WO2022091969A1 - 受発光素子実装基板および受発光素子実装基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

製造容易で安価な受発光素子実装基板を提供する。受発光素子実装基板１０は、発光素子１２と、受光素子１４と、発光素子１２を実装した第１部分２１と、受光素子１４を実装した第２部分２２と、第１部分２１と第２部分２２とを電気接続するフレキシブル部２３と、を有するプリント基板２０と、を備える。フレキシブル部２３は、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向を揃えるように折り曲げられている。

Description

受発光素子実装基板および受発光素子実装基板の製造方法

　本発明は、受発光素子実装基板および受発光素子実装基板の製造方法に関する。

　従来、２枚の回路基板を直角に固定し互いに電気接続する基板固定構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。一方の基板には孔部が形成され、この孔部に他方の基板の脚部が挿入されて半田付けされることによって、これら２枚の基板は直角に固定される。直角に立てられた基板の両端に配置された２つの固定ホルダによって、２枚の基板間の固定が補強されている。

特開２００８－２６３０４２号公報

　本発明者らは、受光素子と発光素子を実装した受発光素子実装基板について検討したところ、以下の課題を認識するに至った。発光素子と受光素子を同じ基板面に実装する場合を考えると、両素子の仕様によっては、例えば発光素子がこの基板面に平行に光を出射する一方で受光素子が基板面に垂直な方向から受光するというように、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向が異なってしまうことが起こりうる。これを避け、発光方向と受光方向を揃えるためには、例えば、受光素子を実装した基板と発光素子を実装した別の基板とを用意して、例えば上述のような既存の手法を使用して、これら２枚の基板を例えば直角など所望の角度に組み合わせてはんだ付けする構成が考えられる。しかし、このように２枚の基板を角度をなして結合し互いに電気接続可能に接合する構成は、とくに発光素子と受光素子を高精度に位置決めすべき場合には、製造上の難度が高くなり、または製造コストが高くなりがちである。

　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、製造容易で安価な受発光素子実装基板を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様の受発光素子実装基板は、発光素子と、受光素子と、発光素子を実装した第１部分と、受光素子を実装した第２部分と、第１部分と第２部分とを電気接続するフレキシブル部と、を有するプリント基板と、を備える。フレキシブル部は、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向を揃えるように折り曲げられている。

　この態様によると、プリント基板のフレキシブル部を折り曲げるという簡単な工程によって、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向を揃えることができる。よって、製造容易で安価な受発光素子実装基板を提供することができる。

　発光素子は、発光素子が実装された第１部分の表面に平行な方向に発光可能であり、受光素子は、受光素子が実装された第２部分の表面に垂直な方向から受光可能であり、フレキシブル部は、発光素子が実装された第１部分の表面と受光素子が実装された第２部分の表面とが直交するように折り曲げられていてもよい。このようにすれば、プリント基板のフレキシブル部の折り曲げ前の状態で発光素子の発光方向と受光素子の受光方向が垂直となっている場合に、発光素子が実装されたプリント基板の第１部分の表面と受光素子が実装されたプリント基板の第２部分の表面とが直交するようにフレキシブル部を折り曲げることによって、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向を揃えることができる。

　フレキシブル部の折り曲げ状態を保持するように第１部分と第２部分とを固定するホルダをさらに備えてもよい。ホルダを利用して、フレキシブル部の折り曲げ状態、ひいては発光素子と受光素子の所望の位置決め状態を保持することができる。

　プリント基板は、第１部分と第２部分をそれぞれリジッド部とする単一のフレックスリジッド基板であってもよい。このようにすれば、発光素子と受光素子が単一のフレックスリジッド基板に実装されるので、発光素子と受光素子を別々の基板に実装する場合に比べて実装工程が簡略化される。これにより、受発光素子実装基板の製造を容易にするとともに製造コストを低減することができる。

　発光素子が実装された第１部分の表面と受光素子が実装された第２部分の表面は、プリント基板の同じ側の面であってもよい。このようにすれば、発光素子と受光素子がプリント基板の同じ側の面に実装されるので、発光素子と受光素子を互いに反対側の面に実装する場合に比べて実装工程を簡略化することができる。

　フレキシブル部は、発光素子が実装されていない第１部分の反対側の表面と受光素子が実装されていない第２部分の反対側の表面とを近づけるように折り曲げられていてもよい。仮に、これと逆向き、つまり発光素子が実装されたプリント基板の第１部分の表面と受光素子が実装されたプリント基板の第２部分の表面とを近づけるようにフレキシブル部を折り曲げたとすると、第２部分およびフレキシブル部が発光素子からの出射光の光路に交わるように配置されることになるかもしれない。その場合、発光素子の出射光が遮られてしまう。しかしながら、発光素子が実装されていない第１部分の反対側の表面と受光素子が実装されていない第２部分の反対側の表面とを近づけるようにフレキシブル部を折り曲げることにより、このような不都合を避けることができる。

　本発明の別の態様は、受発光素子実装基板の製造方法である。この方法は、第１部分と、第２部分と、第１部分と第２部分とを電気接続するフレキシブル部と、を有するプリント基板の第１部分に発光素子を実装する工程と、プリント基板の第２部分に受光素子を実装する工程と、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向を揃えるようにフレキシブル部を折り曲げる工程と、を備える。

　本発明によれば、製造容易で安価な受発光素子実装基板を提供することができる。

実施の形態に係る受発光素子実装基板を模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、実施の形態に係り、基板に実装された発光素子および受光素子を示す模式図である。 実施の形態に係る発光素子と受光素子の位置決め構造を模式的に示す斜視図である。 実施の形態に係る受発光素子実装基板の製造方法を模式的に示す図である。

　以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に用いられる「第１」、「第２」等の用語は、いかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

　図１は、実施の形態に係る受発光素子実装基板１０を模式的に示す斜視図である。受発光素子実装基板１０は、少なくとも１つの発光素子１２と、少なくとも１つの受光素子１４と、プリント基板２０と、ホルダ３０とを備える。プリント基板２０は、発光素子１２を実装した第１部分２１と、受光素子１４を実装した第２部分２２と、第１部分２１と第２部分２２とを電気接続するフレキシブル部２３とを有する。

　受発光素子実装基板１０は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）等のセンサ機器に組み込まれて使用される。この場合、発光素子１２は、例えば赤外パルスレーザー光源など、赤外発光素子であってもよい。受光素子１４は、赤外光を検出可能な光センサであってもよい。赤外光は、８００～１５５０ｎｍの範囲から選択された波長を有する近赤外光であってもよい。

　図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、実施の形態に係り、基板に実装された発光素子１２および受光素子１４を示す模式図である。図２（ａ）には発光素子１２が示され、図２（ｂ）には受光素子１４が示される。発光素子１２と受光素子１４はそれぞれ、表面実装型の素子であり、発光素子１２は基板（例えばプリント基板２０の第１部分２１）の表面に実装され、受光素子１４は基板（例えばプリント基板２０の第２部分２２）の表面に実装される。

　図２（ａ）に示されるように、この実施の形態では、発光素子１２は、発光素子１２が実装された基板の表面に平行な方向に発光可能である。すなわち、発光素子１２からの出射光１３の強度が最も強い方向（本書では、これを発光方向と称することがある）は、発光素子１２が基板の表面に実装された状態で基板の表面に平行となる。また、図２（ｂ）に示されるように、受光素子１４は、受光素子１４が実装された基板の表面に垂直な方向から受光可能である。すなわち、受光素子１４の受光感度が最大となる入射光１５の入射方向は、受光素子１４が基板の表面に実装された状態で基板の表面に垂直となる。したがって、発光素子１２と受光素子１４が同じ基板面に実装された場合を考えると、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向は直交し、これら二方向は互いに異なることになる。

　図１に戻る。この実施の形態では、プリント基板２０は、第１部分２１と第２部分２２をそれぞれリジッド部とする単一のフレックスリジッド基板である。発光素子１２と受光素子１４が単一のフレックスリジッド基板に実装されるので、発光素子１２と受光素子１４を別々の基板に実装する場合に比べて実装工程が簡略化される。これにより、受発光素子実装基板１０の製造を容易にすることができ、製造コストが低減される。

　一例として、第１部分２１は矩形状の形状を有し、第２部分２２はこれも矩形状であるが第１部分２１に比べて細長い形状を有し、フレキシブル部２３は第１部分２１と第２部分２２の間で短冊状の形状を有する。第１部分２１の一辺と第２部分２２の長辺は、ほぼ等しい長さであり、これら２つの辺が対向するようにしてフレキシブル部２３によって接続されている。これら２つの辺に比べて、フレキシブル部２３の長さは若干短く、そのため、第１部分２１と第２部分２２はフレキシブル部２３の両側を越えて外側に延在している。なお、プリント基板２０の形状は、このような特定の平面形状に限られないことは言うまでもなく、そのほか様々な形状をとりうる。

　受発光素子実装基板１０は、この例では、複数（例えば３個）の発光素子１２と、複数（例えば３個）の受光素子１４とを有する。これら発光素子１２は、プリント基板２０の第１部分２１のフレキシブル部２３側の辺に沿って一列に並ぶように配置され、第１部分２１に実装されている。また、受光素子１４は、第２部分２２上で発光素子１２の列と平行な方向に沿って（図示の例では第２部分２２の長手方向に沿って）一列に並ぶように配置され、第１部分２１に実装されている。複数の発光素子１２と複数の受光素子１４とは一対一に対応付けられており、ある発光素子１２とこれに対応する受光素子１４とは、両素子の並び方向において同じ位置に配置されている。

　なお、このような発光素子１２および受光素子１４の配置、数はとくに限定されない。例えば、発光素子１２と受光素子１４は同数でなくてもよく、一対一に対応付けられていなくてもよい。また、発光素子１２（または受光素子１４）は、複数列に並んで配置されてもよい。

　図１に示されるように、プリント基板２０のフレキシブル部２３は、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向を揃えるように折り曲げられている。より具体的には、フレキシブル部２３は、発光素子１２が実装された第１部分２１の表面２１ａと受光素子１４が実装された第２部分２２の表面２２ａとが直交するように折り曲げられている。発光素子１２が実装された第１部分２１の表面２１ａと受光素子１４が実装された第２部分２２の表面２２ａは、プリント基板２０の同じ側の面である。フレキシブル部２３は、発光素子１２が実装されていない第１部分２１の反対側の表面２１ｂと受光素子１４が実装されていない第２部分２２の反対側の表面２２ｂとを近づけるように折り曲げられている。

　ホルダ３０は、フレキシブル部２３の折り曲げ状態を保持するように第１部分２１と第２部分２２とを固定する。ホルダ３０を利用して、フレキシブル部２３の折り曲げ状態、ひいては発光素子１２と受光素子１４の所望の位置決め状態を保持することができる。第１部分２１と第２部分２２が直角となるようにフレキシブル部２３が折り曲げられている場合には、ホルダ３０は、例えばＬ字形状であってもよく、このＬ字の一辺に第１部分２１が固定され、もう一辺に第２部分２２が固定されてもよい。

　上述のように、第１部分２１と第２部分２２がフレキシブル部２３によって電気接続されるので、ホルダ３０は第１部分２１と第２部分２２を構造的に結合するにすぎず、両部分の電気接続には関与しない。よって、ホルダ３０は、例えば合成樹脂材料、金属材料、またはその他の適する材料で形成されてもよい。

　図示の例では、ホルダ３０は、フレキシブル部２３に対して片側に設けられているが、複数（例えば２つ）のホルダ３０がフレキシブル部２３の両側に設けられ、これらホルダ３０がそれぞれ、フレキシブル部２３の折り曲げ状態を保持するように第１部分２１と第２部分２２とを固定してもよい。

　図３は、実施の形態に係る発光素子１２と受光素子１４の位置決め構造を模式的に示す分解斜視図である。理解のために、図３では、図１とは反対側から見た図を示している。この位置決め構造は、プリント基板２０の第１部分２１および第２部分２２とホルダ３０との係合により、発光素子１２と受光素子１４を互いに位置決めするものである。

　一例として、位置決め構造は、プリント基板２０の第１部分２１に第１スリット４１を有し、第２部分２２に第２スリット４２を有する。第１スリット４１は、フレキシブル部２３と結合された第１部分２１の辺に隣接する辺に形成され、第２スリット４２は、フレキシブル部２３と結合された第２部分２２の辺に隣接する辺に形成されている。第１スリット４１と第２スリット４２はそれぞれ、フレキシブル部２３に対して第１部分２１と第２部分２２の同じ側に形成されている。ホルダ３０は、第１スリット４１と係合する第１位置決め部４３と、第２スリット４２と係合する第２位置決め部４４とを有する。ホルダ３０には、第１位置決め部４３の両側に第１溝部４５が形成され、第２位置決め部４４の両側に第２溝部４６が形成されている。

　ホルダ３０がプリント基板２０の第１部分２１および第２部分２２に装着されるとき、ホルダ３０の第１位置決め部４３が第１スリット４１と係合するとともに、第１スリット４１の両側の第１溝部４５に、第１スリット４１が形成されている第１部分２１の辺が差し込まれる。また、ホルダ３０の第２位置決め部４４が第２スリット４２と係合するとともに、第２スリット４２の両側の第２溝部４６に、第２スリット４２が形成されている第２部分２２の辺が差し込まれる。第１部分２１とホルダ３０、および第２部分２２とホルダ３０は、ねじ、接着剤など適宜の接合手段（図示せず）によって互いに固定されてもよい。こうして、第１部分２１と第２部分２２がそれぞれホルダ３０に対し位置決めされ、それにより、発光素子１２と受光素子１４が互いに位置決めされる。なお、位置決め構造は、このような特定の形状、構造に限定されるものではなく、そのほか様々な形態をとりうる。

　なお、受発光素子実装基板１０は、図示されない制御回路基板または電源に接続されてもよい。例えば、第１部分２１のいずれかの辺または第２部分２２のいずれかの辺が制御回路基板の対応する貫通穴に差し込まれ、はんだ付けされることによって、受発光素子実装基板１０がこの制御回路基板に接合され電気接続されてもよい。あるいは、第１部分２１または第２部分２２のいずれかにコネクタが設置され、このコネクタを介して受発光素子実装基板１０が制御回路基板または電源に接続されてもよい。

　再び図１を参照して、受発光素子実装基板１０の動作を説明する。発光素子１２が発する出射光１３は、第１部分２１の表面に平行な発光方向に沿って照射される。この出射光１３は、遠方または周囲の物体によって反射または散乱され、入射光１５として戻ってくる。第１部分２１と第２部分２２が直交するようにフレキシブル部２３が折り曲げられている。そのため、第２部分２２の表面に垂直な受光素子１４の受光方向が発光方向と揃っているので、入射光１５は受光素子１４に入射して良好に検出されることができる。検出結果は、物体の位置計測またはその他のセンシングのために利用される。

　図４は、実施の形態に係る受発光素子実装基板１０の製造方法を模式的に示す図である。まず、用意されたプリント基板２０に発光素子１２と受光素子１４が実装される（Ｓ１０）。プリント基板２０は上述のように、第１部分２１、第２部分２２、およびフレキシブル部２３を有するフレックスリジッド基板である。発光素子１２が第１部分２１に実装されるとともに、受光素子１４が第２部分２２に実装される。この実装工程は、表面実装機を使用して自動的に行われてもよいし、または手作業により行われてもよい。

　発光素子１２が実装された第１部分２１の表面と受光素子１４が実装された第２部分２２の表面は、プリント基板２０の同じ側の面（図４ではプリント基板２０の上面）である。もし、発光素子１２と受光素子１４を互いに反対側の面に実装する場合には、まずプリント基板２０の第１部分２１の片面に発光素子１２を実装し、プリント基板２０を裏返して、第２部分２２の反対側の面に受光素子１４を実装することになる。これに対して、発光素子１２と受光素子１４がプリント基板の同じ側の面に実装すれば、発光素子１２と受光素子１４の実装をまとめて行うことができ、実装工程を簡略化することができる。

　発光素子１２を第１部分２１に実装する工程と受光素子１４を第２部分２２に実装する工程は、必要に応じて別々に（順番に）行われてもよい。しかし、発光素子１２と受光素子１４を同時に実装してもよい場合には、両素子の実装をまとめて行うことが効率的である。

　次に、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向を揃えるようにプリント基板２０のフレキシブル部２３が折り曲げられる（Ｓ２０）。フレキシブル部２３は、発光素子１２が実装されていない第１部分２１の反対側の表面２１ｂと受光素子１４が実装されていない第２部分２２の反対側の表面２２ｂとを近づけるようにして、第１部分２１の表面２１ａと第２部分２２の表面２２ａとが直交するように折り曲げられている。このようにして、フレキシブル部２３の折り曲げ前の状態で発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向が垂直となっているのに対し、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向を揃えることができる。

　また、仮に、これと逆向き、つまり発光素子１２が実装された第１部分２１の表面２１ａと受光素子１４が実装された第２部分２２の表面２２ａとを近づけるようにフレキシブル部２３を折り曲げたとすると、第２部分２２とフレキシブル部２３が発光素子１２からの出射光の光路に交わるように配置されうる。その場合、発光素子１２の出射光が遮られてしまう。しかし、発光素子１２が実装されていない第１部分２１の反対側の表面２１ｂと受光素子１４が実装されていない第２部分２２の反対側の表面２２ｂとを近づけるようにフレキシブル部２３を折り曲げることにより、このような不都合を避けられる。

　そして、プリント基板２０にホルダ３０が装着される（Ｓ３０）。第１部分２１と第２部分２２がそれぞれホルダ３０に固定され、発光素子１２と受光素子１４が互いに位置決めされる。こうして、受発光素子実装基板１０が完成する。

　実施の形態によると、プリント基板２０の第１部分２１に発光素子１２が実装され、第２部分２２に受光素子１４が実装され、発光素子１２の発光方向と受光素子１４の受光方向を揃えるようにフレキシブル部２３が折り曲げられている。一枚のプリント基板２０に発光素子１２と受光素子１４をまとめて実装し、フレキシブル部を折り曲げるという簡単な工程によって、発光素子の発光方向と受光素子の受光方向を揃えた受発光素子実装基板を提供することができる。

　本発明は、上述した実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、実施の形態及び変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えたりすることも可能であり、そのような組み合わせ、もしくはさらなる変形が加えられた実施の形態や変形例も本発明の範囲に含まれる。上述した実施の形態や変形例、及び上述した実施の形態や変形例と以下の変形との組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、変形例及びさらなる変形それぞれの効果をあわせもつ。

　上述の実施の形態では、プリント基板２０は一枚のフレックスリジッド基板であるが、本発明はこれに限られない。ある実施の形態においては、発光素子１２を実装した第１プリント基板と、受光素子１４を実装した第２プリント基板を用意し、これら２つのプリント基板をフレキシブルプリント基板で接続したものを、上述の実施の形態におけるプリント基板２０として使用してもよい。フレキシブルプリント基板がフレキシブル部２３に相当する。

　必要とされる場合には、発光素子１２と受光素子１４はプリント基板２０の互いに反対側の基板面に実装されてもよい。

　フレキシブル部２３の折り曲げたとき第１部分２１と第２部分２２がなす角度は直角には限られない。第１部分２１と第２部分２２がなす角度が所望の角度となるように、フレキシブル部２３は、所望の任意の湾曲形状に折り曲げられてもよい。

　実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

　本国際出願は、２０２０年１１月２日に出願された日本国特許出願である特願２０２０－１８３８７６号に基づく優先権を主張するものであり、当該日本国特許出願である特願２０２０－１８３８７６号の全内容は、本国際出願に援用される。

　本発明の特定の実施の形態についての上記説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上記の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。

　１０　受発光素子実装基板、　１２　発光素子、　１４　受光素子、　２０　プリント基板、　２１　第１部分、　２２　第２部分、　２３　フレキシブル部、　３０　ホルダ。

Claims (7)

1. 　発光素子と、
   　受光素子と、
   　前記発光素子を実装した第１部分と、前記受光素子を実装した第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを電気接続するフレキシブル部と、を有するプリント基板と、を備え、
   　前記フレキシブル部は、前記発光素子の発光方向と前記受光素子の受光方向を揃えるように折り曲げられていることを特徴とする受発光素子実装基板。
2. 　前記発光素子は、前記発光素子が実装された前記第１部分の表面に平行な方向に発光可能であり、前記受光素子は、前記受光素子が実装された前記第２部分の表面に垂直な方向から受光可能であり、
   　前記フレキシブル部は、前記発光素子が実装された前記第１部分の表面と前記受光素子が実装された前記第２部分の表面とが直交するように折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の受発光素子実装基板。
3. 　前記フレキシブル部の折り曲げ状態を保持するように前記第１部分と前記第２部分とを固定するホルダをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子実装基板。
4. 　前記プリント基板は、前記第１部分と前記第２部分をそれぞれリジッド部とする単一のフレックスリジッド基板であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の受発光素子実装基板。
5. 　前記発光素子が実装された前記第１部分の表面と前記受光素子が実装された前記第２部分の表面は、前記プリント基板の同じ側の面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の受発光素子実装基板。
6. 　前記フレキシブル部は、前記発光素子が実装されていない前記第１部分の反対側の表面と前記受光素子が実装されていない前記第２部分の反対側の表面とを近づけるように折り曲げられていることを特徴とする請求項５に記載の受発光素子実装基板。
7. 　第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを電気接続するフレキシブル部と、を有するプリント基板の前記第１部分に発光素子を実装する工程と、
   　前記プリント基板の前記第２部分に受光素子を実装する工程と、
   　前記発光素子の発光方向と前記受光素子の受光方向を揃えるように前記フレキシブル部を折り曲げる工程と、を備えることを特徴とする受発光素子実装基板の製造方法。

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