JP2000223737A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000223737A
JP2000223737A JP2500399A JP2500399A JP2000223737A JP 2000223737 A JP2000223737 A JP 2000223737A JP 2500399 A JP2500399 A JP 2500399A JP 2500399 A JP2500399 A JP 2500399A JP 2000223737 A JP2000223737 A JP 2000223737A
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JP
Japan
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signal
signal processing
emitting element
light emitting
integrated circuit
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JP2500399A
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English (en)
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Masao Segawa
雅雄 瀬川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】大容量信号の通信を可能にしつつ、信号処理用
集積回路のピン数を減らすことで小型化を図ることがで
きる半導体装置を提供すること。 【解決手段】統合型IC22が設けられたメイン基板2
1と、統合型IC32が設けられたモジュール基板31
と、統合型IC22からの信号を光信号に変換して発信
する発光素子23と、統合型IC32からの信号を光信
号に変換して発信する発光素子33と、発光素子33に
対向配置され、発光素子33から受光した光信号を電気
信号に変換して統合型IC22に送る受光素子24と、
発光素子23に対向配置され、発光素子23から受光し
た光信号を電気信号に変換して信号処理用集積回路32
に送る受光素子34とを備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号処理用集積回
路相互間のデータ通信を光素子を介して行う半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】パソコン等の電子機器間のデータ通信用
としては、機器間を有線で接続する以外に、赤外線等を
用いる方法が用いられている。
【0003】図6の(a)〜(c)は、赤外線を用いて
データ通信を行うための半導体装置10を示す図であ
る。図6の(a)に示すように半導体装置1は、メイン
基板2と、このメイン基板2上に設けられた信号処理用
集積回路3と、光電変換回路4と、データ変換回路5等
が設けられている。また、メイン基板2の端部には赤外
線の発光素子6と、受光素子(フォトダイオード)7と
が実装されている。これらの素子はパッケージ封止され
ている。発光素子6及び受光素子7は、同一の実装筐体
(不図示)に取り付けられた後に、メイン基板2にはんだ
付け実装される。また、信号処理用集積回路3は、ベア
チップICをモールド樹脂したパッケージ状に形成され
ている。なお、ベアチップ実装する場合もある。
【0004】図6の(b)は、半導体装置1の構成を示
す回路ブロック図である。半導体装置1には、同様に構
成された半導体装置1間と発光素子6及び受光素子7を
介して赤外線Rを用いてデータ通信を行う。
【0005】図6の(c)は、ベアチップ実装型の小型
パッケージ6からなる発光素子や受光素子を示す図であ
る。このようなパッケージの場合には、発光素子を基板
上の電極に導電ペースト等で電気的に接着し、発光素子
上を透明樹脂等で気密封止する。このパッケージは、メ
イン基板2にはんだ付け等で実装される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
装置1では、次のような問題があった。すなわち、信号
処理用集積回路3と、データ送受信用の発光素子6及び
受光素子7が、別々に実装されており、メイン基板2上
の占有面積が過大となっていた。また、信号処理用集積
回路3は、従来より100〜1000ピン以上の多ピン
を有するパッケージであり、また、大容量データ転送用
のものになると、信号処理用集積回路3とメイン基板2
と間の接合手段が100μm以下の挟ピッチ実装とな
り、メイン基板2への実装が困難であった。したがっ
て、信号処理用集積回路3のピン数を減らすことが要求
されていた。
【0007】そこで本発明は、大容量信号の通信を可能
にしつつ、信号処理用集積回路のピン数を減らすことで
小型化を図ることができる半導体装置を提供することを
目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、請求項1に記載された発明は、第1の
信号処理用集積回路が設けられた第1の基板と、第2の
信号処理用回路が設けられ前記第2の信号処理用回路を
前記第1の信号処理用回路に対向させて配置された第2
の基板と、前記第1の信号処理用集積回路上に設けら
れ、前記第1の信号処理用集積回路からの信号を光信号
に変換して発信する第1発光素子と、前記第2の信号処
理用集積回路上に設けられ、前記第2の信号処理用集積
回路からの信号を光信号に変換して発信する第2発光素
子と、前記第1の信号処理用集積回路上に設けられると
ともに、前記第2の発光素子に対向配置され、前記第2
の発光素子から受光した光信号を電気信号に変換して前
記第1の信号処理用集積回路に送る第1受光素子と、前
記第2の信号処理用集積回路上に設けられるとともに、
前記第1の発光素子に対向配置され、前記第1の発光素
子から受光した光信号を電気信号に変換して前記第2の
信号処理用集積回路に送る第2の受光素子とを備えるよ
うにした。
【0009】請求項2に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記第1の発光素子と前記第
2の受光素子との間、前記第2の発光素子と前記第1の
受光素子との間の少なくとも一方には光導波管が設けら
れている。
【0010】請求項3に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記第1の受光素子の受光面
及び前記第2の受光素子の受光面のうち少なくとも一方
には入射した光を前記受光面上に収束する光学レンズが
設けられている。
【0011】請求項4に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記信号処理用集積回路は前
記基板に対し接着されているとともに、ワイヤボンディ
ングにて前記基板に対して電気的に接続されている。
【0012】請求項5に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、前記信号処理用集積回路は前
記基板に対してバンプ電極を介して接続されている。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
に係る半導体装置10を示す断面図、図2は半導体装置
10の回路図である。
【0014】半導体装置10は、メインボード部20
と、モジュール部30と、後述するメイン基板21とモ
ジュール基板31とを位置合わせする位置合わせ用治具
40とを備えている。
【0015】メインボード部20は、メイン基板21を
備え、このメイン基板21上には統合型IC22が接着
剤等で固定されている。また、統合型IC22には、レ
ーザダイオード(LD)等の面発光型の発光素子23
と、フォトダイオード(PD)等の受光素子24と、こ
の受光素子24上に設けられたレンズ25と、後述する
信号処理回路22a等と接続された入出力端子26とが
設けられている。なお、入出力端子26とメイン基板2
1上との配線27とはボンディングワイヤ28にて接続
されている。
【0016】また、発光素子23は、GaAs等の材料
から形成され、導電性ペースト(加熱150℃、1時
間)やはんだ付け(240℃、10秒)等を用いて実装
されている。特に、はんだバンプを形成しセルフアライ
メント効果を用いた高精度位置合わせ(±5μm程度)
が有効である。一方、受光素子24は、半導体プロセス
で形成可能であり、統合型IC22と同時に形成されて
いる。
【0017】統合型IC22は、信号処理回路22a
と、データ変換回路22bと、光電変換回路22cと、
この光電変換回路22cからの信号を増幅し、発光素子
23に出力する増幅回路22dとを備えている。
【0018】モジュール部30は、モジュール基板31
を備え、このモジュール基板31上には統合型IC32
が接着剤等で固定されている。また、統合型IC32に
は、レーザダイオード(LD)等の面発光型の発光素子
33と、フォトダイオード(PD)等の受光素子34
と、この受光素子34上に設けられたレンズ35と、後
述する信号処理回路32a等と接続された入出力端子3
6とが設けられている。なお、入出力端子36とモジュ
ール基板31上との配線37とはボンディングワイヤ3
8にて接続されている。
【0019】また、発光素子33は、GaAs等の材料
から形成され、導電性ペースト(加熱150℃、1時
間)やはんだ付け(240℃、10秒)等を用いて実装
されている。特に、はんだバンプを形成しセルフアライ
メント効果を用いた高精度位置合わせ(±5μm程度)
が有効である。一方、受光素子34は、半導体プロセス
で形成可能であり、統合型IC22と同時に形成されて
いる。
【0020】統合型IC32は、信号処理回路32a
と、データ変換回路32bと、光電変換回路32cと、
この光電変換回路32cからの信号を増幅し、発光素子
33に出力する増幅回路32dとを備えている。
【0021】このように構成された半導体装置10で
は、メインボード部20及びモジュール部30との間で
次のようにして信号のやりとりが行われる。
【0022】すなわち、メインボード部20からの信号
は、信号処理回路22a、光電変換回路22c、増幅回
路22dを介して発光素子23へ送られる。発光素子2
3では、電気信号を光信号に変換して発光する。発光に
より赤外線Rがレンズ35を介してモジュール部30側
の受光素子34に入射する。この際、レンズ35により
赤外線Rが収束されているので、入射効率を向上させる
ことができる。
【0023】受光素子34に入射した赤外線Rは、光信
号として検出され、電気信号に変換される。電気信号は
光電変換回路32c、信号処理回路32aを介してモジ
ュール部30へ送られる。
【0024】一方、モジュール部30からの信号は、信
号処理回路32a、光電変換回路32c、増幅回路32
dを介して発光素子33へ送られる。発光素子33で
は、電気信号を光信号に変換して発光する。発光により
赤外線Rがレンズ25を介してメインボード部20側の
受光素子24に入射する。この際、レンズ25により赤
外線Rが収束されているので、入射効率を向上させるこ
とができる。
【0025】受光素子24に入射した赤外線Rは、光信
号として検出され、電気信号に変換される。電気信号は
光電変換回路22c、信号処理回路22aを介してメイ
ンボード部20へ送られる。
【0026】上述したように本第1の実施の形態に係る
半導体装置10によれば、メインボード部20におい
て、発光素子23及び受光素子24を統合型IC22に
直接実装するようにしたので、統合型IC22のメイン
基板21への実装ピン数を減らすことができるととも
に、メイン基板21への実装面積を減らし、小型化を図
ることができる。モジュール部30においても同様であ
る。
【0027】また、レンズ25,35を用いて赤外線R
を収束させるようにしたので、入射光率を向上させ、感
度を増加させることができる。
【0028】図3は本発明の第2の実施の形態に係る半
導体装置50を示す断面図である。なお、図3において
図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説
明は省略する。
【0029】半導体装置50が半導体装置10と異なる
点は、発光素子23と受光素子34間及び発光素子33
と受光素子24間にそれぞれ光導波管51,52が設け
られ、その周囲が樹脂53にて封止されている点にあ
る。
【0030】本第2の実施の形態に係る半導体装置50
においては、第1の実施の形態と同様の効果を得ること
ができるとともに、光導波管51,52を用いることで
他方の発光素子からの光干渉によるデータ処理の不具合
を防止することができる。
【0031】図4は本発明の第3の実施の形態に係る半
導体装置60の要部を示す断面図である。なお、図4に
おいて図1と同一機能部分には同一符号を付し、その詳
細な説明は省略する。
【0032】半導体装置60が半導体装置10と異なる
点は、統合型IC22が支持基板61を介してメイン基
板21に取り付けられているBGA(Ball Gri
dArray)型の半導体装置となっている点にある。
なお、入出力端子26はボンディングワイヤ62を介し
て支持基板61上の電極63に接続され、さらに支持基
板61ははんだバンプ64を介してメイン基板21に取
り付けられることになる。
【0033】本第3の実施の形態に係る半導体装置60
においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。
【0034】図5は本発明の第4の実施の形態に係る半
導体装置70の要部を示す断面図である。なお、図5に
おいて図4と同一機能部分には同一符号を付し、その詳
細な説明は省略する。
【0035】図5に示すように、統合型IC22そのも
のをその下面にバンプ電極67を有するフリップチップ
とすれば、メイン基板21に統合型IC22を直接実装
することができる。こうすることにより、わざわざボン
ディングワイヤ62で接続する必要がなくなる。
【0036】本第4の実施の形態に係る半導体装置70
においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。
【0037】なお、本発明は前記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形実施可能であるのは勿論である。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、大容量信号の通信を可
能にしつつ、信号処理用集積回路のピン数を減らすこと
で小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置を
示す断面図。
【図2】同半導体装置の回路構成を示すブロック図。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置を
示す断面図。
【図4】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の
要部を示す図。
【図5】本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の
要部を示す図。
【図6】従来の半導体装置を示す図。
【符号の説明】
10,50,60,70…半導体装置 20…メインボード部 30…モジュール部 21…メイン基板 31…モジュール基板 22,32…統合型IC(信号処理用集積回路) 23,33…発光素子 24,34…受光素子 25,35…レンズ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の信号処理用集積回路が設けられた第
    1の基板と、 第2の信号処理用回路が設けられ前記第2の信号処理用
    回路を前記第1の信号処理用回路に対向させて配置され
    た第2の基板と、 前記第1の信号処理用集積回路上に設けられ、前記第1
    の信号処理用集積回路からの信号を光信号に変換して発
    信する第1発光素子と、 前記第2の信号処理用集積回路上に設けられ、前記第2
    の信号処理用集積回路からの信号を光信号に変換して発
    信する第2発光素子と、 前記第1の信号処理用集積回路上に設けられるととも
    に、前記第2の発光素子に対向配置され、前記第2の発
    光素子から受光した光信号を電気信号に変換して前記第
    1の信号処理用集積回路に送る第1の受光素子と、 前記第2の信号処理用集積回路上に設けられるととも
    に、前記第1の発光素子に対向配置され、前記第1の発
    光素子から受光した光信号を電気信号に変換して前記第
    2の信号処理用集積回路に送る第2の受光素子とを備え
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記第1の発光素子と前記第2の受光素子
    との間、前記第2の発光素子と前記第1の受光素子との
    間の少なくとも一方には光導波管が設けられていること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第1の受光素子の受光面及び前記第2
    の受光素子の受光面のうち少なくとも一方には入射した
    光を前記受光面上に収束する光学レンズが設けられてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記信号処理用集積回路は前記基板に対し
    接着されているとともに、ワイヤボンディングにて前記
    基板に対して電気的に接続されていることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】前記信号処理用集積回路は前記基板に対し
    てバンプ電極を介して接続されていることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体装置。
JP2500399A 1999-02-02 1999-02-02 半導体装置 Pending JP2000223737A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010512640A (ja) * 2006-09-28 2010-04-22 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 色フィードバック及び混成通信手段を有する固体状態光源

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