WO2018128122A1

WO2018128122A1 - 赤外線センサ実装部材

Info

Publication number: WO2018128122A1
Application number: PCT/JP2017/046574
Authority: WO
Inventors: 敬治白田; 平野　晋吾
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2018-07-12
Also published as: EP3567352A4; EP3567352A1; JP2018109587A; US20200080896A1; CN110023723A; KR20190104323A; JP6743712B2; TW201829990A

Abstract

感熱素子を収納するキャビティ内の熱を効果的に外部に放熱可能な赤外線センサ実装部材を提供する。本発明に係る赤外線センサ実装部材は、絶縁性基板２に感熱素子３Ａ，３Ｂ及び複数の端子電極４が形成された赤外線センサ本体５を、上部に固定して実装基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材であって、絶縁性の実装部材本体６と、実装部材本体に取り付けられ上端部が端子電極に接続されると共に下端部が実装基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材７とを備え、端子部材が、実装部材本体より熱伝導性の高い材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部７ａを有し、実装部材本体が、側部に形成され端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部６ａと、上部に形成され感熱素子の直下に配されると共に端子部材用穴部に連通している素子収納用穴部８とを有している。

Description

赤外線センサ実装部材

　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を支持して基板等に実装するための赤外線センサ実装部材に関する。

　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、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、絶縁性フィルムの一方の面に形成され第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、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た赤外線センサが提案されている。

　このような赤外線センサを回路基板等の実装基板に実装する際に、赤外線センサを支持して実装基板上に設置すると共に導通を図る実装部材が用いられる。例えば、特許文献２には、絶縁性フィルムに感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体を、上部に固定して基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材が記載されている。この赤外線センサ実装部材は、樹脂製の実装部材本体と、実装部材本体に取り付けられ上端部が端子電極に接続されると共に下端部が基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材とを備えている。また、上記端子部材は、側方に突出した端子ピン部を有し、実装部材本体が、側部に端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部を有している。

特開２０１１－１０２７９１号公報特開２０１４－７１０５１号公報

　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、上記従来技術では、赤外線センサ実装部材の実装部材本体にサーミスタを収納するキャビティが形成されているが、キャビティ内の熱が外部に放熱され難く、熱がこもってしまうと赤外線センサ本体での温度計測に影響を与え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、感熱素子を収納するキャビティ内の熱を効果的に外部に放熱可能な赤外線センサ実装部材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、第１の発明に係る赤外線センサ実装部材は、絶縁性基板に少なくとも一つの感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体を、上部に固定して実装基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材であって、絶縁性の実装部材本体と、前記実装部材本体に取り付けられ上端部が前記端子電極に接続されると共に下端部が前記実装基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材とを備え、前記端子部材が、前記実装部材本体より熱伝導性の高い材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部を有し、前記実装部材本体が、側部に形成され前記端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部と、上部に形成され前記感熱素子の直下に配されると共に前記端子部材用穴部に連通している素子収納用穴部とを有していることを特徴とする。

　この赤外線センサ実装部材では、実装部材本体が、側部に形成され端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部と、上部に形成され感熱素子の直下に配されると共に端子部材用穴部に連通している素子収納用穴部とを有しているので、キャビティとしての素子収納用穴部が端子ピン部が差し込まれている端子部材用穴部に連通していることで、素子収納用穴部内の熱を端子ピン部を介して外部に放熱させることができる。

　第２の発明に係る赤外線センサ実装部材は、第１の発明において、前記端子ピン部の先端部が、前記素子収納用穴部内に突出していることを特徴とする。
　すなわち、この赤外線センサ実装部材では、端子ピン部の先端部が、素子収納用穴部内に突出しているので、素子収納用穴部内に突出して露出した端子ピン部がより効果的な放熱体として機能することで、高い放熱性を得ることができる。また、端子ピン部の先端部の素子収納用穴部内への突出量を調整することで、放熱特性を調整することも可能である。

　第３の発明に係る赤外線センサ実装部材は、第１又は第２の発明において、前記素子収納用穴部が、前記実装部材本体の上下に貫通していることを特徴とする。
　すなわち、この赤外線センサ実装部材では、素子収納用穴部が、実装部材本体の上下に貫通しているので、素子収納用穴部内に外気が流通し易くなると共に実装基板にも熱が伝わり易くなり、内部の熱を外部に放熱し易くなると共に、素子収納用穴部内を外部の雰囲気温度により近づけることが可能になる。また、貫通していることで裏面側から素子収納用穴部を介して感熱素子の搭載状態を目視等で確認することが可能になる。

　第４の発明に係る赤外線センサ実装部材は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記実装部材本体が、前記素子収納用穴部を除いた他の部分より薄く形成された薄肉部を有していることを特徴とする。
　すなわち、この赤外線センサ実装部材では、実装部材本体が、素子収納用穴部を除いた他の部分より薄く形成された薄肉部を有しているので、実装部材本体の体積が小さくなることで、熱容量も小さくなり、応答性が向上する。

　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実装部材によれば、実装部材本体が、側部に形成され端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部と、上部に形成され感熱素子の直下に配されると共に端子部材用穴部に連通している素子収納用穴部とを有しているので、素子収納用穴部内の熱を、端子ピン部を介して外部に放熱させることができる。したがって、本発明の赤外線センサ実装部材では、素子収納用穴部又は端子部材用穴部に端子ピン部が放熱体として露出していることで、素子収納用穴部内の熱が下がり、応答性を向上させることができると共により正確な温度測定が可能になる。

本発明に係る赤外線センサ実装部材の一実施形態において、赤外線センサ本体を設置した状態を示す平面図（ａ）及びＡ－Ａ線断面図（ｂ）である。本実施形態において、赤外線センサ実装部材を示す平面図である。本実施形態において、赤外線センサ実装部材を示す側面図である。本実施形態において、赤外線センサ本体を示す裏面図である。本実施形態における赤外線センサ実装部材の製造方法において、下側金型を示す平面図（ａ）及び下側金型と上側金型とを合わせた状態を示す側面図（ｂ）である。下側金型と上側金型とを合わせた状態を示す図５のＢ－Ｂ線の位置に対応した断面図である。

　以下、本発明に係る赤外線センサ実装部材の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。

　本実施形態の赤外線センサ実装部材１は、図１から図４に示すように、絶縁性基板２に第１の感熱素子３Ａ，第２の感熱素子３Ｂ及び複数の端子電極４が形成された赤外線センサ本体５を、上部に固定して実装基板（図示略）へ実装可能な赤外線センサ実装部材である。この赤外線センサ実装部材１は、樹脂等の絶縁性の実装部材本体６と、実装部材本体６に取り付けられ上端部が端子電極４にはんだ付け等で接続されると共に下端部が実装基板への実装時にはんだ付け等で接続される導電性の複数の端子部材７とを備えている。

　上記端子部材７は、実装部材本体６より熱伝導性の高い金属等の材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部７ａを有している。
　上記実装部材本体６は、側部に形成され端子ピン部７ａが差し込み固定される端子部材用穴部６ａと、上部に形成され感熱素子３Ａ，３Ｂの直下に配されると共に端子部材用穴部６ａに連通している素子収納用穴部８とを有している。
　すなわち、長く突出した端子ピン部７ａは、長孔形状の端子部材用穴部６ａに差し込まれて嵌め込まれることで固定される。

　なお、上記端子ピン部７ａの先端部は、素子収納用穴部８内に突出している。
　また、上記素子収納用穴部８は、実装部材本体６の上下に貫通している。
　また、実装部材本体６は、素子収納用穴部８を除いた他の部分より薄く形成された薄肉部６ｂを有している。この薄肉部６ｂは、実装部材本体６の中央部に平面視矩形状に設けられた穴部である。

　本実施形態では、実装部材本体６が平面視略正方形状に形成された薄板状のブロック形状であり、４つの端子部材７が４つの角部の近傍に設置され、対向する両側にそれぞれ２つずつ端子部材７が配されている。すなわち、実装部材本体６の両側にそれぞれ赤外線センサ本体５を支持する部分が２つずつ互いに間隔を空けて設けられ、全部で４箇所で赤外線センサ本体５が支持、固定される。また、端子部材７を４つより多くすることで、赤外線センサ本体５を４つの端子の場合より安定して支持、固定できる。端子部材７を４つより多くした場合は、追加した端子を通電しないダミー端子とすることができる。なお、端子部材７が４つの場合も、配線膜１１Ａおよび配線膜１１Ｂのグランド側配線同士を接続する事で、４つの端子部材７のうち１つを通電しないダミー端子とすることができる。

　なお、赤外線センサ本体５は、実装部材本体６との間に平行な隙間を設けて支持されている。すなわち、上記端子部材７は、その上部が実装部材本体６の上面から一定量だけ突出しており、上端部にはんだ付け等で接続された赤外線センサ本体５を実装部材本体６から浮かせた状態で支持している。

　端子部材７は、端子ピン部７ａの下に該端子ピン部７ａの突出方向と逆に延在した端子スリット部７ｃを有し、実装部材本体６は、端子スリット部７ｃに差し込まれる端子用差し込み部６ｃを有している。
　また、上記端子ピン部７ａの途中に、抜け止め用の凸部を形成しても構わない。

　上記端子スリット部７ｃは、端子用差し込み部６ｃが差し込み可能に横方向に切り込まれて形成されている。
　端子部材７の下端部は、実装部材本体６に取り付けられた状態で実装部材本体６の両側よりも内側に配されており、全体として傾きが生じ難く設定されている。
　端子部材７の上端部及び下端部は、はんだ付け用に平坦部とされている。

　なお、上記端子部材７は、金属板から型抜き加工、エッチング加工又はレーザ加工によって形成された板状である。なお、エッチング液によって金属板から所定形状の端子部材７を得るエッチング加工や、レーザ光照射によって金属板から所定形状の端子部材７を切り抜くレーザ加工では、型抜き加工よりも微細な形状を高精度に形成可能である。

　上記赤外線センサ本体５は、図４に示すように、絶縁性基板２と、該絶縁性基板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、絶縁性基板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金属膜である一対の第１の配線膜１１Ａ及び第２の感熱素子３Ｂに接続された導電性金属膜である一対の第２の配線膜１１Ｂと、第２の感熱素子３Ｂに対向して絶縁性基板２の他方の面に設けられた赤外線反射膜１２とを備えている。
　なお、図１において赤外線反射膜１２には、ハッチングを施している。

　また、第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂには、その一端部にそれぞれ絶縁性基板２に形成された一対の接着電極１３が接続されていると共に、他端部にそれぞれ絶縁性基板２に形成された端子電極４が接続されている。
　なお、上記接着電極１３には、それぞれ対応する第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂの端子部が半田等の導電性接着剤で接着される。

　上記絶縁性基板２は、ポリイミド樹脂シート等の絶縁性フィルムで形成され、赤外線反射膜１２、第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂが銅箔で形成されている。すなわち、これらは、絶縁性基板２とされるポリイミド基板の両面に、赤外線反射膜１２、第１の配線膜１１Ａ及び第２の配線膜１１Ｂとされる銅箔のフロート電極が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。

　上記赤外線反射膜１２は、第２の感熱素子３Ｂの直上に略四角形状で配されている。
　この赤外線反射膜１２は、絶縁性基板２よりも高い赤外線反射率を有する材料で形成され、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１２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。

　上記第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂは、両端部に端子部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。

　上記素子収納用穴部８は、第１の感熱素子３Ａ及び第２の感熱素子３Ｂを収納可能な空間を有した貫通孔である。なお、素子収納用穴部８は上下に貫通した孔であることが好ましいが、有底の穴部としても構わない。

　なお、本実施形態の赤外線センサ実装部材１の製造方法を、図５及び図６を参照して以下に記載する。
　本実施形態の赤外線センサ実装部材１の製造方法は、図５及び図６に示すように、上側金型２１と下側金型２２との間に形成されるキャビティ２２ａ内に樹脂を注入する射出成形により、実装部材本体６を形成する成形工程と、端子部材用穴部６ａに端子部材７を取り付ける端子取り付け工程とを有している。

　上記成形工程では、端子部材用穴部６ａに対応した形状のピン用移動金型２３をキャビティ内２２ａに配すると共に、ピン用移動金型２３の先端部を上側金型２１と下側金型２２との少なくとも一方に設けたピン押さえ部で押さえた状態で射出成形を行う。
　また、上側金型２１と下側金型２２との少なくとも一方が、素子収納用穴部８に対応した形状の穴部形成用凸部２４を有している。なお、本実施形態では、穴部形成用凸部２４が上側金型２１と下側金型２２との両方に設けられており、上下の穴部形成用凸部２４を互いに突き合わせることで素子収納用穴部８に供される部分が構成される。

　上記ピン押さえ部２４ａは、穴部形成用凸部２４に形成されている。
　なお、本実施形態では、ピン押さえ部２４ａが、上側金型２１と下側金型２２とに形成された上下の穴部形成用凸部２４の対向面にそれぞれ形成されている。
　上記成形工程では、ピン用移動金型２３の先端部が、穴部形成用凸部２４のピン押さえ部２４ａの位置まで配され、互いに対向する上下の穴部形成用凸部２４のピン押さえ部２４ａでピン用移動金型２３の先端部を挟んで支持した状態で射出成形を行う。すなわち、ピン用移動金型２３を成形時に素子収納用穴部８となる位置にまで先端部を突出させると共に、ピン用移動金型２３の先端部を成形金型（上側金型２１，下側金型２２）に設けたピン押さえ部２４ａで把持した状態で成形を行う。

　また、上側金型２１と下側金型２２とは、ピン用移動金型２３の基端部を押さえる基端押さえ部２４ｂをそれぞれ有している。したがって、ピン用移動金型２３は、射出成形時に先端部と基端部との両方で上側金型２１と下側金型２２とに支持される。
　さらに、上側金型２１は、薄肉部６ｂに対応した形状の薄肉部用凸部２１ａを有している。なお、薄肉部６ｂに対応した形状の薄肉部用凸部を下側金型２２に設け、実装部材本体６の下面に薄肉部６ｂを形成しても構わない。
　上記成形後、ピン用移動金型２３を抜いて形成された端子部材用穴部６ａは、素子収納用穴部８に連通した状態となる。このように形成された端子部材用穴部６ａに端子ピン部７ａを差し込んで端子部材７を取り付けることで赤外線センサ実装部材１が作製される。

　このように本実施形態の赤外線センサ実装部材１は、実装部材本体６が、側部に形成され端子ピン部７ａが差し込み固定される端子部材用穴部６ａと、上部に形成され感熱素子３Ａ，３Ｂの直下に配されると共に端子部材用穴部６ａに連通している素子収納用穴部８とを有しているので、キャビティとしての素子収納用穴部８が端子ピン部７ａが差し込まれている端子部材用穴部６ａに連通していることで、素子収納用穴部８内の熱を、端子ピン部７ａを介して外部に放熱させることができる。

　また、端子ピン部７ａの先端部の素子収納用穴部８内への突出量を調整することで、放熱特性を調整することも可能である。
　また、端子ピン部７ａの先端部が、素子収納用穴部８内に突出しているので、素子収納用穴部８内に突出して露出した端子ピン部７ａがより効果的な放熱体として機能することで、高い放熱性を得ることができる。

　また、素子収納用穴部８が、実装部材本体６の上下に貫通しているので、素子収納用穴部８内に外気が流通し易くなると共に実装基板にも熱が伝わり易くなり、内部の熱を外部に放熱し易くなると共に、素子収納用穴部８内を外部の雰囲気温度により近づけることが可能になる。また、貫通していることで裏面側から素子収納用穴部８を介して感熱素子３Ａ，３Ｂの搭載状態を目視等で確認することが可能になる。
　さらに、実装部材本体６が、素子収納用穴部８を除いた他の部分より薄く形成された薄肉部６ｂを有しているので、実装部材本体６の体積が小さくなることで、熱容量も小さくなり、応答性が向上する。

　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。

　例えば、上記実施形態では、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。

　１…赤外線センサ実装部材、２…絶縁性基板、３Ａ…第１の感熱素子、３Ｂ…第２の感熱素子、４…端子電極、５…赤外線センサ本体、６…実装部材本体、６ａ…端子部材用穴部、６ｂ…薄肉部、７…端子部材、７ａ…端子ピン部、８…素子収納用穴部

Claims

　絶縁性基板に少なくとも一つの感熱素子及び複数の端子電極が形成された赤外線センサ本体を、上部に固定して実装基板へ実装可能な赤外線センサ実装部材であって、
　絶縁性の実装部材本体と、
　前記実装部材本体に取り付けられ上端部が前記端子電極に接続されると共に下端部が前記実装基板への実装時に接続される導電性の複数の端子部材とを備え、
　前記端子部材が、前記実装部材本体より熱伝導性の高い材料で形成されていると共に、側方に突出した端子ピン部を有し、
　前記実装部材本体が、側部に形成され前記端子ピン部が差し込み固定される端子部材用穴部と、
　上部に形成され前記感熱素子の直下に配されると共に前記端子部材用穴部に連通している素子収納用穴部とを有していることを特徴とする赤外線センサ実装部材。
　請求項１に記載の赤外線センサ実装部材において、
　前記端子ピン部の先端部が、前記素子収納用穴部内に突出していることを特徴とする赤外線センサ実装部材。
　請求項１に記載の赤外線センサ実装部材において、
　前記素子収納用穴部が、前記実装部材本体の上下に貫通していることを特徴とする赤外線センサ実装部材。
　請求項１に記載の赤外線センサ実装部材において、
　前記実装部材本体が、前記素子収納用穴部を除いた他の部分より薄く形成された薄肉部を有していることを特徴とする赤外線センサ実装部材。