JP2015162627A - 光センサ - Google Patents

Abstract

【課題】リント基板を基台として用い、該プリント基板に発光素子と受光素子を載置して作成されるフォトインタラプタ等の光センサにおいて、小型化した場合においても、良好な検出特性の光センサを提供する。
【解決手段】基板上の発光素子或いは受光素子のどちらか一方のダイボンディングパッドをダイアタッチ領域から展延し、他方（発光素子または受光素子）のダイボンディングパッドまで近接するように展延領域として敷設し、プリント基板の内部を伝搬して発光素子部から受光素子部に漏れる光線成分を軽減し、受光素子からのノイズ電流の発生を抑制した。
【選択図】図１

Description

本発明はプリント基板を基台として用い、該プリント基板に発光素子と受光素子を載置して作成されるフォトインタラプタ等の光センサに関する。

フォトインタラプタ等の光センサとして、プリント基板にＬＥＤ等の発光素子とフォトトランジスタ等の受光素子を配置し、発光素子と受光素子の発光、受光方向を規制するために、発光素子と受光素子を包囲するように遮光性のプラスチック等による遮蔽枠を設けることで作成したものが多用されている。

図７は反射型フォトインタラプタとして機能する従来の光センサ６の構成を示すもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図である。発光素子用接続パターン６６３と受光素子用接続パターン６６４と、各素子の正負極に結線された計四つのパターン端子電極６６１が敷設された有機材料によるプリント基板６１と各接続パターンに接続された発光素子１３と受光素子１４と、各素子を囲う様に該基板６１上に敷設された遮蔽枠６２と、各素子を封止する透光性に封止樹脂部６５で形成されている。

特許文献１には遮蔽枠を厚膜体からなる反射体で形成した光センサの例が開示されている。

特開平６−７７５４０号報

電子機器小型化の潮流によって搭載される光センサも従来以上の小型化が求められてきている。小型化実現のために、発光素子と受光素子はシュリンクされ、パッケージ内の発光素子と受光素子の配置間隔はより狭められて搭載されるようになってきた。

この結果、従来の光センサ装置では問題視されていなかったが、プリント基板の内部を伝搬して発光素子搭載領域１３６から受光素子搭載領域１４６に漏れる迷光による影響が無視できなくなってきた。

図８は光センサ６の側面方向から発光素子１３と受光素子１４の周囲を透視して描いた部分投影図で、上述した迷光の影響を明示的に示すものある。図中Ａは発光素子１３から出射して直接或いは封止樹脂分６５の界面で内壁反射して発光素子用ダイボンディングパッド６６３１と遮蔽枠中隔部６２１の間の基板６１表層部から内部に入射する光線群、Ｂは基板６１内部を受光素子搭載領域１４６側に向かい伝搬する光線群、Ｃは遮蔽枠中隔部６２１と受光素子用ダイボンディングパッド６６４１の間の基板表層部から出て直接受光素子１４の側面に、或いは封止樹脂分６５の界面で内壁反射して受光素子１４の受光面（上面）に入射する光線群を示している。

一般的に、フォトインタラプタ等に受光素子として用いられるシリコンフォトトランジスタは少なからず側面感度を持つために、受光素子１４の受光面に入射する光線に限らず、側面に入射する光線もノイズ電流を生じさせる。ノイズ電流は光センサ６の検出比を低下させ、誤検出を引き起す虞が高まることになる。

本発明は上記課題を解決して、小型化した場合においても、良好な検出特性の光センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明よれば、導電パターンが施された有機樹脂基材を用いた基板と、該基板に搭載された発光素子および受光素子と、該発光素子の搭載領域と受光素子の搭載領域の夫々を包囲するように基板上に配置された遮蔽枠を具備し、該発光素子および受光素子の搭載領域を透光性樹脂で封止してなる光センサにおいて、該基板上の発光素子或いは受光素子のどちらか一方のダイボンディングパッドをダイアタッチ領域から展延させ、他方の発光素子或いは受光素子のダイボンディングパッドまで近接するように展延領域として敷設されていることを特徴とする光センサとすることで、プリント基板の内部を伝搬して発光素子部から受光素子部に漏れる光線成分を軽減し、受光素子からのノイズ電流の発生を抑制することができる。

上記目的を達成するため、本発明の請求項２に記載の発明よれば、前期展延領域の少なくとも受光素子の搭載領域には反射性の表面処理を施こされていることを特徴とする請求項１に記載の光センサとすることで、受光素子を周囲の該展延領域の表面からの反射と封止樹脂の表層の内壁反射により受光量を増加させ、検出比を高めることができる。

本発明によれば、プリント基板を基台として用いた光センサにおいて、光センサが小型化された場合でも、検出特性の優れた光センサを提供することができる。

図１は本発明による実施形態である光センサ１を示したもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図である。 図２は本発明による第一の実施形態における基板のパターン例を示した図である。 図３は本発明による第一の実施形態における別の基板のパターン例を示した図である。 図４は本発明による第二の実施形態である光センサ２を示す上面図である。 図５は本発明による第二の実施形態該における基板のパターンを例を示した図で、（ａ）はボンディング面（表面）、（ｂ）は裏面を示している。 図６は本発明による第三の実施形態である光センサ３を示すもので（ａ）は上面方向からみた断面図（（ｂ）図のＡ−Ａ断面）で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図で、（ｃ）は局部拡大図（（ｂ）図のＢ部）である。 図７は従来の光センサを示すもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図である。 図８は従来の光センサの側面方向から発光素子と受光素子の周囲を透視して描いた部分投影図である。

本発明は上述の課題を考慮して成されたもので、光センサにおいて、基板上の発光素子或いは受光素子のどちらか一方のダイボンディングパッドをダイアタッチ領域から展延し、他方（発光素子または受光素子）のダイボンディングパッドまで近接するように展延領域として敷設したことを特徴とする。さらに少なくとも受光素子のダイボンディングパッドの周囲に敷設された展延領域には、反射性の表面処理が施こされていることを特徴とする。

（第一の実施形態）
図１は本発明による実施形態としてフォトリフレクタ（反射型フォトインタラプタ）として機能する光センサ１を示したもので、（ａ）は上面図で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図である。図１において基板１１は、ガラスエポキシ樹脂等の有機材料によるプリント基板であり、表面に導電パターンを有している。導電パターンは基板１１の四隅に配されたパターン端子電極１６１と発光素子用接続パターン部１６３および受光素子用接続パターン部１６４を結ぶ配線とからなる。光センサ１は該基板１１と、発光素子搭載領域１３１として発光素子接続パターン部１６３と該パターン部１６３に含まれる発光素子用ダイボンディングパッド１６３１に導電性接着剤を介して載置され金細線１３２で結線が施された発光素子１３と、受光素子搭載領域１４１として受光素子接続パターン１６４部と該パターン部１６４に含まれる受光素子用ダイボンディングパッド１６４１に導電性接着剤を介して載置され金細線１４２で結線が施された受光素子１４と、該発光素子搭載領域１３１と受光素子搭載領域１４１の夫々を包囲するように基板表面に接着固定することで敷設された遮蔽枠１２と、該発光素子搭載領域１３１および受光素子搭載領域１４１を透光性樹脂により封止して形成された封止樹脂部１５１，１５２とで構成されている。

遮蔽枠１２はブラック顔料を含んだ遮光性樹脂材料による成形品で作成される。遮蔽機能を満足させるものであれば、酸化チタン等の反射性粒子を含有する樹脂材量を用いた反射枠としてもよい。更に遮蔽枠は成形品でなくとも印刷された厚膜体や、ディスペンサ描画されたダム材で形成されてもよい。

ここで、本発明による光センサ１では、発光素子用ダイボンディングパッド１６３１は、図２の基板１１のパターン図に示すように、発光素子搭載領域１３１の発光素子１３のダイアタッチ領域１３ｐから展延し、遮蔽枠の発光素子搭載領域１３１と受光素子搭載領域１４１の間を仕切る遮蔽枠の中隔部１２１の足下１２１ｐを超えて受光素子搭載領域１４１の受光素子ダイボンディングパッド１６４１に近接させた展延領域１６５として敷設させている。

このようなパターンの配置と表面処理をすることで、該展延領域１６５のパターンが発光素子１３からプリント基板１１内部に進入する光線成分、およびプリント基板１１内を伝搬し受光素子１４へ進入する光線成分を阻止することができる。

さらに、少なくとも展延領域の受光素子搭載領域１４１側はＡｕ、Ａｇ、あるいはＰｄ等による反射性の表面処理を施こされている。

受光素子１４を周囲の該展延領域の表面処理された面からの反射と封止樹脂表層の内壁反射により受光量を増加させる効果を得ることができる。

受光素子としてフォトトランジスタが用いられている場合、センサを小型化するために受光素子サイズもシュリンクされることとなり光センサとして電流伝達比が悪化傾向となる。これを改善するためにフォトトランジスタの電流増幅率を高めるとフォトトランジスタ出力電流の温度変化率が悪化してしまうというジレンマが生ずる。上記パターン配置と表面処理は、ノイズ光の低減と受光量の増加により検出比及び電流伝達比が確保され、温度変化に対する出力安定度も良化するという複合的な効果を奏することができる。よって、光センサが小型化された場合でも、検出特性の優れた光センサを提供することが可能となる。この場合、遮蔽機能を保ちつつ反射機能を有するような材料、例えば酸化チタン等の反射性粒子を含有する樹脂材量を用いて遮蔽枠１２を作成することで、さらに効果を高めることができる。

図３に示すパターン図は、図２に示した基板１１のパターンに該展延領域１６５のパターン面と遮蔽枠１２の接着層を介して生じる発光素子搭載領域１３１から受光素子搭載領域１４１への光洩れを防ぐ措置を加えたもので、遮蔽枠の中隔部１２１の足下１２１ｐに当たる個所に切欠き１６６を設けたものである。これにより接着層による厚みは抑制され接着層を介して生じる発光素子搭載領域１３１から受光素子搭載領域１４１への光洩れが軽減され、さらに遮蔽枠１２の剥離強度も向上させることができる。尚、遮蔽枠１２の剥離強度も向上のためには、図示していないが切欠きは該足下１２１ｐのみではなく遮蔽枠１２と該展領域１６５のパターンが重なる部分に点在して配置しても良い。剥離強度の向上は遮蔽枠１２が印刷された厚膜体や、ディスペンサ描画されたダム材で形成されている場合に特に有効である。

尚、上述までの説明では発光素子１３のダイボンディングパッド１６３１をダイアタッチ領域１３ｐから展延し、受光素子１４のダイボンディングパッド１６４１まで近接するように展延領域１６５として敷設した例を用いたが、逆に、受光素子１４のダイボンディングパッド１６４１をダイアタッチ領域１４ｐから展延し、発光素子のダイボンディングパッド１６３１まで近接するように展延領域として敷設してもプリント基板内を伝搬し受光素子搭載領域１４１へ進入する光線成分を阻止することができ、同様に検出特性の優れた光センサを提供することが可能となる。

（第二の実施形態）
図４は本発明による第二の実施形態として光センサ１と同様にフォトリフレクタ（反射型フォトインタラプタ）として機能する光センサ２を示す上面図である。光センサ２は四隅に配されたパターン端子電極２６１と発光素子用接続パターン部２６３および受光用接続パターン部２６４を結ぶ配線からなる導電パターンを有したプリント基板２１と、発光素子搭載領域２３１として発光素子接続パターン部２６３に含まれる発光素子用ダイボンディングパッド２６３１に載置され金細線２３２で結線が施された発光素子１３と、受光素子搭載領域２４１として受光素子接続パターン２６４部に含まれる受光素子用ダイボンディングパッド２６４１に載置され金細線２４２で結線が施された受光素子１４と、発光素子搭載領域２３１と受光素子搭載領域２４１の夫々を包囲するように敷設された遮蔽枠２２と、該発光素子搭載領域２３１および受光素子搭載領域２４１の夫々を封止するために形成された封止樹脂部２５１，２５２とで構成されており、以上の構成は光センサ１と略同等である。

図５は該基板２１のパターンを示すもので、（ａ）はボンディング面（表面）、（ｂ）は裏面を示している。発光素子用接続パターン部２６３と受光用接続パターン部２６４と四隅に配されたパターン端子電極２６１とを結ぶ配線を貫通ビアにより裏面パターンに配することで、発光素子１３のダイボンディングパッド２６３１からの展延領域２６５を、受光素子１４のダイボンディングパッド２６４１をコの字に囲うように敷設した。光センサ２は光センサ１に比較して、該展延領域による受光素子１４のダイボンディングパッドへの近接状態を該ボンディングパッドの一辺に対する近接状態から、三辺に対する近接状態としたことで、プリント基板２１内を伝搬し受光素子１４へ進入する光線成分の阻止効果を高めている。

さらに、少なくとも展延領域の受光素子搭載領域２４１側は反射性の表面処理を施こすことにより、受光素子１４を周囲の該展延領域の表面処理された面からの反射と封止樹脂表層の内壁反射により受光量を増加させる効果を得ることができる。

尚、光センサ１の場合と同様に、光センサ２でも発光素子１３のダイボンディングパッド２６３１をダイアタッチ領域１３ｐから展延し、受光素子１４のダイボンディングパッド２６４１まで近接するように展延領域２６５として敷設した例を用いたが、逆に、受光素子１４のダイボンディングパッド２６４１をダイアタッチ領域１４ｐから展延し、発光素子のダイボンディングパッド２６３１まで近接するように展延領域として敷設してもプリント基板内を伝搬し受光素子搭載領域２４１へ進入する光線成分を阻止することができ、同様に検出特性の優れた光センサを提供することが可能となる。

（第三の実施形態）
図６は本発明による第三の実施形態として光路中にスリットを設けて物体通過を検出する透過型のフォトインタラプタとして機能する光センサ３を示すもので（ａ）は上面方向からみた断面図（（ｂ）図のＡ−Ａ断面）で、（ｂ）は一部を透視して描いた側面図で、（ｃ）は局部拡大図（（ｂ）図のＢ部）である。光センサ３は、プリント基板に発光素子と受光素子を配置し、発光素子と受光素子の発光および受光方向を規制するために、発光素子搭載領域と受光素子搭載領域を包囲するように遮蔽枠を設けていることについては上述の光センサ１，光センサ２と同様であり、四隅に配されたパターン端子電極３６１と発光素子用接続パターン部３６３および受光用接続パターン部３６４を結ぶ配線からなる導電パターンを有したプリント基板３１と、発光素子搭載領域３３１として発光素子接続パターン部３６３に含まれる発光素子用ダイボンディングパッド３６３１に載置され金細線３３２で結線が施された発光素子１３と、受光素子搭載領域３４１として受光素子接続パターン部３６４に含まれる受光素子用ダイボンディングパッド３６４１に載置され金細線３４２で結線が施された受光素子１４と、発光素子搭載領域３３１と受光素子搭載領域３４１の夫々を包囲するように敷設された遮蔽枠３２と、該発光素子搭載領域２３１および受光素子搭載領域２４１の夫々を封止するために形成された封止樹脂部３５１，３５２とを構成要素として含む。

光センサ３では、遮蔽枠の中隔部３２１の中央を縦断するように設けられた物体通過領域となる溝部３２３を通過する物体を検出するために、発光素子搭載領域３３１と受光素子搭載領域３４１間の光路が、発光素子１３と受光素子１４の側方となる遮蔽枠の中隔部３２１に設けられたスリット部３２２という狭窄された空間とされており、さらにセンサとして検出比を確保するため、外乱光を遮蔽しながらスリット部３２２を通過する光線量を増加させる措置として、該封止樹脂部３５１，３５２の遮蔽枠３２の上面（樹脂注入面）に遮蔽を兼ねた反射層３５３を形成している。尚、（ｃ）で示すように該溝部３２３深さＨは該スリット部深さｈより一段深く形成され、物体の通過時にスリット部３２２からの外乱光侵入を軽減している。

遮蔽枠３２の上面に設ける反射層３５３は、遮蔽枠３２が敷設された基板３１に発光素子１３と受光素子１４を載置、結線した後に、封止樹脂部３５１，３５２を形成し、樹脂注入面となる遮蔽枠３２の上面部に反射性の被膜層印刷等により形成される。

上述したように、発光素子搭載領域３３１と受光素子搭載領域３４１間の光路が狭窄された空間となるので、センサとして電流電圧比を稼ぐために、該遮蔽枠３２は反射性粒子を含有した樹脂材量による成形品を用いた反射枠としてもよい。尚、該遮蔽枠３２は印刷やディスペンサ描画で作成してもよく、その場合、物体通過領域となる溝部３２３は、遮蔽枠３２形成後に中隔部３２１を中隔部３２１の幅より小さい厚みのブレードを用いて、予め遮蔽枠３２の中央部に設けられたスリット部３２２の深さより一段深い深さとなるようにハーフダイスした溝部とすることで作成できる。

光センサ３においても、発光素子用ダイポンディングパッド３６３１を遮蔽枠３２の発光素子搭載領域３３１と受光素子搭載領域３４１の間を仕切る中隔部３２１の足下３２１ｐを超えて受光素子用ダイボンディングパッド３６４１まで近接させた展延領域３６５として敷設させており、さらに、少なくとも展延領域の受光素子搭載領域３４１側は反射性の表面処理を施こされている。これにより、前述の光センサ１、光センサ２と同様に、基板３１の内部を伝搬して発光素子搭載領域３３１から受光素子搭載領域３４１に漏れる光線成分を軽減させることで検出特性の優れた光センサとしている。

上述までの実施形態では、最も平易な例として、一対の発光素子と受光素子を用いた面実装型の光センサを用いて説明したが、フォトリフレクタやフォトインタラプタの機能を使途とし、プリント基板に発光素子および受光素子を載置したＣＯＢパッケージ構造の光センサであれば、主旨を変えない範囲で種々変更することができる。

１、２、３ 光センサ
１１、２１、３１ プリント基板
１２、２２、３３ 遮蔽枠
１２１、２２１、３２１ 遮蔽枠の中隔部
１３ 発光素子
１３１、２３１、３３１ 発光素子搭載領域
１３２、２３２、３３２ 発光素子結線用の金細線
１４ 受光素子
１４１、２４１、３４１ 受光素子搭載領域
１４２、２４２、３４２ 受光素子結線用の金細線
１５１、１５２、２５１、２５２、３５１、３５２ 封止樹脂部
１６１、２６１、３６１ パターン端子電極
１６３、２６３、３６３ 発光素子接続パターン部
１６４、２６４、３６４ 受光素子接続パターン部
１６３１、２６３１、３６３１ 発光素子ダイボンディングパッド
１６４１、２６４１、３６４１ 受光素子ダイボンディングパッド
１６６ 遮蔽枠の中隔部足下に位置するパターン内の切欠き
３２２ スリット部
３２３ 物体通過領域となる溝部
３５３ 反射層

Claims (2)

1. 導電パターンが施された有機樹脂基材を用いた基板と、該基板に搭載された発光素子および受光素子と、該発光素子の搭載領域と受光素子の搭載領域の夫々を包囲するように基板上に配置された遮蔽枠を具備し、該発光素子および受光素子の搭載領域を透光性樹脂で封止してなる光センサにおいて
   該基板上の発光素子或いは受光素子のどちらか一方のダイボンディングパッドをダイアタッチ領域から展延させ、他方の発光素子或いは受光素子のダイボンディングパッドまで近接するように展延領域として敷設されていることを特徴とする光センサ。
2. 前期展延領域の少なくとも受光素子の搭載領域には反射性の表面処理を施こされていることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。

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