CN1312809C - 红外传感器组件 - Google Patents

Abstract

一种红外传感器组件，具有由塑料材料模制而成的绝缘支架，该支架具有固定热电元件用的传感器支座和固定IC芯片用的IC支座，该IC芯片可对来自热电元件的信号进行处理。该支架模制在金属零件上，并与后者集成在一起。金属零件包括将热电元件与IC芯片连接起来的传感器导线、将IC芯片与I/O引脚连接起来的I/O导线。该传感器导线以及该I/O导线均模制在该绝缘支架中，并与该绝缘支架集成在一起。该红外传感器组件还包括：第一金属屏蔽体和第二金属屏蔽体，它们以彼此间隔关系并与IC支座相邻地嵌在支架中，用以屏蔽IC芯片，第一金属屏蔽体与IC芯片的地线电连接，第二金属屏蔽体与IC芯片中电位高于地线的一部分电连接。

Description

红外传感器组件

技术领域

本发明涉及一种红外传感器组件，具体涉及结合了热电元件以及IC芯片的自备式红外传感器组件，所述IC芯片能对热电元件输出的信号进行处理以提供确定的传感器输出。

背景技术

美国专利No.6121614公开了一种上面所述的自备式红外传感器，它有一个绝缘支架，在该支架上安装了热电元件以及IC芯片。该支架被保持在基座和盖之间的空间内。基座具有与IC芯片相连的I/O引脚和与外部电路相连的突起。为了将IC芯片电连接到热电元件、外部电子零件和I/O引脚，通常配置为立方体结构的支架设有复杂的印刷电路，其延伸于支架的两个以上的外表面。但是，印刷电路只有通过若干个过程利用专门设施才能实现，因此难以制造出低成本的传感器。

发明内容

考虑到以上问题，本发明致力于提供一种能以较低成本制造、又能保留紧凑性的红外传感器组件。本发明的红外传感器组件包括一个由塑料材料模制而成的绝缘支架，它具有固定热电元件用的传感器支座和固定IC芯片用的IC支座，所述IC芯片可处理热电元件输出的信号。支架保持在基座上，基座上设有多个贯穿基座的、用于将IC芯片与外部电路电连接起来的I/O引脚。基座上固定着盖，于是在它们之间形成了容纳支架用的空间。支架设有将热电元件与IC芯片电连接起来的传感器导线，还设有在IC芯片和I/O引脚之间实现电连接用的I/O导线。本发明的重要特征在于，传感器导线和I/O导线模制在绝缘支架中，使其与后者集成在一起。于是，传感器导线以及I/O导线可通过相当简单的制造工艺来实现，由此降低了红外传感器的制造成本，同时又能保证IC芯片和热电元件之间以及IC芯片和I/O芯片之间在支架侧面上的电连接。本发明的红外传感器组件还包括，第一金属屏蔽体和第二金属屏蔽体，所述两个屏蔽体彼此隔开并与IC支座相邻地嵌在所述支架中，用于屏蔽IC芯片。该第一屏蔽体与IC芯片的地线电连接，而该第二金属屏蔽体与电位比地线电位高的IC芯片的一部分电连接。由于引入了第二金属屏蔽体，就可容易降低热电元件的传感器输出的电流泄漏，从而提高了红外传感器的可靠性。

在优选的实施例中，将支架成形为立方体形状，它具有上表面、前表面和下表面。上表面形成有该传感器支座，而前表面形成有该IC支座。每根传感器导线都具有暴露在支架上表面和前表面的部分，分别用于连接传感器支座上固定的热电元件和IC支座上固定的IC芯片。每根I/O导线都具有暴露在支架前表面和下表面的部分，分别用于连接IC芯片和支架下表面的I/O引脚。通过这种配置，可将传感器作得很紧凑，同时又能简化各导线的分布图形。

优选的是，一金属屏蔽体模制到该支架中，其一部分与IC支座相邻，并连接着IC芯片电路中的稳定电位，用以将IC芯片屏蔽在稳定电位上，由此通过电磁方式保护了IC芯片的电路，进而最小化了IC芯片输入和输出之间的寄生电容，增强了传感器输出的可靠性。就此而论，可将金属屏蔽体的形状制成：具有垂直部分和水平部分，垂直部分嵌在IC支座后面的支架内，水平部分从垂直部分的上端弯曲，以保护IC芯片不受热电元件影响。由于利用嵌在支架内的金属屏蔽体能有效地保护IC芯片不受热电元件影响，因此非常有利。

该金属屏蔽体可被成形为具有嵌在支架前表面的IC支座后方的主体部分，和从主体部分开始向支架的前表面延伸的、用以连接IC芯片电路的恒定电压部分的终端引线。

此外，金属屏蔽体优选具有在传感器支座后方延伸、也用于屏蔽热电元件的一体化延伸部分。

在优选实施例中，负责连接热电元件的信号输出的那根传感器导线与该上表面相邻，并相对于该前表面与连接IC芯片输出的那根I/O导线斜对角隔开。这对于降低IC芯片输入和输出间可能的耦合电容、实现可靠的红外检测是很有益的。

此外，I/O导线包括嵌在支架内的垂直部分和从垂直部分的下端向支架外部延伸的水平部分，用以与I/O引脚直接连接。

传感器导线分别设有从支架上突起的焊垫，用于通过导电胶方式电连接热电元件的电极。

该支架上形成有一凹腔，里面容纳着要与IC芯片的电路连接的外部电子元器件。一对元器件引线模制在支架中，它的一部分暴露于凹腔底部，用以与外部电子元器件接触，并使该元器件与IC芯片电连接。于是，就可将IC芯片外部的必要电子元器件与IC芯片一起成功地结合到支架中，从而让整个组件非常紧凑。就此而论，元器件引线具有暴露于容纳IC芯片的凹腔底部的对应部分，用以让外部电子元器件与IC芯片电连接起来。

在本发明的另一实施例中，可将支架构造成普通平板形，其具有一顶面和一底面，其上分别形成有传感器支座和IC支座。该情况下，每根传感器导线都具有暴露在支架的顶面和底面上的部分，用以实现热电元件和IC芯片的连接，同时每根I/O导线都具有暴露在支架底面的部分，用以实现IC芯片和I/O引脚的连接。于是，就可将热电元件、IC芯片和I/O引脚成功地支持在平坦的支架上，利用嵌在支架内的导线让它们彼此电连接。

该情况下，可将传感器导线和I/O导线的形状作成扁平板，将它们嵌在传感器支座和IC支座之间的支架内。利用扁平的传感器导线和I/O导线，可在不依赖对嵌入导线进行额外弯曲加工的情况下实现电连接，于是就降低了制造成本。

此外，传感器支座和IC支座可分别是在该顶面和底面中形成的凹槽，可在其中容置热电元件和IC芯片。

每根I/O引脚可与每一根相关I/O导线一体形成。也就是说，模制在支架中的I/O导线可与I/O引脚一体地设置在一起，由此可减少大量元器件。

传感器导线具有暴露在传感器支座上的焊垫，用以支撑板式热电元件。也就是说，热电元件可跨接过这些焊垫进行电连接以及得到机械支持。该跨接支持保证了热电元件与支架或IC芯片充分的热绝缘，从而保证了可靠的检测性能。优选的是，传感器支座是以凹腔的形式形成在支架中，以将焊垫暴露在凹腔底部。

在IC支座是凹槽形式时，凹槽被形成为具有一底部和比底部大的一开口。这对于便于在IC芯片和传感器导线和/或I/O引脚之间实现进行丝焊、即接纳丝焊时使用的毛细头进入是有利的。

此外，该支架设有接纳各I/O引脚的孔。每根I/O导线都有暴露在每个孔中的一部分，以便实现与插入该孔内的I/O引脚的电连接。

通过以下对本发明优选实施例的描述，并结合附图，将使本发明的这些和其它目的和优点变得更清楚。

附图说明

图1是依照本发明优选实施例的红外传感器组件的分解透视图；

图2和3是分别从不同方向观察时传感器组件主体部分的透视图；

图4是表示组件内部结构的透视图；

图5是嵌在组件的塑料支架中的金属导线的透视图；

图6是支架的正视图；

图7是图6沿线7-7的剖视图；

图8是图6沿线8-8的剖视图；

图9A和9B分别是该组件中使用的热电元件的俯视图和仰视图；

图10是传感器组件的电路图；

图11A到11F是表示传感器组件制造过程的透视图；

图12A到12D是表示传感器组件制造过程的透视图；

图13是上述传感器组件改进方案的透视图；

图14和15是依照本发明另一实施例的红外传感器组件的分解透视图；

图16和17是分别表示从不同方向观察时传感器组件的塑料支架的透视图；

图18A到18E是表示传感器组件的制造过程的透视图；

图19是上述实施例的改进方案的透视图；以及

图20和21是分别表示从不同方向观察时的支架的透视图。

具体实施方式

现在参照图1，它示出了依照本发明优选实施例的红外传感器组件。红外传感器组件例如可用于检测房间或区域内出现的人，以便发出警告或控制有关的照明装置等。组件基本上由基座10和盖100构成，基座10承载着绝缘支架20、I/O引脚11到13，盖100覆盖支架20并安装在基座10上。绝缘支架20保持着热电元件30、构成信号处理电路的IC芯片40、以及与IC芯片40的电路相连的电子部件50。热电元件30一旦接到透过位于盖100顶部的透明窗口101的红外辐射就产生信号输出。如图10所示，信号处理电路实现为如下结构：电流-电压转换器41，用于将电流形式的信号输出转换成电压；放大器42，用于将该电压放大；数字滤波器43，用于滤出并非源自人体之外的噪声；输出部分44，包括将滤波后的电压与阈值进行比较以检测有人出现的上下限幅比较器；并通过输出端子45输出已确定的表示有人出现的传感器输出。此外，该电路包括电源46，它由外部源电压<VDD>供电，以便将工作电压<VR>提供给热电元件30，以及将其它电压提供给电路的各个部分，该电路还包括时钟发生器47，它向数字滤波器43提供时钟信号。外部电子元器件50是电容比较大的电容器，它并不含在IC芯片40中，但与该芯片的电路相连。

如图2和图3所示，支架20由绝缘塑料材料模制成通常的扁平立方体，它有一个狭窄的顶面和较大的前面。顶面设有固定热电元件30用的传感器支座21，而前面设有固定IC芯片40用的IC支座25。塑料支架20由液态结晶聚合物制成，其中一体模制有金属零件。也就是说，在模制支架20时，要将金属零件部分地嵌在支架20内。如图4和图5所示，金属零件包括：一对传感器导线61和62，用于将热电元件30与IC芯片40电连接起来；三根I/O导线71到73，分别用于将IC芯片40与I/O引脚11到13电连接起来；一对元器件引线81和82，用于将外部元器件50与IC芯片40电连接起来；以及屏蔽板90和95。屏蔽板90与其它金属零件隔开，并包括垂直部分91、从垂直部分的顶部开始延伸的水平部分、以及由垂直部分的一侧水平延伸的终端引线93。垂直部分91嵌在的支架20内，位于IC芯片40上部的后方，用以对IC芯片实施电磁屏蔽，而水平部分92嵌在处于热电元件30下方的支架内，用以屏蔽或电磁隔离该IC芯片40与热电元件30。另一方面，可将屏蔽板95制成一种与I/O导线72以及元器件引线82一体化或连续的部件，并包括位于IC芯片40的下端后方的垂直部分96、从垂直部分96的下端伸出的、用于屏蔽IC芯片40的下端的水平部分97、以及用于屏蔽IC芯片40侧面的侧向延伸部分98。正如图6中所示，垂直部分96具有暴露在支架20正面的主体部分，它与IC芯片40的地线相连。就此而论，与屏蔽板95集成在一起的I/O导线72暴露在支架底部上面，用以与位于基座10上端的地线14直接接触，并通过它与I/O引脚12电连接。

回到图2和图3，传感器支座21由一对肩部限定而成，所述肩部位于形成于支架20上表面的腔体的相对两端。要固定到支架20的上表面上的热电元件30跨接过这些肩部(图1)。热电元件30由在其相对表面上分别形成有光接收电极32和33的绝缘基板31构成。电极32和33在基板的上表面上布置出一定图形(图9A)，在基板的下表面上也布置成一定图形(图9B)，以便能形成极性相反的四对电极32和33，基板夹在每一对电极之间。基板30的相对两端设有引线34和35，它们分别通过导电胶与焊垫或者与从支架20的上表面突出的传感器导线61和62电连接。

如图1和图7中的虚线所示，IC支座25是位于支架20正面的窗口26底部的长方形凹槽，在该支座内装着IC芯片40。IC芯片40通过粘结剂固定到凹槽25的底部，并通过丝焊工艺与支架内嵌置的部分导线电连接。正如图4和图6中所示，在窗口26底部的凹槽25周围暴露着部分传感器导线61、62、元器件引线81和82、垂直部分96、终端引线93和I/O导线71和73。这些部分通过引线与IC芯片40周围的对应终端焊接。就此而论，如图7和8所示，环绕窗口26的侧壁是倾斜的，由此形成比底部宽的开口，这样能有助于丝焊操作，即容易接纳实施丝焊所用的毛细头。

连接传感器导线61，以接收热电元件30输出的信号，并将传感器导线61与IC芯片40的电路的信号输入<SIN>引线结合起来，而所述电路通过输出引线45向I/O导线71提供传感器输出。正如附图中所示，信号输入(即，与传感器导线61的连接)相对支架20的前表面与传感器输出(即，与I/O导线71的连接)是对角线隔开的。该空间布置，与采用了两个不同电位的屏蔽板90和95的独特电磁屏蔽模式一起，增强了热电元件30的信号输出与IC芯片40的传感器输出之间的电绝缘。也就是说，如图10所示，与输出到I/O导线71的传感器输出相邻的屏蔽板95与IC芯片40电路的电路地线相连，而与提供传感器输出的传感器导线61相邻的屏蔽板90在终端引线93处与具有比大地电位高的恒定电位<VR2>或<VR>的那部分IC芯片40相连。以恒定电压或稳定电压作为参考电压，热电元件30的输出<SIN>与该参考电压比较，由此就可确定人的出现。由于将屏蔽板91和92保持在高于接地电压的参考电压上，就可以最大限度地减少热电元件的输出到IC芯片的电流泄漏，从而保证了可靠检测。

还可在支架20的前表面上与窗口26相邻的位置处形成凹腔24，可将外部元器件50插到该凹腔中，并借助导电胶与暴露在凹腔24的底部的元器件引线81和82的一部分电连接。如图1所示，I/O导线71和73的下端弯曲形成接脚，暴露在支架的下端，用于连接位于基座10上表面的I/O引脚11和13。

图11A到图11F和图12A到图12D示出了红外传感器组件的制造步骤。首先，在一块金属板8上通过冲压形成导线或金属零件(图11A)。然后，在这部分金属零件上模制出支架20，将IC芯片40安装到支架20上(图11B)，此后往窗口内装填封装组合物2，以便把IC芯片密封在里面(图11C)。接着，将外部电子元器件50安装到凹腔24中(图11D)，从金属板的框架中取下支架20(图11E)，然后弯曲I/O导线71和73的脚(图11F)。接着，将支架20组装到基座10上，并使I/O导线71到73与I/O引脚11、13和基座的地线14相连(图12A和12B)。最后，将热电元件30紧固到位于支架20顶部的传感器支座21上(图12C)，将盖100置于支架上方，并使其与基座10密封(图12D)。

图13示出了对上述实施例的改进，其中传感器支座21由一对带台阶的肩部来限定，这些肩部从支架的顶面开始向下凹进相应于热电元件厚度的深度，以便让热电元件端部稳稳地装在传感器支座21的带台阶肩部内。

现在参照图14和图15，它们示出了依照本发明另一优选实施例的红外传感器组件，它基本上与前述实施例类似，但具体不同在于，支架20A平躺在基座10A上，由此实现了低轮廓的结构。相似的部件用带后缀字母“A”的相似的附图标记来表示，因此此处就不作重复性解释了。

如图16和图17所示，在由一块金属板冲压出的金属零件的基础上模制出支架20A，在其较大的上表面设有凹槽形式的传感器支座21A，并设有容置外部电子元器件50的凹腔24A，在其下表面上形成有IC支座25A。传感器支座21A可由一对带台阶的肩部来限定，这些肩部位于凹陷处22的相对两端，并从支架20A的上表面开始下凹。也就是说，传感器支座21A是底部有凹陷22的凹腔形式。传感器导线61A和62A平嵌在支架中，并具有暴露在传感器支座21A的肩部上的对应部分，由此分别限定出与保持于肩部上的热电元件30的引线紧密相连的焊垫。如图17所示，IC支座25A是形成在支架20A的下表面中的窗口26A内的凹槽来限定的。在凹槽25A的宽度方向的两端分别设有肋27，在这些肋之间安装IC芯片40。在窗口26A底部、由肋27向外的部分上形成了区域28，在该区域传感器导线61A和62A的一部分暴露出来，以通过丝焊法与IC芯片40的相应引线连接。

支架20A包括I/O导线71A、72A、73A以及元器件引线81A和82A，它们基本上都是模制支架时部分嵌在支架内的平板。这些部件部分暴露在窗，口26A的底部、凹槽25A周围，以便通过丝焊法连接IC芯片40的相关引线。为了实现该目的，窗口26A的底部纵向两端还设有区域29，I/O导线71A、72A和73A暴露在其中。元器件引线81A和82A也制成平面状的，并具有暴露在凹腔24A底部的一部分，用以通过导电胶元器件50连接。如图17所示，与区域28和29相邻的窗口内壁是倾斜的，由此让其开口或口比底部宽，这会方便焊线操作。

如图16和图17中的虚线所示，元器件引线82A可通过与前述实施例中相似的方式与I/O导线72A集成在一起。尽管这些附图中并未示出，但可通过与前述实施例中类似的方式将IC芯片和/或热电元件的金属屏蔽体嵌在支架中。I/O导线71A到73A中的每根导线都有暴露在每个孔121到123的侧壁中的环，用以与贯穿这些孔的每一根相关的I/O引脚电接触。

图18A到图18E示出了这种传感器组件的制造步骤。在一块金属板8A或金属带上设置多套组件的金属零件(图18A)。在每套金属零件上模制了支架20A(图18B)以后，将IC芯片40安到支架20A上，然后将其与嵌入的I/O导线相连(图18C)。然后，用封装组合物2A密封IC芯片(图18D)，此后从金属板上取下支架20A(图18E)。最后，如图15所示，将热电元件30A以及电子元器件50A固定到支架20A上，再将支架20A固定到基座10A上。

图19到21示出了一种改进的传感器组件，它除了以下方面外都与上述实施例相类似：每根I/O引脚11B、12B和13B都与每根对应I/O导线71B、72B和73B一体形成。用带后缀字母“B”的相似的附图标记表示相似的部件，因此此处就不作重复解释了。I/O引脚从I/O导线开始向下弯曲，并延伸穿过基座10B上的孔。

Claims (7)

1.一种红外传感器组件，包括：

由塑料材料模制而成的绝缘支架(20)，所述支架形成有用于在其上固定热电元件(30)的传感器支座(21)和用于固定IC芯片(40)的IC支座(25)，所述IC芯片对来自所述热电元件的信号进行处理，

承载着所述绝缘支架的基座(10)，所述基座有多个贯穿其中的I/O引脚(11，12，13)，用以将所述IC芯片与外部电路电连接在一起，

固定到所述基座上的盖(100)，用以在其间提供一空间来容纳绝缘支架，

传感器导线(61，62)，形成在所述支架的侧面，用以形成所述热电元件和所述IC芯片之间的电连接，

I/O导线(71，72，73)，形成在所述支架的侧面，用以形成所述IC芯片与所述I/O引脚之间的电连接，

所述传感器导线以及所述I/O导线嵌在所述绝缘支架中，以与所述绝缘支架一体成形，

其特征在于，所述的红外传感器组件还包括：

第一金属屏蔽体(95)和第二金属屏蔽体(90)，它们以一个彼此的间隔关系并与所述IC支座相邻地嵌在所述支架中，用以屏蔽所述IC芯片，

所述第一金属屏蔽体(95)与所述IC芯片的地线电连接，

所述第二金属屏蔽体(90)与所述IC芯片中电位高于所述地线的一部分电连接。

2.根据权利要求1所述的红外传感器组件，其中

所述支架是立方体形状，具有上表面、与上表面相邻的前表面和下表面，

所述上表面形成有所述传感器支座，

所述前表面形成有所述IC支座，

每根所述传感器导线(61，62)都具有暴露在所述支架的上表面和前表面的部分，用以分别连接固定到该传感器支座上的该热电元件以及固定到该IC支座上的该IC芯片，

每根所述I/O导线(71，72，73)都具有暴露在所述支架的前表面和下表面的部分，分别用于连接IC芯片和位于支架下表面上的所述I/O引脚。

3.根据权利要求1或2所述的红外传感器组件，其中

所述第二金属屏蔽体(90)包括嵌在所述支架中的、位于所述IC支座后方的垂直部分(91)和从所述垂直部分的上端弯曲形成的水平部分(92)，用于将所述IC芯片与所述热电元件屏蔽开。

4.根据权利要求1或2所述的红外传感器组件，其中

所述支架是立方体形，其具有形成有所述传感器支座的上表面和与所述上表面相邻的前表面，所述前表面形成有所述IC支座，

用于连接所述热电元件的信号输出的所述传感器导线位于与所述上表面相邻的位置，并相对所述前表面，与用于连接所述IC芯片的传感器输出的I/O导线斜对角隔开。

5.根据权利要求1或2所述的红外传感器组件，其中

所述支架是立方体形，它具有形成有所述传感器支座的上表面和与所述上表面垂直的前表面，所述前表面形成有所述IC支座，

所述I/O导线包括嵌在所述支架内的垂直部分和从所述垂直部分的下端向所述支架外部延伸的、用于连接所述I/O引脚的水平部分。

6.根据权利要求1或2所述的红外传感器组件，其中

所述传感器导线的各个上端都设有焊垫，这些焊垫从所述支架上突起，用以通过导电胶的方式与所述热电元件的电极电连接。

7.根据权利要求1或2所述的红外传感器组件，其中

所述支架形成有一凹腔(24)，用于在其中容置与所述IC芯片的电路相连的外部电子元器件(50)；

一对元器件引线(81，82)，其被模制在所述支架中，并有一部分暴露于所述凹腔的底部，用于与所述外部电子元器件接触，并将外部电子元器件与所述IC芯片电连接起来。

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