JP3398315B2

JP3398315B2 - 高周波素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP3398315B2
Application number: JP30092897A
Authority: JP
Inventors: 直行志野; 英博南上; 秀洋有川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JPH11135661A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＧａＡｓ素
子等に代表される高周波で動作させる高周波素子を搭載
することのできる高周波素子収納用パッケージに関する
ものである。

【０００２】

【従来技術】従来、高周波用の各種半導体素子や光通信
用素子等の各種高周波素子を収納するための高周波素子
収納用パッケージの構造は、図７の概略斜視図に示され
る通り、絶縁基板２１の表面に蒸着やスパッタリング法
などの薄膜法により高周波信号が伝送可能な線路２２を
形成した配線基板２３を作製し、この配線基板２３を金
属製の枠体２４内に形成されたキャビティ２５に実装す
ることが行われている。また、このパッケージにおいて
は、金属枠体２４の一部に気密性を損なうことなく枠体
２４内を貫通するように設けられ、高周波信号が伝送可
能な入出力用線路２６を備えた端子接続部２７を形成
し、配線基板２３表面に形成された高周波素子２８と接
続された線路２２と、入出力用線路２６とをリボン２９
によって接続し、そして、枠体２４に蓋部（図示せず）
を接合することにより、キャビティ２５内部に高周波素
子２８が気密に封止されるものである。

【０００３】ところが、かかる構造のパッケージでは、
配線基板２３に高周波素子２８を実装する工程、配線基
板２３を枠体２４内に実装する工程、さらに、入出力用
線路２６と、配線基板２３表面の線路２２とを電気的に
接続する工程など、組み立て工程が非常に煩雑であり、
コスト高につながるものであった。また、パッケージの
端子接続部２７は、一般にアルミナセラミック未焼成体
にメタライズを施し積層後、同時に焼成して作製するも
のであり、これを枠体２４内に接合して形成されるもの
であり、その製造工程も非常に煩雑であり、しかもセラ
ミックスとの同時焼結性の点でメタライズの金属を高抵
抗のＷやＭｏなどの高融点金属によって形成する必要が
あるために、この部分では高周波信号の伝送損失が大き
いものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】マイクロ波やミリ波
などの高周波信号の伝送損失を低減するには、入出力用
線路を蒸着やスパッタリング、メッキなどの薄膜法によ
って、Ａｕ、Ｃｕなどの低抵抗金属によって形成するこ
とが望まれる。

【０００５】しかし、図７のパッケージにおいては、内
部の配線基板２３に対しては、薄膜の配線を形成するこ
とができても、端子接続部２７を薄膜配線層により形成
することは不可能である。

【０００６】このような問題に対して、特開平６−１６
９０２８号によれば、図８の概略断面図に示すように、
金属ベース３１をキャビティ３２を有する絶縁性セラミ
ック基板３３に接合し、金属ベース３１上に高周波素子
３０を搭載させ、絶縁性セラミック基板３３表面に、金
薄膜配線層３４を形成し、その表面にセラミック枠体３
５をガラス３６により接合し、さらに、その枠体３５の
上に金属からなる蓋体３７を接合したマイクロ波半導体
素子用パッケージが提案されている。

【０００７】このパッケージは、タングステンなどの低
抵抗金属を使用することなく、薄膜法によって低抵抗金
属からなる配線層３４を形成できることから、高周波伝
送特性は程度改善される。

【０００８】しかしながら、ガラスによって接合された
セラミック枠体３５上に金属からなる蓋体３７を接合し
てキャビティ３２内を封止した場合、高周波信号が伝送
される薄膜配線層３４の上に電磁気的に完全に浮いた導
体が形成されることになる結果、薄膜配線層３４におけ
る高周波伝送特性に影響を与え、伝送損失を増大してし
まうという問題がある。

【０００９】しかも、セラミック基板３３−ガラス３６
−セラミック枠体３５との接合、金属ベース３１−セラ
ミック基板３３との接合構造において、高周波素子の駆
動停止に伴う加熱−冷却の熱サイクルに対するキャビテ
ィ３２内の封止性については何ら検討されていない。

【００１０】さらに、このパッケージによれば、高周波
素子３０は、金属ベース３１表面に搭載されるために、
高周波素子３０の駆動に不可欠の電源層などを配置する
ことが困難であり、パッケージを含む高周波回路の小型
化に十分に対応することができないものであった。

【００１１】従って、本発明は前記課題を解消せんとし
てなされたもので、その目的は、高周波半導体素子や光
通信素子等の各種高周波素子を収納するためのパッケー
ジとして、信号伝送損失を低減し、しかも気密封止性お
よび電磁波封止性に優れ、且つ小型化が可能な高周波素
子収納用パッケージを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述のよ
うな課題について鋭意研究した結果、絶縁性セラミック
基板の高周波用配線層を薄膜法によって形成されたＡｕ
薄膜配線層によって形成するとともに、その表面に低誘
電率の絶縁性蓋体を低誘電率のガラスによって接合し、
かつその絶縁性蓋体を覆うように、且つＡｕ薄膜配線層
形成部に開口部が設けられた金属製の蓋体を基板表面に
取り付けることにより上記目的が達成されることを知見
した。

【００１３】即ち、本発明の高周波素子収納用パッケー
ジは、絶縁性セラミック基板と、該セラミック基板表面
に形成された前記高周波素子が接続されるＡｕからなる
薄膜配線層と、前記セラミック基板表面で前記配線層と
一部が交差する位置にガラスによって接合され、内部に
前記高周波素子を気密に封着するための絶縁性蓋体と、
前記絶縁性蓋体を覆うようにして前記セラミック基板表
面に取付られ、前記セラミック基板表面の前記薄膜配線
層形成部に開口部を有する金属製蓋体を具備するもので
あり、前記金属製蓋体における開口部の最大径が前記薄
膜配線層を伝送する信号の１／２波長以下としたことを
特徴とするものである。

【００１４】また、前記接合用ガラスの比誘電率および
前記絶縁性蓋体の比誘電率がいずれも１５以下であり、
且つ前記セラミック基板と前記ガラス、前記絶縁性蓋体
と前記ガラスとの熱膨張差がいずれも１．２×１０^-6／
℃以下であることを特徴とするものである。また、望ま
しくは、前記絶縁性セラミック基板が、アルミナ含有量
を９８％以上としたアルミナ質セラミックスからなるこ
と、さらには前記絶縁性セラミック基板が、前記高周波
素子への電力を供給するための電源層を具備する多層配
線基板からなることを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波素子収納用
パッケージを図面をもとに説明する。図１は、本発明の
高周波素子収納用パッケージの一実施態様を説明するた
めの分解斜視図、図２（ａ）は、そのＸ−Ｘ断面図、
（ｂ）はその側面図である。図１のパッケージによれ
ば、絶縁性セラミック基板１の表面には、蒸着法、スパ
ッタリング法、メッキ法などの薄膜形成法によって、Ａ
ｕ（金）からなる薄膜配線層２が被着形成されている。
この薄膜配線層２は、高周波信号の入出力が可能な信号
線であり、周知のマイクロストリップ線路、コプレーナ
線路、グランド付きコプレーナ線路などの高周波線路に
よって構成される。図１においては、マイクロストリッ
プ線路が形成されるものであり、絶縁性セラミック基板
１の薄膜配線層２の背面にグランド層３が設けられてい
る。このグランド層３は、薄膜形成法、絶縁性セラミッ
ク基板１との同時焼成による形成、さらには、金属箔を
接着することによっても形成できる。

【００１６】セラミック基板１表面のＡｕ薄膜配線層２
は、その厚みは０．５〜４．０μｍであることが望まし
い。これは、０．５μｍよりも薄いと、導体抵抗が高く
伝送損失が増大するためであり、また４．０μｍよりも
厚いとコスト高を招くためである。また、このＡｕ薄膜
配線層２の下地には、絶縁性セラミック基板１との接着
性を高めたり、金属元素の拡散等を防止するために、Ｐ
ｔ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｗ、Ｍｏ、
あるいはそれらの化合物からなる金属下地層を形成する
こともできる。なお、Ａｕ薄膜配線層２は、配線層の最
表面に上記の膜厚で形成されていればよい。

【００１７】このようなＡｕからなる薄膜配線層２は、
従来の例えば、同時焼成により形成されたＷ（タングス
テン）によるメタライズ配線層では電気抵抗率は１５μ
Ω・ｃｍであるのに対して、Ａｕ薄膜配線層は、純Ａｕ
に近い３μΩ・ｃｍ程度と優れた低抵抗体であるため、
この配線層を伝送する信号の伝送損失を低減することが
できる。

【００１８】また、Ａｕ薄膜配線層２を形成する絶縁性
セラミック基板１は、アルミナを９８重量％以上、特に
９９重量％以上含有する高純度アルミナ質セラミックス
により形成することにより、従来の低純度アルミナ質セ
ラミックスより誘電損失（ｔａｎδ）を低減でき、伝送
信号の誘電体損を低下させ、伝送特性を向上させること
が可能となる。

【００１９】具体的には、例えばアルミナ９０重量％含
有するアルミナ質セラミックスの場合、誘電損失が１０
ＧＨｚでおよそ１０×１０^-4であるのに対し、アルミナ
を９８重量％含有するセラミックスでは、５×１０^-4と
なることから伝送特性上好ましい。アルミナ含有量９
９．０重量％以上のセラミックスでは、１０ＧＨｚでの
誘電損失は３．０×１０^-4以下となりさらに望ましい。
なお、このようなアルミナ質セラミックスにおいて、ア
ルミナ以外の成分は、焼結助剤として添加したＳｉ
Ｏ₂、ＣａＯ、ＭｇＯなどの焼結助剤成分から構成され
るものである。

【００２０】本発明によれば、Ａｕ薄膜配線層２が形成
されたセラミック基板１の表面にガラス４を用いて絶縁
性蓋体５Ａを接合する。絶縁性蓋体５Ａは、基板１への
接合によって形成されるキャビティ６内に高周波素子７
が収納され、気密に封止されることになる。絶縁性蓋体
５Ａは、絶縁性枠体５Ａ’と、絶縁性蓋部５Ａ”により
構成され、絶縁性枠体５Ａ’と蓋５Ａ”とは別体とし
て、後にガラス等により接合してもよいが、工程の簡略
化を図る上では、一体物であるのが望ましい。また、こ
の絶縁性蓋体５Ａは、Ａｕ薄膜配線層２と一部が交差す
る箇所に接合される。つまり、Ａｕ薄膜配線層２の一端
はキャビティ６内にて高周波素子７と接続され、そのキ
ャビティ６から絶縁性蓋体５Ａの接合部を経由してキャ
ビティ６外に引き出され、Ａｕ薄膜配線層２の他端は外
部電気回路（図示せず）と接続される。

【００２１】本発明によれば、絶縁性蓋体５Ａの接合に
用いられるガラス４の比誘電率が１５以下、特に１０以
下、さらには８以下であることが望ましい。このガラス
の比誘電率が１５よりも大きいと、Ａｕ薄膜配線層２を
伝送される高周波信号の損失、即ち誘電体損が大きくな
る傾向にあり、具体的には、伝送信号が１０ＧＨｚ以上
のミリ波では、蓋体５Ａの接合部で信号の反射が生じや
すくなり、伝送損失が増大してしまうためである。ま
た、ガラスの誘電損失は、１ＭＨｚの測定周波数で１０
０×１０^-4以下、さらに望ましくは、Ａｕ薄膜配線層２
を伝送する高周波信号の周波数においても１００×１０
^-4以下であることが望ましい。これも、前記比誘電率と
同様に誘電損失が大きいと信号の伝送損失が大きくなる
ためである。

【００２２】また、ガラス４は、Ａｕ薄膜配線層２に対
して交差して絶縁性蓋体５Ａを接合するために、用いる
ガラスの封着温度は４００℃以下であることが望まし
い。これは、封着温度が４００℃よりも高いと、Ａｕ薄
膜配線層２に対して熱的ダメージを与えてしまい、配線
層２がセラミック基板１から剥離してしまう恐れがある
ためである。

【００２３】また、ガラスの比誘電率、誘電損失が低い
ことに加え、上記と同様な理由から、Ａｕ薄膜配線層２
とガラス４を介して対峙する絶縁性蓋体５Ａ、特に絶縁
性枠体５Ａ’の比誘電率が１５以下、特に１０以下、さ
らには８以下、誘電損失が１ＭＨｚの測定周波数で１０
０×１０^-4以下、特にＡｕ薄膜配線層２を伝送する高周
波信号の周波数において、１００×１０^-4以下であるこ
とが望ましい。このような絶縁性蓋体５Ａは、強度およ
び気密の信頼性の点でセラミックス、特に、アルミナ、
ムライト、ＡｌＮなどのセラミックスから形成されるの
が望ましい。

【００２４】また、Ａｕ薄膜配線層の線幅については特
に限定するものではないが、一般には、５０〜５００μ
ｍが適当である。但し、Ａｕ薄膜配線層２のガラス４と
セラミック基板１によって挟持される蓋体５Ａの接合部
では、線幅が同一の場合、特性インピーダンスが変化す
るために、この接合部における線幅を他の領域よりも細
くして特性インピーダンスを整合させることが必要であ
る。

【００２５】さらに、本発明によれば、前記セラミック
基板１とガラス４、またガラス４と絶縁性蓋体５Ａ、特
に絶縁性枠体５Ａ’との熱膨張係数の差が室温から２０
０℃までの温度領域内で１．２×１０^-6／℃以下、特に
１．０×１０^-6／℃以下であることがキャビティ６内の
気密封止性の信頼性を高める上で望ましい。即ち、この
熱膨張係数の差が１．２×１０^-6／℃よりも大きいと、
高周波素子７の駆動、停止に伴う加熱−冷却の温度サイ
クルによる応力の発生によってガラスにクラックが発生
し、気密性が損なわれてしまうためである。より具体的
には、セラミック基板１−ガラス４−絶縁性枠体５’の
順で熱膨張係数が大きくなるか、あるいは小さくなる関
係にあることが望ましい。これにより、セラミック基板
１から絶縁性枠体５Ａ’にかけての熱サイクルによる応
力を分散し、気密封止性の信頼性の高めることができ
る。

【００２６】また、本発明の高周波素子収納用パッケー
ジにおいては、セラミック基板１の高周波素子７搭載面
において、上記の絶縁性蓋体５Ａを覆うようにして金属
製蓋体５Ｂが取り付けられている。この金属製蓋体５Ｂ
は、パッケージを外部からの電磁波（ノイズ）による影
響を防止したり、パッケージの内部からの電磁波を外部
への漏洩を防止するためのものである。そして、この金
属製蓋体５Ｂには、セラミック基板表面のＡｕ薄膜配線
層２形成部に開口部５Ｂ’が設けられている。この開口
部５Ｂ’は、金属製蓋体５ＢがＡｕ薄膜配線層２に接触
しないように設けられるものであるが、開口部５Ｂ’が
大きすぎると、外部からの電磁波（ノイズ）の侵入を完
全に防止できず、またパッケージ内部の電磁波が漏洩し
てしまう。そこで、本発明によれば、図２（ｂ）の側面
図に示すように、この開口部５Ｂ’の最大径Ｌを前記薄
膜配線層を伝送する信号の１／２波長以下、特に１／４
波長以下となるように設計することにより外部からの電
磁波（ノイズ）の侵入およびパッケージ内部の電磁波の
漏洩を防止することができる。なお、この開口部５Ｂ’
の形状は、最大径が上記条件を満足する限りにおいて、
図２（ｂ）に示されるような長方形のみならず、正方
形、三角形、半円形、多角形であっても何ら問題はな
い。

【００２７】金属製蓋体５Ｂは、電磁波に対して高い遮
蔽能力を有していることが望ましく、かかる観点から、
ステンレス、コバールなどの材質から形成されているこ
とが望ましい。なお、金属製蓋体５Ｂは、セラミック基
板１に対してロウ付けなどの適当な接着材により取り付
けられる。

【００２８】図１のパッケージにおいては、高周波素子
７は、絶縁性セラミック基板１の表面に直接実装したも
のであるが、高周波素子７の実装は、図３の断面図に示
すように、金属板８を高周波素子７を収納するキャビテ
ィ９を形成した絶縁性セラミック基板１の背面に接合
し、キャビティ９内の金属板８の表面に高周波素子７を
実装してもよい。この場合、金属板８は、グランド層と
して機能させることもできる。しかしこの場合には、絶
縁性セラミック基板１と金属板８とは熱膨張係数が大き
く異なるために、キャビティ９内の気密性を損ねること
があるため、図１の構造のパッケージの方が気密封止性
の点で信頼性が高い。

【００２９】図１乃至図３のパッケージにおいては、基
本的に絶縁性セラミック基板１は、単一層の基板として
説明したが、パッケージにおいては、高周波素子７に対
して電力を供給するための電源層を形成する必要がある
が、その場合、基板１が単一層の場合には、電源層の回
路設計が制約される。

【００３０】そこで、本発明によれば、絶縁性セラミッ
ク基板１を、図４の概略断面図に示すように、絶縁層１
ａと内部配線層２ａとが多層に積層されたビアホール導
体２ｂで配線層間が接続された多層配線基板１’によっ
て形成することにより、電源層の回路設計の自由度を高
められる。また、この多層配線基板１’には、高周波素
子７と接続された他の高周波伝送線路が設けられていて
もよく、さらには、グランド（接地）層や、バイアス
層、外部電気回路との接続を担う接続端子１０などを形
成することも可能となり、パッケージとしての高機能性
とともに回路全体の小型化を図ることができる。

【００３１】また、このような多層配線基板１’は、例
えば、前述したアルミナ粉末に、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯなどの焼結助剤を添加した混合粉末に有機バインダ
ー、溶剤等を加えてスラリーを調製し、これをドクター
ブレード法などのシート成形法によりグリーンシートを
作製し、そのグリーンシートにスクリーン印刷法によっ
て、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）などの高
融点金属を含む導体ペーストによって導体パターンを印
刷して、積層した後、１４００〜１７００℃の加湿され
た還元雰囲気中で焼成することにより作製することがで
きる。このような同時焼成によって作製されるアルミナ
質セラミックスから多層配線基板１’を形成する場合に
は、導体がＷ，Ｍｏなどの金属となるために、できるだ
けこれらのＷ、Ｍｏ等の高融点金属によって形成される
配線層は、いずれも７０ＧＨｚ以下の低周波信号を伝達
する電源層などの低周波回路として用いられることが望
ましい。

【００３２】また、多層配線基板は、その表面に高周波
信号を伝送するためのＡｕ薄膜配線層を具備することか
ら、伝送損失を低減する上で、前述したように、アルミ
ナを９８重量％以上、特に９９．０重量％以上含有する
高純度アルミナ質セラミックスを絶縁層とすることが望
ましい。

【００３３】

【実施例】

実施例１次に、本発明の高周波素子収納用パッケージを評価する
ための図５の概略断面図に示すような伝送特性評価用パ
ッケージを以下の手順で作製した。まず、原料粉末とし
て、平均粒径２μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末に対して、焼結助
剤としてＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯが、重量比で５：
２：１となるように秤量した焼結助剤粉末を表１のアル
ミナ含有量、残部を焼結助剤粉末となるように秤量し、
溶媒としてトルエンを加え混合した。さらにその混合液
に有機バインダーを添加し、ボールミルにより混合、分
散させスラリー化する。そこで得られたスラリーをスリ
ップキャスティング法によりシート状に成形した。

【００３４】次に、シートを所定の大きさにカットし、
次いで水素を含む還元雰囲気中、１６００℃の温度で焼
成して絶縁性セラミック基板１１および絶縁性枠体１２
を作製した。なお、各アルミナ含有量のセラミックスの
３０ＧＨｚにおける比誘電率および誘電損失、熱膨張率
（室温〜２００℃）は表１に示す通りである。

【００３５】

【表１】

【００３６】次に、上記のようにして作製した絶縁性セ
ラミック基板１１の表面には、スパッタ法によりレジス
ト、マスクを用い、厚み２μｍからなるりキャビティ内
を貫通するＡｕ薄膜配線層１３と、絶縁性セラミック基
板１１の背面にＡｕからなる厚み２μｍのグランド層１
４を形成してマイクロストリップ線路を形成した。この
とき配線層はインピーダンス５０Ωとなるように線幅、
厚みを決定し、絶縁性蓋体がガラスにより接合される箇
所でもインピーダンス５０Ωとなるように、線幅を小さ
くした。

【００３７】また、絶縁性枠体１２の底部に表２に示す
種々の特性からなる封止用ガラス１５のペーストを塗布
し３００〜５００℃の温度で熱処理してガラスの脱バイ
ンダー処理を行った。

【００３８】

【表２】

【００３９】その後、ガラス封止剤１５の付着した絶縁
性枠体１２と、Ａｕ薄膜配線層１３を施した絶縁性セラ
ミック基板１１とを位置決めして、表２の封着温度で熱
処理して、絶縁性枠体１２を絶縁性セラミック基板１１
に接合し、さらに絶縁性枠体１２に対して、図１に従
い、９０％Ａｌ₂Ｏ₃焼結体またはコバールからなる蓋
１６をガラス接合した。

【００４０】また、各試料に対して、図１に従い絶縁性
枠体１２および蓋１６を覆うようにしてステンレスから
なる電磁波封止用金属製蓋体１７をセラミック基板１１
にロウ材により接合して伝送特性評価用パッケージを作
製した。なお、金属製蓋体１７の開口部Ａは、薄膜配線
層を中心とする直径２ｍｍの半円形とした。

【００４１】また、電磁波漏洩評価用パッケージとし
て、図６の断面図に示すように、図５のＡｕ薄膜配線層
１３に代えて、絶縁性セラミック基板１１上にスパッタ
法によりＡｕ薄膜で３０ＧＨｚ用パッチアンテナ１８Ａ
を形成し、そのアンテナ１８Ａには、セラミック基板１
１のパッチアンテナ１８Ａ形成面と反対面に形成した端
子１８Ｂから、スルーホール導体１８ｃを経由して給電
してパッケージ内部から電磁波が放射されるように構成
した。これに伝送特性評価用パッケージと同様に、図１
に従い絶縁性枠体１２、蓋１６を接合し、さらに電磁波
封止用金属製蓋体１７をロウ材により接合した。

【００４２】なお、上記の伝送特性評価用パッケージお
よび電磁波漏洩評価用パッケージにおいては、いずれも
電磁波封止用金属製蓋体１７は、図６に示すように、ス
ルーホール導体１９によりグランド層１４と導通させ
た。

【００４３】（伝送特性測定）前記のようにして作製し
た伝送特性評価用パッケージに用いて、ネットワークア
ナライザーにより信号周波数が３０ＧＨｚにおける、入
力端子Ａから信号を入射して出力端子Ｂに透過してきた
伝送信号を計測し、電力比のＳ２１パラメーター（ｄ
Ｂ）を計算して伝送損失を評価し、結果を表３、４に示
した。

【００４４】（熱サイクル試験リークテスト）−４０℃
〜１２５℃の熱サイクル試験を最大３０００サイクル行
い、リークチェックを行った。表３に記載した数字はリ
ークが発生したサイクル数を記述した。リーク無とは３
０００サイクル後もリークしなかった試料である。Ｈｅ
リークテストはパッケージをＨｅ４．２気圧中に２時間
放置し、圧力解放後、パッケージを真空チャンバー中に
入れたときに検出されるＨｅ量で評価した。ここでＨｅ
量が２×１０^-7ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の時にリーク
発生と判断した。結果を表３、４に示した。

【００４５】（電磁波漏洩特性）電磁波漏洩特性評価用
パッケージのキャビティ内部のパッチアンテナ１８Ａか
ら３０ＧＨｚの信号を放出し、金属製蓋体１７の開口部
Ａ方向あるいはセラミックス性端子接続部を備える方向
にパッケージから１ｍ離れた地点に受信用アンテナを設
置し測定を行った。

【００４６】パッチアンテナを備えた絶縁性セラミック
基板１１に、絶縁性枠体１２と蓋１６を接合し、金属製
蓋体１７を設けないパッケージからの電磁波の漏洩量を
基準として、他のパッケージの電磁波漏洩量をｄＢで評
価した。なお、測定は、電波暗室内で行った。結果は表
３、４に示した。

【００４７】比較例また、従来の高周波素子収納用パッケージとして図９の
構造の伝送特性評価用パッケージを以下のようにして作
製した。図９の高周波素子収納用パッケージ４１によれ
ば、Ｃｕ−Ｗ合金からなる金属基体４２とその一部に凹
部状の切り欠き部４３を設けたＣｕ−Ｗ合金からなる金
属枠体４４とで端子接続部４５を切り欠き部４３に装着
して銀ろう付けしたものである。端子接続部４５は、９
２重量％アルミナ含有のセラミック基板４６に対して同
時焼成によってＷからなるインピ−ダンス５０Ωの入出
力用線路４７を内装、形成したものであり、端子接続部
４５の側面には、Ｍｏ−Ｍｎからなるメタライズ４８を
施した。なお４９は、９９重量％Ａｌ₂Ｏ₃含有セラミ
ック基板５０の表面にスパッタリングによってインピー
ダンス５０Ωとなる厚み２μｍの薄膜配線層５１を形成
した配線基板であり、この薄膜配線層５１は、端子接続
部４５の入出力用線路４７とそれぞれリボン５２にて接
続した。

【００４８】また、電磁波漏洩評価用としては、配線基
板４９の表面に図６と同様のパッチアンテナを形成し、
このアンテナに一方の端子接続部４５の入出力用線路４
７を給電線として電力供給して実施例１と同様に信号が
発生するように構成した。

【００４９】なお、比較例の高周波素子収納用パッケー
ジの表面に露出した配線層に対しては、電解メッキを行
い、配線層の表面にＡｕメッキ層を形成した。このＡｕ
メッキ層の厚みは実施例１のパッケージの薄膜配線層と
同じ厚みの２μｍとした。そして、図９のパッケージの
枠体上部にコバールからなる蓋をＡｕ−Ｓｉによって接
合した。

【００５０】上記のようにして作製した比較用の高周波
用パッケージについて実施例１と全く同様にして、伝送
特性測定、熱サイクル試験リークテスト、電磁波漏洩特
性の評価を行った。結果は、表３、表４に示した。

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】表３、４の結果によれば、図５の構造のパ
ッケージにおいて、金属製蓋体１７を設けなかった試料
Ｎo.１１、１９では、いずれも電磁波の漏洩を−３ｄＢ
程度までしか封止することができなかったが、金属製蓋
体を設けることにより電磁波の漏洩を−５ｄＢ以下まで
封止することができた。

【００５４】なお、図９の構造のパッケージである試料
Ｎo.２０は、金属によりキャビティが囲まれているた
め、電磁波漏洩の封止効果は大きいものであったが、伝
送特性の点ではＳ２１で−５．６ｄＢが限界であった。

【００５５】また、図５の本発明の構造のパッケージに
おいては、試料Ｎo.１〜６、１２〜１７の比較からガラ
ス封止材の誘電率が大きいほど伝送特性が悪化する傾向
にあり、特にガラスの比誘電率が１５以下で伝送損失が
−５ｄＢ以上の優れた伝送特性を示した。また、試料Ｎ
o.１、７〜９、１２から、セラミック基板のアルミナ含
有量が高いほど、伝送特性が向上し、９８％以上、特に
９９％以上が望ましいことがわかる。

【００５６】また、試料Ｎo.６、１４、１７に示される
ように、セラミック基板とガラス、ガラスと枠体との熱
膨張差が１．２×１０^-6／℃より大きくなると、熱サイ
クルにより封止の信頼性が低下することがわかる。な
お、熱膨張差が１．２×１０^-6／℃以下で封止性は熱サ
イクル２０００回まで保障され、１．０×１０^-6／℃以
内では、３０００回以上まで封止の信頼性が保障され
た。

【００５７】実施例２実施例１の試料Ｎo.１２のセラミック基板、配線層、封
止用ガラス、封止用蓋体の組み合わせにより図６の電磁
波漏洩評価用パッケージを作製した。

【００５８】なお、電磁波封止用金属蓋体について、そ
の開口部の形状を表５に示すような種々の形状とし、そ
れぞれのパッケージについて実施例１と同様な方法で、
電磁波の漏洩量を測定しその結果を表５に示した。

【００５９】

【表５】

【００６０】表５の結果によれば、試料Ｎo.２２〜２５
の比較、Ｎo.２６〜２８の比較から、開口部の最大径が
信号の１／２波長（５ｍｍ）より大きい場合（試料Ｎo.
２５、２８）には、−２〜−３ｄＢと電磁波封止効果が
低く、最大径が信号の１／２波長以下で−５ｄＢ以下の
電磁波封止効果が得られ、信号の１／４波長以下で−１
０ｄＢ以下の封止効果が得られた。これは、電磁波封止
性に優れた金属製基体からなる図９のパッケージの場合
（表４試料Ｎo.２０）と同等あるいはそれ以上の優れた
電磁波封止性を示すものであった。また、試料Ｎo.２２
〜２８の比較から金属製蓋体の開口部形状が電磁波漏洩
量に影響を及ぼさないことがわかる。

【００６１】また、金属製蓋体の代わりに、気密封止用
蓋体の蓋を金属製とした試料Ｎo.２９でも電磁波封止効
果が低いものであった。これは、枠体部がグランドでな
い（接地されていない）ためその箇所を通って電磁波が
漏洩したためと思われる。

【００６２】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の高周波
素子収納用パッケージは、絶縁性セラミックス基板上の
配線層をＡｕ薄膜配線層で形成するとともに、低誘電率
の絶縁性蓋体を低誘電率のガラスによって接合し、且つ
絶縁性蓋体を覆うように金属製蓋体を設けることによ
り、電磁波封止性に優れ、しかも高周波信号の伝送損失
を低減し、且つ熱サイクルに対しても優れた気密封止性
を有する高性能の高周波素子収納用パッケージを提供で
きる。しかも、このパッケージは、簡易な構造を有する
ことから工程の簡略化とともに低コスト化を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波素子収納用パッケージの一実施
態様を説明するための分解斜視図である。

【図２】（ａ）は図１のパッケージのＸ−Ｘ断面図、
（ｂ）はその側面図である。

【図３】本発明の高周波素子収納用パッケージの他の実
施態様を説明するための概略断面部である。

【図４】本発明の高周波素子収納用パッケージのさらに
他の実施態様を説明するための概略断面部である。

【図５】本発明の実施例における伝送特性評価用のパッ
ケージ構造を説明するための概略断面図である。

【図６】本発明の実施例における電磁波漏洩評価用のパ
ッケージ構造を説明するための概略断面図である。

【図７】従来の高周波素子収納用パッケージの構造を説
明するための概略斜視図である。

【図８】従来の他の高周波素子収納用パッケージの構造
を説明するための概略斜視図である。

【図９】図７の高周波素子収納用パッケージの伝送特性
評価用のパッケージ構造を説明するための概略斜視図で
ある。

【符号の説明】

１絶縁性セラミック基板２薄膜配線層３グランド層４ガラス５Ａ絶縁性蓋体５Ａ’絶縁性枠体５Ａ”蓋５Ｂ金属製蓋体５Ｂ’開口部６キャビティ７高周波素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−291425（ＪＰ，Ａ) 特開平７−326685（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−196853（ＪＰ，Ａ) 特開平５−152455（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−83048（ＪＰ，Ａ) 特開平７−221219（ＪＰ，Ａ) 特開平６−169028（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/08 H01L 23/12 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性セラミック基板と、該基板表面に形
成された高周波素子が接続されるＡｕからなる薄膜配線
層と、前記セラミック基板表面で前記配線層と一部が交
差する位置にガラスによって接合され、内部に前記高周
波素子を気密に封着するための絶縁性蓋体と、前記絶縁
性蓋体を覆うようにして前記セラミック基板表面に取付
られ、前記セラミック基板表面の前記薄膜配線層形成部
に開口部を有する金属製蓋体を具備し、前記金属製蓋体
における開口部の最大径が前記薄膜配線層を伝送する信
号の１／２波長以下であることを特徴とする高周波素子
収納用パッケージ。
【請求項２】前記接合用ガラスの比誘電率及び前記絶縁
性蓋体の比誘電率が１５以下であり、且つ前記セラミッ
ク基板と前記ガラス、前記絶縁性蓋体と前記ガラスとの
熱膨張率差がいずれも１．２×１０^-6／℃以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載の高周波素子収納用パッケ
ージ。
【請求項３】前記絶縁性セラミック基板は、アルミナ含
有量を９８％以上としたアルミナ質セラミックスからな
ることを特徴とする請求項１記載の高周波素子収納用パ
ッケージ。