JP7900147B2 - 光センサ - Google Patents
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Description
なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチングが省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
図1は、一実施形態にかかる例示的な光センサ10の概略断面図である。光センサ10は、発光素子20と集積回路30を備え、集積回路30は1つまたは複数(例えば2つ)の受光素子40を含む。光センサ10は、例えば、反射型フォトセンサとして具現化されている。反射型フォトセンサは、フォトリフレクタとも呼ばれる。また、受光素子40を含む集積回路30は、光集積回路(フォトIC)とも呼ばれる。発光素子20には、例えば垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などの半導体レーザ素子を用いることができる。また、受光素子40には、例えばフォトダイオード(PD)を用いることができる。
図2は、基板50の主面52に配置された構造の一例を示す光センサ10の概略平面図である。また、図3は、基板50の裏面54に配置された構造の一例を示す光センサ10の概略平面図(透視図)である。なお、上記で説明した図1は、図2のF1-F1線に沿った断面図である。図2においては、分かり易くするために、被覆部材90を二点鎖線で示している。
図1および図2に示されるように、基板50の主面52に設けられた第1導電層60は、発光素子20が実装される第1実装部62と、集積回路30が実装される第2実装部64とを含む。第1実装部62は、複数(例えば2つ)の素子側導電パターン621,622を含み、第2実装部64は、複数(例えば7つ)の回路側導電パターン641,642,643,644,645,646,647を含む。なお、各実装部62,64における導電パターンの数および形状は一例に過ぎず、異なる数および形状の導電パターンが採用されてもよい。
まず、第1実装部62について説明する。なお、以下では、説明を分かり易くするために、素子側導電パターン621,622をそれぞれ第1および第2素子側導電パターン621,622とも称す。
次に、第2実装部64について説明する。なお、以下では、説明を分かり易くするために、回路側導電パターン641~647をそれぞれ第1~第7回路側導電パターン641~647とも称す。
図2に示されるように、第1実装部62のワイヤボンディング領域62Bは、第1の辺50A寄りに配置されている。同様に、第2実装部64のワイヤボンディング領域64B1~64B6は、第1の辺50A寄りに配置されている。すなわち、すべてのワイヤボンディング領域62B,64B1~64B6が、基板50の一つの辺、特に図2の例では、長辺となる第1の辺50Aに沿って配置されている。この配置では、ワイヤボンディング位置が基板50の一辺にまとめられるため、レイアウトを効率化することができる。さらには、すべてのワイヤ111~116の延出方向が実質的にほぼ一方向に揃うため、ワイヤボンディング工程を容易にかつ精度よく行うことが可能となる。
図1および図3に示されるように、基板50の裏面54に設けられた第2導電層70は、複数(例えば7つ)の導電パターン721,722,723,724,725,726,727を含む。なお、第2導電層70の導電パターンの数および形状は一例に過ぎず、異なる数および形状の導電パターンが採用されてもよい。
導電パターン721は、発光素子20と集積回路30とを電気的に接続する配線接続部として設けられている。この導電パターン721は、ビア導体821,823に接続されている。したがって、発光素子20は、第1素子側導電パターン621(第1導電層60の第1実装部62)、ビア導体821(導電ビア層80)、導電パターン721(第2導電層70)、ビア導体823(導電ビア層80)、第1回路側導電パターン641(第1導電層60の第2実装部64)、およびワイヤ111を介して集積回路30のパッド31に電気的に接続されている。その結果、図3の例では、集積回路30の動作時に、パッド31は、発光素子20の第2電極(カソード電極)の電位に設定される。
導電パターン722は、発光素子20用の端子部として設けられている。図3の例では、導電パターン722は、発光素子20を駆動するのに必要な電源電圧(例えば、VCSEL用の電源電圧)が印加される電源端子部722Tとして設けられている。導電パターン722は、ビア導体822に接続されている。したがって、導電パターン722に印加された電源電圧は、ビア導体822(導電ビア層80)、第2素子側導電パターン622(第1導電層60の第1実装部62)、およびワイヤ101を介して発光素子20の第1電極24(アノード電極)に供給される。ビア導体822は、第1ビア導体の一例である。
図1および図2に示されるように、被覆部材90は、基板50の平面視において、発光素子20と集積回路30との間に溝92を含む。この溝92は、平面視において、基板50の主面52を、第1実装部62が配置される第1領域と、第2実装部64が配置される第2領域とに区画している。図1の例では、溝92は、被覆部材90を第1被覆部90Aと第2被覆部90Bとに分離するスリットである。すなわち、被覆部材90は、発光素子20を覆う第1被覆部90Aと、集積回路30を覆う第2被覆部90Bとを含み、これら第1被覆部90Aと第2被覆部90Bは互いに離間して、基板50を露出させるスリットを溝92として画定している。
図1および図2に示されるように、基板50は、被覆部材90の溝92に対応する位置に溝56を含み得る。この溝56は、基板50の主面52から所与の深さ(微小深さ)を有する凹溝として形成されている。このような溝56を基板50に形成することで、第1導電層60を第1実装部62と第2実装部64との2つに、より適切に切断することができる。なお、被覆部材90の溝92により第1導電層60が第1実装部62と第2実装部64との2つに切断されるのであれば、基板50の溝56は必ずしも形成されていなくてもよい。
図4は、上述した光センサ10を備える光センサシステム10Sの概略ブロック回路図である。
図4に示されるように、光センサ10において、集積回路30は、集積回路30に搭載される内部回路の一つとして、発光素子20を駆動するための発光素子駆動回路(図4では「DRV」で示される)200を含み得る。
次に、光センサ10の作用について説明する。
光センサ10は、発光素子20と集積回路30(受光素子40)とを覆う透光性の被覆部材90を含む。この被覆部材90は、基板50の平面視において、発光素子20と集積回路30との間に溝92を含む。この溝92により、発光素子20からの拡散光に起因したクロストークを低減して、受光素子40による物体の検出精度が低下することを抑制することができる。
(1)発光素子20は、第1導電層60の第1実装部62、導電ビア層80、第2導電層70、および第1導電層60の第2実装部64を介して、集積回路30に電気的に接続されている。これにより、基板50の主面52上で第1実装部62と第2実装部64とが溝92によって物理的に切断されていても、導電ビア層80および第2導電層70を介して第1実装部62と第2実装部64とを互いに電気的に接続することができる。その結果、基板50の主面52上に配置される導電パターンの面積、すなわち基板50上における配線の長さを短くして、基板50上に実装可能な集積回路30のサイズを大きくすることができる。また、発光素子20を覆う第1被覆部90Aと、集積回路30(受光素子40)を覆う第2被覆部90Bとが、溝92(空気層)によって互いに分離されるため、発光素子20からの拡散光に起因したクロストークも低減することができる。
(10)発光素子20は垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)であり、受光素子40はフォトダイオード(PD)である。発光ダイオードに比べて高い指向性を有するVCSELを発光素子20に採用することにより、反射型フォトセンサに適した光センサ10を実現することができる。
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態および以下の各変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・受光素子40はフォトダイオードに限定されず、フォトトランジスタでもよい。
・基板50は平面視正方形状であってもよい。
・発光素子駆動回路200は集積回路30に含まれていなくてもよく、第1実装部62上に実装されてもよい。
上記各実施形態および各変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、各付記に記載された構成要素に対応する実施形態の構成要素の符号を括弧書きで示す。符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
基板(50)と、
前記基板(50)に設けられた第1導電層(60)と、
前記第1導電層(60)と異なる層位置に設けられた第2導電層(70)と、
前記第1導電層(60)と前記第2導電層(70)との間に設けられた導電ビア層(80)と、
前記第1導電層(60)に実装された発光素子(20)と、
前記第1導電層(60)に実装され、受光素子(40)を含む集積回路(30)と、
前記基板(50)に設けられ、前記第1導電層(60)とともに前記発光素子(20)および前記集積回路(30)を覆い、前記基板(50)の平面視において前記発光素子(20)と前記集積回路(30)との間に溝(92)を含む透光性の被覆部材(90)と、を備え、
前記第1導電層(60)は、
前記発光素子(20)が実装される第1実装部(62)と、
前記集積回路(30)が実装される第2実装部(64)と、を含み、
前記発光素子(20)は、前記第1実装部(62)、前記導電ビア層(80)、前記第2導電層(70)、および前記第2実装部(64)を介して前記集積回路(30)に電気的に接続されている、光センサ(10)。
前記集積回路(30)は、前記発光素子(20)の駆動回路(200)を含む、付記A1に記載の光センサ(10)。
前記発光素子(20)は、
前記発光素子(20)の主面に配置された第1電極(24)と、
前記発光素子(20)の裏面に配置された第2電極(26)と、を含み、
前記発光素子(20)の前記第2電極(26)は、前記第1実装部(62)、前記導電ビア層(80)、前記第2導電層(70)、および前記第2実装部(64)を介して前記駆動回路(200)に電気的に接続されている、付記A2に記載の光センサ(10)。
前記駆動回路(200)は、前記発光素子(20)の前記第2電極(26)とグランド端子との間に直列に接続された複数のスイッチング素子(210,220)を含む、付記A3に記載の光センサ(10)。
前記第1実装部(62)と前記第2実装部(64)とは前記溝(92)によって物理的に切断されており、
前記第1実装部(62)は、前記溝(92)を境に区画される前記基板(50)の第1領域内に配置されており、
前記第2実装部(64)は、前記溝(92)を境に区画される前記基板(50)の第2領域内に配置されており、
前記発光素子(20)は、前記第1実装部(62)に第1ワイヤ(101)によって接続されており、
前記集積回路(30)は、前記第2実装部(64)に第2ワイヤ(111~116)によって接続されている、付記A1~A4のうちのいずれか一つに記載の光センサ(10)。
前記第2導電層(70)は、
第1電源電圧が供給される第1導電パターン(722)と、
前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧が供給される第2導電パターン(724)と、
を含み、
前記第1電源電圧は、前記第1導電パターン(722)から前記基板(50)の前記第1領域に配置された第1ビア導体(822)を介して前記第1実装部(62)に供給され、
前記第2電源電圧は、前記第2導電パターン(724)から前記基板(50)の前記第2領域に配置された第2ビア導体(825)を介して前記第2実装部(64)に供給される、付記A5に記載の光センサ(10)。
前記第1領域は、前記基板(50)の主面(52)の面積の1/5以下であり、
前記第2領域は、前記基板(50)の前記主面(52)の面積の4/5以上である、付記A5またはA6に記載の光センサ(10)。
前記発光素子(20)は、
前記発光素子(20)の主面に配置された第1電極(24)と、
前記発光素子(20)の裏面に配置された第2電極(26)と、を含み、
前記第1実装部(62)は、
前記発光素子(20)の前記第2電極(26)が実装される素子配置領域(62A)を含む第1素子側導電パターン(621)と、
前記発光素子(20)の前記第1電極(24)にワイヤによって接続されるワイヤボンディング領域(62B)を含む第2素子側導電パターン(622)と、を含み、
前記第2実装部(64)は、複数の回路配置領域(64A1~64A7)と複数のワイヤボンディング領域(64B1~64B6)とを含む複数の回路側導電パターン(641~647)を含み、
前記集積回路(30)は、前記複数の回路配置領域(64A1~64A7)を含む矩形状の配置領域に実装されており、
前記複数のワイヤボンディング領域(64B1~64B6)は、前記集積回路(30)の複数のパッド(31~36)に複数のワイヤ(111~116)によって接続されており、
前記第2素子側導電パターン(622)の前記ワイヤボンディング領域(62B)と、前記複数の回路側導電パターン(641~647)の前記複数のワイヤボンディング領域(64B1~64B6)は、前記基板(50)の一辺(50A)に沿って配置されている、付記A1またはA2に記載の光センサ(10)。
前記基板(50)は平面視矩形状であり、
前記基板(50)の一辺(50A)は前記基板(50)の長辺である、付記A8に記載の光センサ(10)。
前記第1導電層(60)は前記基板(50)の主面(52)に配置されており、
前記第2導電層(70)は前記基板(50)の裏面(54)に配置されており、
前記導電ビア層(80)は前記基板(50)を貫通している、付記A1~A9のうちのいずれか一つに記載の光センサ(10)。
前記被覆部材(90)は、
前記発光素子(20)を覆う第1被覆部(90A)と、
前記集積回路(30)を覆う第2被覆部(90B)と、を含み、
前記第1被覆部(90A)と前記第2被覆部(90B)は互いに離間して、前記基板(50)を露出させるスリットを前記溝(92)として画定する、付記A1~A10のうちのいずれか一つに記載の光センサ(10)。
前記基板(50)は、前記被覆部材(90)の前記スリット(92)に対応する位置に凹溝(56)を含む、付記A11に記載の光センサ(10)。
前記被覆部材(90)の前記溝(92)の幅が、30μm以上100μm未満である、付記A1~A12のうちのいずれか一つに記載の光センサ(10)。
前記発光素子(20)は垂直共振器型面発光レーザであり、
前記受光素子(40)はフォトダイオードである、付記A1~A13のうちのいずれか一つに記載の光センサ(10)。
基板(50)と、
前記基板(50)上に設けられ、電源(BT)から供給される第1電源電圧で動作する発光素子(20)と、
前記基板(50)上に設けられ、前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧で動作する集積回路(30)であって、受光素子(40)を含む前記集積回路(30)と、
を備えた光センサ(10)。
光センサ(10)と、
定電圧レギュレータ(12)と、を備え、
前記定電圧レギュレータ(12)は、
電源(BT)から供給される第1電源電圧を受け取る電圧入力端子(12T1)と、
前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧を出力する電圧出力端子(12T2)と、
を含み、
前記光センサ(10)は、
前記電源(BT)および前記定電圧レギュレータ(12)の前記電圧入力端子(12T1)に接続された第1電源端子(10T1)と、
前記第1電源端子(10T1)に供給された前記第1電源電圧で動作する発光素子(20)と、
前記定電圧レギュレータ(12)の前記電圧出力端子(12T2)に接続された第2電源端子(10T2)と、
前記第2電源端子(10T2)に供給された前記第2電源電圧で動作する集積回路(30)であって、受光素子(40)を含む前記集積回路(30)と、
を含む、光センサシステム(10S)。
10S…光センサシステム
12…定電圧レギュレータ
20…発光素子
24…第1電極
26…第2電極
30…集積回路
31~36…パッド
40…受光素子
50…基板
52…主面
54…裏面
56…溝(凹溝)
60…第1導電層
62…第1実装部
621…第1素子側導電パターン
622…第2素子側導電パターン
62A…素子配置領域
62B…ワイヤボンディング領域
64…第2実装部
641~647…回路側導電パターン
64A1~64A7…回路配置領域
64B1~64B6…ワイヤボンディング領域
70…第2導電層
721~727…導電パターン
80…導電ビア層
82…ビア導体
821~829…ビア導体
90…被覆部材
90A…第1被覆部
90B…第2被覆部
92…溝
101,111~116…ワイヤ
200…発光素子駆動回路
210,220…スイッチング素子
Claims (11)
- 基板と、
前記基板の主面に設けられた第1導電層と、
前記基板の裏面に設けられた第2導電層と、
前記第1導電層と前記第2導電層との間に設けられた導電ビア層と、
前記第1導電層に実装された発光素子と、
前記第1導電層に実装され、受光素子と前記発光素子の駆動回路とを含む集積回路と、
前記基板に設けられ、前記第1導電層とともに前記発光素子および前記集積回路を覆い、前記基板の平面視において前記発光素子と前記集積回路との間に溝を含む透光性の被覆部材と、を備え、
前記第1導電層は、
前記発光素子が実装される第1実装部と、
前記集積回路が実装される第2実装部と、を含み、
前記発光素子は、前記発光素子の主面に配置された第1電極と、前記発光素子の裏面に配置された第2電極とを含み、前記第2電極は、前記第1実装部、前記導電ビア層、前記第2導電層、および前記第2実装部を介して前記駆動回路に電気的に接続されており、
前記駆動回路は、前記発光素子の前記第2電極とグランド端子との間に直列に接続された複数のスイッチング素子を含むことで前記発光素子を外部のバッテリに直接接続可能とするように構成されている、光センサ。 - 前記第1実装部と前記第2実装部とは、前記溝によって物理的に切断されており、
前記第1実装部は、前記溝を境に区画される前記基板の第1領域内に配置されており、
前記第2実装部は、前記溝を境に区画される前記基板の第2領域内に配置されており、
前記発光素子は、前記第1実装部に第1ワイヤによって接続されており、
前記集積回路は、前記第2実装部に第2ワイヤによって接続されている、請求項1に記載の光センサ。 - 前記第2導電層は、
第1電源電圧が供給される第1導電パターンと、
前記第1電源電圧よりも低い第2電源電圧が供給される第2導電パターンと、
を含み、
前記第1電源電圧は、前記第1導電パターンから前記基板の前記第1領域に配置された第1ビア導体を介して前記第1実装部に供給され、
前記第2電源電圧は、前記第2導電パターンから前記基板の前記第2領域に配置された第2ビア導体を介して前記第2実装部に供給される、請求項2に記載の光センサ。 - 前記第1領域は、前記基板の主面の面積の1/5以下であり、
前記第2領域は、前記基板の前記主面の面積の4/5以上である、請求項2または3に記載の光センサ。 - 前記第1実装部は、
前記発光素子の前記第2電極が実装される素子配置領域を含む第1素子側導電パターンと、
前記発光素子の前記第1電極にワイヤによって接続されるワイヤボンディング領域を含む第2素子側導電パターンと、を含み、
前記第2実装部は、複数の回路配置領域と複数のワイヤボンディング領域とを含む複数の回路側導電パターンを含み、
前記集積回路は、前記複数の回路配置領域を含む矩形状の配置領域に実装されており、
前記複数のワイヤボンディング領域は、前記集積回路の複数のパッドに複数のワイヤによって接続されており、
前記第2素子側導電パターンの前記ワイヤボンディング領域と、前記複数の回路側導電パターンの前記複数のワイヤボンディング領域は、前記基板の一辺に沿って配置されている、請求項1に記載の光センサ。 - 前記基板は平面視矩形状であり、
前記基板の一辺は前記基板の長辺である、請求項5に記載の光センサ。 - 前記導電ビア層は前記基板を貫通している、請求項1~6のうちのいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記被覆部材は、
前記発光素子を覆う第1被覆部と、
前記集積回路を覆う第2被覆部と、を含み、
前記第1被覆部と前記第2被覆部は互いに離間して、前記基板を露出させるスリットを前記溝として画定する、請求項1~7のうちのいずれか一項に記載の光センサ。 - 前記基板は、前記被覆部材の前記スリットに対応する位置に凹溝を含む、請求項8に記載の光センサ。
- 前記被覆部材の前記溝の幅が、30μm以上100μm未満である、請求項1~9のうちのいずれか一項に記載の光センサ。
- 前記発光素子は垂直共振器型面発光レーザであり、
前記受光素子はフォトダイオードである、請求項1~10のうちのいずれか一項に記載の光センサ。
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