JP2010245507A - 電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特性インピーダンスを大きくするために信号端子を固定する貫通孔を大きくしても気密不良が発生しない電子部品搭載用パッケージおよび電子装置を提供すること。
【解決手段】 上面の外周領域に蓋体接合部１ｂを有するとともに、その内側領域に、電子部品５の搭載部１ａおよび上面から下面にかけて貫通する複数の貫通孔２・２を有する基体１と、貫通孔２に充填された封止材３を貫通して固定された信号端子４とを具備し、貫通孔２は大径部２ａと小径部２ｂとを有し、信号端子４は大径部２ａに充填された封止材３を貫通して固定されており、隣接する貫通孔２・２間において、大径部２ａおよび小径部２ｂの基体１の厚み方向における位置が互いに異なるとともに大径部２ａ・２ａ同士は上面視でその一部が重なっている電子部品搭載用パッケージ。貫通孔２を蓋体接合部１ｂから離して気密不良を抑えてもインピーダンス整合が可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光通信分野等に用いられる光半導体素子等の電子部品を収納するための電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置に関する。

近年、40ｋｍ以下の伝送距離における高速通信に対する需要が急激に増加しており、高速大容量の情報伝送に関する研究開発が進められている。とりわけ、光通信装置を用いて光信号を受発信する半導体装置等の電子装置の高速化が注目されており、電子装置による光信号の高出力化および高速化が伝送容量を向上させるための課題として研究開発されている。

従来の半導体装置に代表される電子装置の光出力は0.2〜0.5ｍＷ程度であり、電子部品として用いられる半導体素子の駆動電力は５ｍＷ程度であった。しかし、より大出力の半導体装置では、光出力が１ｍＷのレベルになってきており、また、半導体素子の駆動電力も10ｍＷ以上が要求されている。さらに、従来の半導体装置による伝送速度は2.5〜10Ｇ
ｂｐｓ（Giga bit per second）程度であったが、近年では25〜40Ｇｂｐｓ程度まで向上
してきており、半導体装置をより高出力化させ、高速化させることが要求されている。

従来の光通信装置に用いられているＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）やＰＤ（Photo Diode：フォトダイオ−ド）等の光半導体素子を含む電子部品を搭載する電子部品搭載用パッケージの例を図13に断面図で示す。

図13に示す従来の電子部品搭載用パッケージは、上面に電子部品25の搭載部21ａを有する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や鉄（Ｆｅ）−マンガン（Ｍｎ）合金等の金属から成る円板状の基体21と、基体21の上面から下面に形成された直径が0.5〜２ｍｍの貫通孔22の中心部に挿通されるとともに、少なくとも下端部が貫通孔22から
突出するように封止材３3を介して固定された信号端子24とを具備しているものであった
。信号端子24の固定はホウケイ酸等を主成分とする絶縁ガラスから成る封止材23を介して行なわれ、封止材23によって基体21と信号端子24とが電気的に絶縁されている。また、基体21の下面には、２つの貫通孔22・22の間に接地端子28が接続されている。この電子部品搭載用パッケージの搭載部21ａに必要に応じて回路基板25ａを介して電子部品25を搭載し、電子部品搭載用パッケージの信号端子24の上端部と電子部品25の端子とを回路基板25ａを介して電気的に接続し、基体21の上面の外周領域に、電子部品25を覆うようにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体26をＹＡＧレーザ溶接，シーム溶接等の溶接またはろう接により接合して気密封止することにより、電子装置としていた。また、この蓋体26の電子部品25と対向する部分に光ファイバを固定したり、電子部品25と対向する部分に光を透過させる窓を設けたりすることもある（例えば、特許文献１を参照。）。

また、伝送速度が10Ｇｂｐｓ以下の場合は、周辺部品のインピーダンスは25Ωで形成されていたが、高周波化が進むにつれ、周辺部品のインピーダンスが50Ωで形成されるようになっているため、高周波の通る信号端子24のインピーダンスを50Ωにマッチングさせようとすると、貫通孔22の径が、インピーダンスを従来の25Ωで設計した場合に対してほぼ２倍となることがわかっている。

特開平８−130266号公報

しかしながら、25Ｇｂｐｓ以上の高周波信号で駆動される電子部品25を搭載し、インピーダンスを50Ωにマッチングさせるために信号端子24の通る貫通孔22の径を大きくすると、蓋体26をＹＡＧレーザ溶接，シーム溶接またはろう接等の接合方法で気密封着した場合に、気密不良が発生しやすくなるという問題点があった。

これは、貫通孔22の径が大きくなることで蓋体接合部21ｂと貫通孔22との距離が近付いたので、例えばシーム溶接の場合は主に機械的衝撃が、ろう接の場合は基体21と蓋体26との熱膨張係数の差による熱応力が蓋体接合部21ｂに加わり、これが貫通孔22へ伝わることにより、貫通孔22内の封止材23にクラックが発生したり、貫通孔22の内壁と封止材23との間や信号端子24と封止材23との間に剥がれが発生したりしてしまうためであると考えられる。また、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接の場合は急激に高温に加熱され、蓋体接合部21ｂから貫通孔22までの距離が短いとその間で熱が拡散しないので貫通孔22の内面もすぐに高温になるのに対して、金属製の基体21に対して熱伝導率の小さいガラス製の封止材23は温度が上昇するのに時間がかかり、両者の間で熱膨張差が生じて貫通孔22の内壁と封止材23との間や信号端子24と封止材23との間に剥がれが発生してしまうと考えられる。

また、蓋体接合部21ｂから離すために貫通孔22を基体21の中心側に設けようとすると、２つの貫通孔22・22が一体となってしまい、２つの信号端子24・24間には封止材23のみが存在することとなり、この部分では信号端子24と貫通孔22の内壁面との距離が異なるものとなってインピーダンスマッチングができないので、伝送損失が大きくなって高周波信号の通過特性が劣化してしまうという問題点があった。逆に、基体11を大きくして蓋体接合部21ｂを貫通孔22・22から離すと、電子部品搭載用パッケージおよび電子装置が大型化してしまい、小型化した電子機器に使用することができなくなってしまうという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、特性インピーダンスを大きくして高周波信号を伝送するために信号端子を固定する貫通孔を大きくしても、気密不良が発生しない電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置を提供することにある。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、上面の外周領域に溶接またはろう接により蓋体を接合する蓋体接合部を有するとともに、該蓋体接合部の内側領域に、上面に電子部品の搭載部を、および上面から下面にかけて貫通する複数の貫通孔を有する基体と、前記貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、前記貫通孔は大径部と小径部とを有し、前記信号端子は前記貫通孔の大径部に充填された封止材を貫通して固定されており、隣接する前記貫通孔間において、前記大径部および前記小径部の前記基体の厚み方向における位置が互いに異なるとともに前記大径部同士は上面視でその一部が重なっていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記封止材は前記小径部側の段差面との間に隙間を設けて充填されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記段差面が前記大径部から前記小径部に向かって傾斜していることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、上記構成において、前記小径部の内面と
前記信号端子との間に絶縁性部材が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の電子装置は、上記各構成の本発明の電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記基体の前記蓋体接合部に蓋体を接合したことを特徴とするものである。

本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、貫通孔は大径部と小径部とを有し、信号端子は貫通孔の大径部に充填された封止材を貫通して固定されており、隣接する貫通孔間において、大径部および小径部の基体の厚み方向における位置が互いに異なるとともに大径部同士は上面視でその一部が重なっていることから、信号端子が固定される貫通孔の大径部の径を大きくして貫通孔を蓋体接合部から離して配置しても、隣接する大径部同士が一体となることはないのでインピーダンスマッチングが可能となるともに、蓋体を基体の上面の外周部の蓋体接合部に溶接またはろう接により接合したとしても、接合時の衝撃や接合後の熱応力が基体の蓋体接合部と貫通孔との間の部分によって緩和され、また、この部分により蓋体接合部で発生した熱が拡散し、貫通孔内の封止材にクラックが入ったり封止材と信号端子や貫通孔の内壁面との間で剥がれが生じたりすることがなく、気密性が損なわれることのない高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、封止材が小径部側の段差面との間に隙間を設けて充填されているときには、信号端子と段差面との間の隙間には比誘電率の小さい空気が存在することから、これらの間の電磁結合が小さくなり、信号端子と信号端子の外面に平行な大径部の内面との間の電磁結合がほとんどとなるので、大径部の封止材が充填された部分において、その長さ方向でインピーダンスの整合していない部分が短くなるので、高周波信号の伝送特性が向上する。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、段差面が大径部から小径部に向かって傾斜しているときには、貫通孔の径が大径から小径に急激に変化することがないので、インピーダンスも急激に変化せず、高周波信号の伝送特性がより向上する。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記構成において、小径部の内面と信号端子との間に絶縁性部材が配置されているときには、貫通孔への信号端子の封止材による固定時に信号端子の位置がずれて信号端子と小径部との相対位置がずれたり、信号端子と回路基板との接合時等の電子部品搭載用パッケージの組み立て時や電子装置の外部回路基板への実装時に取り扱いによって信号端子が変形するなどして小径部内における信号端子の位置がずれたりしても、小径部の内面と信号端子との間に絶縁性部材が配置されていることによって信号端子と小径部の内面（基体）とが接触することがなく、絶縁性が保たれるので、より高信頼性の半導体素子収納用パッケージとなる。

本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部に電子部品を搭載するとともに、基体の蓋体接合部に蓋体を接合したことから、貫通孔の径が大きい場合であっても、貫通孔が蓋体接合部から離れていることにより、蓋体を基板の上面の外周部に溶接またはろう接により接合したときの衝撃や接合後の熱応力により気密性が損なわれることがないので、気密性に優れた高信頼性の電子装置となる。

本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す下面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す下面図である。 （ａ）は本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す下面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す電子部品搭載用パッケージの基体の断面を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態の他の例を示す断面図である。 従来の電子部品搭載用パッケージの例を示す断面図である。

本発明の電子部品搭載用パッケージおよびそれを用いた電子装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の電子搭載用パッケージの実施の形態の一例および他の例を示す斜視図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ線で切断した断面を示す断面図であり、図４は図２に示す電子搭載用パッケージの下面を示す下面図であり、図５，図８〜図12は本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す断面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ図４と同様の電子搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例の下面を示す下面図であり、図７（ａ）は本発明の電子部品搭載用パッケージの実施の形態のさらに他の例を示す下面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す電子部品搭載用パッケージの基体の断面を示す断面図である。

図１〜図12において、１は基体、１ａは搭載部、１ｂは蓋体接合部、２は貫通孔、２ａは貫通孔２の大径部、２ｂは貫通孔２の小径部、２ｃは貫通孔２の段差面、３は封止材、４は信号端子、５は電子部品、５ａは電子部品を搭載する回路基板、６は蓋体、７はボンディングワイヤ、８は接地端子、９は絶縁性部材である。

図１に示す例では、基体１の上面に直接電子部品５が搭載されて、ボンディングワイヤ７で信号端子４・４の上端部と電子部品５とが接続されている。また図２に示す例では、基体１の上面から突出した突出部を搭載部１ａとして、その側面に回路基板５ａを介して電子部品５が搭載され、電子部品５はボンディングワイヤ７で回路基板５ａ上の配線に接続され、さらに信号端子４・４の端部と回路基板５ａ上の配線とはろう材等の接合材（図示せず）で接続されている。さらに、図３および図５に示す例のように、破線で示すような蓋体６を蓋体接合部１ｂに接合することにより、本発明の電子装置が基本的に構成される。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、上面の外周領域に溶接またはろう接により蓋体６を接合する蓋体接合部１ｂを有するとともに、蓋体接合部１ｂの内側領域に、上面に電子部品５の搭載部１ａを、および上面から下面にかけて貫通する複数の貫通孔２・２を有する基体１と、貫通孔２に充填された封止材３を貫通して固定された信号端子４とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、貫通孔２は大径部２ａと小径部２ｂとを有し、信号端子４は貫通孔２の大径部２ａに充填された封止材３を貫通して固定されており、隣接する貫通孔２間において、大径部２ａおよび小径部２ｂの基体１の厚み方向における位置が互いに異なるとともに大径部２ａ・２ａ同士は上面視でその一部が重なっていることを特徴とするものである。

このことから、信号端子４が固定される貫通孔２の径を大きくして貫通孔２を蓋体接合部１ｂから離して配置しても、隣接する大径部２ａ・２ａ同士が一体となることはないのでインピーダンスマッチングが可能となり、伝送損失が少なく高周波信号の通過特性がより良好なものとなる。また、蓋体６を基体１の上面の外周部の蓋体接合部１ｂに溶接またはろう接により接合したとしても、接合時の衝撃や接合後の熱応力が基体１の蓋体接合部１ｂと貫通孔２との間の部分によって緩和され、また、この部分により蓋体接合部１ｂで発生した熱が拡散し、貫通孔２内の封止材３にクラックが入ったり封止材３と信号端子４や貫通孔２の内壁面との間で剥がれが生じたりすることがなく、気密性が損なわれることのない高信頼性の電子装置を得ることができる電子部品搭載用パッケージとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、図８に示す例のように、上記構成において、封止材３が小径部２ｂ側の段差面２ｃとの間に隙間を設けて充填されているときには、信号端子４と段差面２ｃとの間の隙間には比誘電率の小さい空気が存在することから、これらの間の結合が小さくなり、信号端子４と信号端子４の外面に平行な大径部２ａの内面との間の結合がほとんどとなることによって、大径部２ａの封止材４が充填された部分において、その長さ方向でインピーダンスの整合していない部分が短くなるので、高周波信号の伝送特性が向上する。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、図９に示す例のように、上記構成において、段差面２ｃが大径部２ａから小径部２ｂに向かって傾斜しているときには、貫通孔２の径が大径から小径に急激に変化することがないので、インピーダンスも急激に変化せず、高周波信号の伝送特性がより向上する。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、図10〜図12に示す例のように、上記各構成において、小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９が配置されているときには、貫通孔２への信号端子４の封止材３による固定時に信号端子の位置がずれて信号端子４と小径部２ｂの相対位置がずれたり、信号端子４と回路基板５ａとの接合等の電子部品搭載用パッケージの組み立て時や電子装置を外部回路基板への実装時に取り扱いによって信号端子４が変形するなどして小径部２ｂ内における信号端子４の位置がずれたりしても、小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９が配置されていることによって信号端子４と小径部２ｂの内面（基体１）とが接触することがなく、絶縁性が保たれるので、より高信頼性の半導体素子収納用パッケージとなる。

本発明の電子装置は、上記構成の本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部品５を搭載するとともに、基体１の蓋体接合部１ｂに蓋体６を接合したことを特徴とするものである。このことにより、貫通孔２の径が大きい場合であっても、基体１の上面では貫通孔２が蓋体接合部１ｂから離れていることにより、蓋体６を基体１の上面の外周部の蓋体接合部１ｂに溶接またはろう接により接合したときの衝撃や接合後の熱応力により気密性が損なわれることがないので、気密性に優れた、高信頼性の電子装置となる。

基体１は、上面の中央部に電子部品５の搭載部１ａを有するとともに搭載された電子部品５が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能を有する。このため、基体１は、熱伝導性の良い金属から成り、搭載される電子部品５やセラミック製の回路基板５ａの熱膨張係数に近いものやコストの安いものとして、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｍｎ合金等の鉄系の合金や純鉄等の金属が選ばれる。より具体的には、Ｆｅ99.6質量％−Ｍｎ0.4質量％系のＳＰＣ（Steel Plate Cold）材がある。例えば基体１がＦｅ−Ｍｎ合金
から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作され、貫通孔２はドリル加工や金型による打ち抜き加工により形成される。また、基体１が搭載部１ａとして突出部を有する形状の場合は、切削加工やプレス加工することにより形成することができる。

基体１の形状は、通常は厚みが0.5〜２ｍｍの平板状であり、その形状には特に制限は
ないが、例えば直径が３〜10ｍｍの円板状，半径が1.5〜８ｍｍの円周の一部を切り取っ
た半円板状，一辺が３〜15ｍｍの四角板状等である。図５に示す例のように、基体１の厚みは一様でなくてもよく、図６（ａ）に示す例のように、基体１の下面側は上面の蓋体接合部１ｂより内側の領域だけが厚みが厚くてもよいし、図６（ｂ）に示す例のように、基体１の下面側は貫通孔２・２が形成される領域だけが厚みが厚くてもよい。このようにすると、基体１の上面の蓋体接合部１ｂで発生した熱が、基体１の下面の蓋体接合部１ｂに対向する部分から放熱されやすくなるので好ましい。さらに、この部分の表面を凹凸形状にする、例えば放熱用のフィンとして機能する部分を形成すると、蓋体接合部１ｂで発生した熱をより効率よく放熱することができる。

また、基体１は、図８に示す例のように、２枚の基体を上下に重ねてなるものであってもよい。図８に示す例では、２枚の基体（符号なし）の厚みをそれぞれ基体１の厚みの１／２とし、２枚の基板にそれぞれ設ける大径部２ａおよび小径部２ｂの長さ（深さ）もそれぞれ基体１の厚みの１／２としている。このようにすることで、２枚の基体に形成される貫通孔２は、その厚み方向で径が同じである大径部２ａおよび小径部２ｂのみとなるので、ドリル加工や金型による打ち抜き加工で容易に形成することができる。このとき、２つの貫通孔２を基体１の中心に対して点対称の位置に配置すれば、上下の２枚の基体を同じ形状で作製して、一方の基体を180°回転させて重ね合わせることにより、大径部２ａ
と小径部２ｂとを有する基体１を容易に作製することができる。さらにこのとき、２枚の基体の側面に位置合わせ用の切欠きを設けておくとよい。２枚の基体は、ろう材等の導電性の接合材で接合したり溶接したりすることで一体化させて基体１とすればよい。

図１〜図３および図５に示す例では、２つの貫通孔２を有する基体１に１個の電子部品５を搭載しているが、複数の電子部品５を搭載したり、電子部品５の数や電子部品５の端子の数に応じて、例えば図７に示す例のように、図信号端子４を固定する貫通孔２を３つ以上形成したりしても構わない。

基体１の厚みは0.5ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。厚みが0.5ｍｍ未満の場合は、電子部品５を保護するための金属製の蓋体６を金属製の基体１の上面に接合する際に、接合温度等の接合条件により基体１が曲がったりして変形し易くなり、変形により気密性が低下しやすくなる。一方、厚みが２ｍｍを超えると、電子部品搭載用パッケージや電子装置の厚みが不要に厚いものとなり、小型化し難くなる。

基体１の表面には、耐食性に優れ、電子部品５や回路基板５ａあるいは蓋体６を接合し固定するためのろう材との濡れ性に優れた、厚さが0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さが0.5〜５μｍのＡｕ層とをめっき法により順次被着させておくのがよい。これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに電子部品５や回路基板５ａあるいは蓋体６を基
体１に良好にろう接することができる。

貫通孔２は大径部２ａと小径部２ｂとを有する形状である。図３〜図７に示す例のように、大径部２ａと小径部２ｂとが中心を同じくして上下に配置される。そして、隣接する貫通孔２間において、大径部２ａおよび小径部２ｂの基体１の厚み方向における位置が互いに異なるとともに大径部２ａ・２ａ同士は上面視でその一部が重なるように配置される。貫通孔２の数が３つ以上の場合は、信号端子４の配置にもよるが、隣接する２つの貫通孔２間において大径部２ａ・２ａ同士が重なればよく、図７に示す例のように、１つの大径部２ａに対して２つの大径部２ａ・２ａが重なってもよい。図７に示す例では、３つの貫通孔２のうち、１つの貫通孔２の大径部２ａのみを蓋体接合部１ｂを有する上面側に配置している。これにより、２つの貫通孔２・２の封止材３を蓋体接合部１ｂからより遠ざけることができ、蓋体接合部１ｂに発生した熱により気密性が損なわれる可能性をより低減できるので好ましい。

貫通孔２には、封止材３が充填されており、この封止材３を貫通して信号端子４が固定されている。信号端子４は、一方の端部（上端部）は基体１の上面と面一とするか、あるいは２ｍｍ程度まで突出させ、他方の端部（下端部）は基体１の下面から１〜20ｍｍ程度突出させて固定される。例えば、図１に示す例のように、信号端子４の上端部と電子部品５（または電子部品５が搭載された回路基板５ａ）とをボンディングワイヤ７を介して電気的に接続する場合は、信号端子４の上端部は必ずしも基体１の上面から突出していなくてもよい。一方、信号端子４の下端部は、外部電気回路（図示せず）に接続するために基体１の下面から突出しているのが好ましい。例えば、図１または図２に示す例のように、信号端子４の上端部と電子部品５とを電気的に接続するとともに、信号端子４の下端部を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続することにより、信号端子４は電子部品５と外部電気回路との間の入出力信号を伝送する機能を果たす。

封止材３は、ガラスやセラミックスなどの絶縁性の無機材料から成り、信号端子４と基体１との絶縁間隔を確保するとともに、信号端子４を基体１の貫通孔２内に固定する機能を有する。このような封止材３の例としては、ホウケイ酸ガラス，ソーダガラス等のガラスおよびこれらのガラスに封止材３の熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられ、インピーダンスマッチングのためにその比誘電率を適宜選択する。比誘電率を低下させるフィラーとしては、酸化リチウム等が挙げられる。

貫通孔２の小径部２ｂの直径は、中心に信号端子４が貫通することで特性インピーダンスが50Ωのエアー同軸が形成されるような寸法とする。例えば、信号端子４の直径が0.2
ｍｍの場合であれば、小径部２ｂの直径は0.46ｍｍとすればよい。大径部２ａの直径は、例えば、信号端子４の外径が同じく0.2ｍｍの場合は、封止材３に比誘電率が6.8であるものを用いると、1.75ｍｍとすることで特性インピーダンスを50Ωとすることができる。また、信号端子４の外径が0.25ｍｍの場合であれば、封止材３に比誘電率が５であるものを用いると、大径部２ａの直径は1.65ｍｍにすればよい。また、信号端子４の外径が0.25ｍｍで、封止材３に比誘電率が6.8であるものを用いる場合は、大径部２ａの直径は2.2ｍｍにすればよい。

貫通孔２の大径部２ａの長さ（深さ）は、信号端子４の基体１への固定強度を高めるためにはより大きくするのが好ましいが、最大で基体１の厚みの１／２とする。１／２より大きいと、隣接する大径部２ａ・２ａが基体１の厚み方向でも重なることとなり、それぞれに固定された信号端子４・４と基体１との距離が異なる部分ができてしまうので、この部分ではインピーダンスが整合しなくなってしまうからである。小径部２ｂの長さは、基体１の厚みから大径部２ａの長さを差し引いた長さとする。

信号端子４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば信号端子４がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工，切削加工等の周知の金属加工方法を施すことによって、長さが1.5〜22ｍｍで
直径が0.1〜１ｍｍの線状に製作される。信号端子４の強度を確保しながらより高いイン
ピーダンスでのマッチングを行ないつつ小型にするには、信号端子４の直径は0.15〜0.25ｍｍが好ましい。信号端子４の直径が0.15ｍｍより細くなると、電子部品搭載用パッケージを実装する場合の取り扱いで信号端子４が曲がりやすくなり、作業性が低下しやすくなる。また、直径が0.25ｍｍより太くなると、インピーダンス整合させた場合の貫通孔２の径が信号端子４の径に伴い大きくなるので、製品の小型化に向かないものとなってしまう。

信号端子４を貫通孔２に充填された封止材３を貫通して固定するには、例えば、封止材３がガラスから成る場合は、周知の粉体プレス法や押し出し成形法を用いてガラス粉末を成形して、内径を信号端子４の外径に合わせ、外径を貫通孔２の大径部２ａの径に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材３の成形体を貫通孔２の大径部２ａに挿入し、さらに信号端子４をこの封止材３の孔に挿通し、しかる後、所定の温度に加熱して封止材３を溶融させた後、冷却して固化させることにより行なうことができる。これにより、封止材３により貫通孔２が気密に封止されるとともに、封止材３によって信号端子４が基体１と絶縁されて固定され、同軸線路が形成される。

貫通孔２は大径部２ａと小径部２ｂを有することから、大径部２ａの小径部２ｂ側には信号端子４の長さ方向に対して垂直な段差面２ｃを有するものとなる。通常は信号端子４と信号端子４の外面に平行な大径部２ａの内面との間の結合量によりインピーダンスを整合させるが、信号端子４と段差面２ｃとの間でも結合するので、段差面２ｃとの距離が短い、大径部２ａの小径部２ｂ側においてはインピーダンスが小さくなってしまう。このインピーダンスの変化を抑えるために、上述したように段差面２ｃとの間に隙間を設けて封止材３を充填するのが好ましい。隙間を設けることで、信号端子４と段差面２ｃとの間の比誘電率を小さくして結合を小さくすることができるからである。

封止材３と小径部２ｂ側の段差面２ｃとの間に隙間があれば上記のような効果が得られるが、例えば直径が0.2ｍｍの信号端子４に40ＧＨｚの信号を伝送させる場合であれば、
インピーダンスが50Ωとなる小径部２ｂの直径は0.46ｍｍであり、小径部２ｂと信号端子４との距離（隙間の長さ）は0.13ｍｍとなるので、封止材３と小径部２ｂ側の段差面２ｃとの距離（隙間の長さ）を0.13ｍｍ以上とすると、信号端子４と段差面２ｃとの間の結合を十分小さくすることができる。また、封止材３の段差面２ｃとの距離が伝送する周波数の波長の１／４以下であれば、インピーダンスの不整合があったとしても信号の反射は発生せず不整合の影響をほとんど受けることがないので、封止材３の段差面２ｃとの距離が、40ＧＨｚの波長の１／４以下である1.8ｍｍ以下であれば、隙間の部分が大径のエアー
同軸となることによるインピーダンスの不整合の影響をほとんど受けることがない。さらに、上述した好ましい基体１の厚みおよび大径部２ａの長さがそれぞれ２ｍｍ以下および基体１の厚みの１／２以下であることを考慮すると、気密性を確保するための封止材３の厚みは0.5ｍｍ以上が好ましいことから、封止材３の段差面２ｃとの距離は0.5ｍｍ以下であるのが好ましい。

段差面２ｃが大径部２ａから小径部２ｂに向かって傾斜しているときには、貫通孔２の径が大径から小径に急激に変化することがないので、インピーダンスも急激に変化せず、隙間の部分の平均の径が小さくなるので、隙間の部分が大径のエアー同軸となることによる影響もより小さくなる。また、信号端子４を大径部２ａに固定する際に、段差面２ｃを下にして封止材３の成形体を貫通孔２の大径部２ａに挿入しても、封止材３の成形体は径が小さくなる段差面２ｃで留まるので、封止材３の成形体の配置が容易にできる。

基体１の下面には接地端子８が接合される。接地端子８は、信号端子４と同じ様にして製作され、基体１の下面にロウ材等を用いて接合される。位置決めの容易性と接合強度の向上のために、予め基体１の下面に穴を形成しておき、その穴に接地端子８を挿入して接合してもよい。また、同様の理由で、図３および図５に示す例のように、基体１の下面に当接するように接地端子８に鍔をつけて、接合面積をより大きくしてもよい。このようにして基体１に接地端子８を接合することにより、接続端子４を外部電気回路に接続した際には、基体１が接地導体としても機能する。

絶縁性部材９の配置は、図10に示す例のように、小径部２ｂの内面と信号端子４との間に充填して配置してもよいし、図11に示す例のように、小径部２ｂの内面および信号端子４の小径部２ｂ内に位置する部分の外面の少なくとも一方を被覆するように配置してもよい。あるいは、図12に示す例のように、小径部２ｂの長さ方向の一部において（小径部２ｂの厚みより小さい範囲で）小径部２ｂの内面と信号端子４との間を充填しても、信号端子４と基体１（の小径部２ｂの内壁）とは接触することがなく、絶縁性が保たれるのでよい。小径部２ｂの長さ方向の全域において信号端子４のインピーダンスを整合させるには、小径部２ｂの長さ方向で小径部２ｂの内面と信号端子４との間の静電容量が同じであるのがよいので、小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９を充填して配置する場合は、図10に示す例のように、小径部２ｂの長さ方向の全域で充填するのがよい。同様に、小径部２ｂの内面や信号端子４の外面を絶縁性部材９で被覆する場合は、その厚みは小径部２ｂ内で一定にするのがよい。図12に示す例のように、小径部２ｂの長さ方向の一部において小径部２ｂの内面と信号端子４との間を充填して絶縁性部材９を配置する場合は、小径部２ｂの長さ方向の平均でインピーダンスが整合するように、絶縁性部材９の比誘電率に応じた長さ（厚み）で充填すればよい。また、小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９を充填すると、電子装置を外部回路基板へ実装する際に、信号端子４が変形するなどして小径部２ｂ内における信号端子４の位置がずれてインピーダンスがずれてしまうことがない。

絶縁性部材９は、基体１に蓋体６を接合する際等の熱によって溶融したり分解したりしないようなものから選択される。小径部２ｂの内面と信号端子４との間を絶縁性部材９で充填する場合は、その比誘電率が大きいと小径部２ｂの径を大きくしなければならず、基体１と蓋体９との接合部からの距離が近くなって蓋体９を接合する際の熱の影響を受けるので、比誘電率の小さい、４フッ化エチレン樹脂（比誘電率：約2.0），ポリフェニルエ
ーテル樹脂（比誘電率：約2.7），シクロオレフィン樹脂（比誘電率：約2.4）等の樹脂を用いる。絶縁性部材９を、小径部２ｂの内面および信号端子４の小径部２ｂ内に位置する部分の外面の少なくとも一方を被覆して配置する場合は、小径部２ｂの内面と信号端子４との間には空間が形成されてその部分の比誘電率は小さいので、上述したような樹脂以外にも、それより比誘電率が大きい、封止材３と同様のものを用いることができる。小径部２ｂの長さ方向の一部において小径部２ｂの内面と信号端子４との間を充填して絶縁性部材９を配置する場合も同様である。

絶縁性部材９として比誘電率が2.0である４フッ化エチレン樹脂を用いた場合は、図10
に示す例のように小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９を充填し、信号端子４の外径が0.25ｍｍのものを用いると、特性インピーダンスを50Ωとするには、小径部２ｂの径は0.8ｍｍとなる。図11に示す例のように、同じ絶縁性部材９で小径部２ｂの内
面を被覆する場合は、その厚みを0.025ｍｍとして、信号端子４の外径が0.25ｍｍのもの
を用いると、特性インピーダンスを50Ωとするには、小径部２ｂの径は0.6ｍｍとなる。
また、図12に示す例のように、長さが0.5ｍｍの小径部２ｂに対して小径部２ｂの長さ方
向の厚みが0.2ｍｍである円盤状の絶縁性部材９を配置して（絶縁性部材９を小径部２ｂ
の内面と信号端子４との間のうちの小径部２ｂの長さ方向の0.2ｍｍだけ充填して）、信
号端子４の外径が0.25ｍｍのものを用いると、小径部２ｂの長さ方向の平均の特性インピーダンスを50Ωとするには、小径部２ｂの径は0.64ｍｍとなる。

また、絶縁性部材９として比誘電率が5.0であるガラスを用いた場合は、図11に示す例
のように、小径部２ｂの内面を絶縁性部材９で被覆する場合は、その厚みを0.025ｍｍと
して、信号端子４の外径が0.25ｍｍのものを用いると、特性インピーダンスを50Ωとするには、小径部２ｂの径は0.62ｍｍとなる。同じ絶縁性部材９を用いて、図12に示す例のように、長さが0.5ｍｍの小径部２ｂに対して小径部２ｂの長さ方向に0.2ｍｍの厚みの円盤状の絶縁性部材９を配置して、外径が0.25ｍｍの信号端子４を用いると、小径部２ｂの長さ方向の平均の特性インピーダンスを50Ωとするには、小径部２ｂの径は0.73ｍｍとなる。

絶縁性部材９を配置するには、絶縁性部材９がガラスから成る場合であれば、封止材３と同様にして、あるいはガラス粉末に適当な溶剤やバインダーを加えて作製したガラスペーストを小径部２ｂの内面に塗布したり充填したりしてから加熱・冷却することによって溶融・凝固させればよい。絶縁性部材９が樹脂から成る場合であれば、液状の熱硬化性の樹脂を小径部２ｂの内面に塗布したり充填したりしてから加熱することによって硬化させてもよいし、小径部２ｂの内径および信号端子４の外形に応じた形状に成型したものを小径部２ｂに嵌め込み、必要に応じて接着剤で固定すればよい。

また、貫通孔２中への信号端子４の封止材３による固定時や信号端子４と回路基板５ａとの接合時に信号端子４の位置がずれてしまうと、小径部２ｂ内においてインピーダンスがずれてしまうので、信号端子４の固定や信号端子４と回路基板５ａとの接合の前に、小径部２ｂの長さ方向の一部または全部において小径部２ｂの内面と信号端子４との間に絶縁性部材９が充填するのがよい。

このような本発明の電子部品搭載用パッケージの搭載部１ａに電子部品５を搭載するとともに、基体１の蓋体接合部１ｂに蓋体６を接合することにより、本発明の電子装置となる。

電子部品搭載用パッケージに電子部品５を搭載して電気的に接続するには、上述したように、図１に示す例のように基体１の上面に直接電子部品５を搭載して接続する方法や、図２に示す例のように回路基板５ａを介して電子部品５を搭載して接続する方法などがある。

電子部品５としては、ＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオ−ド）等の光半導体素子，半導体集積回路素子を含む半導体素子，水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子，圧力センサー素子，容量素子，抵抗器等が挙げられる。

回路基板５ａは、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックス絶縁材料等から成る絶縁基板に配線導体が形成されたものである。絶縁基板が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、まずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。

配線導体は、例えば、図５に示す例の回路基板５ａでは、絶縁基板の上面には信号端子
４・４を接続するための端子用導体と、電子部品５を搭載するとともに電子部品５の下面の接地電極を接続するための接地用導体とが形成され、下面には基体１に搭載して接続するための搭載用導体が形成され、接地用導体と搭載用導体とは、絶縁基板の側面に形成された、または絶縁基板を貫通して形成された接続導体により接続される。このような配線導体は、電子部品５によりその接続が異なるので、それに応じて形成されるものである。また、電子部品５と配線導体とは例えばボンディングワイヤにより接続されるが、このボンディングワイヤを短くすることで信号の伝送損失を少なくするために、例えば図５に示す例のように端子用導体を屈曲した形状として、ボンディングワイヤの接続位置が電子部品５にできるだけ近くなるようにするのが好ましい。

なお、端子用導体を屈曲させる場合には、例えば図５に示す例のように、屈曲角度が90°より大きくなるように段階的に屈曲させたり、屈曲部の角の部分に丸みをつけたりすると、屈曲部での反射による高周波の損失を少なくすることができるので好ましい。段階的に屈曲させる場合は、屈曲角度を120°以上とすると損失がより少なくなるので好ましい
。また、図５に示す例では屈曲部の外側だけを段階的に屈曲させているが、屈曲部の内側も同様に段階的に屈曲させたり丸みをつけたりするのがより好ましい。

配線導体の形成方法は、絶縁基板と同時焼成で、あるいは絶縁基体を作製した後に金属メタライズを形成する周知の方法や、絶縁基板を作製した後に蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法がある。電子装置が小型であり、それに搭載される回路基板５ａはさらに小さいので、配線導体は微細なものとなり、また配線導体と信号端子４・４との位置合わせ精度を高めるためには蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する方法が好ましく、この場合は、必要に応じて絶縁基板の主面に研磨加工を施す場合もある。

以下、配線導体を蒸着法やフォトリソグラフィ法により形成する場合について詳細に説明する。配線導体は、例えば密着金属層，拡散防止層および主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成る。

密着金属層は、セラミックス等から成る絶縁基板との密着性を良好とするという観点からは、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオブ（Ｎｂ），ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等の熱膨張率がセラミックスと近い金属のうちの少なくとも１種より成るのが好ましく、その厚みは0.01〜0.2μｍ程度
が好ましい。密着金属層の厚みが0.01μｍ未満では、密着金属層を絶縁基板に強固に密着することが困難となる傾向があり、0.2μｍを超えると、成膜時の内部応力によって密着
金属層が絶縁基板から剥離し易くなる傾向がある。

拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐという観点からは、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），ニッケル（Ｎｉ），Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の熱伝導性の良好な金属のうち少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.05〜１μｍ程度が好ましい。拡散防止層の厚みが0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなる傾向があり、１μｍを超えると、成膜時の内部応力により拡散防止層が密着金属層から剥離し易く成る傾向がある。なお、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、Ｎｉ−Ｃｒ合金は絶縁基板との密着性が良好なため、密着金属層を省くことも可能である。

主導体層は、電気抵抗の小さい金（Ａｕ），Ｃｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）の少なくとも１種より成ることが好ましく、その厚みは0.1〜５μｍ程度が好ましい。主導体層の厚みが0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きなものとなり回路基板５ａの配線導体に要求される電気抵抗を満足できなくなる傾向があり、５μｍを超えると、成膜時の内部応力により主導体層が拡散防止層から剥離し易く成る傾向がある。また、Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮ
ｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。

電子部品５の電子部品搭載用パッケージや回路基板５ａへの搭載、あるいは回路基板５ａの電子部品搭載用パッケージへの搭載は、低融点ろう材により固定することにより行なえばよい。例えば、回路基板５ａを基体１上に搭載した後に電子部品５を回路基板５ａ上に搭載する場合は、回路基板５ａの固定には金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金や金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金をろう材として用い、電子部品５の固定には、これらより融点の低い錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）合金や錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金のろう材や、融点より低い温度で硬化可能な、Ａｇエポキシ等の樹脂製の接着剤を用いればよい。また、電子部品５を回路基板５ａ上に搭載した後に回路基板５ａを基体１上に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、回路基板５ａを基体１上に搭載する際に用いるろう材の融点の方を低くすればよい。いずれの場合であっても、回路基板５ａ上や基体１の搭載部１ａ上にろう材ペーストを周知のスクリーン印刷法を用いて印刷したり、フォトリソグラフィ法によってろう材層を形成したり、低融点ろう材のプリフォームを載置するなどすればよい。

蓋体６は、上面視で基体１の上面の外周領域の蓋体接合部１ｂの形状に沿った外形で、基体１の上面の搭載部１ａに搭載された電子部品５を覆うような空間を有する形状のものである。電子部品５と対向する部分に光を透過させる窓を設けてもよいし、窓に換えて、または窓に加えて光ファイバおよび戻り光防止用の光アイソレータを接合したものでもよい。

蓋体６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金等の金属から成り、これらの板材にプレス加工や打ち抜き加工等の周知の金属加工方法を施すことによって作製される。蓋体６は、基体１の材料と同程度の熱膨張係数を有するものが好ましく、基体１の材料と同じものを用いるのがより好ましい。蓋体６が窓を有する場合は、電子部品５と対向する部分に孔を設けたものに、平板状やレンズ状のガラス製の窓部材を低融点ガラスなどにより接合する。

蓋体６の基体１の蓋体接合部１ｂへの接合は、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接等の溶接またはＡｕ−Ｓｎろう材等のろう材によるろう接により行なわれる。

１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載部
１ｂ・・・・蓋体接合部
２・・・・・貫通孔
２ａ・・・・大径部
２ｂ・・・・小径部
２ｃ・・・・段差面
３・・・・・封止材
４・・・・・信号端子
５・・・・・電子部品
５ａ・・・・回路基板
６・・・・・蓋体
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・接地端子
９・・・・・絶縁性部材

Claims (5)

1. 上面の外周領域に溶接またはろう接により蓋体を接合する蓋体接合部を有するとともに、該蓋体接合部の内側領域に、上面に電子部品の搭載部を、および上面から下面にかけて貫通する複数の貫通孔を有する基体と、前記貫通孔に充填された封止材を貫通して固定された信号端子とを具備した電子部品搭載用パッケージであって、前記貫通孔は大径部と小径部とを有し、前記信号端子は前記貫通孔の大径部に充填された封止材を貫通して固定されており、隣接する前記貫通孔間において、前記大径部および前記小径部の前記基体の厚み方向における位置が互いに異なるとともに前記大径部同士は上面視でその一部が重なっていることを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
2. 前記封止材は前記小径部側の段差面との間に隙間を設けて充填されていることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載用パッケージ。
3. 前記段差面が前記大径部から前記小径部に向かって傾斜していることを特徴とする請求項２記載の電子部品搭載用パッケージ。
4. 前記小径部の内面と前記信号端子との間に絶縁性部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子部品搭載用パッケージ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子部品搭載用パッケージの前記搭載部に電子部品を搭載するとともに、前記基体の前記蓋体接合部に蓋体を接合したことを特徴とする電子装置。

Images