JP4203677B2

JP4203677B2 - チップ間端子接続方法及びそれを用いて作製した回路基板とそれを具備する火災感知器

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Publication number: JP4203677B2
Application number: JP2006271143A
Authority: JP
Inventors: 貞幸角; 充弘可児; 孝昌酒井; 茂成高見; 昭一岡; 尚之西川; 浩司阪本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2007013212A

Description

本発明は、受光面又は発光面の内の少なくとも何れか一方を備えた光素子チップと、光素子チップの出力を信号処理する光素子用集積回路チップとを同一の基板に実装し、両チップの端子間を電気的に接続するチップ間端子接続方法及びそれを用いて作製した回路基板とそれを具備する火災感知器に関するものである。

従来より、例えば煙感知器のような光素子と光素子用集積回路とを組み合わせた電子機器モジュールでは、光素子と光素子用集積回路の両方、或いは何れか一方が半導体チップをリードフレームなどに実装したディスクリートの状態で組み立てられていた。図１９は従来のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板の断面図であり、１枚の回路基板１００にディスクリートの光素子１０１と光素子用集積回路１０２とが実装されていた（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−１２７７３号公報

上述した従来のチップ間端子接続方法では、光素子１０１と光素子用集積回路１０２とにディスクリート部品を使用しているため、光素子１０１と光素子用集積回路１０２との間の配線長Ｌが長くなっていた。一般的に光素子１０１の出力インピーダンスはハイインピーダンスであるから、光素子１０１と光素子用集積回路１０２との間の配線長Ｌが長くなると、ノイズが重畳しやすくなり、耐ノイズ性が悪化するという問題があった。また、耐ノイズ性を確保するために光素子１０１と光素子用集積回路１０２の周囲全体をシールドケース１０３で覆う必要があり、その結果、回路基板全体が大型化し、材料コストが高くなるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、耐ノイズ性を向上させるとともに回路基板の小型化を図ったチップ間端子接続方法及びそれを用いて作製した回路基板を具備する火災感知器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、受光面又は発光面の内の少なくとも何れか一方を有する光素子受発光部を具備した光素子チップと、当該光素子チップからの出力信号又は光素子チップへの出力信号の内の少なくとも何れか一方を信号処理する光素子用集積回路チップとを同一の回路基板に近接させて実装し、両チップの電極間を電気的に接続するチップ間端子接続方法であって、光素子チップの受光面又は発光面の何れかが設けられた面に電極を設け、回路基板に、当該回路基板を厚み方向に貫通し光素子チップの受光面又は発光面の何れかを露出させる貫通孔を設けるとともに、光素子用集積回路チップの電極とこの電極に接続される光素子チップの電極とが回路基板の厚み方向において重なるようにして光素子用集積回路チップが埋め込まれる凹部を貫通孔の近傍に設け、この凹部内に光素子用集積回路チップを埋め込んだ後、貫通孔から受光面又は発光面の何れかが露出するように光素子チップを回路基板及び光素子用集積回路チップ上に配置して、光素子チップの電極と、回路基板の電極及び光素子用集積回路チップの電極とをそれぞれフリップチップボンディングによって直接接続したことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１記載の発明において、貫通孔を、赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の何れかに記載の発明において、光素子用集積回路チップを、光素子チップの指向角度を狭めないように遮光性を有する黒色の封止材料で封止した後に、封止材料で封止された光素子用集積回路チップとともに光素子チップの受光面又は発光面の何れかを赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３に記載の発明において、遮光性を有する黒色の封止材料として黒色のエポキシ樹脂を用いたことを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項３又は請求項４に記載の発明において、透光性を有する透明の封止材料として赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有するエポキシ樹脂を用いたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板である。

請求項７の発明では、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止する隔壁が形成されたラビリンス壁と、ラビリンス壁によって囲まれる煙感知室に発光素子からの光を配光する発光側の光学部材と、受光した光の光量に応じた電気信号を発生する光素子チップと、煙感知室に侵入した煙により散乱された発光素子からの光を光素子チップに集光させる受光側の光学部材と、光素子チップの出力を信号処理する光素子用集積回路チップを含み光素子チップの出力から火災の発生を検出する検出回路と、光素子チップ及び光素子用集積回路チップを含む検出回路の回路部品が実装され、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板とを備えて成ることを特徴とする。

請求項１の発明は、受光面又は発光面の内の少なくとも何れか一方を有する光素子受発光部を具備した光素子チップと、当該光素子チップからの出力信号又は光素子チップへの出力信号の内の少なくとも何れか一方を信号処理する光素子用集積回路チップとを同一の回路基板に近接させて実装し、両チップの電極間を電気的に接続するチップ間端子接続方法であって、光素子チップの受光面又は発光面の何れかが設けられた面に電極を設けるとともに、回路基板に、当該回路基板を厚み方向に貫通し光素子チップの受光面又は発光面の何れかを露出させる貫通孔を設けるとともに、光素子用集積回路チップの電極とこの電極に接続される光素子チップの電極とが回路基板の厚み方向において重なるようにして光素子用集積回路チップが埋め込まれる凹部を貫通孔の近傍に設け、この凹部内に光素子用集積回路チップを埋め込んだ後、貫通孔から受光面又は発光面の何れかが露出するように光素子チップを回路基板及び光素子用集積回路チップ上に配置して、光素子チップの電極と、回路基板の電極及び光素子用集積回路チップの電極とをそれぞれフリップチップボンディングによって直接接続したことを特徴とし、回路基板に設けた凹部に光素子用集積回路チップを埋め込んだ後、光素子チップを回路基板にフリップチップ実装することにより、光素子チップの電極と光素子用集積回路チップの電極とを直接接続しているので、従来のチップ間端子接続方法に比べて光素子チップ及び光素子用集積回路チップの電極間を短い距離で接続することができるから、光素子チップと光素子用集積回路チップとの間を接続する電路にノイズがのりにくくなり、耐ノイズ性が向上するという効果がある。また、光素子用集積回路チップを回路基板の凹部に埋め込んだ状態で、光素子チップの電極と光素子用集積回路チップの電極とを直接接続しており、光素子用集積回路チップと光素子チップの一部を回路基板の厚み方向に重ねて配置しているので、チップ実装に必要な面積を小さくして、回路基板の小型化が図れるという効果もある。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、貫通孔を、赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とし、請求項１の発明の効果に加えて、透光性を有する透明の封止材料により光素子チップの受光面又は発光面を保護できるという効果がある。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の何れかに記載の発明において、光素子用集積回路チップを、光素子チップの指向角度を狭めないように遮光性を有する黒色の封止材料で封止した後に、封止材料で封止された光素子用集積回路チップとともに光素子チップの受光面又は発光面の何れかを赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とし、遮光性を有する黒色の封止材料で、光素子チップの指向角度を狭めないように光素子用集積回路チップを封止しているので、光素子用集積回路チップに光が当たってノイズが発生するのを防止できる。しかも、遮光性を有する黒色の封止材料は、透光性を有する透明の封止材料に比べて一般的に高粘度で高チクソ性であるため、封止する範囲を必要な範囲のみに限定することができ、その結果、封止材料を塗布するのに必要な時間を短縮して生産性を向上させることができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、遮光性を有する黒色の封止材料として黒色のエポキシ樹脂を用いたことを特徴とし、請求項３の発明と同様の効果を奏する。

請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、透光性を有する透明の封止材料として赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有するエポキシ樹脂を用いたことを特徴とし、請求項３又は請求項４の発明と同様の効果を奏する。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板であり、耐ノイズ性を向上させた小型の回路基板を実現できる。

請求項７の発明は、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止する隔壁が形成されたラビリンス壁と、ラビリンス壁によって囲まれる煙感知室に発光素子からの光を配光する発光側の光学部材と、受光した光の光量に応じた電気信号を発生する光素子チップと、煙感知室に侵入した煙により散乱された発光素子からの光を光素子チップに集光させる受光側の光学部材と、光素子チップの出力を信号処理する光素子用集積回路チップを含み光素子チップの出力から火災の発生を検出する検出回路と、光素子チップ及び光素子用集積回路チップを含む検出回路の回路部品が実装され、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板とを備えて成ることを特徴とし、耐ノイズ性を向上させた火災感知器を実現できる。

以下、本発明に係るチップ間端子接続方法を火災感知器の具備する回路基板に適用した実施形態について説明する。

（基本構成）
先ず、火災感知器の基本構成について図５〜図１８を参照して説明する。図１８は火災感知器の回路構成であり、この火災感知器は煙を感知する煙感知機能と、熱を感知する熱感知機能の両方を備えた複合型のものであり、後述する煙感知室Ｓに赤外光を照射する発光ダイオードＬＥＤと、発光ダイオードＬＥＤから照射された赤外光の煙感知室Ｓ内に侵入した煙による散乱光を受光するフォトダイオードＰＤと、投受光回路５０と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）６０と、伝送回路６１とで構成される。

投受光回路５０は、発光ダイオードＬＥＤに流す電流を制御する発光電流制御回路５１と、フォトダイオードＰＤの出力電流を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路５２とを備え、Ｉ／Ｖ変換回路５２の出力電圧はゲイン切り替え回路５３によって所定のゲインで増幅され、ゲイン調整回路５４によって電圧レベルが調整され、さらにオフセット調整回路５５によってオフセット電圧が調整された後、マイコン６０に出力される。マイコン６０では投受光回路５０の出力をＡ／Ｄ変換して、予め設定されたしきい値レベルと比較しており、投受光回路５０の出力がしきい値レベルを超えると、煙の濃度が所定の濃度に達したことを示す発報信号を伝送回路６１に出力し、伝送回路６１はこの発報信号を多重伝送信号により図示しない火災受信器へ送信する。また、投受光回路５０は、マイコン６０から入力されるテスト信号に応じて、発光電流制御回路５１の出力を変化させるとともに、ゲイン切り替え回路５３のゲインを選択的に切り替える感度調整制御回路５６を備えている。また、図１８では図示を省略しているが、マイコン６０にはサーミスタ６の出力が入力されており、サーミスタ６の出力から周囲の温度を監視している。

次に火災感知器の構造を図７〜図１７に基づいて説明する。この火災感知器は図７〜図９に示すように天井面などの造営面に取着されるボディ１と、プリント基板からなり発光ダイオードＬＥＤやチップ化されたフォトダイオードＰＤや後述する煙検知回路の回路部品が実装される回路基板２と、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁９によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室Ｓを下面側に具備し、煙感知室Ｓ内に光学系の部品が取着されるとともに、発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤを光学系の部品と対向させた状態で回路基板２が上面に取り付けられる光学基台３と、光学基台３に設けた煙感知室Ｓの内部に虫などが侵入するのを防止する防虫カバー４と、保護カバー５とで構成される。

ボディ１は略円板状の主部１ａと、主部１ａの外周縁から上方に突出する側壁１ｂとを連続一体に形成して構成され、主部１ａの下面略中央には丸穴１ｃが開口し、この丸穴１ｃ内に回路基板２が固定された光学基台３及び防虫カバー４を保持した保護カバー５の上端部が挿入され、固定される。

回路基板２の下面には発光ダイオードＬＥＤ及びサーミスタ６が、それぞれ発光面及び熱感知部を下方に突出させた状態で実装されている。また、図５（ａ）に示すように、回路基板２の下面にはチップ化されたフォトダイオードＰＤ（光素子チップ）と、上述のＩ／Ｖ変換回路５２などをチップ化した光素子用集積回路チップＩＣ１が近接して実装されている。なお、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１の裏面には電極が形成されており、回路基板２の表面に形成された導体パターン２ａ，２ａにそれぞれダイボンドされている。また、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１の上面にはそれぞれ電極（図示せず）が形成されており、両電極間はワイヤボンディング法によりアルミニウムや金などの金属細線からなるワイヤ８０を介して直接接続されている。このように、本火災感知器では同一の回路基板２にチップ化されたフォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１とをダイボンドし、出力電流が微少であるフォトダイオードＰＤの電極と光素子用集積回路チップＩＣ１の電極とをワイヤボンディングにより直接接続しているので、従来のチップ間端子接続方法に比べて両電極間を短い距離で接続することができ、したがって回路基板の小型化を図るとともに、両電極間を接続するボンディングワイヤにノイズがのりにくくなって、耐ノイズ性が向上する。

ここで、ワイヤボンディング法は超音波法と熱圧着超音波併用法の二つに大別されるが、何れの手法を用いてワイヤボンディングを行っても良いことは言うまでもない。この場合、線材を通す貫通孔が中心に設けられた円柱状で先端部の形状が円錐形状に形成された治具（キャピラリ）を用いて施工される。尚、超音波法の場合には主としてアルミニウムの線材が、熱圧着超音波併用法の場合には主として金の線材が用いられる。

熱圧着超音波併用法により例えば直径が約２０μｍの金のワイヤ８０を用いてボンディングする場合は、最初に接続する（１ｓｔボンディングとも言う）方は、ワイヤ８０の先端に直径が約６０μｍの微少なボールを形成して、その先端を熱圧着超音波併用法によりボンディングした後、キャピラリを次に接続する（２ｎｄボンディングとも言う）電極の位置に移動させて、キャピラリの先端を電極に押し当てた上で、熱圧着超音波併用法によりボンディングする。なお、ベアチップ上の電極と基板或いはリードフレームとの間をボンディングワイヤにより接続する場合は、一般的にベアチップ上の電極に１ｓｔボンディングを行い、主に基板やリードフレームなどの接続先に２ｎｄボンディングを行うのであるが、本感知器の場合には図５（ａ）に示すように光素子用集積回路チップＩＣ１の電極に１ｓｔボンディングしても良いし、図５（ｂ）に示すようにフォトダイオードＰＤの電極に１ｓｔボンディングしても良い。

また、図５（ｃ）に示すようにアルミニウム細線よりなるワイヤ８０’を用いて超音波法でボンディングする場合は、チップ電極と基板側の電極とが同じであり、工程の順番はあるもののボンディング自体を１ｓｔボンディング、２ｎｄボンディングというように捉えていない。従って、超音波法ではフォトダイオードＰＤの電極と光素子用集積回路チップＩＣ１の電極との接続方法について特に規定はなく、また工程上の順番も何れを最初にしても良い。

尚、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を樹脂封止する場合に、フォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１を別々の樹脂で封止すると、封止樹脂が硬化する際に発生する熱応力の違いによってワイヤ８０の接合部に引っ張り応力が加わるという問題があるが、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を透光性を有する１種類の樹脂で封止するようにすれば、ワイヤ８０の接合部に熱応力が加わって不具合となるのを防止できる。

光学基台３は図１０〜図１２に示すように黒色の合成樹脂により、略円板状の底板７と、底板７の上面に突設された四角枠状の側壁８と、底板７下面の外周部に沿って配置された水平断面が略く字形の複数の隔壁９ａからなるラビリンス壁９とを一体に形成して構成される。

ラビリンス壁９を構成する隔壁９ａは反射が生じないように黒色に形成されており、中間部の屈曲部位が突出する方向を隣接する隔壁９ａと同じ向きにし、中間部の屈曲部位が隣接する隔壁９ａの両端部の間に入り込むようにして所定の間隔をおいて配置されている。隣接する隔壁９ａの間にできる煙導入路は、一端が外部と連通して煙導入口となり、他端が煙感知室Ｓに連通しており、煙導入路の中間部を屈曲させることによって、外光が煙感知室Ｓ内に入射しにくくなっている。

光学基台３の底板７と側壁８とで囲まれる凹所１０内には、発光ダイオードＬＥＤ、フォトダイオードＰＤ、光素子用集積回路チップＩＣ１及びサーミスタ６が実装された面を底板７側にして回路基板２が納装される。光学基台３の底板７には発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤにそれぞれ対応する部位に下方に突出する突台部１９，２０が突設されており、これらの突台部１９，２０には底板７を貫通する貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されている。各突台部１９，２０には、貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ連続し、光学基台３の中心方向に向かって延びる溝１９ａ，２０ａが形成されており、これらの溝１９ａ，２０ａ内に発光側及び受光側の光学部材としてのプリズムレンズ１２，１３が取り付けられる。ここで、プリズムレンズ１２，１３は一方の面を貫通孔１１ａ，１１ｂと対向させ、他方の面を煙感知室Ｓの中心方向に向けた状態で光学基台３に取り付けられ、プリズムレンズ１２，１３の上側及び左右両側が突台部１９，２０によって覆われる。すなわち、プリズムレンズ１２，１３は、図１０（ａ）に示すようにそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が煙感知室Ｓの中心方向を向き、且つ所定の角度で交差するように配置されている。

上述のようにプリズムレンズ１２，１３は発光ダイオードＬＥＤの発光面、フォトダイオードＰＤの受光面にそれぞれ対向しており、発光ダイオードＬＥＤの発光はプリズムレンズ１２によって集光されて煙感知室Ｓに照射される。そして、煙感知室Ｓ内に煙が侵入すると、煙の粒子によってプリズムレンズ１２から照射された光が散乱され、プリズムレンズ１３に入射する。プリズムレンズ１３に入射した光は、プリズムレンズ１３によってフォトダイオードＰＤの受光面に集光されるので、フォトダイオードＰＤの出力の増加から煙の侵入を検出することができる。尚、プリズムレンズ１２，１３はそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が所定の角度で交差するように配置されているので、プリズムレンズ１２から照射された発光ダイオードＬＥＤの光が直接プリズムレンズ１３に入射することはない。

ところで、フォトダイオードＰＤからの出力電流は微少であり、静電ノイズのような外来ノイズに対して弱いため、このような外来ノイズからフォトダイオードＰＤをシールドする必要がある。そこで、本感知器ではフォトダイオードＰＤと対向する光学基台３の部位に、一面が開口した箱状のシールドカバー１４をインサート成形しており、凹所１０内に回路基板２を納装すると、回路基板２に実装されたフォトダイオードＰＤ及び煙検出回路の周りをシールドカバー１４が覆い、フォトダイオードＰＤと煙検出回路とを静電遮蔽するようになっている。なお、シールドカバー１４には回路基板２側に突出するアースピン１４ａが設けられており、このアースピン１４ａは回路基板２に設けたスルーホールに挿通され、回路基板２のグランドライン（図示せず）に半田付けされる。また、シールドカバー１４には、貫通孔１１ｂに連通する連通孔１４ｂが形成されており、この連通孔１４ｂを通ってプリズムレンズ１３で集光された光がフォトダイオードＰＤの受光面に照射される。

また、光学基台３には４本の端子ピン１５がインサート成形されており、各端子ピン１５は回路基板２に設けたスルーホール（図示せず）に挿通され、半田付けされることによって、各端子ピン１５が回路基板２の配線パターンに電気的に接続されるとともに、回路基板２から反対側に突出する各端子ピン１５の先端部が外部接続端子となる。また、光学基台３にインサート成形された端子ピン１５を回路基板２に半田付けすることによって、光学基台３に回路基板２が保持される。

ここで、光学基台３の製造工程を図１３〜図１７を参照して簡単に説明する。まず、図１３に示すように金属材料により帯板状に形成されたフープ材４０を打ち抜き、さらに図１３中の斜線部分を紙面の奧側に折り曲げて、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにシールドカバー１４を箱状に形成するとともに、端子ピン１５をフープ材４０の平面方向と略直交する方向に突出させる。その後、図１５（ａ）（ｂ）に示すようにフープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分をインサート成形（一次成形）し、図１６（ａ）（ｂ）に示すようにラビリンス壁９を二次成形した後、フレーム部分を切断することにより図１７（ａ）（ｂ）に示すような形状に形成される。尚、フープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分とラビリンス壁９とを一度にインサート成形するようにしても良いことは言うまでもない。

このように、シールドカバー１４及び端子ピン１５と光学基台３とは同時成形（インサート成形）により一体化されているので、部品点数を削減して、組立作業の作業性を向上させることができる。また、光学基台３とラビリンス壁９とを一体化しており、部品点数を少なくして組立作業性を向上させるとともに、ラビリンス壁９と光学基台３との位置決め精度が高くなって、迷光の発生を抑制することができる。また、シールドカバー１４と端子ピン１５とは１枚の板金を打ち抜き、曲げ加工を施すことによって形成されているので、シールドカバー１４と端子ピン１５とを加工する工程を容易に自動化することができ、製造コストを低減できる。

また、防虫カバー４は、図７〜図９に示すように絶縁性を有する合成樹脂により有底円筒状に形成される。防虫カバー４の底板４ａには光学基台３に設けた挿通孔１１ｃと連通し、回路基板２に実装されたサーミスタ６を挿通するための貫通孔４ｄが形成され、周壁４ｂには複数の孔が格子状に開口するメッシュ部４ｃが形成されている。この防虫カバー４は光学基台３の下端部を筒内に挿入した状態で光学基台３に取り付けられており、ラビリンス壁９の周りをメッシュ部４ｃが形成された周壁４ｂで覆っているので、ラビリンス壁９で囲まれた煙感知室Ｓに虫等の異物が侵入するのを防止できる。また、防虫カバー４の底板４ａには、図９に示すように、光学基台３の底板７に設けた突台部１９，２０と対向する部位に上側（光学基台３側）に向かって突出し、突台部１９，２０に設けた溝１９ａ，２０ａと嵌合する蓋部２１，２２が一体に形成されている。而して、光学基台３に防虫カバー４を被せると、防虫カバー４に設けた蓋部２１，２２が光学基台３に設けた溝１９ａ，２０ａとそれぞれ嵌合し、プリズムレンズ１２の出射面及びプリズムレンズ１３の入射面の周りを突台部１９，２０及び蓋部２１，２２で囲むことにより、光学的に密閉することができるから、外光などの余計な光が入射するなどして誤動作するのを防止できる。

また、保護カバー５は合成樹脂により有底円筒状に形成されており、周壁５ａの上端部には外側に突出する係合爪１６が突設され、周壁５ａの略下半分には円周方向に沿って延びる帯状の開口１７が複数開口し、底板５ｂからは上方に向かって突出し、先端部が防虫カバー４の底板４ａと当接する複数のリブ１８が突設されている。この火災感知器を組み立てた状態では、サーミスタ６が防虫カバー４の貫通孔４ｄから下方に突出し、サーミスタ６の先端部が防虫カバー４の底板４ａと保護カバー５の底板５ｂとの間に配置される。尚、複数のリブ１８はサーミスタ６を中心として放射状に配置されており、開口５ｃから内部に流入した空気がサーミスタ６の感熱部に当たるよう、空気の流れを整流している。

この火災感知器を組み立てる際は、先ず回路基板２に発光ダイオードＬＥＤ、フォトダイオードＰＤ、光素子用集積回路チップＩＣ１、サーミスタ６及び煙感知回路の回路部品を実装し、この回路基板２を光学基台３の凹所１０内に挿入して、シールドカバー１４のアースピン１４ａ及び端子ピン１５を回路基板２に半田付けし、回路基板２を光学基台３に固定する。次に、保護カバー５の筒内に防虫カバー４と、回路基板２が取り付けられた光学基台３とを挿入して、防虫カバー４及び光学基台３を保護カバー５に保持させた後、この保護カバー５の上端部をボディ１の丸穴１ｃ内に挿入すると、保護カバー５の上端部に突設した係合爪１６と丸穴１ｃの内周面に形成された係合段部１ｄとが凹凸係合して、保護カバー５がボディ１に結合されるのである。

ところで、図６（ａ）に示すようにフォトダイオードＰＤの指向角度を妨げないよう光素子用集積回路チップＩＣ１を遮光性の略黒色の封止材料（以下、遮光性封止剤と言う）７１で封止した後、封止後の光素子用集積回路チップＩＣ１とともに、フォトダイオードＰＤの受光面を赤外線帯域から可視光帯域の光に対して透光性を有する略透明の封止材料（以下、透光性樹脂と言う）７２で封止することも好ましい。尚、遮光性封止剤７１及び透光性樹脂７２以外の構成は上述の火災感知器と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

ここに、遮光性封止剤７１としては、通常半導体ベアチップの封止に用いるエポキシ樹脂を用いれば良く、例えば熱硬化型の液状のエポキシ樹脂（松下電工株式会社製の型番ＣＶ５１８１Ｄ）を使用している。なお、樹脂封止の範囲で決まる実装エリアを小型化するために、高粘度で高チクソ性を有する樹脂を用いるのが好ましく、そのため樹脂中のシリカに代表されるフィラーによって粘度やチクソ性を調整している。

また、透光性樹脂７２としては、通常半導体ベアチップの封止に用いるエポキシ樹脂を用いれば良く、例えば熱硬化型のエポキシ樹脂（松下電工株式会社製の型番ＣＶ５１３０Ａ）を使用している。このエポキシ樹脂は赤外線帯域から可視光帯域の光に対して透光性を有しており、主剤と硬化剤からなる二液型のものである。

以下に樹脂封止の手順について簡単に説明する。先ず、光素子用集積回路チップＩＣ１の周囲に略黒色の遮光性封止剤７１を塗布する。ここで、遮光性封止剤７１は高粘度で高チクソ性の樹脂であるから、光素子用集積回路チップＩＣ１の電極とワイヤ８０との接続部分という最低限の範囲のみを封止することができる。これは、単位時間当たりの塗布量が少ない、空気圧による樹脂押し出し（ディスペンス法）という液状樹脂塗布方法において生産性を向上させるためである。尚、一旦固形に成形し、その後加熱することで一時的に液状とした後、再び硬化させるようなタイプの従来周知の封止剤を用い、封止したい部分を除いてマスクで保護した上で基板全体を加熱し、この基板を上部が開口した密閉容器内に配置し、この密閉容器内に送風撹拌している状態で開口部に封止樹脂を置いて、加熱された基板にぶつかった粉状の樹脂がその熱で溶融付着することで必要な部分にだけ樹脂を付着させる方法や、図６（ｂ）に示すように金型を用いたトランスファ成形によって必要な部分のみを封止する方法で封止しても良い。

このように、光素子用集積回路チップＩＣ１の周囲に略黒色の遮光性封止剤７１を塗布し、加熱硬化した後に略透明の封止剤７２を用いて、光素子チップを含み、光素子チップと光素子用集積回路チップの入出力端子や、それに対応した基板上の配線パターンの露出部や、上述のボンディングワイヤを覆うように塗布することで、光素子チップの指向角度を妨げることなく、光素子チップやボンディングワイヤを保護できる。尚、暗黒色の遮光性封止剤７１が略透明の封止剤７２から露出するように塗布されていても良い。

（参考例１）
本発明の参考例１を図１（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。上述の基本構成ではフォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１とをフェースアップの状態で回路基板２に実装しているが、本参考例ではフォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１とをフェースダウンの状態で回路基板２に実装している。尚、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１の実装方法以外は基本構成の火災感知器と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

本参考例では回路基板２に、回路基板２を厚み方向に貫通する貫通孔２ｃを設けており、フォトダイオードＰＤの受光面を貫通孔２ｃに臨ませるようにしてフォトダイオードＰＤを配置し、受光面と同じ面にある電極に設けたバンプ７３を回路基板２に形成された基板側電極（図示せず）にフリップチップボンディングすることで、フォトダイオードＰＤの電極と回路基板２との間を電気的に接続する。なお、図１（ｂ）に示すようにフォトダイオードＰＤには、受光面と同じ面の４隅に電極を形成してあり、各電極にバンプ７３を形成しているので、回路基板２に取り付けた状態で回路基板２に対する平行度を確保することができる。

また、光素子用集積回路チップＩＣ１の実装面にもバンプ７４を形成してあり、バンプ７４を回路基板２に形成された基板側電極（図示せず）にフリップチップボンディングすることで、光素子用集積回路チップＩＣ１の電極と回路基板２との間を電気的に接続する。ここで、フォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１との間を電気的に接続する配線パターン２ａは、フォトダイオードＰＤの電極と光素子用集積回路チップＩＣ１の電極との間を最短距離で接続するようにパターニングされている。

また、フリップチップ実装を行った回路基板２とフォトダイオードＰＤとの間の隙間から受光面に光が差し込むのを防止するとともに、バンプ７３，７４と基板側電極との接合強度を保持して信頼性を向上させるために、フリップチップ実装したフォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１と回路基板２との間の隙間にアンダーフィル樹脂７５を注入し、硬化させている。尚、図１（ｃ）に示すようにフリップチップ実装の前に回路基板２の上面にアンダーフィル樹脂７５を塗布し、その後バンプ７３，７４がそれぞれ形成されたフォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を回路基板２に押し付けて、基板側電極と接触させた状態で樹脂を加熱硬化するようにしても良い（先塗り法）。

ここに、光素子には光が入射する必要があるため、光素子の受光面或いは発光面を保護するアンダーフィル樹脂に透明樹脂を用いているが、さらにその外側から暗黒色の遮光樹脂を塗布して、外側からの光の入射を遮断するようにしても良い。また、フォトダイオードＰＤに隣接して実装される光素子用集積回路チップＩＣ１のフリップチップ部に塗布して、この光素子用集積回路チップＩＣ１を封止する暗黒色の遮光樹脂の一部でフォトダイオードＰＤの透明封止剤の外側を封止する封止剤を兼用しても良い。尚、上記構成でバンプ及び回路基板２側の接続端子を覆う樹脂は略黒色の遮光樹脂でも良いし、透明な樹脂でも良い。

（参考例２）
上述した参考例１では回路基板２の表面に液状のアンダーフィル樹脂７５を塗布し、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を回路基板２に押し付けて、回路基板２の電極と接触させた状態で樹脂を加熱硬化させることで、封止しているが、本参考例では図２（ａ）（ｂ）に示すようにフィルムタイプのアンダーフィル樹脂７６で封止している。フィルムタイプの場合にはアンダーフィル樹脂７６を予め所定の形状に形成しておくことで、封止帯域を最低限の帯域に限定することができ、図２（ａ）（ｂ）では光素子用集積回路チップＩＣ１の下面の略全面とフォトダイオードＰＤのボンディング部のみをカバーするような形状に形成してある。尚、アンダーフィル樹脂７６以外は参考例１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

ここに、フィルムタイプのアンダーフィル樹脂７６は絶縁性樹脂あるいは異方性導電性樹脂であり、図２（ａ）に示すように回路基板２の配線パターン２ａ上にフィルムタイプのアンダーフィル樹脂７６を載置して、バンプ７３，７４がそれぞれ形成されたフォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を回路基板２の配線パターン２ａと位置合わせした上で加圧及び加熱することにより、バンプ７３，７４と基板側電極とを接合する。

アンダーフィル樹脂７６が絶縁性樹脂の場合は、フィルム状のアンダーフィル樹脂７６を加熱することで軟化させ、さらにフォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を回路基板２に押し付けることで、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１にそれぞれ設けたバンプ７３，７４がアンダーフィル樹脂７６を貫通して回路基板２上の配線パターン２ａに達し、電気的に接触する。この状態でフィルム状のアンダーフィル樹脂７６を硬化させると、常温時ではアンダーフィル樹脂７６の硬化、収縮もあって、バンプ７３，７４と回路基板２の電極との電気的接続が維持され、導通が確保できる。

また、アンダーフィル樹脂７６が異方性導電樹脂の場合、絶縁性樹脂の中に導電粒子を分散させているため、加熱によってアンダーフィル樹脂７６が軟化した状態で、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１を回路基板２に押し付けることで、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１にそれぞれ形成したバンプ７３，７４がフィルム状のアンダーフィル樹脂７６を貫通して回路基板２の電極と接触するか、又は、導電粒子を介して回路基板２の電極に電気的に接続されることで、回路基板２の電極と導通する。そして、この状態でフィルム状のアンダーフィル樹脂７６を硬化させると、導電粒子を介した導通及びアンダーフィル樹脂７６の硬化、収縮によって、バンプ７３，７４と回路基板２の電極との電気的接続が維持され、導通が確保できる。

ところで、本参考例において、図２（ｃ）に示すように回路基板２に形成した貫通孔２ｃ内に、赤外線帯域から可視光帯域にかけて透光性を有する略透明の封止剤７７を充填して、フォトダイオードＰＤの受光面を封止し、フォトダイオードＰＤの受光面を保護しても良い。尚、この場合はアンダーフィル樹脂７６にフォトダイオードＰＤの受光面を露出させる孔（例えば正方形の孔）を開けて、枠状に形成するのが望ましく、アンダーフィル樹脂７６で封止剤７７の流れ出しを防止できる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１を図３を参照して説明する。上述した参考例１では回路基板２の上面にフォトダイオードＰＤと光素子用集積回路チップＩＣ１とをフリップチップ実装しているのに対して、本実施形態では、回路基板２に光素子用集積回路チップＩＣ１を埋め込んだ状態で固定し、フォトダイオードＰＤを回路基板２にフリップチップ実装して、フォトダイオードＰＤのバンプ７３を光素子用集積回路チップＩＣ１の電極に直接接続している。尚、光素子用集積回路チップＩＣ１の実装方法以外は参考例１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

本実施形態では回路基板２を貫通して貫通孔２ｃを形成するとともに、貫通孔２ｃに隣接して光素子用集積回路チップＩＣ１を埋め込んだ状態で固定するための凹部２ｄを予め形成してある。そして、この凹部２ｄ内に光素子用集積回路チップＩＣ１を埋め込み、フォトダイオードＰＤとの接続端子が形成された上面が回路基板２の表面と略面一になるように、例えば接着剤７８で固定する。その後、フォトダイオードＰＤに設けたバンプ７３と、回路基板２上の配線パターン２ａ及び光素子用集積回路チップＩＣ１の電極（図示せず）とをフリップチップボンディングにより導通している。尚、図３では図示を省略しているが、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１のフリップチップ実装部やフォトダイオードＰＤの受光面を保護するために、参考例１と同様の方法でアンダーフィル樹脂７５を塗布しても良い。

（参考例３）
本発明の参考例３を図４（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。本参考例では、回路基板２にフェースアップの状態で実装された光素子用集積回路チップＩＣ１の上面に、受光面を上向きにしてフォトダイオードＰＤをダイボンドし、光素子用集積回路チップＩＣ１の上面に形成された電極とフォトダイオードＰＤの上面に形成された電極とをワイヤボンディング法により回路基板２の配線パターン２ａにそれぞれ接続している。尚、フォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１の実装方法以外は基本構成と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。

ここで、フォトダイオードＰＤを光素子用集積回路チップＩＣ１の上面にダイボンドする際は、光の入射を回避する必要がある回路部分を覆うようにしてダイボンドする。但し、光素子用集積回路チップＩＣ１の上面に形成された電極と回路基板２の電極とをワイヤボンディング法により接続する必要があるので、フォトダイオードＰＤをダイボンドする際は回路エリアを覆っても良いが、周辺にあるボンディングエリアに侵入しないようにする必要がある。

そして、光素子用集積回路チップＩＣ１の電極及びフォトダイオードＰＤの電極を回路基板２の配線パターン２ａとワイヤボンディングにて接続し、フォトダイオードＰＤの受光面にかからないようにボンディング部を遮光性封止剤７１で封止した後、フォトダイオードＰＤの受光面を覆うようにして透光性封止剤７２を塗布する。この時、フォトダイオードＰＤの受光面に塗布する透光性封止剤７２の流れ出しを防止するために、フォトダイオードの上面よりも上方に突出し、フォトダイオードＰＤの周りを囲む枠を形成するように遮光性封止剤７１を塗布しても良い。尚、本参考例では光素子用集積回路チップＩＣ１及びフォトダイオードＰＤの電極を回路基板２の配線パターン２ａとワイヤボンディングにて接続し、両電極間を配線パターン２ａを介して接続しているが、光素子用集積回路チップＩＣ１の電極とフォトダイオードＰＤの電極との間を直接ワイヤボンディング法により接続しても良い。

また、本参考例ではフォトダイオードＰＤ及び光素子用集積回路チップＩＣ１をフェースアップの状態で回路基板２に重ねてダイボンドしているが、図４（ｂ）に示すように回路基板２に光素子用集積回路チップＩＣ１をフェースダウンの状態でダイボンドして、光素子用集積回路チップＩＣ１の上面にフェースアップの状態でフォトダイオードＰＤをダイボンドし、フォトダイオードＰＤの電極と回路基板２の配線パターン２ａとをワイヤ８０を介して接続し、光素子用集積回路チップＩＣ１及びフォトダイオードＰＤの電極間を配線パターン２ａを介して電気的に接続するようにしても良い。ここで、光素子用集積回路チップＩＣ１は回路基板２の上面にフリップチップ実装されて、基板電極と光素子用集積回路チップＩＣ１のバンプ７４とを導通させており、光素子用集積回路チップＩＣ１の表面にはアンダーフィル樹脂７５が塗布され、外部環境や光の入射から保護されている。また、フォトダイオードＰＤは受光面を上にした状態で光素子用集積回路チップＩＣ１の背面（上面）にダイボンディングされて、チップ電極と回路基板２の配線パターン２ａとをワイヤボンディング法で接続しており、その後にフォトダイオードＰＤと基板側電極とを覆うようにして透光性封止剤７２で封止している。

尚、光素子用集積回路チップＩＣ１を封止する際に、図４（ｃ）に示すようにフィルムタイプのアンダーフィル樹脂７６で封止しても良く、フィルム状のアンダーフィル樹脂７６の形状を予め所定の形状に形成しておくことで、アンダーフィル樹脂７６が光素子用集積回路チップＩＣ１の外側にはみ出さないようにすることができ、フォトダイオードＰＤのチップ電極と基板電極との間をワイヤボンディングする際に、光素子用集積回路チップＩＣ１を封止するアンダーフィル樹脂７６が邪魔になることはなく、回路基板２側の電極をより近接して配置することができる。

尚、上述の実施形態では受光面を有するフォトダイオードＰＤとフォトダイオードＰＤの出力を信号処理する光素子用集積回路チップＩＣ１とを回路基板２に実装する場合を例に説明したが、光素子チップをフォトダイオードＰＤのような受光素子に限定する趣旨のものではなく、発光面を有するＬＥＤチップなどの発光素子でも良い。

（ａ）は参考例１のチップ間端子接続方法により作製した回路基板の断面図、（ｂ）は光素子チップの下面図、（ｃ）（ｄ）は製造工程を説明する断面図である。（ａ）〜（ｃ）は参考例２のチップ間端子接続方法を説明する回路基板の断面図である。実施形態１のチップ間端子接続方法を説明する回路基板の断面図である。（ａ）〜（ｃ）は参考例３のチップ間端子接続方法を説明する回路基板の断面図である。（ａ）〜（ｃ）はチップ間端子接続方法の参考例を説明する回路基板の断面図である。（ａ）（ｂ）はチップ間端子接続方法の他の参考例を説明する回路基板の断面図である。同上のチップ間端子接続方法を用いて作製した回路基板を具備する火災感知器を組み立てる前の状態の断面図である。同上の分解斜視図である。同上の断面図である。同上の光学基台を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。同上の光学基台の裏面図である。同上の光学基台を示し、図１０のＣ部拡大図である。同上の光学基台の製造工程を説明する説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の別の製造工程を説明する説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた別の製造工程を説明する説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の更に別の製造工程を説明する説明図である。（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた更に別の製造工程を説明する説明図である。同上の回路ブロック図である。従来のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板の断面図である。

符号の説明

２回路基板
２ａ配線パターン
２ｃ貫通孔
７３，７４バンプ
ＰＤフォトダイオード
ＩＣ１光素子用集積回路チップ

Claims

受光面又は発光面の内の少なくとも何れか一方を有する光素子受発光部を具備した光素子チップと、当該光素子チップからの出力信号又は光素子チップへの出力信号の内の少なくとも何れか一方を信号処理する光素子用集積回路チップとを同一の回路基板に近接させて実装し、両チップの電極間を電気的に接続するチップ間端子接続方法であって、光素子チップの受光面又は発光面の何れかが設けられた面に電極を設け、回路基板に、当該回路基板を厚み方向に貫通し光素子チップの受光面又は発光面の何れかを露出させる貫通孔を設けるとともに、光素子用集積回路チップの電極とこの電極に接続される光素子チップの電極とが回路基板の厚み方向において重なるようにして光素子用集積回路チップが埋め込まれる凹部を貫通孔の近傍に設け、この凹部内に光素子用集積回路チップを埋め込んだ後、貫通孔から受光面又は発光面の何れかが露出するように光素子チップを回路基板及び光素子用集積回路チップ上に配置して、光素子チップの電極と、回路基板の電極及び光素子用集積回路チップの電極とをそれぞれフリップチップボンディングによって直接接続したことを特徴とするチップ間端子接続方法。
前記貫通孔を、赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とする請求項１記載のチップ間端子接続方法。
前記光素子用集積回路チップを、前記光素子チップの指向角度を狭めないように遮光性を有する黒色の封止材料で封止した後に、封止材料で封止された光素子用集積回路チップとともに光素子チップの受光面又は発光面の何れかを赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有する透明の封止材料で封止したことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のチップ間端子接続方法。
前記遮光性を有する黒色の封止材料として黒色のエポキシ樹脂を用いたことを特徴とする請求項３記載のチップ間端子接続方法。
前記透光性を有する透明の封止材料として赤外線帯域から可視光帯域までの光に対して透光性を有するエポキシ樹脂を用いたことを特徴とする請求項３又は請求項４の何れかに記載のチップ間端子接続方法。
請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板。
外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止する隔壁が形成されたラビリンス壁と、ラビリンス壁によって囲まれる煙感知室に発光素子からの光を配光する発光側の光学部材と、受光した光の光量に応じた電気信号を発生する光素子チップと、煙感知室に侵入した煙により散乱された発光素子からの光を光素子チップに集光させる受光側の光学部材と、光素子チップの出力を信号処理する光素子用集積回路チップを含み光素子チップの出力から火災の発生を検出する検出回路と、光素子チップ及び光素子用集積回路チップを含む検出回路の回路部品が実装され、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のチップ間端子接続方法を用いて作製された回路基板とを備えて成ることを特徴とする火災感知器。