JP2000216293A - 高周波信号用集積回路パッケ―ジ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単であり、かつ、広帯域の周波数に
対応できる高周波信号用集積回略パッケージを提供す
る。 【解決手段】 接地電極に接続されるグランド層５を有
し高周波信号用集積回路部品２，３が実装された誘電体
多層基板１と、この誘電体多層基板１に設けられ幅広部
６ｄを備える導体のマイクロストリップライン６と、誘
電体多層基板１に取り付けられ、集積回路部品２，３を
囲うように開口７ａが形成されたフレーム部材７と、こ
のフレーム部材７の前記開口７ａを閉鎖する蓋部材８
と、幅広部６ｄの両側に形成され、幅広部６ｄに電気的
に接続されるとともに誘電体多層基板１を貫通してグラ
ンド層５に電気的に接触する導体４とを有し、誘電体多
層基板１にマイクロストリップラインの幅広部６ｄを含
む導波管部１ａを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波信号用集積
回路パッケージ及びその製造方法に関し、特にミリ波帯
で使用される集積回路を気密封止するのに適した高周波
信号用集積回路パッケージ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ミリ波帯及びマイクロ波帯で使
用される半導体集積回路モジュールでは、信頼性を高め
るために気密封止構造を有することが必要である。しか
し、ミリ波帯では、マイクロ波帯で使用されているよう
なガラス封止を用いた同軸線路でのインターフェイスは
物理的な寸法が小さくなり、製作精度が厳しくなるた
め、あまり行われていなかった。

【０００３】そこで、導波管を用いて半導体集積回路を
気密封止する技術が従来から提案されている。例えば、
１９９５年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエ
ティ大会諫演論文集１の１３６ページに掲載されている
「６０ＧＨｚ帯受信モジュール」では、高周波信号をマ
イクロストリップラインから導波管に直接変換して外部
に出力する構造が開示されている。図７（ａ）は、従来
の集積回路パッケージ（以下，従来例１という）の高周
波インターフェイス部分の構造を示す平面断面図、
（ｂ）は，図７（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【０００４】図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、従来
例１の集積回路パッケージは、金属等で作られたパッケ
ージベース部４０と、そのパッケージベース部４０内に
ほぼ垂直方向に延びて形成された導波管４１と、パッケ
ージベース部４０上に設けられ、端部が導波管４１内に
位置するように配置された誘電体基板４２と、金属等で
作られ、パッケージベース部４２の上部を塞ぐ蓋部４３
とを有する。誘電体基板４２上には高周波信号を伝送す
るためのマイクロストリップライン４４が設けられる。

【０００５】誘電体基板４２の端部上には、マイクロス
トリップライン４４と接続され、マイクロストリップラ
イン４４の伝送モードと導波管の伝送モードとを変換す
るためのマイクロストリップライン導波管変換器４５が
設けられる。導波管４１の下部には封止用誘電体基板４
６が貼り付けられ、これによってパッケージの気密封止
を実現している。

【０００６】また、図９は、特開昭５８−２１５８０２
号公報に開示されたＭＩＣ用パッケージ（以下、従来例
２という）を示す断面図である。

【０００７】図９に示す従来のＭＩＣパッケージは、銅
等の金属からなるパッケージ本体５０と、そのパッケー
ジ本体５０の中央部に形成されキャリアを実装する凹部
５１と、パッケージ本体５０の両端部に形成され、凹部
５１と連通する導波管５２と、バッケージ本体５０の上
部に溶接等で取り付けられる蓋５３と、一部が導波管５
２内に突出する高周波入出力用端子のマイクロストリッ
プライン５４と、導波管５２の下部に接着され、石英ガ
ラス等の絶縁体材料からなる気密封止板５５とを有す
る。

【０００８】この場合、導波管５２の一部又は全部に誘
電体を充填して気密封止した場合には、導波管５２を小
さく形成することができるので、パッケージの小型化を
図ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術には次のよ
うな課題がある。 （１）従来例１の集積回賂パッケージでは、導波管４１
に貼り付けた誘電体基板４６の部分で、インピーダンス
の不整合が発生し、反射係数が高くなるため、通過損失
が大きくなる。

【００１０】図１０は、従来の集積回路パッケージを用
いた場合の通過損失をシミュレーションしたグラフであ
る。図９から、従来の集積回路パッケージでは、周波数
が高くなるにつれて通過損失が増大することがわかる。
従って、従来例１の集積回路パッケージは、６０ＧＨｚ
以上のミリ波帯の周波数では採用することが困難であ
る。従来例２のＭＩＣパッケージにおいても、従来例１
のパッケージと同様に、気密封止板５５の部分でインピ
ーダンス特性が悪くなり、通過損失が増大する。通過損
失を防止するため、気密封止板５５を薄い低誘電率の材
料で作ることが考えられるが、気密封止板５５が割れや
すくなるので、耐久性に問題がある。

【００１１】（２）気密封止するために誘電体基板４６
や気密封止板５５を導波管４１，５２の下部に貼り付け
ているので、貼り付けに使用する接着剤や接着精度によ
る影響が顕著に出やすくなり、最適な特性を得ることが
困難である。

【００１２】（３）導波管４１，５２内にアンテナ状に
突出しているマイクロストリップライン４４，５４によ
って伝送モードの変換が行われているため、広帯域の周
波数に対応することができない。その結果、用途が制限
される。

【００１３】上記課題を解決するため本発明者は特願平
１０−１９３４８７号において新たな発明を出願してい
るが、本発明は、さらに改良を加えたものであり、ミリ
波帯の周波数で使用しても通過損失を低減でき、構造が
簡単であり、かつ、広帯域の周波数に対応できる高周波
信号用集積回略パッケージ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、接地電極に接続されるグ
ランド層を有し高周波信号用集積回路部品が実装された
誘電体多層基板と、この誘電体多層基板に設けられ幅広
部を備える導体のマイクロストリップラインと、前記誘
電体多層基板に取り付けられ、前記集積回路部品を囲う
ように開口が形成されたフレーム部材と、このフレーム
部材の前記開口を閉鎖する蓋部材と、前記幅広部の両側
に形成され、前記幅広部に電気的に接続されるとともに
前記誘電体多層基板を貫通して前記グランド層に電気的
に接触する導体とを有し、前記誘電体多層基板に前記マ
イクロストリップラインの幅広部を含む導波管部を形成
したことを特徴とする高周波信号用集積回路パッケージ
として構成した。

【００１５】この構成によれば、幅広部、この幅広部の
両側の導体及びグランド層とで囲まれた部分は周りがす
べてグランド面になっているので、誘電体導波管の管壁
の役割を果たし、誘電体多層基板に誘電体導波管を形成
する。したがって、この部分で高周波信号の伝送モード
を誘電体導波管の伝送モードに変換することができる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、前記導体の幅を
前記幅広部の全長よりも長くしたことを特徴とする高周
波信号用集積回路パッケージとして構成してある。この
構成により、少なくとも幅広部の全長とほぼ同じ長さの
導波管を得ることができる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記誘電体多層
基板はガラスセラミックであることを特徴とする高周波
信号用集積回路パッケージとして構成してある。このよ
うに、本発明において誘電体多層基板をガラスセラミッ
クとしても、同様の効果が得られる。

【００１８】請求項４に記載の発明は、誘電体多層基板
に高周波信号用集積回路部品を実装するとともに導体に
よってマイクロストリップラインを形成する工程と、こ
のマイクロストリップラインの一部を広げて幅広部を形
成する工程と、前記幅広部の両側に前記幅広部に電気的
に接続させて形成され、かつ、前記誘電体多層基板を貫
通して前記グランド層に電気的に接触する導体を形成す
る工程と、前記高周波信号用集積回路部品を囲むように
開口が形成されたフレーム部材を前記誘電体多層基板に
取り付る工程とを有し、前記誘電体多層基板に前記マイ
クロストリップラインの幅広部を含む導波管部を形成し
たことを特徴とする高周波信号用集積回路パッケージの
製造方法としてある。

【００１９】この方法により、幅広部、この幅広部の両
側の導体及びグランド層とで囲まれた部分は周りがすべ
てグランド面になるので、誘電体導波管の管壁の役割を
果たし、誘電体多層基板に誘電体導波管が形成される。
したがって、この部分で高周波信号の伝送モードを誘電
体導波管の伝送モードに変換することができる。

【００２０】請求項５に記載の発明は、前記導体の幅を
前記幅広部の全長よりも長くしたことを特徴とする高周
波信号用集積回路パッケージの製造方法としてある。こ
の方法により、少なくとも幅広部の全長とほぼ同じ長さ
の導波管を得ることができる。

【００２１】請求項６に記載の発明は、前記誘電体多層
基板はガラスセラミックであることを特徴とする高周波
信号用集積回路パッケージの製造方法としてある。この
方法のように前記誘電体多層基板をガラスセラミックと
しても、同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波信号用集積
回路パッケージの好適な実施形態を図面にしたがって詳
細に説明する。図１は本発明の一実施形態にかかり、高
周波信号用集積回路パッケージの平面図、図２は誘電体
多層基板の高周波インターフェース部の拡大平面図、図
３は図１のＸ−Ｘ断面図である。

【００２３】図１に示すように、高周波信号用集積回路
パッケージは、ＭＭＩＣ２やバイパスコンデンサ３等の
高周波信号用集積回路部品を実装した３層の誘電体多層
基板１と、この誘電体多層基板１上に設けられ、前記高
周波信号用集積回路部品に電気的に接続されたマイクロ
ストリップライン６と、前記高周波信号用集積回路部品
を囲うように開口７ａが形成され誘電体多層基板１上に
設けられるフレーム部材７と、このフレーム部材７の開
口部７ａに溶接又は銀ろう付け等されて開口部７ａを塞
ぐ蓋部材８とから概略構成される。

【００２４】誘電体多層基板１に実装されるＭＭＩＣ２
やバイパスコンデンサ３等はバイアスを供給するため
に、バイアス線９を介して図示しないバイアス端子に電
気的に接続される。

【００２５】誘電体多層基板１は非吸湿性で低誘電性を
有する例えばアルミナで形成されるのが好ましい。フレ
ーム部材７は、コパール、銅タングステン、銅等の金属
で形成されるのが好ましい。また、蓋部材８は、開口部
７ａを密閉する形状に形成され、コパール、銅タングス
テン、銅等の金属で形成されるのが好ましい。パッケー
ジを構成する誘電体多層基板１上のマイクロストリップ
ライン６は、フレーム部材７から外方に延びるように形
成され、フレーム部材７より外側のその一部は、入出力
インターフェイス部６ａとして構成されている。

【００２６】入出力インターフェイス部６ａとマイクロ
ストリップライン６との間は、フレーム部材７の外側か
ら拡開状に形成された第１の伝送モード変換部６ｂと、
フレーム部材７の内側から拡開状に形成された第２の伝
送モード変換部６ｃと、第１の伝送モード変換部６ｂと
第２の伝送モード変換部６ｃとの間に形成された幅広部
６ｄとが形成されている。

【００２７】このような第１の伝送モード変換部６ｂ及
び第２の伝送モード変換部６ｃを備えていることによ
り、高周波信号の伝送モードを滑らかに変換することが
でき、インピーダンス整合性を良好にすることができ
る。なお、第１及び第２の伝送モード変換部６ｂ，６ｃ
の長さは、使用周波数の１／２波長以上に設計されるの
が好ましい。

【００２８】マイクロストリップライン６の入出力イン
ターフェイス部６ａの両側には、長穴状の穴が形成さ
れ、この穴内に、誘電体多層基板の第１層のグランド層
５に電気的に接続された導体４が、マイクロストリップ
ライン６ａの幅広部６ｄと電気的に接触させて嵌め込み
形成されている。

【００２９】上記の構成により、幅広部６ｄ，導体４，
グランド層５で囲まれた部分は周りがすべてグランド面
になっているので、これらは誘電体導波管壁の役割を果
たし、誘電体多層基板１に誘電体導波管部１ａを形成す
ることができる。

【００３０】図４は、本発明の高周波多信号用集積回路
パッケージの製造方法を工程順に示す幅広部の断面図で
ある。まず、誘電体多層基板１にＭＭＩＣ２やバイパス
コンデンサ３等の高周波信号用集積回路部品を実装し、
マイクロストリップライン６を形成する。次いで、フレ
ーム７の外側となるマイクロストリップライン６の入出
力インターフェイス部６ａとフレーム７の内側となるマ
イクロストリップライン６の間に形成された幅広部６ｄ
の両側に、導体４を電気的に接触させて形成する。この
導体４は、誘電体多層基板１を貫通させて第１層のグラ
ンド面５に電気的に接続させる（図４（ａ））。

【００３１】次いで、マイクロストリップライン６の幅
広部６ｄ及び誘電体多層基板にフレーム部材７を溶接又
は銀ろう付けにより接着する（図４（ｂ））。最後に、
蓋体８をフレーム部材７に溶接又は銀ろう付け等して開
口７ａを塞ぐ（図４（ｃ））。

【００３２】本発明の高周波信号用集積回路パッケージ
は、使用目的、使用条件、機構的制限などにより種々の
サイズに設計されるが、例えば、誘電体多層基板１の大
きさは横１８ｍｍ，縦６ｍｍ、第１層の厚さは０．２５
４ｍｍ，第２層の厚さは０．６３５ｍｍ，第３層の厚さ
は０．２５４ｍｍ，導波管部１ａの導体４の間隔は１．
２ｍｍ、導体４の幅は０．２ｍｍ、導体４の長さは２．
０ｍｍである。

【００３３】次に、上記構成の本発明の高周波信号用集
積回路パッケージの作用を説明する。まず、導波管部１
ａが形成されたマイクロストリップライン６の原理につ
いて、図７にしたがって説明する。図７（ａ）はマイク
ロストリップライン６、図７（ｂ）は伝送モード変換部
６ｂ（６ｃ）、図７（ｃ）は誘電体導波管部５ａの各箇
所における電気力線分布を示す断面図である。

【００３４】図７（ａ）に示すような電気力線Ｌの分布
でマイクロストリップライン６を伝送するＴＥＭモード
の高周波信号の電気力線Ｌは、伝送モード変換部６ｂ
（６ｂ）においてマイクロストリップライン６の幅が広
がることにより図５（ｂ）に示すように広がる。さら
に、電気力線Ｌは誘電率の高い誘電体に集中するので、
マイクロストリップライン６が広がり、誘電体多層基板
１の幅とマイクロストリップライン６の幅の比が１に近
くなってくると、図７（ｃ）に示すように、誘電体多層
基板１の縁では電気力線Ｌが誘電体多層基板１内に集中
するように曲げられるため、導波管のＴＥ１０モードの
電気力線分布に近い形状になり、導波管部１ａにおいて
ＴＥＭモードからＴＥ１０モードに変換される。

【００３５】次に、上記構成のパッケージの動作を説明
する。高周波信号は、ストリップライン６によって伝送
される。高周波信号はフレーム部材７の内側に位置する
マイクロストリップライン６から第２の伝送モード変換
部６ｃを介して、導波管部１ａに伝送される。この導波
管部１ａで、マイクロストリップライン６の伝送モード
であるＴＥＭモードから導波管の伝送モードＴＥ１０モ
ードに変換される。

【００３６】本発明の他の実施形態として、図５および
図６に示すものを挙げることができる。この実施形態の
基本的構成は上記実施形態と同じであるが、本実施形態
では、セラミック基板上に有機系誘電体、例えばポリイ
ミドを塗布したＭＣＭ−Ｄ基板を用いている。図５にパ
ッケージの平面図、図６にＭＣＭ−Ｄ基板の高周波イン
ターフェイス部の拡大図を示す。上記実施形態では、誘
電体導波管部を形成するのに長穴ビアを用いているが、
本実施形態では、有機系誘電体を塗布する前にあらかじ
め導電体ブロック１４を導波管パターンに隣接して配設
し、誘電体塗布後にマイクロストリップライン６を薄膜
にて形成させ、この幅広部６ｄと導電体ブロック１４を
電気的に結合させて誘電体導波管構造としてある。ま
た、本実施形態においても、ＭＣＭ−Ｄ基板１０の上部
にフレーム部材、蓋部材を同様に構成し、気密構造とす
る。

【００３７】導波管部１ａに伝送された高周波信号は、
第２の伝送モード変換部６ｃによって、ＴＥ１０モード
からＴＥＭモードに変換され、フレーム部材７の内側に
位置するマイクロストリップライン６に伝送される。ま
た、逆に、外部からマイクロストリップライン６に伝送
された高周波信号は第１の伝送モード変換部６ｂを介し
て、導波管部１ａでＴＥＭモードからＴＥ１０モードに
変換される。導波管部１ａに伝送された高周波信号は、
第２の伝送モード変換部６ｃによって、ＴＥ１０モード
からＴＥＭモードに変換され、フレーム部材７の内側に
位置するマイクロストリップライン６に伝送される。

【００３８】この発明の好適な実施形態について説明し
たが、この発明は上記の実施形態により何ら限定される
ものではない。例えば、上記の実施形態では、誘電体多
層基板は３層であるとして説明したが、３層のものに限
らず、２層又は４層以上のものであってもよい。また、
誘電体多層基板はアルミナに限らずガラスセラミックス
であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、誘電体多層基板上に幅広部を含む導波管部を設ける
ことにより、高周波信号の伝送モードを誘電体導波管の
伝送モードに変換でき、特に、集積回路部で使用される
誘電体多層基板をそのまま利用して導波管部を構成する
ことができるので、簡素な構成で高周波信号用集積回路
パッケージの気密密閉を可能にし、小型で低損失の入出
力インターフェイスを得ることができる。

【００４０】また、従来のようにマイクロストリップラ
インを導波管内にアンテナ状に突出して伝送モードの変
換を行う構造ではなく、直線的に変換できるので、イン
ビーダンスの整合性が良好であり、伝送の通過損失を大
幅に減少でき、信頼性の高い変換構造を提供できる。さ
らに、広帯域の周波数に対応することができるので、さ
まざまな用途に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかり、高周波信号用集
積回路パッケージの平面図である。

【図２】誘電体多層基板の高周波インターフェース部の
拡大平面図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる高周波多信号用集
積回路パッケージの製造方法を工程順に示す幅広部の断
面図である。

【図５】本発明の他実施形態にかかり、高周波信号用集
積回路パッケージの平面図である。

【図６】図５に示す誘電体多層基板の高周波インターフ
ェース部の拡大平面図である。

【図７】導波管部が形成されたマイクロストリップライ
ンの原理説明図である。

【図８】（ａ）は、従来の集積回路パッケージの高周波
インターフェイス部分の構造を示す平面断面図、（ｂ）
は、（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。

【図９】特開昭５８−２１５８０２号公報に開示された
ＭＩＣ用パッケージを示す断面図である。

【図１０】従来の集積回路パッケージを用いた場合の通
過損失をシミュレーションしたグラフである。

【符号の説明】

１ 誘電体多層基板 １ａ 導波管部 ２ ＭＩＣ ３ バイパスコンデンサ ４ 導体 ５ グランド層 ６ マイクロストリップライン ６ａ 入出力インターフェイス部 ６ｂ 第１の伝送モード変換部 ６ｃ 第２の伝送モード変換部 ６ｄ 幅広部 ７ フレーム部材 ７ａ 開口 ８ 蓋部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地電極に接続されるグランド層を有し
   高周波信号用集積回路部品が実装された誘電体多層基板
   と、 この誘電体多層基板に設けられ幅広部を備える導体のマ
   イクロストリップラインと、 前記誘電体多層基板に取り付けられ、前記集積回路部品
   を囲うように開口が形成されたフレーム部材と、 このフレーム部材の前記開口を閉鎖する蓋部材と、 前記幅広部の両側に形成され、前記幅広部に電気的に接
   続されるとともに前記誘電体多層基板を貫通して前記グ
   ランド層に電気的に接触する導体とを有し、 前記誘電体多層基板に前記マイクロストリップラインの
   幅広部を含む導波管部を形成したことを特徴とする高周
   波信号用集積回路パッケージ。
2. 【請求項２】 前記導体の幅を前記幅広部の全長よりも
   長くしたことを特徴とする請求項１に記載の高周波信号
   用集積回路パッケージ。
3. 【請求項３】 前記誘電体多層基板はガラスセラミック
   であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   高周波信号用集積回路パッケージ。
4. 【請求項４】 誘電体多層基板に高周波信号用集積回路
   部品を実装するとともに導体によってマイクロストリッ
   プラインを形成する工程と、 このマイクロストリップラインの一部を広げて幅広部を
   形成する工程と、 前記幅広部の両側に前記幅広部に電気的に接続させて形
   成され、かつ、前記誘電体多層基板を貫通して前記グラ
   ンド層に電気的に接触する導体を形成する工程と、 前記高周波信号用集積回路部品を囲むように開口が形成
   されたフレーム部材を前記誘電体多層基板に取り付る工
   程とを有し、 前記誘電体多層基板に前記マイクロストリップラインの
   幅広部を含む導波管部を形成したことを特徴とする高周
   波信号用集積回路パッケージの製造方法。
5. 【請求項５】 前記導体の幅を前記幅広部の全長よりも
   長くしたことを特徴とする請求項４に記載の高周波信号
   用集積回路パッケージの製造方法。
6. 【請求項６】 前記誘電体多層基板はガラスセラミック
   であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
   高周波信号用集積回路パッケージの製造方法。