JPH0734334U - 赤外線アレイセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダミー素子を設けたり、赤外線センサ素子ご
とにアンプのゲインを調節したりすることなく、赤外線
センサ素子ごとの感度のばらつきの小さい赤外線アレイ
センサを提供する。 【構成】 複数の赤外線センサ素子をアレイ状に配列形
成した焦電体基板（素子基板）を回路基板５に搭載し、
各赤外線センサ素子１と回路基板５を半田バンプ４を介
して接続し、赤外線アレイセンサを作製する。回路基板
５に形成する半田バンプ４は、各赤外線センサ素子１の
焦電体基板８上での配列位置によって定まる熱抵抗の大
きさを考慮し、熱抵抗が大きくなる配列位置になるに従
い半田バンプ４の横断面形状を大きくする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、人体等の赤外線熱源を検知する赤外線アレイセンサに関するもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

図６には、赤外線アレイセンサの素子基板として機能する焦電体基板８が示さ れている。同図の（ａ）に示されるように、焦電体基板８の表面側には接地電極 ９が二次元アレイ状に配設されており、接地電極９は導体パターン３により接続 されており、焦電体基板８の一端側には接続部11が設けられている。また、同図 の（ｂ）に示されるように、焦電体基板８の裏面側には、電極２が接地電極９に 対応する位置に二次元アレイ状に複数配設されている。そして、接地電極９と電 極２とにより焦電体基板８を挟み込むことにより、赤外線アレイセンサ素子１が 形成され、焦電体基板８に赤外線センサ素子１が複数アレイ状に配列形成された 状態となっている。

【０００３】 このような焦電体基板８は、図５に示されるように、回路基板５上に搭載され ており、回路基板５上に形成された複数の半田バンプ４と、焦電体基板８の電極 ２とが、導電性樹脂18によって導通接続されており、それにより、各赤外線セン サ素子１と回路基板５は半田バンプ４を介して接続されている。また、焦電体基 板８の接続部11は、回路基板５に設けたグランド電位電極６と導電性接着剤10に よって導通接続されている。

【０００４】 図３には、赤外線アレイセンサを構成する各部品の斜視図が示されている。こ れらの各部品を用いて赤外線アレイセンサを組み込み作製するには、まず、回路 基板５の表面上に焦電体基板８と、複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）およ び複数の抵抗Ｒ_g を接続し、回路基板５の裏面にも複数のＦＥＴと複数のＲ_g を 接続する。これら各部品を接続した回路基板５の嵌合穴17に、ステム７のシャフ ト16を挿入し、回路基板５をステム７に装着する。一方、キャンケース12の窓13 にシリコンフィルタ14を嵌め込み、キャンケース12をステム７に被せて、各部品 を組み込み接続した回路基板５をキャンケース12内に収容し、ハーメチックシー ルにより密閉して赤外線アレイセンサを作製する。

【０００５】 図４には、前記赤外線アレイセンサの回路構成が示されている。この赤外線ア レイセンサは、各赤外センサ素子１に抵抗Ｒ_g が並列に接続され、一端側はグラ ンド電位と接続され、他端側はＦＥＴのゲートと接続されて、各赤外線センサ素 子１ごとに回路が形成される。この赤外線アレイセンサに熱源から赤外線が入射 され、焦電体基板８に配列した各赤外線センサ素子１が温度変化して、各素子１ から焦電流が流れると、抵抗Ｒ_g により電圧変換され、ＦＥＴによってインピー ダンス変換されて信号が出力され、アンプ（図示せず）によって信号が増幅され 、その信号に基づいて熱源が検知される。

【０００６】 ところで、熱源からの赤外線が赤外線センサ素子１に入射したときに、図２の （ａ）に示されるように、赤外線センサ素子１からの熱が、図の矢印のように焦 電体基板８を伝導して、赤外線センサ素子１の周り側に放出され、それにより、 各素子１の熱抵抗が幾分小さくなることが知られている。この熱抵抗が小さくな る割合は、素子１から熱が放出される割合によって異なるが、図２の（ａ）に示 されるような焦電体基板８の周り側は、空気等により覆われているため、素子１ からの熱は焦電体基板８の周り側には逃げにくく、図の素子１ａのように、四隅 にある赤外線センサ素子は熱が逃げにくいために、熱抵抗が小さくなる割合が小 さく、それに比べると、焦電体基板８の側面側にある赤外線センサ素子１ｂは熱 が逃げ易いために、熱抵抗が小さくなる割合が大きくなる。そして、焦電体基板 ８の中央側にある赤外線センサ素子１ｃは、さらに熱が逃げ易いために、熱抵抗 が小さくなる割合がさらに大きくなる。

【０００７】 このように、赤外線センサ素子１の焦電体基板８上での配列位置によって、熱 抵抗が小さくなる割合に違いが生じるため、赤外線センサ素子１の感度にも違い が生じ、熱抵抗が小さくなる割合が小さいもの、すなわち、熱抵抗が大きいもの は素子１の感度が高く、その逆に、熱抵抗の小さくなる割合が大きいもの、すな わち、熱抵抗が小さいものは素子１の感度が小さくなり、したがって、図２の赤 外線センサ素子１のうち焦電体基板８の四隅にある素子１ａは感度が高く、焦電 体基板８の側面側にある素子１ｂは感度が中位となり、焦電体基板８の中央側に ある素子１ｃは感度が低いものとなり、各赤外線センサ素子に感度のばらつきが 生じてしまう。

【０００８】 そのように、各素子１ごとに感度にばらつきが生じると、赤外線アレイセンサ による赤外線の検出が正確に行われないために、従来は、各赤外線センサ素子１ の検出信号をアンプ等により増幅するときに、各素子１の感度に対応させて、ア ンプのゲイン等を調節して素子１ごとに感度のばらつきがないようにしてから信 号処理を行っていた。

【０００９】 また、図７に示すように、赤外線センサ素子１が一次元アレイ状に配列したリ ニアアレイセンサにおいては、図の矢印のように熱が放出されることから、焦電 体基板８の両端側の素子１ｄは他の素子に比べて熱が逃げにくく、熱抵抗の小さ くなる割合が小さいことから、感度が他の素子に比べて高くなる。そのため、リ ニアアレイセンサにおいては、この素子１ｄはダミー素子として、この素子１ｄ で検出した信号は信号処理のときに除外して信号処理を行っていた。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図６で示したような二次元アレイセンサの場合、赤外線センサ 素子１ごとにアンプのゲイン等を調節して、赤外線センサ素子１で検出される感 度を揃えた後に信号処理を行うのは、非常に手間のかかる作業となり問題であっ た。また、図７で示したようなリニアアレイセンサの場合に、ダミー素子とした 赤外線センサ素子１ｄが無駄になってしまうばかりではなく、ダミー素子を配設 する分だけ焦電体基板８が大きくなってしまい問題であった。その上、このよう なリニアアレイセンサの場合は、素子１の数が多くなった場合には、焦電体基板 ８の両端側の素子１の感度を抑制するだけではあまり効果がなかった。

【００１１】 本考案は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は 、ダミー素子を設けたり、アンプのゲイン等を調節したりすることなく、各赤外 線センサ素子の感度をばらつきのないものとすることができる赤外線アレイセン サを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するためになされたものであり、次のように構成され ている。すなわち、本考案は、素子基板に複数の赤外線センサ素子がアレイ状に 配列形成され、各赤外線センサ素子と回路基板は半田バンプを介して接続されて いる赤外線アレイセンサにおいて、前記各赤外線センサ素子の素子基板上での配 列配置によって定まる熱抵抗の大きさを考慮し、熱抵抗が大きくなる配列位置に なるに従い赤外線アレイセンサを回路基板に接続する半田バンプの横断面形状を 大きくしたことを特徴として構成されている。

【００１３】

【作用】

上記構成の本考案において、各赤外線センサ素子の素子基板上での配列位置に よって定まる熱抵抗の大きさを考慮し、熱抵抗が大きくなる配列位置になるに従 い赤外線アレイセンサを回路基板に接続する半田バンプの横断面形状が大きくな っているために、例えば、熱が逃げにくいために熱抵抗が大きくなる赤外線セン サ素子と、回路基板を接続する半田バンプの横断面形状は大きく、半田バンプか ら熱が逃げ易くなっており、その逆に、熱が逃げ易いために熱抵抗が小さくなっ ている赤外線アレイセンサ素子と、回路基板を接続する半田バンプの横断面形状 は小さく、半田バンプから熱が逃げにくくなっている。すなわち、赤外線センサ 素子から熱が逃げにくい場合には、半田バンプから熱を多く逃がしてやり、赤外 線センサ素子から熱が逃げ易い場合には、半田バンプからはあまり熱を逃がさな いために、結果的に赤外線センサ素子と半田バンプとの両方から逃げる熱の割合 は同じようになり、各赤外線センサ素子の素子基板上での配列位置による、赤外 線センサ素子ごとの感度のばらつきは小さくなる。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。なお、本実施例の説明にお いて、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図 １には、本考案に係わる赤外線アレイセンサの一実施例に備えられた回路基板が 示されている。回路基板５上には、図６で示した焦電体基板８が搭載されるよう になっており、図２の（ａ）で示したように、焦電体基板８の各赤外線センサ素 子１に赤外線が入射したときに、各素子１から熱が放出されて、焦電体基板８の 四隅にある赤外線センサ素子１ａは他の１ｂ，１ｃに比べて熱抵抗が大きくなり 、焦電体基板８の側面側にある素子１ｂはそれに比べると熱抵抗が小さく、焦電 体基板８の中央側にある素子１ｃは素子１ａ，１ｂに比べてさらに熱抵抗が小さ くなるようになっている。

【００１５】 図１の（ａ）に示されるように、回路基板５上に形成された半田バンプ４は、 前記焦電体基板８の赤外線センサ素子１ａに対応する位置、すなわち、回路基板 の四隅にある半田バンプ４ａは横断面形状が大きく、赤外線センサ素子１ｂに対 応する位置、すなわち、回路基板５の側面側にある半田バンプ４ｂは横断面形状 が半田バンプ４ａに比べて小さくなっており、赤外線センサ素子１ｃに対応する 位置、すなわち、回路基板の中央側にある半田バンプ４ｃは、さらに、半田バン プ４ａ，４ｂに比べて横断面形状が小さくなっている。

【００１６】 すなわち、本実施例では、回路基板５に形成されている各半田バンプ４の横断 面形状が、焦電体基板８に配列形成した各赤外線センサ素子１ごとの熱抵抗の大 きさに合わせて、熱抵抗が大きくなる素子１ａに対応する位置の半田バンプ４ａ の横断面形状は大きく形成され、熱抵抗が中位になる素子１ｂに対応する位置の 半田バンプ１ｂの横断面形状は中位に形成され、熱抵抗が小さくなる１ｃに対応 する位置の半田バンプ４ｃの横断面形状は小さく形成されており、このように、 回路基板５上に搭載される焦電体基板８の各赤外線センサ素子１の焦電体基板８ 上での配列位置によって定まる熱抵抗の大きさを考慮し、熱抵抗が大きくなる配 列位置になるに従い、赤外線アレイセンサを回路基板５に接続する半田バンプ４ の横断面形状を大きくしたことが本実施例の特徴的なことである。

【００１７】 そして、図２の（ｂ）に示すように、半田バンプ４の横断面形状が大きい半田 バンプ４ａは熱が半田バンプ４ａを通り、回路基板側に放出され易く、横断面形 状が中位の半田バンプ４ｂは半田バンプ４ａよりも熱が放出されにくく、横断面 形状が小さい半田バンプ４ｃは、半田バンプ４ｂよりも、さらに、熱が放出され にくくなっている。

【００１８】 なお、図１の（ｂ）に示されるように、各半田バンプ４ａ〜４ｃの縦断面は同 じ高さとなっており、各半田バンプ４ｃと各赤外線センサ素子１は、従来例と同 様に、互いに同じ量の導電性樹脂18により導通接着され、図３に示したような作 製手順により、本実施例の赤外線アレイセンサが作製されている。

【００１９】 本実施例は、以上のように構成されており、次にその動作について説明する。 本実施例の赤外線アレイセンサにおいても、各赤外線センサ素子１は従来例と同 様に動作するが、本実施例では、各赤外線センサ素子１の熱抵抗の大きさを考慮 し、熱抵抗が大きくなる赤外線センサ素子１ａに対応する半田バンプ４ａはその 横断面形状が大きく、赤外線センサ素子１ａに比べて熱抵抗が小さい赤外線セン サ素子１ｂに対応する半田バンプ４ｂは、前記半田バンプ４ａよりも横断面形状 が小さく、さらに、それよりも熱抵抗が小さい赤外線センサ素子１ｃに対応する 半田バンプ４ｃは、さらに、その横断面形状が小さくなっており、赤外線センサ 素子１の熱抵抗が大きいものほど、その素子１と回路基板５とを接続する半田バ ンプ４から熱が逃げ易く、赤外線センサ素子１の熱抵抗が小さいものほど、その 素子１と回路基板５とを接続する半田バンプ４から放出される熱の割合が小さい ために、各赤外線センサ素子１と半田バンプ４の両方から放出される熱の割合は 、ほぼ等しくなり、結果的に、赤外線センサ素子ごとの熱抵抗のばらつきが低減 される。

【００２０】 本実施例によれば、上記動作により、各赤外線センサ素子１の焦電体基板上で の配列位置によって定まる熱抵抗の大きさのばらつきが低減されるために、従来 例のように、赤外線センサ素子の検出信号をアンプにより増幅するときに、赤外 線センサ素子ごとにゲインを調節するような面倒な手間をかけなくとも、各赤外 線センサ素子ごとの感度のばらつきを抑制することができる。

【００２１】 なお、本考案は、上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採 り得る。例えば、上記実施例では、縦横４個ずつ、合計16個の赤外線センサ素子 １が焦電体基板８に配列形成されていたが、赤外線センサ素子１の数や配列状態 は上記実施例に限定されることはなく、素子１の配列数は縦と横が同じ配列数で も構わないし、配列数が違っていても構わない。そして、赤外線センサ素子の配 列数や配列状態が変化した場合は、それらの各赤外線センサ素子１の焦電体基板 ８上での配列位置を定める熱抵抗の大きさを考慮して、回路基板５に形成される 半田バンプ４の横断面形状を適宜設定すればよい。

【００２２】 また、上記実施例では、赤外線センサ素子１が二次元アレイ状に配列形成され た赤外線センサとしたが、赤外線アレイセンサは、図７に示したように、赤外線 センサ素子１が一次元アレイ状に配列形成されたリニアアレイセンサでも構わな い。

【００２３】

【考案の効果】

本考案によれば、各赤外線センサ素子の素子基板上での配列位置によって定ま る熱抵抗の大きさを考慮し、熱抵抗が大きくなる配列位置になるに従い、赤外線 アレイセンサを回路基板に接続する半田バンプの横断面形状を大きくしたために 、赤外線センサ素子から熱が逃げにくいために熱抵抗が大きくなる赤外線センサ 素子と回路基板を接続する半田バンプの横断面形状が大きく、半田バンプから熱 が逃げ易くなっており、その逆に、赤外線センサ素子から熱が逃げ易いために熱 抵抗が小さい赤外線センサ素子と、回路基板を接続する半田バンプの横断面形状 が小さく、半田バンプからは熱が逃げにくくなっており、各赤外線センサ素子と 半田バンプとの両方から逃げる熱の割合を同じようにすることが可能となり、結 果的には、各赤外線センサ素子ごとの熱抵抗のばらつきが低減され、各赤外線セ ンサ素子ごとの感度のばらつきを小さくすることができる。

【００２４】 そして、赤外線センサ素子ごとの熱抵抗のばらつきに合わせて適宜半田バンプ の横断面形状を任意に設定することができるため、微妙な感度調整が可能となり 、しかも、赤外線アレイセンサを設計する段階で、各赤外線センサ素子ごとの感 度のばらつきを抑制することができ、そのため、従来のように、リニアアレイセ ンサにおいて、ダミー素子を設けたりする必要もなく、二次元アレイセンサにお いて、各赤外線センサ素子ごとの検出信号をアンプで増幅するときに、素子ごと にゲインを調整するといったような面倒な手間がかかることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係わる赤外線アレイセンサに備えられ
た回路基板５と半田バンプ４の配設状態を示す構成図で
ある。

【図２】二次元アレイセンサの各赤外線センサ素子１と
図１の半田バンプ４から熱が放出される状態をそれぞれ
示す説明図である。

【図３】赤外線アレイセンサの分解斜視図である。

【図４】赤外線アレイセンサの感度の説明図である。

【図５】従来の赤外線アレイセンサの要部を示す説明図
である。

【図６】赤外線センサ素子１を二次元アレイ状に配設し
た焦電体基板８を示す説明図である。

【図７】赤外線センサ素子１を一次元アレイ状に配設し
たリニアアレイセンサを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 赤外線センサ素子 ４ 半田バンプ ５ 回路基板 ８ 焦電体基板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子基板に複数の赤外線センサ素子がア
   レイ状に配列形成され、各赤外線センサ素子と回路基板
   は半田バンプを介して接続されている赤外線アレイセン
   サにおいて、前記各赤外線センサ素子の素子基板上での
   配列配置によって定まる熱抵抗の大きさを考慮し、熱抵
   抗が大きくなる配列位置になるに従い赤外線アレイセン
   サを回路基板に接続する半田バンプの横断面形状を大き
   くしたことを特徴とする赤外線アレイセンサ。