JP2734844B2 - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタチップによ
り赤外線を検出する赤外線検出器の改良に関し、特にサ
ーミスタチップの支持構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外線検出器としては、サーミスタチッ
プを支持基板上に載置しこれをハーメチックケースに収
納した構成が知られている。図5には、このような構成
を有する赤外線検出器の断面が示されている。
【0003】この図に示される赤外線検出器は、2個の
サーミスタチップ10,12を備えている。サーミスタ
チップ10,12は、温度により電気抵抗が変化するた
め、この抵抗変化を電圧又は電流の変化として出力させ
れば、温度を検出できる。
【0004】サーミスタチップ10,12は、電気絶縁
性の支持基板14上に載置固定されている。支持基板1
4はさらにステム16上に載置固定されている。ステム
16は、キャップ18と嵌め合わされ、図6に示される
ようにハーメチックシールされたケース(いわゆるハー
メチックケース)20を形成する。ハーメチックケース
20の内部には不活性気体が封入されあるいはほぼ真空
状態とされる。これによりサーミスタチップ10,12
の電気特性の経年変化等が防止される。
【0005】サーミスタチップ10は、赤外線検出用サ
ーミスタチップである。赤外線検出のため、サーミスタ
チップ10は、キャップ18の天井に設けられシリコ
ン、ポリエチレン等から形成される赤外線入射窓22の
下に、すなわち赤外線を受光できるよう配置される。
【0006】一方、サーミスタチップ12は、温度補償
用サーミスタチップである。サーミスタチップは通常あ
る温度特性を有しており、その動作温度により出力が異
なる。赤外線が照射されないサーミスタチップ12と照
射されるサーミスタチップ10の電気抵抗の差は赤外線
による温度上昇を表しており、これにより、赤外線の検
出感度が向上する。
【0007】しかし、この従来例ではサーミスタチップ
10,12が支持基板14上に接触載置されている。従
って、サーミスタチップ10,12の等価的熱容量が大
きくなり、この結果応答性に問題が生じる。さらに、赤
外線の照射による熱エネルギがサーミスタチップ10か
ら支持基板14、ステム16を介してサーミスタチップ
12に伝達されると、サーミスタチップ10,12間の
温度差が減少し、感度上の問題となる。
【0008】このような問題を解決するため、サーミス
タチップを他の部材とできるだけ接触させないようにし
た構成が検討されている。このような構成としては、例
えば図7に示されるような構成があげられる。
【0009】この従来例において用いられるサーミスタ
チップは、図7(B)に示されるように、サーミスタチ
ップ本体24の表面両端に検出電極26,28を被着形
成した構成を有しており、この検出電極26,28に
は、リード線30,32が電気的に接続される。リード
線30,32は0.03〜0.05φ程度でPt等から
形成される細いリード線であり、これらはPt等の導電
性ペーストの焼き付けなどの手法で検出電極26,28
にそれぞれ固定される。
【0010】このような構成を有するサーミスタチップ
は、赤外線検出用サーミスタチップ34、温度補償用サ
ーミスタチップ36として、ハーメチックケース内に収
納される。図7(A)に示されるように、サーミスタチ
ップ34,36は、出力端子38とリード線30,32
により接続される。
【0011】このとき、出力端子38との接続位置は、
ステム16から浮いた位置とする。このようにすると、
サーミスタチップ34,36はケース内部の雰囲気によ
り熱的に絶縁されるため、等価的熱容量が大きくならず
熱伝達による温度差減少を免れる。さらに、リード線3
0,32を0.03〜0.05φ程度の細いリード線と
しているため、出力端子38を介した熱エネルギの放散
をも防止できる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示されるような構成では、応答性や検出感度は改善され
るものの、非常に細いリード線を扱わねばならないため
に組立作業の能率が悪く、よって生産性が低いという問
題があった。また、検出電極の経年変化等を避けるため
ハーメチックケースを用いなければならず、封止部の精
度の高い加工が必要で製造設備も複雑となる。これによ
り、さらに製造コスト、価格が高くなる。
【0013】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、応答性と検出感度が高く、しかも生
産性の高い、安価な赤外線検出器を提供することを目的
とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、サーミスタチップを、内部に検出
電極が形成され、検出電極に電気的に接続される出力電
極が両端に被着形成される平板形状とし、支持基板の少
なくとも片面に凹部を形成し、凹部の両脇に出力端子用
電極を被着形成し、この凹部を跨ぎ出力電極が出力端子
用電極に電気的に接続されるようサーミスタチップを支
持基板に載置固定することを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明においては、支持基板の少なくとも片面
に凹部が形成され、サーミスタチップがこの凹部を跨ぐ
よう支持基板に載置固定される。従って、サーミスタチ
ップの等価的熱容量の増大や、赤外線の照射による熱エ
ネルギの放散が防止される。また、出力電極が支持基板
表面の出力端子用電極に電気的に接続されるため、細い
リード線を用いずとも良くなる。さらに、サーミスタチ
ップの検出電極がその内部に形成される。従って、検出
電極が外部雰囲気にさらされないため、ハーメチックケ
ース等を用いる必要がなくなる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。なお、図5乃至7に示される従来例と
同様の構成には同一の符号を付し説明を省略する。
【0017】図1には、本発明の第1実施例に係る赤外
線検出器の構成が示されている。この図に示されるよう
に、本実施例ではケース40がハーメチックケースでは
ない。ケース40は、天井に赤外線入射窓22が設けら
れると共に、支持基板42により底面が封止される構成
であって、この実施例ではケース40と支持基板42の
接触する部位はハーメチックシールをする必要がなく、
精密な封止による製造コストの発生を防止できる。
【0018】このようにハーメチックシールをする必要
がないのは、支持基板42上に載置固定されるサーミス
タチップ44,46が、検出電極48を内部に有する構
成であり、検出電極48が外部雰囲気にさらされないか
らである。図2には、このようなサーミスタチップ4
4,46の構成が示されている。
【0019】図2(A)に示されるように、本実施例で
用いられるサーミスタチップは、検出電極48を内部に
有すると共にこの検出電極48と電気的に接続される2
個の出力電極50を有している。このように内部に検出
電極48を形成する方法としては、例えばシートの積層
により金属層を埋め込む手法がある。このように内部に
検出電極48を形成することにより、外部雰囲気にさら
されることが防止され、経年変化が防止される。
【0020】このような構成を有するサーミスタチップ
44,46は、支持基板42上に載置される。載置され
る位置は、第1従来例と同様、温度検出用に用いられる
サーミスタチップ44が赤外線入射窓22の下にくるよ
うに設定され、サーミスタチップ46は、その温度補償
用に用いられる。
【0021】支持基板42はアルミナ等絶縁性の平板で
あり、図2(B)に示されるように、サーミスタチップ
載置面に凹部52が形成された構成である。支持基板4
2のサーミスタチップ載置面には、サーミスタチップ4
4,46が凹部52を跨いで載置された場合に出力電極
50が接触するよう、電極パタン54が、導電ペースト
(例えばAgペースト)塗布・焼き付けにより形成され
ている。この電極パタン54は、出力端子38に電気的
に接続されている。
【0022】従って、サーミスタチップ44,46を図
2(B)に示されるように支持基板42状に載置し、出
力電極50を導電ペースト又は半田付けにより電極パタ
ン54に接続することにより、検出電極48が他の構成
部材(例えば支持基板42)から隔離された構成が得ら
れる。これにより、サーミスタチップ44,46の等価
的熱容量が小さくなり、赤外線による熱エネルギが赤外
線検出用サーミスタチップ44から放散することが防止
される。
【0023】図3には、この効果を確認するためのブリ
ッジ回路の構成が示されている。この図に示されるよう
に、サーミスタチップ44,46を直列接続した両端に
定電圧Eを印加し、またこれと並列に抵抗R1及びR2
を接続して、サーミスタチップ44と46の接続点と、
抵抗R1とR2の接続点と、の間の電圧(ブリッジ回路
の不平衡電圧)を測定する。この実施例のような構成を
採用する場合、E=5V、R1=R2=4.7kΩ、5
0℃の黒体放射源から10cmの条件で、1mVの不平
衡電圧が得られる。一方、第1従来例のような構成で
は、同条件下で0.05mVの不平衡電圧であった。す
なわち、本実施例では、感度が20倍に向上している。
さらに、応答性に関して測定した結果では、第1従来例
で3秒の時定数であるのに対し、本実施例では0.5秒
となり、応答性(時定数)が1/6に改善されている。
なお、寸法設定は後述の通りである。
【0024】また、この実施例の構成では、出力端子3
8が絶縁性の支持基板42を貫通するよう設けられてい
る。ハーメチックケースでは、一般にステムが金属から
形成されているため、出力端子とステムとの間に電気的
絶縁層を設けねばならなかった。本実施例では、そのよ
うな必要がない。
【0025】さらに、サーミスタチップ44,46の検
出電極と出力端子38との電気的接続は、出力電極50
及び電極パタン54を介して行われており、細いリード
線は介在しない。従って、製造時の作業性が向上し、製
造コストの低減、ひいては価格の低減を実現できる。さ
らに、凹部52の幅(支持基板42の電極パタン54間
隔)をサーミスタチップ44,46の長さに近い値とす
ることで、出力電極50を介した熱の放散を防止でき
る。例えば、サーミスタチップ44,46の寸法を長6
(mm)×幅1(mm)×厚0.08(mm)とした場
合、凹部52の幅は5.8(mm)とすれば良い。
【0026】なお、この実施例では、サーミスタチップ
44,46を同一の支持基板42上に載置したが、これ
は、異なる基板に載置しても良い。
【0027】図4には、本発明の第2実施例に係る装置
の構成が示されている。この装置は、図2に示されるよ
うに構成されサーミスタチップ44,46が載置固定さ
れた支持基板42が、回路基板56上に固定された構成
である。回路基板56上には他の電気部品が載置されて
いる。
【0028】すなわち、本発明のように検出電極をサー
ミスタチップ内部に形成した構成によれば、ハーメチッ
クケースを用いることなく回路基板上に搭載でき、さら
に図4のように回路全体がケース58に収納されている
場合には、赤外線検出器のみについてのケースを必要と
しない。すなわち、回路や赤外線検出器の設計自由度が
増大する。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サーミスタチップの検出電極が内部に形成されるため、
ハーメチックケースが不要となり、シールのコストが発
生しないため安価な赤外線検出器が実現され、設計の自
由度が増大する。また、支持基板に凹部を設け、凹部を
跨ぐようサーミスタチップを支持基板に載置したため、
サーミスタチップの等価的熱容量を小さくでき及び熱の
放散を防止できるため、応答性や感度を向上させること
ができる。さらに、出力電極と出力端子用電極の接続に
よりサーミスタチップの出力を取り出すようにしたた
め、細いリード線を用いることなく出力端子からの熱の
放散を防止でき、作業性の向上による高生産性、製造コ
スト低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る赤外線検出器の構成
を示す断面図である。
【図2】(A)はこの実施例で用いられるサーミスタチ
ップの構成を示す側面図であり、(B)はこのサーミス
タチップを指示する支持基板の構成及び載置態様を示す
斜視図である。
【図3】この実施例による感度向上の効果を検証するた
めのブリッジ回路の回路図である。
【図4】本発明の第1実施例に係る回路装置の構成を示
す断面図である。
【図5】第1従来例に係る赤外線検出器の構成を示す断
面図である。
【図6】ハーメチックケースの構成を示す斜視図であ
る。
【図7】(A)は第2従来例に係る赤外線検出器の構成
を示す断面図であり、(B)はこの従来例で用いられる
サーミスタチップの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
42 支持基板 44,46 サーミスタチップ 48 検出電極 50 出力電極 52 凹部 54 電極パタン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に形成された検出電極、及び両端に
    被着形成され検出電極に電気的に接続される出力電極を
    有する平板形状のサーミスタチップと、 少なくとも片面に凹部が形成され、凹部の両脇に出力端
    子用電極が被着形成され、この凹部を跨ぎ出力電極が出
    力端子用電極に電気的に接続されるようサーミスタチッ
    プが載置固定される電気絶縁性の支持基板と、を備える
    ことを特徴とする赤外線検出器。
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DE10321639A1 (de) * 2003-05-13 2004-12-02 Heimann Sensor Gmbh Infrarotsensor mit optimierter Flächennutzung

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