JP2012122908A - Pyroelectric infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦電型赤外線検出器の構造に関し、経済性に優れた表面実装可能なパッケージである。パッケージのシールド性を向上させた焦電型赤外線検出器、及び、素子収納部サイズが4.7×4.7×2.2mmt未満に納める事が可能であり、且つ、二次実装時に実装基板底面から焦電型赤外線検出器高さを含む総高さを低くする事を目的とした実装方法への対応が可能とするための図7のフランジ構造を有することにより、実装性、経済性に優れた表面実装型の焦電型赤外線検出器に関する。 The present invention relates to a structure of a pyroelectric infrared detector, and is a surface-mountable package excellent in economic efficiency. Pyroelectric infrared detector with improved package shielding performance, and element storage unit size that can be accommodated in less than 4.7 x 4.7 x 2.2 mmt, and mounting substrate during secondary mounting By having the flange structure of FIG. 7 for enabling the mounting method aiming at reducing the total height including the height of the pyroelectric infrared detector from the bottom surface, mounting efficiency and economic efficiency are improved. The present invention relates to an excellent surface mount pyroelectric infrared detector.
従来の表面実装型焦電型赤外線検出器は、特許文献1で提案されている二次実装時実装基板底面から焦電型赤外線検出器高さを含む総高さを低くする事を目的とした表面実装可能な焦電型赤外線検出器がある。
The conventional surface mount pyroelectric infrared detector is intended to reduce the total height including the pyroelectric infrared detector height from the bottom surface of the mounting substrate proposed in
特許文献1の表面実装型焦電型赤外線検出器は図1、図2、図3に示す様に、光学フィルター2を具備した金属缶1とセラミック基板3からなる表面実装型焦電型赤外線検出器のセラミック基板最下層に設けられた表面実装可能な出力取り出し用パターンへ、半田付け可能なメッキ処理されたコバール等のストレート型金属リード5あるいは図5のフォーミング式の金属リード9が図4の様にロウ付け等で取り付けられている。
The surface mount pyroelectric infrared detector disclosed in
上記、ストレート型金属リード5あるいは、フォーミング式金属リード9はリードフレーム状態でセラミック基板と銀ロウなどの高融点のロウ材にて図5の様にロウ付けされ、ロウ付け後リードフレームをカットされる事により、形成されている。
The
しかしながら、リードフレームを具備する構造の場合、金属リードをセラミック基板作製後、別工程でロウ付けする必要があり、コストが高いといった問題がある。また、焦電型赤外線検出器組み立て時、リードカット、リード矯正といった工程が必要となり、工数が掛かるといった問題がある。 However, in the case of a structure including a lead frame, it is necessary to braze the metal lead in a separate process after the ceramic substrate is manufactured, and there is a problem that the cost is high. In addition, when assembling the pyroelectric infrared detector, processes such as lead cutting and lead correction are required, which increases the number of steps.
本発明は、この課題を解決するものであり、表面実装可能な簡素化された構造を有し、シールド性に優れ、素子収納部のパッケージサイズが4.7×4.7×2.2mmt未満に納める事が可能であり、且つ、製造工程を簡素化することによって、経済性に優れた焦電型赤外線検出器を提供する事を目的とする。 The present invention solves this problem, has a simplified structure that can be mounted on the surface, has excellent shielding properties, and the package size of the element storage portion is less than 4.7 × 4.7 × 2.2 mmt. It is an object of the present invention to provide a pyroelectric infrared detector excellent in economic efficiency by simplifying the manufacturing process.
これらの課題を解決する為に、ベース部の最下部は、二次実装時、実装基板底面から焦電型赤外線検出器高さを含む総高さを低くする事を可能とするためのフランジ構造を有し、図7の通りフランジ部上面へ二次実装可能な出力取り出し用端子6を有することを特徴とする。
In order to solve these problems, the bottom part of the base part is a flange structure that enables the total height including the pyroelectric infrared detector height to be lowered from the bottom surface of the mounting board during secondary mounting. And has an
また、前記ベース部は、最上面に素子と信号処理用回路部品を搭載するメタルパターン、光学フィルターを具備した金属缶と接合する為のメタルパターンを有し、ベース最上面には、焦電素子の出力を効率よく得る為に必要な、素子−ベース間の空間を設ける事が可能なキャビティー、あるいは素子の両端を支える支持台構造を有する。 The base portion has a metal pattern for mounting an element and a signal processing circuit component on the uppermost surface, and a metal pattern for joining to a metal can equipped with an optical filter. In order to efficiently obtain the output, a cavity capable of providing a space between the element and the base, or a support structure for supporting both ends of the element is provided.
また、いずれかの層に光学フィルターを具備した金属缶と接合する為のメタルパターンとスルーホール、及び、側面メタライズで接続された全面グラウンド層を有する。 Moreover, it has the metal pattern and through hole for joining with the metal can which comprised the optical filter in any layer, and the whole surface ground layer connected by the side metallization.
更に、ベース部最下層の少なくとも1辺にフランジ構造を有し、そのフランジ構造上面に、出力取り出し用端子を形成し、二次実装基板とはんだ等により電気的接続、機械的固定が可能となる構造を有する。 Furthermore, it has a flange structure on at least one side of the bottom layer of the base part, and an output lead-out terminal is formed on the upper surface of the flange structure so that it can be electrically connected and mechanically fixed to the secondary mounting board by soldering or the like. It has a structure.
赤外線を受光し赤外線入射量の変化により電荷を生じる焦電素子、及び焦電素子により生じた電荷を電圧に変換するFET、抵抗、及びコンデンサが、前記ベース部へのパターン配線により電気的接続された構造体において、前記ベース部は、高さ0.8mm未満の構造体とし、光学フィルターを具備した金属缶の高さを1.7mm未満の形状体として、前記ベース部と前記光学フィルターを具備した金属缶を組み合わせたトータル高さ寸法を2.2mm未満へ格納した構造体とする。 A pyroelectric element that receives infrared rays and generates charges due to changes in the amount of incident infrared rays, and FETs, resistors, and capacitors that convert the charges generated by the pyroelectric elements into voltages are electrically connected by pattern wiring to the base portion. In the structure, the base part has a structure with a height of less than 0.8 mm, and the metal can with the optical filter has a height of less than 1.7 mm, and the base part has the base part and the optical filter. The total height of the combined metal cans is stored to less than 2.2 mm.
前記焦電型赤外線センサ素子は、強誘電体の表面に、電極を設けたものを使用する。但し、本発明の焦電型赤外線検出器は、約260℃のリフロー処理に耐え得る高いキュリー温度を備えた焦電特性素子を使用する。 The pyroelectric infrared sensor element uses a ferroelectric surface provided with electrodes. However, the pyroelectric infrared detector of the present invention uses a pyroelectric characteristic element having a high Curie temperature that can withstand a reflow process of about 260 ° C.
また、前記金属缶の赤外線受光窓部へ赤外線を透過させる光学フィルターを接着した構造体とする。 Moreover, it is set as the structure which adhere | attached the optical filter which permeate | transmits infrared rays to the infrared rays light-receiving window part of the said metal can.
前記ベース、光学フィルターを具備した金属缶は、溶接あるいはロウ付けによって接合し、気密封止される。この様に気密封止されることによって、前記ベース、光学フィルターを具備した金属缶の電気的接合がなされた焦電型赤外線検出器のパッケージとなる。 The metal can including the base and the optical filter is joined by welding or brazing and hermetically sealed. By hermetically sealing in this way, a pyroelectric infrared detector package is obtained in which the metal can including the base and the optical filter is electrically joined.
前記ベースがセラミックのみで構成されるため、金属リードをセラミック基板作製後別工程でロウ付けする必要がなくなり、また、焦電型赤外線検出器の実装工程に於いても、リードカット工程、リード矯正といった工程が不要となり、工数が削減できる。 Since the base is composed only of ceramic, it is not necessary to braze the metal leads in a separate process after the ceramic substrate is manufactured, and the lead cutting process and lead correction are also performed in the pyroelectric infrared detector mounting process. This eliminates the need for such a process and reduces man-hours.
本発明の焦電型赤外線検出器は、上記のような構成となることにより、実装基板と焦電型赤外線検出器のトータル高さを低くする事を目的とした二次実装用フランジ構造を有し、シールド性に優れ、小型パッケージとすることで、経済性に優れた焦電型赤外線検出器を提供する事が可能である。 The pyroelectric infrared detector of the present invention has a secondary mounting flange structure for the purpose of reducing the total height of the mounting substrate and the pyroelectric infrared detector by being configured as described above. However, it is possible to provide a pyroelectric infrared detector with excellent shielding properties and a small package, which is excellent in economic efficiency.
また、本焦電型赤外線検出器は、前記金属缶と光学フィルターにて接着された構造を有している為、金属缶の高さ、及び赤外線受光窓となる金属缶の開口部サイズは、ベース部のパッケージサイズに依存される事無く任意のサイズへの変更が可能な事から、容易に所望の視野を得る事が出来る。 In addition, since the pyroelectric infrared detector has a structure bonded to the metal can with an optical filter, the height of the metal can and the size of the opening of the metal can serving as the infrared light receiving window are: Since it can be changed to any size without depending on the package size of the base portion, a desired field of view can be easily obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
実施例1に係る焦電型赤外線検出器について、図6、図7、図8を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The pyroelectric infrared detector according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6, 7, and 8. FIG.
本焦電型赤外線検出器のベース部は、上層基板、中層基板、下層基板の3層からなり、上層基板、中層基板は、素子収納部ベース部分となり、下層基板は、二次実装可能なフランジ構造部となっている。 The base part of this pyroelectric infrared detector consists of three layers: an upper layer substrate, an intermediate layer substrate, and a lower layer substrate. The upper layer substrate and the intermediate layer substrate serve as an element housing portion base portion, and the lower layer substrate is a flange that can be secondary mounted. It is a structural part.
上層基板3は、1層以上の層からなるセラミック基板で、焦電型赤外線センサ素子14の出力を効率よく得る為に必要な素子−上層基板間の空間を設ける事が可能なキャビティー15を備える構造で、上層基板3最上面に金属膜により形成された配線上に焦電型赤外線センサ素子14により生じた電荷を電圧に変換するFET11、抵抗器12、外来ノイズ除去用の抵抗器10及びコンデンサ13が、はんだ等により部品実装され、電気的接続されている。
The
また、前記上層基板3上の金属膜配線の上には内部搭載電子部品実装時の電気的なパターンショート防止の為、絶縁保護膜を設けても良い。
Further, an insulating protective film may be provided on the metal film wiring on the
焦電型赤外線センサ素子14は、上層基板3のキャビティー16に橋をかける様に設置し、導電性接着剤等により電気的に接続、機械的に固定されている。
The pyroelectric
中層基板7は、1層以上の層からなるセラミック基板で、シールド性を得るため、スルーホール及び、配線を除く全面に、金属膜により形成されたシールドパターンを施している。
The
下層基板8は、1層以上の層からなるセラミック基板で、図7の様に上層基板、中層基板の向かい合う2辺に飛び出した構造(以下、フランジ構造と記す)を有する。
The
前記フランジ構造の上面には、スルーホール等配線パターンにより、上層基板の配線と電気的に接続された出力取り出し様のパターン6が形成されている。
On the upper surface of the flange structure, an output extraction-
ここでは、フランジ構造は、向かい合う2辺方向に飛び出すこととしているが、少なくとも1辺以上のフランジ構造を有する事で、実装基板底面から焦電型赤外線検出器高さを含む総高さを低くする事を可能とする構造となる。 Here, the flange structure protrudes in the direction of two opposite sides, but by having at least one side flange structure, the total height including the pyroelectric infrared detector height is lowered from the bottom surface of the mounting board. It becomes a structure that makes things possible.
前述のようなフランジ構造を有する事で、図8に示すような、二次実装時実装基板底面から焦電型赤外線検出器高さを含む総高さを低くする事を目的とした実装方法が可能となる。 By having the flange structure as described above, there is a mounting method aimed at reducing the total height including the pyroelectric infrared detector height from the bottom surface of the mounting board at the time of secondary mounting as shown in FIG. It becomes possible.
この様にフランジ構造を有する事で、二次実装時、半田による電気的接続、機械的固定を行う。図9に示す通り、下層基板8の側面に半田によるフィレットが形成され、機械的強度が増す構造としている。
By having a flange structure in this way, electrical connection and mechanical fixing are performed by solder during secondary mounting. As shown in FIG. 9, a fillet made of solder is formed on the side surface of the
また、下層基板8の下面17には、シールド性を得るために、金属膜により形成されたシールドパターンを設けており、このシールドパターンは、設置可能なエリア全面に設けている。
In addition, a shield pattern formed of a metal film is provided on the
また、実施例1の別の形態として、図10に示す通り、基板上に焦電型赤外線センサを実装する事も可能である。この場合、図11に示す通り、フランジ構造と同様、下層基板8の側面に半田によるフィレットが形成され、機械的強度が増す構造としている。
Moreover, as another form of Example 1, as shown in FIG. 10, it is also possible to mount a pyroelectric infrared sensor on a substrate. In this case, as shown in FIG. 11, as with the flange structure, a fillet made of solder is formed on the side surface of the
赤外線受光面(上面)に開口部を有したハット型のニッケル、金等によりメッキ仕上げされた金属缶1と、所望の赤外線を透過する光学フィルター2は、耐熱性接着剤を用いて、加圧状態によって電気的に接続され、機械的に固定を行う。
A metal can 1 plated with a hat-shaped nickel, gold or the like having an opening on the infrared light receiving surface (upper surface) and an
また、前記上層基板3は、最上面に所望の赤外線を透過する光学フィルター2を赤外線受光面(上面)の開口部へ具備したハット型の金属缶1と電気的に接続され、機械的に接続する為の金属膜配線を有し、中層基板に形成された全面グランド層とスルーホール及び、側面のメタライズにより接続されている。
The
上層基板3と所望の赤外線を透過する光学フィルター2を赤外線受光面(上面)の開口部へ具備したハット型の金属缶1のフランジ4との間にロウ材を挟み込み、加圧しながら還元雰囲気下にてリフローし、ロウ材を溶融する事により電気的に接続させ、機械的に固定を行う。
A brazing material is sandwiched between the
前記ロウ材は、前記上層基板3上の金属膜により形成された配線、及び金属缶1のフランジ4への良好な濡れ性を示し、二次実装でのリフロー時に溶融しない融点を持つロウ材を使用する。
The brazing material is a brazing material that exhibits good wettability to the wiring formed by the metal film on the
また、前記ロウ材の形状としては、シート状のプリフォームロウ材、あるいはペースト状のロウ材を使用する。 As the shape of the brazing material, a sheet-like preform brazing material or a paste-like brazing material is used.
また、実施例1の別形態として、上層基板3と所望の赤外線を透過する光学フィルター21を赤外線受光面(上面)の開口部へ具備したハット型の金属缶1のフランジ4との接続をロウ材による接続の代わりに、シーム溶接による事も可能である。
As another form of the first embodiment, the connection between the
接合をシーム溶接にて行う際、上層基板3は、最上面に所望の赤外線を透過する光学フィルター2を赤外線受光面(上面)の開口部へ具備したハット型の金属缶1と電気的機械的に接続する為のニッケル、金等によりメッキ仕上げされたシールリングを具備した金属膜配線を有し、中層基板に形成された全面グランド層とスルーホールにより接続されており、下層基板に出力取り出し用端子を有する。
When bonding is performed by seam welding, the
前述上層基板3と、所望の赤外線を透過する光学フィルター2を赤外線受光面(上面)の開口部へ具備したハット型の金属缶1のフランジ4を電極により挟み込み、電極が移動・加圧しながら電流を流す事により、上層基板3上のシールリングと金属缶1のフランジ4の間にジュール熱を発熱させる事で、金属缶1のフランジ4のメッキ部と上層基板3上のシールリングのメッキ部との接合部分を溶着させ電気的に接続させ、機械的な固定を行うシーム溶接にて接合する。
The
前述金属缶1のフランジ4は、シーム溶接に於いて電極の通過が可能となる寸法である0.5mm以上とする。
The
1 金属缶
2 光学フィルター
3 上層基板
4 フランジ
5 リード端子
6 パターン
7 中層基板
8 下層基板
9 フォーミング型金属リード
10 抵抗
11 FET
12 抵抗
13 コンデンサ
14 焦電型赤外線センサ素子
15 焦電型赤外線センサ素子支持台
16 キャビティー
17 下層基板裏面
18 ロウ
19 半田フィレット
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