光学センサおよび光学センサの製造方法
【課題】小型化・薄型化および信頼性の向上を図り光学特性を良好にする。
【解決手段】表面に凹部２１を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠き２５を有するガラス材料からなる略板状のベース２０と、ベース２０に積層状態に接合され、凹部２１を密閉して空洞部２３を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部３０と、蓋部３０のベース２０に対向する表面に受光部１２を対面させて実装されて空洞部２３内に収容され、蓋部３０を透過して受光部１２により受光した光を光電変換する光電変換素子１１と、光電変換素子１１に接続された素子接続部１３Ａおよびベース２０の切欠き２５に対向する位置に配された配線接続部１３Ｂを有する複数の内部配線１３と、その配線接続部１３Ｂに一端が接続され、ベース２０の外側の表面上に他端が露出するように、切欠き２５の表面に沿って配された複数の外部配線１５とを備える光学センサ１を提供する。
【解決手段】表面に凹部２１を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠き２５を有するガラス材料からなる略板状のベース２０と、ベース２０に積層状態に接合され、凹部２１を密閉して空洞部２３を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部３０と、蓋部３０のベース２０に対向する表面に受光部１２を対面させて実装されて空洞部２３内に収容され、蓋部３０を透過して受光部１２により受光した光を光電変換する光電変換素子１１と、光電変換素子１１に接続された素子接続部１３Ａおよびベース２０の切欠き２５に対向する位置に配された配線接続部１３Ｂを有する複数の内部配線１３と、その配線接続部１３Ｂに一端が接続され、ベース２０の外側の表面上に他端が露出するように、切欠き２５の表面に沿って配された複数の外部配線１５とを備える光学センサ１を提供する。
【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所定の間隔をあけて対向させて配置し、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するとともに、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。この場合、インターポーザと実装用基板との間に樹脂を封入することが考えられるが、樹脂を封入すると光の透過率特性が低下することとなり、また、光電変換素子の光電変換部を避けるように樹脂を封入するのは非常に困難でもある。さらに、樹脂が経時的に変色して光学特性が変化したり水分が透過して腐触したりする可能性もあり、信頼性が不十分という問題がある。
【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・薄型化および信頼性の向上を図り、光学特性に優れた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、表面に凹部を有し、周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベースと、該ベースの前記表面に積層状態に接合され、前記凹部を密閉して空洞部を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部と、光を受光する受光部を有し、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に前記受光部を対面させて実装されて前記空洞部内に収容され、前記蓋部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、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に形成され、前記光学素子に接続された素子接続部および前記ベースの切欠きに対向する位置に配された配線接続部を有する複数の内部配線と、該内部配線の前記ベースの切欠きに対向する位置に配された前記配線接続部に一端が接続され、前記ベースの前記蓋部とは反対側の表面上に他端が露出するように、前記切欠きの表面に沿って配された複数の外部配線とを備える光学センサを提供する。
【０００９】
本発明によれば、蓋部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の素子接続部から配線接続部を介して外部配線へと送られる。外部配線の他端がベースの外側の表面上に露出させられているので、実装用基板等に面実装し外部配線の他端を外部電極に接続させる外部端子として作用させることにより、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、ベースの凹部により蓋部との間に形成される空洞部内に光学素子を収容するとともに外部配線を切欠きの表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図ることができる。また、ベースおよび蓋部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。また、略板状のベースを実装用基板等に直接実装することができ、姿勢を安定させて光学特性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明においては、前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、前記蓋部が、透過させる光の波長を制限する光学フィルタを少なくとも前記ベースに対向する表面に備えることとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、外部からの光がベースを透過して受光部により受光されてしまうのを防止することができる。また、一般的に光学素子の光電変換率は受光する光の波長によって変動するため、光学フィルタにより蓋部を透過する光の波長を制限することで、光学素子の波長依存性による光電変換率の変動による影響を低減し、光の強度を精度よく検知することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、前記蓋部が、前記光学素子の受光部が対面する範囲に光を透過する透過領域を有する遮光性のガラス材料からなることとしてもよい。
【００１４】
このように構成することで、光学素子の受光部により受光する光の入射方向を蓋部の透過領域に制限し、外部からの光がベースの全体や蓋部における光学素子の受光部が対面する範囲以外の領域を透過して受光部により受光されてしまうのを防止することができる。これにより、所望の光の強度を精度よく検知することができる。
【００１５】
本発明は、ガラス材料からなる平板状の蓋部材の表面に内部配線を形成する内部配線形成工程と、該内部配線形成工程により前記蓋部材の表面に形成された前記内部配線に光電変換素子を接続し、該光電変換素子を前記蓋部材の表面に受光部を対面させて実装する素子実装工程と、該素子実装工程により前記光電変換素子が実装された前記蓋部材と、表面に凹部を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベース部材とを積層状態に配し、該ベース部材の前記凹部に前記光電変換素子を収容して前記蓋部材により該凹部を密閉するように該蓋部材と前記ベース部材とを接合する接合工程と、該接合工程により前記蓋部材が接合された前記ベース部材の前記切欠きの表面に沿って外部配線を形成し、該外部配線の一端を前記内部配線に接続するとともに他端を前記ベース部材の前記蓋部材とは反対側の表面上に露出させるように配する外部配線形成工程とを含む光学センサの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、蓋部材とベース部材との接合面に凹部により空洞部が形成され、その空洞部内に蓋部材の表面に受光部を対面させて実装された光電変換素子が収容され、光電変換素子に内部配線を介して接続される外部配線の他端がベース部材の外側の表面に露出して配された光学センサが製造される。この光学センサは、ベース部材の外側の表面に露出する外部配線の他端を外部電極に接続させる外部端子として作用させて実装用基板等に面実装すれば、蓋部材を透過した光を光電変換素子の受光部により受光して光電変換し、その電気信号を内部配線および外部配線を介して外部に出力することができる。
【００１７】
この場合において、素子実装工程によりベース部材と蓋部材との間の空洞部内に光電変換素子を収容するとともに、外部配線形成工程により外部配線をベースの切欠きの表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図りつつ信頼性が高い光学センサを製造することができる。また、略板状のベース部材により実装用基板等に姿勢を安定させて実装でき、光学特性の向上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。
【００１８】
上記発明においては、前記切欠きが前記ベース部材の角部に形成され、前記内部配線の他端が前記蓋部材の角部に配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、複数のベース部材が形成された大判のガラス部材と複数の蓋部材が形成された大判のガラス部材を用いて、内部配線形成工程により隣接する蓋部材の角部どうしに一括して内部配線を形成するとともに、外部配線形成工程により隣接するベース部材の角部どうしに一括して外部配線を形成することができる。これにより、大判のガラス部材上で複数の光学センサを形成した後に個々に切断するだけで、複数の光学センサをまとめて簡易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光学センサによれば、小型化・薄型化および信頼性の向上を図り光学特性に優れ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】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学センサの概略図である。
【図２】（ａ）は図１のベースの内側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は図１のベースの外側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図３】（ａ）は図１の蓋部の外側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は図１のベースの内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【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】図１の光学センサを回路基板に実装した状態を示す概略図である。
【図６】ベースと蓋部とを絶縁層と金属膜層を介して接合した場合を示す縦断面の概略図である。
【図７】図６の内部配線、絶縁層、金属膜層の積層状態を拡大して示す縦断面の概略図である。
【図８】図６の蓋部の内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図９】本発明の一実施形態の第１変形例に係る光学センサの縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の第２変形例に係る光学センサの縦断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態の他の変形例に係る蓋部の外側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）の蓋部の内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の一実施形態の他の変形例に係るベースの内側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）のベースの外側表面を板厚方向に見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。光学センサ１は、例えば、１辺が０．５〜１０ｍｍの方形に形成されており、０．２〜１．５ｍｍの厚さを有している。この光学センサ１は、ガラス材料からなる略板状のベース２０と、光電変換素子１１が実装された透明なガラス材料からなる平板状の蓋部３０とが積層状態に接合されて構成されている。
【００２２】
ベース２０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、方形に形成されており、例えば、０．１５〜１．０ｍｍの厚さを有している。このベース２０は、その表面（内側表面）の中央に板厚方向に窪む凹部２１を有している。凹部２１は、ベース２０の表面（内側表面）の広範囲にわたる大きさを有し、略方形に形成されている。この凹部２１は、その内壁面が開口部から底面に向かって若干内側に傾斜するように、例えば、４５°程度の傾きを有している。
【００２３】
また、凹部２１は、蓋部３０によりその開口が覆われており、ベース２０と蓋部３０との間に空洞部２３を形成するようになっている。空洞部２３内は真空でなくてもよいし、必要に応じて真空にしてもよく、例えば、加熱時の空洞部２３内のガスの膨張を防ぐために凹部２１の開口を減圧封止することとしてもよい。また、空洞部２３は完全に密閉されていることが望ましいが、光学センサ１の信頼性を損なわない範囲であれば気体や液体が侵入することがあってもよい。
【００２４】
また、ベース２０は、周縁の四隅にそれぞれ角部が切り取られた切欠き２５を有している。切欠き２５は、内側に向かって１／４円弧状に窪む表面形状を有し、蓋部３０との接合面１４から反対側の表面（外側表面）に向かって若干内側に傾斜するように形成されている。例えば、切欠き２５は、板厚方向に対して５〜２５°程度、好ましくは１０〜１５°の傾きを有している。したがって、凹部２１の開口から底面に向かうにしたがい、切欠き２５と凹部２１との間の厚さが徐々に肉厚になるように変化している。図２（ａ）はベース２０の切欠き２５の表面に後述する外部配線１５が形成された状態を示し、図２（ｂ）はベース２０の外側表面および切欠き２５の表面に外部配線１５が形成された状態を示している。ベース２０単体には、切欠き２５により四隅に角部はない。図１２（ａ)，（ｂ）も同様である。
【００２５】
また、ベース２０の凹部２１側の表面（接合面１４）には、凹部２１の四隅とそれぞれ隣接する切欠き２５との間に板厚方向に僅かに窪む４つの溝部２７が形成されている。ベース２０の材質としては、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。
【００２６】
蓋部３０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ベース２０と同じ大きさの方形に形成されており、例えば、０．０５〜１．０ｍｍの厚さを有している。この蓋部３０は、ベース２０の表面（接合面１４）に凹部２１を密閉するように配置されている。蓋部３０の材質としては、例えば、ベース２０と同様に、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。蓋部３０のベース２０側の表面（内側表面）には、四隅からそれぞれ中央に向かって配された内部配線１３が形成されている。
【００２７】
各内部配線１３は、一端が蓋部３０の表面（内側表面）の中央付近まで延びて互いに接触しないように間隔をあけて配置され、他端が蓋部３０の角部に配置されて扇形状に形成されている。また、各内部配線１３は、蓋部３０とベース２０との接合面１４においてベース２０の溝部２７に収容されるようになっている。以下、内部配線１３の一端を素子接続部１３Ａといい、他端を配線接続部１３Ｂという。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。
【００２８】
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。この光電変換素子１１は、ベース２０の凹部２１よりも小さな方形に形成されており、例えば、１辺が０．３〜７ｍｍで、０．０５〜１．０ｍｍの厚さを有している。
【００２９】
また、光電変換素子１１は、蓋部３０のベース２０に対向する表面（内側表面）に受光部１２を対面させて取り付けられており、凹部２１により形成される空洞部２３内に収容されている。光電変換素子１１のベース２０側の表面と凹部２１の底面との間には所定の隙間が形成され、互いに接触しないようになっている。この光電変換素子１１には、４つの内部配線１３の配線接続部１３Ａがそれぞれ接続されている。
【００３０】
また、光学センサ１には、ベース２０の各切欠き２５の表面に沿って配された４つの外部配線１５が形成されている。外部配線１５は、その一端が内部配線１３の配線接続部１３Ｂに接続され、他端がベース２０の蓋部３０とは反対側の表面（外側表面）上に露出させられている。外部配線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。
【００３１】
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、複数の蓋部３０が形成される大判で所定の厚さのガラス材料からなる蓋部材（図示略）および複数のベース２０が形成される大判で所定の厚さのガラス材料からなるベース部材（図示略）が用いられる。
【００３２】
本実施形態に係る光学センサ１の製造方法は、蓋部材の表面に内部配線１３を形成する内部配線形成工程Ｓ１と、内部配線形成工程Ｓ１により内部配線１３が形成された蓋部材の表面に光電変換素子１１を実装する素子実装工程Ｓ２と、ベース部材の表面に凹部２１を形成する凹部形成工程Ｓ３と、ベース部材の表面に切欠き２５を形成する切欠き形成工程Ｓ４と、素子実装工程Ｓ２により光電変換素子１１が実装された蓋部材と凹部２１および切欠き２５を有するベース部材とを積層状態に接合する接合工程Ｓ５と、接合工程Ｓ５により蓋部材が接合されたベース部材の切欠き２５の表面に沿って外部配線１５を形成する外部配線形成工程Ｓ６と、外部配線形成工程Ｓ６により外部配線１５が形成された蓋部材およびベース部材を個々の光学センサ１ごとに切断するダイシング工程Ｓ７とを含んでいる。
【００３３】
内部配線形成工程Ｓ１においては、蓋部材の隣接する複数の蓋部３０の領域ごとに一括して内部配線１３を形成するようになっている。具体的には、蓋部材の表面の対角線方向に隣接する２つの蓋部３０の領域の略中央付近どうしを結ぶように内部配線１３を配し、それぞれ内部配線１３の両端が互いに接触しないように間隔をあけて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。
【００３４】
素子実装工程Ｓ２においては、蓋部材の表面の蓋部３０の領域ごとにその中央付近に形成された４つの内部配線１３の素子接続部１３Ａに光電変換素子１１をそれぞれ接続し、蓋部材の表面に受光部１２を対面させて光電変換素子１１を取り付けるようになっている（ＦＣＢ実装：フリップチップボンディング実装）。例えば、光電変換素子１１の電極部（図示略）または蓋部材上の内部配線１３の配線接続部１３Ａに突起電極（Ａｕ、Ａｇ、はんだ等）を設け、突起電極に超音波、荷重、熱等を印加することにより、光電変換素子１１と内部配線１３とを電気的・機械的に接合することとすればよい。
【００３５】
凹部形成工程Ｓ３においては、ベース部材の個々のベース２０の領域ごとに凹部２１を形成するようになっている。凹部２１は、例えば、ベース部材にホットプレス、サンドブラスト、酸エッチング等により形成することができる。
【００３６】
切欠き形成工程Ｓ４においては、ベース部材の隣接する複数のベース２０の領域ごとに一括して切欠き２５を形成するようになっている。具体的には、ベース部材の表面の縦横に２つずつ隣接する４つのベース２０の領域の中心に板厚方向に沿ってテーパ状の貫通孔（切欠き２５）を形成するようになっている。
【００３７】
切欠き２５は、例えば、凹部２１と同様に、ベース部材にホットプレス、サンドブラスト、酸エッチング等により形成することができる。
凹部形成工程Ｓ３と切欠き形成工程Ｓ４は、どちらを先に行うこととしてもよいし同時に行うこととしてもよい。また、凹部形成工程Ｓ３または切欠き形成工程Ｓ４において、ベース部材の表面にベース２０の領域ごとに溝部２７を形成しておく。
【００３８】
接合工程Ｓ５においては、ベース部材と蓋部材とを板厚方向に積層方向に配し、ベース部材の凹部２１に蓋部材に実装された光電変換素子１１を収容させて蓋部材とベースとを接合するようになっている。このとき、ベース２０の溝部２７に内部配線１３を収容させ、蓋部材により凹部２１を密閉する。接合方法としては、例えば、陽極接合、接着剤による接合、直接接合、Ａｕ−Ｓｎ接合、Ａｕ−Ａｕ接合、はんだによる接合等が挙げられる。
【００３９】
外部配線形成工程Ｓ６においては、ベース部材に形成された貫通孔（切欠き２５）の表面に沿って外部配線１５を形成し、その一端を蓋部材に形成された内部配線１３の配線接続部１３Ｂに接続し、他端をベース部材の蓋部材とは反対側の表面上に露出させるようになっている。外部配線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。
【００４０】
ダイシング工程Ｓ７においては、積層状態に接合されたベース部材と蓋部材とを個々のベース２０および蓋部３０に切断するようになっている。これにより、蓋部材の内部配線１３の配線接続部１３Ｂおよびベース部材の切欠き２５がそれぞれ４分割あるいは２分割され、４つの内部配線１３および外部配線１５を備え、ベース２０と蓋部３０との間の空洞部２３内に光電変換素子１１が収容された複数の光学センサ１が製造される。
【００４１】
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、外部から蓋部３０を透過して光学センサ１内に入射され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の素子接続部１３Ａから配線接続部１３Ｂを介して外部配線１５へと送られる。
【００４２】
外部配線１５の他端がベース２０の外側の表面上に露出させられているので、図５に示すように、はんだ４により回路基板（実装用基板）３に光学センサ１を面実装し、外部配線１５の他端を基板電極（外部電極）５に接続する外部端子として作用させることで、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。
【００４３】
この場合において、蓋部３０にＦＣＢ実装した光電変換素子１１をベース２０との間の空洞部２３内に収容するとともに、外部配線１５を切欠き２５の表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図ることができる。また、ベース２０および蓋部３０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、略板状のベース２０を回路基板３等に直接実装することができ、姿勢を安定させて光学特性の向上を図ることができる。また、本実施形態に係る光学センサ１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。
【００４４】
本実施形態においては、ベース３０の凹部２１側の表面（接合面１４）に溝部２７を設けることとしたが、溝部２７を設けないこととしてもよい。内部配線１３が、例えば、数十ｎｍ〜数μｍ程度の薄膜であれば、ベース２０と蓋部３０とを絶縁性の接着剤により接合する場合は、溝部１７を設けなくても内部配線１３の段差の影響を受けることなくこれらを接合することができる。
【００４５】
ベース２０と蓋部３０とを陽極接合やＡｕ−Ｓｎ接合またはＡｕ−Ａｕ接合（金属接合）する場合において、ベース３０に溝部２７を設ける場合は、溝部２７に内部配線１３を収容してベース２０の表面（内側表面）の溝部２７以外の領域を接合し、溝部２７による隙間は接合後に接着材等を充填して封止することとしてもよい。また、溝部２７による隙間が十分に小さく信頼性に影響がなければそのままにすることとしてもよい。
【００４６】
また、ベース２０と蓋部３０とを陽極接合やＡｕ−Ｓｎ接合またはＡｕ−Ａｕ接合する場合において、ベース３０に溝部２７を設けない場合は、例えば、図６〜図８に示すように、蓋部３０に形成された内部配線１３上に絶縁層（例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、ポリイミドなど。）４１を形成し、絶縁層４１上（ベース２０側）に接合用の金属膜層（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、合金等。）４３を形成することとしてもよい。
【００４７】
この場合において、内部配線１３の段差が絶縁層４１上の平坦度にも影響するときは、絶縁層４１を平面状に研磨することとしてもよい。また、絶縁層４１および金属膜層４３は、ベース２０の切欠き２５と光電変換素子１１の電極部１２にかからないように形成することが望ましい。また、金属膜層４３は、絶縁層４１上に絶縁層４１と同じ形状で同じ大きさに形成するか、または、絶縁層４１よりも小さく形成することが望ましい。また、内部配線１３、絶縁層４１、金属膜層４３の厚さをそれぞれ数十ｎｍ以下にすることで、切欠き２５と内部配線１３との間に生じる隙間を小さくし、配線形成時に断線することなく接続することができる。隙間の影響の対策として、内部配線１３の電極接続部１３Ｂを積層したり、切欠き２５にＡｇペーストなどの導電部材を充填したりすることとしてもよい。
【００４８】
本実施形態は以下のように変形することができる。
第１変形例としては、例えば、図９に示すように、ベース２０が、有色で光を透過しないガラス材料か、または、有色で光電変換素子１１の特性に影響を与えない程度の遮光性を有するガラス材料からなることとしてもよい。また、蓋部３０が、透過させる光の波長を制限する薄膜フィルタ（光学フィルタ）３１を両面に備えることとしてもよい。この場合、ベース２０は、例えば、ガラス材料中にマンガン等の金属粉を混入して黒色化したものを用いることができる。
【００４９】
このようにすることで、外部からの光がベース２０を透過して受光部１２により受光されてしまうのを防止することができる。また、一般的に光学素子の光電変換率は受光する光の波長によって変動するため、薄膜フィルタ３１により蓋部３０を透過する光の波長を制限することで、光電変換素子１１の波長依存性による光電変換率の変動による影響を低減し、光の強度を精度よく検知することができる。薄膜フィルタ３１は、単層であってもよいし多層であってもよく、また、蓋部３０の一方の表面のみに設けられていることとしてもよい。また、薄膜フィルタ３１は、蓋部３０の表面に形成することが好ましく、これにより、薄膜フィルタ３１に反りが生じるのを防ぐことができる。
【００５０】
第２変形例としては、例えば、図１０に示すように、ベース２０は第１変形例と同様であり、蓋部３０が、有色で光を透過しないガラス材料か、または、有色で光電変換素子１１の特性に影響を与えない程度の遮光性を有するガラス材料からなり、光電変換素子１１の受光部１２が対面する範囲周辺のみに光を透過することができる透過領域３３が設けられていることとしてもよい。蓋部３０の透過領域３３は、例えば、透過する光の波長を制限する光学フィルタとしての特性を有することが望ましい。
【００５１】
このようにすることで、光電変換素子１１の受光部１２により受光する光の入射方向を蓋部３０の透過領域３３に制限し、外部からの光がベース２０の全体や蓋部３０における光電変換素子１１の受光部１２が対面する範囲以外の領域を透過して受光部１２により受光されてしまうのを防止することができる。これにより、所望の光の強度を精度よく検知することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施形態においては、切欠き２５および外部配線１５をベース２０の四隅に配置し、内部配線１３の配線接続部１３Ｂを蓋部３０の四隅に配置することとしたが、内部配線１３の配線接続部１３Ｂと切欠き２５の表面に沿って形成された外部配線１５の他端とが接続されていればよく、切欠き２５および外部配線１５はそれぞれベース２０の周縁に配置することとすればよいし、内部配線１３の配線接続部１３Ｂは蓋部３０の周縁付近の切欠き２５および外部配線１５に対向する位置に配置することとすればよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、蓋部３０およびベース２０をそれぞれ大判の蓋部材および大判のベース部材により一括して複数形成することとしたが、例えば、蓋部３０およびベース２０を個々に組み合わせて光学センサ１を製造することとしてもよい。また、光学センサ１の製造方法が、切欠き形成工程Ｓ４、凹部形成工程Ｓ５およびダイシング工程Ｓ７を含むこととしたが、これらの工程を含まずに、予め切欠き２５や凹部２１が形成されているベース２０を用いることとしてもよいし、予め個々に切断されている蓋部３０およびベース２０を用いることとしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、光学センサ１が４つの内部配線１３を備えることとしたが、内部配線１３は複数備えられていればよい。例えば、光学センサ１が６つの内部配線１３を備える場合は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、各内部配線１３の一端（素子接続部１３Ａ）を蓋部３０の中央付近に配し、他端（配線接続部１３Ｂ）を蓋部３０の四隅と、周縁の２つの角部の中間付近に配置することとすればよい。この場合、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ベース２０には、蓋部３０に形成された内部配線１３の配線接続部１３Ｂに対向する位置、すなわち、ベース２０の四隅と周縁の２つの隅部の中間付近にそれぞれ切欠き２５を形成することとすればよい。
【００５５】
このようにすることで、大判のベース部材と大判の蓋部材を用いて、内部配線形成工程Ｓ１により、隣接する蓋部３０の領域どうしに一括して内部配線１３を形成することとができる。また、切欠き形成工程Ｓ４により、隣接するベース２０の領域どうしに一括して切欠き２５を形成したり、外部配線形成工程Ｓ６により、隣接するベース２０の領域どうしに一括して外部配線１５を形成したりすることができる。このように、ベース２０の周縁の隅部間に形成する切欠き２５の数および各切欠き２５の表面に形成する外部配線１５の数を増やすことで、内部配線１３の数も増加することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 光学センサ
１１ 光電変換素子（光学素子）
１２ 受光部
１３Ａ 素子接続部
１３Ｂ 配線接続部
１５ 外部配線
２０ ベース
２１ 凹部
２５ 切欠き
３０ 蓋部
Ｓ１ 内部配線形成工程
Ｓ２ 素子実装工程
Ｓ５ 接合工程
Ｓ６ 外部配線形成工程
【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所定の間隔をあけて対向させて配置し、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するとともに、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。この場合、インターポーザと実装用基板との間に樹脂を封入することが考えられるが、樹脂を封入すると光の透過率特性が低下することとなり、また、光電変換素子の光電変換部を避けるように樹脂を封入するのは非常に困難でもある。さらに、樹脂が経時的に変色して光学特性が変化したり水分が透過して腐触したりする可能性もあり、信頼性が不十分という問題がある。
【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・薄型化および信頼性の向上を図り、光学特性に優れた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、表面に凹部を有し、周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベースと、該ベースの前記表面に積層状態に接合され、前記凹部を密閉して空洞部を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部と、光を受光する受光部を有し、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に前記受光部を対面させて実装されて前記空洞部内に収容され、前記蓋部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、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に形成され、前記光学素子に接続された素子接続部および前記ベースの切欠きに対向する位置に配された配線接続部を有する複数の内部配線と、該内部配線の前記ベースの切欠きに対向する位置に配された前記配線接続部に一端が接続され、前記ベースの前記蓋部とは反対側の表面上に他端が露出するように、前記切欠きの表面に沿って配された複数の外部配線とを備える光学センサを提供する。
【０００９】
本発明によれば、蓋部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の素子接続部から配線接続部を介して外部配線へと送られる。外部配線の他端がベースの外側の表面上に露出させられているので、実装用基板等に面実装し外部配線の他端を外部電極に接続させる外部端子として作用させることにより、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、ベースの凹部により蓋部との間に形成される空洞部内に光学素子を収容するとともに外部配線を切欠きの表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図ることができる。また、ベースおよび蓋部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。また、略板状のベースを実装用基板等に直接実装することができ、姿勢を安定させて光学特性の向上を図ることができる。
【００１１】
本発明においては、前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、前記蓋部が、透過させる光の波長を制限する光学フィルタを少なくとも前記ベースに対向する表面に備えることとしてもよい。
【００１２】
このように構成することで、外部からの光がベースを透過して受光部により受光されてしまうのを防止することができる。また、一般的に光学素子の光電変換率は受光する光の波長によって変動するため、光学フィルタにより蓋部を透過する光の波長を制限することで、光学素子の波長依存性による光電変換率の変動による影響を低減し、光の強度を精度よく検知することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、前記蓋部が、前記光学素子の受光部が対面する範囲に光を透過する透過領域を有する遮光性のガラス材料からなることとしてもよい。
【００１４】
このように構成することで、光学素子の受光部により受光する光の入射方向を蓋部の透過領域に制限し、外部からの光がベースの全体や蓋部における光学素子の受光部が対面する範囲以外の領域を透過して受光部により受光されてしまうのを防止することができる。これにより、所望の光の強度を精度よく検知することができる。
【００１５】
本発明は、ガラス材料からなる平板状の蓋部材の表面に内部配線を形成する内部配線形成工程と、該内部配線形成工程により前記蓋部材の表面に形成された前記内部配線に光電変換素子を接続し、該光電変換素子を前記蓋部材の表面に受光部を対面させて実装する素子実装工程と、該素子実装工程により前記光電変換素子が実装された前記蓋部材と、表面に凹部を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベース部材とを積層状態に配し、該ベース部材の前記凹部に前記光電変換素子を収容して前記蓋部材により該凹部を密閉するように該蓋部材と前記ベース部材とを接合する接合工程と、該接合工程により前記蓋部材が接合された前記ベース部材の前記切欠きの表面に沿って外部配線を形成し、該外部配線の一端を前記内部配線に接続するとともに他端を前記ベース部材の前記蓋部材とは反対側の表面上に露出させるように配する外部配線形成工程とを含む光学センサの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、蓋部材とベース部材との接合面に凹部により空洞部が形成され、その空洞部内に蓋部材の表面に受光部を対面させて実装された光電変換素子が収容され、光電変換素子に内部配線を介して接続される外部配線の他端がベース部材の外側の表面に露出して配された光学センサが製造される。この光学センサは、ベース部材の外側の表面に露出する外部配線の他端を外部電極に接続させる外部端子として作用させて実装用基板等に面実装すれば、蓋部材を透過した光を光電変換素子の受光部により受光して光電変換し、その電気信号を内部配線および外部配線を介して外部に出力することができる。
【００１７】
この場合において、素子実装工程によりベース部材と蓋部材との間の空洞部内に光電変換素子を収容するとともに、外部配線形成工程により外部配線をベースの切欠きの表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図りつつ信頼性が高い光学センサを製造することができる。また、略板状のベース部材により実装用基板等に姿勢を安定させて実装でき、光学特性の向上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。
【００１８】
上記発明においては、前記切欠きが前記ベース部材の角部に形成され、前記内部配線の他端が前記蓋部材の角部に配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、複数のベース部材が形成された大判のガラス部材と複数の蓋部材が形成された大判のガラス部材を用いて、内部配線形成工程により隣接する蓋部材の角部どうしに一括して内部配線を形成するとともに、外部配線形成工程により隣接するベース部材の角部どうしに一括して外部配線を形成することができる。これにより、大判のガラス部材上で複数の光学センサを形成した後に個々に切断するだけで、複数の光学センサをまとめて簡易に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光学センサによれば、小型化・薄型化および信頼性の向上を図り光学特性に優れ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】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学センサの概略図である。
【図２】（ａ）は図１のベースの内側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は図１のベースの外側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図３】（ａ）は図１の蓋部の外側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は図１のベースの内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【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】図１の光学センサを回路基板に実装した状態を示す概略図である。
【図６】ベースと蓋部とを絶縁層と金属膜層を介して接合した場合を示す縦断面の概略図である。
【図７】図６の内部配線、絶縁層、金属膜層の積層状態を拡大して示す縦断面の概略図である。
【図８】図６の蓋部の内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図９】本発明の一実施形態の第１変形例に係る光学センサの縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の第２変形例に係る光学センサの縦断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態の他の変形例に係る蓋部の外側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）の蓋部の内側表面を板厚方向に見た平面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の一実施形態の他の変形例に係るベースの内側表面を板厚方向に見た平面図であり、（ｂ）は（ａ）のベースの外側表面を板厚方向に見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。光学センサ１は、例えば、１辺が０．５〜１０ｍｍの方形に形成されており、０．２〜１．５ｍｍの厚さを有している。この光学センサ１は、ガラス材料からなる略板状のベース２０と、光電変換素子１１が実装された透明なガラス材料からなる平板状の蓋部３０とが積層状態に接合されて構成されている。
【００２２】
ベース２０は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、方形に形成されており、例えば、０．１５〜１．０ｍｍの厚さを有している。このベース２０は、その表面（内側表面）の中央に板厚方向に窪む凹部２１を有している。凹部２１は、ベース２０の表面（内側表面）の広範囲にわたる大きさを有し、略方形に形成されている。この凹部２１は、その内壁面が開口部から底面に向かって若干内側に傾斜するように、例えば、４５°程度の傾きを有している。
【００２３】
また、凹部２１は、蓋部３０によりその開口が覆われており、ベース２０と蓋部３０との間に空洞部２３を形成するようになっている。空洞部２３内は真空でなくてもよいし、必要に応じて真空にしてもよく、例えば、加熱時の空洞部２３内のガスの膨張を防ぐために凹部２１の開口を減圧封止することとしてもよい。また、空洞部２３は完全に密閉されていることが望ましいが、光学センサ１の信頼性を損なわない範囲であれば気体や液体が侵入することがあってもよい。
【００２４】
また、ベース２０は、周縁の四隅にそれぞれ角部が切り取られた切欠き２５を有している。切欠き２５は、内側に向かって１／４円弧状に窪む表面形状を有し、蓋部３０との接合面１４から反対側の表面（外側表面）に向かって若干内側に傾斜するように形成されている。例えば、切欠き２５は、板厚方向に対して５〜２５°程度、好ましくは１０〜１５°の傾きを有している。したがって、凹部２１の開口から底面に向かうにしたがい、切欠き２５と凹部２１との間の厚さが徐々に肉厚になるように変化している。図２（ａ）はベース２０の切欠き２５の表面に後述する外部配線１５が形成された状態を示し、図２（ｂ）はベース２０の外側表面および切欠き２５の表面に外部配線１５が形成された状態を示している。ベース２０単体には、切欠き２５により四隅に角部はない。図１２（ａ)，（ｂ）も同様である。
【００２５】
また、ベース２０の凹部２１側の表面（接合面１４）には、凹部２１の四隅とそれぞれ隣接する切欠き２５との間に板厚方向に僅かに窪む４つの溝部２７が形成されている。ベース２０の材質としては、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。
【００２６】
蓋部３０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ベース２０と同じ大きさの方形に形成されており、例えば、０．０５〜１．０ｍｍの厚さを有している。この蓋部３０は、ベース２０の表面（接合面１４）に凹部２１を密閉するように配置されている。蓋部３０の材質としては、例えば、ベース２０と同様に、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。蓋部３０のベース２０側の表面（内側表面）には、四隅からそれぞれ中央に向かって配された内部配線１３が形成されている。
【００２７】
各内部配線１３は、一端が蓋部３０の表面（内側表面）の中央付近まで延びて互いに接触しないように間隔をあけて配置され、他端が蓋部３０の角部に配置されて扇形状に形成されている。また、各内部配線１３は、蓋部３０とベース２０との接合面１４においてベース２０の溝部２７に収容されるようになっている。以下、内部配線１３の一端を素子接続部１３Ａといい、他端を配線接続部１３Ｂという。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。
【００２８】
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。この光電変換素子１１は、ベース２０の凹部２１よりも小さな方形に形成されており、例えば、１辺が０．３〜７ｍｍで、０．０５〜１．０ｍｍの厚さを有している。
【００２９】
また、光電変換素子１１は、蓋部３０のベース２０に対向する表面（内側表面）に受光部１２を対面させて取り付けられており、凹部２１により形成される空洞部２３内に収容されている。光電変換素子１１のベース２０側の表面と凹部２１の底面との間には所定の隙間が形成され、互いに接触しないようになっている。この光電変換素子１１には、４つの内部配線１３の配線接続部１３Ａがそれぞれ接続されている。
【００３０】
また、光学センサ１には、ベース２０の各切欠き２５の表面に沿って配された４つの外部配線１５が形成されている。外部配線１５は、その一端が内部配線１３の配線接続部１３Ｂに接続され、他端がベース２０の蓋部３０とは反対側の表面（外側表面）上に露出させられている。外部配線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。
【００３１】
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、複数の蓋部３０が形成される大判で所定の厚さのガラス材料からなる蓋部材（図示略）および複数のベース２０が形成される大判で所定の厚さのガラス材料からなるベース部材（図示略）が用いられる。
【００３２】
本実施形態に係る光学センサ１の製造方法は、蓋部材の表面に内部配線１３を形成する内部配線形成工程Ｓ１と、内部配線形成工程Ｓ１により内部配線１３が形成された蓋部材の表面に光電変換素子１１を実装する素子実装工程Ｓ２と、ベース部材の表面に凹部２１を形成する凹部形成工程Ｓ３と、ベース部材の表面に切欠き２５を形成する切欠き形成工程Ｓ４と、素子実装工程Ｓ２により光電変換素子１１が実装された蓋部材と凹部２１および切欠き２５を有するベース部材とを積層状態に接合する接合工程Ｓ５と、接合工程Ｓ５により蓋部材が接合されたベース部材の切欠き２５の表面に沿って外部配線１５を形成する外部配線形成工程Ｓ６と、外部配線形成工程Ｓ６により外部配線１５が形成された蓋部材およびベース部材を個々の光学センサ１ごとに切断するダイシング工程Ｓ７とを含んでいる。
【００３３】
内部配線形成工程Ｓ１においては、蓋部材の隣接する複数の蓋部３０の領域ごとに一括して内部配線１３を形成するようになっている。具体的には、蓋部材の表面の対角線方向に隣接する２つの蓋部３０の領域の略中央付近どうしを結ぶように内部配線１３を配し、それぞれ内部配線１３の両端が互いに接触しないように間隔をあけて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。
【００３４】
素子実装工程Ｓ２においては、蓋部材の表面の蓋部３０の領域ごとにその中央付近に形成された４つの内部配線１３の素子接続部１３Ａに光電変換素子１１をそれぞれ接続し、蓋部材の表面に受光部１２を対面させて光電変換素子１１を取り付けるようになっている（ＦＣＢ実装：フリップチップボンディング実装）。例えば、光電変換素子１１の電極部（図示略）または蓋部材上の内部配線１３の配線接続部１３Ａに突起電極（Ａｕ、Ａｇ、はんだ等）を設け、突起電極に超音波、荷重、熱等を印加することにより、光電変換素子１１と内部配線１３とを電気的・機械的に接合することとすればよい。
【００３５】
凹部形成工程Ｓ３においては、ベース部材の個々のベース２０の領域ごとに凹部２１を形成するようになっている。凹部２１は、例えば、ベース部材にホットプレス、サンドブラスト、酸エッチング等により形成することができる。
【００３６】
切欠き形成工程Ｓ４においては、ベース部材の隣接する複数のベース２０の領域ごとに一括して切欠き２５を形成するようになっている。具体的には、ベース部材の表面の縦横に２つずつ隣接する４つのベース２０の領域の中心に板厚方向に沿ってテーパ状の貫通孔（切欠き２５）を形成するようになっている。
【００３７】
切欠き２５は、例えば、凹部２１と同様に、ベース部材にホットプレス、サンドブラスト、酸エッチング等により形成することができる。
凹部形成工程Ｓ３と切欠き形成工程Ｓ４は、どちらを先に行うこととしてもよいし同時に行うこととしてもよい。また、凹部形成工程Ｓ３または切欠き形成工程Ｓ４において、ベース部材の表面にベース２０の領域ごとに溝部２７を形成しておく。
【００３８】
接合工程Ｓ５においては、ベース部材と蓋部材とを板厚方向に積層方向に配し、ベース部材の凹部２１に蓋部材に実装された光電変換素子１１を収容させて蓋部材とベースとを接合するようになっている。このとき、ベース２０の溝部２７に内部配線１３を収容させ、蓋部材により凹部２１を密閉する。接合方法としては、例えば、陽極接合、接着剤による接合、直接接合、Ａｕ−Ｓｎ接合、Ａｕ−Ａｕ接合、はんだによる接合等が挙げられる。
【００３９】
外部配線形成工程Ｓ６においては、ベース部材に形成された貫通孔（切欠き２５）の表面に沿って外部配線１５を形成し、その一端を蓋部材に形成された内部配線１３の配線接続部１３Ｂに接続し、他端をベース部材の蓋部材とは反対側の表面上に露出させるようになっている。外部配線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。
【００４０】
ダイシング工程Ｓ７においては、積層状態に接合されたベース部材と蓋部材とを個々のベース２０および蓋部３０に切断するようになっている。これにより、蓋部材の内部配線１３の配線接続部１３Ｂおよびベース部材の切欠き２５がそれぞれ４分割あるいは２分割され、４つの内部配線１３および外部配線１５を備え、ベース２０と蓋部３０との間の空洞部２３内に光電変換素子１１が収容された複数の光学センサ１が製造される。
【００４１】
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、外部から蓋部３０を透過して光学センサ１内に入射され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の素子接続部１３Ａから配線接続部１３Ｂを介して外部配線１５へと送られる。
【００４２】
外部配線１５の他端がベース２０の外側の表面上に露出させられているので、図５に示すように、はんだ４により回路基板（実装用基板）３に光学センサ１を面実装し、外部配線１５の他端を基板電極（外部電極）５に接続する外部端子として作用させることで、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。
【００４３】
この場合において、蓋部３０にＦＣＢ実装した光電変換素子１１をベース２０との間の空洞部２３内に収容するとともに、外部配線１５を切欠き２５の表面に沿って配することで、小型化・薄型化を図ることができる。また、ベース２０および蓋部３０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、略板状のベース２０を回路基板３等に直接実装することができ、姿勢を安定させて光学特性の向上を図ることができる。また、本実施形態に係る光学センサ１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。
【００４４】
本実施形態においては、ベース３０の凹部２１側の表面（接合面１４）に溝部２７を設けることとしたが、溝部２７を設けないこととしてもよい。内部配線１３が、例えば、数十ｎｍ〜数μｍ程度の薄膜であれば、ベース２０と蓋部３０とを絶縁性の接着剤により接合する場合は、溝部１７を設けなくても内部配線１３の段差の影響を受けることなくこれらを接合することができる。
【００４５】
ベース２０と蓋部３０とを陽極接合やＡｕ−Ｓｎ接合またはＡｕ−Ａｕ接合（金属接合）する場合において、ベース３０に溝部２７を設ける場合は、溝部２７に内部配線１３を収容してベース２０の表面（内側表面）の溝部２７以外の領域を接合し、溝部２７による隙間は接合後に接着材等を充填して封止することとしてもよい。また、溝部２７による隙間が十分に小さく信頼性に影響がなければそのままにすることとしてもよい。
【００４６】
また、ベース２０と蓋部３０とを陽極接合やＡｕ−Ｓｎ接合またはＡｕ−Ａｕ接合する場合において、ベース３０に溝部２７を設けない場合は、例えば、図６〜図８に示すように、蓋部３０に形成された内部配線１３上に絶縁層（例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、ポリイミドなど。）４１を形成し、絶縁層４１上（ベース２０側）に接合用の金属膜層（例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｓｎ、合金等。）４３を形成することとしてもよい。
【００４７】
この場合において、内部配線１３の段差が絶縁層４１上の平坦度にも影響するときは、絶縁層４１を平面状に研磨することとしてもよい。また、絶縁層４１および金属膜層４３は、ベース２０の切欠き２５と光電変換素子１１の電極部１２にかからないように形成することが望ましい。また、金属膜層４３は、絶縁層４１上に絶縁層４１と同じ形状で同じ大きさに形成するか、または、絶縁層４１よりも小さく形成することが望ましい。また、内部配線１３、絶縁層４１、金属膜層４３の厚さをそれぞれ数十ｎｍ以下にすることで、切欠き２５と内部配線１３との間に生じる隙間を小さくし、配線形成時に断線することなく接続することができる。隙間の影響の対策として、内部配線１３の電極接続部１３Ｂを積層したり、切欠き２５にＡｇペーストなどの導電部材を充填したりすることとしてもよい。
【００４８】
本実施形態は以下のように変形することができる。
第１変形例としては、例えば、図９に示すように、ベース２０が、有色で光を透過しないガラス材料か、または、有色で光電変換素子１１の特性に影響を与えない程度の遮光性を有するガラス材料からなることとしてもよい。また、蓋部３０が、透過させる光の波長を制限する薄膜フィルタ（光学フィルタ）３１を両面に備えることとしてもよい。この場合、ベース２０は、例えば、ガラス材料中にマンガン等の金属粉を混入して黒色化したものを用いることができる。
【００４９】
このようにすることで、外部からの光がベース２０を透過して受光部１２により受光されてしまうのを防止することができる。また、一般的に光学素子の光電変換率は受光する光の波長によって変動するため、薄膜フィルタ３１により蓋部３０を透過する光の波長を制限することで、光電変換素子１１の波長依存性による光電変換率の変動による影響を低減し、光の強度を精度よく検知することができる。薄膜フィルタ３１は、単層であってもよいし多層であってもよく、また、蓋部３０の一方の表面のみに設けられていることとしてもよい。また、薄膜フィルタ３１は、蓋部３０の表面に形成することが好ましく、これにより、薄膜フィルタ３１に反りが生じるのを防ぐことができる。
【００５０】
第２変形例としては、例えば、図１０に示すように、ベース２０は第１変形例と同様であり、蓋部３０が、有色で光を透過しないガラス材料か、または、有色で光電変換素子１１の特性に影響を与えない程度の遮光性を有するガラス材料からなり、光電変換素子１１の受光部１２が対面する範囲周辺のみに光を透過することができる透過領域３３が設けられていることとしてもよい。蓋部３０の透過領域３３は、例えば、透過する光の波長を制限する光学フィルタとしての特性を有することが望ましい。
【００５１】
このようにすることで、光電変換素子１１の受光部１２により受光する光の入射方向を蓋部３０の透過領域３３に制限し、外部からの光がベース２０の全体や蓋部３０における光電変換素子１１の受光部１２が対面する範囲以外の領域を透過して受光部１２により受光されてしまうのを防止することができる。これにより、所望の光の強度を精度よく検知することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本実施形態においては、切欠き２５および外部配線１５をベース２０の四隅に配置し、内部配線１３の配線接続部１３Ｂを蓋部３０の四隅に配置することとしたが、内部配線１３の配線接続部１３Ｂと切欠き２５の表面に沿って形成された外部配線１５の他端とが接続されていればよく、切欠き２５および外部配線１５はそれぞれベース２０の周縁に配置することとすればよいし、内部配線１３の配線接続部１３Ｂは蓋部３０の周縁付近の切欠き２５および外部配線１５に対向する位置に配置することとすればよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、蓋部３０およびベース２０をそれぞれ大判の蓋部材および大判のベース部材により一括して複数形成することとしたが、例えば、蓋部３０およびベース２０を個々に組み合わせて光学センサ１を製造することとしてもよい。また、光学センサ１の製造方法が、切欠き形成工程Ｓ４、凹部形成工程Ｓ５およびダイシング工程Ｓ７を含むこととしたが、これらの工程を含まずに、予め切欠き２５や凹部２１が形成されているベース２０を用いることとしてもよいし、予め個々に切断されている蓋部３０およびベース２０を用いることとしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、光学センサ１が４つの内部配線１３を備えることとしたが、内部配線１３は複数備えられていればよい。例えば、光学センサ１が６つの内部配線１３を備える場合は、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、各内部配線１３の一端（素子接続部１３Ａ）を蓋部３０の中央付近に配し、他端（配線接続部１３Ｂ）を蓋部３０の四隅と、周縁の２つの角部の中間付近に配置することとすればよい。この場合、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ベース２０には、蓋部３０に形成された内部配線１３の配線接続部１３Ｂに対向する位置、すなわち、ベース２０の四隅と周縁の２つの隅部の中間付近にそれぞれ切欠き２５を形成することとすればよい。
【００５５】
このようにすることで、大判のベース部材と大判の蓋部材を用いて、内部配線形成工程Ｓ１により、隣接する蓋部３０の領域どうしに一括して内部配線１３を形成することとができる。また、切欠き形成工程Ｓ４により、隣接するベース２０の領域どうしに一括して切欠き２５を形成したり、外部配線形成工程Ｓ６により、隣接するベース２０の領域どうしに一括して外部配線１５を形成したりすることができる。このように、ベース２０の周縁の隅部間に形成する切欠き２５の数および各切欠き２５の表面に形成する外部配線１５の数を増やすことで、内部配線１３の数も増加することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 光学センサ
１１ 光電変換素子（光学素子）
１２ 受光部
１３Ａ 素子接続部
１３Ｂ 配線接続部
１５ 外部配線
２０ ベース
２１ 凹部
２５ 切欠き
３０ 蓋部
Ｓ１ 内部配線形成工程
Ｓ２ 素子実装工程
Ｓ５ 接合工程
Ｓ６ 外部配線形成工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部を有し、周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベースと、
該ベースの前記表面に積層状態に接合され、前記凹部を密閉して空洞部を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部と、
光を受光する受光部を有し、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に前記受光部を対面させて実装されて前記空洞部内に収容され、前記蓋部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、
前記蓋部の前記ベースに対向する表面に形成され、前記光学素子に接続された素子接続部および前記ベースの切欠きに対向する位置に配された配線接続部を有する複数の内部配線と、
該内部配線の前記ベースの切欠きに対向する位置に配された前記配線接続部に一端が接続され、前記ベースの前記蓋部とは反対側の表面上に他端が露出するように、前記切欠きの表面に沿って配された複数の外部配線とを備える光学センサ。
【請求項２】
前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、
前記蓋部が、透過させる光の波長を制限する光学フィルタを少なくとも前記ベースに対向する表面に備える請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、
前記蓋部が、前記光学素子の受光部が対面する範囲に光を透過する透過領域を有する遮光性のガラス材料からなる請求項１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蓋部材の表面に内部配線を形成する内部配線形成工程と、
該内部配線形成工程により前記蓋部材の表面に形成された前記内部配線に光電変換素子を接続し、該光電変換素子を前記蓋部材の表面に受光部を対面させて実装する素子実装工程と、
該素子実装工程により前記光電変換素子が実装された前記蓋部材と、表面に凹部を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベース部材とを積層状態に配し、該ベース部材の前記凹部に前記光電変換素子を収容して前記蓋部材により該凹部を密閉するように該蓋部材と前記ベース部材とを接合する接合工程と、
該接合工程により前記蓋部材が接合された前記ベース部材の前記切欠きの表面に沿って外部配線を形成し、該外部配線の一端を前記内部配線に接続するとともに他端を前記ベース部材の前記蓋部材とは反対側の表面上に露出させるように配する外部配線形成工程とを含む光学センサの製造方法。
【請求項５】
前記切欠きが前記ベース部材の角部に形成され、前記内部配線の他端が前記蓋部材の角部に配されている請求項４に記載の光学センサの製造方法。
【請求項１】
表面に凹部を有し、周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベースと、
該ベースの前記表面に積層状態に接合され、前記凹部を密閉して空洞部を形成するガラス材料からなる平板状の蓋部と、
光を受光する受光部を有し、前記蓋部の前記ベースに対向する表面に前記受光部を対面させて実装されて前記空洞部内に収容され、前記蓋部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、
前記蓋部の前記ベースに対向する表面に形成され、前記光学素子に接続された素子接続部および前記ベースの切欠きに対向する位置に配された配線接続部を有する複数の内部配線と、
該内部配線の前記ベースの切欠きに対向する位置に配された前記配線接続部に一端が接続され、前記ベースの前記蓋部とは反対側の表面上に他端が露出するように、前記切欠きの表面に沿って配された複数の外部配線とを備える光学センサ。
【請求項２】
前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、
前記蓋部が、透過させる光の波長を制限する光学フィルタを少なくとも前記ベースに対向する表面に備える請求項１に記載の光学センサ。
【請求項３】
前記ベースが遮光性のガラス材料からなり、
前記蓋部が、前記光学素子の受光部が対面する範囲に光を透過する透過領域を有する遮光性のガラス材料からなる請求項１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蓋部材の表面に内部配線を形成する内部配線形成工程と、
該内部配線形成工程により前記蓋部材の表面に形成された前記内部配線に光電変換素子を接続し、該光電変換素子を前記蓋部材の表面に受光部を対面させて実装する素子実装工程と、
該素子実装工程により前記光電変換素子が実装された前記蓋部材と、表面に凹部を有し周縁に厚さ方向に沿って形成された複数の切欠きを有するガラス材料からなる略板状のベース部材とを積層状態に配し、該ベース部材の前記凹部に前記光電変換素子を収容して前記蓋部材により該凹部を密閉するように該蓋部材と前記ベース部材とを接合する接合工程と、
該接合工程により前記蓋部材が接合された前記ベース部材の前記切欠きの表面に沿って外部配線を形成し、該外部配線の一端を前記内部配線に接続するとともに他端を前記ベース部材の前記蓋部材とは反対側の表面上に露出させるように配する外部配線形成工程とを含む光学センサの製造方法。
【請求項５】
前記切欠きが前記ベース部材の角部に形成され、前記内部配線の他端が前記蓋部材の角部に配されている請求項４に記載の光学センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２１６６４８（Ｐ２０１２−２１６６４８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０３１８（Ｐ２０１１−８０３１８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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