(57)【要約】  【課題】  従来のこの種の光電ユニットでは、素子用基板２が形成されている部材とケーシングが形成されている部材との熱膨張係数の差が大きく、例えば器機基板への取り付けの際のリフロー炉中で剥離を生じるなどの問題点を生じていた。  【解決手段】  本発明により、素子用基板２上に光電素子と、必要に応じ光電素子の駆動若しくは信号処理を行う電子回路４とを搭載し、光電素子と電子回路とを覆い一体にエポキシ樹脂のトランスファモールドによってケーシング５が形成されて成る光電ユニット１であって、素子用基板にはトランスファモールドの実施に先立ち、エポキシ樹脂の硬化時に応力が集中する回路基板の部分、若しくは、応力の集中を避けたい素子用基板の部分に対して、弾性に富む樹脂による応力緩和部６が予めに形成されている光電ユニット１とすることで課題を解決する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子用基板上に少なくとも光電素子と、必要に応じて前記光電素子の駆動若しくは信号処理を行う電子回路とを搭載し、前記光電素子と前記電子回路とを覆い一体にエポキシ樹脂のトランスファモールドによってケーシングが形成されて成る光電ユニットであって、前記素子用基板には前記トランスファモールドの実施に先立ち、エポキシ樹脂の硬化時に応力が集中する回路基板の部分、若しくは、応力の集中を避けたい素子用基板の部分に対して、弾性に富む樹脂による応力緩和部が予めに形成されていることを特徴とする光電ユニット。
【請求項２】
前記応力緩和部がシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の光電ユニット。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂の前記光電素子に対応する位置にはレンズが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、三原色の発光用半導体素子を発光源として用いたフルカラー表示装置など駆動回路が設けられたり、或いは、受光用半導体素子を用いて受信した微弱な信号を、素子に近接させた位置に増幅回路を設けることで外来雑音の影響が少ない状態で信号の取出しを図るときなど、光電素子と制御回路と一体の基板上に設けられるなどして、これにより、比較的に大型化した光電ユニットの構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光電ユニット９０の構成の例を示すものが図５であり、例えばガラスエポキシプリント基板などで形成された素子用基板９１には、銅箔などにより配線パターン９２が基板９１の裏面に回り込む端子９２ａを含めて形成されている。この素子用基板９１は、その配線パターン９２上にＬＥＤチップ（或いは、ホトダイオードチップ）９３を導電接着剤などにより所定位置に取付けた後に金ワイヤ９４による配線パターン９２との配線をワイヤボンダーなどにより行う。
【０００３】
このように、光電ユニット９０は、、素子用基板９１上にＬＥＤチップ９３を取付けた後には、透明なエポキシ樹脂のトランスファーモールドなどによりケーシング９５を形成する。このときに、ケーシング９５は上方に開口する凹部９５ａを形成しておき、ケーシング９５を形成する樹脂が硬化した後に、前記凹部９５ａに、例えば蛍光体を混入したエポキシ樹脂９６を注入し、再度加熱工程などを行うことで前記エポキシ樹脂９６を硬化させ、白色光の発光を目的とする光電ユニット９０を得るものである。
【０００４】
このようにして形成が行われた光電ユニット９０では、ＬＥＤチップ９３からの光でエポキシ樹脂９６中に混入された蛍光体が励起され、例えば、ＬＥＤチップ９３からの青色光と、蛍光体からの黄色光が混合されて白色光が得られるものとなる。尚、上記説明のように点灯のみの光電ユニット９０においても、特に白色発光のものは、照明用として、より明るいものが要求され、例えばユニット用基板９１、ＬＥＤチップ９３、ケーシング９５などに対して大型化が要求されている。
【０００５】
また、上記説明のように、素子用基板９１上にＬＥＤチップ９３を搭載し、ケーシング９５を設けた光電ユニット９０を機器などに取付けるときには、この光電ユニット９０は、器機の回路基板上の所定位置に設けられる。このとき、光電ユニット９０はハンダが塗布されたパッド上に端子９２ａを位置合わせして載置され、加熱炉（リフロー炉）中を通過させることでハンダを溶融させて溶着するものであり、よって、このような形状の部品は表面実装型と称せられている。
【特許文献１】特開２００２−２５２３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した表面実装型とした光電ユニット９０を機器などの回路基板に取付けるためには、光電ユニット９０を回路基板の所定位置に載置し、リフロー炉を通過させて全体を加熱し、例えば、機器用の回路基板側の端子に塗布されたハンダを溶融させて、光電ユニット９０側の端子９２ａとをハンダ付けし取付けを行う。しかしながら、上記したように光電ユニット９０が大型化すると、ケーシング９５と素子用基板９１とが接する部分の面積が広くなるので、採用する樹脂の種類の相違による両者の熱膨張係数の差により応力が集中する部分を生じ、ケーシング９５と素子用基板９１とに剥離を生じたり、何れか一方にクラックを生じやすくなる。
【０００７】
よって、このような状態を生じると、光電ユニット９０は、ＬＥＤチップ９３など光電素子、或いは、同時に基板上に搭載される制御回路、増幅回路などの半導体にも湿度による劣化を生じさせる要因となり、また、クラック、剥離を生じる位置によっては、金ワイヤ９４の断線を生じる可能性もあり、何れも光電ユニット９０不点灯、寿命の短縮などの不良の要因となる問題点を発生するものであった。
【０００８】
また、このように、光電ユニット９０自体が大型化した場合、この光電ユニット９０の製造工程中であるケーシング９５を形成する工程においても、エポキシ樹脂の流量が多く流れる速度も速くなるので、前記金ワイヤ９４の断線、剥離、倒れなども生じ易かった。また、光電ユニット９０は、ケーシング９５の形状も大型化するので周囲の環境温度の変化によっては、素子用基板９１とケーシング９５とに熱膨張係数の差による剥離、クラックを生じるので耐用温度が限定されるなども問題も生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、素子用基板上に少なくとも光電素子と、必要に応じて前記光電素子の駆動若しくは信号処理を行う電子回路とを搭載し、前記光電素子と前記電子回路とを覆い一体にエポキシ樹脂のトランスファモールドによってケーシングが形成されて成る光電ユニットであって、前記素子用基板には前記トランスファモールドの実施に先立ち、エポキシ樹脂の硬化時に応力が集中する素子用基板の部分、若しくは、応力の集中を避けたい素子用基板の部分に対して、弾性に富む樹脂による応力緩和部が予めに形成されていることを特徴とする光電ユニットを提供することで課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、白色ＬＥＤなど、比較的に大型となる光電ユニットを面実装型として構成した場合において、器機に取付けを行う際、器機用基板にリフロー炉などにより取付けを行うと、前記リフロー炉により過熱が行われ、温度上昇を行っている際、或いは、リフロー炉の通過後に、前記光電ユニットが常温に戻る際に、前記ケーシングを形成している透明エポキシ樹脂と、素子用基板を形成しているガラスエポキシ基板との間の熱膨張係数の相違、或いは、外面と内面との冷却速度の相違などにより部分的に応力の集中が起こる可能性を生じ、これにより剥離やクラック発生などを生じ、歩留まりの低下などを生じていたのを、素子用基板上の応力が集中する部分に、予めに弾力性に富む樹脂により応力緩和部を設けておくことにより、剥離、クラックの発生を防ぎ、防湿性の低下などにより光電素子など半導体が劣化するのを防止し、信頼性の向上に優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１および図２に符合１で示すものは、本発明に係る光電ユニットである。この実施形態においては、光電ユニット１は、ガラスエポキシの素子用基板２上に、光電素子として受光素子３が搭載されると共に、前記素子用基板２上には、前記受光素子３に電流を給電すると共に、前記受光素子３からの出力電流を電圧変換する制御回路４も搭載されている。
【００１２】
よって、前記素子用基板２には、銅箔のエッチングなどで前記受光素子３と制御回路４とに対応する配線２ａが形成され、また、前記素子用基板２の裏面には器機の回路基板などに接続するための端子（図示せず）が設けられ、そして、配線２ａと端子とにはスルーホールメッキ法を用いるなどして電気的に接続する接続部（図示せず）が形成されている。
【００１３】
前記配線２ａの一部には、例えばホトダイオードなど受光素子３をダイマウントするのに適する形状の部分が形成されていて搭載が行われ、例えばワイヤボンドによる配線も行われて、前記受光素子３からの出力は前記素子用基板２上に形成された配線２ａを経由して制御回路４に接続され、例えば、電流−電圧変換が行われて後に接続される回路で利用しやすい出力形態とされ、前記光電ユニット１から外部に出力が行われるものとされている。
【００１４】
そして、前記受光素子３、および、制御回路４には、エポキシ樹脂のトランスファモールドによりケーシング５が形成されて覆われ、これら受光素子３、制御回路４を湿度、外部応力などから保護するものとされているが、このときには、前記受光素子３にはエポキシ樹脂の透明性を利用して信号光を収束し、受信効率を向上させるための集光レンズ５ａも一体に成形される。
【００１５】
以上が、光電ユニット１の基本的な構成であるが、本発明では上記に加えて、図２に示すようにケーシング５の形成に先立ち、応力緩和部６が例えばシリコーン樹脂など弾力性に富む樹脂を用いて形成され、この光電ユニット１の生産工程中、或いは、後に行われる機器の回路基板への取付時にリフロー炉を通過させるときに加わる熱により、前記素子用基板２と前記ケーシング５とが剥離したり、或いは、クラックを生じるなどの事故を生じないようにされている。
【００１６】
即ち、例えば、素子用基板２が形成されているガラスエポキシ板と、その素子用基板２を覆うケーシング５を形成するエポキシ樹脂とには、温度膨張係数に差がある。また、ガラスエポキシ板とエポキシ樹脂とは、トランスファモールドが行われて、ある程度の接着力で一体化されているが、例えばリフロー炉の通過時に、トランスファモールドが行われたときの温度を超える温度が加わると常温時の接着力を超える応力を生じて、素子用基板２とケーシング５とに剥離、クラックなどを生じることがある。
【００１７】
また、ケーシング５には無色透明のものが選択され、図１、図２に示すように受光素子３に対応して集光レンズ５ａが一体成形されるなどの事例が多々あり、厚みに不均一な部分を有している。そのため、上記リフロー炉を通過させた後には、熱容量の大きい集光レンズ５ａの内部の部分の冷却が遅れ、内圧が上昇して、受光素子３に過大な圧力を与え、特性変化などを生じさせることも考えられる。
【００１８】
従って、上記したように異なる材質の部材が接着されている部分、或いは、同一部材であっても、厚みなどが不連続な形状となり、熱容量に差を生じている部分などには、リフロー炉の通過後に相当な歪みを生じることが予想される。この歪みは、制御回路４などの一体化が行われた光電ユニット１ほど、構成する部材の種類が増え、また、形状も大型化するので発生率が高くなる。
【００１９】
上記に鑑みて、本発明では、主に、前記リフロー炉を通過させたときに生じる応力を緩和させるために応力緩和部６を設けるものである。この応力緩和部６は、上記したように、熱膨張係数が異なる材質が接合され、周囲の温度が高温、若しくは、低温となったときには両者間に大きな応力を生じる可能性のある部分、具体的には、素子用基板２とケーシング５との接合部の一部などに設けられる。尚、この応力緩和部６は、トランスファモールドが行われる以前に設けられるので、トランスファモールドが行われるときの応力緩和にも有効である。
【００２０】
ここで、前記応力緩和部６の構成の例について説明を行うと、この応力緩和部６はシリコーン樹脂など弾力性に富む樹脂、即ち、軟質な樹脂で形成されており、前記制御回路４に加わる応力を減少させたいときには、例えば、前記制御回路４を四方から取り囲む略壁状、或いは、加えて上方からも覆う函状として形成する。
【００２１】
また、受光素子３のように、比較的に小型の部品である場合には、受光素子３全体を覆うように形成しても良く、このときには応力緩和部６を形成するためのシリコーン樹脂は、前記ケーシング５を形成するエポキシ樹脂と同程度に無色透明であることが、観視者に違和感を生じさせることがなく好ましい。
【００２２】
尚、この実施形態では、受光素子３の全体を柔軟なシリコーン樹脂で覆い、集光レンズ５ａを含むケーシング５の収縮による応力から保護する例、および、制御回路４を四方或いは五方から取り囲み、同様にケーシング５の収縮による応力から保護する例と、双方共に半導体の保護を重点として応力緩和部６を設けた例で説明したが、本発明は、これを限定するものではなく、前記素子用基板２とケーシング５との膨張係数の違いから生じる剥離、クラックの発生の防止を主目的として応力緩和部６を設けることも可能である。
【００２３】
このときには、図３、および、図４に示すように、応力緩和部６を、例えば、ケーシング５の形成前に、後にケーシング５により覆われるものとなる素子用基板２の表面に適宜間隔の格子状、或いは、桝状などとして形成する。尚、このときには、前記受光素子３、制御回路４は予めに搭載されている状態としておく。
【００２４】
そして、その後の工程として、ケーシング５の形成を行う。このようにすることで、ケーシング５は、複数の突出する突起状の先端で素子用基板２と接合されているものとなり、しかも、突起状と突起状の間には、より柔軟なシリコーン樹脂が応力緩和部６として充填されているので、緩衝作用も期待できるものとなり、剥離、割れの発生は防止される。
【００２５】
以上に説明したように、素子用基板２とケーシング５との間に柔軟で弾力性に富む樹脂による応力緩和部６を設けたことで、製品組立工程中における素子用基板２とケーシング５との剥離の発生の問題を解決し、歩留まりを向上させると共に、剥離、割れの使用途上における寿命の短縮なども予防し、品質、信頼性の向上を可能とする。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上は、素子用基板２に受光素子３など光電素子が搭載されている光電ユニット１の例で説明したが、例えば素子用基板とケーシングとがトランスファモールドで取付けられるときに剥離を生じやすい状態となる場合であれば、対称は光電ユニット１に限らず実施可能であり、同様な作用、効果が得られるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る光電ユニットの実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】同じく本発明に係る光電ユニットの別の実施形態を示す平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…光電ユニット
２…素子用基板
２ａ…配線
３…受光素子
４…制御回路
５…ケーシング
５ａ…集光レンズ
６…応力緩和部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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