JP5640529B2 - 赤外線センサ及びこれを備えた回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサ及びこれを備えた回路基板に関する。

従来、測定対象物から輻射により放射される赤外線を非接触で検知して測定対象物の温度を測定する温度センサとして、赤外線センサが使用されている。
例えば、特許文献１には、保持体に設置した樹脂フィルムと、該樹脂フィルムに設けられ保持体の導光部を介して赤外線を検知する赤外線検知用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子と、を備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサでは、導光部の内側面に赤外線吸収膜を形成すると共に、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めている。

また、特許文献２には、赤外線検知用感熱素子と、温度補償用感熱素子と、これらを密着固定する樹脂フィルムと、赤外線の入射窓側に赤外線検知用感熱素子を配置すると共に赤外線を遮蔽する遮蔽部側に温度補償用感熱素子を配置した枠体を有するケースと、を備えた赤外線検出器が提案されている。この赤外線検出器では、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めていると共に、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との熱勾配を無くすために熱伝導の良い材料で枠体を形成している。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、リード線がサーミスタに接続された松葉型のサーミスタが採用されている。

特開２００２−１５６２８４号公報（段落番号００２６、図２） 特開平７−２６０５７９号公報（特許請求の範囲、図２）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２の赤外線センサでは、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させると共に一方の感熱素子側を温度補償用に遮光する構造が採用されているが、赤外線吸収材料を含有した樹脂フィルムの熱伝導が高く、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で温度差分が生じ難いという不都合があった。また、これら感熱素子間で温度差分を大きくするためには、感熱素子間の距離を大きくする必要があり、全体形状が大きくなってしまい、小型化が困難になる問題がある。さらに、温度補償用の感熱素子を遮光する構造をケース自体に設ける必要があるため、高価になってしまう。
また、特許文献２では、熱伝導の良い枠体を採用しているため、赤外線吸収膜からの熱も放熱されてしまい感度が劣化する不都合がある。また、リード線が接続された松葉型のため、サーミスタとリード線との間で熱の空間伝導が生じてしまう。
さらに、一方の感熱素子について赤外線を筐体で遮光する構造を採用しているが、赤外線を遮っているだけで遮蔽部分が赤外線を吸収してしまい、遮蔽部分の温度が変化してしまうことからリファレンスとして不完全となってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサ及びこれを備えた回路基板を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の赤外線センサは、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする。

この赤外線センサでは、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜を備えているので、第１の感熱素子は赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルムの部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子は赤外線反射膜によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子に対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜下の第２の感熱素子と、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルムと、によって、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルムでも、赤外線反射膜によって第２の感熱素子の直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができ、赤外線を反射しない部分の直下にある第１の感熱素子との温度差分が得られ、第２の感熱素子を高いリファレンスとすることができる。
また、第１の感熱素子と第２の感熱素子との間の熱を伝導する媒体が、空気以外に絶縁性フィルムのみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。このように第１の感熱素子と第２の感熱素子との熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜によって赤外線を遮光しているので、安価に作製することができる。
さらに、赤外線反射膜が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルムを挟んで設置された第１の感熱素子及び第２の感熱素子との絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、それぞれ絶縁性フィルムにおいて赤外線が照射される部分の直下と赤外線が反射される部分の直下との温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子と温度補償用とされる第２の感熱素子との良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
なお、絶縁性フィルム上であって第１の感熱素子の直上に赤外線吸収膜を形成しても構わない。この場合、さらに第１の感熱素子における赤外線吸収効果が向上して、第１の感熱素子と第２の感熱素子とのより良好な温度差分を得ることができる。

また、本発明の赤外線センサは、前記第１の配線膜が、前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の配線膜が、第１の感熱素子の周囲にまで配されて第２の配線膜よりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルムの赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。なお、第１の配線膜の面積及び形状は、絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定することが好ましい。

また、本発明の赤外線センサは、前記第２の配線膜が、前記第２の感熱素子の周囲にまで配されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第２の配線膜が、第２の感熱素子の周囲にまで配されているので、絶縁性フィルムの一方の面側（センサ下面側）からの赤外線を第２の配線膜が反射又は遮光して、センサ下面からの赤外線が絶縁性フィルムの赤外線反射膜が形成された部分に与える影響を小さくすることができる。

また、本発明の赤外線センサは、前記絶縁性フィルムが、ポリイミド基板で形成され、前記赤外線反射膜、前記第１の配線膜及び前記第２の配線膜が銅箔で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、絶縁性フィルムが、ポリイミド基板で形成され、赤外線反射膜、第１の配線膜及び第２の配線膜が銅箔で形成されているので、材料費が安い汎用的な両面フレキシブル基板を利用することができ、低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明の赤外線センサは、前記赤外線反射膜が、前記銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜と、で構成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、赤外線反射膜が、銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜と、で構成されているので、金メッキ膜が、銅箔の酸化防止膜として機能すると共に赤外線の反射率を向上させることができる。

また、本発明の赤外線センサは、前記感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体で形成されたサーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子であるので、温度係数であるＢ定数が高いため、赤外線吸収膜の温度変化を感度良く検出することができる。また、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料などの他のサーミスタ材料に比べ機械的強度も高いため、耐環境に対する信頼性も高い。

さらに、本発明の赤外線センサは、前記セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが望ましい。
すなわち、この赤外線センサでは、セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有しているので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、複数の赤外線センサを用いる際に高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。なお、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。

また、本発明の赤外線センサは、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサでは、第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであるので、対となる第１の感熱素子と第２の感熱素子とでＢ定数の相対誤差が小さくなり、同時に温度を検出する両者の温度差分を高精度に検出することができる。また、第１の感熱素子と第２の感熱素子とについて、Ｂ定数の選別作業や抵抗値の調整工程が不要になると共に組み合わせの履歴管理なども不要になり、生産性を向上させることができる。

本発明の回路基板は、上記本発明の赤外線センサと、前記絶縁性フィルム上に形成された回路部と、を備えていることを特徴とする。
すなわち、この回路基板では、上記本発明の赤外線センサと、前記絶縁性フィルム上に形成された回路部と、を備えているので、赤外線センサと共にその制御回路等の回路部とが同一基板上に一体化されることで、全体の小型化及び低コスト化が可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る赤外線センサ及びこれを備えた回路基板によれば、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜を備えているので、第１の感熱素子に対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜下の第２の感熱素子と、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルムと、によって、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。これにより、高感度化を図ることができると共に、小型かつ安価に作製可能である。

本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。 第１実施形態において、感熱素子が接着される前の絶縁性フィルムを示す底面図である。 第１実施形態において、感熱素子が接着される前の絶縁性フィルムを示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明に係る赤外線センサの第２実施形態において、感熱素子が接着される前の絶縁性フィルムを示す底面図である。 本発明に係る赤外線センサ及びこれを備えた回路基板の第３実施形態を示す斜視図である。 第３実施形態において、感熱素子が接着される前の絶縁性フィルムを示す底面図である。 Ｂ定数と抵抗値とにおいて補償温度と最大検出誤差温度との関係を示すグラフである。 本発明に係る赤外線センサの第４実施形態を示す斜視図である。 図１０のＢ−Ｂ線断面図である。 第４実施形態の赤外線センサを表面実装したリード型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。 第４実施形態の赤外線センサを表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。 第４実施形態の赤外線センサを表面実装した検出回路内蔵型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。 本発明に係る赤外線センサの第５実施形態を示す斜視図である。 第５実施形態の他の例として、赤外線センサを表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置を示す斜視図である。

以下、本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂと、絶縁性フィルム２の一方の面に形成され第１の感熱素子３Ａに接続された導電性金属膜である一対の第１の配線膜４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性金属膜である一対の第２の配線膜４Ｂと、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６と、を備えている。

上記第１の配線膜４Ａは、図３に示すように、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の配線膜４Ｂよりも大きな面積で形成されている。これらの第１の配線膜４Ａは、一対の中央に第１の感熱素子３Ａを配し、一対で外形状が赤外線反射膜６と略同じの四角形状に設定されている。すなわち、第１の配線膜４Ａの面積及び形状は、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量がほぼ等しくなるように設定している。

また、一対の第１の配線膜４Ａには、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された第１の接着電極５Ａが接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された第１の端子電極７Ａが接続されている。
また、一対の第２の配線膜４Ｂは、線状に形成されており、その一端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された第２の接着電極５Ｂが接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性フィルム２上に形成された第２の端子電極７Ｂが接続されている。

なお、上記第１の接着電極５Ａ及び第２の接着電極５Ｂには、それぞれ第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの端子電極３ａが半田等の導電性接着剤で接着される。
また、上記第１の端子電極７Ａ及び第２の端子電極７Ｂは、外部の回路との接続を行うための電極である。

上記絶縁性フィルム２は、ポリイミド樹脂シートで形成され、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性フィルム２とされるポリイミド基板の両面に、赤外線反射膜６、第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂとされる銅箔のフロート電極がパターン形成された両面フレキシブル基板によって作製されたものである。

さらに、上記赤外線反射膜６は、図４に示すように、第２の感熱素子３Ｂの直上に四角形状で配されており、図５に示すように、銅箔８と、該銅箔８上に積層された金メッキ膜９と、で構成されている。なお、絶縁性フィルム２の下面には、第１の端子電極７Ａ及び第２の端子電極７Ｂを除いて第１の配線膜４Ａ及び第２の配線膜４Ｂを含む下面全体を覆うポリイミド樹脂のカバーレイ２ａが形成されている。

この赤外線反射膜６は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、上述したように、銅箔８上に金メッキ膜９が施されて形成されている。なお、金メッキ膜９の他に、例えば鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成しても構わない。この赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。

上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、両端部に端子電極３ａが形成されたチップサーミスタである。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、各端子電極３ａを対応する第１の接着電極５Ａ上又は第２の接着電極５Ｂ上に接合させて絶縁性フィルム２に実装されている。

特に、本実施形態では、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとして、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子を採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。

なお、通常、複数の感熱素子で同時に物体の熱を比較する場合、互いに同一の特性を持つことが検出精度を向上させるために重要であるが、異なる生産工程で作製されたサーミスタ素子の場合、互いにＢ定数や抵抗値等の特性がばらついてしまう不都合がある。特に、絶対温度の１／１００程度の温度差を検出する場合、Ｂ定数の相対誤差の影響が大きくなる。

例えば、抵抗値（Ｒ値）が−０．１０％、Ｂ定数が−０．１０％の誤差がある場合、抵抗値が−０．０５％、Ｂ定数が−０．１０％の誤差がある場合、また抵抗値が−０．１０％、Ｂ定数が−０．０５％の誤差がある場合のそれぞれについて、補償温度と最大検出誤差温度との関係を図９に示す。
このため、高精度な検出を得るためには、Ｂ定数の選別工程を設けたり、抵抗値の調整工程が必要となる。例えば、調整用の電極部を設けて該電極部を部分的に切断して抵抗値を調整する等の調整工程が必要である。

しかしながら、これらの工程を導入することで、工程が複雑化し、高コスト化を招いてしまう。また、抵抗値の調整では、Ｂ定数誤差を広範囲に補正することが難しい。
これらの対策として、本実施形態の第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとは、上記のようなセラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものである。

例えば、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂを作製するには、まず上記材料のセラミックス焼結体よりなる薄板状サーミスタ素体のウエハを作製し、このウエハを短冊状に切断して角柱状サーミスタ素体とした後、該角柱状サーミスタ素体の長手方向に延在する側面にガラス層等の絶縁層を形成する。次に、この角柱状サーミスタ素体を長手方向と直交する方向に切断して複数のチップ状サーミスタ素体を製造し、さらに各チップ状サーミスタ素体の絶縁層未被覆の両端面に端子電極３ａを形成して複数のチップ型のサーミスタ素子を作製する。次に、このように同一のウエハから作製した複数のチップ型のサーミスタ素子について、それぞれ抵抗値を測定し、所定の許容誤差内のものを一対選別して、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂとする。例えば、本実施形態では、±０．０５％の許容誤差で抵抗値を選別している。

このように第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであるので、対となる第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３ＢとでＢ定数の相対誤差が小さくなり、同時に温度を検出する両者の温度差分を高精度に検出することができる。また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとについて、Ｂ定数の選別作業や抵抗値の調整工程が不要になると共に組み合わせの履歴管理なども不要になり、生産性を向上させることができる。

このように本実施形態の赤外線センサ１は、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性フィルム２の他方の面に設けられた赤外線反射膜６を備えているので、第１の感熱素子３Ａは赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子３Ｂは赤外線反射膜６によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子３Ａに対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜６下の第２の感熱素子３Ｂと、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム２と、によって、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。

すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルム２でも、赤外線反射膜６によって絶縁性フィルム２の第２の感熱素子３Ｂの直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができ、赤外線を反射しない部分の直下にある第１の感熱素子３Ａとの温度差分が得られ、第２の感熱素子３Ｂを高いリファレンスとすることができる。

また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの間の熱を伝導する媒体が、空気以外に絶縁性フィルム２のみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。このように第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜６によって赤外線を遮光しているので、安価に作製することができる。

さらに、赤外線反射膜６が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルム２を挟んで設置された第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとの絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム２上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、それぞれ絶縁性フィルム２において赤外線が照射される部分の直下と赤外線が反射される部分の直下との温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子３Ａと温度補償用とされる第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。

また、第１の配線膜４Ａが、第１の感熱素子３Ａの周囲にまで配されて第２の配線膜４Ｂよりも大きな面積で形成されているので、絶縁性フィルム２の赤外線を吸収した部分からの熱収集を改善すると共に、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分と熱容量が近づくので、変動誤差を小さくすることができる。
さらに、赤外線反射膜６が、銅箔８と、該銅箔８上に積層された金メッキ膜９と、で構成されているので、金メッキ膜９が、銅箔８の酸化防止膜として機能すると共に赤外線の反射率を向上させることができる。

また、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂが、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたサーミスタ素子であるので、温度係数であるＢ定数が高いため、赤外線吸収膜の温度変化を感度良く検出することができる。また、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料などの他のサーミスタ材料に比べ機械的強度も高いため、耐環境に対する信頼性も高い。
さらに、第１の感熱素子３Ａおよび第２の感熱素子３Ｂのセラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有しているので、異方性もなく、また不純物層がないので、セラミックス焼結体内で電気特性のバラツキが小さく、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとで高精度な測定が可能になる。また、安定した結晶構造のため、耐環境に対する信頼性も高い。

次に、本発明に係る赤外線センサの第２実施形態及び第３実施形態について、図６から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１の配線膜４Ａが第２の配線膜４Ｂよりも面積が大きく設定されているのに対し、第２実施形態の赤外線センサ２１は、図６に示すように、第２の配線膜２４Ｂが第２の感熱素子３Ｂの周囲にまで配されていると共に、第１実施形態の第１の配線膜４Ａと同様の形状かつ同様の大きな面積に設定されている点である。

すなわち、第２実施形態の赤外線センサ２１では、第２の配線膜２４Ｂが、第２の感熱素子３Ｂの周囲にまで配されているので、第２の配線膜２４Ｂの赤外線の反射効果及び遮光効果により、絶縁性フィルム２の一方の面側（センサ下面側）からの赤外線を第２の配線膜２４Ｂが反射又は遮光して、センサ下面からの赤外線が絶縁性フィルム２の赤外線反射膜６が形成された部分に与える影響を小さくすることができる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性フィルム２に第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとを実装した赤外線センサ１のみが設けられているのに対し、第３実施形態では、絶縁性フィルム３２に上記赤外線センサ１だけでなく、該赤外線センサ１に接続されたセンサ制御用の回路である回路部３５も一体に設けられている点である。

すなわち、第３実施形態の回路基板３０は、上記赤外線センサ１と、絶縁性フィルム３２上に形成され第１の配線膜３４Ａ及び第２の配線膜３４Ｂに接続された回路部３５と、を備えている。
したがって、第３実施形態の回路基板３０では、赤外線センサ１と、絶縁性フィルム３２上に形成され第１の配線膜３４Ａ及び第２の配線膜３４Ｂに接続された回路部３５と、を備えているので、赤外線センサ１と共にその制御回路等の回路部３５とが同一基板上に一体化されることで、全体の小型化及び低コスト化が可能になる。なお、絶縁性フィルム３２上に赤外線センサ１と共に形成される回路部３５は、赤外線センサ１の制御回路以外の回路であっても構わないと共に、回路基板３０も赤外線センサ専用基板だけでなく、他の回路基板と共用した基板でも構わない。

次に、本発明に係る赤外線センサの第４実施形態および第５実施形態について、図１０から図１６を参照して以下に説明する。

第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第４実施形態の赤外線センサ４１が、図１０および図１１に示すように、絶縁性フィルム２の一方の面に固定されて該絶縁性フィルム２を支持する筐体２７を備え、該筐体２７に、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂをそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い空気で覆う第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂが設けられている点である。

また、第４実施形態の赤外線センサ４１では、第１の配線膜４Ａおよび第２の配線膜４Ｂが絶縁性フィルム２の側端まで形成されている。そして、この赤外線センサ４１は、筐体２７の側面に設けられ第１の配線膜４Ａまたは第２の配線膜４Ｂに上端が接続されていると共に筐体２７の底部まで延在された複数の側面電極部４４ａと、筐体２７の側面下部において側面電極部４４ａの下端に接続されて設けられ外部の回路基板上に接続させる複数の実装用外部端子４４ｂと、を備えた表面実装型とされている。

例えば、図１２に示すように、この赤外線センサ４１を、複数の配線パターン４５が形成された実装基板４３Ａ上に載せ、実装用外部端子４４ｂを配線パターン４５の所定位置に半田等で接合することで、表面実装することができる。この実装基板４３Ａは、各配線パターン４５に一端が接続された複数のリード線４６と、これらリード線４６の他端に接続されたコネクタ４７と、を備えている。このように実装基板４３Ａ上に赤外線センサ４１を表面実装することで、リード型の赤外線センサ装置４８Ａが得られる。この赤外線センサ装置４８Ａによれば、リード線４６を備えた実装基板４３Ａに赤外線センサ４１が実装されているので、リード線４６およびコネクタ４７によって取り付けおよび接続が容易になる。

また、別の表面実装例としては、図１３に示すように、赤外線センサ４１を、ブリッジ回路を有する実装基板４３Ｂに表面実装したブリッジ回路型の赤外線センサ装置４８Ｂとしてもよい。この赤外線センサ装置４８Ｂでは、２つの抵抗Ｒが実装され赤外線センサ４１の第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの間でブリッジ回路を構成した実装基板４３Ｂを備えている。この赤外線センサ装置４８Ｂでは、ブリッジ回路を構成しているので、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの抵抗値を高精度に検出することができる。

さらに、別の表面実装例として、図１４に示すように、赤外線センサ４１を、検出回路を内蔵した実装基板４３Ｃに表面実装した検出回路内蔵型の赤外線センサ装置４８Ｃとしてもよい。この赤外線センサ装置４８Ｃでは、６つの抵抗Ｒと、１つのコンデンサＣと、差分増幅回路を構成するＯＰアンプ４９と、が実装されてこれらで検出回路を構成している実装基板４３Ｃを備えたモジュールタイプである。

したがって、この赤外線センサ装置４８Ｃでは、赤外線センサ４１が差分増幅回路を内蔵する実装基板４３Ｃに実装されているので、差分バランスの調整部分が１枚の実装基板４３Ｃ内で閉じており、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの温度差分を電圧出力として検出することができる。
これらの赤外線センサ装置４８Ａ〜４８Ｃは、例えばバッテリーユニット、複写機、ＩＨクッキングヒータ等における温度センサ等に採用される。
なお、実装基板４３Ｂ，４３Ｃでは、配線パターンの図示を省略している。

次に、第５実施形態と第４実施形態との異なる点は、第４実施形態では、赤外線反射膜６がそのまま上面に露出しているが、第５実施形態の赤外線センサ５１では、図１５に示すように、筐体２７の周囲を囲むように設けられたケース５７を備えている点である。なお、各実装用外部端子４４ｂは、表面実装のためケース５７から外部に突出している。

このケース５７は、空気対流の影響を防ぐ風防ケースや、外部からの光干渉を防ぐ光学ケースとして機能する。なお、空気対流の影響を防ぐ風防ケースとしてのみ採用する場合は、上方を開口させたケースでも構わない。また、ケース５７は、例えば樹脂やガラス材等のうち赤外線を透過し易い材料で形成されている。なお、光学ケースとして採用する場合は、受光部にシリコンなどの赤外線の波長について選択性のある材料を使用することが好ましい。

また、他の例として、図１６に示すように、ブリッジ型の赤外線センサ装置４８Ｂにおいて、表面実装された赤外線センサ５１と共に実装基板４３全体を樹脂製のモールドケース６７で覆っても構わない。この場合、ブリッジ回路全体をモールドケース６７で保護するため、信頼性を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、第１の感熱素子が赤外線を直接吸収した絶縁性フィルムから伝導される熱を検出しているが、第１の感熱素子の直上であって絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜を形成しても構わない。この場合、さらに第１の感熱素子における赤外線吸収効果が向上して、第１の感熱素子と第２の感熱素子とのより良好な温度差分を得ることができる。すなわち、この赤外線吸収膜によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収するようにし、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜から絶縁性フィルムを介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子の温度が変化するようにしてもよい。

この赤外線吸収膜は、絶縁性フィルムよりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されているもの等が採用可能である。特に、赤外線吸収膜は、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）膜であることが望ましい。このＡＴＯ膜は、カーボンブラック等に比べて赤外線の吸収率が良いと共に耐光性に優れている。また、ＡＴＯ膜は、紫外線で硬化させるので、接着強度が強く、カーボンブラック等に比べて剥がれ難い。
なお、この赤外線吸収膜は、第１の感熱素子よりも大きなサイズでこれを覆うように形成することが好ましい。

また、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

また、絶縁性フィルムの一方の面に固定されて該絶縁性フィルムを支持する筐体を設け、該筐体に、第１の感熱素子及び第２の感熱素子をそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルムよりも熱伝導率の低い空気や発泡樹脂で覆う第１の収納部及び第２の収納部を設けても構わない。

１，２１，４１，５１…赤外線センサ、２,３２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４Ａ，３４Ａ…第１の配線膜、４Ｂ，２４Ｂ，３４Ｂ…第２の配線膜、６…赤外線反射膜、８…銅箔、９…金メッキ膜、３０…回路基板、３５…回路部、４８Ａ〜４８Ｃ…赤外線センサ装置

Claims (8)

1. 絶縁性フィルムと、
   該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
   前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の一対の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の一対の第２の配線膜と、
   前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備え、
   一対の前記第１の配線膜が、その間に前記第１の感熱素子を配して前記第１の感熱素子の周囲にまで配されて前記第２の配線膜よりも大きな面積で形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
2. 請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
   前記第２の配線膜が、前記第２の感熱素子の周囲にまで配されていることを特徴とする赤外線センサ。
3. 請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
   前記絶縁性フィルムが、ポリイミド基板で形成され、
   前記赤外線反射膜、前記第１の配線膜及び前記第２の配線膜が銅箔で形成されていることを特徴とする赤外線センサ。
4. 請求項３に記載の赤外線センサにおいて、
   前記赤外線反射膜が、前記銅箔と、該銅箔上に積層された金メッキ膜と、で構成されていることを特徴とする赤外線センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
   前記感熱素子が、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体で形成されたサーミスタ素子であることを特徴とする赤外線センサ。
6. 請求項５に記載の赤外線センサにおいて、
   前記セラミックス焼結体が、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることを特徴とする赤外線センサ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の赤外線センサにおいて、
   前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子とが、セラミックス焼結体で形成された同一のウエハから得たサーミスタ素子の中から所定の許容誤差内の抵抗値で選別したものであることを特徴とする赤外線センサ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線センサと、
   前記絶縁性フィルム上に形成された回路部と、を備えていることを特徴とする回路基板。