JP5022322B2 - Inter-chip terminal connection method, circuit board manufactured using the same, and fire detector including the circuit board - Google Patents
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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。 According to the present invention, an optical element chip having at least one of a light receiving surface and a light emitting surface and an integrated circuit chip for an optical element that performs signal processing on the output of the optical element chip are mounted on the same substrate. The present invention relates to an inter-chip terminal connection method for electrically connecting the terminals of the circuit board, a circuit board manufactured using the same, and a fire detector including the circuit board.
従来、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)。
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。
In the conventional interchip terminal connection method described above, since discrete components are used for the
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。
ものがあった(例えば特許文献1参照)。
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to improve the noise resistance and to reduce the size of the circuit board and to produce the inter-chip terminal connection method. It is an object of the present invention to provide a fire detector having a circuit board.
There was a thing (for example, refer to patent documents 1).
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、前記光素子チップからの出力信号又は前記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、前記光素子用集積回路チップが実装される回路基板には、前記光素子用集積回路チップの実装位置の周辺に中継用の配線パターンが設けられ、前記光素子用集積回路チップにおける前記回路基板と反対側の表面に、受光面又は発光面の何れかを前記光素子用集積回路チップと反対側に向けた状態で、前記光素子チップを載置固定した後、前記光素子用集積回路チップにおける前記回路基板と反対側の表面に設けられた電極と、前記光素子チップにおける前記光素子用集積回路チップと反対側の表面に設けられた電極とをそれぞれ同一の前記配線パターンにワイヤボンディング法により接続し、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エポキシ樹脂からなる封止材料で封止した後に、前記封止材料で封止された前記光素子用集積回路チップとともに前記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。
In the invention of
請求項2の発明では、請求項1の発明において、光素子用集積回路チップを封止するアンダーフィル樹脂を、光素子用集積回路チップの外周の少なくとも一部において、光素子用集積回路チップの端面から外側にはみ出ないように設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the underfill resin for sealing the optical element integrated circuit chip is formed on at least a part of the outer periphery of the optical element integrated circuit chip. It is provided so as not to protrude outward from the end face.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、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。
The invention of
請求項4の発明は回路基板であって、請求項1乃至請求項3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ことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a circuit board, which is manufactured using the inter-chip terminal connecting method according to any one of the first to third aspects.
請求項5の発明は火災感知器であって、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、前記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、前記煙感知室に侵入した煙により散乱された前記発光素子からの光を前記光素子チップに集光させる受光側の光学部材と、前記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前記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、前記光素子用集積回路チップを含む前記検出回路の回路部品が実装され、請求項1乃至請求項3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。
The invention of
請求項1の発明によれば、光素子用集積回路チップの表面に光素子チップを載置固定しているので、チップ実装に必要な面積を小さくでき、且つ光素子用集積回路チップ及び光素子チップの電極をそれぞれ配線パターンにワイヤボンディング法により接続することで、両電極間を配線パターンを介して接続しているので、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。しかも、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。 According to the first aspect of the present invention, since the optical element chip is mounted and fixed on the surface of the integrated circuit chip for optical elements, the area required for chip mounting can be reduced, and the integrated circuit chip for optical elements and the optical element By connecting each electrode of the chip to the wiring pattern by wire bonding method, both electrodes are connected through the wiring pattern. Therefore, compared with the conventional inter-chip terminal connection method, the optical element chip and the optical element integration Since the electrodes of the circuit chip can be connected with a short distance, noise is less likely to be applied to the electric circuit connecting the optical element chip and the integrated circuit chip for the optical element, and the noise resistance is improved. . In addition, since the optical element integrated circuit chip is sealed with a black sealing material having a light shielding property so that the directivity angle of the optical element chip is not narrowed, the light hits the optical element integrated circuit chip and noise is generated. Can be prevented. Moreover, the black sealing material having light shielding properties is generally higher in viscosity and higher in thixotropy than the transparent sealing material having translucency, so that the range to be sealed is limited to a necessary range. As a result, the time required for applying the sealing material can be shortened and the productivity can be improved.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、封止する帯域を小さくして回路基板の小型化を図ることができるという効果がある。
According to the invention of
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2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1又は請求項2の発明と同様の効果を奏する。
The invention according to
請求項4の発明によれば、耐ノイズ性を向上させた小型の回路基板を実現できる。
According to invention of
請求項5の発明によれば、耐ノイズ性を向上させた火災感知器を実現できる。
According to the invention of
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。 Hereinafter, an embodiment in which the inter-chip terminal connection method according to the present invention is applied to a circuit board included in a fire sensor will be described.
(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。
(Basic configuration)
First, the basic configuration of the fire detector will be described with reference to FIGS. FIG. 18 shows a circuit configuration of a fire detector. This fire detector is a combined type having both a smoke detection function for detecting smoke and a heat detection function for detecting heat, and a smoke detection chamber described later. A light emitting diode LED that irradiates S with infrared light, a photodiode PD that receives scattered light from the smoke that has entered the smoke sensing chamber S of infrared light irradiated from the light emitting diode LED, a light projecting / receiving
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。
The light emitting /
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。
Next, the structure of the fire detector will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 7 to 9, the fire detector includes a
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。
The
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。
A light emitting diode LED and a
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。 Here, the wire bonding method is roughly classified into two methods, that is, an ultrasonic method and a thermocompression ultrasonic combined method. Needless to say, any method may be used for wire bonding. In this case, it is constructed using a jig (capillary) having a cylindrical shape with a through-hole through which the wire passes and having a conical shape at the tip. In the case of the ultrasonic method, an aluminum wire is mainly used, and in the case of the thermocompression ultrasonic method, a gold wire is mainly used.
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。
For example, when bonding is performed using a
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。
Further, as shown in FIG. 5C, in the case of bonding by an ultrasonic method using a
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。
When the photodiode PD and the optical element integrated circuit chip IC1 are sealed with resin, if the photodiode PD and the optical element integrated circuit chip IC1 are sealed with different resins, the sealing resin is cured. There is a problem that a tensile stress is applied to the joint portion of the
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。
As shown in FIGS. 10 to 12, the
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。
The
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。
In the
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。
As described above, the
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。
Incidentally, since the output current from the photodiode PD is very small and weak against external noise such as electrostatic noise, it is necessary to shield the photodiode PD from such external noise. Therefore, in this sensor, a box-shaped shield cover 14 having an opening on one surface is insert-molded at the site of the
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。
In addition, four
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。
Here, the manufacturing process of the
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。
Thus, since the
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。
Moreover, the insect-
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。
Further, the
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。
When assembling this fire detector, circuit components such as a light emitting diode LED, a photodiode PD, an optical element integrated circuit chip IC1, a
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。
By the way, as shown in FIG. 6A, the optical element integrated circuit chip IC1 is made of a light-blocking substantially black sealing material (hereinafter referred to as a light-blocking sealing agent) 71 so as not to disturb the directivity angle of the photodiode PD. After sealing, the light-receiving surface of the photodiode PD together with the optical element integrated circuit chip IC1 after sealing is a substantially transparent sealing material having translucency with respect to light from the infrared band to the visible light band (hereinafter, referred to as a sealing material). It is also preferable to seal with 72). In addition, since structures other than the light-shielding
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。
Here, as the light-shielding
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。
Moreover, as the
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。
The procedure for resin sealing will be briefly described below. First, a substantially black light-blocking
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。
As described above, the substantially black light-shielding
(参考例1)
本発明の参考例1を図2(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。
(Reference Example 1)
Reference Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. In the basic configuration described above, the photodiode PD and the optical element integrated circuit chip IC1 are mounted face-up on the
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2(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。
In this reference example, the
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2(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)。
In addition, light is prevented from being inserted into the light receiving surface through the gap between the
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。
Here, since it is necessary for light to enter the optical element, a transparent resin is used as the underfill resin for protecting the light receiving surface or light emitting surface of the optical element, and a dark black light shielding resin is applied from the outside. Then, the incidence of light from the outside may be blocked. Further, it is applied to the flip chip portion of the optical element integrated circuit chip IC1 mounted adjacent to the photodiode PD, and a photo is covered with a part of the dark black light shielding resin for sealing the optical element integrated circuit chip IC1. A sealant that seals the outside of the transparent sealant of the diode PD may also be used. The resin that covers the bump and the connection terminal on the
(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3(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。
(Reference Example 2)
In Reference Example 1 described above, a
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3(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。
Here, the film
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。
When the
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。
Further, when the
ところで、本参考例において、図3(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。
By the way, in this reference example, as shown in FIG. 3 (c), a substantially
(参考例3)
本発明の参考例3を図4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、本参考例では、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。
(Reference Example 3)
Reference Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. In the reference example 1 described above, the photodiode PD and the optical element integrated circuit chip IC1 are flip-chip mounted on the upper surface of the
本参考例では回路基板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。
In this reference example, a through
(実施形態)
本発明の実施形態を図1(a)〜(c)に基づいて説明する。本実施形態では、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。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the photodiode PD is die-bonded on the upper surface of the optical element integrated circuit chip IC1 mounted face-up on the
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。
Here, when the photodiode PD is die-bonded to the upper surface of the optical element integrated circuit chip IC1, the die-bonding is performed so as to cover a circuit portion where it is necessary to avoid the incidence of light. However, since it is necessary to connect the electrode formed on the upper surface of the integrated circuit chip IC1 for optical elements and the electrode of the
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、本実施形態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。
Then, the electrode of the integrated circuit chip IC1 for optical elements and the electrode of the photodiode PD are connected to the
また、本実施形態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1(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。
In the present embodiment, the photodiode PD and the optical element integrated circuit chip IC1 are die-bonded while being superposed on the
尚、光素子用集積回路チップIC1を封止する際に、図1(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。
When sealing the integrated circuit chip IC1 for optical elements, it may be sealed with a film
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。
また、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、光素子用集積回路チップにおける実装面と反対側の表面に電極を設け、光素子用集積回路チップの表面の所定位置に、受光面又は発光面の何れかを光素子用集積回路チップと反対側に向けた状態で光素子チップを載置固定した後、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ワイヤボンディング法により直接接続することも好ましい。これにより、光素子用集積回路チップの表面に光素子チップを載置固定しているので、チップ実装に必要な面積を小さくでき、且つ光素子用集積回路チップの電極と光素子チップの電極とをワイヤボンディング法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。
In the above-described embodiment, the photodiode PD having the light receiving surface and the optical element integrated circuit chip IC1 for processing the output of the photodiode PD are described as an example, but the optical element chip is described. Is not limited to a light receiving element such as a photodiode PD, but may be a light emitting element such as an LED chip having a light emitting surface.
Also, an optical element chip including an optical element light emitting / receiving unit having at least one of a light receiving surface and a light emitting surface, and at least one of an output signal from the optical element chip or an output signal to the optical element chip An optical device integrated circuit chip for signal processing of either one is mounted close to the same circuit board, and an inter-chip terminal connection method for electrically connecting electrodes of both chips, the integrated circuit for optical devices An electrode is provided on the surface opposite to the mounting surface of the chip, with either the light receiving surface or the light emitting surface facing away from the optical element integrated circuit chip at a predetermined position on the surface of the optical element integrated circuit chip. It is also preferable that after the optical element chip is mounted and fixed, the electrode of the optical element chip and the electrode of the integrated circuit chip for optical element are directly connected by a wire bonding method. As a result, since the optical element chip is mounted and fixed on the surface of the optical element integrated circuit chip, the area required for chip mounting can be reduced, and the electrodes of the optical element integrated circuit chip, the electrodes of the optical element chip, Can be connected at a short distance between the electrodes of the optical element chip and the integrated circuit chip for the optical element, compared to the conventional inter-chip terminal connection method. Noise is less likely to be applied to the electric circuit connecting the integrated circuit chip for optical elements, and noise resistance is improved.
2 回路基板
2a 配線パターン
80 ワイヤ
PD フォトダイオード
IC1 光素子用集積回路チップ
2
Claims (5)
前記光素子用集積回路チップが実装される回路基板には、前記光素子用集積回路チップの実装位置の周辺に中継用の配線パターンが設けられ、
前記光素子用集積回路チップにおける前記回路基板と反対側の表面に、受光面又は発光面の何れかを前記光素子用集積回路チップと反対側に向けた状態で、前記光素子チップを載置固定した後、
前記光素子用集積回路チップにおける前記回路基板と反対側の表面に設けられた電極と、前記光素子チップにおける前記光素子用集積回路チップと反対側の表面に設けられた電極とをそれぞれ同一の前記配線パターンにワイヤボンディング法により接続し、
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エポキシ樹脂からなる封止材料で封止した後に、
前記封止材料で封止された前記光素子用集積回路チップとともに前記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チップ間端子接続方法。 And the optical element chip provided with the optical element light receiving and emitting unit having at least one of the light receiving surface or the light emitting surface, at least one of the output signals or output signal to the optical device chip from said optical device chip An inter-chip terminal connection method for electrically connecting electrodes with an integrated circuit chip for an optical element that processes one of the signals,
A circuit board on which the optical element integrated circuit chip is mounted is provided with a relay wiring pattern around the mounting position of the optical element integrated circuit chip,
The optical element chip is mounted on the surface of the integrated circuit chip for optical elements opposite to the circuit board with either the light receiving surface or the light emitting surface facing the opposite side of the integrated circuit chip for optical elements. After fixing,
The electrode provided on the surface opposite to the circuit board in the integrated circuit chip for optical elements and the electrode provided on the surface opposite to the integrated circuit chip for optical elements in the optical element chip are the same. Connect to the wiring pattern by wire bonding method ,
After sealing the integrated circuit chip for optical elements with a sealing material made of a black epoxy resin having a light shielding property so as not to narrow the directivity angle of the optical element chip,
The optical element integrated circuit chip sealed with the sealing material and the light receiving surface or the light emitting surface of the optical element chip are transparent with respect to light from the infrared band to the visible light band. A method for connecting terminals between chips, which is sealed with a sealing material .
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