JP4686504B2 - 赤外線検出器の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、焦電型赤外線検出器やサーモパイル型赤外線検出器、フォトダイオードやフォトトランジスタなど、ケース内に回路基板を少なくとも３本のリードピンによってステムに対して所定の間隔をあけた状態で保持して構成される赤外線検出器の製造方法に関する。

例えば焦電型赤外線検出器においては、ケースの外部からケースに形成した赤外透過窓を通過した赤外線をケース内の焦電素子の受光部に確実に集光させるため、焦電素子をケース内の所望の位置に設ける必要があり、そのためには、焦電素子を上面に保持するための回路基板をステム上面から所定の位置に保持させる必要がある。

このため、従来においては、例えば特開昭６４−４７９２２号公報や実開平４−１０７８６３号公報などに示されるように、回路基板をリードピンによって、ステムベースの上面から所定の高さ位置になるように保持している。

図５は、前記実開平４−１０７８６３号公報に開示されている焦電型赤外線検出器を示すもので、この図５において、５１は下方が開放した金属製のケースで、その上面には赤外線透過窓５２が形成されている。５３はケース５１の下部開口部を閉止するステムである。そして、ケース５１の内部には、ステム５３を貫通した複数のリードピン５４によって回路基板５５がステム５３のベース５６上面に対して所定の間隔をもって設けられている。

すなわち、リードピン５４にはその上端部近傍に突起部５７が形成されており、回路基板５５に設けられた貫通孔５８をリードピン５４の上端部が挿通し、突起部５７が回路基板５５の下面側に当接して回路基板５５を所定の状態に保持している。５９はリードピン５４の回路基板５５上面側に突出した上端部６０と回路基板５５の導体パターン（図示してない）とを接合するための導電性接合材である。

そして、前記回路基板５５の上面には適宜の支持材６１を介して焦電素子６２が設けられており、また、回路基板５５の下面側にはＦＥＴ６３や抵抗体６４が設けられている。

上記従来の赤外線検出器においては、リードピン５４の上端側に突起部５７を形成し、この突起部５７によって回路基板５５を、ステムベース５６との間に所定の間隔を有するように保持しているので、回路基板５５の下面側にＦＥＴ６３や抵抗体６４など回路構成部品を実装することができる。

しかしながら、上記赤外線検出器においては、次のような問題があった。すなわち、上記リードピン５４は、その上端側に特殊な形状の突起部５７を有する段付き構造であるが、このようなリードピン５４は、芯線を加工して突起部５７を設けるため、加工工数が増え、加工コストの増大を招来する。そして、突起部５７が回路基板５５の下面側に位置するため、回路基板５５の下面側の部品実装のための有効面積が減少し、ＦＥＴ６３や抵抗体６４などの回路構成部品の配置や、回路基板５５の上下両面に形成される導体パターンの構成が制約されるといった問題がある。そして、この制約は、リードピン５４の数の増加に伴って一層厳しいものとなる。さらに、リードピン５４の曲がりに起因してこれを回路基板５５の貫通孔５８に挿入するミスが増加したり、リードピン５４を折損するといった不都合もあり、生産性が低下するといった不都合があった。

このような問題は、上記焦電型赤外線検出器のみならず、サーモパイル型赤外線検出器においても生じているところであり、さらに、フォトダイオードやフォトトランジスタなどにおいても生じている。すなわち、ケース内に回路基板を少なくとも３本のリードピンによってステムに対して所定の間隔をあけた状態で保持するように構成した赤外線検出器において生じているところである。

この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、回路基板の上下両面における回路構成部品の実装の自由度が高く、しかも、組立が容易で生産性の大幅な向上を図って、高品質な赤外線検出器を大量かつ安価に生産することができる赤外線検出器の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る赤外線検出器の製造方法は、所定の間隔をあけた状態で、かつ、上端部が同じ高さ位置になるようにステムベースから同じ長さだけ突出する状態でステムに固定された少なくとも３本のリードピンの上端部を、上面に赤外線検出素子が設けられた回路基板の下面に直接当接させるとともに、回路基板の下面側に前記赤外線検出素子に電気的に接続される状態に形成された導体パターンにはんだによって電気的および機械的に結合して構成される赤外線検出器の製造方法であって、前記リードピンに付いているステムの複数個を各ステムのリードピンの下方部分が貫通孔に挿通される状態で所定の間隔に保持するステムトレーと、このステムトレーに保持された複数個のリードピン付きステムに対応するように複数の回路基板を形成した回路基板集合体とを準備し、これらステムトレー及び回路基板集合体には、前記各ステムのリードピンの上端部と前記各回路基板下面側の導体パターンとを対応させてセットするためのガイド部材が設けられており、このガイド部材を介してステムトレーに回路基板集合体をセットしたうえ、各ステムのリードピンの上端部を各回路基板の下面側の導体パターンにそれぞれ電気的および機械的に結合して複数個の赤外線検出器を一度に製造することを特徴としている。

この発明の製造方法で製造された赤外線検出器は、リードピンの上端部を回路基板の下面に当接させるとともに、回路基板の下面に形成された導体パターンとリードピンとをはんだによって電気的かつ機械的に結合するようにして回路基板を保持しているので、リードピンに特殊な突起部を形成したりする必要がなく、リードピンをより簡単な工程で製作できるとともに、回路基板の上下両面における実装有効面積が増え、回路構成部品の配置や回路基板に形成される導体パターンの構成が制約されることもなくなる。したがって、リードピンで保持される回路基板の上下両面における部品の実装の自由度が大場に増大し、また、リードピンの数が増えても基板との結合が容易である。
しかも、複数個のリードピン付きステムを所定の間隔に保持するステレトレーとそれら複数個のリードピン付きステムに対応する複数の回路基板を形成した回路基板集合体とをガイド部材を介してセットすることにより、各ステムのリードピンの上端部と各回路基板下面側の導体パターンとをそれぞれ位置ズレすることなく正確に対応させることが可能であり、したがって、複数個の赤外線検出器を一度に製造するといった合理的な製造手段により生産性の大幅な向上を図りながらも、各ステムのリードピンが曲がり変形したり、折損したりすることがなくて歩留まりの向上も図れ、小型で高品質、高性能な赤外線検出器を大量かつ安価に生産することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１および図２は、この発明に係る製造方法により製造された一つの焦電型赤外線検出器Ｓの縦断面図及び分解斜視図である。図１および図２において、１は金属製のケースで、下方が開口しており、上面には所定形状の開口２が開設され、この開口２を封止するように赤外線透過材料よりなる赤外透過窓３が設けられている。４はケース１の下部開口を閉止するステムで、５はそのベース、６はベース５の下部外周に形成されるフランジ、７はフランジ６の外周の一部を外方に突出された突部である。

８はケース１内に設けられる平面視が例えば正八角形の回路基板で、その上面には適宜の導電部を兼ねた支持部材９を介して焦電素子１０が設けられており、その下面側にはＦＥＴ１１や抵抗体１２などの回路部品が実装されるとともに導体パターン１３が形成されている。１４は回路基板８の上面側に設けられる焦電素子１０に形成された電極１５と回路基板８の下面側の導体パターン１３とを電気的に接続するための導電部で、図４において拡大して示すように、後述するリードピン１７の上端部の結合箇所に対して偏位した箇所の回路基板８部分を貫通するスルーホール１６の側壁にも導かれている。

ここまでの構成は、従来の焦電型赤外線検出器と変わるところはない。この発明が従来の焦電型赤外線検出器と大きく異なる点は、回路基板８の保持構造にある。

すなわち、図１において、１７はステム４に設けられた貫通孔１８を経てケース１内部に挿入される例えば３本のリードピンで、いずれもストレートな形状を呈するように形成され、直角二等辺三角形を形成するように配置されている。そして、各リードピン１７は、それらの上端部１７ａが同じ高さ位置になるように、ステムベース５から同じ長さだけ突出するようにして設けられ、その状態で貫通孔１８を気密に埋めるようにして設けられるガラスなどの絶縁性材料１９によって固定されている。

そして、回路基板８は、上述のようにしてステム４に立設固定されたリードピン１７の上端部１７ａにその下面を当接させるようにして水平な状態で保持される。このように保持される回路基板８の下面８ａに形成された導体パターン１３とリードピン１７の上端部１７ａおよびその近傍とがはんだ２０によって電気的および機械的に結合されている。

上述した構成よりなる焦電型赤外線検出器においては、図５に示した従来の回路基板の保持構造のように、回路基板５５を保持するためのリードピン５４をその上端部近傍に突起部５７を有する段付き構造とする一方、回路基板５５にリードピン５４を挿通させるための孔５８を設け、この孔５８にリードピン５４を貫挿させて回路基板５５の下面を突起部５７に当接保持させるのではなく、回路基板８を、その下面８ａをステムベース５の上面に突設されたリードピン１７の上端部１７ａに単に当接させるようにして保持する構造であるので、リードピン１７や回路基板８の構造がきわめて簡単となる。

すなわち、リードピン１７に特殊な突起部を形成したりする必要がなく、シンプルな形状のものでよいから、リードピン１７をより簡単な工程で製作できるとともに、リードピン１７を回路基板８側の孔に貫挿させる必要がなく、リードピン１７にある程度曲がりが生じていても、これを折損するといったことがなくなる。

そして、回路基板８においては、リードピン１７を挿通させるための孔を開設しなくてもよいとともに、リードピン１７によって保持された状態において上面にリードピン１７の突出や貫通孔５８（図５参照）の領域が存在しないので、上面を広く利用することができるとともに、下面に余分な突出部がなくなるため、小型化しても実装有効面積が増え、部品の配置や回路基板に形成される導体パターンの構成が制約されるといったこともなくなり、設計の自由度も増大する。

以上のことが相まって焦電型赤外線検出器の歩留りが向上し、生産性が大幅に向上するので、高品質の焦電型赤外線検出器を安価かつ大量に生産することができる。

図３および図４は、上記したような構成の赤外線検出器Ｓの製造方法を示し、３本のリードピン１７を備えたステム４（以下、これをリードピン付きステム４Ａという）に対して所定の状態で回路基板８を保持させる製造工程の一部を説明するための分解斜視図および要部の縦断面図である。

図３において、２１は適宜厚さの金属製のステムトレーで、３つの貫通孔２２を直角二等辺三角形の頂点となる位置に設けてなるステム保持部２３が複数個（この例では９個）形成されている。このようにすることにより、９個のリードピン付きステム４Ａを所定の間隔及び状態で保持させている。

そして、２４は前記ステム保持部２３に保持されたリードピン付きステム４Ａに対応するように複数（この例では９つ）の回路基板８を形成した回路基板集合体で、この回路基板集合体２４を、前記ステムトレー２１の所定の位置にセットされたリードピン付きステム４Ａの上部からリードピン１７の上端部１７ａが回路基板８下面に当接するように、ステムトレー２１にセットされる。

この場合、各回路基板８の下面側の導体パターン１３と、各リードピン付きステム４Ａのリードピン１７の上端部１７ａとを対応させるために、ステムトレー２１と回路基板集合体２４に次のようなガイド部材が設けられている。すなわち、ステムトレー２１の適宜の２箇所にガイドピン２５ａ，２５ｂを立設する一方、回路基板集合体２４には、ガイドピン２５ａ，２５ｂと対応する位置にガイドピン２５ａ，２５ｂに挿通ガイドされる貫通孔２６ａ，２６ｂを設けている。

このようにすることにより、ステムトレー２１に保持された９個のリードピン付きステム４Ａにおける各リードピン１７の上端部１７ａと、回路基板集合体２４に設けられた９個の回路基板８の下面側にそれぞれ形成された導体パターン１３とをそれぞれ位置ズレすることなく正しく対応した状態で、回路基板集合体２４をステムトレー２１にセットし（図４参照）、この状態で、図４の拡大図で示すように、回路基板８の下面８ａに形成された導体パターン１３とリードピン１７の上端部１７ａおよびその近傍とがはんだ２０によって電気的および機械的に結合することにより、図１および図２で示したような構成の複数個（この例では９個）の焦電型赤外線検出器Ｓを一度に製造する。

なお、上述の実施の形態においては、回路基板８を３本のリードピン１７で保持するようにしていたが、これに限られるものではなく、リードピン１７の本数が４以上であってもよいことはいうまでもない。

そして、この発明は、上記焦電型赤外線検出器Ｓのみならず、サーモパイル型赤外線検出器や、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタなどにも同様に適用することができる。

この発明に係る製造方法により製造された一つの焦電型赤外線検出器を示す縦断面図である。 同上焦電型赤外線検出器の分解斜視図である。 同上焦電型赤外線検出器の製造方法でその製造工程の一部を説明するための分解斜視図である。 同上製造工程を説明するための要部の縦断面図である。 従来の焦電型赤外線検出器を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ケース
４ ステム
４Ａ リードピン付きステム
８ 回路基板
８ａ 回路基板の下面
１３ 導体パターン
１７ リードピン
１７ａ リードピンの上端部
２０ はんだ
２１ ステムトレー
２４ 回路基板集合体
Ｓ 焦電型赤外線検出器

Claims (1)

1. 所定の間隔をあけた状態で、かつ、上端部が同じ高さ位置になるようにステムベースから同じ長さだけ突出する状態でステムに固定された少なくとも３本のリードピンの上端部を、上面に赤外線検出素子が設けられた回路基板の下面に直接当接させるとともに、回路基板の下面側に前記赤外線検出素子に電気的に接続される状態に形成された導体パターンにはんだによって電気的および機械的に結合して構成される赤外線検出器の製造方法であって、
   前記リードピンに付いているステムの複数個を各ステムのリードピンの下方部分が貫通孔に挿通される状態で所定の間隔に保持するステムトレーと、このステムトレーに保持された複数個のリードピン付きステムに対応するように複数の回路基板を形成した回路基板集合体とを準備し、これらステムトレー及び回路基板集合体には、前記各ステムのリードピンの上端部と前記各回路基板下面側の導体パターンとを対応させてセットするためのガイド部材が設けられており、このガイド部材を介してステムトレーに回路基板集合体をセットしたうえ、各ステムのリードピンの上端部を各回路基板の下面側の導体パターンにそれぞれ電気的および機械的に結合して複数個の赤外線検出器を一度に製造することを特徴とする赤外線検出器の製造方法。

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