JP2005039039A - 赤外線通信デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で高出力の発光が可能な赤外線通信デバイスを提供する。
【解決手段】 高速赤外ＬＥＤチップである発光チップ２及び受光チップ３を絶縁性の基板１の上に搭載され、それぞれ発光側及び受光側を構成している。発光チップ２が搭載されたデバイスの発光側は、基板１の上部に形成された皿の形状に窪んでいる部分１ａの上面１ｂ上に導電パターン層４が形成され、その上に発光チップ２が銀ペースト５接着によって搭載されている。基板１の発光チップ２が搭載されている上面１ｂから基板の下面１ｃにかけて、基板１にスルーホール１０を形成する。スルーホール１０の内壁１０ａは、銀、銅、金等の放熱性の高い金属メッキを施すことが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、データ通信用及びセンサ用の電子部品に使用される赤外線通信デバイスに関する。

赤外線通信デバイスは、データ通信を目的とした光無線通信分野においてパソコンやＰＤＡ、プリンタ等の様々な用途に使用されている。いずれの製品にしても、そのユニット単体での存在は無く、必ず赤外線通信を１つの機能とした媒体（親製品）が存在する。近年、その媒体は小型、薄型化のニーズが強いモバイル製品が多く、必然的に構成部品である赤外線通信デバイスも小型化及び低背型が要求される。

そこで、小型の赤外線通信デバイスとしては、例えば図７に示すような赤外線通信デバイスが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図７はその赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はその平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

図７に示す赤外線通信デバイスは、高速赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）チップである発光チップ２及びフォトトランジスタ等の受光チップ３が、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性の基板１の上に搭載され、それぞれ発光側及び受光側を構成している。そして、これらのチップ２、３が搭載された面の反対側の面（基板１の下面１ｃ）に高速アンプ、ドライブ回路等が組み込まれたＩＣチップ４が搭載されている。

発光チップ２が搭載されたデバイスの発光側（図７（ｂ）参照）は、基板１の上部に形成された皿の形状に窪んでいる部分１ａの上面１ｂ上に導電パターン層５が形成され、その上に発光チップ２が搭載されている。また、発光チップ２の他の電極は、導電パターン５とＡｕ線６によって接続されている。これら発光チップ２等のパッケージ部分７はエポキシ樹脂等の透過性の高い樹脂８でモールドされている。また、パッケージ部分７が直接覆われている部分８ａ上部に半球型レンズ部８ｂが形成されており、発光チップ２からの赤外光を集光する働きを持つ。

また、最近の赤外線通信は高速化及び長距離通信の要求から高出力発光による送信が必要とされている。これに対しては、発光チップに多くの電流を流して高出力発光にすることで対応している。
特開２００１−２６７６２７号公報

しかし、特許文献１に示すような小型化した赤外線通信デバイスでは、高出力発光にした場合、発光チップの発熱を十分に放熱することが困難であった。その結果、パッケージ損失が大きくなって十分な発光強度が保てず、高速通信及び長距離通信が行えなくなっていた。また、それを補うために発光チップに流す電流を過度に上げると、消費電力が上がるだけでなく、パッケージ許容範囲を超えてデバイスが異常に高温となり、誤動作を招いたり、場合によっては発光チップが破損したりすることもあった。更に、通信デバイスを搭載した製品は、バッテリー駆動のモバイル製品が多く色んな機能を駆動させるため、消費電力が増える傾向にあった。

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、赤外線通信デバイスの放熱性を高めることによって小型で高出力の発光が可能な赤外線通信デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の赤外線通信デバイスは、基板の上面に赤外線を発する発光チップを搭載している赤外線通信デバイスであって、基板の上面の発光チップが搭載されている箇所から基板の下面にかけて１以上のスルーホールが形成されていることを特徴としている。

これによって、発光チップで生じた熱が外部（大気中）に発散されやすくなり発光チップの発熱を抑えることができる。すなわち、スルーホールの形成によって熱がスルーホールの内壁に伝わり、内壁は空気中にさらされており放熱される。スルーホールの数は１つでもよいが、スルーホールの数を複数にすることによって放熱する内壁の面積が増えるので放熱性は高くなる。

また、本発明の赤外線通信デバイスは、基板の上面の発光チップが搭載されている箇所から基板の下面にかけて、複数個のスルーホールが形成されていることを特徴としている。

これによって、発光チップで生じた熱が外部（大気中）に発散されやすくなり発光チップの発熱を抑えることができる。発光チップが搭載されている部分の周辺部の位置から、基板にスルーホールを形成しても、スルーホールを複数個形成すれば十分な放熱性が得られる。形成するスルーホールの数は特に限定されないが、２〜６個が好ましい。

上記構成の赤外線通信デバイスにおいて、スルーホールの内壁は、高熱放射性の金属でメッキされていることが好ましい。

これによって、発光チップで生じた熱がスルーホール内壁に伝わりやすくなり、更に放熱性を高くすることができる。また、高い放熱性が得られる金属メッキとしては、銅、銀、又は金のうちのいずれかであることが好ましい。

更に、本発明の赤外線通信デバイスにおいて、基板の下面に放熱パターン層が形成され、スルーホールがこの放熱パターン層と連結されていることを特徴としている。

これによって、発光チップから生じた熱が基板の上面からスルーホール内壁によって基板の下面に伝わり、放熱パターン層を介して熱が発散されやすくなり、放熱性が更に高くなる。

更に、本発明の赤外線通信デバイスにおいて、基板の上面と下面の間に１以上の導電パターン層が形成され、スルーホールが当該放熱パターン層と連結されていることを特徴としている。

これによって、発光チップから生じた熱が基板の上面からスルーホール内壁によって下面に向けて熱が伝わり、放熱パターン層を介して熱が発散されやすくなり、放熱性が更に高くなる。

また、上記構成の赤外線通信デバイスにおいて、赤外線通信デバイスの周囲の少なくとも一部分に高熱放射性のシートを装着させることが好ましい。

これによって、スルーホール内壁を伝わって発光チップから生じた熱が基板の上面から下面に伝わる熱が発散されやすくなり、また基板表面に伝わった熱も発散されやすくなり、更に放熱特性が高くなる。

また、この高熱放射性のシートは、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、銀、金、銅合金、銀合金、金合金、シリコンシート又は黒鉛シートのうちのいずれかであることが好ましい。

また、上記構成の赤外線通信デバイスにおいて、この高熱放射性のシートの表面に高熱放射性の金属メッキを施してもよい。また、高い放熱性が得られる金属メッキとしては、銅、銀又は金のうちのいずれかであることが好ましい。

また、上記構成の赤外線通信デバイスにおいて、本発明の赤外線通信デバイスをマザー基板に実装するための端子が高熱放射性の材料に設置されていることが好ましい。

これによって、マザー基板にも熱が伝えられ、より効率的に発光チップから生じた熱を発散させることができる。

本発明の赤外線通信デバイスは、小型、薄型のモバイル製品等に搭載ができる小型で高出力の発光を可能とし、安定した高速通信・長距離通信の提供を実現している。

発光デバイス側の発光チップが搭載された基板にスルーホールを形成することによって、発光チップからの発熱が分散して放熱されるので高出力発光が可能となる。

また、本発明の赤外線通信デバイスは、赤外線通信デバイスの周囲の少なくとも一部を放熱性の高いシートで覆うこと、又は更にそれを放熱性の高いシートをメッキで覆うことによって、放熱性が高まり高出力発光が可能となる。

また、本発明の赤外線通信デバイスは、マザー基板にも熱を伝える端子を設置することによって、更に放熱性が高まり高出力発光が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図１において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態１に係る赤外線通信デバイスは、高速赤外ＬＥＤチップである発光チップ２及びフォトトランジスタ等の受光チップ３が、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性の基板１の上に搭載され、それぞれ発光側及び受光側を構成している。そして、これらのチップ２、３が搭載された面の反対側の面（基板１の下面１ｃ）に高速アンプ、ドライブ回路等が組み込まれたＩＣチップ４が搭載されている。

発光チップ２が搭載されたデバイスの発光側（図１（ｂ）参照）は、基板１の上部に形成された皿の形状に窪んでいる部分１ａの上面１ｂ上に導電パターン層５が形成され、その上に発光チップ２が銀ペースト９で接着され搭載されている。また、発光チップ２の他の電極は導電パターン５とＡｕ線６によって接続されている。これら発光チップ２等のパッケージ部分７はエポキシ樹脂等の透過性の高い樹脂８で覆っている。パッケージ部分７が直接覆われている８ａの部分はパッケージ部分を保護し品質安定化を図り、上部に形成された半球型レンズ部８ｂは発光チップ２からの赤外光を集光する働きを持つ。

本実施形態１においては、基板１の発光チップ２が搭載されている上面１ｂから基板の下面１ｃ（発光チップ２が搭載されている上面１ｂと反対側の面）にかけて、基板１にスルーホール１０を形成する。ここで、スルーホール１０は、発光チップ２の搭載位置に当たる上面１ｂの部分から下面１ｃにかけて真っ直ぐに明ける。スルーホール１０の直径は、特に限定されないが、スルーホール１０の開口部１０ｂが発光チップ２の搭載面積をカーバーする程度の大きさであればよい。また、スルーホール１０は複数個形成してもよい。なお、実際には、予めそのスルーホール１０を形成した基板１を使用してデバイスを作製する。

スルーホール１０によって、発光チップ２の発光により発生する熱が分散されるため、発光チップ２の発熱を抑えて高出力の発光が可能となる。このとき、スルーホール１０の内壁１０ａには、銅、銀、金等の放熱性の高い金属メッキを施すことが好ましい。このメッキにより放熱が促され、より効果的に発光チップ２の発熱を抑えることができる。

なお、銀ペースト９の発熱による漏れ防止のためにスルーホール１０を放熱性の樹脂等の材料で封止することもできる。

＜実施形態２＞
図２は、実施形態２に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図２において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態２においては、デバイス発光側基板１に形成されたスルーホール１０の形態が実施形態１と異なる点以外の基本構成は実施形態１と同じである。

本実施形態２においては、発光チップ２の周囲に４個のスルーホール１０を形成しており、各スルーホール１０の開口部１０ｂは発光チップ２のエッジ部２ａに位置にするように配置する。スルーホール１０の直径は、特に限定されないが、スルーホール１０の開口部１０ｂが発光チップ２の搭載面積を超えない程度であることが好ましい。この場合も、実際には予めスルーホール１０を形成した基板１を使用してデバイスを作製する。

このように基板１に発光チップを搭載しデバイスにすることで、高出力発光時の熱が４つのスルーホールによって分散されるため、発熱を低減し高出力の発光が可能となる。

本実施形態２においても実施形態１と同様に、スルーホール１０の内壁１０ａに放熱性の高い金属メッキを施すことが好ましい。

＜実施形態３＞
図３は、実施形態３に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図３において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態３は、基板１の下面１ｃに放熱パターン層１１を形成する場合である。図３においては、基本構成は実施形態２と同じである。

ここでは、発光チップ２が搭載されている上面１ｂと放熱パターン層１１がスルーホール１０によってつながり、発光チップ２から発生する熱がスルーホール１０を介して放熱パターン層１１へと放熱される。放熱パターン層１１は、放熱性が高く熱は外部（大気中）に発散される。この場合も、スルーホール１０の内壁１０ａに放熱性の高い金属メッキを施すことが好ましい。

＜実施形態４＞
図４は、実施形態４に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図４において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態４は、基板１の上面１ｂと下面１ｃの間に放熱パターン層１２を形成する場合である。図４においては、デバイスの基本構成は実施形態２と同じである。

ここでは、発光チップ２が搭載されている上面１ｂと２つの放熱パターン層１２がスルーホール１０によってつながり、発光チップ２から発生する熱がスルーホール１０を介して放熱パターン層１２へと放熱され、更に熱はスルーホール１０を介して下面１ｃから外部（大気中）に発散される。この場合も、スルーホール１０の内壁１０ａに放熱性の高い金属メッキを施すことが好ましい。

＜実施形態５＞
図５は、実施形態５に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図５において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態５においては、放熱性の高い材料からなるシート１３をデバイスの周囲の少なくとも一部分に装着する。図５においては、デバイスの基本構成は実施形態４と同じである。ここで、基板１の下面１ｃにおいて、スルーホール１０の開口部１０ｂも放熱性の高いシートで覆っている。図５では、シート１３をケース形状にして、基材の下面１ｃの他、デバイスの背面１ｄ、側面１ｆ、１ｇ、前面１ｅ及び発光側の側面１ｈ及び受光側の側面１ｉの全部又は一部を覆っている。

シート１３は、できるだけ薄くて軽量の材料を用いる方が好ましい。金属系のものとしては、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、銀、金、銅合金、銀合金、金合金等のシート上げることができる。また、樹脂系のものとしては、シリコン系樹脂をマトリックスとして高熱伝導材料を添加したシリコンシートを上げることができる。また、セラミック系のものとしては、ポリイミド樹脂を黒鉛化して得られる黒鉛シートや天然黒鉛等を膨張させてシート状にした膨張黒鉛の黒鉛シートを上げることができる。

図５のシート１３に放熱性の高い金属のメッキを施すことで放熱特性が更に向上し、デバイスの発熱がより低減される。

なお、シート１３をＧＮＤ（Ｇｒａｎｄ）につなぐことによって、耐電磁ノイズ特性が向上し、ノイズ環境の悪いところでも安定した通信が可能となる。

＜実施形態６＞
図６は、実施形態６に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示している。図６において、（ａ）はデバイスの平面図を、（ｂ）はデバイスの発光側の断面図を示している。

本実施形態６においては、ケース形状の放熱性の高いシート１３にマザー基板実装用の端子１４を設置する。

図６に示すように材料１３に端子１４を設置してそこにマザー基板（図示しない）を実装する。それによって、発光チップ２から生じた熱が、シート１３に伝わり空気中に発散される他に、端子１４からマザー基板（図示しない）に伝わり熱が放出され、更に効率的に放熱することができる。

本発明の実施形態１に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ａ−Ａ矢視断面図である。 本発明の実施形態２に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｂ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の実施形態３に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｃ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の実施形態４に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｄ−Ｄ矢視断面図である。 本発明の実施形態５に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｅ−Ｅ矢視断面図である。 本発明の実施形態６に係る赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｆ−Ｆ矢視断面図である。 従来の赤外線通信デバイスの概略構成を示しており、（ａ）はデバイス全体の平面図、（ｂ）はデバイス発光側Ｇ−Ｇ矢視断面図である。

符号の説明

１ 基板
１ａ 基板の窪んでいる部分
１ｂ 基板の窪んでいる部分の表面（上面）
１ｃ 基板の下面
１ｄ〜１ｉ 基板を含むデバイスの周囲の面
２ 発光チップ
３ 受光チップ
４ ＩＣチップ
５ 導電パターン層
６ Ａｕ線
７ パッケージ部分
８ 樹脂
８ａ パッケージ部分を覆う部分
８ｂ レンズ部
９ 銀ペースト
１０ スルーホール
１０ａ スルーホールの内壁
１０ｂ スルーホールの開口部
１１、１２ 放熱パターン層
１３ シート
１４ 端子

Claims (11)

1. 基板の上面に赤外線を発する発光チップを搭載している赤外線通信デバイスであって、
   前記基板の上面の前記発光チップが搭載されている箇所から前記基板の下面にかけて１以上のスルーホールが形成されていることを特徴とする赤外線通信デバイス。
2. 基板の上面に赤外線を発する発光チップを搭載している赤外線通信デバイスであって、
   前記基板の上面の前記発光チップが搭載されている箇所の周辺部から前記基板の下面にかけて複数個のスルーホールが形成されていることを特徴とする赤外線通信デバイス。
3. 前記スルーホールの内壁は、高熱放射性の金属でメッキされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外線通信デバイス。
4. 前記メッキは、銅、銀又は金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項３に記載の赤外線通信デバイス。
5. 前記基板の下面に放熱パターン層が形成され、前記スルーホールが当該放熱パターン層と連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の赤外線通信デバイス。
6. 前記基板の上面と下面の間に１以上の放熱パターン層が形成され、前記スルーホールが当該放熱パターン層と連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の赤外線通信デバイス。
7. 赤外線通信デバイスの周囲の少なくとも一部分に高熱放射性のシートを装着させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の赤外線通信デバイス。
8. 前記シートは、アルミニウム、アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、銀、金、銅合金、銀合金、金合金、シリコンシート又は黒鉛シートのうちのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の赤外線通信デバイス。
9. 前記シートの表面は、高熱放射性の金属でメッキされていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の赤外線通信デバイス。
10. 前記メッキは、銅、銀又は金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の赤外線通信デバイス。
11. 赤外線通信デバイスをマザー基板に実装するための端子が前記シートに設置されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれかに記載の赤外線通信デバイス。

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