JP3782489B2

JP3782489B2 - 表面実装型フォトリフレクタ及びフォトインタラプタ

Info

Publication number: JP3782489B2
Application number: JP19799295A
Authority: JP
Inventors: 克彦野口
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: JPH0927635A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非接触で物体の通過や接近等を検出するフォトリフレクタとフォトインタラプタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面実装型フォトリフレクタ及びフォトインタラプタとしては、それぞれ図１２及び図１３に示すものがあった。即ち、フォトリフレクタは、図１２に示すように、線状に並ぶ各一対の電極パターン２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂからなる第１及び第２電極パターン２、４が表面に形成されたガラスエポキシからなる基板６と、電極パターン２ａ、４ａにそれぞれダイボンドされると共に電極パターン２ｂ、４ｂにそれぞれワイヤーボンドされた発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する）８及びフォトトランジスタ１０と、図中上下面が開口しＬＥＤ８とフォトトランジスタ１０をそれぞれ囲んで必要な方向を除いて遮光するモールド枠１２と、このモールド枠１２内に充填されてＬＥＤ８とフォトトランジスタ１０を封止するエポキシ又はシリコン等の透光性樹脂１４と、から構成されていた。
【０００３】
また、フォトインタラプタは、図１３に示すように、各一対のリードフレーム１６〜２２と、その一方のリードフレーム１６、２０にそれぞれダイボンドされ他方のリードフレーム１８、２２にそれぞれワイヤーボンドされたフォトトランジスタ２４及びＬＥＤ２６と、それらを封止するエポキシ樹脂２８、３０と、封止されたフォトトランジスタ２４とＬＥＤ２６が対向するようにそれらを封止・固定するプラスチックからなる筐体３２と、から構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のフォトリフレクタやフォトインタラプタにおいては、遮光のためにモールド枠１２を基板６上に取り付けたり、位置決め等のためにリードフレーム１６〜２２や筐体３２を用いていたので、小型化及び薄型化が困難であるという課題があった。
【０００５】
また、従来のフォトリフレクタやフォトインタラプタにおいては、ＬＥＤ８、２６やフォトトランジスタ１０、２４を基板６やリードフレーム１６〜２２に実装した後、モールド枠１２に取り付けたり筐体３２に挿入・固定することが必要であったため、製造・組立の工程が多くなるという課題もあった。
【０００６】
更に、ＬＥＤ８、２６とフォトトランジスタ１０、２４は、電極パターン２ｂ、４ｂやリードフレーム１８、２２にワイヤーボンドされていたので、透光性樹脂１４やエポキシ樹脂２８、３０で封止する際にワイヤーが断線することがあった。また、フォトリフレクタやフォトインタラプタをリフロー半田付する時の熱により、透光性樹脂１４やエポキシ樹脂２８、３０が膨張し、その応力ストレスによりワイヤーが断線することもあった。
【０００７】
また、従来のフォトリフレクタやフォトインタラプタにおいては、透光性樹脂１４やエポキシ樹脂２８、３０を介して発光又は受光する構造となっている。この透光性樹脂１４やエポキシ樹脂２８、３０は、ゴミやホコリが付着し易いものであるため、光結合特性を阻害することがあった。更に、この透光性樹脂１４やエポキシ樹脂２８、３０は、ＬＥＤ８、２６やフォトトランジスタ１０、２４の上部電極に取り付けられるワイヤーを保護するため比較的厚く形成されている。このため、発光及び受光の効率が低下するという課題もあった。
【０００８】
本発明は、上記従来例の課題に鑑みなされたもので、その目的は、小型、薄型化が可能であると共に生産効率が良く、信頼性の高い表面実装型フォトリフレクタ及びフォトインタラプタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面実装型フォトリフレクタは、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有する第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有し前記第１取付部に並設される第２取付部とを有し、該第１及び第２取付部にそれぞれ対応するように裏面上に第１及び第２電極パターンが形成された基板と、前記第１取付部の底部に取り付けられ、前記第１電極パターンに電気的に接続された発光素子と、前記第２取付部の底部に取り付けられ、前記第２電極パターンに電気的に接続された受光素子と、前記発光素子及び受光素子をそれぞれ覆う合成樹脂と、からなるものである。
【００１０】
また、本発明の表面実装型フォトインタラプタは、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有する第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有し前記第１取付部に所定間隔をあけて設けられる第２取付部とを有し、該第１及び第２取付部にそれぞれ対応するように裏面上に第１及び第２電極パターンが形成された基板と、前記第１取付部の底部に取り付けられ、前記第１電極パターンに電気的に接続された発光素子と、前記第２取付部の底部に取り付けられ、前記第２電極パターンに電気的に接続された受光素子と、前記発光素子及び受光素子をそれぞれ覆う合成樹脂と、前記発光素子と受光素子が対向するように前記基板を屈曲させて支持する支持部材と、からなるものである。
【００１１】
【作用】
本発明の表面実装型フォトリフレクタ及びフォトインタラプタにおいては、基板に第１及び第２取付部を設けており、この第１及び第２取付部内にＬＥＤとフォトトランジスタを取り付けて収納している。このため、従来例におけるモールド枠、リードフレーム、筐体等を使用する必要がなくなり、薄型、小型化が可能になり、製造工程も削減することができる。
【００１２】
また、本発明の表面実装型フォトリフレクタ及びフォトインタラプタにおいては、基板の第１及び第２取付部の底部を介して発光又は受光するように構成しており、光結合特性を向上させることが可能である。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係る表面実装型フォトリフレクタを示す斜視図である。４０は透光性及び耐熱性を有する絶縁材料からなる基板である。本実施例における基板４０は、熱可塑性ポリイミドフィルムで構成されており、０．１〜数ｍｍの厚さを有する。この基板４０には、それぞれ表面側が凸状に突出し裏面側が凹状になる第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂが並設されている。また、この基板４０の裏面側には、第１及び第２電極パターン４２、４４が設けられている。この第１及び第２電極パターン４２、４４は、各一対の電極パターン４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂからなり、それぞれ基板４０の四隅に設けられているスルーホール電極部４６〜５２から第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂの底部４０ｃ、４０ｄにかけて形成されている。
【００１４】
５４はその裏面５４ａが基板４０の第１取付部４０ａの底部４０ｃの裏面側に固着されているＬＥＤからなる発光素子である。図２にも示すように、本実施例における発光素子５４は、立方体又は直方体をなすものであり、その側面５４ｂ、５４ｃ上の裏面５４ａ寄りの部分にそれぞれ電極５４ｄ、５４ｅを有するものである。この電極５４ｄ、５４ｅは、それぞれ第１電極パターン４２の電極パターン４２ａ、４２ｂに電気的に接続されている。この発光素子５４は、裏面５４ａ側に光を発するように、図１２に示すフォトリフレクタに使用されているような表裏面に電極を有する従来のＬＥＤ８を横に倒したときの構造と同じ構造をなすように構成されている。
【００１５】
５６は裏面５６ａが基板４０の第２取付部４０ｂの底部４０ｄの裏面側に固着されているフォトトランジスタからなる受光素子である。図１２に示すフォトリフレクタに使用されているような従来のフォトトランジスタ１０は表裏面に電極を有するものであった。本実施例における受光素子５６は、図３に示すように、その裏面５６ａにエミッタ電極５６ｂとコレクタ電極５６ｃが設けられている。このエミッタ電極５６ｂとコレクタ電極５６ｃは、裏面５６ａが第２取付部４０ｂの底部４０ｄに固着されると第２の電極パターン４４の電極パターン４４ａ、４４ｂにそれぞれ電気的に接続される。
【００１６】
５８、６０は第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂ内に満たされ、発光素子５４と受光素子５６をそれぞれ覆って封止するエポキシ樹脂等からなる合成樹脂である。本実施例における合成樹脂５８、６０は発光又は受光の方向を制限すると共に外部光の影響を防ぐため、黒色等、光を遮断又は吸収する色に着色されている。尚、第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂの底部４０ｃ、４０ｄのみが透光性を有するように着色又は遮光された基板４０を用いた場合には、合成樹脂５８、６０として透明な合成樹脂を用いることもできる。
【００１７】
上記構成からなる表面実装型フォトリフレクタは、マザーボード上に載せ、スルーホール電極４６〜５２をマザーボード上の電極パターンに半田等により固着することにより実装される。このフォトリフレクタにおいては、第１電極パターン４２に電力が供給されることにより発光素子５４が発光し、その光が第１取付部４０ａの底部４０ｃを介して図中上方に照射される。そして、その照射された光が物体により反射されて、第２取付部４０ｂの底部４０ｄを介してその反射光が受光素子５６に達すると、この受光素子５６が導通し、第２電極パターン４４から信号を出力するように動作する。
【００１８】
次に上記表面実装型フォトリフレクタの製造工程を説明する。はじめに、図４及び図５に示すような数百個〜千個程度のフォトリフレクタを同時に製造することが可能な熱可塑性ポリイミドフィルム等からなる集合基板６２の裏面に銅の印刷又はエッチングにより形成したパターンあるいはこのように形成された銅箔のパターン上に金、ニッケル又は半田のメッキを施すことにより図１に示す第１及び第２電極パターン４２、４４を各フォトリフレクタを形成する領域内に形成する。
【００１９】
その後、加熱プレス又はインジェクション成形等により集合基板６２上に図１に示す第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂを各フォトリフレクタを形成する領域内に形成する。
【００２０】
次に、図６及び図７に示すように、発光素子５４と受光素子５６を、集合基板６２の各第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂ内にそれぞれダイボンドし、発光素子５４の電極５４ｄ、５４ｅと受光素子５６のエミッタ電極５６ｂ、コレクタ電極５６ｃを高温半田又は銀エポキシ樹脂等で固着する。
【００２１】
更に、第１及び第２取付部４０ａ、４０ｂ内に合成樹脂５８、６０を充填し、発光素子５４と受光素子５６を封止する。
【００２２】
尚、前述したように、設定した方向にのみ発光及び受光するようにするため、合成樹脂５８、６０で封止する際に赤外カットエポキシ樹脂又は光遮断用絶縁体で更に封止しても良い。また、併せて予め集合基板６２の表面又は裏面に光遮断用レジストや銅箔パターンを施すことにより、光を透過させる部分以外を確実に遮光することができる。
【００２３】
最後に、集合基板６２のスルーホール電極部分の中央を通るＸ・Ｙ軸方向のラインをスライシング等により切断して、個々のフォトリフレクタに分離する。
【００２４】
図８は本発明の一実施例に係る表面実装型フォトインタラプタを示す斜視図、図９は図８に示すフォトインタラプタの支持部材を取り付ける前の状態を示す斜視図である。このフォトインタラプタは、図１に示すフォトリフレクタと同一の基本構造を有し、また各部の材質も同じものとなっている。このため、前述したフォトリフレクタと異なる部分を中心として以下にその構成と製造工程を説明する。このフォトインタラプにおける基板１４０は、細長矩形状をなすもので、左・右及び中央の３つの領域１４０ｅ〜１４０ｇからなる。この基板１４０の左右端の領域１４０ｅ、１４０ｇにフォトリフレクタのものと同様の第１及び第２取付部１４０ａ、１４０ｂがそれぞれ形成されている。また、この基板１４０の裏面側に形成され且つ各一対の電極パターン１４２ａ、１４２ｂ、１４４ａ、１４４ｂからなる第１及び第２電極パターン１４２、１４４は、左右端の領域１４０ｅ、１４０ｇと中央の領域１４０ｆとの間の後に屈曲される部分の裏面に設けられた電極１４６〜１５２から第１及び第２取付部１４０ａ、１４０ｂの底部１４０ｃ、１４０ｄにかけて形成されている。尚、このフォトインタラプタにおける基板１４０の各領域１４０ｅ〜１４０ｇの境目付近の側面には、屈曲させ易くするための凹部１４０ｈ〜１４０ｋが設けられている。
【００２５】
上記基板１４０の第１及び第２取付部１４０ａ、１４０ｂ内には、前述したフォトリフレクタの発光素子５４及び受光素子５６と同一の構造からなる発光素子１５４及び受光素子１５６が取り付けられており、また、フォトリフレクタと同様に合成樹脂１５８、１６０で封止されている。
【００２６】
図８に示す支持部材１７０は、図９に示すように発光素子１５４と受光素子１５６が固着・封止された基板１４０を、その発光素子１５４と受光素子１５６が対向するように屈曲させて支持するためのものである。本実施例における支持部材１７０は、基板１４０と同じ大きさの板状部材を図中上方が開口したコの字形をなすように折り曲げてなるものであり、その左右端の腕部１７０ａ、１７０ｂには第１及び第２取付部１４０ａ、１４０ｂに適合する切欠部１７０ｃ、１７０ｄが形成されている。基板１４０は、この支持部材１７０の外側面に沿って折り曲げられて固定される。尚、本実施例においては、支持部材１７０の腕部１７０ａ、１７０ｂの外側面に小突起１７０ｅを複数設け、この小突起１７０ｅを基板１４０に設けた小穴に圧入することにより支持部材１７０に基板１４０を取り付けている。この他、接着、圧着等により基板１４０を支持部材１７０に取り付けることもできる。
【００２７】
上記構成からなるフォトインタラプタは、マザーボード上に載せ、屈曲された部分の裏面に設けられた電極１４６〜１５２をマザーボード上の電極パターンに半田等により固着することにより実装される。このフォトインタラプタにおいては、第１電極パターン１４２に電力が供給されることにより発光素子１５４が発光し、その光が第１取付部１４０ａの底部１４０ｃを介して対向する受光素子１５６の方向に照射される。そして、その照射された光が物体により遮断され、第２取付部１４０ｂの底部１４０ｄを介して受光素子１５６に達しなくなると、この受光素子１５６が非導通状態になり、このときに第２電極パターン１４４から出力される信号から物体の通過等を検出する。
【００２８】
また、上記構成からなるフォトインタラプタの製造工程は、前述したフォトリフレクタとほぼ同一であり、図１０及び図１１に示すように、大型基板１６２にフォトリフレクタと同様にして第１及び第２電極パターン１４２、１４４、第１及び第２取付部１４０ａ、１４０ｂが形成され、更に、同様に発光素子１５４と受光素子１５６が取り付けられて合成樹脂１５８、１６０で封止され、そして、個々のフォトインタラプタに分離されて図９に示す状態のものが製造される。その後、支持部材１７０に基板１４０が取り付けられてフォトインタラプタは完成する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、モールド枠、リードフレームあるいは筐体を使用しておらず、板状あるいはフィルム状の基板又はその基板と板状の支持部材で外形が形成されているので、小型・薄型化することができる。
【００３０】
また、本発明においては、ワイヤーボンド工程を用いていないので、ワイヤーボンディングの不良等による品質の低下を防ぐことができ、信頼性の高いフォトリフレクタ及びフォトインタラプタを提供することができる。
【００３１】
更に、大型基板を用いて大量に生産することが可能であり、量産性を向上させることができる。
【００３２】
また、ゴミ、ホコリ等が付着し易い合成樹脂を介して発光・受光するのではなく、ゴミ、ホコリ等が付着しにくく且つ除去し易い基板を介して発光・受光するので、光結合特性を阻害する要因を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る表面実装型フォトリフレクタを示す斜視図である。
【図２】図１に示す発光素子を示す斜視図である。
【図３】図１に示す受光素子を示す斜視図である。
【図４】図１に示す表面実装型フォトリフレクタを製造するための大型基板を示す平面図である。
【図５】図４に示す大型基板の断面図である。
【図６】図４に示す大型基板に発光素子と受光素子を取り付けた状態を示す部分拡大平面図である。
【図７】図６に示す大型基板に合成樹脂を充填した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例に係る表面実装型フォトインタラプタを示す斜視図である。
【図９】図８に示すフォトインタラプタの支持部材を取り付ける前の状態を示す斜視図である。
【図１０】図８に示す表面実装型フォトインタラプタを製造するための大型基板に発光素子と受光素子を取り付けた状態を示す部分拡大平面図である。
【図１１】図１０に示す大型基板に合成樹脂を充填した状態を示す断面図である。
【図１２】従来のフォトリフレクタを示す斜視図である。
【図１３】従来のフォトインタラプタを示す斜視図である。
【符号の説明】
４０、１４０基板
４０ａ、１４０ａ第１取付部
４０ｂ、１４０ｂ第２取付部
４２、１４２第１電極パターン
４４、１４４第２電極パターン
５４、１５４発光素子
５６、１５６受光素子
５８、６０、１５８、１６０合成樹脂
１７０支持部材

Claims

表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有する第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有し前記第１取付部に並設される第２取付部とを有し、該第１及び第２取付部にそれぞれ対応するように裏面上に第１及び第２電極パターンが形成された基板と、
前記第１取付部の底部に取り付けられ、前記第１電極パターンに電気的に接続された発光素子と、
前記第２取付部の底部に取り付けられ、前記第２電極パターンに電気的に接続された受光素子と、
前記発光素子及び受光素子をそれぞれ覆う合成樹脂と、
からなることを特徴とする表面実装型フォトリフレクタ。
透光性を有する集合基板の裏面に第１及び第２電極パターンを複数形成する工程と、
前記集合基板に凹形成形を施して、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に底部が形成される第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に底部が形成され前記第１取付部に並設される第２取付部とを複数並設する工程と、
前記第１及び第２取付部の底部に発光素子と受光素子をそれぞれ取り付けて前記第１及び第２電極パターンにそれぞれ電気的に接続する工程と、
合成樹脂により前記発光素子と受光素子を封止する工程と、
前記集合基板をカットして各フォトリフレクタに分離する工程と、
からなることを特徴とする表面実装型フォトリフレクタの製造方法。
表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有する第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に設けられた底部が透光性を有し前記第１取付部に所定間隔をあけて設けられる第２取付部とを有し、該第１及び第２取付部にそれぞれ対応するように裏面上に第１及び第２電極パターンが形成された基板と、
前記第１取付部の底部に取り付けられ、前記第１電極パターンに電気的に接続された発光素子と、
前記第２取付部の底部に取り付けられ、前記第２電極パターンに電気的に接続された受光素子と、
前記発光素子及び受光素子をそれぞれ覆う合成樹脂と、
前記発光素子と受光素子が対向するように前記基板を屈曲させて支持する支持部材と、
からなることを特徴とする表面実装型フォトインタラプタ。
透光性を有する集合基板の裏面に第１及び第２電極パターンを複数形成する工程と、
前記集合基板に凹形成形を施して、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に底部が形成される第１取付部と、表面側に突出することで表面側が凸状をなすと共に裏面側が凹状をなし、その突出端に底部が形成され前記第１取付部に所定間隔をあけて設けられる第２取付部とを複数設ける工程と、
前記第１及び第２取付部の底部に発光素子と受光素子をそれぞれ取り付けて前記第１及び第２電極パターンにそれぞれ電気的に接続する工程と、
合成樹脂により前記発光素子と受光素子を封止する工程と、
前記発光素子と受光素子がそれぞれ対になるように前記集合基板をカットする工程と、
カットした基板を屈曲させて支持部材に固定する工程と、
からなることを特徴とする表面実装型フォトインタラプタの製造方法。