JP5953627B2 - Photodetection device and method for manufacturing photodetection device - Google Patents

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Description

本発明は、可視光の光を検出する光検出デバイス及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a light detection device that detects visible light and a method for manufacturing the same.

フォトダイオードを用いた光検出デバイスが実用化されている。例えば、照明装置の自動点灯制御、液晶ディスプレイのバックライトの明るさの制御、携帯電話のキーパッドのバックライト制御、監視カメラの暗視野切り替え制御等の分野で光検知の手段とし使用されている。また、発光素子と組み合わせて近接センサを構成し、物体の有無や距離の測定にも使用されている。   Photodetection devices using photodiodes have been put into practical use. For example, it is used as a light detection means in fields such as automatic lighting control of lighting devices, backlight brightness control of liquid crystal displays, backlight control of mobile phone keypads, and dark field switching control of surveillance cameras. . In addition, a proximity sensor is configured in combination with a light emitting element, and it is also used for measuring the presence or absence of an object and a distance.

光検出デバイスは多様な方式が実用化されている。その内で、人間が検知する光に近い視感度特性で光を検出する光検出デバイスが求められている。人間の感知することができる光の波長は380nm〜780nmであり、このうち440nm〜700nmが主な感知波長領域である。光の波長によって同じ強度を持つ光でも、人間は明るく感じたり暗く感じたりする。波長ごとに人間が強く感じる明るさが異なり、これを相対的に示したものが標準視感度特性であり、波長が500nm〜600nmの緑色付近にピークを持っている。従って、光検出デバイスで検出する光がこの標準視感度特性と近ければ、人間が感じるのと同じ感度で光を検出することができる。   Various methods of photodetection devices have been put into practical use. Among them, there is a demand for a light detection device that detects light with a visibility characteristic close to light detected by humans. The wavelength of light that can be sensed by humans is 380 nm to 780 nm, of which 440 nm to 700 nm is the main sensing wavelength region. Even with light having the same intensity depending on the wavelength of light, humans feel light or dark. The brightness that humans feel strongly varies from wavelength to wavelength, and the relative brightness of this is the standard visual sensitivity characteristic, which has a peak in the vicinity of green having a wavelength of 500 nm to 600 nm. Therefore, if the light detected by the light detection device is close to the standard visual sensitivity characteristic, the light can be detected with the same sensitivity as that felt by humans.

特許文献1及び特許文献2には、検出感度の最も高い光の波長が可視光領域であるフォトダイオードと赤外光領域であるフォトダイオードの特性の異なる2つのフォトダイオードを用い、可視光で検出した検出値から赤外光で検出した検出値を減算処理し、標準視感度特性に変換する光検出器が記載されている。   In Patent Literature 1 and Patent Literature 2, two photodiodes having different characteristics of the photodiode having the highest detection sensitivity in the visible light region and the photodiode having the infrared light region are detected with visible light. There is described a photodetector that subtracts a detection value detected with infrared light from the detected value and converts it into a standard visibility characteristic.

また、特許文献3及び特許文献4には、光学フィルターを用いて波長特性を補正した入射光をフォトセンサーに入射して、標準視感度特性の光を検出する照度センサが記載されている。これは、屈折率の異なる多層膜からなる光干渉型のフィルターを用いているため、斜め方向から入射する光に対してフィルターの波長特性が変化する。そこで、フォトセンサーに入射する光の入射角が略一定となるように入射窓を設置している。   Patent Documents 3 and 4 describe an illuminance sensor that detects incident light having a standard visibility characteristic by making incident light, which has been corrected for wavelength characteristics using an optical filter, incident on a photosensor. This uses an optical interference filter composed of multilayer films having different refractive indexes, and therefore the wavelength characteristics of the filter change with respect to light incident from an oblique direction. Therefore, an incident window is provided so that the incident angle of light incident on the photosensor is substantially constant.

図4は、特許文献4に記載される半導体照度センサの構造を表す一部断面斜視図である(特許文献4の図1)。照度センサ100は、基板108の上に半導体チップ107が設置され、半導体チップ107は周囲が光を通さない遮光層104により覆われている。半導体チップ107にはフォトダイオード等により構成される光検出素子102が設置される。光検出素子102の光検知面は光干渉型の光学フィルター101により覆われている。光検出素子102は可視光から赤外光の波長に対し感度を有している。光検出素子102により検出された出力電流は増幅器103により増幅され、ワイヤボンド110の配線を介して背面側に形成される電極109に伝達される。   FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view showing the structure of the semiconductor illuminance sensor described in Patent Document 4 (FIG. 1 of Patent Document 4). In the illuminance sensor 100, a semiconductor chip 107 is installed on a substrate 108, and the semiconductor chip 107 is covered with a light shielding layer 104 that does not allow light to pass through. The semiconductor chip 107 is provided with a light detection element 102 constituted by a photodiode or the like. The light detection surface of the light detection element 102 is covered with a light interference type optical filter 101. The light detection element 102 has sensitivity to wavelengths from visible light to infrared light. The output current detected by the light detection element 102 is amplified by the amplifier 103 and transmitted to the electrode 109 formed on the back side via the wire bond 110.

光干渉型のフィルターは光の入射角度に応じてフィルター特性が変化し標準視感度特性からずれる。そこで、入射光の角度を限定してフィルター特性の変化を制限するために、遮光層104の中に入射導光路105を形成している。光は、光入射開口106から入射し、入射導光路105を通って光干渉型のフィルター101に入射し、標準視感度特性に補正された光が光検出素子102に到達する。これにより、人間が知覚する光に近い照度センサ100を構成することができる、というものである。   The optical interference type filter changes its filter characteristics according to the incident angle of light and deviates from the standard visual sensitivity characteristics. Therefore, the incident light guide path 105 is formed in the light shielding layer 104 in order to limit the change of the filter characteristics by limiting the angle of the incident light. Light enters from the light incident aperture 106, enters the light interference type filter 101 through the incident light guide path 105, and the light corrected to the standard visibility characteristic reaches the light detection element 102. Thereby, the illuminance sensor 100 close to the light perceived by human beings can be configured.

特開2009−238944号公報JP 2009-238944 A 特開2006−148014号公報JP 2006-148014 A 特表2007−536728号公報Special table 2007-536728 gazette 特開2007−48795号公報JP 2007-48795 A

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載の光検出器では、光の波長に対する検出特性の異なる2つのフォトダイオードを使用し、その2つのフォトダイオードの検出電流の減算処理等を行うための演算回路を形成する必要がある。そのため、部品点数や組立て工数が増加してコストアップとなることが避けられない。また、特許文献3及び特許文献4の照度センサでは、屈折率の異なる多層膜からなる光干渉型のフィルターを使用する。光干渉型のフィルターは高価であるからコストアップとなることが避けられない。加えて、入射光の入射角が限定的であることから、広視角が求められる光検出器には向かない。   However, in the photodetectors described in Patent Document 1 and Patent Document 2, two photodiodes having different detection characteristics with respect to the wavelength of light are used, and a calculation for performing subtraction processing or the like of detection currents of the two photodiodes. It is necessary to form a circuit. For this reason, it is inevitable that the number of parts and the number of assembling steps increase and the cost increases. Further, in the illuminance sensors of Patent Document 3 and Patent Document 4, an optical interference type filter composed of multilayer films having different refractive indexes is used. Since the optical interference filter is expensive, it is inevitable that the cost is increased. In addition, since the incident angle of incident light is limited, it is not suitable for a photodetector that requires a wide viewing angle.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、人間の標準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検出デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a photodetection device having spectral characteristics close to human standard visibility characteristics, high detection accuracy, and capable of being manufactured at low cost. .

本発明の光検出デバイスは、光を入射する側の受光面に光検知用の受光領域が形成される光学チップと、リン酸塩ガラスを含み、前記受光領域を覆うように前記受光面に設置される光学フィルターと、を備えることとした。   The light detection device of the present invention includes an optical chip in which a light receiving region for light detection is formed on a light receiving surface on a light incident side, and phosphate glass, and is installed on the light receiving surface so as to cover the light receiving region And an optical filter to be provided.

また、凹部が形成され、前記光学チップが前記凹部の底部に実装される基板と、前記凹部に充填される透光性の封止材と、を備え、前記光学チップは、前記受光面を前記凹部の開口側に向けて前記底部に実装され、前記封止材は、前記光学フィルター及び前記光学チップを覆うように充填されることとした。   The optical chip comprises a substrate on which a concave portion is formed and the optical chip is mounted on a bottom portion of the concave portion, and a light-transmitting sealing material filled in the concave portion, and the optical chip has the light receiving surface on the light receiving surface. It is mounted on the bottom portion toward the opening side of the recess, and the sealing material is filled so as to cover the optical filter and the optical chip.

また、前記光学フィルターは、透光性の樹脂100の重量に対して前記リン酸塩ガラスが80〜120の重量を有することとした。   In the optical filter, the phosphate glass has a weight of 80 to 120 with respect to the weight of the translucent resin 100.

また、前記リン酸塩ガラスは、五酸化燐、アルミナ、ホウ酸、アルカリ土類酸化物、酸化鉄を含むこととした。   The phosphate glass contains phosphorus pentoxide, alumina, boric acid, alkaline earth oxide, and iron oxide.

また、前記透光性の樹脂は、透光性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂のいずれかであることとした。   The translucent resin is any one of translucent epoxy resin, acrylic resin, and silicone resin.

また、前記リン酸塩ガラスは、前記透光性の樹脂の中に粒子状に分散していることとした。   Further, the phosphate glass is dispersed in the translucent resin in the form of particles.

また、前記リン酸塩ガラスは、平均粒径が1μm〜3μmであることとした。   The phosphate glass has an average particle size of 1 μm to 3 μm.

本発明の光検出デバイスの製造方法は、基板に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部の底面に光学チップを実装する実装工程と、リン酸塩ガラスの粒子が分散する光学フィルターを前記光学チップに設置する光学フィルター設置工程と、前記光学チップを覆うように透光性の封止材を前記凹部に充填する封止工程と、を備えることとした。   The method for manufacturing a photodetecting device of the present invention includes a step of forming a recess in a substrate, a mounting step of mounting an optical chip on the bottom surface of the recess, and an optical filter in which phosphate glass particles are dispersed. An optical filter installation step installed on the chip and a sealing step of filling the concave portion with a translucent sealing material so as to cover the optical chip are provided.

また、前記リン酸塩ガラスは、平均粒径が1μm〜3μmであることとした。   The phosphate glass has an average particle size of 1 μm to 3 μm.

また、前記光学フィルターは、透光性の樹脂100の重量に対して前記リン酸塩ガラスが80〜120の重量を有することとした。   In the optical filter, the phosphate glass has a weight of 80 to 120 with respect to the weight of the translucent resin 100.

本発明の光検出デバイスは、光を入射する側の受光面に光検知用の受光領域が形成される光学チップと、リン酸塩ガラスを含み、受光面の面内に受光領域を覆うように設置される光学フィルターと、を備える。これにより、人間の標準視感度特性に近い分光特性を持ち、人間の目に近い高精度の光検出デバイスを低コストで構成することができる。   The light detection device of the present invention includes an optical chip in which a light receiving region for light detection is formed on the light receiving surface on the light incident side, and phosphate glass, and covers the light receiving region within the surface of the light receiving surface. And an optical filter to be installed. As a result, it is possible to construct a high-precision photodetection device having spectral characteristics close to human standard visibility characteristics and close to human eyes at low cost.

本発明に係る光学デバイスの基本構成を表す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing the basic composition of the optical device which concerns on this invention. 本発明の第一実施形態に係る光検出デバイスの説明図である。It is explanatory drawing of the photon detection device which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明に係る光検出デバイスに使用する光学フィルターの分光特性を表すグラフである。It is a graph showing the spectral characteristic of the optical filter used for the photon detection device which concerns on this invention. 従来公知の半導体照度センサの構造を表す一部断面斜視図である。It is a partial cross section perspective view showing the structure of a conventionally well-known semiconductor illumination intensity sensor.

(基本構成)
図1は、本発明に係る光検出デバイス1の基本構成を表す断面模式図である。図1に示すように、光学デバイス1は、光を入射する側の受光面5に光検知用の受光領域Rが形成される光学チップ4と、リン酸塩ガラスを含み、受光領域Rを覆うように受光面5に設置される光学フィルター7とを備える。光学チップ4はフォトダイオードやその他の光検知機能を有する半導体チップを使用することができる。光学チップ4の受光面5には電極パッド10が形成される。光学フィルター7は、受光領域Rを覆い、電極パッド10が露出するように受光面5に設置される。
(Basic configuration)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of a light detection device 1 according to the present invention. As shown in FIG. 1, the optical device 1 includes an optical chip 4 in which a light receiving region R for light detection is formed on a light receiving surface 5 on a light incident side, and phosphate glass, and covers the light receiving region R. Thus, an optical filter 7 installed on the light receiving surface 5 is provided. As the optical chip 4, a photodiode or other semiconductor chip having a light detection function can be used. An electrode pad 10 is formed on the light receiving surface 5 of the optical chip 4. The optical filter 7 covers the light receiving region R and is installed on the light receiving surface 5 so that the electrode pad 10 is exposed.

光学フィルター7は、透光性の樹脂材料にリン酸塩ガラスの粒子を分散させたものを使用することができる。リン酸塩ガラスは波長が500nm〜600nmの領域で透過光量が最大となり、標準視感度特性に近い分光特性を有する。このリン酸塩ガラスの粒子を透光性の樹脂材料に分散させた光学フィルター7も標準視感度特性に近い分光特性を有する。そのため、複数の光検出素子や標準視感度特性に合わせこむための演算回路等を必要とせず、また多層膜からなる高価な光干渉フィルターを使用することなく、人間の目に近い光検出が可能な光学デバイス1を低コストで構成することができる。以下、具体的に説明する。   As the optical filter 7, a material obtained by dispersing phosphate glass particles in a translucent resin material can be used. Phosphate glass has a maximum amount of transmitted light in a wavelength range of 500 nm to 600 nm, and has spectral characteristics close to standard visual sensitivity characteristics. The optical filter 7 in which the phosphate glass particles are dispersed in a translucent resin material also has a spectral characteristic close to the standard visibility characteristic. For this reason, light detection close to the human eye is possible without the need for multiple light detection elements, arithmetic circuits for adjusting to standard visibility characteristics, etc., and without using expensive optical interference filters consisting of multilayer films. A simple optical device 1 can be configured at low cost. This will be specifically described below.

(第一実施形態)
図2は、本発明の第一実施形態に係る光検出デバイス1の説明図であり、図2(a)が光検出デバイス1の断面模式図であり、図2(b)が封止材11を除いた光検出デバイス1の平面模式図である。図2(a)は図2(b)の部分XXの断面を表す。
(First embodiment)
FIG. 2 is an explanatory diagram of the light detection device 1 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the light detection device 1, and FIG. It is a plane schematic diagram of the photodetection device 1 except for. FIG. 2A shows a cross section of the portion XX in FIG.

図2に示すように、光検出デバイス1は、第一基板2aと、その上に接着され、中央にすり鉢状の円形開口を有する第二基板2bと、第一基板2aの上面に実装され、第一基板2aとは反対側に受光面5を有する光学チップ4と、第二基板2bの開口に充填される封止材11とを備える。つまり、第二基板2bの中央のすり鉢状の円形開口が凹部8を構成し、光学チップ4は凹部8の底部、即ち第一基板2aの上面に実装され、封止材11は凹部8である第二基板2bの開口に充填される。光学チップ4の受光面5は凹部8の開口側に向き、光検出用の受光領域Rが形成される。光学フィルター7は、リン酸塩ガラスを含み、受光面5の面内に受光領域Rを覆うように設置される。ここで、光学チップ4はフォトダイオードを使用する。   As shown in FIG. 2, the light detection device 1 is mounted on the first substrate 2a, a second substrate 2b having a mortar-like circular opening in the center, and an upper surface of the first substrate 2a, The optical chip 4 which has the light-receiving surface 5 on the opposite side to the 1st board | substrate 2a, and the sealing material 11 with which the opening of the 2nd board | substrate 2b is filled are provided. That is, the mortar-shaped circular opening in the center of the second substrate 2b constitutes the concave portion 8, the optical chip 4 is mounted on the bottom of the concave portion 8, that is, the upper surface of the first substrate 2a, and the sealing material 11 is the concave portion 8. The opening of the second substrate 2b is filled. The light receiving surface 5 of the optical chip 4 faces the opening side of the recess 8 and a light receiving region R for light detection is formed. The optical filter 7 includes phosphate glass and is installed in the surface of the light receiving surface 5 so as to cover the light receiving region R. Here, the optical chip 4 uses a photodiode.

リン酸塩ガラスは水分を吸収しやすく、水分を吸収すると白濁する。このリン酸塩ガラスを粉末状に粉砕して透光性の樹脂材料に分散させて、リン酸塩ガラスを水分から保護している。透光性の樹脂材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などを使用することができる。リン酸塩ガラスは、五酸化燐(P)が65wt%〜75wt%、アルミナ(Al)が5wt%〜15wt%、ホウ酸(B)が5wt%〜10wt%、アルカリ土類酸化物が5wt%〜15wt%及び酸化鉄(Fe)が1wt%〜10wt%の組成を有する。光学フィルター7は、透光性の封止材料100の重量に対してリン酸塩ガラスが80〜120の重量とする。リン酸塩ガラスが80重量を下回ると標準視感度特性を備える光学フィルターとしての機能が低下し、120重量を超えると樹脂材料の中にリン酸塩ガラスの粒子を均質に分散させることが難しくなる。リン酸塩ガラスの平均粒径を0.1μmから10μm、好ましくは1μm〜3μmとする。 Phosphate glass easily absorbs moisture, and becomes cloudy when absorbing moisture. The phosphate glass is pulverized into a powder form and dispersed in a translucent resin material to protect the phosphate glass from moisture. An epoxy resin, an acrylic resin, a silicone resin, or the like can be used as the light-transmitting resin material. As for phosphate glass, phosphorous pentoxide (P 2 O 5 ) is 65 wt% to 75 wt%, alumina (Al 2 O 3 ) is 5 wt% to 15 wt%, and boric acid (B 2 O 3 ) is 5 wt% to 10 wt%. The alkaline earth oxide has a composition of 5 wt% to 15 wt% and the iron oxide (Fe 2 O 5 ) has a composition of 1 wt% to 10 wt%. The optical filter 7 has a phosphate glass weight of 80 to 120 with respect to the weight of the translucent sealing material 100. When the phosphate glass is less than 80 weight, the function as an optical filter having standard visibility characteristics is deteriorated, and when it exceeds 120 weight, it is difficult to uniformly disperse the phosphate glass particles in the resin material. . The average particle size of the phosphate glass is 0.1 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 3 μm.

図3は本発明の光検出デバイス1に使用する光学フィルター7の分光特性を表すグラフである。横軸が光の波長であり縦軸が透過光の相対強度である。実線が光学フィルター7の分光特性を表すグラフであり、破線が標準視感度特性を表すグラフである。光学フィルター7は、相対強度のピーク波長が標準視感度特性のピーク波長よりも概ね50nm長波長側にシフトしており、全体として長波長側に引き伸ばされる特性となっている。また、光学フィルター7の分光特性は光学フィルター7に入射する光の入射角にほとんど依存しない。   FIG. 3 is a graph showing the spectral characteristics of the optical filter 7 used in the light detection device 1 of the present invention. The horizontal axis is the wavelength of light, and the vertical axis is the relative intensity of transmitted light. A solid line is a graph showing the spectral characteristic of the optical filter 7, and a broken line is a graph showing the standard visibility characteristic. The optical filter 7 has a characteristic in which the peak wavelength of the relative intensity is shifted to the long wavelength side by about 50 nm from the peak wavelength of the standard visibility characteristic, and is extended to the long wavelength side as a whole. Further, the spectral characteristics of the optical filter 7 hardly depend on the incident angle of light incident on the optical filter 7.

第一基板2aの光学チップ4が実装される上面には各辺の端面から光学チップ4が実装される周辺まで延設される4つの上面電極3aが形成され、光学チップ4の受光面5に形成される図示しない電極パッドとワイヤー9により電気的に接続される。第一基板2aの光学チップ4が実装される上面とは反対側の下面BPには4つの下面電極3bが形成され、4つの端面の配線を介して4つの上面電極3aとそれぞれ電気的に接続される。第二基板2bの中央がすり鉢状の円形開口が凹部8を構成する。封止材7はその上面が凹部8の周囲の上端面TPを超えないように充填される。   Four upper surface electrodes 3 a extending from the end surface of each side to the periphery where the optical chip 4 is mounted are formed on the upper surface of the first substrate 2 a on which the optical chip 4 is mounted. It is electrically connected to a formed electrode pad (not shown) by a wire 9. Four lower surface electrodes 3b are formed on the lower surface BP opposite to the upper surface on which the optical chip 4 of the first substrate 2a is mounted, and are electrically connected to the four upper surface electrodes 3a via the wirings on the four end surfaces, respectively. Is done. A circular opening having a mortar shape at the center of the second substrate 2b constitutes the recess 8. The sealing material 7 is filled so that the upper surface thereof does not exceed the upper end surface TP around the recess 8.

封止材11は、凹部8の底面、つまり第一基板2aの凹部8側に露出する表面、この表面に設置される上面電極3a、光学チップ4及び光学フィルター7を覆う。封止材11は例えば透明なエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等を使用することができ、光学フィルター7を水分から保護する。   The sealing material 11 covers the bottom surface of the concave portion 8, that is, the surface exposed to the concave portion 8 side of the first substrate 2a, the upper surface electrode 3a, the optical chip 4 and the optical filter 7 installed on this surface. For example, a transparent epoxy resin, an acrylic resin, a silicone resin or the like can be used as the sealing material 11 and protects the optical filter 7 from moisture.

第一及び第二基板2a、2bは合成樹脂、ガラス、セラミックス等を使用することができる。第一及び第二基板2a、2bには黒色顔料が混入され、光を吸収し遮光性を有する。例えば、第一及び第二基板2a、2bに黒色顔料を20wt%以上添加すれば、基板の厚さを0.2mmとしたときの光透過率を5%以下とすることができる。封止材11はその上面が上端面TPよりも低くなるように充填される。光学チップ4の受光面5に対して背面方向や水平方向から入射する光は遮蔽され、上方から入射する光を検出する。上方から入射する光の入射角は、第二基板2bの開口径と、凹部8に設置される光学チップ4の受光領域Rまでの深さと、封止材11の屈折率により決定される。   The first and second substrates 2a and 2b can use synthetic resin, glass, ceramics, or the like. A black pigment is mixed in the first and second substrates 2a and 2b to absorb light and have a light shielding property. For example, if 20 wt% or more of black pigment is added to the first and second substrates 2a and 2b, the light transmittance can be 5% or less when the thickness of the substrate is 0.2 mm. The sealing material 11 is filled so that the upper surface thereof is lower than the upper end surface TP. The light incident on the light receiving surface 5 of the optical chip 4 from the back direction or the horizontal direction is shielded, and the light incident from above is detected. The incident angle of light incident from above is determined by the opening diameter of the second substrate 2 b, the depth to the light receiving region R of the optical chip 4 installed in the recess 8, and the refractive index of the sealing material 11.

なお、第一及び第二基板2a、2bとして同じ合成樹脂を使用し、上面電極3a及び下面電極3bとして金属リードを使用し、この金属リードを合成樹脂に埋め込むように形成することができる。また、第一及び第二基板2a、2bとして同じガラスを使用し、同様に金属リードをガラスに埋め込むように形成することができる。第一及び第二基板2a、2bとして合成樹脂を使用すれば、低コストで光検出デバイス1を形成することができる。第一及び第二基板2a、2bとしてガラスを使用すれば、信頼性の高い光検出デバイスを形成することができる。   The same synthetic resin can be used as the first and second substrates 2a and 2b, metal leads can be used as the upper surface electrode 3a and the lower surface electrode 3b, and the metal leads can be formed to be embedded in the synthetic resin. Further, the same glass can be used as the first and second substrates 2a and 2b, and similarly, metal leads can be formed to be embedded in the glass. If a synthetic resin is used as the first and second substrates 2a and 2b, the light detection device 1 can be formed at a low cost. If glass is used as the first and second substrates 2a and 2b, a highly reliable photodetection device can be formed.

また、本実施形態において光学チップ4の図示しない電極と第一基板2aの上面電極3aとをワイヤー9により電気的に接続したが、本発明はこの構成に限定されない。第一基板2aの上面に光学チップ4を実装することに代えて、第一基板2aに貫通孔を設け、第一基板2aの下面BPに光学チップ4の受光面の受光領域Rを前記貫通孔の位置にフェイスダウン実装することができる。この場合、第二基板2bを除去してもよい。封止材11は第一基板2aの上面側から光学チップ4の受光面5及び光学フィルター7を覆うように充填することができる。これにより、光学チップ4と基板上のパッド電極とをワイヤーを用いて電気的に接続する必要がなく、光学デバイス1を低背化、小型化することができる。   In the present embodiment, the electrode (not shown) of the optical chip 4 and the upper surface electrode 3a of the first substrate 2a are electrically connected by the wire 9, but the present invention is not limited to this configuration. Instead of mounting the optical chip 4 on the upper surface of the first substrate 2a, a through hole is provided in the first substrate 2a, and the light receiving region R of the light receiving surface of the optical chip 4 is formed on the lower surface BP of the first substrate 2a. The face down can be mounted at the position. In this case, the second substrate 2b may be removed. The sealing material 11 can be filled so as to cover the light receiving surface 5 and the optical filter 7 of the optical chip 4 from the upper surface side of the first substrate 2a. Thereby, it is not necessary to electrically connect the optical chip 4 and the pad electrode on the substrate using a wire, and the optical device 1 can be reduced in height and size.

このように、光学チップ4の受光領域Rを、リン酸塩ガラスの粒子を含む光学フィルター7により覆う構造としたことにより、複数の光検出素子や標準視感度特性に合わせこむための演算回路等を必要とせず、また多層膜からなる高価な光干渉フィルターを使用することなく、標準視感度特性に近い分光特性を有する光検出デバイスを低コストで形成することができる。   As described above, the light receiving region R of the optical chip 4 is covered with the optical filter 7 containing phosphate glass particles, so that a plurality of light detection elements, arithmetic circuits for adjusting to the standard visibility characteristics, and the like are provided. Therefore, a photodetection device having spectral characteristics close to standard visual sensitivity characteristics can be formed at a low cost without using an expensive optical interference filter made of a multilayer film.

(第二実施形態)
本発明の第二実施形態に係る光検出デバイス1の製造方法を説明する。以下の説明において各構成要素に付す符号は図1又は図2に示す符号に対応する。まず、凹部形成工程において、基板2に凹部8を形成する。凹部8は、合成樹脂やガラスを使用する第一基板2aと同じ合成樹脂やガラスを使用し、中央部に開口を形成した第二基板2bとを接着して形成することができる。また、合成樹脂やガラスを使用し、型成型により凹部8を形成することができる。これらの場合、あらかじめ電極となる金属リードを形成し、第一基板2aと第二基板2bの接合の際に埋め込む、或いは型成型の際に埋め込むことができる。第一及び第二基板2a、2bには黒色顔料を混入して遮光性の基板とする。
(Second embodiment)
A method for manufacturing the photodetection device 1 according to the second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the reference numerals given to the components correspond to the reference numerals shown in FIG. 1 or FIG. First, in the recess forming step, the recess 8 is formed in the substrate 2. The concave portion 8 can be formed by using the same synthetic resin or glass as the first substrate 2a using synthetic resin or glass and bonding the second substrate 2b having an opening at the center. Moreover, the synthetic resin and glass can be used and the recessed part 8 can be formed by mold shaping. In these cases, a metal lead to be an electrode can be formed in advance and embedded at the time of joining the first substrate 2a and the second substrate 2b, or embedded at the time of molding. A black pigment is mixed in the first and second substrates 2a and 2b to form a light-shielding substrate.

次に、実装工程において、凹部8の底面に光学チップ4を実装し、次にワイヤーボンディングにより光学チップ4上の電極と凹部8の底面に露出する上面電極3aとをワイヤー9により接続する。次に、光学フィルター設置工程において、リン酸塩ガラスの粒子が分散する透光性の樹脂材料を光学チップ4の受光面5の受光領域Rにディスペンサ等を用いて塗布する。次にこの樹脂材料を硬化してリン酸塩ガラスを含む光学フィルターとする。   Next, in the mounting step, the optical chip 4 is mounted on the bottom surface of the recess 8, and then the electrode on the optical chip 4 and the upper surface electrode 3 a exposed on the bottom surface of the recess 8 are connected by the wire 9 by wire bonding. Next, in the optical filter installation step, a translucent resin material in which the phosphate glass particles are dispersed is applied to the light receiving region R of the light receiving surface 5 of the optical chip 4 using a dispenser or the like. Next, this resin material is cured to form an optical filter containing phosphate glass.

次に、封止工程において、封止材11を凹部8に充填して固化する。封止材料として透光性が高いエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などを使用することができる。なお、光学フィルター7にはリン酸塩ガラスの粒子が分散する。リン酸塩ガラスは、主原料として液体燐酸(HPO)を使用し、他の原料粉末とともに攪拌し、その後乾燥、焼成した後に粉砕してリン酸塩ガラスの粒子を生成する。リン酸塩ガラスは、Pが65wt%〜75wt%、Alが5wt%〜15wt%、Bが5wt%〜10wt%、アルカリ土類酸化物が5wt%〜15wt%及びFeが1wt%〜10wt%の組成を有する。これを光学フィルター7として光学チップ4の受光領域Rにディスペンサを用いて塗布する。その後、真空脱泡を行い加熱して硬化させる。なお、封止材11を凹部8に充填する際に、封止材11の上端面が凹部8の上端面TPよりも低くなるようにする。これにより、入射光の角度を制限することができる。 Next, in the sealing step, the recess 11 is filled with the sealing material 11 and solidified. As the sealing material, an epoxy resin, an acrylic resin, a silicone resin, or the like with high translucency can be used. Note that phosphate glass particles are dispersed in the optical filter 7. Phosphate glass uses liquid phosphoric acid (H 3 PO 4 ) as a main raw material, and is stirred together with other raw material powders, then dried, fired, and then pulverized to produce phosphate glass particles. Phosphate glass is composed of 65 wt% to 75 wt% of P 2 O 5 , 5 wt% to 15 wt% of Al 2 O 3 , 5 wt% to 10 wt% of B 2 O 3 , and 5 wt% to 15 wt% of alkaline earth oxide. And Fe 2 O 5 has a composition of 1 wt% to 10 wt%. This is applied as an optical filter 7 to the light receiving region R of the optical chip 4 using a dispenser. Thereafter, vacuum defoaming is performed and heating is performed to cure. In addition, when the sealing material 11 is filled in the concave portion 8, the upper end surface of the sealing material 11 is set lower than the upper end surface TP of the concave portion 8. Thereby, the angle of incident light can be limited.

以上のとおり、人間の目に近い分光特性を有し、信頼性の高い光検出デバイスを簡単でかつ安価に製造することができる。   As described above, a highly reliable photodetection device having spectral characteristics close to that of the human eye can be manufactured easily and inexpensively.

1 光検出デバイス
2 基板、2a 第一基板,2b 第二基板
3 電極、3a 上面電極、3b 下面電極
4 光学チップ
5 受光面
7 光学フィルター
8 凹部
9 ワイヤー
10 電極パッド
11 封止材
R 受光領域、TP 上端面、BP 下面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photodetection device 2 board | substrate, 2a 1st board | substrate, 2b 2nd board | substrate 3 electrode, 3a upper surface electrode, 3b lower surface electrode 4 optical chip 5 light-receiving surface 7 optical filter 8 recessed part 9 wire 10 electrode pad 11 sealing material R light-receiving area, TP top surface, BP bottom surface

Claims (7)

光を入射する側の受光面に光検知用の受光領域が形成される光学チップと、
リン酸塩ガラスが透光性の樹脂の中に粒子状に分散し、前記受光領域を覆うように前記受光面に設置される光学フィルターと、を備え、
前記リン酸塩ガラスは、五酸化燐、アルミナ、ホウ酸、アルカリ土類酸化物、酸化鉄を含み、平均粒径が1μm〜3μmであり、
前記光学フィルターは、透過光の相対強度のピーク波長が標準視感度特性のピーク波長よりも概ね50nm長波長側にシフトし前記標準視感度特性を長波長側に引き伸ばした分光特性を有する光学デバイス。
An optical chip in which a light receiving region for light detection is formed on the light receiving surface on the light incident side;
An optical filter in which phosphate glass is dispersed in a translucent resin in the form of particles and is installed on the light receiving surface so as to cover the light receiving region, and
The phosphate glass contains phosphorus pentoxide, alumina, boric acid, alkaline earth oxide, iron oxide, and has an average particle size of 1 μm to 3 μm.
The optical filter has a spectral characteristic in which the peak wavelength of the relative intensity of the transmitted light is shifted to a longer wavelength side by about 50 nm than the peak wavelength of the standard luminous characteristic, and the standard luminous characteristic is extended to the long wavelength side. .
凹部が形成され、前記光学チップが前記凹部の底部に実装される基板と、
前記凹部に充填され、前記リン酸塩ガラスを含まない透光性の封止材と、を備え、
前記光学チップは、前記受光面を前記凹部の開口側に向けて前記底部に実装され、
前記封止材は、前記光学フィルター及び前記光学チップを覆うように充填される請求項1に記載の光学デバイス。
A substrate in which a recess is formed and the optical chip is mounted on the bottom of the recess;
A light-transmitting sealing material that is filled in the recess and does not contain the phosphate glass ;
The optical chip is mounted on the bottom with the light receiving surface facing the opening side of the recess,
The optical device according to claim 1, wherein the sealing material is filled so as to cover the optical filter and the optical chip.
前記光学フィルターは、透光性の樹脂100の重量に対して前記リン酸塩ガラスが80〜120の重量を有する請求項1又は2に記載の光学デバイス。   The optical device according to claim 1, wherein the phosphate glass has a weight of 80 to 120 with respect to a weight of the translucent resin 100. 前記透光性の樹脂は、透光性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂のいずれかである請求項に記載の光学デバイス。 The optical device according to claim 1 , wherein the translucent resin is a translucent epoxy resin, an acrylic resin, or a silicone resin. 前記基板はガラスである請求項2に記載の光学デバイス。   The optical device according to claim 2, wherein the substrate is glass. 基板に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部の底面に光学チップを実装する実装工程と、
五酸化燐、アルミナ、ホウ酸、アルカリ土類酸化物、酸化鉄を含み、平均粒径が1μm〜3μmであるリン酸塩ガラスが透光性の樹脂の中に粒子状に分散し、透過光の相対強度のピーク波長が標準視感度特性のピーク波長よりも概ね50nm長波長側にシフトし前記標準視感度特性を長波長側に引き伸ばした分光特性を有する光学フィルターを前記光学チップに設置する光学フィルター設置工程と、
前記光学チップを覆うように透光性の封止材を前記凹部に充填する封止工程と、を備える光学デバイスの製造方法。
A recess forming step for forming a recess in the substrate;
A mounting step of mounting an optical chip on the bottom surface of the recess;
Phosphate glass containing phosphorous pentoxide, alumina, boric acid, alkaline earth oxide, iron oxide and having an average particle diameter of 1 μm to 3 μm is dispersed in a translucent resin in the form of particles, and transmitted light peak wavelength of the relative intensity is shifted substantially to 50nm long wavelength side than the peak wavelength of the standard luminosity characteristics, placing an optical filter having a spectral characteristic stretching the standard visibility characteristics to the long wavelength side in the optical chip Optical filter installation process;
And a sealing step of filling the recess with a light-transmitting sealing material so as to cover the optical chip.
前記光学フィルターは、透光性の樹脂100の重量に対して前記リン酸塩ガラスが80〜120の重量を有する請求項に記載の光学デバイスの製造方法。
The said optical filter is a manufacturing method of the optical device of Claim 6 with which the said phosphate glass has the weight of 80-120 with respect to the weight of the translucent resin 100.
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