(57)【要約】【課題】高周波の信号処理を行う半導体素子等を安定的に動作させることができる半導体モジュールを提供する。【解決手段】第１の回路基板と、第２の回路基板と、前記第１の回路基板に搭載された第１の半導体素子と、前記第２の回路基板に搭載された第２の半導体素子と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の間に設けられた電波吸収部材と、を有すること特徴とする半導体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１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回路基板と、
第２の回路基板と、
前記第１の回路基板に搭載された第１の半導体素子と、
前記第２の回路基板に搭載された第２の半導体素子と、
前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の間に設けられた電波吸収部材と、
を有すること特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１の回路基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１の回路基板の他方の面には、接地電極が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第１の半導体素子は、フォトダイオードを含むものであって、
前記第１の回路基板の一方の面には、前記フォトダイオードのアノード配線パターン及びカソード配線パターンが形成されており、
前記第１の回路基板の他方の面には、前記アノード配線パターン及び前記カソード配線パターンに対応する領域を覆うバイアス電極と、前記バイアス電極を囲む接地電極が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模コンピュータシステムやスーパーコンピュータでは、高速処理を実現するために、複数の処理ユニットが光インターコネクションにより接続されている。光インターコネクションは、光送信器及び受光素子を含む光モジュールと、光ファイバ伝送路とを有している。光モジュールは、小型化のために複数の光送信器や複数の光受信器が１枚の基板上に高密度に実装されている。尚、光モジュールでは、高周波で変調された光信号が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４０５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１２７５６１号公報
【特許文献３】特開２００３−２２４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光モジュール等の高周波信号を用いた半導体モジュールでは高周波信号の処理を行う半導体素子等が回路基板に搭載されている。半導体モジュールの他の回路基板に搭載された他の半導体素子の動作により生じた電磁波の影響を受け、高周波信号の処理を行う半導体素子の動作が不安定になる場合がある。
【０００５】
このため、他の半導体素子が動作した場合であっても、信号の処理を行う半導体素子等が安定的に動作する半導体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】
【０００６】
本実施形態の一観点によれば、第１の回路基板と、第２の回路基板と、前記第１の回路基板に搭載された第１の半導体素子と、前記第２の回路基板に搭載された第２の半導体素子と、前記第１の回路基板と前記第２の回路基板の間に設けられた電波吸収部材と、を有すること特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の半導体モジュールによれば、信号処理を行う半導体素子等を安定的に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態による半導体モジュールの構造図
【図２】第１の実施形態による半導体モジュールの分解斜視図
【図３】第１の実施形態による他の半導体モジュールの構造図
【図４】フレキシブル基板の説明図（１）
【図５】フレキシブル基板の説明図（２）
【図６】第２の実施形態による光モジュールの説明図
【図７】第２の実施形態による光受信モジュールの回路図
【図８】第２の実施形態による第１の回路基板の一方の面の平面図
【図９】第２の実施形態による第１の回路基板の他方の面の平面図
【図１０】第２の実施形態による光モジュールの断面図
【図１１】第２の実施形態による他の光モジュールの断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
〔第１の実施形態〕
第１の実施形態による半導体モジュールについて、図１及び図２に基づき説明する。図１は、本実施形態による半導体モジュールの構造図であり、図２は、分解斜視図である。
【００１１】
本実施形態による半導体モジュールは、第１の回路基板１０と第２の回路基板とを有している。第１の回路基板１０の面１０ａには半導体素子３０が搭載されている。半導体素子３０は、発光素子、受光素子、アンプ、信号処理を行う半導体素子であり、面１０ａには図２に示すように半導体素子３０に接続される配線１１が形成されている。また、第２の回路基板２０の面２０ａには半導体素子４０が搭載されている。半導体素子４０は例えば２８ＧＨｚの高周波で動作する半導体素子であり、面２０ａには半導体素子４０に接続される不図示の配線が形成されている。
【００１２】
本実施形態による半導体モジュールでは、第１の回路基板１０と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０が設けられている。第１の回路基板１０と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０を設けることにより、第２の回路基板２０に搭載されている半導体素子４０を動作させることにより生じる電磁波を電波吸収部材５０により吸収し、ノイズとなる電磁波を弱めることができ、半導体素子３０への影響を低減する。
【００１３】
電波吸収部材５０は、１０ＭＨｚ以上５０ＧＨｚ以下の範囲の電磁波を吸収するものであり、例えば、カーボニル鉄とシリコーンとを有する部材により形成されている。電波吸収部材５０は電波吸収シートとも呼ばれ、例えば、Emerson & Cuming Microwave Products製のＢＳＲ−１を用いることができる。
【００１４】
尚、半導体素子４０の駆動周波数は、例えば１０ＭＨｚ以上５０ＧＨｚ以下、更には１ＧＨｚ以上５０ＧＨｚ以下である。電波吸収部材５０は厚いほど電磁波吸収の効果は高く、薄すぎると電磁波吸収の効果は低い。しかしながら、あまり厚すぎると半導体モジュールが大きくなるため好ましくない。よって、電波吸収部材５０の厚さは０．２５ｍｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。
【００１５】
また、図３に示すように、第１の回路基板としてＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などのフレキシブル基板１２を用いてもよい。この場合、フレキシブル基板１２の面１２ａに半導体素子３０を搭載し、フレキシブル基板１２と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０が設けられる。
【００１６】
図４（ａ）はフレキシブル基板１２の面１２ａを示す図であり、図４（ｂ）は面１２ｂを示す図である。フレキシブル基板１２は２層以上の配線層を有しており、図４では、面１２ａに半導体素子３０に接続される配線１３を形成し、面１２ｂの全面に接地電極１４を形成している。
【００１７】
面１２ａに設けられた配線１３のうち、接地電位となる配線は面１２ｂに形成された接地電極１４と不図示のビアホール等により接続されている。また、配線１３や接地電極１４は、表面をポリイミド等の絶縁体の樹脂層により覆ってもよい。
【００１８】
図５（ａ）はフレキシブル基板１２の面１２ａを示す図であり、図５（ｂ）は面１２ｂを示す図である。本実施形態では、図５に示すように面１２ａに２つの半導体素子３０ａ、３０ｂを搭載してもよい。この場合、面１２ａに、半導体素子３０ａに接続される配線１３ａと、半導体素子３０ｂに接続される配線１３ｂを設ける。
【００１９】
また、面１２ｂには、２つの半導体素子３０ａ、３０ｂの各々に対応して二つの接地電極１４ａ、１４ｂを設けてもよい。図５（ｂ）では、半導体素子３０ａが設けられている領域の面１２ｂに半導体素子３０ａに対応する接地電極１４ａを設け、半導体素子３０ｂが設けられている領域の面１２ｂに半導体素子３０ｂに対応する接地電極１４ｂを設けている。単一の接地電極を形成した場合にはこの接地電極を通して隣り合う素子が影響を受ける可能性があるため、図５（ｂ）では、２つの接地電極１４ａ、１４ｂが溝１５により分離された状態で形成されている。尚、配線１３ａのうち接地電位となる配線は接地電極１４ａと不図示のビアホール等により接続され、配線１３ｂのうち接地電位となる配線は接地電極１４ｂと不図示のビアホール等により接続されている。
【００２０】
例えば、半導体素子３０ａは受光素子または受光素子に接続されたトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Trans-Impedance Amplifier）であり、半導体素子３０ｂは発光素子または発光素子に接続された発光素子を駆動するドライバである。
【００２１】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態による光モジュールについて説明する。本実施形態による光モジュールは、図６に示す光受信モジュール１００及び光送信モジュール２００を有する光エンジン３００を有している。
【００２２】
光受信モジュール１００は複数の光受信器１０１を有している。各々の光受信器１０１は、受光素子と、受光素子から出力される電気信号を増幅する増幅回路とを有している。光受信モジュール１００には光導波路１０２が接続されており、光導波路１０２に形成されている複数のコアは各々の光受信器１０１に光学的に接続される。また、光導波路１０２の他方の側にはコネクタ１０３が取り付けられ、コネクタ１０３には例えば不図示の光ファイバが接続される。光ファイバを伝播する光信号はコネクタ１０３を介して光導波路１０２のコアに入射し、コア内を伝播して対応する光受信器１０１に入射する。
【００２３】
光送信モジュール２００は複数の光送信器２０１を有している。各々の光送信器２０１は、ＶＣＳＥＬ等の発光素子と、発光素子を駆動するドライバとを有しており、電気信号から光信号を生成する。光送信モジュール２００には光導波路２０２が接続されており、光導波路２０２に形成されている複数のコアは各々の光送信器２０１に光学的に接続されている。また、光導波路２０２にはコネクタ２０３が取り付けられており、コネクタ２０３には不図示の光ファイバが接続される。光送信器２０１より出射された光信号は光導波路２０２のコアに入射し、コア内を伝播してコネクタ２０３を介し光ファイバに出射される。
【００２４】
光導波路１０２及び光導波路２０２は樹脂材料等により形成され、コアがクラッドにより覆われている。また、コネクタ１０３及びコネクタ２０３は、例えばＭＴコネクタやＰＭＴコネクタである。
【００２５】
（光受信モジュール）
次に、光受信モジュール１００について、図７に基づき説明する。
【００２６】
図７に示すように、光受信モジュール１００には４つの光受信器１０１が設けられている。尚、光受信モジュール１００に設けられる光受信器１０１の数は４つに限られるものではない。
【００２７】
各々の光受信器１０１は、受光素子１１１と増幅回路１２１を有する。受光素子１１１は例えばフォトダイオード（ＰＤ：Photodiode）であり、アノード端子１１１ａ、カソード端子１１１ｃを有する。増幅回路１２１は例えばＴＩＡであり、信号入力端子１２１ａ、信号出力端子１２１ｂ、バイアス端子１２１ｃ、接地端子１２１ｄを有する。
【００２８】
受光素子１１１のアノード端子１１１ａは増幅回路１２１の信号入力端子１２１ａに接続されており、受光素子１１１のカソード端子１１１ｃは増幅回路１２１のバイアス端子１２１ｃに接続されている。増幅回路１２１のバイアス端子１２１ｃにバイアス電位を印加することにより、受光素子１１１のカソード端子１１１ｃにもバイアス電位が印加される。尚、増幅回路１２１の接地端子１２１ｄは接地されている。
【００２９】
受光素子１１１に光信号が入力すると、入力する光信号の強度に応じた電流信号が増幅回路１２１の信号入力端子１２１ａに流れ、増幅回路１２１は受光素子１１１からの電流信号を増幅して信号出力端子１２１ｂから出力する。
【００３０】
図８は光受信モジュール１００の上面側の配線及び電極を示す図であり、図９は底面図である。図１０（ａ）は図８における一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した光モジュールの断面図であり、図１０（ｂ）は図８における一点鎖線８Ｃ−８Ｄにおいて切断した光モジュールの断面図である。
【００３１】
本実施形態では、図１０に示すように、第１の回路基板１０５の面１０５ｂ側に第２の回路基板２０が設けられており、第１の回路基板１０５と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０が設けられている。本実施形態において、第１の回路基板１０５はＦＰＣ基板であってもよい。第２の回路基板２０の面２０ａには半導体素子４０が搭載されている。
【００３２】
光受信モジュール１００では、図８に示すように第１の回路基板１０５の面１０５ａに受光モジュール１１０、増幅モジュール１２０及び容量素子１４０が実装される。尚、図８では、受光モジュール１１０、増幅モジュール１２０及び容量素子１４０は破線で示している。
【００３３】
受光モジュール１１０は複数の受光素子を有しており、増幅モジュール１２０は各々が受光モジュール１１０の受光素子に対応する複数の増幅回路を有している。受光モジュール１１０、増幅モジュール１２０及び容量素子１４０は、例えば、フリップチップ実装により面１０５ａに実装されている。増幅モジュール１２０は、図１０に示すように第１の回路基板１０５との間に充填されるアンダーフィル１１５によって第１の回路基板１０５に固定されている。
【００３４】
面１０５ａには、図８に示すように複数のカソード配線パターン１３１、複数のアノード配線パターン１３２、制御信号線１３３、バイアス電極１３５ａ、接地電極１３７ａが形成されている。
【００３５】
カソード配線パターン１３１及びバイアス電極１３５ａは一体的に形成されており、各々のカソード配線パターン１３１はバイアス電極１３５ａから櫛歯状に突出している。各々のアノード配線パターン１３２が２つのカソード配線パターン１３１の間に挟まれるように形成されており、カソード配線パターン１３１とアノード配線パターン１３２は交互に形成されている。
【００３６】
各々のカソード配線パターン１３１は、接続部１５１で受光モジュール１１０の受光素子のカソード端子に接続されている。また、各々のカソード配線パターン１３１は、接続部１５２で増幅モジュール１２０の増幅回路のバイアス端子に接続されている。各々のカソード配線パターン１３１は、接続部１５１及び接続部１５２を介して受光素子のカソード端子と増幅回路のバイアス端子とを電気的に接続している。
【００３７】
各々のアノード配線パターン１３２は、接続部１５３で受光モジュール１１０の受光素子のアノード端子に接続されている。また、各々のアノード配線パターン１３２は、接続部１５４で増幅モジュール１２０の増幅回路の信号入力端子に接続されている。各々のアノード配線パターン１３２は、接続部１５３及び接続部１５４を介して、受光素子のアノード端子と増幅回路の信号入力端子とを電気的に接続する。
【００３８】
受光モジュール１１０の受光素子と増幅モジュール１２０の増幅回路とがカソード配線パターン１３１及びアノード配線パターン１３２によって接続され、図７に示す光受信器１０１を形成している。
【００３９】
制御信号線１３３は、増幅モジュール１２０の制御端子に接続され、増幅モジュール１２０に制御信号を入力する。
【００４０】
複数のカソード配線パターン１３１と一体に形成されたバイアス電極１３５ａにはバイアス電位が印加される。また、バイアス電極１３５ａと接地電極１３７ａとの間には容量素子１４０が設けられている。
【００４１】
第１の回路基板１０５の面１０５ｂには、図９に示すようにバイアス電極１３５ｂと接地電極１３７ｂが形成されている。図９には、カソード配線パターン１３１及びバイアス電極１３５ａが破線で示されている。
【００４２】
面１０５ｂに形成されているバイアス電極１３５ｂは、面１０５ａに形成されている複数のカソード配線パターン１３１及びバイアス電極１３５ａを包含する領域に形成されている。接地電極１３７ｂは、バイアス電極１３５ｂを取り囲むように面１０５ｂの周縁に形成されている。尚、バイアス電極１３５ｂと接地電極１３７ｂとは切り離されており、接地電極１３７ｂの周囲は導体部分が除去されている。
【００４３】
図８及び図９に示すように、各々のカソード配線パターン１３１は、バイアスビア１４１及びバイアスビア１４２を介してバイアス電極１３５ｂに接続されている。また、バイアス電極１３５ａとバイアス電極１３５ｂとは、電極ビア１４３により接続されている。
【００４４】
バイアス電極１３５ａ及びバイアス電極１３５ｂの一方には、不図示の電圧源からバイアス電位が印加されている。バイアス電極１３５ａとバイアス電極１３５ｂとは、電極ビア１４３により接続されているため同じバイアス電位となる。従って、各々のカソード配線パターン１３１には、バイアス電極１３５ａ、及びバイアスビア１４１とバイアスビア１４２によって接続されているバイアス電極１３５ｂからバイアス電位が印加される。
【００４５】
接地電極１３７ａは、接地ビア１４４によって接地電極１３７ｂに接続され、接地電極１３７ａと接地電極１３７ｂとは同じ接地電位となる。
【００４６】
各々のアノード配線パターン１３２は、同じバイアス電位が印加される２つのカソード配線パターン１３１の間に挟まれるように形成されている。このため、隣り合うアノード配線パターン１３２の間のクロストークが低減する。
【００４７】
バイアスビア１４１は、図８に示すように接続部１５２の近傍、且つ増幅モジュール１２０の増幅回路のバイアス端子とカソード配線パターン１３１との接続位置近傍に形成されている。カソード配線パターン１３１を増幅回路のバイアス端子との接続位置近傍でバイアスビア１４１を介してバイアス電極１３５ｂに接続することで、受光素子と増幅回路との間の電位変動が低減されて一定のバイアス電位が保たれる。
【００４８】
受光素子と増幅回路との間でカソード配線パターン１３１のバイアス電位が一定に保たれることで、カソード配線パターン１３１とアノード配線パターン１３２との間に形成される電界の変動が低減され、クロストークの低減効果が向上する。従って、光受信モジュール１００の高速信号伝送特性が向上する。
【００４９】
図１０に示す第１の回路基板１０５と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０を設けた本実施形態による光モジュールと、比較例として第１の回路基板１０５と第２の回路基板２０との間に電波吸収部材５０が設けられていない光モジュールについて受信感度の測定を行った。
【００５０】
この結果、表１に示すように、本実施形態による光モジュールの受信感度は−７．７７ｄＢｍである。一方、比較例の光モジュールの受信感度は−７．５１ｄＢｍであり、本実施形態による光モジュールでは受信感度は０．１６ｄＢ改善された。
【００５１】
【表１】
2019175998.tif 000003
【００５２】
本実施形態による光モジュールは、図１１に示す構造のものであってもよい。図１１では、第１の回路基板１０５には、受光モジュール１１０や増幅モジュール１２０の他、発光モジュールや発光モジュールを駆動するドライバモジュールが搭載されている。第２の回路基板２０に貼り付けた電波吸収部材５０の上方に、受光モジュール１１０、増幅モジュール１２０、発光モジュール、ドライバモジュール等が位置するように第１の回路基板１０５を載せる。第２の回路基板２０の電波吸収部材５０が張り付けられている面と反対側の面に、不図示の半導体素子や配線等が設けられている場合、電波吸収部材５０によりノイズとなる電磁波を吸収し弱めることができる。
【００５３】
図１１に示す光モジュールでは、第１の回路基板１０５と光導波路１０２との間に複数のレンズ１８ａが形成されたレンズシート１８が設けられており、第１の回路基板１０５の不図示の接続端子は第２の回路基板２０に設けられたコネクタ２１に接続される。
【００５４】
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】
【００５５】
１０、１０５        第１の回路基板
２０        第２の回路基板
３０、４０        半導体素子
５０        電波吸収部材
１１１      受光素子
１２１      増幅回路
１３１      カソード配線パターン
１３２      アノード配線パターン
１３５ａ、１３５ｂ    バイアス電極
【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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