(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子によって構成され、その受光面の少なくとも一部の領域に光感応部を形成すると共に、この光感応部の領域とは異なる前記受光面の少なくとも一部の領域に光不感応部を形成して、前記光感応部に入射された光の受光量に対応した検出信号を出力する光検出素子において、
前記光感応部を形成する領域は、前記受光面の中央付近に形成された第１の領域と、この第１の領域を取り巻くように形成された第２の領域とからなり、
前記光不感応部を形成する領域は、前記第１の領域および第２の領域の間に形成された第３の領域からなり、
少なくとも前記光検出素子の受光面上に光透過部材が設けられ、
この光透過部材に、前記受光面に入射される入射光量を入射光の仰角に応じて選択的に遮断する遮光手段が設定され、
前記光不感応部の領域上にはボンディングパッドが形成され、このボンディングパッドに接続されるボンディングワイヤから前記検出信号が導出されるもので、前記ボンディングパッドは、前記第１と第２の領域に導通接続され、第１と第２の領域の総出力を検出するように構成されていることを特徴とする日射センサ装置。
【請求項２】
前記光感応部の第１の領域と第２の領域とは、それぞれが２分されていることを特徴とする請求項１記載の日射センサ装置。
【請求項３】
前記入射光が前記受光面に対して、斜め４５度の上方向から入射したときに最大の検出信号が得られるように前記遮光手段と、光感応部と、光不感応部との配置関係が選択されていることを特徴とする請求項１記載の日射センサ装置。
【請求項４】
前記遮光手段は、前記半導体素子の受光面の前記光感応部と光不感応部の形状に対応して、前記光透過部材に形成した遮光マスクを含み構成されて、前記受光面に垂直にあるいは斜めから入射される光がこの遮光マスクによって遮断され、前記入射光の仰角に応じて前記光感応部への入射光量が変化されるように設定されるもので、前記光透過部材は前記半導体基板と熱膨張係数の異なる透明樹脂のモールドによって形成されるようにした請求項１記載の日射センサ装置。
【請求項５】
前記光透過部材は透明樹脂のモールドによって構成され、前記ボンディングパッドに接続されるボンディングワイヤが前記樹脂モールドに埋設されるようにした請求項１記載の日射センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば車両に搭載される空調装置の自動制御に用いられ、車室内に入射される太陽光の入射角度情報を含む日射状態を判別する日射センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される空調装置においては、車室内の温度を検出して車室内温度が適性温度状態とされる最適空調が行われるように自動制御される。この場合、車室内の温度環境は、温度計によって検出される温度情報と共に、車室内に入射される太陽光の日射情報も重要であり、窓から入射される太陽光の多い状態では、冷房をより強くするような制御が要求される。すなわち、日射光の入射方向に基づいて、空調装置の出力制御を行わせるもので、この様な場合に使用される日射センサにあっては、例えば直上からの日射光による出力を減少させ、仰角の小さい４５°付近で出力にピークを持たせるようにすることが望まれる。
【０００３】
日射センサに仰角特性を持たせる手段として、例えば特開平２−９９８３５号公報に示されるように、入射光量に応じた出力を発生するフォトダイオード等の受光素子を使用した場合、この受光素子の受光面に対向して入射光をこの受光面に導くレンズ機構を設置するようにした日射センサにおいて、このレンズ機構に特有の形状を持たせ、このレンズを介して受光素子の受光面に至る日射光の光量が、日射光の入射角度が受光面に垂直な状態から傾くにしたがって増加され、特定される角度（例えば４５°）の入射角で、この日射センサの検出出力が最大とされるようにすることが考えられている。
【０００４】
この日射センサにあっては、受光素子の受光面を覆うように設定されるレンズの形状によって、太陽光が所定の角度（例えば４５°）から入射されたときにその検出出力が最大とされるようにしている。したがって、この様な特定される仰角特性を得るためには、高精度のレンズ形状が要求される。また、受光面の全体に照射される入射光の光量に対応した出力は、レンズと受光面との相対関係によって大きく左右され、レンズの取り付け位置合わせに高い精度が要求され、さらに必要な入射光以外の余分な光も受光面に照射されるようになって、充分に満足できる仰角特性を設定することが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この様に高精度の形状等が要求される部材を使用する日射センサ装置にあっては、当然その製造上の効率を高くすることが困難であり、実用上においても好ましくない。そして、半導体技術の進歩に伴って近年半導体素子の需要が高まり、この様な半導体素子を用いて日射光の検出を行うと共に、所望の仰角特性も得られるようにした日射センサの開発が望まれている。したがって、半導体素子を用いた実用上に好適な日射センサが非常に重要であり、必要とされる。
【０００６】
この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、高精度の形状が要求されるような部材を使用することなく、半導体素子による受光素子を用いて、所望の仰角特性が簡単に設定することができるようにした日射センサ装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、半導体素子によって構成され、その受光面の少なくとも一部の領域に光感応部を形成すると共に、この光感応部の領域とは異なる前記受光面の少なくとも一部の領域に光不感応部を形成して、前記光感応部に入射された光の受光量に対応した検出信号を出力する光検出素子において、前記光感応部を形成する領域は、前記受光面の中央付近に形成された第１の領域と、この第１の領域を取り巻くように形成された第２の領域とからなり、前記光不感応部を形成する領域は、前記第１の領域および第２の領域の間に形成された第３の領域からなり、少なくとも前記光検出素子の受光面上に光透過部材が設けられ、この光透過部材に、前記受光面に入射される入射光量を入射光の仰角に応じて選択的に遮断する遮光手段が設定され、前記光不感応部の領域上にはボンディングパッドが形成され、このボンディングパッドに接続されるボンディングワイヤから前記検出信号が導出されるもので、前記ボンディングパッドは、前記第１と第２の領域に導通接続され、第１と第２の領域の総出力を検出するように構成されている。
【０００８】
【作用】
この様に構成される日射センサにおいては、例えば遮光手段を介して入射される日射光が受光面に投射され、光感応部および光不感応部のそれぞれと遮光手段との位置関係により決定される遮光手段の影によって、光感応部に入射される日射光量に対応した検出信号が出力される。この検出信号はボンディングワイヤを介して取り出されるものであるが、このボンディングワイヤの接続されるボンディングパッドは、光不感応部に設定されるものであり、したがって光感応部の機能に対して影響を与えることがなく、入射光を効率よく検出することができる。特にこの日射センサ装置にあっては、光感応部および光不感応部がそれぞれ形成される領域を所定のパターン形状にすることによって所望の仰角特性等が設定できるものであり、従来のレンズ機構等のように精度の高い部材を高精度に組み合せる必要がなく、製造工程上における効率も容易に向上させることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。図１は日射センサ装置を構成する光検出素子１０の構成を示すもので、特に（Ｂ）図の断面構造で示すようにＮ型のシリコン基板１１の外周部に対応してＮ＋  型のチャネルストッパ層１２が形成され、さらに円環状にしたＰ＋  層による外側光感応部１３１  および１３２  、さらにこの外側光感応部１３１  および１３２  の内側に位置して、同じくＰ＋  層による内側光感応部１４１  および１４２  が形成される。
【００１０】
ここで、内側光感応部１４１  および１４２  は、シリコン基板１１の中央部を中心にした円板をその直径線に対応してＮ層により２分した形状に構成され、また外側光感応部１３１  および１３２  は内側光感応部１４１  および１４２  と同軸の円環状で、この円環を内側光感応部１４１  および１４２  を２分する線と一致する線で、例えばＮ層により２分されている。そして、円板状の内側光感応部１４１  および１４２  と円環状の外側光感応部１３１  および１３２  との間に、その相互間を分離するためのＮ層による円環状の光不感応部１５が形成されている。
【００１１】
この様に光感応部１３１  、１３２  および１４１  、１４２  、さらに光不感応部１５の形成されたシリコン基板１１の表面には保護膜としての絶縁層１６が形成され、さらに光不感応部１５の直径線上に位置して、ボンディングパッド部を構成するアルミニウム電極１７１  および１７２  が形成される。これらのアルミニウム電極１７１  および１７２  とシリコン基板１１との間には、ボンディングする際のダメージを緩和するための、例えば０．６〜１．３μｍ程度の厚さの酸化膜層１８１  および１８２  が形成されている。
【００１２】
アルミニウム電極１７１  および１７２  それぞれは、シリコン基板１１に形成した光感応部１３１  および１４１  、さらに１３２  および１４２  に接続されるようになるものであるが、アルミニウム電極１７１  、１７２  それぞれとＰ＋  層とのコンタクト部分には、アルミニウムのオーミック熱処理により生じたアルミニウムスパイクがＰ＋  層を突き抜けないように、１〜３μｍ程度の深いＰ＋  層１９１  〜１９４  が形成される。この場合、アルミニウム電極１７１  および１７２  によるボンディングパット部は、環状の光不感応部１５上に位置して形成されるものであるため、シリコン基板１１からなる半導体チップの端縁より、約４５０μｍの位置に配置されている。
【００１３】
図２はこの様に構成される光検出素子１０を内蔵した日射センサ２０の構成を示すもので、この光検出素子１０は適宜リードフレーム２１の上に載置されている。このリードフレーム２１は、光検出素子１０と共に光透過部材としてのエポキシ等の透明樹脂でモールドされるもので、特に光検出素子１０の受光面である光感応部１３１  、１３２  、１４１  、１４２  を形成した面上には、光透過層２２が形成され、この光透過層２２を透過した光が光感応部１３１  、１３２  、１４１  、１４２  のそれぞれに照射されるようにする。
【００１４】
光検出素子を構成するシリコンにより構成した光ダイオードチップと、これを取り巻く透明モールド部材に対して熱衝撃が加わった場合、透明モールド部材とシリコンチップとの熱膨脹係数が異なるものであるため、シリコンチップからモールド部材中に出ているボンディングワイヤの特にチップとの接続部に対して応力が作用する。この様な熱衝撃が繰り返し作用するとボンディングワイヤに断線が生じて、光検出素子からの出力の取り出しができなくなる。
【００１５】
しかし、ボンディングワイヤを接続するボンディングパッドを、光検出素子を構成する半導体基板の外周縁から内側に距離が設定される光不感応部１５に形成することによって、有効受光面積に影響を与えることなく、ボンディングワイヤに作用する応力が確実に抑制され、結果としてこの日射センサの信頼性が大きく向上される。すなわち、光透過層２２を構成するエポキシとシリコン基板１１との間に大きな熱膨張係数の差がある状態で、シリコン基板１１に熱衝撃が作用してモールド樹脂とシリコン基板１１との間に応力が発生しても、その応力はシリコン基板１１の外周縁部分で最大となり、基板１１の中央部に近付くにしたがって小さくなる。このため、ボンディングパッドの設置位置とシリコン基板１１の外周縁との距離が大きく設定されることで、ボンディングパッド部のアルミニウム電極１７１  、１７２  に接続されるボンディングワイヤの寿命が飛躍的に向上される。
【００１６】
ここで、この光透過層２２の表面には遮光マスク２３が形成される。この遮光マスク２３は、環状の光不感応部１５の真上より内側に位置した環状の第１の遮光マスク２３１  と、この第１の遮光マスク２３１  の外周に光不感応部１５に相当する幅の環状部を残して、その外周を取り巻くように形成された第２の遮光マスク２３２  とによって構成され、第１の遮光マスク２３１  の中央部の円状の光透過部を通過した光、および第１の遮光マスク２３１  と第２の遮光マスク２３２  との間の環状の光透過部を通過した光が、光検出素子１０の受光面に照射されるようにする。
【００１７】
ここで、この日射センサ２０の真上に太陽があり、日射光がこの光検出素子１０の受光面に垂直に入射される場合と、斜め上方に太陽があって日射光が斜め上方から入射されるときとでは、この光検出素子１０からの光検出出力電流は、主に日射光の光量の角度依存性と、光透過層２２内での光吸収量の角度依存性と、遮光マスク２３の影による受光面積（総受光量）の減少度によって変化する。
【００１８】
この中でも、この光受光素子１０の仰角特性を制御するには、特に遮光マスク２３の影による効果が大きいものであり、この影による受光面積の減少によって光検出素子１０の指向性が変化するように、遮光マスク２３および光感応部１３１  、１３２  、１４１  、１４２  、さらに光不感応部１５を最適化する必要があり、このために本件出願人の出願に係る特願平５−３１３０２０号が提案された。すなわち、第１の遮光マスク２３１  の中央の円状部、および第１および第２の遮光マスク２３１  および２３２  の間の環状部を通過した光が、光感応部１３１  、１３２  および１４１  、１４２  に大きな面積で照射される仰角の入射光の存在する状態で、この光検出素子１０からの検出出力が最大とされ、この仰角からずれるにしたがって検出出力が低下されるような仰角特性を設定すれば、例えば車両に搭載される空調器の温度制御機構に効果的に採用できる。具体的には、車室内温度を最も上昇させるような日射条件において、空調器の冷房能力を高くする制御が可能とされる。
【００１９】
具体的には、受光面に垂直な９０°の方向から日射光が入射された場合には、第１の遮光マスク２３１  の中央の開口部を通過した光のみが、光感応部１４１  および１４２  に入射され、その照射面積が遮光マスク２３１  の開口部面積（光感応部１３１  と１３２  を合わせた面積よりも小さい）によって制限される。また、例えば受光面に４５°の斜め方向から入射された光は、第１の遮光マスク２３１  の中央開口部と、第１の遮光マスク２３１  と第２の遮光マスク２３２  の間の環状の開口部を通過した光が、光感応部１４１  、１４２  と共に光感応部１３１  、１３２  に入射され、仰角４５°で最大出力の得られる仰角特性が設定される。
【００２０】
また、光感応部１３１  と１３２  、さらに１４１  と１４２  を左右分割して設定しているので、右方向からの入射光と左方向からの入射光を識別することができ、例えば車室内の運転席側と助手席側とを個別に冷房制御するような場合に、そのそれぞれの冷房温度制御が、太陽の日射方向に対応して個別制御できる。
【００２１】
なお、実施例においては光検出素子１０を構成するシリコン基板１１の受光面の中央部に位置した円形の領域を２分するようにして光感応部１４１  および１４２  を形成し、この円形の領域を取り囲むようにした環状領域を２分するようにして光感応部１３１  および１３２  を形成した。したがって、遮光マスクとの関連で太陽光の入射方向の左右識別も実施できるものであるが、特にこの左右識別を要求していない場合には、光感応部１４１  および１４２  を一体化して円形状に形成し、また光感応部１３１  および１３２  も一体化して環状に形成するようにしてもよい。また、遮光マスク２３のパターンも、光感応部１３１  、１４２  、１４１  、１４２  の形状に対応して、任意仰角特性の得られる形状パターンに設定できる。
【００２２】
この様に構成される日射センサ２０において、ボンディングパッド部はリードフレームに対するボンディングワイヤの接続等を考慮して、シリコン基板１１の外周縁に近接した位置に設定することが通常考えられる。しかし、シリコン基板１１の外周縁に近接した位置にボンディングパッドを形成した光検出素子１１を、エポキシ樹脂によってモールドし、光透過層２２を形成するようにすると、この光検出素子１１に対して熱衝撃が作用したときに生ずる応力が、シリコン基板１１の外周部に集中して作用するようになる。このため、このシリコン基板１１の外周縁に近接してボンディングワイヤが接続されていると、このボンディングワイヤのシリコン基板１１への接続部に応力が与えられるようになり、ボンディングワイヤ切断の原因となる。
【００２３】
そしてさらに重要なことは、シリコン基板１１の外周縁に近接した位置に設定するボンディングパッドによって、必然的に光感応部の一部が塞がれるようになって、この状態では有効受光面積が減少されて検出出力の低下につながる。これに対して実施例で示した光検出素子１１にあっては、環状にした光不感応部１５の上にボンディンクパッドが形成されるようになるものであるため、光感応部の有効面積の減少に結び付かず、したがって、検出感度を阻害することなく検出信号の導出機構が構成され、センサ装置としての信頼性が確保される。
【００２４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る日射センサ装置によれば、半導体素子を用いて日射光の検出を行うと共に、所望の仰角特性も得られるように構成することができるようになると共に、高精度の形状が要求されるような部材を使用せずに、半導体素子による受光素子を用いて、例えば太陽光の入射角度に対応する検出出力が得られものであり、特に光感応部の領域が効率的に利用されて、光検出感度に影響を与えることなく、光不感応部を有効にに利用して検出信号の導出が行えるものであるため、安定した信頼性の高い検出機能が確実に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る日射センサ装置の特に光検出素子を説明するための図で、（Ａ）は平面から見た図、（Ｂ）は（Ａ）図のｂ−ｂ線に対応する断面図。
【図２】（Ａ）は上記検出素子を内蔵した日射センサの断面構造を示す図、（Ｂ）は上記日射センサの特に遮光マスクのパターンを示す図。
【符号の説明】
10…光検出素子、11…シリコン基板、12…チャンネルストッパ層、131、132、141、142…光感応部、15…光不感応部、171、172…アルミニウム電極、181、182…酸化膜層、191〜194…Ｐ＋  層、20…日射センサ、21…リードフレーム、22…光透過層、23、231、232…遮光マスク。
【図１】
0003605849.tif 000002
【図２】
0003605849.tif 000003