JP3181036B2 - Mounting structure of high frequency package - Google Patents

Mounting structure of high frequency package

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JP3181036B2
JP3181036B2 JP14938098A JP14938098A JP3181036B2 JP 3181036 B2 JP3181036 B2 JP 3181036B2 JP 14938098 A JP14938098 A JP 14938098A JP 14938098 A JP14938098 A JP 14938098A JP 3181036 B2 JP3181036 B2 JP 3181036B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高周波用パッケージ
の実装構造に関するもので、特に、マイクロ波帯からミ
リ波帯領域の高周波用の半導体素子を収納あるいは搭載
するのに好適な高周波用パッケージを、高周波信号の伝
送損失を低減して外部回路基板に接続するための実装構
造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency package mounting structure, and more particularly to a high-frequency package suitable for housing or mounting a high-frequency semiconductor device in a microwave band to a millimeter wave band. The present invention relates to a mounting structure for reducing transmission loss of a high-frequency signal and connecting to an external circuit board.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロ波やミリ波の信号を取り
扱う高周波用配線基板、例えば、その代表的な応用例で
ある半導体素子用パッケージは、誘電体から成る絶縁基
板と枠体により形成されたキャビティ内に半導体素子を
収納してこれを蓋体によって気密に封止した構造からな
る。
2. Description of the Related Art Hitherto, a high-frequency wiring board for handling microwave and millimeter-wave signals, for example, a semiconductor device package as a typical application example thereof is formed by an insulating substrate made of a dielectric and a frame. It has a structure in which a semiconductor element is housed in a cavity and this is hermetically sealed with a lid.

【0003】このキャビティ内に収納される半導体素子
が高周波用の素子である場合、高周波素子と接続される
線路の引き回しや、高周波用パッケージの外部回路基板
への実装も特殊な構造からなる。
When the semiconductor element housed in the cavity is a high-frequency element, the wiring connected to the high-frequency element and the mounting of the high-frequency package on an external circuit board also have a special structure.

【0004】例えば、高周波素子と電気的に接続された
ストリップ線路等の高周波用の信号伝送線路を枠体を通
してキャビティの内側から外側に引き出し、これを更に
誘電体基板の側面を経由して誘電体基板底面まで引き回
し、底面の線路と外部回路基板の配線層を半田等の接着
剤を介して接続して実装していた。
For example, a high-frequency signal transmission line such as a strip line electrically connected to a high-frequency element is drawn out from the inside of the cavity to the outside through a frame, and is further passed through a side surface of a dielectric substrate. The wiring is routed to the bottom surface of the board, and the bottom line and the wiring layer of the external circuit board are connected and mounted via an adhesive such as solder.

【0005】また他の例として、高周波用パッケージの
誘電体基板の底面に高周波線路を形成し、この高周波線
路と高周波素子とを絶縁基板を貫通するように設けられ
たスルーホール導体によって接続し、底面の線路と外部
回路基板の配線層を半田等の接着材を介して接続してい
た。
As another example, a high-frequency line is formed on the bottom surface of a dielectric substrate of a high-frequency package, and the high-frequency line and the high-frequency element are connected by a through-hole conductor provided to penetrate the insulating substrate. The bottom line and the wiring layer of the external circuit board are connected via an adhesive such as solder.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
高周波用パッケージをミリ波帯で用いる場合、ストリッ
プ線路等の信号伝送線路を枠体内を通過してキャビティ
の外側に引き出した際、枠体通過部で信号線路がマイク
ロストリップ線路からストリップ線路へと変換されるに
伴い、インピーダンス整合をとるため、信号線路幅を狭
くする必要がある。その結果、この通過部で反射損、放
射損が発生し、高周波信号の伝送特性が悪くなるという
問題がある。さらに、信号伝送線路を誘電体基板の角部
で曲折することから、曲折部での反射が大きくなり信号
の伝送損失が生じる。
However, when the above-mentioned high frequency package is used in the millimeter wave band, when a signal transmission line such as a strip line is pulled out of the cavity after passing through the frame, the frame passing portion is required. As the signal line is converted from a microstrip line to a strip line, it is necessary to reduce the width of the signal line in order to achieve impedance matching. As a result, there is a problem that reflection loss and radiation loss occur in the passing portion, and transmission characteristics of a high-frequency signal deteriorate. Further, since the signal transmission line is bent at the corner of the dielectric substrate, reflection at the bent portion is increased, and signal transmission loss occurs.

【0007】また、誘電体基板内に形成したスルーホー
ル導体を信号伝送線路として用いると、基板底面に形成
された信号伝送線路とスルーホール導体の接触部が曲折
するため、この曲折部分での反射が大きくなり、40G
Hz以上で急激な伝送損失が生じ、高周波領域で使用す
ることが困難であった。
When a through-hole conductor formed in a dielectric substrate is used as a signal transmission line, a contact portion between the signal transmission line formed on the bottom surface of the substrate and the through-hole conductor is bent, and the reflection at the bent portion is caused. Becomes larger and 40G
Abrupt transmission loss occurs at Hz or higher, making it difficult to use in a high frequency range.

【0008】このような従来の高周波用パッケージの問
題を解消すべく、本発明者等は、先に、キャビティ内に
て高周波素子を接続された高周波伝送線路と、誘電体基
板の底面に形成された高周波伝送線路とを、グランド層
に形成されたスロット孔によって電磁結合させることに
より、低損失な信号の伝送ができることを提案した(特
開平9−186268号)。
In order to solve such a problem of the conventional high-frequency package, the present inventors have first formed a high-frequency transmission line to which a high-frequency element is connected in a cavity and a bottom surface of a dielectric substrate. It has been proposed that a low-loss signal can be transmitted by electromagnetically coupling a high-frequency transmission line with a slot hole formed in a ground layer (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 9-186268).

【0009】ところが、この高周波用パッケージを種々
の電気回路が形成された外部回路基板の表面に形成され
た配線層に実装する場合、外部回路基板に形成された電
気回路によって、前記パッケージにおける電磁結合性が
低下し、信号の伝送特性に影響を及ぼす場合があること
がわかった。
However, when this high-frequency package is mounted on a wiring layer formed on the surface of an external circuit board on which various electric circuits are formed, electromagnetic coupling in the package is caused by the electric circuit formed on the external circuit board. It has been found that the transmission performance is deteriorated and may affect the signal transmission characteristics.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記高周
波用パッケージを高周波信号の伝送損失がなく外部回路
基板に表面実装するための構成について検討を重ねた結
果、特に、外部回路基板に設けられたグランド層によっ
て平行平板モードやストリップ線路の伝搬モードが発生
するために、パッケージの底面に形成された高周波伝送
線路とキャビティ内に形成された高周波伝送線路とのス
ロット孔による電磁結合性を低下させること、また、前
記パッケージの実装部において、少なくとも前記スロッ
ト孔形成部直下にはグランド層を形成しないことによ
り、前記外部回路基板における電磁結合部への影響を抑
制できることを見いだし、本発明に至った。
The present inventors have repeatedly studied a configuration for surface-mounting the high-frequency package on an external circuit board without transmission loss of a high-frequency signal. Since the parallel plane mode and the propagation mode of the strip line are generated by the provided ground layer, the electromagnetic coupling by the slot hole between the high frequency transmission line formed on the bottom surface of the package and the high frequency transmission line formed in the cavity is reduced. In addition, in the mounting portion of the package, it is found that by not forming a ground layer at least immediately below the slot hole forming portion, it is possible to suppress the influence on the electromagnetic coupling portion in the external circuit board. Reached.

【0011】即ち、本発明の高周波用パッケージの実装
構造は、誘電体基板と、該誘電体基板表面に搭載された
高周波素子と、該高周波素子を封止すべく前記誘電体基
板の表面に接合された蓋体と、前記誘電体基板表面に形
成され、一端が前記高周波素子と電気的に接続された第
1の信号伝送線路と、前記誘電体基板の底面に形成され
た第2の信号伝送線路と、前記誘電体基板内部に設けら
れ、前記第1の信号伝送線路の他端と、前記第2の信号
伝送線路の一端とが対峙する部分にスロット孔が形成さ
れてなる第1のグランド層とを具備し、前記第1の信号
伝送線路と前記第2の信号伝送線路とが前記スロット孔
を介して電磁的に結合してなる高周波用パッケージを、
少なくとも表面に第3の信号伝送線路が形成され、且つ
内部に第2のグランド層が設けられてなる外部回路基板
の表面に載置し、前記パッケージの前記第2の信号伝送
線路と、前記外部回路基板の第3の信号伝送線路とを電
気的に接続してなる高周波用パッケージの実装構造にお
いて、前記外部回路基板の前記第2のグランド層の少な
くとも前記パッケージにおける前記スロット孔形成部直
下に位置する箇所に、グランド層非形成領域を設けたこ
とを特徴とするものである。
That is, the mounting structure of the high-frequency package according to the present invention comprises a dielectric substrate, a high-frequency device mounted on the surface of the dielectric substrate, and a surface bonded to the dielectric substrate to seal the high-frequency device. A first signal transmission line formed on the surface of the dielectric substrate, one end of which is electrically connected to the high-frequency element; and a second signal transmission line formed on the bottom surface of the dielectric substrate. A first ground provided in the dielectric substrate and provided with a slot hole at a portion where the other end of the first signal transmission line and one end of the second signal transmission line face each other; A high-frequency package comprising a first layer and a second layer, wherein the first signal transmission line and the second signal transmission line are electromagnetically coupled through the slot hole.
A third signal transmission line is formed on at least a surface of the package, and the third signal transmission line is mounted on a surface of an external circuit board having a second ground layer provided therein. In a mounting structure of a high-frequency package in which a third signal transmission line of a circuit board is electrically connected, at least a position of the second ground layer of the external circuit board immediately below the slot hole forming portion in the package. Where a ground layer non-formation area is provided at a location where the ground layer is not formed.

【0012】また、前記グランド層非形成領域周囲の前
記第2のグランド層には、複数のスルーホール導体を形
成することが望ましい。
It is preferable that a plurality of through-hole conductors are formed in the second ground layer around the area where the ground layer is not formed.

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、誘電体基板と蓋体により形成
されるキャビティ内部において高周波素子と電気的に接
続された第1の信号伝送線路と、前記誘電体基板の底面
に形成された第2の信号伝送線路とを、前記誘電体基板
内に形成されたグランド層のスロット孔を介して対峙す
る位置に形成して電磁結合させることにより、伝送線路
が蓋体の側壁を通過したり、線路が屈曲することがない
ために、反射損、放射損の発生がなく、またスルーホー
ルやビアホール等による透過損失がないため、高周波信
号を伝送損失を低減しつつ伝送することができる。
According to the present invention, a first signal transmission line electrically connected to a high-frequency element inside a cavity formed by a dielectric substrate and a lid, and a first signal transmission line formed on a bottom surface of the dielectric substrate. 2 and the signal transmission line are formed at positions opposing each other via a slot hole of the ground layer formed in the dielectric substrate and are electromagnetically coupled, so that the transmission line passes through the side wall of the lid, Since the line is not bent, there is no reflection loss or radiation loss, and there is no transmission loss due to through holes or via holes, so that high-frequency signals can be transmitted while reducing transmission loss.

【0014】また、外部回路基板に設けられたグランド
層内の高周波用パッケージのスロット孔形成部直下に位
置する箇所に、グランド層非形成領域を設けることによ
り、グランド層により磁場が歪められることがなく、そ
の結果、パッケージにおける電磁結合部に及ぼす影響が
抑制され、伝送特性の劣化を抑制できる。そのため、電
磁結合部の電磁界分布は外部回路基板に実装していない
状態と比較して極端に変化することがなく、伝送損失の
小さい高感度な高周波信号を伝送することができる。
Further, by providing a ground layer non-forming area in a ground layer provided on the external circuit board immediately below the slot hole forming portion of the high-frequency package, the magnetic field may be distorted by the ground layer. As a result, as a result, the effect on the electromagnetic coupling portion in the package is suppressed, and deterioration of the transmission characteristics can be suppressed. Therefore, the electromagnetic field distribution of the electromagnetic coupling portion does not change drastically as compared with a state where the electromagnetic field is not mounted on the external circuit board, and a high-sensitivity high-frequency signal with small transmission loss can be transmitted.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の高周波用パッケージの実
装構造を図面に基づき詳述する。図1は本発明の一実施
例を示す高周波用パッケージを外部回路基板に表面実装
した実装構造の断面図である。図1によれば、高周波用
パッケージ1は、誘電体材料からなる誘電体基板2と蓋
体3によりキャビティ4が形成されており、そのキャビ
ティ4内の誘電体基板2表面にMMIC、MICなどの
高周波素子5が搭載されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The mounting structure of a high-frequency package according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a mounting structure in which a high-frequency package according to an embodiment of the present invention is surface-mounted on an external circuit board. According to FIG. 1, a high-frequency package 1 has a cavity 4 formed by a dielectric substrate 2 made of a dielectric material and a lid 3, and the surface of the dielectric substrate 2 in the cavity 4 is made of MMIC, MIC, or the like. The high frequency element 5 is mounted.

【0016】蓋体3は、キャビティ4からの電磁波が外
部に漏洩するのを防止できる電磁波遮蔽性を有する材
料、あるいは電磁波遮蔽材料が蓋基体に塗布されたもの
からなることが望ましく、金属、セラミックス、セラミ
ックス−金属複合材料、ガラスセラミックス、ガラス有
機樹脂系複合材料等が使用できる。
The cover 3 is preferably made of a material having an electromagnetic wave shielding property capable of preventing electromagnetic waves from the cavity 4 from leaking to the outside, or a material in which an electromagnetic wave shielding material is applied to a lid base, and is preferably made of metal, ceramics, or the like. , Ceramic-metal composite materials, glass ceramics, glass organic resin-based composite materials, and the like.

【0017】本発明によれば、上記の高周波用パッケー
ジ1のキャビティ4内の誘電体基板2の表面には、高周
波素子5への信号の入出力を担う第1の信号伝送線路7
が形成されており、この線路7の端部は、高周波素子5
と、ワイヤボンディング、リボン、テープや、フリップ
チップ実装等によって電気的に接続されている。
According to the present invention, the first signal transmission line 7 for inputting / outputting signals to / from the high-frequency element 5 is provided on the surface of the dielectric substrate 2 in the cavity 4 of the high-frequency package 1.
Is formed, and the end of the line 7 is connected to the high-frequency element 5.
Are electrically connected by wire bonding, ribbon, tape, flip chip mounting, or the like.

【0018】また、誘電体基板2内部には、第1のグラ
ンド層6がほぼ全面にわたり形成されており、前記第1
の信号伝送線路7は、このグランド層6とともにマイク
ロストリップ線路を形成している。
In the dielectric substrate 2, a first ground layer 6 is formed over substantially the entire surface.
The signal transmission line 7 forms a microstrip line together with the ground layer 6.

【0019】さらに、誘電体基板2の底面には、第2の
信号伝送線路8が設けられており、グランド層6ととも
にマイクロストリップ線路を形成している。
Further, a second signal transmission line 8 is provided on the bottom surface of the dielectric substrate 2, and forms a microstrip line together with the ground layer 6.

【0020】そして、グランド層6には導体が形成され
ていないスロット孔9が形成されており、第1の信号伝
送線路7と第2の信号伝送線路8とは、このスロット孔
9を介して各線路の端部を対峙させることにより互いに
電磁結合され、第1の信号伝送線路7と第2の信号伝送
線路8間で損失のない信号の伝達が行われる。
The ground layer 6 has a slot 9 in which no conductor is formed. The first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8 are connected through the slot 9. By causing the ends of the lines to face each other, they are electromagnetically coupled to each other, so that lossless signal transmission is performed between the first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8.

【0021】この電磁結合構造は、具体的には、図2に
示すように、スロット孔9は、長辺と短辺とから成る長
方形の他、楕円形状の細長い孔であってもよく、また、
スロット形状は使用周波数によって特定され、スロット
孔9の長辺の長さaは、信号の伝送効率を上げる点で伝
送信号の波長λの1/2相当の長さにするのが望まし
く、スロット孔9の短辺の長さbは伝送信号の波長λの
1/5相当の長さから1/50相当の長さに設定するの
が望ましい。
In this electromagnetic coupling structure, specifically, as shown in FIG. 2, the slot hole 9 may be an elliptical elongated hole in addition to a rectangle having long sides and short sides. ,
The slot shape is specified by the operating frequency, and the length a of the long side of the slot hole 9 is desirably set to a length corresponding to の of the wavelength λ of the transmission signal in order to increase the signal transmission efficiency. It is desirable to set the length b of the short side of 9 to a length corresponding to 1/5 to 1/50 of the wavelength λ of the transmission signal.

【0022】そして、第1の信号伝送線路7および第2
の信号伝送線路8を、上記形状のスロット孔9に対し
て、平面的にみて、スロット孔9の中心xを通過し、互
いに長さyの分だけ突き出るように配設される。この突
き出し長さyは伝送信号の波長λの約1/4相当の長さ
が望ましい。
Then, the first signal transmission line 7 and the second
The signal transmission line 8 is disposed so as to pass through the center x of the slot hole 9 and protrude from each other by the length y when viewed in a plan view with respect to the slot hole 9 having the above shape. The protrusion length y is desirably a length corresponding to about 4 of the wavelength λ of the transmission signal.

【0023】一方、上記の高周波用パッケージ1を実装
するための外部回路基板10によれば、絶縁基板11の
表面に高周波信号が伝送可能な第3の信号伝送線路12
が形成されている。また、この外部回路基板10の内部
には、第2のグランド層13が形成されており、第3の
信号伝送線路12は、第2のグランド層13とともに、
マイクロストリップ線路を形成している。
On the other hand, according to the external circuit board 10 for mounting the high-frequency package 1, the third signal transmission line 12 capable of transmitting a high-frequency signal is provided on the surface of the insulating substrate 11.
Are formed. Further, a second ground layer 13 is formed inside the external circuit board 10, and the third signal transmission line 12 is formed together with the second ground layer 13.
A microstrip line is formed.

【0024】本発明によれば、上記の構成からなる高周
波用パッケージ1は、外部回路基板10に搭載され、高
周波用パッケージ1の底面に形成された第2の信号伝送
線路8と外部回路基板10上に形成された第3の信号伝
送線路12とを半田バンプ14等を介して接続すること
により、高周波用パッケージ1を外部回路基板10に実
装することができる。
According to the present invention, the high-frequency package 1 having the above configuration is mounted on the external circuit board 10, and the second signal transmission line 8 formed on the bottom surface of the high-frequency package 1 and the external circuit board 10 The high-frequency package 1 can be mounted on the external circuit board 10 by connecting the third signal transmission line 12 formed thereon via the solder bumps 14 and the like.

【0025】より具体的には、マイクロストリップ線路
からなる第2の信号伝送線路8と、マイクロストリップ
線路からなる第3の信号伝送線路12とで、マイクロス
トリップ線路同士の接続を行うと、電磁界分布が接続部
前後で逆向きとなるため、信号の伝送損失が大きくな
り、良好な特性が得られにくい。そこで、図3のパッケ
ージ1の底面における配線パターン図に示すように、第
2の信号伝送線路8の終端部を、線路8の両側に一対の
グランド層8’を形成したグランド付きコプレーナ線路
によって形成し、また外部回路基板10における第3の
信号伝送線路12の終端部も、第2の信号伝送線路と同
様に図4の外部回路基板10表面の配線パターン図に示
すように、線路12の両側に一対のグランド層12’を
形成したグランド付きコプレーナ線路によって構成し、
それらの線路8、12と、グランド層8’とグランド層
12’同士を半田等により接続することにより伝送損失
を低減した信号の伝達を行うことができる。なお、グラ
ンド層8’はパッケージ1の誘電体基板2内にあるグラ
ンド層6とビアホール導体または誘電体基板2の側面に
形成したキャスタレーション(図示せず)等によって接
続して、同電位に維持されることが望ましい。
More specifically, when the microstrip lines are connected to each other by the second signal transmission line 8 made of a microstrip line and the third signal transmission line 12 made of a microstrip line, an electromagnetic field Since the distribution is reversed before and after the connection, signal transmission loss increases, and it is difficult to obtain good characteristics. Therefore, as shown in the wiring pattern diagram on the bottom surface of the package 1 in FIG. 3, the end of the second signal transmission line 8 is formed by a grounded coplanar line having a pair of ground layers 8 ′ formed on both sides of the line 8. Also, as shown in the wiring pattern diagram on the surface of the external circuit board 10 in FIG. 4, the terminal end of the third signal transmission line 12 in the external circuit board 10 is also on both sides of the line 12 similarly to the second signal transmission line. And a grounded coplanar line formed with a pair of ground layers 12 ′,
By connecting the lines 8 and 12, the ground layer 8 'and the ground layer 12' to each other by soldering or the like, it is possible to transmit a signal with reduced transmission loss. The ground layer 8 ′ is connected to the ground layer 6 in the dielectric substrate 2 of the package 1 by a via-hole conductor or a castellation (not shown) formed on the side surface of the dielectric substrate 2 to maintain the same potential. It is desirable to be done.

【0026】本発明によれば、外部回路基板10内に形
成された第2のグランド層13におおいて、高周波用パ
ッケージ1の第1のグランド層に形成されたスロット孔
9の少なくとも直下に位置する領域に、グランド層非形
成領域15が形成されている。このグランド層非形成領
域15は図5の第2グランド層13のパターン図に示す
ように、円形の他、楕円形、多角形等でもよい。
According to the present invention, the second ground layer 13 formed in the external circuit board 10 is located at least immediately below the slot hole 9 formed in the first ground layer of the high-frequency package 1. The non-ground layer forming region 15 is formed in the region where the ground layer is formed. As shown in the pattern diagram of the second ground layer 13 in FIG. 5, the non-ground layer forming region 15 may be elliptical, polygonal, or the like in addition to the circular shape.

【0027】なお、このグランド層非形成領域15は、
図5に示すように、望ましくは、平面的にみて、前記図
2で示した電磁結合構造におけるスロット孔9のみなら
ず、第1の信号伝送線路7および第2の信号伝送線路8
のスロット孔9中心xからの突き出し部の直下部を包含
するように形成する。例えば、信号周波数が60GHz
の場合、グランド層非形成領域15は、概ね縦1.0m
m以上、横3.0mm以上であることが望ましい。
The non-ground layer forming area 15 is
As shown in FIG. 5, desirably, not only the slot hole 9 in the electromagnetic coupling structure shown in FIG. 2 but also the first signal transmission line 7 and the second signal transmission line 8 in plan view.
Is formed so as to include a portion directly below the protruding portion from the center x of the slot hole 9 of FIG. For example, if the signal frequency is 60 GHz
In the case of, the ground layer non-forming region 15 is approximately
m and 3.0 mm or more in width.

【0028】また、外部回路基板10においては、第3
の信号伝送線路12、第2のグランド層13以外に、高
周波素子5に電力を供給するための電源層等のその他の
配線層16が形成される場合があるが、本発明によれ
ば、パッケージ1のスロット孔9の直下部においては、
外部回路基板10の表面から裏面まで、第2のグランド
層13のみならず、それらの配線層が一切存在しないこ
とが望ましい。グランド層以外の配線層によっても、パ
ッケージ1における電磁結合性に影響を及ぼす場合があ
るためである。
In the external circuit board 10, the third
Other wiring layers 16 such as a power supply layer for supplying power to the high-frequency element 5 may be formed in addition to the signal transmission line 12 and the second ground layer 13 according to the present invention. Immediately below one slot hole 9,
From the front surface to the back surface of the external circuit board 10, it is desirable that not only the second ground layer 13 but also those wiring layers do not exist at all. This is because wiring layers other than the ground layer may affect the electromagnetic coupling in the package 1.

【0029】特に、本発明によれば、電磁結合性への影
響を最小限にするために、図6(a)の断面図および
(b)の第2のグランド層13のパターン図に示すよう
に、グランド層非形成領域15の周囲の第2のグランド
層13に、複数のスルーホール導体17を形成し、電源
層16などと電磁的に隔離することが望ましい。これら
複数のスルーホール導体17は、信号を遮断可能な間隔
zに設定される。このスルーホール導体17の形成によ
って、パッケージ1における電磁結合部と、外部回路基
板10における各種の配線層との相互干渉を防止するこ
とができる。
In particular, according to the present invention, in order to minimize the influence on the electromagnetic coupling, as shown in the sectional view of FIG. 6A and the pattern diagram of the second ground layer 13 of FIG. In addition, it is desirable to form a plurality of through-hole conductors 17 in the second ground layer 13 around the non-ground layer forming region 15 and to electromagnetically isolate the power supply layer 16 and the like. The plurality of through-hole conductors 17 are set at an interval z at which a signal can be cut off. By forming the through-hole conductor 17, mutual interference between the electromagnetic coupling portion of the package 1 and various wiring layers of the external circuit board 10 can be prevented.

【0030】このスルーホール導体17は、例えば、外
部回路基板10の表面、底面あるいは内部に導体層18
を形成し、その導体層18と第2のグランド層13とを
電気的に接続することが望ましい。
The through-hole conductor 17 is formed, for example, on the surface, bottom, or inside of the external circuit board 10 by a conductor layer 18.
It is desirable that the conductive layer 18 and the second ground layer 13 be electrically connected.

【0031】なお、上記のパッケージ1の誘電体基板2
および外部回路基板10の絶縁基板11は、アルミナ
(Al2 3 )、ムライト、ガラス、ガラスセラミック
ス、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si3
4 )等のセラミックス、有機樹脂、有機樹脂−ガラス繊
維、有機樹脂−無機質フィラーなどの複合材料、石英等
によって構成される。
The dielectric substrate 2 of the package 1
The insulating substrate 11 of the external circuit board 10 is made of alumina (Al 2 O 3 ), mullite, glass, glass ceramics, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N).
4 ), etc., and a composite material such as an organic resin, an organic resin-glass fiber, an organic resin-inorganic filler, quartz, or the like.

【0032】また、パッケージ1内の信号伝送線路、グ
ランド層などの導体層、外部回路基板10における信号
伝送線路、グランド層などは高周波信号の伝送損失を小
さくするために、Ag、Cu、Au等の低抵抗導体を用
いることが望ましい。さらに、前記絶縁基板がセラミッ
クスからなる場合、焼成温度が800〜1000℃程度
のガラスセラミックス等の低温焼結性のセラミックスを
選択することにより、前記低抵抗金属と同時焼成するこ
とが可能である。
The signal transmission line in the package 1, the conductor layer such as the ground layer, the signal transmission line in the external circuit board 10, the ground layer, etc. are made of Ag, Cu, Au or the like in order to reduce the transmission loss of the high frequency signal. It is desirable to use a low resistance conductor. Further, when the insulating substrate is made of ceramics, it is possible to co-fire with the low-resistance metal by selecting a low-temperature sinterable ceramic such as a glass ceramic having a firing temperature of about 800 to 1000 ° C.

【0033】[0033]

【実施例】実施例1 図1の高周波用パッケージにおいて、誘電率8.9、誘
電損失29.0×10-4(測定周波数60GHz)のア
ルミナからなる厚さ400μmの誘電体基板にタングス
テンを導体とする第1および第2の信号伝送線路、さら
に誘電体基板の表面から200μmの深さ位置に第1の
グランド層を、また、高周波素子への電源層も合わせて
同時焼成して形成した。そして、表面の第1および第2
の信号伝送線路表面にはさらに金めっきを施して高周波
用パッケージを作製した。
EXAMPLE 1 In the high-frequency package of FIG. 1, tungsten was applied to a 400 μm-thick dielectric substrate made of alumina having a dielectric constant of 8.9 and a dielectric loss of 29.0 × 10 -4 (measuring frequency 60 GHz). The first and second signal transmission lines described above, the first ground layer at a depth of 200 μm from the surface of the dielectric substrate, and the power supply layer to the high-frequency element were also formed by simultaneous firing. And the first and second surfaces
The surface of the signal transmission line was further plated with gold to produce a high-frequency package.

【0034】なお、電磁結合部におけるスロット孔の長
辺aは0.85mm,短辺bは0.2mmとして、突き
出し長さyを0.3mmとした。
The long side a of the slot hole in the electromagnetic coupling portion was 0.85 mm, the short side b was 0.2 mm, and the protrusion length y was 0.3 mm.

【0035】一方、誘電率2.3、誘電損失9.0×1
-4(測定周波数10GHz)のガラスクロス−テフロ
ン樹脂の複合材料を絶縁基板とする外部回路基板に、銅
からなる第3の信号伝送線路、第2のグランド層および
電源層を形成した。第2のグランド層は実装表面から1
30μmの深さ位置に形成した。また、第2グランド層
には、高周波用パッケージのスロット孔形成部直下を中
心とする縦3.0mm、横3.0mmの正方形のグラン
ド層非形成領域を設けた。なお、電源層は外部回路基板
を平面的にみてグランド層非形成領域の外側に形成し
た。
On the other hand, the dielectric constant is 2.3 and the dielectric loss is 9.0 × 1.
A third signal transmission line made of copper, a second ground layer, and a power supply layer were formed on an external circuit board using a glass cloth-Teflon resin composite material of 0 -4 (measuring frequency 10 GHz) as an insulating substrate. The second ground layer is 1
It was formed at a depth of 30 μm. Further, the second ground layer was provided with a square ground layer non-formation area having a length of 3.0 mm and a width of 3.0 mm centered immediately below the slot hole forming portion of the high frequency package. The power supply layer was formed outside the region where the ground layer was not formed when the external circuit board was viewed in plan.

【0036】そして、高周波用パッケージの第2の信号
伝送線路の端部に形成されたグランド付きコプレーナ線
路のグランド層にペースト状の共晶半田をスクリーン印
刷で塗布した。その後、外部回路基板の第3の信号伝送
線路端部のグランド付きコプレーナ線路と、高周波用パ
ッケージ側の前記グランド付きコプレーナ線路とが接触
するように、高周波用パッケージを外部回路基板に載置
し、190℃程度の温度で熱処理して、前記半田を溶融
させて高周波用パッケージを外部回路基板に表面実装し
た。
Then, paste-like eutectic solder was applied by screen printing to the ground layer of the coplanar line with ground formed at the end of the second signal transmission line of the high-frequency package. Thereafter, the high-frequency package is placed on the external circuit board such that the grounded coplanar line at the end of the third signal transmission line of the external circuit board contacts the grounded coplanar line on the high-frequency package side, A heat treatment was performed at a temperature of about 190 ° C. to melt the solder, and the high-frequency package was surface-mounted on an external circuit board.

【0037】得られた実装物に対して、高周波用パッケ
ージと外部回路基板間の伝送特性をネットワークアナラ
イザにより測定し、S21特性を図7に示した。なお、
測定箇所は高周波用パッケージの高周波素子載置部から
外部回路基板上の第3の信号伝送線路の間で行った。測
定のため第1の信号伝送線路は高周波素子載置部でマイ
クロストリップ線路からグランド付きコプレーナ線路に
変換した。測定の結果、周波数58GHzから62GH
zにてS11が−10dB以下、S21が−1.2dB
以上の良好な伝送特性を示した。
The transmission characteristics between the high-frequency package and the external circuit board were measured with a network analyzer for the obtained package, and the S21 characteristics are shown in FIG. In addition,
The measurement was performed between the high-frequency element mounting portion of the high-frequency package and the third signal transmission line on the external circuit board. For measurement, the first signal transmission line was converted from a microstrip line to a grounded coplanar line at the high-frequency element mounting portion. As a result of the measurement, the frequency was 58 GHz to 62 GHz.
In z, S11 is -10 dB or less, S21 is -1.2 dB
The above good transmission characteristics were shown.

【0038】実施例2 図1の高周波用パッケージにおいて、誘電率8.9、誘
電損失29.0×10-4(測定周波数60GHz)のア
ルミナからなる厚さ400μmの誘電体基板にタングス
テンを導体とする第1および第2の信号伝送線路、さら
に誘電体基板の表面から200μmの深さ位置に第1の
グランド層を、また、高周波素子への電源層も合わせて
同時焼成して形成した。そして、表面の第1および第2
の信号伝送線路表面にはさらに金めっきを施して高周波
用パッケージを作製した。
Embodiment 2 In the high-frequency package of FIG. 1, tungsten was used as a conductor on a 400 μm-thick dielectric substrate made of alumina having a dielectric constant of 8.9 and a dielectric loss of 29.0 × 10 −4 (measuring frequency 60 GHz). The first and second signal transmission lines to be formed, a first ground layer at a depth of 200 μm from the surface of the dielectric substrate, and a power supply layer to the high-frequency element were also formed by simultaneous firing. And the first and second surfaces
The surface of the signal transmission line was further plated with gold to produce a high-frequency package.

【0039】なお、電磁結合部におけるスロット孔の長
辺bは0.85mm、短辺aは0.2mmとして、突き
出し長さyを0.3mmとした。
The long side b of the slot hole in the electromagnetic coupling portion was 0.85 mm, the short side a was 0.2 mm, and the protrusion length y was 0.3 mm.

【0040】一方、外部回路基板として、誘電率5.
0、誘電損失8.0×10-4(測定周波数60GHz)
のガラスセラミックスからなる絶縁基板に、銅を導電材
料として、第3の信号伝送線路、第2のグランド層およ
び電源層を形成した。第2グランド層には、高周波用パ
ッケージのスロット孔形成部直下を中心とする縦3.0
mm、横3.0mmの正方形のグランド層非形成領域を
設けた。さらにこの領域を囲むように、第2のグランド
層に径0.2mmのビアホールを0.5mm間隔で配置
した。なお、電源層は外部回路基板を平面的にみてグラ
ンド層非形成領域の外側に形成した。
On the other hand, as an external circuit board, a dielectric constant of 5.
0, dielectric loss 8.0 × 10 -4 (measuring frequency 60 GHz)
A third signal transmission line, a second ground layer, and a power supply layer were formed using copper as a conductive material on an insulating substrate made of the above glass ceramic. The second ground layer has a vertical length of 3.0 centered directly below the slot hole forming portion of the high frequency package.
A square ground non-formation area of 3.0 mm in width and 3.0 mm in width was provided. Further, via holes having a diameter of 0.2 mm were arranged in the second ground layer at 0.5 mm intervals so as to surround this region. The power supply layer was formed outside the region where the ground layer was not formed when the external circuit board was viewed in plan.

【0041】その後、上記高周波用パッケージを実施例
1と全く同様にして、外部回路基板表面に実装した。
Thereafter, the high-frequency package was mounted on the surface of an external circuit board in the same manner as in Example 1.

【0042】得られた構造物について、実施例1と同
様、高周波用パッケージの高周波素子載置部から外部回
路基板上の第3の信号伝送線路までの伝送特性をネット
ワ−クアナライザ−で測定し、S21特性を図8に示し
た。測定の結果、周波数45GHzから65GHzにて
S11が−10dB以下、S21が−1.5dB以上の
良好な伝送特性を示した。
For the obtained structure, the transmission characteristics from the high-frequency element mounting portion of the high-frequency package to the third signal transmission line on the external circuit board were measured with a network analyzer, as in the first embodiment. , S21 characteristics are shown in FIG. As a result of the measurement, S11 exhibited good transmission characteristics of -10 dB or less and S21 exhibited -1.5 dB or more at a frequency of 45 GHz to 65 GHz.

【0043】比較例 外部回路基板において、第2のグランド層内にグランド
層非形成領域を設けない以外は、全く実施例1と同様に
して、高周波用パッケージを外部回路基板に実装した。
Comparative Example A high-frequency package was mounted on an external circuit board in the same manner as in Example 1 except that no ground layer-free area was provided in the second ground layer on the external circuit board.

【0044】得られた構造物について、実施例1と同
様、高周波用パッケージの高周波素子載置部から外部回
路基板上の配線層までの伝送特性をネットワークアナラ
イザで測定し、S21特性を図9に示した。測定の結
果、外部回路基板にグランド層非形成領域を設けない場
合、周波数が45GHz以上から65GHzにてS1
1:−10dB以上、S21:−2dB以下と感度が悪
くなり、伝送特性が劣化することがわかった。
For the obtained structure, the transmission characteristics from the high-frequency element mounting portion of the high-frequency package to the wiring layer on the external circuit board were measured by a network analyzer, as in Example 1, and the S21 characteristics were shown in FIG. Indicated. As a result of the measurement, when the area where the ground layer is not formed is not provided on the external circuit board, the frequency S1 is not less than 45 GHz to 65 GHz.
It was found that the sensitivity was deteriorated from 1:10 dB or more to S21: -2 dB or less, and the transmission characteristics deteriorated.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明は高周波素子
搭載面側と誘電体基板の底面に信号伝送線路を形成し、
それらを電磁結合する高周波用パッケージを、外部回路
基板の配線層に実装する構造において、外部回路基板内
に高周波用パッケージの電磁結合領域の近傍領域に導体
層が存在しない非導体層領域を形成することにより、実
装時における伝送損失を低減できることできる。
As described above in detail, according to the present invention, a signal transmission line is formed on the high-frequency element mounting surface side and the bottom surface of the dielectric substrate.
In a structure in which a high-frequency package for electromagnetically coupling them is mounted on a wiring layer of an external circuit board, a non-conductive layer region where no conductive layer exists in a region near the electromagnetic coupling region of the high-frequency package is formed in the external circuit board. Thereby, transmission loss at the time of mounting can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す高周波用パッケージを
外部回路基板に表面実装した実装構造の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a mounting structure in which a high-frequency package according to an embodiment of the present invention is surface-mounted on an external circuit board.

【図2】本発明における高周波用パッケージの第1信号
伝送線路と第2信号伝送線路との電磁結合構造を説明す
るための概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an electromagnetic coupling structure between a first signal transmission line and a second signal transmission line of the high-frequency package according to the present invention.

【図3】本発明における高周波用パッケージの底面の配
線パターン図である。
FIG. 3 is a wiring pattern diagram on the bottom surface of the high-frequency package according to the present invention.

【図4】本発明における外部回路基板の表面の配線パタ
ーン図である。
FIG. 4 is a wiring pattern diagram of a surface of an external circuit board according to the present invention.

【図5】外部回路基板における第2グランド層の配線パ
ターン図である。
FIG. 5 is a wiring pattern diagram of a second ground layer in the external circuit board.

【図6】(a)他の実施態様に基づく外部回路基板の概
略断面図、(b)は、第2グランド層の配線パターン図
である。
FIG. 6A is a schematic sectional view of an external circuit board according to another embodiment, and FIG. 6B is a wiring pattern diagram of a second ground layer.

【図7】本発明における高周波用パッケージの外部回路
基板への実装構造における伝送特性(S21)結果を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a transmission characteristic (S21) result in a mounting structure of the high-frequency package according to the present invention on an external circuit board.

【図8】高周波用パッケージを本発明の別の外部回路基
板に表面実装した時の伝送特性(S21)結果を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a result of transmission characteristics (S21) when a high-frequency package is surface-mounted on another external circuit board of the present invention.

【図9】高周波用パッケージを全面にグランド層が配置
された外部回路基板(比較例)へ表面実装した時の伝送
特性(S21)結果を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a transmission characteristic (S21) result when the high-frequency package is surface-mounted on an external circuit board (comparative example) in which a ground layer is arranged on the entire surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高周波用パッケージ 2 誘電体基板 3 蓋体 4 キャビティ 5 高周波素子 6 第1のグランド層 7 第1の信号伝送線路 8 第2の信号伝送線路 9 スロット孔 10 外部回路基板 11 絶縁基板 12 第3の信号伝送線路 13 第2のグランド層 14 半田バンプ 15 グランド層非形成領域 16 電源層(他の配線層) 17 スルーホール導体 18 導体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High frequency package 2 Dielectric substrate 3 Lid 4 Cavity 5 High frequency element 6 First ground layer 7 First signal transmission line 8 Second signal transmission line 9 Slot hole 10 External circuit board 11 Insulating substrate 12 Third Signal transmission line 13 Second ground layer 14 Solder bump 15 Non-ground layer forming area 16 Power supply layer (other wiring layer) 17 Through-hole conductor 18 Conductor layer

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】誘電体基板と、該誘電体基板表面に搭載さ
れた高周波素子と、該高周波素子を封止すべく前記誘電
体基板の表面に接合された蓋体と、前記誘電体基板表面
に形成され、一端が前記高周波素子と電気的に接続され
た第1の信号伝送線路と、前記誘電体基板の底面に形成
された第2の信号伝送線路と、前記誘電体基板内部に設
けられ、前記第1の信号伝送線路の他端と、前記第2の
信号伝送線路の一端とが対峙する部分にスロット孔が形
成されてなる第1のグランド層とを具備し、前記第1の
信号伝送線路と前記第2の信号伝送線路とを前記スロッ
ト孔を介して電磁的に結合してなる高周波用パッケージ
を、少なくとも表面に第3の信号伝送線路が形成され、
且つ内部に第2のグランド層が設けられてなる外部回路
基板の表面に載置し、前記パッケージの前記第2の信号
伝送線路と、前記外部回路基板の前記第3の信号伝送線
路とを接続してなる高周波用パッケージの実装構造にお
いて、 前記第2のグランド層の少なくとも前記スロット孔形成
部直下に位置する箇所に、グランド層非形成領域を設け
たことを特徴とする高周波用パッケージの実装構造。
1. A dielectric substrate, a high-frequency element mounted on the surface of the dielectric substrate, a lid joined to a surface of the dielectric substrate to seal the high-frequency element, and a surface of the dielectric substrate A first signal transmission line, one end of which is electrically connected to the high-frequency element, a second signal transmission line formed on a bottom surface of the dielectric substrate, and a first signal transmission line provided inside the dielectric substrate. A first ground layer having a slot hole formed at a portion where the other end of the first signal transmission line and one end of the second signal transmission line face each other. A third signal transmission line is formed on at least a surface of a high-frequency package formed by electromagnetically coupling the transmission line and the second signal transmission line through the slot hole;
And mounted on a surface of an external circuit board having a second ground layer provided therein, and connecting the second signal transmission line of the package and the third signal transmission line of the external circuit board. A mounting structure for a high-frequency package, comprising: a non-ground layer forming region provided at least in a position of the second ground layer immediately below the slot hole forming portion. .
【請求項2】前記グランド層非形成領域周囲の前記第2
のグランド層に、複数のスルーホール導体を設けてなる
ことを特徴とする請求項1記載の高周波用パッケージの
実装構造。
2. A method according to claim 1, wherein said second layer is formed around said non-ground layer forming area.
2. The mounting structure for a high-frequency package according to claim 1, wherein a plurality of through-hole conductors are provided on the ground layer.
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