JP6811891B1

JP6811891B1 - 光センサモジュール

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Publication number: JP6811891B1
Application number: JP2020500672A
Authority: JP
Inventors: 米田　裕; 裕米田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: JPWO2021024453A1; US20220236512A1; WO2021024453A1; CN114207844A

Abstract

表面に電極パターンが形成された基板（２０）と、電極パターンに電気接続されるとともに、基板（２０）に固定された、光を検出する光検出素子（１０）と、レンズ（９０）が固定され、光検出素子（１０）を取り囲む位置で基板（２０）に接着剤で接着されたレンズ保持部材（８０）と、を備えた光センサモジュールであって、基板（２０）に接着されるレンズ保持部材（８０）の底面（８４）は分散配置された突起（８２）を有し、突起（８２）の先端が基板（２０）と接している。

Description

本願は、光センサモジュールに関する。

従来から、赤外線検出素子と、赤外線検出素子が収納されたレンズ保持部材と、赤外線検出素子の受光部に集光点が重なるよう赤外線検出素子の前方に配置されてレンズ保持部材に固定されたレンズとを備えた光センサモジュールが知られている。

上記光センサモジュールは、例えば、レンズが赤外線検出素子の受光部に集光点が重なるように、絶縁基板上に接合された赤外線検出素子に対してレンズを固定して保持するレンズ保持部材を位置決めする。そのために、位置決めしたレンズ保持部材の底面が絶縁基板に接触する位置に予め接着剤（紫外線（ＵＶ）硬化接着剤）を塗布したのち、位置決めした場所にレンズ保持部材を配設する。その後、接着剤の塗布部に対して紫外線を照射して接着剤を硬化させることでレンズ保持部材に固定されたレンズと赤外線検出素子の相対位置が変化しないようにする。

接着剤が硬化することで、レンズが固定されたレンズ保持部材と赤外線検出素子が接合された絶縁基板が接着され、赤外線検出素子の受光部とレンズの集光点の相対位置が変化しなくなる。しかし、従来の光センサモジュールはレンズ保持部材を配設した後の基板とレンズ保持部材との間の接着剤厚さを制御できない。そのため、赤外線検出素子を動作させて取得した画像を見ながらレンズ保持部材を配設させるアクティブアライメント機能のない装置で接着させた場合、接着剤の厚さバラつき、レンズ保持部材を搭載する荷重の小ささ、レンズ保持部材を吸着した位置の偏り等の要因で、レンズ保持部材が基板に対して傾いて配設されることがあった。これによりレンズの集光点が赤外線検出素子の受光部から外れて、光センサモジュールが正常に受光できなくなる可能性があった。

光センサモジュールにおいて、赤外線検出素子で正しく撮像するために、レンズの位置はレンズの集光点が赤外線検出素子の受光部に重なるように組立てられている。しかし、特にレンズがレンズ保持部材と一体的に形成されている場合、レンズ保持部材が赤外線検出素子に対して傾くと、レンズの集光点が赤外線検出素子の受光部から外れて、正常に受光できなくなる可能性がある。またレンズ保持部材が配設されたとき、レンズ保持部材内に収納される基板上には、赤外線検出素子を動作させるための配線部材等が存在する。そのため、レンズ保持部材を接着剤上に配設した時、塗布された接着剤の量が多かったり、レンズ保持部材を搭載する荷重が大きかったりすると、レンズ保持部材によって押しつぶされてレンズ保持部材の内側に濡れ広がった接着剤が、レンズ保持部材内側の配線部材と接触する。接着剤と接触した配線部材は、変形して周囲の配線部材と接触したり、配線が切れたりすることで赤外線検出素子が動作しなくなる等の恐れが生じる。

また、一般的な光センサモジュールはレンズ保持部材とレンズは別部材となっている。そのため、基板上にレンズ保持部材を接着した後、レンズ保持部材にレンズを取り付ける前に、レンズ保持部材内側へはみ出した接着剤の配線部材への接触の有無、あるいはレンズ保持部材の傾きの有無を検査できる。そのため、問題があった場合は、配線部材の位置を修正したり、レンズ保持部材の傾き分を吸収するようにレンズを取り付けたり、最悪その場で廃棄することができる。しかし、一般的な光センサモジュールより小型化するためにレンズとレンズ保持部材が一体となっている光センサモジュールでは、部材に要するコストが低減できる代わりに、基板上にレンズ保持部材を接着した後はレンズの傾きを修正できない。しかも接着剤の配線部材への接触による動作不良は実際にセンサを動作させるまで検査できないため、不良が発生した場合のロスコストは、一般的な光センサモジュールより大きなものとなる。

このような問題を解消するため、レンズ保持部材の内側に接着剤が入り込まず、レンズ保持部材の傾きも抑制できる光センサモジュールとして、レンズ保持部材と基板とを当接させるとともに、この当接部分のレンズ保持部材の外周側に接着剤の充填空間を形成してレンズ保持部材を基板に接着する構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−８６６７１号公報

特許文献１に記載された光センサモジュールにおいては、レンズ保持部材と基板とが、レンズ保持部材の当接面で接触しているため、レンズ保持部材の傾きが抑制されるとともに、レンズ保持部材の内側に接着剤が入り込む恐れが少ない。しかしながらレンズ保持部材と基板とを隙間なく当接させるためには、レンズ保持部材の当接面の加工の精度が要求されるとともに、レンズ保持部材と基板とを当接させながら、レンズ保持部材の外周に形成された充填空間に所定量の接着剤を充填する必要がある。したがって、接着剤を充填する工程が複雑になる。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、接着剤の塗布が簡単で、しかもレンズ保持部材の傾きが抑制される光センサモジュールを提供することを目的とする。

本願に開示される光センサモジュールは、表面に電極パターンが形成された基板と、電極パターンに電気接続されるとともに、基板に固定された、光を検出する光検出素子と、レンズが固定され、光検出素子を取り囲む位置で基板に接着剤で接着されたレンズ保持部材と、を備えた光センサモジュールにおいて、基板に接着されるレンズ保持部材の底面は分散配置された、先端に面を有するとともに、先端の面粗さが、レンズ保持部材の他の表面の面粗さよりも粗い突起を有し、突起の先端が前記基板と接しているものである。

本願に開示される光センサモジュールによれば、接着剤の塗布が簡単で、しかもレンズ保持部材の傾きが抑制される光センサモジュールが得られる。

実施の形態１による光センサモジュールの構成を示す平面図である。実施の形態１による光センサモジュールの構成を示す図１のＡ−Ａ位置での断面図である。比較例による光センサモジュールの要部の構成を示す拡大断面図である。実施の形態１による光センサモジュールの要部構成を示す拡大断面図である。実施の形態１による光センサモジュールの要部断面を写真により示した図である。実施の形態１による光センサモジュールの別の構成を示す平面図である。実施の形態１による光センサモジュールの別の構成を示す図６のＡ−Ａ位置での断面図である。実施の形態１による光センサモジュールのさらに別の構成を示す平面図である。実施の形態１による光センサモジュールのさらに別の構成を示す図８のＡ−Ａ位置での断面図である。実施の形態１による光センサモジュールのまた別の要部構成を示す拡大断面図である。実施の形態２による光センサモジュールの構成を示す平面図である。実施の形態２による光センサモジュールの構成を示す図１１のＡ−Ａ位置での断面図である。実施の形態３による光センサモジュールの構成を示す平面図である。実施の形態３による光センサモジュールの構成を示す図１３のＡ−Ａ位置での断面図である。

本願の光センサモジュールの実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当事者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

また、各図間では、対応する各構成部分のサイズあるいは縮尺はそれぞれ独立している。例えば、構成の一部を変更した図と変更していない図示において、同一構成部分のサイズあるいは縮尺が異なっている場合もある。また、光センサモジュールの構成について、実際にはさらに複数の部材を備えているが、本願の説明に必要な部分のみを記載し、その他の部分については説明を省略している。また、以下の説明では、光センサモジュールとして赤外線を検出する光センサモジュールを例にして説明するが、赤外線ではなく同様の課題を持つ可視光の光センサモジュールなど、種々の光センサモジュールに対して各実施の形態を適用することもできる。

実施の形態１.
図１は、実施の形態１による光センサモジュール１０１の概略構成示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ位置での断面図である。光センサモジュール１０１は、基本構成として、光検出素子としての赤外線検出素子１０と、基板としてのガラスエポキシ基板２０と、成型後にレンズ９０が挿入されてレンズ９０の周囲を樹脂でかしめて固定することでレンズ９０と一体となったレンズ保持部材８０とを有している。ガラスエポキシ基板２０の一表面に赤外線検出素子１０がＡｇペースト６０によって固着されて、レンズ保持部材８０の内部に固定され、収納されている。レンズ保持部材８０には赤外線を透過して集光するためのレンズ９０が一体となって固定されており、レンズ保持部材８０の底面８４は接着剤７０によってガラスエポキシ基板２０に接着されている。

なお、図１および図２では、光センサモジュール１０１における基本的な構成部分のみを図示し、ガラスエポキシ基板２０上に接合されている他の部材である。専用ＩＣ、ワイヤ、コンデンサ、コネクタ等、本願に直接関係しない構成部材については図示を省略している。

赤外線検出素子１０は熱型の赤外線センサであり、例えば、バナジウムオキサイド（ＶＯｘ）に代表される抵抗ボロメータ型のセンサ、あるいはＰＮダイオードの温度特性を利用したＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ダイオードボロメータ型のセンサで、Ｓｉからなる。

ガラスエポキシ基板２０は、種々の機能を発揮する回路を含む基板である。ガラスエポキシ基板２０は、板状のガラスエポキシ基材２０ａと、このガラスエポキシ基材２０ａの両面に形成された、電極パターン２０ｂおよび電極パターン２０ｃを有する。電極パターン２０ｂ、電極パターン２０ｃは、ガラスエポキシ基板２０上に固定された赤外線検出素子１０および図示しない他の電子デバイスを電気的に接続し、また他の回路基板および外部の電源等に接続するインターフェイス等を提供する。ガラスエポキシ基材２０ａは、電気的絶縁物であり、接着剤７０でガラスエポキシ基板２０に接着されているレンズ保持部材８０、電極パターン２０ｂ、２０ｃにＡｇペースト６０によって接合されている赤外線検出素子１０および他の電子デバイスなどとの線膨張係数差によって、光センサモジュール１０１の動作中、温度上昇により応力が生じる。ガラスエポキシ基材２０ａは、この応力に起因する反りなどの変形が生じ難いように厚さの厚い材料が好ましく、一般的には、例えば厚さ０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のガラスエポキシ基材２０ａが用いられる。

また、図１および図２では、ガラスエポキシ基板２０には赤外線検出素子１０が１枚のみ配置されている例を示しているが、１枚のガラスエポキシ基板２０に複数の赤外線検出素子１０を配置してもよい。さらに、ガラスエポキシ基板２０の個数は１個であるが、ガラスエポキシ基板２０の個数は１個に限定されない。例えば、１枚のガラスエポキシ基板２０内に複数の同一の電極パターン２０ｂ、２０ｃを設け、個々の電極パターン２０ｂ、２０ｃ上に１枚ずつ赤外線検出素子１０および他の電子デバイスを配置して接合し、個々の赤外線検出素子１０の領域をそれぞれレンズ保持部材８０で覆うことで封止した後、個々の電極パターン２０ｂ、２０ｃごとに切断して分割するような構成としても良い。

電極パターン２０ｂおよび電極パターン２０ｃは、同じ材料が用いられるのが一般的である。一方の電極パターン２０ｂには、赤外線検出素子１０がＡｇペースト６０によって接合され、また電極パターン２０ｂは、Ａｕワイヤ等で接合部を形成することで、他の電子デバイスと赤外線検出素子１０とを電気的に接続する。このような電極パターン２０ｂは、赤外線検出素子１０と、外部の回路とを電気接続するための配線部材であるため、電気抵抗の小さい金属が好ましい。よって、電極パターン２０ｂ、２０ｃは、一般的には例えば１０〜４０μｍ程度のＣｕ箔が用いられる。

ガラスエポキシ基板２０上に形成された電極パターン２０ｂと赤外線検出素子１０とは、接合材であるＡｇペースト６０により接合されている。Ａｇペースト６０によって赤外線検出素子１０が接合される時は、既に他の電子部品がはんだによってガラスエポキシ基板２０上に接合されている。そのため、赤外線検出素子１０の接合時に周囲のはんだが再溶融しないように、Ａｇペースト６０の硬化温度がはんだの融点未満であることが好ましい。また、赤外線検出素子１０の温度上昇を避けるため接合材は熱伝導率が大きい方が好ましい。そのため、接合材はＡｇペーストに限らず他の導電性接着剤、あるいはＡｇナノ粒子ペースト等の焼結接合材でもかまわないが、接着温度、熱伝導率、コスト等の観点からＡｇペーストを用いるのが好ましい。

接着剤７０はレンズ保持部材８０の底面８４と、ガラスエポキシ基板２０の赤外線検出素子１０が接合された側の面とを接着する。接着剤７０によってレンズ保持部材８０が接着される時は、ガラスエポキシ基板２０の表面に赤外線検出素子１０がＡｇペースト６０によって接着され、他の電子部品がはんだによって接合され、それらを電気的に接続するための部材であるＡｕワイヤ等が配線されている。そのため、接着剤７０の硬化時にガラスエポキシ基板２０上に実装されている他の部材が破壊したり、はんだが再溶融したりしないように、接着剤７０の硬化温度は、赤外線検出素子１０、他の電子部品、レンズ保持部材８０の耐熱温度、およびはんだの融点より低いことが好ましい。

また、これらの部材はレンズ保持部材８０の内側に収納されるため、ワイヤが外れたり、近接するワイヤ同士が接触しないように、接着剤７０はレンズ保持部材８０の内側には濡れ広がらないようにすることが好ましい。加えて、接着剤７０をガラスエポキシ基板２０上に塗布して、塗布した接着剤７０上にレンズ保持部材８０を配設してから、接着剤７０が硬化する前に作業者による搬送工程が入ると、搬送時の振動あるいは落下時の衝撃等によってレンズ保持部材８０が剥離したり移動したりする。これによって赤外線検出素子１０に赤外線を集光できず、撮像できなかったり画像が欠けたり、ピントがズレたり等の問題を生じる恐れがある。したがって、塗布した接着剤７０上にレンズ保持部材８０を配設するのと同じ装置内で接着剤７０を硬化でき、周囲の部材にダメージを与えず接着剤７０を硬化できるのが好ましい。このため、接着剤７０にはＵＶを照射することで硬化するＵＶ硬化接着剤、またはＵＶと、はんだの融点あるいは周囲の部材の耐熱温度未満の加熱を併用することで硬化する、ＵＶ熱硬化接着剤を使用するのが好ましい。

同じように、塗布した接着剤７０上にレンズ保持部材８０を配設するとき、レンズ保持部材８０を搭載するための荷重が小さかったり、接着剤７０の塗布量が多すぎたりすると、レンズ保持部材８０がガラスエポキシ基板２０に対して傾き、赤外線検出素子１０に赤外線を集光できなくなる恐れがある。逆にレンズ保持部材８０を搭載するための荷重が大きすぎると、接着剤７０が変形してレンズ保持部材８０の底面８４の内外側に設計値を超えて濡れ広がる恐れがある。レンズ保持部材８０の外側に濡れ広がった接着剤７０は光センサモジュール１０１の製品への組付けを阻害する恐れがある。また、レンズ保持部材８０の内側に濡れ広がった接着剤７０がワイヤ等の配線部材に接触して、ワイヤとガラスエポキシ基板２０との接合部が外れたり、ワイヤが倒れて近接するワイヤと接触したりする恐れがある。一方、接着剤７０の塗布量が小さすぎると、レンズ保持部材８０の底面８４に接着剤７０が十分濡れ広がらず、接着強度が弱くなるため光センサモジュール１０１の信頼性が低下する恐れがある。

レンズ保持部材８０は、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂、金属等によって、平板状の上面部と上面部の外縁に連なる側部と、側部により囲まれている開口部とを備える箱である。上面部の形状は本実施の形態１では正方形としたが、長方形でも円形でも楕円形などでもかまわない。また、レンズ保持部材８０は、その上面部内にレンズ９０が一体となるよう固定されており、レンズ９０を透過した赤外線が赤外線検出素子１０の受光部で集光する位置で、接着剤７０によって底面８４の全周がガラスエポキシ基板２０に接着されている。レンズ保持部材８０の内側を真空引きすることで赤外線検出素子１０を封止している。レンズ保持部材８０の接着面である底面８４の接着面積を増やして接着強度を上げるために、図１および図２に示すように、正方形の各辺が外側に張り出すように縁部８１が形成されている。加えて、正方形の４角に当たる部分にはレンズ保持部材８０の底面８４から、レンズ保持部材８０と対向するガラスエポキシ基板２０側に向かって、底部の径がレンズ保持部材８０の底面８４の幅以下の円錐台形状の突起８２が形成されており、突起８２の先端とガラスエポキシ基板２０とが当接するようにしてレンズ保持部材８０の底面８４とガラスエポキシ基板２０とが接着されている。

レンズ保持部材８０に熱可塑性樹脂を使用する場合は、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）が一般的である。ＰＣの他にもＰＡ６６（ＮＹＬＯＮ６６）、ＰＢＴ（ＰｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＰＳ（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ）等を使用することができ、これらの樹脂は耐熱性が高いため、接着剤７０を硬化させる際に加熱が必要である場合でも加熱温度を高く設定できるため好ましい。レンズ保持部材８０の底面８４とガラスエポキシ基板２０との間に接着剤７０を介在させて接着するため、突起８２の高さが接着剤の厚さとなる。突起８２の高さは、ガラスエポキシ基板２０の反り量、およびレンズ保持部材８０とガラスエポキシ基板２０との間の線膨張係数差によって生じる応力を吸収できる程度に高く、かつ塗布した接着剤７０の厚さよりは低い程度に設定するのがよく、具体的には１０〜２００μｍ程度とするのが好ましい。

レンズ９０は、本実施の形態１においては両面が凸状球面のシリコンレンズであり、外周がレンズ保持部材８０に覆われ一体となっていることで、レンズ保持部材８０の上面部に固定されている。そのため、レンズ保持部材８０が移動するとレンズ９０もレンズ保持部材８０とともに移動するため、レンズ保持部材８０の移動により赤外線検出素子１０との相対位置が変化してしまう。また、レンズ９０は赤外線を透過するが可視光は透過しないため、このレンズ９０を通してレンズ保持部材８０の内部を観察することはできなくなっている。

赤外線検出素子１０により、正しく撮像されるために、レンズ９０の位置はレンズ９０の集光点が赤外線検出素子１０の受光部に重なるよう組立てられる。しかし、特にレンズ９０とレンズ保持部材８０とが一体的に形成されている場合、レンズ保持部材８０が赤外線検出素子１０に対して傾いていると、レンズ９０の集光点が赤外線検出素子１０の受光部から外れて、赤外線検出素子１０が正常に受光できなくなる可能性がある。これによって、赤外線検出素子１０が撮像できなくなったり、微小な変位であっても画像が欠けたり、ピントが合わなくなったりする等の恐れがある。

またレンズ保持部材８０が配設されたとき、レンズ保持部材８０内に収納されるガラスエポキシ基板２０の電極パターン２０ｂ上には、赤外線検出素子１０を動作させるための配線部材等が存在する。そのため、レンズ保持部材８０を接着剤７０上に配設した時、塗布された接着剤７０の量が多かったり、レンズ保持部材８０を搭載するノズルの荷重が大きかったりすると、レンズ保持部材８０によって押しつぶされてレンズ保持部材８０の内側に濡れ広がった接着剤７０が、レンズ保持部材８０の内側の配線部材と接触する。接着剤７０と接触した配線部材は、変形して周囲の配線部材と接触したり、配線が切れたりすることで光センサモジュール１０１が動作しなくなる等の不良の恐れが生じる。

レンズ保持部材とレンズが別体となっている光センサモジュールの場合は、微小な変位であれば、レンズ保持部材を基板に接着する接着剤の硬化後に再度レンズの集光点が赤外線検出素子の受光部に重なるようにレンズの位置を再調整できる。しかし、本願の光センサモジュールでは部品点数を減らしてコストを削減するため、レンズ保持部材８０とレンズ９０は一体となって成形されており、レンズ保持部材８０を接着剤７０上に搭載した後は、レンズ９０の位置を再調整することができない。このため、接着剤７０の硬化前であっても赤外線検出素子１０の受光部とレンズ９０の集光点との相対位置が合わないことによる不良が発生する恐れは、レンズ保持部材８０とレンズ９０が別体となっている光センサモジュールと比較して大きい。

これを防ぐためには、塗布された接着剤７０の量あるいはレンズ保持部材８０の搭載荷重に関わらず、レンズ保持部材８０の底面８４がガラスエポキシ基板２０に対して平行となるようレンズ保持部材８０を配設することが重要である。このため、本実施の形態１による光センサモジュールでは、図１および図２に示すように、レンズ９０が固定されているレンズ保持部材８０の４か所の角部の底面８４に同じ高さの突起８２を設けている。

これによって、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の底面８４との間に突起８２の高さの分だけ空間が形成される。このため、レンズ保持部材の底面が平面で突起８２が無い場合に比較して、レンズ保持部材８０によって押しつぶされてレンズ保持部材８０の底面８４の下から飛び出し、レンズ保持部材８０の内側に濡れ広がる接着剤７０の体積を抑制できる。また、図３に示す比較例としての、突起が無い光センサモジュールでは、レンズ保持部材８０の内側に濡れ広がった接着剤７０は半円に近い形状となる。これに対して、本実施の形態１による光センサモジュール１０１では、図４に示すように内側に濡れ広がった接着剤７０は扇形に近い形状となるため、接着剤７０がガラスエポキシ基板２０の表面に濡れ広がる距離Ａを抑制できる。そのため、レンズ保持部材８０によって押しつぶされてレンズ保持部材８０の内側に濡れ広がる接着剤７０が、レンズ保持部材８０の内側の配線部材と接触することを抑制できる。

また、４ヶ所に形成した突起８２の高さを同じにしてガラスエポキシ基板２０に突起８２の先端を当接させることで、レンズ保持部材８０がガラスエポキシ基板２０に対して傾くのを防止できる。このため、レンズ保持部材８０に一体的に形成され固定されているレンズ９０がガラスエポキシ基板２０上に接合されている赤外線検出素子１０に対して傾くのを防止できる。このとき突起８２の形状を、底面の径がレンズ保持部材８０の底面８４の幅より小さい円錐台とすることで、レンズ保持部材８０が接着剤７０上に配設される時、非常に小さい搭載荷重でも突起８２の先端が接着剤７０に接触してから、接着剤７０を押しのけてガラスエポキシ基板２０の表面に当接させることができる。レンズ保持部材８０の底面８４に突起８２を設けてガラスエポキシ基板２０に接着剤７０で接着した断面の様子を図５に示す。

さらに、ガラスエポキシ基板２０の主な材料であるガラスエポキシと、レンズ保持部材８０の主な材料である熱可塑性のプラスチックとは線膨張係数が異なるため、赤外線検出素子の駆動あるいは周囲の温度変化によって接着部に応力が生じる。この応力は、光センサモジュールの使用時間が長くなるほど繰返し生じるため、接着部分が疲労によって破壊したり剥離したりする懸念がある。これによっても、レンズ保持部材８０の位置が変化して、赤外線検出素子１０の受光部とレンズ９０の集光点との相対位置が変化してしまい、赤外線検出素子１０が撮像できなくなったり、画像が欠けたり、ピントが合わなくなったりする等の恐れが生じる。

本実施の形態１による光センサモジュールでは、突起８２の高さの分だけガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の底面８４との間に形成された空間に接着剤７０が濡れ広がることで、突起が無い光センサモジュールと比較して接着剤７０が厚くなる。これにより、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の線膨張係数差によって接着剤７０に生じるせん断ひずみを、突起が無い光センサモジュールと比較して低減できるため接着剤７０による接着部を長寿命化できる。

突起８２は、レンズ保持部材８０の接着剤７０と接着される接着面である底面８４のどの部分にどんな形状で何個形成してもかまわない。例えば、図６の平面図および図６のＡ−Ａ位置での断面図である図７に示すように、レンズ保持部材８０の各角と各辺の中央の計８ヶ所に円柱形状の突起を設けてもかまわない。また角柱形状の突起でもよい。あるいは、図８の平面図および図８のＡ−Ａ位置での断面図である図９に示すように、レンズ保持部材８０の各辺の中央の計４ヶ所に三角錐形状の突起を設けてもかまわない。また四角推形状の突起でもよい。

レンズ保持部材８０が接着剤７０上に配設される時に、先端が接着剤７０に接触する場所に突起８２を形成した場合、突起８２が非常に小さい搭載荷重でも接着剤７０を押しのけてガラスエポキシ基板２０の表面に当接させることができるよう、突起８２は先端の面積がレンズ保持部材８０の底面８４と比較して十分小さい形状が好ましい。例えば、円柱あるいは一辺の長さが底面８４の幅の正方形以下の面積の角柱などの柱状、円錐、角錐などの錐状、円錐台、角錐台などの錐台状であることが好ましい。底面８４から先端にかけて断面積が小さくなる、すなわち断面積が先端が底部よりも狭い、錐状、錐台状は、レンズ保持部材８０が射出成型によって形成される場合は金型から抜取り易く、かつ接着剤７０を押しのけ易い形状であるため、特に好ましい。また、半球など曲面を有する突起としても良い。

加えて、レンズ保持部材８０をガラスエポキシ基板２０上に塗布された接着剤７０上に配設する時、レンズ保持部材８０と一体となって成形されたレンズ９０がガラスエポキシ基板２０に対して平行となるよう、同じ高さの突起８２を３個以上有している必要がある。

また、図１０の拡大断面図に示すように、突起８２の先端の接着剤７０およびガラスエポキシ基板２０と接触している角部を丸めるよう突起８２を形成すると、光センサモジュール１０１の温度変化によって生じる応力が突起８２の先端の角部に集中しなくなる。そのため、熱応力による応力集中で接着剤がレンズ保持部材の内周から剥離するのを防ぎ、光センサモジュール１０１をより長寿命化できる。加えて、高さ方向へのレンズ保持部材８０の位置ズレも防止できるためより好ましい。

また、レンズ保持部材８０の底面８４の表面の面粗さを、レンズ保持部材８０の他の場所と比較して粗くすると、レンズ保持部材８０と接着剤７０との接着強度がより大きくなるため、接合信頼性を向上でき、より好ましい。

さらに、ガラスエポキシ基板２０と当接する突起８２の先端の面粗さを、レンズ保持部材８０の他の表面と比較して粗くすると、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０との摩擦力が大きくなる。そのため、接着剤７０の硬化収縮等により、レンズ保持部材８０が位置ズレすることによる赤外線検出素子１０の受光部とレンズ９０の光学中心との位置ズレを抑制できるため、より好ましい。

以上説明したように、実施の形態１にかかる光センサモジュール１０１によれば、レンズ保持部材８０の接着剤７０により接着される接着面である底面８４に突起８２を設けることで、突起８２の高さの分だけガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の底面８４との間に空間が形成される。これによって、レンズ保持部材８０の内側に濡れ広がる接着剤７０の体積を抑制できる。加えて、万一レンズ保持部材８０の内側に接着剤７０が濡れ広がっても、濡れ広がった接着剤７０は扇形に近い形状となるため、接着剤７０がガラスエポキシ基板２０の表面に濡れ広がる距離Ａを抑制できる。そのため、レンズ保持部材８０の内側に濡れ広がった接着剤７０が、レンズ保持部材８０の内側の配線部材と接触するのを防止できる。また、複数形成した突起８２の高さを同じにしてガラスエポキシ基板２０に突起８２の先端を当接させることで、レンズ保持部材８０と一体で形成されているレンズ９０が赤外線検出素子１０に対して傾いて、赤外線検出素子１０が撮像できなくなったり、画像が欠けたり、ピントが合わなくなったりするのを防止できる。さらに、突起が無い光センサモジュールと比較して接着剤７０が厚くなるため、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の線膨張係数差によって接着剤７０に生じるせん断ひずみを低減できるため、接着剤７０による接着部を長寿命化でき、高品質な光センサモジュール１０１を得ることができる。

実施の形態２．
図１１は実施の形態２による光センサモジュール１０２の概略構成を示す平面図、図１２は図１１のＡ−Ａ位置での断面図である。本実施の形態２による光センサモジュール１０２も基本的に実施の形態１における光センサモジュール１０１と同じ構成を有するが、以下の点で相違する。ここでは、主に相違点について説明を行い、同じ構成部分についてはその説明を省略する。なお、図１１および図１２は光センサモジュール１０２における基本的な構成部分のみを図示する模式図であり、その他の構成部分については説明を省略する。

実施の形態１では、接着剤７０でレンズ保持部材８０の底面８４の全周を接着後にレンズ保持部材８０内を真空とすることで赤外線検出素子１０を封止していた。これに対して本実施の形態２では、図１１および図１２に示すように赤外線検出素子１０上に光透過部材である透光板１５が枠１５１を介して赤外線検出素子１０の表面から距離を離して接合されている。赤外線検出素子１０と透光板１５の間に形成される空間内を真空とすることで赤外線検出素子１０を封止し、レンズ保持部材８０内は真空封止されていない点で実施の形態１と相違する。

レンズ９０と同じ赤外線を透過する材料であるシリコンで形成された透光板１５は、枠１５１と接合される部分に金属がコーティングされており、赤外線検出素子１０の表面に接合された枠１５１にはんだ接合される。このようにして透光板１５が赤外線検出素子１０の受光部の光入射側に固定され、赤外線検出素子１０と一体となることで、赤外線検出素子１０の受光部を覆っている。赤外線検出素子１０、枠１５１、透光板１５で覆われた内部は真空封止されている。また、透光板１５は赤外線を透過するが可視光は透過しないため、この透光板１５を通して赤外線検出素子１０の受光部を観察することはできない。

本実施の形態２では、レンズ保持部材８０の底面８４とガラスエポキシ基板２０を接着剤７０で接着する位置をレンズ保持部材８０の４角のみとして、レンズ保持部材８０の底面８４に同じ高さの突起８２をレンズ保持部材８０の各辺の中央にそれぞれ計４ヶ所設けている。

赤外線検出素子１０を透光板１５で真空封止することによって、レンズ保持部材８０内を真空封止する必要がないため、レンズ保持部材８０の底面８４の全周を接着剤７０で接着する必要がない。接着剤７０は接着部分が疲労によって破壊したり剥離したりしない程度に塗布すればよく、例えば図１１および図１２に示すようにレンズ保持部材８０の４角にのみに塗布するようにしてもよい。この場合、接着剤７０により接着するレンズ保持部材８０の４角のみに縁部８１を設けることにより、レンズ保持部材８０の接着面積が少なくなった分だけ底面８４の面積を小さくでき、光センサモジュール１０２全体を小型化できる。また、接着剤７０で全周を接着した場合と比較して接着剤７０の接着面積は小さくなるため、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０の線膨張係数差によって接着剤７０に生じるせん断ひずみが低減される。このため、接着剤７０による接着部を長寿命化できるという本願に開示する光センサモジュールの効果はより効果的なものとなる。

さらに、図１１および図１２に示すように、突起８２をレンズ保持部材８０の各辺の中央の計４ヶ所に設けるなど、接着剤７０が塗布されていない場所に突起８２を設けることが容易になるため、突起８２の形状をより自由に選択できるようになる。さらに、突起８２の先端とガラスエポキシ基板２０との間に接着剤が入り込むことが無いため、突起８２の先端をガラスエポキシ基板２０の表面に確実に当接できるようになる。これによって、レンズ保持部材８０と一体で形成されているレンズ９０がガラスエポキシ基板２０上に接合されている赤外線検出素子１０に対して傾いて撮像できなくなったり、画像が欠けたり、ピントが合わなくなったりするのを防止する効果もより確実となる。

なお、上記では、レンズ保持部材８０の底面８４の全周ではなく４角のみで接着するようにしたが、透光板１５と枠１５１により真空封止を行う構成において、実施の形態１で説明したのと同様、レンズ保持部材８０の底面８４の全周を接着剤７０で接着するようにしてもよい。この場合であっても、レンズ保持部材８０の内部を真空封止する必要がないため、接着は気密である必要がない。

実施の形態３．
図１３は実施の形態３による光センサモジュール１０３の概略構成を示す平面図、図１４は図１３のＡ−Ａ位置での断面図である。本実施の形態３による光センサモジュール１０３も基本的に実施の形態１による光センサモジュール１０１と同じ構造を有するが、以下の点で相違する。ここでは、主に相違点について説明を行い、同じ構成部分についてはその説明を省略する。なお、図１３および図１４は光センサモジュール１０３における基本的な構成部分のみを図示する模式図であり、その他の構成部分については説明を省略する。

本実施の形態３では、図１３および図１４に示すように、レンズ保持部材８０の底面８４に設けられた突起８２の先端に、突起８２の先端から、円錐台形状の位置決め突起８２ａが突起８２と一体となって形成されている。位置決め突起８２ａと対向するガラスエポキシ基板２０の位置には、位置決め孔２１が形成され、位置決め突起８２ａが位置決め孔２１に挿入された状態でレンズ保持部材８０の底面８４とガラスエポキシ基板２０とが接着されている。

レンズ保持部材８０を、ガラスエポキシ基板２０に塗布された接着剤７０上に配設する時に、位置決め突起８２ａが位置決め孔２１に挿入されてから、突起８２の先端がガラスエポキシ基板２０に当接して、ガラスエポキシ基板２０とレンズ保持部材８０が接着剤７０によって接着される。これによって、例えばガラスエポキシ基板２０上に塗布された接着剤７０上にレンズ保持部材８０を配設する時に、接着剤７０の変形に伴ってレンズ保持部材８０の位置が少し移動または回転しようとしても、位置決め突起８２ａが位置決め孔２１に挿入されているため、レンズ保持部材８０がずれることなく接着できる。

また、位置決め突起８２ａの底面の径と、位置決め孔２１の径を同じにしておくことで、レンズ保持部材８０の接着時の接着剤７０の収縮、あるいは光センサモジュール１０３の駆動もしくは周囲の温度変化により接着剤７０の変形等が生じても、位置決め孔２１内に挿入された位置決め突起８２ａは底面の部分で位置決め孔２１の入口と接触しているため、位置決め突起８２ａと位置決め孔２１の相対位置は変化しない。このため、レンズ保持部材８０の位置が変化して、赤外線検出素子１０の受光部とレンズ９０の集光点との相対位置が変化してしまい撮像できなくなったり、画像が欠けたり、ピントが合わなくなったりする等の不良を防止することができる。

以上のように、突起８２の先端に位置決め突起８２ａ、およびガラスエポキシ基板２０に位置決め孔２１を形成して、位置決め突起８２ａを位置決め孔２１に挿入することで、レンズ保持部材８０のガラスエポキシ基板２０上での位置決めを確実に行うことができる。さらに、接着時、接着後の接着剤７０の変形あるいは温度変化で生じる熱応力によってもレンズ保持部材８０が位置ズレしないため、赤外線検出素子１０の受光部とレンズ９０の光学中心との位置ズレを防止することができる。

また、本実施の形態３では、突起８２をレンズ保持部材８０の４角に形成し、それぞれの突起８２に位置決め突起８２ａを設けて、位置決め突起８２ａに対向するガラスエポキシ基板の位置に位置決め孔２１を形成した。これに限らず、位置決め突起８２ａを有する突起８２をレンズ保持部材８０の各角と各辺の中央の計８ヶ所に設けてもかまわないし、レンズ保持部材８０の各辺の中央の計４ヶ所に設けてもかまわない。また、全ての突起８２に位置決め突起８２ａを設けず、一部の突起８２のみに位置決め突起８２ａを設けるようにしても良い。しかし、レンズ保持部材８０のガラスエポキシ基板２０上での位置決め、および接着時、接着後のレンズ保持部材８０の位置ズレ防止の効果を得るためには、位置決め突起８２ａと位置決め孔２１はお互いが対向する位置で、かつ少なくとも２ヶ所以上配置する必要がある。

さらに、本実施の形態２のように、赤外線検出素子１０上に光透過部材である透光板１５をはんだ接合し、赤外線検出素子１０と透光板１５の間に形成される空間内を真空とすることで赤外線検出素子１０を封止し、レンズ保持部材８０内は真空封止されていない構成としてもよい。レンズ保持部材８０内を真空封止する必要がないため、接着剤７０をレンズ保持部材８０の底面８４の全周に塗布する必要がなくなり、突起８２を接着剤７０が塗布されない位置に設けることが容易になる。さらに、接着剤７０が位置決め孔２１からガラスエポキシ基板２０の裏面に漏れ出すのを防止できるとともに、レンズ保持部材８０をガラスエポキシ基板２０上で位置決めし、接着時、接着後のレンズ保持部材８０の位置ズレを防止できる本実施の形態３の効果がより確実なものとなる。

本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０赤外線検出素子（光検出素子）、１５透光板（光透過部材）、２０ガラスエポキシ基板（基板）、２０ａガラスエポキシ基材、２０ｂ、２０ｃ電極パターン、２１位置決め孔、６０Ａｇペースト、７０接着剤、８０レンズ保持部材、８２突起、８２ａ位置決め突起、８４底面、９０レンズ、１０１、１０２、１０３光センサモジュール

Claims

表面に電極パターンが形成された基板と、
前記電極パターンに電気接続されるとともに、前記基板に固定された、光を検出する光検出素子と、
レンズが固定され、前記光検出素子を取り囲む位置で前記基板に接着剤で接着されたレンズ保持部材と、を備えた光センサモジュールにおいて、
前記基板に接着される前記レンズ保持部材の底面は分散配置された、先端に面を有するとともに、先端の面粗さが、前記レンズ保持部材の他の表面の面粗さよりも粗い突起を有し、前記突起の先端が前記基板と接していることを特徴とする光センサモジュール。
前記突起の形状は柱状であることを特徴とする請求項１に記載の光センサモジュール。
前記突起の、前記底面に平行な断面における断面積は、先端が底部よりも狭く、前記接着剤が前記底面から濡れ広がっていることを特徴とする請求項１に記載の光センサモジュール。
前記突起の形状は円錐台または角錐台であることを特徴とする請求項３に記載の光センサモジュール。
前記突起の角部が丸められていることを特徴とする請求項２または４に記載の光センサモジュール。
前記突起の先端から突き出す位置決め突起を有し、この位置決め突起が前記基板に設けられた位置決め孔に挿入されていることを特徴とする請求項２、４、５のいずれか１項に記載の光センサモジュール。
前記突起を３個以上有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光センサモジュール。
前記光検出素子の光入射側が、光透過部材を含む部材で真空封止されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光センサモジュール。