JPH0828441B2 - マイクロ波およびミリメータ波砒化ガリウム集積回路用の低温度共焼成セラミックパッケージ - Google Patents

マイクロ波およびミリメータ波砒化ガリウム集積回路用の低温度共焼成セラミックパッケージ

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JPH0828441B2
JPH0828441B2 JP2500871A JP50087189A JPH0828441B2 JP H0828441 B2 JPH0828441 B2 JP H0828441B2 JP 2500871 A JP2500871 A JP 2500871A JP 50087189 A JP50087189 A JP 50087189A JP H0828441 B2 JPH0828441 B2 JP H0828441B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にハイブリッドマイクロ回路パッケー
ジ、特にマイクロ波およびミリメータ波砒化ガリウム集
積回路などと共に使用するための低温度の共焼成セラミ
ックパッケージに関するものである。
マイクロ波およびミリメータ波砒化ガリウム集積回路
をパッケージする技術の現在の状態はマイクロ波製品の
無線周波数、熱、および信頼の要求に合致するように設
計された複雑な構造を本質的に有する。これらのパッケ
ージは費用が掛り、典型的に部品の組立で行われる。こ
の組立の典型的なものは（１）金属ベースおよびフィー
ドスルーのガラスを備えた側壁、（２）金属側壁および
鑞付けされたセラミックフィードスルーを有する金属ま
たはセラミックベース、（３）エポキシ樹脂で接着され
たセラミックカバーとセラミックベース、または（４）
セラミックカバーをガラスで接着された金属ベースを用
いるパッケージである。1988年１月に発行された「マイ
クロ波システムニュース」の記事「次世代の高速パッケ
ージ」は高速適応に対するパッケージ設計のいくつかの
事柄を調査している。
現在利用可能なパッケージ構成は一般的にセラミッ
ク、金属、ガラス、半田および複雑な入出力リード構造
を備えた薄膜および厚膜技術の組合せを使用する複雑な
構造である。そのような通常のパッケージの費用の大部
分は多数のステップおよび面倒な組立手順の労力に関連
している。無線周波数（RF）特性はまたパッケージに加
えられる抵抗器、コンデンサ、カップラ、および整合回
路網などの個別素子によって大抵の通常のパッケージ設
計において低下する。
通常のパッケージ構成において、半導体、受動部品お
よび砒化ガリウムチップを有するマイクロ波集積回路チ
ップは導電性接着剤などによって基体または金属部分に
付着される。高電力チップは熱特性のために共晶によっ
て取付けられるが、代わりの技術もしばしば利用されて
いる。なぜなら、薄くてもろい砒化ガリウム集積回路を
しばしば損傷するために共晶によるダイ取付けは困難な
ためである。
金属ボックス型組立体は一般的に導電または非導電性
接着剤で取付られ、接続された金のワイヤまたはリボン
と相互接続される個々の基体および受動チップ部品で緊
密にパックされている。そのような組立の製造効率は低
いことがわかった。なぜなら、電気的に不良のチップの
存在あるいは正確な組立による多数の小さな部品および
微細なワイヤの手作業による組立で遭遇する機械的問題
のためである。金属壁で包囲された容器のRFおよびDC密
封フィードスルーは一般的に半田付け、鑞付け、または
ガラスで密封された同軸構造である。現在利用可能な赤
外線のトンネル炉および誘導硬化の方法はそのようにし
て組立体の製造に成功したが、そこで使用された電気フ
ィードスルーは絶縁体を損傷する傾向があり、頻繁に再
接続作業は他の高価な部品に損傷を与える。その再接続
作業は性能低下を高める処理である。修理は前もって動
作可能な部分に損傷を与えさせないために必要とする。
低温度の共焼成可能なセラミックの開発および利用法
は過去４、５年以上にわたっていくつかの文献に記載さ
れている。例えば、1983 ISHM Proceedings、Hybrid Ci
rcuit Tech-nology、1986 ISHM Proceedings、1983年発
行のProceedings 33rd electronic components Confere
nce、および1987年５月発行のElectronic Packaging an
d Productionに記載されている。低温度共焼成セラミッ
ク技術は同様の厚膜多層技術と比較して微細な導体およ
び貫通孔の形状と少ない処理ステップの利点を提供し、
低い抵抗の導体材料および抵抗材料との適合性の利点を
有する。
発明の概要 上述の問題の見地において、本発明は低温度共焼成セ
ラミックパッケージの形態の改良されたハイブリッドマ
イクロ回路パッケージを提供する。低温度共焼成パッケ
ージのモノリシック構成はそのようなパッケージの複雑
性およびコストを減少させる。そのような状況におい
て、コンデンサ、抵抗器、カップラ、変成器およびイン
ダクタを含む受動素子はモノリシックパッケージの構造
内に結合される。共焼成セラミック技術は基体および側
壁を１つの密着性部品に結合されるために利用される。
さらに、熱および電気的に金属化された貫通孔の領域が
準備され、この領域は複雑なヒートシンクベース構造を
除去する能率的な熱伝送および電気接続に対するパッケ
ージ内に配置された砒化ガリウム集積回路の下に設けら
れる。
さらに、パッケージに使用された材料の焼成は1000度
未満の温度で行われ、したがって低抵抗および信頼性の
高い導体が使用される。また埋め込まれた受動素子は基
体内で焼成され、上面の空間を利用することができる。
加えて、低温度共焼成構造の低い収縮および固い収縮制
御は組立整列問題を生じることなく上面の導体の共焼成
を可能にする。
特に、本発明はハイブリッドパッケージ、特に基体お
よび側壁により形成された容器のための基体、側壁およ
びカバーを備えたモノリシックマイクロ波およびミリメ
ータ波ハイブリッドマイクロ回路パッケージを提供す
る。基体は一般的に低温度共焼成の複数のセラミック層
に配置される金属接地面を含む。各セラミック層はその
片面に配置された第１の相互接続金属被覆および隣接の
共焼成層の金属被覆に相互接続される複数の第１の金属
化貫通孔の予め決められたパターンを有する。第２の相
互接続金属被覆および第２の金属化貫通孔のパターンは
接地面に熱および電気相互接続を与えるために接地面か
ら複数のセラミック層を通って基体の上面層に延在す
る。マイクロ波およびミリメータ波集積回路を配置する
のに適切な空洞は基体の上面に配置される。チップは相
互接続金属被覆に接続可能である。複数の接続可能な電
気リードは基体の縁部から空洞の縁部に延在する。また
は基体内から空洞の縁部および／または基体の縁部に延
在する。これらのリードは集積回路に対する無線周波数
（RF）入出力リードおよびDCバイアスリードを含む。
側壁は基体の上に配置され、空洞の周囲に延在する。
その側壁は基体と共に加熱される低温度の共焼成複数の
セラミック層を含む。側壁は金属化された上面を有し、
金属化された上面から複数のセラミック層を通って基体
の上面層に延在する第３の相互接続された金属化被覆お
よび第３の金属化貫通孔を含む。これは選択された相互
接続金属化被覆に対する電気相互接続を与える。金属化
された上面は基体と共焼成された後に一般的に側壁の上
の適当な金属で被覆することによって付着される。金属
化された表面を被覆するための典型的な方法はスパッタ
または真空蒸着処理を含む。金属または他の適当なカバ
ーはまた側壁の金属化された上面に溶接することができ
る。典型的に、金属被覆は側壁の金属化された上面に半
田付けされる。代りに、カバーはコバールなどで金属化
されたセラミック層から構成され、側壁の金属化された
上面に半田付けにより封止される。さらに、十分にシー
ルドされた構造を設けるために、薄い金属層はスパッタ
方法またその他の被覆処理によって側壁および基体の露
出された表面に配置されることができる。
いくつかの状態において、上述の金属化およびシール
ドされた構造は金属上面カバーおよび側壁の金属化され
た上面が必要とされない場合には必要とされない。その
様な場合において、上面カバーは側壁の上面に付着され
たエポキシ樹脂で接着されたセラミックから構成され
る。
側壁および基体に設けられた電気的および熱的相互接
続は一組の互い違い状の貫通孔を相互接続する相互接続
の金属化被覆に沿ったセラミック層間の複数の互い違い
状の、または積重ねられた貫通孔の相互接続によって行
われる。この方法で、熱一体化が達成され、接地面およ
び上面カバーを通って熱の放散を可能にする。また、電
気シールドは金属表面部品を互いに接地することによっ
て達成される。
典型的に薄くもろい砒化ガリウムチップである集積回
路は空洞にエポキシまたは共晶付着される。それは良好
に限定された位置を保持する。さらに、基体の外縁部か
ら空洞の縁部に延在する電気リードは通常そのリードに
付着されるチップに隣接して位置される。そのような付
着はワイヤ接着またはリボン接着によって構成される。
例えば自動接着テープまたはその他の取付技術などによ
って構成されると便利である。
したがって、本発明は共焼成されたセラミック層内に
埋め込まれた実質上全ての受動素子を有するマイクロ波
およびミリメータ波回路用のモノリシックパッケージを
提供する。このようにして、これらの部品の組立時間は
削減された。したがって、本発明は、回路特性を余り低
下させないでマイクロ波およびミリメータ波のマイクロ
回路構造で用いられる砒化ガリウム集積回路を確実に密
閉する手段を提供する。
図面の簡単な説明 本発明の種々の特徴および利点は添付図面と共に下記
の詳細な説明を参照にすることにより容易に理解される
であろう。
第1a図は、本発明の原理によるマイクロ波およびミリ
メータ波の砒化ガリウム集積回路で使用するために低温
度共焼成セラミックパッケージを示す。
第1b図は、第1a図の互い違い状の貫通孔パターンを示
すセラミックパッケージの共焼成された基体の１部分を
示す拡大図である。
第２図は第1a図の共焼成された基体内のはめ込まれた
受動素子および導電相互接続を示す。
好ましい実施例の詳細な説明 第1a図を参照にすると、本発明の原理によるマイクロ
波およびミリメータ波砒化ガリウム集積回路と共に使用
するための低温度共焼成セラミックパッケージ10の３次
元の実例が示されている。パッケージ10は基体12と側壁
14とカバー16とから構成される。
基体12は下記に記載される材料および方法で銅、金ま
たは任意の他の導電性材料からなる底部に配置された接
地面20（示されない）を具備している。複数のセラミッ
ク層はパッケージ10の一体の基体12を形成するように接
地面20と共に共焼成される。共焼成されたセラミック層
は複数のグリーン厚膜テープ層が貫通孔を有するように
穴をあけられ低温度で共焼成する方法によって焼成され
る。貫通孔は導電充填材料で満たされる。導体金属パタ
ーンはシルクスクリーン方法により個々のテープ層に取
付られ、受動素子を形成する材料が個々のテープ層に付
着される。テープ層はグリーンセラミックテープに含ま
れた有機材料を除去し固体形セラミック基体12を形成す
るため所定の時間に1000度より下の温度（典型的には85
0度）で積層状にされ低温度共焼成される。
形成中、抵抗器22aとコンデンサ22bとインダクタなど
の受動素子22は積層および焼成の前にグリーンセラミッ
クテープ層の表面に形成することができる。そのような
受動素子22は第２図により詳細に示されている。パッケ
ージ10のレイアウトを適切に設計することによって、実
質上全ての受動素子22が基体12のテープ層間に埋込ま
れ、焼成されたとき、基体12内に埋込まれる。上述の手
順は非常に恒久性なモノリシック基体12を提供し、製造
の後段で処理する最小限の電気素子のみを必要とする。
上述の低温度で共焼成する方法および受動素子22の処
理は従来技術で一般的によく知られ、参考文献（1983 I
SHM Proceedingsおよび1986 ISHM Proceedings）に記載
されている。
DCバイアスおよび無線周波数（RF）入出力導体はいく
つかの方法で提供される。RF入出力導体30,32およびDC
バイアス導体34,36,38,40,42,44は第1a図に示される。R
F入出力導体34,36は一般的に基体12の上面に配置され
る。これらのRF導体34,36は下記にさらに詳細に説明さ
れる50オームの壁遷移部を有する。それは50オーム導体
30,32は集積回路チップ28またはパッケージ10内に付着
されたチップによって必要とされた外部信号源および入
力インピーダンスに対するインターフェイスに利用され
た50オーム同軸コネクタと整合されたインピーダンスで
ある。
第1a図に記載されたように、DCバイアス導体36,38,40
はRF導体30,32と一般的に同一の方法で基体12の上面に
配置されるが、50オーム遷移部分は含まれない。DCバイ
アス導体40,42,44はまた基体12の側面に配置され、中間
のセラミック層の側面まで到達するか、または第1a図に
示されるように電気絶縁のために接地面20におけるカッ
トアウトでパッケージ10の底面まで続く。前者の場合で
は、表面導体が焼成の前にグリーンテープ層の最上面を
金属化することによって形成される。後者の場合では、
導体トレースがグリーンテープの金属化被覆処理の１部
分として形成され、回路設計の必要にしたがって、埋め
込まれた受動素子22または第２図に示された単信号入力
ラインの１つに接続される。
空洞24は例えば焼成する前に複数のテープ層に窓を適
当に開けることによって基体12の上面に形成される。こ
の空洞24は空洞24にエポキシまたは共晶接着された集積
回路チップ28を収容するために用いられる。示されてい
ないが、他の空洞が変成器、チップコンデンサまたはダ
イオードなどの他の部品を収容するために基体12に形成
されることもできる。例えば多重チャンネルパッケージ
のチャンネル間のRF絶縁は能動および受動素子を空洞に
取付けることによって達成され、基体12に異なる高さで
位置される金属化側壁を有することができる。
側壁14はまた複数の共焼成されたセラミック層から構
成され、それらの層は予め共焼成された基体12の上面に
共焼成される。導体金属化層44は側壁14の上面に形成さ
れる。この導体金属化層44は電気的および気密にパッケ
ージ10を密封しシールドする後に構成された金属または
金属化されたセラミックカバー50に半田付けする密封リ
ングとして使用されることができる。
側壁14は集積回路チップ28を保持する空洞24の周囲に
配置される。共焼成処理は基体12および側壁14の間のイ
ンターフェイスを完全に密封する。RFおよびDCバイアス
導体32,34,36,38,40によって形成された壁を通る導体遷
移部は共焼成処理により密封され、電位リークの問題に
さらされることはない。
第1b図を参照にすると、基体12の断面図が示され、互
い違い状の貫通孔56および積重ねられた貫通孔58のパタ
ーンを示す。それらは集積回路チップ28から熱伝送し、
接地面20にチップ28を電気接地し、およびシールドする
ために接地面20にカバー50の電気接続することを可能に
するために基体12および側壁14の両者に用いられる。互
い違い状で積重ねられた貫通孔56および積重ねられた貫
通孔58はテープ層を共焼成する前にプリント処理中に形
成された導体金属化通路によって相互接続される。これ
らの互い違い状で積重ねられた貫通孔56および積重ねら
れた貫通孔58は密封を維持しながら、パッケージ10の熱
および電気的一体性を与える。
上述から明らかであるように、本発明は１つまたはそ
れ以上の個別素子すなわち集積回路チップを含む最小限
の部品を有するモノリシック集積回路パッケージ10を提
供する。したがって、組み立て時間およびその他の労力
のかかる手順が通常のパッケージと比較して減少され
る。
このように、マイクロ波およびミリメータ波砒化ガリ
ウム集積回路などと共に使用するための新改良された低
温度共焼成セラミックパッケージについて述べた。低温
度共焼成パッケージのモノリシック構造はそのようなパ
ッケージの複雑性およびコストを減少させる。この場
合、受動素子はモノリシックパッケージの構造内で結合
される。さらに、熱および電気的金属化貫通孔の分野は
複雑なヒートシンクベース構造を除去する有効な熱伝送
および電気接続を与えるために集積回路の下に設けられ
処理される。その熱および電気的金属化貫通孔の分野は
パッケージを電気的にシールドするためにパッケージを
形成する金属または金属クラッド構造の電気接続を設け
るように側壁に結合される。
上述の実施例は本発明の原理の適応を示す多くの特定
の実施例を示したものであることを理解すべきである。
明らかに、多数のその他の部品は本発明の技術的範囲か
ら逸脱することなく当業者によって容易に考えられる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基体（12）を有するマイクロ波およびミリ
    メータ波集積回路チップを収容するためのモノリシック
    パッケージ（10）であって、 前記基体は、 （ａ）金属接地面と、 （ｂ）第１の複数の積層セラミック層と、 ここで、第１の複数の積層セラミック層は接地面の上に
    配置された低温共焼成層を有し、各セラミック層は各前
    記セラミック層の上面に配置された第１の予め決められ
    たパターンの相互接続金属化層（40、42、44）と、前記
    各第１のセラミック層を通って延在する第１の複数の金
    属化された貫通孔とを有し、ここで前記第１の複数の金
    属化された貫通孔は金属接地面の上の隣接する前記第１
    のセラミック層の相互接続金属化層を相互接続し、 （ｃ）金属接地面に熱的および電気的に相互接続するた
    めに、金属接地面から第１の複数の積層セラミック層を
    通って前記第１の積層セラミック層の上面層に延在す
    る、第２のパターンの相互接続金属化層と第２の複数の
    金属化された貫通孔（56、58）と、 （ｄ）前記第１の積層セラミック層間および基体内に配
    置された選択された受動素子（22a,22b）と、 （ｅ）前記受動素子を相互接続するために基体（12）の
    上面から基体内に配置された選択された受動素子に延在
    する第３のパターンの相互接続金属化層と第３の複数の
    金属化された貫通孔（56、58）と、 （ｆ）前記基体の前記上面に配置され、前記集積回路チ
    ップ（28）を封止するのに適した空洞（24）と、 （ｇ）前記集積回路チップ（28）に電気的相互接続をす
    るために、前記基体の前記上面に配置され、前記基体の
    端部から前記空洞の端部まで延在する複数の電気リード
    （32、34、36、38）と、 （ｈ）基体の上部に配置され空洞（24）の縁部周囲に延
    在し、低温共焼成セラミックを含む第２の複数の積層セ
    ラミック層を有する側壁（14）と、 ここで側壁は、金属化された上面と、第３のパターンの
    相互配線金属化層と、上面層の第３のパターンの前記相
    互接続金属化層の選択された部分に電気的相互接続を行
    うため金属化された上面から第２の複数の積層セラミッ
    ク層を通って基体の上面層に延在する第３の金属化され
    た貫通孔を有し、 を有するパッケージ。
  2. 【請求項２】前記基体の端部から前記空洞（24）の端部
    まで延在する前記複数の電気リード（32、34、36、38）
    は、前記基体（12）の前記上面に配置され、前記基体の
    端部から前記空洞の端部まで延在する複数のDCバイアス
    用リードと、前記基体（12）の前記上面に配置され、前
    記基体の端部から前記空洞の端部まで延在する複数の無
    線周波数入出力リードとからなる請求項１記載のパッケ
    ージ。
  3. 【請求項３】前記基体の端部から前記空洞の端部まで延
    在する前記複数の電気リードは、前記基体の選択された
    共焼成層間に配置され、前記基体の端部から前記空洞の
    端部まで延在する複数のDCバイアス用リードと、前記基
    体の前記上面に配置され、前記基体の端部から前記空洞
    の端部まで延在する複数の無線周波数入出力リードとか
    らなる請求項１記載のパッケージ。
  4. 【請求項４】前記基体の端部から前記空洞の端部まで延
    在する前記複数の電気リードは、前記基体の選択された
    共焼成層間に配置され、前記基体の端部から前記空洞の
    端部まで延在する複数のDCバイアス用リードと、前記基
    体の選択された共焼成層間に配置され、前記基体の端部
    から前記空洞の端部まで延在する複数の無線周波数入出
    力リードとからなる請求項１記載のパッケージ。
  5. 【請求項５】前記相互接続金属化層の各パターンは相互
    接続金属化層によって相互接続された互い違いの貫通孔
    （56）および積み重ねられた貫通孔（58）からなる請求
    項１記載のパッケージ。
  6. 【請求項６】前記基体および側壁の外部表面上に被着さ
    れた導電性金属化層をさらに含む請求項１記載のパッケ
    ージ。
JP2500871A 1988-12-27 1989-11-13 マイクロ波およびミリメータ波砒化ガリウム集積回路用の低温度共焼成セラミックパッケージ Expired - Fee Related JPH0828441B2 (ja)

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US07/289,862 US4899118A (en) 1988-12-27 1988-12-27 Low temperature cofired ceramic packages for microwave and millimeter wave gallium arsenide integrated circuits
PCT/US1989/005026 WO1990007793A1 (en) 1988-12-27 1989-11-13 Low temperature cofired ceramic packages for microwave and millimeter wave gallium arsenide integrated circuits

Publications (2)

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