JP3752268B2 - 半導体受光素子およびそれを用いたホトインタラプタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体受光素子に関する。さらに詳しくは、ホトインタラプタなどに用いられるのに適したスリット状透光領域を介して受光する受光素子であって、同じチップサイズで受光感度を向上させた受光素子およびそれを用いたホトインタラプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホトインタラプタは発光素子と受光素子とが対向配置されたもので、そのあいだを被検出物が通過することにより発光素子の光が受光されたり遮断され、それにより被検出物の位置検出やパソコンのマウスなどの位置検出などに用いられる。このようなホトインタラプタの一例を図４に断面説明図で示す。
【０００３】
図４において、１はたとえばＬＥＤなどからなる発光素子、２はホトダイオードまたはホトトランジスタなどからなる半導体受光素子、３は発光素子１および受光素子２をそれぞれ覆い発光素子１以外の外光が直接受光素子２に入らないようにする発光素子１の光に対して不透明な樹脂などからなる支持枠である。不透明な樹脂などからなる支持枠３は発光素子１と受光素子２の対向部に切欠部３１を有し、該切欠部３１を介して発光素子１の光が受光素子２により受光されるように発光素子１および受光素子２の前面の支持枠３にはそれぞれ開口部３２、３３が設けられている。受光素子２の前面の開口部３３は、分解能をあげるため、図４（ｂ）に示されるように、発光素子１に対面してスリット形状で設けられるばあいが多い。なお、図４において、１１、２１はそれぞれ発光素子１および受光素子２のリードである。
【０００４】
一方、受光素子２は通常図５（ａ）に示されるように、リードフレーム２５のダイパッド２６上にホトダイオードまたはホトトランジスタなどの四角形状の半導体チップ２３がダイボンディングされ、金線２４などによりリード２１とワイヤボンディングされ、図５（ｂ）に示されるように、受光する光に対して透明なエポキシ樹脂２７などにより半導体チップ２３およびワイヤボンディング部を覆うように被覆されている。
【０００５】
また、ホトインタラプタを用いて、モータの回転数やマウスの位置などを検出するばあいにはホトインタラプタの発光素子と受光素子の対向部に図６に示されるようなスリット４１が一定間隔で設けられた円板状の遮光板４を回転させることにより回転数や位置の検出を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、特定の発光素子からの光のみを受光する受光素子は、他の外乱光の入射を避けるため、前面のスリット状開口部を通して受光する構造になっている。このスリット状開口部は製作上の便宜などの理由により図４〜５に示されるように、受光素子２のリード２１、２２の方向またはそれらと直角方向になるように形成される。一方、受光素子２は図５に示されるように、四角形状（通常は正方形）に形成された半導体チップ２３の一辺がリード２１、２２の延びる方向と平行になるように、半導体チップ２３はダイパッド２６上にボンディングされる。そのため、スリット状開口部を通して入射する光の受光は半導体チップ２３のスリット状開口部３３の幅の面積部分だけで、受光感度を向上させるためには発光素子１の発光出力を大きくするか、受光素子２のチップ面積を大きくするか、またはスリット形状と同様の細長い形状の半導体チップにする必要がある。しかし発光素子の出力を大きくすると消費電力が大きくなるし、受光素子の面積を大きくすると１枚のウエハからの半導体チップの取り分が少なくなり、また細長いチップを形成すると受光素子の受光効率が向上して好ましいが、そのためにわざわざマスクを形成しなければならず、汎用の半導体チップを使用することができなく、いずれもコストアップの要因となる。
【０００７】
本発明のこのような問題を解決し、半導体受光素子のチップ面積を大きくしないで、従来の汎用の受光用半導体チップを使用しながらスリット状の開口部から受光する受光素子の受光効率を向上することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は受光素子をコストアップすることなく検知感度の向上したホトインタラプタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の半導体受光素子は、正方形状の受光用半導体チップの各電極がリード部とそれぞれワイヤボンディングされ、該半導体チップおよびワイヤボンディング部が前記半導体チップの正面の１つのスリット状透光部を除き前記半導体チップが受光する光に対し不透明な材料により被覆された半導体受光素子であって、前記１つのスリット状透光部のスリット方向と前記半導体チップの対角線とが一致するように前記半導体チップが設けられている。前記半導体チップの対角線が前記スリット状透光部のスリット方向と一致するように、前記半導体チップが設けられることにより、スリット状開口部を通過した光を最大限に受光することができるため、感度が向上して好ましい。
【００１１】
請求項２記載のホトインタラプタは、発光素子と該発光素子の光を受光する正方形状の半導体チップからなる受光素子とが一定間隔をおいて対向配置され、前記発光素子からの光が前記受光素子に到達する一部透光領域を除いて前記発光素子の光に対して不透明な材料により前記発光素子および受光素子がそれぞれ被覆されてなるホトインタラプタであって、
前記受光素子の前に形成された透光領域が１つのスリットにより形成され、該スリットの方向と前記受光素子の半導体チップの対角線とが一致するように前記受光素子が設けられている。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の半導体受光素子によれば、受光素子が正方形状の半導体チップからなり、前面の透光領域であるスリットの方向と受光用半導体チップの対角線とが一致するように設けられているため、発光素子と受光素子とを対向配置させて、たとえばホトインタラプタを構成するばあいでも、スリットを通過する光が当る部分の半導体チップの面積が大きくなる。その結果、半導体チップそのものは従来の汎用の半導体チップと同じ大きさでも受光効率が向上し、検知感度が向上する。
【００１５】
また請求項２記載のホトインタラプタによれば、発光素子の光が受光素子の前面に設けられたスリット状開口部を経て受光素子に到達するが、スリットの方向と受光素子の半導体チップの対角線とが一致するように設けられているため、従来と同じ大きさの半導体チップを使用しても受光感度が大幅に向上する。
【００１７】
【実施例】
つぎに図面を参照しながら本発明の半導体受光素子およびホトインタラプタについて説明する。
【００１８】
図１は本発明の半導体受光素子の一実施例を説明する図、図２は本発明のホトインタラプタの一実施例の２次モールドタイプの受光素子部の斜視説明図、図３は本発明のホトインタラプタの他の実施例であるケースタイプの断面説明図である。
【００１９】
本発明の半導体受光素子は、たとえば図１に示されるように、スリット状の開口部２８を除いて不透光性材料２９により少なくとも周囲が被覆されており、表面での開口部２８の延びる方向であるスリット方向と受光用半導体チップ２３の対角線方向とが一致するような関係に開口部２８と半導体チップ２３とが設けられていることに特徴がある。図１に示される実施例においては、リードフレームのリード２１、２２の延びる方向に対して半導体チップ２３が斜め、さらに好ましくはリード２１、２２の延びる方向と半導体チップ２３の対角線の方向とが一致するように組立てられている。
【００２０】
リードフレーム上への半導体チップ２３のダイボンディングを前述のようにリード２１、２２の延びる方向を基準にして組立てることにより、ホトインタラプタや受光素子前面のスリット状開口部のスリット方向と半導体チップ２３の対角線方向とを一致させることができる。すなわち、ホトインタラプタを製造するばあい、または図１に示されるような半導体チップ２３の受光する光に対して不透光性材料２９によりスリット状開口部を除いて周囲が被覆される受光素子を形成するばあい、ホトインタラプタや受光素子はリード２１、２２の延びる方向と垂直な面を基準にして製造され、受光素子２の前面に設けられるスリット状開口部は製作上の便宜からその基準面に平行に設けられることが多く、スリットの方向と四角形状（正方形）の半導体チップの対角線方向とが一致し、スリット状開口部を透過した光を最大限に受光することができる。そのため、細いスリット状開口部によりＳＮ比を向上できるとともに感度のよい受光素子がえられる。
【００２１】
図２は本発明のホトインタラプタの一実施例の受光素子２部の斜視説明図である。本実施例は前述の図４に示されるようなそれぞれエポキシ樹脂などの透明樹脂でモールドされた発光素子１と受光素子２とが対向して配置され、発光素子１および受光素子２の前面の透光領域であるスリット状開口部３２、３３を除き不透明樹脂によりさらにモールドして形成された支持枠３からなる２次モールドタイプのホトインタラプタである。本実施例では、受光素子２そのものにはスリット状透光領域を除いた不透光性材料による被覆はされていないが、透明な樹脂で被覆された受光素子の周囲をホトインタラプタの支持枠３となる不透明樹脂により被覆され、支持枠３に設けられたスリット状開口部３３のスリット方向と半導体チップ２３の対角線方向とが一致するように製造され、前記実施例と同様に細い開口部３３を透過した光を効率よく受光することができ、ＳＮ比が高く、高感度なホトインタラプタがえられる。
【００２２】
図３は本発明のホトインタラプタの他の実施例の断面説明図である。本実施例は２次モールドタイプではなく、不透明材料からなる支持枠３であるケース内に発光素子１および受光素子２が挿入固定されたもので、受光素子２は図２で示されたものと同様に透明樹脂によりモールドされたもので、支持枠３に発光素子の光を透過させる開口部３２および発光素子１からの光のみを透過させるスリット状の開口部３３が形成されており、発光素子１および受光素子２がそれぞれ開口部３２、３３に対向するように配置され、受光素子２についてはさらにその半導体チップの対角線の方向と開口部３３のスリットの方向とが一致するように設けられている。
【００２３】
その結果、前記各実施例と同様に細いスリット状開口部を透過し、ＳＮ比の向上した信号を高感度でうることができる。
【００２４】
ホトインタラプタを用いて被検出物の位置を検出するばあいなどには、発光素子１と受光素子２とが対向した間隙に図６に示されるような遮光板が回転自在に設けられるが、この遮光板に設けられるスリットの方向と前記受光素子の半導体チップの対角線の方向とが一致するように設けられることにより前述のように、小さい半導体チップにより高い検出感度がえられる。
【００２５】
前記各実施例ではスリットの方向と半導体チップの対角線の方向とが一致するように配設したが、対角線方向と一致させれば約２1/2倍の面積になり好ましいものの、必ずしもスリットの方向と対角線の方向とが一致しなくてもスリット方向に対して半導体チップが斜め方向に傾いておれば、受光面積が大きくなり検知感度が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の半導体受光素子によれば、スリット状開口部を経て受光する受光素子の半導体チップを大きくしたり、発光素子の出力を上げなくても受光感度を向上させることができ、安価でＳＮ比のすぐれた受光素子がえられる。
【００２７】
また本発明のホトインタラプタによれば受光感度が向上し、ＳＮ比の向上したセンサがえられ、位置検出やモータの回転などを安価に、かつ、正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体受光素子の一実施例の説明図である。
【図２】本発明のホトインタラプタの一実施例の一部の斜視説明図である。
【図３】本発明のホトインタラプタの他の実施例の断面説明図である。
【図４】従来のホトインタラプタの一例の説明図である。
【図５】従来の半導体受光素子の一例の説明図である。
【図６】ホトインタラプタに使用される遮光板の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 発光素子
２ 半導体受光素子
３ 支持枠
２１ リード
２２ リード
２３ 半導体チップ
２６ ダイパッド
２８ スリット状開口部
２９ 不透光性樹脂
３２ 開口部
３３ 開口部
【産業上の利用分野】
本発明は半導体受光素子に関する。さらに詳しくは、ホトインタラプタなどに用いられるのに適したスリット状透光領域を介して受光する受光素子であって、同じチップサイズで受光感度を向上させた受光素子およびそれを用いたホトインタラプタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホトインタラプタは発光素子と受光素子とが対向配置されたもので、そのあいだを被検出物が通過することにより発光素子の光が受光されたり遮断され、それにより被検出物の位置検出やパソコンのマウスなどの位置検出などに用いられる。このようなホトインタラプタの一例を図４に断面説明図で示す。
【０００３】
図４において、１はたとえばＬＥＤなどからなる発光素子、２はホトダイオードまたはホトトランジスタなどからなる半導体受光素子、３は発光素子１および受光素子２をそれぞれ覆い発光素子１以外の外光が直接受光素子２に入らないようにする発光素子１の光に対して不透明な樹脂などからなる支持枠である。不透明な樹脂などからなる支持枠３は発光素子１と受光素子２の対向部に切欠部３１を有し、該切欠部３１を介して発光素子１の光が受光素子２により受光されるように発光素子１および受光素子２の前面の支持枠３にはそれぞれ開口部３２、３３が設けられている。受光素子２の前面の開口部３３は、分解能をあげるため、図４（ｂ）に示されるように、発光素子１に対面してスリット形状で設けられるばあいが多い。なお、図４において、１１、２１はそれぞれ発光素子１および受光素子２のリードである。
【０００４】
一方、受光素子２は通常図５（ａ）に示されるように、リードフレーム２５のダイパッド２６上にホトダイオードまたはホトトランジスタなどの四角形状の半導体チップ２３がダイボンディングされ、金線２４などによりリード２１とワイヤボンディングされ、図５（ｂ）に示されるように、受光する光に対して透明なエポキシ樹脂２７などにより半導体チップ２３およびワイヤボンディング部を覆うように被覆されている。
【０００５】
また、ホトインタラプタを用いて、モータの回転数やマウスの位置などを検出するばあいにはホトインタラプタの発光素子と受光素子の対向部に図６に示されるようなスリット４１が一定間隔で設けられた円板状の遮光板４を回転させることにより回転数や位置の検出を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、特定の発光素子からの光のみを受光する受光素子は、他の外乱光の入射を避けるため、前面のスリット状開口部を通して受光する構造になっている。このスリット状開口部は製作上の便宜などの理由により図４〜５に示されるように、受光素子２のリード２１、２２の方向またはそれらと直角方向になるように形成される。一方、受光素子２は図５に示されるように、四角形状（通常は正方形）に形成された半導体チップ２３の一辺がリード２１、２２の延びる方向と平行になるように、半導体チップ２３はダイパッド２６上にボンディングされる。そのため、スリット状開口部を通して入射する光の受光は半導体チップ２３のスリット状開口部３３の幅の面積部分だけで、受光感度を向上させるためには発光素子１の発光出力を大きくするか、受光素子２のチップ面積を大きくするか、またはスリット形状と同様の細長い形状の半導体チップにする必要がある。しかし発光素子の出力を大きくすると消費電力が大きくなるし、受光素子の面積を大きくすると１枚のウエハからの半導体チップの取り分が少なくなり、また細長いチップを形成すると受光素子の受光効率が向上して好ましいが、そのためにわざわざマスクを形成しなければならず、汎用の半導体チップを使用することができなく、いずれもコストアップの要因となる。
【０００７】
本発明のこのような問題を解決し、半導体受光素子のチップ面積を大きくしないで、従来の汎用の受光用半導体チップを使用しながらスリット状の開口部から受光する受光素子の受光効率を向上することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は受光素子をコストアップすることなく検知感度の向上したホトインタラプタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の半導体受光素子は、正方形状の受光用半導体チップの各電極がリード部とそれぞれワイヤボンディングされ、該半導体チップおよびワイヤボンディング部が前記半導体チップの正面の１つのスリット状透光部を除き前記半導体チップが受光する光に対し不透明な材料により被覆された半導体受光素子であって、前記１つのスリット状透光部のスリット方向と前記半導体チップの対角線とが一致するように前記半導体チップが設けられている。前記半導体チップの対角線が前記スリット状透光部のスリット方向と一致するように、前記半導体チップが設けられることにより、スリット状開口部を通過した光を最大限に受光することができるため、感度が向上して好ましい。
【００１１】
請求項２記載のホトインタラプタは、発光素子と該発光素子の光を受光する正方形状の半導体チップからなる受光素子とが一定間隔をおいて対向配置され、前記発光素子からの光が前記受光素子に到達する一部透光領域を除いて前記発光素子の光に対して不透明な材料により前記発光素子および受光素子がそれぞれ被覆されてなるホトインタラプタであって、
前記受光素子の前に形成された透光領域が１つのスリットにより形成され、該スリットの方向と前記受光素子の半導体チップの対角線とが一致するように前記受光素子が設けられている。
【００１３】
【作用】
請求項１記載の半導体受光素子によれば、受光素子が正方形状の半導体チップからなり、前面の透光領域であるスリットの方向と受光用半導体チップの対角線とが一致するように設けられているため、発光素子と受光素子とを対向配置させて、たとえばホトインタラプタを構成するばあいでも、スリットを通過する光が当る部分の半導体チップの面積が大きくなる。その結果、半導体チップそのものは従来の汎用の半導体チップと同じ大きさでも受光効率が向上し、検知感度が向上する。
【００１５】
また請求項２記載のホトインタラプタによれば、発光素子の光が受光素子の前面に設けられたスリット状開口部を経て受光素子に到達するが、スリットの方向と受光素子の半導体チップの対角線とが一致するように設けられているため、従来と同じ大きさの半導体チップを使用しても受光感度が大幅に向上する。
【００１７】
【実施例】
つぎに図面を参照しながら本発明の半導体受光素子およびホトインタラプタについて説明する。
【００１８】
図１は本発明の半導体受光素子の一実施例を説明する図、図２は本発明のホトインタラプタの一実施例の２次モールドタイプの受光素子部の斜視説明図、図３は本発明のホトインタラプタの他の実施例であるケースタイプの断面説明図である。
【００１９】
本発明の半導体受光素子は、たとえば図１に示されるように、スリット状の開口部２８を除いて不透光性材料２９により少なくとも周囲が被覆されており、表面での開口部２８の延びる方向であるスリット方向と受光用半導体チップ２３の対角線方向とが一致するような関係に開口部２８と半導体チップ２３とが設けられていることに特徴がある。図１に示される実施例においては、リードフレームのリード２１、２２の延びる方向に対して半導体チップ２３が斜め、さらに好ましくはリード２１、２２の延びる方向と半導体チップ２３の対角線の方向とが一致するように組立てられている。
【００２０】
リードフレーム上への半導体チップ２３のダイボンディングを前述のようにリード２１、２２の延びる方向を基準にして組立てることにより、ホトインタラプタや受光素子前面のスリット状開口部のスリット方向と半導体チップ２３の対角線方向とを一致させることができる。すなわち、ホトインタラプタを製造するばあい、または図１に示されるような半導体チップ２３の受光する光に対して不透光性材料２９によりスリット状開口部を除いて周囲が被覆される受光素子を形成するばあい、ホトインタラプタや受光素子はリード２１、２２の延びる方向と垂直な面を基準にして製造され、受光素子２の前面に設けられるスリット状開口部は製作上の便宜からその基準面に平行に設けられることが多く、スリットの方向と四角形状（正方形）の半導体チップの対角線方向とが一致し、スリット状開口部を透過した光を最大限に受光することができる。そのため、細いスリット状開口部によりＳＮ比を向上できるとともに感度のよい受光素子がえられる。
【００２１】
図２は本発明のホトインタラプタの一実施例の受光素子２部の斜視説明図である。本実施例は前述の図４に示されるようなそれぞれエポキシ樹脂などの透明樹脂でモールドされた発光素子１と受光素子２とが対向して配置され、発光素子１および受光素子２の前面の透光領域であるスリット状開口部３２、３３を除き不透明樹脂によりさらにモールドして形成された支持枠３からなる２次モールドタイプのホトインタラプタである。本実施例では、受光素子２そのものにはスリット状透光領域を除いた不透光性材料による被覆はされていないが、透明な樹脂で被覆された受光素子の周囲をホトインタラプタの支持枠３となる不透明樹脂により被覆され、支持枠３に設けられたスリット状開口部３３のスリット方向と半導体チップ２３の対角線方向とが一致するように製造され、前記実施例と同様に細い開口部３３を透過した光を効率よく受光することができ、ＳＮ比が高く、高感度なホトインタラプタがえられる。
【００２２】
図３は本発明のホトインタラプタの他の実施例の断面説明図である。本実施例は２次モールドタイプではなく、不透明材料からなる支持枠３であるケース内に発光素子１および受光素子２が挿入固定されたもので、受光素子２は図２で示されたものと同様に透明樹脂によりモールドされたもので、支持枠３に発光素子の光を透過させる開口部３２および発光素子１からの光のみを透過させるスリット状の開口部３３が形成されており、発光素子１および受光素子２がそれぞれ開口部３２、３３に対向するように配置され、受光素子２についてはさらにその半導体チップの対角線の方向と開口部３３のスリットの方向とが一致するように設けられている。
【００２３】
その結果、前記各実施例と同様に細いスリット状開口部を透過し、ＳＮ比の向上した信号を高感度でうることができる。
【００２４】
ホトインタラプタを用いて被検出物の位置を検出するばあいなどには、発光素子１と受光素子２とが対向した間隙に図６に示されるような遮光板が回転自在に設けられるが、この遮光板に設けられるスリットの方向と前記受光素子の半導体チップの対角線の方向とが一致するように設けられることにより前述のように、小さい半導体チップにより高い検出感度がえられる。
【００２５】
前記各実施例ではスリットの方向と半導体チップの対角線の方向とが一致するように配設したが、対角線方向と一致させれば約２1/2倍の面積になり好ましいものの、必ずしもスリットの方向と対角線の方向とが一致しなくてもスリット方向に対して半導体チップが斜め方向に傾いておれば、受光面積が大きくなり検知感度が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の半導体受光素子によれば、スリット状開口部を経て受光する受光素子の半導体チップを大きくしたり、発光素子の出力を上げなくても受光感度を向上させることができ、安価でＳＮ比のすぐれた受光素子がえられる。
【００２７】
また本発明のホトインタラプタによれば受光感度が向上し、ＳＮ比の向上したセンサがえられ、位置検出やモータの回転などを安価に、かつ、正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体受光素子の一実施例の説明図である。
【図２】本発明のホトインタラプタの一実施例の一部の斜視説明図である。
【図３】本発明のホトインタラプタの他の実施例の断面説明図である。
【図４】従来のホトインタラプタの一例の説明図である。
【図５】従来の半導体受光素子の一例の説明図である。
【図６】ホトインタラプタに使用される遮光板の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 発光素子
２ 半導体受光素子
３ 支持枠
２１ リード
２２ リード
２３ 半導体チップ
２６ ダイパッド
２８ スリット状開口部
２９ 不透光性樹脂
３２ 開口部
３３ 開口部
Claims (2)
- 正方形状の受光用半導体チップの各電極がリード部とそれぞれワイヤボンディングされ、該半導体チップおよびワイヤボンディング部が前記半導体チップの正面の１つのスリット状透光部を除き前記半導体チップが受光する光に対し不透明な材料により被覆された半導体受光素子であって、前記１つのスリット状透光部のスリット方向と前記半導体チップの対角線とが一致するように前記半導体チップが設けられてなる半導体受光素子。
- 発光素子と該発光素子の光を受光する正方形状の半導体チップからなる受光素子とが一定間隔をおいて対向配置され、前記発光素子からの光が前記受光素子に到達する一部透光領域を除いて前記発光素子の光に対して不透明な材料により前記発光素子および受光素子がそれぞれ被覆されてなるホトインタラプタであって、
前記受光素子の前に形成された透光領域が１つのスリットにより形成され、該スリットの方向と前記受光素子の半導体チップの対角線とが一致するように前記受光素子が設けられてなるホトインタラプタ。
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