專利名稱：光半導體器件及采用該器件的電子裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有半導體光學元件的光半導體器件和一種采用該器件的電子設備；本發(fā)明更特別地涉及一種在光通信鏈路等中使用光纖作為傳輸介質來傳送和接收光信號的光半導體器件，以及采用該器件的電子設備。
背景技術：
一般來說，已經(jīng)公開了可將半導體光學元件，例如LED(發(fā)光二極管)和PD(光二極管)，耦合至光纖的光半導體器件，它們可用于在家庭或汽車中的多個設備之間進行光通信。
對于這些光半導體器件，如圖15所示的利用透明樹脂的傳遞模塑法(transfer molding)制作的那些被廣為使用。如圖15所示，光半導體器件101如此構成，半導體光學元件103置于引線框架104之上，由透明樹脂110包覆起來，并且通過由部分透明樹脂110制成的透鏡108耦合至光纖102。半導體光學元件103通過引線105電連接至引線框架104。此外，在某些情況下，將可驅動并控制半導體光學元件103的半導體器件安裝在引線框架104上。與例如采用玻璃透鏡的光半導體器件相比，這些利用傳遞模塑法制作的光半導體器件具有成本較低、制作簡單的特性。
已知，使用填料來摻雜樹脂成型材料使得可以調節(jié)線性膨脹系數(shù)和導熱系數(shù)，因此無需光學屬性的半導體元件可以由添加了填料的成型樹脂(一般為黑色)包覆。由于采用了透明樹脂110的上述光半導體器件101強調光學屬性，因此很難將填料加入樹脂中(或僅在該樹脂中添加少量填料)，由此光半導體器件101在抗環(huán)境性能(包括抗熱沖擊性能和散熱性能)方面存在問題。
因此，如圖16所示，提出了一種具有改良結構的光半導體器件，其中，由添加了填料的有色成型樹脂進行包覆(例如，參見文獻JP 2000-173947 A)。在如圖16所示的光半導體器件201內(nèi)，半導體光學元件203置于引線框架204上，其僅有光學部分206粘附于玻璃透鏡208上，在半導體光學元件203的光學部分206周圍的電極通過引線205與引線框架204電連接。然后，利用添加了填料的有色成型樹脂209進行傳遞模塑法處理，這使用有色成型樹脂209包覆半導體光學元件203和引線205，但是有色成型樹脂209并不阻擋光進出半導體光學元件203的光路。。
如圖16所示，光半導體器件具有以下結構玻璃透鏡208置于光學部分206上，半導體光學元件203由有色成型樹脂209包覆，同時部分玻璃透鏡208包含在有色成型樹脂209中。然而，以這種結構進行樹脂包覆的可行方法在文獻JP 2000-173947 A中并沒有公開。通常，傳遞塑模法中使用的樹脂具有小的顆粒，這會產(chǎn)生從幾個微米的空間內(nèi)泄漏樹脂的現(xiàn)象。因此，一般認為要實現(xiàn)文獻JP 2000-173947 A中所述的結構是困難的。而且，在采用較大尺寸(幾個平方毫米到幾十平方毫米)的半導體光學元件，例如電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)的情形，則可以將玻璃透鏡置于光學部分上。然而，較小尺寸(幾百平方微米)的半導體光學元件(例如，LED)，具有極小的光學部分，需要采用尺寸同樣極小的玻璃透鏡，因此可導致如下問題(i)難以設計能產(chǎn)生光學效果的透鏡；(ii)難以制作微小的玻璃透鏡；(iii)難以將光學部分和玻璃透鏡結合并對準。而且，如果采用比半導體光學元件的光學部分大的玻璃透鏡，則靠近半導體光學元件的光學部分的電極也會粘結到玻璃透鏡上，這樣使得不能夠進行引線鍵合。
對于如上所述的光半導體器件，也公開了一種采用樹脂透鏡的方法。然而，在采用尺寸較小的半導體光學元件(例如，LED)的情況下，其光學部分較小，因此由于同樣的原因而難以實際應用。此外，在采用樹脂透鏡的情況下，由于透鏡的耐熱性能，則必須在安裝樹脂透鏡之前用有色成型樹脂實現(xiàn)成型，這就必須通過壓力將半導體光學元件的光學部分和模具接觸保持，或具有微小間隙以便防止有色樹脂進入半導體光學元件的光學部分。這必須防止半導體光學元件和高精度模具處理的損壞(以及引線框架的變形)，造成制作上的困難。特別是在例如LED這種尺寸較小的半導體光學元件的情況下，在保護導線的同時防止有色成型樹脂進入光學部分是極難控制的。
另外，透明成型樹脂、半導體光學元件、引線框架和鍵合引線通常都具有不同的線性膨脹系數(shù)。因此，在較高的工作溫度范圍內(nèi)，會發(fā)生鍵合引線折斷、封裝體破裂等等情況。
而且，透明成型樹脂的熱傳導率大約是0.17w/m.k，而且與金屬的熱傳導率(例如，銅材料的為365w/m.k)相比是極小的，這阻礙了在半導體光學元件內(nèi)產(chǎn)生的熱的消散，抑制了其高溫工作范圍，因此使得制作具有較高可靠性的光半導體器件變得極為困難。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種能提供光半導體器件以及采用該器件的電子設備，該光半導體器件能夠提供優(yōu)秀的抗環(huán)境性能，結構簡單且可靠性高，具有高耦合效率同時尺寸減少、成本降低，并且采用了如LED和PD的尺寸較小的半導體光學元件。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種光半導體器件，其包括具有孔的引線框架；具有透明度的副支架，設置于引線框架的表面上以封閉引線框架的孔；具有光學部分的半導體光學元件，設置于副支架的表面上且與引線框架的孔所在一側表面相對，其中光學部分通過副支架朝向所述孔；成型部分，由非透明成型樹脂制成，其使至少包括位于引線框架另一側面上孔在內(nèi)的區(qū)域顯露，并包覆引線框架、半導體光學元件和副支架；以及透鏡，置于引線框架的另一表面，以封閉引線框架的孔。
這里，半導體光學元件的光學部分例如是指半導體光學元件的發(fā)光部分或半導體光學元件的受光部分。如果半導體光學元件例如是LED，那么該光學部分指發(fā)光面；如果半導體光學元件是PD，那么光學部分指受光面。
根據(jù)本發(fā)明的光半導體器件，引線框架、半導體光學元件和副支架由非透明的成型樹脂制成的成型部分包覆，至少位于引線框架的另一側面上包括孔在內(nèi)的區(qū)域被顯露。例如，如果半導體光學元件是受光器件，那么通過透鏡和引線框架的孔的入射光穿過具有透明度的副支架，入射到安裝于副支架上并與引線框架的孔所在一側表面相對的表面上的半導體光學元件(受光面)上。另一方面，如果半導體光學元件是發(fā)光器件，那么從半導體光學元件的光學部分(發(fā)光面)出射光可穿過具有透明度的副支架，并從引線框架的孔和透鏡射出。因此，通過這種簡單的結構，就可以用非透明的成型樹脂可靠地封裝半導體光學元件、副支架以及引線(用于電連接半導體光學元件和引線框架)，因此，拓寬了在較高的溫度下的工作范圍，實現(xiàn)了具有優(yōu)秀抗環(huán)境性能和較高可靠性的光半導體器件。此外，可以滿足在較高耦合效率的同時尺寸減小、成本降低，并能夠使用尺寸較小的半導體光學元件，例如LED和PD。
此外，還提供了設置于引線框架另一表面上以封閉引線框架的孔的透鏡，并且所述透鏡大于引線框架的孔，這使得可以增加半導體光學元件和光纖之間的光耦合效率。此外，在制作光半導體器件的過程中，透鏡能在引線框架及其他類似物被成型部分包覆之后再安裝，這樣允許在不損害透鏡的情形下制作光半導體器件，因此改善了質量。特別是在透鏡由樹脂制成的情況下，因為透鏡具有低抗熱性而帶來更多的好處。值得注意的是，透鏡是與成型部分相分離的實體，并具有透明度。
在一個實施例中，非透明的成型樹脂包括70wt％或更多的填料。
根據(jù)所述實施例，采用包含70wt％或更多填料的非透明成型樹脂，可以降低半導體光學元件、引線框架和鍵合引線之間的線性膨脹系數(shù)的差異，這樣能制作具有較高可靠性的光半導體器件，而免于造成鍵合引線折斷或封裝體破裂。
在一個實施例中，副支架設有可與半導體光學元件的正面電極電連接的電極。
根據(jù)所述實施例，在副支架上安裝半導體光學元件的同時接合電極和半導體光學元件，可容易地在半導體光學元件和副支架之間進行電連接，由此這能夠縮小光半導體器件的尺寸，并節(jié)省空間。
在一個實施例中，置于副支架上的電極至少具有一凹槽；以及位于副支架和半導體光學元件的光學部分之間的空間由透明樹脂填充。
根據(jù)所述實施例，半導體光學元件和副支架之間不存在空氣層，這實現(xiàn)了具有高耦合率的光半導體器件。同樣，當將透明樹脂填充在副支架和半導體光學元件的光學部分之間的間隙時，使用設置在副支架電極上的凹槽導入透明樹脂，這樣可較容易地填充透明樹脂。
在一個實施例中，成型部分具有一孔部分，可使開口顯露，以及成型部分中的孔部分的形狀從其開口到引線框架的孔一側逐漸變窄。
根據(jù)所述實施例，成型部分中的孔部分易于實現(xiàn)和保證了半導體器件和光纖的對準，因此可實現(xiàn)高質量的通信。而且，無須單獨設置對準裝置，這樣可以縮小尺寸。此外，光纖的對準變得更可靠，孔部分的形狀從其開口處到引線框架一側逐漸變窄以便收集光，因此在半導體光學元件例如是受光器件的情況下，易于實現(xiàn)入射光的導入，提高了受光效率。
在一個實施例中，透鏡由透明樹脂制成。
在一個實施例中，非透明成型樹脂包含填料，以及透鏡用粘合劑至少與成型部分和引線框架中相連接，該粘合劑是由線性膨脹系數(shù)級別與非透明的成型樹脂相同的樹脂制成。
根據(jù)所述實施例，雖然非透明成型樹脂的成型部分與由透明樹脂制成的透鏡在線性膨脹系數(shù)上有很大差異，采用由線性膨脹系數(shù)級別與非透明的成型樹脂相同的成型樹脂制成的粘合劑，使得可以吸收由于成型部分和透鏡之間不同的線性膨脹系數(shù)產(chǎn)生的應力，因此可以實現(xiàn)更寬泛的工作溫度。
在一個實施例中，透鏡具有一安裝部，位于光路之外的區(qū)域內(nèi)，以及成型部分具有一凹部，用來安裝透鏡，該凹部對應于透鏡的安裝部。
根據(jù)所述實施例，透鏡的安裝部于成型部分的凹部連接，因此透鏡可以被安裝于光路之外的成型部分上，這樣可以防止降低半導體光學元件和光纖之間的耦合效率。
在一個實施例中，透鏡具有容納粘合劑的粘合劑儲存部。
根據(jù)所述的實施例，粘合劑可以容納在粘合劑儲存部內(nèi)，透鏡至少能可靠地安裝于成型部分上。此外，當粘合劑施加于成型部分上和引線框架上用于安裝透鏡時，過量的粘合劑會引導至粘合劑儲存部，并分布于其中，因此能夠使粘合劑可靠地填充在粘合劑儲存部內(nèi)。
此外，在一個實施例中，粘合劑儲存部設置于引線框架一側的安裝部的表面上。
在一個實施例中，透鏡具有一凸部，其與引線框架的孔相吻合。
根據(jù)所述實施例，透鏡的凸部安裝在引線框架的孔中，因此透鏡能可靠地與引線框架對準。
在一個實施例中，透鏡由透明樹脂制成；非透明成型樹脂包括填料；以及透鏡用粘合劑安裝在成型部分和引線框架上，所述粘合劑是由其線性膨脹系數(shù)級別與非透明成型樹脂相同的樹脂制成。
根據(jù)所述實施例，雖然非透明成型樹脂的成型部分的線性膨脹系數(shù)與由透明樹脂制成的透鏡有較大差異，但采用由線性膨脹系數(shù)與非透明成型樹脂相當?shù)臉渲瞥傻恼澈蟿?，就可以吸收在成型部分和透鏡之間的線性膨脹系數(shù)的差異造成的應力，因此拓寬了工作溫度的范圍。
在一個實施例中，粘合劑具有透明度，并且填充在引線框架的孔內(nèi)。
根據(jù)所述實施例，透鏡的凸部能可靠地置于引線框架的孔內(nèi)，這樣可以使透鏡更緊密地安裝在引線框架上。而且，由于粘合劑填充在引線框架的孔內(nèi)，在半導體光學元件的光學部分、副支架和透鏡中就不會存在空氣層，這樣能提高耦合率。
在一個實施例中，透鏡具有粘合劑儲存部，用于容納凸部周圍的粘合劑。
根據(jù)所述實施例，填充在引線框架的孔部中過量的粘合劑，會被引導至粘合劑儲存部并分布于其中，因此能夠使粘合劑可靠地填充在粘合劑儲存部內(nèi)，并使透鏡可靠地安裝在引線框架上。
在一個實施例中，引線框架至少具有兩個對準孔部分，以及透鏡具有可與引線框架的對準孔部分相吻合的凸起。
根據(jù)所述實施例中，透鏡的凸起安裝于引線框架的對準孔部分中，因此透鏡能可靠地與引線框架對準。
在一個實施例中，引線框架的孔部分位于引線框架的孔附近并在被副支架封閉的區(qū)域內(nèi)。
根據(jù)所述的實施例，在半導體器件的制作過程中，孔部分以及孔被副支架封閉，這樣，可防止孔部分被成型部分填充，因此使透鏡可靠地安裝于引線框架上。
在一個實施例中，透鏡由透明樹脂制成。
非透明成型樹脂包括填料，以及透鏡用粘合劑安裝在成型部分和引線框架上，所述粘合劑是由其線性膨脹系數(shù)級別與非透明成型樹脂相同的樹脂制成。
根據(jù)所述實施例，雖然非透明成型樹脂的成型部分的線性膨脹系數(shù)與由透明樹脂制成的透鏡有很大差異，但采用由線性膨脹系數(shù)與非透明成型樹脂相當?shù)臉渲瞥傻恼澈蟿?，就可吸收成型部分和透鏡之間的線性膨脹系數(shù)的差異造成的應力，因此能實現(xiàn)拓寬工作溫度的范圍。
在一個實施例中，粘合劑具有透明度，并填充入引線框架的孔和孔部分內(nèi)。
根據(jù)所述的實施例，透鏡的凸起能可靠地置于引線框架的孔部分內(nèi)，這樣可以使透鏡更緊密地安裝在引線框架上。而且，由于粘合劑填充在引線框架的孔內(nèi)，在半導體光學元件的光學部分、副支架和透鏡中就不會存在空氣層，這樣能提高耦合率。
在一個實施例中，透鏡具有粘合劑儲存部，用于容納凸起周圍的粘合劑。
根據(jù)所述的實施例，填充于引線框架的孔部分中過量粘合劑會被引導至粘合劑儲存部，并分布于其中，因此能夠使粘合劑可靠地填充于粘合劑儲存部內(nèi)，并可將透鏡可靠地安裝在引線框架上。
一個實施例還包括信號處理集成電路，其設置于引線框架上，并與半導體光學元件電連接。
根據(jù)所述實施例，半導體光學元件和信號處理集成電路可制成單個封裝體，因此能實現(xiàn)縮小尺寸、節(jié)省空間的目的。
在一個實施例中，半導體光學元件是受光器件，信號處理集成電路是可放大受光器件的輸出信號的放大集成電路，以及受光器件和放大集成電路可包括在單芯片中。
根據(jù)所述的實施例，受光器件和放大集成電路之間的引線不是必要的，因此可以減少寄生電容，獲得快速響應能力。而且，由于芯片的數(shù)量減少了，所以方便了制作，降低了成本。
在一個實施例中，半導體光學元件包括發(fā)光器件和受光器件，以及信號處理集成電路包括可驅動發(fā)光器件的驅動集成電路，以及可放大受光器件的輸出信號的放大電路。
根據(jù)所述實施例，分別以非透明成型樹脂覆蓋發(fā)光器件和受光器件，能夠消除雜散光噪音的影響，從而以簡單的結構實現(xiàn)較高質量的通信，并縮小尺寸。
在一個實施例中，驅動集成電路和放大電路可包括在單芯片中。
根據(jù)所述的實施例，芯片的數(shù)量減少了，這樣方便了制作、降低了成本。
在一個實施例中，信號處理集成電路至少包括可輸出關于運行狀態(tài)信息的外接輸出端，以及可接收控制信息的外接輸入端。
根據(jù)所述實施例，來自外接輸出端的輸出信號以及來自外接輸入端的輸入信號，能夠控制信號處理電路的運行，因此可以實現(xiàn)較高質量的復雜通信。
本發(fā)明的電子設備包括光半導體器件。
根據(jù)該電子設備，采用光半導體器件，能夠提升可靠性，并實現(xiàn)尺寸減小，成本降低。
從以上所述可以清楚地看出，根據(jù)本發(fā)明的光半導體器件，即使在采用較小尺寸的半導體光學元件(例如，PD和LED)時，也具有簡單的結構，用具備優(yōu)秀抗環(huán)境性能的非透明成型樹脂來包覆半導體光學元件和引線，這樣可以提供一種尺寸較小而又抗環(huán)境性能優(yōu)秀，成本低而又可靠性高的光半導體器件。此外，提供置于引線框架另一表面上以封閉引線框架的孔的透鏡，而且透鏡可以大于引線框架的孔，這樣能夠提高于半導體光學元件和光纖之間的光耦合率。
此外，由于受光器件和放大集成電路形成在單芯片中，受光器件和放大集成電路之間的引線不是必要的，因此減少了寄生電容，獲得較快的響應能力。而且，由于芯片的數(shù)量減少，也可以實現(xiàn)制作方便、成本降低的目的。
此外，發(fā)光器件、受光器件、驅動發(fā)光器件的驅動集成電路和受光器件的放大集成電路可形成在單個封裝體中，并以非透明成型樹脂封裝，因此無需復雜機構即可消除雜散光噪音，這樣既能獲得較高質量的通信效果，也能縮小尺寸。
此外，光半導體器件至少集成了一個外接輸出端和外接輸入端，所述輸出端和輸入端用于在發(fā)光器件的驅動集成電路以及受光器件的放大集成電路之間接收和提供關于運行狀態(tài)和控制信息的信息，這樣可實現(xiàn)較高質量的復雜通信。


以下所給出的詳細描述和附圖將有助于全面了解本發(fā)明，附圖僅以圖解方式給出的，因此它們并非意欲限制本發(fā)明，其中，圖1為顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光半導體器件的外形結構的剖面示意圖；圖2為顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光半導體器件的外形結構的主視圖；圖3A為透鏡的平面圖；圖3B為透鏡的截面圖；圖4A為副支架的仰視圖；圖4B為副支架的側視圖；圖5A為另一副支架的仰視圖；
圖5B為該副支架的側視圖；圖5C為另一副支架的仰視圖；圖6為顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光半導體器件的外形結構示意圖；圖7為顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光半導體器件的外形結構的主視圖；圖8為顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光半導體器件的外形結構示意圖；圖9為顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光半導體器件的外形結構的主視圖；圖10為顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的光半導體器件中發(fā)光器件的驅動電路的系統(tǒng)結構的示范性視圖；圖11為顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的光半導體器件中受光器件的放大電路的系統(tǒng)結構的示范性視圖；圖12為顯示了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的光半導體器件的外形結構的示意圖；圖13為顯示了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的光半導體器件外形結構的主視圖；圖14A為透鏡的平面圖；圖14B為透鏡的剖面圖；圖15為顯示了傳統(tǒng)的光半導體器件的外形結構的剖面圖；圖16為顯示了另一傳統(tǒng)的光半導體器件的外形結構的剖面圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖并結合實施例來詳細描述本發(fā)明。
(第一實施例)圖1為顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的光半導體器件的外形結構剖面示意圖，圖2為顯示了光半導體器件從光纖2一側觀察的主視圖。圖1顯示了沿圖2中I-I線的剖面圖。
如圖1和圖2所示，光半導體器件1a由如下部分組成具有孔7的引線框架4；玻璃副支架8，其是具有透明度并設置在引線框架4一側表面上以封閉引線框架4的孔7的副支架的示例；具有光學部分6的半導體光學元件3，其置于副支架8上與引線框架4的孔7一側表面相對的表面上，光學部分6通過副支架8朝向孔7；信號處理電路(半導體元件)12，其是置于引線框架4一側表面上的信號處理集成電路的示例；成型部分10，由非透明樹脂制成，其至少暴露在引線框架4另一側面上包括孔7在內(nèi)的區(qū)域，而且包覆引線框架4、半導體光學元件3、副支架8和信號處理電路12；(光學)透鏡9，置于引線框架4的另一表面上以封閉其上的孔7。此處的光學部分6指的是半導體發(fā)光元件3發(fā)光的部分或受光的部分，例如其表示LED的發(fā)光面和PD的受光面。
以與正常布置(面朝下布局)相反的方向，在與面向引線框架4的光學部分6具有電傳導的情況下，半導體光學元件3粘附于玻璃副支架8。玻璃副支架8帶有電極(未示出)，以便與半導體光學元件3的電極(未示出)電連接。在玻璃副支架8的電極和半導體光學元件3的電極之間的電接合通過金錫共晶接合(eutectic bonding)、采用銀漿和采用金凸點等來建立。提供副支架8和半導體光學元件3的電極是為了不阻礙光學部分6的光路。
當玻璃副支架8與半導體光學元件3電接合時，在半導體光學元件3的光學部分6和玻璃副支架8之間會產(chǎn)生空氣層。由于產(chǎn)生了這樣的空氣層，當半導體光學元件3是發(fā)光器件時，那么提取來自發(fā)光器件的光的效率(傳輸效率)會降低；當半導體光學元件3是受光器件時，那么受光器件的耦合率(接收效率)會降低。因此，在第一實施例中，光半導體器件被如此構造，使得在玻璃副支架8和半導體光學元件3之間的間隙由透明樹脂部分11填充，從而可防止產(chǎn)生空氣層并防止傳輸效率和接收效率降低。作為透明樹脂，可使用硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。
引線框架4的孔7中提供的透鏡9，由透明樹脂成型，可提高發(fā)光器件的傳輸效率和受光器件的接收效率。
圖3A為光學透鏡9的平面圖，圖3B為光學透鏡9的剖面?zhèn)纫晥D。如圖3A、3B所示，透鏡9具有設置于光路上的透鏡部分34，和位于透鏡部分34外周長部分(即，光路之外的區(qū)域)的安裝部31。而且，透鏡9具有用于對準的凸出部分33，該部分33置于與透鏡部分34相反的表面上，其形狀可插入引線框架4的孔7內(nèi)。而且，透鏡9用透明樹脂粘合劑固定在引線框架4和成型部分10上，透鏡9的安裝部31具有粘合劑儲存部32，以便容納粘合劑。
作為構成透鏡9和粘合劑的透明樹脂，可以采用聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、烯樹脂或其他的樹脂，并希望采用具有高透射比或高折射率的樹脂。如圖2所示，成型部分10具有安裝透鏡的凹部10b，凹部10b對應于透鏡9的安裝部31。
透鏡9用粘合劑固定并粘附于成型部分10和引線框架4，所述粘合劑由透明樹脂制成，其線性膨脹系數(shù)級別與成型部分10中所采用的摻有填料的非透明成型樹脂相同。在此情況下，過量的粘合劑會被引導至粘合劑儲存部32并分布于其中，使得粘合劑儲存部32可被可靠地填充。
然后，半導體光學元件3的后表面電極和信號處理電路12通過引線5電連接，玻璃副支架8和引線框架4通過引線5電連接，信號處理電路12和引線框架4通過引線5電連接，以及引線框架4之間通過引線5相互電連接。
圖4A為從電極一側角度觀察的副支架的視圖，圖4B為副支架的側視圖。如圖4A、4B所示，在副支架8的一表面上，提供與半導體光學元件3的表面電極(未示出)電連接的電極20。電極20具有近似圓形的光路孔21，從而不會封閉半導體光學元件3的光學部分6(即，發(fā)光部分和受光部分)。
在副支架8的電極20和半導體光學元件3的表面電極之間的電連接，通過金錫共晶接合、采用銀漿和采用金凸點等來建立。光路孔21中由透明樹脂填充，可防止半導體光學元件3的傳輸效率或接收效率降低。
在如圖4A、4B所示的副支架8的情況下，為了在半導體光學元件3的正面電極和副支架8的電極20之間建立電接合，首先，光路孔21由透明樹脂填充，半導體光學元件3的正面電極和副支架8的電極20電連接，在半導體光學元件3和副支架8之間的空間由透明樹脂填充。
而且，圖5A為顯示了從電極一側觀察帶有填充了透明樹脂的孔和凹槽的副支架8A的仰視圖；圖5B為副支架8A的側視圖；圖5C為顯示了從電極一側觀察副支架8B的仰視圖，該副支架8B的電極20B的形狀與圖5A不同。
在圖5A和5B中，在玻璃副支架8A的一表面上，提供了與半導體光學元件3的正面電極(未示出)電連接的電極20A。電極20A設有不阻擋半導體光學元件3的光學部分6(即，發(fā)光部分和受光部分)的光路孔21A，和分別在左手方向和右手方向延伸、幾乎為三角形的凹槽22A。
在副支架8A的電極20A和半導體光學元件3的表面電極之間的電連接，可通過金錫共晶接合、采用銀漿和采用金凸點等來建立。光路孔21A中由透明樹脂填充，可防止半導體光學元件3的傳輸效率或接收效率降低。
在如圖5A和5B所示的副支架8A的情況下，首先，半導體光學元件3的正面電極和副支架8A的電極20A電連接，然后，從設置在電極20A上的孔21A或凹槽22A填充透明樹脂，因此在半導體光學元件3和副支架8A之間的空間內(nèi)填充有透明樹脂。在這種情況下，填充在光路孔21A中的過量透明樹脂被引導至并分布于凹槽22A一側，這樣可保證樹脂的填充。
在如圖5C的例子中，副支架8B設有帶有光路孔21B和矩形凹槽22B的電極20B。光路孔21B和矩形凹槽22B具有與如圖5A所示的相同的功能。
此外，如圖1和圖2所示，半導體光學元件3、引線5和信號處理電路12被成型部分10所覆蓋，其中成型部分10由包括70wt％或更多填料的非透明成型樹脂制成，從而具有與引線5差異不太大的線性膨脹系數(shù)、且具有較高的熱傳導率和優(yōu)秀的抗環(huán)境性能。而且，引線框架4除引線端4a外由成型部分10覆蓋。此外，與半導體光學元件3所處表面相反的引線框架4的表面(正面)，除部分孔7之外由成型部分10包圍。半導體光學元件3與光纖2通過透明樹脂部分11、玻璃副支架8、透鏡9和引線框架4的孔7光耦合。
現(xiàn)在將對第一實施例中光半導體器件1a的制作方法進行描述。
首先，對形成在半導體光學元件3的光學部分6一側面上的電極和形成在玻璃副支架8之上的電極實現(xiàn)電連接。通過涉及傳導性(例如，金錫共晶接合、焊接、采用銀漿和采用金凸點等)的方法，在玻璃副支架8和半導體光學元件3之間建立電連接。在此階段，將透明樹脂填充于半導體光學元件3和玻璃副支架8之間的空間內(nèi)。
接下來，玻璃副支架8以如下方式粘附于引線框架4，即與玻璃副支架8電連接的半導體光學元件3的光學部分6面向引線框架4的孔7。玻璃副支架8和引線框架4的粘附由粘合劑、銀漿等來實現(xiàn)。在所述情況下，考慮到半導體光學元件3的散熱，希望采用具有高熱導率的粘合劑。
接下來，用如銀漿的粘合劑將信號處理電路12粘附于引線框架4?？紤]到半導體光學元件3的散熱，希望采用具有高熱導率的粘合劑。
接下來，將半導體光學元件3的后表面電極、玻璃副支架8上的電極和信號處理電路12通過引線5與引線框架4電連接。
接下來，進行成型部分10的傳遞模塑處理，成型部分10由包括70wt％或更多填料的非透明成型樹脂制成。由非透明成型樹脂制成的成型部分10的線性膨脹系數(shù)與引線5的相差不大，并具有較高的熱導率和優(yōu)秀的抗環(huán)境性能。此處，將一模具壓至孔7的外圍以從引線框架4的正面封閉孔7，從而防止由成型樹脂制成的成型部分10從引線框架4的正面進入孔7中。
此外，同時，所述模具被壓至凹部(臺階)10b中用于對準并固定透鏡9，從而防止由成型樹脂制成的成型部分10進入引線框架4的正面一側。
單獨由透明樹脂成型的透鏡9用粘合劑固定并粘附于成型部分10上，所述粘合劑由透明樹脂制成，其線性膨脹系數(shù)級別與成型部分10中使用的包括填料的非透明成型樹脂相同。
如圖1所示，用于光纖2的對準引導部分10a(例如，孔部分)設置于在引線框架4正面上的孔7附近的成型部分10上，光纖2通過該對準引導部分10a能夠被精確地對準。對準引導部分10a是圓錐形表面。所述孔部10a的形狀從開口處向引線框架4的孔7一側變窄。
注意，粘合劑可以填充入引線框架4的孔7(即，在引線框架4的孔7和透鏡9的凸出部分33之間)中。而且，透鏡9可以僅用粘合劑安裝于引線框架4上。
(第二實施例)圖6為顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的光半導體器件的外形結構的截面示意圖，圖7為顯示了從光纖2一側觀察的光半導體器件的主視圖。圖6為顯示了沿圖7中VI-VI線的剖面圖。
在第二實施例中的光半導體器件1b與圖1和圖2所示第一實施例的光半導體器件1a不同點在于IC(集成電路)13安裝在玻璃副支架8上，其中IC 13是單芯片，其在半導體光學元件是受光器件時集成了受光器件和放大集成電路，該放大集成電路為圖1和圖2所示的第一實施例中的信號處理電路12。
形成為單芯片的IC 13被安裝于與第一實施例中的半導體光學元件3相同的位置上。光半導體器件的其他方面，包括安裝方法和結構，都與第一實施例相同。由于光半導體器件具有與第一實施例中的光半導體器件相同的結構，因此相同的參考標號表示相同的元件，以省略對其的說明。
在第二實施例中，用由具有填料和優(yōu)秀抗環(huán)境性能的非透明成型樹脂制成成型部分10以簡單的結構包覆IC 13和引線5，因此，可以提供一種低成本的具有優(yōu)秀抗環(huán)境性能的光半導體器件1b。
此外，由于受光器件和放大集成電路形成作為IC 13的單芯片，因此光半導體器件1b就無須在受光器件和放大集成電路之間設置引線，從而減少了寄生電容，并且可以獲得快速響應能力，同時光半導體器件1b不再那么易于所受電磁噪聲的影響。而且，由于芯片的數(shù)量減少，所以便于制作，成本降低。
(第三實施例)圖8為顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的光半導體器件外形結構的剖面示意圖，圖9為從光纖2一側觀察的光半導體器件的主視圖。圖8為沿圖9中線VIII-VIII的剖面圖。
在第三實施例中的光半導體器件1c與圖1和圖2所示的第一實施例的光半導體器件1a不同點在于發(fā)光器件3b、受光器件3a、以及由發(fā)光器件3b的驅動集成電路和受光器件3a的放大集成電路組成的IC 14，結合在單個封裝體中。其他的方面與第一實施例相同。
在第三實施例的光半導體器件1c中，發(fā)光器件3b、受光器件3a和IC 14結合在單個封裝體中，這能夠使發(fā)射器-接收器在單個封裝體中構成。
一般來說，當發(fā)射器-接收器具有單個封裝體結構的情況下，由于光在封裝體內(nèi)部反射，從發(fā)光器件發(fā)射的光被耦合到受光器件，會產(chǎn)生噪聲(雜散光噪音)成分，有時可導致故障，并使通信質量下降。為了防止雜散光噪音，則需要安裝光屏蔽面等，這樣會增加制作難度，并提高制作成本。
相反地，第三實施例的光半導體器件1c采用由非透明成型樹脂制成的成型部分10，使得在封裝體內(nèi)部不會有光反射，因此來自發(fā)光器件3b的光傳輸不會耦合到受光器件3a上。因此，就不會產(chǎn)生雜散光噪音，無須復雜的構造即可消除雜散光噪音，這樣，可獲得較高質量的通信，并縮小尺寸。
在圖8和圖9中，用于作為信號處理電路的發(fā)光器件的驅動集成電路和受光器件的放大集成電路形成在單芯片中。然而，該電路也可以分別具有分離的芯片結構。而且，與第二實施例一樣，受光器件和用于受光器件的放大集成電路可以構建為單芯片結構，用于發(fā)光器件的驅動集成電路也可以單獨提供。
從以上描述可以清楚看出，根據(jù)第三實施例的光半導體器件1c，即使在采用較小尺寸的半導體光學元件3a、3b(例如PD和LED)來構成發(fā)射器-接收器的情況下，也能夠以一種簡單的結構用成型部分10包覆半導體光學元件3a、3b和引線5。成型部分10是由包括填料并具有優(yōu)秀抗環(huán)境性能的非透明成型樹脂制成，這樣能以較低的成本提供具有優(yōu)先的抗環(huán)境性能的光半導體器件。
(第四實施例)本發(fā)明的第四實施例的特征在于，第三實施例中的發(fā)光器件的驅動集成電路和受光器件的放大集成電路包括可提供和接收關于運行狀態(tài)信息和控制信息等信息的外接輸出端和外接輸入端。其他方面與第三實施例相同。
圖10顯示了發(fā)光器件驅動電路50的結構，其為第四實施例中光半導體器件的發(fā)光器件用驅動集成電路的一個例子。發(fā)光器件驅動電路50由發(fā)光器件驅動電路部分51、輸入信號檢測電路部分52和發(fā)光器件驅動電流控制電路部分53組成，所有這些部分形成在單芯片中。輸入信號檢測電路部分52具有檢測傳輸信號的輸入并輸出表示其的信號的功能。根據(jù)來自輸入信號檢測器部分52的信號，發(fā)光器件驅動電路部分51在沒有輸入信號時就處于待用狀態(tài)；一旦檢測到輸入信號，發(fā)光器件驅動電路部分51就處于運行狀態(tài)。圖10示出了發(fā)光器件驅動電流控制信號輸入端54，傳輸信號輸入端55、LED驅動信號輸出端56，以及輸入信號接收檢測輸出端57。發(fā)光器件驅動電流控制信號輸入端54和傳輸信號輸入端55是外接輸入端的示例，而LED驅動信號輸出端56和輸入信號接收檢測輸出端57是外接輸出端的示例。
通過以上所述結構，就可以在待用狀態(tài)期間降低功耗。而且，通過將輸入信號接收檢測輸出端57提供至外面，也可以同樣的方式在其他外圍電路中于待用狀態(tài)期間降低功耗。
而且，發(fā)光器件驅動電流控制電路部分53，根據(jù)來自外面的發(fā)光器件驅動電流控制信號來控制發(fā)光器件驅動電路部分51，從而控制發(fā)光器件的驅動電流。例如，用作發(fā)光器件的LED的特征在于，在較高的溫度下光輸出會減少。由于采用第四實施例的發(fā)光器件電流控制電路部分53，就可以在較高的溫度下提高驅動電流，增加光輸出，降低較高溫度下的光輸出減少，這樣可以獲得較高通信質量。
而且，用作發(fā)光器件的LED在光輸出中具有散射，此外，由于制作過程中的安裝誤差，發(fā)射器的光輸出也存在散射。在第四實施例中，可以根據(jù)來自外面的發(fā)光器件驅動電流控制信號來用驅動電流控制LED的光輸出，使得發(fā)射器的光輸出能被監(jiān)控并與指定光輸出匹配，由此因此可實現(xiàn)較高質量的通信。
此外，圖11顯示了受光器件放大電路60的結構，它是第四實施例的受光器件的放大集成電路的一個示例。受光器件放大電路60由接收信號檢測電路部分61和受光器件放大電路部分62組成，兩者形成在單芯片中。接收信號檢測電路部分61具有檢測接收信號的輸入并輸出檢測信號的功能。圖11示出了接收信號輸入端63、信號輸出端64和接收信號檢測輸出端65。端63是外接輸入端的一個示例，而信號輸出端64和接收信號檢測輸出端65則是外接輸出端的示例。
根據(jù)來自接收信號檢測電路部分61的檢測信號，在沒有接收信號時，受光器件放大電路部分62處于待用狀態(tài)；一旦檢測到接收信號，受光器件放大電路部分62就處于運行狀態(tài)。通過這樣的結構，可以減少在待用期間的功耗。而且，通過提供接收信號檢測輸出信號端65，也能以同樣的方式使其他外圍電路于待用期間降低功耗。
如上所述，在包括第四實施例中所述的發(fā)光器件驅動電路50和受光器件放大電路60的光半導體器件中，發(fā)光器件驅動電路50和受光器件放大電路60結合了可接收和提供關于運行狀態(tài)信息和控制信息的外接輸出端和外接輸入端，因此信號處理電路的運行可由檢測信號和來自外面的輸入信號控制，因此可以達到實現(xiàn)具有較高質量的復雜通信的目的。
在第四實施例的光半導體器件中，發(fā)光器件驅動電路50由發(fā)光器件驅動電路部分51、輸入信號檢測電路部分52，以及發(fā)光器件驅動電流控制電路部分53組成，可檢測傳輸信號輸入存在與否，以來自外面的發(fā)光器件驅動電流控制信號來控制發(fā)光器件驅動電流。除了上述之外，將發(fā)光器件驅動電路50與受光器件放大電路60集成，可以使發(fā)光器件驅動電路50僅通過內(nèi)部通信而無須借助于外部控制信號等來實現(xiàn)自我控制，也就是說，例如，發(fā)光器件驅動電路50能根據(jù)來自受光器件放大電路60的控制信號來控制發(fā)光器件驅動電流。
此外，雖然發(fā)光器件驅動電路50由發(fā)光器件驅動電路部分51、輸入信號檢測電路部分52和發(fā)光器件驅動電流控制電路部分53組成，但可控制發(fā)光器件驅動電路50的邏輯電路也可結合于其中。
此外，雖然受光器件放大電路60由接收信號檢測器電路部分61和受光器件放大電路部分62組成，但可控制受光器件放大電路60的邏輯電路也可結合于其中。
(第五實施例)圖12至圖14為顯示了本發(fā)明的第五實施例的光半導體器件的外形結構的說明性視圖。圖12為顯示了光半導體器件外形結構的剖面示意圖，圖13為從光纖2一側觀察的光半導體器件的主視圖。圖12為沿圖13的XII-XII的剖面圖。圖14A為透鏡的平面圖，圖14B為透鏡的側剖視圖。
給出與第一實施例不同點的描述。透鏡9具有凸起35，其位于安裝部31與透鏡部分34相反的表面上，引線框架4具有孔部分4b，孔部分4b的形狀與透鏡9的凸起35相對應。通過將透鏡9的凸起35嵌入引線框架4的孔部分4b，透鏡9可以安裝于引線框架4上。這樣，就可用引線框架4實現(xiàn)透鏡9可靠的對準。其他結構均與第一實施例相似。
更具體來說，如圖14A和14B所示，透鏡9的結構可以使安裝部31位于設置在光路上的透鏡部分34的外圍部分，即光路以外的區(qū)域中。此外，對準和固定用的凸起35被置于安裝部31與透鏡部分34相反的表面上。
透鏡9由透明樹脂成型，并用透明粘合劑安裝到引線框架4和成型部分10上。此外，透鏡9在引線框架4一側的表面上，提供了可保存透明粘合劑的粘合劑儲存部32。
如圖12和圖13所示，成型部分10具有凹部(臺階)10b，其形狀使透鏡9的安裝部31可插入其中以對準和固定，而引線框架4具有孔部分4b，其形狀使透鏡9的凸起35插入其中以對準和固定，透鏡9再使用透明粘合劑固定。為了實現(xiàn)可靠粘附，過量的粘合劑被引導至粘合劑儲存部32并分布于其中，因此可使粘合劑儲存部32中被可靠地填充。
引線框架4的孔部分4b設置在引線框架4的孔7的附近，并處于副支架8封閉的區(qū)域內(nèi)。在光半導體器件的制作過程中，孔部分4b和孔7一起被副支架8封閉，這樣，能夠防止孔部分4b被成型部分10填充。
作為構成透鏡9的透明樹脂，可以使用聚碳酸酯、丙烯酸樹脂和烯樹脂等，希望采用具有高透射比或高折射率的樹脂。對于粘合劑，希望采用透明樹脂，其線性膨脹系數(shù)與成型部分10中使用的包括填料的非透明樹脂的相同。
注意，粘合劑可以填充到引線框架4的孔7和孔部分4b內(nèi)(即，在引線框架4的孔7和透鏡9的凸部33之間，以及在引線框架4的孔部分4b和透鏡9的凸部35之間)。
根據(jù)本發(fā)明的光半導體器件可以用在這些電子設備中，比如數(shù)字電視機(TV)、數(shù)字廣播衛(wèi)星(BS)調諧器、通信衛(wèi)星(CS)調諧器、數(shù)字化視頻光盤(DVD)播放器、超級音頻光盤(致密光盤)播放器、AV(音頻視頻)放大器、音頻、個人計算機、個人計算機外圍設備、便攜式電話和PDA(個人數(shù)字助理)等。。根據(jù)本發(fā)明的光半導體器件也可以被在具有較寬工作溫度范圍的環(huán)境里使用的電子設備所采用，例如，汽車內(nèi)部設備諸如汽車音頻、汽車導航系統(tǒng)和傳感器，以及工廠機器人傳感器和控制設備。
至此描述了本發(fā)明，對本發(fā)明可作多種變化是顯而易見的。這樣的變化不被認為脫離了本發(fā)明的精神和范圍，正如對本領域普通技術人員來說是顯而易見的所有修改都被認為包括在后面權利要求的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種光半導體器件，包括具有孔的引線框架；具有透明度的副支架，設置于所述引線框架的表面上以封閉所述引線框架的孔；具有光學部分的半導體光學元件，設置于所述副支架上且與所述引線框架的孔所在一側表面相反的表面上，其中所述光學部分通過所述副支架朝向所述孔；成型部分，由非透明成型樹脂制成，并使至少位于所述引線框架另一側面上包括所述孔在內(nèi)的區(qū)域顯露，并包覆所述引線框架、所述半導體光學元件和所述副支架；以及透鏡，設置于所述引線框架的另一表面上，以封閉所述引線框架的孔。
2.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，所述非透明成型樹脂包括70wt％或更多的填料。
3.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，所述副支架包括可與所述半導體光學元件的正面電極電連接的電極。
4.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中設置于所述副支架上的電極至少具有一凹槽；以及在所述副支架和所述半導體光學元件的光學部分之間的空間由透明樹脂填充。
5根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，成型部分具有孔部分來使所述孔顯露，和所述成型部分中的孔部分的形狀從它的開口處朝所述引線框架的孔一側變窄。
6.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，所述透鏡由透明樹脂制成。
7.根據(jù)權利要求6所述的光半導體器件，其中，所述非透明成型樹脂包含填料；以及所述透鏡用粘合劑至少與所述成型部分和所述引線框架連接，所述粘合劑是由線性膨脹系數(shù)級別與所述非透明成型樹脂相同的樹脂制成。
8.根據(jù)權利要求7所述的光半導體器件，其中，所述透鏡在位于光路之外的區(qū)域內(nèi)具有安裝部；以及所述成型部分具有凹部，用來安裝所述透鏡，所述凹部對應于所述透鏡的安裝部。
9.根據(jù)權利要求8所述的光半導體器件，其中，所述透鏡的安裝部具有用于容納所述粘合劑的粘合劑儲存部，。
10.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，所述透鏡具有一凸部，其安裝到所述引線框架的孔中。
11.根據(jù)權利要求10所述的光半導體器件，其中，所述透鏡由透明樹脂制成；所述非透明成型樹脂包括填料；以及所述透鏡用粘合劑安裝在所述成型部分和所述引線框架上，所述粘合劑是由線性膨脹系數(shù)級別與所述非透明成型樹脂相同的樹脂制成。
12.根據(jù)權利要求11所述的光半導體器件，其中，所述粘合劑具有透明度，并且填充在所述引線框架的孔內(nèi)。
13.根據(jù)權利要求12所述的光半導體器件，其中，所述透鏡具有粘合劑儲存部，用于容納在所述凸部周圍的粘合劑。
14.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，其中，所述引線框架具有至少兩個對準孔部分；以及所述透鏡具有安裝到所述引線框架的對準孔部分的凸起。
15.根據(jù)權利要求14所述的光半導體器件，其中，所述引線框架的孔部分設置于所述引線框架的孔附近，并位于被所述副支架封閉的區(qū)域內(nèi)。
16.根據(jù)權利要求14所述的光半導體器件，其中，所述透鏡由透明樹脂制成；所述非透明成型樹脂包括填料；以及所述透鏡用粘合劑安裝在所述成型部分和所述引線框架上，所述粘合劑由線性膨脹系數(shù)級別與所述非透明成型樹脂相同的樹脂制成。
17.根據(jù)權利要求16所述的光半導體器件，其中，所述粘合劑具有透明度，并填充入所述引線框架的孔和孔部分內(nèi)。
18.根據(jù)權利要求17所述的光半導體器件，其中，所述透鏡具有粘合劑儲存部，用于保存凸起周圍的粘合劑。
19.根據(jù)權利要求1所述的光半導體器件，還包括信號處理集成電路，其設置于所述引線框架上，并與所述半導體光學元件電連接。
20.根據(jù)權利要求19所述的光半導體器件，其中所述半導體光學元件是受光器件，所述信號處理集成電路是用于放大所述受光器件的輸出信號的放大集成電路；以及所述受光器件和所述放大集成電路可結合于單芯片中。
21.根據(jù)權利要求19所述的光半導體器件，其中，所述半導體光學元件包括發(fā)光器件和受光器件；以及所述信號處理集成電路包括可驅動發(fā)光器件的驅動集成電路以及可放大受光器件的輸出信號的放大集成電路。
22.根據(jù)權利要求21所述的光半導體器件，其中，所述驅動集成電路和所述放大電路可結合于單芯片中。
23.根據(jù)權利要求19所述的光半導體器件，其中，所述信號處理集成電路至少包括可輸出關于運行狀態(tài)信息的外接輸出端，以及可接收控制信息的外接輸入端。
24.一種包括如權利要求1所述的光半導體器件的電子設備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光半導體器件(1a)，其包括具有孔(7)的引線框架(4)；副支架(8)，設置于引線框架(4)的表面上以封閉孔(7)；半導體光學元件(3)，具有光學部分(6)，安裝在副支架(8)上與孔(7)所在一側表面相對的表面上，并且光學部分(6)并通過副支架(8)朝向孔(7)；成型部分(10)，由非透明樹脂制成，使至少包括孔(7)在內(nèi)的位于引線框架(4)另一側表面上的區(qū)域顯露，并包覆引線框架(4)、半導體光學元件(3)、副支架(8)以及置于引線框架(4)的另一表面上以封閉孔(7)的透鏡(9)。
文檔編號H04B10/02GK1684284SQ20051006777
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2004年2月25日
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