(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合って設けられた、少なくとも１つの光源（１１）及び少なくとも１つの受光体（１２，１３）を備え、電気的な接触をするための接触位置（１０１）を備えているサブストレート（１００）と、
その接触位置（１７１）が、サブストレート（１００）の接触位置（１０１）と対置し、かつこれらの接触位置と電気的に接触させられている、電気的な帯状導体（１７）及び接触位置（１７１）を有するサブストレート（１００）の支持体（１６）と、
サブストレート（１００）と支持体（１６）との間の空間内のアンダーフィラー（２０）とを有する光電子構造ユニット（１）において、
アンダーフィラー（２０）が、透明であり、かつ受光体（１２，１３）と支持体（１６）との間の空間に存在しており、光源（１１）と支持体（１６）との間の空間（２５）に、アンダーフィラーが無いこと、またサブストレート（１００）と支持体（１６）との間の透明なアンダーフィラー（２０）が、透明なアンダーフィラーの無い空間（２５）のための制限面（２４）を形成し、この制限面（２４）が、光源（１１）の透明なアンダーフィラーの無い空間（２５）を、透明なアンダーフィラー（２０）がこの空間に直接接することにより制限するように構成されていることを特徴とする光電子構造ユニット。
【請求項２】
光源（１１）と受光体（１２，１３）との間のサブストレート（１００）に、縁部（２３）が形成されており、これに対置して、支持体（１６）に、別の縁部（２１）が形成されていること、またアンダーフィラー（２０）が、両方の縁部（２３，２１）の間の間隔を橋渡しし、そこに制限面（２４）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電子構造ユニット。
【請求項３】
制限面（２４）において、サブストレート（１００）及び支持体（１６）の湿潤性が低下させられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電子構造ユニット。
【請求項４】
アンダーフィラーの無い空間が、透明度の高い弾性的な材料（２５０）によって形成されており、この材料にアンダーフィラー（２０）が接するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項５】
サブストレートが半導体サブストレート（１００）であり、この半導体サブストレート内に、複数の受光体（１２，１３）が形成されており、この半導体サブストレートに、光源（１１）が、固定されており、かつ電気的に接触させられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項６】
半導体サブストレート（１００）が切欠き部（１０２）を備え、この切欠き部内に、光源（１１）が組み込まれていることを特徴とする請求項５に記載の光電子構造ユニット。
【請求項７】
アンダーフィラーの無い空間（２５，２５０）内の光源（１１）及び／又はサブストレート（１００）の表面領域が、光を吸収するように被膜処理されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項８】
アンダーフィラーの無い空間（２５，２５０）内のサブストレート（１００）の表面領域が、光を反射するように被膜処理されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項９】
その間にアンダーフィラー（２０）が設けられているサブストレート（１００）及び／又は支持体（１６）の表面領域が、高い湿潤性を備える材料（６０）で被膜処理されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項１０】
支持体（１６）が、透明な材料から成ること、また支持体（１６）の上に、走査グリッド（１４）が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【請求項１１】
この光電子構造ユニットが、スケール（２）を走査するための位置測定装置の走査ユニット（１）であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光電子構造ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による光電子構造ユニット、特に、長さ及び角度を測定するための位置測定装置の走査ユニットに関する。
【０００２】
雑誌Ｆ＆Ｍの１９９６年第１０号の７５２〜７５６ページに、この様式の構造ユニットが記載されている。発光ダイオードは、フォトダイオード配列チップの上に設けられており、このフォトダイオード配列チップは、フリップチップ技術もしくはチップオンガラス技術で、金の隆起部を介して、透明なガラスプレートの上の帯状導体と結合されている。またガラスプレートは、走査グリッドの支持体でもある。フォトダイオード配列チップとガラスプレートとの間の空間は、透明なアンダーフィラーで埋められており、このアンダーフィラーは、構造を機械的に安定させるために寄与する。
【０００３】
この構造ユニットを有する位置測定の場合、発光ダイオードの光が走査グリッドを通過し、スケールに当たり、そしてスケールグリッドによって反射される。反射された光は、もう一度走査グリッドを通過し、フォトダイオード配列に当たり、そこで、位相のずれた正弦波の形の走査信号が発生される。しかしながらこの構造の場合、アンダーフィラーが、発光ダイオードから放射された光の大部分を、フォトダイオード配列のフォトダイオードへと直接導く、非常に良好な光導体であることが欠点となる。アンダーフィラーでの拡散によって発生させられる発光ダイオードの縁部放射及び散光によって、フォトダイオードに対する発光ダイオードの高い直接の光の放射が発生する。この直接の光の放射は、走査信号の等レベルを著しく高め、外乱信号に対する有効信号の比を不利なものへと導く。
またこの構造ユニットは、予備公開されてないＷＯ  ９９／４９５１４  Ａにおいても記載されている。光源と受光体との間には、遮光要素が設けられている。この遮光要素は、図７によれば、また光源の領域へのアンダーフィラーの流入を阻止することもできる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願明細書第１９７  ２０  ３００号からは、発光ダイオードが、フォトダイオード配列へと埋設されている光学構造ユニットが公知である。
米国特許明細書第４，９３５，６６５号は、支持体の凹部内での複数の発光ダイオードの配置を示す。光の案内をするために、光を反射する縁部を有するプレートが、支持体とレンズプレートとの間に設けられている。
米国特許発明明細書第５，８１８，１１３号には、フリップチップ技術における半導体の配置が記載されており、この半導体の配置の場合、例えば、切欠き部もしくは隆起部の縁部領域によって形成される流れ縁部によって、活動的な半導体領域へのアンダーフィラーの流入が阻止される。日本国公開特許明細書第０４  ２０７０７２号、米国特許発明明細書第５，７８６，５８９号、日本国公開特許明細書第０５  ００６９８９号及び米国特許発明明細書第５，６８９，１０６号によれば、アンダーフィラーが無いように維持された活動的なこの半導体領域は、受光性の面である。
【０００５】
本発明の根底にある課題は、コンパクトに構成されており、外乱光に対する有効光の比、即ち外乱信号に対する有効信号の比を改善する光電子構造ユニット、特に位置測定装置の走査ユニットを提供することにある。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。
【０００７】
本発明によって達成される利点は、特に、簡単な方法で光源の周りの空間を、アンダーフィラーが無いように維持することができ、アンダーフィラーによって、光源から放射される光を、受光体に直接到達させることができないばかりか、光を吸収又は反射する制限面を創造できる点にある。受光体に到達する有効光と外乱光との割合の比は改善される。走査信号の等レベルは低下させられ、従って外乱信号に対する有効信号の比が改善される。
【０００８】
本発明の有利な構成は、従属する請求項において提供されている。
【０００９】
本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
【００１０】
以下に記載の異なる実施例においては、一致する部分は同じ符号で示す。
【００１１】
図示された例は、位置測定装置の走査ユニットの形態をした光電子構造ユニットを示す。この使用は特に有利である。しかしながら本発明は、この使用に制限されず、本発明により形成された光電子構造ユニットが、例えば、層による光吸着、表面における反射、ガス内での光吸着、層による屈折変化、全反射並びに拡散反射を検出するためにも使用することができる。使用分野としては、その他、ガスセンサ、液体センサ、生物学上及び人間医学上のパラメータの測定装置、圧力センサ並びに勾配センサが考慮の対象となる。
【００１２】
図１に、本発明の第１の実施例が図示されている。位置測定装置は、走査ユニット１並びにスケール２の形態をした光電子構造ユニットから成る。走査ユニット１は、ＬＥＤ１１の形態をした１つの光源、複数の受光体１２，１３及び１つの走査グリッド１４を備える。ＬＥＤ１１の光は、走査グリッド１４を透過し、スケール２に当たり、そしてスケール２の目盛り１５によって反射される。反射された光は、もう一度走査グリッド１４を透過し、受光体１２，１３に当たる。この経路を通過するＬＥＤ１１の光の割合は、有効光と呼ばれる。何故ならこの光の割合は、位置に依存した光の変調のために寄与するからである。受光体１２，１３、走査グリッド１４及びスケール２の相対的な配置は、公知の方法で、個々の受光体１２，１３が、互いに位相のずれた電気的な正弦波形の走査信号を発生するように選択されている。フォトダイオード配列の形態をした多数の受光体１２，１３の対称的な配置が特に有利であり、ＬＥＤ１１は、フォトダイオード配列の中央に設けられている。この配置は、雑誌Ｆ＆Ｍの１９９６年第１０号の７５２〜７５６ページに詳細に記載及び図示されており、そのため更なる説明をこれに加えるのは不要である。
【００１３】
走査グリッド１４は、ガラスディスク１６に、交互に光の通過及び光の不通過をさせる目盛りマスターとしてリソグラフにより取り付けられている。ガラスディスク１６は、ＬＥＤ１１及び受光体１２，１３の支持体としても使用される。加えて、ガラスディスク１６の走査グリッド１４に対置する面には、帯状導体レイアウトがリソグラフによる方法によって取り付けられている。このレイアウトは、フェースダウン接触をさせるための接触位置１７１を有する帯状導体１７を備える。
【００１４】
受光体１２，１３が、光学チップ１００の形態をした共通のユニットとして構成されているのが有利である。光学チップ１００は、取り付けられたＬＥＤ１１（半導体チップ）によって補われている。ＬＥＤ１１は、光学チップ１００に電気的に接触させられている。光学チップ１００を接触させるために、ガラスディスク１６の接触位置１７１の方向を向いた、このガラスディスクと、隆起部１８を介してフリップチップ技術で結合されている接触位置１０１を備える。ＬＥＤ１１は、光学チップ１００の平坦な表面に直接取り付けることができる。しかしながらＬＥＤ１１が光学チップ１００内に埋設されていることが有利である。即ち光学チップ１００内に、ＬＥＤ１１を収容するための凹部１０２は、ドイツ連邦共和国特許出願明細書第１９７  ２０  ３００号に記載されているように形成されている。ＬＥＤ１１の背面は、はんだ付け又は伝導性接着剤で取り付けることによって、光学チップ１００と接触させられる。ＬＥＤ１１の前面は、結線によって光学チップ１００と接触させられる。結線は符号１９を備えている。
【００１５】
ＬＥＤ１１と受光体１２及び１３とを支持する光学チップ１００が、ガラスディスク１６の帯状導体１７と電気的に接触させられた後、光学チップ１００とガラスディスク１６との間の空間が、アンダーフィラー２０で埋められる。アンダーフィラー２０は、特に、構造を機械的に安定させるために使用され、従ってこのアンダーフィラーは、強固に硬化する、高い強度と、光学チップ１００及びガラスディスク１６対する良好な付着性を有する合成樹脂材料から成る。
【００１６】
ＬＥＤ１１の主放射方向の領域内の空間２５を、アンダーフィラー２０が無いように維持するために、第１の実施例においては、ＬＥＤ１１に対置するガラスディスク１６の表面に、特に取り巻く縁部２１が形成されている。この縁部２１は、受光体１２，１３の領域からＬＥＤ１１の領域へと、アンダーフィラー２０が更に流れることを阻止する。従って縁部２１は、以下では流れ縁部２１と呼ばれる。この流れ縁部２１は、帯状導体１７と同じリソグラフィプロセスによって取り付けることができる。この場合、流れ縁部２１は、帯状導体１７と同じ材料から成る金属の層構造２２によって形成される。
【００１７】
光学チップ１００には、流れ縁部２１に対置して、特に取り巻く別の流れ縁部２３が形成されている。この流れ縁部２３は、独立した構造によって形成することができるか、又は光学チップ１００の凹部又は凸部によって形成することができる。図示された例では、流れ縁部２３が凹部１０２によって形成される。アンダーフィラー２０は、外から光学チップ１００とガラスディスク１６との中間の空間内へと収容され、この場合、アンダーフィラーは毛細管作用に基づいて、更に流れることが阻止される流れ縁部２１，２３にまで流れる。従ってＬＥＤ１１とガラスディスク１６との間の空間２５は、簡単な方法でアンダーフィラーが無いように維持することができる。流れ縁部２１，２３によって、アンダーフィラー２０と開放された空間２５との間に制限面２４が形成される。この制限面２４は、当たった光を反射及び／又は吸収することによって、ＬＥＤ１１から出る光の透過を著しく低下させるアンダーフィラー２０の表面である。
【００１８】
両方の流れ縁部２１及び２３は、層構造、凹部、凸部又は荒れた表面として形成することができる。
【００１９】
アンダーフィラー２０は、ＬＥＤ１１から送り出されるか、受光体１２，１３によって検出される波長領域の光のために透明である。
【００２０】
アンダーフィラーは、フリップチップ構造の構成要素に適合させられており、即ち何ら機械的な応力を生じさせることの無い熱膨張率を有するべきである。膨張率の適合及び低下させるために、アンダーフィラー２０は、通常石英粉２６又は石英球で満たされているか、もしくは混ぜられている。これによってアンダーフィラー２０の表面は、制限面２４において、相対的に荒れており、これにより透過は更に低下させられる。
【００２１】
受光体１２，１３に到達する外乱光が、従って走査信号の等レベルも、著しく減少させられる。更にＬＥＤ１１は、ＬＥＤ１１の任意の膨張を許容する、空気を有する自由空間２５内に存在する。ＬＥＤ１１の空間内のアンダーフィラー２０の堆積が無く、これにより、温度変化の際に生じるＬＥＤ１１の領域内の機械的な応力が著しく減少させられる。制限面２４が、何ら結線１９のための機械的な障壁の役をしないので、簡単な製造が可能である。制限面２４は一種の光密を形成し、結線開口部は、結線１９の延在に対応して自動的に形成される。
【００２２】
図２は、走査ユニットの別の例を示す。基本構造は、図１の基本構造に対応し、そのため図１と異なる特徴のみを以下に説明する。
【００２３】
制限面２４を形成するために、流れ縁部２１，２３の代わりに他の措置が行われている。アンダーフィラー２０の更なる流れを阻止すべき位置において、ガラスディスク１６の表面３１と、光学チップ１００の表面３２は、これらの表面領域３１，３２の湿潤性が著しく低下させられているように処理されている。この措置は、疎水化とも呼ばれる。この場合、物理的な効果は、表面領域３１及び３２の制限面の応力の増大を、湿潤性の分だけ低下させることである。表面領域３１，３２は、テフロン又はダイヤモンドのようなカーボンによる被膜処理部とすることができる。この措置は、図１による措置に対して選択的又は付加的に使用することができる。この措置が付加的に使用される場合には、ガラスディスク１６の表面領域３１を構造２２とすることもできる。また、図１及び２に関して記載された措置を互いに組み合わせることも可能である。この場合、構造２２は、アンダーフィラー２０のための機械的な障壁及び一種の化学的な障壁を形成する層から成る。構造２２は、例えばテフロン又はテフロン−カーボン結合体、即ち、僅かな湿潤性しか備えない材料から成る。
【００２４】
付加的に、全ての実施例において、ガラスディスク１６及び光学チップ１００の湿潤反応は、アンダーフィラー２０が良好に流入すべき領域において、この表面領域が高い湿潤性を備える材料６０で被膜処理されることによって、適切に改善することができる。湿潤性は、例えばヘキサメチルジシリザンによる被膜処理により著しく改善される。これに関する実施例は、図３に図示されている。
【００２５】
更に散光を減少させるために、ＬＥＤ１１の周りの空間２５内の、ＬＥＤ１１の側縁部及び／又は光学チップ１００の表面領域は、光を吸収するように形成することができる。このため、この光学チップ１００の表面及び／又はＬＥＤ１１の側縁部は、例えば光吸収層４０の形態をした、光吸収表面を備える。この実施例は、図４に概略的に図示されている。
【００２６】
選択的なものとして、空間２５内のＬＥＤ１１の側縁部及び／又は光学チップ１００の表面は、光を反射するように被膜処理することができる。光を反射させる材料としては、金属層５０を使用することができる。この例は、図５に概略的に図示されている。
【００２７】
第６の実施例は、図６によって説明される。この場合は、ＬＥＤ１１とガラスディスク１６との間に、空気の代わりに透明度の高い材料２５０が設けられていることによって、アンダーフィラーの無い空間が形成される。透明なこの材料２５０は、特に弾性的な材料、例えば光学チップ１００をガラスディスク１６と弾性的にのみ結合するシリコンである。光学チップ１００に取り付けられたＬＥＤ１１は、この材料２５０によって取り囲まれる。材料２５０の厚みは、この材料が、ガラスディスク１６に対する光学チップ１００の取り付け及びはんだ付けをする際に、このガラスディスクの上に載置され、ＬＥＤ１１とガラスディスク１６との間の空間を、その後収容するアンダーフィラー２０に対して埋め、密閉するように選択される。
【００２８】
透明な弾性的な材料２５０は、ガラスディスク１６にも取り付けることができ、密閉すべき空間はまた、ガラスディスク１６に光学チップ１００を取り付けることによって行われる。光学チップ１００の取り付け及びはんだ付けの後、材料２５０にまで流れ、そこで制限面２４を形成するアンダーフィラー２０が導入される。
【００２９】
ＬＥＤ１１の領域内に透明な弾性的な材料２５０を設けることはまた、この領域において熱膨張が、何ら応力を発生させることができないという利点を有する。何故なら弾性的な材料２５０が適合するからである。更にこの領域における凝縮は、何ら可能でない。必要な安定性は、光学チップ１００をガラスディスク１６と強固に結合する弾性的でないアンダーフィラー２０によって得られる。アンダーフィラー２０は、強固に硬化し、光学チップ１００及びガラスディスク１６の表面に良好に付着する。
【００３１】
全ての実施例において、光学チップ１００は、受光要素の走査信号を処理するための回路を含むこともできる。また走査信号を処理するための回路は、独立した構造要素として、フリップチップ技術で、ガラスディスク１６に接触させ、固定することもできる。
【００３２】
ガラスディスク１６の代わりに支持体として、他の透明な材料、例えばマイラー（商品名）も使用することができる。
【００３３】
更に走査グリッド１４は、ガラスディスク１６の別の面にも取り付けることができる。これは、走査グリッド１４、帯状導体１７、及び流れ縁部２１のための構造２２が、同じ表面に、即ち共通の方法プロセスで製造することができるという利点を有する。この場合、流れ縁部２１を形成するための構造２２は、走査グリッド１４の構成要素とすることができる。
【００３４】
目盛り１５は、増分式のコード目盛り及び／又はシングルトラックもしくはマルチトラックの絶対的なコード目盛りとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  スケールを有する第１の走査ユニットを、縦断面図において示す。
【図２】  第２の走査ユニットを、縦断面図において示す。
【図３】  第３の走査ユニットを、縦断面において示す。
【図４】  第４の走査ユニットを示す。
【図５】  第５の走査ユニットを示す。
【図６】  第６の走査ユニットを示す。
【符号の説明】
１                走査ユニット
２                スケール
１１              ＬＥＤ
１２，１３        受光体
１４              走査グリッド
１５              目盛り
１６              ガラスディスク
１７              帯状導体
１８              隆起部
１９              結線
２０              アンダーフィラー
２１，２３        流れ縁部
２２              層構造
２４              制限面
２５              空間
２６              石英粉
３１，３２        表面領域
４０              光吸収層
１００            光学チップ
１０１            接触位置
１０２            凹部
１２０，１３０    受光体
１７１            接触位置
２５０            材料
【図１】
0004602557.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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