JP2007149955A

JP2007149955A - 高周波用終端抵抗基板および電子装置

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Publication number: JP2007149955A
Application number: JP2005342177A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Iino; 道信飯野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】10ＧＨｚ以上の高周波信号においても、電子部品へ高周波信号成分が反射して入り込んで電子部品の作動に影響を与えるのを防ぐことができる高周波用終端抵抗基板を提供すること。
【解決手段】誘電体基板５ｃと、誘電体基板５ｃの一主面に形成された高周波信号伝送用の線路導体５ａと、誘電体基板５ｃの一主面に形成されるとともに線路導体５ａの一端部に接続された高抵抗体部７と、高抵抗体部７から誘電体基板５ｃの他主面にかけて配設されるとともに、誘電体基板５ｃの一主面側から平面透視して線路導体５ａと重なるように形成された接地導体Ｇとを具備している高周波用終端抵抗基板５において、接地導体Ｇの高抵抗体部７との接続部から接地導体Ｇの誘電体基板５ｃの他主面における接続部直下の部位までの長さが高周波信号の波長の１／２倍以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高抵抗体部により高周波信号を終端する機能を有する高周波用終端抵抗基板、特に10ＧＨｚ以上の高周波帯域で使用される高周波用終端抵抗基板およびそれを用いた電子装置に関するものである。

従来の高周波用終端抵抗基板を用いた電子装置の使用例として、光通信や無線通信分野に用いられる半導体素子装置を例に説明する。

各種半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージには、半導体素子を電気的に接続するための導体パターンとしての線路導体等の配線導体が設けられている。このような半導体素子収納用パッケージの断面図を図５に平面図を図６に示す。同図において、101は基体、102は金属製の枠体、103は蓋体、104は高周波用配線基板、105は高周波用終端抵抗基板である。

基体101は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の金属から成る四角形状の板状体であり、その上側主面には、ＩＣ，ＬＳＩ，半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の半導体素子110や、高周波用配線基板104、誘電体基板105を載置する載置部101ａが形成されている。半導体素子110や高周波用配線基板104、高周波用終端抵抗基板105は、載置部101ａに、例えば銀（Ａｇ）ろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材や半田、樹脂接着剤によって強固に接着固定される。

半導体素子110は、その電極が高周波用配線基板104および高周波用終端抵抗基板105の表面に被着されている図６の如く配線用線路導体104ａおよび線路導体105ａにそれぞれボンディングワイヤ106ａ，106ｂを介して電気的に接続されている。

さらに、線路導体105ａと表面接地導体108とは、高抵抗体部107を介して終端接続されており、表面接地導体108は、高周波用終端抵抗基板105の側面やスルーホールなどの表裏導通導体109を介して高周波用終端抵抗基板105の裏面にある裏面接地導体105ｂに電気的に接続され、さらに裏面接地導体105ｂを介して基体101に電気的に接続されている。このように線路導体105ａの終端を高抵抗体部107を介して同一面接地導体108に接続することにより、線路導体105ａに流れる高周波信号の反射を防ぎ、半導体素子110が誤動作するのを防いでいる。

基体101の上側主面の外周部には載置部101ａを囲繞するようにして枠体102が立設されており、枠体102は基体101とともにその内側に半導体素子110を収容する空所を形成する。枠体102は基体101と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体101と一体成形されるか、または基体101にＡｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材を介してろう付けされるか、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体101の上側主面の外周部に立設される。

枠体102の側面にはグラスビーズ111が嵌着される貫通孔102ａが形成されており、貫通孔102ａ内にグラスビーズ111を嵌め込むとともに半田等の封着材を貫通孔102ａ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象によりグラスビーズ111と貫通孔102ａの内壁との隙間に充填させることによって、グラスビーズ111が貫通孔102ａ内に封着材を介して嵌着接合される。

グラスビーズ111には、中心軸部分に信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体が絶縁体であるホウケイ酸ガラスなどを介して固定されている。中心導体は半田等から成る導電性接着材を介して高周波用配線基板104の配線用線路導体104ａに電気的に接続される。このグラスビーズ111には、外部電気回路（図示せず）に接続された同軸ケーブル（図示せず）が装着されることによって、内部に収納された半導体素子110がグラスビーズ111の中心導体を介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

最後に、基体101および枠体102から成る容器内部に半導体素子110を収容し、枠体102の上面に蓋体103をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法により接合し、容器内部を気密に封止することによって製品としての半導体装置となる。
特開2005-159127号公報

しかしながら、従来の高周波用終端抵抗基板105を使用した半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体素子110の高周波化が進むにつれ、高抵抗体部107から基体101にかけて形成される表面接地導体108および表裏導通導体109の寄生インダクタンス成分によって、高抵抗体部107から見たインピーダンス値が変動し、高抵抗体部107の反射損失が増大するという新たな問題が発生してきた。

本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、高抵抗体部から基体にかけて形成される同一面接地導体および接続導体の寄生インダクタンス成分を打ち消すことにより、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても、高抵抗体部で終端し、半導体素子へ高周波信号成分が反射して入り込んで半導体素子の作動に影響を与えるのを防ぐことができる高周波用終端抵抗基板を提供することにある。

本発明の高周波用終端抵抗基板は、誘電体基板と、該誘電体基板の一主面に形成された高周波信号伝送用の線路導体と、前記誘電体基板の前記一主面に形成されるとともに前記線路導体の一端部に接続された高抵抗体部と、該高抵抗体部から前記誘電体基板の他主面にかけて配設されるとともに、前記誘電体基板の前記一主面側から平面透視して前記線路導体と重なるように形成された接地導体とを具備している高周波用終端抵抗基板において、前記接地導体の前記高抵抗体部との接続部から前記接地導体の前記誘電体基板の他主面における前記接続部直下の部位までの長さが前記高周波信号の波長の１／２倍以下であることを特徴とする高周波用終端抵抗基板。

本発明の高周波用終端抵抗基板は、接地導体の高抵抗体部との接続部から接地導体の誘電体基板の他主面における上記接続部直下の部位までの長さが高周波信号の波長の１／２倍以下であることから、線路導体と接地導体が電磁的な結合をバランスよく維持することができ、良好なマイクロストリップラインのＴＥＭモードで伝播することができる。

よって、従来の構成に比較して10ＧＨｚ以上の高周波信号においても伝送損失をきわめて少なくして半導体素子を良好に作動させることができる。

本発明の高周波用終端抵抗基板を用いた電子装置について以下に詳細に説明する。本例では電子部品として半導体素子を用いた半導体装置の例を示す。図１は本発明の高周波用終端抵抗基板を用いた電子装置の実施の形態の一例を示す断面図、図２は図１の高周波用終端抵抗基板の平面図、図３はその断面図であり、１は基体、２は枠体、３は蓋体、４は高周波用配線基板、５は高周波用終端抵抗基板である。

基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属やセラミックス等の誘電体から成る四角形状の板状体であり、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定の形状に製作される。基体１の上側主面の中央部には、電子部品としてのＩＣ，ＬＳＩ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子10、高周波用配線基板４および高周波用終端抵抗基板５を載置するための載置部１ａが形成されており、例えばＡｇろう，Ａｇ−Ｃｕろう等のろう材やＡｕ−Ｓｎ半田，Ｐｂ−Ｓｎ半田等の半田、樹脂系接着剤によって強固に接着固定される。

なお、基体１は、セラミックス等の誘電体材料から成る場合、その表面にメタライズ層等の導体層が形成されているのが好ましい。基体１は、金属から成るか、または表面に導体層が形成された誘電体材料から成ることにより、内部の半導体素子10によって発生する放射ノイズまでも効果的に接地することができ、さらに半導体素子10の動作を安定化させることが可能となる。

高周波用配線基板４を形成する誘電体基板４ｃおよび高周波用終端抵抗基板５を形成する誘電体基板５ｃは、セラミックスや樹脂等の誘電体材料から成り、誘電体基板４ｃおよび５ｃが、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質セラミックスから成る場合、以下のようにして作製される。まず、Ａｌ_２Ｏ_３，酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによってセラミックグリーンシートを得る。しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すことによって所定の形状に成形する。または、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末を金型に充填しプレス成型することによって所定の形状に成形する。そして、このセラミックグリーンシートに配線用線路導体４ａ、線路導体５ａ、接地導体Ｇとなる金属ペーストを印刷塗布し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって製作される。

誘電体基板４ｃには配線用線路導体４ａが形成されている。また、誘電体基板５ｃには線路導体５ａおよび接地導体Ｇが形成されている。図３の例では接地導体Ｇは、誘電体基板５ｃの表面（一主面）に形成された表面接地導体８と、誘電体基板５ｃの裏面（他主面）に形成された裏面接地導体５ｂと、誘電体基板５ｃの側面に形成された表裏導通導体９とから構成されている。

また、図４に示す本発明の高周波用終端抵抗基板５の実施形態の他の例では、接地導体Ｇは、誘電体基板５ｃの裏面（他主面）に形成された裏面接地導体５ｂと、誘電体基板５ｃの側面に形成された表裏導通導体９とから構成されている。

配線用線路導体４ａ，線路導体５ａ、表面接地導体８、表裏導通導体９および裏面接地導体５ｂは、例えば金属ペーストを焼成することにより形成されており、このような金属ペーストは、Ｗ，モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合してペースト状となしたものを従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷することにより、セラミックグリーンシートまたはセラミックスの成形体に印刷塗布される。

なお、配線用線路導体４ａ，線路導体５ａ、表面接地導体８および表裏導通導体９は薄膜形成法によって形成されていても良く、その場合、配線用線路導体４ａ、線路導体５ａ、表面接地導体８および表裏導通導体９は、窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ），ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金），チタン（Ｔｉ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ），Ａｕ等から形成され、セラミックグリーンシートを焼成した後に形成される。

また、高抵抗体部７は、Ｔａ_２Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ合金等の材料から成り、例えば高抵抗金属ペーストを誘電体基板５に印刷塗布した後に焼成して形成されるか、薄膜形成法により形成される。また、高抵抗体部７による終端抵抗値は、伝送される高周波信号の周波数や線路導体５ａの特性インピーダンスに応じて、高抵抗体部７の厚みや幅，形状を適宜設定することによって、所望の値に設定される。例えば、抵抗値を微小調整するために、高抵抗体部７の一部をレーザ加工によって除去し、精度よく抵抗値を調整することもできる。

なお、高抵抗体部７は、ボンディングワイヤ６ｂを介して半導体素子10に接続される線路導体５ａの端部に対して反対側の端部に形成される。

また、基体１の上側主面の外周部には載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設するように接合されており、枠体２は基体１とともにその内側に半導体素子10を収容する空所を形成する。この枠体２は、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属やセラミックス等の誘電体から成り、基体１と一体成形される、または基体１にＡｇろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体１の上側主面の外周部に立設される。

なお、枠体２は、セラミックス等の誘電体材料から成る場合、その表面にメタライズ層等の導体層が形成されているのが好ましい。枠体２は、金属から成るか、または表面に導体層が形成された誘電体材料から成ることにより、内部の半導体素子10によって発生する放射ノイズまでも効果的に接地することができ、さらに半導体素子10の動作を安定化させることが可能となる。

また、外部より半導体素子10に駆動信号等を入力させる入出力端子として、例えばグラスビーズ11が用いられ、以下のようにして枠体２に設置される。まず、枠体２の側面にグラスビーズ11が嵌着される貫通孔２ａを形成し、貫通孔２ａ内にグラスビーズ11を嵌め込むとともにＡｕ−Ｓｎ半田やＰｂ−Ｓｎ半田等の封着材を貫通孔２ａとの隙間に挿入する。しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象によりグラスビーズ11と貫通孔２ａの内壁との隙間に充填することによって、グラスビーズ11が貫通孔２ａ内に半田等の封着材を介して嵌着接合される。

グラスビーズ11は、内部に収容する半導体素子10を外部電気回路に接続された同軸ケーブルに電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒形等の筒状の外周導体にガラス等の絶縁体が充填され、中心軸にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る中心導体が固定されて成る。この中心導体は半田等から成る導電性接着材を介して高周波用配線基板４の配線用線路導体４ａに電気的に接続される。このグラスビーズ11に同軸ケーブルが装着されることによって、半導体パッケージの内部に収納された半導体素子10がグラスビーズ11の中心導体を介して外部電気回路に電気的に接続されることとなる。

半導体素子10は図２の如く、その電極が高周波用配線基板４の表面に被着形成されている線路導体４ａおよび高周波用終端抵抗基板５の表面に被着形成されている線路導体５ａにそれぞれボンディングワイヤ６ａ，６ｂを介して電気的に接続される。

そして、基体１および枠体２から成る容器内部に半導体素子10を収容し、枠体２の上面に金属やセラミックスなどから成る蓋体３をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法により接合し、容器内部を気密に封止することによって製品としての半導体装置（電子装置）となる。

図３に示すように本発明の高周波用終端抵抗基板５は、誘電体基板５ｃの一主面に、高周波信号伝送用の線路導体５ａと、線路導体５ａの一端部に電気的に接続する高抵抗体部７と、高抵抗体部７を介して線路導体５ａに電気的に接続する表面接地導体８とを具備している。また、誘電体基板５ｃの裏面に裏面接地導体５ｂを具備しており、誘電体基板５ｃの側面（図３参照）または内部（例えばビアホールなどを用いる）に表面接地導体８と裏面接地導体５ｂとを電気的に接続する表裏導通導体９を具備している。

本発明の高周波用終端抵抗基板５において、接地導体Ｇと高抵抗体部８との接続部から、接地導体Ｇの誘電体基板５ｃの他主面における高抵抗体部８と接地導体Ｇとの接続部直下の部位までの、接地導体Ｇの長さが前記高周波信号の波長の１／２倍以下である。

すなわち、図３の例では、接地導体Ｇと高抵抗体部８との接続部から、接地導体Ｇの誘電体基板５ｃの他主面における高抵抗体部８と接地導体Ｇとの接続部直下の部位までの、接地導体Ｇの長さＬは、表面接地導体８の高抵抗体部７との接続部から表裏導通導体９との接続部までの長さＬ１と、表裏導通導体９の誘電体基板５ｃの厚み方向の長さＬ２と、裏面接地導体５ｂの表裏導通導体９との接続部から、表面接地導体９および高抵抗体部７の接続部直下の部位までの長さＬ３との合計であり、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３となっている。

また、図４の例では、接地導体Ｇと高抵抗体部８との接続部から、接地導体Ｇの誘電体基板５ｃの他主面における高抵抗体部８と接地導体Ｇとの接続部直下の部位までの、接地導体Ｇの長さＬは、表裏導通導体９の誘電体基板５ｃの厚み方向の長さＬ２であり、Ｌ＝Ｌ２となっている。

これらの構成により、線路導体５ａと長さＬの接地導体が電磁的な結合をバランスよく維持することができ、良好なマイクロストリップラインのＴＥＭモードで伝播することができる。

よって、従来の構成に比較して良好な伝送特性が実現でき、10ＧＨｚ以上の高周波信号においても伝送損失をきわめて少なくして半導体素子10を良好に作動させることができる。

本発明および比較例の高周波用終端抵抗基板を以下のように構成した。まず、誘電体基板５として、比誘電率が9.8のアルミナ質セラミックからなる縦６ｍｍ×横２ｍｍ×厚み１ｍｍの誘電体基板５ｃを用意し、この誘電体基板５ｃ上に、幅が0.98ｍｍ、厚みが0.002ｍｍの線路導体５ａを形成した。

次に、線路導体５ａと同一面上に表面接地導体８を形成し、線路導体５ａと表面接地導体８とを高抵抗体７によって電気的に接続した。

また、表面接地導体８と誘電体基板５の裏面に形成した裏面接地導体５ｂとを誘電体基板５の側面に形成した表裏導通導体９にて電気的に接続した。

ここで、表面接地導体８の高抵抗体部７との接続部から表裏導通導体９との接続部までの長さＬ１と、表裏導通導体９の誘電体基板５ｃの厚み方向の長さＬ２と、裏面接地導体５ｂの表裏導通導体９との接続部から、表面接地導体９および高抵抗体部７の接続部直下の部位までの長さＬ３との合計Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３を表１に示したように７通り設定した。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の単位はｍｍとする。これにより試料１〜７を得た。なお、試料７は図４に示すような高抵抗体部７が誘電体基板５の端部に達するもので、Ｌ１、Ｌ３の各長さが０の場合である。

これら、本発明および比較例の高周波用終端抵抗基板である試料１〜７を、高周波３次元構造シミュレータ（Ａｎｓｏｆｔ社製ＨＦＳＳ）を用いて15ＧＨｚの反射損失Ｓ11を得た。なお、15ＧＨｚにおける実効波長は約6.40ｍｍとなり、１／２波長は3.20ｍｍとなる。

各試料における上記周波数範囲における最も悪い反射損失Ｓ11を表１に示す。表１より、本発明の高周波用終端抵抗基板である、試料３、４、５、６、７については、反射損失Ｓ11が−15ｄＢ以下と良好な特性が得られることが分かった。これに対し、比較例の試料１、２においては、反射損失Ｓ11が増大しており、−15ｄＢを超えていることが分かった。

なお、本発明は、上述の実施の形態の一例および実施例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であれば種々の変更は可能である。

本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図１の本発明の高周波用終端抵抗基板の平面図である。図１の本発明の高周波用終端抵抗基板の断面図である。本発明の高周波用終端抵抗基板の実施の形態の他の例を示す断面図である。従来の電子装置の断面図である。図５の高周波用終端抵抗基板の平面図である。

符号の説明

１・・・・・・・基体
１ａ・・・・・・載置部
２・・・・・・・枠体
３・・・・・・・蓋体
４・・・・・・・高周波用配線基板
４ａ・・・・・・配線用線路導体
４ｃ・・・・・・誘電体基板
５・・・・・・・高周波用終端抵抗基板
５ａ・・・・・・線路導体
５ｃ・・・・・・誘電体基板
６ａ・・・・・・ボンディングワイヤ
６ｂ・・・・・・ボンディングワイヤ
７・・・・・・・高抵抗体部
10・・・・・・・電子部品（半導体素子）
Ｇ・・・・・・・接地導体
５ｂ・・・・接地導体（裏面接地導体）
８・・・・・接地導体（表面接地導体）
９・・・・・接地導体（表裏導通導体）

Claims

誘電体基板と、該誘電体基板の一主面に形成された高周波信号伝送用の線路導体と、前記誘電体基板の前記一主面に形成されるとともに前記線路導体の一端部に接続された高抵抗体部と、該高抵抗体部から前記誘電体基板の他主面にかけて配設されるとともに、前記誘電体基板の前記一主面側から平面透視して前記線路導体と重なるように形成された接地導体とを具備している高周波用終端抵抗基板において、前記接地導体の前記高抵抗体部との接続部から前記接地導体の前記誘電体基板の他主面における前記接続部直下の部位までの長さが前記高周波信号の波長の１／２倍以下であることを特徴とする高周波用終端抵抗基板。
電子部品の載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を取り囲むように設けられた枠体と、前記載置部に載置された請求項１記載の高周波用終端抵抗基板と、前記搭載部に載置されるとともに前記高周波用終端抵抗基板の前記線路導体に電気的に接続された電子部品と、前記枠体を塞ぐように設けられた蓋体とを具備することを特徴とする電子装置。