(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光信号を受けて電気信号に変換する受光素子が形成された第１のチップと、前記受光素子で発生した電気信号を増幅する回路が形成された第２のチップとを備える光検出用モジュールにおいて、
前記第１のチップは受光部及び前記第２のチップに接続するための端子を上面に有し、
前記第２のチップは前記第１のチップに接続するための端子を上面に有するとともに、金属膜を下面の略全体に有し、
前記第１のチップと前記第２のチップは互いの上面を対向させ、かつ前記第２のチップは前記受光部以外の位置に配置され、各チップの端子同士が導電部材を介して接続され、前記第１のチップは前記第２のチップで増幅された電気信号を入力する端子と該電気信号がワイヤを介して外部に出力される端子とを上面に有していることを特徴とする光検出用モジュール。
【請求項２】
前記各チップの端子同士は導電性ペーストを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出用モジュール。
【請求項３】
前記各チップの端子同士は膜状の導電部材を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出用モジュール。
【請求項４】
前記膜状の導電部材は、導電性粒子または金属細線を含む柔軟な絶縁性樹脂であることを特徴とする請求項３に記載の光検出用モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を検出して電気信号に変換する光検出用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトダイオードと、光電変換によってフォトダイオードに発生する電流を検出して増幅する回路が集積された半導体チップとを備えた光検出用モジュールがあり、光通信をはじめ光を電気信号に変換する種々の分野で利用されている。
【０００３】
従来の光検出用モジュールの構成を図５に示す。このモジュール５は、ＰＩＮフォトダイオード５１とＩＣチップ５２を備えている。ＩＣチップ５２は、フォトダイオード５１に電圧を印加するとともに、フォトダイオード５１に発生する電流を検出して増幅するものである。フォトダイオード５１とＩＣチップ５２はそれぞれ、導電性ペースト５３を用いたダイボンディングによってリードフレーム５４に固定されている。モジュール５には、増幅後の信号を取り出すリードフレーム５５と、ＩＣチップ５２に電力を供給するリードフレーム（不図示）も備えられている。
【０００４】
フォトダイオード５１の上面には受光部が設けられており、その傍らにカソードに接続された端子５１ａが形成されている。フォトダイオード５１の下面にはアノードに接続された端子５１ｂが形成されており、この端子５１ｂは導電性ペースト５３を介してリードフレーム５４に接続されている。
【０００５】
ＩＣチップ５２の上面には端子５２ａが設けられており、この端子５２ａは金属製のワイヤ５６によってフォトダイオード５１の上面の端子５１ａと接続されている。ＩＣチップ５２の下面にも端子５２ｂが設けられており、この端子５２ｂは、導電性ペースト５３を介してリードフレーム５４に接続されている。ＩＣチップ５２はこれら上面の端子５２ａと下面の端子５２ｂから、フォトダイオード５１に印加する電圧を出力する。ＩＣチップ５２の上面には、増幅後の信号を取り出すための端子５２ｃも設けられており、端子５２ｃはワイヤ５７によってリードフレーム５５に接続されている。
【０００６】
フォトダイオード５１およびＩＣチップ５２は、透光性の樹脂モールド５８に収容されている。フォトダイオード５１の受光部に対向する樹脂モールド５８の部位は、外部からの光を収束させてフォトダイオード５１に導くために、凸レンズ５８ａとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換によってフォトダイオード５１に発生する電流は僅かであり、ＩＣチップ５２はこの微弱な電流をワイヤ５６を介して検出する。ところが、一般に、長く伸びたワイヤはアンテナとなって電磁波を拾い易く、このため、検出する電流にノイズが発生する。また、ＩＣチップ５２自体の動作も光の影響を受け易く、検出した電流のノイズはさらに多くなる。
【０００８】
そこで、従来のモジュール５では、樹脂モールド５８の表面の大部分を鉄等の金属製のシールド５９で覆うようにしている。シールド５９により外部からの電磁ノイズや光ノイズが遮断されて、検出結果にノイズが混入することが防止される。しかしながら、シールド５９を設けることは、部品点数と工程数の増加を招き、モジュールの製造効率を大きく低下させる。
【０００９】
また、従来のモジュール５では、ワイヤ５６の端部がフォトダイオード５１やＩＣチップ５２から外れて接続不良が生じたり、ワイヤ５６がフォトダイオード５１やＩＣチップ５２の端縁に触れて回路短絡が生じたりすることがある。このため、不良品の発生率が高かった。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、外部からのノイズの影響を受け難く、製造効率に優れた簡素な構成の光検出用モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、外部からの光信号を受けて電気信号に変換する受光素子が形成された第１のチップと、受光素子で発生した電気信号を増幅する回路が形成された第２のチップとを備える光検出用モジュールにおいて、第１のチップの上面に受光部及び第２のチップに接続するための端子を設け、第２のチップの上面に第１のチップに接続するための端子を設けるとともに、その下面の略全体に金属膜を設けて、第１のチップと第２のチップを互いの上面を対向させ、かつ第２のチップは前記受光部以外の位置に配置し、各チップの端子同士を導電部材を介して接続する。
【００１２】
この光検出モジュールでは、受光素子が形成された第１のチップ上に増幅回路が形成された第２のチップが位置することになる。第１のチップと第２のチップの接続は、電磁ノイズが乗り易いワイヤではなく、導電部材によって接続される。また、第２のチップの下面に設けられた金属膜が外部側に面することになり、外部からの光や電磁波はこの金属膜によって遮られて、第２のチップや導電部材には到達しない。したがって、シールドを別途備えなくても、受光素子を流れる電流をノイズなく検出することが可能であり、検出結果の信頼度が高い。しかも、簡素な構成であり、また接続不良や回路短絡も生じ難いため、製造効率が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光検出用モジュールの実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の光検出用モジュール１の側面図を示す。モジュール１は、ＰＩＮフォトダイオード１１、ＩＣチップ１２、リードフレーム１３、および樹脂モールド２０を備えている。
【００１４】
フォトダイオード１１は、下面をリードフレーム１３に向けて、導電性のペーストでリードフレーム１３にダイボンディングされており、アノードが導電性ペーストを介してリードフレーム１３に接続されている。フォトダイオード１１は上面の一部を受光部１１ａとされており、上面の他の部位の上にＩＣチップ１２が配置されている。ＩＣチップ１２はフォトダイオード１１に電圧を印加するとともに、フォトダイオード１１を流れる電流を検出し、検出した電流を増幅して電圧として出力するものである。
【００１５】
ＩＣチップ１２を透視して見たモジュール１の上面図を図３に示す。モジュール１はリードフレーム１３のほかに、２つのリードフレーム１４、１５を備えている。リードフレーム１４は動作用の電圧を外部から供給するものであり、リードフレーム１５は検出した信号を外部に取り出すためのものである。リードフレーム１３はグランド電位に接続されている。
【００１６】
フォトダイオード１１の上面の受光部１１ａ以外の部位には、フォトダイオード１１のカソードをＩＣチップ１２に接続するための端子２２と、ＩＣチップ１２をリードフレーム１３〜１５に接続するための３つの端子２３〜２５が形成されている。端子２３〜２５はワイヤ１６〜１８によってそれぞれリードフレーム１３〜１５に接続されている。各端子２２〜２５の一部分は突起してバンプ２２ａ〜２５ａとされており、端子２３〜２５にはワイヤを取り付けるためのボンディングパッド２３ｂ〜２５ｂも設けられている。
【００１７】
ＩＣチップ１２の上面図を図４に示す。ＩＣチップ１２の上面には４つの端子２７〜３０が形成されている。端子２７はフォトダイオード１１に電圧を印加するとともに、フォトダイオード１１に発生した電流を検出するためのものである。また、端子２８はグランド電位に接続するため、端子２９は動作用の電圧を受けるため、端子３０は検出して増幅した信号を外部に出力するためのものである。
【００１８】
これらの端子２７〜３０はいずれも突起してバンプとされている（以下、端子２７〜３０をバンプとも呼ぶ）。バンプ２７〜３０は、相対位置がフォトダイオード１１のバンプ２２ａ〜２５ａの相対位置に一致するように配置されている。なお、図４には現れていないが、ＩＣチップ１２の下面全体には金、アルミニウム等の金属製の膜１２ａが形成されている（図１参照）。
【００１９】
図１に示すように、ＩＣチップ１２はその上面をフォトダイオード１１の上面に向けて、バンプ２７〜３０がそれぞれバンプ２２ａ〜２５ａに対向するように配置される。フォトダイオード１１とＩＣチップ１２の間には、金属、炭素等の導電性粒子を柔軟な絶縁性樹脂に含有させて形成された異方導電性膜（ＡＣＦ）１９が介装されている。ＡＣＦ１９の両面は粘着性を有しており、ＡＣＦ１９の下面全体はフォトダイオード１１に、上面全体はＩＣチップ１２に密着している。これによりＩＣチップ１２はフォトダイオード１１に固定されている。
【００２０】
ＡＣＦ１９のうち、バンプ２２ａと２７、２３ａと２８、２４ａと２９、２５ａと３０の各組で挟まれた部位は、他の部位よりも上下方向に圧縮されることになる。このため、これらの部位では内部の導電性粒子同士が接触して、上下方向に導電性が生じる。これにより上記各組のバンプは互いに電気的に接続される。なお、ＡＣＦ１９の他の部位では絶縁性が保たれ、端子以外の部位でフォトダイオード１１とＩＣチップ１２が電気的に接続されることはない。
【００２１】
このような構成により、ＩＣチップ１２の３つの端子２８〜３０は、ＡＣＦ１９、フォトダイオード１１上の端子２３〜２５、およびワイヤ１６〜１８を介して、それぞれリードフレーム１３〜１５に電気的に接続される。また、ＩＣチップ１２の端子２７は、ＡＣＦ１９を介してフォトダイオード１１の端子２２に接続される。
【００２２】
また、ＩＣチップ１２の下面に設けられた金属膜１２ａが外部側に面することになり、ＩＣチップ１２とＡＣＦ１９は、金属膜１２ａとリードフレーム１３とによって上下両方から挟まれた状態となる。
【００２３】
リードフレーム１３〜１５の端部を除き、モジュール１の全体は透光性の樹脂モールド２０に封止されている。樹脂モールド２０のうち、フォトダイオード１１の受光部１１ａに対向する部位は、半球状の凸レンズ２０ａとされている。外部からの光はこの凸レンズ２０ａによって受光部１１ａ上に収束するように導かれる。
【００２４】
ＩＣチップ１２は、端子２７から電圧を印加してフォトダイオード１１を逆バイアス状態にするとともに、端子２７を流れる電流を検出することにより、フォトダイオード１１を流れる電流を検出する。ＩＣチップ１２は検出した電流を電圧に変換して増幅し、増幅後の電圧を端子３０からリードフレーム１５を介して外部に出力する。こうして、フォトダイオード１１が受けた光が電気信号として取り出される。
【００２５】
ここで、フォトダイオード１１とＩＣチップ１２をワイヤではなく導電性の膜であるＡＣＦ１９で接続したことにより、微弱な電流に外部の電磁ノイズが乗るのを低減できるようになる。また、ＩＣチップ１２、端子２２、２７、およびＡＣＦ１９は全て、金属膜１２ａとリードフレーム１３によって上下を覆われるため、外部の光や電磁波がＩＣチップ１２やフォトダイオード１１とＩＣチップ１２の電気的接続部に到達するのが防止される。これにより、微弱な電流に電磁ノイズが乗ることが一層抑えられ、ＩＣチップ１２の動作も安定して、モジュール１が出力する信号は、ノイズのないものとなる。
【００２６】
なお、信号の出力はワイヤ１８を介して行われるが、この信号は既に増幅されているとともに、配線のインピーダンスが大幅に低いため、ワイヤ１８に電磁ノイズが乗っても、その影響は無視できるほど小さくなる。
【００２７】
光検出用モジュール１は次のようにして組み立てる。まず、リードフレーム１３〜１５となる部位が形成されたフレーム原体を用意し、その上にフォトダイオード１１をダイボンディングで固定する。次いで、フォトダイオード１１上にＡＣＦ１９を載置し、その上にＩＣチップ１２を載置して、ＩＣチップ１２をフレーム原体に向けて軽く押圧する。これにより、ＩＣチップ１２がフォトダイオード１１に固定され、両者の対応する端子同士が電気的に接続される。
【００２８】
そして、ワイヤボンディングによって、端子２３〜２５をリードフレーム１３〜１５となる部位に接続し、続いて、フレーム原体の端部を除く全体を樹脂で封止して樹脂モールド２０を形成する。最後に、フレーム原体の樹脂モールド２０から突出した部位を切断して、リードフレーム１３〜１５を分離する。
【００２９】
このように、ＩＣチップ１２の固定やフォトダイオード１１への電気的接続はきわめて容易であり、ワイヤボンディングの数も少ないから、モジュール１の組み立ては効率がよい。しかも、従来のようにシールドを別途備える必要がないから、この点でも効率が向上する。また、フォトダイオード１１とＩＣチップ１２の接続にワイヤを使用しないから、ワイヤがフォトダイオード１１やＩＣチップ１２から外れたり、それらの端縁に接触したりする可能性がなく、モジュール１の信頼性は高い。したがって、モジュール１では、不良品の発生率はきわめて低くなる。
【００３０】
なお、ここでは導電性粒子を含むＡＣＦを用いたが、ＡＣＦとしては内部に金属細線を埋め込んだものを使用することもできる。また、ＡＣＦの両面に粘着性をもたせることに代えて、ＡＣＦを加熱してバンプ同士を接続するようにしてもよい。
【００３１】
第２の実施形態の光検出モジュール２の側面図を図２に示す。モジュール２は、導電性ペーストによってＩＣチップをフォトダイオードに固定したものである。ＡＣＦを使用しないこと以外モジュール１との差異はなく、同一の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。ＩＣチップ１２を透視して見たモジュール２の上面およびＩＣチップの上面は、それぞれ図３および図４に示したものと同じである。
【００３２】
フォトダイオード１１に設けられたバンプ２２ａ〜２５ａとＩＣチップ１２に設けられたバンプ２７〜３０の間には、銀等の導電性物質を含んだペースト膜３１が形成されており、これによって、ＩＣチップ１２はフォトダイオード１１に固定され、両者の対応する４組の端子が接続されている。この構成でも、モジュール１と全く同様に、ノイズなく光を検出することが可能であり、組み立ても容易である。
【００３３】
なお、上記各実施形態では、受光素子としてフォトダイオードを備える例を示したが、フォトトランジスタを受光素子として使用することも可能である。また、ここでは、受光モジュールのみの場合について説明したが、本発明は発光素子をも備えた通信モジュールにも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の光検出用モジュールでは、電磁波の影響を受け難い膜状の導電部材で受光素子のチップと増幅回路のチップを接続するとともに、増幅回路のチップに設けた金属膜が外部側に面する配置として、外部からの電磁波や光が増幅回路や導電部材に達するのを防止しているため、ノイズをほとんど伴うことなく光を検出することができる。しかも、２つのチップの接続が容易であり、また、シールドを別途備える必要がないため、製造効率が大きく向上する。さらに、２つのチップの接続が確実になって、モジュールの信頼性も高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態の光検出用モジュールの側面図。
【図２】  第２の実施形態の光検出用モジュールの側面図。
【図３】  第１および第２の実施形態の光検出用モジュールのＩＣチップを透視した上面図。
【図４】  第１および第２の実施形態の光検出用モジュールのＩＣチップの上面図。
【図５】  従来の光検出用モジュールの側面図。
【符号の説明】
１、２          光検出用モジュール
１１              ＰＩＮフォトダイオード
１１ａ            受光部
１２              ＩＣチップ
１２ａ            金属膜
１３、１４、１５  リードフレーム
１６、１７、１８  ワイヤ
１９              異方導電性膜
２０              樹脂モールド
２０ａ            レンズ
２２              端子
２２ａ            バンプ
２３、２４、２５  端子
２３ａ、２４ａ、２５ａ  バンプ
２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ  ボンディングパッド
２７              端子（バンプ）
２８、２９、３０  端子（バンプ）
３１              導電性ペースト膜
【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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