CN100382286C - 光半导体装置、光通信装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种光半导体装置，具有诸如LED或PD的光半导体元件(2)以及封装该光半导体元件的可透光树脂(4)，其在工作温度范围内的温度下具有适当的透光率且在工作温度范围内的温度下表现出优异的工作特性。该可透光树脂含有基础树脂和填料。该可透光树脂(4)具有这样的特性：在工作温度范围内(例如，-40℃-+85℃)其透射率随着温度升高而增大。本发明还提供一种具有该光半导体装置的光通信装置和一种具有该光半导体装置的电子设备。

Description

光半导体装置、光通信装置和电子设备
技术领域
本发明涉及一种具有被封装的光半导体元件的光半导体装置、具有该光半导体装置的光通信装置和具有该光半导体装置的电子设备。
背景技术
传统上，作为具有要求光传输性或透光性的光半导体元件的光半导体装置，光半导体元件例如是发光二极管(LED)和光电二极管(PD)，广泛使用了利用可透光模制树脂的传递成型生产的产品。
当可透光模制树脂由单一种类的树脂模制材料制成时，有一个优点，即能够获得尤其令人满意的透光性，然而此类可透光模制树脂具有热膨胀系数大的特点。这带来了一个问题，可透光模制树脂的线性膨胀系数和光半导体装置、引线框架和焊线的线性膨胀系数之间的差异在高工作温度范围内会导致焊线断开和封装中裂缝等发生，结果难以生产出高可靠性的光半导体装置。
作为一种用于控制可透光模制树脂的热膨胀系数的方法，已经知道的是向树脂成型材料中添加填料。典型的填料包括玻璃等的透明无机粉末。
图16为一曲线图，给出了填料材料(玻璃)的折射率与温度的关系以及未添加填料的树脂成型材料(以下简称基础树脂模制材料)的折射率与温度的关系。详细地讲，图16给出了曲线图，该曲线显示了假设在25℃温度下的折射率为1时填料材料和基础树脂成型材料相对值形式的折射率，其中如此调节填料材料和基础树脂成型材料，使得它们之间的折射率差在25℃的温度下变为零。在图16中，填料材料为石英玻璃，基础树脂成型材料为酸酐环氧树脂或酚醛环氧树脂。
此外，在图16中，短划线代表填料材料的折射率与温度的关系，而实线代表基础树脂成型材料的折射率与温度的关系。
如图16所示，在温度上升时基础树脂成型材料的折射率表现出减小的趋势，而填料材料的折射率没有温度依赖性且表现出恒定不变的趋势。
图17为一曲线图，给出了当把填料加入基础树脂时树脂成型材料的透光率与温度的关系。
在图17中，假定25℃处的透光率的值为1，在其他温度处的透光率由相对于25℃处透光率的值表示。
在图17中，透光率依赖于基础树脂和填料之间的折射率差，在折射率差为零的温度下透光率为1。然后，随着折射率差的增大透光率表现出减小的趋势。
由于上述原因，在图17这种情况下，因为折射率差在25℃为零，在25℃下的透光率是最高的，且随着温度从25℃升高，透光率表现出减小的趋势。
图18为一曲线图，给出了一般LED的光学输出功率与温度的关系。
在图18中，假定在25℃的光输出功率为1，在其他温度的光输出功率由相对于25℃的输出功率的值表示。
如图18所示，随着温度升高光输出功率表现出减小的趋势。如图18所示，一般的LED光输出功率随着温度升高具有减小的趋势，因此存在一个问题，即，在高温下光输出功率的减小变得显著，难以提供在工作温度范围内的温度下具有恒定光输出功率的光半导体装置。
图19为一曲线图，给出了LED被封装在未添加填料的可透光树脂中时其光输出功率与温度的关系的测量结果，以及LED被封装在添加了填料的可透光树脂中时其光输出功率与温度的关系的测量结果。
在图19中，实线表示封装在添加了填料的可透光树脂中时光输出功率与温度的关系，虚线表示封装在未添加填料的可透光树脂中时光输出功率与温度的关系。
在图19中，在25℃处的光输出功率被赋予值1，且提供了相对值表示。
如图19所示，添加填料时LED的光输出功率比未添加填料时在光输出功率方面具有更大的波动。这大概归因于透光率的减小，而透光率的减小是由于温度变化引起所添加的填料和基础树脂之间的折射率差增大所致。
此外，如图19所示，当未添加填料时，光输出功率的波动具有如此的趋势，即，可以由线性方程(共线近似)拟合该波动。当添加填料时，光输出功率的波动具有无法由线性方程拟合波动的趋势。这意味着，所添加的填料与基础树脂之间的折射率差为零处的点(在图19中由A表示)处于测量温度范围之内。
如图19所示，使用添加了填料的树脂作为封装树脂的常规光半导体装置具有这样的问题：在工作温度范围内光半导体装置的特性是不稳定的。
JP 2003-3043 A披露将环氧树脂用作基础树脂材料，且将非碱性玻璃填料用作玻璃填料材料。
JP 2002-88223 A是另一篇现有技术参考文献，披露了通过向树脂成型材料添加填料获得的材料。
该参考文献披露了一种添加了效果促进剂和无机填料的环氧树脂。该文献还披露，该环氧树脂在各种温度环境下具有高的透明度且在耐热性、耐潮性和低应力方面性能优异。
然而，这种在各种温度环境下具有高透明度且在耐热性、耐潮性和低应力方面性能优异的环氧树脂具有一个问题，即，随着温度升高透光率减小，且在高温下光半导体装置的特性几乎不能得以稳定，从如下事实可以了解到这个问题：随着温度从25℃升至100℃，透射率从100减小到70。
JP H05-25397 A也披露了一种树脂合成物，其透光率随着温度变化可逆地变化，热膨胀系数小，且其提供了具有优异重复耐久性(repetition durability)的硬化体(hardened body)。
不过，有一个问题，即，不清楚这种树脂合成物是否可用于光半导体装置，即，当将该树脂合成物用于光半导体装置时它是否会带来某些问题。还有一个问题，即，即使该树脂合成物能够使用，也不知道具有该树脂合成物的光半导体装置的制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种光半导体装置，其在工作温度范围之内的温度下具有适当的透光率且在工作温度范围内的温度下表现出优异的工作特性，本发明的目的还在于提供一种具有该光半导体装置的光通信装置和一种具有该光半导体装置的电子设备。
为了解决问题，根据本发明一个方面的光半导体装置具有光半导体元件和可透光树脂，设置该树脂以封装该光半导体元件，且该树脂包括基础树脂和填料。该可透光树脂具有在工作温度范围内随温度升高而增大的透射率。
需要指出，这里的术语“光半导体元件”意思是芯片状态的光半导体元件。
根据本发明，只要温度处于工作温度范围之内，所述可透光树脂的透射率就随着温度升高而增大。因此，如果所述光半导体装置具有的光半导体元件要处理的光量易于随着温度升高而减小，例如，使用发射光随温度升高而减少的发光元件的场合，或者在入射光量随着温度升高而减少的条件下使用光探测器的场合，可以通过可透光树脂的透射率与温度的关系补偿和消除光量对温度的依赖性。因此，不管在工作温度范围内温度如何变化都可以使工作特性恒定，使得装置在稳定性和可靠性方面变得极好。
此外，根据本发明，可透光树脂含有填料，因此，所述可透光树脂的线性膨胀系数能够通过填料得到减小。因此，在工作温度范围内的高温区中可靠地防止了焊线断开、封装中发生裂缝等，从而能大大提高耐久性。
至于基础树脂和填料的材料，只要材料满足以下条件，任何材料都可以使用，即，在装置的工作温度范围内可透光树脂的透射率随温度升高而增大。例如，多种环氧树脂可以用于基础树脂，多种玻璃材料可以用于填料。
在一个实施例中，在等于或高于工作温度范围上限的一个温度处，可透光树脂的基础树脂和填料具有彼此重合的折射率。
根据该实施例，在整个工作温度范围内，可以使可透光树脂的透光率变化，随着温度升高而升高。因此，能够在整个工作温度范围内稳定工作特性。
在一个实施例中，所述光半导体元件为发光元件。
根据该实施例，输出强度随着发光元件温度的升高而减小的工作特性能够利用可透光树脂的透光率随温度升高而增大的材料特性加以补偿。因此，将要从光半导体装置输出的光的量可以做得基本恒定(与温度无关)，且大大地改善工作特性的可靠性。
在一个实施例中，所述光半导体元件为光探测器。
根据该实施例，光探测的灵敏度随着温度升高而逐渐增大，且光探测的灵敏度在工作温度的上限变成最大。因此，当所接收的光量随温度升高而减小时，例如在所接收的光来自一输出随温度升高而减小的发光元件时，能够补偿或校正光量因温度依赖性而减小，从而能够在工作温度范围内不管温度如何变化都获得高的灵敏度。
在一个实施例中，可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子基本平衡了发光元件因温度升高而引起的光输出功率减小因子。
在本发明中，“透射率增大因子”被定义为透射率相对于每单位时间的温升的变化(在透射率减小的情况下用负值)，“光输出功率减小因子”被定义为从发光元件发射的光量相对于每单位时间的温升的变化(在光量减小的情况下用负值)。
在一个实施例中，可透光树脂的透射率增大因子对应于可透光树脂中的填料的量。
通过改变可透光树脂中填料的量可以容易地改变可透光树脂因温度升高而造成的透射率增大因子。
在一个实施例中，可透光树脂的透射率增大因子对应于可透光树脂的基础树脂的折射率相对于温度升高的减小量。
通过控制基础树脂的折射率相对于温度升高的减小量，能够容易地改变可透光树脂的透射率增大因子。
在一个实施例中，所述光半导体装置还具有发光元件驱动电路，用于驱动所述发光元件。该发光元件驱动电路具有校正电路，用于校正发光元件的光输出功率因温度升高而引起的变化。
在该实施例中，在装置的工作温度范围内不管温度如何变化都使光半导体装置的光输出功率基本恒定，从而稳定了工作特性。
在一个实施例中，发光元件的光输出功率因温度升高而引起的减少量被可透光树脂的透射率因温度升高而引起的增加量和发光元件驱动电路的校正电路对光输出功率变化的校正所消除。
根据本发明的光通信装置具有前述的本发明的光半导体装置和光纤，以便使用光纤作为传输介质发送和/或接收光信号，其中光纤中通信光因光纤温度升高而引起的衰减率对应于光半导体装置的可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子。
根据本发明，光纤中通信光因光纤温度升高而引起的衰减能够被可透光树脂的透射率随温度升高而引起的增大所补偿。这样，实现了高通信质量的光纤传输。
另外，根据本发明，提供有一种光通信装置，其具有前述的本发明的光半导体装置和光纤，以便使用光纤作为传输介质发送和/或接收光信号，其中光纤中的通信光因光半导体装置中的光半导体元件的温度升高而引起的发射波长变化而造成的衰减率对应于可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子。
根据本发明，光纤中的通信光因传输波长变化而引起的衰减能够被可透光树脂的透射率随温度升高而引起的增大所补偿。这样，实现了高通信质量的光纤传输。
根据本发明另一方面的光半导体装置具有光半导体元件和具有透光性的模制树脂部分，该模制树脂部分封装着光半导体元件，其中所述光半导体元件向模制树脂部分之外发射光或者接收从模制树脂之外入射的光，且模制树脂部分包括酚醛固化树脂和由石英玻璃制成的透明填料。
这里的“酚醛固化树脂”意思是含有酚醛固化剂的树脂，由环氧树脂代表。
在本发明的光半导体装置中，因为在石英玻璃制成的透明填料和酚醛固化树脂之间几乎没有折射率差，所以能够防止模制树脂的透光率减小。此外，由于由石英玻璃制成的透明填料包含于模制树脂部分之中，所以使得模制树脂部分能够具有减小的线性膨胀系数，使得光半导体元件、引线框架和线(金线)之间可能的线性膨胀系数差变小。这将会抑制因热应力导致的焊线断开和封装中发生裂缝。
这样，实现了在可靠性和透光率方面非常优越的光半导体装置。特别地，满足了车载装置(它们放在例如-40℃到105℃的工作温度下)所需的高可靠性水平。
在一个实施例中，只要装置的工作温度处于-40℃到105℃的范围内，透明填料和酚醛固化树脂之间的折射率差的绝对值就不大于0.02。
在该实施例中，模制树脂部分的透光率急剧减小。
在一个实施例中，模制树脂部分中的透明填料的含量为40-80wt％。
在该实施例中，能够可靠地减小模制树脂部分和模制树脂部分中所封装的诸部分(以下简称“被封装部分”)之间的线性膨胀系数差，且装置在可靠性方面变得非常优越。更具体地说，如果透明填料的含量小于40wt％，模制树脂部分和被封装部分之间的线性膨胀系数差变大，其结果是，可能会发生焊线断开和封装中的裂缝等。另一方面，如果透明填料的含量超过80wt％，缺点是树脂的流动性变差。
在一个实施例中，所述透明填料包括基本球形的块。
在该实施例中，抑制了在透明填料块和酚醛固化树脂的界面处的光的散射。
在一个实施例中，模制树脂部分具有透镜。
根据该实施例，提供透镜与模制树脂部分中的球形透明填料一起改善了光输出功率。亦即，所述光半导体装置具有良好的透光率。
在一个实施例中，所述模制树脂部分含有脱模剂(release agent)。
根据该实施例，因为所述模制树脂部分含有脱模剂，不再需要在利用金属模具成型光半导体元件之前将脱模剂涂布到金属模具。这样改善了制造效率。
本发明的电子设备包括根据本发明上述方面的任一个的光半导体装置。
在该电子设备中，其光半导体元件即使在恶劣的温度条件下也能稳定工作，因此该电子设备在耐久性方面是优越的，可以用作，例如放在严厉环境中的车载装置。
附图说明
从下文给出的详细说明和附图将能更全面地理解本发明，附图仅作为示意给出，因此并非意在限制本发明，附图中：
图1A和图1B为根据本发明第一实施例的光半导体装置的正面透视图和侧面透视图；
图2为一曲线图，给出了用于第一实施例的光半导体装置的基础树脂的折射率与温度的关系以及用于第一实施例的光半导体装置的填料的折射率与温度的关系；
图3为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置的透光率与温度的关系；
图4为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置所有的LED的光输出功率与温度的关系；
图5为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置的光输出功率与温度的关系；
图6A和图6B为根据本发明第二实施例的光半导体装置的正面透视图和侧面透视图；
图7A和图7B为根据本发明第三实施例的光半导体装置的正面透视图和侧面透视图；
图8为一曲线图，给出了从驱动集成电路输出的LED驱动电流与温度的关系；
图9为一曲线图，给出了第三实施例的光半导体装置的光输出功率；
图10为本发明的光通信装置的一个实施例的视图；
图11为根据本发明实施例的光半导体元件的截面图；
图12为一曲线图，给出了填料含量和光输出功率之间的关系；
图13为一曲线图，给出了透明填料的折射率和光输出功率之间的关系；
图14为一曲线图，给出了透明填料含量和线性膨胀系数之间的关系；
图15为一曲线图，给出了有或没有透明填料、有或没有透镜结构以及光输出功率之间的关系；
图16为一曲线图，给出了添加了玻璃作为填料的树脂模制材料的折射率与温度的关系以及基础树脂模制材料的折射率与温度的关系；
图17为一曲线图，给出了向基础树脂添加了填料的树脂模制材料的透光率与温度的关系；
图18为一曲线图，给出了一般LED的光学输出功率与温度的关系；以及
图19为一曲线图，给出了LED被封装在未添加填料的可透光树脂时其光输出功率与温度的关系的测量结果，以及LED被封装在添加了填料的可透光树脂中时其光输出功率与温度的关系的测量结果。
具体实施方式
以下将基于附图所示的实施例详细描述本发明。
(第一实施例)
图1A和1B为示出本发明第一实施例的光半导体装置的视图。详细地讲，图1A为第一实施例的光半导体装置的正面透视图，而图1B为第一实施例的光半导体装置的侧面透视图。
该光半导体装置具有引线框架1、LED2(作为光半导体元件的一例)、线3和添加了填料的可透光模制树脂4。
线3由具有导电性的导线构成，例如Au线、Ag线或Al线。此外，模制树脂4通过向环氧树脂添加作为填料的玻璃形成。至于环氧树脂，可以使用多种市场上可买到的环氧树脂。同样，至于玻璃填料，可以使用任何种类的市场上可买到的玻璃填料。因此，除非指定环氧树脂和玻璃填料的类型，否则此处的“环氧树脂”和“玻璃填料”不应被解释为局限于特定的某种。
利用诸如Ag膏的导电材料将LED 2的背面电极芯片焊接(die-bonded)到引线框架1。通过线3将LED2的表面电极线焊到引线框架1。通过传递成型技术将安装在引线框架1上的LED2封装在添加了填料的可透光模制树脂4中。
图2为一曲线图，给出了用于第一实施例的光半导体装置的基础树脂的折射率与温度的关系以及用于第一实施例的光半导体装置的填料的折射率与温度的关系。
在图2中，实线代表基础树脂的折射率与温度的关系，而短划线代表填料的折射率与温度的关系。在图2中，假定基础树脂在85℃温度下的折射率为1，在85℃之外的基础树脂的折射率和填料的折射率由相对于基础树脂在85℃处的折射率的相对值表示。
第一实施例的光半导体装置如此设计，使得其能够在-40℃到+85℃的工作温度范围内工作。此外，如图2所示，如此设计基础树脂和填料，使得在85℃，即工作温度的上限处，基础树脂的折射率与填料的折射率相同。此外，将在-40℃到+85℃的温度范围内的温度下折射率几乎不变的材料用于填料，而将在-40℃到+85℃的温度范围内折射率随温度上升而减小的材料用于基础树脂。应该指出，虽然在第一实施例中将工作温度范围的上限设定为+85℃，该上限可以设定为更大值，例如100℃或更高，根据该值应当调节基础树脂和填料的折射率。
图3为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置的透光率与温度的关系。
如上所述，添加了填料的模制树脂在某一温度下的透光率依赖于在该温度下填料的折射率和基础树脂的折射率之间的差异。
如图3所示，使用具有图3所示的折射率与温度的关系的填料和基础树脂生产的模制树脂具有这样的特性，即，随着温度在工作温度范围的升高透光率增大。
可以通过利用基础树脂的折射率与温度的关系的变化率的方法，或者通过利用填料的剂量的方法控制透光率相对于温度升高的增长率(斜率)。换句话说，通过一种方法，透光率相对于温度升高的增长率(斜率)对应于基础树脂的折射率与温度的关系的变化率，通过一种方法，透光率相对于温度升高的增长率(斜率)对应于填料的剂量。
以下将要描述这些方法。
首先将描述利用基础树脂的折射率与温度的关系的变化率的方法。通常，众所周知，基础树脂的折射率对温度的依赖大于填料的折射率对温度的依赖，而透光率增加的斜率依赖于基础树脂的折射率与温度的关系的变化率。因此，如果将折射率对温度依赖性大的材料用于基础树脂，就能够增大透光率增大的斜率。相反，如果将折射率对温度依赖性小的材料用于基础树脂，就能够减小透光率增大的斜率。利用基础树脂的折射率与温度的关系的变化率的方法包括控制基础树脂的材料，以由此控制透光率的增长率。控制或调节基础树脂的材料的方法包括改变组分类型、改变固化剂等。或者，还可以采取这样的方法：制备多种不同折射率的基础树脂并改变这些基础树脂的混合比，使得基础树脂混合物的折射率得到调节。
接下来将描述利用填料的剂量的方法。
在某一温度下的透光率依赖于在该温度下基础树脂的折射率和填料的折射率之间的差异。因此，通过控制填料的剂量，能够控制透光率增加的斜率。详细地讲，如果装置在基础树脂和填料之间有折射率差的温度下使用，就能够通过增大填料的剂量来增大透光率增加的斜率。相反，通过减少填料的剂量能够减小透光率增加的斜率。利用填料的剂量的方法是通过控制所添加的填料的剂量来控制透光率的增长率的。
图4为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置所有的LED2的光输出功率与温度的关系。已经知道，通常LED具有这样的趋势，即，它们的光输出功率随着温度升高而减小，如图4所示，LED2如通常的LED一样，也具有随着温度升高而减小的光输出功率。
图5为一曲线图，给出了第一实施例的光半导体装置的光输出功率与温度的关系。
如图5所示，在装置的工作温度范围之内，第一实施例的光半导体装置的光输出功率对温度没有依赖关系，这意味着第一实施例的光半导体装置具有良好的工作特性，即，在装置的工作温度范围内光输出功率不变。
在第一实施例的光半导体装置中，通过使模制树脂4的透射率对应于LED2的光输出功率，即，通过平衡LED2随温度升高而减小的光输出功率和模制树脂4随温度升高而增大的透射率，为光半导体装置赋予了优良的不随温度变化而变化的光学输出特性。
因为第一实施例的光半导体装置采用包含玻璃的模制树脂作为封装LED2用的模制树脂4，而玻璃的透光率适于消除LED2的光输出功率随温度变化的减少率。因此，能够使光半导体装置发射的光束的光输出功率在工作温度范围内基本恒定，且能够大大地改善光半导体装置的工作特性。
尽管在第一实施例的光半导体装置中采用玻璃作为填料，且采用向环氧树脂添加玻璃所获得的模制树脂4，本发明的光半导体装置可以使用除玻璃之外的填料材料，例如二氧化硅、氧化铝、石英等。
此外，虽然在第一实施例的光半导体装置中将添加了填料的树脂用于光半导体装置的模制部分，该添加了填料的树脂可以另外用于诸如透镜或其他光路部分的部分。至于透镜，使用热固性树脂或热塑性树脂是可以接受的。至于热塑性树脂，可以使用诸如丙烯酸、聚碳酸酯等可透光材料。此外，至于填料，可以使用玻璃或诸如二氧化硅、氧化铝、石英等其他材料。
此外，在第一实施例的光半导体装置中，使+85℃下的基础树脂的折射率和填料的折射率彼此相同，+85℃是装置工作温度区域的上限。不过，本发明的光半导体装置可以采用满足如下条件的基础树脂材料和填料材料，令基础树脂的折射率为nb，填料的折射率为nf，那么，在温度高于工作温度区域上限的温度范围内满足nb≥nf。在这种情况下，同样可以获得类似于第一实施例的光半导体装置的工作效果。
(第二实施例)
图6A和6B为示出根据本发明第二实施例的光半导体装置的视图。详细地讲，图6A为第二实施例的光半导体装置的正面透视图，而图6B为第二实施例的光半导体装置的侧面透视图。
第二实施例的光半导体装置与第一实施例的光半导体装置的主要不同在于采用光电二极管(PD)62，即光探测器取代发光元件(LED)作为光半导体元件。
对于第二实施例的光半导体装置，对和第一实施例及其改进例的光半导体装置相同的效果和优势将不做描述，而仅描述和第一实施例的光半导体装置不同的构造、效果和优势。
该光半导体装置具有引线框架61、PD62(作为光半导体元件的一例)、线63和添加了填料的可透光模制树脂64。线63由具有导电性的导线构成，例如Au线、Ag线或Al线。模制树脂64通过向环氧基础树脂添加作为填料的玻璃形成。在光半导体装置的工作温度范围之内，模制树脂64的透光率随着温度升高而增大。
像一般的光电二极管的光探测电流那样，PD62的光探测电流对温度几乎没有依赖性，在装置的工作温度范围内基本恒定。
第二实施例的光半导体装置采用了模制树脂64，其透光率在光半导体装置的工作温度范围内随着温度升高而增大，第二实施例的光半导体装置还采用了PD62，其在工作温度范围之内具有基本恒定的光探测电流。因此，在光半导体装置的工作温度的上限处可以使PD62的光探测灵敏度最大化。因此，虽然如上所述，一般发光元件的光输出功率在高温下易于减小，使用PD62在另一方面会补偿此类发光元件的光输出功率的减小。因此，诸如光通信模块等的、具有第二实施例的光半导体装置和发射光信号的发光元件的电子设备会具有不依赖于温度的良好特性。
(第三实施例)
图7A和7B为示出根据本发明第三实施例的光半导体装置的视图。详细地讲，图7A为第三实施例的光半导体装置的正面透视图，而图7B为第三实施例的光半导体装置的侧面透视图。
第三实施例的光半导体装置与第一实施例的光半导体装置的主要不同在于，提供了用于驱动LED72的驱动集成电路76。
对于第三实施例的光半导体装置，对和第一实施例及其改进例的光半导体装置相同的效果和优势将不做描述，而仅描述和第一实施例的光半导体装置不同的构造和效果。
光半导体装置具有引线框架71、LED72、线73、可透光模制树脂74和用于驱动LED72的驱动集成电路76。每根线73由具有导电性的导线构成，例如Au线、Ag线或Al线。此外，模制树脂74通过向环氧基础树脂添加作为填料的玻璃形成。
驱动集成电路76引入了校正电路，用于校正LED72的驱动电流，使得驱动电流随着温度的升高而增大。校正电路补偿了LED72的光输出功率减小的效应。
图8为一曲线图，给出了从驱动集成电路76输出的LED驱动电流与温度的关系。
在图8中，为85℃下LED的驱动电流赋予值1，在其他温度下的LED驱动电流由相对于85℃下的LED驱动电流的相对值表示。
如图8所示，设定LED驱动电流，使其随着温度升高而增大。设定驱动集成电路76的电阻与温度的关系使得电阻随温度升高而减小，可以容易地实现上述效果。
图9为一曲线图，给出了第三实施例的光半导体装置的光输出功率。
在图9中，光半导体装置在85℃下的光输出功率被赋予值1，而光半导体装置在其他温度下的光输出功率由相对于光半导体装置在85℃下的光输出功率的相对值表示。
在第三实施例的光半导体装置中，LED72的输出功率随温度升高而减小的特性通过驱动集成电路76的校正电路进行补偿。因此，使得光半导体装置能够具有在工作温度范围之内没有温度依赖性的良好工作特性。
在第三实施例的光半导体装置中，LED72的装置特性通过驱动集成电路76的校正电路进行补偿，使得光半导体装置的工作特性在工作温度范围之内成为极好，没有温度依赖性。然而，通过下述方式让光半导体装置的工作特性在工作温度范围内没有温度依赖性是可以接受的，即，使输出功率随LED温度升高而减小的工作特性与LED驱动电流随驱动集成电路的温度升高而增大的特性及透光率随树脂模制部分的温度升高而增大的特性二者之间都取得平衡。
此外，根据本发明，通过下述方式让光半导体装置的工作特性在工作温度范围内没有温度依赖性也是可以接受的，即，使输出功率随LED温度升高而减小的工作特性和LED驱动电流随驱动集成电路的温度升高而减小的特性二者与透光率随树脂模制部分的温度升高而增大的特性之间取得平衡。
虽然根据第一、第二或第三实施例的光半导体装置具有发光元件或光探测器，本发明的光半导体装置可以具有发光元件和光探测器二者，且它们可以封装在同样的模制树脂封装中。此外，在本发明的光半导体装置中，除了发光元件和光探测器之外，还可以把发光元件驱动电路和光探测器放大电路封装在同一树脂封装中。
(第四实施例)
图10为本发明的光通信装置的一个实施例的视图。
该光通信装置具有第一实施例的光半导体装置、第二实施例的光半导体装置和光纤87。
光纤87起到的作用是将第一实施例的光半导体装置发射的光传输到第二实施例的光半导体装置。
通常，已经知道光纤容易因为温度升高而吸收水分，而通过光纤的通信光的衰减因传输介质光纤中的水分吸收增大了。还知道，通过光纤的通信光的衰减因通信光波长变化到更长波长而增大。而且，众所周知，作为光半导体元件的发光元件的发射波长因温度升高而变化。
在该光通信装置中，第一实施例的光半导体装置的封装树脂的透射率随温度升高的增长率对应于因水分吸收引起的通信光随光纤温度升高的衰减率以及因通信光波长变化到更长波长而引起的通过光纤的通信光的衰减率。换句话说，第一实施例的光半导体装置的封装树脂的透射率随温度升高的增长率基本平衡了因水分吸收引起的随光纤温度升高的通信光的衰减率以及因通信光波长变化到更长波长而引起的通过光纤的通信光的衰减率。
那么，通过控制第一实施例的光半导体装置的光输出功率相对于温度升高的增长率，使得从光纤入射到第二实施例的光半导体装置上的光的光输出基本恒定，而与温度升高无关。利用这一设置，使得光通信装置能够具有所交换的通信光对温度减小的依赖性，且能够实现高通信质量的光传输。
在该实施例中，光纤的通信光的衰减率通过因第一实施例的光半导体装置的封装树脂温度升高引起的透光率的增长率得到补偿和消除。然而，根据本发明，通过下述方式消除第一实施例的光半导体装置的LED所发射的光量对温度的依赖性是可以接受的，即，利用因第一实施例的光半导体装置的封装树脂温度升高而造成的透光率的增长率；而且，通过下述方式消除光纤的通信光的衰减率也是可以接受的，即，利用因第二实施例的光半导体装置的封装树脂温度升高而造成的透光率的增长率。
此外，通过如下方式消除第一实施例的光半导体装置的LED所发射的光量对温度的依赖性以及光纤的通信光的衰减也是可以接受的，即，利用因第一和第二实施例的光半导体装置的封装树脂温度升高而造成的透光率的增加率之和。
(第五实施例)
图11示出了根据本发明一个实施例的光半导体装置的截面图。该光半导体装置具有引线框架101和安装在该引线框架101上的光半导体芯片102。
使用Ag膏等导电树脂将光半导体芯片102芯片焊接到引线框架101。引线框架101和光半导体芯片102通过线103(例如金线)彼此电连接。
光半导体芯片102和线103封装在具有透光性的模制树脂部分107中。
光半导体芯片102例如是发光二极管，向模制树脂部分107之外发光。或者，光半导体芯片102例如是光电二极管，从模制树脂部分107之外接收光。
模制树脂部分107含有酚醛固化树脂105(作为基础或基体)以及多个透明的填料104块。酚醛固化树脂105是一种含有酚醛固化剂的环氧树脂。透明填料104块具有大致球形且由石英玻璃制成。如此调节酚醛固化树脂105和透明填料104的材料，使得只要光半导体装置的工作温度处于-40℃到105℃的范围内，酚醛固化树脂105和透明填料104之间的折射率差的绝对值就为0.02或更小。
模制树脂部分107具有一透镜106。亦即，透镜106和树脂105一体地形成。在透镜106中放置透明填料104。
接着，图12给出了填料含量和光输出功率之间的关系。如图12所示，假定当填料含量为0wt％时的光输出功率为1，那么当填料含量为80wt％时一般填料的光输出功率减小为大约0.4。另一方面，透明填料的光输出功率未降至大约0.9的水平以下，这实际上不会带来任何问题。这里，“一般填料”意思是折射率未调整的碎状填料。
如上所述，本发明的光半导体装置使用了透明填料104。因此，比起使用一般填料，光输出功率变得更加令人满意。
接着，图13给出了透明填料的折射率和光输出功率之间的关系。如图13所示，假定在折射率为1.62时光输出功率为1，可了解，当所包含的透明填料的折射率为1.60和1.64时，光输出功率的减少量降到10％的范围内，而当所含的透明填料的折射率为1.57时，光输出功率减小大约20％。
从以上描述可以理解，利用基础的酚醛固化树脂105的折射率为1.62这一事实，通过把透明填料104和酚醛固化树脂105之间的折射率差的绝对值设定为0.02或更小，基本上抑制了模制树脂部分107的透光率的减小。如上所述，如此调节酚醛固化树脂105和透明填料104的材料，使得只要光半导体装置的工作温度处于-40℃到105℃的范围内，酚醛固化树脂105和透明填料104之间的折射率差的绝对值就为0.02或更小。这样，不仅在25℃的工作温度下，而且在上述指定温度范围内的任何工作温度下，模制树脂部分107都具有令人满意的透光率。
接着，图14给出了透明填料含量和线性膨胀系数之间的关系。首先将描述本发明的光半导体装置所用的诸部件的线性膨胀系数。引线框架101的线膨胀系数约为17ppm，光半导体芯片102的线膨胀系数约为3到8ppm，线(金线)3的线膨胀系数约为14ppm。
那么，为了确保车载使用(即，容忍在大约-40℃到105℃的温度下的使用)的可靠性，尽可能地匹配诸部件的线性膨胀系数是很重要的。考虑到上述诸部件的线性膨胀系数，要求模制树脂部分107的线膨胀系数为40ppm或更小。就此而论，用于常规光半导体装置的酸酐固化环氧树脂(即，含有酸酐作为固化剂的环氧树脂)的线性膨胀系数约为65ppm。
亦即，如图14所示，要求透明填料的含量不小于40wt％。另一方面，当透明填料含量过分增大时，成型期间树脂流动这一缺点变得更加严重，因此，从成型的角度看，透明填料含量的上限为80wt％。
如上所述，通过将透明填料的含量设定为40到80wt％，减小了模制树脂部分107和封装在模制树脂部分107内的诸部分(均称为被封装部分)之间的线性膨胀系数差，从而能够实现高可靠性。
根据上述构造，由于使用了酚醛固化树脂105且其中包含了40到80wt％的由石英玻璃制成的透明填料104，填料104和酚醛固化树脂105之间折射率差的绝对值不大于0.02，因此，光半导体装置成为高可靠性的光半导体装置，其具有相当于酸酐固化树脂水平的透光率，且其中的线103断开和封装中裂缝的发生得到了抑制。
接着，图15示出了在有/没有球形透明填料和有/没有透镜结构时的光输出功率特性。从图15可以理解，在有球形透明填料块或颗粒时，每个透明填料块和酚醛固化树脂之间的界面处的光散射得到抑制，且透镜对光输出功率的效果比没有填料时的情形大。
亦即，通过添加球形填料且进一步在模制树脂部分提供透镜(即，通过将封装成型为透镜形状提供透镜结构)，有可能提供具有改善的光输出功率和改善的透光率的光半导体装置。
(第六实施例)
指出与第五实施例的差别，在第六实施例中模制树脂部分107含有脱模剂。酚醛固化树脂105中所含的脱模剂使得能够提供具有良好制造效率的光半导体装置。
亦即，通常，在利用酸酐固化树脂的树脂封装工艺中，常规地，在每次成型投射时都向金属模具涂布脱模剂。然而，向金属模具涂布脱模剂的工艺已经成为了阻碍生产自动化的一个瓶颈。为了解决这一生产问题，在树脂中预先加入脱模剂，以消除每次投射涂布脱模剂的工序。这样一来，就有可能使生产自动化了。简而言之，在用金属模具成型光半导体装置之前不需要向金属模具涂布脱模剂，从而提高了制造效率。
(第七实施例)
本实施例的电子设备具有根据第一到第三实施例或第五或第六实施例的任一种光半导体装置。该电子设备可以是特别用于宽工作温度范围环境中的电子设备，例如车载设备的电子设备、工厂中机器人的传感器，或控制设备。举例来说，车载设备包括车载音频系统、汽车导航系统、传感器等。
该电子设备也可以是用于一般环境中的电子设备，例如数字TV(电视)机、数字BS(广播卫星)调谐器、CS(通信卫星)调谐器、DVD(数字多用盘)播放器、超音频CD(光盘)播放器、AV(视音频)放大器、音频装置、个人计算机、个人计算机外设、便携式电话、PDA(个人数字助理)等。
当将本发明的光半导体装置用于该电子设备时，能够稳定电子设备的工作特性，使其与温度几乎没有依赖性且做得高度可靠。
这样描述了本发明的实施例，很明显这些实施例可以在许多方面变化。这样的变化不应被看作背离本发明的精神和范围，且对本领域技术人员来说所有显而易见的此类改进都旨在包括在权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种光半导体装置，包括：
光半导体元件；以及
可透光树脂，布置所述可透光树脂以封装所述光半导体元件，且所述可透光树脂包括基础树脂和填料，
其中所述可透光树脂具有在工作温度范围内随温度升高而增大的透射率。
2.如权利要求1所述的光半导体装置，其中
在等于或高于所述工作温度范围的上限的一个温度处，所述可透光树脂的所述基础树脂和所述填料具有彼此重合的折射率。
3.如权利要求1所述的光半导体装置，其中
所述光半导体元件为发光元件。
4.如权利要求1所述的光半导体装置，其中
所述光半导体元件为光探测器。
5.如权利要求3所述的光半导体装置，其中
所述可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子基本平衡所述发光元件因温度升高而引起的光输出功率减小因子。
6.如权利要求5所述的光半导体装置，其中
所述可透光树脂的所述透射率增大因子对应于所述可透光树脂中的所述填料的量。
7.如权利要求5所述的光半导体装置，其中
所述可透光树脂的所述透射率增大因子对应于所述可透光树脂的所述基础树脂的折射率相对于温度升高的减小量。
8.如权利要求3所述的光半导体装置，还包括用于驱动所述发光元件的发光元件驱动电路，其中
所述发光元件驱动电路具有校正电路，用于校正所述发光元件的光输出功率因温度升高而引起的变化。
9.如权利要求8所述的光半导体装置，其中
所述发光元件的光输出功率因温度升高而引起的减少量被所述可透光树脂的透射率因温度升高而引起的增加量和所述发光元件驱动电路的校正电路对光输出功率变化所做的校正所消除。
10.一种光通信装置，包括如权利要求1所述的光半导体装置和光纤，以使用所述光纤作为传输介质来发射和/或接收光信号，其中
所述光纤中的通信先因所述光纤的温度升高而引起的衰减率对应于所述光半导体装置的所述可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子。
11.一种光通信装置，包括如权利要求1所述的光半导体装置和光纤，以使用所述光纤作为传输介质来发射和/或接收光信号，其中
所述光纤中的通信光因所述光半导体装置中的所述光半导体元件温度升高而引起的发射波长变化造成的衰减率对应于所述可透光树脂因温度升高而引起的透射率增大因子。
12.一种光半导体装置包括：
光半导体元件；以及
具有透光性的模制树脂部分，所述模制树脂部分封装所述光半导体元件，其中
所述光半导体元件向所述模制树脂部分之外发射光或者接收从所述模制树脂部分之外入射的光，且
所述模制树脂部分包括酚醛固化树脂和由石英玻璃制成的透明填料，
其中所述模制树脂部分具有在工作温度范围内随温度升高而增大的透射率。
13.如权利要求12所述的光半导体装置，其中
只要所述装置的工作温度处于-40℃到105℃的范围内，所述透明填料和所述酚醛固化树脂之间的折射率差的绝对值不大于0.02。
14.如权利要求12所述的光半导体装置，其中
所述模制树脂部分中所述透明填料的含量为40-80wt％。
15.如权利要求12所述的光半导体装置，其中
所述透明填料包括基本球形的块。
16.如权利要求15所述的光半导体装置，其中
所述模制树脂部分具有透镜。
17.如权利要求12所述的光半导体装置，其中
所述模制树脂部分含有脱模剂。
18.一种电子设备，包括如权利要求1-9和12-17中任一项所述的光半导体装置。
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