(57)【要約】【課題】リードピンの外径は従来のものと同じくするとともに、ステムの外径を大きくすることなく部品実装面の面積を確保して、ステムの貫通孔の径を大きくして特性インピーダンスの整合を図ることが可能なリードピン封止構造を有する回路素子パッケージを提供する。【解決手段】電子回路素子が搭載された金属製のステム１１に貫通孔１３を設け、該貫通孔にガラス絶縁体１４によりリードピン１２を電気的に絶縁して封止した回路素子パッケージで、ステム１１の貫通孔１３は、少なくともステムの回路素子搭載面１１ａ側の領域が所定の径Ｄ１の開口部分１３ａで形成され、貫通孔の主たる領域が前記の所定の径より大きい径Ｄ２の径大開口部分１３ｂで形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路素子が搭載された金属製のステムに貫通孔を設け、該貫通孔にガラス絶縁体によりリードピンを電気的に絶縁して封止した回路素子パッケージであって、
前記ステムの貫通孔は、少なくとも前記ステムの回路素子搭載面側の領域が所定の径の開口部分で形成され、前記貫通孔の主たる領域が前記所定の径より大きい径の径大開口部分で形成されていることを特徴とする回路素子パッケージ。
【請求項２】
前記ステムの貫通孔の前記径大開口部分で、開口径が軸方向で変化していることを特徴とする請求項１に記載の回路素子パッケージ。
【請求項３】
前記ステムの貫通孔の前記径大開口部分で、前記リードピンの径が軸方向で変化していることを特徴とする請求項１に記載の回路素子パッケージ。
【請求項４】
前記ステムの貫通孔の前記径大開口部分で、前記リードピンの途中に曲がり部分が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、受光素子等の半導体光素子、その他の半導体素子や回路チップ等の回路素子を搭載した回路素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信等に見られるように、その通信の伝送速度が高速化する傾向にあり、伝送速度が１０Ｇｂｐｓ以上となる場合もある。このため、これに用いる回路素子パッケージの特性インピーダンスの整合についての考慮も必要となっている。例えば、ＣＡＮパッケージと称されている形態の回路素子パッケージにおいては、一般に金属製のステムに外部回路との接続用のリードピンをガラス封止して設けている。この場合、リードピンとステムとは、ガラス絶縁体を介しての同軸構造となり、高周波伝送の同軸線路としての特性インピーダンスを有している。
【０００３】
図６は、上記した回路素子パッケージの一例を説明する図で、図６（Ａ）に示すように、例えば、金属製のステム２上に台座ブロック３を設け、この台座ブロック３にレーザダイオード等の発光素子４ａ、フォトダイオード等の受光素子４ｂ、駆動用の半導体回路チップ４ｃ、その他の回路部品４ｄ等が搭載され、送受信用の信号光を集光するレンズ５ａが装着されたキャップ５で覆って構成されている。また、ステム２には、外部装置に電気接続するリードピン６が、ガラス絶縁体７により電気絶縁されて同軸構造で導出され、回路基板８上の伝送線路９を経て外部装置に接続される。
【０００４】
図６（Ｂ）は、ステム２を貫通するリードピン６の封止部を説明する図で、ステム２の貫通孔２ａにリードピン６を同軸構造で配し、ステム２とリードピン６間にガラス絶縁体７を充填して気密封止している。この同軸構造のリードピン封止部では、貫通孔２ａの径（ガラス絶縁体７の外径）をＤ、リードピン６の外径をｄ、ガラス絶縁体７の比誘電率をεｒとしたとき、この封止部における特性インピーダンスは、
【０００５】
【数１】
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【０００６】
また、上記のパッケージ１内の回路素子部分と、ステム２のリードピン６の導出部分と、回路基板８の伝送線路９と、を模式的な等価回路であらわすと、図７のように、インダクタンス成分Ｌ、容量成分Ｃ、抵抗成分Ｒからなるインピーダンス回路で表すことができる。ここで、同軸構造で導出されているリードピン６の封止部分（ステム部分）は、伝送線路部分とのインピーダンスが整合されていないと、反射損失が生じ伝送特性が低下し、所定の信号伝送ができなくなることがある。
【０００７】
このため、例えば、特許文献１に開示のように、リードピンを外部伝送路に接続するのに、同軸構造部分の特性インピーダンスと整合するインピーダンスを有する構成のマイクロストリップ線路を接続している。また、特許文献２に開示のように、ステムの貫通孔内に同軸で埋設されるリードピンの部分と、このステムから外部に露出するリードピンの部分でのインピーダンスの不整合を軽減するために、ステムから露出する部分のリードピンの部分を、ガラス材を介して円筒状の接地導体で囲ったり、あるいは空気層を介して接地導体を近接配置するなどしている。
【０００８】
この他、特許文献３に開示のように、ステムの貫通孔に同軸で埋設されるリードピンの外径とガラス径との比及びガラス材の誘電率を特定することにより、インピーダンス整合による反射特性を改善する試みがなされている。
【特許文献１】特開２００１−１４４３６６号公報
【特許文献２】特表２００６−５０６８０７号公報
【特許文献３】特開２００４−３３５５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６（Ｂ）で、一般に広く用いられているステムのリードピン封止部は、リードピン６の外径ｄが０.３ｍｍ、伝送路長が２.６ｍｍ、ガラス絶縁体７の外径（貫通孔の径と同じ）Ｄが０.７５ｍｍ、誘電率を６.５とすると、上記の数１式により、このリードピン封止部の特性インピーダンスＺｏは、大よそ２１Ωとなる。一般的な伝送線路の特性インピーダンスは、５０Ωであるので、この値にリードピン封止部の特性インピーダンスを整合させるには、ガラス絶縁体７の誘電率を一定とすると、（１）封止するガラス絶縁体７の径Ｄを大きくする、（２）損失は増加するがリードピン６の径ｄを小さくする、の２通りの方法が考えられる。
【００１０】
しかし、上記の２通りの方法が現実的であるのかを試算してみると、（１）のガラス絶縁体７の径Ｄを大きくする場合は、ステム２の貫通孔２ａの径を２.５ｍｍとする必要がある。このような大きな径の貫通孔２ａを設けるためには、ステム２の外径を通常のものより大きくする必要があり、信号伝送の高速化とともに求められている小型化という観点から見ると、現行製品より大きなサイズとなってしまうので現実的でない。一方、（２）のリードピン６の径ｄを小さくする場合は、リードピン６の径ｄを０.０９ｍｍにする必要があり、細すぎて取扱いにくく、また、インピーダンスを正確に整合させるには、リードピンを貫通孔の中心に保持する必要があるが、これだけ細いと強度的にも問題があり現実的でない。
【００１１】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、リードピンの外径は従来のものと同じくするとともに、ステムの外径を大きくすることなく部品実装面の面積を確保して、ステムの貫通孔の径を大きくして特性インピーダンスの整合を図ることが可能なリードピン封止構造を有する回路素子パッケージの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による回路素子パッケージは、電子回路素子が搭載された金属製のステムに貫通孔を設け、該貫通孔にガラス絶縁体によりリードピンを電気的に絶縁して封止した回路素子パッケージで、ステムの貫通孔は、少なくともステムの回路素子搭載面側の領域が所定の径の開口部分で形成され、貫通孔の主たる領域が前記の所定の径より大きい径の径大開口部分で形成されていることを特徴とする。
また。ステムの貫通孔の径大開口部分で、開口径が軸方向で変化またはリードピンの径が軸方向で変化するようにしてもよい。その他、ステムの貫通孔の径大開口部分で、リードピンの途中に曲がり部分を設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記の本発明によれば、ステムの外径、すなわち、回路素子パッケージの外径を増大させることなく、また、リードピンを細くすることなく、ステムのガラス封入部分におけるリードピンの特性インピーダンスを、一般的な伝送路の特性インピーダンスに整合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図により本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は、本発明によるステムを貫通する貫通孔とリードピンの各種の構成例を示す図で、図中、１０ａ１〜１０ｄ２はリードピン封止部、１１はステム、１１ａは回路素子搭載面（上面）、１１ｂは外面（下面）、１２はリードピン、１２ａは小径部、１２ｂは曲がり部、１３は貫通孔、１３ａは通常径開口部分、１３ｂは径大開口部分、１３ｃは開口部分、１４はガラス絶縁体を示す。
【００１５】
本発明による回路素子パッケージは、図６（Ａ）で説明したのと同様な回路素子パッケージ１を対象とし、例えば、金属製のステム上に台座ブロック３を設け、この台座ブロック３にレーザダイオード等の発光素子４ａ、フォトダイオード等の受光素子４ｂ、駆動用の半導体回路チップ４ｃ、その他の回路部品４ｄ等が搭載され、送受信用の信号光を集光するレンズ５ａが装着されたキャップ５で覆って構成されている。また、ステムを貫通するリードピン封止部は、以下の図１〜図４で説明する構成で、ステム１１に設けた開口１３にリードピン１２がガラス絶縁体１４で電気絶縁されて同軸構造で導出され、回路基板８上の伝送線路９を経て外部装置に接続される。
【００１６】
図１（Ａ）の左側および図１（Ｂ）に示すリードピン封止部１０ａ１の構成例は、ステム１１に設けた貫通孔１３内に、リードピン１２をガラス絶縁体１４により気密封止すると共に電気的に絶縁し、ステム１１の貫通孔１３を、所定の径Ｄ１（以下、通常径という）を有する開口部分１３ａ（以下、通常径開口部分という）と、該通常径Ｄ１より大きい径Ｄ２を有する径大開口部分１３ｂとで形成する例である。ここで、開口部分１３ａの通常径Ｄ１は、例えば、図６（Ｂ）で説明したような構成で、リードピンの径が０.３ｍｍ〜０.５ｍｍ程度のときに特性インピーダンスが１７Ω〜２４Ωとなるような、０.７ｍｍ〜０.９ｍｍ程度の径である。
【００１７】
通常径開口部分１３ａは、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３において、ステム１１の回路素子搭載面（上面）１１ａ側の上面を含む近傍部分の領域（例えば、伝送路長が０.１ｍｍ程度）に形成される。通常径開口部分１３ａの径Ｄ１（例えば、０.７５ｍｍ）より大きい径Ｄ２の径大開口部分１３ｂは、ステム１１の外面（下面）１１ｂ側に向けて延びる貫通孔１３の主たる領域（例えば、伝送路長が１.１ｍｍ程度）で形成される。この径大開口部分１３ｂの径Ｄ２は、リードピン１２の径ｄ（例えば、０.３ｍｍ）を変えず、上述した数１の式で、特性インピーダンスＺｏが、所定の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）が得られるような値（例えば、１.５ｍｍ程度）とされる。
【００１８】
図１（Ａ）の右側および図１（Ｃ）に示すリードピン封止部１０ａ２の構成例は、図１（Ｂ）の構成例に対して、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３に、ステム１１の下面１１ｂ側の下面を含む近傍部分の領域にも、通常径Ｄ１を有する通常径開口部分１３ａを形成した点が異なるだけである。このステム１１の下面１１ｂ側に形成する通常径開口部分１３ａも、上面１１ａ側に形成するものと同じ形状とする。
貫通孔１３の両側の開口端を、上記のように同じ通常径開口部分１３ａで形成しておくことにより、上面と下面を区別する必要がなくなり、また、貫通孔の中心にリードピンを位置決めしやすくなり、組み立てや製造が容易となる。
【００１９】
図１のように、ステム１１のリードピン１２が貫通する貫通孔１３の内部一定範囲の径Ｄ２を広げることにより、特性インピーダンスの整合（５０Ωに近づける）をとることができる。そして、貫通孔１３の開口端の少なく一方、回路素子が搭載される上面１１ａ側の径を通常径の小さい径Ｄ１とすることにより、貫通孔端部でリードピン１２とのギャップを小さくして、実装面の面積を確保すると共に、リードピン１２との間隙を小さくして貫通孔１３の中心への位置合わせを容易にする。
【００２０】
図２（Ａ）の左側および図２（Ｂ）に示すリードピン封止部１０ｂ１の構成例は、図１の構成例と同様に、ステム１１に設けた貫通孔１３内に、リードピン１２をガラス絶縁体１４により気密封止すると共に電気的に絶縁した構成である。また、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３は、回路素子が搭載される上面１１ａ側の端部側領域が通常径開口部分１３ａで形成され、ステム１１の下面１１ｂ側に向けて延びる貫通孔１３の主たる領域が径大開口部分１３ｂで形成される。
【００２１】
ただ、このリードピン封止部１０ｂ１は、主たる領域の径大開口部分１３ｂの中間に径の異なる開口部分１３ｃを、さらに有している形状が、図１のリードピン封止部１０ａ１と異なる。この径の異なる開口部分１３ｃは、通常径開口部分１３ａの径Ｄ１と同じ径であってもよいが、Ｄ１と異なる径であってもよいし、また、径大開口部分１３ｂの径Ｄ２より大きくてもよい。すなわち、開口部分１３ｃは、主として特性インピーダンスを決定する径大開口部分１３ｂで、開口径が軸方向で変化する形態を形成している。
【００２２】
図２（Ａ）の右側および図２（Ｃ）に示すリードピン封止部１０ｂ２の構成例は、図２（Ｂ）のリードピン封止部１０ｂ１の構成例に対して、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３に、ステム１１の下面１１ｂ側の下面を含む近傍部分の領域にも、通常径Ｄ１を有する通常径開口部分１３ａを形成した点が異なるだけである。このステム１１の下面１１ｂ側に形成する通常径開口部分１３ａも、上面１１ａ側に形成するものと同じ形状で、その作用効果は、図１（Ｃ）のリードピン封止部１０ａ２の構成例と同様である。
【００２３】
上記のステム１１のリードピン封止部１０ｂ１，１０ｂ２は、図７で説明したように、インダクタンス成分Ｌ、容量成分Ｃ、抵抗成分Ｒからなる等価的にインピーダンス回路で表すことができるが、このインピーダンス回路は、フィルター回路を形成している。このため、上記のように、貫通孔１３とリードピン１２間の間隙が軸方向で変化させることにより、特性インピーダンスを外部装置に整合させると共に、インピーダンスの回路要素の値を変化させて、不要な高周波成分をカットすることが可能となる。
【００２４】
図３（Ａ）の左側および図３（Ｂ）に示すリードピン封止部１０ｃ１の構成例は、図２（Ｂ）のリードピン封止部１０ｂ１の構成例と同様で、貫通孔１３とリードピン１２間の間隙が軸方向で変化させることにより、インピーダンスの回路要素の値を変化させて、不要な高周波成分をカットすることを可能とする例である。
このリードピン封止部１０ｃ１は、貫通孔１３の径を軸方向で変化させる代わりに、リードピン１２の径を軸方向で変化させるようにしたもので、リードピン１２の中間部分に小径部１２ａまたは太径部（図示せず）を形成する。この小径部１２ａまたは太径部は、ステム１１の下面１１ｂ側に向けて延びる貫通孔１３の主たる領域の径大開口部分１３ｂに位置するように形成され、貫通孔１３の径大開口部分との間隙が軸方向で変化する形態を形成している。
【００２５】
図３（Ａ）の右側および図３（Ｃ）に示すリードピン封止部１０ｃ２の構成例は、図３（Ｂ）のリードピン封止部１０ｃ１の構成例に対して、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３に、ステム１１の下面１１ｂ側の下面を含む近傍部分の領域にも、通常径Ｄ１を有する通常径開口部分１３ａを形成した点が異なるだけである。このステム１１の下面１１ｂ側に形成する通常径開口部分１３ａも、上面１１ａ側に形成するものと同じ形状で、その作用効果は、図１（Ｃ）のリードピン封止部１０ａ２の構成例と同様である。
【００２６】
図４（Ａ）の左側および図４（Ｂ）に示すリードピン封止部１０ｄ１の構成例は、図３（Ｂ）のリードピン封止部１０ｃ１の構成例と同様で、貫通孔１３とリードピン１２間の間隙が軸方向で変化させることにより、インピーダンスの回路要素の値を変化させて、不要な高周波成分をカットすることを可能とする例である。
このリードピン封止部１０ｄ１は、リードピン１２の径を軸方向で変化させる代わりに、リードピン１２の径方向位置を軸方向で変化させるようにしたもので、リードピン１２の中間部分に曲がり部１２ｂを形成する。この曲がり部１２ｂは、ステム１１の下面１１ｂ側に向けて延びる貫通孔１３の主たる領域の径大開口部分１３ｂに位置するように形成され、貫通孔１３の径大開口部分との間隙が軸方向で変化する形態となる。
【００２７】
図４（Ａ）の右側および図４（Ｃ）に示すリードピン封止部１０ｄ２の構成例は、図４（Ｂ）のリードピン封止部１０ｄ１の構成例に対して、ステム１１の上下面を貫通する貫通孔１３に、ステム１１の下面１１ｂ側の下面を含む近傍部分の領域にも、通常径Ｄ１を有する通常径開口部分１３ａを形成した点が異なるだけである。このステム１１の下面１１ｂ側に形成する通常径開口部分１３ａも、上面１１ａ側に形成するものと同じ形状で、その作用効果は、図１（Ｃ）のリードピン封止部１０ａ２の構成例と同様である。
【００２８】
図５は、上述した本発明におけるリードピン封止部の伝送信号の周波数（ＧＨｚ）と透過率Ｓ２１（ｄＢ）特性について検証した結果を示す図である。
図５（Ａ）は、特性インピーダンスを共に５０Ωに近づけた、本発明の図１（Ｃ）で説明した実施形態での特性（イ）と、図６（Ｂ）の形状でステムの径Ｄ＝１.５ｍｍとした特性（ロ）、同じく図６（Ｂ）の形状でステムの径Ｄ＝０.７５ｍｍとした特性（ハ）と、を比較した結果である。この図５（Ａ）によれば、ステムの径Ｄの全体を太くして特性インピーダンスを５０Ωに近づけた（ロ）と本発明（イ）とは、実質的には差がないと言える。とすれば、本発明のように貫通孔の開口端側の径を小さい通常径とすることで、リードピンを貫通孔の中心に位置決めしやすくなるので、特性インピーダンスを一定にして品質を高めることができる。
【００２９】
図５（Ｂ）は、特性インピーダンスを共に５０Ωに近づけた、本発明の図１（Ｃ）で説明した実施形態での特性（イ）と、本発明の図２（Ｃ）で説明した実施形態での特性（ロ）と、本発明の図２（Ｃ）の不連続部分を増加させた特性（ハ）を比べた結果である。この図５（Ｂ）によれば、ステムのリードピン封止部で形成される特性インピーダンスに、不連続部分を設けることにより、高周波成分をカットするローパスフィルタの機能を持たせることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明のその他の実施形態を説明する図である。
【図４】本発明のその他の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の検証結果を示す図である。
【図６】従来技術を説明する図である。
【図７】回路素子パッケージの一般的な等価回路を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ａ１〜１０ｄ２…リードピン封止部、１１…ステム、１１ａ…回路素子搭載面（上面）、１１ｂ…外面（下面）、１２…リードピン、１２ａ…小径部、１２ｂ…曲がり部、１３…貫通孔、１３ａ…通常径開口部分、１３ｂ…径大開口部分、１３ｃ…開口部分、１４開口部分ガラス絶縁体。
【図１】
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【図２】
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【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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