光發射接收裝置的製作方法

2023-11-04 07:50:52 2

專利名稱：光發射接收裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主要用於作為測定血流量等的血流感測裝置的光 發射接收裝置。
背景技術：
作為以往的光發射接收裝置公知有如下血流計，其具備在表面 上形成有配置了發光元件及受光元件的凹部的半導體基板，和配置於 半導體基板的表面且形成有遮光膜的蓋(cover)基板(例如，參照專 利文獻l)。在該血流計中，發光元件的一方端子電極經由引線與形成 在凹部內面的電極電連接。日本專利特開2004-229920號公報

發明內容
然而，如上所述光發射接收裝置存在如以下問題。即，因為發光 元件的一方端子電極通過導線與形成在凹部內面的電極電連接，所以 必須在凹部設置用於收容導線的空間，使裝置變大了該空間的部分。 因此，妨礙了半導體基板的小型化，並妨礙光發射接收裝置的小型化。
於是，本發明有鑑於上述問題，目的在於提供一種可以實現小型 化的光發射接收裝置。
為達到上述目的，有關本發明的光發射接收裝置，其特徵在於， 具備用於向前方發出光的發光元件，用於接收從前方照射的光的受 光元件，基體，在其前面形成有，配置發光元件的第1凹部、和配置 有受光元件的第2凹部，遮光部件，其配置在基體的前面側，並形成 有使由發光元件發出的光通過的第1光通過孔、和使由受光元件接收
的光通過的第2光通過孔，光透過部件，其配置在遮光部件的前面側， 並使由發光元件發出的光，及由受光元件接收的光透過；發光元件的 端子電極以及受光元件的端子電極的至少一個，經由導線，與形成在
說明書第2/8頁
基體的前面的配線電連接；在遮光部件上形成有收容導線的導線收容 部。
此外，有關本發明的光發射接收裝置，其特徵在於，具備用於 向前方發出光的發光元件，用於接收從前方照射的光的受光元件，基 體，在其前面形成有，配置發光元件以及受光元件的凹部，遮光部件， 其配置在基體的前面側，並形成由使由發光元件發出的光通過的第1 光通過孔、和使由受光元件接收的光通過的第2光通過孔，光透過部 件，其配置在遮光部件的前面側，並使由發光元件發出的光，及由受
光元件接收的光透過；發光元件的端子電極以及受光元件的端子電極 的至少一個，經由導線，與形成在基體的前面的配線電連接；在遮光
部件上，形成收容導線的導線收容部。
在該等光發射接收裝置，發光元件的端子電極以及受光元件的端 子電極的至少一個經由導線，與形成在基體的前面的配線電連接，並 在配置於基體前面側的遮光部件，形成收容導線的導線收容部。由此， 由於不需要設置收容導線的空間，因此可以使凹部小型化。從而，可 以使基體小型化，進而，能夠使光發射接收裝置小型化。
在有關本發明的光發射接收裝置中，優選與發光元件的端子電極 的至少一個電連接的收容導線的導線收容部，為凹部或者貫通孔。在 此情況下，能簡便地形成導線收容部。
在有關本發明的光發射接收裝置中，優選與發光元件的端子電極 的至少一個電連接的收容導線的導線收容部為貫通孔，且貫通孔與第1 光通過孔連續形成。在此情況下，可更進一步簡便地形成導線收容部。
在有關本發明的光發射接收裝置中，優選與受光元件的端子電極 的至少一個電連接的收容導線的導線收容部，為凹部。在此情況下， 可簡便地形成導線收容部，同時，可防止從前方照射的光經由導線收 容部而被受光元件受光。
根據本發明，就可以使光發射接收裝置小型化。


圖1是有關第1實施方式的光發射接收裝置的概略立體圖。
圖2是沿著圖i所示的n-n線的概略剖面圖。
圖3是圖1所示的光發射接收裝置的本體部的概略分解立體圖。
圖4是沿著圖3所示的IV-IV線的概略剖面圖。
圖5是有關第2實施方式的光發射接收裝置的本體部的，對應於 圖4的概略剖面圖。
圖6是有關第3實施方式的光發射接收裝置的本體部的，對應於 圖2的概略剖面圖。
圖7是沿著圖6所示的VII-VII線的概略剖面圖。
圖8是有關第4實施方式的光發射接收裝置的本體部的，對應於 圖2的概略剖面圖。
圖9是有關第4實施方式的光發射接收裝置的本體部的，對應於 圖4的概略剖面圖。
符號說明
1:光發射接收裝置
5:基體 5a:前面
7:第1空腔(第1凹部)
8:第2空腔(第2凹部) 9: LD (發光元件)
12: PD (受光元件)
15,16: LD端子電極 17,18: PD端子電極 19:基體配線部(配線) 20:遮光部件
22:開口 (第1光通過孔) '
23:針孔(第2光通過孔) 27:光透過部件 28,31:導線 29,32:導線收容部 33:空腔(凹部)
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。而且， 在各個附圖中，對於同一部分或相當的部分添加同一符號，並省略重 復說明。
[第1實施方式〗
如圖1和圖2所示，第1實施方式的光發射接收裝置1具有外圍
器2，其例如由塑料材料形成為前方開口的立方體杯狀。在外圍器2 中配置有本體部4，其內置有向前方出射光的LD (發光元件)9，和對 從前方照射的光進行受光PD (受光元件)12;在外圍器2內的本體部 4的周圍，填充有例如絕緣塗布的由含有碳素填料的矽樹脂(silicone resin)組成的遮光性數值3。該光發射接收裝置l，例如通過對生物體 組織照射光並由散亂後的散亂光檢測生物體組織中的血流，可用於測 定血流量、血流速度、脈搏等。
如圖2和圖3所示，本體部4，在外圍器2內的底面側具有基體5。 該基體5例如，由作為半導體材料的矽形成寬2.8mm，長6.0mm，厚 l.Omm的長方形板狀，在基體5的前面5a形成有凹狀的第1空腔 (cavity)(第1凹部)7和第2空腔(第2凹部)8。在第1空腔7內 配置有LD9，並與後述的LD陽極IO和LD陰極11電連接。另外，在 第2空腔8內，配置有PD12，後述的PD陽極13和PD陰極14電連 接。
而且，例如通過對成為基體5的矽基板實施溼式蝕刻而形成空腔 7、 8。具體為，在成為基體5的矽基板的表面，設置用於畫出空腔7、 8形狀的由SiN等形成的掩模，並在該掩模的開口作用蝕刻劑，由此形 成空腔7、 8。在蝕刻後，除去SiN掩模，然後利用熱氧化至少在空腔 表面和基板表面形成1.5(am的厚度的例如由Si02形成的絕緣膜40。
LD9，使用例如由化合物半導體材料構成的厚度0.2mm的VCSEL (面發光雷射器)，出射波長850nm的光。在該LD9中，在前端面上 設置有LD端子電極15，在後端面上設置有LD端子電極16。另外， PD12，使用例如由半導體材料構成的厚度0.3mm的Si-PD或GaAs-PD。 在該PD12中，在前端面上設置有PD端子電極17和PD端子電極18。
而且，根據LD9出射的光的波長選擇PD12的材料。例如，在LD9 出射的光的波長為780nm的情況下，作為PD12的材料使用Si或GaAs，
在LD9出射的光的波長為1.31pm的情況下，作為PD12的材料使用 InGaAs 0
在基板5的前面5a及空腔7、 8的內表面的絕緣膜40上，例如利 用A1、 Ti-Pt-Au的層疊膜、或Cr-Pt-Au的層疊膜以規定圖案形成基體 配線部(配線)19。該基體配線部19，在第1空腔7側具有LD陽極 10和LD陰極11，在第2空腔8側具有PD陽極13和PD陰極14。上 述LD陽極IO、 LD陰極ll、 PD陽極13及PD陰極14，如圖1及圖2 所示，經由導線24，與在外圍器2底部的四角從其前面向後面引出電 極而形成的引出電極26電連接。而且，在形成於第1空腔7的底面的 絕緣膜40上的基體配線部19上，例如經由焊料和半導體樹脂等電連 接有LD9的LD端子電極16。
回到圖2和圖3,在基體5的前面5a的絕緣膜40上層疊有遮光部 件20，其是由例如，以Si02構成的絕緣膜41所覆蓋的矽基板形成厚 度0.15mm 0.30mm的長方形板狀，並利用凸點連接(bump bonding) 21固定。作為凸點連接21的材料，例如有Au、 Ni、 Cu、 AuSn、 SnAg 類的焊料。在此，優選從LD9出射的光，不會從基體5與遮光部件20 的間隙到達PD12，而在第1空腔7和第2空腔8之間的部分，布滿凸 點連接21。另外，也可以在該部分上通過塗布或者充填遮光材料形成 遮光部。
在遮光部件20上形成有，設在與第1空腔7對應的位置上的開口 (第1光通過孔)22、和設在與第2空腔8對應的位置的針孔(pinhole) (第2光通過孔)23。開口 22將從LD9出射的光導引往外部。此外， 針孔23將來自外部的散亂光向PD12導引，而且，防止來自外部的幹 擾光以及不要光入射PD12。而且，開口22以及針孔23，例如通過對 構成遮光部件20的矽基板實施乾式蝕刻而形成，且針孔23的長寬比 (aspect ratio )高。
而且，針孔23形成在與PD12的受光面對應的位置，其直徑為例 如30pm 90pm。這是因為，針孔23的直徑大於90j^m時，因PD12 所感知的來自外部的幹擾光以及不要光所造成的噪聲會增加，另一方 面，針孔23的直徑小於30|am時，造成PD12所受光的光變少，來自 PD12的輸出降低。
在遮光部件20的後面20b的絕緣膜41上，以規定的圖案形成遮 光部件配線部25，並利用凸點連接21與基體配線部19電連接。在遮 光部件配線部25中，在與第2空腔8對應的部分上，利用凸點連接21 對PD12的PD端子電極17、 18進行電連接(所謂的，倒裝片壓焊； flip-chip-bonding)。由此，將PD12與PD陽極13以及PD陰極14分 別電連接。
此外，在遮光部件20的前面20a的絕緣膜41上層疊有光透過部 件27，其例如由含鹼的硼矽酸鹽玻璃形成厚0.3mm的長方形板狀，以 使從LD9出射的光、以及來自外部的散亂光透過，並利用樹脂予以固 定。該光透過部件27，可提高遮光部件20的機械性強度，同時，密封 基體5的第1空腔7以及第2空腔8以進行封裝。另外，由於光透過 部件27與遮光部件20固定，因此使光透過部件27的熱膨脹率與遮光 部件20的熱膨脹率大致相等。此外，也可利用陽極接合，將遮光部件 20與光透過部件27固定。在進行陽極接合的情況下，不需要光透過部 件27側的絕緣膜41。
但是，光發射接收裝置1如圖4所示，LD9的LD端子電極15， 經由導線28，與形成在基體5的前面5a的絕緣膜40上的基體配線部 19電連接。此外，在被層疊固定在基體5的前面5a側的遮光部件20 上，形成有收容導線28的導線收容部29。由此，因為不需要在第1 空腔7內設置收容導線28的空間，因此可以使第1空腔7小型化。從 而，可以使基體5小型化，進而，使光發射接收裝置1小型化。
再者，在遮光部件20中，收容導線28的導線收容部29為貫通孔， 而該貫通孔與開口22連續形成。通過採用這種構成，可簡便地一起形 成導線收容部29與開口 22。
在使用如上構成的光發射接收裝置1，測定有關例如生物體組織的 血流量等生物體內的液狀物質的信息的情況下，對基體配線部19的LD
陽極10以及LD陰極11施加電壓，從配置在基體5的第1空腔7內的 LD9出射光。該光通過形成在遮光部件20上的開口 22，透過光透過部 件27向外部出射，然後，在生物體組織內，隨血流成分而散亂等。該 散亂後的散亂光的一部分，朝向與從LD9出射的光的行進方向相反的 方向前進，透過光透過部件27，經由形成在遮光部件20上的針孔23，
到達配置在基體5的第2空腔8內的PD12。然後，可由基體配線部19 的PD陽極13以及PD陰極14得到與該到達的光相對應的電壓信號。 在此，由於在散亂光中包含來自靜止的生物體組織的散亂光、與受到 來自在生物體組織的毛細血管中移動的紅血球的都卜勒位移(Doppler shift)的散亂光的幹涉成分，因此，對由PD12得到的電壓信號進行頻 率解析，由此可以進行血流測量等。 (第2實施方式)
有關第2實施方式的光發射接收裝置1，在導線收容部29的形狀 方面，不同於有關第1實施方式的光發射接收裝置1。即，有關第2 實施方式的光發射接收裝置l中，如圖5所示，導線收容部29成為， 形成在遮光部件20後面20b上的凹部，且與開口 22連續形成。
根據上述構成的第2實施方式的光發射接收裝置1，也能發揮與有 關第1實施方式的光發射接收裝置1同樣的作用效果。 (第3實施方式)
有關第3實施方式的光發射接收裝置1，在PD12的構成方面，不 同於有關第1實施方式的光發射接收裝置1。目卩，有關第3實施方式的 光發射接收裝置1，如圖6以及圖7所示，將PD端子電極17設置在 PD12的前端面，將PD端子電極18設置在PD12的後端面。接著，使 PD端子電極17，經由導線31，與形成在基體5前面5a的絕緣膜40 上的基體配線部19電連接，使PD端子電極18，與形成在第2空腔8 底面的絕緣膜40上的基體配線部19電連接。在遮光部件20的後面20b 上，形成收容導線31的導線收容部32的凹部，且導線收容部32，與 針孔23連續形成。另外，考慮到入射PD12的幹擾光以及不要光，使 針孔23的長度為0.1mm以上。
根據上述構成的第3實施方式的光發射接收裝置1，也能發揮與有 關第1實施方式的光發射接收裝置1同樣的作用效果。 (第4實施方式)
有關第4實施方式的光發射接收裝置1，在基體5的形狀方面，不 同於有關第1實施方式的光發射接收裝置1。即，有關第4實施方式的 光發射接收裝置l，如圖8以及圖9所示，在基體5的前面5a上形成 配置LD9以及PD12的空腔(凹部)33。在遮光部件20與PD12之間，
以包圍PD12的受光面12a的方式，設置有由遮旋光性樹脂構成的遮光 部34。由此，可防止由LD9的發光等造成的幹擾光以及不要光入射 PD12。
根據上述構成的第4實施方式的光發射接收裝置1，也能發揮與有 關第1實施方式的光發射接收裝置1同樣的作用效果。
以上，針對本發明優選的實施方式加以說明，但是本發明並不限 定於上述實施方式。
例如，光發射接收裝置也可以構成為將與LD的LD端子電極電 連接的導線收容在，作為形成在遮光部件的後面的凹部的導線收容部 中，且將與PD的PD端子電極電連接的導線收容在，作為形成遮光部 件的後面的凹部的導線收容部中。此外，光發射接收裝置也可以構成 為將陽極側的LD端子電極以及陰極側的LD端子電極形成在LD的 前端面，且利用倒裝片壓焊使該LD與形成在遮光部件的後面的絕緣膜 上的遮光部件配線部電連接，並且，將與PD的PD端子電極電連接的 導線，收容在，作為形成於遮光部件的後面的凹部的導線收容部中。
再者，在導線收容部為貫通孔的情況下，該貫通孔也可以與開口 不連續地(即，與開口獨立地)形成。此外，在導線收容部為凹部的 情況下，該凹部也可以與開口或者針孔不連續地(即，與開口或者針 孔獨立地)形成。
(產業上的利用可能性)
根據本發明，可以使光發射接收裝置小型化。
權利要求
1.一種光發射接收裝置，其特徵在於，具備用於向前方發出光的發光元件，用於接收從前方照射的光的受光元件，基體，在其前面形成有，配置所述發光元件的第1凹部、和配置有所述受光元件的第2凹部，遮光部件，其配置在所述基體的前面側，並形成有使由所述發光元件發出的光通過的第1光通過孔、和使由所述受光元件接收的光通過的第2光通過孔，光透過部件，其配置在所述遮光部件的前面側，並使由所述發光元件發出的光，及由所述受光元件接收的光透過；所述發光元件的端子電極以及所述受光元件的端子電極的至少一個，經由導線，與形成在所述基體的前面的配線電連接；在所述遮光部件上形成有收容所述導線的導線收容部。
2. —種光發射接收裝置，其特徵在於， 具備用於向前方發出光的發光元件， 用於接收從前方照射的光的受光元件，基體，在其前面形成有，配置所述發光元件以及所述受光元件的 凹部，遮光部件，其配置在所述基體的前面側，並形成由使由所述發光 元件發出的光通過的第1光通過孔、和使由所述受光元件接收的光通 過的第2光通過孔，光透過部件，其配置在所述遮光部件的前面側，並使由所述發光 元件發出的光，及由所述受光元件接收的光透過；所述發光元件的端子電極以及所述受光元件的端子電極的至少一 個，經由導線，與形成在所述基體的前面的配線電連接；在所述遮光部件上，形成收容所述導線的導線收容部。
3. 如權利要求1或2所述的光發射接收裝置，其特徵在於-收容與所述發光元件的端子電極的至少一個電連接的所述導線的 所述導線收容部，為凹部或者貫通孔。
4. 如權利要求1或2所述的光發射接收裝置，其特徵在於 收容與所述發光元件的端子電極的至少一個電連接的所述導線的所述導線收容部為貫通孔，且該貫通孔與所述第1光通過孔連續形成。
5. 如權利要求1或2所述的光發射接收裝置，其特徵在於 收容與所述受光元件的端子電極的至少一個電連接的所述導線的所述導線收容部，為凹部。
全文摘要
光發射接收裝置(1)具有本體部(4)，在該本體部(4)的底面側具有基體(5)。在該基體(5)的前面(5a)形成有凹狀的第1空腔(7)和第2空腔(8)，在第1空腔(7)內配置有LD(9)，在第2空腔(8)內，配置有PD(12)。LD(9)的LD端子電極(15)經由導線(28)，與形成在前面(5a)的絕緣膜(40)上的基體配線部(19)電連接。另外，在層疊固定在基體(5)的前面(5a)側的遮光部件(20)上，形成有收容導線(28)的導線收容部(29)。由此，不需要在第1空腔(7)中設置收容導線(28)的空間，因此，可使第1空腔(7)小型化。因此，使基體(5)小型化並且也使光發射接收裝置(1)小型化。
文檔編號H01S5/022GK101371373SQ20078000305
公開日2009年2月18日 申請日期2007年2月15日 優先權日2006年2月23日
發明者柴山勝己 申請人:浜松光子學株式會社