JP2017032471A - 光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】光の入射方向の検出精度を向上させることができる光センサを提供する。【解決手段】モールド樹脂部５０は、ボンディングワイヤ４０等の周辺部品と受光部３３との間に設けられていると共に、円筒状の壁面５１によって受光部３３の周囲を囲んでいる。そして、モールド樹脂部５０は、受光部３３の周囲から受光部３３側に進む光を遮断する。壁面５１で囲まれた空間部分には封止樹脂部６０が充填されている。封止樹脂部６０は、モールド樹脂部５０はモールド樹脂部５０の開口部５２側から入射した光を受光部３３に導く。これにより、受光部３３の周囲から受光部３３側に進む光をモールド樹脂部５０によって遮断することができ、ひいては受光部３３に入射する不要光を無くすことができる。したがって、光の入射方向の検出精度を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、光の指向特性を有する受光部を備えた光センサに関する。

従来より、受光部が設けられたセンサチップと、センサチップが実装された基部と、を備えた光センサが、例えば特許文献１で提案されている。基部にはセンサチップと電気的に接続された周辺部品が実装されている。さらに、基部には、センサチップ及び周辺部品を封止した光透過性樹脂が設けられている。

特開２００８−１９２８７４公報

しかしながら、上記従来の技術では、様々な方向から光透過性樹脂に入射した光の一部がセンサチップや周辺部品で乱反射するので、乱反射した光の一部が受光部に入射してしまう。このため、受光部に光の指向特性が設けられている場合、光透過性樹脂に入射した光の方向を正確に検出できないという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、光の入射方向の検出精度を向上させることができる光センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、実装面（２１、２５）を有する基部（２０、２２）を備えている。また、表面（３１）及び裏面（３２）を有し、光の指向特性を有する受光部（３３）が表面（３１）側に設けられ、裏面（３２）が実装面（２１、２５）に実装されたセンサチップ（３０）と、実装面（２１、２５）及び表面（３１）のうち受光部（３３）の周囲に設けられた周辺部品（４０）と、を備えている。

また、周辺部品（４０）のうち最も受光部（３３）側と受光部（３３）との間に配置され、受光部（３３）を一周囲んでいると共に受光部（３３）とは反対側に開口部（５２、７２）が設けられた筒状の壁面（５１、７１）を有し、受光部（３３）の周囲から受光部（３３）側に進む光を遮断する遮光部（５０、７０）を備えている。

さらに、受光部（３３）を覆うように壁面（５１、７１）に囲まれた部分に充填されており、開口部（５２、７２）側から入射した光を受光部（３３）に導く透明の封止樹脂部（６０）と、を備えていることを特徴とする。

これによると、遮光部（５０、７０）によって受光部（３３）の周囲から受光部（３３）側に進む光が遮断されるので、受光部（３３）に入射する不要光を無くすことができる。言い換えると、受光部（３３）に対する光の入射経路を封止樹脂部（６０）に限定することができる。したがって、光の入射方向の検出精度を向上させることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る光センサの平面図である。 図１のII−II断面図である。 図１に示された光センサの製造工程を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る光センサの断面図である。 本発明の第３実施形態に係る光センサの断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光センサの断面図である。 本発明の第５実施形態に係る光センサの断面図である。 本発明の第６実施形態に係る光センサの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る光センサは、例えば日中に橋げた等の建築物の下やトンネルに進入したときに車両のヘッドライト及びテールライトを自動点消灯させるオートライトシステム等に適用されるものである。

図１及び図２に示されるように、光センサ１０は、パッケージ２０、センサチップ３０、ボンディングワイヤ４０、モールド樹脂部５０、及び封止樹脂部６０を備えて構成されている。

パッケージ２０は、有底形状（箱形状）のケースである。パッケージ２０は、中空部分の底面である実装面２１を有している。パッケージ２０は、例えばセラミックパッケージとして構成されている。

具体的には、パッケージ２０は、複数のセラミック基板が積層されて焼成されることにより構成されている。そして、パッケージ２０は、各セラミック基板の貼り合わせ部に設けられた図示しない配線パターンや、配線パターンに電気的に繋がっていると共に実装面２１に露出する図示しないパッドを有している。

センサチップ３０は、光センサ１０に入射する光を検出するセンシング部である。センサチップ３０は表面３１及び裏面３２を有する半導体基板を元に構成されている。センサチップ３０は、裏面３２がパッケージ２０の実装面２１に接着剤等で実装されている。

また、センサチップ３０は、表面３１側に形成された受光部３３を有している。受光部３３は、受光した光の強度を検出するフォトダイオードである。すなわち、受光部３３は、受光した光の強度を電圧として検出すると共に、当該電圧を検出信号として出力する。受光部３３はセンサチップ３０に設けられた図示しない配線部を介して表面３１に設けられた図示しないパッドに電気的に接続されている。

さらに、受光部３３は、光の指向特性を有するように形成されている。光の指向特性とは、様々な方向から受光部３３に入射する光のうちの特定の方向からの光を選択的に受光する特性である。例えば、センサチップ３０の表面３１に対する仰角が４５度の光を選択的に受光するように設定されている場合、所定の仰角範囲のうちの４５度の受光強度が最も高くなることになる。

ボンディングワイヤ４０は、パッケージ２０の実装面２１及びセンサチップ３０の表面３１のうちの受光部３３の周囲に設けられた周辺部品である。ボンディングワイヤ４０は、パッケージ２０の実装面２１に設けられたパッドとセンサチップ３０のパッドとを電気的に接続している。

ここで、受光部３３の周囲に配置されている周辺部品は、ボンディングワイヤ４０の他、パッケージ２０の実装面２１に設けられた図示しないチップコンデンサやチップ抵抗等の電子部品も含んでいる。

モールド樹脂部５０は、パッケージ２０の中空部分に充填された遮光性を有する封止部品である。具体的に、モールド樹脂部５０は、筒状の壁面５１を有している。壁面５１は、センサチップ３０の表面３１上においてボンディングワイヤ４０が接合されたパッドのうちの最も受光部３３側の端部と受光部３３との間に配置されている。また、壁面５１は、受光部３３を一周囲んでいると共に受光部３３とは反対側に開口部５２が設けられている。これにより、センサチップ３０の表面３１には凹凸の構造物が存在しない。

さらに、モールド樹脂部５０は、ボンディングワイヤ４０の全体を覆っている。言い換えると、モールド樹脂部５０は、パッケージ２０の壁面とモールド樹脂部５０の壁面５１とで構成される領域全体を封止している。

モールド樹脂部５０は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂材料によって構成されている。なお、モールド樹脂部５０の遮光度は、樹脂材料に添加物を添加することで調整することができる。つまり、樹脂材料に添加物が添加されることでモールド樹脂部５０は全く光を入射しないように構成されている。

したがって、モールド樹脂部５０は、外部からの光の入射を遮断することで入射光がボンディングワイヤ４０等の周辺部品で乱反射することを防止する。これにより、モールド樹脂部５０は、受光部３３の周囲から受光部３３側に進む光を完全に遮断する。

ここで、モールド樹脂部５０の壁面５１は、センサチップ３０の表面３１との成す角度が鈍角となるように傾斜している。これにより、壁面５１のうちの開口部５２側が受光部３３側よりも広くなるので、受光部３３に入射する光を広く取り込むことができる。

また、モールド樹脂部５０の開口部５２は、表面３１に平行な面方向における平面形状が円形に開口している。言い換えると、壁面５１によって構成される中空部分は、面積が小さい端面が受光部３３側を向いた円錐台の形状になっている。これによると、モールド樹脂部５０の開口部５２に対してどの方向から入射光が入射しても指向角を一定にすることができる。

封止樹脂部６０は、モールド樹脂部５０の壁面５１に囲まれた空間部分に充填された透明の封止部品である。また、封止樹脂部６０は、センサチップ３０の受光部３３を覆うことで受光部３３を保護する役割も果たす。これにより、受光部３３に対する異物耐性を向上させることができる。

また、封止樹脂部６０は、モールド樹脂部５０の開口部５２側から入射した光を受光部３３に導く役割を果たす。言い換えると、モールド樹脂部５０は、受光部３３に対する光の入射経路を限定する役割を果たす。

さらに、封止樹脂部６０は受光部３３に直接接触している。このため、例えば接着剤等の他の材料が封止樹脂部６０と受光部３３との間に介在しないので、封止樹脂部６０と受光部３３との間に界面が形成されてしまうことがない。したがって、封止樹脂部６０に入射した光が当該他の材料で二重屈折することがないというメリットがある。

封止樹脂部６０は、モールド樹脂部５０と同様にシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の樹脂材料によって構成されている。そして、封止樹脂部６０の材料はモールド樹脂部５０と同じであることが好ましい。これにより、封止樹脂部６０は、線膨張係数がモールド樹脂部５０とほぼ同じになる。このため、光センサ１０の製造時や光センサ１０が熱を受けたときにモールド樹脂部５０及び封止樹脂部６０がセンサチップ３０やボンディングワイヤ４０に与える応力を小さくすることができる。つまり、ボンディングワイヤ４０の切断やパッケージ２０からモールド樹脂部５０が剥離する等の不具合が起こらないようにすることができる。以上が、本実施形態に係る光センサ１０の全体構成である。

次に、光センサ１０の製造方法について説明する。まず、パッケージ２０及びセンサチップ３０を用意し、センサチップ３０をパッケージ２０の実装面２１に実装する。また、パッケージ２０及びセンサチップ３０に対してボンディングワイヤ４０や他の周辺部品を実装したワークを形成する。

続いて、図３（ａ）に示されるように、円錐台状の治具１００に剥離性の高いフィルム１１０を貼り付け、フィルム１１０の一部でセンサチップ３０の受光部３３を押し付ける。この状態で、パッケージ２０の中空部分にモールド樹脂部５０となる樹脂材料を注入し、硬化することでモールド樹脂部５０を形成する。

そして、図３（ｂ）に示されるように、治具１００及びフィルム１１０をワークから取り外す。これにより、センサチップ３０の受光部３３はモールド樹脂部５０の壁面５１で囲まれた空間部分に露出した状態となる。この後、当該空間部分に封止樹脂部６０となる樹脂材料を注入し、硬化することで封止樹脂部６０を形成する。こうして光センサ１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態の光センサ１０では、受光部３３の周囲がモールド樹脂部５０で封止され、受光部３３が透明な封止樹脂部６０で覆われていることが特徴となっている。これにより、入射光が受光部３３の周囲に入射しようとしてもモールド樹脂部５０によって完全に遮断されるので、入射光がボンディングワイヤ４０や他の周辺部品によって乱反射することを防止することができる。このため、パッケージ２０の中空部分において受光部３３の周囲から受光部３３に入射する不要光を無くすことができる。したがって、光センサ１０における光の入射方向の検出精度を向上させることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、パッケージ２０が特許請求の範囲の「基部」に対応し、ボンディングワイヤ４０が特許請求の範囲の「周辺部品」に対応する。また、モールド樹脂部５０が特許請求の範囲の「遮光部」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、光センサ１０はパッケージ２０ではなくリードフレーム２２を備えている。リードフレーム２２は、センサチップ３０と外部とを電気的に接続するための金属板の端子部品である。リードフレーム２２は、アイランド部２３と、複数の外部接続端子２４と、を有している。

アイランド部２３は、センサチップ３０が実装された板状の部分である。アイランド部２３の表面が実装面２５に対応している。センサチップ３０は、アイランド部２３の実装面２５に接着剤等で実装されている。

また、複数の外部接続端子２４は、センサチップ３０と外部装置とを接続するための端子部分である。そして、ボンディングワイヤ４０は、外部接続端子２４毎に、一端側がセンサチップ３０のパッドに接合され、他端側が外部接続端子２４に接合されている。モールド樹脂部５０は、リードフレーム２２のうち実装面２５とは反対側の面が露出するように、ボンディングワイヤ４０等の周辺部品を封止している。

上記の光センサ１０は、次のように製造することができる。まず、１枚の金属板に複数の光センサ１０に対応したリードフレーム２２をプレス加工で一度に形成する。続いて、各アイランド部２３にセンサチップ３０をそれぞれ実装し、ボンディングワイヤ４０を打つ。

この後、ワークを金型に配置すると共に、上述の治具１００及びフィルム１１０を各センサチップ３０の受光部３３に押し当てた状態で金型にモールド樹脂部５０となる樹脂材料を注入し、硬化する。また、各治具１００を外し、各モールド樹脂部５０の壁面５１で囲まれた空間部分に封止樹脂部６０となる樹脂材料をそれぞれ注入し、硬化する。

最後に、ワークを光センサ１０のサイズにダイシングカットすることで複数の光センサ１０が完成する。本実施形態に係る構成は、一度に多数の光センサ１０を製造することができる点でメリットがある。また、リードフレーム２２を他の回路基板等に実装しやすい構成であるというメリットもある。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、リードフレーム２２が特許請求の範囲の「基部」に対応する。

（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、封止樹脂部６０は、レンズ面６１を有している。レンズ面６１は、封止樹脂部６０のうちモールド樹脂部５０の開口部５２から露出すると共に開口部５２の開口方向に突出した凸レンズ面である。これにより、低仰角で光センサ１０に入射する入射光の検出を容易にすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第２、第３実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、モールド樹脂部５０は堤防部５３を有している。堤防部５３は、モールド樹脂部５０のうちリードフレーム２２とは反対側の上部の周囲に枠状に設けられている。なお、堤防部５３に対応した形状を治具１００に設けることでモールド樹脂部５０の形成時に当該堤防部５３を形成することができる。

そして、封止樹脂部６０は、堤防部５３からあふれ出ないようにモールド樹脂部５０の壁面５１に囲まれた空間部分及び堤防部５３で囲まれた中空部分に充填されている。これにより、封止樹脂部６０は、堤防部５３で囲まれた中空部分に充填された上部層６２を有している。上部層６２は、モールド樹脂部５０の開口部５２から突出すると共にモールド樹脂部５０の開口端５４を覆っている。これにより、封止樹脂部６０の上部層６２の厚みの分だけ入射光を広く取り込むことができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、モールド樹脂部５０は堤防部５３を有していない。また、封止樹脂部６０はモールド樹脂部５０を覆う上部層６２を有している。このような構成としても良い。

本実施形態に係る構成では、モールド樹脂部５０の形成時に堤防部５３の形成が不要となる。また、封止樹脂部６０の形成時に、モールド樹脂部５０の全体を覆うように封止樹脂部６０となる樹脂材料を金型に流し込むことで上部層６２を含んだ封止樹脂部６０を形成することができる。

（第６実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、光センサ１０は、パッケージ２０、センサチップ３０、ボンディングワイヤ４０、壁部７０、及び封止樹脂部６０を備えて構成されている。

壁部７０は、中空筒状の遮光部品である。壁部７０は、内壁面である壁面７１が受光部３３を囲んでおり、受光部３３とは反対側に開口した開口部７２が設けられている。そして、壁部７０は、センサチップ３０の表面３１上においてボンディングワイヤ４０が接合されたパッドのうちの最も受光部３３側の端部と受光部３３との間に配置されている。上述のように、どの方向からも入射光の指向角を一定にするために、壁部７０は円筒形状であることが好ましい。

壁部７０は、例えば半導体材料や絶縁体等で構成されている。つまり、光を遮断することができると共に、センサチップ３０の表面３１に配置できるものであれば良い。そして、封止樹脂部６０は、壁部７０の壁面７１で囲まれた空間部分に充填されていると共に、壁部７０の全体及びボンディングワイヤ４０の全体を封止している。

以上のように、壁部７０によってボンディングワイヤ４０等の周辺部品での乱反射が受光部３３に入射することを防止することができる。また、モールド樹脂部５０を用いずに周辺部品を封止樹脂部６０で保護することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、壁部７０が特許請求の範囲の「遮光部」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された光センサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、モールド樹脂部５０は、ボンディングワイヤ４０等の周辺部品を覆う必要は無く、少なくとも受光部３３と周辺部品との間に壁状に設けられていても良い。

モールド樹脂部５０の壁面５１及び壁部７０の壁面７１は、センサチップ３０の表面３１の上方から開口部５２側を見たときの平面形状が円形ではなく多角形になっていても良い。すなわち、壁面５１、７１で構成される空間部分が角錐台状になっていても良い。

第６実施形態では、壁面７１とセンサチップ３０の表面３１との成す角度が鈍角となるように壁面７１が傾斜していても良い。また、封止樹脂部６０は、少なくとも壁部７０の壁面７１によって構成される空間部分に充填されていれば良い。

２０ パッケージ（基部）
２１ 実装面
３０ センサチップ
３３ 受光部
４０ ボンディングワイヤ（周辺部品）
５０ モールド樹脂部（遮光部）
５１ 壁面
５２ 開口部
６０ 封止樹脂部

Claims (7)

1. 実装面（２１、２５）を有する基部（２０、２２）と、
   表面（３１）及び裏面（３２）を有し、光の指向特性を有する受光部（３３）が前記表面（３１）側に設けられ、前記裏面（３２）が前記実装面（２１、２５）に実装されたセンサチップ（３０）と、
   前記実装面（２１、２５）及び前記表面（３１）のうち前記受光部（３３）の周囲に設けられた周辺部品（４０）と、
   前記周辺部品（４０）のうち最も前記受光部（３３）側と前記受光部（３３）との間に配置され、前記受光部（３３）を一周囲んでいると共に前記受光部（３３）とは反対側に開口部（５２、７２）が設けられた筒状の壁面（５１、７１）を有し、前記受光部（３３）の周囲から前記受光部（３３）側に進む光を遮断する遮光部（５０、７０）と、
   前記受光部（３３）を覆うように前記壁面（５１、７１）に囲まれた部分に充填されており、前記開口部（５２、７２）側から入射した光を前記受光部（３３）に導く透明の封止樹脂部（６０）と、
   を備えていることを特徴とする光センサ。
2. 前記壁面（５１、７１）は、前記表面（３１）との成す角度が鈍角となるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記遮光部（５０、７０）の前記開口部（５２、７２）は、前記表面（３１）に平行な面方向における平面形状が円形に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
4. 前記遮光部は、遮光性を有するモールド樹脂部（５０）で構成されていると共に、前記周辺部品（４０）の全体を封止していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光センサ。
5. 前記封止樹脂部（６０）は、前記遮光部（５０）のうち前記開口部（５２）から露出すると共に前記開口部（５２）の開口方向に突出したレンズ面（６１）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光センサ。
6. 前記封止樹脂部（６０）は、前記開口部（５２）から突出すると共に前記遮光部（５０）の開口端（５４）を覆う上部層（６２）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光センサ。
7. 前記封止樹脂部（６０）は、前記遮光部（７０）の全体及び前記周辺部品（４０）の全体を封止していることを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。

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