CN100382346C - 光半导体器件及采用该器件的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光半导体器件(1a)，其包括：具有孔(7)的引线框架(4)；副支架(8)，设置于引线框架(4)的表面上以封闭孔(7)；半导体光学元件(3)，具有光学部分(6)，安装在副支架(8)上与孔(7)所在一侧表面相对的表面上，并且光学部分(6)并通过副支架(8)朝向孔(7)；成型部分(10)，由非透明树脂制成，使至少包括孔(7)在内的位于引线框架(4)另一侧表面上的区域显露，并包覆引线框架(4)、半导体光学元件(3)、副支架(8)以及置于引线框架(4)的另一表面上以封闭孔(7)的透镜(9)。

Description

光半导体器件及采用该器件的电子装置
技术领域
本发明涉及一种具有半导体光学元件的光半导体器件和一种采用该器件的电子设备；本发明更特别地涉及一种在光通信链路等中使用光纤作为传输介质来传送和接收光信号的光半导体器件，以及采用该器件的电子设备。
背景技术
一般来说，已经公开了可将半导体光学元件，例如LED(发光二极管)和PD(光二极管)，耦合至光纤的光半导体器件，它们可用于在家庭或汽车中的多个设备之间进行光通信。
对于这些光半导体器件，如图15所示的利用透明树脂的传递模塑法(transfer molding)制作的那些被广为使用。如图15所示，光半导体器件101如此构成，半导体光学元件103置于引线框架104之上，由透明树脂110包覆起来，并且通过由部分透明树脂110制成的透镜108耦合至光纤102。半导体光学元件103通过引线105电连接至引线框架104。此外，在某些情况下，将可驱动并控制半导体光学元件103的半导体器件安装在引线框架104上。与例如采用玻璃透镜的光半导体器件相比，这些利用传递模塑法制作的光半导体器件具有成本较低、制作简单的特性。
已知，使用填料来掺杂树脂成型材料使得可以调节线性膨胀系数和导热系数，因此无需光学属性的半导体元件可以由添加了填料的成型树脂(一般为黑色)包覆。由于采用了透明树脂110的上述光半导体器件101强调光学属性，因此很难将填料加入树脂中(或仅在该树脂中添加少量填料)，由此光半导体器件101在抗环境性能(包括抗热冲击性能和散热性能)方面存在问题。
因此，如图16所示，提出了一种具有改良结构的光半导体器件，其中，由添加了填料的有色成型树脂进行包覆(例如，参见文献JP 2000-173947A)。在如图16所示的光半导体器件201内，半导体光学元件203置于引线框架204上，其仅有光学部分206粘附于玻璃透镜208上，在半导体光学元件203的光学部分206周围的电极通过引线205与引线框架204电连接。然后，利用添加了填料的有色成型树脂209进行传递模塑法处理，这使用有色成型树脂209包覆半导体光学元件203和引线205，但是有色成型树脂209并不阻挡光进出半导体光学元件203的光路。。
如图16所示，光半导体器件具有以下结构：玻璃透镜208置于光学部分206上，半导体光学元件203由有色成型树脂209包覆，同时部分玻璃透镜208包含在有色成型树脂209中。然而，以这种结构进行树脂包覆的可行方法在文献JP2000-173947A中并没有公开。通常，传递塑模法中使用的树脂具有小的颗粒，这会产生从几个微米的空间内泄漏树脂的现象。因此，一般认为要实现文献JP2000-173947A中所述的结构是困难的。而且，在采用较大尺寸(几个平方毫米到几十平方毫米)的半导体光学元件，例如电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)的情形，则可以将玻璃透镜置于光学部分上。然而，较小尺寸(几百平方微米)的半导体光学元件(例如，LED)，具有极小的光学部分，需要采用尺寸同样极小的玻璃透镜，因此可导致如下问题：(i)难以设计能产生光学效果的透镜；(ii)难以制作微小的玻璃透镜；(iii)难以将光学部分和玻璃透镜结合并对准。而且，如果采用比半导体光学元件的光学部分大的玻璃透镜，则靠近半导体光学元件的光学部分的电极也会粘结到玻璃透镜上，这样使得不能够进行引线键合。
对于如上所述的光半导体器件，也公开了一种采用树脂透镜的方法。然而，在采用尺寸较小的半导体光学元件(例如，LED)的情况下，其光学部分较小，因此由于同样的原因而难以实际应用。此外，在采用树脂透镜的情况下，由于透镜的耐热性能，则必须在安装树脂透镜之前用有色成型树脂实现成型，这就必须通过压力将半导体光学元件的光学部分和模具接触保持，或具有微小间隙以便防止有色树脂进入半导体光学元件的光学部分。这必须防止半导体光学元件和高精度模具处理的损坏(以及引线框架的变形)，造成制作上的困难。特别是在例如LED这种尺寸较小的半导体光学元件的情况下，在保护导线的同时防止有色成型树脂进入光学部分是极难控制的。
另外，透明成型树脂、半导体光学元件、引线框架和键合引线通常都具有不同的线性膨胀系数。因此，在较高的工作温度范围内，会发生键合引线折断、封装体破裂等等情况。
而且，透明成型树脂的热传导率大约是0.17w/m.k，而且与金属的热传导率(例如，铜材料的为365w/m.k)相比是极小的，这阻碍了在半导体光学元件内产生的热的消散，抑制了其高温工作范围，因此使得制作具有较高可靠性的光半导体器件变得极为困难。
发明内容
考虑到以上情况，本发明的目的在于提供一种能提供光半导体器件以及采用该器件的电子设备，该光半导体器件能够提供优秀的抗环境性能，结构简单且可靠性高，具有高耦合效率同时尺寸减少、成本降低，并且采用了如LED和PD的尺寸较小的半导体光学元件。
为了解决上述问题，本发明提供一种光半导体器件，其包括：具有孔的引线框架；具有透明度的副支架，设置于引线框架的表面上以封闭引线框架的孔；具有光学部分的半导体光学元件，设置于与所述副支架面对所述引线框架的表面相反的所述副支架的表面上，其中光学部分通过副支架朝向所述孔；成型部分，由非透明成型树脂制成，其至少显露所述引线框架的没有设置所述副支架的表面上包括所述孔在内的区域，并包覆引线框架、半导体光学元件和副支架；以及透镜，置于引线框架的没有设置所述副支架的表面上，以封闭引线框架的孔。
这里，半导体光学元件的光学部分例如是指半导体光学元件的发光部分或半导体光学元件的受光部分。如果半导体光学元件例如是LED，那么该光学部分指发光面；如果半导体光学元件是PD，那么光学部分指受光面。
根据本发明的光半导体器件，引线框架、半导体光学元件和副支架由非透明的成型树脂制成的成型部分包覆，至少位于引线框架的另一侧面上包括孔在内的区域被显露。例如，如果半导体光学元件是受光器件，那么通过透镜和引线框架的孔的入射光穿过具有透明度的副支架，入射到安装于副支架上并与引线框架的孔所在一侧表面相对的表面上的半导体光学元件(受光面)上。另一方面，如果半导体光学元件是发光器件，那么从半导体光学元件的光学部分(发光面)出射光可穿过具有透明度的副支架，并从引线框架的孔和透镜射出。因此，通过这种简单的结构，就可以用非透明的成型树脂可靠地封装半导体光学元件、副支架以及引线(用于电连接半导体光学元件和引线框架)，因此，拓宽了在较高的温度下的工作范围，实现了具有优秀抗环境性能和较高可靠性的光半导体器件。此外，可以满足在较高耦合效率的同时尺寸减小、成本降低，并能够使用尺寸较小的半导体光学元件，例如LED和PD。
此外，还提供了设置于引线框架另一表面上以封闭引线框架的孔的透镜，并且所述透镜大于引线框架的孔，这使得可以增加半导体光学元件和光纤之间的光耦合效率。此外，在制作光半导体器件的过程中，透镜能在引线框架及其他类似物被成型部分包覆之后再安装，这样允许在不损害透镜的情形下制作光半导体器件，因此改善了质量。特别是在透镜由树脂制成的情况下，因为透镜具有低抗热性而带来更多的好处。值得注意的是，透镜是与成型部分相分离的实体，并具有透明度。
在一个实施例中，非透明的成型树脂包括70wt％或更多的填料。
根据所述实施例，采用包含70wt％或更多填料的非透明成型树脂，可以降低半导体光学元件、引线框架和键合引线之间的线性膨胀系数的差异，这样能制作具有较高可靠性的光半导体器件，而免于造成键合引线折断或封装体破裂。
在一个实施例中，副支架设有可与半导体光学元件的表面电极电连接的电极。
根据所述实施例，在副支架上安装半导体光学元件的同时接合电极和半导体光学元件，可容易地在半导体光学元件和副支架之间进行电连接，由此这能够缩小光半导体器件的尺寸，并节省空间。
在一个实施例中，置于副支架上的电极至少具有一凹槽；以及位于副支架和半导体光学元件的光学部分之间的空间由透明树脂填充。
根据所述实施例，半导体光学元件和副支架之间不存在空气层，这实现了具有高耦合率的光半导体器件。同样，当将透明树脂填充在副支架和半导体光学元件的光学部分之间的间隙时，使用设置在副支架电极上的凹槽导入透明树脂，这样可较容易地填充透明树脂。
在一个实施例中，成型部分具有一孔部分，可使开口显露，以及成型部分中的孔部分的形状从其开口到引线框架的孔一侧逐渐变窄。
根据所述实施例，成型部分中的孔部分易于实现和保证了半导体器件和光纤的对准，因此可实现高质量的通信。而且，无须单独设置对准装置，这样可以缩小尺寸。此外，光纤的对准变得更可靠，孔部分的形状从其开口处到引线框架一侧逐渐变窄以便收集光，因此在半导体光学元件例如是受光器件的情况下，易于实现入射光的导入，提高了受光效率。
在一个实施例中，透镜由透明树脂制成。
在一个实施例中，非透明成型树脂包含填料，以及透镜用粘合剂至少与成型部分和引线框架中相连接，该粘合剂是由线性膨胀系数级别与非透明的成型树脂相同的树脂制成。
根据所述实施例，虽然非透明成型树脂的成型部分与由透明树脂制成的透镜在线性膨胀系数上有很大差异，采用由线性膨胀系数级别与非透明的成型树脂相同的成型树脂制成的粘合剂，使得可以吸收由于成型部分和透镜之间不同的线性膨胀系数产生的应力，因此可以实现更宽泛的工作温度。
在一个实施例中，透镜具有一安装部，位于光路之外的区域内，以及成型部分具有一凹部，用来安装透镜，该凹部对应于透镜的安装部。
根据所述实施例，透镜的安装部于成型部分的凹部连接，因此透镜可以被安装于光路之外的成型部分上，这样可以防止降低半导体光学元件和光纤之间的耦合效率。
在一个实施例中，透镜具有容纳粘合剂的粘合剂储存部。
根据所述的实施例，粘合剂可以容纳在粘合剂储存部内，透镜至少能可靠地安装于成型部分上。此外，当粘合剂施加于成型部分上和引线框架上用于安装透镜时，过量的粘合剂会引导至粘合剂储存部，并分布于其中，因此能够使粘合剂可靠地填充在粘合剂储存部内。
此外，在一个实施例中，粘合剂储存部设置于引线框架一侧的安装部的表面上。
在一个实施例中，透镜具有一凸部，其与引线框架的孔相吻合。
根据所述实施例，透镜的凸部安装在引线框架的孔中，因此透镜能可靠地与引线框架对准。
在一个实施例中，透镜由透明树脂制成；
非透明成型树脂包括填料；以及
透镜用粘合剂安装在成型部分和引线框架上，所述粘合剂是由其线性膨胀系数级别与非透明成型树脂相同的树脂制成。
根据所述实施例，虽然非透明成型树脂的成型部分的线性膨胀系数与由透明树脂制成的透镜有较大差异，但采用由线性膨胀系数与非透明成型树脂相当的树脂制成的粘合剂，就可以吸收在成型部分和透镜之间的线性膨胀系数的差异造成的应力，因此拓宽了工作温度的范围。
在一个实施例中，粘合剂具有透明度，并且填充在引线框架的孔内。
根据所述实施例，透镜的凸部能可靠地置于引线框架的孔内，这样可以使透镜更紧密地安装在引线框架上。而且，由于粘合剂填充在引线框架的孔内，在半导体光学元件的光学部分、副支架和透镜中就不会存在空气层，这样能提高耦合率。
在一个实施例中，透镜具有粘合剂储存部，用于容纳凸部周围的粘合剂。
根据所述实施例，填充在引线框架的孔部中过量的粘合剂，会被引导至粘合剂储存部并分布于其中，因此能够使粘合剂可靠地填充在粘合剂储存部内，并使透镜可靠地安装在引线框架上。
在一个实施例中，引线框架至少具有两个对准孔部分，以及透镜具有可与引线框架的对准孔部分相吻合的凸起。
根据所述实施例中，透镜的凸起安装于引线框架的对准孔部分中，因此透镜能可靠地与引线框架对准。
在一个实施例中，引线框架的孔部分位于引线框架的孔附近并在被副支架封闭的区域内。
根据所述的实施例，在半导体器件的制作过程中，孔部分以及孔被副支架封闭，这样，可防止孔部分被成型部分填充，因此使透镜可靠地安装于引线框架上。
在一个实施例中，透镜由透明树脂制成。
非透明成型树脂包括填料，以及
透镜用粘合剂安装在成型部分和引线框架上，所述粘合剂是由其线性膨胀系数级别与非透明成型树脂相同的树脂制成。
根据所述实施例，虽然非透明成型树脂的成型部分的线性膨胀系数与由透明树脂制成的透镜有很大差异，但采用由线性膨胀系数与非透明成型树脂相当的树脂制成的粘合剂，就可吸收成型部分和透镜之间的线性膨胀系数的差异造成的应力，因此能实现拓宽工作温度的范围。
在一个实施例中，粘合剂具有透明度，并填充入引线框架的孔和孔部分内。
根据所述的实施例，透镜的凸起能可靠地置于引线框架的孔部分内，这样可以使透镜更紧密地安装在引线框架上。而且，由于粘合剂填充在引线框架的孔内，在半导体光学元件的光学部分、副支架和透镜中就不会存在空气层，这样能提高耦合率。
在一个实施例中，透镜具有粘合剂储存部，用于容纳凸起周围的粘合剂。
根据所述的实施例，填充于引线框架的孔部分中过量粘合剂会被引导至粘合剂储存部，并分布于其中，因此能够使粘合剂可靠地填充于粘合剂储存部内，并可将透镜可靠地安装在引线框架上。
一个实施例还包括信号处理集成电路，其设置于引线框架上，并与半导体光学元件电连接。
根据所述实施例，半导体光学元件和信号处理集成电路可制成单个封装体，因此能实现缩小尺寸、节省空间的目的。
在一个实施例中，半导体光学元件是受光器件，信号处理集成电路是可放大受光器件的输出信号的放大集成电路，以及
受光器件和放大集成电路可包括在单芯片中。
根据所述的实施例，受光器件和放大集成电路之间的引线不是必要的，因此可以减少寄生电容，获得快速响应能力。而且，由于芯片的数量减少了，所以方便了制作，降低了成本。
在一个实施例中，半导体光学元件包括发光器件和受光器件，以及信号处理集成电路包括可驱动发光器件的驱动集成电路，以及可放大受光器件的输出信号的放大电路。
根据所述实施例，分别以非透明成型树脂覆盖发光器件和受光器件，能够消除杂散光噪音的影响，从而以简单的结构实现较高质量的通信，并缩小尺寸。
在一个实施例中，驱动集成电路和放大电路可包括在单芯片中。
根据所述的实施例，芯片的数量减少了，这样方便了制作、降低了成本。
在一个实施例中，信号处理集成电路至少包括可输出关于运行状态信息的外接输出端，以及可接收控制信息的外接输入端。
根据所述实施例，来自外接输出端的输出信号以及来自外接输入端的输入信号，能够控制信号处理电路的运行，因此可以实现较高质量的复杂通信。
本发明的电子设备包括光半导体器件。
根据该电子设备，采用光半导体器件，能够提升可靠性，并实现尺寸减小，成本降低。
从以上所述可以清楚地看出，根据本发明的光半导体器件，即使在采用较小尺寸的半导体光学元件(例如，PD和LED)时，也具有简单的结构，用具备优秀抗环境性能的非透明成型树脂来包覆半导体光学元件和引线，这样可以提供一种尺寸较小而又抗环境性能优秀，成本低而又可靠性高的光半导体器件。此外，提供置于引线框架另一表面上以封闭引线框架的孔的透镜，而且透镜可以大于引线框架的孔，这样能够提高于半导体光学元件和光纤之间的光耦合率。
此外，由于受光器件和放大集成电路形成在单芯片中，受光器件和放大集成电路之间的引线不是必要的，因此减少了寄生电容，获得较快的响应能力。而且，由于芯片的数量减少，也可以实现制作方便、成本降低的目的。
此外，发光器件、受光器件、驱动发光器件的驱动集成电路和受光器件的放大集成电路可形成在单个封装体中，并以非透明成型树脂封装，因此无需复杂机构即可消除杂散光噪音，这样既能获得较高质量的通信效果，也能缩小尺寸。
此外，光半导体器件至少集成了一个外接输出端和外接输入端，所述输出端和输入端用于在发光器件的驱动集成电路以及受光器件的放大集成电路之间接收和提供关于运行状态和控制信息的信息，这样可实现较高质量的复杂通信。
附图说明
以下所给出的详细描述和附图将有助于全面了解本发明，附图仅以图解方式给出的，因此它们并非意欲限制本发明，其中，
图1为显示了根据本发明第一实施例的光半导体器件的外形结构的剖面示意图；
图2为显示了根据本发明第一实施例的光半导体器件的外形结构的主视图；
图3A为透镜的平面图；
图3B为透镜的截面图；
图4A为副支架的仰视图；
图4B为副支架的侧视图；
图5A为另一副支架的仰视图；
图5B为该副支架的侧视图；
图5C为另一副支架的仰视图；
图6为显示了根据本发明第二实施例的光半导体器件的外形结构示意图；
图7为显示了根据本发明第二实施例的光半导体器件的外形结构的主视图；
图8为显示了根据本发明第三实施例的光半导体器件的外形结构示意图；
图9为显示了根据本发明第三实施例的光半导体器件的外形结构的主视图；
图10为显示了根据本发明第四实施例的光半导体器件中发光器件的驱动电路的系统结构的示范性视图；
图11为显示了根据本发明第四实施例的光半导体器件中受光器件的放大电路的系统结构的示范性视图；
图12为显示了根据本发明第五实施例的光半导体器件的外形结构的示意图；
图13为显示了根据本发明第五实施例的光半导体器件外形结构的主视图；
图14A为透镜的平面图；
图14B为透镜的剖面图；
图15为显示了传统的光半导体器件的外形结构的剖面图；
图16为显示了另一传统的光半导体器件的外形结构的剖面图。
具体实施方式
以下，将参考附图并结合实施例来详细描述本发明。
(第一实施例)
图1为显示了根据本发明第一实施例的光半导体器件的外形结构剖面示意图，图2为显示了光半导体器件从光纤2一侧观察的主视图。图1显示了沿图2中I-I线的剖面图。
如图1和图2所示，光半导体器件1a由如下部分组成：具有孔7的引线框架4；玻璃副支架8，其是具有透明度并设置在引线框架4一侧表面上以封闭引线框架4的孔7的副支架的示例；具有光学部分6的半导体光学元件3，其置于副支架8上与引线框架4的孔7一侧表面相对的表面上，光学部分6通过副支架8朝向孔7；信号处理电路(半导体元件)12，其是置于引线框架4一侧表面上的信号处理集成电路的示例；成型部分10，由非透明树脂制成，其至少暴露在引线框架4另一侧面上包括孔7在内的区域，而且包覆引线框架4、半导体光学元件3、副支架8和信号处理电路12；(光学)透镜9，置于引线框架4的另一表面上以封闭其上的孔7。此处的光学部分6指的是半导体发光元件3发光的部分或受光的部分，例如其表示LED的发光面和PD的受光面。
以与正常布置(面朝下布局)相反的方向，在与面向引线框架4的光学部分6具有电传导的情况下，半导体光学元件3粘附于玻璃副支架8。玻璃副支架8带有电极(未示出)，以便与半导体光学元件3的电极(未示出)电连接。在玻璃副支架8的电极和半导体光学元件3的电极之间的电接合通过金锡共晶接合(eutectic bonding)、采用银浆和采用金凸点等来建立。提供副支架8和半导体光学元件3的电极是为了不阻碍光学部分6的光路。
当玻璃副支架8与半导体光学元件3电接合时，在半导体光学元件3的光学部分6和玻璃副支架8之间会产生空气层。由于产生了这样的空气层，当半导体光学元件3是发光器件时，那么提取来自发光器件的光的效率(传输效率)会降低；当半导体光学元件3是受光器件时，那么受光器件的耦合率(接收效率)会降低。因此，在第一实施例中，光半导体器件被如此构造，使得在玻璃副支架8和半导体光学元件3之间的间隙由透明树脂部分11填充，从而可防止产生空气层并防止传输效率和接收效率降低。作为透明树脂，可使用硅树脂、环氧树脂等。
引线框架4的孔7中提供的透镜9，由透明树脂成型，可提高发光器件的传输效率和受光器件的接收效率。
图3A为光学透镜9的平面图，图3B为光学透镜9的剖面侧视图。如图3A、3B所示，透镜9具有设置于光路上的透镜部分34，和位于透镜部分34外周长部分(即，光路之外的区域)的安装部31。而且，透镜9具有用于对准的凸出部分33，该部分33置于与透镜部分34相反的表面上，其形状可插入引线框架4的孔7内。而且，透镜9用透明树脂粘合剂固定在引线框架4和成型部分10上，透镜9的安装部31具有粘合剂储存部32，以便容纳粘合剂。
作为构成透镜9和粘合剂的透明树脂，可以采用聚碳酸酯、丙烯酸树脂、烯树脂或其他的树脂，并希望采用具有高透射比或高折射率的树脂。如图2所示，成型部分10具有安装透镜的凹部10b，凹部10b对应于透镜9的安装部31。
透镜9用粘合剂固定并粘附于成型部分10和引线框架4，所述粘合剂由透明树脂制成，其线性膨胀系数级别与成型部分10中所采用的掺有填料的非透明成型树脂相同。在此情况下，过量的粘合剂会被引导至粘合剂储存部32并分布于其中，使得粘合剂储存部32可被可靠地填充。
然后，半导体光学元件3的后表面电极和信号处理电路12通过引线5电连接，玻璃副支架8和引线框架4通过引线5电连接，信号处理电路12和引线框架4通过引线5电连接，以及引线框架4之间通过引线5相互电连接。
图4A为从电极一侧角度观察的副支架的视图，图4B为副支架的侧视图。如图4A、4B所示，在副支架8的一表面上，提供与半导体光学元件3的表面电极(未示出)电连接的电极20。电极20具有近似圆形的光路孔21，从而不会封闭半导体光学元件3的光学部分6(即，发光部分和受光部分)。
在副支架8的电极20和半导体光学元件3的表面电极之间的电连接，通过金锡共晶接合、采用银浆和采用金凸点等来建立。光路孔21中由透明树脂填充，可防止半导体光学元件3的传输效率或接收效率降低。
在如图4A、4B所示的副支架8的情况下，为了在半导体光学元件3的正面电极和副支架8的电极20之间建立电接合，首先，光路孔21由透明树脂填充，半导体光学元件3的正面电极和副支架8的电极20电连接，在半导体光学元件3和副支架8之间的空间由透明树脂填充。
而且，图5A为显示了从电极一侧观察带有填充了透明树脂的孔和凹槽的副支架8A的仰视图；图5B为副支架8A的侧视图；图5C为显示了从电极一侧观察副支架8B的仰视图，该副支架8B的电极20B的形状与图5A不同。
在图5A和5B中，在玻璃副支架8A的一表面上，提供了与半导体光学元件3的正面电极(未示出)电连接的电极20A。电极20A设有不阻挡半导体光学元件3的光学部分6(即，发光部分和受光部分)的光路孔21A，和分别在左手方向和右手方向延伸、几乎为三角形的凹槽22A。
在副支架8A的电极20A和半导体光学元件3的表面电极之间的电连接，可通过金锡共晶接合、采用银浆和采用金凸点等来建立。光路孔21A中由透明树脂填充，可防止半导体光学元件3的传输效率或接收效率降低。
在如图5A和5B所示的副支架8A的情况下，首先，半导体光学元件3的正面电极和副支架8A的电极20A电连接，然后，从设置在电极20A上的孔21A或凹槽22A填充透明树脂，因此在半导体光学元件3和副支架8A之间的空间内填充有透明树脂。在这种情况下，填充在光路孔21A中的过量透明树脂被引导至并分布于凹槽22A一侧，这样可保证树脂的填充。
在如图5C的例子中，副支架8B设有带有光路孔21B和矩形凹槽22B的电极20B。光路孔21B和矩形凹槽22B具有与如图5A所示的相同的功能。
此外，如图1和图2所示，半导体光学元件3、引线5和信号处理电路12被成型部分10所覆盖，其中成型部分10由包括70wt％或更多填料的非透明成型树脂制成，从而具有与引线5差异不太大的线性膨胀系数、且具有较高的热传导率和优秀的抗环境性能。而且，引线框架4除引线端4a外由成型部分10覆盖。此外，与半导体光学元件3所处表面相反的引线框架4的表面(正面)，除部分孔7之外由成型部分10包围。半导体光学元件3与光纤2通过透明树脂部分11、玻璃副支架8、透镜9和引线框架4的孔7光耦合。
现在将对第一实施例中光半导体器件1a的制作方法进行描述。
首先，对形成在半导体光学元件3的光学部分6一侧面上的电极和形成在玻璃副支架8之上的电极实现电连接。通过涉及传导性(例如，金锡共晶接合、焊接、采用银浆和采用金凸点等)的方法，在玻璃副支架8和半导体光学元件3之间建立电连接。在此阶段，将透明树脂填充于半导体光学元件3和玻璃副支架8之间的空间内。
接下来，玻璃副支架8以如下方式粘附于引线框架4，即与玻璃副支架8电连接的半导体光学元件3的光学部分6面向引线框架4的孔7。玻璃副支架8和引线框架4的粘附由粘合剂、银浆等来实现。在所述情况下，考虑到半导体光学元件3的散热，希望采用具有高热导率的粘合剂。
接下来，用如银浆的粘合剂将信号处理电路12粘附于引线框架4。考虑到半导体光学元件3的散热，希望采用具有高热导率的粘合剂。
接下来，将半导体光学元件3的后表面电极、玻璃副支架8上的电极和信号处理电路12通过引线5与引线框架4电连接。
接下来，进行成型部分10的传递模塑处理，成型部分10由包括70wt％或更多填料的非透明成型树脂制成。由非透明成型树脂制成的成型部分10的线性膨胀系数与引线5的相差不大，并具有较高的热导率和优秀的抗环境性能。此处，将一模具压至孔7的外围以从引线框架4的正面封闭孔7，从而防止由成型树脂制成的成型部分10从引线框架4的正面进入孔7中。
此外，同时，所述模具被压至凹部(台阶)10b中用于对准并固定透镜9，从而防止由成型树脂制成的成型部分10进入引线框架4的正面一侧。
单独由透明树脂成型的透镜9用粘合剂固定并粘附于成型部分10上，所述粘合剂由透明树脂制成，其线性膨胀系数级别与成型部分10中使用的包括填料的非透明成型树脂相同。
如图1所示，用于光纤2的对准引导部分10a(例如，孔部分)设置于在引线框架4正面上的孔7附近的成型部分10上，光纤2通过该对准引导部分10a能够被精确地对准。对准引导部分10a是圆锥形表面。所述孔部10a的形状从开口处向引线框架4的孔7一侧变窄。
注意，粘合剂可以填充入引线框架4的孔7(即，在引线框架4的孔7和透镜9的凸出部分33之间)中。而且，透镜9可以仅用粘合剂安装于引线框架4上。
(第二实施例)
图6为显示了根据本发明第二实施例的光半导体器件的外形结构的截面示意图，图7为显示了从光纤2一侧观察的光半导体器件的主视图。图6为显示了沿图7中VI-VI线的剖面图。
在第二实施例中的光半导体器件1b与图1和图2所示第一实施例的光半导体器件1a不同点在于：IC(集成电路)13安装在玻璃副支架8上，其中IC13是单芯片，其在半导体光学元件是受光器件时集成了受光器件和放大集成电路，该放大集成电路为图1和图2所示的第一实施例中的信号处理电路12。
形成为单芯片的IC13被安装于与第一实施例中的半导体光学元件3相同的位置上。光半导体器件的其他方面，包括安装方法和结构，都与第一实施例相同。由于光半导体器件具有与第一实施例中的光半导体器件相同的结构，因此相同的参考标号表示相同的元件，以省略对其的说明。
在第二实施例中，用由具有填料和优秀抗环境性能的非透明成型树脂制成成型部分10以简单的结构包覆IC13和引线5，因此，可以提供一种低成本的具有优秀抗环境性能的光半导体器件1b。
此外，由于受光器件和放大集成电路形成作为IC13的单芯片，因此光半导体器件1b就无须在受光器件和放大集成电路之间设置引线，从而减少了寄生电容，并且可以获得快速响应能力，同时光半导体器件1b不再那么易于所受电磁噪声的影响。而且，由于芯片的数量减少，所以便于制作，成本降低。
(第三实施例)
图8为显示了根据本发明第三实施例的光半导体器件外形结构的剖面示意图，图9为从光纤2一侧观察的光半导体器件的主视图。图8为沿图9中线VIII-VIII的剖面图。
在第三实施例中的光半导体器件1c与图1和图2所示的第一实施例的光半导体器件1a不同点在于：发光器件3b、受光器件3a、以及由发光器件3b的驱动集成电路和受光器件3a的放大集成电路组成的IC14，结合在单个封装体中。其他的方面与第一实施例相同。
在第三实施例的光半导体器件1c中，发光器件3b、受光器件3a和IC 14结合在单个封装体中，这能够使发射器-接收器在单个封装体中构成。
一般来说，当发射器-接收器具有单个封装体结构的情况下，由于光在封装体内部反射，从发光器件发射的光被耦合到受光器件，会产生噪声(杂散光噪音)成分，有时可导致故障，并使通信质量下降。为了防止杂散光噪音，则需要安装光屏蔽面等，这样会增加制作难度，并提高制作成本。
相反地，第三实施例的光半导体器件1c采用由非透明成型树脂制成的成型部分10，使得在封装体内部不会有光反射，因此来自发光器件3b的光传输不会耦合到受光器件3a上。因此，就不会产生杂散光噪音，无须复杂的构造即可消除杂散光噪音，这样，可获得较高质量的通信，并缩小尺寸。
在图8和图9中，用于作为信号处理电路的发光器件的驱动集成电路和受光器件的放大集成电路形成在单芯片中。然而，该电路也可以分别具有分离的芯片结构。而且，与第二实施例一样，受光器件和用于受光器件的放大集成电路可以构建为单芯片结构，用于发光器件的驱动集成电路也可以单独提供。
从以上描述可以清楚看出，根据第三实施例的光半导体器件1c，即使在采用较小尺寸的半导体光学元件3a、3b(例如PD和LED)来构成发射器-接收器的情况下，也能够以一种简单的结构用成型部分10包覆半导体光学元件3a、3b和引线5。成型部分10是由包括填料并具有优秀抗环境性能的非透明成型树脂制成，这样能以较低的成本提供具有优先的抗环境性能的光半导体器件。
(第四实施例)
本发明的第四实施例的特征在于，第三实施例中的发光器件的驱动集成电路和受光器件的放大集成电路包括可提供和接收关于运行状态信息和控制信息等信息的外接输出端和外接输入端。其他方面与第三实施例相同。
图10显示了发光器件驱动电路50的结构，其为第四实施例中光半导体器件的发光器件用驱动集成电路的一个例子。发光器件驱动电路50由发光器件驱动电路部分51、输入信号检测电路部分52和发光器件驱动电流控制电路部分53组成，所有这些部分形成在单芯片中。输入信号检测电路部分52具有检测传输信号的输入并输出表示其的信号的功能。根据来自输入信号检测器部分52的信号，发光器件驱动电路部分51在没有输入信号时就处于待用状态；一旦检测到输入信号，发光器件驱动电路部分51就处于运行状态。图10示出了发光器件驱动电流控制信号输入端54，传输信号输入端55、LED驱动信号输出端56，以及输入信号接收检测输出端57。发光器件驱动电流控制信号输入端54和传输信号输入端55是外接输入端的示例，而LED驱动信号输出端56和输入信号接收检测输出端57是外接输出端的示例。
通过以上所述结构，就可以在待用状态期间降低功耗。而且，通过将输入信号接收检测输出端57提供至外面，也可以同样的方式在其他外围电路中于待用状态期间降低功耗。
而且，发光器件驱动电流控制电路部分53，根据来自外面的发光器件驱动电流控制信号来控制发光器件驱动电路部分51，从而控制发光器件的驱动电流。例如，用作发光器件的LED的特征在于，在较高的温度下光输出会减少。由于采用第四实施例的发光器件电流控制电路部分53，就可以在较高的温度下提高驱动电流，增加光输出，降低较高温度下的光输出减少，这样可以获得较高通信质量。
而且，用作发光器件的LED在光输出中具有散射，此外，由于制作过程中的安装误差，发射器的光输出也存在散射。在第四实施例中，可以根据来自外面的发光器件驱动电流控制信号来用驱动电流控制LED的光输出，使得发射器的光输出能被监控并与指定光输出匹配，由此因此可实现较高质量的通信。
此外，图11显示了受光器件放大电路60的结构，它是第四实施例的受光器件的放大集成电路的一个示例。受光器件放大电路60由接收信号检测电路部分61和受光器件放大电路部分62组成，两者形成在单芯片中。接收信号检测电路部分61具有检测接收信号的输入并输出检测信号的功能。图11示出了接收信号输入端63、信号输出端64和接收信号检测输出端65。端63是外接输入端的一个示例，而信号输出端64和接收信号检测输出端65则是外接输出端的示例。
根据来自接收信号检测电路部分61的检测信号，在没有接收信号时，受光器件放大电路部分62处于待用状态；一旦检测到接收信号，受光器件放大电路部分62就处于运行状态。通过这样的结构，可以减少在待用期间的功耗。而且，通过提供接收信号检测输出信号端65，也能以同样的方式使其他外围电路于待用期间降低功耗。
如上所述，在包括第四实施例中所述的发光器件驱动电路50和受光器件放大电路60的光半导体器件中，发光器件驱动电路50和受光器件放大电路60结合了可接收和提供关于运行状态信息和控制信息的外接输出端和外接输入端，因此信号处理电路的运行可由检测信号和来自外面的输入信号控制，因此可以达到实现具有较高质量的复杂通信的目的。
在第四实施例的光半导体器件中，发光器件驱动电路50由发光器件驱动电路部分51、输入信号检测电路部分52，以及发光器件驱动电流控制电路部分53组成，可检测传输信号输入存在与否，以来自外面的发光器件驱动电流控制信号来控制发光器件驱动电流。除了上述之外，将发光器件驱动电路50与受光器件放大电路60集成，可以使发光器件驱动电路50仅通过内部通信而无须借助于外部控制信号等来实现自我控制，也就是说，例如，发光器件驱动电路50能根据来自受光器件放大电路60的控制信号来控制发光器件驱动电流。
此外，虽然发光器件驱动电路50由发光器件驱动电路部分51、输入信号检测电路部分52和发光器件驱动电流控制电路部分53组成，但可控制发光器件驱动电路50的逻辑电路也可结合于其中。
此外，虽然受光器件放大电路60由接收信号检测器电路部分61和受光器件放大电路部分62组成，但可控制受光器件放大电路60的逻辑电路也可结合于其中。
(第五实施例)
图12至图14为显示了本发明的第五实施例的光半导体器件的外形结构的说明性视图。图12为显示了光半导体器件外形结构的剖面示意图，图13为从光纤2一侧观察的光半导体器件的主视图。图12为沿图13的XII-XII的剖面图。图14A为透镜的平面图，图14B为透镜的侧剖视图。
给出与第一实施例不同点的描述。透镜9具有凸起35，其位于安装部31与透镜部分34相反的表面上，引线框架4具有孔部分4b，孔部分4b的形状与透镜9的凸起35相对应。通过将透镜9的凸起35嵌入引线框架4的孔部分4b，透镜9可以安装于引线框架4上。这样，就可用引线框架4实现透镜9可靠的对准。其他结构均与第一实施例相似。
更具体来说，如图14A和14B所示，透镜9的结构可以使安装部31位于设置在光路上的透镜部分34的外围部分，即光路以外的区域中。此外，对准和固定用的凸起35被置于安装部31与透镜部分34相反的表面上。
透镜9由透明树脂成型，并用透明粘合剂安装到引线框架4和成型部分10上。此外，透镜9在引线框架4一侧的表面上，提供了可保存透明粘合剂的粘合剂储存部32。
如图12和图13所示，成型部分10具有凹部(台阶)10b，其形状使透镜9的安装部31可插入其中以对准和固定，而引线框架4具有孔部分4b，其形状使透镜9的凸起35插入其中以对准和固定，透镜9再使用透明粘合剂固定。为了实现可靠粘附，过量的粘合剂被引导至粘合剂储存部32并分布于其中，因此可使粘合剂储存部32中被可靠地填充。
引线框架4的孔部分4b设置在引线框架4的孔7的附近，并处于副支架8封闭的区域内。在光半导体器件的制作过程中，孔部分4b和孔7一起被副支架8封闭，这样，能够防止孔部分4b被成型部分10填充。
作为构成透镜9的透明树脂，可以使用聚碳酸酯、丙烯酸树脂和烯树脂等，希望采用具有高透射比或高折射率的树脂。对于粘合剂，希望采用透明树脂，其线性膨胀系数与成型部分10中使用的包括填料的非透明树脂的相同。
注意，粘合剂可以填充到引线框架4的孔7和孔部分4b内(即，在引线框架4的孔7和透镜9的凸部33之间，以及在引线框架4的孔部分4b和透镜9的凸部35之间)。
根据本发明的光半导体器件可以用在这些电子设备中，比如数字电视机(TV)、数字广播卫星(BS)调谐器、通信卫星(CS)调谐器、数字化视频光盘(DVD)播放器、超级音频光盘(致密光盘)播放器、AV(音频视频)放大器、音频、个人计算机、个人计算机外围设备、便携式电话和PDA(个人数字助理)等。。根据本发明的光半导体器件也可以被在具有较宽工作温度范围的环境里使用的电子设备所采用，例如，汽车内部设备诸如汽车音频、汽车导航系统和传感器，以及工厂机器人传感器和控制设备。
至此描述了本发明，对本发明可作多种变化是显而易见的。这样的变化不被认为脱离了本发明的精神和范围，正如对本领域普通技术人员来说是显而易见的所有修改都被认为包括在后面权利要求的范围之内。

Claims (23)

1.一种光半导体器件，包括：
具有孔的引线框架；
具有透明度的副支架，设置于所述引线框架的表面上以封闭所述引线框架的孔；
具有光学部分的半导体光学元件，设置于与所述副支架面对所述引线框架的表面相反的所述副支架的表面上，其中所述光学部分通过所述副支架朝向所述孔；
成型部分，由非透明成型树脂制成，并至少显露所述引线框架的没有设置所述副支架的表面上包括所述孔在内的区域，并包覆所述引线框架、所述半导体光学元件和所述副支架；以及
透镜，设置于所述引线框架的没有设置所述副支架的表面上，以封闭所述引线框架的孔。
2.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，所述非透明成型树脂包括70wt％或更多的填料。
3.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，所述副支架包括可与所述半导体光学元件的表面电极电连接的电极。
4.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中：
设置于所述副支架上的电极至少具有一凹槽；以及
在所述副支架和所述半导体光学元件的光学部分之间的空间由透明树脂填充。
5.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，成型部分具有孔部分来使所述孔显露，和
所述成型部分中的孔部分的形状从它的开口处朝所述引线框架的孔一侧变窄。
6.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，所述透镜由透明树脂制成。
7.根据权利要求6所述的光半导体器件，其中，
所述非透明成型树脂包含填料；以及
所述透镜用粘合剂至少与所述成型部分和所述引线框架连接，所述粘合剂是由线性膨胀系数级别与所述非透明成型树脂相同的树脂制成。
8.根据权利要求7所述的光半导体器件，其中，所述透镜在位于光路之外的区域内具有安装部；以及
所述成型部分具有凹部，用来安装所述透镜，所述凹部对应于所述透镜的安装部。
9.根据权利要求8所述的光半导体器件，其中，所述透镜的安装部具有用于容纳所述粘合剂的粘合剂储存部。
10.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，所述透镜具有一凸部，其安装到所述引线框架的孔中。
11.根据权利要求10所述的光半导体器件，其中，
所述透镜由透明树脂制成；
所述非透明成型树脂包括填料；以及
所述透镜用粘合剂安装在所述成型部分和所述引线框架上，所述粘合剂是由线性膨胀系数级别与所述非透明成型树脂相同的树脂制成。
12.根据权利要求11所述的光半导体器件，其中，所述粘合剂具有透明度，并且填充在所述引线框架的孔内。
13.根据权利要求12所述的光半导体器件，其中，所述透镜具有粘合剂储存部，用于容纳在所述凸部周围的粘合剂。
14.根据权利要求1所述的光半导体器件，其中，所述引线框架具有至少两个对准孔部分；以及
所述透镜具有安装到所述引线框架的对准孔部分的凸起。
15.根据权利要求14所述的光半导体器件，其中，
所述引线框架的孔部分设置于所述引线框架的孔附近，并位于被所述副支架封闭的区域内。
16.根据权利要求14所述的光半导体器件，其中，
所述透镜由透明树脂制成；
所述非透明成型树脂包括填料；以及
所述透镜用粘合剂安装在所述成型部分和所述引线框架上，所述粘合剂由线性膨胀系数级别与所述非透明成型树脂相同的树脂制成。
17.根据权利要求16所述的光半导体器件，其中，所述粘合剂具有透明度，并填充入所述引线框架的孔和孔部分内。
18.根据权利要求17所述的光半导体器件，其中，所述透镜具有粘合剂储存部，用于保存凸起周围的粘合剂。
19.根据权利要求1所述的光半导体器件，还包括信号处理集成电路，其设置于所述引线框架上，并与所述半导体光学元件电连接。
20.根据权利要求19所述的光半导体器件，其中：
所述半导体光学元件是受光器件，所述信号处理集成电路是用于放大所述受光器件的输出信号的放大集成电路；以及
所述受光器件和所述放大集成电路可结合于单芯片中。
21.根据权利要求19所述的光半导体器件，其中，所述半导体光学元件包括发光器件和受光器件；以及
所述信号处理集成电路包括可驱动发光器件的驱动集成电路以及可放大受光器件的输出信号的放大集成电路。
22.根据权利要求21所述的光半导体器件，其中，所述驱动集成电路和所述放大电路可结合于单芯片中。
23.根据权利要求19所述的光半导体器件，其中，所述信号处理集成电路至少包括可输出关于运行状态信息的外接输出端，以及可接收控制信息的外接输入端。
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