JP6662610B2 - Optical sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、光センサ装置に関する。 The present invention relates to an optical sensor device.
この種の従来技術としては、例えば特許文献1に開示されたものがある。かかる文献には、その図15に示されているように、受光素子を含む受光部に光学フィルタを含むフィルタ部を取り付けて、フォトカプラにおける赤外線受光装置を形成する技術が開示されている。また上述のような赤外線受光装置は、一般的には、半田等を介して配線基板の表面に接合され、出力が取り出される。 As this kind of conventional technology, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. In this document, as shown in FIG. 15, a technique is disclosed in which a filter section including an optical filter is attached to a light receiving section including a light receiving element to form an infrared light receiving device in a photocoupler. In addition, the above-described infrared light receiving device is generally bonded to the surface of a wiring board via solder or the like, and an output is taken out.
ところで、半田ペーストにはフラックスが含まれている。このフラックスが半田付けされる金属表面の酸化膜を化学的に除去し、半田付け可能な状態にする。リフロー式の半田付けでは、受光装置を基板上に実装する際に、加熱工程で半田ペーストの温度が上昇する。すると、半田ペースト内のフラックスが、接合する金属表面に広がり酸化膜を化学的に除去し、半田ペースト内の半田粉が融けて金属表面と接合する。
ここで、上述したように受光部にフィルタ部を取り付けて受光装置を形成した場合、受光装置を基板上に実装する工程では、半田ペーストに含まれるフラックスが拡散し、受光部とフィルタ部との接合部の隙間から受光装置の内部にフラックスが侵入するという可能性がある。受光装置の内部に侵入したフラックスが、受光素子の表面や光学フィルタに付着すると、受光素子への光の入射が妨げられ、光を正確に検知できなくなる可能性がある。
By the way, the solder paste contains a flux. This flux chemically removes the oxide film on the surface of the metal to be soldered, and makes the solderable state. In the reflow soldering, the temperature of the solder paste increases in a heating step when the light receiving device is mounted on a substrate. Then, the flux in the solder paste spreads on the surface of the metal to be joined and chemically removes the oxide film, and the solder powder in the solder paste melts and joins with the metal surface.
Here, when the light receiving device is formed by attaching the filter portion to the light receiving portion as described above, in the step of mounting the light receiving device on the substrate, the flux contained in the solder paste is diffused, and the light receiving portion and the filter portion are separated from each other. There is a possibility that the flux may enter the light receiving device from the gap between the joints. If the flux that has entered the inside of the light receiving device adheres to the surface of the light receiving element or the optical filter, the incidence of light on the light receiving element may be hindered, and the light may not be detected accurately.
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フラックスの侵入を防止できるようにした光センサ装置の提供を目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical sensor device capable of preventing flux from entering.
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の光センサ装置により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明の一態様に係る光センサ装置は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含む光検出部と、光学フィルタを含むフィルタ部とを有し、前記受光素子が前記光学フィルタを介して外部と光学的に接続されるように前記光検出部と前記フィルタ部とが接合されたセンサ装置と、支持基板と前記支持基板上に設けられたランド電極とを有する実装基板と、を備え、前記センサ装置は、前記実装基板において前記ランド電極を有する面と向かい合う対向面を有し、前記対向面は、前記光検出部と前記フィルタ部との接合面の端部を含み、前記光検出部と前記ランド電極とが半田を介して接続されており、かつ、前記接合面の端部は前記実装基板から50μm以上離れており、かつ、前記接合面の端部と前記半田との距離が250μm以上であることを特徴とする。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following optical sensor device, and have completed the present invention.
That is, an optical sensor device according to one embodiment of the present invention includes a light detection unit including a light receiving element that outputs an electric signal corresponding to received light, and a filter unit including an optical filter, and the light receiving element includes the light receiving element. A mounting substrate having a sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined so as to be optically connected to the outside via an optical filter, a support substrate, and a land electrode provided on the support substrate Wherein the sensor device has an opposing surface facing the surface having the land electrodes on the mounting substrate, and the opposing surface includes an end of a bonding surface between the light detection unit and the filter unit. the said light detecting unit and the land electrode is connected through a solder, and an end portion of the front Kise' mating surface is spaced above 50μm from the mounting substrate, and an end portion of said joining surface The distance to the solder is 25 and wherein the at μm or more.
また、本発明の別の態様に係る光センサ装置は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含む光検出部と、光学フィルタを含むフィルタ部とを有し、前記受光素子が前記光学フィルタを介して外部と光学的に接続されるように前記光検出部と前記フィルタ部とが接合されたセンサ装置と、第1の支持基板と、前記第1の支持基板上に設けられた第1のランド電極とを有する実装基板と、第2の支持基板と、前記第2の支持基板上に設けられた第2のランド電極とを有するサブ基板と、を備え、前記光検出部のうち前記受光素子を含む面の裏側と前記第2のランド電極とが第1の半田を介して接続されており、前記サブ基板の側面と前記第1のランド電極は、前記光検出部と前記フィルタ部との接合面の端部を前記実装基板から離して配置するように、第2の半田を介して接続されており、前記センサ装置は、前記実装基板において前記第1のランド電極を有する面と向かい合う対向面を有し、前記対向面は、前記接合面の端部を含み、前記接合面の端部は前記実装基板から50μm以上離れており、かつ、前記接合面の端部と前記第2の半田との距離は、250μm以上であることを特徴とする。 Further, an optical sensor device according to another aspect of the present invention includes a light detection unit including a light receiving element that outputs an electric signal corresponding to received light, and a filter unit including an optical filter, wherein the light receiving element A sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined so as to be optically connected to the outside via the optical filter; a first support substrate; and a sensor device provided on the first support substrate. A mounting substrate having a first land electrode, a second support substrate, and a sub-substrate having a second land electrode provided on the second support substrate. is the back-side of the plane including the light receiving element and the second land electrode is connected through a first solder side to the first land electrode of the sub-substrate of, said light detector release the end of the junction surface between the filter unit before you instrumentation substrate As arranged, are connected via a second solder, the sensor device has a facing surface facing the surface having the first land electrode on the mounting board, the facing surface, the junction And an end of the bonding surface is at least 50 μm away from the mounting substrate, and a distance between the end of the bonding surface and the second solder is at least 250 μm. And
本発明の一態様によれば、フラックスの侵入を防止できるようにした光センサ装置を実現することができる。 According to one embodiment of the present invention, an optical sensor device capable of preventing flux from entering can be realized.
以下、本発明を実施するための形態(第1、第2の態様、第1〜第5実施形態)について詳細に説明する。なお、本発明を実施するための形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, embodiments (first and second aspects, first to fifth embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail. Note that the embodiments for carrying out the present invention exemplify configurations for embodying the technical idea of the present invention, and the materials, shapes, structures, arrangements, dimensions, etc. of the respective parts are as follows. Not specified. The technical concept of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
<第1の態様>
(1)光センサ装置
第1の態様に係る光センサ装置は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含む光検出部と、光学フィルタを含むフィルタ部とを有し、受光素子が光学フィルタを介して外部と光学的に接続されるように光検出部とフィルタ部とが接合されたセンサ装置と、支持基板と該支持基板上に設けられたランド電極とを有する実装基板と、を備える。光検出部とランド電極とが接続されており、かつ、光検出部とフィルタ部との接合面の端部は実装基板から50μm以上離れている。すなわち、光検出部とランド電極は、光検出部とフィルタ部との接合面の端部を実装基板から離して配置するように、半田等を介して接続されている。接合面の端部と実装基板との間は50μm以上離れている。これにより、フラックスの侵入を防止し、光の検知の精度を向上させた光センサ装置を実現することができる。
<First aspect>
(1) Optical sensor device The optical sensor device according to the first aspect has a light detecting unit including a light receiving element that outputs an electric signal corresponding to received light, and a filter unit including an optical filter, and includes a light receiving element. A sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined so that they are optically connected to the outside via an optical filter, a mounting substrate having a support substrate and a land electrode provided on the support substrate, , Is provided. The light detection unit and the land electrode are connected, and the end of the joint surface between the light detection unit and the filter unit is at least 50 μm away from the mounting board. That is, the light detection unit and the land electrode are connected via solder or the like so that the end of the joint surface between the light detection unit and the filter unit is arranged away from the mounting board. The end of the joint surface and the mounting substrate are separated by 50 μm or more. Accordingly, it is possible to realize an optical sensor device in which the intrusion of flux is prevented and the accuracy of light detection is improved.
第1の態様において、接合面の端部と実装基板との間の距離(すなわち、離間距離)が50μm以上である理由は、製造誤差や材料ばらつきを考慮した場合に、50μmよりも小さい場合には、離間距離が短いため毛細管現象によりフラックスが接合面に達し、センサ装置の内部へ浸入してしまうからである。
本発明者が行った実験では、上記離間距離が0μmである4ロットの光センサ装置と、上記離間距離が20μmである1ロットの光センサ装置では、すべての光センサ装置で、接合面へのフラックス侵入があることが確認された。これに対し、上記離間距離が50μmである3ロットの光センサ装置では、すべての光センサ装置で、接合面へのフラックス侵入は無いことが確認された。
In the first embodiment, the reason why the distance between the end of the bonding surface and the mounting board (that is, the separation distance) is 50 μm or more is that when the manufacturing error and the material variation are considered, the distance is smaller than 50 μm. This is because the flux reaches the bonding surface due to the capillary phenomenon due to the short separation distance and penetrates into the inside of the sensor device.
In an experiment conducted by the present inventors, in the four lots of optical sensor devices having the separation distance of 0 μm and the one lot of optical sensor devices having the separation distance of 20 μm, all of the optical sensor devices have a distance to the bonding surface. It was confirmed that there was flux intrusion. On the other hand, in the optical sensor devices of three lots in which the separation distance was 50 μm, it was confirmed that no flux penetrated into the bonding surface in all the optical sensor devices.
この時のランド電極の半田ペースト塗布端と、光検出部とフィルタ部との接合面の端部との距離は、250μmであった。つまり、フラックスは、支持基板上を250μm以上拡散するものと考えられるが、上記離間距離が50μm以上である場合は実装基板から隔離して配置されたセンサ装置下面側では拡散が抑えられるため、フラックスが接合面の端部に達することが無くなった結果、接合面端部からのセンサ装置内部へのフラックスの進入が無くなったものと考えられる。
なお、上記離間距離は、例えば半田リフローなどでの半田加熱工程でフラックスが拡散するときの接合面の端部と実装基板との間の距離を意味するものであり、加熱工程前に予め塗布された半田ペースト上にセンサ装置が実装されている状態は含まないことは言うまでも無い。また、上記離間距離は、パッケージ及び基板の製造上のばらつきによる凹凸がある場合は最短の距離である事は言うまでも無い。
At this time, the distance between the solder paste application end of the land electrode and the end of the joint surface between the photodetector and the filter was 250 μm. That is, it is considered that the flux diffuses 250 μm or more on the support substrate. However, when the above-mentioned separation distance is 50 μm or more, the diffusion is suppressed on the lower surface side of the sensor device which is arranged separately from the mounting substrate. It is considered that as a result, the flux did not reach the end of the joint surface, and as a result, the flux did not enter the inside of the sensor device from the end of the joint surface.
The above-mentioned separation distance means a distance between the end of the joint surface and the mounting substrate when the flux is diffused in a solder heating step such as solder reflow, and is applied in advance before the heating step. Needless to say, this does not include the state in which the sensor device is mounted on the solder paste. Further, it is needless to say that the above-mentioned separation distance is the shortest distance when there is unevenness due to manufacturing variations of the package and the substrate.
また、第1の態様に係る光センサ装置では、接合面の端部と支持基板との間にランド電極が存在しなくてもよい。すなわち、ランド電極は、接合面の端部と支持基板との間から外れた位置にのみ配設されていてもよい。これにより、上記離間距離をより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。また、第1の態様に係る光センサ装置では、支持基板は、接合面の端部の直下に凹部を有してもよい。すなわち、支持基板のうちの接合面の端部と向かい合う位置に凹部が形成されていてもよい。これにより、接合面の端部と実装基板との距離をより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。 In the optical sensor device according to the first aspect, the land electrode may not be present between the end of the bonding surface and the support substrate. That is, the land electrode may be provided only at a position deviated from between the end of the bonding surface and the support substrate. Thereby, the above-mentioned separation distance can be further increased, and the intrusion of the flux into the inside of the sensor device at the time of reflow can be further prevented. Further, in the optical sensor device according to the first aspect, the support substrate may have a recess immediately below an end of the bonding surface. That is, the concave portion may be formed at a position facing the end of the bonding surface of the support substrate. Thus, the distance between the end of the bonding surface and the mounting substrate can be further increased, and the intrusion of flux into the sensor device during reflow can be further prevented.
(2)センサ装置
光センサ装置が備えるセンサ装置は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含む光検出部と、光学フィルタを含むフィルタ部とを有し、受光素子が光学フィルタを介して外部と光学的に接続されるように光検出部とフィルタ部とが接合されたものである。
光検出部とフィルタ部は、直に接触した状態で接合されてもよいし、接着剤等を介して接合されてもよい。光検出部とフィルタ部を接合する際は、光検出部または光検出部の接合される部分の少なくとも一部に接着剤を塗布する方法や、フィルタ部に光検出部をはめ込む方法などを用いることができる。接合面端部の少なくとも一部にはセンサ装置内部へ通じる隙間が存在してもよい。
このセンサ装置の支持基板と向かい合う面側に、接合面の端部を底部とする凹部が形成されてもよい。ここで、凹部の形は、三角錐状でもよく、また、直方体状でもよい。凹部は、モールド工程で用いる金型に凸形状を施すことで形成することができる。また、上記接合面の角の面取りする工程や接合面を切削する工程などで形成することができる。これにより、接合面の端部と実装基板との離間距離をより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。
(2) Sensor device The sensor device provided in the optical sensor device has a light detection unit including a light receiving element that outputs an electric signal according to received light, and a filter unit including an optical filter, and the light receiving element is an optical filter. The light detection unit and the filter unit are joined so as to be optically connected to the outside via the light detection unit.
The light detection unit and the filter unit may be joined in a state of direct contact, or may be joined via an adhesive or the like. When joining the light detection unit and the filter unit, use a method of applying an adhesive to at least a part of the light detection unit or the part where the light detection unit is joined, a method of fitting the light detection unit to the filter unit, or the like. Can be. At least a portion of the end of the joining surface may have a gap leading to the inside of the sensor device.
On the side of the sensor device facing the support substrate, a concave portion having an end of the joint surface as a bottom may be formed. Here, the shape of the concave portion may be a triangular pyramid shape or a rectangular parallelepiped shape. The concave portion can be formed by applying a convex shape to the mold used in the molding step. Further, it can be formed by a step of chamfering the corner of the joint surface or a step of cutting the joint surface. Thus, the distance between the end of the joint surface and the mounting substrate can be further increased, and the intrusion of flux into the sensor device during reflow can be further prevented.
(2.1)光検出部
センサ装置が有する光検出部は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含むものである。本発明に用いられる受光素子は光電変換部を含む。光電変換部は、フォトダイオードおよびフォトコンダクタ等、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」であってよい。また、光が赤外線の場合は、光電変換部は、サーモパイル、焦電型センサ等の赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」であってもよい。外部からの電力供給を最小限に抑えて消費電力を低減する観点から、光電変換部には量子型センサを用いることが好ましい。より具体的には、量子型センサは、InSbを用いたPNまたはPIN接合構造を有する量子型センサが挙げられるがこれに制限されない。また光検出部に含まれる受光素子の周りは、樹脂等によってモールドされていてもよい。
(2.1) Light Detector The light detector included in the sensor device includes a light receiving element that outputs an electric signal according to the received light. The light receiving element used in the present invention includes a photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion unit may be a “quantum sensor” that outputs a signal by photoelectric conversion, such as a photodiode and a photoconductor. When the light is infrared light, the photoelectric conversion unit may be a “thermal sensor” that converts a temperature change due to infrared absorption into an electric signal, such as a thermopile or a pyroelectric sensor. From the viewpoint of minimizing power consumption by minimizing external power supply, it is preferable to use a quantum sensor for the photoelectric conversion unit. More specifically, the quantum sensor includes, but is not limited to, a quantum sensor having a PN or PIN junction structure using InSb. The periphery of the light receiving element included in the light detection unit may be molded with resin or the like.
(2.2)フィルタ部
センサ装置が有するフィルタ部は、光学フィルタを含む。例えば、フィルタ部は、基体と、基体を貫く開口部と、開口部内の少なくとも一部に配置された光学フィルタとを有する。また、基体を貫く光学的な開口部が形成されていれば良いため、光学フィルタが基体表面から突出していても良い。そして、フィルタ部は、この光学フィルタを介して光検出部の受光素子が外部と光学的に接続されるように光検出部に接合されるものである。
本発明に用いられる光学フィルタは、所望の波長範囲の光を選択的に(即ち、透過率高く)透過させる機能を有するものであってよい。例えば、光学フィルタは、特定の波長帯の光のみを透過する機能を有するものであってよい。或いは、この光学フィルタは、透過カバー、レンズなど、単に光を透過する機能を有するものであってもよい。フィルタ部の基体には、樹脂など、光センサ装置の特性に応じて種々の材料を用いることができる。
(2.2) Filter unit The filter unit included in the sensor device includes an optical filter. For example, the filter unit includes a base, an opening that penetrates the base, and an optical filter that is disposed at least partially in the opening. In addition, since it is sufficient that an optical opening penetrating the base is formed, the optical filter may protrude from the surface of the base. The filter unit is joined to the light detection unit such that the light receiving element of the light detection unit is optically connected to the outside via the optical filter.
The optical filter used in the present invention may have a function of transmitting light in a desired wavelength range selectively (that is, high transmittance). For example, the optical filter may have a function of transmitting only light in a specific wavelength band. Alternatively, the optical filter may have a function of merely transmitting light, such as a transmission cover or a lens. Various materials, such as resin, can be used for the base of the filter portion depending on the characteristics of the optical sensor device.
(2.3)開口部
フィルタ部の開口部の形状は、光学フィルタを配置することができるとともに、開口部に配置された光学フィルタを介して受光素子が外部と光学的に接続されるような形状であれば特に限定されない。具体例としては、フィルタ部に円筒状や直方体状の穴を形成し、円筒状の穴の一部に光学フィルタを形成したものが考えられるが、特にこれに限定されない。
(2.3) Opening The shape of the opening of the filter unit is such that an optical filter can be arranged and the light receiving element is optically connected to the outside via the optical filter arranged in the opening. There is no particular limitation as long as it has a shape. As a specific example, it is conceivable to form a cylindrical or rectangular parallelepiped hole in the filter portion and form an optical filter in a part of the cylindrical hole, but the present invention is not particularly limited to this.
(3)実装基板
光センサ装置が備える実装基板は、支持基板と、支持基板上に設けられたランド電極とを有するものである。ここで、ランド電極は、複数のランド電極でもよい。また、実装基板は、支持基板の表面の一部を覆う絶縁膜をさらに有してもよい。
(3) Mounting Substrate The mounting substrate provided in the optical sensor device has a support substrate and land electrodes provided on the support substrate. Here, the land electrode may be a plurality of land electrodes. Further, the mounting substrate may further include an insulating film covering a part of the surface of the supporting substrate.
(3.1)支持基板
実装基板が有する支持基板は、支持基板上にランド電極や絶縁膜を形成し、その上にセンサ装置を設置することができるものであれば特に限定されない。支持基板の材料についても特に制限されない。例えばFR4、セラミックス基板、Si基板、GaAs基板、サファイヤ等が挙げられるがこの限りではない。
(3.1) Support Substrate The support substrate included in the mounting substrate is not particularly limited as long as a land electrode or an insulating film is formed on the support substrate and a sensor device can be installed thereon. The material of the support substrate is not particularly limited. For example, FR4, ceramics substrate, Si substrate, GaAs substrate, sapphire and the like can be mentioned, but not limited thereto.
(3.2)ランド電極
実装基板が有するランド電極は、支持基板上に設けられたものである。本発明に用いられるランド電極としては、Al、Cu、Ag、Auなどの適宜の金属もしくは合金からなるものを用いることができるが、光センサ装置の出力端子と支持基板との電気的なコンタクトを取ることができるものであれば、特にこれらに限定されない。また、実際には、支持基板上でランドから他の部品への接続金属配線が伸びることになる。なおこれら接続金属配線については、各図面には図示していない。
(3.2) Land electrode The land electrode of the mounting substrate is provided on the support substrate. As the land electrode used in the present invention, an electrode made of an appropriate metal or alloy such as Al, Cu, Ag, or Au can be used. It is not particularly limited as long as it can be taken. Actually, the connecting metal wiring from the land to another component extends on the support substrate. Note that these connection metal wirings are not shown in each drawing.
(3.3)絶縁膜
実装基板が有する絶縁膜は、支持基板の表面の一部を覆うものである。絶縁膜を形成する材料としては、ソルダーレジストやポリイミドやシリコン系樹脂等を用いることができるが、特にこれらに限定されない。
(3.3) Insulating Film The insulating film included in the mounting substrate covers a part of the surface of the supporting substrate. As a material for forming the insulating film, a solder resist, polyimide, a silicon-based resin, or the like can be used, but is not particularly limited thereto.
(3.4)半田
センサ装置は半田を介して実装基板上のランド電極に接続される。半田は、半田ペーストと呼ばれるペーストの状態で塗布され、リフローをすることで半田ペースト内のフラックスが除去され、半田付けが行われる。この半田ペーストは、半田粉末とフラックスからなり、加熱工程で半田ペーストの温度が上昇すると半田ペースト内のフラックスが接合する金属表面に広がり酸化膜を化学的に除去し、半田ペースト内の半田粉が融けて金属表面と接合することで、半田が金属表面に固定される。また半田の材料としては、スズ、銀、銅、鉛、インジウム等の金属混合粉体を用いることができるが、特にこれらに限定されない。また半田ペーストの材料としては、半田とフラックス等の混合材を用いることができるが、特にこれらに限定されない。
また、拡散物としてフラックスを挙げているが、実装時に拡散する物質であれば特にこれに限定されない。例えば、実装時に実装基板と電子部品とを固定する仮止め剤やポッティング液などがある。
(3.4) Solder The sensor device is connected to a land electrode on the mounting board via solder. The solder is applied in a paste state called a solder paste, and reflow is performed to remove the flux in the solder paste and perform soldering. This solder paste consists of solder powder and flux. When the temperature of the solder paste rises in the heating step, the flux in the solder paste spreads on the metal surface to be joined and chemically removes the oxide film. By melting and joining to the metal surface, the solder is fixed to the metal surface. As a material for the solder, a mixed powder of metals such as tin, silver, copper, lead, and indium can be used, but is not particularly limited thereto. As a material of the solder paste, a mixed material such as solder and flux can be used, but the material is not particularly limited to these.
In addition, although a flux is described as a diffusion material, the material is not particularly limited as long as it is a substance that diffuses during mounting. For example, there is a temporary fixing agent or a potting liquid for fixing the mounting board and the electronic component at the time of mounting.
<第2の態様>
(1)光センサ装置
第2の態様に係る光センサ装置は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子を含む光検出部と、光学フィルタを含むフィルタ部とを有し、受光素子が光学フィルタを介
して外部と光学的に接続されるように光検出部とフィルタ部とが接合されたセンサ装置と、第1の支持基板と、第1の支持基板上に設けられた第1のランド電極とを有する実装基板と、第2の支持基板と、第2の支持基板上に設けられた第2のランド電極とを有するサブ基板と、を備える。光検出部のうち受光素子を含む面の裏側と第2のランド電極とが半田を介して接続されている。サブ基板と第1のランド電極は、サブ基板の側面が実装基板の表面に、半田等を介して接続されている。
また、実装基板は、第1の支持基板の表面の一部を覆う絶縁膜をさらに有していてもよい。そして、この絶縁膜は、接合面の端部と第1の支持基板との間に介在していてもよい。
<Second aspect>
(1) Optical Sensor Device An optical sensor device according to a second aspect includes a light detecting unit including a light receiving element that outputs an electric signal according to received light, and a filter unit including an optical filter, and includes a light receiving element. A sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined so that the optical device is optically connected to the outside via an optical filter, a first support substrate, and a first device provided on the first support substrate. And a sub-substrate having a second support substrate and a second land electrode provided on the second support substrate. The back side of the surface including the light receiving element in the light detection unit and the second land electrode are connected via solder. Sub substrate and the first land electrode, side surfaces of the sub-substrate to the surface of the implementation substrate and connected via solder or the like.
Further, the mounting substrate may further include an insulating film covering a part of the surface of the first support substrate. The insulating film may be interposed between the end of the bonding surface and the first support substrate.
(2)サブ基板
光センサ装置が備えるサブ基板は、第2の支持基板と、第2の支持基板上に設けられた第2のランド電極とを有する。このサブ基板は、第2の支持基板の表面の一部を覆う絶縁膜をさらに有していてもよい。サブ基板は、センサ装置と実装基板とを中継する中継基板である。
このサブ基板は、サブ基板の側面が実装基板上に配置するように、半田等を介して実装基板の第1のランド電極と接続されるものであれば、特に限定されない。第2の支持基板の材料についても特に制限されない。すなわち、第2の支持基板として、例えばFR4、セラミックス基板、Si基板、GaAs基板、サファイヤ等が挙げられるがこの限りではない。
(2) Sub-substrate The sub-substrate included in the optical sensor device has a second support substrate and a second land electrode provided on the second support substrate. The sub-substrate may further include an insulating film covering a part of the surface of the second support substrate. The sub-board is a relay board that relays the sensor device and the mounting board.
The sub-substrate, as the side surface of the sub-board is disposed on the implementation substrate, as long as it is connected to the first land electrode of the mounting substrate via solder or the like is not particularly limited. The material of the second support substrate is not particularly limited. That is, examples of the second support substrate include, but are not limited to, FR4, a ceramic substrate, a Si substrate, a GaAs substrate, and sapphire.
<実施形態>
以下、上記した第1、第2の態様の具体例として、図面を参酌しながら第1〜第6実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の第1〜第6実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、同一の構成を有する部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
<Embodiment>
Hereinafter, first to sixth embodiments will be described as specific examples of the first and second aspects described above with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following first to sixth embodiments. In the drawings, parts having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be omitted.
(1)第1実施形態
まず、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光センサ装置100の構成例を示す断面図である。また、図2は、フィルタ部70の構成例を示す平面図である。図3は、光センサ装置100の構成例を示す平面図である。なお、図3に示す平面図をA−A’線で切断した断面図が、図1に対応している。
図1〜図3に示すように、光センサ装置100は、実装基板10と、実装基板10上に実装されたセンサ装置50とを備える。実装基板10は、支持基板11と、支持基板11上に設けられたランド電極13と、支持基板11の表面11aの一部を覆う絶縁膜15と、を有する。
(1) First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an
As shown in FIGS. 1 to 3, the
センサ装置50は、光検出部60と、フィルタ部70とを有する。光検出部60は、受光した光に応じた電気信号を出力する受光素子61と、受光素子61の受光面61aを除く面を覆うモールド部材63とを含む。フィルタ部70は、基体71と、基体71に設けられた開口部73と、開口部73内に配置された光学フィルタ75と、を含む。開口部73は、例えば、基体71を貫く円筒状の穴である。この開口部73内の光検出部側の位置に、光学フィルタ75が嵌め込まれている。
この光センサ装置100では、受光素子61が光学フィルタ75を介して外部と光学的に接続されるように、光検出部60とフィルタ部70とが接合されている。また、光検出部60と、実装基板10のランド電極13は、光検出部60とフィルタ部70との接合面80の端部81を実装基板10から離して配置するように、半田17を介して接続されている。そして、接合面80の端部81と、実装基板10との間は50μm以上離れている。つまり、接合面80の端部81と実装基板10との離間距離Lは50μm以上である。これにより、センサ装置50内部へのフラックスの侵入を防止し、光の検知の精度を向上させた光センサ装置を実現することができる。
The
In the
なお、本発明では、光検出部60とフィルタ部70とが直に接触した状態で接合していてもよいし、接着剤等を介して接合していてもよい。光検出部60とフィルタ部70とが直に接触している場合、接合面とは、光検出部60とフィルタ部70との接触界面のことを意味する。また、図1等に示すように光検出部60とフィルタ部70とが接着剤90を介して接合している場合、接合面とは、光検出部60とフィルタ部70との(接着剤90を含む)接合部の厚さ方向の中間位置を通る面のことを意味する。本実施形態の各図では、光検出部60とフィルタ部70とが接着剤90を介して接合しており、接合部が接着剤90相当の厚みを有する場合を例示している。
In the present invention, the
絶縁膜15は、ランド電極13の一部を覆っていてもよいし、ランド電極13を覆わないでその周囲を囲んでいてもよい(本実施形態の各図では、絶縁膜15はランド電極13を覆わないで、その周囲を囲んでいる場合を例示している。)。また、絶縁膜15は、接合面80の支持基板11側の端部81と、支持基板11との間には配置しないことが望ましい。すなわち、絶縁膜15は、支持基板11の表面11aのうち、フラックスが広がる範囲以外の領域に配置することが望ましい。その理由は、接合面80の端部81と支持基板11との間はフラックスが広がる範囲であり、この範囲内に絶縁膜15を配置すると、絶縁膜15は一般に支持基板上に均一に配置するため接合面80の端部81と実装基板10との離間距離の確保が出来なくなるからである。ただし、絶縁膜15を部分的に薄くでき接合面80の端部81と支持基板11の離間距離を50μm以上にできる場合は、配置してもよい。
The insulating
また、絶縁膜15は、実装基板10に対して、光検出部60とフィルタ部70との接合面80の端部81の位置を保持するためのスペーサーとして用いてもよい。例えば、支持基板11上のフラックスが広がる範囲以外の領域に絶縁膜15を配置して、この絶縁膜15を上記のスペーサーとして用いてもよい。
また、ランド電極13から他の部品などへ配線を施す場合は、配線は、接合面80の端部81と実装基板10との間の離間距離が50μm以上となるように配置すればよい。ここで、配線は、接合面80の端部81と支持基板11との間(即ち、接合面80の端部81の直下)は通らないように配置することが望ましい。なお、引き出し配線については、図示していない。
Further, the insulating
When wiring is performed from the
また、ランド電極13は、センサ装置50の出力電極の他、固定用電極など、必要数を支持基板11の表面11a上に配置してよい。また、半田17は、接合面80を挟んで二箇所の接合で一組となるように配置することが望ましい。例えば、接合面80を挟んで半田17を対で配置するとともに、一方の半田17から接合面80までの距離と、他方の半田17から接合面80までの距離とを等距離にする。これにより、リフロー時の半田接合部からの引力にバランスを持たせることができるので、実装基板10に対してセンサ装置50が位置ずれすることを防ぐことができる。
Further, in addition to the output electrodes of the
(2)第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図4は、本発明の第2実施形態に係る光センサ装置200の構成例を示す断面図である。また、図5は、光センサ装置200の構成例を示す平面図である。なお、図5に示す平面図をB−B’線で切断した断面図が、図4に対応している。
図4及び図5に示すように、第2実施形態に係る光センサ装置200において、第1実施形態に係る光センサ装置100との相違点は、接合面80の端部81と支持基板11との間にランド電極13が存在しない点である。すなわち、この光センサ装置200において、ランド電極13は、接合面80の端部81と支持基板11との間から外れた位置にのみ配設されている。これ以外の構成は、第2実施形態は第1実施形態と同じである。
これにより、光センサ装置200では、接合面80の端部81と実装基板10との距離をより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置50内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。また、リフロー時に半田がランド電極13上を広がる場合、ランド電極とセンサ装置の電極とを接合する半田部位が減少し接合不足や未接合が発生するため、半田対策としても有効である。
(2) Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the
As shown in FIGS. 4 and 5, in the
Thus, in the
(3)第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る光センサ装置300の構成例を示す断面図である。また、図7は、光センサ装置300の構成例を示す平面図である。なお、図7に示す平面図をC−C’線で切断した断面図が、図6に対応している。
図6及び図7に示すように、第3実施形態に係る光センサ装置300において、第2実施形態に係る光センサ装置200との相違点は、平面視で、センサ装置の周囲に周囲電極21が配設されている点である。この周囲電極21は、例えば、ランド電極13と同一工程で同時に形成されたものである。周囲電極21は、ランド電極13と同じ材料からなり、支持基板11の表面11aから同じ高さを有する。これ以外の構成は、第3実施形態は第2実施形態と同じである。
また、周囲電極21と絶縁膜15は、実装基板10に対して、光検出部60とフィルタ部70との接合面80の端部81の位置を保持するための位置決め材として用いてもよい。例えば、支持基板11上のフラックスが広がる範囲以外の領域に周囲電極21と絶縁膜15を配置して、この周囲電極21と絶縁膜15を上記の位置決め材として用いてもよい。
(3) Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an
As shown in FIGS. 6 and 7, in the
Further, the
(4)第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図8は、本発明の第4実施形態に係る光センサ装置400の構成例を示す断面図である。図8に示すように、第4実施形態に係る光センサ装置400において、第2実施形態に係る光センサ装置200との相違点は、支持基板11のうちの接合面80の端部81と向かい合う位置(すなわち、端部81の直下)に凹部23が形成されている点である。これ以外の構成は、第4実施形態は第2実施形態と同じである。これにより、接合面80の端部81と実装基板10との離間距離Lをより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。
(4) Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an
(5)第5実施形態
次に、本発明の第5実施形態を説明する。
図9は、本発明の第5実施形態に係る光センサ装置500の第1の構成例を示す断面図である。図10は、光センサ装置500の第2の構成例を示す断面図である。
図9及び図10に示すように、第5実施形態に係る光センサ装置500において、第1実施形態に係る光センサ装置100との相違点は、センサ装置50の支持基板11と向かい合う面(例えば、下面)側に、接合面80の端部81を底部とする凹部51が形成されている点である。これ以外の構成は、第5実施形態は第1実施形態と同じである。図9に示すように、凹部51は直方体状(断面視では矩形)に形成されていてもよい。また、図10に示すように、凹部51は三角錐状(断面視では三角形)に形成されていてもよい。これにより、接合面80の端部81と実装基板10との離間距離Lをより大きくすることができ、リフロー時のセンサ装置50内部へのフラックスの侵入をより防止することができる。
(5) Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a first configuration example of the
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
(6)第6実施形態
次に、本発明の第6実施形態を説明する。
図11は、本発明の第6実施形態に係る光センサ装置600の構成例を示す断面図である。また、図12は、光センサ装置600の構成例を示す平面図である。なお、図12に示す平面図をD−D’線で切断した断面図が、図11に対応している。図11及び図12に示すように、光センサ装置600は、実装基板10と、サブ基板40と、センサ装置50と、を備える。
実装基板10及びセンサ装置50の各構成例は、例えば第1〜第5実施形態に記載した通である。 また、サブ基板40は、支持基板41と、支持基板41上に設けられたランド電極43とを有する。図11に示すように、ランド電極43は支持基板41の表面41a及び裏面41bに形成されている。ここで、表面41aは支持基板41の第1の主面であり、裏面41bは支持基板41の第2の主面である。
(6) Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an
Each configuration example of the mounting
この光センサ装置600では、光検出部60のうち受光素子61を含む面の裏側と、サブ基板40のランド電極43とが半田47を介して接続されている。また、サブ基板40と、実装基板10のランド電極13は、サブ基板40の側面と実装基板の表面上に配置するように、半田17を介して接続されている。また、支持基板11の表面11aの一部を覆う絶縁膜15が、接合面80の端部81と支持基板11との間に介在していてもよい。
これにより、接合面80の端部81をフラックスが広がる範囲から遠ざけることができる。したがって、センサ装置50及び実装基板10に特別な加工を施すことなく、リフロー時のセンサ装置50内部へのフラックスの侵入を防止することができる。
In the
Thereby, the
<実施形態の効果>
本発明の第1〜第6実施形態によれば、フラックスの侵入を防止できるようにした光センサ装置を実現することができる。また、センサ装置50内部へのフラックスの侵入を防止することにより、光の検知の精度を向上させた光センサ装置を実現することができる。
<Effects of Embodiment>
According to the first to sixth embodiments of the present invention, it is possible to realize an optical sensor device capable of preventing flux from entering. Further, by preventing flux from entering the inside of the
<変形例>
(1)上記の実施形態では、ランド電極13の外周と絶縁膜15とが離れている場合を図示した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。ランド電極13の外周と絶縁膜15は接していてもよい。また、ランド電極13の外周の少なくとも一部を絶縁膜15が覆っていてもよい。このような場合であっても、実施形態の効果を奏する。
(2)上記の実施形態では、光検出部60のうちフィルタ部70と向かい合う面と、フィルタ部70のうち光検出部60と向かい合う面とがそれぞれ平坦であり、この平坦な両面が接着剤90を介して接合されている場合を図示した。しかしながら、本実施形態はこれに限定されるものではない。
例えば、上記した向かい合う両面には凹凸が設けられており、一方の面の凸部が他方の面の凹部に嵌め込まれることによって、光検出部60とフィルタ部70とが互いに接合されていてもよい。また、この凹凸が設けられている場合においても、上記した向かい合う両面の間に接着剤が介在していてもよい。このような場合であっても、実施形態の効果を奏する。
<Modification>
(1) In the above embodiment, the case where the outer periphery of the
(2) In the above-described embodiment, the surface of the
For example, the opposing surfaces are provided with irregularities, and the
<付記>
本発明の技術的思想は、以上に記載した、本発明を実施するための形態(第1、第2の態様、第1〜第6実施形態、変形例)に特定されるものではない。当業者の知識に基づいて、第1、第2の態様、第1〜第6実施形態、変形例に設計の変更等を加えてもよく、また、第1、第2の態様、第1〜第6実施形態、変形例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更が加えられた形態も本発明の技術的思想に含まれる。
<Appendix>
The technical concept of the present invention is not limited to the above-described embodiments (first and second aspects, first to sixth embodiments, and modifications) for implementing the present invention. Based on the knowledge of those skilled in the art, the first and second aspects, the first to sixth embodiments, and modifications may be modified in design, and the first and second aspects, first to sixth aspects, and modifications may be added. The sixth embodiment and the modified examples may be arbitrarily combined, and a form in which such a change is added is also included in the technical concept of the present invention.
10 実装基板
11 支持基板(第1の支持基板)
11a 表面
13 ランド電極(第1のランド電極)
15 絶縁膜
17 半田
21 周囲電極
23 凹部
40 サブ基板
41 支持基板(第2の支持基板)
41a 表面
43 ランド電極(第2のランド電極)
47 半田
50 センサ装置
51 凹部
60 光検出部
61 受光素子
61a 受光面
63 モールド部材
70 フィルタ部
71 基体
73 開口部
75 光学フィルタ
80 接合面
81 端部
90 接着剤
100、200、300、400、500、600 光センサ装置
10 mounting
15 Insulating
47
Claims (6)
支持基板と前記支持基板上に設けられたランド電極とを有する実装基板と、
を備え、
前記センサ装置は、前記実装基板において前記ランド電極を有する面と向かい合う対向面を有し、
前記対向面は、前記光検出部と前記フィルタ部との接合面の端部を含み、
前記光検出部と前記ランド電極とが半田を介して接続されており、かつ、
前記接合面の端部は前記実装基板から50μm以上離れており、かつ、
前記接合面の端部と前記半田との距離が250μm以上である、光センサ装置。 A light detecting unit including a light receiving element that outputs an electric signal corresponding to the received light; and a filter unit including an optical filter, wherein the light receiving element is optically connected to the outside via the optical filter. A sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined,
A mounting substrate having a supporting substrate and a land electrode provided on the supporting substrate,
With
The sensor device has a facing surface facing the surface having the land electrodes on the mounting board,
The facing surface includes an end of a joining surface between the light detection unit and the filter unit,
The light detection unit and the land electrode are connected via solder , and
End of the front Kise' mating surface is spaced above 50μm from the mounting substrate, and,
An optical sensor device , wherein a distance between an end of the bonding surface and the solder is 250 μm or more .
第1の支持基板と、前記第1の支持基板上に設けられた第1のランド電極とを有する実装基板と、
第2の支持基板と、前記第2の支持基板上に設けられた第2のランド電極とを有するサブ基板と、を備え、
前記光検出部のうち前記受光素子を含む面の裏側と前記第2のランド電極とが第1の半田を介して接続されており、
前記サブ基板の側面と前記第1のランド電極は、前記光検出部と前記フィルタ部との接合面の端部を前記実装基板から離して配置するように、第2の半田を介して接続されており、
前記センサ装置は、前記実装基板において前記第1のランド電極を有する面と向かい合う対向面を有し、
前記対向面は、前記接合面の端部を含み、
前記接合面の端部は前記実装基板から50μm以上離れており、かつ、
前記接合面の端部と前記第2の半田との距離は、250μm以上である、光センサ装置。 A light detecting unit including a light receiving element that outputs an electric signal corresponding to the received light; and a filter unit including an optical filter, wherein the light receiving element is optically connected to the outside via the optical filter. A sensor device in which the light detection unit and the filter unit are joined,
A mounting substrate having a first support substrate, and a first land electrode provided on the first support substrate;
A second support substrate, and a sub-substrate having a second land electrode provided on the second support substrate,
A back side of a surface including the light receiving element in the light detection unit and the second land electrode are connected via a first solder,
Side and the first land electrode of the sub-substrate, so as to spaced apart end portion of the junction surface between the filter portion and the light detecting unit before it instrumentation substrate via a second solder are connected,
The sensor device has an opposing surface facing the surface having the first land electrode on the mounting substrate,
The facing surface includes an end of the bonding surface,
An end of the bonding surface is separated from the mounting board by 50 μm or more, and
The optical sensor device , wherein a distance between an end of the joint surface and the second solder is 250 μm or more .
前記絶縁膜は、前記接合面の端部と前記第1の支持基板との間に介在している請求項5
に記載の光センサ装置。 The mounting substrate further includes an insulating film covering a part of a surface of the first support substrate,
6. The insulating film is interposed between an end of the joint surface and the first support substrate.
3. The optical sensor device according to claim 1.
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