KR20140012697A - 적외선 센서 - Google Patents
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Abstract
경량이고 또한 안정적인 설치 상태가 얻어져, 회로 기판으로부터 떨어진 부분의 온도도 고정밀도로 검출할 수 있음과 함께 용이하게 장착할 수 있는 적외선 센서를 제공한다. 절연성 필름 (2) 과, 그 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 서로 이간시켜 형성된 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 와, 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 형성되어 제 1 감열 소자 (3A) 에 접속된 도전성의 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 에 접속된 도전성의 제 2 배선막 (4B) 과, 제 2 감열 소자 (3B) 에 대향하여 절연성 필름 (2) 의 타방의 면에 형성된 적외선 반사막 (6) 과, 절연성 필름의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터에 끼워넣을 수 있는 복수의 단자 전극 (7A, 7B) 과, 절연성 필름의 일방의 면에 있어서의 일단부에 첩부된 단부 보강판 (11) 과, 절연성 필름 타단부에 형성된 장착용 구멍 (2b) 을 구비하고 있다.
Description
본 발명은 측정 대상물로부터의 적외선을 검지하여 그 측정 대상물의 온도 등을 측정하는 적외선 센서에 관한 것이다.
FET 등의 스위칭 소자나 전해 콘덴서 등, 회로 기판 상의 전자 부품 (디바이스) 의 발열 상태를 검지하는 경우, 디바이스 근방의 회로 기판 상에 온도 센서를 설치하거나, 디바이스에 접속된 히트 싱크에 온도 센서를 설치하고, 회로 기판이나 히트 싱크의 온도로부터 간접적으로 소자 온도를 알 수 있는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 간접적으로 디바이스 등의 측정 대상물의 온도를 검출하기 때문에, 검출 오차가 커 고정밀의 검출이 어렵다.
한편, 종래, 측정 대상물로부터 방사되는 적외선을 비접촉으로 검지하여 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도 센서로서, 적외선 센서가 사용되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 복사기의 정착 장치에 사용되고 있는 가열 정착 롤러 등의 온도를 측정하는 온도 센서로서, 유지체에 설치한 수지 필름과, 그 수지 필름에 형성되어 유지체의 도광부를 통하여 적외선을 검지하는 적외선 검지용 감열 소자와, 수지 필름에 차광 상태로 형성되어 유지체의 온도를 검지하는 온도 보상용 감열 소자를 구비한 적외선 센서가 제안되어 있다. 이 적외선 센서에서는, 도광부의 내측면에 적외선 흡수막을 형성함과 함께, 수지 필름에 카본 블랙 등의 적외선 흡수 재료를 함유시켜 적외선의 흡수를 높이고 있다. 또, 이 적외선 센서에서는, 열전도율이 크고 열방사율이 작은 알루미늄 등의 금속 재료로 대략 블록 상으로 형성된 하우징인 유지체에 감열 소자가 내장되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 적외선 검지용 감열 소자와, 온도 보상용 감열 소자와, 이들을 밀착 고정시키는 수지 필름과, 적외선의 입사창측에 적외선 검지용 감열 소자를 배치함과 함께 적외선을 차폐하는 차폐부측에 온도 보상용 감열 소자를 배치한 프레임체를 갖는 케이스를 구비한 적외선 검출기가 제안되어 있다.
이 적외선 검출기에서는, 수지 필름에 카본 블랙 등의 적외선 흡수 재료를 함유시켜 적외선의 흡수를 높이고 있음과 함께, 적외선 검지용 감열 소자와 온도 보상용 감열 소자의 열구배를 없애기 위해 열 전도가 양호한 재료로 프레임체를 형성하고 있다. 또, 적외선 검지용 감열 소자 및 온도 보상용 감열 소자에는, 리드선이 서미스터에 접속된 래디얼 리드형 서미스터가 채용되어 있다. 또한, 이 적외선 검출기는, 수지 또는 금속으로 형성된 케이스에 감열 소자가 내장되어 있다.
이들 특허문헌 1 및 2 의 적외선 센서에서는, 수지 필름에 카본 블랙 등의 적외선 흡수 재료를 함유시킴과 함께 일방의 감열 소자측을 온도 보상용으로 차광하는 구조가 채용되어 있지만, 적외선 흡수 재료를 함유한 수지 필름의 열 전도가 높고, 적외선 검지용과 온도 보상용의 감열 소자 사이에서 온도차분이 발생하기 어렵다는 문제가 있었다. 또, 이들 감열 소자 사이에서 온도차분을 크게 하기 위해서는, 감열 소자간의 거리를 크게 할 필요가 있어, 전체 형상이 커져, 소형화가 곤란해지는 문제가 있다. 또한, 온도 보상용 감열 소자를 차광하는 구조를 케이스 자체에 형성할 필요가 있기 때문에, 고가가 되어 버린다. 또, 특허문헌 2 에서는, 열 전도가 양호한 프레임체를 채용하고 있기 때문에, 적외선 흡수막으로부터의 열도 방열되어 감도가 열화되는 문제가 있다. 또, 리드선이 접속된 래디얼 리드형이기 때문에, 서미스터와 리드선 사이에서 열의 공간 전도가 발생한다. 또한, 일방의 감열 소자에 대하여 적외선을 하우징으로 차광하는 구조를 채용하고 있지만, 적외선을 차단하고 있는 것만으로 차폐 부분이 적외선을 흡수하여, 차폐 부분의 온도가 변화되기 때문에 레퍼런스로서 불완전해지는 문제가 있었다.
그 때문에, 특허문헌 3 에 나타내는 바와 같이, 절연성 필름과, 그 절연성 필름의 일방의 면에 서로 이간시켜 형성된 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자와, 절연성 필름의 일방의 면에 형성되어 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자에 각각 접속된 복수 쌍의 도전성 배선막과, 제 1 감열 소자에 대향하여 절연성 필름의 타방의 면에 형성된 적외선 흡수막과, 제 2 감열 소자에 대향하여 절연성 필름의 타방의 면에 형성된 적외선 반사막을 구비하고 있는 적외선 센서가 개발되어 있다.
이 적외선 센서에서는, 적외선 흡수막을 형성한 부분에서는 적외선을 흡수하여, 적외선 반사막을 형성한 부분에서는 적외선을 반사함으로써, 얇고 열 전도성이 낮은 절연성 필름 상에서 제 1 감열 소자와 제 2 감열 소자 사이에 양호한 온도차분을 얻을 수 있다. 즉, 필름에 적외선 흡수 재료 등을 함유시키지 않은 저열전도성의 절연성 필름에서도, 적외선 흡수막에 의해 절연성 필름의 제 1 감열 소자의 바로 윗부분에만 적외선 흡수에 의한 열을 전도시킬 수 있다. 특히, 얇은 절연성 필름을 사이에 두고 적외선 흡수막의 열이 전도되기 때문에, 감도의 열화가 없고, 높은 응답성을 갖고 있다. 또, 적외선 흡수막의 면적을 임의로 설정할 수 있기 때문에, 측정 대상물과의 거리에 맞춘 적외선 검출의 시야각을 면적으로 설정할 수 있어, 높은 수광 효율을 얻을 수 있다. 또, 적외선 반사막에 의해 절연성 필름의 제 2 감열 소자의 바로 윗부분에 있어서의 적외선을 반사하여 그 흡수를 저지할 수 있다. 또한, 절연성 필름 상에 적외선 흡수막과 적외선 반사막을 형성하고 있기 때문에, 적외선 흡수막과 적외선 반사막 사이의 열을 전도하는 매체가, 공기 이외에는 이들 막이 대향한 동안의 절연성 필름만이 되어, 전도하는 단면적이 작아진다. 따라서, 상호의 감열 소자로의 열이 전달되기 어려워지고, 열간섭이 적어져 검출 감도가 향상된다. 이와 같이, 저열전도성의 절연성 필름 상에서 서로 열의 영향이 억제된 제 1 감열 소자와 제 2 감열 소자가 각각 적외선 흡수막의 바로 아래와 적외선 반사막의 바로 아래의 절연성 필름의 부분적인 온도를 측정하는 구조를 갖고 있다. 따라서, 적외선 검지용이 되는 제 1 감열 소자와 온도 보상용이 되는 제 2 감열 소자 사이에 양호한 온도차분을 얻을 수 있어, 고감도화를 도모할 수 있다.
상기 종래 기술에는 이하의 과제가 남아 있다. 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 적외선 센서를 장착하는 경우, 블록상의 하우징 또는 케이스를 장착하기 위해 큰 전용의 장착 구조 및 지지 구조를 채용할 필요가 있어, 넓은 설치 스페이스를 확보해야 함과 함께 고비용이 되는 문제가 있었다. 또, 예를 들어, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 적외선 센서로서 서모파일 (101) 을 수직으로 세운 실장 기판 (102) 에 고정시켜 디바이스의 횡방향으로부터 온도를 검출하는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우, 서모파일 (101) 이 금속 캔에 봉지된 구조로, 큰 용적을 가져 두껍기 때문에 상기 각 특허문헌과 마찬가지로 넓은 설치 면적 및 공간이 필요해진다는 문제가 있었다. 이 때문에, 적외선 센서가 탑재되는 장치 또는 회로 기판 전체의 소형화 및 고밀도화가 곤란해지는 문제가 있었다. 또, 서모파일 (101) 이 무겁기 때문에, 실장 기판 (102) 을 회로 기판 (104) 에 수직으로 세우려면, 큰 지지 부재 (103) 등의 지지 구조에 의해 높은 지지 강도를 얻을 필요가 있었다. 특히, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (S) 의 온도를 측정하고자 하는 부분 (S1) 이 회로 기판 (104) 의 표면으로부터 떨어져 있는 경우, 검출 위치까지의 높이 (거리) 를 확보하기 위해 실장 기판 (102) 이 길어져, 차재용 등에서는, 진동에 의해 회로 기판 (104) 에 대한 실장 기판 (102) 의 고정이 느슨해질 우려가 있음과 함께, 실장 기판 (102) 이 흔들려 적외선의 시야각이 흔들리거나, 진동 잡음이 더해져 검출 정밀도가 열화되는 문제가 있었다. 또한, 서모파일 (101) 의 납땜 등이 필요해지고, 장착 공정이 많아져, 비용의 증대를 초래한다는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 경량이고 또한 안정적인 설치 상태를 얻을 수 있어, 회로 기판으로부터 떨어진 부분의 온도도 고정밀도로 검출할 수 있음과 함께 용이하게 부착할 수 있는 적외선 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용하였다. 즉, 제 1 발명의 적외선 센서는, 절연성 필름과, 그 절연성 필름의 일방의 면에 서로 이간시켜 형성된 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자와, 상기 절연성 필름의 일방의 면에 형성되어 상기 제 1 감열 소자에 접속된 도전성의 제 1 배선막 및 상기 제 2 감열 소자에 접속된 도전성의 제 2 배선막과, 상기 제 2 감열 소자에 대향하여 상기 절연성 필름의 타방의 면에 형성된 적외선 반사막과, 상기 제 1 배선막 및 상기 제 2 배선막에 접속되고 상기 절연성 필름의 타방의 면에 있어서의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터에 끼워넣을 수 있는 복수의 단자 전극과, 상기 절연성 필름의 일방의 면에 있어서의 일단부에 첩부 (貼付) 된 단부 보강판과, 상기 절연성 필름의 타단부에 형성된 장착용 구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 적외선 센서에서는, 절연성 필름의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터에 끼워넣을 수 있는 복수의 단자 전극과, 절연성 필름의 일단부에 첩부된 단부 보강판과, 절연성 필름의 타단부에 형성된 장착용 구멍을 구비하고 있기 때문에, 단부 보강판에 의해 고강성이 된 일단부의 단자 전극을 커넥터에 끼워 넣음으로써 용이하게 회로 기판 등에 고정 및 전기적 접속을 할 수 있음과 함께, 커넥터로부터 떨어진 다른 외부 부재에 장착용 구멍을 이용하여 절연성 필름의 타단부를 나사 고정 등에 의해 고정시킬 수 있다. 이로써, 절연성 필름의 양단부가 고정되어 팽팽하게 설치된 상태가 되어, 전체가 안정적으로 지지됨으로써, 제 1 감열 소자, 제 2 감열 소자 및 적외선 반사막을 포함하는 센서부가 커넥터로부터 떨어져 배치되어 있더라도, 진동에 의해 센서부의 시야각 흔들리거나, 진동 잡음이 더해지거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또, 절연성 필름이 유연하므로, 장착용 구멍에 의한 타단부의 장착 위치를 커넥터 바로 윗쪽으로부터 어긋나게 할 수도 있고, 센서부의 기울기를 바꿔 적외선의 검출 방향을 임의로 변경할 수도 있다. 따라서, 회로 기판 상에 리플로우로 실장한 커넥터에 일단부를 꽂아 넣음과 함께 타단부를 장착용 구멍을 이용하여 고정시키는 것만으로 용이하게 장착할 수 있고, 좁은 설치 스페이스에서도 실장할 수 있어, 고밀도화에도 적합하고, 또한 회로 기판으로부터 떨어진 위치의 온도도 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.
또, 제 2 발명의 적외선 센서는, 제 1 발명에 있어서, 상기 제 1 감열 소자, 상기 제 2 감열 소자 및 상기 적외선 반사막의 영역에 대응한 센서부용 창부가 형성되고 상기 절연성 필름의 일방의 면에 상기 영역을 둘러싸고 첩부된 센서부 보강 프레임을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 이 적외선 센서에서는, 절연성 필름의 일방의 면에 제 1 감열 소자, 제 2 감열 소자 및 적외선 반사막의 영역을 둘러싸고 첩부된 센서부 보강 프레임을 구비하고 있기 때문에, 센서부 보강 프레임에 의해 센서부가 되는 상기 영역 주위의 강성을 높여, 팽팽하게 설치할 때에 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자에 가해지는 응력을 억제할 수 있다. 또한, 센서부 보강 프레임 내는, 센서부에 공간을 형성하도록 도려내어져 센서부용 창부가 되어 있기 때문에, 센서부 보강 프레임이 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자의 실장의 방해가 되지 않음과 함께, 센서부에 대해 센서부 보강 프레임로부터의 열 전도에 의한 영향이 억제된다.
또, 제 3 발명의 적외선 센서는, 제 1 또는 제 2 발명에 있어서, 적어도 상기 제 1 감열 소자, 상기 제 2 감열 소자 및 상기 적외선 반사막으로 이루어지는 센서부가 상기 절연성 필름에 복수 형성되고, 이들에 대응하는 상기 단자 전극이 모두 상기 절연성 필름의 일단부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 이 적외선 센서에서는, 센서부가 절연성 필름에 복수 형성되고, 이들에 대응하는 단자 전극이 모두 절연성 필름의 일단부에 형성되어 있기 때문에, 일단부를 커넥터에 꽂아 넣어 고정시킴과 함께 타단부를 외부 부재 등에 고정시시킴으로써, 복수의 센서부를 배치할 수 있어, 복수 지점의 온도를 검출할 수 있게 된다. 또, 복수의 센서부가 하나의 절연성 필름에 일체로 형성되어 있기 때문에, 다수의 도전선을 배치 형성할 필요가 없어, 조립 공정도 간략화할 수 있음과 함께, 내진성도 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 적외선 센서는, 예를 들어 Li 이온 등의 배터리 유닛이나 에어컨디셔너의 프론트 윈도우 등에 있어서의 복수 지점의 온도 검출에 바람직하다.
또, 제 4 발명의 적외선은, 제 2 발명에 있어서, 상기 센서부용 창부를 막는 시일재가 상기 센서부 보강 프레임에 첩부되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 이 적외선 센서에서는, 센서부용 창부를 막는 시일재가 센서부 보강 프레임에 첩부되어 있기 때문에, 시일재에 의해 공간을 비운 상태에서 센서부를 커버할 수 있어, 배면으로부터의 공기 대류나 적외선의 영향을 경감시킬 수 있다.
또, 제 5 발명의 적외선 센서는, 제 1 내지 제 4 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 배선막이 상기 제 1 감열 소자의 주위에까지 배치되어 상기 제 2 배선막보다 큰 면적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 이 적외선 센서에서는, 제 1 배선막이 제 1 감열 소자의 주위에까지 배치되어 제 2 배선막보다 큰 면적으로 형성되어 있기 때문에, 절연성 필름의 적외선을 흡수한 부분으로부터의 열 수집을 개선함과 함께, 절연성 필름의 적외선 반사막이 형성된 부분과 열용량이 가까워지므로, 변동 오차를 작게 할 수 있다. 또한, 제 1 배선막의 면적 및 형상은, 절연성 필름의 적외선 반사막이 형성된 부분과 열용량이 거의 동일해지도록 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 이하의 효과를 발휘한다. 즉, 본 발명에 관련된 적외선 센서에 의하면, 절연성 필름의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터에 끼워넣을 수 있는 복수의 단자 전극과, 절연성 필름의 일단부에 첩부된 단부 보강판과, 절연성 필름 타단부에 형성된 장착용 구멍을 구비하고 있기 때문에, 커넥터에 일단부를 꽂아 넣음과 함께 타단부를 장착용 구멍을 이용하여 고정시키는 것만으로 용이하게 장착할 수 있고, 좁은 설치 스페이스에서도 실장할 수 있어, 고밀도화에도 적합하고, 또한 회로 기판으로부터 떨어진 위치의 온도도 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.
도 1 은 본 발명에 관련된 적외선 센서의 제 1 실시형태를 나타내는 정면도 및 시일재를 제거한 상태의 배면도이다.
도 2 는 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 감열 소자가 접착된 부분 (a) 과 제 2 감열 소자가 접착된 부분 (b) 을 나타내는 요부의 확대 정면도이다.
도 3 은 제 1 실시형태에 있어서, 설치 상태의 적외선 센서를 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 4 는 제 1 실시형태에 있어서, 센서부 보강 프레임 및 단부 보강판을 제거한 상태의 적외선 센서를 나타내는 배면도 (a) 및 시일재를 첩부한 상태의 적외선 센서를 나타내는 배면도이다.
도 5 는 복수의 온도 센서를 사용한 종래예를 나타내는 간이적인 구성도이다.
도 6 은 본 발명에 관련된 적외선 센서의 제 2 실시형태를 나타내는 정면도이다.
도 7 은 본 발명에 관련된 참고예에 있어서, 기판 상에 세워 설치한 상태의 서모파일을 나타내는 측면도이다.
도 8 은 본 발명에 관련된 참고예에 있어서, 기판 상에 세워 설치된 적외선 센서의 진동시의 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2 는 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 감열 소자가 접착된 부분 (a) 과 제 2 감열 소자가 접착된 부분 (b) 을 나타내는 요부의 확대 정면도이다.
도 3 은 제 1 실시형태에 있어서, 설치 상태의 적외선 센서를 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 4 는 제 1 실시형태에 있어서, 센서부 보강 프레임 및 단부 보강판을 제거한 상태의 적외선 센서를 나타내는 배면도 (a) 및 시일재를 첩부한 상태의 적외선 센서를 나타내는 배면도이다.
도 5 는 복수의 온도 센서를 사용한 종래예를 나타내는 간이적인 구성도이다.
도 6 은 본 발명에 관련된 적외선 센서의 제 2 실시형태를 나타내는 정면도이다.
도 7 은 본 발명에 관련된 참고예에 있어서, 기판 상에 세워 설치한 상태의 서모파일을 나타내는 측면도이다.
도 8 은 본 발명에 관련된 참고예에 있어서, 기판 상에 세워 설치된 적외선 센서의 진동시의 상태를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명에 관련된 적외선 센서의 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 4 를 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능 또는 인식 용이한 크기로 하기 위해 축척을 적절히 변경하였다.
본 실시형태의 적외선 센서 (1) 는, 도 1 내지 도 4 에 나타내는 바와 같이, 절연성 필름 (2) 과, 그 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 서로 이간시켜 형성된 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 와, 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 형성되어 제 1 감열 소자 (3A) 에 접속된 도전성 금속막인 한 쌍의 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 에 접속된 도전성 금속막인 한 쌍의 제 2 배선막 (4B) 과, 제 2 감열 소자 (3B) 에 대향하여 절연성 필름 (2) 의 타방의 면에 형성된 적외선 반사막 (6) 과, 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 에 접속되고 절연성 필름 (2) 의 타방의 면에 있어서의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터 (9) 에 끼워넣을 수 있는 제 1 단자 전극 (7A) 및 제 2 단자 전극 (7B) 과, 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 있어서의 일단부에 첩부된 단부 보강판 (11) 과, 절연성 필름 (2) 의 타단부에 형성된 장착용 구멍 (2b) 을 구비하고 있다.
또, 이 적외선 센서 (1) 는, 제 1 감열 소자 (3A), 제 2 감열 소자 (3B) 및 적외선 반사막 (6) 의 영역에 대응한 센서부용 창부 (8a) 가 형성되고 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 상기 영역을 둘러싸고 첩부된 센서부 보강 프레임 (8) 을 구비하고 있다.
한 쌍의 제 1 배선막 (4A) 은, 도 1 및 도 4 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 그 일단부에 각각 절연성 필름 (2) 상에 형성된 한 쌍의 제 1 접착 전극 (5A) 을 갖고 있음과 함께, 타단부에 각각 절연성 필름 (2) 의 반대면 (타방의 면) 에 형성된 한 쌍의 제 1 단자 전극 (7A) 이 스루홀 (도시 생략) 을 개재하여 접속되어 있다. 또, 한 쌍의 제 2 배선막 (4B) 은, 그 일단부에 각각 절연성 필름 (2) 상에 형성된 한 쌍의 제 2 접착 전극 (5B) 을 갖고 있음과 함께, 타단부에 각각 절연성 필름 (2) 의 반대면 (타방의 면) 에 형성된 한 쌍의 제 2 단자 전극 (7B) 이 스루홀 (도시 생략) 을 개재하여 접속되어 있다.
한 쌍의 제 1 접착 전극 (5A) 은, 제 1 감열 소자 (3A) 의 주위에까지 배치되어 제 2 접착 전극 (5B) 보다 큰 면적으로 형성되어 있다. 이들 제 1 접착 전극 (5A) 은, 한 쌍의 거의 중앙에 제 1 감열 소자 (3A) 를 배치하고, 한 쌍으로 적외선 반사막 (6) 과 거의 동일한 면적으로 설정되어 있다. 즉, 제 1 접착 전극 (5A) 은, 절연성 필름 (2) 의 적외선 반사막 (6) 이 형성된 부분과 열용량이 거의 동일해지도록 설정되어 있다. 또한, 상기 제 1 접착 전극 (5A) 및 제 2 접착 전극 (5B) 에는, 각각 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 의 단자 전극 (3a) 이 땜납 등의 도전성 접착제로 접착된다.
상기 절연성 필름 (2) 은, 폴리이미드 수지 시트로 띠상으로 형성되고, 적외선 반사막 (6), 제 1 배선막 (4A), 제 2 배선막 (4B), 제 1 단자 전극 (7A) 및 제 2 단자 전극 (7B) 이 구리박으로 형성되어 있다. 즉, 이들은 절연성 필름 (2) 이 되는 폴리이미드 기판의 양면에, 적외선 반사막 (6), 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 이 되는 구리박의 전극이 패턴 형성된 양면 플렉시블 기판에 의해 제조된 것이다.
이 절연성 필름 (2) 에는, 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 의 주위에 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 을 피해 연장되는 한 쌍의 장공부 (2a) 가 형성되어 있다. 이들 장공부 (2a) 는, 서로 대향시켜 コ 자형으로 도려낸 홈으로, 서로 간의 영역이, 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 가 실장됨과 함께, 제 1 배선막 (4A), 제 2 배선막 (4B) 및 적외선 반사막 (6) 이 형성되는 중앙 실장 영역이 된다. 또한, 서로 대향하는 한 쌍의 장공부 (2a) 의 단부 사이는, 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 이 통과하는 배선 영역이 됨과 함께, 중앙 실장 영역의 지지부로 되어 있다.
또한, 상기 적외선 반사막 (6) 은, 도 1 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 제 2 감열 소자 (3B) 의 바로 윗쪽에 사각 형상으로 배치되어 있고, 구리박과, 그 구리박 상에 적층된 금 도금막으로 구성되어 있다. 이 경우, 금 도금막이 구리박의 산화 방지막으로서 기능함과 함께 적외선의 반사율을 향상시킬 수 있다. 또한, 절연성 필름 (2) 의 배면에는, 제 1 단자 전극 (7A) 및 제 2 단자 전극 (7B) 을 제외하고 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 을 포함하는 면 전체를 덮는 폴리이미드 수지의 커버레이 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
이 적외선 반사막 (6) 은, 절연성 필름 (2) 보다 높은 적외선 반사율을 갖는 재료로 형성되고, 상기 서술한 바와 같이, 구리박 상에 금 도금막이 실시되어 형성되어 있다. 또한, 금 도금막 이외에, 예를 들어 경면의 알루미늄 증착막이나 알루미늄박 등으로 형성해도 상관없다. 이 적외선 반사막 (6) 은, 제 2 감열 소자 (3B) 보다 큰 사이즈로 이것을 덮도록 형성되어 있다.
상기 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 양단부에 단자 전극 (3a) 이 형성된 칩 서미스터이다. 이 서미스터로는, NTC 형, PTC 형, CTR 형 등의 서미스터가 있지만, 본 실시형태에서는, 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 로서, 예를 들어 NTC 형 서미스터를 채용하고 있다. 이 서미스터는, Mn-Co-Cu 계 재료, Mn-Co-Fe 계 재료 등의 서미스터 재료로 형성되어 있다. 또한, 이들 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 는, 각 단자 전극 (3a) 을 대응하는 제 1 접착 전극 (5A) 상 또는 제 2 접착 전극 (5B) 상에 접합시켜 절연성 필름 (2) 에 실장되어 있다.
특히, 본 실시형태에서는, 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 로서, Mn, Co 및 Fe 의 금속 산화물을 함유하는 세라믹 소결체, 즉 Mn-Co-Fe 계 재료로 형성된 서미스터 소자를 채용하고 있다. 또한, 이 세라믹 소결체는, 입방정 스피넬상을 주상으로 하는 결정 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 세라믹 소결체로는, 입방정 스피넬상으로 이루어지는 단상의 결정 구조가 가장 바람직하다. 입방정 스피넬상을 주상으로 하는 결정 구조를 상기 세라믹 소결체에 채용하는 이유는, 이방성도 없고, 또 불순물층이 없기 때문에, 세라믹 소결체 내에서 전기 특성의 편차가 작아, 제 1 감열 소자 (3A) 와 제 2 감열 소자 (3B) 에서 고정밀의 측정이 가능해지기 때문이다. 또, 안정적인 결정 구조이기 때문에, 내환경에 대한 신뢰성도 높다.
상기 센서부 보강 프레임 (8) 및 단부 보강판 (11) 은, 예를 들어 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 경질인 수지 기판 등으로 형성되어 있다. 센서부 보강 프레임 (8) 은, 도 1 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 센서부 (3) 에 대응한 사각형상의 센서부용 창부 (8a) 가 형성되어 있다. 이 센서부용 창부 (8a) 는, 한 쌍의 장공부 (2a) 의 내측에 형성되고, 제 1 접착 전극 (5A) 및 제 2 접착 전극 (5B) 을 둘러싸도록 형성되어 있다.
또, 센서부 보강 프레임 (8) 에는, 도 4 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 센서부용 창부 (8a) 를 막는 시일재 (10) 가 배면에 첩부되어 있다. 이 시일재 (10) 는, 외부로부터의 적외선을 반사 가능한 것이 바람직하고, 상기 적외선 반사막 (6) 과 동일한 막이나 알루미늄박 등을 적용할 수 있다. 상기 단부 보강판 (11) 은, 절연성 필름 (2) 의 일단부의 형상에 대응하여 사각형상으로 형성되어 있다.
이 적외선 센서 (1) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 회로 기판 (104) 상의 커넥터 (9) 에 일단부, 즉 제 1 단자 전극 (7A) 및 제 2 단자 전극 (7B) 과 단부 보강판 (11) 을 갖는 단부를 꽂아 넣음과 함께, 타단부를 커넥터 (9) 의 상방에 배치된 하우징이나 히트 싱크 등의 외부 부재 (H) 에 장착용 구멍 (2b) 을 이용하여 나사 (N) 로 고정시켜 실장된다. 또한, 절연성 필름 (2) 의 타단부는 유연하기 때문에, 절곡하거나 만곡시킴으로써, 외부 부재 (H) 의 장착면의 방향에 대응하여 장착할 수 있다. 또, 이 때, 절연성 필름 (2) 의 타방의 면, 즉 적외선 반사막 (6) 이 형성된 면을, 전해 콘덴서나 스위칭 소자 등의 측정 대상물 (S) 을 향하여 적외선 센서 (1) 가 설치된다.
이와 같이 본 실시형태의 적외선 센서 (1) 에서는, 절연성 필름 (2) 의 타방의 면에 있어서의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터 (9) 에 끼워넣을 수 있는 제 1 단자 전극 (7A) 및 제 2 단자 전극 (7B) 과, 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 있어서의 일단부에 첩부된 단부 보강판 (11) 과, 절연성 필름 (2) 의 타단부에 형성된 장착용 구멍 (2b) 을 구비하고 있기 때문에, 단부 보강판 (11) 에 의해 고강성이 된 일단부의 단자 전극 (7A, 7B) 을 커넥터 (9) 에 끼워 넣음으로써 용이하게 회로 기판 (104) 에 고정 및 전기적 접속을 할 수 있음과 함께, 커넥터 (9) 로부터 떨어진 하우징이나 히트 싱크 등의 외부 부재 (H) 에 장착용 구멍 (2b) 을 이용하여 절연성 필름 (2) 의 타단부를 나사 고정 등에 의해 고정시킬 수 있다.
이로써, 절연성 필름 (2) 의 양단부가 고정되어 팽팽한 설치 상태가 되어, 전체가 안정적으로 지지됨으로써, 제 1 감열 소자 (3A), 제 2 감열 소자 (3B) 및 적외선 반사막 (6) 을 포함하는 센서부 (3) 가 커넥터 (9) 로부터 떨어져 배치되어 있더라도, 진동에 의해 센서부 (3) 의 시야각이 흔들리거나, 진동 잡음이 더해지거나 하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 도 3 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 측정 대상물 (S) 에서 온도를 측정하고자 하는 부분 (S1) 이 회로 기판 (104) 으로부터 떨어진 위치여도, 그 부분 (S1) 에 센서부 (3) 를 대향 상태로 안정적으로 배치하는 것이 용이해진다.
또, 절연성 필름 (2) 이 유연하기 때문에, 장착용 구멍 (2b) 에 의한 타단부의 장착 위치를 커넥터 (9) 바로 윗쪽으로부터 어긋나게 할 수도 있고, 센서부 (3) 의 기울기를 바꿔 적외선의 검출 방향을 임의로 변경할 수도 있다. 따라서, 회로 기판 (104) 상에 리플로우로 실장한 커넥터 (9) 에 일단부를 꽂아 넣음과 함께 타단부를 장착용 구멍 (2b) 을 이용하여 고정시키는 것만으로 용이하게 장착할 수 있고, 좁은 설치 스페이스에서도 실장할 수 있어, 고밀도화에도 적합하고, 또한 회로 기판 (104) 으로부터 떨어진 위치의 온도도 고정밀도로 검출할 수 있게 된다.
또, 절연성 필름 (2) 의 일방의 면에 제 1 감열 소자 (3A), 제 2 감열 소자 (3B) 및 적외선 반사막 (6) 의 영역을 둘러싸고 첩부된 센서부 보강 프레임 (8) 을 구비하고 있기 때문에, 센서부 보강 프레임 (8) 에 의해 센서부 (3) 가 되는 상기 영역 주위의 강성을 높여, 팽팽하게 설치할 때에 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 에 가해지는 응력을 억제할 수 있다. 또한, 센서부 보강 프레임 (8) 내는, 센서부 (3) 에 공간을 형성하도록 도려내어져 센서부용 창부 (8a) 로 되어 있기 때문에, 센서부 보강 프레임 (8) 이 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 의 실장의 방해가 되지 않음과 함께, 센서부 (3) 에 대해 센서부 보강 프레임 (8) 으로부터의 열 전도에 의한 영향이 억제된다.
또한, 센서부용 창부 (8a) 를 막는 시일재 (10) 가 센서부 보강 프레임 (8) 에 첩부되어 있기 때문에, 시일재 (10) 에 의해 공간을 비운 상태에서 센서부 (3) 를 커버할 수 있어, 배면으로부터의 공기 대류나 적외선의 영향을 경감시킬 수 있다.
또, 절연성 필름 (2) 에, 제 1 감열 소자 (3A) 및 제 2 감열 소자 (3B) 의 주위에 제 1 배선막 (4A) 및 제 2 배선막 (4B) 을 피해 연장되는 장공부 (2a) 가 형성되어 있기 때문에, 제 1 감열 소자 (3A) 상의 적외선 흡수 영역으로부터 주위로의 열의 전도가 장공부 (2a) 에 의해 차단되어, 측정 대상물 (S) 로부터의 복사열을 열 격리하여 효율적으로 축적할 수 있다. 또, 측정 대상물 (S) 로부터의 복사열에 의해 온도 분포가 흐트러지지 않도록, 주변 장치로부터의 열의 영향을 받은 부분으로부터의 열 전도를 장공부 (2a) 에 의해 차단하여 영향을 억제할 수 있다.
또, 제 1 배선막 (4A) 이 제 1 감열 소자 (3A) 의 주위에까지 배치되어 제 2 배선막 (4B) 보다 큰 면적으로 형성되어 있기 때문에, 절연성 필름 (2) 의 적외선을 흡수한 부분으로부터의 열 수집을 개선함과 함께, 절연성 필름 (2) 의 적외선 반사막 (6) 이 형성된 부분과 열용량이 가까워지므로, 변동 오차를 작게 할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 관련된 적외선 센서의 제 2 실시형태에 대하여, 도 5 및 도 6 을 참조하여 이하에 설명한다. 또한, 이하의 실시형태의 설명에 있어서, 상기 실시형태에 있어서 설명한 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
제 2 실시형태와 제 1 실시형태의 상이한 점은, 제 1 실시형태에서는, 절연성 필름 (2) 에 제 1 감열 소자 (3A) 와 제 2 감열 소자 (3B) 를 갖는 센서부 (3) 가 하나만 형성되어 있는 데에 반해, 제 2 실시형태의 적외선 센서 (21) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 적어도 제 1 감열 소자 (3A), 제 2 감열 소자 (3B) 및 적외선 반사막 (6) 으로 이루어지는 센서부 (3) 가 절연성 필름 (22) 에 복수 형성되고, 이들에 대응하는 단자 전극 (7A, 7B) 이 모두 절연성 필름 (22) 의 일단부에 형성되어 있는 점이다.
즉, 제 2 실시형태에서는, 절연성 필름 (22) 이 제 1 실시형태보다 길어, 서로 연장 방향으로 간격을 두고 복수 (도 6 에서는 3 개) 의 센서부 (3) 가 형성되어 있다. 이들 센서부 (3) 는, 각각 제 1 배선막 및 제 2 배선막을 개재하여 일단부의 단자 전극 (7A, 7B) 에 접속되어 있다.
종래, 복수 지점의 온도를 검출하기 위해, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 복수의 온도 센서 (105) 와 이들에 접속된 복수의 도전선 (106) 을 각 지점에 배치 형성할 필요가 있어, 도전선 (106) 의 처리나 장착 공정이 번거로워짐과 함께, 내진성을 확보하기 위해 도전선 (106) 으로서 굵은 선재가 필요하다는 문제가 있었다.
이에 반해, 제 2 실시형태의 적외선 센서 (21) 에서는, 센서부 (3) 가 절연성 필름 (22) 에 복수 형성되고, 이들에 대응하는 단자 전극 (7A, 7B) 이 모두 절연성 필름 (22) 의 일단부에 형성되어 있기 때문에, 일단부를 커넥터에 꽂아 넣어 고정시킴과 함께 타단부를 외부 부재 등에 고정시킴으로써, 복수의 센서부 (3) 를 배치할 수 있어, 복수 지점의 온도를 검출할 수 있게 된다. 또, 복수의 센서부 (3) 가 하나의 절연성 필름 (22) 에 일체로 형성되어 있기 때문에, 복수의 온도 센서 (105) 와 복수의 도전선 (106) 을 배치 형성할 필요가 없어, 조립 공정도 간략화할 수 있음과 함께, 내진성도 확보할 수 있다.
따라서, 이 적외선 센서 (21) 는, 예를 들어 Li 이온 등의 배터리 유닛이나 에어컨디셔너의 프론트 윈도우 등에 있어서의 복수 지점의 온도 검출에 바람직하다. 또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 장착용 구멍 (2b) 이 절연성 필름 (22) 의 타단부에만 형성되어 있지만, 긴 절연성 필름 (22) 의 도중에도 하나 또는 복수의 장착용 구멍 (2b) 을 형성하여 외부 부재 등에 나사 고정 등으로 고정시켜도 상관없다.
또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 각 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가할 수 있다.
예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 제 1 감열 소자가 적외선을 직접 흡수한 절연성 필름으로부터 전도되는 열을 검출하고 있지만, 제 1 감열 소자의 바로 윗쪽으로 절연성 필름 상에 적외선 흡수막을 형성해도 상관없다. 이 경우, 제 1 감열 소자에 있어서의 적외선 흡수 효과가 더욱 향상되어, 제 1 감열 소자와 제 2 감열 소자의 보다 양호한 온도차분을 얻을 수 있다. 즉, 이 적외선 흡수막에 의해 측정 대상물로부터의 복사에 의한 적외선을 흡수하도록 하여, 적외선을 흡수하여 발열된 적외선 흡수막으로부터 절연성 필름을 개재한 열 전도에 의해, 바로 아래의 제 1 감열 소자의 온도가 변화되도록 해도 된다.
이 적외선 흡수막은, 절연성 필름보다 높은 적외선 흡수율을 갖는 재료로 형성되며, 예를 들어, 카본 블랙 등의 적외선 흡수 재료를 포함하는 필름이나 적외선 흡수성 유리막 (이산화규소를 71 ％ 함유하는 붕규산 유리막 등) 으로 형성되어 있는 것 등을 채용할 수 있다. 특히, 적외선 흡수막은, 안티몬 도프 산화주석 (ATO) 막인 것이 바람직하다. 이 ATO 막은, 카본 블랙 등에 비해 적외선의 흡수율이 양호함과 함께 내광성이 우수하다. 또, ATO 막은, 자외선으로 경화시키기 때문에, 접착 강도가 강하여, 카본 블랙 등에 비해 잘 박리되지 않는다. 또한, 이 적외선 흡수막은, 제 1 감열 소자보다 큰 사이즈로 이것을 덮도록 형성하는 것이 바람직하다.
또, 칩 서미스터의 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자를 채용하고 있지만, 박막 서미스터로 형성된 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자를 채용해도 상관없다. 또한, 감열 소자로는, 상기 서술한 바와 같이 박막 서미스터나 칩 서미스터가 사용되지만, 서미스터 이외에 초전 소자 등도 채용할 수 있다. 또한, 수지 필름에 상기 센서부뿐만 아니라, 그 센서부에 접속된 센서 제어용 검출 회로인 회로부도 일체로 형성해도 상관없다.
1, 21…적외선 센서, 2, 22…절연성 필름, 2a…장공부, 2b…장착용 구멍, 3…센서부, 3A…제 1 감열 소자, 3B…제 2 감열 소자, 4A…제 1 배선막, 4B…제 2 배선막, 5A…제 1 단자 전극, 5B…제 2 단자 전극, 6…적외선 반사막, 7A…제 1 단자 전극, 7B…제 2 단자 전극, 8…센서부 보강 프레임, 8a…센서부용 창부, 9…커넥터, 10…시일재, 11…단부 보강판, H…외부 부재
Claims (5)
- 절연성 필름과, 상기 절연성 필름의 일방의 면에 서로 이간시켜 형성된 제 1 감열 소자 및 제 2 감열 소자와, 상기 절연성 필름의 일방의 면에 형성되어 상기 제 1 감열 소자에 접속된 도전성의 제 1 배선막 및 상기 제 2 감열 소자에 접속된 도전성의 제 2 배선막과, 상기 제 2 감열 소자에 대향하여 상기 절연성 필름의 타방의 면에 형성된 적외선 반사막과, 상기 제 1 배선막 및 상기 제 2 배선막에 접속되고 상기 절연성 필름 타방의 면에 있어서의 일단부에 형성되어 외부의 커넥터에 끼워넣을 수 있는 복수의 단자 전극과, 상기 절연성 필름의 일방의 면에 있어서의 일단부에 첩부된 단부 보강판과, 상기 절연성 필름의 타단부에 형성된 장착용 구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 감열 소자, 상기 제 2 감열 소자 및 상기 적외선 반사막의 영역에 대응한 센서부용 창부가 형성되고 상기 절연성 필름의 일방의 면에 상기 영역을 둘러싸고 첩부된 센서부 보강 프레임을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제 1 항에 있어서,
적어도 상기 제 1 감열 소자, 상기 제 2 감열 소자 및 상기 적외선 반사막으로 이루어지는 센서부가 상기 절연성 필름에 복수 형성되고, 이들에 대응하는 상기 단자 전극이 모두 상기 절연성 필름의 일단부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 센서부용 창부를 막는 시일재가 상기 센서부 보강 프레임에 첩부되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배선막이 상기 제 1 감열 소자의 주위에까지 배치되어 상기 제 2 배선막보다 큰 면적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
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