JPH0846224A - オプトエレクトロニック組立体及びその製造方法及び使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光送信器と光受信器の少なくとも一方として
使用できるオプトエレクトロニック組立体を得ることで
ある。 【構成】 オプトエレクトロニック組立体１０は、放射
スペクトラムの希望の部分に対してほぼ透明な部分を有
する、たわみ可能なポリエステル材料により提供できる
ような、回路基板１２を全体として含む。全面に光学活
性領域２０を有する光電素子１８が、全面が回路基板１
２の透明部分に向かって面して配置される。回路基板１
２の上に電子部品が配置され、導電体１６を介して光電
素子１８に接続され、作動される。光電素子１８はそれ
の全面に配置された接合パッド２２と、接合パッド２２
を導電体１６に接合する接着剤２４も含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光送信器及び光受信器
などのオプトエレクトロニック組立体、及びそれを製造
する方法並びにそれを使用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オプトエレクトロニック組立体は、レン
ズなどの光学素子を通常含み、光電素子の前方に配置さ
れている。たとえば、光電素子は放射を発生する素子ま
たは放射を受ける素子とすることができる。光電素子は
光学活性部分をその上に有し、電気的接続のための接触
領域を更に有する。

【０００３】上述したオプトエレクトロニック組立体
は、カメラの自動焦点応用、または露光制御応用などの
各種の目的に使用できる。そのような装置においては、
光電素子の接触領域は回路基板に電気的に接続される。
回路基板は電子部品も有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既知のオプトエレクト
ロニック組立体の１つの欠点は製造コストが高いことで
ある。既知のオプトエレクトロニック組立体において
は、光電素子はリード付きの表面取り付け部品、または
リード付きのスルーホール部品としてパッケージされて
いる。光電素子は金属リードフレームの上に配置され、
ワイヤボンディング技術によってリードフレームに相互
接続され、透明なプラスチック封入材料で成型される。
次にこの部品は、手作業によるはんだ付け法またはウエ
ーブはんだ付け法を用いて、硬直な回路基板で構成され
ている次に高い組立体に相互接続される。それらの部品
は製造が面倒で、特殊なパッケージのために、リードフ
レームの特殊加工および特殊な成型のために余分な出費
を必要とする。それらの部品は実際の光電素子と比較し
て比較的大きい。また、リードフレームに対する光電素
子の位置が十分には正確でないために、光電素子と光学
要素の位置合わせが困難である。

【０００５】感光領域が回路板に面するように光電素子
を配置する別の既知の組立体においては、放射感知領域
が放射を受けるため、または放射発生領域が放射を発生
するために、妨げられない経路を回路板に設けるための
開口部を回路板に設けることを求められる。更に、光電
素子と回路板の間に電気的接続を求められる。このため
に追加の製造工程を必要とする。更に、開口部を切り開
き、光電素子を回路坂内に配置し、回路板と光電素子を
電気的に相互接続し、オプトエレクトロニック組立体を
全体的に製造するためために特殊な加工を通常求められ
る。それらの要因の全ては製造を一層面倒にし、かつ製
造コストを増大させる。

【０００６】ハレンバック（Ｈａｌｌｅｎｂａｃｈ）他
によって発明され、イーストマン・コダック社（Ｅａｓ
ｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ Ｃｏｍｐａｎｙ）に譲渡され
て、１９９３年６月８日に特許された米国特許第５１４
９９５８号は、光学要素と、光電素子と、この光電素子
に電気的に接続された印刷回路板とを備えたオプトエレ
クトロニック組立体を開示している。このオプトエレク
トロニック組立体は、光電素子を収容して、感光領域が
光を受けられるようにするために、回路板に開口部を有
するものとして開示されている。オプトエレクトロニッ
ク装置すなわちオプトエレクトロニック組立体は、光電
素子と回路板の間で電気的に相互接続されるために、た
とえば、真空蒸着技術または厚膜スクリーニング技術に
よって、光学要素の表面上に形成すべき導電体を更に含
む。

【０００７】上記米国特許においては、透明な非導電性
接着剤を用いて、光電素子を光学要素にまず取り付ける
ことによって、光学要素は光電素子の前方に配置され
る。光学要素はあらかじめ導電性物質で覆われている。
光学要素は、光電素子の型接合パッドに接続するための
第１の隆起部と、回路基板の導電体に接続するための第
２の隆起部とを有する。その次に光電素子／光学要素組
合わせの光電部分が、光電素子を挿入するために回路基
板に予め設けられている開口部に整列させられる。

【０００８】特開昭５９−１９８７７０号が受光電子素
子を開示している。この素子は受光素子であって、それ
の感光領域が透明ガラス基板に面するように装着され
る。受光素子の隆起電極とガラス基板の導電部の相互接
続のために、受光素子はガラス基板から隔てられてい
る。

【０００９】リードフレームと透明な成型コンパウンド
をなくし、後でリードフレームによって複雑にされるこ
とがある光学的位置合わせを最少にすることが望まし
い。また、回路基板に開口部を切り開くなどの、オプト
エレクトロニック組立体の製造に関連する製造工程を無
くすことも望ましい。強固な回路基板を使用することの
結果として、オプトエレクトロニック組立体に課され
る、たとえば、カメラ応用の際の寸法に対する制御、部
品の不均一な熱膨張の関連する諸問題を含めた、諸制約
を最少にすることも望ましい。

【００１０】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、光送信器と光受信器の少なく
とも一方として使用できるオプトエレクトロニック組立
体を得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の１つの
態様に従って、放射スペクトラムの希望の部分に対して
ほぼ透明である部分を少なくとも含むたわみ可能な回路
基板と、前面に光学的に能動的である部分を有する光電
素子（たとえば、発光器、受光器、光反射器、光送信器
等）を含むオプトエレクトロニック組立体が得られる。
光電素子の前面は回路基板の透明な部分に向かって面す
るように配置される。希望によっては、たわみ可能で透
明な回路基板を、硬直であるか、不透明であるかの少な
くとも一方である回路基板の近くに配置されて、その回
路基板に固定できる。たわみ可能な回路基板はポリエス
テル、ポリイミド、ＰＥＮまたはＰＥＴで構成すること
が好ましい。

【００１２】一実施例においては、このオプトエレクト
ロニック組立体は、前記回路基板の上に配置された少な
くとも１つの電子部品と、回路基板の上に配置されて電
子部品と光電素子の間を接続する作動用の導電体とを更
に備える。電子部品と導電体は回路基板の透明な部分の
上に配置することが好ましい。光電素子は、その光電素
子とを作動用の導電体に接続するための少なくとも１つ
の接合パッドを更に備えることができる。前記接合パッ
ドは光電素子の前面上に配置することが好ましい。、一
実施例においては、光電素子を回路基板に接合するため
に導電性接着剤（たとえば、異方性接着剤、等方性接着
剤、モノソトロピック接着剤）を用いる。別の実施例に
おいては、回路基板上の導電体への接続を容易にするた
めに接合パッドは導電性隆起部を含む。このオプトエレ
クトロニック組立体は、回路基板の透明部分の近くに光
電素子の光学的に能動的な部分に向き合った関係で配置
される光学要素（たとえば、レンズ）を更に含むことが
できる。

【００１３】本発明の別の態様においては、オプトエレ
クトロニック組立体を製造する方法が得られる。この方
法は、放射スペクトラムの希望の部分に対してほぼ透明
である部分を少なくとも含み、かつ上に導電体が配置さ
れている回路基板を用意する工程と、前面に光学活性部
分を有する光電素子を用意する工程と、光電素子の光学
活性部分を回路基板の透明な部分に向き合わせて配置す
る工程と、光電素子の前面が回路基板に向かって面し
て、光電素子を作動用の導電体に接続するように、光電
素子を回路基板に固定する工程と、電子部品を回路基板
に固定して、電子部品を作動用の導電体に接続する工程
と、を全体として備える。一実施例においては、光電素
子はそれの全面に接合パッドを含み、この方法は光電素
子の接合パッドを作動用導電体に整列させ、両方を接続
する。別の実施例においては、接合パッドは導電性隆起
部を含む。

【００１４】固定する工程は、回路基板と光電素子との
少なくとも一方に導電性接着剤（たとえば、異方性接着
剤と、等方性接着剤と、モノソトロピック接着剤）を塗
布する工程と、回路基板に向き合わせるために光電素子
の前面を配置する工程とを備えることが好ましい。導電
性接着剤を回路基板に付着する時は、それは導電体を少
なくとも部分的に被覆しなければならない。一実施例に
おいては、この方法は、回路基板の近くに光電素子の光
学活性部分に向き合った関係で光学要素（たとえば、レ
ンズ）を配置す工程を更に含む。別の実施例において
は、回路基板はたわみ可能な材料で構成する。

【００１５】本発明の更に別の態様においては、たわみ
可能な回路基板と、それの上に配置された光電素子（た
とえば、発光器、受光器、光反射器、光送信器等）を有
するオプトエレクトロニック組立体を使用する方法が得
られる。この方法は、たわみ可能な回路基板の少なくと
も一部に放射線を透過させる過程と、光電素子の電気的
特性を変更する過程とを全体として含む。一実施例にお
いては、この方法は光電素子と、回路基板の上に配置さ
れている電子部品との間で信号を交換する過程を更に備
える。

【００１６】本発明の実施例においては、たわみ可能性
を強め、しかも効率と信頼性を維持し、効率的で直線的
なやり方で製造できるオプトエレクトロニック組立体
と、それを製造および使用するための対応する方法が得
られる。本発明の別の実施例においては、光学要素に対
する光電素子の位置合わせが簡単になったオプトエレク
トロニック組立体が得られる。本発明の一実施例におい
ては、機械加工コストを最低にするオプトエレクトロニ
ック組立体が得られる。本発明の一実施例においては、
高周波性能を改善し、これに非常に接近して能動電気部
品を配置することによって、電磁放射の放出を最小にす
るオプトエレクトロニック組立体が得られる。本発明の
一実施例においては、小型軽量で、より高いレベルの組
立体に容易集積化できるオプトエレクトロニック組立体
が得られる。

【００１７】

【実施例】本発明の諸特徴を具体化するオプトエレクト
ロニック組立体１０を図１と図２に示す。図示の組立体
１０は回路基板１２と、表面取り付け技術部品１４と、
光電素子１８と、導電体１６とを全体として含む。本発
明の回路基板１２は、放射スペクトラムの希望の部分に
対してほぼ透明な透明部分を含むようにとくに構成され
る。たとえば、一実施例においては、オプトエレクトロ
ニック組立体１０を用いて、それに入射する可視光の強
さを検出する。したがって、この実施例の回路基板１２
は可視光に対してほぼ透明である。回路基板１２は任意
の適切な材料、好ましくは、たわみ可能なポリマ材料、
一層好ましくは、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥ
Ｔ）などのポリエステル物質を含む。ＰＥＴの一例がマ
イラ（Ｅ．ｉ．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ
＆ Ｃｏｓ．の商標）である。利用できる他の材料に
は、Ａｍｏｃｏから入手できるポリエチレン・ナフタレ
ート（ＰＥＮ）と、ポリイミドおよびアセテートを含
む。ここで使用する「たわみ可能」という用語は、工具
なしで手で形を変えることができ、しかも電気的および
機械的な元の状態を依然として維持する任意の基板を意
味する。たとえば、基板は最低１０度、好ましくは最低
２０度、より好ましくは最低４５度、およびなお一層好
ましくは最低９０度、機械的および電気的な支障を生ず
ることなしに、曲げることができることが好ましい。

【００１８】ここで説明している実施例の部品１４は回
路基板１２に直接装着される。部品１４は各種の部品の
任意のものを含むことができる。たとえば、抵抗、コン
デンサ、トランジスタおよび集積回路などの部品を、構
成される特定のオプトエレクトロニック組立体に応じ
て、利用できる。

【００１９】本発明の光電素子１８は回路基板１２の上
に装着される。光電素子１８としては、いくつかの種類
の光電素子のうちの任意のものを使用できる。たとえ
ば、放射を生ずる組立体を得たいとすると、光電素子１
８は発光ダイオード、または、Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃ
ｋａｒｄ、Ｑｕａｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、お
よびＳｉｅｍｅｎｓから入手できるダイオード・アレイ
などの発光器とすることができる。他方、この組立体が
放射の受信と検出を希望したとすると、光電素子１８は
受光器とすることができる。光電素子１８は放射を反射
／吸収し（光反射器）または放射を透過／吸収する（光
透過器）素子を含むことができる。たとえば、光電素子
は発光ダイオード、ライトバルブ、電荷結合素子、スロ
ット・スイッチ（ｓｌｏｔｔｅｄ ｓｗｉｔｃｈ）また
はスロット断続器（ｓｌｏｔｔｅｄｉｎｔｅｒｒｕｐｔ
ｏｒ）を含むことができる。ここで説明している実施例
においては、光電素子１８は、周囲の放射強度を測定す
るために光度計として作動する光ダイオードである。

【００２０】光電素子１８は光学的に能動的な領域２０
を含む。この領域２０は、放射を受けると、光電素子１
８の電気的特性を変化させる。たとえば、ここで説明し
ている実施例においては、光電素子１８は半導体であっ
て、光学活性領域２０はドープされて、変化する放射条
件に応答して、半導体の充電度を変化させる。これはこ
の技術において知られていることである。光電素子１８
は、導電体１６を光電素子１８に取り付けるための場所
を提供するための接合パッド２２を更に含む。接合パッ
ド２２はアルミニウムで通常メタライズされるが、たと
えば金の薄い層をめっきすることもできる。接合パッド
２２には、導電体１６に電気的に接続するための導電性
隆起部（図示せず）も配置できる。それらの導電性隆起
部は、金、すず／鉛などの各種の材料で形成できる。導
電性隆起部は導電性接着剤の必要性をなくす。ここで説
明している実施例においては、光学活性領域２０と接合
パッド２２は、光電素子１８の同じ側に配置される（す
なわち、回路基板１２に向かって面する）。

【００２１】光電素子１８の、接合パッド２２と光学活
性領域２０によって占められている側と同じ側に、不動
態層３０（図２）も設けられる。不動態層３０は光電素
子１８を回路基板１２と関連する導電体１６から電気絶
縁する（接合パッド２２を除く）。不動態層３０は光学
活性領域２０を不動態化するようにも作用する。ここで
説明している実施例においては、その不動態層３０は厚
さが１〜２ミクロンの窒化シリコンまたは二酸化シリコ
ンの層を含む。その層は、光電素子製造法の一部とし
て、薄膜付着技術によって付着される。他の不動態化材
料と、異なる厚さも使用できることを理解すべきであ
る。

【００２２】接合パッド２２が導電体１６に電気的に相
互接続されるように、光電素子１８は回路基板１２に固
定される。その固定は適切な接着剤を用いて行うことが
できる。たとえば、とくに、光電素子接合パッドが盛り
上がっている時は、等方性接着剤を使用できる。モノソ
トロピックの接着剤も使用できる。それらの接着剤は、
導電性粒子が導体の上にスクリーン印刷されることを除
き、異方性接着剤に類似する。粒子を付着されている導
体の全体の構造に接着剤が被覆される。ここで説明して
いる実施例においては、光電素子１８は異方性導電性接
着剤２４（図２）を用いて回路基板１２に接合される。
異方性導電性接着剤２４は、接着性マトリックス２８中
に懸濁されている複数の導電性粒子２６を通常含む。た
とえば、３Ｍコーポレーションによって製品番号５３０
３Ｒの下で販売されている接着剤、またはそれの改良品
を使用できる。

【００２３】組立中は、図１に長方形領域２５で全体的
に示すように、接着剤２４を回路基板１２の上面に付着
する。それに続いて、光電素子１８を回路基板１２の上
に配置する。この時には、光学活性領域２０と接合パッ
ド２２を回路基板１２に向き合わせる。接着剤２４が硬
化するまで光電素子１８をその位置に保持する。ここで
説明している実施例では、回路基板１２のうち、光学活
性領域２０へ向かう放射またはその領域２０から来る放
射が通る領域には接着剤２４は付着しない。別の実施例
においては、回路基板１２の放射が透過する領域を含め
て、回路基板１２の全接合面に接着剤２４を付着する。

【００２４】上述の通り導電性接着剤による相互接続が
好ましいが、使用できる別の方法もある。たとえば、隆
起した光電素子接合パッドを用いる金−金熱圧接も使用
できる。更に、共晶はんだをたわみ可能な回路導体に付
着し、そのはんだをリフローして回路導体を光電接合パ
ッドに相互接続するはんだ付け技術を使用できる。もし
使用するならば、光電接合パッド上の隆起部の融点は共
晶はんだの融点より高くなければならず、すず９０〜９
５％と鉛５〜１０％を典型的に含むべきである。更に、
たわみ可能な回路基板の材料の融点は、はんだのリフロ
ー温度より高くなければならない。

【００２５】導電体１６は、光電素子１８の接合パッド
２２と他の部品（たとえば、表面取り付け技術部品１
４）の間の電気的相互接続を行う。導電体１６は任意の
適切な導体することができ、かつ、真空蒸着技術、薄膜
付着技術、箔ラミネート技術、およびスリーニング技術
などの適切な技術によって回路基板１２の上に形成でき
る。ここで説明している実施例においては、導電体は金
を被覆した銅で構成され、薄膜付着およびめっき技術で
回路基板１２に付着される。別の実施例においては、導
電体１６は、スクリーニング技術によって付着される、
銀または炭素を混合した接着剤などの、ポリマ厚膜イン
キで構成する。

【００２６】本発明のオプトエレクトロニック組立体１
０は、希望により、それの裏面に図３に示すような保護
封入体３２を更に含むことができる。保護封入体３２は
光電素子１８の裏面を損傷と劣化の少なくとも一方から
保護する。保護封入体３２は非導電性の不透明な物質で
あって、液状で組立体に付着し、その後で、たとえば熱
硬化、放射線硬化または触媒硬化によって硬化する。こ
こで説明している実施例においては、保護封入体３２
は、Ａｂｌｅｓｔｉｋから製品９３３−１．５として市
販されている材料で構成できる。あるいは、保護封入体
３２は回路基板１２に付着されている固体キャップで構
成することもできる。

【００２７】図３に更に示すように、オプトエレクトロ
ニック組立体１０は光学要素３４も含むことができる。
この光学要素３４は、放射を光学活性領域２０上に集束
させるために、回路基板１２に（たとえば接着剤で）固
定される。そのような光学要素３４を用いると、光学要
素３４の全面に入射する光は光学活性領域２０上に集束
する。たとえば、希望の視野（または視野範囲）がＡで
示す区域に対応することがある。発光器として使用する
と、区域Ａから出た光は、光学要素３４の前面から出る
時に、光電素子３４によって平行にされる。

【００２８】本発明のオプトエレクトロニック組立体１
０は放射放出機能、放射検出機能、放射反射機能、また
は放射透過機能を実行するために使用できることを理解
すべきである。また、オプトエレクトロニック組立体１
０は何種類かの応用のうちの任意の１つで利用できる。
たとえば、ここで説明している実施例においては、オプ
トエレクトロニック組立体１０は、カメラなどの感光装
置の動作パラメータを変更するための光レベル指示器と
して使用するために、とくに構成した光度計である。ま
た、本発明の技術的概念を、たとえば発光ダイオードま
たはライトバルブを用いる表示器、たとえば電荷結合素
子または光ダイオード・アレイを用いる画像形成応用、
たとえば光結合器、スロット・スイッチまたはスロット
断続器を用いる制御応用、たとえばレーザを用いる光記
憶応用、およびたとえばレーザまたは発光ダイオードを
用いるプリンタに応用できる。

【００２９】本発明についての以上の説明を、図示およ
び記述のために行った。更に、この説明は、本発明をこ
こに開示する態様に本発明を限定することを意図するも
のではない。したがって、上記教示に相応する変更およ
び変形、および関連する技術についての技能または知識
は、本発明の範囲内である。ここで説明した実施例は、
本発明を実施するために知られている最良の態様を説明
し、当業者がそのような実施例、または別の実施例で、
および本発明の特定の応用または使用によって求められ
る種々の変形を行って、本発明を使用できるようにする
ことも意図するものである。添附した特許請求の範囲
は、先行技術で許される範囲まで別の実施例を包含する
ものと解釈すべきものであることを意図するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のオプトエレクトロニック組立体の実
施例の、透明な回路基板を通じて見た、底面図である。

【図２】 図１の２−２線に沿う断面図である。

【図３】 本発明の装置の別の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１０ オプトエレクトロニック組立体、１２ 回路基
板、１４ 表面取り付け技術部品、１６ 導電体、１８
光電素子、２０ 光学活性領域、２２ 接合パッド、
２４ 接着剤、２５ 長方形の接着剤領域、２６ 導電
性粒子、２８ 接着剤マトリックス、３０ 不動態層、
３２ 保護封入体、３４ 光学要素。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）放射スペクトラムの所望の部分に
   対してほぼ透明である部分を少なくとも含むたわみ可能
   な回路基板と、 （ｂ）この回路基板の前記透明部分に面する前面に光学
   活性部分を有する光電素子と、 を備えるオプトエレクトロニック組立体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のオプトエレクトロニッ
   ク組立体において、 （ｉ）前記回路基板の上に配置された少なくとも１つの
   電子部品と、 （ｉｉ）前記電子部品と前記光電素子を相互に接続する
   少なくとも１つの導電体と、 を更に備えるオプトエレクトロニック組立体。
3. 【請求項３】 請求項２記載のオプトエレクトロニック
   組立体において、前記光電素子は、その光電素子を動作
   させるために前記導電体に接続するための少なくとも１
   つの接合パッドを更に備えるオプトエレクトロニック組
   立体。