JP3939059B2

JP3939059B2 - High frequency package

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Publication number: JP3939059B2
Application number: JP34669899A
Authority: JP
Inventors: 良男築山; 正人塩原
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001168237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波パッケージに関し、より詳細には、例えば準ミリ波及び約３０〜９０ＧＨｚ帯の高周波信号を利用する半導体素子及びその周辺に形成された高周波回路を収容する高周波パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波パッケージは誘電体基板上に形成された半導体素子実装領域及びその周辺部の高周波回路を環状枠体及びこの環状枠体上に接合される蓋体で気密封止することにより構成されており、高周波信号は前記枠体の下面を貫通する信号線層を介して入出力されるようになっている。
【０００３】
図９は従来のこの種高周波パッケージを示した模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面部分の斜視図である。誘電体基板４１は厚さＴの略直方体板形状に形成されており、誘電体基板４１の下面４１ｂにはグランド層４２が形成される一方、誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には、環状の誘電体製の枠体４４が形成されている。枠体４４の内側領域４４ｄにおける誘電体基板上面４１ａの所定箇所には、幅がｗ₁ の薄膜状の回路部４３ａが複数個形成される一方、枠体４４を挟んで回路部４３ａと対向する外側には、これと同様（幅がｗ₁ ）のリード部４３ｂがそれぞれ形成されている。回路部４３ａの一端部とリード部４３ｂの一端部とは幅がｗ₂ の導体部４３ｃを介して接続されており、この導体部４３ｃは枠体４４の壁部４４ａ内に埋設されている。これら回路部４３ａ、リード部４３ｂ、導体部４３ｃを含んで信号線層４３が構成されている。
【０００４】
また導体部４３ｃとこの近傍の壁部４４ａとを含んで構成される回路の特性インピーダンスを、回路部４３ａ、リード部４３ｂのそれと同等にするため、導体部４３ｃの幅ｗ₂ は回路部４３ａ及びリード部４３ｂの幅ｗ₁ よりも小さい値に設定されている。そして信号線層４３における反射損失を抑えて伝送損失を小さくするために、回路部４３ａ、リード部４３ｂ、導体部４３ｃにおける各特性インピーダンスの整合が図られている。
【０００５】
誘電体基板上面４１ａにおける枠体内側領域４４ｄの略中央部には半導体素子４５が実装されるようになっており、半導体素子４５のパッド４５ａと回路部４３ａの他端部とはボンディングワイヤ４５ｂを介して接続されるようになっている。枠体４４の上面には蓋体４６が接合（ハーメチックシール）されるようになっており、この蓋体４６により誘電体基板４１上の枠体内側領域４４ｄが気密・封止されるようになっている。これら誘電体基板４１、グランド層４２、信号線層４３、枠体４４、蓋体４６等を含んでマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージ４０が構成されている。
【０００６】
高周波信号（図示せず）は、信号線層４３のリード部４３ｂより導体部４３ｃ、回路部４３ａ等を介して半導体素子４５に入力される一方、半導体素子４５より出力された高周波信号は、信号線層４３の回路部４３ａ、導体部４３ｃ等を介してリード部４３ｂより出力されるようになっている。
しかしながらこのように構成された高周波パッケージ４０では、導体部４３ｃの幅ｗ₂ が狭くなっており、この寸法精度を確保することが難しく、また抵抗が大きくなり、伝送損失が増大し易い。また製造する際、導体部４３ｃの両端部と壁部４４ａの内外面４４ｂ、４４ｃとを正確に位置合わせすることが難しいという課題があった。
【０００７】
この課題に対処するため、信号線層が埋設される枠体部分を薄く形成したものが提案されている。図１０は従来のこの種高周波パッケージの主要部を模式的に示した斜視図であり、図中４１、４２は図９に示したものと同様の誘電体基板、グランド層を示している。誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には環状をした誘電体製の枠体５４が形成され、枠体５４の所定箇所には凹部５４ｂが形成されている。一方、誘電体基板４１の上面４１ａの所定箇所には幅がｗ₁ の薄膜状の信号線層５３が形成されている。この信号線層５３の一端部５３ａ側は枠体５４の内側領域５４ｃに形成され、信号線層５３の他端部５３ｂ側は枠体５４の外側領域５４ｄに形成されており、信号線層５３の略中央部は凹部５４ｂの近傍内に埋設されている。
【０００８】
その他の構成は図９に示したものと略同様であるのでここではその構成の詳細な説明は省略することとする。これら誘電体基板４１、グランド層４２、信号線層５３、枠体５４等を含んで高周波パッケージが構成されている。そして高周波信号は、他端部５３ｂ側より信号線層５３等を介して半導体素子４５（図９）に入力される一方、半導体素子４５より出力された高周波信号は、信号線層５３等を介して他端部５３ｂ側より出力されるようになっている。
【０００９】
しかしながらこのように構成された高周波パッケージでは、凹部５４ｂの厚さｅ₁ を薄く設定する必要があり、製造が難しく、また凹部５４ｂにおいて強度的に特に弱くなるという課題があった。
また図９、図１０に示したマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージでは、半導体素子４５がミリ波や準ミリ波のようなより高周波数帯域の信号を処理するものである場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３との接続損失や、信号線層４３、５３における放射損失が大きくなり易いという課題があった。
【００１０】
この課題に対処するため、近年、誘電体基板の一主面側に信号線層及びグランド層が形成され、これらの上に半導体素子４５がフリップチップ実装される、いわゆるコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージが提案されている。
【００１１】
図１１は従来のこの種高周波パッケージの要部を模式的に示した部分断面斜視図であり（特開平２−８７７０１号公報）、図中６１は金属基板を示している。略直方体板形状の金属基板６１上の所定箇所にはセラミック板６３が固定され、セラミック板６３を挟む左右両側には例えば３個の導体層６４ａ、３個のセラミック層６４ｂを交互に積層した積層板６４が一体的に形成されている。これらセラミック板６３、積層板６４等を含んで外形が略直方体板形状をした誘電体基板６２が構成されている。誘電体基板６２上の所定箇所には幅がｗ₁ の薄膜状の信号線層６５が図中矢印前後方向に形成されると共に、信号線層６５の左右両側にはギャップｇを介してグランド層６６が形成されている。
【００１２】
また信号線層６５の略中央部、及びこの近傍のグランド層６６上にはセラミック板６８が図中矢印左右方向に形成され、セラミック板６８の両端部には例えば２個の導体層６９ａ、３個のセラミック層６９ｂを交互に積層した積層板６９が一体的に形成されている。これらセラミック板６８、積層板６９を含んで略井の字形状の枠体６７が構成されている。そして金属基板６１と枠体６７の内部領域６７ａにおける信号線層６５近傍のグランド層６６とは、左右各１個の導体ビア６６ａを介して接続されている。
【００１３】
また、枠体６７の上面や、積層体６４、６９の前端面６４ｃ、６９ｃ、及び右端面６４ｄ、６９ｄ等には、メタライズ層７１が形成されている。これら誘電体基板６２、信号線層６５、グランド層６６、枠体６７、メタライズ層７１等を含んでコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージが構成されている。
【００１４】
このように構成された高周波パッケージでは、枠体６７の内部領域６７ａに半導体素子（図示せず）を実装することが可能となる。また信号線層６５がグランド層６６、導体層６４ａ、６９ａ、メタライズ層７１、及び金属基板６１に取り囲まれることにより、電磁的にシールドされると共に、積層板６４、６９等により信号線層６５等の環共振が抑制されるため、準ミリ波（〜３０ＧＨｚ帯）における高周波特性を優れたものにすることが可能になるとしている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記図９、図１０に示したマイクロストリップラインタイプの高周波パッケージにおいては、上述したように、ミリ波のような高周波帯域の信号を処理する場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３との接続損失や、信号線層４３、５３の放射損失が大きくなり易いという課題があった。また導体部４３ｃの幅ｗ₂ を正確に設定することが難しく、導体部４３ｃの両端部と壁部４４ａの内外面４４ｂ、４４ｃとを正確に位置合わせするのが困難であり（図９）、また凹部５４ｂの厚さｅ₁ を薄く設定するのが面倒であり、また凹部５４ｂにおいて強度的に特に弱くなる（図１０）という課題があった。
【００１６】
また図１１に示したコプレナ・ウェーブガイドタイプの高周波パッケージにおいては、３０ＧＨｚ（準ミリ波帯域）を超える帯域における高周波特性に劣るおそれがある。またセラミック板６８の厚さｅ₀ を薄く設定するのが難しいと共に、セラミック板６３、６８と積層板６４、６９とを含んで構成される誘電体基板６２や枠体６７を製造するのが面倒であるという課題があった。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、準ミリ波〜９０ＧＨｚ帯域における高周波特性に優れ、かつ良好な封止構造とすることができると共に、製造が容易で、コストを削減することができ、強度的にも優れた高周波パッケージを提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するために本発明に係る高周波パッケージ（１）は、誘電体基板の一主面側に絶縁体製の環状枠体と、該環状枠体の内外領域に前記環状枠体を挟んで対向して形成された第１及び第２の信号線層と、これら第１及び第２の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第１のグランド層とを備え、前記第１及び第２の信号線層の少なくとも片方が前記環状枠体に掛かって形成され、前記誘電体基板の他主面側には第３の信号線層と、該第３の信号線層の周囲にギャップを介して形成された第２のグランド層とを備え、前記第１及び第２の信号線層の各一端部と前記第３の信号線層の両端部とを接続する第１の導体ビアを備えると共に、前記第１〜第３の信号線層を挟んで、その両側に前記第１のグランド層と前記第２のグランド層とを接続する複数個の第２の導体ビアが所定間隔毎に形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記した高周波パッケージ（１）によれば、前記第１の信号線層、前記第１の導体ビア、第３の信号線層、前記第１の導体ビア、前記第２の信号線層を含んで構成される信号配線を容易に形成することができると共に、前記第１のグランド層、前記第２の導体ビア、前記第２のグランド層を含んで構成されるグランドを容易に形成することができる。
【００２０】
また前記第２の導体ビアにより、前記第１の導体ビアに基づくインピーダンスの変化を軽減させて反射損失を減少させることができると共に、前記信号配線から放射される電磁波が前記誘電体基板中に放射されるのを防止することができ、これらの結果、準ミリ波〜ミリ波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。また前記第１及び第２の信号線層の少なくとも片方が前記環状枠体に掛かって形成されてもよいため、前記環状枠体の厚さを厚く設定することが可能であり、前記環状枠体の強度を確保することができる。
【００２１】
また、絶縁体製の環状枠体を誘電体基板の構成材料と同種のセラミックを用いて形成することも可能であり、この場合、前記環状枠体と前記誘電体基板との形成を同一的工程において行うことができ、製造工程の簡略化によるコストダウンを図ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る高周波パッケージ（２）は、上記高周波パッケージ（１）において、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第２の導体ビアどうしの間隔Ｄが、Ｄ＜λ/(２×εr^1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（２）によれば、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアより前記第１〜第３の信号線層に対して垂直方向へ放射される高周波信号が前記第２の導体ビアの隙間Ｄを介して前記誘電体基板側に漏れ出すのを阻止し、隙間Ｄに起因する不要モードによりリップルが発生するのを防止することができ、この結果、より波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。なお、間隔Ｄの下限は小さい程よいが、前記誘電体基板に第２の導体ビアどうしを接近して形成する技術による規制を受けることとなる。
【００２３】
また、本発明に係る高周波パッケージ（３）は、上記高周波パッケージ（１）または（２）において、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、前記第１〜第３の信号線層と前記第２の導体ビアとの距離Ｗが、Ｗ＜λ/(４×εr^1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（３）によれば、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアより前記第１〜第３の信号線層に関して略垂直方向に放射される高周波信号における、前記第２の導体ビアまでの距離Ｗに起因する共振の発生を防止すると共に、リップルの発生を防止することができる。また上記高周波パッケージ（２）を前提とするものの場合、その相乗効果により、一層波長が短い高周波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。
なお、共振によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλに代入し、距離Ｗを求めるのが現実的にはより望ましい。
また、距離Ｗの下限は小さい程よいが、実際的には前記第１〜第３の信号線層の幅、前記ギャップ、前記第２の導体ビアの直径等による規制を受けることとなる。
【００２４】
また、本発明に係る高周波パッケージ（４）は、上記高周波パッケージ（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の比誘電率をεr 、前記第１〜第３の信号線層及び前記第１の導体ビアを伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、前記誘電体基板の厚さをＴとするとき、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr^1/2) の範囲で設定されていることを特徴としている。
【００２５】
上記した高周波パッケージ（４）によれば、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが長いと発生し易い共振の発生を阻止し、リップルの発生を防止することができると共に、距離Ｌが短過ぎると発生し易い前記第１の導体ビア間における電磁界の干渉及びそれに伴う不要振動の発生を抑制することができる。また上記した高周波パッケージ（２）及び／又は（３）を前提とするものの場合、その相乗効果により、より一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
なお、前記共振や前記第１の導体ビアの直径によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλに代入し、距離Ｌを求めるのが現実的にはより望ましい。
【００２６】
また、本発明に係る高周波パッケージ（５）は、上記高周波パッケージ（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の一主面側が、半導体素子実装領域及び外部入出力端子部の近傍部分を除いて前記絶縁体製の環状枠体により覆われていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（５）によれば、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保することができ、前記環状枠体における強度的課題を解決することができる。また、半導体素子を搭載するスぺ−スを小さくすることにより、キャビティ共振を起こりにくくすることができる。
【００２７】
また、本発明に係る高周波パッケージ（６）は、上記高周波パッケージ（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記絶縁体製の環状枠体の内部にシ−ルド用の導体ビアが形成されていることを特徴としている。
本発明に係る高周波パッケージの場合、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保することが可能であり、前記絶縁体製の環状枠体の壁厚を十分大きく確保すれば、この環状枠体の中にシ−ルド用の導体ビアを形成することも容易である。環状枠体の中にシ−ルド用の導体ビアを形成すれば、電磁波に対するシ−ルド効果をより一層高めることができる。
【００２８】
また、本発明に係る高周波パッケージ（７）は、上記高周波パッケージ（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記環状枠体を構成する材料の比誘電率が前記誘電体基板を構成する材料の比誘電率よりも小さいことを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（７）によれば、前記環状枠体に覆われた前記第１及び第２の信号線層部分及び前記第１の導体ビア部分からの電磁波の放射を抑制して、伝送損失を低く抑えることができる。
【００２９】
また、本発明に係る高周波パッケージ（８）は、上記高周波パッケージ（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記環状枠体の上面にメタライズ層が形成されていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（８）によれば、前記環状枠体がセラミック等の絶縁体で構成されていても前記環状枠体の上面にコバ−ル製あるいはインバ−合金製等の蓋体を容易に接合することができる。
【００３０】
また、本発明に係る高周波パッケージ（９）は、上記高周波パッケージ（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記誘電体基板の一主面側における前記半導体素子実装領域が複数個形成され、これに対応して前記環状枠体にも半導体素子実装のための開口部が複数個形成され、全体としてマルチチップモジュ−ル（ＭＣＭ）化対応になっていることを特徴としている。
上記した高周波パッケージ（９）によれば、各種電子機器の高機能化に伴うＭＣＭ化に容易に対応することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高周波パッケージの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の符号を付すこととする。
【００３２】
図１は実施の形態に係る高周波パッケージを模式的に示した部分断面斜視図である。また図２は実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は下面図である。誘電体基板１１はアルミナセラミック等を用いて厚さがＴの略直方体板形状に形成され、誘電体基板上面１１ａの所定箇所には絶縁体製の環状枠体１２が接合されている。環状枠体１２は誘電体基板１１と同様にアルミナセラミック等を用いて形成されており、環状枠体１２の壁部１２ａの厚さはＬ_w （図２（ｂ））に設定されている。
【００３３】
枠体内側領域１２ｂの略中央部には半導体素子（図示せず）を搭載するスペース１１ｃが形成され、スペース１１ｃを挟んで対向する誘電体基板上面１１ａの所定箇所には、幅がｗ₁ の薄膜状の信号線層１４がそれぞれ形成されている。一方、枠体外側領域１２ｃにおける環状枠体１２を挟んで信号線層１４と対向する箇所には幅がｗ₂ の薄膜状の信号線層１５が形成され、これら信号線層１４、１５の少なくとも片方に環状枠体１２が掛かるように構成されている。信号線層１４、１５の周囲にはギャップｇ₁ 、ｇ₂ を介してグランド層２２が形成されており、これらによりコプレナ・ウェーブガイドが構成されている。
【００３４】
他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、壁部１２ａをまたぐ態様で幅がｗ₃ の薄膜状の信号線層１６が形成されている（図２（ｃ））。信号線層１６の周囲にはギャップｇ₃ を介してグランド層２４が形成されており、これらによりコプレナ・ウェーブガイドが構成されている。
【００３５】
信号線層１４、１５の端部１４ａ、１５ａには導体ビア１７の上端部がそれぞれ接続され、導体ビア１７の下端部は信号線層１６の両端部１６ａ、１６ｂにそれぞれ接続されている（図２（ａ））。この導体ビア１７の直径はｄ₁ 、導体ビア１７と信号線層１４、１５の端部１４ｂ、１５ｂとの距離はＬ₀ 、導体ビア１７どうしの距離はＬにそれぞれ設定されている。また、壁部１２ａと信号線層１４の端部１４ｂとの距離はＬ₁ 、壁部１２ａと信号線層１５の端部１５ｂとの距離はＬ₂ 、壁部１２ａの厚さはＬ_w 、壁部１２ａの高さはＴ_w にそれぞれ設定されている。
【００３６】
この距離Ｌは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、誘電体基板１１の厚さをＴとするとき、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr^1/2) の範囲で設定されている。この際、共振や導体ビア１７の直径ｄ₁ の大きさによるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλとして採用し、距離Ｌを求めておくことが実際上はより望ましい。これら信号線層１４、導体ビア１７、信号線層１６、導体ビア１７、信号線層１５を含んで信号配線１３が構成されている。
【００３７】
信号線層１４、１５、１６を挟むその両側には、グランド層２２とグランド層２４とを接続する直径がｄ₂ の導体ビア２５ａ、２５ｂが形成されている。これら導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしの間隔はＤに設定されている。この間隔Ｄは誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、Ｄ＜λ/(２×εr^1/2) の範囲で設定されている。なお、間隔Ｄの下限は小さい程よいが、誘電体基板１１に導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしを接近して形成する技術による規制を受けることとなる。
【００３８】
また導体ビア２５ａ、２５ｂの中心と信号線層１４、１５、１６の中心線との距離はそれぞれＷに設定されている。この距離Ｗは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、Ｗ＜λ/(４×εr^1/2) の範囲で設定されている。この際、共振によるリップルの発生がある程度の帯域を有することから、利用しようとする高周波信号の周波数の１．１５倍の波長をλとして採用し、距離Ｗを求めるのが現実的にはより望ましい。
【００３９】
また距離Ｗの下限は小さい程よいが、実際的には信号線層１４、１５、１６の幅ｗ₁ 、ｗ₂ 、ｗ₃ 、ギャップｇ₁ 〜ｇ₃ 、導体ビア２５ａ、２５ｂの直径ｄ₂ 等による規制を受けることとなる。これらグランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４を含んでグランド２１が構成されている。またこれらグランド２１と信号配線１３とを含んでコプレナ・ウェーブガイド２０が構成されており、スペース１１ｃ近傍のコプレナ・ウェーブガイド２０上には、図示しない半導体素子が実装されるようになっている。
【００４０】
また、スペース１１ｃを挟んで対向する誘電体基板上面１１ａの所定箇所には、所定幅の薄膜状のバイアス電圧供給端子１８がそれぞれ２本形成されている（図１）。また、外側領域１２ｃにおける環状枠体１２を挟んでバイアス電圧供給端子１８と対向する箇所には所定幅の薄膜状の引き出し端子１９がそれぞれ２本形成されている（図１）。バイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９の周囲にはギャップｇ₁ 、ｇ₂ を介してグランド層２２が形成されている。
【００４１】
他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、壁部１２ａをまたぐ態様で所定幅の薄膜状の接続配線（図示せず）が形成され、この接続配線の周囲にはギャップ（図示せず）を介してグランド層２４が形成されており、これらバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９と接続配線とは信号配線１３の場合と同様に導体ビア（図示せず）により接続されている。
【００４２】
これらバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９、接続配線の所定幅、及びギャップｇ₁ 、ｇ₂ 等の幅は、信号線層１４、１５の場合と同様に設定する必要はなく、またバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９の本数も１本の他、３本あるいは４本であっても差し支えない。また、バイアス線路の構成は、必ずしも上記したようなバイアス電圧供給端子１８、引き出し端子１９、接続配線及び導体ビアを用いた構成とする必要はなく、図１１に示したような基板主面上におけるコプレナ線路構造（ただし枠体は図１１に示したように積層構造にする必要なし）であってもよく、あるいは、図９や図１０に示したようなマイクロストリップ線路構造（ただし図９や図１０に示したように線路幅を狭くしたり、壁厚を薄くする必要なし）であっても差し支えない。
【００４３】
また、環状枠体１２の上面にはメタライズ層３０が形成されており、環状枠体１２がセラミック等の絶縁体で構成されていても、環状枠体１２の上面にコバールまたはインバー合金製の蓋体２６を容易に接合することができるようになっている。蓋体２６と環状枠体１２とはハンダ（図示せず）等を用いて接続される。
【００４４】
また、実施の形態に係る高周波パッケージ１０の場合、信号線層１４、１５の少なくとも片方に環状枠体１２が掛かるように構成されているため、環状枠体１２の壁厚Ｌ_w を十分大きく確保することが可能であり、環状枠体１２の壁厚Ｌ_w を十分大きく確保することにより、この環状枠体１２の中にシ−ルド用の導体ビア３１を形成することが容易になっており、環状枠体１２の内部にはグランド層２２と蓋体２６とを接続するシ−ルド用の導体ビア３１が多数形成されており、電磁波に対するシ−ルド効果をより一層高めることができるようになっている。
【００４５】
これら誘電体基板１１、環状枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド２０、蓋体２６等を含んで高周波パッケージ１０が構成されている。
このように構成された高周波パッケージ１０を使用する場合、高周波信号（図示せず）は信号線層端部１５ｂより信号配線１３、信号線層端部１４ｂを介して半導体素子に入力される一方、半導体素子からの出力信号は信号線層端部１４ｂ、信号配線１３を介して信号線層端部１５ｂより出力される。
【００４６】
上記説明から明らかなように、実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１の一主面１１ａ側に環状枠体１２と、環状枠体１２の内外領域１２ｂ、１２ｃに環状枠体１２を挟んで対向して形成された信号線層１４、１５と、これら信号線層１４、１５の周囲にギャップｇ₁ 、ｇ₂ を介して形成されたグランド層２２とを備える一方、誘電体基板１１の他主面１１ｂ側には信号線層１６と、信号線層１６の周囲にギャップｇ₃ を介して形成されたグランド層２４とを備えている。
【００４７】
また、信号線層１４、１５の各一端部１４ａ、１５ａと信号線層１６の両端部１６ａ、１６ｂとを接続する導体ビア１７を備えると共に、信号線層１４〜１６を挟んで、その両側にグランド層２２とグランド層２４とを接続する複数個の導体ビア２５ａ、２５ｂが所定間隔Ｄで形成されており、環状枠体１２の壁部１２ａの下面の一部を通すだけで信号線層１４、導体ビア１７、信号線層１６、導体ビア１７、信号線層１５を含んで構成される信号配線１３を容易に形成することができている。
【００４８】
また、グランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４を含んで構成されるグランド２１を容易に形成することができ、かつグランド２１と信号配線１３とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイド２０を容易に形成することができる。また複数個の導体ビア２５ａ、２５ｂにより、導体ビア１７に基づくインピーダンスの変化を軽減させて反射損失を減少させることができると共に、信号配線１３から放射された電磁波が誘電体基板１１中に放射されるのを防止することができ、これらの結果、準ミリ波〜ミリ波帯域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００４９】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、導体ビア２５ａどうし、導体ビア２５ｂどうしの間隔Ｄが、Ｄ＜λ/(２×εr^1/2) の範囲で設定されているので、信号配線１３より信号線層１４〜１６の垂直方向へ放射される高周波信号が導体ビア２５ａ、２５ｂの隙間Ｄを介して誘電体基板１１側に漏れ出すのを阻止し、隙間Ｄに起因する不要モードによりリップルが発生するのを防止することができ、この結果、より波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５０】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλとするとき、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗが、Ｗ＜λ/(４×εr^1/2) の範囲で設定されているので、信号配線１３より信号線層１４〜１６に関して略垂直方向に放射される高周波信号における、導体ビア２５ａ、２５ｂまでの距離Ｗに起因する共振の発生を防止すると共に、リップルの発生を防止することができる。また導体ビア２５ａ、２５ｂの間隔Ｄを、Ｄ＜λ/(２×εr^1/2) の範囲で設定した場合との相乗効果により、一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５１】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号配線１３を伝播する高周波信号の空気中における波長をλ、誘電体基板１１の厚さをＴとするとき、導体ビア間１７の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr^1/2) の範囲で設定されているので、導体ビア１７間の距離Ｌが長いと発生し易い共振の発生を阻止し、リップルの発生を防止することができると共に、距離Ｌが短過ぎる場合に発生し易い導体ビア１７間における電磁界の干渉及びそれに伴う振動の発生を抑制することができる。また導体ビア２５ａ、２５ｂの間隔Ｄを、Ｄ＜λ/(２×εr^1/2) の範囲で設定した場合、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗを、Ｗ＜λ/(４×εr^1/2) の範囲で設定した場合との相乗効果により、より一層波長が短い高周波領域における高周波特性を優れたものとすることができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、環状枠体１２がアルミナセラミック等を用いて形成される場合について説明したが、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、環状枠体がより誘電率の低い絶縁体材料を用いて形成されていてもよい。かかる高周波パッケージによれば、環状枠体に覆われた信号線層１５部分及び導体ビア１７部分から環状枠体への電磁波の放射を抑制して、伝送損失をより低く抑えることができる。
【００５３】
また、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、図３あるいは図４に示したように、誘電体基板１１の一主面側が、半導体素子実装領域及び外部入出力端子部の近傍部分を除いて絶縁体製の環状枠体１２により覆われていてもよく、かかる高周波パッケージによれば、環状枠体の壁厚Ｌ_w を十分大きく確保することができ、環状枠体における強度的課題を解決することができる。
【００５４】
また、別の実施の形態に係る高周波パッケージでは、誘電体基板１１の一主面側における半導体素子実装領域が複数個形成され、これに対応して環状枠体にも半導体素子実装のための開口部が複数個形成され、全体としてマルチチップモジュ−ル（ＭＣＭ）化対応可能に構成されていてもよい。かかる高周波パッケージによれば、各種電子機器の高機能化に伴うＭＣＭ化に容易に対応することができる。ＭＣＭ化対応の場合、高周波信号の伝送損失が問題となる半導体素子や各電子部品のチップ間、すなわち開口部間は図１のＡ−Ａ部に示したような構造を採用することは言うまでもない。
【００５５】
また、上記した実施の形態に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１の下方が開放されている場合ついて説明したが、別の実施の形態のものでは、誘電体基板１１の下面１１ｂに別の誘電体基板が積層されていてもよい。この場合、信号線層１６の幅ｗ₃ や信号線層１６、グランド層２４間のギャップｇ₃ は積層する別の誘電体基板の比誘電率の値も考慮して再設計するのが望ましい。
【００５６】
【実施例及び比較例】
以下、実施例及び比較例に係る高周波パッケージを用い、以下の実験条件で伝送特性及び反射特性を調査した結果について説明する。
実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの誘電体基板１１の厚さＴ、比誘電率εr 、信号線層１４〜１６の幅ｗ₁ 〜ｗ₃ 、導体ビア１７と信号線層１４、１５の端部１４ｂ、１５ｂとの距離Ｌ₀ 、信号線層１４〜１６とグランド層２２、２４とのギャップｇ₁ 〜ｇ₃ 、導体ビア１７及び導体ビア２５ａ、２５ｂ（共に図２）の直径ｄ₁ 、ｄ₂ 、壁部１２ａと信号線層１４の端部１４ｂとの距離Ｌ₁ 、壁部１２ａと信号線層１５の端部１５ｂとの距離Ｌ₂ 、壁部１２ａの厚さＬ_w 、壁部１２ａの高さＴ_w をそれぞれ下記の表１に示した。
【００５７】
比較例１としては環状枠体の構成材料をコバ−ルとし、環状枠体の厚さを実施例のものよりは薄くして環状枠体が信号線層に掛からないようにし、また導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものを、また比較例２としては環状枠体の構成材料をコバ−ルとし、環状枠体の厚さを実施例のものよりは薄くして環状枠体が信号線層に掛からないようにし、また導体ビア２５ａ、２５ｂが導体ビア１７近傍における信号線層１６の両側のみに形成され、信号線層１４、１５の両側には形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものをそれぞれ作製し、実施例の場合と同様の実験条件で伝送特性及び反射特性を調査した。
【００５８】
【表１】

また、実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの導体ビア２５ａ、２５ｂどうしの間隔Ｄ、信号線層１４〜１６、導体ビア２５ａ、２５ｂ間の距離Ｗ、導体ビア１７間の距離Ｌをそれぞれ下記の表２（設定値欄）に示した。
なお表２には、実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージごとに、誘電体基板１１の厚さＴと、利用しようとする高周波が７０ＧＨｚ（代入するときの値が８０ＧＨｚ）の場合の波長λとに基づき、演算した間隔Ｄ、距離Ｗ、Ｌの規定値をそれぞれ併記し、上記設定値が適合しているか否かについて○印または×印により明確にした。
【００５９】
【表２】

表２より明らかなように、実施例１及び実施例２のものは間隔Ｄ及び距離Ｌがそれぞれ規定値に適合している。一方、比較例１は導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）もの、比較例２は導体ビア２５ａ、２５ｂが導体ビア１７近傍における信号線層１６の両側のみに形成され、信号線層１４、１５の両側には形成されていない（ただし、距離Ｌのみは規定値に適合している）ものを選んでいる。
【００６０】
試験装置としてはネットワークアナライザを使用し、グランド・シグナル・グランドピッチが０．２５ｍｍのエアー・コプレナープローブにより、蓋体２６（図２）を外した状態において実施例１、２、比較例１、２に係る高周波パッケージの伝送特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。
【００６１】
図５、図６は実施例１、２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。また図７、図８は比較例１、２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
図５より明らかなように、実施例１に係る高周波パッケージでは、３０ＧＨｚ以下のＤＣ〜準ミリ波帯において、Ｓ２１＞−０．６ｄＢ以上、Ｓ１１＜−１５ｄＢ以下という優れた伝送特性、反射特性を有していた。さらに、７０〜８０ＧＨｚまで広帯域に伝送し、ミリ波帯まで使用可能になっていた。
また図６より明らかなように、実施例２に係る高周波パッケージでは、環状枠体による信号線層の被覆量が多くなっており、４０ＧＨｚ付近において伝送特性、反射特性が若干劣化しているが、それ以外の７０〜８０ＧＨｚまで広帯域に伝送しており、６０〜７０ＧＨｚのミリ波帯では、Ｓ２１＞−１．２ｄＢ、Ｓ１１＜−１５ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。なお、実施例２における４０ＧＨｚ付近における反射特性の劣化はＬを大きくすることにより極大値を低周波側にシフトさせることができ、またＬを小さくすることにより極大値を高周波側にシフトさせることができるので、使用する信号周波数に応じて支障を生じないように適宜容易に設計することができる。
【００６２】
一方、導体ビア２５ａ、２５ｂが全く形成されていない比較例１では、図７より明らかなように、１０〜１１ＧＨｚごとに鋭いリップルが生じており、高周波帯域で使用するのが困難であった。
また導体ビア２５ａ、２５ｂが一部にしか形成されていない比較例２では、図８より明らかなように、約４０ＧＨｚ以上において、Ｓ２１が−２．５ｄＢ以下であり、ミリ波帯域で使用するのが困難であった。
【００６３】
上記結果から明らかなように、実施例１、２に係る高周波パッケージでは、信号線層１４〜１６を挟んでその両側に導体ビア２５ａ、２５ｂが所定間隔で形成されているため、伝送特性、反射特性を優れたものにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波パッケージの実施の形態を模式的に示した部分断面斜視図である。
【図２】実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式図であり、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は下面図である。
【図３】別の実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を示した模式的平面図である。
【図４】別の実施の形態に係る高周波パッケージの主要部を拡大して示した模式的平面図である。
【図５】実施例１に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図６】実施例２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図７】比較例１に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図８】比較例２に係る高周波パッケージのネットワークアナライザ測定結果を示したグラフであり、（ａ）は伝送特性、（ｂ）は反射特性を示している。
【図９】従来の高周波パッケージを示した模式図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面部分の斜視図である。
【図１０】従来の別の高周波パッケージの主要部を模式的に示した斜視図である。
【図１１】従来のさらに別の高周波パッケージの略前半部を模式的に示した部分断面斜視図である。
【符号の説明】
１０高周波パッケージ
１１誘電体基板
１１ａ上面
１１ｂ下面
１２環状枠体
１２ｂ内側領域
１２ｃ外側領域
１４、１５、１６信号線層
１４ａ、１５ａ、１６ａ、１６ｂ端部
１７、２５ａ、２５ｂ導体ビア
２２、２４グランド層
ｇ₁ 〜ｇ₃ ギャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency package, and more particularly to a high-frequency package that accommodates a semiconductor element that uses, for example, a quasi-millimeter wave and a high-frequency signal of about 30 to 90 GHz band and a high-frequency circuit formed in the periphery thereof.
[0002]
[Prior art]
The high-frequency package is configured by hermetically sealing a semiconductor element mounting region formed on a dielectric substrate and a high-frequency circuit in the periphery thereof with an annular frame and a lid bonded to the annular frame, The high frequency signal is input / output through a signal line layer that penetrates the lower surface of the frame.
[0003]
9A and 9B are schematic views showing a conventional high-frequency package of this type, in which FIG. 9A is a side cross-sectional view, and FIG. 9B is a perspective view of a cross-sectional portion taken along line BB in FIG. The dielectric substrate 41 is formed in a substantially rectangular parallelepiped plate shape having a thickness T, and a ground layer 42 is formed on the lower surface 41b of the dielectric substrate 41, while a predetermined location on the upper surface 41a of the dielectric substrate 41 is An annular dielectric frame 44 is formed. A predetermined portion of the dielectric substrate upper surface 41a in the inner region 44d of the frame body 44 has a width w. ₁ A plurality of thin film-like circuit portions 43a are formed on the outer side facing the circuit portion 43a with the frame 44 interposed therebetween (the width is w). ₁ ) Lead portions 43b are respectively formed. The width of one end of the circuit portion 43a and one end of the lead portion 43b is w. ₂ The conductor portion 43 c is embedded in the wall portion 44 a of the frame body 44. The signal line layer 43 is configured including the circuit portion 43a, the lead portion 43b, and the conductor portion 43c.
[0004]
Further, in order to make the characteristic impedance of the circuit including the conductor portion 43c and the wall portion 44a in the vicinity thereof equal to that of the circuit portion 43a and the lead portion 43b, the width w of the conductor portion 43c. ₂ Is the width w of the circuit portion 43a and the lead portion 43b. ₁ Is set to a smaller value. In order to suppress the reflection loss in the signal line layer 43 and reduce the transmission loss, the characteristic impedances of the circuit portion 43a, the lead portion 43b, and the conductor portion 43c are matched.
[0005]
A semiconductor element 45 is mounted at a substantially central portion of the frame inner region 44d on the upper surface 41a of the dielectric substrate. The pad 45a of the semiconductor element 45 and the other end portion of the circuit portion 43a connect the bonding wire 45b. It is designed to be connected via A lid body 46 is joined (hermetic seal) to the upper surface of the frame body 44, and the frame body inner region 44 d on the dielectric substrate 41 is hermetically sealed by the lid body 46. ing. A microstrip line type high frequency package 40 is configured including the dielectric substrate 41, the ground layer 42, the signal line layer 43, the frame body 44, the lid body 46, and the like.
[0006]
A high frequency signal (not shown) is input from the lead portion 43b of the signal line layer 43 to the semiconductor element 45 through the conductor portion 43c, the circuit portion 43a, and the like, while the high frequency signal output from the semiconductor element 45 is a signal The signal is output from the lead portion 43b via the circuit portion 43a, the conductor portion 43c, and the like of the line layer 43.
However, in the high-frequency package 40 configured in this way, the width w of the conductor portion 43c. ₂ It is difficult to ensure this dimensional accuracy, the resistance increases, and transmission loss tends to increase. Further, when manufacturing, it is difficult to accurately align both end portions of the conductor portion 43c and the inner and

outer surfaces

44b and 44c of the wall portion 44a.
[0007]
In order to cope with this problem, a thin frame body in which a signal line layer is embedded has been proposed. FIG. 10 is a perspective view schematically showing the main part of a conventional high-frequency package of this type. In the figure,

reference numerals

41 and 42 denote a dielectric substrate and a ground layer similar to those shown in FIG. An annular dielectric frame body 54 is formed at a predetermined location on the upper surface 41 a of the dielectric substrate 41, and a concave portion 54 b is formed at a predetermined location of the frame body 54. On the other hand, the width of the predetermined portion of the upper surface 41a of the dielectric substrate 41 is w. ₁ The thin-film signal line layer 53 is formed. One end portion 53 a side of the signal line layer 53 is formed in the inner region 54 c of the frame body 54, and the other end portion 53 b side of the signal line layer 53 is formed in the outer region 54 d of the frame body 54. Is embedded in the vicinity of the recess 54b.
[0008]
Since other configurations are substantially the same as those shown in FIG. 9, detailed description thereof will be omitted here. The dielectric substrate 41, the ground layer 42, the signal line layer 53, the frame body 54, and the like constitute a high frequency package. The high frequency signal is input to the semiconductor element 45 (FIG. 9) from the other end 53b side through the signal line layer 53 and the like, while the high frequency signal output from the semiconductor element 45 is input through the signal line layer 53 and the like. And output from the other end 53b side.
[0009]
However, in the high-frequency package configured in this way, the thickness e of the recess 54b ₁ It is necessary to set the thickness to be thin, and it is difficult to manufacture, and there is a problem that the strength is particularly weak in the recess 54b.
In the microstrip line type high frequency package shown in FIGS. 9 and 10, when the semiconductor element 45 processes a signal in a higher frequency band such as a millimeter wave or a quasi-millimeter wave, the semiconductor element 45 and the signal There is a problem that connection loss with the

line layers

43 and 53 and radiation loss in the

signal line layers

43 and 53 are likely to increase.
[0010]
In order to cope with this problem, in recent years, a signal line layer and a ground layer are formed on one main surface side of a dielectric substrate, and a semiconductor element 45 is flip-chip mounted thereon. A package has been proposed.
[0011]
FIG. 11 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing the main part of a conventional high-frequency package of this type (Japanese Patent Laid-Open No. 2-87701), in which 61 indicates a metal substrate. A ceramic plate 63 is fixed at a predetermined position on a substantially rectangular parallelepiped plate-like metal substrate 61. For example, three conductor layers 64a and three ceramic layers 64b are alternately laminated on the left and right sides of the ceramic plate 63. A plate 64 is integrally formed. A dielectric substrate 62 having a substantially rectangular parallelepiped plate shape is configured including the ceramic plate 63, the laminated plate 64, and the like. The predetermined portion on the dielectric substrate 62 has a width w ₁ The thin signal line layer 65 is formed in the front-rear direction of the arrow in the figure, and the ground layer 66 is formed on both the left and right sides of the signal line layer 65 via gaps g.
[0012]
In addition, a ceramic plate 68 is formed on the substantially central portion of the signal line layer 65 and on the ground layer 66 in the vicinity thereof in the left-right direction of the arrow in the figure. A laminated plate 69 in which individual ceramic layers 69b are alternately laminated is integrally formed. A substantially 67-shaped frame 67 is configured including the ceramic plate 68 and the laminated plate 69. The metal substrate 61 and the ground layer 66 in the vicinity of the signal line layer 65 in the inner region 67a of the frame body 67 are connected to each other through one conductor via 66a on the left and right.
[0013]
Further, a metallized layer 71 is formed on the upper surface of the frame body 67, the front end surfaces 64c and 69c of the

stacked bodies

64 and 69, the right end surfaces 64d and 69d, and the like. A coplanar waveguide type high frequency package is configured including the dielectric substrate 62, the signal line layer 65, the ground layer 66, the frame body 67, the metallized layer 71, and the like.
[0014]
In the high frequency package configured as described above, a semiconductor element (not shown) can be mounted in the internal region 67 a of the frame 67. Further, the signal line layer 65 is surrounded by the ground layer 66, the conductor layers 64a and 69a, the metallized layer 71, and the metal substrate 61 to be electromagnetically shielded, and the signal line layer 65 and the like by the

laminated plates

64 and 69 and the like. Since the ring resonance is suppressed, the high frequency characteristics in the quasi-millimeter wave (up to 30 GHz band) can be made excellent.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
In the microstrip line type high frequency package shown in FIGS. 9 and 10, as described above, when a signal in a high frequency band such as a millimeter wave is processed, the semiconductor element 45 and the signal line layers 43 and 53 are not connected. There was a problem that the connection loss and the radiation loss of the signal line layers 43 and 53 were likely to increase. The width w of the conductor 43c ₂ Is difficult to accurately set, it is difficult to accurately align both ends of the conductor 43c and the inner and

outer surfaces

44b, 44c of the wall 44a (FIG. 9), and the thickness e of the recess 54b ₁ It is troublesome to set the thickness to be thin, and there is a problem that the strength is particularly weak in the recess 54b (FIG. 10).
[0016]
Further, the coplanar waveguide type high frequency package shown in FIG. 11 may be inferior in high frequency characteristics in a band exceeding 30 GHz (quasi-millimeter wave band). The thickness e of the ceramic plate 68 ₀ Is difficult to set, and it is troublesome to manufacture the dielectric substrate 62 and the frame body 67 including the ceramic plates 63 and 68 and the

laminated plates

64 and 69.
[0017]
The present invention has been made in view of the above problems, and has an excellent high-frequency characteristic in a quasi-millimeter wave to 90 GHz band and can have a good sealing structure, and can be easily manufactured and reduced in cost. An object of the present invention is to provide a high-frequency package that is excellent in strength.
[0018]
[Means for solving the problems and effects thereof]
In order to achieve the above object, a high-frequency package (1) according to the present invention includes an annular frame made of an insulator on one main surface side of a dielectric substrate, and the annular frame sandwiched between inner and outer regions of the annular frame. And first and second signal line layers formed opposite to each other, and a first ground layer formed through a gap around the first and second signal line layers, And at least one of the second signal line layers is formed by hanging on the annular frame, and a third signal line layer is formed on the other main surface side of the dielectric substrate, and around the third signal line layer. The second formed through the gap 2 And a first conductor via that connects one end of each of the first and second signal line layers and both ends of the third signal line layer. A plurality of second conductor vias connecting the first ground layer and the second ground layer are formed at predetermined intervals on both sides of the three signal line layers. Yes.
[0019]
According to the above-described high-frequency package (1), the first signal line layer, the first conductor via, the third signal line layer, the first conductor via, and the second signal line layer are included. The configured signal wiring can be easily formed, and the ground including the first ground layer, the second conductor via, and the second ground layer can be easily formed. .
[0020]
Further, the second conductor via can reduce a change in impedance based on the first conductor via to reduce a reflection loss, and an electromagnetic wave radiated from the signal wiring is radiated into the dielectric substrate. As a result, the high frequency characteristics in the quasi-millimeter wave to millimeter wave band can be made excellent. Further, since at least one of the first and second signal line layers may be formed on the annular frame, the thickness of the annular frame can be set thick, and the annular frame The strength of the can be ensured.
[0021]
It is also possible to form the annular frame made of an insulator using the same kind of ceramic as the constituent material of the dielectric substrate. In this case, the annular frame and the dielectric substrate are formed in the same process. The cost can be reduced by simplifying the manufacturing process.
[0022]
In the high frequency package (2) according to the present invention, in the high frequency package (1), the dielectric substrate has a relative dielectric constant εr, the first to third signal line layers, and the first conductor via. When the wavelength of the high-frequency signal propagating in the air is λ, the distance D between the second conductor vias is D <λ / (2 × εr ^1/2 ) Is set within the range.
According to the above-described high-frequency package (2), the high-frequency signal radiated in the direction perpendicular to the first to third signal line layers from the first to third signal line layers and the first conductor vias. Can be prevented from leaking to the dielectric substrate side through the gap D of the second conductor via, and ripple can be prevented from being generated due to an unnecessary mode caused by the gap D. High frequency characteristics in a high frequency region with a short wavelength can be made excellent. Although the lower limit of the distance D is better, it is restricted by a technique for forming the second conductor vias close to the dielectric substrate.
[0023]
In the high frequency package (3) according to the present invention, in the high frequency package (1) or (2), a dielectric constant of the dielectric substrate is εr, the first to third signal line layers, and the first signal line layer. When the wavelength in the air of the high-frequency signal propagating through the conductor via is λ, the distance W between the first to third signal line layers and the second conductor via is W <λ / (4 × εr ^1/2 ) Is set within the range.
According to the above-described high-frequency package (3), in a high-frequency signal radiated in a substantially vertical direction with respect to the first to third signal line layers from the first to third signal line layers and the first conductor via. In addition to preventing the occurrence of resonance due to the distance W to the second conductor via, it is also possible to prevent the occurrence of ripple. Moreover, in the case of the thing premised on the said high frequency package (2), the high frequency characteristic in the high frequency band whose wavelength is still shorter can be excellent according to the synergistic effect.
Since the generation of ripple due to resonance has a certain band, it is practically more desirable to obtain the distance W by substituting a wavelength of 1.15 times the frequency of the high-frequency signal to be used for λ.
Although the lower limit of the distance W is better, it is actually restricted by the width of the first to third signal line layers, the gap, the diameter of the second conductor via, and the like.
[0024]
In the high frequency package (4) according to the present invention, in any one of the high frequency packages (1) to (3), a relative dielectric constant of the dielectric substrate is εr, and the first to third signal line layers and When the wavelength in the air of the high-frequency signal propagating through the first conductor via is λ and the thickness of the dielectric substrate is T, the distance L between the first conductor vias is 2 × T <L < λ / (εr ^1/2 ) Is set within the range.
[0025]
According to the above-described high frequency package (4), it is possible to prevent the occurrence of resonance that is likely to occur when the distance L between the first conductor vias is long, prevent the occurrence of ripples, and the distance L is too short. Electromagnetic field interference between the first conductor vias, which is likely to occur, and generation of unnecessary vibrations associated therewith can be suppressed. Further, in the case where the above-described high-frequency package (2) and / or (3) is assumed, the synergistic effect can improve the high-frequency characteristics in a high-frequency region with a shorter wavelength.
In addition, since the occurrence of ripple due to the resonance and the diameter of the first conductor via has a certain band, 1.15 times the wavelength of the high-frequency signal to be used is substituted for λ, and the distance L is In reality, it is more desirable.
[0026]
In the high frequency package (5) according to the present invention, in any one of the high frequency packages (1) to (4), one main surface side of the dielectric substrate is in the vicinity of the semiconductor element mounting region and the external input / output terminal portion. It is characterized by being covered with the annular frame made of the insulator except for the portion.
According to the above-described high-frequency package (5), the wall thickness of the annular frame made of an insulator can be secured sufficiently large, and the strength problem in the annular frame can be solved. Moreover, cavity resonance can be made difficult to occur by reducing the space for mounting the semiconductor element.
[0027]
In the high frequency package (6) according to the present invention, in any of the high frequency packages (1) to (5), a shield conductive via is formed inside the annular frame made of an insulator. It is characterized by being.
In the case of the high-frequency package according to the present invention, it is possible to ensure a sufficiently large wall thickness of the insulator-made annular frame, and if the wall thickness of the insulator-made annular frame is ensured sufficiently large, It is also easy to form a shield conductor via in the annular frame. If a shield conductor via is formed in the annular frame, the shield effect against electromagnetic waves can be further enhanced.
[0028]
The high-frequency package (7) according to the present invention is the high-frequency package (7) according to any one of the high-frequency packages (1) to (6), wherein the material constituting the annular frame has a relative dielectric constant of the material constituting the dielectric substrate. It is characterized by being smaller than the relative dielectric constant.
According to the above-described high frequency package (7), the transmission loss is suppressed by suppressing the emission of electromagnetic waves from the first and second signal line layer parts and the first conductor via part covered by the annular frame. Can be kept low.
[0029]
The high-frequency package (8) according to the present invention is characterized in that, in any of the high-frequency packages (1) to (7), a metallized layer is formed on the upper surface of the annular frame.
According to the above-described high frequency package (8), even if the annular frame is made of an insulator such as ceramic, a cover made of Kovar or Invar alloy is easily provided on the upper surface of the annular frame. Can be joined.
[0030]
The high frequency package (9) according to the present invention includes a plurality of the semiconductor element mounting regions on one main surface side of the dielectric substrate in any of the high frequency packages (1) to (8), A plurality of openings for mounting semiconductor elements are also formed in the annular frame corresponding to the above, and the whole is adapted to the multi-chip module (MCM).
According to the above-described high-frequency package (9), it is possible to easily cope with the MCM that accompanies enhancement of functions of various electronic devices.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a high-frequency package according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to the component which has the same function as a prior art example.
[0032]
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a high-frequency package according to an embodiment. 2 is an enlarged schematic view showing the main part of the high-frequency package according to the embodiment, where (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, (b) is a plan view, and (c) is a plan view. It is a bottom view. The dielectric substrate 11 is formed in a substantially rectangular parallelepiped plate shape with a thickness of T using alumina ceramic or the like, and an annular frame 12 made of an insulator is bonded to a predetermined portion of the upper surface 11a of the dielectric substrate. The annular frame 12 is formed using alumina ceramic or the like, similar to the dielectric substrate 11, and the thickness of the wall portion 12a of the annular frame 12 is L. _w (FIG. 2B) is set.
[0033]
A space 11c for mounting a semiconductor element (not shown) is formed in a substantially central portion of the frame inner region 12b. A width w is set at a predetermined position on the upper surface 11a of the dielectric substrate facing the space 11c. ₁ Each of the thin-film signal line layers 14 is formed. On the other hand, the width of the portion facing the signal line layer 14 across the annular frame 12 in the frame outer region 12c is w. ₂ The thin signal line layer 15 is formed, and at least one of the signal line layers 14 and 15 is configured to hang the annular frame 12. There is a gap g around the signal line layers 14 and 15. ₁ , G ₂ A ground layer 22 is formed through the above, and a coplanar waveguide is constituted by these.
[0034]
On the other hand, at a predetermined location on the lower surface 11b of the dielectric substrate, the width is w so as to cross the wall portion 12a. _Three The thin signal line layer 16 is formed (FIG. 2C). There is a gap g around the signal line layer 16. _Three A ground layer 24 is formed through the above, and a coplanar waveguide is constituted by these.
[0035]
The upper ends of the conductor vias 17 are connected to the

end portions

14a and 15a of the signal line layers 14 and 15, respectively, and the lower ends of the conductor vias 17 are connected to both

end portions

16a and 16b of the signal line layer 16 (see FIG. 2 (a)). The diameter of the conductor via 17 is d. ₁ The distance between the conductor via 17 and the

end portions

14b and 15b of the signal line layers 14 and 15 is L. ₀ The distance between the conductor vias 17 is set to L, respectively. The distance between the wall 12a and the end 14b of the signal line layer 14 is L ₁ The distance between the wall 12a and the end 15b of the signal line layer 15 is L ₂ The thickness of the wall 12a is L _w The height of the wall 12a is T _w Respectively.
[0036]
This distance L is 2 × T <L, where εr is the dielectric constant of the dielectric substrate 11, λ is the wavelength of the high frequency signal propagating through the signal wiring 13 in air, and T is the thickness of the dielectric substrate 11. <Λ / (εr ^1/2 ) Is set. At this time, resonance and the diameter d of the conductor via 17 ₁ Since the occurrence of ripple due to the size of the signal has a certain band, it is practically more desirable to determine the distance L by adopting a wavelength of 1.15 times the frequency of the high-frequency signal to be used as λ. . A signal wiring 13 is configured including the signal line layer 14, the conductor via 17, the signal line layer 16, the conductor via 17, and the signal line layer 15.
[0037]
On both sides of the signal line layers 14, 15 and 16, the diameter connecting the ground layer 22 and the ground layer 24 is d. ₂

Conductor vias

25a and 25b are formed. The distance between the conductor vias 25a and the conductor vias 25b is set to D. This distance D is D <λ / (2 × εr, where εr is the dielectric constant of the dielectric substrate 11 and λ is the wavelength of the high frequency signal propagating through the signal wiring 13 in the air. ^1/2 ) Is set. Although the lower limit of the interval D is better, it is subject to regulation by a technique for forming the conductor vias 25a and the conductor vias 25b close to the dielectric substrate 11.
[0038]
The distances between the centers of the

conductor vias

25a and 25b and the center lines of the signal line layers 14, 15, and 16 are set to W, respectively. This distance W is W <λ / (4 × εr, where εr is the dielectric constant of the dielectric substrate 11 and λ is the wavelength of the high frequency signal propagating through the signal line wiring 13 in the air. ^1/2 ) Is set. At this time, since the generation of ripple due to resonance has a certain band, it is practically more desirable to obtain the distance W by adopting a wavelength of 1.15 times the frequency of the high-frequency signal to be used as λ. .
[0039]
In addition, the lower limit of the distance W is better, but in practice, the width w of the signal line layers 14, 15, 16. ₁ , W ₂ , W _Three , Gap g ₁ ~ G _Three The diameter d of the

conductor vias

25a, 25b ₂ It will be subject to the regulations by etc. The ground 21 includes the ground layer 22, the conductor vias 25 a and 25 b, and the ground layer 24. A coplanar waveguide 20 is configured including the ground 21 and the signal wiring 13, and a semiconductor element (not shown) is mounted on the coplanar waveguide 20 near the space 11c.
[0040]
Further, two thin-film bias voltage supply terminals 18 each having a predetermined width are formed at predetermined positions on the upper surface 11a of the dielectric substrate facing each other across the space 11c (FIG. 1). In addition, two thin-film lead terminals 19 having a predetermined width are formed at locations facing the bias voltage supply terminal 18 across the annular frame 12 in the outer region 12c (FIG. 1). There is a gap g around the bias voltage supply terminal 18 and the lead terminal 19. ₁ , G ₂ A ground layer 22 is formed through the.
[0041]
On the other hand, a thin-film connection wiring (not shown) having a predetermined width is formed at a predetermined location on the lower surface 11b of the dielectric substrate so as to straddle the wall 12a, and a gap (not shown) is formed around the connection wiring. The bias voltage supply terminal 18, the lead terminal 19 and the connection wiring are connected by conductor vias (not shown) as in the case of the signal wiring 13.
[0042]
These bias voltage supply terminal 18, lead-out terminal 19, predetermined width of connection wiring, and gap g ₁ , G ₂ It is not necessary to set the same width as in the case of the signal line layers 14 and 15, and the number of bias voltage supply terminals 18 and lead terminals 19 may be one or three or four. Absent. Further, the configuration of the bias line is not necessarily the configuration using the bias voltage supply terminal 18, the lead terminal 19, the connection wiring, and the conductor via as described above, but on the main surface of the substrate as shown in FIG. A coplanar line structure (however, the frame body need not be a laminated structure as shown in FIG. 11) or a microstrip line structure as shown in FIGS. 9 and 10 (however, FIG. 9 and FIG. As shown in FIG. 10, there is no need to reduce the line width or reduce the wall thickness.
[0043]
Further, a metallized layer 30 is formed on the upper surface of the annular frame 12, and even if the annular frame 12 is made of an insulator such as ceramic, a cover made of Kovar or Invar alloy is formed on the upper surface of the annular frame 12. The body 26 can be easily joined. The lid body 26 and the annular frame body 12 are connected using solder (not shown) or the like.
[0044]
In the case of the high-frequency package 10 according to the embodiment, since the annular frame 12 is configured to hang over at least one of the signal line layers 14 and 15, the wall thickness L of the annular frame 12 is increased. _w Can be secured sufficiently large, and the wall thickness L of the annular frame 12 is _w Is sufficiently large, it is easy to form a shield conductor via 31 in the annular frame 12, and the ground layer 22 and the lid 26 are formed inside the annular frame 12. A number of shield conductor vias 31 are connected to each other, and the shield effect against electromagnetic waves can be further enhanced.
[0045]
The high-frequency package 10 includes the dielectric substrate 11, the annular frame 12, the coplanar waveguide 20, the lid 26, and the like.
When using the high-frequency package 10 configured as described above, a high-frequency signal (not shown) is input to the semiconductor element from the signal line layer end 15b via the signal wiring 13 and the signal line layer end 14b. An output signal from the semiconductor element is output from the signal line layer end 15b through the signal line layer end 14b and the signal wiring 13.
[0046]
As is clear from the above description, in the high-frequency package 10 according to the embodiment, the annular frame 12 is provided on the one principal surface 11a side of the dielectric substrate 11, and the annular frame 12 is provided in the inner and

outer regions

12b and 12c of the annular frame 12. Between the signal line layers 14 and 15 formed opposite to each other with a gap g around the signal line layers 14 and 15. ₁ , G ₂ A signal line layer 16 on the other principal surface 11b side of the dielectric substrate 11, and a gap g around the signal line layer 16. _Three And a ground layer 24 formed therebetween.
[0047]
In addition, a conductor via 17 is provided to connect the one

end portions

14a and 15a of the signal line layers 14 and 15 and both

end portions

16a and 16b of the signal line layer 16, and the signal line layers 14 to 16 are sandwiched on both sides thereof. A plurality of

conductor vias

25a and 25b connecting the ground layer 22 and the ground layer 24 are formed at a predetermined interval D, and the signal line layer 14 is simply passed through a part of the lower surface of the wall portion 12a of the annular frame 12. The signal wiring 13 including the conductor via 17, the signal line layer 16, the conductor via 17, and the signal line layer 15 can be easily formed.
[0048]
In addition, a coplanar waveguide can be formed easily including the ground layer 22, the conductor vias 25 a and 25 b, and the ground layer 24, and the ground 21 and the signal wiring 13. 20 can be formed easily. The plurality of

conductor vias

25a and 25b can reduce a change in impedance based on the conductor via 17 and reduce reflection loss, and electromagnetic waves radiated from the signal wiring 13 are radiated into the dielectric substrate 11. As a result, the high frequency characteristics in the quasi-millimeter wave to millimeter wave band can be made excellent.
[0049]
Further, when the relative dielectric constant of the dielectric substrate 11 is εr and the wavelength of the high frequency signal propagating through the signal wiring 13 is λ, the distance D between the conductor vias 25a and the conductor vias 25b is D <λ / (2 × εr ^1/2 ), The high frequency signal radiated from the signal wiring 13 in the vertical direction of the signal line layers 14 to 16 leaks out to the dielectric substrate 11 side through the gap D between the

conductor vias

25a and 25b. And the occurrence of ripples due to the unnecessary mode due to the gap D can be prevented. As a result, the high frequency characteristics in a high frequency region with a shorter wavelength can be improved.
[0050]
Further, when the dielectric constant of the dielectric substrate 11 is εr and the wavelength of the high-frequency signal propagating through the signal wiring 13 is λ, the distance W between the signal line layers 14 to 16 and the

conductor vias

25a and 25b is: W <λ / (4 × εr ^1/2 ), The occurrence of resonance due to the distance W to the

conductor vias

25a and 25b in the high-frequency signal radiated from the signal wiring 13 in the substantially vertical direction with respect to the signal line layers 14 to 16 is prevented. In addition, the occurrence of ripple can be prevented. The distance D between the

conductor vias

25a and 25b is set to D <λ / (2 × εr ^1/2 ), The high frequency characteristics in a high frequency region with a shorter wavelength can be improved.
[0051]
Further, when the dielectric constant of the dielectric substrate 11 is εr, the wavelength of the high frequency signal propagating through the signal wiring 13 is λ, and the thickness of the dielectric substrate 11 is T, the distance L between the conductor vias 17 is 2 × T <L <λ / (εr ^1/2 ), The resonance that is likely to occur when the distance L between the conductor vias 17 is long can be prevented and the occurrence of ripples can be prevented, and also when the distance L is too short. Interference of electromagnetic fields between the conductive vias 17 and the occurrence of vibrations associated therewith can be suppressed. The distance D between the

conductor vias

25a and 25b is set to D <λ / (2 × εr ^1/2 ), The distance W between the signal line layers 14 to 16 and the

conductor vias

25a and 25b is expressed as W <λ / (4 × εr ^1/2 ), The high frequency characteristics in the high frequency region with a shorter wavelength can be further improved.
[0052]
In the high-frequency package 10 according to the above-described embodiment, the case where the annular frame 12 is formed using alumina ceramic or the like has been described. However, in the high-frequency package according to another embodiment, the annular frame is more dielectric. An insulating material having a low rate may be used. According to such a high-frequency package, it is possible to suppress transmission loss by suppressing radiation of electromagnetic waves from the signal line layer 15 portion and the conductor via 17 portion covered with the annular frame to the annular frame.
[0053]
Further, in the high frequency package according to another embodiment, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, one main surface side of the dielectric substrate 11 is excluded except for the semiconductor element mounting region and the vicinity of the external input / output terminal portion. It may be covered by the annular frame 12 made of an insulator, and according to such a high frequency package, the wall thickness L of the annular frame _w Can be ensured sufficiently large, and the strength problem in the annular frame can be solved.
[0054]
In the high-frequency package according to another embodiment, a plurality of semiconductor element mounting regions on one main surface side of the dielectric substrate 11 are formed, and correspondingly, an opening for mounting semiconductor elements is also formed in the annular frame. A plurality of portions may be formed, and the whole may be configured to be compatible with multi-chip module (MCM). According to such a high-frequency package, it is possible to easily cope with the MCM that accompanies the higher functionality of various electronic devices. In the case of MCM compatibility, it goes without saying that a structure as shown in the AA portion of FIG. 1 is employed between the chips of semiconductor elements and electronic components, that is, between openings, in which high-frequency signal transmission loss is a problem. .
[0055]
Further, in the high-frequency package 10 according to the above-described embodiment, the case where the lower side of the dielectric substrate 11 is opened has been described, but in another embodiment, another surface is provided on the lower surface 11b of the dielectric substrate 11. Dielectric substrates may be stacked. In this case, the width w of the signal line layer 16 _Three And the gap g between the signal line layer 16 and the ground layer 24 _Three It is desirable to redesign in consideration of the value of the relative dielectric constant of another dielectric substrate to be laminated.
[0056]
[Examples and Comparative Examples]
Hereinafter, the results of examining the transmission characteristics and the reflection characteristics under the following experimental conditions using the high-frequency packages according to the examples and the comparative examples will be described.
The thickness T of the dielectric substrate 11 of the high-frequency package according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the relative permittivity εr, and the width w of the signal line layers 14 to 16 ₁ ~ W _Three The distance L between the conductor via 17 and the

end portions

14b, 15b of the signal line layers 14, 15 ₀ The gap g between the signal line layers 14 to 16 and the ground layers 22 and 24 ₁ ~ G _Three , Diameter d of conductor via 17 and

conductor vias

25a and 25b (both in FIG. 2) ₁ , D ₂ The distance L between the wall portion 12a and the end portion 14b of the signal line layer 14 ₁ The distance L between the wall 12a and the end 15b of the signal line layer 15 ₂ The thickness L of the wall 12a _w , Height T of wall 12a _w Are shown in Table 1 below.
[0057]
In Comparative Example 1, the material of the annular frame is made of cover, and the thickness of the annular frame is made thinner than that of the example so that the annular frame does not cover the signal line layer. , 25b is not formed at all (however, only the distance L conforms to the specified value), and as Comparative Example 2, the constituent material of the annular frame is made of cover, and the thickness of the annular frame is made Is made thinner than that of the embodiment so that the annular frame does not cover the signal line layer, and the

conductor vias

25a and 25b are formed only on both sides of the signal line layer 16 in the vicinity of the conductor via 17, so that the

signal line layer

14 , 15 are formed on both sides (however, only the distance L conforms to the specified value), and the transmission characteristics and reflection characteristics are examined under the same experimental conditions as in the case of the example.
[0058]
[Table 1]

In addition, the distance D between the

conductor vias

25a and 25b of the high-frequency packages according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the distance W between the signal line layers 14 to 16 and the

conductor vias

25a and 25b, and between the conductor vias 17 The distances L are shown in Table 2 (set value column) below.
In Table 2, for each of the high-frequency packages according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the thickness T of the dielectric substrate 11 and the high frequency to be used are 70 GHz (the value when substituted is 80 GHz). Based on the wavelength λ in the above case, the calculated values of the interval D, the distances W, and L are written together, and whether or not the above set values are matched is clarified by ◯ marks or X marks.
[0059]
[Table 2]

As is clear from Table 2, the distance D and the distance L are in conformity with the specified values in the first and second embodiments. On the other hand, in Comparative Example 1, the

conductor vias

25a and 25b are not formed at all (however, only the distance L conforms to the specified value). In Comparative Example 2, the

conductor vias

25a and 25b are signals in the vicinity of the conductor via 17. It is selected only on both sides of the line layer 16 and not on both sides of the signal line layers 14 and 15 (however, only the distance L conforms to the specified value).
[0060]
Examples 1, 2 and Comparative Examples 1 and 2, with a network analyzer used as a test apparatus and a lid 26 (FIG. 2) removed by an air coplanar probe with a ground signal / ground pitch of 0.25 mm. The transmission characteristic S21 and the reflection characteristic S11 of the high-frequency package according to No. 2 were measured.
[0061]
FIGS. 5 and 6 are graphs showing the network analyzer measurement results of the high-frequency packages according to the first and second embodiments, where (a) shows transmission characteristics and (b) shows reflection characteristics. 7 and 8 are graphs showing network analyzer measurement results of the high-frequency package according to Comparative Examples 1 and 2, where (a) shows transmission characteristics and (b) shows reflection characteristics.
As is clear from FIG. 5, the high-frequency package according to Example 1 has excellent transmission characteristics and reflection characteristics of S21> −0.6 dB or more and S11 <−15 dB or less in the DC to quasi-millimeter wave band of 30 GHz or less. Had. Furthermore, it was transmitted over a wide band from 70 to 80 GHz, and was usable up to the millimeter wave band.
As is clear from FIG. 6, in the high-frequency package according to the second embodiment, the amount of the signal line layer covered with the annular frame is increased, and the transmission characteristics and reflection characteristics are slightly deteriorated in the vicinity of 40 GHz. Other than that, it was transmitted in a wide band from 70 to 80 GHz, and in the millimeter wave band of 60 to 70 GHz, it had excellent transmission characteristics and reflection characteristics of S21> −1.2 dB and S11 <−15 dB. Note that the reflection characteristics in the vicinity of 40 GHz in Example 2 are deteriorated by increasing L so that the maximum value can be shifted to the low frequency side, and by decreasing L, the maximum value can be shifted to the high frequency side. Therefore, it can be designed easily and appropriately so as not to cause trouble according to the signal frequency used.
[0062]
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the

conductor vias

25a and 25b are not formed at all, sharp ripples occur every 10 to 11 GHz, as is apparent from FIG. 7, and it is difficult to use in the high frequency band.
Further, in Comparative Example 2 in which the

conductor vias

25a and 25b are only partially formed, as is apparent from FIG. 8, at about 40 GHz or more, S21 is −2.5 dB or less and is used in the millimeter wave band. It was difficult.
[0063]
As is clear from the above results, in the high-frequency package according to the first and second embodiments, the

conductor vias

25a and 25b are formed on both sides of the signal line layers 14 to 16 at a predetermined interval. The characteristics could be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing an embodiment of a high-frequency package according to the present invention.
2A and 2B are schematic views showing an enlarged main part of the high-frequency package according to the embodiment, where FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 2B is a plan view, and FIG. It is a bottom view.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a main part of a high-frequency package according to another embodiment.
FIG. 4 is a schematic plan view showing an enlarged main part of a high-frequency package according to another embodiment.
5A and 5B are graphs showing network analyzer measurement results of the high-frequency package according to Example 1, where FIG. 5A shows transmission characteristics and FIG. 5B shows reflection characteristics.
6 is a graph showing a network analyzer measurement result of the high-frequency package according to Example 2, where (a) shows transmission characteristics and (b) shows reflection characteristics.
7 is a graph showing a network analyzer measurement result of a high-frequency package according to Comparative Example 1, where (a) shows transmission characteristics and (b) shows reflection characteristics.
FIG. 8 is a graph showing a network analyzer measurement result of a high-frequency package according to Comparative Example 2, where (a) shows transmission characteristics and (b) shows reflection characteristics.
9A and 9B are schematic views showing a conventional high-frequency package, in which FIG. 9A is a side cross-sectional view, and FIG.
FIG. 10 is a perspective view schematically showing a main part of another conventional high-frequency package.
FIG. 11 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a substantially front half portion of still another conventional high-frequency package.
[Explanation of symbols]
10 High frequency package
11 Dielectric substrate
11a Top surface
11b bottom surface
12 Annular frame
12b Inner area
12c outer area
14, 15, 16 Signal line layer
14a, 15a, 16a, 16b end
17, 25a, 25b Conductor via
22, 24 Ground layer
g ₁ ~ G _Three gap

Claims

An annular frame made of an insulator on one main surface side of the dielectric substrate, and first and second signal line layers formed opposite to each other with the annular frame sandwiched between the inner and outer regions of the annular frame; A first ground layer formed through a gap around the first and second signal line layers, and at least one of the first and second signal line layers is hooked on the annular frame. Formed,
The other main surface side of the dielectric substrate includes a third signal line layer and a second ground layer formed around the third signal line layer through a gap,
The first and second signal line layers are provided with first conductor vias that connect one end of each of the first and second signal line layers and both ends of the third signal line layer, and sandwich the first to third signal line layers. A high-frequency package, wherein a plurality of second conductor vias that connect the first ground layer and the second ground layer are formed at predetermined intervals on both sides thereof.

When the relative permittivity of the dielectric substrate is εr and the wavelength of the high-frequency signal propagating through the first to third signal line layers and the first conductor via is λ, the second conductor via The distance D between
D <λ / (2 × εr ^1/2 )
The high frequency package according to claim 1, wherein the high frequency package is set within a range.

When the dielectric constant of the dielectric substrate is εr and the wavelength of the high-frequency signal propagating through the first to third signal line layers and the first conductor via is λ, the first to third The distance W between the signal line layer and the second conductor via is
W <λ / (4 × εr ^1/2 )
The high frequency package according to claim 1, wherein the high frequency package is set in a range of

The relative dielectric constant of the dielectric substrate is εr, the wavelength of the high frequency signal propagating through the first to third signal line layers and the first conductor via is λ, and the thickness of the dielectric substrate is T When the distance L between the first conductor vias is
2 × T <L <λ / (εr ^1/2 )
The high frequency package according to any one of claims 1 to 3, wherein the high frequency package is set in a range of.

The one main surface side of the dielectric substrate is covered with the annular frame made of the insulator except for the semiconductor element mounting region and the vicinity of the external input / output terminal portion. The high-frequency package according to any one of the items.

The high-frequency package according to any one of claims 1 to 5, wherein a conductor via for shielding is formed inside the annular frame made of an insulator.

The high frequency package according to claim 1, wherein a relative dielectric constant of a material constituting the annular frame is smaller than a relative dielectric constant of a material constituting the dielectric substrate.

The metallized layer is formed in the upper surface of the said annular frame, The high frequency package in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.

A plurality of the semiconductor element mounting regions on one main surface side of the dielectric substrate are formed, and correspondingly, a plurality of openings for mounting the semiconductor elements are formed in the annular frame as a whole. 9. The high frequency package according to claim 1, wherein the high frequency package is adapted for modularization (MCM).