JP2004028764A - 赤外線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを低減すると共に薄型化を可能とした赤外線検出器の実装構造を提供する。
【解決手段】信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部２６と、このＩＣ実装部２６の周囲に配置され複数の外部端子を挿入される外部端子挿入孔２５を裏面側に有し、信号処理ＩＣに接続される焦電素子を実装するための素子実装部２２をＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により素子−ＩＣ間の内部配線および外部端子−ＩＣ間の外部配線のための金属部材をインサートされ、外部端子挿入孔２５に金属製ベースの外部端子を挿入接続した状態で、赤外線検知窓を有する金属製キャップを溶接した構造とした。
【選択図】 図１
【解決手段】信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部２６と、このＩＣ実装部２６の周囲に配置され複数の外部端子を挿入される外部端子挿入孔２５を裏面側に有し、信号処理ＩＣに接続される焦電素子を実装するための素子実装部２２をＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により素子−ＩＣ間の内部配線および外部端子−ＩＣ間の外部配線のための金属部材をインサートされ、外部端子挿入孔２５に金属製ベースの外部端子を挿入接続した状態で、赤外線検知窓を有する金属製キャップを溶接した構造とした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体から輻射される赤外線を検知する赤外線検出器に関するもので、特に製造コストを低減すると共に薄型化に適した赤外線検出器の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に人体を赤外線の変化量で検出する素子には、焦電センサ（焦電型赤外線センサ）と呼ばれるものが多くを占めている。このような焦電センサを用いた赤外線検出器は、防犯用侵入検知器の他、照明等の負荷の自動制御用途として急速に普及しつつある。
【０００３】
（従来例１）
従来の赤外線検出器の回路ブロック図を図１０に、またその構造例を図１１に示す。このような赤外線検出器は、人体の動作により発生した赤外線の変化を、フレネルレンズ等の集光器１により焦電センサ２の受光部に集光し、この焦電センサ２の出力をバンドパスアンプ部３により所望の周波数帯域で信号増幅する。更にコンパレータ部４において、前述のバンドパスアンプ部３により増幅された出力と、あらかじめ設定された閾値レベルとを比較し、出力が閾値レベルよりも大きい場合に検知信号が出力される。更に、コンパレータ部４から検知信号が出力されると、タイマー回路５によりあらかじめ設定された一定の遅延時間（オフディレイタイム）の間、出力回路６がＯＮ状態を維持する構成となっている。
【０００４】
図１１に示した構造例においては、プリント基板７上の外付け電子部品８及び信号処理ＩＣ９により、図１０におけるバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５を構成するものである。更に、この赤外線検出器の出力は、リレー等の負荷制御装置を駆動し、照明などの負荷の制御を行う。
【０００５】
図１０に示した焦電センサ２の内部回路図を図１２に示す。焦電センサ２は、ＰｂＴｉＯ３ 、ＰＺＴなどのセラミックやＬｉＴａＯ３ などの単結晶、ＰＶＦ２ のような高分子などの焦電効果を有する材料（焦電体）を検知素子として利用するセンサである。焦電効果とは、分極している焦電体に赤外線が入射すると熱に変換され、その温度変化により今まで空気中のイオンと平衡状態にあった状態がバランスを崩し、これにより電荷を発生する特性のことをいう。焦電センサ２では、通常このときに発生する電荷を、ＦＥＴ１０と高抵抗Ｒｇによりインピーダンス変換し、電圧信号として取り出すものである。
【０００６】
図１３に、焦電センサ２の構造を実装斜視図として示す。本例は、焦電素子１０上に２つの受光部１０ａ，１０ｂが構成されているもので、一般的にデュアルタイプと呼ばれている。このような焦電センサ２では、焦電素子１０はＦＥＴ１１と高抵抗Ｒｇを組み合わせたインピーダンス変換回路とともにプリント基板１２上に実装され、その際、焦電素子１０はチップの両端に形成された電極部を、プリント基板１２上に設けた支持台１３の上に橋渡し状に導電性接着剤等で接着され、インピーダンス変換回路と導通をはかった上で、プリント基板１２との熱的アイソレーションを確保している。プリント基板１２はＴＯ−５ベース１４に実装され、ＴＯ−５キャップ１５が接合されてＣＡＮパッケージに収納されている。ＴＯ−５キャップ１５には赤外線透過フィルタ１６を有する検知窓が設けられている。
【０００７】
ところで、図１２、図１３に示した焦電センサ２は、ＣＡＮパッケージ内に内蔵されているものは焦電素子１０及びインピーダンス変換回路を構成するＦＥＴ１１と高抵抗Ｒｇのみであり、実際に赤外線検出器として使用するためには、図１０、図１１にあるようなバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５等を外付け回路として設ける必要がある。
【０００８】
（従来例２）
この点を改善するために、例えば特願平８−１００７６９のような例が提案されている。本例は、信号処理ＩＣやその他の外付け電子部品をＭＩＤ（３次元成形回路基板）上に実装するものである。部品実装前のＭＩＤ基板と外付け電子部品の外観図を図１４に、部品実装後のＭＩＤ基板の外観図を図１５に、このようなＭＩＤ基板を用いた赤外線検出器の構造を図１６に、キャップを封止して完成した状態を図１７に示す。図中、１７はＭＩＤ基板、１８は外付けチップ部品、１９は信号処理ＩＣチップ、２０は導電性接着剤、２１はボンディングワイヤである。
【０００９】
この赤外線検出器では、焦電素子１０はＭＩＤ基板１７の上部に実装され、その際、焦電素子１０は素子チップの両端に形成された電極部を、ＭＩＤ基板１７の上部に設けた支持部の上に橋渡し状に導電性接着剤２０等で接着され、ＭＩＤ基板１７に実装された回路と導通をはかった上で、ＭＩＤ基板１７との熱的アイソレーションを確保している。本例は、焦電素子１０上に４つの受光部１０ａ〜１０ｄが構成されているもので、一般的にクワッドタイプあるいは４エレメントタイプと呼ばれている。
【００１０】
この赤外線検出器に用いる信号処理ＩＣ１９の概略の回路構成を図１８に示す。焦電素子１０の検出出力を電流−電圧変換するＩ／Ｖ変換回路▲１▼、その出力を電圧増幅する電圧増幅回路▲２▼、その出力を所定の閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータ▲３▼、その出力を受けて出力トランジスタＴｒを駆動するレベルシフタ▲４▼およびディレイ回路▲５▼を備えている。また、各回路に電源供給する定電圧回路▲６▼と、基準電圧を作成する低ノイズ基準電圧回路▲７▼を備えている。ＶＤＤは電源端子、ＶＳＳはグランド端子、ＶＣＣは定電圧端子、ＶＲは基準電圧端子、ＳＩＮは信号入力端子、ＡＯＵＴはアナログ出力端子、ＯＵＴはオン／オフの出力端子である。また、Ｒｆは外付けの抵抗、ＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は外付けのコンデンサである。これらのコンデンサＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は、容量が数十ｎＦ〜数百ｎＦのオーダーであり、信号処理ＩＣ１９に内蔵することができないので、外付け電子部品１８としている。
【００１１】
このような構造の赤外線検出器では、焦電素子１０とインピーダンス変換回路のみならず、信号処理ＩＣ１９や外付け電子部品１８も金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵されているので、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器に比べると、大幅な小型化が実現できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器（従来例１）では、焦電センサ２以外にバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５等の外付け電子部品を必要とする。特にバンドパスアンプ部３においては、人間の動きを検出するために、比較的低い周波数の信号を増幅する必要があり、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサ等の容量の大きいコンデンサを使用しなければならず、センサの小型化、低コスト化が困難であった。
【００１３】
また、図１４〜図１８に示したような赤外線検出器（従来例２）においては、全ての外付け電子部品を金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵したため、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器（従来例１）と比較して、大幅な小型化を実現することができた。しかしながら、図１４〜図１８に示した赤外線検出器に用いられているＭＩＤ基板１７は、製造工程が複雑である上に製造設備も高価で、このため製造コストが高く、センサモジュールの低コスト化が困難であった。また、図１６に示すように、ＭＩＤ基板１７が金属製べース１４上に立てるように実装され、ＭＩＤ基板１７においては、図１５に示すように、信号処理ＩＣ１９及び電子部品１８がＭＩＤ基板１７の側面に縦方向に実装された構造となっている。このため、センサモジュールの低背化が困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減すると共に薄型化を可能とした赤外線検出器の実装構造を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の赤外線検出器にあっては、上記の課題を解決するために、図１〜図７に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装するためのＩＣ実装部２６と、このＩＣ実装部２６の周囲に配置され複数の外部端子４０を挿入される外部端子挿入孔２５を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣ２９の信号入力端子Ｓ，Ｇに接続される焦電素子１０を実装するための素子実装部２２を前記ＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の入力端子パッドＳ，Ｇに接続されると共に、表面側の一部が前記素子実装部２２に露出して前記焦電素子１０の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、前記外部端子挿入孔２５に挿入された外部端子４０にそれぞれ接続されると共に、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の電源端子パッドＥ，Ｇ及び出力端子パッドＱにそれぞれ接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子４０を互いに絶縁された状態で貫挿された金属製ベース１４を前記合成樹脂成形体２７の前記ＩＣ実装部２６と対向するように配置し、各外部端子４０を前記外部端子挿入孔２５に挿入接続した状態で、前記合成樹脂成形体２７の素子実装部２２と対向する赤外線入射窓（フィルタ１６）を有する金属製キャップ１５を金属製ベース１４に接合した構造を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の赤外線検出器にあっては、同じ課題を解決するために、図７〜図９に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装するためのＩＣ実装部２６を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣ２９の信号入力端子Ｓ，Ｇに接続される焦電素子１０を実装するための素子実装部２２を前記ＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、一端が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の入力端子パッドＳ，Ｇに接続されると共に、他端が前記素子実装部２２に露出して前記焦電素子１０の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、一端が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の電源端子パッドＥ，Ｇ及び出力端子パッドＱにそれぞれ接続されると共に、他端が折り曲げられて外部回路と接続される接続端子部３５とされた外部配線用の金属部材とを少なくとも含んで構成され、前記接続端子部３５は前記ＩＣ実装部２６の周囲から前記素子実装部２２とは反対方向に延出されて、前記ＩＣ実装部２６と対向するように配置された金属板１４ａに互いに絶縁された状態で貫挿されており、前記合成樹脂成形体２７の素子実装部２２と対向する赤外線入射窓（フィルタ１６）を有する金属製キャップ１５を前記金属板１４ａに接合した構造を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１において、金属部材は図１に示すように曲げのない状態で合成樹脂と同時一体に成形されていることを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７には焦電素子１０の端部を支持する素子支持部２４（図１（ａ），図９（ａ）参照）が形成されており、前記焦電素子１０を橋渡し実装していることを特徴とする。
請求項５の発明によれば、請求項４において、合成樹脂成形体２７に形成された凹部に、前記焦電素子１０の端部を支持する素子支持部２４が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７の素子実装部２２の裏面に凹部を形成し、前記凹部にＩＣ実装部２６（図１（ｂ），図９（ｂ）参照）を形成したことを特徴とする。
請求項７の発明によれば、請求項６において、合成樹脂成形体２７の凹部の壁面は、傾斜を有していることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７に凹部（図１（ａ）の電子部品実装部２３参照）を形成し、前記凹部の近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に図３のように前記信号処理ＩＣ２９の外付け電子部品１８を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記電子部品１８の端子を接続したことを特徴とする。
請求項９の発明によれば、請求項１において、合成樹脂成形体２７の外部端子挿入孔２５（図１（ｂ）参照）は、金属製ベース１４に貫挿された外部端子４０を挿入するための傾斜を有する丸穴であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る赤外線検知器を、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る赤外線検出器の外観図である。また、図３に図２に示した赤外線検出器の分解斜視図を示す。これらの図に示すように、本実施の形態においては、金属製の配線部材と合成樹脂が同時一体に成形された同時成形体２７に、電子部品１８、焦電素子１０、信号処理ＩＣなどを実装して同時成形ブロックとし、さらにこの同時成形ブロックを金属製べース１４上に実装して、金属製キャップ１５を溶接するといった構造である。
【００２０】
前述の同時成形体２７の詳細な構成を図１に示す。（ａ）は素子実装面（表面）を上にした斜視図、（ｂ）はＩＣ実装面（裏面）を上にした斜視図である。両図ともに、黒い部分は金属製の配線部材が露出している部分を示しており、点線は金属製の配線部材が合成樹脂に埋まっている部分を示している。また、実線は合成樹脂の成形体を示している。図中、２２は素子実装部、２３は電子部品実装部、２４は素子支持部、２５は外部端子挿入孔、２６はＩＣ実装部であり、これらは同時成形体２７に形成されている。また、３１は素子接続端子部、３２は電子部品接続端子部、３３は端子接続部、３４はワイヤボンディングパッド部であり、これらは金属製の配線部材の一部が露出した部分である。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る赤外線検出器の概略の製造工程を図４〜図６に示し説明する。まず、金属製の配線部材のもととなる金属製の平板３０（図４（ａ）参照）が用意される。なお、図４と図５においては金属平板３０の一部を切り出した状態で示しているが、実際には所定の幅の金属平板３０がフープ状に巻かれている。金属平板３０の厚さは例えば０．１５ｍｍ程度で、材料は例えば銅などである。
【００２２】
次に前述の金属平板３０が、抜き型により所定の形状に抜き加工される（図４（ｂ）参照）。図４では図示を省略したが、この状態で金属平板３０の表面に、銀などのメッキ処理が施される。メッキ処理は金属平板３０の全体に施す場合や、必要箇所のみに施す場合（部分メッキ）がある。ここで必要箇所というのは、後述するが、ワイヤボンディングするパッド部分や、焦電素子１０や電子部品１８との接続部などである。
【００２３】
そして、所定の形状となった金属平板３０が、金型において合成樹脂と同時一体成形される（図４（ｃ）参照）。図１に個片化された同時成形体２７の斜視図を示したが、この図１に示されるように、素子実装面（表面）には素子接続端子部３１、電子部品接続端子部３２、金属製ベース１４の外部端子４０との端子接続部３３となる金属部分が露出しており、また、ＩＣ実装面（裏面）にはワイヤボンディングパッド部３４となる金属部分が露出している。
【００２４】
また、図１に示すように、本実施の形態においては、金属平板３０に曲げのない状態で同時一体成形されていることも特徴のひとつである。曲げが必要な場合には、成形の前段階で曲げ加工の工程が入ることになるので、曲げのないほうが製造コストが低減することは言うまでもない。
【００２５】
次に、図５（ｄ）に示すように、信号処理ＩＣ２９が同時成形体２７に実装される。図１に示すように、同時成形体２７の裏面の凹部２６に信号処理ＩＣ２９を実装するような構造となっており、その壁面は傾斜（テーパー）を有している。信号処理ＩＣ２９は、前述の凹部２６の略中央部分にダイボンディングされ、固定される。その上で、信号処理ＩＣ２９上に設けられた端子パッドと、同時成形体２７に設けられたワイヤボンディングパッド部３４を、金属ワイヤ（金、アルミニウムなど）により導通させる。ワイヤボンディング装置の先端部分（キャピラリー）からワイヤを張るが、前述の凹部２６の壁面に、キャピラリーの先端角度に応じたテーパーが形成されていることで、同時成形体２７の小型化を図ることができる。
【００２６】
次に、図５（ｅ）に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装した凹部２６に樹脂２８を注入、硬化して封止を行う。その上で、金属平板３０から同時成形体２７が切断され、個片化される（図５（ｆ）参照）。個片化された同時成形体２７は、図６に示すように、金属製べース１４（ＴＯ−５）上に実装され、その後に焦電素子１０と電子部品１８が所定の位置に実装される。
【００２７】
この工程をより詳細に説明すると、まず第一に個片化された同時成形体２７が、ＴＯ−５の金属製べース１４上に実装される。この金属製べース１４には、内部側（インナー側）、外部側（アウター側）にそれぞれ３本の外部端子４０が構成されており、そのうち１本（図６においては右端）は台座部分と電気的に接合されており、残り２本の端子は、それぞれ台座部分とは電気的に絶縁された構造となっている。インナー側の３本の端子は、図１に示した３つの外部端子挿入孔２５を介して、同時成形体２７に挿入される。この同時成形体２７に形成された外部端子挿入孔２５は、略円筒形状をなす丸穴であり、その側壁には傾斜（テーパー）が形成されている。同時成形体２７と金属製べース１４の間に、若干の位置ずれがあった場合でも、このテーパーにより金属製べース１４の外部端子４０を誘い込む構造となっているので、製造が容易となり、ひいては製造コストの低減につながる。
【００２８】
このようにして組み立てられた同時成形体２７と金属製ベース１４は、図１に示された同時成形体２７の端子接続部３３と金属製ベース１４の外部端子４０に銀ぺーストを塗布、硬化することにより、導通される。
【００２９】
次に焦電素子１０及び電子部品１８の実装を行う。焦電素子１０は、図１に示した同時成形体２７の表面に略凹状に形成された素子実装部２２に落とし込み実装される。より具体的に説明すると、同時成形体２７の素子実装部２２の両端には、素子接続端子部３１を含む形で、素子支持部２４が形成されている。略凹状の素子実装部２２に焦電素子１０を落とし込むことにより、同時成形体２７に対する焦電素子１０の位置精度が向上する。また、焦電素子１０を両端の素子支持部２４に設けられた素子接続端子部３１で、銀ペーストにより接続するので、焦電素子１０は同時成形体２７に橋渡し実装されることになり、焦電素子１０と同時成形体２７との間の熱的アイソレーションが保たれ、良好な感度を得ることができる。また、図６に示すように、焦電素子１０の各受光部を形成する略Ｕ字型の切り込みを、同時成形体２７に橋渡し実装される端部とは直交する方向に開口させたことによって、同時成形体２７と各受光部との間の熱的アイソレーションがさらに良好となる。
【００３０】
また、外付けの電子部品１８は、図１に示した同時成形体２７の表面に略凹状に形成された、電子部品実装部２３に落とし込み実装される。電子部品１８の電極と、同時成形体２７の電子部品接続端子部３２は、銀ぺーストにより接続される。このようにすることにより、部品の位置決めが容易となり、ひいては製造コストが低減され、また電子部品が同時成形体２７の表面から突出することがないので、センサモジュールの小型化につながる。
【００３１】
最後に、図３に示すように、同時成形体２７が実装された金属製べース１４に、金属製のキャップ１５を溶接して、図２に示すようなセンサモジュールの完成となる。なお、金属製のキャップ１５には赤外線透過フィルタ１６を有する検知窓が素子実装部２２と対向するように設けられている。
【００３２】
図１４〜図１８に示した従来例２に用いられていた信号処理ＩＣ１９では、外付けの電子部品が９個（外付けの抵抗ＲｆとコンデンサＣｆおよびＣ１〜Ｃ７）であったが、本実施の形態に用いた信号処理ＩＣ２９では、従来外付けとしていた容量などを、ＩＣ内部に集積化できるよう工夫されたもので、本実施の形態においては、外付けの電子部品１８が１個の場合について説明した。前述した構造（同時成形体２７）において、従来通りの数の外付け部品１８が必要な場合には、金属部材の形状などに制約があるため実現が困難であり、本発明は、外付けの電子部品の数が少ない場合に有効な構造であると言える。
【００３３】
図７に本実施の形態に用いた信号処理ＩＣ２９の概略的な回路構成を示す。この回路ではスイッチトキャパシタフィルタを用いてバンドパスフィルタ回路を構成しており、図１８の回路構成に比べると、外付けの電子部品はコンデンサＣ１が１個となっている。このコンデンサＣ１も電源電圧Ｖｃｃを安定化させるために電源端子Ｅとグランド端子Ｇに接続されているものであり、信号処理ＩＣ２９に供給される電源電圧が十分に安定していれば回路動作的には省略可能である。この信号処理ＩＣ２９は、焦電素子１０を接続された信号入力端子Ｓに接続された電流電圧変換回路２９ａと、その出力を増幅する電圧増幅回路２９ｂと、人間の動きを検出するためにスイッチトキャパシタフィルタを用いて比較的低い周波数の信号を選択的に増幅するバンドパスフィルタ回路２９ｃと、その出力を閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータおよびその比較結果により信号出力端子Ｑを駆動するトランジスタＴｒとその入力段のレベルシフタを含む出力回路２９ｄと、スイッチトキャパシタフィルタの動作クロックを与えるクロック回路２９ｅと、各回路２９ａ〜２９ｅに安定した動作電源を供給するための電源回路２９ｆとから構成されている。
【００３４】
図７の信号処理ＩＣ２９において、バンドパスフィルタ回路２９ｃを構成するスイッチトキャパシタフィルタに用いる複数のコンデンサはいずれもｐＦのオーダーであり、図１８の従来回路に用いる外付けコンデンサＣ１〜Ｃ７およびＣｆがいずれも数十〜数百ｎＦのオーダーであったのに比べると格段に容量が小さく、フィルタ回路のコンデンサを半導体集積回路内に形成することができる。
【００３５】
このような信号処理ＩＣを用いれば、外付け電子部品を大幅に削減できるので、同時成形体２７の表面に焦電素子１０を配置し、裏面に信号処理ＩＣ２９を配置する本発明の構成が可能となり、従来例２のように信号処理ＩＣを立てて配置する必要が無くなるので、センサモジュールの大幅な低背化が可能となる。
【００３６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を、図８〜図９に基づき詳細に説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る赤外線検出器の分解斜視図である。外観は図２と同一であるので図示を省略する。この実施の形態２に用いる同時成形体を図９に示す。（ａ）は素子実装面（表面）を上にした斜視図、（ｂ）はＩＣ実装面（裏面）を上にした斜視図である。両図ともに、黒い部分は金属製の配線部材が露出している部分で、点線は金属製の配線部材が合成樹脂に埋まった部分を示している。また、実線は合成樹脂の成形体を示している。
【００３７】
前述の実施の形態１との相違点は、金属製の配線部材の一部を曲げた状態で、合成樹脂と同時一体に成形している点である。この実施の形態２においては、金属製の配線部材のうち、素子接続端子部３１、外部回路との接続端子部３５などに曲げ加工を施している。製造工程に関しては省略するが、図４の抜き加工工程（ｂ）と同時成形工程（ｃ）の間に、金属平板３０の曲げ加工の工程が入ることは、先程も述べた通りである。
【００３８】
この実施の形態２では、金属製の配線部材の曲げ加工により形成した接続端子部３５を、外部回路との接続端子として用いていることが特徴である。図８に示すように、同時成形体２７を、接続端子部３５が接触しないような穴を設けた金属板１４ａ上に実装し、金属板１４ａと金属製キャップ１５を溶接してセンサモジュールの完成となっている。
【００３９】
この構成では、実施の形態１と比較して、曲げ加工の工程が必要である点についてはコスト高を招くが、実施の形態１で用いたような金属製べース１４は必要なく、電磁シールド効果を有するための金属板１４ａであればよいので、この点についてはコストの低減につながる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にあっては、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部と、このＩＣ実装部の周囲に配置され複数の外部端子を挿入される外部端子挿入孔を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、表面側の一部が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、前記外部端子挿入孔に挿入された外部端子にそれぞれ接続されると共に、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子を互いに絶縁された状態で貫挿された金属製ベースを前記合成樹脂成形体の前記ＩＣ実装部と対向するように配置し、各外部端子を前記外部端子挿入孔に挿入接続した状態で、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを金属製ベースに接合した構造を有する赤外線検出器であるから、実装構造が簡略化され、小型化・低コスト化を図ることができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明にあっては、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、他端が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続されると共に、他端が折り曲げられて外部回路と接続される接続端子部とされた外部配線用の金属部材とを少なくとも含んで構成され、前記接続端子部は前記ＩＣ実装部の周囲から前記素子実装部とは反対方向に延出されて、前記ＩＣ実装部と対向するように配置された金属板に互いに絶縁された状態で貫挿されており、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを前記金属板に接合した構造を有する赤外線検出器であるから、実装構造が簡略化され、また従来用いていた金属製べースが不要となるので、小型化・低コスト化を図ることができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１において、金属部材は曲げのない状態で合成樹脂と同時一体に成形されているので、製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体には焦電素子の端部を支持する支持部が形成されており、前記焦電素子を橋渡し実装しているので、焦電素子と同時成形体の熱的アイソレーションを充分に確保することができ、感度の低下や熱的なノイズの影響を抑えることができるので、信頼性の高い赤外線検出器を提供することができる。
請求項５に記載の発明にあっては、請求項４において、合成樹脂成形体に形成された凹部に、前記焦電素子の端部を支持する支持部が形成されているので、焦電素子の位置決めが容易となり、高信頼性化・低コスト化を図ることができる。
【００４３】
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体の素子実装部の裏面に凹部を形成し、前記凹部にＩＣ実装部を形成したので、ＩＣの樹脂封止が容易になり、高信頼性化・低コスト化を図ることができる。
請求項７に記載の発明にあっては、請求項６において、合成樹脂成形体の凹部の壁面は、傾斜を有しているので、キャピラリー先端部の形状に合わせることができ、小型化を図ることができる。
【００４４】
請求項８に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体に凹部を形成し、前記凹部の近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に前記信号処理ＩＣの外付け電子部品を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記電子部品の端子を接続したので、電子部品の位置決めが容易になり、小型化・低コスト化を図ることができる。
請求項９に記載の発明にあっては、請求項１において、合成樹脂成形体の外部端子挿入孔は、金属製ベースに貫挿された外部端子を挿入するための傾斜を有する丸穴としたので、金属ベースとの組み立ての際に位置合わせが容易となり、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の概略回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図１０】従来の赤外線検出器の回路ブロック図である。
【図１１】従来の赤外線検出器の構造例を示す斜視図である。
【図１２】従来の焦電センサの内部構成を示す回路図である。
【図１３】従来の焦電センサの内部構造を示す分解斜視図である。
【図１４】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装前の外観を示す斜視図である。
【図１５】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装後の外観を示す斜視図である。
【図１６】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図１７】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図１８】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の概略回路図である。
【符号の説明】
１０ 焦電素子
１４ 金属製ベース
１５ 金属製キャップ
２２ 素子実装部
２４ 素子支持部
２５ 外部端子挿入孔
２６ ＩＣ実装部
２７ 成形体
２９ 信号処理ＩＣ
３１ 素子接続端子部
３３ 端子接続部
４０ 外部端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体から輻射される赤外線を検知する赤外線検出器に関するもので、特に製造コストを低減すると共に薄型化に適した赤外線検出器の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に人体を赤外線の変化量で検出する素子には、焦電センサ（焦電型赤外線センサ）と呼ばれるものが多くを占めている。このような焦電センサを用いた赤外線検出器は、防犯用侵入検知器の他、照明等の負荷の自動制御用途として急速に普及しつつある。
【０００３】
（従来例１）
従来の赤外線検出器の回路ブロック図を図１０に、またその構造例を図１１に示す。このような赤外線検出器は、人体の動作により発生した赤外線の変化を、フレネルレンズ等の集光器１により焦電センサ２の受光部に集光し、この焦電センサ２の出力をバンドパスアンプ部３により所望の周波数帯域で信号増幅する。更にコンパレータ部４において、前述のバンドパスアンプ部３により増幅された出力と、あらかじめ設定された閾値レベルとを比較し、出力が閾値レベルよりも大きい場合に検知信号が出力される。更に、コンパレータ部４から検知信号が出力されると、タイマー回路５によりあらかじめ設定された一定の遅延時間（オフディレイタイム）の間、出力回路６がＯＮ状態を維持する構成となっている。
【０００４】
図１１に示した構造例においては、プリント基板７上の外付け電子部品８及び信号処理ＩＣ９により、図１０におけるバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５を構成するものである。更に、この赤外線検出器の出力は、リレー等の負荷制御装置を駆動し、照明などの負荷の制御を行う。
【０００５】
図１０に示した焦電センサ２の内部回路図を図１２に示す。焦電センサ２は、ＰｂＴｉＯ３ 、ＰＺＴなどのセラミックやＬｉＴａＯ３ などの単結晶、ＰＶＦ２ のような高分子などの焦電効果を有する材料（焦電体）を検知素子として利用するセンサである。焦電効果とは、分極している焦電体に赤外線が入射すると熱に変換され、その温度変化により今まで空気中のイオンと平衡状態にあった状態がバランスを崩し、これにより電荷を発生する特性のことをいう。焦電センサ２では、通常このときに発生する電荷を、ＦＥＴ１０と高抵抗Ｒｇによりインピーダンス変換し、電圧信号として取り出すものである。
【０００６】
図１３に、焦電センサ２の構造を実装斜視図として示す。本例は、焦電素子１０上に２つの受光部１０ａ，１０ｂが構成されているもので、一般的にデュアルタイプと呼ばれている。このような焦電センサ２では、焦電素子１０はＦＥＴ１１と高抵抗Ｒｇを組み合わせたインピーダンス変換回路とともにプリント基板１２上に実装され、その際、焦電素子１０はチップの両端に形成された電極部を、プリント基板１２上に設けた支持台１３の上に橋渡し状に導電性接着剤等で接着され、インピーダンス変換回路と導通をはかった上で、プリント基板１２との熱的アイソレーションを確保している。プリント基板１２はＴＯ−５ベース１４に実装され、ＴＯ−５キャップ１５が接合されてＣＡＮパッケージに収納されている。ＴＯ−５キャップ１５には赤外線透過フィルタ１６を有する検知窓が設けられている。
【０００７】
ところで、図１２、図１３に示した焦電センサ２は、ＣＡＮパッケージ内に内蔵されているものは焦電素子１０及びインピーダンス変換回路を構成するＦＥＴ１１と高抵抗Ｒｇのみであり、実際に赤外線検出器として使用するためには、図１０、図１１にあるようなバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５等を外付け回路として設ける必要がある。
【０００８】
（従来例２）
この点を改善するために、例えば特願平８−１００７６９のような例が提案されている。本例は、信号処理ＩＣやその他の外付け電子部品をＭＩＤ（３次元成形回路基板）上に実装するものである。部品実装前のＭＩＤ基板と外付け電子部品の外観図を図１４に、部品実装後のＭＩＤ基板の外観図を図１５に、このようなＭＩＤ基板を用いた赤外線検出器の構造を図１６に、キャップを封止して完成した状態を図１７に示す。図中、１７はＭＩＤ基板、１８は外付けチップ部品、１９は信号処理ＩＣチップ、２０は導電性接着剤、２１はボンディングワイヤである。
【０００９】
この赤外線検出器では、焦電素子１０はＭＩＤ基板１７の上部に実装され、その際、焦電素子１０は素子チップの両端に形成された電極部を、ＭＩＤ基板１７の上部に設けた支持部の上に橋渡し状に導電性接着剤２０等で接着され、ＭＩＤ基板１７に実装された回路と導通をはかった上で、ＭＩＤ基板１７との熱的アイソレーションを確保している。本例は、焦電素子１０上に４つの受光部１０ａ〜１０ｄが構成されているもので、一般的にクワッドタイプあるいは４エレメントタイプと呼ばれている。
【００１０】
この赤外線検出器に用いる信号処理ＩＣ１９の概略の回路構成を図１８に示す。焦電素子１０の検出出力を電流−電圧変換するＩ／Ｖ変換回路▲１▼、その出力を電圧増幅する電圧増幅回路▲２▼、その出力を所定の閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータ▲３▼、その出力を受けて出力トランジスタＴｒを駆動するレベルシフタ▲４▼およびディレイ回路▲５▼を備えている。また、各回路に電源供給する定電圧回路▲６▼と、基準電圧を作成する低ノイズ基準電圧回路▲７▼を備えている。ＶＤＤは電源端子、ＶＳＳはグランド端子、ＶＣＣは定電圧端子、ＶＲは基準電圧端子、ＳＩＮは信号入力端子、ＡＯＵＴはアナログ出力端子、ＯＵＴはオン／オフの出力端子である。また、Ｒｆは外付けの抵抗、ＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は外付けのコンデンサである。これらのコンデンサＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は、容量が数十ｎＦ〜数百ｎＦのオーダーであり、信号処理ＩＣ１９に内蔵することができないので、外付け電子部品１８としている。
【００１１】
このような構造の赤外線検出器では、焦電素子１０とインピーダンス変換回路のみならず、信号処理ＩＣ１９や外付け電子部品１８も金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵されているので、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器に比べると、大幅な小型化が実現できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器（従来例１）では、焦電センサ２以外にバンドパスアンプ部３、コンパレータ部４、タイマー回路５等の外付け電子部品を必要とする。特にバンドパスアンプ部３においては、人間の動きを検出するために、比較的低い周波数の信号を増幅する必要があり、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサ等の容量の大きいコンデンサを使用しなければならず、センサの小型化、低コスト化が困難であった。
【００１３】
また、図１４〜図１８に示したような赤外線検出器（従来例２）においては、全ての外付け電子部品を金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵したため、図１０〜図１３に示したような赤外線検出器（従来例１）と比較して、大幅な小型化を実現することができた。しかしながら、図１４〜図１８に示した赤外線検出器に用いられているＭＩＤ基板１７は、製造工程が複雑である上に製造設備も高価で、このため製造コストが高く、センサモジュールの低コスト化が困難であった。また、図１６に示すように、ＭＩＤ基板１７が金属製べース１４上に立てるように実装され、ＭＩＤ基板１７においては、図１５に示すように、信号処理ＩＣ１９及び電子部品１８がＭＩＤ基板１７の側面に縦方向に実装された構造となっている。このため、センサモジュールの低背化が困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減すると共に薄型化を可能とした赤外線検出器の実装構造を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の赤外線検出器にあっては、上記の課題を解決するために、図１〜図７に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装するためのＩＣ実装部２６と、このＩＣ実装部２６の周囲に配置され複数の外部端子４０を挿入される外部端子挿入孔２５を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣ２９の信号入力端子Ｓ，Ｇに接続される焦電素子１０を実装するための素子実装部２２を前記ＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の入力端子パッドＳ，Ｇに接続されると共に、表面側の一部が前記素子実装部２２に露出して前記焦電素子１０の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、前記外部端子挿入孔２５に挿入された外部端子４０にそれぞれ接続されると共に、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の電源端子パッドＥ，Ｇ及び出力端子パッドＱにそれぞれ接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子４０を互いに絶縁された状態で貫挿された金属製ベース１４を前記合成樹脂成形体２７の前記ＩＣ実装部２６と対向するように配置し、各外部端子４０を前記外部端子挿入孔２５に挿入接続した状態で、前記合成樹脂成形体２７の素子実装部２２と対向する赤外線入射窓（フィルタ１６）を有する金属製キャップ１５を金属製ベース１４に接合した構造を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の赤外線検出器にあっては、同じ課題を解決するために、図７〜図９に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装するためのＩＣ実装部２６を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣ２９の信号入力端子Ｓ，Ｇに接続される焦電素子１０を実装するための素子実装部２２を前記ＩＣ実装部２６とは反対側の面に有する合成樹脂成形体２７に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、一端が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の入力端子パッドＳ，Ｇに接続されると共に、他端が前記素子実装部２２に露出して前記焦電素子１０の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、一端が前記ＩＣ実装部２６に露出して前記信号処理ＩＣ２９の電源端子パッドＥ，Ｇ及び出力端子パッドＱにそれぞれ接続されると共に、他端が折り曲げられて外部回路と接続される接続端子部３５とされた外部配線用の金属部材とを少なくとも含んで構成され、前記接続端子部３５は前記ＩＣ実装部２６の周囲から前記素子実装部２２とは反対方向に延出されて、前記ＩＣ実装部２６と対向するように配置された金属板１４ａに互いに絶縁された状態で貫挿されており、前記合成樹脂成形体２７の素子実装部２２と対向する赤外線入射窓（フィルタ１６）を有する金属製キャップ１５を前記金属板１４ａに接合した構造を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１において、金属部材は図１に示すように曲げのない状態で合成樹脂と同時一体に成形されていることを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７には焦電素子１０の端部を支持する素子支持部２４（図１（ａ），図９（ａ）参照）が形成されており、前記焦電素子１０を橋渡し実装していることを特徴とする。
請求項５の発明によれば、請求項４において、合成樹脂成形体２７に形成された凹部に、前記焦電素子１０の端部を支持する素子支持部２４が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７の素子実装部２２の裏面に凹部を形成し、前記凹部にＩＣ実装部２６（図１（ｂ），図９（ｂ）参照）を形成したことを特徴とする。
請求項７の発明によれば、請求項６において、合成樹脂成形体２７の凹部の壁面は、傾斜を有していることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明によれば、請求項１又は２において、合成樹脂成形体２７に凹部（図１（ａ）の電子部品実装部２３参照）を形成し、前記凹部の近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に図３のように前記信号処理ＩＣ２９の外付け電子部品１８を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記電子部品１８の端子を接続したことを特徴とする。
請求項９の発明によれば、請求項１において、合成樹脂成形体２７の外部端子挿入孔２５（図１（ｂ）参照）は、金属製ベース１４に貫挿された外部端子４０を挿入するための傾斜を有する丸穴であることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る赤外線検知器を、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る赤外線検出器の外観図である。また、図３に図２に示した赤外線検出器の分解斜視図を示す。これらの図に示すように、本実施の形態においては、金属製の配線部材と合成樹脂が同時一体に成形された同時成形体２７に、電子部品１８、焦電素子１０、信号処理ＩＣなどを実装して同時成形ブロックとし、さらにこの同時成形ブロックを金属製べース１４上に実装して、金属製キャップ１５を溶接するといった構造である。
【００２０】
前述の同時成形体２７の詳細な構成を図１に示す。（ａ）は素子実装面（表面）を上にした斜視図、（ｂ）はＩＣ実装面（裏面）を上にした斜視図である。両図ともに、黒い部分は金属製の配線部材が露出している部分を示しており、点線は金属製の配線部材が合成樹脂に埋まっている部分を示している。また、実線は合成樹脂の成形体を示している。図中、２２は素子実装部、２３は電子部品実装部、２４は素子支持部、２５は外部端子挿入孔、２６はＩＣ実装部であり、これらは同時成形体２７に形成されている。また、３１は素子接続端子部、３２は電子部品接続端子部、３３は端子接続部、３４はワイヤボンディングパッド部であり、これらは金属製の配線部材の一部が露出した部分である。
【００２１】
次に、本実施の形態に係る赤外線検出器の概略の製造工程を図４〜図６に示し説明する。まず、金属製の配線部材のもととなる金属製の平板３０（図４（ａ）参照）が用意される。なお、図４と図５においては金属平板３０の一部を切り出した状態で示しているが、実際には所定の幅の金属平板３０がフープ状に巻かれている。金属平板３０の厚さは例えば０．１５ｍｍ程度で、材料は例えば銅などである。
【００２２】
次に前述の金属平板３０が、抜き型により所定の形状に抜き加工される（図４（ｂ）参照）。図４では図示を省略したが、この状態で金属平板３０の表面に、銀などのメッキ処理が施される。メッキ処理は金属平板３０の全体に施す場合や、必要箇所のみに施す場合（部分メッキ）がある。ここで必要箇所というのは、後述するが、ワイヤボンディングするパッド部分や、焦電素子１０や電子部品１８との接続部などである。
【００２３】
そして、所定の形状となった金属平板３０が、金型において合成樹脂と同時一体成形される（図４（ｃ）参照）。図１に個片化された同時成形体２７の斜視図を示したが、この図１に示されるように、素子実装面（表面）には素子接続端子部３１、電子部品接続端子部３２、金属製ベース１４の外部端子４０との端子接続部３３となる金属部分が露出しており、また、ＩＣ実装面（裏面）にはワイヤボンディングパッド部３４となる金属部分が露出している。
【００２４】
また、図１に示すように、本実施の形態においては、金属平板３０に曲げのない状態で同時一体成形されていることも特徴のひとつである。曲げが必要な場合には、成形の前段階で曲げ加工の工程が入ることになるので、曲げのないほうが製造コストが低減することは言うまでもない。
【００２５】
次に、図５（ｄ）に示すように、信号処理ＩＣ２９が同時成形体２７に実装される。図１に示すように、同時成形体２７の裏面の凹部２６に信号処理ＩＣ２９を実装するような構造となっており、その壁面は傾斜（テーパー）を有している。信号処理ＩＣ２９は、前述の凹部２６の略中央部分にダイボンディングされ、固定される。その上で、信号処理ＩＣ２９上に設けられた端子パッドと、同時成形体２７に設けられたワイヤボンディングパッド部３４を、金属ワイヤ（金、アルミニウムなど）により導通させる。ワイヤボンディング装置の先端部分（キャピラリー）からワイヤを張るが、前述の凹部２６の壁面に、キャピラリーの先端角度に応じたテーパーが形成されていることで、同時成形体２７の小型化を図ることができる。
【００２６】
次に、図５（ｅ）に示すように、信号処理ＩＣ２９を実装した凹部２６に樹脂２８を注入、硬化して封止を行う。その上で、金属平板３０から同時成形体２７が切断され、個片化される（図５（ｆ）参照）。個片化された同時成形体２７は、図６に示すように、金属製べース１４（ＴＯ−５）上に実装され、その後に焦電素子１０と電子部品１８が所定の位置に実装される。
【００２７】
この工程をより詳細に説明すると、まず第一に個片化された同時成形体２７が、ＴＯ−５の金属製べース１４上に実装される。この金属製べース１４には、内部側（インナー側）、外部側（アウター側）にそれぞれ３本の外部端子４０が構成されており、そのうち１本（図６においては右端）は台座部分と電気的に接合されており、残り２本の端子は、それぞれ台座部分とは電気的に絶縁された構造となっている。インナー側の３本の端子は、図１に示した３つの外部端子挿入孔２５を介して、同時成形体２７に挿入される。この同時成形体２７に形成された外部端子挿入孔２５は、略円筒形状をなす丸穴であり、その側壁には傾斜（テーパー）が形成されている。同時成形体２７と金属製べース１４の間に、若干の位置ずれがあった場合でも、このテーパーにより金属製べース１４の外部端子４０を誘い込む構造となっているので、製造が容易となり、ひいては製造コストの低減につながる。
【００２８】
このようにして組み立てられた同時成形体２７と金属製ベース１４は、図１に示された同時成形体２７の端子接続部３３と金属製ベース１４の外部端子４０に銀ぺーストを塗布、硬化することにより、導通される。
【００２９】
次に焦電素子１０及び電子部品１８の実装を行う。焦電素子１０は、図１に示した同時成形体２７の表面に略凹状に形成された素子実装部２２に落とし込み実装される。より具体的に説明すると、同時成形体２７の素子実装部２２の両端には、素子接続端子部３１を含む形で、素子支持部２４が形成されている。略凹状の素子実装部２２に焦電素子１０を落とし込むことにより、同時成形体２７に対する焦電素子１０の位置精度が向上する。また、焦電素子１０を両端の素子支持部２４に設けられた素子接続端子部３１で、銀ペーストにより接続するので、焦電素子１０は同時成形体２７に橋渡し実装されることになり、焦電素子１０と同時成形体２７との間の熱的アイソレーションが保たれ、良好な感度を得ることができる。また、図６に示すように、焦電素子１０の各受光部を形成する略Ｕ字型の切り込みを、同時成形体２７に橋渡し実装される端部とは直交する方向に開口させたことによって、同時成形体２７と各受光部との間の熱的アイソレーションがさらに良好となる。
【００３０】
また、外付けの電子部品１８は、図１に示した同時成形体２７の表面に略凹状に形成された、電子部品実装部２３に落とし込み実装される。電子部品１８の電極と、同時成形体２７の電子部品接続端子部３２は、銀ぺーストにより接続される。このようにすることにより、部品の位置決めが容易となり、ひいては製造コストが低減され、また電子部品が同時成形体２７の表面から突出することがないので、センサモジュールの小型化につながる。
【００３１】
最後に、図３に示すように、同時成形体２７が実装された金属製べース１４に、金属製のキャップ１５を溶接して、図２に示すようなセンサモジュールの完成となる。なお、金属製のキャップ１５には赤外線透過フィルタ１６を有する検知窓が素子実装部２２と対向するように設けられている。
【００３２】
図１４〜図１８に示した従来例２に用いられていた信号処理ＩＣ１９では、外付けの電子部品が９個（外付けの抵抗ＲｆとコンデンサＣｆおよびＣ１〜Ｃ７）であったが、本実施の形態に用いた信号処理ＩＣ２９では、従来外付けとしていた容量などを、ＩＣ内部に集積化できるよう工夫されたもので、本実施の形態においては、外付けの電子部品１８が１個の場合について説明した。前述した構造（同時成形体２７）において、従来通りの数の外付け部品１８が必要な場合には、金属部材の形状などに制約があるため実現が困難であり、本発明は、外付けの電子部品の数が少ない場合に有効な構造であると言える。
【００３３】
図７に本実施の形態に用いた信号処理ＩＣ２９の概略的な回路構成を示す。この回路ではスイッチトキャパシタフィルタを用いてバンドパスフィルタ回路を構成しており、図１８の回路構成に比べると、外付けの電子部品はコンデンサＣ１が１個となっている。このコンデンサＣ１も電源電圧Ｖｃｃを安定化させるために電源端子Ｅとグランド端子Ｇに接続されているものであり、信号処理ＩＣ２９に供給される電源電圧が十分に安定していれば回路動作的には省略可能である。この信号処理ＩＣ２９は、焦電素子１０を接続された信号入力端子Ｓに接続された電流電圧変換回路２９ａと、その出力を増幅する電圧増幅回路２９ｂと、人間の動きを検出するためにスイッチトキャパシタフィルタを用いて比較的低い周波数の信号を選択的に増幅するバンドパスフィルタ回路２９ｃと、その出力を閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータおよびその比較結果により信号出力端子Ｑを駆動するトランジスタＴｒとその入力段のレベルシフタを含む出力回路２９ｄと、スイッチトキャパシタフィルタの動作クロックを与えるクロック回路２９ｅと、各回路２９ａ〜２９ｅに安定した動作電源を供給するための電源回路２９ｆとから構成されている。
【００３４】
図７の信号処理ＩＣ２９において、バンドパスフィルタ回路２９ｃを構成するスイッチトキャパシタフィルタに用いる複数のコンデンサはいずれもｐＦのオーダーであり、図１８の従来回路に用いる外付けコンデンサＣ１〜Ｃ７およびＣｆがいずれも数十〜数百ｎＦのオーダーであったのに比べると格段に容量が小さく、フィルタ回路のコンデンサを半導体集積回路内に形成することができる。
【００３５】
このような信号処理ＩＣを用いれば、外付け電子部品を大幅に削減できるので、同時成形体２７の表面に焦電素子１０を配置し、裏面に信号処理ＩＣ２９を配置する本発明の構成が可能となり、従来例２のように信号処理ＩＣを立てて配置する必要が無くなるので、センサモジュールの大幅な低背化が可能となる。
【００３６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を、図８〜図９に基づき詳細に説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る赤外線検出器の分解斜視図である。外観は図２と同一であるので図示を省略する。この実施の形態２に用いる同時成形体を図９に示す。（ａ）は素子実装面（表面）を上にした斜視図、（ｂ）はＩＣ実装面（裏面）を上にした斜視図である。両図ともに、黒い部分は金属製の配線部材が露出している部分で、点線は金属製の配線部材が合成樹脂に埋まった部分を示している。また、実線は合成樹脂の成形体を示している。
【００３７】
前述の実施の形態１との相違点は、金属製の配線部材の一部を曲げた状態で、合成樹脂と同時一体に成形している点である。この実施の形態２においては、金属製の配線部材のうち、素子接続端子部３１、外部回路との接続端子部３５などに曲げ加工を施している。製造工程に関しては省略するが、図４の抜き加工工程（ｂ）と同時成形工程（ｃ）の間に、金属平板３０の曲げ加工の工程が入ることは、先程も述べた通りである。
【００３８】
この実施の形態２では、金属製の配線部材の曲げ加工により形成した接続端子部３５を、外部回路との接続端子として用いていることが特徴である。図８に示すように、同時成形体２７を、接続端子部３５が接触しないような穴を設けた金属板１４ａ上に実装し、金属板１４ａと金属製キャップ１５を溶接してセンサモジュールの完成となっている。
【００３９】
この構成では、実施の形態１と比較して、曲げ加工の工程が必要である点についてはコスト高を招くが、実施の形態１で用いたような金属製べース１４は必要なく、電磁シールド効果を有するための金属板１４ａであればよいので、この点についてはコストの低減につながる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にあっては、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部と、このＩＣ実装部の周囲に配置され複数の外部端子を挿入される外部端子挿入孔を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、表面側の一部が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、前記外部端子挿入孔に挿入された外部端子にそれぞれ接続されると共に、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子を互いに絶縁された状態で貫挿された金属製ベースを前記合成樹脂成形体の前記ＩＣ実装部と対向するように配置し、各外部端子を前記外部端子挿入孔に挿入接続した状態で、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを金属製ベースに接合した構造を有する赤外線検出器であるから、実装構造が簡略化され、小型化・低コスト化を図ることができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明にあっては、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、前記複数の金属部材は、一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、他端が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続されると共に、他端が折り曲げられて外部回路と接続される接続端子部とされた外部配線用の金属部材とを少なくとも含んで構成され、前記接続端子部は前記ＩＣ実装部の周囲から前記素子実装部とは反対方向に延出されて、前記ＩＣ実装部と対向するように配置された金属板に互いに絶縁された状態で貫挿されており、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを前記金属板に接合した構造を有する赤外線検出器であるから、実装構造が簡略化され、また従来用いていた金属製べースが不要となるので、小型化・低コスト化を図ることができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１において、金属部材は曲げのない状態で合成樹脂と同時一体に成形されているので、製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体には焦電素子の端部を支持する支持部が形成されており、前記焦電素子を橋渡し実装しているので、焦電素子と同時成形体の熱的アイソレーションを充分に確保することができ、感度の低下や熱的なノイズの影響を抑えることができるので、信頼性の高い赤外線検出器を提供することができる。
請求項５に記載の発明にあっては、請求項４において、合成樹脂成形体に形成された凹部に、前記焦電素子の端部を支持する支持部が形成されているので、焦電素子の位置決めが容易となり、高信頼性化・低コスト化を図ることができる。
【００４３】
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体の素子実装部の裏面に凹部を形成し、前記凹部にＩＣ実装部を形成したので、ＩＣの樹脂封止が容易になり、高信頼性化・低コスト化を図ることができる。
請求項７に記載の発明にあっては、請求項６において、合成樹脂成形体の凹部の壁面は、傾斜を有しているので、キャピラリー先端部の形状に合わせることができ、小型化を図ることができる。
【００４４】
請求項８に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、合成樹脂成形体に凹部を形成し、前記凹部の近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に前記信号処理ＩＣの外付け電子部品を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記電子部品の端子を接続したので、電子部品の位置決めが容易になり、小型化・低コスト化を図ることができる。
請求項９に記載の発明にあっては、請求項１において、合成樹脂成形体の外部端子挿入孔は、金属製ベースに貫挿された外部端子を挿入するための傾斜を有する丸穴としたので、金属ベースとの組み立ての際に位置合わせが容易となり、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の赤外線検出器の概略回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図１０】従来の赤外線検出器の回路ブロック図である。
【図１１】従来の赤外線検出器の構造例を示す斜視図である。
【図１２】従来の焦電センサの内部構成を示す回路図である。
【図１３】従来の焦電センサの内部構造を示す分解斜視図である。
【図１４】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装前の外観を示す斜視図である。
【図１５】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装後の外観を示す斜視図である。
【図１６】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図１７】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図１８】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の概略回路図である。
【符号の説明】
１０ 焦電素子
１４ 金属製ベース
１５ 金属製キャップ
２２ 素子実装部
２４ 素子支持部
２５ 外部端子挿入孔
２６ ＩＣ実装部
２７ 成形体
２９ 信号処理ＩＣ
３１ 素子接続端子部
３３ 端子接続部
４０ 外部端子
Claims (9)
- 信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部と、このＩＣ実装部の周囲に配置され複数の外部端子を挿入される外部端子挿入孔を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、
前記複数の金属部材は、
裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、表面側の一部が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、
前記外部端子挿入孔に挿入された外部端子にそれぞれ接続されると共に、裏面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、
複数の外部端子を互いに絶縁された状態で貫挿された金属製ベースを前記合成樹脂成形体の前記ＩＣ実装部と対向するように配置し、各外部端子を前記外部端子挿入孔に挿入接続した状態で、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを金属製ベースに接合した構造を有することを特徴とする赤外線検出器。 - 信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部を裏面側に有し、前記信号処理ＩＣの信号入力端子に接続される焦電素子を実装するための素子実装部を前記ＩＣ実装部とは反対側の面に有する合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材をインサートされ、
前記複数の金属部材は、
一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、他端が前記素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、
一端が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの電源端子パッド及び出力端子パッドにそれぞれ接続されると共に、他端が折り曲げられて外部回路と接続される接続端子部とされた外部配線用の金属部材とを少なくとも含んで構成され、
前記接続端子部は前記ＩＣ実装部の周囲から前記素子実装部とは反対方向に延出されて、前記ＩＣ実装部と対向するように配置された金属板に互いに絶縁された状態で貫挿されており、前記合成樹脂成形体の素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを前記金属板に接合した構造を有することを特徴とする赤外線検出器。 - 請求項１において、金属部材は曲げのない状態で合成樹脂と同時一体に成形されていることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１又は２において、合成樹脂成形体には焦電素子の端部を支持する支持部が形成されており、前記焦電素子を橋渡し実装していることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項４において、合成樹脂成形体に形成された凹部に、前記焦電素子の端部を支持する支持部が形成されていることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１又は２において、合成樹脂成形体の素子実装部の裏面に凹部を形成し、前記凹部にＩＣ実装部を形成したことを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項６において、合成樹脂成形体の凹部の壁面は、傾斜を有していることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１又は２において、合成樹脂成形体に凹部を形成し、前記凹部の近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に前記信号処理ＩＣの外付け電子部品を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記電子部品の端子を接続したことを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１において、合成樹脂成形体の外部端子挿入孔は、金属製ベースに貫挿された外部端子を挿入するための傾斜を有する丸穴であることを特徴とする赤外線検出器。
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