CN104776916A - 红外线传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种红外线传感器，其能够有效地利用基板空间。在红外线传感器的基板(11)上配设具有开口部(22a)的金属制板状部件(20)，在开口部(22a)内的基板(11)上配设用于使红外线检测元件(40)发挥功能的构成电路的一个以上的电子零件(15)，由此，能够降低配设于盖部之外(基板11的背面等)的零件数量。

Description

红外线传感器

技术领域

本发明涉及一种检测物体发生的红外线的红外线传感器。

背景技术

作为检测物体发生的红外线的红外线传感器，已知有如下结构的传感器，即，如图3所示，在基板51上固定带引线的金属支板52，在该金属支板52的中央固定红外线检测元件54，通过以透过红外线的光学部件(滤色器或透镜)55a和金属制盖55b为主要构成要素的盖部55覆盖固定有红外线检测元件54的金属支板52。

另外，作为具有同样的结构的红外线传感器，已知有如图4中示意图所示，代替带引线的金属支板52而使用不带引线的金属支板53的装置(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：(日本)专利第5287906号公报

如果在金属支板52、53的中央安装红外线检测元件54后，通过盖部55覆盖该金属支板52、53(参照图3、4)，则能够使红外线检测元件54的周围的温度均匀化，因此，红外线检测元件54能够仅通过来自温度测量对象物体的红外线而被加热。因此，只要采用图3及图4所示的构成，就能够实现高精度的红外线传感器。

但是，使用金属支板52、53的现有的红外线传感器，在盖部55的外部(基板51的背面等)设有用于使红外线传感器实际作为传感器发挥功能的必要的电阻、电容器等元件。因此，在现有的红外线传感器中，存在不能有效地利用基板51的空间(例如，不能将连接器配置于盖部55里面)之类的问题。

发明内容

于是，本发明的课题在于，提供一种与现有的结构的传感器为同程度的高精度的、与现有结构的传感器相比更能够有效地利用基板空间的红外线传感器。

为解决所述课题，本发明的红外线传感器，包括：基板；金属制板状部件，其配设于所述基板上，并具有开口部；红外线检测元件，其配设于所述金属制板状部件上；盖部，其覆盖所述金属制板状部件的、含有配设所述红外线检测元件的部位的部分，包括金属制的框体及使来自外部的红外线透过并向所述红外线检测元件导入的光学部件；电路，其组合有多个元件，用于使所述红外线检测元件发挥功能。而且，本发明的红外线传感器中的所述多个元件中的一个以上的元件配设于所述基板的、位于所述金属制板状部件的所述开口部内的开口部下区域。

即，本发明的红外线传感器，目前具有：配设于基板的背面(未配设有金属制板状部件的一侧的面)及基板的表面的盖部的外侧的部分的几个元件配设于盖部内的构成。而且，如果几个元件配设于盖部内，则能够将安装有该几个元件的基板空间用于其它的用途，能够确认即使使用设有元件配设用的开口部的金属制板状部件，作为传感器的性能也不会低下。因此，本发明的红外线传感器可以说为与现有结构的传感器同程度的高精度的传感器，并且为与现有相比能够更有效地利用基板空间的传感器。

此外，在实现本发明的红外线传感器时，优选“所述多个元件全部被收纳于所述盖部内”。但是，即使在基板的盖部之外的部分(基板的背面等)剩余几个元件，与目前相比也能够有效地利用基板空间。具体而言，例如，若配设于基板的背面的元件的数量变少，则采用“作为电源端子及输出端子发挥功能的、表面安装型的连接器以从所述基板的厚度方向观察具有与所述盖部重合的部分的方式安装于所述基板的、未配设有所述金属制板状部件的一侧的面”的构成，由此，能够减小红外线传感器的整体的尺寸。因此，作为几个元件残留于基板的背面等的传感器，也能够实现本发明的红外线传感器。

配设于本发明的红外线传感器的基板的开口部下区域的一部分元件也可以是引线部件。但是，在将一部分元件作为引线部件的情况下，在基板背面能够自由使用的区域变窄，在各(全)元件为芯片零件时，红外线传感器的制造(基板的制造、红外线传感器的组装)变得容易。因此，在盖部内收纳的一个以上的元件(配设于基板的开口部下区域的一个以上的元件)优选为芯片零件。另外，在基板的开口部下区域配设有发热量多的元件时，盖部内的温度可能产生分布不均。因此，在本发明的红外线传感器的基板的开口部下区域配设的一个以上的元件优选为无源元件等、发热量比较少的元件。另外，在“用于使红外线检测元件发挥功能的电路”中，在含有发热量多的元件的情况下，优选将该元件配设于金属制板状部件上或基板的盖部之外的部分。

另外，在构成电路的多个元件中，作为含有具有温度测量功能的集成电路的传感器实现本发明的红外线传感器的情况下，通过该集成电路能够正确地测量作为基准的温度，因此，优选将该集成电路配设于通过盖部覆盖的金属制板状部件上。

进而，在上述情况下，容易进行集成电路和基板之间的电连接，因此，优选采用“所述金属制板状部件具有与所述开口部不同的第二开口部，在所述基板的、位于所述金属制板状部件的所述第二开口部内的区域，形成有与所述集成电路的多个电极分别通过线连接的多个电极”的构成。

另外，本发明的红外线传感器也可以作为“所述金属制板状部件的所述开口部设置在由通过所述红外线检测元件的配设位置的中心的直线将所述金属制板状部件分成两部分而得到的两区域的一区域内，在该两区域的另一区域内设有所述金属制板状部件的所述第二开口部和用于安装所述集成电路的区域”的结构而实现。如果采用这种结构，则适当地分布开口部、第二开口部、集成电路的位置，作为其结果，能够使盖部内的温度更均匀化，能够提高检测精度。

另外，在本发明的红外线传感器中，也可以采用“所述盖部的所述框体的、与所述金属制板状部件相接的一侧的端部通过热传导性粘接剂固定在所述金属制板状部件上”的结构，及/或“所述盖部的所述框体在与所述金属制板状部件相接的一侧的端部，具备朝向外侧延伸的凸缘部，所述盖部的所述框体的所述凸缘部固定于所述金属制板状部件”的结构。如果采用这种结构，就能够将盖部(的框体)或金属制、板状部件之间以热接触良好的状态连接，因此，能够获得即使环境温度急剧地变化，在检测结果方面也不会产生大的误差的红外线传感器。

另外，对本发明的红外线传感器的金属制板状部件的基板没有特别的限定。但是，只要采用“所述金属制板状部件焊接于所述基板的、形成于所述金属制板状部件的配设面的多个焊盘”的结构，就能够简单地实现向金属制板状部件的基板的牢固的固定。

根据本发明，能够提供一种与现有的构造的传感器为同程度的高精度的、比现有结构的传感器更能够有效地利用基板空间的红外线传感器。

附图说明

图1是本发明一实施方式的红外线传感器的局部切口的立体图；

图2是在未安装盖部的状态的某红外线传感器的上面图；

图3是使用了带引线的金属支板的已有的红外线传感器的结构的说明图；

图4是使用了未带引线的金属支板的红外线传感器的结构的说明图。

符号说明

10：红外线传感器

11：基板

13：红外线检测元件

14：ASIC

20：金属支板

30：盖部

31：红外线透射部件

32：金属盖

33：内侧盖

34：外侧盖

35：连接器

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明一实施方式的红外线传感器10的局部切口的立体图，图2表示未安装盖部30的状态的某红外线传感器10的上面图。另外，在上述说明及以下的说明中，上面及表面是指图1的上侧的面。同样，在以下的说明中，上、下分别是指图1的上方向、下方向。

如图1及图2所示，本实施方式的红外线传感器10具备：基板11、金属支板20、红外线检测元件13、ASIC(专用集成电路Application SpecificIntegrated Circuit)14、多个电子零件15、盖部30及连接器35。

盖部30(图1)为将红外线透射部件31、金属盖32、树脂制的内侧盖33及外侧盖34组合而成的有盖筒状的部件。用于该盖部30的红外线透射部件31为由锗(Ge)、硅(Si)、蓝宝石(Al₂O₃)等透射红外线的材料构成的滤色器或透镜。另外，构成盖部30的金属盖32、内侧盖33及外侧盖34分别在从上方观察它们的中央部分具有圆形的开口部。这些盖32～34的具体的形状以在将盖部30相对于金属支板20固定时，透过与外侧盖34嵌合的红外线透射部件31的来自外部的红外光通过各盖的开口部到达固定于金属支板20的红外线检测元件13的方式被确定。另外，如果金属盖32和金属支板20之间的热传导性差，则在环境温度急剧变化时，可能在金属盖32和金属支板20之间产生较大的温度差。而且，在金属盖32或金属支板20之间产生温度差时，不能获得正确的测量结果。因此，作为本实施方式的盖部30，为了在固定于金属支板20时能够在与金属支板20之间确保良好的热接触，采用在与金属支板20接触的一侧的端部设有朝向外侧延伸的凸缘部的金属盖32。另外，盖部30向金属支板20的固定通过将成为盖部30的框体的金属盖32的凸缘部利用热传导性良好的粘接剂等安装于金属支板20来进行。

红外线检测元件13为检测经由红外线透射部件31入射的红外光的(测量该红外光导致的温度上升量)元件。作为该红外线检测元件13，使用具有一个活性区域的单元件传感器、或具有两个以上的活性区域的多元件传感器(所谓的阵列传感器)。此外，红外线检测元件13的动作原理没有特别限定。因此，在红外线传感器10中，作为红外线检测元件13，可以使用热电堆型及辐射热测量型等热型红外线传感器或量子型红外线传感器。

ASIC14为通过线与红外线检测元件13连接的、具有将红外线检测元件13的输出进行放大的功能等的集成电路。作为该ASIC14，通常使用至少具有将红外线检测元件13的输出进行放大的功能和具有金属支板20的温度检测功能的电路(例如，包括输出与绝对温度成比例的电压的PTAT(Proportion alTo Abso1ute Temperature)电压源及斩波放大器等的回路)。但是，ASIC14为低功能时，必须要增加搭载于红外线传感器10的元件数量。因此，作为ASIC14，优选使用除具有上述两种功能之外，还具有从红外线检测元件13的输出除去噪声的功能、将放大并除去了噪声的红外线检测元件13的输出变换为数字数据的功能、基于变换为数字数据的红外线检测元件13的输出等进行运算处理的功能、将变换为数字数据的红外线检测元件13的输出及运算处理的处理结果经由连接器35向其它装置(使用红外线传感器10测量、输出温度的信息处理装置)发送的功能等电路。

红外线传感器10具备的多个电子零件15(图2)为与ASIC14组合(电连接)，构成用于将红外线传感器10作为实际进行温度测量的传感器发挥功能的电路的表面安装型的电子零件(芯片电阻、芯片电容器等芯片零件)。

金属支板20(图2)为在其表面安装有红外线检测元件13和ASIC14的金属制的板状部件。

如图2所示，在本实施方式的红外线传感器10的金属支板20上，以能够安装红外线检测元件13的宽度的带状的第一部分21a、和以与该第一部分21a正交的方式从该第一部分21a向一方向延伸的能够安装ASIC14的宽度的带状的第二部分21b残留于其中央部分的方式，形成3个开口部22a～22c。另外，开口部22a形成于通过第一部分21a的大致中心(固定于第一部分21a的红外线检测元件13的大致中心)的直线一分为二而得到的两个区域的一区域内，开口部22b及22c在该两个区域的另一区域内，以在它们之间夹持第二部分21b的形式形成。另外，在金属支板20的第一部分21a形成有槽部23，该槽部在安装红外线检测元件13时，用于限定为了固定元件而使用的树脂与元件接触的区域。

另外，金属支板20的构成材料并没有特别限定。但是，作为金属支板20的构成材料，优选使用热传导性良好的铁、铜、铝等。另外，作为金属支板20，优选采用防止锈蚀，并且用于使焊接性良好的实施了表面镀敷(例如，镀镍)的部件。

基板11为形成有用于将ASIC14、多个电子零件15及连接器35间电连接的配线的配线板。在基板11的表面的、成为金属支板20的开口部22a下的区域内形成有用于通过膏状焊料安装各电子零件15的电极(图示略)。另外，在基板11的表面的、成为开口部22b下的区域，形成有用于连接ASIC14的多个电极。在基板11的表面的、成为开口部22c下的区域也形成有用于连接ASIC14的多个电极。另外，实际上，与ASIC14连接的电极的数量、组合根据搭载于红外线传感器10的红外线检测元件13及ASIC14的功能而不同。

在基板11的表面设有用于将金属支板20的四角通过焊料40固定于基板11的表面(安装)的焊盘10a。

此外，如上所述，各电子零件15也是表面安装型的电子零件。因此，金属支板20、各电子零件15相对于基板11的固定以如下顺序进行，即，在将金属支板20安装于基板11上后，再将各电子零件15安装于基板11上(基板11的开口部22a内的区域上)的顺序；或在将各电子零件15安装于基板11后，再将金属支板20安装于基板11的顺序；或同时将各电子零件15和金属支板20安装于基板11的顺序。另外，红外线检测元件13及ASIC14向金属支板20上的固定在相对于基板11固定金属支板20后，使用热传导性良好的粘接剂进行。

在基板11的背面设有用于安装表面安装型的连接器35的连接器安装区域。该连接器安装区域如图2的虚线框所示，设于从红外线传感器10的上方(或下方)观察，以金属支板20(及盖部30)和其一部重合的形式能够将连接器35安装于基板11的位置。

如以上所说明，在本实施方式的红外线传感器10中，目前采用将安装于基板11的背面的多个电子零件15收纳于盖部30内(金属支板20的开口部22a内)的结构。而且，若采用该结构，则如上述，通过在用于该多个电子零件15的固定的基板空间安装连接器35，由此，实现比目前更紧凑的红外线传感器10，或可将用于该多个电子零件15的固定的基板空间用于其它的用途(例如，作为将红外线传感器10用于固定其它装置的区域使用)。

另外，通过各种实验能够确认具有上述结构的红外线传感器10的性能(温度的测量精度等)与使用未设置开口部22a的金属支板54的红外线传感器(图4)为同程度。因此，如果采用上述的红外线传感器10的结构，则不会损害作为传感器的性能，能够比目前更有效地利用基板空间。

(变形方式)

上述的实施方式的红外线传感器10能够进行各种的变形。例如，可以将红外线传感器10变形为不具备连接器35的传感器(在设于基板11的电极直接连接引线使用的传感器等)。另外，作为金属支板20，也可以采用开口部的数量及形状与上述的不同的金属制板状部件，例如没有开口部22b或22c的形状的部件、具备圆形及四边形的开口部的部件。

但是，认为在使开口部22a过大的情况下，在盖部20内会产生温度分布不均。因此，作为金属支板20，如上述那样，优选采用如下结构，即，在由通过红外线检测元件的配设位置的中心的直线一分为二而得到的两区域的一区域内形成开口部22a，在另一区域内至少设有一个安装线接合用的开口部(22b或22c)和用于安装ASIC14的区域。此外，如果采用这种金属支板20，则开口部22a、线接合用的开口部、ASIC14的位置适当地分布，因此，也能够实现盖部30内的温度的均匀化。

另外，如已经说明，即使使用上述形状的金属支板20，也能够确认作为传感器的性能没有劣化，但是，为了使盖部30内的温度更均匀，在金属支板20上，代替上述形状的开口部22a，也可以设置将开口部22b及22c以第一部分21a的中心线反转的形状的两个开口部。换言之，作为金属支板20，也可以使用对称性更高的形状的部件。

另外，上述的红外线传感器10为将作为电子零件15的芯片零件收纳于盖部30内的传感器，但也可以将收纳于盖部30内的一部分电子零件15作为引线部件。但是，在将一部分电子零件15作为引线部件的情况下，基板10背面的能够自如使用的区域会变窄，各(全部)电子零件15为芯片零件时，红外线传感器10的制造(基板11的制造、红外线传感器10的组装)变得容易。因此，收纳于盖部30内的各电子零件15优选为芯片零件。

上述的红外线传感器10为将芯片电阻、芯片电容器等发热量少的无源元件收纳于金属支板20的开口部22a内的传感器，但也可以将红外线传感器10变形为在金属支板20的开口部22a内收纳发热量多的元件的传感器。但是，在开口部22a内配置发热量多的元件时，可能盖部30内的温度变得不均匀。因此，在金属支板20的开口部22a内收纳的元件优选为发热量少的元件。另外，发热量多的元件优选配置于金属支板20上、或盖部30的外侧。

Claims (11)

1.一种红外线传感器，其特征在于，包括：

基板；

金属制板状部件，其配设于所述基板上，并具有开口部；

红外线检测元件，其配设于所述金属制板状部件上；

盖部，其覆盖所述金属制板状部件的、含有配设所述红外线检测元件的部位的部分，包括金属制的框体及使来自外部的红外线透过并向所述红外线检测元件导入的光学部件；

电路，其组合有多个元件，用于使所述红外线检测元件发挥功能，

所述多个元件中的一个以上的元件配设于所述基板的、位于所述金属制板状部件的所述开口部内的开口部下区域。

2.如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于，

配设于所述基板的所述开口部下区域的所述一个以上的元件为无源元件。

3.如权利要求1或2所述的红外线传感器，其特征在于，

配设于所述基板的所述开口部下区域的所述一个以上的元件为芯片零件。

4.如权利要求1～3中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

在所述多个元件中含有具有温度测量功能的集成电路，

所述集成电路配设于由所述盖部覆盖的所述金属制板状部件上。

5.如权利要求4所述的红外线传感器，其特征在于，

所述金属制板状部件具有与所述开口部不同的第二开口部，

在所述基板的、位于所述金属制板状部件的所述第二开口部内的区域，形成有与所述集成电路的多个电极分别通过线连接的多个电极。

6.如权利要求5所述的红外线传感器，其特征在于，

所述金属制板状部件的所述开口部设置在由通过所述红外线检测元件的配设位置的中心的直线将所述金属制板状部件分成两部分而得到的两区域的一区域内，

在该两区域的另一区域内设有所述金属制板状部件的所述第二开口部和用于安装所述集成电路的区域。

7.如权利要求1～6中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

所述多个元件全部收纳于所述盖部内。

8.如权利要求1～7中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

作为电源端子及输出端子发挥功能的表面安装型的连接器，以从所述基板的厚度方向观察具有与所述盖部重合的部分的方式安装于所述基板的、未配设所述金属制板状部件的一侧的面。

9.如权利要求1～8中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

所述盖部的所述框体的、与所述金属制板状部件相接的一侧的端部通过热传导性粘接剂固定于所述金属制板状部件。

10.如权利要求1～9中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

所述盖部的所述框体在与所述金属制板状部件相接的一侧的端部具备朝向外侧延伸的凸缘部，

所述盖部的所述框体的所述凸缘部固定于所述金属制板状部件。

11.如权利要求1～10中任一项所述的红外线传感器，其特征在于，

所述金属制板状部件焊接于所述基板的、形成于所述金属制板状部件的配设面的多个焊盘。