JP2008028220A - 照度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】照度センサにおいて、製造の歩留まりを高くする。
【解決手段】照度センサ１は、可視光及び長波長光に感度を有する光検出部３と、光検出部３に発生する光検出信号を、増幅等の処理を行なって出力する信号処理回路４と、信号処理回路４からの光検出信号を外部に出力するためのボンディングパッド６とを基板表面２１側に備え、長波長光を遮光するための光学フィルタ７を基板裏面１５側に備える。光学フィルタ７が、ボンディングパッド６が配されていない基板裏面１５側に設けられるので、光学フィルタ７の位置ずれによるワイヤボンディング不良等が発生せず、歩留まりが高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体を用いた照度センサに関する。

従来から、半導体の基板上に形成されたフオトダイオードを用いた照度センサが知られている。照度センサは、通常、人の視感度特性と同等の光波長感度特性が要求されるため、フオトダイオードを照度センサとして用いる場合、フオトダイオードが本来有している赤外領域の感度を低下させるための調整が行われる。この赤外領域の感度低下は、例えば、赤外領域の光を遮光する光学フィルタに入射光を通すことにより行なわれる。

このような光学フィルタを用いる照度センサとしては、例えば特許文献１に示されるように、基板の上に酸化シリコン薄膜と酸化チタン薄膜とを交互に真空蒸着し、赤外領域の光を遮光する光学フィルタを形成したものがある。

しかしながら、上述した特許文献１に示される照度センサにおいては、光学フィルタを基板の回路形成面側に蒸着している。特許文献１のように光学フィルタを基板の回路形成面側に蒸着している従来の照度センサについて図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）は、照度センサ１０１の光入射側の面を、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線における照度センサ１０１の断面を示す。照度センサ１０１は、可視光領域内の光と可視光領域外の光のうちの長波長側の光とに感度を有する光検出部１０３と、長波長側の光を遮断する光学フィルタ１０７と、光検出部１０３に発生する光検出信号に、増幅等の処理を行なって出力する信号処理回路１０４と、信号処理回路１０４からの信号を外部に出力するためのボンディングパッド１０６と、ボンディングパッド１０６と電極１１３とを繋ぐワイヤ１３１とを備え、透明又は、光透過性の封止樹脂１０８に包まれている。光学フィルタ１０７は、光検出部１０３を覆うために必要な部分のみに形成されている。そして、ボンディングパッド１０６の上に光学フィルタ１０７が形成されてしまうと、ワイヤボンディング不良となる。また、光学フィルタ１０７が光検出部１０３を十分に覆っていないと長波長光の除去が不十分になり、可視光の検出不良となる。

このように、光学フィルタ１０７を必要な部分のみに形成するパターニング工程でのマスクのズレ等によって、光学フィルタ１０７の位置がずれると、ワイヤボンディング不良や可視光の検出不良となる。従って、パターニング処理を正確に行なわないと、規格を満足しない照度センサが増加して、製造の歩留まりが低くなる。
特開２００１−３０８３５１号公報

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、光学フィルタのパターニング工程を省いて製造コストを安くすると共に、製造の歩留まりを高くすることが可能な照度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、可視光領域内の光（以下、可視光という）、及び可視光領域外の光のうちの長波長側の光（以下、長波長光という）に感度を有する光検出部と、前記長波長光を遮光するための光学フィルタと、前記光学フィルタを介して前記光検出部に光が入射したときに前記光検出部に発生する前記可視光に対応した光検出信号を出力する信号処理回路と、前記信号処理回路からの信号を外部に出力するためのフリップ実装用バンプと、を基板に備えた照度センサにおいて、前記光学フィルタが、前記基板における回路形成面の裏面に設けられたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照度センサにおいて、前記光学フィルタが、前記裏面の全面に設けられたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照度センサにおいて、前記回路形成面に接合され、該面を保護する保護用ガラスと、前記保護用ガラスを貫通し、前記信号処理回路からの信号を前記フリップ実装用バンプへ伝達する電極取り出し用金属膜と、を備え、前記保護用ガラスは、前記基板との接合面に保護用ガラス掘り込み部を有するものである。

請求項４の発明は、請求項３に記載の照度センサにおいて、前記保護用ガラス掘り込み部に、該ガラス掘り込み部への入射光を反射する反射用金属膜が形成されたものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の照度センサにおいて、前記保護用ガラス掘り込み部の形状が球面状であるものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照度センサにおいて、前記回路形成面の裏面側における基板の厚みを薄くするために、該基盤の回路形成面の裏面が物理的又は化学的方法により削られたものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の照度センサにおいて、前記基板は、前記光検出部の裏面に対向する領域に掘り込み部を有するものである。

請求項１の発明によれば、光学フィルタを、基板の回路形成面の裏側に設けるので、光学フィルタの位置ずれによるワイヤボンディング不良が発生せず、歩留まりが高くなる。

請求項２の発明によれば、光学フィルタを基板の回路形成面の裏側の全面に設けるので、光学フィルタのパターニング工程を省くことができ、製造コストが安くなると共に、光学フィルタが光検出部を十分に覆わないことに起因する可視光の検出不良を防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、回路形成面に保護用ガラスを接合することにより、回路形成面を外部の環境から保護するので、従来の照度センサにおいて必要であった封止樹脂（図９（ａ）（ｂ）中の１０８参照）を取り除くことができ、照度センサを小型化、低背化することができる。

請求項４の発明によれば、保護用ガラス掘り込み部に、反射用金属膜を形成するので、該掘り込み部に入射する光が、反射用金属膜によって光検出部へ反射し、照度センサの光検出効率を上げることができる。

請求項５の発明によれば、保護用ガラス掘り込み部の形状が球面状であるので、該掘り込み部において光検出部から離れた部分に入射する光も光検出部へ反射することができ、照度センサの光検出効率を更に上げることができる。

請求項６の発明によれば、回路形成面の裏面側の基板の厚みが薄いので、基板を透過するときの入射光の減衰量が減少し、照度センサの光検出効率を上げることができる。

請求項７の発明によれば、基板は、光検出部の裏面に対向する領域に掘り込み部を有し、基盤の厚みは光検出部分のみが薄いので、基板の機械強度の低下を抑えつつ、照度センサの光検出効率を上げることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る照度センサについて図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ）は、照度センサ１の光入射側の面を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線における照度センサ１の断面を示す。照度センサ１は、可視光領域内の光（以下、可視光という）、及び可視光領域外の光のうちの長波長側の光（以下、長波長光という）に感度を有する光検出部３と、光検出部３に光が入射することにより光検出部３に発生する光検出信号に、増幅等の処理を行なって出力する信号処理回路４と、信号処理回路４からの信号を外部に出力するためのボンディングパッド６とを基板２の一方の面（以下、基板表面という）２１に備え、他方の面（以下、基板裏面という）１５に、長波長光を遮光するための光学フィルタ７を備えている。ボンディングパッド６上には、配線アルミ５が配せられ、フリップ実装用バンプ１２を介して電極１３と接続されている。

さらに、照度センサ１は、光学フィルタ７を通過していない入射光が光検出部３へ入射するのを遮光する遮光アルミ１１を備えている。また、照度センサ１は、基板表面２１、配線アルミ５、及び遮光アルミ１１等を絶縁保護する１層目絶縁膜８、中間絶縁膜９、及び保護膜１０を備え、透明又は光透過性のある封止樹脂１６により包囲されている。

上述の各構成要素を説明する。光検出部３は、例えば、基板２に形成されたフオトダイオードであり、光を受光すると光検出信号を発生する。信号処理回路４は、例えば、基板２に形成されたトランジスタ等により、光検出部３に発生した光検出信号に増幅等の処理を行なう。

光学フィルタ７は、光検出部３に入射する長波長光を遮断するためのものであり、長波長光成分を反射若しくは吸収することにより長波長光の透過を阻止すると共に、可視光成分を透過させる多層膜干渉フィルタにより形成されている。多層膜干渉フィルタは、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて酸化シリコンや酸化チタンの薄膜を積層することにより形成されている。必要部分のみに光学フィルタ７を形成するため、薄膜作成時に成膜領域に対応する開口を有したマスクを用いてパターニングを行う。

遮光アルミ１１は、光検出部３への基板側面等からの外乱光を遮断して、光学フィルタ７を通過した光のみが光検出部３に入射するように形成されている。遮光アルミ１１は、例えば、アルミニウムの蒸着薄膜により形成されている。

１層目絶縁膜８は、基板２を配線アルミ５等と絶縁し、中間絶縁膜９は配線アルミ５を遮光アルミ１１等と絶縁し、保護膜１０は遮光アルミ１１を保護する。１層目絶縁膜８、中間絶縁膜９、及び保護膜１０は、例えば、シリコン熱酸化膜やシリコンＣＶＤ酸化膜によって形成される。

次に、上記のように構成された本実施形態に係る照度センサ１の動作を説明する。入射光は、封止樹脂１６を透過し、光学フィルタ７によって長波長光が除かれて可視光のみが光学フィルタ７を通過し、通過した可視光は、減衰しながら基板２を透過し、光検出部３に入いる。光検出部３は、入射した可視光の光量に応じて電圧を発生させて光検出信号を発し、光検出信号は図示していない配線アルミを介して信号処理回路４へ伝達され、信号処理回路４において増幅等の処理が行なわれる。そして、光検知信号は、配線アルミ５、フリップ実装用バンプ１２、電極１３を経由して外部の機器へ伝達される。

このように、光学フィルタ７は、基板裏面１５に形成されており、基板裏面１５には、従来の照度センサと異なり、ボンディングパッドが配されていないので、光学フィルタ７の位置ズレが発生しても、ボンディングパッドが汚染されてワイヤボンディング不良となることがなく、歩留まりが高くなる。また、基板裏面１５にボンディングパッドが配されていないので、光学フィルタ７を覆う面積を広くすることができ、長波長光の除去を十分に行なうことができるので、可視光の検出不良が少なくなる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る照度センサ１について図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、照度センサ１の光入射側の面を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線における照度センサ１の断面を示す。本実施形態に係る照度センサ１は、上記第１の実施形態に係る照度センサ１において、光学フィルタ７が基板裏面１５の全面に形成されたものである。基板裏面１５側からの入射光は、全て光学フィルタ７を通過して光検出部３へ入射される。光学フィルタ７を基板裏面１５の全面に形成するので、光学フィルタ７のパターニング工程を省くことができ、製造コストが安くなる。また、基板裏面１５側より入射する入射光が、全て可視光だけとなるので、光学フィルタ７が光検出部３を十分に覆わないことに起因する可視光の検出不良が少なくなり、製造の歩留まりが高くなる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る照度センサ１について図３を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサ１は、上記第２の実施形態に係る照度センサ１において、回路形成面１４に保護用ガラス１９が接合されたものである。接合は、例えば、陽極接合によって行なわれている。保護用ガラス１９は、回路形成面１４を外部の環境から保護する。また、保護用ガラス１９の光検出部３と信号処理回路４に対応する部分には、保護用ガラス掘り込み部１８が形成されており、保護用ガラス１９が回路形成面１４に接合されるときに、光検出部３や信号処理回路４に傷等の損傷が発生しないようになっている。保護用ガラス掘り込み部１８は、例えばブラスト加工によって形成されている。

また、照度センサ１は、中間絶縁膜９、保護幕１０及び保護用ガラス１９を貫通し、信号処理回路４からの信号を配線アルミ５から外部へ取り出す電極取出し用金属膜１７を備えている。電極取出し用金属膜１７は、フリップ実装用バンプ１２と接合されており、フリップ実装用バンプ１２を介して外部の機器と接合される。電極取出し用金属膜１７は、ＣｕやＡｌのＣＶＤ法によって形成されている。

このように、回路形成面１４が、保護用ガラス１９によって外部の環境から保護されるので、第１及び第２の実施形態の照度センサ１と異なり、封止樹脂１６を取り除くことができ、照度センサ１を小型化、低背化することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る照度センサ１について図４を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサ１は、上記第３の実施形態に係る照度センサ１において、保護用ガラス１９の保護用ガラス掘り込み部１８に、反射用金属膜２０が形成されたものである。反射用金属膜２０は、例えば、アルミ蒸着によって形成されている。これにより、光検出部３を透過した可視光Ｅが、保護用ガラス掘り込み部１８に入射し、反射用金属膜２０によって反射光Ｆが光検出部３へ反射されるので、照度センサ１の光検出効率を上げることができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る照度センサ１について図５を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサ１は、上記第４の実施形態に係る照度センサ１において、保護用ガラス掘り込み部１８の形状が球面状にされたものである。保護用ガラス掘り込み部１８の形状が球面状であるので、保護用ガラス掘り込み部１８において光検出部３から離れた部分に入射した可視光Ｇが、反射用金属膜２０によって反射し、反射光Ｈが光検出部３へ入射するので、照度センサ１の光検出効率を上げることができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る照度センサ１について図６を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサ１は、上記第３の実施形態に係る照度センサ１において、基板２の基板裏面１５側を削り、光検出部３の光入射側の面（基板裏面１５）における基板２の厚みを薄くしたものである。寸法Ｊは、基板２の厚みを示す。基板２は、例えば、研磨等による物理的方法や、エッチング等の化学的方法によって削られている。光検出部３の光入射側の面（基板裏面１５）における基板２の厚みが薄くなることにより、光学フィルタ７を透過して入射する可視光の基板２による減衰量が少なくなり、照度センサ１の光検出効率を上げることができる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る照度センサ１について図７を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサは、上記第３の実施形態に係る照度センサ１において、光検出部３に対向する領域の基板２の基板裏面１５側を削り、掘り込み部２２を形成し、光検出部３における基板２の厚みを薄くしたものである。掘り込み部２２は、例えば、エッチング等による化学的方法によって形成される。

これにより、照度センサ１は、掘り込み部２２の部分における基板２の厚みが薄いので、入射する可視光の基板２による減衰量が少なく、照度センサ１の光検出効率を上げることができ、また、掘り込み部２２以外の基板２は、薄くされていないので、基板２の機械的強度の低下を抑えることができる。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態に係る照度センサ１について図８を参照して説明する。本実施形態に係る照度センサは、上記第５の実施形態に係る照度センサ１において、光検出部３に対向する領域の基板２の基板裏面１５側を削り、掘り込み部２２を形成し、光検出部３における基板２の厚みを薄くしたものである。

これにより、光検出部３を透過した可視光や、保護用ガラス掘り込み部１８において光検出部３から離れた部分に入射した可視光が、反射用金属膜２０によって反射して光検出部３へ入射し、また、掘り込み部２２の部分における基板２の厚みが薄いので、入射した可視光の基板２による減衰量が少なく、照度センサ１の光検出効率を上げることができる。また、掘り込み部２２以外の基板２は、薄くされていないので、基板２の機械的強度の低下を抑えることができる。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば保護用ガラス掘り込み部１８の底面の形状は、平面や球面状に限られず、反射光が光検出部３に集まるような傾斜面や曲面でもよい。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る照度センサの平面図、（ｂ）は同照度センサの断面図。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る照度センサの平面図、（ｂ）は同照度センサの断面図。 本発明の第３の実施形態に係る照度センサの断面図。 本発明の第４の実施形態に係る照度センサの断面図。 本発明の第５の実施形態に係る照度センサの断面図。 本発明の第６の実施形態に係る照度センサの断面図。 本発明の第７の実施形態に係る照度センサの断面図。 本発明の第８の実施形態に係る照度センサの断面図。 （ａ）は従来の照度センサの平面図、（ｂ）は同照度センサの断面図。

符号の説明

１ 照度センサ
２ 基板
３ 光検出部
４ 信号処理回路
７ 光学フィルタ
１２ フリップ実装用バンプ
１４ 回路形成面
１５ 基板裏面（裏面）
１７ 電極取出し用金属膜
１８ 保護用ガラス掘り込み部
１９ 保護用ガラス
２０ 反射用金属膜
２２ 掘り込み部

Claims (7)

1. 可視光領域内の光（以下、可視光という）、及び可視光領域外の光のうちの長波長側の光（以下、長波長光という）に感度を有する光検出部と、
   前記長波長光を遮光するための光学フィルタと、
   前記光学フィルタを介して前記光検出部に光が入射したときに前記光検出部に発生する前記可視光に対応した光検出信号を出力する信号処理回路と、
   前記信号処理回路からの信号を外部に出力するためのフリップ実装用バンプと、を基板に備えた照度センサにおいて、
   前記光学フィルタが、前記基板における回路形成面の裏面に設けられたことを特徴とする照度センサ。
2. 前記光学フィルタが、前記裏面の全面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の照度センサ。
3. 前記回路形成面に接合され、該面を保護する保護用ガラスと、
   前記保護用ガラスを貫通し、前記信号処理回路からの信号を前記フリップ実装用バンプへ伝達する電極取り出し用金属膜と、を備え、
   前記保護用ガラスは、前記基板との接合面に保護用ガラス掘り込み部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照度センサ。
4. 前記保護用ガラス掘り込み部に、該ガラス掘り込み部への入射光を反射する反射用金属膜が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の照度センサ。
5. 前記保護用ガラス掘り込み部の形状が球面状であることを特徴とする請求項４に記載の照度センサ。
6. 前記回路形成面の裏面側における基板の厚みを薄くするために、該基盤の回路形成面の 裏面が物理的又は化学的方法により削られたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照度センサ。
7. 前記基板は、前記光検出部の裏面に対向する領域に掘り込み部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の照度センサ。
   

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