性スルーホール８により接地用金属筐体３に接続されるとともに、凹部に望む先端で導電性のスルーホール１０により接地用金属筐体３に接続さている。
なお、導電性スルーホール８を設けずに、導電性のスルーホール１０で接地用電極線７を接地用金属筐体３に接続することも可能である。

また、伝送線路６から高周波信号を外部に取り出すあるいは取り込むため、第２層目の誘電体基板２に切欠き９を形成してあり、伝送線路６と接地用電極線７の基端部を露出させている。

図３には、本発明の第１実施例に係る高周波電子部品パッケージの実装例を示してある。
空洞４により形成されたキャビティ構造の凹部内に電子部品２１を収容し、この電子部品２１と伝送線路６の先端部とをボンディングワイヤ２２により接続する。
なお、第２層目の誘電体基板２と同一寸法の導電性を有する誘電体基板あるいは金属板で凹部に蓋２３をすることにより、電子部品２１を収容したパッケージを気密構造とすることができる。

図４には図１に示した例におけるａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の伝送特性を示し、図５には同じくａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の反射特性を示してある。
図４から明らかなようにＤＣから４５ＧＨｚまで不要な共振のないことがわかり、また、図５から明らかなようにＤＣから４５ＧＨｚまで不要な共振がなく、−２０ｄＢ以下の反射特性を示していることがわかる。

ここで、図４及び図５の特性計測では、図１に示す例において、第１層目の誘電体基板１及び第２層目の誘電体基板２の比誘電率を５.６、厚さを０.１５ｍｍ、伝送線路６による分布定数素子の金属導体幅を０.２２ｍｍ、接地用電極線７の金属導体幅を０.８ｍｍ、接地用電極線７と接地用金属筐体３を接続する導電性のスルーホール８の直径を０.２ｍｍ、接地用電極線７と接地用金属筐体３を接続する導電性のスルーホール１０の直径を０.２ｍｍ、誘電体基板１と誘電体基板２と接地用金属筐体３とのそれぞれの大きさを１０×８ｍｍ、接地用金属筐体３の厚みを０.６ｍｍ、第１層目の誘電体基板１に形成した空洞４の大きさを４.８×３.２ｍｍ、第２層目の誘電体基板２に形成した空洞５も大きさを７.２×５.６ｍｍ、誘電体基板２に形成した切欠き９の大きさを２.４×０.６ｍｍとした。

なお、上記第１実施例では、キャビティ構造の空洞４を形成した第１層目の誘電体基板１上面に、キャビティ構造の空洞５を形成した第２層目の誘電体基板２を重ね、接地用金属筐体３を下部に配置し、金属板あるいは導電性を有する誘電体基板で蓋をする誘電体基板の２層構造としたが、例えば第１層目の誘電体基板１と第２層目の誘電体基板２の間に第１層目の誘電体基板１あるいは第２層目の誘電体基板２と同様の誘電体基板を重ねて３層以上にする場合もあり、本発明は誘電体基板の層数を特に限定するものではない。

図６は本発明の第２実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造を示し、図３は接地用電極線７部分の断面構造を示している。
なお、第１実施例と同じ部分には同一符号を付して、重複する説明は割愛する。

第２実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造では、第１実施例の半円筒状スルーホール１０に代えて、板状の金属導体１１で接地用電極線７をその先端で接地用金属筐体３に接続してある。
すなわち、誘電体基板１の内壁面に板状の金属導体１１を設け、電子部品２１を収容するキャビティ構造の凹部に望む接地用電極線７の先端を接地用金属筐体３に接続している。

なお、第２実施例においても、接地用電極線７を、その基端から先端に至る中間部で導電性スルーホール８により接地用金属筐体３に接続するとともに、その先端で金属導体１１により接地用金属筐体３に接続しているが、導電性スルーホール８を設けずに、金属導体１１で接地用電極線７を接地用金属筐体３に接続することも可能である。

第２実施例のパッケージ構造にあっても、図６におけるａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の伝送特性は第１実施例の伝送特性（図４）と同様の特性であり、また、同じくａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の反射特性は第１実施例の伝送特性（図５）と同様の特性である。

図８本発明の第３実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造を示し、図９は接地用電極線７部分の断面構造を示している。
なお、第１実施例と同じ部分には同一符号を付して、重複する説明は割愛する。

第３実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造では、第１実施例の接地用金属筐体３を、接地用の金属を全面に形成した２層の誘電体基板３ａ、３ｂで構成してある。
すなわち、第１層目となる誘電体基板３ａ上に空洞４と同じ大きさの空洞を有する第２層目となる誘電体基板３ｂを設け、当該誘電体基板３ｂ上に第３層目となる誘電体基板１、第４層目となる誘電体基板２を設けた多層構造とし、誘電体基板３ａ、３ｂに形成した金属により接地面を構成している。

第３実施例に係る高周波電子部品のパッケージ構造では、第２層目となる誘電体基板３ｂに設けた空洞及び第３層目となる誘電体基板１に設けた空洞４により電子部品２３を収容するキャビティ構造の凹部が形成されている。
第３実施例においては、誘電体基板１上に設けられた接地用電極線７の凹部に臨む先端は半円筒状スルーホール１０により第２層目となる誘電体基板３ｂの金属面に接続されており、これにより、金属を全面に形成した２層の誘電体基板３ａ、３ｂから成る接地面に接地用電極線７の先端は接続されている。

また、第３実施例においては、高周波信号を外部に取り出すあるいは取り込むため、第１層目を成す誘電体基板３ａ、第２層目を成す誘電体基板３ｂ、第３層目を成す誘電体基板１、第４層目を成す誘電体基板２に半円筒状のスルーホール１３を形成し、更に、第１層目を成す誘電体基板３ａ、第２層目を成す誘電体基板３ｂ、第３層目を成す誘電体基板１を貫通するスルーホール１３の内壁面に導電体１２を設け、これにより、伝送線路による分布定数素子を形成する導体６と接地用電極線７を第１層目の誘電体基板３ａの裏面に露出する構造としている。

なお、第３実施例において、接地用電極線７を、その基端から先端に至る中間部で導電性スルーホール８により接地面３ａ、３ｂに接続するとともに、その先端で導電性スルーホール１０により接地面３ａ、３ｂに接続しているが、導電性スルーホール８を設けずに、導電性スルーホール１０で接地用電極線７を接地面３ａ、３ｂに接続することも可能である。

第３実施例のパッケージ構造にあっても、図８におけるａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の伝送特性は第１実施例の伝送特性（図４）と同様の特性であり、また、同じくａ−ｃ間、ｄ−ｆ間の反射特性は第１実施例の伝送特性（図５）と同様の特性である。

また、第３実施例にあっても、第４層目の誘電体基板２と同一寸法の導電性を有する誘電体基板あるいは金属板で蓋をすることにより気密構造とすることができる。
また、第３の実施例では、第１層目の誘電体基板３ａ、第２層目の誘電体基板３ｂに接地用の金属を全面に形成して下部に配置し、キャビティ構造の空洞４を形成した第３層目の誘電体基板１上面に、キャビティ構造の空洞５を形成した第４層目の誘電体基板２を重ね、金属板あるいは導電性を有する誘電体基板で蓋をする誘電体基板の４層構造としたが、例えば、第３層目の誘電体基板１と第４層目の誘電体基板２の間に誘電体基板１あるいは誘電体基板２と同様の誘電体基板を重ねて５層以上にすることもでき、本発明は誘電体基板の層数を特に限定するものではない。

本発明の第１実施例に係る高周波電子部品のパッケージの構造を示す斜視図である。 本発明の第１実施例に係る高周波電子部品のパッケージの要部構造を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る高周波電子部品のパッケージの構造を示す斜視図である。 本発明の第１実施例に係る高周波パッケージの伝送特性を示す図である。 本発明の第１実施例に係る高周波パッケージの反射特性を示す図である。 本発明の第２実施例に係る高周波電子部品のパッケージの構造を示す斜視図である。 本発明の第２実施例に係る高周波電子部品のパッケージの要部構造を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係る高周波電子部品のパッケージの構造を示す斜視図である。 本発明の第３実施例に係る高周波電子部品のパッケージの要部構造を示す断面図である。 従来例に係る高周波電子部品のパッケージの構造を示す斜視図である。 従来例に係る高周波パッケージの伝送特性を示す図である。 従来例に係る高周波パッケージの反射特性を示す図である。

符号の説明

１：誘電体基板、 ２：誘電体基板、 ３：接地用金属筐体、 ３ａ：金属で覆った誘電体基板、 ３ｂ：金属で覆った誘電体基板、 ４：キャビティ構造の空洞、 ５：キャビティ構造の空洞、 ６：伝送線路導体、 ７：接地用電極線、 ８：導電性のスルーホール、 ９：誘電体基板を除去した切欠き、 １０：導電性のスルーホール、 １１：導電体、 ２３：電子部品、

Claims (3)

1. 接地用導電体面上に周囲を誘電体部材で囲んだ凹部を設け、当該凹部内に電子部品を搭載するパッケージ構造であって、
   前記電子部品に高周波信号を入出力する伝送線路を前記誘電体部材上に設けるとともに、接地用電極線を当該伝送線路に隣接して当該誘電体部材上に設け、
   当該接地用電極線の前記凹部に臨む先端を前記接地用導電体に接続したことを特徴とする高周波電子部品のパッケージ構造。
2. 前記接地用電極線はその基端から先端に至る中間部で前記誘電体部材を貫通する導電性スルーホールにより前記接地用導電体に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波電子部品のパッケージ構造。
3. 伝送線路及び接地用電極線が設けられた前記誘電体部材上に更に他の誘電体部材を設けて、誘電体部材の多層構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波電子部品のパッケージ構造。

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