JP2015118953A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増やすことなく小型化でき、高周波特性の劣化を抑えることができる半導体装置を得る。【解決手段】半導体素子２を有するパッケージ１と、電気アンプ５を含む電子回路６を有するプリント基板４とが、フレキシブル基板７により電気的に接続されている。半導体素子２に電気的に接続された複数の接続部１２，１３がフレキシブル基板７の第１の端部に設けられている。フレキシブル基板７の第２の端部側がＬ字型の切れ目により基板部分１０，１１に分岐している。電気アンプ５に電気的に接続された複数の高周波信号電極１４が基板部分１０に設けられている。電子回路６に電気的に接続された複数のＤＣ電極１５が基板部分１１に設けられている。基板部分１０は基板部分１１よりも基板長が短い。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を有するパッケージと電気アンプを含む電子回路を有するプリント基板とをフレキシブル基板により電気的に接続する半導体装置に関する。

光モジュールに使用する従来のフレキシブル基板では、プリント基板と電気的に接続する箇所に、複数の電極をピッチ０．７９ｍｍで１列に配置していた（例えば、非特許文献１参照）。また、パッケージからフレキシブル基板を上下方向に出し、プリント基板の表面と裏面に電気的に接続していた（例えば、非特許文献２参照）。また、第１のフレキシブル基板に設けた切り欠きに第２のフレキシブル基板を挿入することで、横幅を広げることなく両者を電気的に接続することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１４１６３１号公報

"Physical Interface of LC TOSA Type 1 Package Rev.2.1 (Fig.2 DA)" M. Shirao et al., "A Miniaturized 43 Gbps EML TOSA Employing Impedance Matched FPC Connection(Fig.3)", OFC/NFOEC2013, OTh4H.6, Anaheim, CA, Mar. 2013.

フレキシブル基板上の隣り合う電極間での半田によるショートを防ぐため、電極のピッチは０．７９ｍｍと決められている。これ以上、ピッチを狭くするには半田付け作業の自動化技術の確立が不可欠である。このため、１つのパッケージに多数の発光素子を有する集積型光モジュールの場合、電極数の増加に伴ってフレキシブル基板の横方向の幅が広くなってしまう。特に横方向の実装エリアが厳しい送受信器では小型化が困難になる。また、フレキシブル基板をプリント基板の表面と裏面に電気的に接続する場合、その表面と裏面に行う半田付け作業が難しく、加工費の増加を招くという問題がある。

また、第１の基板に設けた切り欠きに第２の基板を挿入する場合、電気的に接続するためにお互いの電極を並行に設置させる必要があるため、第２の基板としてフレキシブル基板を用いる必要がある。切り欠き部を設けた第１の基板として曲げることのできないプリント基板を用いることができる。この場合、プリント基板に電極を２列に配置すれば、幅広のフレキシブル基板を使用することなく多電極配置が可能である。しかし、プリント基板の内側の電極列に電気的に接続されるフレキシブル基板はプリント基板の先端側の電極列に電気的に接続されるフレキシブル基板よりも長くなってしまう。プリント基板に実装されたドライバＩＣはプリント基板の内側の電極列に電気的に接続されるため、フレキシブル基板が長くなり、高周波特性が劣化するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は製造コストを増やすことなく小型化でき、高周波特性の劣化を抑えることができる半導体装置を得るものである。

本発明に係る半導体装置は、半導体素子を有するパッケージと、電気アンプを含む電子回路を有するプリント基板と、前記半導体素子に電気的に接続された複数の第１及び第２の接続部と、前記電気アンプに電気的に接続された複数の高周波信号電極と、前記電子回路に電気的に接続された複数のＤＣ電極と、前記複数の第１の接続部と前記複数の高周波信号電極を電気的に接続する複数の高周波信号線路と、前記複数の第２の接続部と前記複数のＤＣ電極を電気的に接続する複数のＤＣ線路とを有するフレキシブル基板とを備え、前記フレキシブル基板は第１及び第２の端部を有し、前記フレキシブル基板の前記第２の端部側がＬ字型の切れ目により第１及び第２の基板部分に分岐し、前記フレキシブル基板の前記第１の端部に前記複数の第１及び第２の接続部が設けられ、前記第１の基板部分に前記複数の高周波信号電極が設けられ、前記第２の基板部分に前記複数のＤＣ電極が設けられ、前記第１の基板部分は前記第２の基板部分よりも基板長が短いことを特徴とする。

本発明ではフレキシブル基板をＬ字型の切れ目により分岐し、分岐された基板部分にそれぞれ複数の高周波信号電極と複数のＤＣ電極を配置する。これにより電極が並ぶ横方向に基板を広げることなく多数の電極を配置できるため、小型化できる。プリント基板の表面のみに電極を配置すればよいため、製造コストは増えない。基板長が短い方の基板部分に設けた複数の高周波信号電極を電気アンプに電気的に接続するため、高周波特性の劣化を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板を示す平面図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す側面図である。パッケージ１は、電気信号を光信号に変換または光信号を電気信号に変換する半導体素子２を有する。レセプタクル３は、パッケージ１と光ファイバを接続する光インターフェース部材であり、光信号を伝搬させる。プリント基板４は電気アンプ５を含む電子回路６を有する。フレキシブル基板７がパッケージ１の半導体素子２とプリント基板４の電子回路６を電気的に接続する。パッケージ１、レセプタクル３、及びフレキシブル基板７は光モジュールを構成する。

フレキシブル基板７は、基板材として一般的にはポリイミドが用いられ、折り曲げることができる。フレキシブル基板７の第１の端部がパッケージ１の上段リードピン８と下段リードピン９に半田により電気的に接続されている。フレキシブル基板７の第２の端部がプリント基板４の表側のみに設けられた電子回路６に半田により電気的に接続されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係るフレキシブル基板を示す平面図である。フレキシブル基板７の第２の端部側がＬ字型の切れ目により基板部分１０，１１に分岐している。基板部分１０は基板部分１１よりも基板長が短い。

複数の接続部１２，１３は、フレキシブル基板７の第１の端部に設けられた貫通穴であり、上段リードピン８と下段リードピン９が挿入されて半導体素子２に電気的に接続される。複数の高周波信号電極１４は、基板部分１０に直線状に並んで設けられ、電気アンプ５に半田により電気的に接続される。複数のＤＣ電極１５は、基板部分１１に直線状に並んで設けられ、基板部分１０の下方において電子回路６に半田により電気的に接続される。複数の高周波信号電極１４の列と複数のＤＣ電極１５の列は互いに平行に配置されている。複数の高周波信号線路１６が複数の接続部１２と複数の高周波信号電極１４を電気的に接続する。複数のＤＣ線路１７が複数の接続部１３と複数のＤＣ電極１５を電気的に接続する。

続いて本実施の形態の動作を説明する。送信機として作用する場合、プリント基板４上の電気アンプ５から出力された高周波の電気信号は、基板部分１０上の高周波信号電極１４、高周波信号線路１６、パッケージ１の上段リードピン８と下段リードピン９を通って半導体素子２に到達する。半導体素子２で電気信号から光信号に変換されてレセプタクル３から光信号が出力される。

同様に受信機として作用する場合、光ファイバからの光信号がレセプタクル３を通じてパッケージ１内の半導体素子２に入力され、半導体素子２で光信号から電気信号に変換される。この電気信号はパッケージ１の上段リードピン８と下段リードピン９、基板部分１０上の高周波信号線路１６、高周波信号電極１４を通って電気アンプ５に入力される。

また、プリント基板４から供給されるＤＣ信号は、接続部１３上のＤＣ電極１５、ＤＣ線路１７、パッケージ１の上段リードピン８と下段リードピン９を通って半導体素子２に供給される。

以上説明したように、本実施の形態では、１枚のフレキシブル基板７をＬ字型の切れ目により２つに分岐し、分岐された基板部分にそれぞれ複数の高周波信号電極１４の列と複数のＤＣ電極１５の列を互いに平行に配置する。これにより電極が並ぶ横方向（ｘ軸方向）に基板を広げることなく多数の電極を配置できるため、小型化できる。

ＤＣ線路１７は半田付けを実施せず、インピーダンス制御も必要なく、狭ピッチで形成できるため、その領域のフレキシブル基板７の幅を狭くすることができる。ＤＣ電極１５は半田付けを行うため狭ピッチで配置することはできない。しかし、ＤＣ電極１５の一部を基板部分１０の下方に配置することでフレキシブル基板７の幅寸法を抑えることができる。また、プリント基板４の表面のみに電極を配置すればよいため、製造コストは増えない。

また、高周波線路に比較的よく用いられるアルミナ基板の誘電体損は１０^−４程度であるのに対し、フレキシブル基板７はポリイミドで構成されており、その誘電体損は１０^−２程度と比較的大きい。そこで、基板長が短い基板部分１０に設けた高周波信号電極１４を電気アンプ５に電気的に接続する。これにより高周波信号の通過特性の損失を軽減させ、高周波特性の劣化を抑えることができる。なお、ＤＣ信号が通るＤＣ線路１７はプリント基板４上の線路にスルーホールを形成しても、線路長が長くなってもよい。

例として、電極間ピッチを０．７９ｍｍとした場合、従来技術では１６極構成するのにフレキシブル基板７の最低幅は１２．６４ｍｍであるのに対し、本実施の形態ではフレキシブル基板７の最低幅を７．９ｍｍとすることができる。

なお、本実施の形態では、フレキシブル基板７上で高周波信号電極１４とＤＣ電極１５を別の列に配置したが、フレキシブル基板７の誘電体損、電気アンプ５とフレキシブル基板７間の距離を無視できる場合は、両者を同じ列に配置してもよい。また、配置を直線上に配置しているが、互い違いや扇状に配置してもよい。また、フレキシブル基板７のポリイミド層数が２層以上でもよい。

また、本実施の形態では、高周波線信号用の基板部分１０を左側に、ＤＣ信号用の基板部分１１を右側に配置しているが、逆に配置してもよい。高周波線信号用の基板部分１０を隣り合うパッケージとは遠ざかる方に配置することで、送受信干渉を低減することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す斜視図である。図５は、本発明の実施の形態２に係るフレキシブル基板を示す平面図である。フレキシブル基板７の第２の端部側が２個のＬ字型の切れ目により３つの基板部分１０，１１，１８に分岐している。基板部分１１，１８にそれぞれ直線状に並んだＤＣ電極１５，１９が設けられている。これにより３列の電極を配置することができるため、電極の列が並ぶ方向（ｘ軸）に基板を広げることなく実施の形態１よりも多くの電極を１枚のフレキシブル基板７に配置できる。

なお、本実施の形態では切れ目が２個で３つの基板部分に分岐しているが、これに限らずフレキシブル基板７の第２の端部側が複数のＬ字型の切れ目により複数の基板部分に分岐していればよい。

１ パッケージ、２ 半導体素子、４ プリント基板、５ 電気アンプ、６ 電子回路、７ フレキシブル基板、１０，１１，１８ 基板部分、１２，１３ 接続部、１４ 高周波信号電極、１５，１９ ＤＣ電極、１６ 高周波信号線路、１７ ＤＣ線路

Claims (4)

1. 半導体素子を有するパッケージと、
   電気アンプを含む電子回路を有するプリント基板と、
   前記半導体素子に電気的に接続された複数の第１及び第２の接続部と、前記電気アンプに電気的に接続された複数の高周波信号電極と、前記電子回路に電気的に接続された複数のＤＣ電極と、前記複数の第１の接続部と前記複数の高周波信号電極を電気的に接続する複数の高周波信号線路と、前記複数の第２の接続部と前記複数のＤＣ電極を電気的に接続する複数のＤＣ線路とを有するフレキシブル基板とを備え、
   前記フレキシブル基板は第１及び第２の端部を有し、
   前記フレキシブル基板の前記第２の端部側がＬ字型の切れ目により第１及び第２の基板部分に分岐し、
   前記フレキシブル基板の前記第１の端部に前記複数の第１及び第２の接続部が設けられ、
   前記第１の基板部分に前記複数の高周波信号電極が設けられ、
   前記第２の基板部分に前記複数のＤＣ電極が設けられ、
   前記第１の基板部分は前記第２の基板部分よりも基板長が短いことを特徴とする半導体装置。
2. 前記複数のＤＣ電極の一部は前記第１の基板部分の下方に配置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。
3. 前記複数の高周波信号電極と前記複数のＤＣ電極はそれぞれ直線状に並んで形成され、
   前記複数の高周波信号電極の列と前記複数のＤＣ電極の列は互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記フレキシブル基板の前記第２の端部側が複数のＬ字型の切れ目により複数の基板部分に分岐していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。

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