(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のガラス材料からなるガラス部材と、
光を受光する受光部を有し、前記ガラス部材の表面に前記受光部を対面させて実装され、前記ガラス部材を透過して前記受光部により受光した光を光電変換する光学素子と、
該光学素子の少なくとも前記受光部とは反対側に配される面を覆う絶縁性の樹脂からなる保護部材と、
前記ガラス部材の表面から前記保護部材よりも板厚方向に張り出すように延びる導電性材料からなる複数の柱状部材と、
前記ガラス部材の表面に形成され、一端が前記光学素子に接続され他端が前記柱状部材に接続された複数の内部配線と、
前記柱状部材の前記保護部材よりも前記板厚方向に張り出した端面に形成された平板状の複数の外部電極とを備え、
前記柱状部材が、前記外部電極の面積と同等の横断面積を有する光学センサ。
【請求項２】
前記複数の柱状部材が、前記光学素子の周囲に前記ガラス部材の外周に沿って所定の間隔をあけて配置されている請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記光学素子の受光部と前記ガラス部材の表面との間に前記保護部材が形成されていない小空間を有する請求項２に記載の光学センサ。
【請求項４】
ガラス材料からなる平板状のガラス部材の表面に複数の内部配線を形成する配線形成工程と、
該配線形成工程により前記内部配線が形成された前記ガラス部材の表面に受光部を対面させて光電変換素子を実装し、該光電変換素子と前記複数の内部配線の一端とを接続する素子実装工程と、
前記配線形成工程により前記内部配線が形成された前記ガラス部材の表面に板厚方向に延びる導電性材料からなる複数の柱状部材を形成し、これらの柱状部材と前記内部配線の他端とを接続する柱状部材形成工程と、
前記素子実装工程により前記ガラス部材の表面に実装された前記光電変換素子の少なくとも前記受光部とは反対側に配される面を絶縁性の樹脂により覆う樹脂形成工程と、
前記柱状部材形成工程により形成された前記柱状部材の端面に平板状の外部電極を形成する電極形成工程とを含み、
前記柱状部材形成工程が、前記外部電極の面積と同等の横断面積を有する前記柱状部材を形成する光学センサの製造方法。
【請求項５】
複数個の前記ガラス部材が配列されてガラス板状に形成されており、
前記電極形成工程により前記外部電極が形成された前記ガラス部材ごとに前記ガラス板を切断する切断工程を含む請求項４に記載の光学センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビや携帯機器モニタの調光などに用いられ、外部の明るさを検知する光学素子を備える光学センサが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１に記載のフォトセンサ（光学センサ）は、半導体チップ（光学素子）をパッケージに収容したり実装用基板上に固定して透明樹脂により覆ったりし、半導体チップと実装用基板上に設けられたリードとをボンディングワイヤにより接続することとしている。
【０００３】
特許文献２に記載の光電変換装置は、ＦＣＢ（フリップチップボンディング）により光電変換素子が実装された光透過性のインターポーザと実装用基板とをはんだバンプにより所定の間隔をあけて対向させて支持し、光電変換素子の電極が接続されたインターポーザの外部端子と実装用基板の電極とをはんだバンプにより電気的に接続することで、光電変換素子をインターポーザを介して実装基板に実装することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８４４７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のフォトセンサは、ワイヤーボンディングが半導体チップの周囲に広がるため、ワイヤーボンディングの大きさに合わせてパッケージあるいは透明樹脂の外形を大きくする必要があり、小型化・薄型化を図ることが難しいという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の光電変換装置のように、インターポーザと実装用基板とをはんだバンプにより支持した場合、はんだバンプの凝固時の形状によりインターポーザと実装基板の姿勢が不安定になり、インターポーザが傾くと光学特性が劣化する可能性がある。また、はんだバンプの量によっては光電変換素子が実装基板に接触する可能性があるため、信頼性が低下するという問題がある。また、光電変換素子がパッケージや樹脂により保護されていないので、信頼性が劣る可能性がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化・薄型化を図りつつ信頼性および光学特性を向上する光学センサおよびこのような光学センサを簡易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、平板状のガラス材料からなるガラス部材と、光を受光する受光部を有し、前記ガラス部材の表面に前記受光部を対面させて実装され、前記ガラス部材を透過して前記受光部により受光した光を光電変換する光学素子と、該光学素子の少なくとも前記受光部とは反対側に配される面を覆う絶縁性の樹脂からなる保護部材と、前記ガラス部材の表面から前記保護部材よりも板厚方向に張り出すように延びる導電性材料からなる複数の柱状部材と、前記ガラス部材の表面に形成され、一端が前記光学素子に接続され他端が前記柱状部材に接続された複数の内部配線と、前記柱状部材の前記保護部材よりも前記板厚方向に張り出した端面に形成された平板状の複数の外部電極とを備え、前記柱状部材が、前記外部電極の面積と同等の横断面積を有する光学センサを提供する。
【０００９】
本発明によれば、ガラス部材を透過した光が光学素子の受光部により受光されて電気信号に光電変換されると、その電気信号が内部配線から柱状部材を介して外部電極へと送られる。外部電極を保護部材よりも板厚方向に張り出した柱状部材の端面に形成することで、ガラス部材を柱状部材により支持して実装用基板等に実装し、外部電極を基板上の電極に接続することにより、光学素子からの電気信号を外部に出力することができる。
【００１０】
この場合において、ガラス部材を支持する柱状部材の高さおよび位置により全体の厚さ寸法および外径寸法を決定することができ、全体の小型化・薄型化を図ることができる。また、柱状部材を導電性材料により構成することで、実装用基板等に対してガラス部材を安定した姿勢で実装することができ、光学特性の向上を図ることができる。さらに、ガラス部材および保護部材により光学素子を覆うことで、光学素子を保護し信頼性を向上することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記複数の柱状部材が、前記光学素子の周囲に前記ガラス部材の外周に沿って所定の間隔をあけて配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、複数の柱状部材により、ガラス部材をより安定した姿勢で支持して実装用基板等に実装することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記光学素子の受光部と前記ガラス部材の表面との間に前記保護部材が形成されていない小空間を有することとしてもよい。
このように構成することで、ガラス部材を透過した光を保護部材が形成されていない小空間を介して受光部により受光させることができ、保護部材として遮光性の樹脂を使用しても精度よく光を検出することができる。したがって、遮光性の樹脂からなる保護部材により、光が保護部材を透過して受光部により受光されてしまうのを防止しつつ、所望の光を精度よく検出することができる。
【００１３】
本発明は、ガラス材料からなる平板状のガラス部材の表面に複数の内部配線を形成する配線形成工程と、該配線形成工程により前記内部配線が形成された前記ガラス部材の表面に受光部を対面させて光電変換素子を実装し、該光電変換素子と前記複数の内部配線の一端とを接続する素子実装工程と、前記配線形成工程により前記内部配線が形成された前記ガラス部材の表面に板厚方向に延びる導電性材料からなる複数の柱状部材を形成し、これらの柱状部材と前記内部配線の他端とを接続する柱状部材形成工程と、前記素子実装工程により前記ガラス部材の表面に実装された前記光電変換素子の少なくとも前記受光部とは反対側に配される面を絶縁性の樹脂により覆う樹脂形成工程と、前記柱状部材形成工程により形成された前記柱状部材の端面に平板状の外部電極を形成する電極形成工程とを含み、前記柱状部材形成工程が、前記外部電極の面積と同等の横断面積を有する前記柱状部材を形成する光学センサの製造方法を提供する。
【００１４】
本発明によれば、ガラス部材に実装された光電変換素子により、ガラス部材を透過した光を光電変換し、その電気信号を内部配線から柱状部材を介して外部電極に送ることができる光学センサが製造される。ガラス部材の表面に形成された板厚方向に延びる柱状部材の端面に外部電極を形成することで、ガラス部材を柱状部材により支持させて実装用基板等に実装し、外部電極を基板上の電極に接続することにより、光電変換素子により光電変換した電気信号を外部に出力することができる。
【００１５】
この場合において、柱状部材形成工程により柱状部材の高さを光学素子を覆う樹脂よりも板厚方向に若干張り出す程度に調整するとともに柱状部材の配置を光学素子の周囲近傍に調整することで、小型化・薄型化を図ることができる光学センサを製造することができる。また、柱状部材形成工程により柱状部材を導電性材料により構成することで、柱状部材によりガラス部材を安定した姿勢で支持することができる光学センサを製造することができる。さらに、保護膜形成工程によりガラス部材とともに絶縁性の樹脂により光電変換素子を覆うことで、光電変換素子が保護され信頼性が高い光学センサを製造することができる。
【００１６】
上記発明においては、複数個の前記ガラス部材が配列されてガラス板状に形成されており、前記電極形成工程により前記外部電極が形成された前記ガラス部材ごとに前記ガラス板を切断する切断工程を含むこととしてもよい。
このように構成することで、ガラス板状の全てのガラス部材の領域に各工程を順次施し、複数の光学センサを一括して製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光学センサによれば、小型化・薄型化を図りつつ信頼性および光学特性を向上することができるという効果を奏する。また、本発明に係る光学センサの製造方法によればそのような光学センサを簡易に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学センサを柱状部材とは反対側から板厚方向に見た概略図である。
【図２】図１の光学センサの縦断面の概略図である。
【図３】図１の光学センサを柱状部材側から板厚方向に見た概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学センサの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】複数のガラス部材が連結した状態を示す縦断面の概略図である。
【図６】図１の光学センサを回路基板に実装した状態を示す縦断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る光学センサおよび光学センサの製造方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光学センサ１は、図１〜図３に示すように、光を受光してその強度を検出する光電変換素子（光学素子）１１を備え、外部の明るさを検知することができるようになっている。この光学センサ１は、光電変換素子１１が平板状のガラス材料からなるガラス部材２０に実装されて構成されている。
【００２０】
ガラス部材２０は、方形に形成されており、その表面の中央に光電変換素子１１が実装され、四隅にそれぞれ内部配線１３が形成されている。各内部配線１３は、一端が中央周辺に配置され、他端が角部周辺に配置されている。内部配線１３としては、例えは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｓｎ等を単独でまたは合金で用いたり、いずれかを積層して用いたりすることができる。
【００２１】
光電変換素子１１は、光を受光する受光部１２を備え、受光部１２により受光した光を光電変換して電気信号を出力することができるようになっている。また、光電変換素子１１は、ガラス部材２０よりも小さな方形に形成されており、ガラス部材２０側の面の四隅にスタッドバンプ１４が形成されている。この光電変換素子１１は、ガラス部材２０の表面に受光部１２を対面させて、スタッドバンプ１４により各内部配線１３の一端に電気的に接続されて固定されている（ＦＣＢ実装：フリップチップボンディング実装）。
【００２２】
また、ガラス部材２０には、内部配線１３および光電変換素子１１を保護する絶縁性の樹脂からなる保護部材３５と、光電変換素子１１が実装されている表面の四隅に配された導電性材料からなる柱状部材１７とが備えられている。
【００２３】
保護部材３５は、ガラス部材２０の光電変換素子１１が実装されている面側に設けられ、内部配線１３と光電変換素子１１の受光部１２とは反対側の面とを覆うように形成されている。光電変換素子１１の受光部１２とガラス部材２０の表面とが対面する領域には保護部材３５が充填されておらず、中空の小空間３７が形成されている。保護部材３５の材質は、例えば、エポキシ、シリコーン、または、アクリル等を用いることができる。本実施形態においては、保護部材３５は、有色で光を透過しない特性を有する樹脂により形成されている。
【００２４】
柱状部材１７は、それぞれ光電変換素子１１の周囲に配置されており、一端がガラス部材２０の表面に固定されて内部配線１３に接続され、他端が保護部材３５よりも板厚方向に張り出すように延びている。柱状部材１７としては、例えば、銅、ニッケル、導電性接着剤、導電樹脂等が用いられる。この柱状部材１７の他端（端面）には外部電極１５が形成されている。
【００２５】
外部電極１５は、柱状部材１７の他端とともに保護部材３５から露出して設けられている。外部電極１５としては、例えば、内部配線１３と同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｓｎ等を単独でまたは合金で用いたり、いずれかを積層して用いたりすることができる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る光学センサ１の製造方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態においては、例えば、複数のガラス部材２０が形成される大判で所定の厚さのガラス板（図示略）が用いられる。
【００２７】
本実施形態に係る光学センサ１の製造方法は、ガラス板の表面に内部配線１３を形成する配線形成工程Ｓ１と、配線形成工程Ｓ１により内部配線１３が形成されたガラス板の表面に光電変換素子１１を実装する素子実装工程Ｓ２と、配線形成工程Ｓ１により内部配線１３が形成されたガラス板の表面に柱状部材１７を形成する柱状部材形成工程Ｓ３と、柱状部材形成工程Ｓ３により柱状部材１７が形成されたガラス板の表面に、柱状部材１７の端面が板厚方向に張り出して露出するように保護部材３５を充填する樹脂形成工程Ｓ４と、柱状部材１７の端面に外部電極１５を形成する電極形成工程Ｓ５と、電極形成工程Ｓ５により外部電極１５が形成されたガラス板を個々のガラス部材２０の領域ごとに切断するダイシング工程（切断工程）Ｓ６とを含んでいる。
【００２８】
配線形成工程Ｓ１においては、ガラス板におけるガラス部材２０の領域ごとに４つの内部配線１３を形成するようになっている。内部配線１３は、例えば、スパッタリング、蒸着、印刷、メッキ等を単独で用いたり複合して用いたりして形成することができる。
【００２９】
素子実装工程Ｓ２においては、ガラス板におけるガラス部材２０の領域ごとに、スタッドバンプ１４が形成された光電変換素子１１をそれぞれ受光部１２を対面させて取り付けるようになっている（ＦＣＢ工法：フリップチップボンディング工法）。
本実施形態においては、スタッドバンプ１４を例示して説明したが、バンプはスタッドバンプ以外に、めっきＡｕバンプやはんだバンプを用いることとしてもよい。この場合、ＦＣＢ工法としては、例えば、めっきＡｕバンプやはんだバンプを用いた超音波接合または熱圧着接合等を利用することとしてもよい。
【００３０】
柱状部材形成工程Ｓ３においては、ガラス板におけるガラス部材２０の領域ごとに、光電変換素子１１の周囲に４つの柱状部材１７を配置し、これらの柱状部材１７を内部配線１３の他端に接続して固定するようになっている。柱状部材１７は、例えば、銅やニッケルを用いる場合はめっき加工（銅やニッケル等を用いた電鋳。）により形成したり、導電性接着剤を用いる場合は印刷により形成したりすることができる。
【００３１】
樹脂形成工程Ｓ４においては、ガラス板全体に保護部材３５としての樹脂を充填し、保護部材３５によりガラス部材２０の領域ごとの内部配線１３および光電変換素子１１を覆うようになっている。このとき、柱状部材１７の少なくとも端面は露出するように保護部材３５を形成するようになっている。また、各光電変換素子１１とガラス板との間には保護部材３５を充填せずに小空間３７を形成するようになっている。
【００３２】
電極形成工程Ｓ５においては、すべての柱状部材１７の端面に外部電極１５を形成するようになっている。外部電極１５は、内部配線１３と同様に、例えば、スパッタリング、蒸着、印刷、メッキ等を単独で用いたり複合して用いたりして形成することができる。
【００３３】
ダイシング工程Ｓ６においては、図５に示すように、ガラス板状の隣接するガラス部材２０の領域間を切断するようになっている。これにより、ガラス部材２０に実装された光電変換素子１１が保護部材３５により覆われ、この光電変換素子１１が内部配線１３および柱状部材１７を介して外部電極１５に電気的に接続された複数の光学センサ１が製造される。
【００３４】
次に、このように構成された本実施形態に係る光学センサ１およびその製造方法の作用について説明する。
本実施形態に係る光学センサ１によれば、ガラス部材２０を透過した光が光電変換素子１１の受光部１２により受光されて電気信号に光電変換されると、その電気信号が内部配線１３から柱状部材１７を介して外部電極１５へと送られる。
【００３５】
外部電極１５を保護部材３５よりも板厚方向に張り出した柱状部材１７の端面に形成することで、図６に示すように、はんだ４により回路基板（実装用基板）３上の基板電極５に外部電極１５を接続して４つの柱状部材１７の端部を固定し、これらの柱状部材１７によりガラス部材２０を支持することで、光電変換素子１１からの電気信号を基板電極５を介して外部に出力することができる。これにより、光電変換素子１１により取得されたセンシング情報（電気信号）を基に、液晶画面のバックライト輝度を調整するような電子装置を構成することができる。
【００３６】
この場合において、ガラス部材２０を支持する柱状部材１７の高さおよび位置により全体の厚さ寸法および外径寸法を決定することができ、全体の小型化・薄型化を図ることができる。また、柱状部材１７を導電性材料により構成することで、回路基板３に対してガラス部材２０をはんだバンプにより実装する場合と比較してガラス部材２０を安定した姿勢で実装することができ、光学特性の向上を図ることができる。さらに、ガラス部材２０および保護部材３５により光電変換素子１１を覆うことで、光電変換素子１１を保護し信頼性を向上することができる。また、本実施形態に係る光学センサの製造方法によれば、このような光学センサ１を簡易に製造することができる。
【００３７】
また、各光電変換素子１１とガラス板との間に保護部材３５が充填されていない小空間３７を形成することで、ガラス部材２０を透過した光を光電変換素子１１の受光部１２により保護部材３５を介さずに受光させることができる。したがって、保護部材３５として遮光性の樹脂を使用しても精度よく光を検出することができる。これにより、光が保護部材３５を透過して受光部１２により受光されてしまうのを防止しつつ、所望の光を精度よく検出することができる。
【００３８】
本実施形態においては、保護部材３５として有色で光を透過しない特性を有する樹脂を用い、光電変換素子１１とガラス板との間に保護部材３５が充填されていない小空間３７を形成することとしたが、例えば、保護部材３５として、透明で透過性を有する樹脂を用いることとしてもよい。この場合には、透明性の樹脂を各光電変換素子１１とガラス板との間にも充填することとしてもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては、光学センサ１が内部配線１３および外部電極１５を４つずつ備えることとしたが、それぞれ複数であればよく、４つより少なくてもよいし多くてもよい。例えば、６つの内部配線１３および外部電極１５を備える場合は、柱状部材１７を６つ設けることとし、各柱状部材１７をガラス部材２０の外周面に沿って光電変換素子１１の周囲に所定の間隔をあけて配置することとすればよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、ガラス部材２０が複数形成された大判のガラス板を用い、複数の光学センサ１を一括して製造することとしたが、予め切断されたガラス部材２０ごとに上記工程を施し、光学センサ１を個々に製造することとしてもよい。
【００４１】
また、本実施形態においては、柱状部材形成工程後に樹脂形成工程を実施することとしたが、これに代えて、樹脂形成工程後に柱状部材形成工程を実施することとしてもよい。この場合、例えば、樹脂形成工程においては、素子実装工程Ｓ２により光電変換素子１１が実装されたガラス板の表面に、柱状部材１７を形成する領域を空けて粘度が高い絶縁性樹脂を流し固めることにより保護部材３５を形成することとすればよい。また、柱状部材形成工程においては、樹脂形成工程において柱状部材形成用に空けておいた領域に、導電樹脂を入れて硬化させたりまたは導電性接着剤を印刷したりすることにより柱状部材１７を形成することとすればよい。
【００４２】
また、樹脂形成工程後に柱状部材形成工程を実施する場合は、例えば、樹脂形成工程において、素子実装工程Ｓ２により光電変換素子１１が実装されたガラス板の表面に、柱状部材１７を形成する領域に柱状の犠牲層を形成してから絶縁性樹脂を流し固めることにより保護部材３５を形成し、犠牲層を除去した後、柱状部材形成工程において、めっき加工または導電性接着剤や導電樹脂により柱状部材１７を形成することしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１    光学センサ
１１    光電変換素子（光学素子）
１２    受光部
１３    内部配線
１５    外部電極
１７    柱状部材
２０    ガラス部材
３７    小空間
Ｓ１    配線形成工程
Ｓ２    素子実装工程
Ｓ３    柱状部材形成工程
Ｓ４    樹脂形成工程
Ｓ５    電極形成工程
Ｓ６    ダイシング工程（切断工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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