JP2017098571A - 光源一体型光センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板10上の所定領域に設けられた受光部20と、基板10上の受光部20と異なる領域に設けられた発光部30と、受光部20上に受光部20を覆うように設けられた第1透光部材41Aと、発光部30上に発光部30を覆うように設けられた第2透光部材41Bと、第1透光部材41Aと第2透光部材41Bとの間に設けられた第1遮光部材51Aと第2遮光部材51Bと、第1透光部材41A、第2透光部材41Bおよび第1遮光部材51A、第2遮光部材51Bと、それぞれに接する放熱部材45と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明の第2の態様によると、第1の態様による光源一体型光センサにおいて、第1遮光放熱部材および第2遮光放熱部材は、有機材料層および金属層が積層された平面部材で構成することが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第2の態様による光源一体型光センサにおいて、第1遮光放熱部材および第2遮光放熱部材は、有機材料層が上部に露出することが好ましい。
本発明の第4の態様によると、光源一体型光センサは、基板上の所定領域に設けられた受光部と、基板上の受光部と異なる領域に設けられた発光部と、受光部上に当該受光部を覆うように設けられた第1透光部材と、発光部上に当該発光部を覆うように設けられた第2透光部材と、第1透光部材と第2透光部材との間に設けられた遮光部材と、第1透光部材と第2透光部材との間に設けられた空間と、第1透光部材、第2透光部材および遮光部材とそれぞれ接する放熱部材と、を備える。
本発明の第5の態様によると、第4の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第1透光部材、第2透光部材および遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成することが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第4または第5の態様による光源一体型光センサにおいて、遮光部材に代えて、または遮光部材に沿って基板と放熱部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備えてもよい。
本発明の第7の態様によると、第6の態様による光源一体型光センサにおいて、熱伝導部材は、基板に設けられているスルーホールに接するのが好ましい。
本発明の第8の態様によると、第4の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第2の遮光部材によって構成するのが好ましい。
本発明の第9の態様によると、第8の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材はさらに、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第1透光部材、第2透光部材および第2の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含めてもよい。
本発明の第10の態様によると、第9の態様による光源一体型光センサにおいて、基板と平面部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備えてもよい。
本発明の第11の態様によると、第10の態様による光源一体型光センサにおいて、熱伝導部材は、基板に設けられているスルーホールに接するのが好ましい。
<第一の実施形態>
本実施形態は、発光チップで発生した熱を効率よく放熱させることで、受光チップ上の透明樹脂に熱の影響が及ばないようにする。図1は、本発明の第一の実施形態による光源一体型光センサ1を例示する図である。図1(a)は光源一体型光センサ1の上面図、図2(b)は図1(a)における光源一体型光センサ1のE−E’断面図である。光源一体型光センサ1は、発光素子および受光素子を基板10上に一体構成したものであり、例えば、発光素子が発した光を開口45Bから射出し、外部対象物で反射された反射光が開口45Aから入射して受光素子で受光されるか否かに基づいて、外部対象物の存否を判定する用途などに用いられる。
(1)光源一体型光センサ1は、基板10上の所定領域に設けられた受光チップ20と、基板10上の受光チップ20と異なる領域に設けられた発光チップ30と、受光チップ20上に当該受光チップ20を覆うように設けられた透明樹脂41Aと、発光チップ30上に当該発光チップ30を覆うように設けられた透明樹脂41Bと、透明樹脂41Aと透明樹脂41Bとの間に設けられた不透明樹脂51A、51Bと、透明樹脂41A、41B、および不透明樹脂51A、51Bにそれぞれ接する放熱板45と、を備えるようにした。発光チップ30で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光チップ30からの熱による特性劣化を抑えられる。一般に、放熱板45の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率より高く、およそ数百倍から1000倍である。このため、発光チップ30からの熱が放熱板45へ伝わると、該放熱板45の表面から広くセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ20を覆う透明樹脂41Aの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
(3)放熱板45の受光チップ20側の開口45Aの大きさは受光チップ20の大きさに依存して決定している。すなわち、受光チップ20に入射する反射光の入射角がある程度限定した角度範囲となるようにし、検出精度を向上させている。
図3は、変形例1による光源一体型光センサ1Bの断面図である。図3による光源一体型光センサ1Bは、上述した光源一体型光センサ1と比べて、空間60の受光チップ20側にのみ、不透明樹脂51が設けられている点が異なる。
図4は、変形例2による光源一体型光センサ1Cの断面図である。図4による光源一体型光センサ1Cは、上述した光源一体型光センサ1と比べて、透明樹脂41Aの空間60側の側面に、遮光膜52が形成されている点が異なる。
図5は、変形例3による光源一体型光センサ1Dの断面図である。図5による光源一体型光センサ1Dは、図1の光源一体型光センサ1と比べて、空間60内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板70を設けている点、および金属板70の直下となる位置に合わせてスルーホール16が形成される点が異なる。
図6は、変形例4による光源一体型光センサ1Eの断面図である。図6による光源一体型光センサ1Eは、図3の光源一体型光センサ1Bと比べて、空間60内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板70を設けている点、および金属板70の直下となる位置に合わせてスルーホール16が形成される点が異なる。
変形例3または変形例4のように金属板70を設ける場合には、不透明樹脂51A、51Bまたは不透明樹脂51を省略してもよい。この場合は、発光チップ30から受光チップ20側へ射出される直接光を金属板70によって遮蔽する。
図7は、本発明の第二の実施形態による光源一体型光センサ2を例示する図である。図7(a)は光源一体型光センサ2の上面図であり、図7(b)は図7(a)における光源一体型光センサ2のE−E’断面図である。第一の実施形態による光源一体型光センサ1(図1)と比べると、センサの周囲に不透明樹脂51Cおよび不透明樹脂51Dを設けている点が相違するので、この相違点を中心に光源一体型光センサ2の製造方法を説明する。
(1)光源一体型光センサ2は、基板10C上の所定領域に設けられた受光チップ20と、基板10C上の受光チップ20と異なる領域に設けられた発光チップ30と、受光チップ20上に当該受光チップ20を覆うように設けられた透明樹脂41Aと、発光チップ30上に当該発光チップ30を覆うように設けられた透明樹脂41Bと、透明樹脂41Aと透明樹脂41Bとの間に設けられた不透明樹脂51A、51Bと、透明樹脂41A、41B、および不透明樹脂51A、51Bにそれぞれ接する放熱部材として不透明樹脂51(51C、51D)と、を備えるようにした。発光チップ30で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光部からの熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ30からの熱が不透明樹脂51へ伝わると、該不透明樹脂51からセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ20を覆う透明樹脂41Aの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
光源一体型光センサ2から放熱板45を省略し、基板10Cの周囲を囲む不透明樹脂51(51C、51D)と、透明樹脂41Aおよび透明樹脂41Bの間の不透明樹脂51A、51Bとによって放熱部材を構成してもよい(図9(b)の状態)。不透明樹脂51を基板10Cの周囲に設けると、不透明樹脂51が空気と接する表面積が広くなる。これによって、発光チップ30における発熱量より不透明樹脂51からの放熱量が大きくなる場合には、放熱板45を設けなくても、受光チップ20を覆う透明樹脂41Aの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
以上の説明では、空間60の深さを基板10の表面に到達する深さにする例を説明した。この代わりに、基板10の表面に達する深さにしなくても、発光チップ30から受光チップ20側へセンサ内を伝わる光を遮蔽できる場合には、空間60の深さを基板10まで到達しない途中の深さにとどめた(ハーフカットする)構成にしてもよい。
上記説明では、受光チップ20、発光チップ30と基板10のパターンとの間をボンディング接続する例を説明したが、これ以外の接続方法、例えばフリップチップ接続やTAB接続を用いてもよい。
以上説明した第一および第二の実施の形態および変形例1〜8の光源一体型センサにおいて、放熱板45をガラスエポキシ基板の表面に銅箔をコーティングした複合材としてもよい。この場合、光源一体型センサの表面にガラスエポキシ基板を露出させ、銅箔を発光チップ30側に配置する。発光チップ30から透明樹脂41Aを伝熱する熱が銅箔に伝わり、放熱板45Dの表面から放熱される。
また、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。発光チップ30から放射され、外部の対象物から反射する反射光をガラスエポキシ基板の表面で吸収することができる。その結果、反射光が放熱板45の表面で無用な反射を引き起こすことが防止され、誤検出が防止される。
なお、複合材料としてガラスエポキシ基板と銅箔を用いたが、エポキシ樹脂などの有機材料と、アルミや金などの金属であれば、その組合せは限定されない。
図11は、本発明の第三の実施形態による光源一体型光センサ2Bを例示する断面図であって、上述した第二の実施形態による光源一体型センサ2の断面図(図7(b))に相当する。図7(b)の場合と比べると、放熱板45が放熱板45Cおよび45Dに分離される点と、放熱板45C、45Dの材質が複合部材で構成される点が相違するので、これらの相違点を中心に光源一体型光センサ2Bを説明する。
ここで、黒色のガラスエポキシ材料として、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。
(1)光源一体型光センサ2Bは、基板10C上の所定領域に設けられ、透明樹脂41Aで封止された受光チップ20と、基板10C上の受光チップ20と異なる領域に設けられ、透明樹脂41Bで封止された発光チップ30と、透明樹脂41Aの周囲を覆う不透明樹脂51A、51Cと、透明樹脂41Bの周囲を覆う不透明樹脂51B、51Dと、不透明樹脂51Aおよび不透明樹脂51Bの間に設けられた空間60と、透明樹脂41Aの上面を覆い、受光チップ20上において開口45Aを有する放熱板45Cと、透明樹脂41Bの上面を覆い、発光チップ30上において開口45Bを有する放熱板45Dと、を備えるようにした。発光チップ30で発生した熱を効率よく放熱できるため、熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ30からの熱が放熱板45D、不透明樹脂51B、51D、へ伝わると、放熱板45D、不透明樹脂51B、51Dからセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ20を覆う透明樹脂41Aの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
日本国特許出願2012年第138589号(2012年6月20日出願)
PCT/JP2013/057074(2013年3月13日出願)
本発明の第2の態様によると、第1の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第1透光部材、第2透光部材および遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成することが好ましい。
本発明の第3の態様によると、第1または第2の態様による光源一体型光センサにおいて、遮光部材に代えて、または遮光部材に沿って基板と放熱部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備えてもよい。
本発明の第4の態様によると、第3の態様による光源一体型光センサにおいて、熱伝導部材は、基板に設けられているスルーホールに接するのが好ましい。
本発明の第5の態様によると、第1の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第2の遮光部材によって構成するのが好ましい。
本発明の第6の態様によると、第5の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材はさらに、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第1透光部材、第2透光部材および第2の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含めてもよい。
本発明の第7の態様によると、第6の態様による光源一体型光センサにおいて、基板と平面部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備えてもよい。
本発明の第8の態様によると、第7の態様による光源一体型光センサにおいて、熱伝導部材は、基板に設けられているスルーホールに接するのが好ましい。
Claims (11)
- 基板上の所定領域に設けられ、第1透光樹脂で封止された受光素子と、
前記基板上の前記受光素子と異なる領域に設けられ、第2透光樹脂で封止された発光素子と、
前記第1透光樹脂の周囲を覆う第1遮光部と、
前記第2透光樹脂の周囲を覆う第2遮光部と、
前記第1遮光部および前記第2遮光部の間に設けられた空間と、
前記第1透光樹脂の上面を覆い、前記受光素子上において開口部を有する第1遮光放熱部材と、
前記第2透光樹脂の上面を覆い、前記発光素子上において開口部を有する第2遮光放熱部材と、
を備える光源一体型光センサ。 - 請求項1に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記第1遮光放熱部材および前記第2遮光放熱部材は、有機材料層および金属層が積層された平面部材で構成される光源一体型光センサ。 - 請求項2に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記第1遮光放熱部材および前記第2遮光放熱部材は、前記有機材料層が上部に露出される光源一体型光センサ。 - 基板上の所定領域に設けられた受光部と、
前記基板上の前記受光部と異なる領域に設けられた発光部と、
前記受光部上に当該受光部を覆うように設けられた第1透光部材と、
前記発光部上に当該発光部を覆うように設けられた第2透光部材と、
前記第1透光部材と前記第2透光部材との間に設けられた遮光部材と、
前記第1透光部材と前記第2透光部材との間に設けられた空間と、
前記第1透光部材、前記第2透光部材および前記遮光部材とそれぞれ接する放熱部材と、
を備える光源一体型光センサ。 - 請求項4に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材は、前記発光部および前記受光部に対応する位置に開口を有し、前記第1透光部材、前記第2透光部材および前記遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成される光源一体型光センサ。 - 請求項4または5に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記遮光部材に代えて、または前記遮光部材に沿って前記基板と前記放熱部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備える光源一体型光センサ。 - 請求項6に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記熱伝導部材は、前記基板に設けられているスルーホールに接する光源一体型光センサ。 - 請求項4に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材は、
前記基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第2の遮光部材によって構成されている光源一体型光センサ。 - 請求項8に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材はさらに、
前記発光部および前記受光部に対応する位置に開口を有し、前記第1透光部材、前記第2透光部材および前記第2の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含む光源一体型光センサ。 - 請求項9に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記基板と前記平面部材とにそれぞれ接する熱伝導部材をさらに備える光源一体型光センサ。 - 請求項10に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記熱伝導部材は、前記基板に設けられているスルーホールに接する光源一体型光センサ。
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