JP2007109851A - フォトインタラプタ - Google Patents

Abstract

【課題】 外部接続用のスルーホール電極が形成された基板の実装スペースを狭めることなく発光素子や受光素子を樹脂封止することができると共に、樹脂封止された基板との境界部からの光漏れを確実に防止することのできるフォトインタラプタを提供することである。
【解決手段】 発光部２３が基板２２上に実装される発光素子２８と、この発光素子２８を封止する発光側の透光樹脂体３０とからなり、受光部２４が基板２２上に実装される受光素子４０と、この受光素子４０を封止する受光側の透光樹脂体４２とからなるフォトインタラプタ２１であって、前記基板２２が外部接続用の第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃを有する第１の基板２２ａと、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃの上方を塞ぐと共に、この第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃと導通し、前記発光素子２８及び受光素子４０が実装される発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａとで構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、外部接続用のスルーホール電極を有する基板上に発光部及び受光部が対向配置されるフォトインタラプタに関するものである。

従来、光センサデバイスの一つであるフォトインタラプタには、例えば特許文献１に記載のものが知られている。このフォトインタラプタ１は、図６に示すように、発光部２、受光部３、レンズ部４と、これら発光部２、受光部３、レンズ部４をその内部に収納して一体化させる遮光性のケース５とから構成されている。前記ケース５は、断面凹形状の溝部６を有する略立体形状であり、内部には前記発光部２、受光部３、レンズ部４を収納する中空部が形成されている。また、前記溝部６の両側面には対向する位置にスリット状の出射部７と入射部８とがそれぞれ形成されている。

一方、前記ケース５の中空部内に収納される発光部２及び受光部３は、それぞれがリードフレーム９，１０と、これらリードフレーム９，１０に搭載された発光素子１１又は受光素子１２と、これら発光素子１１及び受光素子１２を封止する透光樹脂体１３，１４とで構成され、発光部２の発光面１５と受光部３の受光面１６とが互いに向かい合うように配設されている。

このような構成からなる従来のフォトインタラプタ１にあっては、発光部２の発光面１５から出射された光はレンズ部４によって平行光に近づけられ、出射部７及び入射部８をすり抜けた光が受光面１６を通じて受光部３に入射される。このとき、ケース５の溝部６を被検出物が通過して光を遮ると、受光部３における受光量が変化するので、これによって位置検出を行なうことができる。

近年の薄型化、小型化が進む電子機器に搭載可能な構成にするために、例えば、特許文献２に記載されているような表面実装タイプのフォトインタラプタが知られている。このタイプのフォトインタラプタは、前記フォトインタラプタ１のようなリードフレームを使用せず、基板の上面に発光素子及び受光素子を表面実装し、その上を樹脂材で封止した構造になっている。

また、図７（特許文献３参照）に示すように、前記フォトインタラプタに限らず、チップ型の電子デバイス６１にあっては、側面に外部接続用のスルーホール電極６３を設けた基板６２を用いて構成されているものが多い。スルーホール電極６３は、個々の電子デバイス６１を集合基板上に複数設定する際に形成され、このスルーホール電極６３に沿って集合基板をダイシングすることで、外部接続用の電極端子を有する電子デバイス６１の量産化を可能にしている。ただし、このような基板６２を用いた場合は、実装された電子素子６４を封止するための樹脂材６５の流出を防止するために、前記スルーホール電極６３の上を塞ぐマスク部材６６を設けて形成する必要がある。
特開２００１−１３５８５２号公報 特開平６−７７５１９号公報 特開平１１−２５１４８７号公報

しかしながら、側面にスルーホール電極が形成された基板を用いて電子素子の実装や配線パターンを形成する場合は、前記スルーホール電極を避けた位置に設けるか、特許文献３に示されているように、スルーホール電極の上をマスク部材によって塞いでから電子素子類を実装しなければならない。このため、基板上の実装スペースが限られてしまったり、マスク部材によってスルーホール電極上を塞ぐためのスペースを余計に確保したりしなければならず基板の小型化が図られないといった問題がある。特に、フォトインタラプタのような光デバイスでは、発光素子や受光素子が実装された基板上に透光性の樹脂材を充填して形成するため、スルーホール電極の被覆が不十分であると光学特性の低下や素子自体の劣化を引き起こす要因になってしまう。

また、上記特許文献１に記載されているようなフォトインタラプタ１にあっては、発光部２の発光面１５と受光部３の受光面１６とが向かい合わせに配置され、発光部２の正面から出射した光の一部のみを直接出射部７からすり抜けさせる構造となっていることから、発光部２の正面から出射した光であっても出射部７の左右に拡散した光や発光部２の正面以外から出射された光が有効に利用されず、受光量が少なくなる。このため、被検出物の位置検出の信頼性に影響を及ぼすおそれがあった。

一方、上記特許文献２に記載されているような表面実装タイプのフォトインタラプタにあっては、表面実装された発光素子及び受光素子を放物面が形成された透光樹脂体と、この透光樹脂体の上方に設けられる遮光樹脂体とによって封止されていることから、前記発光素子から放出される光を受光側に向けて導くことができる。しかしながら、前記遮光樹脂体は、透光樹脂体を基板の上方で形成されるため、基板の平坦度が低く凹凸がある場合や、樹脂材を基板上に充填して成形する際のバラツキ等によって、前記透光樹脂体と遮光樹脂体との境目に僅かな隙間が生じる場合がある。このような隙間が生じると、発光側の光が周囲に漏れ、受光素子は不要な外部光を検出するためにＳ／Ｎ比が悪化し、被検出物の検出精度の低下を引き起こすおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、外部接続用のスルーホール電極が形成された基板の実装スペースを狭めることなく発光素子や受光素子を樹脂封止することができると共に、樹脂封止された基板との境界部からの光漏れを確実に防止するための基板構造を備えたフォトインタラプタを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のフォトインタラプタは、基板と、この基板の上部に左右対向して設けられる発光部及び受光部とを備え、前記発光部が前記基板の上面に実装される発光素子と、この発光素子を封止する発光側の透光樹脂体とからなり、前記受光部が前記基板の上面に実装される受光素子と、この受光素子を封止する受光側の透光樹脂体とからなるフォトインタラプタであって、前記基板が外部接続用の第１のスルーホール電極を有する第１の基板と、前記第１のスルーホール電極の上方を塞ぐと共に、この第１のスルーホール電極と導通し、前記発光素子及び受光素子がそれぞれ実装される第２の基板とを有することを特徴とする。

本発明に係るフォトインタラプタが、外周面に外部接続用の第１のスルーホール電極を有する第１の基板と、この第１の基板上に発光素子や受光素子を実装する第２の基板とで構成されることで、第２の基板に実装されている発光素子や受光素子やこれらの素子から延びる配線ワイヤ等を完全に樹脂材で封止することができる。また、前記第１のスルーホール電極の上面が第２の基板によって塞がれるため、基板サイズを小さくすることができると共に、第２の基板上の全てを実装面として有効に使用することができる。

また、前記第１のスルーホール電極を第２の基板によって塞ぐことができるので、発光側及び受光側の透光樹脂体の外周を被覆する被覆部材の下端部を延長した場合に、その延長した部分を埋設するための凹部を第２の基板に設けることができる。これによって、前記被覆部材を設ける際に第１のスルーホール電極をマスクする必要がなくなる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るフォトインタラプタの実施形態を詳細に説明する。

図１乃至図４に示すように、本発明のフォトインタラプタ２１は、ブロック状の基板２２と、この基板２２上に設けられる発光部２３及び受光部２４とを備える。発光部２３は前記発光側基板２３ａの上面２６に形成され、受光部２４は前記受光側基板２４ａの上面２７に形成される。なお、前記上面２６，２７は同一高さに形成されている。

前記基板２２は、図２及び図３に示したように、外部接続用の第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃ及びこの第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃの上端から平面方向に延びる平面電極２２ｄ，２２ｅが形成された第１の基板２２ａと、この第１の基板２２ａ上に隙間２５を有して対向する一対の第２の基板（発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａ）とで層状に形成されている。第１の基板２２ａは、マザーボード等の実装基板に直接表面実装されるもので、厚み方向に半円筒面形状の凹設面が形成されている。また、前記第１の基板２２ａと発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａとの接合面３８には、第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃの上端から平面方向に延びる平面電極２２ｄ，２２ｅが形成される。この平面電極２２ｄ，２２ｅは、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃと、発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａとを導通させるために設けられる。なお、前記平面電極２２ｄ，２２ｅは、接合面３８に設ければよいので、発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａの裏面側に設けることもできる。

前記発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａは、図３及び図４に示したように、厚み方向に貫通する第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂと、この第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂの上端から平面方向に延びる平面電極２３ｃ，２４ｃとを備える。前記第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂは、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃと重ならないように、発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａの外周から内側にずれた位置に設けられ、前記第１の基板２２ａの上面に形成されている平面電極２２ｄ，２２ｅに導通させている。また、発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａの上面に形成されている平面電極２３ｃ，２４ｃ上には、発光素子２８や受光素子４０の下面電極がダイボンド実装され、発光素子２８や受光素子４０の上面に有している上面電極からはボンディングワイヤ２８ａを介してそれぞれ対応する平面電極に接続される。

前記第１の基板２２ａと発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａは、第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃと第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂとがそれぞれ導通するように位置決めした後、接着剤を介して接合させることによって形成される。

図５に示すフォトインタラプタ７１は、外周に第１のスルーホール電極７６が形成された厚く平坦な第１の基板７２ａと、第２のスルーホール電極７７が形成された薄く平坦な第２の基板からなる三層配線の基板７２を用いて形成したものである。前記基板７２上には、発光素子２８及び受光素子４０を透光樹脂体で封止した発光部領域７３及び受光部領域７４が形成される。そして、前記発光部領域７３と受光部領域７４との間に被検出部を通過させるためのスリット７５を第１の基板７２ａの一部に掛かるようにダイシングして形成される。このような基板７２を用いることで、前記発光部領域７３及び受光部領域７４からなるフォトインタラプタの量産化が容易になる。

前記フォトインタラプタ２１は、図３に示されるように、マザーボード５１の上面プリント配線（図示せず）上に第１の基板２２ａの裏面側が載置され、第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃから発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａの第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂを介して発光素子２８や受光素子４０に電気信号が伝達される。

また、前記発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａには、背面と左右側面の外周に沿って凹部３９が設けられる。この凹部３９は、後述する遮光樹脂体の一部を埋設するために設けられるもので、第１の基板２２ａに達しないように、前記発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａの厚みの略中間までの深さに形成される。

前記発光部２３は、前記発光側基板２３ａの上面２６に発光面２９を上向きにして配置される発光素子２８と、この発光素子２８を封止するために上面２６に形成される発光側の透光樹脂体３０と、この透光樹脂体３０の外周面の一部に形成される光反射体３０ａと、透光樹脂体３０を覆う遮光樹脂体３１とを有している。前記発光素子２８は、例えば上面に強い発光面を有するチップ状の角形発光ダイオードであり、発光側基板２３ａの上面２６にプリント形成された平面電極２３ｃの上にダイボンドされている。透光樹脂体３０は、前記発光素子２８から発せられる光を通す透光性を有した樹脂材が用いられ、発光素子２８の上方位置に受光部２４側に向かって傾斜する傾斜背面３２を有して形成されている。この傾斜背面３２は、発光素子２８から放出した光を反射させて受光部２４側に導く。そのためこの傾斜面３２の傾斜角度も重要となる。

また、前記発光素子２８からは前記発光面２９のみならず側面からも放出されるので、それらの光も効果的に反射させるために、前記傾斜背面３２を設けた透光樹脂体３０全体を被覆部材（遮光樹脂体）３１によって封止する。図１及び図３に示したように、前記遮光樹脂体３１は、前記発光側基板２３ａの形成されている凹部３９に埋設する外周延長部３１ａを有して形成されている。これによって、発光素子２８から背面又は左右側面に向けた光の漏れを確実に防止することができる。凹部３９は、前記発光側基板２３ａの外周部をハーフエッチングして段差状に形成される。前記遮光樹脂体３１は、発光側基板２３ａ上に金型を配設し、遮光性の樹脂材を前記凹部３９に行き渡るようにして充填して成形される。また、被覆部材としては、遮光樹脂体３１の他に、前記外周延長部３１ａを有した金属薄膜であってもよい。このような金属薄膜によって形成される場合は、メッキ又は蒸着によって、前記透光樹脂体３０の外周部から前記凹部３９に延長して形成される。

前記遮光樹脂体３１の形状は特に制限されないが、小型化及び薄型化を図る場合や成形を容易にするために、外形形状が略直方体であり、発光側基板２３ａの上面２６と略同じ形状の底面を有するのが好ましい。また、前記透光樹脂体３０及び遮光樹脂体３１の樹脂材料は特に制約を受けることがない。例えば、透光樹脂体３０の樹脂材料としては、透明エポキシや透明シリコンなどを用いることができ、遮光樹脂体３１としては、酸化チタン入りエポキシなどを用いることができる。また、傾斜背面３２の外表面に光反射体を形成することで、受光部２４に向かわせる光量を多くすることができる。前記光反射体は、反射率の高い銀やアルミニウム等の金属薄膜をメッキ又は蒸着することによって形成される。なお、前記光反射体３０ａは、前記金属薄膜以外に、傾斜背面３２の外周面に塗布される銀やアルミニウム等の微粒子が含有された塗料であってもよい。

この実施形態において、前記遮光樹脂体３１の隙間２５側の前面３６には前記傾斜背面３２などで反射した光を受光部２４側に出射するための出射部として、例えば出射スリット３７が形成されている。この出射スリット３７は、前記前面３６の略中央部に縦方向に形成されるもので、スリット表面には前記透光樹脂体３０の一部が露出している。

一方、受光部２４は、受光側基板２４ａの隙間２５を挟んで発光部２３と対向する位置に設けられ、受光側基板２４ａの上面２７に受光面４１を上向きにして配置される受光素子４０と、この受光素子４０を封止するために上面２７に形成される透光樹脂体４２と、透光樹脂体４２の形成面である上面２７より下方の凹部３９に埋設される外周延長部４３ａを有した遮光樹脂体４３とからなっている。受光素子４０は、例えば上面２７に受光面４１を有するチップ状のフォトトランジスタであり、前記発光ダイオードと同様、受光側基板２４ａの上面２７にプリント形成された平面電極２４ｃ上に実装されている。透光樹脂体４２の形状は、受光素子４０の上方位置に設けられる傾斜背面４４が発光素子２８側に傾斜し、反射作用を高めるための光反射体３０ａが必要に応じて設けられている以外は、前記発光部２３側の透光樹脂体３０と同様の構成からなるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、遮光樹脂体４３及びこの遮光樹脂体４３の隙間２５側の前面４８に形成される光の入射部としての入射スリット４９も発光部２３側と同様の構成からなるので、ここでは詳細な説明を省略する。

この実施形態のフォトインタラプタ２１にあっては、前記発光部２３の発光素子２８、出射スリット３７と、受光部２４の受光素子４０、入射スリット４９とが、一直線上に位置している。

次に、上記構成からなるフォトインタラプタ２１の作用について説明する。図３に示されるように、発光素子２８の発光面２９から放出された光は、透光樹脂体３０の傾斜背面３２やその他の側面において反射が繰り返されるが、前記発光側の遮光樹脂体３１の外周延長部３１ａが透光樹脂体３０の外周下端部を発光側基板２３ａの下方まで完全に覆っているため、外部への発光漏れを完全に遮断することができる。これによって、透光樹脂体３０内での反射光量が高い状態で受光部２４側に出射される。一方、受光部２４内に入射された光は、透光樹脂体４２の傾斜背面４４やその他の側面で下向きに反射が繰り返されるが、この受光側の遮光樹脂体４３においても、外周延長部４３ａが透光樹脂体４２の外周部下端部が隙間なく被覆されるため、受光部２４内に入射した光は受光素子４０に効率よく取り込むことができる。このように、前記発光部２３と受光部２４の間を伝達する透過光の収束性が高まるため、被検出物が隙間２５を通過して透過光を遮った際に、受光素子４０での受光量の変化を正確に感知し、被検出物の有無や位置を精度よく検出することができる。

また、この実施形態のフォトインタラプタ２１は、基板２２が外部接続用の第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃが形成された第１の基板２２ａと、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃ上を塞ぐようにして配置されると共に、この第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃからずれた位置に第２のスルーホール電極２３ｂ，２４ｂが形成される発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａとで構成されている。これによって、発光素子２８，受光素子４０の実装や、これら発光素子２８，受光素子４０を封止する透光樹脂体３０，４２、さらには、この透光樹脂体３０，４２を被覆する遮光樹脂体３１，４３の形成を発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａを介して行なうことができるので、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃ上のスペースを有効に利用することができる。また、発光部２３及び受光部２４の背面又は左右側面からの光漏れを防止するための遮光樹脂体の外周延長部３１ａ，４３ａが埋設される凹部３９を前記発光側基板２３ａ及び受光側基板２４ａにハーフエッチング等によって形成することができる。このように、基板２２を２層構造にすることによって、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃを塞ぐための覆い部材が必要でなくなると共に、この覆い部材の形成不良による封止樹脂の形成不良を防止することができる。

また、前記発光部２３の傾斜背面３２は、図３及び図４に示されるように、出射スリット３７に対応した狭い部分だけでなく傾斜背面３２全体が反射面として形成されている他、透光樹脂体３０の後面３３及び左右側面３４，３５も前記遮光樹脂体３１で被覆されているために、発光素子２８の上面のみならず側面から放出した光も周囲の反射面によって反射されるので、発光部２３内での光量が増え、これらが強い光となって出射スリット３７からすり抜けていく。一方、入射スリット４９に導かれて受光部２４内に入射された光も、前記発光部２３と同様、透光樹脂体４２の傾斜背面４４のみならず外周面全体が反射面となるので、受光素子４０の受光面４１には強い光が入射されることになり、発光部２３のみならず受光部２４でも光の反射を効率的に利用して受光量を増やすことができ、検出精度を向上させることができる。

本実施形態に係るフォトインタラプタ２１によれば、基板２２がマザーボード５１に実装するための第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃを有した第１の基板２２ａと、発光部２３及び受光部２４がそれぞれ形成される発光側基板２３ａ，受光側基板２４ａとの二層構造になっている。このように基板２２を二層構造にすることで、前記第１のスルーホール電極２２ｂ，２２ｃのデッドスペースが素子の実装や封止部材の形成領域として利用することができるので、フォトインタラプタ２１の小型化が図られる。また、従来の基板のように外周部にスルーホール電極があるために、このスルーホール電極をマスクするための部材で塞いでから発光素子や受光素子を封止あるいは遮光するための部材を配設する必要があったが、本発明のフォトインタラプタ２１では、二層目の発光側基板及び受光側基板を設けたことによって、前記スルーホール電極に関係なく発光素子や受光素子を封止あるいは遮光するための部材を形成することができる。

本発明のフォトインタラプタの斜視図である。 図１のフォトインタラプタの平面図である。 図１のフォトインタラプタのＡ−Ａ断面図である。 図１のフォトインタラプタのＢ−Ｂ断面図である。 三層配線の基板を用いて形成されたフォトインタラプタの断面図である。 従来のフォトインタラプタの一構成例を示す断面図である。 従来のチップ型電子デバイスの基板構造を示す断面図である。

符号の説明

２１ フォトインタラプタ
２２ 基板
２２ａ 第１の基板
２２ｂ，２２ｃ 第１のスルーホール電極
２２ｄ，２２ｅ 平面電極
２３ 発光部
２３ａ 発光側基板
２３ｂ 第２のスルーホール電極
２３ｃ 平面電極
２４ 受光部
２４ａ 受光側基板
２４ｂ 第２のスルーホール電極
２４ｃ 平面電極
２５ 隙間
２８ 発光素子
２８ａ ボンディングワイヤ
２９ 発光面
３０ 透光樹脂体
３０ａ 光反射体
３１ 遮光樹脂体
３１ａ 外周延長部
３２ 傾斜背面
３８ 接合面
３９ 凹部
４０ 受光素子
４１ 受光面
４２ 透光樹脂体
４２ａ 光反射体
４３ 遮光樹脂体
４３ａ 外周延長部
４４ 傾斜背面

Claims (6)

1. 基板と、
   この基板の上部に左右対向して設けられる発光部及び受光部とを備え、
   前記発光部が前記基板の上面に実装される発光素子と、この発光素子を封止する発光側の透光樹脂体とからなり、
   前記受光部が前記基板の上面に実装される受光素子と、この受光素子を封止する受光側の透光樹脂体とからなるフォトインタラプタであって、
   前記基板が外部接続用の第１のスルーホール電極を有する第１の基板と、前記第１のスルーホール電極の上方を塞ぐと共に、この第１のスルーホール電極と導通し、前記発光素子及び受光素子がそれぞれ実装される第２の基板とを有することを特徴とするフォトインタラプタ。
2. 前記第２の基板には厚み方向に貫通する第２のスルーホール電極が設けられ、この第２のスルーホール電極が前記第１のスルーホール電極と導通する請求項１記載のフォトインタラプタ。
3. 前記第２のスルーホール電極が前記第１のスルーホール電極からずれた位置に設けられ、両方のスルーホール電極が前記第１の基板と第２の基板との接合面に形成された平面電極を介して導通する請求項２記載のフォトインタラプタ。
4. 前記発光側及び受光側の透光樹脂体の外周が、前記第２の基板の上面より下方に延びる外周延長部を有する被覆部材によって被覆される請求項１記載のフォトインタラプタ。
5. 前記被覆部材が、遮光樹脂体又は光反射体で構成される請求項４記載のフォトインタラプタ。
6. 前記第２の基板の上面には、前記発光側及び受光側それぞれの透光樹脂体の外周部に沿って凹部が設けられ、この凹部に前記被覆部材の外周延長部が埋設される請求項４記載のフォトインタラプタ。

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