JP5865115B2 - 光学センサ装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトダイオードなどの光検出素子を用いた、光学センサ装置及びその製造方法に関するものである。

この種の光学センサ装置は、例えば照明の自動点等制御や調光、液晶ディスプレイのバックライト制御、携帯電話のキーパッドのバックライト制御、監視カメラの暗視切換え制御等の分野で周囲の照度を検知するために使用されている。また、発光素子と組合せることにより、近接センサとして物体の有無、距離の測定に使用されている。

人間の可視光は、３８０〜７８０ｎｍの光であり、このうち４４０〜７００ｎｍ程度が主な感知波長領域である。しかし、光の色（波長）によって同じパワーを持つ光でも、人間は明るく感じたり暗く感じたりする。この色ごとに人間が強く感じる明るさを相対的に示したものが比視感度特性であり、波長が５００〜６００ｎｍの緑色付近にピークを持っている。表示デバイスのバックライト制御用の照度センサ等では、人間の視感度特性に近い分光感度特性を持つものが望まれている。

可視光の強度を検出する照度センサには、フォトダイオードが用いられるが、フォトダイオードの分光感度特性は、人間の視感度特性とは異なる。そのため、人間の視感度特性に近づけるために、光学フィルターがフォトダイオードの上面に設けられている。収納凹部を有するパッケージ本体の該収納凹部内にフォトダイオードを収納し、光学フィルター板で貼り合わせて中空パッケージとする製造方法において、パッケージ本体と光学フィルター板の貼り合わせ固定には接着剤が使用されている。接着剤は一般に熱硬化性の樹脂が用いられているので、その熱処理をすると、必然的に熱により中空パッケージ内部の内圧が高くなり、接着に使用する樹脂にエアー抜きが生じ、気密保持が極めて困難になる。

そこで、特許文献１では紫外線硬化樹脂を接着剤に使用したり、特許文献２及び４ではエアー抜き用の開口部を収納凹部に有するパッケージ本体に設けたり、特許文献３では減圧下で貼り合わせ、熱処理を行うことにより気密封止している。

特開昭５６−１１６６４９号公報 特開平０２−１２５６４０号公報 特開２００２−１１８１９３号公報 特開２００６−１１４６６１号公報

本発明は、以上のような問題点を解決し、人間の視感度特性に近い分光特性を持ち、検出精度が高く、しかも低コストで作製可能な光学センサ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

特許文献２や４に示されるエアー抜き用の開口部を用いた方法では、作業工程が増えることによるコストアップと、気密の品質が十分ではないという課題があった。特許文献１に示される紫外線硬化樹脂を用いた方法では光学フィルターを使用しているため、接着剤を硬化させるための紫外光がカットされるため、紫外線硬化樹脂では十分に硬化しない。対策として、特許文献３に、減圧下で貼り合わせ、熱処理を行う方法が提案されているが、設備が複雑でコストアップが避けられない。

上記目的を達成するために、本願発明は、センサ素子を載置するための凹部を有するパッケージと、一端部が前記凹部内に露出されると共に他端部が前記パッケージ本体外部へ延出された状態で前記パッケージに埋め込まれ前記一端部を介して前記センサ素子と電気的に接続されるリードフレームとを備え、前記パッケージの最上面に、熱硬化型樹脂により接着された光学フィルター板と、から中空パッケージを構成し、前記光学フィルター板に前記中空パッケージの内圧を調整する開口部を有する薄膜を形成したことを特徴とする光学センサ装置、からなる。

本発明によれば、収納凹部を有するパッケージ本体の該収納凹部内に収納された受光センサ素子を光学フィルター板で蓋をする場合の中空パッケージの内圧を調整する開口部を有するので、中空パッケージの内圧を調整した後、光学フィルター板の蓋を凹型パッケージに加圧することにより、接着剤の熱硬化樹脂が薄膜の形成されていない開口部を塞ぐように潰れて繋がることにより、中空パッケージを密封することができる。

この発明により、受光センサ素子を覆うように封止、硬化後、凹型パッケージが気密封止されるため受光センサの環境試験下での品質を向上させることができる。また、中空パッケージの内圧を調整した後の工程を不活性ガス中で行えば、光学センサ装置の内空間を真空又は不活性ガスに置換することができる。したがって凹型パッケージに内圧を調整用の空気孔を設ける必要が無くなり、製造工数の削減が図れ、低コストかつ、高精度、高品質で、高信頼性の光学センサ装置を実現できる。

本発明の製造方法による光学フィルターを用いた照度センサの構成を模式的に示す断面図および上面図である。

本発明の光学センサ装置を図１に示す。図１（ａ）は本願の一実施例の光学センサ装置１０の構造を示す模式断面図であり、凹型パッケージ２の底部に受光センサ素子１を載置し、光学フィルター板３で蓋をした構造としている。光学フィルター板３と凹型パッケージ２は熱硬化樹脂８を介して、接着し密閉している。前記凹部を有するパッケージは樹脂材料、または樹脂材料を繊維で強化してなる繊維強化型樹脂材料からなる。または、金属、セラミック、ガラス、Ｓｉのいずれかからなる表面層を有する凹型パッケージを使用しても良い。または、パッケージ本体がセラミックス材料、ガラス材料からなる凹型パッケージでも良い。

凹型パッケージ内には、リードフレーム５が埋め込まれている。リードフレーム５の一端部は凹部内底部に露出しており、受光センサ素子１と電気的に接続している。リードフレーム５の他端部は、凹型パッケージの外部に延出しており、外部電極となる。
以下に、本発明の光学センサ装置の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は、本願の一実施例の光学センサ装置であり、光学フィルター板貼り合わせ工程（加圧前）の構造を示す模式断面図であり、また図１（ｂ）は、本実施形態の製造方法に従って中空パッケージの内圧を調整する開口部を形成した光学フィルター板貼り合わせ後（加圧前）の光学センサ装置の構成を、模式的に示す平面図である。
以下に、本発明における光学センサ装置の製造方法について説明する。

（薄膜形成工程）
図１のような構造の光学センサ装置１０を得るには、凹型パッケージ２と光学フィルター板３の貼り合わせ工程において、光学フィルター板３の凹型パッケージ２が接着する部分に厚さ１０〜３０μｍの薄膜６を形成する。このとき、図１（ｂ）に示す開口部７を設けるように形成する。開口部７の幅は５０〜１００μｍで図１の実施例では１辺に１箇所設けているが、少なくとも１辺に１箇所設け、多くても各辺に１箇所設ければ良い。また、前記薄膜は照度センサの受光方向を限定するための遮光膜と併用して、作成しても良い。

前記薄膜６にはＢｅＣｕまたはＣｒを光学フィルター板３にスパッタ、蒸着またはＣＶＤで成膜後、ＮｉまたはＰｄメッキした。
薄膜の材料は光学フィルター板と密着の良い材料であれば、金属、有機材料、無機材料など限定しない。また、形成方法として、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ、メッキ、印刷、コーターなど薄膜形成する製造方法も限定しない。

（接着剤塗布工程）
図１のような構造の光学センサ装置を得るには、製造工程において、受光センサ素子１を載置した凹型パッケージ２の最上面に熱硬化樹脂８を印刷及びディスペンサで１０〜３０μｍ厚みで塗布する。熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂又はシリコーン樹脂のいずれかであることとした。また、熱硬化性樹脂にはギャップ材を混入させ、圧着時の接着剤厚みを均一にすることにした。前記ギャップ材は、３〜１０μｍで好ましくは５〜８μｍの球形で、材質は金属、無機又は有機のいずれかで前記熱硬化樹脂の中に粒子状に分散していることとした。

（仮乾燥工程）
前記のように塗布した熱硬化樹脂８を７０〜８０℃で５分間仮乾燥させ、塗布形状を保ちながら、粘着力の有る状態にする。

（貼り合わせ工程）
次に、熱硬化樹脂８が塗布されている凹型パッケージ２の上面に受光センサ素子１のセンサ部４を覆うように、前記開口部７を形成してある光学フィルター板３で蓋をする。このとき、光学フィルター板３は仮乾燥した熱硬化樹脂８の粘着力により固定され、かつ、開口部７の形状も保たれている。

（減圧、加熱、加圧工程）
次に、凹型パッケージ２の上面に光学フィルター板３が固定された状態で減圧炉の中で真空状態にして、前記光学フィルター板３で蓋をした凹型パッケージ内部の空気を抜いた後、減圧炉の温度を８０〜９０℃で約５分経過させ、熱硬化樹脂８の粘度を緩ませ、光学フィルター板３と凹型パッケージ２を圧接して、上記開口部７を熱硬化樹脂６で満たし、加圧したその状態で減圧炉の温度を１４０〜１５０℃迄上昇させ、約１時間で硬化させる。

この結果、熱硬化樹脂８を熱硬化させる際に、前記光学フィルター板３で蓋をした凹型パッケージ２内部の空気が膨張し、光学フィルター板３を持ち上げてしまうことが無くなり、気密性の高い中空パッケージを製造できる。したがって、凹型パッケージ２にエアー抜き用の開口部設けずに、また、減圧下で貼り合わせ、熱処理を行う高価な設備を使用せずに、中空パッケージの気密が図れ、低コストかつ、高精度、高品質の光学センサ装置を実現できる。

以上、実施例により収納凹部を有するパッケージ本体の該収納凹部内に収納された受光センサ素子を光学フィルター板で蓋をする製造方法を（薄膜形成工程）、（接着剤塗布工程）、（仮乾燥工程）、（貼り合わせ工程）、（減圧、加熱、加圧工程）と順次説明した。

上記実施形態では、薄膜形成工程から熱処理工程を減圧炉で行い熱硬化樹脂８が固化した後に大気圧とし、光学センサ装置１０の内空間を真空状態としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、収容工程及び熱処理工程を大気圧で行うこともできる。熱処理工程を大気圧で行っても、熱硬化樹脂８に形成した開口部７により膨張した空気を外部に逃がすことができるので、内部空気の膨張により蓋体３が持ち上がり、蓋体３が基体２に対して位置ずれを起こすことが無い。

また、リードフレームに収納凹部を有するパッケージ本体を多数個形成した凹部集合体に光学素子を多数個実装して素子部品集合体となし多数個実装して素子部品集合体となし、同素子部品集合体に中空パッケージの内圧を調整する開口部を形成した光学フィルター板を、凹部集合体の最高面に塗布された接着剤層で結合して光学フィルター用中空パッケージ集合体となし、その後、同中空パッケージ集合体を光学フィルター用中空パッケージの個片に切り分けて光学センサ装置製造することもできる。

本発明の光学センサ装置の製造方法は、凹型パッケージ２の最上面に熱硬化樹脂８を塗布し、仮硬化することにより、開口部７を設けるように薄膜６を形成した光学フィルター板３で凹型パッケージ２に蓋をした後、中空パッケージの内圧を調整することができる。また、中空パッケージの内圧を調整した後、凹型パッケージ２と光学フィルター板３を圧着することにより、開口部７が熱硬化樹脂８で満たされ、気密状態で熱硬化樹脂８を硬化できる。

人間の視感度特性に近い分光特性を持ち、信頼性が高い光学センサ装置を簡単かつ安価に製造することができるので、あらゆる用途に使用可能な光学センサ装置の供給に寄与することができる。

１ 受光センサ素子
２ 凹型パッケージ
２ｄ 凹型パッケージの底部
３ 光学フィルター板
４ センサ部
５ リードフレーム
６ 薄膜
７ 開口部
８ 熱硬化樹脂
１０ 光学センサ装置

Claims (10)

1. センサ素子を載置するための凹部を有するパッケージと、一端部が前記凹部内に露出されると共に他端部が前記パッケージ本体外部へ延出された状態で前記パッケージに埋め込まれ前記一端部を介して前記センサ素子と電気的に接続されるリードフレームとを備え、前記パッケージの最上面に、熱硬化型樹脂により接着された光学フィルター板と、から中空パッケージを構成し、前記光学フィルター板に前記中空パッケージの内圧を調整する開口部を有する薄膜を形成したことを特徴とする光学センサ装置。
2. 前記薄膜の厚さは１０μｍ〜３０μｍであり、前記開口部の幅は５０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光学センサ装置。
3. 前記熱硬化型樹脂は、塗布厚さが１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学センサ装置。
4. 前記熱硬化型樹脂には、直径が３μｍ〜１０μｍのギャップ材が混入されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の光学センサ装置。
5. 前記凹部を有するパッケージが樹脂材料、または樹脂材料を繊維で強化してなる繊維強化型樹脂材料からなる請求項１から４のうちいずれか１項に記載の光学センサ装置。
6. 前記凹部を有するパッケージが金属、セラミック、ガラス、Ｓｉのうちいずれかの無機材料からなる表面層を有する請求項１から４のうちいずれか１項に記載の光学センサ装置。
7. リードフレームに収納凹部を有するパッケージ本体を多数個形成した凹部集合体にセンサ素子を多数個実装して素子部品集合体となし、同素子部品集合体に中空パッケージの内圧を調整する開口部を形成した光学フィルター板を、凹部集合体の最高面に塗布された接着剤層で結合して光学フィルター用中空パッケージ集合体となし、その後、同中空パッケージ集合体を光学フィルター用中空パッケージの個片に切り分けることを特徴とする光学センサ装置の製造方法。
8. 前記凹部を有するパッケージが樹脂材料、または樹脂材料を繊維で強化してなる繊維強化型樹脂材料からなる請求項７に記載の光学センサ装置の製造方法。
9. 前記凹部を有するパッケージが金属、セラミック、ガラス、Ｓｉのうちいずれかの無機材料からなる表面層を有する請求項７又は８に記載の光学センサ装置の製造方法。
10. 前記凹部を有するパッケージがセラミック材料、またはガラス材料からなる請求項７に記載の光学センサ装置の製造方法。

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