JPH11330537A

JPH11330537A - 反射型センサ

Info

Publication number: JPH11330537A
Application number: JP13868998A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sano; 正志佐野; Nobuaki Suzuki; 伸明鈴木; Shinichi Suzuki; 慎一鈴木
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: JP3857419B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来と同等の製造手法によって製造することが
できながら、ハンダリフローの手法による面実装時の熱
によってワイヤの断線が生じにくい構造の反射型センサ
を提供する。【解決手段】上面部と底面部と側面部とを備えた樹脂パ
ッケージ２内に平面的に所定間隔隔てられた発光素子31
と受光素子32とが埋設され、かつ上記発光素子31と導通
するリード５および上記受光素子32と導通するリード５
のそれぞれの一部が上記樹脂パッケージ２の底面部の高
さ位置と同等または略同等の高さ位置に配置された反射
型センサ１であって、上記樹脂パッケージ２は、上記発
光素子31を内蔵する第１透明樹脂部21および上記受光素
子32を内蔵する第２透明樹脂部22と、上記第１透明樹脂
部21と第２透明樹脂部22との間を埋め、かつ第１透明樹
脂部21および第２透明樹脂部22の側面を覆う不透明外殻
樹脂部25とを備えて形成されており、かつ、上記各透明
樹脂部21,22 は、上記樹脂パッケージ２の上面部および
底面部の双方に露出させられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本願発明は、発光素子から発
せられた光の検出対象物体からの反射光を受光素子で検
知することにより、対象物体の存否等を検出するために
用いられる反射型センサに関し、特に、これを面実装タ
イプとしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一つの電子部品としての物体検出センサ
として、マイクロスイッチ等の接触型のセンサに代え、
インタラプタや反射型センサなどの非接触型の光学セン
サが各分野において多用されてきている。

【０００３】このうち、インタラプタは発光素子と受光
素子とを所定間隔をあけて対向させ、これら発光素子と
受光素子との間に検出対象物体が通過するように配置す
る必要があるため、対象物体が比較的薄状のものに限定
し、また、対象物体の通過経路にきわめて近接させて、
発光素子と受光素子とが対象物体を挟むように配置せね
ばならない等、センサの設置場所にも制限が多い。

【０００４】一方、反射型センサは、発光素子と受光素
子とを同じ方向を向くようにパッケージして構成され、
発光素子が発した光の対象物体からの反射光を受光素子
が検知することにより対象物体の存否を検知するため、
対象物体の形態に制限が少なく、また、設置場所の自由
度もインタラプタに比較して飛躍的に大きい。それ故、
反射型センサの需要は最近ますます増大している。

【０００５】一方、電子部品の基板実装の効率化の観点
から、このような反射型センサについても、面実装タイ
プに移行しつつある。面実装タイプの電子部品は、本体
から延出するリード等の端子を本体下面とほぼ同一の面
に配置するとともに全体として平面上に安定的に載置し
うる形態とした電子部品であって、いわゆるハンダリフ
ローの手法によって回路基板等に面実装することができ
る。すなわち、回路基板の導体パッド上にクリームハン
ダを印刷等により塗布しておき、この基板上に電子部品
をその端子が上記導体パッドと対応するようにして載置
した上、この基板を加熱炉に導入した後冷却する。そう
すると、クリームハンダのハンダ成分が熱によって溶融
するとともに溶剤が熱で消散し、冷却固化するハンダに
よって基板上の端子パッドと電子部品の端子とが相互に
機械的かつ電気的に接続される。

【０００６】面実装タイプに構成された従来の反射型セ
ンサの構造例を図９ないし図１１に示す。この反射型セ
ンサ１は、所定厚みをもつとともに平面視矩形状をした
樹脂パッケージ２内に発光素子31と受光素子32とが埋設
された形態をもっている。樹脂パッケージ２は、各素子
と対応して、パッケージ２の上面に臨む二つの透明樹脂
部21,22 を備えており、これらの透明樹脂部21,22 内に
各素子31,32 が埋め込まれている。各透明樹脂部21,22
の上面を除く四周および底面部はたとえば黒色をした不
透明な樹脂で覆われており、この不透明樹脂25が反射型
センサ１の外殻をなすとともに、各素子31,32 に対応し
た透明樹脂部21,22 間およびこの透明樹脂部21,22 とそ
のパッケージ上面方向を除く外部間を光学的に遮蔽して
いる。上記透明樹脂部21,22 はたとえば透明エポキシ樹
脂で、不透明樹脂部25はたとえば黒色ＰＰＳ（ポリフェ
ニレンサルファイド）で形成されている。そうして、上
記反射型センサ１は、帯板状またはフープ状のリードフ
レーム（製造用フレーム）を用い、その所定のリード部
５に発光素子31および受光素子32をボンディングすると
ともに所定のワイヤボンディングを行った後、まず、透
明エポキシ樹脂による一次モールド工程によって上記透
明樹脂部21,22 を形成し、ついで不透明ＰＰＳなどを用
いた二次モールド工程によって上記不透明樹脂外殻部25
を形成し、所定のリードカット、リードフォーミング工
程を施すという手順によって製造される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記透明樹脂部を形成
するための材料として透明エポキシ樹脂を採用する所以
は、トランスファモールド法によって光学半導体素子を
モールドするためにコスト面およびモールド操作の容易
性の面から最適であると認知されてきているからであ
る。一方、外殻部を構成する樹脂としては、機械的強度
および耐熱性を備える樹脂が選択される。

【０００８】上記の構造を有する従来の反射型センサ
は、上述した面実装を行う上において、次のような問題
が指摘されている。

【０００９】すなわち、基板に対する面実装をハンダリ
フローの手法によって行おうとすると、加熱炉に導入さ
れた際の熱によってエポキシ樹脂からなる透明樹脂部2
1,22が熱膨張を起こし、その際、ワイヤ４のセカンドボ
ンディング部が断線してしまうことがある。より具体的
には、従来構造の反射型センサにおいては、透明樹脂部
21,22 はその上面を除いてその四周および底部が耐熱性
の外殻樹脂部25によって封鎖されている。したがって、
透明樹脂部21,22 は、熱膨張の際に図１０に仮想線で示
すように上面が膨出するように変形するしかなく、この
際、ワイヤ４のセカンドボンディング部を内部リード５
から引き剥がそうとする力が作用するのである。

【００１０】このような問題を解消しようとすれば、従
来においては、やむなく手ハンダによって基板実装を行
うしかなかったが、これではこの種の反射型センサの実
装効率が著しく低下してしまう。

【００１１】本願発明は、上記した事情のもとで考え出
されたものであって、従来と同等の製造手法によって製
造することができながら、ハンダリフローの手法による
面実装時の熱によってワイヤの断線が生じにくい構造の
反射型センサを提供することをその課題としている。

【００１２】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【００１３】すなわち、本願発明の第１の側面によって
提供される反射型センサは、上面部と底面部と側面部と
を備えた樹脂パッケージ内に平面的に所定間隔隔てられ
た発光素子と受光素子とが埋設され、かつ上記発光素子
と導通するリードおよび上記受光素子と導通するリード
のそれぞれの一部が上記樹脂パッケージの底面部の高さ
位置と同等または略同等の高さ位置に配置された反射型
センサであって、上記樹脂パッケージは、上記発光素子
を内蔵する第１透明樹脂部および上記受光素子を内蔵す
る第２透明樹脂部と、上記第１透明樹脂部と第２透明樹
脂部との間を埋め、かつ第１透明樹脂部および第２透明
樹脂部の側面を覆う不透明外殻樹脂部とを備えて形成さ
れており、かつ、上記各透明樹脂部は、上記樹脂パッケ
ージの上面部および底面部の双方に露出させられている
ことを特徴としている。なお、ここで透明樹脂部の概念
中には、肉眼で透明として認識されるもののほか、赤外
光は透過しうるが可視光は透過しえないように処理され
た、肉眼ではたとえば黒色として認識されるものをも含
む。すなわちこの場合、赤外光を検出しうる受光素子に
とって透明である。

【００１４】好ましい実施の形態においては、上記透明
樹脂部は、透明エポキシ樹脂によって形成されていると
ともに、上記不透明外殻樹脂は、熱膨張係数が上記透明
エポキシ樹脂より小の耐熱性樹脂によって形成されてい
る。

【００１５】本願発明の第２の側面によって提供される
反射型センサは、上記第１の側面によって提供される反
射型センサであって、ハンダリフローの手法によって基
板に対して面実装されていることを特徴とするものであ
る。

【００１６】上記反射型センサは、その底面部を下にし
て、回路基板上にたとえばハンダリフローの手法によっ
て面実装される。本願発明に係る反射型センサは、その
リードの一部が樹脂パッケージの底面部の高さ位置と同
等または略同等の高さ位置にに配置された面実装タイプ
に形成されている。したがって、実装状態において、樹
脂パッケージの底面部は、回路基板に対してわずかな隙
間を隔てて対向することになる。

【００１７】発光素子と受光素子は、それぞれ透明樹脂
部に内蔵され、かつ、この透明樹脂部は、樹脂パッケー
ジの上面に露出させられている。したがって、樹脂パッ
ケージの上面部を介して発光素子から発せられた光を検
出対象物体等に向けて外部に照射することができ、ま
た、対象物体からの反射光は、樹脂パッケージの上面部
を介して受光素子に到達することができる。このよう
に、本願発明に係る反射型センサは、その上面部が検出
対象物を向くようにして配置することにより、都合よく
物体の存否を検出する等の目的に使用することができ
る。

【００１８】また、上記発光素子および受光素子が内蔵
された透明樹脂部は、その側面が不透明外殻樹脂部によ
って覆われており、かつこの不透明外殻樹脂部は、各透
明樹脂部間をも埋めている。したがって、各透明樹脂部
には、樹脂パッケージの上面部以外の方向から無用な光
が入り込むことがなく、また、発光素子から発せられた
光が直接的に受光素子に到達させられることもない。ま
た、各透明樹脂部は樹脂パッケージの上面部のみなら
ず、底面部にも露出しているが、前述したように、本願
発明の反射型センサそれ自体が面実装タイプに構成され
ていて、実装時に樹脂パッケージの底面部は回路基板に
対してわずかなすきまを介して対向することになるの
で、樹脂パッケージの底面部から外部光が透明樹脂部に
導入されてセンサとしての機能が阻害されるといったこ
とも、都合よく回避される。

【００１９】そうして、本願発明においては、通常、エ
ポキシ樹脂で形成される透明樹脂部が樹脂パッケージの
上面部のみならず、底面部にも露出させられている。し
たがって、ハンダリフローの手法によって本願発明に係
る反射型センサを基板に実装する場合に透明樹脂部が加
熱膨張させられた場合、樹脂パッケージの上面部と底面
部の双方において透明樹脂部が膨出するという現象とな
って現れる。したがって、透明樹脂部の上面部のみが外
部に露出させられている従来の反射型センサに比較し
て、樹脂パッケージ内に発生する熱応力を緩和すること
ができる。また、透明樹脂部の高さ方向中間部に埋設さ
れるリード、ないしこれにボンディングされる素子ない
しは素子とリード間をつなぐワイヤの透明樹脂部の熱膨
張に起因した変位を最小とすることができる。その結
果、本願発明に係る反射型センサによれば、ハンダリフ
ローの手法によって面実装される際の熱に起因してワイ
ヤが破断する不具合の発生を都合よく抑制することがで
きる。

【００２０】しかも、本願発明に係る反射型センサは、
基本的には従来と同様の製造工程を経て製造することが
でき、工程増加によるコストアップ要因はほとんどな
い。

【００２１】本願発明のその他の特徴および利点は、図
面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかと
なろう。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２３】図１は本願発明に係る反射型センサの一実
施形態の全体斜視図、図２は図１のII−II線に沿う断面
図、図３は図１のIII −III 線に沿う断面図、図４〜図
７は製造工程の説明図、図８は作用説明図である。な
お、これらの図において、図９〜図１１に示した従来例
と同一または同等の部材または部分には、同一の符号を
付してある。

【００２４】これらの図に示されるように、反射型セン
サ１は、発光素子31と受光素子32とを内蔵する樹脂パッ
ケージ２と、各素子31,32 と電気的に導通して樹脂パッ
ケージ２の外部に導出させられているリード５とを備え
る。樹脂パッケージ２は、全体として所定厚みをもつと
ともに略矩形の平面視形状をした箱状をしている。上記
リード５は、所定幅の金属板で形成されていて、樹脂パ
ッケージ１の側面から外部に導出させられるとともに略
Ｌ字状に屈曲させられ、外端に樹脂パッケージ２の底面
とほぼ同一高さ位置に配置された水平部51が形成されて
これが基板に対する接続端子部として機能する。そし
て、このリード５は、各素子31,32 に対応して樹脂パッ
ケージ２の両側から２本ずつ、合計４本延出させられて
いるので、この反射型センサ１を基板等の水平面上に安
定して載置することができる。

【００２５】上記樹脂パッケージ１は、発光素子31を内
蔵する第１透明樹脂部21と、受光素子32を内蔵する第２
透明樹脂部22と、これら各透明樹脂部21,22 を水平方向
に所定間隔を隔てた状態において、各透明樹脂部21,22
間を埋め、かつ各透明樹脂部21,22 をそれらの上面部お
よび底面部を残して覆う不透明外殻樹脂部25とを備えて
いる。その結果、各透明樹脂部21,22 は、樹脂パッケー
ジ２の上面部と底面部の双方に露出させられた格好とな
る。上記各透明樹脂部21,22 は、たとえば透明エポキシ
樹脂によって形成され、上記不透明外殻樹脂部25は、た
とえば、黒色ＰＰＳによって形成される。

【００２６】各透明樹脂部21,22 の内部には、その高さ
方向の中間位置において、発光素子31と受光素子32と
が、それぞれ細帯板状の内部リード52上にボンディング
された格好で内蔵されている。そして、各素子31,32 の
上面電極ともう一方の内部リード53間は、ワイヤ４によ
って結線されている。発光素子31としては、たとえば発
光ダイオード（ＬＥＤ）が採用され、受光素子32として
は、たとえばフォトトランジスタ、あるいはフォトダイ
オードが採用され、いずれもチップの状態で内蔵されて
いる。ワイヤ４は、素子31,32 の上面電極に対していわ
ゆるボールボンディングによって接続され、内部リード
53に対していわゆるスティッチボンディングによって接
続される。

【００２７】上記構成を備える反射型センサ１は、図４
に示すような製造用フレーム６を用い、以下に説明する
工程を経て製造される。製造用フレーム６は、金属薄板
材料を打ち抜きプレスして形成されるものであって、長
手方向両側のサイドフレーム部61,61 と、両サイドフレ
ーム部61,61 から内方に延出するリード部65と、必要に
応じてクロスフレーム部66を備えており、図４に符号Ａ
で示す区間の構成がフレーム６の長手方向に連続して形
成されている。リード部65の先端は、それぞれ、チップ
ボンディング部あるいはワイヤボンディング部として機
能する。

【００２８】図５に示すように、上記製造用フレーム６
の各リード部65の各内端部に対し、発光素子31および受
光素子32をそれぞれボンディングするチップボンディン
グ工程、および、各素子31,32 の上面電極と他方リード
のワイヤボンディング部間をワイヤ４によって結線する
ワイヤボンディング工程が施される。

【００２９】次に、図６に示すように、各素子31,32 お
よびその周辺のワイヤボンディング部を透明樹脂でモー
ルドする一次モールド工程が施される。なお、ここで、
発光素子31と受光素子32とは、それぞれ別個に透明樹脂
でモールドされており、こうしてモールドされた部分
が、最終的に上記の第１および第２透明樹脂部21,22 を
構成する。この透明樹脂としては、前述したように、透
明エポキシ樹脂が好適に採用され、モールド法として
は、いわゆるトランスファモールド法が好適に採用され
る。

【００３０】次に、図７に示すように、上記第１および
第２透明樹脂部21,22 の間を埋め、かつ第１および第２
透明樹脂部21,22 の上面部および底面部を残してこれら
の透明樹脂部21,22 を不透明樹脂で覆う二次モールド工
程が施される。この不透明樹脂は、前述したように、外
殻樹脂部25を形成するためのものであるので、耐熱性お
よび機械強度にすぐれた黒色ＰＰＳなどが好適に採用さ
れる。モールド法としては、一次モールド工程と同様、
トランスファモールド法が好適に採用される。

【００３１】続いて、製造用フレームにリードカット工
程を施すとともにリードをＬ字状に屈曲させるリードフ
ォーミング工程を施して最終的に図１〜図３に示す個々
の反射型センサ１を得る。

【００３２】次に、上記構成の反射型センサ１の作用に
ついて説明する。

【００３３】この反射型センサ１は、前述したように、
平面上に安定して載置しうることから、いわゆるハンダ
リフローによる面実装によって基板上に実装することが
できる。すなわち、基板Ｓ上の導体パッドＰ上にクリー
ムハンダＨを印刷等によって塗布しておき、そして、図
８に示されるように各導体パッドＰと各リードの接続端
子部51とが対応するように位置決めしつつ反射型センサ
１を基板Ｓ上に載置する。そうして、この状態の基板を
加熱炉に導入し、かつ冷却を行う。ハンダリフローのた
めに、加熱炉の温度はたとえば２５０℃程度とされる。
加熱炉における熱により、クリームハンダ中のハンダ成
分が溶融するとともに、溶剤成分が消散する。溶融ハン
ダは導体パッドＰとリード５の接続端子部51の双方に濡
れた状態となる。そうして、ハンダが冷却固化される
と、反射型センサ１は、基板Ｓに対して電気的かつ機械
的に接続され、実装が完了する。

【００３４】発光素子31と受光素子32は、それぞれ透明
樹脂部21,22 に内蔵され、かつ、この透明樹脂部21,22
は、樹脂パッケージ２の上面に露出させられている。し
たがって、樹脂パッケージ２の上面部を介して発光素子
31から発せられた光を検出対象物体等に向けて外部に照
射することができ、また、対象物体からの反射光は、樹
脂パッケージ２の上面部を介して受光素子32に到達する
ことができる。このように、本願発明に係る反射型セン
サ１は、その上面部が検出対象物を向くようにして配置
することにより、都合よく物体の存否を検出する等の目
的に使用することができる。

【００３５】また、上記発光素子31および受光素子32が
内蔵された透明樹脂部２は、その側面が不透明外殻樹脂
部25によって覆われており、かつこの不透明外殻樹脂部
25は、各透明樹脂部21,22 間をも埋めている。したがっ
て、各透明樹脂部21,22 には、樹脂パッケージ２の上面
部以外の方向から無用な光が入り込むことがなく、ま
た、発光素子31から発せられた光が直接的に受光素子32
に到達させられることもない。また、各透明樹脂部21,2
2 は樹脂パッケージ２の上面部のみならず、底面部にも
露出しているが、前述したように、本願発明の反射型セ
ンサ２それ自体が面実装タイプに構成されていて、実装
時に樹脂パッケージ２の底面部は回路基板Ｓに対してわ
ずかなすきまを介して対向することになるので、樹脂パ
ッケージ２の底面部から外部光が透明樹脂部21,22 に導
入されてセンサとしての機能が阻害されるといったこと
も、都合よく回避される。

【００３６】上記透明樹脂部21,22 を形成する透明エポ
キシ樹脂の線膨張係数は、たとえば11〜12×10^-5／℃で
あり、不透明外殻樹脂部25を形成するＰＰＳの線膨張係
数は、たとえば６〜７×10^-5／℃である。このように、
外殻樹脂部25よりもこの外殻樹脂部25によって四周を拘
束された透明樹脂部21,22 のほうが膨張係数が大きい。
上記のようにハンダリフロー時の熱によって透明樹脂部
21,22 が外殻樹脂部25よりも大きな比率で膨張するが、
本願発明では、各透明樹脂部21,22 はその上面部と底面
部の双方が樹脂パッケージ２の外部に露出しているた
め、図８に強調して示すように、透明樹脂部21,22 の上
面部と底面部とが平均して樹脂パッケージ２の外面から
膨出するという現象となって現れる。したがって、図９
〜図１１に示したような透明樹脂部21,22 の上面部のみ
が外部に露出する従来の反射型センサの場合に比較し
て、樹脂パッケージ２内に発生する熱応力を緩和するこ
とができるとともに、透明樹脂部21,22 の膨張変形に起
因する素子31,32 やワイヤ４の変位が抑制される。その
結果、本願発明に係る反射型センサ１によれば、ハンダ
リフローの手法によって面実装する場合のワイヤ破断の
不具合の発生が著しく抑制され、信頼性が向上する。

【００３７】また、前述したように、本願発明に係る反
射型センサ１は、従来と同様の製造工程を経て製造する
ことができ、本願発明を実施するにあたって工程増加等
のコスト上昇要因は発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態に係る反射型センサの全
体構成を示す斜視図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】図１のIII −III 線に沿う断面図である。

【図４】上記反射型センサの製造工程の説明図である。

【図５】上記反射型センサの製造工程の説明図である。

【図６】上記反射型センサの製造工程の説明図である。

【図７】上記反射型センサの製造工程の説明図である。

【図８】本願発明の作用説明図である。

【図９】従来の反射型センサの全体構成を示す斜視図で
ある。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図１１】図９のXI−XI線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１反射型センサ２樹脂パッケージ２１第１透明樹脂部２２第２透明樹脂部２５不透明外殻樹脂部３１発光素子３２受光素子４ワイヤ５リード５１接続端子部６製造用フレームＳ基板ＨハンダＰ導体パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面部と底面部と側面部とを備えた樹脂
パッケージ内に平面的に所定間隔隔てられた発光素子と
受光素子とが埋設され、かつ上記発光素子と導通するリ
ードおよび上記受光素子と導通するリードのそれぞれの
一部が上記樹脂パッケージの底面部の高さ位置と同等ま
たは略同等の高さ位置に配置された反射型センサであっ
て、上記樹脂パッケージは、上記発光素子を内蔵する第１透
明樹脂部および上記受光素子を内蔵する第２透明樹脂部
と、上記第１透明樹脂部と第２透明樹脂部との間を埋
め、かつ第１透明樹脂部および第２透明樹脂部の側面を
覆う不透明外殻樹脂部とを備えて形成されており、か
つ、上記各透明樹脂部は、上記樹脂パッケージの上面部およ
び底面部の双方に露出させられていることを特徴とす
る、反射型センサ。
【請求項２】上記透明樹脂部の熱膨張係数は上記不透
明外殻樹脂部の熱膨張係数よりも大である、請求項１に
記載の反射型センサ。
【請求項３】上記透明樹脂部は、透明エポキシ樹脂に
よって形成されているとともに、上記不透明外殻樹脂部
は、耐熱性樹脂によって形成されている、請求項１また
は２に記載の反射型センサ。
【請求項４】請求項１、２または３に記載した反射型
センサであって、この反射型センサは、ハンダリフロー
の手法によって基板に対して面実装されていることを特
徴とする、反射型センサ。