JP2020159794A - 赤外線センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感熱素子を収納するキャビティ内の熱を効果的に外部に放熱可能な赤外線センサ装置を提供すること。【解決手段】 上部に複数のピン部材Ｐが突出したステム部材２と、ステム部材上に設置された実装部材３と、実装部材上に設置され少なくとも一つの感熱素子４Ａ，４Ｂ及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体７とを備え、実装部材が、絶縁性の実装部材本体８と、実装部材本体に取り付けられ上端面が端子電極に接続されている導電性の複数の端子部材９とを備え、端子部材の下端面が、ピン部材の上端面と導電性接着剤で接着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサを支持して基板等に実装するための赤外線センサ装置に関する。

従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜とを備えた赤外線センサが提案されている。

このような赤外線センサを回路基板等の実装基板に実装する際に、赤外線センサを支持して実装基板上に設置すると共に導通を図る実装部材が用いられる。例えば、特許文献２には、絶縁性フィルムに感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体を、上部に固定して基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材が記載されている。この赤外線センサ実装部材は、樹脂製の実装部材本体と、実装部材本体に取り付けられ上端部が端子電極に接続されると共に下端部が基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材とを備えている。また、上記端子部材は、側方に突出した端子ピン部を有し、実装部材本体が、側部に端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部を有している。

また、特許文献３では、センサ部材を上部に設置した赤外線センサ実装部材をステム部材上に設置し、ステム部材のピン端子と赤外線実装部材の接続部材とを中間実装部材を介して電気的に接続している赤外線センサが記載されている。

特開２０１１−１０２７９１号公報 特開２０１４−７１０５１号公報 特開２０１８−１５１２８４号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献３では、赤外線センサ本体を上部に載置した赤外線センサ実装部材をステム部材上に設置しているが、中間実装部材を介して電気的接続を行っているため、部材点数及び部材コストが増大してしまう不都合があった。また、赤外線センサ本体が赤外線センサ実装部材の接続端子を介してパターン配線及びピン端子に電気的接続されているが、赤外線センサ本体及び赤外線センサ実装部材の熱が接続端子を介して中間実装部材やステム部材へ逃げ易いという問題もあった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、部材点数及び部材コストの増大を抑えると共に、接続端子からの熱の逃げも抑制可能な赤外線センサ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る赤外線センサ装置は、上部に複数のピン部材が突出したステム部材と、前記ステム部材上に設置された実装部材と、前記実装部材上に設置され少なくとも一つの感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体とを備え、前記実装部材が、絶縁性の実装部材本体と、前記実装部材本体に取り付けられ上端面が前記端子電極に接続されている導電性の複数の端子部材とを備え、前記端子部材の下端面が、前記ピン部材の上端面と導電性接着剤で接着されていることを特徴とする。

この赤外線センサ装置は、端子部材の下端面が、ピン部材の上端面と導電性接着剤で接着されているので、中間実装部材を介さないため、部品点数及び部品コストを削減することができる。また、中間実装部材に熱が逃げないため、端子部材からの熱の逃げを抑制することができる。特に、端子部材の下端面とピン部材の上端面とが直接接着されることで、端子部材とピン部材との互いの側面同士を接着する場合に比べて、互いの接合面積を小さくでき、端子部材からピン部材への熱の逃げを抑制することができる。

第２の発明に係る赤外線センサ装置は、第１の発明において、前記実装部材本体が、前記端子部材より下部に形成され前記ピン部材を位置決めする凹部を有していることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、実装部材本体が、端子部材の下方に形成されピン部材を位置決めする凹部を有しているので、ステム部材上に実装部材本体を載置した際に凹部によってピン部材が位置決めされることで、端子部材の下端面とピン部材の上端面とを正確に当接させて接着することが容易となる。したがって、実装時に端子部材とピン部材との位置ずれを防止することが可能になり、位置ずれによる受光特性のばらつきを抑えることができる。

第３の発明に係る赤外線センサ装置は、第１又は第２の発明において、前記ピン部材が、丸棒状であり、前記端子部材が、前記ピン部材の上端面の直径よりも下端面の幅が小さい板状であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、端子部材が、丸棒状のピン部材の上端面の直径よりも下端面の幅が小さい板状であるので、互いの接合面積を小さくすることができ、端子部材からピン部材への熱の逃げをさらに抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサ装置によれば、端子部材の下端面が、ピン部材の上端面と導電性接着剤で接着されているので、中間実装部材を介さないため、部品点数及び部品コストを削減することができる。また、中間実装部材に熱が逃げないため、端子部材からの熱の逃げを抑制することができる。

本発明に係る赤外線センサ装置の一実施形態を示す赤外線センサ装置を示す端子部材の挿入方向に直交する方向（図３のＡ−Ａ線方向）における断面図である。 本実施形態において、赤外線センサ装置を示す端子部材の挿入方向（図３のＢ−Ｂ線方向）における断面図である。 本実施形態において、赤外線センサ本体を設置した実装部材を示す平面図である。 本実施形態において、実装部材を示す平面図である。 本実施形態において、赤外線センサ本体を示す平面図である。 本実施形態において、赤外線センサ本体を示す裏面図である。

以下、本発明に係る赤外線センサ装置の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。

本実施形態の赤外線センサ装置１は、図１から図４に示すように、上部に複数のピン部材Ｐが突出したステム部材２と、ステム部材２上に設置された実装部材３と、実装部材３上に設置され少なくとも一つの感熱素子４Ａ，４Ｂ及び複数の端子電極５が形成された赤外線センサ本体７とを備えている。

上記実装部材３は、絶縁性の実装部材本体８と、実装部材本体８に取り付けられ上端面が端子電極５に接続されている導電性の複数の端子部材９とを備えている。
上記端子部材９の下端面は、ピン部材Ｐの上端面とはんだ等の導電性接着剤（図示略）で接着されている。
上記実装部材本体８は、端子部材９より下部に形成されピン部材Ｐを位置決めする凹部８ａを有している。

上記凹部８ａは、下方から挿入される各ピン部材Ｐの側面が当接するように実装部材本体８の下部四隅近傍で横断面直角に切り欠かれている部分である。すなわち、凹部８ａを構成する２つの側面によってピン部材Ｐが位置決めされる。
これら切り欠かれた凹部８ａ内には、端子部材９の下端部が若干突出した状態で固定されている。
したがって、ステム部材２上に実装部材３を設置する際、四隅の凹部８ａによって４本のピン部材Ｐが位置決めされ、各ピン部材Ｐの直上に対応する端子部材９の下端面が配されて互いに当接して接着される。

上記ピン部材Ｐは、信号取り出し用の丸棒状の金属棒部材である。
また、端子部材９は、ピン部材Ｐの上端面の直径よりも下端面の幅が小さい板状である。
上記実装部材本体８は、樹脂等の絶縁性材料で形成されている。
上記端子部材９は、導電性の金属等の板材で形成され、実装部材本体８に取り付けられ上端部が端子電極５にはんだ付け等で接続されると共に下端部がピン部材Ｐにはんだ付け等で接続される。

上記ステム部材２は、金属製の円盤状ケース２ａに４本のピン部材Ｐが上下に貫通状態に取り付けられている。各ピン部材Ｐは、円盤状ケース２ａに形成された貫通孔２ｂ内に挿入され、ガラス等の絶縁性材料Ｇによって円盤状ケース２ａとは絶縁された状態でハーメチックシールで固定されている。

上記端子部材９は、実装部材本体８より熱伝導性の高い金属等の材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部９ａを有している。
上記実装部材本体８は、側部に形成され端子ピン部９ａが差し込み固定される端子部材用穴部８ｂと、上部に形成され感熱素子４Ａ，４Ｂの直下に配されると共に端子部材用穴部８ｂに連通している素子収納用穴部８ｃとを有している。
すなわち、長く突出した端子ピン部９ａは、長孔形状の端子部材用穴部８ｂに差し込まれて嵌め込まれることで固定される。

なお、上記端子ピン部９ａの先端部は、素子収納用穴部８ｃ内に突出している。
また、上記素子収納用穴部８ｃは、実装部材本体８の上下に貫通している。
素子収納用穴部８ｃは、第１の感熱素子４Ａ及び第２の感熱素子４Ｂを収納可能な空間を有した貫通孔である。なお、素子収納用穴部８ｃは上下に貫通した孔であることが好ましいが、有底の穴部としても構わない。
また、実装部材本体８は、素子収納用穴部８ｃを除いた他の部分より薄く形成された薄肉部８ｄを有している。この薄肉部８ｄは、実装部材本体８の中央部に平面視矩形状に設けられた穴部である。

本実施形態では、実装部材本体８が平面視略正方形状に形成された薄板状のブロック形状であり、４つの端子部材９が４つの角部の近傍に設置され、対向する両側にそれぞれ２つずつ端子部材９が配されている。すなわち、実装部材本体８の両側にそれぞれ赤外線センサ本体７を支持する部分が２つずつ互いに間隔を空けて設けられ、全部で４箇所で赤外線センサ本体７が支持、固定される。

なお、赤外線センサ本体７は、実装部材本体８との間に平行な隙間を設けて支持されている。すなわち、上記端子部材９は、その上部が実装部材本体８の上面から一定量だけ突出しており、上端部にはんだ付け等で接続された赤外線センサ本体７を実装部材本体８から浮かせた状態で支持している。

端子部材９の下端部は、実装部材本体８に取り付けられた状態で実装部材本体８の厚さ方向の中間部に位置しており、下方から実装部材本体８の凹部８ａ内に挿入されたピン部材Ｐの上端面に接着されている。
なお、端子部材９の上端部及び下端部は、はんだ付け等の接着用に平坦部とされている。
これら端子部材９は、金属板から型抜き加工、エッチング加工又はレーザ加工によって形成された板状である。

上記赤外線センサ本体７は、図５及び図６に示すように、絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子４Ａ及び第２の感熱素子４Ｂと、絶縁性基板１１の一方の面に形成され第１の感熱素子４Ａに接続された導電性金属膜である一対の第１の配線膜１２Ａ及び第２の感熱素子４Ｂに接続された導電性金属膜である一対の第２の配線膜１２Ｂと、第２の感熱素子４Ｂに対向して絶縁性基板１１の他方の面（上面）に設けられた赤外線反射膜１３とを備えている。
なお、図６において第１の配線膜１２Ａ及び第２の配線膜１２Ｂには、ハッチングを施している。また、図５において赤外線反射膜１３には、ハッチングを施している。

また、第１の配線膜１２Ａ及び第２の配線膜１２Ｂには、その一端部にそれぞれ絶縁性基板１１に形成された一対の接着電極１４が接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性基板１１に形成された端子電極５が接続されている。
なお、上記接着電極１４には、それぞれ対応する第１の感熱素子４Ａ及び第２の感熱素子４Ｂの端子部がはんだ等の導電性接着剤で接着される。なお、導電性接着剤としては、樹脂に導電性フィラーを添加した導電性樹脂接着剤等も使用することができる。

上記絶縁性基板１１は、ポリイミド樹脂シート等の絶縁性フィルムで形成され、赤外線反射膜１３、第１の配線膜１２Ａ及び第２の配線膜１２Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性基板１１とされるポリイミド基板の両面に、赤外線反射膜１３、第１の配線膜１２Ａ及び第２の配線膜１２Ｂとされる銅箔のフロート電極がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。

上記赤外線反射膜１３は、第２の感熱素子４Ｂの直上に略四角形状で配されている。また、上記赤外線反射膜１３は、上記第１の感熱素子４Ａに対向して絶縁性基板１１の他方の面（上面）に設けられた受光領域の周囲を囲むように配された細線部を有している。
この赤外線反射膜１３は、絶縁性基板１１よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成され、銅箔上に金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、例えば鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成しても構わない。この赤外線反射膜１３は、第２の感熱素子４Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。

上記第１の感熱素子４Ａ及び第２の感熱素子４Ｂは、両端部に端子部が形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子４Ａ及び第２の感熱素子４Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

このように本実施形態の赤外線センサ装置１では、端子部材９の下端面が、ピン部材Ｐの上端面と導電性接着剤で接着されているので、中間実装部材を介さないため、部品点数及び部品コストを削減することができる。また、中間実装部材に熱が逃げないため、端子部材９からの熱の逃げを抑制することができる。特に、端子部材９の下端面とピン部材Ｐの上端面とが直接接着されることで、端子部材９とピン部材Ｐとの互いの側面同士を接着する場合に比べて、互いの接合面積を小さくでき、端子部材９からピン部材Ｐへの熱の逃げを抑制することができる。

また、実装部材本体８が、端子部材９の下方に形成されピン部材Ｐを位置決めする凹部８ａを有しているので、ステム部材２上に実装部材本体８を載置した際に凹部８ａによってピン部材Ｐが位置決めされることで、端子部材９の下端面とピン部材Ｐの上端面とを正確に当接させて接着することが容易となる。したがって、実装時に端子部材９とピン部材Ｐとの位置ずれを防止することが可能になり、位置ずれによる受光特性のばらつきを抑えることができる。

さらに、端子部材９が、丸棒状のピン部材Ｐの上端面の直径よりも下端面の幅が小さい板状であるので、互いの接合面積を小さくすることができ、端子部材９からピン部材Ｐへの熱の逃げをさらに抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

１…赤外線センサ装置、２…ステム部材、３…実装部材、４Ａ，４Ｂ…感熱素子、５…端子電極、７…赤外線センサ本体、８…実装部材本体、８ａ…凹部、９…端子部材、Ｐ…ピン部材

Claims (3)

1. 上部に複数のピン部材が突出したステム部材と、
   前記ステム部材上に設置された実装部材と、
   前記実装部材上に設置され少なくとも一つの感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体とを備え、
   前記実装部材が、絶縁性の実装部材本体と、
   前記実装部材本体に取り付けられ上端面が前記端子電極に接続されている導電性の複数の端子部材とを備え、
   前記端子部材の下端面が、前記ピン部材の上端面と導電性接着剤で接着されていることを特徴とする赤外線センサ装置。
2. 請求項１に記載の赤外線センサ装置において、
   前記実装部材本体が、前記端子部材より下部に形成され前記ピン部材を位置決めする凹部を有していることを特徴とする赤外線センサ装置。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサ装置において、
   前記ピン部材が、丸棒状であり、
   前記端子部材が、前記ピン部材の上端面の直径よりも下端面の幅が小さい板状であることを特徴とする赤外線センサ装置。

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