JP5473583B2 - 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、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、図９に示す例のような、金属から成る円板状の基体11に形成された貫通孔12に充填された封止材12ｄを貫通して固定された信号端子13の上端部と、基体11の搭載面11ｂに接合された配線基板14の信号線路導体14ａとをろう材15で接続した構造とすることで、高周波信号の伝送損失を減少させ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搭載面11ｂに配線基板14を介して電子部品16を搭載し、信号端子13と電子部品16の端子とを信号線路導体14ａを介して電気的に接続し、基体11の上面の外周領域に、電子部品16を覆うように蓋体（図示せず）を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。）。

また、信号端子13と信号線路導体14ａ単独では、例えば25Ωや50Ωといった、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ていても、信号端子13と信号線路導体14ａとの接続部では信号端子13と信号線路導体14ａとをろう材等の接合材で接合することによって信号線路導体14ａの厚みが大きくなることで特性インピーダンスがずれてしまう問題がある。これに対して、同様に信号端子と配線基板とをろう材で接続した構造の電子部品搭載用パッケージにおいて、信号端子の信号線路導体との接続部分の厚さを残部の10〜50％とすることで、インピーダンスギャップを小さくすることが提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。

特開2000−353846号公報 特開2002−319643号公報

しかしながら、近年、伝送される情報量の増大による伝送速度の高速化の要求に伴って伝送信号の高周波化がさらに進んでおり、特に30ＧＨｚ以上のより高い周波数の信号を伝送する場合においては、信号端子の厚みを薄くすることではインピーダンスギャップを十分に小さくできなくなってきているという問題があった。つまり、信号端子13と信号線路導体14ａの接続部においては、同軸構造からマイクロストリップライン構造に変換されているが、この変換の途中では、伝播モードの不連続性によってグランドが弱くなることによって、電磁波が放射されたり、特性インピーダンスが大きくなったりする区間が発生する問題があり、高周波の信号の伝送特性が低下してしまうからである。

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、高周波の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高周波での動作が良好な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、貫通孔および該貫通孔の長さ方向に平行な搭載面を有する金属から成る基体と、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、一方主面に信号線路導体を有し、前記基体の前記搭載面に搭載されて、前記信号端子の端部が前記信号線路導体の一端にろう材によって接続された配線基板とを備える電子部品搭載用パッケージであって、前記配線基板の前記信号線路導体の前記一端は、前記配線基板の前記貫通孔側の端部まで形成され、前記信号線路導体の前記一端に前記信号線路導体の幅方向に延びる容量導体が接続されており、前記貫通孔は前記搭載面側の小径部と前記搭載面とは反対側の大径部とを有しており、前記信号線路導体は、前記一端から他端側へ向かって幅が徐々に大きくなっている部分を有していることを特徴とする。

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、前記容量導体の前記信号線路導体との接続部の幅および前記小径部の長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さい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、上記各構成において、前記容量導体の前記信号線路導体との接続部からの長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さい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、前記信号線路導体の幅が徐々に大きくなっている部分の長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１以上の長さであ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、前記貫通孔は前記小径部と前記大径部との間に前記搭載面から離れるにつれて径が徐々に大きくなっている中間部を有す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面または前記配線基板上に電子部品を搭載するとともに、前記基体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、信号線路導体の一端に信号線路導体の幅方向に延びる容量導体が接続されており、貫通孔は搭載面側の小径部と搭載面とは反対側の大径部とを有していることから、容量導体とグランドである基体との容量結合によって信号線路導体の端部のグランドが強化され、信号線路導体の端部の特性インピーダンスが低くなり、また貫通孔の搭載面側の小径部では大径部に比べて容量結合が大きくなることよって貫通孔の搭載面側でも同様に特性インピーダンスが低くなるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では、変換部において特性インピーダンスが高くなることが、変換部に近い信号線路導体の端部や、変換部に近い同軸構造の小径部の特性インピーダンスが低くなることで相殺され、変換部近傍のインピーダンスが高くなるのを抑えることができ、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、容量導体の信号線路導体との接続部の幅および前記小径部の長さが信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さいときには、特性インピーダンスが高くなる部分と低インピーダンスとなる部分との距離が、伝送する周波数の波長に対して十分に小さくなるので、容量導体および小径部によるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、容量導体の信号線路導体との接続部からの長さが信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さいときには、容量導体がオープンスタブのような共振器として機能することがないので、容量導体での信号の共振によって伝送特性が劣化することを防ぐことができる。

本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、信号線路導体は、一端から他端側へその幅が徐々に大きくなる部分を有するときには、インピーダンスが高い、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部側の信号線路導体の一端から所定の特性インピーダンスとされた他端側へかけて信号線路導体の幅が徐々に広くなることで特性インピーダンスの変化が緩やかとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。

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、信号線路導体の幅が徐々に大きくなる部分の長さが信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１以上の長さであるときには、特性インピーダンスの変化が緩やかとなる距離が伝送する周波数の波長に対して十分に大きくなるので、信号線路導体の幅が徐々に広くなることによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなり、より良好な伝送特性を得ることができる。

また、本発明の電子部品搭載用パッケージによれば、上記各構成において、貫通孔は小径部と大径部との間に搭載面から離れるにつれて径が徐々に大きくなっている中間部を有するときには、大径部と小径部との間における特性インピーダンスの変化が緩やかなものとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。

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の搭載面または配線基板上に電子部品を搭載するとともに基体に蓋体を接合したことから、高周波での動作が良好な電子装置となる。

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。 図１のＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における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。 （ａ）は図２のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は図４のＡ部を拡大して示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の電子部品搭載用パッケージにおける配線基板の要部の一例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の電子部品搭載用パッケージにおける配線基板の一例を示す平面図である。 （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り、（ｃ）は平面図である。 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、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。図１〜図７において、１は基体、１ａは貫通孔、１ｂは搭載面、２は貫通孔、２ａは小径部、２ｂは大径部、２ｃは中間部、２ｄは封止材、３は信号端子、４は配線基板、４ａは信号線路導体、４ｂは容量導体、５はろう材、６は電子部品、６ａはボンディングワイヤ、７は接地端子、８は蓋体である。

図１〜図４に示す例では、基体１の主面に対して垂直に形成された貫通孔２に充填された封止材２ｄを貫通して固定された線状の導体からなる信号端子３が、基体１に垂直に形成された搭載面１ｂに他方主面で接合された配線基板４の一方主面に形成された信号線路導体４ａにろう材５で接合されて本発明の電子部品搭載用パッケージが基本的に構成される。また、図１〜図４に示す例では、配線基板４に電子部品６を搭載して、信号線路導体４ａと電子部品６とをボンディングワイヤ６ａで接続した状態を示している。そして、図２〜図４に示す例のように、二点鎖線で示すような蓋体８を基体１の外周部に接合することで本発明の電子装置が構成される。

本発明の電子部品搭載用パッケージは、図１〜図４に示す例のように、貫通孔２および貫通孔２の長さ方向と平行な搭載面１ｂを有する金属から成る基体１と、貫通孔２に充填された封止材２ｄを貫通して固定された信号端子３と、一方主面に信号線路導体４ａを有し、基体１の搭載面１ｂに搭載されて、信号端子３の端部が信号線路導体４ａにろう材５によって接続された配線基板４とを備える電子部品搭載用パッケージであって、配線基板４は、その厚みが信号端子３と貫通孔２の内面との距離と同程度であり、配線基板４の信号線路導体４ａの一端は、配線基板４の貫通孔２側の端部まで形成され、信号線路導体４ａの一端に信号線路導体４ａの幅方向に延びる容量導体４ｂが接続されており、貫通孔２は搭載面１ａ側の小径部２ａと搭載面１ａとは反対側の大径部２ｂとを有していることを特徴とするものである。

このような電子部品搭載用パッケージによれば、信号線路導体４ａは貫通孔２側の端部に容量導体４ｂが接続されていることから、容量導体４ｂとグランドである基体１との容量結合によって信号線路導体４ａの端部のグランドが強化され、信号線路導体４ａの端部の特性インピーダンスが低くなり、貫通孔２は搭載面１ａ側の小径部２ａと搭載面１ａとは反対側の大径部２ｂとを有していることから、貫通孔２の搭載面１ａ側の小径部２ａでは大径部２ｂに比べて容量結合が大きくなることよって貫通孔２の搭載面１ａ側でも同様に特性インピーダンスが低くなるので、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では、変換部において特性インピーダンスが高くなることが、変換部に近い信号線路導体４ａの端部や、変換部に近い同軸構造の小径部２ａの特性インピーダンスが低くなることで相殺され、変換部近傍のインピーダンスが高くなるのを抑えることができ、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となる。

基体１は、搭載面１ｂを有するとともに搭載された電子部品６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６やセラミック製の配線基板４の熱膨張係数に近いものやコストの安いものとして、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は例えばドリル加工によって形成される。また、基体１の搭載面１ｂは、切削加工やプレス加工することによって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。基体１の厚みは一様でなくてもよく、例えば、基体１の外側の厚みを厚くすると、電子装置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６から発生した熱を基体１を介して外部により放出しやすくなるので好ましい。

図１〜図４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６を搭載しているが、複数の電子部品６を搭載したり、電子部品６の数や電子部品６の端子の数に応じて、信号端子３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６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って基体１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、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６や配線基板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って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６や配線基板４あるいは蓋体８を基体１に良好にろう接することができる。

信号端子３は、一方の端部は基体１の上面から信号線路導体４ａと重なる程度に突出させ、他方の端部は基体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〜図４に示す例のように、信号端子３の一方の端部と電子部品６とを信号線路導体４ａおよびボンディングワイヤ６ａを介して電気的に接続するとともに、信号端子３の他方の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６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２ｄ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との絶縁間隔を確保するとともに、信号端子３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２ｄ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２ｄ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、封止材２ｄに比誘電率が6.8であるものを用いると、貫通孔２の大径部２ｂの直径は、信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合は、0.75ｍｍとすることで特性インピーダンスを25Ωとすることができる。同じ封止材２ｄおよび信号端子３を用いて小径部２ａの直径を0.6ｍｍとすると、小径部２ａにおける特性インピーダンスを大径部２ｂより低い20Ωとすることができる。また、封止材２ｄに比誘電率が５であるものを用いると、信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合は、貫通孔２の大径部２ｂの直径を0.64ｍｍとすることで特性インピーダンスを25Ωと、貫通孔２の大径部２ｂの直径を1.62ｍｍ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。同様に小径部２ａの直径を1.1ｍｍとすると、小径部２ａにおける特性インピーダンスは40Ωとなる。

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３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、信号端子３の直径は0.15〜0.25ｍｍが好ましい。信号端子３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を実装する場合の取り扱いで信号端子３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貫通孔２の径が信号端子３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３を貫通孔２に充填された封止材２ｄを貫通して固定するには、例えば、封止材２ｄ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、内径を信号端子３の外径に合わせ、外径を貫通孔２の形状に合わせた筒状の成形体を作製し、この封止材２ｄの成形体の孔に信号端子３を挿通して成形対を型に挿入して、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、信号端子３が固定された所定形状の封止材２ｄを形成しておく。これにより、封止材２ｄによって貫通孔２が気密に封止されるとともに、封止材２ｄ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。あらかじめ貫通孔２の形状に合わせた封止材２ｄだけを形成しておき、これを貫通孔２に挿入するとともに信号端子３も封止材２ｄの孔に挿通し、封止材２ｄと貫通孔２の内面および信号端子３の外面との接合を同時に行なってもよい。

基体１には接地端子７が接合される。接地端子７は、信号端子３と同様にして製作され、基体１の下面に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１の下面に穴を形成しておき、その穴に接地端子７を挿入して接合してもよい。このようにして基体１に接地端子７を接合することによって、接続端子３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。

配線基板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４ａを含む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。

配線導体は、例えば、図４に示す例の配線基板４では、絶縁基板の上面には信号端子３を接続するための信号線路導体４ａと、電子部品６を搭載するとともに電子部品６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って接続される。

信号線路導体４ａは、電子部品６に信号端子３からの信号を伝達する機能を持つ。配線基板４の誘電体の比誘電率が9.5のアルミナで、厚みが0.2ｍｍであり、信号線路導体４ａがマイクロストリップ構造である場合であれば、信号線路導体４ａの幅は0.64ｍｍにおいて、特性インピーダンスが25Ωとなる。

また信号線路導体４ａは、電子部品６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６と信号線路導体４ａとは例えばボンディングワイヤ６ａによって接続されるが、このボンディングワイヤ６ａ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２，図４および図７に示す例のように信号線路導体４ａを屈曲した形状として、ボンディングワイヤ６ａの接続位置が電子部品６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４ａを屈曲させる場合には、例えば図２，図４および図７に示す例のように、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２，図４および図７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。

上述したように、信号線路導体４ａの一端は、配線基板４の貫通孔２側の端部まで形成され、信号線路導体４ａの一端に信号線路導体４ａの幅方向に延びる容量導体４ｂが接続されている。同軸構造とマイクロストリップ構造との間の部分を短くするために配線基板４の端まで信号線路導体４ａを形成して、配線基板４を基体１の貫通孔２の小径部２ａが開口する面に当接させて搭載すると、信号線路導体４ａがグランドである基体１に接触してしまうので、通常は、信号線路導体４ａは配線基板４の貫通孔２側の端から0.1ｍｍ程度内側まで形成する。

容量導体４ｂの信号線路導体４ａとの接続部の幅（図５および図６に示すＷ）および貫通孔２の小径部２ａの長さ（図５に示すＬ）は、信号線路導体４ａを伝送する信号の波長の４分の１よりも小さいことが好ましい。このようにすることで、特性インピーダンスが高くなる部分（同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部）と低インピーダンスとなる部分との距離が、伝送する周波数の波長に対して十分に小さくなるので、容量導体４ｂおよび小径部２ａによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなる。

また、容量導体４ｂの信号線路導体４ａとの接続部からの長さ（図６に示すＬ１）は、信号線路導体４ａを伝送する信号の波長の４分の１よりも小さいことが好ましい。このようにすることで、容量導体４ｂがオープンスタブのような共振器として機能することがないので、容量導体４ｂでの信号の共振によって伝送特性が劣化することを防ぐことができる。

具体的には、信号線路導体４ａを伝送する信号の伝送速度が25Ｇｂｐｓである場合、３倍高調波成分を考慮すると、周波数成分は直流〜37.5ＧＨｚとなることから、上記信号線路導体４ａにおいて、比誘電率が9.5のアルミナで、マイクロストリップ構造の場合、実効比誘電率は約７以下となり、信号線路導体４ａを伝送する信号の波長としては約３ｍｍとなるので、容量導体４ｂの信号線路導体４ａとの接続部の幅Ｗおよび長さＬ１は0.75ｍｍ以下であることが好ましい。

また、同様に、貫通孔２の小径部２ａの長さＬは具体的には、信号端子３を伝送する信号の伝送速度が25Ｇｂｐｓである場合、３倍高調波成分を考慮すると、周波数成分は直流〜37.5ＧＨｚとなることから、上記信号端子３において、比誘電率が6.8のガラスを用いた同軸構造の場合、実効比誘電率は比誘電率の6.8と同じなので、信号端子３を伝送する信号の波長としては約3.1ｍｍとなるので、小径部２ａの長さＬは0.8ｍｍ以下であることが好ましい。

より具体的には、配線基板４の誘電体の比誘電率が9.5のアルミナで、厚みが0.2ｍｍであり、信号線路導体４ａがマイクロストリップ構造である場合で、信号線路導体４ａの幅が0.64ｍｍにおいて、特性インピーダンスは25Ωとなるが、図５（ａ）の例において、容量導体４ｂの信号線路導体４ａとの接続部の幅Ｗが0.2ｍｍで接続部からの長さＬ１が0.1ｍｍであると、信号線路導体４ａの端部における特性インピーダンスは約20Ωとなる。また封止材２ｄに比誘電率が6.8であるものを用いると、信号端子３の外径が0.25ｍｍの場合は、貫通孔２の大径部２ｂの直径を0.75ｍｍとすることで特性インピーダンスは25Ωとなるが、小径部２ａの長さＬを0.2ｍｍ、直径を0.6ｍｍとすると、小径部２ａにおける特性インピーダンスを大径部２ｂより低い20Ωとすることができる。このようにすると、信号端子３の下面と信号線路導体４ａの上面との間の距離が0.1ｍｍであり、信号線路導体４ａが配線基板４の貫通孔２側の端から0.1ｍｍ内側まで形成され、配線基板４の端を基体１の貫通孔２の小径部２ａが開口する面に当接させて搭載している場合、即ち、信号線路導体４ａの一端と基体１の貫通孔２の小径部２ａが開口する面との距離（図５（ａ）に示すＤ）が0.1ｍｍである場合には、小径部２ａから容量導体４ｂまでの同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍（図５（ａ）に示す「区間Ａ」）における平均の特性インピーダンスは約25Ωとなる。よって、同軸構造からマイクロストリップ構造との間においてインピーダンスの変化が抑えられ、良好な伝送特性が得られる。

なお、ガラスからなる封止材２ｄの溶融したときの粘度等によっては、基体１の小径部２ａが開口する面と封止材２ｄとが面一とならない、すなわち小径部２ａの搭載面１ａ側の端部にわずかに空間が形成される場合がある。この空間の信号端子３の長さ方向の長さは、通常は極めて短いものであるので特性インピーダンスへの影響は小さいが、この部分で特性インピーダンスが高くなるので、それを考慮して変換部近傍の平均の特性インピーダンスが所定の値になるように、容量導体４ｂや小径部２ａを設定するのが好ましい。

容量導体４ｂの大きさは、必要とされる容量導体４ｂとグランドである基体１との容量結合の量に応じて設定される。この容量結合の大きさが大きい場合は、容量導体４ｂの面積を大きくすればよいので、その長さや幅を大きくすればよい。しかしながら、上記のような理由で、容量導体４ｂの長さＬ１および接続部の幅Ｗは小さい方がよいので、図６（ｂ）および図６（ｃ）のように、信号線路導体４ａとの接続部の幅Ｗを小さくして、先端側の幅を大きくして信号線路導体４ａの面積を大きくすればよい。

また、面積を大きくするには、図６および図７に示す例のように、信号線路導体４ａの端部の両側に容量導体４ｂを設ければよい。このような場合の信号線路導体４ａとの接続部からの長さＬ１は、図７（ａ）に示す例のように、両側で異なるものであってもよい。図７（ａ）に示す例のように、信号線路導体４ａの周囲の容量導体４ｂを形成するスペースに応じて、片側を長くしてもよい。

また、信号線路導体４ａは、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示す例のように、一端から他端側へ向かって幅が徐々に大きくなっている部分を有することが好ましい。信号線路導体４ａの一端部では、容量導体４ｂによってインピーダンスが低くなってはいるが、同軸構造からマイクロストリップ構造への変換部近傍では完全にインピーダンスがマッチングしない、すなわちインピーダンスが高い場合があるので、この一端部では幅を狭くして高いインピーダンスに合わせ、所定の特性インピーダンスとされた他端側へかけて信号線路導体４ａの幅を広げることでインピーダンスマッチングを取る必要があり、その幅を徐々に大きくすることで特性インピーダンスの変化が緩やかとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。

このとき、信号線路導体４ａの幅が徐々に大きくなる部分の長さ（図７に示すＬ２）が信号線路導体４ａを伝送する信号の波長の４分の１以上の長さであるときには、特性インピーダンスの変化が緩やかとなる距離Ｌ２が伝送する周波数の波長に対して十分に大きくなるので、信号線路導体４ａの幅が徐々に広くなることによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなり、より良好な伝送特性を得ることができる。

信号線路導体４ａの幅が徐々に大きくなる部分は、図７（ｃ）に示す例のように、信号線路導体４ａの一端側だけであってもよいし、図７（ｂ）に示す例のように、電子部品６との接続部までの全域であってもよい。

信号線路導体４ａ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。電子装置が小型である場合は、それに搭載される配線基板４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３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って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），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配線基板４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。

また、貫通孔２は小径部２ａの径と大径部２ｂとの間に搭載面１ａから離れるにつれて径が徐々に大きくなっている中間部２ｃを有することが好ましい。このようにすることで、大径部２ｂと小径部２ａとの間における特性インピーダンスの変化が緩やかなものとなるので、特に高周波領域においてインピーダンスマッチングをとることができ、より良好な伝送特性を得ることができる。

貫通孔２の中間部２ｃの長さ（図５（ｂ）に示すＬ３）が信号端子３を伝送する信号の波長の４分の１以上の長さであるときには、特性インピーダンスの変化が緩やかとなる距離Ｌ３が伝送する周波数の波長に対して十分に大きくなるので、貫通孔２の径が徐々に大きくなることによるインピーダンスマッチングがより効果的なものとなり、より良好な伝送特性を得ることができる。

このようにして作製した配線基板４を基体１の搭載面１ｂに接合し、信号端子３の先端と信号線路導体４ａをろう材５で接続することで、本発明の電子部品搭載用パッケージとなる。

そして、電子部品６を配線基板４上に搭載するとともに、基体１に蓋体８を接合することによって、図２〜図４に示す例のような本発明の電子装置となる。上述したような配線基板４を備えることから、高周波での動作が良好な電子装置となる。

電子部品６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６の配線基板４への搭載、あるいは配線基板４の電子部品搭載用パッケージへの搭載は、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なえばよい。例えば、配線基板４を基体１上に搭載した後に電子部品６を配線基板４上に搭載する場合は、配線基板４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６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６を配線基板４上に搭載した後に配線基板４を基体１上に搭載してもよく、その場合は上記とは逆に、配線基板４を基体１上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４上や基体１の搭載部１ｂ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。

蓋体８は、基体１の外周領域に沿った外形で、基体１の搭載部１ｂに搭載された電子部品６を覆うような空間を有する形状のものである。電子部品６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８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８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８が窓を有する場合は、電子部品６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８の基体１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って行なわれる。

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〜図４に示す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８に示す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８（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一例を示す斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示す断面図であり、図８（ｃ）は平面図である。図８における各符号は、図１〜図７と同様の部位を示す。

図８に示す例の電子部品搭載用パッケージは、箱型の基体１の底面に搭載面１ｂが設けられ、底面を囲み、搭載面１ｂに垂直な枠部に貫通孔２が設けられている。配線基板４は搭載面１ｂの上に搭載され、信号端子３は枠部に形成された貫通孔２内に封止材２ｄ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。

図８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に接合することによって形成される。また、例えばメタル・インジェクション・モールド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８に示す例の場合の配線基板４は、図１〜図７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１の一方の主面には電子部品６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４ａと接地導体として機能する他方の主面側の搭載用導体とでマイクロストリップ線路を構成している。

基体１の搭載面１ｂの上に電子部品６を搭載し、電子部品６の端子と配線基板４の信号線路導体４ａとをボンディングワイヤ６ａ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って、本発明の電子装置となる。この例では電子部品６は基体１の搭載面１ｂに直接搭載されているが、これは電子部品６で発生した熱を金属製の基体１の搭載面１ｂを通して外部へ放熱するためである。電子部品６の発熱が大きい場合は、電子部品６（および配線基板４）と搭載面１ｂとの間にペルチェ素子等を搭載して、電子部品６を冷却するようにしてもよい。

１・・・・・基体
１ａ・・・・搭載面
２・・・・・貫通孔
２ａ・・・・小径部
２ｂ・・・・大径部
２ｃ・・・・中間部
２ｄ・・・・封止材
３・・・・・信号端子
４・・・・・配線基板
４ａ・・・・信号線路導体
４ｂ・・・・容量導体
５・・・・・ろう材
６・・・・・電子部品
６ａ・・・・ボンディングワイヤ
７・・・・・接地端子
８・・・・・蓋体

Claims (6)

1. 貫通孔および該貫通孔の長さ方向に平行な搭載面を有する金属から成る基体と、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、一方主面に信号線路導体を有し、前記基体の前記搭載面に搭載されて、前記信号端子の端部が前記信号線路導体の一端にろう材によって接続された配線基板とを備える電子部品搭載用パッケージであって、前記配線基板の前記信号線路導体の前記一端は、前記配線基板の前記貫通孔側の端部まで形成され、前記信号線路導体の前記一端に前記信号線路導体の幅方向に延びる容量導体が接続されており、前記貫通孔は前記搭載面側の小径部と前記搭載面とは反対側の大径部とを有しており、前記信号線路導体は、前記一端から他端側へ向かって幅が徐々に大きくなっている部分を有していることを特徴とする電子部品搭載用パッケージ。
2. 前記容量導体の前記信号線路導体との接続部の幅および前記小径部の長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さい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. 前記容量導体の前記信号線路導体との接続部からの長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品搭載用パッケージ。
4. 前記信号線路導体の幅が徐々に大きくなっている部分の長さは、前記信号線路導体を伝送する信号の波長の４分の１以上の長さであ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。
5. 前記貫通孔は前記小径部と前記大径部との間に前記搭載面から離れるにつれて径が徐々に大きくなっている中間部を有することを特徴とする請求項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。
6. 請求項１乃至請求項５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面または前記配線基板上に電子部品を搭載するとともに、前記基体に蓋体を接合したことを特徴とする電子装置。

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