JP5847644B2

JP5847644B2 - 光源一体型光センサの製造方法

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Publication number: JP5847644B2
Application number: JP2012105941A
Authority: JP
Inventors: 伸一眞▲崎▼; 井上　修二; 修二井上
Original assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Current assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: JP2013235887A

Description

本発明は、光源一体型光センサの製造方法に関する。

基板上に不透明な樹脂を挟んで発光チップおよび受光チップを設け、これら発光チップおよび受光チップを透明樹脂で覆った光源一体型光センサが知られている（特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１０／０２５８７１０号明細書

従来技術では、発光チップで発生する熱が受光チップ側へ伝わることによって、受光チップ上の透明樹脂の表面の平坦形状が損なわれ変形したり、受光チップ上の透明樹脂が変質や変色したりするおそれがあった。受光チップ上の透明樹脂の表面の変形や変色は、受光感度の低下など受光特性の劣化につながる。

（１）請求項１の発明による光源一体型光センサの製造方法は、基板上の所定領域に受光部および発光部をそれぞれ設ける工程と、受光部と発光部との間においてマスク部材を設ける工程と、マスク部材をマスクとして、受光部および発光部以外の領域上にマスク部材より低い遮光部材を塗布する工程と、受光部、発光部、および遮光部材の領域上にそれぞれ透光部材を形成する工程と、マスク部材を除去する工程と、を工程順に行うことを特徴とする。
（２）請求項４の発明による光源一体型光センサの製造方法は、基板上の所定領域に、受光部および発光部を、それぞれ、ダイマウントし、受光部を基板上に設けられたパターンにボンディングワイヤにより接続する工程と、受光部および発光部の領域上にそれぞれ透光部材を、発光部または受光部の領域からはみ出さないように形成する工程と、透光部材が形成された領域の周囲に、それぞれ、ボンディングワイヤの全体を覆って、遮光部材を形成する工程と、を工程順に行うことを特徴とする。
（３）請求項５の発明による光源一体型光センサの製造方法は、基板上の所定領域に、受光部および発光部を、それぞれ、ダイマウントし、受光部を基板上に設けられたパターンにボンディングワイヤにより接続する工程と、受光部上の周囲および発光部上の周囲を含み、受光部および発光部以外の領域上に、それぞれ、ボンディングワイヤの全体を覆って、遮光部材を形成する工程と、受光部および発光部の領域上における遮光部材に囲まれた領域内に、それぞれ透光部材を形成する工程と、を工程順に行うことを特徴とする。

本発明によれば、発光部からの熱による特性劣化を抑えた光源一体型光センサを提供できる。

本発明の第一の実施形態による光源一体型光センサの断面図である。 (a),(b),(c)は、光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。第二の実施形態による光源一体型光センサの断面図である。光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。第三の実施形態による光源一体型光センサの断面図である。光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。変形例２の光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。第四の実施形態による光源一体型光センサの断面図である。光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。光源一体型光センサの製造手順を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態による光源一体型光センサ１の断面図である。光源一体型光センサ１は、発光素子および受光素子を一体に構成したものであり、例えば、発光素子から発した光が外部対象物で反射され、その反射光が受光素子で受光されるか否かに基づいて外部対象物の存否を判定する用途などに用いられる。

図１において、有機材料、セラミック、リードフレームなどで構成される基板１０の上面に、受光素子（フォトダイオード）および周辺回路を有する受光チップ（PDIC）２０が設けられている。受光チップ２０は、ボンディングワイヤ２１、２２によって基板１０上のパターン１１、１２と接続されている。

基板１０の上面にはさらに、発光素子で構成される発光チップ３０が設けられている。発光チップ３０は、例えば発光ダイオード（LED）のアノード電極およびカソード電極のうち一方が、金属で構成されたスルーホール１５を介して、基板１０の下面に形成されているパターン１４と接続される。発光チップ３０の他方の電極は、ボンディングワイヤ３１によって基板１０上の図示しないパターンと接続されている。

上記受光チップ２０および発光チップ３０の間には金属板７０が設けられ、金属板７０を挟んで受光チップ２０側に不透明樹脂５１Ｂが、発光チップ３０側に不透明樹脂５１Ｃが、それぞれ設けられている。受光チップ２０を挟んで不透明樹脂５１Ｂと反対側には、不透明樹脂５１Ａが設けられている。また、発光チップ３０を挟んで不透明樹脂５１Ｃと反対側には、不透明樹脂５１Ｄが設けられている。

不透明樹脂５１Ａ、受光チップ２０、および不透明樹脂５１Ｂの上には、これらをボンディングワイヤ２１、２２の接着部とともに覆うように透明樹脂４１Ａが設けられる。また、不透明樹脂５１Ｃ、発光チップ３０、および不透明樹脂５１Ｄの上には、これらをボンディングワイヤ３１の接着部とともに覆うように透明樹脂４１Ｂが設けられる。

なお、基板１０上のパターン１１、１２は、スルーホール１５と同様の他のスルーホール、または、図示しない貫通ビアを介して基板１０の下面に形成されているパターン１３などと接続可能に構成されている。

上述した光源一体型光センサ１の製造手順について、図２を参照して説明する。図２(a)において、パターンが形成されている回路基板１０の上面の所定位置に受光チップ２０をダイマウントする。発光チップ３０は、スルーホール１５と接続されているパターン上にダイマウントする。続いて、受光チップ２０の複数の電極と、基板１０のパターン１１、１２および他のパターンとの間をそれぞれボンディングワイヤ２１、２２、および不図示のボンディングワイヤでボンディング接続する。また、発光チップ３０の上側の電極と、基板１０の所定パターンとの間をボンディングワイヤ３１によってボンディング接続する。さらに、スルーホール１６の真上にダム材６０を貼り付ける。ダム材６０は、後述する不透明樹脂５１、透明樹脂４１を形成する際のマスクとして用いる。

図２(b)において、基板１０の表面を覆うように不透明樹脂５１を塗布する。これにより、受光チップ２０の左側に不透明樹脂５１Ａが、受光チップ２０およびダム材６０間に不透明樹脂５１Ｂが、ダム材６０および発光チップ３０間に不透明樹脂５１Ｃが、発光チップ３０の右側に不透明樹脂５１Ｄが、それぞれ設けられる。なお、不透明樹脂５１には、熱伝導率が低い断熱性材料を用いる。

図２(c)において、不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、受光チップ２０、ダム材６０、および発光チップ３０の上から透明樹脂４１を塗布した後、ダム材６０をはがして除去する。ダム材６０があった位置に溝（基板１０の表面まで達する空間６５）ができるので、透明樹脂４１は、ダム材６０があった位置の左側の透明樹脂４１Ａと、ダム材６０があった位置の右側の透明樹脂４１Ｂとに分離される。

図２(c)の状態で空間６５の中に金属板７０を設けることにより、図１に例示した光源一体型光センサ１が得られる。なお、金属板７０と不透明樹脂５１Ｃとの間、金属板７０と不透明樹脂５１Ｂとの間は、熱を金属板７０へ吸収しやすくするために充填剤を塗布して隙間を埋めることもできる。また、金属板７０と不透明樹脂５１Ｂとの間は、両者間の熱伝導を避けるために空隙を設けておくとよいが、充填剤で隙間を埋める場合もある。空間６５をスルーホール１６の真上に設けておいたことにより、導熱性材料である金属板７０がスルーホール１６上に位置するため、発光チップ３０側の熱が金属板７０に伝わった場合には、スルーホール１６を介して基板１０下側へ効率よく逃がせる。

以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ１の製造方法は、基板１０上の所定領域に受光チップ２０および発光チップ３０をそれぞれ設ける工程と、受光チップ２０と発光チップ３０との間においてダム材６０を設ける工程と、受光チップ２０および発光チップ３０以外の領域上に不透明樹脂５１を形成する工程と、受光チップ２０、発光チップ３０、および不透明樹脂５１の領域上にそれぞれ透明樹脂４１を形成する工程と、ダム材６０を除去する工程と、を上記工程順に行うようにした。これにより、透明樹脂４１（不透明樹脂５１）は、上記除去した位置の左側の透明樹脂４１Ａ（不透明樹脂５１Ｂ）と、除去した位置の右側の透明樹脂４１Ｂ（不透明樹脂５１Ｃ）とに分離されることから、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａへの熱伝導が緩和される。この結果、熱による特性の劣化を抑えた光源一体型光センサ１を提供できる。具体的には、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面が熱により変形したり、透明樹脂４１Ａが変色したりすることを防止するので、受光特性の劣化が抑えられる。

（２）上記光源一体型光センサ１の製造方法において、不透明樹脂５１には断熱性材料を用いるようにしたので、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａへの熱伝導を効果的に緩和する光源一体型光センサ１を提供できる。

（３）図２(c)の状態で空間６５の中に金属板７０を設け、発光チップ３０側から金属板７０へ伝わった熱を、直下のスルーホール１６を介して基板１０の下面側パターンへ放熱するようにした。金属板７０を設けて放熱効果を高めたことにより、発光チップ３０側から受光チップ２０側への熱伝導がさらに緩和される。このように、熱による特性の劣化を抑えた光源一体型光センサ１を提供できる。

（変形例１）
図２(c)の状態で金属板７０を空間６５内へ実装することなく、図２(c)の状態の光源一体型光センサとしてもよい。金属板７０を設けなくても、空間６５を設けたことによって発光チップ３０側から受光チップ２０側への熱伝導が緩和されるため、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面が熱により変形したり、透明樹脂４１Ａが変色したりすることを防止できる。なお、変形例１の場合は、空間６５内へ外光が入射されたとしても、不透明樹脂５１Ｂによって受光チップ２０で受光しないように遮光される。

（第二の実施形態）
図３は、本発明の第二の実施形態による光源一体型光センサ１Ｂの断面図である。図３による光源一体型光センサ１Ｂは、上述した光源一体型光センサ１と比べて、発光チップ３０と受光チップ２０との間に金属板７０（または空間６５）を設けない点、基板１０Ｂに放熱用のスルーホール１６を設けていない点、受光チップ２０の開口部（受光部）の周囲を不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂで囲んだ点が異なる。不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂは、後述する透明樹脂４１を形成する際のマスクとして用いる。

上述した光源一体型光センサ１Ｂの製造手順について、図４を参照して説明する。図４において、パターンが形成されている回路基板１０Ｂの上面の所定位置に受光チップ２０をダイマウントする。発光チップ３０は、スルーホール１５と接続されているパターン上にダイマウントする。続いて、受光チップ２０の複数の電極と、基板１０Ｂのパターン１１、１２および他のパターンとの間をそれぞれボンディングワイヤ２１、２２、および不図示のボンディングワイヤでボンディング接続する。また、発光チップ３０の上側の電極と、基板１０Ｂの所定パターンとの間をボンディングワイヤ３１によってボンディング接続する。

さらに、受光チップ２０の開口部（入射口）の周囲を囲むように不透明樹脂５１Ａおよび５１Ｂを用いてダム材を形成する。不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂには、熱伝導率が低い断熱性材料を用いる。

図４の状態で、基板１０Ｂおよび受光チップ２０、発光チップ３０の上から透明樹脂４１を塗布する。ダム材として不透明樹脂５１Ａおよび５１Ｂを設けておいたことにより、透明樹脂４１は、ダム材の内側で受光チップ２０の開口部（受光部）を覆う領域４１Ａと、ダム材の外側の領域４１Ｂとに分離される。

以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ１Ｂの製造方法は、基板１０Ｂ上の所定領域に受光チップ２０および発光チップ３０をそれぞれ設ける工程と、受光チップ２０上において入射開口部を囲むように不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂを形成する工程と、不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂの内側および外側それぞれに透明樹脂４１を形成する工程と、を上記工程順に行うようにした。これにより、透明樹脂４１は、上記不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂの内側の透明樹脂４１Ａと、不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂの外側の透明樹脂４１Ｂとに分離されることから、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａへの熱伝導が緩和される。この結果、発光チップ３０からの熱による特性の劣化を抑えた光源一体型光センサ１Ｂを提供できる。

（２）上記光源一体型光センサ１Ｂの製造方法において、不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂには、断熱性材料を用いるようにしたので、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａへの熱伝導を効果的に緩和する光源一体型光センサ１Ｂを提供できる。

（第三の実施形態）
図５は、本発明の第三の実施形態による光源一体型光センサ１Ｃの断面図である。図５による光源一体型光センサ１Ｃは、上述した光源一体型光センサ１Ｂと比べて、受光チップ２０の開口部（受光部）を透明樹脂４１Ｃでレンズ状に封止した点が異なる。

上述した光源一体型光センサ１Ｃの製造手順について、図６を参照して説明する。図６において、パターンが形成されている回路基板１０Ｂの上面の所定位置に受光チップ２０をダイマウントする。発光チップ３０は、スルーホール１５と接続されているパターン上にダイマウントする。続いて、受光チップ２０の複数の電極と、基板１０Ｂのパターン１１、１２および他のパターンとの間をそれぞれボンディングワイヤ２１、２２、および不図示のボンディングワイヤでボンディング接続する。また、発光チップ３０の上側の電極と、基板１０Ｂの所定パターンとの間をボンディングワイヤ３１によってボンディング接続する。

さらに、受光チップ２０の開口部（受光部）を覆うように透明樹脂４１Ｃをポッティングにより盛り上げてレンズ状に封止する。また、発光チップ３０の開口部（発光部）を覆うように透明樹脂４１Ｄをポッティングにより盛り上げてレンズ状に封止する。これらは、レンズ効果を有する。

図６の状態で、基板１０Ｂおよび受光チップ２０、発光チップ３０の上から不透明樹脂５１を塗布する。先にポッティングした透明樹脂４１Ｃおよび４１Ｄをそれぞれ避けて塗布することにより、透明樹脂４１Ｃ、４１Ｄと、不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂ、５１Ｃとを分離して形成する。

以上説明した第三の実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ１Ｃの製造方法は、基板１０Ｂ上の所定領域に受光チップ２０および発光チップ３０をそれぞれ設ける工程と、受光チップ２０および発光チップ３０の領域上にそれぞれ透明樹脂４１Ｃ、４１Ｄを形成する工程と、受光チップ２０および発光チップ３０以外の領域上に不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを透明樹脂４１Ｃ、４１Ｄより高く形成する工程と、を上記工程順に行うようにした。これにより、透明樹脂４１Ｃは、上記不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂから分離されることから、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ｃへの熱伝導が緩和される。この結果、発光チップ３０からの熱による特性の劣化を抑えた光源一体型光センサ１Ｃを提供できる。

（２）上記光源一体型光センサ１Ｃの製造方法において、透光部材に樹脂４１Ｃを用いるので、ガラス材に比べて軽量で安価に製造できる。樹脂は熱により変形や変色が生じるので、発光チップ３０から受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ｃへの熱伝導を緩和することはとくに重要である。

（変形例２）
上述した図５の光源一体型光センサ１Ｃを、変形例２の製造手順によって製造することもできる。変形例２では、透明樹脂４１Ｃおよび４１Ｄをポッティングする前に不透明樹脂５１を塗布する点が第三の実施形態の手順と異なる。変形例２の製造手順について、図７を参照して説明する。

図７において、透明樹脂４１Ｃのポッティング予定位置、および透明樹脂４１Ｄのポッティング予定位置を避けて、基板１０Ｂおよび受光チップ２０、発光チップ３０の上から不透明樹脂５１を塗布する。次に、透明樹脂４１Ｃおよび４１Ｄをそれぞれポッティングすることにより、レンズ状に封止する。

変形例２の製造手順でも、受光チップ２０の受光部をレンズ状に封止した透明樹脂４１Ｃを、他の封止部材である不透明樹脂５１Ｂと分離できるので、発光チップ３０側から透明樹脂４１Ｃへの熱伝導が緩和されるため、受光チップ２０の受光部を覆う透明樹脂４１Ｃの表面が熱により変形したり、透明樹脂４１Ｃが変色したりすることを防止できる。

（第四の実施形態）
図８は、本発明の第四の実施形態による光源一体型光センサ１Ｄの断面図である。図８による光源一体型光センサ１Ｄは、上述した光源一体型光センサ１Ｃと比べて、受光チップ２０の開口部（受光部）および発光チップ３０の開口部（発光部）上に透明樹脂４１をポッティングしない点、および受光チップ２０の開口部（受光部）上にガラス材８０を設ける点が異なる。

上述した光源一体型光センサ１Ｄの製造手順について、図９および図１０を参照して説明する。図９において、パターンが形成されている回路基板１０Ｂの上面の所定位置に受光チップ２０をダイマウントする。発光チップ３０は、スルーホール１５と接続されているパターン上にダイマウントする。続いて、受光チップ２０の複数の電極と、基板１０Ｂのパターン１１、１２および他のパターンとの間をそれぞれボンディングワイヤ２１、２２、および不図示のボンディングワイヤでボンディング接続する。また、発光チップ３０の上側の電極と、基板１０Ｂの所定パターンとの間をボンディングワイヤ３１によってボンディング接続する。さらに、受光チップ２０の開口部（受光部）の上に、ガラス材８０を接着する。

図１０において、ガラス材８０、および発光チップ３０の開口部（発光部）を避けて、基板１０Ｂおよび受光チップ２０、発光チップ３０の上から不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂ、および５１Ｃを塗布する。そして、最後に透明樹脂４１を塗布してコーティングする。これにより、図８に例示したように、発光チップ３０を覆う領域４１Ｂと、左端の領域４１Ａとが形成される。

以上説明した第四の実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。すなわち、基板１０Ｂ上の所定領域に受光チップ２０および発光チップ３０をそれぞれ設ける工程と、受光チップ２０の領域上にガラス材８０を設ける工程と、ガラス材８０および発光チップ３０以外の領域上に、不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂ、５１Ｃを発光チップ３０より高く形成する工程と、発光チップ３０および不透明樹脂５１Ａ，５１Ｂ、５１Ｃの領域上に透明樹脂４１Ａ、４１Ｂを形成する工程と、を前記工程順に行うので、発光チップ３０側からガラス材８０へ熱が伝わったとしても、透明樹脂の場合と異なり、変形や変色が生じないから、発光チップ３０からの熱による特性の劣化を抑えた光源一体型光センサ１Ｄを提供できる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…光源一体型光センサ
１０、１０Ｂ…基板
１１、１２、１３、１４…パターン
１５、１６…スルーホール
２０…受光チップ
２１、２２、３１…ボンディングワイヤ
３０…発光チップ
４０、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ…透明樹脂
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…不透明樹脂
６０…ダム材
６５…空間
７０…金属板

Claims

基板上の所定領域に受光部および発光部をそれぞれ設ける工程と、
前記受光部と前記発光部との間においてマスク部材を設ける工程と、
前記マスク部材をマスクとして、前記受光部および前記発光部以外の領域上に前記マスク部材より低い遮光部材を塗布する工程と、
前記受光部、前記発光部、および前記遮光部材の領域上にそれぞれ透光部材を形成する工程と、
前記マスク部材を除去する工程と、
を前記工程順に行うことを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。
請求項１に記載の光源一体型光センサの製造方法において、
さらに、前記マスク部材が設けられていた領域に金属板を設ける工程を備えることを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。
請求項２に記載の光源一体型光センサの製造方法において、
前記受光部および前記発光部を設ける工程の前に、前記基板にスルーホールおよび前記スルーホールに接続される下面前パターンを形成する工程を備え、前記金属板は、前記スルーホール上に形成することを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。
基板上の所定領域に、受光部および発光部を、それぞれ、ダイマウントし、前記受光部を前記基板上に設けられたパターンにボンディングワイヤにより接続する工程と、
前記受光部および前記発光部の領域上にそれぞれ透光部材を、前記発光部または前記受光部の領域からはみ出さないように形成する工程と、
前記透光部材が形成された領域の周囲に、それぞれ、前記ボンディングワイヤの全体を覆って、遮光部材を形成する工程と、
を前記工程順に行うことを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。
基板上の所定領域に、受光部および発光部を、それぞれ、ダイマウントし、前記受光部を前記基板上に設けられたパターンにボンディングワイヤにより接続する工程と、
前記受光部上の周囲および前記発光部上の周囲を含み、前記受光部および前記発光部以外の領域上に、それぞれ、前記ボンディングワイヤの全体を覆って、遮光部材を形成する工程と、
前記受光部および前記発光部の領域上における前記遮光部材に囲まれた領域内に、それぞれ透光部材を形成する工程と、
を前記工程順に行うことを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。
請求項４または５に記載の光源一体型光センサの製造方法において、
前記透光部材は、ポッティングによりレンズ状に形成することを特徴とする光源一体型光センサの製造方法。