JPH02399A - 光通信用半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光通信用の半導体装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

光通信では、一端に電気信号を光信号に変換するＬＥＤ
　（発光ダイオード）やＬＤ　（レーザダイオード）の
発光素子を、また他端に光信号を電気信号を変換するＰ
Ｄ（フォトダイオード）やＡＰＤ　（アバランシェフォ
トダイオード）を置き、両端間を光ファイバで結合して
通信を行なう。また両端間で相互に信号のやりとりをす
る場合には、一端に発光素子と受光素子を、また他端に
も同様に発光素子と受光素子を置き１両端部の発光素子
−受光素子及び受光素子−発光素子間をそれぞれ光ファ
イバで結合する。

これら光通信に使用される半導体装置として、第１図に
示すように発光素子■及びそれを駆動する駆動回路をＩ
Ｃ化したチップ（イ）をそれぞれリードフレーム０に固
定し、ボンディングワイヤ（ハ）で所定の結線をした後
、透明なプラスチック（１０）でモールドした送信用の
光半導体装置が知られている。

また同様に受光素子及びその出力信号を増幅再生するレ
シーバ回路をＩＣ化したチップをリードフレームに固定
し、透明なプラスチックでモールドした受信用の光半導
体装置・も知られている。

上述の光半導体装置を用いて２つの端間で相互に通信を
行う為の双方向モジュールは、例えば第２図及び第３図
に示されるように、送信用及び受信用の光コネクタが嵌
合する凹部（１２）、　（１４）を備えた光不透過プラ
スチックモールド（１６）内に送信用半導体装置（１８
）及び受信用半導体装置（２０）を接着剤（２２）で固
定してなる。この双方向モジュールは、送信部と受信部
が同一のプラスチックモールド（１６）内にパッケージ
されているので取扱い易く、また光ファイバが２本並設
されたプラグを用いることによりモジュールとプラグの
接続が簡単に行なえるという利点を有する。

しかしながら、上述の双方向モジュールでは次の欠点が
ある。

（υ　光受信用半導体装置は数百ｎＡという受光素子か
らの微弱な信号を扱う為外部雑音の影響を受は易く、特
に送信用半導体装置では発光素子で数十ｌ１ｌＡという
大電流を扱う為、この電流のスイッチングに起因する雑
音が発生し、送信用半導体装置と近接配置される受信用
半導体装置へ飛び込み受信用半導体装置を誤動作させる
。

■　各半導体装置は、透明プラスチックによりモールド
されているので信頼性特に耐湿性が悪い。

例えば、プレッシャクッカテス１〜（１２１℃、２　ａ
ｔｍ）では数時間で故障してしまう。

■　光ファイバと発光素子、受光素子とは効率よく光結
合させる為に光軸が精密に一致している必要があるが、
発光素子、受光素子はリード線上にマウン１−されてい
るためリードフレームのそりや微少な変形により光軸ず
れを起し易い。更に光不透過プラスチックモールド（１
６）内に送信用半導体装置及び受信用半導体装置をそれ
ぞれ個別に固定しているので、光ファイバが２本並設さ
れたプラグとの寸法公差により光軸ずれが起こり易い。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点を解消するものであり、特に雑音
による誤動作を防止するように工夫された光通信用半導
体装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、主要表面に各々電気的に分離されて形成され
た第１および第２の接地用導電膜を有するセラミック基
板と、第１の透孔性窓を備えた第１の金属製のシェルで
あって、セラミック基板に気密的に接合されてセラミッ
ク基板との間に第１の空間を形成するとともに、第１の
接地用導電膜と電気的に接続された第１の金属製のシェ
ルと、第２の透孔性窓を備えた第２の金属製のシェルで
あって、セラミック基板に気密的に接合されてセラミッ
ク基板との間に第２の空間を形成するとともに、第２の
接地用導電膜と電気的に接続された第２の金属製のシェ
ルと、第１の空間内で、第１の透孔性窓に対向してセラ
ミック基板に固定された受光素子と、第１の空間内で、
セラミック基板に固定され、受光素子の光電流を増幅す
る回路素子と、第２の空間内で、第２の透孔性窓に対向
してセラミック基板に固定された発光素子と、第１の接
地用導電膜と電気的に接続された第１の外部接続端子と
、第２の接地用導電膜と電気的に接続された第２の外部
接続端子とを備えたことを特徴とする光通信用半導体装
置である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例を参照して説明する。

本発明の一実施例の光半導体装置は、第４図にその概略
断面図が示されるように、所定の配線及びメタライズ層
が形成され互いに積層された第１゜第２及び第３のセラ
ミック基板（２４）　、　（２６）及び（２８）と、第
１のセラミック基板（２４）上に積層されたセラミック
製スペーサ（３０）を備え、更にコバール環のウェルド
リング（３０）　、　（３４）を介して透光性窓（３６
）を備えた金属製シェル（３８）及び透光性窓（４０）
を備えた金属製シェル（４２）が気密的に封着されてい
る。

第１のセラミック基板（２４）、スペーサ（３０）、ウ
ェルドリング（３２）及びシェル（３８）により第１の
空間（４４）が形成され、また同様に第１のセラミック
基板（２４）、スペーサ（３０）　、ウェルドリング（
３４）及びシェル（４２）により第２の空間（４６）が
形成されている。

これら第１の空間（４４）及び第２の空間（４６）は、
スペーサ（３０）、ウェルドリング（３２）、　（３４
）及びシェル（３８）、　（４２）により光学的に分離
されている。

第１の空間（４４）には透光性窓（３６）に対向して受
光素子（４８）が第１のセラミック基板（２４）上に設
けられ、また受光素子（４８）からの出力光電流を増幅
再生する回路素子例えばレシーバ回路用ＩＣ（５０）及
びコンデンサ（５２）等が同様に第１のセラミック基板
（２４）上に設けられている。第２の空間（４６）には
透光性窓（４０）に対向して発光素子（５４）が第１の
セラミック基板（２４）上に設けられ、また発光素子（
５４）を駆動する為の回路素子、例えば駆動用ＩＣ（５
６）が第１のセラミック基板（２４）上に設けられてい
る。第３のセラミック基板（２８）の裏面には、受光素
子及び受光素子からの出力光電流を増幅再生する回路素
子へ電流を供給するための端子（１７６）、増幅再生さ
れた信号を取り出す為の端子（１８０）、発光素子へ電
流を供給する端子（１７０）、発光素子を駆動する回路
素子へ電流を供給するための端子（１６８）、発光素子
を駆動する信号を供給するための端子（１６６）等その
他接地素子（１７２）　、　（１７４）　、　（１７８
）が設けられている。なお、受信側の接地端子（１７４
）　、　（１７８）と発光側の接地端子（１７２）〆電
気的に分離されている。

次に多層に積層された各セラミック基板及びスペーサに
ついて詳述する。第５図乃至第８図はスペーサ、第１の
セラミック基板、第２のセラミック基板及び第３のセラ
ミック基板のそれぞれ上面図を示し、第９図は第３のセ
ラミック基板の裏面図を示す。

まず、第６図に示すように第１のセラミック基板（２４
）は中央部に開孔（７０）及び切欠き（７２）を有し、
開孔（７０）及び切欠き（７２）で区分された右半分に
は受光素子（７４）を載置する導電パターン（７６）及
びバイパスコンデンサ（７８）を設ける導電パターン（
８０）及び電源を供給する為の導電パターン（８２）、
　（８４）増幅再生回路からの出力を取出す導電パター
ン（８６）等の配線が形成されている。更にこれらの配
線部を除いた大部分を覆うようにメタライズ層（８８）
が形成されている。図中、参照番号（８９）は増幅再生
用ＩＣであり、増幅再生用ＩＣの交流的接地電位端子（
８１）は、メタライズ層ヘボンディング・ワイヤにより
接続され、後述するようにリード端子と接続されている
。ここでいう交流的接地電位端子とは、増幅再生用ＩＣ
の電源端子又は接地端子を示し、実施例では接地端子と
メタライズ層とを接続した例を示す。また開孔（７０）
と切欠き（７２）で区分けされた右半分には、発光素子
（９０）を載置する導電パターン（９２）、駆動回路用
ＩＣ（９３）に電源を供給するための導電パターン（９
４）、入力信号を駆動用回路素子（９３）に供給する為
の導電パターン（９５）等の配線が形成されている。更
にこれらの配線部を除いた大部分を覆うようにメタライ
ズ層（９６）が形成されている。開孔（７０）のまわり
には複数個の導電物質が充填されたスルーホール（９８
）が設けられ、右半分のスルーホールの導電物質はメタ
ライズ層（８８）と接続され、また左半分のスルーホー
ル（１００）の導電物質はメタライズ層（９６）に接続
されている。

第２のセラミック基板（２６）は第７図に示されるよう
に第１のセラミック基板（２４）と同様に、中央部に開
孔（１０２）、切欠き（１０４）が設けられ、開孔（１
０２）のまわりにはスルーホール（１０６）　、　（１
０ｇ）が設けられている。右半分には、電源、信号出力
用等の導電パターン（１１０）、　（１１２）、　（１
１４）等が設けられ、その他の部分にはメタライズ層（
１１５）が設けられている。また右半分のセラミック基
板上にも駆動回路ＩＣ用電源、信号入力用、発光素子用
電源等の導電パターン（１１６）、　（１１８）、　（
１２０）が設けられている。　その他の部分にはメタラ
イズ層（１２２）が形成されている。

第３図のセラミック基板（２８）は第８図にその上面図
が示されるように、中央部に開孔（１３０）、切欠き（
１３２）が設けられ、第２のセラミック基板（２６）に
形成された導電パターンと接続される所定の導電パター
ン（１３４）、　（１３６）、　（１３８）、　（１４
０）、　（１４２）。

（１４４）が設けられている。またその配線部を除いて
右半分及び左半分にそれぞれメタライズ層（１４６）、
　（１４８）が設けられている。各導電パターン及びメ
タライズ層は第３のセラミック基板の側面に形成された
導電膜を介して、第９図に示された様に、基板裏面のリ
ード端子取付は用の導電パターン（１５０）、　（１５
２）、　（１５４）、　（１５６）、　（１５ｇ）、　
（１６０）。

（１６２）、　（１６４）と接続されている。またこれ
らの導電パターンにはリード端子（１６６）、　（１６
８）、　（１７０）。

（１７２）、　（１７４）、　（１７６）、　（１７８
）、　（１８０）が取着されている。リード端子（１６
６）〜（１８０）は、それぞれ順番に送信側入力信号入
力端子、送信側電源端子、発光素子用電源端子、接地端
子、受信側電源端子、接地端子、受信側出力端子である
。

さて、第５図にもどって、スペーサ（３０）にも第１、
第２、第３のセラミック基板（２４）、　（２６）、（
２８）と同様に中央部に開孔（１９０）　、切欠き（１
９２）が設けられている。このスペーサ（３０）は、右
半分及び左半分の領域において矩形状の開孔（１９４）
、　（１９６）が形成されている。　また開孔（１９０
）のまわりには、スルーホール（１９８）、（２００）
が形成され、右半分及び左半分にそれぞれ形成されたメ
タライズ層（２０２）　、　（２０４）と接続されてい
る。更に、開孔（１９４）。

（１９６）の周囲には、第４図に示すように、導電層（
３００）、　（３０２）が形成され、それぞれメタライ
ズ層（２０２）、　（２０４）と接続されている。

上述した第１乃至第３のセラミック基板（２４）。

（２６）、　（２８）及びスペーサ（３０）は、当初グ
リーンセラミックで形成されており、積層した後熱処理
により多層セラミック基板とされ、各基板上の所定の導
電パターン及びメタライズ層はそれぞれ所定の部位に設
けられたスルーホールにより接続される。また積層され
たセラミック基板の短辺側側面及び切り欠きを設けた長
辺側側面には、第４図に示すように、メタライズ層（２
０６）、　（２０８）が設けられている（長辺側側面の
メタライズ層は図示せず）。

尚、長辺側側面のメタライズ層は、セラミック基板の切
り欠きで第１の空間部側と第２の空間部側とに分離され
１両メタライズ層は電気的に絶縁されている。また第１
の金属製のシェル（３８）はスペーサ（３０）の第１の
空間側のメタライズ層（２０２）と電気的に接続されま
た第２の金属製のシェル（４２）は第２の空間側のメタ
ライズ層（２０４）と電気的に接続されている。

したがって、第１の空間及び第２の空間は、それぞれス
ペーサ及び各セラミック基板上に設けられたメタライズ
層、スペーサ及び各セラミック基板中央の開孔のまわり
に設けられたスルーホール、スペーサ及び各セラミック
基板の側面に設けられたメタライズ層及び第１と第２の
金属製のシェルによって囲まれ、外部及び互いに隣りの
空間よりシールドされている。

上述のように構成された本実施例によれば、受光素子及
び増幅再生回路を収容する第１の空間内は外部からシー
ルドされているので、非常に微弱な光電流を扱う光受信
部は、比較的大電流を高速でスイッチングし雑音を発生
する光送信部に隣接して設けられていても雑音による誤
動作を起こす問題がなくなった。時に上述の実施例では
、光受信部のみならず光送信部もシールドしているので
。

光送信部で発生する雑音による光受信部の誤動作をより
確実に避けることができる。

また、外囲器はセラミック、金属、ガラスを用いた気密
シール構造となっている為、耐高低温特性、耐湿性はプ
ラスチックでモールドされた従来例のものに比べ格段に
向上した。例えばプレッシャフッカテスト５０時間経過
後も何の異常も認められなかった。更に本実施例によれ
ば、光送受信部が１つのセラミック多層基板上に設けら
れている為、光送信用半導体装置と光受信用半導体装置
を個別に用いるものと比べ小型化することができた。

〔他の実施例〕

第１０図は、上述実施例からスペーサを除いたものであ
り、ウェルドリング（２１０）、　（２１２）を第１の
セラミック基板（２４）の第１の主面に直接ろう付けし
、シェル（３ｇ）、　（４０）を溶接したものである。

第１１図は、ウェルドリングをも除き、第１のセラミッ
ク基板（２４）の第１の主面上のメタライズ層に直接シ
ェル（３ｇ）、　（４２）をろう付けしたものである。

上記の実施例では、光送信部に発光素子の駆動の為の回
路素子を組み込んだが、光送信部内には発光素子のみを
設は駆動回路素子は外付けとすることもできる。更に、
光受信部の受光素子及び増幅再生回路素子は一体に集積
化されたものを用いることもできる。また中央開孔に沿
って設けた開孔列は、複数個の開孔で形成したが、線状
の開孔を設けて導電性物質を充填しても同様の効果が得
られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微弱な電気信号を扱う光受信部はシー
ルドされており、外部からの雑音により誤動作を受ける
ことがなく、また信頼性の高い光通信用半導体装置が得
られる。

また発光側と受光側とで接地回路が電気的に分離して形
成されているので、接地回路のインピーダンスが多少低
いような場合であっ−ても、発光部のオン、オフによる
電流値変動に起因する接地電位の微弱な変動が受光側に
影響を与えることなく。

誤動作の少ない光通信用半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の光通信用半導体装置の一例を示す図
、第２図及び第３図は光通信用モジュールの一例を示す
正面図及び断面図、第４図は本発明の一実施例の光通信
用半導体装置の断面図、第５図乃至第９図は一実施例の
光通信用半導体装置に用いられるセラミック基板を示す
図、第１０図乃至第１１図は本発明の他の実施例を示す
断面図である。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 代理人　弁理士　竹花喜久男刊、伊キ略辛第１図 第２図 第３図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主要表面に各々電気的に分離されて形成された第
   １および第２の接地用導電膜を有するセラミック基板と
   、 第１の透孔性窓を備えた第１の金属製のシェルであって
   、前記セラミック基板に気密的に接合されて前記セラミ
   ック基板との間に第１の空間を形成するとともに、前記
   第１の接地用導電膜と電気的に接続された第１の金属製
   のシェルと、 第２の透孔性窓を備えた第２の金属製のシェルであって
   、前記セラミック基板に気密的に接合されて前記セラミ
   ック基板との間に第２の空間を形成するとともに、前記
   第２の接地用導電膜と電気的に接続された第２の金属製
   のシェルと、 前記第１の空間内で、前記第１の透孔性窓に対向して前
   記セラミック基板に固定された受光素子と、 前記第１の空間内で、前記セラミック基板に固定され、
   前記受光素子の光電流を増幅する回路素子と、 前記第２の空間内で、前記第２の透孔性窓に対向して前
   記セラミック基板に固定された発光素子と、 前記第１の接地用導電膜と電気的に接続された第１の外
   部接続端子と、 前記第２の接地用導電膜と電気的に接続された第２の外
   部接続端子と とを備えたことを特徴とする光通信用半導体装置。
2. （２）前記第１の空間と前記第２の空間との境界部に沿
   って、前記セラミック基板に内部に導電物質が充填され
   た第１および第２の開孔を備え、前記第１の開孔の導電
   物質が前記第１の接地用導電膜と電気的に接続され、ま
   た前記第２の開孔の導電物質が前記第２の接地用導電膜
   と電気的に接続されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光通信用半導体装置。