JPH11289105A - フォトリフレクタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触で物体の有無を検出するフォトリフレ
クタは、従来、不要の光を漏らさないために透光性樹脂
と遮光性樹脂でインサート成形を繰り返したり、基板に
遮光枠を接合したりするものであって、製造に手間が掛
かるとともに小型化が妨げられていたが、簡単な構造と
製造方法で、製品の性能および信頼性の向上、小型化、
コスト低減を達成する。 【解決手段】 基板９に発光素子２と受光素子３を実装
し、透光性の封止樹脂１１を充填して素子を個別に封入
し、封止樹脂表面の光の通路以外の部分をＮｉメッキ等
の遮光膜１４で被覆した構造である。製造方法は集合基
板を用いるもので、集合基板上に多数の発光素子と受光
素子を実装し、封止樹脂を充填して各素子を個別に封入
し、光の通路を残して封止樹脂表面に無電解Ｎｉメッキ
等で遮光膜を形成し、この集合体を縦横に切断してフォ
トリフレクタを多数個取りする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被検出物の有無を検
出するフォトリフレクタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトリフレクタは非接触で物体の有無
を検出する光センサであり、モータ等の回転体の制御や
紙、フィルム等の位置、端部の検出などに使用される。
図７はフォトリフレクタの原理的な構成を示すもので、
パッケージ１に、発光素子２（例えば赤外ＬＥＤ）と受
光素子３（例えばフォト・トランジスタ）を収容してあ
り、発光素子２から光が矢印のように出て検出対象の物
体４で反射するのを、受光素子３で検知する。これによ
って、フォトリフレクタの近傍における物体４の有無や
位置に応じて受光素子３側の出力が変化し、これを検出
信号として用いるのである。

【０００３】従来見られたフォトリフレクタの一例を図
８に示す。外側のパッケージである２次モールド体７
は、黒色素を含有したエポキシ樹脂やポリフェニレンサ
ルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の遮光性樹脂で作られ、リ
ード端子５ａ〜５ｄが出ていて、これらのリード端子５
ａ〜５ｄのうちの２個にパッケージの内部で発光素子と
受光素子がそれぞれダイボンドされ、残りの２個のリー
ド端子にそれぞれワイヤボンドされている。１次モール
ド体６はエポキシ樹脂などの透光性樹脂で、それぞれ内
部に上記の発光素子と受光素子を封入している。もっと
も透光性樹脂としては、外乱光を防いで検出精度を高め
るために可視光遮断エポキシ樹脂等もしばしば用いられ
る。１次モールド体６を２次モールド体７で包み込んで
窓８を設けたのであり、発光側の窓８から出射した光が
物体で反射して受光側の窓８に入射し、近接した物体の
検出を行うのである。

【０００４】また、図９に別のフォトリフレクタを示
す。同図（Ａ）が外観で、黒色素含有のガラス繊維入り
エポキシ樹脂基板等で作った遮光性の基板９に、ＰＰＳ
等の遮光性樹脂で成形した遮光枠１０を接合してあり、
遮光枠１０には貫通穴の窓８がある。同図では見えない
が、窓８の内側で発光素子と受光素子が基板９上に実装
してあり、窓８には可視光遮断エポキシ樹脂なども範囲
に含む透光性の封止樹脂１１を充填して、両素子をそれ
ぞれ封入してある。基板９の側面の導電部１２は円弧状
の窪みに導電層を形成したもので、基板９上面の導電パ
ターンを基板下面の端子電極に接続している。図９
（Ａ）のＢ−Ｂ断面を同図（Ｂ）に示す。遮光枠１０を
貫通する窓８の内側で、発光素子２と受光素子３をそれ
ぞれ基板９の導電パターンにダイボンドし、金属線１３
でワイヤボンドしてある。そして窓８に封止樹脂１１を
充填して両素子２と３を封入した構造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のフ
ォトリフレクタのうち、図８のものの製造は、発光素子
と受光素子をリードフレームに実装し、透光性樹脂に封
入して１次モールド体６を作り、次いでこれを遮光性樹
脂の２次モールド体７に封入するのであり、複雑な金型
を使って部品を挿入するインサート成形を２度に亘って
行うため、金型の製作費と維持費がかさむとともに工程
数が増えて製造コストが上がり、低価格化が困難であ
る。また、製品の小型化、薄型化も制限される。

【０００６】一方、図９のフォトリフレクタは、製造方
法として大型の集合基板を用い、これに多数の製品領域
を設け、各領域にそれぞれ素子を実装し、各素子の位置
に多くの貫通穴を設けた遮光枠を接合し、封止樹脂を注
入して各素子を封入する方法で進め、最後に集合基板を
縦横に切断すれば、分割された個々の領域がフォトリフ
レクタの完成品になるのであって、生産性が図８のもの
よりはるかによい。しかし遮光枠１０を使用するため、
遮光枠成形用の金型や製造工程を要するとともに小型化
が制限され、また発光素子、特に赤外ＬＥＤなどは応力
に弱いため、基板９、遮光枠１０、封止樹脂１１のそれ
ぞれが熱膨張係数等の違いによって変形すると、素子に
応力が集中して性能が劣化する恐れがあった。本発明は
これらの問題を解決して、小型、高性能で、しかも廉価
に製造できるフォトリフレクタを実現するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のフォトリフレク
タは、基板に発光素子と受光素子を実装して透光性樹脂
中に封入する構造であり、この点は図９のものと共通す
るが、図９のものと違って遮光枠を用いず、光の通路と
なる箇所を除いて封止樹脂表面を金属メッキ層等の遮光
膜で被覆することにより、所要の遮光を行う。従来のよ
うな２次モールド体や遮光枠が不要であるから、部品数
が減るとともに小型化が可能であり、構成部品の材料的
性質の違いによる素子への応力の発生も避けられる。

【０００８】このようなフォトリフレクタの製造は、分
割すると多数の製品の基板になる大型の集合基板、例え
ば１００〜２００ｍｍ角の集合基板を用いて行う。集合
基板の導電パターン面に多数の発光素子と受光素子を実
装し、その上に透光性の封止樹脂を充填してこれらの素
子群を封入する。封止樹脂にはほぼ基板表面に達する溝
を縦横に設けて、各素子を個別に封止する部分に分け、
次いでそれぞれの封止樹脂の表面に光通過用の窓を残し
て他の全表面に遮光膜を被覆する。こうしてできた集合
体を切断して発光素子と受光素子が対になった領域別に
分割すれば、分割された各部分がそれぞれ製品になる。
これにより、フォトリフレクタを多数個取りで能率よく
製造できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。なお、前記の説明を含め、同種の部
品や部分については同じ符号を用いることにする。図１
は本発明のフォトリフレクタで、（Ａ）は斜視図であ
る。基板９上に透光性の封止樹脂１１が形成され、その
内部には発光素子と受光素子がそれぞれ実装されてい
る。封止樹脂１１の側面は遮光膜１４で被覆してある
が、上面は遮光膜を設けず光の通路になっている。同図
（Ｂ）、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図および透視的に
描いた上面図である。

【００１０】図１（Ｂ）、（Ｃ）に見るように、基板９
の導電パターン１５に発光素子２と受光素子３をダイボ
ンドし、金属線１３でワイヤボンドしてある。１６は基
板上面の端子電極であるが、基板側面の導電部１２によ
り、図では見えないが基板９の下面に設けた端子電極に
接続されている。基板下面の端子電極は、フォトリフレ
クタを電子機器の回路基板に実装するためのもので、こ
のように本発明のフォトリフレクタは回路基板への表面
実装に適する形式である。導電部１２は基板９の縁部に
設けた円弧状の窪みであるが、製造工程ではこの部分は
全円のスルーホールだったのである。

【００１１】基板９上には透光性の封止樹脂１１が形成
され、その内部にはそれぞれ発光素子２と受光素子３を
実装して封入してある。そして封止樹脂１１の上面を除
く全表面に遮光膜１４が被覆してあり、遮光膜のない上
面から光が出入りする。

【００１２】次に、本発明のフォトリフレクタの製造方
法を説明する。まず図２のように、完成時に個々のフォ
トリフレクタとなる多数の領域を縦横に配列して、導電
パターン１５やスルーホール２２を設けた集合基板２１
を用意する。そして発光素子２と受光素子３を導電パタ
ーン１５にダイボンドし、金属線１３でワイヤボンドす
る。集合基板の材質は黒色素を混合したガラス繊維入り
エポキシ樹脂基板などであって、例えば寸法が１００〜
２００ｍｍ角の集合基板であれば、１，０００個前後の
フォトリフレクタに分割することができる。

【００１３】次に、図３のように、集合基板２１上にエ
ポキシ樹脂等の透光性の封止樹脂１１を形成する。この
実施形態は直方体のブロック状の封止樹脂１１を多数配
置したもので、各ブロック中に発光素子または受光素子
が個別に実装され封入されている。封止樹脂１１の各ブ
ロックは溝２３、２４で分離されていて、これらの溝の
壁をなす封止樹脂表面に後述の遮光膜を被覆する。集合
基板２１に封止樹脂１１を形成する方法の一つは、樹脂
注入用の凹所を設けた金型を集合基板２１に当てがっ
て、樹脂を注入することである。溝２３、２４は金型の
凹所に仕切りを設けたものを用いて形成できるが、金型
では例えば直交する二方向のうち一方向の溝だけを作る
か、あるいは金型では全く溝を作らず、注入した封止樹
脂が固化してから、ハーフ・ダイシングで集合基板２１
の表面に達する切り込みを入れて溝２３、２４を形成す
るなどのこともできる。封止樹脂１１を形成する別の方
法としては、集合基板２１の周囲を囲む樹脂等で作った
額縁状の枠であって各素子間の仕切りのついたものを、
集合基板２１に接合して枠内に封止樹脂を満たし、樹脂
の固化後に枠を除去して溝２３、２４で区分された封止
樹脂群１１を形成することもできる。この場合も枠の仕
切りの一部または全部を省いて、樹脂の固化後にその箇
所をハーフ・ダイシングして溝を設けてもよい。金型ま
たは枠のいずれによる場合も、集合基板のスルーホール
から樹脂が流れ出ないよう、必要に応じてスルーホール
をテープ材で塞ぐなどの処理を行う。

【００１４】図３では、平行に並んでいる溝２３は幅が
一様でなく、幅がやや広いものと狭いものが一つ置きに
なっており、一方、溝２４はいずれも幅が狭くて同じで
ある。図２と見比べれば分かるように、溝２３のうち幅
の狭い方は、発光素子２と受光素子３を対にして含む領
域、すなわち個々のフォトリフレクタとなる領域を区分
している。そして幅の広い方の溝は、各フォトリフレク
タの領域内において、封止樹脂１１を受光素子２を含む
ものと受光素子３を含むものに分離している。溝２４の
方はいずれも個々のフォトリフレクタ領域を区分するも
のである。前述のように、図３の溝全部に対応する仕切
りを設けた金型や枠を用いて、樹脂の注入時に溝が全部
形成されるようにするのは一つの方法であるが、金型や
枠の複雑化や強度の点から、これらの治工具には一部の
溝に対応する仕切りだけ、例えば図３の溝２３のうち幅
の広い方に対応する仕切りだけを設け、溝２３の残りや
溝２４など幅の狭い方は封止樹脂の成形時には溝を作ら
ず、封止樹脂の固化後にその箇所をハーフ・ダイシング
して溝を形成するのも実際的な方法である。もとより図
３における溝幅の区別は一例に過ぎず、溝幅の種類や幅
の違う溝の配置は個々の場合における製品設計上および
工程設計上の問題である。

【００１５】次に図４に示すように、集合基板２１上に
形成されてそれぞれ素子を封入している封止樹脂１１の
表面に、遮光膜１４を被覆する。遮光膜１４を被覆する
のは封止樹脂１１の側面全部であって、上面には遮光膜
を設けず光の通路にする。この時、集合基板裏面の端子
電極やスルーホール内面の導電部に遮光膜材料が被覆さ
れないよう、必要に応じて集合基板２１の裏面にマスク
用のシート材などを貼付しておく。遮光膜１４の被覆
は、集合基板をメッキ液に浸漬してニッケル被膜を作る
無電解ニッケルメッキなどによって行う。封止樹脂１１
の上面に遮光膜を作らないためには、上面にメッキレジ
ストを施してメッキするか、あるいは上面を含む全面に
メッキしてから、研磨やエッチングで上面のメッキを除
去するなどする。こうして作った図４のような集合体
を、分割線２５、２６に沿って切断すれば、切り離され
た各部分が図１に示すフォトリフレクタになる。図１に
て、基板９の側面の導電部１２の円弧状の窪みは、図４
の分割線２６が図２のスルーホール２２を通って半裁し
たものである。

【００１６】図１のフォトリフレクタは封止樹脂１１の
上面に遮光膜がなく、上面全面が光の通路であるが、製
品の用途や性能要求によっては、通路面積を小さくして
外乱光を防いだり分解能を上げたりする必要がある。図
５のフォトリフレクタは図１とは別の実施形態であっ
て、上記の目的のため封止樹脂１１の上面にも遮光膜１
４を施し、部分的に遮光膜のない箇所を設けて光の通路
である窓８としたものである。このように上面の一部に
窓を残して遮光膜を被覆するには、窓８の箇所にメッキ
・レジストを施して遮光膜をメッキするなり、あるいは
上面全部にメッキした後、窓８の箇所の遮光膜をエッチ
ングで除去するなりする。これらの方法によって面積の
小さな窓も精度よく作ることができる。また、二つの窓
８は図５のように同じ形状にするとは限らず、条件に応
じて一方を大きく、一方を小さくすることができる。

【００１７】図６はさらに別の実施形態であって、同図
（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図であ
る。封止樹脂１１は台形であり、上面は遮光膜がなくて
全面が透光面であるが、面積を小さくして検出精度を上
げることができる。このように側面の傾斜した封止樹脂
１１を作るには、封止樹脂注入用の金型の凹所を傾斜面
にしたり、あるいは集合基板の周囲に枠を接合して樹脂
を注入し平坦に形成した封止樹脂を、傾斜した輪郭のカ
ッターでハーフ・ダイシングして区分したりすればよ
い。

【００１８】前記のようにニッケルメッキ等の金属膜を
遮光膜にする場合、金属遮光膜を基板上のアース電極に
接続した構造にして、遮光膜に電磁シールド効果を持た
せることができる。これは、例えば図３において、溝２
３、２４等の適宜の箇所に導電パターンの一部であるア
ース電極を配置し、この部分で溝を十分深くしてアース
電極を露出させ、遮光膜を被覆すると同時にアース電極
に電気的に接続する事により容易に製造できる。

【００１９】前記の実施形態はいずれも一対の発光素子
と受光素子からなるフォトリフレクタを一つのパッケー
ジにしたものであるが、用途によって一つのパッケージ
内に複数の素子対を配置したフォトリフレクタを作る場
合にも、本発明が有用であることはいうまでもない。例
えば図４の集合体の分割線２５または２６を適宜に間引
いて切断すれば、複数組の素子対を含むマルチ・フォト
リフレクタが容易に得られるのであり、素子の位置精度
や素子間の寸法精度の優れたものを廉価に製造すること
ができる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によって得ら
れるフォトリフレクタは次の効果を有する。 １．封止樹脂表面に遮光膜を形成するので、精密金型に
よるインサート成形などが不要で治工具費と工数が軽減
され、成形品の遮光枠も不要であって部品コストが下が
り、遮光枠の接着工程およびこれに伴う接着剤の管理が
不要である。 ２．２次モールド体や遮光枠がないので製品の小型化が
可能である。 ３．２次モールド体や遮光枠がないので材料の熱膨張係
数の違いによる応力発生の原因が減り、発光素子の劣化
が防げる。 ４．集合基板を用いて製造を進め、最後に切断して分割
し一度に多数の製品を得るので生産性が高く、製造コス
トを低くできる。 ５．発光素子から出た光が金属遮光膜の内面で反射して
光の利用度が上がるので、素子の光電変換効率が高まっ
たのと同様の効果がある。 ６．金属遮光膜の一部が基板のアース電極に接続するよ
うに被覆することにより、電磁シールド効果が期待でき
る。 ７．窓の面積を小さくして外来光の影響を受けにくく
し、検出精度を上げたり、検出距離を小さくしたりする
ことが容易である。 このように本発明によれば、超小型、高性能で信頼性が
高く、表面実装に適するフォトリフレクタを廉価に提供
できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフォトリフレクタを示し、（Ａ）
は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は透
視的な上面図である。

【図２】集合基板２１に発光素子２および受光素子３を
実装した状態の斜視図である。

【図３】集合基板２１の素子実装面に封止樹脂１１を形
成して素子を封入し、溝２３、２４を設けた状態の斜視
図である。

【図４】集合基板２１に形成した封止樹脂１１の上面を
除く全表面に遮光膜１４を被覆した状態および切断のた
めの分割線２５、２６を示す斜視図である。

【図５】本発明による別のフォトリフレクタの斜視図で
ある。

【図６】本発明によるさらに別のフォトリフレクタを示
し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図７】フォトリフレクタの原理的構成図である。

【図８】従来のフォトリフレクタの斜視図である。

【図９】別の従来のフォトリフレクタを示し、（Ａ）は
斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

２ 発光素子 ３ 受光素子 ６ １次モールド体 ７ ２次モールド体 ８ 窓 ９ 基板 １０ 遮光枠 １１ 封止樹脂 １２ 導電部 １４ 遮光膜 １５ 導電パターン １６ 端子電極 ２１ 集合基板 ２２ スルーホール ２３、２４ 溝

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に発光素子と受光素子を実装し、該
   両素子を個別に透光性の樹脂で封止し、 前記発光側および受光側の封止樹脂は、それぞれ表面の
   一部に光の通路を残して他の全表面を遮光膜で被覆した
   ことを特徴とするフォトリフレクタ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のフォトリフレクタにお
   いて、 封止樹脂表面の遮光膜は金属膜であることを特徴とする
   フォトリフレクタ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のフォトリフレクタにお
   いて、 封止樹脂表面の金属遮光膜はメッキであることを特徴と
   するフォトリフレクタ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のフォトリフレクタにお
   いて、 封止樹脂表面の金属遮光膜メッキはニッケルメッキであ
   ることを特徴とするフォトリフレクタ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のフォトリフレクタにお
   いて、 発光側および受光側の封止樹脂の少なくとも一方は、ほ
   ぼ直方体であることを特徴とするフォトリフレクタ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のフォトリフレクタにお
   いて、 発光側および受光側の封止樹脂の少なくとも一方は、側
   面が傾斜して上面が狭くなっていることを特徴とするフ
   ォトリフレクタ。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のフォトリフレクタにお
   いて、金属遮光膜は一部を基板のアース電極に接続して
   あることを特徴とするフォトリフレクタ。
8. 【請求項８】 多数の製品領域を含む集合基板に発光素
   子群と受光素子群を実装し、前記基板に透光性の封止樹
   脂を充填して前記素子群を封入し、該封止樹脂を硬化さ
   せ、前記封止樹脂は樹脂充填用の治工具形状または樹脂
   硬化後の切削により、ほぼ集合基板表面に達する溝を縦
   横に設けて各素子を個別に封止する領域に区分し、前記
   各領域の封止樹脂の表面の一部に光の通路を残して他の
   全表面に遮光膜を被覆し、これを発光素子および受光素
   子が対になった領域毎に切断、分割して製品を多数個取
   りすることを特徴とするフォトリフレクタの製造方法。