CN1220390A - 红外线传感器 - Google Patents

Abstract

红外线传感器包括:芯座,带有用作接地的金属底部以及从金属底部延伸的接地端子;设置在金属底部上的基片;联接到基片的场效应晶体管;连接在场效应晶体管栅极与地之间的热电元件;以及连接在地与场效应晶体管漏极和源极任一端或两端之间的电容器。电容器电极之一直接连接到芯座的金属底部,而其另一个电极通过导电粘合材料直接连接到各个端子。

Description

红外线传感器

本发明涉及红外线传感器，尤其涉及一种热电红外线传感器，它例如应用于用以探测人体的盗窃报警或安全系统。

图11是表示一红外线传感器基本电路的电路图。由标号1表示的红外线传感器具有热电元件2。该热电元件2例如具有热电基片和形成于该热电基片两面的电极。以下联系图12描述一个例子。如图11箭头所示的沿相反方向极化的一对热电体串联连接形成热电元件。一电阻器等效地并联连接于上述串联连接的热电元件。热电元件2的一端连接到场效应晶体管(FET)3的栅极G，另一端连接到地GND。FET3的漏极D和源极S用作红外线传感器1的输入端和输出端。

在该红外线传感器1的操作中，配备热能的热电元件2产生热电电流，它经由电阻器和FET3作用的阻抗变换作为电压输出。该红外线传感器甚至对强度极低的红外线也非常敏感。另一方面，对小能量输入的高灵敏度所产生的问题在于，红外线传感器1不能稳定地抵御外部噪声。尤其是，红外线传感器1易受频率范围为100MHz至2GHz的射频噪声的影响，而导致故障。为了消除这种RF噪声，第60-125530号日本专利公报揭示了一种电路，其中将电容器连接在FET3的漏极D与地GND之间以及在FET3的源极S与地GND之间。

通常，上述这类红外线传感器具有如图12所示的结构。该红外线传感器1具有一个芯座4，它也作为壳体。芯座4具有圆盘形金属底部4a以及从金属底部4a延伸的3个端子4b,4c和4d。这3个端子4b,4c,4d中的端子4d电连接到金属底部4a，而其它端子4b,4c与金属底部4a绝缘。这些端子4b,4c,4d形成得向上凸出于金属底部4a。

基片5置于金属底部4a上。图形电极6a,6b,6c,6d形成于基片5的上表面上。基片5在形成图形电极6a,6b,6c的部分上形成通孔，这些通孔收容上述端子4a,4b,4c。接地端4d连接到图形电极6a，而电极4b和4c分别连接到图形电极6b和6c。

图形电极6d连接到FET3的栅极G，而图形电极6b,6c连接到FET3的漏极D和源极S。电容器7分别连接在图形电极6a与6b之间以及6a与6c之间。热电元件2通过导电材料制成的支承件8连接到图形电极6a和6d。上述结构由具有红外透射滤光器的盖9遮盖。

该红外线传感器1利用连接在FET3漏极D与地GND之间并连接在FET3源极S与地GND之间的电容器7消除射频噪声，由此抑制起因于射频噪声的误动作。

然而，基片上的图形电极和端子将会产生电阻和电感。同样，在接地端中、在金属底部与基片之间也会形成电阻和电感。因此，由于图形电极和端子中产生的电阻和电感，图13所示的该红外线传感器1的电路无法稳定地消除射频噪声。

还应注意，由于必须将电容器置于基片上，故不易减小基片的尺寸。再者，电容器的使用提高了成本。为此，采用电容器的抗噪声方法仅适用于对高价不在乎的某些产品。

由于上述原因，需要一种廉价、能稳定地除去射频噪声并且容易小型化的红外线传感器。

本发明致力于一种能满足上述需要的红外线传感器。该红外线传感器包括：芯座，带有用作接地的金属底部以及从金属底部延伸的端子；设置在金属底部上的基片；联接到基片的场效应晶体管；连接在场效应晶体管栅极与地之间的热电元件；以及，连接在地与场效应晶体管漏极和源极任一端或两端之间的电容器。电容器电极之一直接连接到芯座的金属底部，而其另一个电极通过导电粘合材料直接连接到各个端子。

该红外线传感器可以配置成使电容器的一个电极连接到金属底部的平面部分，其另一个电极连接到端子，且该电容器设置在基片所提供的垂直侧面。

电容器也可以设置在基片内形成的通孔或凹进处。

红外线传感器可以进一步包括设置在金属底部与基片之间的绝缘衬垫。

也可以配置成在芯座的金属底部上形成突起，其中，电容器的一个电极连接到该突起，而另一个电极连接到位于基片上侧的端子。

电容器一个电极与金属底部之间的直接联接用以减小位于基片与金属底部之间的接地端子部分中所产生的电阻和电感的影响。电容器另一电极与端子之间通过导电粘合材料的直接连接用以减小图形电极中所产生的电阻和电感的影响。连接到电容器另一电极的端子中所产生的电阻和电感连同与之并联连接的电容器的电容形成一个储能电路，它可以有效地累积射频噪声。

电容器一个电极与金属底部之间的直接联接无需将超过实际长度的图形电极置于从电容器电极至端子的基片上，而在现有技术中这是必需的，此归结于基片尺寸的减小。这样便于红外线传感器的小型化，由此减低了红外线传感器的价格。

为了说明本发明，用附图显示几种较佳的形式，然而，应当理解，本发明并不局限于所示的精确配置和手段。

图1是根据本发明的红外线传感器的一个实施例的透视图，其中的盖从其卸下。

图2是图1所示红外线传感器的分解透视图。

图3是图1所示红外线传感器所用热电元件的透视图。

图4是表示与图1所示红外线传感器等效的等效电路的电路图。

图5是表示根据本发明的红外线传感器的抗射频噪声性能的曲线图。

图6是表示已知红外线传感器的抗射频噪声性能的曲线图。

图7根据本发明的红外线传感器的另一个实施例的透视图。

图8是根据本发明的红外线传感器的另一个实施例的透视图。

图9是根据本发明的红外线传感器的另一个实施例的透视图。

图10是根据本发明的红外线传感器的另一个实施例的透视图。

图11是表示已知普通红外线传感器的电路图。

图12是已知红外线传感器的分解透视图。

图13是表示基本上等效于图12所示红外线传感器的电路的电路图。

以下参照附图详细说明本发明的较佳实施例。

图1是根据本发明的红外线传感器的一个实施例的透视图，其中的盖已从其卸下，而图2是该红外线传感器的分解透视图。标号10表示的红外线传感器包括芯座12。芯座12具有圆盘形金属底部14，它有一个台阶14a。金属底部14内形成3个通孔。这些通孔收容端子16a,16b和16c。3个端子中的两个端子16a,16b固定于通孔内，同时例如通过玻璃与金属底部14绝缘，而留下的端子16c被固定，同时例如通过铜焊电连接到金属底部14。

由绝缘材料制成的衬垫18固定到金属底部14。通孔18a,18b和18c在衬垫18内与上述3个端子16a,16b和16c对应的位置上形成。衬垫18进一步包括一个中心通孔18d。通孔18a,18b和18c收容端子16a,16b和16c。基片20置于衬垫18上。

通孔20a,20b,20c在基片20与上述3个端子16a,16b,16c对应的位置上形成。电极22a,22b,22c形成于基片20主表面上邻近通孔20a,20b,20c的位置。另一电极22d形成于基片20的主表面上。3个电极24a,24b,24c形成于基片20的另一主表面上。电极24a和24b并排形成，并设置成与电极22a和22b相对，而电极24c为L形，其一端与电极22d相对。在基片20第一主表面上形成的电极22a和22b通过通孔电连接到位于基片20的第二主表面上的电极24a和24b。同样，在基片20第一主表面上的电极22d通过通孔连接到位于基片第二主表面上的电极24c。

场效应晶体管(FET)26设置到基片20的第二主表面上。FET26的漏极D和源极S连接到电极24a和24b，而其栅极连接到电极24c。端子16a,16b,16c通过衬垫18的通孔18a,18b,18c延伸，并通过基片20的通孔20a,20b,20c,FET26收容于衬垫18内形成的通孔18d。在此情况下，端子16a,16b,16c分别连接到电极22a,22b和22c。

由导电材料制成的支承件28a,28b设置在基片20的电极22c,22d上，热电元件30由支承件28a,28b承载。从图3可见，热电元件30具有热电基片32，其一个主表面上形成一对电极34a和34b。电极34a和34b通过连接电极34c内部连接，由此形成通常的H形电极。一对电极36a和36b形成于热电基片32的另一主表面上，由此与电极34a和34b相对。热电基片32沿厚度方向极化。热电元件30的电极36a和36b用作输入和输出端，它提供一个电路，等效于沿相反极化的一对热电元件，并串联连接在这些电极36a与36b之间。电极36a和36b通过支承件28a和28b连接到基片20上的电极22c和22d。

一对电容器38和40设置在由衬垫18和基片20的侧面形成的垂直表面上。这些电容器38和40的每一个可以是已知的单片电容器，其外电极设置在由介电层构成的层叠结构的两端，内电极层交替地堆叠。电容器38和40的每一个的外端子通过用作导电粘合材料的导电粘合剂42粘合到金属底部14。电容器38的另一外端子通过导电粘合剂42连接到端子16a。电容器40的另一个外端子通过导电粘合剂42直接连接到端子16b。

芯座12由盖44覆盖。盖44配备由红外透射滤光器46封口的窗。盖44装配在金属底部14的台阶14a上。

红外线传感器10具有图4所示的电路。当热能提供给热电元件30时，热电元件30内产生热电电流。热电电流经由热电元件30和FET26中的电阻进行阻抗变换，由此作为电压输出。

该红外线传感器10中，每个电容器38和40的每一个电极直接粘合到芯座12的金属底部14。因此，这种电极与金属底部14之间即不产生电阻也不产生电感。电容器38和40的其余电极通过导电粘合剂42直接连接到端子16a和16b，跳过基片20的电极部分，不会在其间产生电阻和电感。因此，连接到电极22a和22b的端子16a和16b中产生的电阻和电感是影响红外线传感器10性能的主要因素。然而，这些电阻和电感与并联于其间的电容器38和40所提供的电容结合形成储能电路，有效地容纳射频噪声，由此提供稳定的电路以消除射频噪声的影响。

图5和图6是表示上述红外线传感器10以及公知的红外线传感器的射频电阻特性。从这些图可见，公知的红外线传感器尤其在高于900兆赫的频率将显著地受到噪声的影响，而本发明的红外线传感器10不会受到射频噪声的严重影响。

这样，本发明的红外线传感器10中，减少了接地端16c与基片电极中产生的电阻和电感的影响，同时，有效利用其它端子16a与16b中产生的电阻和电感，也抑制了射频噪声的影响。再者，置于衬垫18与基片20所限定的垂直侧面上的电容器38和40可以置于端子16a和16b的附近。这样就无需在基片20上超过实际长度上布置图形电极，允许基片20有更小的尺寸。这样就便于红外线传感器10的小型化，由此降低了红外线传感器10的价格。

如图7所示，红外线传感器10可以不用衬垫而构成。具体地说，图7所示的红外线传感器中，基片20置于端子16a,16b和16c上，电容器38和40置于基片20的下侧与金属底部14之间。电容器38和40通过导电粘合剂直接连接到位于基片20下侧的端子16a和16b。

该配置也可以这样，如图8所示，在衬垫18和基片20内形成通孔，以收容电容器38和40，电容器38和40与金属底部14之间的连接以及这些电容器与端子16a,16b之间的连接都在这些通孔内实现。

该配置也可以是这样，如图9所示，电容器38和40与金属底部之间以及这些电容器与端子16a,16b之间的电连接在衬垫18和基片20中形成的凹槽内实现。

如图10所示，本发明的红外线传感器在金属底部14上形成正方形或矩形的突起48。突起48收容于基片20内形成的相应构成的孔内。电容器38的一个电极和电容器40的一个电极连接到突起48的相反表面。热电元件30通过中间支承体28a,28b设置在突起48上和基片20上。尽管图10中未显示，该红外线传感器10的FET26可以固定到基片20。

这些红外线传感器10的每个传感器中，储能电路通过端子16a和16b形成的电阻和电感连同电容器38和40的电容而形成。同时，也可减少传感器其它部分中所产生的电阻和电感之影响。因此，可以在储能电路中积累射频噪声并减少红外线传感器10的尺寸。

根据本发明，可以稳定地消除射频噪声，否则它将影响红外线传感器的性能。本发明还便于红外线传感器的小型化，降低红外线传感器的成本。

尽管以上描述了本发明的较佳实施例，应当理解本发明的范围并非由所述的实施例所限制。而根据其中所述原理的其它方法对于本领域的熟练人员也是可以预见的，它们均属于本发明的范围。

Claims (11)

1．一种红外线传感器，包括：

用作接地的金属底部以及从金属底部延伸的端子；

设置在所述金属底部上的基片；

联接到所述基片的场效应晶体管；

连接在所述场效应晶体管栅极与地之间的热电元件；以及

连接在地与所述场效应晶体管漏极和源极任一端之间的电容器；其特征在于：

所述电容器具有两个电极，所述电容器电极之一直接连接到所述金属底部，而其另一个电极直接连接到相应的所述端子。

2．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于所述电容器的一个电极连接到所述金属底部的平面部分，其另一个电极连接到所述端子，且所述电容器设置在所述基片所提供的垂直侧面。

3．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于进一步包括设置在所述金属底部与所述基片之间的绝缘衬垫。

4．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于在芯座的所述金属底部上形成突起，其中，所述电容器的一个电极连接到该突起，而所述电容器的另一电极连接到置于所述基片上的所述端子。

5．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于所述电容器电极通过导电粘合材料连接到所述端子。

6．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于进一步包括连接在地与所述场效应晶体管漏极和源极的另一个之间的第二电容器，所述第二电容器具有两个电极，一个直接连接到所述金属底部，另一个通过导电粘合材料连接到相应的所述端子。

7．如权利要求1所述的红外线传感器，其特征在于所述电容器直接置于由所述基片限定的侧面。

8．如权利要求7所述的红外线传感器，其特征在于进一步包括置于所述金属底部与所述基片之间的绝缘衬垫，其中所述侧面由所述基片和所述绝缘衬垫所限定。

9．如权利要求7所述的红外线传感器，其特征在于所述侧面基本上为平面。

10．如权利要求7所述的红外线传感器，其特征在于所述侧面由所述基片内的孔所限定。

11．如权利要求7所述的红外线传感器，其特征在于所述侧面由所述基片内形成的凹槽所限定。

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