元件收纳用封装以及安装结构体的制作方法

本发明涉及能安装并容纳元件的元件收纳用封装以及将元件安装在该封装中的安装结构体。

背景技术：

近年，随着设备的小型化，开发了能安装半导体元件、发光二极管、压电元件、水晶振荡器、激光二极管或者光电二极管等元件的小型元件收纳用封装(例如，参照JP特开2007-123950号公报)。另外，对于JP特开2007-123950号公报中提出的元件收纳用封装，提出有具备基板、设置在基板上的框体、和设置于框体的一部分的同轴连接器的结构。

由于元件收纳用封装的小型化、大容量化，特别是在使用100GHz这样的高频率信号的高频用元件收纳用封装中，要求提高通过同轴连接器输入输出信号时的频率特性。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种能够提高具有同轴连接器的元件收纳用封装的频率特性的元件收纳用封装以及安装结构体。

发明概要

本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装具备：金属基板，其在上表面具有安装元件的安装区域；框体，其设置在所述金属基板上，且具有俯视下包围所述安装区域的四边、设置于所述四边当中的一边的第1贯通孔、以及与所述第1贯通孔相邻地设置于所述一边的第2贯通孔；第1同轴连接器，其设置于所述第1贯通孔，且具有第1芯轴；第2同轴连接器，其设置于所述第2贯通孔，且具有第2芯轴；以及电路基板，其在由所述框体包围的区域内以俯视下一部分与所述框体的所述一边相接的状态被设置。此外，在所述电路基板的上表面形成有：与所述第1同轴连接 器的所述第1芯轴连接的第1信号线；与所述第2同轴连接器的所述第2芯轴连接的第2信号线；以及在所述第1信号线和所述第2信号线之间与两线空出间隔而设置的第1接地导体层。在所述电路基板的下表面，形成被设置在俯视透视下与所述第1信号线以及所述第2信号线重叠的部位的第2接地导体层。此外，在所述框体的所述一边和所述电路基板的侧面之间的由所述第1信号线和所述第2信号线夹着的部位设置有沟槽。

此外，本发明的一实施方式涉及的安装结构体具备：所述元件收纳用封装；以及被安装在所述元件收纳用封装的所述安装区域的元件。

附图说明

图1是从一个方向观察本发明的一实施方式涉及的安装结构体的概括立体图，示出取下盖体的状态。

图2是从一个方向观察本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的外观立体图。

图3是从另一个方向观察本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的外观立体图。

图4是本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的俯视图。

图5是本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的侧视图。

图6是沿图5的X-X的剖面图。

图7是将本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的电路基板及其周边放大的外观立体图。

图8是将本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装的电路基板及其周边放大的俯视图。

图9是图8所示的电路基板的俯视图。

图10是沿图8的Y-Y的剖面图。

图11是沿图8的Z-Z的剖面图。

图12是表示本实施方式涉及的元件收纳用封装以及安装结构体的同轴连接器的高频信号的频率特性的模拟结果的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一实施方式涉及的元件收纳用封装以及安装结构体。

<安装结构体的构成>

安装结构体1具备：元件收纳用封装2；以及设置在元件收纳用封装2的安装区域R的元件3。元件收纳用封装2例如用于安装并容纳包括半导体元件、晶体管、激光二极管、光电二极管或半导体闸流管等有源元件、或者电阻器、电容器、太阳能电池、压电元件、水晶振荡器或陶瓷谐振器等无源元件的元件3。

元件3安装在基座3a上。基座3a设置于元件收纳用封装2的内部的安装区域R。基座3a用于安装元件3，且能够对元件3的高度位置进行调整。基座3a由绝缘材料形成，在基座3a的上表面形成与元件3电连接的电气布线。另外，在本实施方式中，设置2个输入输出端子4，并与其对应地将2个元件3安装在基座3a上。

元件收纳用封装2适用于安装与高耐压化、大电流化、大功率化或者高速/高频化对应的元件3并使其发挥作用，作为元件3的一例，安装半导体元件。此外，元件收纳用封装2具备：在上表面具有安装元件3的安装区域R的金属基板21；设置在金属基板21上，且具有俯视下包围安装区域R的四边、设置于四边的一边的第1贯通孔Ha、以及在一边与第1贯通孔Ha相邻的第2贯通孔Hb的框体22；设置于第1贯通孔Ha，且具有第1芯轴231a的第1同轴连接器23a；设置于第2贯通孔Hb，且具有第2芯轴231b的第2同轴连接器23b；以及在安装区域R上以俯视下一部分与框体22的一边相接的状态被设置的电路基板24。

金属基板21是矩形形状的金属板，例如，由铜、铁、钨、钼、镍或钴等金属材料、或者含有这些金属材料的合金形成。另外，金属基板21的导热率例如被设定为15W/(m·K)以上且450W/(m·K)以下。金属基板21的热膨胀系数例如被设定为3×10^-6/K以上且28×10^-6/K以下。

通过对将熔融的金属材料浇铸到膜框中使其固化而成的铸块使用滚轧加工或者冲压加工等金属加工法，从而将金属基板21制成规定形状。另外，金属基板21的俯视时的一边的长度例如被设定为5mm以上且 50mm以下。此外，金属基板21的上下方向的厚度例如被设定为0.3mm以上且5mm以下。

此外，为了防止氧化腐蚀，使用电镀法或者非电解镀法，对金属基板21的表面形成镍或者金等金属层。另外，金属层的厚度例如被设定为0.5μm以上且9μm以下。

框体22设置在金属基板21上。框体22具有俯视下包围安装区域R的四边。在框体22，在四边之中的一边设置同轴连接器23。此外，在框体22，在与设置了同轴连接器23的一边相邻的两边设置输入输出端子4。框体22通过银铜钎料等钎料接合在金属基板21上。

框体22例如由铜、铁、钨、钼、镍或钴等金属材料、或者含有这些金属材料的合金形成。框体22具有将由元件3产生的热高效地向外部散热的功能、吸收热应力或使热应力分散的功能。另外，框体22的导热率例如被设定为15W/(m·K)以上且450W/(m·K)以下。框体22的热膨胀系数例如被设定为3×10^-6/K以上且28×10^-6/K以下。此外，框体22上下的厚度例如被设定为5mm以上且20mm以下。此外，俯视框体22时的框的厚度例如被设定为0.5mm以上且3mm以下。

此外，框体22在同轴连接器23被连接的一边设置有载置电路基板24的段部22a。段部22a作为框体22的一部分而一体化。对于段部22a来说，其从框体22的一边向由框体22包围的区域凸出的长度例如被设定为1mm以上且10mm以下，其上下方向的长度例如被设定为0.5mm以上且5mm以下，其沿框体22的一边的方向的长度例如被设定为5mm以上且50mm以下。

输入输出端子4设置于金属基板21的边缘，能够将框体22内和框体22外电连接。输入输出端子4是长方体形状，从上表面起一直到位于框体22内的侧面被切口。如图4所示，输入输出端子4的下表面的一部分向侧方突出。并且，输入输出端子4的向侧方突出的下表面的一部分与引线端子5连接。

输入输出端子4是绝缘材料，例如，由氧化铝质烧结体、多铝红柱石质烧结体、碳化硅质烧结体、氮化铝质烧结体、氮化硅质烧结体或者玻璃陶瓷等陶瓷材料形成。另外，输入输出端子4的热膨胀系数例如被设定为 3×10^-6/K以上且8×10^-6/K以下。

输入输出端子4能够层叠多层而形成。这里，说明输入输出端子4的制作方法。输入输出端子4例如在由氧化铝质烧结体形成的情况下，在氧化铝、氧化硅、氧化镁以及氧化钙等原料粉末中添加混合有机粘合剂、增塑剂或者溶剂等而得到混合物，并且得到形成片状的生片。

此外，在输入输出端子4设置连接引线端子5的布线导体。为形成输入输出端子4，准备成为布线导体的原料的钨或者钼等高熔点金属粉末，在该粉末中添加混合有机粘合剂、增塑剂或者溶剂等而得到金属膏。然后，将未烧成的生片冲切成规定形状，在规定部位印刷金属膏。

然后，层叠多层印刷了金属膏的生片，在规定的温度下同时烧成，从而得到一体形成的输入输出端子4。进一步地，经由钎料将引线端子5连接到输入输出端子4的下表面的布线导体。另外，在输入输出端子4形成连接引线端子5、接合线(bonding wire)的布线导体41。

引线端子5是用于将外部的电子设备等与元件3电连接的构件。引线端子5经由钎料与形成在输入输出端子4的下表面的布线导体连接。由此，将布线导体与引线端子5电连接。此外，在输入输出端子4的下表面形成多个布线导体，多个布线导体彼此空出间隔而设置。并且，相邻的布线导体彼此电绝缘。并且，通过将各引线端子5设置于各布线导体，从而使相邻的引线端子5彼此电绝缘。另外，引线端子5由导电材料形成，例如由铜、铁、钨、钼、镍或钴等金属材料、或者含有这些金属材料的合金形成。

如图5所示，引线端子5虽然沿平面方向延伸，但引线端子5的一端和引线端子5的另一端之间被折弯。如图5所示，引线端子5被折弯而调整成使引线端子5的下表面的高度位置与金属基板21的下表面的高度位置相同。由此，能够使金属基板21以及引线端子5双方相对于外部的基板平坦地进行安装。并且，元件收纳用封装2能够在增加相对于外部的基板进行固定的面积的同时，相对于外部的基板无倾斜地连接。其结果是，元件收纳用封装2能够与外部的基板稳定且牢固地连接。

布线导体41还形成在输入输出端子4的上表面的由框体22包围的区域。并且，布线导体41例如通过接合线与元件3的电极电连接。此外，布线导体41从输入输出端子4的上表面延伸到输入输出端子4内。进一 步地，布线导体41通过输入输出端子4内的过孔而延伸至输入输出端子4的下表面。并且，元件3经由布线导体41与引线端子5电连接。

在输入输出端子4的上表面的一部分形成第1金属层。对于第1金属层来说，由于输入输出端子4的主体部分由陶瓷材料构成，所以当将陶瓷材料的主体部分与框体22、密封圈6的金属材料的框状部经由钎料而连接时，第1金属层能够作为钎料的基底。进一步地，第1金属层与电位成为基准电位的导体例如接地导体连接。并且，第1金属层相对于布线导体41作为屏蔽电极起作用，能够降低来自外部的电磁波的影响，从而能够容易地将流过布线导体41的高频电流维持在期望的状态。

此外，在输入输出端子4的下表面的与金属基板21连接的部位形成与第1金属层不同的第2金属层。第2金属层能够经由钎料将输入输出端子4的由陶瓷材料形成的主体部分和由金属材料形成的金属基板21连接。第2金属层被设定成规定的电位，作为基准电位起作用。

第2金属层在输入输出端子4的下表面与布线导体41空出间隔而设置。并且，第2金属层与布线导体41电绝缘。第2金属层相对于布线导体41作为屏蔽电极起作用，能够保护布线导体41不受外部电磁波影响。并且，能够抑制在布线导体41中产生电磁噪声。

此外，在俯视下与输入输出端子4的短边平行的侧面的与框体22连接的部位形成与第1金属层以及第2金属层不同的第3金属层。第3金属层能够经由钎料将输入输出端子4的由陶瓷材料形成的主体部分和由金属材料形成的框体22连接。第3金属层被设定成规定的电位，作为基准电位起作用。

在框体22，在由一对输入输出端子4夹着的一边设置第1贯通孔Ha和第2贯通孔Hb。第2贯通孔Hb在框体22的一边与第1贯通孔Ha空出间隔而相邻设置。在第1贯通孔Ha设置具有第1芯轴231a的第1同轴连接器23a。在第2贯通孔Hb设置具有第2芯轴231b的第2同轴连接器23b。同轴连接器23用于将内部的元件3和外部的同轴电缆电连接。

在第1贯通孔Ha以及第2贯通孔Hb从外部向着框体22安装通信用连接器或者同轴用连接器等同轴连接器23。另外，第1贯通孔Ha以及第2贯通孔Hb的大小被设定成能够对从外部安装的同轴连接器23进行安装 的大小。

如图6所示，同轴连接器23具备：将框体22的内外电连接的芯轴231；与芯轴231空出间隔而包围芯轴231的周围的金属构件232；和介于芯轴231与金属构件232之间的电介质233。同轴连接器23用于将外部的电信号传递到封装内的电路基板24，或者将封装内的电路基板24的电信号传递到外部。

芯轴231具有传递规定的电信号的功能。芯轴231例如由铜、银、金、铁、铝、镍、钴或者铬等金属材料形成。金属构件232具有设为公共的电位例如基准电位的功能。此外，金属构件232例如由铜、银、金、铁、铝、镍、钴或者铬等金属材料形成。并且，框体22由金属材料形成，将金属构件232和框体22电连接。

电介质233是绝缘性的材料，例如由氧化铝、氮化铝或氮化硅等无机材料、或者环氧树脂、聚酰亚胺树脂或乙烯树脂等有机材料、硼硅酸玻璃等玻璃材料、或者氧化铝质烧结体、多铝红柱石质烧结体、碳化硅质烧结体、氮化铝质烧结体、氮化硅质烧结体或玻璃陶瓷等陶瓷材料形成。或者，由将这些材料之中的多种材料混合而成的复合系材料形成。

电路基板24在由框体22包围的区域内以俯视下一部分与框体22的一边相接的状态被设置。电路基板24经由钎料将同轴连接器23的芯轴231和设置于电路基板24的信号线241电连接。

在电路基板24的上表面设置：与第1同轴连接器23a的第1芯轴231a连接的第1信号线241a；与第2同轴连接器23b的第2芯轴231b连接的第2信号线241b；以及在第1信号线241a和第2信号线241b之间与两信号线空出间隔而设置的第1接地导体层242。此外，在电路基板24的下表面，在俯视透视下与第1信号线241a以及第2信号线241b重叠的部位设置第2接地导体243。另外，第2接地导体243也可以作为用于使与金属基板21之间的接合性、在第1信号线241a以及第2信号线241b中传送的高频信号的传送特性稳定的接地电极，而设置在电路基板24的下表面的整面。

此外，电路基板24在框体22的一边和对置的侧面之间的由第1信号线241a和第2信号线241b夹着的部位设置沟槽P。沟槽P通过在电路基 板24的侧面形成凹部而设置。并且，如图8所示，俯视下在沟槽P内露出段部22a的上表面的一部分。另外，对于电路基板24来说，俯视下一边的长度被设定成2mm以上且20mm以下，上下方向的厚度被设定成0.2mm以上且2mm以下。对于电路基板24的凹部来说，深度例如被设定成0.1mm以上且1mm以下，沿电路基板24的一边的长度例如被设定成1mm以上且10mm以下。

此外，在电路基板24的四个角之中的与框体22的一边(内面)对置的2个角设置切口。切口被设置在与沟槽P夹着第1信号线241a的部位。此外，切口被设置在与沟槽P夹着第2信号线241b的部位。

框体22沿框体22的边连续地经由钎料来设置密封圈6。密封圈6在设置盖体7来覆盖框体22内时，将盖体7与框体22连接。另外，密封圈6由与盖体7之间的线焊性优异的例如铜、钨、铁、镍或钴等金属、或者包含多种这些金属的合金形成。另外，密封圈6的热膨胀系数例如被设定成4×10^-6/K以上且16×10^-6/K以下。

此外，盖体7被设置在密封圈6上，以便覆盖框体22内的元件3。盖体7对由框体22包围的区域进行气密密封。盖体7例如由铜、钨、铁、镍或钴等金属、或者包含多种这些金属的合金、或者氧化铝质烧结体、多铝红柱石质烧结体、碳化硅质烧结体、氮化铝质烧结体、氮化硅质烧结体或玻璃陶瓷等陶瓷形成。此外，盖体7例如通过线焊经由焊料或者钎料等接合构件而接合在密封圈6上。

由框体22包围的区域为真空状态或者被填充氮气等，通过在密封圈6上设置盖体7，从而能够使由框体22包围的区域成为被气密密封的状态。盖体7通过在规定气氛下载置在密封圈6上并进行线焊而安装在密封圈6上。此外，盖体7例如能够经由钎料、玻璃接合材料或者树脂接合材料等接合材料来安装。

关于本实施方式涉及的安装结构体1以及元件收纳用封装2，在从同轴连接器23一直到信号线241的信号线路上，如图10所示，从框体22的内周面一直到与电路基板24的信号线241连接的芯轴231的轴方向，在与框体22对置的电路基板24的侧面设置沟槽P，并且在夹着沟槽P的电路基板24的角部设置切口，进一步地，不在由沟槽P和切口夹着的电 路基板24的上表面设置接地导体层，由此能够使连接同轴连接器23的信号线241的连接部作为微波传输带线路起作用。进一步地，对于电路基板24上的由第1接地导体层242夹着的信号线241来说，如图11所示，能够作为共面(coplanar)线路起作用。其结果是，能够提高从同轴连接器23一直到信号线241的信号线路的频率特性。即，在未设置沟槽P以及切口的情况下，当高频信号从同轴连接器23一直传送到信号线241时，因在芯轴231与信号线路241的连接部和电路基板24之间产生的电场分布从而静电电容增加。由此，如上所述，通过设置沟槽P以及切口来夹着芯轴231与信号线路241的连接部，并且作为微波传输带线路，从而能够减小芯轴231与信号线路241的连接部的静电电容。其结果是，沟槽P以及切口能够抑制在芯轴231与信号线路241的连接部处特性阻抗变小，从而能够提高频率特性。进一步地，关于第1接地导体层242，也可以如图9所示那样在俯视下从沟槽P以及设置于夹着沟槽P的电路基板24的角部的切口的底部起一直到封装的内侧设置固定的间隔来形成第1接地导体层242。由此，能够使与连接同轴连接器23的信号线241的连接部和电路基板24上的由第1接地导体层242夹着的信号线241之间的静电电容以及特性阻抗阶段性地进行变化。其结果是，能够抑制在与连接同轴连接器23的信号线241的连接部和电路基板24上的由第1接地导体层242夹着的信号线241之间产生的插入损耗以及反射损耗。

此外，沟槽P以及切口优选在芯轴231的轴方向上的长度、即沟槽P的下端以及切口的下端是相同高度位置。由此，能够使在芯轴231与信号线路241的连接部产生的电场分布在与芯轴231的轴垂直的剖面中成为线对称。其结果是，能够抑制高频信号从同轴连接器23一直传送到信号线241时产生的高频信号的谐振。

进一步地，优选俯视下沟槽P以及切口与芯轴231的轴的间隔相同。由此，能够如上所述使在芯轴231与信号线路241的连接部产生的电场分布在与芯轴231的轴垂直的剖面中成为线对称，从而能够抑制从同轴连接器23一直到信号线241产生的高频信号的谐振。

此外，电路基板24优选被接合成夹着沟槽P以及切口与框体22的内周面抵接。由此，能够如上所述使在芯轴231与信号线路241的连接部 产生的电场分布在与芯轴231的轴垂直的剖面中成为线对称，从而能够抑制从同轴连接器23一直到信号线241产生的高频信号的谐振。

进一步地，第1接地导体层242优选在俯视下与沟槽P以及切口的底面平行地空出固定的间隔来设置。由此，如上所述，能够抑制在芯轴231与信号线路241的连接部处特性阻抗变小，从而能够提高频率特性，并且能够使在芯轴231以及信号线路241中产生的电场分布在与芯轴231的轴垂直的剖面中成为线对称，从而能够抑制从同轴连接器23一直到信号线241产生的高频信号的谐振。

此外，优选俯视下沟槽P以及切口在芯轴231的轴方向上的长度比从框体22的内周面向封装的内侧突出的芯轴231的长度短。其结果是，如上所述，能够抑制在芯轴231与信号线路241的接合部处特性阻抗变小，从而能够提高频率特性。

进一步地，优选俯视下沟槽P以及切口与框体22的内周面平行地空出固定的间隔而设置。由此，能够使在芯轴231以及信号线路241中产生的电场分布在与芯轴231的轴垂直的剖面中成为线对称，从而能够抑制从同轴连接器23一直到信号线241产生的高频信号的谐振。

此外，同轴连接器23也可以在封装内侧的芯轴231的下端部，连接伸出到封装的内侧的、厚度比芯轴231的直径薄的板状的导电性构件，并经由金-锡焊料等导电性的连接构件而连接到信号线路241。由此，能够减小成为芯轴231与信号线路241的连接部的导电性构件的静电电容，能够抑制在芯轴231与信号线路241的连接部处特性阻抗变小，能够提高频率特性。进一步地，优选俯视下沟槽P以及切口在芯轴231的轴方向上的长度比从框体22的内周面向封装的内侧突出的板状的导电性构件的长度短。其结果是，如上所述，能够抑制在导电性构件与信号线路241的接合部处特性阻抗变小，从而能够提高频率特性。

图12是表示本实施方式涉及的元件收纳用封装以及安装结构体的同轴连接器23的高频信号的频率特性(S参数)(反射损耗：Return Loss“S11”，插入损耗：Insertion Loss“S21”)的模拟结果的曲线图。以实线示出本实施方式的频率特性之中的反射损耗，以虚线示出比较例的频率特性之中的反射损耗。进一步地，以长断续线示出本实施方式的频率特性之 中的插入损耗，以断续线示出比较例的频率特性之中的插入损耗。另外，本实施方式是在电路基板24设置沟槽P的结构，比较例是在电路基板24没有沟槽P的结构。对于反射损耗来说，随着频率从0GHz变高，反射损耗接近于0dB。此外，对于插入损耗来说，虽然频率为0GHz时插入损耗为0dB，但随着频率变高，从0dB起的偏离逐渐变大。并且，插入损耗突然开始较大地偏离0dB的频率是所谓的谐振频率。关于插入损耗，虽然在本实施方式的频率特性与比较例的频率特性之间没有大的差异，但是关于反射损耗，相对于比较例在45GHz至60GHz下为-20dB至0dB之间的数值，本实施方式中在45GHz至60GHz下能够成为大致-20dB以下的数值。这样，根据本发明，能够提供一种可提高频率特性的元件收纳用封装2以及安装结构体1。

本发明不限定为上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更、改良等。

<安装结构体的制造方法>

在此，说明图1或者图2所示的安装结构体1的制造方法。首先，准备元件收纳用封装2和元件3。元件收纳用封装2的金属基板21以及框体22是通过对将熔融的金属材料浇铸到膜框中使其固化而成的铸块使用现有周知的滚轧加工或者冲压加工等金属加工法从而被制作成规定形状的。此外，通过上述的制造方法来制作输入输出端子4。

然后，经由钎料将金属基板21和框体22以及输入输出端子4连接。进一步地，经由金-锡焊料将同轴连接器23嵌入连接到框体22的第1贯通孔Ha以及第2贯通孔Hb。进一步地，在设置了第1贯通孔Ha以及第2贯通孔Hb的框体22的侧壁内侧的下端部设置的段部22a的上表面安装电路基板24，并且经由金-锡焊料等导电性的接合材料将芯轴231与信号线241电连接。这样，能够制作元件收纳用封装2。进一步地，在元件收纳用封装2的安装区域R经由金-锡焊料、绝缘性的树脂接合材料等接合材料来设置基座3a。进一步地，在基座3a上安装元件3，经由接合线将元件3的电极和输入输出端子4的布线导体41、电路基板24的信号线241电连接。进一步地，在元件收纳用封装2安装密封圈6以及盖体7，从而能够制作安装结构体1。