(57)【要約】【課題】測定精度が低下してしまうのを抑制することのできる赤外線センサモジュールおよび当該赤外線センサモジュールの製造方法を得る。【解決手段】基板２上に配置した赤外線センサ３の上方に、レンズ台座６を介してレンズ５が配置されている。また、レンズ台座６は、レンズ５を取り付ける開口部６１が形成された座壁６２と、赤外線センサ３の周囲を覆う側壁６３とを有しており、基板２上に搭載されている。そして、レンズ５およびレンズ台座６の外側を全体的に覆う金属ケース７を設け、当該金属ケース７とレンズ５、金属ケース７と基板２とをそれぞれ接合することで、赤外線センサ３を金属ケース７内に中空封止した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配置されて赤外線を受信する赤外線センサと、
前記赤外線センサの上方に配置され、外部から入射する赤外線を前記赤外線センサに結像させるレンズと、
前記赤外線が通過する開口部が形成された座壁と前記赤外線センサの周囲を覆う側壁とを有し、前記開口部が前記赤外線センサと前記レンズとの間に位置するように前記基板に搭載され、前記レンズを保持するレンズ台座と、
前記赤外線を入射させる入射窓を有し、当該入射窓が前記レンズの位置に合うように前記基板に搭載され、前記赤外線センサを収納する金属ケースと、
を備え、
前記金属ケースと前記レンズ、前記金属ケースと前記基板とがそれぞれ接合されて、前記赤外線センサが前記金属ケース内に中空封止されていることを特徴とする赤外線センサモジュール。
【請求項２】
前記金属ケースと前記基板とが金属接合されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項３】
前記赤外線センサはワイヤを介してＩＣ搭載部に電気的に接続されており、
前記レンズ台座の側壁は、前記赤外線センサの前記ワイヤが接続されている部位を除いた周囲を覆っていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項４】
前記レンズ台座は、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項５】
前記レンズ台座は、高熱伝導性材料によって前記基板に接合されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項６】
前記レンズ台座の内側面に反射防止部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項７】
前記レンズ台座は、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の赤外線センサモジュール。
【請求項８】
赤外線を受信する赤外線センサを、基板に設けたアライメントマークを見ながら、当該基板上にダイボンドおよびワイヤボンドして搭載する第１の工程と、
レンズ取り付け用の開口部が形成された座壁と前記赤外線センサの周囲を覆う側壁とを有するレンズ台座を、前記開口部が前記赤外線センサの上方に位置するように前記基板上に搭載する第２の工程と、
前記レンズを、前記アライメントマークを見ながら前記開口部に一致するようにして前記レンズ台座に搭載する第３の工程と、
前記レンズおよび前記レンズ台座の外側を覆う金属ケースと前記レンズの外周とを樹脂で接合し、前記金属ケースを前記基板の接合用電極に接触させた状態で仮り固定する第４の工程と、
仮り固定した金属ケースと前記基板の接合用電極とを金属接合して封止する第５の工程と、
を有することを特徴とする赤外線センサモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサモジュールおよび当該赤外線センサモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線センサモジュールとして、基板に実装した赤外線センサの外側を開口部が形成されたケースで覆い、当該ケースの開口部にレンズを配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、赤外線センサの視野角に入った対象物体からの赤外線をケースの開口部からレンズを介して赤外線センサに入射させることで、対象物体からの赤外線を赤外線センサにて検知するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５０３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の赤外線センサモジュールでは、赤外線を検知しようとする対象物体以外からの赤外線が赤外線センサに入射するおそれがあった。このように、従来の技術では、対象物体以外からの赤外線が赤外線センサに入射してしまい、本来測定しようとする対象物体の赤外線の測定精度が低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、測定精度が低下してしまうのを抑制することのできる赤外線センサモジュールおよび当該赤外線センサモジュールの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、基板に配置されて赤外線を受信する赤外線センサと、前記赤外線センサの上方に配置され、外部から入射する赤外線を前記赤外線センサに結像させるレンズと、前記赤外線が通過する開口部が形成された座壁と前記赤外線センサの周囲を覆う側壁とを有し、前記開口部が前記赤外線センサと前記レンズとの間に位置するように前記基板に搭載され、前記レンズを保持するレンズ台座と、前記赤外線を入射させる入射窓を有し、当該入射窓が前記レンズの位置に合うように前記基板に搭載され、前記赤外線センサを収納する金属ケースと、を備え、前記金属ケースと前記レンズ、前記金属ケースと前記基板とがそれぞれ接合されて、前記赤外線センサが前記金属ケース内に中空封止されていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、座壁と側壁とを有するレンズ台座を備えているため、赤外線センサをレンズ台座の座壁と側壁によって覆うことができる。その結果、赤外線を検知しようとする対象物体以外からの赤外線をレンズ台座によって遮断することができ、本来測定しようとする対象物体の赤外線の測定精度が低下してしまうのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの製造方法を示す図であって、（ａ）は、赤外線センサをダイボンドおよびワイヤボンドする工程を行った段階における図２に対応した断面図、（ｂ）は、図３に対応した断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの製造方法を示す図であって、（ａ）は、レンズ台座を搭載する工程を行った段階における図２に対応した断面図、（ｂ）は、図３に対応した断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの製造方法を示す図であって、（ａ）は、レンズを搭載する工程を行った段階における図２に対応した断面図、（ｂ）は、図３に対応した断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの製造方法を示す図であって、（ａ）は、金属ケースとレンズとを樹脂で接合し、金属ケースを仮り固定する工程を行った段階における図２に対応した断面図、（ｂ）は、図３に対応した断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの製造方法を示す図であって、（ａ）は、仮り固定した金属ケースと基板とを金属接合する工程を行った段階における図２に対応した断面図、（ｂ）は、図３に対応した断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施形態にかかる赤外線センサモジュールの作用を説明する断面図である。
【図１０】図１０は、レンズ台座が存在しない赤外線センサモジュールの作用を図９と比較して説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態にかかる赤外線モジュール１は、赤外線センサ３、処理回路（ＩＣ搭載部）４、レンズ５、レンズ台座６および金属ケース７などを備えており、回路基板（基板）２に実装されている。この赤外線モジュール１は、赤外線を受信して、例えば温度分布や熱源の有無などを検出するものである。
【００１２】
赤外線センサ３は、測定しようとする対象物体の赤外線を受信するようになっており、この赤外線センサ３で受信した赤外線がＩＣを用いた処理回路４で処理される。レンズ５は、入射する赤外線を赤外線センサ３に結像させるようになっており、このレンズ５はレンズ台座６に保持されている。そして、赤外線センサ３、レンズ台座６および処理回路４は、金属ケース７に収納されるようになっている。
【００１３】
基板２は、ほぼ矩形の平板形状をなしており、セラミック基板などの多層基板として形成されている。そして、基板２の内層には図示せぬグランドパターンや電気回路配線が形成されている。グランドパターンはベタグランドパターンであり、基板２内を通って図示せぬ外部端子によってグランドに接続される。また、基板２の上面（表面）には、赤外線センサ３とレンズ５との位置合せに用いるアライメントマーク２１（図１（ａ）参照）が設けられている。
【００１４】
アライメントマーク２１は、レンズ台座６が基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が基板２に搭載された状態との両方の状態で視認可能な位置に形成されている。本実施形態では、アライメントマーク２１は、矩形状の基板２の対角上の角部に２箇所設けられている。
【００１５】
赤外線センサ３および処理回路４は、基板２の上面に配置されており、ダイボンド樹脂１１およびワイヤ１２によってダイボンドおよびワイヤボンドすることで実装されている。赤外線センサ３と処理回路４とは、ワイヤ１２によって相互に電気的に接続されており、赤外線センサ３は、ワイヤ１２によって基板２の図示せぬ電気回路配線に接続されている。
【００１６】
赤外線センサ３は、多数の受光素子がアレイ（格子）状に配列されており、各受光素子毎に赤外線信号を受光して受光強度に対応する出力信号を出力するようになっている。処理回路４は、赤外線センサ３の出力信号を処理し、赤外線センサ３の出力信号に基づいて、例えば温度分布や熱源の有無などの検出処理を行うものである。
【００１７】
レンズ５は、赤外線センサ３の受光面との間に所定距離をおいてレンズ台座６に保持されており、赤外線センサ３に赤外線を結像させるようにしている。また、レンズ５は、赤外線センサ３と対向するように赤外線センサ３の上方に配置されている。
【００１８】
また、レンズ５には、赤外線透過率の良いＳｉなどにより赤外線の集光機能を司るレンズ母体が形成されており、このレンズ母体の表面に赤外線周辺波長を選択的に透過させる光学多層膜からなるバンドパスフィルタが形成されている。
【００１９】
さらに、レンズ５は、図１に示すように、矩形状に形成されており、片面（上面）が平坦面、他面（下面）が凸面となる凸レンズとして形成されている。なお、レンズ５は、両面が凸面に形成されていてもよく、また、片面が凹面で他面がその凹面よりも曲率の大きな凸面で形成されていてもよい。すなわち、レンズ５は赤外線センサ３に集光させる機能を有していればよい。また、凸面や凹面が放物面であってもよい。
【００２０】
レンズ台座６は、レンズ５を保持して赤外線センサ３とレンズ５との所定距離（赤外線センサ３に赤外線を結像させるための距離）を高精度に保つ機能と、赤外線を検知しようとする対象物体以外からの赤外線を遮断する機能を有している。
【００２１】
本実施形態では、レンズ台座６は金属材料で形成されている。そして、レンズ台座６は、赤外線センサ３の対向部分（上方部分）を覆い、レンズ５を取り付ける開口部６１が設けられた矩形状の座壁６２と、赤外線センサ３の周囲を覆う側壁６３と、を有している。
【００２２】
開口部６１はレンズ５の外側形状に沿った矩形状に形成されており、開口部６１の内側寸法はレンズ５の外側寸法よりも若干小さく形成されている。そして、開口部６１の内周縁部でレンズ５の下面の外周縁部を支持できるようにしている。また、レンズ台座６は、開口部６１が赤外線センサ３の対向方向（真上）に配置されるようにした状態で、赤外線センサ３とレンズ５との間に位置するように基板２に搭載されている。
【００２３】
また、レンズ台座６は、座壁６２および側壁６３の内側面が反射防止部６７となっている。反射防止部６７は、反射防止膜や反射防止塗料などで形成してもよく、壁面自体に反射防止処理を施すことで形成してもよい。
【００２４】
側壁６３は、座壁６２の幅方向（図３の左右方向）に対向する二辺から連続して基板２方向に垂設される脚壁６４と、座壁６２の長さ方向（図２の左右方向）に対向する二辺から連続して基板２方向に垂設される補強壁６５とによって構成されている。脚壁６４の下端縁は、高熱伝導性材料１３により基板２の台座接合部（グランドパターンの一部）と接合されている。高熱伝導性材料１３としては、Ａｇペーストなどの導電性樹脂を用いることができる。
【００２５】
ここで、本実施形態では、レンズ台座６の側壁６３が、赤外線センサ３のワイヤ１２が接続されている部位を除いた周囲を覆うようにしている。
【００２６】
具体的には、補強壁６５の下部に、ワイヤ１２を通すための切欠部６６を形成し、この切欠部６６を、ワイヤ１２を通すのに必要な最小限度の切欠き面積とすることで、補強壁６５の有効面積を可能な限り大きく確保できるようにしている。そして、有効面積を可能な限り大きくした側壁６３によって、赤外線センサ３の周囲を可能な限り覆うことができるようにしている。
【００２７】
また、レンズ５は、外周縁部を座壁６２の開口部６１の内周縁部に位置させた状態で接合材１４により接合されている。このように、接合材１４により座壁６２の開口部６１の内周縁部にレンズ５を接合することで、当該レンズ５が座壁６２に搭載される。接合材１４としては、弾性率の小さいシリコン系樹脂を主体とし、当該シリコン系樹脂にＡｇなどを含ませて導電性を持たせた導電性樹脂を用いることができる。なお、接合材１４は、レンズ５の側面のレンズ母体（Ｓｉ）が露出した部分（絶縁物質の多層膜からなるバンドパスフィルターが形成されていない部分）に接触するように塗布されている。
【００２８】
金属ケース７は、矩形状の天壁７１と、この天壁７１の四辺から垂設して赤外線センサ３を囲繞する側壁７２と、によってほぼ直方体の箱状に形成されている。天壁７１には赤外線を入射させるための入射窓７３が、赤外線センサ３に対応する部位に形成されている。この入射窓７３は、レンズ５の外側形状に沿った矩形状に形成されている。そして、入射窓７３の内側寸法は、レンズ５の外側寸法よりも若干小さく形成されており、入射窓７３の内周縁部でレンズ５の上面の外周縁部を支持できるようにしている。
【００２９】
また、周方向に配置される４面の側壁７２は、それぞれの下端縁が面一に形成されている。そして、金属ケース７の入射窓７３の内周縁部とレンズ５の外周縁部とが封止樹脂１５によって接合され、金属ケース７の側壁７２の下端縁の外周全周が、基板２の上面の外周部に設けた接合用電極１６に接合される。こうして、金属ケース７とレンズ５と基板２とにより囲まれた空間が気密封止されるようにしている。そして、赤外線センサ３および処理回路４が気密封止された内方に中空封止されるようにしている。封止樹脂１５としては、エポキシ樹脂に加えてＡｇペーストなどの導電性樹脂を用いることができ、接合用電極１６は、基板２のグランドパターンと電気的に接続された導電部材により形成することができる。
【００３０】
次に、赤外線センサモジュール１の製造方法について説明する。
【００３１】
赤外線センサモジュール１は、図４（ａ）、（ｂ）から図８（ａ）、（ｂ）に示す第１から第５の工程を順次経て製造される。このとき、赤外線センサ３とレンズ５との相互の位置合せ（レンズ５の光軸合わせと焦点距離合わせ）が重要となる。
【００３２】
まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、作業者は、基板２に設けたアライメントマーク２１（図１（ａ）参照）を見ながら、赤外線センサ３を基板２上にダイボンドおよびワイヤボンドして搭載する（第１の工程）。このとき、処理回路４も基板２上にダイボンドおよびワイヤボンドする。ダイボンドおよびワイヤボンドはダイボンド樹脂１１およびワイヤ１２によって行われる。
【００３３】
次に、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ台座６の座壁６２に設けられた開口部６１が赤外線センサ３の対向位置（真上）となるように、レンズ台座６を基板２上に搭載する（第２の工程）。このとき、赤外線センサ３は、その周囲がレンズ台座６の側壁６３で覆われることとなる。
【００３４】
次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、作業者は、レンズ５をアライメントマーク２１を見ながら開口部６１に一致するようにしてレンズ台座６に搭載する（第３の工程）。このレンズ５の搭載は、レンズ５を開口部６１に一致させた状態で接合材１４（図２参照）によって接合することで行われる。
【００３５】
次に、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ５の外周（外周縁部）と金属ケース７（入射窓７３の内周縁部）とを封止樹脂１５（図２参照）で接合して硬化させながら、金属ケース７を基板２の接合用電極１６に接触させた状態で仮り固定する（第４の工程）。なお、図７（ａ）、（ｂ）では、封止樹脂１５で接合する部分を一点鎖線円Ａで囲んである。
【００３６】
次に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第４の工程で仮り固定された金属ケース７と基板２の接合用電極１６とを、それらの周囲を金属接合することで封止する。本実施形態では、金属ケース７と基板２の接合用電極１６とを金属溶接することで封止している。なお、図８（ａ）、（ｂ）では、溶接封止する部分を一点鎖線円Ｂで囲んである。
【００３７】
こうして、赤外線センサモジュール１が製造される。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、レンズ台座６によってレンズ５を保持するようにしている。そのため、赤外線センサ３とレンズ５との所定距離（赤外線センサ３に赤外線を結像させるための距離）を高精度に保つことができ、レンズ５を通して赤外線センサ３に入射される赤外線を精度良く検知することができる。
【００３９】
また、レンズ台座６は、赤外線センサ３の上方を覆う座壁６２と、赤外線センサ３の周囲を覆う側壁６３とを有している。したがって、測定しようとする対象物体以外の赤外線を座壁６２および側壁６３によってより効果的に遮断することができるようになる。
【００４０】
ところで、赤外線センサモジュール１は、本来は視野角α内に位置する対象物体からの赤外線８をレンズ５を通して赤外線センサ３に結像させるものである。ところが、赤外線センサモジュール１にレンズ台座が存在しない場合、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９が、大きな傾斜角度をもってレンズ５から入射し、金属ケース７の内面に反射して赤外線センサ３に入射してしまう場合がある（図１０参照）。また、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９によって金属ケース７が加熱され、加熱された金属ケース７の輻射熱による赤外線９が直接または間接に赤外線センサ３に入射する場合がある（図１０参照）。
【００４１】
このように、赤外線センサモジュール１にレンズ台座が存在しない場合、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９が直接または間接に赤外線センサ３に入射されてノイズ原因となる。
【００４２】
これに対して本実施形態では、図９に示すように、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９をレンズ台座６の座壁６２や側壁６３で遮断することができる。したがって、本実施形態では、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９が赤外線センサ３に影響するのをレンズ台座６によって抑制することができ、赤外線センサ３による測定精度を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、レンズ台座６は、補強壁６５に設けた切欠部６６をワイヤ１２を通すのに必要な最小限度の切欠き面積として、側壁６３で赤外線センサ３の周囲を可能な限り覆うようにしている。そのため、視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９が側方から赤外線センサ３に入射されるのを極力抑制することができる。
【００４４】
また、レンズ台座６を金属材料で形成したため、赤外線センサ３に向かって入射してくるノイズ（視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９）を、金属のレンズ台座６で反射させることができる。その結果、ノイズが赤外線センサ３に入るのをより効率良く抑制することができる。
【００４５】
また、レンズ台座６を基板２に接合する際に高熱伝導性材料１３を用いたため、レンズ台座６と基板２との間における熱のやり取りが行いやすくなる。その結果、赤外線センサ３の周囲で熱が部分的に籠るのを抑制することができ、赤外線センサ３による赤外線の測定精度をより一層高めることができる。
【００４６】
また、レンズ台座６の内側面に反射防止部６７を設けたため、レンズ台座６の内側に入り込んだノイズ（視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９）が反射するのを防止することができる。その結果、赤外線センサ３にノイズが入ってしまうのをより一層抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態の赤外線センサモジュール１の製造方法では、赤外線センサ３を基板２上にダイボンドおよびワイヤボンドして搭載する際に、作業者は基板２に設けたアライメントマーク２１を見ながら行うようにしている（第１の工程）。また、レンズ５を開口部６１に一致するようにしてレンズ台座６に搭載する際にも、作業者はアライメントマーク２１を見ながら行うようにしている（第３の工程）。したがって、赤外線センサ３とレンズ５とを同一のアライメントマーク２１を見ながら搭載することができ、両者の高精度な位置合せができるようになる。
【００４８】
また、レンズ５をレンズ台座６の上面となる座壁６２に搭載した状態で、金属ケース７がレンズ５およびレンズ台座の外側を全体的に覆うようにしている（第４の工程）。したがって、レンズ５を表面に位置させながら金属ケース７による気密封止ができ、レンズ５廻りの気密精度をより容易に高めることができる。
【００４９】
また、第４の工程では、レンズ５の外周と金属ケース７とを樹脂で接合して硬化させながら、金属ケース７を基板２の接合用電極１６に仮り固定するようにしている。したがって、レンズ５と金属ケース７との樹脂封止と、金属ケース７を本溶接する前の仮り固定とを一つの工程に集約させることができるため、工程の簡略化を図ることができる。
【００５０】
また、第５の工程では、金属ケース７と基板２とを、それらの周囲を金属溶接（金属接合）することで封止するようにしている。このように、金属ケースと基板２とを金属接合することで、金属ケース７と基板２との間で熱のやり取りが行い易くなり、赤外線センサ３の周囲で熱が部分的に籠るのを抑制して赤外線測定精度を高めることができる。また、金属ケースと基板２とを金属接合することで、金属ケース７を図示せぬパッケージと同電位にすることができるため、金属ケース７に電磁シールド効果を持たせることができる。
【００５１】
ところで、本実施形態では、レンズ台座６を金属材料で形成した場合を例示したが、これ以外にもレンズ台座６を樹脂材で形成することも可能である。このようにレンズ台座６を樹脂製とすれば、赤外線センサ３に向かってくるノイズ（視野角α外に有る対象物体以外からの赤外線９）を樹脂製のレンズ台座６で吸収することができ、ノイズが赤外線センサ３に入るのをより一層抑制することができる。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００５３】
例えば、基板やレンズ、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  赤外線センサモジュール
２  回路基板（基板）
３  赤外線センサ
４  処理回路（ＩＣ搭載部）
５  レンズ
６  レンズ台座
７  金属ケース
８  赤外線
９  赤外線（対象物体以外からの赤外線）
１１  ダイボンド樹脂
１２  ワイヤ
１３  高熱伝導性材料
１５  封止樹脂（樹脂）
１６  接合用電極
２１  アライメントマーク
６１  開口部
６２  座壁
６３  側壁
６７  反射防止部
７３  入射窓
【図１】
2012198094.tif 000003
【図２】
2012198094.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012198094.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012198094.tif 000011
【図１０】
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