JPH07311084A - 日射センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、車載空調器等のセンサ機構として
用いられ、特に高精度の部材等を使用せずに、入射光を
効能率で検出できるようにした日射センサ装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】光検出素子10は、シリコン基板11の面上に形成
した内側光感応部141 、142 と、その外側に形成した環
状の外側光感応部131 、132 とを有し、その間に環状の
光不感応部15が形成される。光不感応部15の上に位置し
てアルミニウム電極171 、172 が形成されるもので、そ
のためのボンディングパッドは光感応部に影響を与えな
いようにして設定される。この様に構成された光検出素
子10は、透明樹脂によってボンデイングパッド部を含み
モールドし、その受光面上に光透過層が形成されるよう
にして、この光透過層上に光の入射角に応じた光量検出
出力が得られるようにした遮光マスクが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両に搭載さ
れる空調装置の自動制御に用いられ、車室内に入射され
る太陽光の入射角度情報を含む日射状態を判別する日射
センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載される空調装置においては、
車室内の温度を検出して車室内温度が適性温度状態とさ
れる最適空調が行われるように自動制御される。この場
合、車室内の温度環境は、温度計によって検出される温
度情報と共に、車室内に入射される太陽光の日射情報も
重要であり、窓から入射される太陽光の多い状態では、
冷房をより強くするような制御が要求される。すなわ
ち、日射光の入射方向に基づいて、空調装置の出力制御
を行わせるもので、この様な場合に使用される日射セン
サにあっては、例えば直上からの日射光による出力を減
少させ、仰角の小さい４５°付近で出力にピークを持た
せるようにすることが望まれる。

【０００３】日射センサに仰角特性を持たせる手段とし
て、例えば特開平２−９９８３５号公報に示されるよう
に、入射光量に応じた出力を発生するフォトダイオード
等の受光素子を使用した場合、この受光素子の受光面に
対向して入射光をこの受光面に導くレンズ機構を設置す
るようにした日射センサにおいて、このレンズ機構に特
有の形状を持たせ、このレンズを介して受光素子の受光
面に至る日射光の光量が、日射光の入射角度が受光面に
垂直な状態から傾くにしたがって増加され、特定される
角度（例えば４５°）の入射角で、この日射センサの検
出出力が最大とされるようにすることが考えられてい
る。

【０００４】この日射センサにあっては、受光素子の受
光面を覆うように設定されるレンズの形状によって、太
陽光が所定の角度（例えば４５°）から入射されたとき
にその検出出力が最大とされるようにしている。したが
って、この様な特定される仰角特性を得るためには、高
精度のレンズ形状が要求される。また、受光面の全体に
照射される入射光の光量に対応した出力は、レンズと受
光面との相対関係によって大きく左右され、レンズの取
り付け位置合わせに高い精度が要求され、さらに必要な
入射光以外の余分な光も受光面に照射されるようになっ
て、充分に満足できる仰角特性を設定することが困難で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この様に高精度の形状
等が要求される部材を使用する日射センサ装置にあって
は、当然その製造上の効率を高くすることが困難であ
り、実用上においても好ましくない。そして、半導体技
術の進歩に伴って近年半導体素子の需要が高まり、この
様な半導体素子を用いて日射光の検出を行うと共に、所
望の仰角特性も得られるようにした日射センサの開発が
望まれている。したがって、半導体素子を用いた実用上
に好適な日射センサが非常に重要であり、必要とされ
る。

【０００６】この発明は上記のような点に鑑みなされた
もので、高精度の形状が要求されるような部材を使用す
ることなく、半導体素子による受光素子を用いて、所望
の仰角特性が簡単に設定することができるようにした日
射センサ装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る日射セン
サ装置は、受光面の少なくとも一部の領域に光感応部を
形成すると共に、この光感応部の領域とは異なる前記受
光面の少なくとも一部の領域に光不感応部を形成して、
前記光感応部に入射された光の受光量に対応した検出信
号を出力する光検出素子を半導体素子によって構成し、
少なくともこの光検出素子の受光面上に光透過部材を設
定すると共に、この光透過部材に受光面に入射される日
射を選択的に遮断する遮光手段を設けるもので、前記光
検出素子の受光面の前記光不感応部の領域にボンディン
グパッドを形成し、このボンディングパッドに接続され
るボンディングワイヤから前記検出信号が導出されるよ
うにした。

【０００８】

【作用】この様に構成される日射センサにおいては、例
えば遮光手段を介して入射される日射光が受光面に投射
され、光感応部および光不感応部のそれぞれと遮光手段
との位置関係により決定される遮光手段の影によって、
光感応部に入射される日射光量に対応した検出信号が出
力される。この検出信号はボンデグワイヤを介して取り
出されるものであるが、このボンディングワイヤの接続
されるボンディングパッドは、光不感応部に設定される
ものであり、したがって光感応部の機能に対して影響を
与えることがなく、入射光を効率よく検出することがで
きる。特にこの日射センサ装置にあっては、光感応部お
よび光不感応部がそれぞれ形成される領域を所定のパタ
ーン形状にすることによって所望の仰角特性等が設定で
きるものであり、従来のレンズ機構等のように精度の高
い部材を高精度に組み合わせる必要がなく、製造工程上
における効率も容易に向上させることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は日射センサ装置を構成する光検出素子
10の構成を示すもので、特に（Ｂ）図の断面構造で示す
ようにＮ型のシリコン基板11の外周部に対応してＮ⁺ 型
のチャネルストッパ層12が形成され、さらに円環状にし
たＰ⁺ 層による外側光感応部131 および132 、さらにこ
の外側光感応部131 および132 の内側に位置して、同じ
くＰ⁺ 層による内側光感応部141 および142 が形成され
る。

【００１０】ここで、内側光感応部141 および142 は、
シリコン基板11の中央部を中心にした円板をその直径線
に対応してＮ層により２分した形状に構成され、また外
側光感応部131 および132 は内側光感応部141 および14
2 と同軸の円環状で、この円環を内側光感応部141 およ
び142 を２分する線と一致する線で、例えばＮ層により
２分されている。そして、円板状の内側光感応部141 お
よび142 と円環状の外側光感応部131 および132 との間
に、その相互間を分離するためのＮ層による円環状の光
不感応部15が形成されている。

【００１１】この様に光感応部131 、132 および141 、
142 、さらに光不感応部15の形成されたシリコン基板11
の表面には保護膜としての絶縁層16が形成され、さらに
光不感応部15の直径線上に位置して、ボンディングパッ
ド部を構成するアルミニウム電極171 および172 が形成
される。これらのアルミニウム電極171 および172 とシ
リコン基板11との間には、ボンディングする際のダメー
ジを緩和するための、例えば０．６〜１．３μｍ程度の
厚さの酸化膜層181 および182 が形成されている。

【００１２】アルミニウム電極171 および172 それぞれ
は、シリコン基板11に形成した光感応部131 および141
、さらに132 および142 に接続されるようになるもの
であるが、アルミニウム電極171 、172 それぞれとＰ⁺
層とのコンタクト部分には、アルミニウムのオーミック
熱処理により生じたアルミニウムスパイクがＰ⁺ 層を突
き抜けないように、１〜３μｍ程度の深いＰ⁺ 層191 〜
194 が形成される。この場合、アルミニウム電極171 お
よび172 によるボンディングパット部は、環状の光不感
応部15上に位置して形成されるものであるため、シリコ
ン基板11からなる半導体チップの端縁より、約４５０μ
ｍの位置に配置されている。

【００１３】図２はこの様に構成される光検出素子10を
内蔵した日射センサ20の構成を示すもので、この光検出
素子10は適宜リードフレーム21の上に載置されている。
このリードフレーム21は、光検出素子10と共に光透過部
材としてのエポキシ等の透明樹脂でモールドされるもの
で、特に光検出素子10の受光面である光感応部131 、13
2 、141 、142 を形成した面上には、光透過層22が形成
され、この光透過層22を透過した光が光感応部131 、13
2 、141 、142 のそれぞれに照射されるようにする。

【００１４】光検出素子を構成するシリコンにより構成
した光ダイオードチップと、これを取り巻く透明モール
ド部材に対して熱衝撃が加わった場合、透明モールド部
材とシリコンチップとの熱膨脹係数が異なるものである
ため、シリコンチップからモールド部材中に出ているボ
ンディングワイヤの特にチップとの接続部に対して応力
が作用する。この様な熱衝撃が繰り返し作用するとボン
ディングワイヤに断線が生じて、光検出素子からの出力
の取り出しができなくなる。

【００１５】しかし、ボンディングワイヤを接続するボ
ンディングパッドを、光検出素子を構成する半導体基板
の外周縁から内側に距離が設定される光不感応部15に形
成することによって、有効受光面積に影響を与えること
なく、ボンディングワイヤに作用する応力が確実に抑制
され、結果としてこの日射センサの信頼性が大きく向上
される。すなわち、光透過層22を構成するエポキシとシ
リコン基板11との間に大きな熱膨張係数の差がある状態
で、シリコン基板11に熱衝撃が作用してモールド樹脂と
シリコン基板11との間に応力が発生しても、その応力は
シリコン基板11の外周縁部分で最大となり、基板11の中
央部に近付くにしたがって小さくなる。このため、ボン
ディングパッドの設置位置とシリコン基板11の外周縁と
の距離が大きく設定されることで、ボンディングパッド
部のアルミニウム電極171 、172に接続されるボンディ
ングワイヤの寿命が飛躍的に向上される。

【００１６】ここで、この光透過層22の表面には遮光マ
スク23が形成される。この遮光マスク23は、環状の光不
感応部15の真上より内側に位置した環状の第１の遮光マ
スク231 と、この第１の遮光マスク231 の外周に光不感
応部15に相当する幅の環状部を残して、その外周を取り
巻くように形成された第２の遮光マスク232 とによって
構成され、第１の遮光マスク231 の中央部の円状の光透
過部を通過した光、および第１の遮光マスク231 と第２
の遮光マスク232 との間の環状の光透過部を通過した光
が、光検出素子10の受光面に照射されるようにする。

【００１７】ここで、この日射センサ20の真上に太陽が
あり、日射光がこの光検出素子10の受光面に垂直に入射
される場合と、斜め上方に太陽があって日射光が斜め上
方から入射されるときとでは、この光検出素子10からの
光検出出力電流は、主に日射光の光量の角度依存性と、
光透過層22内での光吸収量の角度依存性と、遮光マスク
23の影による受光面積（総受光量）の減少度によって変
化する。

【００１８】この中でも、この光受光素子10の仰角特性
を制御するには、特に遮光マスク23の影による効果が大
きいものであり、この影による受光面積の減少によって
光検出素子10の指向性が変化するように、遮光マスク23
および光感応部131 、132 、141 、142 、さらに光不感
応部15を最適化する必要があり、このために本件出願人
の出願に係る特願平５−３１３０２０号が提案された。
すなわち、第１の遮光マスク231 の中央の円状部、およ
び第１および第２の遮光マスク231 および232の間の環
状部を通過した光が、光感応部131 、132 および141 、
142 に大きな面積で照射される仰角の入射光の存在する
状態で、この光検出素子10からの検出出力が最大とさ
れ、この仰角からずれるにしたがって検出出力が低下さ
れるような仰角特性を設定すれば、例えば車両に搭載さ
れる空調器の温度制御機構に効果的に採用できる。具体
的には、車室内温度を最も上昇させるような日射条件に
おいて、空調器の冷房能力を高くする制御が可能とされ
る。

【００１９】具体的には、受光面に垂直な９０°の方向
から日射光が入射された場合には、第１の遮光マスク23
1 の中央の開口部を通過した光のみが、光感応部141 お
よび142 に入射され、その照射面積が遮光マスク231 の
開口部面積（光感応部131 と132 を合わせた面積よりも
小さい）によって制限される。また、例えば受光面に４
５°の斜め方向から入射された光は、第１の遮光マスク
231 の中央開口部と、第１の遮光マスク231 と第２の遮
光マスク232 の間の環状の開口部を通過した光が、光感
応部141 、142 と共に光感応部131 、132 に入射され、
仰角４５°で最大出力の得られる仰角特性が設定され
る。

【００２０】また、光感応部131 と132 、さらに141 と
142 を左右分割して設定しているので、右方向からの入
射光と左方向からの入射光を識別することができ、例え
ば車室内の運転席側と助手席側とを個別に冷房制御する
ような場合に、そのそれぞれの冷房温度制御が、太陽の
日射方向に対応して個別制御できる。

【００２１】なお、実施例においては光検出素子10を構
成するシリコン基板11の受光面の中央部に位置した円形
の領域を２分するようにして光感応部141 および142 を
形成し、この円形の領域を取り囲むようにした環状領域
を２分するようにして光感応部131 および132 を形成し
た。したがって、遮光マスクとの関連で太陽光の入射方
向の左右識別も実施できるものであるが、特にこの左右
識別を要求していない場合には、光感応部141 および14
2 を一体化して円形状に形成し、また光感応部131 およ
び132 も一体化して環状に形成するようにしてもよい。
また、遮光マスク23のパターンも、光感応部131 、142
、141 、142 の形状に対応して、任意仰角特性の得ら
れる形状パターンに設定できる。

【００２２】この様に構成される日射センサ20におい
て、ボンディングパッド部はリードフレームに対するボ
ンディングワイヤの接続等を考慮して、シリコン基板11
の外周縁に近接した位置に設定することが通常考えられ
る。しかし、シリコン基板11の外周縁に近接した位置に
ボンディングパッドを形成した光検出素子11を、エポキ
シ樹脂によってモールドし、光透過層22を形成するよう
にすると、この光検出素子11に対して熱衝撃が作用した
ときに生ずる応力が、シリコン基板11の外周部に集中し
て作用するようになる。このため、このシリコン基板11
の外周縁に近接してボンディングワイヤが接続されてい
ると、このボンディングワイヤのシリコン基板11への接
続部に応力が与えられるようになり、ボンディングワイ
ヤ切断の原因となる。

【００２３】そしてさらに重要なことは、シリコン基板
11の外周縁に近接した位置に設定するボンディングパッ
ドによって、必然的に光感応部の一部が塞がれるように
なって、この状態では有効受光面積が減少されて検出出
力の低下につながる。これに対して実施例で示した光検
出素子11にあっては、環状にした光不感応部15の上にボ
ンディンクパッドが形成されるようになるものであるた
め、光感応部の有効面積の減少に結び付かず、したがっ
て、検出感度を阻害することなく検出信号の導出機構が
構成され、センサ装置としての信頼性が確保される。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る日射センサ
装置によれば、半導体素子を用いて日射光の検出を行う
と共に、所望の仰角特性も得られるように構成すること
ができるようになると共に、高精度の形状が要求される
ような部材を使用せずに、半導体素子による受光素子を
用いて、例えば太陽光の入射角度に対応する検出出力が
得られものであり、特に光感応部の領域が効率的に利用
されて、光検出感度に影響を与えることなく、光不感応
部を有効にに利用して検出信号の導出が行えるものであ
るため、安定した信頼性の高い検出機能が確実に発揮さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る日射センサ装置の特
に光検出素子を説明するための図で、（Ａ）は平面から
見た図、（Ｂ）は（Ａ）図のｂ−ｂ線に対応する断面
図。

【図２】（Ａ）は上記検出素子を内蔵した日射センサの
断面構造を示す図、（Ｂ）は上記日射センサの特に遮光
マスクのパターンを示す図。

【符号の説明】

10…光検出素子、11…シリコン基板、12…チャネルスト
ッパ層、131 、132 、141 、142 …光感応部、15…光不
感応部、171 、172 …アルミニウム電極、181 、182 …
酸化膜層、191 〜194 …Ｐ⁺ 層、20…っ日射センサ、21
…リードフレーム、22…光透過層、23、231 、232 …遮
光マスク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都築 幸夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子によって構成され、その受光
   面の少なくとも一部の領域に光感応部を形成すると共
   に、この光感応部の領域とは異なる前記受光面の少なく
   とも一部の領域に光不感応部を形成して、前記光感応部
   に入射された光の受光量に対応した検出信号を出力する
   光検出素子と、 少なくとも前記光検出素子の受光面上に設けられた光透
   過部材と、 この光透過部材に設定され、前記受光面に入射される日
   射を選択的に遮断する遮光手段とを具備し、 前記光検出素子の受光面の前記光不感応部の領域にボン
   ディングパッドが形成され、このボンディングパッドに
   接続されるボンディングワイヤから前記検出信号が導出
   されるようにしたことを特徴とする日射センサ装置。
2. 【請求項２】 前記光感応部を形成する領域は、前記光
   検出素子の受光面の中央付近に形成された第１の領域
   と、この第１の領域を取り巻くように形成された第２の
   領域からなり、且つ前記光不感応部を形成する領域は、
   前記第１の領域および第２の領域の間に形成された第３
   の領域からなることを特徴とする請求項１記載の日射セ
   ンサ装置。
3. 【請求項３】 前記遮光手段は、前記半導体素子の受光
   面の前記光感応部と光不感応部の形状に関連して前記光
   透過部材に形成した遮光マスクを含み構成されて、前記
   受光面に垂直にあるいは斜めから入射される光がこの遮
   光マスクによって遮断され、前記入射光の仰角に応じて
   前記光感応部への入射光量が変化されるように設定され
   るもので、前記光透過部材は前記半導体基板と熱膨脹係
   数の異なる透明樹脂のモールドによって形成されるよう
   にした請求項１もしくは２に記載の日射センサ装置。
4. 【請求項４】 前記光透過部材は透明樹脂のモールドに
   よって構成され、前記ボンディングパッドに接続される
   ボンディングワイヤが前記樹脂モールドに埋設されるよ
   うにした請求項１もしくは２に記載の日射センサ装置。