JPH03123207A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光データリンクや光ＣＡＴＶシステムなどにお
ける光受信回路部等に使用される半導体装置に関し、特
に浮遊容量の低減化に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の光受信回路としては第３図に示されるブ
ートストラップ型の回路がある。抵抗Ｒｑによって電源
に吊り上げられた受光素子１に光信号が受信され、この
受信信号は抵抗Ｒｔ、によって電圧信号に変換される。

電圧信号に変換された受信信号はコンデンサＣｃによっ
てその直流分が除去され、利得が１であるバッファアン
プ２に与えられる。バッファアンプ２の出力はコンデン
サＣｑを介して受光素子１に帰還される。これと共に、
アンプ３に与えられて増幅されて復調される。これら抵
抗Ｒ、Ｒ、コンデンサＣｃ　。

Ｑ Ｃｑおよびアンプ２，３は１つの集積回路（ＩＣ）チッ
プ４に内蔵されて形成されており、受光素子１はキャリ
アチップ５の形状に形成されている。

一般的に、抵抗Ｒ０は数百Ω〜ＩＯＫΩ程度。

直流分遮断コンデンサＣ６は数ｐＦ〜数百ｐＦである。

また、受光素子１のＰＮ接合間には約０．５ｐＦの接合
容量ＣＰＤが生じ、また、受光素子１を回路基板上に実
装した場合には、受光素子１のカソード−大地間および
アノ−ドル大地間には対地容量ＣおよびＣ２が生じる。

■ 第４図はこの対地容量Ｃ、Ｃの値をバラタ２ −タとする受信信号の周波数特性を表し、横軸は周波数
［Ｈｚ］、縦軸は受信信号の減衰量［ｄＢ］を表す。な
お、この特性はシミュレーション結果である。曲線６，
７，８．９はそれぞれ対地容量Ｃ１−Ｃ２がＯｐＦ、０
．０５ｐＦ、０，１ｐＦ。

０．２＋）Ｆの時の周波数特性である。曲線６から理解
されるように、対地容量がＯｐＦの時には極めて広い周
波数帯域にわたって信号が受信可能である。しかし、曲
線７や８に示される５０ｆＦや１００ｆＦ程度の微少な
対地容量が受光素子１に発生しても、受信帯域幅は著し
く狭まってしまう。

このため、高速で広帯域の光受信回路にあっては、対地
容量Ｃ、Ｃを低減するために受光素２ 子１にキャンタイプのパッケージは使用されず、第５図
に示されるチップキャリアタイプのパッケージが使用さ
れる。このタイプの受光素子は、金属がメタライズされ
て形成された端子１１．１２がセラミック基体１０上に
設けられ、基体中央部に位置する端子１１上に受光部１
３が形成されて構成されている。端子１１はカソード、
端子１２はアノードに相当する。セラミック基体１０の
面１０ａは回路基板への実装面であり、このパッケージ
の寸法は通常２　ｍｍ　Ｘ　２　ｍｍ　Ｘ　４　ｍｍ程
度である。

この種のチップキャリアタイプの受光素子における対地
容量は、キャンタイプパッケージの受光素子に比較して
０．５ｐＦ以上小さい。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種のチップキャリアタイプの受光素
子にあっても、以下に詳述するように対地容量Ｃ、Ｃ２
は十分に低減されていない。

第６図は、第５図に示されたキャリアチップ５を用いて
構成される光受信回路基板１５のパターンの一部である
。この回路基板１５には図示しないプリアンプやメイン
アンプ等が実装され、その裏面には実装される回路の基
準電位に設定されるグランドパターンが形成されている
。キャリアチップ５の面１０ａは回路基板１５の表面に
当接され、各端子１１．１２が配線パターン１６．１７
に電気的に接続されるようにボンディングされる。

配線パターン１６．１７はプリアンプ回路へ導かれるも
のであり、その面積は端子１１．１２の面積よりもやや
大きく形成されている。これはキャリアチップ５を回路
基板１５にボンディングする際、位置合わせの余裕分と
して必要になるからである。

つまり、面１０ａにある各端子１１．１２の大きさは０
．５ｍｍＸ２ｍｍ程度であり、各配線パターン１６，１
７は、各端子１１．１２の周囲よりも１００μｍ大きく
形成される。すなわち、各配線パターン１６．１７は０
　、７　ｍｍ　Ｘ　２　、　２　ｍｍの太きさに形成さ
れ、その面積は１．５４ｍｍ２になる。

また、各配線パターン１６．１７は、回路基板１５の裏
面に形成されたグランドパターンとの間に対地容量Ｃ、
Ｃ２を生じる。ここで、回路基■ 板１５に通常よく使用される厚さ６３５μｍのセラミッ
ク基板を使用すると、対地容量Ｃ、Ｃ２■ は次のように計算される。

１２ Ｃ−Ｃ−８，８５４ｘｌＯｘ９ｘ ２ ６ （１，５４Ｘ１０　　／６．３５Ｘ１０−６）−１，９
３Ｘ１０−１３ １２ なお、８．８５４Ｘ１０　　　は真空の誘電率、９はセ
ラミックの比誘電率である。このようにチップキャリア
タイプの受光素子を使用しても、約２００ｆＦの対地容
量Ｃ、Ｃが生じる。この１ま ため、光受信回路の周波数特性は第４図の曲線９に示さ
れる特性になり、受信帯域は狭まったままである。

本発明はこのような課題を解消するために為されたもの
であり、受光素子に生じる対地容量を軽減し、受信感度
が高く、かつ、受信帯域の広い半導体装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、受信回路の基準電位に設定される第１の配線
パターンおよびこの第１の配線パターンから電気的に分
離され受信信号電圧が与えられる第２の配線パターンが
裏面に形成された回路基板と、第２の配線パターン上に
位置する回路基板の表面に実装され受信回路に伝達され
る信号を受信する回路素子とを備えたものである。

〔作用〕

回路素子に生じる電圧の変化は、回路素子の裏面に形成
された第２の配線パターンの電圧変化にほぼ等しくなる
。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示し、同図（ａ）は
側面図、同図（ｂ）は裏面図を表す。

セラミック基板２１はアルミナ（ＡＮ　２０ａ　）等の
電気的絶縁性を有する材質から成り、この基板２１の裏
面には金パラジウムや銀パラジウム等がメタライズされ
ることにより、広い面積でグランドパターン２２が形成
されている。このグランドパターン２２は基板２１上に
実装される光受信回路の各半導体回路チップの基準電位
に設定される。また、エツチング技術によりメタライズ
された金属がパターンニングされることにより、島状の
孤立パターン２３がグランドパターン２２から電気的に
分離して形成されている。この孤立パターン２３上に位
置する基板２１の表面には、ホトダイオードが形成され
たキャリアチップ２４がダイボンディングされている。

また、キャリアチップ２４と間隔をおいた基板２１表面
上には、復調回路が形成されたＩＣチップ２５がダイボ
ンディングされている。

第２図はキャリアチップ２４およびＩＣチップ２５によ
って構成される光受信回路の回路図を示す。

ＩＣチップ２５の外部端子２５ａ、ｂは、基板２１の表
面に形成された図示しない配線パターンによってキャリ
アチップ２４の外部端子２４ａ。

ｂに接続されている。この配線パターンにより、キャリ
アチップ２４に形成されたホトダイオード２６のカソー
ドおよびアノードは、ＩＣチップ２５に形成された抵抗
Ｒおよび抵抗Ｒｔ、の各−端に接続されている。これら
抵抗ＲＱおよび抵抗Ｒの各一端は同時にコンデンサＣＱ
およびコンデンサＣの各一端に接続され、抵抗Ｒｑおよ
び抵抗Ｒｔ、の各他端は電源電位および接地電位に接続
されている。

コンデンサＣ６は受信信号に含まれる直流分を除去する
ためのものであり、この他端はバッファアンプ２７の入
力に接続されている。コンデンサＣＱの他端はこのバッ
ファアンプ２７の出力に接続されており、バッファアン
プ２７の出力をホトダイオード２６のカソードに帰還す
る。バッファアンプ２７は増幅率が１の正転アンプであ
り、ソースフォロア回路等によって構成される。この出
力はこれと共にアンプ２８の入力に接続され、アンプ２
８の出力は外部端子２９に接続されている。

また、バッファアンプ２７の出力はさらに外部端子３０
に接続されており、この外部端子３０は回路基板２１の
表面に形成された図示しない配線パターンによって孤立
パターン２３に接続されている。この接続はＶＩＡホー
ル３１を介して行われている。

このような構成において、ホトダイオード２６に光信号
が受信されると、光信号は光出力電流に変換される。こ
の光出力電流は抵抗Ｒｔ、により電圧信号に変換され、
さらに、この電圧信号はコンデンサＣ６によりその直流
分が除去される。直流分が除去された受信信号はバッフ
ァアンプ２７を経てアンプ２８により増幅されて復調さ
れ、外部端子２９を介して所定の受信機器に供される。

また、バッファアンプ２７から出力された受信信号電圧
は、外部端子３０を介して孤立パターン２３に与えられ
る。

従って、コンデンサＣｃを介するホトダイオード２６の
アノードの電圧変化、およびコンデンサＣＱを介するホ
トダイオード２６のカソードの電圧変化は、孤立パター
ン２３の受信信号電圧変化にほぼ等しくなる。つまり、
ホトダイオード２６のアノードおよびカソード並びに孤
立パターン２３の各部における交流電圧の振幅はほぼ等
しくなり、その位相は等しくなる。ここで、ホトダイオ
ード２６の大地（孤立パターン２３）に対する容量ｃ、
ｃ　　は、キャリアチップ２４のカッ−２ ド端子、アノード端子（第５図の端子１１．１２に相当
する）と孤立パターン２３との間で形成される寄生的な
ものであり、各容量の電極間に蓄積される電荷の変化Δ
Ｑの両電極間の電圧変化ΔＶに対する割合である。従っ
て、各部の交流電圧変化はほぼ等しいことから、対地容
ｉｃ、Ｃは２ はとんど生じなくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、回路素子に生じる
電圧の変化は、回路素子の裏面に形成された第２の配線
パターンの電圧変化に等しくなる。

このため、従来、回路素子に生じた対地容量はほとんど
生じなくなり、受信感度が高く、かつ、受信帯域の広い
半導体装置が提供されるという効果を有する。

従って、本発明は高速・広帯域の通信システムに適用さ
れることにより、特にその効果が発揮される。

装置の側面図、第１図（ｂ）はこの半導体装置の裏面図
、第２図は第１図に示された半導体装置に形成される光
受信回路図、第３図は従来の半導体装置に形成される光
受信回路図、第４図は受光素子に生じる対地容量をパラ
メータとする光受信回路の周波数特性を示すグラフ、第
５図はチップキャリアタイプの受光素子を示す斜視図、
第６図は第５図に示された受光素子が実装される回路基
板の配線パターン図である。

２１・・・セラミック基板、２２・・・グランドパター
ン、２３・・・孤立パターン、２４・・・キャリアチッ
プ、２５・・・ＩＣチップ、２６・・・ホトダイオード
、２７・・・バッファアンプ、２８・・・アンプ、３ｏ
・・・外部端子、３１・・・ＶＩＡホール、Ｃ、ｃ　・
・・直流Ｑ 分遮断コンデンサ、Ｒ、ＲＱ・・・抵抗。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受信回路の基準電位に設定される第１の配線パターンお
   よびこの第１の配線パターンから電気的に分離され前記
   受信回路の受信信号電圧が与えられる第２の配線パター
   ンが裏面に形成された回路基板と、前記第２の配線パタ
   ーン上に位置する前記回路基板の表面に実装され前記受
   信回路に伝達される信号を受信する回路素子とを備えて
   構成された半導体装置。