(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態に係る電子部品収納用パッケージ1および電子装置10について、図面を参照して説明する。
【0013】
<電子装置の構成>
図1は本発明の一実施形態の電子装置1を示す分解斜視図である。
図1〜4に示すように、本発明の一実施形態の電子部品収納用パッケージ1は、電子部品11が載置される載置領域Rを上面に有する基板2と、載置領域Rを囲むように基板2の上面に設けられた枠体3と、枠体3に固定された入出力部材5とを備えている。枠体3は、上面に沿って内外に開口する貫通部Hを有する。入出力部材5は、貫通部Hを塞ぐように設けられている。また入出力部材5は、枠体3の内外に延在するとともに、電子部品11に電気的に接続される複数の配線導体4を有する。
【0014】
基板2は、枠体3、入出力部材5および蓋体12とともに電子部品11を気密封止するための部材である。基板2は、また、電子部品11が発する熱を外部に伝えて放熱する部材である。
【0015】
基板2は、例えば平面視したときの形状が四角形状の板状の部材である。本実施形態においては、基板2の載置領域Rに実装基板6が設置されている。この実装基板6の上面には、例えば配線パターンが設けられ、この配線パターンに電気的に接続されて電子部品11が載置されている。この場合、載置領域Rとは、基板2を平面視した場合に実装基板6が基板2と重なり合う領域を意味している。
【0016】
基板2には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属材料を用いることができる。あるいは、これらの金属からなる合金またはコンポジット材を用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打抜き加工法のような金属加工法を施すことによって、基板2を作製することができる。
【0017】
実装基板6としては、絶縁材料が用いられる。実装基板6を構成する材料として、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料を用いることができる。
【0018】
枠体3は、載置領域Rを取り囲む壁面となるように基板2の上面に設けられる。本実施形態において、枠体3は、平面視したときの内周および外周の形状がそれぞれ略四角形の枠状である。枠体3は、基板2の上面に沿って内外に開口を有した貫通部Hを有している。この貫通部Hに入出力部材5が固定される。枠体3は、入出力部材5を保持している。
【0019】
枠体3の貫通部Hは、
図1,
図2,
図3に示すように、枠体3の内外を貫通させて設けられる。貫通部Hは、枠体3の下面または上面を切除して設けてもよい。この場合、貫通部Hは、枠体3と基板2または枠体3と蓋体12とを組み合わせた間に形成される。
【0020】
枠体3としては、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属材料を用いることができる。あるいは、これらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打抜き加工法のような金属加工法を施すことによって、枠体3を作製することができる。
【0021】
本実施形態において、枠体3は、貫通部Hと対向する枠の一部に開口部を有している。この開口部にろう材等の接合材を介して光学部材7が固定されている。光学部材7は、筒状の部材である。光学部材7は、パッケージ1に光ファイバを固定するために設けられている。光ファイバは光ファイバ固定部材を介して光学部材7に固定される。光学部材7に光ファイバ固定部材を固定することによって、パッケージ1は、光ファイバと電子部品11との間で信号交換を行なうことができる光素子収納用パッケージ1となる。
【0022】
光学部材7には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属材料を用いることができる。あるいは、これらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打抜き加工法のような金属加工法を施すことによって、光学部材7を作製することができる。
【0023】
枠体3と光学部材7とは、同じ金属材料から形成されていることが好ましい。これにより、枠体3と光学部材7との間の熱膨張差を小さくすることができる。その結果、ヒートサイクル下において枠体3と光学部材7との間に生じる応力を小さくすることができる。
【0024】
入出力部材5は、電子部品11または実装基板6に設けられた配線パターンと外部の回路とを電気的に接続するための部材である。入出力部材5は、貫通孔Hと接合される部位にメタライズ層が形成され、このメタライズ層がろう材等の接合材を介して貫通部Hに固定されている。入出力部材5は、貫通部Hを塞ぐように固定される。入出力部材5は、一方の端部が枠体3の内側に位置するとともに、他方の端部が枠体3の外側に位置している。
【0025】
入出力部材5は、複数の配線導体4を有している。複数の配線導体4は、枠体3の内外に延びるように配置され、電子部品11または実装基板6に設けられた配線パターンにボンディングワイヤ8等の線状の導電部材で電気的に接続される。なお、配線導体4は、高周波信号が伝播する信号線および基準電位として機能する接地導体からなる。
【0026】
入出力部材5は、枠体3で囲まれる領域内において、配線導体4の端部のボンディングワイヤ8が接続される位置よりも第2絶縁部材54側の位置で、ビア導体51が複数の配線導体4のそれぞれに接続されている。配線導体4の端部は枠体3で囲まれる領域内に位置する。配線導体4の端部は、電子部品11や実装基板6に設けられた配線パターンにボンディングワイヤ8等の線状の導電部材を介して電気的に接続される。第2絶縁部材54側とは、枠体3の内側における配線導体4の末端とは反対方向寄りにあることを意味する。すなわち、枠体3の外側端部方向という意味である。これにより、ビア導体51の上面の平坦度に影響されることなく、ボンディングワイヤ8を安定して配線導体4に接続することができる。
【0027】
複数のビア導体51の下端には、ビア導体51の周囲を取り囲むように、複数のビア導体51と間を空けてグランド層52が設けられている。
【0028】
グランド層52は、平面視においてビア導体51に接続されている配線導体4と重なるように配置されている。グランド層52は、高周波信号が伝送される配線導体4を信号線としたマイクロストリップ線路やグランド付きコプレーナ線路の接地導体として機能する。
【0029】
入出力部材5は、複数の絶縁部材を積層した構造である。入出力部材5は、複数の絶縁部材の一部として、基板状の第1絶縁部材53と、第1絶縁部材53上に設けられた第2絶縁部材54とを含んでいる。
【0030】
これら第1絶縁部材53と第2絶縁部材54との間に配線導体4となるメタライズパターンが形成されている。また、第1絶縁部材53の内層にグランド層52となるメタライズパターンが形成されている。なお、これらのメタライズパターンは、複数の絶縁部材の間に積層されるように設けられてもよい。例えば、第1絶縁部材53が複数の絶縁部材を積層したものであり、グランド層52がこれら絶縁部材の間に積層されたメタライズパターンとして形成されてもよい。
【0031】
第1絶縁部材53は、板状の部材であって、平面視した場合の形状が、略四角形状の一辺を切り欠かれた形状である。枠体3の内側および外側に、第1絶縁部材53の端部が配置される。
図5に示すように、本実施形態において入出力部材5は、載置領域R側すなわち枠体3の内側端部に凹部Pを有している。
【0032】
そして、電子部品11や実装基板6は、凹部Pの内側に収められるように設置される。電子部品11や実装基板6が凹部Pの内側に囲まれるように配置されるので、電子部品11に接続される配線導体4を多く配置することができる。このようにすることによって、ボンディングワイヤ8を介した接続距離を短くすることができる。そして、電子装置10の高周波特性を安定化することができる。また、電子装置10を小型化することができる。
【0033】
第2絶縁部材54は、第1絶縁部材53の上面の一部および配線導体4の端部を露出した状態で、第1絶縁部材53上に設けられる。第1絶縁部材53の露出箇所は、凹部Pが設けられている端部と、その反対側の端部とである。
【0034】
第1絶縁部材53および第2絶縁部材54には、絶縁性の良好な材料が用いられる。第1絶縁部材53を構成する材料として、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料を用いることができる。なお、第1絶縁部材53、第2絶縁部材54および配線導体4は、上記セラミック材料からなる粒子を含有するグリーンシートに高融点金属材料を含有するペーストを所望の配線導体4のパターンに塗布し、これらを積層して同時焼成することで一体的に形成されている。
【0035】
配線導体4は、第1絶縁部材53の上面に設けられている。配線導体4は、ボンディングワイヤ8を介して電子部品11または実装基板6に設けられた導体に電気的に接続される。本実施形態において、配線導体4は、
図7に示すように7本のラインからなる。配線導体4は、一方から他方まで順に、グランド線、信号線、信号線、グランド線、信号線、信号線、グランド線と配置されている。隣接する信号線同士は差動信号線路として用いられる。
【0036】
配線導体4は、例えば、タングステン、モリブデンまたはマンガン等の高融点金属材料からなる。なお、本実施形態では、7本のラインとしているが、これに限られない。例えば、配線導体4が9本のラインからなり、一方から他方まで順に、グランド線、信号線、グランド線、信号線、グランド線、信号線、グランド線、信号線、グランド線と設けられてもよい。また、マイクロストリップ線路のように、全てが信号線であってもよい。信号線同士を隣接させる差動信号線路でなくてもよい。
【0037】
このように配線導体4が信号線とグランド線とを含む場合には、ビア導体51は信号線の端部に設けられる。そして、グランド線の端部には設けられない。
【0038】
配線導体4は、枠体3の外側に位置する端部の方の線幅が、枠体3の内側に位置する端部の方の線幅よりも広く形成されている。枠体3の外側の線幅を広くしておくと、枠体3の外側に位置する配線導体4上にリード端子を接続しやすくすることができる。一方、枠体3の内側に位置する配線導体4の端部において線幅を狭くすることで、枠体3の内側の配線導体4の配置領域を小さくすることができる。かかる枠体3の内側に位置する配線導体4の端部上には、ボンディングワイヤ8等の線状の導電部材の一端が接続される。
【0039】
図8および
図9は、配線導体4の下方に配置されるグランド層52の形状を示す。グランド層52は、配線導体4に接続されたビア導体51の下端の周囲に間を設けて形成されている。つまり、ビア導体51とグランド層52とは繋がっていない。
【0040】
ビア導体51とグランド層52またはグランド線とは容量性結合を生じる。そして、ビア導体51が配線導体4に接続されていることによって、配線導体4のビア導体51が接続されている部分において容量成分を増加させる。
【0041】
ボンディングワイヤ等の線状の導電部材部分は、接地電位層との結合が弱く、インダクタンス成分が大きくなる傾向がある。その場合には、配線導体4との接合部分において特性インピーダンスが大きく変化することになる。そこで、配線導体4との接続部付近にビア導体51を設けて、容量成分を大きくすることによって、特性インピーダンスの変化を緩和することができる。
【0042】
なお、
図8および
図9に示すように、グランド層52で囲まれる領域であって、複数のビア導体51の下端が接するそれぞれの部分に、ビア導体51と接続される複数の金属層55が設けられていてもよい。複数の金属層55は、配線導体4のうちの信号線にビア導体51を介して接続される。複数の金属層55はビア導体51の直下に配置されている。したがって、金属層55は、枠体3で囲まれる箇所に位置する配線導体4の端部またはボンディングワイヤ8等の線状の導電部材が接続される位置よりも第2絶縁部材54側に位置している。金属層55は、例えば、タングステン、モリブデンまたはマンガン等の高融点金属材料からなる。
【0043】
金属層55は、周囲のグランド層52と容量性結合を生じる。金属層55はビア導体51を介して配線導体4と接続されていることから、配線導体4のビア導体51が接続されている部分の容量成分をさらに増加させる。よって、ビア導体51および金属層55は、高周波信号を伝送する信号線として機能する配線導体4の容量成分をさらに大きくし、配線導体4が接続される部分における特性インピーダンスの変化をさらに緩和することができる。
【0044】
すなわち、金属層55は、高周波信号が伝送される配線導体4と、ボンディングワイヤ8との接続部において特性インピーダンスの不整合をさらに少なくすることができる。信号線の線幅を広くし、容量成分を大きくする代わりに、金属層55を設けることで、信号線の容量成分を大きくすることができる。
【0045】
その結果、信号線の線幅を広くするために、入出力部材5を大きくしたりしなくとも、周波数特性の優れた電子部品収納用パッケージ1を作製することができる。すなわち、高集積化および小型化が可能な電子部品収納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ができる。
【0046】
電子部品11は、実装基板6を介して基板2の載置領域Rに載置されている。この場合に、電子部品11は、ボンディングワイヤ8および実装基板6に設けられた配線パターンを介して入出力部材5の配線導体4に電気的に接続される。電子部品11としては、例えば光半導体素子、IC素子またはコンデンサのような高周波電子部品を挙げることができる。本実施形態の電子装置10においては、電子部品11として光半導体素子を使用する例を用いている。光半導体素子の例としては、例えば、LD(Laser Diode:レーザダイオード)素子に代表される発光素子、または、PD(Photodiode:フォトダイオード)素子に代表される受光素子が挙げられる。
【0047】
蓋体12は、基板2、入出力部材5および枠体3とともに、電子部品11を気密に封止するための部材である。蓋体12は、枠体3の上面に接合される。そして、基板2、枠体3、入出力部材5および蓋体12で囲まれた空間において電子部品11が気密に封止される。このように電子部品11を封止することによって、長期間にわたって電子部品11の劣化を抑制することができる。
【0048】
蓋体12としては、例えば、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトまたはタングステンのような金属部材、あるいはこれらの金属からなる合金またはコンポジット部材を用いることができる。枠体3と蓋体12とは、例えばろう材等を介して接合される。
【0049】
本発明の一実施形態の電子装置10は、電子部品収納用パッケージ1と電子部品11と蓋体12とを備えている。具体的には、電子装置10は、電子部品収納用パッケージ1と、電子部品収納用パッケージ1の載置領域Rに載置されて、ボンディングワイヤ8(および実装基板6に設けられた配線パターン)を介して配線導体4に電気的に接続された電子部品11と、枠体3の内側を塞ぐように枠体3の上面に接合された蓋体12とを備えている。
【0050】
本実施形態に係る電子部品収納用パッケージ1は、入出力部材5が、枠体3で囲まれる領域内において、複数の配線導体4と重なる箇所に、複数の配線導体4のそれぞれに別々に接続された複数のビア導体51を内蔵し、複数のビア導体51の下端の周囲に複数のビア導体51と間を空けてグランド層52を設けることで、複数の配線導体4の容量成分を大きくすることができる。その結果、ボンディングワイヤ8を接続しても、配線導体4とビア導体51とを接続しない構造と比較して、電子部品11と入出力部材5との間の特性インピーダンスの不整合を小さくすることができる。
【0051】
また、本実施形態に係る電子部品収納用パッケージ1は、グランド層52で囲まれる領域には、複数のビア導体51のそれぞれに別々に接続される複数の金属層55を設けることで、複数の配線導体4の容量成分をさらに大きくすることができる。配線導体4の線幅を広くしたり、配線導体4とグランド層52との間隔を狭くしたりしなくてもよく、配線導体4の容量成分を制御できる幅を大きくすることができる。
【0052】
また、複数の配線導体4は、枠体3で囲まれる領域外に比べて枠体3で囲まれる領域内の方について複数の配線導体4同士の間の距離を短くすることで、狭ピッチの信号線を形成することができ、入出力部材5の小型化に寄与することができる。
【実施例】
【0053】
本発明の具体例として、
図1から
図11に示された電子部品収納用パッケージ1の典型的な一実施例を以下に示す。
【0054】
電子部品収納用パッケージ1は、外寸において幅6mm、長さ16mm、高さ5mmの略直方体形状を有する金属容器である。基板2は、幅6mm、長さ16mm、厚さ0.5mmの銅−タングステン複合材から成る金属板である。枠体3は、幅6mm、長さ16mmの枠状で、厚さ0.5mmの鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属板である。蓋体12は、幅6mm、長さ16mm、厚さ0.25mmの鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属板である。
【0055】
入出力端子5は、第1絶縁部材53が幅6mm、長さ3mm、厚さ1mm、第2絶縁部材54が幅6mm、長さ2.2mm、厚さ2.3mmである。第1絶縁部材53および第2絶縁部材54は酸化アルミニウム質焼結体から成る。第1絶縁部材53および第2絶縁部材54は凹部Pを有し、平面視においてU字形状の絶縁部材である。
【0056】
入出力端子5は、第1絶縁部材53の枠体3の外側端部および枠体3の内側端部の一部を除き、第2絶縁部材54が積層された形状を有する。
【0057】
この第1絶縁部材53の上面に、
図7に示す配線導体4が形成される。配線導体4は、タングステンを焼成したメタライズ導体から成る。
【0058】
枠体3の外側において、リード端子が接合される配線導体4の幅は0.5mmである。配線導体4は、第2絶縁部材54の外側壁面に向けて0.8mmまで線幅が同じ形状を有し、そこから0.5mmまで次第に線幅が細くなる形状を有している。そして、第2絶縁部材54の内側(枠体3の内側)端部まで延出されている。
【0059】
図7に示す配線導体4は、上述説明の如く、信号線とグランド線とを組み合わせた2本の差動信号線路の例を示すものである。なお、信号線とグランド線との間は、リード端子が接合される枠体3の外側部分で0.2mmとされ、枠体3の内側の線幅が細い部分で0.1mmとされている。また、隣接する信号線の間隔は、リード端子が接合される枠体3の外側部分で0.2mmとされ、枠体3の内側の線幅が細い部分で0.1mmとされている。
【0060】
そして、枠体3の内側の配線導体4の信号線の末端から0.3mmの位置にビア導体51が接続されている。ビア導体51は、例えば太さ0.1mm、長さ0.15mmである。
【0061】
配線導体4の下方0.15mmの層には、
図8または
図9に示すグランド層52および金属層55が形成されている。グランド層52および金属層55は、配線導体4と同じくタングステンから成るメタライズ導体である。
【0062】
金属層55は、幅方向0.2mm、長さ方向0.5mmの略四角形形状を有する。金属層55の周囲に0.15mmの間を空けてグランド層52の非形成領域が設けられている。
【0063】
図12は、上記電子部品収納用パッケージ1の具体例を基にした電子装置、および電子部品収納用パッケージ1からビア導体51および金属層55を除去した電子装置における高周波反射損失をシミュレーションした結果を示す線図である。ビア導体51および金属層55を除去した電子装置におけるグランド層52は、配線導体4の端部下方に非形成領域を有さない、いわゆるベタパターン導体として形成されている。
【0064】
図12において、線aは、本実施例の電子部品収納用パッケージ1からビア導体51および金属層55を除去した比較例の電子部品収納用パッケージの反射特性を示す線図である。
【0065】
線bは、比較例の電子部品収納用パッケージに上記例に示したビア導体51、金属層55およびグランド層52を設けた場合の反射特性を示す線図である。
【0066】
これら線a、bを比較して分かるように、比較例の電子部品収納用パッケージに対し、実施例の電子部品収納用パッケージ1では、ビア導体51、金属層55およびグランド層52を設けることによって反射損失が改善されることが分かる。
【0067】
なお、本発明は上述の実施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において種々の変更、改良等が可能である。
【0068】
例えば、上記一実施形態において、ビア導体51の下端は全周がグランド層52に取り囲まれている例を示したが、ビア導体51の下端が全周において取り囲まれている必要はない。ビア導体51の下端の周囲の一部にグランド層52が設けられているだけでもよい。例えば、枠体3の内側端面側のグランド層52が形成されておらず、周囲の半分だけを囲んでいる形状のものであってもよい。
【0069】
また、上記と同様に、例えば金属層55は、全周がグランド層52に取り囲まれている必要はない。金属層55の周囲の一部にグランド層52が設けられているだけでもよく、枠体3の内側端面側のグランド層52が形成されておらず、周囲の半分だけを囲んでいる形状のものであってもよい。
【0070】
さらに、金属層55は、電子部品収納用パッケージ1を平面視して、ボンディングワイヤ8が接続される接続部と重なる位置に設けられてもよい。