CN107039356B - 微米波段及毫米波段封装体 - Google Patents

Abstract

实现本发明所涉及的微米波段及毫米波段封装体的宽频带化。本发明所涉及的微米波段及毫米波段封装体具有：导体基座板(1)，在上表面固定有半导体元件(5)；侧壁(2)，在导体基座板之上以包围半导体元件的方式设置，具有与导体基座板电连接的导体部分(2e)；电介体帽(3)，设置于侧壁之上，以与导体基座板和侧壁一起形成内部空间；表面金属膜(9)，设置于电介体帽的外侧的面之上；第1背面金属膜(10b)，设置于电介体帽的内侧的面之上，相对于电介体帽的与导体基座板相向的面，中心大致一致；多个通路孔(11)，以贯通电介体帽的方式设置，对表面金属膜和第1背面金属膜间及表面金属膜和侧壁的导体部分(2e)间分别进行电连接。

Description

微米波段及毫米波段封装体

技术领域

本发明涉及一种封装体，该封装体适合于在微米波段及毫米波段使用的半导体装置。

背景技术

在微米波段及毫米波段使用的半导体封装体是将对半导体元件、匹配电路等进行安装的电路基板安装于封装体空腔内的平坦部处的构造，伴有依赖于空腔部分的尺寸(例如长度、宽度、高度)的空腔共振频率(例如参照专利文献1～4)。下面，为了简化，作为微米波段及毫米波段的总称而记作高频。在该空腔共振频率和高频封装体的使用频带重叠、或者接近的情况下，引起由输入输出端子间的隔离的下降导致的不必要的振荡、使用频带内的通过特性的下陷(不连续的凹陷)、反射增益等，难以得到所期望的高频特性。

通常，对于在微米波段及毫米波段使用的半导体封装体，从小型化、低成本化的角度出发，以所需的最小限度的大小进行设计。在安装于封装体内的高频电路的输出功率较小、使用频带也较低的情况下，封装体固有的空腔共振频率与使用频带相比充分高。但是，如果由于近年来的高输出化和高频化的要求，封装体的尺寸大型化，则空腔共振频率下降，时常发生与高频电路的使用频带相接近、或者重叠的情况。

封装体的尺寸大致由所安装的高频电路的尺寸，例如半导体元件的尺寸、构成输入输出分配合成电路、匹配电路的基板的尺寸决定。作为例子，考虑对在频率较近的12GHz频带、14GHz频带、18GHz 频带时输出功率为100W级别的放大器进行搭载的封装体，则封装体尺寸为大致相同程度。但是，由于时常发生前述的与空腔共振频率相接近、或者重叠的问题，因此以往存在下述问题，即，不能选择针对各频带而言最佳的封装体尺寸、空腔内构造，封装体的开发期间变长，或者妨碍低成本化。

近年来，从低成本化的角度出发，将封装体材料的一部分从金属而大量改用为以陶瓷为代表的电介体的趋势受到瞩目。代表例之一是由电介体材料形成封装体的盖(以下称为帽(cap))、侧壁的例子(例如参照专利文献3及专利文献4)。如果通过镀敷等而由金属层完全地覆盖电介体的帽的表面侧或者背面(空腔侧)，则能够与使用金属质的帽的情况同样地保持电磁屏蔽的效果，安装于封装体内的高频电路能够不受封装体外部的环境影响地进行动作。但是，由于电介体的帽的介电常数比空气的介电常数高，因此起到使空腔共振频率下降的作用，因此，在使用频带和封装体尺寸固有的空腔共振频率接近的情况下，特别需要谨慎地进行使用。

专利文献1：日本特开平5－83010号

专利文献2：日本特开2000－236045号

专利文献3：日本专利第5377096号

专利文献4：日本特开平9－148470号

针对以上叙述的技术背景，迄今为止公开了一些方案。在专利文献1中，针对与封装体尺寸增大相伴的空腔共振频率下降，通过在封装体内设置电磁屏蔽壁，从而对空腔进行分割。其结果，各空腔尺寸变小，能够抑制空腔共振频率的下降。但是，存在下述问题，即，由于屏蔽壁，因而封装体内的半导体元件的安装方法、电路基板的尺寸大幅度地受到限制。

在专利文献2中记载有下述方法，即，在金属质的帽处在中央部设置凸部，抑制空腔共振频率的下降。但是，该方法存在下述问题，即，帽的高度变高以及用于将帽变形的加工成本增大。

在专利文献3及专利文献4中示出下述例子，即，通过在陶瓷等电介体帽的空腔侧的面的金属膜的一部分设置开口部，从而抑制由电介体帽导致的空腔共振频率的下降，抑制将半导体元件、电路基板安装于封装体内时的导线和电介体帽内侧的金属膜之间的电磁耦合。

但是，专利文献3及4存在下述问题，即，如果不仅在电介体帽的空腔侧，在表面也设置金属膜，将该金属膜与封装体底面及侧壁的导体部分连接，由此如朝向封装体上方完全地进行电磁屏蔽，则新产生由电介体帽的尺寸决定的共振，进而产生的共振的高阶模式甚至会波及到使用频带。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法，该方法在使用电介体帽的高频封装体中，通过在电介体帽的表面设置的金属膜，从而可靠地实现朝向封装体上表面方向的电磁屏蔽，与此同时，使封装体固有的最低阶的空腔共振频率和次低阶的空腔共振频率之差变大，实现封装体的宽频带化。

本发明所涉及的微米波段及毫米波段用封装体具有：导体基座板，其在上表面固定有半导体元件；侧壁，其在所述导体基座板之上以包围所述半导体元件的方式设置，具有与所述导体基座板电连接的导体部分；电介体帽，其是为了与所述导体基座板和所述侧壁一起形成内部空间而设置于所述侧壁之上的；表面金属膜，其设置于所述电介体帽的外侧的面之上；第1背面金属膜，其设置于所述电介体帽的内侧的面之上，相对于所述电介体帽的与所述导体基座板相向的面，中心大致一致；以及多个通路孔，其以贯通所述电介体帽的方式设置，对所述表面金属膜和所述第1背面金属膜之间、以及所述表面金属膜和所述侧壁的导体部分之间分别进行电连接，所述第1背面金属膜的形状是矩形、圆形、椭圆形、多边形中的任意的形状，并且，在所述第1背面金属膜内具有大致相似形状且面积小、中心大致一致的开口部，所述开口部的所述第1背面金属膜的宽度处于与最低阶的空腔共振频率对应的波长的1/16至3/16的范围，该最低阶的空腔共振频率是在由所述侧壁、所述导体基座板和所述电介体帽形成的空间被导体包围、填充有空气时产生的。

发明的效果

本发明所涉及的微米波段及毫米波段用封装体具有下述效果，即，通过对电介体帽的表面进行覆盖的金属膜，实现完全的电磁屏蔽和在电介体帽内产生的不必要的共振的抑制，与此同时，使封装体固有的最低阶的空腔共振频率和次低阶的空腔共振频率之差变大，实现封装体的宽频带化。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的高频封装体的斜视图。

图2是实施方式1所涉及的高频封装体的从上方观察到的俯视图。

图3是实施方式1所涉及的高频封装体的剖视图：(a)是沿 X1－X1的剖视图；(b)是SW1部的放大图。

图4是实施方式1所涉及的高频封装体的剖视图：(a)是沿 X2－X2的剖视图；(b)是SW2部的放大图。

图5是实施方式1所涉及的高频封装体的侧壁的例子：(a)是侧壁整体由导体构成的例子的斜视图；(b)是沿(a)的X3－X3的剖视图；(c)是侧壁由电介体和导电性的通路孔(via)构成的例子的斜视图；(d)是沿(c)的X4－X4的剖视图；(e)是沿(c)的 X5－X5的剖视图。

图6是实施方式1所涉及的电介体帽背面(在安装封装体时成为空腔侧的面)的俯视图。

图7是矩形空腔共振器内的与最低阶的共振相对应的驻波的情况的例子。

图8是矩形空腔共振器内的共振时的电场分布的例子：(a)是最低阶的空腔共振；(b)是次低阶的空腔共振。

图9是使用了实施方式1所涉及的电介体帽后的高频封装体处的背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度(W1)、共振频率的计算例：(a)是与重叠宽度相对的最低阶及次低阶的共振频率的计算例；(b)是相对于重叠宽度的、最低阶与次低阶的共振频率之差的计算例。

图10是实施方式1所涉及的通路孔间隔和通路孔总面积的相对于空腔共振频率的关系例：(a)是俯视图；(b)是剖视图。

图11是实施方式1所涉及的其他电介体帽的背面金属膜的变形例：(a)是圆形；(b)是六边形；(c)是八边形。

图12是实施方式2所涉及的高频封装体的剖视图(沿图2 的X1－X1线的例子)。

图13是实施方式2所涉及的电介体帽背面(在安装封装体时成为空腔侧的面)的俯视图。

图14是使用了实施方式2所涉及的电介体帽后的高频封装体处的背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度(Wb)、共振频率的计算例：(a)是与重叠宽度相对的最低阶及次低阶的共振频率的计算例；(b)是相对于重叠宽度的、最低阶与次低阶的共振频率之差的计算例。

图15是实施方式2所涉及的其他电介体帽的背面金属膜的变形例：(a)是圆形；(b)是六边形；(c)是八边形。

图16是实施方式3所涉及的高频封装体的剖视图(沿图2 的X1－X1线的例子)。

图17是实施方式3所涉及的电介体帽背面(在安装封装体时成为空腔侧的面)的俯视图。

图18是使用了实施方式3所涉及的电介体帽后的高频封装体处的背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度(Wc)、共振频率的计算例：(a)是与重叠宽度相对的最低阶及次低阶的共振频率的计算例；(b)是相对于重叠宽度的、最低阶与次低阶的共振频率之差的计算例。

图19是实施方式3所涉及的其他电介体帽的背面金属膜的变形例：(a)是圆形；(b)是六边形；(c)是八边形。

图20是实施方式4所涉及的高频封装体的例子：(a)是剖视图(沿图2 的X2－X2线的例子)；(b)是(a)的SW3部的放大图。

图21是使用了实施方式4所涉及的电介体帽后的高频封装体处的背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度(Wc)、共振频率的计算例。●、■是与实施方式1相同的封装体的侧壁的情况，○、□是使侧壁的导体部分后退至仅到达最外周的情况。

标号的说明

1.导体基座板

2.封装体的侧壁整体

2b.封装体的侧壁的内部

2c.封装体的侧壁的外表面

2d.封装体的侧壁的电介体部分

2e.将封装体的侧壁内贯通的导电性的通路孔

2f.封装体的侧壁的上表面(与电介体帽10a接触的部分)

2g.封装体的侧壁的下表面(与导体基座板1接触的部分)

3.电介体帽

4.封装体的空腔部分

5.半导体元件

6.馈通部

6a.馈通部的电介体

6b.馈通部的信号线导体

8.键合线

9.电介体帽的表面金属膜

10a帽部背面金属膜的与封装体侧壁连接的部分

10b帽部背面金属膜的经由通路孔与10a连接的孤立图案部分

10c与10a连续地相连，与10a相比向电介体帽的中心方向伸出的电介体帽背面金属膜的宽度

11.将电介体帽的表面金属膜和背面金属膜相连的通路孔

12.电介体帽的电介体露出部

12a.电介体帽内侧的面的外周的电介体露出部

12b.在电介体帽内侧的面设置的金属膜的开口部

13a.在电介体帽的外周处与封装体的侧壁的内表面2a接触的部位

13b.在电介体帽的外周处与封装体的侧壁的内侧2b接触的部位

13c.在电介体帽的外周处与封装体的侧壁的外表面2c接触的部位

E1.电场强度最高的区域

E2.电场强度为中等程度的区域

E3.电场强度最低的区域

W1.电介体帽背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度

Wa.从电介体帽背面中心至封装体侧壁内表面(10a)为止的距离

Wb.电介体帽背面的甜甜圈状的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度

Wc.电介体帽背面的一部分金属膜和空腔部的重叠宽度

Wd.电介体帽背面金属膜内的从封装体侧壁内表面(10a)伸出至内侧的部分的宽度

14.封装体侧壁下部导体

15.封装体侧壁上部导体

16.封装体侧壁侧部导体

d.封装体的空腔的深度

w.封装体的空腔的宽度

h.封装体的空腔的高度

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式所涉及的高频封装体进行说明。对相同或者相对应的构成要素标注同一标号，有时省略重复的说明。

[实施方式1]

(构造的说明)

图1是表示本发明的实施方式1的高频封装体的斜视图，图2 是表示实施方式1所涉及的高频封装体的从上方观察到的俯视图，图 3(a)表示沿图2所示的X1－X1线的剖视图，图3(b)是图3(a) 的侧壁周边SW1部的放大图，图4(a)表示沿图2所示的X2－X2 线的剖视图，图4(b)表示图4(a)的侧壁周边SW2部的放大图。另外，图5是侧壁的具体的结构例，图6是实施方式1所涉及的电介体帽背面(在安装封装体时成为空腔侧的面)的俯视图。

在图1～4中，1是导体基座板，2是封装体的侧壁整体，2a是封装体的侧壁的内表面，2b是侧壁的内部，2c是侧壁的外表面，3 是电介体帽，4是空腔部，5是半导体元件，6是馈通部，6a是馈通部的电介体，6b是馈通部的信号线导体，8是对半导体元件5和馈通部的信号线导体6b进行电连接的键合线，9是在电介体帽3的表面设置的金属膜。

作为侧壁2的例子，存在如图5(a)及(b)所示，侧壁整体由导体构成的情况，以及如图5(c)～(e)所示，侧壁具有导电性的通路孔2e的情况，该通路孔2e从上表面2f朝向下表面2g贯通以陶瓷为代表的电介体2d。在图5(c)～(e)所示的例子中，也可以以覆盖上表面2f、下表面2g、内表面2a、外表面2c的方式通过镀敷等设置金属膜。

下面，在记作侧壁2的导体部分的情况下，表示以下述方式设置的金属膜，即，在图5(a)的例子中是以覆盖侧壁2整体的方式设置的金属膜，在图5(c)的例子中是以覆盖通路孔2e、或者前述上表面2f、下表面2g、内表面2a、外表面2c的方式设置的金属膜。

金属膜10是在电介体帽3的背面设置的金属膜，10a通过导电性粘接剂而固定于侧壁2，是为了经由侧壁2的导体部分与导体基座板1电连接而设置的金属膜部分，金属膜的宽度小于或等于侧壁2 的厚度。10b是电介体帽3的背面金属膜，金属膜10b如图6所示，通过电介体露出部12而在背面之上与连接于侧壁的金属膜10a分离。

背面金属膜10b经由多个通路孔11与电介体封装体3的表面金属膜9电连接，表面金属膜9经由多个通路孔11和金属膜10a而与侧壁2的导体部分电连接。即，金属膜9、10a、10b与导体基座板1 电连接。12是在前述金属膜10a及10b之间设置的电介体的露出部。在这里，如图6所示，背面金属膜10b形成为，金属膜10b的矩形的中心与电介体帽3的中心大致一致，并且背面金属膜10b呈线对称。

具有将半导体元件5接地固定的导体表面的导体基座板1例如由铜、铜钨合金、钼、铜钼合金、科瓦合金(Kovar)等导电性金属构成。具有与导体基座板1的导体表面电连接的导体部分的侧壁2 通过钎焊或者导电性粘接剂等而与导体基座板1接合，形成对半导体元件5进行安装的空间。半导体元件5在由侧壁2包围的空间内，通常通过焊接、导电性树脂等而固定于导体基座板1的接地用导体面之上。在图3及图4中示出仅将半导体元件5安装于空腔4内的情况，但除半导体元件5以外，也可以对半导体元件5的输入输出分配电路基板、匹配电路基板等一并进行安装。

馈通部6具有由电介体6a对信号线导体6b进行夹持而予以固定的构造，局部地嵌入预先以馈通部6的大小进行了开口的侧壁2(参照专利文献3的图1)。在侧壁2的内侧，由金线8等将馈通部6的信号线导体6b和半导体元件5进行电连接，形成输入输出信号端子。电介体帽3构成为，通过导电性粘接剂等对侧壁2和在电介体帽3 的背面(空腔侧的面)通过镀敷等而设置的金属膜10a进行固定，该电介体帽3经由侧壁2的导体部分与导体基座板1电连接，其中，该电介体帽3使用了具有比填充于空腔部4之中的气体(例如空气、氮气等)高的介电常数的电介体(例如陶瓷、环氧树脂等)。另一方面，通过镀敷等形成的电介体帽3的表面金属膜9经由在内部填充有金属或者表面进行了镀敷的多个通路孔11而与背面金属膜10a及10b电连接。

通过以上叙述的电连接，图2～图6所示的高频封装体成为下述构造，即，至少针对封装体的上表面方向，通过与导体基座板1电连接的表面金属膜9而完全地得到了电磁屏蔽。因此，在将封装体安装于电路基板等时，即使将其他金属体在封装体的上方接近地配置，也不会影响到封装体内的高频电路的特性。

(电介体帽的背面金属膜和共振频率的关系)

下面，对空腔共振频率进行一般性的说明，然后叙述实施方式1 的特征。由金属包围的矩形的空腔处的共振是例如Robert E.Collin “Foundations for MicrowaveEngineering”所述那样，由于在相向的面之间产生驻波而引起的。对于实施方式1的高频封装体，在所安装的半导体元件5的面积与高输出化相伴而变大的情况下，将由侧壁2 包围的导体基座板1之上的深度(d)、宽度(w)的尺寸变大即可。相对于这些尺寸，包含电介体帽3的封装体的高度(h)通常充分小。因此，在实际使用时，就空腔部分的共振频率而言，仅考虑通过侧壁 2的相向的面产生的驻波即可。

在图7中示出与由宽度w、深度d、高度h定义的空腔的最低阶的共振相对应的驻波的情况。在图中，如果假设各尺寸存在d＜w、且h＜＜w、d的关系，则最低阶的共振是产生下述基本振动的驻波的情况，即，侧壁2的相向的面成为波节。在图8(a)中示出图7 所示的共振时的电场分布的例子。在图8(a)中，E1所示的以中等程度的浓度表示的区域的电场强度最高，E3所示的最浓的区域的电场强度最弱。并且，E2所示的近乎白色的灰色部位的电场强度在E1 和E3之间。根据图8(a)，共振的最大电场部(E1区域)位于由侧壁2包围的区域的正中心，如果置换为坐标，则位于(x，y)＝(w /2，d/2)，如果将驻波的波长分别设为λ1＝2w、λ2＝2d，则该坐标能够由驻波的λ/4(λ为空腔共振频率的1个波长)表示。

下面，对仅次于该最低阶的共振而发生的第2阶共振进行说明。在图8(b)中示出与仅次于最低阶的共振而发生的共振相对应的电场分布的例子。图8(b)所示的E1～E3的电场强度的含义与前述相同。在图7中，由于d＜w，因此仅次于最低阶的次低阶共振引起在 x方向上为2倍振动、在y方向上为基本振动的驻波。对于上述共振，最大电场部存在2处，在x方向上，位于从侧壁2的相向的各个面起的距离为相向面之间的距离w的1/4处，换言之位于从侧壁2的相向的各个面起朝向封装体中心侧的距离为λ/8处。并且，在该次低阶的共振中，在x方向上引起基本振动的驻波、在y方向上引起2 倍振动的驻波，在该情况下，在y方向上，电场的最大部分别位于从侧壁2的相向的各个面起的距离为相向面之间的距离w的1/4处，换言之位于从侧壁2的相向的各个面起朝向封装体的中心侧的距离为λ/8处。

如上所述，根据共振的阶数，电场最大部的位置不同。由于将电介体插入至空腔之中时的空腔共振频率的变化量还依赖于电介体的插入位置处的电场的大小，因此在图5中，能够基于电介体帽3 的背面的金属膜开口部12的位置、和该位置处的电场分布之间的关系而对变化量进行调整。

在图9(a)中示出与使电介体帽3的背面金属膜10b和空腔4 的重叠宽度W1(记载于图3～图6)变化时的空腔共振频率的变化相关的计算例。在计算中，将侧壁的内表面2a的尺寸设为深度d＝ 14.3mm、宽度w＝15.2mm、高度h＝2.4mm，将厚度为1mm的电介体帽3的相对介电常数设为9。将封装体的可使用频带的目标设为 12～18GHz的宽频带。在图中，●表示最低阶的空腔共振频率，■表示次低阶(第2阶)的空腔共振频率。另外，横轴表示背面金属膜 10b和空腔4的重叠宽度W1，W1以由最低阶的共振所产生的驻波的波长λ进行标准化。在横轴上，W1＝0是不存在背面金属膜10b的情况、即电介体帽3的电介体在空腔内整个面露出的情况。另外， W1的最大值表示在W1＝λ/4时，空腔侧的背面金属膜10b覆盖整个面而无开口部的情况。

根据图9(a)，在W1＝0、即不存在背面金属膜10b时，空腔共振频率最为向低频带偏移。最低阶的空腔共振频率在重叠宽度W1 为λ/8之前大致恒定，如果重叠宽度变得大于λ/8，则开始逐渐升高。另一方面，2阶的共振频率从插入了背面金属膜10b的阶段起逐渐向高频带偏移。图9(b)是将最低阶和第2阶的空腔共振频率之差相对于重叠宽度W1进行描绘得到的图。可知，在采用实施方式1 的电介体帽3的构造的情况下，在W1＝λ/8时频率之差变为最大值，与W1＝0及W1＝λ/4相比，在从W1＝λ/16(0.0625)至W1＝3λ /16的范围，共振频率之差也大。

下面，对现有技术和实施方式1的不同进行说明。例如，以往采用了下述方法，即，对于在14GHz频带使用的高频封装体，如果在背面金属膜10b覆盖空腔侧的整个面的情况(W1＝λ/4的情况) 下，最低空腔共振频率如图9(a)所示为14.5GHz，则为了使共振频率从14GHz频带偏移开，通过取消电介体帽3的背面金属膜10b (W1＝0)，从而将共振频率向低频带偏移至12GHz，能够在14GHz 进行使用。但是，在该情况下，第2阶的空腔共振频率如图9(a) 所示下降至17.5GHz，无望实现作为目标的12～18GHz的宽频带的使用。对此，在实施方式1的构造中，通过将背面金属膜10b设置为背面金属膜10b的中心与电介体帽3的中心大致一致，设为W1＝λ /16～3λ/16的尺寸，从而能够实现12～18GHz的宽频带的使用。

接下来，叙述通过多个通路孔11将背面金属膜10b与表面金属膜9连接的情况下的效果。在表1中示出在图6中并非是将背面金属膜10b与表面金属膜9连接、而是使用金属膜将背面金属膜10b在背面金属膜10a的四个角进行连接的情况下的计算例。该构造是与专利文献4的图1类似的构造。另一方面，表2是在图6中背面金属膜 10b覆盖整个面的情况(W1＝λ/4)下的计算结果。由于背面金属膜10b覆盖整个面，因此电介体帽3的介电常数不会影响到计算结果。在表1和表2中进行了计算的电介体帽3的第一不同点在于，有无通过多个通路孔11将背面金属膜10b与表面金属膜9电连接。另外，第二不同点在于，在表1中没有经由通路孔11与表面金属膜9电连接，而是对背面金属膜10b的四个角和10a的四个角分别进行电连接。

表1

固有模式	频率(GHz)	备注
			1	3.7	电介体帽内的不必要的模式
2	7.1	↑
			3	7.5	↑
4	9.3	↑
			5	10.8	↑
6	12.0	↑
			7	12.2	↑
8	12.5	↑
			9	13.0	TE101模式
10	15.1	电介体帽内的不必要的模式
			11	15.2	↑
12	15.5	↑
			13	15.6	↑
14	15.9	↑
			15	16.0	↑
16	16.3	↑
			17	17.6	↑
18	17.7	↑
			19	19.4	↑
20	19.9	↑
			21	202	TE201模式

表2

固有模式	频率(GHz)	备注
			1	14.3	TE101模式
2	22.3	TE201模式

表1是在图6中并非与表面金属膜9进行连接，而是使用金属膜分别将背面金属膜10a的四个角和背面金属膜10b的四个角进行连接，设为W1＝λ/8的情况下的计算例。表2是对在图6中W1＝λ /4的情况下的共振频率进行计算的例子。

根据表2，与由金属包围的情况下的TE101模式的空腔共振频率相比，在表1所示的金属膜的一部分存在开口的情况下，表1的 TE101模式的空腔共振频率受到电介体帽3的介电常数的影响，从 14.3GHz下降约1.3GHz而下降至13GHz。可知，如前所述，通过在金属膜设置开口而使电介体露出的方法，在14GHz频带使用封装体的情况下，能够将空腔共振频率偏移开，是在实际使用时有效的用于避免由共振导致的影响的方法之一。

但是，如表1所示，可知，由于在由金属膜包围的电介体帽存在电介体露出部(开口部)，因此大量产生电介体帽自身的外形尺寸所固有的共振频率，甚至已波及到使用频带、例如14GHz频带附近。另外，仅次于TE101模式的高阶模式、即TE201模式的频率也从表 2的22.3GHz下降至表1的20.2GHz。可知，在上述电介体帽内新产生共振频率、和TE201模式频率下降是实现例如14～18GHz的宽频带使用时的阻碍因素。对此，如图9(a)、(b)所示，如果使用实施方式1的电介体帽构造，则由于不仅没有在电介体帽内产生的不必要的共振，而且最低阶及第2阶的空腔共振频率的间隔扩宽，因此能够实现12～18GHz的宽频带的使用。

(共振频率和通路孔的关系)

下面，在图10中示出实施方式1所涉及的封装体构造中的共振频率和通路孔的关系。在图10中，G1表示相邻的通路孔的间隔， D1表示通路孔的直径。另外，在表3中总结了通过计算而得以明确的第2阶空腔共振频率(f2)和通路孔间隔G1的关系、电介体帽内的共振频率(fr)和第2阶空腔共振频率(f2)的关系、以及背面金属膜10b之上的通路孔11的总面积(Sv)和背面金属膜(S10b)的面积的关系。

表3是在实施方式1所涉及的封装体构造中为了使表1所示的电介体帽3内产生的最低阶的共振频率比进行宽频带动作所需的第2 阶空腔共振频率高而需要的条件。示出通路孔11的间隔G1、以及通路孔11的总面积相对于背面金属膜10b的总面积的比率(Sv/S10b)。在表3中，f2是第2阶空腔共振频率，fr是在电介体帽3 内产生的最低阶的共振频率，c是真空之中的光速，Sv是将金属膜 10b和金属膜9连接的通路孔的总截面积，S10b是金属膜10b的面积。

通过针对各种通路孔间隔G1，对电介体帽3内的最低阶的共振频率fr比第2阶共振频率f2高的条件进行电场计算而发现的条件是表3的条件1的算式。就该条件1的算式而言，由于能够通过从由金属包围的空腔内的最低阶共振频率与λ/2相关这一情况实施的类推而进行说明，因此推测为在理论上也是正确的。

并且，在该计算中还一并发现，如果通路孔11的总面积Sv大于或等于背面金属膜10b的面积S10b的2％，则电介体帽3内的最低阶共振频率fr比第2阶空腔共振频率f2高。该条件是表3中的条件2。因此，如果满足条件1和条件2，则能够使fr比f2高。

表3

例如，为了使得在小于或等于18GHz不发生陶瓷帽之中的共振，因而设为f2＝18GHz、ε_r＝9，得到G1＜1.4mm。因此，如果使用通路孔11的间隔小于或等于1.4mm的多个通路孔将背面金属膜10b和表面的金属膜9相连，则能够使由电介体帽导致的共振高于作为目标的12～18GHz这一频率范围。并且，此时，如果通路孔11的总面积 (Sv)相对于背面金属膜的面积S10b为大于或等于2％，则能够使电介体帽3内的最低阶共振频率fr比第2阶空腔共振频率f2高。

图11是实施方式1所涉及的电介体帽的背面金属膜10b的变形例。图11(a)是圆形的例子，图11(b)是六边形的例子，图11(c) 是八边形的例子。为了简化而将通路孔省略。就圆形而言，在图9(a) 所示的W1＝λ/8时，由于最低阶的频率下降约0.1GHz，第2阶的频率升高约0.1GHz，因此图9(b)中的两个频率之差与四边形的情况相比变大约0.2GHz。因此，对于近乎圆形的八边形、六边形等多边形，也能够期待与圆形接近的使频率差增大的效果。另外，在本例中，为了对计算进行简化，示出将重叠宽度W1在纵横方向上设为同一尺寸的例子，但是如果一边为W1、另一边为大于或等于W1，即使是长方形、椭圆形也得到同样的效果。

(实施方式1的效果)

如上所述，具有实施方式1所涉及的电介体帽的高频封装体具有下述效果，即，能够实现由将电介体帽的表面覆盖的金属膜所带来的完全的电磁屏蔽、在电介体帽内产生的不必要的共振的抑制，与此同时，使封装体固有的最低阶的空腔共振频率和次低阶的空腔共振频率之差变大，实现封装体的宽频带化。

[实施方式2]

(构造的说明)

图12是表示本发明的实施方式2的高频封装体的剖视图，图13 是实施方式2所涉及的电介体帽的背面金属膜的俯视图。在图13中， 13a表示在安装电介体帽3时金属膜10a的与侧壁内表面2a接触的部分，13b表示金属膜10a的与侧壁内部2b接触的部分，13c表示金属膜10a的与侧壁外表面2c接触的部分。

如图12、图13所示，由于在与背面金属膜10a形成于同一个面之上的背面金属膜10b处存在电介体露出部(开口部)12b，因此相对于电介体帽3的中心成为甜甜圈状(此处称为带状)。并且，背面金属膜10b与实施方式1同样地通过多个通路孔11与表面金属膜9 电连接。与实施方式1的不同点在于，在背面金属膜存在开口部12b。

(作用)

在图14(a)中示出使电介体帽3的带状导体部10b与空腔4的重叠宽度Wb变化时的最低阶及第2阶空腔共振频率的计算例。在这里，封装体尺寸与实施方式1的计算例(图9)相同。另外，就重叠宽度Wb而言，如图12及图13所示，矩形的带状金属膜10b的中心 (Y1－Y1线及Y2－Y2线)位于从电介体帽3的中心朝向侧壁内表面2a，在垂直方向上移动了帽3的中心和侧壁内表面2a间的一半距离后的位置。因此，带状的背面金属膜10b配置为，2阶的空腔共振的电场最大部与该宽度的中心部重合。

在图14(a)中，使重叠宽度Wb从Wb的宽度的中心部起向外侧和内侧以均等的宽度变化。在图14(a)中，横轴是带状金属膜10b 和空腔4的重叠宽度Wb，Wb以由最低阶的共振所产生的驻波的波长λ进行标准化。在图中，在Wb＝λ/4时，空腔4和电介体帽3的接触面的整个面被金属膜覆盖。在Wb＝0时，不存在带状的背面金属膜10b、背面的电介体完全露出，这一情况与实施方式1的图6相同。与图9(b)相比，图14(b)的频率差的最大值略微下降，但相应地频率差相对于重叠宽度Wb的变化变得缓慢。

图15是实施方式2所涉及的电介体帽的背面金属膜10b的变形例。图15(a)是圆形的例子，图15(b)是六边形的例子，图15(c) 是八边形的例子。为了进行简化而将通路孔省略。在任意的例子中均能够期待以下效果，即，与实施方式1的圆形的频率差相对于四边形变宽同样地，与图14的四边形所示的效果相比，得到稍宽的频率差。另外，在本例中，为了对计算进行简化，示出将重叠宽度Wb在纵横方向上设为同一尺寸的例子，但是如果一边为Wb，即便是多边形、椭圆形也得到相同的效果。

(实施方式2的效果)

如上所述，对于实施方式2所涉及的高频封装体，由于与重叠宽度Wb相对的共振频率的偏移量是弛缓的，因此除实施方式1的效果之外，还具有下述效果，即，与金属膜10b宽度的波动相关的共振频率的波动小。

[实施方式3]

图16是表示本发明的实施方式3所涉及的高频封装体的剖视图，图17是实施方式3所涉及的电介体帽3的背面金属膜的俯视图。与实施方式1的图6的不同点在于，相对于与侧壁2接触的背面金属膜10a，在电介体帽背面之上，外周与10a完全接触，内周朝向电介体帽3的中心以框缘状伸出。图16及图17的10c表示该背面金属膜的伸出部。

(作用)

图18(a)是将金属膜10c和空腔4的重叠宽度Wd作为参数，对使电介体帽3的导体10b和空腔4的重叠宽度Wc(从电介体帽3 的中心、即最低阶的共振中的最大电场部向各侧壁2的垂直方向长度)变化时的空腔共振频率的变化进行计算的例子。封装体尺寸与实施方式1相同。在图中，●○表示最低阶的共振频率，■□表示第2 阶空腔共振频率。横轴是金属膜10b和空腔4的重叠宽度Wc，将Wc 以由最低阶的共振所产生的驻波的波长λ进行标准化来表示。另外，●■是金属膜10c和空腔4的重叠宽度Wd为0时的计算结果，○□是λ/16(≈2mm)时的计算结果。

从电介体帽3的中心向侧壁2的各个面的垂直方向长度的最大值与从上述驻波的波节至波腹为止的距离相等，以λ/4表示。如实施方式2所述，就以覆盖最低阶的共振的最大电场部的方式配置的金属膜10b而言，在重叠宽度Wc为λ/8时，最低阶的空腔共振频率最为向低频带偏移，并且与第2阶空腔共振频率之差变得最大。在 Wc＝λ/8时，如果改变金属膜伸出部10c的宽度Wd，则最低阶及第2阶共振频率向高频带偏移，但是由于第2阶共振频率的变化略大于最低阶的共振频率的变化，因此如图18(b)所示，通过设置金属膜10c，从而共振频率之差略微变大。因此，与实施方式1相比，能够提供更宽频带的封装体。

图19是实施方式3所涉及的电介体帽的背面金属膜10b、10c 的变形例。图19(a)是圆形的例子，图19(b)是六边形的例子，图19(c)是八边形的例子。为了进行简化而将通路孔省略。在任意的例子中均如实施方式1及2的变形例所述，能够期待使最低阶和第 2阶之间的频率差与四边形的情况相比更宽的效果。另外，在本例中，为了对计算进行简化，示出将重叠宽度Wc、Wd在纵横方向上设为同一尺寸的例子，但是多边形、椭圆形也得到相同的效果。

(实施方式3的效果)

如上所述，实施方式3所涉及的高频封装体通过相对于实施方式1新追加的、从侧壁至内侧设置的金属膜10c，能够提供与实施方式1相比更宽频带的封装体。其他效果与实施方式1相同。

[实施方式4]

图20(a)是本发明的实施方式4所涉及的高频封装体的剖视图，图20(b)是图20(a)之中的SW3部的放大图。图20(a)的剖视图是与图2的仰视图所记载的X2－X2面相对应的剖视图。在图中，侧壁2由陶瓷等电介体形成，经由导电性粘接剂等与导体基座板1 连接。另外，15是在侧壁2的上部的与电介体帽3的背面导体10a 的接触面通过镀敷等而形成的导体，同样经由导电性粘接剂等与导体 10a连接，16是为了对前述导体14及15进行电连接而在侧壁2的封装体外侧的面通过镀敷等构成的导体。换言之，是在图5(d)、(e) 中去除通路孔2e、仅对外表面2c和上表面2f、下表面2g设置了金属膜后的侧壁的构造。由于与实施方式1～3不同，侧壁2的导体部分仅由导体14、15、16构成，因此空腔4的相对于侧壁2的边界条件不同。其他构造与实施方式1相同。

(作用)

在图21中示出使本发明的实施方式4所涉及的高频封装体的电介体帽3的背面金属膜10b与空腔4的重叠宽度W1(从封装体中心、即最低阶的共振中的最大电场部向各侧壁2的垂直方向长度)变化时的共振频率的变化。在图中，○■表示最低阶的共振频率，□●表示次低阶(第2阶)的共振频率。另外，横轴表示金属膜10b和空腔4 的重叠宽度W1，该值以由最低阶的共振所产生的驻波的波长λ进行标准化。另外，○□表示本实施方式4的高频封装体的共振频率，●■表示前述实施方式1的高频封装体的共振频率。

就实施方式4的共振频率而言，相对于重叠宽度W1的变化，示出与实施方式1的共振频率相同的变化，但是能够使其绝对值整体性地低于实施方式1的共振频率。这是基于侧壁的边界条件的变更而实现的。空腔共振频率通常由封装体的尺寸决定，其尺寸由所安装的半导体元件和匹配电路基板等的尺寸决定。在实施方式1～3中，通过对电介体帽的构造进行变更，从而实现宽频带化，但是本实施方式在对其频率范围进行微调方面是有效的。

(实施方式4的效果)

如上所述，实施方式4所涉及的高频封装体通过相对于实施方式1～3新追加的、从侧壁至内侧设置的金属膜10c，能够使由实施方式1～3得到的最低阶和第2阶空腔共振频率范围整体性地向低频带偏移，对于频率范围的调整是有效的。其他效果与实施方式1～3 相同。

Claims (5)

1.一种微米波段及毫米波段封装体，其具有：

导体基座板，其在上表面固定有半导体元件；

侧壁，其在所述导体基座板之上以包围所述半导体元件的方式设置，具有与所述导体基座板电连接的导体部分；

电介体帽，其是为了与所述导体基座板和所述侧壁一起形成内部空间而设置于所述侧壁之上的；

表面金属膜，其设置于所述电介体帽的外侧的面之上；

第1背面金属膜，其设置于所述电介体帽的内侧的面之上，相对于所述电介体帽的与所述导体基座板相向的面，中心大致一致；以及

多个通路孔，其以贯通所述电介体帽的方式设置，对所述表面金属膜和所述第1背面金属膜之间、以及所述表面金属膜和所述侧壁的导体部分之间分别进行电连接，

所述第1背面金属膜的形状是矩形、圆形、椭圆形、多边形中的任意的形状，

并且，在所述第1背面金属膜内具有大致相似形状且面积小、中心大致一致的开口部，

所述开口部的所述第1背面金属膜的宽度处于与最低阶的空腔共振频率对应的波长的1/16至3/16的范围，该最低阶的空腔共振频率是在由所述侧壁、所述导体基座板和所述电介体帽形成的空间被导体包围、填充有空气时产生的。

2.根据权利要求1所述的微米波段及毫米波段封装体，其特征在于，

还具有第2背面金属膜，该第2背面金属膜位于所述电介体帽的内侧的面，该第2背面金属膜的外周部与所述侧壁接触，内周部向所述电介体帽的中心方向伸出，

经由多个通路孔而对所述表面金属膜和所述第2背面金属膜进行电连接。

3.根据权利要求1或2所述的微米波段及毫米波段封装体，其特征在于，

在将所述电介体帽的相对介电常数设为ε_r、将真空之中的光速设为c、将相比于所述最低阶的空腔共振频率的次低阶空腔共振频率设为f2的情况下，所述多个通路孔的间隔G1为G1＜c/[(ε_r)^1/2×f2×2]，

且

所述第1背面金属膜的面积S和所述多个通路孔的总截面积Sv之比Sv/S大于或等于2％。

4.根据权利要求1或2所述的微米波段及毫米波段封装体，其特征在于，

将所述侧壁的导体部分设置于所述侧壁的外侧的面。

5.根据权利要求3所述的微米波段及毫米波段封装体，其特征在于，

将所述侧壁的导体部分设置于所述侧壁的外侧的面。