JP2013050359A - 焦電型赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
赤外線受光領域が広く、赤外線検知精度に優れ、電磁シールド性が高い赤外線センサを提供すること。また量産性に優れ、小型で廉価な赤外線センサの製造方法を提供すること。
【解決手段】
回路部品が実装された多層プリント基板からなるベースと、中空構造に加工された多層プリント基板の側面に金属膜層を形成した第1スペーサと第2スペーサからなる枠体を構成し、枠体内に焦電センサ素子を実装した状態で光学フィルタと枠体とベースとを積層して導電性接着剤にて接合する構成にする。また、ベース、第1スペーサ、第2スペーサを集合体で構成し、構成要素を積層接合後にダイシングして個片化する製造方法を採用する。
【選択図】図1(A)
Description
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであり、電磁シールド性能に優れ、赤外線受光領域が広く、構造が単純な赤外線センサを提供すると同時に、量産性に優れ、小型で廉価な赤外線センサの製造方法を提供することを目的とする。
以下、本発明の好適な実施形態として、図1〜図7を参照して説明する。図1(A)は第1実施形態による赤外線センサ100の斜視図及び断面図である。図1(B)は第1実施形態による赤外線センサ100の回路図である。図2はベース10の構成を、図3は第1スペーサ2の構成を、図4は第2スペーサ3の構成を、図5は第1スペーサ2と焦電センサ素子5と第2スペーサ3の接着手順と焦電センサ素子5の構成を、図6は光学フィルタ4の接着手順を、図7は赤外線センサ100の全体の積層構造を、それぞれ示す。
図1において、図1(a)は赤外線センサ100を組立てた状態の斜視図を示し、(b)は(a)のA−A断面を示し、(c)は回路図を示す。図1(a)において、各構成要素が積層接着された方形の形状であることを示し、下から、ベース10、焦電センサ素子5を電気的に接続固定した第1スペーサ2、第2スペーサ3、光学フィルタ4の順に積層されている。なお、第1スペーサ2と第2スペーサ3は上下の位置関係ではなく、焦電センサ素子5を接続固定する方を第1スペーサ2とする。
次に、図2(a)、(b)を参照してベース10の構成について説明する。図2(a)はベース1に回路部品を実装した状態の斜視図であり、図2(b)は(a)のB−B断面図である。多層プリント基板からなるベース1の上層1aにはプリントパターンが形成され、リーク抵抗7およびFET8(電界効果トランジスタ)がハンダ付け等により実装されるが枠体等の障害物が無い状態で作業が可能である。下層1cには同様にプリントパターンが形成され、表面実装が可能なパターンが構成されている。中間層1bは、パターン全面をGNDとして使用し、上層1a、下層1cとは所定の場所において図示しないビアによって接続している。以上、説明した如く、回路部品を実装したベース10は下層1cに自身の表面実装が可能なパターン構成を持ち、中間層1bにはシールド専用のパターン構成を持っている。
次に、図3を参照して第1スペーサ2の構成について説明する。図3において、(a)は第1スペーサ2の斜視図であり、(b)、(c)はそれぞれ(a)のC−C断面図、D−D断面図である。中空構造に加工された多層プリント基板の側面に金属膜層を形成し、互いに向き合う一対の辺の内側の2つの面には凸部2Aと2Bが形成され、焦電センサ素子5を機械的、電気的に接続固定するための受け部となっている。一方の受け部である2Aは絶縁層2aの上層パターン、下層パターン、および内側の側面に形成された金属膜層2dおよび外側の側面に形成された金属膜層2cに覆われている。他方の受け部である2B部は絶縁層2aの内側側面が金属膜層2bに覆われているが、上層パターン、下層パターンからは分離されていて、ベース10に接続固定されると実装されたFET8のゲートに接続される(図1(b)、(c)参照)。なお、内側の2つの面に形成された凸部2Aおよび2Bの両側の側面2eは受け部の凸形状を作りだすために加工された面であり金属膜層は削除されている。また、互いに向き合い凸部を有する面に直交する1対の辺において、枠形状の内側の側面には金属膜層2dが形成され、外側の側面には金属膜層2cが形成されている。
次に、図4を参照して第2スペーサ3の構成について説明する。図4において、(a)は第2スペーサ3の斜視図であり(b)、(c)はそれぞれE−E断面図、F−F断面図である。中空構造に加工された多層プリント基板の側面に金属膜層を形成し、直交する2対の辺の内側の側面には金属膜層3dが形成され、上層パターン、下層パターンと接続している。また、直交する2対の辺の外側の側面には金属膜層3cが形成され上層パターン、下層パターンと接続している。
次に、図5を参照して焦電センサ素子5の構成について説明する。図5において、(a)は第1スペーサ2と焦電素子5と第2スペーサ3の断面図を示し、(b)は焦電センサ素子5の分解斜視図を示す。図5(a)において第1スペーサ2に形成された受け部2Aと2Bに導電接着剤6を介して焦電センサ素子5が載置され、電気的に接続固定される。次に導電接着剤6を介して第2スペーサ3が第1スペーサ2の上面に載置され、電気的に接続固定される。このように、第1スペーサ2と焦電センサ素子5と第2スペーサ3の組立体20は事前に組立てておくことが可能である。次に、図5(b)において、焦電センサ素子5の構成について説明する。チタン酸ジルコン酸鉛などからなる焦電体14の赤外線受光側に受光電極11aと12aが配設され、狭い連結部13によって電気的に接続している。受光電極11aと12aには焦電体基板14を挟んで対向電極11bと12bがそれぞれ対向配置されている。受光電極11aと対向電極11bは受光素子部11を、受光電極12aと対向電極12b補償素子部12をそれぞれ形成し、焦電センサ素子5を形成している。焦電センサ素子5には2つの電極接続部11f、12fが設けられている。なお、焦電センサ素子5は公知であり、本実施形態も同様の構成となっている。
次に、図6を参照して光学フィルタ4の構成について説明する。図6において、(a)は第2スペーサ3と光学フィルタ4の構成を示す斜視図、(b)はG−G断面、(c)はH−H断面である。第2スペーサ3の上面に導電接着剤6を介して光学フィルタ4が接続固定されている。光学フィルタ4は公知であり、単結晶シリコンなどからなり選択的に赤外線を透過させる機能を持ち、導電性接着剤6で第2スペーサ3の金属膜層に接着固定することにより電気的に接続される。なお、本実施形態では光学フィルタ4の外形サイズを第2スペーサ3の外形サイズより少し小さくし、若干の位置ズレを許容できる構成になっている。
次に、図7を参照して、積層構造について説明する。図7は赤外線センサ100の各構成要素の分解斜視図である。ベース10、焦電センサ素子5を接続固定した第1スペーサ2、第2スペーサ3、光学フィルタ4の順に接着し組立ができる構造になっている。各構成要素はそれぞれ、導電性接着剤6をスクリーン印刷などの方法によって適量を塗布し位置決めし、接着固定することが可能な構造である。
図1(b)、(c)および図5(b)を参照して赤外線センサ100の動作について説明する。図5(b)において、光学フィルタ4を通過し、受光素子部11と補償素子部12に入射する赤外線P1,P2は人体などの動作により光の量に偏りが発生すると受光素子部11と補償素子部12の分極に差が発生し、出力が得られる。図1(c)において、リーク抵抗7はこの出力を電圧に変換しFET8のゲート8aに加える。FET8のドレイン端子8bには電源電圧が加えられている。これにより焦電センサ素子5の出力に応じた電圧信号がソース端子8cに出力される。なお、図1(b)において、θは受光可能な角度を示し、θが大きいほど広い受光領域が得られる。
以上説明した第1実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
次に、第2実施形態による赤外線センサ100Lの製造方法について、図8〜図14を参照して説明する。図8は赤外線センサ集合体100Lの組立後の構成を、図9は赤外線センサ集合体100Lの積層構成および第1スペーサ集合体2Lと第2スペーサ集合体3Lの金属膜層の構成を、図10はベース集合体10Lの製造方法を、図11は第1スペーサ集合体2L、第2スペーサ集合体3Lの構造と焦電センサ素子5との組立手順を、図12は全体の組立手順を、図13はダイシングによる個片化工程を、図14は個片化された赤外線センサ100Lの完成形態を、それぞれ示す。
図8を参照して、赤外線センサ集合体100Lの組立完成後の状態を説明する。図8(a)は集合体の組立後の状態を示し、(b)は(a)におけるI−I断面を示す。図8(a)において、赤外線センサ集合体100Lには複数の赤外線センサ100Lが配設されている。本実施例では4個の赤外線センサ100Lが配設されている。また、赤外線センサ集合体100Lには溝30が3つ配設され、各溝30の間に各赤外線センサ100Lが配列されている。(b)において、各溝30に挟まれた赤外線センサ100Lの断面を示す。
次に、図10を参照してベース集合体10Lの回路部品の実装について説明する。図10において、(a)は部品を実装したベース集合体10Lの斜視図であり、(b)は1つのセンサ部のM部拡大図を示し、(c)はそのN−N断面を示す。図10において、図2と同じ構成要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。図10に示すベース集合体10Lが図2に示すベース10と異なるところは集合体構成になっており、溝30に挟まれて各素子部が配設されていることである。なお、回路部品の実装については、クリームハンダ印刷など一連の前処理後、図示しない実装機にセットし、リーク抵抗7、FET8を必要数量実装し、図示しないリフロー工程でハンダ付けを行うことができる。また、次工程の枠体を接合する前の段階で回路部品の実装が可能なため、極めて作業性が良い。以上の手順により、部品実装されたベース集合体10Lを得る。
次に、図11を参照して枠体と焦電センサ素子5との接合について説明する。図11(a)は第1スペーサ集合体2Lと焦電センサ素子5と第2スペーサ集合体3Lの接合手順を示す分解斜視図であり、(b)は(a)のP部拡大図を示し、(c)はQ部拡大図を示す。図11(a)において、図5(a)と同じ構成要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。11(a)に示す組立体20Lが図5(a)に示す組立体20と異なるところは、第1スペーサ2と第2スペーサ3がそれぞれ集合体になっていることである。なお、図11(b)P部拡大図と(c)Q部拡大図はそれぞれ、図3(a)と図4(a)に対応しており、中空構造の内側の側面については同じ構成であるため重複する説明を省略する。第1スペーサ集合体2Lと焦電センサ素子5、第2スペーサ集合体3Lの接合は、導電性接着剤6をスクリーン印刷などの方法によって適量を塗布し、図示しない実装機にセットし、焦電センサ素子5をそれぞれの素子部に位置決めして接着固定する。以上により、第1スペーサ集合体2L、焦電センサ素子5、第2スペーサ集合体3Lの組立体20Lを得る。
次に、図12を参照して光学フィルタ4および全体の接合手順について説明する。前述の組立体20Lの裏面に予め、導電性接着剤6をスクリーン印刷などの方法によって適量を塗布し、前述の回路部品が実装されたベース集合体10Lに位置決めして接合する。次に、接合された組立集合体20Lの上面に導電性接着剤6をスクリーン印刷などの方法によって適量を塗布し図示しない実装機にセットし、光学フィルタ4をそれぞれのセンサ部に実装し接着固定し、電気的に接続する。これにより、赤外線センサ集合体100Lを得る。
次に、図13を参照してダイシングによる個片化について説明する。図13において、図示しないダイシング装置に赤外線センサ集合体100Lをセットし、矢印の方向に順にダイシングブレード40を用いて切断する。すでに積層接着されたベース集合体10L、第1スペーサ集合体2L,第2スペーサ集合体3Lには前述した溝30が設けられているため、図示した矢印の方向に切断するだけでよく直交方向には切断しないで、個片化することができる。これにより、赤外線センサ100Lを得る。なお、実際のダイシング工程の詳細については省略する。
以上説明した第2実施形態とその製造方法によれば、次に示す効果が得られる。
10、10L ベース(部品実装)
1a、1b、1c、1d 上層、中間層、下層、絶縁層
2、2L 第1スペーサ(多層プリント基板)
2A、2B 焦電センサ素子の受け部および電極
2a 絶縁層
2b 電極(金属膜層)
2c 外側側面を形成する金属膜層
2d 内側側面を形成する金属膜層
2e 内側側面で金属膜層が無い面
2f 外側側面で金属膜層が無い面
3、3L 第2スペーサ(多層プリント基板)
3a 絶縁層
3c 外側側面を形成する金属膜層
3d 内側側面を形成する金属膜層
3f 外側側面で金属膜層が無い面
4 光学フィルタ
5 焦電センサ素子
6 導電性接着剤
9 GND端子
40 ダイシングブレード
100、100L 赤外線センサ
Claims (7)
- 焦電センサ素子と、赤外線を選択的に通過させる光学フィルタと、前記焦電センサ素子から出力される信号を処理する回路部を備える焦電型赤外線センサにおいて、回路部品が実装された多層プリント基板からなるベースと、中空構造に加工された多層プリント基板の側面に金属膜層を形成した第1スペーサと第2スペーサからなる枠体を構成し、前記枠体内に前記焦電センサ素子を実装した状態で前記光学フィルタと枠体とベースとを積層して導電性接着剤にて接合することを特徴とする焦電型赤外線センサ。
- 前記第1スペーサに、前記焦電センサ素子を電気的に接続固定するための受け部と電極を設けたことを特徴とする請求項1に記載の焦電型赤外線センサ。
- 前記第1スペーサと第2スペーサの側面に形成された金属膜層はそれぞれ多層プリント基板の電極と電気的に接続され、かつ、GNDに接続したことを特徴とする請求項1または2に記載の焦電型赤外線センサ。
- 前記ベースにおいて、多層プリント基板の少なくとも1つの中間層をGNDに接続することを特徴とする請求項1〜3に記載の焦電型赤外線センサ。
- 集合基板構造をなす前記ベースと、集合基板構造をなし前記焦電センサ素子を電気的に接続固定した前記第1スペーサと、集合基板構造をなす前記第2スペーサと、前記光学フィルタを積層し、導電性接着剤にて接合した後にダイシングにより切り離し個片化することを特徴とする焦電型赤外線センサの製造方法。
- 前記集合基板構造をなす前記第1スペーサまたは、前記集合基板構造をなす第2スペーサにおける中空構造に加工された多層プリント基板の側面に形成される金属膜層は、直交する2対の辺の一方の辺は、枠形状の外側の側面に金属層が形成され、他方の辺は枠形状の内側の側面に金属層が形成されている請求項5記載の焦電型赤外線センサの製造方法。
- 前記集合基板構造をなす前記第1スペーサまたは前記集合基板構造をなす第2スペーサにおける中空構造に加工された多層プリント基板の内側の側面で金属膜層が形成されていない1対の辺に焦電センサ素子を支持するための受け部と電極を設けたことを特徴とする請求項5または請求項6記載の焦電型赤外線センサの製造方法。
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