JP2011119634A - Package for electronic component mounting, and electronic device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信分野等に用いられる光半導体素子等の電子部品を収納するための電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting package for storing an electronic component such as an optical semiconductor element used in the field of optical communication and the like, and an electronic apparatus using the same.
近年、40km以下の伝送距離における高速通信に対する需要が急激に増加しており、光通信装置を用いて光信号を受発信する半導体装置等の電子装置の高速化が注目されている。このような半導体装置に代表される電子装置の光出力は0.2〜0.5mW程度であり、電子部品として用いられる半導体素子の駆動電力は5mW程度であった。しかし、より大出力の半導体装置では、光出力が1mWのレベルになってきており、また、半導体素子の駆動電力も10mW以上が要求されている。さらに、従来の半導体装置による伝送速度は2.5〜10Gbps(Giga bit per second)程度であったが、近年では25〜40Gbpsに対応する半導体素子が開発されてきており、半導体装置として、より高出力化させ、高速化させることが要求されている。 In recent years, demand for high-speed communication at a transmission distance of 40 km or less has increased rapidly, and attention has been paid to speeding-up of electronic devices such as semiconductor devices that receive and transmit optical signals using optical communication devices. The optical output of an electronic device typified by such a semiconductor device is about 0.2 to 0.5 mW, and the driving power of a semiconductor element used as an electronic component is about 5 mW. However, in a semiconductor device having a higher output, the optical output has become a level of 1 mW, and the driving power of the semiconductor element is required to be 10 mW or more. Furthermore, although the transmission speed of the conventional semiconductor device was about 2.5 to 10 Gbps (Giga bit per second), in recent years, semiconductor elements corresponding to 25 to 40 Gbps have been developed, and the output of the semiconductor device is higher. To increase the speed.
LD(Laser Diode:レーザダイオード)やPD(Photo Diode:フォトダイオ−ド)等の光半導体素子を含む電子部品が電子部品搭載用パッケージに搭載された従来の電子装置は、電子部品搭載用パッケージの信号端子と電子部品の端子とがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、ボンディングワイヤでのインダクタンスが大きいためにインピーダンスの整合がとれず、高周波信号の伝送損失が大きいものであった。 A conventional electronic device in which an electronic component including an optical semiconductor element such as an LD (Laser Diode) or a PD (Photo Diode) is mounted on an electronic component mounting package is an electronic component mounting package. The signal terminal and the terminal of the electronic component are electrically connected via a bonding wire. Since the inductance of the bonding wire is large, impedance matching cannot be achieved and transmission loss of high-frequency signals is large.
これに対して、図8に示す例のような、金属から成る円板状の基体11に形成された貫通孔11aに充填された封止材12を貫通して固定された信号端子13の上端部と、基体11の搭載面11bに接合された配線基板14の信号線路導体14aとをろう材15で接続した構造とすることで、高周波信号の伝送損失を減少させる電子部品搭載用パッケージが使用されている。この電子部品搭載用パッケージの搭載面11bに配線基板14を介して電子部品16を搭載し、信号端子13と電子部品16の端子とを信号線路導体14aを介して電気的に接続し、基体11の上面の外周領域に、電子部品16を覆うように蓋体(図示せず)を接合して気密封止することによって、電子装置としていた。(例えば、特許文献1を参照。)。
On the other hand, as shown in FIG. 8, the upper end of the
また、信号端子13と信号線路導体14a単独では、例えば25Ωや50Ωといった、ある特性インピーダンスにインピーダンスマッチングをとっていても、信号端子13と信号線路導体14aとの接続部では信号端子13と信号線路導体14aとをろう材等の接合材で接合することによって信号線路導体14aの厚みが大きくなることで特性インピーダンスがずれてしまう問題がある。これに対して、同様に信号端子と配線基板とをろう材で接続した構造の電子部品搭載用パッケージにおいて、信号端子の信号線路導体との接続部分の厚さを残部の10〜50%とすることで、インピーダンスギャップを小さくすることが提案されている(例えば、特許文献2を参照。)。
Even if the
しかしながら、近年、伝送される情報量の増大による伝送速度の高速化の要求に伴って伝
送信号の高周波化がさらに進んでおり、特に30GHz以上のより高い周波数の信号を伝送する場合においては、信号端子の厚みを薄くすることではインピーダンスギャップを十分に小さくできなくなってきているという問題があった。つまり、信号端子13と信号線路導体14aの接続部においては、同軸構造からマイクロストリップライン構造に変換されているが、この変換の途中では、伝播モードの不連続性によってグランドが弱くなることによって、電磁波が放射されたり、特性インピーダンスが大きくなったりする区間が発生する問題があり、高周波の信号の伝送特性が低下してしまうからである。
However, in recent years, transmission signals have become higher in frequency with the demand for higher transmission speed due to an increase in the amount of information to be transmitted. In particular, when a signal with a higher frequency of 30 GHz or higher is transmitted, There is a problem that the impedance gap cannot be made sufficiently small by reducing the thickness of the terminal. In other words, in the connection portion between the
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、高周波の信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージおよび高周波での動作が良好な電子装置を提供することにある。 The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electronic component mounting package with good high-frequency signal transmission characteristics and an electronic device with good high-frequency operation.
本発明の電子部品搭載用パッケージは、貫通孔および該貫通孔の長さ方向と平行な搭載面を有する金属から成る基体と、前記貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子と、一方主面に信号線路導体を有し、前記基体の前記搭載面に搭載されて、前記信号端子の端部が前記信号線路導体にろう材によって接続された配線基板とを備える電子部品搭載用パッケージであって、前記配線基板は、その厚みが前記信号端子と前記貫通孔の内面との距離と同程度であり、前記配線基板の前記信号線路導体の一端は、前記配線基板の前記貫通孔側の端部まで形成され、前記信号線路導体の前記一端に前記信号線路導体の幅方向に延びる容量導体が接続されていることを特徴とするものである。 The electronic component mounting package of the present invention is fixed by penetrating through a base body made of metal having a through hole and a mounting surface parallel to the length direction of the through hole, and a sealing material filled in the through hole. An electronic device comprising: a signal terminal; and a wiring board having a signal line conductor on one main surface, mounted on the mounting surface of the base, and having an end portion of the signal terminal connected to the signal line conductor by a brazing material In the component mounting package, the wiring board has a thickness that is approximately the same as the distance between the signal terminal and the inner surface of the through hole, and one end of the signal line conductor of the wiring board is connected to the wiring board. A capacitor conductor that is formed up to the end portion on the through-hole side and that extends in the width direction of the signal line conductor is connected to the one end of the signal line conductor.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記容量導体の前記信号線路導体との接続部の幅は、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいことを特徴とするものである。 In the electronic component mounting package of the present invention, the width of the connection portion of the capacitive conductor to the signal line conductor is smaller than one-fourth of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor. It is characterized by this.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記信号端子の端部は前記信号線路導体と重なって接続されており、前記信号端子の端部が前記信号線路導体と重なる部分の長さは、前記容量導体の前記信号線路導体との接続部の幅以下であることを特徴とするものである。 In the electronic component mounting package of the present invention, in each of the above-described configurations, the end of the signal terminal is connected to overlap with the signal line conductor, and the end of the signal terminal overlaps with the signal line conductor Is not more than the width of the connecting portion of the capacitive conductor to the signal line conductor.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記容量導体の前記信号線路導体との接続部からの長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいことを特徴とするものである。 In the electronic component mounting package of the present invention, in each of the above-described configurations, the length of the capacitive conductor from the connection portion with the signal line conductor is ¼ of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor. It is characterized by being smaller than.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記各構成において、前記信号線路導体は、一端から他端側へ向かって幅が徐々に大きくなっている部分を有することを特徴とするものである。 The electronic component mounting package of the present invention is characterized in that, in each of the above configurations, the signal line conductor has a portion whose width gradually increases from one end to the other end side. .
また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記信号線路導体の幅が徐々に大きくなっている部分の長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1以上の長さであることを特徴とするものである。 In the electronic component mounting package of the present invention, in the above configuration, the length of the portion where the width of the signal line conductor is gradually increased is a quarter of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor. It is characterized by the above length.
本発明の電子装置は、上記各構成の本発明の電子部品搭載用パッケージの前記搭載面または前記配線基板上に電子部品を搭載するとともに、前記基体に蓋体を接合したことを特徴とするものである。 An electronic device according to the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the mounting surface or the wiring board of the electronic component mounting package of the present invention having the above-described configuration, and a lid is bonded to the base. It is.
本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、配線基板の厚みが、信号端子と貫通孔の内面との距離と同程度であることから、信号線路導体からグランドである基体までの電界
が集中する最短距離と、信号端子からグランドである貫通孔の内面までの距離とが同程度となるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換途中における伝播モードが安定して電磁波が放射されるのを抑えることができるとともに、信号線路導体は貫通孔側の端部に容量導体が接続されていることから、容量導体とグランドである基体との容量結合によって信号線路導体の端部のグランドが強化され、信号線路導体の端部の特性インピーダンスが低くなるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では、変換部において特性インピーダンスが高くなることが、変換部に近い信号線路導体の端部の特性インピーダンスが低くなることで相殺され、変換部近傍のインピーダンスが高くなるのを抑えることができ、高周波信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージとなる。
According to the electronic component mounting package of the present invention, since the thickness of the wiring board is approximately the same as the distance between the signal terminal and the inner surface of the through hole, the electric field from the signal line conductor to the ground substrate is concentrated. Since the shortest distance and the distance from the signal terminal to the inner surface of the through hole, which is the ground, are approximately the same, the propagation mode in the course of conversion from the coaxial structure to the microstrip structure is suppressed, and electromagnetic waves are prevented from being radiated stably. In addition, since the capacitive conductor is connected to the end on the through hole side of the signal line conductor, the ground at the end of the signal line conductor is strengthened by capacitive coupling between the capacitive conductor and the base that is the ground, Since the characteristic impedance at the end of the signal line conductor is low, the characteristic impedance at the converter is near the converter from the coaxial structure to the microstrip structure. The increase is offset by a decrease in the characteristic impedance at the end of the signal line conductor close to the conversion unit, and an increase in the impedance near the conversion unit can be suppressed, and an electron with good high-frequency signal transmission characteristics. This is a component mounting package.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、容量導体の信号線路導体との接続部の幅が信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいときには、特性インピーダンスが高くなる部分と低インピーダンスとなる部分との距離が、伝送する信号の波長に対して十分に小さくなるので、容量導体によるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなる。 According to the electronic component mounting package of the present invention, in the above configuration, when the width of the connecting portion of the capacitive conductor to the signal line conductor is smaller than one quarter of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor, Since the distance between the part where the characteristic impedance is high and the part where the characteristic impedance is low is sufficiently small with respect to the wavelength of the signal to be transmitted, impedance matching by the capacitive conductor becomes more effective.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、信号端子の端部は前記信号線路導体と重なって接続されており、信号端子の端部が信号線路導体と重なる部分の長さが容量導体の信号線路導体との接続部の幅以下であるときには、信号線路導体の容量導体が接続されていない部分において、信号端子が重なって接続されることで信号線路導体の見かけ上の厚みが厚くなり、これにより寄生容量が増加してインピーダンスミスマッチを発生させて伝送特性が劣化してしまうことを防ぐことができるとともに、信号線路導体の容量導体が接続されている部分においては、逆に信号端子も容量導体と同様に機能することとなるのでインピーダンスマッチングがより効果的なものとなる。 According to the electronic component mounting package of the present invention, in each of the above-described configurations, the end of the signal terminal is connected to overlap with the signal line conductor, and the end of the signal terminal overlaps with the signal line conductor. When the length is equal to or less than the width of the connection portion of the capacitive conductor to the signal line conductor, the signal terminal overlaps in the portion where the capacitive conductor of the signal line conductor is not connected, so that the apparent appearance of the signal line conductor In the portion where the capacitive conductor of the signal line conductor is connected, it is possible to prevent the transmission characteristics from being deteriorated by increasing the parasitic capacitance due to the increase in the parasitic capacitance and thereby causing the impedance mismatch. Conversely, since the signal terminal functions in the same manner as the capacitive conductor, impedance matching becomes more effective.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、容量導体の信号線路導体との接続部からの長さが信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいときには、容量導体がオープンスタブのような共振器として機能することがないので、容量導体での信号の共振によって伝送特性が劣化することを防ぐことができる。 According to the electronic component mounting package of the present invention, in each of the above-described configurations, the length of the capacitive conductor from the connection portion with the signal line conductor is longer than a quarter of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor. When the capacitance is small, the capacitive conductor does not function as a resonator like an open stub, so that it is possible to prevent the transmission characteristics from deteriorating due to signal resonance in the capacitive conductor.
本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、信号線路導体は、一端から他端側へその幅が徐々に大きくなる部分を有するときには、インピーダンスが高い、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部側の信号線路導体の一端から所定の特性インピーダンスとされた他端側へかけて信号線路導体の幅が徐々に広くなることで特性インピーダンスの変化が緩やかとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。 According to the electronic component mounting package of the present invention, in each of the above configurations, the signal line conductor has a high impedance when the signal line conductor has a portion whose width gradually increases from one end to the other end. Since the signal line conductor width gradually increases from one end of the signal line conductor on the conversion part side to the other end side having a predetermined characteristic impedance, the change in the characteristic impedance becomes gradual. Impedance matching can be achieved in FIG. 2, and better transmission characteristics can be obtained.
また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、信号線路導体の幅が徐々に大きくなる部分の長さが信号線路導体を伝送する信号の波長の4分の1以上の長さであるときには、特性インピーダンスの変化が緩やかとなる距離が伝送する周波数の波長に対して十分に大きくなるので、信号線路導体の幅が徐々に広くなることによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなり、より良好な伝送特性を得ることができる。 According to the electronic component mounting package of the present invention, in the above-described configuration, the length of the portion where the width of the signal line conductor gradually increases is longer than ¼ of the wavelength of the signal transmitted through the signal line conductor. When this is the case, the distance at which the characteristic impedance changes gradually becomes sufficiently large with respect to the wavelength of the transmitted frequency, so that impedance matching by gradually increasing the width of the signal line conductor becomes more effective. Better transmission characteristics can be obtained.
本発明の電子装置によれば、上記各構成の本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載面または配線基板上に電子部品を搭載するとともに基体に蓋体を接合したことから、高周波での動作が良好な電子装置となる。 According to the electronic device of the present invention, the electronic component is mounted on the mounting surface or wiring board of the electronic component mounting package of the present invention having the above-described configuration, and the lid is joined to the base body. It becomes a good electronic device.
本発明の電子部品搭載用パッケージおよび電子装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図1〜図6において、1は基体、1aは貫通孔、1bは搭載面、2は封止材、3は信号端子、4は配線基板、4aは信号線路導体、4bは容量導体、5はろう材、6は電子部品、6aはボンディングワイヤ、7は接地端子、8は蓋体である。 The electronic component mounting package and the electronic device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 6, 1 is a base, 1a is a through hole, 1b is a mounting surface, 2 is a sealing material, 3 is a signal terminal, 4 is a wiring board, 4a is a signal line conductor, 4b is a capacitive conductor, A brazing material, 6 is an electronic component, 6a is a bonding wire, 7 is a ground terminal, and 8 is a lid.
図1〜図3および図6に示す例では、基体1の主面に対して垂直に形成された貫通孔1aに充填された封止材2を貫通して固定された線状の導体からなる信号端子3が、基体1に垂直に形成された搭載面1bに他方主面で接合された配線基板4の一方主面に形成された信号線路導体4aにろう材5で接合されて本発明の電子部品搭載用パッケージが基本的に構成される。また、図1〜図3および図6に示す例では、配線基板4に電子部品6を搭載して、信号線路導体4aと電子部品6とをボンディングワイヤ6aで接続した状態を示している。そして、図2および図3に示す例のように、破線で示すような蓋体8を基体1の外周部に接合することで本発明の電子装置が構成される。
In the example shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 6, it is composed of a linear conductor fixed through a sealing
本発明の電子部品搭載用パッケージは、図1〜図3および図6に示す例のように、貫通孔1aおよび貫通孔1aの長さ方向と平行な搭載面1bを有する金属から成る基体1と、貫通孔1aに充填された封止材2を貫通して固定された信号端子3と、一方主面に信号線路導体4aを有し、基体1の搭載面1bに搭載されて、信号端子3の端部が信号線路導体4aにろう材5によって接続された配線基板4とを備える電子部品搭載用パッケージであって、配線基板4は、その厚みが信号端子3と貫通孔1aの内面との距離と同程度であり、配線基板4の信号線路導体4aの一端は、配線基板4の貫通孔1a側の端部まで形成され、信号線路導体4aの一端に信号線路導体4aの幅方向に延びる容量導体4bが接続されていることを特徴とするものである。
The electronic component mounting package of the present invention includes a
このような電子部品搭載用パッケージによれば、配線基板4の厚みが、信号端子3と貫通孔1aの内面との距離と同程度であることから、信号線路導体4aからグランドである基体1までの電界が集中する最短距離と、信号端子3からグランドである貫通孔1aの内面までの距離とが同程度となるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換途中における伝播モードが安定して電磁波が放射されるのを抑えることができるとともに、信号線路導体4aは貫通孔1a側の端部に容量導体4bが接続されていることから、容量導体4bとグランドである基体1との容量結合によって信号線路導体4aの端部のグランドが強化され、信号線路導体4aの端部の特性インピーダンスが低くなるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では、変換部において特性インピーダンスが高くなることが、変換部に近い信号線路導体4aの端部の特性インピーダンスが低くなることで相殺され、変換部近傍のインピーダンスが高くなるのを抑えることができ、高周波信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージとなる。
According to such an electronic component mounting package, since the thickness of the
基体1は、搭載面1bを有するとともに搭載された電子部品6が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能を有する。このため、基体1は、熱伝導性の良い金属から成り、搭載される電子部品6やセラミック製の配線基板4の熱膨張係数に近いものやコストの安いものとして、例えば、Fe−Ni−Co合金やFe−Mn合金等の鉄系の合金や純鉄等の金属が選ばれる。より具体的には、Fe99.6質量%−Mn0.4質量%系のSPC(Steel
Plate Cold)材がある。例えば基体1がFe−Mn合金から成る場合は、このインゴッ
ト(塊)に圧延加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作され、貫通孔1aはドリル加工や金型による打ち抜き加工によって形成される。また、基体1の搭載面1bは、切削加工やプレス加工することによって形成することができる。
The
Plate Cold) material. For example, when the
基体1の形状は、通常は厚みが0.5〜2mmの平板状であり、その形状には特に制限は
ないが、例えば直径が3〜10mmの円板状,半径が1.5〜8mmの円周の一部を切り取っ
た半円板状,一辺が3〜15mmの四角板状等である。基体1の厚みは一様でなくてもよく、例えば、基体1の外側の厚みを厚くすると、電子装置を収納する筐体等の放熱体となるものを密着させやすくなるので、電子部品6から発生した熱を基体1を介して外部により放出しやすくなるので好ましい。
The shape of the
図1〜図3および図6に示す例では、2つの貫通孔1aを有する基体1に1個の電子部品6を搭載しているが、複数の電子部品6を搭載したり、電子部品6の数や電子部品6の端子の数に応じて、信号端子3を固定する貫通孔1aを3つ以上形成したりしても構わない。
In the example shown in FIGS. 1 to 3 and 6, one
基体1の厚みは0.5mm以上2mm以下が好ましい。厚みが0.5mm未満の場合は、電子部品6を保護するための金属製の蓋体8を金属製の基体1の上面に接合する際に、接合温度等の接合条件によって基体1が曲がったりして変形し易くなり、変形によって気密性が低下しやすくなる。一方、厚みが2mmを超えると、電子部品搭載用パッケージや電子装置の厚みが不要に厚いものとなり、小型化し難くなる。
The thickness of the
基体1の表面には、耐食性に優れ、電子部品6や配線基板4あるいは蓋体8を接合し固定するためのろう材との濡れ性に優れた、厚さが0.5〜9μmのNi層と厚さが0.5〜5μmのAu層とをめっき法によって順次被着させておくのがよい。これにより、基体1が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに電子部品6や配線基板4あるいは蓋体8を基体1に良好にろう接することができる。
The surface of the
信号端子3は、一方の端部は基体1の上面から信号線路導体4aと重なる程度に突出させ、他方の端部は基体1の下面から1〜20mm程度突出させて固定される。例えば、図1〜図3および図6に示す例のように、信号端子3の一方の端部と電子部品6とを信号線路導体4aおよびボンディングワイヤ6aを介して電気的に接続するとともに、信号端子3の他方の端部を外部電気回路(図示せず)に電気的に接続することによって、信号端子3は電子部品6と外部電気回路との間の入出力信号を伝送する機能を果たす。
The
封止材2は、ガラスやセラミックスなどの絶縁性の無機材料から成り、信号端子3と基体1との絶縁間隔を確保するとともに、信号端子3を基体1の貫通孔1a内に固定する機能を有する。このような封止材2の例としては、ホウケイ酸ガラス,ソーダガラス等のガラスおよびこれらのガラスに封止材2の熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられ、インピーダンスマッチングのためにその比誘電率を適宜選択する。比誘電率を低下させるフィラーとしては、酸化リチウム等が挙げられる。
The sealing
例えば、封止材2に比誘電率が6.8であるものを用いると、貫通孔1aの直径は、信号
端子3の外径が0.25mmの場合は、0.75mmとすることで特性インピーダンスを25Ωとすることができる。また、封止材2に比誘電率が5であるものを用いると、信号端子3の外径が0.25mmの場合は、貫通孔1aの直径を0.64mmとすることで特性インピーダンスを25Ωと、貫通孔1aの直径を1.62mmとすることで特性インピーダンスを50Ωとすることができる。
For example, when the sealing
信号端子3は、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属から成り、例えば信号端子3がFe−Ni−Co合金から成る場合は、このインゴット(塊)に圧延加工や打ち抜き加工,切削加工等の周知の金属加工方法を施すことによって、長さが1.5〜22mmで
直径が0.1〜1mmの線状に製作される。信号端子3の強度を確保しながらより高い特性
インピーダンスでのマッチングを行ないつつ小型にするには、信号端子3の直径は0.15〜0.25mmが好ましい。信号端子3の直径が0.15mmよりも細くなると、電子部品搭載用パッケージを実装する場合の取り扱いで信号端子3が曲がりやすくなり、作業性が低下しやすくなる。また、直径が0.25mmよりも太くなると、インピーダンス整合させた場合の貫通孔1aの径が信号端子3の径に伴い大きくなるので、製品の小型化に向かないものとなってしまう。
The
信号端子3を貫通孔1aに充填された封止材2を貫通して固定するには、例えば、封止材2がガラスから成る場合は、まず、周知の粉体プレス法や押し出し成形法を用いてガラス粉末を成形して、内径を信号端子3の外径に合わせ、外径を貫通孔1aの形状に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材2の成形体の孔に信号端子3を挿通して成形対を型に挿入して、所定の温度に加熱してガラスを溶融させた後、冷却して固化させることによって、信号端子3が固定された所定形状の封止材2を形成しておく。これにより、封止材2によって貫通孔1aが気密に封止されるとともに、封止材2によって信号端子3が基体1と絶縁されて固定され、同軸線路が形成される。あらかじめ貫通孔1aの形状に合わせた封止材2だけを形成しておき、これを貫通孔1aに挿入するとともに信号端子3も封止材2の孔に挿通し、封止材2と貫通孔1aの内面および信号端子3の外面との接合を同時に行なってもよい。
To fix the
基体1には接地端子7が接合される。接地端子7は、信号端子3と同様にして製作され、基体1の下面にろう材等を用いて接合される。位置決めの容易性と接合強度の向上のために、予め基体1の下面に穴を形成しておき、その穴に接地端子7を挿入して接合してもよい。このようにして基体1に接地端子7を接合することによって、接続端子3を外部電気回路に接続した際には、基体1が接地導体としても機能する。
A
配線基板4は、酸化アルミニウム(アルミナ:Al2O3)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等のセラミックス絶縁材料等から成る絶縁基板に信号線路導体4aを含む配線導体が形成されたものである。絶縁基板が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、まずアルミナ(Al2O3)やシリカ(SiO2),カルシア(CaO),マグネシア(MgO)等の原料粉末に適当な有機溶剤,溶媒を添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
The
配線基板4は、その厚みが信号端子3と貫通孔1aの内面との距離と同程度である。詳細には配線基板4の誘電体である絶縁基板の厚みが信号端子3の外面と貫通孔1aの内面との距離、即ち信号端子3と貫通孔1aとの間にある誘電体である封止材2の厚みと同程度である。配線基板4の絶縁基板の厚みが封止材2の厚みの±20%であれば、上記したよ
うに、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換途中における伝播モードが安定して電磁波が放射されるのを抑えることができる。図3に示す例では、基体1の搭載面1bと貫通孔1aの内面とが面一になっているが、配線基板4の絶縁基板の厚みが封止材2の厚みの±20%であればよいので、また、信号端子3と信号線路導体4aとの間のろう材5や配線基板4と基体1との間の接合材の厚みによって、搭載面1bの貫通孔1aに対する位置は、貫通孔1aの内側であっても外側であっても構わない。貫通孔1aの形成のしやすさを考慮すると、搭載面1bが貫通孔1aの外側に位置するほうが好ましい。
The thickness of the
配線導体は、例えば、図6に示す例の配線基板4では、絶縁基板の上面には信号端子3を接続するための信号線路導体4aと、電子部品6を搭載するとともに電子部品6の下面の接地電極を接続するための接地用導体とが形成され、下面には基体1に搭載して接続するための搭載用導体が形成され、接地用導体と搭載用導体とは、絶縁基板の側面に形成された、または絶縁基板を貫通して形成された接続導体によって接続される。
For example, in the
信号線路導体4aは、電子部品6に信号端子3からの信号を伝達する機能を持つ。配線基板4の誘電体の比誘電率が9.5のアルミナで、厚みが0.2mmであり、信号配線4aがマイクロストリップ構造である場合であれば、信号線路導体4aの幅は0.64mmにおいて、特性インピーダンスが25Ωとなる。
The
また信号線路導体4aは、電子部品6によってその接続が異なるので、それに応じて形成されるものである。また、電子部品6と信号線路導体4aとは例えばボンディングワイヤ6aによって接続されるが、このボンディングワイヤ6aを短くすることで信号の伝送損失を少なくするために、例えば図2,図5および図6に示す例のように信号線路導体4aを屈曲した形状として、ボンディングワイヤ6aの接続位置が電子部品6にできるだけ近くなるようにするのが好ましい。
The
なお、信号線路導体4aを屈曲させる場合には、例えば図2,図5および図6に示す例のように、屈曲角度が90°よりも大きくなるように段階的に屈曲させたり、屈曲部の角の部分に丸みをつけたりすると、屈曲部での反射による高周波の損失を少なくすることができるので好ましい。段階的に屈曲させる場合は、屈曲角度を120°以上とすると損失がよ
り少なくなるので好ましい。また、図2お,図5および図6に示す例では屈曲部の外側だけを段階的に屈曲させているが、屈曲部の内側も同様に段階的に屈曲させたり丸みをつけたりするのがより好ましい。
When the
上述したように、信号線路導体4aの一端は、配線基板4の貫通孔1a側の端部まで形成され、信号線路導体4aの一端に信号線路導体4aの幅方向に延びる容量導体4bが接続されている。同軸構造とマイクロストリップ構造との間の部分を短くしてインピーダンスが整合しない部分を短くするのが好ましい。具体的には、信号端子3の基体1の主面から突出して配線基板4の信号線路導体4aに接続されるまでの部分の長さは、信号端子3を伝送する信号の波長の4分の1より短いと、高周波信号の伝送特性が良好となる。この長さを短くするには、図6(b)に示す例のように、配線基板4の端まで信号線路導体4aを形成して、配線基板4を基体1の貫通孔1aが開口する面に当接させて搭載するとよい。このとき、容量導体4b長さが長く、容量導体4bの先端側がグランドである基体1に接触してしまう場合には、図4(a)〜図4(c)に示す例のように、信号線路導体4aは配線基板4の貫通孔1a側の端から0.1mm程度内側まで形成するとよい。あるいは
、図6(b)に示す例のように、容量導体4bの先端側を配線基板4の貫通孔1a側の端から0.1mm程度内側に形成すると、より伝送特性が良好なものとなる。
As described above, one end of the
容量導体4bの信号線路導体4aとの接続部の幅(図4に示すW)は、信号線路導体4aを伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいことが好ましい。このようにすることで
、特性インピーダンスが高くなる部分(同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部)と低インピーダンスとなる部分との距離が、伝送する周波数の波長に対して十分に小さくなるので、容量導体4bによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなる。
The width (W shown in FIG. 4) of the connection portion between the capacitive conductor 4b and the
また、信号端子3が信号線路導体4aと重なる部分の長さ(図6(b)に示すL3)は、容量導体4bの信号線路導体4aとの接続部の幅以下であることが好ましい。このようにすることで、信号線路導体4aの容量導体4bが接続されていな部分において、信号端子3が重なって接続されることで信号線路導体4aの見かけ上の厚みが厚くなり、これにより寄生容量が増加してインピーダンスミスマッチを発生させて伝送特性が劣化することを防ぐことができる。信号線路導体4aの容量導体4bが接続されている部分においては、逆に信号端子3も容量導体4bと同様に機能することとなるので、より小さい容量導体4bであってもインピーダンスマッチングが効果的なものとなる。
The length of the portion where the
また、容量導体4bの信号線路導体4aとの接続部からの長さ(図4に示すL1)は、信号線路導体4aを伝送する信号の波長の4分の1よりも小さいことが好ましい。このようにすることで、容量導体4bがオープンスタブのような共振器として機能することがないので、容量導体4bでの信号の共振によって伝送特性が劣化することを防ぐことができる。
Moreover, it is preferable that the length (L1 shown in FIG. 4) from the connection part with the
具体的には、信号線路導体4aを伝送する信号の伝送速度が25Gbpsである場合、3倍高調波成分を考慮すると、周波数成分は直流〜37.5GHzとなることから、上記信号線路導体4aにおいて、比誘電率が9.5のアルミナで、マイクロストリップ構造の場合、実
効比誘電率は約7以下となり、信号線路導体4aを伝送する信号の波長としては約3mmとなるので、容量導体4bの信号線路導体4aとの接続部の幅Wおよび長さL1は0.75mm以下であることが好ましい。
Specifically, when the transmission speed of the signal transmitted through the
容量導体4bの大きさは、必要とされる容量導体4bとグランドである基体1との容量結合の量に応じて設定される。この容量結合の大きさが大きい場合は、容量導体4bの面積を大きくすればよいので、その長さや幅を大きくすればよい。しかしながら、上記のような理由で、容量導体4bの長さL1および接続部の幅Wは小さい方がよいので、図4(b)および図4(c)のように、信号線路導体4aとの接続部の幅Wを小さくして、先端側の幅を大きくして信号線路導体4aの面積を大きくすればよい。
The size of the capacitive conductor 4b is set according to the amount of capacitive coupling between the required capacitive conductor 4b and the
また、面積を大きくするには、図4および図5に示す例のように、信号線路導体4aの端部の両側に容量導体4bを設ければよい。このような場合の信号線路導体4aとの接続部からの長さL1は、図5(a)に示す例のように、両側で異なるものであってもよい。図5(a)に示す例のように、信号線路導体4aの周囲の容量導体4bを形成するスペースに応じて、片側を長くしてもよい。
Further, in order to increase the area, the capacitive conductor 4b may be provided on both sides of the end portion of the
また、信号線路導体4aは、図5(b)および図5(c)に示す例のように、一端から他端側へ向かって幅が徐々に大きくなっている部分を有することが好ましい。信号線路導体4aの一端部では、容量導体4bによってインピーダンスが低くなってはいるが、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では完全にインピーダンスがマッチングしない、すなわちインピーダンスが高い場合があるので、この一端部では幅を狭くして高いインピーダンスに合わせ、所定の特性インピーダンスとされた他端側へかけて信号線路導体4aの幅を広げることでインピーダンスマッチングを取る必要があり、その幅を徐々に大きくすることで特性インピーダンスの変化が緩やかとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。
Moreover, it is preferable that the
このとき、信号線路導体4aの幅が徐々に大きくなる部分の長さ(図5に示すL2)が信号線路導体4aを伝送する信号の波長の4分の1以上の長さであるときには、特性インピーダンスの変化が緩やかとなる距離L2が伝送する周波数の波長に対して十分に大きくなるので、信号線路導体4aの幅が徐々に広くなることによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなり、より良好な伝送特性を得ることができる。
At this time, when the length (L2 shown in FIG. 5) of the portion where the width of the
信号線路導体4aの幅が徐々に大きくなる部分は、図5(c)に示す例のように、信号線路導体4aの一端側だけであってもよいし、図5(b)に示す例のように、電子部品6との接続部までの全域であってもよい。
The portion where the width of the
信号線路導体4aを含む配線導体の形成方法は、絶縁基板と同時焼成で、あるいは絶縁基板を作製した後に金属メタライズを形成する周知の方法や、絶縁基板を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法によって形成する方法がある。電子装置が小型である場合は、それに搭載される配線基板4はさらに小さいので、配線導体は微細なものとなり、また配線導体と信号端子3との位置合わせ精度を高めるためには蒸着法やフォトリソグラフィ法によって形成する方法が好ましく、この場合は、必要に応じて絶縁基板の主面に研磨加工を施す場合もある。
The wiring conductor including the
以下、配線導体を蒸着法やフォトリソグラフィ法によって形成する場合について詳細に説明する。配線導体は、例えば密着金属層,拡散防止層および主導体層が順次積層された3層構造の導体層から成る。 Hereinafter, the case where the wiring conductor is formed by vapor deposition or photolithography will be described in detail. The wiring conductor is composed of a conductor layer having a three-layer structure in which, for example, an adhesion metal layer, a diffusion prevention layer, and a main conductor layer are sequentially laminated.
密着金属層は、セラミックス等から成る絶縁基板との密着性を良好とするという観点からは、チタン(Ti),クロム(Cr),タンタル(Ta),ニオブ(Nb),ニッケル−クロム(Ni−Cr)合金,窒化タンタル(Ta2N)等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうちの少なくとも1種より成るのが好ましく、その厚みは0.01〜0.2μm程度
が好ましい。密着金属層の厚みが0.01μm未満では、密着金属層を絶縁基板に強固に密着することが困難となる傾向があり、0.2μmを超えると、成膜時の内部応力によって密着
金属層が絶縁基板から剥離し易くなる傾向がある。
From the viewpoint of improving the adhesion with an insulating substrate made of ceramics or the like, the adhesion metal layer is made of titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel-chromium (Ni- It is preferable that the thermal expansion coefficient is at least one of metals close to that of ceramics, such as a Cr) alloy and tantalum nitride (Ta 2 N), and the thickness is preferably about 0.01 to 0.2 μm. If the thickness of the adhesion metal layer is less than 0.01 μm, it tends to be difficult to firmly adhere the adhesion metal layer to the insulating substrate. If the thickness exceeds 0.2 μm, the adhesion metal layer is insulated by the internal stress during film formation. It tends to become easy to peel off.
拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金(Pt),パラジウム(Pd),ロジウム(Rh),ニッケル(Ni),Ni−Cr合金,Ti−W合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも1種より成ることが好ましく、その厚みは0.05〜1μm程度が好ましい。拡散防止層の厚みが0.05μm未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向があり、1μmを超えると、成膜時の内部応力によって拡散防止層が密着金属層から剥離し易く成る傾向がある。なお、拡散防止層にNi−Cr合金を用いる場合は、Ni−Cr合金は絶縁基板との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。 From the viewpoint of preventing mutual diffusion between the adhesion metal layer and the main conductor layer, the diffusion prevention layer is platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), nickel (Ni), Ni—Cr alloy, Ti— It is preferably made of at least one metal having good thermal conductivity such as W alloy, and the thickness is preferably about 0.05 to 1 μm. If the thickness of the diffusion preventing layer is less than 0.05 μm, defects such as pinholes tend to be generated and it becomes difficult to perform the function as the diffusion preventing layer. There is a tendency to easily peel from the adhesion metal layer. When a Ni—Cr alloy is used for the diffusion preventing layer, the adhesion metal layer can be omitted because the Ni—Cr alloy has good adhesion to the insulating substrate.
主導体層は、電気抵抗の小さい金(Au),Cu,Ni,銀(Ag)の少なくとも1種より成ることが好ましく、その厚みは0.1〜5μm程度が好ましい。主導体層の厚みが0.1μm未満では、電気抵抗が大きなものとなり配線基板4の配線導体に要求される電気抵抗を満足できなくなる傾向があり、5μmを超えると、成膜時の内部応力によって主導体層が拡散防止層から剥離し易く成る傾向がある。また、Cuは酸化し易いので、その上にNiおよびAuからなる保護層を被覆してもよい。
The main conductor layer is preferably made of at least one of gold (Au), Cu, Ni, and silver (Ag) having a low electric resistance, and the thickness is preferably about 0.1 to 5 μm. If the thickness of the main conductor layer is less than 0.1 μm, the electric resistance tends to be large and the electric resistance required for the wiring conductor of the
このようにして作製した配線基板4を基体1の搭載面1bに接合し、信号端子3の先端と信号線路導体4aをろう材5で接続することで、本発明の電子部品搭載用パッケージとなる。
The
そして、電子部品6を配線基板4上に搭載するとともに、基体1に蓋体8を接合することによって、図2、図3および図6に示す例のような本発明の電子装置となる。上述したような配線基板4を備えることから、高周波での動作が良好な電子装置となる。
Then, by mounting the
電子部品6としては、LD(レーザーダイオード)やPD(フォトダイオ−ド)等の光半導体素子,半導体集積回路素子を含む半導体素子,水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子,圧力センサー素子,容量素子,抵抗器等が挙げられる。
Examples of the
電子部品6の配線基板4への搭載、あるいは配線基板4の電子部品搭載用パッケージへの搭載は、ろう材や導電性樹脂等の導電性の接合材によって固定することによって行なえばよい。例えば、配線基板4を基体1上に搭載した後に電子部品6を配線基板4上に搭載する場合は、配線基板4の固定には金−錫(Au−Sn)合金や金−ゲルマニウム(Au−Ge)合金のろう材を接合材として用い、電子部品6の固定には、これらよりも融点の低い錫−銀(Sn−Ag)合金や錫−銀−銅(Sn−Ag−Cu)合金のろう材や、融点よりも低い温度で硬化可能な、Agエポキシ等の樹脂製の接着剤を接合材として用いればよい。また、電子部品6を配線基板4上に搭載した後に配線基板4を基体1上に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、配線基板4を基体1上に搭載する際に用いる接合材の融点の方を低くすればよい。いずれの場合であっても、配線基板4上や基体1の搭載部1b上に接合材のペーストを周知のスクリーン印刷法を用いて印刷したり、フォトリソグラフィ法によって接合材層を形成したり、接合材となる低融点ろう材のプリフォームを載置するなどすればよい。
The mounting of the
蓋体8は、基体1の外周領域に沿った外形で、基体1の搭載部1bに搭載された電子部品6を覆うような空間を有する形状のものである。電子部品6と対向する部分に光を透過させる窓を設けてもよいし、窓に換えて、または窓に加えて光ファイバおよび戻り光防止用の光アイソレータを接合したものでもよい。
The
蓋体8は、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金、Fe−Mn合金等の金属から成り、これらの板材にプレス加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって作製される。蓋体8は、基体1の材料と同程度の熱膨張係数を有するものが好ましく、基体1の材料と同じものを用いるのがより好ましい。蓋体8が窓を有する場合は、電子部品6と対向する部分に孔を設けたものに、平板状やレンズ状のガラス製の窓部材を低融点ガラスなどによって接合する。
The
蓋体8の基体1への接合は、シーム溶接やYAGレーザ溶接等の溶接またはAu−Snろう材等のろう材によるろう接によって行なわれる。
The
なお、本発明は上述の実施の形態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種々の変更を行なうことは何等差し支えない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、以上の例では、図1〜図3および図6に示すような円形の金属ステムを用いた電子部品搭載用パッケージを例として説明したが、本発明の電子部品搭載用パッケージは図7に示すような箱型の電子部品搭載用パッケージでも構わない。図7(a)は本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の一例を示す斜視図であり、図7(b)は図7(a)のA−A線における断面を示す断面図であり、図7(c)は平面図である。図7における各符号は、図1〜図6と同様の部位を示す。 For example, in the above example, an electronic component mounting package using a circular metal stem as shown in FIGS. 1 to 3 and 6 has been described as an example, but the electronic component mounting package of the present invention is shown in FIG. It may be a box-type electronic component mounting package as shown. FIG. 7A is a perspective view showing another example of the embodiment of the electronic component mounting package of the present invention, and FIG. 7B is a cross section showing a cross section taken along line AA of FIG. 7A. FIG. 7C is a plan view. Each code | symbol in FIG. 7 shows the site | part similar to FIGS.
図7に示す例の電子部品搭載用パッケージは、箱型の基体1の底面に搭載面1bが設けられ、底面を囲み、搭載面1bに垂直な枠部に貫通孔1aが設けられている。配線基板4は搭載面1bの上に搭載され、信号端子3は枠部に形成された貫通孔1a内に封止材2に
よって固定されている。そして、この信号端子3と配線基板4の一方主面上の信号線路導体4aとがろう材5によって電気的に接続されている。
The electronic component mounting package of the example shown in FIG. 7 is provided with a mounting surface 1b on the bottom surface of the box-shaped
図7に示す例の場合の基体1は、上記同様の金属のインゴットを圧延加工,打ち抜き加工,切削加工など周知の金属加工法を用いて作製した枠体を銀ろう等の接合材で平板に接合することによって形成される。また、例えばメタル・インジェクション・モールド法等によって枠部を平板と一体的に形成して基体1を作製してもよい。
In the case of the example shown in FIG. 7, a
図7に示す例の場合の配線基板4は、図1〜図3および図6に示す例の配線基板4と同様にして作製されるが、配線基板1の一方の主面には電子部品6は搭載されないので信号線路導体4aのみが形成され、この信号線路導体4aと接地導体として機能する他方の主面側の搭載用導体とでマイクロストリップ線路を構成している。
The
基体1の搭載面1bの上に電子部品6を搭載し、電子部品6の端子と配線基板4の信号線路導体4aとをボンディングワイヤ6aで接続するとともに、枠部の上面に蓋体8を接合することによって、本発明の電子装置となる。この例では電子部品6は基体1の搭載面1bに直接搭載されているが、これは電子部品6で発生した熱を金属製の基体1の搭載面1bを通して外部へ放熱するためである。電子部品6の発熱が大きい場合は、電子部品6(および配線基板4)と搭載面1bとの間にペルチェ素子等を搭載して、電子部品6を冷却するようにしてもよい。
The
1・・・・・基体
1a・・・・貫通孔
1b・・・・搭載面
2・・・・・封止材
3・・・・・信号端子
4・・・・・配線基板
4a・・・・信号線路導体
4b・・・・容量導体
5・・・・・ろう材
6・・・・・電子部品
6a・・・・ボンディングワイヤ
7・・・・・接地端子
8・・・・・蓋体
DESCRIPTION OF
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