红外线温度传感器、电子设备及红外线温度传感器的制造方法

摘要

一种红外线温度传感器，在层叠基板（1）上安装金属板（2），传感器芯片（3）及ASIC（4）搭载于金属板（2）上。传感器芯片（3）及ASIC（4）由盖在金属板（2）上的金属帽（5）覆盖。在金属板（2）上设有开口部（21），层叠基板（1）上的电极和ASIC（4）通过开口部（21）进行电线连接。

说明书

技术领域

本发明涉及利用物体产生的红外线检测该物体的温度的红外线温度传感 器。

背景技术

在近年来的电子设备中，正在进行检测周围环境并将该检测结果用于操 作控制中。例如，在空调中，探测人的存在并瞄准人存在的场所进行温度控 制的操作控制。在这样的操作控制中，使用用于检测周围环境的传感器装置， 在上述那样的空调中，使用利用来自物体的辐射热以非接触探测物体温度的 红外线温度传感器。

作为目前的红外线温度传感器，众所周知有在金属杆上搭载有传感器元 件和电路部的结构（例如专利文献1）。图7表示使用了金属杆的红外线温度 传感器的结构。

图7所示的红外线温度传感器在金属杆101上搭载有传感器元件102及 用于将该传感器元件102的探测信号放大输出的电路部（未图示）。在金属杆 101上还设有贯通该金属杆101的电极棒103，上述电路部和安装基板的连接 经由电极棒103进行。另外，金属杆101的传感器元件102及电路部的搭载 面由金属帽104覆盖。在金属帽104上设有用于通过红外线的窗口，在该窗 口安装有红外线的透射率高的由玻璃或透明树脂构成的滤光器105。

上述红外线温度传感器中，使用金属杆101的最大原因是应对因内部热 引起的误差。即，传感器元件102不仅接收透过滤光器105的红外线，而且 还接收因传感器内部的辐射热而产生的红外线。此时，如果传感器内部的温 度与传感器元件102的温度相同，则传感器内部温度的影响相互抵消而不会 产生误差。另一方面，如果传感器内部的温度与传感器元件102的温度不同， 则传感器内部的温度作为误差而存在，不能精确地探测测定对象物的温度。

因此，在目前的红外线温度传感器中，设为使用导热性高的金属杆和金 属帽的封装构造，使传感器内部的温度变得均匀。

另外，例如专利文献2中公开有未使用金属杆的结构的红外线温度传感 器。图8表示未使用金属杆的红外线温度传感器的结构。

图8所示的红外线温度传感器为在支承基板201上直接搭载传感器芯片 202，并将支承基板201的配线和传感器芯片202进行电线连接的结构。另外， 即使在上述红外线温度传感器中，传感器芯片202也由金属帽203覆盖。

专利文献1：日本国公开专利公报“特开平6－137935号公报（1994年5 月20日公开）”

专利文献2：日本国公表专利公报“特表2007－503586号公报（2007年2 月22日公表）”

但是，上述那样的现有技术具有以下的问题。

首先，在使用金属杆的构造中，金属杆本身的部件费用高。金属杆具有 用于向封装外部取出传感器信号的电极棒，该电极棒使用低熔点玻璃等与杆 主体绝缘，因此，构造复杂且部件费用变高。另外，金属杆的安装需要插入 安装基板的通孔的金属棒并通过人工进行焊接的工序，组装加工费用也变高。

另一方面，在未使用金属杆的构造中，在以支承基板的基材为一般的树 脂基材的情况下，导热性差，因此，易于在传感器芯片与帽之间产生温度差。 因此，在周边温度变化的情况下等，由于封装内侧的放射红外线，产生传感 器输出变动的问题。

另外，在未使用金属杆的构造中，以支承基板的基材为导热性良好的陶 瓷基材，可以解除上述问题。但是，在该情况下，陶瓷基板的价格非常高， 在成本方面变为不利。

发明内容

本申请发明是鉴于上述课题而创立的，其目的在于，提供一种红外线温 度传感器，其部件费用及组装加工费用少、廉价，并且具有与使用金属杆的 现有构造相同程度的对环境温度变化的抗输出变动性。

为了解决上述课题，本发明的红外线温度传感器的特征在于，具有：安 装基板；金属板，其安装于所述安装基板上；传感器芯片，其搭载于所述金 属板上，并接收探测红外线；电路部，其搭载于所述金属板上，并放大所述 传感器芯片的探测信号；金属帽，其盖在所述金属板上，并覆盖所述传感器 芯片及所述电路部，在所述金属板上设有开口部，所述安装基板上的电极和 所述电路部通过所述开口部进行电线连接。

根据上述的结构，所述传感器芯片及所述电路部搭载于所述金属板上， 并从其上方盖上金属帽。即，所述传感器成为将所述传感器芯片及所述电路 部收纳于由所述金属板及所述金属帽构成的封装内的构造。由于所述金属板 及所述金属帽的导热性高，因此，所述封装具有均匀地保持传感器内部的温 度的功能，并且可以对环境温度变化保持较高的抗输出变动性。

另外，在所述金属板上设有开口部，所述安装基板上的电极和所述电路 部通过所述开口部进行电线连接。这种所述安装基板与所述电路部的电线接 合可应用通常的COB（Chip On Board）安装技术，因此，与安装使用金属杆 的传感器的现有技术相比，可以大幅度降低组装加工费用。

另外，本发明的红外线温度传感器的制造方法的特征在于，具有：在安 装基板上安装设有开口部的金属板的工序；在所述金属板上搭载接收探测红 外线的传感器芯片和放大所述传感器芯片的探测信号的电路部的工序；将所 述安装基板上的电极和所述电路部通过所述金属板的开口部进行电线连接的 工序；在所述金属板上盖上覆盖所述传感器芯片及所述电路部的金属帽并进 行封装的工序。

根据上述的结构，可制造部件费用及组装加工费用少、廉价，并且具有 与使用金属杆的现有构造相同程度的对环境温度变化的抗输出变动性的红外 线温度传感器。

本发明的红外线温度传感器为将所述传感器芯片及所述电路部收纳于由 所述金属板及所述金属帽构成的封装内的构造。所述封装具有较高的高温导 电性，因此，具有均匀地保持传感器内部的温度的功能。因此，所述红外线 温度传感器具有较高的对环境温度变化的抗输出变动性的效果。

另外，在所述金属板上设有开口部，所述安装基板上的电极和所述电路 部通过所述开口部进行电线连接。这种所述安装基板与所述电路部的电线接 合可应用通常的COB安装技术。因此，与安装使用金属杆的传感器的现有技 术相比，所述红外线温度传感器具有可以大幅度降低组装加工费用的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的图，是表示红外线温度传感器的结构 的立体图；

图2是表示图1的红外线温度传感器中使用的金属板的形状的立体图；

图3是表示图1的红外线温度传感器的金属板的安装方法的立体图；

图4是表示图1的红外线温度传感器的金属帽和透镜的密封构造的剖面 图；

图5是表示图1的红外线温度传感器的金属帽的安装方法的立体图；

图6是表示红外线温度传感器的对环境温度变化的抗输出变动性的曲线 图；

图7是表示现有的红外线温度传感器的结构的剖面图；

图8是表示现有的红外线温度传感器的结构的剖面图。

符号说明

1 层叠基板（安装基板）

2 金属板

3 传感器芯片

4 ASIC（电路部）

5 金属帽

6 内侧帽

7 透镜

21 开口部

22 帽定位用突起

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本实施 方式的红外线温度传感器的结构的立体图。图1中，为了解红外线温度传感 器的内部结构将一部分作为剖面。本实施方式的红外线温度传感器可利用于 在检测周围环境并将该检测结果用于操作控制的电子设备（空调等）中。

图1所示的红外线温度传感器具备：层叠基板1、金属板2、传感器芯片 3、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）4、金属帽5、内侧帽6及透 镜7而构成。层叠基板1是用于安装传感器芯片3及ASIC4的安装基板，其 具有构图成规定形状的配线层。传感器芯片3是接收探测红外线的元件， ASIC4是用于将传感器芯片3的探测信号放大输出的电路部。

在层叠基板1上安装金属板2，传感器芯片3及ASIC4搭载于金属板2 上。另外，在金属板2上设有用于将层叠基板1和ASIC4进行电线连接的开 口部21。图2表示本实施方式的金属板2的形状。

在传感器芯片3及ASIC4上盖有由金属帽5、内侧帽6及透镜7构成的 构造。透镜7嵌入形成于内侧帽6的上面的凹陷部，进而从透镜7上盖有金 属帽5。金属帽5将内侧帽6及透镜7完全收纳于其内侧，且其下端与金属板 2相接。另外，在金属帽5的上面设有用于将红外线取入传感器内部的窗口部， 透镜7配置于该窗口部的正下方。

透镜7将通过金属帽5的窗口部的红外线聚光于传感器芯片3上。由此， 上述红外线温度传感器可以高效地进行红外线探测。

另外，金属板2与金属帽5的间隙及透镜7与金属帽5间隙利用粘接剂 密封，从而将传感器内部密闭。当然，这是由于如果不将传感器内部密闭， 则因空气的出入难以维持传感器内部的温度。但是，安装于金属帽5的窗口 部的红外线透射部件未必需要一定是透镜，如果不需要上述聚光功能，则也 可以是玻璃板或透明树脂板等。

在上述结构的红外线温度传感器中，通过形成由金属板2和金属帽5构 成的封装构造，且在该封装内部配置传感器芯片3、ASIC4。因此，可以与使 用金属杆的现有构造的传感器相同程度地均匀地保持传感器内温度。即，可 以提供具有与现有构造相同程度的对环境温度变化的抗输出变动性的红外线 温度传感器。

金属板2的材质并没有特别限定，但可以特别优选使用导热性良好的铁、 铜、铝等。另外，为了确保防止生锈和后述的焊接性，金属板2也可以实施 表面涂层（例如镀镍）。

另外，内侧帽6由树脂形成。设置内侧帽6的主要的目的是为了避免传 感器内温度随着外部温度的变化而急剧地变化。如上所述，由于当传感器内 温度不均匀时产生检测误差，因此，在上述红外线温度传感器中，利用有金 属板2和金属帽5构成的封装结构均匀地保持传感器内温度。但是，若只提 高封装的导热性，在外部温度急剧下降地变化的情况下，传感器内温度也急 剧地变化。关于传感器内温度，不优选产生这种急剧的温度。因此，在上述 红外线温度传感器中，设置由树脂形成的内侧帽6，缓和外部温度的变化，避 免传感器内温度的急剧变化。

接着，说明上述红外线温度传感器的组装顺序。首先，通过焊接，在层 叠基板1上安装金属板2。在该焊接工序中，可以使用在其间介设有焊膏的状 态下，将金属板2载置于层叠基板1上，通过回流加热这样的电子零件的安 装技术中的通常的焊接方法。

这样，为了通过焊接而在层叠基板1上安装金属板2，在层叠基板1上预 先形成有焊接用接合面（参照图3）。焊接用接合面至少在从金属板2的中心 向上下左右均等的位置与金属板2的边缘的四个部位对应而设置。焊接用接 合面也可以设于与所安装的金属板2的四个角或四条边对应的部位。另外， 还优选在与金属板2的大致中央对应的部位形成焊接用接合面。这是为了防 止在金属板2的中央部附近，在金属板2和层叠基板1之间产生间隙而金属 板2上产生挠曲。与金属板2的中央对应的部位的接合面可以是一个部位， 也可以是多个部位。

接着，在金属板2上搭载传感器芯片3、ASIC4。传感器芯片3、ASIC4 可以利用粘接剂安装于金属板2上。然后，通过电线结合进行配线连接（传 感器芯片3与ASIC4的连接及ASIC4与层叠基板1的连接）。如上所述，在 金属板2上设有用于将层叠基板1和ASIC4电线连接的开口部21。即，在金 属板2安装于层叠基板1的状态下，将层叠基板1侧的连接用焊盘（电极） 配置于开口部21的区域。因此，可以通过开口部21进行层叠基板1与ASIC4 的电线结合。这种层叠基板1与ASIC4的电线结合可以应用通常的COB（Chip  On Board）安装技术，因此，与安装使用金属杆的传感器的现有技术相比， 可以大幅度降低组装加工费用。

对于金属帽5、内侧帽6及透镜7，在向层叠基板1安装之前，可进行这 些部件的组装。首先，在形成于内侧帽6上面的凹陷部嵌入透镜7，进而从透 镜7上盖上金属帽5。透镜7需要以其焦点到达传感器芯片上的方式进行高精 度对位的组装，但通过在内侧帽6上设置用于嵌入透镜7的凹陷部，容易进 行该对位。

透镜7的周边部与金属帽5接触或接近而配置，金属帽5与透镜7的间 隙由粘接剂密封。此时，粘接剂优选填充金属帽5和透镜7的间隙的大致整 体（参照图4）。这具有不仅提高密闭性，且提高金属帽5和透镜7之间的导 热性的意思。

金属帽5、内侧帽6及透镜7的组装物盖在传感器芯片3及ASIC4的安 装完成的层叠基板1的金属板2上，且将传感器封装。此时，金属帽5和金 属板2由粘接剂密封，将红外线温度传感器的内部密闭。为了容易进行上述 组装物的安装，也可以在金属板2上设置帽定位用突起22（参照图5）。帽定 位用突起22优选设于金属板2的四个角或四条边。由此，在将金属帽5安装 于金属板2时，可容易地进行高精度的定位。

图6表示本实施方式的红外线温度传感器的对环境温度变化的抗输出变 动性。图6是表示使传感器的周围温度从25℃上升到35℃时（温度变动所需 要的时间约为100s）的输出温度的变动的曲线图，横轴表示时间，纵轴表示 传感器输出温度误差。另外，图6中，除了本实施方式的传感器以外，还表 示比较例1、2的传感器的测定结果。在此，比较例1与专利文献1的现有构 造对应，是经由金属杆在安装基板上搭载传感器芯片的构造。另外，比较例2 与本发明相同，是经由金属板在安装基板上搭载传感器芯片，但透镜与金属 帽之间未进行树脂充填而产生间隙的构造。

首先，尽管周围温度的急剧变化，本实施方式的传感器的输出温度的误 差大致为±0.5℃以内，另外，在周围温度变化后产生的误差的恢复也较快。另 一方面，在比较例1的传感器中，最大误差接近0.8℃，直至温度变化开始后 到经过300s左右的时间，产生0.5℃以上的误差。由此可知，本实施方式的 传感器尽管是未使用金属杆的廉价的构造，也具有与使用金属杆的现有传感 器相同程度或以上的对环境温度变化的抗输出变动性。

另外，在比较例2的传感器中，产生接近2.0℃的最大误差，直到误差收 敛成0.5℃左右具有700s左右的时间。由此可知，即使在安装基板和传感器 芯片之间经由金属板提高散热性，如果没有传感器内的密闭性，则也不具有 抗输出变动性。

在本发明的红外线温度传感器中，优选金属板2成为与层叠基板1上的 GND电位连接且将金属板2和金属帽5利用导电性粘接剂进行电连接的结构。 传感器芯片3及ASIC4是易于受到无线电噪声的影响的敏感的器件，但通过 设为上述结构，可具有使由金属板2及金属帽5构成的封装遮断无线电噪声 的屏蔽效果。另外，上述结构如果将层叠基板1上的焊接用接合面的至少一 个与GND电位供给配线连接，则可容易实现。

如上所述，本发明的红外线温度传感器的特征在于，具有：安装基板； 金属板，其安装于所述安装基板上；传感器芯片，其搭载于所述金属板上， 并接收探测红外线；电路部，其搭载于所述金属板上，并放大所述传感器芯 片的探测信号；金属帽，其盖在所述金属板上，并覆盖所述传感器芯片及所 述电路部，在所述金属板上设有开口部，所述安装基板上的电极和所述电路 部通过所述开口部进行电线连接。

根据上述的结构，所述传感器芯片及所述电路部搭载于所述金属板上， 并从其上方盖上金属帽。即，所述传感器成为将所述传感器芯片及所述电路 部收纳于由所述金属板及所述金属帽构成的封装内的构造。由于所述金属板 及所述金属帽的导热性高，因此，所述封装具有均匀地保持传感器内部的温 度的功能，并且可以对环境温度变化保持较高的抗输出变动性。

另外，在所述金属板上设有开口部，所述安装基板上的电极和所述电路 部通过所述开口部进行电线连接。这种所述安装基板与所述电路部的电线接 合可应用通常的COB（Chip On Board）安装技术，因此，与安装使用金属杆 的传感器的现有技术相比，可以大幅度降低组装加工费用。

另外，在上述红外线温度传感器中，所述金属板与所述安装基板上的GND 电位连接，所述金属帽可以制成与所述金属板电连接的结构。

根据上述的结构，由所述金属板及所述金属帽构成的封装可以具有遮断 无线电噪声的屏蔽效果。

另外，在上述红外线温度传感器中，可以设为如下结构，即，所述金属 板通过焊接安装于所述安装基板，形成于所述安装基板的焊接用接合面设置 于与所安装的所述金属板的四个角或四条边对应部位和与金属板的中央对应 的部位。

根据上述的结构，利用设于与所述金属板的四个角或四条边对应部位位 的焊接用接合面可以无错位地牢固地安装金属板。利用设于与金属板的中央 对应的部位的接合面，可以防止在所述金属板和所述安装基板之间产生间隙 而在所述金属板上产生挠曲。

另外，在上述红外线温度传感器中，所述金属板可以设为被实施有用于 确保焊接性的表面涂层的结构。由此，能够提高焊接安装的可靠性。

另外，在上述红外线温度传感器中，可以设为在所述金属板上设有用于 定位所述金属帽的帽定位用突起的结构。由此，在将所述金属帽安装于所述 金属板时，可容易地进行高精度的定位。

另外，在上述红外线温度传感器中，可以设为在所述金属帽的内侧设有 树脂制的内侧帽的结构。

根据上述的结构，可避免传感器内温度随着外部环境温度的变化而急剧 变化，可以提高传感器对环境温度变化的抗输出变动性。

另外，在上述红外线温度传感器中，可以设为如下结构，即，在所述金 属帽的上面设有用于将红外线取入传感器内部的窗口部，在所述窗口部的正 下方配置有将通过所述窗口部的红外线聚光于传感器芯片上的透镜，所述内 侧帽具有用于嵌入所述透镜的凹陷部。

根据上述的结构，通过在所述内侧帽上设置用于嵌入所述透镜的凹陷部， 容易进行用于使透镜的焦点与传感器芯片上对应的对位。

另外，在上述红外线温度传感器中，可以设为如下结构，即，所述透镜 的周边部与所述金属帽接触或接近而配置，所述透镜与所述金属帽的间隙填 充有粘接剂。由此，能够提高所述金属帽和所述透镜之间的导热性，并实现 传感器内温度的均匀化。

另外，本发明的红外线温度传感器的制造方法的特征在于，具有：在安 装基板上安装设有开口部的金属板的工序；在所述金属板上搭载接收探测红 外线的传感器芯片和放大所述传感器芯片的探测信号的电路部的工序；将所 述安装基板上的电极和所述电路部通过所述金属板的开口部进行电线连接的 工序；在所述金属板上盖上覆盖所述传感器芯片及所述电路部的金属帽并进 行封装的工序。

根据上述的结构，可制造部件费用及组装加工费用少、廉价，并且具有 与使用金属杆的现有构造相同程度的对环境温度变化的抗输出变动性的红外 线温度传感器。

本发明并不限定于上述的各实施方式，可以在本发明请求项所示的范围 内进行各种变更，使分别公开于不同的实施方式的技术手段适当组合而得到 的实施方式也包含于本发明的技术范围中。

产业上的可利用性

本发明可以利用于检测周围环境并将该检测结果用于操作控制的电子设 备（空调等）中。