JP6626974B2 - 光センサ用パッケージ、光センサ装置および電子モジュール - Google Patents

光センサ用パッケージ、光センサ装置および電子モジュール Download PDF

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Description

本発明は、センサ素子が収納される一対の開口部を有する近接センサ装置等に用いられる光センサ用パッケージ、光センサ装置および電子モジュールに関するものである。
従来、携帯電話、スマートホン等の携帯端末において、ユーザーの顔と携帯端末の距離を検知するために、近接センサ装置等の光センサ装置が用いられている。この光センサ装置として、例えば、赤外線発光素子等の発光素子および赤外線受光素子等の受光素子が基板に収納されたものが用いられる。このような光センサ装置は、赤外線発光素子等が収納される発光素子用の凹部と、赤外線受光素子等が収納される受光素子用の凹部の２つの凹部が、互いに隣接して設けられた基板上に、これらの素子が収納されて構成されている。
そして、互いに隣接する発光素子用の凹部と、受光素子用の凹部との間には、配線基板の一部、もしくは別途搭載された部材により、赤外線発光素子からの赤外線等を遮蔽するための遮蔽部が設けられている。発光素子用の凹部に収納された赤外線発光素子から、配線基板の上方に赤外線が放射され、さらにその放射された赤外線の一部がユーザーの顔等の被検知物で反射された赤外線を、受光素子用の凹部に収納された赤外線受光素子が検知することにより、被検知物と携帯端末の距離を検知することが可能となる。この受光の有無および強弱等によって、被検知物が光センサ装置の近くに存在するか否かが検知される（特表2013−519995号公報参照）。
しかしながら、近年、携帯電話、スマートホン等の携帯端末の小型化、低背化、および多機能化が進んできており、このような光センサ装置のさらなる小型化、低背化が求められている。例えば、赤外線発光素子等が収納される発光素子用の凹部と、赤外線受光素子等が収納される受光素子用の凹部の２つの凹部が互いに隣接して設けられた基板上に、これらの素子が収納されて光センサ装置が構成されている。つまり、発光素子から放射される赤外線が直接受光素子で検知され、誤動作するのを防止するため、各凹部となる孔部が設けられる上部絶縁層と、発光素子および受光素子が収納される中間絶縁層と、外部接続導体が下面に設けられる下部絶縁層が必要となる。よって、光センサ装置の低背化が困難であった。
本発明の１つの態様の光センサ用パッケージは、第１主面および該第１主面と相対する第２主面を有しており、前記第１主面から前記第２主面にかけて貫通する第１孔部および第２孔部と、前記第２主面に前記第１孔部および前記第２孔部を連通する凹部が設けられ、前記第１孔部の前記第１主面側に設けられた第１開口部と、前記第１孔部の前記第２主面側に設けられた第２開口部を有し、前記第２孔部の前記第１主面側に設けられた第３開口部と、前記第２孔部の前記第２主面側に設けられた第４開口部を有しており、前記凹部に受光部を有する受光素子が収納され、前記第４開口部に発光部を有する発光素子が収納される配線基板と、該配線基板に設けられた複数の外部接続導体とを有している。
本発明の１つの態様の光センサ装置は、上記構成の光センサ用パッケージと、前記凹部に収納された、受光部を有する受光素子と、該受光素子に搭載され、前記第４開口部に収納された、発光部を有する発光素子とを有している。
本発明の１つの態様の電子モジュールは、接続導体を有するモジュール用基板と、前記受光素子が前記モジュール用基板に搭載され、前記複数の外部接続導体が前記接続導体に接続された上記構成の光センサ装置とを有している。
本発明の１つの態様の光センサ用パッケージによれば、第１主面および第１主面と相対する第２主面を有しており、第１主面から第２主面にかけて貫通する第１孔部および第２孔部と、第２主面に第１孔部および第２孔部を連通する凹部が設けられ、第１孔部の第１主面側に設けられた第１開口部と、第１孔部の第２主面側に設けられた第２開口部を有し、第２孔部の第１主面側に設けられた第３開口部と、第２孔部の第２主面側に設けられた第４開口部を有しており、凹部に受光部を有する受光素子が収納され、第４開口部に発光部を有する発光素子が収納される配線基板と、配線基板に設けられた複数の外部接続導体とを有していることから、配線基板に発光素子および受光素子を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、配線基板を低背化することができる。
すなわち、第１主面に第１孔部と第２孔部が設けられた絶縁層または絶縁部と、第２主面に凹部が設けられた絶縁層または絶縁部を有する配線基板で構成することが可能であり、配線基板に発光素子を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、配線基板の低背化が可能となる。
また、本発明の１つの態様の光センサ装置によれば、上記構成の光センサ用パッケージと、凹部に収納された、受光部を有する受光素子と、受光素子に搭載され、第４開口部に収納された、発光部を有する発光素子とを有することから、配線基板に発光素子を収納する中間絶縁層または中間絶縁部が設けられていない、低背化した光センサ装置を実現できる。
また、本発明の１つの態様の電子モジュールによれば、接続導体を有するモジュール用基板と、受光素子がモジュール用基板に搭載され、複数の外部接続導体が接続導体に接続された上記構成の光センサ装置とを有することから、低背化した光センサ装置を用いたこの電子モジュールにより、スマートホン等の通信機器の薄型化を実現できる。
本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置を示す断面図である。 本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置の他の実施例を示す断面図である。 本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置の他の実施例を示す断面図である。
本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置および電子モジュールについて、添付の図面を参照しつつ説明する。
光センサ用パッケージは、平面視で矩形状の配線基板101を含んでいる。配線基板101の第１主面102から第２主面103の凹部106の底部にかけて第１孔部104、および第２孔部105が貫通して設けられ、この第１孔部104の底部に発光素子114が位置し、第２孔部105の底部に受光部111が位置するように、第２主面103の凹部106の底部には受光部111が設けられた受光素子112が収納される。
また、配線基板101には凹部106の底部から第２主面103の外表面にかけて、配線導体（図示せず）が設けられている。この受光素子112の上面に設けられた発光素子114の搭載部に発光素子114が搭載され、さらに凹部106内に受光素子112が収納されることにより、本発明の実施形態の光センサ用パッケージ（配線基板101と外部接続導体115とを含む）、および光センサ装置100が構成されている。なお、受光素子112が配線基板101の凹部106に搭載される際に、受光部111が第１孔部104の底部に位置するように、かつ受光素子112の上面に搭載された発光素子114が第２孔部105の底部に位置するように構成されている。
ここで、発光部113を有する発光素子114は、例えば赤外線、電磁波または超音波等の物理的エネルギーを放射する放射用の素子からなり、受光部111を有する受光素子112は、これらの物理的エネルギーを検知する検知用の素子からなり、発光素子114と受光素子112とが対になって用いられる。配線基板101の第１孔部104に発光素子114が収納され、また第２孔部105に受光部111が位置するように受光素子112が収納される。光センサ装置100において、第１孔部104に収納された発光素子114から、例えば赤外線が外部に向けて放射される。光センサ装置100の外部、つまり赤外線が放射され、対向する方向の近くに被検知物が存在している場合、この赤外線が被検知物で反射され、第２孔部105の底部に位置する受光部111で検知される。これとは反対に、被検知物が存在していない場合、放射された赤外線は反射されず検知されないため、被検知物が存在していないと判定される。
なお、以下の説明においては、主に発光素子114および受光素子112が赤外線発光素子、またはその検知が可能な赤外線受光素子である場合を例に挙げて説明する。発光素子114は赤外線発光素子等であり、受光素子112は赤外線受光素子等である。一対のセンサ素子である発光素子114および受光素子112は、ガリウム−ヒ素等の半導体材料からなる平面視が四角形状の受光素子112本体と、この受光素子112本体の上面に発光素子114が設けられており、光電変換による発光または受光が行なわれる機能部品として動作する。配線導体を介して発光素子114に供給される電力が、発光素子114で光電変換されて赤外線が放射される。被検知物で反射された赤外線が受光部111で検知されて電気信号に変換される。電気信号は配線導体を介して、例えば検知回路やディスプレイ表示用回路等の外部電気回路（図示せず）に送信される。
配線基板101は、受光用の受光素子112を収納するための容器となる部分であり、またこの受光素子112を外部電気回路に電気的に接続する配線導体を設けるための基体となる部分でもある。よって、配線基板101には発光用および受光用の一対のセンサ用素子を収納するための一対の孔部となる第１孔部104、および第２孔部105が設けられている。
また、発光素子114は、例えば低融点ろう材またはワイヤーボンディング等により受光部111が設けられた受光素子112の上面に、受光部111との位置が離れるように接続される。さらに、受光部111が設けられる受光素子112は、例えばガラス、低融点ろう材または導電性接合材等の接合材を介して、第２主面103に設けられた凹部106の底部に接続される。
配線基板101は、基体となる部分が例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末に適当な有機バインダおよび有機溶剤とともに混練して作製されたセラミックスラリーを、シート状に成形して複数のセラミックグリーンシートを作製し、これらのセラミックグリーンシートを積層した後に還元雰囲気中にて約1600℃の温度で焼成することによって製作することができる。
配線基板101は、複数の配線基板領域が配列された母基板として形成されてもよい。そして、配線導体がタングステンやモリブデン等からなる場合であれば、露出する配線導体にニッケルや金等のめっき層が被着されたのち、このような母基板を分割することにより、図１〜図３で示すような電子部品収納用パッケージを構成する配線基板101が製作される。
配線基板101に設けられた第１孔部104、第２孔部105は、例えばつぎのようにして形成することができる。配線基板101の第１主面102となるセラミックグリーンシートの一部に、打ち抜き加工等の方法で、例えば円状の孔を形成して、２つの孔が形成されたセラミックグリーンシートを作製する。なお、孔は円状に限定されず、楕円状、矩形状、または角部が面取りされた長方形状であってもよい。さらに、凹部106を形成するために、配線基板101の第２主面103となるセラミックグリーンシートの一部に、打ち抜き加工等の方法で枠状に形成して枠状のセラミックグリーンシートを作製する。そして、第２主面103となるセラミックグリーンシートの上に第１主面102となるセラミックグリーンシートを積層して密着させることにより、このような光センサ用パッケージを構成する配線基板101を製作することができる。
なお、上記の説明では酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機バインダ、および有機溶剤とともに混練して作製されたセラミックスラリーから、セラミックグリーンシートを作製し、これら複数のセラミックグリーンシートを積層することにより、このような光センサ用パッケージ構造を製作する例を示したが、配線基板101を有機樹脂材料から構成したものでもかまわない。配線基板101が有機樹脂材料からなる場合であれば、第１孔部104、第２孔部105、凹部106を形成するための形状および寸法に加工された金型内に有機樹脂材料（未硬化のもの）を充填し、これを加熱して硬化させることによって作製することもできる。
本発明の実施形態の光センサ用パッケージは、第１主面102および第１主面102と相対する第２主面103を有しており、第１主面102から第２主面103にかけて貫通する第１孔部104および第２孔部105と、第２主面103に第１孔部104および第２孔部105を連通する凹部106が設けられ、第１孔部104の第１主面102側に設けられた第１開口部107と、第１孔部104の第２主面103側に設けられた第２開口部108を有し、第２孔部105の第１主面102側に設けられた第３開口部109と、第２孔部105の第２主面103側に設けられた第４開口部110を有しており、凹部106に受光部111を有する受光素子112が収納され、第４開口部110に発光部113を有する発光素子114が収納される配線基板101と、配線基板101に設けられた複数の外部接続導体115とを有している。
このような構造としたことから、配線基板101に発光素子114および受光素子112を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、配線基板101を低背化することができる。すなわち、第１主面102に第１孔部104と第２孔部105が設けられた絶縁層または絶縁部と、第２主面103に凹部106が設けられた絶縁層または絶縁部を有する配線基板101で構成することが可能であり、配線基板101に発光素子114を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、配線基板101の低背化が可能となる。
本発明の実施形態の光センサ用パッケージ（配線基板101と外部接続導体115とを含む）、光センサ装置100を、図１に断面図で示す。配線基板101の第１主面102側の絶縁層には、第１主面102から第２主面103にかけて貫通する第１孔部104および第２孔部105が設けられている。また、配線基板101の第２主面103側の絶縁層には、第１孔部104および第２孔部105を連通する凹部106が設けられている。そして、第１孔部104は第１主面102側に設けられた第１開口部107と、第１孔部104の第２主面103側に設けられた第２開口部108を有している。さらに、第２孔部105は、第１主面102側に設けられた第３開口部109と、第２孔部105の第２主面103側に設けられた第４開口部110を有している。
凹部106には受光部111を有する受光素子112が収納されている。受光素子112の凹部106への収納は、例えば図１に示すようなフリップチップ接続となるように収納される。受光素子112における凹部106と対向する主面には、電気的な接続手段として複数の半田バンプが設けられており、凹部106の内面には受光素子112が接続される複数の配線導体（図示せず）が設けられている。
また、受光素子112の第１孔部104と対向する位置には、受光部111が設けられている。さらに、受光素子112における凹部106と対向する主面には、半田バンプが設けられる領域を避けて第２孔部105に位置する場所に、発光素子114が搭載される一対の配線導体（図示せず）が設けられている。また、配線基板101の凹部106の底部から第２主面103にかけて、複数の配線導体が設けられており、第２主面103に露出するものが外部接続導体115となる。
そして、受光部111を有する受光素子112が、凹部106の底部に例えばフリップ接続により収納されることにより、凹部106に受光部111を有する受光素子112が収納され、第４開口部110に発光部113を有する発光素子114が収納される配線基板101と、配線基板101に設けられた複数の外部接続導体115とを有した光センサ用パッケージが構成される。
発光素子114を構成する素子としては、ガリウム−ヒ素（Ｇａ−Ａｓ）発光ダイオード（赤外線）、超音波発振子（超音波）およびマイクロ波発振子（電磁波）等である。また、受光素子112としては、フォトダイオード（赤外線）、超音波発振子（超音波）、およびマイクロ波検知素子（電磁波）等である。また、受光素子112を構成する素子としては、ガリウム−ヒ素等の半導体材料であり、平面視が四角形状の受光素子112と、この受光素子112の上面（第１主面102側）に発光素子114が設けられており、光電変換による発光または受光が行なわれる機能部品として動作する。そして、これらの一対のセンサ素子である発光素子114および受光素子112により、配線導体101を介して発光素子114に供給される電力が、発光素子114で光電変換されて赤外線が放射される。さらに、被検知物で反射された赤外線が受光部111で検知されて電気信号に変換される。電気信号は図示しない配線導体を介して、例えば検知回路やディスプレイ表示用回路等の外部電気回路（図示せず）に送信される。
なお、図１では発光素子114の端子（図示せず）が受光素子112の接続端子（図示せず）に接続された例を示したが、このような構造に限定されず、例えば第１主面102となるセラミックグリーンシートの第２孔部105の内壁に段差部（図示せず）を設けておき、この段差部上にボンディング用接続端子（図示せず）を設けて、受光素子112の端子と段差部上のボンディング用接続端子をワイヤーボンディングで接続してもよい。このような接続方法により、配線基板101に設けられたボンディング用接続端子と受光素子112の端子を良好に接続することができる。さらに、この段差部に照度センサ（図示せず）を搭載すれば、近接センサ機能とともに、照度を検知して省電力のために液晶画面のバックライトを制御する照度センサ機能を有する近接照度一体型センサ装置（図示せず）とすることもできる。
また、本発明の実施形態の光センサ用パッケージは、好ましくは、第２孔部105の内側面に設けられた金属層116を有している。このような構造としたことから、配線導体101を介して発光素子114に供給される電力が、発光素子114で光電変換されて赤外線が放射される際に、第２孔部105の内側面に設けられた金属層116により赤外線が反射され効率よく集光される。
つまり、発光素子114から放射された赤外線が第２孔部105の内側面に放射されても、この金属層116により反射されて配線基板101に吸収され難い。よって、発光素子114から効率よく赤外線を被検知物に放射することができる。そして、被検知物で反射された赤外線も強度が強いものとなり、この赤外線が受光部111で検知されて電気信号に変換される。
ここで、第２孔部105の内側面に金属層116を設けるためには、例えば、配線基板101の第１主面102となるセラミックグリーンシートの一部に、打ち抜き加工等の方法で、例えば円状の孔を形成して、第２孔部105が形成されたセラミックグリーンシートを作製する。さらに、形成された第２孔部105と同等の孔を有する製版を準備し、この製版の孔が第２孔部105を覆うように製版をセラミックグリーンシートに位置決めしたのち、金属層116となるメタライズペーストを製版の孔を介して吸引法により吸引して第２孔部105の内側面に塗布すればよい。なお、金属層116を設ける製造方法は吸引法に限定されず、スクリーン印刷法や蒸着法等、その他の製造方法を用いてもかまわない。
金属層116も他の配線導体と同様に、タングステンやモリブデン等から構成されている。そして、金属層116の露出する部分にニッケルや金等のめっき層が被着される。なお、金属層116は、他の配線導体とは異なるめっき層で構成されていてもよい。例えば、銀めっき層で構成されていれば反射効率が高められるため、より効果的に金属層116により赤外線を効率よく集光されることができる。
また、本発明の実施形態の光センサ用パッケージは、好ましくは、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きく、および第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きい。このような構造としたことから、一対のセンサ素子である発光素子114および受光素子112との相互作用により、被検知物への検知感度を高めることができる。
つまり、第２孔部105に収納された発光素子114から、配線基板101の上方に赤外線が放射される際に、第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きい第２孔部105の構造により、効率よく赤外線を被検知物へ放射することができる。そして、発光素子114から放射された赤外線の一部が、ユーザーの顔等の被検知物で反射され、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きい第１孔部104の構造により、さらに効率よく受光素子112で受光されることが可能となり、より一層高い検知感度で被検知物と携帯端末等の距離を検知することが可能となる。
また、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きく、および第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きいと、凹部106に受光部111を有する受光素子112が搭載される場合に、受光素子112の搭載領域を大きくすることができ、実装信頼性が向上されたものとすることができる。さらに、凹部106における第２開口部108と第４開口部110との間に、後述する遮光体117を有している場合には、遮光体117を設ける領域を大きいものとすることができ、発光素子114から放射される赤外線の一部が直接的に受光素子112で受光されることによる誤動作をより抑制することができる。
なお、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きい第１孔部104の構造や、第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きい第２孔部105の構造を設けるためには、例えば、配線基板101の第１主面102となるセラミックグリーンシートの一部に、打ち抜き加工等の方法で、例えば円状の孔を形成して、第１孔部104および第２孔部105が形成されたセラミックグリーンシートを作製する。この際に、打ち抜き時に用いるパンチの形状を径の異なる２つの円柱がつながった構造にすることにより、パンチの先端（径の小さい側）で第１孔部104、および第２孔部105を設けるとともに、上パンチのくびれ部分（径の小さい側と径の大きい側との境界の部分）がセラミックグリーンシートの内部に加圧により入り込むようにすればよい。このような製造方法により、第１孔部104の内壁に１つの段差が設けられ、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きい第１孔部104の構造を設けることができ、また、第２孔部105の内壁に１つの段差が設けられ、第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きい第２孔部105の構造を設けることができる。
なお、上記の例では、パンチの先端を径の異なる２つの円柱がつながった構造としたが、その他の形状のパンチ等を用いてもかまわない。例えば、３つ以上の円柱がつながったパンチの先端構造により、第１孔部104、第２孔部105の内壁に多くの段差が設けられた孔部を設けることができる。つまり、各孔部の内壁の段差が多いほど、各孔部の平面視における段差の幅が小さくなるため、第２孔部105において赤外線の反射効率が良くなり、より効果的に赤外線を被検知物へ放射することができるとともに、第１孔部104においても被検知物で反射された赤外線をより効率よく受光素子112が受光することが可能となり、さらに高い検知感度で被検知物と携帯端末等の距離を検知することが可能となる。
また、本発明の実施形態の光センサ用パッケージは、好ましくは、第１孔部104は第２開口部108から第１開口部107にかけて、および第２孔部105は第４開口部110から第３開口部109にかけて、漸次幅が大きくなっている。このような構造としたことから、一対のセンサ素子である発光素子114および受光素子112との相互作用により、被検知物への検知感度をさらに高めることができる。
つまり、第２孔部105に収納された発光素子114から、配線基板101の上方に赤外線が放射される際に、第１孔部104において第２開口部108から第１開口部107にかけて漸次幅が大きくなっており、また、第２孔部105において第４開口部110から第３開口部109にかけても、漸次幅が大きくなっている構造により、さらに効率よく赤外線を被検知物へ放射することができる。そして、発光素子114から放射された赤外線の一部が、ユーザーの顔等の被検知物で反射された赤外線を、第１孔部104において第２開口部108から第１開口部107にかけて漸次幅が大きくなっている構造により、より一層効率よく受光素子112が受光することが可能となり、より効果的に高い検知感度で被検知物と携帯端末等の距離を検知することが可能となる。
なお、第１孔部104は第２開口部108から第１開口部107にかけて、および第２孔部105は第４開口部110から第３開口部109にかけて、漸次幅が大きくなっている構造とするには、
例えば、配線基板101の第１主面102となるセラミックグリーンシートの一部に、打ち抜き加工等の方法で、例えば円状の孔を形成して、第１孔部104、および第２孔部105が形成されたセラミックグリーンシートを作製する際に、第１孔部104、および第２孔部105となる各孔部を形成するための上パンチ（上記金型の実際の打ち抜き開始部分）（図示せず）と、その上パンチが入り込む孔（上パンチの下方に配置されて、上面にセラミックグリーンシートが載置される金型に設けられたもの）とのクリアランスの大きさによって調整することができる。このクリアランスが大きいほど、第１孔部104、および第２孔部105の各孔部における内壁に傾斜を設けることが可能となり、第１孔部104は第２開口部108から第１開口部107にかけて、および第２孔部105は第４開口部110から第３開口部109にかけて、漸次幅が大きくなっている構造とすることができる。
詳細には次の通りである。第１主面102となるセラミックグリーンシートの上面では接する上パンチの面積でセラミックシートの打ち抜きが開始され、セラミックグリーンシートの下面では上パンチの面積よりも打ち抜き面積が広くなる。すなわち、上パンチが侵入する孔を有する金型（図示せず）上にセラミックシートを載置して、その金型の孔に上パンチが侵入するように加圧することより、上パンチの周縁と金型の孔との間にせん断力が生じる。このせん断力でセラミックグリーンシートに穿孔される各孔部の内壁に傾斜角度を設けることができる。そして、このように設けられた第１孔部104における内壁、および第２孔部105における内壁には段差が形成されず、漸次幅が大きくなっている構造とすることができる。
なお、第１孔部104における内壁の傾斜角度と、第２孔部105における内壁の傾斜角度は、異なっていてもかまわない。例えば、発光素子114が位置する第２孔部105の内壁の角度を大きくすれば、赤外線の集光性が高められて被検知物で反射された赤外線を強いものとすることができる。また、受光素子112の受光部111が位置する第１孔部104の内壁の角度を大きくすれば、被検知物で反射されて第１開口部107に侵入する赤外線の角度が変化しても、配線基板101の一部に遮られ難くなり、より効果的に赤外線の受光性を高めることができる。ただし、赤外線の被検知物に放射される範囲、および被検知物で反射された赤外線の範囲が狭められるため、携帯端末で実際に使用される条件（携帯端末と被検知物との距離）を最適なものとして第１孔部104における内壁の傾斜角度、および第２孔部105における内壁の傾斜角度が決定される。
また、本発明の実施形態の光センサ用パッケージは、好ましくは、凹部106における第２開口部108と第４開口部110との間に設けられた遮光体117を有している。このような構造としたことから、発光素子114から放射される赤外線の一部が直接的に受光素子112で受光されることによる誤動作を抑制することができる。つまり、発光素子114から放射される赤外線が被検知物で反射することなく、直接受光素子112で検知され、誤動作するのを防止することができる。
このような遮光体117としては、具体的にはシリコン樹脂やエポキシ樹脂を主成分として、赤外線を吸収または反射することにより遮光性を高めるＺｎＯ（充填剤）やカーボンブラック（添加剤）等のフィラー成分、および酸無水物基等からなる硬化剤を含む熱硬化性樹脂を用いればよい。遮光体117にエポキシ樹脂を使用する場合、特に限定されないが、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの樹脂のうち、室温で液状であるエポキシ樹脂が容易に塗布できるので好ましい。
凹部106における第２開口部108と第４開口部110との間に遮光体117を設けるには、例えば、凹部106に受光部111を有する受光素子112を収納する際に、受光素子112の凹部106と対向する主面に複数の半田バンプを設けるとともに、凹部106における第２開口部108と第４開口部110との間に遮光体117となる熱硬化性樹脂をディスペンサー等で塗布すればよい。これにより、受光素子112と凹部106の内面に設けられた複数の配線導体とを半田バンプ等で接続するとともに、第２開口部108と第４開口部110との間に遮光体117を設けることが可能となる。
具体的には、凹部106の内面に設けられた複数の配線導体に受光素子112の複数の半田バンプを位置決めして接続するとともに、凹部106における第２開口部108と第４開口部110との間における受光素子112と凹部106の底部との間を埋めて、熱硬化性樹脂を設けることができる。
なお、熱硬化性樹脂は受光素子112を接続する半田等の接合材の加熱温度よりも高い耐熱性があり、且つその温度で熱硬化が完了するものであればよい。また、遮光体117に使用されるこれらの樹脂は絶縁性を有するものであることが望ましい。これは、受光素子112と複数の配線導体との間を半田バンプ等で接続する際に、熱硬化性樹脂が複数の配線導体や半田バンプに接触して短絡する可能性があるからである。
このように設けられた遮光体117により、発光素子114から被検知物で反射することなく、直接放射される赤外線が遮蔽され、受光素子112の受光部111で検知されることが抑制されて、誤動作を防止することができる。
本発明の実施形態の光センサ装置100は、上記のいずれかに記載の光センサ用パッケージ（配線基板101と外部接続導体115とを含む）と、凹部106に収納された受光部111を有する受光素子112と、受光素子112に搭載され、第４開口部110に収納された発光部113を有する発光素子114とを有する。このような構造としたことから、配線基板101に発光素子114および受光素子112を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、光センサ装置100を低背化することができる。
つまり、第１主面102に第１孔部104と第２孔部105が設けられた絶縁層または絶縁部と、第２主面103に凹部106が設けられた絶縁層または絶縁部を有する配線基板101で構成することが可能であり、配線基板101に発光素子114を収納する中間絶縁層または中間絶縁部を設ける必要がなく、配線基板101を低背化できるからである。
図１に断面図で示した光センサ装置100では、第２孔部105の内側面に金属層116が設けられていない構造が示されている。金属層116が設けられていないため、発光素子114に赤外線を放射するものを用いると、第２孔部105の内側面に設けられた金属層116による赤外線の集光効果が作用しない可能性がある。しかしながら、発光素子114にレーザーダイオード（８５０ｎｍ程度の赤外線を放射する発光素子）を用いれば、放射される赤外線の直進性が強いため、第２孔部105の内側面に金属層116が設けられていない構造であっても、被検知物へ届く赤外線が強く、反射された赤外線が受光部111で検知され易い。よって、光センサ装置100としての被検知物への検知感度を高めることができる。
また、本発明の実施形態の光センサ装置100は、上記に記載の光センサ装置100において、平面視において、受光部111が第２開口部108の内側に配置され、発光部113が第４開口部110の内側に配置されている。このような構造としたことから、被検知物で反射された赤外線が第２開口部108の周辺で遮られることがなく、受光部111で検知され易い。また、発光素子114から放射された赤外線の一部が第４開口部110の周辺で遮られることがない。
つまり、発光部113が第４開口部110の内側に配置されていることで、発光素子114から放射された赤外線を効率よく被検知物に照射できるとともに、受光部111が第２開口部108の内側に配置されていることにより、被検知物で反射された赤外線を効率よく受光部111で検知することが可能となる。
なお、図１〜図５で示したように、受光部111は受光素子112の一部に埋設して一体化されて形成されている。よって、凹部106に受光素子112を収納する際に受光部111が凹部106の底部と接触し難い構造となっている。
また、発光素子114は、例えば発光部113の周囲が例えば集光性を有する透明な樹脂で覆われた構造となっており、チップ部品として受光素子112の一部に接続されている。よって、受光素子112の主面から突出している構造であり、発光素子114の突出部が第２孔部105の第４開口部110に入り込んだ構造となる。よって、集光性を有する透明な樹脂と発光素子114の第４開口部110への配置との相乗効果により、赤外線を効率よく被検知物に照射できる。よって、被検知物で反射された赤外線を効率よく受光部111で検知することが可能な、高い検知感度を有する光センサ装置100を実現できる。
また、本発明の実施形態の光センサ装置100は、上記に記載の光センサ装置100において、受光素子112が凹部106に搭載されている。このような構造としたことから、マザー基板（図示せず）に外力が加わった場合に、受光素子112に応力が伝わり難く、動作信頼性に優れた光センサ装置100を実現できる。
つまり、光センサ装置100が搭載されるモジュール用基板118は、実装電極120を介してマザー基板に実装されて外力が加わったとしても、外力による応力は半田を介して配線基板101の第２主面103に設けられた複数の外部接続導体115に伝わるものの、配線基板101の凹部106に搭載される受光素子112にその応力が伝わり難い。よって、受光素子112が破損したり、受光素子112に搭載された発光素子114が断線等により発光不良となることが抑制されるため、動作信頼性に優れた光センサ装置100を実現できる。
また、１主面102に第１孔部104と第２孔部105が設けられた絶縁層または絶縁部と、第２主面103に凹部106が設けられた絶縁層または絶縁部を有する配線基板101で構成することが可能であり、この第２主面103の凹部106の底部にフリップチップ接続により搭載されることにより、凹部106に受光部111を有する受光素子112が搭載され、第４開口部110に発光部113を有する発光素子114が収納される配線基板101と、配線基板101に設けられた複数の外部接続導体115とを有する小型化、低背化された光センサ装置100を実現できる。
図１〜図４で示したように、光センサ装置100において受光素子112が凹部106にフリップチップ接続で搭載されている。配線基板101には、凹部106の底部から第２主面103の外表面にかけて、配線導体（図示せず）が設けられている。この受光素子112の上面に設けられた発光素子114の搭載部（平面視で第２孔部105における第４開口部110の内側になる領域）に発光素子114が搭載され、さらに凹部106内に受光素子112がフリップチップ接続により搭載されることにより、本発明の実施形態の光センサ装置100が構成されている。なお、受光素子112が配線基板101の凹部106に搭載される際に、受光部111が第１孔部104の底部に位置するように、かつ受光素子112の上面に搭載された発光素子114が第２孔部105の底部に位置するように構成されている。
また、配線基板101の第２主面103には、複数の外部接続導体115が設けられている。そして、配線基板101の複数の外部接続導体115が、電子モジュール用基板118等に半田等の接合材により電気的に接続される。なお、断面視において凹部106内に搭載された受光素子112の第２主面103側の主面は、配線基板101の第２主面103よりも第１主面102側に位置するように搭載することが望ましい。つまり、配線基板101の複数の外部接続導体115が、電子モジュール用基板118等に接続される際に、受光素子112の第２主面103側の主面が電子モジュール用基板118等の主面から離間して配置されることにより、接触や短絡による光センサ装置100の破損、誤動作を抑制できる。また、配線基板101を上下反転させた状態で、凹部106内に搭載された受光素子112をポッティング樹脂等で覆った構造としてもよい。これにより、さらに効果的に接触や短絡による光センサ装置100の破損、誤動作を抑制できる。
本発明の実施形態の電子モジュール130は、接続導体119を有するモジュール用基板118と、受光素子112がモジュール用基板118に搭載され、複数の外部接続導体115が接続導体119に接続された上記記載の光センサ装置100とを有する。
このような構造としたことから、受光素子112のモジュール用基板118への実装性を向上できる。つまり、光センサ用パッケージに受光素子112を搭載する場合、例えば光センサ用パッケージを上下反転させて凹部106が上側となるように配置してから凹部106の底部に受光素子112を搭載する場合があったが、光センサ用パッケージを上下反転させることなく、受光素子112および光センサ用パッケージ（配線基板101）をモジュール用基板118に搭載することができる。また、受光素子112を搭載したモジュール用基板118は平板状であり、上面が配線基板101等の構造物で覆われていないことから、パーツ搭載装置の搭載ヘッドにより受光素子112の所定の位置に容易に発光素子114を搭載することができる。
このように、発光素子114、および受光素子112が搭載された電子モジュール用基板118の接続導体119に、配線基板101の外部接続導体115が接続されることにより、図５で示した本発明の実施形態の電子モジュール130が構成される。なお、受光素子112への発光素子114の接続は、受光素子112の主面に形成された配線導体上に直接フリップチップ接続により接続してもよい。さらに、受光素子112へ発光素子114を搭載し、その後、ワイヤーボンディング接続により配線基板101のボンディング用端子（図示せず）に電気的に接続してもよい。
この場合、図５では発光素子114の端子（図示せず）が受光素子112の接続端子（図示せず）に接続された例を示したが、このような構造に限定されず、例えば第１主面102となるセラミックグリーンシートの第２孔部105の内壁に段差部（図示せず）を設けておき、この段差部上にボンディング用接続端子（図示せず）を設けて、受光素子112の端子と段差部上のボンディング用接続端子をワイヤーボンディングで接続すればよい。さらに、この段差部に照度センサ（図示せず）を搭載すれば、近接センサ機能とともに、照度を検知して省電力のために液晶画面のバックライトを制御する照度センサ機能を有する電子モジュールとすることもできる。このような接続方法により、配線基板101に設けられたボンディング用接続端子と受光素子112の端子を良好に接続された電子モジュールを実現できる。
また、本発明の実施形態の電子モジュール130は、接続導体119を有するモジュール用基板118と、複数の外部接続導体115が接続導体119に接続された上記記載の光センサ装置100とを有する。このような構造としたことから、マザー基板に外力が加わった場合に、受光素子112に応力が伝わり難く、動作信頼性に優れた電子モジュール130を実現できる。
つまり、光センサ装置100が搭載されるモジュール用基板118は、実装電極120を介してマザー基板に実装されて、マザー基板に外力が加わると電子モジュール用基板118に応力が伝わり、さらにその応力は半田を介して配線基板101の第２主面103に設けられた複数の外部接続導体115に伝わる。配線基板101の外部接続導体115と電子モジュール用基板118の接続導体119は半田により接続されており、モジュール用基板118からの応力は、配線基板101と電子モジュール用基板118の間に設けられた半田によっても緩和されて配線基板101に伝わる。よって、配線基板101の凹部106に搭載される受光素子112にその応力がさらに効果的に伝わり難い。よって、受光素子112が破損したり、受光素子112に搭載された発光素子114が断線等により発光不良となることが抑制されるため、動作信頼性に優れた光センサ装置100を実現できる。
また、上記記載の光センサ装置100だけでは配線基板101の第２主面103側に受光素子112の下面が露出しており、このように配線基板101の凹部106をモジュール用基板118で覆った構造であることから、光センサ装置100のマザー基板等への実装時に、受光素子112が治工具等との接触により、誤って受光素子112が破損して発光不良となることが抑制される。よって、実装信頼性に優れた電子モジュール130を実現できる。
なお、本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置100および電子モジュール130は、以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えても何ら差し支えない。上記実施形態の例において、配線基板101に設けられた第１孔部104、第２孔部105の断面視において、第１開口部107の幅が第２開口部108の幅より大きく、第３開口部109の幅が第４開口部110の幅より大きい形状としたが、第１開口部107の幅と第２開口部108の幅が同じであり、第３開口部109の幅と第４開口部110の幅が同じである形状としてもよい。さらに、光センサ装置100を構成する配線基板101、およびモジュール用基板118の平面視における形状は矩形状に限定されず、正方形状、八角状、円状、楕円状等として構成してもよい。
また、本発明の実施形態の光センサ用パッケージ、光センサ装置100および電子モジュール130は、その用途を近接センサ装置として説明したが、発光素子114および受光素子112の一対のサンサ素子により動作するその他の装置、例えば近接照度一体型センサ装置、測距センサ装置、脈波血流センサ装置等に応用が可能である。

Claims (10)

  1. 第１主面および該第１主面と相対する第２主面を有しており、前記第１主面から前記第２主面にかけて貫通する第１孔部および第２孔部と、前記第２主面に前記第１孔部および前記第２孔部を連通する凹部が設けられ、
    前記第１孔部の前記第１主面側に設けられた第１開口部と、前記第１孔部の前記第２主面側に設けられた第２開口部を有し、
    前記第２孔部の前記第１主面側に設けられた第３開口部と、前記第２孔部の前記第２主面側に設けられた第４開口部を有しており、
    前記凹部に受光部を有する受光素子が収納され、前記第４開口部に発光部を有する発光素子が収納される配線基板と、
    該配線基板に設けられた複数の外部接続導体とを有したことを特徴とする光センサ用パッケージ。
  2. 前記第２孔部の内側面に設けられた金属層を有していることを特徴とする請求項１に記載の光センサ用パッケージ。
  3. 前記第１開口部の幅が第２開口部の幅より大きく、および前記第３開口部の幅が第４開口部の幅より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光センサ用パッケージ。
  4. 前記第１孔部は前記第２開口部から前記第１開口部にかけて、および前記第２孔部は前記第４開口部から前記第３開口部にかけて、漸次幅が大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載の光センサ用パッケージ。
  5. 前記凹部における前記第２開口部と前記第４開口部との間に設けられた遮光体を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光センサ用パッケージ。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光センサ用パッケージと、
    前記凹部に収納された、受光部を有する受光素子と、
    該受光素子に搭載され、前記第４開口部に収納された、発光部を有する発光素子とを有することを特徴とする光センサ装置。
  7. 平面視において、前記受光部が前記第２開口部の内側に配置され、前記発光部が前記第４開口部の内側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光センサ装置。
  8. 前記受光素子が前記凹部に搭載されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の光センサ装置。
  9. 接続導体を有するモジュール用基板と、
    前記受光素子が前記モジュール用基板に搭載され、前記複数の外部接続導体が前記接続導体に接続された請求項６または請求項７に記載の光センサ装置とを有することを特徴とする電子モジュール。
  10. 接続導体を有するモジュール用基板と、
    前記複数の外部接続導体が前記接続導体に接続された請求項８に記載の光センサ装置とを有することを特徴とする電子モジュール。
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