TWI542021B - 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。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。另外，行動終端機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，常見到在電子零件中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。擔任低消耗電力之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圖係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2a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，在該圖中，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，故可以發揮作為對應於可見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可靠性弱之情形。尤其，構成紅外光吸收膜之樹脂或是薄膜成為厚度變薄，對熱或水分較弱者。再者，紅外光吸收膜係由使用於元件之密封之環氧樹脂被模製，於硬化後必須接著。於對硬化後之樹脂重複接著持有紅外光吸收功能之液狀樹脂或薄膜之時，成為接著層之密接性弱者。因此，藉由施加如在可靠性試驗進行般的熱或水分之環境，或重複高溫或低溫之溫度循環，重複膨脹或收縮之結果，有紅外光吸收膜容易剝落之可能性。

再者，在專利文獻1所記載之光感測器裝置中，以取 得目的之特性的紅外光吸收膜使用環氧樹脂等之樹脂為例。於紅外光吸收膜使用環氧樹脂等之時，有藉由水分或熱等，樹脂分解之虞。其結果，無法吸收為目的的紅外光，有漸漸地無法取得期待之特性的課題。

再者，在專利文獻1所記載之光感測器裝置係以透明樹脂模塑元件，紅外光吸收膜僅設置在光感測器元件之上面。因此，針對從模製之透明樹脂之側面或斜上方射入至光感測器元件之光，無法吸收紅外光。其結果，不吸收紅外光之光也被射入至光感測器元件，有無法取得期待之特性的課題。

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。

專利文獻2之第1圖為在由陶瓷材料所構成之基板上安裝光感測器元件，而以絕緣性之框和透明玻璃板密封封口之照度感測器封裝體之剖面圖。在陶瓷基板11於表面和背面設置有被金屬化的配線圖案12、19，藉由貫通電極18電性連接。在該基板11上安裝光感測器元件13，光感測器元件13之上面和被設置在基板表面之配線圖案12藉由導線14電性連接。在上述基板上，設置有光感測器元件13和從光感測器元件13之上面包圍藉由導線14而與 配線圖案12連接之處之外側的絕緣框15。絕緣框15和上述基板表面係以樹脂等接著。並且，在絕緣框15之上端以低熔點玻璃等接著有透明玻璃17。

光感測器元件13係成為以絕緣框15和透明玻璃17所包圍之中空狀態，在以樹脂模塑所密封之構造中常成為問題，無對元件和導線的壓力，成為被保護之構造。通過透明玻璃17而來自外部之光被射入至光感測器元件13之上面，在光感測器元件13產生之電動勢從導線14傳至配線圖案12，通過貫通電極18而傳至基板11之背面側配線圖案19。基板11並非陶瓷材之疊層而是單層，再者，藉由基板材料使用陶瓷之外的玻璃環氧樹脂等，可以謀求降低封裝體之成本。

記載於專利文獻2之光感測器裝置不使用上述專利文獻1所記載之光感測器裝置中被使用之樹脂，主要使用如陶瓷或玻璃般之可靠性較強的材料。依此，雖然可以除去成為樹脂材料之課題的較弱部位，另外在專利文獻2所記載之光感測器裝置中，必須使用如基板、絕緣框、透明玻璃般之個別之材料和零件而進行組裝，難以降低封裝體之成本。再者，構成封裝體之主要零件之基板、絕緣框、透明玻璃中，各零件材料間之膨脹係數明顯不同。因此，在重複高溫至低溫之溫度循環試驗環境下，封裝體容易受到藉由膨脹係數之差所產生之壓力而損傷。並且，在封裝體製造上，伴隨著塗佈或印刷低熔點玻璃或樹脂之作業和使低熔點玻璃溶解之作業或樹脂之硬化作業。其結果，有可 靠性弱之處，製造過程長、複雜化、難以降低製造成本之課題。

再者，在專利文獻2所記載之光感測器裝置中，因光感測器元件成為以絕緣框包圍周圍之構造，故可以除去記載於上述專利文獻1之光感測器裝置中成為課題之來自側面之光或從斜上方射入至元件之光，另外由於將絕緣框從後方接著安裝於基板之構成，故從圖示觀看基板不得不設計成較絕緣框大的尺寸，有難以使全體之封裝體尺寸更小型化之課題。

〔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]日本特開昭61-214565號公報

於是，本發明之目的係以較少之零件數量也能除來自側面或斜上方之光，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、具有空腔之遮光玻璃基板、被安裝於任一基板之光感測器元件，和接合或接著上述具有濾 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封裝體，具有空腔之玻璃具有遮光功能，上述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具備藉由金屬化而被設置之配線圖案，安裝光感測器元件之上述任一基板之背面具有藉由金屬化被設置之配線圖案，藉由貫通電極與被設置在表面之配線圖案電性連接。

再者，上述具有濾光器功能之遮光玻璃基板為使用具有部分性持有濾光器功能之玻璃的玻璃基板。

再者，上述具有濾光器功能之玻璃為被埋入至遮光玻璃之構造。

再者，上述具有濾光器功能之玻璃為使用玻璃本體具有截斷特定波長之功能的玻璃。

再者，上述具有濾光器功能之玻璃基板為使用具有在部分性透明之玻璃成膜金屬氧化膜之多層膜而構成之干涉濾光器的玻璃基板。

再者，上述具有濾光器功能之玻璃為其形狀由錐台狀所構成的構造。

再者，上述遮光玻璃基板為使用玻璃本體具有遮光性之玻璃。

本發明之光感測器裝置可以以玻璃完全密閉光感測器元件，取得可靠性高之封裝體。再者，因從橫方向或斜上方向對光感測器元件射入之光藉由遮光玻璃被遮斷，通過 具有被設置在光感測器元件之受光面上方之濾光器功能的玻璃，可以僅受光除去紅外光的可視光，故可以發揮當作對應於可見度之光感測器的功能。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、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、具有空腔之遮光玻璃基板、在上述遮光玻璃基板被金屬化之配線圖案、被安裝在上述遮光玻璃基板，與上述配線圖案電性連接之光感測器元件、和固定成以上述具有濾光器功能之遮光玻璃基板和具有空腔之遮光玻璃基板包圍上述光感測器元件之構造所構成。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)具有遮光性，在玻璃蓋基板1設置貫通孔。在貫通孔埋入有具有濾光器功能之玻璃3。藉由使面對玻璃3之光感測器元件4之側的直徑比光感測器元件4之一邊之長度為相等尺寸或較小之尺寸，可以有效果地對被設置在無圖示之光感測器元件之上面之受光區域有效果地射入光。

玻璃基板2具有遮光性，成為具有空腔之形狀，與玻璃蓋基板1嵌合之後的構造，由於成為玻璃基板2包圍光感測器元件4之側面和底面而被配置者，故可以完全之遮 斷從側面或斜上方對光感測器元件射入之光。

再者，即使如第2圖所示般，藉由埋入至被設置在玻璃蓋基板1之貫通孔的玻璃3使用透明玻璃，在露出於與光感測元件4之安裝面相同面側之透明玻璃表面設置由金屬氧化膜之多層膜9所構成之干涉濾光器，使持有濾光器之功能亦可。

再者，即使如第3圖所示般，將玻璃蓋基板1設為無貫通孔，僅由透明玻璃所構成者，使與光感測器元件之安裝面相同之面側全面地設置由金屬氧化膜之多層膜9所構成之干涉濾光器，使持有濾光器功能亦可。

〔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圖為光感測器裝置之縱剖面圖。在埋入部分性具有濾光器功能之玻璃的遮光玻璃蓋基板1，安裝有光感測器元件4，為與具有空腔之遮光玻璃基板2一體化之構造。玻璃蓋基板1使用遮光玻璃。在玻璃蓋基板1設置貫通孔，埋入有具有濾光器功能之玻璃3。具有貫通孔及濾光器功能之玻璃3為錐台形狀，能夠有效果地有效率地對光感測器元件4射入來自外部之光，並且成為難以與玻璃蓋基板1容易脫落者。在玻璃蓋基板1藉由金屬化形成有配線圖案。光感測器元件4被安裝於具有被埋入至玻璃蓋基板1之貫通孔之濾光器功能的玻璃3之中心軸上，與配線圖案電性 連接。光感測器元件4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5而成為電性連接。依此，光感測器元件4因接近於玻璃蓋基板1而被安裝，故射入至具有濾光器功能之玻璃3的光通過玻璃3，不會衰減而可以射入至光感測器元件4。在外部被發出之光中，於玻璃蓋基板1、玻璃基板2之表面，光被遮光，因在玻璃3具有透過吸收紅外光可視光的功能，故光感測器元件4可以發揮當作對應於可見度之光感測器的功能。再者，在玻璃基板2之空腔底部設置貫通電極8，藉由貫通電極8電性連接藉由金屬化從空腔上端面被形成至斜面和底面之配線圖案6，和藉由金屬化被形成在與空腔相反側之基板背面的配線圖案7。安裝光感測器元件4且被電性連接之配線圖案5由於與配線圖案6電性連接，故在光感測器元件4產生之電動勢可以通過配線圖案而傳至外部。

在此，具有濾光器功能之玻璃係玻璃本體具有吸收紅外光之作用的玻璃，主要使用磷酸鹽系之組成系者。再者，遮光玻璃為玻璃本體具有遮光之作用的玻璃，具有藉由在玻璃中添加顏料進行遮光的功能。顏料主要使用氧化鐵等之金屬氧化物。因此，玻璃之選擇無限制，可以廣泛地選擇成本低之鈉玻璃等。

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4可以設為密閉之中空狀態。其結果，在光感測器元件4中，無在藉由樹脂膜塑而被密封之構成等中產生之朝向元件的壓力，可以提高可靠性。

〔實施例2〕

第2圖為本實施例之光感測器裝置12之剖面圖。雖然與第1實施型態相同之構成，但是被埋入至設置在玻璃蓋基板1之貫通孔的玻璃10為不具有濾光器功能之透明玻璃。在玻璃蓋基板1中，在由露出於光感測器元件4之面上的透明玻璃所構成之玻璃3的表面，成膜金屬氧化膜之多層膜9。依此，可以取得與具有濾光器功能之玻璃的埋入者同等之效果。

〔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2實施型態中，玻璃蓋基板1使用僅由無貫通孔之透明玻璃所構成之玻璃基板11，在玻璃基板11之光感測器元件安裝面側之全面成膜金屬氧化膜之多層膜9。依此，通過基板11射入至光感測器元件4的來自外部之光，因僅射入吸收紅外光之可視光，故可以當作對應於可見度之光感測器而發揮功能。

〔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(a)、(b)所示般，在本實施例中，具有被埋入至由遮光玻璃所構成之玻璃蓋基板1之濾光器功能之玻璃3的 形狀具有特徵。在第4圖(a)中，在玻璃蓋基板1中被埋入至貫通孔之濾光器玻璃3之玻璃蓋基板1上，從安裝光感測器元件4之面側露出之形狀具有凸透鏡形狀。依此，從外部透過玻璃3之光可以有效地射入至被設置在無圖示之光感測器元件4之上面的受光區域。再者，藉由設成凸透鏡形狀，因可以使與光感測器元件4之距離接近，再者成為在透鏡前端聚光之光，故可以當作即使光少感度亦佳的光感測器而發揮功能。在第4圖(b)中，將在玻璃蓋基板1中露出於無安裝光感測元件4之面的玻璃3之前端形狀設為具有凹透鏡形狀者，可以取得與第4圖(a)相同之效果。

〔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器裝置搭載機器。

1‧‧‧具有貫通孔之遮光玻璃基板

2‧‧‧具有空腔之遮光玻璃基板

3‧‧‧具有濾光器功能之玻璃

4‧‧‧光感測器元件

5、6、7‧‧‧被金屬化之配線圖案

8‧‧‧貫通電極

9‧‧‧由金屬氧化膜所構成之多層膜

10‧‧‧透明玻璃

11‧‧‧透明玻璃基板

12‧‧‧光感測器裝置

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‧‧‧具有貫通孔之遮光玻璃基板

2‧‧‧具有空腔之遮光玻璃基板

3‧‧‧具有濾光器功能之玻璃

4‧‧‧光感測器元件

5、6、7‧‧‧被金屬化之配線圖案

8‧‧‧貫通電極

12‧‧‧光感測器裝置

Claims (9)

1. 一種光感測器裝置，其特徵為具備：部分性具有濾光器功能之玻璃蓋基板；與藉由金屬化被設置在玻璃蓋基板之配線圖案電性連接之光感測器元件；及具有空腔之遮光玻璃基板，上述具有空腔之遮光玻璃基板係藉由金屬化在具有上述空腔之面側和其相反面側設置配線圖案，被設置在具有上述空腔之面側和其相反面側的配線圖案係藉由貫通電極電性連接，上述玻璃蓋基板和上述具有空腔之遮光玻璃基板被接合，上述玻璃蓋基板為部分性配置具有濾光器功能之玻璃的構造。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之光感測器裝置，其中上述具有濾光器功能之玻璃為玻璃本體具有截斷特定之波長之功能的玻璃。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述遮光玻璃基板為玻璃本體具有遮光性之玻璃。
4. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述具有濾光器功能之玻璃具有錐台狀之形狀，為面 對外部之側框寬廣，面對光感測器元件之側狹窄之錐台形狀。
5. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述具有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4項所記載之光感測器裝置，其中具有上述錐台形狀之濾光器功能之玻璃，係由面對上述光感側器元件之側之直徑與上述光感測器元件之一邊之長度相等，或較小之尺寸所構成，面對外部之側的直徑係由大於上述光感測器元件之一邊之長度的尺寸所構成。
7. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述部分性具有濾光器功能之玻璃蓋基板和上述具有空腔之遮光玻璃基板，係以包圍上述光感測器元件之方式接合或接著。
8. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述具有濾光器功能之玻璃在安裝有光感測器元件之面露出的形狀係由凸半球透鏡形狀所構成。
9. 如申請專利範圍第1或2項所記載之光感測器裝置，其中上述具有濾光器功能之玻璃在無安裝上述光感測器元 件之面的形狀係由從上述遮光玻璃基板平面凹陷的半球形狀所構成。