DE102005034649B4 - Optische Halbleitervorrichtung, optischer Verbinder und damit ausgerüstete elektronische Einrichtung - Google Patents

Optische Halbleitervorrichtung, optischer Verbinder und damit ausgerüstete elektronische Einrichtung Download PDF

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Abstract

Optisches Halbleiterbauteil mit:
einem Leiterrahmen (4) mit mindestens zwei Durchgangslöchern (7);
mindestens einem optischen Halbleiterelement, das über einen optischen Abschnitt (6) verfügt und auf einer Fläche des Leiterrahmens so platziert ist, dass der optische Abschnitt (6) wenigstens einem der Durchgangslöcher (7) zugewandt ist und mit dem wenigstens einen der Durchgangslöcher (7) überlappt;
einem ersten Gießabschnitt (9), der das optische Halbleiterelement (3) bedeckt und aus einem nicht-transparenten Gießharz besteht, das auf einer Fläche des Leiterrahmens (4) platziert ist;
einem zweiten Gießabschnitt (10), der das Durchgangsloch (7) bedeckt und aus einem transparenten Gießharz besteht, das auf der anderen Fläche des Leiterrahmens (4) platziert ist;
wobei eine dem ersten Gießabschnitt (9) gegenüberstehende Fläche des zweiten Gießabschnitts (10) kleiner als eine dem zweiten Gießabschnitt (10) gegenüberliegende Fläche des ersten Gießabschnitts (9) ist; mit
– einem Pufferelement (17) aus einem elastischen Harz mit optischer Transparenz, das zwischen dem ersten...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optisches Halbleiterbauteil mit einem optischen Halbleiterelement sowie einen optischen Verbinder und eine mit dem optischen Halbleiterbauteil ausgerüsteten elektronischen Einrichtung, und spezieller betrifft sie ein optisches Halbleiterbauteil zur Verwendung in optischen Kommunikationsstrecken usw. zum Senden und Empfangen optischer Signale durch eine optische Faser als Übertragungsmedium sowie einen optischen Verbinder und eine elektronische Einrichtung mit diesem optischen Halbleiterbauteil.
  • Herkömmlicherweise sind optische Halbleiterbauteile bekannt, die optische Halbleiterelemente wie LEDs (Leuchtdioden) und PDs (Fotodioden) mit optischen Fasern verbinden, wie sie für optische Kommunikationsvorgänge zwischen Einrichtungen zu Hause und in Fahrzeugen verwendet werden.
  • Als solche optische Halbleiterbauteile werden solche in weitem Umfang verwendet, die unter Verwendung eines Spritzpressvorgangs eines transparenten Harzes, wie in der 9 dargestellt, hergestellt werden. Ein in der 9 dargestelltes optisches Halbleiterbauteil 101 ist so aufgebaut, dass ein auf einem Leiterrahmen 104 angeordnetes optisches Halbleiterelement 103 mit einem transparenten Harz 110 eingeschlossen ist, und das optische Halbleiterelement 103 über eine aus einem Teil des transparenten Harzes 110 gebildete Linse 108 optisch mit einer optischen Faser 102 gekoppelt ist. Das optische Halbleiterelement 103 ist über einen Draht 105 elektrisch mit dem Leiterrahmen 104 verbunden. Ferner ist, in einigen Fällen, ein Halbleiterbauteil zum Betreiben und Steuern des optischen Halbleiterelements 103 auf dem Leiterrahmen 104 montiert. Derartige optische Halbleiterbauteile unter Verwendung eines Spritzpressvorgangs verfügen über die Eigenschaft, dass sie im Vergleich mit z. B. optischen Halbleiterbauteilen unter Verwendung einer Glaslinse auf einfache Weise billig hergestellt werden können.
  • Es ist bekannt, dass es das Dotieren von Harzgießmaterialien mit Füllstoffen erlaubt, den Koeffizienten der linearen Expansion und der Wärmeleitfähigkeit einzustellen, und daher werden Halbleiterelemente, die keine optische Eigenschaften benötigen, mit Gießharzen (normalerweise schwarz), denen Füllstoffe zugesetzt sind, eingeschlossen. Da beim oben angegebenen optischen Halbleiterbauteil 101 unter Verwendung des transparenten Harzes 110 Nachdruck auf die optische Eigenschaften gelegt ist, war es schwierig, das Harz mit einem Füllstoff zu versehen (oder dem Harz wird nur eine kleine Füllstoffmenge zugesetzt), und so bestand beim optischen Halbleiterbauteil 101 ein Problem hinsichtlich der Umweltbeständigkeit (einschließlich der Beständigkeit gegen Wärmeschocks und hinsichtlich der Wärmeabfuhr).
  • Demgemäß wurde, wie es in der 10 dargestellt ist, ein optisches Halbleiterbauteil mit einer modifizierten Struktur vorgeschlagen, bei der die Einkapselung durch ein mit einem Füllstoff versehenes farbiges Gießharz erfolgt ist (siehe z. B. JP 2000-173947 A ). Beim in der 10 dargestellten optischen Halbleiterbauteil 201 ist das optische Halbleiterelement 203 so auf einem Leiterrahmen 204 montiert, dass nur ein optischer Abschnitt 206 desselben an einer Glaslinse 208 angebracht ist, wobei Elektroden um den optischen Abschnitt 206 des optischen Halbleiterelements 203 herum über einen Draht 205 elektrisch mit dem Leiterrahmen 204 verbunden sind. Dann wird mit einem mit einem Füllstoff versetzten farbigen Gießharz 209 ein Spritzpressvorgang ausgeführt, was es ermöglicht, das optische Halbleiterelement 203 und den Draht 205 mit dem farbigen Gießharz 209 einzuschließen, ohne dass dieses einen optischen Pfad versperren würde, durch den Licht in das optische Halbleiterelement 203 und aus ihm heraus gelangt.
  • Wie es in der 10 dargestellt ist, ist das optische Halbleiterbauteil so strukturiert, dass die Glaslinse 208 auf dem optischen Abschnitt 206 montiert ist und das optische Halbleiterelement 203 durch das farbige Gießharz 209 eingeschlossen ist, wobei ein Teil der Glaslinse 208 im farbigen Gießharz 209 enthalten ist. Jedoch ist in JP 2000-173947 A keine praktische Maßnahme zum Ausführen einer Harzverkapselung durch diese Struktur offenbart. Im Allgemeinen sind Harze zur Verwendung beim Spritzpressen kleine Teilchen, was zum Effekt führt, dass Harz aus einem Raum von einigen μm ausleckt. Daher wird davon ausgegangen, dass es schwierig ist, eine Struktur zu realisieren, wie sie in JP 2000-173947 A angegeben ist. Darüber hinaus ist es dann, wenn ein optisches Halbleiterelement mit relativ großen Abmessungen (einigen mm bis einigen Dutzend mm im Quadrat) wie CCDs (Charge Coupled Devices), verwendet wird, möglich, eine Glaslinse an einem optischen Abschnitt anzubringen. Jedoch muss bei einem optischen Halbleiterelement mit kleinen Abmessungen (einigen Hundert μm im Quadrat), wie LEDs, das über einen extrem kleinen optischen Abschnitt verfügt, eine Glaslinse verwendet werden, die ebenfalls über eine extrem kleine Größe verfügt, wozu es zu Problemen einschließlich der Folgenden kommt: (i) es ist schwierig, eine Linse zu konzipieren, die optische Effekte zeigen kann; (ii) es ist schwierig, eine winzige Glaslinse herzustellen; und (iii) es ist schwierig, den optischen Abschnitt und die Glaslinse zu verbinden und auszurichten. Ferner werden, wenn eine Glaslinse verwendet wird, die größer als der optische Abschnitt des optischen Halbleiterelements ist, Elektroden nahe am optischen Abschnitt des optischen Halbleiterelements ebenfalls mit der Glaslinse verbunden, was es unmöglich macht, ein Drahtbonden auszuführen.
  • Für das oben angegebene optische Halbleiterbauteil wurde auch ein Verfahren unter Verwendung einer Harzlinse offenbart. Wenn jedoch ein optisches Halbleiterelement mit geriner Größe, wie LEDs, verwendet wird, ist dessen optischer Abschnitt klein, und so bestehen aus denselben Gründen Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung. Ferner ist es dann, wenn eine Harzlinse verwendet wird, aufgrund des Wärmewiderstands derselben erforderlich, einen Formungsvorgang mit einem farbigen Gießharz auszuführen, bevor die Harzlinse montiert wird, was es erforderlich macht, den optischen Abschnitt des optischen Halbleiterelements und ein Formwerkzeug unter Druckkontakt oder mit einem winzigen Zwischenraum festzuhalten, um zu verhindern, dass farbiges Harz in den optischen Abschnitt des optischen Halbleiterelements gelangt. Dies erfordert eine Schadensverhinderung betreffend das optische Halbleiterelement sowie eine Formwerkzeug-Handhabung mit hoher Genauigkeit (sowie das Verhindern einer Verformung eines Leiterrahmens), was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung führt. Insbesondere bei einem optischen Halbleiterelement mit geringer Größe, wie LEDs, ist es extrem schwierig, die Handhabung so auszuführen, dass verhindert wird, dass das farbige Gießharz in den optischen Abschnitt gelangt, während Drähte geschützt werden.
  • Aus JP 2002 246 653 A ist eine Verpackung für ein optisches Halbleiterbauteil bekannt, bei welchem eine innere Führung zwischen zwei Gießabschnitten aus Kunstharz angeordnet ist, zwischen welchen auch ein optisches Halbleiterelement angeordnet ist. Durch das Anordnen des optischen Halbleiterbauteils an dieser Führung, wird eine Wärmeleitung ermöglicht und mechanische Verspannungen von Kunstharz, welches an dem Halbleiterbauteil angeordnet ist, können verringert werden.
  • Aus DE 199 47 889 A1 ist ein optoelektronisches, bidirektionales Sende- und Empfangsmodul in Leadframe-Technik bekannt, bei welchem sich Sender und Empfänger auf einer Seite eines Leadframes über darin geformte Lichtdurchgangsöffnungen befinden und auf der anderen Seite des Leadframes eine Faseranschlussöffnung sowie ein Umlenkspiegel befestigt sind.
  • DE 101 50 986 A1 zeigt eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, wobei mindestens ein Sende- und/oder Empfangselement auf der einen Seite eines mit mindestens einer Öffnung versehenen Trägers angeordnet ist, wobei der optische Pfad von und zu dem Sende- und/oder Empfangselement durch die Trägeröffnung zu der anderen Trägerseite hin erfolgt. Hierbei ist die mit dem Sende- und/oder Empfangselement versehene Seite des Trägers zumindest teilweise mit einer optischen nichttransparenten Vergussmasse umhüllt, wobei die Öffnung des Trägers frei von Vergussmasse ist. Eine mechanische Stabilität der Vergussmasse wird durch den Einsatz von nichttransparenter Vergussmasse erreicht, welche im Vergleich zu optisch transparenten Vergussmassen einen einem Träger stärker angenäherten Ausdehnungskoeffizienten und eine höhere Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen aufweisen soll.
  • Unter Berücksichtigung der obigen Situationen ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Halbleiterbauteil zu schaffen, das hervorragende Umweltbeständigkeit und hohe Zuverlässigkeit bei einfachem Aufbau zeigen kann, wobei eine Verringerung sowohl der Größe als auch des Preises bei hohem Kopplungswirkungsgrad erzielt wird, und wobei ein optisches Halbleiterelement mit geringer Größe, wie LEDs und PDs, verwendet wird.
  • Ein nicht zur Erfindung gehörendes optisches Halbleiterbauteil ist auf folgende Merkmale beschränkt:
    • – einem Leiterrahmen mit mindestens einem Durchgangsloch;
    • – mindestens einem optischen Halbleiterelement, das über einen optischen Abschnitt verfügt und auf einer Fläche des Leiterrahmens so platziert ist, dass der optische Abschnitt dem Durchgangsloch zugewandt ist und mit diesem überlappt;
    • – einem ersten Gießabschnitt, der das optische Halbleiterelement bedeckt und aus einem nicht-transparenten Gießharz besteht, das auf einer Fläche des Leiterrahmens platziert ist; und
    • – einem zweiten Gießabschnitt, der das Durchgangsloch bedeckt und aus einem transparenten Gießharz besteht, das auf der anderen Fläche des Leiterrahmens platziert ist;
    • – wobei eine Fläche einer Gegenüberstehfläche des zweiten Gießabschnitts, die dem ersten Gießabschnitt gegenübersteht, kleiner als eine Fläche einer Gegenüberstehfläche des ersten Gießabschnitts ist, die dem zweiten Gießabschnitt gegenübersteht.
  • Hierbei betrifft der optische Abschnitt des optischen Halbleiterelements z. B. einen Abschnitt desselben, aus dem Licht von demselben emittiert wird, oder einen Abschnitt des optischen Halbleiterelements, der Licht empfängt. Z. B. betrifft der optische Abschnitt eine Lichtemissionsfläche, wenn das optische Halbleiterelement eine LED ist, und er betrifft in einem anderen Fall eine Lichtempfangsfläche, wenn das optische Halbleiterelement eine PD ist.
  • Das optische Halbleiterbauteil verfügt über den ersten Gießabschnitt, der das optische Halbleiterelement bedeckt und aus einem nicht-transparenten Gießharz besteht, das auf einer Fläche des Leiterrahmens platziert ist, und einem zweiten Gießabschnitt, der das Durchgangsloch bedeckt und aus einem transparenten Gießharz besteht, das auf der anderen Fläche des Leiterrahmens platziert ist. Daher fällt z. B. dann, wenn das optische Halbleiterelement ein Lichtempfangsbauteil ist, durch den zweiten Gießabschnitt und das Durchgangsloch des Leiterrahmens laufendes Licht auf den optischen Abschnitt (Lichtempfangsfläche) des optischen Halbleiterelements. Wenn dagegen das optische Halbleiterelement ein Lichtemissionsbauteil ist, wird vom optischen Abschnitt (Austrittsfläche) des optischen Halbleiterelements ausgegebenes Licht über das Durchgangsloch des Leiterrahmens und den zweiten Gießabschnitt ausgegeben.
  • So kann, bei einem einfachen Aufbau, ein Einschließen des optischen Halbleiterelements und des Drahts (der das optische Halbleiterelement und den Leiterrahmen elektrisch miteinander verbindet) und dergleichen durch das nicht-transparente Gießharz erzielt werden, was es ermöglicht, ein optisches Halbleiterbauteil zu realisieren, für das der Arbeitsbereich bei hohen Temperaturen erweitert ist und das hinsichtlich der Umweltbeständigkeit hervorragend ist und hohe Zuverlässigkeit zeigt. Außerdem können gleichzeitig sowohl eine Größenverringerung als auch eine Preissenkung bei hohem Kopplungswirkungsgrad erzielt werden, und es kann ein optisches Halbleiterelement geringer Größe, wie eine LED oder eine PD, verwendet werden.
  • Da die Fläche der Gegenüberstehfläche des zweiten Gießabschnitts, die dem ersten Gießabschnitt gegenübersteht, kleiner als die Fläche der Gegenüberstehfläche des ersten Gießabschnitts ist, die dem zweiten Gießabschnitt gegenübersteht, kann der Einfluss der Bimetallstruktur aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem ersten und dem zweiten Gießabschnitt verringert werden, so dass ein Abschälen und eine Rissbildung des Harzes verhindert werden können, und die Umweltbeständigkeit verbessert werden kann.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil gemäß einer Ausführungsform enthält das nicht-transparente Gießharz einen Füllstoff.
  • Beim optischen Halbleiterelement dieser Ausführungsform wird es möglich, da für den ersten Gießabschnitt ein nicht-transparentes Gießharz, das einen Füllstoff enthält, verwendet wird, Differenzen der linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem optischen Halbleiterelement, dem Leiterrahmen und dem Bonddraht zu verringern. So kann ein optisches Halbleiterbauteil hergestellt werden, bei dem kein Abtrennen des Bonddrahts, keine Gehäuse-Rissbildung und dergleichen auftreten, und das hohe Zuverlässigkeit zeigt.
  • Bei einer Ausführungsform gehören zu den optischen Halbleiterelementen ein Lichtemissionsbauteil und ein Lichtempfangsbauteil und ferner Folgendes:
    • – ein Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil, der auf dem Leiterrahmen platziert ist und elektrisch mit dem Lichtemissionsbauteil verbunden ist; und
    • – ein Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtempfangsbauteil, der auf dem Leiterrahmen platziert ist und elektrisch mit dem Lichtempfangsbauteil verbunden ist.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform können das Lichtemissionsbauteil, das Lichtempfangsbauteil, der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil und der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtempfangsbauteil auf dem Leiterrahmen platziert werden. So ist die Integration einer Signalsendeeinrichtung und einer Signalempfangseinrichtung möglich, wobei eine Verkleinerung des Bauteils erzielt werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform gehören zu den Durchgangslöchern des Leiterrahmens ein dem Lichtemissionsbauteil zugewandtes Durchgangsloch für dieses sowie ein dem Lichtempfangsbauteil zugewandtes Durchgangsloch für dieses;
    • – der zweite Gießabschnitt verfügt über einen Signalsendeteil, der das Durchgangsloch für das Lichtemissionsbauteil bedeckt, und einen Signalempfangsteil, der das Durchgangsloch für das Lichtempfangsbauteil bedeckt; und
    • – der Signalsendeteil und der Signalempfangsteil sind voneinander getrennt.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform sind, da der Signalsendeteil des zweiten Gießabschnitts und der Signalempfangsteil desselben voneinander getrennt sind, das Lichtemissionsbauteil und das Lichtempfangsbauteil optisch gegeneinander isoliert. So kann ein gutes S/R-Verhältnis erzielt werden, und Innenspannungen aufgrund, der Bimetallstruktur des ersten und des zweiten Gießabschnitts können noch mehr verringert werden, so dass die Umweltbeständigkeit noch mehr verbessert werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform gehören zu den Durchgangslöchern des Leiterrahmens ein dem Lichtemissionsbauteil zugewandtes Durchgangsloch für dieses sowie ein dem Lichtempfangsbauteil zugewandtes Durchgangsloch für dieses;
    • – der zweite Gießabschnitt verfügt über einen Signalsendeteil, der das Durchgangsloch für das Lichtemissionsbauteil bedeckt, einen Signalempfangsteil, der das Durchgangsloch für das Lichtempfangsbauteil bedeckt, und einen Kopplungsabschnitt, der den Signalsendeteil und den Signalempfangsteil miteinander koppelt; und
    • – der Kopplungsabschnitt verfügt über einen Vertiefungsabschnitt.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann, da der Kopplungsabschnitt des zweiten Gießabschnitts über den Aussparungsabschnitt verfügt, der zweite Gießabschnitt mit kleinerer Konfiguration hergestellt werden, so dass Innenspannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten und des zweiten Gießabschnitts noch weiter verringert werden können und die Umweltbeständigkeit noch weiter verbessert werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform sind der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil und derjenige für das Lichtempfangsbauteil in einem Chip enthalten.
  • Da beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil und derjenige für das Lichtempfangsbauteil in einem Chip enthalten sind, kann eine weitere Verkleinerung des Bauteils erzielt werden.
  • Eine Ausführungsform verfügt ferner über einen Hilfsträger, der zwischen dem optischen Halbleiterelement und dem Leiterrahmen platziert ist.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann im optischen Halbleiterelement erzeugte Wärme durch den Hilfsträger abgestrahlt werden, so dass die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
  • Eine Ausführungsform verfügt ferner über ein Pufferelement aus einem elastischen Harz mit optischer Transparenz, das zwischen dem ersten und dem zweiten Gießabschnitt platziert ist.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform können, da das Pufferelement zwischen dem ersten und dem zweiten Gießabschnitt platziert ist, Innenspannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten und des zweiten Gießabschnitts noch weiter verringert werden, so dass die Umweltbeständigkeit noch weiter verbessert werden kann.
  • Das elastische Harz des Pufferelements ist ein Silikonharz mit einer Glasübergangstemperatur unter der niedrigsten Betriebstemperatur, wie sie durch das optische Halbleiterbauteil gewährleistet ist.
  • Bei diesem optischen Halbleiterbauteil zeigt das Pufferelement hervorragendes Anhaften, und außerdem verfügt es über die Funktion des Abbauens der thermischen Spannungen des ersten und zweiten Gießabschnitts durch Aufrechterhalten der Elastizität selbst bei der niedrigsten Betriebstemperatur, wie sie durch das optische Halbleiterbauteil gewährleistet ist.
  • Bei einer Ausführungsform verfügt das optische Halbleiterelement über ein Lichtemissionsbauteil, das ein von der Fläche emittierender Laser mit vertikalem Resonator ist.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann, da das Lichtemissionsbauteil ein von der Oberfläche emittierender Laser mit vertikalem Resonator ist, eine optische Übertragung mit höherer Geschwindigkeit durch eine PCS(Polymer Clad Silica)-Faser realisiert werden.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Gießharz des zweiten Gießabschnitts ein beinahe transparentes Harz, das einen Füllstoff enthält.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann, da das Gießharz des zweiten Gießabschnitts einen Füllstoff enthält, der lineare Expansionskoeffizient des zweiten Gießabschnitts verkleinert werden, so dass interne Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten und des zweiten Gießabschnitts noch weiter verringert werden können und die Umweltbeständigkeit noch weiter verbessert werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform verfügt der zweite Gießabschnitt über eine Linse.
  • Da beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform der zweite Gießabschnitt über eine Linse verfügt, kann diese kleiner als das Durchgangsloch des Leiterrahmens gemacht werden, so dass der Kopplungswirkungsgrad zwischen dem optischen Halbleiterelement und der optischen Faser erhöht werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform verfügt das optische Halbleiterelement über ein Lichtemissionsbauteil, und der Hilfsträger zwischen diesem und dem Leiterrahmen ist ein Silicium-Hilfsträger mit einem verjüngten Loch.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann, da der Hilfsträger ein Silicium-Hilfsträger mit verjüngtem Loch ist, der Lichtemissionswirkungsgrad durch Reflexion an der Innenwand des verjüngten Lochs des Hilfsträgers verbessert werden.
  • Auch verläuft beim optischen Halbleiterbauteil einer Ausführungsform das verjüngte Loch kegelförmig oder pyramidenförmig.
  • Bei einer Ausführungsform verfügt das optische Halbleiterelement über ein Lichtempfangsbauteil, und der Hilfsträger zwischen diesem und dem Leiterrahmen ist ein Glas-Hilfsträger.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann, da der Hilfsträger ein Glas-Hilfsträger ist, Licht durch das Lichtempfangsbauteil mittels des transparenten Glases zuverlässig empfangen werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Gießharz des ersten Gießabschnitts gleichzeitig mit demjenigen des zweiten Gießabschnitts einem Aushärtprozess nach dem Gießprozess für das Gießharz des zweiten Gießabschnitts unterzogen.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform kann die enge Anhaftung zwischen dem ersten und dem zweiten Gießabschnitt durch die Beziehung einer chemischen Umwandlungsreaktion zwischen dem Gießharz des ersten Gießabschnitts und demjenigen des zweiten Gießabschnitts verbessert werden.
  • Bei einer Ausführungsform sind Endabschnitt des zweiten Gießabschnitts abgeschrägt.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil dieser Ausführungsform können, da die Endabschnitte des zweiten Gießabschnitts abgeschrägt sind, das Auftreten von Rissen und das Abschälen des Harzes durch interne Spannungen verhindert werden.
  • Auch sind beim optischen Halbleiterbauteil einer Ausführungsform die abgeschrägten Endabschnitte des zweiten Gießabschnitts als runde oder verjüngte Fläche ausgebildet.
  • Auch verfügt ein optischer Verbinder einer Ausführungsform über das oben beschriebene optische Halbleiterbauteil.
  • Der optische Verbinder dieser Ausführungsform zeigt, da in ihm das optische Halbleiterbauteil enthalten ist, hervorragende Umweltbeständigkeit, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden, und es kann eine Verkleinerung der Größe und der Kosten realisiert werden.
  • Ferner enthält eine elektronische Einrichtung einer Ausführungsform das oben beschriebene optische Halbleiterbauteil.
  • Da die elektronische Einrichtung dieser Ausführungsform das optische Halbleiterbauteil enthält, zeigt sie hervorragende Umweltbeständigkeit, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden, und es kann eine Verkleinerung der Größe und der Kosten realisiert werden.
  • Beim erfindungsgemäßen optischen Halbleiterbauteil kann selbst dann, wenn ein kleines optisches Halbleiterelement wie eine LED und eine PD verwendet wird, bei einfachem Aufbau ein Einschließen des optischen Halbleiterelements und des Drahts durch das nicht-transparente Gießharz mit hervorragender Umweltbeständigkeit erzielt werden, was es ermöglicht, ein optisches Halbleiterbauteil zu realisieren, das soweit wie möglich vom Einfluss des Bimetalls befreit ist und das einen niedrigen Preis hat sowie hervorragende Umweltbeständigkeit und hohe Zuverlässigkeit zeigt.
  • Auch zeigt der erfindungsgemäße optische Verbinder, da in ihm das oben beschriebene optische Halbleiterbauteil enthalten ist, hervorragende Umweltbeständigkeit, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden, und es kann eine Verkleinerung der Größe und der Kosten realisiert werden.
  • Auch zeigt die erfindungsgemäße elektronische Einrichtung, da in ihr das oben beschriebene optische Halbleiterbauteil enthalten ist, hervorragende Umweltbeständigkeit, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden, und es kann eine Verkleinerung der Größe und der Kosten realisiert werden.
  • Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung angegeben werden und demgemäß die Erfindung nicht beschränken sollen, vollständiger verständlich werden.
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 2 ist eine Vorderansicht, die schematisch die Struktur des optischen Halbleiterbauteils gemäß der ersten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 4 ist eine Vorderansicht, die schematisch die Struktur des optisch Halbleiterbauteils gemäß der zweiten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils, gemäß einer dritten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 6 ist eine Vorderansicht, die schematisch die Struktur des optischen Halbleiterbauteils gemäß der dritten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 8 ist eine Vorderansicht, die schematisch die Struktur des optischen Halbleiterbauteils gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 9 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines herkömmlichen optischen Halbleiterbauteils zeigt; und
  • 10 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines anderen herkömmlichen optischen Halbleiterbauteils zeigt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung durch in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsformen derselben detaillierter beschrieben.
  • Die 1 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt. Die 2 ist eine Vorderansicht des optischen Halbleiterbauteils, von der Seite der Linse her gesehen.
  • Wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, verfügt das optische Halbleiterbauteil 1a über einen Leiterrahmen 4 mit einem Durchgangsloch 7, ein optisches Halbleiterelement 3, das an einer Seite (Rückseite) des Leiterrahmens 4 montiert ist, einen ersten Gießabschnitt 9 aus einem nicht-transparenten Gießharz, der das optische Halbleiterelement 3 bedeckt und auf einer Seite des Leiterrahmens 4 platziert ist, und einen zweiten Gießabschnitt 10 aus einem transparenten Gießharz, der das Durchgangsloch 7 bedeckt und auf der anderen Seite (Vorderseite) des Leiterrahmens 4 platziert ist.
  • Das optische Halbleiterelement 3 verfügt über einen optischen Abschnitt 6, der so platziert ist, dass er dem Durchgangsloch 7 in Überlappung mit diesem zugewandt ist. Der optische Abschnitt 6 bezeichnet hier einen Abschnitt zum Emittieren von Licht oder einen solchen zum Empfangen von Licht des optischen Halbleiterelements 3, und er repräsentiert z. B. eine Lichtemissionsfläche bei LEDs und eine Lichtempfangsfläche bei PDs.
  • Das optische Halbleiterelement 3 ist mit dem Leiterrahmen 4 in einem solchen Zustand verbunden, dass zu diesem eine elektrische Verbindung derartig besteht, dass der optische Abschnitt 6 dem Leiterrahmen 4 in der Richtung zugewandt ist, die der normalen Anbringungsrichtung entgegengesetzt ist (Layout mit der Oberseite nach unten).
  • Auf einer Fläche des Leiterrahmens 4 ist eine Treiberschaltung 15 zum Betreiben und Steuern des optischen Halbleiterelements 3 platziert. Eine Seite (Rückseite) des optischen Halbleiterelements 3, die von der Seite (Vorderseite) abgewandt ist, auf der der optische Abschnitt 6 vorhanden ist, eine Seite (Vorderseite) des Leiterrahmens 4 sowie die Treiberschaltung 15 sind durch einen Draht 5 elektrisch miteinander verbunden.
  • Der erste Gießabschnitt 9, der hinsichtlich des linearen Expansionskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit optimiert ist und hervorragende Umweltbeständigkeit aufweist, wobei ihm ein Füllstoff zugesetzt ist, bedeckt das optische Halbleiterelement 3, den Draht 5 und die Treiberschaltung 15.
  • Der zweite Gießabschnitt 10, der über hervorragende optische Eigenschaften verfügt, bedeckt die andere Seite des Leiterrahmens 4. Auch verfügt der zweite Gießabschnitt 10 über eine Linse 8, die das optische Halbleiterelement 3 und eine optische Faser 2 optisch miteinander koppelt. Außerdem ist das optische Halbleiterelement 3 über das Durchgangsloch 7 des Leiterrahmens 4 und die Linse 8 des zweiten Gießabschnitts 10 optisch mit der optischen Faser 2 gekoppelt. So kann die Linse 8 größer als das Durchgangsloch 7 des Leiterrahmens 4 gemacht werden, und der Kopplungswirkungsgrad zwischen dem optischen Halbleiterelement 3 und der optischen Faser 2 kann erhöht werden.
  • Als nächstes wird ein Herstellverfahren für das optische Halbleiterbauteil 1a erläutert. Als Erstes wird das optische Halbleiterelement 3 so mit dem Leiterrahmen 4 verbunden, dass sein optischer Abschnitt 6 dem Durchgangsloch 7 des Leiterrahmens 4 zugewandt ist. Bei diesem Prozess wird das Verbinden des optischen Halbleiterelements 3 und des Leiterrahmens 4, wobei es sich um eine Verbindung wie Ag-Paste, Lot oder eutektisches Gold-Bonden mit elektrischer Leitfähigkeit handelt, so realisiert, dass eine Elektrode, die auf der Fläche (Vorderseite) der Seite des optischen Halbleiterelements 3 mit dem optischen Abschnitt 6 ausgebildet ist, und der Leiterrahmen 4 elektrisch miteinander verbunden werden. Danach werden eine Rückseitenelektrode des optischen Halbleiterelements 3 und der Leiterrahmen 4 über den Draht 5 durch Drahtbonden elektrisch miteinander verbunden.
  • Als nächstes erfolgt ein Spritzpressen für den ersten Gießabschnitt 9. Bei diesem Prozess wird die Metallform gegen die Vorderseite des Leiterrahmens 4 gedrückt, um zu verhindern, dass nicht-transparentes Gießharz des ersten Gießabschnitts 9 um die Vorderseite des Leiterrahmens 4 herumläuft. Im Allgemeinen kann, wegen einer Verformung des Leiterrahmens 4 oder dergleichen, ein Herumlaufen des Gießharzes nicht vollständig verhindert werden, weswegen Fälle existieren, bei denen an einem Teil des Leiterrahmens 4 Spritzer des Gießharzes vorhanden sind.
  • Bei der Erfindung ist es, da der Leiterrahmen 4 mit einer spezifizierten Weite L um sein Durchgangsloch 7 herum vorhanden ist, möglich, zu verhindern, dass das Gießharz um das Durchgangsloch 7 herum läuft, und zwar selbst dann, wenn ein Herausspritzen auftritt, was das Erfordernis einer Kontrolle der Metallform und des Leiterrahmens 4 mit hoher Genauigkeit beseitigt. D. h., dass selbst dann, wenn für andere Abschnitte als das Durchgangsloch 7 ein Spritzer auftritt, dies keine Rolle spielt und ein Abschirmen des optischen Pfads durch diesen durch den Leiterrahmen 4 (mit der spezifizierten Weite L) verhindert werden kann, der um das Durchgangsloch 7 herum vorhanden ist. Demgemäß kann das Bauteil selbst unter Verwendung eines kleinen Bauteils wie einer LED und einer PD als optisches Halbleiterelement 3 hergestellt werden. Ferner wird, da der Leiterrahmen 4 durch die Metallform angedrückt wird, das optische Halbleiterelement 3 nie beschädigt.
  • Dann wird, nach der Herstellung des ersten Gießabschnitts 9, der zweite Gießabschnitt 10 durch Spritzpressen hergestellt, wodurch das optische Halbleiterbauteil 1a fertiggestellt wird. Wenn das Harz des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 Epoxidharz ist, ermöglicht es, nach dem das Gießharz des ersten Gießabschnitts 9 gegossen wurde, der Spritzpressvorgang des Gießharzes des zweiten Gießabschnitts 10, ohne einen Härtungsprozess auszuführen, durch Erwärmen oder dergleichen, aufgrund der Beziehung der chemischen Umwandlungsreaktion zwischen dem ersten Gießabschnitt 9 und dem zweiten Gießabschnitt 10 eine enge Bindung zu erzielen. D. h., dass das Gießharz des ersten Gießabschnitts 9 gleichzeitig mit demjenigen des zweiten Gießabschnitts 10 nach dem Gießen des Gießharzes des zweiten Gießabschnitts 10 ausgehärtet wird.
  • Eine Fläche einer Gegenüberstehfläche des zweiten Gießabschnitts 10, die dem ersten Gießabschnitt 9 gegenübersteht, ist kleiner als eine Fläche einer Gegenüberstehfläche des ersten Gießabschnitts 9, die dem zweiten Gießabschnitt 10 gegenübersteht. So ist es realisierbar, den Einfluss der Bimetallstruktur aufgrund jedes Unterschieds der linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem ersten Gießabschnitt 9 und dem zweiten Gießabschnitt 10 zu verringern, und interne Spannungen zu verringern, wie sie aufgrund der Bimetallstruktur auftreten, so dass ein Abschälen und eine Rissbildung des Harzes verhindert werden können und die Umweltbeständigkeit verbessert werden kann.
  • Endabschnitte des zweiten Gießabschnitts 10 sind abgeschrägt. Genauer gesagt, sind die Endabschnitte des abgeschrägten zweiten Gießabschnitts 10 als runde Fläche (nicht dargestellt) oder schräge Fläche (Verjüngungsabschnitt) ausgebildet. So können das Auftreten von Rissen und das Abschälen des Harzes durch interne Spannungen verhindert werden.
  • Ferner wird das Gießharz des zweiten Gießabschnitts 10 auch in das Durchgangsloch 7 eingespritzt. Wenn eine LED als optisches Halbleiterelement 3 verwendet wird, ermöglicht es das Bedecken des optischen Abschnitts 6 der LED durch das Gießharz des zweiten Gießabschnitts 10, das einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, den externen Quantenwirkungsgrad der LED zu verbessern.
  • Vorzugsweise ist das Durchgangsloch 7 des Leiterrahmens 4 als pyramidenförmiges Loch ausgebildet, das so verjüngt ist, dass sein Durchmesser bei Annäherung an die Seite, an der das optische Halbleiterelement 3 platziert ist, abnimmt. Wenn als optisches Halbleiterelement 3 eine LED verwendet wird, läuft Licht mit kleineren Strahlungswinkeln innerhalb des abgestrahlten Lichts durch das Durchgangsloch 7, das auf die Linse 8 fällt und so gebrochen wird, dass es in, die optische Faser 2 gekoppelt wird. Indessen wird Licht mit größeren Strahlungswinkeln innerhalb des vom optischen Halbleiterelement 3 abgestrahlten Lichts durch den Verjüngungsabschnitt des Durchgangslochs 7 reflektiert, es fällt dann auf die Linse 8, und es wird so gebrochen, dass es in die optische Faser 2 koppelt. So kann selbst dann, wenn eine LED oder dergleichen mit großem Abstrahlungswinkel als optische Halbleiterelement 3 verwendet wird, das von diesem emittierte Licht mit hohem Wirkungsgrad in die optische Faser 2 gekoppelt werden. Auch kann selbst dann, wenn als optische Halbleiterelement 3 eine PD verwendet wird, ein Lichtfokussiereffekt dadurch erzielt werden, dass dafür gesorgt wird, dass einfallendes Licht durch den Verjüngungsabschnitt des Durchgangslochs 7 reflektiert wird.
  • Das Durchgangsloch 7 kann durch Ätzen, Pressbearbeitung oder dergleichen gleichzeitig mit dem Strukturierprozess für den Leiterrahmen 4 hergestellt werden. Daher kann ein optisches Halbleiterbauteil 1a mit niedrigem Preis ohne Preiserhöhung erhalten werden. Außerdem ist es bevorzugt, ein Bezugsloch (nicht dargestellt) zum gleichzeitigen Ausrichten des optischen Halbleiterelements 3, der Linse 8 und der optischen Faser 2 beim Prozess des Herstellens des Durchgangslochs 7 auszubilden. Unter Verwendung eines derartigen Bezugslochs als Zusammenbaureferenz für das optische Halbleiterbauteil 1a zum Ausrichten des Durchgangslochs 7, des optischen Halbleiterelements 3, der Linse 8 und der optischen Faser 2 kann das Bauteil mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden.
  • Ferner ermöglicht es das Platzieren des optischen Halbleiterelements 3 mit der Oberseite nach unten auf dem Leiterrahmen 4, einen zusätzlichen Effekt dahingehend zu erzielen, dass die Wärmeabstrahlcharakteristik des optischen Halbleiterelements 3 verbessert werden kann. Wenn z. B. eine LED als optisches Halbleiterelement 3 verwendet wird, würde Wärme an der aktiven Schicht (optischer Abschnitt 6) der obersten Schicht der LED erzeugt werden. Während sich beim herkömmlichen Layout mit der Oberseite nach oben (Layout bei dem das Substrat durch Kleber mit dem Leiterrahmen 4 verbunden wird) schlechte Wärmeabstrahleigenschaften wegen eines hohen Wärmewiderstands des Substrats (z. B. GaAs) ergeben würden, er möglicht es das Verwenden des Layouts mit der Oberseite nach unten, Wärme direkt an den Leiterrahmen 4 abzustrahlen, ohne dass sie durch das Substrat laufen würde, so dass die Wärme abstrahlcharakteristik des optischen Halbleiterelements 3 verbessert werden kann.
  • Um das optische Halbleiterelement 3 und den Leiterrahmen 4 zu verbinden, ist es bevorzugt, z. B. einen Kleber mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Silberpaste, zu verwenden. Unter Klebern mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist es bevorzugter, Kleber aus Materialien oder einen Dünnfilm mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, die ausreichenden Wärmekontakt erzielen können und eine Differenz der linearen Expansionskoeffizienten zwischen dem Leiterrahmen 4 und dem optischen Halbleiterelement 3 absorbieren.
  • Außerdem muss verhindert werden, dass der Kleber am optischen Abschnitt 6 des optischen Halbleiterelements 3 anhaftet. Dadurch, dass vorbereitend ein Dünnfilm des Klebers auf der Oberfläche des optischen Halbleiterelements 3 in einem anderen Abschnitt als dem optischen Abschnitt 6 mittels Fotolithografie oder anderen Techniken hergestellt wird, kann zuverlässig verhindert werden, dass der Kleber am optischen Abschnitt 6 anhaftet.
  • Als optisches Halbleiterelement 3 sind LEDs, PDs, VCSELs (Vertical-Cavity Surface Emitting Laser), CCDs oder OPICs verwendbar, bei denen diese optischen Halbleiterelemente 3 und ICs integriert sind. Die Lichtwellenlänge des optischen Halbleiterelements 3 ist vorzugsweise eine solche, die zu weniger Übertragungsverlusten der zu verwendenden optischen Faser 2 führt.
  • Wenn ein VCSEL mit einer Emissionswellenlänge von um 850 nm herum als optisches Halbleiterelement 3 verwendet wird, kann eine PCS(Polymer Clad Silica)-Faser mit einem Kern aus Glas und einem Mantel aus Harz verwendet werden, wodurch eine Übertragung mit noch höherer Geschwindigkeit über eine POF (Plastic Optical Fiber) realisiert werden kann.
  • Hinsichtlich des Leiterrahmens 4 wird ein Metallblech aus einem Metall mit elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer und dessen Legierung, 42-Legierung oder dergleichen einer Herstellung des Durchgangslochs 7 durch Ätzen, Pressen, spanabhebende Bearbeitung oder dergleichen sowie einer Oberflächenplattierung durch Silber, Gold oder dergleichen unterzogen, so dass hohes Reflexionsvermögen erzielt werden kann.
  • Es sei hier angemerkt, dass der Begriff Leiterrahmen 4 ein Metallblech betrifft, das den Rollen genügt, Komponententeile wie das optische Halbleiterelement 3 und die Treiberschaltung 15 zu montieren und zu halten, und Elektrizität an einzelne Teile zu übertragen. Selbstverständlich können beispielsweise verschiedene Platten, wie ein Sockel und gedruckte Leiterplatten anstelle des Leiterrahmens 4 verwendet werden.
  • Als optische Faser 2 wird beispielsweise vorzugsweise eine optische Multimodefaser wie eine POF (Plastic Optical Fiber) oder eine GOF (Glass Optical Fiber) verwendet. Eine POF verfügt über einen Kern aus einem Kunststoff mit hervorragender optischer Transparenz, wie PMMA (Polymethyl Methacrylat) oder Polycarbonat, und einen Mantel aus einem Kunststoff mit kleinerem Brechungsindex als dem des Kerns. Eine POF, die einfacher als eine GOF mit einem Kerndurchmesser vom großen Wert von ungefähr 200 μm bis ungefähr 1 mm hergestellt werden kann, kann zur Kopplung mit dem optischen Halbleiterbauteil 1a einfacher eingestellt werden, so dass eine billigere optische Kommunikationsstrecke erhalten werden kann. Ferner ist auch eine PCF (Polymer Clad Fiber) mit einem Kern aus Quarzglas und einem Mantel aus Polymer verwendbar. Eine PCF ist zwar teurer als eine POF, jedoch ist sie durch kleine Übertragungsverluste und ein weites Übertragungsband gekennzeichnet. Daher wird es, wenn eine PCF als Übertragungsmedium verwendet wird, möglich, eine optische Kommunikationsstrecke zu erhalten, die das Ausführen von Kommunikationsvorgängen über eine längere Strecke und mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht. Das Gießharz des ersten Gießabschnitts 9 wird dadurch erhalten, dass ein Material verwendet wird, das dadurch erhalten wird, dass ein Füllstoff zu Epoxidharz oder dergleichen, wie allgemein zum Einschließen von Halbleiterbauteilen verwendet, hinzugefügt wird, sowie ein Material, dessen linearer Expansionskoeffizient näher an denen des optischen Halbleiterelements 3 (Si oder GaAs) und des Drahts 5 (Au oder A1) liegt, und das über hohe Wärmeleitfähigkeit verfügt. Wenn z. B. der lineare Expansionskoeffizient des optischen Halbleiterelements 3 2,8 × 10–6/°C (Si) beträgt, und der lineare Expansionskoeffizient des Drahts 5 f14,2 × 10–6/°C (Au) beträgt, wird der lineare Expansionskoeffizient des Harzes des ersten Gießabschnitts 9 vorzugsweise auf 20 × 10–6/°C oder kleiner eingestellt (normalerweise beträgt der lineare Expansionskoeffizient von Epoxidharz ohne zugesetztem Füllstoff ungefähr 60 × 10–6/°C). Auch wird die Wärmeleitfähigkeit des Harzes des ersten Gießabschnitts 9 vorzugsweise auf 0,6 W/°C eingestellt (normalerweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Epoxidharz ohne zugesetztem Füllstoff ungefähr 0,2 W/°C).
  • Im Allgemeinen treten, wenn zwei Arten von Gießharzen mit voneinander verschiedenen Expansionskoeffizienten in engen Kontakt miteinander gebracht werden, durch den Einfluss der Bimetallstruktur interne thermische Spannungen auf, die z. B. zu Rissbildung oder Abschälen bei einem Wärmezyklustest führen. Daher ist, bei der Erfindung, wie es in der 2 dargestellt ist, die Fläche der Gegenüberstehfläche des zweiten Gießabschnitts 10, die dem ersten Gießabschnitt 9 gegenübersteht, auf 70% oder weniger der Fläche der Gegenüberstehfläche des ersten Gießabschnitts 9, die dem zweiten Gießabschnitt 10 gegenübersteht, eingestellt.
  • Als Nächstes werden bevorzugte Größen einzelner Elemente erläutert. Wenn das optische Halbleiterelement 3 eine LED ist, beträgt die Elementgröße ungefähr einige 100 μm im Quadrat, und der optische Abschnitt 6 wird mit einem Durchmesser von 100 μm eingestellt. Wenn das optische Halbleiterelement 3 eine PD ist, beträgt die Elementgröße ungefähr 1 mm im Quadrat, und der optische Abschnitt 6 beträgt einige 100 μm bis 1 mm im Durchmesser (wobei die Größe des optischen Abschnitts 6 abhängig von der Kommunikationsgeschwindigkeit oder dergleichen differieren kann). Auch beträgt die Dicke des Leiterrahmens 4 ungefähr 100 bis 500 μm, und der kleinere Durchmesser des Durchgangslochs 7 wird entsprechend der Größe des optischen Abschnitts 6 des optischen Halbleiterelements 3 eingestellt. Die spezifizierte Weite L des Leiterrahmens 4 um das Durchgangsloch 7 herum wird vorzugsweise auf einige 100 μm bis einige mm eingestellt, um zu verhindern, dass das Harz des ersten Gießabschnitts 9 um das Durchgangsloch 7 herum läuft. Der erste Gießabschnitt 9 und der zweite Gießabschnitt 10 werden mit einer Dicke von ungefähr 1 mm hergestellt.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil mit diesem Aufbau kann, da das optische Halbleiterelement 3 hinsichtlich des optischen Abschnitts 6 mit der Oberseite nach unten platziert ist, um dem Durchgangsloch 7 des Leiterrahmens 4 zugewandt zu sein, auf einfache Weise durch den Leiterrahmen 4 verhindert werden, dass das Harz des ersten Gießabschnitts 9 den optischen Abschnitt 6 des optischen Halbleiterelements 3 oder den optischen Pfad abschirmt. So kann, durch ein billiges Herstellverfahren und einen einfachen Aufbau, ein Effekt dahingehend erhalten werden, dass das Einschließen des optischen Halbleiterelements 3 und des Drahts 5 durch das Harz des ersten Gießabschnitts 9 mit zugesetztem Füllstoff und mit hervorragender Umweltbeständigkeit erzielt werden kann. Außerdem können interne Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des Harzes des ersten Gießabschnitts 9 und desjenigen des zweiten Gießabschnitts 10 verringert werden.
  • Die 3 ist eine schematische Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt. Die 4 ist eine Vorderansicht des optischen Halbleiterbauteils von der Seite der Linse her gesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass Aufbauteile mit denselben Funktionen wie denen, wie sie bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht sind, mit denselben Bezugszahlen wie bei der ersten Ausführungsform gekennzeichnet sind, und dass ihre Beschreibung weggelassen wird.
  • Das optische Halbleiterbauteil 1b dieser zweiten Ausführungsform verfügt über ein Lichtemissionsbauteil 3a und ein Lichtempfangsbauteil 3b als optische Halbleiterelemente sowie ein Durchgangsloch 7a, das für das Lichtemissionsbauteil 3a dient und diesem gegenübersteht, und ein Durchgangsloch 7b, das dem Lichtempfangsbauteil 3b dient und diesem gegenübersteht, als Durchgangslöcher des Leiterrahmens 4. Der zweite Gießabschnitt 10 verfügt über einen Signalsendeteil 10a, der das Durchgangsloch 7a für das Lichtemissionsbauteil 3a bedeckt, und einen Signalempfangsteil 10b, der das Durchgangsloch 7b für das Lichtempfangsbauteil 3b bedeckt, wobei, der Signalsendeteil 10a und der Signalempfangsteil 10b voneinander getrennt sind.
  • Wie oben angegeben, sind, da der Signalsendeteil 10a und der Signalempfangsteil 10b voneinander getrennt sind, das Lichtemissionsbauteil 3a und das Lichtemissionsbauteil 3b optisch gegeneinander isoliert, so dass ein gutes S/R-Verhältnis erzielt werden kann. Darüber hinaus können interne Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 noch mehr verringert werden, so dass die Umweltbeständigkeit noch mehr verbessert werden kann.
  • Ferner verfügt das optische Halbleiterbauteil 1b über einen Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für ein Lichtemissionsbauteil mit Platzierung auf dem Leiterrahmen 4 und elektrischer Verbindung mit dem Lichtemissionsbauteil 3a, sowie einen Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für ein Lichtempfangsbauteil mit Platzierung auf dem Leiterrahmen 4 und elektrischer Verbindung mit dem Lichtempfangsbauteil 3b. Der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil und derjenige für das Lichtempfangsbauteil sind in einem Chip enthalten, der einen Signalverarbeitungs-Schaltungsteil 11 für sowohl das Lichtemissionsbauteil als auch das Lichtempfangsbauteil bildet.
  • Wie oben angegeben, sind das Lichtemissionsbauteil 3a, das Lichtempfangsbauteil 3b und der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil 11 auf dem Leiterrahmen 4 platziert, was es ermöglicht, die Signalsendeeinrichtung und die Signalempfangseinrichtung miteinander zu integrieren, wodurch eine Verkleinerung des Bauteils erzielt werden kann. Außerdem kann eine weitere Verkleinerung des Bauteils erzielt werden, da der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil 11 als ein Chip vorhanden ist.
  • Ferner verfügt das optische Halbleiterbauteil 1b über einen Hilfsträger 12 für das Lichtemissionsbauteil 3a zwischen diesem und dem Leiterrahmen 4. Der Hilfsträger 12 für das Lichtemissionsbauteil ist ein Silicium-Hilfsträger mit einem verjüngten Loch 12a. Das verjüngte Loch 12a ist z. B. kegelförmig oder pyramidenförmig. Das verjüngte Loch 12a wird unter Verwendung eines anisotropen Ätzens von Si ausgebildet. So wird der Lichtemissionswirkungsgrad durch Reflexion an der Innenwand des verjüngten Lochs 12a des Hilfsträgers 12 verbessert.
  • Ferner verfügt das optische Halbleiterbauteil 1b über einen Hilfsträger 14 für das Lichtempfangsbauteil 3b zwischen diesem und dem Leiterrahmen 4. Der Hilfsträger 14 für das Lichtempfangsbauteil ist ein Glas-Hilfsträger. Der Hilfsträger 14 für das Lichtempfangsbauteil verfügt über eine Elektrode und ein Muster zur Verwendung bei einer elektrischen Schaltungsverbindung des Lichtempfangsbauteils 3b. So kann, dank des lichtdurchlässigen Glases, der Lichtempfang auf zuverlässige Weise durch das Lichtempfangsbauteil 3b erfüllt werden.
  • Die 5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine schematische Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer dritten Ausführungsform eines nicht zur Erfindung gehörenden Beispiels zeigt. Die 6 ist eine Vorderansicht des optischen Halbleiterbauteils von der Seite der Linse her gesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass Bestandteile mit denselben Funktionen wie den bei der zweiten Ausführungsform angegebenen mit denselben Bezugszahlen wie denen bei der zweiten Ausführungsform gekennzeichnet sind und ihre Beschreibung weggelassen wird.
  • Beim optischen Halbleiterbauteil 1c dieser dritten Ausführungsform verfügt ein zweiter Gießabschnitt 10 über einen Signalsendeteil 10a, der ein Durchgangsloch 7a für ein Lichtemissionsbauteil bedeckt, einen Signalempfangsteil 10b, der ein Durchgangsloch 7b für ein Lichtempfangsbauteil bedeckt, einen Kopplungsabschnitt 10c zum Koppeln des Signalsendeabschnitts 10a und des Signalempfangsabschnitts 10b miteinander, wobei dieser über einen Aussparungsabschnitt 10d verfügt.
  • Demgemäß kann, da der Kopplungsabschnitt 10c über den Aussparungsabschnitt 10d verfügt, der zweite Gießabschnitt 10 mit kleinerer Konfiguration ausgebildet werden, so dass interne Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 weiter verringert werden können und die Umweltbeständigkeit weiter verbessert werden kann.
  • Ferner ist bei diesem optischen Halbleiterbauteil 1c das Gießharz des zweiten Gießabschnitts 10 im Allgemeinen ein transparentes Harz, das einen Füllstoff enthält. Daher kann, da nämlich das Gießharz des zweiten Gießabschnitts 10 einen Füllstoff enthält, der lineare Expansionskoeffizient des zweiten Gießabschnitts 10 verkleinert werden, so dass interne Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 noch weiter verringert werden können und die Umweltbeständigkeit noch weiter verbessert werden kann.
  • Die 7 ist eine schematische Schnittansicht, die eine schematische Struktur eines optischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die 8 ist eine Vorderansicht des optischen Halbleiterbauteils von der Seite der Linse her gesehen. Es wird darauf hingewiesen, dass Bestandteile mit denselben Funktionen wie den bei der zweiten Ausführungsform angegebenen mit denselben Bezugszahlen wie denen der zweiten Ausführungsform gekennzeichnet sind und ihre Beschreibung weggelassen wird.
  • Das optische Halbleiterbauteil 1d dieser Ausführungsform verfügt über ein Pufferelement 17 zwischen einem ersten Gießabschnitt 9 und einem zweiten Gießabschnitt 10, das aus einem elastischen Harz mit optischer Transparenz besteht. Daher können, da nämlich das Pufferelement 17 zwischen dem ersten Gießabschnitt 9 und dem zweiten Gießabschnitt 10 vorhanden ist, die internen Spannungen aufgrund der Bimetallstruktur des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 noch weiter verringert werden, so dass die Umweltbeständigkeit noch weiter verbessert werden kann.
  • Ferner ist bei diesem optischen Halbleiterbauteil 1d das elastische Harz des Pufferelements 17 ein Silikonharz mit einer Glasübergangstemperatur (z. B. –40°C) unter der niedrigsten Betriebstemperatur, wie sie durch das optische Halbleiterbauteil gewährleistet ist. Demgemäß zeigt das Pufferelement 17 ein hervorragendes Anhaften, und es verfügt außerdem über die Funktion des Abbauens der thermischen Spannungen des ersten Gießabschnitts 9 und des zweiten Gießabschnitts 10 durch Aufrechterhalten der Elastizität selbst bei der niedrigsten Betriebstemperatur, wie sie durch das optische Halbleiterbauteil 1d gewährleistet ist.
  • Das erfindungsgemäße optische Halbleiterbauteil ist für optische Verbinder zu verwenden. Diese optischen Verbinder, die über das oben beschriebene optische Halbleiterbauteil verfügen, zeigen hervorragende Umweltbeständigkeit und ihre Zuverlässigkeit kann verbessert sein, und es wird eine Verkleinerung der Größe und der Kosten realisiert.
  • Das erfindungsgemäße optische Halbleiterbauteil wird in einer elektronischen Einrichtung wie digitalen Fernsehern, digitalen BS(Broadcasting Satellite)-Tunern, CS(Communication Satellite)-Tunern, DVD(Digital Versatile Disc)-Spielern, Superaudio-CD(Compact Disc)-Spielern, AV(Audio Visual)-Verstärkern, Audioanlagen, PCs, PC-Peripheriegeräten, Mobiltelefonen und PDAs (Personal Digital Assistants) verwendet. Das erfindungsgemäße optische Halbleiterbauteil wird auch in einer elektronischen Einrichtung in einer Umgebung mit einem weiten Betriebstemperaturbereich verwendet, z. B. bei Anlagen in einem Fahrzeug, wie Autoradios, Auto-Navigationssystemen und Sensoren sowie Fabrikrobotersensoren und Steuerungseinrichtungen. Die erfindungsgemäße elektronische Einrichtung zeigt, da in ihr das optische Halbleiterbauteil enthalten ist, hervorragende Umweltbeständigkeit, und ihre Zuverlässigkeit kann verbessert werden, und es wird eine Verringerung der Größe und der Kosten realisiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b, 1c, 1d
    optisches Halbleiterbauteil
    2
    optische Faser
    3
    optische Halbleiterelement
    3a
    Lichtemissionsbauteil
    3b
    Lichtempfangsbauteil
    4
    Leiterrahmen
    4a
    Leitungsanschluss
    5
    Draht
    6
    optischer Abschnitt
    7
    Durchgangsloch
    7a
    Durchgangsloch für ein Lichtemissionsbauteil
    7b
    Durchgangsloch für ein Lichtempfangsbauteil
    8
    Linse
    9
    erster Gießabschnitt
    10
    zweiter Gießabschnitt
    10a
    Signalsendeteil
    10b
    Signalempfangsteil
    10c
    Kopplungsabschnitt
    10d
    Aussparungsabschnitt
    11
    Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für sowohl ein Lichtemissionsbauteil als auch ein Lichtempfangsbauteil
    12
    Hilfsträger für ein Lichtemissionsbauteil
    12a
    verjüngtes Loch
    14
    Hilfsträger für ein Lichtempfangsbauteil
    15
    Treiberschaltung
    17
    Pufferelement
    101, 201
    optisches Halbleiterbauteil
    102
    optische Faser
    103, 203
    optische Halbleiterelement
    104, 204
    Leiterrahmen
    105, 205
    Draht
    108
    Linse
    110
    transparentes Harz
    206
    optischer Abschnitt
    208
    Glaslinse
    209
    farbiges Gießharz

Claims (15)

  1. Optisches Halbleiterbauteil mit: einem Leiterrahmen (4) mit mindestens zwei Durchgangslöchern (7); mindestens einem optischen Halbleiterelement, das über einen optischen Abschnitt (6) verfügt und auf einer Fläche des Leiterrahmens so platziert ist, dass der optische Abschnitt (6) wenigstens einem der Durchgangslöcher (7) zugewandt ist und mit dem wenigstens einen der Durchgangslöcher (7) überlappt; einem ersten Gießabschnitt (9), der das optische Halbleiterelement (3) bedeckt und aus einem nicht-transparenten Gießharz besteht, das auf einer Fläche des Leiterrahmens (4) platziert ist; einem zweiten Gießabschnitt (10), der das Durchgangsloch (7) bedeckt und aus einem transparenten Gießharz besteht, das auf der anderen Fläche des Leiterrahmens (4) platziert ist; wobei eine dem ersten Gießabschnitt (9) gegenüberstehende Fläche des zweiten Gießabschnitts (10) kleiner als eine dem zweiten Gießabschnitt (10) gegenüberliegende Fläche des ersten Gießabschnitts (9) ist; mit – einem Pufferelement (17) aus einem elastischen Harz mit optischer Transparenz, das zwischen dem ersten Gießabschnitt (9) und dem zweiten Gießabschnitt (10) platziert ist; wobei – das elastische Harz des Pufferelements (17) ein Silikonharz mit einer Glasübergangstemperatur unter der niedrigsten Betriebstemperatur ist, wie sie durch das optische Halbleiterbaute (3) gewährleistet ist.
  2. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem zu dem mindestens einen optischen Halbleiterelement (3) ein Lichtemissionsbauteil (3a) und ein Lichtempfangsbauteil (3b) gehören und ferner Folgendes vorhanden ist: ein Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtemissionsbauteil (3a), der auf dem Leiterrahmen (4) platziert ist und elektrisch mit dem Lichtemissionsbauteil (3a) verbunden ist; und ein Signalverarbeitungs-Schaltungsteil für das Lichtempfangsbauteil (3b), der auf dem Leiterrahmen (4) platziert ist und elektrisch mit dem Lichtempfangsbauteil (3b) verbunden ist.
  3. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, bei dem zu den wenigstens zwei Durchgangslöchern (7) des Leiterrahmens (4) ein dem Lichtemissionsbauteil (3a) zugewandtes Durchgangsloch (7a) für dieses sowie ein dem Lichtempfangsbauteil (3b) zugewandtes Durchgangsloch (7b) für dieses gehören; der zweite Gießabschnitt (10) über einen Signalsendeteil (10a), der das Durchgangsloch (7a) für das Lichtemissionsbauteil (3a) bedeckt, und einen Signalempfangsteil (10b), der das Durchgangsloch (7b) für das Lichtempfangsbauteil (3b) bedeckt, verfügt; und der Signalsendeteil (10a) und der Signalempfangsteil (10b) voneinander getrennt sind.
  4. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, bei dem zu den wenigstens zwei Durchgangslöchern (7) des Leiterrahmens (4) ein dem Lichtemissionsbauteil (3a) zugewandtes Durchgangsloch (7a) für dieses sowie ein dem Lichtempfangsbauteil (3b) zugewandtes Durchgangsloch (7b) für dieses gehören; der zweite Gießabschnitt (10) über einen Signalsendeteil (10a), der das Durchgangsloch (7a) für das Lichtemissionsbauteil (3a) bedeckt, einen Signalempfangsteil (10b), der das Durchgangsloch (7b) für das Lichtempfangsbauteil (3b) bedeckt, und einen Kopplungsabschnitt (10c), der den Signalsendeteil (10a) und den Signalempfangsteil (10b) miteinander koppelt, verfügt; und der Kopplungsabschnitt (10c) über einen Vertiefungsabschnitt (10d) verfügt.
  5. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 2, bei dem der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil (11) für das Lichtemissionsbauteil (3a) und der Signalverarbeitungs-Schaltungsteil (11) für das Lichtempfangsbauteil (3b) in einem Chip enthalten sind.
  6. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, ferner mit einem Hilfsträger (12), der zwischen dem optischen Halbleiterelement (3) und dem Leiterrahmen (4) platziert ist.
  7. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem das optische Halbleiterelement (3) über ein Lichtemissionsbauteil (3a) verfügt und das Lichtemissionsbauteil (3a) ein von der Oberfläche emittierender Laser mit vertikalem Resonator ist.
  8. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem das Gießharz des zweiten Gießabschnitts (10) ein beinahe transparentes Harz ist, das einen Füllstoff enthält.
  9. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem der zweite Gießabschnitt (10) über eine Linse (8) verfügt.
  10. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, bei dem das optische Halbleiterelement (3) über ein Lichtemissionsbauteil (3a) verfügt und der Hilfsträger (12) zwischen dem Lichtemissionsbauteil (3a) und dem Leiterrahmen (4) ein Silicium-Hilfsträger mit verjüngtem Loch (12a) ist.
  11. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, bei dem das optische Halbleiterelement (3) über ein Lichtempfangsbauteil (3b) verfügt und der Hilfsträger (12) zwischen dem Lichtempfangsbauteil (3b) und dem Leiterrahmen (4) ein Glas-Hilfsträger ist.
  12. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem das Gießharz des ersten Gießabschnitts (9) gleichzeitig mit demjenigen des zweiten Gießabschnitts (10) nach dem Gießprozess des Gießharzes des zweiten Gießabschnitts (10) einem Aushärtungsprozess unterzogen wird.
  13. Optisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem Endabschnitte des zweiten Gießabschnitts (10) abgeschrägt sind.
  14. Optischer Verbinder mit dem im Anspruch 1 definierten optischen Halbleiterbauteil.
  15. Elektronische Einrichtung mit dem im Anspruch 1 definierten optischen Halbleiterbauteil.
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