TWI550835B - Light sensor device - Google Patents

Description

光感測器裝置

本發明係關於在使用玻璃基板之封裝體材料安裝光感測器元件之光感測器裝置。

近年來，如行動電腦、平板電腦、智慧型手機的行動終端機之普及急速擴大。再者，薄型電視或屋內、屋外照明機器之LED照明化顯著普及。就以該理由而言，該些行動終端機當然具有許多功能，在特徵上也充滿著期待重量輕、厚度薄等，更佳攜帶性的設計。同時薄型電視或屋內、屋外照明機器中，除了年年增加性能外，也有開發省能源之課題，以設置有照度的精細控制功能的機器佔大多數。該些行動終端機或薄型電視、屋內、屋外照明機器使用的電子零件數量，隨著追求多功能化或攜帶性，也變得非常多，常時要求更小型、薄型、省電力、低成本之結果，常見到電子零件多採用樹脂模塑封裝體。在該背景可舉出零件或材料之共通化。擔任低消耗電力而被搭載電子零件之一的光感測器也不例外，與其他電子零件相同，藉由樹脂模塑封裝體使成為小型、薄型、低成本者為多。

專利文獻1之第2圖揭示在由樹脂材料所構成之絕緣性基板上安裝受光元件而成為樹脂模塑的照度感測器封裝體之剖面圖。在樹脂基板1之表面形成電極4。電極4係被配線成從基板表面包圍基板背面，成為可以進行與外部 連接之構造。在電極4之上安裝有光感測器元件2。光感測器元件2之上面2a和電極4係藉由導線6而電性連接。光感測器元件2係藉由導電性糊膏5而被固定於電極4。導電性糊膏5係電性連接受光元件2和電極4。藉由射入至光感測器元件2之光而產生之電動勢係從導電性糊膏5流至電極4而傳至外部。

再者，專利文獻1之光感測器元件2係藉由樹脂11將全體模製。樹脂11係由透光性之樹脂所構成，使用環氧樹脂等。在樹脂11上設置有紅外光吸收膜12。紅外光吸收膜12使用樹脂，將液狀樹脂或薄膜接著於樹脂11上而成為重疊之構造。液狀樹脂使用環氧樹脂等。薄膜狀者係隔著樹脂接著劑而將薄膜接著於樹脂11。依此，光感測器元件2因可以受光截斷紅外光之可視光，故可以發揮對應於視感度之光感測器的功能。再者，紅外光吸收膜12係如即使將使用之紅外光吸收物質分散、混合於透光性樹脂11中亦可以取得紅外光吸收效果者。

但是，記載於專利文獻1之光感測器裝置因構成元件之密封使用環氧樹脂等之封裝體構造，故可舉出以材料持有之耐熱性或耐濕性等為首的環境信可靠性弱之情形。再者，元件之密封所使用之樹脂由於必須為透光性，故一般難以同時取得耐熱性。並且，密封樹脂由於密封光感測器元件2及導線6，故必須為緩和對光感測器元件及導線之壓力的設計，尋求低應力。因此，在選擇裝置可靠性高的密封樹脂上，其選擇項目則被限定在耐熱性低、低應力、 容易吸濕、於高溫時容易膨脹等。其結果，在施加如在可靠性試驗進行般的熱或水分之環境，或藉由重複高溫或低溫之溫度循環，重複膨脹或收縮之環境下，難以取得高性能。

再者，在專利文獻1所記載之光感測器裝置中，光感測器元件2之密封以使用環氧樹脂等之樹脂為例。此時，由於水分或熱、紫外線等有樹脂分解之虞。其結果，所知的有隨著密封樹脂緩緩地惡化開始表示變色症狀等，同時透過率下降。其結果，光難以射入至光感測器元件，就以光感測器裝置而言，有難以取得期待之特性和可靠性之課題。

再者，被記載在專利文獻1之光感測器裝置係藉由光感測器元件2及光感測器元件2之上面2a和導線6而電性連接之電極4係被載置在同一面上，電極4為被用於與外部連接之構造。該構造之時，為了謀求光感測器裝置之小尺寸化，必需縮短朝安裝基板電性連接之外部電極4和光感測器元件2及導線6之距離，要求使密封光感測器2之樹脂之厚度變薄等。其結果，在光感測器裝置之安裝製程中進行的回銲等中，伴隨著被用於與安裝基板之連接的焊錫膏的爬行或腐蝕之現象，焊錫膏從密封樹脂和電極4之間進入，引起導線剝離或密封樹脂之剝離的可能性變高。

專利文獻2之第1圖揭示在引線框上安裝受光元件而成為樹脂模塑的受光感測器封裝體之剖面圖。被記載在專 利文獻2之光感測器裝置，相對於上述專利文獻1中所記載之光感測器裝置中之特性變化或可靠性的下降，藉由在密封樹脂材料中含有無機系填料，進行熱膨脹係數之調整，而改善成具有一定效果的樹脂。依此，在以往之密封樹脂材料成為課題，藉由重複高溫和低溫之溫度循環，重複膨脹和收縮的環境中，取得改善效果。再者，即使針對提升耐熱性，也可以期待一定之效果。

再者，專利文獻2中所記載之光感測器裝置，成為光感測器元件10與藉由導線25與光感測器元件10之上面電性連接的引線框20之外部連接用之引線部22相對性比較遠離的構造。其結果，可以抑制相對於回銲等之安裝中的焊錫膏之爬行或腐蝕的引線框20和導線25之剝離或密封樹脂30和引線框20之剝離的產生。

但是，記載於專利文獻2之光感測器裝置雖然在密封用之透明環氧樹脂等添加無機系填料而取得效果，但是於在樹脂中混合無機系填料之時，在無機系填料和樹脂之界面存在空氣，要使無機系填料之折射率及表面狀態完全不影響透明密封樹脂之光特性下降而進行混合並非容易之事情為眾知。因此，當增加無機系填料之含有量時，雖然在提升可靠性具有效果，但是因為隨著透過率下降，光難以射入至光感測器元件10，作為光感測器裝置之功能將無法作用。因此，藉由添加無機系填料取得光感測器裝置之可靠性提升效果，有仍受到限制的可能性。

再者，記載於專利文獻2之光感測器裝置係藉由成為 具有相對遠離光感測器元件10，且從密封樹脂30伸出長的引線框20之外部連接用導線部22的構造，提升安裝上之可靠性，但是封裝體尺寸容易變大，難以取得小型化之優點。因此，難以對應於要求攜帶性之用途。

其中，封裝體材料使用玻璃之電子零件一部分被實用化。玻璃材料防止水分或污染物質從外部入侵，氣密性也高。再者，玻璃材料由於與形成半導體元件之矽基板和熱膨脹係數近似，故於玻璃封裝體安裝半導體元件之時，可以提高安裝面或接合面之可靠性。並且，由於玻璃材料便宜，故可以抑制製品成本上升。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2007-36264號公報

[專利文獻2]日本特開2007-234783號公報

在此，本發明之目的係提供小型且低成本的可靠性高之光感測器裝置。

在本發明之光感測器裝置中，具備：一部分具有濾波器功能之遮光玻璃基板或具有濾光器功能之透明玻璃基 板；具有空腔之遮光玻璃基板或具有空腔之透明玻璃基板；具有被安裝於任一基板之光感測器元件，在具有上述濾光功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板之表面，具備藉由金屬化而被設置之配線圖案，具有上述空腔之玻璃基板之背面具有藉由金屬化而被設置之配線圖案，與藉由貫通電極而被設置在表面之配線圖案電性連接，藉由添加導電性粒子之接著劑固定具有上述濾光器功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板而構成之光感測器裝置封裝體。

再者，具有上述空腔之玻璃基板使用具有貫通電極之玻璃基板。

再者，上述貫通電極設為埋入有金屬之構造。

再者，使用玻璃基板，具有上述空腔之玻璃基板之表面和背面具有藉由金屬化而被設置之配線圖案。

再者，藉由上述金屬化而被設置之配線圖案係與被埋入至上述貫通電極之金屬同時被形成，在構造上及電性上為一體。

再者，具有上述濾光器功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板設為藉由添加導電粒子之接著劑而固定的構造。

再者，藉由金屬化被設置在具有上述濾光器功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板之表面的配線圖案設為藉由添加導電粒子之接著劑而取得電性導通之構造。

本發明之光感測器裝置可以以玻璃完全密封光感測器 元件，並且藉由在貫通電極埋入金屬，藉由被埋入之金屬同時與被設置在空腔之表面和背面之配線圖案形成一體構造，除了不會對元件造成壓力之外，由於容易謀求空腔之表面和背面之電性連接之安定化，並且難以使貫通電極和配線圖案容易剝離，故取得高安裝可靠性。再者，藉由金屬化被設置在具有濾光器功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板之表面的配線圖案，藉由與利用添加有導電性粒子之接著劑而進行固定之同時取得電性連接，可取得即使對環境變化也一併持有電性導通之安定和高可靠性的封裝體。並且，封裝體因為貼合玻璃基板之構造，及僅以玻璃材所構成之封裝體構造，故可以極度減少膨脹係數之差，可以提供成本、特性、安裝可靠性、可靠性優良之光感測器裝置。

本發明之光感測器裝置係由一部分具有濾光器功能之遮光玻璃基板或具有濾光器功能之透明玻璃基板、具有空腔之遮光玻璃基板或具有空腔之透明玻璃基板、在具有上述濾光器功能之玻璃基板上被金屬化之配線圖案、在具有上述空腔之玻璃基板上被金屬化之配線圖案、被安裝在上述玻璃基板，與上述配線圖案電性連接之光感測器元件、以具有上述濾光器功能之玻璃基板和具有空腔之玻璃基板包圍上述光感測器元件之方式被固定之構造所構成，在具有上述濾光器功能之玻璃基板被金屬化之配線圖案，和在 具有上述空腔之玻璃基板被金屬化之配線圖案，利用添加有導電粒子之接著劑取得電性連接同時被固定。第1圖係模式性表示本發明之光感測器裝置之剖面構成。

玻璃基板1(以下稱為玻璃蓋基板1)係由具有遮光性之玻璃或透明玻璃所構成。於使用具有遮光性之玻璃時，在玻璃蓋基板1之中央設置有貫通孔。在貫通孔埋入有具有濾光器功能之玻璃。該玻璃具有截止例如紅外線等之特定波長的功能，因應所使用之光感測器元件之功能而適當選擇。

玻璃基板2係由具有遮光性之玻璃或透明玻璃所構成，使成為成具有空腔之形狀，與玻璃蓋基板1接合之後的構造成為包圍光感測器元件3之側面和底面而配置在玻璃基板2者。

再者，玻璃蓋基板1使用透明玻璃，在透明玻璃表面設置有由金屬氧化膜之多層膜所構成之干涉濾光器，使成為持有濾光器功能者亦可。

玻璃蓋基板1具有被金屬化之配線圖案4，在上述配線圖案4安裝光感測器元件3，且被電性連接。

玻璃基板2具有貫通電極5，貫通電極5係由埋入有金屬者所構成。再者，玻璃基板2具有被金屬化之配線圖案6，成為被埋入至上述貫通電極5之金屬和配線圖案6同時形成之構造上一體化者，也被電性連接。

在接合玻璃蓋基板1和玻璃基板2之構造中，在玻璃蓋基板1被金屬化之配線圖案4和在玻璃基板2被金屬化 之配線圖案6，係藉由添加有導電粒子8之接著劑被固定，在光感測器元件3和玻璃蓋基板1被金屬化之配線圖案4和在玻璃基板2被金屬化之配線圖案6取得電性連接，從貫通電極5通過配線圖案7而傳達至外部。

(實施例1)

以下，根據圖面說明本實施例之光感測器裝置之構成。

第1圖為本實施例之光感測器裝置12之模式圖。第1圖為光感測器裝置12之縱剖面圖。在具有濾光器功能之玻璃蓋基板1安裝光感測器元件3，為與具有空腔之玻璃基板2(附有空腔之玻璃基板)接合而被一體化之構造。在玻璃蓋基板1藉由金屬化形成有配線圖案4。光感測器元件3係被安裝於玻璃蓋基板1之中央部，與配線圖案4電性連接。光感測器元件3藉由覆晶接合法安裝於藉由金屬化而被設置在玻璃蓋基板1之配線圖案4而成為電性連接。再者，在玻璃基板2設置有空腔和貫通電極5。貫通電極5係在從玻璃基板2之表面至背面貫通玻璃之厚度方向的貫通孔內埋入金屬，在玻璃基板2之表面藉由金屬化被形成之配線圖案6，和在與空腔相反側之基板背面藉由金屬化被形成之配線圖案7，藉由與貫通電極5一體化之構造也電性連接。在接合固定玻璃蓋基板1和玻璃基板2中，使用添加導電粒子之接著劑。配線圖案4和配線圖案6係經導電粒子8也電性連接，依此安裝有光感測器元件 3而電性連接之配線圖案4，係可以使在光感測器元件3產生之電動勢從配線圖案6通過貫通電極5，朝向配線圖案7傳至外部。

在此，埋入有金屬之貫通電極係由藉由在埋入於貫通孔內之金屬和玻璃基板2之表面和背面藉由相同材料同時形成藉由金屬化被設置之配線圖案，且被一體化之構造而連接者所構成，被埋入至貫通孔內之金屬和藉由金屬化被設置在玻璃基板2之表面和背面的配線圖案6、7係由至少在被埋入至貫通電極之金屬的一部分中，不分離的構造所構成者。依此，因配線圖案和貫通電極不會斷線或剝離，故可以取得長期間安定的電性連接。構成貫通電極之金屬係藉由相同之金屬素材，即使使用藉由相同之金屬素材，以金屬化同時形成貫通孔5和形成在玻璃基板2之表面及背面之配線圖案，或是將插銷形狀之金屬埋入至貫通孔，將露出至玻璃基板2之表面及背面之部分設為擠壓成薄且平坦之形狀，設為兼作配線圖案之作用的構造者亦可。貫通電極雖然使用銅、金等之金屬，但是並不特別限定於此。

再者，用於接合、固定玻璃蓋基板1和玻璃基板2的添加導電粒子接著劑20，係由在接著劑之中混合有金屬製之球或是在接著劑混合藉由金屬塗佈表面的球者所構成，金屬之種類和接著劑之種類並不特別限定。球之直徑以20μm以下為佳，但是並不限定於該尺寸。

再者，藉由玻璃蓋基板1和具有空腔之玻璃基板2所 包圍之光感測器元件3可以設為密閉之中空狀態。其結果，在光感測器元件3中，不會有在藉由樹脂膜塑密封之構造等中所產生的元件承受壓力，再者，藉由被設置在玻璃基板2之配線圖案6、7為在玻璃基板2之厚度方向設置貫通電極之構造，光感測器元件3及其周圍和外部之連接處成為分離之構造，不會受到安裝時之焊錫膏爬行或腐蝕之影響，可以提高安裝可靠性及環境可靠性。

(實施例2)

第2圖為本實施例之光感測器裝置12之剖面圖。與玻璃蓋基板1接合之構造係與第一實施型態相同之構成，但是藉由金屬化被設置在玻璃基板2表面之配線圖案之構造部分性具有凹部。於接合固定玻璃蓋基板1和玻璃基板2之時，藉由金屬化被設置在玻璃蓋基板1之配線圖案4和藉由金屬化被設置在具有空腔之玻璃基板之表面的配線圖案6，雖然藉由添加導電粒子之接著劑20被固定，但是藉由在設置於玻璃基板2之配線圖案之一部分設置凹部，可以使接著劑之厚度部分性地增厚。

再者，在上述凹部滯留有擔任電性連接的導電粒子，導電粒子不僅在平面方向也在厚度方向配置複數，由於可以設置導電粒子密度高之處，故具有可同時取得提高接著強度和提高電性連接之安定的效果。凹部之尺寸、形狀、個數、位置等並特別限定，可適當選擇。

(實施例3)

第3圖為本實施例之光感測器裝置12之剖面圖。在第1實施型態中，將被設置在玻璃基板2之金屬而被埋入之貫通電極設為由使用例如金屬之插銷，且在玻璃基板2之表面和背面露出金屬之插銷之一部分，露出之部分具有擠壓成薄且平坦之形狀9a、9b者所構成，露出之插銷的一部分也兼作配線圖案之作用的構造。再者，即使對露出於玻璃基板2之表面和背面之插銷之一部分，又附加藉由金屬化在其表面設置的配線圖案10a、10b亦可。由於藉由金屬化在插銷之金屬表面形成配線圖案，故形成配線圖案之金屬可取得擴散至插銷表層之強烈的結合。依此，金屬之插銷和藉由金屬化被設置之配線圖案，可以說係構成一體構造，並且可在一部分上組合另外的材質。插銷使用例如玻璃和膨脹係數接近的金屬或密接力高的金屬，使用於配線圖案之金屬也可使用適合金屬化之金屬，或對熔融焊錫膏具有阻擋效果之金屬，或是與插銷不同硬度的金屬等。依此，可以取得更安定之導通性和可靠性。

(實施例4)

第4圖為本實施例之光感測器裝置12之剖面圖。並且，針對與實施例1之構成相同之部分省略說明。如第4圖所示般，在本實施例中，為在玻璃基板2中藉由金屬化而被設置之配線圖案於基板2之表面和背面不存在的構造。貫通電極係收在玻璃基板2之厚度內，露出於玻璃基 板2之表面和背面的貫通電極之一部分11a、11b成為對玻璃基板2之厚度方向中之貫通電極5之中心部分寬度變寬而形成的構造。依此，可以兼作被設置在玻璃基板2之配線圖案之作用。由於可以省略或簡化藉由金屬化被設置在玻璃基板2之配線圖案之製程，故在降低成本上可以取得效果，並且由於可以在玻璃基板2之表面和背面消除藉由金屬化所形成之配線圖案具有的一定厚度，故可取得能夠使封裝體全體之厚度薄化之效果。

[產業上之利用可行性]

因可以簡單並且便宜地提供藉由玻璃包圍元件周圍之可靠性高，並且具有對應於可視光之光感測器功能的光感測器裝置，故可以有助於供給至考慮在屋內或屋外用，再者在嚴酷環境下使用之以行動終端機或照明器具為首的各種光感測裝置搭載機器。

1‧‧‧一部分具有濾光功能之玻璃蓋基板

2‧‧‧具有空腔之玻璃基板

3‧‧‧光感測器元件

4、6、7‧‧‧被金屬化之配線圖案

5‧‧‧貫通電極

8‧‧‧導電性粒子

9a、9b‧‧‧貫通電極之上部及下部

10a、10b‧‧‧被金屬化之配線圖案

11a、11b‧‧‧貫通電極之上部及下部

12‧‧‧光感測器裝置

20‧‧‧接著劑

第1圖為模式性表示本發明之光感測器裝置之構成的剖面圖。

第2圖為模式性表示本發明之光感測器裝置之構成的剖面圖。

第3圖為模式性表示本發明之光感測器裝置之構成的剖面圖。

第4圖為模式性表示本發明之光感測器裝置之構成的 剖面圖。

1‧‧‧一部分具有濾光功能之玻璃蓋基板

2‧‧‧具有空腔之玻璃基板

3‧‧‧光感測器元件

4、6、7‧‧‧被金屬化之配線圖案

5‧‧‧貫通電極

8‧‧‧導電性粒子

12‧‧‧光感測器裝置

20‧‧‧接著劑

Claims (12)

1. 一種光感測器裝置，其特徵為：由下述構件所構成，玻璃蓋基板；與藉由金屬化被設置在上述玻璃蓋基板上之配線圖案電性連接的光感測器元件；及與上述玻璃蓋基板接合的附有空腔的玻璃基板，在上述玻璃蓋基板之中央部設置有貫通孔，在上述貫通孔埋入有具有截止特定波長之濾光器功能的玻璃，上述附有空腔之玻璃基板具有埋入金屬的貫通電極，在具有空腔之面側和其相反面側藉由金屬化設置配線圖案，上述配線圖案和被埋入至貫通電極內之金屬係由構造上成為一體者所構成，上述玻璃蓋基板之上述配線圖案和附有空腔之玻璃基板的具有空腔之面側的配線圖案，藉由添加有導電粒子之接著劑而電性連接，為上述玻璃基板和上述附有空腔之玻璃基板被固定接合的構造。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之光感測器裝置，其中上述玻璃蓋基板為由具有濾光器功能之玻璃所構成之基板。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之光感測器裝置，其中上述玻璃蓋基板係由遮光性玻璃基板所構成，為部分性配置有具有濾光器功能之玻璃的構造。
4. 如申請專利範圍第2或3項所記載之光感測器裝置，其中具有上述濾光器功能之玻璃為玻璃本身具有截斷特定之波長之功能的玻璃。
5. 如申請專利範圍第2或3項所記載之光感測器裝置，其中具有上述濾光器功能之玻璃係在透明玻璃成膜金屬氧化膜之多層膜。
6. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中上述附有空腔之玻璃基板係由具有遮光性之玻璃基板或透明玻璃基板所構成。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之光感測器裝置，其中具有上述遮光性之玻璃基板為玻璃本身具有遮光性的玻璃。
8. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中添加有上述導電粒子之接著劑係由將導電粒子之直徑尺寸為20μm以下之金屬製之球或是藉由金屬塗佈表面之球混合至接著劑者所構成。
9. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中埋入有上述金屬之貫通電極係藉由金屬化被設置，由 與埋入貫通孔內同時也連續形成藉由金屬化被設置在附有空腔之玻璃基板之表面和背面之配線圖案，且從相同金屬被設置成在構造上及電性上為一體化者所構成。
10. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中藉由金屬化被設置在上述附有空腔之玻璃基板的表面之配線圖案，係由在表面部分性具有凹部的構造所構成。
11. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中埋入上述金屬之貫通電極係由在貫通孔內埋設金屬插銷者所構成，且由將露出於上述附有空腔之玻璃基板之表面和背面之插銷前端設為擠壓成薄且平坦之形狀，也兼配線圖案之作用，再者藉由金屬化對上述插銷前端附加形成配線圖案，金屬化之金屬和插銷前端表層被擴散接合，插銷和配線圖案被一體化之金屬的構造所構成。
12. 如申請專利範圍第1至3項中之任一項所記載之光感測器裝置，其中埋入有上述金屬之貫通電極係以露出於附有空腔之玻璃基板之表面和背面之部分，在上述附有空腔之玻璃基板之厚度方向中寬度較貫通電極之中心部寬為特徵，不使貫通電極從上述附有空腔之玻璃基板突出，控制在與附有空腔之玻璃基板相同之厚度內。