JP5921077B2 - 高周波パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波帯もしくはミリ波帯で動作する高周波半導体回路やその周辺回路を内部に収めて保護する高周波パッケージに関する。

従来の高周波パッケージとして、主要構造体上に実装された高周波半導体回路と、主要構造体上に配置されると共に高周波半導体回路に接続された高周波配線と、主要構造体上に配置されると共に高周波半導体回路に接続された直流配線と、主要構造体の内部に配置されると共に直流配線に設けられ、高周波を阻止する帯域阻止フィルタとを備えたものがある（下記特許文献１）。

この従来の高周波パッケージでは、直流配線に高周波を阻止する帯域阻止フィルタを設けることで、内部に実装された高周波半導体回路の発振等の不安定性を抑制することができる。

特開２０００−１００９９２号公報

従来の高周波パッケージは、以上のように構成されているので、高周波パッケージの近傍空間に、他の装置への直流電源あるいは直流信号を伝送するハーネス状のリード線が引き通されていると、そのリード線と高周波パッケージに入出力される高周波とに不要結合を発生し、不具合を起こすことがある。

図３はその状態を示したものであり、高周波パッケージに高周波入力端子４ａと、高周波出力端子４ｆとが設けられ、その高周波パッケージの近傍空間に、他の装置に直流電源を伝送するリード線２１と、他の装置に直流信号を伝送するリード線２２とが引き通されている状態を示したものである。

図３のように、高周波パッケージの高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆの近傍空間にリード線２１，２２が存在していると、例えば、高周波出力端子４ｆ付近でリード線２１，２２と不要結合すれば、不要結合した高周波はリード線２１，２２上を伝搬し、高周波入力端子４ａにおいて再結合する。

すなわち、高周波の帰還が起こり、高周波パッケージの内部に実装された高周波半導体回路の入出力アイソレーションが劣化することになる。仮に、この高周波半導体回路が高周波増幅器である場合に、高周波増幅器の利得次第では、入出力アイソレーションの劣化は高周波増幅器の発振等を引き起こす場合もある等の課題があった。

本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、他の装置への直流電源あるいは直流信号を伝送するリード線と、当該高周波パッケージ上に配置された高周波配線の周りから漏洩する高周波との不要結合を減少させ、これにより、高周波半導体回路の入出力アイソレーションを向上し、入出力アイソレーションの劣化に起因する不具合を低減する高周波パッケージを得ることを目的とする。

本発明の高周波パッケージは、主要構造体上もしくは主要構造体と一体化されたキャリア上に実装された高周波半導体回路と、主要構造体上に配置されると共に高周波半導体回路に接続された高周波配線と、主要構造体上に配置されると共に高周波半導体回路に接続された直流配線と、主要構造体上に高周波半導体回路を囲むように配置された側壁と、側壁上に配置された接地導体と、接地導体上に配置された誘電体基板と、誘電体基板上に配置されると共に、高周波半導体回路に接続されることなく、当該高周波パッケージの周辺に設けられた他の装置への直流電源あるいは直流信号を通過させる直流引き通し配線と、直流引き通し配線に設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するフィルタとを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、直流引き通し配線が主要構造体の内部に配置されているので、この直流引き通し配線と主要構造体上に配置された高周波配線の周りから漏洩する高周波との不要結合を減少させることができる。
これにより、高周波半導体回路の入出力アイソレーションを向上することができ、入出力アイソレーションの劣化に起因する不具合を低減できる効果がある。

この発明の実施の形態１による高周波パッケージを示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態１による高周波パッケージにリード線を接続した状態を示す分解斜視図である。 従来の高周波パッケージにリード線が引き通された場合に生じる高周波の不要結合を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態２による高周波パッケージを示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態３による高周波パッケージを示す分解斜視図である。

実施の形態１．
この実施の形態１は、リード線の代わりに用いられる直流引き通し配線を主要構造体の内部に配置することにより、高周波配線の高周波との不要結合を減少させるものである。

図１はこの発明の実施の形態１による高周波パッケージを示す分解斜視図である。
図において、主要構造体１は、多層状の誘電体からなるものである。キャリア２は、底面に接地導体（図示せず）が形成され、主要構造体１を配置するものである。

高周波半導体回路３は、半導体チップにより構成され、主要構造体１上に実装されたものである。

この高周波半導体回路３は、主要構造体１上に形成された高周波入力端子４ａおよび高周波入力線路４ｂからなる線路にボンドワイヤ４ｃを用いて接続されている。また、主要構造体１上に形成された高周波出力端子４ｆおよび高周波出力線路４ｅからなる線路にボンドワイヤ４ｄを用いて接続されている。
なお、４ａから４ｆにより高周波配線を構成する。

また、この高周波半導体回路３は、主要構造体１上に形成された直流信号入力端子５ａおよび直流信号入力線路５ｂからなる線路にボンドワイヤ５ｃを用いて接続されている。また、主要構造体１上に形成された直流電源入力端子６ａおよび直流電源入力線路６ｂからなる線路にボンドワイヤ６ｃを用いて接続されている。
なお、５ａから５ｃ，６ａから６ｃにより直流配線を構成する。

側壁７は、多層状の誘電体からなり、主要構造体１上に高周波半導体回路３を囲むように配置されたものである。キャビティ８は、側壁７の配置により主要構造体１上に形成される空間である。
シールリング９は、側壁７上に配置され、リッド１０は、キャビティ８を封止するように、シールリング９上に半田付けされるものである。

さらに、この実施の形態１では、主要構造体１上に外部端子１１ａ，１１ｂが形成されている。これら外部端子１１ａ，１１ｂは、高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆから、少なくとも不要結合が発生しない程度に離れた位置に形成されたものである。

また、引き通し配線１１ｃは、外部端子１１ａ，１１ｂの真下であって、多層配置された主要構造体１の内部に形成されたものである。
ビア１１ｄは、外部端子１１ａと引き通し配線１１ｃの一端とを電気的に接続し、ビア１１ｅは、外部端子１１ｂと引き通し配線１１ｃの他端とを電気的に接続したものである。
なお、外部端子１１ａ，１１ｂ、引き通し配線１１ｃ、およびビア１１ｄ，１１ｅにより直流引き通し配線を構成する。

次に動作について説明する。
図１において、この実施の形態１では、外部端子１１ａ、ビア１１ｄ、引き通し配線１１ｃ、ビア１１ｅ、および外部端子１１ｂからなる経路が一系統設けられている。

この経路は、高周波半導体回路３に接続されることなく、また、その経路のほとんどが高周波パッケージの周辺の空間にあらわとなることなく、主要構造体１の高周波入力端子４ａが形成された端面から高周波出力端子４ｆが形成された端面まで導通するものである。

図２はこの発明の実施の形態１による高周波パッケージにリード線を接続した状態を示す分解斜視図である。
図において、他の装置への直流電源の伝送のために、高周波入力端子４ａ側から高周波出力端子４ｆ側へと高周波パッケージの近傍を引き通す必要のあるリード線２１がある場合に、そのリード線２１を分断する。
そして、分断したリード線２１を、リード線２１ａ，２１ｂとし、リード線２１ａの端部を外部端子１１ａに、リード線２１ｂの端部を外部端子１１ｂにそれぞれ接続する。

このように、この実施の形態１の高周波パッケージでは、他の装置への直流電源の伝送を、リード線２１ａ、外部端子１１ａ、ビア１１ｄ、引き通し配線１１ｃ、ビア１１ｅ、外部端子１１ｂ、およびリード線２１ｂからなる経路で通過させることができる。

このため、高周波パッケージの近傍空間にあらわとなるリード線２１の物理長が短くなり、またその一方で、引き通し配線１１ｃは、リード線２１に比べて不要結合を少なくすることのできる主要構造体１の内部に形成されている。

したがって、図３に示したように、従来では、高周波パッケージ上の配線であるために、高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆの周りから漏洩する高周波とリード線２１，２２との不要結合を発生したが、この実施の形態１の高周波パッケージでは、この不要結合を減少させることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、引き通し配線１１ｃが主要構造体１の内部に配置されているので、この引き通し配線１１ｃと主要構造体１上に配置された高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆの周りから漏洩する高周波との不要結合を減少させることができる。
これにより、高周波半導体回路３の入出力アイソレーションを向上することができ、入出力アイソレーションの劣化に起因する不具合を低減できる効果がある。

また、外部端子１１ａ，１１ｂは、高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆから、少なくとも不要結合が発生しない程度に離れた位置に形成したので、不要結合を更に減少させることができる。

さらに、直流引き通し配線を、主要構造体１上に形成された外部端子１１ａ，１１ｂと、主要構造体１の内部に形成されたビア１１ｄ，１１ｅおよび引き通し配線１１ｃとから構成した。
これにより、高周波パッケージの近傍空間に引き通す必要のあるリード線２１をリード線２１ａ，２１ｂに分断し、分断したリード線２１ａの端部を主要構造体１上に形成された外部端子１１ａに、リード線２１ｂの端部を主要構造体１上に形成された外部端子１１ｂにそれぞれ接続すれば良く、分断したリード線２１ａ，２１ｂの接続を容易に行うことができる効果がある。

さらに、上記実施の形態１によれば、直流引き通し配線を一系統のみ設けたものについて示したが、直流引き通し配線を複数系統設けたものであっても良い。
この場合、高周波パッケージの周辺に複数のリード線が設けられるものであっても対応することができ、入出力アイソレーションの劣化に起因する不具合を低減できる効果がある。

さらに、上記実施の形態１によれば、高周波半導体回路３を、主要構造体１上に実装した構成について示したが、高周波半導体回路３を、主要構造体１と一体化されたキャリア２上に実装する構成であっても良い。
すなわち、主要構造体の中央に上面および底面間を貫通する穴を設け、その主要構造体の底面にキャリアが設けられ、そのキャリアの上面の一部が上記穴により露出した構成において、高周波半導体回路３を、主要構造体の穴より露出したキャリア上に実装した構成であっても良い。
この場合、発熱の多い高周波半導体回路であっても、高周波半導体回路を主要構造体上ではなく、キャリア上に直接に実装することにより、高周波半導体回路の放熱をより促すことができる。

さらに、主要構造体１の構成部材は、セラミックや樹脂であっても良く、また、シールリング９やキャリア２は必須というものではない。さらには、高周波パッケージの内部には、半導体チップを１つのみ実装する例を示したが、この実施の形態１の奏する効果は、実装される半導体チップの数や形態には依存しないことはいうまでもない。

実施の形態２．
この実施の形態２は、直流引き通し配線にフィルタを設けることにより、入出力アイソレーションを更に向上させるものである。

図４はこの発明の実施の形態２による高周波パッケージを示す分解斜視図である。
図において、フィルタ１１ｆは、引き通し配線１１ｃに設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するものである。
先端開放スタブ１１ｇ，１１ｈは、そのフィルタ１１ｆの具体的な構成であり、引き通し配線１１ｃの途上に接続されるように形成されたものである。

以上のように、この実施の形態２によれば、引き通し配線１１ｃに設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するフィルタ１１ｆを備えたので、高周波半導体回路１の入出力アイソレーションを更に向上することができる効果がある。
このため、高周波半導体回路１が高利得の増幅器の場合等、大きな入出力アイソレーションが求められる場合に好適である。

また、そのフィルタ１１ｆを、引き通し配線１１ｃの途上に接続される先端開放スタブ１１ｇ，１１ｈの形成により構成したので、フィルタ１１ｆを極めて容易に構成することができる効果がある。

実施の形態３．
この実施の形態３は、主要構造体１上に誘電体基板を設け、その誘電体基板上にフィルタを有する直流引き通し配線を設けることにより、高周波配線の高周波との不要結合を減少させるものである。

図５はこの発明の実施の形態３による高周波パッケージを示す分解斜視図である。
図において、誘電体基板３１は、多層状の誘電体からなるものである。接地導体３２は、誘電体基板３１の底面に形成され、リッド１０上に配置されたものである。
なお、この実施の形態３の場合、リッド１０、シールリング９は導体からなり、また、詳細な記載は省くが、シールリング９は、ビア等によりキャリア２の底面に設けられた接地導体と導通が確保されている。即ち、リッド１０は、電気的に接地された構造になっている。

さらに、この実施の形態３では、誘電体基板３１上に外部端子３３ａ，３３ｂ、および引き通し配線３３ｃが、一系統の直流引き通し配線として形成されている。
また、フィルタ３３ｄは、引き通し配線３３ｃに設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するものである。
先端開放スタブ３３ｅ，３３ｆは、そのフィルタ３３ｄの具体的な構成であり、引き通し配線３３ｃの途上に接続されるように形成されたものである。

さらに、誘電体基板３１上に外部端子３４ａ，３４ｂ、および引き通し配線３４ｃが、もう一系統の直流引き通し配線として形成されている。
また、フィルタ３４ｄは、引き通し配線３４ｃに設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するものである。
先端開放スタブ３４ｅ，３４ｆは、そのフィルタ３４ｄの具体的な構成であり、引き通し配線３４ｃの途上に接続されるように形成されたものである。

次に動作について説明する。
図５において、この実施の形態３では、実施の形態１において適用された、外部端子１１ａ、ビア１１ｄ、引き通し配線１１ｃ、ビア１１ｅ、および外部端子１１ｂからなる経路が取り除かれている。

代わりに、リッド１０上に誘電体基板３１が配置され、その誘電体基板３１上には、外部端子３３ａ，３３ｂおよび引き通し配線３３ｃからなる一系統の直流引き通し配線と、外部端子３４ａ，３４ｂおよび引き通し配線３４ｃからなるもう一系統の直流引き通し配線とが、計２系統形成されている。

よって、例えば、直流電源のリード線２１を、リード線２１ａ，２１ｂに分断すると共に、リード線２１ａの端部を外部端子３３ａに、リード線２１ｂの端部を外部端子３３ｂにそれぞれ接続する。
また、直流信号のリード線２２を、リード線２２ａ，２２ｂに分断すると共に、リード線２２ａの端部を外部端子３４ａに、リード線２２ｂの端部を外部端子３４ｂにそれぞれ接続する。

このように、他の装置への直流電源および直流信号の２系統の伝送を、外部端子３３ａ，３３ｂおよび引き通し配線３３ｃからなる経路と、外部端子３４ａ，３４ｂおよび引き通し配線３４ｃからなる経路とで通過させることができる。

しかしながら、誘電体基板３１上に形成された引き通し配線３３ｃ，３４ｃは、高周波パッケージの近傍空間にあらわとなっており、また、高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆの近傍空間で、外部端子３３ａ，３３ｂおよび外部端子３４ａ，３４ｂがリード線２１ａ，２１ｂおよびリード線２２ａ，２２ｂに接続することになるため、高周波のリード線への不要結合が生じやすい。これは、図３に示した従来の高周波パッケージと変わりがない。

そこで、この実施の形態３では、各系統に、それぞれフィルタ３３ｄ，３４ｄを設け、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散する高周波を反射する。
このため、高周波パッケージに実装された高周波半導体回路３の入出力アイソレーションを確保することができる。

なお、リッド１０は、電気的に接地された構造になっているので、誘電体基板３１の裏面の接地導体３２の電位がキャリア２の裏面の接地導体の電位と同等に保たれ、誘電体基板３１上に形成されたフィルタ３３ｄ，３４ｄが大きな通過損失を無理なく作用することが可能となる。

以上のように、この実施の形態３によれば、引き通し配線３３ｃ，３４ｃに設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、高周波半導体回路３が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するフィルタ３３ｄ，３４ｄを備えたので、この引き通し配線３３ｃ，３４ｃと主要構造体１上に配置された高周波入力端子４ａおよび高周波出力端子４ｆの周りから漏洩する高周波との不要結合を減少させることができる。
これにより、高周波半導体回路３の入出力アイソレーションを向上することができ、入出力アイソレーションの劣化に起因する不具合を低減できる効果がある。
また、引き通し配線３３ｃ，３４ｃを、主要構造体１上の誘電体基板３１上に配置したので、主要構造体１の占有面積の拡大を招くことがない効果がある。

また、この実施の形態３によれば、接地導体３２は、キャリア２の底面の接地導体とビア等により導通されているので、接地導体３２の電位がキャリア２の底面の接地導体の電位と同等に保たれ、誘電体基板３１上に配置された高周波を反射するフィルタ３３ｄ，３４ｄが大きな通過損失を無理なく作用することができる効果がある。

上記実施の形態３では、引き通し配線３３ｃ，３４ｃを誘電体基板３１上に形成したが、誘電体基板３１として多層基板を用い、引き通し配線３３ｃ，３４ｃをその多層基板の内部に配置し、実施の形態１と同様に、誘電体基板３１上の両端部のみに外部端子を形成し、引き通し配線と外部端子とをビアにより電気的に接続するように構成しても良く、高周波半導体回路３の入出力アイソレーションを更に向上することができる効果がある。
このため、高周波半導体回路３が高利得の増幅器の場合等、大きな入出力アイソレーションが求められる場合に好適である。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。

１ 主要構造体、２ キャリア、３ 高周波半導体回路、４ａ 高周波入力端子、４ｂ高周波入力線路、４ｃ，４ｄ，５ｃ，６ｃ ボンドワイヤ、４ｅ 高周波出力線路、４ｆ 高周波出力端子、５ａ 直流信号入力端子、５ｂ 直流信号入力線路、６ａ 直流電源入力端子、６ｂ 直流電源入力線路、７ 側壁、８ キャビティ、９ シールリング、１０リッド、１１ａ，１１ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ 外部端子、１１ｃ，３３ｃ，３４ｃ 引き通し配線、１１ｄ，１１ｅ ビア、１１ｆ，３３ｄ，３４ｄ フィルタ、１１ｇ，１１ｈ，３３ｆ，３３ｅ，３４ｆ，３４ｅ 先端開放スタブ、２１，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ リード線、３１ 誘電体基板、３２ 接地導体。

Claims (1)

1. 主要構造体上もしくは上記主要構造体と一体化されたキャリア上に実装された高周波半導体回路と、
   上記主要構造体上に配置されると共に上記高周波半導体回路に接続された高周波配線と、
   上記主要構造体上に配置されると共に上記高周波半導体回路に接続された直流配線と、
   上記主要構造体上に上記高周波半導体回路を囲むように配置された側壁と、
   上記側壁上に配置された接地導体と、
   上記接地導体上に配置された誘電体基板と、
   上記誘電体基板上に配置されると共に、上記高周波半導体回路に接続されることなく、当該高周波パッケージの周辺に設けられた他の装置への直流電源あるいは直流信号を通過させる直流引き通し配線と、
   上記直流引き通し配線に設けられ、直流成分に損失を生じることなく、かつ、上記高周波半導体回路が動作する周波数の高周波を反射もしくは消散するフィルタとを備えた高周波パッケージ。

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