JP2011165720A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子を接地するための配線のインダクタンスを従来よりも低減することができる電子機器を提供する。
【解決手段】半導体素子１０と、半導体素子１０と配線によって接続される、半導体素子１０を接地する接地台１４と、を含み、接地台１４の高さが、半導体素子１０と接地台１４とを接続する配線の長さの値と閾値との差が所定の範囲内に収まる高さである。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に関する。

例えば、光通信用集積回路のような高速ＬＳＩが形成された半導体素子を搭載する光通信パッケージに対しては、低周波から高周波まで広帯域にわたって良好な信号伝送品質が要求されている。特に、昨今では１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上のビットレートの製品の開発が進んでおり、これらの製品に搭載される半導体素子は、従来に比べ安定性に関してより厳しい条件でも安定動作することが要求される。

一般的な半導体素子の実装方式では、半導体素子を搭載面に接着し、接着面に対して反対側の面に設けられた導体性のパッドから接続されるべき場所へと導体の配線（例えば、ワイヤ）を接続する。この実装方式においては、半導体素子の集積回路は、パッドと配線を介して、光通信パッケージのグランド等に接地されることとなる。

しかし、ワイヤなどの配線は長さに応じたインダクタンスを持つので、ある長さを持つ配線を経由して集積回路を接地しても、高周波においては配線のインダクタンス成分によって完全な接地とはならない。このことによって、集積回路の高周波特性が悪化する。特に、半導体素子の集積回路中に増幅器を内蔵する場合には、不安定な動作を起こし、発信現象が生じることがある。このような不安定な動作を回避する方法の１つとして、配線の長さを極力短くすることにより、配線のインダクタンスを低減する方法が挙げられる。

特許文献１には、金属製の設置用柱部をステム上に設けて、設置用柱部とプリアンプとを電気的に接続することでプリアンプの接地電位を安定化させた光受信モジュールが記載されている。特許文献２には、光部品を固定する実装基板上に収納穴を形成して、光部品の実装面の高さを揃えることにより、配線によるインダクタンスを減少させた光部品が記載されている。

特開２００４−２５４１２５号公報 特開２００３−２０９２６７号公報

近年開発が進んでいる１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上のビットレートに対しては、従来の技術を用いても、安定動作にはまだ不十分である。このように、半導体素子を接地するための配線のインダクタンスは更に低減されることが望ましい。このことは、光通信パッケージに限らず電子機器一般においてもあてはまる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、半導体素子を接地するための配線のインダクタンスを従来よりも低減することができる電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電子機器は、半導体素子と、前記半導体素子と配線によって接続される、前記半導体素子を接地する接地台と、を含み、前記接地台の高さが、前記半導体素子と前記接地台とを接続する配線の長さの値と閾値との差が所定の範囲内に収まる高さであることを特徴とする。

本発明によれば、半導体素子と接地台とを接続する配線の長さの値と閾値との差が所定の範囲内に収まる高さとなるよう、設定されているので、配線の長さが、従来の電子機器よりも短くなるため、半導体素子を接地するための配線のインダクタンスを従来よりも低減することができる。

本発明の一態様では、前記接地台に、前記接地台と、当該接地台が配置される面とを接着する接着剤を受け入れる切り欠きが形成されていることを特徴とする。この態様によれば、半導体素子や接地台の上面にまで接着剤がせり上がるおそれを低減することができる。

この態様では、前記接地台が、配線が接続される接続部を複数含み、前記切り欠きが、前記複数の接続部の間に形成されていてもよい。

また、前記接地台が配置される面と前記接地台とが接触する領域の面積が、前記接地台の配線が接続される面の面積よりも小さくてもよい。

また、本発明の一態様では、前記接地台と、当該接地台が配置される面とを接着する接着剤と、前記半導体素子と、当該半導体素子が配置される面とを接着する接着剤と、が共通することを特徴とする。

また、本発明の一態様では、光電変換を行う光電変換部をさらに含み、前記接地台が前記半導体素子と前記光電変換部との間に設けられていることを特徴とする。

第１の実施形態に係る光パッケージの内部構造の一例を概念的に示す概念図である。 図１に示す光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す側面図である。 第２の実施形態に係る光パッケージの内部構造の一例を概念的に示す概念図である。 図３に示す光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す側面図である。 第３の実施形態に係る光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す平面図である。 図５に示す光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す側面図である。 比較例の光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す平面図である。 図７に示す比較例の光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す側面図である。 第４の実施形態に係る光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す平面図である。 図９に示す光パッケージに含まれる、半導体素子と接地台との位置関係の一例を示す側面図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

図１は、第１の実施形態に係る光パッケージ１の内部構造の一例を概念的に示す概念図である。図１に示すように、本実施形態に係る光パッケージ１は、半導体素子１０と、基板１１と、基板１１に搭載された光電変換部（本実施形態では、受光素子１２）と、平板コンデンサ１３と、金属製の接地台１４と、を含んでいる。半導体素子１０上には、金属パッド１５が複数形成されている。これらの金属パッド１５は、受光素子１２からの電気信号を受け付ける入力パッド１５ａと、電気信号を出力する出力パッド１５ｂと、を少なくとも含んでいる。

基板１１上には、配線パタンが形成されている。そして、基板１１上の配線パタンと半導体素子１０上の入力パッド１５ａとは、ワイヤ１６により電気的に接続されている。また、半導体素子１０上の出力パッド１５ｂは、出力端子（図示せず）と、ワイヤ１６により電気的に接続されている。

本実施形態に係る光パッケージ１では、受光素子１２が、光ファイバ（図示せず）などを経由する、外部からの光を受け付けて、この光（入射光）を電気信号に変換する。そして、受光素子１２は、この電気信号を、基板１１上の配線パタン、ワイヤ１６、入力パッド１５ａを経由して、半導体素子１０に出力する。そして、半導体素子１０は、受け付けた電気信号を増幅するとともに、差動信号に変換して、半導体素子１０上の２つの出力パッド１５ｂから出力端子へ差動信号として出力する。このようにして、光パッケージ１は、入射光に応じた差動信号を出力端子経由で外部へと出力する。

半導体素子１０上の金属パッド１５のいくつかは、例えば、平板コンデンサ１３を経由して外部端子（図示せず）に至る、電源供給等のＤＣライン１７に接続される。なお、ＤＣライン１７が、平板コンデンサ１３を経由せずに、金属パッド１５と外部端子とを接続していてもよい。

また、半導体素子１０上の金属パッド１５のいくつかは、接地パッド１５ｃとして機能する。そして、本実施形態に係る光パッケージ１では、半導体素子１０の接地パッド１５ｃと接地台１４とは近接して配置されている。そして、接地台１４は、光パッケージ１のグランド面に、半導体素子１０と光パッケージ１のグランド面とを接着しているものと共通の導電性接着剤で接着されている。そして、接地パッド１５ｃと接地台１４とはワイヤ１６により接続されている。このようにして、半導体素子１０は接地される。そして、本実施形態に係る光パッケージ１では、半導体素子１０と受光素子１２との間にいくつかの接地台１４が設けられている。

図２は、図１に示す光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す側面図である。半導体素子１０に関する接続に使用されるワイヤ１６としては、断面形状が円形のものが多用されている。このタイプのワイヤ１６は、一方の端にボール１６ａが形成されている。ワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続する際には、まず、ワイヤ１６の一方の部材にボール１６ａを熱及び超音波で圧着してから、ワイヤ１６の他方の部材にワイヤ１６の他方の端をこすり付けるボールボンディング方式が用いられることが多い。

半導体素子１０と別の部材とをワイヤ１６で接続する場合、一般的には、先に、半導体素子１０に対してワイヤ１６を接続する。そのため、図１及び図２に示すように、半導体素子１０の金属パッド１５（例えば、接地パッド１５ｃ）上に、ボール１６ａが形成されることが多い。図１及び図２に示すように、先にワイヤ１６が接続される部材（本実施形態では、半導体素子１０）については、圧着されたボール１６ａの高さだけ高い位置をワイヤ１６が通る。そこで、図１及び図２に示すように、接地台１４の高さが、大体、半導体素子１０の高さとボール１６ａの高さとの和になるよう、接地台１４の高さを設定すると、このように接地台１４の高さを設定しない場合よりも、ワイヤ１６の長さが短くなる。そのため、このように、本実施形態に係る光パッケージ１では、接地台１４の高さを半導体素子１０の高さより、形成されるボール１６ａの高さだけ高くするのが望ましい。

一般的な光パッケージ１では、半導体素子１０が搭載される光パッケージ１の搭載面が、光パッケージ１のグランドになっている場合、半導体素子１０の接地パッド１５ｃは直接光パッケージ１のグランド面にワイヤ１６等で電気的に接続される。しかし、半導体素子１０は、光パッケージ１の搭載面に接着剤で接着されると、少なからず周囲に接着剤及びその構成成分の一部が染み出し、グランド面のワイヤボンドできる位置が半導体素子１０の位置から遠ざかってしまう。その結果、ワイヤ１６の長さが長くなってしまう。また、半導体素子１０上の接地パッド１５ｃとグランド面とには段差があるので、半導体素子１０の高さの分だけワイヤ長が長くなる。

一方、本実施形態に係る光パッケージ１では、半導体素子１０と接地台１４とを接続する配線（例えば、ワイヤ１６）の長さの値と閾値との差が所定の範囲内に収まる高さとなるよう設定されている（上述の例では、例えば、接地台１４の高さが、半導体素子１０の高さより、形成されるボール１６ａの高さだけ高くなっている）。

具体的には、半導体素子１０の高さをＨ１、接地台１４の高さをＨ２、ボール１６ａの高さをＢ、半導体素子１０の配線接続点と接地台１４の配線接続点との距離をＤとした場合、簡単に考えれば配線の長さＬはおよそ次式のようになる。

配線の長さの閾値Ｌ０は、Ｈ１＋Ｂ＝Ｈ２の場合でＬ０＝Ｄとなる。本実施形態においては、Ｌ＜１．１×Ｌ０となるように接地台の高さＨ２を設定することが望ましい。例として、Ｈ１＝０．２ｍｍ、Ｂ＝０．０５ｍｍ、Ｄ＝０．２ｍｍの場合は、０．１６ｍｍ≦Ｈ２≦０．３４ｍｍである。

ワイヤ１６の長さが、従来の光パッケージ１よりも短くなり、半導体素子１０を接地するための配線のインダクタンスを従来よりも低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に係る光パッケージ１の内部構造の一例を概念的に示す概念図である。図４は、図３に示す光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す側面図である。

本実施形態に係る光パッケージ１では、ワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続する際に、ワイヤ１６の両端をそれぞれ部材にこすり付けるウェッジボンディング方式が用いられている。断面形状が略長方形のリボンと呼ばれるワイヤ１６による接続先間の接続は、一般的に、ウェッジボンディング方式で行われることが多い。

ウェッジボンディング方式では、ワイヤ１６の端にボール１６ａが形成されることがないので、図３及び図４に示すように、半導体素子１０の高さと、接地台１４の高さと、が大体同じになるよう接地台１４の高さを設定すると、ワイヤ１６の長さが、従来の光パッケージ１よりも短くなる。そのため、本実施形態に係る光パッケージ１では、接地台１４の高さを、半導体素子１０の高さと同じくらいにするのが望ましい。

具体的には、半導体素子１０の高さをＨ１、接地台１４の高さをＨ２、半導体素子１０の配線接続点と接地台１４の配線接続点との距離をＤとした場合、簡単に考えれば配線の長さＬはおよそ次式のようになる。

配線の長さの閾値Ｌ０は、Ｈ１＝Ｈ２の場合でＬ０＝Ｄとなる。本実施形態においては、Ｌ＜１．１×Ｌ０となるように接地台の高さＨ２を設定することが望ましい。例として、Ｈ１＝０．２ｍｍ、Ｄ＝０．２ｍｍの場合は、０．１１ｍｍ≦Ｈ２≦０．２９ｍｍである。

また、リボンと呼ばれるワイヤ１６を用いて部材間を接続すると、単位長さあたりのインダクタンスが通常のワイヤ１６よりも小さくなる。そのため、高周波特性が求められる部材間の接続には、リボンと呼ばれるワイヤ１６を用いるのが効果的である。

なお、上述の点以外は、第２の実施形態に係る光パッケージ１の構成は、第１の実施形態に係る光パッケージ１の構成と同様である。

［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態に係る光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す平面図である。図６は、第３の実施形態に係る光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す側面図である。第３の実施形態に係る光パッケージ１の構成は、接地台１４の形状を除いては、第１の実施形態に係る光パッケージ１の構成と同様である。

図５及び図６に示すように、本実施形態に係る接地台１４には、接地台１４と光パッケージ１のグランド面とを接着する接着剤を受け入れる縦向き三角柱状の切り欠き１８が形成されている。すなわち、本実施形態に係る接地台１４は、断面が凹多角形である柱状に形成されている。そして、切り欠き１８が半導体素子１０側を向くよう光パッケージ１のグランド面上に接地台１４が配置されている。また、本実施形態に係る接地台１４は、ワイヤ１６が接続される接続部１４ａを２つ含んでおり、切り欠き１８がこれら２つの接続部１４ａの間に形成されている。

図７は、比較例の光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す平面図である。図８は、図７に示す比較例の光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す側面図である。図７及び図８に示す接地台１４は、略直方体状である。図７及び図８に示す光パッケージ１では、接地台１４が半導体素子１０に近接して配置されると、図７及び図８に示すように、接地台１４と光パッケージ１のグランド面とを接着する接着剤が半導体素子１０と接地台１４との間の空間に染み出し、接着剤溜り１９が形成されるおそれがある。そして、接着剤が半導体素子１０の上面に染み出した場合には、金属パッド１５間が短絡されるおそれや、金属パッド１５の表面が粗くなってワイヤボンディングができなくなるおそれなどがある。また、接着剤が接地台１４の上面に染み出した場合には、接地台１４の表面が粗くなってワイヤボンディングができなくなるおそれがある。

一方、本実施形態に係る光パッケージ１では、接地台１４の側面に切り欠き１８が形成されているので、図５及び図６に示すように、切り欠き１８が半導体素子１０側を向くよう、光パッケージ１のグランド面上に、接地台１４を半導体素子１０に近接して配置すると、切り欠き１８の部分の空間に、接着剤溜り１９が形成されて、半導体素子１０や接地台１４の上面にまで接着剤がせり上がるおそれを低減することができる。

なお、図５及び図６に示す光パッケージ１では、ボールボンディング方式でワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続しているが、本実施形態をウェッジボンディング方式でワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続する光パッケージ１に応用してもよい。

［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す平面図である。図１０は、第４の実施形態に係る光パッケージ１に含まれる、半導体素子１０と接地台１４との位置関係の一例を示す側面図である。第４の実施形態に係る光パッケージ１の構成は、接地台１４の形状を除いては、第２の実施形態に係る光パッケージ１の構成と同様である。

図９及び図１０に示すように、本実施形態に係る接地台１４には、接地台１４と光パッケージ１のグランド面とを接着する接着剤を受け入れる横向き三角柱状の切り欠き１８が形成されている。すなわち、本実施形態に係る接地台１４は下向き四角錐台状に形成されている。このように、本実施形態に係る光パッケージ１では、接地台１４と光パッケージ１のグランド面とが接触する領域の面積が、接地台１４に配線が接続される面（図９及び図１０の例では、接地台１４の上面）の面積よりも小さくなっている。そして、切り欠き１８が半導体素子１０側を向くよう光パッケージ１のグランド面上に接地台１４が配置されている。本実施形態に係る光パッケージ１においても、切り欠き１８が半導体素子１０側を向くよう、光パッケージ１のグランド面上に、接地台１４を半導体素子１０に近接して配置すると、切り欠き１８の部分の空間に、接着剤溜り１９が形成されて、半導体素子１０や接地台１４の上面にまで接着剤がせり上がることを防ぐことができる。

なお、図９及び図１０に示す光パッケージ１では、ウェッジボンディング方式でワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続しているが、本実施形態をボールボンディング方式でワイヤ１６が接続される部材間を電気的に接続する光パッケージ１に応用してもよい。

なお、上述の各実施形態に係る光パッケージ１が受光素子の代わりに発光素子などの光電変換素子を含んでいてもよい。上述の各実施形態を光パッケージ１以外の電子機器一般に応用してもよい。

１ 光パッケージ、１０ 半導体素子、１１ 基板、１２ 受光素子、１３ 平板コンデンサ、１４ 接地台、１４ａ 接続部、１５ 金属パッド、１５ａ 入力パッド、１５ｂ 出力パッド、１５ｃ 接地パッド、１６ ワイヤ、１６ａ ボール、１７ ＤＣライン、１８ 切り欠き、１９ 接着剤溜り。

Claims (6)

1. 半導体素子と、前記半導体素子と配線によって接続される、前記半導体素子を接地する接地台と、を含み、
   前記接地台の高さが、前記半導体素子と前記接地台とを接続する配線の長さの値と閾値との差が所定の範囲内に収まる高さである、
   を含むことを特徴とする電子機器。
2. 前記接地台に、前記接地台と、当該接地台が配置される面とを接着する接着剤を受け入れる切り欠きが形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記接地台が、配線が接続される接続部を複数含み、
   前記切り欠きが、前記複数の接続部の間に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記接地台が配置される面と前記接地台とが接触する領域の面積が、前記接地台の配線が接続される面の面積よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
5. 前記接地台と、当該接地台が配置される面とを接着する接着剤と、前記半導体素子と、当該半導体素子が配置される面とを接着する接着剤と、が共通する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器。
6. 光電変換を行う光電変換部をさらに含み、
   前記接地台が前記半導体素子と前記光電変換部との間に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子機器。

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