(57)【要約】【課題】投受光素子の位置決め調節が不要で、製造工程の少ない投受光装置を提供する。【解決手段】基板３０の上面に、投光部２６、受光部２８、検出表示用ランプ２０、電源表示用ランプ２２、保護回路部２４を備える。投光部２６には、投光素子である発光ダイオードＬ１を中心にして、これを覆うように凸形の樹脂Ｅ４が成形され、さらに、丸形の封止枠Ｓ３が成形される。受光部２８には、受光素子であるフォトＩＣチップＦが組み込まれており、これを覆うように四角形の樹脂Ｅ３および封止枠Ｓ２が成形される。【選択図】　図２
2004128425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の基板上に、少なくとも投光素子および受光素子を備えた投受光素子実装基板であって、
前記投光素子および前記受光素子がそれぞれ光学的に独立した封止枠で囲まれており、当該封止枠内に注入された樹脂により前記投光素子および前記受光素子が保護されている、
ことを特徴とする投受光素子実装基板。
【請求項２】
請求項１の投受光素子実装基板において、さらに、
前記基板上の前記投光素子の封止枠内全体には、反射面を有する配線パターンが形成されていることを特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１から２の何れかの投受光素子実装基板において、
前記投光素子の封止枠は円形であり、当該封止枠内に注入された樹脂は凸形状を有していることを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの投受光素子実装基板において、
前記封止枠が印刷により形成されることを特徴とするもの。
【請求項５】
同一の基板上に、高さの異なる第１および第２の封止枠を印刷によって形成する封止枠製造方法であって、
第１の封止枠形成用型を用いて第１の封止枠、および第２の封止枠の下層を印刷し、さらに、第２の封止枠形成用型を用いて第２の封止枠の上層を印刷するようにした、
ことを特徴とする封止枠製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、工場の生産ラインなどで用いられる光電スイッチに関するもので、特に、その製造の容易化および製品の省スペース化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（ｉ）工場の生産ラインなどにおいては、対象物の検知や物体の位置決め等を行う光電スイッチが広く用いられている。回帰反射型光電スイッチは、検出対象物の方向に反射鏡を配置し、投光部から検出対象物に放射される光を反射鏡で反射して受光部に受光させるものであり、検出対象物が光を遮光することにより、検出物の検出を行うものであり、投光素子および受光素子は筐体内に通常組み込まれている。これらの投光素子、受光素子は、従来、半田付け等により基板に別部品として取り付けられ、さらに、位置決めのために筐体内で固定されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
（ｉｉ）一方、ＩＣなどのベアチップを基板上に直接ワイヤボンディングする際の技術として、外気にベアチップが露出するのを防止するためにペアチップを樹脂で覆い保護する方法が知られている。例えば、スクリーン印刷により封止枠を印刷することで、封止材が外部に流出することを防止したもの（例えば、特許文献２参照）や、基板のベアチップ配置箇所に凹部を形成して封止材を充填したもの（例えば、特許文献３参照）などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２０５９０号公報（第１図、第５図）
【特許文献２】
特開平５−２２６５１７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平１０−７９５６３号公報（第５頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（ｉ）のような従来の光電スイッチでは、前述したように、投受光素子の位置決めが必要であったため、製造工程が複雑化するという問題があった。
【０００６】
また、上記（ｉｉ）のような技術を光電スイッチに適用し、投受光素子全体を樹脂で封止すれば、基板に投受光素子を直接実装することも可能であるが、投光素子からの光の干渉（回り込み）現象が生じるという問題があった。例えば、投光素子から放射された光が樹脂表面で乱反射することにより、反射鏡を介さず受光素子まで達してしまい、装置が誤作動するおそれがあった。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）この発明の投受光素子実装基板は、同一の基板上に、少なくとも投光素子および受光素子を備えた投受光素子実装基板であって、
前記投光素子および前記受光素子がそれぞれ光学的に独立した封止枠で囲まれており、当該封止枠内に注入された樹脂により前記投光素子および前記受光素子が保護されている、
ことを特徴とする。
【０００８】
これにより、投光素子および受光素子間の位置決めが不要なため製造が容易で製造コストの低減を図ることができる。また、投光素子および受光素子を基板上に封止することでコンパクトな投受光素子実装装置を提供することができる。
【０００９】
（２）この発明の投受光素子実装基板は、前記基板上の前記投光素子の封止枠内全体には、反射面を有する配線パターンが形成されていることを特徴とする
これにより、投光素子からの光量を高めることが可能で、エネルギー効率の高い装置を提供することができる。
【００１０】
（３）この発明の投受光素子実装基板は、前記投光素子の封止枠が円形であり、当該封止枠内に注入された樹脂が凸形状を有していることを特徴とする。
【００１１】
これにより、投光素子から指向性のある光を放射することができる。
【００１２】
（４）この発明の投受光素子実装基板は、前記封止枠が印刷により形成されることを特徴とする。
【００１３】
これにより、封止枠を正確かつ確実に成形することができる。
【００１４】
（５）この発明の封止枠製造方法は、同一の基板上に、高さの異なる第１および第２の封止枠を印刷によって形成する封止枠製造方法であって、
第１の封止枠形成用型を用いて第１の封止枠、および第２の封止枠の下層を印刷し、さらに、第２の封止枠形成用型を用いて第２の封止枠の上層を印刷するようにした、
ことを特徴とする。
【００１５】
これにより、高さの異なる封止枠を、同一基板上に正確かつ確実に成形することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［回帰反射型光電スイッチの構成］
この発明を回帰反射型光電スイッチの投受光装置に用いた実施形態について、以下に図１から図８を用いて説明する。
【００１７】
まず、反射型光電スイッチの構成について、図１を用いて説明する。図１は、この発明の投受光素子実装基板を備えた投受光装置２、および反射鏡４の外形を示す斜視図である。なお、回帰反射型光電スイッチは、投受光装置２と反射鏡４の組み合わせで構成される。
【００１８】
投受光装置２は、図１に示すように、投光窓６、受光窓８、電源用表示部１０、検出用表示部１２を備えている。投光窓６は、対象物を検出するために光が放射される部分である。受光窓８は、投光窓６から放射された光を、反射鏡４で反射された後で受ける部分である。電源用表示部１０は、投受光装置２の電源オン時に点灯し、オフ時に消灯する部分である（電源用表示部１０にかえて、検出状態が安定している状態を表示する安定表示部としてもよい。）。検出用表示部１２は、対象物が検知された時に点灯する部分である。また、受光窓８で受けた光の信号を外部に出力するために、投受光装置２からはケーブル１４が延びており、例えば、生産ラインの管理コンピュータに接続される。反射鏡４は、投光部６から受けた光が受光部８に達するように光を反射するための反射面４ａを有しており、投受光装置２に対向して配置される。
【００１９】
図１に示す投受光装置２の内部に組み込まれる基板３０の構成について、図２を用いて説明する。基板３０は、図２に示すように、その上面に、投光部２６、受光部２８、検出表示用ランプ２０、電源表示用ランプ２２、保護回路部２４を備えている。
【００２０】
投光部２６には、図２に示すように、基板３０上に実装された投光素子（例えば、発光ダイオード）Ｌ１を中心にして、これを保護するように、透明または投光性の凸形の樹脂Ｅ４（斜線部）が成形されている。また、この凸形の樹脂Ｅ４を取り囲むように、丸形の封止枠Ｓ３が所定の高さに成形されている。なお、投光素子Ｌ１が点灯することによって、図１に示す投光窓６から光が放射される。
【００２１】
受光部２８には、受光素子（例えば、フォトＩＣチップ）Ｆが組み込まれており、これを保護するように四角形の樹脂Ｅ３（斜線部）が成形されている。また、この四角形の樹脂Ｅ３を取り囲むように、四角形の封止枠Ｓ２が所定の高さに成形されている。なお、受光素子Ｆは、図１に示す受光窓８を通った光を受けて、検出信号の出力を行う。
【００２２】
封止枠Ｓ３および封止枠Ｓ２は、図２に示すように、所定間隔を空けて設けられ、それぞれが光学的に独立したものとなっている。なお、封止枠Ｓ２およびＳ３は、光学的に独立しているものであれば、後述する検出表示用ランプ２０および電源表示用ランプ２２の封止枠Ｓ１（図２参照）のように、連続した封止枠として設けてもよい。これにより、投光素子Ｌ１から反射鏡４（図１参照）を介さず、受光素子Ｆに直接的に到達する検出光の量を低減することが可能である。
【００２３】
また、検出表示用ランプ２０および電源表示用ランプ２２には、それぞれ検出表示用素子（例えば、発光ダイオード）Ｌ２および電源表示用素子（例えば、発光ダイオード）Ｌ３が実装されており、これらは仕切を設けた封止枠Ｓ１内の樹脂Ｅ２および樹脂Ｅ１で覆い保護されている。また、保護回路部２４の長方形の封止枠Ｓ４内には、樹脂Ｅ５で覆い保護された保護回路用素子Ｇ１およびＧ２が実装されている。
【００２４】
以上のように、基板３０の上面（基板面のうち、少なくとも投光素子および受光素子を実装した方）には、封止枠で位置決めを行い、かつ、樹脂で保護するという実装方法に適した例えばベアチップなどの素子が実装されている。一方、その他の素子（図示せず）は基板３０の下面に実装されている。これにより、基板３０の製造が効率的に行えるという利点がある。
【００２５】
［投受光素子実装基板の製造方法］
つぎに、図２に示す基板３０の製造方法について、図３ａから図７を用いて以下に説明する。なお、図３ａから図７では、図面の理解容易のため、図２に示す基板３０の製造後における封止枠（Ｓ１〜Ｓ４）の輪郭を点線で表示している。
【００２６】
基板が完成するまでの製造工程は、（ｉ）配線パターンの形成、（ｉｉ）プリント基板のプレス加工、（ｉｉｉ）封止枠の印刷（１回目）、（ｉｖ）封止枠の印刷（２回目）、（ｖ）各素子の配置・配線および封止樹脂の注入、の順に行われる。
【００２７】
（ｉ）まず、図４Ａの斜線部で示す、主な部分を示す配線パターンが基板３０上に加工されている。なお、配線パターンの膜厚は薄いため、基板３０のＡ−Ａ断面図である図７Ｂでは配線パターンを特に図示していない。
【００２８】
円形の封止枠Ｓ３の内側のほぼ全体にわたって、以下のように配線を形成し、光を反射し易いようにしている。
【００２９】
投光部２６には、図４に示すように、一部が矩形に切り取られたほぼ円形の配線パターンＰ１を形成するとともに金メッキを施し、これに絶縁するよう所定間隔を置いて設けられるほぼ矩形の配線パターンＰ２が形成されている。この配線パターンＰ１およびＰ２により、封止枠Ｓ３（点線）内の全体に、反射面を有する配線パターンＰが形成される。金メッキを行うこととしたのは、光の反射率を高めるためである。
【００３０】
（ｉｉ）図３ａに示すように、プレス加工により、一枚のプリント基板３２に、基板３０（図２参照）の外形を形成するための孔が空けられる。なお、このプリント基板３２からは、全部で２０個の投受光素子実装基板が製造できる。
【００３１】
なお、図４Ａから図７Ａは、図３ａのα部を拡大したものである。また、図４Ｂから図７Ｂは、それぞれ図４Ａから図７ＡのＡ−Ａ断面を表したものである。
【００３２】
（ｉｉｉ）配線パターンの形成後、１回目の封止枠の印刷が行われる。これにより、基板３０上には、図５ＡおよびＢの斜線部で示す封止枠Ｓ１、Ｓ２ａ、Ｓ３、Ｓ４が成形される。
【００３３】
配線パターンの印刷方法としては、孔版を利用した印刷方法であるスクリーン印刷（シルク印刷）が用いられる。これらの方法を用いたのは、印刷の正確性および確実性を考慮したためである。
【００３４】
具体的には、図３ｂに示すような、封止枠Ｓ１、Ｓ２ａ、Ｓ３、Ｓ４（図５Ａの斜線部）と同じ形状の孔を空けた版３４（第１の封止枠形成用型）を用いて、印刷を行う。これにより、図５Ｂに示すような膜厚ｔ１の層（第１の封止枠であるＳ１、Ｓ３、Ｓ４および第２の封止枠の下層であるＳ２ａ）が印刷される。
【００３５】
なお、図５Ｂに示す投光部２６の封止枠Ｓ３の高さ、つまりスクリーン印刷の１回分の膜厚ｔ１は、図２に示す投光素子Ｌ１の高さよりも大きくなるように設計されている。
【００３６】
（ｉｖ）次に、上記（ｉｉｉ）と同じ要領で２回目の封止枠の印刷が行われる。ただし、１回目に用いた孔版（図３ｂ参照）とは異なる孔版（図３ｃ参照）に示すを用いる点で異なる。
【００３７】
具体的には、図３ｃに示すように、受光部２８の封止枠Ｓ２ｂ（図６Ａに示す斜線部）の形状の孔だけが空いた版３６（第２の封止枠形成用型）を用いて印刷が行われる。これは、受光素子の厚さ等の設計上の理由により、受光部２８の封止枠だけを高くする必要があったためである。
【００３８】
２回目の印刷により、基板３０上には、図６ＡおよびＢの斜線部に示すように、受光部２８の封止枠Ｓ２ｂ（第２の封止枠の上層）だけが形成される。これにより、図６Ｂに示す受光部２６の封止枠全体の高さｔ２は、図５Ｂに示す１回目のシルク印刷の膜厚ｔ１の２倍になり、同一の基板上に高さの異なる封止枠が形成される。
【００３９】
（ｖ）封止枠の完成した後、図２に示す投光素子Ｌ１、受光素子Ｆなどの各素子が配置され、図４Ａに示す配線パターンとのワイヤボンディング（配線）が行われる。なお、投光素子である発光ダイオードＬ１（図２参照）は、円形の配線パターンの中心に実装され、そのアノードおよびカソードの一方が円状配線パターンＰ１に接続され、他方が矩形パターン部Ｐ２に配線される。
【００４０】
配線パターンに各素子がワイヤボンディングされた後、図７ＡおよびＢに示すように、樹脂Ｅ１からＥ５（図７ＡおよびＢの斜線部）が、各素子を保護するために封止枠Ｓ１からＳ４（図７ＡおよびＢの点線部）内に充填される。
【００４１】
なお、樹脂の充填は、エポキシ樹脂を封止枠に流し込むことにより行われる。また、図７Ｂに示すように、投光部２６以外の部分については、封止枠の高さと樹脂の上面が同程度となるような量が充填される。投光部２６については所望の凸状レンズを成形できる程度の量が充填される。これらの樹脂が固まった後、受光部２８をシールドで覆えば、基板３０の上面の製造工程は終了する。
【００４２】
さらに、その他の部品が半田付けなどで取り付けられ、基板３０の下面の製造工程を終了すると、プレス加工にて打ち抜きを行い基板３０が完成する。以上のように、投受光装置２に組み込まれる基板３０の製造が効率的に行われる。
【００４３】
［投光部の動作および機能］
次に、投光部２６の動作および機能について、図８を用いて説明する。図８は、図２に示す投光部２６の断面（図７中のβ部に相当）を拡大したものである。
【００４４】
図４Ａに示すように、投光部２６の封止枠Ｓ３内の全体には、反射面を有する配線パターンＰが形成されている。これにより、投光素子Ｌ１からの光量を高めることができる。その原理を以下に説明する。
【００４５】
図８に示すように、投光部２６の発光ダイオードＬ１が点灯すると、基板面から上方向に検出光が放射され、その光の多くはそのまま樹脂Ｅ４内を通過して反射鏡へ向かっていく（図８中のＲ１参照）。一方、中には樹脂表面で反射し、下方向（つまり、配線パターンＰ１の方）に向かう光（図８中のＲ２参照）も存在する。
【００４６】
しかしながら、樹脂表面で反射して下方向に向かった光は、ほぼ全てが図８に示す配線パターンＰ１で上方向に反射され、樹脂Ｅ４内を通過する上方向の光となる（図８中のＲ３参照）。これにより、基板３０を通過して下面へ漏れる、あるいは吸収される光が極めて小さくなり、結果として、上方向に放射される検出光の光量が増すことになる。
【００４７】
また、投光部２６の樹脂Ｅ４は、図８に示すように、高く盛り上げて凸形に成形し、レンズとして利用するようにしている。これにより、投光素子から放射された光に指向性を持たせることができる。凸形のレンズを容易に成形するために、投光部２６の封止枠Ｓ３は、図７Ａに示すように、円形に成型している。なお、レンズの径（封止枠Ｓ３の径）および曲率（樹脂Ｅ４表面の曲率）は、所望の光の強度および指向性を得ることができるように設計される。
【００４８】
なお、投光部２６の封止枠Ｓ３の色は、上方の明るさを増す必要があるときには光の反射率が高い白色を用いることがよい。受光素子への光の回り込みを防止する必要があるときには、光の吸収率が高い黒色を用いることがよい。
【００４９】
［その他の実施形態］
なお、上記実施形態においては、基板３０の上面に、検出表示用ランプ２０、電源表示用ランプ２２および保護回路部２４を設けたるようにしたが、これらを設けないようにしてもよい。
【００５０】
なお、上記実施形態においては、配線パターン上に金メッキするようにしたが、反射面を有する配線パターンを形成することができればよく、その他の材質を用いることもできる。また、配線パターンをメッキしないで、単一の材料のみで配線パターンを形成するようにしてもよい。
【００５１】
なお、上記実施形態においては、封止枠を印刷により形成したが、これに限定されず、同様の封止枠を成型できるその他の方法を用いることもできる。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、投光部２６の封止枠Ｓ３の形状を円形としたが、樹脂Ｅ４の成形が容易であれば、その他の形状を用いることもできる。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、受光部２８の封止枠Ｓ２の形状を四角形としたが、これに限定されず、５角形などの他の形状を用いることもできる。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、回帰反射型の光電スイッチについて説明したが、偏光回帰反射型充電スイッチ、反射型光電スイッチにも適用でき、さらに、上記投受光装置２を２つの対向配置すれば透過型光電スイッチとして用いることもできる。このような透過型光電スイッチとして利用すれば、位置調整が不要であるという利点を生かし、かつ、対象物検出の信頼性が高い装置を簡易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の投受光素子実装基板を備えた投受光装置２および反射鏡４の外形を示す図である。
【図２】投受光装置２の内部に組み込まれる基板３０の構成を示す図である。
【図３ａ】プリント基板のプレス加工処理を示す図である。
【図３ｂ】第１の封止枠形成用形を示す図である。
【図３ｃ】第２の封止枠形成用形を示す図である。
【図４】配線パターンの印刷処理を示す図である。
【図５】封止枠の印刷処理（１回目）を示す図である。
【図６】封止枠の印刷処理（２回目）を示す図である。
【図７】封止枠内に樹脂を注入する処理を示す図である。
【図８】投光部２６の動作および機能を示す図である。
【符号の説明】
２・・・・投受光装置
４・・・・反射鏡
６・・・・投光窓
８・・・・受光窓
１０・・・電源用表示部
１２・・・検出用表示部
１４・・・配線
２０・・・検出表示用ランプ
２２・・・電源表示用ランプ
２４・・・保護回路部
２６・・・投光部
２８・・・受光部
３０・・・基板
Ｌ１・・・投光素子
Ｌ２・・・電源表示用素子
Ｌ３・・・検出表示用素子
Ｆ・・・・受光素子
Ｇ１、Ｇ２・・・保護回路素子
Ｈ・・・・シールド嵌込孔
Ｐ１、Ｐ２・・・配線パターン
Ｓ１〜Ｓ５・・・封止枠
Ｅ１〜Ｅ５・・・樹脂
【図１】
2004128425.tif 000003
【図２】
2004128425.tif 000004
【図３ａ】
2004128425.tif 000005
【図３ｂ】
2004128425.tif 000006
【図３ｃ】
2004128425.tif 000007
【図４】
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【図５】
2004128425.tif 000009
【図６】
2004128425.tif 000010
【図７】
2004128425.tif 000011
【図８】
2004128425.tif 000012