(57)【要約】【課題】コストの低下を可能とする光学装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態に係る光学装置は、基板と、半導体チップと、樹脂部材と、透明板と、を備える。前記半導体チップは前記基板上に設けられている。前記半導体チップの上層部分の一部には光学機能層が形成されている。前記樹脂部材は前記基板上に設けられている。前記樹脂部材は前記光学機能層を囲む枠状であり、前記樹脂部材の内側面と上面の交差部分には凹部が形成されている。前記樹脂部材は、樹脂材料により一体的に形成されている。前記透明板は前記凹部内に配置されている。前記半導体チップ、前記樹脂部材及び前記透明板によって空気層が区画されている。【選択図】図２
2018136171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、上層部分の一部に光学機能層が形成された半導体チップと、
前記基板上に設けられ、前記光学機能層を囲む枠状であり、内側面と上面の交差部分に凹部が形成され、樹脂材料により一体的に形成された樹脂部材と、
前記凹部内に配置された透明板と、
を備え、
前記半導体チップ、前記樹脂部材及び前記透明板によって空気層が区画されている光学装置。
【請求項２】
前記半導体チップは、
前記光学機能層が形成された半導体部分と、
前記半導体部分の上面上に設けられ、上方から見て前記光学機能層を囲み、金属からなるガードリングと、
を有し、
前記ガードリングは前記樹脂部材に接している請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記透明板を前記樹脂部材に接着する接着剤層をさらに備え、
前記凹部の底面には溝が形成されており、
前記接着剤層の一部は前記溝内に配置されている請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
上方から見て、前記溝の形状は、前記光学機能層を囲み、角が丸められた矩形である請求項３記載の光学装置。
【請求項５】
前記透明板の厚さは、前記凹部の深さ以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学機能層は、入力された光を電気信号に変換する受光層である請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学装置。
【請求項７】
基板上に、上層部分の一部に光学機能層が形成された半導体チップを搭載する工程と、
本体部の下面に第１凸部が形成され、前記第１凸部の下面に第２凸部が形成された治具の前記第２凸部を、前記半導体チップの上面における前記光学機能層を囲む領域に当接させる工程と、
前記治具を前記半導体チップに当接させた状態のまま、前記基板と前記治具との間に流動性の樹脂材料を充填する工程と、
前記樹脂材料を硬化させることにより、樹脂部材を形成する工程と、
前記基板、前記半導体チップ及び前記樹脂部材から、前記治具を離隔させる工程と、
前記樹脂部材における前記第１凸部に対応する凹部内に、透明板を配置する工程と、
を備えた光学装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体チップは、前記光学機能層が形成された半導体部分、及び、前記半導体部分の上面上に設けられ、前記光学機能層を囲み、金属からなるガードリングを含み、
前記当接させる工程において、前記第２凸部を前記ガードリングに当接させる請求項７記載の光学装置の製造方法。
【請求項９】
前記治具を離隔させる工程と前記透明板を配置する工程との間に、前記樹脂部材の前記凹部の底面上に接着剤を被着させる工程をさらに備え、
前記治具の前記第１凸部の下面における前記第２凸部を囲む領域には、前記第２凸部よりも低い第３凸部が形成されている請求項７または８に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３凸部の形状は、前記第２凸部を囲み、角が丸められた矩形である請求項９記載の光学装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１凸部の高さを、前記透明板の厚さ以上とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の光学装置の製造方法。
【請求項１２】
前記光学機能層は、入力された光を電気信号に変換する受光層である請求項７〜１１のいずれか１つに記載の光学装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光学装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の自動運転を実現するための技術の一つとして、車載用の赤外線センサが開発されている。赤外線センサは、受光部が形成された半導体チップを基板に搭載し、受光部上にガラス板を配置することにより、作製される。自動運転を実現するためには、自動車に多数の赤外線センサを搭載する必要があるため、赤外線センサの単価を低減することが要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４５５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の目的は、コストの低下を可能とする光学装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る光学装置は、基板と、半導体チップと、樹脂部材と、透明板と、を備える。前記半導体チップは前記基板上に設けられている。前記半導体チップの上層部分の一部には光学機能層が形成されている。前記樹脂部材は前記基板上に設けられている。前記樹脂部材は前記光学機能層を囲む枠状であり、前記樹脂部材の内側面と上面の交差部分には凹部が形成されている。前記樹脂部材は、樹脂材料により一体的に形成されている。前記透明板は前記凹部内に配置されている。前記半導体チップ、前記樹脂部材及び前記透明板によって空気層が区画されている。
【０００６】
実施形態に係る光学装置の製造方法は、基板上に、上層部分の一部に光学機能層が形成された半導体チップを搭載する工程を備える。前記方法は、治具の第２凸部を前記半導体チップの上面における前記光学機能層を囲む領域に当接させる工程を備える。前記治具においては、本体部の下面に第１凸部が形成され、前記第１凸部の下面に前記第２凸部が形成されている。前記方法は、前記治具を前記半導体チップに当接させた状態のまま、前記基板と前記治具との間に流動性の樹脂材料を充填する工程を備える。前記方法は、前記樹脂材料を硬化させることにより、樹脂部材を形成する工程を備える。前記方法は、前記基板、前記半導体チップ及び前記樹脂部材から、前記治具を離隔させる工程を備える。前記方法は、前記樹脂部材における前記第１凸部に対応する凹部内に、透明板を配置する工程を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る光学装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
【図３】実施形態に係る光学装置のシリコンチップを示す斜視図である。
【図４】実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光学装置を示す斜視図である。
図２は、本実施形態に係る光学装置を示す断面図である。
図３は、本実施形態に係る光学装置のシリコンチップを示す斜視図である。
本実施形態に係る光学装置は光センサであり、例えば、赤外線センサである。
【０００９】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る光学装置１においては、基板１０が設けられている。基板１０は例えば銅からなり、所定の配線形状にパターニングされている。基板１０上には、シリコンチップ１２が設けられている。シリコンチップ１２に設けられたパッド（図示せず）と基板１０との間には、ワイヤ１８が接続されている。なお、図１においては、ワイヤ１８の図示を省略している。
【００１０】
図３に示すように、シリコンチップ１２には、シリコン部分１３及び金属製のガードリング１４が設けられている。シリコン部分１３の形状は矩形の板状である。シリコン部分１３は、例えば、単結晶のシリコンからなり、シリコン部分１３の上層部分の一部には、赤外線検知層１５が形成されている。赤外線検知層１５は、入力された赤外線を電気信号に変換する光学機能層である。上方から見て、赤外線検知層１５は、シリコン部分１３の中央部に配置されている。また、シリコン部分１３の上層部分には、絶縁部材、配線、パッド、能動素子及び受動素子（いずれも図示せず）等の回路素子が設けられている。
【００１１】
ガードリング１４は、シリコン部分１３の上面上に設けられており、シリコン部分１３に接している。ガードリング１４は、例えば銅からなり、例えばめっき法によって形成されており、その厚さは例えば数ミクロンである。上方から見て、ガードリング１４の形状は、赤外線検知層１５を囲む枠状である。ガードリング１４の上面は、シリコン部分１３の上面よりも上方にある。
【００１２】
図１及び図２に示すように、基板１０上には、樹脂部材２０が設けられている。樹脂部材２０は樹脂材料によって一体的に形成されている。樹脂部材２０の一部は、基板１０におけるパターン間に配置されている。樹脂部材２０の下面は基板１０の下面と同一平面を構成しており、樹脂部材２０の側面は基板１０の側面と同一平面を構成している。ワイヤ１８は樹脂部材２０内に配置されている。
【００１３】
樹脂部材２０の上面２１の中央部には、凹部２２が形成されている。凹部２２の形状は例えば直方体である。凹部２２の底面２３の中央部には、貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４の形状は例えば直方体である。貫通孔２４は樹脂部材２０を貫通しており、貫通孔２４の底面には赤外線検知層１５及びガードリング１４が露出している。換言すれば、樹脂部材２０の形状は赤外線検知層１５を囲む枠状であり、内側面と上面の交差部分に凹部２２が形成されている。凹部２２の底面における貫通孔２４を囲む領域には、１本又は複数本、例えば３本の溝２５が形成されている。上方から見て、溝２５の形状は、貫通孔２４を囲み、角が丸められた矩形である。
【００１４】
樹脂部材２０の凹部２２内には、透明なガラス板３０が設けられている。なお、「透明」には半透明も含まれる。ガラス板３０の形状は、凹部２２内にちょうど収納されるような矩形の板状である。ガラス板３０の厚さは、凹部２２の深さ以下である。このため、ガラス板３０の上面３１は、樹脂部材２０の上面２１と同じ高さか、それより下方にある。凹部２２の底面とガラス板３０との間には、接着剤層２８が設けられている。接着剤層２８の一部は、溝２５内に配置されている。
【００１５】
樹脂部材２０は、基板１０の上面におけるシリコンチップ１２が接触している領域を除く領域、基板１０における各パターンの側面、シリコンチップ１２の端部の上面及び側面、ワイヤ１８、並びに、ガラス板３０に接している。
【００１６】
樹脂部材２０の貫通孔２４内は、空気層４０となっている。空気層４０は、シリコンチップ１２、樹脂部材２０、及び、ガラス板３０によって区画されている。空気層４０には、赤外線検知層１５を含むシリコン部分１３の上面、ガードリング１４、樹脂部材２０、及び、ガラス板３０が露出している。例えば、空気層４０は密閉されている。光学装置１の外面は、基板１０、樹脂部材２０、及び、ガラス板３０によって構成されている。
【００１７】
次に、本実施形態に係る光学装置の製造方法について説明する。
図４〜図７は、本実施形態に係る光学装置の製造方法を示す断面図である。
本実施形態においては、複数個の光学装置１を一括して製造する方法を例に挙げて説明する。
【００１８】
先ず、図２に示す基板１０を用意する。基板１０には、シリコンチップ１２を搭載する搭載領域が、複数ヶ所、マトリクス状に配列されている。また、図３に示すシリコンチップ１２を複数個用意する。
【００１９】
次に、図４に示すように、基板１０の各搭載領域上にシリコンチップ１２を搭載する。そして、シリコンチップ１２のパッド（図示せず）と基板１０との間に、ワイヤ１８を接続する。
【００２０】
一方、図５に示すように、治具６０を用意する。治具６０においては、板状の本体部６２が設けられており、本体部６２の下面６３には、下方に向けて突出した凸部６４が形成されている。凸部６４の形状は直方体である。凸部６４の高さは、ガラス板３０の厚さ以上である。凸部６４は、シリコンチップ１２に対応して、複数個形成されている。凸部６４の下面６５の中央部には、凸部６６が形成されている。凸部６６の形状は直方体であり、凸部６６の下面６７は平坦である。また、凸部６４の下面６５には、レール状の微小凸部６８が形成されている。微小凸部６８の高さは凸部６６の高さよりも低い。下方から見て、微小凸部６８の形状は、凸部６６を囲み、角が丸められた矩形である。
【００２１】
そして、治具６０をシリコンチップ１２に当接させる。具体的には、治具６０の凸部６６の下面６７を、シリコンチップ１２のガードリング１４の上面に当接させる。このとき、ガードリング１４の上面は赤外線検知層１５の上面よりも上方に位置しているため、治具６０は赤外線検知層１５には接触しない。すなわち、赤外線検知層１５の上面と治具６０の凸部６６の下面６７との間には、微小な隙間が形成される。
【００２２】
次に、図６に示すように、治具６０をシリコンチップ１２に当接させた状態のまま、基板１０と治具６０との間に、流動性の樹脂材料を流入させて、充填する。このとき、銅からなるガードリング１４は軟質であり、治具６０との密着性が高いため、樹脂材料がガードリング１４の内側まで侵入することがない。これにより、赤外線検知層１５が樹脂材料によって汚染されることを回避できる。また、ガードリング１４は軟質であるため、治具６０をシリコンチップ１２に当接させたときの衝撃を吸収し、シリコンチップ１２に損傷を及ぼすことを抑制できる。
【００２３】
次に、例えば加熱処理を施して、この樹脂材料を硬化させる。これにより、樹脂部材２０が形成される。樹脂部材２０においては、治具６０の凸部６４に相当する部分が凹部２２となり、治具６０の凸部６６に相当する部分が貫通孔２４となり、治具６０の微小凸部６８に相当する部分が溝２５となる。
【００２４】
次に、図７に示すように、基板１０、シリコンチップ１２、ワイヤ１８、及び、樹脂部材２０を含む中間構造体７０から、治具６０（図６参照）を離隔させる。
次に、底面２３に接着剤を塗布する。このとき、接着剤の一部は溝２５内に進入する。
【００２５】
次に、凹部２２内にガラス板３０を配置する。このとき、接着剤の一部が溝２５内に溜められているため、ガラス板３０を樹脂部材２０に接着するために十分な量の接着剤を塗布しても、ガラス板３０を押し付けたときに、接着剤が貫通孔２４内に溢れ出すことを抑制できる。このため、接着剤の塗布量の許容範囲が広い。
【００２６】
次に、接着剤を固化させて、接着剤層２８を形成する。これにより、ガラス板３０は、接着剤層２８を介して、樹脂部材２０の底面２３に接着される。この結果、樹脂部材２０の貫通孔２４がガラス板３０によって封止されて、空気層４０となる。
【００２７】
次に、図１及び図２に示すように、基板１０及び樹脂部材２０をダイシングして、個片化する。これにより、複数の光学装置１が製造される。
【００２８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、図６に示す工程において、基板１０に搭載されたシリコンチップ１２に治具６０を当接させた状態で、基板１０と治具６０との間に樹脂材料を充填することにより、樹脂部材２０を形成している。このとき、治具６０の凸部６４によって凹部２２が形成され、凸部６６によって貫通孔２４が形成され、微小凸部６８によって溝２５が形成される。このように、凹部２２、貫通孔２４及び溝２５が形成された樹脂部材２０を一度の工程で作製できるため、光学装置１は生産性が高い。
【００２９】
なお、仮に、複数の部品を組み立てることにより、樹脂部材２０と同じ形状の部材を作製しようとすると、部品数が増えて部品コストが増加すると共に、精密な組立工程が必要となり、製造コストも増加する。
【００３０】
また、図７に示す工程において、樹脂部材２０の凹部２２内にガラス板３０を装入することにより、ガラス板３０を自己整合的に配置することができる。このため、ガラス板３０を精密に配置するための手段が不要であり、製造コストが低い。
【００３１】
更に、本実施形態においては、治具６０の凸部６６によって貫通孔２４を形成し、樹脂部材２０の凹部２２内にガラス板３０を配置することにより、精密な位置合わせを行うことなく、空気層４０を容易に形成することができる。このため、空気層４０のサイズを小さくすることができる。これにより、温度変化又は外部環境の気圧変化等に起因して、空気層４０内と外部環境との間で気圧差が増大しても、ガラス板３０に印加される力を抑制することができ、ガラス板３０が破壊されることを抑制できる。
【００３２】
また、空気層４０を小さくすることにより、ガラス板３０も小さくすることができる。これにより、光学装置１のコストを低減できると共に、温度が変化したときに、樹脂部材２０とガラス板３０との線膨張係数の違いに起因して発生する熱応力を抑えることができる。この結果、温度変化に起因してガラス板３０が破壊されることを抑制できる。
【００３３】
上述の効果、すなわち、空気層４０を小さくすることにより、気圧変化及び温度変化に対する耐性を高める効果は、光学装置１が自動車に搭載される場合に、特に大きい。例えば、標高の変化又は気象の変化に伴って気圧又は温度が急激に変化しても、ガラス板３０が損傷することを防止できる。このため、光学装置１は信頼性が高い。
【００３４】
また、本実施形態においては、図５に示す工程において、治具６０を軟質なガードリング１４に当接させているため、シリコンチップ１２に及ぼす衝撃を緩和できる。このため、治具６０の当接に伴ってシリコンチップ１２が損傷することを抑制できる。
【００３５】
更に、治具６０を軟質なガードリング１４に当接させているため、治具６０とガードリング１４との間の密閉性が高い。このため、図６に示す工程において、樹脂材料がガードリング１４の内側に侵入することを抑制できる。これにより、赤外線検知層１５に入射するはずの赤外線が樹脂材料によって遮られることを抑制できる。この結果、本実施形態に係る光学装置１は、歩留まりが高い。
【００３６】
更にまた、ガードリング１４は、通常の配線形成プロセス、例えば、めっき法によって、形成することができる。このため、ガードリング１４は形成が容易であり、形成コストが低い。
【００３７】
なお、仮に、ガードリング１４を設けないと、流動性の樹脂材料が赤外線検知層１５に到達することを阻止するための阻止部材が必要となる。しかしながら、このような阻止部材を設けると、部品数が増加して部品コストが増加すると共に、阻止部材を適切な位置に配置する工程が必要となるため、製造コストも増加する。
【００３８】
更にまた、本実施形態においては、底面２３に溝２５が形成されている。このため、図７に示す工程において、底面２３に接着剤を塗布するときに、接着剤の一部を溝２５内に溜めることができる。これにより、ガラス板３０を樹脂部材２０に接着するために十分な量の接着剤を塗布しても、接着剤が貫通孔２４内に溢れ出すことを抑制できる。従って、本実施形態によれば、ガラス板３０の接着強度を確保できると共に、接着剤の塗布量の許容範囲が広く、光学装置１の製造が容易である。
【００３９】
更にまた、本実施形態においては、ガラス板３０の厚さが凹部２２の深さ以下であるため、ガラス板３０が樹脂部材２０の上面２１から突出しない。これにより、人が光学装置１に触れたときに、ガラス板３０のエッジによって指先を損傷する可能性が低い。なお、仮に、ガラス板３０を樹脂部材２０の上面２１から突出させる場合は、ガラス板３０のエッジに対して面取り加工が必要となり、コストが増加する。
【００４０】
なお、本実施形態においては、光学装置１が赤外線センサである例を示したが、これには限定されない。光学装置１は、例えば、可視光センサであってもよく、紫外線センサであってもよい。また、光学装置１は、発光装置であってもよい。
【００４１】
以上説明した実施形態によれば、コストの低下を可能とする光学装置及びその製造方法を実現することができる。
【００４２】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１：光学装置、１０：基板、１２：シリコンチップ、１３：シリコン部分、１４：ガードリング、１５：赤外線検知層、１８：ワイヤ、２０：樹脂部材、２１：上面、２２：凹部、２３：底面、２４：貫通孔、２５：溝、２８：接着剤層、３０：ガラス板、３１：上面、４０：空気層、６０：治具、６２：本体部、６３：下面、６４：凸部、６５：下面、６６：凸部、６７：下面、６８：微小凸部、７０：中間構造体
【図１】
2018136171.tif 000003
【図２】
2018136171.tif 000004
【図３】
2018136171.tif 000005
【図４】
2018136171.tif 000006
【図５】
2018136171.tif 000007
【図６】
2018136171.tif 000008
【図７】
2018136171.tif 000009