DE3782201T2

DE3782201T2 - Halbleiterphotosensor und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: DE3782201T2
Application number: DE8787306304T
Authority: DE
Inventors: Akio Mihara; Ichiro Ohnuki; Keiji Ohtaka; Toshiaki Sato; Yasuo Suda; Taichi Sugimoto; Hiromichi Yamashita; Tetsuo Yoshizawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1993-04-15
Anticipated expiration: 2007-07-17
Also published as: US5583076A; EP0253664B1; EP0253664A2; EP0253664A3; US5912504A; DE3782201D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterphotosensor mit einer eingekapselten photoelektrischen Wandlerelementanordnung für die Umwandlung von einfallendem Licht zur Erzeugung elektrischer Signale und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein bekannter photoelektrischer Wandler für die Umwandlung von einfallendem Licht in elektrische Signale ist in Fig. 1 gezeigt.
Eine photoelektrische Wandlerelementanordnung 1 wird an einem Trägerteil 2 befestigt; feine Metall-Tragdrähte 3 werden auf festgelegten Bereichen an der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 drahtgebondet, um diese mit Anschlüssen 2' zu verbinden, und ein lichtdurchlässiges Harz 4 wird derart geformt, daß es eine Hülle bildet, die das Element 1 einkapselt. Dann werden äußere Anschlußteile 2" der Anschlüsse 2' in eine gewünschte Länge geschnitten und gebogen, um den Halbleiterphotosensor fertigzustellen.
Der vorstehende bekannte Halbleiterphotosensor weist die folgenden Probleme auf.
(1) Wenn der Lichtfühlbereich der photoelektrischen Wandlerelementanordnung eine Vielzahl (n) von Lichtfühlzellen enthält und eine gleichmäßige Beleuchtung angewandt wird, haben die elektrischen Signale, die aus den n Lichtfühlzellen erhalten werden, nicht alle denselben Pegel, wie erwartet werden könnte. Ferner wird in dem Fall, daß einer der n Lichtfühlzellen selektiv Licht zugeführt wird und anderen Lichtfühlzellen kein Licht zugeführt wird, durch diese anderen Lichtfühlzellen, denen kein Licht zugeführt wird, ein elektrisches Signal erzeugt, das größer als der Dunkelstrom ist.
(2) Wenn auf der Oberfläche 9 des lichtdurchlässigen Harzes 4 ein Fehler vorhanden ist, wird ein elektrisches Signal aus einer Lichtfühlzelle in der Nähe eines Bereichs 10 auf der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1, der von dem Licht erreicht wird, das durch den Fehler hindurchgegangen ist, vermindert.
Diese Probleme sind besonders bei einem Halbleiterphotosensor ernsthaft, der zur Scharfeinstellung einer Kamera angewandt wird (AF-Sensor) und eine Anzahl von feinen Lichtfühlzellen hat, weil die erforderliche Empfindlichkeit um so größer ist, je kleiner die Fläche pro Lichtfühlbereich ist. Es wird folglich allgemein anerkannt, daß eine Einkapselung durch Harz auf den AF-Sensor nicht anwendbar ist.
Bei einem anderen bekannten Halbleiterphotosensor ist an einer Lichtdurchlaßoberfläche des lichtdurchlässigen Harzes ein Infrarotstrahlen-Sperrfilter angebracht. Bei einem solchen Halbleiterphotosensor tritt zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Problem, daß die elektrischen Signale dem Muster des einfallenden Lichts nicht genau entsprechen, das folgende Fertigungsproblem auf.
(1) Wenn das lichtdurchlässige Harz geformt wird, kann auf der Oberfläche des Harzes Entformungsmittel abgeschieden werden, oder während des Transports der Form wird ein Fließen gebildet. Diese können zu einer Behinderung der Lichtdurchlässigkeit führen und können die optischen Eigenschaften der photoelektrischen Wandlerelementanordnung beeinträchtigen. Zusätzlich ist eine Wasch- und Polierbehandlung erforderlich, die folglich zu einer Erhöhung der Fertigungskosten führt.
(2) Wenn das optische Filter geklebt wird, wird ein flüssiger Klebstoff verwendet. Es ist infolgedessen schwierig, vertikale Lagegenauigkeit zu gewährleisten. Um die horizontale Lagegenauigkeit zu verbessern, ist eine mechanische oder optische Lageermittlung erforderlich. Wenn sie mittels eines mechanischen Geräts erfolgt, ist sie kompliziert und benötigt hohe Investitionskosten.
(3) Wenn in dem Klebstoff eine Luftblase vorhanden ist, kann auch dies die Lichtdurchlässigkeit behindern und die optischen Eigenschaften der photoelektrischen Wandlerelementanordnung beeinträchtigen. Infolgedessen muß während des Klebens des optischen Filters sehr achtgegeben werden.
(4) Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist die Klebfläche des lichtdurchlässigen Harzes 4 nicht eben, wenn das optische Filter eine Linse 29 ist. Das lichtdurchlässige Harz 4 kann infolgedessen eine scharfe Kante 30 haben. In einem solchen Fall ist es schwierig, die Form abzutrennen, und in dem Harz kann ein Riß erzeugt werden. Dies vermindert die Fertigungsausbeute.
Es wird bemerkt, daß das Problem des innen reflektierten Lichtes bisher erkannt worden ist. Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0186044 (Sanyo Electric Co. Ltd.), in der verschiedene Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen werden, wird besonders erwähnt. Zu solchen Lösungen gehören das Anrauhen, das Vertiefen, das Abschrägen oder das Erhöhen (z.B. das Formen als konvexe oder konkave Gestalt) der Grenzfläche des Photosensors (d. h., der Oberfläche, auf die zuerst Licht einfällt).
Durch die vorliegende Erfindung soll ein Halbleiterphotosensor mit verbesserten Eigenschaften bereitgestellt werden. Er wird als Lösung für die soeben erörterten Probleme bereitgestellt, auf die man bei bekannten Halbleiterphotosensoren stößt.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterphotosensor bereitgestellt, der durch ein lichtdurchlässiges Harz eingekapselt wird und bei dem elektrische Signale, die aus einer Vielzahl von Lichtfühlzellen der photoelektrischen Wandlerelementanordnung erhalten werden, bei einem gleichförmigen Lichtfluß gleich sind.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Halbleiterphotosensor bereitgestellt, der durch lichtdurchlässiges Harz eingekapselt wird, bei dem das elektrische Signal aus den Lichtfühlzellen auch in dem Fall nicht notwendigerweise abgeschwächt wird, daß auf einer Oberfläche des lichtdurchlässigen Harzes ein Fehler vorhanden ist.
Durch die vorliegende Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterphotosensors, der in lichtdurchlässigem Harz eingekapselt ist, mit einer hohen Fertigungsausbeute und niedrigen Fertigungskosten bereitgestellt werden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterphotosensor mit einer Anordnung von Lichtfühlzellen, die in einem lichtdurchlässigen Harz eingekapselt sind, bereitgestellt,
wobei der Photosensor dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Anordnung in einer Tiefe D von der Grenzfläche des Photosensors an der Lichteinfallseite der Anordnung befindet, wobei diese Tiefe D nicht bedeutend kleiner als l&sub2;/(2 tan θ&sub1;) ist, worin l&sub2; eine größte Abmessung des Bereichs der Anordnung ist und der Winkel θ&sub1; der Grenzwinkel der inneren Totalreflexion für Licht ist, das innen von der Grenzfläche reflektiert wird.
Es wird gefunden, daß die vorstehend angegebene Wahl der Tiefe in der Hinsicht zweckdienlich ist, daß sie die innere Totalreflexion des Lichts von Zelle zu Zelle beseitigt und auch dazu beiträgt, die Gesamtmenge des Lichts, das innen von anderen Bereichen des Anordnungsaufbaus auf die Anordnung von Zellen reflektiert wird, zu vermindern.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorsystem für automatische Scharfeinstellung bereitgestellt, das einen Photosensor enthält, der in der soeben beschriebenen Weise aufgebaut ist.
Der Einbau eines eingekapselten Photosensors wird durch diese Erfindung anwendbar gemacht, weil die Wirkungen der inneren Reflexion vermindert oder beseitigt werden.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterphotosensors bereitgestellt, wobei dieser Photosensor in der soeben beschriebenen Weise aufgebaut ist, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen einer Form mit einer oberen und einer unteren Formhöhlung,
Auflegen eines lichtdurchlässigen Bauteils auf den Boden der unteren Formhöhlung,
Befestigen einer Anordnung von Lichtfühlzellen an einem Leitungsrahmenelementträger,
örtliches Festlegen der Anordnung von Lichtfühlzellen zwischen der oberen und der unteren Formhöhlung derart, daß die Anordnung dem lichtdurchlässigen Bauteil gegenüberliegt und in einem Abstand D oberhalb der unteren Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauteils gehalten wird, wobei dieser Abstand D nicht bedeutend kleiner als l&sub2;/(2 tan θ&sub1;) ist, worin l&sub2; eine größte Abmessung des Bereichs der Anordnung ist und der Winkel θ&sub1; der Grenzwinkel der inneren Totalreflexion für Licht ist, das innen von der unteren Oberfläche reflektiert wird,
Einspritzen von Harzmaterial in die Form, um die obere und die untere Formhöhlung auszufüllen, und
Härten des Harzmaterials, um die Anordnung von Lichtfühlzellen in dem lichtdurchlässigen Harz einzukapseln und das lichtdurchlässige Bauteil in einem Abstand davon zu halten.
Da das lichtdurchlässige Medium bei dem soeben beschriebenen Verfahren in der Form vorhanden ist, kann die Oberfläche des lichtdurchlässigen Harzes, die mit dem lichtdurchlässigen Medium in inniger Berührung ist, verhältnismäßig fehlerfrei gebildet werden. Noch wichtiger ist, anzumerken, daß das lichtdurchlässige Medium in dem hergestellten Photosensor frei von Oberflächenfehlern bereitgestellt werden kann, weil die äußere Oberfläche des lichtdurchlässigen Mediums nicht durch dieses Formteil-Herstellungsververfahren gebildet wird, sondern eine Oberflächenqualität hat, wie sie geliefert wird.
In den Zeichnungen:
zeigt Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten Halbleiterphotosensors;
zeigt Fig. 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung eines optischen Systems des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung, der als AF-Sensor einer Kamera angewandt wird;
erläutert Fig. 5 ein Prinzip davon und
zeigen Fig. 6 bis 11 Schnittansichten von Ausführungsformen eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung und
zeigt Fig. 12 einen Halbleiterphotosensor mit einem Linsenfilter.
Damit die vorliegende Erfindung besser verstanden werden kann, werden nun besondere Ausführungsformen davon näher erläutert, und es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die folgende Beschreibung wird nur als Beispiel angegeben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden Ursachen für die Probleme, auf die man bei den bekannten Photosensoren stößt, die von den Erfindern untersucht wurden, erläutert.
Wenn ein Lichtstrom 6 durch eine Luftschicht 11 hindurch im rechten Winkel auf das lichtdurchlässige Harz 4 und die photoelektrische Wandlerelementanordnung 1 auftrifft, wird der Lichtstrom durch eine Oberfläche 12 des photoelektrischen Wandlerelements 1 reflektiert und gestreut. Die Intensität des reflektierten und gestreuten Lichtstroms hängt von einem Winkel, der materialabhängig ist, und von der Fläche der Oberfläche 12 ab. Etwas von dem reflektierten und gestreuten Lichtstrom erreicht durch das Harz 4 hindurch die Luftschicht 11, und etwas wird an der Grenzfläche der Luftschicht 11 und des Harzes 4 reflektiert.
Gemäß dem Snelliusschen Gesetz tritt innere Totalreflexion bei einem bestimmten Winkel θ&sub1; ein, der durch die Brechungsindizes des lichtdurchlässigen Harzes 4 und der Luftschicht 11 festgelegt wird. Wenn die Brechungsindizes des lichtdurchlässigen Harzes 4 und der Luftschicht 11 beispielsweise 1,5 bzw. 1 betragen, beträgt der Winkel θ&sub1; etwa 40 Grad, und innere Totalreflexion tritt ein, wenn der innere Einfallswinkel mehr als 40 Grad beträgt. Die Intensität A des einfallenden Lichtstroms bei der Lichtfühlzelle 5 des photoelektrischen Wandlerelements 1 ist gegeben durch
A = [Intensität des Lichtstromes 6] + [Integration aller reflektierten Lichtströme von Lichtströmen mit einem Einfallswinkel θr (θr ≥ θ&sub1;)] + [Integration aller reflektierten Lichtströme von Lichtströmen mit einem Einfallswinkel θr (θr < θ&sub1;)] ... (1)
Wenn θr in dem dritten Term der Formel (1) kleiner als θ&sub1; ist, hat der reflektierte Lichtstrom eine sehr niedrige Intensität, und er kann vernachlässigt werden, jedoch ist die Intensität des reflektierten Lichtstroms hoch, wenn θr nahe bei θ&sub1; liegt.
Bei dem bekannten AF-Sensor sind beispielsweise ein Al-Lichtabschirmfilm und ein Passivierungsfilm auf einen Bereich laminiert, der von dem Lichtfühlbereich verschieden ist. Da der Al-Film eine bestimmte Oberflächenrauheit hat, wird der einfallende Lichtstrom durch den Al-Film diffus reflektiert. Bei dem AF-Sensor ist der einfallenden Lichtstrom nicht immer senkrecht zu dem Lichtfühlbereich gerichtet, sondern in einem Winkel gerichtet. In einem solchen Fall wird ein Lichtstrom, der in einem nahe bei dem Totalreflexionswinkel liegenden Winkel reflektiert wird, verstärkt.
Die Erfinder haben die folgende theoretische Annahme gemacht. Die Intensität des Lichtstroms zu der Lichtfühlzelle 5 ist die Summe der Lichtintensität des Lichtstroms 6 und der Lichtintensitäten des Lichtstroms, der von der Nähe des Umfangs und von außerhalb eines Kreises reflektiert wird, dessen Mittelpunkt bei der Lichtfühlzelle 5 auf der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 liegt und der einen Radius l&sub1; hat. Das letztere reflektierte Streulicht verursacht eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften.
Die Erfinder haben nach weiteren Untersuchungen bei der Gestaltung bzw. Konstruktion und bei der Leistung eines Halbleiterphotosensors ausgezeichnete Ergebnisse erzielt.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 bezeichnen Zahlen, die den in Fig. 1 gezeigten gleich sind, gleiche Bauteile. Die photoelektrische Wandlerelementanordnung 1 wird an dem Trägerteil 2 des photoelektrischen Elements befestigt; feine Metalldrähte 3 werden auf festgelegten Bereichen der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 und auf Anschlüssen 2' gebondet bzw. damit verbunden, und ein lichtdurchlässiges Harz 4 wird durch eine Form, z.B. durch eine Preßspritzform, geformt, um eine einkapselnde Hülle zu bilden. Die verwendete Form hat zwischen der lichtdurchlässigen Oberfläche und der photoelektrischen Wandlerelementanordnung einen größeren Abstand als bei dem bekannten Photosensor. In Fig. 2 bedeutet d&sub1; einen Abstand zwischen der Oberfläche des Dichtungsmittels und der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 des bekannten Halbleiterphotosensors, und d&sub1; + d&sub2; bedeutet einen Abstand zwischen der lichtdurchlässigen Oberfläche des Dichtungsmittels und der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 der vorliegenden Erfindung. Bei dem bekannten Photosensor gilt D = d&sub1;, während bei der vorliegenden Erfindung D = d&sub1; + d&sub2; (d&sub2; > 0). Dann werden die äußeren Anschlußteile 7 der Anschlüsse 2' in einem gewünschte Länge geschnitten und gebogen, um den Halbleiterphotosensor fertigzustellen.
Die Intensität des Lichtstroms, der dem Lichtfühlelement 5 der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 zugeführt wird, ist durch die folgende Formel gegeben, worin θ&sub1; der Winkel der inneren Totalreflexion ist, der durch das Snelliussche Gesetz gegeben ist.
A = (Intensität des Lichtstromes 6) + (Summe der Intensitäten der Lichtströme in der Nähe des Umfangs und außerhalb eines Kreises mit dem Radius l&sub1; auf dem photoempfindlichen Wandlerelement 1) ... (2)
Andererseits ist die Lichtintensität in dem Halbleiterphotosensor der vorliegenden Erfindung durch die folgende Formel gegeben, worin d&sub2; ≠ 0.
A = (Intensität des Lichtstromes 6) + (Summe der Intensitäten der Lichtströme, die von der Nähe des Umfangs und von außerhalb des Kreises mit einem Radius l&sub2; auf der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 reflektiert werden) ... (3)
In der Formel (3) gelten
l&sub1; = 2d&sub1; tan θ&sub1;
l&sub2; = 2(d&sub1; + d&sub2;) tan θ&sub1;
l&sub2; - l&sub1; = 2d&sub2; tan θ&sub1;
(θ&sub1; und l&sub1; sind konstant)
Infolgedessen ist die Differenz l&sub2; - l&sub1; um so größer, die Fläche, der der reflektierte Lichtstrom zugeführt wird, um so kleiner, und die Wirkung der Reflexion um so geringer, je größer d&sub2; ist. Da die Lichtintensität dem Quadrat der Lichtweglänge umgekehrt proportional ist, ist bei der vorliegenden Erfindung der Absolutwert der Intensität des reflektierten Lichtstroms vermindert, weil die Lichtweglänge lang und folglich die Wirkung vermindert ist. Um die Wirkung des reflektierten Lichtstroms zu vermindern, wird ein Bereich, der von dem Lichtfühlbereich der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 verschieden ist, maskiert, um den Lichtstrom zu sperren, damit die Wirkung des Lichtstroms, der von dem Bereich reflektiert wird, der von dem Lichtfühlbereich verschieden ist, vermindert wird, und d&sub2; und die Gestalt der lichtdurchlässigen Oberfläche des Dichtungsmittels werden derart berechnet bzw. bemessen, daß die Lichtfühlzellen der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 innerhalb des Kreises mit dem Radius l&sub2; angeordnet werden können. Wenn der Lichtstrom auch mit der Maskierung auf einen Bereich auftrifft, der von dem Lichtfühlbereich der photoelektrischen Wandlerelementanordnung 1 verschieden ist, oder wenn die Lichtfühlzelle außerhalb des Kreises mit dem Radius l&sub2; angeordnet werden muß, kann die Wirkung vorausgesagt werden, und d&sub2; und die Gestalt der lichtdurchlässigen Oberfläche des Dichtungsmittels können derart berechnet bzw. bemessen werden, daß die Wirkung minimiert wird.
Halbleiterphotosensoren der vorliegenden Erfindung umfassen Sensoren, die eine hohe Lichtempfindlichkeit haben können wie z.B. Zeilensensoren oder Flächensensoren, bei denen die photoelektrische Wandlerelementanordnung eine Anzahl von Lichtfühlzellen wie z.B. CCD (ladungsgekoppelte Bauelemente) aufweist.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 bezeichnen Zahlen, die den in Fig. 2 gezeigten gleich sind, gleiche Bauteile.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der dicke Teil (d&sub2;) aus Glas anstelle des bei dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau verwendeten lichtdurchlässigen Harzes hergestellt.
In Fig. 3 verklebt eine Klebeschicht 8 das Dichtungsmittel 4 mit dem Glas 7 und ist aus lichtdurchlässigem Harz hergestellt. Das lichtdurchlässige Harz, das für die Klebeschicht verwendet wird, kann dasselbe oder nicht dasselbe sein wie das des Dichtungsmittels 4. Wenn sie dieselben sind, kann das Glas 7 eingeführt werden, wenn das lichtdurchlässige Harz 4 durch das Preßspritzverfahren 7 geformt wird, und das Glas kann dann mit dem lichtdurchlässigen Harz 4 selbst verklebt und durch dieses gehalten werden.
Die Dicke und die Gestalt des Glases 7 werden durch dieselben Bedingungen festgelegt wie die, die dem dicken Teil der ersten Ausführungsform auferlegt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kommt zu der Wirkung der ersten Ausführungsform hinzu, daß die Wirkung auf die optischen Eigenschaften vermindert ist, weil der Fehler auf der Oberfläche 9 des lichtdurchlässigen Harzes 4 durch ein lichtdurchlässiges Harz 8 ausgefüllt wird, das im wesentlichen denselben Brechungsindex hat wie das lichtdurchlässige Harz 4, oder weil der Fehler auf der Oberfläche nicht gebildet wird, da das Glas 7 mit dem lichtdurchlässigen Harz 4 verklebt und damit in inniger Berührung gehalten wird.
Fig. 4 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung eines optischen Systems, wo der Halbleiterphotosensor der vorliegenden Erfindung als AF-Sensor einer Kamera angewandt wird. Die Zahlen 23 bis 28 bezeichnen Bauteile einer Scharfeinstellungs-Ermittlungseinheit (AFU). Die Zahl 23 bezeichnet eine Gesichtsfeldmaske, die in der Nähe einer Brennebene angeordnet ist; die Zahl 24 bezeichnet eine Feldlinse; die Zahl 25 bezeichnet eine Fokussierstrahl-Aufteilungsmaske mit Öffnungen 25a und 25b; die Zahl 26 bezeichnet eine Sekundär-Fokussierlinse, und die Zahlen 26a und 26b bezeichnen Linsenbereiche. Die Zahl 27 bezeichnet eine Scharfeinstellungs-Sensoranordnung mit einem Paar Zeilensensoren 27a und 27b, wobei jeder eine Unteranordnung aus linear angeordneten Bildelementzellen aufweist.
Die Zahlen 28a und 28b bezeichnen Bilder von 23a, die durch die Linsenbereiche 26a und 26b der Sekundär-Fokussierlinse 26 projiziert werden. Eine Abmessung der Öffnung 25a ist derart bemessen, daß die Ränder der Bilder 28a und 28b dicht aneinanderliegen. Die Zahl 24 bezeichnet ein Objektiv bzw. eine Linse, die dazu dient, den Lichtstrahl zu der Fokussierlichtstrahl-Aufteilungsmaske 25 und der Sekundär-Fokussierlinse 26 zu richten.
Bei dem vorliegenden optischen System wird der Lichtstrahl, der durch das bilderzeugende Objektiv hindurchgegangen ist, auf 23 fokussiert, geht durch die Öffnungen 25a und 25b hindurch und wird durch die Linsenbereiche 26a bzw. 26b erneut fokussiert, wobei auf den Zeilensensoren 27a und 27b die Bilder 28a und 28b erzeugt werden. Durch Ermittlung der relativen Lage der zwei Bilder auf den Zeilensensoren 27a und 27b wird geprüft, ob der Scharfeinstellungszustand erreicht ist.
Fig. 5 erläutert ein Prinzip davon. Ea und Eb bezeichnen Ausgangssignale der Bilder, die auf die Zeilensensoren 27a bzw. 27b projiziert werden. Im Scharfeinstellungszustand nimmt ein Abstand S zwischen den zwei Bildern den Wert S&sub0; an. Wenn sich das bilderzeugende Objektiv nicht im Scharfeinstellungszustand befindet, gilt S ≠ S&sub0;. Um dies zu ermitteln, wird die Helligkeits- bzw. Leuchtdichteverteilung Ea und Eb einer relativen Bitverschiebung unterzogen, um die zwei Bilder zu korrelieren.
Wenn ein Lichtstrom aus jedem Bild 28a, 28b durch innere Reflexion zurück zu demselben Bild 28a, 28b oder zu dem anderen Bild 28b, 28a gerichtet wird, dann haben Ea und Eb andere Gestalten als die der Helligkeits- bzw. Leuchtdichteverteilung des wahren Objekts, und die Korrelation wird mit Information durchgeführt, die anders ist als die wahre Objektinformation. Als Folge weist die ermittelte Scharfeinstellinformation einen Fehler auf.
Dieser Halbleiterphotosensor vermindert die Wirkungen der inneren Reflexion und liefert hier die richtige Scharfeinstellinformation. Er stürzt infolgedessen die gegenwärtige Lehre um, nach der "eine Einkapselung durch Harz auf den Af-Sensor nicht anwendbar ist".
Nun wird ein Verfahren erläutert, das für die Herstellüng des Halbleiterphotosensors der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
In Fig. 6 bis 11 bezeichnen Zahlen, die den in Fig. 1 bis 3 gezeigten gleich sind, gleiche Bauteile.
Es wird auf Fig. 6 Bezug genommen:
(1) Die photoelektrische Wandlerelementanordnung 1 für die Umwandlung von Licht in ein elektrisches Signal wird durch einen Klebstoff an einer Bodenfläche des Leitungsrahmenelementträgers 2 befestigt.
(2) Der Leitungsrahmenelementträger 2 und die photoelektrische Wandlerelementanordnung 1 werden durch feine Metalldrähte 3 elektrisch leitend verbunden. Durch die Schritte (1) und (2) wird ein Hauptteil des Halbleiterphotosensors gebildet.
(3) Das Glas 7 wird in eine Vertiefung 19 eingesetzt, die in einer Formhöhlung einer unteren Formhälfte 16 gebildet ist.
(4) Der in den Schritten (1) und (2) gebildete Hauptteil des Halbleiterphotosensors wird in der unteren Formhälfte 16 in einer Lage angeordnet, die dem Glas 7 gegenüberliegt, und eine obere Formhälfte 15 wird geschlossen.
(5) Das lichtdurchlässige Harz 4 wird aus einem Hauptkanal 13 und einem Steg 14 in die obere Formhöhlung 17 und die untere Formhöhlung 18 eingespritzt.
(6) Der oberen Formhälfte 15 und der unteren Formhälfte 16 wird Wärme zugeführt, um den Hauptteil des Halbleiterphotosensors durch das eingespritzte lichtdurchlässige Harz 4 abzuschließen bzw. abzudichten.
(7) Die obere Formhälfte 15 und die untere Formhälfte 16 werden entfernt.
(8) Die freiliegenden Bereiche der Leitungsrahmenanschlüsse 2 werden plattiert bzw. galvanisiert.
(9) Nicht benötigte Teile der Leitungsrahmenanschlüsse werden weggeschnitten.
(10) Äußere Anschlußteile werden gebogen.
Es wird kein Klebstoff verwendet, und das lichtdurchlässige Harz und das optische Filter werden in inniger Berührung gepaart. Infolgedessen werden die folgenden Vorteile erzielt.
(1) Die Zahl der Schritte wird herabgesetzt.
(2) Das in die Formhöhlung 18 eingespritzte lichtdurchlässige Harz 4 wird auf dem vorher angeordneten optischen Filter 7 geformt. Die innere Oberfläche des lichtdurchlässigen Harzes kommt in innige Berührung mit dem Glas 7 und wird nicht durch die Form geformt. Infolgedessen wird verhindert, daß sich die Lichtdurchlässigkeit durch Entformungsmittel, das während der Formteilherstellung abgeschieden wird, oder durch einen Riß, der durch den Transport erzeugt wird, verschlechtert.
(8) Da das Glas 7 in der unteren Formhälfte 16 angeordnet wird, ist kein besonderes Lageermittlungsgerät erforderlich, und die Lagegenauigkeit wird verbessert. Die vertikale Lage, die Lage in Längsrichtung und die seitliche Lage können durch zweckmäßige Wahl der Gestalt der Form festgelegt werden.
(4) Da in dem Lichtweg keine Klebeschicht vorhanden ist, wird verhindert, daß sich die Lichtdurchlässigkeit durch die Erzeugung von Luftblasen in dem Klebstoff verschlechtert.
(5) Als lichtdurchlässiges Bauteil kann eine Linse bereitgestellt werden. Obwohl das eingeführte Harz in diesem Fall mit einem scharfkantigen Teil am Rand der Linse geformt wird, wird dieser Teil durch die Form nicht vollständig umgeben und führt deshalb nicht zu Rißbildungsproblemen.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in der unteren Formhälfte 16 eine Vertiefung 19 gebildet, weshalb das Glas 7 auch in dem Fall, daß das Glas 7 kleiner ist als die Lichtwegoberfläche des lichtdurchlässigen Harzes, durch die Vertiefung 19 positioniert wird. Die Lage des Glases 7 in dem Endprodukt ist deshalb sehr genau.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist auf den Boden der Vertiefung 19 Siliconfett aufgebracht, und das Glas 7 ist daran angebracht. Infolgedessen dringt in die Grenzfläche zwischen der unteren Formhälfte 16 und dem Glas 7 kein Harz ein.
Bei diesem Verfahren kann eine Gießform, eine Preßspritzform oder eine Spritzgußform verwendet werden. Das Harz kann in Abhängigkeit von den Fertigungsbedingungen in den Zwischenraum zwischen dem Glas 7 und der Vertiefung 19 der unteren Formhälfte 16 eindringen. Das so eingedrungene Harz wird in einer dünnen Schicht auf dem Glas 7 abgeschieden, und die Lichtdurchlässigkeit wird durch diffuse Reflexion behindert. Die in Fig. 8 gezeigte dritte Ausführungsform ist zur Verhinderung des vorstehenden Problems besonders wirksam.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist am Boden der unteren Formhälfte 16 ein Vorsprung 21 gebildet, so daß das Glas 7 durch den Vorsprung 21 gehalten wird. Die vertikale Lage des Glases 7 wird infolgedessen auch in dem Fall festgelegt, daß Siliconfett 20 verwendet wird.
Da das Glas 7 bei der vierten Ausführungsform durch die Viskosität des Siliconfetts 20 gehalten wird, fällt das optische Filter 7 auch in dem Fall nicht herunter, daß das Glas 7 an der oberen Formhälfte 15 angebracht wird.
Bei der dritten und der vierten Ausführungsform wird Siliconfett verwendet. Eine Alternative ist ein anderes zähflüssiges Material, beispielsweise ein Wachs wie Carnaubawachs, ein Öl wie Siliconöl oder ein von Siliconfett verschiedenes Fett.
Fig. 10 und 11 zeigen eine fünfte Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird auf eine (der unteren Formhälfte 16 gegenüberliegende) Oberfläche des Glases 7, die im Schritt (3) der ersten Ausführungsform gebildet wird, ein Klebeband 22 aufgebracht. D.h., das Klebeband 22 wird in der Grenzfläche zwischen dem Glas und der unteren Formhälfte 12 angeordnet.
Das Klebeband 22 wird nach dem Schritt (7) der ersten Ausführungsform von dem Glas 7 entfernt. Andere Schritte sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch.
Durch Aufbringen des Klebebandes 22 werden Flocken, die durch das Eindringen des Harzes in die Grenzfläche zwischen dem Glas 7 und der unteren Formhälfte 16 erzeugt werden, entfernt, wenn das Klebeband 22 von dem Glas 7 abgeschält wird.
Das Klebeband sollte hitzebeständig sein (einer Temperatur von etwa 150 ºC, die angewandt wird, wenn das Harz geformt oder erhitzt wird, standhalten), und es gibt keine Einschränkung, solange es eine solche Hitzebeständigkeit hat. Der Klebstoff des Klebebandes kann Epoxidharz, Epoxyphenolharz (das bei kontinuierlichem Erhitzen bis zu 180 ºC hitzebeständig ist), Vinylchloridharz, Polyimid oder Polyamidimid sein.
In Abhängigkeit von der Anwendung und von dem Zweck des Halbleiterphotosensors können das Material der photoelektrischen Wandlerelementanordnung, die Unterteilung der Lichtfühloberfläche und die Schaltung im allgemeinen aus verschiedenen Alternativen ausgewählt werden. Eine Anwendung ist eine photoelektrische Silicium-Wandlerelementaanordning mit planer Unterteilung zur Bildwandlung bzw. -abtastung. Während bei den vorstehenden Ausführungsformen das Glas und die Linse als lichtdurchlässiges Bauteil auf dem lichtdurchlässigen Harz verwendet werden, können in Abhängigkeit von der Anwendung und dem Zweck des Halbleiterphotosensors ein optisches Filter, eine Polarisationsplatte oder eine Konkavlinse angewandt werden.
Das lichtdurchlässige Harz wird im allgemeinen in Übereinstimmung mit der Anwendung und der Aufgabe des Halbleiterphotosensors gewählt, und es sollte lichtdurchlässig und klebfähig sowie hitzebeständig und wasserfest sein.
Wenn beispielsweise der Betriebs-Wellenlängenbereich des Halbleiterphotosensors ein Bereich des sichtbaren Lichts von 300 um bis 1000 um ist und das Material des lichtdurchlässigen Bauteils Glas ist, ist das Harz unter den Gesichtspunkten der Lichtdurchlässigkeit, der Klebfähigkeit und der Zuverlässigkeit vorzugsweise gehärtetes Säureanhydrid eines Epoxidharzes vom Bisphenol-A-Typ.
Bei den soeben beschriebenen Beispielen des Verfahrens wird das lichtdurchlässige Harz weder durch die Form noch durch das Entformungsmittel beeinflußt, und es wird eine Harzabdichtung mit einer ausgezeichneten Lichtdurchlässigkeit erzielt. Die optischen Eigenschaften des lichtempfindlichen Halbleitermaterials werden in bedeutendem Maße verbessert. Die Positionierung des lichtdurchlässigen Bauteils bezüglich des lichtdurchlässigen Harzes wird erleichtert; die Gesamtzahl der Schritte wird vermindert, und die Fertigungskosten werden verringert. Ferner werden beim Abtrennen der Form auch in dem Fall keine Risse erzeugt, daß als lichtdurchlässiges Bauteil eine Linse oder ein anderes nichtplanares Bauteil verwendet wird.

Claims

1. Halbleiterphotosensor mit einer Anordnung (1) von Lichtfühlzellen, die in einem lichtdurchlässigen Harz (4) eingekapselt sind,

wobei der Photosensor dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Anordnung (1) in einer Tiefe D von der Grenzfläche des Photosensors an der Lichteinfallseite der Anordnung (1) befindet, wobei diese Tiefe D nicht bedeutend kleiner als l&sub2;/(2 tan θ&sub1;) ist, worin l&sub2; eine größte Abmessung des Bereichs der Anordnung (1) ist und der Winkel θ&sub1; der Grenzwinkel der inneren Totalreflexion für Licht ist, das innen von der Grenzfläche reflektiert wird.

2. Photosensor nach Anspruch 1, bei dem der Teil des Photosensors, der zwischen der Anordnung (1) und der Grenzfläche liegt, aus dem lichtdurchlässigen Harz (4) besteht.

3. Photosensor nach Anspruch 1, bei dem der Teil des Photosensors, der zwischen der Anordnung (1) und der Grenzfläche liegt, eine Verbundstruktur hat, die aus dem einkapselnden lichtdurchlässigen Harz (4) und einem lichtdurchlässigen Bauteil (7; 29) aus einem Material, das von dem des Harzes (4) verschieden ist, besteht.

4. Photosensor nach Anspruch 3, bei dem zwischen dem einkapselnden lichtdurchlässigen Harz (4) und dem lichtdurchlässigen Bauteil (7; 29) eine Verbindungsschicht (8) angeordnet ist.

5. Photosensor nach Anspruch 3, bei dem das lichtdurchlässige Bauteil (7) in das lichtdurchlässige Harz (4) eingesetzt ist, so daß ihre jeweiligen inneren Oberflächen in inniger Berührung sind.

6. Photosensor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das lichtdurchlässige Bauteil (7; 29) aus Glas besteht.

7. Sensorsystem für automatische Scharfeinstellung, das einen Photosensor mit einer Anordnung (1) von Lichtfühlzellen enthält, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterphotosensors, wobei dieser Photosensor wie in Anspruch 3 definiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bereitstellen einer Form (15, 16) mit einer oberen und einer unteren Formhöhlung (17, 18),

Auflegen eines lichtdurchlässigen Bauteils (7) auf den Boden der unteren Formhöhlung (18),

Befestigen einer Anordnung (1) von Lichtfühlzellen an einem Leitungsrahmenelementträger,

örtliches Festlegen der Anordnung (1) von Lichtfühlzellen zwischen der oberen und der unteren Formhöhlung (17, 18) derart, daß die Anordnung (1) dem lichtdurchlässigen Bauteil (7) gegenüberliegt und in einem Abstand D oberhalb der unteren Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauteils (7) gehalten wird, wobei dieser Abstand D nicht bedeutend kleiner als l&sub2;/(2 tan θ&sub1;) ist, worin l&sub2; eine größte Abmessung des Bereichs der Anordnung (1) ist und der Winkel θ&sub1; der Grenzwinkel der inneren Totalreflexion für Licht ist, das innen von der unteren Oberfläche reflektiert wird,

Einspritzen von Harzmaterial in die Form, um die obere und die untere Formhöhlung (17, 18) auszufüllen, und

Härten des Harzmaterials, um die Anordnung (1) von Lichtfühlzellen in dem lichtdurchlässigen Harz (4) einzukapseln und das lichtdurchlässige Bauteil (7) in einem Abstand davon zu halten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die untere Formhöhlung (18) der Form (15) eine Vertiefung (19) hat und das lichtdurchlässige Bauteil (7) dareingelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Boden der unteren Formhöhlung (18) der Form (15, 16) mit einem Sperrmittel (20) beschichtet wird, bevor das lichtdurchlässige Bauteil (7) daraufgelegt wird, wobei dieses Sperrmittel (20) bereitgestellt wird, um das Eindringen von eingespritztem Harzmaterial zwischen dem erwähnten Boden und der unteren Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauteils (7) zu verhindern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Sperrmittel ein Material ist, das aus den Materialien Carnaubawachs, Siliconöl und Siliconfett ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Boden der unteren Formhöhlung (18) der Form (15, 16) mit einer Vielzahl von sockelartigen Vorsprüngen (21) versehen ist, so daß das lichtdurchlässige Bauteil (7) mit einem genauen Abstand seiner unteren Oberfläche von dem Boden der unteren Formhöhlung (18) angeordnet werden kann.

13. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zwischen der unteren Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauteils (7) und dem Boden der unteren Formhöhlung (18) ein Klebeband (22) bereitgestellt wird und

das Klebeband (22) von der unteren Oberfläche des lichtdurchlässigen Bauteils (7) abgeschält wird, um einen etwaigen Überschuß von darauf gebildetem lichtdurchlässigem Harz zu entfernen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wenn es mit der umgekehrten Form (15, 16) durchgeführt wird, wobei das Sperrmittel (20) in diesem Fall auch derart wirkt, daß es das lichtdurchlässige Bauteil während des Einspritzens und Härtens in der richtigen Lage oberhalb der Anordnung (1) von Lichtfühl- Zellen hält.

15. Verwendung eines eingekapselten Halbleiterphotosensors, der ein Photosensor ist, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert ist, in einem Sensorsystem für automatische Scharfeinstellung zur Verminderung der Gesamtsumme des Lichts, das in dem Photosensor innen reflektiert wird.