JP6971921B2 - 差動伝送線路、配線基板および半導体用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、互いに平行な一対の信号線路を含む差動伝送線路、外部接続用のピン端子を有する半導体用パッケージおよび半導体装置に関する。

高周波信号を伝送する伝送線路として、互いに逆位相の信号が伝送される一対の信号線路を含む差動線路が知られている。通常、差動線路の幅方向の両側には、差動線路の一対の信号線路の両方をまとめて挟むように接地導体層が配置されて、差動伝送線路を構成している。電位が異なる導体間の短絡を防ぐために、一対の信号線路同士は互いに距離をあけて位置し、差動線路と接地導体層とも互いに間をあけて位置している。

差動伝送線路は、例えばセラミック板等の絶縁基板上に配置されて配線基板を構成する。配線基板は、例えば光半導体素子または半導体集積回路素子等の半導体素子を実装する半導体用パッケージに実装され、半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路の一部を構成する。

特開2008−10673号公報 特開2004−304233号公報

上記差動線路を含む差動伝送線路等においては、例えば半導体素子と外部電気回路との電気的な接続を容易とするために、一対の信号線路の長さ方向の一部を一方向に曲げる場合がある。つまり、差動線路が、その長さ方向の一部において湾曲している。このような場合には、差動線路が曲がった一方向側の信号線路、つまり内側の信号線路と、それと反対側の外側の信号線路とでは、線路の長さが互いに異なる。この長さの差に起因して、高周波信号の伝送損失が生じる可能性がある。

本発明の１つの態様の差動伝送線路は、それぞれ第１端および第２端を有し、前記第１端と前記第２端との間において第１方向に曲がった湾曲部分を有する互いに平行な一対の信号線路を含む差動線路と、該差動線路を挟んで、前記一対の信号線路と間をあけて位置している接地導体層と、前記湾曲部分において前記一対の信号線路のうち前記第１方向側に位置している内側の信号線路と、内側の前記信号線路に隣り合う前記接地導体層との間に位置している誘電体とを備える。

本発明の１つの態様の配線基板は、上面を有する絶縁基板と、該絶縁基板の前記上面に位置しており、それぞれ第１端および第２端を有し、前記第１端と前記第２端との間において第１方向に曲がった湾曲部分を有する互いに平行な一対の信号線路を含む差動線路と、該差動線路を挟んで、前記一対の信号線路と間をあけて位置している接地導体層と、前記湾曲部分において前記一対の信号線路のうち前記第１方向側に位置している内側の前記信号線路と内側の前記信号線路に隣り合う前記接地導体層との間に位置している誘電体層とを含む差動伝送線路と備える。

本発明の１つの態様の半導体装置は、上記構成の配線基板と、半導体素子の収容部を有
する筐体と、該筐体の前記収容部に位置しており、前記配線基板の前記差動線路と電気的に接続された伝送線路とを備える。

本発明の１つの態様の伝送線路によれば、誘電体の存在により、内側の信号線路において信号の伝送速度が遅くなり、電気長が長くなる。そのため、一対の信号線路の湾曲部分における内側の信号線路と外側の信号線路との物理長の差を打ち消すことができる。したがって、伝送損失の低減に有効な差動伝送線路を提供することができる。

本発明の１つの態様の配線基板によれば、誘電体層の存在により、内側の信号線路において信号の伝送速度が低くなり、電気長が長くなる。そのため、一対の信号線路の湾曲部分における内側の信号線路と外側の信号線路との物理長の差を打ち消すことができる。したがって、伝送損失の低減に有効な差動伝送線路を有する配線基板を提供することができる。

本発明の１つの態様の半導体装置によれば、上記構成の配線基板を含むことから、高周波信号の伝送損失の低減に有効な半導体用パッケージを提供することができる。

（ａ）は本発明の実施形態の差動伝送線路および配線基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）から誘電体（層）を除いた状態を示す平面図である。 図１に示す配線基板を上側から見た斜視図である。 （ａ）は、図２に示す配線基板の変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の要部を拡大して示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１に示す配線基板の変形例を示す平面図である。 図２に示す配線基板の変形例を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態の配線基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す配線基板を上側から見た斜視図である。 本発明の実施形態の半導体用パッケージを上側から見た斜視図である。

本発明の実施形態の差動伝送線路、配線基板および半導体用パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は説明上の便宜的なものであり、実際に差動伝送線路、配線基板または半導体用パッケージが使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下の説明におけるインピーダンスは、特性インピーダンスを意味する。

図１（ａ）は本発明の実施形態の差動伝送線路および配線基板を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）から誘電体または誘電体層を除いた状態を示す平面図である。図２は図１に示す配線基板を上側から見た斜視図である。図３（ａ）は、図２に示す配線基板の変形例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部を拡大して示す斜視図である。図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１に示す配線基板の変形例を示す平面図である。図５は図２に示す配線基板の変形例を示す斜視図である。図６（ａ）は本発明の他の実施形態の配線基板を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す配線基板を上側から見た斜視図である。図７は、本発明の実施形態の半導体用パッケージを上側から見た斜視図である。

実施形態の差動伝送線路10は、例えば、半導体素子と外部電気回路等の他の電気回路とを電気的に接続する導電路として用いられる。以下に説明する実施形態の差動伝送線路10
は、絶縁基板11上に配置されて配線基板20を構成している。配線基板20は、半導体素子が実装される半導体用パッケージ30において半導体素子と外部電気回路等とを電気的に接続する接続部材として用いられている。

ただし、上記は説明のための便宜的な形態である。差動伝送線路10は、絶縁基板11上に位置するものには限定されず、種々の形態において高周波信号（数十ＧＨｚ以上等）の信号伝送用に用いられて構わない。配線基板20も、上記の用途には限定されず、例えば、電子部品搭載用基板として単独で用いられるものでも構わない。

実施形態の差動伝送線路10は、互いに平行な一対の信号線路１を含む差動線路１Ａと、接地導体層２と、誘電体３とを有している。一対の信号線路１は、それぞれ第１端ａおよび第２端１ｂを有している。また、それぞれの信号線路１は、第１端１ａと第２端１ｂとの間において第１方向Ｘに曲がった湾曲部分１ｃを有している。湾曲部分１ｃ以外において一対の信号線路１はそれぞれ直線状であり、平行である。湾曲部分１ｃにおいても、一対の信号線路１同士の間の距離は直線状の部分と同じく一定であり、互いに平行状の位置関係にある。

接地導体層２は、差動線路１Ａを挟んで、一対の信号線路１と間をあけて（電気的に短絡しないように）位置している。接地導体層２は、図１等に示す例では２つの接地線路（接地線路としては符号なし）によって構成されている。これらの２つの接地線路のそれぞれは、信号線路１の長さ方向に直交する幅方向において、差動線路１Ａを挟む両側に位置している。

誘電体３は、湾曲部分１ｃにおいて、一対の信号線路１のうち第１方向Ｘ側に位置している内側の信号線路１と、内側の信号線路に隣り合う接地導体層２との間に位置している。なお、以下の説明において、一対の信号線路１のうち第１方向Ｘ側（いわゆるカーブの内側）に位置するものを単に内側の信号線路１という場合がある。また、他の信号線路１を単に外側の信号線路１という場合がある。

この実施形態において、誘電体３は誘電材料からなる誘電体層３Ａとして実現されている。前述したように、この差動伝送線路10は絶縁基板11上に位置して実施形態の配線基板20を構成している。差動伝送線路10に含まれる誘電体３は、この絶縁基板11上に位置する誘電体層３Ａに相当する。以下において、簡単のため、誘電体３を誘電体層３Ａと特に区別せずに誘電体層３Ａという場合がある。

差動伝送線路10は、例えば上記のように半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路として用いられる。差動線路１Ａは、この信号を伝送する導電路である。差動線路１Ａが有する一対の信号線路１は、それぞれ互いに逆位相の電流が流れて、その電位差で信号を伝送する差動伝送を行なう。

信号線路１の第１端１ａおよび第２端１ｂは、それぞれ、例えば、半導体素子と電気的に接続される接続端部および外部電気回路と電気的に接続される接続端部である。また、信号線路１は、第１端１ａと第２端１ｂとの間（図１等に示す例では長さ方向の中央付近）において湾曲部分１ｃを有している。言い換えれば、信号線路１が長さ方向の途中で90度方向等に曲がっている。信号線路１が湾曲部分１ｃを有していることにより、例えば、半導体素子が接続される方向と外部電気回路が接続される方向とが互いに異なるようなときでも、それらの電気的接続を行わせることができる。

差動線路１Ａを挟む接地導体層２は、それぞれの信号線路１の特性インピーダンスの調整および電磁ノイズの低減等の機能を有している。このような機能を考慮して、接地導体
層２は、差動線路１Ａ（個々の信号線路１）の長さ方向の全長にわたって、信号線路１のそれぞれに沿って位置している。

誘電体３は、一対の信号線路１同士の間で伝送されるそれぞれの信号に対する電気長を互いに同じ値に調整する機能を有している。すなわち、湾曲部分１ｃにおいては、内側の信号線路１の物理長が、外側の信号線路１の物理長よりも短い。仮に誘電体３がないとすると、内側の信号線路１の電気長も外側の信号線路１の電気長よりも短くなる。この電気長の差に起因して、内側の信号線路１と外側の信号線路１との間で位相がずれて、差動伝送線路10として伝送損失を生じる可能性がある。これに対して、誘電体３が存在していることにより、内側の信号線路１において信号の伝送速度を遅くして電気長を長くすることができる。そのため、一対の信号線路１の湾曲部分１ｃにおける内側の信号線路１と外側の信号線路１との物理長の差を打ち消して、電気長を互いに同じ程度にすることができる。したがって、伝送損失の低減に有効な差動伝送線路10を提供することができる。

なお、誘電体３は、この実施形態では絶縁基板11上に位置して配線基板20を構成するものとしているため、上記のように誘電体層３Ａである。ただし、誘電体３は、このような誘電体層３Ａには限定されず、信号線路１と接地導体層２との間に位置することができる他の形態のものであればよい。誘電体３の他の形態としては、例えば、誘電体粒子を含むガラス等の被覆材、および導線状の信号線路（図示せず）を被覆するエポキシなどの被覆材等が挙げられる。

誘電体３を形成する誘電材料は、仮に誘電体３がないとしたときに内側の信号線路１と接地導体層２との間に位置する空気等のものを超える比誘電率であるものを用いることができる。具体的には、誘電体３は、アルミナ（比誘電率が８〜10程度）およびガラス（比誘電率が４〜10程度）等の無機材料、エポキシ樹脂（比誘電率が３〜５程度）等の樹脂材料等を用いることができる。また、誘電体３は、チタン酸バリウム（比誘電率が1200〜1500程度）の、いわゆる誘電体セラミックからなるものでもよい。

湾曲部分１ｃにおいて誘電体３が位置する範囲は、誘電体３が有する比誘電率、信号線路１を伝送される信号の周波数および湾曲部分の曲率等の条件に応じて適宜設定することができる。つまり、湾曲部分１ｃにおける一対の信号線路１間の物理長の差と、信号伝送が遅延することによる内側の信号線路の電気長の延びとが同じ程度になるように、誘電体３の存在範囲を設定すればよい。

配線基板20は、例えば上記構成の差動伝送線路10と、差動伝送線路10が位置する上面を有する絶縁基板11とによって基本的に構成されている。この場合、差動伝送線路10は絶縁基板11の上面に位置する誘電体層３Ａを有する。絶縁基板11は、例えば平面視で矩形状であり、平板状である。

すなわち、実施形態の配線基板20は、上面を有する絶縁基板11と、絶縁基板11の上面に位置している、互いに平行な一対の信号線路１を含む差動線路１Ａと、その上面に位置する接地導体層２と、信号線路１と接地導体層２との間において絶縁基板11の上面に位置する誘電体層３Ａとを有している。信号線路１のそれぞれは、第１端１ａおよび第２端１ｂを有し、第１端１ａと第２端１ｂとの間において第１方向Ｘに曲がった湾曲部分１ｃを有している。第１方向Ｘは、例えば矩形状の絶縁板11の１つの外辺に対して直交する方向である。つまり、差動線路１Ａが約90度曲がっている。この曲がりは、90度には限定されず、外部電気回路等との接続位置等の条件に応じて適宜設定することができる。

また、接地導体層２は、差動線路１Ａを挟んで、信号線路１の幅方向における両側に位置している。接地導体層２は、電気的な短絡抑制のため、一対の信号線路１と間をあけて
位置している。

また、誘電体層３Ａは、湾曲部分１ｃにおいて、一対の信号線路１のうち前記第１方向Ｘ側に位置している内側の信号線路１とその内側の信号線路１に隣り合う接地導体層２との間に位置している。配線基板20に関する以下の説明においても、前述した差動伝送線路10に関する説明と同様に、第１方向Ｘ側の信号線路１を単に内側の信号線路１という場合があり、他の信号線路１を単に外側の信号線路１という場合がある。

絶縁基板11は、差動線路１Ａおよび接地導体層２を互いに電気的に絶縁させた状態で、一定の位置関係に固定する基体としての機能を有している。絶縁基板11は、例えば、上記のように矩形平板状であり、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ケイ素質焼結体、炭化ケイ素質焼結体、ムライト質焼結体およびガラスセラミック焼結体等から適宜選択された電気絶縁性の材料で形成されている。絶縁基板11は、これらのセラミック材料からなるものには限定されない。例えば、絶縁基板11は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびポリアミド樹脂等の樹脂材料を含むものでもよく、これらの樹脂材料にガラスクロスまたは無機物フィラー等が加えられた複合材料を含むものでもよい。

絶縁基板11は、酸化アルミニウム質焼結体からなるものであるときには、以下の工程を含む製造方法で製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化カルシウム等の原料粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練してスラリーを作製する。次に、このスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形法で帯状のセラミックグリーンシートに成形する。その後、セラミックグリーンシートを所定の形状および寸法に切断して複数のシートを作製し、必要に応じて複数のシートを作製した後、1300〜1600℃程度の温度で焼成する。以上の工程によって、絶縁基板11を製作することができる。

また、絶縁基板11がエポキシ樹脂からなる場合であるときには、未硬化のエポキシ樹脂材料を、絶縁基板11と同様の内部空間を有する成型金型内に充填して加熱硬化させる方法で、絶縁基板11を製作することができる。

信号線路１は、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、クロム、チタンおよびコバルト等の金属材料から適宜選択された金属材料により形成されている。また、信号線路１は、これらの金属材料を含む合金材料により形成されたものでもよい。信号線路１は、メタライズ層、めっき層および蒸着層等の種々の形態で形成されたものとすることができる。信号線路１は、例えばタングステンのメタライズ層である場合には、次に示す各工程で形成することができる。

まず、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストをスクリーン印刷法等の方法で絶縁基板11となるシート表面に印刷する。その後、この金属ペーストをシートとともに同時焼成する。以上の方法によって信号線路１を形成することができる。このタングステンのメタライズ層は、その露出表面にニッケルおよび金等のめっき層が被着されてもよい。めっき層の被着により、信号線路１の酸化腐食抑制、信号線路１に対するはんだの濡れ性およびボンディングワイヤのボンディング性等の特性を向上させることができる。はんだおよびボンディングワイヤは、例えば、信号線路１と外部電気回路とを電気的に接続する導電性接続材である。

誘電体層３Ａは、湾曲部分１ｃにおいて内側の信号線路１と外側の信号線路１との電気長を同じ長さに揃える機能を有している。この機能は、前述した差動伝送線路10の誘電体３の場合と同様である。すなわち、湾曲部分１ｃにおいて、誘電体層３Ａの存在により内側の信号線路の信号の伝送速度が遅くなる。そのため、内側の信号線路１の電気長が長く
なり、外側の信号線路１よりも物理長が短い内側の信号線路１の電気長が長くなる。これにより、湾曲部分１ｃにおける一対の信号線路１間で、互いの物理長の差が打ち消され、同じ電気長に揃えられる。したがって、一対の信号線路１間における位相のずれが低減され、伝送損失が低減される。

誘電体層３Ａは、例えば前述した実施形態の差動伝送線路10が有する誘電体３と同様の誘電材料によって形成されている。誘電体層３Ａは、絶縁基板11と一体的に形成されたものでもよく、絶縁基板11とは別に製作された層状のものが絶縁基板11の上面に接合されてなるものでもよい。この場合、誘電体層３Ａは、絶縁基板11と同じまたはそれ以上の比誘電率を有するものであれば、内側の信号線路１における信号伝送を効果的に遅延させることができる。すなわち、この場合には、内側の信号線路１と接地導体層２との間には空気と絶縁基板11の表面部分とが位置している。この空気の部分を誘電体層３Ａで置換するため、内側の信号線路１の伝送速度を遅くすることができる。

誘電体層３Ａは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板11に含まれているのと同様のアルミナを含むものであれば、次の方法で形成することができる。まず、絶縁基板11と同様の酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を有機溶剤およびバインダと混練してセラミックペーストを作製する。次に、このセラミックペーストを、信号配線１となる金属ペーストを印刷した、絶縁基板11となるシート表面に所定パターンに印刷する。その後、このセラミックペーストを金属ペーストおよびシートと同時焼成してアルミナを含む焼結体とする。以上の工程によって、アルミナを含む誘電体層３Ａを絶縁基板11上面の所定位置に形成することができる。

誘電体層３Ａは、絶縁基板11を形成する材料と同じ材料を含むものであれば、上記のように絶縁基板11との一体的な形成が容易である。また、誘電体層３Ａと絶縁基板11との接合強度の向上にも有効である。したがって、配線基板20の生産性および信頼性等を考慮すれば、誘電体層３Ａは、絶縁基板11を形成する材料と同じ材料を含むものが適している。

誘電体層３Ａが絶縁基板11と異なる材料からなるときには、例えば絶縁基板11とは別に作成した層状の誘電材料を、ガラス、セラミック、ろう材または樹脂材料等の接合材を介して絶縁基板11の上面に接合すればよい。この場合には、誘電体層３Ａの比誘電率を絶縁基板11の比誘電率よりも大きくすることが容易である。そのため、内側の信号線路１の信号伝送速度を効果的に低減して電気長を延ばすことも容易である。なお、絶縁基板11とは別に作成した層状の誘電材料は、例えばチタン酸バリウムの薄層であり、例えば、チタン酸バリウムの粉末をバインダ等とともに成形したシートを焼成する製造方法で、作製することができる。

配線基板20において、湾曲部分１ｃのうち誘電体層３Ａが位置する範囲（誘電体層３Ａの、信号線路１に沿った長さ）は、前述した差動伝送線路10における誘電体３の場合と同様に設定することができる。すなわち、誘電体層３Ａを形成する材料の比誘電率、信号線路１を伝送される信号の周波数および湾曲部分の曲率等の条件に応じて、信号線路１に沿う誘電体層３Ａの長さを設定する。

上記の配線基板20において、絶縁基板11が第１誘電体材料を含んでいるとともに、誘電体層３Ａが第１誘電体材料よりも誘電率が大きい第２誘電体材料を含んでいてもよい。例えば、絶縁基板11が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、絶縁基板11は第１誘電体材料としてアルミナを含有している。また、このときに、例えば図３に示すように、絶縁基板11の上面が、誘電体層３Ａが位置する部分において凹部４を有していてもよい。さらに、その凹部４内に誘電体層３Ａ（図３では図示せず）が厚み方向の少なくとも一部が位置していてもよい。この厚み方向の一部とは、例えば誘電体層３Ａの厚み方向の中央部よりも下側の部分である。

この場合には、上下方向において、内側の信号線路１と接地導体層２との間に存在する誘電体層３Ａの範囲をより大きくすることができる。そのため、信号線路１に対する誘電体層３Ａによる信号伝送の遅延の効果を高めることができる。したがって、内側の信号線路の電気長をより容易に、長くする方向に調整することができ、伝送損失低減に有利な配線基板20とすることができる。

また、この場合には、凹部４内に誘電体層３Ａの厚み方向の一部が埋まった形態であるため、アンカー効果により誘電体層３Ａの絶縁基板11に対する接合の強度を高めることもできる。なお、アンカー効果による誘電体層３Ａと絶縁基板11との接合強度向上の効果は、誘電体層３Ａが絶縁基板11と同じ材料からなる場合でも得ることができる。したがって、単に誘電体層３Ａと絶縁基板11との接合強度を高めるために、絶縁基板11が凹部４を有するものとしても構わない。

配線基板20は、上記各例において、例えば図４（ａ）に示すように、誘電体層３Ａが、絶縁基板11の上面から湾曲部分１ｃにおける内側の信号線路１にかけて覆うように位置しているものでもよい。この場合には、内側の信号線路１に対して、より広い範囲で、より近い位置で誘電体層３Ａが存在する。そのため、信号線路１に対する誘電体層３Ａによる信号伝送の遅延の効果を高めることができる。したがって、内側の信号線路１の電気長をより容易に、長くする方向に調整することができ、伝送損失低減に有利な配線基板20とすることができる。

また、この場合には、信号線路１から絶縁基板11の上面にかけて一体的に誘電体層３Ａが被覆した構造になる。そのため、誘電体層３Ａにより、信号線路１の絶縁基板11上面に対する接合の強度を向上させる効果も得ることができる。したがって、配線基板20としての信頼性向上に対して有利である。このような効果は、誘電体層３Ａが絶縁基板11と同じ誘電材料を含み、誘電体層３Ａと絶縁基板11とが同時焼成等の方法で一体的に形成されているときには、より容易に得られる。

配線基板20は、上記各例において、例えば図４（ｂ）に示すように、誘電体層３Ａが、絶縁基板11の上面から湾曲部分１ｃにおける内側の信号線路１に隣り合う接地導体層２上にかけて覆うように位置していてもよい。

この場合には、内側の信号線路１と接地導体層２との間に存在する誘電体層３Ａの平面視における範囲を大きくすることが容易である。そのため、信号線路１に対する誘電体層３Ａによる信号伝送の遅延の効果を高めることができる。これにより、内側の信号線路１の電気長をより容易に、長くする方向に調整することができ、伝送損失低減に有利な配線基板20とすることができる。

また、この場合には、絶縁基板11の上面から接地導体層２の上面にかけて一体的に誘電体層３Ａが被覆した構造になる。そのため、誘電体層３Ａにより、接地導体層２の絶縁基板11上面に対する接合の強度を向上させる効果も得ることができる。したがって、配線基板20としての信頼性向上に対して有利である。

なお、例えば図６に示す例のように、誘電体層３Ａは、湾曲部分１ｃにおいて、絶縁基板11の上面から内側の信号線路１および接地導体層２の両方にかけて、それぞれの少なくとも一部を覆うものでもよい。この場合にも、上記のようなそれぞれの効果（電気長の調整の容易性および信頼性の向上）を有効に得ることができる。さらに、それらの電気長の調整による伝送特性の向上および信頼性の向上の効果を高めることも容易である。

なお、誘電体層３Ａが存在する範囲は、例えば、誘電体層３Ａとなるセラミックペーストの塗布範囲を調整することによって、容易に上記それぞれの形態に設定することができる。この場合、誘電体層３Ａが内側の信号線路１を越えて外側の信号線路１の方向に広がると、外側の信号線路１でも信号伝送の遅延が生じてしまう。つまり、外側の信号線路１でも電気長を長くする作用が生じてしまうので、一対の信号線路の電気長を揃える効果が低くなる可能性がある。そのため、例えば誘電体層３Ａとなるセラミックペースト塗布時の位置精度等も考慮して、誘電体層３Ａは、内側の信号線路１の幅方向の一部を覆う程度に設定されていればよい。

配線基板20は、上記各例において、例えば図１（ａ）に示すように、誘電体層３Ａが、一対の信号線路１の湾曲部分１ｃの両端から湾曲部分に続く両方向の直線状の部分にかけて延在していてもよい。なお、この直線状の部分は、信号線路１が外部電気回路等に接続される部分であり、以下、接続部分１ｄという。この場合には、接続部分１ｄで信号伝送遅延の割合を微調整できるので、内側の誘電体層３Ａの電気長の調整精度を高めることが容易になる。また、このときに、湾曲部分１ｃの両端から接続部分１ｄに向かう両方向で、誘電体層３Ａが互いに同じ長さになるように延在していてもよい。

内外の信号線路間の位相ずれは、物理的な長さの差が生じる湾曲部分１ｃで発生する。よって、位相ずれが発生している箇所を中心に電気長を補正することによって、より精度の高い電気長の調整が行えると同時に、より伝送損失を改善することができる。つまり、位相ずれが生じる前や生じた後で電気長を補正するよりも、位相ずれが発生している箇所および近い個所で補正したほうが、伝送損失の低減効果を高くすることができる。

上記実施形態の配線基板20について、一例を挙げて効果を具体的に説明する。効果の確認は、Ｓパラメータを用いたシミュレーションにより行なった。このシミュレーション例において、絶縁基板11は酸化アルミニウム質焼結体からなり、平面視において１辺の長さが６ｍｍの正方形板状のものとした。一対の信号線路１は、それぞれ線幅が75μｍであり、隣接する接地導体層との間隔が75μｍであり、内側と外側の信号線路の間隔が105μｍであり、接地導体層２の線幅は200μｍのものに設定した。

湾曲部分１ｃにおいて、信号線路１が90°の角度で湾曲するものとし、内側の信号線路１の曲率半径を371μｍとし、外側の信号線路１の曲率半径を958μｍとした。

誘電体層３Ａは、内側の信号線路１と内側の信号線路に隣り合う接地導体層２との間に位置しており、湾曲部分１ｃから互いに同じ距離になるように第１端１ａおよび第２端１ｂ２の長さは4240μｍ（線状パターン）であり、材質はアルミナとした。

また、比較例として誘電体層３Ａを有していないこと以外は上記各条件と同じ条件に設定された配線基板（図示せず）を設定した。以上の条件で、信号線路１を伝送される信号の周波数を70ＧＨｚとして伝送損失をシミュレーションで求めた。

伝送損失はS21で確認した。その結果、実施形態の配線基板20では、伝送損失が0.1ｄＢ程度であったのに対して、比較例の配線基板では伝送損失が１ｄＢ程度であった。以上の結果より、実施形態の配線基板20およびこれが有する差動伝送線路10における伝送損失低減の効果を確認することができた。

なお、前述した曲率半径は、内側、外側それぞれの信号線路１の線幅の中央部分においての長さである。また、誘電体層３Ａの長さも同様に、線幅の中央部分においての長さを示している。

図６（ａ）は本発明の他の実施形態の配線基板を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す配線基板を上側から見た斜視図である。図６に示す例では、２つの差動伝送線路10が１つの絶縁基板11の上面に互いに隣接し合って位置している。それぞれの差動伝送線路10は、上記実施形態の各例のいずれかの配線基板20が有する差動伝送線路10と同様の形態である。

図６に示す例のように、絶縁基板11の上面に２つの差動伝送線路10が互いに平行に位置していてもよい。２つの差動伝送線路10は、それぞれの信号線路１の接続部分１ｄ同士が互いに平行であり、湾曲部分１ｃにおいて互いに隣り合う外辺間の距離が一定である。つまり、湾曲部分１ｃにおいて、接続部分１ｄと同じ隣接間隔で互いに平行状の位置関係にある。

この場合には、２つの差動伝送線路10が１つの絶縁基板11に配置されているため、差動線路１Ａおよび差動伝送線路10の配置の密度を大きくすることができる。これにより、例えば、配線基板20と電気的に接続される半導体素子の高集積化等への対応に有効である。なお、図６に示す例では、２つの差動伝送線路10の間に位置する接地導体層２が、それぞれの差動伝送線路10の接地導体層２として共有されている。これにより、接地導体層２を配置するスペースが低減されるため、差動伝送線路10の配置の密度を向上させることもできる。

この実施形態においては、２つの差動伝送線路10のうち第１方向Ｘ側に位置する内側の差動伝送線路10が有する誘電体層３Ａは、２つの差動伝送線路10のうち第１方向Ｘ側と反対側に位置する外側の差動伝送線路10が有する誘電体層３Ａよりも誘電率が高い。この誘電率の差は、実用上、比誘電率の差とみなすことができる。

これにより、内側の信号線路１の物理長がより短くなる内側の差動伝送線路10において、より効果的に内側の信号線路１の電気長を長くすることができる。そのため、２つの差動伝送線路の両方において、一対の信号線路１間の電気長を揃えることが容易であり、伝送損失を効果的に低減することができる。したがって、この場合には、差動伝送線路10の配置の密度および伝送特性の向上の両方に有効な配線基板20とすることができる。

なお、２つの差動伝送線路10における誘電体層３Ａの誘電率の差は、それぞれの差動線路１Ａを伝送される信号の周波数、湾曲部分１ｃにおける各信号線路１の曲率（湾曲部分１ｃにおける線路長）等の条件に応じて、適宜設定することができる。例えば、内側の差動伝送線路10の誘電体層３Ａがアルミナであるときに、外側の差動伝送線路10の誘電体層３Ａはムライト（比誘電率が６〜７程度）またはガラス等が用いられ、上記比誘電率の差は、比誘電率の差として３〜５程度に設定される。

前述したように、図７は本発明の実施形態の半導体用パッケージ30を上側から見た斜視図である。この半導体用パッケージ30は、上記いずれかの構成の配線基板20と、半導体素子の収容部21ａを有する筐体21とを有している。配線基板20は、筐体21の壁部分に設けられた開口部22を塞いで位置している。この例における配線基板20は、収容部21ａの内外を導通する入出力端子として機能する。また、この半導体用パッケージ30は、筐体21の収容部21ａに位置している伝送線路23を有している。伝送線路23は、配線基板20の差動線路１Ａと電気的に接続されている。伝送線路23のうち差動線路１Ａが接続されている部分以外の部分に、収容部21ａに収容される半導体素子24が電気的に接続される。半導体用パッケージ30に半導体素子24が収容され、蓋体等の封止材（図示せず）で収容部21ａが封止されて、半導体装置40が形成される。

半導体用パッケージ30および半導体装置40において、配線基板20は収容部内外を電気的に接続する機能（上記入出力端子の機能）を有する。配線基板20の差動伝送線路10のうち収容部21ａ内に位置する部分が、伝送線路23を介して半導体素子24と電気的に接続される。また、差動伝送線路10のうち収容部21外に位置する部分が外部電気回路と電気的に接続される。これらの電気的接続は、例えば、ボンディングワイヤ、はんだ、導電性接着剤およびフレキシブル基板等の導電性の接続材を介して行なわせることができる。

筐体21は、例えば平面視で矩形状（図７に示す例では細長い長方形状）であり、直方体状である。直方体状の筐体21の上面に凹状の収容部21ａの開口が位置している。筐体21のうち収容部21ａを囲む部分が上記壁部分である。半導体素子24は、例えば収容部21ａの底面に搭載される。また、半導体素子24は、搭載用の基台（いわゆるサブマウント）を介して収容部21ａの底面に搭載されてもよい。

例えば、半導体素子24が光電変換機能を有する光半導体素子であるときに、貫通孔25に光ファイバが挿入されて固定される。これにより、半導体素子24と外部との光信号による接続が可能になる。この半導体素子24は配線基板20を介して外部に接続される。

この例における筐体21は、短辺側の壁部分に、収容部21ａの内外に開口した貫通孔25を有している。この貫通孔25は、例えば光ファイバ等の接続材を挿入して位置決め固定する機能を有している。貫通孔25に光ファイバが挿入され、その光ファイバの端部分が半導体素子24の受光部または発光部に接続される。これにより、半導体素子24（光半導体素子）と外部との間で光信号の送受が可能になる。

筐体21は、例えば、鉄−ニッケル−クロム合金（ＪＩＳ規格のＳＵＳ304、ＳＵＳ310等）、鉄−ニッケル−クロム−モリブデン合金（ＪＩＳ規格のＳＵＳ303、ＳＵＳ316等）等のステンレス鋼、鉄−ニッケル−コバルト合金および銅−亜鉛合金等の金属材料から適宜選択された材料によって形成されている。

筐体21の貫通孔25は、例えば、ドリルによる孔あけ加工等により形成される。貫通孔25の筐体21外側開口の周囲にフェルール等を含む筒状の固定部材の一端が接合されてもよく、または貫通孔25に固定部材がはめ込まれて接合されてもよい。筒状の固定部材が有する長さ方向の貫通孔内に光ファイバが挿入され、固定部材を介して光ファイバが筐体21に対して位置決め固定される。

筐体21は、筐体21を形成する金属材料の原材料に、圧延、打ち抜き、放電、切削および研磨等の金属加工法から適宜選択した加工を施すことによって製作することができる。この場合、筐体21は、収容部21ａの底面を含む板状の部分と、板状の部分の上面の外周に位置する枠状の部分（壁部分）とを別々に作製した後、これらを互いに接合させる方法で製作しても構わない。板状の部分と枠部状の部分とは、例えば、ろう材を介した接合等の接合法で接合させることができる。

また、筐体21は、その露出表面にニッケルおよび金等のめっき層を被着させてもよい。金めっき層等によって、筐体21の酸化の抑制およびろう材の濡れ性向上等の効果を得ることができる。一例を挙げれば、厚さ0.5〜９μｍのニッケル層と厚さ0.5〜９μｍの金層とが、順次電気めっき法等のめっき法により筐体21の表面に被着される。これによって、筐体21が酸化腐食するのを抑制することができる。

なお、筐体21は、全体的に一体成形されたものでもよい。この一体成形の方法としては材料の原材料に上記のような金属加工を施す方法が挙げられる。筐体21が全体的に一体成型されたものである場合は、上記板状の部分と枠状の部分との境界部分における機械的な
強度の向上およびこれらの位置精度の向上等の点において有利である。

１・・信号線路
１ａ・・第１端
１ｂ・・第２端
１Ａ・・差動線路
１ｃ・・湾曲部分
１ｄ・・接続部分
２・・接地導体層
３・・誘電体
３Ａ・・誘電体層
４・・凹部
10・・差動伝送線路
11・・絶縁基板
20・・配線基板
21・・筐体
21ａ・・収容部
22・・開口部
23・・伝送線路
24・・半導体素子
25・・貫通孔
30・・半導体用パッケージ
40・・半導体装置
Ｘ・・第１方向

Claims (8)

1. それぞれ第１端および第２端を有し、前記第１端と前記第２端との間において第１方向に曲がった湾曲部分を有する互いに平行な一対の信号線路を含む差動線路と、
   該差動線路を挟んで、前記一対の信号線路と間をあけて位置している接地導体層と、
   前記湾曲部分において前記一対の信号線路のうち前記第１方向側に位置している内側の信号線路と、内側の前記信号線路に隣り合う前記接地導体層との間に位置している誘電体とを備える差動伝送線路。
2. 上面を有する絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記上面に位置しており、それぞれ第１端および第２端を有し、前記第１端と前記第２端との間において第１方向に曲がった湾曲部分を有する互いに平行な一対の信号線路を含む差動線路と、
   該差動線路を挟んで、前記一対の信号線路と間をあけて位置している接地導体層と、
   前記湾曲部分において前記一対の信号線路のうち前記第１方向側に位置している内側の前記信号線路と内側の前記信号線路に隣り合う前記接地導体層との間に位置している誘電体層とを含む差動伝送線路と備える配線基板。
3. 前記絶縁基板が第１誘電体材料を含んでいるとともに、前記誘電体層が前記第１誘電体材料よりも誘電率が大きい第２誘電体材料を含んでおり、
   前記絶縁基板の前記上面が、前記誘電体層が位置する部分において凹部を有しているとともに、該凹部内に前記誘電体層の厚み方向の少なくとも一部が位置している請求項２記載の配線基板。
4. 前記誘電体層が、前記絶縁基板の上面から前記湾曲部分における内側の前記信号線路にかけて覆うように位置している請求項２または請求項３記載の配線基板。
5. 前記誘電体層が、前記絶縁基板の上面から前記湾曲部分における内側の前記信号線路に隣り合う前記接地導体層上にかけて覆うように位置している請求項２〜請求項４のいずれか１項記載の配線基板。
6. 前記誘電体層が、前記一対の信号線路の湾曲部分の両端から前記湾曲部分に続く両方向の接続部分にかけて、前記両方向で互いに同じ長さになるように延在している請求項２〜請求項５のいずれか１項記載の配線基板。
7. 前記絶縁基板の上面に２つの前記差動伝送線路が互いに平行に位置しており、
   ２つの前記差動伝送線路のうち前記第１方向側に位置する内側の前記差動伝送線路が有する前記誘電体層は、２つの前記差動伝送線路のうち前記第１方向側と反対側に位置する外側の前記差動伝送線路が有する前記誘電体層よりも誘電率が高い請求項２〜請求項６のいずれか１項記載の配線基板。
8. 請求項２〜請求項７のいずれか１項記載の配線基板と、
   半導体素子の収容部を有する筐体と、
   該筐体の前記収容部に位置しており、前記配線基板の前記差動線路と電気的に接続された伝送線路とを備える半導体装置。

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