CN101405872B - 红外传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种经济且可靠性高、具有宽视场的红外传感器，以及经济地制造该红外传感器的方法。所述红外传感器的外壳(2)包括：支撑部分(5)，该支撑部分(5)将所述光学滤波器(4)支撑在低于所述外壳(2)的侧壁(12)顶端的位置；凹部(7)，所述凹部形成在所述开口的四个角近旁的侧壁位置，该凹部(7)与位于所述外壳的侧壁和由支撑部分支撑着的所述光学滤波器的侧面之间的缝隙(6)相通。在所述光学滤波器(4)由所述支撑部分(5)支撑着的状态下，将粘结剂(8)涂敷在所述凹部(7)，所述粘结剂在毛细管作用下渗入光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙(6)中，从而使所述光学滤波器(4)通过位于所述缝隙处的所述粘结剂(8)固定至所述外壳(2)的开口(3)。填充粘结剂(8)时，使该粘结剂(8)包围光学滤波器(4)的整个周边从而使所述光学滤波器(4)通过所述粘结剂(8)固定至所述外壳(2)。

Description

红外传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及红外传感器及其制造方法。特别地，本发明涉及包含光学滤波器的红外传感器及其制造方法，所述光学滤波器设置在容纳红外传感元件的外壳的开口处，该光学滤波器可将具有预定波长的红外线接收到所述红外传感元件，同时还可作为盖子封住所述外壳的所述开口。
背景技术
如图5所示，已知的光学半导体器件51包括：基座(外壳)54，该基座54具有形成在其顶面上的凹部54a；设置在所述凹部54a的底面上的光学半导体元件52；以及扁平透光盖(光学滤波器)53，该透光盖53通过紫外光固化树脂55粘在所述基座54的顶面凹部54a的周围(见专利文献1)。
在所述光学半导体器件51中，在所述透光盖53的与所述凹部54a相邻接的主表面上覆盖有光学薄膜53a，用于阻挡预定波段内的光束，且可机械地除去光学薄膜53a的一部分，以使作为光学滤波器的透光盖53和基座54之间的粘结强度增加，被机械除去的部分是所述光学薄膜53a中与基座54顶面的凹部54a相粘合的区域53b。据上述专利文献记载，这种包含制造成本低廉的透光盖53的光学半导体器件结构紧凑、可靠性高。
但在专利文献1所述的光学半导体器件51中，透光盖(光学滤波器)53的与基座(外壳)54相结合的结合面处的光学薄膜53a被除去，而以其周围为粘合部，与所述基座(外壳)54结合在一起；这样的光学半导体器件51具有以下缺点：
(1)由于昂贵的光学滤波器光接收面的外围与外壳粘合，因此该光学滤波器在所述外围处不起滤波器作用，这使得成本增加；
(2)使用的粘结剂的量或者状态可能会变化，从而使得粘结失败或者使粘结剂渗漏到所述粘合部之外的区域；当这种光学半导体器件被应用于红外传感器(该红外传感器用于例如检测人体或者用于安保设备)时，检测范围会变小，且视场特性会变化；
(3)为了出去粘合部的光学薄膜并在粘结中获得足够的粘结强度，必须采用化学或机械方法将位于粘合部的光学薄膜除去，这导致制造过程复杂、成本上升。
专利文献1为日本专利申请，其公布号为：2003-163297。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种经济、可靠性高且具有宽视场的红外传感器，以及经济地制造所述传感器的方法，该方法没有复杂的制造过程。
解决上述技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明的红外传感器包括：红外传感元件；箱型外壳，该外壳容纳所述红外传感元件，且适于表面安装，并在其中一个表面具有开口；其整个表面都能让具有预定波长的红外线通过的光学滤波器，该光学滤波器被设置为完全盖住所述外壳的所述开口，且该光学滤波器可将预定波长的红外线接收到所述红外传感元件，同时还可作为盖子封住所述外壳的所述开口。其中，所述外壳包括：支撑部分，该支撑部分将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳的侧壁的顶端的位置；凹部，所述凹部形成在所述开口的四个角近旁的所述侧壁位置，由所述支撑部分支撑的光学滤波器的侧面与所述外壳的侧壁之间形成有缝隙，所述凹部与该缝隙相通，在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，该光学滤波器通过填充在所述外壳的所述侧壁与该光学滤波器的所述侧面之间的位于所述缝隙处的粘结剂与所述外壳粘合。
此外，所述外壳的所述开口及所述光学滤波器的平面形状均为矩形。
此外，所述粘结剂填充在形成于所述外壳的侧壁与所述光学滤波器的侧面之间的缝隙中、包围住所述光学滤波器的整个周边，且该光学滤波器设置得使所述外壳的内部完全被密封住。
本发明红外传感器的制造方法，所制造的红外传感器包括：红外传感元件，箱型外壳，该外壳容纳所述红外传感元件，并适于表面安装，且其中一个表面具有开口，其整个表面都能让具有预定波长的红外线通过的光学滤波器，该光学滤波器被设置为完全盖住所述外壳的所述开口，且该光学滤波器可将预定波长的红外线发送到所述红外传感元件，同时还可作为盖子封住所述外壳的所述开口；所述方法包括制造所述外壳，使得所述外壳包括：支撑部分，该支撑部分将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳的侧壁的顶端的位置，凹部，该凹部与位于光学滤波器的侧面和外壳侧壁之间的缝隙相通；在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，将粘结剂填充在所述凹部，这样，所述粘结剂在毛细管作用下渗入光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中，从而使所述光学滤波器通过所述粘结剂与所述外壳粘合。
其中，所述外壳的所述开口为平面形状，所述光学滤波器为矩形。
此外，所述凹部形成在所述开口的四个角近旁的所述侧壁位置，且当所述光学滤波器由所述支撑部分支撑时，在所述凹部涂敷粘结剂，该粘结剂在毛细管作用下渗入光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中。
此外，红外传感器的制造方法中，用所述粘结剂将光学滤波器与所述外壳粘合，填充粘结剂时，使该粘结剂包围光学滤波器的整个周边，从而将所述外壳的内部完全密封。
本发明的优点
在本发明的红外传感器中，所述外壳包括将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳侧壁顶端的位置的支撑部分和凹部，所述凹部形成于所述开口的四角近旁的侧壁处，该凹部与位于光学滤波器的侧面和外壳侧壁之间的缝隙相通，在凹部填充粘结剂时，使该粘结剂在毛细管作用下渗入位于外壳侧壁与滤波器侧面之间的缝隙中，在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，该光学滤波器通过填充在外壳侧壁与光学滤波器的侧面之间的位于所述缝隙处的粘结剂与所述外壳粘合，可更有效率地制造出可靠性高、具有理想的视场特性的红外传感器，如上文所述。在本发明中，粘结剂不会渗漏到光学滤波器的透光区(光接收区)，这使得所述红外传感器具有理想的视场特性，且由于所述光学滤波器通过粘结剂牢固地固定至所述外壳，因而可靠性更高。
此外，在本发明的红外传感器中，光学滤波器的透光区(光接收区)中没有任何区域被用作粘合部来将光学滤波器粘结至所述外壳，这样，由昂贵材料构成的光学滤波器就可得到有效的、不浪费的使用，阻止了成本的上升。
此外，由于光学滤波器的透光区中没有任何区域被用作粘合部，因此除去形成于光学滤波器的光接收面上的光学薄膜的步骤也就不需要了。这也防止了成本的上升。
在本发明中，光学滤波器“其整个表面都能让具有预定波长的红外线通过”实质是指该光学滤波器的几乎整个表面都可让具有预定波长的红外线。
此外，当所述外壳的所述开口及所述光学滤波器的平面形状为矩形时，粘结剂可被可靠地填充到位于外壳侧壁与光学滤波器侧面之间的直线形缝隙中。这样，所述光学滤波器通过粘结剂更可靠地与所述外壳粘合，所得到的红外传感器可靠性高，且其制造过程更有效率。
一般来说，用作红外滤波器的光学滤波器较为昂贵，且该光学滤波器的形状最好为矩形，这样从一块光学滤波器母板制得的滤波器数量会增加。另外，光学滤波器的形状最好设计为矩形也是为了使对母板的分割更容易。
此外，当所述粘结剂被填充而渗入形成于外壳侧壁与光学滤波器的侧面之间的缝隙中、包围住所述光学滤波器的整个周边时，所述光学滤波器通过粘结剂与所述外壳更可靠地粘合，且所述外壳的内部被完全密封。
也就是说，通过填充粘结剂并使粘结剂渗入位于外壳侧壁与滤波器侧面之间的缝隙中、并包围滤波器的整个周边，用粘结剂将光学滤波器与所述外壳的侧壁粘合到一起，从而将外壳的内部完全密封。这样就获得了高可靠性的红外传感器，在该传感器中，光学滤波器通过粘结剂与外壳紧密粘合，且外壳的内部被完全密封。
此外，本发明的红外传感器的制造方法，制造所述外壳，使得所述外壳包括：支撑部分，该支撑部分将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳的侧壁顶端的位置，凹部，该凹部与位于光学滤波器的侧面和外壳侧壁之间的缝隙相通；在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，将粘结剂填充在所述凹部，这样，所述粘结剂在毛细管作用下渗入光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中，从而使所述光学滤波器通过所述粘结剂与所述外壳粘合，如上文所述。这样制得的红外传感器中，光学滤波器通过粘结剂可靠地与外壳粘合，所述红外传感器可靠性高、具有宽视场、不会由于粘结剂渗漏到滤波器表面而减小光学滤波器的透光区(视场)，且制造过程更有效率。
在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，将粘结剂填充在所述凹部，由于所述粘结剂在毛细管作用下渗入位于光学滤波器侧面与外壳侧壁之间的缝隙中，使得所述光学滤波器可通过该粘结剂与所述外壳粘合。这样可简化制造过程、降低制造成本。
此外，由于可将用于粘合光学滤波器与外壳的适量的粘结剂可容易地储存在所述凹部中，从而获得粘合所述滤波器所需的稳定的粘结强度，因此产品的可靠性增强。
此外，当所述外壳的所述开口的平面形状为矩形，且所述光学滤波器的平面形状也为矩形时，粘结剂在毛细管作用下渗入位于外壳侧壁与光学滤波器侧面之间的直线形缝隙中。这样，所述光学滤波器通过粘结剂更可靠地与所述外壳粘合，所得到的红外传感器可靠性高，且其制造过程更有效率。
此外，所述凹部形成于所述开口的四角近旁的侧壁处，且在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，将粘结剂填充在所述凹部，粘结剂渗透过程的起点位于所述光学滤波器周边大致对称的位置(对角线位置)。这样可使光学滤波器与外壳之间的粘结可靠性提高，并使本发明传感器的制造更有效率。
此外，用粘结剂将光学滤波器与所述外壳粘合，填充粘结剂时，使该粘结剂包围光学滤波器的整个周边，从而将所述外壳的内部完全密封住。这样可有效率地制得更高可靠性的红外传感器，在该传感器中，光学滤波器通过粘结剂与外壳粘合，且外壳的内部被完全密封。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的红外传感器的分解透视图；
图2展示了根据本发明第一实施例的红外传感器，图中，光学滤波器位于构成所述红外传感器的外壳上；
图3展示了根据本发明第一实施例的红外传感器的制造过程，其中，将粘结剂填充于外壳内的凹部，在毛细管作用下，所述粘结剂渗入位于光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中；
图4为根据本发明第一实施例的红外传感器的横截面图，图中光学滤波器通过粘结剂与外壳粘合；
图5展示了已知的光学半导体器件的结构；
附图标记说明：
1  红外传感元件
2  外壳
3  开口
4  光学滤波器(红外滤波器)
5  支撑部分
6  缝隙
7  凹部
8  粘结剂
12 外壳的侧壁
14 光学滤波器的侧面
21 主体
22 绝缘盖
23  外部连接端(外部电极)
具体实施方式
以下以实施例对本发明的特征作进一步说明。
第一实施例
图1为根据本发明第一实施例的红外传感器的分解透视图；图2中，光学滤波器位于构成所述红外传感器的外壳上；图3中，将粘结剂填充于外壳内的凹部，在毛细管作用下，所述粘结剂渗入位于光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中；图4为所述红外传感器的横截面图，图中光学滤波器通过粘结剂与外壳粘合。
如图1～3所示，根据本发明第一实施例的红外传感器包括：红外传感元件1，具有开口3且适于表面安装的箱型外壳2，该外壳2内形成有配线板，所述红外传感元件1被容纳于该外壳2内；其整个表面都能让具有预定波长的红外线通过的光学滤波器(红外滤波器)4，该光学滤波器4被设置为完全盖住所述外壳2的所述开口3，且该光学滤波器4可将预定波长的红外线接收到所述红外传感元件1，同时还可作为盖子封住所述外壳2的所述开口3。
组成红外传感器的外壳2的所述开口3的平面形状为矩形，光学滤波器4的平面形状也为矩形，从而与所述开口3的形状相对应。在本实施例的红外传感器中，所述光学滤波器4由例如单晶硅组成，该单晶硅组成的滤波器可让预定波长的红外线通过。
此外，组成红外传感器的外壳2由金属主体21组成，绝缘盖22盖住该金属主体21的主要部分，所述绝缘盖22由例如液晶聚合树脂等组成。在外壳2的底部的预定位置形成有外部连接端(外部电极)23，该外部连接端23与外壳2的主体21电绝缘、并与外壳2内的配线板电连接。
外壳2包括支撑部分5，该支撑部分5将光学滤波器4支撑在比外壳2的侧壁12的顶端低的位置，所述外壳2还包括凹部7，该凹部7与形成于(由支撑部分5支撑的)光学滤波器4的侧面和外壳2的侧壁12之间的缝隙相通。在光学滤波器4由支撑部分5支撑的状态下，位于外壳2的侧壁12与滤波器4的侧面14之间的位于所述缝隙处的粘结剂将所述光学滤波器4和外壳2粘结到一起。
此外，凹部7形成于侧壁12的顶面内，处于开口3的四个角相近旁。所述凹部7大致为圆形，凹部7的局部与形成于滤波器4的侧面和外壳2的侧壁12之间的缝隙6相通。
粘结剂8从凹部7渗入缝隙6中直至滤波器4的整个周边。光学滤波器4的所述侧面14通过粘结剂8与外壳2的侧壁12粘合，从而使得外壳2的内部被完全密封。
在本实施例的红外传感器中，由于粘结剂8进入滤波器4的侧面和外壳2的侧壁12之间的缝隙6，因此该粘结剂8不会渗漏到光学滤波器4的透光区(光接收区)。这样可获得理想的视场特性和高可靠性的红外传感器，在该传感器中，光学滤波器4通过粘结剂8被可靠地固定至外壳2。
此外，在本实施例的红外传感器中，光学滤波器4的透光区(光接收区)内没有任何区域被用作将滤波器4通过粘结剂8粘合至外壳2的粘合部。这样可以有效利用昂贵材料制成的光学滤波器4而不造成浪费，防止成本上升。
此外，由于光学滤波器4的透光区内没有任何区域被用作粘合部，因此除去形成于光学滤波器的光接收面上的光学薄膜的步骤(例如现有技术中就必须有这一步骤)也就不需要了。这也防止了成本的上升。
此外，外壳2的开口3和光学滤波器4的平面形状均为矩形，凹部7形成于侧壁12的顶面内，并位于开口3的四个角相近旁。采用这种简化结构，粘结剂8能够可靠地分布于缝隙6中，这使光线滤波器4与外壳2之间的粘结更可靠，从而获得高可靠性的红外传感器。
此外，凹部7的平面面积最好大于支撑光学滤波器4的支撑部分5的支撑面的面积。虽然不容易将粘结剂涂敷到靠近外壳2的四个角近旁的部分，但是通过增大凹部7的面积，使之比支撑部分5的面积大，则可涂敷足够量的粘结剂，从而使光学滤波器4的四个角与外壳2更可靠地粘连。这样可稳定上述结构的结构气密性。
此外，组成所述光学滤波器4的材料(如单晶硅)非常昂贵，根据本发明的第一实施例，所述滤波器4的形状最好为矩形，这样用一块母板制得的光学滤波器的数量会多一些。另外，光学滤波器的形状为矩形还可使对母板的分割更容易。
此外，在本实施例的红外传感器中，粘结剂8分布于所述缝隙6中，并包围住光学滤波器4的整个周边，从而将外壳2的内部完全密封，这样可获得高可靠性的红外传感器，在该传感器中，红外传感元件1被容纳于密封外壳2中，同时，可作为盖子封住所述开口3的光学滤波器4被可靠地固定至外壳2的所述开口3。
下面将讨论红外传感器的制造方法。
为了制得上述第一实施例的红外传感器，制造所述外壳2，使得所述外壳2包括：支撑部分5，该支撑部分5将所述光学滤波器4支撑在低于所述外壳2的侧壁12的顶端的位置，凹部7(该凹部7具有圆形的平面形状，并形成于外壳2的侧壁12的顶面的四角处)，该凹部7与位于光学滤波器4的侧面14和外壳2的侧壁12之间的缝隙6相通，如图1所示。
此外，制造所述光学滤波器4，使得该滤波器4具有的尺寸让形成于滤波器侧面14和外壳2的侧壁12之间的缝隙6大约为0.02～0.1毫米宽。
接着，放置所述光学滤波器4，使其由支撑部分5支撑。此时，就在光学滤波器4的侧面14和外壳2的侧壁12之间形成了大约为0.02～0.1毫米宽的所述缝隙6。
接着将预定量的具有预定流动性的粘结剂8涂敷到形成于外壳2的侧壁12的顶面内的四角处的每个凹部7，在毛细管作用下，粘结剂8从凹部7渗入约为0.02～0.1毫米宽的所述缝隙6中，包围光学滤波器4的整个周边。
然后，当粘结剂8为热固性粘结剂时，将所述粘结剂8加热到预定温度，使该粘结剂8固化，从而将光学滤波器4粘合至外壳2的开口3近旁的侧壁12处。
通过以上步骤，就制得了本发明的高可靠性红外传感器，在该传感器中，光学滤波器4通过粘结剂8与外壳2可靠地粘合，且外壳2的内部完全密封。
上述制造方法采用了具有凹部7的外壳2，在光学滤波器4被支撑部分5支撑着时，只要将粘结剂8涂敷到所述凹部7，所述粘结剂8就由于毛细管作用而渗入缝隙6中。这种制造方法高效、没有复杂的制造过程，并且不会由于粘结剂侵入到光学滤波器的透光区而使所述透光区的面积减小。
在上述实施例中，凹部7形成在外壳2的侧壁12的顶面的四角处。但所述凹部7也不一定要形成在所述四角处，也可形成在其它位置，例如位于每个侧边的中央处。
此外，凹部7的数量也不是确定的，而是可以根据具体情况决定，例如，根据光学滤波器4的尺寸和粘结剂8的粘性等决定。
此外，在上述实施例中，粘结剂8铺展到包围光学滤波器4的整个周边。但所述粘结剂8也不是必须包围所述光学滤波器4的整个周边，某些情况下，只要在部分位置将光学滤波器4与外壳2粘连起来就可以了。
此外，在上述实施例中，外壳2的开口3和光学滤波器4的平面形状都是矩形的；但所述平面形状也可以不是矩形的，例如，在某些情况下，可以为圆形或椭圆形的。
在其它方面，本发明也不限于上述实施例的具体情况，可对上述实施例进行各种应用和修改，例如，红外传感元件的具体结构，外壳和光学滤波器的尺寸与形状，形成在所述外壳上的凹部的深度、平面面积、平面形状，所述凹部的纵剖面形状，光学滤波器的具体结构、材料，粘结剂的类型和粘性，等等，均可以在本发明的范围内做不同程度的改动。
工业适用性
如上所述，在光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，将粘结剂涂敷到形成于外壳的侧壁内的所述凹部，所述粘结剂在毛细管作用下渗入位于所述光学滤波器与所述外壳侧壁之间的缝隙中，使所述光学滤波器的侧面与所述外壳通过所述粘结剂粘合到一起；这样就制得了高可靠性的红外传感器，在该传感器中，光学滤波器通过粘结剂与外壳牢固粘合，这种制造方法高效，且不会减小光学滤波器的透光区域因而具有较宽视场。
因此，本发明可广泛应用于各种红外传感领域，例如人体检测领域和保全设备领域等。

Claims (7)

1.一种红外传感器，包括：
红外传感元件；
箱型外壳，该外壳容纳所述红外传感元件，且适于表面安装，并在其一个表面上具有开口；以及
其整个表面都能让具有预定波长的红外线透过的光学滤波器，该光学滤波器完全盖住所述外壳的所述开口，可将预定波长的红外线接收到所述红外传感元件，还可作为盖子封住所述外壳的所述开口；
其中，所述外壳包括：支撑部分，该支撑部分将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳的侧壁顶端的位置；凹部，所述凹部形成在所述开口的四个角近旁的侧壁位置，该凹部与位于所述外壳的侧壁和由支撑部分支撑着的所述光学滤波器的侧面之间的缝隙相通；
在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，该光学滤波器通过填充在所述外壳的侧壁与该光学滤波器的侧面之间的位于所述缝隙处的粘结剂与所述外壳粘合固定。
2.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于：所述外壳的所述开口和所述光学滤波器的平面形状均为矩形。
3.根据权利要求1或2所述的红外传感器，其特征在于：所述粘结剂的填充方式使得所述粘结剂渗入位于所述外壳的所述侧壁与所述光学滤波器的所述侧面之间的缝隙中，并包围所述光学滤波器的整个周边，而所述光学滤波器的放置方式使得所述外壳的内部被完全密封。
4.红外传感器的制造方法，其所制造的红外传感器包括：红外传感元件，容纳所述红外传感元件、适于表面安装且其一个表面具有开口的箱型外壳，其整个表面都能让具有预定波长的红外线透过的光学滤波器，该光学滤波器完全盖住所述外壳的所述开口，可将预定波长的红外线接收到所述红外传感元件，同时还可作为盖子封住所述外壳的所述开口；
所述方法包括：
制造所述外壳，使得所述外壳包括：支撑部分，该支撑部分将所述光学滤波器支撑在低于所述外壳的侧壁顶端的位置，凹部，所述凹部形成在所述开口的四个角近旁的侧壁位置，该凹部与位于由支撑部分支撑着的光学滤波器的侧面和所述外壳侧壁之间的缝隙相通；
当所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着时，将粘结剂填充在所述凹部，所述粘结剂在毛细管作用下渗入光学滤波器与外壳侧壁之间的缝隙中，从而使所述光学滤波器通过所述粘结剂与所述外壳粘合固定。
5.根据权利要求4所述的红外传感器的制造方法，其特征在于：所述外壳的所述开口的平面形状和所述光学滤波器的平面形状均为矩形。
6.根据权利要求5所述的红外传感器的制造方法，其特征在于：在所述光学滤波器由所述支撑部分支撑着的状态下，在所述凹部填充粘结剂，该粘结剂在毛细管作用下渗入所述光学滤波器与所述外壳侧壁之间的缝隙中。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的红外传感器的制造方法，其特征在于：用粘结剂将光学滤波器与所述外壳粘合固定，涂敷粘结剂时，使该粘结剂包围光学滤波器的整个周边，从而使所述外壳的内部完全密封。
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