JP3972758B2 - 回路封止構造および火災感知器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光面もしくは発光面の少なくとも一方を備えた光素子と、他の集積回路チップ群とを、同一プリント基板面上に封止する際の、回路封止構造および同封止構造を適用した火災感知器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８を用いて、従来技術を説明する。図１８は、従来の回路封止構造を施した回路基板（プリント基板と、それに実装される各素子群）の平面図である。
【０００３】
従来、受光や発光の機能を有し何らかのセンシングを行う機器において、それら機器に収容される半導体ベアチップ応用モジュールの実装については、ＬＥＤやフォトダイオードなどの機能を有するチップタイプの光素子１０１と、電源管理や通信管理や主判断管理などの機能を有する各種制御回路を組み込んだ集積回路チップ１０２と、この集積回路チップ１０２よりも光素子１０１に近い位置に配設され光素子１０１の入力値または出力値を受けて光電変換やノイズ除去や増幅などの一次的補助作業を行う光素子用集積回路チップ１０３とを、プリント基板ＰＰの同一面上に配置し封止していた。
【０００４】
光素子ベアチップを外部環境から保護するために行う封止は一般的に、光を透過する透明な樹脂で行うため、光素子１０１については、透明樹脂１００Ａ１で封止する。
【０００５】
一方、光素子集積回路デバイスは光入射をすると光起電力によって破損するおそれがあるため、上記のような実装状態では、光素子用集積回路チップ１０３を、過度の入光を防ぐ遮光性の樹脂１００Ａ３によって外乱ノイズ光から遮光保護する必要がある。
【０００６】
また、光素子１０１の信号が微弱で周囲の電磁ノイズなどの外乱の影響を受けやすい場合は、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とを近接配置させる必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の回路封止構造においては、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３を近接させようとしても、それぞれの封止領域を別々に確保していたので、近接させるにも限界があった。このため、プリント基板ＰＰを小型化できなかった。したがって、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３の間のパターンも短くするのに限界があったため、ノイズなどの外乱の影響を抑えるにも限界があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決する為のものであり、その目的とするところは、光素子と光素子用集積回路チップの信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ実装（済み）基板の小型化を図ることを可能にするような回路封止構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、受光面を備えた光素子と、各種回路を組み込んだ集積回路チップと、この集積回路チップよりも光素子に近い位置に配設される光素子用集積回路チップとを、同一プリント基板面上に封止する回路封止構造であって、前記集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止する一方、前記光素子用集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止し、この遮光性封止剤で封止した光素子用集積回路チップとともに、前記光素子を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透明の封止剤で封止したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路封止構造において、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤および前記光素子を封止する透明の封止剤の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠を設けたことを特徴とする。また、請求項３の発明は、請求項２記載の回路封止構造において、前記封止枠は、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤を形成する過程と同時又はそれ以前にプリント基板面上に設けられてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記プリント基板における封止枠の直下にソルダーレジストを配置したことを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は２つの閉ループを持つ８の字形状に形成され、２つの閉ループ内に前記光素子および光素子用集積回路チップが別々に実装されることを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、外部からの煙の侵入が許容されるとともに外光の入射が防止される煙感知室と、発光ダイオード、前記煙感知室内の煙の濃度に応じて前記発光ダイオードの光の入射量が変化する位置に配置された受光面を有する前記光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ実装されて前記フォトダイオードについて請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路封止構造を適用された前記プリント基板とを備え火災発生時に煙の有無を検知することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の回路封止構造を熱煙複合検知タイプの防災向け火災感知器に適用した事例を、以下に説明する。なお、発明の理解を助けるために、火災感知器の内部構造なども併せて先に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の回路封止構造を施したプリント基板の局部平面図であり、図１（ａ）は局部平面図、図１（ｂ）から（ｅ）は範囲封止枠の例をあらわす局部断面図である。図２は、図１の回路封止構造を施したプリント基板の全体をあらわす平面図である。図３は、回路封止構造の別の形態をあらわすものであり、図３（ａ）は局部平面図、図３（ｂ）と図３（ｃ）はプリント基板の局部断面図である。図４は、回路封止構造のさらに別の形態をあらわすものであり、プリント基板の局部平面図である。図５は図４のプリント基板にＩＣを実装した状態での基板断面図であり、図５（ａ）が基板断面図、図５（ｂ）が火災煙を検知する基本原理を説明する基板断面図である。図６から図１７までは、このプリント基板を収容した火災感知器の内部構造をあらわす説明図である。なお、図９（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１１は図９（ｂ）におけるＣ部の拡大図である。
【００２８】
先に、図６から図１７までを使って、本実施形態の防災向け火災感知器の概要を以下に説明する。火災感知器は煙を感知する煙感知機能と、熱を感知する熱感知機能の両方を備えた複合型のものであり、図６乃至図８に示すように天井面などの造営面に取着されるボディ１と、発光素子としての発光ダイオードＬＥＤや受光素子としてのフォトダイオードＰＤや後述する煙検知回路の回路部品が実装され本発明の絶縁封止が施されるプリント基板などである回路基板２と、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁９によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室Ｓを具備し、煙感知室Ｓ内に光学系の部品が取着されるとともに、発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤを光学系の部品と対向させた状態で回路基板２が取り付けられる光学基台３と、光学基台３に設けた煙感知室Ｓの内部に虫などが侵入するのを防止する防虫カバー４と、保護カバー５とで構成される。
【００２９】
ボディ１は略円板状の主部１ａと、主部１ａの外周縁から上方に突出する側壁１ｂとを連続一体に形成して構成され、主部１ａの下面略中央には丸穴１ｃが開口し、この丸穴１ｃ内に、プリント基板（以下、途中まで回路基板と称する）２が固定された光学基台３及び防虫カバー４を保持した保護カバー５の上端部が挿入され、固定される。
【００３０】
回路基板２の下面には発光ダイオードＬＥＤが実装されている。また回路基板２の下面にはチップ化されたフォトダイオードＰＤが実装されている。また更に、回路基板２の下面にはサーミスタ６が熱感知部を下方に突出させた状態で実装されている。このように本実施形態の火災感知器は感熱素子としてのサーミスタ６を備えており、煙感知機能に加えて熱感知機能を有している。
【００３１】
光学基台３は図９乃至図１１に示すように黒色の合成樹脂により、略円板状の底板７と、底板７の上面に突設された四角枠状の側壁８と、底板７下面の外周部に沿って配置された水平断面が略く字形の複数の隔壁９ａからなるラビリンス壁９とを一体に形成して構成される。
【００３２】
ラビリンス壁９を構成する隔壁９ａは反射が生じないように黒色に形成されており、中間部の屈曲部位が突出する方向を隣接する隔壁９ａと同じ向きにし、中間部の屈曲部位が隣接する隔壁９ａの両端部の間に入り込むようにして所定の間隔をおいて配置されている。隣接する隔壁９ａの間にできる煙導入路は、一端が外部と連通して煙導入口となり、他端が煙感知室Ｓに連通しており、煙導入路の中間部を屈曲させることによって、外光が煙感知室Ｓ内に入射しにくくなっている。
【００３３】
光学基台３の底板７と側壁８とで囲まれる凹所１０内には、発光ダイオードＬＥＤ、フォトダイオードＰＤ及びサーミスタ６が実装された面を底板７側にして回路基板２が納装される。光学基台３の底板７には発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤにそれぞれ対応する部位に下方に突出する突台部１９，２０が突設されており、これらの突台部１９，２０には底板７を貫通する貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されている。各突台部１９，２０には、貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ連続し、光学基台３の中心方向に向かって延びる溝１９ａ，２０ａが形成されており、これらの溝１９ａ，２０ａ内に発光側及び受光側の光学部材としてのプリズムレンズ１２，１３が取り付けられる。ここで、プリズムレンズ１２，１３は一方の面を貫通孔１１ａ，１１ｂと対向させ、他方の面を煙感知室Ｓの中心方向に向けた状態で光学基台３に取り付けられ、プリズムレンズ１２，１３の上側及び左右両側が突台部１９，２０によって覆われる。すなわち、プリズムレンズ１２，１３は、図９（ａ）に示すようにそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が煙感知室Ｓの中心方向を向き、且つ所定の角度で交差するように配置されている。上述のようにプリズムレンズ１２，１３は発光ダイオードＬＥＤの発光面、フォトダイオードＰＤの受光面にそれぞれ対向しており、発光ダイオードＬＥＤの発光はプリズムレンズ１２によって集光されて煙感知室Ｓに照射される。煙感知室Ｓ内に煙が侵入すると、煙の粒子によってプリズムレンズ１２から照射された光が散乱され、プリズムレンズ１３に入射する。プリズムレンズ１３に入射した光は、プリズムレンズ１３によってフォトダイオードＰＤの受光面に集光されるので、フォトダイオードＰＤの出力の増加から煙の侵入を検出することができる。尚、プリズムレンズ１２，１３はそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が所定の角度で交差するように配置されているので、プリズムレンズ１２から照射された発光ダイオードＬＥＤの光が直接プリズムレンズ１３に入射することはない。ここに、発光ダイオードＬＥＤとプリズムレンズ１２とで発光部が構成され、フォトダイオードＰＤとプリズムレンズ１３とで受光部が構成される。
【００３４】
ここで、図９（ａ）に示すように、受光側のプリズムレンズ１３に対して光軸方向の前方に位置するラビリンス壁９の部位（後述の光トラップ部２５）と、発光側のプリズムレンズ１２との間には、プリズムレンズ１２からの光を遮光する遮光壁２４が設けられている。遮光壁２４は底板７から一体に立設されており、発光側のプリズムレンズ１２との対向面が、受光側のプリズムレンズ１３が光を受光する受光領域の外側に位置するように配置されている。遮光壁２４は光トラップ部２５と発光側のプリズムレンズ１２との間に配置されており、発光側のプリズムレンズ１２から照射された光が光トラップ部２５で反射されて受光側のプリズムレンズ１３に入射するのを低減しているので、ラビリンス壁９で反射された迷光による影響を低減することができる。また、遮光壁２４における発光側のプリズムレンズ１２との対向面は、受光側のプリズムレンズ１３の受光領域の外側に位置しているので、発光側のプリズムレンズ１２からの光が遮光壁２４に当たってプリズムレンズ１３に入射するのを防止でき、遮光壁２４に発光側のプリズムレンズ１２からの光が当たることによって発生する迷光の影響を低減することができる。
【００３５】
また、発光側のプリズムレンズ１２と受光側のプリズムレンズ１３との間には、プリズムレンズ１２からの光を遮光する柱状の遮光壁２８が設けられており、この遮光壁２８によって発光側のプリズムレンズ１２からの光が受光側のプリズムレンズ１３に直接入射するのを防止している。遮光壁２８は底板７から一体に立設されており、この遮光壁２８には回路基板２に実装されたサーミスタ６を挿通するための挿通孔１１ｃが貫設されている。
【００３６】
ところで、ラビリンス壁９は煙導入路の中間部を屈曲させることによって、外光が煙感知室Ｓ内に入りにくくしているが、図９（ａ）に示すように、外部から煙導入路に侵入した外光Ｄが隔壁９ａによって反射され、この反射光が隣接する隔壁９ａに再度反射されて煙感知室Ｓ内に侵入する虞があり、この反射光が受光側のプリズムレンズ１３の受光領域Ｂ内に入ると、プリズムレンズ１３に外乱光の一部が入射するため、この外乱光が迷光となって誤動作する虞がある。
【００３７】
そこで、この火災感知器では受光側のプリズムレンズ１３に対して光軸方向の前方に位置し、プリズムレンズ１３の受光領域Ｂ内にある２つの隔壁９ａを、中間部の屈曲部位が互いに対向するように配置し、両隔壁９ａの中間部の屈曲部位を連結しており、これら２つの隔壁９ａの間から侵入した外光がプリズムレンズ１３に入射することはなく、外光による誤動作を防止している。また、これら２つの隔壁９ａの屈曲部位を連結することによって、両隔壁９ａの煙感知室Ｓ側の側片により、水平断面が略く字状であって開口部を受光側のプリズムレンズ１３に向けて配置された光トラップ部２５が形成される。この光トラップ部２５は、図９（ａ）に示すように受光側のプリズムレンズ１３の受光光軸Ｌ２に対して略対称な形状に形成されているので、ラビリンス壁９で反射された光は光トラップ部２５によりトラップされる。したがって、ラビリンス壁９で反射された光が、受光側のプリズムレンズ１３の光軸方向の前方に位置するラビリンス壁９（すなわち光トラップ部２５の部位）で反射されて、プリズムレンズ１３に入射することはなく、ラビリンス壁９で反射された光が迷光となって誤動作するのを防止できる。また、光トラップ部２５の一方の側片２５ａには側片２５ａと略直交する方向に突出する突片２６が突設され、さらに他方の側片２５ｂには複数の縦溝２７が突設されており、光トラップ部２５に入射した光は、突片２６又は縦溝２７で反射されて反対側の側片２５ｂ又は２５ａに向かって進行するから、光をトラップする効果が向上し、迷光による誤動作をさらに防止できる。
【００３８】
ところで、フォトダイオードＰＤからの出力電流は微少であり、静電ノイズのような外来ノイズに対して弱いため、このような外来ノイズからフォトダイオードＰＤをシールドする必要がある。そこで、本実施形態ではフォトダイオードＰＤと対向する光学基台３の部位に、一面が開口した箱状のシールドカバー１４をインサート成形しており、凹所１０内に回路基板２を納装すると、回路基板２に実装されたフォトダイオードＰＤ及び煙検出回路の周りをシールドカバー１４が覆い、フォトダイオードＰＤと煙検出回路とを静電遮蔽するようになっている。なお、シールドカバー１４には回路基板２側に突出するアースピン１４ａが設けられており、このアースピン１４ａは回路基板２に設けたスルーホールに挿通され、回路基板２のグランドライン（図示せず）に半田付けされる。また、シールドカバー１４には、貫通孔１１ｂに連通する連通孔１４ｂが形成されており、この連通孔１４ｂを通ってプリズムレンズ１３で集光された光がフォトダイオードＰＤの受光面に照射される。
【００３９】
また、光学基台３には４本の端子ピン１５がインサート成形されており、各端子ピン１５は回路基板２に設けたスルーホール（図示せず）に挿通され、半田付けされることによって、各端子ピン１５が回路基板２の配線パターンに電気的に接続されるとともに、回路基板２から反対側に突出する各端子ピン１５の先端部が外部接続端子となる。また、光学基台３にインサート成形された端子ピン１５を回路基板２に半田付けすることによって、光学基台３に回路基板２が保持される。
【００４０】
ここで、光学基台３の製造工程を図１２乃至図１６を参照して簡単に説明する。まず、図１２に示すように金属材料により帯板状に形成されたフープ材４０を打ち抜き、さらに図１２中の斜線部分を紙面の奧側に折り曲げて、図１３（ａ）（ｂ）に示すようにシールドカバー１４を箱状に形成するとともに、端子ピン１５をフープ材４０の平面方向と略直交する方向に突出させる。その後、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにフープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分をインサート成形（一次成形）し、図１５（ａ）（ｂ）に示すようにラビリンス壁９を二次成形した後、フレーム部分を切断することにより図１６（ａ）（ｂ）に示すような形状に形成される。尚、フープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分とラビリンス壁９とを一度にインサート成形するようにしても良いことは言うまでもない。
【００４１】
このように、シールドカバー１４及び端子ピン１５と光学基台３とは同時成形（インサート成形）により一体化されているので、部品点数を削減して、組立作業性を向上させることができる。また、光学基台３とラビリンス壁９とを一体化しており、部品点数を少なくして組立作業性を向上させるとともに、ラビリンス壁９と光学基台３との位置決め精度が高くなって、迷光の発生を抑制することができる。また、シールドカバー１４と端子ピン１５とは１枚の板金を打ち抜き、曲げ加工を施すことによって形成されているので、シールドカバー１４と端子ピン１５とを加工する工程を容易に自動化することができ、製造コストを低減できる。
【００４２】
この火災感知器を組み立てる際は、先ず回路基板２に発光ダイオードＬＥＤやフォトダイオードＰＤやサーミスタ６や煙感知回路の回路部品を実装し、この回路基板２を光学基台３の凹所１０内に挿入して、シールドカバー１４のアースピン１４ａ及び端子ピン１５を回路基板２に半田付けし、回路基板２を光学基台３に固定する。次に、保護カバー５の筒内に防虫カバー４と、回路基板２が取り付けられた光学基台３とを挿入して、防虫カバー４及び光学基台３を保護カバー５に保持させた後、この保護カバー５の上端部をボディ１の丸穴１ｃ内に挿入すると、保護カバー５の上端部に突設した係合爪１６と丸穴１ｃの内周面に形成された係合段部１ｄとが凹凸係合して、保護カバー５がボディ１に結合されるのである。
【００４３】
次に、この火災感知器の回路構成を図１７を参照して説明する。図１７は煙感知回路のブロック図を示しており、煙感知室Ｓにプリズムレンズ１２を介して赤外光を照射する発光ダイオードＬＥＤと、発光ダイオードＬＥＤから照射された赤外光の煙による散乱光をプリズムレンズ１３を介して受光するフォトダイオードＰＤと、投受光回路５０と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）６０と、伝送回路６１とで構成される。
【００４４】
投受光回路５０は、発光ダイオードＬＥＤに流す電流を制御する発光電流制御回路５１と、フォトダイオードＰＤの出力電流を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路５２とを備え、Ｉ／Ｖ変換回路５２の出力電圧はゲイン切り替え回路５３によって所定のゲインで増幅され、ゲイン調整回路５４によって電圧レベルが調整され、さらにオフセット調整回路５５によってオフセット電圧が調整された後、マイコン６０に出力される。マイコン６０では投受光回路５０の出力をＡ／Ｄ変換して、予め設定されたしきい値レベルと比較しており、投受光回路５０の出力がしきい値レベルを超えると、煙の濃度が所定の濃度に達したことを示す発報信号を伝送回路６１に出力し、伝送回路６１はこの発報信号を多重伝送信号により図示しない火災受信器へ送信する。また、投受光回路５０は、マイコン６０から入力されるテスト信号に応じて、発光電流制御回路５１の出力を変化させるとともに、ゲイン切り替え回路５３のゲインを選択的に切り替える感度調整回路５６を備えている。また、図１７では図示を省略しているが、マイコン６０にはサーミスタ６の出力が入力されており、サーミスタ６の出力から周囲の温度を監視している。
【００４５】
以上が、火災感知器の概要説明である。以下に、図１乃至図５を用いて、上述の回路基板２に相当するプリント基板に施す本発明の回路封止構造を説明する。
【００４６】
図２に示すように、プリント基板ＰＰには、ＬＥＤやフォトダイオードなどの機能を有するチップタイプの光素子１０１と、電源管理や通信管理や主判断管理などの機能を有する各種制御回路を組み込んだ集積回路チップ１０２と、この集積回路チップ１０２よりも光素子１０１に近い位置に配設され光素子１０１の入力値または出力値を受けて光電変換やノイズ除去や増幅などの一次的補助作業を行う光素子用集積回路チップ１０３とを、プリント基板ＰＰの同一面上に配置し封止している。
【００４７】
ここで、集積回路チップ１０２は、略黒色の遮光性封止剤１００Ａ２で封止されている。
【００４８】
光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３については、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光素子用集積回路チップ１０３を、光素子１０１の受発光指向角度を妨げぬ程度の空間範囲において略黒色の遮光性封止剤１００Ａ２で封止し、この遮光性封止剤１００Ａ２で封止した光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透光性（略透明）の封止剤１００Ａ１で封止してある。
【００４９】
集積回路チップ１０２および光素子用集積回路チップ１０３を封止する遮光性封止剤１００Ａ２は、半導体ベアチップの封止に用いることができる不純物イオン濃度をもつ略黒色のエポキシ樹脂材である。光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を封止する封止剤１００Ａ１は、半導体ベアチップの封止に用いることができる不純物イオン濃度をもち赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である略透明のエポキシ樹脂材である。これら遮光性封止剤１００Ａ２および封止剤１００Ａ１の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板ＰＰ面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠１１０を設けている。この封止枠１１０は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板ＰＰ面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられる。
【００５０】
なお、封止枠１１０は、エポキシを主成分とした固形樹脂材を枠状に成型仮硬化してプリント基板ＰＰに搭載し、それを加熱などで液状化して再硬化することにより設けられるものでもよく、シルク印刷手法により液状樹脂材をプリント基板ＰＰ面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられるものでもよい。あるいは、封止枠１１０は、図１（ｃ）に示すように、所定の樹脂材で予め枠状に形成されて、後工程でプリント基板ＰＰ面上に設けられるものでもよい。この場合、所定の樹脂材は耐熱性の樹脂材であることが望ましい。あるいは、図１（ｄ）に示すように、プリント基板ＰＰにおける流動延出範囲に掘込みＥを形成することにより、その掘込みＥを囲むプリント基板ＰＰの部分を封止枠１１０として設けるようにしてもよい。この場合、封止枠１１０を別部品とせずに済むので、工程管理などさまざまな設計過程で利点がある。あるいは、図１（ｅ）に示すように、プリント基板ＰＰの形成過程において、所定の材料を基に封止枠１１０をプリント基板ＰＰ面上に一体形成するようにしてもよい。この際、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とを封止する流動延出範囲の外側全体が一段高い構造になっても良い。この場合、流動延出範囲が図１（ｂ）から図１（ｃ）のようになり、封止枠１１０に比して相対的に一段低くなり、封止効果がさらに高まる。このとき、所定の材料を、プリント基板ＰＰを切削して形成したり、フレーム成形基板や三次元一体成形基板のようにプリント基板ＰＰの基材と同一材料にすることも可能である。
【００５１】
図３に示すように、プリント基板ＰＰにおける封止枠１１０の直下に、銅箔パターン１２０を覆うソルダーレジスト１３０が来るようにしてもよい。図３（ａ）（ｂ）では、ソルダーレジスト１３０の領域を示すため、封止枠１１０を除いて図示している。また、こうしておけば、図３（ｃ）に示すように、プリント基板ＰＰ平面視で、封止枠１１０よりもプリント基板端部寄りを、シルク印刷１４０で閉じるよう、外囲領域を形成する事も可能である。
【００５２】
封止枠１１０は、図４（ｂ）に示すように、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とをひとつの閉じた領域内に実装するのみならず、図４（ａ）に示すように、例えば８字状に形成され、２つ閉ループ内に光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とをそれぞれ別々に実装するようにしてもよい。このようにすれば、封止剤１００Ａ１と遮光性封止剤１００Ａ２の製造工程を個別に管理することができる。
【００５３】
このような封止構造を火災感知器に適用することにより、図５の例に示すように、光素子１０１（同図ではフォトダイオード）が封止剤１００Ａ１で覆われ、ＣＰＵ、ポーリング／セレクティング信号伝送、電源、検知用の、集積回路チップ１０２および光素子用集積回路チップ１０３が遮光性封止剤１００Ａ２で覆われることになるので、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３の信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ図５の例に示すような実装基板の小型化を図ることができる。図５において、１０４はディスクリート部品であり、実装基板は両面ＣＯＢ構造になっている。
【００５４】
なお、上述の回路封止構造は、実施形態に示した熱煙複合型の火災感知器のみならず、熱感知器、煙感知器、炎感知器、ほこり検知器など、光素子１０１とその周辺回路を封止する必要のある機器に適用可能である。
【００５５】
また、本実施形態では、遮光性封止剤１００Ａ２で封止した光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を封止剤１００Ａ１で封止する構造になっているが、光素子用集積回路チップ１０３を遮光性封止剤１００Ａ２で封止した後に光素子１０１を封止剤１００Ａ１で封止する構造でもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、受光面を備えた光素子と、各種回路を組み込んだ集積回路チップと、この集積回路チップよりも光素子に近い位置に配設される光素子用集積回路チップとを、同一プリント基板面上に封止する回路封止構造であって、前記集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止する一方、前記光素子用集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止し、この遮光性封止剤で封止した光素子用集積回路チップとともに、前記光素子を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透明の封止剤で封止したため、光素子と光素子用集積回路チップ間の配置距離を短くでき、したがって、両者間の信号へのノイズの影響を最小限にし、且つ実装基板の小型化を図ることができる。また、光素子と光素子用集積回路チップの信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ実装基板の小型化を図ることができる。
【００６０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路封止構造において、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤および前記光素子を封止する透明の封止剤の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠を設けたため、請求項１記載の発明の効果に加えて、樹脂封止工程を簡略化することができ、生産性の向上、低コスト化を図ることができる。
【００６１】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられるため、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、光素子用集積回路チップの封止時に同時に塗布することが可能であり、工程簡略化と生産性向上を図ることができる。
【００６９】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記プリント基板における封止枠の直下にソルダーレジストを配置したため、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、封止枠塗布の精度を向上することができるため、封止枠形成領域を狭くでき、プリント基板のさらなる小型化を図ることができる。
【００７１】
請求項６記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は２つの閉ループを持つ形状に形成され、２つの閉ループ内に前記光素子および光素子用集積回路チップが別々に実装されるため、２つの閉ループの境界部分により封止枠材料の塗布量を削減することができるとともに、工程を短縮することができ、生産性向上と低コスト化を図ることができる。
【００７２】
請求項７記載の発明の火災感知器は、外部からの煙の侵入が許容されるとともに外光の入射が防止される煙感知室と、発光ダイオード、前記煙感知室内の煙の濃度に応じて前記発光ダイオードの光の入射量が変化する位置に配置された受光面を有する前記光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ実装されて前記フォトダイオードについて請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路封止構造を適用された前記プリント基板とを備え火災発生時に煙の有無を検知するので、近年ますます重要視されている防災向け火災感知器として、高機能、高性能、高信頼性そしてプリント基板の小型化が可能なものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路封止構造を施したプリント基板の局部平面図であり、（ａ）は局部平面図、（ｂ）から（ｅ）は範囲封止枠の例をあらわす局部断面図である。
【図２】図１の回路封止構造を施したプリント基板の全体をあらわす平面図である。
【図３】回路封止構造の別の形態をあらわすものであり、 (a)は局部平面図、 (ｂ)と（ｃ）はプリント基板の局部断面図である。
【図４】回路封止構造のさらに別の形態をあらわすものであり、プリント基板の局部平面図である。
【図５】図４のプリント基板にICを実装した状態での基板断面図であり、 (ａ)が基板断面図、 (ｂ)が火災煙を検知する基本原理を説明する基板断面図である。
【図６】本実施形態の火災感知器を組み立てる前の状態の断面図である。
【図７】同上の分解斜視図である。
【図８】同上の断面図である。
【図９】同上の光学基台を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】同上の光学基台の裏面図である。
【図１１】同上の光学基台を示し、図９のＣ部拡大図である。
【図１２】同上の光学基台の製造工程を説明する説明図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の別の製造工程を説明する説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた別の製造工程を説明する説明図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の更に別の製造工程を説明する説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた更に別の製造工程を説明する説明図である。
【図１７】同上の回路ブロック図である。
【図１８】従来の回路封止構造を説明するための、プリント基板簡略化平面図である。
【符号の説明】
１０１ 光素子
１０２ 集積回路チップ
１０３ 光素子用集積回路チップ
１００Ａ１ 封止剤
１００Ａ２ 遮光性封止剤
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光面もしくは発光面の少なくとも一方を備えた光素子と、他の集積回路チップ群とを、同一プリント基板面上に封止する際の、回路封止構造および同封止構造を適用した火災感知器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８を用いて、従来技術を説明する。図１８は、従来の回路封止構造を施した回路基板（プリント基板と、それに実装される各素子群）の平面図である。
【０００３】
従来、受光や発光の機能を有し何らかのセンシングを行う機器において、それら機器に収容される半導体ベアチップ応用モジュールの実装については、ＬＥＤやフォトダイオードなどの機能を有するチップタイプの光素子１０１と、電源管理や通信管理や主判断管理などの機能を有する各種制御回路を組み込んだ集積回路チップ１０２と、この集積回路チップ１０２よりも光素子１０１に近い位置に配設され光素子１０１の入力値または出力値を受けて光電変換やノイズ除去や増幅などの一次的補助作業を行う光素子用集積回路チップ１０３とを、プリント基板ＰＰの同一面上に配置し封止していた。
【０００４】
光素子ベアチップを外部環境から保護するために行う封止は一般的に、光を透過する透明な樹脂で行うため、光素子１０１については、透明樹脂１００Ａ１で封止する。
【０００５】
一方、光素子集積回路デバイスは光入射をすると光起電力によって破損するおそれがあるため、上記のような実装状態では、光素子用集積回路チップ１０３を、過度の入光を防ぐ遮光性の樹脂１００Ａ３によって外乱ノイズ光から遮光保護する必要がある。
【０００６】
また、光素子１０１の信号が微弱で周囲の電磁ノイズなどの外乱の影響を受けやすい場合は、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とを近接配置させる必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の回路封止構造においては、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３を近接させようとしても、それぞれの封止領域を別々に確保していたので、近接させるにも限界があった。このため、プリント基板ＰＰを小型化できなかった。したがって、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３の間のパターンも短くするのに限界があったため、ノイズなどの外乱の影響を抑えるにも限界があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決する為のものであり、その目的とするところは、光素子と光素子用集積回路チップの信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ実装（済み）基板の小型化を図ることを可能にするような回路封止構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１記載の発明は、受光面を備えた光素子と、各種回路を組み込んだ集積回路チップと、この集積回路チップよりも光素子に近い位置に配設される光素子用集積回路チップとを、同一プリント基板面上に封止する回路封止構造であって、前記集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止する一方、前記光素子用集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止し、この遮光性封止剤で封止した光素子用集積回路チップとともに、前記光素子を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透明の封止剤で封止したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路封止構造において、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤および前記光素子を封止する透明の封止剤の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠を設けたことを特徴とする。また、請求項３の発明は、請求項２記載の回路封止構造において、前記封止枠は、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤を形成する過程と同時又はそれ以前にプリント基板面上に設けられてあることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられることを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記プリント基板における封止枠の直下にソルダーレジストを配置したことを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は２つの閉ループを持つ８の字形状に形成され、２つの閉ループ内に前記光素子および光素子用集積回路チップが別々に実装されることを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、外部からの煙の侵入が許容されるとともに外光の入射が防止される煙感知室と、発光ダイオード、前記煙感知室内の煙の濃度に応じて前記発光ダイオードの光の入射量が変化する位置に配置された受光面を有する前記光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ実装されて前記フォトダイオードについて請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路封止構造を適用された前記プリント基板とを備え火災発生時に煙の有無を検知することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の回路封止構造を熱煙複合検知タイプの防災向け火災感知器に適用した事例を、以下に説明する。なお、発明の理解を助けるために、火災感知器の内部構造なども併せて先に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の回路封止構造を施したプリント基板の局部平面図であり、図１（ａ）は局部平面図、図１（ｂ）から（ｅ）は範囲封止枠の例をあらわす局部断面図である。図２は、図１の回路封止構造を施したプリント基板の全体をあらわす平面図である。図３は、回路封止構造の別の形態をあらわすものであり、図３（ａ）は局部平面図、図３（ｂ）と図３（ｃ）はプリント基板の局部断面図である。図４は、回路封止構造のさらに別の形態をあらわすものであり、プリント基板の局部平面図である。図５は図４のプリント基板にＩＣを実装した状態での基板断面図であり、図５（ａ）が基板断面図、図５（ｂ）が火災煙を検知する基本原理を説明する基板断面図である。図６から図１７までは、このプリント基板を収容した火災感知器の内部構造をあらわす説明図である。なお、図９（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図であり、図１１は図９（ｂ）におけるＣ部の拡大図である。
【００２８】
先に、図６から図１７までを使って、本実施形態の防災向け火災感知器の概要を以下に説明する。火災感知器は煙を感知する煙感知機能と、熱を感知する熱感知機能の両方を備えた複合型のものであり、図６乃至図８に示すように天井面などの造営面に取着されるボディ１と、発光素子としての発光ダイオードＬＥＤや受光素子としてのフォトダイオードＰＤや後述する煙検知回路の回路部品が実装され本発明の絶縁封止が施されるプリント基板などである回路基板２と、外部からの煙の侵入を許容するとともに外光の入射を防止するラビリンス壁９によって周りが囲まれた水平断面が略円形の煙感知室Ｓを具備し、煙感知室Ｓ内に光学系の部品が取着されるとともに、発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤを光学系の部品と対向させた状態で回路基板２が取り付けられる光学基台３と、光学基台３に設けた煙感知室Ｓの内部に虫などが侵入するのを防止する防虫カバー４と、保護カバー５とで構成される。
【００２９】
ボディ１は略円板状の主部１ａと、主部１ａの外周縁から上方に突出する側壁１ｂとを連続一体に形成して構成され、主部１ａの下面略中央には丸穴１ｃが開口し、この丸穴１ｃ内に、プリント基板（以下、途中まで回路基板と称する）２が固定された光学基台３及び防虫カバー４を保持した保護カバー５の上端部が挿入され、固定される。
【００３０】
回路基板２の下面には発光ダイオードＬＥＤが実装されている。また回路基板２の下面にはチップ化されたフォトダイオードＰＤが実装されている。また更に、回路基板２の下面にはサーミスタ６が熱感知部を下方に突出させた状態で実装されている。このように本実施形態の火災感知器は感熱素子としてのサーミスタ６を備えており、煙感知機能に加えて熱感知機能を有している。
【００３１】
光学基台３は図９乃至図１１に示すように黒色の合成樹脂により、略円板状の底板７と、底板７の上面に突設された四角枠状の側壁８と、底板７下面の外周部に沿って配置された水平断面が略く字形の複数の隔壁９ａからなるラビリンス壁９とを一体に形成して構成される。
【００３２】
ラビリンス壁９を構成する隔壁９ａは反射が生じないように黒色に形成されており、中間部の屈曲部位が突出する方向を隣接する隔壁９ａと同じ向きにし、中間部の屈曲部位が隣接する隔壁９ａの両端部の間に入り込むようにして所定の間隔をおいて配置されている。隣接する隔壁９ａの間にできる煙導入路は、一端が外部と連通して煙導入口となり、他端が煙感知室Ｓに連通しており、煙導入路の中間部を屈曲させることによって、外光が煙感知室Ｓ内に入射しにくくなっている。
【００３３】
光学基台３の底板７と側壁８とで囲まれる凹所１０内には、発光ダイオードＬＥＤ、フォトダイオードＰＤ及びサーミスタ６が実装された面を底板７側にして回路基板２が納装される。光学基台３の底板７には発光ダイオードＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤにそれぞれ対応する部位に下方に突出する突台部１９，２０が突設されており、これらの突台部１９，２０には底板７を貫通する貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されている。各突台部１９，２０には、貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ連続し、光学基台３の中心方向に向かって延びる溝１９ａ，２０ａが形成されており、これらの溝１９ａ，２０ａ内に発光側及び受光側の光学部材としてのプリズムレンズ１２，１３が取り付けられる。ここで、プリズムレンズ１２，１３は一方の面を貫通孔１１ａ，１１ｂと対向させ、他方の面を煙感知室Ｓの中心方向に向けた状態で光学基台３に取り付けられ、プリズムレンズ１２，１３の上側及び左右両側が突台部１９，２０によって覆われる。すなわち、プリズムレンズ１２，１３は、図９（ａ）に示すようにそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が煙感知室Ｓの中心方向を向き、且つ所定の角度で交差するように配置されている。上述のようにプリズムレンズ１２，１３は発光ダイオードＬＥＤの発光面、フォトダイオードＰＤの受光面にそれぞれ対向しており、発光ダイオードＬＥＤの発光はプリズムレンズ１２によって集光されて煙感知室Ｓに照射される。煙感知室Ｓ内に煙が侵入すると、煙の粒子によってプリズムレンズ１２から照射された光が散乱され、プリズムレンズ１３に入射する。プリズムレンズ１３に入射した光は、プリズムレンズ１３によってフォトダイオードＰＤの受光面に集光されるので、フォトダイオードＰＤの出力の増加から煙の侵入を検出することができる。尚、プリズムレンズ１２，１３はそれぞれの光軸Ｌ１，Ｌ２が所定の角度で交差するように配置されているので、プリズムレンズ１２から照射された発光ダイオードＬＥＤの光が直接プリズムレンズ１３に入射することはない。ここに、発光ダイオードＬＥＤとプリズムレンズ１２とで発光部が構成され、フォトダイオードＰＤとプリズムレンズ１３とで受光部が構成される。
【００３４】
ここで、図９（ａ）に示すように、受光側のプリズムレンズ１３に対して光軸方向の前方に位置するラビリンス壁９の部位（後述の光トラップ部２５）と、発光側のプリズムレンズ１２との間には、プリズムレンズ１２からの光を遮光する遮光壁２４が設けられている。遮光壁２４は底板７から一体に立設されており、発光側のプリズムレンズ１２との対向面が、受光側のプリズムレンズ１３が光を受光する受光領域の外側に位置するように配置されている。遮光壁２４は光トラップ部２５と発光側のプリズムレンズ１２との間に配置されており、発光側のプリズムレンズ１２から照射された光が光トラップ部２５で反射されて受光側のプリズムレンズ１３に入射するのを低減しているので、ラビリンス壁９で反射された迷光による影響を低減することができる。また、遮光壁２４における発光側のプリズムレンズ１２との対向面は、受光側のプリズムレンズ１３の受光領域の外側に位置しているので、発光側のプリズムレンズ１２からの光が遮光壁２４に当たってプリズムレンズ１３に入射するのを防止でき、遮光壁２４に発光側のプリズムレンズ１２からの光が当たることによって発生する迷光の影響を低減することができる。
【００３５】
また、発光側のプリズムレンズ１２と受光側のプリズムレンズ１３との間には、プリズムレンズ１２からの光を遮光する柱状の遮光壁２８が設けられており、この遮光壁２８によって発光側のプリズムレンズ１２からの光が受光側のプリズムレンズ１３に直接入射するのを防止している。遮光壁２８は底板７から一体に立設されており、この遮光壁２８には回路基板２に実装されたサーミスタ６を挿通するための挿通孔１１ｃが貫設されている。
【００３６】
ところで、ラビリンス壁９は煙導入路の中間部を屈曲させることによって、外光が煙感知室Ｓ内に入りにくくしているが、図９（ａ）に示すように、外部から煙導入路に侵入した外光Ｄが隔壁９ａによって反射され、この反射光が隣接する隔壁９ａに再度反射されて煙感知室Ｓ内に侵入する虞があり、この反射光が受光側のプリズムレンズ１３の受光領域Ｂ内に入ると、プリズムレンズ１３に外乱光の一部が入射するため、この外乱光が迷光となって誤動作する虞がある。
【００３７】
そこで、この火災感知器では受光側のプリズムレンズ１３に対して光軸方向の前方に位置し、プリズムレンズ１３の受光領域Ｂ内にある２つの隔壁９ａを、中間部の屈曲部位が互いに対向するように配置し、両隔壁９ａの中間部の屈曲部位を連結しており、これら２つの隔壁９ａの間から侵入した外光がプリズムレンズ１３に入射することはなく、外光による誤動作を防止している。また、これら２つの隔壁９ａの屈曲部位を連結することによって、両隔壁９ａの煙感知室Ｓ側の側片により、水平断面が略く字状であって開口部を受光側のプリズムレンズ１３に向けて配置された光トラップ部２５が形成される。この光トラップ部２５は、図９（ａ）に示すように受光側のプリズムレンズ１３の受光光軸Ｌ２に対して略対称な形状に形成されているので、ラビリンス壁９で反射された光は光トラップ部２５によりトラップされる。したがって、ラビリンス壁９で反射された光が、受光側のプリズムレンズ１３の光軸方向の前方に位置するラビリンス壁９（すなわち光トラップ部２５の部位）で反射されて、プリズムレンズ１３に入射することはなく、ラビリンス壁９で反射された光が迷光となって誤動作するのを防止できる。また、光トラップ部２５の一方の側片２５ａには側片２５ａと略直交する方向に突出する突片２６が突設され、さらに他方の側片２５ｂには複数の縦溝２７が突設されており、光トラップ部２５に入射した光は、突片２６又は縦溝２７で反射されて反対側の側片２５ｂ又は２５ａに向かって進行するから、光をトラップする効果が向上し、迷光による誤動作をさらに防止できる。
【００３８】
ところで、フォトダイオードＰＤからの出力電流は微少であり、静電ノイズのような外来ノイズに対して弱いため、このような外来ノイズからフォトダイオードＰＤをシールドする必要がある。そこで、本実施形態ではフォトダイオードＰＤと対向する光学基台３の部位に、一面が開口した箱状のシールドカバー１４をインサート成形しており、凹所１０内に回路基板２を納装すると、回路基板２に実装されたフォトダイオードＰＤ及び煙検出回路の周りをシールドカバー１４が覆い、フォトダイオードＰＤと煙検出回路とを静電遮蔽するようになっている。なお、シールドカバー１４には回路基板２側に突出するアースピン１４ａが設けられており、このアースピン１４ａは回路基板２に設けたスルーホールに挿通され、回路基板２のグランドライン（図示せず）に半田付けされる。また、シールドカバー１４には、貫通孔１１ｂに連通する連通孔１４ｂが形成されており、この連通孔１４ｂを通ってプリズムレンズ１３で集光された光がフォトダイオードＰＤの受光面に照射される。
【００３９】
また、光学基台３には４本の端子ピン１５がインサート成形されており、各端子ピン１５は回路基板２に設けたスルーホール（図示せず）に挿通され、半田付けされることによって、各端子ピン１５が回路基板２の配線パターンに電気的に接続されるとともに、回路基板２から反対側に突出する各端子ピン１５の先端部が外部接続端子となる。また、光学基台３にインサート成形された端子ピン１５を回路基板２に半田付けすることによって、光学基台３に回路基板２が保持される。
【００４０】
ここで、光学基台３の製造工程を図１２乃至図１６を参照して簡単に説明する。まず、図１２に示すように金属材料により帯板状に形成されたフープ材４０を打ち抜き、さらに図１２中の斜線部分を紙面の奧側に折り曲げて、図１３（ａ）（ｂ）に示すようにシールドカバー１４を箱状に形成するとともに、端子ピン１５をフープ材４０の平面方向と略直交する方向に突出させる。その後、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにフープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分をインサート成形（一次成形）し、図１５（ａ）（ｂ）に示すようにラビリンス壁９を二次成形した後、フレーム部分を切断することにより図１６（ａ）（ｂ）に示すような形状に形成される。尚、フープ材４０に底板７及び側壁８からなる基台部分とラビリンス壁９とを一度にインサート成形するようにしても良いことは言うまでもない。
【００４１】
このように、シールドカバー１４及び端子ピン１５と光学基台３とは同時成形（インサート成形）により一体化されているので、部品点数を削減して、組立作業性を向上させることができる。また、光学基台３とラビリンス壁９とを一体化しており、部品点数を少なくして組立作業性を向上させるとともに、ラビリンス壁９と光学基台３との位置決め精度が高くなって、迷光の発生を抑制することができる。また、シールドカバー１４と端子ピン１５とは１枚の板金を打ち抜き、曲げ加工を施すことによって形成されているので、シールドカバー１４と端子ピン１５とを加工する工程を容易に自動化することができ、製造コストを低減できる。
【００４２】
この火災感知器を組み立てる際は、先ず回路基板２に発光ダイオードＬＥＤやフォトダイオードＰＤやサーミスタ６や煙感知回路の回路部品を実装し、この回路基板２を光学基台３の凹所１０内に挿入して、シールドカバー１４のアースピン１４ａ及び端子ピン１５を回路基板２に半田付けし、回路基板２を光学基台３に固定する。次に、保護カバー５の筒内に防虫カバー４と、回路基板２が取り付けられた光学基台３とを挿入して、防虫カバー４及び光学基台３を保護カバー５に保持させた後、この保護カバー５の上端部をボディ１の丸穴１ｃ内に挿入すると、保護カバー５の上端部に突設した係合爪１６と丸穴１ｃの内周面に形成された係合段部１ｄとが凹凸係合して、保護カバー５がボディ１に結合されるのである。
【００４３】
次に、この火災感知器の回路構成を図１７を参照して説明する。図１７は煙感知回路のブロック図を示しており、煙感知室Ｓにプリズムレンズ１２を介して赤外光を照射する発光ダイオードＬＥＤと、発光ダイオードＬＥＤから照射された赤外光の煙による散乱光をプリズムレンズ１３を介して受光するフォトダイオードＰＤと、投受光回路５０と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと言う）６０と、伝送回路６１とで構成される。
【００４４】
投受光回路５０は、発光ダイオードＬＥＤに流す電流を制御する発光電流制御回路５１と、フォトダイオードＰＤの出力電流を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路５２とを備え、Ｉ／Ｖ変換回路５２の出力電圧はゲイン切り替え回路５３によって所定のゲインで増幅され、ゲイン調整回路５４によって電圧レベルが調整され、さらにオフセット調整回路５５によってオフセット電圧が調整された後、マイコン６０に出力される。マイコン６０では投受光回路５０の出力をＡ／Ｄ変換して、予め設定されたしきい値レベルと比較しており、投受光回路５０の出力がしきい値レベルを超えると、煙の濃度が所定の濃度に達したことを示す発報信号を伝送回路６１に出力し、伝送回路６１はこの発報信号を多重伝送信号により図示しない火災受信器へ送信する。また、投受光回路５０は、マイコン６０から入力されるテスト信号に応じて、発光電流制御回路５１の出力を変化させるとともに、ゲイン切り替え回路５３のゲインを選択的に切り替える感度調整回路５６を備えている。また、図１７では図示を省略しているが、マイコン６０にはサーミスタ６の出力が入力されており、サーミスタ６の出力から周囲の温度を監視している。
【００４５】
以上が、火災感知器の概要説明である。以下に、図１乃至図５を用いて、上述の回路基板２に相当するプリント基板に施す本発明の回路封止構造を説明する。
【００４６】
図２に示すように、プリント基板ＰＰには、ＬＥＤやフォトダイオードなどの機能を有するチップタイプの光素子１０１と、電源管理や通信管理や主判断管理などの機能を有する各種制御回路を組み込んだ集積回路チップ１０２と、この集積回路チップ１０２よりも光素子１０１に近い位置に配設され光素子１０１の入力値または出力値を受けて光電変換やノイズ除去や増幅などの一次的補助作業を行う光素子用集積回路チップ１０３とを、プリント基板ＰＰの同一面上に配置し封止している。
【００４７】
ここで、集積回路チップ１０２は、略黒色の遮光性封止剤１００Ａ２で封止されている。
【００４８】
光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３については、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光素子用集積回路チップ１０３を、光素子１０１の受発光指向角度を妨げぬ程度の空間範囲において略黒色の遮光性封止剤１００Ａ２で封止し、この遮光性封止剤１００Ａ２で封止した光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透光性（略透明）の封止剤１００Ａ１で封止してある。
【００４９】
集積回路チップ１０２および光素子用集積回路チップ１０３を封止する遮光性封止剤１００Ａ２は、半導体ベアチップの封止に用いることができる不純物イオン濃度をもつ略黒色のエポキシ樹脂材である。光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を封止する封止剤１００Ａ１は、半導体ベアチップの封止に用いることができる不純物イオン濃度をもち赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である略透明のエポキシ樹脂材である。これら遮光性封止剤１００Ａ２および封止剤１００Ａ１の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板ＰＰ面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠１１０を設けている。この封止枠１１０は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板ＰＰ面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられる。
【００５０】
なお、封止枠１１０は、エポキシを主成分とした固形樹脂材を枠状に成型仮硬化してプリント基板ＰＰに搭載し、それを加熱などで液状化して再硬化することにより設けられるものでもよく、シルク印刷手法により液状樹脂材をプリント基板ＰＰ面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられるものでもよい。あるいは、封止枠１１０は、図１（ｃ）に示すように、所定の樹脂材で予め枠状に形成されて、後工程でプリント基板ＰＰ面上に設けられるものでもよい。この場合、所定の樹脂材は耐熱性の樹脂材であることが望ましい。あるいは、図１（ｄ）に示すように、プリント基板ＰＰにおける流動延出範囲に掘込みＥを形成することにより、その掘込みＥを囲むプリント基板ＰＰの部分を封止枠１１０として設けるようにしてもよい。この場合、封止枠１１０を別部品とせずに済むので、工程管理などさまざまな設計過程で利点がある。あるいは、図１（ｅ）に示すように、プリント基板ＰＰの形成過程において、所定の材料を基に封止枠１１０をプリント基板ＰＰ面上に一体形成するようにしてもよい。この際、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とを封止する流動延出範囲の外側全体が一段高い構造になっても良い。この場合、流動延出範囲が図１（ｂ）から図１（ｃ）のようになり、封止枠１１０に比して相対的に一段低くなり、封止効果がさらに高まる。このとき、所定の材料を、プリント基板ＰＰを切削して形成したり、フレーム成形基板や三次元一体成形基板のようにプリント基板ＰＰの基材と同一材料にすることも可能である。
【００５１】
図３に示すように、プリント基板ＰＰにおける封止枠１１０の直下に、銅箔パターン１２０を覆うソルダーレジスト１３０が来るようにしてもよい。図３（ａ）（ｂ）では、ソルダーレジスト１３０の領域を示すため、封止枠１１０を除いて図示している。また、こうしておけば、図３（ｃ）に示すように、プリント基板ＰＰ平面視で、封止枠１１０よりもプリント基板端部寄りを、シルク印刷１４０で閉じるよう、外囲領域を形成する事も可能である。
【００５２】
封止枠１１０は、図４（ｂ）に示すように、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とをひとつの閉じた領域内に実装するのみならず、図４（ａ）に示すように、例えば８字状に形成され、２つ閉ループ内に光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３とをそれぞれ別々に実装するようにしてもよい。このようにすれば、封止剤１００Ａ１と遮光性封止剤１００Ａ２の製造工程を個別に管理することができる。
【００５３】
このような封止構造を火災感知器に適用することにより、図５の例に示すように、光素子１０１（同図ではフォトダイオード）が封止剤１００Ａ１で覆われ、ＣＰＵ、ポーリング／セレクティング信号伝送、電源、検知用の、集積回路チップ１０２および光素子用集積回路チップ１０３が遮光性封止剤１００Ａ２で覆われることになるので、光素子１０１と光素子用集積回路チップ１０３の信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ図５の例に示すような実装基板の小型化を図ることができる。図５において、１０４はディスクリート部品であり、実装基板は両面ＣＯＢ構造になっている。
【００５４】
なお、上述の回路封止構造は、実施形態に示した熱煙複合型の火災感知器のみならず、熱感知器、煙感知器、炎感知器、ほこり検知器など、光素子１０１とその周辺回路を封止する必要のある機器に適用可能である。
【００５５】
また、本実施形態では、遮光性封止剤１００Ａ２で封止した光素子用集積回路チップ１０３とともに光素子１０１を封止剤１００Ａ１で封止する構造になっているが、光素子用集積回路チップ１０３を遮光性封止剤１００Ａ２で封止した後に光素子１０１を封止剤１００Ａ１で封止する構造でもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項１記載の発明は、受光面を備えた光素子と、各種回路を組み込んだ集積回路チップと、この集積回路チップよりも光素子に近い位置に配設される光素子用集積回路チップとを、同一プリント基板面上に封止する回路封止構造であって、前記集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止する一方、前記光素子用集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止し、この遮光性封止剤で封止した光素子用集積回路チップとともに、前記光素子を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透明の封止剤で封止したため、光素子と光素子用集積回路チップ間の配置距離を短くでき、したがって、両者間の信号へのノイズの影響を最小限にし、且つ実装基板の小型化を図ることができる。また、光素子と光素子用集積回路チップの信号に対するノイズの影響を最小限にし、且つ実装基板の小型化を図ることができる。
【００６０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路封止構造において、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤および前記光素子を封止する透明の封止剤の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠を設けたため、請求項１記載の発明の効果に加えて、樹脂封止工程を簡略化することができ、生産性の向上、低コスト化を図ることができる。
【００６１】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられるため、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、光素子用集積回路チップの封止時に同時に塗布することが可能であり、工程簡略化と生産性向上を図ることができる。
【００６９】
請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記プリント基板における封止枠の直下にソルダーレジストを配置したため、請求項２又は３記載の発明の効果に加えて、封止枠塗布の精度を向上することができるため、封止枠形成領域を狭くでき、プリント基板のさらなる小型化を図ることができる。
【００７１】
請求項６記載の発明は、請求項２又は３記載の回路封止構造において、前記封止枠は２つの閉ループを持つ形状に形成され、２つの閉ループ内に前記光素子および光素子用集積回路チップが別々に実装されるため、２つの閉ループの境界部分により封止枠材料の塗布量を削減することができるとともに、工程を短縮することができ、生産性向上と低コスト化を図ることができる。
【００７２】
請求項７記載の発明の火災感知器は、外部からの煙の侵入が許容されるとともに外光の入射が防止される煙感知室と、発光ダイオード、前記煙感知室内の煙の濃度に応じて前記発光ダイオードの光の入射量が変化する位置に配置された受光面を有する前記光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ実装されて前記フォトダイオードについて請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路封止構造を適用された前記プリント基板とを備え火災発生時に煙の有無を検知するので、近年ますます重要視されている防災向け火災感知器として、高機能、高性能、高信頼性そしてプリント基板の小型化が可能なものを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路封止構造を施したプリント基板の局部平面図であり、（ａ）は局部平面図、（ｂ）から（ｅ）は範囲封止枠の例をあらわす局部断面図である。
【図２】図１の回路封止構造を施したプリント基板の全体をあらわす平面図である。
【図３】回路封止構造の別の形態をあらわすものであり、 (a)は局部平面図、 (ｂ)と（ｃ）はプリント基板の局部断面図である。
【図４】回路封止構造のさらに別の形態をあらわすものであり、プリント基板の局部平面図である。
【図５】図４のプリント基板にICを実装した状態での基板断面図であり、 (ａ)が基板断面図、 (ｂ)が火災煙を検知する基本原理を説明する基板断面図である。
【図６】本実施形態の火災感知器を組み立てる前の状態の断面図である。
【図７】同上の分解斜視図である。
【図８】同上の断面図である。
【図９】同上の光学基台を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】同上の光学基台の裏面図である。
【図１１】同上の光学基台を示し、図９のＣ部拡大図である。
【図１２】同上の光学基台の製造工程を説明する説明図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の別の製造工程を説明する説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた別の製造工程を説明する説明図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台の更に別の製造工程を説明する説明図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は同上の光学基台のまた更に別の製造工程を説明する説明図である。
【図１７】同上の回路ブロック図である。
【図１８】従来の回路封止構造を説明するための、プリント基板簡略化平面図である。
【符号の説明】
１０１ 光素子
１０２ 集積回路チップ
１０３ 光素子用集積回路チップ
１００Ａ１ 封止剤
１００Ａ２ 遮光性封止剤
Claims (7)
- 受光面を備えた光素子と、各種回路を組み込んだ集積回路チップと、この集積回路チップよりも光素子に近い位置に配設される光素子用集積回路チップとを、同一プリント基板面上に封止する回路封止構造であって、前記集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止する一方、前記光素子用集積回路チップを黒色の遮光性封止剤で封止し、この遮光性封止剤で封止した光素子用集積回路チップとともに、前記光素子を、赤外線帯域から可視光帯域におよんで透光性である透明の封止剤で封止したことを特徴とする回路封止構造。
- 前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤および前記光素子を封止する透明の封止剤の少なくとも一方の固化過程においてプリント基板面上での流動延出範囲を限定するように、封止枠を設けたことを特徴とする請求項１記載の回路封止構造。
- 前記封止枠は、前記光素子用集積回路チップを封止する黒色の遮光性封止剤を形成する過程と同時又はそれ以前にプリント基板面上に設けられてあることを特徴とする請求項２記載の回路封止構造。
- 前記封止枠は、樹脂描画手法により液状樹脂材をプリント基板面上に塗布してリブ状に硬化形成することにより設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の回路封止構造。
- 前記プリント基板における封止枠の直下にソルダーレジストを配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の回路封止構造。
- 前記封止枠は２つの閉ループを持つ８の字形状に形成され、２つの閉ループ内に前記光素子および光素子用集積回路チップが別々に実装されることを特徴とする請求項２又は３に記載の回路封止構造。
- 外部からの煙の侵入が許容されるとともに外光の入射が防止される煙感知室と、発光ダイオード、前記煙感知室内の煙の濃度に応じて前記発光ダイオードの光の入射量が変化する位置に配置された受光面を有する前記光素子としてのフォトダイオードがそれぞれ実装されて前記フォトダイオードについて請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路封止構造を適用された前記プリント基板とを備え火災発生時に煙の有無を検知することを特徴とする火災感知器。
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