JP5379374B2 - 赤外線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、人体検知などに用いる赤外線検出器に関するものである。

従来から、人体検知などに用いる赤外線検出器が種々提供されており、このような赤外線検出器では、人体より放射された赤外線の変化量を検出する熱検出素子（赤外線検出素子、熱線検出素子ともいう）として、焦電効果を利用した焦電素子がよく用いられている。

この種の赤外線検出器としては、人体の動作により発生した赤外線をレンズにより焦電素子の受光部に集光させ、赤外線の変化に応じて発生する焦電素子の分極による信号を電流電圧変換回路で電圧信号に変換した後、バンドパスアンプで所定の周波数帯域を選択的に増幅し、予め閾値を設定しているウィンドウコンパレータから”Ｈ”レベルまたは”Ｌ”レベルの検出信号を出力するものが提案されている。このような赤外線検出器の検出信号は、防犯用の侵入検知や、照明などの負荷制御に利用されている。

特許文献１には、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、樹脂成型品で製作される３次元回路ブロック（ＭＩＤ基板）１００に、焦電素子からなる熱検出素子１１０とバンドパスアンプやウィンドウコンパレータを構成する電子回路素子１２０を実装し、キャップ１３０とステム１４０からなるパッケージ内に収納して封止することにより、小型化を図った赤外線検出器Ａが開示されている。なお、図１４（ｂ），（ｃ）中１５０は外部回路との接続に使用される端子ピン（つまり、電源供給用の端子ピン、グラウンド用の端子ピン、検出信号出力用の端子ピン）、１３１は赤外線を熱検出素子１１０に入射させるためにキャップ１３０に設けられた赤外線通過窓で、この赤外線通過窓１３１には所定の周波数域の赤外線のみを通過させるバンドパス型の光学フィルタ１６０が装着される。

３次元回路ブロック１００は、表立面と裏立面とを形成した縦方向に起立する縦長のブロックとなっており、立面には電子回路素子１２０を実装し、上部には熱検出素子１１０の熱絶縁をとるための空間を作る凹部１０１を一体形成し、熱検出素子１１０は凹部１０１を跨ぐ形で３次元回路ブロック１００に実装される。凹部１０１によって、赤外線を受光する熱検出素子１１０の部位と３次元回路ブロック１００とが接触しないようになるから、熱検出素子１１０が赤外線を受光したときに赤外線のエネルギが逃げず、感度を高めることができる。

また、特許文献１に示すものでは、図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、金属製のキャップ１３０と、ステム１４０からなるパッケージ（ＣＡＮパッケージ）内に熱検出素子１１０および３次元回路ブロック１００を収納することによって、熱検出素子１１０および３次元回路ブロック１００を外来ノイズからシールドしている。これは、熱検出素子１１０の電荷は非常に微小であるから、アンプなどを利用して非常に大きな増幅を行う必要があり、熱検出素子１１０の出力に僅かでもノイズが入ると、上記アンプによってノイズも増幅され、本来の信号とノイズとの区別が困難となってしまうためである。
特許第３２１１０７４号公報（特に、段落〔００１８〕〜〔００２１〕、および図６〜図１３参照）

上述した特許文献１に示す赤外線検出器Ａでは、３次元回路ブロック１００に熱検出素子１１０を浮かすための凹部１０１を直接形成しているため、部品点数削減や低コスト化が図れる。また、特許文献１に示す赤外線検出器Ａは、熱検出素子１１０とバンドパスアンプの入力部までの距離を短くすることができるため、外来ノイズが入り難くなり、ノイズに強い構成となる。さらに、熱検出素子１１０と３次元回路ブロック１００を金属製のキャップ１３０とステム１４０からなるパッケージ内に収納しているから、外来ノイズに非常に強い構成が実現できるという利点がある。また、バンドパスアンプやウィンドウコンパレータをＩＣ化することも可能となるから、一層の小型化が図れる。

しかしながら、この特許文献１に示す赤外検出器Ａでは、３次元回路ブロック１００が縦長で起立して表立面と裏立面とを形成した回路部に電子部品やＩＣを実装しているため、パッケージが縦長になってしまう。

そのため、特許文献１に示す赤外線検出器Ａでは、当該赤外線検出器Ａを取り付ける機器の厚みが制限されるために、薄型化が困難になり、このような機器を小型化、薄型化したいという要請には十分に応えることができていなかった。
ここで、３次元回路ブロック１００を小型化して赤外線検出器Ａの大きさを全体的に小さくしようとした場合、以下の２つの問題があった。

１つ目は、電子回路要素を実装するための回路スペースが不足するという問題である。つまり上述の３次元回路ブロック１００では、上記表立面および上記裏立面を形成した部分を電子回路要素実装用の回路スペースとしているが、３次元回路ブロック１００を単純に小型化すると、当然に上記回路スペースが狭くなり、十分なスペースを確保することができなくなってしまう。そのため、単純に３次元回路ブロック１００を小型化することができなかった。

２つ目は、熱検出素子１１０と検出信号の出力部（検出信号出力用の端子ピン）または電源供給用の入力部（電源供給用の端子ピン）との距離が近くなることに起因する問題である。つまり熱検出素子１１０の電荷の変化は非常に微弱なため、後段の回路（上記の例ではバンドパスアンプ）では、フェムトアンペアレベルの電流変化を数百ミリボルトレベルに増幅して出力しており、また供給される電源電圧には、商用電源からの重畳ノイズや携帯電話からの輻射ノイズなどの外来（外乱）ノイズも重畳されているから、検出信号出力用の端子ピンや電源供給用の端子ピンと熱検出素子との距離が近付くと、これらの間で容量結合が生じ、これによって、発振現象や周波数特性の劣化などの現象が発生し、検出感度が劣化してしまうという問題が生じる。そのため、熱検出素子１１０と検出信号の出力部または電源供給用の入力部とを十分に離す必要があり、これが小型化の妨げとなっていた。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、その目的は、小型化、薄型化が図れ、しかも検出感度の劣化を防止できる赤外線検出器を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、熱検出素子および当該熱検出素子用の駆動回路を構成する電子回路要素を有した回路ブロックと、当該回路ブロックが取り付けられるステムおよびステムとの間に回路ブロックを収納する形でステムに被着されるキャップからなる金属製のパッケージとを備え、回路ブロックは、電子回路要素の少なくとも一部が埋設された第１の樹脂層と、第１の樹脂層におけるステム側とは反対側にシールド層を介して設けられた第２の樹脂層とを有し、第２の樹脂層におけるシールド層側とは反対側の一面からなる熱検出素子用の搭載面には、熱絶縁用の凹所が形成され、熱検出素子は、熱絶縁用の凹所を跨ぐ形で上記搭載面に実装され、キャップにおいて熱検出素子と対向する部位には、採光用の窓孔が形成され、キャップには、導電性を有する材料から
なり赤外線を透過させるフィルタが窓孔を閉塞するとともに、キャップと導通可能な形で取り付けられた赤外線検出器であって、パッケージに収納された回路ブロックの駆動回路と外部回路とを電気的に接続する端子ピンは、ステムにおける第１の樹脂層側とは反対面と、上記搭載面との間を貫通する形に複数本設けられ、上記搭載面には、シールド用の導体パターンが形成されており、上記導体パターンは、複数本の上記端子ピンのうち上記駆動回路の検出信号出力用の端子ピンのみの周辺に形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電子回路要素を第１の樹脂層に埋設しているので、立設方向の小型化の障害となっていた電子回路要素を実装するためのスペース（実装面積）を確保することができるから、３次元回路ブロックを用いる従来例に比べて大幅な小型化、薄型化を図ることができる。しかも熱検出素子の熱絶縁用の凹所を第２の樹脂層に直接的に形成しているから、部品点数削減や低コスト化が図れ、その上、電子回路要素を実装する回路基板として微細なファインピッチの回路を一般の回路基板の形成方法で形成できるプリント基板や薄い銅箔を使用した基板を用いて、回路ブロックをプレスによって容易に製造可能な多層基板構造とすることができる。また、端子ピンは熱検出素子の搭載面において回路ブロックと電気的に接続されるから、熱検出素子と回路ブロックとの接合（熱検出素子の回路ブロックへの実装）と、端子ピンと回路ブロックとの接合とを同じ工程で行うことができて、工程数を削減することができる上に、各接合状態の検査を目視により行うことができて製造工程での検査が容易になり、製造コストを低減することができる（ローコスト化が図れる）。また、第１の樹脂層と第２の樹脂層との間にシールド層を介在することで、電子回路要素で発生したノイズが熱検出素子の検出出力に重畳されることを防止することができる。

さらに、ステムおよびキャップにより構成した金属製のパッケージに回路ブロックを収納し、キャップの窓孔を導電性を有するフィルタで閉塞するとともに、当該フィルタとキャップとを電気的に接続しているから、外来ノイズの影響を低減できるとともに、熱検出素子と端子ピンとがパッケージ内の空間部を経由して容量結合してしまうことを抑制することができ、その上、搭載面にシールド用の導体パターンを設けているので、熱検出素子と端子ピンとの容量結合をさらに抑制することが可能となり、検出感度の劣化を防止することができ、耐ノイズ性を向上することができる。つまり、熱検出素子と、検出信号出力用の端子ピンとの容量結合を導体パターンによるシールド効果によって防ぐことができ、その結果感度劣化の防止や耐ノイズ性の向上が図れる。特に、検出信号出力用の端子ピンは容量結合によって熱検出素子に与える影響が大きいため、検出信号出力用の端子ピンと熱検出素子との容量結合を防止することで、より一層の感度劣化の防止が図れる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記導体パターンは、上記端子ピンにおける上記熱検出素子側とは反対側を除いて上記端子ピンを囲う形に形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、最もシールドが必要である端子ピンと熱検出素子との間に、導体パターンが設けられているから、導体パターンのシールド性能の低下を抑制しながらも、導体パターンを配置する部位の省スペース化が図れ、回路ブロックの小型化が図れ、しかも、導体パターンが設けられていない端子ピンにおける熱検出素子側とは反対側において端子ピンと回路ブロックとの接続を行うことで、この接続に使用する導電性接着剤などによって端子ピンと導体パターンとが短絡してしまうことを抑制できる。

請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、上記導体パターンの電位はグラウンド電位であることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、回路上最も良く使用されるグラウンドに導体パターンを接続するだけでよいから、導体パターンの配線作業が容易であり、容量結合を防止することができる。

請求項４の発明では、請求項１または２の発明において、上記導体パターンの電位は所定の定電位であることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、容量結合を防止することができる。

請求項５の発明では、請求項１または２の発明において、上記導体パターンの電位は上記熱検出素子用の基準電位であることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、容量結合を防止することができ、しかも、熱検出素子に基準電位を与えるための電極は、回路ブロックの搭載面に形成されるものであるから、同じ搭載面に形成される導体パターンとの接続が容易に行える。

請求項６の発明では、請求項１〜５のうちいずれか１項の発明において、上記熱検出素子は、焦電体を検出用電極と基準電位用電極とで挟み込んでなる複数のセンシングエレメントを有し、複数のセンシングエレメントのうち上記端子ピンに最も近いセンシングエレメントは、焦電体に対して基準電位用電極が上記第２の樹脂層側とは反対側に位置していることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、パッケージ内の空間部により端子ピンと検出用電極とが容量結合してしまうことを防止できる。

請求項７の発明では、請求項１〜５のうちいずれか１項の発明において、上記熱検出素子は、焦電体を検出用電極と基準電位用電極とで挟み込んでなる複数のセンシングエレメントを有し、複数のセンシングエレメントのうち上記端子ピンに最も近いセンシングエレメントは、焦電体に対して基準電位用電極が上記第２の樹脂層側に位置していることを特徴とする。

請求項７の発明によれば、第２の樹脂層により端子ピンと検出用電極とが容量結合してしまうことを防止できる。

請求項８の発明では、請求項１〜７のうちいずれか１項の発明において、上記導体パターンを絶縁部で被覆していることを特徴とする。

請求項８の発明によれば、端子ピンと回路ブロックとの接続に使用する導電性接着剤などによって端子ピンと導体パターンとが短絡してしまうことを防止できる。

本発明は、電子回路要素を第１の樹脂層に埋設しているので、３次元回路ブロックを用いる従来例に比べて大幅な小型化、薄型化を図ることができるという効果を奏し、さらに、シールド用の導体パターンにより熱検出素子と端子ピンとの容量結合を抑制することができるから、検出感度の劣化を防止することができ、耐ノイズ性を向上することができるという効果を奏する。

上記効果に加えて、本発明は、熱検出素子の熱絶縁用の凹所を第２の樹脂層に直接的に形成したことにより部品点数削減や低コスト化を図ることがで、回路ブロックをプレスによって容易に製造可能な多層基板構造とすることができ、熱検出素子と回路ブロックとの接合（熱検出素子の回路ブロックへの実装）と端子ピンと回路ブロックとの接合とを同じ工程で行うことができて工程数を削減することができ、各接合状態の検査を目視により行うことができて製造工程での検査が容易になり、回路ブロック３を金属製のパッケージに収納するにあたりキャップの窓孔を導電性を有するフィルタで閉塞するとともに当該フィルタとキャップとを電気的に接続しているから外来ノイズの影響を低減でき、第１の樹脂層と第２の樹脂層との間に介在させたシールド層により電子回路要素で発生したノイズが熱検出素子の検出出力に重畳されることを防止できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の赤外線検出器Ａは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、熱検出素子１および当該熱検出素子用の駆動回路（図５参照）を構成する電子回路要素（チップ）を有した回路ブロック３と、当該回路ブロック３が固定されるステム４およびステム４との間に回路ブロック３を収納する形でステム４に被着されるキャップ５からなる金属製のパッケージとを備えている。なお、以下の説明では、説明の簡略化のために、ステム４において回路ブロック３が取り付けられる側（図１（ａ）における上側）を赤外線検出器Ａの上側と規定する。

熱検出素子１は、図２および図３に示すように、焦電体１０を検出用電極１１と基準電位用電極１２とで挟み込んでなる複数（本実施形態では４つ）のセンシングエレメント１ａを有する、所謂クワッド型のものである。なお、以下の説明では、４つのセンシングエレメント１ａを区別するために、必要に応じて符号１ａ_１〜１ａ_４で表す。

焦電体１０は、焦電材料（一例としてはＰＺＴ）により略正方形の板状に形成されており、その厚み方向における両面それぞれに、検出用電極１１と、基準電位用電極１２が２つずつ形成されている。２つの検出用電極１１と、２つの基準電位用電極１２とは、２×２のマトリクス状に配列され、同種の電極１１，１２は焦電体１０の対角線上に位置している（図２（ａ）においては、左上および右下に検出用電極１１が位置し、左下および右上に基準電位用電極１２が位置している）。また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、焦電体１０の厚み方向一面側の検出用電極１１は厚み方向他面側の基準電位用電極１２と、厚み方向他面側の検出用電極１１は厚み方向一面側の基準電位用電極１２と、厚み方向においてそれぞれ重なる形に設けられている。そして、本実施形態における熱検出素子１においては、センシングエレメント１ａ_１，１ａ_４では、図３（ａ）に示すように、検出用電極１１が焦電体１０の上側、基準電位用電極１２が焦電体１０の下側に位置し、センシングエレメント１ａ_２，１ａ_３では、図３（ｂ）に示すように、検出用電極１１が焦電体１０の下側、基準電位用電極１２が焦電体１０の上側に位置している。

焦電体１０の厚み方向における両面それぞれの一辺（図２（ａ），（ｂ）における左辺）には、検出用電極１１と接続される検出用端子１３が形成され、上記一辺とは反対側の他辺（図２（ａ），（ｂ）における右辺）には、基準電位用電極１２と接続される基準電位用端子１４が形成されている。なお、各電極１１，１２および端子１３，１４は、スパッタ法などにより形成している。また、図２および図１１以外では各電極１１，１２および端子１３，１４の図示を省略し、さらに、図２（ｂ）および図１１（ｂ）では、図示の簡略化のために、厚み方向一面側の各電極１１，１２および端子１３，１４の図示を省略している。

本実施形態における熱検出素子１では、検出用端子１３と基準電位用端子１４との間に、４つのセンシングエレメント１ａが並列接続されている。なお、熱検出素子１は、上記の例に示すものに限られるものではなく、例えば２つのセンシングエレメント１ａからなる直列回路を並列接続したものや、センシングエレメント１ａを２つ備えた所謂デュアル型のものであってもよい。なお、熱検出素子１としては、焦電材料を利用したものの他に、サーモパイルやボロメータなどを利用したものを採用することができる。

回路ブロック３は、図４に示すように、ガラスエポキシ基板などを用いて後述するステム４の搭載部４ａの外径と同程度の外径を有する円盤状に形成された回路基板３０を有している。回路基板３０は、その厚み方向一面側（図２における上面側）に、電子回路要素となるチップ状の電子部品２０が実装され、厚み方向他面側（図２における下面側）に、電子回路要素となる集積回路（以下、「ＩＣ」と略称する）２１が実装されるようになっており、回路基板３０の厚み方向両面それぞれには、上述した電子回路要素とともに熱検出素子１用の駆動回路を構成するための配線パターン（図示せず）が形成されている。なお、チップ状の電子部品２０はリフロー半田付けなどにより回路基板３０に実装され、ＩＣ２１はフリップチップ実装により回路基板３０に実装されている。

上記駆動回路は、図５に示すように、熱検出素子１の基準電位用電極１２に与える基準電位（本実施形態では２Ｖ）を生成するとともに熱検出素子１の検出出力（グラウンドレベルに対して正、負のいずれかの方向のレベルを持つ検出出力）を増幅する電流増幅回路３０ａと、電流増幅回路３０ａの出力からノイズ成分を除去するためのバンドパスフィルタ３０ｂと、バンドパスフィルタ３０ｂから出力される検出出力のレベルと所定の閾値とを比較することで、”Ｈ”レベルあるいは”Ｌ”レベルの電圧からなる検出信号（図１０参照）を出力するウィンドウコンパレータ３０ｃとで構成されている。なお、人体検知を行う場合には、一般的に、１Ｈｚくらいがピークの周波数応答が持たせられる。

回路基板３０の厚み方向一面側には、第１の樹脂層３１が設けられ、回路基板３０の厚み方向一面側に実装されたチップ状の電子部品２は、第１の樹脂層３１に埋設されることになる。第１の樹脂層３１における回路基板３０側（ステム４側）とは反対側には、シールド部３２が設けられる。

このシールド部３２は、回路基板３０と同サイズの円形のガラスエポキシ基板などの絶縁基板３２ａの表面（図４における上面）にシールド層３２ｂを形成したものである。さらに詳しく説明すると、シールド部３２は、熱検出素子１の検出出力と電流増幅回路３０ａとの容量結合などによる発振現象を防ぐための金属箔（一例としては銅箔）からなるシールド層３２ｂを絶縁基板３２ａの表面（本実施形態では、図４における上面に形成しているが、下面に形成してもよいし、上下両面に設けるようにしてもよい）に形成したものであり、グラウンド電位もしくは何らかの特定の電位を持たせることで、シールドとして作用する。なお、シールド層３２ｂは、絶縁基板３２ａにおいて後述する貫通孔３ａおよびスルーホール３ｂが形成される場所を避けて形成されている。なお、シールド部３２としては、絶縁基板３２ａにシールド層３２ｂを形成したものに限らず、シールド層３２ｂを第１の樹脂層３１にメッキなどにより直接的に形成したものであってもよい。

シールド部３２の表面側（シールド部３２における第１の樹脂層３１側とは反対側）には、第２の樹脂層３３が設けられ、この第２の樹脂層３３におけるシールド部３２側とは反対側の一面が、熱検出素子１を搭載する搭載面３３ａとして用いられる。

本実施形態における回路ブロック３は、上述のように回路基板３０に積層された第１の樹脂層３１と、第１の樹脂層３１に積層されたシールド部３２と、シールド部３２に積層された第２の樹脂層３３とからなる多層構造の基板ユニットを有し、この基板ユニットでは、回路基板３０に実装されたチップ状の電子部品２０が第１の樹脂層３１に内蔵され（埋め込まれ）るので、回路ブロック３全体の薄型化が図れる。

このような基板ユニットには、３つの端子ピン（電源供給用の端子ピン、グラウンド用の端子ピン、検出信号出力用の端子ピン）６それぞれが貫挿される貫挿孔３ａが厚み方向に貫設されるとともに、焦電素子１（焦電素子１の検出用端子１３および基準電位用端子１４）と上記駆動回路を接続するための貫通孔配線（図示せず）を形成するためのスルーホール３ｂが設けられている。また、基板ユニットには、シールド部３２のシールド層３２ｂを所定の電位部位に接続するためのスルーホール（図示せず）が設けられている。

回路ブロック３の搭載面３３ａにおける中央部には、図１（ｂ）および図６に示すように、長円孔状の凹所３３ｂが設けられている。また、搭載面３３ａにおける凹所３３ｂの短手方向両縁部それぞれには、熱検出素子１の検出用端子１３と接続されるランド３３ｃおよび基準電位用端子１４と接続されるランド３３ｄがそれぞれ形成されている。そのため、熱検出素子１は凹所３３ｂをその短手方向において跨ぐ形で搭載面３３ａに実装され、このとき、熱検出素子１の各センシングエレメント１ａは、搭載面３３ａとは接触しないようになっている。この凹所３３ｂにより、熱検出素子１の熱線検知部（受光面）となるセンシングエレメント１ａと回路ブロック３の第２の絶縁層３３との間に熱絶縁のための空気層が確保され、非常に感度の高い測定が可能となる。なお、これらランド３３ｃ，３３ｄは、それぞれ対応するスルーホール３ｂ内の貫通配線に接続されており、これによって、駆動回路と熱検出素子１が接続される。

ところで、搭載面３３ａにおける各貫挿孔３ａの開口周縁には、端子ピン接合用のランド３３ｅがそれぞれ形成されている。また、搭載面３３ａには、シールド用の導体パターン３３ｆが設けられている。この導体パターン３３ｆは、検出信号出力用の端子ピン６に対応するランド（図６における下側のランド）３３ｅを、当該ランド３３ｅにおける熱検出素子１側とは反対側（図６における下側）を除く三方で囲む形のコ字形に形成されている。なお、ランド３３ｃ〜３３ｅおよび導体パターン３３ｆは図１（ａ）では図示を省略している。

次に、上述した回路ブロック３の製造方法について図７を参照して簡単に説明する。まず、図７（ａ）に示すように、予めチップ状の電子部品２０を実装しておいた回路基板３０の厚み方向一面（図７（ａ）における上面）に、第１の樹脂層３１の基礎となる有機グリーンシート３４を複数枚（図示例では３枚）重ねて配置する。ここで有機グリーンシート３４は、Ｂステージ（半硬化）状態のエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂にシリカ（ＳｉＯ_２）などの無機フィラーを高充填（例えば８５ｗｔ％）したものにより回路基板３０と同サイズの円形のシート状に形成されており、高い伸びと引張強度を持ち、常温では強靱性があって破れ難いという特性を有している。なお、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂の他に、フェノール樹脂、シアネート樹脂などを用いることができ、また無機フィラーとしては、シリカの他に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、もしくはこれらを２種類以上混合したものを用いることができる。

回路基板３０に第１の樹脂層３１の基礎となる有機グリーンシート３４を重ねた後には、この有機グリーンシート３４上にシールド部３２を載置し、さらにその後にシールド部３２上に第２の樹脂層３３の基礎となる有機グリーンシート３４を複数枚（本実施形態では２）重ねて配置する。ここで、第２の樹脂層３３による容量結合を防止するためには、第２の樹脂層３３の厚みを薄くすることが効果的であり、一般には、０．３ｍｍ以下とすることが好ましいため、第２の樹脂層３３の集みが０．３ｍｍ以下となるように、有機グリーンシート３４の厚みや枚数を設定する。

このように、回路基板３０上に、第１の樹脂層３１の基礎となる有機グリーンシート３４、シールド部３２、第２の樹脂層３３の基礎となる有機グリーンシート３４とを順次重ねてなる積層体を、プレスの金型内に投入し、その後に真空引きしながら加熱（例えば１００℃）して有機グリーンシート３４を熱溶解させ、所定の圧力（例えば３Ｍｐａ）で一定時間加圧する。このとき、回路基板３０上のチップ状の電子部品２０の凹凸および電子部品２０と回路基板３０との隙間に、溶解した有機グリーンシート３４が流れ込むことになる。上記一定時間加圧した後は、所定の温度（有機グリーンシート３４を構成する熱硬化性樹脂の硬化温度、エポキシ樹脂の場合、１７５℃）まで昇温して完全硬化させる。

これによって、図７（ｂ）に示すように、チップ状の電子部品２０を内蔵した第１の樹脂層３１が回路基板３０と一体に形成され、また第１の樹脂層３１における回路基板３０側とは反対側には、第２の樹脂層３３が一体に形成され、第１の樹脂層３１と第２の樹脂層３３との間には、シールド部３２（シールド層３２ａ）が介在されることになり、電子回路要素２の一部であるチップ状の電子部品２０が埋設された第１の樹脂層３１と、第１の樹脂層３１におけるステム４側とは反対側にシールド層３２ｂを介して設けられた第２の樹脂層３３とを有する回路ブロック３が得られる。なお、プレスの金型に凹所３３ｂを形成するための凸部（図示せず）を設けておけば、凹所３３ｂを同時に形成することができる。

上述したように回路基板３０、第１の樹脂層３１、シールド部３２、第２の樹脂層３２を一体化した後には、ルータなどを利用して、貫挿孔３ａやスルーホール３ｂが形成される。その後には、搭載面３３ａに無電解メッキなどにより導電層（図示せず）を形成するとともに、貫挿孔３ａおよびスルーホール３ｂの内面に層間接続用（貫通孔配線用）のスルーホールメッキを施し、このメッキ後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して導電層の一部を除去することで、ランド３３ｃ〜３３ｅおよび導体パターン３３ｆなどを形成して、図４に示す構成を得る。

ステム４は、金属材料（例えば、ＳＰＣやコバールなど）により円盤状に形成されている。ステム４の中央部はその周辺部より厚み方向一面側（図１（ａ）における上側）に突出しており、この突出した中央部が回路ブロック３を搭載する前述の搭載部４ａとなる。この搭載部４ａには、端子ピン６が挿通される複数（本実施形態では３つ）の挿通孔４ｂが形成されている。端子ピン６は、パッケージに収納された回路ブロック３の駆動回路と外部回路とを電気的に接続するためのものであって、導電性を有する材料により、ステム４における第１の樹脂層３１側とは反対面（図１（ａ）における下面）と搭載面３３ａとの間を貫通することができる長さの丸棒状に形成されている。本実施形態の赤外線検出器Ａでは、電源供給用の端子ピン６（以下、必要に応じて符号６Ａで示す）と、グラウンド用の端子ピン６（以下、必要に応じて符号６Ｂで示す）と、検出信号出力用の端子ピン６（以下、必要に応じて符号６Ｃで示す）との３本の端子ピン６を用いている。

ところで、端子ピン６Ｂに対応する挿通孔４ｂの内径は端子ピン６Ｂの外径よりやや大きく設定されており、端子ピン６Ｂを当該挿通孔４ｂに挿入した後に、端子ピン６Ｂは導電性接着剤（銀ペーストなどの導電性ペースト）を用いてステム４に固定され、ステム４と電気的に接続される。一方、端子ピン６Ａ，６Ｃに対応する挿通孔４ｂは、端子ピン６Ｂに対応する挿通孔４ｂよりも内径が大きく設定してあり、端子ピン６Ａ，６Ｃそれぞれを対応する挿通孔４ｂに挿通させた状態で、端子ピン６Ａ，６Ｃと挿通孔４ｂとの隙間をガラスなどの絶縁性を有する封止材７で封止することで、端子ピン６Ａ，６Ｃはステム４と電気的に絶縁された状態で、ステム４に固定される。

回路ブロック３は、図１（ａ）に示すように、スペーサ８をステム４との間に介在する形で、ステム４に取り付けられる。スペーサ８は、回路ブロック３とステム４との間に、回路基板３０に実装したＩＣ２１を収納するためのスペースを確保するためのものである。このようなスペーサ８は、絶縁性を有する樹脂材料からなる樹脂成形品であって、円盤状に形成されている。スペーサ８の中央部には、略矩形状の開口８ａが形成されており、この開口８ａ内に、回路基板３０に実装されたＩＣ２１が収納されることになる。また、スペーサ８には、端子ピン６それぞれが挿通される挿通孔８ｂがその厚み方向に貫設されている。

キャップ５は、金属材料（例えば、ＳＰＣやコバールなど）により厚み方向一面（図１（ａ）における下面）が開口した円形の箱状（一方の開口端が閉塞された円筒状）に形成されている。キャップ５の内径は、ステム４の中央部の外径よりやや大きくなっており、これによってステム４の搭載部４ａがキャップ５内に挿入される。このようなキャップ５とステム４とで囲まれた空間部に、回路ブロック３が収納される。

キャップ５の厚み方向他壁部（図１（ａ）における上壁部）の中央部には、矩形状の窓孔５ａが開口されている。窓孔５ａはパッケージ内に光を取り入れるため（採光用）のものであって、熱検出素子１をキャップ５外部に臨ませることが可能な大きさに形成されている。また、キャップ５の厚み方向一面側の開口縁部には、円形状の鍔部５ｂが形成されている。鍔部５ｂの外径はステム４の外径と同程度の大きさであり、キャップ５をステム４に被着した際には、鍔部５ｂがステム４の上記周辺部に当接される。

このようなキャップ５には、窓孔５ａを閉塞する形でフィルタ９が取り付けられる。フィルタ９は、特定の周波数域の赤外線だけを透過させるバンドパス型の光学フィルタであって、ここで赤外線検出器Ａの使用用途が人体検知の場合には、フィルタ９として、おおよそ４μｍ以上の波長の光を透過し、それより波長が短い赤外線をカットするようなものを用いる。フィルタ９は、導電性を有する材料、例えば、半導体（一例としては不純物をドープした低抵抗のシリコン基板）や、導体を用いて形成されている。このフィルタ９は、キャップ５と導通可能となるように、導電性接着剤（一例としては銀ペースト）を用いてキャップ５に接合されている。つまり、キャップ５には、導電性を有する材料からなり赤外線を透過させるフィルタ９が窓孔５ａを閉塞するとともに、キャップ５と導通可能な形で取り付けられている。なお、フィルタ９にオーミック接続した電極（図示せず）を設け、当該電極とキャップ５とを電気的に接続することで、フィルタ９とキャップ５とが導通するようにしてもよい。

このようなステム４およびキャップ５からなるパッケージには、回路ブロック３が次のようにして収納される。

すなわち、ステム４の搭載部４ａ上にスペーサ８を介して回路ブロック３を搭載するとともに回路ブロック３とスペーサ８、およびスペーサ８と搭載部４ａとを接着剤などで接合する。このとき、スペーサ８の開口８ａにはＩＣ２１が収納される。

また、端子ピン６は、スペーサ８の挿通孔８ｂおよび回路ブロック３の貫挿孔３ａを貫通し、その一端部（図１（ａ）における上端部）が回路ブロック３の搭載面３３ａより突出することになる。

回路ブロック３をステム４上に搭載固定した後には、第２の樹脂層３３の凹所３３ｂの両側のランド３３ｃ，３３ｄ間に熱検出素子１を橋渡し、この状態で熱検出素子１の検出用端子１３をランド３３ｃに、基準電位用端子１４をランド３３ｄにそれぞれ導電性接着材により接続する（熱検出素子１は、熱絶縁用の凹所３３ｂを跨ぐ形で搭載面３３ａに実装される）。このとき、熱検出素子１は、図３（ｂ）に示すように、焦電体１０に対して基準電位用電極１２が第２の樹脂層３３側とは反対側（つまりフィルタ９側）に位置しているセンシングエレメント１ａが、複数のセンシングエレメント１ａのうち検出信号出力用の端子ピン６Ｃに最も近い位置に位置するように配置される。図示例では、センシングエレメント１ａ_４が、検出信号出力用の端子ピン６Ｃに最も近接している。

また、熱検出素子１の実装作業と同時に、第２の樹脂層３３の搭載面３３ａに突出した各端子ピン６の先端部を導電性接着剤３５により貫挿孔３ａの開口周縁のランド３３ｅに接合し、端子ピン６と回路ブロック３とを電気的に接続する。

以上により、熱検出素子１の検出用端子１３はランド３３ｃおよびスルーホール３ｂの貫通孔配線を経由して、基準電位用端子１４はランド３３ｃおよびスルーホール３ｂの貫通孔配線を経由してそれぞれ回路ブロック３の駆動回路に接続され、各端子ピン６は貫挿孔３ａの貫通孔配線を経由して回路ブロック３の駆動回路に接続され、これによって、図５に示す回路構成が得られる。そして、この赤外線検出器Ａでは、電源供給用の端子ピン６Ａとグラウンド用の端子ピン６Ｂとを介して外部から動作電源の供給を受け、検出信号出力用の端子ピン６Ｃとグラウンド用の端子ピン６Ｂとで外部へ検出信号を出力することが可能となる。

熱検出素子１および端子ピン６の接合が終了した後、これらの接合状態の検査を目視により行った後、キャップ５をステム４に被着する。キャップ５は、ステム４の搭載部４ａがキャップ５内に入り込むとともに、鍔部５ｂがステム４の上記周辺部に当接する形で、ステム４に被着される。キャップ５のステム４への固定は、鍔部５ｂをステム４の上記周辺部に溶接することによって行われ、これによって、パッケージ内が気密に封止される。以上により、図１（ｃ）に示す赤外線検出器Ａが得られる。

以上述べた本実施形態の赤外線検出器Ａによれば、電子回路要素２のチップ状の電子部品２０を第１の樹脂層３１に埋設しているので、立設方向の小型化の障害となっていた電子回路要素２を実装するためのスペース（実装面積）の確保することができるから、３次元回路ブロック１００（図１４参照）を用いる上記の従来例に比べて大幅な小型化、薄型化を図ることができる。

しかも熱検出素子１の熱絶縁用の凹所３３ｂを第２の樹脂層３３に直接的に形成しているから、部品点数削減や低コスト化が図れ、その上、電子回路要素２を実装する回路基板３０として微細なファインピッチの回路を一般の回路基板の形成方法で形成できるプリント基板や薄い銅箔を使用した基板を用いて、回路ブロック３をプレスによって容易に製造可能な多層基板構造とすることができる。

また、端子ピン６は熱検出素子１の搭載面３３ａにおいて回路ブロック３と電気的に接続されるから、熱検出素子１と回路ブロック３との接合（熱検出素子１の回路ブロック３への実装）と、端子ピン６と回路ブロック３との接合とを同じ工程で行うことができて、工程数を削減することができる上に、各接合状態の検査を目視により行うことができて製造工程での検査が容易になり、製造コストを低減することができる（ローコスト化が図れる）。

加えて、第１の樹脂層３１と第２の樹脂層３３との間にシールド層３２ｂを介在することで、電子回路要素２で発生したノイズが熱検出素子１の検出出力に重畳されることを防止することができる。

さらに、ステム４およびキャップ５により構成した金属製のパッケージに回路ブロック３を収納し、キャップ５の窓孔５ａを導電性を有するフィルタ９で閉塞するとともに、当該フィルタ９とキャップ５とを電気的に接続している（導通可能としている）から、外来ノイズの影響を低減できる。

本実施形態の赤外線検出器Ａのように、搭載面３３ａから端子６が突出している場合、ここで、熱検出素子１と端子ピン６とがパッケージ内の空間部を経由して容量結合してしまうおそれがあるが、フィルタ９として導電性を有するものを用い、キャップ５とフィルタ９とを電気的に接続したことによって、このような容量結合の静電容量を低くすることができる。

図８に示すグラフは、フィルタ９と熱検出素子１との距離ｔ（図９参照）と、容量結合により生じた静電容量の大きさとの関係を示すグラフであり、フィルタ９と熱検出素子１との距離が短いほうが、より容量結合の影響を少なくできることがわかる。

ここで、容量結合による静電容量が０．０２ｆＦ以下であれば、図１０（ａ）に示すように、検出信号にチャタリングは生じないが、静電容量が０．０２ｆＦを越えると、図１０（ｂ）に示すように、検出信号にチャタリングが生じるおそれがある。

図８中のＡは、シールド用の導体パターン３３ｆがない場合を示し、Ｂは本実施形態のように駆動回路の検出信号出力用の端子ピン６Ｃの周辺に導体パターン３３ｆを形成した場合を示しており、図８に示すグラフから明らかなように、導体パターン３３ｆを設けたほうが、容量結合の静電容量を全体的に低くできていることがわかる。

図８においてＡで示すグラフでは、フィルタ９と熱検出素子１との距離を０．４ｍｍ以下に抑えなければ、チャタリングを有効に防止することができないが、図８においてＢで示すグラフでは、フィルタ９と熱検出素子１との距離を０．９ｍｍ以下に抑えれば、チャタリングを有効に防止することができる。

したがって、本実施形態のように導体パターン３３ｆを設けることによって、熱検出素子１と、検出信号出力用の端子ピン６Ｃとの容量結合を導体パターン３３ｆによるシールド効果によってさらに抑制することができるようになって、感度劣化の防止、耐ノイズ性の向上が図れる。特に、検出信号出力用の端子ピン６Ｃは容量結合によって熱検出素子１に与える影響が大きいため、検出信号出力用の端子ピン６Ｃと熱検出素子１との容量結合を抑制することで、より一層の感度劣化の防止が図れる。

また、本実施形態の赤外線検出器Ａでは、導体パターン３３ｆは、端子ピン６Ｃにおける熱検出素子１側とは反対側を除いて端子ピン６Ｃを囲う形に形成されている。このようにすれば、最もシールドが必要である端子ピン６Ｃと熱検出素子１との間に、シールド用の導体パターン３３ｆが設けられているから、導体パターン３３ｆのシールド性能の低下を抑制しながらも、導体パターン３３ｆを配置する部位の省スペース化が図れ、回路ブロック３の小型化が図れ、しかも、導体パターン３３ｆが設けられていない端子ピン６Ｃにおける熱検出素子１側とは反対側において端子ピン６Ｃと回路ブロック３との接続を行うことで、この接続に使用する導電性接着剤などによって端子ピン６Ｃと導体パターン３３ｆとが短絡してしまうことを抑制できる。

さらに、本実施形態の赤外線検出器Ａでは、導体パターン３３ｆの電位は熱検出素子用の基準電位としているので、導体パターン３３ｆによって容量結合を防止することができるようになり、しかも、熱検出素子１に基準電位を与えるための電極となるランド３３ｄは、回路ブロック３の搭載面３３ａに形成されるものであるから、同じ搭載面３３ａに形成される導体パターン３３ｆとの接続が容易に行えるという利点がある。

本実施形態では、熱検出素子１の複数のセンシングエレメント１ａ_１〜１ａ_４のうち、導体パターン３３ｆが周辺に設けられた端子ピン６Ｃに最も近いセンシングエレメント１ａ_４は、焦電体１０に対して基準電位用電極１２が第２の樹脂層３３側とは反対側（つまりフィルタ９側）に位置している。そのため、この基準電位用電極１２がシールドとして作用し、パッケージ内の空間部により端子ピン６Ｃと検出用電極１１とが容量結合してしまうことを防止できる。

ところで、熱検出素子１としては、図１１（ａ），（ｂ）に示すものを採用することができる。図１１に示す熱検出素子１は、図２に示すものと同様に、焦電体１０を検出用電極１１と基準電位用電極１２とで挟み込んでなる複数（図示例では４つ）のセンシングエレメント１ａを有する、所謂クワッド型のものであり、検出用電極１１と基準電位用電極１２との配置位置が図２に示すものと異なっている。

すなわち、図１１に示す熱検出素子１では、図２に示すものと検出用電極１１と基準電位用電極１２との位置が入れ替わっている（図１１（ａ）においては、左上および右下に基準電位用電極１２が位置し、左下および右上に検出用電極１１が位置しており、図１１（ｂ）においては、左上および右下に検出用電極１１が位置し、左下および右上に基準電位用電極１２が位置している）。そのため、図１１に示す熱検出素子１においては、センシングエレメント１ａ_１，１ａ_４では、図３（ｂ）に示すように、検出用電極１１が焦電体１０の下側、基準電位用電極１２が焦電体１０の上側に位置し、センシングエレメント１ａ_２，１ａ_３では、図３（ａ）に示すように、検出用電極１１が焦電体１０の上側、基準電位用電極１２が焦電体１０の下側に位置している。

そのため、図１１に示す熱検出素子１を用いた赤外線検出器Ａでは、複数のセンシングエレメント１ａ_１〜１ａ_４のうち導体パターン３３ｆが周辺に設けられた端子ピン６Ｃに最も近いセンシングエレメント１ａ_４は、焦電体１０に対して基準電位用電極１２が第２の樹脂層３３側（焦電体１０におけるフィルタ９側とは反対側）に位置している。

この場合、基準電位用電極１２がシールドとして作用し、第２の樹脂層３３により端子ピン６Ｃと検出用電極１１とが容量結合してしまうことを防止できる。

また、図１２に示すように、導体パターン３３ｆ全体を絶縁性を有する材料（一例としてはエポキシ樹脂）により形成したレジストからなる絶縁部３３ｇで被覆するようにしてもよい。このようにすれば、端子ピン６と回路ブロック３との接続に使用する導電性接着剤３５などによって端子ピン６と導体パターン３３ｆとが短絡してしまうことを防止でき、組立作業が非常に楽に行えるようになる。

以上述べた本実施形態の赤外線検出器Ａでは、導体パターン３３ｆの電位を熱検出素子１の基準電位としているが、図１３に示すように、導体パターン３３ｆをグラウンド用の端子６Ｂに電気的に接続して、導体パターン３３ｆの電位をグラウンド電位とするようにしてもよい。なお、図１３は導体パターン３３ｆの構成のみが上記の例と異なっているから説明は省略する。また、図１３においては端子ピン６Ｃに対応するランド３３ｅを省略している。

このように導体パターン３３ｆの電位をグラウンド電位とすれば、回路上最も良く使用されるグラウンドに導体パターン３３ｆを接続するだけでよいから、導体パターンの配線作業が容易になり、容量結合を防止することができる。また、グラウンド電位を利用した際には、熱検出素子１の基準用電位を利用する場合に比べれば、熱検出素子１に悪影響を及ぼすおそれがないという利点がある。

また、導体パターン３３ｆの電位を基準電位とすることやグラウンド電位とすることが困難である場合には、導体パターン３３ｆに安定した電位を与えるための電位付与回路（図示せず）を構成し、当該電位付与回路に導体パターン３３ｆを接続することで、導体パターン３３ｆの電位を電位付与回路の所定の定電位（安定した電位）としてもよく、この場合においても、容量結合を抑制することができる。また、導体パターン３３ｆに電位を与えるための電位付与回路を別途設けるにあたっては、このような電位付与回路を、導体パターン３３ｆとの接続が行いやすい場所に設けることで、導体パターン３３ｆとの接続の容易化が図れる。また、導体パターン３３ｆは、いずれの回路に接続されていなくても、シールド性能を発揮して、容量結合を抑制することができる。

なお、本実施形態では、検出信号出力用の端子ピン６Ｃの周辺に導体パターン３３ｆを設けているが、導体パターン３３ｆは、その他の端子ピン６の周辺にも設けるようにしてもよい。また、本実施形態は、あくまでも本発明の技術的思想を適用した一形態に過ぎず、本発明をこの実施形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での設計変更などは当然に行える。

本発明の一実施形態の赤外線検出器を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）はキャップを外した状態の斜視図、（ｃ）は斜視図である。 同上における熱検出素子を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は上面側から見た透視図である。 同上における熱検出素子の部分断面図である。 同上における回路ブロックの概略断面図である。 同上の回路構成図である。 同上の赤外線検出器のキャップを外した状態における平面図である。 同上における回路ブロックの製造工程の説明図である。 熱検出素子とフィルタとの距離と静電容量との関係を示すグラフである。 同上の説明図である。 同上の検出信号の時間変化を示すグラフである。 同上における熱検出素子の他例を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は上面側から見た透視図である。 同上の他例の赤外線検出器のキャップを外した状態における平面図である。 同上の他例の赤外線検出器のキャップを外した状態における平面図である。 従来例の赤外線検出器を示し、（ａ）は３次元回路ブロックの分解斜視図、（ｂ）はキャップを外した状態の斜視図、（ｃ）は斜視図である。

符号の説明

１ 熱検出素子
１ａ（１ａ_１〜１ａ_４） センシングエレメント
２ 電子回路要素
３ 回路ブロック
４ ステム
５ キャップ
５ａ 窓孔
６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ） 端子ピン
９ フィルタ
１０ 焦電体
１１ 検出用電極
１２ 基準電位用電極
２０ 電子部品
３１ 第１の樹脂層
３２ｂ シールド層
３３ 第２の樹脂層
３３ａ 搭載面
３３ｂ 凹所
３３ｆ 導体パターン
３３ｇ 絶縁部
Ａ 赤外線検出器

Claims (8)

1. 熱検出素子および当該熱検出素子用の駆動回路を構成する電子回路要素を有した回路ブロックと、当該回路ブロックが取り付けられるステムおよびステムとの間に回路ブロックを収納する形でステムに被着されるキャップからなる金属製のパッケージとを備え、
   回路ブロックは、電子回路要素の少なくとも一部が埋設された第１の樹脂層と、第１の樹脂層におけるステム側とは反対側にシールド層を介して設けられた第２の樹脂層とを有し、
   第２の樹脂層におけるシールド層側とは反対側の一面からなる熱検出素子の搭載面には、熱絶縁用の凹所が形成され、
   熱検出素子は、熱絶縁用の凹所を跨ぐ形で上記搭載面に実装され、
   キャップにおいて熱検出素子と対向する部位には、採光用の窓孔が形成され、
   キャップには、導電性を有する材料からなり赤外線を透過させるフィルタが窓孔を閉塞するとともに、キャップと導通可能な形で取り付けられた赤外線検出器であって、
   パッケージに収納された回路ブロックの駆動回路と外部回路とを電気的に接続する端子ピンは、ステムにおける第１の樹脂層側とは反対面と、上記搭載面との間を貫通する形に複数本設けられ、上記搭載面において回路ブロックと電気的に接続され、
   上記搭載面には、シールド用の導体パターンが形成されており、
   上記導体パターンは、複数本の上記端子ピンのうち上記駆動回路の検出信号出力用の端子ピンのみの周辺に形成されていることを特徴とする赤外線検出器。
2. 上記導体パターンは、上記端子ピンにおける上記熱検出素子側とは反対側を除いて上記端子ピンを囲う形に形成されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
3. 上記導体パターンの電位はグラウンド電位であることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検出器。
4. 上記導体パターンの電位は所定の定電位であることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検出器。
5. 上記導体パターンの電位は上記熱検出素子用の基準電位であることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検出器。
6. 上記熱検出素子は、焦電体を検出用電極と基準電位用電極とで挟み込んでなる複数のセンシングエレメントを有し、
   複数のセンシングエレメントのうち上記端子ピンに最も近いセンシングエレメントは、焦電体に対して基準電位用電極が上記第２の樹脂層側とは反対側に位置していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の赤外線検出器。
7. 上記熱検出素子は、焦電体を検出用電極と基準電位用電極とで挟み込んでなる複数のセンシングエレメントを有し、
   複数のセンシングエレメントのうち上記端子ピンに最も近いセンシングエレメントは、焦電体に対して基準電位用電極が上記第２の樹脂層側に位置していることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の赤外線検出器。
8. 上記導体パターンを絶縁部で被覆していることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項記載の赤外線検出器。

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