KR101198535B1 - 초전형 적외선 검출기 - Google Patents

Abstract

2차 실장용의 플랜지 구조를 구비하고, 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것이 가능한 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기를 제공한다.
본 초전형 적외선 검출기는, 2차 실장용의 플랜지 구조를 구비하고, 낮은 높이를 실현하기 때문에, 표면 실장을 가능하게 하기 위한 패턴이 형성되고 있다. 초전형 적외선 센서 소자, FET, 저항, 고주파 노이즈 대책용의 저항, 콘덴서가, 탑재된 상층 베이스로부터, 스루홀에 의해 하층 베이스까지 접속되고 있다. 하층 베이스 표면에는, 2차 실장용으로 금속막에서 형성된 패턴을 구비하고, 전기적으로 접속시키고, 기계적으로 고정 할 수 있도록 하고 있다.

Description

초전형 적외선 검출기{PYROELECTRIC INFRARED DETECTOR}

본 발명은, 초전형 적외선 검출기의 구조에 관한 것으로, 경제성이 우수한 표면 실장이 가능한 패키지이다. 패키지의 쉴드(shield)성을 향상시킨 초전형 적외선 검출기, 및 소자 수납부 사이즈가 4.7*4.7*2.2 mmt 미만으로 수납하는 것이 가능하고, 또한 2차 실장시에 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것을 목적으로 하는 실장 방법으로의 대응이 가능하게 하기 위한 도 7의 플랜지 구조를 구비 함으로써, 실장성, 경제성이 우수한 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기에 관한 것이다.

종래의 표면 실장형 초전형 적외선 검출기는, 특허 문헌 1에서 제안되고 있는 2차 실장시 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것을 목적으로 하는 표면 실장이 가능한 초전형 적외선 검출기가 있다.

특허 문헌 1의 표면 실장형 초전형 적외선 검출기는 도 1, 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 광학 필터(2)를 구비한 금속캔(1)과, 세라믹 기판(3)으로 구성되는 표면 실장형 초전형 적외선 검출기의 세라믹 기판 최하층에 설치된 표면 실장이 가능한 출력 취출용 패턴에, 납땜 가능한 도금 처리된 코바르(kovar) 등의 스트레이트형 금속 리드(5) 또는 도 5의 포밍식의 금속 리드(9)가 도 4와 같이 납땜 등으로 장착되고 있다.

상기, 스트레이트형 금속 리드(5) 또는 포밍식 금속 리드(9)는 리드 프레임 상태로 세라믹 기판과 은납 등의 고융점의 납 재질로 도 5와 같이 납땜되고, 납땜 이후 리드 프레임을 컷 함으로써, 형성되고 있다.

하지만, 리드 프레임을 구비하는 구조의 경우, 금속 리드를 세라믹 기판 제작 후, 별도 공정으로 납땜할 필요가 있어, 비용이 높아진다고 하는 문제가 있다. 또한, 초전형 적외선 검출기 조립시, 리드 컷, 리드 교정 등의 공정이 필요하여, 공정수가 소요된다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허출원 제2010-174890호

본 발명은, 이 과제를 해결하는 것으로, 표면 실장이 가능한 간소화된 구조를 구비하고, 쉴드성이 우수하며, 소자 수납부의 패키지 사이즈가 4.7*4.7*2.2 mmt 미만으로 납입하는 것이 가능하고, 또한 제조 공정을 간소화 함으로써, 경제성이 뛰어난 초전형 적외선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태와 관련되는 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기는, 초전형 적외선 센서 소자, FET, 게이트 저항 등을 실장한 표면 실장형 세라믹 패키지 기판과, 광학 필터를 구비한 금속캔을, 납땜 기술에 의해 전기적 접속 또는 기계적 고정한 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기에 있어서, 표면 실장형 세라믹 기판에 2차 실장용의 플랜지 구조를 구비한다. 또한, 본 발명의 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기는, 플랜지 구조부를 제외한 소자 수납부의 사이즈가, 4.7*4.7*2.2 mmt 미만이 된다. 베이스부의 최하부는, 2차 실장시, 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것을 가능하게 하기 위한 플랜지 구조를 구비하고, 도 7과 같이 플랜지부 상면으로, 2차 실장이 가능한 출력 취득용 단자(6)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스부는, 최상면에 소자와 신호 처리용 회로 부품을 탑재하는 메탈 패턴, 광학 필터를 구비한 금속캔과 접합하기 위한 메탈 패턴을 구비하고, 베이스 최상면에는, 초전소자의 출력을 좋은 효율로 얻기 위해 필요한, 소자-베이스 간의 공간을 설치하는 것이 가능한 캐비티, 또는 소자의 양단을 지지하는 지지대 구조를 구비한다.

또한, 몇 개의 층에 광학 필터를 구비한 금속캔과 접합하기 위한 메탈 패턴과, 스루홀, 및 측면 메탈라이즈로 접속된 전면 그라운드층을 구비한다.

아울러, 베이스부 최하층의 적어도 하나의 변으로 플랜지 구조를 구비하고, 그 플랜지 구조 상면으로, 출력 취출용 단자를 형성하며, 2차 실장 기판과 납땜 등에 의해 전기적 접속, 기계적 고정이 가능해지는 구조를 구비한다.

적외선을 수광하여 적외선 입사량의 변화에 따라 전하를 생성하는 초전소자, 및 초전소자에 의해 발생한 전하를 전압으로 변환하는 FET, 저항, 및 콘덴서가, 상기 베이스부로의 패턴 배선에 의해 전기적 접속된 구조체에서, 상기 베이스부는, 높이 0.8 mm미만의 구조체로 하고, 광학 필터를 구비한 금속캔의 높이를 1.7 mm미만의 형상체로서 상기 베이스부와 상기 광학 필터를 구비한 금속캔을 조합한 토탈 높이 치수를 2.2 mm 미만으로 격납한 구조체로 한다.

상기 초전형 적외선 센서 소자는, 강유전체의 표면에, 전극을 설치하는 것을 사용한다. 단, 본 발명의 초전형 적외선 검출기는, 약 260℃의 리플로우 처리에 견딜 수 있는 높은 퀴리 온도를 구비한 초전특성 소자를 사용한다.

또한, 상기 금속캔의 적외선 수광창부에 적외선을 투과시키는 광학 필터를 접착한 구조체로 한다.

상기 베이스, 광학 필터를 구비한 금속캔은, 용접 또는 납땜에 의해 접합하고, 기밀하게 밀봉된다. 이와 같이 기밀하게 밀봉 함으로써, 상기 베이스, 광학 필터를 구비한 금속캔의 전기적 접합이 이루어진 초전형 적외선 검출기의 패키지가 된다.

상기 베이스가 세라믹 만으로 구성되기 때문에, 금속 리드를 세라믹 기판 제작 후 별도 공정으로 납땜할 필요가 없어지고, 또한 초전형 적외선 검출기의 실장 공정에서도, 리드 컷 공정, 리드 교정의 공정이 불필요하게 되어, 공정수를 줄일 수 있다.

본 발명의 초전형 적외선 검출기는, 상기와 같은 구성을 함으로써, 실장 기판과 초전형 적외선 검출기의 토탈 높이를 낮게 하는 것을 목적으로 하는 2차 실장용 플랜지 구조를 구비하고, 쉴드성이 우수하며, 소형 패키지로 함으로써, 경제성이 뛰어난 초전형 적외선 검출기를 제공하는 것이 가능하다.

또한, 본 초전형 적외선 검출기는, 상기 금속캔과 광학 필터로 접착된 구조를 구비하고 있기 때문에, 금속캔의 높이, 및 적외선 수광창이 되는 금속캔의 개구부 사이즈는, 베이스부의 패키지 사이즈에 의존하지 않고 임의의 사이즈로의 변경이 가능한 것으로부터, 용이하게 원하는 시야를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 특허 문헌 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기를 나타내는 사시 외관도이다.
도 2는 종래의 특허 문헌 1과 관계되는 다른 형태의 초전형 적외선 검출기를 나타내는 사시 외관도이다.
도 3는 종래의 특허 문헌 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기를 나타내는 기판 실장 개략도이다.
도 4는 종래의 특허 문헌 1과 관련되는 포밍된 리드의 초전형 적외선 검출기를 나타내는 외관도이다.
도 5는 종래의 특허 문헌 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기에서, 이면 리드부를 나타내는 외관도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기를 나타내는 사시 외관도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기를 나타내는 기판 실장 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기 기판 실장시의 땜납을 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 다른 형태의 초전형 적외선 검출기 기판 실장 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1과 관련되는 다른 형태의 초전형 적외선 검출기 기판 실장시의 땜납을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예 1

실시예 1과 관련되는 초전형 적외선 검출기에 대해, 도 6, 도 7, 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 초전형 적외선 검출기의 베이스부는, 상층 기판, 중층 기판, 하층 기판의 3층으로 구성되고, 상층 기판, 중층 기판은, 소자 수납부 베이스 부분이 되며, 하층 기판은, 2차 실장이 가능한 플랜지 구조부로 이루어진다.

상층 기판(3)은, 1층 이상의 층으로 구성되는 세라믹 기판으로, 초전형 적외선 센서 소자(14)의 출력을 좋은 효율로 얻기 위해 필요한 소자-상층 기판 간의 공간을 설치하는 것이 가능한 캐비티(15)를 구비하는 구조이고, 상층 기판(3) 최상면에 금속막에 의해 형성된 배선상으로 초전형 적외선 센서 소자(14)에 의해 발생한 전하를 전압으로 변환하는 FET(11), 저항기(12), 외래 노이즈 제거용의 저항기(10) 및 콘덴서(13)가, 땜납 등에 의해 부품 실장되어 전기적 접속되고 있다.

또한, 상기 상층 기판(3) 상의 금속막 배선 상에는 내부 탑재 전자 부품 실장시의 전기적인 패턴 쇼트 방지를 위한, 절연 보호막을 설치하여도 무방하다.

초전형 적외선 센서 소자(14)는, 상층 기판(3)의 캐비티(16)에 브릿지를 걸도록 설치하고, 도전성 접착제 등에 의해 전기적으로 접속, 기계적으로 고정되고 있다.

중층 기판(7)은, 1층 이상의 층으로 구성되는 세라믹 기판으로, 쉴드성을 얻기 위해, 스루홀 및, 배선을 제외한 전면으로, 금속막에 의해 형성된 쉴드 패턴을 실시하고 있다.

하층 기판(8)은, 1층 이상의 층으로 구성되는 세라믹 기판으로, 도 7과 같이 상층 기판, 중층 기판이 서로 마주 보는 2 변으로 돌출되는 구조(이하, 플랜지 구조라고 한다)를 구비한다.

상기 플랜지 구조의 표면에는, 스루홀 등 배선 패턴에 의해, 상층 기판의 배선과 전기적으로 접속된 출력 취출 모양의 패턴(6)이 형성되고 있다.

여기에서는, 플랜지 구조는, 서로 마주 보는 2 변 방향에 돌출되는 것으로 하고 있지만, 적어도 하나의 변 이상의 플랜지 구조를 구비 함으로써, 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것을 가능으로 하는 구조가 된다.

상술과 같은 플랜지 구조를 구비 함으로써, 도 8에 도시한 바와 같은, 2차 실장시 실장 기판 저면으로부터 초전형 적외선 검출기 높이를 포함한 총 높이를 낮게 하는 것을 목적으로 하는 실장 방법이 가능해진다.

이와 같은 플랜지 구조를 구비 함으로써, 2차 실장시, 땜납에 의한 전기적 접속, 기계적 고정을 실시한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 하층 기판(8)의 측면으로 땜납에 의한 피렛트가 형성되어 기계적 강도가 증가하는 구조로 하고 있다.

또한, 하층 기판(8)의 하면(17)에는, 쉴드성을 얻기 위해, 금속막에 의해 형성된 쉴드 패턴을 설치하고 있고, 이 쉴드 패턴은, 설치 가능한 에리어 전면에 설치하고 있다.

또한, 실시예 1의 다른 형태로서 도 10에 도시한 바와 같이, 기판 상에 초전형 적외선 센서를 실장하는 것도 가능하다. 이 경우, 도 11에 도시한 바와 같이, 플랜지 구조와 동일하게, 하층 기판(8)의 측면으로 땜납에 의한 피렛트가 형성되어 기계적 강도가 증가하는 구조로 하고 있다.

적외선 수광면(상면)에 개구부를 구비한 하트형의 니켈, 금 등에 의해 도금 마무리된 금속캔(1)과 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(2)는, 내열성 접착제를 이용하여, 가압 상태에 의해 전기적으로 접속되고, 기계적으로 고정을 실시한다.

또한, 상기 상층 기판(3)은, 최상면에 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(2)를 적외선 수광면(상면)의 개구부에 구비한 하트형의 금속캔(1)과, 전기적으로 접속되고, 기계적으로 접속하기 위한 금속막 배선을 구비하고, 중층 기판에 형성된 전면 그랜드층과 스루홀, 및 측면의 메탈라이즈에 의해 접속되고 있다.

상층 기판(3)과, 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(2)를 적외선 수광면(상면)의 개구부에 구비한 하트형의 금속캔(1)의 플랜지(4)와의 사이에 납 재료를 삽입하고, 가압하면서 환원 분위기 하에서 리플로우하며, 납 재료를 용해 함으로써 전기적으로 접속시키고, 기계적으로 고정을 실시한다.

상기 납 재료는, 상기 상층 기판(3) 상의 금속막에 의해 형성된 배선 및 금속캔(1)의 플랜지(4)로의 양호한 젖는 성질을 나타내고, 2차 실장에서의 리플로우시에 용해하지 않는 융점을 가지는 납 재료를 사용한다.

또한, 상기 납 재료의 형상으로는, 시트 형상의 프리폼 솔더(Preform Solder)재, 또는 페이스트 형상의 납 재료를 사용한다.

또한, 실시예 1의 다른 형태로서 상층 기판(3)과, 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(21)를 적외선 수광면(상면)의 개구부에 구비한 하트형의 금속캔(1)의 플랜지(4)와의 접속을 납 재료에 의한 접속 대신에, 심(seam) 용접에 의한 것도 가능하다.

접합을 심 용접으로 실시할 때, 상층 기판(3)은, 최상면에 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(2)를 적외선 수광면(상면)의 개구부에 구비한 하트형의 금속캔(1)과 전기적 기계적으로 접속하기 위한 니켈, 금 등에 의해 도금 마무리된 실링(sealing)을 구비한 금속막 배선을 가지고, 중층 기판에 형성된 전면 그랜드층과 스루홀에 의해 접속되고 있고, 하층 기판에 출력 취출용 단자를 구비한다.

상술한 상층 기판(3)과, 원하는 적외선을 투과하는 광학 필터(2)를 적외선 수광면(상면)의 개구부에 구비한 하트형의 금속캔(1)의 플랜지(4)를 전극에 의해 삽입하고, 전극이 이동, 가압하면서 전류를 흘림으로써, 상층 기판(3) 상의 실링과 금속캔(1)의 플랜지(4)의 사이에 줄(joule)열을 발열 시킴으로써, 금속캔(1)의 플랜지(4)의 도금부와 상층 기판(3) 상의 실링의 도금부와의 접합 부분을 용착시켜 전기적으로 접속시키고, 기계적인 고정을 실시하는 심 용접으로 접합한다.

상술한 금속캔(1)의 플랜지(4)는, 심 용접에서 전극의 통과가 가능해지는 치수인 0.5 mm 이상으로 한다.

1 금속캔
2 광학 필터
3 상층 기판
4 플랜지
5 리드 단자
6 패턴
7 중층 기판
8 하층 기판
9 포밍형 금속 리드
10 저항
11 FET
12 저항
13 콘덴서
14 초전형 적외선 센서 소자
15 초전형 적외선 센서 소자 지지대
16 캐비티
17 하층 기판 이면
18 납
19 땜납 피렛트

Claims (2)

1. 초전형 적외선 센서 소자, FET, 게이트 저항 등을 실장한 표면 실장형 세라믹 패키지 기판과, 광학 필터를 구비한 금속캔을, 납땜 기술에 의해 전기적 접속 또는 기계적 고정한 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기에 있어서,
   베이스부를, 상층 기판, 중층 기판, 하층 기판의 3층으로 구성하고,
   상기 하층 기판이, 상기 상층 기판과 중층 기판이 서로 마주 보는 2 변 중 적어도 하나의 변으로 돌출되는 플랜지 구조부를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 실장형의 초전형 적외선 검출기.
2. 삭제

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