JP6312872B2 - 光源一体型光センサ - Google Patents
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Description
本発明は、光源一体型光センサに関する。
基板上に設けた発光チップおよび受光チップを透明樹脂で覆い、発光チップと受光チップとの間の透明樹脂に溝を設け、この溝に遮光樹脂を充填した光源一体型光センサが知られている（特許文献１参照）。
従来技術では、発光チップで発生した熱の影響により、受光チップ上の透明樹脂の表面の平坦形状が損なわれ変形したり、変質や変色したりするおそれがあった。受光チップ上における透明樹脂の表面の変形や変色は、受光感度の低下など受光特性の劣化につながる。
本発明の第１の態様によると、光源一体型光センサは、基板上の所定領域に設けられた受光部と、基板上の受光部と異なる領域に設けられた発光部と、受光部上に当該受光部を覆うように設けられた第１透光部材と、発光部上に当該発光部を覆うように設けられた第２透光部材と、第１透光部材と第２透光部材との間に設けられた遮光部材と、第１透光部材と第２透光部材との間に設けられ、内部が空洞である空間と、第１透光部材、第２透光部材および遮光部材とそれぞれ接する放熱部材と、を備える。
本発明の第２の態様によると、第１の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第１透光部材、第２透光部材および遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成することが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材の熱伝導率は、第１透光部材、第２透光部材および遮光部材の熱伝導率よりも高いのが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第１の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第２の遮光部材によって構成するのが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第４の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材はさらに、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第１透光部材、第２透光部材および第２の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含めてもよい。
本発明の第２の態様によると、第１の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第１透光部材、第２透光部材および遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成することが好ましい。
本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材の熱伝導率は、第１透光部材、第２透光部材および遮光部材の熱伝導率よりも高いのが好ましい。
本発明の第４の態様によると、第１の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材は、基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第２の遮光部材によって構成するのが好ましい。
本発明の第５の態様によると、第４の態様による光源一体型光センサにおいて、放熱部材はさらに、発光部および受光部に対応する位置に開口を有し、第１透光部材、第２透光部材および第２の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含めてもよい。
本発明による光源一体型光センサでは、発光部からの熱による特性劣化を抑えられる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
＜第一の実施形態＞
本実施形態は、発光チップで発生した熱を効率よく放熱させることで、受光チップ上の透明樹脂に熱の影響が及ばないようにする。図１は、本発明の第一の実施形態による光源一体型光センサ１を例示する図である。図１(a)は光源一体型光センサ１の上面図、図２(b)は図１(a)における光源一体型光センサ１のＥ−Ｅ’断面図である。光源一体型光センサ１は、発光素子および受光素子を基板１０上に一体構成したものであり、例えば、発光素子が発した光を開口４５Ｂから射出し、外部対象物で反射された反射光が開口４５Ａから入射して受光素子で受光されるか否かに基づいて、外部対象物の存否を判定する用途などに用いられる。
＜第一の実施形態＞
本実施形態は、発光チップで発生した熱を効率よく放熱させることで、受光チップ上の透明樹脂に熱の影響が及ばないようにする。図１は、本発明の第一の実施形態による光源一体型光センサ１を例示する図である。図１(a)は光源一体型光センサ１の上面図、図２(b)は図１(a)における光源一体型光センサ１のＥ−Ｅ’断面図である。光源一体型光センサ１は、発光素子および受光素子を基板１０上に一体構成したものであり、例えば、発光素子が発した光を開口４５Ｂから射出し、外部対象物で反射された反射光が開口４５Ａから入射して受光素子で受光されるか否かに基づいて、外部対象物の存否を判定する用途などに用いられる。
図１(b)において、有機材料、セラミック、リードフレームなどで構成される基板１０の上面に、受光素子（フォトダイオード）および周辺回路を有する受光チップ（PDIC）２０が設けられている。受光チップ２０は、ボンディングワイヤ２１、２２によって基板１０上のパターン１１、１２と接続されている。
基板１０の上面にはさらに、発光素子で構成される発光チップ３０が設けられている。発光チップ３０は、例えば発光ダイオード（LED）のアノード電極およびカソード電極のうち一方が、金属で構成されたスルーホール１５を介して、基板１０の下面に形成されているパターン１４と接続される。発光チップ３０の他方の電極は、ボンディングワイヤ３１によって基板１０上の図示しないパターンと接続されている。
上記受光チップ２０および発光チップ３０の間には空間６０が設けられ、空間６０を挟んで受光チップ２０側に不透明樹脂５１Ａが、発光チップ３０側に不透明樹脂５１Ｂが、それぞれ設けられている。不透明樹脂５１Ｂは、発光チップ３０から受光チップ２０側へ射出される光を遮蔽する。不透明樹脂５１Ａの高さは不透明樹脂５１Ｂの高さと略同じである。不透明樹脂５１Ａは、空間６０へ外光が入射された場合に受光チップ２０が外光を受光しないように設けられる。
不透明樹脂５１Ａの受光チップ２０側には、受光チップ２０およびボンディングワイヤ２１、２２を覆うように透明樹脂４１Ａが、不透明樹脂５１Ａと略同じ高さで設けられる。また、不透明樹脂５１Ｂの発光チップ３０側には、発光チップ３０およびボンディングワイヤ３１を覆うように透明樹脂４１Ｂが、不透明樹脂５１Ｂと略同じ高さで設けられる。
透明樹脂４１Ａ、不透明樹脂５１Ａ、空間６０、不透明樹脂５１Ｂ、および透明樹脂４１Ｂの上面に接して、放熱板４５が設けられる。放熱板は、薄い金属板（例えばアルミ板または銅板）で構成されており、発光チップ３０の発光部上に位置する開口４５Ｂと、受光チップ２０の受光部上に位置する開口４５Ａとを有する。
なお、基板１０上のパターン１１、１２は、スルーホール１５と同様の他のスルーホール、または、図示しない貫通ビアを介して基板１０の下面に形成されているパターン１３などと接続可能に構成されている。
上述した光源一体型光センサ１の製造方法について、図２(a)−図２(d)を参照して説明する。図２(a)において、パターンが形成されている回路基板１０の上面の所定位置に受光チップ２０をダイマウントする。発光チップ３０は、スルーホール１５と接続されているパターン上にダイマウントする。続いて、受光チップ２０の複数の電極と、基板１０のパターン１１、１２および他のパターンとの間をそれぞれボンディングワイヤ２１、２２、および不図示のボンディングワイヤでボンディング接続する。また、発光チップ３０の上側の電極と、基板１０の所定パターンとの間をボンディングワイヤ３１によってボンディング接続する。
図２(b)において、受光チップ２０およびボンディングワイヤ２１、２２、および発光チップ３０およびボンディングワイヤ３１をそれぞれ覆うように透明樹脂４１で封止する。図２(c)において、受光チップ２０および発光チップ３０間において、透明樹脂４１の一部を基板１０の表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。これにより、透明樹脂４１が透明樹脂４１Ａと４１Ｂに分離される。
図２(d)において、透明樹脂４１Ａと４１Ｂとの間に不透明樹脂５１を充填する。透明樹脂４１Ａ、不透明樹脂５１、および透明樹脂４１Ｂの表面を同じ高さとする。
次に、不透明樹脂５１の一部を基板１０の表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。図２(c)におけるダイシング加工時より幅の狭いブレードを用いることにより、図１に例示したように、不透明樹脂５１を不透明樹脂５１Ａと５１Ｂとに分離する空間６０が得られる。最後に、開口４５Ｂおよび開口４５Ａを有する放熱板４５を、透明樹脂４１Ａ、不透明樹脂５１Ａ、空間６０、不透明樹脂５１Ｂ、および透明樹脂４１Ｂの上面に接着すると、図１の光源一体型光センサ１が完成する。
以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ１は、基板１０上の所定領域に設けられた受光チップ２０と、基板１０上の受光チップ２０と異なる領域に設けられた発光チップ３０と、受光チップ２０上に当該受光チップ２０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ａと、発光チップ３０上に当該発光チップ３０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ｂと、透明樹脂４１Ａと透明樹脂４１Ｂとの間に設けられた不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂと、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂ、および不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂにそれぞれ接する放熱板４５と、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光チップ３０からの熱による特性劣化を抑えられる。一般に、放熱板４５の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率より高く、およそ数百倍から１０００倍である。このため、発光チップ３０からの熱が放熱板４５へ伝わると、該放熱板４５の表面から広くセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（１）光源一体型光センサ１は、基板１０上の所定領域に設けられた受光チップ２０と、基板１０上の受光チップ２０と異なる領域に設けられた発光チップ３０と、受光チップ２０上に当該受光チップ２０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ａと、発光チップ３０上に当該発光チップ３０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ｂと、透明樹脂４１Ａと透明樹脂４１Ｂとの間に設けられた不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂと、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂ、および不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂにそれぞれ接する放熱板４５と、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光チップ３０からの熱による特性劣化を抑えられる。一般に、放熱板４５の熱伝導率は、樹脂の熱伝導率より高く、およそ数百倍から１０００倍である。このため、発光チップ３０からの熱が放熱板４５へ伝わると、該放熱板４５の表面から広くセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（２）上記（１）の光源一体型光センサ１において、放熱板４５は、発光チップ３０および受光チップ２０に対応する位置に開口４５Ｂ、４５Ａを有し、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂおよび不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂが形成する面に上から接するようにした。これにより、センサ内の熱を効率よく放熱板４５へ伝え、放熱板４５の表面からセンサ外へ放熱できる。また、開口４５Ｂ、４５Ａを設けたので、不要光の影響も抑えることができる。
（３）放熱板４５の受光チップ２０側の開口４５Ａの大きさは受光チップ２０の大きさに依存して決定している。すなわち、受光チップ２０に入射する反射光の入射角がある程度限定した角度範囲となるようにし、検出精度を向上させている。
（３）放熱板４５の受光チップ２０側の開口４５Ａの大きさは受光チップ２０の大きさに依存して決定している。すなわち、受光チップ２０に入射する反射光の入射角がある程度限定した角度範囲となるようにし、検出精度を向上させている。
（変形例１）
図３は、変形例１による光源一体型光センサ１Ｂの断面図である。図３による光源一体型光センサ１Ｂは、上述した光源一体型光センサ１と比べて、空間６０の受光チップ２０側にのみ、不透明樹脂５１が設けられている点が異なる。
図３は、変形例１による光源一体型光センサ１Ｂの断面図である。図３による光源一体型光センサ１Ｂは、上述した光源一体型光センサ１と比べて、空間６０の受光チップ２０側にのみ、不透明樹脂５１が設けられている点が異なる。
変形例１の光源一体型光センサ１Ｂは、図２(d)に例示した不透明樹脂５１の透明樹脂４１Ｂ側において、不透明樹脂５１の一部を基板１０の表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。この加工により、空間６０の受光チップ２０側にのみ不透明樹脂５１が残り、空間６０の発光チップ３０側には不透明樹脂が残らない。不透明樹脂５１を設けることで、空間６０へ外光が入射されたとしても、受光チップ２０で受光しないように遮光できる。
変形例１の場合も、放熱板４５を設けて放熱性を高めたので、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。また、空間６０を設けたことによって、不透明樹脂５１を介して発光チップ３０側からの熱が受光チップ２０側へ熱伝導することを緩和できる。
（変形例２）
図４は、変形例２による光源一体型光センサ１Ｃの断面図である。図４による光源一体型光センサ１Ｃは、上述した光源一体型光センサ１と比べて、透明樹脂４１Ａの空間６０側の側面に、遮光膜５２が形成されている点が異なる。
図４は、変形例２による光源一体型光センサ１Ｃの断面図である。図４による光源一体型光センサ１Ｃは、上述した光源一体型光センサ１と比べて、透明樹脂４１Ａの空間６０側の側面に、遮光膜５２が形成されている点が異なる。
変形例２の光源一体型光センサ１Ｃは、図２(c)に例示した透明樹脂４１Ａの右側面（空間側）に対し、所定の金属材料をスパッタ蒸着して遮光膜５２を形成する。これにより、空間６０へ入射された外光が受光チップ２０で受光されないように遮光できる。
変形例２の場合も、放熱板４５を設けて放熱性を高めたので、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。また、空間６０を設けたことによって、不透明樹脂５１を介して発光チップ３０側からの熱が受光チップ２０側へ熱伝導することを緩和できる。
（変形例３）
図５は、変形例３による光源一体型光センサ１Ｄの断面図である。図５による光源一体型光センサ１Ｄは、図１の光源一体型光センサ１と比べて、空間６０内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板７０を設けている点、および金属板７０の直下となる位置に合わせてスルーホール１６が形成される点が異なる。
図５は、変形例３による光源一体型光センサ１Ｄの断面図である。図５による光源一体型光センサ１Ｄは、図１の光源一体型光センサ１と比べて、空間６０内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板７０を設けている点、および金属板７０の直下となる位置に合わせてスルーホール１６が形成される点が異なる。
変形例３の光源一体型光センサ１Ｄは、基板１０にスルーホール１６が追加形成された基板１０Ｂに対して光源一体型光センサ１と同様の処理を施した上で、スルーホール１６の真上に導熱性材料である金属板７０を設ける。発光チップ３０側から金属板７０へ伝わった熱は、スルーホール１６を介して基板１０Ｂの下面側パターン１７からも放熱可能である。
なお、金属板７０と不透明樹脂５１Ｂとの間は、発光チップ３０側の熱を金属板７０へ吸収しやすくするために充填剤を塗布して隙間を埋めてもよい。空間６０をスルーホール１６の真上に設けておいたことにより、空間６０に設けた金属板７０がスルーホール１６上に位置することから、金属板７０に伝わった熱は、スルーホール１６を介して基板１０下側へ効率よく逃がせる。
一方、金属板７０へ伝わった熱は放熱板４５へも伝導する。変形例３の場合も、放熱板４５を設けて放熱性を高めているので、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。なお、金属板７０の熱伝導率は樹脂の熱伝導率より高く、およそ数百倍から１０００倍である。このため、金属板７０へ伝わった熱はただちに放熱板４５およびスルーホール１６を介して基板１０下側へ伝わる。
（変形例４）
図６は、変形例４による光源一体型光センサ１Ｅの断面図である。図６による光源一体型光センサ１Ｅは、図３の光源一体型光センサ１Ｂと比べて、空間６０内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板７０を設けている点、および金属板７０の直下となる位置に合わせてスルーホール１６が形成される点が異なる。
図６は、変形例４による光源一体型光センサ１Ｅの断面図である。図６による光源一体型光センサ１Ｅは、図３の光源一体型光センサ１Ｂと比べて、空間６０内に熱伝導率が高い材料、例えば金属板７０を設けている点、および金属板７０の直下となる位置に合わせてスルーホール１６が形成される点が異なる。
変形例４の光源一体型光センサ１Ｅは、スルーホール１６が追加形成された基板１０Ｂに対して光源一体型光センサ１Ｂと同様の処理を施した上で、スルーホール１６の真上に導熱性材料である金属板７０を設ける。発光チップ３０側から金属板７０へ伝わった熱は、スルーホール１６を介して基板１０Ｂの下面側パターン１７からも放熱可能である。
なお、金属板７０と透明樹脂４１Ｂとの間は、発光チップ３０側の熱を金属板７０へ吸収しやすくするために充填剤を塗布して隙間を埋めてもよい。空間６０をスルーホール１６の真上に設けておいたことにより、空間６０に設けた金属板７０がスルーホール１６上に位置することから、金属板７０に伝わった熱は、スルーホール１６を介して基板１０下側へ効率よく逃がせる。
一方、金属板７０へ伝わった熱は放熱板４５へも伝導する。変形例４の場合も、放熱板４５を設けて放熱性を高めたので、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。変形例３の場合と同様に、金属板７０の熱伝導率は樹脂の熱伝導率より高いので、金属板７０へ伝わった熱はただちに放熱板４５およびスルーホール１６を介して基板１０下側へ伝わる。
（変形例５）
変形例３または変形例４のように金属板７０を設ける場合には、不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂまたは不透明樹脂５１を省略してもよい。この場合は、発光チップ３０から受光チップ２０側へ射出される直接光を金属板７０によって遮蔽する。
変形例３または変形例４のように金属板７０を設ける場合には、不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂまたは不透明樹脂５１を省略してもよい。この場合は、発光チップ３０から受光チップ２０側へ射出される直接光を金属板７０によって遮蔽する。
＜第二の実施形態＞
図７は、本発明の第二の実施形態による光源一体型光センサ２を例示する図である。図７(a)は光源一体型光センサ２の上面図であり、図７(b)は図７(a)における光源一体型光センサ２のＥ−Ｅ’断面図である。第一の実施形態による光源一体型光センサ１（図１）と比べると、センサの周囲に不透明樹脂５１Ｃおよび不透明樹脂５１Ｄを設けている点が相違するので、この相違点を中心に光源一体型光センサ２の製造方法を説明する。
図７は、本発明の第二の実施形態による光源一体型光センサ２を例示する図である。図７(a)は光源一体型光センサ２の上面図であり、図７(b)は図７(a)における光源一体型光センサ２のＥ−Ｅ’断面図である。第一の実施形態による光源一体型光センサ１（図１）と比べると、センサの周囲に不透明樹脂５１Ｃおよび不透明樹脂５１Ｄを設けている点が相違するので、この相違点を中心に光源一体型光センサ２の製造方法を説明する。
光源一体型光センサ２の製造手順のうち、受光チップ２０およびボンディングワイヤ２１、２２、および発光チップ３０およびボンディングワイヤ３１をそれぞれ覆うように透明樹脂４１で封止する（図２(b)）までの手順は、第一の実施形態で説明した手順と同様なので説明を省略する。第二の実施形態では、透明樹脂４１による封止状態から、受光チップ２０および発光チップ３０間と、基板１０上の外周部とにおいて、それぞれ透明樹脂４１の一部を基板１０の表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。これにより、図８(a)、図８(b)に例示するように、透明樹脂４１が透明樹脂４１Ａと４１Ｂとに分離される。図８(a)はこの時点における上面図であり、図８(b)は、この時点における断面図である。
図９(a)において、ダイシング加工した溝に不透明樹脂５１を充填する。不透明樹脂５１には、熱伝導率が高い熱伝導材料を用いる。なお、透明樹脂４１Ａ、不透明樹脂５１、および透明樹脂４１Ｂの表面を同じ高さとする。
次に、不透明樹脂５１の一部を基板１０の表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。透明樹脂４１Ａおよび透明樹脂４１Ｂ間の距離より幅の狭いブレードを用いることにより、図９(b)に例示したように、不透明樹脂５１を不透明樹脂５１Ａと５１Ｂとに分離する空間６０が得られる。最後に、開口４５Ｂと開口４５Ａとを有する放熱板４５を、不透明樹脂５１Ｃ、透明樹脂４１Ａ、不透明樹脂５１Ａ、空間６０、不透明樹脂５１Ｂ、透明樹脂４１Ｂおよび不透明樹脂５１Ｄの上面に接着すると、図７の光源一体型光センサ２が完成する。
なお、実際に光源一体型光センサ２を製造する場合は、図９(b)に例示したセンサを基板１０Ｃ上に複数形成しておき、各センサ間の不透明樹脂５１をダイシング加工により切断して個片化する。図１０において、黒い太線Ｌは、個片化のための切断箇所を示す。
以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ２は、基板１０Ｃ上の所定領域に設けられた受光チップ２０と、基板１０Ｃ上の受光チップ２０と異なる領域に設けられた発光チップ３０と、受光チップ２０上に当該受光チップ２０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ａと、発光チップ３０上に当該発光チップ３０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ｂと、透明樹脂４１Ａと透明樹脂４１Ｂとの間に設けられた不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂと、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂ、および不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂにそれぞれ接する放熱部材として不透明樹脂５１（５１Ｃ、５１Ｄ）と、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光部からの熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ３０からの熱が不透明樹脂５１へ伝わると、該不透明樹脂５１からセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（１）光源一体型光センサ２は、基板１０Ｃ上の所定領域に設けられた受光チップ２０と、基板１０Ｃ上の受光チップ２０と異なる領域に設けられた発光チップ３０と、受光チップ２０上に当該受光チップ２０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ａと、発光チップ３０上に当該発光チップ３０を覆うように設けられた透明樹脂４１Ｂと、透明樹脂４１Ａと透明樹脂４１Ｂとの間に設けられた不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂと、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂ、および不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂにそれぞれ接する放熱部材として不透明樹脂５１（５１Ｃ、５１Ｄ）と、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、発光部からの熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ３０からの熱が不透明樹脂５１へ伝わると、該不透明樹脂５１からセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（２）上記（１）の光源一体型光センサ２において、基板１０Ｃの周囲を囲み、熱伝導性を有する不透明樹脂５１（５１Ｃ、５１Ｄ）と、透明樹脂４１Ａおよび透明樹脂４１Ｂの間の不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂとによって放熱部材を構成した。一般に、熱伝導性を有する不透明樹脂５１の熱伝導率は、通常の樹脂における熱伝導率より数十倍から約１００倍大きい。このため、発光チップ３０からの熱が不透明樹脂５１へ伝わると、該不透明樹脂５１から周囲のセンサ外へ広く放熱される。
（３）上記（２）の光源一体型光センサ２において、放熱部材はさらに、発光チップ３０および受光チップ２０に対応する位置に開口４５Ｂ、４５Ａを有し、透明樹脂４１Ａ、４１Ｂおよび不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄが形成する面に上から接する放熱板４５を含むようにした。このため、発光チップ３０からの熱は放熱板４５にも伝わり、該放熱板４５の表面から広くセンサ外へ放熱される。
（変形例６）
光源一体型光センサ２から放熱板４５を省略し、基板１０Ｃの周囲を囲む不透明樹脂５１（５１Ｃ、５１Ｄ）と、透明樹脂４１Ａおよび透明樹脂４１Ｂの間の不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂとによって放熱部材を構成してもよい（図９(b)の状態)。不透明樹脂５１を基板１０Ｃの周囲に設けると、不透明樹脂５１が空気と接する表面積が広くなる。これによって、発光チップ３０における発熱量より不透明樹脂５１からの放熱量が大きくなる場合には、放熱板４５を設けなくても、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
光源一体型光センサ２から放熱板４５を省略し、基板１０Ｃの周囲を囲む不透明樹脂５１（５１Ｃ、５１Ｄ）と、透明樹脂４１Ａおよび透明樹脂４１Ｂの間の不透明樹脂５１Ａ、５１Ｂとによって放熱部材を構成してもよい（図９(b)の状態)。不透明樹脂５１を基板１０Ｃの周囲に設けると、不透明樹脂５１が空気と接する表面積が広くなる。これによって、発光チップ３０における発熱量より不透明樹脂５１からの放熱量が大きくなる場合には、放熱板４５を設けなくても、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（変形例７）
以上の説明では、空間６０の深さを基板１０の表面に到達する深さにする例を説明した。この代わりに、基板１０の表面に達する深さにしなくても、発光チップ３０から受光チップ２０側へセンサ内を伝わる光を遮蔽できる場合には、空間６０の深さを基板１０まで到達しない途中の深さにとどめた（ハーフカットする）構成にしてもよい。
以上の説明では、空間６０の深さを基板１０の表面に到達する深さにする例を説明した。この代わりに、基板１０の表面に達する深さにしなくても、発光チップ３０から受光チップ２０側へセンサ内を伝わる光を遮蔽できる場合には、空間６０の深さを基板１０まで到達しない途中の深さにとどめた（ハーフカットする）構成にしてもよい。
（変形例８）
上記説明では、受光チップ２０、発光チップ３０と基板１０のパターンとの間をボンディング接続する例を説明したが、これ以外の接続方法、例えばフリップチップ接続やＴＡＢ接続を用いてもよい。
上記説明では、受光チップ２０、発光チップ３０と基板１０のパターンとの間をボンディング接続する例を説明したが、これ以外の接続方法、例えばフリップチップ接続やＴＡＢ接続を用いてもよい。
（変形例９）
以上説明した第一および第二の実施の形態および変形例１〜８の光源一体型センサにおいて、放熱板４５をガラスエポキシ基板の表面に銅箔をコーティングした複合材としてもよい。この場合、光源一体型センサの表面にガラスエポキシ基板を露出させ、銅箔を発光チップ３０側に配置する。発光チップ３０から透明樹脂４１Ａを伝熱する熱が銅箔に伝わり、放熱板４５Ｄの表面から放熱される。
また、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。発光チップ３０から放射され、外部の対象物から反射する反射光をガラスエポキシ基板の表面で吸収することができる。その結果、反射光が放熱板４５の表面で無用な反射を引き起こすことが防止され、誤検出が防止される。
なお、複合材料としてガラスエポキシ基板と銅箔を用いたが、エポキシ樹脂などの有機材料と、アルミや金などの金属であれば、その組合せは限定されない。
以上説明した第一および第二の実施の形態および変形例１〜８の光源一体型センサにおいて、放熱板４５をガラスエポキシ基板の表面に銅箔をコーティングした複合材としてもよい。この場合、光源一体型センサの表面にガラスエポキシ基板を露出させ、銅箔を発光チップ３０側に配置する。発光チップ３０から透明樹脂４１Ａを伝熱する熱が銅箔に伝わり、放熱板４５Ｄの表面から放熱される。
また、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。発光チップ３０から放射され、外部の対象物から反射する反射光をガラスエポキシ基板の表面で吸収することができる。その結果、反射光が放熱板４５の表面で無用な反射を引き起こすことが防止され、誤検出が防止される。
なお、複合材料としてガラスエポキシ基板と銅箔を用いたが、エポキシ樹脂などの有機材料と、アルミや金などの金属であれば、その組合せは限定されない。
＜第三の実施形態＞
図１１は、本発明の第三の実施形態による光源一体型光センサ２Ｂを例示する断面図であって、上述した第二の実施形態による光源一体型センサ２の断面図（図７(b)）に相当する。図７(b)の場合と比べると、放熱板４５が放熱板４５Ｃおよび４５Ｄに分離される点と、放熱板４５Ｃ、４５Ｄの材質が複合部材で構成される点が相違するので、これらの相違点を中心に光源一体型光センサ２Ｂを説明する。
図１１は、本発明の第三の実施形態による光源一体型光センサ２Ｂを例示する断面図であって、上述した第二の実施形態による光源一体型センサ２の断面図（図７(b)）に相当する。図７(b)の場合と比べると、放熱板４５が放熱板４５Ｃおよび４５Ｄに分離される点と、放熱板４５Ｃ、４５Ｄの材質が複合部材で構成される点が相違するので、これらの相違点を中心に光源一体型光センサ２Ｂを説明する。
本実施形態の放熱板４５Ｃ、４５Ｄは、金属層と有機材料層とが積層された平板状の複合部材で構成される。そして、複合部材の金属層を下（透明樹脂４１側）に、有機材料層を上にして透明樹脂４１の上に設けられる。金属層は、例えば銅箔（アルミや金箔でもよい）を用いることができ、有機材料層は、例えば黒色のガラスエポキシ材料を用いることができる。第三の実施の形態では、第一および第二実施の形態で示した放熱板４５が、発光チップ３０上の放熱板４５Ｄと、受光チップ２０上の放熱板４５Ｃとに分離される。放熱板４５Ｄは、発光チップ３０の発光部上において開口４５Ｂを有し、放熱板４５Ｃは、受光チップ２０の受光部上において開口４５Ａを有する。
ここで、黒色のガラスエポキシ材料として、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。
ここで、黒色のガラスエポキシ材料として、エポキシ樹脂材の表面に黒色塗料を塗布したり、エポキシ樹脂に黒色塗料を混ぜるとよい。
光源一体型光センサ２Ｂの製造手順を説明する。受光チップ２０およびボンディングワイヤ２１、２２と、発光チップ３０およびボンディングワイヤ３１と、をそれぞれ覆うように透明樹脂４１で封止する（図２(b)）までの手順は、第一の実施形態で説明した手順と同様なので説明を省略する。第三の実施形態では、図２(b)に示す中間製品の封止した透明樹脂４１の上から、上記複合部材からなる放熱板素材を接着する。放熱板素材は、図１（ａ）に示した放熱板４５と同一形状である。
そして、放熱板４５の上から、受光チップ２０および発光チップ３０間と、基板１０上の外周部とにおいて、それぞれ透明樹脂４１の一部を基板１０Ｃの表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。これにより、透明樹脂４１および放熱板４５が透明樹脂４１Ａおよび放熱板４５Ｃと、透明樹脂４１Ｂおよび放熱板４５Ｄと、に分離される。
さらに、第二の実施形態において説明した手順と同様に、ダイシング加工した溝に不透明樹脂５１を充填する。不透明樹脂５１には、熱伝導率が高い熱伝導材料を用いる。
次に、不透明樹脂５１の一部を基板１０Ｃの表面に到達するまで切削するダイシング加工を施す。透明樹脂４１Ａおよび透明樹脂４１Ｂ間の距離より幅の狭いブレードを用いることにより、図１１に例示したように、不透明樹脂５１を不透明樹脂５１Ａと５１Ｂとに分離する空間６０が得られる。以上により、図１１の光源一体型光センサ２Ｂが完成する。
なお、実際に光源一体型光センサ２Ｂを製造する場合は、第二の実施形態において説明した場合と同様に、センサを基板上に複数（たとえば、数百〜数千個）形成しておき、各センサ間の不透明樹脂５１Ｃ、５１Ｄをダイシング加工により切断して個片化する。
以上説明した第三の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源一体型光センサ２Ｂは、基板１０Ｃ上の所定領域に設けられ、透明樹脂４１Ａで封止された受光チップ２０と、基板１０Ｃ上の受光チップ２０と異なる領域に設けられ、透明樹脂４１Ｂで封止された発光チップ３０と、透明樹脂４１Ａの周囲を覆う不透明樹脂５１Ａ、５１Ｃと、透明樹脂４１Ｂの周囲を覆う不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄと、不透明樹脂５１Ａおよび不透明樹脂５１Ｂの間に設けられた空間６０と、透明樹脂４１Ａの上面を覆い、受光チップ２０上において開口４５Ａを有する放熱板４５Ｃと、透明樹脂４１Ｂの上面を覆い、発光チップ３０上において開口４５Ｂを有する放熱板４５Ｄと、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ３０からの熱が放熱板４５Ｄ、不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄ、へ伝わると、放熱板４５Ｄ、不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄからセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（１）光源一体型光センサ２Ｂは、基板１０Ｃ上の所定領域に設けられ、透明樹脂４１Ａで封止された受光チップ２０と、基板１０Ｃ上の受光チップ２０と異なる領域に設けられ、透明樹脂４１Ｂで封止された発光チップ３０と、透明樹脂４１Ａの周囲を覆う不透明樹脂５１Ａ、５１Ｃと、透明樹脂４１Ｂの周囲を覆う不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄと、不透明樹脂５１Ａおよび不透明樹脂５１Ｂの間に設けられた空間６０と、透明樹脂４１Ａの上面を覆い、受光チップ２０上において開口４５Ａを有する放熱板４５Ｃと、透明樹脂４１Ｂの上面を覆い、発光チップ３０上において開口４５Ｂを有する放熱板４５Ｄと、を備えるようにした。発光チップ３０で発生した熱を効率よく放熱できるため、熱による特性劣化を抑えられる。具体的には、発光チップ３０からの熱が放熱板４５Ｄ、不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄ、へ伝わると、放熱板４５Ｄ、不透明樹脂５１Ｂ、５１Ｄからセンサ外へ放熱される。この結果、受光チップ２０を覆う透明樹脂４１Ａの表面を変形、変色に至らしめるような温度上昇を避けることができる。
（２）上記（１）の光源一体型光センサ２Ｂにおいて、放熱板４５Ｄを金属板でなく、銅箔とガラスエポキシ基板とを積層した複合部材で構成した。このような複合部材は、金属板に比べてダイシングなどの加工が容易になることから、金属板からなる放熱板を後工程で接着する第二実施形態と異なり、複合部材からなる放熱板を早い段階で透明樹脂４１の上に接着できる。この結果、製造工程上の自由度を高められる。
（３）放熱板４５Ｄを構成する複合部材の金属層を下（透明樹脂４１Ｂ側）にしたので、発光チップ３０からの熱を透光樹脂４１Ｂから放熱板４５Ｄに効率よく伝え、該放熱板４５Ｄの表面から広くセンサ外へ放熱し得る。
（４）不透明樹脂５１Ａと５１Ｂとを分離する空間６０を設けたので、発光チップ３０側から受光チップ２０側への不透明樹脂を介する熱伝導を阻害できる。また、空間６０に接する不透明樹脂５１Ｂの表面積が増え、不透明樹脂５１Ｂからの放熱性が高まる。
（５）放熱板４５Ｃ，４５Ｄを構成する複合部材の有機材料層を光源一体型光センサ２Ｂの上面に露出させ、かつ有機材料層を黒色にしたので、外部からの不要光の反射を抑えることができる。すなわち、発光チップ３０から放射され、外部の対象物から反射する反射光をガラスエポキシ基板の表面で吸収することができるので、反射光が放熱板４５の表面で無用な反射を引き起こすことが防止され、誤検出が防止される。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。各実施形態および各変形例の構成は、適宜組み合わせても構わない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１２年第１３８５８９号（２０１２年６月２０日出願）
ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０５７０７４（２０１３年３月１３日出願）
日本国特許出願２０１２年第１３８５８９号（２０１２年６月２０日出願）
ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０５７０７４（２０１３年３月１３日出願）
Claims (5)
- 基板上の所定領域に設けられた受光部と、
前記基板上の前記受光部と異なる領域に設けられた発光部と、
前記受光部上に当該受光部を覆うように設けられた第１透光部材と、
前記発光部上に当該発光部を覆うように設けられた第２透光部材と、
前記第１透光部材と前記第２透光部材との間に設けられた遮光部材と、
前記第１透光部材と前記第２透光部材との間に設けられ、内部が空洞である空間と、
前記第１透光部材、前記第２透光部材および前記遮光部材とそれぞれ接する放熱部材と、
を備える光源一体型光センサ。 - 請求項１に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材は、前記発光部および前記受光部に対応する位置に開口を有し、前記第１透光部材、前記第２透光部材および前記遮光部材が形成する面に上から接する平面部材で構成される光源一体型光センサ。 - 請求項１または２に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材の熱伝導率は、前記第１透光部材、前記第２透光部材および前記遮光部材の熱伝導率よりも高い光源一体型光センサ。 - 請求項１に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材は、
前記基板の周囲を囲み、熱伝導性を有する第２の遮光部材によって構成されている光源一体型光センサ。 - 請求項４に記載の光源一体型光センサにおいて、
前記放熱部材はさらに、
前記発光部および前記受光部に対応する位置に開口を有し、前記第１透光部材、前記第２透光部材および前記第２の遮光部材が形成する面に上から接する平面部材を含む光源一体型光センサ。
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