CN109801982A - S/n比改进的光电检测器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
S/N比改进的光电检测器件及其制造方法。一种光电检测器件包括：基板；光电半导体元件，其设置在基板上；第一树脂层，其包括第一透明树脂，设置在光电半导体元件上；以及第二树脂层，其包括第二透明树脂，设置在基板上。第二树脂层被分成设置在基板上并围绕光电半导体元件的侧壁的包含遮光填料的含填料树脂下部以及设置在含填料树脂下部上并围绕第一树脂层的侧壁的至少一部分的不包含遮光填料的不含填料树脂上部。
Description
技术领域
当前所公开的主题涉及一种作为光电传感器和照度传感器操作的光电检测器件及其制造方法。
背景技术
图6A是示出第一现有技术光电检测器件的横截面图，图6B是图6A的光电检测器件的平面图。需要注意的是，图6A是沿图6B的线A-A截取的横截面图。参见JP2007-036109A的图1B和图2。
在图6A和图6B中，光电检测器件100-1由安装有光电半导体元件102(例如，光电二极管和光电晶体管)的印刷布线基板101构成。另外，用作凸透镜的凸形有机硅树脂层103形成在光电半导体元件102上。此外，使用转印模塑工艺(transfer molding process)来形成遮光树脂层104-1以围绕光电半导体元件102和凸形有机硅树脂层103的侧壁。因此，由遮光树脂层104-1将光电半导体元件102和凸形有机硅树脂层103密封。
在图6A和图6B中，由于光电半导体元件102的侧壁被遮光树脂层104-1完全覆盖，所以可减小从光电半导体元件102的侧壁入射到其中的干扰光的影响。在这种情况下，遮光树脂层104-1的开口OP10越小，转印模塑工艺中所使用的金属模具的制造成本越低。
然而，图6A和图6B的光电检测器件100-1中，遮光树脂层104-1必须使用转印模塑工艺来形成，以避开凸形有机硅树脂层103。为此，转印模塑工艺中提供的具有与凸形有机硅树脂层103的突出部分对应的开口的金属模具与凸形有机硅树脂层103的突出部分准确地对准，这将需要大规模生产工艺中的高精度对准技术。这将增加制造成本。
另外，在图6A和图6B的光电检测器件100-1中，光取入(taken-in)面积S10与凸形有机硅树脂层103的开口OP10相同，即，
S10＝OP10
由于凸形有机硅树脂层103的开口OP10相对小，所以光取入面积S10也小。结果，图6A和图6B的光电检测器件100-1的光取入效率将较小，从而信噪(S/N)比减小。
图7A是示出第二现有技术光电检测器件的横截面图，并且图7B是图7A的光电检测器件的平面图。需要注意的是，图7A是沿图7B的线A-A截取的横截面图。参见JP2007-036109A的图5和图6。
在图7A和图7B中，光电检测器件100-2具有遮光树脂层104-2，代替图6A和图6B的光电检测器件100-1的遮光树脂层104-1。在这种情况下，遮光树脂层104-2的高度小于图6A和图6B的遮光树脂层104-1的高度，以使得遮光树脂层104-2的开口OP20大于图6A和图6B的遮光树脂层104-1的开口OP10。即使在这种情况下，光取入面积S20也与凸形有机硅树脂层103的开口OP20相同，即，
S20＝OP20>OP10
因此，与图6A和图6B的光电检测器件100-1相比，图7A和图7B的光电检测器件100-2的光取入效率将增加，因此改进了S/N比。
然而，即使在图7A和图7B的光电检测器件100-2中，遮光树脂层104-2也必须使用转印模塑工艺来形成以避开凸形有机硅树脂层103。为此，转印模塑工艺中提供的具有与凸形有机硅树脂层103的突出部分对应的开口的金属模具与凸形有机硅树脂层103的突出部分准确地对准，这将需要大规模生产工艺中的高精度对准技术。这将增加制造成本。具体地讲，在转印模塑工艺中，如果金属模具相对于凸形有机硅树脂层103的突出部分的中心偏离，则凸形有机硅树脂层103将被压碎。另外，由于凸形有机硅树脂层103的开口OP20仍较小，所以S/N比仍较小。
因此，在图6A和图6B以及图7A和图7B的上述现有技术光电检测器件100-1和100-2中，无法确立S/N比的改进和制造成本的降低二者。
发明内容
当前所公开的主题寻求解决上述问题中的一个或更多个。
根据当前所公开的主题，一种光电检测器件，包括：基板；光电半导体元件，其设置在基板上；第一树脂层，其包括第一透明树脂，设置在光电半导体元件上；以及第二树脂层，其包括第二透明树脂，设置在基板上。第二树脂层被分成设置在基板上并围绕光电半导体元件的侧壁的包含遮光填料的含填料树脂下部以及设置在含填料树脂下部上并围绕第一树脂层的侧壁的至少一部分的不包含遮光填料的不含填料树脂上部。因此，由于光电半导体元件的上表面上方的第一树脂层和不含填料树脂上部均为透明的，所以光电检测器件的光取入面积由光电半导体元件的光接收面积或大于光电半导体元件的光接收面积的面积来确定。
另外，一种制造光电检测器件的方法包括以下步骤：在基板上安装光电半导体元件；将第一透明树脂灌封在光电半导体元件上；使第一透明树脂热固化以形成第一树脂层；将包含遮光填料的第二透明树脂灌封在第一树脂层上，第二透明树脂从第一树脂层向下滑以形成第二树脂层，以覆盖光电半导体元件的侧壁以及第一树脂层的侧壁的至少一部分；第二树脂层内的遮光填料由于重力而下落；在下落之后使第二树脂层热固化，以使得第二树脂层被分成覆盖光电半导体元件的侧壁的包含遮光填料的含填料树脂部分以及覆盖第一树脂层的至少一部分的不包含遮光填料的不含填料树脂部分。
因此，根据当前所公开的主题，由于光电检测器件的光取入面积由光电半导体元件的光接收面积或大于光电半导体元件的光接收面积的面积来确定，所以光电检测器件的光取入面积可增大，因此改进了S/N比。另外，由于在制造方法中不需要金属模具，所以制造成本可降低。
附图说明
与现有技术相比，从以下结合附图进行的特定实施方式的描述，当前所公开的主题的以上和其它优点和特征将更显而易见，附图中：
图1A是示出根据当前所公开的主题的光电检测器件的第一实施方式的横截面图；
图1B是图1A的光电检测器件的平面图；
图2A至图2E是用于说明图1A和图1B的光电检测器件的制造方法的横截面图；
图3A和图3B是分别示出图1A的光电检测器件的第一和第二改型的横截面图；
图4A是示出根据当前所公开的主题的光电检测器件的第二实施方式的横截面图；
图4B是图4A的光电检测器件的平面图；
图5A和图5B是分别示出图4A的光电检测器件的第一和第二改型的横截面图；
图6A是示出第一现有技术光电检测器件的横截面图；
图6B是图6A的光电检测器件的平面图；
图7A是示出第二现有技术光电检测器件的横截面图；以及
图7B是图7A的光电检测器件的平面图。
具体实施方式
图1A是示出根据当前所公开的发明的光电检测器件的第一实施方式的横截面图，图1B是图1A的光电检测器件的平面图。需要注意的是，图1A是沿图1B的线A-A截取的横截面图。
在图1A和图1B中，光电检测器件10-1由安装有约100至200μm厚的光电半导体元件2(例如，光电二极管和光电晶体管)的印刷布线基板1构成。另外，在印刷布线基板1的上表面的周边上形成由陶瓷制成的矩形框架3。此外，用作凸透镜的凸形树脂层4-1形成在光电半导体元件2上。凸形树脂层4-1由热固性透明树脂(例如，有机硅树脂)制成。在这种情况下，框架3的高度大于光电半导体元件2的高度并且小于光电半导体元件2和凸形树脂层4-1的总高度。此外，在框架3与光电半导体元件2和凸形树脂层4-1中的每一个之间在印刷布线基板1上形成树脂层5。
树脂层5具有与框架3基本上相同的高度，并且包含诸如有机硅树脂的热固性透明树脂。树脂层5由含填料树脂下部51和不含填料树脂上部52构成。在这种情况下，含填料树脂下部51包含由TiO2、Al2O3等制成的约10至50μm直径的反射填料5a以呈现反射或遮光特性，而不含填料树脂上部52不包含反射填料以呈现透明特性。
含填料树脂下部51围绕光电半导体元件2的侧壁。因此，从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光可减少。
另一方面，不含填料树脂上部52围绕凸形树脂层4-1的侧壁的一部分。因此，在光电半导体元件2的上表面上方仅存在均为透明的凸形树脂层4-1和不含填料树脂上部52。结果，光电检测器件10-1的光取入面积S1由大于树脂层5的开口OP1的光电半导体元件2的光接收面积确定。换言之，光取入面积S1约与光电半导体元件2的面积相同，但是光取入面积S1实际上略小于光电半导体元件2的面积。因此，光取入面积S1大于树脂层5的开口OP1，即，
S1>OP1
S1>OP10(图6A和图6B)
S1>OP20(图7A和图7B)
与图6A和图6B以及图7A和图7B的光电检测器件100-1和100-2相比，图1A和图1B的光电检测器件10-1的S/N比可改进。
现在将参照图2A至图2E说明图1A和图1B的光电检测器件10-1的制造方法。
首先，参照图2A所示的光电半导体元件安装步骤，在印刷布线基板1的印刷布线图案上安装光电半导体元件2。
接下来，参照图2B所示的框架粘附步骤，通过粘合剂将矩形框架2粘附到印刷布线基板1的上表面的周边上。需要注意的是，可在图2A的光电半导体安装步骤之前执行图2B的框架粘附步骤。
接下来，参照图2C所示的有机硅树脂灌封和热固化步骤，将布撒器D的喷嘴置于光电半导体元件2的中心上方。然后，将有机硅树脂R1灌封在光电半导体元件2上。在这种情况下，光电半导体元件2上的有机硅树脂R1由于表面张力现象而变为凸形。然后，在诸如约150℃的高温下将器件退火约1小时以使有机硅树脂R1热固化，以在光电半导体元件2上形成凸形树脂层4-1。
接下来，参照如图2D所示的含反射填料有机硅树脂灌封步骤，将布撒器D的喷嘴置于凸形树脂层4-1的中心上方。然后，将有机硅树脂的含反射填料有机硅树脂R2灌封在凸形树脂层4-1上。因此，含反射填料有机硅树脂R2由于重力而在凸形树脂层4-1的表面上向下滑，以使得树脂层5填充在框架3与光电半导体元件2和凸形树脂层4-1中的每一个之间。需要注意的是，预先调节含反射填料有机硅树脂R2中的反射填料5a的量，以使得稍后将形成的含填料树脂下部51的高度与光电半导体元件2的高度一致。另外，为了使含反射填料有机硅树脂R2在凸形树脂层4-1上容易地向下滑，优选凸形树脂层4-1的顶部更尖锐。
最后，参照图2E所示的反射填料下落和热固化工艺，在诸如约60至100℃的低温下将器件退火若干小时，以使得反射填料5a由于重力而在含反射填料有机硅树脂R2内下落。结果，树脂层5被分成包含反射填料5a的含填料树脂下部51以及不包含反射填料5a的不含填料树脂上部52。此后，在诸如150℃的高温下将器件退火约一小时，以使含填料树脂下部51和不含填料树脂上部52热固化。因此，图1A和图1B的光电检测器件10-1完成。
根据如图2A至图2E所示的制造方法，由于不需要金属模具，所以制造成本可降低。
在示出图1A的光电检测器件10-1的第一改型的图3A中，光电检测器件10-1A包括框架3A，代替图1A的框架3，另外，包括不含填料树脂上部52A，代替图1A的不含填料树脂上部52。在图3A中，框架3A的高度约与光电半导体元件2和凸形树脂层4-1的总高度相同。除了图2D的含反射填料有机硅树脂R2的灌封量略微增加之外，光电检测器件10-1A的制造方法约与图2A至图2E所示的方法相同。另外，调节含反射填料有机硅树脂R2的反射填料5a的量，以使得含填料树脂下部51的厚度接近光电半导体元件2的厚度。
在图3A中，由于反射性的含填料树脂下部51覆盖光电半导体元件2的侧壁，所以从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光的影响可减小。另外，由于透明的不含填料树脂上部52A完全覆盖凸形树脂层4-1的侧壁，所以均为透明的凸形树脂层4-1和不含填料树脂上部52A被置于光电半导体元件2上方，以使得光取入面积S1A约与光电半导体元件2的面积相同，即，
S1A＝S1
因此，S/N比可按照与图1A的光电检测器件10-1中相同的方式增加。
在示出图1A的光电检测器件10-1的第二改型的图3B中，光电检测器件10-1B包括框架3B，代替图1A的框架3，另外，包括不含填料树脂上部52B，代替图1A的不含填料树脂上部52。在图3B中，框架3B的高度大于光电半导体元件2和凸形树脂层4-1的总高度。除了图2D的含反射填料有机硅树脂R2的灌封量进一步增加之外，光电检测器件10-1B的制造方法约与图2A至图2E所示的方法相同。另外，调节含反射填料有机硅树脂R2的反射填料5a的量，以使得含填料树脂下部51的厚度接近光电半导体元件2。
即使在图3B中，由于反射性的含填料树脂下部51覆盖光电半导体元件2的侧壁，所以从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光的影响也能减小。另外，由于透明的不含填料树脂上部52B完全覆盖凸形树脂层4-1的侧壁，所以均为透明的凸形树脂层4-1和不含填料树脂上部52B被置于光电半导体元件2上方，以使得光取入面积S1B约与光电半导体元件2的面积相同，即，
S1B＝S1
S/N比可按照与图1A的光电检测器件10-1中相同的方式增加。
因此，在图1A的光电检测器件10-1、图3A的光电检测器件10-1A和图3B的光电检测器件10-1B中，无论不含填料树脂上部52、52A和52B的厚度如何，光取入面积S1、S1A和S1B由光电半导体元件2确定，以使得S/N比可改进。
在图1A、图3A和图3B中，当凸形树脂层4-1预期作为凸透镜操作时，使凸形树脂层4-1的有机硅树脂的组分不同于树脂层5的有机硅树脂的组分，以使得凸形树脂层4-1的折射率大于树脂层5的折射率。
图4A是示出根据当前所公开的发明的光电检测器件的第二实施方式的横截面图，图4B是图4A的光电检测器件的平面图。需要注意的是，图4A是沿图4B的线A-A截取的横截面图。
在图4A和图4B中，光电检测器件10-2由球形树脂层4-2构成，该球形树脂层4-2由透明树脂制成，代替图1A和图1B的光电检测器件10-1的凸形树脂层4-1。含填料树脂下部51围绕光电半导体元件2的侧壁。因此，从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光可减少。
另一方面，不含填料树脂上部52围绕球形树脂层4-2的侧壁的一部分。因此，在光电半导体元件2的上表面上方仅存在均为透明的球形树脂层4-2和不含填料树脂上部52。在这种情况下，从上看，球形树脂层4-2从光电半导体元件2突出。另外，球形树脂层4-2用作凸透镜。因此，球形树脂层4-2的突出部分的光取入面积对光电检测器件10-2的光取入面积S2作出贡献。结果，光电检测器件10-2的光取入面积S2由比光电半导体元件2的光接收面积(大于树脂层5的开口OP2)更大的面积确定。因此，光取入面积S2大于图1A和图1B的光电检测器件10-1的光取入面积S1，即，
S2>OP2
S2>S1
与图1A和图1B的光电检测器件10-1相比，图4A和图4B的光电检测器件10-2的S/N比可改进。除了图2C的有机硅树脂R1的灌封量略微增加之外，光电检测器件10-2A的制造方法约与图2A至图2E所示的方法相同。在这种情况下，有机硅树脂R1由于表面张力而变为球形。另外，从上看，球形树脂R1的部分从光电半导体元件2突出。此后，在诸如150℃的高温下将器件退火约一小时，以使有机硅树脂R1固化。因此，形成球形树脂层4-2。
即使在图4A和图4B的光电检测器件10-2的制造方法中，由于不需要金属模具，所以制造成本也能降低。
在示出图4A的光电检测器件10-2的第一改型的图5A中，光电检测器件10-2A包括框架3A，代替图1A的框架3，另外，包括不含填料树脂上部52A，代替图4A的不含填料树脂上部52。在图3A中，框架3A的高度约与光电半导体元件2和球形树脂层4-2的总高度相同。除了图2D的含反射填料有机硅树脂R2的灌封量略微增加之外，光电检测器件10-2A的制造方法约与图2A至图2E所示的方法相同。另外，调节含反射填料有机硅树脂R2的反射填料5a的量，以使得含填料树脂下部51的厚度接近光电半导体元件2。
在图5A中，由于反射性的含填料树脂下部51覆盖光电半导体元件2的侧壁，所以从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光的影响可减小。另外，由于透明的不含填料树脂上部52A完全覆盖球形树脂层4-2的侧壁，所以均为透明的球形树脂层4-2和不含填料树脂上部52A被置于光电半导体元件2上方，以使得光取入面积S2A大于光电半导体元件2的面积，即，
S2A>S2
因此，S/N比可按照与图4A的光电检测器件10-2中相同的方式增加。
在示出图4A的光电检测器件10-2的第二改型的图5B中，光电检测器件10-2B包括框架3B，代替图4A的框架3，另外，包括不含填料树脂上部52B，代替图4A的不含填料树脂上部52。在图5B中，框架3B的高度大于光电半导体元件2和球形树脂层4-2的总高度。除了图2D的含反射填料有机硅树脂R2的灌封量进一步增加之外，光电检测器件10-2B的制造方法约与图2A至图2E所示的方法相同。另外，调节含反射填料有机硅树脂R2的反射填料5a的量，以使得含填料树脂下部51的厚度接近光电半导体元件2。
即使在图5B中，由于反射性的含填料树脂下部51覆盖光电半导体元件2的侧壁，所以从光电半导体元件2的侧壁入射到其中的干扰光的影响也能减小。另外，由于透明的不含填料树脂上部52B完全覆盖球形树脂层4-2的侧壁，所以均为透明的球形树脂层4-2和不含填料树脂上部52B被置于光电半导体元件2上方，以使得光取入面积S2B大于光电半导体元件2的面积，即，
S2B>S2
S/N比可按照与图4A的光电检测器件10-2中相同的方式增加。
因此，在图4A、图5A和图5B的光电检测器件10-2、10-2A和10-2B中，不管不含填料树脂上部52、52A和52B的厚度如何，光取入面积S2、S2A和S2B由比光电半导体元件2更大的面积确定，以使得S/N比可改进。
在图4A、图5A和图5B中，当球形树脂层4-2预期作为凸透镜操作时，使球形树脂层4-2的有机硅树脂的组分不同于树脂层5的有机硅树脂的组分，以使得球形树脂层4-2的折射率大于树脂层5的折射率。
在上述实施方式中，在印刷布线基板1上设置框架3。然而，可提供聚集印刷布线基板，代替多个印刷布线基板1。在这种情况下，在聚集布线基板上安装多个光电半导体，并且在聚集布线基板的表面的周边上设置框架。然后，灌封第一透明树脂并使其热固化，此后，灌封包含反射填料的第二透明树脂并使其热固化。最后，通过刀片将聚集布线基板切割成单独的光电检测器件。
另外，在上述实施方式中，反射填料5a可被周边通过芯材料固定的炭黑所制成的吸光填料代替。反射填料5a和吸光填料呈现遮光特性。
此外，在上述实施方式中，可使用印刷布线基板1以外的基板。
对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离当前所公开的主题的精神或范围的情况下，可对当前所公开的主题进行各种修改和变化。因此，当前所公开的主题旨在涵盖对当前所公开的主题的修改和变化，只要其落入所附权利要求及其等同物的范围内即可。上文以及本说明书的背景技术部分中所描述的所有相关或现有技术参考文献整体通过引用并入本文。
本申请要求2017年11月16日提交的日本专利申请No.JP2017-220847的优先权，其公开整体通过引用并入本文。
Claims (19)
1.一种光电检测器件，该光电检测器件包括：
基板；
光电半导体元件，该光电半导体元件设置在所述基板上；
第一树脂层，该第一树脂层包含第一透明树脂，设置在所述光电半导体元件上；以及
第二树脂层，该第二树脂层包含第二透明树脂，设置在所述基板上，
所述第二树脂层包括：含填料树脂下部，该含填料树脂下部包含遮光填料，设置在所述基板上并围绕所述光电半导体元件的侧壁；以及不含填料树脂上部，该不含填料树脂上部不包含所述遮光填料，设置在所述含填料树脂下部上并围绕所述第一树脂层的侧壁的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的光电检测器件，该光电检测器件还包括：
框架，该框架设置在所述基板的上表面的周边处，围绕所述第二树脂层。
3.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第一树脂层为凸形。
4.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第一树脂层为球形。
5.根据权利要求4所述的光电检测器件，其中，从上看，所述第一树脂层的一部分从所述光电半导体元件突出。
6.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述遮光填料是反射填料。
7.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述遮光填料是吸光填料。
8.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第一透明树脂的折射率大于所述第二透明树脂的折射率。
9.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第二树脂层的高度小于所述光电半导体元件和所述第一树脂层的总高度。
10.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第二树脂层的高度等于所述光电半导体元件和所述第一树脂层的总高度。
11.根据权利要求1所述的光电检测器件，其中，所述第二树脂层的高度大于所述光电半导体元件和所述第一树脂层的总高度。
12.一种制造光电检测器件的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上安装光电半导体元件；
将第一透明树脂灌封在所述光电半导体元件上；
使所述第一透明树脂热固化以形成第一树脂层；
将包含遮光填料的第二透明树脂灌封在所述第一树脂层上，所述第二透明树脂从所述第一树脂层向下滑形成第二树脂层，以覆盖所述光电半导体元件的侧壁和所述第一树脂层的侧壁的至少一部分；
所述第二树脂层内的所述遮光填料由于重力而下落；
在所述下落之后使所述第二树脂层热固化，以使得所述第二树脂层被分成覆盖所述光电半导体元件的所述侧壁的包含所述遮光填料的含填料树脂部分、以及覆盖所述第一树脂层的所述至少一部分的不包含所述遮光填料的不含填料树脂部分。
13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在灌封所述第一透明树脂的步骤之前，将框架粘附在所述基板的上表面的周边上。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一树脂层为凸形。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一树脂层为球形。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，从上看，所述第一树脂层的一部分从所述光电半导体元件突出。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述遮光填料是反射填料。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述遮光填料是吸光填料。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一透明树脂的折射率大于所述第二透明树脂的折射率。
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