光学的なセンサ装置および相応する製造方法
本発明は、光学的なセンサ装置、特にサーモパイルセンサ装置であって、センサチップ装置（１０；１０´）が設けられており、該センサチップ装置（１０；１０´）が、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）と、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）とを備えており、光学的に絶縁性のマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が設けられており、該マウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が、チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）と多数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）とを備えており、光学的に絶縁性のパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）が設けられている形式のものにおいて、センサチップ装置（１０；１０´）が、マウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）ではチップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）では１つまたは複数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）にそれぞれ結合されており、チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）の少なくとも一部が前記チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）によって覆われないように配置された窓（Ｆ；Ｆ´）が設けられており、ほぼ該窓（Ｆ；Ｆ´）を通じてのみ光学的な放射線がセンサチップ装置（１０；１０´）に入射し得るようにパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）がセンサチップ装置（１０；１０´）とマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）とを取り囲んでいる
ことを特徴とする、光学的なセンサ装置を提供する。
ことを特徴とする、光学的なセンサ装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は光学的なセンサ装置および相応する製造方法に関する。
【０００２】
本発明は任意の光学的なセンサ装置に対して使用可能ではあるが、以下においては本発明ならびに本発明の根底を成す問題点をサーモパイルセンサ装置（Thermopile-Sensoranordnung）に関して説明する。
【０００３】
サーモパイルセンサは熱放射線センサのグループに属している。すなわち、入射した放射線により、受光面と差範囲（ヒートシンク）との間に温度差が生ぜしめられる。この温度差は熱電対を用いて、ゼーベック効果（Seebeck-Effekt）に基づき電圧へ変換される。出力電圧は熱電対のジオメトリ寸法（幾何学的寸法）に関連するのではなく、選択された材料組合せにのみ関連する。等照射された複数の熱電対が直列接続されていることに基づき、こうして実現されたサーモパイルの出力電圧は高められる。
【０００４】
マイクロマシニングテクノロジを用いて、サーモパイルをシリコンチップとして、クラシカルな半導体構成素子と同様に典型的な半導体プロセスの使用下に製造することが可能である。マルチレベルテクノロジ（多層技術）の使用は付加的にサーモパイルのジオメトリ寸法の一層の減少を可能にする。この場合、サーモパイルは最大感度を実現するために、できるだけ自由に張設された熱絶縁性のダイヤフラム上に設けられる。エッチングされたシリコンフレームはダイヤフラムの支持体として働くと同時に、熱的な基準媒体としても働く。
【０００５】
慣用のマイクロマシニング型のサーモパイルセンサ、たとえばガス検出のための赤外線フィルタを備えたサーモパイルセンサは、光学的な窓を備えたＴＯ０５−またはＴＯ０８パッケージの形に構築される。この場合、サーモパイルエレメントの光学的に不活性の側はハウジング底部に座着され、フィルタはＴＯキャップ内に接着されている。フィルタ媒体もしくは窓材料の選択により、このような金属製のハーメティックハウジング内でのセンサのパッケージングの間、主要なセンサ特性、たとえば感度、時定数および捕捉されたスペクトル範囲に影響を与えることができる。
【０００６】
このような種類のハウジングは極めて高価であり、しかもキャップに設けられた所要の開口に基づきもはや気密でもない。一般にボンディングワイヤの不働態化は行われない。このことにより、結露、腐食等の理由で環境での使用、特に自動車使用のための適性が疑問視される。
【０００７】
さらに、射出成形もしくはモールディング成形により完全に包埋されたセンサ、たとえばマイクロマシニング型の加速度センサが知られている。この場合、センサ素子の不活性の裏面は支持ストリップ（リードフレーム）に固定される（接着またははんだ付け）。ワイヤボンディング結合を用いて、チップマウント面の縁部に設けられた所定のコンタクト面（いわゆる「リード」）に電気的なコンタクトが形成される。その後に、リードフレームはプラスチック材料の射出成形もしくはモールドコンパウンドのモールディング成形によってプラスチック材料もしくはモールドコンパウンド内に包埋される。モールドコンパウンドはガス検出のためのサーモパイルセンサのための重要な周波数領域（たとえば≧４０００波長の赤外領域）では十分に透過性ではないので、サーモパイルセンサに対するこのようなマウント技術（射出成形による完全な包埋）の場合、センサへの光学的な進入路がもはや存在しなくなってしまう。
【０００８】
さらに一般に、熱導出を改善する目的でパワーＩＣのための、裏面に露出している（いわゆるexposed）チップマウント範囲（いわゆる「ダイパッド」）を備えたＩＣハウジングも知られている。
【０００９】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による光学的なセンサ装置および請求項１５に記載の対応する製造方法は、一連の公知の解決手段に比べて、単純でかつ極めて廉価なマウントが可能となり、しかも全てのボンディング結合部が不働態化されているという利点を持っている。したがって、自動車使用のために適性のあるセンサが得られる。
【００１０】
本発明の根底を成す思想は以下の点にある。すなわち、パッケージ装置が、たとえばモールディング成形可能なハウジングの形で、窓の形の光学的に開いた範囲を持ってチップマウント面に設けられていて、この範囲に光学的なセンサが設けられており、この光学的なセンサが、主として前記窓を通じてのみ検出され得る光学的な放射線にさらされている。
【００１１】
構築時のマウント公差が極めて大きくなる恐れがあり、かつポンチが活性のチップ面がモールドコンパウンドに対して保護しなければならなくなる、上面にキャビティを備えた公知のパッケージに比べて、本発明によるセンサ装置では、直接にチップを押圧し、そしてこのチップを場合によっては損傷させてしまう恐れのあるポンチが必要とされない。チップ搭載範囲に設けられた窓が、パッケージ材料（たとえばプラスチック、モールドコンパウンド）に対して保護されるだけでよい。非透過性の標準モールドコンパウンドを用いた不働態化が可能となるので、別の不働態化材料は必要とされない。基板へのマウントの場合には、別の光学的なフィルタを基板またはパッケージ自体に設けることが可能となる。したがって、たとえば交換可能なフィルタまたは後装備可能なフィルタを設けることができる。
【００１２】
請求項２以下には、本発明の各対象の有利な改良形および改善形が記載されている。
【００１３】
本発明の有利な改良形では、センサチップ装置が、互いに反対の側に位置する第１の表面および第２の表面を備えた第１のチップと、互いに反対の側に位置する第３の表面および第４の表面を備えた第２のチップとを有しており、第１第２の両チップが第１の表面および第３の表面を介して互いに結合されていて、１つの中空室を取り囲んでおり、該中空室内にセンサ構造体が配置されており、第１のチップが第１の表面にワイヤボンディングのためのコンタクト範囲を有しており、該コンタクト範囲が側方で第２のチップを超えて突出しており（ボンディング範囲）、該コンタクト範囲へ、接続エレメント（リード）に結合された少なくとも１つのボンディングワイヤが案内されている。
【００１４】
本発明の別の有利な改良形では、光学的に透明の、つまり透過性の照射範囲と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲とが、第１のチップの第２の表面（基面）に設けられている。
【００１５】
本発明のさらに別の有利な改良形では、光学的に透過性の照射範囲と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲とが、第２のチップの第４の表面に設けられている。
【００１６】
本発明のさらに別の有利な改良形では、チップ搭載範囲（たとえば使用されるリードフレームのダイパッド）が、互いに反対の側に位置する第５の表面および第６の表面を有しており、第５の表面がマウント範囲に結合されている。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第６の表面がパッケージ装置によって覆われておらず、該パッケージ装置の下面と同一平面に位置している。
【００１８】
本発明のさらに別の有利な改良形では、接続エレメントが、パッケージ装置の互いに反対の側に位置する側面から突出しており、前記接続エレメントの端部（たとえばモールディング成形されたハウジングのための規格により）がパッケージ装置の下面と同一平面に位置している。
【００１９】
本発明のさらに別の有利な改良形では、接続エレメントの端部および第６の表面が、基板に結合されており（たとえば接着またははんだ付けされており）、該基板が前記窓の範囲に貫通孔を有している。
【００２０】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第６の表面が部分的にパッケージ装置によって覆われており、該パッケージ装置の下面が、第６の表面よりも下方の平面に位置している。
【００２１】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第１のチップの第２の表面もしくは第４の表面に、かつ／または基板に前記貫通孔の範囲で、光学的なフィルタ装置が設けられている。
【００２２】
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２３】
図１ａ〜図１ｄは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示しており、
図２ａおよび図２ｂは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示しており、
図３ａ〜図３ｄは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示しており、
図４ａおよび図４ｂは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示している。
【００２４】
実施例の説明
図面中、同一のコンポーネントまたは同一機能のコンポーネントは同じ符号で示されている。
【００２５】
以下の実施例では、本発明による光学的なセンサ装置を自動車使用のための光学的なサーモパイルセンサにつき説明するが、ただし本発明の対象はこのようなサーモパイルセンサに限定されるものではない。特に以下の実施例は、ガス検出のための≧４０００ｎｍ波長の領域における赤外線を検出するための、組み込まれたフィルタを備えたマイクロマシニング型の光学的なサーモパイルセンサ（ＣＯ２センサ）に関するものである。
【００２６】
図１ａ、図１ｂ、図１ｃおよび図１ｄには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例が示されている。
【００２７】
図１ａにおいて、符号１０は全体的にサーモパイルセンサの形の光学的なセンサチップ装置を示している。このセンサチップ装置１０は下側の第１のチップ１ａを有しており、この下側の第１のチップ１ａは中空室２ａを備えている。この中空室２ａの上には、ダイヤフラムＭが張設されている。ダイヤフラムＭには、サーモパイルセンサ素子ＴＰと、このサーモパイルセンサ素子ＴＰの上に位置する吸収層Ａとがそれぞれ被着されている。サーモパイルセンサ素子ＴＰからは、導体路ＬＢを介して第１のチップ１ａの外側の縁範囲にまで電気的な接続部が案内されている。この外側の縁範囲を以下においては「ワイヤボンディング範囲ＢＢ」とも呼ぶ。
【００２８】
第１のチップ１ａの上側の表面Ｏ１には、第２のチップ１ｂの表面Ｏ３がキャップとしてボンディングされている。第２のチップ１ｂはやはり中空室２ｂを有しており、この中空室２ｂは第１のチップ１ａの中空室２ａに向けられている。第２のチップ１ｂは、この第２のチップ１ｂが第１のチップ１ａのワイヤボンディング範囲ＢＢを空けておくように寸法設定されかつ位置調整されている。第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２には、特定の波長をフィルタリング除去するためのフィルタ層ＦＳが被着されている。
【００２９】
この第１実施例について付言しておくと、第１のチップ１ａおよび第２のチップ１ｂのシリコンは中赤外領域内の、検出したい光学的な波長に対して十分に透過性である。汎用のサーモパイルセンサ素子ＴＰでは、検出したい光学的な放射線が直接に吸収層Ａに向けられる。このことは図１ａに示した構造で云えば、光学的な放射線が第２のチップ１ｂの上側の表面Ｏ４に向けて照射されなければならないことを意味する。
【００３０】
しかし、このような汎用の方法とは異なり、この第１実施例では第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２に光学的な照射範囲ＯＢが規定されている。この照射範囲ＯＢはこの構造に基づき、吸収層Ａの直径もしくは吸収層Ａの下に位置するサーモパイルセンサ素子ＴＰの直径にわたって延びている。実験の結果、このような照射形式により発生する、サーモパイルセンサ素子ＴＰ自体による損失は比較的小さく、全放射線収量の僅か数パーセントに過ぎないことが判った。
【００３１】
第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２では、中央の光学的な照射範囲ＯＢがマウント範囲ＲＢによって環状に取り囲まれている。このマウント範囲ＲＢは以下に詳しく説明するように、このセンサチップ装置１０をマウント（搭載）するために利用され、この場合、光学的な照射範囲ＯＢは露出したまま残される。
【００３２】
図１ｂには、第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２（フィルタ層ＦＳなし）の平面図が示されている。破線により中空室２ａ、光学的な照射範囲ＯＢ、マウント範囲ＲＢならびに反対の側に位置する表面Ｏ１に位置するワイヤボンディング範囲ＢＢが描かれている。
【００３３】
図１ｃに示したように、図１ａおよび図１ｂに示したセンサチップ装置１０は汎用のリードフレームの形のマウントフレームＭＬＦ上にはんだ範囲ＬＢＲによって接着されるか、またははんだ付けされる。マウントフレームＭＬＦはこのために、窓Ｆを備えたチップ搭載範囲ＤＰならびに多数の接続エレメントもしくは接続脚ＡＢを有している。図１ｃの断面図には図示されていないが、チップ搭載範囲ＤＰは通常ではマウントフレームＭＬＦの角隅で、相応する接続エレメントに懸吊されている。
【００３４】
センサチップ装置１０のマウント時では、光学的な照射範囲ＯＢを環状に取り囲んでいるマウント範囲ＲＢがチップ搭載範囲ＤＰに結合され、この場合、光学的な照射範囲ＯＢはチップ搭載範囲ＤＰによって覆われない、すなわち窓Ｆを通じて外部に対して露出している。
【００３５】
さらに、接続エレメントＡＢが、相応するボンディングワイヤＢＤを介して、相応するボンディング面に設けられた導体路ＬＢおよび図示されていない別の導体路に結合される。
【００３６】
引き続き次のステップで、センサチップ装置１０は全ての結合過程もしくははんだ付け過程または接着過程の終了後に射出成形によってモールドパッケージＭＶ内に包埋されて封止される。この場合、モールドパッケージＭＶの下面ＵＳはチップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６とほぼ同一平面内で整合して延びている。この表面Ｏ６は表面Ｏ５とは反対の側に位置しており、この表面Ｏ５には、第１のチップ１ａのマウント範囲ＲＢがマウントされている。第１のチップ１ａとチップ搭載範囲ＤＰとの間の結合部はモールディングプロセスのために密でなければならない。
【００３７】
接続エレメントＡＢはモールドパッケージＭＶの側面ＳＳ１，ＳＳ２から突出している。モールドパッケージＭＶの平坦な上面は符号ＯＳで示されている。接続エレメントＡＢは汎用の形式で上方または下方へ曲げられている。
【００３８】
このような形式のマウントにより提供されるセンサチップ装置１０では、光学的な放射線が主として窓Ｆを通じてのみサーモパイルセンサ素子ＴＰもしくは吸収層Ａに入射し得る。なぜならば、モールドパッケージＭＶもしくは金属製のマウントフレームＭＬＦは当該光学的な放射線に対して透過性ではなく、つまりシールド作用を発揮するからである。
【００３９】
モールドパッケージＭＶの下面ＵＳは接続エレメントＡＢ´の端部ともほぼ同一平面内で整合している（ＳＯＰ形状のモールディング成形されたハウジングのためのＪＥＤＥＣ規格による）。
【００４０】
さらに図１ｄに示したように、このようにパッケージ封止されたセンサチップ装置１０を基板ＳＵＢにはんだ付けすることができる。この基板ＳＵＢは窓Ｆの範囲に、対応する貫通孔ＤＬを有している。相応するはんだ範囲ＬＢＲはこの場合、接続エレメントＡＢだけに設けられるのではなく、チップ搭載範囲ＤＰの露出した下側の表面Ｏ６にも設けられ得る。このことは装置の安定性を付加的に高め、かつ基板ＳＵＢに対する良好な熱結合を生ぜしめる。パッケージ封止されたセンサチップ装置１０を、下側の表面Ｏ６で露出しているチップ搭載範囲ＤＰにおいて付加的に基板ＳＵＢとはんだ付けするか、または接着する、このような手段は、一層高い安定性を生ぜしめるだけでなく、基板ＳＵＢに対する一層良好な動的結合をも生ぜしめる。
【００４１】
さらに選択的に、基板ＳＵＢの表面上もしくは貫通孔ＤＬ内に付加的なフィルタ装置ＦＩを設けることができる。たとえば、このような付加的なフィルタ装置ＦＩを交換可能もしくは調節可能に形成することもできる。このことはセンサ装置の自在性を付加的に高める。
【００４２】
図２ａおよび図２ｂには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例が示されている。
【００４３】
図２ａに示した第２実施例では、モールドパッケージＭＶ´が、図１ｃに示した第１実施例の場合とは異なる形式で形成されている。特にモールドパッケージＭＶ´の下面ＵＳ´は、チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６よりも低い平面に位置している。チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６自体はモールドパッケージＭＶ´によって部分的に覆われている。
【００４４】
この第２実施例の場合にも、モールドパッケージＭＶ´の下面ＵＳ´は接続エレメントＡＢ´の端部とほぼ同一の平面に位置していて、開口ＭＡによっていずれにせよ、センサチップ装置１０の光学的な照射範囲ＯＢに設けられた窓Ｆを開放している。方法的に、チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６を露出させることは、モールディング成形時にモールディング成形工具にこの範囲で、相応するポンチを設けることにより実現され得る。この場合、両チップ１ａ，１ｂはマウントフレームＭＬＦによりポンチに対して保護されている。
【００４５】
図２ｂに示したように、このセンサ装置は相応するはんだ範囲ＬＢＲによって接続エレメントＡＢ´を介して、やはり基板ＳＵＢ´にマウントされ得る。基板ＳＵＢ´は相応するフィルタ装置ＦＩ´を有していてよい。図２ｂに示した実施例では、基板ＳＵＢ´に設けられた貫通孔ＤＬ´が、上記第１実施例の場合よりも大きな直径を備えている。このことは光学的な照射範囲ＯＢの照射のための立体角度を増大させる。
【００４６】
図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例が示されている。
【００４７】
図３ａに示した本発明の第３実施例は特に次の点で、上で説明した第１実施例および第２実施例とは異なっている。すなわち、第３実施例では、光学的な照射範囲ＯＢ´が第２のチップ１ｂの第４の表面Ｏ４、つまり第２のチップ１ｂの上側の表面に位置している。したがって、この第３実施例では、汎用の形式で吸収層Ａが照射される。これに相応して、環状の非対称的なマウント範囲ＲＢ´が生ぜしめられる。このマウント範囲ＲＢ´は光学的な照射範囲ＯＢ´を取り囲んでいる。また、フィルタ層ＦＳ´もこの第３実施例では第２の表面Ｏ２に設けられているのではなく、光学的な照射範囲ＯＢ´に対応して第４の表面Ｏ４に設けられている。
【００４８】
その他の点では、図３ａに示した各コンポーネントは図１ａにつき既に説明したコンポーネントに相当している。
【００４９】
図３ｂに示したセンサチップ装置１０´の上側の平面図からは、光学的な照射範囲ＯＢ´と、この光学的な照射範囲ＯＢ´を取り囲む（事情によっては非対称的な）マウント範囲ＲＢ´と、ワイヤボンディング範囲ＢＢとが認められる。この場合、導体路ＬＢの端部には、それぞれ拡幅されたワイヤボンディング範囲ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３（「ボンディングパッド」とも呼ばれる）が設けられている。
【００５０】
図１ｃに示した第１実施例と同様に、第３実施例でも図３ｃに示したように、第４の表面Ｏ４はフィルタ層ＦＳ´とマウント範囲ＬＢＲとを介して（接着またははんだ付け）チップ搭載範囲ＤＰ´にマウントされ、この場合、チップ搭載範囲ＤＰ´の窓Ｆ´はセンサチップ装置１０´の光学的な照射範囲ＯＢ´を露出させる。
【００５１】
図３ｃからよく判るように、非対称的なマウント範囲ＲＢ´に基づき、チップ搭載範囲ＤＰ´に設けられた窓Ｆ´の向きも、その中心に対して非対称的に配置されている。
【００５２】
特にワイヤボンディング範囲ＢＢはチップ搭載範囲ＤＰ´に対して側方にずらされており、これによりボンディングワイヤＢＤを用いた接続エレメントＡＢ´´とのコンタクティングが容易に可能になる。
【００５３】
チップのマウントおよびワイヤとのコンタクティングの後に、図１ｃに示した第１実施例の場合と同様に射出成形によるモールドパッケージＭＶ´´の形成が行われ、これによりセンサチップ装置はモールドパッケージＭＶ´´内に包埋される。この場合、チップ接続範囲もしくはチップ搭載範囲ＤＰ´の下側の表面Ｏ６はモールドパッケージＭＶ´´の下面ＵＳと同一平面に延びていて、完全に露出されている。接続エレメントＡＢ´´の端部も、図３ｃからよく判るようにＪＥＤＥＣ規格に基づいて前記平面の範囲に延びている。
【００５４】
図３ｄに示したように、このように構築されたセンサチップ装置１０´は図１ｄに示した貫通孔と同様に貫通孔ＤＬ´´を備えた基板ＳＵＢ´´にマウントされる。結合は接続エレメントＡＢ´´と基板ＳＵＢ´´との間および選択的にチップ搭載範囲ＤＰ´の表面Ｏ６と基板ＳＵＢ´´との間ではんだ範囲ＬＢＲを介して行われる。
【００５５】
基板ＳＵＢ´´の、センサチップ装置１０´とは反対の側には、やはりオプショナルなフィルタ装置ＦＩ´´が設けられている。
【００５６】
図４ａおよび図４ｂには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例が示されている。
【００５７】
図４ａに示したように、この第４実施例では、下面ＵＳ´がチップ搭載範囲ＤＰ´の表面Ｏ６よりも下方の平面に延びている。相応してモールドパッケージＭＶ´´´には開口ＭＡ´が設けられており、この開口ＭＡ´は窓Ｆ´を、ひいては光学的な照射範囲ＯＢ´を露出させている。
【００５８】
さらに図４ｂから判るように、この第４実施例では、図３ｂに示した実施例と同様に、パッケージ封止されたセンサチップ装置１０´のマウントが接続エレメントＡＢ´´´とはんだ範囲ＬＢＲとを介して基板ＳＵＢ´´´へ行われる。
【００５９】
この場合にも、基板ＳＵＢ´´´の、センサチップ装置とは反対の側にはフィルタ装置ＦＩ´´´が設けられている。
【００６０】
以上、本発明を有利な実施例につき詳しく説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々様々に改良可能である。
【００６１】
上記実施例では示されていないが、当然ながら接続エレメントはチップ搭載範囲ＤＰに関して任意の方向に向けられていてよい。これにより、基板上での「逆向きの」マウントも可能となり、基板は窓を必要としなくなる。
【００６２】
また、センサチップ装置をマウントフレームにはんだ付けするのではなく接着することも可能である。
【００６３】
さらに、択一的なフィルタ装置または別のフィルタ装置をチップ搭載範囲の露出した表面に被着させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示す図である。
【図１ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示す別の図である。
【図１ｃ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示すさらに別の図である。
【図１ｄ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示すさらに別の図である。
【図２ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示す図である。
【図２ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示す別の図である。
【図３ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示す図である。
【図３ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示す別の図である。
【図３ｃ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示すさらに別の図である。
【図３ｄ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示すさらに別の図である。
【図４ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示す図である。
【図４ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示す別の図である。
【符号の説明】
【００６５】
ＢＢ ワイヤボンディング
ＯＢ，ＯＢ´ 光学的な照射範囲
ＲＢ，ＲＢ´ マウント範囲
１０，１０´ センサチップ装置
１ａ 第１のチップ
１ｂ 第２のチップ
２ａ，２ｂ 中空室
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６ 表面
Ｍ ダイヤフラム
ＴＰ サーモパイルセンサ
Ａ 吸収層
ＦＳ，ＦＳ´ フィルタ層
ＬＢＲ ろう範囲
ＭＬＦ，ＭＬＦ´ マウントフレーム
ＤＰ，ＤＰ´ チップ搭載範囲
ＡＢ，ＡＢ´，ＡＢ´´，ＡＢ´´´ 接続エレメント
ＭＶ，ＭＶ´，ＭＶ´´，ＭＶ´´´ モールドパッケージ
ＢＤ ボンディングワイヤ
ＵＳ，ＵＳ´ 下面
ＯＳ 上面
ＳＳ１，ＳＳ２ 側面
Ｆ，Ｆ´ 窓
ＤＬ，ＤＬ´，ＤＬ´´，ＤＬ´´´ 貫通孔
ＭＡ，ＭＡ´ 開口
ＳＵＢ，ＳＵＢ´，ＳＵＢ´´，ＳＵＢ´´´ 基板
ＦＩ，ＦＩ´，ＦＩ´´，ＦＩ´´´ フィルタ装置
ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３ ボンディング面
ＬＢ 導体路
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は光学的なセンサ装置および相応する製造方法に関する。
【０００２】
本発明は任意の光学的なセンサ装置に対して使用可能ではあるが、以下においては本発明ならびに本発明の根底を成す問題点をサーモパイルセンサ装置（Thermopile-Sensoranordnung）に関して説明する。
【０００３】
サーモパイルセンサは熱放射線センサのグループに属している。すなわち、入射した放射線により、受光面と差範囲（ヒートシンク）との間に温度差が生ぜしめられる。この温度差は熱電対を用いて、ゼーベック効果（Seebeck-Effekt）に基づき電圧へ変換される。出力電圧は熱電対のジオメトリ寸法（幾何学的寸法）に関連するのではなく、選択された材料組合せにのみ関連する。等照射された複数の熱電対が直列接続されていることに基づき、こうして実現されたサーモパイルの出力電圧は高められる。
【０００４】
マイクロマシニングテクノロジを用いて、サーモパイルをシリコンチップとして、クラシカルな半導体構成素子と同様に典型的な半導体プロセスの使用下に製造することが可能である。マルチレベルテクノロジ（多層技術）の使用は付加的にサーモパイルのジオメトリ寸法の一層の減少を可能にする。この場合、サーモパイルは最大感度を実現するために、できるだけ自由に張設された熱絶縁性のダイヤフラム上に設けられる。エッチングされたシリコンフレームはダイヤフラムの支持体として働くと同時に、熱的な基準媒体としても働く。
【０００５】
慣用のマイクロマシニング型のサーモパイルセンサ、たとえばガス検出のための赤外線フィルタを備えたサーモパイルセンサは、光学的な窓を備えたＴＯ０５−またはＴＯ０８パッケージの形に構築される。この場合、サーモパイルエレメントの光学的に不活性の側はハウジング底部に座着され、フィルタはＴＯキャップ内に接着されている。フィルタ媒体もしくは窓材料の選択により、このような金属製のハーメティックハウジング内でのセンサのパッケージングの間、主要なセンサ特性、たとえば感度、時定数および捕捉されたスペクトル範囲に影響を与えることができる。
【０００６】
このような種類のハウジングは極めて高価であり、しかもキャップに設けられた所要の開口に基づきもはや気密でもない。一般にボンディングワイヤの不働態化は行われない。このことにより、結露、腐食等の理由で環境での使用、特に自動車使用のための適性が疑問視される。
【０００７】
さらに、射出成形もしくはモールディング成形により完全に包埋されたセンサ、たとえばマイクロマシニング型の加速度センサが知られている。この場合、センサ素子の不活性の裏面は支持ストリップ（リードフレーム）に固定される（接着またははんだ付け）。ワイヤボンディング結合を用いて、チップマウント面の縁部に設けられた所定のコンタクト面（いわゆる「リード」）に電気的なコンタクトが形成される。その後に、リードフレームはプラスチック材料の射出成形もしくはモールドコンパウンドのモールディング成形によってプラスチック材料もしくはモールドコンパウンド内に包埋される。モールドコンパウンドはガス検出のためのサーモパイルセンサのための重要な周波数領域（たとえば≧４０００波長の赤外領域）では十分に透過性ではないので、サーモパイルセンサに対するこのようなマウント技術（射出成形による完全な包埋）の場合、センサへの光学的な進入路がもはや存在しなくなってしまう。
【０００８】
さらに一般に、熱導出を改善する目的でパワーＩＣのための、裏面に露出している（いわゆるexposed）チップマウント範囲（いわゆる「ダイパッド」）を備えたＩＣハウジングも知られている。
【０００９】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による光学的なセンサ装置および請求項１５に記載の対応する製造方法は、一連の公知の解決手段に比べて、単純でかつ極めて廉価なマウントが可能となり、しかも全てのボンディング結合部が不働態化されているという利点を持っている。したがって、自動車使用のために適性のあるセンサが得られる。
【００１０】
本発明の根底を成す思想は以下の点にある。すなわち、パッケージ装置が、たとえばモールディング成形可能なハウジングの形で、窓の形の光学的に開いた範囲を持ってチップマウント面に設けられていて、この範囲に光学的なセンサが設けられており、この光学的なセンサが、主として前記窓を通じてのみ検出され得る光学的な放射線にさらされている。
【００１１】
構築時のマウント公差が極めて大きくなる恐れがあり、かつポンチが活性のチップ面がモールドコンパウンドに対して保護しなければならなくなる、上面にキャビティを備えた公知のパッケージに比べて、本発明によるセンサ装置では、直接にチップを押圧し、そしてこのチップを場合によっては損傷させてしまう恐れのあるポンチが必要とされない。チップ搭載範囲に設けられた窓が、パッケージ材料（たとえばプラスチック、モールドコンパウンド）に対して保護されるだけでよい。非透過性の標準モールドコンパウンドを用いた不働態化が可能となるので、別の不働態化材料は必要とされない。基板へのマウントの場合には、別の光学的なフィルタを基板またはパッケージ自体に設けることが可能となる。したがって、たとえば交換可能なフィルタまたは後装備可能なフィルタを設けることができる。
【００１２】
請求項２以下には、本発明の各対象の有利な改良形および改善形が記載されている。
【００１３】
本発明の有利な改良形では、センサチップ装置が、互いに反対の側に位置する第１の表面および第２の表面を備えた第１のチップと、互いに反対の側に位置する第３の表面および第４の表面を備えた第２のチップとを有しており、第１第２の両チップが第１の表面および第３の表面を介して互いに結合されていて、１つの中空室を取り囲んでおり、該中空室内にセンサ構造体が配置されており、第１のチップが第１の表面にワイヤボンディングのためのコンタクト範囲を有しており、該コンタクト範囲が側方で第２のチップを超えて突出しており（ボンディング範囲）、該コンタクト範囲へ、接続エレメント（リード）に結合された少なくとも１つのボンディングワイヤが案内されている。
【００１４】
本発明の別の有利な改良形では、光学的に透明の、つまり透過性の照射範囲と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲とが、第１のチップの第２の表面（基面）に設けられている。
【００１５】
本発明のさらに別の有利な改良形では、光学的に透過性の照射範囲と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲とが、第２のチップの第４の表面に設けられている。
【００１６】
本発明のさらに別の有利な改良形では、チップ搭載範囲（たとえば使用されるリードフレームのダイパッド）が、互いに反対の側に位置する第５の表面および第６の表面を有しており、第５の表面がマウント範囲に結合されている。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第６の表面がパッケージ装置によって覆われておらず、該パッケージ装置の下面と同一平面に位置している。
【００１８】
本発明のさらに別の有利な改良形では、接続エレメントが、パッケージ装置の互いに反対の側に位置する側面から突出しており、前記接続エレメントの端部（たとえばモールディング成形されたハウジングのための規格により）がパッケージ装置の下面と同一平面に位置している。
【００１９】
本発明のさらに別の有利な改良形では、接続エレメントの端部および第６の表面が、基板に結合されており（たとえば接着またははんだ付けされており）、該基板が前記窓の範囲に貫通孔を有している。
【００２０】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第６の表面が部分的にパッケージ装置によって覆われており、該パッケージ装置の下面が、第６の表面よりも下方の平面に位置している。
【００２１】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第１のチップの第２の表面もしくは第４の表面に、かつ／または基板に前記貫通孔の範囲で、光学的なフィルタ装置が設けられている。
【００２２】
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２３】
図１ａ〜図１ｄは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示しており、
図２ａおよび図２ｂは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示しており、
図３ａ〜図３ｄは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示しており、
図４ａおよび図４ｂは、本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示している。
【００２４】
実施例の説明
図面中、同一のコンポーネントまたは同一機能のコンポーネントは同じ符号で示されている。
【００２５】
以下の実施例では、本発明による光学的なセンサ装置を自動車使用のための光学的なサーモパイルセンサにつき説明するが、ただし本発明の対象はこのようなサーモパイルセンサに限定されるものではない。特に以下の実施例は、ガス検出のための≧４０００ｎｍ波長の領域における赤外線を検出するための、組み込まれたフィルタを備えたマイクロマシニング型の光学的なサーモパイルセンサ（ＣＯ２センサ）に関するものである。
【００２６】
図１ａ、図１ｂ、図１ｃおよび図１ｄには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例が示されている。
【００２７】
図１ａにおいて、符号１０は全体的にサーモパイルセンサの形の光学的なセンサチップ装置を示している。このセンサチップ装置１０は下側の第１のチップ１ａを有しており、この下側の第１のチップ１ａは中空室２ａを備えている。この中空室２ａの上には、ダイヤフラムＭが張設されている。ダイヤフラムＭには、サーモパイルセンサ素子ＴＰと、このサーモパイルセンサ素子ＴＰの上に位置する吸収層Ａとがそれぞれ被着されている。サーモパイルセンサ素子ＴＰからは、導体路ＬＢを介して第１のチップ１ａの外側の縁範囲にまで電気的な接続部が案内されている。この外側の縁範囲を以下においては「ワイヤボンディング範囲ＢＢ」とも呼ぶ。
【００２８】
第１のチップ１ａの上側の表面Ｏ１には、第２のチップ１ｂの表面Ｏ３がキャップとしてボンディングされている。第２のチップ１ｂはやはり中空室２ｂを有しており、この中空室２ｂは第１のチップ１ａの中空室２ａに向けられている。第２のチップ１ｂは、この第２のチップ１ｂが第１のチップ１ａのワイヤボンディング範囲ＢＢを空けておくように寸法設定されかつ位置調整されている。第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２には、特定の波長をフィルタリング除去するためのフィルタ層ＦＳが被着されている。
【００２９】
この第１実施例について付言しておくと、第１のチップ１ａおよび第２のチップ１ｂのシリコンは中赤外領域内の、検出したい光学的な波長に対して十分に透過性である。汎用のサーモパイルセンサ素子ＴＰでは、検出したい光学的な放射線が直接に吸収層Ａに向けられる。このことは図１ａに示した構造で云えば、光学的な放射線が第２のチップ１ｂの上側の表面Ｏ４に向けて照射されなければならないことを意味する。
【００３０】
しかし、このような汎用の方法とは異なり、この第１実施例では第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２に光学的な照射範囲ＯＢが規定されている。この照射範囲ＯＢはこの構造に基づき、吸収層Ａの直径もしくは吸収層Ａの下に位置するサーモパイルセンサ素子ＴＰの直径にわたって延びている。実験の結果、このような照射形式により発生する、サーモパイルセンサ素子ＴＰ自体による損失は比較的小さく、全放射線収量の僅か数パーセントに過ぎないことが判った。
【００３１】
第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２では、中央の光学的な照射範囲ＯＢがマウント範囲ＲＢによって環状に取り囲まれている。このマウント範囲ＲＢは以下に詳しく説明するように、このセンサチップ装置１０をマウント（搭載）するために利用され、この場合、光学的な照射範囲ＯＢは露出したまま残される。
【００３２】
図１ｂには、第１のチップ１ａの下側の表面Ｏ２（フィルタ層ＦＳなし）の平面図が示されている。破線により中空室２ａ、光学的な照射範囲ＯＢ、マウント範囲ＲＢならびに反対の側に位置する表面Ｏ１に位置するワイヤボンディング範囲ＢＢが描かれている。
【００３３】
図１ｃに示したように、図１ａおよび図１ｂに示したセンサチップ装置１０は汎用のリードフレームの形のマウントフレームＭＬＦ上にはんだ範囲ＬＢＲによって接着されるか、またははんだ付けされる。マウントフレームＭＬＦはこのために、窓Ｆを備えたチップ搭載範囲ＤＰならびに多数の接続エレメントもしくは接続脚ＡＢを有している。図１ｃの断面図には図示されていないが、チップ搭載範囲ＤＰは通常ではマウントフレームＭＬＦの角隅で、相応する接続エレメントに懸吊されている。
【００３４】
センサチップ装置１０のマウント時では、光学的な照射範囲ＯＢを環状に取り囲んでいるマウント範囲ＲＢがチップ搭載範囲ＤＰに結合され、この場合、光学的な照射範囲ＯＢはチップ搭載範囲ＤＰによって覆われない、すなわち窓Ｆを通じて外部に対して露出している。
【００３５】
さらに、接続エレメントＡＢが、相応するボンディングワイヤＢＤを介して、相応するボンディング面に設けられた導体路ＬＢおよび図示されていない別の導体路に結合される。
【００３６】
引き続き次のステップで、センサチップ装置１０は全ての結合過程もしくははんだ付け過程または接着過程の終了後に射出成形によってモールドパッケージＭＶ内に包埋されて封止される。この場合、モールドパッケージＭＶの下面ＵＳはチップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６とほぼ同一平面内で整合して延びている。この表面Ｏ６は表面Ｏ５とは反対の側に位置しており、この表面Ｏ５には、第１のチップ１ａのマウント範囲ＲＢがマウントされている。第１のチップ１ａとチップ搭載範囲ＤＰとの間の結合部はモールディングプロセスのために密でなければならない。
【００３７】
接続エレメントＡＢはモールドパッケージＭＶの側面ＳＳ１，ＳＳ２から突出している。モールドパッケージＭＶの平坦な上面は符号ＯＳで示されている。接続エレメントＡＢは汎用の形式で上方または下方へ曲げられている。
【００３８】
このような形式のマウントにより提供されるセンサチップ装置１０では、光学的な放射線が主として窓Ｆを通じてのみサーモパイルセンサ素子ＴＰもしくは吸収層Ａに入射し得る。なぜならば、モールドパッケージＭＶもしくは金属製のマウントフレームＭＬＦは当該光学的な放射線に対して透過性ではなく、つまりシールド作用を発揮するからである。
【００３９】
モールドパッケージＭＶの下面ＵＳは接続エレメントＡＢ´の端部ともほぼ同一平面内で整合している（ＳＯＰ形状のモールディング成形されたハウジングのためのＪＥＤＥＣ規格による）。
【００４０】
さらに図１ｄに示したように、このようにパッケージ封止されたセンサチップ装置１０を基板ＳＵＢにはんだ付けすることができる。この基板ＳＵＢは窓Ｆの範囲に、対応する貫通孔ＤＬを有している。相応するはんだ範囲ＬＢＲはこの場合、接続エレメントＡＢだけに設けられるのではなく、チップ搭載範囲ＤＰの露出した下側の表面Ｏ６にも設けられ得る。このことは装置の安定性を付加的に高め、かつ基板ＳＵＢに対する良好な熱結合を生ぜしめる。パッケージ封止されたセンサチップ装置１０を、下側の表面Ｏ６で露出しているチップ搭載範囲ＤＰにおいて付加的に基板ＳＵＢとはんだ付けするか、または接着する、このような手段は、一層高い安定性を生ぜしめるだけでなく、基板ＳＵＢに対する一層良好な動的結合をも生ぜしめる。
【００４１】
さらに選択的に、基板ＳＵＢの表面上もしくは貫通孔ＤＬ内に付加的なフィルタ装置ＦＩを設けることができる。たとえば、このような付加的なフィルタ装置ＦＩを交換可能もしくは調節可能に形成することもできる。このことはセンサ装置の自在性を付加的に高める。
【００４２】
図２ａおよび図２ｂには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例が示されている。
【００４３】
図２ａに示した第２実施例では、モールドパッケージＭＶ´が、図１ｃに示した第１実施例の場合とは異なる形式で形成されている。特にモールドパッケージＭＶ´の下面ＵＳ´は、チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６よりも低い平面に位置している。チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６自体はモールドパッケージＭＶ´によって部分的に覆われている。
【００４４】
この第２実施例の場合にも、モールドパッケージＭＶ´の下面ＵＳ´は接続エレメントＡＢ´の端部とほぼ同一の平面に位置していて、開口ＭＡによっていずれにせよ、センサチップ装置１０の光学的な照射範囲ＯＢに設けられた窓Ｆを開放している。方法的に、チップ搭載範囲ＤＰの下側の表面Ｏ６を露出させることは、モールディング成形時にモールディング成形工具にこの範囲で、相応するポンチを設けることにより実現され得る。この場合、両チップ１ａ，１ｂはマウントフレームＭＬＦによりポンチに対して保護されている。
【００４５】
図２ｂに示したように、このセンサ装置は相応するはんだ範囲ＬＢＲによって接続エレメントＡＢ´を介して、やはり基板ＳＵＢ´にマウントされ得る。基板ＳＵＢ´は相応するフィルタ装置ＦＩ´を有していてよい。図２ｂに示した実施例では、基板ＳＵＢ´に設けられた貫通孔ＤＬ´が、上記第１実施例の場合よりも大きな直径を備えている。このことは光学的な照射範囲ＯＢの照射のための立体角度を増大させる。
【００４６】
図３ａ、図３ｂ、図３ｃおよび図３ｄには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例が示されている。
【００４７】
図３ａに示した本発明の第３実施例は特に次の点で、上で説明した第１実施例および第２実施例とは異なっている。すなわち、第３実施例では、光学的な照射範囲ＯＢ´が第２のチップ１ｂの第４の表面Ｏ４、つまり第２のチップ１ｂの上側の表面に位置している。したがって、この第３実施例では、汎用の形式で吸収層Ａが照射される。これに相応して、環状の非対称的なマウント範囲ＲＢ´が生ぜしめられる。このマウント範囲ＲＢ´は光学的な照射範囲ＯＢ´を取り囲んでいる。また、フィルタ層ＦＳ´もこの第３実施例では第２の表面Ｏ２に設けられているのではなく、光学的な照射範囲ＯＢ´に対応して第４の表面Ｏ４に設けられている。
【００４８】
その他の点では、図３ａに示した各コンポーネントは図１ａにつき既に説明したコンポーネントに相当している。
【００４９】
図３ｂに示したセンサチップ装置１０´の上側の平面図からは、光学的な照射範囲ＯＢ´と、この光学的な照射範囲ＯＢ´を取り囲む（事情によっては非対称的な）マウント範囲ＲＢ´と、ワイヤボンディング範囲ＢＢとが認められる。この場合、導体路ＬＢの端部には、それぞれ拡幅されたワイヤボンディング範囲ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３（「ボンディングパッド」とも呼ばれる）が設けられている。
【００５０】
図１ｃに示した第１実施例と同様に、第３実施例でも図３ｃに示したように、第４の表面Ｏ４はフィルタ層ＦＳ´とマウント範囲ＬＢＲとを介して（接着またははんだ付け）チップ搭載範囲ＤＰ´にマウントされ、この場合、チップ搭載範囲ＤＰ´の窓Ｆ´はセンサチップ装置１０´の光学的な照射範囲ＯＢ´を露出させる。
【００５１】
図３ｃからよく判るように、非対称的なマウント範囲ＲＢ´に基づき、チップ搭載範囲ＤＰ´に設けられた窓Ｆ´の向きも、その中心に対して非対称的に配置されている。
【００５２】
特にワイヤボンディング範囲ＢＢはチップ搭載範囲ＤＰ´に対して側方にずらされており、これによりボンディングワイヤＢＤを用いた接続エレメントＡＢ´´とのコンタクティングが容易に可能になる。
【００５３】
チップのマウントおよびワイヤとのコンタクティングの後に、図１ｃに示した第１実施例の場合と同様に射出成形によるモールドパッケージＭＶ´´の形成が行われ、これによりセンサチップ装置はモールドパッケージＭＶ´´内に包埋される。この場合、チップ接続範囲もしくはチップ搭載範囲ＤＰ´の下側の表面Ｏ６はモールドパッケージＭＶ´´の下面ＵＳと同一平面に延びていて、完全に露出されている。接続エレメントＡＢ´´の端部も、図３ｃからよく判るようにＪＥＤＥＣ規格に基づいて前記平面の範囲に延びている。
【００５４】
図３ｄに示したように、このように構築されたセンサチップ装置１０´は図１ｄに示した貫通孔と同様に貫通孔ＤＬ´´を備えた基板ＳＵＢ´´にマウントされる。結合は接続エレメントＡＢ´´と基板ＳＵＢ´´との間および選択的にチップ搭載範囲ＤＰ´の表面Ｏ６と基板ＳＵＢ´´との間ではんだ範囲ＬＢＲを介して行われる。
【００５５】
基板ＳＵＢ´´の、センサチップ装置１０´とは反対の側には、やはりオプショナルなフィルタ装置ＦＩ´´が設けられている。
【００５６】
図４ａおよび図４ｂには、本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例が示されている。
【００５７】
図４ａに示したように、この第４実施例では、下面ＵＳ´がチップ搭載範囲ＤＰ´の表面Ｏ６よりも下方の平面に延びている。相応してモールドパッケージＭＶ´´´には開口ＭＡ´が設けられており、この開口ＭＡ´は窓Ｆ´を、ひいては光学的な照射範囲ＯＢ´を露出させている。
【００５８】
さらに図４ｂから判るように、この第４実施例では、図３ｂに示した実施例と同様に、パッケージ封止されたセンサチップ装置１０´のマウントが接続エレメントＡＢ´´´とはんだ範囲ＬＢＲとを介して基板ＳＵＢ´´´へ行われる。
【００５９】
この場合にも、基板ＳＵＢ´´´の、センサチップ装置とは反対の側にはフィルタ装置ＦＩ´´´が設けられている。
【００６０】
以上、本発明を有利な実施例につき詳しく説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々様々に改良可能である。
【００６１】
上記実施例では示されていないが、当然ながら接続エレメントはチップ搭載範囲ＤＰに関して任意の方向に向けられていてよい。これにより、基板上での「逆向きの」マウントも可能となり、基板は窓を必要としなくなる。
【００６２】
また、センサチップ装置をマウントフレームにはんだ付けするのではなく接着することも可能である。
【００６３】
さらに、択一的なフィルタ装置または別のフィルタ装置をチップ搭載範囲の露出した表面に被着させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示す図である。
【図１ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示す別の図である。
【図１ｃ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示すさらに別の図である。
【図１ｄ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第１実施例を示すさらに別の図である。
【図２ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示す図である。
【図２ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第２実施例を示す別の図である。
【図３ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示す図である。
【図３ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示す別の図である。
【図３ｃ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示すさらに別の図である。
【図３ｄ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第３実施例を示すさらに別の図である。
【図４ａ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示す図である。
【図４ｂ】本発明によるセンサ装置およびその構造の第４実施例を示す別の図である。
【符号の説明】
【００６５】
ＢＢ ワイヤボンディング
ＯＢ，ＯＢ´ 光学的な照射範囲
ＲＢ，ＲＢ´ マウント範囲
１０，１０´ センサチップ装置
１ａ 第１のチップ
１ｂ 第２のチップ
２ａ，２ｂ 中空室
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６ 表面
Ｍ ダイヤフラム
ＴＰ サーモパイルセンサ
Ａ 吸収層
ＦＳ，ＦＳ´ フィルタ層
ＬＢＲ ろう範囲
ＭＬＦ，ＭＬＦ´ マウントフレーム
ＤＰ，ＤＰ´ チップ搭載範囲
ＡＢ，ＡＢ´，ＡＢ´´，ＡＢ´´´ 接続エレメント
ＭＶ，ＭＶ´，ＭＶ´´，ＭＶ´´´ モールドパッケージ
ＢＤ ボンディングワイヤ
ＵＳ，ＵＳ´ 下面
ＯＳ 上面
ＳＳ１，ＳＳ２ 側面
Ｆ，Ｆ´ 窓
ＤＬ，ＤＬ´，ＤＬ´´，ＤＬ´´´ 貫通孔
ＭＡ，ＭＡ´ 開口
ＳＵＢ，ＳＵＢ´，ＳＵＢ´´，ＳＵＢ´´´ 基板
ＦＩ，ＦＩ´，ＦＩ´´，ＦＩ´´´ フィルタ装置
ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３ ボンディング面
ＬＢ 導体路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的なセンサ装置、特にサーモパイルセンサ装置であって、
センサチップ装置（１０；１０´）が設けられており、該センサチップ装置（１０；１０´）が、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）と、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）とを備えており、
光学的に絶縁性のマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が設けられており、該マウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が、チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）と多数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）とを備えており、
光学的に絶縁性のパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）が設けられている
形式のものにおいて、
センサチップ装置（１０；１０´）が、マウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）ではチップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）では１つまたは複数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）にそれぞれ結合されており、
チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）の少なくとも一部が前記チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）によって覆われないように配置された窓（Ｆ；Ｆ´）が設けられており、
ほぼ該窓（Ｆ；Ｆ´）を通じてのみ光学的な放射線がセンサチップ装置（１０；１０´）に入射し得るようにパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）がセンサチップ装置（１０；１０´）とマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）とを取り囲んでいる
ことを特徴とする、光学的なセンサ装置。
【請求項２】
センサチップ装置（１０；１０´）が、互いに反対の側に位置する第１の表面（Ｏ１）および第２の表面（Ｏ２）を備えた第１のチップ（１ａ）と、互いに反対の側に位置する第３の表面（Ｏ３）および第４の表面（Ｏ４）を備えた第２のチップ（１ｂ）とを有しており、第１第２の両チップ（１ａ，１ｂ）が第１の表面（Ｏ１）および第３の表面（Ｏ３）を介して互いに結合されていて、中空室（２ａ，２ｂ）を取り囲んでおり、該中空室（２ａ，２ｂ）内にセンサ（Ａ，ＴＰ，Ｍ）が配置されており、第１のチップ（１ａ）が第１の表面（Ｏ１）にワイヤボンディング範囲（ＢＢ）を有しており、該ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）が側方で第２のチップ（１ｂ）を超えて突出しており、該ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）で少なくとも１つのボンディングワイヤが、導体路（ＬＢ）の端部に設けられたボンディングパッドとコンタクティングされている、請求項１記載の光学的なセンサ装置。
【請求項３】
光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）とが、第１のチップ（１ａ）の第２の表面（Ｏ２）に設けられている、請求項２記載の光学的なセンサ装置。
【請求項４】
光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）とが、第２のチップ（１ｂ）の第４の表面（Ｏ４）に設けられている、請求項２記載の光学的なセンサ装置。
【請求項５】
チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）が、互いに反対の側に位置する第５の表面（Ｏ５）および第６の表面（Ｏ６）を有しており、第５の表面（Ｏ５）がマウント範囲（ＲＢ）に結合されている、請求項３または４記載の光学的なセンサ装置。
【請求項６】
第６の表面（Ｏ６）がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）によって覆われておらず、該パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ）と同一平面に位置している、請求項５記載の光学的なセンサ装置。
【請求項７】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）が、パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の互いに反対の側に位置する側面（ＳＳ１，ＳＳ２）から突出しており、前記接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ）と同一平面に位置している、請求項６記載の光学的なセンサ装置。
【請求項８】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部および選択的に第６の表面（Ｏ６）が、基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´´）に結合されており、該基板が前記窓（Ｆ；Ｆ´）の範囲に貫通孔（ＤＬ，ＤＬ´，ＤＬ´´，ＤＬ´´´）を有している、請求項７記載の光学的なセンサ装置。
【請求項９】
第６の表面（Ｏ６）が部分的にパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）によって覆われており、該パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ´）が、第６の表面（Ｏ６）よりも下方の平面に位置している、請求項５記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１０】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）が、パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の互いに反対の側に位置する側面（ＳＳ１，ＳＳ２）から突出しており、接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ´）と同一平面に位置している、請求項９記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１１】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部が基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´）に結合されており、該基板が前記窓（Ｆ；Ｆ´）の範囲に貫通孔（ＤＬ−ＤＬ´´）を有している、請求項１０記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１２】
第１のチップ（１ａ）の第２の表面（Ｏ２）もしくは第４の表面（Ｏ４）に、かつ／または基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´´）に前記貫通孔（ＤＬ−ＤＬ´´´）の範囲で、光学的なフィルタ装置（ＦＳ；ＦＩ；ＦＩ´´）が設けられている、請求項８または１１記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１３】
マウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）がはんだ付けフレームである、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１４】
ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）が側方でチップ搭載範囲（ＤＰ´）を超えて突出している、請求項４から１３までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置を製造するための方法において、以下のステップ；
センサチップ装置（１０；１０´）をマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）ではチップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）では１つまたは複数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）にそれぞれ結合し、
パッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）をモールディングプロセスで被着させる
を実施することを特徴とする、光学的なセンサ装置を製造するための方法。
【請求項１】
光学的なセンサ装置、特にサーモパイルセンサ装置であって、
センサチップ装置（１０；１０´）が設けられており、該センサチップ装置（１０；１０´）が、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）と、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）とを備えており、
光学的に絶縁性のマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が設けられており、該マウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）が、チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）と多数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）とを備えており、
光学的に絶縁性のパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）が設けられている
形式のものにおいて、
センサチップ装置（１０；１０´）が、マウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）ではチップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）では１つまたは複数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）にそれぞれ結合されており、
チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）の少なくとも一部が前記チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）によって覆われないように配置された窓（Ｆ；Ｆ´）が設けられており、
ほぼ該窓（Ｆ；Ｆ´）を通じてのみ光学的な放射線がセンサチップ装置（１０；１０´）に入射し得るようにパッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）がセンサチップ装置（１０；１０´）とマウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）とを取り囲んでいる
ことを特徴とする、光学的なセンサ装置。
【請求項２】
センサチップ装置（１０；１０´）が、互いに反対の側に位置する第１の表面（Ｏ１）および第２の表面（Ｏ２）を備えた第１のチップ（１ａ）と、互いに反対の側に位置する第３の表面（Ｏ３）および第４の表面（Ｏ４）を備えた第２のチップ（１ｂ）とを有しており、第１第２の両チップ（１ａ，１ｂ）が第１の表面（Ｏ１）および第３の表面（Ｏ３）を介して互いに結合されていて、中空室（２ａ，２ｂ）を取り囲んでおり、該中空室（２ａ，２ｂ）内にセンサ（Ａ，ＴＰ，Ｍ）が配置されており、第１のチップ（１ａ）が第１の表面（Ｏ１）にワイヤボンディング範囲（ＢＢ）を有しており、該ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）が側方で第２のチップ（１ｂ）を超えて突出しており、該ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）で少なくとも１つのボンディングワイヤが、導体路（ＬＢ）の端部に設けられたボンディングパッドとコンタクティングされている、請求項１記載の光学的なセンサ装置。
【請求項３】
光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）とが、第１のチップ（１ａ）の第２の表面（Ｏ２）に設けられている、請求項２記載の光学的なセンサ装置。
【請求項４】
光学的に透過性の照射範囲（ＯＢ；ＯＢ´）と、該照射範囲を取り囲むマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）とが、第２のチップ（１ｂ）の第４の表面（Ｏ４）に設けられている、請求項２記載の光学的なセンサ装置。
【請求項５】
チップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）が、互いに反対の側に位置する第５の表面（Ｏ５）および第６の表面（Ｏ６）を有しており、第５の表面（Ｏ５）がマウント範囲（ＲＢ）に結合されている、請求項３または４記載の光学的なセンサ装置。
【請求項６】
第６の表面（Ｏ６）がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）によって覆われておらず、該パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ）と同一平面に位置している、請求項５記載の光学的なセンサ装置。
【請求項７】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）が、パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の互いに反対の側に位置する側面（ＳＳ１，ＳＳ２）から突出しており、前記接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ）と同一平面に位置している、請求項６記載の光学的なセンサ装置。
【請求項８】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部および選択的に第６の表面（Ｏ６）が、基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´´）に結合されており、該基板が前記窓（Ｆ；Ｆ´）の範囲に貫通孔（ＤＬ，ＤＬ´，ＤＬ´´，ＤＬ´´´）を有している、請求項７記載の光学的なセンサ装置。
【請求項９】
第６の表面（Ｏ６）が部分的にパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）によって覆われており、該パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ´）が、第６の表面（Ｏ６）よりも下方の平面に位置している、請求項５記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１０】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）が、パッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の互いに反対の側に位置する側面（ＳＳ１，ＳＳ２）から突出しており、接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部がパッケージ装置（ＭＶ，ＭＶ´´）の下面（ＵＳ´）と同一平面に位置している、請求項９記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１１】
接続エレメント（ＡＢ，ＡＢ´´）の端部が基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´）に結合されており、該基板が前記窓（Ｆ；Ｆ´）の範囲に貫通孔（ＤＬ−ＤＬ´´）を有している、請求項１０記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１２】
第１のチップ（１ａ）の第２の表面（Ｏ２）もしくは第４の表面（Ｏ４）に、かつ／または基板（ＳＵＢ，ＳＵＢ´´）に前記貫通孔（ＤＬ−ＤＬ´´´）の範囲で、光学的なフィルタ装置（ＦＳ；ＦＩ；ＦＩ´´）が設けられている、請求項８または１１記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１３】
マウントフレーム（ＭＬＦ；ＭＬＦ´）がはんだ付けフレームである、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１４】
ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）が側方でチップ搭載範囲（ＤＰ´）を超えて突出している、請求項４から１３までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の光学的なセンサ装置を製造するための方法において、以下のステップ；
センサチップ装置（１０；１０´）をマウント範囲（ＲＢ；ＲＢ´）ではチップ搭載範囲（ＤＰ；ＤＰ´）に、ワイヤボンディング範囲（ＢＢ）では１つまたは複数の接続エレメント（ＡＢ；ＡＢ´；ＡＢ´´；ＡＢ´´´）にそれぞれ結合し、
パッケージ装置（ＭＶ；ＭＶ´；ＭＶ´´；ＭＶ´´´）をモールディングプロセスで被着させる
を実施することを特徴とする、光学的なセンサ装置を製造するための方法。
【公表番号】特表２００７−５０６９３５（Ｐ２００７−５０６９３５Ａ）
【公表日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１５６６３（Ｐ２００６−５１５６６３）
【出願日】平成１６年５月１５日（２００４．５．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００４／００１０２７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４０３
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月１５日（２００４．５．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００４／００１０２７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１１４４０３
【国際公開日】平成１６年１２月２９日（２００４．１２．２９）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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