JP2006216887A - オプトデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】
加工や部品を増加することなく、素子の発光又は受光効率を高めると共に素子を覆う樹脂部の応力による素子の破損や断線を防ぐオプトデバイスを提供することにある。
【解決手段】
フォトダイオード２４の周囲に第１樹脂からなるリフレクタ２８を設け、フォトダイオード２４を覆う第２樹脂からなるレンズ３０を設けている。リフレクタ２８は、フォトダイオード２４周囲の基板２２の表面を覆い、フォトダイオード２４を囲う傾斜面２８ａを有している。レンズ３０は、リフレクタ２８の傾斜面２８ａに密着するように設けられている。このオプトデバイスにおけるリフレクタ２８とレンズ３０の境界面は、反射面として作用する。リフレクタ２８とレンズ３０は、一連の樹脂成形工程で容易に形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子及び受光素子の一方又は両方を搭載したオプトデバイスに関するものであり、特に、加工や製造工程を追加変更することなく且つワイヤー断線等の品質の低下をまねくことなく、発光、受光の効率を高めることを可能としたものに関する。

一般に、オプトデバイスにおいて発光又は受光の効率を高めるには、レンズを設けたり、光を反射するリフレクタを設けることが効果的とされている。

図６乃至図８は、従来のオプトデバイスの一例を示す断面図であり、受光素子を搭載した従来の受光センサの構造を示している。図６に示す受光センサでは、基板２の上にフォトダイオード４とＩＣ６が実装され、このフォトダイオード４とＩＣ６を封止する透光性樹脂部８が設けられ、その上に凸レンズ状に形成されたレンズ１０が載せられている。また、この受光センサにおいては、レンズ１０の中央が突出するための孔１２ａを有するシールドケース１２を透光性樹脂部８の外側に取り付けることで、レンズ１０を透光性樹脂部８上に固定している。この受光センサでは、外方から照射された赤外光等をレンズ部１０で集光してフォトダイオード４により多くの光が当たるように構成して受光効率を高めている。

また、図７に示す受光センサでは、基板２上にフォトダイオード４とＩＣ６を実装すると共に、フォトダイオード４の周囲に外方に向かって広がるように傾斜した反射面１４ａを有するリフレクタ１４を設けている。このリフレクタ１４、フォトダイオード４及びＩＣ６は、透光性樹脂部１８により覆われて封止されている。この透光性樹脂部１８は、中央部分が凸レンズ状に盛り上がってシールドケース１２の孔１２ａから突出しており、レンズの機能も果たすものとなっている。この受光センサでは、凸レンズ状の透光性樹脂部１８で集光すると共に更にリフレクタ１４にて広い角度の光をフォトダイオード４の方向に集めて、受光効率を高めている。

図８に示す受光センサでは、基板２にざぐり加工等を施すことで凹部２ａを形成し、その底部にフォトダイオード４を実装すると共に、凹部２ａの内周壁に傾斜した反射面２ｂを設けている。この凹部２ａ内のフォトダイオード４と、基板２の表面上に実装されたＩＣ６は、凸レンズ状に形成される透光性樹脂部１８により封止されている。この受光センサでは、図７に示すリフレクタ１４に代えて基板２に形成した反射面２ｂで光を反射・集光して、受光効率を高めている。

しかしながら、図６に示すようなレンズ１０を設けるだけでは受光又は発光効率を十分に高めることができなかった。また、図７に示すようなリフレクタ１４を設けるには、部品点数と取付工程が増加するという問題があった。更に、図８に示すような凹部２ａを形成するには、基板２に加工を施すことが必要になり、量産性の低下と加工によるコストアップをまねくことになっていた。

一方、発光素子等を封止する樹脂部をレンズ状に形成すると、レンズ状に盛り上がった部分の重さにより樹脂部が回転したり傾いて発光素子等のワイヤーが断線することがあった。このため、発光素子等を実装する基板のカップ部の底部に溝部を形成する等の加工を施して基板と樹脂部との結合を強固にすることなどが提案されていた（特許文献１参照）。しかし、この装置では、基板の形状を複雑に加工することが必要となり、量産性の低下とコストアップを招くことになっていた。

また、発光素子等を封止する樹脂部が硬化するときの応力による発光素子等の破損や断線を防ぐため、発光素子等を覆う樹脂の材質と基板上全体を覆う樹脂の材質とを変えることにより、応力による破損等を防ぐことが提案されていた（特許文献２参照）。しかし、この構造においては、単に封止する樹脂を２種類使用するに過ぎなかったので、発光又は受光効率を高めるには、基板の加工やリフレクタの設置が必要であり、加工や部品の追加が必要であった。
特開２００３−３３２６２７号公報 特開２００３−１７９２６７号公報

本発明が解決しようとする課題は、加工や部品点数を増加することなく、発光素子又は受光素子の発光又は受光効率を高めると共に発光素子又は受光素子を覆う樹脂部の応力による素子の破損やワイヤーの断線を防ぐことができるオプトデバイスを提供することにある。

本発明のオプトデバイスは、平板状をなし、表面に導電パターンが形成された基板と、前記基板上に実装された発光素子及び受光素子の一方又は両方からなる光素子と、該光素子の周囲を覆い且つ前記光素子を囲む傾斜面を有する第１樹脂からなるリフレクタと、前記光素子を覆い且つ前記リフレクタに密着する第２樹脂からなるレンズと、からなり、前記リフレクタ及びレンズの境界面を反射面として光の照射又は集光をなすものである。このオプトデバイスにおいて、前記第１樹脂は遮光性を有する樹脂からなり、前記第２樹脂は透光性を有する樹脂からなる。また、前記レンズは、フレネルレンズ形状をなしている。また、前記リフレクタ及びレンズは、前記第１樹脂にてリフレクタを成形した後、前記第２樹脂にてレンズを成形することにより形成されている。また、前記レンズは、前記リフレクタの傾斜面で囲まれる凹部内に嵌め込まれ、前記光素子との間に空間を設けた状態で取り付けられている

本発明のオプトデバイスにおいては、発光素子又は受光素子の周囲に樹脂成形にて形成されるリフレクタを設け、発光素子又は受光素子を覆う樹脂でレンズを形成しているので、加工や部品点数を増加することなく発光又は受光効率を高めることができる。

また、リフレクタを形成する樹脂として光を反射する効率の良い樹脂を使用し、レンズを形成する樹脂として応力の小さい材質やリフレクタとの密着性の良い材質等をそれぞれ選択することができ、発光又は受光の効率を高め、素子の破損等による歩留の低下を抑えることができる。

また、レンズと素子との間に空間を設けているので、素子の上方を覆う樹脂の応力による素子の破損やワイヤーの断線を防止して、品質をより高めることができる。

また、レンズをフレネルレンズ形状に形成しているので、レンズ効果を得ながら製品の全高を抑えて小型・薄型化することができる。

また、リフレクタとレンズを一連の樹脂成形工程で形成することが可能であるため、製造工程を大幅に変更することなく、ほぼ従前の製造工程のまま製造することができる。

また、基板の特殊な加工や特殊な製造工程を必要としないので、製造コストの上昇を抑えることができる。

本発明のオプトデバイスにおいては、基板上に実装された発光素子及び受光素子の一方又は両方からなる光素子の周囲に第１樹脂からなるリフレクタを設け、光素子を覆うように第２樹脂からなるレンズを設けている。このリフレクタは、光素子周囲の基板表面を覆うものであり、光素子を囲うと共に外方に広がるように傾斜した傾斜面を有している。また、レンズは、リフレクタの傾斜面に密着するように設けられている。このオプトデバイスにおいては、リフレクタとレンズの境界面が反射面として作用し、外方からの光を光素子の方向へ反射したり、光素子からの光を外方の放射方向へ反射して、受光又は発光効率を高めている。

また、本発明のオプトデバイスにおけるリフレクタとレンズは、共に樹脂成形することにより形成されるものであり、一連の工程で形成することが可能となっている。

図１は本発明の実施例１に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。尚、この実施例１及び後述する他の実施例においては、オプトデバイスとして受光センサを例にとって説明する。２２は基板であり、平板状をなすと共に絶縁性を有し、その表面には導電パターンが複数形成されている。

２４は受光素子としてのフォトダイオードである。このフォトダイオード２４は、基板２２上の導電パターンにダイボンド及びワイヤーボンドされることにより実装されている。また、２６は、フォトダイオード２４が受光することに応じて信号を出力するＩＣであり、基板２２上に実装されている。

２８は第１樹脂により成形されたリフレクタである。このリフレクタ２８は、フォトダイオード２４周囲の基板２２表面を覆ってＩＣ２６を封止すると共に、フォトダイオード２４を囲う外方に向かって広がるように傾斜した円錐台周面状の傾斜面２８ａを有している。また、本実施例におけるリフレクタ２８を形成する第１樹脂は、遮光性を有しており、白色、黒色等の色調に着色されたものを使用している。

３０は第２樹脂により凸レンズ状に成形されたレンズである。このレンズ３０は、フォトダイオード２４を封止し、リフレクタ２８の傾斜面２８ａで囲まれた空間内を満たすと共に上方に盛り上がるように樹脂成形されている。このため、レンズ３０はリフレクタ２８の傾斜面２８ａに密着した状態で形成されている。また、本実施例におけるレンズを形成する第２樹脂は、透光性を有している。

３２は外光を遮断するシールドケースであり、リフレクタ２８の上面及び側面を覆うように図中下方が開口した箱状をなすものである。このシールドケース３２には、フォトダイオード２４に対面する位置に孔３２ａが設けられており、この孔３２ａからレンズ３０の上部が外方に突出するように構成されている。

上記構成からなる受光センサでは、リフレクタ２８が遮光性を有しているため、リフレクタ２８の傾斜面２８ａとレンズ３０の外側面３０ａとが接している境界面に反射面が形成されることになる。このため、レンズ３０にて外方からの光を集光するだけでなく、反射面によってより多くの光がフォトダイオード２４に当たるように光を反射し、フォトダイオード２４の受光効率を高めることができる。

一方、このオプトデバイスにおけるリフレクタ２８とレンズ３０は次のように樹脂成形される。はじめに、基板２２にフォトダイオード２４とＩＣ２６を実装した後、図２に示すように、円錐台形状をなすパイプ３４でフォトダイオード２４を囲う。次に、パイプ３４の外側にリフレクタ２８を樹脂成形し、その後、パイプ３４を取り除き、ポッティング等によってレンズ３０を成形する。その後、必要に応じてシールドケース３２が取り付けられる。

図３は本発明の実施例２に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。尚、図１に示す実施例１と同一部分には同一の符号が付してある。この受光センサにおいては、そのレンズ４０がフレネルレンズ形状に形成されている点が実施例１と異なり、他の部分は実施例１と同一となっている。このフレネルレンズ形状をなすレンズ４０は、レンズ３０と同様に、透光性を有し、フォトダイオード２４を覆って、リフレクタ２８に密着するものとなっている。フレネルレンズ形状のレンズ４０は、略平坦な面からなる上面にリング状に形成された多数の細かい凹凸を有し、この凹凸によって凸レンズ形状のレンズ３０と同様に外方からの光を集光するように作用する。特に、レンズ４０は、レンズ３０のように上方に突出するものではないので、レンズ３０に比べて高さを低くすることができ、製品としての受光センサの高さを低く押さえて小型・薄型化することを可能にしている。

尚、上記実施例１及び２におけるリフレクタ２８を形成する第１樹脂は、反射面の反射効率が良くなるような白色のものが好ましく、また、外形を形成するものであるため、比較的硬いものが好ましい。また、レンズ３０，４０を形成する第２樹脂は、熱膨張係数が低い等、過大な応力がフォトダイオード２４やワイヤーに加わらず、フォトダイオード２４やワイヤーの破損や断線を生じさせないものであることが好ましい。更に、この第１樹脂と第２樹脂は、レンズ３０のように上方に突出するものの場合、強固に固定することが必要となるため、密着性の良いものであることが好ましい。

図４は本発明の実施例３に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。尚、図１に示す実施例１と同一部分には同一の符号が付してある。この受光センサにおいては、凸レンズ形状に樹脂形成されたレンズ５０の底面５０ｂとフォトダイオード２４との間に一定の間隔を設けることで、フォトダイオード２４の周りに空間Ｓが生じるように構成している。尚、リフレクタ２８の傾斜面２８ａの下方端部は、基板２２に対して略垂直となるように形成され、フォトダイオード２４との間に一定の間隔をあけるように設定している。このため、フォトダイオード２４は、リフレクタ２８とレンズ５０との間に空間Ｓをあけつつ、それらによって囲まれた部屋の内部に封止されることになる。

上記のように構成すると、樹脂の内部に封止したときのように、樹脂が硬化したり熱膨張する際の応力が直接素子やワイヤーに加わることがなくなり、そのような応力による素子の破損やワイヤー断線が生じることを防ぐことができる。

また、上記のように、レンズ５０の底面５０ｂとフォトダイオード２４との間に空間Ｓを形成するには、底面５０ｂがフォトダイオード２４に接触しないように高さを設定して予めレンズ５０を樹脂にて成形しておき、そのレンズ５０をリフレクタ２８の傾斜面２８ａで囲まれた凹部内に嵌め込んで固着する。これにより、レンズ５０の底面５０ｂとフォトダイオード２４との間に所定の空間Ｓを形成することができる。

図５は本発明の実施例４に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。尚、図１に示す実施例１と同一部分には同一の符号が付してある。この受光センサにおいては、実施例２と同様のフレネルレンズ形状のレンズ６０を用いて、実施例３と同様にその底面６０ｂとフォトダイオード２４との間に空間Ｓを設けるように構成している。このレンズ６０も、実施例３と同様に、底面６０ｂがフォトダイオード２４に接触しないように高さを設定して予めレンズ６０を樹脂にて成形し、そのレンズ６０をリフレクタ２８の傾斜面２８ａに沿って嵌め込んで固着する。これによりレンズ６０とフォトダイオード２４との間には空間Ｓが設けられ、フォトダイオード２４の破損やワイヤー断線を防止することができる。

尚、上記実施例１乃至４においては、フォトダイオード２４を用いた受光センサを例にとって説明したが、フォトダイオード２４及びＩＣ２６の代わりに発光素子としてのＬＥＤチップを実装することにより、受光センサの場合と同様に、発光効率を高め且つ素子の破損とワイヤーの断線を防ぐという効果を奏する発光装置を形成することができる。尚、この場合、外方を遮光するシールドケース３２は設ける必要がない。

本発明は、上記のように受光素子を実装した受光センサや発光素子を実装した発光装置に用いることができるものであるが、この他、受光素子と発光素子の両方が実装されたフォトインタラプタ等のセンサにも用いることができる。

本発明の実施例１に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。 図１に示すリフレクタとレンズの樹脂成形工程を示す断面図である。 本発明の実施例２に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。 本発明の実施例３に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。 本発明の実施例４に係るオプトデバイスの構造を示す断面図である。 従来の受光センサの構造を示す断面図である。 従来の受光センサの構造を示す断面図である。 従来の受光センサの構造を示す断面図である。

符号の説明

２，２２ 基板
２ａ 凹部
２ｂ 反射面
４，２４ フォトダイオード（受光素子）
６，２６ ＩＣ
８，１８ 透光性樹脂部
１０ レンズ
１２，３２ シールドケース
１２ａ，３２ａ 孔
１４ リフレクタ
１４ａ 反射面
２８ リフレクタ
２８ａ 傾斜面
３０，４０，６０ レンズ
３０ａ 外側面
５０ｂ，６０ｂ 底面

Claims (5)

1. 平板状をなし、表面に導電パターンが形成された基板と、
   前記基板上に実装された発光素子及び受光素子の一方又は両方からなる光素子と、
   該光素子の周囲を覆い且つ前記光素子を囲む傾斜面を有する第１樹脂からなるリフレクタと、
   前記光素子を覆い且つ前記リフレクタに密着する第２樹脂からなるレンズと、
   からなり、
   前記リフレクタ及びレンズの境界面を反射面として光の照射又は集光をなすことを特徴とするオプトデバイス。
2. 前記第１樹脂は遮光性を有する樹脂からなり、前記第２樹脂は透光性を有する樹脂からなる請求項１記載のオプトデバイス。
3. 前記レンズは、フレネルレンズ形状をなす請求項１記載のオプトデバイス。
4. 前記リフレクタ及びレンズは、前記第１樹脂にてリフレクタを成形した後、前記第２樹脂にてレンズを成形することにより形成されている請求項１記載のオプトデバイス。
5. 前記レンズは、前記リフレクタの傾斜面で囲まれる凹部内に嵌め込まれ、前記光素子との間に空間を設けた状態で取り付けられている請求項１記載のオプトデバイス。

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