专利名称：光通信半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有光探测器和信号处理部分的光通信器件及其制造方法。可以将，例如TV(电视机)、VTR(磁带录像机)、音频组件或空调的电子设备上附带的，通过接收来自发射器的红外线信号产生用于控制电子设备运行的控制信号的遥控光接收装置列举为光通信半导体装置。
普通的遥控光接收装置是通过采用半透明树脂将安装在引线框架(leadframe)上的光探测器芯片和信号处理IC(集成电路)芯片密封起来形成的。由引线框架的一部分构成的信号输入和输出端子从半透明树脂向外伸出，并且电连接至安装板。此类遥控光接收装置在运行中接收由发射机通过红外线发射的各种电子设备的控制信号。由红外线传输的信号是非常微弱的。因此，在信号处理IC芯片中内置了高增益放大器，该放大器放大红外线的光信号，将光信号转换成数字信号并输出所获得的信号。因此，遥控光接收装置对电磁噪声非常敏感。
众所周知，作为对抗电磁噪声的手段，可以采用金属屏蔽外壳覆盖半透明树脂，并将所述屏蔽外壳的端部电连接至安装板的接地端子。但是，上述布置具有这样一些问题增加了固定屏蔽外壳的工序的数量，提高了屏蔽外壳自身的成本，加大了根据屏蔽外壳的形状在板上安装的自由度的限制，等等。
因此，JP H09-84162A提出了一种系统，在这种系统当中，用半透明树脂将光探测器芯片和信号处理IC芯片密封起来，尔后，用导电树脂替代屏蔽外壳覆盖除光接收透镜部分以及信号输入和输出端子由该处伸出的表面之外的半透明树脂区域。为了将导电树脂接地，有一个由引线框架的一部分构成的接地端子从半透明树脂伸出，并被电连接到所述导电树脂上。而且，第一个专利文献进一步披露了一项技术，该技术采用金属网覆盖带有半透明树脂的光接收透镜部分，从而使光通信半导体装置适合存在强电磁噪声的环境。
但是，根据JP H09-84162A中的系统，如果采用不适合的材料作为导电树脂，会产生下述等问题(a) 导电树脂的形成无法令人满意，因此，生产率不高；(b) 导电树脂的导电性差，电磁噪声的屏蔽效果不够；以及(c) 在安装过程中，尤其是在焊接时施加的热量会改变(损害)其外观和导电性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种光通信半导体装置，这种半导体装置具有卓越的生产率、电磁噪声屏蔽效果和可靠性(包括耐热性，下文与此相同)。
而且，在如JP H09-84162A所述的结构中，采用另外一种诸如金属网的元件覆盖半透明树脂的光接收透镜部分，使光通信半导体装置适应存在强电磁噪声的环境，这种结构造价高昂。
因此，本发明的另一个目的是提供一种光通信半导体装置的制造方法，这种方法能够令人满意地形成用于覆盖导电树脂的光接收透镜部分的金属网部分。
为了解决这些问题，本发明者经过反复试验，最终获得了一种具有卓越的生产率、电磁噪声屏蔽效果和可靠性的光通信半导体装置(在下文中将对试验结果予以详细说明)。
本发明的光通信半导体装置包括一引线框架；一安装在引线框架上的光探测器；一安装在引线框架上，并电连接至所述光探测器的信号处理部分；由半透明树脂制作的，对光探测器和信号处理部分进行密封的第一密封部分；以及由导电树脂制作的，覆盖第一密封部分的第二密封部分，其中，构成第二密封部分的导电树脂是由聚碳酸酯和导电添加剂构成的。
在所述光通信半导体装置的一个实施例中，所述导电添加剂为碳纤维。
在所述光通信半导体装置的一个实施例中，所述导电树脂的碳纤维含量不低于15％。
在所述光通信半导体装置的一个实施例中，所述第二密封部分优选覆盖第一密封部分的外表面中除一部分表面外的部分，由引线框架的一部分构成的信号输入端子和输出端子是在该部分表面处从第一密封部分中向外伸出的。上述布置的理由是防止信号输入和输出端子与第二密封部分发生电短路。
从令人满意地形成第二密封部分的角度出发，作为导电添加剂的碳纤维的含量优选不高于30％。
在所述光通信半导体装置的一个实施例中，由引线框架的一部分构成的接地端子优选从第一密封部分伸出，并被电连接至第二密封部分。在这种情况下，不要求提供其他部件以对第二密封部分接地。因此，所述光通信半导体装置的造价会降低，而且在板上安装的自由度也会提高。
此外，在所述光通信半导体装置的一个实施例中，在第一密封部分的面向光探测器的一部分外表面中提供光接收凸透镜，而且第二密封部分具有一个以格网形式覆盖光接收透镜部分的凸面的格网部分。
在所述光通信半导体装置的一个实施例中，第二密封部分的格网部分以格网形式覆盖光接收透镜的凸面。因此，光(红外线等)可以通过格网部分的间隔(网孔)和光接收透镜部分入射到光探测器上，而电磁噪声则被由导电树脂构成的格网部分屏蔽了。因此，所述光通信半导体装置能够适用于存在强电磁噪声的环境。而且，格网部分是由第二密封部分的一部分构成的，因此，与采用金属网等其他部件相比，这种光通信半导体装置的制造成本更低。
本发明的光通信半导体装置的制造方法包括将光探测器和信号处理部分安装到引线框架上，并将所述信号处理部分电连接至光探测器；通过采用半透明树脂密封光探测器和信号处理部分制作由半透明树脂构成的，具有光接收凸透镜部分的第一密封部分；以及通过采用模具(mold)向第一密封部分的外围注入导电树脂的方法，制作由导电树脂构成的，具有一个用于以格网形式覆盖光接收透镜部分的凸面的格网部分的第二密封部分，该模具具有一个位于与光接收透镜部分的顶点相对应的部分的衬套(liner)。
格网部分具有微小的，沿光接收透镜部分的凸面弯曲的格网形状。因此，通常来讲，很难采用树脂成形的方法制作格网部分。上述问题的原因在于，在向模具中注入树脂时，在与格网部分相对应的网状沟槽中会残留气泡，使得树脂很难进入沟槽。
根据本发明的光通信半导体装置的制造方法，该模具具有一个位于与光接收透镜部分的顶点相对应的部分的衬套。因此，在制作第二密封部分的过程中，在向模具注入树脂时，空气会从模具主体与衬套之间的微小缝隙逃逸。因此，导电树脂可以成功地流入光接收透镜部分的外围，从而精确地形成格网部分。
在另一方面，本发明的光通信半导体装置的制造方法包括将光探测器和信号处理部分安装到引线框架上，并将所述信号处理部分电连接至光探测器；通过采用半透明树脂密封光探测器和信号处理部分的方法制作由半透明树脂构成的，具有光接收凸透镜部分的第一密封部分；以及通过采用模具向第一密封部分的外围注入导电树脂的方法，制作由导电树脂构成的，具有一个用于以格网形式覆盖光接收透镜部分的凸面的格网部分的第二密封部分，在与一表面相对的一侧，该模具具有一个面向光接收透镜部分的树脂注射通道(injection gate)，由引线框架的一部分构成的信号输入和输出端子就是从该表面向第一密封部分外伸出的。
根据本发明的光通信半导体装置制造方法，模具的树脂注射通道在相对接近光接收透镜部分的位置面向光接收透镜部分。因此，在制作第二密封部分的过程中，在通过通道向模具注入树脂时，导电树脂会很容易地沿光接收透镜部分的外围流动。因此，提高了格网部分的制作精度。
在所述光通信半导体装置的制造方法的一个实施例中，树脂注射通道前后(back and forth)地倾斜，以便在从外围部分到光接收透镜部分的方向注入树脂。
“前后”是这样定义的假定提供第一密封部分的光接收透镜部分一侧，也就是说光入射的一侧为“前”。
根据一实施例中所述的光通信半导体装置的制造方法，在制作第二密封部分的过程中，在通过通道向模具注入树脂时，是从外围边缘部分到光接收透镜部分的顶点注入导电树脂的。因此，导电树脂很容易从周围边缘部分流至光接收透镜部分的顶点，从而进一步提高了格网部分的制作精度。
参照下文给出的详细说明和附图，可以更加全面地理解本发明，附图仅是以实例说明的方式给出的，因此不对本发明造成限制，其中图1A是示意性示出本发明的光通信半导体装置的一个实施例的横截面的示图；图1B是示意性示出同一器件的另一个横截面的示图；图2是所述光通信半导体装置的修改例的正视图；图3是说明采用金属模具进行的制造图2中所示的光通信半导体装置的第二密封工序的视图；以及图4是示出构成第二密封部分的导电树脂的实验结果的视图。
具体实施例方式
下面将在附图中所示的实施例的基础上对本发明予以详细说明。
图1A和图1B示出了所述光通信半导体装置的一个实施例的剖面结构。图1A是沿图1B中的线A-A得到的剖面图。
所述光通信半导体装置具有包含用于信号的第一引线1a、用于电源的第二引线1b和用于接地的第三引线1c的引线框架1，光探测器芯片3和作为信号处理部分的控制IC芯片5，其中光探测器芯片3为安装在由用于接地的第三引线1c所包含的安装部分2上的光探测器。光探测器芯片3是由光电二极管、光电晶体管等构成的。此外，控制IC芯片5具有内置的高增益放大器。
IC芯片5和光探测器芯片3是通过导线6a连接的，光探测器芯片3是通过导线6b连接至第三引线1c的。另外，控制IC芯片5通过导线6c连接至第一引线1a，通过导线6d连接至第二引线1b，通过导线6e连接至第三引线1c。
引线框架1、光探测器芯片3和控制IC芯片5是通过由作为半透明树脂的红外线透射树脂制成的第一密封部分7一体固定的，并且第一密封部分7对光探测器芯片3和控制IC芯片5进行密封。第一密封部分7具有一个用于引导作为信号光的红外线的光接收凸透镜部分7A，其位于第一密封部分7的，面向光探测器芯片3的光接收面3A的一部分外表面上。正面部分7B、顶面7C、侧面7E和7F以及背面7G，即第一密封部分7外表面上除光接收透镜部分7A外的部分，密封在由导电树脂制成的第二密封部分8中，第二密封部分8将在下文介绍。在图1A和图1B中，只有第二密封部分具有阴影线。第二密封部分8未覆盖底面7D的原因在于防止在构成第二密封部分8的导电树脂、用于信号的第一引线1a和用于电源的第二引线1b之间发生电短路。
引线框架1带有从第一密封部分7内伸入第二密封部分8的，近似四边形的延伸部分10和11。也就是说，延伸部分10和11嵌入到了第二密封部分8中。延伸部分10和11被安排在了第一密封部分7的斜面部分12、13和第二密封部分的拐角部分14、15之间。这种安排可以通过限制由延伸部分10和11的存在而引起的外部尺寸的增大而获得尺寸的缩减。
而且，延伸部分10和11的表面10A和11A全部与第二密封部分8紧密接触。另外，延伸部分10和11具有通孔16和17，通孔16和17带有四棱柱形内表面16A和17A。通孔16和17内部填充了第二密封部分8的部分(导电部分)21和22，导电部分21和22与通孔16和17的内表面16A和17A紧密接触。
在具有所述结构的光通信半导体装置中，如果令由红外线构成的信号光入射到第一密封部分7的光接收部分7A上，那么信号光将被引导至光探测器芯片3的光接收表面3A。之后，光探测器芯片3会将信号光转换成电信号，并将电信号通过导线6a输出至控制IC芯片5。之后，控制IC芯片5会将通过规定的信号处理得到的输出信号经由导线6c输出至第一引线1a。另外，控制IC芯片5是通过导线6d连接至第二引线1b的。第二引线1b被连接至处于安装完毕状态的板子(未示出)的电源上，来自电源的电力通过第二引线1b和导线6d提供给控制IC芯片5。另外，控制IC芯片5是通过导线6e连接至第二引线1c的。第三引线1c被连接到了板子的接地(GND)端子上。
覆盖着由红外透射树脂制成的第一密封部分7的第二密封部分8是由导电树脂制成的，第二密封部分8被电连接到引线框架1的第三引线1c的延伸部分10和11的表面10A和10B，并与之完全紧密接触。因此，如果将光通信半导体装置安装在板子上并将第三引线1c连接至GND端子，那么第二密封部分8就会为密封在第一密封部分7中的光探测器芯片3和控制IC芯片5起到电磁噪声屏蔽作用。另外，在引线框架1的延伸部分10和11内的通孔16和17中填充了第二密封部分8的导电部分21和22，第二密封部分8的导电部分21和22与通孔16和17的周边表面16A和17A紧密接触。这样可以增加延伸部分10和11与第二密封部分8之间的接触面积，并通过改善延伸部分10和11与第二密封部分8之间的导电性改善电磁噪声屏蔽效果。
如果按照上述说明，通过将延伸部分10和11与第二密封部分接触获得导电性，那么无需提供其他部件对第二密封部分8接地。因此，能够以低成本制作出所述光通信半导体装置，并且在板安装的自由度也得到了提高。
所述光通信半导体装置基本上是通过下面的制造工序i)到iv)制造的。也就是说，该器件是通过下述工序制造的i)芯片焊接工艺，用于将光探测器芯片3和控制IC芯片5安装到引线框架1的安装部分2(第三引线1c)上；ii)引线结合工艺，用于通过按照上述方式对导线6a到导线6e进行布线的方法，对光探测器芯片3a、控制IC芯片5等进行电连接；iii)第一密封工艺，用于通过采用金属模具向光探测器芯片3和控制IC芯片5的外围注射红外透射树脂的方法，制作由红外透射树脂制成的第一密封部分7；以及iv)第二密封工艺，用于通过采用金属模具向第一密封部分的外围注射导电树脂的方法，制作由导电树脂制成的第二密封部分8。
图4是构成第二密封部分8的导电树脂的实验结果，这些结果是本发明人以提高生产率、电磁噪声屏蔽效果和可靠性为目标通过反复实验得到的。
如“树脂成分”部分所示，在本发明人准备的样品当中(样品1到样品12)，构成第二密封部分8的导电树脂是由基础树脂和导电添加剂构成的，对基础树脂和导电树脂进行多种变化。就基础树脂而言，采用了聚碳酸酯、尼龙、ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)、聚缩醛和聚碳酸酯/ABS混合物(聚碳酸酯和ABS树脂的混合物)。另外，导电添加剂是由碳纤维提供的，其含量按照5个百分点的步长变化到5％、10％、15％和20％。
对样品的评估是以初始电阻值(即在制成样品后立即获得的导电性)、可靠性测试(65℃，95％，温度循环，暴露在高温下)和耐冲击测试(1400G)的结果为基础的，如“评估结果”一栏所示。用符号“OK”表示令人满意的评估结果，用符号“NG”表示不良结果。
从评估结果可以清晰地看出，样品3、4、5、6和9的可靠性测试结果不佳(NG)，在这几种样品中基础树脂为ABS树脂、聚缩醛或聚碳酸酯/ABS混合物。基础树脂为ABS树脂的样品9在可成形性和导电性方面没有问题，但是从钎焊耐热性试验(300℃，15秒钟)的角度看，会发生树脂起泡。基础树脂为聚缩醛的样品4、5和8在引线框架1和第二密封部分8(导电树脂)之间显示出了很差的导电性。
与上述结果形成对比的是，基础树脂为聚碳酸酯或尼龙的样品1、2、10、11和12的可靠性测试结果令人满意。但是，就基础树脂为尼龙的样品2而言，产生了一些不良形成的实例，或者，具体地说，在第二密封工序的某些实例中，注入的树脂不能很好地覆盖光接收透镜部分7A。另外，就基础树脂为聚碳酸酯的样品而言，在碳纤维含量不超过10％(样品10)的情况下，初始电阻值不佳(NG)。
根据评估结果，发现通过使构成第二密封部分8的导电树脂具有由聚碳酸酯构成的基础树脂和由碳纤维构成的导电添加剂，并使碳纤维的含量不低于15％，就会获得具有如下特征的出色样品(a) 导电树脂的形成令人满意，生产率高；(b) 导电树脂的导电性良好，因此电磁噪声屏蔽效果充分；以及(c) 在安装过程中尤其是在焊接时施加的热量等等既不会改变(损害)外观，也不会改变(损害)导电性。另外与采用金属屏蔽外壳提供屏蔽的情况相比，由于尺寸小、造价低，在板安装的自由度也得到了提高。
从得到令人满意的，第二密封部分8的可成形性的角度来讲，导电添加剂的碳纤维含量优选不高于30％。
尽管，除碳纤维外，将碳黑和不锈钢作为导电添加剂进行了研究，但是碳纤维以外的添加剂在当前形状下表现出的导电性很差。
图2示出了从正面(光入射的一侧)观察的所述光通信半导体装置的一个修改例。在这一修改例当中，第二密封部分8具有一个以格网形式覆盖光接收透镜部分7A的凸面的格网部分31。在此例中，格网部分31是由从光接收透镜部分7A的周围边缘伸出并集中在顶点的四个元件32、33、34和35构成的。四个元件32、33、34和35以规则角度间隔布置，以便获得令人满意的电磁噪声屏蔽。
在所述光通信半导体装置中，第二密封部分8的格网部分31以格网形式覆盖光接收透镜部分7A的凸面。因此，可以使光线(红外线或类似的)通过格网部分31的间隔(网孔)和光接收透镜部分7A入射到光探测器芯片3，而通过由导电树脂制成的格网部分31屏蔽电磁噪声。因此，所述光通信半导体装置可以适用于存在强电磁噪声的环境。另外，格网部分31是由第二密封部分8的一部分构成的，因此，和采用如金属网之类的其他部件的情况相比，能够以更低的成本制造所述光通信半导体装置。
格网部分的数量可以更多，但是必须将这一数量限制在不会因间隔(网孔)变窄而导致数值孔径过于降低的程度内。
制造如图2所示的光通信半导体装置所采用的工序基本上与如图1A和图1B所示的光通信半导体装置的制造工序i)到iv)相同。
但是，通常很难通过树脂成形的方式制作格网部分31，因为格网部分具有微小的格网形式并沿光接收透镜部分7A弯曲。上述结论的原因在于，在向作为模具的金属模具注射树脂时，在与格网部分相对应的模具的沟槽中会残存有气泡，树脂很难进入沟槽。
因此，如图3所示，本实施例设计了用在第二密封工序中的金属模具41。详情如下。
首先，金属模具41具有一个位于与光接收透镜部分7A的顶点相对应的部分的衬套42。借助这种安排，在第二密封工序中，向金属模具41注入导电树脂时，空气可以从金属模具41的主体与衬套42之间的微小空隙逸出。因此，导电树脂可以成功地沿光接收透镜部分7A的外缘流动，从而精确地形成格网部分31。
另外，在第一密封部分7的顶面7C一侧，金属模具41具有一个面向光接收透镜部分7A的树脂注入通道43，且树脂注入通道43前后倾斜，以便按照从周围围缘部分7R到顶点7P的方向注入树脂。在这一结构当中，树脂注射通道43面向光接收透镜部分7A，处于与底面7D相对的一侧上较近的位置，由引线框架的一部分构成的信号输入和输出端子1c等就是从底面7D伸出的。因此，在第二密封工序中，在向金属模具41注入导电树脂时，导电树脂可以很容易地沿光接收透镜部分7A的周边流动。因此，提高了格网部分31的制作精度。
如上所述，通过设计用在第二密封工序中的金属模具41，可以精确地制造如图2所述的光通信半导体装置。
尽管本发明是这样描述的，显然可以对本发明做出多种改变。不应将此类改变视作脱离本发明的精神和范围，且所有此类对本领域的技术人员来说显而易见的修改都包括在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种光通信半导体装置，其包括一引线框架；一安装在所述引线框架上的光探测器；一安装在所述引线框架上，并被电连接至所述光探测器上的信号处理部分；由半透明树脂构成的，将所述光探测器和信号处理部分密封起来的第一密封部分；以及由导电树脂制成的，覆盖所述第一密封部分的第二密封部分，其中构成所述第二密封部分的所述导电树脂由聚碳酸酯和导电添加剂制成。
2.如权利要求1所述的光通信半导体装置，其中，所述导电添加剂为碳纤维。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，所述导电添加剂具有不低于15％的碳纤维含量。
4.如权利要求1所述的光通信半导体装置，其中，在面向所述光探测器的第一密封部分的外表面的一部分上提供了一光接收凸透镜部分，并且，所述第二密封部分具有一以格网形式覆盖所述光接收凸透镜部分的凸面的格网部分。
5.一种制作光通信半导体装置的方法，其包括在引线框架上安装光探测器和信号处理部分，并将所述信号处理部分电连接至所述光探测器；通过采用半透明树脂密封所述光探测器和所述信号处理部分，制作由所述半透明树脂制成的，并具有一光接收凸透镜部分的第一密封部分；以及通过采用模具向所述第一密封部分的周边注入导电树脂的方式，制作由所述导电树脂制成的，具有一以格网形式覆盖所述光接收透镜部分的凸面的格网部分的第二密封部分，所述模具具有一位于与所述光接收透镜部分的顶点相对应的部分中的衬套。
6.一种制作光通信半导体装置的方法，其包括在引线框架上安装光探测器和信号处理部分，并将所述信号处理部分电连接至所述光探测器；通过采用半透明树脂密封所述光探测器和所述信号处理部分，制作由所述半透明树脂制成的，并具有一光接收凸透镜部分的第一密封部分；以及通过采用模具向所述第一密封部分的周边注入导电树脂的方式，制作由所述导电树脂制成的，具有一以格网形式覆盖所述光接收透镜部分的凸面的格网部分的第二密封部分，所述模具具有一个面向所述光接收透镜部分的树脂注射通道，所述树脂注射通道所在的一侧与由一部分所述引线框架构成的信号输入和输出端子从所述第一密封部分向外伸出的表面相对。
7.如权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中所述树脂注入通道前后倾斜，以便按照从所述光接收透镜部分的周围边缘部分到顶点的方向注入树脂。
全文摘要
提供了一引线框架、一安装在所述引线框架上的光探测器和一安装在所述引线框架上，并被电连接至所述光探测器上的信号处理部分。提供了由半透明树脂制成的，密封所述光探测器和所述信号处理部分的第一密封部分。提供了由导电树脂制成的，覆盖第一密封部分的第二密封部分。构成第二密封部分的导电树脂由聚碳酸酯和导电添加剂制成。
文档编号H01L31/0203GK1674775SQ200510059109
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年3月26日
发明者藤本聪郎 申请人:夏普株式会社