JP2015026804A - 光学モジュール、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光チップの発光効率を効果的にアップし、受光チップの受信不良という問題を改善可能な光学モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】 基板２０は、発光ゾーン２２、及び、受光ゾーン２４が定義されている。発光チップ３０は、基板２０の発光ゾーン２２に設けられている。受光チップ４０は、基板２０の受光ゾーン２４に設けられている。パッケージ部材５０は、発光チップ３０、及び、受光チップ４０を覆い、且つ、発光チップ３０の基板２０とは反対側に半球状に形成されている第１のレンズ部５２、及び、受光チップ４０の基板２０とは反対側に半球状に形成されている第２のレンズ部５４を有する。封止用蓋体６０は、第１のレンズ部５２を収容する発光穴６２および第２のレンズ部５４を収容する受光穴６４とを有する。接合手段は、パッケージ部材と封止用蓋体とを結合させる。【選択図】 図２
Description
本発明は、光学モジュールおよびその製造方法に関し、特に、光学モジュールのパッケージに関する。
現在、光学式の近接センサモジュールは、新世代のスマート電子機器（例えばスマートフォン）の主流技術となる。電子機器を耳（顔検出）にフィット或いはポケットの中に入れると、光学式の近接センサモジュールが直ちにスクリーン表示をオフにし、消費電力を節約すると共に不慮の接触を避け、好適な使用実感をもたらす。また、光学式の近接センサモジュールの作動原理は、次のとおりである。発光チップにより光を発射（例えば発光ダイオードＬＥＤ）し、光が物体の表面反射を経由して、受光チップに投射され、電子信号に変換される。しかしながら、従来の光学式の近接センサモジュールのパッケージが完成した後、モジュールの発光チップから発射する光が物体表面の反射を経由した後、光の強度が低下する。また、隣り合う受光チップにより受信した光信号に不良が生じ、受信できなくなることでスマート電子機器の信号を安定および正確に判読できなくなるおそれがある。
この問題を改善するため、例えば、特許文献１に記載の近接センサが開発された。この近接センサは、台座、台座の周囲に垂直連結されている障壁、および、障壁を被せる蓋板を備え、収容空間を有する。収容空間には、収容空間を区切るための仕切板が設けられている。これにより、発光チップと受光チップを区切って基板に設けることで、互いに光の干渉を受けることを抑制することができる。
しかしながら、特許文献１に記載の蓋板は、固着方式で障壁に設けられているため、その接合面積が障壁の周縁のみであるので、側方から作用力をかけた時、蓋板と障壁との接合面積の不足により変位が生じやすく、更に蓋板が障壁から分離するおそれがある。
本発明は、発光チップの発光効率を効果的にアップし、受光チップの受信不良という問題を改善可能な光学モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、パッケージの接合面積を効果的に増加することで、その接合強度を向上することが可能な光学モジュールおよびその製造方法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、本発明に係る光学モジュールは、基板、発光チップ、受光チップ、パッケージ部材、封止用蓋体、および、接合手段を備える。基板は、発光ゾーン、及び、受光ゾーンが定義されている。発光チップは、基板の発光ゾーンに設けられている。受光チップは、基板の受光ゾーンに設けられている。パッケージ部材は、発光チップ、及び、受光チップを覆い、且つ、発光チップの基板とは反対側に半球状に形成されている第１のレンズ部、及び、受光チップの基板とは反対側に半球状に形成されている第２のレンズ部を有する。封止用蓋体は、基板のパッケージ部材側に設けられており、発光チップ及び受光チップと対応する位置に、第１のレンズ部を収容する発光穴および第２のレンズ部を収容する受光穴とを有する。接合手段は、パッケージ部材と封止用蓋体とを結合させる。
該接合手段は、パッケージ部材の水平方向の表面に形成されている少なくとも１個の凹穴、および、封止用蓋体の凹穴に対応する位置に形成されている凸縁部を有する。凸縁部は凹穴の中で嵌めこまれている。
パッケージ部材及び封止用蓋体が、モールド方式で形成されている。
パッケージ部材の第１のレンズ部および第２のレンズ部は、同じ屈折率又は異なる屈折率を有する。
パッケージ部材は、透光性樹脂により形成されている。
封止用蓋体は、一体成形により形成されており、遮光性の樹脂により形成されている。
基板は、有機材質のビスマレイミドトリアジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）基板を含む非セラミック基板である。
本発明による光学モジュールの製造方法は、次のステップ（ａ）〜（ｄ）を含む。
（ａ）基板において、発光ゾーン及び受光ゾーンを定義する。
（ｂ）発光チップと受光チップを基板に電気的に接続する。
（ｃ）透光可能なパッケージ部材を発光チップおよび受光チップの基板とは反対側に形成する。
（ｄ）遮光である封止用蓋体をパッケージ部材の基板とは反対側に固設する。
発光チップおよび受光チップが基板に電気的に接続する方法は、ワイヤボンディングプロセス、及び、ダイアタッチプロセスである。
ステップ（ａ）〜ステップ（ｄ）により製造した光学モジュールをカット又はダイカットするステップ（ｅ）を更に含む。
本発明に係る光学モジュールは、ニーズに応じて屈折率が異なるパッケージ部材を作り出すことで、発光チップの発光効率を効果的にアップし、また受光チップの受信品質を向上することができる。更に接合手段を介して各パッケージ部材と封止用蓋体との間の接合面積を増やすことで接合強度を向上することができる。
本発明の構成、特徴及びその目的を理解してもらうため、また、当業者が具体的に実施可能とするため、以下に本発明の実施形態を図面に基いて詳細に説明する。ただし、以下に述べるものは、本発明の技術内容及び特徴を明らかにするために提供する実施形態であって、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明の技術内容及び特徴を理解した後、本発明の精神を逸脱しない限りにおいて、行う種々の修正、変更又は構成要素の減少をなし得ることは本発明の技術的範囲内に含まれる。
（一実施形態）
以下、本発明の構造、特徴及び効果を詳細に説明するため、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
以下、本発明の構造、特徴及び効果を詳細に説明するため、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
まず図１〜図３を参照しながら説明する。本発明の一実施形態の光学モジュール１０は、一般的なパッケージアレイ（Ａｒｒａｙ）からカットして取ったモジュールで、基板２０と発光チップ３０と受光チップ４０と２つのパッケージ部材５０と封止用蓋体６０と接合手段７０を含む。
基板２０が、本実施形態において有機材質のビスマレイミドトリアジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ、通称ＢＴ）基板或いはガラス繊維ボード（通称ＦＲ４）等の非セラミック基板である。これにより、基板２０の材料コストが低くすることができる。基板２０の表面に発光ゾーン２２及び受光ゾーン２４を定義する。
発光チップ３０及び受光チップ４０は、各々ダイアタッチ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ）及びワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ）のプロセスを経て基板２０の発光ゾーン２２及び受光ゾーン２４内に設けられる。発光チップ３０が、光の発射に用いられ、受光チップ４０が発光チップ３０から発した光を受信するのに用いられる。
パッケージ部材５０の材質は、透光性樹脂であり、例えば透明なエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ）である。パッケージ部材５０は一次モールドの方式で発光チップ３０及び受光チップ４０を覆う。パッケージ部材５０は、発光チップ３０及び受光チップ４０の上方に半球状を呈する第１のレンズ部５２、第２のレンズ部５４が形成されている。
封止用蓋体６０は、一体成形されており、材質が遮光性の樹脂であり、例えば不透光性のエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ）である。封止用蓋体６０は二次モールドの方式で基板２０とパッケージ部材５０の上に固設されている。封止用蓋体６０は発光チップ３０及び受光チップ４０に対応する位置に発光穴６２と受光穴６４とが形成されている。パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４は、発光穴６２及び受光穴６４の中に各々収容されている。
本実施形態において、第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４は同じ屈折率或いは異なる屈折率を有する。よって、異なる使用上の需要を満たす。第１のレンズ部５２の屈折率が大きければ、発光チップ３０が発射される光が比較的広いエリアをカバーすることができる。また第２のレンズ部５４の屈折率が小さければ、第２のレンズ５４部が反射された光を効果的に集光することができる。そこで本実施形態の光学モジュール１０は、発光チップ３０の発光効率を効果的にアップし、また受光チップ４０の受信不良という欠陥を改善することができる。
接合手段７０は、パッケージ部材５０と封止用蓋体６０とを結合させる。接合手段７０は、パッケージ部材５０の水平方向の表面に形成されている少なくとも１個の凹穴５６を有する。接合手段７０は、封止用蓋体６０の凹穴５６に対応する位置に形成されている凸縁部６６を有する。凸縁部６６は凹穴５６の中に嵌め込まれている。パッケージ部材５０と封止用蓋体６０との間の当接面積が増えることで、その接合強度を向上する。
更に図４のＡ〜Ｄに示すのを参照しながら本実施形態の光学モジュールの製造方法を説明する。
ステップＡでは、各アレイ基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｒｒａｙ）の単一基板２０上で発光ゾーン２２及び受光ゾーン２４を定義する。
ステップＢでは、発光チップ３０及び受光チップ４０をダイアタッチ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ）及びワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ）プロセスにより基板２０の発光ゾーン２２と受光ゾーン２４の中に設ける。
ステップＣでは、モールド（Ｍｏｌｄ）方式で発光チップ３０及び受光チップ４０の上方に透明のパッケージ部材５０を形成し、透明のパッケージ部材５０の発光チップ３０及び受光チップ４０に対応する位置に、半球状を呈する第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４を形成する。パッケージ部材５０の水平表面に少なくとも１個の凹穴５６を形成する。
ステップＤでは、遮光可能な封止用蓋体６０を更にモールド（Ｍｏｌｄ）方式で基板２０とパッケージ部材５０の上に固設する。封止用蓋体６０は発光チップ３０及び受光チップ４０に対応する位置に位置する発光穴６２および受光穴６４を有し、凹穴５６に対応する位置に凸縁部６６を有する。パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４は発光穴６２及び受光穴６４の中に収容されており、凸縁部６６は凹穴５６の位置に対応しており、互いに嵌合する。
ステップＡでは、各アレイ基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｒｒａｙ）の単一基板２０上で発光ゾーン２２及び受光ゾーン２４を定義する。
ステップＢでは、発光チップ３０及び受光チップ４０をダイアタッチ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ）及びワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ）プロセスにより基板２０の発光ゾーン２２と受光ゾーン２４の中に設ける。
ステップＣでは、モールド（Ｍｏｌｄ）方式で発光チップ３０及び受光チップ４０の上方に透明のパッケージ部材５０を形成し、透明のパッケージ部材５０の発光チップ３０及び受光チップ４０に対応する位置に、半球状を呈する第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４を形成する。パッケージ部材５０の水平表面に少なくとも１個の凹穴５６を形成する。
ステップＤでは、遮光可能な封止用蓋体６０を更にモールド（Ｍｏｌｄ）方式で基板２０とパッケージ部材５０の上に固設する。封止用蓋体６０は発光チップ３０及び受光チップ４０に対応する位置に位置する発光穴６２および受光穴６４を有し、凹穴５６に対応する位置に凸縁部６６を有する。パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４は発光穴６２及び受光穴６４の中に収容されており、凸縁部６６は凹穴５６の位置に対応しており、互いに嵌合する。
本発明の実施形態のように、ステップＢ〜ステップＤは、先に第１のレンズ部５２と第２のレンズ部５４の半球状構造を有する金型を発光チップ３０及び受光チップ４０の所定位置に合わせ、且つ基板２０の表面に位置させ、次に透明な樹脂を金型の中に充填すると共に樹脂がそれぞれチップ３０、４０を覆うようにする。また金型の内部はパッケージ部材５０の凹穴５６のオスモールド構造を有するため、透明な樹脂を固化してから金型を外すことで、半球状構造を有し、水平表面に凹穴５６構造を有するパッケージ部材５０が形成される。次に封止用蓋体６０構造を有する金型を基板２０の上に置き、遮光性の樹脂を金型の中に充填し、遮光性の樹脂が金型を充満する或いは既定値に達した時、遮光性の樹脂を固化してから金型を外す。すると、一体成形の封止用蓋体６０を完成することができる。封止用蓋体６０は、パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２および第２のレンズ部５４に対応する発光穴６２および受光穴６４、ならびに、凹穴５６に嵌合可能な凸縁部６６を有する。これにより、各パッケージ部材５０と封止用蓋体６０との間の接合面積が増えることで、接合強度を向上することができる。
本実施形態による光学モジュールの発光チップ３０が発射した光は、パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２を透過し、封止用蓋体６０の発光穴６２を経由して物体の表面に投射される。物体表面で反射された光は、封止用蓋体６０の受光穴６４を経由して、パッケージ部材５０の第２のレンズ部５４に投射される。集光した光は受光チップ４０に透過し、最後に受光チップ４０が受信した光信号が電子信号に変換して演算処理に用いられる。発光と受光の過程において、パッケージ部材５０の第１のレンズ部５２を通じて発光チップ３０が発した光の発光功率をアップする。更にパッケージ部材５０の第２のレンズ部５４を介して受光チップ４０の受信電力をアップすることで、発光チップ３０から発射された光が不平坦な物体表面に投射されても、受光チップ４０が確実且つ安定的に光を受信することができる。パッケージ部材５０と封止用蓋体６０との間に設けられている接合手段７０によりパッケージ構造の接合面積が増えることで、接合強度を向上することができる。
上記実施形態における構成要素は、例として説明するものであって、本願発明の範囲を限定するものではなく、その他の均等な要素の置き換え又は変更も本願発明の範囲内に含まれるものである。
１０・・・光学モジュール、
２０・・・基板、
２２・・・発光ゾーン、
２４・・・受光ゾーン、
３０・・・発光チップ、
４０・・・受光チップ、
５０・・・パッケージ部材、
５２・・・第１のレンズ部、
５４・・・第２のレンズ部、
５６・・・凹穴、
６０・・・封止用蓋体、
６２・・・発光穴、
６４・・・受光穴、
６６・・・凸縁部、
７０・・・結合手段。
２０・・・基板、
２２・・・発光ゾーン、
２４・・・受光ゾーン、
３０・・・発光チップ、
４０・・・受光チップ、
５０・・・パッケージ部材、
５２・・・第１のレンズ部、
５４・・・第２のレンズ部、
５６・・・凹穴、
６０・・・封止用蓋体、
６２・・・発光穴、
６４・・・受光穴、
６６・・・凸縁部、
７０・・・結合手段。
Claims (10)
- 発光ゾーン、及び、受光ゾーンが定義されている基板と、
前記基板の前記発光ゾーンに設けられている発光チップと、
前記基板の前記受光ゾーンに設けられている受光チップと、
前記発光チップ、及び、前記受光チップを覆い、且つ、前記発光チップの前記基板とは反対側に半球状に形成されている第１のレンズ部、及び、前記受光チップの前記基板とは反対側に半球状に形成されている第２のレンズ部を有するパッケージ部材と、
前記基板の前記パッケージ部材側に設けられており、前記発光チップ及び前記受光チップと対応する位置に、前記第１のレンズ部を収容する発光穴および前記第２のレンズ部を収容する受光穴とを有する封止用蓋体と、
前記パッケージ部材と前記封止用蓋体とを結合させる接合手段と、
を含むことを特徴とする光学モジュールのパッケージ。 - 前記接合手段は、
前記パッケージ部材の水平方向の表面に形成されている少なくとも１個の凹穴と、
前記封止用蓋体の前記凹穴と対応する位置に形成されている凸縁部とを有し、
前記凸縁部が前記凹穴の中に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。 - 前記パッケージ部材、及び、前記封止用蓋体が、モールド方式で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールのパッケージ。
- 前記パッケージ部材の第１のレンズ部および第２のレンズ部は、同じ屈折率又は異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールのパッケージ。
- 前記パッケージ部材は、透光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールのパッケージ。
- 前記封止用蓋体が、一体成形により形成されており、遮光性の樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールのパッケージ。
- 前記基板は、有機材質のビスマレイミドトリアジン基板を含む非セラミック基板であることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュールのパッケージ。
- （ａ）基板に、発光ゾーン、及び、受光ゾーンを定義するステップと、
（ｂ）発光チップと受光チップを前記基板に電気的に接続するステップと、
（ｃ）透光可能なパッケージ部材を前記発光チップおよび前記受光チップの前記基板とは反対側に形成するステップと、
（ｄ）遮光である封止用蓋体を前記パッケージ部材の前記基板とは反対側に固設するステップと、を含むことを特徴とする光学モジュールのパッケージの製造方法。 - 前記発光チップおよび前記受光チップが前記基板に電気的に接続する方法は、ワイヤボンディングプロセス、及び、ダイアタッチプロセスであることを特徴とする請求項８に記載の光学モジュールのパッケージの製造方法。
- 前記ステップ（ａ）〜前記ステップ（ｄ）により製造された光学モジュールをカット、又は、ダイカットするステップ（ｅ）を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の光学モジュールのパッケージの製造方法。
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