JP5580175B2 - 光センサ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、所望の角度・方向から入射してくる光のみを受光面に到達させて検出できるようにした光センサ装置及びその製造方法の提供を目的とする。
ここで、「受光面の視野角」とは、受光面における光の入射可能(到達可能)な角度の範囲のことである。視野角は、例えば、受光面の法線方向を基準に規定することができる。例えば図19に示すように、視野角θ1は、受光面の法線方向から入射してくる光と、その法線方向との交差角度で規定することができる。
また、上記の光センサ装置において、前記蓋体と前記リードフレームの前記第1の面との間に介在する接着剤、をさらに備え、前記接着剤によって前記蓋体は前記リードフレームに固定されていることを特徴としてもよい。このような構成であれば、例えば蓋体に係止部が無くても、蓋体をリードフレームに固定することができる。
このような方法によれば、所望の角度・方向から入射してくる光のみを受光面に到達させて検出することができ、例えば、指向性のある光のみを検出したり、発光源を特定したりすることが可能な光センサ装置を作製することができる。
(1)第1実施形態
(1.1)ハイブリッドIRの概略構成
図1(a)及び(b)は、本発明の第1実施形態に係るハイブリッドIR100の構成例を示す斜視図である。図1(a)は蓋体が取り付けられた後(即ち、完成した状態)のハイブリッドIR100を示す図であり、図1(b)は蓋体が取り付けられる前の状態を示す図である。
図2(a)及び(b)は、本発明の第1実施形態に係るIR素子10の構成例を示す図であり、図2(a)はIR素子10の表面側を示す図、図2(b)は光電変換素子13の断面を示す図である。図2(a)に示すIR素子10は、赤外線を検出する光センサ素子であり、赤外線等の光を透過する光透過基板11と、この光透過基板11の表面側に形成された受光部12と、を備える。
図3は、本発明の第1実施形態に係るIC素子20の、信号処理回路21の構成例を示すブロック図である。
図3に示すように、IC素子20が有する信号処理回路21は、IR素子10やその他の各回路に対して必要に応じてバイアス電流若しくは電圧を与える電源回路22と、IR素子10からの電気信号を増幅する増幅回路23と、増幅された電気信号を予め設定した電圧と比較する判定回路24と、基準値としての予め設定した電圧を判定回路24に入力する基準値発生回路25とを含み、判定回路24は外部へ判定結果となるデジタル信号を出力する。信号処理回路21に含まれる上記の各要素はそれぞれ対応する要素と電気的に接続されている。
なお、図3に示したような信号処理回路21を有するIC素子20は、量産性、設計の自由度等の観点から最も一般的なシリコン基板にCMOSプロセスやBiCMOSプロセス、若しくはバイポーラプロセス等により形成するのが好ましいが、GaAs基板をはじめとする化合物半導体基板に形成してもよく、用途や、使用環境等に応じて最適な材料とプロセスを選択することができる。次に、リードフレームの構成例について説明する。
図4(a)及び(b)は、本発明の第1実施形態に係るリードフレーム30の構成例を示す平面図である。図4(a)はリードフレーム30の表面側を示し、図4(b)はリードフレーム30の裏面側を示している。
図4(a)及び(b)に示すリードフレーム30は、例えば、銅(Cu)板を、フォトリソグラフィ技術により、その表面及び裏面の側からそれぞれ選択的にエッチングし、ニッケル(Ni)−パラジウム(Pd)−金(Au)等のめっき(鍍金)処理を施すことにより形成されたものである。
さらに、図4(a)及び(b)に示すリードフレーム30の外周部は、後述のダイシング工程で、ダイシングブレード等により切断される領域(カーフ幅という。)36となっている。
図5(a)及び(b)は、本発明の第1実施形態に係る蓋体60の構成例を示す斜視図と、この斜視図をX4−X´4線で切断した断面図である。
図5(a)及び(b)に示すように、この蓋体60は、例えば、ハイブリッドIR100のパッケージの平面視による形状(即ち、平面形状)と同じ形状で同じ寸法(実際には、パッケージに対する蓋体60の取付けを容易にするために、パッケージよりも若干大きめの寸法)を有するプレート部61と、このプレート部61の外周の側面に設けられた(即ち、プレート部61を囲むように設けられた)ガイド部62と、このガイド部62に設けられた鉤状の係止部63と、を有する。このプレート部61のIR素子に対応する部分(即ち、蓋体60をパッケージに取り付けたときに、IR素子の受光面と向かい合う部分)には、受光面の視野角を制限するための、貫通した開口部65が設けられている。
このような構成を有する蓋体60は、例えば、射出成型で使用される液晶ポリマーで、熱変形温度が250°以上の材質で構成されている。これにより、実装時のリフロー条件(例えば、炉温260℃、時間10秒)に耐えることができる。
また、後述するように、この鉤状の係止部63が、リードフレームの外周部に掛止されることによって、蓋体60はリードフレームに固定される。この掛止を容易にする(即ち、係止部63がリードフレームの外周に掛り易くする)ために、係止部63のリードフレームの表面側と接触する面63aは、水平面(図5では、プレート部61の表面)に対して傾斜している。この傾斜の角度θ2は、例えば、10°である。
図6(a)〜図13は、本発明の第1実施形態に係るハイブリッドIR100の製造方法を示す工程図である。図6〜図12の各図において、(a)は表面側(即ち、第2の面の側)から見た平面図であり、(b)は(a)をX6−X´6〜X12−X´12線でそれぞれ切断したときの断面図である。なお、図10(a)では、図面の複雑化を回避するために金型の図示を省略している。
・テフロン(登録商標)テープ 耐熱温度:約180℃
・PPS(ポリフェニレンサルファイド) 耐熱温度:約160℃
・ガラスクロス 耐熱温度:約200℃
・ノーメックペーパー 耐熱温度:約150〜200℃
・他に、アラミド、クレープ紙が粘着テープ41として利用し得る。
その後、モールド樹脂49及びリードフレーム30´を、ダイシング装置によりダイシングし、カーフ幅36を切断する。これにより、図12(a)及び(b)に示すように、モールド樹脂及びリードフレームは個々の製品(即ち、個々のハイブリッドIR100)に切り離されて、パッケージ化される。
以上説明したように、本発明の第1実施形態によれば、蓋体60が有する視野角制限用の開口部65により、所望の角度・方向から入射してくる光のみをIR素子10の受光面16に到達させて検出することができる。これにより、例えば、指向性のある光のみを検出したり、発光源を特定したりすることが可能である。
即ち、本発明の第1実施形態によれば、IR素子10の受光面16を貼り付け面として、IR素子10を粘着テープ41に貼付した状態で樹脂封止を行い、その後、粘着テープ41を除去する。これにより、モールド樹脂49をエッチングすることなくIR素子10の受光面に光を入射させることができる。従来技術と比べて、光を導入するための窓を形成するために、モールド樹脂49をエッチングする必要はなく、エッチング工程とこれに付随するフォトリソグラフィ工程が不要であるため、工程数の増加や製造コストの上昇を抑えることができる。また、IR素子10の受光面16にエッチングダメージを与えずに済むため、例えば光の透過性など、受光に関する性能の品質低下を防ぐことができる。
また、上記の第1実施形態では、リードフレーム30のダイパッド領域34は、ハーフエッチングが施された第2の部位38の表面(即ち、ハーフエッチング領域32a)に設定されている。このため、例えば、厚さが全体的に均一な(即ち、表面にハーフエッチングが施されていない)リードフレームにIC素子を取り付ける場合と比較して、IC素子20の取付け位置を低くすることができる。これにより、ハイブリッドIR100の厚さをより薄くすることができる。上記の逆ボンディングと共に、ハイブリッドIR100のさらなる小型、薄型化に寄与することができる。
ところで、本発明では、IR素子の受光面上に、所望の波長の光を選択的に(即ち、透過率高く)透過させる機能を有する光学フィルタを配置し、この光学フィルタによって所望の波長範囲の光のみを受光面に到達させるようにしてもよい。この場合、光学フィルタは例えば接着剤を用いてIR素子の受光面に取り付けてもよい。或いは、上記の蓋体とIR素子との間で光学フィルタを挟持するようにしてもよい。
なお、上記の第1、第2実施形態では、蓋体60の取付けを、係止部63をリードフレーム38に引っ掛けることにより行う場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られることはない。例えば、接着剤を用いて蓋体60をパッケージの上面に取り付けてもよい。具体的には、図15(a)〜(c)に示すような構成であってもよい。
このハイブリッドIR300において、例えば図1(a)及び(b)や、図12(a)〜図14(c)に示したハイブリッドIR100、200との違いは、リードフレーム38に対する蓋体60の固定方法と、その固定方法の違いによる蓋体60の構造だけである。
なお、図15(b)と図1(a)とを比較して分かるように、この第3実施形態において、蓋体60には、視野角制限用の開口部65以外には開口部は設けられていない。これは、開口部を介して接着剤69が蓋体60の上にはみ出ることを防ぐためである。
このような接着剤69を用いた形態は、次に説明するディスクリートIR400にも適用可能である。
上記の第1、第2実施形態では、本発明をIR素子とIC素子とを混載したハイブリッドIRに適用する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られることはない。本発明は、赤外線検出用の個別部品(所謂、ディスクリート)にも適用可能である。
図16(a)及び(b)は、本発明の第4実施形態に係るディスクリートIR400の構成例を示す平面図と、断面図である。図16(a)は蓋体70が取り付けられる前のディスクリートIR400の表面側(即ち、第2の面の側)を示す図であり、図16(b)は蓋体70が取り付けられた後のディスクリートIR400の断面を示す図である。
また、上記の第1実施形態では、ワイヤーボンディング工程で、IR素子10とIC素子20とをワイヤー46のみを介して電気的に接続する場合について説明した。しかしながら、本発明において、IR素子10とIC素子20との接続方法はこれに限定されることはない。
図17は、本発明の第5実施形態に係るハイブリッドIR500の構成例を示す平面図である。図17に示すように、本発明では、IR素子10のパッド電極14a、14bとリードフレーム30のボンディング用端子部40とをAu等からなるワイヤー46aで電気的に接続すると共に、このボンディング用端子部40とIC素子20のパッド電極27とをAu等からなるワイヤー46bで電気的に接続してもよい。つまり、リードフレーム30のボンディング用端子部40を経由して、IR素子10とIC素子20とを電気的に接続してもよい。このような方法であっても、上記の第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
このような方法であれば、正ボンディングの場合と比較して、ボンディング後のワイヤー46a、46bの高さを低くすることができるため、ハイブリッドIRの小型、薄型化に寄与することができる。
図18(a)〜(d)は、本発明の第6実施形態に係るハイブリッドIR600の構成例を示す斜視図と平面図及び断面図である。図18(a)〜(c)は蓋体60を取り付ける前の状態を示し、図18(d)は蓋体60を取り付けた後の状態を示している。
図18(a)〜(d)に示すように、このハイブリッドIR600は、例えばインターポーザ等の配線基板70と、この配線基板70にフェースダウンで実装されたIR素子10と、この配線基板70にフェースアップで実装されたIC素子20と、配線基板70上においてIR素子10とIC素子20とを覆って封止するモールド樹脂49と、モールド樹脂49の上面(即ち、パッケージの上面)を覆う蓋体60と、を備える。
また、配線基板70は、PLP(Plating Lead Package)によって作製される場合を含む。
なお、上記の第1実施形態では、例えば図2(a)に示したように、IR素子10のパッド部14として、IR素子10の表面の中心部に一対のパッド電極14a、14bを配置した構造を示したが、これはあくまで一例である。本発明において、IR素子10のパッド部14は、例えば、IR素子10の表面の中心部で互いに離間して配置された3つ以上のパッド電極で構成されていてもよい。また、各パッド電極の配置位置も、IR素子10の表面の中心部ではなく、例えば、受光部12の周縁部であってもよい。このような構成であっても、IR素子10とIC素子20とを電気的に接続することが可能であり、IR素子10から電気信号を出力させることができる。
11 光透過基板
12 受光部
13 光電変換素子
14 パッド部
14a パッド電極
14b パッド電極
15 配線
16 裏面(受光面)
17 バンプ電極
20 IC素子
21 信号処理回路
22 電源回路
23 増幅回路
24 判定回路
25 基準値発生回路
26、27 パッド電極
30、30´ リードフレーム
30a リードフレームの上面(裏面)
31 貫通領域
32a ハーフエッチング領域
32b ハーフエッチング領域
33a 非エッチング領域
33b 非エッチング領域
34 ダイパッド領域
35 IR素子を配置するための領域
36 ダイシングストリート
37 第1の部位
38 第2の部位
39、40 リードフレームのボンディング用端子部
41 粘着テープ
42 リードフレームの外部配線基板接続用端子部
45、46、46a、46b ワイヤー
47 上金型
48 下金型
49 モールド樹脂
49a モールド樹脂の上面
60 蓋体
61 プレート部
62 ガイド部
63 係止部
65 開口部
68 光学フィルタ
69 接着剤
70 配線基板
71 電極
100、200、300、500 ハイブリッドIR
400 ディスクリートIR
Claims (12)
- 光を検出する光センサ素子と、
前記光センサ素子を覆う封止部材と、
リードフレームと、
前記リードフレームの第1の面に固定された蓋体と、を備え、
前記光センサ素子の受光面は、前記リードフレームの前記第1の面と同一平面に配置された状態で前記封止部材から露出しており、
前記蓋体には、前記受光面の視野角を制限する貫通した開口部が設けられており、
前記蓋体の側面には鉤状の係止部が設けられており、
前記リードフレームの前記第1の面の外周部には、前記係止部に嵌合する被係止部が形成されており、
前記蓋体の前記光センサ素子の受光面と対向する側の面と前記係止部とで形成される凹部に前記被係止部が嵌合することによって、前記蓋体が前記リードフレームに固定されていることを特徴とする光センサ装置。 - 前記光センサ素子の前記受光面を覆う光学フィルタ、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。
- 前記蓋体の前記開口部の周辺には前記光学フィルタの外形及び寸法に対応した凹部が設けられており、前記凹部に前記光学フィルタが収納されていることを特徴とする請求項2に記載の光センサ装置。
- 前記蓋体と前記リードフレームの前記第1の面との間に介在する接着剤、をさらに備え、
前記接着剤によって前記蓋体は前記リードフレームに固定されていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 - 前記光センサ素子から出力される信号を処理する半導体素子、をさらに備え、
前記半導体素子は、前記リードフレームと電気的に接続され、且つ前記封止部材で覆われていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の光センサ装置。 - 前記リードフレームは、前記第1の面の反対側に第2の面を有し、
前記半導体素子は、前記リードフレームの前記第2の面に取り付けられていることを特徴とする請求項5に記載の光センサ装置。 - 前記蓋体の前記開口部の側面は、前記光センサ素子の受光面から光の入射してくる方向に向かって徐々に径が広がるように傾斜していることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の光センサ装置。
- 前記封止部材の面のうち、前記光センサ素子の受光面が露出している面と反対側の面から端子部が露出していることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の光センサ装置。
- 前記端子部と半導体素子とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項8に記載の光センサ装置。
- 光を検出する光センサ素子を備えた光センサ装置をリードフレームを用いて製造する方法であって、
前記リードフレームの第1の面に粘着テープの粘着性を有する面を貼付する工程と、
前記粘着テープの前記粘着性を有する面であって、前記リードフレームから露出している領域に光センサ素子の受光面を貼付する工程と、
前記リードフレームと前記光センサ素子とを電気的に接続する工程と、
前記光センサ素子を封止部材で覆う工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームから前記粘着テープを除去する工程と、
前記封止部材及び前記リードフレームを切断してパッケージを形成する工程と、
前記リードフレームの前記第1の面を覆う蓋体を取り付ける工程と、を備え、
前記蓋体には、前記受光面の視野角を制限する貫通した開口部が設けられており、
前記パッケージを形成する工程では、前記リードフレームを切断して前記蓋体の係止部に嵌合する被係止部を形成することを特徴とする光センサ装置の製造方法。 - 前記パッケージを形成する工程では、前記リードフレームを切断して、前記光センサ素子の受光面と同一平面にある前記第1の面の外周部に、前記係止部に嵌合する被係止部を形成することを特徴とする請求項10に記載の光センサ装置の製造方法。
- 前記蓋体を取り付ける工程では、前記蓋体の前記光センサ素子の受光面と対向する側の面と前記係止部とで形成される凹部に、前記被係止部を嵌合させることによって、前記蓋体を前記リードフレームに固定することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の光センサ装置の製造方法。
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