JP2004117216A - 赤外線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを低減できる赤外線検出器の実装構造を提供する。
【解決手段】焦電素子を実装するための素子実装部１１を上面側に有し、焦電素子に接続される信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部１２を正面側に有する合成樹脂成形体１０に、同時一体成形により素子−ＩＣ間の内部配線用の金属部材１，２および外部端子−ＩＣ間の外部配線用の金属部材５，６，７をインサートされ、外部配線用の金属部材５，６，７に金属製ベースの外部端子を接続した状態で、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】焦電素子を実装するための素子実装部１１を上面側に有し、焦電素子に接続される信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部１２を正面側に有する合成樹脂成形体１０に、同時一体成形により素子−ＩＣ間の内部配線用の金属部材１，２および外部端子−ＩＣ間の外部配線用の金属部材５，６，７をインサートされ、外部配線用の金属部材５，６，７に金属製ベースの外部端子を接続した状態で、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ための赤外線検出器に関するもので、特に製造コストを低減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】
【特許文献１】
特許第３２１１０７４号公報
【０００３】
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。上掲の特許文献１においては、赤外線検出器の従来例として次のような例が開示されている。
【０００４】
（従来例１）
従来の赤外線検出器の回路ブロック図を図１６に、またその構造例を図１７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８１により焦電センサ８２の受光部に集光し、この焦電センサ８２の出力をバンドパスアンプ部３３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８４において、前述のバンドパスアンプ部８３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８４から検知信号が出力されると、タイマー回路８５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８６がＯＮ状態を維持する構成となっている。
【０００５】
図１７に示した構造例においては、プリント基板８７上の外付け電子部品８８及び信号処理ＩＣ８９により、図１０におけるバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５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。
【０００６】
図１６に示した焦電センサ８２の内部回路図を図１８に示す。焦電センサ８２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８２では、通常このときに発生する電荷を、ＦＥＴ９１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。
【０００７】
図１９に、焦電センサ８２の構造を実装斜視図として示す。本例は、焦電素子３０上に２つの受光部３０ａ，３０ｂ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８２では、焦電素子３０はＦＥＴ９１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９２上に実装され、その際、焦電素子３０はチップの両端に形成された電極部を、プリント基板９２上に設けた支持台９３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９２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９２はＴＯ−５ベース９４に実装され、ＴＯ−５キャップ９５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９５には赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が設けられている。
【０００８】
ところで、図１８、図１９に示した焦電センサ８２は、ＣＡＮパッケージ内に内蔵されているものは焦電素子３０及びインピーダンス変換回路を構成するＦＥＴ９１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１６、図１７にあるようなバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５等を外付け回路として設ける必要がある。
【０００９】
（従来例２）
この点を改善するために、上掲の特許文献１では、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）上に実装することを提案している。部品実装前のＭＩＤ基板と外付け電子部品の外観図を図２０に、部品実装後のＭＩＤ基板の外観図を図２１に、このようなＭＩＤ基板を用いた赤外線検出器の構造を図２２に、キャップを封止して完成した状態を図２３に示す。図中、９７はＭＩＤ基板、９８は外付けチップ部品、９９は信号処理ＩＣチップ、９０は導電性接着剤、８０はボンディングワイヤである。
【００１０】
この赤外線検出器では、焦電素子３０はＭＩＤ基板９７の上部に実装され、その際、焦電素子３０は素子チップの両端に形成された電極部を、ＭＩＤ基板９７の上部に設けた支持部の上に橋渡し状に導電性接着剤９０等で接着され、ＭＩＤ基板９７に実装された回路と導通をはかった上で、ＭＩＤ基板９７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３０上に４つの受光部３０ａ〜３０ｄ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。
【００１１】
この赤外線検出器に用いる信号処理ＩＣ９９の概略の回路構成を図２４に示す。焦電素子３０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Ｑ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ＩＣ９９に内蔵することができないので、外付け電子部品９８としている。
【００１２】
このような構造の赤外線検出器では、焦電素子３０とインピーダンス変換回路のみならず、信号処理ＩＣ９９や外付け電子部品９８も金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵されているので、図１６〜図１９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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図１６〜図１９に示したような赤外線検出器（従来例１）では、焦電センサ８２以外にバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５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８３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。
また、図２０〜図２４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１６〜図１９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２０〜図２４に示した赤外線検出器に用いられているＭＩＤ基板９７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。
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４に示すように、焦電素子３０を実装するための焦電素子実装部１１が上面部に形成され、図５に示すように、信号処理ＩＣ２０を実装するためのＩＣ実装部１２が正面部に形成された合成樹脂成形体１０に、同時一体成形により複数の金属部材１〜７がインサートされ、前記複数の金属部材１〜７は、図２〜図４に示すように、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の入力端子パッド（ＳＩＮ，ＶＲ）に接続されると共に、上面側の一部が前記焦電素子実装部１１に露出して前記焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２と、図１４（ｊ）に示すように、外部端子５０，６０，７０に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０のパッド（ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳ）に接続される外部配線用の金属部材５，６，７を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子５０，６０，７０を互いに絶縁された状態で立設された金属製ベース９４上に、前記合成樹脂成形体１０を起立させた形態で配置し、各外部端子５０，６０，７０を前記外部配線用の金属部材５，６，７に接続した状態で、図１４（ｌ）に示すように、前記合成樹脂成形体１０の焦電素子実装部１１と対向する赤外線入射窓（フィルタ９６）を有する金属製キャップ９５を、金属製ベース９４に接合したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、請求項１において、図２、図３に示すように、安定した電位（ＶＲ２，ＶＳＳ）に接続されている金属部材４，７の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部１２又は焦電素子実装部１１の周辺全体又は一部を覆うような形状としたことを特徴とする。
請求項３の発明によれば、請求項１または２において、図５に示すように、正面側の一部４１が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２に接続されると共に、背面側の一部４２が前記ＩＣ実装部１２の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部１２の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたシールド用の金属部材４を備えることを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項３において、前記ＩＣ実装部１２は前記信号処理ＩＣ２０を実装する凹部１３を備えており、この凹部１３の背後に前記シールド用の金属部材４が埋め込まれ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、前記凹部１３の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材４は、図６に示すように、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部４３が前記焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部１１の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、請求項１〜５のいずれかにおいて、図２に示すように、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴに接続される外部配線用の金属部材６と焦電素子３０から信号処理ＩＣ２０への信号入力端子ＳＩＮに接続される内部配線用の金属部材１とは合成樹脂成形体１０の対角方向に配置されていることを特徴とする。
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれかにおいて、図１４（ｊ）に示すように、金属製ベース９４の外部端子５０，６０，７０と接続される外部配線用の金属部材５，６，７は、合成樹脂成形体１０の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面１２に対して略垂直に起立し、前記金属部材５，６，７の外部端子５０，６０，７０との接続部分が前記合成樹脂成形体１０から突出していることを特徴とする。
請求項８の発明によれば、請求項３〜７のいずれかにおいて、図３に示すように、金属製ベース９４のグランド端子と接続される外部配線用の金属部材７はＩＣ実装部１２の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材４は前記グランド端子に比べて焦電素子３０の動作電位に近い電位としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明によれば、請求項１〜８のいずれかにおいて、図３に示すように、焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部１１に突出していることを特徴とする。
請求項１０の発明によれば、請求項９において、図７に示すように、焦電素子３０は複数の受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備え、各受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを焦電素子３０の両端の電極部３１，３２（および３３，３４）に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部３１，３２（および３３，３４）を内部配線用の金属部材１，２に接続することで表裏の配線パターンが接続されていることを特徴とする。
請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれかにおいて、図１、図４に示すように、合成樹脂成形体１０の正面部又は側面部に凹部１４を形成し、前記凹部１４の内部又は近接箇所に金属部材３，７が露出した箇所を設け、前記凹部１４に外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装した上で、前記金属部材３，７の露出部と前記外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）の端子を接続したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の赤外線検出器の好ましい実施の形態を、図１〜図１５に基づいて詳細に説明する。まず、従来のＭＩＤブロックに代わる同時成形体１０の詳細な構成を図１〜図６に示す。図１（ａ）は同時成形体１０の正面側（ＩＣ実装面）を前にした斜視図、図１（ｂ）は背面側を前にした斜視図である。図２は同時成形体１０の透視斜視図を示す。図１（ａ）では同時成形体１０の正面側を右上方から見ているのに対して、図２では同時成形体１０の正面側を左上方から見ている。図２に示すように、この同時成形体１０には７つの金属部材１〜７がインサート成形されている。図２において、薄い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の内部に埋め込まれた金属部材を意味しており、濃い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の外部に露出した金属部材を意味している。図２の金属部材１〜７のみを取り出して描くと、図３に示すようになる。これらの金属部材１〜７は後述のように１枚の金属平板８から切り出されたものである（図１１参照）から、互いに接近してはいるが、電気的には分離された７枚の金属片となっている。
【００１９】
図１、図２に示す同時成形体１０を真正面から見ると、図４に示すようになる。図１と図４において、灰色に塗り潰された箇所は配線用の金属部材１〜７が同時成形体１０の表面に露出している部分を示している。図４のＡ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線についての断面構造をそれぞれ図５と図６に示す。
【００２０】
図７は同時成形体１０の上面側に設けられた焦電素子実装部１１に橋渡し実装（図４の破線を参照）される焦電素子３０の配線パターンを一例として示しており、（ａ）は表側、（ｂ）は裏側である。図８は同時成形体１０の正面側に設けられたＩＣ実装部１２に実装される信号処理ＩＣ２０の概略的な回路構成を示す。この信号処理ＩＣ２０は、外部電源端子ＶＤＤ２、内部電源端子ＶＤＤ、グランド端子ＶＳＳ、基準電圧端子ＶＲおよびＶＲ２、信号入力端子ＳＩＮおよび信号出力端子ＯＵＴの各端子パッドを備えている。信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲの間には焦電素子３０が接続される。
【００２１】
信号処理ＩＣ２０の各端子パッドと金属部材１〜７の対応関係は図２に示す通りである。以下、各金属部材１〜７について説明する。
第１の金属部材１は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の一端側の電極３１，３３に接続される。第１の金属部材１の右下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号入力端子ＳＩＮのパッドに接続される。信号入力端子ＳＩＮは、焦電素子３０で生じた微小な電流信号を信号処理ＩＣ２０の電流電圧変換回路２１に入力する端子である。第１の金属部材１の左端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２２】
第２の金属部材２は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の他端側の電極３２，３４に接続される。第２の金属部材２の左下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲのパッドに接続される。基準電圧端子ＶＲは信号処理ＩＣ２０の内部で安定化された基準電圧が出力される端子である。第２の金属部材２の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２３】
第３の金属部材３は内部配線用の金属部材であり、その右端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左辺略中央付近の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の内部電源端子ＶＤＤのパッドに接続される。第３の金属部材３の左端の広幅部は、図２、図４に示すように、電子部品実装部１４の上部表面に露出し、外付けのチップコンデンサＣ１の一端に接続される。この広幅部の先端に形成されている細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２４】
第４の金属部材４はシールド用の金属部材であり、図３に示すように、基準電圧端子部４１と背面シールド部４２と上方シールド部４３を備えている。基準電圧端子部４１の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。第４の金属部材４における基準電圧端子部４１は、図４および図５に示されるように、ＩＣ実装部１２の右辺上方の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２のパッドに接続される。この基準電圧端子ＶＲ２の電位は、上述の基準電圧端子ＶＲの電位と実質的に同一であるが、シールド用の金属部材４が拾ったノイズが回路中の基準電圧ＶＲに影響しないように、別々のパッドから出力しているものである。図５の断面図から明らかなように、ＩＣ実装部１２の凹部１３に実装される信号処理ＩＣ２０の背面側に埋め込まれた背面シールド部４２は、第４の金属部材４をクランク状に曲げ加工することにより基準電圧端子部４１と一体となっている。また、この背面シールド部４２の上端を正面側に略Ｌ字型に折り曲げることにより、図６の断面図に示されるように、焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれた上方シールド部４３も基準電圧端子部４１と一体となっている。これにより、焦電素子３０の直下ならびに信号処理ＩＣ２０の背後は安定な基準電圧ＶＲ２の壁に覆われることになる。
【００２５】
第５の金属部材５は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の外部電源端子ＶＤＤ２のパッドに接続される。第５の金属部材５の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部５１が形成されており、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子５０に接続される。
【００２６】
第６の金属部材６は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴのパッドに接続される。第６の金属部材６の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部６１が形成されており、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子６０に接続される。
【００２７】
第７の金属部材７は内部配線と外部配線ならびにシールド用の金属部材であり、図３に示すように、外部接続端子部７１と下方シールド部７２と側方シールド部７３を備えている。この第７の金属部材７は、図２、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の下方及び側方を広く覆うように構成されており、外部接続端子部７１がグランド電位に接続されることで、外部からの電気的ノイズから、信号処理ＩＣ２０をシールドする構造となっている。また、電子部品実装部１４の下部表面に露出した左端の広幅部にチップコンデンサＣ１の他端が接続されることで、内部配線用の金属部材としても使用されている。さらに、ＩＣ実装部１２の下辺中央付近に露出した部分が信号処理ＩＣ２０のグランド端子ＶＳＳのパッドに接続されることで、外部配線用の金属部材としても使用されている。第７の金属部材７の外部接続端子部７１は、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子７０と一体化された台座部分（金属製ベース９４）に接続される。下方シールド部７２は、図６に示すように、ＩＣ実装部１２の下方をシールドするように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されている。側方シールド部７３はＩＣ実装部１２の右側方を覆うように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されていると共に、信号出力端子となる第６の金属部材６を覆うような形状とすることで、信号出力が上方に廻り込むことを防止している。
【００２８】
本実施の形態では、シールド用の金属部材として、第４の金属部材４により上半分を基準電圧端子ＶＲ２の電位（基準電位）によりシールドし、第７の金属部材７により下半分をグランド端子ＶＳＳの電位（グランド電位）によりシールドしている。仮に、基準電位の第４の金属部材４を省略して、グランド電位の第７の金属部材７だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、焦電素子３０からグランド電位へのｆＡオーダーの漏れ電流が生じることになる。すなわち、焦電素子３０の電極に接続される信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲは、直流的にはグランド電位に対して約１Ｖ程度の電位差があり、焦電素子３０の直下にグランド電位が存在すると、直流的な漏れ電流が生じてしまう。本実施の形態で用いる信号処理ＩＣ２０はｆＡオーダーの漏れ電流でも動作に影響があるので、漏れ電流は少ない方が良い。そこで、焦電素子３０の直下には、基準電圧端子ＶＲと実質的に同一電位の基準電圧端子ＶＲ２に接続された第４の金属部材４の上方シールド部４３を配置している。
【００２９】
一方、基準電位の第４の金属部材４だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、信号処理ＩＣ２０から取り出した基準電位を広い範囲に引き廻すことになるので、好ましくない。以上のような理由から、本実施の形態では、シールド用の金属部材を上下に２分割して、焦電素子３０に近い方を信号処理ＩＣ２０の基準電位に接続し、焦電素子３０から遠い方をグランド電位に接続するようにしている。
【００３０】
また、発明者らは、図８に示した回路において、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが容量結合することにより、センサモジュールの感度が低下することを、回路シミュレーション及び実験により明らかにした。したがって、図２に示すように、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６を、距離的・電気的に分断する必要がある。このような考えに基づき、距離的には、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されるように構成し、電気的には基準電位によるシールド専用の金属部材４に曲げ加工を施すことにより、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込み形成し、これにより信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴを可能な限り電気的に分断するような構造としている。
【００３１】
ここで、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込むことで、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的に分断される理由を説明する。図２を見ただけでは、信号入力端子ＳＩＮの電位は信号出力端子ＯＵＴの電位から最も遠くに存在しているように見えるが、信号入力端子ＳＩＮに接続される焦電素子３０の表面では図７（ａ）に示すように第１の電極３１から受光部３０ｂ，３０ｃに配線パターンが形成されており、また、焦電素子３０の裏面では図７（ｂ）に示すように第３の電極３３から受光部３０ａ，３０ｄに配線パターンが形成されており、第１の電極３１と第３の電極３３が金属部材１と接続されることで、表裏の配線パターンが接続されることになっている。したがって、図２において、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されて距離的に離れていても、電気的には金属部材１の電位は焦電素子３０の配線パターン上で引き廻されているので、上方シールド部４３により焦電素子３０の配線パターンと信号出力端子ＯＵＴの電位とをシールドする必要があり、これにより、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的にも分断されて、容量結合が起きないようにしている。
【００３２】
なお、このような問題が起きることは、従来のＭＩＤブロックを用いた赤外線検出器では知られていなかった。その理由としては、図２１（ｂ）に示すような裏面側の配線パターンが実質的にシールド機能を果たしていたからであると考えられる。したがって、前述の容量結合を回避するために、第１の金属部材１と第６の金属部材を対角に配置することや、第４の金属部材４の上方シールド部４３を用いて焦電素子３０の配線パターンをシールドすることは、本発明に固有の課題を実験ならびに回路シミュレーションにより発見したことに基づいてなされたものである。
【００３３】
ところで、図１〜図６に示した同時成形体１０の構造において、従来のＭＩＤブロックと同数の外付け部品が必要な場合には、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。このような観点から、図８に示す信号処理ＩＣ２０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２４の従来の回路構成に比べると、外付けの電子部品はチップコンデンサＣ１が１個となっている。図８に示す信号処理ＩＣ２０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１０の上面に焦電素子３０を配置し、同時成形体１０の正面に信号処理ＩＣ２０を配置し、同時成形体１０の側面に外付けのチップコンデンサＣ１を配置した、簡略な実装構造が可能となる。
【００３４】
図８の信号処理ＩＣ２０は、焦電素子３０を接続された信号入力端子ＳＩＮに接続された電流電圧変換回路２１と、その出力を増幅する電圧増幅回路２２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２３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及びその比較結果により信号出力端子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２４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２５と、各回路に安定した動作電源を供給するための電源回路２６とから構成されている。外部電源端子ＶＤＤ２と内部電源端子ＶＤＤの間には、信号処理ＩＣ２０の内部で抵抗が構成されており、外付け部品として、チップコンデンサＣ１をＶＤＤ−ＶＳＳ間に挿入することにより、ローパスフィルタを構成し、外部電源端子ＶＤＤ２に生じる高周波ノイズを除去して、信号処理ＩＣ２０の内部回路に高周波ノイズが侵入するのを防止する働きをするものである。このコンデンサＣ１は電源電圧が十分に安定している場合には省略することも可能である。また、バンドパスフィルタ回路２３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２４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と比べると、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】
なお、ここでは出力回路２４からの出力端子ＯＵＴはＯＮ／ＯＦＦ信号（ディジタル信号）を出力するものとしたが、出力回路２４のウィンドコンパレータの手前からアナログ信号を取り出すようにしても良い。その場合には、信号出力端子ＯＵＴのワイヤリング時に、信号処理ＩＣ２０のアナログ信号出力用のパッドを選択して接続すれば良い。
【００３６】
図９は本実施の形態に係る赤外線検出器の外観図である。また、図１０は図９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、上述の同時成形体１０に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）、焦電素子３０、信号処理ＩＣ２０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ベース９４上に実装して、金属製キャップ９５を接合するといった構造になっている。
【００３７】
以下、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１１〜図１４に示し説明する。まず、配線用の金属部材１〜７のもととなる金属製の平板８（図１１（ａ））が用意される。なお、図１１〜図１３においては個片の状態を示しているが、生産の規模に応じて、フープ状に巻かれた金属平板８に、連続的に各個片が形成されていてもよい。金属平板８の厚さは例えば０．１５ｍｍ程度で、材料は例えば銅などである。
【００３８】
次に前述の金属平板８が、抜き型、又はエッチングにより所定の形状に抜き加工される（図１１（ｂ））。図１１には省略したが、この状態で金属平板８の表面に、銀などのメッキ処理がなされる。メッキ処理は金属平板８の全体に施す場合や、又は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３０や電子部品（チップコンデンサＣ１）との接続部などである。
【００３９】
次に抜き加工を施された金属平板８が、曲げ型により曲げ加工される（図１１（ｃ））。本実施の形態においては、１つにつき５箇所の曲げ加工を施している。
【００４０】
そして、所定の形状となった金属平板８が、金型において合成樹脂と同時一体成形される（図１２（ｄ））。図４に個片化された同時成形体１０の正面図を示したが、この図に示されるように、正面側のＩＣ実装部１２にはワイヤボンディングパッド部となる金属部材１〜７の一部がそれぞれ露出し、側面側の電子部品実装部１４には電子部品接続端子部となる金属部材３，７の一部が露出し、上面側の焦電素子実装部１１には焦電素子接続端子部となる金属部材１，２の一部が露出し、底面側には外部端子接続部となる金属部材５，６，７の一部が露出している。
【００４１】
次に、信号処理ＩＣ２０が同時成形体１０に実装される（図１２（ｅ））。図５に示すように同時成形体１０の正面のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３に信号処理ＩＣ２０を実装するような構造となっており、ＩＣ実装部１２の内壁面は図５、図６の矢印で示すように傾斜（テーパー）を有している。信号処理ＩＣ２０は、前述のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３にダイボンディングされ、固定される。その上で、信号処理ＩＣ２０上に設けられた端子パッドＳＩＮ，ＶＲ，ＶＤＤ，ＶＲ２，ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳと、同時成形体１０の表面に露出した金属部材１，２，３，４，５，６，７とを、それぞれ金属ワイヤ（金線、アルミニウム線など）により導通させる（ワイヤボンディング）。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ＩＣ実装部１２の内壁面には、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。
【００４２】
次に、信号処理ＩＣ２０を実装したＩＣ実装部１２に樹脂を注入、硬化して封止を行う（図１２（ｆ））。図中、黒く塗り潰した部分は樹脂で封止された箇所を示している。この樹脂封止は、信号処理ＩＣ２０を周囲環境（温度、湿度など）から保護する目的がある。後述するが、本実施の形態に係る赤外線検出器は、この合成樹脂成形体１０を金属製パッケージ９４，９５内に収納する構成であるので、樹脂封止については省略することも可能である。しかしながら、製造時の取り扱い性の向上のためにも、樹脂封止を施すことが一般的である。
【００４３】
次に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）が同時成形体１０に実装される（図１３（ｇ））。図１、図２、図４に示すように同時成形体１０の側面の凹部１４に電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装するような構造となっており、この近傍に露出した金属部材３，７と、導電性接着剤などにより接続、硬化する。
【００４４】
次に、金属平板８から同時成形体１０が切断される（図１３（ｈ））。金属平板８より切断された同時成形体１０は、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施され（図１３（ｉ））、図１４に示すように、金属製ベース９４上に起立するように実装され、その後に焦電素子３０が実装される。
【００４５】
この工程をより詳細に説明すると、まず第一に金属平板８より切断され、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施された同時成形体１０が、ＴＯ−５の金属製ベース９４上に起立するように実装される（図１４（ｊ））。この金属製ベース９４には、内部側に２本、外部側に３本の外部端子が立設されており、内部側に突出しない外部側の１本の端子７０は、台座部分（金属製ベース９４）と電気的に接合されている。外部側の残りの２本の端子５０，６０（内部側に突出する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。
【００４６】
内部側の２本の端子５０，６０は、図１４（ｊ）に示すように、曲げ加工が施された同時成形体１０の左右の金属部材５，６に、それぞれ導電性接着剤などにより接合されて、外部電源端子ＶＤＤ２及び信号出力端子ＯＵＴとなる。また、曲げ加工が施された同時成形体１０の中央の金属部材７は、内部側の台座部分に導電性接着剤などにより接合されて、グランド端子ＶＳＳとなる。なお、一般的には導電性接着剤の接着強度は比較的弱いので、前述の導電性接着剤の塗布前に、エポキシ系などの絶縁性の接着剤などにより、同時成形体１０を金属製ベース９４上に固着してから、導電性接着剤などの塗布を行ってもよい。
【００４７】
次に、焦電素子３０のチップを実装する（図１４（ｋ））。焦電素子３０のチップは、同時成形体１０の上部に実装される。より具体的に説明すると、図１、図４に示すように、同時成形体１０の上部の焦電素子実装部１１の両端には、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端を含む形で、素子支持部１５，１６が形成されている。素子接続端子部となる金属部材１，２の上端は、金属板に曲げのない状態で焦電素子実装部１１の両側に突出している。導電性接着剤などにより焦電素子３０の一端の表裏の電極３１，３３（図７参照）と、第１の素子接続端子部を構成する金属部材１の上端とが接続される。また、焦電素子３０の他端の表裏の電極３２，３４（図７参照）と、第２の素子接続端子部を構成する金属部材２の上端とが同じく導電性接着剤などにより接続される。
【００４８】
この際、図４に示すように、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端の間隔をｘ１、焦電素子３０の幅をｘ２、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６の幅をｘ３とすると、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３という関係になっている。従って、焦電素子３０の電極３１，３３と金属部材１の上端とは直接接触せず、また、焦電素子３０の電極３２，３４と金属部材２の上端とは直接接触せず、それぞれ導電性接着剤などにより形成される経路を介して接続されることとなる。
【００４９】
より具体的に説明すると、素子支持部１５，１６にはそれぞれ金属部材１，２の上端にかかるように導電性接着剤が塗布されて、図４の破線で示すように、焦電素子３０が橋渡し実装されることで、焦電素子３０の裏面側の電極３３，３４が金属部材１，２にそれぞれ接続される。さらに焦電素子３０の表面側の電極３１，３２が導電性接着剤により金属部材１，２の上端にそれぞれ接続されることで、図７（ａ）に示す表側の電極３１，３２と、図７（ｂ）に示す裏側の電極３３，３４とが電気的に接続されるようになっている。
【００５０】
また、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６により焦電素子３０が橋渡し実装されることにより、焦電素子３０と同時成形体１０との間の熱的アイソレーションが確保され、良好な感度を得ることができる。更に、図１４（ｋ）に示すように、焦電素子３０の各受光部を形成する略コの字型のスリットを、同時成形体１０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り、同時成形体１０と各受光部との間の熱的アイソレーションが、更に良好となる。
【００５１】
図１５に別の焦電素子実装部１１の形態を示す。この例では、焦電素子実装部１１に、焦電素子３０の幅ｘ２よりやや大きい凹段部１５’，１６’が形成されているので、この凹段部１５’，１６’に焦電素子３０を落とし込み実装することにより、同時成形体１０に対する焦電素子３０の位置精度が向上する。
【００５２】
最後に、図１４（ｌ）に示すように、同時成形体１０が実装された金属ベース９４に、金属製のキャップ９５を溶接して、センサモジュールの完成となる。なお、金属製のキャップ９５には、赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が、同時成形体１０の焦電素子実装部と対向するように設けられている。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にあっては、焦電素子を実装するための焦電素子実装部が上面部に形成され、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部が正面部に形成された合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材がインサートされ、前記複数の金属部材は、正面側の一部が前記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、上面側の一部が前記焦電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、外部端子に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣのパッドに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立設された金属製ベース上に、前記合成樹脂成形体を起立させた形態で配置し、各外部端子を前記外部配線用の金属部材に接続した状態で、前記合成樹脂成形体の焦電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、実装構造及び製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１において、安定した電位に接続されている金属部材の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部又は焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状としたから、シールド効果により信号処理ＩＣの入出力間に寄生する容量を最小限に抑えることができ、感度の低下をもたらさず、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３に記載の発明にあっては、請求項１または２において、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの基準電圧端子に接続されると共に、背面側の一部が前記ＩＣ実装部の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたシールド用の金属部材を備えるので、ＩＣ実装部に実装される信号処理ＩＣを基準電圧でシールドできる。
請求項４に記載の発明にあっては、請求項３において、前記ＩＣ実装部は前記信号処理ＩＣを実装する凹部を備えており、この凹部の背後に前記シールド用の金属部材が埋め込まれているので、シールド用の金属部材に対する信号処理ＩＣの位置精度が高くなる。
請求項５に記載の発明にあっては、請求項４において、前記凹部の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材は、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部が前記焦電素子実装部の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされているので、焦電素子上の配線パターンをシールドできる。
【００５５】
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１〜５のいずれかにおいて、信号処理ＩＣの信号出力端子に接続される外部配線用の金属部材と焦電素子から信号処理ＩＣへの信号入力端子に接続される内部配線用の金属部材とは対角方向に配置されているので、信号処理ＩＣの信号入力端子と信号出力端子の容量結合を低減できる効果がある。
請求項７に記載の発明にあっては、請求項１〜６のいずれかにおいて、金属製ベースの外部端子と接続される外部配線用の金属部材は、合成樹脂成形体の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面に対して略垂直に起立し、前記金属部材の外部端子との接続部分が前記合成樹脂成形体から突出しているので、金属製ベースの外部端子との接続が容易となり、低コスト化、高信頼性化につながる。
請求項８に記載の発明にあっては、請求項３〜７のいずれかにおいて、金属製ベースのグランド端子と接続される外部配線用の金属部材はＩＣ実装部の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材は前記グランド端子に比べて焦電素子の動作電位に近い電位としたので、焦電素子の動作電位を広い範囲に引き廻すことなく、焦電素子からの漏れ電流を低減できる。
【００５６】
請求項９に記載の発明にあっては、請求項１〜８のいずれかにおいて、焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部に突出しているので、同時一体成形が容易となり、低コスト化につながる。
請求項１０に記載の発明にあっては、請求項９において、焦電素子は複数の受光部を備え、各受光部を焦電素子の両端の電極部に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部を内部配線用の金属部材と接続するときに表裏の配線パターンが接続されるので、実装構造及び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１１に記載の発明にあっては、請求項１〜１０のいずれかにおいて、合成樹脂成形体の正面部又は側面部に凹部を形成し、前記凹部の内部又は近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に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外付け電子部品の端子を接続したので、電子部品が合成樹脂成形体から突出することがなく、位置決めも容易となるので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００５７】
なお、合成樹脂成形体の上面部に、焦電素子の端部を支持する素子支持部を形成し、焦電素子を橋渡し実装するように構成すれば、焦電素子と合成樹脂成形体の熱的アイソレーションを十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。また、合成樹脂成形体の上面部に形成された素子支持部に、焦電素子の端部を支持する段差部を形成すれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図２】本発明の赤外線検出器の同時成形体と金属部材を示す透視斜視図である。
【図３】本発明の赤外線検出器の金属部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の赤外線検出器の同時成形体の正面図である。
【図５】図１２のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図６】図１２のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図７】本発明の赤外線検出器の焦電素子の配線パターンを示す平面図である。
【図８】本発明の赤外線検出器の概略回路図である。
【図９】本発明の赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図１０】本発明の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の赤外線検出器の同時成形体の他の例を示す斜視図である。
【図１６】従来の赤外線検出器の回路ブロック図である。
【図１７】従来の赤外線検出器の構造例を示す斜視図である。
【図１８】従来の焦電センサの内部構成を示す回路図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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】
１〜７ 金属部材
１０ 成形体
１１ 焦電素子実装部
１２ ＩＣ実装部
１３ 凹部
１４ 電子部品実装部
２０ 信号処理ＩＣ
３０ 焦電素子
９４ 金属製ベース
９５ 金属製キャップ
【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ための赤外線検出器に関するもので、特に製造コストを低減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】
【特許文献１】
特許第３２１１０７４号公報
【０００３】
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。上掲の特許文献１においては、赤外線検出器の従来例として次のような例が開示されている。
【０００４】
（従来例１）
従来の赤外線検出器の回路ブロック図を図１６に、またその構造例を図１７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８１により焦電センサ８２の受光部に集光し、この焦電センサ８２の出力をバンドパスアンプ部３３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８４において、前述のバンドパスアンプ部８３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８４から検知信号が出力されると、タイマー回路８５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８６がＯＮ状態を維持する構成となっている。
【０００５】
図１７に示した構造例においては、プリント基板８７上の外付け電子部品８８及び信号処理ＩＣ８９により、図１０におけるバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５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。
【０００６】
図１６に示した焦電センサ８２の内部回路図を図１８に示す。焦電センサ８２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８２では、通常このときに発生する電荷を、ＦＥＴ９１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。
【０００７】
図１９に、焦電センサ８２の構造を実装斜視図として示す。本例は、焦電素子３０上に２つの受光部３０ａ，３０ｂ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８２では、焦電素子３０はＦＥＴ９１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９２上に実装され、その際、焦電素子３０はチップの両端に形成された電極部を、プリント基板９２上に設けた支持台９３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９２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９２はＴＯ−５ベース９４に実装され、ＴＯ−５キャップ９５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９５には赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が設けられている。
【０００８】
ところで、図１８、図１９に示した焦電センサ８２は、ＣＡＮパッケージ内に内蔵されているものは焦電素子３０及びインピーダンス変換回路を構成するＦＥＴ９１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１６、図１７にあるようなバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５等を外付け回路として設ける必要がある。
【０００９】
（従来例２）
この点を改善するために、上掲の特許文献１では、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）上に実装することを提案している。部品実装前のＭＩＤ基板と外付け電子部品の外観図を図２０に、部品実装後のＭＩＤ基板の外観図を図２１に、このようなＭＩＤ基板を用いた赤外線検出器の構造を図２２に、キャップを封止して完成した状態を図２３に示す。図中、９７はＭＩＤ基板、９８は外付けチップ部品、９９は信号処理ＩＣチップ、９０は導電性接着剤、８０はボンディングワイヤである。
【００１０】
この赤外線検出器では、焦電素子３０はＭＩＤ基板９７の上部に実装され、その際、焦電素子３０は素子チップの両端に形成された電極部を、ＭＩＤ基板９７の上部に設けた支持部の上に橋渡し状に導電性接着剤９０等で接着され、ＭＩＤ基板９７に実装された回路と導通をはかった上で、ＭＩＤ基板９７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３０上に４つの受光部３０ａ〜３０ｄ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。
【００１１】
この赤外線検出器に用いる信号処理ＩＣ９９の概略の回路構成を図２４に示す。焦電素子３０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Ｑ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ＩＣ９９に内蔵することができないので、外付け電子部品９８としている。
【００１２】
このような構造の赤外線検出器では、焦電素子３０とインピーダンス変換回路のみならず、信号処理ＩＣ９９や外付け電子部品９８も金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵されているので、図１６〜図１９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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図１６〜図１９に示したような赤外線検出器（従来例１）では、焦電センサ８２以外にバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５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８３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。
また、図２０〜図２４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１６〜図１９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２０〜図２４に示した赤外線検出器に用いられているＭＩＤ基板９７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。
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４に示すように、焦電素子３０を実装するための焦電素子実装部１１が上面部に形成され、図５に示すように、信号処理ＩＣ２０を実装するためのＩＣ実装部１２が正面部に形成された合成樹脂成形体１０に、同時一体成形により複数の金属部材１〜７がインサートされ、前記複数の金属部材１〜７は、図２〜図４に示すように、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の入力端子パッド（ＳＩＮ，ＶＲ）に接続されると共に、上面側の一部が前記焦電素子実装部１１に露出して前記焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２と、図１４（ｊ）に示すように、外部端子５０，６０，７０に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０のパッド（ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳ）に接続される外部配線用の金属部材５，６，７を少なくとも含んで構成され、複数の外部端子５０，６０，７０を互いに絶縁された状態で立設された金属製ベース９４上に、前記合成樹脂成形体１０を起立させた形態で配置し、各外部端子５０，６０，７０を前記外部配線用の金属部材５，６，７に接続した状態で、図１４（ｌ）に示すように、前記合成樹脂成形体１０の焦電素子実装部１１と対向する赤外線入射窓（フィルタ９６）を有する金属製キャップ９５を、金属製ベース９４に接合したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、請求項１において、図２、図３に示すように、安定した電位（ＶＲ２，ＶＳＳ）に接続されている金属部材４，７の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部１２又は焦電素子実装部１１の周辺全体又は一部を覆うような形状としたことを特徴とする。
請求項３の発明によれば、請求項１または２において、図５に示すように、正面側の一部４１が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２に接続されると共に、背面側の一部４２が前記ＩＣ実装部１２の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部１２の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたシールド用の金属部材４を備えることを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項３において、前記ＩＣ実装部１２は前記信号処理ＩＣ２０を実装する凹部１３を備えており、この凹部１３の背後に前記シールド用の金属部材４が埋め込まれ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、前記凹部１３の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材４は、図６に示すように、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部４３が前記焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部１１の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、請求項１〜５のいずれかにおいて、図２に示すように、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴに接続される外部配線用の金属部材６と焦電素子３０から信号処理ＩＣ２０への信号入力端子ＳＩＮに接続される内部配線用の金属部材１とは合成樹脂成形体１０の対角方向に配置されていることを特徴とする。
請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれかにおいて、図１４（ｊ）に示すように、金属製ベース９４の外部端子５０，６０，７０と接続される外部配線用の金属部材５，６，７は、合成樹脂成形体１０の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面１２に対して略垂直に起立し、前記金属部材５，６，７の外部端子５０，６０，７０との接続部分が前記合成樹脂成形体１０から突出していることを特徴とする。
請求項８の発明によれば、請求項３〜７のいずれかにおいて、図３に示すように、金属製ベース９４のグランド端子と接続される外部配線用の金属部材７はＩＣ実装部１２の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材４は前記グランド端子に比べて焦電素子３０の動作電位に近い電位としたことを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明によれば、請求項１〜８のいずれかにおいて、図３に示すように、焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部１１に突出していることを特徴とする。
請求項１０の発明によれば、請求項９において、図７に示すように、焦電素子３０は複数の受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備え、各受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを焦電素子３０の両端の電極部３１，３２（および３３，３４）に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部３１，３２（および３３，３４）を内部配線用の金属部材１，２に接続することで表裏の配線パターンが接続されていることを特徴とする。
請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０のいずれかにおいて、図１、図４に示すように、合成樹脂成形体１０の正面部又は側面部に凹部１４を形成し、前記凹部１４の内部又は近接箇所に金属部材３，７が露出した箇所を設け、前記凹部１４に外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装した上で、前記金属部材３，７の露出部と前記外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）の端子を接続したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の赤外線検出器の好ましい実施の形態を、図１〜図１５に基づいて詳細に説明する。まず、従来のＭＩＤブロックに代わる同時成形体１０の詳細な構成を図１〜図６に示す。図１（ａ）は同時成形体１０の正面側（ＩＣ実装面）を前にした斜視図、図１（ｂ）は背面側を前にした斜視図である。図２は同時成形体１０の透視斜視図を示す。図１（ａ）では同時成形体１０の正面側を右上方から見ているのに対して、図２では同時成形体１０の正面側を左上方から見ている。図２に示すように、この同時成形体１０には７つの金属部材１〜７がインサート成形されている。図２において、薄い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の内部に埋め込まれた金属部材を意味しており、濃い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の外部に露出した金属部材を意味している。図２の金属部材１〜７のみを取り出して描くと、図３に示すようになる。これらの金属部材１〜７は後述のように１枚の金属平板８から切り出されたものである（図１１参照）から、互いに接近してはいるが、電気的には分離された７枚の金属片となっている。
【００１９】
図１、図２に示す同時成形体１０を真正面から見ると、図４に示すようになる。図１と図４において、灰色に塗り潰された箇所は配線用の金属部材１〜７が同時成形体１０の表面に露出している部分を示している。図４のＡ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線についての断面構造をそれぞれ図５と図６に示す。
【００２０】
図７は同時成形体１０の上面側に設けられた焦電素子実装部１１に橋渡し実装（図４の破線を参照）される焦電素子３０の配線パターンを一例として示しており、（ａ）は表側、（ｂ）は裏側である。図８は同時成形体１０の正面側に設けられたＩＣ実装部１２に実装される信号処理ＩＣ２０の概略的な回路構成を示す。この信号処理ＩＣ２０は、外部電源端子ＶＤＤ２、内部電源端子ＶＤＤ、グランド端子ＶＳＳ、基準電圧端子ＶＲおよびＶＲ２、信号入力端子ＳＩＮおよび信号出力端子ＯＵＴの各端子パッドを備えている。信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲの間には焦電素子３０が接続される。
【００２１】
信号処理ＩＣ２０の各端子パッドと金属部材１〜７の対応関係は図２に示す通りである。以下、各金属部材１〜７について説明する。
第１の金属部材１は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の一端側の電極３１，３３に接続される。第１の金属部材１の右下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号入力端子ＳＩＮのパッドに接続される。信号入力端子ＳＩＮは、焦電素子３０で生じた微小な電流信号を信号処理ＩＣ２０の電流電圧変換回路２１に入力する端子である。第１の金属部材１の左端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２２】
第２の金属部材２は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の他端側の電極３２，３４に接続される。第２の金属部材２の左下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲのパッドに接続される。基準電圧端子ＶＲは信号処理ＩＣ２０の内部で安定化された基準電圧が出力される端子である。第２の金属部材２の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２３】
第３の金属部材３は内部配線用の金属部材であり、その右端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左辺略中央付近の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の内部電源端子ＶＤＤのパッドに接続される。第３の金属部材３の左端の広幅部は、図２、図４に示すように、電子部品実装部１４の上部表面に露出し、外付けのチップコンデンサＣ１の一端に接続される。この広幅部の先端に形成されている細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２４】
第４の金属部材４はシールド用の金属部材であり、図３に示すように、基準電圧端子部４１と背面シールド部４２と上方シールド部４３を備えている。基準電圧端子部４１の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。第４の金属部材４における基準電圧端子部４１は、図４および図５に示されるように、ＩＣ実装部１２の右辺上方の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２のパッドに接続される。この基準電圧端子ＶＲ２の電位は、上述の基準電圧端子ＶＲの電位と実質的に同一であるが、シールド用の金属部材４が拾ったノイズが回路中の基準電圧ＶＲに影響しないように、別々のパッドから出力しているものである。図５の断面図から明らかなように、ＩＣ実装部１２の凹部１３に実装される信号処理ＩＣ２０の背面側に埋め込まれた背面シールド部４２は、第４の金属部材４をクランク状に曲げ加工することにより基準電圧端子部４１と一体となっている。また、この背面シールド部４２の上端を正面側に略Ｌ字型に折り曲げることにより、図６の断面図に示されるように、焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれた上方シールド部４３も基準電圧端子部４１と一体となっている。これにより、焦電素子３０の直下ならびに信号処理ＩＣ２０の背後は安定な基準電圧ＶＲ２の壁に覆われることになる。
【００２５】
第５の金属部材５は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の外部電源端子ＶＤＤ２のパッドに接続される。第５の金属部材５の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部５１が形成されており、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子５０に接続される。
【００２６】
第６の金属部材６は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴのパッドに接続される。第６の金属部材６の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部６１が形成されており、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子６０に接続される。
【００２７】
第７の金属部材７は内部配線と外部配線ならびにシールド用の金属部材であり、図３に示すように、外部接続端子部７１と下方シールド部７２と側方シールド部７３を備えている。この第７の金属部材７は、図２、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の下方及び側方を広く覆うように構成されており、外部接続端子部７１がグランド電位に接続されることで、外部からの電気的ノイズから、信号処理ＩＣ２０をシールドする構造となっている。また、電子部品実装部１４の下部表面に露出した左端の広幅部にチップコンデンサＣ１の他端が接続されることで、内部配線用の金属部材としても使用されている。さらに、ＩＣ実装部１２の下辺中央付近に露出した部分が信号処理ＩＣ２０のグランド端子ＶＳＳのパッドに接続されることで、外部配線用の金属部材としても使用されている。第７の金属部材７の外部接続端子部７１は、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子７０と一体化された台座部分（金属製ベース９４）に接続される。下方シールド部７２は、図６に示すように、ＩＣ実装部１２の下方をシールドするように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されている。側方シールド部７３はＩＣ実装部１２の右側方を覆うように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されていると共に、信号出力端子となる第６の金属部材６を覆うような形状とすることで、信号出力が上方に廻り込むことを防止している。
【００２８】
本実施の形態では、シールド用の金属部材として、第４の金属部材４により上半分を基準電圧端子ＶＲ２の電位（基準電位）によりシールドし、第７の金属部材７により下半分をグランド端子ＶＳＳの電位（グランド電位）によりシールドしている。仮に、基準電位の第４の金属部材４を省略して、グランド電位の第７の金属部材７だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、焦電素子３０からグランド電位へのｆＡオーダーの漏れ電流が生じることになる。すなわち、焦電素子３０の電極に接続される信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲは、直流的にはグランド電位に対して約１Ｖ程度の電位差があり、焦電素子３０の直下にグランド電位が存在すると、直流的な漏れ電流が生じてしまう。本実施の形態で用いる信号処理ＩＣ２０はｆＡオーダーの漏れ電流でも動作に影響があるので、漏れ電流は少ない方が良い。そこで、焦電素子３０の直下には、基準電圧端子ＶＲと実質的に同一電位の基準電圧端子ＶＲ２に接続された第４の金属部材４の上方シールド部４３を配置している。
【００２９】
一方、基準電位の第４の金属部材４だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、信号処理ＩＣ２０から取り出した基準電位を広い範囲に引き廻すことになるので、好ましくない。以上のような理由から、本実施の形態では、シールド用の金属部材を上下に２分割して、焦電素子３０に近い方を信号処理ＩＣ２０の基準電位に接続し、焦電素子３０から遠い方をグランド電位に接続するようにしている。
【００３０】
また、発明者らは、図８に示した回路において、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが容量結合することにより、センサモジュールの感度が低下することを、回路シミュレーション及び実験により明らかにした。したがって、図２に示すように、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６を、距離的・電気的に分断する必要がある。このような考えに基づき、距離的には、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されるように構成し、電気的には基準電位によるシールド専用の金属部材４に曲げ加工を施すことにより、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込み形成し、これにより信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴを可能な限り電気的に分断するような構造としている。
【００３１】
ここで、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込むことで、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的に分断される理由を説明する。図２を見ただけでは、信号入力端子ＳＩＮの電位は信号出力端子ＯＵＴの電位から最も遠くに存在しているように見えるが、信号入力端子ＳＩＮに接続される焦電素子３０の表面では図７（ａ）に示すように第１の電極３１から受光部３０ｂ，３０ｃに配線パターンが形成されており、また、焦電素子３０の裏面では図７（ｂ）に示すように第３の電極３３から受光部３０ａ，３０ｄに配線パターンが形成されており、第１の電極３１と第３の電極３３が金属部材１と接続されることで、表裏の配線パターンが接続されることになっている。したがって、図２において、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されて距離的に離れていても、電気的には金属部材１の電位は焦電素子３０の配線パターン上で引き廻されているので、上方シールド部４３により焦電素子３０の配線パターンと信号出力端子ＯＵＴの電位とをシールドする必要があり、これにより、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的にも分断されて、容量結合が起きないようにしている。
【００３２】
なお、このような問題が起きることは、従来のＭＩＤブロックを用いた赤外線検出器では知られていなかった。その理由としては、図２１（ｂ）に示すような裏面側の配線パターンが実質的にシールド機能を果たしていたからであると考えられる。したがって、前述の容量結合を回避するために、第１の金属部材１と第６の金属部材を対角に配置することや、第４の金属部材４の上方シールド部４３を用いて焦電素子３０の配線パターンをシールドすることは、本発明に固有の課題を実験ならびに回路シミュレーションにより発見したことに基づいてなされたものである。
【００３３】
ところで、図１〜図６に示した同時成形体１０の構造において、従来のＭＩＤブロックと同数の外付け部品が必要な場合には、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。このような観点から、図８に示す信号処理ＩＣ２０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２４の従来の回路構成に比べると、外付けの電子部品はチップコンデンサＣ１が１個となっている。図８に示す信号処理ＩＣ２０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１０の上面に焦電素子３０を配置し、同時成形体１０の正面に信号処理ＩＣ２０を配置し、同時成形体１０の側面に外付けのチップコンデンサＣ１を配置した、簡略な実装構造が可能となる。
【００３４】
図８の信号処理ＩＣ２０は、焦電素子３０を接続された信号入力端子ＳＩＮに接続された電流電圧変換回路２１と、その出力を増幅する電圧増幅回路２２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２３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及びその比較結果により信号出力端子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２４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２５と、各回路に安定した動作電源を供給するための電源回路２６とから構成されている。外部電源端子ＶＤＤ２と内部電源端子ＶＤＤの間には、信号処理ＩＣ２０の内部で抵抗が構成されており、外付け部品として、チップコンデンサＣ１をＶＤＤ−ＶＳＳ間に挿入することにより、ローパスフィルタを構成し、外部電源端子ＶＤＤ２に生じる高周波ノイズを除去して、信号処理ＩＣ２０の内部回路に高周波ノイズが侵入するのを防止する働きをするものである。このコンデンサＣ１は電源電圧が十分に安定している場合には省略することも可能である。また、バンドパスフィルタ回路２３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２４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と比べると、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】
なお、ここでは出力回路２４からの出力端子ＯＵＴはＯＮ／ＯＦＦ信号（ディジタル信号）を出力するものとしたが、出力回路２４のウィンドコンパレータの手前からアナログ信号を取り出すようにしても良い。その場合には、信号出力端子ＯＵＴのワイヤリング時に、信号処理ＩＣ２０のアナログ信号出力用のパッドを選択して接続すれば良い。
【００３６】
図９は本実施の形態に係る赤外線検出器の外観図である。また、図１０は図９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、上述の同時成形体１０に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）、焦電素子３０、信号処理ＩＣ２０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ベース９４上に実装して、金属製キャップ９５を接合するといった構造になっている。
【００３７】
以下、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１１〜図１４に示し説明する。まず、配線用の金属部材１〜７のもととなる金属製の平板８（図１１（ａ））が用意される。なお、図１１〜図１３においては個片の状態を示しているが、生産の規模に応じて、フープ状に巻かれた金属平板８に、連続的に各個片が形成されていてもよい。金属平板８の厚さは例えば０．１５ｍｍ程度で、材料は例えば銅などである。
【００３８】
次に前述の金属平板８が、抜き型、又はエッチングにより所定の形状に抜き加工される（図１１（ｂ））。図１１には省略したが、この状態で金属平板８の表面に、銀などのメッキ処理がなされる。メッキ処理は金属平板８の全体に施す場合や、又は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３０や電子部品（チップコンデンサＣ１）との接続部などである。
【００３９】
次に抜き加工を施された金属平板８が、曲げ型により曲げ加工される（図１１（ｃ））。本実施の形態においては、１つにつき５箇所の曲げ加工を施している。
【００４０】
そして、所定の形状となった金属平板８が、金型において合成樹脂と同時一体成形される（図１２（ｄ））。図４に個片化された同時成形体１０の正面図を示したが、この図に示されるように、正面側のＩＣ実装部１２にはワイヤボンディングパッド部となる金属部材１〜７の一部がそれぞれ露出し、側面側の電子部品実装部１４には電子部品接続端子部となる金属部材３，７の一部が露出し、上面側の焦電素子実装部１１には焦電素子接続端子部となる金属部材１，２の一部が露出し、底面側には外部端子接続部となる金属部材５，６，７の一部が露出している。
【００４１】
次に、信号処理ＩＣ２０が同時成形体１０に実装される（図１２（ｅ））。図５に示すように同時成形体１０の正面のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３に信号処理ＩＣ２０を実装するような構造となっており、ＩＣ実装部１２の内壁面は図５、図６の矢印で示すように傾斜（テーパー）を有している。信号処理ＩＣ２０は、前述のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３にダイボンディングされ、固定される。その上で、信号処理ＩＣ２０上に設けられた端子パッドＳＩＮ，ＶＲ，ＶＤＤ，ＶＲ２，ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳと、同時成形体１０の表面に露出した金属部材１，２，３，４，５，６，７とを、それぞれ金属ワイヤ（金線、アルミニウム線など）により導通させる（ワイヤボンディング）。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ＩＣ実装部１２の内壁面には、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。
【００４２】
次に、信号処理ＩＣ２０を実装したＩＣ実装部１２に樹脂を注入、硬化して封止を行う（図１２（ｆ））。図中、黒く塗り潰した部分は樹脂で封止された箇所を示している。この樹脂封止は、信号処理ＩＣ２０を周囲環境（温度、湿度など）から保護する目的がある。後述するが、本実施の形態に係る赤外線検出器は、この合成樹脂成形体１０を金属製パッケージ９４，９５内に収納する構成であるので、樹脂封止については省略することも可能である。しかしながら、製造時の取り扱い性の向上のためにも、樹脂封止を施すことが一般的である。
【００４３】
次に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）が同時成形体１０に実装される（図１３（ｇ））。図１、図２、図４に示すように同時成形体１０の側面の凹部１４に電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装するような構造となっており、この近傍に露出した金属部材３，７と、導電性接着剤などにより接続、硬化する。
【００４４】
次に、金属平板８から同時成形体１０が切断される（図１３（ｈ））。金属平板８より切断された同時成形体１０は、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施され（図１３（ｉ））、図１４に示すように、金属製ベース９４上に起立するように実装され、その後に焦電素子３０が実装される。
【００４５】
この工程をより詳細に説明すると、まず第一に金属平板８より切断され、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施された同時成形体１０が、ＴＯ−５の金属製ベース９４上に起立するように実装される（図１４（ｊ））。この金属製ベース９４には、内部側に２本、外部側に３本の外部端子が立設されており、内部側に突出しない外部側の１本の端子７０は、台座部分（金属製ベース９４）と電気的に接合されている。外部側の残りの２本の端子５０，６０（内部側に突出する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。
【００４６】
内部側の２本の端子５０，６０は、図１４（ｊ）に示すように、曲げ加工が施された同時成形体１０の左右の金属部材５，６に、それぞれ導電性接着剤などにより接合されて、外部電源端子ＶＤＤ２及び信号出力端子ＯＵＴとなる。また、曲げ加工が施された同時成形体１０の中央の金属部材７は、内部側の台座部分に導電性接着剤などにより接合されて、グランド端子ＶＳＳとなる。なお、一般的には導電性接着剤の接着強度は比較的弱いので、前述の導電性接着剤の塗布前に、エポキシ系などの絶縁性の接着剤などにより、同時成形体１０を金属製ベース９４上に固着してから、導電性接着剤などの塗布を行ってもよい。
【００４７】
次に、焦電素子３０のチップを実装する（図１４（ｋ））。焦電素子３０のチップは、同時成形体１０の上部に実装される。より具体的に説明すると、図１、図４に示すように、同時成形体１０の上部の焦電素子実装部１１の両端には、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端を含む形で、素子支持部１５，１６が形成されている。素子接続端子部となる金属部材１，２の上端は、金属板に曲げのない状態で焦電素子実装部１１の両側に突出している。導電性接着剤などにより焦電素子３０の一端の表裏の電極３１，３３（図７参照）と、第１の素子接続端子部を構成する金属部材１の上端とが接続される。また、焦電素子３０の他端の表裏の電極３２，３４（図７参照）と、第２の素子接続端子部を構成する金属部材２の上端とが同じく導電性接着剤などにより接続される。
【００４８】
この際、図４に示すように、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端の間隔をｘ１、焦電素子３０の幅をｘ２、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６の幅をｘ３とすると、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３という関係になっている。従って、焦電素子３０の電極３１，３３と金属部材１の上端とは直接接触せず、また、焦電素子３０の電極３２，３４と金属部材２の上端とは直接接触せず、それぞれ導電性接着剤などにより形成される経路を介して接続されることとなる。
【００４９】
より具体的に説明すると、素子支持部１５，１６にはそれぞれ金属部材１，２の上端にかかるように導電性接着剤が塗布されて、図４の破線で示すように、焦電素子３０が橋渡し実装されることで、焦電素子３０の裏面側の電極３３，３４が金属部材１，２にそれぞれ接続される。さらに焦電素子３０の表面側の電極３１，３２が導電性接着剤により金属部材１，２の上端にそれぞれ接続されることで、図７（ａ）に示す表側の電極３１，３２と、図７（ｂ）に示す裏側の電極３３，３４とが電気的に接続されるようになっている。
【００５０】
また、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６により焦電素子３０が橋渡し実装されることにより、焦電素子３０と同時成形体１０との間の熱的アイソレーションが確保され、良好な感度を得ることができる。更に、図１４（ｋ）に示すように、焦電素子３０の各受光部を形成する略コの字型のスリットを、同時成形体１０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り、同時成形体１０と各受光部との間の熱的アイソレーションが、更に良好となる。
【００５１】
図１５に別の焦電素子実装部１１の形態を示す。この例では、焦電素子実装部１１に、焦電素子３０の幅ｘ２よりやや大きい凹段部１５’，１６’が形成されているので、この凹段部１５’，１６’に焦電素子３０を落とし込み実装することにより、同時成形体１０に対する焦電素子３０の位置精度が向上する。
【００５２】
最後に、図１４（ｌ）に示すように、同時成形体１０が実装された金属ベース９４に、金属製のキャップ９５を溶接して、センサモジュールの完成となる。なお、金属製のキャップ９５には、赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が、同時成形体１０の焦電素子実装部と対向するように設けられている。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にあっては、焦電素子を実装するための焦電素子実装部が上面部に形成され、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部が正面部に形成された合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材がインサートされ、前記複数の金属部材は、正面側の一部が前記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、上面側の一部が前記焦電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、外部端子に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣのパッドに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立設された金属製ベース上に、前記合成樹脂成形体を起立させた形態で配置し、各外部端子を前記外部配線用の金属部材に接続した状態で、前記合成樹脂成形体の焦電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、実装構造及び製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１において、安定した電位に接続されている金属部材の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部又は焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状としたから、シールド効果により信号処理ＩＣの入出力間に寄生する容量を最小限に抑えることができ、感度の低下をもたらさず、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３に記載の発明にあっては、請求項１または２において、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの基準電圧端子に接続されると共に、背面側の一部が前記ＩＣ実装部の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたシールド用の金属部材を備えるので、ＩＣ実装部に実装される信号処理ＩＣを基準電圧でシールドできる。
請求項４に記載の発明にあっては、請求項３において、前記ＩＣ実装部は前記信号処理ＩＣを実装する凹部を備えており、この凹部の背後に前記シールド用の金属部材が埋め込まれているので、シールド用の金属部材に対する信号処理ＩＣの位置精度が高くなる。
請求項５に記載の発明にあっては、請求項４において、前記凹部の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材は、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部が前記焦電素子実装部の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされているので、焦電素子上の配線パターンをシールドできる。
【００５５】
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１〜５のいずれかにおいて、信号処理ＩＣの信号出力端子に接続される外部配線用の金属部材と焦電素子から信号処理ＩＣへの信号入力端子に接続される内部配線用の金属部材とは対角方向に配置されているので、信号処理ＩＣの信号入力端子と信号出力端子の容量結合を低減できる効果がある。
請求項７に記載の発明にあっては、請求項１〜６のいずれかにおいて、金属製ベースの外部端子と接続される外部配線用の金属部材は、合成樹脂成形体の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面に対して略垂直に起立し、前記金属部材の外部端子との接続部分が前記合成樹脂成形体から突出しているので、金属製ベースの外部端子との接続が容易となり、低コスト化、高信頼性化につながる。
請求項８に記載の発明にあっては、請求項３〜７のいずれかにおいて、金属製ベースのグランド端子と接続される外部配線用の金属部材はＩＣ実装部の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材は前記グランド端子に比べて焦電素子の動作電位に近い電位としたので、焦電素子の動作電位を広い範囲に引き廻すことなく、焦電素子からの漏れ電流を低減できる。
【００５６】
請求項９に記載の発明にあっては、請求項１〜８のいずれかにおいて、焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部に突出しているので、同時一体成形が容易となり、低コスト化につながる。
請求項１０に記載の発明にあっては、請求項９において、焦電素子は複数の受光部を備え、各受光部を焦電素子の両端の電極部に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部を内部配線用の金属部材と接続するときに表裏の配線パターンが接続されるので、実装構造及び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１１に記載の発明にあっては、請求項１〜１０のいずれかにおいて、合成樹脂成形体の正面部又は側面部に凹部を形成し、前記凹部の内部又は近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に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外付け電子部品の端子を接続したので、電子部品が合成樹脂成形体から突出することがなく、位置決めも容易となるので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００５７】
なお、合成樹脂成形体の上面部に、焦電素子の端部を支持する素子支持部を形成し、焦電素子を橋渡し実装するように構成すれば、焦電素子と合成樹脂成形体の熱的アイソレーションを十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。また、合成樹脂成形体の上面部に形成された素子支持部に、焦電素子の端部を支持する段差部を形成すれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図２】本発明の赤外線検出器の同時成形体と金属部材を示す透視斜視図である。
【図３】本発明の赤外線検出器の金属部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の赤外線検出器の同時成形体の正面図である。
【図５】図１２のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図６】図１２のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図７】本発明の赤外線検出器の焦電素子の配線パターンを示す平面図である。
【図８】本発明の赤外線検出器の概略回路図である。
【図９】本発明の赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図１０】本発明の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の赤外線検出器の同時成形体の他の例を示す斜視図である。
【図１６】従来の赤外線検出器の回路ブロック図である。
【図１７】従来の赤外線検出器の構造例を示す斜視図である。
【図１８】従来の焦電センサの内部構成を示す回路図である。
【図１９】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２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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】
１〜７ 金属部材
１０ 成形体
１１ 焦電素子実装部
１２ ＩＣ実装部
１３ 凹部
１４ 電子部品実装部
２０ 信号処理ＩＣ
３０ 焦電素子
９４ 金属製ベース
９５ 金属製キャップ
Claims (11)
- 焦電素子を実装するための焦電素子実装部が上面部に形成され、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部が正面部に形成された合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材がインサートされ、
前記複数の金属部材は、
正面側の一部が前記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、上面側の一部が前記焦電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、
外部端子に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣのパッドに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立設された金属製ベース上に、前記合成樹脂成形体を起立させた形態で配置し、各外部端子を前記外部配線用の金属部材に接続した状態で、前記合成樹脂成形体の焦電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ことを特徴とする赤外線検出器。 - 請求項１において、安定した電位に接続されている金属部材の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部又は焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状としたことを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１または２において、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの基準電圧端子に接続されると共に、背面側の一部が前記ＩＣ実装部の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたシールド用の金属部材を備えることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項３において、前記ＩＣ実装部は前記信号処理ＩＣを実装する凹部を備えており、この凹部の背後に前記シールド用の金属部材が埋め込まれ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、前記凹部の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材は、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部が前記焦電素子実装部の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされたことを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１〜５のいずれかにおいて、信号処理ＩＣの信号出力端子に接続される外部配線用の金属部材と焦電素子から信号処理ＩＣへの信号入力端子に接続される内部配線用の金属部材とは合成樹脂成形体の対角方向に配置されていることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１〜６のいずれかにおいて、金属製ベースの外部端子と接続される外部配線用の金属部材は、合成樹脂成形体の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面に対して略垂直に起立し、前記金属部材の外部端子との接続部分が前記合成樹脂成形体から突出していることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項３〜７のいずれかにおいて、金属製ベースのグランド端子と接続される外部配線用の金属部材はＩＣ実装部の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材は前記グランド端子に比べて焦電素子の動作電位に近い電位としたことを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１〜８のいずれかにおいて、焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部に突出していることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項９において、焦電素子は複数の受光部を備え、各受光部を焦電素子の両端の電極部に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部を内部配線用の金属部材に接続することで表裏の配線パターンが接続されていることを特徴とする赤外線検出器。
- 請求項１〜１０のいずれかにおいて、合成樹脂成形体の正面部又は側面部に凹部を形成し、前記凹部の内部又は近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に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外付け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。
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