(57)【要約】【課題】小型化を実現しつつ高い強度及び電磁波ノイズによる影響を低減した光電変換モジュールを提供する。【解決手段】光電変換モジュールは、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子３と、光電変換素子３と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品５と、光電変換素子３と電子部品５とが実装される立体回路基板１とを備え、立体回路基板１に、所定の実装面側に凹部１ａを形成し、当該凹部１ａの底面に光電変換素子３を実装し、且つ、光電変換素子３が実装された所定の実装面の裏面にシールド層１５を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子と、
前記光電変換素子と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品と、
前記光電変換素子と前記電子部品とが所定の実装面側に実装される立体回路基板とを備え、
前記立体回路基板は、前記所定の実装面側に凹部が形成され、当該凹部の底面に前記光電変換素子が実装され、且つ、前記光電変換素子が実装された所定の実装面の裏面又は側面にシールド層が形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記立体回路基板は、前記電子部品が実装される位置に凹部が形成され、当該凹部の底面に前記電子部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記光電変換素子が出射又は入射する光を通過させるレンズを、前記光電変換素子が底面に実装された凹部の上面に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記レンズを、前記所定波長の光が通過する位置に支持するレンズ支持部材を備え、
前記立体回路基板は、前記光電変換素子が設けられた凹部の開口端部に、前記レンズ支持部材が嵌合される凸部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に光電変換素子及び電子部品が形成されて、光電変換素子で光を出射又は入射して電子部品によって電気的処理を行う光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光電変換素子や当該光電変換素子で入出力される信号を処理する電子部品を実装する配線基板としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この配線基盤に光電変換素子や電子部品を実装した光電変換モジュールは、絶縁材料及びヒートシンク材からなる基板上に電子部品を搭載してなる。
【特許文献１】特開２００５−３１１２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年における基板の小型化と共に基板の強度向上などが要望されており、また、光電変換モジュールを小型化することによる電磁波ノイズの低減などが要望されている。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、小型化を実現しつつ高い強度及び電磁波ノイズによる影響を低減して信頼性を向上させた光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光電変換モジュールは、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する光電変換素子と、光電変換素子と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する電子部品と、光電変換素子と電子部品とが所定の実装面側に実装される立体回路基板とを備え、上述の課題を解決するために、立体回路基板に、所定の実装面側に凹部を形成し、当該凹部の底面に光電変換素子を実装し、且つ、光電変換素子が実装された所定の実装面の裏面又は側面にシールド層を形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る光電変換モジュールによれば、立体回路基板に形成された凹部の底面に光電変換素子を実装したので、小型化・薄型化をしても光電変換素子が形成されていない凸部によって立体回路基板の強度を向上させることができると共に、光電変換素子が実装された所定の実装面の裏面又は側面にシールド層を形成したので、電磁波ノイズによる影響を低減することができ、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
本発明は、例えば図１に平面図及び図２に断面図を示すように、立体回路基板１上に複数の凹部１ａが形成され、光電変換素子３、電気配線４及び電子部品５が搭載されて構成された光電変換モジュールに適用される。
【００１０】
光電変換素子３は、外部に所定波長の光を出射又は外部からの所定波長の光の入射を検知する。光電変換素子３は、所定波長の光を発光する発光素子又は所定波長の光を受光する受光素子であり、何れであって良い。図２に示すように、光電変換素子３は、光の通過経路に設けられたレンズ１１と当該レンズ１１と一体化されたレンズ取付部１２とで光電変換部１３を構成する。これらレンズ１１とレンズ取付部１２とは一体化されて形成されており、同一のアクリル材料等の樹脂材料からなる。
【００１１】
光電変換素子３及び電子部品５は、信号を伝送する信号線及び光電変換素子３及び電子部品５を駆動するための電力線を含む電気配線４で接続されている。電気配線４は、外部のケーブル７と電源端子６ａ、信号端子６ｂ、接地端子６ｃを介して接続されている。
【００１２】
電子部品５は、光電変換素子３と電気接続して外部からの発光信号を受信又は外部への発光信号を送信する制御用回路ユニット１４を構成する。光電変換素子３が発光素子である場合、制御用回路ユニット１４は、ケーブル７から供給された電力を電源端子６ａを介して発光素子へ供給する電源供給回路、ケーブル７から供給された制御信号に基づいて所定波長の光の出射開始及び停止を制御する制御回路等からなる。光電変換素子３が受光素子である場合、制御用回路ユニット１４は、ケーブル７から供給された電力を電源端子６ａを介して受光素子へ供給する電源供給回路、当該受光素子で受光した光に基づく電気信号に対して増幅やノイズ除去処理等を行って信号端子６ｂを介してケーブル７へ出力する処理回路等からなる。
【００１３】
立体回路基板１は、例えばポリフタルアミド等の樹脂からなり、立体的に成形されている。立体回路基板１のセラミック焼結体の製造方法としては、射出成形、圧縮成形（プレス成形）、鋳込み成形等があるが、立体回路基板１を製造するにあたっては、いずれの方法を用いてもよい。
【００１４】
この立体回路基板１に形成される電気配線４は、薄膜輪郭除去法により、容易に形成することができる。この薄膜輪郭除去法は、以下のようなプロセスからなる。
【００１５】
まず、薄膜輪郭除去法は、加熱処理プロセスを実行し、焼結体を温度１０００℃、保持時間１時間の条件で加熱処理し、表面を清浄化する。
【００１６】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、導電性薄膜形成プロセスを実行する。この導電性薄膜形成プロセスは、真空蒸着装置やＤＣマグネトロンスパッタリング装置等を使用した物理的蒸着法や無電解めっき等の湿式法等により、導電性薄膜を試験体表面に形成するものである。一例としては、試験体をプラズマ処理装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を１０−４Ｐａ程度に減圧した後、温度１５０℃で３分間程度、試験体を予備加熱する。その後、チャンバ内に酸素ガスを流通させるとともに、チャンバ内のガス圧を１０Ｐａ程度に制御する。そして、電極間に１ｋＷの高周波電圧（ＲＦ：１３．５６ＭＨｚ）を３００秒間印加することにより、プラズマ処理を行う。続いて、チャンバ内の圧力を１０−４Ｐａ以下に制御し、この状態でチャンバ内にアルゴンガスをガス圧が０．６Ｐａ程度になるように導入した後、さらに５００Ｖの直流電圧を印加することにより、金属ターゲットをボンバートし、試験体表面に膜厚が３００ｎｍ程度の導電性薄膜を形成する。なお、導電性材料としては、銅、ニッケル、クロム、チタン等が用いられる。
【００１７】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、電気配線４である回路パターン形成プロセスを実行する。大気中でＹＡＧレーザーの第３高調波（ＴＨＧ−ＹＡＧレーザー）を使用して回路パターンの輪郭に沿ってレーザーを走査し、アルミナ基板上に形成された導電性薄膜のうち、回路パターンの輪郭部の薄膜のみを除去した薄膜除去部を形成する。これにより、回路部と非回路部とを電気的に絶縁する。
【００１８】
続いて、薄膜輪郭除去法においては、めっきプロセスを実行し、焼結体表面の電気回路部のみに電解めっきによって銅めっきを施して厚膜化し、厚さが約１５μｍの銅膜を形成する。その後、非電気回路部に残存している導電性薄膜をエッチングによって除去する。このとき、電気回路部の銅めっきは、導電性薄膜よりも厚く形成されているために、残存する。そして、電気回路部に電気めっきによってニッケルめっきや金めっきを施す。
【００１９】
このように、電気配線４は、立体回路基板１が小型化された場合であっても、薄膜輪郭除去法によって微細化されたものとして容易に形成することができる。
【００２０】
図２に示すように、立体回路基板１は、所定の実装面側に凹部１ａが形成され、当該凹部１ａの底面に光電変換素子３が実装され、且つ、光電変換素子３が実装された所定の実装面の裏面にシールド層１５Ａが形成されている。このシールド層１５Ａは、光電変換素子３の作動時に発生する電磁波ノイズを吸収する金属材料で形成されている。また、この凹部１ａの内壁であって、立体回路基板１の側面には、シールド層１５Ｂが形成されている。図２においては、シールド層１５Ａ及びシールド層１５Ｂの双方を形成している場合を示しているが一方だけであっても良い。
【００２１】
凹部１ａは、光電変換素子３を実装する基板部位、及び、電子部品５を実装する基板部位に形成されている。この凹部１ａが形成されていることにより、光電変換素子３及び電子部品５が形成されていない部分は、凸部１ｂとなっている。凹部１ａの底面には、光電変換素子３、電子部品５が形成され、当該光電変換素子３及び電子部品５と電気配線４とは、ワイヤボンディング技術によって電気的に接続している。
【００２２】
光電変換部１３は、立体回路基板１の凸部１ｂ上に形成された凸部１ｃにレンズ１１及びレンズ取付部１２を嵌合させている。これら凸部１ｂ及び凸部１ｃは、立体回路基板１の成型時に同時に形成される。この凸部１ｃは、光電変換素子３が設けられた凹部１ａの開口端部に、レンズ１１及びレンズ取付部１２を取り付けられるために形成されている。
【００２３】
このような光電変換モジュールによれば、凹部１ａの底面に光電変換素子３を実装したので、立体回路基板１の厚さを薄くして小型化を実現できる。また、光電変換素子３を実装しない立体回路基板１の部分については凸部１ｂとしているので、立体回路基板１を薄型化した場合であっても立体回路基板１の強度を高くすることができる。更に、光電変換モジュールは、光電変換素子３を実装した凹部１ａの裏面にシールド層１５Ａ又は側面にシールド層１５Ｂを形成したので、立体回路基板１を薄型化した場合であっても、当該光電変換素子３の作動時に発生する電磁波ノイズが電子部品５に影響を及ぼすことを抑制できる。これにより、光電変換モジュールとしての信頼性を向上させることができる。
【００２４】
更に、この光電変換モジュールによれば、光電変換素子３のみならず、電子部品５も凹部１ａの底面に実装したので、全体の高さを低くすることができる。
【００２５】
また、この光電変換モジュールによれば、レンズ１１を所定波長の光が通過する位置に支持するレンズ１１及びレンズ取付部１２を実装するために、立体回路基板１に、光電変換素子３が設けられた凹部１ａの開口端部に凸部１ｃを形成してレンズ１１及びレンズ取付部１２を嵌合させたので、レンズホルダーを別部材で立体回路基板１に取り付ける必要がない。これにより、光電変換モジュールの小型化、低コスト化が可能となる。また、凹部１ａと凸部１ｂと凸部１ｃとを同時に作成するので、光電変換素子３に対するレンズ取付部１２及びレンズ１１の配置精度が向上し、光電変換素子３とレンズ１１との間の光軸合わせ作業を不要とできる。
【００２６】
また、上述の光電変換モジュールは、図３に断面図を示すように、立体回路基板１の光電変換素子３及び電子部品５が実装されている所定の実装面上にシールドケース２１が設けられ、立体回路基板１及びシールドケース２１がケース２０に収容されて構成されていても良い。ケース２０は、光電変換素子３によって入射又は出射する光を通過させる開口２０ａが設けられており、シールドケース２１にも同様の開口が設けられている。
【００２７】
この光電変換モジュールは、光電変換素子３が作動して放射する電磁波ノイズが外部に放出されないようにシールドケース２１を立体回路基板１の上面に設けている。これにより、図２に示したように、光電変換素子３からの電磁波ノイズを吸収するシールド層１５Ａ及びシールド層１５Ｂと同様の効果が発揮できる。
【００２８】
このような光電変換素子３を備えた光電変換モジュールは、図４に示すように、例えば商品検査に使用することができる。載置台３０上を通過する被検査物３２が通過したか否かを検知するために、載置台３０の幅方向の両端に、対向して設けられた光電変換モジュール３１Ａと光電変換モジュール３１Ｂとを備える。光電変換モジュール３１Ａは、所定波長の光を出射する光電変換素子３及び当該光電変換素子３の出射を制御する制御用回路ユニット１４を備える。光電変換モジュール３１Ｂは、所定波長の光を入射する光電変換素子３及び当該光電変換素子３で変換された電気信号を処理する制御用回路ユニット１４を備える。光電変換モジュール３１Ｂ光電変換モジュール３１Ａと光電変換モジュール３１Ｂとは、それぞれ、ケーブル７を介してセンサ制御装置３３と接続されている。
【００２９】
被検査物３２を検査方向にスライドさせて検査を行う場合、光電変換モジュール３１Ａは、センサ制御装置３３によって光電変換素子３から所定波長の光を出射するように制御され、光電変換モジュール３１Ｂは、光電変換モジュール３１Ａの光電変換素子３から出射された所定波長の光を受光した場合に、電気信号をセンサ制御装置３３に供給する。
【００３０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した光電変換モジュールの平面図である。
【図２】本発明を適用した光電変換モジュールの断面図である。
【図３】本発明を適用した光電変換モジュールをケースに収容した状態を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した光電変換モジュールの使用例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  立体回路基板
１ａ  凹部
１ｂ  凸部
１ｃ  凸部
３  光電変換素子
４  電気配線
５  電子部品
６ａ  電源端子
６ｂ  信号端子
６ｃ  接地端子
７  ケーブル
１１  レンズ
１２  レンズ取付部
１３  光電変換部
１４  制御用回路ユニット
１５  シールド層
２０  ケース
２０ａ  開口
２１  シールドケース
３０  載置台
３１Ａ，３１Ｂ  光電変換モジュール
３２  被検査物
３３  センサ制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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