(57)【要約】【課題】ＥＳＤ耐性の良好な高周波モジュールを提供する。【解決手段】半導体素子と、前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する信号線路と、接地電極と、前記信号線路と前記接地電極との間に設けられた放電部と、を有し、前記放電部は、前記接地電極に設けられた第１の突起と、前記信号線路に設けられ、前記第１の突起と所定の間隔で離れて対抗する第２の突起とを有し、伝送される前記電気信号の実効波長をλｇとし、前記第１の突起の長さをＬとした場合に、０＜（Ｌ／λｇ）≦０．１であることを特徴とする高周波モジュールを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図１１
2020013632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する信号線路と、
接地電極と、
前記信号線路と前記接地電極との間に設けられた放電部と、
を有し、
前記放電部は、前記接地電極に設けられた第１の突起と、前記信号線路に設けられ、前記第１の突起と所定の間隔で離れて対抗する第２の突起とを有し、
伝送される前記電気信号の実効波長をλｇとし、前記第１の突起の長さをＬとした場合に、
０＜（Ｌ／λｇ）≦０．１
であることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
半導体素子と、
前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する信号線路と、
接地電極と、
前記信号線路と前記接地電極との間に設けられた放電部と、
を有し、
前記放電部は、前記接地電極に設けられた第１の突起と、前記信号線路に設けられ、前記第１の突起と所定の間隔で離れて対抗する第２の突起とを有し、
前記第１の突起の長さＬは、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項３】
前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する前記信号線路は２つ設けられており、
前記接地電極は、２つの前記信号線路の間に設けられており、
前記接地電極と一方の前記信号線路との間、及び、前記接地電極と他方の前記信号線路との間に、各々前記放電部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の高周波モジュール。
【請求項４】
半導体素子と、
前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する信号線路と、
前記信号線路と接地電位との間に設けられたバンドエリミネーションフィルタと、
を有し、
前記バンドエリミネーションフィルタを透過する周波数は、２．９ＭＨｚ以上、２５０ＭＨｚ以下であることを特徴とする高周波モジュール。
【請求項５】
前記バンドエリミネーションフィルタを透過する周波数は、５．５ＭＨｚ以上、７．５ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項４に記載の高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーコンピュータ、ハイエンドサーバの高速インターフェースにおける通信では銅等の電線ケーブルが用いられていたが、信号の高速伝送化に対応し、かつ、伝送距離を長くすることが可能な光通信が普及しつつある。このような光通信では、光ケーブルとサーバ等とを接続して電気信号を光信号に変換する光モジュールが用いられている。光モジュールは、光ケーブルからの光信号を電気信号に変換してサーバに出力し、サーバからの電気信号を光信号に変換して光ケーブルへと出力する。
【０００３】
このような光モジュールは、高周波の電気信号が用いられており、高周波モジュールの一種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１７８６１号公報
【特許文献２】特開平１１−２６１８５号公報
【特許文献３】特開２００１−１３５８９７号公報
【特許文献４】実開昭５３−１３５５６１号公報
【特許文献５】特開２００４−７９５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光モジュールに搭載されている半導体素子に静電気等による高電圧が印加されると、半導体素子が破壊されてしまう恐れがあることから、ＥＳＤ（Electrostatic Discharge）対策がなされている。光モジュールにおけるＥＳＤ対策は、例えば、ＨＢＭ（Human Body Model）に基づくＥＳＤ試験により、所定の基準が満たされていることにより判断される。
【０００６】
よって、ＥＳＤ耐性の良好な光モジュール等の高周波モジュールが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一観点によれば、半導体素子と、前記半導体素子に入力される電気信号を伝送する信号線路と、接地電極と、前記信号線路と前記接地電極との間に設けられた放電部と、を有し、前記放電部は、前記接地電極に設けられた第１の突起と、前記信号線路に設けられ、前記第１の突起と所定の間隔で離れて対抗する第２の突起とを有し、伝送される前記電気信号の実効波長をλｇとし、前記第１の突起の長さをＬとした場合に、０＜（Ｌ／λｇ）≦０．１であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
開示の高周波モジュールによれば、ＥＳＤ耐性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態の高周波モジュールの構成図
【図２】ＨＢＭの説明図
【図３】第１の実施の形態の第１の放電部の構造図（１）
【図４】第１の実施の形態の第１の放電部の構造図（２）
【図５】シミュレーションのモデルの説明図（１）
【図６】シミュレーションのモデルの説明図（２）
【図７】シミュレーションにより得られた伝送損Ｓ２１の周波数特性図（１）
【図８】シミュレーションのモデルの説明図（３）
【図９】シミュレーションのモデルの説明図（４）
【図１０】シミュレーションにより得られた伝送損Ｓ２１の周波数特性図（２）
【図１１】シミュレーションのモデルの説明図（５）
【図１２】シミュレーションにより得られた伝送損Ｓ２１の周波数特性図（３）
【図１３】Ｌ／λｇと伝送損Ｓ２１との相関図
【図１４】第１の実施の形態の高周波モジュールの説明図（１）
【図１５】第１の実施の形態の高周波モジュールの説明図（２）
【図１６】第１の実施の形態の第１の放電部の変形例の構造図（１）
【図１７】第１の実施の形態の第１の放電部の変形例の構造図（２）
【図１８】第１の実施の形態の第１の放電部の変形例の構造図（３）
【図１９】第２の実施の形態の高周波モジュールの構成図
【図２０】第２の実施の形態の高周波モジュールの変形例の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態の高周波モジュールについて説明する。尚、本願においては、高周波とは、１ＧＨｚ以上、１００ＧＨｚ以下の周波数を意味するものとする。
【００１２】
図１に示されるように、本実施の形態の高周波モジュール１０は、高周波信号が入力される第１の信号線路２１及び第２の信号線路２２、半導体素子３０、第１の信号線路２１と半導体素子３０の端子３１との間に設けられた第１のコンデンサ４１、第２の信号線路２２と半導体素子３０の端子３２との間に設けられた第２のコンデンサ４２、第１の信号線路２１と接地電位との間に設けられた第１の放電部５１、第２の信号線路２２と接地電位との間に設けられた第２の放電部５２を有している。
【００１３】
高周波モジュール１０では、第１の信号線路２１の入力端子２１ａより入力した高周波信号は、第１の信号線路２１から第１のコンデンサ４１を介し、端子３１に入力される。同様に、第２の信号線路２２の入力端子２２ａより入力した高周波信号は、第２の信号線路２２から第２のコンデンサ４２を介し、端子３２に入力される。半導体素子３０の内部には集積回路３３が設けられており、端子３１に入力した高周波信号及び端子３２に入力した高周波信号は集積回路３３に入力し、信号処理等がなされる。
【００１４】
高周波モジュール１０では、第１の信号線路２１と端子３１との間に設けられた第１のコンデンサ４１により直流成分がカットされ、交流成分が端子３１に入力する。同様に、第２の信号線路２２と端子３２との間に設けられた第２のコンデンサ４２により直流成分がカットされ、交流成分が端子３２に入力する。
【００１５】
ところで、静電気が溜まっている人体の一部等が第１の信号線路２１や第２の信号線路２２に触れると、第１の信号線路２１や第２の信号線路２２における電圧が急激に高くなり、この電圧が集積回路３３に入力すると、集積回路３３が破壊されてしまう場合がある。静電気の直流成分は第１のコンデンサ４１及び第２のコンデンサ４２によりカットされるため、集積回路３３に入力することはない。しかしながら、交流成分は第１のコンデンサ４１及び第２のコンデンサ４２を通ることができるため、集積回路３３に入力する。
【００１６】
ＨＢＭのＥＳＤの標準規格として、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council）のStandard No. 22-A114C.01が存在している。この規格によれば、ＨＢＭのＥＳＤとして、図２に示される特性に基づき、例えば、ピークが１０００Ｖ、立ち上がり時間ｔｒが２〜１０ｎｓ、減衰時間ｔｄが１３０〜１７０ｎｓの波形が印加された場合であっても、耐性を有することが求められている。
【００１７】
図３に示されるように、第１の放電部５１は、第１の信号線路２１に設けられた突起２１ｂと、接地電極６１に設けられた突起６１ｂとを有する。突起２１ｂの先端２１ｃと、突起６１ｂの先端６１ｃとは対向している。尚、突起１２ｂと突起６１ｂとの形状は対称となっている。
【００１８】
本実施の形態においては、第１の信号線路２１と接地電極６１との間の容量をできるだけ小さくするため、突起２１ｂの先端２１ｃ及び突起６１ｂの先端６１ｃは尖っている。また、第１の放電部５１は、レジスト７０の開口７１に露出して形成されており、接地電極６１はスルーホールに形成された貫通電極６１ａにより基板の裏面側と接続されている（図６参照）。尚、第２の放電部５２についても、第１の放電部５１と同様である。第１の信号線路２１、第２の信号線路２２はマイクロストリップ線路である。
【００１９】
また、図４に示されるように、第１の放電部５１は、第１の信号線路２１に設けられた半円状の突起２１ｄと、接地電極６１に設けられた半円状の突起６１ｄとにより形成され、突起２１ｄと、突起６１ｄとは対向しているものであってもよい。尚、第２の放電部５２についても、第１の放電部５１と同様である。
【００２０】
次に、本実施の形態の高周波モジュールにおいてシミュレーションを行った結果について説明する。高周波モジュール１０の信号線路に高周波信号を入力した場合、突起２１ｂが存在していると、突起２１ｂにおいて高周波信号が反射され伝送損が大きくなる場合があることが知られている。
【００２１】
最初に、図３に示される構造の第１の放電部５１について、図５及び図６に示されるモデルを用いて行ったシミュレーションを説明する。このモデルでは、厚さが０．２ｍｍの絶縁体基板６０の表面６０ａに、第１の信号線路２１と接地電極６１が形成されている。第１の信号線路２１及び接地電極６１は、厚さが０．０１ｍｍの銅等の金属材料により形成されており、第１の信号線路２１の伝送方向における長さは５．０ｍｍ、幅は０．２４ｍｍである。突起２１ｂは第１の信号線路２１の側部より０．１ｍｍ出っ張っており、突起６１ｂも突起２１ｂと同様に尖った形状で形成されている。突起２１ｂの先端２１ｃと突起６１ｂの先端６１ｃとの間隔ｄ１は、１０００Ｖに対応するため、０．１ｍｍとなるように形成されている。
【００２２】
図７は、シミュレーションにより得られた、図５の第１の信号線路２１において、左側から入力した信号に対する右側から出力された信号の伝送損Ｓ２１を示す。図７に示されるように、周波数が０〜４０ＧＨｚの範囲では伝送損Ｓ２１はＳ２１＞−０．３ｄＢであった。尚、伝送損Ｓ２１は０．５ｄＢ未満であることが好ましく、更には０．３ｄＢ未満が好ましいとされている。図５及び図６に示されるモデルでは、伝送損Ｓ２１は比較的小さく、実用可能な範囲である。
【００２３】
次に、図４に示される構造の第１の放電部５１について、図８及び図９に示されるモデルを用いて行ったシミュレーションを説明する。このモデルでも、厚さが０．２ｍｍの絶縁体基板６０の表面６０ａに、第１の信号線路２１と接地電極６１が形成されている。第１の信号線路２１及び接地電極６１は、厚さが０．０１ｍｍの銅等の金属材料により形成されており、第１の信号線路２１の長さは５．０ｍｍ、幅は０．２４ｍｍである。突起２１ｄは半径が０．１ｍｍの半円であり、第１の信号線路２１よりも０．１ｍｍ出っ張っている。突起６１ｄも突起２１ｄと同様の形状で形成されている。突起２１ｄと突起６１ｄとの間隔ｄ２は０．１ｍｍとなるように形成されている。
【００２４】
図１０は、シミュレーションにより得られた、図８に示される第１の信号線路２１において、左側から入力した信号に対する右側より出力された信号の伝送損Ｓ２１を示す。図１０に示されるように、周波数が０〜４０ＧＨｚの範囲では伝送損Ｓ２１は、Ｓ２１＞−０．３ｄＢであり、伝送損は実用可能な範囲に入っている。
【００２５】
次に、図８及び図９に示されるモデルにおいて、図１１に示すように突起２１ｄの長さＬを変えた場合についてシミュレーションを行った結果を図１２に示す。尚、図１２には、比較のため突起２１ｄがない例のシミュレーション結果も示している。
【００２６】
第１の放電部５１に突起２１ｄがない場合、伝送損Ｓ２１は、周波数が２５ＧＨｚで約−０．２４ｄＢ、４０ＧＨｚで約−０．２７ｄＢであった。突起２１ｄの長さＬが０．１ｍｍの場合の伝送損Ｓ２１は、図１０に示す場合と同様、周波数が２５ＧＨｚで約−０．２４ｄＢ、４０ＧＨｚで約−０．２７ｄＢであった。突起２１ｄの長さＬが０．２ｍｍの場合の伝送損Ｓ２１は、周波数が２５ＧＨｚで約−０．２６ｄＢ、４０ＧＨｚで約−０．２９ｄＢであった。突起２１ｄの長さＬが０．３ｍｍの場合の伝送損Ｓ２１は、周波数が２５ＧＨｚで約−０．２９ｄＢ、４０ＧＨｚで約−０．３６ｄＢであった。突起２１ｄの長さＬが０．４ｍｍの場合の伝送損Ｓ２１は、周波数が２５ＧＨｚで約−０．３４ｄＢ、４０ＧＨｚで約−０．４８ｄＢであった。突起２１ｄの長さＬが０．６ｍｍの場合の伝送損Ｓ２１は、周波数が２５ＧＨｚで約−０．４８ｄＢ、４０ＧＨｚで約−１．０ｄＢであった。
【００２７】
周波数が２５ＧＨｚの場合、突起２１ｄの長さは、伝送損Ｓ２１が−０．５ｄＢ未満となる０．６ｍｍ以下が好ましく、更には、伝送損Ｓ２１が−０．３ｄＢ未満となる０．３ｍｍ以下が好ましい。また、周波数が４０ＧＨｚの場合、突起２１ｄの長さは、伝送損Ｓ２１が−０．５ｄＢ未満となる０．４ｍｍ以下が好ましく、更には、伝送損Ｓ２１が−０．３ｄＢ未満となる０．２ｍｍ以下が好ましい。
【００２８】
次に、実効波長λｇで正規化した突起の長さ（Ｌ／λｇ）と伝送損Ｓ２１との関係を図１３に示す。図１３に示される結果より、Ｓ２１＞−０．５ｄＢとなる範囲は、０＜Ｌ／λｇ≦０．１であり、更に、Ｓ２１＞−０．３ｄＢとなる範囲は、０＜Ｌ／λｇ≦０．０８であった。尚、図１１における構造のものの実効比誘電率εｒｅｆｆを２．６３とし、この実効比誘電率εｒｅｆｆの値より、２５ＧＨｚの実効波長λｇを７．４ｍｍとする。高周波モジュールにおける高周波信号の最大使用周波数が２．５ＧＨｚのとき、Ｌ／λｇが０．１の場合のＬ（＝λｇ／１０）は０．７４ｍｍであり、Ｌ／λｇが０．０８の場合のＬは０．５９ｍｍである。
【００２９】
本実施の形態では、図１４に示される構造としてもよい。図１４では、第１の信号線路２１の図示下側に接地電極６１が設けられており、突起２１ｂと突起６１ｂとが対向している。また、第２の信号線路２２の図示上側に接地電極６２が設けられており、突起２２ｂと突起６２ｂとが対向している。尚、第２の放電部５２はレジスト７０の開口７２に露出して形成されており、接地電極６２はスルーホールに形成された貫通電極６２ａにより基板の裏面側と接続されている。突起２２ｂの先端２２ｃと突起６２ｂの先端６２ｃの間隔は、突起２１ｂの先端２１ｃと突起６１ｂの先端６１ｃの間隔と同じである。
【００３０】
また、本実施の形態は、図１５に示されるように、第１の信号線路２１と第２の信号線路２２との間に接地電極６３を設け、接地電極６３の第１の信号線路２１側に突起６１ｂを設け、第２の信号線路２２側に突起６２ｂを設けた構造のものであってもよい。接地電極６３はスルーホールに形成された貫通電極６３ａにより基板の裏面側と接続されている。図１５に示す構造にすることにより、接地電極を１つにすることができ、高周波モジュールを小型にすることができる。
【００３１】
（変形例）
本実施の形態における高周波モジュールは、図１６に示されるコプレーナ線路であってもよい。図１６では、第１の信号線路２１が設けられている面と同じ基板の面に貫通電極を設けることなく接地電極６４を設け、接地電極６４に突起２１ｂに対向する突起６１ｂが設けられている。第２の信号線路２２についても同様である。
【００３２】
また、図１７に示されるように、第１の信号線路２１が設けられている面と同じ基板の面に、貫通電極を設けることなく接地電極６４を設け、接地電極６４に半円状の突起２１ｄに対向する半円状の突起６１ｄが設けられているものであってもよい。第２の信号線路２２についても同様である。
【００３３】
更に、本実施の形態における高周波モジュールは、図１８に示されるように、第１の信号線路２１に複数の第１の放電部５１が設けられている構造のものであってもよい。この場合、各第１の放電部５１の突起２１ｂにそれぞれ対抗する突起６１ｂを有する接地電極６１が複数設けられている。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。図１９に示される本実施の形態の高周波モジュール１１０は、高周波信号が入力される信号線路１２０、半導体素子１３０、信号線路１２０と半導体素子１３０との間に設けられたコンデンサ１４０、信号線路１２０と接地電位との間に設けられたバンドエリミネーションフィルタ１５０を有している。バンドエリミネーションフィルタは、ノッチフィルタとも呼ばれる。尚、半導体素子１３０の内部にはＲＦ（Radio Frequency）回路１３３が形成されている。
【００３５】
高周波モジュール１１０では、信号線路１２０の入力端子１２０ａより入力した高周波信号は、信号線路１２０からコンデンサ１４０を介し、半導体素子１３０の端子１３１に入力する。信号線路１２０と端子１３１との間に設けられたコンデンサ１４０により直流成分がカットされ、交流成分が端子１３１に入力する。
【００３６】
また、信号線路１２０にはバンドエリミネーションフィルタ１５０が接続されている。バンドエリミネーションフィルタ１５０は、並列に接続されたコイル１５２と抵抗１５３とに、直列にコンデンサ１５１が接続されている構造のものである。コンデンサ１５１の一方の端子は信号線路１２０に接続され、コンデンサ１５１の他方の端子はコイル１５２の一方の端子及び抵抗１５３の一方の端子と接続されている。また、コイル１５２の他方の端子及び抵抗１５３の他方の端子は接地されている。
【００３７】
ＨＢＭの等価回路における１周期τを１５０ｎｓとした場合、この周期に対応する周波数は６．７ＭＨｚである。そのため、周波数６．７ＭＨｚの信号がバンドエリミネーションフィルタ１５０から接地端子に流れるようにすることで、６．７ＭＨｚの信号は端子１３１に入力せず、ＨＢＭにおけるＥＳＤ対策とすることができる。また、６．７ＭＨＺは高周波モジュールで使用する高周波信号の周波数帯域外であり、かつ高周波信号と比べて十分低い周波数であるため、信号線路１２０にバンドエリミネーションフィルタ１５０を設けても、信号線路１２０に伝送している高周波信号に影響を与えることはない。バンドエリミネーションフィルタ１５０を透過する周波数を６．７ＭＨｚにするには、コンデンサ１５１を１００ｐＦ、コイル１５２を５．６μＨ、抵抗１５３を２ｋΩとすればよい。尚、本実施の形態においては、ある周波数の信号をバンドエリミネーションフィルタ１５０を透過して接地電位の方に流し、半導体素子１３０にはながれないようにしている。
【００３８】
尚、ＨＢＭにおける１周期τを１３２〜１８０ｎｓとした場合、バンドエリミネーションフィルタ１５０を透過する周波数が、５．５ＭＨｚ以上、７．５ＭＨｚ以下となるようにバンドエリミネーションフィルタを形成すればよい。
【００３９】
ＨＢＭでの立ち上がり時間ｔｒや減衰時間ｔｄを１周期τの半周期と考えた場合には、立ち上がり時間ｔｒが２ｎｓであれば対応する周波数は２５０ＭＨｚであり、ｔｒが１０ｎｓであれば対応する周波数は５０ＭＨｚである。また、減衰時間ｔｄが１３０ｎｓであれば対応する周波数は３．８ＭＨｚであり、ｔｄが１７０ｎｓであれば対応する周波数は２．９ＭＨｚである。従って、上記の周波数範囲に対応するためには、バンドエリミネーションフィルタ１５０を透過する周波数が、２．９ＭＨｚ以上、２５０ＭＨｚ以下となるようにバンドエリミネーションフィルタ１５０を形成する。
【００４０】
本実施の形態の高周波モジュールは、図２０に示されるように、信号線路１２０と接地電位との間にバンドエリミネーションフィルタ１５５を設けた構造のものであってもよい。バンドエリミネーションフィルタ１５５は、コンデンサ１５１、コイル１５２、抵抗１５３が直列に接続されている構造のものである。コンデンサ１５１の一方の端子は信号線路１２０に接続されており、コンデンサ１５１の他方の端子は、コイル１５２に接続されている。コイル１５２の他方の端子は抵抗１５３と接続されており、抵抗１５３の他方の端子は接地されている。このような構造のバンドエリミネーションフィルタ１５５であっても、バンドエリミネーションフィルタ１５０と同様に、ＨＢＭに対応する周波数成分のみを透過させることができ、高周波モジュールのＥＳＤ対策に効果を発揮する。
【００４１】
このように、ＨＢＭの等価回路に基づいて遮断あるいは透過する周波数を設定したフィルタを信号線路に設けることによって、特定の周波数成分の信号が半導体素子に流れないようにでき、人体が高周波モジュールに触れることによる半導体素子への静電気の影響を低減することが可能となる。
【００４２】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００４３】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１０        高周波モジュール
２１        第１の信号線路
２１ｂ      突起
２２        第２の信号線路
３０        半導体素子
３３        集積回路
４１        第１のコンデンサ
４２        第２のコンデンサ
５１        第１の放電部
５２        第２の放電部
６１        接地電極
６１ｂ      突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020013632.tif 000018
【図１７】
2020013632.tif 000019
【図１８】
2020013632.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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