(57)【要約】【課題】本発明は、接着剤の濡れ性に関係なく、パッケージの気密性が高く、応答速度が良好な赤外線センサを提供する。【解決手段】本発明の赤外線センサ１０は、赤外線検出素子１１と、赤外線検出素子１１を収納し、窓部２２Ｂを有するパッケージ２０と、窓部２２Ｂを閉塞するように前記パッケージ２０に接着剤３２によって取り付けられ、赤外線検出素子１１へ赤外線を集光する赤外線レンズ３１と、を備え、パッケージ２０はパッケージ２０の内側に窓部２２Ｂを囲うように溝部２２Ａを有し、接着剤３２は少なくとも溝部２２Ａに存在している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検出素子と、
前記赤外線検出素子を収納し、窓部を有するパッケージと、
前記窓部を閉塞するように前記パッケージに接着剤によって取り付けられ、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光する赤外線レンズと、を備え、
前記パッケージは前記パッケージの内側に前記窓部を囲うように溝部を有し、
前記接着剤は少なくとも前記溝部に存在している赤外線センサ。
【請求項２】
前記パッケージは基板と前記窓部が形成された外側カバーとを有し、前記外側カバーが前記基板に接続された構成であり、
前記赤外線検出素子は前記基板上に位置し、
前記外側カバーは前記窓部、前記溝部および平面部が形成された天面を有し、
前記赤外線レンズは前記天面の前記平面部に接着されている請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記溝部は、
前記外側カバーの内側に設けられている請求項１に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を検知する赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出素子がパッケージに収納され、パッケージは基板と外側カバーとからなり、外側カバーには窓部が設けられ、窓部を閉塞するようにパッケージ内部に赤外線レンズが設けられた赤外線センサは知られている。この赤外線センサにおいて赤外線レンズは接着剤で外側パッケージに取り付けられている（特許文献１参照。）。
【０００３】
回路基板と、回路基板に実装されたセンサ素子と、回路基板を覆い開口部を有するケースと、開口部を閉塞するように設けられた赤外線透過フィルタを備えた赤外線センサは知られている。この赤外線センサにおいて、回路基板は段差を有し、開口部は段差に形成されており、段差は底面部に溝が形成され、溝を含んで段差と赤外線フィルタとの隙間は接着剤が埋められている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２７６４２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３２７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に赤外線センサのパッケージ内は気密にしている。気密性に劣る赤外線センサは、水分を含んだ外気がパッケージ内に進入し、赤外線検出素子の熱容量が大きくなり、温度変化追従性が悪化する。この結果、被測定対象物の温度変化に対する応答速度が低下する。
【０００６】
特許文献１に記載の赤外線センサにおいて、その構成要素を様々に変えたとき、赤外線センサの応答速度が低下することが分った。発明者らは、その原因がパッケージの機密性にあるとこを突き止めた。具体的には、パッケージと赤外線レンズと間の密着性が不十分であり、その原因が接着剤のパッケージに対する濡れ性にあることを突き止めた。即ち、特許文献１に記載の赤外線センサにおいては、パッケージの材質と接着剤の材質との選択に制限があり、設計の自由度が狭まってしまう。
【０００７】
特許文献２に記載の赤外線センサは開口部には赤外線フィルタを貼る構成である。従って、赤外線レンズをどのように配置すればよいかの記載はない。
【０００８】
本発明は、接着剤の濡れ性に関係なく、パッケージの気密性が高く、応答速度が良好な赤外線センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の赤外線センサは、赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子を収納し、窓部を有するパッケージと、前記窓部を閉塞するように前記パッケージに接着剤によって取り付けられ、前記赤外線検出素子へ赤外線を集光する赤外線レンズと、を備え、前記パッケージは前記パッケージの内側に前記窓部を囲うように溝部を有し、前記接着剤は少なくとも前記溝部に存在している。
【００１０】
請求項１に記載の赤外線センサは、溝部が存在するので、接着剤の濡れ性に関係なく、赤外線レンズとパッケージとを密着させて接着させることができ、パッケージの気密性が高いので、応答速度が良好であるという作用効果を有する。
【００１１】
請求項２に記載の赤外線センサは、特に、前記パッケージは基板と前記窓部が形成された外側カバーとを有し、前記外側カバーが前記基板に接続された構成であり、前記赤外線検出素子は前記基板上に位置し、前記外側カバーは前記窓部、前記溝部および平面部が形成された天面を有し、前記赤外線レンズは前記天面の前記平面部に接着されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の赤外線センサは、パッケージの気密性が高く、応答速度が良好という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態における赤外線センサの平面図
【図２】図１のＡＡ線断面図
【図３】図２のＢ部拡大図
【図４】本発明の一実施の形態における赤外線センサの外側カバーを底面から見た図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（一実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態における赤外線センサについて説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における赤外線センサの平面図、図２は図１のＡＡ線断面図、図３は図２のＢ部拡大図、図４は本発明の一実施の形態における赤外線センサの外側カバーを底面から見た図である。
【００１６】
赤外線センサ１０は、赤外線検出素子１１、パッケージ２０、および赤外線レンズ３１を有している。
【００１７】
赤外線検出素子１１は、そのセンシングエレメントとしてサーモパイル型の熱型赤外線検出素子を用いているが、これに限られない。赤外線検出素子１１は受光した赤外線の量に応じた電気信号を出力する。
【００１８】
パッケージ２０は、基板２１と外側カバー２２と有している。パッケージ２０は赤外線検出素子１１、信号処理部品３３を収納している。パッケージ２０はさらに、内側カバー２３も収納している。
【００１９】
基板２１はアルミナから作られている。基板２１は電極（図示せず）および配線導体（図示せず）が形成されている。赤外線検出素子１１および信号処理部品３３は基板２１に実装されている。
【００２０】
外側カバー２２は金属から作られている。一例として、外側カバー２２は重量比が鉄５４％、ニッケル２９％、コバルト１７％である合金で作られる。外側カバー２２の表面にはニッケルめっきによるめっき層（図示せず）が形成されている。外側カバー２２は天面２２Ｃを有している。天面２２Ｃは基板２１と略平行である。天面２２Ｃは窓部２２Ｂ、溝部２２Ａ、および平面部２２Ｄを有している。赤外線検出素子１１に到達する赤外線は窓部２２Ｂを通過している。溝部２２Ａは窓部２２Ｂを囲っている。平面部２２Ｄは、天面２２Ｃの内、窓部２２Ｂおよび溝部２２Ａを除いた部分である。平面部２２Ｄは溝部２２Ａの周囲だけでなく、溝部２２Ａと窓部２２Ｂに挟まれた領域にも存在する。外側カバー２２は金属板をプレス加工することによって作られることにより、簡単な製造方法で、平面部２２Ｄを精度良く一つの平面内に存在させることができる。
【００２１】
内側カバー２３は信号処理部品３３の発熱の影響が赤外線検出素子１１内のセルに偏って与えることを低減させる。内側カバー２３はりん青銅などの熱伝導性に優れた金属で作られている。内側カバー２３は赤外線検出素子１１および信号処理部品３３の並んでいる方向の外側で基板２１と接続している。内側カバー２３は赤外線検出素子１１および信号処理部品３３の並んでいる方向の垂直方向には基板２１と接続していない。内側カバー２３と基板２１とに囲まれた空間は密閉されていない。内側カバー２３は赤外線検出素子１１および信号処理部品３３の並んでいる方向の垂直方向に庇部２３Ｂを有する。内側カバー２３は開口部２３Ａを有している。開口部２３Ａは赤外線検出素子１１と窓部２２Ｂとの間に位置する。赤外線検出素子１１に到達する赤外線は、窓部２２Ｂおよび開口部２３Ａを通過している。開口部２３Ａには、所望の波長の赤外線のみを透過させるためのフィルタ（図示せず）を配置してもよい。
【００２２】
赤外線レンズ３１は外側カバー２２の窓部２２Ｂを閉塞するように外側カバー２２に接着剤３２によって取り付けられている。赤外線レンズ３１はパッケージ２０の内部に位置している。赤外線レンズ３１は外側カバー２２の天面２２Ｃの溝部２２Ａを跨いで、溝部２２Ａの両側に位置する平面部２２Ｄと接着剤３２を介して密着するように取り付けられている。赤外線レンズ３１はシリコンからなる半導体レンズであるが、これに限られない。赤外線レンズ３１は赤外線を赤外線検出素子１１に集光する役割を有する。
【００２３】
接着剤３２は赤外線レンズ３１を外側カバー２２に接着させる。接着剤３２は熱硬化型の樹脂系接着剤を用いることができる。接着剤３２は少なくとも溝部２２Ａに存在する。
【００２４】
信号処理部品３３は赤外線検出素子１１からの電気信号を処理する回路である。信号処理部品３３はチップ形状の集積回路である。
【００２５】
ワイヤーボンディング３４は赤外線検出素子１１と信号処理部品３３間、および信号処理部品３３と基板２１上の電極（図示せず）間とを電気的に接続する。
【００２６】
リング３５は枠の形状である。外側カバー２２の周辺部と基板２１とはリング３５を介して溶接で接続される。リング３５は外側カバー２２と同様に重量比が鉄５４％、ニッケル２９％、コバルト１７％である合金で作られる。
【００２７】
接着剤３２は外側カバー２２の天面２２Ｃとの関係で、所謂濡れ性が影響を受ける。濡れ性が高すぎると、接着剤３２は外側カバー２２の天面２２Ｃ中に広がってしまい、肝心の赤外線レンズ３１と外側カバー２２の間に存在する接着剤３２が少なくなり接着強度が低下してしまうおそれがある。一方、濡れ性が低すぎると、接着剤３２は粒状になるので、赤外線レンズ３１の周囲の全周に接着剤３２が付かずに、赤外線レンズ３１が窓部２２Ｂを密閉することが出来なくなってしまうおそれがある。
【００２８】
本実施の形態の赤外線センサ１０は外側カバー２２の天面２２Ｃに溝部２２Ａを有しており、そして溝部２２Ａには接着剤３２が存在すので、接着剤３２の濡れ性に関わらず溝部２２Ａに接着剤３２が存在するので、赤外線レンズ３１と外側カバー２２とを確実に接着し、かつ赤外線レンズ３１が窓部２２Ｂを密閉し、パッケージ２０を気密にすることができる。
【００２９】
本実施の形態の赤外線センサ１０は、赤外線レンズ３１が天面２２Ｃの平面部２２Ｄに形成されており、簡単な構成であるので、赤外線レンズ３１の取り付け位置の精度が高い。従って、赤外線センサ１０は赤外線レンズ３１と赤外線検出素子１１との距離のバラツキが小さく、測定精度のバラツキを押させることができる。
【００３０】
ここで、本実施の形態の構造の赤外線センサ１０と、特許文献２に示されるような従来の赤外線センサの構造を基に、パッケージの高さを約２．７ｍｍ、視野角６０°のとしたときの視野角のばらつきと高さのばらつきを求めた。この結果、パッケージの高さのばらつきが従来の構造が±０．１０ｍｍであるのに対し、本実施の形態の構造では、±０．０３ｍｍと、パッケージの高さのばらつきが３０％程度になっていた。また、視野角のばらつきは従来の構造で±６°であったのに対し、本実施の形態の構造では、±３°と、視野角のばらつきが従来の構造の５０％になっていた。
【００３１】
このように、本実施の形態の赤外線センサ１０の構造とすることにより、パッケージが簡単な構成となるため、赤外線レンズ３１と赤外線検出素子１１の間の距離を精度良く加工することが可能になっている。
【００３２】
また、本実施の形態の赤外線センサ１０では、溝部２２Ａが内側に設けられているため、パッケージ２０を簡易な構成とすることができている。赤外線レンズ３１がパッケージ２０の平面部２２Ｄの外側に設けられていると、赤外線センサ１０が大きくなってしまい、また、赤外線レンズ３１が何かにあたることによって傷つき易くなる。また、赤外線センサ１０の使用環境の温度変化や、赤外線センサ１０の製造工程の、例えば、リフロー時にパッケージ２０内の容積が変化した場合、赤外線レンズ３１が外れて気密性が損なわれる可能性がある。
【００３３】
このような課題に対し、従来の赤外線センサでは、接着面積を広くすることにより強固に接着することで解決をしているが、本実施の形態の赤外線センサ１０では、溝部２２Ａをパッケージ２０の内側に設け、赤外線レンズ３１をパッケージ内に設ける構造とすることにより、課題を解決している。
【００３４】
本実施の形態の赤外線センサ１０のように、パッケージ２０の内側に溝部２２Ａが設けられた構造、すなわち、溝部２２Ａが赤外線検出素子１１に対向し、赤外線センサ１０の上方に凹むような構造とすることで、パッケージ２０内の空気が膨張して容積が変化しても、赤外線レンズ３１が外れ難くなっている。つまり、パッケージ２０内の空気が膨張した場合、赤外線レンズ３１がパッケージ２０に押し付けられるため、従来の構造のように赤外線レンズ３１が外れることがなくなる。
【００３５】
このように、溝部２２Ａをパッケージ２０の内側に設けることによって、より、従来の赤外線センサのように段差を設けて接着面積を広くする必要がなく、より簡易な構成で、機密性を高めることができている。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、赤外線センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  赤外線センサ
１１  赤外線検出素子
２０  パッケージ
２１  基板
２２  外側カバー
２２Ａ  溝部
２２Ｂ  窓部
２３  内側カバー
２３Ａ  開口部
２３Ｂ  庇部
３１  赤外線レンズ
３２  接着剤
３３  信号処理部品
３４  ワイヤーボンディング
３５  リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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