JP2008153356A - 光電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を実現しつつ電磁波ノイズによる影響を低減して信頼性を向上させた光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】 光電変換モジュールは、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子３と、光電変換素子３で出射又は入射される光を通過させる光学部品１０と、光電変換素子３と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品５と、光電変換素子３と光学部品１０と電子部品５とが所定の実装面側に実装される回路基板１とを備え、光学部品１０には、光電変換素子３側に、当該光電変換素子３に対するノイズを除去するシールド層２１を形成している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、基板上に光電変換素子及び電子部品が形成されて、光電変換素子で光を出射又は入射して電子部品によって電気的処理を行う光電変換モジュールに関する。

従来より、光電変換素子や当該光電変換素子で入出力される信号を処理する電子部品を実装する配線基板としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。

この配線基盤に光電変換素子や電子部品を実装した光電変換モジュールは、絶縁材料及びヒートシンク材からなる基板上に電子部品を搭載してなる。
特開２００５−３１１２０２号公報

しかしながら、近年における基板の小型化に対する要望があるが、これに伴い光電変換モジュールを小型化することによる電磁波ノイズの低減などが要望されている。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、小型化を実現しつつ電磁波ノイズによる影響を低減して信頼性を向上させた光電変換モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光電変換モジュールは、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子と、光電変換素子で出射又は入射される光を通過させる光学部品と、光電変換素子と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品と、光電変換素子と光学部品と電子部品とが所定の実装面側に実装される回路基板とを備え、上述の課題を解決するために、光学部品には、光電変換素子側に、当該光電変換素子に対するノイズを除去するシールド層を形成している。

本発明に係る光電変換モジュールによれば、光学部品の光電変換素子側に、電磁波ノイズを抑制するシールド層を設けたので、小型化を実現しつつ確実に光電変換素子に対する電磁波ノイズを抑制することができる。また、この光電変換モジュールによれば、光学部品のうち光が透過する部分についてはシールド層を設けずに構成することにより、光電変換素子で出射又は入射する光のうちノイズとなる光をシールド層によって遮断できるという効果も発揮できる。

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。

本発明は、例えば図１に平面図を示すように、立体回路基板１に、光電変換素子３、電気配線４、電子部品５、及び光学部品１０が搭載されて構成された光電変換モジュールに適用される。なお、本例においては、光学部品１０等を搭載する基板として、立体型のものを示したが、これに限らず、平面型のものを使用しても良い。

この光学部品１０は、図２に示すように、レンズ部１１とレンズ取付部１２とが一体化されて形成されている。この光学部品１０は、例えば同一のアクリル材料等の樹脂材料からなる。光学部品１０は、図３に示すように、レンズ部１１が光電変換素子３の直上となるように配置されている。

光学部品１０は、光電変換素子３に対する電磁波ノイズをシールドするシールド層２１が形成されている。このシールド層２１は、光学部品１０が立体回路基板１に搭載された状態において、光電変換素子３と対向する光学部品１０の面に形成されている。また、シールド層２１は、光学部品１０のレンズ部１１において光を出射又は入射する領域には形成されていない。これにより、この光電変換モジュールによれば、光学部品１０のうち光が透過する部分についてはシールド層２１を設けずに構成することにより、光電変換素子３で出射又は入射する光のうちノイズとなる光をシールド層２１によって遮断できるという効果も発揮できる。

光電変換素子３は、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する。光電変換素子３は、所定波長の光を発光する発光素子又は所定波長の光を受光する受光素子であり、何れであって良い。

光電変換素子３及び電子部品５は、信号を伝送する信号線及び光電変換素子３及び電子部品５を駆動するための電力線を含む電気配線４で接続されている。電気配線４は、外部のケーブル７と電源端子６ａ、信号端子６ｂ、接地端子６ｃを介して接続されている。

電子部品５は、光電変換素子３と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する制御用回路ユニット１４を構成する。光電変換素子３が発光素子である場合、制御用回路ユニット１４は、ケーブル７から供給された電力を電源端子６ａを介して発光素子へ供給する電源供給回路、ケーブル７から供給された制御信号に基づいて所定波長の光の出射開始及び停止を制御する制御回路等からなる。光電変換素子３が受光素子である場合、制御用回路ユニット１４は、ケーブル７から供給された電力を電源端子６ａを介して受光素子へ供給する電源供給回路、当該受光素子で受光した光に基づく電気信号に対して増幅やノイズ除去処理等を行って信号端子６ｂを介してケーブル７へ出力する処理回路等からなる。

立体回路基板１は、例えばポリフタルアミド等の樹脂からなり、立体的に成形されている。立体回路基板１の製造方法としては、射出成形、圧縮成形（プレス成形）、鋳込み成形等があるが、立体回路基板１を製造するにあたっては、いずれの方法を用いてもよい。

この立体回路基板１に形成される電気配線４は、薄膜輪郭除去法により、容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。

薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やＤＣマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。一例としては、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１０^−４Ｐａ程度に減圧した後、温度１５０℃で３分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を１０Ｐａ程度に制御する。そして、電極間に１ｋＷの高周波電圧（ＲＦ：１３．５６ＭＨｚ）を３００秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を１０^−４Ｐａ以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が０．６Ｐａ程度になるように導入した後、さらに５００Ｖの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が３００ｎｍ程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。

続いて、薄膜輪郭除去法においては、電気配線４である回路パターン形成プロセスを実行する。大気中でＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザー）を使用して回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、ポリフタルアミド等の樹脂基板上に形成された導電性薄膜のうち、回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。これにより、回路部と非回路部とを電気的に絶縁する。

続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、基板表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約１５μｍの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、電気回路部の銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。

このように、電気配線４は、立体回路基板１が小型化された場合であっても、薄膜輪郭除去法によって微細化されたものとして容易に形成することができる。

図３に示すように、立体回路基板１は、所定の実装面側に凹部１ａが形成され、当該凹部１ａの底面に光電変換素子３が実装されている。また、立体回路基板１には、光電変換素子３が実装された所定の実装面及び当該実装面の裏面といった全面にシールド層２３が形成されている。このシールド層２３は、光電変換素子３の作動時に発生する電磁波ノイズを吸収する金属材料で形成されている。なお、この凹部１ａの内壁であって、立体回路基板１の側面にもシールド層が形成しても良い。

凹部１ａは、光電変換素子３を実装する基板部位、及び、電子部品５を実装する基板部位に形成されている。この凹部１ａが形成されていることにより、光電変換素子３及び電子部品５が形成されていない部分は、凸部１ｂとなっている。凹部１ａの底面には、光電変換素子３、電子部品５が形成され、当該光電変換素子３及び電子部品５と電気配線４とは、ワイヤボンディング技術によって電気的に接続している。

光電変換部１３は、立体回路基板１の凸部１ｂ上に形成された凸部１ｃにレンズ取付部１２に形成された位置決め用穴２２（図２参照）を嵌合させている。これら凸部１ｂ及び凸部１ｃは、立体回路基板１の成型時に同時に形成される。この凸部１ｃは、光電変換素子３が設けられた凹部１ａの開口端部に、レンズ取付部１２を取り付けられるために形成されている。

このような光電変換モジュールによれば、光学部品１０の光電変換素子３側にシールド層２１を形成したので、より効率的に光電変換素子３に対する電磁波ノイズを抑制できる。これにより、光電変換モジュールの信頼性を向上できる。

また、この光電変換モジュールによれば、立体回路基板１の裏面及び表面にシールド層２３を設けたので、より高い電磁波ノイズ抑制効果を発揮できる。すなわち、立体回路基板１を薄型化した場合であっても、当該光電変換素子３の作動時に発生する電磁波ノイズが電子部品５に影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、光電変換モジュールとしての信頼性を向上させることができる。

更に、この光電変換モジュールによれば、凹部１ａの底面に光電変換素子３を実装したので、立体回路基板１の厚さを薄くして小型化を実現できる。また、光電変換素子３を実装しない立体回路基板１の部分については凸部１ｂとしているので、立体回路基板１を薄型化した場合であっても立体回路基板１の強度を高くすることができる。

更に、この光電変換モジュールによれば、光電変換素子３のみならず、電子部品５も凹部１ａの底面に実装したので、全体の高さを低くすることができる。

更に、この光電変換モジュールによれば、レンズ部１１を所定波長の光が通過する位置に光学部品１０を実装するために、立体回路基板１に、光電変換素子３が設けられた凹部１ａの開口端部に凸部１ｃを形成して光学部品１０を嵌合させたので、レンズホルダーを別部材で立体回路基板１に取り付ける必要がない。これにより、光電変換モジュールの小型化、低コスト化が可能となる。また、凹部１ａと凸部１ｂと凸部１ｃとを同時に作成するので、光電変換素子３に対するレンズ取付部１２及びレンズ部１１の配置精度が向上し、光電変換素子３とレンズ部１１との間の光軸合わせ作業を不要とできる。

また、上述の光電変換モジュールは、図３に断面図を示すように、光電変換素子３、電子部品５、光学部品１０が実装されている立体回路基板１を覆うようにケース２０に収容されて構成されていても良い。ケース２０は、光電変換素子３によって入射又は出射する光を通過させる開口２０ａが設けられている。

このような光電変換素子３を備えた光電変換モジュールは、図４に示すように、例えば商品検査に使用することができる。載置台３０上を通過する被検査物３２が通過したか否かを検知するために、載置台３０の幅方向の両端に、対向して設けられた光電変換モジュール３１Ａと光電変換モジュール３１Ｂとを備える。光電変換モジュール３１Ａは、所定波長の光を出射する光電変換素子３及び当該光電変換素子３の出射を制御する制御用回路ユニット１４を備える。光電変換モジュール３１Ｂは、所定波長の光を入射する光電変換素子３及び当該光電変換素子３で変換された電気信号を処理する制御用回路ユニット１４を備える。光電変換モジュール３１Ｂ光電変換モジュール３１Ａと光電変換モジュール３１Ｂとは、それぞれ、ケーブル７を介してセンサ制御装置３３と接続されている。

被検査物３２を検査方向にスライドさせて検査を行う場合、光電変換モジュール３１Ａは、センサ制御装置３３によって光電変換素子３から所定波長の光を出射するように制御され、光電変換モジュール３１Ｂは、光電変換モジュール３１Ａの光電変換素子３から出射された所定波長の光を受光した場合に、電気信号をセンサ制御装置３３に供給する。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した光電変換モジュールの平面図である。 本発明を適用した光電変換モジュールを構成する光学部品の平面図及び側面図ある。 本発明を適用した光電変換モジュールをケースに収容した状態を示す断面図である。 本発明を適用した光電変換モジュールの使用例を説明するブロック図である。

符号の説明

１ 立体回路基板
１ａ 凹部
１ｂ 凸部
１ｃ 凸部
３ 光電変換素子
４ 電気配線
５ 電子部品
６ａ 電源端子
６ｂ 信号端子
６ｃ 接地端子
７ ケーブル
１０ 光学部品
１２ レンズ取付部
１３ 光電変換部
１４ 制御用回路ユニット
２０ ケース
２０ａ 開口
２１ シールド層
２２ 位置決め用穴
２３ シールド層
３０ 載置台
３１Ａ 光電変換モジュール
３１Ｂ 光電変換モジュール
３２ 被検査物
３３ センサ制御装置

Claims (1)

1. 外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子と、
   前記光電変換素子で出射又は入射される光を通過させる光学部品と、
   前記光電変換素子と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品と、
   前記光電変換素子と前記光学部品と前記電子部品とが所定の実装面側に実装される回路基板とを備え、
   前記光学部品には、前記光電変換素子側に、当該光電変換素子に対するノイズを除去するシールド層が形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。

Images