特開 2023-138380 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023138380

(43)【公開日】2023-10-02

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/12 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

H01L31/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031414

(22)【出願日】2023-03-01

(31)【優先権主張番号】P 2022044703

(32)【優先日】2022-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】福中 敏昭

(72)【発明者】

【氏名】古屋 貴明

【テーマコード（参考）】

5F889

【Ｆターム（参考）】

5F889BB06

5F889BC02

5F889BC22

5F889BC25

5F889BC30

5F889CA09

5F889GA07

(57)【要約】

【課題】半導体基板の変形による特性変動を抑制可能なガスセンサが提供される。
【解決手段】ガスセンサ（１）は、基板（再配線層３０）と、基板の一方の面である表面（３０ａ）に、又は基板に埋め込まれて設けられた発光素子（１１）と、基板の表面に、又は基板に埋め込まれて設けられ、発光素子から出射された光を受光する受光素子（１２）と、基板の表面と反対の面である裏面（３０ｂ）にあって、少なくとも一部が発光素子及び受光素子と電気的に接続される複数の外部接続端子（４０）と、を備え、複数の外部接続端子は、平面視で、任意の２つの外部接続端子を結ぶ線上に発光素子及び受光素子が存在しないように配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の一方の面である表面に、又は前記基板に埋め込まれて設けられた発光素子と、
前記基板の前記表面に、又は前記基板に埋め込まれて設けられ、前記発光素子から出射された光を受光する受光素子と、
前記基板の前記表面と反対の面である裏面にあって、少なくとも一部が前記発光素子及び前記受光素子と電気的に接続される複数の外部接続端子と、を備え、
前記複数の外部接続端子は、平面視で、任意の２つの外部接続端子を結ぶ線上に前記発光素子及び前記受光素子が存在しないように配置される、ガスセンサ。

【請求項2】

前記複数の外部接続端子は、平面視で、前記発光素子及び前記受光素子のそれぞれに対して一方向の領域に配置される、請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記発光素子及び前記受光素子は、一部が封止部によって覆われている、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記基板は、前記発光素子及び前記受光素子の電極形成面側に形成される再配線層を含み、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記再配線層を介して、少なくとも一部の前記複数の外部接続端子と電気的に接続される、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記発光素子から出射された光を前記受光素子に導く導光部材を備え、
前記導光部材は前記基板の前記表面の接着面で前記基板に接着され、前記接着面は、平面視で、前記接着面における任意の２点を結ぶ線上に前記発光素子及び前記受光素子が存在しないように設けられる、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記接着面は前記裏面において前記複数の外部接続端子が配置された領域に対応する前記表面の領域に含まれる、請求項５に記載のガスセンサ。

【請求項7】

前記発光素子の出射面又は前記受光素子の受光面に設けられた光学フィルタを備える、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項8】

前記複数の外部接続端子はＬＧＡ又はＢＧＡである、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項9】

前記発光素子及び前記受光素子は、前記基板に埋め込まれており、前記発光素子及び前記受光素子の電極形成面とは反対側の面が前記基板から露出している、請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子として、受光した赤外線に応じた信号を出力する赤外線受光素子（赤外線センサ）及び入力した電力に応じて赤外線を発光する赤外線発光素子（赤外線ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）が知られている。量子型の赤外線受光素子は、ｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する半導体が赤外線を吸収することで発生した光電流により赤外線を検知する。赤外線発光素子は順方向に印加した電圧により赤外線を発光する。赤外線受光素子及び赤外線発光素子は、例えばＮＤＩＲ（ｎｏｎ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ）方式ガスセンサに利用されることがある。ＮＤＩＲ方式ガスセンサは、検出対象ガスに応じた吸収波長帯の赤外線を受光する赤外線受光素子及びその吸収波長帯の赤外線を発光する赤外線発光素子を用いて、ガス濃度を計測することができる。例えば特許文献１は、内部にミラーを設けたキャップで覆われて、基板上に構成部品を配置して形成される小型のＮＤＩＲ方式ガスセンサを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／２２２７６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、半導体素子を基板上に配置して構成されるデバイスでは、半導体基板に対しても応力がかかる場合がある。例えば、デバイスの実装時の熱膨張などの影響によって半導体基板が反ることがあり得る。デバイスがガスセンサである場合に、反りによってガスセンサの特性変動が生じることがある。特に小型のガスセンサにおいて、半導体基板の変形は特性に大きく影響するため、半導体素子への影響を抑制可能な技術が求められていた。

【0005】

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、半導体基板の変形による特性変動を抑制可能なガスセンサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の一実施形態に係るガスセンサは、
基板と、
前記基板の一方の面である表面に、又は前記基板に埋め込まれて設けられた発光素子と、
前記基板の前記表面に、又は前記基板に埋め込まれて設けられ、前記発光素子から出射された光を受光する受光素子と、
前記基板の前記表面と反対の面である裏面にあって、少なくとも一部が前記発光素子及び前記受光素子と電気的に接続される複数の外部接続端子と、を備え、
前記複数の外部接続端子は、平面視で、任意の２つの外部接続端子を結ぶ線上に前記発光素子及び前記受光素子が存在しないように配置される。

【0007】

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記複数の外部接続端子は、平面視で、前記発光素子及び前記受光素子のそれぞれに対して一方向の領域に配置される。

【0008】

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記発光素子及び前記受光素子は、一部が封止部によって覆われている。

【0009】

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記基板は、前記発光素子及び前記受光素子の電極形成面側に形成される再配線層を含み、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記再配線層を介して、少なくとも一部の前記複数の外部接続端子と電気的に接続される。

【0010】

（５）本開示の一実施形態として、（１）から（４）のいずれかにおいて、
前記発光素子から出射された光を前記受光素子に導く導光部材を備え、
前記導光部材は前記基板の前記表面の接着面で前記基板に接着され、前記接着面は、平面視で、前記接着面における任意の２点を結ぶ線上に前記発光素子及び前記受光素子が存在しないように設けられる。

【0011】

（６）本開示の一実施形態として、（５）において、
前記接着面は前記裏面において前記複数の外部接続端子が配置された領域に対応する前記表面の領域に含まれる。

【0012】

（７）本開示の一実施形態として、（１）から（６）のいずれかにおいて、
前記発光素子の出射面又は前記受光素子の受光面に設けられた光学フィルタを備える。

【0013】

（８）本開示の一実施形態として、（１）から（７）のいずれかにおいて、
前記複数の外部接続端子はＬＧＡ又はＢＧＡである。

【0014】

（９）本開示の一実施形態として、（１）から（８）のいずれかにおいて、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記基板に埋め込まれており、前記発光素子及び前記受光素子の電極形成面とは反対側の面が前記基板から露出している。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、半導体基板の変形による特性変動を抑制可能なガスセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るガスセンサの構成例を示す概略図である。

【図2】図２は、図１のガスセンサの断面を示す断面図である。

【図3】図３は、図１のガスセンサの導光部材を除いた上面を示す平面図である。

【図4】図４は、図１のガスセンサの上面を示す平面図である。

【図5】図５は、図１のガスセンサの光電変換素子を含む一部の拡大断面を示す断面図である。

【図6】図６は、外部接続端子がＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）である場合の応力を説明する図である。

【図7】図７は、外部接続端子がＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）である場合の応力を説明する図である。

【図8】図８は、外部接続端子の他の配置例を示す概略図である。

【図9】図９は、外部接続端子の他の配置例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係るガスセンサが説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

【0018】

図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の構成例を示す概略図である。図１では、発光素子１１及び受光素子１２などの位置を示すために、基板を透過させて示している。図２は、図１の中央の仮想線ｂにおけるガスセンサ１の断面を示す断面図である。図３及び図４は、ガスセンサ１の上面を示す平面図である。図３では、ガスセンサ１の導光部材１５を除いて（透過させて）示している。

【0019】

図１～図４、後述する図８及び図９において、ガスセンサ１の向きに対応する直交座標が設定される。ｚ軸方向は、ガスセンサ１の高さ方向である。ｙ軸方向は、ガスセンサ１の縦方向に対応し、本実施形態において長方形状の基板の長手方向に対応する。また、ｘ軸方向は、ガスセンサ１の横方向（幅方向）に対応し、本実施形態において長方形状の基板の短手方向に対応する。ここで、基板は正方形状であってよく、このときｘ軸方向及びｙ軸方向が１つの辺の方向及びそれに直交する方向に対応してよい。以下において、この直交座標の軸を用いて、位置関係を説明することがある。

【0020】

図１～図４に示すように、ガスセンサ１は、基板と、発光素子１１と、受光素子１２と、複数の外部接続端子４０と、を備える。本実施形態において、ガスセンサ１は、発光素子１１から出射された光を受光素子１２に導く導光部材１５と、発光素子１１の出射面に設けられた光学フィルタ１６が樹脂成形されたフィルタブロック１６ａと、をさらに備える。また、本実施形態において、ガスセンサ１は、発光素子１１及び受光素子１２の動作を制御し、被検出ガスの濃度を演算するＩＣ１３（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、ＩＣ１３で使用されるデータ及びプログラムなどを記憶するメモリ１４と、をさらに備える。複数の外部接続端子４０は、少なくとも一部が発光素子１１及び受光素子１２と電気的に接続される。また、複数の外部接続端子４０の一部は、ＩＣ１３又はメモリ１４と電気的に接続されてよい。また、発光素子１１及び受光素子１２の一方又は両方は、直接ＩＣ１３と電気的に接続されてよい。また、メモリ１４は、ＩＣ１３に設けることが可能なら備えなくてよい。ＩＣ１３を外部に設ける場合に、ガスセンサ１は、ＩＣ１３を備えていなくてよい。また、メモリ１４を外部に設ける場合に、ガスセンサ１は、メモリ１４を備えていなくてよい。

【0021】

ここで、半導体素子が樹脂により封止されたデバイスにおいて、デバイスの小型化のために、ＦＯＷＬＰ（Ｆａｎ Ｏｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）又はＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のようなパッケージ構造が用いられることがある。本実施形態において、発光素子１１、受光素子１２、ＩＣ１３及びメモリ１４が半導体素子であって、ガスセンサ１はＦＯＷＬＰのパッケージ構造を有する小型の検出装置を実現する。基板は、これらの半導体素子を実装して電気的な接続を行うが、本実施形態において発光素子１１及び受光素子１２の電極形成面側に形成される再配線層３０を含む。再配線層３０の詳細については後述する。また、以下の説明において、基板（再配線層３０）の一方の面であって、半導体素子が設けられる方の面が表面３０ａと称される。基板の表面３０ａと反対の面であって、複数の外部接続端子４０がある方の面が裏面３０ｂと称される。ここで、ガスセンサ１のパッケージ構造はＦＯＷＬＰに限定されるものでなく、例えばＷＬＣＳＰ、ＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｎｏｎ－ｌｅａｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅ）などの他の種類であってよい。また、発光素子１１及び受光素子１２なども単体で素子を構成する基板を有するが、素子の基板は半導体基板１１１（図５参照）と称される。また、ガスセンサ１を部品として用いる製品も基板を有するが、製品の基板は製品基板と称される。ここで、「裏面３０ｂにある」とは、直接に裏面３０ｂに設けられて存在している状態だけでなく、間接的に設けられて存在している状態を含む。例えば複数の外部接続端子４０は別の層などを介して裏面３０ｂに設けられてよいが、このような間接的な設置による場合も「裏面３０ｂにある」と記載される。

【0022】

発光素子１１は、基板の表面３０ａに、又は基板に埋め込まれて設けられ、被検出ガスの検出に用いられる光を出射する。発光素子１１は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。本実施形態において、発光素子１１が発する光は赤外線であるが、これに限定されない。本実施形態において、発光素子１１はＬＥＤであるが、別の例として半導体レーザ又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒータ等であり得る。ここで、「表面３０ａに設けられる」とは、直接に表面３０ａに設けられることだけでなく、間接的に設けられることを含む。例えば発光素子１１は、基板の表面３０ａに導電性の接着材又は別の層などを介して設けられてよいが、このような間接的な設置も「表面３０ａに設けられる」と記載される。

【0023】

ここで、赤外線の波長は２μｍ～１２μｍであってよい。２μｍ～１２μｍの領域は、各種ガスに固有の吸収帯が数多く存在し、ガスセンサ１で用いるのに特に適した波長帯である。例えば３．３μｍの波長にメタン、４．３μｍの波長に二酸化炭素、９．５μｍの波長にアルコール（エタノール）の吸収帯が存在する。

【0024】

受光素子１２は、基板の表面３０ａに、又は基板に埋め込まれて設けられ、発光素子１１から出射された光を受光する。受光素子１２は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有するものであれば特に制限されない。本実施形態において、受光素子１２が受け取る光は赤外線であるが、これに限定されない。受光素子１２は、受け取った光を電気信号に変換して、変換した電気信号を出力する。電気信号は、例えばＩＣ１３に出力される。電気信号を受け取ったＩＣ１３は、光の透過率等に基づいて被検出ガスの濃度を演算する。

【0025】

ここで、図２に示すように、発光素子１１及び受光素子１２は、基板に埋め込まれていてよい。発光素子１１及び受光素子１２の電極形成面とは反対側の面が基板から露出している。基板への埋め込みによって、ガスセンサ１の薄型化が可能になる。一般に、基板に埋め込まれる場合、発光素子１１及び受光素子１２は基板の反りの影響を直接的に受ける。しかし、本実施形態に係るガスセンサ１の構成は、後述するように、変形による発光素子１１及び受光素子１２の特性変動を抑制できる。ここで、図２に示すように、発光素子１１及び受光素子１２だけでなく、ＩＣ１３及びメモリ１４が基板に埋め込まれていてよい。

【0026】

導光部材１５は、発光素子１１から出射された光を受光素子１２に導く部材である。導光部材１５は、ガスセンサ１の光学系である。導光部材１５は光学部材を備え、発光素子１１から受光素子１２への光路を構成する。ここで、光学部材は例えばミラー、レンズ等である。本実施形態において、導光部材１５は、基板の表面３０ａの接着面１７で基板に接着され、内部に気体が導入される空間を形成する。発光素子１１から出射された光は、導光部材１５によって空間内の気体を通って受光素子１２で受光される。空間内の気体に被検出ガスが含まれれば、特定の波長の光が濃度に応じて吸収されるため、吸収量を検出することにより被検出ガスの濃度を測定することができる。

【0027】

光学フィルタ１６は、波長選択機能を有する部材である。光学フィルタ１６は、被検出ガスの吸収波長帯の光を透過させるバンドパスフィルタであってよい。本実施形態において、光学フィルタ１６は発光素子１１の出射面に設けられているが、これに限定されない。光学フィルタ１６は、例えば受光素子１２の受光面（入射面）に設けられてよい。

【0028】

ここで、図５は、図１のガスセンサ１の光電変換素子１０を含む一部の拡大断面を示す断面図である。光電変換素子１０は、発光素子１１又は受光素子１２である。発光素子１１及び受光素子１２に共通の構造を説明する場合に、光電変換素子１０の言葉で説明することがある。図５における拡大した断面は、例えば図１の発光素子１１及び外部接続端子４０を横切る仮想線ａにおける断面である。

【0029】

図５に示すように、光電変換素子１０の光出入射面１０ａと反対側の面には、電極１１３が設けられている。光電変換素子１０の電極１１３が形成された面である電極形成面１０ｂは、再配線層３０と接している。光電変換素子１０は、電極１１３を介して再配線層３０と電気的に接続される。

【0030】

半導体基板１１１は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合のフォトダイオード構造の半導体層１１２を成膜することが可能な素子の基板である。半導体基板１１１は、赤外線等の光透過性を有するものであれば特に制限されない。半導体基板１１１は、半導体を含む材料を含んでよいし、絶縁性であってよい。半導体基板１１１は、一例として、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、サファイヤ、リン化インジウム（ＩｎＰ）等で形成される。半導体層１１２がＩｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ａｌ等を含むナローギャップ半導体材料（例えばＩｎＳｂ）を含む材料で形成される場合、格子欠陥の少ない半導体層１１２を形成する観点から、半導体基板１１１としてＧａＡｓ基板を用いることが好ましい。この場合、半導体基板１１１は光に対して高い透過率を有し、半導体基板１１１上に高品質の結晶性成長が可能となる。さらに、半導体基板１１１の１０ａ面は、凹凸を形成したり、Ｔｉ０_２等の反射防止膜を形成したりしてよい。光取り出しを向上することが可能となる。

【0031】

半導体層１１２は、例えば第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層で構成されたＰＩＮ接合のフォトダイオード構造を有している。半導体層１１２としては、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合のフォトダイオード構造又はＬＥＤ構造を有するものであれば、特定の構造に限定されない。半導体層１１２は、赤外線等の特定波長の光に対して感度を有する公知の物質を適用することが可能であり、例えばＩｎＳｂを適用することができる。半導体層１１２上に電極１１３が形成される。

【0032】

封止部２０は、樹脂材料で構成されており、光電変換素子１０の光出入射面１０ａを露出させるように、光電変換素子１０の側面を覆っている。また、光電変換素子１０の電極形成面１０ｂが再配線層３０に対して露出する。すなわち、本実施形態に係るガスセンサ１において、光電変換素子１０の光出入射面１０ａ及び電極形成面１０ｂ以外が封止部２０によって封止されている。ここで、封止部２０は、半導体基板１１１を介して半導体層１１２に赤外線等の光が出入射できるように形成されていればよく、覆う面について特に限定されない。例えば、封止部２０は、光電変換素子１０の電極形成面１０ｂの一部を覆っていてよいし、光電変換素子１０の側面の一部を覆っていなくてよい。封止部２０のうち光電変換素子１０の側面を覆う部分の上面は光出入射面１０ａより薄くてよいし、光出入射面１０ａと面一になっていてよい。

【0033】

封止部２０としては、量産性、機械強度及び光電変換素子１０への応力の観点から、再配線層３０と近い線膨張係数を有する樹脂材料を用いることが好ましい。封止部２０は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成されてよい。

【0034】

また、封止部２０を構成する材料は、エポキシ樹脂等の樹脂材料の他にフィラー、不可避的に混在する不純物などを含んでいてよい。フィラーとしては、例えばシリカ、アルミナ等が好適に用いられる。

【0035】

再配線層３０は、光電変換素子１０及び封止部２０の電極形成面１０ｂ側に形成される。再配線層３０は、第１絶縁層３１１及び第２絶縁層３１２を有する絶縁層３１と、光電変換素子１０の電極１１３と電気的に接続される再配線３２と、外部接続端子４０を接続するためのパッド３３と、を備えている。本実施形態において、電極１１３に対して再配線３２が接続されて、再配線３２は外部接続端子４０に接続されている。

【0036】

第１絶縁層３１１は、光電変換素子１０及び封止部２０の電極形成面１０ｂ側に形成されている。第１絶縁層３１１は、反りが小さく、再配線３２との接合性に優れ、耐熱性の高い材料により形成され、具体的にはポリイミド等の樹脂材料により形成される。第１絶縁層３１１は、光電変換素子１０の電極１１３の位置に第１絶縁層３１１を貫通する開口３１１ａを有している。開口３１１ａを介して、再配線３２が電極１１３と電気的に接続可能となる。

【0037】

再配線３２は、第１絶縁層３１１と第２絶縁層３１２との間に設けられている。再配線３２は、第１絶縁層３１１の開口３１１ａから露出する電極１１３の表面及び開口３１１ａの側壁を覆い、開口３１１ａの側壁からパッド３３まで第１絶縁層３１１の表面上で延在する。

【0038】

再配線３２は、下地層３２１及び導体層３２２を有している。下地層３２１は、例えば無電解めっき又はスパッタリングにより形成される。また、下地層３２１は、第１絶縁層３１１と導体層３２２との接着性を向上させる役割も果たす。下地層３２１は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。導体層３２２は、下地層３２１上に形成され、例えば電解めっきにより形成される。導体層３２２は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。

【0039】

第２絶縁層３１２は、第１絶縁層３１１の表面に形成された絶縁層である。第２絶縁層３１２は、第１絶縁層３１１と同様に、例えばポリイミド等の樹脂材料により形成される。第２絶縁層３１２は、平面視で第１絶縁層３１１の開口３１１ａと重ならない領域に、第２絶縁層３１２を貫通する開口３１２ａを有する。開口３１２ａを介して、パッド３３が再配線３２と電気的に接続可能となる。

【0040】

パッド３３は、外部接続端子４０を再配線３２と接続するために設けられる。パッド３３は、例えばＮｉ層とＡｕ層との積層膜により形成される。パッド３３は、第２絶縁層３１２の開口３１２ａから露出する再配線３２の表面及び開口３１２ａの側壁を覆う。

【0041】

外部接続端子４０は、パッド３３と接しており、第２絶縁層３１２の開口３１２ａから露出する再配線３２と電気的に接続されている。本実施形態において、複数の外部接続端子４０はＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）である。外部接続端子４０は例えばはんだボールである。ただし、外部接続端子４０の形状などは限定されない。例えば複数の外部接続端子４０はＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）であってよい。

【0042】

ガスセンサ１は、例えば測定機器などの製品の部品として用いられ、製品基板に実装される際に、複数の外部接続端子４０が製品基板の所定位置でリフローによってはんだ付けされる。

【0043】

従来、光学デバイスの実装時のリフローで生じる熱膨張及びその後の冷却による収縮などの影響によって、光学デバイスの基板に力が加わり、結果として光学素子が変形して、光学デバイスの特性変動が生じることがあった。例えば図６の上図のように、従来構造の外部接続端子１０４０がＢＧＡである小型のガスセンサ１００１は、リフローの熱によって基板（再配線層１０３０）が反った状態で、はんだボールである外部接続端子１０４０が溶融し、温度が下がったときに押し潰された状態で固まることがあり得る。すると、光電変換素子１０１０が変形してガスセンサ１００１の特性変動が生じることがある。また、例えば図７の上図のように、従来構造の外部接続端子１０４０がＬＧＡである小型のガスセンサ１００１は、リフロー後に温度が下がったときに、製品基板よりもＬＧＡパッケージの線膨張係数の方が大きいために収縮し、結果として製品基板に接続された外部接続端子１０４０の方に引っ張る応力が生じる。すると、光電変換素子１０１０が複数の外部接続端子１０４０の方に引っ張られて変形し、ガスセンサ１００１の特性変動が生じることがある。

【0044】

本実施形態に係るガスセンサ１は、光電変換素子１０に対して、複数の外部接続端子４０が、平面視で、一方向の領域に配置される。例えば図１に示すように、複数の外部接続端子４０は、発光素子１１に対して、平面視で一方向（ｙ軸負方向）に位置する領域ｃにある。ここで、複数の外部接続端子４０が配置された領域ｃは、複数の外部接続端子４０のうちで最外にある外部接続端子４０で囲まれる範囲として定められてよい。また、複数の外部接続端子４０は、受光素子１２に対しても、平面視で一方向（ｙ軸正方向）に位置する領域ｃにある。光電変換素子１０と外部接続端子４０のこのような位置関係によって、本実施形態に係るガスセンサ１は、図６の下図に示すように、リフローの際に基板（再配線層３０）が反った状態で固まることがない。そのため、本実施形態に係るガスセンサ１は、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制可能である。また、本実施形態に係るガスセンサ１で、外部接続端子４０をＬＧＡとする場合にも、図７の下図に示すように、リフローの際に複数の外部接続端子４０の方に引っ張られることがない。そのため、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制可能である。

【0045】

ここで、ガスセンサ１において、光電変換素子１０に対して、複数の外部接続端子４０が、実質的に一方向の領域に配置されればよい。具体的に述べると、複数の外部接続端子４０は、平面視で、任意の２つの外部接続端子４０を結ぶ線上に発光素子１１及び受光素子１２が存在しないように配置されればよい。

【0046】

図８は、光電変換素子１０に対して、複数の外部接続端子４０が実質的に一方向の領域に配置されている状態を例示する図である。図１と比べると、発光素子１１のｘ軸負方向にも外部接続端子４０が配置され、受光素子１２のｘ軸正方向にも外部接続端子４０が配置されている。つまり、複数の外部接続端子４０は、発光素子１１に対して、平面視でｙ軸負方向及びｘ軸負方向に位置する。また、複数の外部接続端子４０は、受光素子１２に対して、平面視でｙ軸正方向及びｘ軸正方向に位置する。しかし、複数の外部接続端子４０の任意の２つを結ぶ線上に、発光素子１１及び受光素子１２は存在しない。図８の仮想線ｄは、このような２つの外部接続端子４０を結ぶ線の例である。したがって、図８に示すような複数の外部接続端子４０の配置であっても、図６の上図のように光電変換素子１０１０を挟んで基板（再配線層１０３０）が反った状態で固まることは生じない。また、図７の上図のように光電変換素子１０１０を挟んで反対方向に引っ張る力が加わることは生じない。そのため、ガスセンサ１において、複数の外部接続端子４０が任意の２つの外部接続端子４０を結ぶ線上に発光素子１１及び受光素子１２が存在しないように配置されることによって、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制可能である。

【0047】

また、図１及び図８の例において、発光素子１１及び受光素子１２は、平面視で複数の外部接続端子４０を挟むように配置されているが、このような位置関係に限定されない。例えば図９に示すように、平面視で複数の外部接続端子４０に対して一方向（一例としてｙ軸正方向）に発光素子１１及び受光素子１２が並んで配置されてよい。このとき、複数の外部接続端子４０が配置される領域ｃを拡大することが可能である。また、図１及び図８の例において、発光素子１１及び受光素子１２は、平面視で同じ向きに（各辺が平行であるように）配置されているが、一方が他方に対して角度を有して（回転して）配置されてよい。角度は一例として４５°であるが、特に限定されない。

【0048】

また、ガスセンサ１が基板に接着される導光部材１５を備える場合に、接着剤の収縮などによって基板に力が加わるおそれがある。そのため、接着面１７は、平面視で、接着面１７における任意の２点を結ぶ線上に発光素子１１及び受光素子１２が存在しないように設けられることが好ましい。図３に示すように、接着面１７は裏面３０ｂにおいて複数の外部接続端子４０が配置された領域ｃに対応する表面３０ａの領域に含まれることが特に好ましい。接着面１７をこのように制限することによって、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制する効果をさらに高めることができる。

【0049】

以上のように、本実施形態に係るガスセンサ１は、上記の構成によって、従来構造と比べて、半導体基板１１１の変形による特性変動を抑制することができる。

【0050】

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ ガスセンサ
１０ 光電変換素子
１０ａ 光出入射面
１０ｂ 電極形成面
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ ＩＣ
１４ メモリ
１５ 導光部材
１６ 光学フィルタ
１６ａ フィルタブロック
１７ 接着面
２０ 封止部
３０ 再配線層
３０ａ 表面
３０ｂ 裏面
３１ 絶縁層
３２ 再配線
３３ パッド
４０ 外部接続端子
１１１ 半導体基板
１１２ 半導体層
１１３ 電極
３１１ 第１絶縁層
３１１ａ 開口
３１２ 第２絶縁層
３１２ａ 開口
３２１ 下地層
３２２ 導体層
１００１ ガスセンサ
１０１０ 光電変換素子
１０３０ 再配線層
１０４０ 外部接続端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】