JP2012215445A - Infrared sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線センサに関し、より詳細には、非分散赤外吸収型(Non−Dispersive Infrared)ガス濃度計(以下、NDIRガス濃度計という)に用いることができる小型の赤外線センサに関する。 The present invention relates to an infrared sensor, and more particularly to a small infrared sensor that can be used in a non-dispersive infrared gas concentration meter (hereinafter referred to as an NDIR gas concentration meter).
従来から大気中のガス濃度の測定を行う赤外線ガス濃度計として、ガスの種類によって吸収される赤外線(IR:Infrared)の波長が異なることを利用したNDIRガス濃度計が使用されている。NDIRガス濃度計は、検出するガスの種類に応じた波長の赤外線の吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定している。このNDIRガス濃度計は、赤外線光源と、検出するガスの波長に限定した赤外線を透過するフィルタと、赤外線センサとを組み合わせて構成され、所定波長の赤外線吸収量を赤外線センサで検出することによってガスの濃度を測定するようにしたものである。NDIRガス濃度計に用いられる赤外線センサは、一般に、熱型赤外線センサと量子型赤外線センサに分けられる。 Conventionally, as an infrared gas concentration meter that measures the gas concentration in the atmosphere, an NDIR gas concentration meter that utilizes the fact that the wavelength of infrared rays (IR: Infrared) absorbed varies depending on the type of gas. The NDIR gas densitometer measures the gas concentration by detecting the amount of infrared radiation absorbed in accordance with the type of gas to be detected. This NDIR gas concentration meter is configured by combining an infrared light source, a filter that transmits infrared rays limited to the wavelength of the gas to be detected, and an infrared sensor, and detects the amount of infrared absorption at a predetermined wavelength by detecting the amount of infrared absorption with the infrared sensor. The concentration is measured. Infrared sensors used in NDIR gas concentration meters are generally divided into thermal infrared sensors and quantum infrared sensors.
熱型赤外線センサは、赤外線のエネルギーを熱として利用したセンサであり、赤外線の熱エネルギーによりセンサ自体の温度が上昇し、その温度上昇による効果(抵抗変化、容量変化、起電力、自発分極)を電気信号に変換する素子である。この熱型赤外線センサには、焦電型(PZT、LiTaO3)、熱起電力型(サーモパイル、熱電対)などがあり、感度に波長依存性がなく、冷却は不要である。しかし、応答速度が遅く、検出能力もあまり高くない。 A thermal infrared sensor is a sensor that uses infrared energy as heat, and the temperature of the sensor itself rises due to the infrared thermal energy, and the effects (resistance change, capacitance change, electromotive force, spontaneous polarization) due to the temperature rise. An element that converts an electrical signal. This thermal infrared sensor includes a pyroelectric type (PZT, LiTaO 3 ), a thermoelectromotive force type (thermopile, thermocouple), etc., and the sensitivity does not depend on the wavelength, and cooling is unnecessary. However, the response speed is slow and the detection capability is not so high.
この熱型赤外線センサの場合には、熱の遮断を目的として、缶パッケージの開口部に赤外線を透過させる光学フィルタを接合し、この光学フィルタを透過した赤外線の検出を行う赤外線検出素子を缶パッケージの内部に収納する形状が用いられている。また、サーモパイル型センサとして、簡素化や小型化や耐久性の向上を図るために、缶パッケージを採用しない構成とし、かつMEMS構造や光学フィルタを設けることにより赤外線センサの検出素子の形成部周辺に所定の隙間を確保する構造とすることで、モールド樹脂中に構成したものも提案されている。 In the case of this thermal infrared sensor, for the purpose of blocking heat, an optical filter that transmits infrared rays is bonded to the opening of the can package, and an infrared detection element that detects infrared rays transmitted through the optical filter is installed in the can package. The shape housed inside is used. In addition, as a thermopile sensor, in order to simplify, downsize, and improve durability, the can package is not adopted, and a MEMS structure and an optical filter are provided around the detection element forming part of the infrared sensor. A structure in which a predetermined gap is ensured to form a mold resin has been proposed.
一方、量子型赤外線センサは、半導体に赤外線が照射されたときに、その光量子によって発生する電子や正孔を利用したセンサであり、光導電型(HgCdTeなど)や光起電力型(InAsなど)がある。この量子型赤外線センサは、感度の波長依存性があり、高感度で、応答速度が速いという特長があるが、冷却する必要がある。したがって、缶パッケージへ封入したペルチェ素子やスターリングクーラーなどの冷却機構とともに用いられるのが一般的であった。また、室温で動作可能な量子型赤外線センサも提案されている。 On the other hand, a quantum infrared sensor is a sensor that uses electrons and holes generated by photons when an infrared ray is irradiated on a semiconductor, and is a photoconductive type (such as HgCdTe) or a photovoltaic type (such as InAs). There is. This quantum infrared sensor has the characteristics that the sensitivity depends on the wavelength, has high sensitivity, and has a high response speed, but needs to be cooled. Therefore, it is generally used together with a cooling mechanism such as a Peltier element sealed in a can package or a Stirling cooler. A quantum infrared sensor that can operate at room temperature has also been proposed.
例えば特許文献1には、図10に示すように、検出するガス(二酸化炭素など)の通路を形成する導波管100と、前記導波管100の両端に赤外線を照射する光源101と、センサ102とを備えた赤外線ガス濃度計が記載されている。この濃度計は、検出するガスの赤外線吸収帯に透過の窓を持つ第1光学フィルタ103と、検出するガスの赤外線吸収がない帯域に透過の窓を持つ第2の光学フィルタ104とを用いて、第1の光学フィルタと第2の光学フィルタとのそれぞれを透過した赤外線光量をセンサ102で検出することでガス濃度を測定している。
For example, in
また近年では装置の小型薄型化の要請から、NDIRガス濃度計として、ガス検出構造と信号処理演算部をプリント基板上に一体の構造にしたものが提案されている。図11に示すように特許文献2には、部品表面実装用基板209上に、ガスセル212と、光源205と、光学フィルタを内蔵した光検出器(赤外線センサ)207と、制御・計算電子ユニット206とを設けることにより、ガス検知構成を小型化することを可能にしたガス濃度計が記載されている。
In recent years, in order to reduce the size and thickness of the apparatus, an NDIR gas concentration meter in which a gas detection structure and a signal processing operation unit are integrated on a printed board has been proposed. As shown in FIG. 11,
特許文献2のガス濃度計で用いられている光検出器207は、光源と同じ実装用基板209上に設けられており、赤外線の検出面が光源205に対向する向きで実装されている。この光検出器は、検出面とは反対側の光検出器207の一面に基板接続用の端子が設けられた構成とされているので、光検出器207の接続端子を実装用基板に接続するために、接続端子218部分に基板209を積層して、この積層基板209の間に光検出器の端子218を挟み込んでいる。すなわち、部品表面実装用基板209上に赤外線センサ207と光源205とを対向して直接実装する為に、基板上に凹み構造208を採り入れ、光検出器の検出面が横向きになるように光検出器を倒して実装することで、小型薄型の前記NDIRガス濃度計を実現することが開示されている。
The
また、室温で動作可能な量子型赤外線センサは、熱の遮断が必要なく、モールド樹脂中に容易に構成することができる。一般的なモールド樹脂パッケージ構造として、例えば図12に示すような実装面積を小さくできる小型の磁電変換素子の構成が提案されている(特許文献3)。 In addition, a quantum infrared sensor that can operate at room temperature does not need to be shielded from heat and can be easily configured in a mold resin. As a general mold resin package structure, for example, a configuration of a small magnetoelectric conversion element capable of reducing the mounting area as shown in FIG. 12 has been proposed (Patent Document 3).
この特許文献3に記載のものは、感磁部と内部電極を有するペレット124がリードフレーム122上に載置されており、このリードフレーム122と内部電極とが金属細線125により電気的に接続されており、ペレット124と金属細線125とリードフレーム122の一部とを封止する樹脂121により構成されており、その形状はほぼ直方体であり、外部との電気的な接続用端子となるリードフレーム面127が直方体の一つの面の一辺に接して並んで露出して配置されており、側面に相当する切断面123を実装する面にすることにより、感磁部の感磁面に対する法線の向きが部品実装基板(実装面)128に対して平行とすることができることにより、実装面に対して垂直方向の磁束密度だけでなく、水平方向の磁束密度も検出することが可能な小型でかつ薄型の磁電変換素子を提供することを開示している。
In the device disclosed in
つまり、特許文献3に記載のものは、ホール素子をペレット状に形成し、これをリードフレームを介して実装することにより、実装面に対して垂直方向の磁束密度だけでなく、水平方向の磁束密度も検出可能な縦型の実装が可能である。この磁電変換素子は、きわめて薄型で且つ小型化されている。
That is, in the device described in
上述したように、NDIRガス濃度計を小型薄型化するに当たっては、特許文献2に記載されているように、基板上に凹み構造を採り入れ、光検出器(赤外線センサ)の検出面が横向きになるように赤外線センサを倒して実装している。これは、赤外線の検出面の裏側の面に基板接続端子がある缶パッケージ型の赤外線センサが採用されているためである。しかしながら、この缶パッケージ型の構成は、実装方式の制限があるため、基板構造の複雑化につながり、前記NDIRガス濃度計をさらに小型化薄型化するための障害となっていた。
As described above, in order to reduce the size and thickness of the NDIR gas concentration meter, as described in
また、一般的なモールド樹脂パッケージとして採用される、特許文献3に記載されているパッケージ構造は、NDIRガス濃度計の赤外線センサ部分の構成としては適していない。NDIRガス濃度計では赤外線センサと光学フィルタを内蔵することが必要であるが、特許文献3のパッケージ(モールド樹脂121)では赤外線をパッケージ内に導入したり、赤外線センサと光学フィルタを内蔵したりすることができないからである。すなわち、特許文献3のパッケージでは赤外線検出面側にチップ(ホール素子のペレット124)とリードフレーム122とを接続するワイヤ125(金属細線)を設ける必要があり、光学フィルタを内蔵することができない。さらに、特許文献3のパッケージでは、部品実装基板124との接合面である側面123の面積が端子の底面127の面積に比べて小さいため部品実装基板128への実装時に半田126の張力によって基板に対してパッケージが傾いてしまうなどの問題点があった。
Further, the package structure described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型薄型でかつ簡便な素子形状を有し、NDIRガス濃度計に関して、通常の実装方法に加えて、小型化薄型化を実現するために赤外線受光窓を横倒しにして部品実装基板へ表面実装できる光学フィルタ内蔵の赤外線センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to have a small, thin and simple element shape. In addition to a normal mounting method, the NDIR gas concentration meter is small in size. An object of the present invention is to provide an infrared sensor with a built-in optical filter that can be mounted on a surface of a component mounting board by laying down an infrared receiving window in order to realize a reduction in thickness and thickness.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、直方体の封止部材内に封止された、透過する赤外線を選択する光学フィルタと、光学フィルタを透過した赤外線を検出するセンサ素子と、前記センサ素子で検出した検出信号を外部に出力する複数の接続端子と、該センサ素子と該の接続端子とを接続する接続配線と、を備え、前記接続端子は、内側に折れ曲がったL字状に形成され、少なくとも隣接する2面にわたって前記封止部材から露出していることを特徴とする赤外線センサである。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の赤外線センサにおいて、前記赤外線センサは、光学フィルタを封止した上部構造体と、前記センサ素子と接続端子と配線端子とを封止した下部構造体とを貼り合せて構成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the infrared sensor according to the first aspect, the infrared sensor includes an upper structure in which an optical filter is sealed, a lower portion in which the sensor element, the connection terminal, and the wiring terminal are sealed. It is characterized by being bonded to a structure.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の赤外線センサにおいて、前記接続端子が、前記赤外線センサの側面の全高さにわたって露出されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1から3に記載の赤外線センサにおいて、前記接続配線はフリップチップボンドであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the infrared sensor according to the first to third aspects, the connection wiring is a flip chip bond.
請求項5に記載の発明は、請求項1から3に記載の赤外線センサにおいて、前記接続配線はボンディングワイヤであることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the infrared sensor according to the first to third aspects, the connection wiring is a bonding wire.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図であり、図2は、第1の実施形態の赤外線センサの外観を示す図である。図1に示すように、赤外線センサ10は、センサ素子1と、光学調整部2と、光学フィルタ3と、受光窓4と、接続配線5と、接続端子6と、封止部材7とを備えて構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating an appearance of the infrared sensor according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
本実施形態の赤外線センサ10は、1光源2波長比較NDIRガス濃度計に対応するために、2つの検出部を持っている。2つの検出部に対応して、2つのセンサ素子1と、2つの光学調整部2と、2つの光学フィルタ3と、2つの受光窓4とが設けられ、さらに8つの接続端子6が設けられている。図2は、第1の実施形態の赤外線センサの外観を示す図であり、図2(a)には2つの光学フィルタ3および受光窓4が示され、図2(b)には2つの光学フィルタ3にそれぞれ光学的に接続された2つのセンサ素子1に対応して設けられた8つの接続端子6が示されている。
The
センサ素子1は、受光面1aに受光した赤外線を電気信号に変換する赤外線センサ素子であり、室温で動作可能な量子型赤外線センサを用いることができる。室温で動作可能な量子型赤外線センサであるため、センサ素子1は封止部材7を用いて直接封止が可能である。光学調整部2は、センサ素子1の受光面1aに設けられ、センサ素子1の受光面1aで赤外線が反射することを防止するフィルタである。
The
光学フィルタ3は、それぞれ光学調整部2の上流側に設けられ、2つの光学フィルタ3のうち一方を検出対象のガスが吸収する波長の赤外線を透過する光学フィルタを用い、もう一方を検出対象のガスが吸収する波長以外の所定の波長の光を透過する光学フィルタを用いることができる。1光源2波長比較NDIRガス濃度計では、例えば、検出するガスが二酸化炭素の場合、二酸化炭素の吸収特性に合わせた光学フィルタと、参照光として例えば約3.9μm近傍の波長の赤外線を透過させる光学フィルタとを用いることができる。これらの2つの光学フィルタ3で2波長を選択し、選択された赤外線は、それぞれの光学フィルタ3の下流側に光学的に接続された赤外線センサ素子1により検出される。
Each of the
本発明の赤外線センサ10が適用されるNDIRガス濃度計では、以下のような演算により測定の対象となるガスのガス濃度の定量を行なうことができる。ランバートベール(Lambert−Beer)則によれば、ガス濃度cは、ガス吸収帯の入射光度Ig0、ガス吸収帯の透過光度Ig、吸光度係数ε、ガス路長Lとすると、以下のような式で表すことができる。
In the NDIR gas concentration meter to which the
ガス吸収帯の入射光度Ig0は、吸収のない参照光の波長帯の透過光度Ibに比例するので、比例係数をαとすると、 Since the incident light intensity Ig0 in the gas absorption band is proportional to the transmitted light intensity Ib in the wavelength band of the reference light without absorption, if the proportionality coefficient is α,
したがって、ガスの吸収帯の透過光量とガスの吸収のない参照光の波長帯の透過光量を用いて、ガスの濃度の定量が以下のような式によって求められる。 Accordingly, the gas concentration is quantified by the following equation using the transmitted light amount in the gas absorption band and the transmitted light amount in the wavelength band of the reference light without gas absorption.
このように、赤外線センサ10には2つの異なる波長帯の透過光量を検出できる検出部が設けられているので、検出対象ガスの赤外線吸収帯波長における透過光量と検出対象ガスの吸収のない参照光の波長帯における透過光量との比を取ることができ、光源の劣化や、光学フィルタの汚れ等による出力信号の経時変化などを補正することができる。
As described above, since the
また接続端子6は、センサ素子1を基板と接続するための接続端子であり、1つのセンサ素子1に対応してその周囲に4つずつ設けられている。接続端子6には、所定の幅Wを有するL字形状の金属片を用いることができる。接続端子6は、図示のようにパッケージの内側へ折れ曲がった状態で、赤外線センサ10の隣接する2つの面にわたって封止部材7から露出されるように配置されている。赤外線センサ10の2つの面に露出した接続端子6の長さは、それぞれ、接続端子として使用可能な大きさ以上であればよく、例えば0.2mm以上の大きさに構成される。また、接続端子6は、センサ素子1の周囲に4つずつに限るわけではなく2つのセンサ素子1での共用の接続端子6を用いてもよい。
The
さらに、赤外線センサ10の横の長さ(図1の左右方向の大きさ)が縦の長さ(図1の上下方向の大きさ)よりも大きく構成される場合は、縦方向に露出する接続端子6の長さは、赤外線センサ10自体の縦方向の長さの半分以上となるように構成されることが好ましい。後述する縦実装の際に、安定して基板に固定できるからである。
Furthermore, when the horizontal length of the infrared sensor 10 (the size in the horizontal direction in FIG. 1) is configured to be larger than the vertical length (the size in the vertical direction in FIG. 1), the connection exposed in the vertical direction. The length of the
接続配線5は、センサ素子1を接続端子6と接続するためのボンディングワイヤである。L字形状の接続端子6が内部に折れ曲がった状態で設けられているので、接続端子6が赤外線センサ10の隣接する2つの面にわたって封止部材7から露出されるようにしながらも接続端子6の一面をセンサ素子1の底面と同じ向きとすることができ、ワイヤボンディングが容易に行える。
The
封止部材7は、赤外線を光学フィルタ3へ導入するための2つの受光窓4を開放し、接続端子6の2面が露出した状態になるように上述したセンサ素子1、光学調整部2、光学フィルタ3、接続配線5、接続端子6を封止して直方体の赤外線センサ10の外形を画定する樹脂である。
The sealing
このように、本実施形態の赤外線センサ10は、配線部分5、6が複雑化せず、ワイヤボンディングが容易な構成であるので、小型でかつ簡便なセンサ形状とすることができる。
As described above, the
さらにこの赤外線センサ10は、接続端子6が赤外線センサ10の隣接する2面にわたって露出し、露出部分がそれぞれ十分な面積を有しているので、センサ素子1の受光面1aが基板に垂直となる縦実装(実装例1)と、センサ素子1の受光面1aが基板に水平となる横実装(実装例2)との2つ実装が可能である。2つの実装例について図3、4を参照しながら説明する。
Furthermore, in this
実装例1(縦実装)
図3は、本実施形態の赤外線センサの実装例1を説明するための図である。この実装例は、センサ素子1の受光面1aが基板11に垂直となるように(受光窓が横向きに開放)された構成である。この実装例は、例えばセンサ素子1の受光面1aに対して基板11に水平方向に侵入する赤外線を検出する構成のガス濃度計に実装する場合に好適である。
Mounting example 1 (Vertical mounting)
FIG. 3 is a diagram for explaining a mounting example 1 of the infrared sensor according to the present embodiment. This mounting example has a configuration in which the
この実装例に用いられる赤外線センサ10では、1つのセンサ素子1に対応したそれぞれ4つの接続端子(図2参照)のうち、基板に接続する側のそれぞれ2つの接続端子6のみがセンサ素子1との接続用の端子として用いられており、残りの2つの接続端子6はダミーである。
In the
赤外線センサ10を実装する際は、例えば半田リフロー方式で実装することができる。基板11の配線ランド12にペースト状の半田13を印刷などの方法により載置する。赤外線センサ10の接続端子側部6aを基板11方向に押圧して搭載し、半田13を加熱して溶かし、その後半田13が冷却して固まることによって赤外線センサ10が基板11に実装される。ペースト状の半田13に押圧して搭載するので、半田13は、接続端子底部6bにも広がった状態になる。したがって、赤外線センサ10は接続端子6の2つの面で接続される。
When mounting the
本実施形態の赤外線センサ10は、接続端子6が封止部材の2つの面にわたって接続部分を露出しているため、縦実装した場合にも、接続端子6と部品表面実装基板11の配線ランド12との間に広い半田接合面積を確保できる。このため、縦実装した場合でも、実装強度が強化され、実装時の半田張力による傾きを抑えることが可能となる。
In the
実装例2(横実装)
図4は本実施形態の赤外線センサの実装例2を説明するための図である。この実装例は、センサ素子1の受光面1aが基板11に垂直となるように(受光窓が上向きに開放)された構成である。この実装例は、例えばセンサ素子1の受光面1aに対して基板11に垂直方向から侵入する赤外線を検出する構成のガス濃度計に実装する場合に好適である。
Mounting example 2 (Horizontal mounting)
FIG. 4 is a diagram for explaining a mounting example 2 of the infrared sensor of the present embodiment. This mounting example has a configuration in which the
本実装例においても、基板11に対する赤外線センサ10の向きが異なる以外は、実装例1と同様の手順で赤外線センサ10を実装することができる。本実施形態の赤外線センサ10は、接続端子6が封止部材の2つの面にわたって接続部分を露出しているため、横実装した場合にも、縦実装と同様に、接続端子6と部品表面実装基板11の配線ランド12との間に広い半田接合面積を確保でき、赤外線センサの両端に接続端子6があるので、実装強度が強化され、実装時の半田張力による傾きを抑えることが可能となる。
Also in this mounting example, the
このように本実施形態によれば、小型でかつ簡便なセンサ形状とすることができ、センサ素子1の受光面1aが基板に垂直となる縦実装(実装例1)と、センサ素子1の受光面1aが基板に水平となる横実装(実装例2)との2つ実装が可能な赤外線センサを構成できる。
As described above, according to the present embodiment, a small and simple sensor shape can be obtained, and vertical mounting (mounting example 1) in which the
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態の赤外線センサ20は、第1の実施形態においてセンサ素子と接続端子との接続配線として用いていたワイヤボンディングに代えて、フリップチップボンド8を用いた構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the second embodiment. The
本実施形態の接続端子16は、1つのセンサ素子1の周囲に4つずつ設けられている。それぞれの接続端子16としては、所定の幅を有するL字形状の金属片を用いることができる。接続端子16は、図示のようにパッケージの内側へ折れ曲がった状態で、赤外線センサ10の隣接する2つの面にわたって封止部材7から露出されるように配置されている。赤外線センサ10の2つの面に露出した接続端子16の長さは、それぞれ、接続端子として使用可能な大きさ以上であればよく、例えば0.2mm以上の大きさに構成される。
In the present embodiment, four
本実施形態の接続端子16は、第1の実施形態とは異なり、隣接する2つの面に沿って折れ曲がっている。接続端子16の一辺はセンサ素子1の下方位置に延びており、この接続端子16の部分上面とセンサ素子1の底面とが、フリップチップボンド8によって接続されている。この実施形態に示すように、フリップチップボンド8で接続する構成であれば、センサ素子1の脇に接続端子の接続部分を配置する必要がないので、第1の実施形態の構成よりも赤外線センサ20をより小型化できる。
Unlike the first embodiment, the
また、赤外線センサ20の横の長さ(図示左右方向の長さ)が縦の長さ(図示上下方向の大きさ)よりも大きく構成される場合は、縦方向に露出される接続端子16の長さは、赤外線センサ20の縦方向の長さの半分以上となるように構成されることが好ましい。
Further, when the horizontal length (length in the left-right direction in the drawing) of the
また、この実施形態の赤外線センサ20も第1の実施形態と同様の実装例で適用可能である。
The
このように本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果に加えて、さらに小型化された赤外線センサを構成することができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, a further miniaturized infrared sensor can be configured.
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態の赤外線センサ30は、第1の実施形態において赤外線センサ10を封止部材7で一体に封止する構成に代えて、光学フィルタ3を有する上半分の構成の上部構造体30aと、センサ素子1を有する下半分30bの構成の下部構造体30bとを作成して、これらの2つの構造体30a、30bを、接着層9を介して貼り合せて赤外線センサ30を構成したものである。その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the third embodiment. In the
上部構造体30aは、受光窓4に接続する光学フィルタ3を封止部材18aで封止して構成される。下部構造体30bは、光学調整部2を有するセンサ素子1とこれに対応した接続配線5と、接続端子6とを封止部材18bで封止して構成される。また接着層9は、接着剤による接着する方法や加熱融着する方法により構成することができる。
The
この実施形態では、接続配線5としてワイヤボンディングを用いた例を挙げているが、第2の実施形態と同様にフリップチップボンド8を用いた場合にも同様に、第2の実施形態の赤外線センサ20の上半分を上部構造体30aとし、下半分を下部構造体30bとした2つの構造体を別々に作成したものを接着層9を介して貼り合せて構成することもできる。
In this embodiment, an example in which wire bonding is used as the
このように本実施形態によれば、第1の実施形態や第2の実施形態と同様の効果に加えて、光学フィルタが別体の封止部材により保持され、接着層により接合されているので、光学フィルタの種類や厚みや受光窓のサイズを容易に変更可能な赤外線センサを構成することができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment, the optical filter is held by the separate sealing member and joined by the adhesive layer. An infrared sensor that can easily change the type and thickness of the optical filter and the size of the light receiving window can be configured.
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態の赤外線センサは、第3の実施形態の第1の封止部材18aの一側面に位置合わせ構造19を設けた例である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the fourth embodiment. The infrared sensor of the present embodiment is an example in which an
位置合わせ構造19は、上部構造体40aに設けられた光学フィルタ3および受光窓4と下部構造体40bに設けられたセンサ素子1との中心位置が揃ったときに、下部構造体40bの側面に接するように、上部構造体40aの封止部材18aの一部を突出させた構成である。本発明の赤外線センサでは、1つのセンサ素子1に対して両側面に露出して配置された4つの接続端子のうち封止部材の片側面に露出する2つの接続端子のみを赤外線センサの電気的な接続端子として用いているので、位置合わせ構造19が片側面に突出していても不都合がない。
The
このように本実施形態によれば、第3の実施形態の同様の効果に加えて、光学フィルタ位置ずれを防止した赤外線センサを構成することができる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the third embodiment, an infrared sensor that prevents the optical filter from being displaced can be configured.
(第5の実施形態)
図8は、第5の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図である。本実施形態の赤外線センサ50は、接続端子26が赤外線センサ50の下面に露出するとともに、赤外線センサ50の側面の全高さにわたって露出している構成である。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the fifth embodiment. The
接続端子26は、一つの部材で構成してもよいが、封止部材側面全高さになり厚いため、複数の導体シートを積層して構成してもよい。たとえば、図示のようにL字形状の第1の接続端子26aと板状を呈する第2の接続端子26bとの2つの部材を電気的に接続して構成してもよい。また、
第1の接続端子26aは、センサ素子1と接続するためのボンディングワイヤ5を設けることができるように、センサ素子1の下面と平行した接続面26cを有している。
The
The
このように本実施形態によれば、赤外線センサのパッケージ両側面の全高さにわたって接続端子が露出されているので、接続端子と部品表面実装基板の配線ランドとの間にさらに広い半田接合面積を確保できる。このため、実装強度や実装時の半田張力による傾きを抑えることが可能となる。 As described above, according to this embodiment, since the connection terminals are exposed over the entire height of both side surfaces of the infrared sensor package, a wider solder joint area is ensured between the connection terminals and the wiring lands of the component surface mounting board. it can. For this reason, it becomes possible to suppress the inclination by mounting strength or solder tension at the time of mounting.
(第6の実施形態)
図9は、第6の実施形態の赤外線センサの概略構成を示す断面図である。本実形態の赤外線センサ60は、第5の実施形態において、センサ素子と接続端子との接続配線としてワイヤボンディングを用いていた構成に代えて、フリップチップボンドを用いた構成である。その他の構成は、第5の実施形態と同様である。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the infrared sensor according to the sixth embodiment. The
接続端子26が、パッケージ底面において露出するとともに、パッケージ両側面の全高さにわたって露出している。本実施形態の接続端子26は、パッケージ底面において露出する部分の接続端子26は、センサ素子1とフリップチップボンドでの接続をするためにセンサ素子1の下部まで延びている。
The
このように本実施形態によれば、フリップリップボンドでの接続を採用したパッケージでも、ボンディングワイヤを採用したパッケージと同様に、赤外線センサのパッケージ両側面の全高さにわたって接続端子が露出されているので、接続端子と部品表面実装基板の配線ランドとの間にさらに広い半田接合面積を確保できる。このため、実装強度や実装時の半田張力による傾きを抑えることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the connection terminals are exposed over the entire height of both sides of the package of the infrared sensor in the package adopting the flip lip bond connection, similarly to the package employing the bonding wire. A wider solder joint area can be ensured between the connection terminal and the wiring land of the component surface mounting board. For this reason, it becomes possible to suppress the inclination by mounting strength or solder tension at the time of mounting.
以上の実施形態では、2波長一体で樹脂モールドすることにより、小型で、センサ間の温度差や受光量差を抑えた赤外線センサを実現する構成としているが、それぞれの波長の光学フィルタを備えた赤外線センサを1つずつそれぞれ樹脂封止して、2つ1組で配置したものを赤外線センサとして用いてもよい。すなわち、1種類の検出対象ガスを光源の劣化や、光学フィルタの汚れ等による出力信号の経時変化などに対して安定に測定できるよう2組の赤外線受光構成ししているが、これに限るわけではなく、簡易的な測定であれば検出対象ガスの吸収波長を検出する1組の構成で良く、また、複数のガスを検出する場合は検出する場合は参照波長と複数組の検出対象ガスの吸収波長を検出する構成でも良い。また、同様に複数ガスを検出する場合、複数組の光学フィルタと、参照光透過用の1つの光学フィルタとを、1体で樹脂モールドしてもよい。さらに、複数センサを1体で樹脂モールドする場合、赤外線光量のモニターなどの目的のために、少なくとも1つは光学フィルタなしとしてもよい。 In the above embodiment, the resin is molded integrally with two wavelengths, thereby realizing a small-sized infrared sensor that suppresses the temperature difference between the sensors and the difference in the amount of received light, but includes an optical filter of each wavelength. Infrared sensors may be used as infrared sensors by sealing them one by one and arranging them in pairs. In other words, two types of infrared light receiving structures are configured so that one type of detection target gas can be stably measured against deterioration of the light source or changes in the output signal with time due to contamination of the optical filter. Instead, if it is a simple measurement, one set of configurations for detecting the absorption wavelength of the detection target gas may be used. Also, when detecting a plurality of gases, the reference wavelength and the plurality of sets of detection target gases are detected. The structure which detects an absorption wavelength may be sufficient. Similarly, when a plurality of gases are detected, a plurality of sets of optical filters and one optical filter for transmitting reference light may be resin-molded as a single body. Furthermore, when a plurality of sensors are resin-molded as a single body, at least one of them may have no optical filter for the purpose of monitoring the amount of infrared light.
1 センサ素子
2 光学調整部
3 光学フィルタ
4 受光窓
5 ボンディングワイヤ(接続配線)
6、16、26 接続端子
7、18a、18b 封止部材、封止部材
8 フリップチップ(接続配線)
9 接着層
10、20、30、40、50、60 赤外線センサ
11 部品表面実装基板
12 ランド
13 半田
DESCRIPTION OF
6, 16, 26
9 Adhesive layer
10, 20, 30, 40, 50, 60
Claims (5)
前記接続端子は、内側に折れ曲がったL字状に形成され、少なくとも隣接する2面にわたって前記封止部材から露出していることを特徴とする赤外線センサ。 An optical filter that is sealed in a rectangular parallelepiped sealing member that selects infrared rays that pass through, a sensor element that detects infrared rays that pass through the optical filter, and a plurality of detection signals that are detected by the sensor elements are output to the outside. A connection terminal, and a connection wiring for connecting the sensor element and the connection terminal,
The connection terminal is formed in an L shape bent inward, and is exposed from the sealing member over at least two adjacent surfaces.
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