JP3996330B2 - 高周波パッケージ - Google Patents
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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〜約７０〜９０ＧＨｚ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上に設けられた蓋体で密閉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側壁部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１０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Ａ−Ａ線断面部分の斜視図である。誘電体基板４１は厚みが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、略環形状をした誘電体材料製の枠体４４が一体的に形成されている。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 の略薄板形状をした回路部４３ａが複数個形成される一方、枠体４４を挟んで回路部４３ａと対向する箇所には、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の側壁部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。また導体部４３ｃとこの近傍の側壁部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 より小さい所定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れるようになっている。
【０００４】
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を介して接続されている。枠体４４上部には蓋体４６が接続（ハーメチックシール）されており、この蓋体４６により誘電体基板４１上の枠体内側領域４４ｄが密閉・封止されている。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線路タイプの高周波パッケージ４０が構成されている。そして高周波信号（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 が狭いので、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の両端部と側壁部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問題があった。
【０００５】
この問題に対処するため、信号線層が埋設される枠体の側壁部分を薄く形成したものが開発されている。図１１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１０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の所定箇所には略環形状をした誘電体材料製の枠体５４がこれと一体的に形成され、枠体５４における側壁部５４ａ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 の略薄板形状をした信号線層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近傍の側壁部５４ａ内に埋設されている。その他の構成は図１０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（図示せず）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１０）に入力される一方、半導体素子４５より信号線層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。
【０００６】
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、側壁部５４ａの厚みｅ1 を薄く設定する必要があり、製造が難しいという問題があった。
また図１０、図１１に示したマイクロストリップ線路タイプの高周波パッケージでは、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場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３、グランド層４２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問題があった。この問題に対処するため、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開発されている。
【０００７】
図１２は従来のこの種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 の略薄板形状をした信号線層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。そして金属基板６１と枠体内部領域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。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。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、導体層７１がメタライズにより形成されている。これら誘電体基板６２、信号線層６５、グランド層６６、枠体６７、導体層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。
【０００８】
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）を挿入し、信号線層６５、グランド層６６上にフリップチップ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、７１、及び金属基板６１を介して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等を介し、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となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１０、図１１に示したマイクロストリップ線路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、グランド層４２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 を狭く設定することが難しく、導体部４３ｃの両端部と側壁部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１０）、また凹部５４ｂ近傍の側壁部５４ａの厚みｅ1 を薄く設定するのが面倒である（図１１）という課題があった。
【００１０】
また上記図１２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を超える帯域の高周波特性に劣るおそれがある。またセラミック板６８の厚み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。
【００１１】
また上記図１０〜図１２に示した高周波パッケージにおいては、いずれも信号線層４３、５３、６５の一部が枠体４４、５４、６７に埋設されており、これらの短絡を阻止するため、枠体４４、５４、６７は誘電体材料を用いて形成されている。この結果、製造が面倒となり易く、コストが高くつき易いという課題があった。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、準ミリ波〜約７０〜９０ＧＨｚ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る高周波パッケージを提供することを目的としている。
【００１３】
【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それぞれ形成された第１及び第２のグランド層とを備える一方、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３のグランド層とを備え、かつ前記第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及び第２のグランド層と前記第３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で形成されていることを特徴としている。
なお、前記枠体と前記第１、第２のグランド層とは導通し、共に電位が零であることが望ましい。
【００１４】
上記した高周波パッケージ（１）によれば、誘電体基板の一主面側に環状枠体と、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それぞれ形成された第１及び第２のグランド層とを備える一方、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３のグランド層とを備え、かつ前記第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及び第２のグランド層と前記第３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で形成されているので、前記枠体の側壁部内を通すことなく前記第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線電極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３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電極を容易に形成することができ、かつ該グランド電極と前記信号線電極とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイドを形成することができる。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、前記信号線電極から放射された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。また前記信号線電極が前記枠体に接触しないため、該枠体を金属製にして、電磁的にシールドさせることができ、封止を確実なものとすることができる。これらの結果、前記グランド層、前記環状枠体、蓋体等により十分に接地させることができ、安定した高周波信号を伝送することができると共に、コストを著しく削減することができる。
【００１５】
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×εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
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り自ら限定される。
【００１６】
上記した高周波パッケージ（２）によれば、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×εr1/2) の範囲に設定されているので、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の信号線層の垂直方向へ放射された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。
【００１７】
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×εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
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り自ら限定される。
【００１８】
上記した高周波パッケージ（３）によれば、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×εr1/2) の範囲に設定されているので、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た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。
【００１９】
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、前記第１の導体ビアの中心と前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１個の前記第２の導体ビアとの距離をＷS とし、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアを除く第２の導体ビアと前記第１〜第３の信号線層との距離をＷとした場合、前記第１の導体ビアを中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上及び／又は該円弧の外側に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアが配置されていることを特徴としている。
なお、距離ＷS が大きくなると電磁界放射が生じて伝送特性が低下し易いので、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、前記距離ＷS はλ/(２×εr1/2) よりも短い方が望ましい。
【００２０】
上記した高周波パッケージ（４）によれば、前記第１の導体ビアの中心と前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１個の前記第２の導体ビアとの距離をＷS とし、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアを除く第２の導体ビアと前記第１〜第３の信号線層との距離をＷとした場合、前記第１の導体ビアを中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上及び／又は該円弧の外側に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアが配置されているので、リップルの発生を防止することができると共に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアにより前記第１の導体ビアを伝送する信号の反射損失をより減少させることができ、これらの結果、伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００２１】
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みを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/(εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
なお、共振や第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を求めるのが望ましい。
【００２２】
上記した高周波パッケージ（５）によれば、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みを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/(εr1/2) の範囲に設定されているので、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが長い場合に起因して生じ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が短過ぎる場合に起因して生じ易い前記第１の導体ビア間における電磁界の干渉及びそれに伴う振動の発生を抑制することができる。ま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、さらに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。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は実施の形態（１）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（１）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みがＴの略直方体板形状に形成され、誘電体基板上面１１ａの所定箇所には略環形状をした枠体１２が形成されている。枠体１２は誘電体基板１１と略同様の膨張係数を有するコバールまたはインバー合金を用いて形成されており、枠体１２の側壁部１２ａの厚みはｅ0 に設定されている。
【００２５】
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 の略薄板形状をした信号線層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 の略薄板形状をした信号線層１５が形成されている。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、２３が一体的に形成されており、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。他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、枠体側壁部１２ａをまたぐ態様で幅がｗ3 の略薄板形状をした信号線層１６が形成されている。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。
【００２６】
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。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。
この距離Ｌは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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の厚みをＴとするとき、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されている。この際、共振や導体ビア１７の直径ｄ1 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を含んで信号線電極１３が構成されている。
【００２７】
信号線層１４、１５、１６を挟むその両側には、グランド層２２、２３とグランド層２４とを接続する直径がｄ2 の導体ビア２５ａ、２５ｂがそれぞれ形成されている。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 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されている。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り自ら限定される。
【００２８】
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 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されている。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に代入し、距離Ｗを求めるのが望ましい。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 等により自ら限定される。これらグランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２３を含んでグランド電極２１が構成されている。またこれらグランド電極２１と信号線電極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フリップ実装されるようになっている。
枠体１２上には略直方体板形状をしたコバールまたはインバー合金製の蓋体２６が配設され、蓋体２６と枠体１２とはハンダ、ロウ付け（共に図示せず）等を用いて接続されている。これら誘電体基板１１、枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド２０、蓋体２６、図示しないバイアス回路等を含んで高周波パッケージ１０が構成されている。
【００２９】
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より信号線電極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、半導体素子より信号線層端部１４ｂ、信号線電極１３を介して信号線層端部１５ｂより出力される。
【００３０】
上記説明から明らかなように、実施の形態（１）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 を介してそれぞれ形成されたグランド層２２、２３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、かつ信号線層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、２３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で形成されているので、枠体１２の側壁部１２ａ内を通すことなく信号線層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線電極１３を容易に形成することができると共に、グランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２３を含んで構成されるグランド電極２１を容易に形成することができ、かつグランド電極２１と信号線電極１３とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイド２０を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、信号線電極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。また信号線電極１３が枠体１２に接触しないため、枠体１２を金属製にして電磁的にシールドさせることができ、封止を確実なものとすることができる。これらの結果、グランド層２２〜２４、枠体１２、蓋体２６により十分に接地させることができ、安定した高周波信号を伝送することができると共に、コストを著しく削減することができる。
【００３１】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されているので、信号線電極１３より信号線層１４〜１６の垂直方向へ放射された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。
【００３２】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されているので、信号線電極１３より信号線層１４〜１６に関して略垂直方向に放射された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×εr1/2) の範囲に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。
【００３３】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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の厚みをＴとするとき、導体ビア間１７の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されているので、導体ビア１７間の距離Ｌが長い場合に起因する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が短過ぎる場合に起因する導体ビア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×εr1/2) の範囲に設定した場合、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗを、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定した場合との相乗効果により、さらに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。
【００３４】
なお、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０では、枠体１２がコバール、インバー合金等の金属を用いて形成されている場合について説明したが、別の実施の形態のものでは、枠体が誘電体材料を用いて形成されていてもよい。この場合、枠体表面に導体が形成され、この導体がグランド層２２、２３と接続されていることが望ましい。
【００３５】
また、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１上に形成された枠体１２に、ハンダ等を介して蓋体２６を接続して封止する場合について説明したが、別の実施の形態のものでは、これら枠体及び蓋体が一体化された態様のキャップを誘電体基板１１上に接続して封止してもよい。
【００３６】
また、実施の形態（１）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について説明したが、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。
【００３７】
図３は実施の形態（２）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り、図中１４〜１６、１７は図１、図２に示したものと同様の信号線層、導体ビアをそれぞれ示している。信号線層１４〜１６を挟んでその両側には導体ビア１７を中心とする半径ＷS の円弧上に直径がｄ2 の各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂがそれぞれ形成されており、これら導体ビア３５ａ、３５ｂはグランド層２２、２３とグランド層２４（図１、図２）とを接続するようになっている。また半径ＷS の円領域内を除いて信号線層１４〜１６を挟んでその両側には、グランド層２２、２３とグランド層２４とを接続する直径がｄ2 の導体ビア３５ｃ、３５ｄがそれぞれ所定間隔をおいて複数個形成されている。図１、図２に示したものと略同様、導体ビア３５ｃ、３５ｄの中心と信号線層１４〜１６の中心線との距離ＷはそれぞれＷ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定されている。また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、実際的には信号線層１４、１５、１６の幅ｗ1 、ｗ2 、ｗ3 （図１、図２）、ギャップｇ1 〜ｇ3 、導体ビア３５ｃ、３５ｄの直径ｄ2 等により自ら限定される。
【００３８】
一方、距離ＷS と距離ＷとはＷS ＞Ｗの関係に設定されている。また距離ＷS があまり大きくなると電磁界放射が生じて伝送特性が低下し易いので、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線層１４〜１６及び導体ビア１７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、半径ＷS はλ/(２×εr1/2) よりも短い方が望ましい。
【００３９】
これら導体ビア３５ａ〜３５ｄどうしの間隔ＤはＤ＜λ/(２×εr1/2) の範囲に設定されている。また間隔Ｄの下限は小さい程よいが、誘電体基板１１に導体ビア３５ａ、３５ｃどうし、導体ビア３５ｂ、３５ｄどうしを接近して形成する技術により自ら限定される。
【００４０】
その他の構成は図１、図２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。これらグランド層２２、導体ビア３５ａ〜３５ｄ、グランド層２４、導体ビア３５ａ〜３５ｄ、グランド層２３を含んでグランド電極３１が構成され、これらグランド電極３１と信号線電極１３とを含んでコプレナ・ウェーブガイド３０が構成されている。これら誘電体基板１１、枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド３０、蓋体、バイアス回路（共に図示せず）等を含んで実施の形態（２）に係る高周波パッケージが構成されている。
【００４１】
上記説明から明らかなように、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７の中心と導体ビア１７に近接する各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂとの距離をＷS とし、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ａ、３５ｂを除く導体ビア３５ｃ、３５ｄと信号線層１４〜１６との距離をＷとした場合、導体ビア１７を中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上に、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ｃ、３５ｄが配置されているので、リップルの発生を防止することができると共に、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ａ、３５ｂにより導体ビア１７を伝送する信号の反射損失をより減少させることができ、これらの結果、伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００４２】
なお、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂがいずれも半径ＷS の円弧上に配置されている場合について説明したが、別の実施の形態では導体ビア３５ａ、３５ｂの内の１個が半径ＷS の円弧上に配置され、残りの導体ビア３５ａ、３５ｂが半径ＷS の円弧の外側に配置されていてもよい。
【００４３】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ、３５ｂ及び導体ビア３５ｃ、３５ｄの直径がいずれもｄ2 である場合について説明したが、別の実施の形態では、導体ビア３５ａ〜３５ｄの直径はそれぞれ異なっていてもよい。
【００４４】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７どうしの距離Ｌが２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、距離Ｌはこの範囲でなくともよい。
【００４５】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ｃ、３５ｄと信号線層１４〜１６との距離ＷがＷ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、距離Ｗはこの範囲でなくともよい。
【００４６】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ〜３５ｄどうしの間隔ＤがＤ＜λ/(２×εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、間隔Ｄはこの範囲でなくともよい。
【００４７】
【実施例及び比較例】
以下、実施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１〜４、比較例１、２に係る高周波パッケージの誘電体基板１１の厚み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）、３５ａ〜３５ｄ（図３）の直径ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ下記の表１に示した。
【００４８】
【表１】
また、実施例１〜４、比較例１〜２に係る高周波パッケージの導体ビア２５ａ、２５ｂまたは導体ビア３５ａ〜３５ｄどうしの間隔Ｄ、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂまたは導体ビア３５ｃ、３５ｄとの距離Ｗ、導体ビア１７間の距離Ｌ、導体ビア１７と導体ビア３５ａ、３５ｂとの距離ＷS 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１〜４、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の厚み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、ＷS 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。
【００４９】
【表２】
表２より明らかなように、実施例１のものは間隔Ｄ、実施例２のものは間隔Ｄ及び距離Ｌ、実施例３のものは間隔Ｄ及び距離Ｗ、Ｌ、実施例４のものは間隔Ｄ及び距離Ｌ、ＷS 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）ものを選んだ。
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１〜４、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。
【００５０】
図４〜図７は実施例１〜４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８、図９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４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、距離Ｗ、Ｌの影響により約６５ＧＨｚ近傍にリップルが発生したが、例えば車載レーダ等に応用可能な７２〜７８ＧＨｚ帯において、Ｓ２１＞−１．５ｄＢ、Ｓ１１＜−１０ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。
また図５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、約７２ＧＨｚまでリップルがなく、約７２ＧＨｚ以下において、Ｓ２１＞−１．３ｄＢ、Ｓ１１＜−１０ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。信号線層１４の幅ｗ1 やギャップｇ1 を比較的小さく設定した場合でも、伝送損失が少なく、ミリ波帯の高周波信号を伝送し得ることが分かった。
また図６より明らかなように、実施例３に係る高周波パッケージでは、約９０ＧＨｚまでリップルがなく、約９０ＧＨｚ以下において、Ｓ２１＞−１．７ｄＢ、Ｓ１１＜−９．５ｄＢというきわめて優れた伝送特性、反射特性を有していた。
【００５１】
また図７より明らかなように、実施例４に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ、３５ｂが導体ビア１７を中心とする半径０．５２ｍｍの円弧上に形成されているので、６０〜７８ＧＨｚ帯においてＳ２１＞−１．５ｄＢ、Ｓ１１＜−２０ｄＢという、実施例２の場合よりもさらに優れた伝送特性、反射特性を有するものが得られた。
【００５２】
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８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、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。
【００５３】
上記結果から明らかなように、実施例１〜３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。
【００５４】
また実施例４に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７近傍に形成された導体ビア３５ａ、３５ｂと導体ビア１７との距離ＷS が信号線層１４〜１６とその両側に形成された導体ビア３５ｃ、３５ｄとの距離Ｗよりも大きく設定されているため、伝送特性、反射特性をより一層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（１）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（１）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】実施の形態（２）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４】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５】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６】実施例３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】実施例４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９】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１０】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Ａ−Ａ線断面部分の斜視図である。
【図１１】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１２】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 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、２３、２４ グランド層
ｇ1 〜ｇ3 ギャップ
【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〜約７０〜９０ＧＨｚ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上に設けられた蓋体で密閉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側壁部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１０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Ａ−Ａ線断面部分の斜視図である。誘電体基板４１は厚みが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、略環形状をした誘電体材料製の枠体４４が一体的に形成されている。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 の略薄板形状をした回路部４３ａが複数個形成される一方、枠体４４を挟んで回路部４３ａと対向する箇所には、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の側壁部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。また導体部４３ｃとこの近傍の側壁部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 より小さい所定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れるようになっている。
【０００４】
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を介して接続されている。枠体４４上部には蓋体４６が接続（ハーメチックシール）されており、この蓋体４６により誘電体基板４１上の枠体内側領域４４ｄが密閉・封止されている。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線路タイプの高周波パッケージ４０が構成されている。そして高周波信号（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 が狭いので、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の両端部と側壁部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問題があった。
【０００５】
この問題に対処するため、信号線層が埋設される枠体の側壁部分を薄く形成したものが開発されている。図１１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１０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の所定箇所には略環形状をした誘電体材料製の枠体５４がこれと一体的に形成され、枠体５４における側壁部５４ａ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 の略薄板形状をした信号線層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近傍の側壁部５４ａ内に埋設されている。その他の構成は図１０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（図示せず）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１０）に入力される一方、半導体素子４５より信号線層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。
【０００６】
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、側壁部５４ａの厚みｅ1 を薄く設定する必要があり、製造が難しいという問題があった。
また図１０、図１１に示したマイクロストリップ線路タイプの高周波パッケージでは、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場合、半導体素子４５と信号線層４３、５３、グランド層４２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問題があった。この問題に対処するため、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開発されている。
【０００７】
図１２は従来のこの種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 の略薄板形状をした信号線層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。そして金属基板６１と枠体内部領域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。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。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、導体層７１がメタライズにより形成されている。これら誘電体基板６２、信号線層６５、グランド層６６、枠体６７、導体層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。
【０００８】
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）を挿入し、信号線層６５、グランド層６６上にフリップチップ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、７１、及び金属基板６１を介して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等を介し、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となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１０、図１１に示したマイクロストリップ線路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、グランド層４２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 を狭く設定することが難しく、導体部４３ｃの両端部と側壁部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１０）、また凹部５４ｂ近傍の側壁部５４ａの厚みｅ1 を薄く設定するのが面倒である（図１１）という課題があった。
【００１０】
また上記図１２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を超える帯域の高周波特性に劣るおそれがある。またセラミック板６８の厚み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。
【００１１】
また上記図１０〜図１２に示した高周波パッケージにおいては、いずれも信号線層４３、５３、６５の一部が枠体４４、５４、６７に埋設されており、これらの短絡を阻止するため、枠体４４、５４、６７は誘電体材料を用いて形成されている。この結果、製造が面倒となり易く、コストが高くつき易いという課題があった。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、準ミリ波〜約７０〜９０ＧＨｚ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る高周波パッケージを提供することを目的としている。
【００１３】
【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それぞれ形成された第１及び第２のグランド層とを備える一方、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３のグランド層とを備え、かつ前記第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及び第２のグランド層と前記第３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で形成されていることを特徴としている。
なお、前記枠体と前記第１、第２のグランド層とは導通し、共に電位が零であることが望ましい。
【００１４】
上記した高周波パッケージ（１）によれば、誘電体基板の一主面側に環状枠体と、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それぞれ形成された第１及び第２のグランド層とを備える一方、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３のグランド層とを備え、かつ前記第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及び第２のグランド層と前記第３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で形成されているので、前記枠体の側壁部内を通すことなく前記第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線電極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３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電極を容易に形成することができ、かつ該グランド電極と前記信号線電極とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイドを形成することができる。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、前記信号線電極から放射された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。また前記信号線電極が前記枠体に接触しないため、該枠体を金属製にして、電磁的にシールドさせることができ、封止を確実なものとすることができる。これらの結果、前記グランド層、前記環状枠体、蓋体等により十分に接地させることができ、安定した高周波信号を伝送することができると共に、コストを著しく削減することができる。
【００１５】
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×εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
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り自ら限定される。
【００１６】
上記した高周波パッケージ（２）によれば、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×εr1/2) の範囲に設定されているので、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の信号線層の垂直方向へ放射された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。
【００１７】
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×εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
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り自ら限定される。
【００１８】
上記した高周波パッケージ（３）によれば、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×εr1/2) の範囲に設定されているので、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た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。
【００１９】
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、前記第１の導体ビアの中心と前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１個の前記第２の導体ビアとの距離をＷS とし、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアを除く第２の導体ビアと前記第１〜第３の信号線層との距離をＷとした場合、前記第１の導体ビアを中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上及び／又は該円弧の外側に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアが配置されていることを特徴としている。
なお、距離ＷS が大きくなると電磁界放射が生じて伝送特性が低下し易いので、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、前記距離ＷS はλ/(２×εr1/2) よりも短い方が望ましい。
【００２０】
上記した高周波パッケージ（４）によれば、前記第１の導体ビアの中心と前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１個の前記第２の導体ビアとの距離をＷS とし、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアを除く第２の導体ビアと前記第１〜第３の信号線層との距離をＷとした場合、前記第１の導体ビアを中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上及び／又は該円弧の外側に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアが配置されているので、リップルの発生を防止することができると共に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアにより前記第１の導体ビアを伝送する信号の反射損失をより減少させることができ、これらの結果、伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００２１】
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みを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/(εr1/2) の範囲に設定されていることを特徴としている。
なお、共振や第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を求めるのが望ましい。
【００２２】
上記した高周波パッケージ（５）によれば、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みを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/(εr1/2) の範囲に設定されているので、前記第１の導体ビア間の距離Ｌが長い場合に起因して生じ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が短過ぎる場合に起因して生じ易い前記第１の導体ビア間における電磁界の干渉及びそれに伴う振動の発生を抑制することができる。ま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、さらに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。
【００２３】
【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。
【００２４】
図１は実施の形態（１）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（１）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みがＴの略直方体板形状に形成され、誘電体基板上面１１ａの所定箇所には略環形状をした枠体１２が形成されている。枠体１２は誘電体基板１１と略同様の膨張係数を有するコバールまたはインバー合金を用いて形成されており、枠体１２の側壁部１２ａの厚みはｅ0 に設定されている。
【００２５】
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 の略薄板形状をした信号線層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 の略薄板形状をした信号線層１５が形成されている。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、２３が一体的に形成されており、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。他方、誘電体基板下面１１ｂの所定箇所には、枠体側壁部１２ａをまたぐ態様で幅がｗ3 の略薄板形状をした信号線層１６が形成されている。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。
【００２６】
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。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。
この距離Ｌは、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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の厚みをＴとするとき、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されている。この際、共振や導体ビア１７の直径ｄ1 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を含んで信号線電極１３が構成されている。
【００２７】
信号線層１４、１５、１６を挟むその両側には、グランド層２２、２３とグランド層２４とを接続する直径がｄ2 の導体ビア２５ａ、２５ｂがそれぞれ形成されている。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 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されている。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り自ら限定される。
【００２８】
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 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されている。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に代入し、距離Ｗを求めるのが望ましい。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 等により自ら限定される。これらグランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２３を含んでグランド電極２１が構成されている。またこれらグランド電極２１と信号線電極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フリップ実装されるようになっている。
枠体１２上には略直方体板形状をしたコバールまたはインバー合金製の蓋体２６が配設され、蓋体２６と枠体１２とはハンダ、ロウ付け（共に図示せず）等を用いて接続されている。これら誘電体基板１１、枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド２０、蓋体２６、図示しないバイアス回路等を含んで高周波パッケージ１０が構成されている。
【００２９】
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より信号線電極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、半導体素子より信号線層端部１４ｂ、信号線電極１３を介して信号線層端部１５ｂより出力される。
【００３０】
上記説明から明らかなように、実施の形態（１）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 を介してそれぞれ形成されたグランド層２２、２３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、かつ信号線層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、２３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で形成されているので、枠体１２の側壁部１２ａ内を通すことなく信号線層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線電極１３を容易に形成することができると共に、グランド層２２、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２４、導体ビア２５ａ、２５ｂ、グランド層２３を含んで構成されるグランド電極２１を容易に形成することができ、かつグランド電極２１と信号線電極１３とを含んで構成されるコプレナ・ウェーブガイド２０を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、信号線電極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。また信号線電極１３が枠体１２に接触しないため、枠体１２を金属製にして電磁的にシールドさせることができ、封止を確実なものとすることができる。これらの結果、グランド層２２〜２４、枠体１２、蓋体２６により十分に接地させることができ、安定した高周波信号を伝送することができると共に、コストを著しく削減することができる。
【００３１】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されているので、信号線電極１３より信号線層１４〜１６の垂直方向へ放射された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。
【００３２】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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×εr1/2) の範囲に設定されているので、信号線電極１３より信号線層１４〜１６に関して略垂直方向に放射された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×εr1/2) の範囲に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。
【００３３】
また、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線電極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の厚みをＴとするとき、導体ビア間１７の距離Ｌが、２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されているので、導体ビア１７間の距離Ｌが長い場合に起因する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が短過ぎる場合に起因する導体ビア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×εr1/2) の範囲に設定した場合、信号線層１４〜１６と導体ビア２５ａ、２５ｂとの距離Ｗを、Ｗ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定した場合との相乗効果により、さらに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。
【００３４】
なお、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０では、枠体１２がコバール、インバー合金等の金属を用いて形成されている場合について説明したが、別の実施の形態のものでは、枠体が誘電体材料を用いて形成されていてもよい。この場合、枠体表面に導体が形成され、この導体がグランド層２２、２３と接続されていることが望ましい。
【００３５】
また、実施の形態（１）に係る高周波パッケージ１０では、誘電体基板１１上に形成された枠体１２に、ハンダ等を介して蓋体２６を接続して封止する場合について説明したが、別の実施の形態のものでは、これら枠体及び蓋体が一体化された態様のキャップを誘電体基板１１上に接続して封止してもよい。
【００３６】
また、実施の形態（１）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について説明したが、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。
【００３７】
図３は実施の形態（２）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り、図中１４〜１６、１７は図１、図２に示したものと同様の信号線層、導体ビアをそれぞれ示している。信号線層１４〜１６を挟んでその両側には導体ビア１７を中心とする半径ＷS の円弧上に直径がｄ2 の各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂがそれぞれ形成されており、これら導体ビア３５ａ、３５ｂはグランド層２２、２３とグランド層２４（図１、図２）とを接続するようになっている。また半径ＷS の円領域内を除いて信号線層１４〜１６を挟んでその両側には、グランド層２２、２３とグランド層２４とを接続する直径がｄ2 の導体ビア３５ｃ、３５ｄがそれぞれ所定間隔をおいて複数個形成されている。図１、図２に示したものと略同様、導体ビア３５ｃ、３５ｄの中心と信号線層１４〜１６の中心線との距離ＷはそれぞれＷ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定されている。また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、実際的には信号線層１４、１５、１６の幅ｗ1 、ｗ2 、ｗ3 （図１、図２）、ギャップｇ1 〜ｇ3 、導体ビア３５ｃ、３５ｄの直径ｄ2 等により自ら限定される。
【００３８】
一方、距離ＷS と距離ＷとはＷS ＞Ｗの関係に設定されている。また距離ＷS があまり大きくなると電磁界放射が生じて伝送特性が低下し易いので、誘電体基板１１の比誘電率をεr 、信号線層１４〜１６及び導体ビア１７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、半径ＷS はλ/(２×εr1/2) よりも短い方が望ましい。
【００３９】
これら導体ビア３５ａ〜３５ｄどうしの間隔ＤはＤ＜λ/(２×εr1/2) の範囲に設定されている。また間隔Ｄの下限は小さい程よいが、誘電体基板１１に導体ビア３５ａ、３５ｃどうし、導体ビア３５ｂ、３５ｄどうしを接近して形成する技術により自ら限定される。
【００４０】
その他の構成は図１、図２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。これらグランド層２２、導体ビア３５ａ〜３５ｄ、グランド層２４、導体ビア３５ａ〜３５ｄ、グランド層２３を含んでグランド電極３１が構成され、これらグランド電極３１と信号線電極１３とを含んでコプレナ・ウェーブガイド３０が構成されている。これら誘電体基板１１、枠体１２、コプレナ・ウェーブガイド３０、蓋体、バイアス回路（共に図示せず）等を含んで実施の形態（２）に係る高周波パッケージが構成されている。
【００４１】
上記説明から明らかなように、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７の中心と導体ビア１７に近接する各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂとの距離をＷS とし、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ａ、３５ｂを除く導体ビア３５ｃ、３５ｄと信号線層１４〜１６との距離をＷとした場合、導体ビア１７を中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上に、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ｃ、３５ｄが配置されているので、リップルの発生を防止することができると共に、導体ビア１７に近接する導体ビア３５ａ、３５ｂにより導体ビア１７を伝送する信号の反射損失をより減少させることができ、これらの結果、伝送特性をより優れたものとすることができる。
【００４２】
なお、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、各２個の導体ビア３５ａ、３５ｂがいずれも半径ＷS の円弧上に配置されている場合について説明したが、別の実施の形態では導体ビア３５ａ、３５ｂの内の１個が半径ＷS の円弧上に配置され、残りの導体ビア３５ａ、３５ｂが半径ＷS の円弧の外側に配置されていてもよい。
【００４３】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ、３５ｂ及び導体ビア３５ｃ、３５ｄの直径がいずれもｄ2 である場合について説明したが、別の実施の形態では、導体ビア３５ａ〜３５ｄの直径はそれぞれ異なっていてもよい。
【００４４】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７どうしの距離Ｌが２×Ｔ＜Ｌ＜λ/(εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、距離Ｌはこの範囲でなくともよい。
【００４５】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ｃ、３５ｄと信号線層１４〜１６との距離ＷがＷ＜λ/(４×εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、距離Ｗはこの範囲でなくともよい。
【００４６】
また、実施の形態（２）に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ〜３５ｄどうしの間隔ＤがＤ＜λ/(２×εr1/2) の範囲に設定されている場合について説明したが、別の実施の形態では、間隔Ｄはこの範囲でなくともよい。
【００４７】
【実施例及び比較例】
以下、実施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１〜４、比較例１、２に係る高周波パッケージの誘電体基板１１の厚み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）、３５ａ〜３５ｄ（図３）の直径ｄ1 、ｄ2 をそれぞれ下記の表１に示した。
【００４８】
【表１】
なお表２には、実施例１〜４、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の厚み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、ＷS 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。
【００４９】
【表２】
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１〜４、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。
【００５０】
図４〜図７は実施例１〜４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８、図９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４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、距離Ｗ、Ｌの影響により約６５ＧＨｚ近傍にリップルが発生したが、例えば車載レーダ等に応用可能な７２〜７８ＧＨｚ帯において、Ｓ２１＞−１．５ｄＢ、Ｓ１１＜−１０ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。
また図５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、約７２ＧＨｚまでリップルがなく、約７２ＧＨｚ以下において、Ｓ２１＞−１．３ｄＢ、Ｓ１１＜−１０ｄＢという優れた伝送特性、反射特性を有していた。信号線層１４の幅ｗ1 やギャップｇ1 を比較的小さく設定した場合でも、伝送損失が少なく、ミリ波帯の高周波信号を伝送し得ることが分かった。
また図６より明らかなように、実施例３に係る高周波パッケージでは、約９０ＧＨｚまでリップルがなく、約９０ＧＨｚ以下において、Ｓ２１＞−１．７ｄＢ、Ｓ１１＜−９．５ｄＢというきわめて優れた伝送特性、反射特性を有していた。
【００５１】
また図７より明らかなように、実施例４に係る高周波パッケージでは、導体ビア３５ａ、３５ｂが導体ビア１７を中心とする半径０．５２ｍｍの円弧上に形成されているので、６０〜７８ＧＨｚ帯においてＳ２１＞−１．５ｄＢ、Ｓ１１＜−２０ｄＢという、実施例２の場合よりもさらに優れた伝送特性、反射特性を有するものが得られた。
【００５２】
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８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、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。
【００５３】
上記結果から明らかなように、実施例１〜３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。
【００５４】
また実施例４に係る高周波パッケージでは、導体ビア１７近傍に形成された導体ビア３５ａ、３５ｂと導体ビア１７との距離ＷS が信号線層１４〜１６とその両側に形成された導体ビア３５ｃ、３５ｄとの距離Ｗよりも大きく設定されているため、伝送特性、反射特性をより一層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（１）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（１）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】実施の形態（２）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４】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５】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６】実施例３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】実施例４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９】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１０】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Ａ−Ａ線断面部分の斜視図である。
【図１１】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１２】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 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、２３、２４ グランド層
ｇ1 〜ｇ3 ギャップ
Claims (5)
- 誘電体基板の一主面側に環状枠体と、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それぞれ形成された第１及び第２のグランド層とを備える一方、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３のグランド層とを備え、かつ前記第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及び第２のグランド層と前記第３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で形成されていることを特徴とする高周波パッケージ。
- 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×εr1/2)
の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１記載の高周波パッケージ。 - 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×εr1/2)
の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波パッケージ。 - 前記第１の導体ビアの中心と前記第１の導体ビアに近接する少なくとも１個の前記第２の導体ビアとの距離をＷS とし、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアを除く第２の導体ビアと前記第１〜第３の信号線層との距離をＷとした場合、前記第１の導体ビアを中心としてＷS ＞Ｗの関係が成り立つ半径ＷS の円弧上及び／又は該円弧の外側に、前記第１の導体ビアに近接する前記第２の導体ビアが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
- 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みを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/(εr1/2)
の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の高周波パッケージ。
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