JP6194799B2 - Infrared sensor - Google Patents
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Description
本発明は、物体が発生する赤外線を検知する赤外線センサに関する。 The present invention relates to an infrared sensor that detects infrared rays generated by an object.
物体が発生する赤外線を検知する赤外線センサとして、図３に示したように、基板５１上に、リード付きの金属ステム５２を固定し、その金属ステム５２の中央に赤外線検出素子５４を固定し、赤外線検出素子５４を固定した金属ステム５２を、赤外線を透過する光学部材（フィルタやレンズ）５５ａと金属製キャップ５５ｂとを主要構成要素としたキャップ部５５にて覆ったものが知られている。 As an infrared sensor for detecting infrared rays generated by an object, as shown in FIG. 3, a metal stem 52 with a lead is fixed on a substrate 51, and an infrared detection element 54 is fixed at the center of the metal stem 52. It is known that a metal stem 52 to which an infrared detecting element 54 is fixed is covered with a cap portion 55 having an optical member (filter or lens) 55a that transmits infrared rays and a metal cap 55b as main components.
また、同様の構成を有する赤外線センサとして、図４に模式的に示してあるように、リード付きの金属ステム５２の代わりに、リードが付いていない金属ステム５３を用いたもの（例えば、特許文献１参照）も知られている。 As an infrared sensor having a similar configuration, as schematically shown in FIG. 4, a metal stem 53 without a lead is used instead of the metal stem 52 with a lead (for example, Patent Documents). 1) is also known.
金属ステム５２，５３の中央に赤外線検出素子５４を取り付けた上で、当該金属ステム５２，５３をキャップ部５５にて覆っておけば（図３，４参照）、赤外線検出素子５４の周囲の温度を均一化できるため、赤外線検出素子５４が、温度の測定対象物体からの赤外線のみにより加熱されるようにすることが出来る。従って、図３及び図４に示したような構成を採用しておけば、高精度の赤外線センサを実現することが出来る。 If the infrared detection element 54 is attached to the center of the metal stems 52 and 53 and then the metal stems 52 and 53 are covered with the cap portion 55 (see FIGS. 3 and 4), the ambient temperature around the infrared detection element 54 Therefore, the infrared detection element 54 can be heated only by the infrared rays from the temperature measurement object. Therefore, if the configuration shown in FIGS. 3 and 4 is employed, a highly accurate infrared sensor can be realized.
ただし、金属ステム５２，５３が用いられている既存の赤外線センサは、赤外線センサを実際にセンサとして機能させるために必要とされる抵抗、コンデンサ等の素子を、キャップ部５５の外部（基板５１の裏面等）に設けたものとなっている。そのため、既存の赤外線センサには、基板５１のスペースを有効に利用できない（例えば、コネクタをキャップ部５５の裏に配置することができない）という問題があった。 However, in the existing infrared sensor in which the metal stems 52 and 53 are used, elements such as a resistor and a capacitor which are necessary for the infrared sensor to actually function as a sensor are connected to the outside of the cap portion 55 (on the substrate 51). Provided on the back side). Therefore, the existing infrared sensor has a problem that the space of the substrate 51 cannot be used effectively (for example, the connector cannot be disposed behind the cap portion 55).
そこで、本発明の課題は、従来構造のセンサと同程度に高精度な、従来構造のセンサよりも基板スペースを有効に利用できる赤外線センサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an infrared sensor that can use the board space more effectively than a sensor having a conventional structure, which is as highly accurate as a sensor having a conventional structure.
上記課題を解決するために、本発明の赤外線センサは、基板と、前記基板上に配設された、開口部を有する金属製板状部材と、前記金属製板状部材上に配設された赤外線検出素子と、前記金属製板状部材の、前記赤外線検出素子が配設されている箇所を含む部分を覆うキャップ部であって、開口部を有する金属製の筐体及び外部からの赤外線を透過して前記赤外線検出素子に導入する光学部材を含むキャップ部と、複数の素子が組み合わされた、前記赤外線検出素子を機能させるための電子回路とを、含む。そして、本発明の赤外線センサにおける前記複数の素子中の１つ以上の素子は、前記基板の、前記金属製板状部材の前記開口部内に位置する開口部下領域に配設される。 In order to solve the above-described problems, an infrared sensor of the present invention is provided on a substrate, a metal plate-like member having an opening disposed on the substrate, and the metal plate-like member. An infrared detection element and a cap portion that covers a portion of the metal plate-like member including a portion where the infrared detection element is disposed, and a metal casing having an opening and infrared rays from the outside A cap portion including an optical member that is transmitted and introduced into the infrared detection element; and an electronic circuit that combines the plurality of elements and causes the infrared detection element to function. One or more elements of the plurality of elements in the infrared sensor of the present invention are disposed in a region below the opening of the substrate that is located in the opening of the metal plate member.
すなわち、本発明の赤外線センサは、従来、基板の裏面（金属製板状部材が配設されていない側の面）や基板の表面のキャップ部の外側の部分に配設されていた幾つかの素子が
、キャップ部内に配設される構成を有している。そして、幾つかの素子がキャップ部内に配設されれば、当該幾つかの素子が取り付けられていた基板スペースを他の用途に使用できるし、素子配設用の開口部を設けた金属製板状部材を用いても、センサとして性能が低下しないことが確認できている。従って、本発明の赤外線センサは、従来構造のセンサと同程度に高精度なセンサであると共に、基板スペースを従来よりも有効に利用できるセンサとなっていると言うことが出来る。
That is, the infrared sensor according to the present invention has been conventionally provided in some of the back surface of the substrate (the surface on which the metal plate-like member is not disposed) or the outer surface of the cap portion on the surface of the substrate. The element has a configuration disposed in the cap portion. If several elements are arranged in the cap portion, the board space where the several elements are attached can be used for other purposes, and a metal plate provided with openings for element arrangement It has been confirmed that the performance of the sensor does not deteriorate even when the shaped member is used. Therefore, it can be said that the infrared sensor of the present invention is a sensor that is as highly accurate as a sensor having a conventional structure, and that the board space can be used more effectively than before.
尚、本発明の赤外線センサを実現するに際しては、『前記複数の素子の全てが、前記キャップ部内に収容されている』ようにしておくことが望ましい。ただし、基板のキャップ部外の部分（基板の裏面等）に幾つかの素子が残っていても、基板スペースを従来よりも有効に利用できることにはなる。具体的には、例えば、基板の裏面に配設される素子の数が少なくなっていれば、『電源端子及び出力端子として機能する、表面実装型のコネクタが、前記基板の、前記金属製板状部材が配設されていない側の面に、前記基板の厚さ方向から見て前記キャップ部と重なる部分を有するように、実装されている』構成を採用することによって、赤外線センサの全体的なサイズを小さくすることが出来る。従って、幾つかの素子が、基板の裏面等に残っているセンサとして、本発明の赤外線センサを実現しておいても良い。 In realizing the infrared sensor of the present invention, it is desirable that “all of the plurality of elements are accommodated in the cap portion”. However, even if some elements remain on the portion outside the cap portion of the substrate (such as the back surface of the substrate), the substrate space can be used more effectively than in the past. Specifically, for example, if the number of elements disposed on the back surface of the substrate is reduced, “the surface mount type connector that functions as a power supply terminal and an output terminal is the metal plate of the substrate. The entire surface of the infrared sensor is adopted by adopting a configuration in which it is mounted on the surface on which the shaped member is not disposed so as to have a portion overlapping the cap portion when viewed from the thickness direction of the substrate. Size can be reduced. Therefore, the infrared sensor of the present invention may be realized as a sensor in which some elements remain on the back surface of the substrate.
本発明の赤外線センサの基板の開口部下領域に配設する一部の素子は、リード部品であっても良い。ただし、一部の素子をリード部品とした場合、基板裏面の自由に使用できる領域が狭くなってしまうし、各（全）素子がチップ部品であった方が、赤外線センサの製造（基板の製造、赤外線センサの組み立て）が容易になる。そのため、キャップ部内に収容する１つ以上の素子（基板の開口部下領域に配設する１つ以上の素子）は、チップ部品としておくことが好ましい。また、発熱量が多い素子を基板の開口部下領域に配設しておくと、キャップ部内の温度に分布が生じてしまう虞がある。そのため、本発明の赤外線センサの基板の開口部下領域に配設する１つ以上の素子は、受動素子等の、発熱量が比較的に少ない素子としておくことが好ましい。また、“赤外線検出素子を機能させるための電子回路”に、発熱量の多い素子が含まれる場合には、当該素子を、金属製板状部材上か、基板のキャップ部外の部分に配設しておくことが好ましい。 Some of the elements disposed in the region below the opening of the substrate of the infrared sensor of the present invention may be lead parts. However, if some of the elements are lead parts, the area that can be freely used on the back side of the board will be narrowed, and if each (all) element is a chip part, infrared sensor manufacturing (board manufacturing) Assembling of the infrared sensor is facilitated. Therefore, it is preferable that one or more elements (one or more elements disposed in the region below the opening of the substrate) housed in the cap part be chip components. Further, if an element that generates a large amount of heat is disposed in the region below the opening of the substrate, the temperature in the cap may be distributed. Therefore, it is preferable that the one or more elements disposed in the region below the opening of the substrate of the infrared sensor of the present invention be an element that generates a relatively small amount of heat, such as a passive element. In addition, when the “electronic circuit for functioning the infrared detection element” includes an element that generates a large amount of heat, the element is disposed on a metal plate-like member or outside the cap portion of the substrate. It is preferable to keep it.
また、本発明の赤外線センサを、電子回路を構成する複数の素子の中に、温度の測定機能を有する集積回路が含まれるセンサとして実現する場合には、当該集積回路にて基準となる温度を正確に測定できるようにするために、当該集積回路を、キャップ部により覆われた金属製板状部材上に配設しておくことが好ましい。 Further, when the infrared sensor of the present invention is realized as a sensor in which an integrated circuit having a temperature measuring function is included in a plurality of elements constituting an electronic circuit, a temperature serving as a reference in the integrated circuit is set. In order to enable accurate measurement, the integrated circuit is preferably disposed on a metal plate-like member covered with a cap portion.
さらに、上記場合には、集積回路と基板との間の電気的接続を容易に行えるようにするために、『前記金属製板状部材は、前記開口部とは異なる第２開口部を有し、前記基板の、前記金属製板状部材の前記第２開口部内に位置する領域に、前記集積回路の複数の電極とそれぞれワイヤーにより接続される複数の電極が形成されている』構成を採用しておくことが好ましい。 Further, in the above case, in order to facilitate electrical connection between the integrated circuit and the substrate, “the metal plate-like member has a second opening different from the opening. The substrate is formed with a plurality of electrodes connected to the plurality of electrodes of the integrated circuit by wires in a region located in the second opening of the metal plate-like member ”. It is preferable to keep it.
また、本発明の赤外線センサを、『前記金属製板状部材の開口部が、前記金属製板状部材を前記赤外線検出素子の配設位置の中心を通る直線にて２分することにより得られる２領域の一方の領域内に設けられており、当該２領域の他方の領域内に、前記金属製板状部材の前記第２開口部と前記集積回路を取り付けるための領域とが設けられている』ものとして実現しておくことも出来る。そのような構成を採用しておけば、開口部、第２開口部、集積回路の位置が適度に分布する結果として、キャップ部内の温度をより均一化できて、検出精度を向上させる。 The infrared sensor according to the present invention is obtained by dividing the metal plate-like member into two by a straight line passing through the center of the arrangement position of the infrared detecting element. The second opening of the metal plate-like member and a region for attaching the integrated circuit are provided in one of the two regions. It can also be realized as a thing. If such a configuration is adopted, the temperature in the cap portion can be made more uniform as a result of the moderate distribution of the positions of the opening, the second opening, and the integrated circuit, and the detection accuracy is improved.
また、本発明の赤外線センサに、『キャップ部の前記筐体の、前記金属製板状部材と接
する側の端部が、前記金属製板状部材に熱伝導性接着剤によって固定されている』構成、及び／又は、『前記キャップ部の前記筐体は、前記金属製板状部材と接する側の端部に、外側に向かって延びたフランジ部を備え、前記キャップ部の前記筐体の前記フランジ部が、前記金属製板状部材に固定されている』構成を採用しておくことも出来る。そのような構成を採用しておけば、キャップ部（の筐体）と金属製板状部材との間を熱的接触が良好な状態で接続できるため、環境温度が急激な変化しても検出結果に大きな誤差が生じない赤外線センサを得ることができる。
Further, in the infrared sensor of the present invention, “the end of the cap portion on the side in contact with the metal plate-like member is fixed to the metal plate-like member with a heat conductive adhesive”. Configuration, and / or “The casing of the cap portion includes a flange portion extending outwardly at an end portion in contact with the metal plate member, and the casing of the cap portion is It is also possible to adopt a configuration in which the flange portion is fixed to the metal plate member. By adopting such a configuration, it is possible to connect the cap part (housing) and the metal plate-like member with good thermal contact, so even if the environmental temperature changes suddenly An infrared sensor that does not cause a large error in the result can be obtained.
また、本発明の赤外線センサにおける金属製板状部材の基板への特に限定されない。ただし、『前記金属製板状部材が、前記基板の、前記金属製板状部材の配設面に形成されている複数のランドに対して半田付けされている』構成を採用しておけば、金属製板状部材の基板への強固な固定が簡単に実現できることになる。 Moreover, it does not specifically limit to the board | substrate of the metal plate-shaped member in the infrared sensor of this invention. However, if adopting the configuration “the metal plate member is soldered to a plurality of lands formed on the surface of the substrate on which the metal plate member is disposed”, It is possible to easily realize the firm fixation of the metal plate member to the substrate.
本発明によれば、従来構造のセンサと同程度に高精度な、従来構造のセンサよりも基板スペースを有効に利用できる赤外線センサを提供することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the infrared sensor which can use a board | substrate space more effectively than the sensor of the conventional structure which is as highly accurate as the sensor of the conventional structure can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１に、本発明の一実施形態に係る赤外線センサ１０の部分切欠き斜視図を示し、図２に、キャップ部３０を取り付けていない状態にある赤外線センサ１０の上面図を示す。尚、上記説明及び以下の説明において、上面及び表面とは、図１における上側の面のことである。同様に、以下の説明において、上、下とは、それぞれ、図１における上方向、下方向のことである。 FIG. 1 shows a partially cutaway perspective view of an infrared sensor 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a top view of the infrared sensor 10 in a state where the cap portion 30 is not attached. In the above description and the following description, the upper surface and the surface are the upper surface in FIG. Similarly, in the following description, “upper” and “lower” refer to the upward direction and the downward direction in FIG. 1, respectively.
図１及び図２に示してあるように、本実施形態に係る赤外線センサ１０は、基板１１、金属ステム２０、赤外線検出素子１３、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)１４、複数の電子部品１５、キャップ部３０及びコネクタ３５を、備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the infrared sensor 10 according to this embodiment includes a substrate 11, a metal stem 20, an infrared detection element 13, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 14, a plurality of electronic components 15, and a cap. The unit 30 and the connector 35 are provided.
キャップ部３０（図１）は、赤外線透過部材３１と、金属キャップ３２と、樹脂製の内側キャップ３３及び外側キャップ３４とを組み合わせた有蓋筒状の部材である。このキャップ部３０に用いられる赤外線透過部材３１は、ゲルマニウム(Ｇｅ) 、シリコン（Ｓｉ)
、サファイア(Ａｌ２Ｏ３)等の赤外線を透過する材料からなるフィルタ又はレンズであ
る。また、キャップ部３０を構成する金属キャップ３２、内側キャップ３３及び外側キャップ３４は、それぞれ、それを上方から見た中央部分に円形の開口部を有している。これらのキャップ３２〜３４の具体的な形状は、キャップ部３０を金属ステム２０に対して固定したときに、外側キャップ３４に嵌め込まれている赤外線透過部材３１を透過した外部からの赤外光が、各キャップの開口部を通って金属ステム２０に固定されている赤外線検出素子１３に到達するように定められている。また、金属キャップ３２と金属ステム２０
との間の熱伝導性が悪いと、環境温度の急激な変化時に、金属キャップ３２と金属ステム２０との間に比較的に大きな温度差が生じてしまう虞がある。そして、金属キャップ３２と金属ステム２０との間に温度差が生ずると正確な測定結果が得られない。そのため、本実施形態に係るキャップ部３０には、金属ステム２０に対する固定時に金属ステム２０との間に良好な熱的接触を確保できるようにするために、金属ステム２０と接触する側の端部に、外側に向かって延びたフランジ部を設けた金属キャップ３２が採用されている。尚、キャップ部３０の金属ステム２０への固定は、キャップ部３０の筐体をなす金属キャップ３２のフランジ部を熱伝導性の良い接着剤等により金属ステム２０に対して取り付けることにより行われる。
The cap part 30 (FIG. 1) is a covered cylindrical member in which an infrared transmitting member 31, a metal cap 32, a resin inner cap 33 and an outer cap 34 are combined. The infrared transmitting member 31 used for the cap part 30 is made of germanium (Ge), silicon (Si).
And a filter or lens made of a material that transmits infrared rays, such as sapphire (Al 2 O 3 ). Further, each of the metal cap 32, the inner cap 33, and the outer cap 34 constituting the cap portion 30 has a circular opening at a central portion when viewed from above. The specific shapes of these caps 32 to 34 are such that when the cap portion 30 is fixed to the metal stem 20, infrared light from the outside that has passed through the infrared transmitting member 31 fitted in the outer cap 34 is transmitted. The infrared detecting element 13 is fixed to the metal stem 20 through the opening of each cap. Also, the metal cap 32 and the metal stem 20
If the thermal conductivity between the metal cap 32 and the metal stem 20 is suddenly changed, a relatively large temperature difference may occur between the metal cap 32 and the metal stem 20. If a temperature difference occurs between the metal cap 32 and the metal stem 20, an accurate measurement result cannot be obtained. Therefore, the cap portion 30 according to the present embodiment has an end portion on the side in contact with the metal stem 20 in order to ensure good thermal contact with the metal stem 20 when fixed to the metal stem 20. In addition, a metal cap 32 provided with a flange portion extending outward is employed. The cap portion 30 is fixed to the metal stem 20 by attaching the flange portion of the metal cap 32 forming the casing of the cap portion 30 to the metal stem 20 with an adhesive having a good thermal conductivity.
赤外線検出素子１３は、赤外線透過部材３１を介して入射される赤外光を検出する（当該赤外光による温度上昇量を測定する）素子である。この赤外線検出素子１３としては、1つの活性領域をもつ単素子センサ、又は、２つ以上の活性領域をもつ複素子センサ（所
謂アレイセンサ）が使用される。尚、赤外線検出素子１３の動作原理は特に限定されない。従って、赤外線センサ１０には、赤外線検出素子１３として、サーモパイル型やボロメータ型などの熱型赤外線センサや、量子型赤外線センサを使用することが出来る。
The infrared detection element 13 is an element that detects infrared light that is incident through the infrared transmission member 31 (measures the amount of temperature increase due to the infrared light). As the infrared detection element 13, a single element sensor having one active region or a multi-element sensor (so-called array sensor) having two or more active regions is used. The operating principle of the infrared detection element 13 is not particularly limited. Therefore, the infrared sensor 10 may be a thermopile type sensor such as a thermopile type or a bolometer type, or a quantum type infrared sensor.
ＡＳＩＣ１４は、赤外線検出素子１３とワイヤーにより接続される、赤外線検出素子１３の出力を増幅する機能等を有する集積回路である。このＡＳＩＣ１４としては、通常、少なくとも、赤外線検出素子１３の出力を増幅する機能と金属ステム２０の温度の検出機能とを有する回路（例えば、絶対温度に比例した電圧を出力する ＰＴＡＴ ( Proportional To Absolute Temperature) 電圧源やチョッパアンプ等を含む回路）が使用される。ただし、ＡＳＩＣ１４が低機能だと、赤外線センサ１０に搭載する素子数を増やさなければならなくなる。そのため、ＡＳＩＣ１４としては、上記二機能と共に、赤外線検出素子１３の出力からノイズを除去する機能、増幅しノイズを除去した赤外線検出素子１３の出力をデジタルデータに変換する機能、デジタルデータに変換した赤外線検出素子１３の出力等に基づき演算処理を行う機能、デジタルデータに変換した赤外線検出素子１３の出力や演算処理の処理結果をコネクタ３５を介して他装置（赤外線センサ１０を用いて温度を測定・出力する情報処理装置）に送信する機能等も有する回路を使用しておくことが好ましい。 The ASIC 14 is an integrated circuit connected to the infrared detection element 13 by a wire and having a function of amplifying the output of the infrared detection element 13. The ASIC 14 is usually a circuit having at least a function of amplifying the output of the infrared detecting element 13 and a function of detecting the temperature of the metal stem 20 (for example, PTAT (Proportional To Absolute Temperature) that outputs a voltage proportional to the absolute temperature. ) A circuit including a voltage source and a chopper amplifier is used. However, if the ASIC 14 has a low function, the number of elements mounted on the infrared sensor 10 must be increased. Therefore, the ASIC 14 has the above-described two functions, a function of removing noise from the output of the infrared detection element 13, a function of converting the output of the infrared detection element 13 after amplification and removal of noise into digital data, and an infrared ray converted into digital data. A function for performing arithmetic processing based on the output of the detection element 13, the output of the infrared detection element 13 converted into digital data, and the processing result of the arithmetic processing are measured via the connector 35 with another device (the temperature is measured using the infrared sensor 10. It is preferable to use a circuit that also has a function of transmitting information to an information processing apparatus for outputting.
赤外線センサ１０が備える複数の電子部品１５（図２）は、ＡＳＩＣ１４と組み合わされて（電気的に接続されて）、赤外線センサ１０を実際に温度の測定を行えるセンサとして機能させるための電子回路を構成する表面実装型の電子部品（チップ抵抗、チップコンデンサなどのチップ部品）である。 A plurality of electronic components 15 (FIG. 2) included in the infrared sensor 10 are combined with (electrically connected to) the ASIC 14 to provide an electronic circuit for causing the infrared sensor 10 to function as a sensor that can actually measure temperature. This is a surface-mount type electronic component (chip component such as a chip resistor or a chip capacitor) to be configured.
金属ステム２０（図２）は、その表面に、赤外線検出素子１３とＡＳＩＣ１４とが実装される、金属製の板状部材である。 The metal stem 20 (FIG. 2) is a metal plate-like member on which the infrared detection element 13 and the ASIC 14 are mounted.
図２に示してあるように、本実施形態に係る赤外線センサ１０の金属ステム２０には、赤外線検出素子１３を実装できる幅の帯状の第１部分２１ａと、当該第１部分２１ａと直交するように当該第１部分２１ａから一方向に伸びた，ＡＳＩＣ１４を実装できる幅の帯状の第２部分２１ｂとが、その中央部分に残るように、３つの開口部２２ａ〜２２ｃが形成されている。また、開口部２２ａは、第１部分２１ａのほぼ中心（第１部分２１ａに固定された赤外線検出素子１３のほぼ中心）を通る直線にて２分することにより得られる二領域の一方の領域内に形成されており、開口部２２ｂ及び２２ｃは、当該二領域の他方の領域内に、第２部分２１ｂをそれらの間に挟む形で形成されている。さらに、金属ステム２０の第１部分２１ａには、赤外線検出素子１３の実装時に、素子固定のために使用する樹脂が素子に接触する領域を限定するための溝部２３が形成されている。 As shown in FIG. 2, the metal stem 20 of the infrared sensor 10 according to the present embodiment has a strip-shaped first portion 21 a having a width capable of mounting the infrared detection element 13 and orthogonal to the first portion 21 a. In addition, three openings 22a to 22c are formed so that a strip-shaped second portion 21b extending in one direction from the first portion 21a and having a width capable of mounting the ASIC 14 remains in the central portion. Further, the opening 22a is in one of the two regions obtained by dividing into two by a straight line passing through substantially the center of the first portion 21a (approximately the center of the infrared detecting element 13 fixed to the first portion 21a). The openings 22b and 22c are formed in the other region of the two regions so as to sandwich the second portion 21b therebetween. Further, the first portion 21a of the metal stem 20 is formed with a groove portion 23 for limiting a region where a resin used for fixing the element contacts the element when the infrared detection element 13 is mounted.
尚、金属ステム２０の構成材料は特に限定されない。ただし、金属ステム２０の構成材料としては、熱伝導性が良好な、鉄、銅、アルミ等を用いておくことが好ましい。また、金属ステム２０として、さびを防止すると共に半田付け性を良好なものとするための表面コーティング（例えば、ニッケルメッキ）が施されている部材を採用しておくことも好ましい。 The constituent material of the metal stem 20 is not particularly limited. However, as a constituent material of the metal stem 20, it is preferable to use iron, copper, aluminum or the like having good thermal conductivity. In addition, it is also preferable to employ a member having a surface coating (for example, nickel plating) for preventing rust and improving solderability as the metal stem 20.
基板１１は、ＡＳＩＣ１４、複数の電子部品１５及びコネクタ３５間を電気的に接続するための配線が形成されている配線板である。基板１１の表面の、金属ステム２０の開口部２２ａ下となる領域内には、各電子部品１５をクリーム半田にて取り付けるための電極（図示略）が形成されている。また、基板１１の表面の、開口部２２ｂ下となる領域には、ＡＳＩＣ１４を接続するための複数の電極が形成されている。基板１１の表面の、開口部２２ｃ下となる領域にも、ＡＳＩＣ１４を接続するための複数の電極が形成されている。尚、実際にＡＳＩＣ１４と接続される電極の数、組み合わせは、赤外線センサ１０に搭載されている赤外線検出素子１３及びＡＳＩＣ１４の機能によって異なる。 The substrate 11 is a wiring board on which wiring for electrically connecting the ASIC 14, the plurality of electronic components 15, and the connector 35 is formed. In a region of the surface of the substrate 11 below the opening 22a of the metal stem 20, electrodes (not shown) for attaching each electronic component 15 with cream solder are formed. In addition, a plurality of electrodes for connecting the ASIC 14 are formed in a region on the surface of the substrate 11 below the opening 22b. A plurality of electrodes for connecting the ASIC 14 are also formed in a region on the surface of the substrate 11 below the opening 22c. The number and combination of electrodes actually connected to the ASIC 14 vary depending on the functions of the infrared detection element 13 and the ASIC 14 mounted on the infrared sensor 10.
基板１１の表面には、金属ステム２０の四隅を半田４０にて基板１１の表面に固定（実装）するためのランド１０ａが設けられている。 Lands 10 a for fixing (mounting) the four corners of the metal stem 20 to the surface of the substrate 11 with solder 40 are provided on the surface of the substrate 11.
尚、上記したように、各電子部品１５も表面実装型の電子部品である。従って、基板１１に対する金属ステム２０、各電子部品１５の固定は、金属ステム２０を基板１１上に実装してから各電子部品１５を基板１１上（基板１１の開口部２２ａ内の領域上）に実装するといった手順か、各電子部品１５を基板１１に実装した後に金属ステム２０を基板１１に実装するといった手順か、各電子部品１５と金属ステム２０とを同時に基板１１に実装するといった手順で行われる。また、金属ステム２０上への赤外線検出素子１３及びＡＳＩＣ１４の固定は、基板１１に対して金属ステム２０を固定してから、熱伝導性の良い接着剤を用いて行われる。 As described above, each electronic component 15 is also a surface-mount type electronic component. Therefore, the metal stem 20 and each electronic component 15 are fixed to the substrate 11 after the metal stem 20 is mounted on the substrate 11 and then each electronic component 15 is placed on the substrate 11 (on the region in the opening 22a of the substrate 11). The procedure of mounting, the procedure of mounting the metal stem 20 on the substrate 11 after mounting each electronic component 15 on the substrate 11, or the procedure of mounting the electronic component 15 and the metal stem 20 on the substrate 11 at the same time is performed. Is called. Further, the infrared detection element 13 and the ASIC 14 are fixed on the metal stem 20 after fixing the metal stem 20 to the substrate 11 and using an adhesive having good thermal conductivity.
基板１１の裏面には、表面実装型のコネクタ３５を実装するためのコネクタ実装エリアが設けられている。このコネクタ実装エリアは、図２に点線枠で示してあるように、赤外線センサ１０の上方（又は下方）から見て金属ステム２０（及びキャップ部３０）とその一部が重なる形でコネクタ３５を基板１１に実装できる位置に設けられている。 A connector mounting area for mounting a surface mount type connector 35 is provided on the back surface of the substrate 11. As shown by a dotted frame in FIG. 2, the connector mounting area is formed by connecting the connector 35 so that the metal stem 20 (and the cap portion 30) partially overlaps the metal sensor 20 when viewed from above (or below) the infrared sensor 10. It is provided at a position where it can be mounted on the substrate 11.
以上、説明したように、本実施形態に係る赤外線センサ１０には、従来は、基板１１の裏面に実装されていた複数の電子部品１５をキャップ部３０内（金属ステム２０の開口部２２ａ内）に収容する構成が採用されている。そして、当該構成を採用しておけば、上記したように、当該複数の電子部品１５の固定に使用されていた基板スペースにコネクタ３５を取り付けることにより従来よりもコンパクトな赤外線センサ１０を実現することや、当該複数の電子部品１５の固定に使用されていた基板スペースを、他の用途に使用する（例えば、赤外線センサ１０を、他装置に固定するための領域として使用する）ことが可能となる。 As described above, in the infrared sensor 10 according to the present embodiment, conventionally, the plurality of electronic components 15 mounted on the back surface of the substrate 11 are placed in the cap portion 30 (in the opening portion 22a of the metal stem 20). The structure accommodated in is adopted. And if the said structure is employ | adopted, as mentioned above, the infrared sensor 10 more compact than before can be realized by attaching the connector 35 to the board space used for fixing the plurality of electronic components 15. Alternatively, the board space used for fixing the plurality of electronic components 15 can be used for other purposes (for example, the infrared sensor 10 is used as an area for fixing to another device). .
さらに、上記構成を有する赤外線センサ１０の性能（温度の測定精度等）が、開口部２２ａを設けていない金属ステム５４が用いられた赤外線センサ（図４）と同程度のものとなることが各種実験により確認できている。従って、上記した赤外線センサ１０の構成を採用しておけば、センサとしての性能を損ねることなく、基板スペースを従来よりも有効に利用することが出来る。 Furthermore, the performance (such as temperature measurement accuracy) of the infrared sensor 10 having the above-described configuration can be similar to that of the infrared sensor (FIG. 4) using the metal stem 54 without the opening 22a. It has been confirmed by experiments. Therefore, if the configuration of the infrared sensor 10 described above is employed, the board space can be used more effectively than before without impairing the performance as a sensor.
《変形形態》
上記した実施形態に係る赤外線センサ１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、赤外線センサ１０を、コネクタ３５を備えないセンサ（基板１１に設けられている電極
にリード線を直結して使用するセンサ等）に変形することが出来る。また、金属ステム２０として、上記したものとは開口部の数や形状が異なっている金属製板状部材、例えば、開口部２２ｂ又は２２ｃを有さない形状の部材や、円形や四角形の開口部を備えた部材、を採用することも出来る。
<Deformation>
The infrared sensor 10 according to the above-described embodiment can perform various modifications. For example, the infrared sensor 10 can be transformed into a sensor that does not include the connector 35 (such as a sensor that is used by directly connecting a lead wire to an electrode provided on the substrate 11). Further, as the metal stem 20, a metal plate-like member having a different number and shape of openings from those described above, for example, a member having a shape that does not have the openings 22 b or 22 c, or a circular or square opening It is also possible to employ a member provided with.
ただし、開口部２２ａを過度に大きくした場合、キャップ部２０内に温度分布が生じてしまうことが考えられる。そのため、金属ステム２０としては、上記したように、赤外線検出素子の配設位置の中心を通る直線にて２分することにより得られる２領域の一方の領域内に、開口部２２ａが形成されており、他方の領域に、少なくとも１つのワイヤボンディング用の開口部（２２ｂ又は２２ｃ）とＡＳＩＣ１４を取り付けるための領域とが設けられているものを採用しておくことが好ましい。尚、そのような金属ステム２０を採用しておけば、開口部２２ａ、ワイヤボンディング用の開口部、ＡＳＩＣ１４の位置が適度に分布するので、キャップ部３０内の温度の均一化を図れることにもなる。 However, if the opening 22a is excessively large, it is conceivable that a temperature distribution is generated in the cap portion 20. Therefore, as described above, the opening portion 22a is formed in one region of the two regions obtained by dividing the metal stem 20 into two by a straight line passing through the center of the arrangement position of the infrared detection element as described above. It is preferable to adopt a structure in which at least one wire bonding opening (22b or 22c) and a region for attaching the ASIC 14 are provided in the other region. If such a metal stem 20 is employed, the positions of the opening 22a, the wire bonding opening, and the ASIC 14 are appropriately distributed, so that the temperature in the cap 30 can be made uniform. Become.
また、既に説明したように、上記した形状の金属ステム２０を用いても、センサとしての性能が劣化しないことが確認できているのであるが、キャップ部３０内の温度がより均一となるようにするために、金属ステム２０に、上記形状の開口部２２ａの代わりに、開口部２２ｂ及び２２ｃを第１部分２１ａの中心線で反転した形状の２つの開口部を設けておくことも出来る。換言すれば、金属ステム２０として、より対称性の高い形状の部材を用いておくことも出来る。 Further, as already described, it has been confirmed that the performance as a sensor does not deteriorate even when the metal stem 20 having the above-described shape is used, but the temperature in the cap portion 30 is more uniform. For this purpose, the metal stem 20 may be provided with two openings having a shape obtained by inverting the openings 22b and 22c at the center line of the first portion 21a instead of the opening 22a having the above shape. In other words, a member having a more symmetric shape can be used as the metal stem 20.
また、上記した赤外線センサ１０は、電子部品１５としてチップ部品をキャップ部３０内に収容したものであるが、キャップ部３０内に収容する一部の電子部品１５をリード部品としておくことも出来る。ただし、一部の電子部品１５をリード部品とした場合、基板１０裏面の自由に使用できる領域が狭くなってしまうし、各（全）電子部品１５がチップ部品であった方が、赤外線センサ１０の製造（基板１１の製造、赤外線センサ１０の組み立て）が容易になる。そのため、キャップ部３０内に収容する各電子部品１５は、チップ部品としておくことが好ましい。 The infrared sensor 10 described above has a chip component housed in the cap portion 30 as the electronic component 15, but a part of the electronic component 15 housed in the cap portion 30 can be used as a lead component. However, when some of the electronic components 15 are lead components, the area that can be freely used on the back surface of the substrate 10 is narrowed. (Manufacture of the substrate 11, assembly of the infrared sensor 10) becomes easy. Therefore, each electronic component 15 accommodated in the cap part 30 is preferably a chip component.
上記した赤外線センサ１０は、チップ抵抗、チップコンデンサなどの発熱量の少ない受動素子が金属ステム２０の開口部２２ａ内に収容されたものであったが、赤外線センサ１０を、金属ステム２０の開口部２２ａ内に発熱量の多い素子が収容されるセンサに変形することも出来る。ただし、発熱量が多い素子を開口部２２ａ内に配置すると、キャップ部３０内の温度が不均一になってしまう虞がある。そのため、金属ステム２０の開口部２２ａ内に収容する素子は、発熱量が少ない素子としておくことが好ましい。また、発熱量が多い素子は、金属ステム２０上か、キャップ部３０の外側に配置しておくことが好ましい。 In the infrared sensor 10 described above, passive elements having a small amount of generated heat, such as a chip resistor and a chip capacitor, are accommodated in the opening 22a of the metal stem 20. It can also be transformed into a sensor in which an element with a large calorific value is accommodated in 22a. However, if an element that generates a large amount of heat is disposed in the opening 22a, the temperature in the cap 30 may become non-uniform. Therefore, it is preferable that the element accommodated in the opening 22a of the metal stem 20 is an element that generates a small amount of heat. In addition, it is preferable that an element that generates a large amount of heat is disposed on the metal stem 20 or outside the cap portion 30.
１０ 赤外線センサ
１１ 基板
１３ 赤外線検出素子
１４ ＡＳＩＣ
２０ 金属ステム
３０ キャップ部
３１ 赤外線透過部材
３２ 金属キャップ
３３ 内側キャップ
３４ 外側キャップ
３５ コネクタ
10 Infrared sensor 11 Substrate 13 Infrared detector 14 ASIC
20 Metal stem 30 Cap part 31 Infrared transmitting member 32 Metal cap 33 Inner cap 34 Outer cap 35 Connector
Claims (11)
前記基板上に配設された、開口部を有する金属製板状部材と、
前記金属製板状部材上に配設された赤外線検出素子と、
前記金属製板状部材の、前記赤外線検出素子が配設されている箇所を含む部分を覆うキャップ部であって、金属製の筐体及び外部からの赤外線を透過して前記赤外線検出素子に導入する光学部材を含むキャップ部と、
複数の素子が組み合わされた、前記赤外線検出素子を機能させるための電子回路と、
を含み、
前記複数の素子中の１つ以上の素子が、前記基板の、前記金属製板状部材の前記開口部内に位置する開口部下領域に配設されている
ことを特徴とする赤外線センサ。 A substrate,
A metal plate-like member having an opening disposed on the substrate;
An infrared detecting element disposed on the metal plate member;
A cap portion that covers a portion of the metal plate-like member including a portion where the infrared detection element is disposed, and transmits infrared rays from the metal casing and the outside to be introduced into the infrared detection element. A cap portion including an optical member to perform,
A plurality of elements combined, an electronic circuit for functioning the infrared detection element;
Including
One or more elements of the plurality of elements are arranged in a region below the opening of the substrate that is located in the opening of the metal plate member.
ことを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ。 The infrared sensor according to claim 1, wherein the one or more elements disposed in the region below the opening of the substrate are passive elements.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサ。 The infrared sensor according to claim 1, wherein the one or more elements disposed in the region below the opening of the substrate are chip components.
前記集積回路が、前記キャップ部により覆われた前記金属製板状部材上に配設されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外線センサ。 Among the plurality of elements, an integrated circuit having a temperature measurement function is included,
The infrared sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the integrated circuit is disposed on the metal plate member covered with the cap portion.
前記基板の、前記金属製板状部材の前記第２開口部内に位置する領域に、前記集積回路の複数の電極とそれぞれワイヤーにより接続される複数の電極が形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサ。 The metal plate member has a second opening different from the opening,
A plurality of electrodes respectively connected to the plurality of electrodes of the integrated circuit by wires are formed in a region of the substrate located in the second opening of the metal plate-like member. Item 5. The infrared sensor according to Item 4.
当該２領域の他方の領域内に、前記金属製板状部材の前記第２開口部と前記集積回路を取り付けるための領域とが設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の赤外線センサ。 The opening of the metal plate-like member is provided in one of two regions obtained by dividing the metal plate-like member by a straight line passing through the center of the arrangement position of the infrared detection element. And
The infrared sensor according to claim 5, wherein the second opening of the metal plate-like member and a region for attaching the integrated circuit are provided in the other region of the two regions. .
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の赤外線センサ。 The infrared sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein all of the plurality of elements are accommodated in the cap portion.
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に赤外線センサ。 A surface-mounted connector that functions as a power supply terminal and an output terminal is formed on the surface of the substrate on which the metal plate-like member is not disposed, and the cap portion when viewed from the thickness direction of the substrate. The infrared sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the infrared sensor is mounted so as to have an overlapping portion.
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に赤外線センサ。 The end of the cap part on the side in contact with the metal plate-like member is fixed to the metal plate-like member with a heat conductive adhesive. An infrared sensor according to any one of the items.
前記キャップ部の前記筐体の前記フランジ部が、前記金属製板状部材に固定されている
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に赤外線センサ。 The casing of the cap portion includes a flange portion extending outwardly at an end portion on a side in contact with the metal plate member,
The infrared sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the flange portion of the casing of the cap portion is fixed to the metal plate member.
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に赤外線センサ。 The said metal plate-shaped member is soldered with respect to the several land formed in the arrangement | positioning surface of the said metal plate-shaped member of the said board | substrate. Infrared sensor in one item.
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