JP4258193B2

JP4258193B2 - Infrared detector

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Publication number: JP4258193B2
Application number: JP2002281811A
Authority: JP
Inventors: 良谷口; 裕司高田; 正博小堂; 眞人篠谷; 寿伸田中; 篤廣中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004117216A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体から輻射される赤外線を検知するための赤外線検出器に関するもので、特に製造コストを低減した赤外線検出器の実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特許第３２１１０７４号公報
【０００３】
一般に人体を赤外線の変化量で検出する素子には、焦電センサ（焦電型赤外線センサ）と呼ばれるものが多くを占めている。このような焦電センサを用いた赤外線検出器は、防犯用侵入検知器の他、照明等の負荷の自動制御用途として急速に普及しつつある。上掲の特許文献１においては、赤外線検出器の従来例として次のような例が開示されている。
【０００４】
（従来例１）
従来の赤外線検出器の回路ブロック図を図１６に、またその構造例を図１７に示す。このような赤外線検出器は、人体の動作により発生した赤外線の変化を、フレネルレンズ等の集光器８１により焦電センサ８２の受光部に集光し、この焦電センサ８２の出力をバンドパスアンプ部３３により所望の周波数帯域で信号増幅する。更にコンパレータ部８４において、前述のバンドパスアンプ部８３により増幅された出力と、あらかじめ設定された閾値レベルとを比較し、出力が閾値レベルよりも大きい場合に検知信号が出力される。更に、コンパレータ部８４から検知信号が出力されると、タイマー回路８５によりあらかじめ設定された一定の遅延時間（オフディレイタイム）の間、出力回路８６がＯＮ状態を維持する構成となっている。
【０００５】
図１７に示した構造例においては、プリント基板８７上の外付け電子部品８８及び信号処理ＩＣ８９により、図１０におけるバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５を構成するものである。更に、この赤外線検出器の出力は、リレー等の負荷制御装置を駆動し、照明などの負荷の制御を行う。
【０００６】
図１６に示した焦電センサ８２の内部回路図を図１８に示す。焦電センサ８２は、ＰｂＴｉＯ₃、ＰＺＴなどのセラミックやＬｉＴａＯ₃などの単結晶、ＰＶＦ₂のような高分子などの焦電効果を有する材料（焦電体）を検知素子として利用するセンサである。焦電効果とは、分極している焦電体に赤外線が入射すると熱に変換され、その温度変化により今まで空気中のイオンと平衡状態にあった状態がバランスを崩し、これにより電荷を発生する特性のことをいう。焦電センサ８２では、通常このときに発生する電荷を、ＦＥＴ９１と高抵抗Ｒｇによりインピーダンス変換し、電圧信号として取り出すものである。
【０００７】
図１９に、焦電センサ８２の構造を実装斜視図として示す。本例は、焦電素子３０上に２つの受光部３０ａ，３０ｂが構成されているもので、一般的にデュアルタイプと呼ばれている。このような焦電センサ８２では、焦電素子３０はＦＥＴ９１と高抵抗Ｒｇを組み合わせたインピーダンス変換回路とともにプリント基板９２上に実装され、その際、焦電素子３０はチップの両端に形成された電極部を、プリント基板９２上に設けた支持台９３の上に橋渡し状に導電性接着剤等で接着され、インピーダンス変換回路と導通をはかった上で、プリント基板９２との熱的アイソレーションを確保している。プリント基板９２はＴＯ−５ベース９４に実装され、ＴＯ−５キャップ９５が接合されてＣＡＮパッケージに収納されている。ＴＯ−５キャップ９５には赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が設けられている。
【０００８】
ところで、図１８、図１９に示した焦電センサ８２は、ＣＡＮパッケージ内に内蔵されているものは焦電素子３０及びインピーダンス変換回路を構成するＦＥＴ９１と高抵抗Ｒｇのみであり、実際に赤外線検出器として使用するためには、図１６、図１７にあるようなバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５等を外付け回路として設ける必要がある。
【０００９】
（従来例２）
この点を改善するために、上掲の特許文献１では、信号処理ＩＣやその他の外付け電子部品をＭＩＤ（３次元成形回路基板）上に実装することを提案している。部品実装前のＭＩＤ基板と外付け電子部品の外観図を図２０に、部品実装後のＭＩＤ基板の外観図を図２１に、このようなＭＩＤ基板を用いた赤外線検出器の構造を図２２に、キャップを封止して完成した状態を図２３に示す。図中、９７はＭＩＤ基板、９８は外付けチップ部品、９９は信号処理ＩＣチップ、９０は導電性接着剤、８０はボンディングワイヤである。
【００１０】
この赤外線検出器では、焦電素子３０はＭＩＤ基板９７の上部に実装され、その際、焦電素子３０は素子チップの両端に形成された電極部を、ＭＩＤ基板９７の上部に設けた支持部の上に橋渡し状に導電性接着剤９０等で接着され、ＭＩＤ基板９７に実装された回路と導通をはかった上で、ＭＩＤ基板９７との熱的アイソレーションを確保している。本例は、焦電素子３０上に４つの受光部３０ａ〜３０ｄが構成されているもので、一般的にクワッドタイプあるいは４エレメントタイプと呼ばれている。
【００１１】
この赤外線検出器に用いる信号処理ＩＣ９９の概略の回路構成を図２４に示す。焦電素子３０の検出出力を電流−電圧変換するＩ／Ｖ変換回路▲１▼、その出力を電圧増幅する電圧増幅回路▲２▼、その出力を所定の閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータ▲３▼、その出力を受けて出力トランジスタＱを駆動するレベルシフタ▲４▼およびディレイ回路▲５▼を備えている。また、各回路に電源供給する定電圧回路▲６▼と、基準電圧を作成する低ノイズ基準電圧回路▲７▼を備えている。ＶＤＤは電源端子、ＶＳＳはグランド端子、ＶＣＣは定電圧端子、ＶＲは基準電圧端子、ＳＩＮは信号入力端子、ＡＯＵＴはアナログ出力端子、ＯＵＴはオン／オフの出力端子である。また、Ｒｆは外付けの抵抗、ＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は外付けのコンデンサである。これらのコンデンサＣｆおよびＣ１〜Ｃ７は、容量が数十ｎＦ〜数百ｎＦのオーダーであり、信号処理ＩＣ９９に内蔵することができないので、外付け電子部品９８としている。
【００１２】
このような構造の赤外線検出器では、焦電素子３０とインピーダンス変換回路のみならず、信号処理ＩＣ９９や外付け電子部品９８も金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵されているので、図１６〜図１９に示したような赤外線検出器に比べると、大幅な小型化が実現できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図１６〜図１９に示したような赤外線検出器（従来例１）では、焦電センサ８２以外にバンドパスアンプ部８３、コンパレータ部８４、タイマー回路８５等の外付け電子部品を必要とする。特にバンドパスアンプ部８３においては、人間の動きを検出するために、比較的低い周波数の信号を増幅する必要があり、アルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサ等の容量の大きいコンデンサを使用しなければならず、センサの小型化、低コスト化が困難であった。
また、図２０〜図２４に示したような赤外線検出器（従来例２）においては、全ての外付け電子部品を金属パッケージ（ＴＯ−５）に内蔵したため、図１６〜図１９に示したような赤外線検出器（従来例１）と比較して、大幅な小型化を実現することができた。しかしながら、図２０〜図２４に示した赤外線検出器に用いられているＭＩＤ基板９７は、製造工程が複雑である上に製造設備も高価で、このため製造コストが高く、センサモジュールの低コスト化が困難であった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減した赤外線検出器の実装構造を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の赤外線検出器にあっては、上記の課題を解決するために、図４に示すように、焦電素子３０を実装するための焦電素子実装部１１が上面部に形成され、図５に示すように、信号処理ＩＣ２０を実装するためのＩＣ実装部１２が正面部に形成された合成樹脂成形体１０に、同時一体成形により複数の金属部材１〜７がインサートされ、前記複数の金属部材１〜７は、図２〜図４に示すように、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の入力端子パッド（ＳＩＮ，ＶＲ）に接続されると共に、上面側の一部が前記焦電素子実装部１１に露出して前記焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２と、図５に示すように、正面側の一部４１が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２に接続されると共に、背面側の一部４２が前記ＩＣ実装部１２の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部１２の背後を覆うような形状とされたシールド用の金属部材４と、図１４（ｊ）に示すように、外部端子５０，６０，７０に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部１２に露出して前記信号処理ＩＣ２０のパッド（ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳ）に接続される外部配線用の金属部材５，６，７を少なくとも含んで構成され、前記ＩＣ実装部１２は前記信号処理ＩＣ２０を実装する凹部１３を備えており、この凹部１３の背後に前記シールド用の金属部材４が埋め込まれており、前記凹部１３の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材４は、図６に示すように、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部４３が前記焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部１１の周辺全体又は一部を覆うような形状とされており、複数の外部端子５０，６０，７０を互いに絶縁された状態で立設された金属製ベース９４上に、前記合成樹脂成形体１０を起立させた形態で配置し、各外部端子５０，６０，７０を前記外部配線用の金属部材５，６，７に接続した状態で、図１４（ｌ）に示すように、前記合成樹脂成形体１０の焦電素子実装部１１と対向する赤外線入射窓（フィルタ９６）を有する金属製キャップ９５を、金属製ベース９４に接合し、金属製ベース９４のグランド端子と接続される外部配線用の金属部材７は一部に曲げを施し、ＩＣ実装部１２の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材４は前記グランド端子に比べて焦電素子３０の動作電位に近い電位としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、請求項１において、図２に示すように、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴに接続される外部配線用の金属部材６と焦電素子３０から信号処理ＩＣ２０への信号入力端子ＳＩＮに接続される内部配線用の金属部材１とは合成樹脂成形体１０の対角方向に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２において、図１４（ｊ）に示すように、金属製ベース９４の外部端子５０，６０，７０と接続される外部配線用の金属部材５，６，７は、合成樹脂成形体１０の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面１２に対して略垂直に起立し、前記金属部材５，６，７の外部端子５０，６０，７０との接続部分が前記合成樹脂成形体１０から突出していることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれかにおいて、図３に示すように、焦電素子３０の電極部（図７の３１〜３４）に接続される内部配線用の金属部材１，２の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部１１に突出していることを特徴とする。
請求項５の発明によれば、請求項４において、図７に示すように、焦電素子３０は複数の受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備え、各受光部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを焦電素子３０の両端の電極部３１，３２（および３３，３４）に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部３１，３２（および３３，３４）を内部配線用の金属部材１，２に接続することで表裏の配線パターンが接続されていることを特徴とする。
請求項６の発明によれば、請求項１〜５のいずれかにおいて、図１、図４に示すように、合成樹脂成形体１０の正面部又は側面部に凹部１４を形成し、前記凹部１４の内部又は近接箇所に金属部材３，７が露出した箇所を設け、前記凹部１４に外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装した上で、前記金属部材３，７の露出部と前記外付け電子部品（チップコンデンサＣ１）の端子を接続したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の赤外線検出器の好ましい実施の形態を、図１〜図１５に基づいて詳細に説明する。まず、従来のＭＩＤブロックに代わる同時成形体１０の詳細な構成を図１〜図６に示す。図１（ａ）は同時成形体１０の正面側（ＩＣ実装面）を前にした斜視図、図１（ｂ）は背面側を前にした斜視図である。図２は同時成形体１０の透視斜視図を示す。図１（ａ）では同時成形体１０の正面側を右上方から見ているのに対して、図２では同時成形体１０の正面側を左上方から見ている。図２に示すように、この同時成形体１０には７つの金属部材１〜７がインサート成形されている。図２において、薄い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の内部に埋め込まれた金属部材を意味しており、濃い灰色で塗り潰された部分は同時成形体１０の外部に露出した金属部材を意味している。図２の金属部材１〜７のみを取り出して描くと、図３に示すようになる。これらの金属部材１〜７は後述のように１枚の金属平板８から切り出されたものである（図１１参照）から、互いに接近してはいるが、電気的には分離された７枚の金属片となっている。
【００１９】
図１、図２に示す同時成形体１０を真正面から見ると、図４に示すようになる。図１と図４において、灰色に塗り潰された箇所は配線用の金属部材１〜７が同時成形体１０の表面に露出している部分を示している。図４のＡ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線についての断面構造をそれぞれ図５と図６に示す。
【００２０】
図７は同時成形体１０の上面側に設けられた焦電素子実装部１１に橋渡し実装（図４の破線を参照）される焦電素子３０の配線パターンを一例として示しており、（ａ）は表側、（ｂ）は裏側である。図８は同時成形体１０の正面側に設けられたＩＣ実装部１２に実装される信号処理ＩＣ２０の概略的な回路構成を示す。この信号処理ＩＣ２０は、外部電源端子ＶＤＤ２、内部電源端子ＶＤＤ、グランド端子ＶＳＳ、基準電圧端子ＶＲおよびＶＲ２、信号入力端子ＳＩＮおよび信号出力端子ＯＵＴの各端子パッドを備えている。信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲの間には焦電素子３０が接続される。
【００２１】
信号処理ＩＣ２０の各端子パッドと金属部材１〜７の対応関係は図２に示す通りである。以下、各金属部材１〜７について説明する。
第１の金属部材１は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の一端側の電極３１，３３に接続される。第１の金属部材１の右下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号入力端子ＳＩＮのパッドに接続される。信号入力端子ＳＩＮは、焦電素子３０で生じた微小な電流信号を信号処理ＩＣ２０の電流電圧変換回路２１に入力する端子である。第１の金属部材１の左端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２２】
第２の金属部材２は内部配線用の金属部材であり、上端が同時成形体１０の上面側に突出し、焦電素子実装部１１の素子支持部１５，１６間に橋渡し実装される焦電素子３０の他端側の電極３２，３４に接続される。第２の金属部材２の左下隅は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右上隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲのパッドに接続される。基準電圧端子ＶＲは信号処理ＩＣ２０の内部で安定化された基準電圧が出力される端子である。第２の金属部材２の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２３】
第３の金属部材３は内部配線用の金属部材であり、その右端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左辺略中央付近の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の内部電源端子ＶＤＤのパッドに接続される。第３の金属部材３の左端の広幅部は、図２、図４に示すように、電子部品実装部１４の上部表面に露出し、外付けのチップコンデンサＣ１の一端に接続される。この広幅部の先端に形成されている細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。
【００２４】
第４の金属部材４はシールド用の金属部材であり、図３に示すように、基準電圧端子部４１と背面シールド部４２と上方シールド部４３を備えている。基準電圧端子部４１の右端の細幅部は、後述の切断工程（図１３（ｈ）参照）で金属平板８から切り離された部分である。第４の金属部材４における基準電圧端子部４１は、図４および図５に示されるように、ＩＣ実装部１２の右辺上方の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の基準電圧端子ＶＲ２のパッドに接続される。この基準電圧端子ＶＲ２の電位は、上述の基準電圧端子ＶＲの電位と実質的に同一であるが、シールド用の金属部材４が拾ったノイズが回路中の基準電圧ＶＲに影響しないように、別々のパッドから出力しているものである。図５の断面図から明らかなように、ＩＣ実装部１２の凹部１３に実装される信号処理ＩＣ２０の背面側に埋め込まれた背面シールド部４２は、第４の金属部材４をクランク状に曲げ加工することにより基準電圧端子部４１と一体となっている。また、この背面シールド部４２の上端を正面側に略Ｌ字型に折り曲げることにより、図６の断面図に示されるように、焦電素子実装部１１の直下に埋め込まれた上方シールド部４３も基準電圧端子部４１と一体となっている。これにより、焦電素子３０の直下ならびに信号処理ＩＣ２０の背後は安定な基準電圧ＶＲ２の壁に覆われることになる。
【００２５】
第５の金属部材５は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の左下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の外部電源端子ＶＤＤ２のパッドに接続される。第５の金属部材５の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部５１が形成されており、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子５０に接続される。
【００２６】
第６の金属部材６は外部配線用の金属部材であり、その上端部は、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の右下隅の表面に露出し、信号処理ＩＣ２０の信号出力端子ＯＵＴのパッドに接続される。第６の金属部材６の下端の広幅部には、図３に示すように、外部接続端子部６１が形成されており、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子６０に接続される。
【００２７】
第７の金属部材７は内部配線と外部配線ならびにシールド用の金属部材であり、図３に示すように、外部接続端子部７１と下方シールド部７２と側方シールド部７３を備えている。この第７の金属部材７は、図２、図４に示すように、ＩＣ実装部１２の下方及び側方を広く覆うように構成されており、外部接続端子部７１がグランド電位に接続されることで、外部からの電気的ノイズから、信号処理ＩＣ２０をシールドする構造となっている。また、電子部品実装部１４の下部表面に露出した左端の広幅部にチップコンデンサＣ１の他端が接続されることで、内部配線用の金属部材としても使用されている。さらに、ＩＣ実装部１２の下辺中央付近に露出した部分が信号処理ＩＣ２０のグランド端子ＶＳＳのパッドに接続されることで、外部配線用の金属部材としても使用されている。第７の金属部材７の外部接続端子部７１は、図６に示すように、正面側に突出するように略垂直に曲げ加工を施されて、後述の外部端子７０と一体化された台座部分（金属製ベース９４）に接続される。下方シールド部７２は、図６に示すように、ＩＣ実装部１２の下方をシールドするように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されている。側方シールド部７３はＩＣ実装部１２の右側方を覆うように、成形体１０の内部で略垂直に曲げ加工を施されていると共に、信号出力端子となる第６の金属部材６を覆うような形状とすることで、信号出力が上方に廻り込むことを防止している。
【００２８】
本実施の形態では、シールド用の金属部材として、第４の金属部材４により上半分を基準電圧端子ＶＲ２の電位（基準電位）によりシールドし、第７の金属部材７により下半分をグランド端子ＶＳＳの電位（グランド電位）によりシールドしている。仮に、基準電位の第４の金属部材４を省略して、グランド電位の第７の金属部材７だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、焦電素子３０からグランド電位へのｆＡオーダーの漏れ電流が生じることになる。すなわち、焦電素子３０の電極に接続される信号入力端子ＳＩＮと基準電圧端子ＶＲは、直流的にはグランド電位に対して約１Ｖ程度の電位差があり、焦電素子３０の直下にグランド電位が存在すると、直流的な漏れ電流が生じてしまう。本実施の形態で用いる信号処理ＩＣ２０はｆＡオーダーの漏れ電流でも動作に影響があるので、漏れ電流は少ない方が良い。そこで、焦電素子３０の直下には、基準電圧端子ＶＲと実質的に同一電位の基準電圧端子ＶＲ２に接続された第４の金属部材４の上方シールド部４３を配置している。
【００２９】
一方、基準電位の第４の金属部材４だけで信号処理ＩＣ２０および焦電素子３０のすべてをシールドしようとすると、信号処理ＩＣ２０から取り出した基準電位を広い範囲に引き廻すことになるので、好ましくない。以上のような理由から、本実施の形態では、シールド用の金属部材を上下に２分割して、焦電素子３０に近い方を信号処理ＩＣ２０の基準電位に接続し、焦電素子３０から遠い方をグランド電位に接続するようにしている。
【００３０】
また、発明者らは、図８に示した回路において、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが容量結合することにより、センサモジュールの感度が低下することを、回路シミュレーション及び実験により明らかにした。したがって、図２に示すように、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６を、距離的・電気的に分断する必要がある。このような考えに基づき、距離的には、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されるように構成し、電気的には基準電位によるシールド専用の金属部材４に曲げ加工を施すことにより、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込み形成し、これにより信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴを可能な限り電気的に分断するような構造としている。
【００３１】
ここで、焦電素子実装部１１の直下に上方シールド部４３を埋め込むことで、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的に分断される理由を説明する。図２を見ただけでは、信号入力端子ＳＩＮの電位は信号出力端子ＯＵＴの電位から最も遠くに存在しているように見えるが、信号入力端子ＳＩＮに接続される焦電素子３０の表面では図７（ａ）に示すように第１の電極３１から受光部３０ｂ，３０ｃに配線パターンが形成されており、また、焦電素子３０の裏面では図７（ｂ）に示すように第３の電極３３から受光部３０ａ，３０ｄに配線パターンが形成されており、第１の電極３１と第３の電極３３が金属部材１と接続されることで、表裏の配線パターンが接続されることになっている。したがって、図２において、信号入力端子ＳＩＮに接続される金属部材１と信号出力端子ＯＵＴに接続される金属部材６とが同時成形体１０の対角に配置されて距離的に離れていても、電気的には金属部材１の電位は焦電素子３０の配線パターン上で引き廻されているので、上方シールド部４３により焦電素子３０の配線パターンと信号出力端子ＯＵＴの電位とをシールドする必要があり、これにより、信号入力端子ＳＩＮと信号出力端子ＯＵＴが電気的にも分断されて、容量結合が起きないようにしている。
【００３２】
なお、このような問題が起きることは、従来のＭＩＤブロックを用いた赤外線検出器では知られていなかった。その理由としては、図２１（ｂ）に示すような裏面側の配線パターンが実質的にシールド機能を果たしていたからであると考えられる。したがって、前述の容量結合を回避するために、第１の金属部材１と第６の金属部材を対角に配置することや、第４の金属部材４の上方シールド部４３を用いて焦電素子３０の配線パターンをシールドすることは、本発明に固有の課題を実験ならびに回路シミュレーションにより発見したことに基づいてなされたものである。
【００３３】
ところで、図１〜図６に示した同時成形体１０の構造において、従来のＭＩＤブロックと同数の外付け部品が必要な場合には、金属部材の形状などに制約があるため実現が困難であり、本発明は、外付けの電子部品の数が少ない場合に有効な構造である。このような観点から、図８に示す信号処理ＩＣ２０では、スイッチトキャパシタフィルタを用いてバンドパスフィルタ回路を構成しており、図２４の従来の回路構成に比べると、外付けの電子部品はチップコンデンサＣ１が１個となっている。図８に示す信号処理ＩＣ２０を用いれば、外付け電子部品を大幅に削減できるので、同時成形体１０の上面に焦電素子３０を配置し、同時成形体１０の正面に信号処理ＩＣ２０を配置し、同時成形体１０の側面に外付けのチップコンデンサＣ１を配置した、簡略な実装構造が可能となる。
【００３４】
図８の信号処理ＩＣ２０は、焦電素子３０を接続された信号入力端子ＳＩＮに接続された電流電圧変換回路２１と、その出力を増幅する電圧増幅回路２２と、人間の動きを検出するためにスイッチトキャパシタフィルタを用いて比較的低い周波数の信号を選択的に増幅するバンドパスフィルタ回路２３と、その出力を閾値レベルＶＷＨ，ＶＷＬと比較するウィンドコンパレータ及びその比較結果により信号出力端子を駆動するトランジスタＴｒとその入力段のレベルシフタを含む出力回路２４と、スイッチトキャパシタフィルタの動作クロックを与えるクロック回路２５と、各回路に安定した動作電源を供給するための電源回路２６とから構成されている。外部電源端子ＶＤＤ２と内部電源端子ＶＤＤの間には、信号処理ＩＣ２０の内部で抵抗が構成されており、外付け部品として、チップコンデンサＣ１をＶＤＤ−ＶＳＳ間に挿入することにより、ローパスフィルタを構成し、外部電源端子ＶＤＤ２に生じる高周波ノイズを除去して、信号処理ＩＣ２０の内部回路に高周波ノイズが侵入するのを防止する働きをするものである。このコンデンサＣ１は電源電圧が十分に安定している場合には省略することも可能である。また、バンドパスフィルタ回路２３を構成するスイッチトキャパシタフィルタに用いる複数のコンデンサは、いずれもｐＦのオーダーであり、図２４の従来回路に用いる外付けコンデンサＣ１〜Ｃ７およびＣｆがいずれも数十〜数百ｎＦのオーダーであったのと比べると、格段に容量が小さく、フィルタ回路のコンデンサを半導体集積回路内に形成することができる。
【００３５】
なお、ここでは出力回路２４からの出力端子ＯＵＴはＯＮ／ＯＦＦ信号（ディジタル信号）を出力するものとしたが、出力回路２４のウィンドコンパレータの手前からアナログ信号を取り出すようにしても良い。その場合には、信号出力端子ＯＵＴのワイヤリング時に、信号処理ＩＣ２０のアナログ信号出力用のパッドを選択して接続すれば良い。
【００３６】
図９は本実施の形態に係る赤外線検出器の外観図である。また、図１０は図９に示した赤外線検出器の分解斜視図を示す。これらの図に示すように、上述の同時成形体１０に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）、焦電素子３０、信号処理ＩＣ２０などを実装して同時成形ブロックとし、さらにこの同時成形ブロックを金属製ベース９４上に実装して、金属製キャップ９５を接合するといった構造になっている。
【００３７】
以下、本実施の形態に係る赤外線検出器の概略の製造工程を、図１１〜図１４に示し説明する。まず、配線用の金属部材１〜７のもととなる金属製の平板８（図１１（ａ））が用意される。なお、図１１〜図１３においては個片の状態を示しているが、生産の規模に応じて、フープ状に巻かれた金属平板８に、連続的に各個片が形成されていてもよい。金属平板８の厚さは例えば０．１５ｍｍ程度で、材料は例えば銅などである。
【００３８】
次に前述の金属平板８が、抜き型、又はエッチングにより所定の形状に抜き加工される（図１１（ｂ））。図１１には省略したが、この状態で金属平板８の表面に、銀などのメッキ処理がなされる。メッキ処理は金属平板８の全体に施す場合や、又は必要箇所のみに施す場合（部分メッキ）がある。ここで必要箇所というのは、後述するが、ワイヤボンディングするパッド部分や、焦電素子３０や電子部品（チップコンデンサＣ１）との接続部などである。
【００３９】
次に抜き加工を施された金属平板８が、曲げ型により曲げ加工される（図１１（ｃ））。本実施の形態においては、１つにつき５箇所の曲げ加工を施している。
【００４０】
そして、所定の形状となった金属平板８が、金型において合成樹脂と同時一体成形される（図１２（ｄ））。図４に個片化された同時成形体１０の正面図を示したが、この図に示されるように、正面側のＩＣ実装部１２にはワイヤボンディングパッド部となる金属部材１〜７の一部がそれぞれ露出し、側面側の電子部品実装部１４には電子部品接続端子部となる金属部材３，７の一部が露出し、上面側の焦電素子実装部１１には焦電素子接続端子部となる金属部材１，２の一部が露出し、底面側には外部端子接続部となる金属部材５，６，７の一部が露出している。
【００４１】
次に、信号処理ＩＣ２０が同時成形体１０に実装される（図１２（ｅ））。図５に示すように同時成形体１０の正面のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３に信号処理ＩＣ２０を実装するような構造となっており、ＩＣ実装部１２の内壁面は図５、図６の矢印で示すように傾斜（テーパー）を有している。信号処理ＩＣ２０は、前述のＩＣ実装部１２の略中央に設けられた凹部１３にダイボンディングされ、固定される。その上で、信号処理ＩＣ２０上に設けられた端子パッドＳＩＮ，ＶＲ，ＶＤＤ，ＶＲ２，ＶＤＤ２，ＯＵＴ，ＶＳＳと、同時成形体１０の表面に露出した金属部材１，２，３，４，５，６，７とを、それぞれ金属ワイヤ（金線、アルミニウム線など）により導通させる（ワイヤボンディング）。ワイヤボンディング装置の先端部分（キャピラリー）からワイヤを張るが、前述のＩＣ実装部１２の内壁面には、キャピラリーの先端角度に応じたテーパーが形成されている。
【００４２】
次に、信号処理ＩＣ２０を実装したＩＣ実装部１２に樹脂を注入、硬化して封止を行う（図１２（ｆ））。図中、黒く塗り潰した部分は樹脂で封止された箇所を示している。この樹脂封止は、信号処理ＩＣ２０を周囲環境（温度、湿度など）から保護する目的がある。後述するが、本実施の形態に係る赤外線検出器は、この合成樹脂成形体１０を金属製パッケージ９４，９５内に収納する構成であるので、樹脂封止については省略することも可能である。しかしながら、製造時の取り扱い性の向上のためにも、樹脂封止を施すことが一般的である。
【００４３】
次に、外付けの電子部品（チップコンデンサＣ１）が同時成形体１０に実装される（図１３（ｇ））。図１、図２、図４に示すように同時成形体１０の側面の凹部１４に電子部品（チップコンデンサＣ１）を落とし込み実装するような構造となっており、この近傍に露出した金属部材３，７と、導電性接着剤などにより接続、硬化する。
【００４４】
次に、金属平板８から同時成形体１０が切断される（図１３（ｈ））。金属平板８より切断された同時成形体１０は、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施され（図１３（ｉ））、図１４に示すように、金属製ベース９４上に起立するように実装され、その後に焦電素子３０が実装される。
【００４５】
この工程をより詳細に説明すると、まず第一に金属平板８より切断され、外部端子と接続する３つの金属部材５，６，７に曲げ加工が施された同時成形体１０が、ＴＯ−５の金属製ベース９４上に起立するように実装される（図１４（ｊ））。この金属製ベース９４には、内部側に２本、外部側に３本の外部端子が立設されており、内部側に突出しない外部側の１本の端子７０は、台座部分（金属製ベース９４）と電気的に接合されている。外部側の残りの２本の端子５０，６０（内部側に突出する２本の端子）は、それぞれ台座部分とは電気的に絶縁された構造となっている。
【００４６】
内部側の２本の端子５０，６０は、図１４（ｊ）に示すように、曲げ加工が施された同時成形体１０の左右の金属部材５，６に、それぞれ導電性接着剤などにより接合されて、外部電源端子ＶＤＤ２及び信号出力端子ＯＵＴとなる。また、曲げ加工が施された同時成形体１０の中央の金属部材７は、内部側の台座部分に導電性接着剤などにより接合されて、グランド端子ＶＳＳとなる。なお、一般的には導電性接着剤の接着強度は比較的弱いので、前述の導電性接着剤の塗布前に、エポキシ系などの絶縁性の接着剤などにより、同時成形体１０を金属製ベース９４上に固着してから、導電性接着剤などの塗布を行ってもよい。
【００４７】
次に、焦電素子３０のチップを実装する（図１４（ｋ））。焦電素子３０のチップは、同時成形体１０の上部に実装される。より具体的に説明すると、図１、図４に示すように、同時成形体１０の上部の焦電素子実装部１１の両端には、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端を含む形で、素子支持部１５，１６が形成されている。素子接続端子部となる金属部材１，２の上端は、金属板に曲げのない状態で焦電素子実装部１１の両側に突出している。導電性接着剤などにより焦電素子３０の一端の表裏の電極３１，３３（図７参照）と、第１の素子接続端子部を構成する金属部材１の上端とが接続される。また、焦電素子３０の他端の表裏の電極３２，３４（図７参照）と、第２の素子接続端子部を構成する金属部材２の上端とが同じく導電性接着剤などにより接続される。
【００４８】
この際、図４に示すように、素子接続端子部となる金属部材１，２の上端の間隔をｘ１、焦電素子３０の幅をｘ２、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６の幅をｘ３とすると、ｘ１＞ｘ２＞ｘ３という関係になっている。従って、焦電素子３０の電極３１，３３と金属部材１の上端とは直接接触せず、また、焦電素子３０の電極３２，３４と金属部材２の上端とは直接接触せず、それぞれ導電性接着剤などにより形成される経路を介して接続されることとなる。
【００４９】
より具体的に説明すると、素子支持部１５，１６にはそれぞれ金属部材１，２の上端にかかるように導電性接着剤が塗布されて、図４の破線で示すように、焦電素子３０が橋渡し実装されることで、焦電素子３０の裏面側の電極３３，３４が金属部材１，２にそれぞれ接続される。さらに焦電素子３０の表面側の電極３１，３２が導電性接着剤により金属部材１，２の上端にそれぞれ接続されることで、図７（ａ）に示す表側の電極３１，３２と、図７（ｂ）に示す裏側の電極３３，３４とが電気的に接続されるようになっている。
【００５０】
また、同時成形体１０の上部に設けられた素子支持部１５，１６により焦電素子３０が橋渡し実装されることにより、焦電素子３０と同時成形体１０との間の熱的アイソレーションが確保され、良好な感度を得ることができる。更に、図１４（ｋ）に示すように、焦電素子３０の各受光部を形成する略コの字型のスリットを、同時成形体１０に橋渡し実装される端部とは直交する方向に開口させたことにより、同時成形体１０と各受光部との間の熱的アイソレーションが、更に良好となる。
【００５１】
図１５に別の焦電素子実装部１１の形態を示す。この例では、焦電素子実装部１１に、焦電素子３０の幅ｘ２よりやや大きい凹段部１５’，１６’が形成されているので、この凹段部１５’，１６’に焦電素子３０を落とし込み実装することにより、同時成形体１０に対する焦電素子３０の位置精度が向上する。
【００５２】
最後に、図１４（ｌ）に示すように、同時成形体１０が実装された金属ベース９４に、金属製のキャップ９５を溶接して、センサモジュールの完成となる。なお、金属製のキャップ９５には、赤外線透過フィルタ９６を有する検知窓が、同時成形体１０の焦電素子実装部と対向するように設けられている。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明にあっては、焦電素子を実装するための焦電素子実装部が上面部に形成され、信号処理ＩＣを実装するためのＩＣ実装部が正面部に形成された合成樹脂成形体に、同時一体成形により複数の金属部材がインサートされ、前記複数の金属部材は、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの入力端子パッドに接続されると共に、上面側の一部が前記焦電素子実装部に露出して前記焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材と、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの基準電圧端子に接続されると共に、背面側の一部が前記ＩＣ実装部の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部の背後を覆うような形状とされたシールド用の金属部材と、外部端子に接続されると共に、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣのパッドに接続される外部配線用の金属部材を少なくとも含んで構成され、前記ＩＣ実装部は前記信号処理ＩＣを実装する凹部を備えており、この凹部の背後に前記シールド用の金属部材が埋め込まれており、前記凹部の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材は、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部が前記焦電素子実装部の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされており、複数の外部端子を互いに絶縁された状態で立設された金属製ベース上に、前記合成樹脂成形体を起立させた形態で配置し、各外部端子を前記外部配線用の金属部材に接続した状態で、前記合成樹脂成形体の焦電素子実装部と対向する赤外線入射窓を有する金属製キャップを、金属製ベースに接合し、金属製ベースのグランド端子と接続される外部配線用の金属部材は一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材は前記グランド端子に比べて焦電素子の動作電位に近い電位とした赤外線検出器であるから、実装構造及び製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項１に記載の発明にあっては、前記信号処理ＩＣの基準電圧端子や金属製ベースのグランド端子のような安定した電位に接続されている金属部材の一部に曲げを施し、前記ＩＣ実装部又は焦電素子実装部の一部を覆うような形状としたから、シールド効果により信号処理ＩＣの入出力間に寄生する容量を最小限に抑えることができ、感度の低下をもたらさず、信頼性の高い赤外線検出器を提供することができる。
請求項１に記載の発明にあっては、正面側の一部が前記ＩＣ実装部に露出して前記信号処理ＩＣの基準電圧端子に接続されると共に、背面側の一部が前記ＩＣ実装部の背後に埋め込まれて前記ＩＣ実装部の背後を覆うような形状とされたシールド用の金属部材を備えるので、ＩＣ実装部に実装される信号処理ＩＣを基準電圧でシールドできる。
請求項１に記載の発明にあっては、前記ＩＣ実装部は前記信号処理ＩＣを実装する凹部を備えており、この凹部の背後に前記シールド用の金属部材が埋め込まれているので、シールド用の金属部材に対する信号処理ＩＣの位置精度が高くなる。
請求項１に記載の発明にあっては、前記凹部の背後に埋め込まれたシールド用の金属部材は、上端を正面側に折り曲げることにより上面側の一部が前記焦電素子実装部の直下に埋め込まれて前記焦電素子実装部の周辺全体又は一部を覆うような形状とされているので、焦電素子上の配線パターンをシールドできる。
【００５５】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１において、信号処理ＩＣの信号出力端子に接続される外部配線用の金属部材と焦電素子から信号処理ＩＣへの信号入力端子に接続される内部配線用の金属部材とは対角方向に配置されているので、信号処理ＩＣの信号入力端子と信号出力端子の容量結合を低減できる効果がある。
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は２において、金属製ベースの外部端子と接続される外部配線用の金属部材は、合成樹脂成形体の内部又は外部で曲げが施され、ＩＣ実装面に対して略垂直に起立し、前記金属部材の外部端子との接続部分が前記合成樹脂成形体から突出しているので、金属製ベースの外部端子との接続が容易となり、低コスト化、高信頼性化につながる。
請求項１に記載の発明にあっては、金属製ベースのグランド端子と接続される外部配線用の金属部材はＩＣ実装部の下部の全体又は一部を覆うような形状とされており、前記シールド用の金属部材は前記グランド端子に比べて焦電素子の動作電位に近い電位としたので、焦電素子の動作電位を広い範囲に引き廻すことなく、焦電素子からの漏れ電流を低減できる。
【００５６】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１〜３のいずれかにおいて、焦電素子の電極部に接続される内部配線用の金属部材の一部が、曲げのない状態で焦電素子実装部に突出しているので、同時一体成形が容易となり、低コスト化につながる。
請求項５に記載の発明にあっては、請求項４において、焦電素子は複数の受光部を備え、各受光部を焦電素子の両端の電極部に接続するための配線パターンを表裏両面に備えており、各電極部を内部配線用の金属部材と接続するときに表裏の配線パターンが接続されるので、実装構造及び製造工程が簡略化され、低コスト化を図ることができる。
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１〜５のいずれかにおいて、合成樹脂成形体の正面部又は側面部に凹部を形成し、前記凹部の内部又は近接箇所に金属部材が露出した箇所を設け、前記凹部に外付け電子部品を落とし込み実装した上で、前記金属部材の露出部と前記外付け電子部品の端子を接続したので、電子部品が合成樹脂成形体から突出することがなく、位置決めも容易となるので、小型化、低コスト化を図ることができる。
【００５７】
なお、合成樹脂成形体の上面部に、焦電素子の端部を支持する素子支持部を形成し、焦電素子を橋渡し実装するように構成すれば、焦電素子と合成樹脂成形体の熱的アイソレーションを十分に確保することができ、感度の低下や熱的なノイズの影響を抑えることができるので、信頼性の高い赤外線検出器を提供することができる。また、合成樹脂成形体の上面部に形成された素子支持部に、焦電素子の端部を支持する段差部を形成すれば、焦電素子の位置決めが容易となり、高信頼性化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線検出器の同時成形体を示す斜視図である。
【図２】本発明の赤外線検出器の同時成形体と金属部材を示す透視斜視図である。
【図３】本発明の赤外線検出器の金属部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の赤外線検出器の同時成形体の正面図である。
【図５】図１２のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図６】図１２のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図７】本発明の赤外線検出器の焦電素子の配線パターンを示す平面図である。
【図８】本発明の赤外線検出器の概略回路図である。
【図９】本発明の赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図１０】本発明の赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１４】本発明の赤外線検出器の製造工程を示す図である。
【図１５】本発明の赤外線検出器の同時成形体の他の例を示す斜視図である。
【図１６】従来の赤外線検出器の回路ブロック図である。
【図１７】従来の赤外線検出器の構造例を示す斜視図である。
【図１８】従来の焦電センサの内部構成を示す回路図である。
【図１９】従来の焦電センサの内部構造を示す分解斜視図である。
【図２０】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装前の外観を示す斜視図である。
【図２１】従来の赤外線検出器に用いられたＭＩＤの部品実装後の外観を示す斜視図である。
【図２２】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の内部構造を示す分解斜視図である。
【図２３】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の外観を示す斜視図である。
【図２４】従来のＭＩＤを用いた赤外線検出器の概略回路図である。
【符号の説明】
１〜７金属部材
１０成形体
１１焦電素子実装部
１２ＩＣ実装部
１３凹部
１４電子部品実装部
２０信号処理ＩＣ
３０焦電素子
９４金属製ベース
９５金属製キャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared detector for detecting infrared radiation radiated from an object, and more particularly to an infrared detector mounting structure with reduced manufacturing costs.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3211074
[0003]
In general, elements called pyroelectric sensors (pyroelectric infrared sensors) occupy most of the elements that detect the human body by the amount of change in infrared rays. Infrared detectors using such pyroelectric sensors are rapidly spreading for use in automatic control of loads such as lighting in addition to crime prevention intrusion detectors. In the above-mentioned Patent Document 1, the following example is disclosed as a conventional example of an infrared detector.
[0004]
(Conventional example 1)
FIG. 16 shows a circuit block diagram of a conventional infrared detector, and FIG. 17 shows a structural example thereof. Such an infrared detector condenses the change in infrared rays generated by the movement of the human body on the light receiving portion of the pyroelectric sensor 82 by a condenser 81 such as a Fresnel lens, and the output of the pyroelectric sensor 82 is bandpassed. The amplifier unit 33 amplifies the signal in a desired frequency band. Further, the comparator unit 84 compares the output amplified by the bandpass amplifier unit 83 with a preset threshold level, and outputs a detection signal when the output is larger than the threshold level. Further, when the detection signal is output from the comparator unit 84, the output circuit 86 is maintained in the ON state for a certain delay time (off delay time) preset by the timer circuit 85.
[0005]
In the structural example shown in FIG. 17, the external electronic component 88 and the signal processing IC 89 on the printed circuit board 87 constitute the bandpass amplifier 83, the comparator 84, and the timer circuit 85 in FIG. Further, the output of the infrared detector drives a load control device such as a relay to control a load such as illumination.
[0006]
FIG. 18 shows an internal circuit diagram of the pyroelectric sensor 82 shown in FIG. The pyroelectric sensor 82 is PbTiO_Three, PZT and other ceramics and LiTaO_ThreeSingle crystal such as PVF₂It is a sensor using a material (pyroelectric body) having a pyroelectric effect such as a polymer as a sensing element. The pyroelectric effect is converted into heat when infrared rays are incident on a polarized pyroelectric material, and the state of equilibrium with ions in the air up to this point is lost due to changes in temperature, thereby generating charges. It refers to the property to be. In the pyroelectric sensor 82, the charge generated at this time is normally impedance-converted by the FET 91 and the high resistance Rg and taken out as a voltage signal.
[0007]
FIG. 19 shows the structure of the pyroelectric sensor 82 as a mounting perspective view. In this example, two light receiving portions 30a and 30b are formed on the pyroelectric element 30, and are generally called a dual type. In such a pyroelectric sensor 82, the pyroelectric element 30 is mounted on a printed circuit board 92 together with an impedance conversion circuit combining a FET 91 and a high resistance Rg. At that time, the pyroelectric element 30 is formed by electrodes formed at both ends of the chip. The part is bonded to a support base 93 provided on the printed circuit board 92 with a conductive adhesive or the like in a bridging manner so as to be electrically connected to the impedance conversion circuit and to ensure thermal isolation from the printed circuit board 92. is doing. The printed circuit board 92 is mounted on a TO-5 base 94, and a TO-5 cap 95 is bonded to the CAN package. The TO-5 cap 95 is provided with a detection window having an infrared transmission filter 96.
[0008]
By the way, the pyroelectric sensor 82 shown in FIGS. 18 and 19 includes only the pyroelectric element 30 and the FET 91 constituting the impedance conversion circuit and the high resistance Rg incorporated in the CAN package. In order to use as a device, it is necessary to provide a band pass amplifier unit 83, a comparator unit 84, a timer circuit 85, etc. as shown in FIGS. 16 and 17 as external circuits.
[0009]
(Conventional example 2)
In order to improve this point, the above-mentioned Patent Document 1 proposes mounting a signal processing IC and other external electronic components on an MID (three-dimensional molded circuit board). FIG. 20 shows an external view of an MID board before mounting a component and an external electronic component, FIG. 21 shows an external view of the MID board after mounting the component, and FIG. 22 shows the structure of an infrared detector using such an MID board. FIG. 23 shows a completed state by sealing the cap. In the figure, 97 is an MID substrate, 98 is an external chip component, 99 is a signal processing IC chip, 90 is a conductive adhesive, and 80 is a bonding wire.
[0010]
In this infrared detector, the pyroelectric element 30 is mounted on the upper part of the MID substrate 97, and at that time, the pyroelectric element 30 has electrode portions formed on both ends of the element chip, and a support part provided on the upper part of the MID substrate 97. It is bonded with a conductive adhesive 90 or the like in a bridging manner, and is electrically connected to the circuit mounted on the MID substrate 97, and thermal isolation from the MID substrate 97 is ensured. In this example, four light receiving portions 30a to 30d are configured on the pyroelectric element 30, and are generally called a quad type or a four element type.
[0011]
FIG. 24 shows a schematic circuit configuration of a signal processing IC 99 used for this infrared detector. I / V conversion circuit (1) for converting the detection output of the pyroelectric element 30 into current-voltage, a voltage amplification circuit (2) for amplifying the output, and a window comparator for comparing the output with predetermined threshold levels VWH and VWL (3) A level shifter (4) and a delay circuit (5) for receiving the output and driving the output transistor Q are provided. Further, a constant voltage circuit (6) for supplying power to each circuit and a low noise reference voltage circuit (7) for generating a reference voltage are provided. VDD is a power supply terminal, VSS is a ground terminal, VCC is a constant voltage terminal, VR is a reference voltage terminal, SIN is a signal input terminal, AOUT is an analog output terminal, and OUT is an on / off output terminal. Rf is an external resistor, and Cf and C1 to C7 are external capacitors. These capacitors Cf and C1 to C7 have an order of several tens of nF to several hundreds of nF, and cannot be built in the signal processing IC 99, so that they are external electronic components 98.
[0012]
In the infrared detector having such a structure, not only the pyroelectric element 30 and the impedance conversion circuit but also the signal processing IC 99 and the external electronic component 98 are built in the metal package (TO-5). Compared to the infrared detector as shown in FIG.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the infrared detector (conventional example 1) as shown in FIGS. 16 to 19, in addition to the pyroelectric sensor 82, external electronic components such as the bandpass amplifier 83, the comparator 84, and the timer circuit 85 are provided. Need. In particular, in the band pass amplifier unit 83, it is necessary to amplify a relatively low frequency signal in order to detect human movement, and a capacitor having a large capacity such as an aluminum electrolytic capacitor or a tantalum capacitor must be used. Therefore, it has been difficult to reduce the size and cost of the sensor.
Further, in the infrared detector (conventional example 2) as shown in FIGS. 20 to 24, since all the external electronic components are built in the metal package (TO-5), as shown in FIGS. Compared with a simple infrared detector (conventional example 1), a significant reduction in size was achieved. However, the MID substrate 97 used in the infrared detectors shown in FIGS. 20 to 24 is complicated in manufacturing process and expensive in manufacturing equipment. Therefore, the manufacturing cost is high and the cost of the sensor module is reduced. It was difficult.
This invention is made | formed in view of such a point, and makes it a subject to provide the mounting structure of the infrared detector which reduced the manufacturing cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In the infrared detector of claim 1, in order to solve the above-described problem, as shown in FIG. 4, the pyroelectric element mounting portion 11 for mounting the pyroelectric element 30 is formed on the upper surface portion, As shown in FIG. 5, a plurality of metal members 1 to 7 are inserted into a synthetic resin molded body 10 in which an IC mounting portion 12 for mounting a signal processing IC 20 is formed on the front portion by simultaneous integral molding, 2 to 4, a part of the front side of the metal members 1 to 7 is exposed to the IC mounting portion 12 and connected to the input terminal pads (SIN, VR) of the signal processing IC 20. In addition, metal members 1 and 2 for internal wiring that are partially exposed on the pyroelectric element mounting portion 11 and connected to the electrode portions (31 to 34 in FIG. 7) of the pyroelectric element 30;As shown in FIG. 5, a part 41 on the front side is exposed to the IC mounting part 12 and connected to the reference voltage terminal VR <b> 2 of the signal processing IC 20, and a part 42 on the back side is connected to the IC mounting part 12. A shielding metal member 4 that is embedded in the back of the IC mounting portion 12 and covers the back of the IC mounting portion 12;As shown in FIG. 14 (j), it is connected to the external terminals 50, 60, and 70, and a part of the front side is exposed to the IC mounting part 12 so that the pads (VDD2, OUT, VSS) of the signal processing IC 20 are exposed. Including at least metal members 5, 6 and 7 for external wiring connected toThe IC mounting portion 12 includes a recess 13 for mounting the signal processing IC 20. The shielding metal member 4 is embedded behind the recess 13, and the shielding metal member embedded behind the recess 13 is used. As shown in FIG. 6, the metal member 4 of FIG. 6 is such that a part 43 on the upper surface side is embedded directly under the pyroelectric element mounting portion 11 by bending the upper end to the front side, and the periphery of the pyroelectric element mounting portion 11. It is shaped to cover the whole or part,A plurality of external terminals 50, 60, 70 are arranged on a metal base 94 erected in a state of being insulated from each other in a form in which the synthetic resin molded body 10 is erected, and the external terminals 50, 60, 70 are arranged. 14 is connected to the external wiring metal members 5, 6, 7, as shown in FIG. 14L, an infrared incident window (filter) facing the pyroelectric element mounting portion 11 of the synthetic resin molded body 10. 96) and a metal cap 95 havingThe metal member 7 for external wiring connected to the ground terminal of the metal base 94 is shaped so as to cover the whole or part of the lower part of the IC mounting part 12 by bending a part thereof, and the shield The metal member 4 for use has a potential closer to the operating potential of the pyroelectric element 30 than the ground terminal.It is characterized by that.
[0015]
  According to the invention of claim 2, in claim 1,As shown in FIG. 2, the metal member 6 for external wiring connected to the signal output terminal OUT of the signal processing IC 20 and the metal for internal wiring connected to the signal input terminal SIN from the pyroelectric element 30 to the signal processing IC 20 The member 1 is arranged in a diagonal direction of the synthetic resin molded body 10.It is characterized by that.
[0016]
  Claim3According to the invention of claim 1,Or 214 (j), the external wiring metal members 5, 6, and 7 connected to the external terminals 50, 60, and 70 of the metal base 94 are provided inside or outside the synthetic resin molded body 10. The metal members 5, 6, and 7 are connected to the external terminals 50, 60, and 70 so as to protrude from the synthetic resin molded body 10. It is characterized by.
[0017]
  Claim4According to the present invention, claims 1 to33, a part of the metal members 1 and 2 for internal wiring connected to the electrode portions (31 to 34 in FIG. 7) of the pyroelectric element 30 is not bent as shown in FIG. 3. It projects to the pyroelectric element mounting part 11.
  Claim5According to the invention of claim47, the pyroelectric element 30 includes a plurality of light receiving portions 30 a, 30 b, 30 c, and 30 d, and the light receiving portions 30 a, 30 b, 30 c, and 30 d are connected to the electrode portions 31 at both ends of the pyroelectric element 30. Wiring patterns for connecting to 32 (and 33, 34) are provided on both the front and back surfaces, and each electrode portion 31, 32 (and 33, 34) is connected to the metal members 1 and 2 for internal wiring. These wiring patterns are connected.
  Claim6According to the present invention, claims 1 to51 and 4, the concave portion 14 is formed in the front portion or the side portion of the synthetic resin molded body 10, and the metal members 3 and 7 are exposed in or near the concave portion 14. A portion is provided, and the external electronic component (chip capacitor C1) is dropped and mounted in the concave portion 14, and then the exposed portions of the metal members 3 and 7 are connected to the terminals of the external electronic component (chip capacitor C1). It is characterized by.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the infrared detector of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, the detailed structure of the simultaneous molded object 10 replaced with the conventional MID block is shown in FIGS. FIG. 1A is a perspective view with the front side (IC mounting surface) of the simultaneous molded body 10 in front, and FIG. 1B is a perspective view with the back side in front. FIG. 2 is a perspective view of the simultaneous molded body 10. In FIG. 1A, the front side of the simultaneous molded body 10 is viewed from the upper right, whereas in FIG. 2, the front side of the simultaneous molded body 10 is viewed from the upper left. As shown in FIG. 2, seven metal members 1 to 7 are insert-molded in the simultaneous molded body 10. In FIG. 2, a portion painted in light gray means a metal member embedded in the simultaneous molded body 10, and a portion painted in dark gray represents a metal member exposed to the outside of the simultaneous molded body 10. I mean. When only the metal members 1 to 7 in FIG. 2 are taken out and drawn, the result is as shown in FIG. Since these metal members 1 to 7 are cut out from one metal flat plate 8 as described later (see FIG. 11), they are close to each other but are electrically separated from each other. It is a metal piece.
[0019]
When the simultaneous molded body 10 shown in FIGS. 1 and 2 is viewed from the front, it is as shown in FIG. In FIGS. 1 and 4, the grayed out portions indicate portions where the wiring metal members 1 to 7 are exposed on the surface of the simultaneous molded body 10. Cross-sectional structures taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 4 are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.
[0020]
FIG. 7 shows, as an example, a wiring pattern of the pyroelectric element 30 that is bridge-mounted (see the broken line in FIG. 4) on the pyroelectric element mounting portion 11 provided on the upper surface side of the simultaneous molded body 10. Is the front side, and (b) is the back side. FIG. 8 shows a schematic circuit configuration of the signal processing IC 20 mounted on the IC mounting portion 12 provided on the front side of the simultaneous molded body 10. The signal processing IC 20 includes terminal pads for an external power supply terminal VDD2, an internal power supply terminal VDD, a ground terminal VSS, reference voltage terminals VR and VR2, a signal input terminal SIN, and a signal output terminal OUT. A pyroelectric element 30 is connected between the signal input terminal SIN and the reference voltage terminal VR.
[0021]
The correspondence between each terminal pad of the signal processing IC 20 and the metal members 1 to 7 is as shown in FIG. Hereinafter, each metal member 1-7 is demonstrated.
The first metal member 1 is a metal member for internal wiring, and the pyroelectric element whose upper end protrudes from the upper surface side of the simultaneous molded body 10 and is bridge-mounted between the element support portions 15 and 16 of the pyroelectric element mounting portion 11. 30 is connected to electrodes 31 and 33 on one end side. As shown in FIG. 4, the lower right corner of the first metal member 1 is exposed on the surface of the upper left corner of the IC mounting portion 12 and is connected to the pad of the signal input terminal SIN of the signal processing IC 20. The signal input terminal SIN is a terminal for inputting a minute current signal generated in the pyroelectric element 30 to the current-voltage conversion circuit 21 of the signal processing IC 20. The narrow width portion at the left end of the first metal member 1 is a portion cut from the metal flat plate 8 in a cutting step (see FIG. 13H) described later.
[0022]
The second metal member 2 is a metal member for internal wiring, and the pyroelectric element whose upper end protrudes from the upper surface side of the simultaneous molded body 10 and is bridge-mounted between the element support portions 15 and 16 of the pyroelectric element mounting portion 11. 30 is connected to electrodes 32 and 34 on the other end side. As shown in FIG. 4, the lower left corner of the second metal member 2 is exposed on the surface of the upper right corner of the IC mounting portion 12 and is connected to the pad of the reference voltage terminal VR of the signal processing IC 20. The reference voltage terminal VR is a terminal from which a reference voltage stabilized within the signal processing IC 20 is output. The narrow width portion at the right end of the second metal member 2 is a portion separated from the metal flat plate 8 in a cutting step (see FIG. 13 (h)) described later.
[0023]
The third metal member 3 is a metal member for internal wiring, and its right end portion is exposed on the surface near the center of the left side of the IC mounting portion 12 as shown in FIG. Connected to VDD pad. As shown in FIGS. 2 and 4, the left wide portion of the third metal member 3 is exposed on the upper surface of the electronic component mounting portion 14 and is connected to one end of the external chip capacitor C <b> 1. The narrow part formed at the tip of the wide part is a part cut off from the metal flat plate 8 in a cutting step (see FIG. 13H) described later.
[0024]
The fourth metal member 4 is a metal member for shielding, and includes a reference voltage terminal portion 41, a back shield portion 42, and an upper shield portion 43 as shown in FIG. The narrow width portion at the right end of the reference voltage terminal portion 41 is a portion cut from the metal flat plate 8 in a cutting step (see FIG. 13 (h)) described later. As shown in FIGS. 4 and 5, the reference voltage terminal portion 41 in the fourth metal member 4 is exposed on the surface above the right side of the IC mounting portion 12 and connected to the pad of the reference voltage terminal VR <b> 2 of the signal processing IC 20. Is done. The potential of the reference voltage terminal VR2 is substantially the same as the potential of the above-described reference voltage terminal VR, but is separated so that noise picked up by the shielding metal member 4 does not affect the reference voltage VR in the circuit. Output from the pad. As is clear from the cross-sectional view of FIG. 5, the back shield part 42 embedded on the back side of the signal processing IC 20 mounted in the recess 13 of the IC mounting part 12 bends the fourth metal member 4 into a crank shape. By doing so, it is integrated with the reference voltage terminal portion 41. In addition, by bending the upper end of the back shield part 42 into a substantially L shape on the front side, an upper shield part 43 embedded immediately below the pyroelectric element mounting part 11 as shown in the cross-sectional view of FIG. It is integrated with the reference voltage terminal portion 41. As a result, the portion immediately below the pyroelectric element 30 and the back of the signal processing IC 20 are covered with the wall of the stable reference voltage VR2.
[0025]
The fifth metal member 5 is a metal member for external wiring, and its upper end is exposed on the surface of the lower left corner of the IC mounting portion 12 and is connected to the external power supply terminal VDD2 of the signal processing IC 20 as shown in FIG. Connected to the pad. As shown in FIG. 3, an external connection terminal portion 51 is formed in the wide width portion at the lower end of the fifth metal member 5, and is bent substantially vertically so as to protrude to the front side as shown in FIG. It is processed and connected to an external terminal 50 described later.
[0026]
The sixth metal member 6 is a metal member for external wiring, and an upper end portion thereof is exposed on the surface of the lower right corner of the IC mounting portion 12 and is connected to the signal output terminal OUT of the signal processing IC 20 as shown in FIG. Connected to the pad. As shown in FIG. 3, an external connection terminal portion 61 is formed in the wide width portion at the lower end of the sixth metal member 6 and is bent substantially vertically so as to protrude to the front side. The external terminal 60 is connected.
[0027]
The seventh metal member 7 is a metal member for internal wiring, external wiring, and shielding, and includes an external connection terminal portion 71, a lower shield portion 72, and a side shield portion 73 as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 and 4, the seventh metal member 7 is configured to widely cover the lower side and the side of the IC mounting portion 12, and the external connection terminal portion 71 is connected to the ground potential. As a result, the signal processing IC 20 is shielded from external electrical noise. Further, the other end of the chip capacitor C1 is connected to the left wide portion exposed on the lower surface of the electronic component mounting portion 14, so that it is also used as a metal member for internal wiring. Further, the portion exposed near the center of the lower side of the IC mounting portion 12 is connected to the pad of the ground terminal VSS of the signal processing IC 20 so that it is also used as a metal member for external wiring. As shown in FIG. 6, the external connection terminal portion 71 of the seventh metal member 7 is bent substantially vertically so as to protrude to the front side, and is integrated with an external terminal 70 described later. Connected to (metal base 94). As shown in FIG. 6, the lower shield part 72 is bent substantially vertically inside the molded body 10 so as to shield the lower part of the IC mounting part 12. The side shield part 73 is bent substantially vertically inside the molded body 10 so as to cover the right side of the IC mounting part 12 and covers the sixth metal member 6 serving as a signal output terminal. By adopting a simple shape, the signal output is prevented from turning upward.
[0028]
In the present embodiment, as the metal member for shielding, the upper half is shielded by the potential (reference potential) of the reference voltage terminal VR2 by the fourth metal member 4, and the lower half is grounded by the seventh metal member 7 and the ground terminal VSS. It is shielded by the potential (ground potential). If the fourth metal member 4 having the reference potential is omitted and only the seventh metal member 7 having the ground potential is used to shield all of the signal processing IC 20 and the pyroelectric element 30, the ground potential from the pyroelectric element 30 may be reduced. As a result, a leakage current in the order of fA occurs. That is, the signal input terminal SIN connected to the electrode of the pyroelectric element 30 and the reference voltage terminal VR have a potential difference of about 1 V with respect to the ground potential in terms of DC, and the ground potential is directly below the pyroelectric element 30. If present, a direct current leakage current is generated. Since the signal processing IC 20 used in the present embodiment affects the operation even with a leakage current on the order of fA, it is better that the leakage current is smaller. Therefore, an upper shield part 43 of the fourth metal member 4 connected to the reference voltage terminal VR2 having substantially the same potential as that of the reference voltage terminal VR is disposed immediately below the pyroelectric element 30.
[0029]
On the other hand, if all of the signal processing IC 20 and the pyroelectric element 30 are shielded only by the fourth metal member 4 having the reference potential, the reference potential taken out from the signal processing IC 20 is routed over a wide range, which is not preferable. . For the reasons described above, in the present embodiment, the shielding metal member is divided into two parts in the vertical direction, and the one closer to the pyroelectric element 30 is connected to the reference potential of the signal processing IC 20 and far from the pyroelectric element 30. Are connected to the ground potential.
[0030]
Further, the inventors have clarified through circuit simulation and experiment that the sensitivity of the sensor module is reduced by capacitive coupling of the signal input terminal SIN and the signal output terminal OUT in the circuit shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 2, it is necessary to separate the metal member 1 connected to the signal input terminal SIN and the metal member 6 connected to the signal output terminal OUT in terms of distance. Based on such an idea, in terms of distance, the metal member 1 connected to the signal input terminal SIN and the metal member 6 connected to the signal output terminal OUT are arranged diagonally of the simultaneous molded body 10. The upper shield part 43 is embedded and formed immediately below the pyroelectric element mounting part 11 by bending the metal member 4 dedicated to the shield by the reference potential, thereby forming the signal input terminal SIN and the signal The output terminal OUT is electrically separated as much as possible.
[0031]
Here, the reason why the signal input terminal SIN and the signal output terminal OUT are electrically separated by embedding the upper shield part 43 immediately below the pyroelectric element mounting part 11 will be described. Only by looking at FIG. 2, the potential of the signal input terminal SIN seems to exist farthest from the potential of the signal output terminal OUT, but on the surface of the pyroelectric element 30 connected to the signal input terminal SIN, FIG. As shown in FIG. 7A, a wiring pattern is formed from the first electrode 31 to the light receiving portions 30b and 30c. On the back surface of the pyroelectric element 30, a third electrode is formed as shown in FIG. A wiring pattern is formed on the light receiving portions 30a and 30d from 33, and the first and third electrodes 31 and 33 are connected to the metal member 1, whereby the front and back wiring patterns are connected. Yes. Therefore, in FIG. 2, even if the metal member 1 connected to the signal input terminal SIN and the metal member 6 connected to the signal output terminal OUT are arranged diagonally of the simultaneous molded body 10 and separated from each other, Electrically, since the potential of the metal member 1 is routed on the wiring pattern of the pyroelectric element 30, it is necessary to shield the wiring pattern of the pyroelectric element 30 and the potential of the signal output terminal OUT by the upper shield part 43. As a result, the signal input terminal SIN and the signal output terminal OUT are also electrically disconnected, so that capacitive coupling does not occur.
[0032]
Such a problem has not been known in conventional infrared detectors using MID blocks. The reason is considered to be that the wiring pattern on the back surface side as shown in FIG. Therefore, in order to avoid the capacitive coupling described above, the first metal member 1 and the sixth metal member are arranged diagonally, or the pyroelectric element using the upper shield part 43 of the fourth metal member 4 Shielding 30 wiring patterns is based on the discovery of problems inherent to the present invention through experiments and circuit simulations.
[0033]
By the way, in the structure of the simultaneous molded body 10 shown in FIGS. 1 to 6, when the same number of external parts as the conventional MID block is required, it is difficult to realize because the shape of the metal member is limited. The present invention is a structure effective when the number of external electronic components is small. From this point of view, in the signal processing IC 20 shown in FIG. 8, a band-pass filter circuit is configured using a switched capacitor filter. Compared to the conventional circuit configuration of FIG. 24, the external electronic component is a chip capacitor. There is one C1. If the signal processing IC 20 shown in FIG. 8 is used, external electronic components can be greatly reduced. Therefore, the pyroelectric element 30 is disposed on the upper surface of the simultaneous molded body 10 and the signal processing IC 20 is disposed on the front surface of the simultaneous molded body 10. A simple mounting structure in which the external chip capacitor C1 is disposed on the side surface of the simultaneous molded body 10 is possible.
[0034]
The signal processing IC 20 in FIG. 8 detects a human movement by a current-voltage conversion circuit 21 connected to a signal input terminal SIN to which a pyroelectric element 30 is connected, a voltage amplification circuit 22 that amplifies the output of the current-voltage conversion circuit 21. Bandpass filter circuit 23 that selectively amplifies a signal having a relatively low frequency using a switched capacitor filter, a window comparator that compares the output with threshold levels VWH and VWL, and a transistor that drives a signal output terminal based on the comparison result The output circuit 24 includes a Tr and a level shifter of its input stage, a clock circuit 25 that supplies an operation clock of the switched capacitor filter, and a power supply circuit 26 that supplies a stable operation power supply to each circuit. A resistor is configured in the signal processing IC 20 between the external power supply terminal VDD2 and the internal power supply terminal VDD, and a low-pass filter is configured by inserting a chip capacitor C1 between VDD and VSS as an external component. The high frequency noise generated at the external power supply terminal VDD2 is removed to prevent the high frequency noise from entering the internal circuit of the signal processing IC 20. The capacitor C1 can be omitted when the power supply voltage is sufficiently stable. The plurality of capacitors used in the switched capacitor filter constituting the band pass filter circuit 23 are all in the order of pF, and the external capacitors C1 to C7 and Cf used in the conventional circuit of FIG. Compared with the order of one hundred nF, the capacitance is much smaller, and the capacitor of the filter circuit can be formed in the semiconductor integrated circuit.
[0035]
Here, the output terminal OUT from the output circuit 24 outputs an ON / OFF signal (digital signal), but an analog signal may be taken out before the window comparator of the output circuit 24. In that case, when wiring the signal output terminal OUT, an analog signal output pad of the signal processing IC 20 may be selected and connected.
[0036]
FIG. 9 is an external view of the infrared detector according to the present embodiment. FIG. 10 is an exploded perspective view of the infrared detector shown in FIG. As shown in these drawings, an external electronic component (chip capacitor C1), pyroelectric element 30, signal processing IC 20 and the like are mounted on the above-described simultaneous molded body 10 to form a simultaneous molding block. Is mounted on a metal base 94 and a metal cap 95 is joined.
[0037]
Hereinafter, schematic manufacturing steps of the infrared detector according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a metal flat plate 8 (FIG. 11A) serving as a base for the metal members 1 to 7 for wiring is prepared. In addition, although the state of the piece is shown in FIGS. 11-13, according to the scale of production, each piece may be continuously formed in the metal flat plate 8 wound in the hoop shape. The thickness of the metal flat plate 8 is, for example, about 0.15 mm, and the material is, for example, copper.
[0038]
Next, the metal flat plate 8 is punched into a predetermined shape by a punching die or etching (FIG. 11B). Although omitted in FIG. 11, silver or the like is plated on the surface of the metal flat plate 8 in this state. There is a case where the plating process is applied to the entire metal flat plate 8 or only a necessary portion (partial plating). As will be described later, the necessary portions include a pad portion for wire bonding, a connection portion with the pyroelectric element 30 and the electronic component (chip capacitor C1), and the like.
[0039]
Next, the punched metal flat plate 8 is bent by a bending die (FIG. 11C). In the present embodiment, five bending processes are performed for each.
[0040]
Then, the metal flat plate 8 having a predetermined shape is integrally molded with the synthetic resin in the mold (FIG. 12D). FIG. 4 shows a front view of the separated simultaneous molded body 10. As shown in this figure, the IC mounting portion 12 on the front side has one of the metal members 1 to 7 serving as wire bonding pad portions. Are exposed, part of the metal members 3 and 7 serving as electronic component connection terminal portions are exposed on the electronic component mounting portion 14 on the side surface side, and pyroelectric element connection is connected to the pyroelectric element mounting portion 11 on the upper surface side. Part of the metal members 1 and 2 serving as the terminal portions are exposed, and part of the metal members 5, 6 and 7 serving as the external terminal connection portions are exposed on the bottom surface side.
[0041]
Next, the signal processing IC 20 is mounted on the simultaneous molded body 10 (FIG. 12E). As shown in FIG. 5, the signal processing IC 20 is mounted in the recess 13 provided in the approximate center of the IC mounting portion 12 on the front surface of the simultaneous molded body 10, and the inner wall surface of the IC mounting portion 12 is illustrated in FIG. 5. It has an inclination (taper) as shown by the arrow in FIG. The signal processing IC 20 is die-bonded and fixed to the recess 13 provided at the approximate center of the IC mounting portion 12 described above. In addition, terminal pads SIN, VR, VDD, VR2, VDD2, OUT, VSS provided on the signal processing IC 20 and metal members 1, 2, 3, 4, 5, exposed on the surface of the simultaneous molded body 10 are formed. 6 and 7 are electrically connected to each other by a metal wire (gold wire, aluminum wire, etc.) (wire bonding). A wire is stretched from the distal end portion (capillary) of the wire bonding apparatus. A taper corresponding to the distal end angle of the capillary is formed on the inner wall surface of the IC mounting portion 12 described above.
[0042]
Next, resin is injected into the IC mounting portion 12 on which the signal processing IC 20 is mounted, and cured and sealed (FIG. 12F). In the figure, the blacked out portions indicate the portions sealed with resin. This resin sealing has the purpose of protecting the signal processing IC 20 from the surrounding environment (temperature, humidity, etc.). As will be described later, since the infrared detector according to the present embodiment is configured to house the synthetic resin molded body 10 in the metal packages 94 and 95, the resin sealing can be omitted. However, resin sealing is generally applied to improve handling at the time of manufacture.
[0043]
Next, an external electronic component (chip capacitor C1) is mounted on the simultaneous molded body 10 (FIG. 13G). As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the electronic component (chip capacitor C <b> 1) is dropped and mounted in the concave portion 14 on the side surface of the simultaneous molded body 10. 7 is connected and cured with a conductive adhesive or the like.
[0044]
Next, the simultaneous molded object 10 is cut | disconnected from the metal flat plate 8 (FIG.13 (h)). The simultaneous molded body 10 cut from the metal flat plate 8 is bent on the three metal members 5, 6 and 7 connected to the external terminals (FIG. 13 (i)), and as shown in FIG. The pyroelectric element 30 is mounted after the base 94 is erected.
[0045]
This process will be described in more detail. First, a simultaneous molded body 10 in which three metal members 5, 6 and 7 which are cut from the metal flat plate 8 and are connected to the external terminals are subjected to bending processing is represented by TO-5. It is mounted so as to stand on the metal base 94 (FIG. 14J). The metal base 94 is provided with two external terminals on the inner side and three external terminals on the outer side, and one outer terminal 70 that does not protrude toward the inner side has a base portion (metal base). 94). The remaining two terminals 50 and 60 (two terminals protruding inward) on the outer side are each electrically insulated from the pedestal portion.
[0046]
As shown in FIG. 14 (j), the two internal terminals 50 and 60 are respectively joined to the left and right metal members 5 and 6 of the simultaneous molded body 10 that has been subjected to bending by using a conductive adhesive or the like. Thus, the external power supply terminal VDD2 and the signal output terminal OUT are obtained. In addition, the metal member 7 at the center of the simultaneous molded body 10 that has been subjected to the bending process is joined to the inner pedestal portion with a conductive adhesive or the like to become the ground terminal VSS. In general, since the adhesive strength of the conductive adhesive is relatively weak, the co-molded body 10 is made of a metal base with an insulating adhesive such as an epoxy before application of the above-described conductive adhesive. After adhering to 94, a conductive adhesive or the like may be applied.
[0047]
Next, the chip of the pyroelectric element 30 is mounted (FIG. 14 (k)). The chip of the pyroelectric element 30 is mounted on the upper part of the simultaneous molded body 10. More specifically, as shown in FIGS. 1 and 4, both ends of the pyroelectric element mounting portion 11 on the upper portion of the simultaneous molded body 10 include the upper ends of the metal members 1 and 2 that serve as element connection terminal portions. In the form, element support portions 15 and 16 are formed. The upper ends of the metal members 1 and 2 serving as the element connection terminal portions protrude on both sides of the pyroelectric element mounting portion 11 without bending the metal plate. The electrodes 31 and 33 (see FIG. 7) on the front and back of one end of the pyroelectric element 30 are connected to the upper end of the metal member 1 constituting the first element connection terminal portion by a conductive adhesive or the like. Further, the front and back electrodes 32 and 34 (see FIG. 7) at the other end of the pyroelectric element 30 and the upper end of the metal member 2 constituting the second element connection terminal portion are similarly connected by a conductive adhesive or the like. .
[0048]
At this time, as shown in FIG. 4, the distance between the upper ends of the metal members 1 and 2 to be the element connection terminal portion is x1, the width of the pyroelectric element 30 is x2, and the element support portion provided on the upper portion of the simultaneous molded body 10 When the width of 15 and 16 is x3, the relationship is x1> x2> x3. Accordingly, the electrodes 31 and 33 of the pyroelectric element 30 and the upper end of the metal member 1 are not in direct contact, and the electrodes 32 and 34 of the pyroelectric element 30 and the upper end of the metal member 2 are not in direct contact with each other. It will be connected through the path | route formed with an adhesive agent.
[0049]
More specifically, a conductive adhesive is applied to the element support portions 15 and 16 so as to be applied to the upper ends of the metal members 1 and 2, respectively, and as shown by a broken line in FIG. By being mounted on the bridge, the electrodes 33 and 34 on the back surface side of the pyroelectric element 30 are connected to the metal members 1 and 2, respectively. Furthermore, the electrodes 31 and 32 on the surface side of the pyroelectric element 30 are respectively connected to the upper ends of the metal members 1 and 2 by a conductive adhesive, whereby the front electrodes 31 and 32 shown in FIG. The electrodes 33 and 34 on the back side shown in FIG. 7B are electrically connected.
[0050]
Further, the pyroelectric element 30 is bridged and mounted by the element support portions 15 and 16 provided on the upper part of the simultaneous molded body 10, thereby ensuring thermal isolation between the pyroelectric element 30 and the simultaneous molded body 10. And good sensitivity can be obtained. Further, as shown in FIG. 14 (k), substantially U-shaped slits forming the respective light receiving portions of the pyroelectric element 30 are opened in a direction perpendicular to the end portion that is bridged and mounted on the simultaneous molded body 10. By doing so, the thermal isolation between the simultaneous molded body 10 and each light receiving part is further improved.
[0051]
FIG. 15 shows another form of the pyroelectric element mounting unit 11. In this example, since the recessed step portions 15 'and 16' slightly larger than the width x2 of the pyroelectric element 30 are formed in the pyroelectric element mounting portion 11, the pyroelectric elements are formed in the recessed step portions 15 'and 16'. By dropping and mounting 30, the positional accuracy of the pyroelectric element 30 with respect to the simultaneous molded body 10 is improved.
[0052]
Finally, as shown in FIG. 14 (l), a metal cap 95 is welded to the metal base 94 on which the simultaneous molded body 10 is mounted, and the sensor module is completed. The metal cap 95 is provided with a detection window having an infrared transmission filter 96 so as to face the pyroelectric element mounting portion of the simultaneous molded body 10.
[0053]
【The invention's effect】
  In the first aspect of the invention, the pyroelectric element mounting portion for mounting the pyroelectric element is formed on the upper surface portion, and the IC mounting portion for mounting the signal processing IC is formed on the front surface portion. A plurality of metal members are inserted into the synthetic resin molding by simultaneous integral molding, and a part of the front side of the plurality of metal members is exposed to the IC mounting portion and connected to the input terminal pad of the signal processing IC. And a metal member for internal wiring that is partly exposed on the pyroelectric element mounting part and connected to the electrode part of the pyroelectric element,A part of the front side is exposed to the IC mounting part and connected to the reference voltage terminal of the signal processing IC, and a part of the back side is embedded behind the IC mounting part to be behind the IC mounting part. A shielding metal member shaped to coverIt is configured to include at least a metal member for external wiring that is connected to the external terminal and is partially exposed on the IC mounting portion and connected to the pad of the signal processing IC.The IC mounting portion includes a recess for mounting the signal processing IC, the shield metal member is embedded behind the recess, and the shield metal member embedded behind the recess is: By bending the upper end to the front side, a part of the upper surface side is embedded directly under the pyroelectric element mounting part and is configured to cover the whole or part of the pyroelectric element mounting part,A state in which a plurality of external terminals are arranged in a standing manner on a metal base that is erected in a state of being insulated from each other, and each external terminal is connected to the metal member for external wiring Then, a metal cap having an infrared incident window facing the pyroelectric element mounting portion of the synthetic resin molding is joined to the metal base.The metal member for external wiring connected to the ground terminal of the metal base is bent in part, and is shaped to cover the whole or part of the lower part of the IC mounting portion. The metal member has a potential closer to the operating potential of the pyroelectric element than the ground terminal.Since it is an infrared detector, the mounting structure and the manufacturing process are simplified, and the cost can be reduced.
[0054]
  Claim1In the invention described in, Such as the reference voltage terminal of the signal processing IC and the ground terminal of the metal baseBending a part of a metal member connected to a stable potential, the IC mounting part or pyroelectric element mounting partofBecause it is shaped so as to cover a part, the parasitic effect between the input and output of the signal processing IC can be minimized by the shielding effect, and a highly reliable infrared detector is provided without deteriorating sensitivity. can do.
  Claim1In the invention described in,A part of the front side is exposed to the IC mounting part and connected to the reference voltage terminal of the signal processing IC, and a part of the back side is embedded behind the IC mounting part toBehindSince the shielding metal member shaped to cover the signal processing IC is provided, the signal processing IC mounted on the IC mounting portion can be shielded with the reference voltage.
  Claim1In the invention described in,The IC mounting portion includes a recess for mounting the signal processing IC, and the shielding metal member is embedded behind the recess, so that the position accuracy of the signal processing IC with respect to the shielding metal member is high. Become.
  Claim1In the invention described in,The shielding metal member embedded behind the concave portion is formed by bending the upper end to the front side so that a part of the upper surface side is embedded directly under the pyroelectric element mounting portion and the entire periphery of the pyroelectric element mounting portion. Alternatively, the wiring pattern on the pyroelectric element can be shielded because it is shaped to cover a part.
[0055]
  Claim2In the invention described in claim 1, the claims1, The metal member for external wiring connected to the signal output terminal of the signal processing IC and the metal member for internal wiring connected to the signal input terminal from the pyroelectric element to the signal processing IC are arranged diagonally. Therefore, there is an effect that capacitive coupling between the signal input terminal and the signal output terminal of the signal processing IC can be reduced.
  Claim3In the invention described in claim 1,Or 2The metal member for external wiring connected to the external terminal of the metal base is bent inside or outside the synthetic resin molded body, and stands up substantially perpendicular to the IC mounting surface. Since the connection portion with the external terminal protrudes from the synthetic resin molded body, the connection with the external terminal of the metal base becomes easy, leading to cost reduction and high reliability.
  Claim1In the invention described in,The metal member for external wiring connected to the ground terminal of the metal base is shaped so as to cover the whole or part of the lower part of the IC mounting portion, and the metal member for shielding is compared with the ground terminal. Since the potential is close to the operating potential of the pyroelectric element, the leakage current from the pyroelectric element can be reduced without routing the operating potential of the pyroelectric element over a wide range.
[0056]
  Claim4In the invention described in claim 1,3In any of the above, since a part of the metal member for internal wiring connected to the electrode part of the pyroelectric element protrudes from the pyroelectric element mounting part without bending, simultaneous integral molding becomes easy and low This leads to cost reduction.
  Claim5In the invention described in claim 1, the claims4The pyroelectric element has a plurality of light receiving portions, and has wiring patterns for connecting each light receiving portion to the electrode portions at both ends of the pyroelectric element on both the front and back surfaces, and each electrode portion is a metal member for internal wiring. Since the wiring patterns on the front and back sides are connected when connecting to, the mounting structure and the manufacturing process are simplified, and the cost can be reduced.
  Claim6In the invention described in claim 1,5In any one of the above, a concave portion is formed in the front surface portion or the side surface portion of the synthetic resin molded body, a portion where the metal member is exposed is provided inside or in the vicinity of the concave portion, and an external electronic component is dropped and mounted in the concave portion. Thus, since the exposed portion of the metal member and the terminal of the external electronic component are connected, the electronic component does not protrude from the synthetic resin molded body, and positioning is facilitated, thereby reducing the size and cost. be able to.
[0057]
In addition, if the element support part which supports the edge part of a pyroelectric element is formed in the upper surface part of a synthetic resin molding, and it is comprised so that a pyroelectric element may be bridged and mounted, the heat of a pyroelectric element and a synthetic resin molding will be carried out. Since sufficient mechanical isolation can be ensured and the influence of sensitivity reduction and thermal noise can be suppressed, a highly reliable infrared detector can be provided. In addition, if a step portion that supports the end of the pyroelectric element is formed on the element support portion formed on the upper surface of the synthetic resin molded body, the positioning of the pyroelectric element is facilitated, resulting in high reliability and low cost. Can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a simultaneous molded body of an infrared detector of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a simultaneous molded body and a metal member of the infrared detector of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a metal member of the infrared detector of the present invention.
FIG. 4 is a front view of a simultaneous molded body of the infrared detector of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a wiring pattern of pyroelectric elements of the infrared detector of the present invention.
FIG. 8 is a schematic circuit diagram of an infrared detector according to the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing an appearance of an infrared detector according to the present invention.
FIG. 10 is an exploded perspective view showing the internal structure of the infrared detector of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the infrared detector of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of the infrared detector of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of the infrared detector of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the infrared detector of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing another example of the simultaneous molded body of the infrared detector of the present invention.
FIG. 16 is a circuit block diagram of a conventional infrared detector.
FIG. 17 is a perspective view showing a structural example of a conventional infrared detector.
FIG. 18 is a circuit diagram showing an internal configuration of a conventional pyroelectric sensor.
FIG. 19 is an exploded perspective view showing the internal structure of a conventional pyroelectric sensor.
FIG. 20 is a perspective view showing an external appearance of a MID used in a conventional infrared detector before mounting a component.
FIG. 21 is a perspective view showing an external appearance of a MID used in a conventional infrared detector after being mounted.
FIG. 22 is an exploded perspective view showing an internal structure of an infrared detector using a conventional MID.
FIG. 23 is a perspective view showing an appearance of an infrared detector using a conventional MID.
FIG. 24 is a schematic circuit diagram of an infrared detector using a conventional MID.
[Explanation of symbols]
1-7 Metal parts
10 Molded body
11 Pyroelectric element mounting part
12 IC mounting part
13 recess
14 Electronic component mounting part
20 Signal processing IC
30 Pyroelectric elements
94 Metal base
95 Metal cap

Claims

A pyroelectric element mounting portion for mounting the pyroelectric element is formed on the upper surface portion, and a synthetic resin molded body in which the IC mounting portion for mounting the signal processing IC is formed on the front portion is formed by a plurality of simultaneous integral moldings. Metal parts are inserted,
The plurality of metal members are:
A part of the front side is exposed to the IC mounting part and connected to the input terminal pad of the signal processing IC, and a part of the upper surface side is exposed to the pyroelectric element mounting part to expose the electrode of the pyroelectric element A metal member for internal wiring connected to the part,
A part of the front side is exposed to the IC mounting part and connected to the reference voltage terminal of the signal processing IC, and a part of the back side is embedded behind the IC mounting part to be behind the IC mounting part. A shielding metal member shaped to cover
It is configured to include at least a metal member for external wiring that is connected to the external terminal and is partially exposed on the IC mounting portion and connected to the pad of the signal processing IC.
The IC mounting portion includes a recess for mounting the signal processing IC, the shield metal member is embedded behind the recess, and the shield metal member embedded behind the recess is: By bending the upper end to the front side, a part of the upper surface side is embedded directly under the pyroelectric element mounting part and is configured to cover the whole or part of the pyroelectric element mounting part,
A state in which a plurality of external terminals are arranged in a standing manner on a metal base that is erected in a state of being insulated from each other, and each external terminal is connected to the metal member for external wiring Then, a metal cap having an infrared incident window facing the pyroelectric element mounting portion of the synthetic resin molded body is joined to a metal base ,
The metal member for external wiring connected to the ground terminal of the metal base is bent in part, and is shaped to cover the whole or part of the lower part of the IC mounting portion. An infrared detector characterized in that the member has a potential closer to the operating potential of the pyroelectric element than the ground terminal .

In claim 1, the metal member for an internal wiring connected from the metal member for external wiring connected to the signal output terminal of the signal processing IC pyroelectric element to a signal input terminal to the signal processing IC synthetic resin molding An infrared detector arranged in a diagonal direction of the body.

According to claim 1 or 2, the metal member for external wiring to be connected to an external terminal of the metal base is bent inside or outside of the molded synthetic resin is applied, standing substantially perpendicularly to the IC mounting surface An infrared detector, wherein a connection portion of the metal member with an external terminal protrudes from the synthetic resin molded body.

In any one of claims 1 to 3, a portion of the metal member for an internal wiring connected to the electrode portion of the pyroelectric element, characterized in that protrudes pyroelectric element mounting portion in the absence of bending Infrared detector.

5. The pyroelectric element according to claim 4 , comprising a plurality of light receiving parts, wiring patterns for connecting each light receiving part to the electrode parts at both ends of the pyroelectric element on both front and back surfaces, and each electrode part for internal wiring. An infrared detector, wherein the front and back wiring patterns are connected by connecting to the metal member.

In any one of claims 1-5, combining the front portion or side portion of the resin molded body to form a recess, providing a portion of the metal member within or adjacent portions of the concave portion is exposed, external electronic component in the recess The infrared detector is characterized in that the exposed portion of the metal member and the terminal of the external electronic component are connected after mounting.