(57)【要約】【課題】挿入特性が良好であり、反射損失を低減可能な気密封止部材、同軸コネクタ、及び半導体素子収納パッケージを提供すること。【解決手段】本発明の気密封止部材３０は、半導体素子１２を収納可能な収納部２０を有する半導体素子収納パッケージ１０に適用され、半導体素子１２と外部ケーブル８０との信号伝送路となると共に収納部２０内の気密性を確保する気密封止部材であって、筒状の外部導体３２と、外部導体に挿通される導体ピン３４と、を備え、外部導体３２と導体ピン３４との間の領域において、外部ケーブルと接続される側に空間Ｓｂが形成され、半導体素子１２と接続される側に絶縁部材３６が配されている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を収納可能な収納部を有する半導体素子収納パッケージに適用され、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材であって、
筒状の外部導体と、
前記外部導体に挿通される導体ピンと、を備え、
前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、前記外部ケーブルと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されていることを特徴とする気密封止部材。
【請求項２】
半導体素子を収納可能な収納部と、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材と、を備える半導体素子収納パッケージであって、
前記気密封止部材は、
筒状の外部導体と、
前記外部導体に挿通される導体ピンと、を備え、
前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、
前記外部ケーブルと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されていることを特徴とする半導体素子収納パッケージ。
【請求項３】
半導体素子を収納可能な収納部を有する半導体素子収納パッケージに適用され、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材と、前記外部ケーブルと前記気密封止部材とを電気的に接続するコネクタジャックと、を備える同軸コネクタであって、
前記気密封止部材は、筒状の外部導体と、前記外部導体に挿通される導体ピンと、を有すると共に、前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、前記コネクタジャックと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されており、
前記コネクタジャックは、前記気密封止部材の外部導体における開放端と一方の開放端が当接する筒状のコネクタ側外部導体と、前記コネクタ側外部導体に挿通されると共に前記気密封止部材の前記導体ピンと結合するコネクタ側内部導体と、を有すると共に、前記コネクタ側外部導体と前記コネクタ側内部導体との間の領域において、前記気密封止部材と接続される側には空間が形成されていることを特徴とする同軸コネクタ。
【請求項４】
前記気密封止部材における前記空間と、前記コネクタジャックにおける前記空間とに、それぞれ樹脂部材が配されていることを特徴とする請求項３記載の同軸コネクタ。
【請求項５】
前記それぞれの樹脂部材は、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項４記載の同軸コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密封止部材、同軸コネクタ、及び半導体素子収納パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気信号ケーブルと光信号ケーブルとの接続において、電気信号を光信号に変換するレーザダイオード、ＬＥＤや、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード等の半導体素子が、光信号と電気信号との変換素子として利用されている。これらの半導体素子は、半導体素子収納パッケージに収納され、各ケーブルと間接的に接続される。半導体素子収納パッケージは、半導体素子を収納する収納部と、電気信号伝送路として機能すると共に収納部内の気密性を確保するための気密封止部材と、気密封止部材と結合して同軸コネクタを構成するコネクタジャックとを備える。同軸コネクタを開示した文献の一例としては、下記特許文献１〜３が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２３３２６６号公報
【特許文献２】
特開平６−２７５３４５号公報
【特許文献３】
特開２００１−１８５２９２号公報
【０００４】
図７に、気密封止部材１３０とコネクタジャック１５０とからなる従来の一般的な同軸コネクタの断面図を示す。気密封止部材１３０は、円筒状の外部導体１３２と、電気信号が伝送されると共に外部導体１３２に挿通される導体ピン１３４と、導体ピン１３４と外部導体１３２との間に充填される円筒状の絶縁部材１３６とから構成されている。一方、コネクタジャック１５０は、円筒状の外部導体１５２と、外部導体１５２内に通された円筒状の内部導体１５４とを備え、外部導体１５２と内部導体１５４との間には、内部導体１５４と気密封止部材１３０の導体ピン１３４とが嵌合する側に空間が形成されるように樹脂部材１５６が配されている。気密封止部材１３０とコネクタジャック１５０とは、気密封止部材１３０の導体ピン１３４とコネクタジャック１５０の内部導体１５４とが嵌合し、電気信号を伝送する同軸コネクタを構成する。気密封止部材１３０の導体ピン１３４の図中右側に、半導体素子が接続されることになる。この同軸コネクタにおいて、電気信号は、コネクタジャック１５０の内部導体１５４及び気密封止部材１３０の導体ピン１３４を通じて伝送される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周波数が高くなると、上記従来の同軸コネクタには、気密封止部材とコネクタジャックとの接続部における電気信号の減衰量、すなわち挿入損失が大きく、また、伝送路上において発生する電気信号の反射量、すなわち反射損失が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、気密封止部材とコネクタジャックとの接続部における挿入特性を改善すると共に信号伝送路上の反射損失を低減可能な気密封止部材、同軸コネクタ、及び半導体素子収納パッケージを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの鋭意研究により、上記従来の同軸コネクタにおいて、電気信号が伝送される際に、信号伝送路の導体径の変化と、信号伝送路外部の絶縁部における誘電率の変化とが同時に発生することによる電磁界不連続変化のため、挿入特性及び反射特性が良好でないことが明らかにされた。図７に示すような従来の気密封止部材１３０とコネクタジャック１５０との結合構造においては、例えば、電気信号がコネクタジャック１５０から気密封止部材１３０の方向へ伝送されるとき、電気信号は、コネクタジャック１５０の内部導体１５４に伝送され、内部導体１５４と導体ピン１３４との結合部、そして導体ピン１３４へと伝送される。このとき、上記結合部から導体ピン１３４へ伝送される際に、信号伝送路の導体径の変化と信号伝送路外部の絶縁部における誘電率の変化とが気密封止部材１３０とコネクタジャック１５０との結合部である位置Ｒ付近で同時に生じる。これにより、上記結合部から導体ピン１３４へ電気信号が伝送されると電磁界不連続現象が発生するため、良好な挿入特性及び反射特性が得られない。
【０００８】
そこで、上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子を収納可能な収納部を有する半導体素子収納パッケージに適用され、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材であって、筒状の外部導体と、前記外部導体に挿通される導体ピンと、を備え、前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、前記外部ケーブルと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体収納パッケージは、半導体素子を収納可能な収納部と、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材と、を備える半導体素子収納パッケージであって、　前記気密封止部材は、筒状の外部導体と、前記外部導体に挿通される導体ピンと、を備え、前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、前記外部ケーブルと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の気密封止部材は、コネクタジャックを介して外部ケーブルと接続されることになる。コネクタジャックは、一般的に、筒状のコネクタ側外部導体と、これに挿通されるコネクタ側内部導体と、を有する。また、コネクタ側外部導体とコネクタ側内部導体との間の領域において、気密封止部材と接続される側には空間が形成されて、他側には絶縁部材が配されている。そして、コネクタジャックと気密封止部材を結合すると、コネクタ側外部導体の開放端は気密封止部材の外部導体の開放端と当接し、コネクタ側内部導体には気密封止部材の導体ピンが差し込まれる。
【００１１】
ここで、本発明では、気密封止部材の外部導体と導体ピンとの間の領域において、外部ケーブルと接続される側すなわちコネクタジャック側に空間が形成され、半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されている。このため、コネクタジャックから気密封止部材に向かう信号伝送路は、（１）周囲に空間が形成されたコネクタ側内部導体（第１領域）、（２）導体ピンにおける周囲に空間が形成された第２領域、（３）導体ピンにおける周囲に絶縁部材が配された第３領域、という順になる。そして、第１領域から第２領域にかけては、信号伝送路の導体径は変化するが、伝送路の周囲はともに空間であるため誘電率は変化しない。また、第２領域から第３領域にかけては、信号伝送路の導体径は変化せずに、伝送路の周囲の絶縁部における誘電率のみ変化する。このように、電気信号の伝送において、信号伝送路の導体径が変化する位置と、信号伝送路外部の絶縁部における誘電率が変化する位置とを異なる箇所にすることにより、電磁界不連続現象が緩和される。これにより、気密封止部材とコネクタジャックとの接続部の挿入特性を改善するとともに、信号伝送路上における反射損失を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の同軸コネクタは、半導体素子を収納可能な収納部を有する半導体素子収納パッケージに適用され、前記半導体素子と外部ケーブルとの信号伝送路となると共に前記収納部内の気密性を確保する気密封止部材と、前記外部ケーブルと前記気密封止部材とを電気的に接続するコネクタジャックと、を備える同軸コネクタであって、前記気密封止部材は、筒状の外部導体と、前記外部導体に挿通される導体ピンと、を有すると共に、前記外部導体と前記導体ピンとの間の領域において、前記コネクタジャックと接続される側に空間が形成され、前記半導体素子と接続される側に絶縁部材が配されており、前記コネクタジャックは、前記気密封止部材の外部導体における開放端と一方の開放端が当接する筒状のコネクタ側外部導体と、前記コネクタ側外部導体に挿通されると共に前記気密封止部材の前記導体ピンと結合するコネクタ側内部導体と、を有すると共に、前記コネクタ側外部導体と前記コネクタ側内部導体との間の領域において、前記気密封止部材と接続される側には空間が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記の気密封止部材及び半導体素子収納パッケージの説明で述べたように、このような構成にすることで、電気信号の伝送において、信号伝送路の導体径が変化する位置と、信号伝送路外部絶縁部の誘電率が変化する位置とを異なる箇所にすることができる。これにより、電磁界不連続現象が緩和され、ひいては、気密封止部材とコネクタジャックとの接続部の挿入特性を改善するとともに、信号伝送路上における反射損失を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の同軸コネクタにおいて、気密封止部材における上記空間と、前記コネクタジャックにおける上記空間とに、それぞれ樹脂部材が配されていてもよい。このような構成を採用した場合、コネクタ側内部導体と導体ピンの結合部付近において、それぞれの周囲には樹脂部材が配されていることから誘電率がさほど変化せず、信号伝送路の導体径が変化する位置と、信号伝送路外部の誘電率が変化する位置とを異なる位置にすることができる。また、上記各空間に配されるそれぞれの樹脂部材を同一材料で形成すれば、コネクタ側内部導体と導体ピンの周囲における誘電率を同一にでき、信号伝送路の導体径が変化する位置において周囲の誘電率が変化する事態を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る気密封止部材、同軸コネクタ及び半導体素子収納パッケージの好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態の半導体素子収納パッケージ１０の部分破断斜視図であり、図２は、図１に示す半導体素子収納パッケージのＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。半導体素子収納パッケージ１０は、電気信号と光信号とを変換するレーザダイオード、ＬＥＤ等の半導体素子１２を収納し、例えば、電気信号ケーブルと光信号ケーブルとの接続において使用される。図１に示すように、半導体素子収納パッケージ１０は、主として、図中破線で示す半導体素子１２を収納可能な収納部２０と、半導体素子１２と外部ケーブル８０との間の信号伝送路として機能する導体ピン３４を有すると共に収納部２０内の気密性を確保する気密封止部材３０と、気密封止部材３０と嵌合的に結合することにより同軸コネクタを形成するコネクタジャック５０とを備えている。尚、図２においては、コネクタジャック５０の図示を省略している。
【００１７】
収納部２０は、底部と立設した４つの側壁とによって構成されており、半導体素子１２を収納可能な構造となっている。収納部２０は上部に開口を有し、該開口は、収納部２０内の気密性を保つために、収納部２０内に半導体素子１２を収納した後に蓋部により封止される。４つの側壁のうち、側壁２３には光が双方向に透過可能な光窓２２が形成されている。なお、光窓２２は、側壁２３と側壁２４とに挟まれる他の側壁に形成されていてもよい。側壁２３と対向する側壁２４には気密封止部材３０を取り付け可能な貫通孔２５が形成されており、収納部２０内の気密性を保つために、Ａｕ−Ｓｎ等のろう材を用いて貫通孔２５に気密封止部材３０が嵌合的に取り付けられている。収納部２０には段状の基板台２８が形成されており、基板台２８上には誘電体基板４０と半導体素子１２とが載置されている。また、図２に示すように、収納部２０の側壁２４には、半導体素子が収納されている空間に対して反対側に雌ねじ部２６が形成されている。
【００１８】
次に、図１〜図３を参照して、気密封止部材３０及びコネクタジャック５０の構造を説明する。図３（ａ）は、コネクタジャック５０の断面図であり、図３（ｂ）は、気密封止部材３０の断面図である。気密封止部材３０は、図１及び図３（ｂ）に示すように、円筒の外部導体３２と、電気信号を伝送可能な導体ピン３４と、外部導体３２と導体ピン３４との間に配される絶縁部材３６とを備える。外部導体３２は、２種の内径を有する円筒であり、大径部３２ｂと、大径部３２ｂより内径の小さい小径部３２ａとが軸方向に形成されている。導体ピン３４は、断面円形の直線状のピンで、外部導体３２の円形断面の中心に挿通されている。また、外部導体３２と導体ピン３４との間の領域において、半導体素子１２に接続される側すなわち大径部３２ｂに筒状の絶縁部材３６が配され、外部ケーブル８０に接続される側すなわち小径部３２ａには空間Ｓｂが形成されている。絶縁部材３６としては、例えばガラス、セラミック等が用いられる。また、導体ピン３４は、外部導体３２の軸方向の長さより長く、導体ピン３４の両端は、外部導体３２の各開放端より突き出ている。図２に示すように、上記貫通孔２５に取り付けた際に、導体ピン３４の一端は側壁２４より収納部２０内に突出し、半導体素子１２に接続された信号線路パターン４２の上方に間隔を隔てて位置する。導体ピン３４の端部と信号線路パターン４２の端部とは、ハンダ６０により電気的に接続されている。
【００１９】
コネクタジャック５０は、主として、円筒状のコネクタ側外部導体５２と、コネクタ側外部導体５２内に通された円筒状のコネクタ側内部導体５４と、を有している。コネクタ側内部導体５４は、気密封止部材３０の導体ピン３４の外径と略同じ長さの内径を有し、導体ピン３４と嵌合するようになっている。また、コネクタジャック５０と気密封止部材３０との結合時において、コネクタ側外部導体５２の一方（図２中右側）の開放端は、気密封止部材３０の外部導体３２の一方（図２中左側）の開放端と当接する。コネクタジャック５０におけるコネクタ側外部導体５２とコネクタ側内部導体５４との間の領域において、気密封止部材３０と接続される側には空間Ｓａが形成され、外部ケーブル８０と接続される側には樹脂部材５６が配されている。
【００２０】
図２に示すように、コネクタジャック５０は、収納部２０の雌ねじ部２６と螺合する雄ねじ部７２ａを有する筒体７０に収容されて、筒体７０と一体化されている。筒体７０の雄ねじ部７２ａが形成された側と反対側には、雄ねじ部７２ｂが形成されており、この雄ねじ部７２ｂは外部ケーブル８０と螺合する。半導体素子収納パッケージ１０の組み立てに際し、筒体７０の雄ねじ部７２ａを収納部２０の雌ねじ部２６と螺合させると、気密封止部材３０の導体ピン３４がコネクタジャック５０の内部導体５４と嵌合する一方、気密封止部材３０の外部導体３２とコネクタ側外部導体５２とが当接し、気密封止部材３０とコネクタジャック５０とが同軸コネクタを構成することになる。
【００２１】
次に、半導体素子収納パッケージ１０の使用の一例について説明する。コネクタジャック５０に外部ケーブルとしての電気信号ケーブルを接続し、光窓２２に光信号ケーブルを接続する。電気信号を光信号に変換する場合には、例えばＬＥＤを収納部２０に収納し、誘電体基板４０上の信号線路パターン４２と接続する。電気信号を電気信号ケーブルよりコネクタジャック５０に入力すると、電気信号は、コネクタジャック５０の内部導体５４、導体ピン３４、ハンダ６０、及び信号線路パターン４２を順に伝わり、ＬＥＤへ伝送される。ＬＥＤにおいて、電気信号は光信号に変換され、該光信号が光窓２２より光信号ケーブルへ出力される。これに対し、光信号を電気信号に変換する場合には、例えばフォトダイオードを収納部２０に収納し、誘電体基板４０上の信号線路パターン４２と接続する。光信号を光信号ケーブルより光窓２２を通してフォトダイオードに入力すると、光信号は電気信号に変換される。該電気信号は、信号線路パターン４２、ハンダ６０、導体ピン３４と伝わり、コネクタジャック５０の内部導体５４を介して電気信号ケーブルに出力される。
【００２２】
次に、本実施形態の効果について説明する。上記のように、本実施形態では、気密封止部材３０の外部導体３２と導体ピン３４との間の領域において、外部ケーブル８０と接続される側すなわちコネクタジャック５０側に空間Ｓｂが形成され、半導体素子１２と接続される側に絶縁部材３６が配されている。このため、例えばコネクタジャックから気密封止部材に向かう信号伝送路は、（１）周囲に空間Ｓａが形成されたコネクタ側内部導体５４（第１領域）、（２）導体ピン３４における周囲に空間Ｓｂが形成された第２領域、（３）導体ピン３４における周囲に絶縁部材３６が配された第３領域、という順になる。そして、第１領域から第２領域にかけては、位置Ｒ１において信号伝送路の導体径は変化するが（第１領域ではコネクタ側内部導体の外径が導体径で、第２領域では導体ピン３４の外径が導体径に相当）、伝送路の周囲はともに空間であるため誘電率は変化しない。また、第２領域から第３領域にかけては、位置Ｒ２において信号伝送路の導体径は変化せずに、伝送路の周囲の誘電率のみ変化する。このように、電気信号の伝送において、信号伝送路の導体径が変化する位置（位置Ｒ１）と、信号伝送路外部の誘電率が変化する位置（位置Ｒ２）とを異なる位置にすることにより、電磁界不連続現象が緩和される。これにより、気密封止部材３０とコネクタジャック５０との接続部の挿入特性を改善するとともに、信号伝送路上における反射損失を低減することができる。
【００２３】
また、図７に示す従来構造の同軸コネクタでは、気密封止部材３０とコネクタジャック５０との接続部で、小さな隙間が生じるとインピーダンスのずれが発生し、このずれが同軸コネクタの特性に大きく影響することになる。そのため、きわめて高い組立精度を要求され、製造コストは非常に高くなるという欠点があった。本実施形態では、コネクタジャック５０の内部導体５４と気密封止部材３０の導体ピン３４との嵌合部は、空気により覆われているため、コネクタジャック５０と気密封止部材３０との接続部において多少隙間が空いても同軸コネクタの性能には影響しないので、高度な組立精度は要求されない。よって、気密封止部材３０とコネクタジャック５０とからなる同軸コネクタを安価且つ容易に製造することができる。
【００２４】
図４は、気密封止部材３０とコネクタジャック５０との挿入特性の周波数依存性を示したグラフである。グラフの縦軸が、気密封止部材とコネクタジャックとからなる同軸コネクタにおいて、入力信号に対する出力信号の割合をデシベル表示したものであり、横軸が周波数である。曲線８０ａが本実施形態の気密封止部材３０を使用した場合のデータで、曲線８０ｂが従来の気密封止部材１３０（図７参照）を使用した場合のデータである。曲線８０ａと曲線８０ｂとを比較すると、本実施形態の気密封止部材３０を使用すると挿入損失が低減され、入力信号に対する出力信号の割合が大きくなることがわかる。
【００２５】
図５は、半導体素子収納パッケージにおける電気信号の反射損失の周波数依存性を示したグラフである。グラフの縦軸が反射損失で、横軸が周波数である。曲線８２ａが本実施形態の気密封止部材３０を使用した場合のデータで、曲線８２ｂが従来の気密封止部材１３０（図７参照）を使用した場合のデータである。曲線８２ａと曲線８２ｂとを比較すると、本実施形態の気密封止部材３０を使用すると反射損失を低減できることがわかる。
【００２６】
次に、図６を用いて、気密封止部材及び同軸コネクタの変形例について説明する。図６に示す変形例では、図２及び図３に示したコネクタジャック５０の空間Ｓａに筒状の樹脂部材５６が配されている。また、気密封止部材３０の空間Ｓｂに筒状の樹脂部材３８が配されている。このような構成にした場合、コネクタ側内部導体５４と導体ピン３４の結合部付近（図２に示す位置Ｒ１）において、それぞれの周囲に樹脂部材が配されていることから誘電率がさほど変化せず、信号伝送路の導体径が変化する位置と、信号伝送路外部の誘電率が変化する位置とを異なる位置にすることができる。また、上記各空間Ｓａ，Ｓｂに配されるそれぞれの樹脂部材５６，３８を同一材料で形成すれば、コネクタ側内部導体５４と導体ピン３４の周囲における誘電率を同一にでき、信号伝送路の導体径が変化する位置（図２に示す位置Ｒ１）において周囲の誘電率が変化する事態を防止できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る気密封止部材、同軸コネクタ、及び半導体素子収納パッケージによれば、気密封止部材とコネクタジャックとの接続部の挿入特性を改善すると共に信号伝送路上の反射損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子パッケージの部分破断斜視図である。
【図２】図１に示す半導体素子収納パッケージのＩＩ−ＩＩ方向断面図である。
【図３】図３（ａ）は、コネクタジャックの断面図であり、図３（ｂ）は、気密封止部材の断面図である。
【図４】本発明の気密封止部材とコネクタジャックとの挿入特性を示したグラフである。
【図５】本発明の半導体素子収納パッケージにおける反射損失と周波数の関係を示したグラフである。
【図６】図６（ａ）は、変形例のコネクタジャックの断面図であり、図６（ｂ）は、変形例の気密封止部材の断面図である。
【図７】従来の気密封止部材とコネクタジャックとの結合構造である。
【符号の説明】
１０…半導体素子収納パッケージ、２０…収納部、３０…気密封止部材、３２…外部導体、３２ａ…小径部、３２ｂ…大径部、３４…導体ピン、３６…絶縁部材、４０…誘電体基板、４２…信号線路パターン、５０…コネクタジャック、５２…コネクタ側外部導体、５４…コネクタ側内部導体、５６…樹脂部材。
【図１】
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【図２】
2004127765.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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