JPH0363240B2 - - Google Patents

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PD（フオトダイオード）やAPD（アバ
ランシエフオトダイオード）を置き、両端間を光
フア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、両端部の素子素子−受光素
子及び受光素子−発光素子間をそれぞれ光フアイ
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２およびそれを駆動
する駆動回路をIC化したチツプ４をそれぞれリ
ードフレーム６に固定し、ボンデイングワイヤ８
で所定の結線をした後、透明なプラスチツク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化したチツプをリ
ードフレームに固定し、透明なプラスチツクでモ
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ユールは、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ツクモールド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。この双方向モジユール
は、送信部と受信部が同一のプラスチツクモール
ド１６内にパツケージされているので取扱い易
く、また光フアイバが２本並設されたプラグを用
いることによりモジユ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、上述の双方向モジユールでは次
の欠点がある。

(1) 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
受け易く、特に送信用半導体装置では発光素子
で数十ｍＡという大電流を扱う為、この電流の
スイツチングに起因する雑音が発生し、送信用
半導体装置と接近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。

(2) 各半導体装置は、透明プラスチツクによりモ
ールドされているので信頼性特に耐湿性が悪
い。例えば、プレツシヤクツカテスト（121℃、
2atm）では数時間で故障してしまう。

(3) 光フアイバと発光素子、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
上にマウント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ツクモールド１６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、光フアイバが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
るセラミツク基板と、第１の透孔性窓を備えた第
１の金属製のシエルであつて、セラミツク基板に
気密的に接合されてセラミツク基板との間に第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の金属製のシエルと、
第２の透孔性窓を備えた第２の金属製のシエルで
あつて、セラミツク基板に気密的に接合されてセ
ラミツク基板との間に第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の金属製のシエルと、第１の空間内で、第１
の透孔性窓に対向してセラミツク基板に固定され
た受光素子と、第１の空間内で、セラミツク基板
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
てセラミツ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のセラミツク基板２４，２６及
び２８と、第１のセラミツク基板２４上に積層さ
れたセラミツク製スペーサ３０を備え、更にコバ
ール製のウエルドリング３０，３４を介して透孔
性窓３６を備えた金属製シエル３８及び透孔性窓
４０を備えた金属製シエル４２が気密的に封着さ
れている。第１のセラミツク基板２４、スペーサ
３０、ウエルドリング３２及びシエル３８により
第１の空間４４が形成され、また同様に第１のセ
ラミツク基板２４、スペーサ３０、ウエルドリン
グ３４及びシエル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、ウエルドリング３２，３４及びシ
エル３８，４２により光学的に分離されている。

第１の空間４４には透孔性窓３６に対向して受
光素子４８が第１のセラミツク基板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IC５０
及びコンデンサ５２等が同様に第１のセラミツク
基板２４上に設けられている。第２の空間４６に
は透孔性窓４０に対向して発光素子５４が第１の
セラミツク基板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
５６が第１のセラミツク基板２４上に設けられて
いる。第３のセラミツク基板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１７
６、増幅再生された信号を取り出す為の端子１８
０、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１７２，１７
４，１７８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
とは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ツク基板及びス
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のセラミツク基板、第２のセラミツ
ク基板及び第３のセラミツク基板のそれぞれ上面
図を示し、第９図は第３のセラミツク基板の裏面
図を示す。

まず、第６図に示すように第１のセラミツク基
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、メタライズ層へボンデイング・
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IC９３に電
源を供給するための導電パターン９４、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のセラミツク基板２６は第７図に示される
ように第１のセラミツク基板２４と同様に、中央
部に開孔１０２、切欠き１０４が設けられ、開孔
１０２のまわりにはスルーホール１０６，１０８
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１１０，１１２，１１４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ツク基板
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１１６，１１８，１２
０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図のセラミツク基板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のセラミツク基板２
６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１３４，１３６，１３８，１４０，
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のセラミツク基板
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け用の導
電パターン１５０，１５２，１５４，１５６，１
５８，１６０，１６２，１６４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１
６６，１６８，１７０，１７２，１７４，１７
６，１７８，１８０が取着されている。リード端
子１６６〜１８０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図にもどつて、スペーサ３０にも第
１、第２、第３のセラミツク基板２４，２６，２
８と同様に中央部に開孔１９０、切欠き１９２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１９４，１
９６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のセラミツク基板２４，
２６，２８及びスペーサ３０は、当初グリーンセ
ラミツクで形成されており、積層した後熱処理に
より多層セラミツク基板とされ、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ツ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２０６，２０８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
ツ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、両メタライズ層は電気的に
絶縁されている。また第１の金属製のシエル３８
はスペーサ３０の第１の空間側のメタライズ層２
０２と電気的に接続されまた第２の金属製のシエ
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。

したがつて、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ツク基板上に設けら
れたメタライズ層、スペーサ及び各セラミツク基
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ツ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
エルによつて囲まれ、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
でスイツ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
問題がなくなつた。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、外囲器はセラミツク、金属、ガラスを用
いた気密シール構造となつている為、耐高低温特
性、耐湿性はプラスチツ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。例えばプレツシ
ヤクツカテスト50時間経過後も何の異常も認めら
れなかつた。更に本実施例によれば、光送受信部
が１つのセラミツ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、ウエルドリング２１０，２１２を第
１のセラミツク基板２４の第１の主面に直接ろう
付けし、シエル３８，４０を溶接したものであ
る。

第１１図は、ウエルドリングをも除き、第１の
セラミツク基板２４の第１の主面上のメタライズ
層に直接シエル３８，４２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
発光素子のみを設けた駆動回路素子は外付けとす
ることもできる。更に、光受信部の発光素子及び
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。また中央開孔に沿つて設けた
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つても、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図は光通信用モジユー
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ツク基板を示す図、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   ツク基板と、 第１の透孔性窓を備えた第１の金属製のシエル
   であつて、前記セラミツク基板に気密的に接合さ
   れて前記セラミツク基板との間に第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の金属製のシエルと、 第２の透孔性窓を備えた第２の金属製のシエル
   であつて、前記セラミツク基板に気密的に接合さ
   れて前記セラミツク基板との間に第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の金属製のシエルと、 前記第１の空間内で、前記第１の透孔性窓に対
   向して前記セラミツク基板に固定された受光素子
   と、 前記第１の空間内で、前記セラミツク基板に固
   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
   向して前記セラミツ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 前記第１の空間と前記第２の空間との境界部
   に沿つて、前記セラミツ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。