JP5334887B2 - 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

Description

本発明は、光通信やマイクロ波通信，ミリ波通信等で使用される、特に10ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送する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と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。

このような電子装置用の従来の電子部品搭載用パッケージは、図12に断面図で示すように、略中央に電子部品の搭載部を設けた円板状の金属製の基体101に、基体101の上面から下面にかけて貫通する貫通孔101ａを設け、この貫通孔101ａに充填された絶縁性ガラスから成る封止材102を貫通して信号端子103が固定されているものである。また、基体101の
下面には、２つの貫通孔101ａ・101ａの間に接地端子106が接続されている。さらに、基
体101の搭載部に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光通信装置に用いられている電子部品105を搭載し
て、電子部品105と信号端子103とをボンディングワイヤ107で電気的接続を行ない、基体101の上面の外周領域に電子部品105を覆うように金属製の蓋体を溶接またはろう接により
基体101の上面周縁部に接合して気密封止することによって、電子装置としていた（例え
ば、特許文献１を参照）。

このような従来の電子部品搭載用パッケージにおいては、信号端子103の基体101から突出した部分および信号端子103と電子部品105とを接続するボンディングワイヤ107部では
インピーダンスが高くなって信号の伝送損失が大きいという問題があった。これに対して、図13に示す例のように、電子部品105と信号端子103とを直接ボンディングワイヤ107で
接続するのではなく、信号端子103に対向する側面に接地導体層104ｄを形成し、上面にインピーダンスを整合させた信号線路導体104ｂを形成した回路基板104を介して接続することが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。インピーダンスを整合させた信号線路導体104ｂを形成した回路基板104を用い、信号端子103の近くに接地導体層104ｄを配置して、ボンディングワイヤ107の長さを短くすることで、信号端子103の突出した部分から電子部品105までのインピーダンスが高くなることを抑えるというものであった。

特開平８−130266号公報 特開2007−123804号公報

しかしながら、近年では要求される伝送速度が高まり、伝送信号の周波数が25〜40ＧＨｚ程度まで向上してきており、電子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。そのため、従来の回路基板104を用いた電子部品搭載用パッケージであっても
、より高周波の信号に対しては信号端子103の基体101から突出した部分からボンディングワイヤ107の部分のインピーダンスが高くなるという問題点は解決されず、この部分のイ
ンピーダンスが高いことによって良好な高周波信号の伝送特性が得られないものであった。

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、信号端子が基体から突出した部分から回路基板の信号線路導体までのインピーダンスが高くなることを抑えた、25ＧＨｚ以上の高周波信号を良好に伝送させることができる電子部品搭載用パッケージ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、上面から下面にかけて貫通する貫通孔を有する金属からなる基体と、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、前記基体の上面に搭載された、絶縁基板の上面から側面の途中にかけて信号線路導体が形成された回路基板とを具備しており、前記絶縁基板の側面に位置する前記信号線路導体と前記信号端子の前記基体の上面から突出した部分の側面とが当接して接続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、前記絶縁基板の側面に位置する前記信号線路導体に前記信号線路導体から幅方向に平行に延びる容量導体が形成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に電子部品が搭載されている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は、上面から下面にかけて貫通する貫通孔を有する金属からなる基体と、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、基体の上面に搭載された、絶縁基板の上面から側面の途中にかけて信号線路導体が形成された回路基板とを具備しており、絶縁基板の側面に位置する信号線路導体と信号端子の基体の上面から突出した部分の側面とが当接して接続されていることから、信号端子が基体から突出した部分から回路基板の信号線路導体までの間にはインピーダンスが高くなるボンディングワイヤがなく、信号端子の基体から突出した部分は、基体の上面に突出して信号線路導体と接続される部分においてインピーダンスが高くても、絶縁基板の側面の信号線路導体とろう材等によって接続された部分においては、側面の信号線路導体の厚みが増して信号線路導体と絶縁基板の下面の接地導体（または接地導体として機能する基体）との間の容量が増えることによってインピーダンスが低下するので、信号端子が基体から突出した部分から絶縁基板の上面の信号線路導体までの平均のインピーダンスは所定の値に近いものとなって伝送損失も小さくなり、高周波信号を良好に伝送させることができるようになる。

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、絶縁基板の側面に位置する信号線路導体に信号線路導体から幅方向に平行に延びる容量導体が形成されているときには、容量導体の位置や大きさによって側面の信号線路導体と接地導体との間の容量をより細かく調整することができるので、信号端子が基体から突出した部分から絶縁基板の上面の信号配線導体までの平均のインピーダンスを所定の値に整合させることができ、伝送損失がより小さく、高周波信号をより良好に伝送させることができる。

また、本発明の電子装置によれば、上記各構成の本発明の電子部品搭載用パッケージに電子部品が搭載されていることから、高周波信号の伝送特性が良好で、高速で動作可能な電子装置となる。

本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図２のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （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他の例の要部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の電子装置の実施の形態の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図10（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 従来の電子装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。 従来の電子装置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および電子装置について以下に詳細に説明する。図１〜図９において、１は電子部品搭載用パッケージの基体、１ａは基体１を貫通する貫通孔、２は貫通孔１ａに充填された封止材２、３は封止材２によって基体１から突出して固定された信号端子、４は基体１の上面に搭載された回路基板、４ａは回路基板４の絶縁基板、４ｂは回路基板４の絶縁基板４ａの上面から側面の途中にかけて形成された信号線路導体、４ｃは回路基板４の絶縁基板４ａの側面に形成された容量導体、４ｄは回路基板４の絶縁基板４ａの下面に形成された接地導体、５は電子部品、６は基体１に接続された接地端子、７は電子部品５と信号線路導体４ｂとを電気的に接続するボンディングワイヤ、８は蓋体である。

図１〜図９に示す例では、回路基板４は、絶縁基板４ａの上面から側面の途中にかけて信号線路導体４ｂが形成され、下面には接地導体４ｃが形成されてマイクロストリップ線路が形成されている。回路基板４の下面の接地導体４ｄがグラウンドとしても機能する基体１の上面にはんだや導電性接着剤等の導電性の接合材を用いて接続されるとともに固定されることによって回路基板４が金属基体１に搭載されている。そして基体１から突出した信号端子３の端部が回路基板４の側面に形成された信号線路導体４ｂにはんだ等の接合材を用いて接続されて本発明の電子部品搭載用パッケージが構成されている。なお、回路基板４には信号線路導体４ｂ、接地導体４ｄ以外にも、回路基板の目的用途によって回路配線が形成されたり、電子部品が実装されたりしていてもよい。また、図１においては、電子装置の内部構造が分かりやすいように蓋体８を外した状態を示している。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、図１〜図３に示す例のように、上面から下面にかけて貫通する貫通孔１ａを有する金属からなる基体１と、貫通孔１ａに充填された封止材２を貫通して固定された信号端子３と、基体１の上面に搭載された、絶縁基板４ａの上面から側面の途中にかけて信号線路導体４ｂが形成された回路基板４とを具備しており、絶縁基板４ａの側面に位置する信号線路導体４ｂと信号端子３の基体１の上面から突出した部分の側面とが当接して接続されていることを特徴とするものである。このような構成
であることから、信号端子３が基体１から突出した部分から回路基板４の信号線路導体４ｂまでの間にはインピーダンスが高くなるボンディングワイヤがなく、信号端子３の基体１から突出した部分は、基体１の上面に突出して信号線路導体４ｂと接続される部分においてインピーダンスが高くても、絶縁基板４ａの側面の信号線路導体４ｂとろう材等によって接続された部分においては、側面の信号線路導体４ｂの厚みが増して信号線路導体４ｂと絶縁基板４ａの下面の接地導体４ｄ（または接地導体として機能する基体１）との間の容量が増えることによってインピーダンスが低下するので、信号端子３が基体１から突出した部分から絶縁基板４ａの上面の信号線路導体４ｂまでの平均のインピーダンスは所定の値に近いものとなって伝送損失も小さくなり、高周波信号を良好に伝送させることができるようになる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージは、図４〜図６にその要部を拡大して示す例のように、上記構成において、絶縁基板４ａの側面に位置する信号線路導体４ｂに信号線路導体４ｂから幅方向に平行に延びる容量導体４ｃが形成されていることが好ましい。このような構成としたときには、容量導体４ｃの位置や大きさによって側面の信号線路導体４ｂと接地導体４ｄとの間の容量をより細かく調整することができるので、信号端子３が基体１から突出した部分から絶縁基板４ａの上面の信号線路導体４ｂまでの平均のインピーダンスを所定の値に整合させることができ、伝送損失のより小さい電子部品搭載用パッケージとなる。

基体１は、上面にＬＤやＰＤ等の電子部品５や回路基板４を搭載する搭載部を有しており、図１に示す例では、円板状の基体１の上面が搭載部となる。図１に示す例では、２つの貫通孔１ａを有する基体１に１つの回路基板４を介して１個の電子部品５を搭載しているが、基体１の上に電子部品５を直接搭載したり、複数の電子部品５を搭載したりしてもよい。また、電子部品５の数や電子部品５の端子の数に応じて信号端子３を固定する貫通孔１ａを２つより多く形成しても構わない。

基体１は、通常は厚みが0.5〜２ｍｍの平板状であり、その形状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の四角板状等であり、上面から下面にかけて形成された直径が0.6
〜2.65ｍｍの貫通孔１ａを有する。基体１の厚みは0.5ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。
基体１の厚みが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８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る。一方、基体１の厚みが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は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｚｎ合金，ステンレス鋼等の金属やＣｕ−Ｗ焼結材等の金属焼結材から成り、例えば金属インゴットに圧延加工や打ち抜き加工および切削加工等の従来周知の金属加工を施して、またはＭＩＭ（Metal Injection Molding）
等の方法で射出成形して、例えば、図１に示す例のような円板状の基体１を形成する。貫通孔１ａは、金属板を円板状に加工するのと同時に、あるいは円板状に加工した後に、金型による打ち抜き加工によって、またはドリル加工等の切削加工によって形成される。基体１の材質は、使用する電子部品５の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するものが好ましい。熱伝導性の良い金属からなり、搭載される電子部品５やセラミック製の回路基板４の熱膨張係数に近いものやコストの安いものとしては、例えば、Ｆｅ99.6質量％−Ｍｎ0.4
質量％系のＳＰＣ（Steel Plate Cold）材や、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｍｎ合金等が挙げられる。

また、基体１の表面には、耐食性に優れ、電子部品５や回路基板４あるいは蓋体８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４あるいは蓋体８を基体１に良好にろう付けすることができる。

基体１に形成された貫通孔１ａには、封止材２が充填されており、この封止材２を貫通して信号端子３が固定されている。信号端子３は、一方の端部（上端部）は基体１の上面から回路基板４の上面と同程度まで突出させて固定される。一方、信号端子３の他方の端部（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１〜20ｍｍ程度突出しているのが好ましい。図１に示す例のように、信号端子３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３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って、信号端子３は電子部品５と外部電気回路との間で高周波の入出力信号を伝送する機能を果たす。

図６に示す例のように、貫通孔１ａを基体１の上面側の径が小さい形状として、径の大きい部分だけに封止材２を充填することによって、基体１の上面側にいわゆるエア同軸部を設けてもよい。このようにエア同軸部を設けて、エア同軸部のインピーダンスを、封止材２内の所定値（例えば50Ω）のインピーダンスと、信号端子３が基体１の上面から突出した部分の、所定値より高いインピーダンスとの中間の値のインピーダンスにして、インピーダンスの変化を緩やかにすることで高周波信号の伝送がより良好なものとなる。このとき、封止材２は、図６に示す例のように、基体１の貫通孔１ａの径の小さい部分の周囲の、径の大きい部分の上に重なる部分との間に隙間を設けて充填すると、封止材２内の信号端子３と基体１の貫通孔１ａの径の大きい部分の上に重なる部分との間の浮遊容量を減らすことができ、この遊容量によって封止材２内の信号端子３のインピーダンスがずれてしまうことがないのでよい。

封止材２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３と基体１との絶縁性を確保するとともに、信号端子３を基体１の貫通孔１ａ内に固定する機能を有する。このような封止材２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２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。例えば、特性インピーダンスを50Ωとするには、貫通孔１ａの内径が1.75ｍｍで信号端子３の外径が0.2ｍｍの場合、あるいは貫通孔１ａの内径が2.2ｍｍで信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合であれば、封止材２の比誘電率が6.8であるものを用いればよい。また、貫通
孔１ａの内径が1.65ｍｍで信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合であれば、封止材２の比誘電率が５であるものを用いればよい。

信号端子３を貫通孔１ａに充填された封止材２を貫通して固定するには、例えば、封止材２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３の外径に合わせ、外径を貫通孔１ａの内径に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材２の成形体を貫通孔１ａに挿入し、さらに信号端子３をこの封止材２の孔に挿通し、しかる後、所定の温度に加熱して封止材２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２により貫通孔１ａが気密に封止されるとともに、封止材２によって信号端子３が基体１と絶縁されて固定され、同軸線路が形成される。

また、封止材２は基体１を貫通する貫通孔１ａ内に充填されるが、基体１と同じ材質で形成した環状の外周導体の内側に封止材２を充填して信号端子３を固定することで同軸コネクタを作製し、この同軸コネクタをＡｕ−Ｓｎはんだ等の接合材によって基体１の貫通孔１ａ内に接合してもよい。このようにすると、低誘電率のガラスを封止材２として用い
る場合は、低誘電率のガラスは一般的に融点が高いので、低誘電率ガラスを貫通孔２ａに充填する際に基体１を高温（1000℃程度）に加熱しなければならず、このときに電子部品５や回路基板４の搭載面が変形してしまう場合があるのに対して、Ａｕ−Ｓｎはんだによる接合は350℃程度と低く、搭載面の変形が抑えられるので好ましい。

信号端子３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３がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、この合金のインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工方法を施すことによって、長さが1.5〜22ｍｍ、直径が0.1〜0.5ｍｍの線状に製作される。

信号端子３の直径が0.1ｍｍより小さい場合は、信号端子３が曲がりやすいものになり
取り扱い上の少しの不注意でも信号端子３が曲がってしまいやすくなる。信号端子３が曲がってしまうと、上述したようなエア同軸部を有する場合は、この部分でのインピーダンスが狂いやすくなり、また、外部回路との接続の作業性が低下する場合がある。また信号端子３の直径が0.5ｍｍを超えると、インピーダンス整合を行うために必要な貫通孔２ａ
の径が不要に大きくなるため、電子装置が小型化し難くなるので、信号端子３の直径は0.1〜0.5ｍｍであるのが好ましい。

基体１の下面には接地端子６が接合される。接地端子６は、信号端子３と同様にして作製され、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６を挿入して接合してもよい。また、同様の理由で、基体１の下面に当接するように接地端子６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６を接合することにより、接地端子６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。

回路基板４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，ガラスセラミック焼結体等のセラミックスや、エポキシ，ポリイミド，テトラフルオロエチレン，液晶ポリマー等の樹脂から成る絶縁基板４ａの上面から側面の途中にかけて信号線路導体４ｂが形成されたものである。上述したように、図２〜図９に示す例では、絶縁基板４ａの下面には接地導体４ｄが形成されているが、接地導体４ｄは必ずしも必要ではない。回路基板４を導電性の接着剤等の導電性の接合材で基体１に接合する場合は、基体１を接地導体とするマイクロストリップ線路となるからである。しかしながら、図２〜図９に示す例のように、絶縁基板４ａの下面に接地導体４ｄを形成することで、はんだやろう材（図示せず）による回路基板４の基体１への接合が容易になるので好ましい。また、図４〜図９に示す例では、絶縁基板４ａの側面に位置する信号線路導体４ｂに信号線路導体４ｂから幅方向に平行に延びる容量導体４ｃが形成されている。

絶縁基板４ａは、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，溶媒および有機バインダー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て積層体を作製し、これを約1600℃の温度で焼成することにより製作される。または、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末に必要に応じて有機バインダーを加えたもの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して、この成形体を約1600度の温度で焼成することによって製作される。

このときの信号線路導体４ｂ，接地導体４ｄおよび容量導体４ｃは、タングステン（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ーや溶剤を添加混合してペースト状にした金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法により、セラミックグリーンシートまたはその積層体、あるいはセラミックスの成形体に所定形状に印刷塗布しておき、これらと同時焼成することにより形成される。絶縁基板４ａを作製した後に、絶縁基板４ａ上に同様の金属ペーストを印刷塗布して焼成することにより、メタライズ層を焼き付けてもよい。この場合は、信号線路導体４ｂ，接地導体４ｄおよび容量導体４ｃの露出する表面には、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、これら配線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とのワイヤボンディング性、回路基板４の基体１へのろう付け性および信号線路導体４ｂと信号端子３とのろう付け性を良好なものすることができる。

絶縁基板４ａの厚みが薄い場合は、金属ペーストを塗布することによって絶縁基板４ａの上面から側面の途中にかけて信号線路導体４ｂを形成するのが困難である。このような場合には、上記の製造方法において、金属ペーストの塗布に先立ってセラミックグリーンシートに金型等で貫通孔を形成して貫通孔を金属ペーストで充填しておき、この貫通孔と重なるように信号線路導体４ｂのパターン形状に金属ペーストを印刷塗布し、その下に貫通孔を形成していないセラミックグリーンシートを積層し、貫通孔を縦方向に分断するように積層体を切断して焼成することで側面の信号線路導体４ｂを形成してもよい。絶縁基板４ａの上面から下面の途中まで貫通導体が形成され、この貫通導体が縦方向に切断されて側面に露出した部分が信号線路導体４ｂとなる。貫通孔を形成するセラミックグリーンシートの数を変えたり、厚みを変えたりすることによって、側面の信号線路導体４ｂの長さを変えることができる。グリーンシート積層体の段階で切断せずに、焼成後に貫通導体を縦方向に分断するように絶縁基板１ａを切断してもよい。

この方法では、側面の信号線路導体４ｂの厚みを、貫通孔の横断面形状によって厚くすることができるので、側面の信号線路導体４ｂと接地導体４ｄとの間の容量を大きくすることができる。

また、貫通孔を金属ペーストで充填せずに、貫通孔の内面に金属ペーストを塗布して貫通導体を形成してもよい。このようにすると、側面の信号線路導体４ｂの表面は凹面になる（表面に凹部が形成される）ので、信号端子３と側面の信号線路導体４ｂとをろう材で接続する際に、この凹部にろう材が溜まりやすくなって、ろう付けの作業性が向上するとともに接続信頼性が向上するのでよい。

この側面の信号線路導体４ｂの形成方法において、図４（ｂ）に示す例のような容量導体４ｃを形成するには、貫通導体の絶縁基板４ａの側面に露出する部分の幅を信号線路導体４ｂの幅より大きくしておけばよい。図５（ｂ）に示す例のような、下面側より上面側の方が幅広の容量導体４ｃを形成するには、３層以上のグリーンシートを積層して積層体を作製し、上の２層に貫通孔を形成して、上側の貫通孔の幅を下側の貫通孔の幅より大きくし、図７に示す例のような、下側より上側の方が幅の大きい貫通導体を形成すればよい。さらに、図６（ｂ）に示す例のような、上面から下面側にかけて漸次幅が狭くなるような形状の容量導体４ｃを形成するには、グリーンシートに貫通孔を形成する際のメス金型をオス金型に比べて通常より大きくしたものを用いると、グリーンシートのメス金型側の主面の方が径の大きい貫通孔を形成することができるので、貫通孔の径の大きい方を上にして積層体を形成すればよい。このようにすると、図８に示す例のような、下側より上側の方が径が大きく、縦断面形状が逆台形状である貫通導体を形成することができる。

また、信号線路導体４ｂ，接地導体４ｄおよび容量導体４ｃを形成する方法としては、絶縁基板４ａ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。
電子装置の小型化を進め、狭い面積に多数の配線を形成するためには、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い。この場合は、信号線路導体４ｂ，接地導体４ｄおよび容量導体４ｃの形成前に、必要に応じて絶縁基板４ａの主面に研磨加工を施す場合もある。

以下、信号線路導体４ｂ，接地導体４ｄおよび容量導体４ｃとなる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４ａ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４ａに強固に密着させることが困難となる傾向がある。一方、密着金属層の厚みが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４ａ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４ａ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って回路基板の信号線路導体４ｂおよび接地導体４ｄとなる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ＮｉおよびＡｕからなる保護層を被覆してもよい。

回路基板４の信号線路導体４ｂの特性インピーダンスを50Ωとするには、マイクロストリップ構造の回路基板４の場合であれば、誘電率9.5である96％酸化アルミニウム質焼結
体からなり、厚みが0.3ｍｍである絶縁基板４ａの下面に接地導体４ｄを形成し、上面の
信号線路導体４ｂを、幅が0.3ｍｍで厚みが４μｍのものとすればよく、絶縁基板４ａが
同じ材料からなり、厚みが0.5ｍｍである場合には、信号線路導体４ｂを厚みが４μｍで
幅が0.5ｍｍのものとすればよい。

容量導体４ｃは、図５〜図８に示す例のように、絶縁基板４ａの上面側の方が幅広であると、インピーダンスの変化が緩やかになって高周波信号の伝送がより良好なものとなる。さらには、図６および図８に示す例のように、容量導体４ｃの幅の変化が緩やかであると、インピーダンスの変化がより緩やかになって高周波信号の伝送がさらに良好なものとなる。

また、図９（ａ）に示す例のように、少なくとも絶縁基板４ａの側面の信号線路導体４ｂが形成された部分を上面側が内側に傾斜した傾斜面とした場合も、側面の信号線路導体
４にろう材を加えた厚みが絶縁基板４ａの上面側にいくに従って厚くなるのに伴って容量も大きくなるので、インピーダンスの変化が緩やかになって高周波信号の伝送が良好なものとなる。

接地導体４ｄは、絶縁基板２ａの下面のほぼ全面に形成されるが、信号端子３との短絡を防止するために、信号線路導体４ｂが形成される側面より少し内側まで形成される。信号端子３との間の絶縁性を確保するためには、側面からの距離（図３に示すｄ１）は0.1
ｍｍ程度以上とするのがよい。さらには、図４，図５および図７〜図９に示す例では、上面視して貫通孔１ａと重なる部分には接地導体４ｄを形成していない。このようにすると、貫通孔１ａ内の信号端子３ａと貫通孔１ａに重なる位置にある接地導体４ｄとの間の浮遊容量によって、貫通孔１ａ内の信号端子３のインピーダンスがずれてしまうことがないのでよい。

回路基板１は、導電性接着剤，はんだ、ろう材等の接合材で基体１の上面に固定される。上述したように、絶縁基板４ａの下面に接地導体４ｄを形成すると、はんだやろう材による回路基板４の基体１への接合が容易になるので好ましい。

信号端子３と回路基板４の側面の信号線路導体４ｂとの接続は、はんだや導電性の接着剤等の導電性の接合材を用いて行なえばよい。絶縁基板４ａの側面に位置する信号線路導体４ｂと信号端子３の基体１の上面から突出した部分の側面とは当接して接続されるが、信号端子３と信号線路導体４ｂとの間に介在する接合材の厚みが100μｍ程度以下のもの
は当接しているとみなす。

ここで、信号端子３の基体１からの突出部と回路基板４の側面の信号線路導体４ｂとの接続部分での特性インピーダンスは、以下のようになる。例えば、信号端子３の径が0.25ｍｍで、封止材２の誘電率が５である場合に、貫通孔１ａの径を1.65ｍｍとすることで、信号端子３の貫通孔１ａ内に位置する部分の特性インピーダンスは50Ωとなる。また、絶縁基板４ａの厚みを0.25ｍｍとし、その上面に幅0.25ｍｍで、厚みが４μｍの信号線路導体４ｂを形成し、上面と同じ幅で側面に位置する信号線路導体４ｂの長さ（図４に示すＬ）を0.125ｍｍとすると、上面視して、接地導体４ｄと重なる部分における信号線路導体
４ｂの特性インピーダンスは50Ωとなる。

また、図４に示す例のように、側面の信号線路導体４ｂの長さと同じ長さの容量導体４ｃを信号線路導体４ｂの両側に形成してその幅をＷ（片側の幅は図４に示すＷ／２）とし、回路基板４を基体１にろう接した場合の絶縁基体４ａと基体１との距離（接地導体４ｄの厚みにろう材の厚みを加えたもの）をｄ２とし、信号端子３と絶縁基体４ａの側面との距離（側面の信号線路導体４ｂの厚みに信号端子３と信号線路導体４ｂとの間に介在するろう材の厚みを加えたもの）をｄ３とした場合の、信号端子３の基体１から突出して絶縁基板４ａの下面までの間の部位の特性インピーダンス（Ｚ１）、信号端子３の絶縁基板４ａの下面から側面の信号線路導体４ｂと接続するまでの間の部位の特性インピーダンス（Ｚ２）、信号端子３の側面の信号線路導体４ｂとが接続している部位の特性インピーダンス（Ｚ３）および上面視して接地導体４ｄが形成されていない部位の信号線路導体４ｂの特性インピーダンス（Ｚ４）の概略を計算すると以下のようになる。

ｄ１＝0.15ｍｍ、Ｗ＝０（容量導体４ｃがない場合）、ｄ２＝0.05ｍｍ、ｄ３＝0.05ｍｍである場合は、Ｚ１＝85Ω、Ｚ２＝43Ω、Ｚ３＝40Ω、Ｚ４＝50Ω程度となり、信号端子３の基体１から突出した部分から信号線路導体４ｂの上面視で接地導体４ｄと重ならない部位までの平均のインピーダンスはほぼ50Ωとなる。

また、ｄ１＝0.20ｍｍ、Ｗ＝1.4ｍｍ、ｄ２＝0.05ｍｍ、ｄ３＝0.05ｍｍである場合は
、Ｚ１＝95Ω、Ｚ２＝46Ω、Ｚ３＝14Ω、Ｚ４＝51Ω程度となり、同様に平均のインピーダンスはほぼ50Ωとなる。

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に電子部品５が搭載されていることを特徴とするものである。電子部品搭載用パッケージが伝送損失の小さいものであることから、高周波信号の伝送特性の良好が良好で、高速で動作可能な電子装置となる。

図１に示す例では、基体１の上面に搭載された回路基板４の上に電子部品５が搭載され、電子部品５と信号端子３とは回路基板４を介して電気的に接続されている。具体的には、回路基板４上の電子部品５の電極と回路基板４の上面に形成された信号線路導体４ｂとがボンディングワイヤ７によって電気的に接続され、回路基板４の側面に位置する信号線路導体４ｂと信号端子３とがろう材等の導電性接合材で電気的に接続される。電子部品５を基体１の上面に直接搭載して、電子部品５の電極と回路基板４の信号線路導体４ｂとをボンディングワイヤ７によって電気的に接続してもよい。

電子部品５は、ＩＣ（Integrated circuit），ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit），ＬＤ（Laser Diode），ＰＤ（Photo Diode）、ＬＮ（Lithium Nitride）変調器等
であり、基体１あるいは回路基板１への搭載は、ＡｇろうやＡｇ−Ｃｕろう等のろう材，Ａｕ−ＳｎはんだやＰｂ−Ｓｎはんだ等のはんだ，エポキシ樹脂等の接着剤により基体１の上面に強固に接着固定することによって行なう。

そして、電子部品５を電子部品搭載用パッケージに搭載した後に、搭載された電子部品５を覆って気密に封止するために、蓋体８を基体１に接合する。蓋体８は、基体１の上面の外周部にろう付け法やシームウエルド法等の溶接法によって接合される。

蓋体８は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属や酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る、板状のものである。また、蓋体８がセラミックスから成る場合は、下面の周縁部に厚膜法や薄膜法で金属接合層を形成しておくことにより、ろう材による接合が可能となる。

なお、本発明は上述の実施の形態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種々の変更を行なうことは何等差し支えない。

例えば、以上の例では、図１に示す例のような円形の金属ステムを用いた電子部品搭載用パッケージを例として説明したが、本発明の電子部品搭載用パッケージは図10に示す例のような、箱型の電子部品搭載用パッケージでも構わない。図10（ａ）は本発明の電子部品搭載用パッケージを外部回路基板に搭載した例を示す斜視図であり、図10（ｂ）は図10（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。また、図11（ａ）は図10（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図11（ｂ）は図11（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図10および図11における、９は外部回路基板、９ａは外部回路基板９の絶縁基板、９ｂは外部回路基板９の信号配線導体、９ｃは外部回路基板９の接地配線導体、９ｄは外部回路基板９の絶縁基板を貫通して上下面の接地配線導体９ｃを接続するためのビア導体を示し、その他の各符号は、図１〜図９と同様の部位を示す。

図10および図11に示す例の電子部品搭載用パッケージは、箱型の基体１の底板の上面（底面）に貫通孔１ａが設けられている。回路基板４は基体１の底面上に搭載され、信号端子３は貫通孔１ａ内に封止材２によって固定されている。そして、この信号端子３と配線基板４の一方主面上の信号線路導体４ａとがろう材５によって電気的に接続されている。

この例の場合は、信号端子３の基体1の下面から突出した部分は折り曲げられており、
折り曲げられて外部回路基板９の上面と平行になった部分が信号配線導体９ｂにろう材等で接合されている。信号端子３を折り曲げずに、外部回路基板９の絶縁基板９ａに形成した孔に挿入するようにしてもよい。このときの孔の内面には導体が形成され、信号配線導体９ｂに接続される。

接地端子６は、２本で信号端子２を挟むようにして基体１に接続されており、外部回路基板の信号配線導体９ｂの両側に配置された接地配線導体９ｃにろう材等で接合されている。

また、図10および図11に示す例では、基体１に信号端子３の外部回路基板９の上面と平行になった部分と一定の間隔を持つような切欠きを形成して、信号端子３の上面をエア同軸構造とし、信号端子３が接続される信号配線導体９ｂをマイクロストリップライン構造としていることから、容易にインピーダンスを整合させて表面実装できるようになっており、高価なコネクタを使用しないで大出力の高周波を伝送できる。また、小さく曲げ難いコネクタを使用しないことによって外部回路基板９を小型化することもできる。

図10および図11に示す例の場合の基体１は、上記同様の金属のインゴットを圧延加工，打ち抜き加工，切削加工など周知の金属加工法を用いて作製した枠体を銀ろう等の接合材で平板（底板）に接合することによって形成される。また、例えばＭＩＭ法等によって枠部を平板と一体的に形成して基体１を作製してもよい。

図10および図11に示す例の場合の配線基板４は、図１〜図９に示す例の配線基板４と同様にして作製されるが、配線基板４の一方の主面には電子部品５は搭載されないので信号線路導体４ａのみが形成され、この信号線路導体４ｂと他方の主面側の接地導体４ｄとでマイクロストリップ線路を構成している。

基体１の底面上に電子部品５を搭載し、電子部品５の端子と配線基板４の信号線路導体４ｂとをボンディングワイヤ７で接続するとともに、枠部の上面に蓋体８を接合することにより、本発明の電子装置となる。この例では電子部品５は基体１に直接搭載されているが、これは電子部品５で発生した熱を金属製の基体１を通して外部へ放熱するためである。電子部品５の発熱が大きい場合は、電子部品５と基体１との間にペルチェ素子等を搭載して、電子部品５を冷却するようにしてもよい。

また、例えば、以上の例では、回路基板４の信号線路導体４ｂはマイクロストリップ構造である場合について説明を行なったが、信号線路導体４ｂの両側に間隔を設けて接地導体４ｄを配置したコプレナー構造や、信号線路導体４ｂの両側と絶縁基板４ａの一方の主面とに接地導体４ｄを配置して上下の接地導体４ｄをビア導体で接続したグラウンド付コプレナー構造としてもよい。

１・・・・・・・基体
１ａ・・・・・・貫通孔
２・・・・・・・封止材
３・・・・・・・信号端子
４・・・・・・・回路基板
４ａ・・・・・・絶縁基板
４ｂ・・・・・・信号配線導体
４ｃ・・・・・・容量導体
４ｄ・・・・・・接地導体
５・・・・・・・電子部品
６・・・・・・・接地端子
７・・・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・・・蓋体
９・・・・・・・外部回路基板
９ａ・・・・・・絶縁基板
９ｂ・・・・・・信号線路導体
９ｃ・・・・・・接地配線導体
９ｄ・・・・・・ビア導体

Claims (3)

1. 上面から下面にかけて貫通する貫通孔を有する金属からなる基体と、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、前記基体の上面に搭載された、絶縁基板の上面から側面の途中にかけて信号線路導体が形成された回路基板とを具備しており、前記絶縁基板の側面に位置する前記信号線路導体と前記信号端子の前記基体の上面から突出した部分の側面とが当接して接続されていることを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
2. 前記絶縁基板の側面に位置する前記信号線路導体に前記信号線路導体から幅方向に平行に延びる容量導体が形成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. 請求項１または請求項２に記載の電子部品搭載用パッケージに電子部品が搭載されていることを特徴とする電子装置。

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