JP4702366B2

JP4702366B2 - 赤外線センサ

Info

Publication number: JP4702366B2
Application number: JP2007528194A
Authority: JP
Inventors: 浩仁林; 健武田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: CN101175977B; WO2006120863A1; US20090212218A1; EP1884754A4; EP1884754A1; CN101175977A; US20080087824A1; US7626167B2; US7919751B2; JPWO2006120863A1; EP1884754B1

Description

本願発明は、赤外線センサに関し、詳しくは、赤外線を感知する視野角の広い赤外線センサ、および、電磁シールド性を向上させた赤外線センサに関する。

人体の検知や防犯機器などに用いられている従来の赤外線センサの一つに、図６に示すように、焦電素子６２に受光電極６１を配設してなる赤外線センサ素子５３を、リード端子５１を備えた金属製のベース（ステム）５２上に支持するとともに、赤外線センサ素子５３を、上面側に赤外線を透過させる光学フィルタ５４を備えた円筒状の金属製ケース（キャップ）５５に収納したリード端子付きの赤外線センサがある。なお、この赤外線センサは、通常、さらに、赤外線センサ素子５３を支持する支持台６３、支持台６３が載置され、表面に必要な電極や回路（図示せず）が形成された基板６４、バイパスコンデンサ６５、ＦＥＴ６６、抵抗６７などを備えている。また、この赤外線センサの入出力用のリード端子５１（５１ａ，５１ｂ）は、絶縁材料６０を介して金属製のステム５２を貫通し、基板６４上の回路と接続されており、グランド用のリード端子５１（５１ｃ）は、ステム５２に電気的に接続されている。

そして、このようなタイプの赤外線センサにおける、光学フィルタの金属製ケース（キャップ）への取り付け構造（取り付け方法）としては、例えば、図７に示すように、金属製ケース５５の開口窓５８に、光学フィルタ５４を、該光学フィルタ５４の外表面と、金属製ケース５５の外表面とが面一状態になるように配置し、導電性接着剤５７により、光学フィルタ５４の端縁と開口窓５８の端縁を接着、固定するようにした取り付け構造（取り付け方法）が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１の赤外線センサにおいては、光学フィルタ５４が金属製ケース５５の上面の一部（開口窓）５８に嵌め込まれており、金属製ケース５５の上面全体が受光面とはならないため、赤外線受光領域（視野）が狭くなるという問題点がある。

また、さらに他の赤外線センサとして、図８に示すように、導電性保護体（パッケージ）７２の内周部に配設された導電性の内周伝熱覆い部材７５に形成した棚部７３に光学フィルタ７１を保持させ、光学フィルタ７１の端面を導電性の内周伝熱覆い部材７５の内周面に、光学フィルタ７１の底面を導電性の内周伝熱覆い部材７５に形成された棚部７３の底面に、それぞれ導電性接着剤７４により接合することにより、光学フィルタ７１を導電性保護体（パッケージ）７２に電気的に接続して、電磁シールド性を向上させるようにした赤外線センサが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２の赤外線センサの構成は、電磁シールド性を向上させること、周囲温度の変化の赤外線センサ素子への影響を少なくすることを意図するものであり、図９（特許文献２の実施例）に示されているように、導電性の内周伝熱覆い部材７５となる金属板８１を曲げ加工することにより各辺の略中央部に棚部７３が形成された構造の場合、光学フィルタ７１（図８）の視野をこの棚部７３が規制することになり、赤外線センサとしての視野を最大限の効率で確保することができないという問題点がある。
特開平９−７９９０２号公報特開平８−１５００７号公報

本願発明は、上記課題を解決するものであり、小型で、赤外線受光領域（視野）を広く確保することが可能な赤外線センサ、および、電磁シールド性が高く耐電磁波特性にも優れた赤外線センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明（請求項１）の赤外線センサは、
赤外線センサ素子と、
内部に前記赤外線センサ素子が収納される、表面実装に対応したパッケージであって、１つの略方形の面が開口した箱形の形状を有するパッケージと、
所定の波長の赤外線を通過させるように構成された光学フィルタであって、前記パッケージの平面形状が略方形の開口部を覆うように配設され、前記赤外線センサ素子に所定の波長の赤外線を受光させる機能と、前記開口部を封止する蓋としての機能とを同時に果たす光学フィルタと
を具備する赤外線センサにおいて、
前記パッケージの、平面形状が略方形の前記開口部の４つのコーナ部に、前記開口部を覆うように配設される前記光学フィルタを前記開口部の内周壁の上端部よりも低い位置で支持する支持部が配設され、
前記光学フィルタの前記支持部と対向する面側の一部が前記開口部に入り込み、前記支持部に支持された状態で、前記光学フィルタが前記パッケージに固定されているとともに、
前記パッケージが、金属製のパッケージ本体と、前記金属製のパッケージ本体の主要部を被覆する絶縁性被覆材とを備え、かつ、前記導電性接着剤を介して前記光学フィルタと接続される領域に前記金属製のパッケージ本体が露出しており、前記導電性接着剤により、前記光学フィルタと前記パッケージ本体とが電気的に接続されるように構成されていること
を特徴としている。

また、請求項２の赤外線センサは、請求項１の赤外線センサにおいて、前記光学フィルタと前記パッケージとが導電性接着剤を介して接合固定され、かつ、電気的に接続されていることを特徴としている。

また、請求項４の赤外線センサは、請求項１〜３のいずれかの赤外線センサにおいて、前記パッケージの前記開口部周辺領域は、該開口部周辺領域の外側領域よりも低く形成されており、前記光学フィルタの、前記開口部の内周壁の上端部より突出した部分の側端面と共働して、導電性接着剤を保持する保持凹部が形成されるように構成されていることを特徴としている。

本願発明（請求項１）の赤外線センサは、赤外線センサ素子と、内部に赤外線センサ素子が収納される箱形のパッケージと、パッケージの開口部を覆うように配設された、フィルタとしての機能と開口部を封止する蓋としての機能とを同時に果たす光学フィルタとを具備する赤外線センサにおいて、パッケージの、平面形状が略方形の開口部の４つのコーナ部に、開口部を覆うように配設される光学フィルタを、開口部の内周壁の上端部よりも低い位置で支持する支持部を配設するとともに、光学フィルタの支持部と対向する面側の一部が開口部に入り込み、支持部に支持された状態で、光学フィルタをパッケージに固定するようにしているので、光学フィルタの表面面積全体に対する、視野が遮られる領域（面積）の比率を極めて低くすることが可能になり、事実上、赤外線受光領域（視野）を狭くすることなく、光学フィルタをパッケージに取り付けることが可能になる。

また、平面形状が略方形の開口部の４つのコーナ部に支持部を設けているので、光学フィルタを確実に保持して信頼性の高い赤外線センサを得ることが可能になる。

また、パッケージを、金属製のパッケージ本体と、金属製のパッケージ本体の主要部を被覆する絶縁性被覆材とを備え、かつ、導電性接着剤を介して光学フィルタと接続される領域に金属製のパッケージ本体が露出した構成とし、導電性接着剤により、光学フィルタとパッケージ本体とを電気的に接続するようにしているので、外部との絶縁性を確保しつつ、光学フィルタとパッケージが電気的に接続された、電磁シールド性や外部との絶縁性に優れた信頼性の高いセラミック電子部品を確実に得ることができる。

また、請求項２の赤外線センサのように、請求項１の赤外線センサにおいて、光学フィルタとパッケージとを導電性接着剤を介して接合させるようにした場合、光学フィルタとパッケージの電気的な接続と、機械的な接合固定とを同時にしかも確実に行うことが可能になり、本願発明をより実効あらしめることが可能になる。

また、請求項３の赤外線センサのように、請求項１または２の赤外線センサにおいて、パッケージの開口部周辺領域を、該開口部周辺領域のさらに外側の領域よりも低く形成し、光学フィルタの、開口部の内周壁の上端部より突出した部分の側端面と共働して、導電性接着剤を保持する保持凹部が形成されるようにした場合、保持凹部に保持される導電性接着剤により光学フィルタとパッケージとを電気的、機械的に確実に接続することが可能になる。
また、導電性接着剤が保持凹部の容積の対応する量だけ、該保持凹部内に保持されるため、過剰の導電性接着剤が光学フィルタの中央領域にまで流れ込んで、視野が狭くなることを確実に防止することが可能になり、所望の特性を備えた赤外線センサを得ることが可能になる。

本願発明の一実施例にかかる赤外線センサを示す分解斜視図である。本願発明の一実施例にかかる赤外線センサにおいて、パッケージ内に赤外線センサ素子を収容した状態を示す図である。本願発明の一実施例にかかる赤外線センサにおいて、パッケージの開口部に光学フィルタを取り付けた状態を示す斜視図である。図３の赤外線センサのＩ−Ｉ線による断面の要部を拡大して示す図である。図３のII−II線による断面の要部を拡大して示す図である。従来の赤外線センサの構成を示す図である従来の赤外線センサの、パッケージへの光学フィルタの取り付け構造を示す図である。従来の他の赤外線センサの、パッケージへの光学フィルタの取り付け構造を示す図である。従来の他の赤外線センサの要部構成を示す図である。

１赤外線センサ素子
１ａ焦電素子
２パッケージ
２ａパッケージの開口部
２ｂ開口部周辺領域
２ｃ開口部周辺領域の外側領域
３光学フィルタ
３ａ光学フィルタの開口部の内周壁の上端部より突出した部分
３ｂ光学フィルタの開口部の内周壁の上端部より突出した部分の側端面
３ｃ光学フィルタの支持部と対向する面側の一部（下部）
５外部接続端子（外部電極）
７導電性接着剤
８コーナ部
９開口部の内周壁の上端部
１０ａ，１０ｂ電極（受光電極）
１１電極
１２ベース
１５保持凹部
１９電界効果型トランジスタ
２０支持部
２１パッケージ本体
２２絶縁性被覆材
３２内部（封止空間）

以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本願発明の一実施例（実施例１）にかかる赤外線センサを示す分解斜視図、図２は赤外線センサ素子を収容した状態を示す図、図３はパッケージの開口部に光学フィルタを取り付けた状態を示す斜視図、図４は図３の赤外線センサのＩ−Ｉ線による断面の要部を拡大して示す図、図５は図３のII−II線による断面の要部を拡大して示す図である。

この赤外線センサは、赤外線センサ素子１と、１つの面（図１では上面側）が開口した箱形の形状を有するとともに、内部に電極１１（や配線パターンなど）を備え、赤外線センサ素子１がその内部（封止空間）３２に収納される、表面実装に対応した金属製のパッケージ２と、パッケージ２の開口部２ａの全体を覆うように配設され、赤外線センサ素子１に所定の波長の赤外線を受光させる機能と、パッケージ２の開口部２ａを封止する蓋としての機能を同時に果たす光学フィルタ３とを備えている。

赤外線センサ素子１としては、厚み方向に分極された焦電素子１ａの表面に配設された２つの電極（受光電極）１０ａ，１０ｂが、直列に、かつ、逆極性に接続され、２つの受光電極１０ａ，１０ｂに同時に入力する外部雑音（周囲環境の温度変化など）がうち消されるように構成された、いわゆるデュアルタイプの赤外線センサ素子が用いられている。

パッケージ２としては、箱形で、上面の略全面が開口した、４２Ｎｉ、りん青銅、しんちゅう、洋はく、鉄などの金属製のパッケージ本体２１の主要部を、絶縁性被覆材２２により被覆することにより形成された構造のものが用いられており、パッケージ２の開口部２ａの平面形状は長方形とされている。

なお、パッケージ２の、導電性接着剤７（図３，図４，図５）を介して光学フィルタ３と接続される領域には、金属製のパッケージ本体２１が露出しており、導電性接着剤７により、光学フィルタ３とパッケージ本体２１とが電気的に接続されるように構成されている。

また、パッケージ２の開口部周辺領域２ｂは、該開口部周辺領域２ｂの外側領域２ｃよりも低く形成されており、光学フィルタ３の、開口部２ａの内周壁の上端部９より突出した部分３ａの側端面３ｂと共働して、導電性接着剤７を保持する保持凹部１５が形成されるように構成されている（図４）。

また、パッケージ２の底面には、赤外線センサ素子１を支持するベース１２が配設されており、赤外線センサ素子１はベース１２上に支持されるように構成されている。

なお、パッケージ２の内部には、赤外線センサを構成するのに必要な、電界効果型トランジスタ１９が配設されており、その他にも、バイパスコンデンサや高い抵抗値を有する抵抗などが搭載されたり、パッケージ２と一体化して配設されたりしているが、図１および２では、電界効果型トランジスタ１９以外は図示を省略している。

さらに、この実施例１の赤外線センサにおいては、金属製のパッケージ２の所定の位置に、パッケージ２とは導通しないように、絶縁材（図示せず）により絶縁された、外部接続端子（外部電極）５が設けられている。そして、パッケージ２内に配設された赤外線センサ素子１は、同じくパッケージ２内に配設された電極や配線パターン、外部接続端子（外部電極）５を介して外部と電気的に接続されるように構成されている。

そして、パッケージ２の平面形状が略方形の開口部２ａの４つのコーナ部８には、開口部２ａを覆うように配設される光学フィルタ３を開口部２ａの内周壁の上端部９よりも低い位置で支持する支持部２０が配設されている。
なお、支持部２０は、金属製のパッケージ本体２１の主要部を被覆する絶縁性被覆材２２と同じ材料により形成されている。ただし、支持部２０は、絶縁性被覆材２２とは異なる材料から構成することも可能である。

また、光学フィルタ３としては、抵抗が１ＭΩ／cm以下で、所定の波長の赤外線を通過させる単結晶シリコンからなる光学フィルタが用いられており、この光学フィルタ３は、パッケージ２の上面の開口部２ａに略対応する長方形の平面形状を有している。

上述のように構成された赤外線センサにおいては、図３の赤外線センサのＩ−Ｉ線による断面の要部拡大図である図４、および図３のII−II線による断面の要部拡大図である図５に示すように、光学フィルタ３が、パッケージ２の開口部２ａの４つのコーナ部８に配設された支持部２０により、開口部２ａの内周壁の上端部９よりも低い位置で支持されるとともに、保持凹部１５に供給保持された導電性接着剤７により、光学フィルタ３（の側端面３ｂ）とパッケージ２（の開口部周辺領域２ｂおよび露出した金属製のパッケージ本体２１）とが強固に接続されており、光学フィルタ３とパッケージ２が、電気的、機械的に確実に接続固定された赤外線センサを得ることができる。

すなわち、本願発明の赤外線センサにおいては、パッケージ２の開口部２ａの４つのコーナ部８に、開口部２ａを覆うように配設される光学フィルタ３を、開口部２ａの内周壁の上端部９よりも低い位置で支持する支持部２０を配設し、光学フィルタ３の支持部２０と対向する面側の一部（下部）３ｃが開口部２ａに入り込み、支持部２０に支持された状態で、光学フィルタ３をパッケージ２に導電性接着剤７により固定するようにしているので、光学フィルタ３の表面面積全体に対する、支持部２０によって視野が遮られる領域の比率を極めて低くすることが可能になり、事実上、赤外線受光領域（視野）を狭くすることなく、光学フィルタ３をパッケージ２に取り付けることができる。

また、平面形状が略方形の開口部２ａの４つのコーナ部８に支持部２０を設けているので、光学フィルタ３を確実に保持して信頼性の高い赤外線センサを得ることができる。

また、パッケージ２として、箱形で、金属製のパッケージ本体２１の主要部を、絶縁性被覆材２２により被覆することにより形成された構造のものを用いているので、外部との絶縁性を確保しつつ、光学フィルタ３とパッケージ２が確実に電気的に接続され、電磁シールド性や外部との絶縁性に優れた信頼性の高いセラミック電子部品を確実に得ることができる。

また、パッケージ２の開口部周辺領域２ｂを、該開口部周辺領域２ｂのさらに外側の領域２ｃよりも低く形成し、光学フィルタ３の、開口部２ａの内周壁の上端部９より突出した部分３ａの側端面３ｂと共働して、導電性接着剤７を保持する保持凹部１５が形成されるようにしているので、保持凹部１５に保持される導電性接着剤７により光学フィルタ３とパッケージ２とを電気的、機械的に確実に接続することが可能になる。
また、導電性接着剤７が保持凹部１５の容積の対応する量だけ、保持凹部１５内に保持されるため、過剰の導電性接着剤７が光学フィルタ３の中央領域にまで流れ込んで、視野が狭くなることを確実に防止することが可能になり、所望の特性を備えた赤外線センサを得ることができる。

なお、この実施例１では光学フィルタ３として、低抵抗材料（単結晶シリコン）からなる光学フィルタを用いているが、光学フィルタ３としては、絶縁材料からなるフィルタ基材の表面に低抵抗材料の被膜としてＧｅ（ゲルマニウム）からなる金属被膜を蒸着などの方法により付与した光学フィルタを用い、光学フィルタ３を低抵抗材料の被膜を介して、導電性接着剤により金属製のパッケージ２に接合することにより、光学フィルタ３とパッケージ２とを電気的に導通させるように構成することも可能である。

また、光学フィルタを構成するフィルタ基材としては、単結晶シリコン以外にも、例えば、石英やサファイア、フッ化バリウム、スピネルなどの赤外線を通過させる種々の材料からなるものを用いることが可能である。

また、上記実施例１では、赤外線センサ素子が、焦電素子を用いた、いわゆるデュアルタイプの焦電型の赤外線センサ素子である場合を例にとって説明したが、本願発明において、赤外線センサ素子のタイプに特別の制約はなく、シングルタイプやクワッドタイプ、またはサーモパイル、フォトダイオードなどの種々の赤外線センサ素子を用いた赤外線センサに本願発明を適用することが可能である。

なお、上記実施例１では、パッケージ２として、金属製のパッケージ本体２１の主要部を、絶縁性被覆材２２により被覆した構造のものを用いているが、主要部が金属製で、必要な部分のみが絶縁材料により被覆された構成のパッケージや、主要部が絶縁材料から形成され、電気的接続に必要な部分にのみ導電性材料が配設されたパッケージを用いる場合にも本願発明を適用することが可能である。

また、この実施例１の赤外線センサは、パッケージ２の内部に電極（や配線パターンなど）１１を備えていることから、他の部材に形成すべき電極や配線パターンを少なくして、製品の小型化や部品点数の削減を図ることができる。

さらに、パッケージ２が、赤外線センサ素子１を支持するベース１２を備えているため、別途支持部材を必要とすることがなく、さらに、部品点数の削減や、製品の小型化を図ることが可能になる。
また、パッケージ２の底部は従来の赤外線センサのステムの機能を果たすため、この点でも製品の小型化を図ることができる。

また、本願発明は、さらにその他の点においても上記実施例１に限定されるものではなく、パッケージの具体的な構成や形状、光学フィルタとパッケージを接合するための接着剤（導電性接着剤）の種類などに関し、発明の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。

上述のように本願発明によれば、複雑な構造や、複雑な製造工程を必要とせずに、小型で、赤外線受光領域（視野）を広く確保することが可能な赤外線センサを得ることができる。
また、光学フィルタとパッケージを確実に接合することが可能で、赤外線センサ素子が、互いに電気的に接続された光学フィルタとパッケージとから形成される封止空間内に収納された、電磁シールド性に優れた赤外線センサを得ることができる。
したがって、本願発明は、人体の検知や、防犯機器などに用いられる汎用の赤外線センサの分野に広く利用することが可能である。

Claims

赤外線センサ素子と、
内部に前記赤外線センサ素子が収納される、表面実装に対応したパッケージであって、１つの略方形の面が開口した箱形の形状を有するパッケージと、
所定の波長の赤外線を通過させるように構成された光学フィルタであって、前記パッケージの平面形状が略方形の開口部を覆うように配設され、前記赤外線センサ素子に所定の波長の赤外線を受光させる機能と、前記開口部を封止する蓋としての機能とを同時に果たす光学フィルタと
を具備する赤外線センサにおいて、
前記パッケージの、平面形状が略方形の前記開口部の４つのコーナ部に、前記開口部を覆うように配設される前記光学フィルタを前記開口部の内周壁の上端部よりも低い位置で支持する支持部が配設され、
前記光学フィルタの前記支持部と対向する面側の一部が前記開口部に入り込み、前記支持部に支持された状態で、前記光学フィルタが前記パッケージに固定されているとともに、
前記パッケージが、金属製のパッケージ本体と、前記金属製のパッケージ本体の主要部を被覆する絶縁性被覆材とを備え、かつ、前記導電性接着剤を介して前記光学フィルタと接続される領域に前記金属製のパッケージ本体が露出しており、前記導電性接着剤により、前記光学フィルタと前記パッケージ本体とが電気的に接続されるように構成されていること
を特徴とする赤外線センサ。
前記光学フィルタと前記パッケージとが導電性接着剤を介して接合固定され、かつ、電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
前記パッケージの前記開口部周辺領域は、該開口部周辺領域の外側領域よりも低く形成されており、前記光学フィルタの、前記開口部の内周壁の上端部より突出した部分の側端面と共働して、導電性接着剤を保持する保持凹部が形成されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線センサ。