JP6319406B2 - Infrared sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象物からの赤外線を検出して該測定対象物の温度を測定する赤外線センサ装置に関する。 The present invention relates to an infrared sensor device that detects infrared rays from a measurement object and measures the temperature of the measurement object.
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出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出する赤外線検出用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検出する温度補償用感熱素子とを備えた赤外線温度センサが提案されている。この赤外線温度センサでは、樹脂フィルムがアルミニウムで形成された保持体に設置されている。また、この赤外線温度センサでは、樹脂フィルムの端部にリード線が接続されている。
Conventionally, an infrared sensor is used as a temperature sensor that measures the temperature of an object to be measured by detecting infrared rays radiated from the object to be measured in a non-contact manner.
For example, in
また、特許文献２には、赤外線の入射孔が形成された第１のケース部と、入射孔に対向する入射孔対向面部を有する第２のケース部と、第１のケース部と第２のケース部の入射孔対向面部との間に配置されると共に、入射孔対向面部の第１のケース部側に取り付けられ、入射孔から入射される赤外線の熱変換をおこなう基体と、基体に設けられ赤外線の熱量を感知する第１の感熱素子とを備える非接触温度センサが記載されている。この非接触温度センサでは、感熱素子が樹脂フィルムに設けられ、該樹脂フィルムがアルミニウムで形成されたケース部の底板部に支持されている。また、この非接触温度センサでは、樹脂フィルムの端部にリード線が接続されている。
Further,
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、従来の赤外線センサでは、感熱素子を設けた樹脂フィルムをアルミニウム製のケースや保持体等の金属筐体に設置しているが、樹脂フィルムを支持する金属筐体からの熱伝導により感熱素子が影響を受けてしまうという問題があった。
また、樹脂フィルムの端部にリード線が接続されているため、リード線を介して端部側から放熱されてしまい感熱素子が影響を受けると共に一対の感熱素子において熱バランスが崩れてしまうという問題があった。これらのため、感熱素子によって正確に温度を検出することが困難であった。
さらに、これらのセンサは、いずれもリード線を介して外部との電気的接続を行っており、回路基板等に表面実装して基板上の配線と直接接続することができなかった。
また、入射された赤外線の一部が樹脂フィルムを透過して背面側の筐体に吸収されてしまい、該筐体の温度が変化してその影響を受けやすいという不都合もあった。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, in a conventional infrared sensor, a resin film provided with a heat sensitive element is installed in a metal case such as an aluminum case or a holder, but the heat sensitive element is caused by heat conduction from the metal case supporting the resin film. There was a problem that would be affected.
In addition, since the lead wire is connected to the end portion of the resin film, heat is radiated from the end portion side through the lead wire, and the heat sensitive element is affected, and the heat balance is lost in the pair of heat sensitive elements. was there. For these reasons, it has been difficult to accurately detect the temperature with the thermosensitive element.
Furthermore, all of these sensors are electrically connected to the outside through lead wires, and cannot be directly connected to the wiring on the board by being surface-mounted on a circuit board or the like.
In addition, a part of the incident infrared rays passes through the resin film and is absorbed by the housing on the back side, and there is a disadvantage that the temperature of the housing changes and is easily affected.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、筐体やリード線等からの影響を受け難く、表面実装が可能で、測定対象物の温度をより高精度に測定可能な赤外線センサ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is an infrared sensor device that is less susceptible to the effects of a housing, lead wires, etc., can be surface-mounted, and can measure the temperature of a measurement object with higher accuracy. The purpose is to provide.
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、第１の発明に係る赤外線センサ装置は、表面に複数の基板側配線がパターン形成された実装基板と、複数の実装用端子を備えて前記実装基板の表面に実装され対応する前記実装用端子と前記基板側配線とが接続された赤外線センサとを備え、前記赤外線センサが、絶縁性フィルムと、前記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、前記第１の感熱素子に接続された第１の配線及び前記第２の感熱素子に接続された第２の配線と、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、前記一方の面側に配された樹脂製の端子支持体と、前記端子支持体に設けられ下部が前記端子支持体の下部に配された複数の前記実装用端子とを備え、前記実装用端子が、前記端子支持体の上端より上方に突出した支持凸部を有し、前記支持凸部が、対応する前記第１の配線及び前記第２の配線に接続されていると共に、前記端子支持体と前記絶縁性フィルムとの間に間隔を設けて前記絶縁性フィルムを支持し、前記支持凸部の先端が、前記絶縁性フィルムの一方の面に当接した状態で前記絶縁性フィルムを支持し、前記実装用端子の下部が、前記端子支持体の下面よりも下方に突出して設けられ、前記実装基板と前記端子支持体との間に隙間が形成された状態で前記赤外線センサが前記実装基板上に実装されていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the infrared sensor device according to the first invention includes a mounting board having a plurality of board-side wirings formed on the surface and a plurality of mounting terminals, and is mounted on the surface of the mounting board and correspondingly. An infrared sensor to which a terminal and the substrate-side wiring are connected, wherein the infrared sensor is provided with an insulating film, a first thermosensitive element provided on one surface of the insulating film and spaced apart from each other; Two thermal elements, a first wiring connected to the first thermal element, a second wiring connected to the second thermal element, and the insulating material facing the second thermal element. An infrared reflecting film provided on the other surface of the film, a resin terminal support disposed on the one surface side, and a lower portion provided on the terminal support are disposed below the terminal support. A plurality of mounting terminals, and a front The mounting terminal has a support protrusion protruding upward from the upper end of the terminal support, and the support protrusion is connected to the corresponding first wiring and second wiring, and The insulating film is supported by providing a gap between the terminal support and the insulating film, and the tip of the support convex portion is in contact with one surface of the insulating film. And the lower part of the mounting terminal protrudes below the lower surface of the terminal support, and the infrared sensor is in a state where a gap is formed between the mounting substrate and the terminal support. It is mounted on the mounting substrate.
この赤外線センサ装置では、実装用端子の支持凸部が、対応する第１の配線及び第２の配線に接続されていると共に、端子支持体と絶縁性フィルムとの間に間隔を設けて該絶縁性フィルムを支持しているので、金属筐体ではなく複数の実装用端子によって絶縁性フィルムが実装基板及び端子支持体から浮いた状態で支持されている。また、樹脂製の端子支持体は、複数の実装用端子を支えると共に絶縁性フィルムを実装基板から離して空中に持ち上げておくためのものである。このように、実装用端子の支持凸部のみが絶縁性フィルムに接触しており、実装用端子が電気的接続と絶縁性フィルムの支持との両方の機能を有することで、表面実装を可能にすると共に絶縁性フィルムを固定する部分からの熱伝導による影響を極力低減することができる。また、端子支持体が絶縁性フィルムに直接接触していないと共に樹脂製であるため、従来の金属筐体に比べて端子支持体からの影響も極めて小さくすることができる。さらに、実装基板の配線との電気的接続を表面実装により実装用端子で直接行うことができると共に、リード線が絶縁性フィルムに接続されておらず、リード線による放熱や熱バランスの崩れも防ぐことができる。
さらに、実装用端子の下部が、端子支持体の下面よりも下方に突出して設けられ、実装基板と端子支持体との間に隙間が形成された状態で赤外線センサが実装基板上に実装されているので、実装基板上に表面実装した状態で実装基板と端子支持体との間に隙間が形成され直接接触しないことで実装基板からの伝導熱の影響も抑制することができる。したがって、絶縁性フィルムと端子支持体との間と、端子支持体と実装基板との間との２つの隙間で、感熱素子を設けた絶縁性フィルムが２段階で浮いた状態となり、背面側（一方の面側）との熱的な絶縁性が向上する。
In this infrared sensor device, the supporting convex portions of the mounting terminals are connected to the corresponding first wiring and second wiring, and the insulation is provided with a space between the terminal support and the insulating film. Since the conductive film is supported, the insulating film is supported by the plurality of mounting terminals instead of the metal housing in a state of floating from the mounting substrate and the terminal support. The resin-made terminal support is for supporting a plurality of mounting terminals and lifting the insulating film away from the mounting substrate in the air. In this way, only the support convex portion of the mounting terminal is in contact with the insulating film, and the mounting terminal has both functions of electrical connection and support of the insulating film, thereby enabling surface mounting. In addition, the influence of heat conduction from the portion where the insulating film is fixed can be reduced as much as possible. In addition, since the terminal support is not in direct contact with the insulating film and is made of resin, the influence from the terminal support can be extremely reduced as compared with the conventional metal casing. Furthermore, electrical connection with the wiring of the mounting board can be made directly on the mounting terminals by surface mounting, and the lead wire is not connected to the insulating film, preventing heat dissipation and heat balance from being lost by the lead wire. be able to.
Furthermore, the lower part of the mounting terminal is provided so as to protrude below the lower surface of the terminal support, and the infrared sensor is mounted on the mounting board with a gap formed between the mounting board and the terminal support. As a result, a gap is formed between the mounting substrate and the terminal support in a surface-mounted state on the mounting substrate, and the influence of conduction heat from the mounting substrate can be suppressed. Therefore, in the two gaps between the insulating film and the terminal support and between the terminal support and the mounting substrate, the insulating film provided with the heat sensitive element is floated in two stages, and the back side ( The thermal insulation with one surface side is improved.
第２の発明に係る赤外線センサ装置は、第１の発明において、前記端子支持体が、前記絶縁性フィルムの少なくとも外縁部に沿った枠状に形成され、前記絶縁性フィルムの外縁部に沿った外枠部と、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子との中間部分を横切る中間枠部とで構成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、端子支持体が、絶縁性フィルムの少なくとも外縁部に沿った枠状に形成され、絶縁性フィルムの外縁部に沿った外枠部と、第１の感熱素子と第２の感熱素子との中間部分を横切る中間枠部とで構成されているので、入射された赤外線の一部が絶縁性フィルムを透過しても、大部分は端子支持体の枠内を通過し端子支持体には吸収されないため、赤外線によって端子支持体が温度変化することを防ぐことができる。
An infrared sensor device according to a second invention is the infrared sensor device according to the first invention, wherein the terminal support is formed in a frame shape along at least the outer edge of the insulating film, and extends along the outer edge of the insulating film. It is comprised by the outer frame part and the intermediate frame part which cross | intersects the intermediate part of a said 1st thermosensitive element and a said 2nd thermosensitive element, It is characterized by the above-mentioned.
That is, in this infrared sensor device, the terminal support is formed in a frame shape along at least the outer edge portion of the insulating film, the outer frame portion along the outer edge portion of the insulating film, the first heat sensitive element, and the first thermal element. 2 is composed of an intermediate frame part that crosses the intermediate part with the
第３の発明に係る赤外線センサ装置は、第１又は第２の発明において、前記第１の配線が、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、この赤外線センサ装置では、第１の配線が、第１の感熱素子の周囲にまで配されて第２の配線よりも大きな面積で形成されているので、大きな面積の第１の配線が、絶縁性フィルムを透過して端子支持体や実装基板に照射される赤外線を遮断すると共に端子支持体や実装基板から放射される輻射熱を遮断して絶縁性フィルムへの熱影響を抑制することができる。さらに、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。したがって、周囲の温度変動に敏感に反応することから、輻射熱を受ける部分と受けない部分との追従性が良く、検出精度がさらに改善される。なお、第１の配線の面積及び形状は、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。
An infrared sensor device according to a third invention is the infrared sensor device according to the first or second invention, wherein the first wiring is arranged up to the periphery of the first thermal element and has a larger area than the second wiring. It is formed.
That is, in this infrared sensor device, the first wiring is arranged up to the periphery of the first thermal element and formed in a larger area than the second wiring. It is possible to block the infrared rays that are transmitted through the insulating film and irradiate the terminal support and the mounting substrate, and to block the radiant heat radiated from the terminal support and the mounting substrate, thereby suppressing the thermal effect on the insulating film. . Furthermore, the heat collection from the portion of the insulating film that absorbs infrared rays is improved, and the heat capacity is close to that of the portion of the insulating film where the infrared reflecting film is formed, so that the fluctuation error can be reduced. Therefore, since it reacts sensitively to ambient temperature fluctuations, the followability between the portion that receives radiant heat and the portion that does not receive radiant heat is good, and detection accuracy is further improved. In addition, it is preferable to set the area and shape of the first wiring so that the heat capacity is substantially equal to the portion of the insulating film where the infrared reflective film is formed.
第４の発明に係る赤外線センサ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記実装基板の裏面の略全面に金属箔が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、実装基板の裏面の略全面に金属箔が形成されているので、裏面側に局所的な熱が加わっても金属箔によって熱が分散されて第１の感熱素子側（吸収側）と第２の感熱素子側（反射側）との両方に一様に熱が伝わる。したがって、局所的な熱による実装基板の温度分布が生じ難くなり、輻射熱による温度分布のみが実装基板に残ることで、輻射熱以外による温度分布に起因する測定誤差を抑制することができる。
An infrared sensor device according to a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, a metal foil is formed on substantially the entire back surface of the mounting substrate.
That is, in this infrared sensor device, since the metal foil is formed on substantially the entire back surface of the mounting substrate, even if local heat is applied to the back surface side, the heat is dispersed by the metal foil and the first heat sensitive element side. Heat is uniformly transmitted to both the (absorption side) and the second thermal element side (reflection side). Therefore, the temperature distribution of the mounting board due to local heat is less likely to occur, and only the temperature distribution due to radiant heat remains on the mounting board, thereby suppressing measurement errors due to the temperature distribution due to other than radiant heat.
第５の発明に係る赤外線センサ装置は、第１から第４のいずれかの発明において、前記実装基板の表面に前記赤外線センサを囲んで設置され該赤外線センサの直上が開口した筒状の導光路部材を備えていることを特徴とする。
すなわち、この赤外線センサ装置では、実装基板の表面に赤外線センサを囲んで設置され該赤外線センサの直上が開口した筒状の導光路部材を備えているので、表面実装された赤外線センサに対して導光路部材が風防の役割と受光の指向性を出す役割との両方の役割を果たすことができる。
An infrared sensor device according to a fifth invention is the cylindrical light guide path according to any one of the first to fourth inventions, wherein the infrared light sensor is disposed on the surface of the mounting substrate so as to surround the infrared sensor and is opened directly above the infrared sensor. A member is provided.
In other words, the infrared sensor device includes a cylindrical light guide member that is installed on the surface of the mounting substrate so as to surround the infrared sensor and has an opening directly above the infrared sensor. The optical path member can serve as both a windshield and a light receiving directivity.
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装置によれば、実装用端子の支持凸部が、対応する第１の配線及び第２の配線に接続されていると共に、端子支持体と絶縁性フィルムとの間に間隔を設けて絶縁性フィルムを支持しているので、絶縁性フィルムを固定する部分からの熱伝導による影響を極力低減することができる。また、実装基板の配線との電気的接続を表面実装により実装用端子で直接行うことができると共に、リード線による熱バランスの崩れも無い。
さらに、実装用端子の下部が、端子支持体の下面よりも下方に突出して設けられ、実装基板と端子支持体との間に隙間が形成された状態で赤外線センサが実装基板上に実装されているので、実装基板からの伝導熱の影響も抑制することができる。したがって、絶縁性フィルムと端子支持体との間と、端子支持体と実装基板との間との２つの隙間で、感熱素子を設けた絶縁性フィルムが２段階で浮いた状態となり、背面側（一方の面側）との熱的な絶縁性が向上する。
したがって、高精度な温度測定ができると共に、ＳＭＤタイプの赤外線センサとして容易に実装基板に表面実装ができ、ガラスエポキシ基板等の実装基板への実装自動化も可能になり、高い量産性を有することができる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the infrared sensor device of the present invention, the support convex portions of the mounting terminals are connected to the corresponding first wiring and second wiring, and between the terminal support and the insulating film. Since the insulating film is supported with a gap therebetween, the influence of heat conduction from the portion where the insulating film is fixed can be reduced as much as possible. In addition, the electrical connection with the wiring of the mounting board can be performed directly by the mounting terminals by surface mounting, and there is no loss of heat balance due to the lead wires.
Furthermore, the lower part of the mounting terminal is provided so as to protrude below the lower surface of the terminal support, and the infrared sensor is mounted on the mounting board with a gap formed between the mounting board and the terminal support. Therefore, the influence of conduction heat from the mounting substrate can also be suppressed. Therefore, in the two gaps between the insulating film and the terminal support and between the terminal support and the mounting substrate, the insulating film provided with the heat sensitive element is floated in two stages, and the back side ( The thermal insulation with one surface side is improved.
Therefore, it is possible to measure temperature with high accuracy, and can be easily surface-mounted on a mounting board as an SMD type infrared sensor, and can be automatically mounted on a mounting board such as a glass epoxy board, and has high mass productivity. it can.
以下、本発明に係る赤外線センサ装置の一実施形態を、図１から図６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。 Hereinafter, an embodiment of an infrared sensor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
本実施形態の赤外線センサ１は、図１から図３に示すように、絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の一方の面（下面又は背面）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の第１の配線４Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性の第２の配線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９と、一方の面側に配された樹脂製の端子支持体５と、端子支持体５に設けられ下部が端子支持体５の下部に配された複数の実装用端子６とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
上記実装用端子６は、例えば錫めっきされた銅合金で形成されている。この実装用端子６は、端子支持体５の上部まで延在して上方に突出した支持凸部６ａを有し、該支持凸部６ａが、対応する第１の配線４Ａ及び第２の配線４Ｂに接続されていると共に、端子支持体５と絶縁性フィルム２との間に間隔を設けて該絶縁性フィルム２を支持している。
The mounting
また、実装用端子６の下部６ｂは、端子支持体５の下面よりも下方に突出して設けられている。すなわち、実装用端子６は、上部の支持凸部６ａから下方に向けて延在し、下部６ｂが端子支持体５の下面よりも下方に突出していると共に、さらに下部６ｂが側方に向けて屈曲し突出しており、全体としてＬ字状に形成されている。
実装用端子６は、端子支持体５の四隅にそれぞれ配置され、インサート成形や嵌め込み等によって端子支持体５内に組み込まれている。
Further, the
The mounting
上記端子支持体５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の樹脂で形成されており、図１や図４に示すように、絶縁性フィルム２の少なくとも外縁部に沿った枠状に形成されている。すなわち、この端子支持体５は、絶縁性フィルム２の外縁部に沿った外枠部分と、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの中間部分を横切る中間枠部とで構成されている。
The
上記第１の配線４Ａは、図１及び図２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９と略同じ四角形状に設定されている。すなわち、第１の配線４Ａの面積及び形状は、絶縁性フィルム２の赤外線反射膜９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。なお、図１及び図２において、配線部分と赤外線反射膜９とをハッチングで図示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、第１の配線４Ａと赤外線反射膜９とは、平面視において端子支持体５の枠内を塞ぐ形状とされている。すなわち、図１の（ａ）（ｃ）に示すように、絶縁性フィルム２の上方側から視た際（平面視）に、一対で外形状が赤外線反射膜９と略同じ四角形状に設定されている第１の配線４Ａと赤外線反射膜９とで、端子支持体５の上部における枠内の略全体を塞いでいる。
The first wiring 4 </ b> A and the
また、一対の第１の配線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８Ａが接続されている。
これら第１の端子電極８Ａ及び第２の端子電極８Ｂは、対応する支持凸部６ａに半田等の導電性接着剤で接着されて電気的に導通されている。
The pair of
The first
また、一対の第２の配線４Ｂは、線状又は帯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８Ｂ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の電極３ａが半田等の導電性接着剤で接着される。
Further, the pair of
Note that the
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９、第１の配線４Ａ及び第２の配線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９、第１の配線４Ａ及び第２の配線４Ｂとが銅箔で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。
The insulating
さらに、上記赤外線反射膜９は、図１の（ａ）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、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。
この赤外線反射膜９は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成され、上述したように、銅箔上に金メッキ膜が施されて形成されている。なお、金メッキ膜の他に、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９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。
Further, as shown in FIG. 1A, the infrared reflecting
The
上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、図３に示すように、両端部に電極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。
The first heat
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。
In particular, in the present embodiment, the first
次に、本実施形態の赤外線センサ１を備えた赤外線センサ装置１０について、図５及び図６を参照して説明する。
Next, an
この赤外線センサ装置１０は、表面に複数の基板側配線１４Ａ，１４Ｂがパターン形成された実装基板１２と、該実装基板１２の表面に実装され対応する実装用端子６と基板側配線１４Ａ，１４Ｂとが接続された上記赤外線センサ１と、実装基板１２の表面に赤外線センサ１を囲んで設置され該赤外線センサ１の直上が開口した角筒状の導光路部材１６と、基板側配線１４Ａ，１４Ｂに一端が接続された３本のリード線１５とを備えている。
The
上記実装基板１２は、ガラスエポキシ基板であって、裏面の略全面に銅箔等の金属箔１２ａが形成されている。なお、取付用孔などが形成されている場合や裏面側にリード線１５の接続部分が設けられている場合は、それらの部分を除いた裏面全面に金属箔１２ａが形成されている。
上記リード線１５は、実装基板１２の端部まで配された各基板側配線１４Ａ，１４Ｂの端部と半田等の導電性接着剤で接続されている。
上記導光路部材１６は、アルミニウムなどの金属、あるいは樹脂（例えばＰＰＳ等の高耐熱性樹脂）で形成されている。
The mounting
The
The
上記基板側配線１４Ａ，１４Ｂは、一対の第１の配線４Ａに接続される一対の第１の基板側配線１４Ａと、一対の第２の配線４Ｂに接続される一対の第２の基板側配線１４Ｂとを有している。
一対の第１の基板側配線１４Ａと一対の第２の基板側配線１４Ｂとは、互いに同じ線幅及び厚さであると共に一対の合計長さが互いに同一に設定されている。
The substrate-
The pair of first substrate-
すなわち、図５に示すように、一対の第１の基板側配線１４Ａの一方の長さＬ１と他方の長さＬ３との合計が、一対の第２の基板側配線１４Ｂの一方の長さＬ２と他方の長さＬ４との合計と同じになるように、一対の第２の基板側配線１４Ｂの一方と一対の第１の基板側配線１４Ａの他方とをそれぞれミアンダ状に折り返し屈曲させて長く設定している。例えば、一対の第２の基板側配線１４Ｂの他方の長さＬ４を短くした場合、熱の逃げが大きくなるので、第１の感熱素子３Ａ側（吸収側）に熱がこもったようになり、表面の温度分布が変わってしまう。これに対して、長さＬ３と長さＬ４とを同じにすると共に、長さＬ１と長さＬ２とを同じにすることで、熱をそれぞれの配線から均一に逃がすことができる。その結果、輻射熱による温度分布のみが表面に残ることになる。
That is, as shown in FIG. 5, the total length of one length L1 and the other length L3 of the pair of first
なお、一対の第１の基板側配線１４Ａの一方と一対の第２の基板側配線１４Ｂの一方とはコモン配線であって基点で接続され、１本のリード線１５に接続されている。したがって、一対の第１の基板側配線１４Ａの一方の長さＬ１と一対の第２の基板側配線１４Ｂの一方の長さＬ２とは、互いに接続される基点からの長さである。
Note that one of the pair of first substrate-side wirings 14 </ b> A and one of the pair of second substrate-side wirings 14 </ b> B are common wirings connected at a base point and connected to one
このように本実施形態の赤外線センサ装置１０では、実装用端子６の支持凸部６ａが、対応する第１の配線４Ａ及び第２の配線４Ｂに接続されていると共に、端子支持体５と絶縁性フィルム２との間に間隔を設けて該絶縁性フィルム２を支持しているので、金属筐体ではなく複数の実装用端子６によって絶縁性フィルム２が実装基板１２及び端子支持体５から浮いた状態で支持されている。
As described above, in the
また、樹脂製の端子支持体５は、複数の実装用端子６を支えると共に絶縁性フィルム２を実装基板１２から離して空中に持ち上げておくためのものである。このように、実装用端子６の支持凸部６ａのみが絶縁性フィルム２に接触しており、実装用端子６が電気的接続と絶縁性フィルム２の支持との両方の機能を有することで、表面実装を可能にすると共に絶縁性フィルム２を固定する部分からの熱伝導による影響を極力低減することができる。
The resin-made
また、端子支持体５が絶縁性フィルム２に直接接触していないと共に樹脂製であるため、従来の金属筐体に比べて端子支持体５からの影響も極めて小さくすることができる。さらに、実装基板１２の基板側配線１４Ａ，１４Ｂとの電気的接続を表面実装により実装用端子６で直接行うことができると共に、リード線１５が絶縁性フィルム２に接続されておらず、リード線１５による放熱や熱バランスの崩れも防ぐことができる。
Further, since the
さらに、実装用端子６の下部６ｂが、端子支持体５の下面よりも下方に突出して設けられ、実装基板１２と端子支持体５との間に隙間が形成された状態で赤外線センサ１が実装基板１２上に実装されているので、実装基板１２上に表面実装した状態で実装基板１２と端子支持体５との間に隙間が形成され直接接触しないことで実装基板１２からの伝導熱の影響も抑制することができる。したがって、絶縁性フィルム２と端子支持体５との間と、端子支持体５と実装基板１２との間との２つの隙間で、感熱素子３Ａ，３Ｂを設けた絶縁性フィルム２が２段階で浮いた状態となり、背面側（一方の面側）との熱的な絶縁性が向上する。
Further, the
また、端子支持体５が、絶縁性フィルム２の少なくとも外縁部に沿った枠状に形成され、絶縁性フィルム２の外縁部に沿った外枠部と、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの中間部分を横切る中間枠部とで構成されているので、入射された赤外線の一部が絶縁性フィルム２を透過しても、大部分は端子支持体５の枠内を通過し端子支持体５には吸収されないため、赤外線によって端子支持体５が温度変化することを防ぐことができる。
Further, the
また、第１の配線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４Ｂよりも大きな面積で形成されているので、大きな面積の第１の配線４Ａが、絶縁性フィルム２を透過して端子支持体５や実装基板１２に照射される赤外線を遮断すると共に端子支持体５や実装基板１２から放射される輻射熱を遮断して絶縁性フィルム２への熱影響を抑制することができる。さらに、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９が形成された部分と熱容量が近づくので、温度変動誤差を小さくすることができる。したがって、周囲の温度変動に敏感に反応することから、輻射熱を受ける部分と受けない部分との追従性が良く、検出精度がさらに改善される。
In addition, since the
本実施形態の赤外線センサ装置１０では、赤外線センサ１が実装基板１２に実装されているので、表面実装された赤外線センサ１を実装基板１２と共に取り付けすることができる。
また、実装基板１２の裏面の略全面に金属箔１２ａが形成されているので、図６に示すように、裏面側に局所的な熱Ｈが加わっても金属箔１２ａによって熱Ｈが分散されて第１の感熱素子３Ａ側（吸収側）と第２の感熱素子３Ｂ側（反射側）との両方に一様に熱Ｈ１，Ｈ２が伝わる。したがって、局所的な熱Ｈによる実装基板１２の温度分布が生じ難くなり、輻射熱による温度分布のみが実装基板１２に残ることで、輻射熱以外による温度分布に起因する測定誤差を抑制することができる。
In the
Further, since the
さらに、一対の第１の基板側配線１４Ａと一対の第２の基板側配線１４Ｂとが、互いに同じ線幅及び厚さであると共に一対の合計長さが互いに同一に設定されているので、熱がそれぞれの基板側配線１４Ａ，１４Ｂから均一に逃げて輻射熱による温度分布のみが表面に残る。したがって、基板側配線１４Ａ，１４Ｂによる熱バランスの崩れが抑制され、第１の感熱素子３Ａ側（吸収側）と第２の感熱素子３Ｂ側（反射側）との両方に均等に熱が伝わって高精度な温度測定が可能になる。
また、実装基板１２の表面に赤外線センサ１を囲んで設置され該赤外線センサ１の直上が開口した筒状の導光路部材１６を備えているので、表面実装された赤外線センサ１に対して導光路部材１６が風防の役割と受光の指向性を出す役割との両方の役割を果たすことができる。
Further, since the pair of first
Further, since the cylindrical
なお、本発明の技術範囲は上記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。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、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。 For example, in the above embodiment, the first heat-sensitive element detects heat conducted from the insulating film that directly absorbs infrared rays. However, the first heat-sensitive element directly absorbs infrared rays on the insulating film immediately above the first heat-sensitive element. A film may be formed. In this case, the infrared absorption effect in the first thermal element is further improved, and a better temperature difference between the first thermal element and the second thermal element can be obtained. That is, the infrared absorption film absorbs infrared rays due to radiation from the object to be measured, and the temperature of the first thermosensitive element immediately below is obtained by heat conduction through the insulating film from the infrared absorption film that absorbs infrared rays and generates heat. May be changed.
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％含有するホウケイ酸ガラス膜など）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、赤外線吸収膜を設ける場合は、赤外線反射膜側の熱容量と略等しくなるように各配線膜を含めて面積や形状を設定する必要がある。
This infrared absorbing film is formed of a material having an infrared absorption rate higher than that of the insulating film. For example, a film containing an infrared absorbing material such as carbon black or an infrared absorbing glass film (borosilicate containing 71% silicon dioxide). A material formed of a glass film or the like can be used. In particular, the infrared absorbing film is preferably an antimony-doped tin oxide (ATO) film. This ATO film has better infrared absorption and light resistance than carbon black or the like. In addition, since the ATO film is cured with ultraviolet rays, it has a high adhesive strength and is less likely to be peeled off than carbon black or the like.
In addition, it is preferable to form this infrared rays absorption film so that this may be covered with a larger size than a 1st thermal element. Moreover, when providing an infrared absorption film, it is necessary to set an area and a shape including each wiring film so as to be approximately equal to the heat capacity on the infrared reflection film side.
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。
Moreover, although the 1st thermal element and the 2nd thermal element of a chip | tip thermistor are employ | adopted, you may employ | adopt the 1st thermal element and the 2nd thermal element which were formed with the thin film thermistor.
As the thermal element, a thin film thermistor or a chip thermistor is used as described above, but a pyroelectric element or the like can be used in addition to the thermistor.
１…赤外線センサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４Ａ…第１の配線、４Ｂ…第２の配線、５…端子支持体、６…実装用端子、６ａ…支持凸部、９…赤外線反射膜、１０……赤外線センサ装置、１２…実装基板、１２ａ…金属箔、１４Ａ…第１の基板側配線、１４Ｂ…第２の基板側配線、１６…導光路部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数の実装用端子を備えて前記実装基板の表面に実装され対応する前記実装用端子と前記基板側配線とが接続された赤外線センサとを備え、
前記赤外線センサが、絶縁性フィルムと、
前記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、
前記第１の感熱素子に接続された第１の配線及び前記第２の感熱素子に接続された第２の配線と、
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、
前記一方の面側に配された樹脂製の端子支持体と、
前記端子支持体に設けられ下部が前記端子支持体の下部に配された複数の前記実装用端子とを備え、
前記実装用端子が、前記端子支持体の上端より上方に突出した支持凸部を有し、前記支持凸部が、対応する前記第１の配線及び前記第２の配線に接続されていると共に、前記端子支持体と前記絶縁性フィルムとの間に間隔を設けて前記絶縁性フィルムを支持し、
前記支持凸部の先端が、前記絶縁性フィルムの一方の面に当接した状態で前記端子支持体と前記絶縁性フィルムとの間に隙間を設けて前記絶縁性フィルムを支持し、
前記実装用端子の下部が、前記端子支持体の下面よりも下方に突出して設けられ、
前記実装基板と前記端子支持体との間に隙間が形成された状態で前記赤外線センサが前記実装基板上に実装され、
前記端子支持体が、内側が上下に貫通した枠状とされていることを特徴とする赤外線センサ装置。 A mounting board having a plurality of substrate-side wiring patterns formed on the surface;
An infrared sensor provided with a plurality of mounting terminals and mounted on the surface of the mounting substrate and correspondingly connected to the mounting terminals and the substrate-side wiring;
The infrared sensor, an insulating film;
A first thermal element and a second thermal element provided on one surface of the insulating film so as to be spaced apart from each other;
A first wiring connected to the first thermal element and a second wiring connected to the second thermal element;
An infrared reflecting film provided on the other surface of the insulating film facing the second thermosensitive element;
A resin-made terminal support disposed on the one surface side;
A plurality of the mounting terminals provided on the terminal support, the lower part being arranged at the lower part of the terminal support;
The mounting terminal has a support protrusion protruding upward from the upper end of the terminal support, and the support protrusion is connected to the corresponding first wiring and second wiring, A space is provided between the terminal support and the insulating film to support the insulating film,
The tip of the support convex portion is in contact with one surface of the insulating film to support the insulating film by providing a gap between the terminal support and the insulating film ,
The lower portion of the mounting terminal is provided to protrude downward from the lower surface of the terminal support,
The infrared sensor is mounted on the mounting substrate in a state where a gap is formed between the mounting substrate and the terminal support,
An infrared sensor device , wherein the terminal support has a frame shape whose inside is vertically penetrated .
前記端子支持体が、前記絶縁性フィルムの少なくとも外縁部に沿った枠状に形成され、前記絶縁性フィルムの外縁部に沿った外枠部と、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子との中間部分を横切る中間枠部とで構成されていることを特徴とする赤外線センサ装置。 The infrared sensor device according to claim 1,
The terminal support is formed in a frame shape along at least an outer edge portion of the insulating film, an outer frame portion along the outer edge portion of the insulating film, the first thermal element, and the second thermal element. An infrared sensor device comprising an intermediate frame portion that crosses an intermediate portion with an element.
前記第１の配線が、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装置。 In the infrared sensor device according to claim 1 or 2,
The infrared sensor device according to claim 1, wherein the first wiring is arranged up to the periphery of the first thermal element and has a larger area than the second wiring .
前記実装基板の裏面の略全面に金属箔が形成されていることを特徴とする赤外線センサ装置。 In the infrared sensor device according to any one of claims 1 to 3,
An infrared sensor device, wherein a metal foil is formed on substantially the entire back surface of the mounting substrate.
前記実装基板の表面に前記赤外線センサを囲んで設置され該赤外線センサの直上が開口した筒状の導光路部材を備えていることを特徴とする赤外線センサ装置。 In the infrared sensor device according to any one of claims 1 to 4,
An infrared sensor device comprising a cylindrical light guide member which is installed on the surface of the mounting substrate so as to surround the infrared sensor and has an opening directly above the infrared sensor.
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