JP2020167422A - 光学センサー及びスキャナユニット、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型のＣＯＢタイプの光学センサーのベアチップ実装面が、センサー実装面と反対面から見えるように実装する。【解決手段】 基板に実装されたベアチップと、ベアチップを保護する透明アクリル樹脂と、ベアチップとワイヤーを介して接続されたパッドと、パッドと端子部を接続するパターンとを有し、パターンはベアチップの実装面と同じ面で端子部と接続され、基板において透明アクリル樹脂と端子部の間のパターンは、レジストで覆われている。【選択図】 図１

Description

本発明はＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）タイプの光学センサーに関するものである。

シートに画像を形成する画像形成装置としてのレーザビームプリンタや複写機は、像担持体としての感光ドラムに静電潜像を形成するためのスキャナユニットを有している。スキャナユニットにはレーザー光を照射する半導体レーザー素子、半導体レーザー素子から照射されたレーザー光を偏向して感光ドラム上に走査させるためのポリゴンミラー等の光学部品を有している。さらに、感光ドラム上に走査されるレーザー光を検出するセンサとして水平同期検出センサーを有している。この水平同期検出センサーは、ＢＤ（ＢｅａｍＤｅｔｅｃｔ）センサーとも呼ばれており、制御ＩＣを搭載した光強度を検出するためセンサーとして近年、小型のＣＯＢタイプのセンサが広く採用されてきている。

ＣＯＢとはベアチップをプリント基板に直接実装する方法を意味する。図６に小型のＣＯＢタイプの光学センサーの一例を示す。図６に示す光学センサーは、レーザービームプリンタで用いられるＢＤセンサーであり、受光素子としてのフォトダイオード１０４、演算回路１０５を含むベアチップが基板に直接実装された構成である。センサーの製造時は図７に示すとおり、大判の基板に複数のベアチップを実装し、実装後にセンサー１個毎に基板を分割する方式がとられる（特許文献１参照）。

図６（ａ）は分割後のＢＤセンサーをベアチップ実装面から見た図である。基板の中央にフォトダイオード１０４と演算回路１０５を含むベアチップが実装されており、ベアチップは、端子１０１と金線１０６及びパターン１０３を介して接続されている。端子１０１は基板の端部に設けられており、ＢＤセンサーを他の基板に実装する場合の接続部となる。端子１０１は、基板の分割前に形成したスルーホールを分割線で分割した物で基板の表面、裏面の両方と繋がっている。図６（ｂ）は、ＢＤセンサーの裏面側を透視した図で、前記した通り端子が配置されている。図６（ｃ）は、ＢＤセンサーを側面から見た図である。図に示す通り、ベアチップを実装した箇所を、保護部材としての成型した透明アクリル樹脂１０７で覆うことでベアチップを保護している。

特開２００９−１２９９３０号公報

しかしながら、従来の小型のＣＯＢタイプの光学センサーは、センサーのベアチップの実装面をセンサーの実装面と反対の面から見えるように実装することを考えた場合、以下のような課題が想定される。図５に実装方法のイメージを示す。センサー１１０を基板１１２に実装する際は、センサーを実装する基板１１２に、センサー１１０の形状に合わせた穴をあけ、センサー１１０のベアチップ実装面を下に向けた状態で穴に嵌め込んで実装する。このように実装することでベアチップ実装面が、センサー実装面の反対の面になるように実装される。この実装方法は光学センサーを、受光面を部品の実装面と反対の面に配置した状態で実装したい場合に想定される方法である。これは部品の実装面と反対側にセンサーを配置できるためパッドや金線、他の部品で反射される光を低減できるというメリットがある。

図６で説明したＢＤセンサーを例に課題について説明する。ベアチップ実装面を下に向けて実装するため、図６（ａ）のベアチップ実装面が半田の接触面となる。実装する基板のランドパターンはＢＤセンサーの端子１０１の位置に合せて設けられており、クリーム半田１１１も同じ位置に塗布される。ＢＤセンサーを基板に実装すると、端子１０１と端子に繋がるパターン１０３がクリーム半田と接触する。この時、パターン１０３に沿って半田が移動するため、端子１０１に十分な量の半田が残らず、端子１０１の接触面に半田フィレットが適切な状態で形成されなくなるおそれがある。また、パターン１０３に沿って流れた加熱された半田が透明アクリル樹脂１０７に接触した場合は、透明アクリル樹脂が変形する可能性もある。そのため、従来の小型のＣＯＢタイプの光学センサーの構成では、センサーのベアチップ実装面は、センサー実装面と反対面から見えるように実装することが困難であった。

上記課題を解決するための本発明の光学センサーは、基板と、前記基板に実装されたベアチップと、前記ベアチップを保護する保護部材と、前記ベアチップとボンディングワイヤを介して接続されたパッドと、前記パッドと前記基板の端部の端子部を接続するパターンとを有する光学センサーにおいて、前記パターンは前記ベアチップの実装面と同じ面で端子部と接続されており、前記基板において前記保護部材と前記端子部の間のパターンは、レジストで覆われていることを特徴とする。

また、本発明のスキャナユニットは、上記の光学センサーと、レーザービームを照射する半導体レーザー素子と、前記レーザービームを反射するミラーと、を有し、前記光学センサーは、前記ミラーで反射されたレーザービームを検出することを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、画像が形成される像担持体と、上記のスキャナユニットの半導体レーザー素子から照射され、前記ミラーで反射されたレーザービームが前記光学センサーで検出され、前記光学センサで検出されたタイミングに同期して、前記像担持体に前記レーザビームが照射されることにより前記像担持体に潜像を形成し、前記像担持体に形成された前記潜像を現像する現像手段と、前記像担持体に現像された画像をシートに転写する転写手段と、を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、小型のＣＯＢタイプの光学センサーのベアチップ実装面が、センサー実装面と反対面から見えるように実装することができる。

実施例１に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの形状を説明する図 ＦＡＭ（Ｆｉｌｍ Ａｓｉｓｓｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ／フィルムアシスト成型）の概要を説明する図 実施例２に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの形状を説明する図 実施例３に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの形状を説明する図 本発明に係るセンサーの実装方法を説明する図 従来例に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの形状を説明する図 従来例に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの形状を説明する図（基板の分割前） 本発明のＢＤセンサーを搭載したスキャナユニットを有する画像形成装置の断面図。 本発明のＢＤセンサを搭載したスキャナユニットの概略構成図

［実施例１］
本発明の実施例１に係る光学センサーの構成について説明する。図１は実施例１に係る小型のＣＯＢセンサーの形状を示している。図１（ａ）は、センサーを表面（ベアチップ実装面）から見た図、図１（ｂ）は、センサーを透視して裏面を見た図、図１（Ｃ）は、センサーを側面から見た図である。基板の中央付近に受光素子としてのフォトダイオード１０４と演算回路１０５からなるベアチップが実装されている。受光素子としてのフォトダイオード１０４は図に示すように長方形の外形である。実装されたベアチップは、基板上のパッド１０２と金線１０６をワイヤーボンディングすることで接続され、パッド１０２は基板の表面側でパターン１０３を介して端面スルーホールの端子１０１と接続されている。本実施例ではパッド１０２は、それぞれがワイヤーとしての金線１０６でワイヤーボンディングされている。フォトダイオード１０４、演算回路１０５、金線１０６、パッド１０２の実装箇所は保護部材としての透明アクリル樹脂１０７によって覆われている。透明アクリル樹脂１０７の成型には、ＦＡＭ（Ｆｉｌｍ Ａｓｓｉｓｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ／フィルムアシスト成型）を用いている。

図２にＦＡＭの工程の概要を示す。図２（ａ）は樹脂封入前の状態である。図２（ｂ）はＦＡＭ工程の状態である。図２（ｃ）は樹脂封入後のセンサーの状態を示している。図２（ｂ）に示すように、ベアチップを実装した基板を上型１１３と下型１１４で挟み、離形フィルム１１６でベアチップをカバーした状態にする。そして樹脂封入口１１５から型へ透明アクリル樹脂を流し込む。ＦＡＭ工程で、上型１１３と樹脂の間に離型フィルム１１６を入れるのは、基板上に精度よくアクリル樹脂１０７を成型できるようにするためである。

実施例１は、ベアチップが実装されている側の面において、パターン１０３をレジスト１０９で部分的に覆ったことを特徴とする。より具体的には、端子１０１とパターン１０３が繋がる部分から透明アクリル樹脂１０７に干渉しない部分をレジスト１０９で覆う。このように構成したことで以下の効果がある。

ベアチップ実装面を下に向けて実装し、ベアチップ実装面側の端子に半田がついても、レジストで覆われているためパターン１０３に沿って半田が流れることが無くなる。そのため、端子部に適切な半田フィレットが形成される。また、透明アクリル樹脂に半田が接触して変形することもない。

また、端子と繋がるパターンに沿って半田が流入しないようパターンを部分的にレジストで覆うことにより、センサーを実装する基板に穴を開け、穴にセンサーを嵌め込むように実装することが出来る。すなわち、ベアチップ実装面がセンサー実装面と反対面から見えるよう実装することが可能となる。

［実施例２］
次に、実施例２に係る光学センサーの構成について図３に基づいて説明する。図３（ａ）は、センサーを表面（ベアチップ実装面）から見た図を示す。図３（ｂ）は、センサーを透視して裏面を見た図を示す。図３（ｃ）は、センサーを側面から見た図を示す。実施例１と同様の構成に関しては説明を省略する。基板の中央付近にフォトダイオード１０４と演算回路１０５のベアチップが実装されている。実装されたベアチップは、基板上のパッド１０２と金線１０６をワイヤーボンディングすることで接続されている。本実施例では、フォトダイオード１０４の左右の位置にはパターンが配置されておらず反対の面にスルーホールを介してパターンが配置されている。なお、左右のいずれか一方にパターンを配置する構成にしてもよい。また、本実施例では、パッド１０２は、それぞれが金線１０６をワイヤーボンディングで接続されている。

以下に、実施例２の特徴について述べる。本実施例は、パッド１０２がスルーホールを介して基板の反対面と接続されており、基板の端部に設けられた、端面スルーホールの端子１０１とパッドが基板の裏面側でパターン１０３を介して前記パッドと接続されていることを特徴としている。端子１０１とパッド１０２を繋ぐパターン１０３を、ベアチップ実装面と逆の面に配置したことで以下の効果がある。

課題で説明した、センサーのベアチップ実装面が、センサー実装面と反対面から見えるようにする実装することが可能となる。ベアチップ実装面を下に向けて実装し、ベアチップ実装面側の端子に半田がついても、ベアチップ面側の端１０１はパターン１０３と繋がっていないため半田が端子からパターンを経由して内側に流入することは無い。すなわち、端子部に安定して半田フィレットを形成することが可能となり半田の接合強度を確保することができる。また、透明アクリル樹脂に半田が接触して樹脂が変形することもない。

以上説明したように、センサーを実装する基板に穴を開けて穴にセンサーを嵌め込むように実装することが可能となる。また、ベアチップ実装面が、センサー実装面と反対面から見えるよう実装することが可能となる。すなわち小型のＣＯＢ形状の光学センサーを提供することが可能となる。

その他、アクリル樹脂をＦＡＭ工程で成型する際に、透明アクリル樹脂が基板と接する面に段差が無いため、寸法精度が良く基板上に透明アクリル樹脂を成型することが可能となる。

そのため、透明アクリル樹脂の仕上がり寸法精度がよい小型のＣＯＢ形状の光学センサーを提供することが可能となる。

その他、フォトダイオード１０４が実装されている箇所の周囲に反射率の高いパターン１０３がないため、迷光の影響を受けずに、走査された光の通過タイミングを検出可能な小型のＣＯＢ形状の光学センサーを提供することが可能となる。

［実施例３］
本発明の実施例３に係る光学センサーの構成について説明する。実施例１、２と同様の構成のものに関しては説明を省略する。図４は本実施例に係る小型のＣＯＢタイプのセンサーの構成を示す。図４（ａ）は、センサーを表面（ベアチップ実装面）から見た図である。図４（ｂ）は、センサーを透視して裏面を見た図である。図４（ｃ）は、センサーを側面から見た図である。

本実施例の構成は、図４（ａ）に示す通り、ベアチップの構成及びパッドの配置が実施例１と異なっている。本実施例はフォトダイオード１０４、演算回路１０５が同一のベアチップ上に構成されている。パッド１０２が、フォトダイオードの長手方向に対して左側に配置されており、右側にはパッドが配置されていない構成を特徴とする。

ベアチップの構成、パッド配置以外の構成は実施例１と同じであるため説明を省略する。パッド１０２がスルーホールを介して基板の反対面と接続されており、基板の端部に設けられた、端面スルーホールの端子１０１とパッドが基板の裏面側でパターン１０３を介して前記パッドと接続されていることによる効果は実施例２と同様である。またパッド１０２をフォトダイオード１０４の長手方向に対して左側にのみ配置し、右側に配置しないことで以下の効果がある。

光学センサー上を走査する光がセンサー正面を通過するタイミングを検出するＢＤセンサーでは、検出したい光線が図４（ａ）の右から左に向かって走査される。このように走査される場合、光線がフォトダイオードまで来たタイミングを、パッド１０２と金線１０６での光の乱反射の影響を受けずに検出することが可能となる。よって迷光の影響を受けずに、走査された光の通過タイミングを検出可能な小型のＣＯＢタイプの光学センサーを提供することが可能となる。

＜画像形成装置及びＢＤセンサーを有するスキャナユニット＞
上記実施例１乃至３で説明したＢＤセンサーを搭載したスキャナユニット及びスキャナユニットを有する画像形成装置について説明する。

図８は画像形成装置の一例としての図１は第１の実施例のレーザービームプリンタの断面図である。である。図８のレーザービームプリンタ１において、スキャナユニット２の前方に折り返しミラー３が配置されている。折り返しミラー３の反射方向に感光ドラム４が配置されている。感光ドラム４の周囲には、帯電器５、現像器６、転写器７、クリーナ８が順次に配置されている。また、レーザービームプリンタ１の右側面にはカセット９が設けられ、カセット９から左方向に、給紙ローラ１０、搬送ローラ１１、給紙センサ１２、転写器７、定着器１３、排紙センサ１４、排紙トレイ１５が順次に配列されている。カセット９に積載されたシートへの画像形成動作は以下のとおりである。

まず、給紙ローラ１０でカセット９のシートを給紙し、搬送ローラ１１でシートを搬送する。そして感光ドラム４にはシートの搬送に同期してスキャナユニットから照射されるレーザービームが照射されて静電潜像が形成される。感光ドラム４は静電潜像が形成される前に帯電器５で表面が一様に帯電されている。そして、感光ドラム４に形成された静電潜像を現像器５によってトナーで現像し、感光ドラム４で現像されたトナー像が転写器７によってシートに転写される。その後、不図示の定着器でシート上にトナー像が定着されて排紙トレイ１５に排出される。クリーナ８はトナー像がシートの転写された後、感光ドラム４に残留したトナーをクリーニングする。

次に、スキャナユニット２の構成について説明する。図９はスキャナユニット２の構成を示している。図９のスキャナユニット２においては、半導体レーザ素子としてのレーザーダイオード３０の前方にはスキャナモータ（不図示）によって回転するポリゴンミラー３１が配置されている。ポリゴンミラー３１の反射方向には感光ドラム４及びＢＤセンサー３２が配置されている。そして、ＢＤ光センサ３２から出力される同期検出信号のラインはプリンタ制御回路２１に接続されている。このプリンタ制御回路は前述した画像形成動作を制御する回路である。スキャナユニット２において、画像コントローラ（不図示）から送られてきた画像データに基づきレーザービームの光量を制御する信号とレーザーを駆動する信号を出力する。プリンタ制御回路２１からの信号に従い、スキャナユニット２のレーザーダイオードが制御され、ポリゴンミラー３１により折り返しミラー３を介して感光ドラム４上を走査するように制御される。

以上、上記の実施例１乃至３のＢＤセンサーをスキャナユニット２のＢＤセンサーとして適用することができる。

１０１ 端子
１０２ パッド
１０３ パターン
１０４ フォトダイオード
１０５ 演算回路
１０６ 金線
１０７ 透明アクリル樹脂
１０８ スルーホールを介して表面パッドと繋がるパッド
１０９ レジスト
１１０ 小型のＣＯＢタイプのセンサー
１１１ クリーム半田
１１２ センサーを搭載する基板
１１３ 上型
１１４ 下型
１１５ 樹脂封入口
１１６ 離型フィルム

上記課題を解決するための本発明の光学センサーは、基板と、前記基板に実装されたベアチップと、前記ベアチップを保護する保護部材と、前記ベアチップとワイヤーを介して接続されたパッドと、前記基板に設けられたスルーホールと、前記パッドと前記スルーホールを接続するパターンとを有する光学センサーにおいて、前記パターンは、前記ベアチップの実装面とは反対の面に前記スルーホールと接続されており、前記パッドと前記スルーホールを介して接続されていることを特徴とする。

Claims (7)

1. 基板と、前記基板に実装されたベアチップと、前記ベアチップを保護する保護部材と、前記ベアチップとワイヤーを介して接続されたパッドと、前記パッドと前記基板の端部の端子部を接続するパターンとを有する光学センサーにおいて、
   前記パターンは前記ベアチップの実装面と同じ面で端子部と接続されており、
   前記基板において前記保護部材と前記端子部の間のパターンは、レジストで覆われていることを特徴とする光学センサー。
2. 基板と、前記基板に実装されたベアチップと、前記ベアチップを保護する保護部材と、前記ベアチップとワイヤーを介して接続されたパッドと、前記基板に設けられたスルーホールと、前記パッドと前記スルーホールを接続するパターンとを有する光学センサーにおいて、
   前記パターンは、前記ベアチップの実装面とは反対の面に前記スルーホールと接続されており、前記パッドと前記スルーホールを介して接続されていることを特徴とする光学センサー。
3. 前記保護部材が基板と接する面には、前記パッドと前記パターンが実装されていないことを特徴とする請求項２に記載の光学センサー。
4. 前記ベアチップは受光素子を含み、前記受光素子が長方形であり、前記受光素子の長手方向に対して左右いずれかの位置にはパッドが配置されていないことを特徴とする請求項２又は３に記載の光学センサー。
5. 前記保護部材は、透明アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学センサー。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項の前記光学センサーと、
   レーザービームを照射する半導体レーザー素子と、
   前記レーザービームを反射するミラーと、を有し、
   前記光学センサーは、前記ミラーで反射されたレーザービームを検出することを特徴とするスキャナユニット。
7. 画像が形成される像担持体と、
   請求項６に記載の前記スキャナユニットの半導体レーザー素子から照射され、前記ミラーで反射されたレーザービームが前記光学センサーで検出され、前記光学センサで検出されたタイミングに同期して、前記像担持体に前記レーザービームが照射されることにより前記像担持体に潜像を形成し、
   前記像担持体に形成された前記潜像を現像する現像手段と、
   前記像担持体に現像された画像をシートに転写する転写手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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