JP4036548B2

JP4036548B2 - 光半導体装置

Info

Publication number: JP4036548B2
Application number: JP30986598A
Authority: JP
Inventors: 清和鎌土; 勉石川; 智関口; 秀雄国井; 公落合; 清高田; 浩井野口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP2000138636A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つ以上の通信形態に用いて好適な光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、サブノートパソコン、携帯情報端末、電子スチルカメラ等のマルチメディア機器がめざましい発展を遂げている。
【０００３】
しかも携帯機器は、年間７００万台も販売され、約８割がＩｒＤＡ(Infrared Data Association)規格の赤外線方式を採用している。つまり外部機器と本体との赤外線信号を介した送受信が必要で、そこには、赤外線を発光する発光素子、赤外線を受光する受光素子が必要となってくる。
【０００４】
またＭＤやＣＤ等の光学式記録再生装置で用いられる光学ヘッドは、光学記録媒体をビームで照射して光学記録媒体からの変調されたビームを検出することにより、情報の記録や再生を行う。やはりここでも発光素子、受光素子が必要となってくる。
【０００５】
しかしこれら発光素子、受光素子は、小型化が実現されていない。
例えば、図５は、特公平７−２８０８５号公報の技術を説明するもので、半導体レーザ１が半導体基板２に直接接続され、断面形状が台形のプリズム３が半導体基板２に固定されている。なお図番４は、光学記録媒体である。
半導体レーザ１と対向しているプリズム３の傾斜面５は半透過反射面で、半導体基板２と対接しているプリズム面６は、光検出器（受光素子）７以外の部分が、また面６と対向しているプリズム面８は、共に反射面となっている。
【０００６】
半導体レーザ１から発光され、傾斜面５からプリズム３に入射したビーム９は、反射面６と８で反射されてから、光検出器７で検出される。
【０００７】
一方、図６は、特開平１０−７０３０４号公報に開示される如き、従来の光半導体装置の例としての赤外線データ通信モジュールで、赤外線ＬＥＤ、ＬＥＤドライバ、ＰＩＮフォトダイオード、アンプ等が内蔵されたモジュールＭである。例えばモジュール内部に形成された基板に前記ＬＥＤが実装され、ここから射出される光は、上面に取り付けられたレンズＬ１を介して外部へ放出され、前記基板に実装されたフォトダイオードは、上面に取り付けられたレンズＬ２を介してモールドＭ内に入射される。このようなモジュールを任意の回路が形成されたプリント基板に装着して動作をさせていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、赤外線通信として、上記のＩｒＤＡの他にもリモートコントロール（以下、リモコンという）がある。各々に使用される赤外線の波長は規格によって異なり、ＩｒＤＡでは９５０ｎｍであり、リモコンの規格では８７０ｎｍである。このような波長の違いがあるため、従来では波長の異なるＬＥＤ（Light Emitting Diode）を別々に使用していた。その為、ＩｒＤＡとリモコンとの両方を使用する機器においては、ＩＣの数が多くなり、このような機器の小型化を阻害していた。
【０００９】
さらには、モジュールの外形も小型を阻害していた。図５や図６のモジュールに於いて、半導体基板上に光学機器が実装され、また半導体基板がモールドされたモジュールの上に更にレンズが実装されたりするため、これらを組み込んだセットには、小型化が実現できない問題があった。
【００１０】
また、図６のモジュールは、レンズが上面に取り付けられているため、プリント基板に対して垂直方向のみにしか光の出し入れができず、上述した携帯機器などに組み込む際に、光の入出方向に対して垂直にプリント基板を接地する必要があり、機器の小型化を困難にしていた。また、薄型に形成された携帯機器の場合、携帯機器の側面から光の出し入れをすることが困難であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２つの異なる通信形態の入力データを受信する光半導体装置であって、唯一の受光素子と、一方の通信形態の場合、該受光素子からの出力信号を処理する第１信号処理回路と、他方の通信形態の場合、該受光素子からの出力信号を処理する第２信号処理回路とを備えることを特徴とする。
【００１２】
特に、前記第１信号処理回路は、前記受光素子からの出力信号を波形整形して、後段の回路に伝送することを特徴とする。また、前記第２信号処理回路は、前記受光素子からの出力信号を検波する検波手段及び該検波手段の出力信号を波形整形する波形整形手段を含むことを特徴とする。さらに、前記一方の通信形態はＩｒＤＡ通信であり、他方の通信形態はリモートコントロール通信であることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記受光素子、第１及び第２信号処理回路を同一の半導体基板上に集積化した第１半導体チップと、受光素子の受光面を上にして前記半導体チップを封止するとともに、所定の光の波長に対して透明な樹脂封止体と、前記第１半導体チップの上部の樹脂封止体に形成され、受光面の垂線と所定の角度で交差する反射面とから成り、前記樹脂封止体の側面で光を入射させることを特徴とする。
【００１４】
さらに、少なくとも２つの異なる通信形態の入力データを送信するために、所定の波長の赤外線光を発光する唯一の発光素子と、前記通信形態に応じて駆動能力が変更され、前記入力データに応じて前記発光素子を駆動する駆動回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、ＩｒＤＡ通信の場合前記駆動能力を低くし、前記リモートコントロール通信の場合前記駆動能力を高くすることを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、前記発光素子を前記半導体チップと異なる半導体基板上に集積化した第２半導体チップを備え、前記反射面が発光面の垂線に対して所定の角度で交差するように第２半導体チップも前記樹脂封止体に樹脂封止するとともに、前記樹脂封止体の側面で光を入射させることを特徴とする。特に、前記駆動回路を、前記第１半導体チップ上に集積化することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態を示す図であり、１１乃至１３は例えばマイクロコンピュータ等の外部制御回路（不図示）とデータの送受を行う外付けピン、１４は外部制御回路からの２種類のデータに応じて駆動信号を発生する駆動回路、１５は駆動信号に応じて発光する例えばＬＥＤ等の発光素子、１６は例えばフォトダイオードから成る受光素子、１７は後段の２系統のデータ転送路に分岐するためのセレクタ、１８及び１９はセレクタからのデータ信号を各々のデータ種類に応じた信号処理する第１及び第２信号処理回路、２０はＩｒＤＡ通信またはリモコン通信の外部制御回路からの指示に応じて駆動回路１４の駆動能力やセレクタ１７を制御する為のセレクタ信号を発生するモード切替回路である。尚、図１において、発光素子１５以外の回路は同一半導体基板上に集積化されており、また、すべての回路は１つの樹脂封止体の中に１パッケージ化されている。
【００１８】
図１の発光素子１５はＩｒＤＡ用に使用されるものであり、波長が９５０ｎｍであるＬＥＤが使用される。リモコン用のデータを転送する場合でも発光素子１５を発光させてデータ転送を行う。従って、発光素子１５はＩｒＤＡ通信とリモコン通信との兼用になる。また、受光素子１６もＩｒＤＡ通信及びリモコン通信の兼用となり、それぞれの場合にＩｒＤＡまたはリモコン用の赤外線を受光するものである。
【００１９】
まず、ＩｒＤＡ通信の場合、外部制御回路２０から例えば２ビットの「０，０」のモード信号を受け、モード切替回路２０は「Ｈ」レベルのセレクタ信号ＳＬを発生する。セレクタ信号ＳＬに応じて、駆動回路１４の駆動能力は低くなり、セレクタ１７は受光素子１６の出力信号をＩｒＤＡ用の処理回路である第１信号処理回路１８に印加させる。尚、駆動回路１４の駆動電流を大または小に切り換えることにより、駆動回路１４の駆動能力が切り換わる。駆動電流が大のとき駆動能力は高くなり、駆動電流が小のとき駆動能力は低くなる。
【００２０】
この状態にて、データを送信する場合、外部制御回路からＩｒＤＡ用のデータが外付けピン１３を介して駆動回路１４に入力される。駆動回路１４において、ＩｒＤＡ用のデータに応じて駆動信号が出力される。そして、駆動信号に応じて発光素子１５が発光し、ＩｒＤＡ用のデータが赤外線として送信される。
【００２１】
ＩｒＤＡ用のデータを受信する場合、受光素子１６で受光された光が電気信号に変換され、電気信号はセレクタ１７を介して第１信号処理回路１８に印加され、ＩｒＤＡ用の信号処理が実行された後、外付けピン１１を介して外部制御回路に伝送される。
場合に各々の赤外線を受光するものである。
【００２２】
また、リモコン通信の場合、外部制御回路２０から例えば２ビットの「１，１」のモード信号Ｍを受け、モード切替回路２０は「Ｌ」レベルのセレクタ信号ＳＬを発生する。セレクタ信号ＳＬに応じて、駆動回路１４の駆動能力は高くなり、セレクタ１７は受光素子１６の出力信号をリモコン用の信号処理回路である第２信号処理回路１９に印加させる。
【００２３】
この状態にて、データを送信する場合、外部制御回路からリモコン用のデータが外付けピン１３を介して駆動回路１４に入力される。駆動回路１４において、リモコン用のデータに応じて駆動信号が出力される。そして、駆動信号に応じて発光素子１５が発光し、リモコン用のデータが赤外線として送信される。ここで、リモコン通信時の駆動回路１４の駆動能力をＩｒＤＡ通信時よりも高く設定している。一般に、ＩｒＤＡ通信の場合機器間の距離が１ｍ以内でデータ転送が行われ、それに対してリモコンの場合は１ｍ以上の距離でデータ転送が行われることが多い。そこで、リモコン時駆動能力を高くして発光素子１５の発光パワーを高くすることによって、長い距離でもリモコン通信を可能とし、また長い距離の通信が必要の無いＩｒＤＡ通信時では発光パワーを低くして、消費電力を抑制している。
【００２４】
リモコン用のデータを受信する場合、受光素子１６で受光された光が電気信号に変換され、電気信号はセレクタ１７を介して第２信号処理回路１９に印加されＩｒＤＡ用の信号処理が実行された後、外付けピン１１を介して外部制御回路に伝送される。
【００２５】
ところで、図１ではリモコン用のデータをＩｒＤＡ用の赤外線（波長：９５０ｎｍ）を使用して転送している。このような兼用はＩｒＤＡ及びリモコン用の波長が近接している為に可能となる。さらに、第２信号処理回路１９の周波数特性をＩｒＤＡの赤外線の波長を考慮して設定すると、正確な信号処理を行うことができる。また、図１の場合とは逆に、発光素子１５を８７０ｎｍの赤外線を発生するリモコン用のＬＥＤにすることにより、ＩｒＤＡ用のデータをリモコン用の赤外線で転送することも可能である。
【００２６】
図２は駆動回路１４の具体回路例を示す回路図であり、２１はＩｒＤＡ用の駆動トランジスタ、２２はリモコン用の駆動トランジスタ、２３は駆動トランジスタ２１の駆動電流を定め、駆動回路１４と同一の半導体基板上に集積化された抵抗、２４は駆動トランジスタ２２の駆動電流を定める外付け抵抗、２５はセレクト信号ＳＬを反転するインバータ、２６及び２７はセレクタ信号が「Ｈ」レベルのときのみにオンし、外部制御回路からのデータを遮断または導通させるスイッチである。
【００２７】
ＩｒＤＡ通信の場合、セレクタ信号ＳＬは「Ｈ」レベルとなるので、スイッチ２６はオンし、スイッチ２７はオフする。その為、外付けピン１３を介して入力された入力データは駆動トランジスタ２１に印加され、入力データに応じて駆動電流が発生する。駆動電流は発光素子１５に供給され、発光素子１５が駆動される。
【００２８】
リモコン通信の場合、セレクタ信号ＳＬは「Ｌ」レベルとなるので、スイッチ２６はオフし、スイッチ２７はオンする。その為、入力データは駆動トランジスタ２２に印加され、入力データに応じて駆動電流が発生する。駆動電流は発光素子１５に供給され、発光素子１５が駆動される。
【００２９】
ここで、駆動トランジスタ２１において、駆動電流は、入力データの電圧からトランジスタ２１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅの分だけ下がった電圧が抵抗２３に印加されることにより発生する。従って、駆動電流は抵抗２３の値で設定される。駆動トランジスタ２２においても同様であり、トランジスタ２２の駆動電流は外付け抵抗２４により設定される。本発明の場合、リモコン時の駆動回路の駆動能力を高くなるように設定されるので、外付け抵抗２４の値を抵抗２３よりも小さい値に設定される。
【００３０】
また、リモコン通信の場合使用環境に応じて様々な通信距離がある。そこで、外付け抵抗２４で構成することにより使用環境に応じて通信距離が調整しやすくなる。
【００３１】
図３は、受光素子１６、第１及び第２信号処理回路１８及び１９の具体例を示すブロック図である。受光素子１６はフォトダイオードの他に、フォトダイオードの出力電流を電圧変換するＩ−Ｖ変換回路３１、Ｉ−Ｖ変換回路３１の出力電圧を増幅する増幅器３２を含む。また、第１信号処理回路１８は、セレクタ１７の出力信号を増幅する増幅器３３及び増幅器３３の出力信号が印加されるバッファ回路３４を含み、第２信号処理回路１９はセレクタ１７の出力信号を概ねキャリア信号の周波数帯域まで制限するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３５、ＢＰＦ３５の出力信号を増幅する増幅器３６及び増幅器３６の出力信号を検波する検波器３７を含む。さらに、第１及び第２信号処理回路１８及び１９の出力信号の一方を波形整形する波形整形回路３８を含む。
【００３２】
図３ではＩｒＤＡ通信またはリモコン通信に応じてセレクタ信号が切り換わる。ＩｒＤＡ通信の場合、「Ｈ」レベルのセレクタ信号ＳＬが発生するので、セレクタ１７は第１信号処理回路１８側に切り換わり、第１信号処理回路１８がオンし、第２信号処理回路１９はオフする。また、リモコン通信の場合、「Ｌ」レベルのセレクタ信号ＳＬが発生するので、セレクタ１７は第２信号処理回路１９側に切り換わり、第１信号処理回路１８はオフし、第２信号処理回路１９がオンする。
【００３３】
図３において、ＩｒＤＡ通信の場合、Ｉ−Ｖ変換回路３１の出力信号は増幅器３２で増幅された後、さらに増幅器３３で増幅される。増幅器３３の出力信号はバッファ回路３４を介して波形整形回路３８に印加され、波形整形される。波形整形回路１８の出力信号は後段の外部制御回路に伝送される。ＩｒＤＡ通信の場合、受光された赤外線によるデータを電気信号に変換して、電気信号を波形整形して後段の回路に伝送している。
【００３４】
一方、リモコン通信の場合、セレクタ１７の出力信号はＢＰＦ３５で帯域制限された後、増幅器３６で増幅され、検波回路３７で検波される。検波回路３７において、変調信号からキャリア成分が除去され、データ成分が抽出される。検波回路３７の出力信号は、波形整形回路３７で波形整形された後、後段の回路に伝送される。リモコン通信の場合、変換された電気信号を検波し、さらに波形整形して後段の回路に伝送される。
【００３５】
次に、本発明の回路を樹脂封止するパッケージについて図４を参照しながら説明する。図は理解の為に、二つの図を一体にしたもので、上が光半導体装置の平面図、下が前記平面図のＡ−Ａ´線における断面図である。
【００３６】
まず、リードフレームがある。このリードフレームは、アイランド４１とリード４２とにより構成され、ここではＣｕより成り、この上に図１の駆動回路１４、受光素子１６、信号処理回路１８及び１９、モード切替回路２０を含む半導体チップ５３、発光素子１５を含む半導体チップ５４が半田等の固着手段を介して固定されている。
【００３７】
また、半導体チップ５３、５４にボンディングパッド（図示せず）が形成され、これに対応してチップの周囲から外部へ複数のリード５２が延在され、チップ５３及び５４との間を金属細線（図示せず）で接続されている。
【００３８】
上記のリードの先端及び半導体チップを所定の波長に対して透明な樹脂封止体６０で封止されている。この封止体６０には、光が反射される面６１を有する溝６２が設けられている。そして、面６１のおいては、界面の両側の空気と樹脂の屈折率の違いにより反射面となる。
【００３９】
半導体チップ５４の上部から発光された光は、実線の如く、樹脂封止体６０中を上方向に進み、光は面６１で反射され図１の右方向に進むようになり、樹脂封止体６０の側面Ｅから射出される。また、樹脂封止体６０の側面Ｅに入射された光は、一点鎖線の如く面６１で反射され、下向きに入射光が進み、半導体チップ５３の受光素子１６に受光される。面６１により、入射された時の光の強度で受光用半導体チップ５３に受光される。よって、反射面となる面６１を有する溝を第１及び第２半導体チップ上に形成することにより、樹脂封止体１５の側面で光の出し入れが可能になる。
【００４０】
本発明では、駆動回路１４は、発光素子１５とは異なる他の半導体基板上である受光用の第１半導体チップ５３に集積化される。例えば、ＬＥＤ等の発光素子は一般にＩＶ−Ｖ族（例えば、ＧａＡｓ）で構成され、駆動回路系や電流電圧変換回路系の回路構成はＳｉ基板上に集積化されることが一般的である。よって、同一半導体基板上に、発光用駆動回路１４と発光素子１５とを容易に集積化することはできない。そこで、駆動回路１４を第１半導体チップ５３に集積化することによって、発光用の回路と受光用の回路とを、たった２つの半導体チップで構成することができ、かつ、発光及び受光系統を有するモジュールを効率的に１パッケージに収容できる。
【００４１】
尚、樹脂封止体６０の外形は図４のものに限らず、例えばリードが形成される樹脂封止体２０の側面の高さと、光が入射及び射出される側面の高さとを異なるようにし、光が入射及び射出される側面側を凸部に成すことによって、反射面を形成してもよい。よって、樹脂封止体２０に溝２２を形成することなく、面２１を形成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に依れば、１つの発光素子及び受光素子で異なる種類の赤外線データを送受信できるので、部品点数を削減することができ、セット機器の小型化及び薄型化に寄与させることができる。
【００４３】
また、樹脂封止体に反射面を持つ溝を形成したことにより樹脂封止体の側面から光を射出することができるので、小型化及び薄形化された光半導体装置を提供することができ、さらにはそれを使用したセット機器の小型化や薄形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動回路１４の具体回路例を示す回路図である。
【図３】図１の受信側の回路を示すブロック図である。
【図４】図１の回路図を樹脂封止するパッケージを示す平面図及び断面図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【図６】従来例を示す斜視図である。

Claims

少なくとも通信距離の異なる２つの通信形態の入力データを送受信する光半導体装置であって、
唯一の受光素子と、
前記受光素子の出力電流を電圧変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅器と、
一方の通信形態の場合、該受光素子からの出力信号を処理する第１信号処理回路と、
他方の通信形態の場合、該受光素子からの出力信号を処理する第２信号処理回路と、
所定の波長の赤外線光を発光する唯一の発光素子と、
前記発光素子を駆動する駆動回路と、を有し、
前記入力データの通信形態に応じて、前記増幅器の出力電圧は前記第１信号処理回路または前記第２信号処理回路に入力され、前記駆動回路は前記発光素子の発光パワーを切り替えるように駆動能力を変更することを特徴とする光半導体装置。
前記第１信号処理回路は、前記受光素子からの出力信号を波形整形して、後段の回路に伝送することを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
前記第２信号処理回路は、前記受光素子からの出力信号を検波する検波手段及び該検波手段の出力信号を波形整形する波形整形手段を含むことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
前記一方の通信形態はＩｒＤＡ通信であり、他方の通信形態はリモートコントロール通信であることを特徴とする請求項２または３記載の光半導体装置。
前記受光素子、第１及び第２信号処理回路を同一の半導体基板上に集積化した第１半導体チップと、
受光素子の受光面を上にして前記第１半導体チップを封止するとともに、所定の光の波長に対して透明な樹脂封止体と、
前記第１半導体チップの上部の樹脂封止体に形成され、受光面の垂線と所定の角度で交差する反射面とから成り、前記樹脂封止体の側面で光を入射させることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
ＩｒＤＡ通信の場合前記駆動能力を低くし、前記リモートコントロール通信の場合前記駆動能力を高くすることを特徴とする請求項４記載の光半導体装置。
前記発光素子を前記第１半導体チップと異なる半導体基板上に集積化した第２半導体チップを備え、前記反射面が発光面の垂線に対して所定の角度で交差するように第２半導体チップも前記樹脂封止体に樹脂封止するとともに、前記樹脂封止体の側面で光を入射させることを特徴とする請求項５記載の光半導体装置。
前記駆動回路を、前記第１半導体チップ上に集積化することを特徴とする請求項７記載の半導体装置。