KR100773473B1 - 금형 몰딩을 이용한 반사형 광센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금형 몰딩을 이용한 반사형 센서 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형 몰딩을 이용하여 인쇄회로 기판에 발광 및 수광소자가 실장된 반사형 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반사형 센서 제조방법은 인쇄 회로 기판상에 상기 인쇄회로 기판을 양분하도록 차폐용 댐을 금형몰딩하는 단계;와 양분된 인쇄회로기판상에 발광소자와 수광소자를 각각 실장하는 단계;와 상기 발광소자 및 수광소자를 외부환경과 격리되도록 투광성 수지로 금형 몰딩하는 단계로 이루어진다. 본 발명에 따른 제조방법에 의해서 제조되는 반사형 센서는 발광소자 및 수광소자 상에 형성된 몰딩면이 평평하여 발광 또는 수광되는 광의 직진성이 뛰어나며, 몰딩내에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 투광성 수지를 금형 몰딩시 몰딩면의 형상을 조절할 수 있어 발광 또는 수광되는 광의 지향성이 높은 반사형 센서의 구현이 가능하다.
반사형 광센서, 몰딩
Description
도 1는 종래의 반사형 광센서의 개략적인 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 1b는 종래의 반사형 광센서의 개략적인 구성을 설명하기 위한 단면도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서의 개략적인 구성을 설명하기 위한 평면도.
도 2b는 도 2의 A-A' 라인에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4, 도 5, 도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
110; 인쇄 회로 기판 120; 제1몰드물
130; 발광 소자 140; 수광소자
150; 제 2 몰드물
본 발명은 금형 몰딩을 이용한 반사형 센서 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금형 몰딩을 이용하여 인쇄회로 기판에 발광 및 수광소자가 실장된 반사형 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
검출대상물의 존재를 감지하기 위한 센서로 광의 투과 또는 반사를 이용한 비접촉식 센서가 사용되어 왔다. 통상 반사형 센서는 반사체에 광을 반사하는 발광소자와 수광소자가 리드프레임 또는 인쇄회로기판에 실장되어 사용된다. 발광 소자와 수광소자 사이는 광학적으로 격리되어 있어 발광소자로부터 발광된 광이 수광소자로 직접 입사되지 못하도록 구성된다. 인쇄회로기판에 발광소자와 수광소자를 실장하여 구성되는 반사형 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 소자(12) 및 수광소자(13)가 인쇄회로기판(11) 바닥에 실장되고, 주변에는 우물형태의 댐(14)이 형성되며, 상기 발광 또는 수광소자를 보호하기 위해서, 우물형태의 댐 안쪽에 투광성 수지(15)를 캐스팅 방식으로 채운 후, 이를 경화시켜 제조된다. 상기와 같은 캐스트 몰드형태로 발광 소자 및 수광 소자를 둘러쌓는 몰드물을 형성하는 방식은 첫째, 액상레진이 구조물에 유입되는 도중 또는 레진 내에 기포 발생이 잘 되어 광 투과를 방해하는 요인으로 작용하게 된다. 또한 수지의 점도변화가 커서 취급하기가 어렵다는 문제를 동반하게 된다.
둘째, 발광소자 또는 수광소자를 보호하기 위해서 형성된 몰드물의 표면형상이 액상 수지의 표면장력으로 인해 평평하게 가공되지 않는다는 문제가 있다.
셋째, 반사형 센서의 지향성 위한 렌즈 구현이 불가능하는 문제가 있다. 즉 주변에 댐이 형성된 높이까지만 캐스팅에 의한 수지의 몰딩이 가능해 댐 위쪽으로 돌출되는 렌즈형태를 구현하기 불가능하게 되는 것이다. 이는 반사형 센서에 지향성을 부과하고자 할 때 큰 기술적 장벽이 된다. 또한 캐스팅 몰드는 신뢰성이 낮고, 패키지 사이즈가 전체적으로 커지는 문제를 동반하게 된다.
따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 몰딩 방식과 몰드 형태에 대한 연구가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인쇄회로기판에 트랜스퍼 몰딩을 이용하여 반사형 광센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 발광 또는 수광소자에 광의 직진성이 우수하며 지향성이 좋은 트랜스퍼 몰딩이 형성된 반사형 광센서를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사형 광센서 제조방법은
인쇄 회로 기판상에 상기 인쇄회로 기판을 양분하도록 제1몰딩부를 금형 몰딩하는 단계와
상기 제1몰딩부에 의해서 양분된 인쇄회로기판상에 발광소자와 수광소자를 각각 실장하는 단계;와
상기 발광소자 및 수광소자를 외부환경과 격리되도록 제2몰딩부를 금형 몰딩하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 인쇄회로 기판상에 금형 몰딩되는 제1몰딩부는 추후 실장되는 발광소자와 수광소자를 광학적으로 차단하기 위한 것으로서 광을 충분히 차단 또는 흡수할 수 있는 재질로 이루어지며, 상기 인쇄회로기판이 위에서 볼 때 좌우로 양분되도록 기판의 상단에서부터 하단까지 일자로 형성된다. 발명의 실시에 있어서, 상기 일자형 댐은 인쇄회로기판에 일자 형태의 캐비티가 형성된 금형이 올려진 후 금형의 캐비티가 수지로 충진됨으로써 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 발광 소자 및 수광소자는 인쇄회로 기판상에 차폐용 댐에 의해서 양분된 인쇄회로기판상에 각각 실장된다. 여기서 상기 발광소자는 광원을 감지 대상물에 방사하게 되며, 상기 수광소자는 감지대상물에 반사되는 광을 수광하게 된다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 발광소자 및 수광소자는 종래 반사형 센서에서 사용되는 통상의 발광 소자 및 수광 소자를 사용할 수 있으며, 특별한 제한은 없다.
본 발명에 있어서, 상기 수광 소자와 발광소자를 외부환경으로부터 격리하여 보호하기 위해서 형성되는 제2몰딩부는 발광 소자로부터 나오는 광을 투과시키거나 수광소자에 입사되는 광을 투과시킬 수 있도록 투광성 수지를 형성되며, 통상의 반사형 센서 제품으로 이루어질 수 있다. 상기 제2몰딩부는 인쇄회로 기판상에 제1몰딩부의 양쪽에 실장된 광소자들을 커버하도록 형성된다. 발명의 실시에 있어서, 상기 제2몰딩부는 인쇄회로기판에 금형이 올려진 후 금형의 캐비티에 투광성 수지가 충진되어 고화됨으로써 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 제2몰딩부는 발광소자에서 발광된 광이 측정할 대상 물체로 지향될 수 있도록 발광 소자가 실장된 위치 상부에 볼록형 렌즈를 가지는 형상으로 몰딩될 수 있다. 또한 제2몰딩부는 측정할 대상물체로부터 반사되는 광이 수광소자로 지향될 수 있도록 수광 소자가 실장된 위치 상부에 볼록형 렌즈를 가지는 형상으로 몰딩될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서의 개략적인 구성을 설명하기 위한 평면도이며, 도 2b는 도 2a의 A-A' 라인에 따른 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서는 소정의 금속 패턴이 형성되어 있는 인쇄 회로 기판(110)과, 상기 인쇄회로기판(110)을 위에서 볼 때 상기 인쇄회로기판(110)이 양분되도록 인쇄회로기판(110)의 상단에서 하단에 걸쳐 일자로 형성된 광차폐성 제1몰드물(120)과, 상기 제1몰드물(120)의 일측으로 인쇄회로기판(110)상에 실장된 발광소자(130)와 상기 제1몰드물(120)의 타측으로 인쇄회로기판(120)상에 실장된 수광소자(140)와, 상기 제1몰드물(120)로부터 양쪽으로 인쇄회로기판(110)의 모서리에 거쳐 상기 발광소자(130) 및 수광소자(140)를 커버하도록 몰딩되는 제2몰드물(150)을 구비한다.
보다 상세히 설명하면, 대략 가로장축을 가지는 직사각형의 형태의 인쇄 회로 기판(110) 상에 인쇄회로기판(110)을 양분하도록 인쇄회로기판(110)의 상단에서 하단에 일자로 형성되어 광차폐성의 제1몰드물(120)이 형성된다. 상기 제1몰드물(120)의 일측으로 인쇄회로기판상에 발광소자(130)가 실장되어 있으며, 상기 제1몰드물(120)의 타측으로 인쇄회로기판상에 수광소자(130)가 실장되어 있다. 이러한 발광소자는 (120)는 일반적인 반사형 광센서에 사용되는 발광소자로 구성될 수 있다. 이때, 상기 발광소자는 화합물 반도체로 만들어지는 발광 다이오드로 구성될 수 있으며, 이러한 발광 다이오드는 자외선, 가시광선 및 적외선 파장의 광을 방출할 수 있는 소자이다.
또한, 상기 수광소자는 실리콘 재질의 포토다이오드, 실리콘 재질의 포토트랜지스터 및 IC 포토센서 중 선택되는 어느 하나의 광센서로 구성될 수 있으며, 수광되는 광의 양을 전기적 신호로 변환시킬 수 있는 소자이다.
상기 제1몰드물(120)는 상기 발광소자(130) 및 수광소자(140) 사이에 서로 광에 의한 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 것으로, 발광소자(130) 및 수광소자(140) 사이를 가로질러 인쇄회로기판의 양단으로 연장되는 형태로 이루어진다. 예를 들면, 상기 제1몰드물(120)는 상기 발광 소자(120)와 수광소자(130) 사이에 일자형 담형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1몰드물(120)은 입사되는 광을 충분히 차단 또는 흡수할 수 있는 재질로 이루어짐으로써, 발광소자(130)로부터 방사된 광원이 반사체에 의해서 반사되지 않고 제1몰드물(120)를 통해서 직접 수광소자(140)에 입수되는 것을 방지해 주며, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2몰드물(150)은 상기 발광소자(130) 및 수광소자(140)를 외부 환경과 격리시키며 보호하는 역할을 수행하며, 상기 발광소자(130) 및 수광 소자(140)의 빛이 통과될 수 있도록 투광성 몰드를 사용한다. 상기 투광성 제2몰드물(150)은 표면이 평평한 플랫타입일 수 있으나, 반사체로의 지향성을 높이고 수광소자(140)로의 지향성을 높일 수 있도록 렌즈형태로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명에 따른 반사형 센서는 발광소자(130)에서 발광된 빛이 일측에 형성된 제1몰드물(120)을 제외하고는 전부 제2몰드물(150)을 통해 투과되므로 상부 표면으로 발광되는 빛을 상면에 형성된 렌즈를 통해서 반사체에 지향성을 가지도록 하는 것은 매우 바람직한 형태가 된다.
이때, 표면이 평평하거나 또는 렌즈형태로 볼록진 상기 제2몰드물(150)은 일반적으로 반도체 패키지 공정에서 사용되는 에폭시 수지로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 작동은 하기와 같다.
우선, 소정의 금속 패턴이 형성된 상기 인쇄 회로 기판(110)에 외부 전원이 연결되면, 상기 발광소자(120) 및 수광소자(130) 중 발광소자로 이루어지는 소자에 전원이 공급된다.
상기 발광소자로 이루어지는 소자에 전원이 공급되면, 상기 발광소자로 이루어지는 소자는 빛을 발광하게 된다.
발광된 빛은 소정의 목적물에 반사되고, 반사된 빛은 상기 중심부 소자(120) 및 외곽부 소자(130) 중 수광소자로 이루어지는 소자에 의하여 감지된다.
이때, 상기 제1몰드물(120)은 상기 발광소자로 이루어지는 소자에서 발광하는 빛을 차단 또는 흡수하여 상기 수광소자로 이루어지는 소자가 발광된 빛에 의하여 직접적인 영향을 받는 것을 방지한다. 즉, 상기 제1몰드물(120)은 상기 발광 소자(120) 및 수광소자(130)를 광학적으로 격리시키는 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지는 인쇄 회로 기판의 중심에 중심부 소자를 실장하는 단계(S1)와, 상기 중심부 소자를 중심으로 하는 동심원의 원주를 따라 외곽부 소자를 실장하는 단계(S2)와, 상기 중심부 소자 및 외곽부 소자를 몰딩하는 제 1 몰딩부를 형성하는 단계(S3)와, 상기 중심부 소자 및 외곽부 소자를 광학적으로 격리하는 제 2 몰딩부를 형성하는 단계(S4)를 진행함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지를 제조할 수 있다.
도 4, 도 5, 도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 이하에서는 상기 도 3과 함께 본 발명의 실시예에 따른 반사형 광센서 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도면을 참조하면, 우선, 인쇄 회로 기판(110)의 중간에 상기 제1몰드물(120)를 형성하는 단계는 도 4 에 도시된 바와 같이, 소정의 금속 패턴이 형성된 상기 인쇄 회로 기판(110)에 발광소자(130)와 수광소자(140)를 광학적으로 격리하는 제1몰드물(120)을 형성하는 단계는 인쇄회로기판(100)상에 제1몰드물(120)에 해당하는 캐비티(200)를 가지는 금형이 올려진 후 상기 캐비티(200)에 불투광성 수지를 충진 하여 형성된다. 즉, 일종의 트랜스퍼 몰딩 공정을 이용하는 것이다. 이때, 상기 제 1몰드물(120)은 상기 발광 소자(120) 및 수광소자(130) 사이에 서로 광에 의한 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1몰딩부에 의해서 양분된 인쇄회로기판상에 발광소자와 수광소자를 각각 실장하는 단계에서는 제1몰드물(120)의 양측으로 인쇄회로기판(110)상에 발광소자(130) 및 수광소자(140)이 실장된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2몰드물(150)를 형성하는 단계에서는, 몰딩 공정을 통하여 상기 발광소자(130) 및 수광소자(140)를 외부 환경과 격리시키며 보호하는 역할을 수행하는 제2몰드물(150)를 형성한다. 상기 제2몰드물(150)은 인쇄회로기판(100)상에 제2몰드물(120)의 형상에 해당하는 캐비티(300)를 가지는 금형이 올려진 후 상기 캐비티(300)에 투광성 수지를 충진하여 형성된다. 충진되는 수지는 빛이 통과할 수 있도록 투명한 투광성 물질로 이루어진다. 상기 캐비티(300)가 렌즈형태로 이루어져 제2몰드물(150)의 상단이 렌즈형태로 성형된다. 도 7에서와 같이 상단이 렌즈형태로 이루어진 제2몰드물(150)은 광의 지향성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 금형을 이용한 트랜스퍼몰딩만으로 발광, 수광소자, 이들을 광학적으로 격리하는 제1몰드물과 상기 광소자를 보호하는 제2몰드물을 구비하는 반사형 광센서 제조방법이 제공할 수 있다.
이러한 반사형 광센서는 캐스팅 몰딩 방식의 문제점인 기포의 형성 문제, 표면장력에 의한 표면의 변형 문제를 해결할 수 있으며, 상단에 렌즈가 형성된 몰드물을 한 단계의 공정만으로 형성할 수 있게 된다.
Claims (4)
- 인쇄 회로 기판상에 상기 인쇄회로 기판을 양분하도록 광차폐성 제1몰딩부를 금형 몰딩하는 단계와상기 제1몰딩부에 의해서 양분된 인쇄회로기판상에 발광소자와 수광소자를 각각 실장하는 단계;와상기 발광소자 및 수광소자를 외부환경과 격리되도록 제2몰딩부를 금형 몰딩하는 단계를 포함하는 반사형 광센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 몰딩부는 인쇄회로 기판을 위에서 볼 때 좌우로 양분하도록 상측에서 하측까지 일자로 형성되는 반사형 광센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2몰딩부는 상부면에 볼록렌즈가 형성되어 광 지향성이 향상된 반사형 광센서 제조방법.
- 반사형 광센서에 있어서,금속 패턴이 형성되어 있는 인쇄 회로 기판(110)과,상기 인쇄회로기판(110)을 위에서 볼 때 상기 인쇄회로기판(110)이 양분되도록 인쇄회로기판(110)의 상단에서 하단에 걸쳐 일자로 형성된 광차폐성 제1몰드물(120)과,상기 제1몰드물(120)의 일측으로 인쇄회로기판(110)상에 실장된 발광소자(130)와 상기 제1몰드물(120)의 타측으로 인쇄회로기판(120)상에 실장된 수광소자(140)와,상기 제1몰드물(120)로부터 양쪽으로 인쇄회로기판(110)의 모서리에 거쳐 상기 발광소자(130) 및 수광소자(140)를 커버하도록 몰딩되는 제2몰드물(150),여기서 상기 제2몰드물(150)은 상단이 렌즈형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 광센서.
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