DE9419603U1 - Flat wide-angle mounting structure for infrared heat sensor elements - Google Patents

Flat wide-angle mounting structure for infrared heat sensor elements

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Description

K 30 465 K 30 465

Ebene Weitwinkel-Montagestruktur für Infrarot-WärmesensorelementeFlat wide-angle mounting structure for infrared heat sensor elements

Die vorliegende Erfindung betrifft ebene Montagevorrichtungen und -strukturen für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensoren und insbesondere eine solche Vorrichtung und Struktur mit größerem Erfassungswinkel.The present invention relates to planar mounting devices and structures for pyroelectric infrared thermal sensors and more particularly to such a device and structure having a larger detection angle.

Seit einiger Zeit haben wärmeempfindliche Sicherheitsüberwachungssysteme eine große Verbreitung gefunden. Derartige Systeme beruhen wesentlich auf der Tatsache, daß ein pyroelektrisches Infrarot-Wärmesensorelement entwikkelt worden ist. Das Funktionsprinzip von pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorelementen besteht darin, daß die Elemente aufgrund einer von einer sich annähernden Person oder Wärmequelle abgestrahlten Infrarotwärmestrahlung ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugen. Das elektrische Signal wird anschließend von einer Verstärkerschaltung verstärkt und erzeugt einen vorbeugenden Alarm oder eine Auslösefunktion und dient zu Sicherheitszwecken. Solche pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente besitzen die folgenden Vorteile:Heat sensitive security monitoring systems have been widely used for some time. Such systems are based on the fact that a pyroelectric infrared heat sensor element has been developed. The principle of operation of pyroelectric infrared heat sensor elements is that the elements generate a corresponding electrical signal in response to infrared heat radiation emitted by an approaching person or heat source. The electrical signal is then amplified by an amplifier circuit and generates a preventive alarm or trigger function and serves for security purposes. Such pyroelectric infrared heat sensor elements have the following advantages:

1. Der pyroelektrische Effekt selbst ist eine differentielle Funktion der Zeit, so daß er eine automatische Unterdrückung des Hintergrundes (statische Hintergrund-Wärmequellen) schaffen kann, wodurch ein dynamischer Erfassungseffekt geschaffen wird und die Signalverarbeitung vereinfacht wird;1. The pyroelectric effect itself is a differential function of time, so it can provide automatic suppression of the background (static background heat sources), thereby creating a dynamic sensing effect and simplifying signal processing;

2. Pyroelektrizität wird spontan erzeugt, ohne daß eine Vorspannung angelegt werden muß, wodurch das durch2. Pyroelectricity is generated spontaneously without the need for a bias voltage, which causes the

eine solche Vorspannung erzeugte Rauschen vermieden wird; undnoise generated by such bias voltage is avoided; and

3. die Elemente sind unter Anwendung derselben einfachen Technik wie bei der Herstellung typischer Keramikkondensatoren hergestellt. Sie können hergestellt werden, indem darauf lediglich die Elektroden bildende Überzüge sowie durch Dampfabscheidung ein Schwarzkörperfilm aufgebracht werden, was eine Kostenverringerung zur Folge hat.3. the elements are manufactured using the same simple technique as for the manufacture of typical ceramic capacitors. They can be manufactured by only depositing coatings forming the electrodes and a blackbody film by vapor deposition, thus reducing costs.

Wegen der obigen Vorteile sind billige, kontaktlose Strahlungswärme-Sensorelemente, die bei Raumtemperatur arbeiten können, machbar. In den letzten Jahren sind derartige Wärmesensorelemente in Sicherheitssystemen für Einbruchsicherung und Feuermeldung sowie in Sensorelementen für die Lichtsteuerung zur Energieeinsparung in großem Umfang in Gebrauch gekommen. Dies hat zur Folge, daß derzeit zunehmend mehr Untersuchungen hinsichtlich der pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorelemente durchgeführt werden.Due to the above advantages, inexpensive non-contact radiant heat sensor elements that can operate at room temperature are feasible. In recent years, such heat sensor elements have been widely used in security systems for burglar alarm and fire detection, as well as in sensor elements for light control for energy saving. As a result, more and more research is currently being carried out on the pyroelectric infrared heat sensor elements.

Im allgemeinen ist es notwendig, die Wärmesensorelemente so dünn wie möglich zu machen, um ihre Wärmekapazität zu reduzieren, gleichzeitig müssen sie eine Aufhängungsstruktur erhalten, um ihren Wärmeverlust zu reduzieren, d.h. ihren Wärmewiderstand zu erhöhen. Wenn daher eine bestimmte Wärmeenergiemenge von den Elementen absorbiert wird, erzeugen die Elemente einen höheren Temperaturanstieg und besitzen daher ein besseres thermisches Ansprechverhalten, das seinerseits ein besseres pyroelektrisches Ansprechverhalten ergibt. Die Anforderungen einer dünnen und aufgehängten Struktur haben zur Folge, daß die Klebetechnik, die für die Montage jeglicher Sensorelemente notwendig ist, kompliziert wird, was ebenso für die Herstellung von pyroelektrischen Infrarot-Wärme-In general, it is necessary to make the thermal sensor elements as thin as possible to reduce their thermal capacity, while at the same time providing them with a suspension structure to reduce their heat loss, i.e. to increase their thermal resistance. Therefore, when a certain amount of thermal energy is absorbed by the elements, the elements produce a higher temperature rise and therefore have a better thermal response, which in turn results in a better pyroelectric response. The requirements of a thin and suspended structure mean that the adhesive technology required for assembling any sensor elements becomes complicated, which is also the case for the manufacture of pyroelectric infrared thermal sensors.

sensorelementen gilt. Das bedeutet, daß derzeit bei der Herstellung von Strahlungswärme-Sensorelementen deren komplizierte Struktur viel Raum für Verbesserungen läßt.This means that the complicated structure of radiant heat sensor elements currently in production leaves a lot of room for improvement.

In Fig. 7 ist (im gestrichelt gezeichneten Kasten) das Ersatzschaltbild eines herkömmlichen zweiteiligen pyroelektrischen Sensorelements gezeigt, bei dem die pyroelektrischen Sensorelemente Al und A2 aus dünnen Schichten eines pyroelektrischen Materials wie etwa LiTaO3, PZT, PVF2 oder TGS hergestellt sein können. Auf den pyroelektrischen Sensorelementen Al und A2 sind jeweils auf beiden Seiten Elektroden aufgebracht, die ihrerseits auf ihrer oberen Oberfläche mit einem Schwarzkörperfilm überzogen sind, wodurch die Wärmeabsorptionswirkung erhöht wird. Die beiden Sensorelemente besitzen entgegengesetzte Polarität, wie durch die Pfeile gezeigt ist, wobei in Fig. 7 die Polarität eines Elements nach oben und diejenige des anderen Elements nach unten weist. Die statische Ladung oder Spannung, die aus der Wärmeinduktion der Elemente Al und A2 resultiert, wird an einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) Q mit hoher Eingangsimpedanz übertragen, der als Impedanzpuffer für eine externe Schaltung dient. Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor Q gibt an einem Anschluß L2 ein Signal aus. Parallel zu den Anschlüssen der Schicht-Sensorelemente Al und A2 ist ein Lastwiderstand RL mit hohem spezifischem Widerstand vorgesehen, der den Ausgleich des Kriechstroms der pyroelektrisch induzierten Ladung, die Übertragung des niederfrequenten Rauschens sowie die Wahl der Bandbreite der Schaltung erleichtert. Durch die Verwendung zweier Elemente werden das durch Vibration erzeugte Mikrophongeräusch und das Gleichtaktsignal, das bei Änderungen der Hintergrundwärmestrahlung entsteht, beseitigt. Die aus den obigen Elementen gebildete Baueinheit muß in einem dichten. Metallbehälter angeordnet werden, um eine Absenkung des Signal-/RauschverhältnissesIn Fig. 7 (in the dashed box) there is shown the equivalent circuit of a conventional two-part pyroelectric sensor element, in which the pyroelectric sensor elements Al and A2 can be made of thin layers of a pyroelectric material such as LiTaO 3 , PZT, PVF 2 or TGS. The pyroelectric sensor elements Al and A2 each have electrodes deposited on both sides, which in turn are coated with a blackbody film on their upper surface, thereby increasing the heat absorption effect. The two sensor elements have opposite polarity, as shown by the arrows, with the polarity of one element pointing upwards and that of the other element pointing downwards in Fig. 7. The static charge or voltage resulting from the heat induction of the elements Al and A2 is transferred to a high input impedance junction field effect transistor (JFET) Q, which serves as an impedance buffer for an external circuit. The junction field effect transistor Q outputs a signal at a terminal L2. A load resistor RL with a high specific resistance is provided in parallel with the terminals of the layer sensor elements Al and A2, which facilitates the compensation of the leakage current of the pyroelectrically induced charge, the transmission of the low-frequency noise and the selection of the bandwidth of the circuit. The use of two elements eliminates the microphone noise generated by vibration and the common-mode signal that arises when the background thermal radiation changes. The assembly formed from the above elements must be placed in a sealed metal container in order to avoid a reduction in the signal-to-noise ratio.

aufgrund der Störung durch elektromagnetisches Rauschen zu verhindern. Wenn wie in Fig. 5 gezeigt in einem wärmeinduzierenden System ein Element S verwendet wird, ist vor dem Element S eine Mehrfach-Infrarotsammellinsen-Matrix S angeordnet, die das Beobachtungsfeld des Systems in mehrere kleine Beobachtungsfeider (die durch schräge Linien gezeigt sind) unterteilt, so daß jede Wärmewelle von einem sich bewegenden, wärmeabstrahlenden Körper, z.B. die Wärmewelle von einer Person auf den einen oder den anderen der beiden pyroelektrischen Sensorelemente "abgebildet" und von diesem absorbiert werden kann. Dadurch entsteht in den beiden Elementen abwechselnd ein Temperaturanstieg und ein Temperaturabfall, wodurch ein differentielles Signal mit einer Frequenz von ungefähr 1 bis 10 Hz erzeugt und ausgegeben wird.due to interference from electromagnetic noise. When an element S is used in a heat-inducing system as shown in Fig. 5, a multiple infrared collecting lens array S is arranged in front of the element S, dividing the observation field of the system into several small observation fields (shown by oblique lines) so that any heat wave from a moving heat-radiating body, e.g. the heat wave from a person, can be "imaged" onto and absorbed by one or the other of the two pyroelectric sensor elements. This causes an alternating rise and fall in temperature in the two elements, producing and outputting a differential signal with a frequency of approximately 1 to 10 Hz.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils die Struktur eines Typs von derzeit im Handel erhältlichen pyroelektrischen Sensorelementen. In der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Struktur werden im voraus auf eine metallische Grundfläche 101 zwei streifenähnliche Isolierhöcker 102, 103 geklebt, woraufhin an einer Position, auf die das optische System fokussiert ist, zwei pyroelektrische Schichtelemente Al und A2 (wie in Fig. 1 gezeigt) in der Weise angebracht werden, daß sie die Isolierhöcker 102, 103 überbrücken. Ferner müssen weitere Elemente wie etwa der Sperrschicht-Feldeffekttransistor JFET und der Lastwiderstand RL wie in Fig. 1 gezeigt auf einem Isolierhöcker 104 angebracht werden, der seinerseits an der Grundfläche 101 befestigt ist, um einen Kurzschluß mit dieser metallischen Grundfläche 101 zu verhindern. Wenn diese komplizierte Montage abgeschlossen ist, müssen Anschlußdrähte in Ultraschallschweißschritten gemäß herkömmlicher HaIbleitermontagetechniken ausgeführt werden, um die notwendige Schaltungsverdrahtung herzustellen. Anschließend wird die Struktur dicht eingeschlossen, indem darauf eine2 and 3 each show the structure of one type of pyroelectric sensor elements currently commercially available. In the conventional structure shown in Fig. 2, two strip-like insulating bumps 102, 103 are bonded in advance to a metallic base 101, and then, at a position where the optical system is focused, two layer pyroelectric elements Al and A2 (as shown in Fig. 1) are mounted so as to bridge the insulating bumps 102, 103. Furthermore, other elements such as the junction field effect transistor JFET and the load resistor RL as shown in Fig. 1 must be mounted on an insulating bump 104 which is in turn fixed to the base 101 to prevent a short circuit with this metallic base 101. Once this complicated assembly is completed, lead wires must be made in ultrasonic welding steps according to conventional semiconductor assembly techniques to produce the necessary circuit wiring. The structure is then sealed by applying a

Abdeckung 106 geschweißt wird. An die Abdeckung 106 wird ein Mehrschicht-Siliziumfilter 105 für langwelliges Infrarotlicht (LWIR) geklebt, das Wärmewellen mit einer Wellenlänge von 6 bis 14 um durchläßt, jedoch Hintergrundlichtstrahlen anderer Wellenlängen unterdrückt.Cover 106 is welded. A multilayer silicon filter 105 for long-wave infrared light (LWIR) is glued to the cover 106, which filter transmits heat waves with a wavelength of 6 to 14 µm, but suppresses background light rays of other wavelengths.

In der Struktur eines weiteren herkömmlichen pyroelektrischen Sensorelements, das in Fig. 3 gezeigt ist, werden auf einem keramischen Isolierhöcker 107 mehrere gekrümmte Schweißdrahtringe 108 vorgesehen, woraufhin pyroelektrische Schichtelemente (die mit dem Bezugszeichen A bezeichnet sind) auf die oberen Enden der jeweiligen Schweißdrahtringe 108 geklebt werden, wodurch eine aufgehängte Wärmeisolationsstruktur erhalten wird.In the structure of another conventional pyroelectric sensor element shown in Fig. 3, a plurality of curved welding wire rings 108 are provided on a ceramic insulating bump 107, and then pyroelectric layer members (denoted by reference character A) are bonded to the upper ends of the respective welding wire rings 108, thereby obtaining a suspended heat insulation structure.

In den beiden obigen herkömmlichen Strukturen für pyroelektrische Elemente wird zur Aufhängung und zur Wärmeisolation eine Stapelanordnung verwendet, die die Montage der Elemente und die Struktur der Produkte verhältnismäßig kompliziert macht und daher nicht für eine automatisierte Montage geeignet ist, was sich in hohen Arbeitskosten äußert. Darüber hinaus ist die metallische Grundfläche ziemlich teuer, weil sie einen relativ hohen Kostenanteil (ungefähr 25%) an den Materialien ausmacht, ferner müssen wegen der elektrischen Leitfähigkeit der Grundfläche die Isolierhöcker vorgesehen werden, wodurch die Herstellungs- und Verarbeitungskosten wesentlich erhöht werden. In the above two conventional structures for pyroelectric elements, a stacking arrangement is used for suspension and heat insulation, which makes the assembly of the elements and the structure of the products relatively complicated and therefore not suitable for automated assembly, resulting in high labor costs. In addition, the metal base is quite expensive because it accounts for a relatively high cost share (about 25%) of the materials, and the electrical conductivity of the base requires the provision of the insulating bumps, which significantly increases the manufacturing and processing costs.

Um diese nachteiligen Einflüsse zu beseitigen, hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung in der ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67164 eine spezielle ebene Montagestruktur, wie sie in Fig. 4A gezeigt ist, vorgeschlagen, in der auf einer doppelseitigen Schaltungskarte 201 eine leitende Kupferfolie 204 ausgebildet ist, die einen speziellen Schaltungsentwurf und eine Verdrahtung besitzt,In order to eliminate these adverse influences, the applicant of the present invention has proposed in ROC Utility Model Application No. 67164 a special planar mounting structure as shown in Fig. 4A, in which a conductive copper foil 204 having a special circuit design and wiring is formed on a double-sided circuit board 201,

derart, daß die Elemente wie in Fig. 1 gezeigt unter Verwendung der Oberflächenmontagetechnik (SMT) angeordnet werden können. In der Schaltungskarte 201 sind mehrere Durchgangsbohrungen 202 vorgesehen, durch die Stifte 203 verlaufen und mittels einer automatischen Vernietungstechnik befestigt werden, so daß sie der Positionierung in der Weise dienen können, daß die pyroelektrischen Elemente während der Montage an gewünschten Positonen genau angeordnet werden können. Die Struktur der obenerwähnten ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67164 ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich der Schaltungskarte, in dem die Schicht des pyroelektrischen Materials Al und A2 vorgesehen ist, ein Unterschnittschacht 205 ausgebildet ist, so daß die Schicht aus pyroelektrischem Material Al und A2 diesen Unterschnittschacht 205 überbrücken. Der Unterschnittschacht 205 ist ebenfalls mit Kupferfolie 204 ausgekleidet. In Fig. 4B ist eine seitliche Schnittansicht der Struktur gezeigt. Wenn die pyroelektrischen Elemente Al und A2 den Bereich des Schachts 205 überbrükken, wird ein aufgehängter Rahmen gebildet, der eine ausgezeichnete Wärmeisolierwirkung schafft. Andererseits können mit einer solchen aufgehängten Struktur sowohl die dünnen pyroelektrischen Schichtelemente Al und A2 als auch die weiteren, hinzugefügten Elemente auf derselben Ebene der Schaltungskarte angeordnet werden, so daß eine automatisierte Montageoperation ausgeführt werden kann, indem die Oberflächenmontagetechnik und -ausrüstung verwendet wird. Ferner besteht wegen der elektrischen Isolation der Schaltungskarte selbst kein Bedarf an zusätzlichen Isolierhöckern, außerdem kann die erforderliche Anzahl der mittels Ultraschallschweißens angeschweißten Drähte reduziert werden, da die Schaltungskarte für viele verschiedene Anwendungen entworfen werden kann. Schließlich kann die doppelseitige Schaltungskarte Störungen durch elektromagnetisches Rauschen wirksam verhindern.such that the elements can be arranged as shown in Fig. 1 using surface mount technology (SMT). A plurality of through holes 202 are provided in the circuit board 201 through which pins 203 pass and are secured by means of an automatic riveting technique so that they can serve for positioning so that the pyroelectric elements can be precisely arranged at desired positions during assembly. The structure of the above-mentioned ROC Utility Model Application No. 67164 is characterized in that an undercut slot 205 is formed in the area of the circuit board where the layer of pyroelectric material Al and A2 is provided so that the layer of pyroelectric material Al and A2 bridges this undercut slot 205. The undercut slot 205 is also lined with copper foil 204. In Fig. 4B, a side sectional view of the structure is shown. When the pyroelectric elements Al and A2 bridge the area of the well 205, a suspended frame is formed, which provides an excellent heat insulating effect. On the other hand, with such a suspended structure, both the thin layer pyroelectric elements Al and A2 and the other elements added can be arranged on the same plane of the circuit board, so that an automated assembly operation can be carried out by using the surface mounting technique and equipment. Furthermore, because of the electrical insulation of the circuit board itself, there is no need for additional insulating bumps, and the required number of wires welded by ultrasonic welding can be reduced since the circuit board can be designed for many different applications. Finally, the double-sided circuit board can effectively prevent interference from electromagnetic noise.

Nachdem die in den Fig. 4A und 4B gezeigte Struktur montiert und geprüft worden ist, kann sie in das Abdeckgehäuse eingebaut werden. Wie in Fig. 4C gezeigt, weist die Oberseite der Abdeckung 206 ein Infrarotfenster 207 auf, das eine Mehrschicht-Filterungsplatte 208 für thermisches Infrarot aufweist, das die Wärmestrahlungsenergie durchläßt. Die Abdeckung 206 weist außerdem an ihrer (nicht gezeigten) Innenkante Flansche auf, so daß bei in der Abdeckung 206 angebrachter Schaltungskarte 201 diese Schaltungskarte genau an den Flanschen anliegt und zwischen den pyroelektrischen Elementen Al und A2 einerseits und dem Infrarotfenster 207 andererseits ein fester relativer Abstand vorhanden ist, was eine präzise optische Erfassung ermöglicht. Schließlich wird auf der Seite der Schaltungskarte 201, die der in die Abdeckung 206 eingepaßten Seite gegenüberliegt, ein Epoxidharz eingespritzt und thermisch gehärtet, um die Schaltungskarte 201 luftdicht einzukapseln. Die Abdeckung 206 kann aus Metall, das mittels Preßtechnik geformt wird, oder aus Kunststoff, der mittels Druckgusses geformt und dann mit Metall beschichtet wird, hergestellt sein, um eine elektrische Isolation und eine Rauschisolation sowie Wasserfestigkeitseigenschaften zu erhalten.After the structure shown in Figs. 4A and 4B has been assembled and tested, it can be installed in the cover housing. As shown in Fig. 4C, the top of the cover 206 has an infrared window 207, which has a multilayer thermal infrared filtering plate 208 that allows the thermal radiation energy to pass through. The cover 206 also has flanges on its inner edge (not shown) so that when the circuit board 201 is mounted in the cover 206, this circuit board fits snugly against the flanges and there is a fixed relative distance between the pyroelectric elements Al and A2 on the one hand and the infrared window 207 on the other hand, which enables precise optical detection. Finally, on the side of the circuit board 201 opposite to the side fitted into the cover 206, an epoxy resin is injected and thermally cured to encapsulate the circuit board 201 in an airtight manner. The cover 206 may be made of metal molded by pressing technology or plastic molded by die casting and then coated with metal to provide electrical insulation and noise insulation as well as water resistance properties.

Darüber hinaus sind für die Durchgangsbohrungen 202 der Schaltungskarte 201 keine Stifte mehr notwendig. Nachdem die in den Fig. 4A und 4B gezeigte Struktur montiert und geprüft worden ist, kann sie an den Stiftenden (den in den Fig. 6A und 6B gezeigten Elementen 210) einer herkömmlichen TO-Metallgrundflache angeschweißt werden, so daß sie auf dieser Grundoberfläche "schwebt". Anschließend wird eine Metallabdeckung mit einem Filterfenster unter Verwendung einer standardmäßigen TO-Metalleinkapselungsausrüstung verschweißt, wodurch das fertiggestellte Produkt erhalten wird.In addition, pins are no longer required for the through holes 202 of the circuit board 201. After the structure shown in Figures 4A and 4B has been assembled and tested, it can be welded to the pin ends (elements 210 shown in Figures 6A and 6B) of a conventional TO metal base so that it "floats" on that base surface. A metal cover is then welded to a filter window using standard TO metal encapsulation equipment, thus obtaining the finished product.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß eine derartige herkömmliche Struktur (gemäß der ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67164) die folgenden Vorteile besitzt: From the foregoing description, such a conventional structure (according to ROC Utility Model Application No. 67164) has the following advantages:

1. Sämtliche Elemente sind auf derselben Ebene der Schaltungskarte angeklebt. Daher wird der Prozeß für die automatisierte Montage bei Verwendung derzeit erhältlicher Oberflächenbefestigungsausrüstungen vereinfacht, so daß die Vorteile der Massenproduktion bei niedrigsten Kosten erzielt werden können;1. All elements are bonded to the same plane of the circuit board. Therefore, the process for automated assembly using currently available surface mount equipment is simplified, so that the advantages of mass production can be achieved at the lowest cost;

2. der im voraus hergestellte Unterschnittschacht 205 ermöglicht, daß die darauf angebrachten pyroelektrischen Elemente in einer Aufhängungsstruktur implementiert werden können, ohne daß die Hocker erforderlich wären, wodurch die Anzahl der Verarbeitungsschritte verringert und Materialien eingespart werden können, so daß eine Kostenersparnis erzielt wird;2. the pre-manufactured undercut shaft 205 enables the pyroelectric elements mounted thereon to be implemented in a suspension structure without the need for the stools, thereby reducing the number of processing steps and saving materials, thus achieving cost savings;

3. die Schaltungskarte wird als Grundfläche verwendet, so daß die teuere Metallgrundfläche weggelassen werden kann ;3. the circuit board is used as the base, so that the expensive metal base can be omitted ;

4. für die Sensorelemente sind nicht mehr länger Isolierhöcker erforderlich, wodurch die Materialkosten weiter gesenkt und die Anzahl der Verarbeitungsschritte verringert werden können;4. Insulation bumps are no longer required for the sensor elements, which can further reduce material costs and reduce the number of processing steps;

5. die Layout-Verdrahtung der Schaltungskarte ermöglicht die Verringerung der Anzahl der anzuschweißenden Drähte.5. The layout wiring of the circuit board allows reducing the number of wires to be welded.

Sämtliche dieser Strukturen einschließlich derjenigen der obenerwähnten ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67164 besitzen jedoch den Nachteil, daß der BeobachtungswinkelHowever, all of these structures, including those of the above-mentioned ROC Utility Model Application No. 67164, have the disadvantage that the observation angle

eines solchen Wärmesensorelements nicht mehr als 110° beträgt. Wenn der Beobachtungswinkel vergrößert wird, werden die Materialkosten und die Abmessungen der Struktur erhöht. Mit Bezug auf die Fig. 6A und 6B werden die Gründe hierfür beschrieben.of such a thermal sensor element is not more than 110°. If the observation angle is increased, the material cost and the size of the structure are increased. The reasons for this will be described with reference to Figs. 6A and 6B.

In Fig. 6A ist ein schematischer Querschnitt der Montagestruktur gemäß der ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67164 gezeigt. Anhand der Lichtstrahlen rml und r^ ist ersichtlich, daß die Sensoreinrichtungen gemäß dieser Anordnung einen maximalen Beobachtungswinkel 9m besitzen, der für derzeit erhältliche Produkte im allgemeinen ungefähr 110° beträgt. Im Gebrauch kann ein solcher Beobachtungswinkel kaum den Halbkreiswinkel, d.h. 180° abdecken, da der Winkel durch die Wand beschränkt ist (siehe das in Fig. 5 gezeigte Diagramm). Zur Erhöhung des Beobachtungswinkels bieten sich zwei Lösungswege an:Fig. 6A shows a schematic cross-section of the mounting structure according to ROC Utility Model Application No. 67164. From the light beams r ml and r^ it can be seen that the sensor devices according to this arrangement have a maximum observation angle of 9 m , which is generally about 110° for currently available products. In use, such an observation angle can hardly cover the semicircular angle, ie 180°, since the angle is limited by the wall (see the diagram shown in Fig. 5). To increase the observation angle, two solutions are possible:

Der erste Lösungsweg besteht darin, die Abmessungen des Beobachtungsfensters 207 für die Filterungsplatte 208, die in Fig. 6A mit dem Bezugszeichen B bezeichnet ist, zu vergrößern. Dadurch werden jedoch sowohl die Materialkosten als auch die Gehäuseabmessungen erhöht, weil die Filterungsplatte 208, die für thermisches Infrarot mit einer Wellenlänge von 8 bis 14 um durchlässig ist, aus teueren Siliziumchips hergestellt ist, die mit einigen 10 Schichten aus Germanium- und Zinksulfid-Filmen überzogen sind, was ein zeitaufwendiger und sehr teuerer Prozeß ist. Darüber hinaus muß bei erhöhten Abmessungen die verwendete Metallgrundfläche vergrößert werden, so daß das Volumen und die Materialkosten weiter erhöht werden.The first approach is to increase the dimensions of the observation window 207 for the filtering plate 208, designated by reference B in Fig. 6A. However, this increases both the material cost and the package dimensions because the filtering plate 208, which is transparent to thermal infrared with a wavelength of 8 to 14 µm, is made of expensive silicon chips coated with several tens of layers of germanium and zinc sulfide films, which is a time-consuming and very expensive process. In addition, with increased dimensions, the metal footprint used must be increased, so that the volume and material cost are further increased.

Der zweite Lösungsweg besteht darin, den Abstand A wie in Fig. 6A gezeigt zwischen den Sensorelementen Al und A2 einerseits und der Filterungsplatte 208 andererseits zu verringern. Dieser Lösungsversuch besitzt nicht den Nach-The second solution is to reduce the distance A as shown in Fig. 6A between the sensor elements Al and A2 on the one hand and the filtering plate 208 on the other hand. This attempted solution does not have the disadvantage

• t·· · c• t·· · c

&iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr;

teil des ersten Lösungsversuchs. Auf die obere Oberfläche der Elemente Al und A2 muß jedoch für den Anschluß an externe Schaltungen ein Draht 209 angeschweißt werden, so daß für diesen anzuschweißenden Draht 209 ein Spalt vorhanden sein muß. Somit ist für eine solche Struktur ein größeres Volumen erforderlich, so daß der Beobachtungswinkel nicht eigentlich verbessert wird. Das bedeutet, daß sich die Vergrößerung des Beobachtungswinkels auf die Kosten und die Abmessungen der Elemente nachteilig auswirkt .part of the first attempt at a solution. However, a wire 209 must be welded to the upper surface of the elements Al and A2 for connection to external circuits, so that a gap must be provided for this wire 209 to be welded. Thus, a larger volume is required for such a structure, so that the observation angle is not actually improved. This means that the increase in the observation angle has an adverse effect on the cost and dimensions of the elements.

Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ebene Montagevorrichtung und -struktur für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente zu schaffen, die gegenüber derjenigen, die der Anmelder der vorliegenden Erfindung früher in der ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67174 offenbart hat, verbessert sind.It is therefore the primary object of the present invention to provide a planar mounting device and structure for pyroelectric infrared heat sensor elements which is improved over that previously disclosed by the applicant of the present invention in ROC Utility Model Application No. 67174.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ebene Montagevorrichtung und -struktur für pyroelektrische Infrarot-Wärmeserisorelemente zu schaffen, die einen größeren Beobachtungswinkel besitzt, ohne daß die Kosten und/oder die Abmessungen erhöht werden.It is another object of the present invention to provide a planar mounting device and structure for pyroelectric infrared thermal sensor elements having a larger observation angle without increasing the cost and/or size.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine ebene Montagestruktur für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.These objects are achieved according to the invention by a planar mounting structure for pyroelectric infrared heat sensor elements, which has the features specified in claim 1.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.The dependent claims are directed to preferred embodiments of the present invention.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:Further objects, features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following description of preferred embodiments, which refers to the drawings, in which:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht einer Montagestruktur eines pyroelektrischen Wärmesensorelements der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is an exploded view of a mounting structure of a pyroelectric heat sensor element of the present invention;

Fig. 2 die bereits erwähnte Strukturansicht eines herkömmlichen pyroelektrischen Sensorelements; Fig. 2 shows the previously mentioned structural view of a conventional pyroelectric sensor element;

Fig. 3, 3A die bereits erwähnte Strukturansicht eines weiteren herkömmlichen pyroelektrischen Sensorelements; Fig. 3, 3A the aforementioned structural view of another conventional pyroelectric sensor element;

Fig. 4A die bereits erwähnte Strukturansicht eines herkömmlichen pyroelektrischen Sensorelements, das vom Anmelder der vorliegenden Erfindung offenbart worden ist und bei der die Wärmesensorelemente Al und A2 auf einer Leiterplatte aufgehängt sind;Fig. 4A is the aforementioned structural view of a conventional pyroelectric sensor element disclosed by the applicant of the present invention, in which the heat sensor elements A1 and A2 are suspended on a circuit board;

Fig. 4B die bereits erwähnte Schnittansicht der in Fig. 4A gezeigten aufgehängten Struktur;Fig. 4B is the aforementioned sectional view of the suspended structure shown in Fig. 4A;

Fig. 4C die bereits erwähnte auseinandergezogene Ansicht einer Montagestruktur des pyroelektrischen Sensorelements von 4A;Fig. 4C is the previously mentioned exploded view of a mounting structure of the pyroelectric sensor element of Fig. 4A;

Fig. 5 das bereits erwähnte Blickwinkelunterteilungsdiagramm einer Matrix von Infrarotlinsen; Fig. 5 the above-mentioned viewing angle subdivision diagram of a matrix of infrared lenses;

Fig. 6A, B die bereits erwähnte Querschnittansicht bzw. Längsschnittansicht der Montagestruktur von Fig. 4C;Fig. 6A, B the already mentioned cross-sectional view and longitudinal sectional view of the mounting structure of Fig. 4C;

Fig. 7 die bereits erwähnte Ersatzschaltung eines herkömmlichen zweiteiligen pyroelektrischen Sensorelements;Fig. 7 the already mentioned equivalent circuit of a conventional two-part pyroelectric sensor element;

Fig. 8A eine schematische Querschnittansicht der Montagestruktur des pyroelektrischen Sensorelements von Fig. 1;Fig. 8A is a schematic cross-sectional view of the mounting structure of the pyroelectric sensor element of Fig. 1;

Fig. 8B eine Draufsicht des Verdrahtungsdiagramms der pyroelektrischen Sensorelemente und der Grundfläche der in Fig. 8A gezeigten Struktur; Fig. 8B is a plan view of the wiring diagram of the pyroelectric sensor elements and the base of the structure shown in Fig. 8A;

Fig. 8C eine Querschnittansicht des pyroelektrischen Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung längs der Linie C-C in Fig. 8A, aus der ersichtlich ist, daß die Wärmesensorelemente Al und A2 an der Leiterplatte geneigt aufgehängt sind;Fig. 8C is a cross-sectional view of the pyroelectric sensor element according to the present invention along the line C-C in Fig. 8A, from which it can be seen that the thermal sensor elements Al and A2 are suspended on the circuit board at an inclination;

Fig. 9 Signalantwort-Verteilungskurven der pyroelektrischen Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung für verschiedene Neigungswinkel; Fig. 9 Signal response distribution curves of the pyroelectric sensor elements according to the present invention for different inclination angles;

Fig. 10 das Fernfeldprofil der gemessenen Signalintensität bei in einem Winkel von 25° geneigter dünner pyroelektrischer Platte; undFig. 10 the far-field profile of the measured signal intensity with a thin pyroelectric plate tilted at an angle of 25°; and

Fig. 11 eine Draufsicht der Struktur des pyroelektrischen Wärmesensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung.Fig. 11 is a plan view showing the structure of the pyroelectric thermal sensor element according to the present invention.

Mit der vorliegenden Erfindung wird der Beobachtungswinkel der auf der früheren ROC-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 67174 basierenden pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensor-The present invention improves the observation angle of the pyroelectric infrared heat sensor based on the earlier ROC Utility Model Application No. 67174.

&Iacgr; "3&Iacgr; "3

Vorrichtung verbessert. Wie in den Fig. 1 und 8&Aacgr; bis 8C gezeigt, enthält die ebenen Montagestruktur der pyroelektrischen Infrarotwärme-Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Grundplatte 301, eine Abdeckung 306 mit einem Infrarotfenster 307 und eine Infrarotfilterungsplatte 308. Die Grundplatte 301 ist mit einer Aussparung 305 versehen, die eine spezielle Konfiguration besitzt. Die Aussparung 305 ist in der Grundplatte 301 mittels einer Preßtechnik ausgebildet worden. Die Wärmesensorelemente Al und A2 sind über die Breite der Aussparung 305 hinweg angeordnet und bilden somit eine aufgehängte Struktur.As shown in Figs. 1 and 8A to 8C, the planar mounting structure of the pyroelectric infrared heat sensor device according to the present invention includes a base plate 301, a cover 306 having an infrared window 307, and an infrared filtering plate 308. The base plate 301 is provided with a recess 305 having a specific configuration. The recess 305 is formed in the base plate 301 by a pressing technique. The heat sensor elements Al and A2 are arranged across the width of the recess 305, thus forming a suspended structure.

Die Aussparung 305 ist so beschaffen, daß sie rechteckige Form besitzt, jedoch sind an ihren die Wärmesensorelemente Al und A2 berührenden Seiten zwei Paare von gegenüberliegenden, verlängerten Aussparungsabschnitten 305' vorgesehen, wodurch die Breite der Aussparung 305 an diesen verlängerten Abschnitten größer als die Länge der Wärmesensorelemente Al und A2 ist. Die Breite der gegenüberliegenden, verlängerten Aussparungsabschnitte 305' ist jeweils kleiner als diejenige der Wärmesensorelemente Al bzw. A2. Wenn daher die Wärmesensorelemente Al und A2 auf die Grundplatte 301 (an Schweißpunkten 310) angeschweißt werden, kippen die Elemente Al und A2 teilweise in die Aussparung 305, wodurch sie in bezug auf diese Aussparung 305 geneigt und einander zugewandt, jedoch noch immer in der Aussparung 305 aufgehängt sind, wie in Fig. 8A gezeigt ist.The recess 305 is designed to have a rectangular shape, but two pairs of opposite extended recess portions 305' are provided on its sides contacting the thermal sensor elements Al and A2, whereby the width of the recess 305 at these extended portions is greater than the length of the thermal sensor elements Al and A2. The width of the opposite extended recess portions 305' is smaller than that of the thermal sensor elements Al and A2, respectively. Therefore, when the thermal sensor elements Al and A2 are welded to the base plate 301 (at welding points 310), the elements Al and A2 partially tilt into the recess 305, whereby they are inclined with respect to this recess 305 and face each other, but still suspended in the recess 305, as shown in Fig. 8A.

Wie aus Fig. 8A ersichtlich ist, besitzt die geneigte und dennoch aufgehängte Struktur der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile:As can be seen from Fig. 8A, the inclined yet suspended structure of the present invention has the following advantages:

1. Die schräge Anordnung bewirkt, daß die beabstandeten Außenkanten der Wärmesensorelemente Al und A2 von der1. The oblique arrangement causes the spaced outer edges of the heat sensor elements Al and A2 to be

Filterungsplatte 308 einen Abstand H1 besitzen, der kleiner als der Abstand H in Fig. 6 ist, wodurch, wie oben erläutert worden ist, der Beobachtungswinkel der Vorrichtung erhöht werden kann; undFiltering plate 308 have a distance H 1 which is smaller than the distance H in Fig. 6, whereby, as explained above, the observation angle of the device can be increased; and

in der herkömmlichen, horizontal angeordneten Struktur, die in Fig. 6 gezeigt ist, wird die "Projektionsbelichtung" des auf die Wärmesensorelemente auftreffenden Lichts durch Multiplikation der auftretenden Lichtmenge mit der Projektion des Einfallswinkels, d.h. cosa multipliziert. Somit verändert sich die tatsächlich empfangene Lichtmenge mit dem Einfallswinkel. Wenn sich der Einfallswinkel an 90° annähert, nähert sich cosa dem Wert 0 an, so daß die Empfindlichkeit der Wärmesensorvorrichtung abgesenkt wird und die Erhöhung des tatsächlichen Beobachtungswinkels erschwert wird. Da jedoch in der vorgeschlagenen Struktur der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 8A gezeigt ist, die Wärmesensorelemente schräg positioniert sind, wird der Einfallswinkel des Lichts auf die Sensorelemente (&agr;' in Fig. 8) reduziert, so daß er kleiner als der Winkel &agr; in Fig. 6 ist, was zur Folge hat, daß die tatsächlich aufgenommene Lichtmenge viel größer als in der herkömmlichen Struktur ist. Das Fernfeldprofil der Signalintensität ist theoretisch für verschiedene Neigungswinkel berechnet worden und in Fig. 9 gezeigt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Neigung der Wärmesensorelemente einen großen Beobachtungswinkel ermöglicht. Obwohl bestimmte Signale für kleinere Beobachtungswinkel in gewissem Maß unterdrückt werden, liefert die geneigte Struktur erheblich bessere Erfassungsergebnisse, da das Instrument im allgemeinen eine Stellung besitzt, derart, daß ein sich bewegender Gegenstand, der erfaßt wird, das Beobachtungfeld typischerweise von der Seite bei großem Beobachtungswin-In the conventional horizontally arranged structure shown in Fig. 6, the "projection exposure" of the light incident on the thermal sensor elements is calculated by multiplying the incident light quantity by the projection of the angle of incidence, i.e., cosa. Thus, the amount of light actually received varies with the angle of incidence. As the angle of incidence approaches 90°, cosa approaches 0, so that the sensitivity of the thermal sensor device is lowered and the increase in the actual observation angle is made difficult. However, in the proposed structure of the present invention as shown in Fig. 8A, since the thermal sensor elements are positioned obliquely, the angle of incidence of the light on the sensor elements (α' in Fig. 8) is reduced to be smaller than the angle α in Fig. 6, resulting in the amount of light actually received being much larger than in the conventional structure. The far field profile of the signal intensity has been theoretically calculated for various tilt angles and shown in Fig. 9. From this figure it can be seen that the tilt of the thermal sensor elements allows for a large angle of observation. Although certain signals are suppressed to some extent for smaller angles of observation, the tilted structure provides significantly better detection results since the instrument is generally positioned such that a moving object being detected typically enters the field of observation from the side at large angles of observation.

kel (wie durch die Bewegungsrichtung P des sich bewegenden Gegenstandes in Fig. 5 gezeigt) kreuzt.angle (as shown by the direction of motion P of the moving object in Fig. 5).

Fig. 10 zeigt die Meßergebnisse an den von uns untersuchten Proben. Die Kurve mit weißen Punkten stellt die Messungen eines gegebenen herkömmlichen (japanischen) Produkts dar, welches auf dem Markt erhältlich ist. Die durch schwarze Punkte angegebenen Daten stellen die Messungen an der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Wärmesensorelemente um ungefähr 25° geneigt waren. Es ist offensichtlich, daß bei halbem Maximalsignal der Beoachtungswinkel beim herkömmlichen Produkt lediglich ungefähr 125° beträgt, während er bei der Struktur der vorliegenden Erfindung fast 150° beträgt; bei 1/10 des Maximalsignals ergibt das herkömmliche Produkt 140°, während die erfindungsgemäße Struktur einen Beobachtungswinkel von 17 0° ergibt, was angenähert einen Halbkreis (Grenzwert) darstellt.Fig. 10 shows the measurement results on the samples we examined. The curve with white dots represents the measurements of a given conventional (Japanese) product available on the market. The data indicated by black dots represent the measurements on the structure according to the present invention, with the heat sensor elements inclined by about 25°. It is obvious that at half the maximum signal, the observation angle for the conventional product is only about 125°, while for the structure of the present invention it is almost 150°; at 1/10 of the maximum signal, the conventional product gives 140°, while the structure according to the invention gives an observation angle of 170°, which is approximately a semicircle (limit value).

Im folgenden wird ein beispielhafter Prozeß für die Herstellung der Struktur der pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben: The following describes an exemplary process for manufacturing the structure of the pyroelectric infrared heat sensor device according to the present invention:

1. Eine Grundplatte (mit Bohrungen 302 und Stiften 303 wie in Fig. 8C gezeigt) wird durch Schaltungsverdrahtung und Pressen wie in Fig. 11 gezeigt gebildet, wobei sämtliche Punkte a, b, c und d sowohl unterbrochene Schichten als auch eine obere und eine untere Kupferfolienschicht umfassen (der schattierte Abschnitt) .1. A base plate (having holes 302 and pins 303 as shown in Fig. 8C) is formed by circuit wiring and pressing as shown in Fig. 11, where all of points a, b, c and d include both discontinuous layers and upper and lower copper foil layers (the shaded portion) .

2. Auf die Punkte b und c, an denen die pyroelektrischen Wärmesensorelemente Al und A2 angeordnet werden, sowie auf die Punkte e, f und g, an denen der Sperrschicht-Feldeffekttransistor JFET und der Lastwider-2. On the points b and c, where the pyroelectric heat sensor elements Al and A2 are arranged, as well as on the points e, f and g, where the junction field effect transistor JFET and the load resistor

stand RL angeordnet werden, wird ein Silberklebstoff aufgebracht, wobei dieser Silberklebstoff an den Punkten b und c auf die unterbrochenen Leiterplatten-Schichten aufgebracht wird.stand RL, a silver adhesive is applied, whereby this silver adhesive is applied to the interrupted circuit board layers at points b and c.

3. Sowohl die pyroelektrischen Wärmesensorelemente Al und A2 als auch der Sperrschicht-Feldeffekttransistor JFET und der Lastwiderstand RL werden an in den Zeichnungen gezeigten Positionen angeklebt und dann durch Erwärmen in einem Ofen gehärtet.3. Each of the pyroelectric thermal sensor elements Al and A2, as well as the junction field effect transistor JFET and the load resistor RL are bonded at positions shown in the drawings and then hardened by heating in an oven.

4. Anschließend wird der Silberklebstoff an Punkten a und d aufgebracht und durch Erwärmen in einem Ofen gehärtet, so daß die Kupferschichten Pl und P2 auf der unterbrochenen Schicht mit den pyroelektrischen Wärmesensorelementen Al und A2 elektrisch verbunden werden. Dieser Schritt vermeidet die Schwierigkeit des Anschweißens von Drähten auf der geneigten Oberfläche. 4. Then, the silver adhesive is applied to points a and d and cured by heating in an oven so that the copper layers Pl and P2 on the discontinuous layer are electrically connected to the pyroelectric heat sensing elements Al and A2. This step avoids the difficulty of welding wires on the inclined surface.

5. Anschließend werden Drähte angeschweißt, um die erforderliche Verbindungsschaltung zu vervollständigen.5. Wires are then welded to complete the required connection circuit.

6. Die Struktur, an der nach dem obigen Schritt Infrarotfilterlinsen befestigt werden, wird in ein Metallgehäuse eingesetzt, woraufhin auf die Rückseite ein Klebstoff aufgebracht, und durch Erwärmen im Ofen gehärtet wird. Anschließend ist der Herstellungsprozeß der Sensorvorrichtung beendet.6. The structure to which infrared filter lenses are attached after the above step is inserted into a metal case, after which an adhesive is applied to the back side and cured by heating in an oven. Then the manufacturing process of the sensor device is completed.

Im folgenden wird ein weiteres Beispiel des Herstellungsprozesses der Struktur der pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben: Another example of the manufacturing process of the structure of the pyroelectric infrared heat sensor device according to the present invention is described below:

1. Eine Grundplatte (ohne Stifte 303, wie in Fig. 8C gezeigt) wird durch Schaltungsverdrahtung und Pressen wie in Fig. 11 gezeigt gebildet, wobei sämtliche Punkte a, b, c und d sowohl unterbrochene Schichten als auch obere und untere Kupferfolienschichten umfassen. 1. A base plate (without pins 303, as shown in Fig. 8C) is formed by circuit wiring and pressing as shown in Fig. 11, where all of points a, b, c and d include both discontinuous layers and upper and lower copper foil layers.

2. Auf die Punkte b und c, an denen die pyroelektrischen Wärmesensorelemente Al und A2 angeordnet werden, sowie an Punkten e, f und g, an denen der Sperrschicht-Feldeffekttransistor JFET sowie der Lastwiderstand RL angeordnet werden, wird ein Silberklebstoff aufgebracht, wobei der Silberklebstoff an den Punkten b und c auf die unterbrochenen PCB-Schichten aufgebracht wird.2. A silver adhesive is applied to points b and c where the pyroelectric thermal sensor elements Al and A2 are arranged, and to points e, f and g where the junction field effect transistor JFET and the load resistor RL are arranged, with the silver adhesive being applied to the interrupted PCB layers at points b and c.

3. Sowohl die pyroelektrischen Wärmesensorelemente Al und A2 als auch der Sperrschicht-Feldeffekttransistor JFET und dann der Lastwiderstand RL werden an in den Zeichnungen gezeigten Positionen angeklebt und anschließend durch Erwärmen in einem Ofen gehärtet.3. Both the pyroelectric thermal sensor elements Al and A2 and the junction field effect transistor JFET and then the load resistor RL are bonded at positions shown in the drawings and then cured by heating in an oven.

4. Anschließend wird der Silberklebstoff an Punkten a und d aufgebracht und durch Erwärmen in einem Ofen gehärtet, so daß die Kupferschichten Pl und P2 auf der unterbrochenen Schicht mit den pyroelektrischen Wärmesensorelementen Al und A2 elektrisch verbunden werden. Dieser Schritt vermeidet die Schwierigkeit des Anschweißens von Drähten auf der geneigten Oberfläche. 4. Then, the silver adhesive is applied to points a and d and cured by heating in an oven so that the copper layers Pl and P2 on the discontinuous layer are electrically connected to the pyroelectric heat sensing elements Al and A2. This step avoids the difficulty of welding wires on the inclined surface.

5. Anschließend werden die Drähte angeschweißt, um die erforderliche Verdrahtungsschaltung zu vervollständigen. 5. Then the wires are welded to complete the required wiring circuit.

6. Die Grundplatte 301 wird hoch über einem Stift einer TO-Metallgrundfläche gehalten, auf die Durchgangsbohrungen 302 ausgerichtet und dann angeschweißt.6. The base plate 301 is held high above a pin of a TO metal base, aligned with the through holes 302 and then welded in place.

7. Die Metallabdeckung 306 und die Metallgrundfläche werden abgedichtet und angeschweißt, woraufhin das Produkt fertiggestellt ist.7. The 306 metal cover and the metal base are sealed and welded, and the product is completed.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß durch Ankleben der Wärmesensorelemente Al und A2 an der Aussparung 305 in der Grundplatte 301 auf geneigte und aufgehängte Weise die ebene Montagestruktur den Beobachtungswinkel vergrößern kann, ohne daß mehr Material oder eine Erhöhung der Abmessungen erforderlich wären.From the above description, it is apparent that by adhering the thermal sensor elements Al and A2 to the recess 305 in the base plate 301 in an inclined and suspended manner, the planar mounting structure can increase the observation angle without requiring more material or increasing the dimensions.

Die Struktur der vorliegenden Erfindung ist anhand einer bevorzugten Ausführungsform einer pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorvorrichtung beschrieben worden. Selbstverständlich kann der Fachmann viele verschiedene Änderungen und Abwandlungen vornehmen, ohne vom Umfang, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Beispielsweise können die pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorelemente Al und A2 durch beliebige wärmeempfindliche Widerstandsschicht-Elemente (Bolometer) ähnlicher Größe oder andere ähnliche Elemente mit ähnlichen wärmeinduzierenden Funktionen ersetzt werden.The structure of the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of a pyroelectric infrared heat sensor device. It will be understood that many different changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope defined in the appended claims. For example, the pyroelectric infrared heat sensor elements A1 and A2 may be replaced by any heat-sensitive resistive layer elements (bolometers) of similar size or other similar elements having similar heat-inducing functions.

Claims (7)

K 30 465 SchutzansprücheK 30 465 Protection claims 1. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente (Al, A2), mit1. Level mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements (Al, A2), with einer Schaltungskarte (301), auf der zwei pyroelektrische Wärmesensorelemente (Al, A2) sowie zugehörige elektronische Bauelemente (JFET, RL) angebracht sind, unda circuit board (301) on which two pyroelectric heat sensor elements (Al, A2) and associated electronic components (JFET, RL) are mounted, and einer Abdeckung (306), die ein Fenster (307) und eine Infrarot-Filterungsplatte (308) enthält, wobei die Schaltungskarte (301) im voraus einer Preßformung unterworfen worden ist, um an einem Abschnitt, an dem die pyroelektrischen Wärmesensorelemente (Al, &Aacgr;2) befestigt sind, eine Aussparung (305) zu bilden, so daß die pyroelektrischen Wärmesensorelemente (Al, A2) die Aussparung (305) überbrücken,
dadurch gekennzeichnet, daß
a cover (306) containing a window (307) and an infrared filtering plate (308), wherein the circuit board (301) has been subjected to press molding in advance to form a recess (305) at a portion to which the pyroelectric heat sensor elements (Al, A2) are attached, so that the pyroelectric heat sensor elements (Al, A2) bridge the recess (305),
characterized in that
die Aussparung (305) so geformt ist, daß die pyroelektrischen Wärmesensorelemente (Al, A2) schräg in der Aussparung (305) angeordnet und als aufgehängte Struktur ausgebildet werden können undthe recess (305) is shaped such that the pyroelectric heat sensor elements (Al, A2) can be arranged obliquely in the recess (305) and formed as a suspended structure and der Neigungswinkel der pyroelektrischen Wärmesensorelemente (Al, A2) beliebig einstellbar ist.the angle of inclination of the pyroelectric heat sensor elements (Al, A2) can be adjusted as desired.
2. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß2. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that der Neigungswinkel im Bereich von 5° bis 45° und vorzugsweise im Bereich von 10° bis 30° liegt.the angle of inclination is in the range of 5° to 45° and preferably in the range of 10° to 30°. 3. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrisch Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß3. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that auf der Schaltungskarte (301) mehrere Durchgangsbohrungen (302) vorgesehen sind, durch die extern angeschlossene Stifte (303) geführt und durch Vernieten befestigt werden können.several through holes (302) are provided on the circuit board (301) through which externally connected pins (303) can be guided and secured by riveting. 4. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß4. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that die Schaltungskarte (301) eine Keramikplatte ist, wobei die Aussparung (305) mit spezieller Form im voraus durch Sinterung gebildet wird.the circuit board (301) is a ceramic plate, wherein the recess (305) with a special shape is formed in advance by sintering. 5. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß5. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that die Abdeckung (306) durch Formprägen aus einem Metallgehäuse oder durch Druckguß aus Kunststoff und anschließendem Beschichten der Oberfläche mit Metall hergestellt wird, so daß sie eine Isolation gegen elektromagnetisches Rauschen schafft.the cover (306) is manufactured by stamping a metal housing or by die casting from plastic and then coating the surface with metal so that it provides insulation against electromagnetic noise. 6. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrische Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß6. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that die Schaltungskarte (301) an einer herkömmlichen TO-Metallgrundfläche in der Weise aufgehängt ist, daß externe Leitungen der Karte (301) und vorstehende Stifte auf der Metallgrundfläche aufeinander ausgerichtet und miteinander verschweißt werden können, undthe circuit board (301) is suspended from a conventional TO metal base in such a way that external leads of the board (301) and protruding pins on the metal base can be aligned and welded together, and die Metallabdeckung (306) und die Metallgrundfläche abgedichtet und verschweißt werden und damit das Endprodukt zu ergeben.the metal cover (306) and the metal base are sealed and welded to form the final product. 7. Ebene Montagevorrichtung für pyroelektrisch^ Infrarot-Wärmesensorelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß7. Planar mounting device for pyroelectric infrared heat sensor elements according to claim 1, characterized in that die pyroelektrischen Infrarot-Wärmesensorelemente {Al, A2) durch Infrarot-Wärmesensor-Schichtelemente ersetzt sein können, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsmaterialien hergestellt sind.the pyroelectric infrared heat sensor elements {Al, A2) can be replaced by infrared heat sensor layer elements made of heat-sensitive resistance materials.
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DE9419603U Expired - Lifetime DE9419603U1 (en) 1994-12-05 1994-12-05 Flat wide-angle mounting structure for infrared heat sensor elements

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DE (1) DE9419603U1 (en)

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