JP4201432B2 - 光検出用モジュール - Google Patents
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Description
【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
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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