WO2011078004A1 - 赤外線センサ - Google Patents

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insulating film
film
electrode
heat sensitive
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中村　賢蔵
誠 北口
元貴 石川
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三菱マテリアル株式会社
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/80—Calibration

Definitions

  • the present invention relates to an infrared sensor that detects an infrared ray from a measurement object and measures a temperature or the like of the measurement object.
  • an infrared sensor is used as a temperature sensor that detects the temperature of an object to be measured by detecting infrared rays radiated from the object to be measured in a non-contact manner.
  • a resin film installed on a holding body an infrared detection thermal element that is provided on the resin film and detects infrared rays through a light guide portion of the holding body, and a light shielding state is provided on the resin film.
  • An infrared sensor including a temperature-compensating thermosensitive element that detects the temperature of the holder is proposed.
  • an infrared absorption film is formed on the inner side surface of the light guide section, and an infrared absorption material such as carbon black is included in the resin film to enhance infrared absorption.
  • a thin film thermistor is used for the infrared detecting thermal element and the temperature compensating thermal element.
  • Patent Document 2 discloses a thermal sensing element for detecting infrared rays, a thermal sensing element for temperature compensation, a resin film for tightly fixing them, a thermal sensing element for detecting infrared rays on the infrared incident window side, and a shield for shielding infrared rays.
  • an infrared detector including a case having a frame body in which a temperature-compensating thermosensitive element is disposed on the part side.
  • an infrared absorbing material such as carbon black is included in the resin film to enhance infrared absorption, and heat conduction is performed to eliminate the thermal gradient between the infrared detecting thermal element and the temperature compensating thermal element.
  • the frame is made of a good material.
  • a pine needle type thermistor in which a lead wire is connected to the thermistor is employed in the infrared detecting thermal element and the temperature compensating thermal element.
  • JP 2002-156284 A paragraph number 0026, FIG. 2
  • Japanese Patent Laid-Open No. 7-260579 (Claims, FIG. 2)
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can provide a high temperature difference between the thermal sensing elements for infrared detection and temperature compensation, and can be downsized, and has an inexpensive structure.
  • An object is to provide a sensor.
  • the infrared sensor of the present invention includes an insulating film, a first thermal element and a second thermal element provided on one surface of the insulating film so as to be separated from each other, and one of the insulating films.
  • a pair of adhesive electrodes formed on a surface and separately bonded to the first and second thermal elements, and provided on the other surface of the insulating film so as to face the first thermal element.
  • An infrared reflection film, and the first heat sensitive element is formed on the thin insulating film with low thermal conductivity by partial infrared absorption by the infrared absorption film and partial infrared reflection by the infrared reflection film. A good temperature difference from the second thermosensitive element can be obtained.
  • the infrared absorbing film can conduct heat due to infrared absorption only to the portion directly above the first thermal element of the insulating film. .
  • the heat of the infrared absorption film is conducted across a thin insulating film, the sensitivity is not deteriorated and the response is high.
  • the area of the infrared absorption film can be arbitrarily set, the viewing angle of infrared detection matched to the distance to the measurement object can be set by area, and high light receiving efficiency can be obtained.
  • the infrared ray can be reflected by the infrared reflection film to prevent the absorption of the infrared ray at the portion directly above the second heat sensitive element of the insulating film.
  • the infrared absorption film and the infrared reflection film are formed on the insulating film, the medium that conducts heat between the infrared absorption film and the infrared reflection film is between these films other than air. It becomes only an insulating film and the cross-sectional area to conduct becomes small. Accordingly, it is difficult for heat to be transmitted to the mutual heat sensitive elements, interference is reduced, and detection sensitivity is improved.
  • the first heat sensitive element and the second heat sensitive element in which the influence of heat is suppressed on the insulating film having low thermal conductivity are respectively insulated from directly below the infrared absorbing film and directly below the infrared reflecting film. It has a structure for measuring the partial temperature of the adhesive film. Therefore, it is possible to obtain a good temperature difference between the first thermosensitive element used for infrared detection and the second thermosensitive element used for temperature compensation, thereby achieving high sensitivity.
  • the thermal coupling between the first thermal element and the second thermal element is low, it is possible to arrange them close to each other, and the overall size can be reduced. Further, since the absorption of infrared rays is prevented by the infrared reflecting film rather than the light shielding structure by the frame or case, it can be manufactured at low cost. In addition, even if the infrared absorption film and the infrared reflection film are made of a conductive material, insulation between the first and second thermal elements installed with the insulating film interposed therebetween is ensured. An efficient material can be selected regardless of the insulating properties of the film.
  • the first and second thermosensitive elements each have a plate-like thermistor body and a pair of electrode layers formed on the front and back surfaces of the thermistor body, one of which is bonded to the adhesive electrode. Therefore, thermal response and detection sensitivity can be improved by transferring heat to the wide adhesive electrode and electrode layer and then conducting heat to the thermistor element body while having a small heat capacity in the direction of travel of the infrared rays (thickness direction). That is, since the thermistor body is plate-shaped and is a so-called flake-type thermistor that is bonded to a wide adhesive electrode with an electrode layer, it has a thick chip-like thermistor body like a chip thermistor and has an electrode at the end.
  • the thermistor element bodies can usually be selected from the same plate element element, so that it is easy to set the resistance values and the B constants of the two heat sensitive elements substantially the same.
  • the detection area can be made wider than that of a pine needle type or chip type thermistor, and the area corresponding to the infrared absorption film and the infrared reflection film can be easily set, and measurement errors due to in-plane distribution hardly occur.
  • the infrared sensor of the present invention is characterized in that outer shapes of the first and second heat sensitive elements are set smaller in plan view than the bonded electrodes to be bonded. That is, in this infrared sensor, since the outer shapes of the first and second thermal elements are set smaller in plan view than the bonded electrodes to be bonded, the heat capacity is reduced by downsizing, Further excellent thermal response can be obtained.
  • the infrared sensor of the present invention includes an adhesive-side terminal electrode connected to the adhesive electrode by a fine-line adhesive-side pattern wiring, a wire-bonding electrode, and the wire-bonding electrode on one surface of the insulating film.
  • a pair of wire-side terminal electrodes connected to the electrodes by thin-wire-like wire-side pattern wiring are respectively formed, and the electrode layers that are not bonded and the corresponding wire-bonding electrodes are electrically connected by metal wires formed by wire bonding. It is characterized by being connected. That is, in this infrared sensor, the first and second heat sensitive elements are used for connecting the electrodes with the fine line-shaped adhesion-side pattern wiring and wire-side pattern wiring, and the metal fine wire by wire bonding.
  • each of the first and second thermosensitive elements includes a plate-like thermistor element body and a pair of electrode layers formed on the front and back surfaces of the thermistor element body, one of which is bonded to the adhesive electrode. Therefore, thermal response and detection sensitivity can be improved by transferring heat to the wide adhesive electrode and electrode layer and then conducting heat to the thermistor element body while having a small heat capacity in the direction of travel of the infrared rays (thickness direction).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5.
  • FIGS. 1 to 4 a first embodiment of an infrared sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
  • the infrared sensor 1 of the present embodiment includes an insulating film 2 and a first thermosensitive element provided on one surface (lower surface) of the insulating film 2 so as to be separated from each other. 3A and the second thermal element 3B, and a pair of adhesive electrodes 4 in which the first thermal element 3A and the second thermal element 3B are bonded separately by patterning on one surface of the insulating film 2 with copper foil or the like.
  • the infrared absorbing film 5 provided on the other surface (upper surface) of the insulating film 2 so as to face the first heat sensitive element 3A, and the other of the insulating film 2 facing the second heat sensitive element 3B.
  • an infrared reflecting film 6 provided on the surface.
  • the infrared absorption film 5 is disposed immediately above the first heat sensitive element 3A, and the infrared reflection film 6 is disposed directly above the second heat sensitive element 3B.
  • the insulating film 2 is formed of an infrared transmissive film.
  • the insulating film 2 is formed of a polyimide resin sheet.
  • the first thermal element 3 ⁇ / b> A and the second thermal element 3 ⁇ / b> B are formed on a plate-like thermistor element body 3 a and front and back surfaces of the thermistor element body 3 a, respectively, and one of them is an adhesive electrode 4.
  • this thermistor there are thermistors such as NTC type, PTC type, CTR type, etc.
  • NTC type thermistors are employed as the first thermal element 3A and the second thermal element 3B.
  • the thermistor body 3a is formed of a thermistor material such as a Mn—Co—Cu material or a Mn—Co—Fe material.
  • first and second heat sensitive elements 3A and 3B of the flake-type thermistor for example, glass pastes are screen-printed on the upper and lower surfaces of a rectangular flat plate body made of ceramics of the thermistor material.
  • the glass layer 3c is formed by applying and baking with the like.
  • the plate element is diced into strips to form a plurality of prismatic elements, and the glass layers 3c are formed on both side surfaces where the glass layers 3c are not formed in a state where the glass layers 3c are arranged side by side.
  • a prismatic body for example, glass pastes are screen-printed on the upper and lower surfaces of a rectangular flat plate body made of ceramics of the thermistor material.
  • the glass layer 3c is formed by applying and baking with the like.
  • the plate element is diced into strips to form a plurality of prismatic elements, and the glass layers 3c are formed on both side surfaces where the glass layers 3c are not formed in a state where the glass layers 3c are arranged side by side.
  • the prismatic body having the glass layer 3c formed on all side surfaces is cut in a direction orthogonal to the central axis to form a thermistor body 3a which is a plurality of plate-like bodies. Furthermore, a jig having a plurality of recesses formed on the upper surface in accordance with the thermistor element body 3a is prepared, and the thermistor element body 3a is disposed in the recess. In this state, a conductive paste such as Au or Ag paste is applied and baked in the recess by screen printing or the like to form the electrode layer 3b on the surface of the thermistor body 3a. Similarly, the electrode layer 3b is also formed on the back surface of the thermistor element body 3a. In this way, the first thermal element 3A and the second thermal element 3B, which are flake type thermistors, are produced.
  • an adhesion-side terminal electrode 7 connected to the adhesion electrode 4 by a fine-line-shaped adhesion-side pattern wiring 7a; A pair of a wire bonding electrode 8 and a wire side terminal electrode 9 connected to the wire bonding electrode 8 by a thin wire-like pattern wiring 9a are formed. Further, the electrode layer 3b that is not bonded and the corresponding wire bonding electrode 8 are electrically connected by a thin metal wire Y such as a gold wire by wire bonding. Note that the outer shapes of the first thermal element 3A and the second thermal element 3B are set to be smaller in plan view than the adhesive electrode 4 to be bonded. That is, the surface and the back surface of the thermistor body 3a have a smaller area than the adhesive electrode 4 to be bonded.
  • the infrared absorption film 5 is formed of a material having an infrared absorption rate higher than that of the insulating film 2.
  • a film containing an infrared absorption material such as carbon black or an infrared absorption glass film (containing 71% silicon dioxide). Hockey glass film etc.). That is, the infrared absorption film 5 absorbs infrared rays due to radiation from the measurement object.
  • the temperature of the first thermosensitive element 3A immediately below is changed by heat conduction through the insulating film 2 from the infrared absorbing film 5 that absorbs infrared rays and generates heat.
  • the infrared absorbing film 5 is formed to cover the first thermal element 3A and the adhesive electrode 4 with a size larger than that of the first thermal element 3A.
  • the infrared reflection film 6 is formed of a material having an infrared emissivity higher than that of the insulating film 2, and is formed of, for example, a mirror-deposited aluminum vapor deposition film or an aluminum foil.
  • the infrared reflective film 6 is formed to cover the second heat sensitive element 3B and the adhesive electrode 4 with a size larger than that of the second heat sensitive element 3B.
  • the adhesive electrode 4, the adhesion-side pattern wiring 7 a, and the adhesion side are formed on one surface (back surface) of the insulating film 2.
  • the terminal electrode 7, the wire bonding electrode 8, and the wire side terminal electrode 9 are respectively patterned.
  • a pattern is formed on the other surface (front surface) of the insulating film 2 with the infrared absorption film 5 and the infrared reflection film 6 facing the corresponding adhesive electrodes 4 respectively.
  • the first thermal element 3A and the second thermal element 3B are separately bonded onto the corresponding adhesive electrode 4 by solder or conductive adhesive.
  • the electrode layer 3b to which the first heat sensitive element 3A and the second heat sensitive element 3B are not bonded and the wire bonding electrode 8 are connected by a thin metal wire Y by wire bonding. In this way, the infrared sensor 1 is manufactured.
  • the infrared sensor 1 of the present embodiment is opposed to the infrared absorption film 5 provided on the other surface of the insulating film 2 so as to face the first thermal element 3A and the second thermal element 3B.
  • the infrared reflection film 6 provided on the other surface of the insulating film 2, so that it is thinly heated by partial infrared absorption by the infrared absorption film 5 and partial infrared reflection by the infrared reflection film 6.
  • a good temperature difference between the first thermal element 3A and the second thermal element 3B can be obtained on the insulating film 2 having low conductivity.
  • the infrared absorbing film 5 As shown in FIG. It is possible to conduct heat due to infrared absorption. In particular, since the heat of the infrared absorption film 5 is conducted across the thin insulating film 2, there is no deterioration in sensitivity and high responsiveness is achieved. In addition, since the area of the infrared absorption film 5 can be arbitrarily set, the viewing angle of infrared detection matched to the distance to the measurement object can be set by area, and high light receiving efficiency can be obtained.
  • the infrared reflection film 6 can reflect the infrared rays directly above the second heat sensitive element 3B of the insulating film 2 to prevent its absorption. Since the infrared absorption film 5 and the infrared reflection film 6 are formed on the insulating film 2, the medium that conducts heat between the infrared absorption film 5 and the infrared reflection film 6 is a film other than air. Becomes only the insulating film 2 between the two facing each other, and the cross-sectional area to be conducted becomes small. Accordingly, it is difficult for heat to be transmitted to the mutual heat sensitive elements, interference is reduced, and detection sensitivity is improved.
  • the first heat sensitive element 3A and the second heat sensitive element 3B in which the influence of heat on the low heat conductive insulating film 2 is suppressed, are respectively directly below the infrared absorbing film 5 and the infrared reflecting film 6. It has the structure which measures the partial temperature of the insulating film 2 just under. Therefore, it is possible to obtain a good temperature difference between the first thermal element 3A for infrared detection and the second thermal element 3B for temperature compensation, thereby achieving high sensitivity.
  • the thermal coupling between the first thermal element 3A and the second thermal element 3B is low, they can be arranged close to each other, and the overall size can be reduced. Furthermore, since the absorption of infrared rays is prevented by the infrared reflection film 6 rather than the light shielding structure by the frame or case, it can be manufactured at low cost.
  • the infrared absorption film 5 and the infrared reflection film 6 are made of a conductive material, insulation with the first and second thermal elements 3A and 3B installed with the insulating film 2 interposed therebetween is ensured. Therefore, an efficient material can be selected regardless of the insulating properties of the film. Further, since the insulating film 2 is formed of an infrared transmissive film, infrared absorption by the insulating film 2 itself around the infrared absorption film 5 and the infrared reflection film 6 is suppressed as much as possible, and heat conduction from the surroundings. The influence on the first thermal element 3A and the second thermal element 3B can be reduced.
  • thermosensitive element 3A and the second thermosensitive element 3B are a plate-like thermistor element body 3a and a pair of electrodes formed on the front and back surfaces of the thermistor element body 3a, one of which is bonded to the adhesive electrode 4.
  • Layer 3b the heat capacity in the traveling direction (thickness direction) of infrared rays is small, and heat is transferred to the wide adhesive electrode 4 and electrode layer 3b and then conducted to the thermistor body 3a, thereby providing thermal responsiveness and Detection sensitivity can be improved.
  • the thermistor body 3a is plate-shaped and is a so-called flake-type thermistor that is bonded to the wide adhesive electrode 4 by the electrode layer 3b, it has a thick chip-like thermistor body like a chip thermistor at the end. Higher thermal responsiveness and detection sensitivity can be obtained with superior thermal conductivity than a thermistor having an electrode. Furthermore, in the case of a flake type thermistor, the thermistor element body 3a can usually be selected from the same plate element element, so that it is easy to set the resistance values and B constants of the two thermal elements 3A and 3B to be substantially the same.
  • the outer shapes of the first heat sensitive element 3A and the second heat sensitive element 3B are set to be smaller in plan view than the adhesive electrode 4 to be bonded, the heat capacity is further reduced by the downsizing, and further excellent. Thermal responsiveness is obtained. Further, since the fine line-shaped adhesion-side pattern wiring 7a and wire-side pattern wiring 9a and the metal thin wire Y by wire bonding are employed for electrode connection, the first thermal element 3A and the second thermal element 3B. It is difficult to conduct heat from the wiring to the bonding-side terminal electrode 7 and the wire-side terminal electrode 9, and it is possible to obtain higher detection sensitivity by suppressing the escape of heat. Therefore, it is possible to prevent thermal coupling with other portions due to space conduction between the lead wire and the thermistor as in the prior art.
  • the infrared sensor 21 includes a housing 27 that is fixed to one surface of the insulating film 2 and supports the insulating film 2.
  • the housing 27 includes the first thermal element 23 ⁇ / b> A and the first thermal element 23 ⁇ / b> A.
  • the first embodiment is that a first storage portion 27a and a second storage portion 27b are provided, which individually store the two thermal elements 23B and cover with air having a lower thermal conductivity than the insulating film 2. It is different from the form.
  • first thermal element 23A and the second thermal element 23B of the second embodiment are set to be smaller in plan view than the adhesive electrode 4 to be bonded, as compared with the first embodiment. .
  • the casing 27 is made of, for example, a resin, and is preferably a material having lower thermal conductivity than the insulating film 2 so as not to dissipate heat of the insulating film 2 more than necessary.
  • the first storage portion 27a and the second storage portion 27b are holes having a rectangular cross section formed corresponding to the positions of the first thermal element 23A and the second thermal element 23B, The opening is closed with the insulating film 2 with air sealed inside.
  • the first thermal element 23A and the second thermal element 23B are individually accommodated and insulated by the first accommodating part 27a and the second accommodating part 27b. Since these are covered with air whose thermal conductivity is lower than that of the film 2, the heat conduction between the first thermal element 23A and the second thermal element 23B can be further suppressed. Further, the outer shapes of the first and second heat sensitive elements 23A and 23B are set to be smaller than the first embodiment in the plan view as compared with the bonded electrode 4 to be bonded. Responsiveness is obtained.
  • the present invention can provide an infrared sensor that can be downsized and has an inexpensive structure.

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Abstract

　赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供すること。　絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２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及び第２の感熱素子３Ｂが別々に接着された一対の接着電極４と、第１の感熱素子３Ａ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吸収膜５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６と、を備え、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂが、板状のサーミスタ素体３ａと、該サーミスタ素体３ａの表裏面にそれぞれ形成され一方が接着電極４に接着される一対の電極層と、を有する。

Description

赤外線センサ
　本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度等を測定する赤外線センサに関する。
　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知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知する赤外線検知用感熱素子と、樹脂フィルムに遮光状態に設けられ保持体の温度を検知する温度補償用感熱素子と、を備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサでは、導光部の内側面に赤外線吸収膜を形成すると共に、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めている。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、薄膜サーミスタが用いられている。
　また、特許文献２には、赤外線検知用感熱素子と、温度補償用感熱素子と、これらを密着固定する樹脂フィルムと、赤外線の入射窓側に赤外線検知用感熱素子を配置すると共に赤外線を遮蔽する遮蔽部側に温度補償用感熱素子を配置した枠体を有するケースと、を備えた赤外線検出器が提案されている。この赤外線検出器では、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させて赤外線の吸収を高めていると共に、赤外線検知用感熱素子と温度補償用感熱素子との熱勾配を無くすために熱伝導の良い材料で枠体を形成している。また、赤外線検知用感熱素子及び温度補償用感熱素子には、リード線がサーミスタに接続された松葉型のサーミスタが採用されている。
特開２００２－１５６２８４号公報（段落番号００２６、図２） 特開平７－２６０５７９号公報（特許請求の範囲、図２）
　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、特許文献１及び２の赤外線センサでは、樹脂フィルムにカーボンブラック等の赤外線吸収材料を含有させると共に一方の感熱素子側を温度補償用に遮光する構造が採用されているが、赤外線吸収材料を含有した樹脂フィルムの熱伝導が高く、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で温度差分が生じ難いという不都合があった。また、これら感熱素子間で温度差分を大きくするためには、感熱素子間の距離を大きくする必要があり、全体形状が大きくなってしまい、小型化が困難になる問題がある。さらに、温度補償用の感熱素子を遮光する構造をケース自体に設ける必要があるため、高価になってしまう。
　また、特許文献２では、熱伝導の良い枠体を採用しているため、赤外線吸収膜からの熱も放熱されてしまい感度が劣化する不都合がある。また、リード線が接続された松葉型のため、サーミスタとリード線との間で熱の空間伝導が生じてしまう。さらに、松葉型やチップ型のサーミスタの場合、スポット計測となってしまい、樹脂フィルムに温度の面内分布が生じた場合に測定誤差が生じてしまう不都合があった。
　本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、赤外線検知用と温度補償用との感熱素子間で高い温度差分が得られると共に小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供することを目的とする。
　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、本発明の赤外線センサは、絶縁性フィルムと、該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、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が別々に接着された一対の接着電極と、前記第１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吸収膜と、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、を備え、前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が、板状のサーミスタ素体と、該サーミスタ素体の表裏面にそれぞれ形成され一方が前記接着電極に接着される一対の電極層と、を有することを特徴とする。
　この赤外線センサでは、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して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、を備えているので、赤外線吸収膜による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム上で第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
　すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルムでも、赤外線吸収膜によって絶縁性フィルムの第１の感熱素子の直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルムを挟んで赤外線吸収膜の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
　また、赤外線反射膜によって絶縁性フィルムの第２の感熱素子の直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
　なお、絶縁性フィルム上に赤外線吸収膜と赤外線反射膜とを形成しているので、赤外線吸収膜と赤外線反射膜との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルムのみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
　このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子と第２の感熱素子とが、それぞれ赤外線吸収膜の直下と赤外線反射膜の直下との絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子と温度補償用とされる第２の感熱素子との良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
　また、第１の感熱素子と第２の感熱素子との熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
　また、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルムを挟んで設置された第１の感熱素子及び第２の感熱素子との絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
　また、第１の感熱素子及び第２の感熱素子が、板状のサーミスタ素体と、該サーミスタ素体の表裏面にそれぞれ形成され一方が接着電極に接着される一対の電極層と、を有するので、赤外線の進行方向（厚み方向）の熱容量が小さいと共に広い接着電極及び電極層に熱を伝えてからサーミスタ素体に熱伝導させることで、熱応答性及び検出感度を改善することができる。すなわち、サーミスタ素体が板状であると共に広い接着電極に電極層で接着されるいわゆるフレーク形サーミスタのため、チップサーミスタのように厚いチップ状のサーミスタ素体を有して端部に電極を有するサーミスタより、優れた熱伝導性で高い熱応答性及び検出感度を得ることができる。さらに、フレーク形サーミスタの場合、通常同じ平板素体からサーミスタ素体を選別できるため、２つの感熱素子の抵抗値及びＢ定数をほぼ同じに設定することが容易である。
　また、松葉型やチップ型のサーミスタに比べて検出面積を広くできると共に、赤外線吸収膜及び赤外線反射膜に対応した面積とすることが容易で、面内分布による測定誤差が生じ難い。
　また、本発明の赤外線センサは、前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子の外形状が、接着される前記接着電極よりも平面視で小さく設定されていることを特徴とする。
　すなわち、この赤外線センサでは、第１の感熱素子及び第２の感熱素子の外形状が、接着される接着電極よりも平面視で小さく設定されているので、小型化により熱容量がより小さくなって、さらに優れた熱応答性が得られる。
　また、本発明の赤外線センサは、前記絶縁性フィルムの一方の面に、前記接着電極に細線状の接着側パターン配線で接続された接着側端子電極と、ワイヤボンディング用電極と、前記ワイヤボンディング用電極に細線状のワイヤ側パターン配線で接続されたワイヤ側端子電極と、がそれぞれ一対形成され、接着されていない前記電極層と対応する前記ワイヤボンディング用電極とが、ワイヤボンディングによる金属細線で電気的に接続されていることを特徴とする。
　すなわち、この赤外線センサでは、細線状の接着側パターン配線及びワイヤ側パターン配線と、ワイヤボンディングによる金属細線と、を電極の接続に採用しているので、第１の感熱素子及び第２の感熱素子の熱が配線から接着側端子電極及びワイヤ側端子電極に伝導し難く、熱の逃げを抑制してより高い検出感度を得ることができる。したがって、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
　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によれば、第１の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線吸収膜と、第２の感熱素子に対向して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、を備えているので、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができ、高感度化を図ることができると共に、小型かつ安価に作製可能である。さらに、第１の感熱素子及び第２の感熱素子が、板状のサーミスタ素体と、該サーミスタ素体の表裏面にそれぞれ形成され一方が接着電極に接着される一対の電極層と、を有するので、赤外線の進行方向（厚み方向）の熱容量が小さいと共に広い接着電極及び電極層に熱を伝えてからサーミスタ素体に熱伝導させることで、熱応答性及び検出感度を改善することができる。
本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態において、赤外線センサを示す正面図である。 第１実施形態において、第１の感熱素子及び第２の感熱素子を示す断面図である。 第１実施形態において、赤外線センサの製造方法を工程順に示す底面図である。 本発明に係る赤外線センサの第２実施形態を示す斜視図である。 図５のＡ－Ａ線矢視断面図である。
　１，２１　　赤外線センサ
　２　　　　　絶縁性フィルム
　３Ａ，２３Ａ　　第１の感熱素子
　３Ｂ，２３Ｂ　　第２の感熱素子
　３ａ　　　　サーミスタ素体
　３ｂ　　　　電極層
　４　　　　　接着電極
　５　　　　　赤外線吸収膜
　６　　　　　赤外線反射膜
　７　　　　　接着側端子電極
　７ａ　　　　接着側パターン配線
　８　　　　　ワイヤボンディング用電極
　９　　　　　ワイヤ側端子電極
　９ａ　　　　ワイヤ側パターン配線
　２７　　　　筐体
　２７ａ　　　第１の収納部
　２７ｂ　　　第２の収納部
　Ｙ　　　　　金属細線
　以下、本発明に係る赤外線センサの第１実施形態を、図１から図４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。
　本実施形態の赤外線センサ１は、図１及び図２に示すように、絶縁性フィルム２と、該絶縁性フィルム２の一方の面（下面）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の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂが別々に接着された一対の接着電極４と、第１の感熱素子３Ａに対向して絶縁性フィルム２の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜５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６と、を備えている。
　すなわち、上記赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。
　上記絶縁性フィルム２は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム２がポリイミド樹脂シートで形成されている。
　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、板状のサーミスタ素体３ａと、該サーミスタ素体３ａの表裏面にそれぞれ形成され一方が接着電極４に接着される一対の電極層３ｂと、を有したいわゆるフレーク形サーミスタである。
　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サーミスタ素体３ａが形成されている。
　上記フレーク形サーミスタの第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂを作製するには、例えば上記サーミスタ材料のセラミックスからなる四角平板状の平板素体における上下面に、それぞれガラスペーストをスクリーン印刷等で塗布して焼き付けることによりガラス層３ｃを形成する。次に、この平板素体を短冊状にダイシングして複数の角柱素体とし、これらを互いにガラス層３ｃを並べた状態でガラス層３ｃの形成されていない両側面にもガラス層３ｃを形成して角柱状体とする。
　次に、全側面にガラス層３ｃが形成された角柱状体を、中心軸の直交方向に切断して複数の板状体であるサーミスタ素体３ａとする。
　さらに、上面にサーミスタ素体３ａに合わせて形成された複数の凹部を有する治具を用意し、凹部内にサーミスタ素体３ａを配する。この状態で凹部内にＡｕやＡｇペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷等で塗布して焼き付けし、サーミスタ素体３ａの表面に電極層３ｂを形成する。また、同様に、サーミスタ素体３ａの裏面にも電極層３ｂを形成する。このようにしてフレーク形サーミスタである第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂが作製される。
　また、絶縁性フィルム２の一方の面（裏面）には、図４の（ａ）に示すように、接着電極４に細線状の接着側パターン配線７ａで接続された接着側端子電極７と、ワイヤボンディング用電極８と、ワイヤボンディング用電極８に細線状のワイヤ側パターン配線９ａで接続されたワイヤ側端子電極９と、がそれぞれ一対形成されている。
　さらに、接着されていない電極層３ｂと対応するワイヤボンディング用電極８とが、ワイヤボンディングによる金線等の金属細線Ｙで電気的に接続されている。
　なお、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの外形状が、接着される接着電極４よりも平面視で小さく設定されている。すなわち、サーミスタ素体３ａの表面及び裏面が、接着される接着電極４よりも小さい面積とされている。 
　上記赤外線吸収膜５は、絶縁性フィルム２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％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されている。すなわち、この赤外線吸収膜５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。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜５から絶縁性フィルム２を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子３Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜５は、第１の感熱素子３Ａ及び接着電極４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。
　上記赤外線反射膜６は、絶縁性フィルム２よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、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されている。この赤外線反射膜６は、第２の感熱素子３Ｂ及び接着電極４よりも大きなサイズでこれらを覆うように形成されている。
　本実施形態の赤外線センサ１を作製するには、まず、図４の（ａ）に示すように、絶縁性フィルム２の一方の面（裏面）に接着電極４、接着側パターン配線７ａ、接着側端子電極７、ワイヤボンディング用電極８及びワイヤ側端子電極９を、それぞれパターン形成する。次に、図４の（ｂ）に示すように、絶縁性フィルム２の他方の面（表面）に、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６を、それぞれ対応する接着電極４に対向させてパターン形成する。次に、図４の（ｃ）に示すように、対応する接着電極４上に、半田又は導電性接着剤により第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂを別々に接着する。さらに、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの接着されていない電極層３ｂとワイヤボンディング用電極８とをワイヤボンディングによる金属細線Ｙで接続する。このようにして赤外線センサ１が作製される。
　このように本実施形態の赤外線センサ１は、第１の感熱素子３Ａ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吸収膜５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６と、を備えているので、赤外線吸収膜５による部分的な赤外線吸収と赤外線反射膜６による部分的な赤外線反射とにより、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム２上で第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
　すなわち、フィルムに赤外線吸収材料等を含有させていない低熱伝導性の絶縁性フィルム２でも、図２に示すように、赤外線吸収膜５によって絶縁性フィルム２の第１の感熱素子３Ａの直上部分のみに赤外線吸収による熱を伝導させることができる。特に、薄い絶縁性フィルム２を挟んで赤外線吸収膜５の熱が伝導されるため、感度の劣化がなく、高い応答性を有している。また、赤外線吸収膜５の面積を任意に設定可能であるため、測定対象物との距離に合わせた赤外線検出の視野角を面積で設定でき、高い受光効率を得ることができる。
　また、赤外線反射膜６によって絶縁性フィルム２の第２の感熱素子３Ｂの直上部分における赤外線を反射してその吸収を阻止することができる。
　なお、絶縁性フィルム２上に赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６とを形成しているので、赤外線吸収膜５と赤外線反射膜６との間の熱を伝導する媒体が、空気以外にこれら膜が対向した間の絶縁性フィルム２のみとなり、伝導する断面積が小さくなる。したがって、相互の感熱素子への熱が伝わり難くなり、干渉が少なくなって検出感度が向上する。
　このように、低熱伝導性の絶縁性フィルム２上で互いに熱の影響が抑制された第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとが、それぞれ赤外線吸収膜５の直下と赤外線反射膜６の直下との絶縁性フィルム２の部分的な温度を測定する構造を有している。したがって、赤外線検知用とされる第１の感熱素子３Ａと温度補償用とされる第２の感熱素子３Ｂとの良好な温度差分を得られ、高感度化を図ることができる。
　また、第１の感熱素子３Ａと第２の感熱素子３Ｂとの熱結合が低いので、互いに近づけて配置することも可能になり、全体の小型化を図ることができる。さらに、枠体やケースによる遮光構造ではなく、赤外線反射膜６によって赤外線の吸収を防いでいるので、安価に作製することができる。
　また、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６が導電性材料で構成されていても、絶縁性フィルム２を挟んで設置された第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂとの絶縁が確保されているので、膜の絶縁性を問わずに効率の良い材料の選択が可能になる。
　また、絶縁性フィルム２が、赤外線透過性フィルムで形成されているので、赤外線吸収膜５及び赤外線反射膜６の周囲の絶縁性フィルム２自体による赤外線吸収を極力抑制して、周囲からの熱伝導による第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂへの影響を低減することができる。
　また、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂが、板状のサーミスタ素体３ａと、該サーミスタ素体３ａの表裏面にそれぞれ形成され一方が接着電極４に接着される一対の電極層３ｂと、を有するので、赤外線の進行方向（厚み方向）の熱容量が小さいと共に広い接着電極４及び電極層３ｂに熱を伝えてからサーミスタ素体３ａに熱伝導させることで、熱応答性及び検出感度を改善することができる。
　すなわち、サーミスタ素体３ａが板状であると共に広い接着電極４に電極層３ｂで接着されるいわゆるフレーク形サーミスタのため、チップサーミスタのように厚いチップ状のサーミスタ素体を有して端部に電極を有するサーミスタより、優れた熱伝導性で高い熱応答性及び検出感度を得ることができる。さらに、フレーク形サーミスタの場合、通常同じ平板素体からサーミスタ素体３ａを選別できるため、２つの感熱素子３Ａ，３Ｂの抵抗値及びＢ定数をほぼ同じに設定することが容易である。
　また、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの外形状が、接着される接着電極４よりも平面視で小さく設定されているので、小型化により熱容量がより小さくなって、さらに優れた熱応答性が得られる。
　さらに、細線状の接着側パターン配線７ａ及びワイヤ側パターン配線９ａと、ワイヤボンディングによる金属細線Ｙと、を電極の接続に採用しているので、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの熱が配線から接着側端子電極７及びワイヤ側端子電極９に伝導し難く、熱の逃げを抑制してより高い検出感度を得ることができる。したがって、従来のようにリード線とサーミスタとの間の空間伝導による他の箇所との熱結合を防ぐことができる。
　次に、本発明に係る赤外線センサの第２実施形態について、図４及び図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
　第２実施形態の赤外線センサ２１では、絶縁性フィルム２の一方の面に固定されて該絶縁性フィルム２を支持する筐体２７を備え、該筐体２７に、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂをそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い空気で覆う第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂが設けられている点で、第１実施形態と異なっている。
　また、第２実施形態の第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂの外形状は、第１実施形態と比べて、接着される接着電極４よりも平面視でさらに小さく設定されている。
　上記筐体２７は、例えば樹脂製であり、絶縁性フィルム２の熱を必要以上に放熱しないように絶縁性フィルム２よりも熱伝導性の低い材料であることが好ましい。
　また、上記第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂは、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂの位置にそれぞれ対応して形成された断面矩形状の孔部であり、内部に空気を密封した状態で開口部が絶縁性フィルム２で閉塞されている。
　このように第２実施形態の赤外線センサ２１では、第１の収納部２７ａ及び第２の収納部２７ｂによって、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂをそれぞれ個別に収納すると共に絶縁性フィルム２よりも熱伝導率の低い空気でこれらを覆うので、第１の感熱素子２３Ａと第２の感熱素子２３Ｂとの間の熱伝導をさらに抑制することができる。
　また、第１の感熱素子２３Ａ及び第２の感熱素子２３Ｂの外形状が、第１実施形態と比べて、接着される接着電極４よりも平面視でさらに小さく設定されているので、より高い熱応答性が得られる。
　なお、本発明の技術範囲は上記各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。
本発明は、小型化が可能で、安価な構造を有している赤外線センサを提供できる。

Claims (3)

  1. 　絶縁性フィルムと、
    　該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、
    　前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が別々に接着された一対の接着電極と、
    　前記第１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吸収膜と、
    　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、を備え、
    　前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子が、板状のサーミスタ素体と、該サーミスタ素体の表裏面にそれぞれ形成され一方が前記接着電極に接着される一対の電極層と、を有することを特徴とする赤外線センサ。
  2. 　請求項１に記載の赤外線センサにおいて、
    　前記第１の感熱素子及び前記第２の感熱素子の外形状が、接着される前記接着電極よりも平面視で小さく設定されていることを特徴とする赤外線センサ。
  3. 　請求項１又は２に記載の赤外線センサにおいて、
    　前記絶縁性フィルムの一方の面に、前記接着電極に細線状の接着側パターン配線で接続された接着側端子電極と、ワイヤボンディング用電極と、前記ワイヤボンディング用電極に細線状のワイヤ側パターン配線で接続されたワイヤ側端子電極と、がそれぞれ一対形成され、
    　接着されていない前記電極層と対応する前記ワイヤボンディング用電極とが、ワイヤボンディングによる金属細線で電気的に接続されていることを特徴とする赤外線センサ。
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