JP5355468B2 - 入出力端子、素子収納用パッケージ、並びに実装構造体 - Google Patents

Description

本発明は、入出力端子、素子収納用パッケージ、並びに実装構造体に関する。

従来から、誘電体層の一主面に信号線路を形成し、誘電体層の他主面にグランド層を形成した入出力端子を有する素子収納用パッケージが知られている（下記特許文献１参照）。現在、信号線路に伝送される信号を、マイクロ波、ミリ波等の高周波としても、電磁波の漏れが少なく、伝送特性に優れた素子収納用パッケージが求められている。

特開平１１−３１２７４７号公報

本発明は、伝送特性に優れた入出力端子、素子収納用パッケージ、並びに実装構造体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る入出力端子は、両端部が半円柱状であって、前記両端部で挟まれる中央部が円柱状の信号線路と、前記信号線路の両端部の外周に位置し、前記信号線路と離間して設けられる半円筒状の両端部と、前記信号線路の中央部の外周に位置し、前記信号線路と離間して設けられる円筒状の中央部を有するグランドと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第２の態様に係る素子収納用パッケージは、前記入出力端子と、上面に素子の実装領域を有する基板と、前記基板上であって前記実装領域の外周に沿って設けられ、一部に貫通孔を有する枠体と、を備え、前記貫通孔に前記入出力端子が設けられることを特徴とする。

また、本発明の第３の態様に係る実装構造体は、前記素子収納用パッケージと、前記素子収納用パッケージに実装する素子を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、伝送特性に優れた入出力端子、素子収納用パッケージ、並びに実装構造体を提供することを目的とする。

本実施形態に係る実装構造体の概観斜視図である。 本実施形態に係る入出力端子の概観斜視図である。 本実施形態に係る入出力端子の概観斜視図である。 図２に示すＸ−Ｘ’に沿った入出力端子の断面図である。 図２に示すＹ−Ｙ’に沿った入出力端子の断面図である。 本実施形態に係る入出力端子の正面図である。 一変形例に係る収納用パッケージの概観斜視図である。 一変形例に係る入出力端子の概観斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる実装構造体の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。

＜実装構造体の概略構成＞
図１は、本実施形態に係る実装構造体１を示す概観斜視図である。図２は、図１の実装構造体１に用いられる入出力端子の概観斜視図である。実装構造体１は、電子機器に用いるものである。特に、マイクロ波、ミリ波等の高周波で用いられる電子機器の高周波回路に用いられる。なお、実装構造体１は、素子収納用パッケージ２に入出力端子３を設け、素子４を搭載したものである。

素子収納用パッケージ２は、例えば、半導体素子、光半導体素子、トランジスタ、ダイオード又はサイリスタ等の能動素子、或いは抵抗器、コンデンサ等の受動素子からなる素子４を実装するのに用いるものである。

素子収納用パッケージ２は、上面に素子３の実装領域Ｒを有する基板５と、基板５上であって実装領域Ｒの外周に沿って設けられ、一部に貫通孔Ｈを有する枠体６と、貫通孔Ｈに設けられ、枠体６内外を電気的に接続する入出力端子３とを備えている。

基板５は、平面視したとき四角形状に形成された部材である。基板５は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル又はコバルト等の金属材料、或いはこれらの金属材料を含有する合金から成る。基板５は、熱伝導率を良好にして、実装領域Ｒに実装した素子４から発生する熱を効率良く基板５を介して外部に放散させる機能を備えている。なお、基板５の熱伝導率は、例えば、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。

また、基板５は、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、従来周知の圧延加工又は打ち抜き加工に加えて、切削加工等の金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。なお、基板５の一辺の長さは、例えば、３ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。また、基板５の厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。

また、基板５の表面は、酸化腐食の防止、又は実装領域Ｒに素子４をロー付けしやすくするために、例えば、電気めっき法又は無電解めっき法を用いて、下地としてニッケルめっき層を形成した後に、金等の鍍金層が形成されている。基板５の実装領域Ｒは、基板５の上面に枠体６を接続したときに、枠体６と接続されない領域である。なお、本実施形態では、基板５の形状を四角形状としているが、素子を実装することが可能であれば、四角形状に限られず、多角形状又は楕円形状等であってもよい。

枠体６は、基板５の実装領域Ｒの外周に沿って接続され、実装領域Ｒに実装する素子４を外部から保護するための部材である。また、枠体６は、側面の一部に入出力端子３を設ける貫通孔Ｈが形成されている。枠体６は、ロー材を介して基板５にロー付けされる。なお、ロー材は、例えば、銀、銅、金、アルミ二ウム又はマグネシウム等からなり、ニッケル、カドミウム又は燐等の添加物を含有させてもよい。

また、枠体６は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル又はコバルト等の金属材料、或いはこれらの金属材料を含有する合金から成る。枠体６は、実装領域Ｒに素子４が実装されている状態で、素子４から発生する熱を効率良く枠体６の外部に発散させる機能を備えている。なお、枠体６の熱伝導率は、例えば、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。

枠体６上には、実装領域Ｒに素子４が実装された状態で、蓋体７が設けられる。蓋体７は、基板５と枠体６とで囲まれる空間を封止する機能を備えている。蓋体７は、例えばロー材を介して枠体６上にロー付けされる。なお、蓋体７は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケル又はコバルト等の金属材料、或いはこれらの金属材料を含有する合金から成る。

ここで、入出力端子３について説明する。図３は、端子８を設けた状態を示す入出力端子３の概観斜視図である。図４は、図２に示すＸ−Ｘ’に沿った入出力端子３の断面図である。また、図５は、図２に示すＹ−Ｙ’に沿った入出力端子３の断面図である。

貫通孔Ｈに設けられる入出力端子３は、仮想直線Ａ上に位置する両端部９ａが半円柱状であって、両端部９ａで挟まれる中央部９ｂが円柱状の信号線路９と、信号線路９の両端部９ａの外周に位置し、信号線路９と離間して設けられる半円筒状の両端部１０ａと、信号線路９の中央部９ｂの外周に位置し、信号線路９と離間して設けられる円筒状の中央部１０ｂを有するグランド１０と、を備えている。また、信号線路９及びグランド１０は、仮想直線Ａ上に位置している。ここでは、信号線路９とグランドがペアで、高周波伝送線路として機能する。

信号線路９は、所定の電気信号を伝達する機能を備えている。信号線路９は、例えば、マイクロストリップ線路又はコプレーナ線路として用いる。信号線路９は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の金属材料、或いはこれらの混合物、或いはこれらの合金等からなる。信号線路９の線路幅は、信号線路９に伝わる信号の波長の４分の１以下であって、例えば、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。

信号線路９は、両端部９ａが半円柱状であって、その半円柱状の平面が上面として露出している。そして、その上面に端子８が接続される。なお、平面部の接合と併せて、両端部９ｂの半円状の露出部表面が、端子８の先端部である半円状の端面と突合せた状態で両者を接合材により接合することで、信号線路９の電気特性を良好にすることができる。また、信号線路９の中央部９ｂは、信号線路９の両端部９ａに挟まれるとともに、信号線路９の両端部９ａと一体に形成されている。

信号線路９の両端部９ａのいずれか一方には、半円柱状の端子８が設けられるとともに、９信号線路の上面と端子８の下面とが接続される。端子８は、外部の電子機器等と素子４とを電気的に接続するための部材である。端子８は、例えば、ロー材又は半田材等を介して、信号線路９の一方の端部９ａ上に接続される。そして、信号線路９と端子８とが電気的に接続される。

また、図３に示すように、端子８は半円柱状であって、その平面が、信号線路９の一方の端部９ａの上面と対向する。そして、端子８の下面は、信号線路９の一方の端部９ａの上面と、例えば、ロー材又は半田材等を介して接続される。

図２に示すように、信号線路９の中央部９ｂの上部は、その端面が半円であって、外部に露出している。そして、信号線路９の中央部９ｂの端面が、端子８の半円の端面と接続される。

信号線路９の両端部９ａは半円柱状であるが、端子８を半円柱状にし、信号線路９の一方の端部９ａと接続することで、信号線路９の中央部９ｂの円柱状の形状に合わせることができる。信号線路９の中央部９ｂの形状に近づけることで、信号線路９の中央部９ｂに
伝送される信号が、信号線路９の端部９ｂにて変化するのを抑制することができ、信号線路９に伝送される際の信号の伝送特性を向上させることができる。

図６は、入出力端子３を正面視したときの正面図である。

グランド１０は、図５又は図６に示すように、信号線路９の周囲に位置している。グランド１０は、グランド１０の両端部１０ａにおいては、信号線路９の両端部９ａの半円柱状部側に延在されて設けられている。

また、グランド１０は、共通の電位、例えばアース電位にする機能を備えている。また、グランド１０は、例えば、銅、銀、タングステン、モリブデン、マンガン、金、アルミニウム、ニッケル又はクロム等の金属材料、或いはダイヤモンド、或いはこれらの混合物、或いはこれらの合金等からなる。

グランド１０は、図５に示すように、信号線路９の中央部９ｂとグランド１０の中央部１０ｂとの間は、面方位に等距離に設定されている。そのため、信号線路９とグランド１０との間にて信号伝送路の信号同期性が向上し、伝送特性が向上する。

ここで、信号線路９の中央部９ｂとグランド１０の中央部１０ｂとの間が、面方位に等距離とは、図５に示すように、信号線路９の外周表面からグランド１０の内周表面までの距離が、仮想直線Ａを中心に面方位に略同じになることであって、その誤差は、例えば０．０５ｍｍ以下である。

信号線路９の中央部９ｂとグランド１０の中央部１０ｂとの間には、第１誘電体１１が設けられている。また、グランド９の中央部の外周には第１誘電体１１よりも誘電率が大きい第２誘電体１２が設けられている。

第１誘電体１１及び第２誘電体層１２は、絶縁材料であって、例えば、アルミナ又はムライト等のセラミック材料、或いはガラスセラミック材料等から成る。

また、第１の誘電体１１と第２の誘電体１２を異種組成の組合せとすることにより、両者の誘電率を調整することができる。さらに、第１の誘電体１１と第２の誘電体１２を同一材料であるが、第１の誘電体１１が閉気孔を有する低強度又は低誘電率材料とし、第２の誘電体１２を緻密質とし、高誘電率材料で且つ高強度材料とすることにより伝送特性を向上させつつ、高強度部材とすることが可能である。

グランド１０の両端部１０ａの上面には、金属層１３が形成されている。

金属層１３は、露出するグランド１０の両端部１０ｂを被覆するとともに、信号線路９の両端部９ａとは絶縁している。金属層１３は、グランド１０と電気的に接続されることで、例えば、アース電位となる。信号線路９の両端部９ａに伝送する信号は、グランド１０の両端部１０ａの上面に、信号線路９ａとのギャップが、中央部の信号線路９ｂ部表面とグランド部１０ｂの内表面部とのギャップと略同一としつつ広い金属層１３を設けることで、信号線路９の高周波信号に基づいて発生する電界を金属層１３が遮蔽することができる。このように、金属層１３に電界遮蔽効果をもたせることで、信号線路９から発生する電界に起因して素子４の高周波伝送特性が変化するのを抑制することができる。

金属層１３は、例えば、銅、銀、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料、或いはダイヤモンド、或いはこれらの混合物、或いはこれらの合金等からなる。

また、素子収納用パッケージ２に、ＩＣ又はＬＳＩ等の半導体素子を実装する場合、半導体素子としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム砒素リン、窒化ガリウム又は炭化珪素等を用いることができる。

素子４と入出力端子３とを、例えば、ワイヤボンディング又はリボンボンディング等の手法により電気的に接続する。本実施形態では、入出力端子３の信号線路９及びグランド１０の両端部を半円柱状に形成することで、ワイヤボンディング又はリボンボンディンクにて接続するワイヤ又はリボンの一端を接続しやすくすることができる。また、外部と入出力端子３との接続においても、信号線路９及びグランド１０の両端部を半円柱状にすることで、電気的接続を容易に行なうことができる。仮に、入出力端子３の信号線路９及びグランド１０の両端部が円柱状であって、その周囲を第２誘電体で被覆していた場合、素子又は外部との電気的接続が困難となり、入出力端子との電気的接続の位置精度が求められる。そして、入出力端子と素子、或いは入出力端子と外部との接続状態が、電気的にオープンになる虞が高く、製品不良が発生しやすくなる。

本実施形態によれば、信号線路を中心にその外周をグランドで取り囲むとともに、信号線路とグランドとの距離を所望の調整することで、信号線路に伝送される信号を、マイクロ波、ミリ波等の高周波としても、電磁波の漏れを少なくし、外部よりの外乱要因による影響を低減するとともに、信号線路とグランド部各部との信号同期性を高めることにより伝送特性に優れた入出力端子、素子収納用パッケージ、並びに実装構造体を提供することができる。更には、入出力端子と素子、或いは入出力端子と外部との電気的接続を容易にすることができ、製品歩留まりの向上を図ることができる。

＜実装構造体の製造方法＞
ここで、図１に示す実装構造体１の製造方法を説明する。

まず、基板５、枠体６のそれぞれを準備する。基板５、枠体６のそれぞれは、溶融した金属材料を型枠に鋳込んだ固化させたインゴットに対して、金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。

次に、入出力端子３を準備する。ここでは、第１誘電体１１、第２誘電体１２の材料が、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体又はムライト質焼結体等の場合の、入出力端子３の作製方法について説明する。

具体的には、第１誘電体１１、第２誘電体１２の材料が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、先ず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合した後にスプレードライヤーにより噴霧乾燥することにより微小粒状と成す。

ここで、第１誘電体１１、第２誘電体１２のプレス整形型を準備する。そして、整形型内に、微小粒状の酸化アルミ二ウム質の材料を充填し、焼結前の第１誘電体１１、第２誘電体１２を取り出す。

また、タングステン又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。

そして、取り出した前駆体の第１誘電体１１の貫通孔内に、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを充填し、さらに、前躯体の第１誘電体１１の外周表面にもスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って、グランド１０を形成し、約１６００℃にて雰囲気焼成を行い第１誘電体１１の焼結品を得た後に、メタライズ面である外周表面にロ
ー付け・半田付け用のニッケルめっきを施す。

又、取り出した前駆体の第２誘電体１２の内周面表面、および外周面の素子収納用パッケージ１とのロー付け半田付け部分に、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗布した後に、約１６００℃にて雰囲気焼成を行い第２誘電体１２の焼結品を得た後に、メタライズ面である内周表面、および外表面にロー付け・半田付け用のニッケルめっきを施す。

次に、めっき済みの第２誘電体１２の内部に、めっき済みの第１誘電体１１をセットし、両部材の間にロー付け用ロー材、または半田付け用半田材を雰囲気炉中にて溶融充填することにより一体化する。

その後に、入出力端子の両端部を所要の形状に機械加工した後に入出力端子３を、素子収納用パッケージ１の貫通孔Ｈにロー付け用ロー材、または半田付け用半田材を介して接続する。このようにして、素子収納用パッケージ１を作製することができる。

次に、素子収納用パッケージ２に半田を介して素子４を実装し、枠体６上に蓋体７を設けることで、実装構造体１を作製することができる。

＜変形例＞
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。ここで、上述した実施形態に係る変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る素子収納用パッケージのうち、本実施形態に係る実装構造体と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

図７は、変形例１に係る素子収納用パッケージ２の概観斜視図であって、図８は、図７に示す入出力端子３ｘの概観斜視図である。なお、図７では、素子４を除いた状態を示していえる。

上記実施形態では、入出力端子３の概観が立方体を二つ組み合わせた形状になっていたが、これに限られない。例えば、図７又は図８に示すように、第２誘電体１２ｘの形状を変形してもよい。

変形例１に係る入出力端子３ｘは、グランド１０の外周に位置する第２誘電体１２の形状を、円筒状の一部を切欠いた形状にする。本変形１についても、第１誘電体１１及び第２誘電体１２ｘの金型に、それぞれに適したセラミック材料を充填して、上記実施形態と同様にして、作製することができる。

本変形例１に係る素子収納用パッケージ２は、入出力端子３ｘを接合する素子収納用パッケージ２の枠体６の貫通孔の加工が矩形より丸形に変わることにより容易となる。また、枠体６の貫通孔に入出力端子３ｘを接合するときに、入出力端子３ｘの端部を丸くすることにより、チッピングを原因とするリーク発生を抑制することができ、製造歩留まりを向上させることができる。

１ 実装構造体
２ 素子収納用パッケージ
３ 入出力端子
４ 素子
５ 基板
６ 枠体
７ 蓋体
８ 端子
９ 信号線路
９ａ 信号線路の両端部
９ｂ 信号線路の中央部
１０ グランド
１０ａ グランドの両端部
１０ｂ グランドの中央部
１１ 第１誘電体
１２ 第２誘電体
１３ 金属層
Ｒ 実装領域
Ｈ 貫通孔
Ａ 仮想直線

Claims (9)

1. 両端部が半円柱状であって、前記両端部で挟まれる中央部が円柱状の信号線路と、
   前記信号線路の両端部の外周に位置し、前記信号線路と離間して設けられる半円筒状の両端部と、前記信号線路の中央部の外周に位置し、前記信号線路と離間して設けられる円筒状の中央部を有するグランドと、を備えたことを特徴とする入出力端子。
2. 請求項１に記載の入出力端子であって、
   前記信号線路及び前記グランドは、仮想直線上に位置していることを特徴とする入出力端子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の入出力端子であって、
   前記信号線路の中央部と前記グランドの中央部との間には、第１誘電体が設けられており、
   前記グランドの中央部の外周には前記第１誘電体よりも誘電率が大きい第２誘電体が設けられていることを特徴とする入出力端子。
4. 請求項３に記載の入出力端子であって、
   前記第１誘電体及び前記第２誘電体は、前記信号線路の両端部の外周位置であって、前記信号線路の両端部の半円筒状側に延在されていることを特徴とする入出力端子。
5. 請求項４に記載の入出力端子であって、
   前記信号線路の両端部のいずれか一方には、半円柱状の端子が設けられるとともに、前記信号線路の上面と前記端子の下面とが接続されることを特徴とする入出力端子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の入出力端子であって、
   前記信号線路の中央部に位置する外周表面と前記グランドの中央部に位置する内周表面の間は、面方位に等距離に設定されていることを特徴とする入出力端子。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の入出力端子と、
   上面に素子の実装領域を有する基板と、
   前記基板上であって前記実装領域の外周に沿って設けられ、一部に貫通孔を有する枠体と、を備え、
   前記貫通孔に前記入出力端子が設けられることを特徴とする素子収納用パッケージ。
8. 請求項７に記載の素子収納用パッケージであって、
   前記入出力端子は、前記枠体の内外のそれぞれに、前記信号線路の両端部が露出していることを特徴とする素子収納用パッケージ。
9. 請求項７又は請求項８に記載の素子収納用パッケージと、
   前記素子収納用パッケージに実装する素子を備えたことを特徴とする実装構造体。

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