KR102180504B1 - 광 센서 장치 - Google Patents

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KR102180504B1
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고지 츠카고시
노리요시 히가시
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에이블릭 가부시키가이샤
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Abstract

소형화, 박형화를 해치지 않고 디바이스의 신뢰성도 높인 고신뢰성의 광 센서 장치를 제공하기 위해, 다음의 구성으로 한다. 조성을 조정함으로써 시감도 특성에 근사한 물성을 가지는 인산염계 유리의 창(2)과 차광성을 가지는 인산염계 유리의 틀(1)로 구성되는 덮개체는, 개편화한 시감도 특성을 가진 인산염계 유리가 차광성을 가진 인산염계 유리(1) 캐비티 사이즈 정도로 설치된 개구 개소에 매설되고 용융되어 일체화된 접합 유리체로 되어 있으며, 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)와 밀착 끼워맞춰져 광 센서 장치를 구성하고 있다.

Description

광 센서 장치{LIGHT SENSOR}
본 발명은, 인산염계 유리를 이용한 광 센서 장치에 관한 것이다.
근년의 생활 환경은, 종래에는 없는 새로운 기능을 탑재한 전자 기기나 가전 제품, 차재 제품 등에 의해 한층 편의성이 향상되어 오고 있다. 이 배경 중 하나로서는, 인간이 가지는 오감 기능을 보충하는 센서 기능의 작용이 크다고 말할 수 있다. 이들 제품은 향후, 다방면에 걸쳐 현저한 확대가 전망된다. 센서에는 반도체를 이용한 센서도 많고, 압력 센서, 유량 센서, 인감(人感) 센서, 조도 센서, 측거 센서 등을 대표로 하여, 다종 다양한 것이 제품화되고 있다.
그 중에서도 조도 센서를 포함하는 광 센서는 많이 사용되고 있으며, 오피스나 가정용의 조명 기구부터 휴대 단말, PC 등 저소비 전력을 수반하는 용도로 탑재가 증가함으로써 현저하게 보급되고 있다. 이러한 센서 부품이 탑재되는 제품에는, 어플리케이션의 다양화, 기능의 풍부함, 휴대성이 뛰어난 디자인이 선호된다고 하는 특징이 있으며, 소형화, 박형화, 저비용, 그리고 고신뢰성은 예외 없이 요구되고, 그 중에서는 패키지에 관한 요구가 많은 비율을 차지하고 있다. 이로 인해 패키지의 개발에서는 종래 기술의 응용이나 새로운 시도가 한층 중요해지고 있다.
도 7은, 패키지된 광 센서의 단면도의 일 예이다. 메탈라이즈에 의해 배선 패턴(21)이 형성된 절연성 기판(22) 위로 광 센서 소자(24)가 실장되어 있고, 광 센서 소자(24)의 주위에 투광성 에폭시 수지(29)가 몰드되어 있다(특허 문헌 1의 도 2). 패키지는 광 센서 소자의 주위를 투광성의 에폭시 수지로 몰드하고 있으며, 투광성의 에폭시 수지의 외측 표면에 있어서 광 센서 소자 직상 방향 평탄면에 적외광을 컷하는 조성을 이용한 수지(23)를 층형상으로 겹쳐 설치한 구조로 되어 있다.
실장되는 광 센서 소자(24)에는 수광 센서 소자가 이용된다. 메탈라이즈에 의한 배선 패턴(21)은 광 센서 소자(24) 상면에 설치된 전극과 와이어(25)에 의해 전기적으로 접속되고, 외부에 대한 접속 단자로서 사용된다. 수광광 센서 소자로 입사한 광에 의해 발생한 기전력은, 와이어(25)를 개재하여 외부 접속 단자로 전달된다. 외부로부터 광 센서 소자의 직상 방향에 입사하는 광은, 수지(23)에 의해 적외광이 컷되어 투광성 에폭시 수지 중을 투과하게 되며, 광 센서 소자가 인간 고유의 시감도 특성에 근접시킨 광을 수광하는 것이 가능해지고 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 패키지 구조는, 적외광을 컷하는 조성의 수지가 소자의 주위를 몰드하는 투광성 수지의 외측 표면의 소자 직상에 밖에 설치되지 않아, 이로 인해, 비스듬하게 입사하는 광이나 횡 방향으로부터 입사하는 광에 대해서는, 적외광을 컷할 수 없고 시감도 특성을 반영한 특성을 가지는 광을 소자가 수광할 수 없다. 이로 인해, 횡 방향이나 비스듬한 방향으로부터 입사하는 광에 대해서는 충분한 시감도 특성이 얻어지기 어려워지고, 높은 수광 특성을 얻는 것이 어렵다.
또, 패키지는 투광성을 가지는 투명한 에폭시 수지에만 의해 소자의 주위를 몰드한 구조이다. 투광 투명한 에폭시 수지는 열이나 수분에 약한 것이 알려져 있고, 열에 의해 수지의 변색이 발생함으로써 투과율이 저하하기 때문에, 외부로부터 입사한 광이 감쇠함으로써 소자로 수광되는 광 강도도 저하하여, 수광 감도의 저하에 연결된다. 또, 열에 의해 수지는 취화되어 가서 소자와의 사이에 박리나 균열이 발생하기 쉽고, 외부로부터 입사하는 광이 감쇠하여 소자로 수광되는 광 강도의 저하와 수광 감도의 저하에 연결된다.
또 투광 투명한 에폭시 수지는 수분의 영향에 의해 팽윤하기 쉽고, 팽윤한 수지는 강도가 저하하기 쉬워 외부로부터의 충격에 의해 몰드한 수지가 변형, 파괴될 우려가 있다. 또 수분의 영향에 의해 수지의 밀착성이 저하하고, 수지와 소자의 계면으로부터 수분이 침입하기 쉬워진다. 수지와의 밀착면에 수분이 개재한 경우, 수지의 밀착성이 현저하게 저하하여, 수지는 소자와 계면 박리의 발생에 이른다. 또한 열이 가해짐으로써 수분이 급격하게 증발하기 때문에, 팝콘 현상이 발생하여 계면 박리가 넓어지는 것에 더해 수지의 균열 발생을 수반한다. 이에 의해 외부로부터 입사하는 광이 감쇠하여 소자로 수광되는 광 강도가 저하하는 것에 연결됨과 더불어, 몰드 수지의 부분적인 파괴에 이르는 등, 높은 신뢰성을 얻는 것이 어렵다.
또 투광 투명한 몰드 수지의 외표면에 설치된 적외광을 컷하는 수지도 수지계 염료이기 때문에 마찬가지로 열이나 수분에 의해 용이하게 수지의 특성 저하에 영향이 발생할 우려가 있다. 특히 수지의 조성이나 구조에 의해 적외광을 컷하고 있는 특유의 성질을 설정한 수지의 경우, 열이나 수분 등의 외부 요인에 대해 염료 빠짐의 발생 등을 들 수 있으며 특성이 불안정해지는 경향이 일반적으로 지적되고 있다. 소자 주위를 몰드하고 있는 투광 투명성 수지와, 적외광을 컷하는 수지의 양쪽 모두가 열화함으로써, 신뢰성에 영향을 주는 수지 요인이 복수 존재하게 되어, 높은 신뢰성을 얻는 것이 어렵다.
또한 패키지의 소형화, 박형화를 행함으로써, 몰드 수지는 보다 두께가 얇아져 간다. 이에 의해 상술한 수지의 박리, 균열, 변색 등은 더욱 발생하기 쉬워짐과 동시에 기계적인 강도 저하나 변형 용이도 수반하기 때문에, 한층 패키지의 신뢰성 저하에 연결되기 쉽다.
이와 같은 중, 수지 이외의 물질을 이용하여 시감도 특성을 얻는 방법이나, 수지에 의해 소자 주위를 몰드 사용하지 않는 중공 구조의 패키지가 일부에서 실용화되어 있다. 수지계 염료보다 신뢰성이 높은 물질을 이용하여 시감도 특성을 얻는 방법의 경우, 수지의 열화나 박리, 균열이라고 하는 수지 요인에 수반하는 시감도 특성의 변화나 소자 수광 감도의 저하가 없어져 장기적인 특성의 안정이 도모된다. 또 소자 주위를 수지로 몰드를 행하지 않는 중공 구조로 함으로써, 수지에 의한 응력을 받을 일이 없어지고, 소자에 대한 응력 데미지나 와이어의 단선이라고 하는 제품으로서의 기능을 크게 해치는 요소도 없앨 수 있어, 높은 신뢰성을 가진 패키지의 실현에 연결할 수 있다.
일본국 특허 공개 2007-36264호 공보
그래서 본 발명은, 높은 신뢰성을 가지고 시감도 특성을 가진 조성의 유리를 신규로 작성함과 더불어, 얻어진 신규 유리를 이용하여, 패키지로 하여 소형화도 가능한, 신뢰성이 높은 중공 구조를 가진 광 센서 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 광 센서 장치에 있어서는, 특유의 조성으로 조정한 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리를 이용하여 덮개체로 함과 더불어, 얻어진 덮개체에 의해 덮인 캐비티를 가진 소자 실장부로 이루어지는 패키지에 의해 구성되어 있고, 덮개체는, 소자 실장부에 실장되는 소자의 직상 부분에 시감도 특성을 가진 인산염계 유리를 배치하고, 그 주위를 자외광부터 가시광, 적외광까지의 파장의 광을 2% 이하로 흡수하는 차광성을 가진 인산염계 유리로 구성한 구조로 이루어진다. 덮개체는 웨이퍼형상의 차광성을 가진 인산염계 유리에 미리 중앙부를 개구한 구조로 하고, 개편화(個片化)한 시감도 특성을 가진 인산염계 유리를 개구 개소에 매설하며, 용융하여 일체화한 접합 유리체로 함으로써 덮개체로 하는 것이다. 이에 의해 수지를 이용하여 적외광을 컷해 시감도 특성을 얻고 있던 구조에 비해, 수지 응력을 없앨 수 있어, 수지의 변색이나 박리, 균열의 발생에 수반하는 시감도 특성의 변화나 수광 감도의 저하를 해소할 수 있다.
또, 상기 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리에는 540nm 내지 560nm의 파장 범위를 투과율의 중심 피크에 가지고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 투과율 특성을 가진 것을 이용한다.
또, 상기 차광성을 가진 인산염계 유리에는 300nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 투과율 특성을 가진 것을 이용한다.
또, 상기 캐비티를 가진 소자 실장부는 수지, 세라믹, 금속, 유리로 이루어지는 것을 이용한다.
본 발명의 광 센서 장치는, 인산염계 유리를 이용한 덮개체와 캐비티를 가진 소자 실장부로 구성된 패키지에 있어서, 시감도 특성을 가진 인산염계 유리와 차광성을 가진 인산염계 유리를 접합하여 일체화한 덮개체를 이용함으로써, 열이나 수분 등 주위 환경의 영향을 받기 어려운 안정된 시감도 특성을 계속해서 얻을 수 있는 신뢰성이 높은 패키지로 할 수 있는 것이다.
덮개체는, 웨이퍼형상의 차광성을 가진 인산염계 유리에 시감도 특성을 가진 인산염계 유리를 접합한 구조로 되어 있어, 소자 직상 방향에 시감도 특성을 가진 인산염계 유리가 배치된다. 시감도 특성을 가진 인산염계 유리는 540nm 내지 560nm의 파장 범위를 투과율의 중심 피크에 가지고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 투과율 특성을 가지고, 차광성을 가진 인산염계 유리로 개편화되어 매설된 구조이다. 차광성을 가진 인산염계 유리는 300nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 투과율 특성을 가진 웨이퍼형상의 유리로 이루어지고, 미리 개구 개소를 설치해 두고, 상기 개편화한 상기 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리를 개구 개소에 매설할 수 있는 구조로 되어 있다.
시감도 특성을 가지는 인산염계 유리와 차광성을 가지는 인산염계 유리는, 특유의 조성을 조정한 것으로 이루어짐으로써 광 투과 특성을 얻고 있기 때문에, 팽창 계수를 같게 할 수 있음과 더불어 고온 고습 환경 등의 내후성에 대해 강한 신뢰성을 겸비한다. 이에 의해 소자 직상 방향 및 비스듬한 방향으로부터 입사하는 광은 시감도 특성을 가진 인산염계 유리를 투과한 광이 소자로 입사하게 되고, 또, 비스듬한 방향보다 더 광각 방향으로부터 입사하는 광은 차광성을 가진 인산염계 유리에 의해 완전하게 차광되기 때문에, 항상 안정적으로 소자는 시감도 특성이 얻어진 광을 수광할 수 있음과 더불어, 용이하게 수화물이 생성되지 않은 높은 내후성을 가진 유리 조성을 가지고 있기 때문에, 신뢰성이 높은 광 센서 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 반도체 장치의 스펙트럼 특성을 도시하는 도이다.
도 7은 종래 공지의 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
본 발명의 광 센서 장치는, 조성의 조정에 의해 상이한 광 투과 특성을 가진 2종류의 인산염계 유리를 접합하여 매설한 덮개체와, 캐비티를 가지는 소자 실장부와, 소자 실장부에는 접착제에 의해 고착된 소자와, 소자의 상면에 설치된 전극과 와이어에 의해 소자가 실장되어 있지 않은 배선 표면에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 소자는, 캐비티를 가지는 소자 실장부로 둘러싸도록 고정된 구조로 이루어진다. 도 1에 본 발명의 광 센서 장치의 단면 구성을 모식적으로 도시한다.
덮개체는, 조성을 특유의 조정을 함으로써 상이한 광 특성을 가진 2종류의 인산염계 유리에 의해 구성되어 있고, 소자 실장부의 직상 방향은 시감도 특성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 창이며, 그 주위는 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀이다. 웨이퍼형상의 차광성을 가진 인산염계 유리는 미리 개구 개소를 설치해 두고, 시감도 특성을 가진 인산염계 유리를 개구 개소에 매설한 구조로 함으로써 일체화된다.
시감도 특성을 가지는 인산염계 유리의 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CuO 3~10%
7) V2O5 1~5%
8) NiO 1~5%
로 이루어지고,
차광성을 가지는 인산염계 유리의 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CoO 1~5%
7) CuO 3~10%
8) V2O5 5~15%
9) NiO 1~5%
로 이루어진다. 상기 조성에 의해, 종래의 인산염계 유리에 비해, 시감도 특성과 차광 특성과 높은 내후성을 가진 것으로 되어 있다.
시감도 특성을 가지는 인산염계 유리는 개편화한 것으로 이루어지고, 웨이퍼형상의 차광성을 가지는 인산염계 유리에는 미리 개구 개소를 설치하고 있으며, 상기 개편화한 인산염계 유리를 개구 개소에 매설하고, 가열함으로써 용융 일체화한 접합 유리체를 구성하고 있다.
캐비티를 가진 소자 실장부에는 수지, 세라믹, 금속, 유리, 실리콘에 의해 형성된 것을 이용하고 있다.
캐비티를 가진 소자 실장부는, 캐비티의 상면과 유리 덮개체를 밀착 끼워맞춘 중공 구조로 한다.
실시예 1
이하, 도면에 의거하여 본 실시예의 광 센서 장치의 구성을 설명한다.
도 1은, 본 실시예의 광 센서 장치(12)의 모식도이다. 도 1은 광 센서 장치(12)의 종단면도이다. 도 2는 광 센서 장치(12)의 정면도이다. 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)의 상면에, 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)이, 그 주위를 둘러싸는 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)에 장착된 접합 유리체로서 일체화된 덮개체를 밀착 끼워맞춤으로써, 중공 구조로 되어 있다. 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)는 리드 프레임(6a, 6b)이 끼워맞춰진 구조이다. 리드 프레임(6a, 6b)의 일부는 캐비티의 유저(有底)부에 표면이 노출되어 있고, 캐비티를 개재하여 외부로 노출되어 있는 다른 쪽의 리드 프레임은 외부 단자로서 기능한다. 캐비티 유저부에는 소자 마운트부가 있으며, 그 중앙에는 소자(4)가 접착제(7)에 의해 고착되어 있다.
여기서 인산염계 유리에 의해 구성되는 덮개체는, 시감도 특성을 가진 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)과 차광성을 가진 제2 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)로 구성되어 있고, 웨이퍼형상의 인산염계 유리에는 미리 개구 개소를 설치해 두고, 개편화된 상기 인산염계 유리가 매설된 구조로 되어 있다.
창(2)을 구성하고 있는 제1 인산염계 유리는 이하에 개시되는 시감도 특성을 가지고 있으며, 그 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CuO 3~10%
7) V2O5 1~5%
8) NiO 1~5%
에 의해 구성되어 있다.
이 조성에 의해 540nm 내지 560nm의 파장 범위를 투과율의 중심 피크에 가지고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 특성을 가지는 시감도 특성을 가짐과 더불어 종래의 인산염계 유리에 비해 높은 내후성도 가질 수 있다. 도 6에, 얻어지는 시감도 특성의 스펙트럼을 도시한다.
이 조성의 유효성을 나타내는 본 실시예와 비교예의 비교 결과를 표 1에 기재한다. 표 1 중의 본 실시예에 의거하는 본 실시예 A의 조성과 첨가량에 의해, 도 6에 도시하는 시감도 특성과 높은 내후성을 양립시키는 것이 가능한 것을 상대 평가이지만 확인할 수 있었다. 비교 실험에서는 비교예 B에 있어서의 BaO의 존재하지 않음, 혹은 비교예 C 혹은 D에 있어서의 B2O3 또는 SiO2의 존재가, 바람직하지 않은 영향을 주고 있는 듯이 보인다.
[표 1]
Figure 112016077210592-pct00001
또, 틀(1)을 구성하고 있는 제2 인산염계 유리는 300nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 특성을 갖는 차광 특성을 가지는 것을 목적으로 하고 있으며, 그 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CoO 1~5%
7) CuO 3~10%
8) V2O5 5~15%
9) NiO 1~5%
에 의해 구성되어 있다.
이러한 2종류의 인산염계 유리를 접합 유리화하여 장착함으로써, 팽창 계수를 비롯한 물성은 근사한 것이 되어, 인산염계 유리가 장착된 접합 유리체로 하는 경우에 팽창 계수의 차가 문제가 되는 경우가 없으며, 같은 높은 내후성 수준을 가진 일체화한 유리의 덮개체를 얻을 수 있다.
또 덮개체는, 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)의 유저부 중앙에 실장되는 광 센서 소자(4)의 직상 방향 중심에, 캐비티 상부 내경 이하의 치수에 의해 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)이 배치되고 장착된 구조로 되어 있다. 이에 의해 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)을 투과하여 광 센서 소자가 수광할 수 있는 수광각 범위는 직상 방향만이 아닌 광각화한 각도 범위로부터의 광에 대해서도 유효하게 시감도 특성을 투과한 광을 수광하는 것이 가능해져, 수광 특성의 각도 의존성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
또 덮개체는, 웨이퍼형상의 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리에 개구 개소를 설치해 두고 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리를 매설하고, 용융 일체화된 접합 유리체로 함으로써, 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)에는 유리를 개편화하는 경우에 발생하는 절단면이 없어진다. 절단면에서는 작은 요철이 존재하고 있어, 요철을 남긴 상태로 장착된 경우, 매설을 행한 경우에 유리 사이에 공기층이 발생하기 쉽다. 공기층이 발생한 경우, 광이 반사하기 때문에 공기층이 남은 계면 상태는 바람직하지 않고, 외광에 대해 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리와 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리의 흡수 파장 특성에 있어서의 깔끔한 교체 특성이 얻어지기 어려워진다. 또, 공기층이 남지 않음으로써 열이 가해진 경우에 공기가 팽창하여 유리에 균열이나 박리가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
개구 개소의 형성 방법에 대해 설명한다. 웨이퍼형상의 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리에 설치하는 개구 개소는, 웨이퍼 상태의 차광성 유리를, 볼록부를 형성한 틀에 설치하여 하중을 건 상태로 연화 온도 분위기 중으로 투입한다. 취출 후, 오목부가 형성된 차광성 유리를 연마하여 개구 개소로 한다. 또는 웨이퍼 상태의 차광성 유리에 마스크를 실시하여, 개구 개소가 되는 부분을 노출시킨 상태로 한 후에 에칭에 의해 개구 개소를 설치한다. 이에 의해 개구 개소의 두께 방향의 노출 표면은 파단면이 되지 않고, 절단한 면과 같은 작은 요철이 남는 경우도 없다. 이에 의해 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리(2)를 매설하는 경우에, 계면에 공기를 말려들기 어렵게 할 수 있다.
또, 차광성을 가지는 인산염계 유리에 설치된 개구 개소에 매설되는 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리를 형성하려면, 잉곳을 다이싱 또는 와이어 소(saw)에 의해 웨이퍼 상태로 하고, 그 후 웨이퍼를 다이싱 또는 와이어 소에 의해 개구 개소에 들어가는 사이즈로 개편화한다. 개편화한 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리를, 웨이퍼형상의 차광성을 가지는 인산염계 유리에 형성한 개구 개소에 설치하고, 하중을 건 상태로 연화 온도 분위기로 투입한다. 차광성을 가지는 인산염계 유리와 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리는 연화 온도가 가까운 온도 범위이고, 하중을 건 상태임으로써 상기 유리는 서서히 연화한 상태로 천천히 개구 개소 내로 변형 유동해 나가, 용융 일체화할 수 있다.
또 시감도 특성을 가지는 인산염계 유리는, 웨이퍼 상태로부터 다이싱 또는 와이어 소에 의해 개편화한 후, 연화 온도 하한 정도의 분위기에 투입함으로써, 가공면에 남은 요철이나 치핑 등을 완화시킴으로써, 매설시의 유리 계면의 기밀성을 향상시킬 수 있다.
또 덮개체는, 유리에 의해 구성되어 있기 때문에 수지 등에 의해 구성되어 있는 것에 비해 열이나 수분 등의 환경에 대해 높은 신뢰성을 가진다. 이에 의해 특성의 변화가 장기간 불변화하는 것이 가능하다. 또 유리의 두께나 치수를 변경하는 경우도 자유도가 높고, 패키지를 박형화나 소형화 설계로 하는 경우에 있어서, 유리의 연마 두께의 조정이나 개편화 치수의 변경에 의해 용이하게 대응할 수 있다.
실시예 2
도 3은, 본 실시예의 광 센서 장치(12)의 단면도이다. 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)와, 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)과, 그 개구 개소에, 시감도 특성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 창(2)이 매설 구조에 의해 구성된 덮개체로 이루어지는 상기 도 1과 같은 광 센서 장치에 더해, 광 센서 소자(4)가 접착제에 의해 고착되는 소자 실장 부분이, 방열성을 가진 재질로 이루어지는 마운트부(11)로 이루어지며, 마운트부(11)는 소자(4)가 고착되는 면의 반대측인 이면을 외부로 노출시킨 형상으로 되어 있다. 이에 의해 소자(4)에서 발생한 열은 마운트부(11)를 개재하여 외부로 방열할 수 있다.
실시예 3
도 4는, 본 실시예의 광 센서 장치(12)의 단면도이다. 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)와, 밀착 끼워맞추는 덮개체에는, 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)과, 그 개구 개소에 장착되는 인산염계 유리로 이루어지는 창에, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(9)와, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(10)가 겹쳐친 유리를 개편화한 것이 장착된 접합 유리체로서 일체화한 유리 덮개체로 구성된 중공 구조를 하고 있다.
여기서 인산염계 유리에 의해 구성되는 덮개체는, 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(9)와, 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(10)를 겹친 구조의 유리와, 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)로 구성되어 있고, 상기 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀에는 미리 개구 개소가 설치되어 있으며, 상기 인산염계 유리(9와 10)를 겹쳐 개편화한 것이 개구 개소에 매설된 구조로 되어 있다. 여기서 상기 인산염계 유리(9)와 상기 인산염계 유리(10)를 겹치는 순서는 특별히 한정하지 않는다.
인산염계 유리(9)는 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 것을 목적으로 하고 있고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 그 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CoO 1~5%
7) CuO 3~10%
8) V2O5 5~15%
9) NiO 1~5%
에 의해 구성되어 있다.
또 인산염계 유리(10)는 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 것을 목적으로 하고 있고, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하이며, 그 조성은 중량% 환산으로,
1) P2O5 40~60%
2) BaO 20~40%
3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
6) CuO 3~10%
7) V2O5 1~5%
8) NiO 1~5%
에 의해 구성되어 있다.
이 조성에 의해 상기 인산염계 유리(9, 10)는 상기 광 투과 특성과 높은 내후성을 가질 수 있다. 도 6에 얻어지는 시감도 특성의 스펙트럼을 도시한다. 종축은 투과율, 횡축은 파장이다. 상기 인산염계 유리(9와 10) 및 차광성을 가진 인산염계 유리는, 흡수하는 파장 범위는 상이하지만, 인산염계 유리를 이용하여 조성의 변경에 의해 구성되어 있기 때문에, 팽창 계수의 차를 비롯한 물성은 근사한 것이 되고, 접합 유리체로서 일체화한 덮개체는, 균열이나 박리가 발생하지 않으며, 종래의 인산염계 유리에 비해 높은 내후성도 동시에 가지는 것이 가능해진다.
또, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(9)와, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(10)가 겹쳐진 접합 유리는, 연마에 의해 고평탄화한 유리 웨이퍼들을 겹쳐 맞춘 후, 하중을 걸어, 진공 분위기 내 또는 질소 분위기 내로 한 연화 온도 분위기로 중으로 투입함으로써 접합 유리화한다. 또 연마 후의 유리 웨이퍼에 대해 산에 의한 약품 처리를 실시하고, 건조와 어닐링을 행하여 활성화시킨 상태로 한 유리 웨이퍼들을 겹쳐 맞추고, 하중을 건 상태로 하며, 진공 또는 질소 분위기 내로 한 고온로에 투입함으로써 접합 유리화할 수 있다.
또, 상기 인산염계 유리(9와 10)가 겹쳐진 접합 유리는, 연마에 의해 고평탄화한 후, 산에 의한 약품 처리를 실시하고, 건조와 어닐링을 행한 후, 접착제에 의해 유리 웨이퍼들을 겹쳐 맞추어 경화시킨 접합 유리화로 해도 된다. 또, 접착제에는 커플링제를 희석한 것을 이용해도 되고, 이 경우, 매우 얇은 접착층을 형성할 수 있음과 동시에, 높은 접착력을 가진 접합 유리화로 할 수 있다.
상기 인산염계 유리(9와 19)가 겹쳐진 접합 유리는, 다이싱 또는 와이어 소에 의해 매설 사이즈로 개편화되고, 상기 차광성을 가지는 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)에 설치한 개구 개소에 매설되어 용융 일체화하여, 유리 덮개체로 한다.
실시예 4
도 5는, 본 실시예의 광 센서 장치(12)의 단면도이다. 캐비티를 가지는 소자 실장부(3)와, 밀착 끼워맞추는 덮개체에 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(9)와, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리(10)가 겹쳐진 유리를 개편화한 것이 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀(1)에 설치된 개구 개소에 매설된 구조를 가진 상기 도 3의 광 센서 장치에 더해, 소자(4)가 접착제에 의해 고착되는 소자 실장 부분이, 방열성을 가진 재질로 이루어지는 마운트부(11)로 이루어지며, 마운트부(11)는 소자(4)가 고착되는 면의 반대측인 이면을 외부로 노출시킨 형상으로 되어 있고, 소자(4)에서 발생한 열은 마운트부(11)를 개재하여 외부로 방열하는 것이 가능해진다.
산업상의 이용 가능성
덮개체와 캐비티를 가진 소자 실장부가 밀착 끼워맞춰진 패키지를 이용한 광 센서 장치에 있어서, 덮개체에 시감도 특성과 높은 내후성을 겸비하는 접합 유리화한 인산염계 유리를 이용한 중공 구조로 함으로써, 열이나 수분 등의 영향을 받기 어려운 시감도 특성과 높은 신뢰성을 가진다. 또 수광 소자가 받는 광의 시감도 특성은 소자 직상 방향만이 아닌, 비스듬한 방향도 포함시킨 광각에까지 범위가 넓어질 수 있어, 각도 의존성이 큰 폭으로 개선될 수 있다.
또 인산염계 유리에는 시감도 특성에 자외 영역의 파장의 광과 적외 영역의 파장의 광이 3% 내지 2% 이하인 투과율 특성과 동시에 고내후성을 가지는 조성이기 때문에, 수지에 의해 시감도 특성을 갖게한 것에 비해 자외 파장과 적외 파장의 흡수율이 높고, 양호한 시감도 특성이 얻어지는 것에 더해 주위 환경의 영향을 받기 어려워 경시 변화도 적기 때문에, 특성의 저하가 매우 적은 광 센서 장치를 제공할 수 있으므로, 텔레비전이나 가전 제품, 휴대 단말을 비롯하여, 보다 환경이 엄격한 차재나 옥외 용도로의 사용에까지 배려한 광 센서 장치 탑재 기기로의 공급에 기여할 수 있다.
1 덮개체의 차광성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 틀
2 덮개체의 시감도 특성을 가진 인산염계 유리로 이루어지는 창
3 캐비티를 가진 소자 실장부
4 광 센서 소자
5 와이어
6a, 6b, 6c, 6d 리드 프레임
7 소자의 접착제
8 덮개체의 고착제
9 적외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리
10 자외광 파장 영역의 광을 흡수하는 인산염계 유리
11 방열성을 가지는 광 센서 소자 마운트부
12 광 센서 장치

Claims (7)

  1. 덮개체와 캐비티를 가지는 소자 실장부가 밀착 끼워맞춰진 중공 구조를 가지는 광 센서 장치로서,
    상기 소자 실장부의 유저(有底)부에 올려놓여진 광 센서 소자와,
    일단이 상기 캐비티 내에 노출되고, 타단이 상기 소자 실장부의 외측으로 인출되어 외부 단자가 되는 리드 프레임을 가지며,
    상기 덮개체 및 상기 소자 실장부는 인산염계 유리로 이루어지고,
    상기 덮개체는 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창과 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리로 이루어지는 틀로 구성되며, 상기 소자 실장부의 중앙 직상 방향으로 시감도 특성을 가지는 상기 제1 인산염계 유리로 이루어지는 창이, 주위를 둘러싸고 있는 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리로 이루어지는 틀에 매설되어 일체화된 구조인 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 덮개체는, 상기 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리를 개편화(個片化)한 것을, 웨이퍼형상의 상기 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리에 설치된 개구 개소에 매설하여, 용융 일체화한 접합 유리체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리는, 540nm 내지 560nm의 파장 범위를 투과율의 중심 피크에 가지고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 특성을 가지고, 상기 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리는, 300nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리는, 540nm 내지 560nm의 파장 범위를 투과율의 중심 피크에 가지고, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하이며, 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 특성을 가지는 1종류의 유리로 이루어지는 개편화 유리이거나, 또는, 700nm 내지 1200nm의 파장 범위의 투과율이 2% 이하인 인산염계 유리와 300nm 내지 430nm의 파장 범위의 투과율이 3% 이하인 인산염계 유리의 2종류의 유리가 겹쳐진 개편화 유리인 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 시감도 특성을 가지는 제1 인산염계 유리의 조성은 중량% 환산으로,
    1) P2O5 40~60%
    2) BaO 20~40%
    3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
    또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
    4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
    또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
    5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
    또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
    6) CuO 3~10%
    7) V2O5 1~5%
    8) NiO 1~5%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 차광성을 가지는 제2 인산염계 유리의 조성은 중량% 환산으로,
    1) P2O5 40~60%
    2) BaO 20~40%
    3) Al2O3, La2O3, 및 Y2O3를 포함하고,
    또한 Al2O3＋La2O3＋Y2O3 1~8%
    4) ZnO, MgO, CaO 및 SrO를 포함하며,
    또한 ZnO＋MgO＋CaO＋SrO 1~15%
    5) Li2O, Na2O, K2O를 포함하고,
    또한 Li2O＋Na2O＋K2O 1~15%
    6) CoO 1~5%
    7) CuO 3~10%
    8) V2O5 5~15%
    9) NiO 1~5%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 센서 장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유저부에 상기 광 센서 소자를 올려놓기 위한 마운트부를 가지고, 상기 마운트부는 상기 광 센서 소자가 올려놓여진 면의 반대측인 이면이 상기 소자 실장부로부터 외부로 노출된 형상인, 광 센서 장치.
KR1020167021736A 2014-02-18 2015-01-27 광 센서 장치 KR102180504B1 (ko)

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