JP2015053321A - 光センサーパッケージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の構造を組み合わせて一体化することにより、パッケージ全体の体積を、２回に分けてパッケージングした体積より小さくするだけでなく、最高の光センサー性能を達成できる光センサーパッケージ装置を提供する。【解決手段】本発明の光センサーパッケージ装置は、基板の相対する２つの表面の異なる位置に第一キャビティおよび第二キャビティを設置し、基板上の第一キャビティ内には開孔をさらに開設し、受光素子は第一キャビティ内に位置し、発光素子を第二キャビティ内に設け、基板上にパターン導電層を設け、フリップチップ技術を利用して複数の導電バンプにより受光素子をパターン導電層に接続して電気的接続を形成し、受光素子の受光部は開孔位置に対応し、開孔を通じて光線変化を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は光センサーパッケージ装置に関するものであって、特に、フリップチップ技術を利用して２種類のパッケージ構造を一体化した光センサーパッケージ装置に関するものである。

ＩＣ製品の需要量が日々増加するのに伴い、電子部品パッケージ産業の盛んな発展が促され、電子部品製造技術は絶えず発展・進化している。
現在の電子製品は軽さ、薄さ、短さ、コンパクトおよび高性能が求められ、電子製品のニーズに応じるため、ＩＣチップパッケージングにおいても次々に新しい技術が登場している。

続いて、ＩＣチップパッケージング技術について説明する。
各電子素子の電気信号伝送は集積回路の配線接続により成され、ＩＣチップを集積回路を通じて接続することによりパッケージ構造が構成される。
光センサーを例にとると、光センサーはＬＥＤチップおよびセンサーチップの２種類の素子を分けて有し、ワイヤーボンディング方式によりそれぞれ基板上に接続して別々にパッケージングされた後、２つのパッケージ構造は回路基板上に設置される。
しかし、このパッケージ構造は製造工程が煩雑で、時間がかかり、コストも高く、２つのパッケージは回路基板上のスペースを占有し、製品全体の体積を縮小することができず、実際既存製品のさらなる軽さと薄さというニーズに応じることができない。
このため、いかにパッケージ全体の体積を縮小し光センサーの信頼性を高めるかというのが解決を待たれる問題であった。

そこで、本発明は、前記した背景技術の欠点に対し、前記の問題を克服するのに有効な、光センサーパッケージ装置を提案する。

本発明の主な目的は、フリップチップ技術を利用してパッケージ全体の体積を効果的に縮小し、パッケージングコストを大幅に下げるとともに、基板の開孔を受光素子の受光部の位置に合わせ、信頼性の高いパッケージング材質を使用することで、光センサーの性能を効果的に高められる光センサーパッケージ装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、パッケージング後の素子が、基板またはパターン導電層の導通により、金属パッドを通じてその他のパッケージ体または外部回路に接続する電気的接点となることで、製造が簡単で応用柔軟性が高い光センサーパッケージ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明が提供する光センサーパッケージ装置は、基板、パターン導電層、受光素子および発光素子を含む。
基板の相対する２つの表面の異なる位置には第一キャビティおよび第二キャビティをそれぞれ設置し、基板上の第一キャビティ内には開孔をさらに開設する。
基板上にはパターン導電層を設ける。
受光素子は第一キャビティ内に位置し、受光素子は複数の導電バンプを利用してパターン導電層に電気的接続し、受光素子の受光部は開孔の位置に対応し、開孔を通じて光線変化を検出する。
発光素子は第二キャビティ内に設けるとともにパターン導電層と電気的接続を形成する。

本発明によれば、フリップチップ技術を利用してパッケージ全体の体積を縮小することで、パッケージングコストを大幅に下げることができ、セラミック基板、プラスチック基板、ガラス繊維基板または金属リードフレームのような信頼性の高いパッケージ材質を使用することにより、光センサーの性能を高めることができる。
また、フリップチップ技術を用いて２種類のパッケージ構造を一体化することで、パッケージング後の素子は基板またはパターン導電層の導通により、その他のパッケージ体に接続する電気的接点となるので、製造工程は簡単になり、応用柔軟性が高くなり、パッケージングコストも大幅に下げられる。
さらに、光センサーパッケージ装置を回路基板上に設置する際に必要とする占有空間を節約でき、複雑なシステム設計が簡略化されるので、市場競争で極めて優位になる。

本発明の第一実施例を示す図。 本発明の封止材を充填した状態を示す図。 本発明の第二実施例を示す図。

図１は本発明の第一実施例を示す図である。
光センサーパッケージ装置１０は基板１２、パターン導電層１４、受光素子１６および発光素子１８を含む。
第一表面１２２および第二表面１２４のように、基板１２の相対する２つの表面の異なる位置に第一キャビティ２０および第二キャビティを設置する。
ここにおける第二キャビティの好ましい設計はカップ型集光キャビティ２２である。
基板１２上の第一キャビティ２０内には開孔２４をさらに開設する。
基板１２の材質はセラミック、プラスチックまたはガラス繊維であり、あるいは基板１２は金属リードフレームである。
パターン導電層１４は基板１２上に設け、受光素子１６は第一キャビティ２０内に位置し、フリップチップ技術により複数の導電バンプ２６をパターン導電層１４に電気的接続することにより、受光素子１６はパターン導電層１４上に付着して接続される。
これらの導電バンプ２６ははんだボールまたは電気的接続を形成できるいかなる金属パッドでもよい。
受光素子１６の受光部１６２は開孔２４の位置に対応し、受光部１６２は開孔２４を通じて直接光線変化を検出し、受光素子１６の既定の機能を果たす。
当然、受光部１６２の開口位置とサイズは受光素子１６の設計にもとづき基板１２の構造に応じて調整できる。

発光素子１８はカップ型集光キャビティ２２内にあり、パターン導電層１４と電気的接続を形成し、カップ型集光キャビティ２２の開口方向と受光部１６２の位置は基板１２の同一側面に位置する。
好ましい発光素子１８は赤外線発光ダイオードである。
第一キャビティ２０とカップ型集光キャビティ２２はそれぞれ基板１２の第一表面１２２と第二表面１２４の異なる位置に設置されるので、第一キャビティ２０とカップ型集光キャビティ２２の間では基板１２が隔壁となり、互いに独立した特殊構造を形成する。
受光素子１６の受光部１６２が外部からの光線変化を受け、発光素子１８が光源を射出し、物体へ反射した後、受光部１６２は反射光源を受け、受光素子１６および発光素子１８の間の光信号が相互に影響するのを防ぐため、基板１２による隔壁が光の漏れを抑制する役割を果たすことで、クロストークを防止できる。

発光素子１８の光線経路は小から徐々に大になるカップ型集光キャビティ２２の設計により反射集光効果を有し、光線をさらに遠くの位置に投射できる。
当然に、カップ型集光キャビティ２２により発光素子１８の反射光が進む角度の設計は、パッケージ装置全体に必要な光検出程度に応じて決められる。
カップ型集光キャビティ２２の表面には、金属めっき膜のような反射膜２８をさらに設けることで、反射効果を強化できる。

図２は本発明の封止材を充填した状態を示す図である。
第一キャビティ２０内の全部または局部に封止材を充填し受光素子１６を覆い包むことができる。ここでは全部に封止材３０を充填したものを例示し、受光部１６２は露出する。封止材３０は受光素子１６を保護する役割を果たす。
カップ型集光キャビティ２２の全部または局部に封止材３０を充填でき、ここでは、局部に封止材３０’を充填した状態を例示する。
封止材３０’は発光素子１８を保護する役割を果たす。
このようにすることで、受光部１６２と発光素子１８の配置位置をより精確に確保でき、また２つのパッケージ構造を１つに組み合わせ、一体化した光センサーパッケージ装置１０を完成することで、パッケージ体積を大幅に縮小し、現在の製品に求められる軽くて薄くて短くて小さいという高スペックの条件を満たすこともでき、さらに、２回分かかったパッケージングコストを大幅に削減できる。

光センサーパッケージ装置１０は基板１２上に設けられた複数の金属パッド３２をさらに含み、これらの金属パッド３２とパターン導電層１４は電気的接続を形成する。
パッケージング後の受光素子１６および発光素子１８はパターン導電層１４上の金属配線を通じて導通し、これらの金属パッド３２を通じてその他のパッケージ体または外部回路間の電気的接点となる。

上述の第二キャビティはカップ型集光キャビティの設計である以外に、本発明第二実施例を示す図３に示すように、第一実施例との違いは、第二キャビティは門型キャビティ３４の設計でもよいという点である。
発光素子１８の光線経路は門型キャビティ３４の設計により反射集光の効果を有する。
当然に、門型キャビティ３４により発光素子１８の反射光が進む角度の設計（たとえば、キャビティの幅または深さ）は、パッケージ装置全体に必要な光検出程度に応じて決められる。
さらに、門型キャビティ３４の表面には、金属めっき膜のような反射膜（図中未表示）を設けることで、反射効果を強化できる。

上述の記載は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。したがって、本発明の特許請求の範囲内で述べられた特徴および精神にもとづく変更や潤色はすべて、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

１０ 光センサーパッケージ装置
１２ 基板
１２２ 第一表面
１２４ 第二表面
１４ パターン導電層
１６ 受光素子
１６２ 受光部
１８ 発光素子
２０ 第一キャビディ
２２ カップ型集光キャビティ
２４ 開孔
２６ 導電バンプ
２８ 反射膜
３０、３０’ 封止材
３２ 金属パッド
３４ 門型キャビティ

Claims (10)

1. 基板であって、その相対する２つの表面の異なる位置にそれぞれ第一キャビティおよび第二キャビティを設置し、前記基板上の前記第一キャビティ内に開孔をさらに開設した基板と、
   前記基板上に設けられたパターン導電層と、
   前記第一キャビティ内に位置する受光素子であって、前記受光素子は複数の導電バンプを利用して前記パターン導電層に電気的接続し、前記受光素子の受光部は前記開孔の位置に対応し、前記開孔を通じて光線の変化を検出する受光素子と、
   前記第二キャビティ内に設けられ、前記パターン導電層と電気的接続を形成する発光素子と、
   を含むことを特徴とする光センサーパッケージ装置。
2. 前記発光素子は赤外線発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
3. 前記第二キャビティはカップ型集光キャビティであることを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
4. 前記カップ型集光キャビティの表面には反射膜をさらに設けることを特徴とする請求項３に記載の光センサーパッケージ装置。
5. 前記反射膜は金属めっき膜であることを特徴とする請求項４に記載の光センサーパッケージ装置。
6. 前記第二キャビティ内の全部または局部に封止材を充填することを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
7. 前記基板上に設けられた複数の金属パッドをさらに含み、前記金属パッドは前記パターン導電層と電気的接続を形成することを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
8. 前記基板の材質はセラミック、プラスチックまたはガラス繊維であることを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
9. 前記基板は金属リードフレームであることを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。
10. 前記第一キャビティ内の全部または局部に封止材を充填して前記受光素子を覆い包み、前記受光部は露出させることを特徴とする請求項１に記載の光センサーパッケージ装置。

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