(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム上のチップを透明樹脂で封止して形成されるとともに前記フレームの前記透明樹脂で封止されない部分がコネクタピンとして使用される受光素子を、透明樹脂のケースに形成された収容室に、前記チップが前記収容室の壁面に形成された光路部側となるように収容する半導体装置の実装構造において、
前記透明樹脂が前記チップを封止する前記受光素子の外部に素子段部を形成し、
前記収容室の内側に突出する凸状のレンズ部を前記光路部に前記ケースと一体で形成し、
さらに前記収容室には前記素子段部に係合するケース側段部を形成し、
前記素子段部と前記ケース側段部とを係合させることで前記受光素子と前記レンズ部の光軸を一致させるように構成し、
前記受光素子が収容された前記収容室を外部から封じる裏蓋が設けられており、
前記収容室の内側に突出する凸状のレンズ部に加えて、該レンズ部を挟み前記受光素子に向かって拡がるテーパ状の傾斜面を前記光路部の収容室側の面に形成するとともに、
前記傾斜面は、前記光路部の前面から侵入した光が全反射する角度で形成されている
ことを特徴とする半導体素子の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、受発光センサにおける半導体素子の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受発光センサは、半導体素子である受発光素子を、専用のケースに収容して構成される。図１０は従来の受発光センサの全体図である。
受発光素子（以下、「素子」という。）１は、フレーム３上にチップ５をボンディングし、それを透明樹脂７で封止して形成される。封止時、チップ５の上方には球面形状の凸部９が形成され、凸部９はレンズ効果を有する。フレーム３は透明樹脂７で封止されない部分３ａが、コネクタピンとして使用される。
一方、透明樹脂で成形されたケース１１には下面側が開口部となる収容室１３が形成され、収容室１３は開口部と反対側の上面が光路部１５となる。収容室１３には素子１が挿入され、素子１はチップ５が光路部１５側となるように配置される。素子１が挿入された収容室１３には裏カバー１７が閉められ、素子１を内部に収容することで、受発光センサ１９が構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の受発光センサ１９では、図１１に示すように、光路部１５となる部分の直径が４．４ｍｍほどあったため、発光センサの場合は、チップ５から出た光が放射状に拡散して集光せず、良好な出力特性を得ることができない場合があった。
一方、受光センサとしても、外部の光がそのまま直径４．４ｍｍほどある光路部１５から入るため、十分な位置検出精度を得ることができず、スリットを貼り付けて光路部１５を狭める手段もとられたが、信頼性に欠けることになった。また、光路部１５を狭くしたモールド型による成形も試みられたが、光路部１５が小さくなりすぎ、成形が困難となる問題が生じた。
更に、従来の受発光センサ１９では、素子１が収容室１３に挿入された状態のみで、裏カバー１７によって固定されたため、素子１がケース１１内で移動し、素子１の光軸がずれることにより、出力が十分に発揮できない場合があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、集光、光路の縮小ができるとともに、素子の移動が防止できる半導体素子の実装構造を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る半導体素子の実装構造は、フレーム上のチップを透明樹脂で封止して形成されるとともに前記フレームの前記透明樹脂で封止されない部分がコネクタピンとして使用される受光素子を、透明樹脂のケースに形成された収容室に、前記チップが前記収容室の壁面に形成された光路部側となるように収容する半導体装置の実装構造において、前記透明樹脂が前記チップを封止する前記受光素子の外部に素子段部を形成し、前記収容室の内側に突出する凸状のレンズ部を前記光路部に前記ケースと一体で形成し、さらに前記収容室には前記素子段部に係合するケース側段部を形成し、前記素子段部と前記ケース側段部とを係合させることで前記受光素子と前記レンズ部の光軸を一致させるように構成し、前記受光素子が収容された前記収容室を外部から封じる裏蓋が設けられており、前記収容室の内側に突出する凸状のレンズ部に加えて、該レンズ部を挟み前記受光素子に向かって拡がるテーパ状の傾斜面を前記光路部の収容室側の面に形成するとともに、前記傾斜面は、前記光路部の前面から侵入した光が全反射する角度で形成されていることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
光路部にレンズ部が形成されると、光の拡散がなくなるとともに、素子側レンズ部の省略も可能となる。しかも、素子側段部とケース側段部が形成された嵌合構造では、収容室内での受光素子の移動が規制され、受光素子が位置決め固定されることになる。すなわち、素子側段部とケース側段部が係合すると、ケース側のレンズ部に対して受光素子が相対的に位置決めされ、光軸が容易に一致する。さらに、光路部の前面から侵入した光は、傾斜面での全反射により、中心側のみがレンズ部を通過するので、受光素子に到達する光路が狭められることになる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明に係る半導体素子の実装構造についてその好適な実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る半導体素子の実装構造を表す側面図、図２は受発光素子の側面図、図３は受発光素子の平面図、図４はケースの側面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。
図２、図３に示すように、銀メッキされた４２アロイを材料とするフレーム２１上にはチップ２３がボンディングされ、チップ２３は発光センサとして使用する場合、例えば９１０ｎｍの赤外光を発するＧａＡｌＡｓ系のものが用いられる。チップ２３がボンディングされたフレーム２１は、透明樹脂２５でトランスファー成形により封止される。この際、チップ２３側の外面には凸状の素子側レンズ部２７が形成され、素子側レンズ部２７は球面状（図２中破線部参照）とは異なる非球面形となっている。フレーム２１は、透明樹脂２５で封止されないリード部２１ａが、コネクタピンとして用いられる（図１参照）。また、素子側レンズ部２７が形成された台板部２９の下面には基台部３１が形成され、基台部３１は台板部２９より外形が大きくなっている。つまり、台板部２９と基台部３１の間は、素子側段部３３となっているのである。素子側レンズ部２７、リード部２１ａ、素子側段部３３を主な部位として、素子３５が構成されている。
【０００７】
一方、図４に示すように、透明樹脂で成形されたケース３７には下面側が開口部３９となる収容室４１が形成され、収容室４１は開口部３９と反対側の上面が光路部４３となる。光路部４３には凸状のレンズ部４５が形成され、レンズ部４５は収容室４１の内側に突出している。
収容室４１内周の開口部３９側には基台嵌合部４１ａが形成され、基台嵌合部４１ａは素子３５の基台部３１と嵌合する。収容室４１内周のレンズ部４５側には台板嵌合部４１ｂが形成され、台板嵌合部４１ｂは素子３５の台板部２９と嵌合する。また、基台嵌合部４１ａと台板嵌合部４１ｂの間にはケース側段部４７が形成され、図１に示すように、ケース側段部４７は素子３５の素子側段部３３と係合するようになっている。収容室４１の内周には係止突起４９（図４、図５参照）が突設され、係止突起４９は素子３５の後面に係止して素子３５を収容室４１内に固定する。つまり、収容室４１に挿入された素子３５は、挿入方向、及び挿入方向に直交する方向の移動が規制されるようになっているのである。開口部３９には裏蓋５１（図１参照）が嵌合され、裏蓋５１は素子３５が収容された収容室４１を外部から封じている。
素子側レンズ部２７、素子側段部３３、素子３５、ケース３７、レンズ部４５、ケース側段部４７、裏蓋５１を主な部材又は部位として、受発光センサ５３が構成されている。
【０００８】
このように構成された受発光センサ５３の作用を説明する。
先ず、従来の球面状とは異なる非球面形の素子側レンズ部２７が形成された素子３５では、従来の球面収差が補正され、焦点の一致化が可能となる。
【０００９】
光路部４３に形成されたレンズ部４５では、光の拡散がなくなるとともに、ケース３７の表面側が平坦面のままで形成される。更に、レンズ部４５が新設されることによって、素子側レンズ部２７の省略も可能となり、素子側レンズ部２７が省略されれば、素子３５の形状が簡素なものとなる。
【００１０】
素子側段部３３、ケース側段部４７を形成したことによる素子３５とケース３７の嵌合構造では、収容室４１内での素子３５の移動が規制され、素子側レンズ部２７とレンズ部４５の光軸が一致した状態で素子３５が位置決め固定される。また、素子３５が収容された開口部３９には裏蓋５１が嵌合され、収容室４１が素子側段部３３、ケース側段部４７の嵌合構造、及び裏蓋５１により二重に封じられ、収容室４１内の密閉性が高められることになる。
【００１１】
このように、上述した受発光センサ５３の構造によれば、素子３５では、焦点の一致化が可能となるので、各種仕様によって異なる出力特性への追従が、極めて容易に行えるようになる。
レンズ部４５を形成したケース３７では、通過光の拡散がなくなり、光を容易に集光することができるようになる。また、ケース３７の表面側が平坦面となるので、受発光センサ５３を取り付ける際にレンズ部４５が障害とならない。更に、レンズ部４５が新設されることによって、素子側レンズ部２７が省略されれば、素子３５の形状が簡素化され、集光作用に悪影響を及ぼす素子側レンズ部２７を形成した際に生じる気泡等からの影響を低減させることができる。
素子側段部３３、ケース側段部４７を形成したことによる素子３５とケース３７の嵌合構造では、光軸が一致した状態で素子３５が位置決め固定されるので、光軸に位置ずれが生じなくなり、位置ずれによる出力の低下を防止することができる。また、素子３５が二重に封じられ、収容室４１内の密閉性が高められるので、防塵性を著しく向上させることができるのである。
そして、この嵌合構造による素子３５の実装方法では、素子側段部３３をケース側段部４７に係合させることで、光軸を容易に一致させることができるので、組付け作業性、組付け精度を著しく向上させることができる。
【００１２】
次に、光路部４３に形成されるレンズ部の他の実施例を図６、図７に基づき説明する。図６はケース表面側を凸状にしたレンズ部の側面図、図７は両面を凸状にしたレンズ部の側面図である。
図６に示す実施例では、ケース表面側に突出する凸状のレンズ部５５が、光路部４３に形成されている。従って、光路部４３の収容室４１側は、平坦な面となる。
このレンズ部５５では、上述したレンズ部４５の場合と同様、通過光の拡散がなくなるのは元より、収容室４１側に突出部がなくなり、収容室４１の有効容積を小さくすることが可能となる。
従って、レンズ部５５によれば、素子３５を光路部４３に近接して配置することが可能となり、裏蓋５１の後面から光路部４３内面までの受発光センサ５３の高さを低く設定することができる。
図７に示す実施例では、ケース表裏面に突出する両面凸状のレンズ部５７が光路部４３に形成されている。
このレンズ部５７では、レンズ部４５、５５に比べ、高い集光率が得られ、入出力の増大が期待できる。
【００１３】
次に、光路部の実施例を図８、図９に基づき説明する。図８は反射面が設けられた光路部の側面図、図９は反射面が設けられた場合の光路を表す説明図である。
光路部４３の収容室４１側の面には凸状小径（直径０．６ｍｍ程度）のレンズ部５９が形成され、レンズ部５９は精度の向上が図れる非球面形に形成されている。また、光路部４３の収容室４１側の面にはレンズ部５９を挟み素子３５側が拡がる傾斜面６１が形成され、傾斜面６１はすり鉢形のテーパ状、又は二平面が対向したテーパ状に形成される。傾斜面６１は、光路部４３から進入した光が、全反射する角度で形成されている。
【００１４】
従って、図９に示すように、受発光センサが受光センサとして用いられた場合、光路部４３の前面、すなわち収容室４１側とは反対側の面から進入した光は、傾斜面６１で外側が反射され、中心側のみがレンズ部５９を通過し、光路が狭められることになる。
これにより、従来では、直径４．４ｍｍ（図１１参照）の広い範囲で物体の認識を行うのが限度であったが、この実施例では、直径０．６ｍｍの光路にて認識が行えるようになり、認識精度を著しく向上させることができるのである。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る半導体素子の実装構造によれば、レンズ部をケースに形成したので、通過光の拡散がなくなり、光を容易に集光することができるようになる。
受光素子では、焦点の一致化が可能となるので、各種仕様によって異なる出力特性への追従が極めて容易に行え、受発光特性を向上させることができる。
また、受光センサとしての使用においては、光路部に全反射する角度の傾斜面を設けたので、傾斜面で光路が狭められ、狭い範囲での認識が可能となり、認識精度を著しく向上させることができる。
更に、受光素子とケースの嵌合構造では、光軸が一致した状態で受光素子が位置決め固定されるので、光軸に位置ずれが生じなくなり、位置ずれによる出力の低下を防止することができる。
また、素子側段部をケース側段部に係合させることで、光軸を容易に一致させることができるので、組付け作業性、組付け精度を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明半導体素子の実装構造を表す側面図である。
【図２】  受発光素子の側面図である。
【図３】  受発光素子の平面図である。
【図４】  ケースの側面図である。
【図５】  図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】  ケース表面側を凸状にしたレンズ部の側面図である。
【図７】  両面を凸状にしたレンズ部の側面図である。
【図８】  反射面が設けられた光路部の側面図である。
【図９】  反射面が設けられた場合の光路を表す説明図である。
【図１０】  従来の受発光センサの全体図である。
【図１１】  従来の光路部の側面図である。
【符号の説明】
２３  チップ
２７  素子側レンズ部
２９  台板部
３１  基台部
３３  素子側段部
３５  受発光素子
３７  ケース
４１  収容室
４１ａ  基台嵌合部
４１ｂ  台板嵌合部
４３  光路部
４５  レンズ部
４７  ケース側段部
４９  係止突起
５９  凸状小径のレンズ部
６１  テーパ状の傾斜面
【図１】
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【図２】
0003930063.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003930063.tif 000009
【図９】
0003930063.tif 000010
【図１０】
0003930063.tif 000011
【図１１】
0003930063.tif 000012