CN103575388B - 红外传感器 - Google Patents

Abstract

一种红外传感器包括电路板、至少两个支撑部、FET元件和热电元件。该电路板具有形成有多个电极的上主表面。每个支撑部具有上表面、下表面、形成在上表面上的上导电图案、以及形成在下表面上的下导电图案。上导电图案与下导电图案电连接。下导电图案连接至电路板的上主表面的电极。FET元件位于所述至少两个支撑部之间并布置在电路板的上主表面上。热电元件与支撑部的上导电图案电连接。热电元件由支撑部支撑以便位于FET元件的上方。

Description

红外传感器

技术领域

本发明涉及一种包括热电元件的红外传感器。

背景技术

例如，该类型的红外传感器在JP-A2012-122908(专利文献1)，JP-A 2012-37250(专利文献2)和WO 2006/120863(专利文献3)中的每一文献中被公开，它们的内容以引用的方式包含在本文中。

专利文献1至3中的每一个的红外传感器包括热电元件以及由热电元件驱动的FET。

发明内容

本发明的目的之一是提供能够布置在减小的空间中的红外传感器。

本发明的一个方面提供了一种包括电路板、至少两个支撑部、FET元件和热电元件的红外传感器。电路板具有形成有多个电极的上主表面。每个支撑部在竖直方向上具有上表面和下表面。每个支撑部还具有形成在上表面上的上导电图案以及形成在下表面上的下导电图案。该上导电图案与下导电图案电连接。该下导电图案连接至电路板的上主表面的电极。该FET元件位于所述至少两个支撑部之间并布置在电路板的上主表面上。热电元件与支撑部的上导电图案电连接。热电元件由支撑部支撑以便位于FET元件的上方。

对于本发明的目的的认识和对其结构的更完全的理解可以通过研究以下对优选实施例的描述和参照附图获得。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的红外传感器的透视图。

图2是示出图1中的红外传感器沿着线II-II截得的剖视图。

图3是示出图1的红外传感器的分解透视图，其中没有示出涂层树脂、密封树脂、导电性粘着剂和红外传感器的粘着剂。

图4是主要示出在图1的红外传感器的多层印刷电路板的每个平面中的电极布置的示意图，其中为了更容易理解一些电极被画上阴影。

图5是示出图1的红外传感器的FET元件的仰视图。

图6是示出图1的红外传感器的间隔块的俯视图。

图7是示出图6的间隔块的仰视图。

图8是示出图1的红外传感器的热电元件的俯视图。

图9是示出图8的热电元件的仰视图。

图10是示出布置在主电路板上的多个热电元件的透视图，其中热电元件处在制造过程中。

图11是示出作为本发明的示例的红外传感器的噪声阻抗特性的图表。

图12是示出作为本发明的示例的由红外传感器的密封树脂造成的效应的图表。

虽然本发明能够经受各种修改和替代形式，但是其具体实施例在附图中仅以示例的方式示出并将在本文中进行详细描述。然而，应当理解，附图及其详细描述不试图将本发明限定于所公开的特定形式，而是相反地，本发明是要覆盖落入到由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物和替代物。

具体实施方式

参考图1至4，根据本发明一实施例的红外传感器10是表面安装型的红外传感器。然而，本发明不限于本实施例。例如，红外传感器10可以是类似于专利文献2的通孔安装型的红外传感器。

如图1至4所示，根据本实施例的红外传感器10包括多层印刷电路板(电路板)20、布置在多层印刷电路板20上的FET元件60、围绕FET元件60的间隔块70、用于将FET元件60密封在间隔块70中的密封树脂80、由间隔块70经由导电性粘着剂100支撑的热电元件90、由金属制成并布置在多层印刷电路板20上的屏蔽壳110、用于覆盖屏蔽壳110的涂层树脂120以及附连于屏蔽壳110的红外透射滤光片130。

如图1至4所示，根据本实施例的多层印刷电路板20例如是由常见且成本低廉的FR-4形成的玻璃环氧或环氧树脂电路板。多层印刷电路板20由两个双层印刷板构成，即由第一电路板30和第二电路板40构成。如图4中最佳显示地，第一电路板30具有第一上主表面30u和第一下主表面30l，而第二电路板40具有第二上主表面40u和第二下主表面40l。如从图2可见，第一上主表面30u是多层印刷电路板20的上主表面，而第二下主表面40l是多层印刷电路板20的下主表面。

如图4所示，第一电路板30的第一上主表面30u形成有多个电极32a、32b、32c和32d，而第一下主表面30l形成有第一内导电平面(内导电平面)36。第一电路板30还形成有多个通孔34b、34c和34d。根据本实施例的每个通孔34b、34c和34d完全地用由导电性或非导电性树脂制成的第一填料填充。换句话说，根据本实施例的每个通孔34b、34c和34d没有未被第一填料填充的空间。第一填料和通孔34b、34c和34d在第一上主表面30u上具有第一端。第一填料的第一端和通孔34b、34c和34d的第一端被镀覆。

电极32a具有T状形状。具体地，电极32a由三个端部和包括作为主部分的T状形状的连接部分的其余部，其中三个端部在第一上主表面30u上是暴露的，该其余部被涂覆有阻焊剂。如下文所述，除电极32a之外的另一部分也被涂覆有阻焊剂。形成在所述另一部分上的阻焊剂在一些附图中被根据需要示出。然而，形成在电极32a上的阻焊剂在任何附图中都没有被示出，以使得电极32a的连接关系能够更清楚地被示出。电极32b和32c分别连接至通孔34b和34c。电极32d具有框状部和T状部，其中该框状部包围电极32a、32b和32c，该T状部从框状部向内延伸。电极32d连接至八个通孔34d。如下文所述，当红外传感器10被使用时，电极32d和通孔34d被接地。

第一内导电平面36位于多层电路板20的第一内层中。连接至电极32b和32c的通孔34b和34c到达第一内层，以使得第一内层具有两个(或多个)第一预定区。每个第一预定区由通孔34b和34c的横截面之一以及分别地包围通孔34b和34c的横截面的区域38b和38c之一构成。第一内导电平面36完全覆盖除去第一预定区之外的多层电路板20的第一内层。于是，第一内导电平面36由区域38b和38c与通孔34b和34c分隔开。另一方面，八个通孔34d连接至第一内导电平面36。

第二电路板40的第二上主表面40u形成有第二内导电平面(内导电平面)44，而第二下主表面40l形成有多个电极48b、48c和48d。第二电路板40还形成有多个通孔42b、42c和42d。根据本实施例的每个通孔42b、42c和42d完全地用由导电性或非导电性树脂制成的第二填料填充。换句话说，根据本实施例的每个通孔42b、42c和42d没有未被第二填料填充的空间。第二填料和通孔42b、42c和42d具有在第二下主表面40l上的第二端。第二填料的第二端和通孔42b、42c和42d的第二端被镀覆。

第二内导电平面44位于多层电路板20的第二内层中。通孔42b和42c到达第二内层，以使得第二内层具有两个(或多个)第二预定区。每个第二预定区由通孔42b和42c的横截面之一以及分别地包围通孔42b和42c的横截面的区域46b和46c之一构成。第二内导电平面44完全覆盖除去第二预定区之外的多层电路板20的第二内层。于是，第二内导电平面44由区域46b和46c与通孔42b和42c分隔开。另一方面，八个通孔42d连接至第二内导电平面44。

第一内导电平面36和第二内导电平面44被相互叠放以便用作几乎完全地覆盖多层印刷电路板20的内层(即第一内层和第二内层)的屏蔽图案。

电极48b和48c分别连接至通孔42b和42c。如从前述连接关系可见，电极48b和48c用作红外传感器10的输入和输出端子。具体地，电极48b和48c分别与漏极端子(端子)64b和源极端子(64c)连接。电极48d连接至八个通孔42d。电极48d是接地图案。电极48d由阻焊剂区域52与电极48b和48c分隔开。电极48d设置有焊剂区域50。尽管每个焊剂区域50与电极48d的其余部分电连接，但是每个焊剂区域50由阻焊剂区域52与电极48d的所述其余部分分开，以便能够识别为矩形区域。

根据本实施例，通孔34b、34c、34d、42b、42c和42d中的每一个被埋孔。另外，每个通孔34b、34c和34d在上主表面(第一上主表面30u)处被镀覆，每个通孔42b、42c和42d在下主表面(第二下主表面40l)处被镀覆。相应地，防止不期望的环境(例如湿度)被从多层印刷电路板20的下主表面(第二下主表面40l)转移到上主表面(第一上主表面30u)。

如图2、3和5中所示，FET元件60是表面安装型FET元件。FET元件60能够通过使用自动部件进给器安装到一表面上。具体地，FET元件60具有上表面，所述上表面被平坦地形成以便能够由自动部件进给器的真空卡盘拾取。FET元件60也具有底表面62和位于底表面62上的三个(例如多个)端子，即，栅极端子(端子)64a、漏极端子64b和源极端子64c。FET元件60由自动部件进给器传送以被安装在上主表面(第一上主表面30u)上。于是，FET元件60以底表面62与多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)相面对的状态布置在多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)上。之后，栅极端子64a、漏极端子64b和源极端子64c分别连接至电极32a、32b和32c。

如图3、6和7所示，根据本实施例的间隔块70主要由树脂制成。间隔块70具有闭合的框状形状，且在其中具有内部空间70s。间隔块70具有在X方向上相互对置的两个部分。如之后所述，所述两个部分用作支撑部72，所述支撑部72支撑热电元件90。每个支撑部72在Z方向(竖直方向)上具有上表面72u和下表面72l。每个支撑部72还具有形成在下表面72l上的下导电图案74a和74d以及形成在上表面72u上的上导电图案76a和76d。根据本实施例的每个下导电图案74a和74d具有两个电极(参见图7)。每个上导电图案76a和76d具有单个电极，所述单个电极具有矩形形状(参见图6)。下导电图案74a经由通孔78a与上导电图案76a电连接，而下导电图案74d经由通孔78d与上导电图案76d电连接。间隔块70被安装在多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)上。下导电图案74a连接至电极32a的T状形状的顶部的相对端部。下导电图案74d连接至电极32d的T状部分的顶部。

FET元件60布置在间隔块70的内部空间70s中。密封树脂80填充内部空间70s以密封布置在内部空间70s中的FET元件60。根据本实施例，密封树脂80完全地填充间隔块70的内部空间70s。特别地，在栅极端子64a、漏极端子64b和源极端子64c连接至相应的电极32a、32b和32c的情况下，被连接的部分被密封树脂80完全覆盖。相应地，例如，甚至在红外传感器10在高湿度环境下长时间使用时，FET元件60的栅极端子64a、漏极端子64b和源极端子64c由密封树脂80保护，以使得在这些端子之间的绝缘耐性被保持在预定值。根据本实施例，由密封树脂80进行的密封防止在这些端子之间的绝缘耐性被劣化，以便红外传感器10显现出稳定的性能。

根据本实施例的密封树脂80具有9.9×10^-6/℃的线性膨胀系数。于是，密封树脂80的线性膨胀系数与是玻璃环氧电路板的多层印刷电路板20的线性膨胀系数大致相同。根据本实施例，线性膨胀系数接近多层印刷电路板20的线性膨胀系数的树脂用作密封树脂80以使得能够防止由密封树脂80进行的密封甚至在恶劣环境下被劣化。更具体地，当线性膨胀系数接近多层印刷电路板20的线性膨胀系数的树脂用作密封树脂80时，由密封树脂80对端子的前述保护可以被长时间地保持。上述值9.9×10^-6/℃是线性膨胀系数的优选值之一。换句话说，线性膨胀系数不同于9.9×10^-6/℃的树脂可以用作密封树脂80。然而，密封树脂80的线性膨胀系数优选在5×10^-6/℃和20×10^-6/℃之间。另外，当密封树脂80在高温和高湿度的环境下膨胀时，由FET元件的端子60a的密封进行的上述保护可能被由膨胀之间的差造成的应力破坏。

根据本实施例，FET元件60布置在间隔块70的内部空间70s内以使得密封树脂80有效地密封FET元件60。根据本实施例，FET元件60被用密封树脂80完整地覆盖，所述密封树脂80固定于多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)。

如图8和9所示，热电元件90具有两组，每组由上电极92和下电极94构成。从图8可以看见，这两个上电极92相互耦接。从图9可以看见，这两个下电极94连接至相应的连接图案96。从图3、8和9可见，根据本实施例的红外传感器10是所谓的双型的红外传感器。如图2所示，热电元件90通过使用导电性粘着剂100连接和固定至间隔块70的支撑部72。具体地，连接图案96中的一个借助导电性粘着剂100与一个支撑部72的上导电图案76a电连接且固定至一个支撑部72的上导电图案76a，而连接图案96中的另一个借助导电性粘着剂100与另一个支撑部72的上导电图案76d电连接且固定至另一个支撑部72的上导电图案76d。于是，热电元件90由支撑部72支撑以便位于FET元件60的上方(即在FET元件60的正Z侧处)。相应地，可以减小红外传感器10的安装面积。更具体地，根据本实施例，可以减小红外传感器10的多层印刷电路板20的下主表面40l的面积。如上所述，FET元件60和热电元件90在竖直方向上被一致地布置，以使得能够减小多层印刷电路板20的尺寸。相应地，红外传感器10可以具有减小的尺寸。

如图2和3所示，屏蔽壳110布置在多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)上以便包围和覆盖FET元件60、间隔块70(即支撑部72)和热电元件90。根据本实施例的屏蔽壳110与专利文献3的红外传感器不同，不是通过将被冲压掉的金属板弯曲而形成。于是，屏蔽壳110在其盖部件中既没有裂纹，也没有间隙。因此，相比于专利文献3的红外传感器，根据本实施例的红外传感器10具有出众的抗噪声特性。

如图2所示，屏蔽壳110具有下壳112、位于下壳112上方(即在正Z侧)的上壳114和位于下壳112和上壳114之间的边界处的边界部116。下壳112在多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)处连接至电极32d。下壳112在XY平面中与上壳114相比更小。具体地，下壳112具有在XY平面中的下区而上壳114具有在XY平面中的上区，其中所述下区小于所述上区。相应地，边界部116向上开口(沿着正Z方向)。FET元件60、间隔块70(即支撑部72)和热电元件90位于由下壳112包围的室中(即在下壳112内)。根据本实施例，虽然红外传感器10具有由上壳114构成的大的开口部，但是FET元件60和热电元件90中的每一个位于离屏蔽壳110短的距离处。因此，根据本实施例的红外传感器10具有更优异的抗噪声性。

如图1和2所示，涂层树脂120固定于多层印刷电路板20的上主表面(第一上主表面30u)并从外面覆盖屏蔽壳110。相应地，屏蔽壳110不仅通过焊接而且还通过涂层树脂120连接和固定于多层印刷电路板20。涂层树脂120由例如环氧树脂的树脂制成，其甚至在用于焊接的回流焊炉中也不会破裂。当根据本实施例的红外传感器10安装在电路板(未示出)上时，红外传感器10被置于回流焊炉中。即使将屏蔽壳110连接至多层印刷电路板20的焊剂在回流焊炉中被重新熔化，涂层树脂120也可以保持屏蔽壳110和多层印刷电路板20相互固定。相应地，容纳热电元件90和FET元件60的室可以被气密地保持。另外，易受外部环境的温度变化影响的由金属制成的屏蔽壳110覆盖有涂层树脂120，以使得外部环境的温度变化影响不大。

如图2所示，边界部116位于红外透射滤光片130下面。边界部116支撑红外透射滤光片130。具体地，红外透射滤光片130被从上面(即沿着负Z方向)安装在边界部116上。红外透射滤光片130通过使用导电性粘着剂100与屏蔽壳连接且固定至屏蔽壳110。在由导电性粘着剂100进行的前述固定之后在红外透射滤光片130和屏蔽壳110之间保留的间隙被粘着剂140填充。于是，容纳热电元件90的室变得具有更大的气密性。

具有上述结构的红外传感器10如下所述进行制造。如图10所示，多个红外传感器10同时形成在主电路板20′上。于是，主电路板20′在切分过程中被切割成多件红外传感器10。具体地，焊膏被印刷在主电路板20′上，所述主电路板20′能够被分成多个多层印刷电路板20。然后，自动部件进给器将FET元件60、间隔块70和屏蔽壳110按照该顺序置于主电路板20′上(即多层印刷电路板20上)。然后，焊膏在回流焊炉中熔化以使得FET元件60、间隔块70和屏蔽壳110被固定在主电路板20′上(即多层印刷电路板20上)。然后，密封树脂80被浇灌到每个内部空间70s中，以填充FET元件60和间隔块70之间的所述内部空间70s。然后，涂层树脂120被浇灌以覆盖屏蔽壳110。然后，导电性粘着剂110被涂覆到每个间隔块70上。然后，热电元件90附连至相应的间隔块70。然后，红外透射滤光片130被安装至相应的屏蔽壳110。具体地，红外透射滤光片130和屏蔽壳110通过导电性粘着剂100和粘着剂140相互固定。然后，主电路板20′在切分过程中被切割成多件红外传感器10。

如从上述描述可见，根据本实施例，红外传感器10通过将部件以规则顺序堆叠在多层印刷电路板20上来组装。相应地，多个红外传感器10同时且有效地形成在主电路板20′上。

本发明不限于前述实施例。本发明是能够进行各种修改且是可应用的。

例如，根据前述实施例的间隔块70具有闭合的框状形状。然而，间隔块70可以具有开口形状。例如，间隔块70可以具有C状形状。另外，前述间隔块70具有两个支撑部72和将所述支撑部72相互耦接的耦接部。然而，间隔块70可以仅仅由这两个支撑部72构成。在这种情况下，这两个支撑部72被布置成当FET元件60设置在支撑部72之间时彼此间隔开。另外，红外传感器10可以具有三个或更多个支撑部72。在任何情况下，FET元件60位于所述至少两个支撑部72之间。在任何情况下，优选地，FET元件60，尤其是连接至多层印刷电路板20的电极32a、32b和32c的FET元件60的端子64a、64b和64c的连接部分，完全被用密封树脂80覆盖，以便不暴露于高湿度大气环境。

(示例)

作为示例，具有根据前述实施例的结构的红外传感器10被制造。另外，具有在专利文献3中公开的结构的红外传感器和具有在专利文献2中公开的结构的红外传感器被准备分别作为比较示例1和比较示例2。另外，具有类似于示例的结构的红外传感器被准备作为比较示例3。比较示例3的FET元件60被用大于20×10^-6/℃的线性膨胀系数的树脂密封，而不是用线性膨胀系数为9.9×10^-6/℃的密封树脂80来密封。示例、比较示例1和比较示例2中的每一个的抗噪声特性在施加以低频噪声的条件下被测量。示例和比较示例3中的每一个的源极端子64c的电压在示例和比较示例3中的每一个被置于高温(尤其是60℃)和高湿度(尤其是95％)环境下一段时间之后被测量。测量结果分别在图11和12中示出。

示例的红外传感器10的屏蔽壳110不是通过将金属板弯曲来形成，以使得示例的屏蔽壳110的覆盖部分与比较示例1(专利文献3)的红外传感器不同，未形成有裂纹且没有间隙。相应地，从图11可见，示例的红外传感器10具有比比较示例1的红外传感器更为优越的抗噪声特性，所述比较示例1的红外传感器是类似于示例的红外传感器10的表面安装型红外传感器。另外，示例的红外传感器10具有与比较示例2的红外传感器相等同的抗噪声特性，所述比较示例2的红外传感器是通孔安装型和CAN型的红外传感器。

从图12可见，示例示出，当持续时间等于或小于1000小时时，源极端子64c的电压稳定，几乎不变。另一方面，当持续时间等于或大于250小时时，比较示例3的源极端子64c的电压逐渐增加。这是因为比较示例3的密封树脂在高湿度的环境下膨胀以使得该端子的保护被劣化。

本申请基于在2012年8月8日递交日本专利局的日本专利申请JP2012-175806，该专利申请的内容以引用方式并入本文。

尽管已经描述了被认为是本发明的优选实施例的实施例，但是本领域技术人员应当理解，可以在不偏离本发明的精神的情况下对其进行其他的和进一步的修改，本申请要求保护的是落入本发明的真实范围内的所有这样的实施例。

Claims (6)

1.一种红外传感器，包括：

电路板，所述电路板具有上主表面，所述上主表面形成有多个电极；

至少两个支撑部，每个支撑部在竖直方向上具有上表面和下表面，每个支撑部还具有形成在该上表面上的上导电图案和形成在该下表面上的下导电图案，所述上导电图案与所述下导电图案电连接，所述下导电图案连接至电路板的上主表面的电极；

FET元件，所述FET元件位于所述至少两个支撑部之间并被布置在电路板的上主表面上；

热电元件，所述热电元件与所述支撑部的上导电图案电连接，所述热电元件由所述支撑部支撑以便位于所述FET元件的上方，

所述红外传感器还包括间隔块，其中：

所述间隔块具有闭合的框状形状，所述框状形状在其内具有内部空间；

所述支撑部是所述间隔块的相应的部分；

所述FET元件布置在所述间隔块的所述内部空间中；

所述FET元件被用密封树脂完全覆盖，所述密封树脂固定于所述电路板的所述上主表面；且

所述密封树脂完全填充所述间隔块的所述内部空间以密封所述FET元件，

所述红外传感器还包括：

由金属制成的屏蔽壳，所述屏蔽壳布置在所述上主表面上并围绕所述热电元件、所述支撑部和所述FET元件；

涂层树脂，所述涂层树脂固定于所述上主表面并从外面涂覆所述屏蔽壳，所述屏蔽壳不仅通过焊接而且还通过涂层树脂连接和固定于多层印刷电路板，并且

所述FET元件是表面安装型的FET元件，所述FET元件具有底表面以及位于所述底表面上的多个端子；且

所述FET元件布置在电路板的所述上主表面上，所述底表面面对所述上主表面，所述端子连接至所述电极，并且

在所述端子连接至相应的电极的情况下，被连接的部分被所述密封树脂完全覆盖。

2.根据权利要求1所述的红外传感器，其中：

所述电路板是玻璃环氧电路板；且

所述密封树脂的线性膨胀系数在5×10^-6/℃和20×10^-6/℃之间。

3.根据权利要求1所述的红外传感器，其中：

所述电路板形成有多个通孔；

每个通孔被用由导电性或非导电性树脂制成的填料填充；且

所述填料和所述通孔在所述电路板的上主表面上具有端部，所述填料的所述端部和所述通孔的所述端部被镀覆。

4.根据权利要求3所述的红外传感器，其中：

所述电路板是多层电路板，该多层电路板具有位于所述多层电路板的内层中的内导电平面；

所述通孔到达所述内层，以使得所述内层具有多个预定区，每个预定区由所述通孔的横截面和围绕所述通孔的横截面的区域构成；且

除一个或更多个预定区之外，所述内导电平面完全覆盖多层电路板的内层。

5.根据权利要求1所述的红外传感器，其中所述红外传感器还包括：

红外透射滤光片，所述红外透射滤光片附连至所述屏蔽壳。

6.根据权利要求5所述的红外传感器，其中：

所述屏蔽壳具有下壳、上壳以及位于上壳和下壳之间的边界处的边界部；

所述上壳具有在垂直于竖直方向的水平面中的上区而所述下壳具有在所述水平面中的下区，所述下区小于所述上区；

所述热电元件、所述支撑部和所述FET元件位于所述下壳内；且

所述边界部位于所述红外透射滤光片下面，所述边界部支撑所述红外透射滤光片。