WO2018168663A1 - 赤外線センサ - Google Patents

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WO2018168663A1
WO2018168663A1 PCT/JP2018/009090 JP2018009090W WO2018168663A1 WO 2018168663 A1 WO2018168663 A1 WO 2018168663A1 JP 2018009090 W JP2018009090 W JP 2018009090W WO 2018168663 A1 WO2018168663 A1 WO 2018168663A1
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WO
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mounting member
infrared sensor
lower wiring
sensor
main body
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PCT/JP2018/009090
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French (fr)
Inventor
平野 晋吾
敬治 白田
Original Assignee
三菱マテリアル株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

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.
  • Patent Document 1 describes an infrared sensor in which a measuring infrared sensor element and a compensating infrared sensor element are housed in a metal cap having an infrared incident window.
  • the substrate on which the measurement infrared sensor element is mounted is installed so as to cover the upper side of the substrate on which the compensation infrared sensor element is mounted.
  • Patent Document 2 discloses a container having an incident window through which infrared rays are incident, a first infrared detecting element disposed opposite to the incident window in the container, a substrate on which the first infrared detecting element is mounted, An infrared detector is described that includes a second infrared detection element that is disposed under the substrate and shields infrared rays from an incident window. Also in this infrared detector, similarly to the infrared sensor of Patent Document 1, the substrate on which the first infrared detection element is mounted covers the upper side of the substrate on which the second infrared detection element is mounted.
  • the infrared detecting and compensating thermosensitive elements are mounted on mounting boards such as separate printed circuit boards, and these mounting boards are supported by support columns with a space above the stem member. ing. For this reason, there is a problem that the detection-side mounting board on which the thermal element for detecting infrared rays is mounted receives infrared rays radiated from the lower compensation-side mounting board, and the detection accuracy is lowered.
  • the mounting board on the detection side is arranged above so as to cover the entire top surface of the mounting board on the compensation side, it receives infrared rays from the entire top surface of the mounting board for compensation, and the infrared detection accuracy is high. It had fallen.
  • the compensation-side mounting board since the compensation-side mounting board is arranged on the stem member, it receives infrared rays from the stem member affected by external temperature changes, and the infrared rays due to the heat affect the upper detection-side mounting board. There was an inconvenience.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an infrared sensor capable of suppressing the influence of infrared rays and heat from a lower substrate and a stem member and suppressing a decrease in detection accuracy.
  • the infrared sensor according to the first invention is provided on the lower wiring board on which at least a pair of lower pattern wirings are formed, the sensor mounting member installed on the lower wiring board, and the sensor mounting member An infrared sensor body, wherein the infrared sensor body is an insulating substrate, at least one thermal element provided on the insulating substrate, and at least a pair of thermal elements formed on the insulating substrate and connected to the thermal element.
  • An upper pattern wiring wherein the sensor mounting member is an insulating mounting member main body, and is provided in the mounting member main body and connected to the upper pattern wiring and at least a pair of the lower pattern wiring
  • the lower wiring board is formed in a square shape, and the sensor mounting member has at least two sides parallel to each other. Are formed in a rectangular shape or a substantially rectangular shape, and the parallel two sides are arranged in parallel with one of the diagonal lines of the lower wiring substrate in a state where the central axis coincides with the lower wiring substrate, A pair of corners at least diagonally of the lower wiring board protrude from the two parallel sides of the sensor mounting member in plan view.
  • this infrared sensor includes a lower wiring board, a sensor mounting member installed on the lower wiring board, and an infrared sensor main body installed on the sensor mounting member, the lower wiring board and the infrared sensor main body A sensor mounting member is interposed therebetween, which shields and insulates infrared rays and heat from the lower wiring board, and makes the infrared sensor main body thermally independent to suppress a decrease in detection accuracy.
  • the sensor mounting member and the lower wiring board are positioned vertically (in a plan view).
  • the presence of the non-overlapping portion weakens the thermal coupling between the lower wiring board and the sensor mounting member, makes it less susceptible to the influence from the lower wiring board, and can suppress a decrease in detection accuracy.
  • An infrared sensor is characterized in that, in the first invention, the lower wiring board and the sensor mounting member are both substantially square. That is, in this infrared sensor, since the lower wiring board and the sensor mounting member are both substantially square, the diagonal lines of the lower wiring board and the sensor mounting member are deviated from each other by 45 degrees and overlap each other. Since the corners protrude from the four sides of the member, thermal coupling between the lower wiring board and the sensor mounting member can be further weakened. In addition, since the portions that do not overlap each other are symmetrically arranged in all directions, the heat conduction becomes uniform and the detection error can be reduced. In addition, if the lower wiring board and the sensor mounting member as a whole have a basic shape or a schematic shape that is a square shape, the outer peripheral portion may have a cutout, and is assumed to have a substantially square shape.
  • An infrared sensor according to a third invention is the infrared sensor according to the first or second invention, wherein the connection member is provided to project upward from the mounting member body, and the infrared sensor body is disposed between the mounting member body and the infrared sensor body. It is characterized by being fixed to the upper end of the connecting member with a gap left. That is, in this infrared sensor, since the infrared sensor main body is fixed to the upper end portion of the connecting member with a gap between the mounting member main body, the infrared sensor main body is in a state of floating from the mounting member main body, Heat from the mounting member main body becomes difficult to be transmitted to the infrared sensor main body, and a decrease in detection accuracy can be further suppressed.
  • An infrared sensor is the infrared sensor according to any one of the first to third aspects, wherein the lower wiring board, the sensor mounting member, and the infrared sensor body are installed on a metal stem member,
  • the stem member is insulated and sealed with sealing glass and is hermetically held in a penetrating state, and has at least a pair of lead wires electrically connected to the pair of lower pattern wirings, and an infrared incident window and
  • a metal cap that houses the lower wiring board, the sensor mounting member, and the infrared sensor main body and is fixed on the stem member and hermetically seals the top of the stem member is provided.
  • this infrared sensor includes the stem member, the lead wire, and the cap, hermetic sealing is performed with the lower wiring board, the sensor mounting member, and the infrared sensor main body hermetically sealed in the cap. It can be easily mounted on another substrate by the lead wire.
  • the infrared sensor according to the present invention includes the lower wiring board, the sensor mounting member installed on the lower wiring board, and the infrared sensor main body installed on the sensor mounting member.
  • the member can shield and insulate infrared rays and heat from the lower wiring board. Furthermore, since the pair of corners at least diagonally of the lower wiring board protrude from the two parallel sides of the sensor mounting member in plan view, the thermal coupling between the lower wiring board and the sensor mounting member is weakened, It is more difficult to be affected by the wiring board, and a decrease in detection accuracy can be suppressed.
  • FIG. 2A is a plan view showing a state where an infrared sensor main body is installed on a sensor mounting member in the first embodiment
  • FIG. 1st Embodiment it is a top view which shows a sensor mounting member.
  • 1st Embodiment it is a side view which shows a sensor mounting member.
  • 1st Embodiment it is a reverse view which shows an infrared sensor main body.
  • the infrared sensor 1 includes a lower wiring board 11 on which two pairs of lower pattern wirings 11 a and 11 b are formed, and a sensor mounting member installed on the lower wiring board 11. 12 and an infrared sensor main body 13 installed on the sensor mounting member 12.
  • the infrared sensor 1 of the present embodiment includes a metal stem member 14 in which a lower wiring board 11, a sensor mounting member 12, and an infrared sensor main body 13 are installed at an upper portion, and a sealing glass 15a in the stem member 14.
  • the sensor mounting member 12 and the infrared sensor main body 13 are accommodated, and a metal cap 16 that is fixed on the stem member 14 and hermetically seals the stem member 14 is provided.
  • the infrared sensor body 13 includes an insulating substrate 2, a pair of thermal elements 3A and 3B provided on the insulating substrate 2, and thermal elements 3A and 3B formed on the insulating substrate 2.
  • Two pairs of upper pattern wirings 21A and 21B connected to each other are provided.
  • the sensor mounting member 12 includes an insulating mounting member main body 6 and two pairs of connections provided on the mounting member main body 6 and connected to the upper pattern wirings 21A and 21B and to the lower pattern wirings 11a and 11b.
  • the lower wiring board 11 is formed in a square shape.
  • the lower wiring board 11 of a printed board formed in a square shape is employed.
  • the sensor mounting member 12 is formed in a quadrangular or substantially quadrangular shape having at least two sides 12a parallel to each other.
  • the sensor mounting member 12 having a substantially square shape in plan view is employed.
  • the basic shape is a quadrangle or a substantially quadrangular shape, there may be a notch.
  • the substantially quadrangular shape in the present invention includes a shape having at least two sides parallel to each other and an arc shape on the other two sides, or a shape obtained by cutting off corners of the quadrangle with an arc or a straight line.
  • the overall shape is generally rectangular.
  • the sensor mounting member 12 is installed with the two parallel sides 12a arranged in parallel with one of the diagonal lines L1 of the lower wiring board 11 in a state where the central axis C coincides with the lower wiring board 11.
  • a pair of corner portions 11c at least diagonally protrude from the two parallel sides 12a of the sensor mounting member 12 in plan view.
  • the four corner portions 11c protrude from the sides of the sensor mounting member 12 in plan view.
  • the connecting member 7 protrudes upward from the mounting member main body 6, and the infrared sensor main body 13 is fixed to the upper end portion of the connecting member 7 with a gap between the connecting member main body 6 and the infrared sensor main body 13.
  • Two pairs of terminal electrodes 4 are formed on the insulating substrate 2.
  • the mounting member body 6 is formed of an insulating material such as resin.
  • the connection member 7 is attached to the mounting member main body 6 and has an upper end connected to the terminal electrode 4 by soldering or the like and a lower end connected to the lower pattern wirings 11a and 11b by soldering or the like.
  • connection member 7 is formed of a conductive material such as a metal having higher thermal conductivity than the mounting member main body 6, and has a terminal pin portion 7 a protruding sideways.
  • the mounting member body 6 includes a connecting member hole 6a formed on the side and into which the terminal pin portion 7a is inserted and fixed, and a connecting member hole 6a formed on the upper portion and directly below the thermal elements 3A and 3B. And an element accommodating hole 8 communicating with 6a. That is, the terminal pin part 7a which protruded long is fixed by being inserted and fitted in the long hole-shaped connection member hole 6a.
  • the element housing hole 8 penetrates up and down the mounting member body 6 so that the first heat sensitive element 3A and the second heat sensitive element 3B can be accommodated.
  • the element housing hole 8 may be a bottomed hole.
  • the mounting member main body 6 has a thin portion 6 b formed thinner than other portions excluding the element housing hole 8.
  • the thin portion 6 b is a hole provided in the center of the mounting member body 6 in a rectangular shape in plan view.
  • the mounting member main body 6 has a thin plate-like block shape formed in a substantially square shape in plan view, and the four connection members 7 are installed in the vicinity of the four corners, two on each of the opposing sides. Connection members 7 are arranged one by one. That is, two portions for supporting the infrared sensor main body 13 are provided on both sides of the mounting member main body 6 at intervals from each other, and the infrared sensor main body 13 is supported and fixed at four locations.
  • the infrared sensor main body 13 is supported with a parallel gap provided between the mounting member main body 6 and the infrared sensor main body 13. That is, as described above, the upper portion of the connection member 7 protrudes from the upper surface of the mounting member main body 6 by a certain amount, and the infrared sensor main body 13 connected to the upper end portion by soldering or the like is lifted from the mounting member main body 6. I support in the state.
  • the connecting member 7 has a terminal slit portion 7c extending under the terminal pin portion 7a opposite to the protruding direction of the terminal pin portion 7a, and the mounting member body 6 is inserted into the terminal slit portion 7c. It has a portion 6c. If the length from the base end of the terminal slit portion 7c to the tip of the terminal pin portion 7a is defined as the length of the terminal pin portion 7a, the terminal pin portion 7a is set to a length greater than the thickness of the mounting member body 6. Yes.
  • the terminal slit portion 7c is formed by being cut in the lateral direction so that the terminal insertion portion 6c can be inserted.
  • the lower end portion of the connecting member 7 is arranged on the inner side than both sides of the mounting member main body 6 in a state of being attached to the mounting member main body 6, and is set so as not to easily tilt as a whole.
  • the upper end portion and the lower end portion of the connecting member 7 are flat portions for soldering.
  • the connecting member 7 has a plate shape formed from a metal plate by die cutting, etching, or laser processing.
  • the infrared sensor main body 13 has a pair of thermal elements 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B (first and second thermal elements 3 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> A) provided on one surface (lower surface) of the insulating substrate 2.
  • the upper pattern wirings 21A and 21B formed on one surface of the insulating substrate 2 (a pair of first pattern wirings 21A that are conductive metal films connected to the first thermal element 3A).
  • a pair of second pattern wirings 21B which are conductive metal films connected to the second thermal element 3B, and provided on the other surface of the insulating substrate 2 so as to face the second thermal element 3B.
  • an infrared reflection film 22 In FIG. 3, the infrared reflecting film 22 is hatched.
  • first pattern wiring 21A and the second pattern wiring 21B are connected to a pair of adhesive electrodes 23 formed on the insulating substrate 2 at one end, respectively, and insulative at the other end.
  • a terminal electrode 4 formed on the substrate 2 is connected.
  • the terminal portions of the corresponding first thermal element 3A and second thermal element 3B are bonded to the adhesive electrode 23 with a conductive adhesive such as solder.
  • the insulating substrate 2 is formed of an insulating film such as a polyimide resin sheet, and the infrared reflecting film 22, the first pattern wiring 21A, and the second pattern wiring 21B are formed of copper foil. That is, these are double-sided flexible, in which the infrared reflecting film 22, the first pattern wiring 21A, and the copper foil electrodes used as the second pattern wiring 21B are patterned on both surfaces of the polyimide substrate used as the insulating substrate 2. It is produced by a substrate.
  • the infrared reflection film 22 is arranged in a substantially square shape immediately above the second thermal element 3B.
  • the infrared reflection film 22 is formed of a material having an infrared reflectance higher than that of the insulating substrate 2 and is formed by applying a gold plating film on the copper foil.
  • a gold plating film for example, a mirror-deposited aluminum vapor deposition film or an aluminum foil may be used.
  • the infrared reflective film 22 is formed to cover the second thermal element 3B with a size larger than that of the second thermal element 3B.
  • the first thermal element 3A and the second thermal element 3B are chip thermistors in which terminal portions are formed at both ends.
  • this thermistor there are thermistors of NTC type, PTC type, CTR type and the like.
  • NTC type thermistors are employed as the first thermal element 3A and the second thermal element 3B.
  • This thermistor is made of a thermistor material such as a Mn—Co—Cu-based material or a Mn—Co—Fe-based material.
  • the infrared sensor 1 of the present embodiment includes the lower wiring board 11, the sensor mounting member 12 installed on the lower wiring board 11, and the infrared sensor main body 13 installed on the sensor mounting member 12. Therefore, the sensor mounting member 12 is interposed between the lower wiring board 11 and the infrared sensor main body 13, shields and insulates infrared rays and heat from the lower wiring board 11, and heats the infrared sensor main body 13 thermally. A decrease in detection accuracy can be suppressed independently.
  • the sensor mounting member 12 and the lower wiring board 11 are connected to each other. Since there is a portion that does not overlap vertically (in plan view), the thermal coupling between the lower wiring board 11 and the sensor mounting member 12 is weakened, and is less susceptible to the influence from the lower wiring board 11, and the detection accuracy is reduced. Can be suppressed.
  • the lower wiring board 11 and the sensor mounting member 12 are both substantially square, the diagonal lines L1 between the lower wiring board 11 and the sensor mounting member 12 are shifted from each other by 45 degrees and overlap each other. Since the corners 11 c protrude from the four sides of the mounting member 12, thermal coupling between the lower wiring substrate 11 and the sensor mounting member 12 can be further weakened. In addition, since the portions that do not overlap each other are symmetrically arranged in all directions, the heat conduction becomes uniform and the detection error can be reduced.
  • the infrared sensor main body 13 is fixed to the upper end portion of the connection member 7 with a gap between the infrared sensor main body 13 and the mounting member main body 6, the infrared sensor main body 13 is in a state of floating from the mounting member main body 6. Heat from the mounting member main body 6 becomes difficult to be transmitted to the infrared sensor main body 13, and a decrease in detection accuracy can be further suppressed. Furthermore, since the infrared sensor 1 of the present embodiment includes the stem member 14, the lead wire 15, and the cap 16, the lower wiring substrate 11, the sensor mounting member 12, and the infrared sensor main body 13 are hermetically sealed in the cap 16. In a stopped state, it can be easily mounted on another substrate by the hermetically sealed lead wire 15.
  • the difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the first embodiment, the lower wiring board 11 and the sensor mounting member 12 having a substantially square shape in plan view are adopted.
  • the infrared sensor as shown in FIG. 7, two sides 32b other than the two sides 32a parallel to each other among the four sides of the sensor mounting member 32 are arcuate. That is, in the second embodiment, the two sides 32b of the sensor mounting member 32 have an arc shape along the inner peripheral surface of the cap 16, and the sensor mounting member 32 has a substantially rectangular shape in plan view.
  • a heat sensitive element of a chip thermistor is employed, but a heat sensitive element formed of a thin film thermistor may be employed.
  • a thermal element a thin film thermistor or a chip thermistor is used as described above, but a pyroelectric element or the like can be used in addition to the thermistor.
  • the lower wiring board and the sensor mounting member having a substantially square shape in plan view are employed, but a rectangular sensor mounting member may be employed.
  • a rectangular sensor mounting member may be employed.
  • the two parallel sides 32a of the rectangular sensor mounting member 32 are arranged parallel to the diagonal line L1 of the square lower wiring board 11, four corners are provided. Pairs facing each other in the portion 11c protrude from each side of the sensor mounting member 32 with the same protrusion amount.
  • all the four corner portions 11c can be protruded.

Abstract

下方の基板やステム部材からの赤外線や熱の影響を抑制し、検出精度の低下を抑制することができる赤外線センサを提供する。本発明に係る赤外線センサは、下部配線基板11と、下部配線基板上に設置されたセンサ実装部材12と、センサ実装部材上に設置された赤外線センサ本体13とを備え、赤外線センサ本体が、絶縁性基板2と、絶縁性基板に設けられた感熱素子3A,3Bと、絶縁性基板に形成された上部パターン配線とを備え、センサ実装部材が、実装部材本体と、接続部材とを備え、下部配線基板が、四角形状に形成され、センサ実装部材が、互いに平行な2辺12aを有する四角形状又は略四角形状に形成されていると共に、下部配線基板と中心軸Cが一致した状態で前記平行な2辺が下部配線基板の対角線L1の一つに平行に配されて設置され、下部配線基板の角部が、平面視でセンサ実装部材の前記平行な2辺から突出している。

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、赤外線入射窓を有する金属キャップ内に、測定用赤外線センサ素子と、補償用赤外線センサ素子とを収納した赤外線センサが記載されている。
 この赤外線センサでは、測定用赤外線センサ素子を実装した基板が、補償用赤外線センサ素子を実装した基板の上方を覆うように設置されている。
 また、特許文献2には、赤外線が入射する入射窓を有する容器と、容器内で入射窓に対向配置された第1の赤外線検出素子と、第1の赤外線検出素子が実装された基板と、基板の下に配されて入射窓からの赤外線が遮蔽された第2の赤外線検出素子とを備えた赤外線検出器が記載されている。
 この赤外線検出器でも、特許文献1の赤外線センサと同様に、第1の赤外線検出素子が実装された基板が、第2の赤外線検出素子が実装された基板の上方を覆って設置されている。
特開昭64-32131号公報 特開平11-132857号公報
 上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
 上記従来技術では、赤外線検出用及び補償用の感熱素子が別々のプリント基板等の実装基板上に実装されていると共に、これらの実装基板は、ステム部材の上方に間隔を開けて支柱で支持されている。このため、赤外線検出用の感熱素子が実装された検出側の実装基板は、下方の補償側の実装基板から放射される赤外線を受けてしまい、検出精度が低下してしまう問題があった。特に、検出側の実装基板が、補償側の実装基板の上面全体を覆うように上方に配置されているため、補償用の実装基板の上面全体からの赤外線を受けてしまい、赤外線の検出精度が低下してしまっていた。さらに、補償側の実装基板は、ステム部材上に配されているため、外部温度変化の影響を受けたステム部材からの赤外線を受け、さらにその熱による赤外線が上方の検出側の実装基板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、下方の基板やステム部材からの赤外線や熱の影響を抑制し、検出精度の低下を抑制することができ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、第1の発明に係る赤外線センサは、少なくとも一対の下部パターン配線が形成された下部配線基板と、前記下部配線基板上に設置されたセンサ実装部材と、前記センサ実装部材上に設置された赤外線センサ本体とを備え、前記赤外線センサ本体が、絶縁性基板と、前記絶縁性基板に設けられた少なくとも一つの感熱素子と、前記絶縁性基板に形成され前記感熱素子と接続された少なくとも一対の上部パターン配線とを備え、前記センサ実装部材が、絶縁性の実装部材本体と、前記実装部材本体に設けられ前記上部パターン配線に接続されていると共に前記下部パターン配線に接続されている少なくとも一対の接続部材とを備え、前記下部配線基板が、四角形状に形成され、前記センサ実装部材が、少なくとも互いに平行な2辺を有する四角形状又は略四角形状に形成されていると共に、前記下部配線基板と中心軸が一致した状態で前記平行な2辺が前記下部配線基板の対角線の一つに平行に配されて設置され、前記下部配線基板の少なくとも対角にある一対の角部が、平面視で前記センサ実装部材の前記平行な2辺から突出していることを特徴とする。
 この赤外線センサでは、下部配線基板と、下部配線基板上に設置されたセンサ実装部材と、センサ実装部材上に設置された赤外線センサ本体とを備えているので、下部配線基板と赤外線センサ本体との間に、センサ実装部材が介在しており、下部配線基板からの赤外線及び熱を遮蔽・断熱し、赤外線センサ本体を熱的に独立させて検出精度の低下を抑制することができる。さらに、下部配線基板の少なくとも対角にある一対の角部が、平面視でセンサ実装部材の前記平行な2辺から突出しているので、センサ実装部材と下部配線基板とが上下で(平面視で)重なっていない部分があることで、下部配線基板とセンサ実装部材との熱結合を弱め、下部配線基板からの影響をより受け難くし、検出精度の低下を抑制することができる。
 第2の発明に係る赤外線センサは、第1の発明において、前記下部配線基板及び前記センサ実装部材が、共に略正方形状であることを特徴とする。
 すなわち、この赤外線センサでは、下部配線基板及びセンサ実装部材が、共に略正方形状であるので、下部配線基板とセンサ実装部材との対角線が互いに45度ずれて上下に重なり、下部配線基板がセンサ実装部材の4辺から角部が突出することで、さらに下部配線基板とセンサ実装部材との熱結合を弱めることができる。また、互いに重ならない部分が四方に対称的に配されることで、熱伝導が均等になり、検出誤差を低減させることができる。なお、下部配線基板及びセンサ実装部材が、全体として基本的な形状又は概略的な形状が正方形状であれば、外周部に切り欠きがあってもよく、略正方形状であるとする。
 第3の発明に係る赤外線センサは、第1又は第2の発明において、前記接続部材が、前記実装部材本体から上方に突出して設けられ、前記赤外線センサ本体が、前記実装部材本体との間に隙間を空けた状態で前記接続部材の上端部に固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、赤外線センサ本体が、実装部材本体との間に隙間を空けた状態で接続部材の上端部に固定されているので、赤外線センサ本体が実装部材本体から浮いた状態となり、実装部材本体からの熱が赤外線センサ本体に伝わり難くなり、より検出精度の低下を抑制することができる。
 第4の発明に係る赤外線センサは、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記下部配線基板と前記センサ実装部材と前記赤外線センサ本体とが上部に設置された金属製のステム部材と、前記ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され前記一対の下部パターン配線に電気的に接続された少なくとも一対のリード線と、赤外線入射窓を有していると共に前記下部配線基板と前記センサ実装部材と前記赤外線センサ本体とを収納して前記ステム部材上に固定され前記ステム部材上を気密に封止する金属製のキャップとを備え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、上記ステム部材と上記リード線と上記キャップとを備えているので、下部配線基板とセンサ実装部材と赤外線センサ本体とをキャップ内に気密封止した状態で、ハーメチックシールされたリード線によって他の基板に容易に実装可能である。
 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、下部配線基板と、下部配線基板上に設置されたセンサ実装部材と、センサ実装部材上に設置された赤外線センサ本体とを備えているので、センサ実装部材により下部配線基板からの赤外線及び熱を遮蔽・断熱することができる。さらに、下部配線基板の少なくとも対角にある一対の角部が、平面視でセンサ実装部材の前記平行な2辺から突出しているので、下部配線基板とセンサ実装部材との熱結合を弱め、下部配線基板からの影響をより受け難くし、検出精度の低下を抑制することができる。
本発明に係る赤外線センサの第1実施形態において、キャップを取り付ける前の状態を示す平面図である。 第1実施形態において、赤外線センサを示す概略的な断面図である。 第1実施形態において、センサ実装部材上に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。 第1実施形態において、センサ実装部材を示す平面図である。 第1実施形態において、センサ実装部材を示す側面図である。 第1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。 本発明に係る赤外線センサの第2実施形態において、キャップを取り付ける前の状態を示す平面図である。 本発明に係る赤外線センサの他の例において、下部配線基板とセンサ実装部材との位置関係を示す説明図である。
 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6を参照しながら説明する。
 本実施形態の赤外線センサ1は、図1から図3に示すように、二対の下部パターン配線11a,11bが形成された下部配線基板11と、下部配線基板11上に設置されたセンサ実装部材12と、センサ実装部材12上に設置された赤外線センサ本体13とを備えている。
 また、本実施形態の赤外線センサ1は、下部配線基板11とセンサ実装部材12と赤外線センサ本体13とが上部に設置された金属製のステム部材14と、ステム部材14内に封着ガラス15aで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され二対の下部パターン配線11a,11bに電気的に接続された二対のリード線15と、赤外線入射窓16aを有していると共に下部配線基板11とセンサ実装部材12と赤外線センサ本体13とを収納してステム部材14上に固定されステム部材14上を気密に封止する金属製のキャップ16とを備えている。
 上記赤外線センサ本体13は、図6に示すように、絶縁性基板2と、絶縁性基板2に設けられた一対の感熱素子3A,3Bと、絶縁性基板2に形成され感熱素子3A,3Bと接続された二対の上部パターン配線21A,21Bとを備えている。
 上記センサ実装部材12は、絶縁性の実装部材本体6と、実装部材本体6に設けられ上部パターン配線21A,21Bに接続されていると共に下部パターン配線11a,11bに接続されている二対の接続部材7とを備えている。
 上記下部配線基板11は、四角形状に形成されている。なお、本実施形態では、正方形状に形成されたプリント基板の下部配線基板11を採用している。
 上記センサ実装部材12は、少なくとも互いに平行な2辺12aを有する四角形状又は略四角形状に形成されている。なお、本実施形態では、平面視が略正方形状のセンサ実装部材12を採用している。また、図3に示すように、基本となる形状が四角形又は略四角形状であれば、切り欠き部があってもかまわない。なお、本発明における略四角形状とは、少なくとも互いに平行な2辺を有しており他の2辺が円弧状になっている形状、もしくは四角形の角部を円弧または直線で切り落とした形状も含み、全体として概略的に四角形状のものである。
 センサ実装部材12は、下部配線基板11と中心軸Cが一致した状態で前記平行な2辺12aが下部配線基板11の対角線L1の一つに平行に配されて設置され、下部配線基板11の少なくとも対角にある一対の角部11cが、平面視でセンサ実装部材12の前記平行な2辺12aから突出している。
 特に、本実施形態では、下部配線基板11及びセンサ実装部材12が、共に略正方形状であるので、4つの角部11cが平面視でセンサ実装部材12の各辺から突出している。
 上記接続部材7は、実装部材本体6から上方に突出して設けられ、赤外線センサ本体13は、実装部材本体6との間に隙間を空けた状態で接続部材7の上端部に固定されている。
 上記絶縁性基板2には、二対の端子電極4が形成されている。
 実装部材本体6は、樹脂等の絶縁性材料で形成されている。
 接続部材7は、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下部パターン配線11a,11bにはんだ付け等で接続されている。
 上記接続部材7は、図3に示すように、実装部材本体6より熱伝導性の高い金属等の導電性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接続部材用穴部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接続部材用穴部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、長孔形状の接続部材用穴部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、第1の感熱素子3A及び第2の感熱素子3Bを収納可能に実装部材本体6の上下に貫通している。なお、下部配線基板11から放射される赤外線を遮蔽するため、素子収納用穴部8を有底の穴としても構わない。
 また、図4、図5に示すように、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つの接続部材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つずつ接続部材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13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、4箇所で赤外線センサ本体13が支持、固定される。
 なお、赤外線センサ本体13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、上述したように、接続部材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13を実装部材本体6から浮かせた状態で支持している。
 接続部材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。
 なお、上記端子スリット部7cの基端から端子ピン部7aの先端までを端子ピン部7aの長さと規定すると、端子ピン部7aは、実装部材本体6の厚さ以上の長さに設定されている。
 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。
 接続部材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。
 接続部材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、上記接続部材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。
 上記赤外線センサ本体13は、図6に示すように、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一対の感熱素子3A,3B(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た上部パターン配線21A,21B(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のパターン配線21A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のパターン配線21B)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22とを備えている。
 なお、図3において赤外線反射膜22には、ハッチングを施している。
 また、第1のパターン配線21A及び第2のパターン配線21B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23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23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22、第1のパターン配線21A及び第2のパターン配線21B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22、第1のパターン配線21A及び第2のパターン配線21Bとされる銅箔の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22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22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22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。
 このように本実施形態の赤外線センサ1は、下部配線基板11と、下部配線基板11上に設置されたセンサ実装部材12と、センサ実装部材12上に設置された赤外線センサ本体13とを備えているので、下部配線基板11と赤外線センサ本体13との間に、センサ実装部材12が介在しており、下部配線基板11からの赤外線及び熱を遮蔽・断熱し、赤外線センサ本体13を熱的に独立させて検出精度の低下を抑制することができる。
 さらに、下部配線基板11の少なくとも対角にある一対の角部11cが、平面視でセンサ実装部材12の前記平行な2辺12aから突出しているので、センサ実装部材12と下部配線基板11とが上下で(平面視で)重なっていない部分があることで、下部配線基板11とセンサ実装部材12との熱結合を弱め、下部配線基板11からの影響をより受け難くし、検出精度の低下を抑制することができる。
 また、下部配線基板11及びセンサ実装部材12が、共に略正方形状であるので、下部配線基板11とセンサ実装部材12との対角線L1が互いに45度ずれて上下に重なり、下部配線基板11がセンサ実装部材12の4辺から角部11cが突出することで、さらに下部配線基板11とセンサ実装部材12との熱結合を弱めることができる。また、互いに重ならない部分が四方に対称的に配されることで、熱伝導が均等になり、検出誤差を低減させることができる。
 また、赤外線センサ本体13が、実装部材本体6との間に隙間を空けた状態で接続部材7の上端部に固定されているので、赤外線センサ本体13が実装部材本体6から浮いた状態となり、実装部材本体6からの熱が赤外線センサ本体13に伝わり難くなり、より検出精度の低下を抑制することができる。
 さらに、本実施形態の赤外線センサ1では、ステム部材14とリード線15とキャップ16とを備えているので、下部配線基板11とセンサ実装部材12と赤外線センサ本体13とをキャップ16内に気密封止した状態で、ハーメチックシールされたリード線15によって他の基板に容易に実装可能である。
 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7を参照して以下に説明する。なお、以下の各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実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、互いに平面視が略正方形状の下部配線基板11とセンサ実装部材12とを採用しているが、第2実施形態の赤外線センサでは、図7に示すように、センサ実装部材32の4辺のうち、互いに平行な2辺32a以外の2辺32bが円弧状とされている点である。
 すなわち、第2実施形態では、センサ実装部材32の2辺32bがキャップ16の内周面に沿った円弧状になっており、センサ実装部材32が平面視で略長方形状とされている。
 したがって、第2実施形態では、一対の角部11cのみがセンサ実装部材12の2辺32aから突出しており、下部配線基板11とセンサ実装部材32との熱結合を弱めながら、赤外線の受光面積を大きくすることができる。
 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。
 例えば、上記実施形態では、チップサーミスタ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。
 また、上記第1実施形態では、互いに平面視が略正方形状の下部配線基板とセンサ実装部材とを採用しているが、長方形状のセンサ実装部材を採用しても構わない。この場合、図8に示すように、正方形状の下部配線基板11の対角線L1に対して、長方形状のセンサ実装部材32の互いに平行な2辺32aが平行になるように配置すると、4つの角部11cのうち互いに対向する対同士が同じ突出量でセンサ実装部材32の各辺から突出する。なお、センサ実装部材32の長辺を下部配線基板11の対角線長さよりも短く設定することで、4つの角部11cを全て突出させることができる。
 1…赤外線センサ、2…絶縁性基板、3A,3B…感熱素子、6…実装部材本体、7…接続部材、11…下部配線基板、11a,11b…下部パターン配線、11A,11B…上部パターン配線、11c…下部配線基板の角部、12…センサ実装部材、12a…センサ実装部材の平行な2辺、13…赤外線センサ本体、14…ステム部材、15…リード線、15a…封着ガラス、16…キャップ、16a…赤外線入射窓、L1…下部配線基板の対角線

 

Claims (4)

  1.  少なくとも一対の下部パターン配線が形成された下部配線基板と、
     前記下部配線基板上に設置されたセンサ実装部材と、
     前記センサ実装部材上に設置された赤外線センサ本体とを備え、
     前記赤外線センサ本体が、絶縁性基板と、前記絶縁性基板に設けられた少なくとも一つの感熱素子と、前記絶縁性基板に形成され前記感熱素子と接続された少なくとも一対の上部パターン配線とを備え、
     前記センサ実装部材が、絶縁性の実装部材本体と、前記実装部材本体に設けられ前記上部パターン配線に接続されていると共に前記下部パターン配線に接続されている少なくとも一対の接続部材とを備え、
     前記下部配線基板が、四角形状に形成され、
     前記センサ実装部材が、少なくとも互いに平行な2辺を有する四角形状又は略四角形状に形成されていると共に、前記下部配線基板と中心軸が一致した状態で前記平行な2辺が前記下部配線基板の対角線の一つに平行に配されて設置され、
     前記下部配線基板の少なくとも対角にある一対の角部が、平面視で前記センサ実装部材の前記平行な2辺から突出してい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、
     前記下部配線基板及び前記センサ実装部材が、共に略正方形状であることを特徴とする赤外線センサ。
  3.  請求項1に記載の赤外線センサにおいて、
     前記接続部材が、前記実装部材本体から上方に突出して設けられ、
     前記赤外線センサ本体が、前記実装部材本体との間に隙間を空けた状態で前記接続部材の上端部に固定されていることを特徴とする赤外線センサ。
  4.  請求項1に記載の赤外線センサにおいて、
     前記下部配線基板と前記センサ実装部材と前記赤外線センサ本体とが上部に設置された金属製のステム部材と、
     前記ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され前記一対の下部パターン配線に電気的に接続された少なくとも一対のリード線と、
     赤外線入射窓を有していると共に前記下部配線基板と前記センサ実装部材と前記赤外線センサ本体とを収納して前記ステム部材上に固定され前記ステム部材上を気密に封止する金属製のキャップとを備えていることを特徴とする赤外線センサ。

     
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