JPH0815007A - 赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、人体が存在することを検知する監
視装置、赤外画像装置等に用いられる赤外線センサに関
し、外的な電磁波、外乱光、熱等によるノイズの発生が
少なく、高い環境安定性を有し、かつ低コストで効率的
な物作りが可能な赤外線センサおよびその製造方法を提
供することを目的とする。 【構成】 センサ回路部およびこれらを電気的、機械的
に接続し外部導出するリードフレームを樹脂で一体にモ
ールドした絶縁性保護体１４と、絶縁性保護体１４の周
囲に設けた導電性保護体１７からなる凹部２０に赤外線
検知素子９を収納しセンサ回路部から延設されたアース
端子１２ｊを直接光学フィルタ１８の端面の少なくとも
一カ所と導通させること、および導電性の内周伝熱覆い
部材２１、を赤外線検知素子９の周囲に配置することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体が存在することを
検知する監視装置、赤外画像装置等に用いられる赤外線
センサおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、非常に手軽にマイクロプロセッサ
が使用できるようになってきたのにともなって、これと
センサとを組み合わせて自動制御を行うことが多くの機
器や装置で採用されている。このようなセンサの１つと
して赤外線センサも計測器、防犯防災監視装置、空調機
器、照明機器等の機械や化学分野で広く利用されてい
る。この赤外線センサには大きく分けて量子効果型と熱
効果型の２種類がある。量子効果型センサは光と物質の
相互作用によって、直接電気信号が得られるものでその
代表例として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ材料等からなるも
のがある。これらは検出特性にあって速い応答速度、高
感度な特性をもつが、駆動時に冷却器が必要なため高価
となる。

【０００３】これに対し熱効果型は光が素子物質に吸収
されて熱に変換された後、熱電現象（温度上昇によって
内部抵抗、分極等素子の電気抵抗が変化する現象）を介
して電気信号を得られるものでその代表例として、サー
モパイル、サーミスターボロメータ、焦電素子材料等が
ある。これらは応答速度、感度の点で量子効果型センサ
に劣るものの多くの利点を持っている。例えば広範囲の
波長領域において感度が一定であり、室温で使用でき、
取扱いが容易であること等である。これら熱効果型がも
っている特徴を活かすことにより、安価で使い勝手の良
い、人体検知の監視装置、赤外線画像装置、また照明機
器、空調機器等の機械制御装置等が提供できるものと期
待されている。そしてポイントセンサからラインセン
サ、さらにエリアセンサへとさらなる研究、開発が進め
られている。これらのセンサの中でもとくに焦電素子材
料を用いた赤外線センサの応用に関する研究は目をみは
るものがある。

【０００４】そこでこの焦電素子材料を用いた従来の赤
外線センサについて説明する。例えば図１０は従来の焦
電型赤外線センサを示す側断面図である。図１０に示す
ように、回路基板３に電界効果型トランジスタ１１、抵
抗１０、および赤外線検知素子９を装着し、その回路基
板３を外部導出端子４、５、６に取りつけている。そし
て、赤外線を受け入れる孔８を有する金属ケース１をハ
メチックベース２にシール７している。金属ケース１の
孔８には、所望の波長領域のみの赤外線を選択的に透過
する光学フィルタ１８が設けられている。

【０００５】この従来の焦電型赤外線センサは、金属ハ
メチックシール構造を用いたパッケージを有しておりケ
ースが金属であるため電気的シールド効果が得られ、ま
た構造的にも強固であり優れた気密性を有するという特
徴を有しているものである。

【０００６】またこのほかの従来技術として絶縁性樹脂
材料を用いてケースを作る技術（実開昭５５−４２１９
６号公報）も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最近の赤外線センサを
利用した人体検知、熱検知に関連する監視装置、赤外画
像装置、機械制御装置等の分野においては装置の高性能
化が要求されるようになってきており、当然ながらこれ
に伴って赤外線センサにおいてもノイズによる誤動作が
少なく速い応答速度をもち、さらに高感度の特性が要求
されるようになってきている。

【０００８】しかし金属ハメチックシール材料を用いた
従来技術では、（１）パッケージコストが高いので、高
価な特殊用途にしか応用できない。また（２）金属ケー
スの熱容量が大きいので、周囲温度の変化によって赤外
線検知素子への影響が大きく応答速度のバラツキが発生
するものであった。いいかえるならば金属ケースは熱の
伝導性が良好であるため、元に戻るのも速く赤外線検知
素子の感度に追従が出来ないものであった。さらに
（３）量産に適しておらず製品としても高価なものとな
るなどの課題を有していた。

【０００９】また絶縁性樹脂材料を基本としたケースを
用いた従来技術では、（１）シールド性が劣るため電磁
波、外乱光、熱等のノイズの発生する割合が多くなる。
そして（２）周囲温度の変化に対して検出感度が不安定
になり特性が劣化するという問題点があり、更には
（３）長期間使用することによって特性の劣化を生じる
という信頼性に関する問題点があった。

【００１０】そこで本発明はこれら従来の問題点を解決
するものであって、湿度やノイズに強く、急激に周囲温
度が変化しても赤外線検知素子への影響が少なく、応答
速度のバラツキが小さい赤外線センサを提供することを
目的とする。

【００１１】また本発明は、量産性に優れ歩留が高い赤
外線センサの製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】赤外線検知素子と、絶縁
性保護体で樹脂モールドした赤外線検知素子の検出信号
をセンサ出力に変換するセンサ回路部と、絶縁性保護体
の周囲に設けた導電性保護体と、赤外線を選択的に透過
させる光学フィルタとを備えており、センサ回路部から
延設されたアース端子が光学フィルタに接続されている
ことを特徴としている。

【００１３】また赤外線検知素子と、絶縁性保護体で樹
脂モールドした赤外線検知素子の検出信号をセンサ出力
に変換するセンサ回路部と、絶縁性保護体の周囲に設け
た導電性保護体と、赤外線を選択的に透過させる光学フ
ィルタとを備えており、赤外線検知素子の周囲に導電性
の内周伝熱覆い部材が配置され、光学フィルタに接続さ
れていることを特徴としている。そして導電性の内周伝
熱覆い部材に光学フィルタを載置する棚部を設けるのが
適当である。

【００１４】またリードフレームにセンサ回路とこれか
ら延設したアース端子と赤外線検知素子用接続端子を形
成し、センサ回路部用の電子部品をリードフレームに搭
載した後、リードフレームの不要部分を切除しアース端
子と赤外線検知素子用接続端子を突出させた状態で樹脂
モールドして、赤外線センサ用の絶縁性保護体を製造す
ることを特徴としている。

【００１５】

【作用】上記したようにセンサ回路部を樹脂で一体にモ
ールドしているため、水分等の悪影響による電子部品の
劣化を防ぐことができる。絶縁性保護体の周囲に設けた
導電性保護体によりアースの作用が生じ外的な電磁波に
よるノイズの発生を抑えることができる。さらにセンサ
回路部から延設したアース端子にすることによって、加
工が容易となり、これに光学フィルタが接続されること
によってアースの作用や放熱が生じ、外的な電磁波、外
乱光、熱等によるノイズの発生を抑えることができる。

【００１６】また導電性の内周伝熱覆い部材を赤外線検
知素子の周囲に配置しているので熱が均一に分散され赤
外線検知素子への影響を方向性なく伝えることができ、
外的なノイズがさらに電圧の変動を安定にする。また棚
部を設けることによって光学フィルタの載置が安定にな
る。

【００１７】また、延設されたアース端子と赤外線検知
素子用接続端子を形成したリードフレームを利用するこ
とで安定した寸法精度のものを量産することができコス
ト低減になる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の赤外線センサおよびその製造方
法の一実施例について詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例における赤外線セ
ンサの回路図である。図１において９は赤外線検知素
子、１０は赤外線検知素子９に並列に設けられた抵抗で
ある。抵抗１０は電流安定化のために設けられている。
１１は電界効果型トランジスタである。赤外線検知素子
９の検出した検出信号を増幅等する作用をもつものであ
る。赤外線検知素子９としては焦電素子が適当であるが
サーモパイル、サーミスターボロメータでもかまわな
い。

【００２０】図２は本発明の一実施例における赤外線セ
ンサを製造する際のリードフレームに電子部品を搭載し
た状態の分解斜視図である。図３は、本発明の一実施例
における赤外線センサの分解斜視図である。

【００２１】図２において１２はリードフレームで、一
対の基体１２ａにわたって設けられた連結部１２ｂ′、
１２ｃと、一対の基体１２ａからそれぞれ延設された延
設部１２ｄ′、１２ｅ′を備えている。これらは後述す
るセンサ回路部に電子部品を載せるセンサ回路を構成す
る。連結部１２ｂ′と連結部１２ｃにはそれぞれ互いに
向い合う方向に突き出した接続端子部１２ｆ、１２ｇが
設けられており、さらに接続端子部１２ｆ、１２ｇには
それぞれ同一方向に屈曲して１２ｈ、１２ｉの接続端子
が延設されている。そして光学フィルタ１８との接続用
に連結部１２ｂ′より接続端子１２ｈと同一方向に屈曲
してアース端子１２ｊが延設されている。

【００２２】抵抗１０は接続端子部１２ｇと連結部１２
ｂ′の双方に半田等で接合されている。また電界効果型
トランジスタ１１は、接続端子部１２ｇと延設部１２
ｄ′、１２ｅ′のそれぞれに半田等で接合されている。

【００２３】このように電界効果型トランジスタ１１と
抵抗１０を搭載した後、図２に示す点線に沿ってリード
フレーム１２の不要部分を切除する。すなわち、連結部
１２ｂ′の両端部を切断し、更に連結部１２ｃはその中
央部のみを残すように切除し、更に延設部１２ｄ′、１
２ｅ′のそれぞれの両端部を切除する。このように不要
部分を切除した後のリードフレームには、電界効果型ト
ランジスタ１１と抵抗１０が搭載されており、これらで
赤外線検知素子９の検出信号をセンサ出力に変換するセ
ンサ回路部を構成している。このセンサ回路部を耐候性
等を有する材料により覆って樹脂モールドして絶縁性保
護体１４を形成する（図３参照）。この作業はトランス
ファー成形機により行われる。このときリードフレーム
１２の一部である外部導出端子１２ｂ、１２ｅ、１２
ｄ、および赤外線検知素子９に接続される一対の延設さ
れた接続端子１２ｈ、１２ｉ、さらに延設されたアース
端子１２ｊは絶縁性保護体１４の外に突出された状態で
樹脂モールドされる。外部導出端子１２ｂは図２に示す
基体１２ａを切除した際に形成され、外部導出端子１２
ｄ、１２ｅもそれぞれ基体１２ａを切除した際に形成さ
れたものである。

【００２４】外部導出端子１２ｄ、１２ｅ、１２ｃのう
ち電界効果型トランジスタ１１の、ドレイン端子となる
外部導出端子１２ｅおよびソース端子となる外部導出端
子１２ｄには、それぞれ根元に成形段１６が設けられて
いる。成形段１６は絶縁性保護体１４の一部分であり、
絶縁性保護体１４の外部を覆う、以下で説明する導電性
保護体１７と外部導出端子１２ｅ、１２ｄが電気的に接
触しないことを目的として設けられたものである。

【００２５】ところで絶縁性保護体１４を形成する樹脂
としてはアクリロニトリルーブタジェンースチレン樹
脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネイ
ト樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂を使用することが
適当である。しかしエポキシ樹脂を用いるのが最も好ま
しい。絶縁性保護体１４にエポキシ樹脂を使用すること
により、高湿中で使用した場合に水分の拡散による回路
の絶縁破壊がもたらす性能低下をきわめて効果的に防ぐ
ことができる。さらにエポキシ樹脂は成形時の温度を１
７０℃程度に抑えることが可能であって、半田付けされ
た電子部品が脱落するのを防ぐことができる。しかも樹
脂の耐久性が高く、熱膨張係数が金属に近いため、温度
の変動に原因する気密性破壊を防ぐことができる。また
耐熱性も高く、外部に射出成形による樹脂層を形成する
ことが可能である。

【００２６】次に絶縁性保護体１４の周囲に射出成形機
を用いて導電性保護体１７を形成する。導電性保護体と
してはポリカーボネート樹脂を主成分とし、これに導電
性を有するカーボン繊維を含有するとともに比抵抗が１
０^-1Ωｃｍの導電性樹脂を使用するのが適当である。図
４は本発明の一実施例における赤外線センサの分解斜視
図で、図５は本発明の一実施例における赤外線センサの
側断面図である。この際、導電性保護体１７に外部導出
端子１２ｅ、１２ｄを接触させると出力が得られないの
で、既述した通り成形段１６を設けて導電性保護体１７
が外部導出端子１２ｅ、１２ｄに接触しないようにしな
ければならない。

【００２７】また導電性保護体１７は、絶縁性保護体１
４の周囲を覆うものであるが、接続端子１２ｈ、１２ｉ
さらにアース端子１２ｊが配置されている側面には覆う
ようには成形されておらず、これらを開放して取り囲む
様に設けられている。すなわち導電性保護体１７の内側
には凹部２０が形成され、その凹部２０の内部に接続端
子１２ｈ、１２ｉおよびアース端子１２ｊが突出され周
囲を凹部２０で包囲された状態となっている。

【００２８】続いて赤外線検知素子９を凹部２０内に載
置し、接続端子１２ｈ、１２ｉに赤外線検知素子９を導
電性接着剤を用いて電気的、機械的に接続し、最後に導
電性を有し赤外線を選択的に透過するシリコン製の光学
フィルタ１８を取り付ける。図５に示すように光学フィ
ルタ１８と接続するアース端子１２ｊを、光学フィルタ
１８の一部である端面部１８ａにおいて導電性接着剤１
８ｃで固定することにより両者の導通が図れる。導電性
接着剤１８ｃは銀粉末と熱硬化型樹脂とからできており
非常に安定した導電性接着性をもっている。このように
安定した導通をとることにより光学フィルタ１８を電気
的にアースすることができる。導電性保護体１７を介す
ことなく直接に接地することができるから応答速度が安
定するし、外的な電磁波、外乱光、熱等のノイズを完全
に防止することができる。すなわち、従来の金属ハメチ
ックシール構造を用いた金属ケースを使用することな
く、樹脂系のものでありながらノイズ抑制効果を実現す
ることができる。

【００２９】尚、本実施例ではアース端子１２ｊを片方
のみに設けたが両方さらには複数個所に設ければ確実に
同様の効果を得ることができる。

【００３０】次に本発明の別の実施例における導電性の
内周伝熱覆い部材を形成した赤外線センサおよびその製
造方法について説明する。

【００３１】図６は本発明の別の実施例における赤外線
センサの分解斜視図。図７は本発明の別の実施例におけ
る赤外線センサの側断面図。図８は本発明の別の実施例
における導電性の内周伝熱覆い部材の分解斜視図。図９
は本発明の別の実施例における棚部を設けた導電性の内
周伝熱覆い部材の分解斜視図である。

【００３２】この実施例は、図４の成形体においてアー
ス端子１２ｊの部分を取り除き、凹部２０の内周面に導
電性の内周伝熱覆い部材２１を設けたものである、尚、
本発明の別の実施例では上記のようにアース端子１２ｊ
の部分を取り除いているが、アース端子１２ｊを並設す
ればさらに良好な効果がえられる。赤外線検出素子９は
接続端子１２ｈ、１２ｉに導電性接着剤１８ｃで電気
的、機械的に接続しされている。図８および図９に示し
た導電性の内周伝熱覆い部材２１は凹部２０の四箇所の
側面に沿って挿入され電気的、機械的に接続される。次
いで導電性を有するシリコン製の光学フィルタ１８の端
面１８ａと導電性保護体１７の内面１７ａと、さらに光
学フィルタ１８の底面１８ｂと導電性の内周伝熱覆い部
材２１の棚部面２２を、それぞれ導電性接着剤１８ｃと
エポキシ系の接着剤で接着固定し、これを赤外線センサ
の受光面の窓とする。尚、本発明の別の実施例では赤外
線検知素子９として熱効果型の焦電素子を用いている
が、他の赤外線検知素子であるサーモパイル、サーミス
ターボロメータ等を用いることができる。また光学フィ
ルタの材質はカルコゲン系ガラスや高密度ポリエチレン
等の赤外線を選択的に透過する材料であれば使用できる
が、これら導電性の低い材料ではシールド性能が低下す
ることが考えられるので、シリコン製の光学フィルタ１
８が最も好ましい。

【００３３】外部から伝わる熱は赤外線検知素子９に熱
を不均一に伝導させることが多く、ベース電圧を変動さ
せる要因となり、ノイズ、誤動作の原因となるものであ
る。従来はこの対策として樹脂の厚みを厚くすることに
より熱の伝導を拡散させベース電圧の変動を抑制すると
いう手段を採っていたが、これは樹脂ケースにより小型
化できるというメリットを損なうものであった。しかし
本発明は、凹部２０に導電性の内周伝熱覆い部材２１を
挿入することにより絶縁性保護体１４、導電性保護体１
７を伝導してきた熱を均一に拡散することができ、これ
によって赤外線検知素子９への影響を最小限に抑制でき
る。また光学フィルタ１８からのノイズも抑制すること
ができるものである。またこの導電性の内周伝熱覆い部
材２１を外部導出端子１２ｂと電気的、機械的に接続す
ることで更にノイズ抑制効果も得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、赤外線検
知素子の検出信号をセンサ出力に変換するセンサ回路部
を樹脂で一体にモールドし接続しているため、水分等の
悪影響による電子部品の劣化を防ぐことができる。また
絶縁性保護体の周囲に設けた導電性保護体によりアース
の効果が生じ、外的な電磁波によるノイズの発生を抑え
ることができる。さらにセンサ回路部から延設されたア
ース端子と光学フィルタの端面の少なくとも一カ所と導
通させることによってアースの効果や放熱が生じ、外的
な電磁波、外乱光、熱等によるノイズの発生を抑えるこ
とができる。

【００３５】また導電性の内周伝熱覆い部材を赤外線検
知素子の周囲に配置しているので熱が均一に分散され赤
外線検知素子への影響を方向性なく伝えることができる
ので、外的な電磁波によるノイズの発生が少ないし外乱
光、熱等の影響によるベース電圧の変動、ノイズの発生
を抑制できる。また内周伝熱覆い部材に棚部を設けるこ
とによって光学フィルタの載置が安定になり量産が容易
であって信頼性が向上する。

【００３６】また接続端子を形成したリードフレームを
利用することによって安定した寸法精度のものを量産す
ることが容易であり、歩留向上、製造コスト削減を大幅
に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における赤外線センサの回路
図

【図２】本発明の一実施例における赤外線センサを製造
する際のリードフレームに電子部品を搭載した状態の分
解斜視図

【図３】本発明の一実施例における赤外線センサの分解
斜視図

【図４】本発明の一実施例における赤外線センサの分解
斜視図

【図５】本発明の一実施例における赤外線センサの側断
面図

【図６】本発明の別の実施例における赤外線センサの分
解斜視図

【図７】本発明の別の実施例における赤外線センサの側
断面図

【図８】本発明の別の実施例における導電性の内周伝熱
覆い部材の分解斜視図

【図９】本発明の別の実施例における棚部を設けた導電
性の内周伝熱覆い部材の分解斜視図

【図１０】従来の焦電型赤外線センサを示す側断面図

【符号の説明】

１ 金属性ケース ２ ハーメチックベース ３ 回路基板 ４、５、６ 外部導出端子 ７ シール ８ 孔 ９ 赤外線検知素子 １０ 抵抗 １１ 電界効果型トランジスタ １２ リードフレーム １２ａ 基体 １２ｊ アース端子 １２ｈ、１２ｉ 接続端子 １４ 絶縁性保護体 １６ 成形段 １７ 導電性保護体 １８ 光学フィルタ １８ｃ 導電性接着剤 ２０ 凹部 ２１ 内周伝熱覆い部材 ２２ 棚部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０８Ｂ 13/191 0803−2Ｅ Ｈ０１Ｌ 27/14 35/32 Ａ 37/02 (72)発明者 渡辺 浩一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】赤外線検知素子と、絶縁性保護体で樹脂モ
   ールドした前記赤外線検知素子の検出信号をセンサ出力
   に変換するセンサ回路部と、前記絶縁性保護体の周囲に
   設けた導電性保護体と、赤外線を選択的に透過させる光
   学フィルタとを備えており、前記センサ回路部から延設
   されたアース端子が前記光学フィルタに接続されている
   ことを特徴とする赤外線センサ。
2. 【請求項２】赤外線検知素子と、絶縁性保護体で樹脂モ
   ールドした前記赤外線検知素子の検出信号をセンサ出力
   に変換するセンサ回路部と、前記絶縁性保護体の周囲に
   設けた導電性保護体と、赤外線を選択的に透過させる光
   学フィルタとを備えており、前記赤外線検知素子の周囲
   に導電性の内周伝熱覆い部材が配置され、前記光学フィ
   ルタに接続されていることを特徴とする赤外線センサ。
3. 【請求項３】前記導電性の内周伝熱覆い部材に前記光学
   フィルタを載置する棚部を設けたことを特徴とする請求
   項２記載の赤外線センサ。
4. 【請求項４】リードフレームにセンサ回路とこれから延
   設したアース端子と赤外線検知素子用接続端子を形成
   し、前記センサ回路部用の電子部品を前記リードフレー
   ムに搭載した後、前記リードフレームの不要部分を切除
   し、前記アース端子と前記赤外線検知素子用接続端子を
   突出させた状態で樹脂モールドして、赤外線センサ用の
   絶縁性保護体を製造することを特徴とする赤外線センサ
   の製造方法。