JP2016189431A - 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】 電子部品からの熱によって配線基板に生じる応力を低減させるとともに、高周波信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージ、および該電子部品搭載用パッケージを用いた電子装置を提供する。【解決手段】 電子部品搭載用パッケージ１は、基体１１に形成された一対の第１貫通孔１１ｂのそれぞれに設けられた一対の第１信号端子１２の、基体１１の一主面１１ａから露出した各一端部１２ａと、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａ上に搭載された配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとが、接合材１５で接合された構造を有する。一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの先端が配線基板１３の基体対向端面１３ｃに当接し、各一端部１２ａの中心軸線Ｌが配線基板１３の部品搭載面１３ａよりも外方となり、部品搭載面１３ａに垂直な方向において、一端部１２ａおよび基板搭載部１４の位置は、各一端部１２ａが基板搭載部１４の基板搭載面１４ａを間に挟んで設けられている。【選択図】 図１

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搭載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、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いる。このような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２．５〜１０Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）程度であったが、近年では２５〜４０Ｇｂｐｓに対応する半導体素子が開発されてきており、半導体装置として、より高出力化させ、高速化させることが要求されている。

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が電子部品搭載用パッケージに搭載された従来の電子装置は、電子部品搭載用パッケージの信号端子と電子部品の端子とがボンディングワイヤを介して電気的に接続されており、ボンディングワイヤでのインダクタンスが大きいためにインピーダンスの整合がとれず、高周波信号の伝送損失が大きいものであった。

これに対して、板状の基体の貫通孔に挿通された信号端子の、基体の一主面から露出した一端部と、基体の一主面上に設けられた基板搭載部に搭載された配線基板の信号線路導体と、を接合材（ろう材）で接合した構造を有する電子部品搭載用パッケージが使用されている。この電子部品搭載用パッケージの配線基板に電子部品を搭載し、信号端子と電子部品の端子とを信号線路導体を介して電気的に接続することによって、電子装置とすることができる（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特開２００９− ７７３６５号公報 特開２００９−１５２５２０号公報 特開２００９−１７０８６５号公報

特許文献１〜３に開示されるような従来技術の電子装置では、配線基板に搭載された電子部品が発生する熱を、配線基板が搭載される基板搭載部を介して、電子部品搭載用パッケージの外部に放散させるので、電子部品からの熱によって配線基板に生じる応力を低減させることができるが、高周波信号の伝送特性が十分であるとはいえない。

本発明の目的は、電子部品からの熱によって配線基板に生じる応力を低減させるとともに、高周波信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージ、および該電子部品搭載用パッケージを用いた電子装置を提供することである。

本発明は、板状に形成され、厚み方向に貫通した一対の貫通孔を有する基体と、
前記基体の一主面上に設けられ、該一主面に垂直な基板搭載面を有する金属から成る基板搭載部と、
一端面が前記基体の一主面から離して、前記一対の貫通孔に臨むように、前記基板搭載部の前記基板搭載面上に、該基板搭載面に接触して搭載された配線基板であって、前記基板搭載面に接触した面の裏面に位置する部品搭載面に、電子部品が接続される部品接続導体と、信号線路導体とが設けられた配線基板と、
線状の導体から成り、一端部が前記基体の一主面から露出するように、前記一対の貫通孔にそれぞれ挿通される、高周波信号を伝送する一対の信号端子であって、
前記一端部の先端が、前記配線基板の前記一端面に当接し、
前記一端部の中心軸線が、前記配線基板の前記部品搭載面よりも外方となるように設けられ、
前記部品搭載面に垂直な方向において、前記一端部および前記基板搭載部の位置は、前記一端部が、前記基板搭載部の前記基板搭載面を間に挟んで設けられた、一対の信号端子と、
前記一対の信号端子の前記一端部と、前記信号線路導体および前記部品接続導体とを接合する、導電性を有する接合材と、を含むことを特徴とする電子部品搭載用パッケージである。

また本発明は、前記電子部品搭載用パッケージと、前記電子部品搭載用パッケージにおける前記配線基板の、前記部品接続導体に接続された電子部品と、を含むことを特徴とする電子装置である。

本発明によれば、電子部品からの熱によって配線基板に生じる応力を低減させるとともに、高周波信号の伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージ、および該電子部品搭載用パッケージを用いた電子装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電子部品搭載用パッケージ１を、基体１１の一主面１１ａ側から見た斜視図である。 電子部品搭載用パッケージ１を、基体１１の他主面１１ｅ側から見た斜視図である。 電子部品搭載用パッケージ１を、配線基板１３に垂直な方向から見た図である。 電子部品搭載用パッケージ１を、基体１１の一主面１１ａ側から見た図である。 電子部品搭載用パッケージ１を、基体１１の他主面１１ｅ側から見た図である。 図４に示す電子部品搭載用パッケージ１を、切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る電子装置２を、基体１１の一主面１１ａ側から見た斜視図である。 電子装置２を、配線基板１３に垂直な方向から見た図である。 電子装置２を、基体１１の一主面１１ａ側から見た図である。 図９に示す電子装置２を、切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。

本発明の実施形態に係る電子部品搭載用パッケージおよび電子装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１〜図６は本実施形態に係る電子部品搭載用パッケージ１の構成を示す図であり、また図７〜図１０は本実施形態に係る電子装置２の構成を示す図である。

電子部品搭載用パッケージ１は電子部品２１を搭載するためのパッケージである。電子装置２は、光通信装置を用いて光信号を受発信する半導体装置であり、電子部品搭載用パッケージ１と、該電子部品搭載用パッケージ１における配線基板１３の部品接続導体１３ｅに接続された電子部品２１とを含んで構成される。

電子部品搭載用パッケージ１は、基体１１と、高周波信号を伝送する線状の導体から成る一対の第１信号端子１２と、電子部品２１が接続される部品接続導体１３ｅを有する配線基板１３と、配線基板１３が搭載される金属から成る基板搭載部１４と、接合材１５と、接地端子１６と、第２信号端子１７と、を含んで構成される。なお、高周波信号とは、半導体装置の伝送速度が２．５Ｇｂｐｓ以上に対応した信号をいう。

基体１１は、板状に形成され、厚み方向に貫通した一対の第１貫通孔１１ｂと、第２貫通孔１１ｄとを有する。

基体１１は、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａ上に搭載された配線基板１３に搭載される電子部品２１が発生する熱を、電子部品搭載用パッケージ１の外部に放散させる機能を有する。基体１１は、熱伝導性の良い金属から成り、搭載される電子部品２１やセラミックス製の配線基板１３の熱膨張係数に近いものやコストの安いものとして、たとえば、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。たとえば基体１１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、第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄはたとえばドリル加工によって形成される。

基体１１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、たとえば直径が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。基体１１の厚みは一様でなくてもよく、たとえば、基体１１の外側の厚みを厚くすると、電子装置２を収納する筐体等の放熱体となるものを密着させやすくなるので、電子部品２１から発生した熱を基体１１を介して外部に、より放出しやすくなるので好ましい。

基体１１の厚みは０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。基体１１の厚みが０．５ｍｍ未満の場合は、電子部品２１を保護するための金属製の蓋体（不図示）を金属製の基体１１の一主面１１ａに接合する際に、接合温度等の接合条件によって基体１１が曲がったりして変形し易くなり、変形によって気密性が低下しやすくなる。一方、基体１１の厚みが２ｍｍを超えると、電子部品搭載用パッケージ１や電子装置２の厚みが厚くなり、小型化し難くなる。

基体１１の一主面１１ａには、耐食性に優れ、電子部品２１や配線基板１３あるいは蓋体を接合し固定するための接合材（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って順次被着させておくのがよい。これにより、基体１１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２１や配線基板１３あるいは蓋体を基体１１に良好にろう接（接合）することができる。

基板搭載部１４は、基体１１の一主面１１ａ上に設けられ、該一主面１１ａに垂直な基板搭載面１４ａを有する。電子部品搭載用パッケージ１において、基板搭載部１４は、基板搭載面１４ａ上に搭載された配線基板１３に搭載される電子部品２１が発生する熱を、電子部品搭載用パッケージ１の外部に放散させる機能を有する。この基板搭載部１４は、基板搭載面１４ａ上に搭載された配線基板１３に搭載される電子部品２１からの熱によって配線基板１３に生じる応力を低減させることができる。

本実施形態では、基板搭載部１４は、基体１１と一体に形成されており、基体１１と同様の、熱伝導性の良い金属から成り、基体１１の一主面１１ａに垂直な基板搭載面１４ａと、該基板搭載面１４ａの裏側に位置する外方に凸の円弧面と、基板搭載面１４ａと円弧面とを接続する側面と、を有した柱状に形成されている。

配線基板１３は、一端面（基体対向端面１３ｃ）が基体１１の一主面１１ａから離して、一対の第１貫通孔１１ｂに臨むように、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａ上に、該基板搭載面１４ａに接触して搭載される。具体的には、配線基板１３は、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａ上に、基体１１の一主面１１ａから離して搭載され、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａに搭載用導体１８を介して接触する厚み方向一方側の接触面１３ａと、該接触面１３ａの裏面に位置する部品搭載面１３ｂと、基体１１の一主面１１ａに対向した、一対の第１貫通孔１１ｂに臨む基体対向端面１３ｃと、を有する。この配線基板１３には、部品搭載面１３ｂに、一対の第１信号端子１２のうちの一方の第１信号端子１２からの高周波信号を電子部品２１に伝送するための信号線路導体１３ｄと、電子部品２１が実装されるとともに接地電極である他方の第１信号端子１２と電気的に接続される接地用導体となる部品接続導体１３ｅと、が設けられている。

配線基板１３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信号線路導体１３ｄと部品接続導体１３ｅとを含む配線導体が形成されたものである。絶縁基板がたと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って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って製作される。

配線基板１３において配線導体は、たとえば、絶縁基板の上面（配線基板１３において電子部品２１が搭載される部品搭載面１３ｂに対応した面）に、一対の第１信号端子１２のうちの一方の第１信号端子１２の一端部１２ａを電気的に接続するための信号線路導体１３ｄと、電子部品２１が接続される部品接続導体１３ｅとなる、電子部品２１の下面の接地電極を電気的に接続するための接地用導体とが形成される。また、部品接続導体１３ｅは、接合材１５および他方の第１信号端子１２を介して外部電気回路の接地導体に電気的に接続され、絶縁基板の下面（配線基板１３において部品搭載面１３ｂの裏面に位置する、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａに接触する接触面１３ａに対応した面）に形成された、基板搭載部１４の基板搭載面１４ａに配線基板１３が搭載されたときに接続される搭載用導体１８は、基板搭載部１４および接地端子１６を介して外部電気回路の接地導体に電気的に接続される。または、配線基板１３において配線導体は、部品接続導体１３ｅと搭載用導体１８とが、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って接続される。なお、搭載用導体１８は、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向において、少なくとも接合材１５と重なる位置に設けられる方がよく、より好ましくは、絶縁基板の下面の全面に設けられる方がよい。これにより、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向において、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａが、金属から成る基板搭載部１４の基板搭載面１４ａを間に挟んで設けられるとしても、一対の第１信号端子１２と、配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの、接合材１５を介した接続部を起点とした電界分布が搭載用導体１８との間に形成されることから、接続部の周囲の電界分布が安定し、高周波信号の伝送特性がより良好な電子部品搭載用パッケージ１となる。

信号線路導体１３ｄは、一対の第１信号端子１２のうちの一方の第１信号端子１２からの高周波信号を、電子部品２１に伝送する機能を有する。また信号線路導体１３ｄは、電子部品２１によって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２１と信号線路導体１３ｄとはたとえばボンディングワイヤによって接続されるが、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、たとえば図３に示す例のように信号線路導体１３ｄ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２１にできるだけ近くなるようにするのが好ましい。

なお、信号線路導体１３ｄを屈曲させる場合には、屈曲角度が９０°よりも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には、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３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。

配線基板１３において、信号線路導体１３ｄや部品接続導体１３ｅを含む配線導体の形成方法は、絶縁基板と同時焼成で、あるいは絶縁基板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って形成する方法がある。電子装置２が小型である場合には、それに搭載される配線基板１３はさらに小さいので、配線導体は微細なものとなり、また配線導体と一対の第１信号端子１２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って形成する方法が好ましく、この場合には、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、配線基板１３において、配線導体を蒸着法やフォトリソグラフィ法によって形成する場合について詳細に説明する。配線導体は、たとえば密着金属層、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って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）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（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配線基板１３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って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。

一対の第１信号端子１２は、円柱状に形成され、各一端部１２ａが基体１１の一主面１１ａから露出するように、一対の第１貫通孔１１ｂにそれぞれ挿通される。一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの先端が配線基板１３の基体対向端面１３ｃに当接し、各一端部１２ａの中心軸線Ｌが配線基板１３の部品搭載面１３ｂよりも外方となるように設けられる。また、一対の第１信号端子１２は、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向において、各一端部１２ａが基板搭載部１４の基板搭載面１４ａを間に挟んで設けられる。換言すると、基板搭載部１４において、基板搭載面１４ａは、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａ間に配置される。接合材１５は、導電性を有し、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａと、配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとを接合する。

図７〜図１０に示す例では、電子装置２は、一対の第１貫通孔１１ｂを有する基体１１を含む電子部品搭載用パッケージ１において、配線基板１３に１個の電子部品２１が搭載されているが、複数の電子部品２１が搭載される構成であったり、電子部品２１の数や電子部品２１の端子の数に応じて、基体１１が、一対の第１貫通孔１１ｂとは別の第２貫通孔１１ｄを有する構成であってもよい。本実施形態では、電子部品搭載用パッケージ１は、線状の導体から成る第２信号端子１７を含み、該第２信号端子１７が、一端部１７ａが基体１１の一主面１１ａから露出するように、第２貫通孔１１ｄに挿通されている。この第２信号端子１７は、例えば、電子部品２１として搭載されるＬＤから放射される光を受光して電気信号を発生させるＰＤと外部電気回路とを電気的に接続する信号端子として機能する。

高周波信号は、表皮効果（skin effect）により導体の表面を流れる。表皮効果とは、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。本実施形態では、一対の第１信号端子１２と配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの、接合材１５を介した接続部の接続構造において、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端が配線基板１３の基体対向端面１３ｃに当接した構造であるので、各一端部１２ａと信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとが互いに対向して重ね合わされた従来技術の接続構造に比較して、各一端部１２ａの基板搭載部１４側の表面（内方側表面）と外方側の表面（外方側表面）とからの信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅへの距離の差が小さくなり、各一端部１２ａの内方側表面と外方側表面とを伝送して接合材１５を介して信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅに入射する、高周波信号におけるそれぞれの伝送経路の長さの差が小さくなる。また、各一端部１２ａと信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの間の接合材１５による高周波信号の伝送経路も短くなり、各一端部１２ａや信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅに対して高周波信号の伝送経路の屈曲角度が小さいものとなる。これによって、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａと配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの、接合材１５を介した接続部において、ある特性インピーダンスにインピーダンスマッチングをとったときに、特性インピーダンスの不整合が抑制され、反射損失が小さく伝送特性が良好な電子部品搭載用パッケージ１となる。

また、本実施形態では、一対の第１信号端子１２と配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの、接合材１５を介した接続部の接続構造において、図６に示すように、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａにおける搭載用導体１８側の表面（基板搭載部１４側の表面（内方側表面））が搭載用導体１８より中心軸線Ｌ側に配置されるとともに、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの中心軸線Ｌが配線基板１３の部品搭載面１３ｂよりも外方となる、具体的には、一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの中心軸線Ｌが配線基板１３の部品搭載面１３ｂから０．１ｍｍの距離外方に離して設けられるので、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端と搭載用導体１８との電気的な短絡を抑制できるとともに、図６において部品搭載面１３ｂより中心軸線Ｌ側に露出する各一端部１２ａの表面積が大きくなり、各一端部１２ａと基体１１の一主面１１ａとの間に生じる電界分布が安定し、高周波信号の伝送特性がより良好な電子部品搭載用パッケージ１となる。なお、一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの中心軸線Ｌが配線基板１３の部品搭載面１３ｂよりも内方側（搭載用導体１８側）となるように設けられる場合には、図６において部品搭載面１３ｂより搭載用導体１８側に露出する各一端部１２ａの表面積が大きくなるが、各一端部１２ａを起点として生じる電界が搭載用導体１８や基体１１または基板搭載部１４に結合することになり、製造バラツキによるそれぞれの間隔のバラツキに伴って電界分布が不安定になる。よって、一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの中心軸線Ｌが、配線基板１３の部品搭載面１３ｂよりも外方となるように設けられることが好ましい。

また、本実施形態では、一対の第１信号端子１２は、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向において、一端部１２および基板搭載部１４の位置は、各一端部１２ａが、金属から成る基板搭載部１４の基板搭載面１４ａを間に挟んで設けられるので、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａと基板搭載部１４の基板搭載面１４ａとの間に、不要な容量成分が生じることが抑制され、ある特性インピーダンスにインピーダンスマッチングをとったときに、特性インピーダンスの不整合が抑制され、その結果、高周波信号の伝送特性を良好にすることができる。すなわち、一対の第１信号端子１２と配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの、接合材１５を介した接続部の接続構造において、接合材１５による容量成分によって低下する特性インピーダンスの値を大きくすることができ、所望の特性インピーダンスに整合することができる。さらに、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向において、基板搭載部１４と一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端とが重ならないことから、基板搭載部１４および一対の第１信号端子１２の熱膨張や熱収縮によって生じる応力が、配線基板１３と一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端との接続部に集中することが抑制され、配線基板１３に割れやクラックが生じることが抑制される。

一対の第１信号端子１２において、配線基板１３の部品搭載面１３ｂに垂直な方向から見たときの、各一端部１２ａと基板搭載面１４ａとの間の距離は、一対の第１信号端子１２および信号線路導体１３ｄを伝送する高周波信号の波長の１／４以下にすることが好ましい。これにより、高周波信号が一対の第１信号端子１２を伝送する際に生じる共振を抑制することができる。

また、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端の形状は特に限定されるものではないが、半球状、円錐台形状、四角錐台形状などの、先細状であることが好ましい。一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端が先細状であることによって、高周波信号の伝送経路の形状変化が緩やかになるので、各一端部１２ａにおけるインピーダンスの変化が緩やかになるとともに、各一端部１２ａと信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの十分な接合強度が得られるような接合材１５のフィレット形状にしても、信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅ上の接合材１５の厚みを薄くすることができ、インピーダンスの低下がより少なくなり、高周波信号の反射損失が小さく伝送特性が良好な接続構造とすることができる。また、信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅ上の接合材１５の厚みを薄くしつつ、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａと接合材１５とが接続される面積を増加させることができるので、各一端部１２ａと信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの接合強度が向上し、接続信頼性に優れた接続構造とすることができる。さらに、一対の第１信号端子１２と配線基板１３の信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとの接続部において、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａの先端に生じる容量成分を小さくできることから、接合材１５による容量成分よって低下する特性インピーダンスの値を大きくすることができ、所望の特性インピーダンスに整合することができる。

一対の第１信号端子１２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、たとえば第１信号端子１２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。一対の第１信号端子１２の強度を確保しながらより高い特性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、一対の第１信号端子１２の直径は０．１５〜０．２５ｍｍが好ましい。一対の第１信号端子１２の直径が０．１５ｍｍよりも細くなると、電子部品搭載用パッケージ１を実装する場合の取り扱いで第１信号端子１２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よりも太くなると、インピーダンス整合させた場合の第１貫通孔１１ｂの径が第１信号端子１２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。

本実施形態の電子部品搭載用パッケージ１において、一対の第１信号端子１２は、各一端部１２ａの先端が配線基板１３の基体対向端面１３ｃに当接するまで基体１１の一主面１１ａから突出させ、各他端部が基体１１の他主面１１ｅから１〜２０ｍｍ突出させて、第１貫通孔１１ｂ内に充填された封止材１１ｃによって固定される。たとえば、図９に示す例のように、一対の第１信号端子１２の各一端部１２ａと電子部品２１とを信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅを介して電気的に接続するとともに、一対の第１信号端子１２の他端部を外部電気回路（不図示）に電気的に接続することによって、第１信号端子１２は電子部品２１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１１ｃ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、第１信号端子１２と基体１１との絶縁間隔を確保するとともに、第１信号端子１２を基体１１の第１貫通孔１１ｂ内に固定する機能を有する。また封止材１１ｃは、第２信号端子１７と基体１１との絶縁間隔を確保するとともに、第２信号端子１７を基体１１の第２貫通孔１１ｄ内に固定する機能を有する。このような封止材１１ｃ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１１ｃ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。

第１信号端子１２を第１貫通孔１１ｂに充填された封止材１１ｃを貫通して固定する、第２信号端子１７を第２貫通孔１１ｄに充填された封止材１１ｃを貫通して固定するには、たとえば、封止材１１ｃがガラスから成る場合は、まず、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、内径を第１信号端子１２および第２信号端子１７の外径に合わせ、外径を第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄの形状に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材１１ｃの成形体の孔に第１信号端子１２および第２信号端子１７を挿通して成形体を型に挿入して、所定の温度に加熱してガラスを溶融させた後、冷却して固化させることによって、第１信号端子１２および第２信号端子１７が固定された所定形状の封止材１１ｃを形成しておく。これにより、封止材１１ｃによって第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄが気密に封止されるとともに、封止材１１ｃによって第１信号端子１２および第２信号端子１７が基体１１と絶縁されて固定され、同軸線路が形成される。

予め第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄの形状に合わせた封止材１１ｃだけを形成しておき、これを第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄに挿入するとともに第１信号端子１２および第２信号端子１７も封止材１１ｃの孔に通し、封止材１１ｃと第１貫通孔１１ｂおよび第２貫通孔１１ｄの内面、ならびに第１信号端子１２および第２信号端子１７の外面との接合を同時に行なってもよい。

本実施形態では、基体１１には接地端子１６が接合される。接地端子１６は、第１信号端子１２と同様にして製作され、基体１１の他主面１１ｅに接合材１１ｆ（ろう材）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１１の他主面１１ｅに穴を形成しておき、その穴に接地端子１６を通して接合してもよい。このようにして基体１１に接地端子１６を接合することによって、第１信号端子１２を外部電気回路に接続した際には、基体１１が接地導体としても機能する。

配線基板１３を基板搭載部１４に接合し、第１信号端子１２の各一端部１２ａと信号線路導体１３ｄおよび部品接続導体１３ｅとを接合材（ろう材）１５で接続することによって、本実施形態に係る電子部品搭載用パッケージ１となる。

そして、電子部品２１を電子部品搭載用パッケージ１における配線基板１３上に搭載するとともに、必要に応じて基体１１に蓋体を接合することによって、図７〜図１０に示す例のような本実施形態の電子装置２となる。

本実施形態に係る電子装置２は、電子部品２１からの熱によって配線基板１３に生じる応力を低減させるとともに、高周波信号の伝送特性が良好な本実施形態に係る電子部品搭載用パッケージ１の配線基板１３に電子部品２１が搭載されていることから、高周波での動作が良好な電子装置となる。

電子部品２１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。

電子部品２１の配線基板１３への搭載は、ろう材や導電性樹脂等の導電性の接合材によって固定することによって行えばよい。たとえば、配線基板１３を基板搭載部１４に搭載した後に電子部品２１を配線基板１３上に搭載する場合は、配線基板１３の固定には金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）合金や金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金のろう材を接合材として用い、電子部品２１の固定には、これらよりも融点の低い錫−銀（Ｓｎ−Ａｇ）合金や錫−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金のろう材や、融点よりも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接合材として用いればよい。

また、電子部品２１を配線基板１３上に搭載した後に配線基板１３を基板搭載部１４に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、配線基板１３を基板搭載部１４に搭載する際に用いる接合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、配線基板１３上に接合材の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接合材層を形成したり、接合材となる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。

電子装置２において必要に応じて基体１１の一主面１１ａ上に設けられる蓋体は、基体１１の外周領域に沿った外形で、基体１１の一主面１１ａ上の配線基板１３や基板搭載部１４を覆うような空間を有する形状のものである。蓋体には、電子部品２１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。本実施形態に係る電子装置２は、外部と光学的に接続する光学素子の電子部品２１を実装する場合には、熱膨張による基体１１の変形が抑制されるので、外部と電子部品２１との光学接続のずれを小さくすることができ、光学特性を良好に維持することができる。

蓋体は、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。蓋体は、基体１１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１１の材料と同じものを用いるのがより好ましい。蓋体が窓を有する場合には、電子部品２１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って接合する。

蓋体の基体１１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ろう材等の接合材によるろう接によって行われる。

なお、本発明は上述の実施の形態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。

たとえば、上述の実施形態では、図１に示すような円形の基体１１を用いた電子部品搭載用パッケージ１を例として説明したが、箱型の電子部品搭載用パッケージでも構わない。

また、電子部品２１の発熱が大きい場合には、電子部品２１（および配線基板１３）と基板搭載部１４との間に、ペルチェ素子等を搭載して、電子部品２１を冷却するようにしてもよい。

１ 電子部品搭載用パッケージ
２ 電子装置
１１ 基体
１１ａ 一主面
１１ｂ 第１貫通孔
１１ｃ 封止材
１１ｄ 第２貫通孔
１１ｅ 他主面
１２ 第１信号端子
１２ａ 一端部
１３ 配線基板
１３ａ 接触面
１３ｂ 部品搭載面
１３ｃ 基体対向端面
１３ｄ 信号線路導体
１３ｅ 部品接続導体
１４ 基板搭載部
１４ａ 基板搭載面
１５ 接合材
１６ 接地端子
１７ 第２信号端子
１７ａ 一端部
１８ 搭載用導体
２１ 電子部品

Claims (5)

1. 板状に形成され、厚み方向に貫通した一対の貫通孔を有する基体と、
   前記基体の一主面上に設けられ、該一主面に垂直な基板搭載面を有する金属から成る基板搭載部と、
   一端面が前記基体の一主面から離して、前記一対の貫通孔に臨むように、前記基板搭載部の前記基板搭載面上に、該基板搭載面に接触して搭載された配線基板であって、前記基板搭載面に接触した面の裏面に位置する部品搭載面に、電子部品が接続される部品接続導体と、信号線路導体とが設けられた配線基板と、
   線状の導体から成り、一端部が前記基体の一主面から露出するように、前記一対の貫通孔にそれぞれ挿通される、高周波信号を伝送する一対の信号端子であって、
   前記一端部の先端が、前記配線基板の前記一端面に当接し、
   前記一端部の中心軸線が、前記配線基板の前記部品搭載面よりも外方となるように設けられ、
   前記部品搭載面に垂直な方向において、前記一端部および前記基板搭載部の位置は、前記一端部が、前記基板搭載部の前記基板搭載面を間に挟んで設けられた、一対の信号端子と、
   前記一対の信号端子の前記一端部と、前記信号線路導体および前記部品接続導体とを接合する、導電性を有する接合材と、を含むことを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
2. 前記基体と前記基板搭載部とは、一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品搭載用パッケージ。
3. 前記一対の信号端子は、円柱状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品搭載用パッケージ。
4. 前記一対の信号端子の前記一端部の先端は、先細状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子部品搭載用パッケージ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子部品搭載用パッケージと、
   前記電子部品搭載用パッケージにおける前記配線基板の、前記部品接続導体に接続された電子部品と、を含むことを特徴とする電子装置。