特許 7598341 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20241204BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20241204BHJP

   H01S 5/02251 20210101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

H01L31/02 C

H01S5/02251

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022036873

(22)【出願日】2022-03-10

(65)【公開番号】P2023131870

(43)【公開日】2023-09-22

【審査請求日】2024-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】大平 和哉

(72)【発明者】

【氏名】古山 英人

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－２２９２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１６５７２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２４５８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－３２１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６７２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３００３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３２９９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９８９９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／２４－６／２７

６／３０－６／３４

６／３６－６／４０

６／４２－６／４３

６／４６－６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の実装面上に配置された保持部材であって、第１方向において並んで位置する光ファイバ保持部とモジュール配置部とを有する保持部材と、
前記基板の前記実装面上に配置され、前記モジュール配置部に位置する光モジュールと、
前記光ファイバ保持部を前記第１方向に延び、前記光モジュールと接続された光ファイバと、
前記光ファイバ保持部に配置され、前記光ファイバを前記実装面及び前記第１方向に直交する上下方向において挟んで保持する第１板バネ及び第２板バネと、
を備え、
前記第１板バネ及び前記第２板バネのそれぞれは、第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部よりも前記第１方向において前記光モジュールとの接続部に近い位置に位置し、前記第２端部は前記第１端部よりも前記第１方向において前記光モジュールとの接続部よりも遠い位置に位置し、
前記第１端部及び前記第２端部のいずれか一方は前記保持部材に固定され、他方は前記保持部材に接していない半導体装置。

【請求項2】

前記第１端部が前記保持部材に固定されている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第１板バネ及び前記第２板バネは、複数本の前記光ファイバを前記上下方向において挟んで保持する請求項１または２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記光ファイバは、接着剤により前記光モジュールに接続される請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバは、光モジュールに対して、例えば接着剤などにより固定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１８１０４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、光モジュールと接続された光ファイバの保持高さを規定することができる半導体装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、半導体装置は、基板と、前記基板の実装面上に配置された保持部材であって、第１方向において並んで位置する光ファイバ保持部とモジュール配置部とを有する保持部材と、前記基板の前記実装面上に配置され、前記モジュール配置部に位置する光モジュールと、前記光ファイバ保持部を前記第１方向に延び、前記光モジュールと接続された光ファイバと、前記光ファイバ保持部に配置され、前記光ファイバを前記実装面及び前記第１方向に直交する上下方向において挟んで保持する第１板バネ及び第２板バネと、を備える。前記第１板バネ及び前記第２板バネのそれぞれは、第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部は前記第２端部よりも前記第１方向において前記光モジュールとの接続部に近い位置に位置し、前記第２端部は前記第１端部よりも前記第１方向において前記光モジュールとの接続部よりも遠い位置に位置し、前記第１端部及び前記第２端部のいずれか一方は前記保持部材に固定され、他方は前記保持部材に接していない。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の半導体装置の模式斜視図である。

【図2】実施形態の半導体装置の模式断面図である。

【図3】実施形態の第１保持部の模式平面図である。

【図4】実施形態の板バネの他の例を示す模式断面図である。

【図5】実施形態の板バネの模式平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、同一または同様の要素には、同じ符号を付している。

【0008】

図１及び図２に示すように、実施形態の半導体装置１は、基板２０と、保持部材１０と、光モジュール４０と、光ファイバ５１と、第１板バネ６１と、第２板バネ６２とを備える。

【0009】

基板２０の実装面２０ａ上に、保持部材１０と光モジュール４０が配置されている。基板２０は絶縁性の材料からなる。基板２０の材料として、例えば、樹脂、セラミックを用いることができる。基板２０の実装面２０ａに平行な面内で互いに交わる例えば直交する２方向を第１方向Ｙ及び第２方向Ｘとする。第１方向Ｙ及び第２方向Ｘに交わる例えば直交する方向を、上下方向Ｚとする。上とは、上下方向Ｚにおいて基板２０に対し実装面２０ａがある側、あるいは基板２０を基準に保持部材１０がある方向を指す。下とは、上下方向Ｚにおいて上と反対の方向を指す。構成要素の上面あるいは下面とは、当該構成要素が有する面のうち上側あるいは下側にあるものを指す。構成要素の側面とは、当該構成要素が有する面のうちＺ方向を含む面を指す。

【0010】

保持部材１０は、第１方向Ｙにおいて並んで位置する光ファイバ保持部１０Ａとモジュール配置部１０Ｂとを有する。複数の光ファイバ保持部１０が第２方向Ｘに並んで配置され、複数のモジュール配置部１０Ｂが第２方向Ｘに並んで配置されている。また、保持部材１０は、第１保持部１１と第２保持部１２とを有する。例えば、光ファイバ保持部１０Ａとモジュール配置部１０Ｂは、第１保持部１１において上方が開口された空間として形成される。光ファイバ保持部１０Ａ及びモジュール配置部１０Ｂの上方が、第１方向Ｙ及び第２方向Ｘに延びる形状の第２保持部１２に覆われる。

【0011】

図３は、第１保持部１１の模式平面図である。図３では、第１板バネ６１が省略されている。第１保持部１１は、第１厚み部分１１ｂと、第２厚み部分１１ｃとを有し、基板２０の実装面２０ａに固定される。第１厚み部分１１ｂは、上下方向Ｚにおいて第１の厚みを有する。第１厚み部分１１ｂは、基板２０と接し、例えば、第２方向Ｘに延びる要素１１ｂ１と、第１方向Ｙに延びる要素１１ｂ２を有する櫛形の形状である。第２保持部１２は、基板２０と所定の間隔をあけて第１厚み部分１１ｂ上に支持される。光ファイバ保持部１０Ａとモジュール配置部１０Ｂは、第２方向Ｘにおいて空間的に接続されて位置している。

【0012】

第２厚み部分１１ｃは、第１方向Ｙにおいて第１保持部１１の開口１０Ｃ側に位置する部分であり、第２方向Ｘにおいて第１厚み部分１１ｂの要素１１ｂ２に挟まれて位置し、第１方向Ｙ及び第２方向Ｘに延びる形状を有する。また、第２厚み部分１１ｃは上下方向Ｚにおいて第１の厚みよりも小さい第２の厚みを有する。第２厚み部分１１ｃは、基板２０と接し、第２厚み部分１１ｃの上面は、光ファイバ保持部１０Ａの底面１１ａである。

【0013】

光ファイバ保持部１０Ａは、上下方向Ｚにおいて第２厚み部分１１ｃと第２保持部１２との間に位置する。モジュール配置部１０Ｂは、第１保持部１１の上下方向Ｚを貫通する貫通部として形成されており、第１方向Ｙにおいて第１厚み部分１１ｂの要素１１ｂ１と、第２厚み部分１１ｃとの間に位置し、第２方向Ｘにおいて第１厚み部分１１ｂの要素１１ｂ２に挟まれて位置する。なお、図３には、複数の光ファイバ保持部１０Ａが第２方向Ｘにおいて複数並んで配置され、複数のモジュール配置部１０Ｂが第２方向Ｘにおいて複数並んで配置された例を示したが、光ファイバ保持部１０Ａとモジュール配置部１０Ｂはそれぞれ1つであってもよい。また、第１保持部１１と第２保持部１２は一体に構成されてもよい。

【0014】

光モジュール４０は、モジュール配置部１０Ｂに配置され、基板２０の実装面２０ａ上に実装される。モジュール配置部１０Ｂは、基板２０の実装面２０ａ上における光モジュール４０の位置を位置決めする。

【0015】

光モジュール４０は、光ファイバ５１と光結合された光素子４２と、光素子４２と電気的に接続された半導体素子４１とを有する。光素子４２は、光ファイバ５１からの光信号を電気信号に変換して半導体素子４１に伝送する受光素子である。または、光素子４２は、半導体素子４１からの電気信号を光信号に変換して光ファイバ５１に伝送する発光素子である。半導体素子４１は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）チップである。

【0016】

保持部材１０における第１方向Ｙの端部に、光ファイバ保持部１０Ａに通じる開口１０Ｃが形成されている。第１方向Ｙにおいて、光ファイバ保持部１０Ａは、開口１０Ｃと光モジュール４０との間に位置する。光ファイバ５１は、第１方向Ｙに延在し、開口１０Ｃ及び光ファイバ保持部１０Ａを通って光モジュール４０と接続されている。例えば、接着剤により、光ファイバ５１は光モジュール４０に接続される。光ファイバ５１は、光モジュール４０と直接接続してもよいし、近傍にレンズ５２を設けて光モジュール４０と接続してもよい。レンズ５２は、例えば、ガラスまたは樹脂からなる。図１に示すように、例えば、第２方向Ｘに並列された複数本の光ファイバ５１を光モジュール４０に接続することができる。

【0017】

基板２０の実装面２０ａに複数の実装パッドが配置されている。光モジュール４０は、基板２０の実装面２０ａに向き合う端子配置面４０ａを有する。端子配置面４０ａには、少なくとも半導体素子４１と電気的に接続された複数の端子が配置されている。

【0018】

第２保持部１２の下面が光モジュール４０の上面４０ｂを押圧することで、光モジュール４０が基板２０の実装面２０ａに押し付けられる。これにより、光モジュール４０の端子配置面４０ａに配置された端子と、基板２０の実装面２０ａに配置された実装パッドとの電気的接続が確保される。端子と実装パッドとは直接接してもよいし、異方導電性部材を介して電気的に接続してもよい。第２保持部１２を第１保持部１１から取り外すことで、光モジュール４０をモジュール配置部１０Ｂから取り外して交換することができる。

【0019】

保持部材１０の光ファイバ保持部１０Ａに、第１板バネ６１と第２板バネ６２が配置されている。光ファイバ保持部１０Ａにおいて、第１保持部１１の底面１１ａと第２保持部１２の下面１２ａとが上下方向Ｚにおいて対向している。第１板バネ６１は第１保持部１１の底面１１ａに配置され、第２板バネ６２は第２保持部１２の下面１２ａに配置されている。

【0020】

第１板バネ６１は、第１端部６１ａと第２端部６１ｂとを有する。第１端部６１ａは第２端部６１ｂよりも第１方向Ｙにおいて光モジュール４０との接続部に近い位置に位置し、第２端部６１ｂは第１端部６１ａよりも第１方向Ｙにおいて光モジュール４０との接続部よりも遠い位置に位置する。第１端部６１ａ及び第２端部６１ｂのいずれか一方は保持部材１０に固定されている。例えば、第１端部６１ａが第１保持部１１の底面１１ａに固定されている。第２端部６１ｂは、保持部材１０に固定されず、第１板バネ６１の弾性変形に伴い第１保持部１１の底面１１ａに接した状態で第１方向Ｙに移動可能である。第１板バネ６１において第１端部６１ａと第２端部６１ｂとの間の部分は、上に凸状に湾曲している。

【0021】

第２板バネ６２は、第１端部６２ａと第２端部６２ｂとを有する。第１端部６２ａは第２端部６２ｂよりも第１方向Ｙにおいて光モジュール４０との接続部に近い位置に位置し、第２端部６２ｂは第１端部６２ａよりも第１方向Ｙにおいて光モジュール４０との接続部よりも遠い位置に位置する。第１端部６２ａ及び第２端部６２ｂのいずれか一方は保持部材１０に固定されている。例えば、第１端部６２ａが第２保持部１２の下面１２ａに固定されている。第２端部６２ｂは、保持部材１０に固定されず、第２板バネ６２の弾性変形に伴い第２保持部１２の下面１２ａに接した状態で第１方向Ｙに移動可能である。第２板バネ６２において第１端部６２ａと第２端部６２ｂとの間の部分は、下に凸状に湾曲している。

【0022】

第１板バネ６１と第２板バネ６２は、光ファイバ５１を上下方向Ｚにおいて挟んで保持する。例えば、光ファイバ５１は、第１板バネ６１の湾曲部と第２板バネ６２の湾曲部との間に挟まれる。第１板バネ６１は光ファイバ５１を上下方向Ｚにおいて上方向に押圧し、第２板バネ６２は光ファイバ５１を上下方向Ｚにおいて下方向に押圧する。第１板バネ６１と光ファイバ５１とが接する第１方向Ｙにおける位置と、第２板バネ６２と光ファイバ５１とが接する第１方向Ｙにおける位置は同じであることが望ましい。これにより、保持部材１０の光ファイバ保持部１０Ａにおいて光ファイバ５１の保持高さ（上下方向Ｚの位置）を規定することができる。光ファイバ５１は、光モジュール４０との接続部の近傍の光ファイバ保持部１０Ａにおいて例えば水平に保持され、光モジュール４０との接続部に応力がかかりにくくできる。これにより、光ファイバ５１が折れたり、光モジュール４０から外れたりすることを防ぐことができる。

【0023】

また、第１板バネ６１と第２板バネ６２の弾性変形により、光ファイバ５１が上下方向Ｚに多少動くことが許容され、光ファイバ５１に無理な力がかかりにくい。光ファイバ５１において光モジュール４０との接続部またはレンズ５２が設けられた部分は可撓性が低く、上下動しにくい。そのため、光ファイバ５１において、光モジュール４０との接続部またはレンズ５２が設けられた部分よりも第１方向Ｙにおいて開口１０Ｃに近い側の位置を第１板バネ６１と第２板バネ６２で挟んで保持することが好ましい。光ファイバ５１における第１板バネ６１と第２板バネ６２に挟まれる部分は、光モジュール４０との接続部またはレンズ５２から第１方向Ｙにおいて数ｍｍ離れていることが好ましい。

【0024】

第１板バネ６１及び第２板バネ６２のそれぞれについて、両端部を保持部材１０に固定しないことで、第１板バネ６１及び第２板バネ６２の弾性変形する可動範囲が広くなり、光ファイバ５１が大きく上下方向Ｚに動いた際にも折れにくくなる。図４に示すように、第１板バネ６１及び第２板バネ６２を片持ち支持することで、第１板バネ６１及び第２板バネ６２の可動範囲がより広がり、さらに光ファイバ５１を折れにくくすることができる。

【0025】

図４に示す例においては、第１板バネ６１の第１端部６１ａ及び第２板バネ６２の第１端部６２ａが保持部材１０に固定される。第１板バネ６１の第２端部６１ｂ及び第２板バネ６２の第２端部６２ｂは、保持部材１０に接していない。第１板バネ６１の第２端部６１ｂは第１保持部１１の底面１１ａから離れており、第２板バネ６２の第２端部６２ｂは第２保持部１２の下面１２ａから離れている。なお、第１板バネ６１の一部及び第２板バネ６２の一部は、光ファイバ保持部１０Ａの外側あるいは開口１０Ｃの外側に位置してもよい。

【0026】

図２及び図４の例とは逆に、第１板バネ６１の第２端部６１ｂ及び第２板バネ６２の第２端部６２ｂを保持部材１０に固定し、第１板バネ６１の第１端部６１ａ及び第２板バネ６２の第１端部６２ａを保持部材１０に接しないようにしてもよい。

【0027】

図２及び図４に示すように、第１端部６１ａ、６２ａよりも光モジュール４０との接続部から離れた第２端部６１ｂ、６２ｂを自由に動けるようにした方が第１板バネ６１及び第２板バネ６２は上下方向Ｚの可動範囲が広くなりやすく、光ファイバ５１に無理な力がかかりにくい。

【0028】

上下方向Ｚに対向する１組の第１板バネ６１及び第２板バネ６２は、少なくとも１本の光ファイバ５１を上下方向Ｚに挟んで保持することができる。また、図５に示すように、一組の第１板バネ６１及び第２板バネ６２で、第２方向Ｘに並列された複数本の光ファイバ５１を上下方向Ｚに挟んで保持することができる。図５には、一組の第１板バネ６１及び第２板バネ６２が２本の光ファイバ５１を上下方向Ｚに挟んで保持する例を示すが、一組の第１板バネ６１及び第２板バネ６２が３本以上の光ファイバ５１を一括して保持してもよい。この光ファイバ５１は1本の光ファイバを複数本束ねたリボンファイバであってもよい。

【0029】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0030】

１…半導体装置、１０…保持部材、１０Ａ…光ファイバ保持部、１０Ｂ…モジュール配置部、１１…第１保持部、１１ａ…底面、１１ｂ…第１厚み部分、１１ｃ…第２厚み部分、１２…第２保持部、２０…基板、４０…光モジュール、５１…光ファイバ、５２…レンズ、６１…第１板バネ、６１ａ…第１端部、６１ｂ…第２端部、６２…第２板バネ、６２ａ…第１端部、６２ｂ…第２端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】