JP5059537B2 - フォトリフレクタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子から発せられる光の反射を受光素子側で電流に変換することによって、被検出物を検出するフォトリフレクタの製造方法に関するものである。

従来、この種のフォトリフレクタとしては、図８及び図９に示すものが知られている。図８及び図９に示すフォトリフレクタ１６は、電極パターン１８が形成された基板２０に発光素子２２と受光素子２４を取り付け、この発光素子２２と受光素子２４の周囲を囲むとともに、その素子間を仕切るようにして遮光する遮光枠体２６を基板２０上に設けたものである（特許文献１参照）。このフォトリフレクタ１６においては、発光素子２２と受光素子２４がより接近するように片寄せ配置し、遮光枠体２６の外周壁２６ａにより外部からの光を遮光するとともに、中間壁２６ｂにより素子間における光を遮光するように構成されている。
特開２００１−１５６３２５号公報

上記構造のフォトリフレクタ１６においては、それぞれの発光素子２２及び受光素子２４ごとに光の出射強度や受光感度にバラツキを有している。このため、フォトリフレクタ１６における受発光の結合特性（感度レベル）を左右する光電流値は、最大と最小では約３倍程度の非常に大きな幅のバラツキを有したものとなる。また、前記バラツキは、発光素子２２や受光素子２４の固有の特性によるものばかりでなく、製造段階のおけるロットごとに発生する場合もある。

前記光電流値にバラツキを有する状態では、製品出荷前の出荷検査において、大量の不良品が発生することとなって、安定した製品の提供ができなくなるおそれがある。

また、従来のフォトリフレクタは、予め光電流などの特性を考慮して発光素子や受光素子の選定や遮光壁の形状やサイズなどの設計を行ってから製造するが、一旦最終製品として作り込まないと設計どおりの特性を満足しているかが判定できない。このため、最終検査で設計どおりの条件を満たしていないものは製品として出荷できず、製品の歩留まりの低下を招いていた。

そこで、本発明の目的は、センサとしての感度レベルを左右する光電流値のバラツキを抑えるとともに、この光電流値を所定の範囲に合わせて調整することが可能なフォトリフレクタの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のフォトリフレクタの製造方法は、発光側電極パターン及び受光側電極パターンが形成された基板と、前記発光側電極パターン及び受光側電極パターン上にそれぞれ配置される発光素子及び受光素子と、前記発光素子及び受光素子の上方をそれぞれ透光性樹脂によって封止する発光側の封止部材及び受光側の封止部材と、前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の上面を除いて遮光する遮光部材とを備え、前記発光素子及び受光素子の上方を通過する被検出物を所定の感度レベルによる光電流によって検出するフォトリフレクタの製造方法において、前記感度レベルをランク分けし、所定のランクによる光電流に応じて前記受光側の封止部材の高さを調整することを特徴とする。

本発明に係るフォトリフレクタの製造方法によれば、受光素子の透光性樹脂の封止高さを変えることで、フォトリフレクタとしての感度レベルを左右する光電流を適宜調整することが可能となる。これによって、フォトリフレクタの製造段階における特性のバラツキを抑えるとともに、検出対象物の種類や材質等に応じた感度レベルに適合させることができる。

また、機械的な加工を要することなく、前記透光性樹脂による充填量だけで所定の感度レベルに対応した光電流値に調整できるので工数がかからず製造が容易である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るフォトリフレクタの実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は本発明のフォトリフレクタの斜視図、図２は被検出物の検出状態を示すフォトリフレクタの断面図である。本実施形態におけるフォトリフレクタ３０は、基板３２と、この基板３２上に実装される発光素子４２及び受光素子４４と、この発光素子４２及び受光素子４４上を封止する発光側の封止部材４６及び受光側の封止部材４８と、それぞれの封止部材４６，４８の周囲から光が漏れないように遮光する遮光部材５０とで構成されている。

前記基板３２は、ＦＲ４等のガラスエポキシ樹脂又はＢＴレジンによって、薄く平坦な四角形状に形成されている。この基板３２の表面には発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６が形成されており、また相対する側面には円筒形の内側面を縦断したような形状のスルーホールをなす外部接続端子３８が２箇所ずつ設けられ、さらに裏面には外部接続端子３８を介して発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６に導通する裏面側電極パターン４０が形成されている。本実施形態における発光側電極パターン３４と受光側電極パターン３６は、それぞれダイボンド用の電極部３４ａ，３６ａと、ワイヤボンド用の電極部３４ｂ，３６ｂにより構成されている。

前記発光素子４２は例えば発光ダイオードからなり、前記受光素子４４は例えばフォトダイオードからなる。それぞれがダイボンド用の電極部３４ａ，３６ａにダイボンドされるとともに、ワイヤボンド用の電極部３４ｂ，３６ｂにワイヤボンドされている。

前記受光素子４４が実装される電極部３６ａは、受光素子４４の取付面よりも広範囲に設けられており、受光素子４４から遮光部材５０の中間壁部５０ａ，外周壁部５０ｂに重なる位置まで形成されている。

前記発光素子４２及び受光素子４４の上方には、それぞれ透光性樹脂からなる封止部材４６，４８が設けられている。この封止部材４６，４８は、発光素子４２と受光素子４４だけでなく、それらに接続されたワイヤ、発光側電極パターン３４及び受光側電極パターン３６の全てを封止している。

前記遮光部材５０は、可視光や赤外光をカットするカーボン等の素材を混入した樹脂であり、前記封止部材４６，４８の間に形成されるとともに、封止部材４６，４８の周囲を囲むように形成されている。

上記構成からなるフォトリフレクタ３０においては、遮光部材５０によって、発光素子４２と受光素子４４の間及び周囲が遮光され、平面方向（図１中上方）のみに発光及び受光可能な状態となる。

また、受光側電極パターン３６の電極部３６ａは、受光素子４４の周囲に広く形成されており、遮光部材５０の中間壁部５０ａだけでなく外周壁部５０ｂにかかるように形成されている。このため、基板３２を伝わる光は電極部３６ａによっても遮光され、受光素子４４に達することが阻止される。

上記構成におけるフォトリフレクタ３０にあっては、製造後の検査段階で光電流値における感度レベルのランク分けがなされる。この光電流値は、発光素子４２に５．００ｍＡの順方向電流を定電流電源によって供給し、これと同時に受光素子４４のコレクタとエミッタとの間に５．００Ｖの電圧を定電圧電源によって印加したとき、受光素子４４に流れるコレクタ電流Ｉｃを計測することによって行われる。ここで計測されたコレクタ電流Ｉｃによって、例えば、表１に示されるような、グループＧ１〜Ｇ４に分類され、各グループＧ１〜Ｇ４に個別に対応したランクマーク「Ａ」〜「Ｄ」が印字された後、製品が出荷される。

一般に、フォトリフレクタ３０における光透過特性は、封止部材４６，４８の厚みによって異なることが知られている。図３は、厚みの異なる二種の封止部材に対して透過させる光の波長とその透過率について測定したものであり、実線Ｘが１００μｍ、実線Ｙが２００μｍの樹脂厚によるものである。９００ｎｍ以上の波長領域においては、前記封止部材の厚みの違いによって、透過率に約１０％の差が生じている。

本発明のフォトリフレクタ３０は、上記封止部材４６，４８の厚みによる光透過特性を利用して被検出物６２（図２）を検出するためのセンサとしての所定の感度レベルに対応させた光電流を設定あるいは調整するための構造を得ることにある。そのため、前記光電流に大きく関係する受光側の封止部材４８を光電流の変化に応じて透光性樹脂４９の充填量を調整することが可能な構成とした。前記封止部材４６，４８は、図２（ａ），（ｂ）に示したように、前記発光素子４２及び受光素子４４の上方を除いた外周部を囲うようにして形成された遮光部材５０の中に熱硬化性を有した透光性樹脂４９を少しずつ受光素子４４の上に充填していくことによって形成される。前記封止部材４６，４８は、発光素子４２及び受光素子４４を保護するため、最低限発光素子４２及び受光素子４４の上面を被覆する高さが必要となる。このため、例えば、受光側における実際の感度レベルに直接影響する厚み（封止高さ）は、図２（ａ）に示すように、透光性樹脂４９を受光素子４４の上面が露出しない程度の厚みｔ１を基準として、前記遮光部材５０の上辺部５０ｃまでの厚みｔ２の範囲に規定される。なお、図２（ｂ）は、前記遮光部材５０の上辺部５０ｃ近くに達する厚みｔ３となるように透光性樹脂４９を多く充填して形成されたものである。

前記透光性樹脂４９は、充填によって前記受光素子４４上に所定の封止高さに満たされた段階で、熱を加えて硬化させ、前記被検出物６２が近接した際に受光素子４４に流れる光電流を測定する。そして、この光電流の測定値に基づいて必要とあれば、さらに、新たな透光性樹脂４９を硬化した封止部材４８の上面に充填させて厚みを増す。これによって、被検出物６２を感知する際において受光素子４４側で検出される光電流値を徐々に絞り込むような調整を行うことができる。また、前記光電流特性を決定する要素としては、前記透光性樹脂４９の充填量以外に透光性樹脂４９が有している光透過率も影響する。このため、前記透光性樹脂４９にカーボン等の粉末状の遮光材料を僅かに含有させることで、充填量と併せて光電流を微調整することができる。

図４は遮光材料の含有量の異なる二種類の透光性樹脂を用いて、その充填量と光電流の変化率との関係を示したものである。ここで、濃度１は前記遮光材料の含有量が５％、濃度２は１０％の場合である。この測定結果から透光性樹脂の充填量が多くなるにしたがって光電流がなだらかに減少していることがわかる。また、その減少率は、前記遮光材料の含有量が多くなるほど高くなっている。

前記透光性樹脂４９の充填は、フォトリフレクタ３０の最終製造工程あるいは検査工程において、光電流を測定しながら行うことができるので、所望のランクの光電流特性を有するように作り込むことができる。また、光電流の値を設定して作り込んだものを出荷前の最終製造工程や検査工程において、調整することができるので、ロットごとに生じる光電流特性のバラツキを解消させ、同じ光電流特性を有する製品を安定して量産することができる。

上記フォトリフレクタ３０は、以下の手順によって製造される。図５に示すように、基板３２の表裏面及びスルーホール内にメッキ、蒸着、印刷等により発光側電極パターン３４、受光側電極パターン３６、外部接続端子３８及び裏面側電極パターン４０（図２）を形成する。このときに、電極部３６ａは、後の工程にて形成される遮光部材５０の形成領域５０Ａに電極部３６ｂ側の１辺を除く３辺が重なるように広範囲に形成される。次に、電極部３４ａ，３６ａ上に発光素子４２と受光素子４４がダイボンドされるとともに、ワイヤにより電極部３４ｂ，３６ｂに接続される。

次に、前記基板３２の上に外周壁部５０ｂ及び中間壁部５０ａを有する遮光部材５０を図示しない金型等によって形成する。そして、図６に示すように、前記遮光部材５０内によって囲われている前記発光素子４２及び受光素子４４の上に透光性樹脂４９を所定の厚みになるように充填形成する。発光側の封止部材４６は、遮光部材５０と同じ厚みになるように充填して形成され、受光側の封止部材４８は、前記透光性樹脂４９をノズル６１から少量ずつ滴下しながら熱硬化させ、最初は薄く形成しておく。この状態から光電流値を確認しながら継ぎ足していくことで、所望の光電流値になるように調整することができる。なお、前記透光性樹脂４９の充填量は、最大で遮光部材５０の上辺部５０ｃ（図２（ａ））までとなり、この範囲内で光電流の調整が可能である。

上述したように、本発明のフォトリフレクタでは、受光素子４４上に透光性樹脂４９を充填させて形成される封止部材４８の封止高さに応じて所定の感度レベルに対応させた光電流の調整を行わせることができる。また、その調整を製造の最終工程あるいは製造後の検査工程において行うことができるので、所定の光電流特性を備えたフォトリフレクタを容易且つ安価に提供することができる。

上記実施形態では、光電流特性に直接関係する受光側の封止部材４８の高さを透光性樹脂の充填量で調整することによって光電流を調整したが、図７（ａ）に示すように、発光側の封止部材４６を形成するための透光性樹脂の充填量を調整して封止高さを変えることで被検出物６２が近接した際に受光素子４４に流れる光電流を調整することができる。また、図７（ｂ）に示すように、前記発光側と受光側の双方における封止部材４６，４８の封止高さを透光性樹脂の充填量によってそれぞれ独自に調整することで、前記被検出物６２の検出に要する光電流をより細かく調整することも可能である。

本発明に係るフォトリフレクタの斜視図である。 上記フォトリフレクタの断面図である。 封止部材の厚みと光透過率との関係を示すグラフである。 封止部材の厚みと光電流の変化率との関係を示すグラフである。 基板上に発光素子及び受光素子を実装した状態を示す斜視図である。 透光性樹脂を遮光部材で囲われた受光素子の上方に充填する工程を示す説明図である。 発光側と受光側の封止部材の封止高さを調整して形成されるフォトリフレクタの断面図である。 従来のフォトリフレクタの構成を示す斜視図である。 上記従来のフォトリフレクタの断面図である。

符号の説明

１６ フォトリフレクタ
１８ 電極パターン
２０ 基板
２２ 発光素子
２４ 受光素子
２６ 遮光枠体
２６ａ 外周壁
２６ｂ 中間壁
３０ フォトリフレクタ
３２ 基板
３４ 発光側電極パターン
３４ａ，３４ｂ 電極部
３６ 受光側電極パターン
３６ａ，３６ｂ 電極部
３８ 外部接続端子
４０ 裏面側電極パターン
４２ 発光素子
４４ 受光素子
４６ 封止部材（発光側）
４８ 封止部材（受光側）
４９ 透光性樹脂
５０ 遮光部材
５０ａ 中間壁部
５０ｂ 外周壁部
５０ｃ 上辺部
５０Ａ 形成領域
６１ ノズル
６２ 被検出物

Claims (4)

1. 発光側電極パターン及び受光側電極パターンが形成された基板と、
   前記発光側電極パターン及び受光側電極パターン上にそれぞれ配置される発光素子及び受光素子と、
   前記発光素子及び受光素子の上方をそれぞれ透光性樹脂によって封止する発光側の封止部材及び受光側の封止部材と、
   前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材の上面を除いて遮光する遮光部材とを備え、
   前記発光素子及び受光素子の上方を通過する被検出物を所定の感度レベルによる光電流によって検出するフォトリフレクタの製造方法において、
   前記感度レベルをランク分けし、所定のランクによる光電流に応じて前記受光側の封止部材の高さを調整することを特徴とするフォトリフレクタの製造方法。
2. 前記封止部材の上面の高さは、前記発光素子又は受光素子の上面から前記遮光部材の上辺部までの範囲で調整される請求項１記載のフォトリフレクタの製造方法。
3. 前記発光側の封止部材及び受光側の封止部材は、前記遮光部材で囲われた発光素子又は受光素子の上方に前記透光性樹脂を充填して形成される請求項１記載のフォトリフレクタの製造方法。
4. 前記封止部材には、前記感度レベルを微調整するための遮光材料が混入されている請求項１記載のフォトリフレクタの製造方法。

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