JP2013519995A - 近接センサパッケージ構造及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、基板、基板上に配置される2つの第1電気導電層及び複数の第2電気導電層を備える近接センサパッケージ構造に関する。基板は、それぞれ底面及び内側内壁によって画定される第1溝及び第2溝を有する。導電層はそれぞれ、第1溝の底面から、第1溝の内側側壁に沿って、もう一方の第1導電層に対して反対側の方向に、基板の外側側壁まで延在する。第2導電層は、第1導電部分及び第2導電部分を含む。第1導電部分は、第2溝の底面の中央領域に設けられる。第2導電部分は、第2溝の底面から、第2溝の内側側壁に沿って、基板の外側内壁まで延在する。
【選択図】図6

Description

本発明は、近接センサパッケージ構造及びその製造方法に関する。より詳細には、本発明は、センサチップ及び発光チップを備えた近接センサパッケージ構造及びその製造方法に関する。
最近、携帯電話及び携帯デバイスのような数多くのアプリケーションに、赤外線(IR)近接センサが実装されるようになってきている。例えば、このようなアプリケーションの1つとして、IR近接センサを使用した、デジタルカメラのディスプレイの制御及び/又はON/OFFスイッチが挙げられる。ユーザの目のような物体が、IR近接センサの側に設けられたファインダに近づくと、IR近接センサが物体の存在を検出して、ディスプレイをOFFにするコマンドを実行して、ディスプレイが消費する電力分を節約することができる。
図1には、従来の近接センサのパッケージ構造が示されている。図1に示されるように、従来の近接センサパッケージ構造10は、従来の近接センサパッケージ構造10の規定された距離d内に物体12が位置することを検出するのに使用されている。従来の近接センサパッケージ構造10は、IR発光ダイオード(LED)チップ14、センサチップ16、プリント回路基板18及び透光性を有するカバー20を備える。IR LEDチップ14及びセンサチップ16はそれぞれ、プリント回路基板18上に配置されて、外部と電気的に接続される。従来の近接センサパッケージ構造10が動作を開始すると、IR LEDチップ14によって生成され特定の信号を搬送する光が、発散する態様で上方向に出射し、出射した光は、検出されるべき物体12によってセンサチップ16の方向に反射される。特定の信号を搬送する光を受信すると、センサチップ16は、物体12が近くに存在すると判断する。また、プリント回路基板18は、IR LEDチップ14とセンサチップ16との間に設けられ、IR LEDチップ14によって生成され特定の信号を搬送する光が直接センサチップ16によって受光されるのを防ぐパーティション22を有する。また、半透明カバー20は、保護のために、IR LEDチップ14、センサチップ16及びプリント回路基板18を覆う。
IR LEDチップによって放射される光は発散するが、透光性を有するカバーは部分的に反射性を有し、IR LEDチップが放射する光の一部は、光が透光性カバーを通過する時に、透光性カバーによって反射されてセンサチップによって受光され手しまう場合がある。その結果、検出すべき物体から反射された光と、透光性を有するカバーから反射された光との干渉が発生し、センサチップが誤検出してしまう場合がある。さらに、パッケージ構造から光が出射する前に、IR LEDチップからの光をセンサチップが検出してしまうのを防ぐべく、IR LEDチップ及びセンサチップは、従来の近接センサパッケージ構造内において、可能な限り離れて配置されるが、これは、従来の近接センサパッケージ構造のサイズが大きくなってしまうことを意味する。このように当分野では、構成要素の小型化の傾向を満足し、透光性カバーからの反射光によるIR LEDチップから出射した光の干渉を防ぐべく、IR近接センサの構造に改善が求められていた。
本発明の主な課題は、上記のような問題を解決し、近接センサパッケージ構造の検出能力を改善させる、近接センサパッケージ構造及びその製造方法を提供することである。
上記の課題を達成するべく、本発明は、透光性を有さない基板と、基板上に設けられる2つの第1導電層と、基板上に設けられる複数の第2導電層と、発光チップと、センサチップと、2つの封止体とを備える近接センサパッケージ構造を提供する。基板は、第1溝及び第2溝を有する。第1溝及び第2溝はそれぞれ、下面、及び、基板の下面から上面と延在する内側側壁により画定される。2つの第1導電層は、電気的に互いに絶縁される。2つの第1導電層はそれぞれ、第1溝の底面から、第1溝の内側側壁に沿って反対の方向に、基板の外側側壁まで延在する。複数の第2導電層は、互いに電気的に絶縁される。複数の第2導電層は、第1導電部分及び第2導電部分を有する。第1導電部分は、第2溝の底面の中央領域に設けられる。第2導電部分は、第2溝の底面から、第2溝の内側側面沿って、基板の外側側壁まで延在する。発光チップは、第1溝内に配置され、第1導電層と電気的に接続される。センサチップは、第2溝内に配置され、第2導電層と電気的に接続される。封止体は、発光チップ及びセンサチップ上にそれぞれ設けられる。
上記の課題を達成するべく、本発明は、近接センサパッケージ構造を製造する方法を提供する。まず、基板を用意する。基板は第1溝及び第2溝を有する。基板は、透光性を有さない。複数のパターニングされたトレンチが、基板の1以上の面上に形成される。基板のパターニングされたトレンチ内の部分は、粗面を有する。次に、2つの第1導電層及び複数の第2導電層が、基板のパターニングされたトレンチの部分に形成される。その後、発光チップ及びセンサチップがそれぞれ、基板の第1溝及び第2溝内に接着される。発光チップは2つの第1導電層の間に電気的に接続され、センサチップは、第2導電層に電気的に接続される。
既存の技術に対して、本発明が提供する技術的に優位な効果は以下の通りである。本発明の近接センサパッケージ構造の製造方法では、導電層を直接基板上に形成し、発光チップ及びセンサチップを基板の上に配置して、発光チップ及びセンサチップが同じパッケージ構造に内包されるため、近接センサを小型化することができる。また、本発明の近接センサパッケージ構造の基板は、透光性を有さないので、第1溝に配置された発光チップから出射して基板を通過する光を、第2溝に配置されたセンサが誤検出することを防ぐことができる。
従来の近接センサパッケージ構造を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。 本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。 本発明の第2実施形態に係る近接センサパッケージ構造の上面図である。 本発明の第2実施形態に係る近接センサパッケージ構造の別の実装形態を示す上面図である。 本発明に係る近接センサパッケージ構造を使用した物体検出を示した図面である。 本発明の第3実施形態に係る近接センサパッケージ構造の上面図である。
図2−6は、本発明の第1実施形態に係る近接センサパッケージ構造を製造する方法を示した図である。図6は、本発明の一実施形態に係る近接センサパッケージ構造の側面図である。図2に示すように、基板102が用意される。基板102は、第1溝104及び第2溝106を有し、これら溝は、下面100a、及び、基板102の下面100aから上面へと延びる内部側壁100bによって画定されている。一実施形態において、第1溝104は、例えば、お椀形のような、放射形状の溝であるが、これに限定されない。基板102は、非透光性の、例えば、ポリイミド、熱可塑性ポリエステル、架橋PBT、又は、液晶ポリマー等の複合材料によって形成される。複合材料は、レーザーによって活性化され、次の処理の間に、1以上の電気導電層を、複合材料の1以上の表面の上に形成することができる。また、複合材料は、例えば、二酸化チタン、窒化アルミニウム、又は、二酸化ジルコニウムのようなドーパントを含む。レーザー照射によって活性化されると、ドーパントは、金属触媒となる。一実施形態において、基板102を形成する方法は、射出成型であるが、これに限定されない。その他の成形プロセスを使用して、基板102を形成してもよい。
次に、図3に示すように、レーザービームを直接基板102の表面に照射して、基板102の表面の一部を浸食させて、複数のパターンニングされたトレンチを形成するレーザー活性化プロセスが実行される。基板102の表面上のドーパントは、レーザーによって活性化されて、金属触媒となる。一実施形態において、パターニングされたトレンチ108は、2つの第1パターントレンチ108a、複数の第2パターントレンチ108b、及び、第3パターントレンチ108cに分けることができる。第1パターントレンチ108cは、第1溝104の下面100aから、第1溝104の内側の側壁100bに沿って反対の方向に、基板102の外側の側壁102aへと延在する。第2パターントレンチ108bは、第2溝106の下面100aから、第2溝104の内側の側壁100bに沿って、基板102の外側の側壁102aへと延在する。第3パターントレンチ108cは、第2溝106の下面100aの中央領域に配置される。レーザー照射により、基板102、特に、基板102のパターニングされたトレンチ108に位置する部分が、粗面となる。
図3から図5に示すように、基板102が、金属イオンを有する化学めっき溶液内に配置され、基板102のパターニングされたトレンチ108部分における金属イオンが、金属触媒によって金属原子へと変化し、パターニングされたトレンチ108内の基板102部分上に第1めっき層110が形成される無電解めっきプロセスが実行される。基板102の粗面により、第1めっき層110が、基板102に高い接着力を伴って、基板102上に埋め込まれる。次に、第1めっき層110上に第2めっき層112を形成するべく、電気めっきプロセスが実行される。その後、第2めっき層112上に第3めっき層114を形成するべく、更なる電気めっきプロセスが実行されて、基板102のパターニングされたトレンチにおける部分に、2つの第1導電層116及び複数の第2導電層118が形成される。第1導電層116の各々及び第2導電層118の各々はそれぞれ、第1めっき層110、第2めっき層112及び第3めっき層114から構成される。第1導電層116は、互いに電気的に絶縁されている。導電層116の各々は、レーザーで活性化された対応する第1パターントレンチ108a内に形成され、第1パターントレンチ108aと同じパターンを有する。すなわち、導電層116の各々は、第1溝104の下面100aから、第1溝104の内側側壁100bに沿って反対方向に、基板102の外側側壁102aまで延在する。第2導電層118は、互いに電気的に絶縁されている。第2導電層118は、第1導電部分118a及び第2導電部分118bを含む。第1導電部分118aは、第2パターントレンチ108bに形成され、第2パターントレンチ108bと同じパターンを有する。
すなわち、第1導電部分118aは、第2溝106の下面100aの中央領域に配置される。第2導電部分118bは、第3パターントレンチ108c内に形成され、第3パターントレンチ108cと同じパターンを有する。第2導電部分118bは、第2溝106の下面100aから、第2溝106の内側側壁100bに沿って、基板102の外側側壁102aまで延在する。一実施形態において、第1めっき層110は、銅によって形成されるので、金属イオンは銅イオンであり、第2めっき層112及び第3めっき層114が、基板102上に設けられるのを補助する。第2めっき層112はニッケルで形成され、第3めっき層114は金で形成される。これにより、第1めっき層110が、雰囲気中の酸素と反応して酸化してしまうのを防ぐことができ、次に実行される金属ワイヤ溶接及びチップボンディングを補助する。しかしながら、第2めっき層112及び第3めっき層114は、上記の金属材料に限定されない。第2めっき層112は、銅、スズ、銀、プラチナ、金、又は、これらの組み合わせから形成されてもよい。第3めっき層114は、スズ、銀、プラチナ、銀、又は、これらの組み合わせから形成されてもよい。また、本発明は、2つのめっき層で、第1めっき層110を覆う構成に限定されない。本発明は、第1めっき層110上に、例えば、金の第2めっき層112を形成するべく、1つの電気めっきプロセスを実行してもよい。これに替えて、本発明は、例えば、銅、スズ、銀、プラチナ、金、又は、これらの組み合わせを使用して、第1めっき層110上に複数のめっき層を形成するべく、複数の電気めっきプロセスを実行してもよい。第1めっき層110上に第2めっき層112を形成する方法は、電気めっきに限定されず、スパッタリング、物理的気相成長法等であってもよい。
次に、図6に示すように、チップボンディングプロセスが実行される。導電接着剤を使用して、発光チップ120が基板102の第1溝104内に接着され、センサチップ122が基板102の第2溝106内に接着される。その後、例えば、ワイヤ溶接のような電気接続プロセスを実行して、複数の第1金属ワイヤ124と発光チップ120とを第1導電層116の間に電気的に接続し、センサチップ122を第2導電部分118bに電気的に接続する。しかしながら、本発明は、チップボンディング及びワイヤ溶接プロセスに限定されず、チップボンディングと電気接続を同時に行うフリップチッププロセスを実行してもよい。接着剤塗布プロセスが実行され、センサチップ122及び発光チップ120上にそれぞれ配置され第1金属ワイヤ124を覆う2つの封止体126を形成して、発光チップ120、センサチップ122及び第1金属ワイヤ124を外部接触により損傷から保護する。以上の工程により、本実施形態の近接センサパッケージ構造100が完成する。一実施形態において、センサチップ122は、近接センサデバイス128及びフィルタ被覆層130を含む。近接センサデバイス128は、発光チップ120から出射し特定の信号を搬送する光を検出する。フィルタ被覆層130は、近接センサデバイス128の光検出面に設けられ、発光チップ122によって生成された以外の光をフィルタして、例えば、赤外光を透過可能とする。このような構成により、近接センサデバイス128が、外部の日光から干渉を受けることなく、動作可能とする。さらに、一実施形態では、封止体126は、例えば、エポキシ樹脂のような透明なコロイドから形成される。一実施形態において、発光チップ120は、赤外光を生成するLEDであるが、これに限定されず、その他の波長のLEDであってもよい。さらに、本発明のセンサチップ122は、近接センサデバイス128に限定されず、環境中の光強度を検出する環境光センサが光センサデバイスに一体化されているものであってもよい。
また、センサチップ122及び環境光センサデバイスは、別個に設けられてもよい。図7は、本発明の第2実施形態に係る近接センサパッケージの上面図である。図7に示すように、第1実施形態とは異なり、第1導電層116及び第2導電層118を形成するプロセスの間に、近接センサパッケージ構造200を製造する方法は、基板102上の第1導電層116に対して第2導電層118の反対側に、2つの第3導電層202を形成する段階を備える。チップボンディングプロセスの間に、本実施形態の方法は更に、第3導電層202上に環境光センサチップ204を配置する段階を備える。電気接続プロセスの間に、本実施形態の方法は更に、環境光センサチップ204及び第3導電層202を、第2金属ワイヤ206と電気的に接続する段階を備える。本実施形態では、センサチップ122はフィルタ被覆層を含む必要がなく、近接センサパッケージ構造200の封止体126はフィルタ材料でドープされて、封止体126が、センサチップ122上に配置され発光チップが生成した光以外の光をフィルタするフィルタ封止剤として機能してもよい。本実施形態では、環境光センサチップ204は、センサチップ122に対して発光チップ120の反対側に配置される。本発明は、これに限定されない。本発明の環境光センサチップは、センサチップと発光チップとの間に配置されてもよい。図8は、本発明の第2実施形態に係る近接センサパッケージ構造の別の実装形態を示した上面図である。図8に示すように、一実施形態において、第3導電層202は、第1導電層116及び第2導電層118の間に配置され、環境光センサチップ204は、第3導電層202上に配置されて第3導電層と電気的に接続される。
本発明の近接センサパッケージ構造と検出すべき物体との間の位置関係、及び、センサチップと発光チップとの間の相対的な位置を理解するべく、図9を参照する。図9には、本発明の近接センサパッケージ構造が異なる距離に配置された物体を検出する場合の、センサチップと発光チップとの間の相対的な位置関係が示されている。図9に示すように、物体132が近接センサパッケージ100に近づき、両者の距離が第1距離d1になる場合、発光チップ120が、特定の信号を搬送する光を生成し、第1光路134に沿って第1角度で出射し、物体132によってセンサチップ122に向かう方向に反射される。この時、センサチップ122は、発光チップ120から第2距離d2だけ離れて配置されている。物体132が更に近接センサパッケージ構造100に近づいて、両者の距離が第3距離d3になる場合、発光チップ120から生成された光は、第2光路136に沿って第1角度で出射し、物体132によってセンサチップ122に向かう方向に反射される。この時、センサチップ122は、発光チップ120から第4距離d4だけ離れて配置されている。お椀型の構造の焦点距離を変更することにより、生成される光を異なる角度で出射させることができる。物体132が近接センサパッケージ構造100に近づいて、両者の距離が第1距離d1になる場合、発光チップ120から生成された光は、第3光路138に沿って第2角度で出射し、物体132によってセンサチップ122に向かって反射される。この時、センサチップ122は、発光チップ120から第4距離d4だけ離れて配置されている。このように、お椀型の構造の焦点距離を変更することにより、又は、センサチップ122と発光チップ120との間の距離を変更することにより、近接センサパッケージ構造100と物体132の間の検出距離を調整することができる。更に、センサチップと発光チップとの間の距離を決定した後に、環境光センサチップの位置を決定することができる。
さらに、本発明の基板及び導電層は、上記の実施形態に限定されない。図10は、本発明の第3実施形態に係る近接センサパッケージ構造の上面図である。図10に示すように、第1実施形態とは異なり、本実施形態では、近接センサパッケージ構造250の基板102は更に、第1溝104の側に配置された第3溝252を備える。第3溝252は、第1溝104の内側側壁100bから基板102の上面に向かって延在して、第1溝104と連結されている。また、第3溝252は、下面100a、及び、下面100aから基板102の上面へと延びる内側側壁100bによって規定される。更に、第1導電層116の一方が第1溝104内に設けられ、内側側壁100b及び下面100aを完全に覆っている。第1導電層116の他方は、第3溝252内に設けられている。第1溝104の内側側壁100b及び下面100aを完全に覆っている一方の第1導電層116は、第1溝104内の発光チップ120の反射層であってもよく、発光チップ120から出射した光線をより効率的に集光して、発光チップ120によって生成されセンサチップ122によって検出される光信号を増強してもよい。更に、第3溝252の深さは、第4溝104の深さよりも小さくなっており、第3溝252によって、第1溝104のお椀形状構造が集光効果を失うことがないようにしている。
上記したように、本発明の近接センサパッケージ構造の製造方法では、レーザーを使用して直接基板上に導電層が形成され、基板表面の粗面化により、基板上に導電層を埋め込む。発光チップ及びセンサチップは基板上に配置されて、発光チップ及びセンサチップが、同じパッケージ構造に内包されるので、近接センサのサイズを小さくすることができる。また、本発明の近接センサパッケージ構造の基板は透光性を有さないので、発光チップから出射して基板を通過する光のセンサチップにより誤検出を防ぐことができる。椀形状の第1溝の側壁及び下面を部分的に又は完全に第1導電層で覆って反射性を付与することにより、第1溝に配置された発光チップから出射した光線を椀形状構造により集光することができ、検出されるべき物体によって反射されセンサチップによって検出される光の信号強度を高めることができる。更に、椀形状反射層が光を集光するので、透光性を有するカバーから出射した光の一部の反射だけでなく、検出されるべき物体によって反射されていない光信号のセンサチップによる受光を防ぐことができ、発光チップから出射しセンサチップによって受信される光信号を増強させることができる。これにより、近接センサパッケージ構造の検出能力を向上させることができる。
上記では、本発明の望ましい実施形態について説明が行われた。しかしながら、本発明の範囲に基づく改良及び変形も、本発明の範囲内に含まれる。

Claims (17)

  1. 第1溝及び第2溝を有し、透光性を有さない基板と、
    前記基板上に設けられ、互いに電気的に絶縁される2つの第1導電層と、
    前記基板上に設けられ、第1導電部分及び第2導電部分を有し、互いに電気的に絶縁される複数の第2導電層と、
    前記第1溝内に配置され、前記第1導電層と電気的に接続される発光チップと、
    前記第2溝内で前記第2導電層の前記第1導電部分上に配置され、前記第2導電層と電気的に接続されるセンサチップと、
    前記発光チップ及び前記センサチップ上にそれぞれ設けられる2つの封止体と
    を備え、
    前記第1溝及び前記第2溝はそれぞれ、底面、及び、前記基板の下面から上面へと延在する内側側壁により画定され、
    前記2つの第1導電層はそれぞれ、前記第1溝の底面から、前記第1溝の前記内側側壁に沿って、前記2つの第1導電層の他方に対して反対の方向に、前記基板の外側側壁まで延在し、
    前記第2導電層の前記第1導電部分は、前記第2溝の底面の中央領域に設けられ、前記第2導電層の前記第2導電部分は、前記第2溝の前記底面から、前記第2溝の前記内側側壁に沿って、前記基板の前記外側側壁まで延在する近接センサパッケージ構造。
  2. 前記基板は、前記基板の1以上の表面上に、レーザー照射によって活性化されることにより前記第1導電層及び前記第2導電層を形成可能な複合材料によって形成される請求項1に記載の近接センサパッケージ構造。
  3. 前記基板は更に、前記第1溝の前記内側側壁から前記基板の前記上面へと延在する第3溝を備え、
    前記2つの第1導電層のうちの一方は、前記第1溝に設けられ、
    前記2つの第1導電層のうちの他方は、前記第3溝に設けられる請求項2に記載の近接センサパッケージ構造。
  4. 前記第1導電層は、前記第1溝の前記内側側壁及び前記底面を完全に覆う請求項2に記載の近接センサパッケージ構造。
  5. 前記第3溝の深さは、前記第1溝の深さよりも小さい請求項3に記載の近接センサパッケージ構造。
  6. 前記センサチップは、近接センサデバイス及び前記近接センサデバイス上に設けられるフィルタ被覆層を有し、
    前記センサチップ上の前記封止体は、透明なコロイドを含む請求項1に記載の近接センサパッケージ構造。
  7. 前記センサチップ上の前記封止体は、フィルタ封止剤を含む請求項6に記載の近接センサパッケージ構造。
  8. 前記基板上、及び、前記第1導電層及び前記第2導電層の間に設けられる2つの第3導電層を更に備える請求項1に記載の近接センサパッケージ構造。
  9. 前記第3導電層上に設けられ、前記第3導電層と電気的に接続される環境光センサチップを更に備える請求項8に記載の近接センサパッケージ構造。
  10. 前記基板上の前記第1導電層に対して前記第2導電層の反対側に設けられる2つの第3導電層を更に備える請求項1に記載の近接センサパッケージ構造。
  11. 前記第3導電層上に設けられ、前記第3導電層と電気的に接続される環境光センサチップを更に備える請求項10に記載の近接センサパッケージ構造。
  12. 前記発光チップは、発光ダイオード(LED)チップを含む請求項1に記載の近接センサパッケージ構造。
  13. 第1溝及び第2溝を有し、透光性を有さない基板を用意する段階と、
    パターニングされたトレンチの各々内の前記基板の対応する部分が粗面となるように、前記基板の1以上の面上に、前記パターニングされたトレンチを複数形成する段階と、
    前記基板の複数の前記パターニングされたトレンチ内の部分に、2つの第1導電層及び複数の第2導電層を形成する段階と、
    光発光チップ及びセンサチップをそれぞれ、前記基板の前記第1溝及び前記第2溝内に接着する段階と、
    前記2つの第1導電層の間に前記発光チップを電気的に接続する段階と、
    前記センサチップを前記第2導電層に電気的に接続する段階と
    を備える近接センサパッケージ構造の製造方法。
  14. 前記基板は、前記基板の1以上の表面上に、レーザー照射によって活性化されることにより前記第1導電層及び前記第2導電層を形成可能な複合材料によって形成される請求項13に記載の近接センサパッケージ構造の製造方法。
  15. 前記基板の1以上の面にパターニングされたトレンチを複数形成する段階は、
    前記基板の前記1以上の面をレーザー照射することにより活性化させる段階を有する請求項13に記載の近接センサパッケージ構造の製造方法。
  16. 前記2つの第1導電層及び複数の第2導電層を形成する段階は、
    前記基板の前記パターニングされたトレンチ内の部分に第1めっき層を形成するべく、化学めっきプロセスを実行する段階と、
    前記第1めっき層上に少なくとも1つの第2めっき層を形成するべく、無電解めっきプロセスを実行する段階とを有し、
    前記第1導電層及び前記第2導電層は、第1めっき層及び第2めっき層からなる請求項13に記載の近接センサパッケージ構造の製造方法。
  17. 前記2つの第1導電層の間に前記発光チップを電気的に接続する段階、及び、前記センサチップを前記第2導電層に電気的に接続する段階の後に、
    前記発光チップ及び前記センサチップ上にそれぞれ設けられる2つの封止体を形成するべく、接着剤を塗布する段階を更に備える請求項13に記載の近接センサパッケージ構造の製造方法。
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