赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法
【課題】赤外センサモジュールにおいて、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行えるようにすると共に、表面実装への対応を可能にする。
【解決手段】赤外センサモジュール１は、回路基板２と、赤外信号を受信する赤外センサ３と、赤外センサ３に赤外信号を結像させるためのレンズ５と、レンズ５を保持するためのレンズ台座６と、赤外センサ３を収納するための金属ケース７とを備える。赤外センサ３は、回路基板２に配置されている。レンズ５は、レンズ台座６に保持されて、赤外センサ３の上方に配置されている。レンズ台座６は、開口部６０が赤外センサ３とレンズ５との間に位置するように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７は、入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７とレンズ５及び回路基板２が封止樹脂１７により接合されて、赤外センサ３が中空封止されている。
【解決手段】赤外センサモジュール１は、回路基板２と、赤外信号を受信する赤外センサ３と、赤外センサ３に赤外信号を結像させるためのレンズ５と、レンズ５を保持するためのレンズ台座６と、赤外センサ３を収納するための金属ケース７とを備える。赤外センサ３は、回路基板２に配置されている。レンズ５は、レンズ台座６に保持されて、赤外センサ３の上方に配置されている。レンズ台座６は、開口部６０が赤外センサ３とレンズ５との間に位置するように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７は、入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７とレンズ５及び回路基板２が封止樹脂１７により接合されて、赤外センサ３が中空封止されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外信号を受信して、例えば温度分布や熱源の有無などを検出する赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外センサモジュールにおいて、金属ケース内に赤外センサを収納したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の赤外センサモジュールは、図１１に示す構成になっている。すなわち、赤外センサモジュール８０は、赤外信号を受信する赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４が、金属ケース８５とベース８６により中空封止された空間内に収納されており、回路基板８２と電気的接続を行うためのリード端子８７、８８、８９がベース８６から引き出されている。金属ケース８５には、赤外信号を入射させるための入射窓９０が形成されており、入射窓９０には、光学フィルタ９１が配置されている。このような構成の赤外センサモジュール８０によれば、金属ケース８５とベース８６により囲まれた空間内に赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４を収納していることにより、耐ノイズ性が向上し、また、金属ケース８５とベース８６により囲まれた空間が中空封止されていることにより、赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４が保護される。
【０００３】
また、このような赤外センサモジュールにおいて、金属ケースの入射窓にレンズを配置したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の赤外センサモジュールは、特許文献１に記載の赤外センサモジュールと同様に、赤外センサ、回路基板、回路部品が、金属ケースとベースにより中空封止された空間内に収納されており、回路基板と電気的接続を行うためのリード端子がベースから引き出されている。このような金属ケースの入射窓にレンズを配置した赤外センサモジュールでは、赤外センサをアレイ状に形成すると共に、赤外信号をレンズにより赤外センサに結像させることによって、例えば温度分布を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−８０１３９号公報
【特許文献２】特開平９−２９７０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、赤外センサモジュールを用いた各種装置において、装置の小型化を図るためには、赤外センサモジュールを表面実装することが考えられる。しかしながら、上述した従来の赤外センサモジュールでは、ベースからリード端子を引き出しているため、表面実装に対応できない。また、金属ケースの入射窓にレンズを配置した赤外センサモジュールにおいては、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行う必要がある。しかしながら、上述した従来の赤外センサモジュールでは、赤外センサとレンズとの間に介在する部品（赤外センサとレンズとの位置合わせに影響を及ぼす部品）が多く、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行うことができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行うことができると共に、表面実装への対応が可能な赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、回路基板と、回路基板に配置され、赤外信号を受信する赤外センサと、赤外センサの上方に配置され、赤外センサに赤外信号を結像させるためのレンズと、赤外信号を通過させるための開口部を有し、該開口部が赤外センサとレンズとの間に位置するように回路基板に搭載され、レンズを保持するためのレンズ台座と、赤外信号を入射させるための入射窓を有し、該入射窓がレンズの位置に合うように回路基板に搭載され、赤外センサを収納するための金属ケースとを備え、金属ケースとレンズ及び回路基板が封止樹脂により接合されて、赤外センサが中空封止されている赤外センサモジュールである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されており、グランドパターンと金属ケース、及び金属ケースとレンズが導電性樹脂により接合されているものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されていると共に、該グランドパターンと電気的に接続された金属ブロックが実装されており、金属ブロックと金属ケースが接合されているものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されており、レンズ台座は金属材料からなり、レンズ台座とグランドパターンが導電材料により接合されているものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズとレンズ台座がシリコン系樹脂により接合されているものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズとレンズ台座を接合しているシリコン系樹脂は導電性樹脂であるものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズの上面の外周部に切り欠きが形成されているものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、赤外センサとレンズとの位置合わせに用いるアライメントマークが形成されており、アライメントマークは、レンズ台座が回路基板に搭載されていない状態と、レンズ台座が回路基板に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置に形成されているものである。
【００１５】
請求項９の発明は、赤外センサを、回路基板のアライメントマークを見ながら、回路基板にダイボンド及びワイヤボンドする工程と、レンズ台座を、該レンズ台座の開口部が赤外センサの上方に位置するように、回路基板に搭載する工程と、レンズを、回路基板のアライメントマークを見ながら、レンズ台座の開口部に合うように、レンズ台座に搭載する工程と、レンズの外周と回路基板の外周に封止樹脂を塗布する工程と、金属ケースを、該金属ケースの入射窓がレンズの位置に合うように、回路基板に搭載して、該金属ケースとレンズ及び回路基板とを封止樹脂により接合する工程と、を含む赤外センサモジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。しかも、回路基板をベースにしているので、表面実装への対応が可能である。
【００１７】
請求項２の発明によれば、金属ケース及びレンズが回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、金属ケースが回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、レンズ台座が回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、レンズをレンズ台座と金属ケースの両方から接合したことにより発生する応力集中を、シリコン系樹脂によって緩和することができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、レンズがレンズ台座と同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、レンズと金属ケースの接合に用いる封止樹脂がレンズ表面へ塗れ広がるのを切り欠きで止めることができ、赤外信号を入射させるための入射窓の領域を確保することができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、赤外センサとレンズを同一のアライメントマークを見ながら組み付けることができ、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、赤外センサとレンズを同一のアライメントマークを見ながら組み付けることにより、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】（ａ）は同赤外センサモジュールの構成を示す金属ケースを透視した平面図、（ｂ）は同金属ケース、レンズ、及びレンズ台座を透視した平面図。
【図３】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、赤外センサをダイボンドする工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図４】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、赤外センサをワイヤボンドする工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図５】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、レンズ台座を搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図６】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、レンズを搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図７】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、封止樹脂を塗布する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図８】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、金属ケースを搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す平面図。
【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面に相当する断面の断面図、（ｂ）は同金属ケースを透視した平面図。
【図１１】従来の赤外センサモジュールの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した実施形態による赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）、図２（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。赤外センサモジュール１は、赤外信号（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装置である。
【００２７】
赤外センサモジュール１は、回路基板（平面基板）２と、赤外信号を受信する赤外センサ３と、赤外センサ３の出力信号を処理する処理回路であるＩＣ４と、赤外センサ３に赤外信号を結像させるためのレンズ５と、レンズ５を保持するためのレンズ台座６と、赤外センサ３及びＩＣ４を収納するための金属ケース７等を備える。
【００２８】
回路基板２は、略矩形の平板形状をしている。回路基板２は、樹脂系のプリント基板やセラミック基板などの多層基板であり、回路基板２の内層には、グランドパターン２１、及び電気回路配線（不図示）が形成されている。グランドパターン２１は、ベタグランドパターンであり、回路基板２内を通って外部端子（不図示）でグランドに接続される。
【００２９】
また、回路基板２の上面（表面）には、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせに用いるアライメントマーク２２が形成されている。アライメントマーク２２は、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、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２２は、回路基板２の対角上の２箇所の角の位置に形成されている。また、アライメントマーク２２は、金属ケース７とグランドパターン２１を接合するためのケース接合部を兼ねており、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されている。
【００３０】
また、回路基板２の上面（表面）には、レンズ台座６とグランドパターン２１を接合するための台座接合部２３が形成されている。台座接合部２３は、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されている。
【００３１】
赤外センサ３及びＩＣ４は、回路基板２の上面に配置され、ダイボンド樹脂１１及びワイヤ１２によりダイボンド、ワイヤボンド実装されている。赤外センサ３及びＩＣ４は、ワイヤ１２を介して、相互に接続されていると共に、回路基板２の電気回路配線（不図示）に接続されている。赤外センサ３は、多数の受光部がアレイ状に（縦横に）配列された構造となっており、各受光部毎に、赤外信号を受光して、赤外信号の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。ＩＣ４は、赤外センサ３の出力信号を処理し、赤外センサ３の出力信号に基いて、例えば温度分布や熱源の有無などの検出処理を行う。
【００３２】
レンズ５は、レンズ台座６に保持されており、赤外センサ３に赤外信号を結像させるための所定距離をおいて、赤外センサ３の上方に配置されている。レンズ５は、赤外線透過率の良いＳｉ（シリコン）により、赤外信号の集光機能を司るレンズ母体が形成され、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（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る。レンズ５は、略矩形をしており、レンズ５の上面の外周部の４辺には、ハーフダイシング等によって、切り欠き５１が形成されている。レンズ５は、切り欠き５１を上側（レンズ台座６と反対側）にして、レンズ台座６に搭載されている。
【００３３】
レンズ台座６は、レンズ５を保持し、赤外センサ３とレンズ５との所定距離（赤外センサ３に赤外信号を結像させるための所定距離）を高精度に保つためのものである。レンズ台座６は、赤外信号を通過させるための開口部６０を有し、開口部６０が赤外センサ３の真上において赤外センサ３とレンズ５との間に位置するように、回路基板２に搭載されている。レンズ台座６は、導電性を有すると共に高さ精度の良い金属材料からなり、開口部６０が形成された略矩形の座壁６１と、座壁６１から連続して相互に対向する１対の脚壁６２、６３と、座壁６１及び脚壁６２、６３から連続して相互に対向する１対の補強壁６４、６５とを有している。
【００３４】
脚壁６２、６３の下端縁は、接合材１５により、回路基板２の台座接合部２３（グランドパターン２１の一部）と接合されている。すなわち、レンズ台座６と回路基板２（台座接合部２３）は、接合材１５により接合されている。接合材１５は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。補強壁６４、６５の下端縁は、ワイヤ１２と接触しないように、脚壁６２、６３の下端縁よりも高くなっており、ワイヤ１２は、補強壁６４、６５の下を通っている。
【００３５】
上記レンズ５は、切り欠き５１を上側（レンズ台座６と反対側）にして、レンズ台座６の開口部６０に合うように（開口部６０に重なり合うように）、レンズ台座６の座壁６１に搭載されている。そして、レンズ５の下面の外周部は、接合材１６により、レンズ台座６の座壁６１と接合されている。すなわち、レンズ５とレンズ台座６は、接合材１６により接合されている。接合材１６は、弾性率の小さいシリコン系樹脂であり、弾性率の小さいシリコン系樹脂にＡｇ等を含ませて導電性を持たせた導電性樹脂である。なお、開口部６０の外形をレンズ５の外形よりも小さくする（例えば０．３ｍｍ以上小さくする）ことにより、レンズ台座６（座壁６１）にレンズ５を接合するための糊代を設けている。また、接合材１６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。
【００３６】
金属ケース７は、赤外信号を入射させるための入射窓７０を有し、入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７は、導電性を有する金属材料からなり、入射窓７０が形成された略矩形の上壁７１と、上壁７１から連続する周側壁７２とを有し、略矩形の箱状をしている。
【００３７】
周側壁７２は、上壁７１の外周方向に連続しており、周側壁７２の下端縁は同一平面を形成している。そして、周側壁７２の下端縁の外周全周は、封止樹脂１７により、回路基板２のアライメントマーク２２（グランドパターン２１の一部）の一部と接合されるように、回路基板２の上面の外周部と接合されている。また、上壁７１の入射窓７０の周縁の全周は、封止樹脂１７により、レンズ５の上面の外周部の切り欠き５１上（この箇所には、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おらず、レンズ母体（Ｓｉ）が露出している）において、レンズ５と接合されている。すなわち、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２（アライメントマーク２２の一部を含む）が封止樹脂１７により接合されて、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２により囲まれた空間が気密封止され、赤外センサ３及びＩＣ４が中空封止されている。封止樹脂１７は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。なお、入射窓７０の外形をレンズ５の外形よりも小さくする（例えば０．３ｍｍ以上小さくする）ことにより、金属ケース７（上壁７１）にレンズ５を接合するための糊代を設けている。
【００３８】
図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）は、上記赤外センサモジュール１の製造方法を示す。赤外センサモジュール１は、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせ（光軸合わせ及び距離合わせ）が重要となる。赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。
【００３９】
まず、回路基板２にアライメントマーク２２を形成する。このとき、アライメントマーク２２は、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置（回路基板２の対角上の２箇所の角の位置）に形成する。
【００４０】
続いて、作業者が、赤外センサ３を、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドすると共に、ＩＣ４を、回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドする。すなわち、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、赤外センサ３をダイボンド樹脂１１により回路基板２の規定の位置に接合すると共に、ＩＣ４をダイボンド樹脂１１により回路基板２の規定の位置に接合し（図３（ａ）（ｂ））、そして、ワイヤ１２を回路基板２、赤外センサ３、及びＩＣ４に接合（例えば半田接合）する（図４（ａ）（ｂ））。
【００４１】
次に、レンズ台座６を、レンズ台座６の開口部６０が赤外センサ３の上方に位置するように、回路基板２に搭載する。すなわち、レンズ台座６の脚壁６２、６３の下端縁を接合材１５により回路基板２の台座接合部２３に接合する（図５（ａ）（ｂ））。これにより、レンズ台座６の開口部６０が赤外センサ３の真上に位置するように回路基板２に搭載される。
【００４２】
続いて、作業者が、レンズ５を、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、レンズ台座６の開口部６０に合うように（開口部６０に重なり合うように）、レンズ台座６に搭載する。すなわち、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、赤外センサ３に対するレンズ５の位置合わせ（赤外センサ３とレンズ５との位置合わせ）をして、レンズ５の下面の外周部を接合材１６によりレンズ台座６の座壁６１に接合する（図６（ａ）（ｂ））。このとき、接合材１６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しておく。
【００４３】
次に、レンズ５の外周と回路基板２の外周に封止樹脂１７を塗布する。すなわち、レンズ５の上面の外周部の４辺に形成されている切り欠き５１上において、レンズ５の上面の外周部の全周に封止樹脂１７を塗布すると共に、回路基板２に形成されているアライメントマーク２２の少なくとも一部と接触するように、回路基板２の上面の外周部の全周に封止樹脂１７を塗布する（図７（ａ）（ｂ））。
【００４４】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２とを封止樹脂１７により接合する。すなわち、金属ケース７の周側壁７２の下端縁の外周全周を封止樹脂１７により回路基板２の上面の外周部（アライメントマーク２２の一部を含む）に接合すると共に、金属ケース７の上壁７１の入射窓７０の周縁の全周を封止樹脂１７によりレンズ５の上面の外周部の切り欠き５１に接合する（図８（ａ）（ｂ））。これにより、赤外センサ３及びＩＣ４が金属ケース７内に収納された状態になり、また、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２により囲まれた空間が気密封止されて、赤外センサ３及びＩＣ４が中空封止された状態になり、赤外センサモジュール１が完成する。赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００４５】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、赤外センサ３を配置した回路基板２にレンズ台座６を搭載し、そのレンズ台座６にレンズ５を保持する構成であるため、赤外センサ３とレンズ５との間に介在する部品（赤外センサ３とレンズ５との位置合わせに影響を及ぼす部品）が回路基板２及びレンズ台座６だけであり、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。しかも、回路基板２をベースにしているので、赤外センサモジュール１の表面実装への対応が可能である。
【００４６】
また、レンズ台座６は、回路基板２に接合される１対の足壁６２、６３が相互に対向して座壁６１及び補強壁６４、６５から連続している構成であるため、レンズ台座６の強度が高く、レンズ台座６を安定して回路基板２に固定することができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００４７】
また、アライメントマーク２２（回路基板２のグランドパターン２１の一部）と金属ケース７、及び金属ケース７とレンズ５が封止樹脂１７として導電性樹脂を用いて接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００４８】
また、レンズ台座６が金属材料からなり、レンズ台座６と台座接合部２３（回路基板２のグランドパターン２１の一部）が接合材１５として導電材料を用いて接合されているため、レンズ台座６が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００４９】
また、レンズ５とレンズ台座６が接合材１６として弾性率の小さいシリコン系樹脂を用いて接合されているため、レンズ５をレンズ台座６と金属ケース７の両方から接合したことにより発生する応力集中を、接合材１６（シリコン系樹脂）によって緩和することができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５０】
また、レンズ５とレンズ台座６を接合している接合材１６（シリコン系樹脂）が導電性樹脂である（すなわち、レンズ５とレンズ台座６が接合材１６として導電性樹脂を用いて接合されている）ため、レンズ５がレンズ台座６と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００５１】
また、レンズ５の上面の外周部に切り欠き５１が形成されているため、レンズ５と金属ケース７の接合に用いる封止樹脂１７がレンズ５の表面へ塗れ広がるのを切り欠き５１で止めることができ、赤外信号を入射させるための入射窓７０の領域を確保することができる。
【００５２】
また、アライメントマーク２２が回路基板２の対角上の２箇所の角の位置（すなわち、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置）に形成されているため、レンズ台座６を搭載する前に赤外センサ３を搭載するときと、レンズ台座６を搭載した後にレンズ６を搭載するときとで、同一のアライメントマーク２２を視認することができる。従って、赤外センサ３とレンズ５を同一のアライメントマーク２２を見ながら組み付けることができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の赤外センサモジュール１の製造方法によれば、赤外センサ３をアライメントマーク２２を見ながら回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、その後、レンズ５をアライメントマーク２２を見ながらレンズ台座６に搭載する（すなわち、赤外センサ３とレンズ５を同一のアライメントマーク２２を見ながら組み付ける）ことにより、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。本実施形態の赤外センサモジュール１は、金属ケース７と回路基板２とを接合する構成が上記第１の実施形態と異なっている。
【００５５】
本実施形態の赤外センサモジュール１では、上記第１の実施形態における封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８により金属ケース７と回路基板２が接合されており、また、接合材１９によりアライメントマーク２２と金属ケース７が接合されている。封止樹脂１８は、機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂であり、絶縁性樹脂である。接合材１９は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。本実施形態における他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態の赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。まず、上記第１の実施形態と同様に、回路基板２にアライメントマーク２２を形成し、赤外センサ３（及びＩＣ４）を回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、レンズ台座６を回路基板２に搭載し、レンズ５をレンズ台座６に搭載する。
【００５７】
次に、上記第１の実施形態と同様に、封止樹脂１７をレンズ５の外周に塗布すると共に、上記第１の実施形態の封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８（エポキシ樹脂）を回路基板２の外周に塗布する。このとき、封止樹脂１８は、アライメントマーク２２の少なくとも一部には、塗布しないようにしておく。
【００５８】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５を封止樹脂１７により接合すると共に、金属ケース７と回路基板２を封止樹脂１８により接合する。
【００５９】
その後、接合材１９（Ａｇペースト）を、アライメントマーク２２と金属ケース７の両方に接触するように点塗布する。これにより、本実施形態の赤外センサモジュール１が完成する。本実施形態の赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００６０】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、金属ケース７と回路基板２が封止樹脂１８として機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂を用いて接合されているため、振動や衝撃等に対する強度を高めることができる。また、アライメントマーク２２（回路基板２のグランドパターン２１の一部）と金属ケース７が接合材１９として導電性樹脂を用いて接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
図１０（ａ）（ｂ）は、第３の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。本実施形態の赤外センサモジュール１は、金属ケース７と回路基板２とを接合する構成が上記第１の実施形態と異なっている。
【００６２】
本実施形態の赤外センサモジュール１では、上記第１の実施形態における封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８により金属ケース７と回路基板２が接合されており、また、回路基板２に実装された金属ブロック２７と金属ケース７が接合されている。封止樹脂１８は、機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂であり、絶縁性樹脂である。金属ブロック２７は、導電性を有する金属材料からなり、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されたブロック接合部２８に、接合材２９により接合されている。接合材２９は、半田やＡｇペースト等の導電性樹脂である。本実施形態における他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態の赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。まず、金属ブロック２７を回路基板２に実装する。すなわち、金属ブロック２７を接合材２９により回路基板２のブロック接合部２８に接合する。
【００６４】
続いて、上記第１の実施形態と同様に、回路基板２にアライメントマーク２２を形成し、赤外センサ３（及びＩＣ４）を回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、レンズ台座６を回路基板２に搭載し、レンズ５をレンズ台座６に搭載する。
【００６５】
次に、上記第１の実施形態と同様に、封止樹脂１７をレンズ５の外周に塗布すると共に、上記第１の実施形態の封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８（エポキシ樹脂）を回路基板２の外周に塗布する。
【００６６】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うと共に金属ケース７の周側壁７２の内壁面が金属ブロック２７に接触するように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５を封止樹脂１７により接合すると共に、金属ケース７と回路基板２を封止樹脂１８により接合する。
【００６７】
その後、金属ケース７の周側壁７２に形成した微小な孔７２ａを介して、金属ブロック２７と金属ケース７の周側壁７２をレーザー等でスポット溶接することにより接合する。これにより、本実施形態の赤外センサモジュール１が完成する。本実施形態の赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００６８】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、金属ケース７と回路基板２が封止樹脂１８として機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂を用いて接合されているため、振動や衝撃等に対する強度を高めることができる。また、グランドパターン２１と電気的に接続された金属ブロック２７と金属ケース７が接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。また、金属ブロック２７と金属ケース７の周側壁７２をレーザー等でスポット溶接することにより、金属ケース７の周側壁７２と金属ブロック２７の接触部が２次封止されることになり、より良好な気密性を確保することができる。
【００６９】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、ＩＣは、金属ケースの外部に配置されていてもよい。また、レンズは、矩形に限られず、円形であってもよい。また、グランドパターンは、回路基板の内層に限られず、回路基板の表層に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 赤外センサモジュール
２ 回路基板
３ 赤外センサ
４ ＩＣ
５ レンズ
６ レンズ台座
７ 金属ケース
１１ ダイボンド樹脂
１２ ワイヤ
１５ 接合材
１６ 接合材
１７ 封止樹脂
１８ 封止樹脂
１９ 接合材
２１ グランドパターン
２２ アライメントマーク
２３ 台座接合部
２７ 金属ブロック
２８ ブロック接合部
２９ 接合材
５１ 切り欠き
６０ 開口部
６１ 座壁
６２、６３ 脚壁
６４、６５ 補強壁
７０ 入射窓
７１ 上壁
７２ 周側壁
７２ａ 孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外信号を受信して、例えば温度分布や熱源の有無などを検出する赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外センサモジュールにおいて、金属ケース内に赤外センサを収納したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の赤外センサモジュールは、図１１に示す構成になっている。すなわち、赤外センサモジュール８０は、赤外信号を受信する赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４が、金属ケース８５とベース８６により中空封止された空間内に収納されており、回路基板８２と電気的接続を行うためのリード端子８７、８８、８９がベース８６から引き出されている。金属ケース８５には、赤外信号を入射させるための入射窓９０が形成されており、入射窓９０には、光学フィルタ９１が配置されている。このような構成の赤外センサモジュール８０によれば、金属ケース８５とベース８６により囲まれた空間内に赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４を収納していることにより、耐ノイズ性が向上し、また、金属ケース８５とベース８６により囲まれた空間が中空封止されていることにより、赤外センサ８１、回路基板８２、回路部品８３、８４が保護される。
【０００３】
また、このような赤外センサモジュールにおいて、金属ケースの入射窓にレンズを配置したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の赤外センサモジュールは、特許文献１に記載の赤外センサモジュールと同様に、赤外センサ、回路基板、回路部品が、金属ケースとベースにより中空封止された空間内に収納されており、回路基板と電気的接続を行うためのリード端子がベースから引き出されている。このような金属ケースの入射窓にレンズを配置した赤外センサモジュールでは、赤外センサをアレイ状に形成すると共に、赤外信号をレンズにより赤外センサに結像させることによって、例えば温度分布を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−８０１３９号公報
【特許文献２】特開平９−２９７０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、赤外センサモジュールを用いた各種装置において、装置の小型化を図るためには、赤外センサモジュールを表面実装することが考えられる。しかしながら、上述した従来の赤外センサモジュールでは、ベースからリード端子を引き出しているため、表面実装に対応できない。また、金属ケースの入射窓にレンズを配置した赤外センサモジュールにおいては、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行う必要がある。しかしながら、上述した従来の赤外センサモジュールでは、赤外センサとレンズとの間に介在する部品（赤外センサとレンズとの位置合わせに影響を及ぼす部品）が多く、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行うことができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、レンズと赤外センサとの位置合わせを高精度に行うことができると共に、表面実装への対応が可能な赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、回路基板と、回路基板に配置され、赤外信号を受信する赤外センサと、赤外センサの上方に配置され、赤外センサに赤外信号を結像させるためのレンズと、赤外信号を通過させるための開口部を有し、該開口部が赤外センサとレンズとの間に位置するように回路基板に搭載され、レンズを保持するためのレンズ台座と、赤外信号を入射させるための入射窓を有し、該入射窓がレンズの位置に合うように回路基板に搭載され、赤外センサを収納するための金属ケースとを備え、金属ケースとレンズ及び回路基板が封止樹脂により接合されて、赤外センサが中空封止されている赤外センサモジュールである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されており、グランドパターンと金属ケース、及び金属ケースとレンズが導電性樹脂により接合されているものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されていると共に、該グランドパターンと電気的に接続された金属ブロックが実装されており、金属ブロックと金属ケースが接合されているものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、グランドパターンが形成されており、レンズ台座は金属材料からなり、レンズ台座とグランドパターンが導電材料により接合されているものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズとレンズ台座がシリコン系樹脂により接合されているものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズとレンズ台座を接合しているシリコン系樹脂は導電性樹脂であるものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、レンズの上面の外周部に切り欠きが形成されているものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の赤外センサモジュールにおいて、回路基板には、赤外センサとレンズとの位置合わせに用いるアライメントマークが形成されており、アライメントマークは、レンズ台座が回路基板に搭載されていない状態と、レンズ台座が回路基板に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置に形成されているものである。
【００１５】
請求項９の発明は、赤外センサを、回路基板のアライメントマークを見ながら、回路基板にダイボンド及びワイヤボンドする工程と、レンズ台座を、該レンズ台座の開口部が赤外センサの上方に位置するように、回路基板に搭載する工程と、レンズを、回路基板のアライメントマークを見ながら、レンズ台座の開口部に合うように、レンズ台座に搭載する工程と、レンズの外周と回路基板の外周に封止樹脂を塗布する工程と、金属ケースを、該金属ケースの入射窓がレンズの位置に合うように、回路基板に搭載して、該金属ケースとレンズ及び回路基板とを封止樹脂により接合する工程と、を含む赤外センサモジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。しかも、回路基板をベースにしているので、表面実装への対応が可能である。
【００１７】
請求項２の発明によれば、金属ケース及びレンズが回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、金属ケースが回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、レンズ台座が回路基板のグランドパターンと同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、レンズをレンズ台座と金属ケースの両方から接合したことにより発生する応力集中を、シリコン系樹脂によって緩和することができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、レンズがレンズ台座と同電位となり、シールド機能を持たせることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、レンズと金属ケースの接合に用いる封止樹脂がレンズ表面へ塗れ広がるのを切り欠きで止めることができ、赤外信号を入射させるための入射窓の領域を確保することができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、赤外センサとレンズを同一のアライメントマークを見ながら組み付けることができ、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、赤外センサとレンズを同一のアライメントマークを見ながら組み付けることにより、赤外センサとレンズとの位置合わせを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】（ａ）は同赤外センサモジュールの構成を示す金属ケースを透視した平面図、（ｂ）は同金属ケース、レンズ、及びレンズ台座を透視した平面図。
【図３】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、赤外センサをダイボンドする工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図４】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、赤外センサをワイヤボンドする工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図５】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、レンズ台座を搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図６】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、レンズを搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図７】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、封止樹脂を塗布する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図８】（ａ）は同赤外センサモジュールの製造方法を示す、金属ケースを搭載する工程を行った段階の断面図、（ｂ）は同平面図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す平面図。
【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る赤外センサモジュールの構成を示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面に相当する断面の断面図、（ｂ）は同金属ケースを透視した平面図。
【図１１】従来の赤外センサモジュールの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した実施形態による赤外センサモジュール及び赤外センサモジュールの製造方法について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）、図２（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。赤外センサモジュール１は、赤外信号（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装置である。
【００２７】
赤外センサモジュール１は、回路基板（平面基板）２と、赤外信号を受信する赤外センサ３と、赤外センサ３の出力信号を処理する処理回路であるＩＣ４と、赤外センサ３に赤外信号を結像させるためのレンズ５と、レンズ５を保持するためのレンズ台座６と、赤外センサ３及びＩＣ４を収納するための金属ケース７等を備える。
【００２８】
回路基板２は、略矩形の平板形状をしている。回路基板２は、樹脂系のプリント基板やセラミック基板などの多層基板であり、回路基板２の内層には、グランドパターン２１、及び電気回路配線（不図示）が形成されている。グランドパターン２１は、ベタグランドパターンであり、回路基板２内を通って外部端子（不図示）でグランドに接続される。
【００２９】
また、回路基板２の上面（表面）には、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせに用いるアライメントマーク２２が形成されている。アライメントマーク２２は、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、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２２は、回路基板２の対角上の２箇所の角の位置に形成されている。また、アライメントマーク２２は、金属ケース７とグランドパターン２１を接合するためのケース接合部を兼ねており、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されている。
【００３０】
また、回路基板２の上面（表面）には、レンズ台座６とグランドパターン２１を接合するための台座接合部２３が形成されている。台座接合部２３は、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されている。
【００３１】
赤外センサ３及びＩＣ４は、回路基板２の上面に配置され、ダイボンド樹脂１１及びワイヤ１２によりダイボンド、ワイヤボンド実装されている。赤外センサ３及びＩＣ４は、ワイヤ１２を介して、相互に接続されていると共に、回路基板２の電気回路配線（不図示）に接続されている。赤外センサ３は、多数の受光部がアレイ状に（縦横に）配列された構造となっており、各受光部毎に、赤外信号を受光して、赤外信号の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。ＩＣ４は、赤外センサ３の出力信号を処理し、赤外センサ３の出力信号に基いて、例えば温度分布や熱源の有無などの検出処理を行う。
【００３２】
レンズ５は、レンズ台座６に保持されており、赤外センサ３に赤外信号を結像させるための所定距離をおいて、赤外センサ３の上方に配置されている。レンズ５は、赤外線透過率の良いＳｉ（シリコン）により、赤外信号の集光機能を司るレンズ母体が形成され、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（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る。レンズ５は、略矩形をしており、レンズ５の上面の外周部の４辺には、ハーフダイシング等によって、切り欠き５１が形成されている。レンズ５は、切り欠き５１を上側（レンズ台座６と反対側）にして、レンズ台座６に搭載されている。
【００３３】
レンズ台座６は、レンズ５を保持し、赤外センサ３とレンズ５との所定距離（赤外センサ３に赤外信号を結像させるための所定距離）を高精度に保つためのものである。レンズ台座６は、赤外信号を通過させるための開口部６０を有し、開口部６０が赤外センサ３の真上において赤外センサ３とレンズ５との間に位置するように、回路基板２に搭載されている。レンズ台座６は、導電性を有すると共に高さ精度の良い金属材料からなり、開口部６０が形成された略矩形の座壁６１と、座壁６１から連続して相互に対向する１対の脚壁６２、６３と、座壁６１及び脚壁６２、６３から連続して相互に対向する１対の補強壁６４、６５とを有している。
【００３４】
脚壁６２、６３の下端縁は、接合材１５により、回路基板２の台座接合部２３（グランドパターン２１の一部）と接合されている。すなわち、レンズ台座６と回路基板２（台座接合部２３）は、接合材１５により接合されている。接合材１５は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。補強壁６４、６５の下端縁は、ワイヤ１２と接触しないように、脚壁６２、６３の下端縁よりも高くなっており、ワイヤ１２は、補強壁６４、６５の下を通っている。
【００３５】
上記レンズ５は、切り欠き５１を上側（レンズ台座６と反対側）にして、レンズ台座６の開口部６０に合うように（開口部６０に重なり合うように）、レンズ台座６の座壁６１に搭載されている。そして、レンズ５の下面の外周部は、接合材１６により、レンズ台座６の座壁６１と接合されている。すなわち、レンズ５とレンズ台座６は、接合材１６により接合されている。接合材１６は、弾性率の小さいシリコン系樹脂であり、弾性率の小さいシリコン系樹脂にＡｇ等を含ませて導電性を持たせた導電性樹脂である。なお、開口部６０の外形をレンズ５の外形よりも小さくする（例えば０．３ｍｍ以上小さくする）ことにより、レンズ台座６（座壁６１）にレンズ５を接合するための糊代を設けている。また、接合材１６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。
【００３６】
金属ケース７は、赤外信号を入射させるための入射窓７０を有し、入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載されている。金属ケース７は、導電性を有する金属材料からなり、入射窓７０が形成された略矩形の上壁７１と、上壁７１から連続する周側壁７２とを有し、略矩形の箱状をしている。
【００３７】
周側壁７２は、上壁７１の外周方向に連続しており、周側壁７２の下端縁は同一平面を形成している。そして、周側壁７２の下端縁の外周全周は、封止樹脂１７により、回路基板２のアライメントマーク２２（グランドパターン２１の一部）の一部と接合されるように、回路基板２の上面の外周部と接合されている。また、上壁７１の入射窓７０の周縁の全周は、封止樹脂１７により、レンズ５の上面の外周部の切り欠き５１上（この箇所には、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おらず、レンズ母体（Ｓｉ）が露出している）において、レンズ５と接合されている。すなわち、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２（アライメントマーク２２の一部を含む）が封止樹脂１７により接合されて、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２により囲まれた空間が気密封止され、赤外センサ３及びＩＣ４が中空封止されている。封止樹脂１７は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。なお、入射窓７０の外形をレンズ５の外形よりも小さくする（例えば０．３ｍｍ以上小さくする）ことにより、金属ケース７（上壁７１）にレンズ５を接合するための糊代を設けている。
【００３８】
図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）、図６（ａ）（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）は、上記赤外センサモジュール１の製造方法を示す。赤外センサモジュール１は、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせ（光軸合わせ及び距離合わせ）が重要となる。赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。
【００３９】
まず、回路基板２にアライメントマーク２２を形成する。このとき、アライメントマーク２２は、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置（回路基板２の対角上の２箇所の角の位置）に形成する。
【００４０】
続いて、作業者が、赤外センサ３を、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドすると共に、ＩＣ４を、回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドする。すなわち、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、赤外センサ３をダイボンド樹脂１１により回路基板２の規定の位置に接合すると共に、ＩＣ４をダイボンド樹脂１１により回路基板２の規定の位置に接合し（図３（ａ）（ｂ））、そして、ワイヤ１２を回路基板２、赤外センサ３、及びＩＣ４に接合（例えば半田接合）する（図４（ａ）（ｂ））。
【００４１】
次に、レンズ台座６を、レンズ台座６の開口部６０が赤外センサ３の上方に位置するように、回路基板２に搭載する。すなわち、レンズ台座６の脚壁６２、６３の下端縁を接合材１５により回路基板２の台座接合部２３に接合する（図５（ａ）（ｂ））。これにより、レンズ台座６の開口部６０が赤外センサ３の真上に位置するように回路基板２に搭載される。
【００４２】
続いて、作業者が、レンズ５を、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、レンズ台座６の開口部６０に合うように（開口部６０に重なり合うように）、レンズ台座６に搭載する。すなわち、回路基板２のアライメントマーク２２を見ながら、赤外センサ３に対するレンズ５の位置合わせ（赤外センサ３とレンズ５との位置合わせ）をして、レンズ５の下面の外周部を接合材１６によりレンズ台座６の座壁６１に接合する（図６（ａ）（ｂ））。このとき、接合材１６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しておく。
【００４３】
次に、レンズ５の外周と回路基板２の外周に封止樹脂１７を塗布する。すなわち、レンズ５の上面の外周部の４辺に形成されている切り欠き５１上において、レンズ５の上面の外周部の全周に封止樹脂１７を塗布すると共に、回路基板２に形成されているアライメントマーク２２の少なくとも一部と接触するように、回路基板２の上面の外周部の全周に封止樹脂１７を塗布する（図７（ａ）（ｂ））。
【００４４】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２とを封止樹脂１７により接合する。すなわち、金属ケース７の周側壁７２の下端縁の外周全周を封止樹脂１７により回路基板２の上面の外周部（アライメントマーク２２の一部を含む）に接合すると共に、金属ケース７の上壁７１の入射窓７０の周縁の全周を封止樹脂１７によりレンズ５の上面の外周部の切り欠き５１に接合する（図８（ａ）（ｂ））。これにより、赤外センサ３及びＩＣ４が金属ケース７内に収納された状態になり、また、金属ケース７とレンズ５及び回路基板２により囲まれた空間が気密封止されて、赤外センサ３及びＩＣ４が中空封止された状態になり、赤外センサモジュール１が完成する。赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００４５】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、赤外センサ３を配置した回路基板２にレンズ台座６を搭載し、そのレンズ台座６にレンズ５を保持する構成であるため、赤外センサ３とレンズ５との間に介在する部品（赤外センサ３とレンズ５との位置合わせに影響を及ぼす部品）が回路基板２及びレンズ台座６だけであり、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。しかも、回路基板２をベースにしているので、赤外センサモジュール１の表面実装への対応が可能である。
【００４６】
また、レンズ台座６は、回路基板２に接合される１対の足壁６２、６３が相互に対向して座壁６１及び補強壁６４、６５から連続している構成であるため、レンズ台座６の強度が高く、レンズ台座６を安定して回路基板２に固定することができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００４７】
また、アライメントマーク２２（回路基板２のグランドパターン２１の一部）と金属ケース７、及び金属ケース７とレンズ５が封止樹脂１７として導電性樹脂を用いて接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００４８】
また、レンズ台座６が金属材料からなり、レンズ台座６と台座接合部２３（回路基板２のグランドパターン２１の一部）が接合材１５として導電材料を用いて接合されているため、レンズ台座６が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００４９】
また、レンズ５とレンズ台座６が接合材１６として弾性率の小さいシリコン系樹脂を用いて接合されているため、レンズ５をレンズ台座６と金属ケース７の両方から接合したことにより発生する応力集中を、接合材１６（シリコン系樹脂）によって緩和することができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５０】
また、レンズ５とレンズ台座６を接合している接合材１６（シリコン系樹脂）が導電性樹脂である（すなわち、レンズ５とレンズ台座６が接合材１６として導電性樹脂を用いて接合されている）ため、レンズ５がレンズ台座６と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００５１】
また、レンズ５の上面の外周部に切り欠き５１が形成されているため、レンズ５と金属ケース７の接合に用いる封止樹脂１７がレンズ５の表面へ塗れ広がるのを切り欠き５１で止めることができ、赤外信号を入射させるための入射窓７０の領域を確保することができる。
【００５２】
また、アライメントマーク２２が回路基板２の対角上の２箇所の角の位置（すなわち、レンズ台座６が回路基板２に搭載されていない状態と、レンズ台座６が回路基板２に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置）に形成されているため、レンズ台座６を搭載する前に赤外センサ３を搭載するときと、レンズ台座６を搭載した後にレンズ６を搭載するときとで、同一のアライメントマーク２２を視認することができる。従って、赤外センサ３とレンズ５を同一のアライメントマーク２２を見ながら組み付けることができ、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５３】
また、本実施形態の赤外センサモジュール１の製造方法によれば、赤外センサ３をアライメントマーク２２を見ながら回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、その後、レンズ５をアライメントマーク２２を見ながらレンズ台座６に搭載する（すなわち、赤外センサ３とレンズ５を同一のアライメントマーク２２を見ながら組み付ける）ことにより、赤外センサ３とレンズ５との位置合わせを高精度に行うことができる。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。本実施形態の赤外センサモジュール１は、金属ケース７と回路基板２とを接合する構成が上記第１の実施形態と異なっている。
【００５５】
本実施形態の赤外センサモジュール１では、上記第１の実施形態における封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８により金属ケース７と回路基板２が接合されており、また、接合材１９によりアライメントマーク２２と金属ケース７が接合されている。封止樹脂１８は、機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂であり、絶縁性樹脂である。接合材１９は、Ａｇペースト等の導電性樹脂である。本実施形態における他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態の赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。まず、上記第１の実施形態と同様に、回路基板２にアライメントマーク２２を形成し、赤外センサ３（及びＩＣ４）を回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、レンズ台座６を回路基板２に搭載し、レンズ５をレンズ台座６に搭載する。
【００５７】
次に、上記第１の実施形態と同様に、封止樹脂１７をレンズ５の外周に塗布すると共に、上記第１の実施形態の封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８（エポキシ樹脂）を回路基板２の外周に塗布する。このとき、封止樹脂１８は、アライメントマーク２２の少なくとも一部には、塗布しないようにしておく。
【００５８】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５を封止樹脂１７により接合すると共に、金属ケース７と回路基板２を封止樹脂１８により接合する。
【００５９】
その後、接合材１９（Ａｇペースト）を、アライメントマーク２２と金属ケース７の両方に接触するように点塗布する。これにより、本実施形態の赤外センサモジュール１が完成する。本実施形態の赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００６０】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、金属ケース７と回路基板２が封止樹脂１８として機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂を用いて接合されているため、振動や衝撃等に対する強度を高めることができる。また、アライメントマーク２２（回路基板２のグランドパターン２１の一部）と金属ケース７が接合材１９として導電性樹脂を用いて接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００６１】
＜第３の実施形態＞
図１０（ａ）（ｂ）は、第３の実施形態による赤外センサモジュールの構成を示す。本実施形態の赤外センサモジュール１は、金属ケース７と回路基板２とを接合する構成が上記第１の実施形態と異なっている。
【００６２】
本実施形態の赤外センサモジュール１では、上記第１の実施形態における封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８により金属ケース７と回路基板２が接合されており、また、回路基板２に実装された金属ブロック２７と金属ケース７が接合されている。封止樹脂１８は、機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂であり、絶縁性樹脂である。金属ブロック２７は、導電性を有する金属材料からなり、グランドパターン２１の一部（グランドパターン２１と電気的に接続された導電部材）により形成されたブロック接合部２８に、接合材２９により接合されている。接合材２９は、半田やＡｇペースト等の導電性樹脂である。本実施形態における他の構成については、上記第１の実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態の赤外センサモジュール１は、以下のようにして製造される。まず、金属ブロック２７を回路基板２に実装する。すなわち、金属ブロック２７を接合材２９により回路基板２のブロック接合部２８に接合する。
【００６４】
続いて、上記第１の実施形態と同様に、回路基板２にアライメントマーク２２を形成し、赤外センサ３（及びＩＣ４）を回路基板２にダイボンド及びワイヤボンドし、レンズ台座６を回路基板２に搭載し、レンズ５をレンズ台座６に搭載する。
【００６５】
次に、上記第１の実施形態と同様に、封止樹脂１７をレンズ５の外周に塗布すると共に、上記第１の実施形態の封止樹脂１７（導電性樹脂）に代えて、封止樹脂１８（エポキシ樹脂）を回路基板２の外周に塗布する。
【００６６】
そして、金属ケース７を、金属ケース７の入射窓７０がレンズ５の位置に合うと共に金属ケース７の周側壁７２の内壁面が金属ブロック２７に接触するように、回路基板２に搭載して、金属ケース７とレンズ５を封止樹脂１７により接合すると共に、金属ケース７と回路基板２を封止樹脂１８により接合する。
【００６７】
その後、金属ケース７の周側壁７２に形成した微小な孔７２ａを介して、金属ブロック２７と金属ケース７の周側壁７２をレーザー等でスポット溶接することにより接合する。これにより、本実施形態の赤外センサモジュール１が完成する。本実施形態の赤外センサモジュール１は、このようにして製造される。
【００６８】
本実施形態の赤外センサモジュール１によれば、金属ケース７と回路基板２が封止樹脂１８として機械的な接合性のより高いエポキシ樹脂を用いて接合されているため、振動や衝撃等に対する強度を高めることができる。また、グランドパターン２１と電気的に接続された金属ブロック２７と金属ケース７が接合されているため、金属ケース７及びレンズ５が回路基板２のグランドパターン２１と同電位となり、シールド機能を持たせることができ、耐ノイズ性が向上する。また、金属ブロック２７と金属ケース７の周側壁７２をレーザー等でスポット溶接することにより、金属ケース７の周側壁７２と金属ブロック２７の接触部が２次封止されることになり、より良好な気密性を確保することができる。
【００６９】
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、ＩＣは、金属ケースの外部に配置されていてもよい。また、レンズは、矩形に限られず、円形であってもよい。また、グランドパターンは、回路基板の内層に限られず、回路基板の表層に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 赤外センサモジュール
２ 回路基板
３ 赤外センサ
４ ＩＣ
５ レンズ
６ レンズ台座
７ 金属ケース
１１ ダイボンド樹脂
１２ ワイヤ
１５ 接合材
１６ 接合材
１７ 封止樹脂
１８ 封止樹脂
１９ 接合材
２１ グランドパターン
２２ アライメントマーク
２３ 台座接合部
２７ 金属ブロック
２８ ブロック接合部
２９ 接合材
５１ 切り欠き
６０ 開口部
６１ 座壁
６２、６３ 脚壁
６４、６５ 補強壁
７０ 入射窓
７１ 上壁
７２ 周側壁
７２ａ 孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板に配置され、赤外信号を受信する赤外センサと、
前記赤外センサの上方に配置され、前記赤外センサに赤外信号を結像させるためのレンズと、
赤外信号を通過させるための開口部を有し、該開口部が前記赤外センサと前記レンズとの間に位置するように前記回路基板に搭載され、前記レンズを保持するためのレンズ台座と、
赤外信号を入射させるための入射窓を有し、該入射窓が前記レンズの位置に合うように前記回路基板に搭載され、前記赤外センサを収納するための金属ケースとを備え、
前記金属ケースと前記レンズ及び前記回路基板が封止樹脂により接合されて、前記赤外センサが中空封止されていることを特徴とする赤外センサモジュール。
【請求項２】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されており、
前記グランドパターンと前記金属ケース、及び前記金属ケースと前記レンズが導電性樹脂により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外センサモジュール。
【請求項３】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されていると共に、該グランドパターンと電気的に接続された金属ブロックが実装されており、
前記金属ブロックと前記金属ケースが接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外センサモジュール。
【請求項４】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されており、
前記レンズ台座は金属材料からなり、
前記レンズ台座と前記グランドパターンが導電材料により接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項５】
前記レンズと前記レンズ台座がシリコン系樹脂により接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項６】
前記レンズと前記レンズ台座を接合しているシリコン系樹脂は導電性樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の赤外センサモジュール。
【請求項７】
前記レンズの上面の外周部に切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項８】
前記回路基板には、前記赤外センサと前記レンズとの位置合わせに用いるアライメントマークが形成されており、
前記アライメントマークは、前記レンズ台座が前記回路基板に搭載されていない状態と、前記レンズ台座が前記回路基板に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項９】
赤外センサを、回路基板のアライメントマークを見ながら、前記回路基板にダイボンド及びワイヤボンドする工程と、
レンズ台座を、該レンズ台座の開口部が前記赤外センサの上方に位置するように、前記回路基板に搭載する工程と、
レンズを、前記回路基板のアライメントマークを見ながら、前記レンズ台座の開口部に合うように、前記レンズ台座に搭載する工程と、
前記レンズの外周と前記回路基板の外周に封止樹脂を塗布する工程と、
金属ケースを、該金属ケースの入射窓が前記レンズの位置に合うように、前記回路基板に搭載して、該金属ケースと前記レンズ及び前記回路基板とを前記封止樹脂により接合する工程と、
を含むことを特徴とする赤外センサモジュールの製造方法。
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板に配置され、赤外信号を受信する赤外センサと、
前記赤外センサの上方に配置され、前記赤外センサに赤外信号を結像させるためのレンズと、
赤外信号を通過させるための開口部を有し、該開口部が前記赤外センサと前記レンズとの間に位置するように前記回路基板に搭載され、前記レンズを保持するためのレンズ台座と、
赤外信号を入射させるための入射窓を有し、該入射窓が前記レンズの位置に合うように前記回路基板に搭載され、前記赤外センサを収納するための金属ケースとを備え、
前記金属ケースと前記レンズ及び前記回路基板が封止樹脂により接合されて、前記赤外センサが中空封止されていることを特徴とする赤外センサモジュール。
【請求項２】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されており、
前記グランドパターンと前記金属ケース、及び前記金属ケースと前記レンズが導電性樹脂により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外センサモジュール。
【請求項３】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されていると共に、該グランドパターンと電気的に接続された金属ブロックが実装されており、
前記金属ブロックと前記金属ケースが接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の赤外センサモジュール。
【請求項４】
前記回路基板には、グランドパターンが形成されており、
前記レンズ台座は金属材料からなり、
前記レンズ台座と前記グランドパターンが導電材料により接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項５】
前記レンズと前記レンズ台座がシリコン系樹脂により接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項６】
前記レンズと前記レンズ台座を接合しているシリコン系樹脂は導電性樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の赤外センサモジュール。
【請求項７】
前記レンズの上面の外周部に切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項８】
前記回路基板には、前記赤外センサと前記レンズとの位置合わせに用いるアライメントマークが形成されており、
前記アライメントマークは、前記レンズ台座が前記回路基板に搭載されていない状態と、前記レンズ台座が前記回路基板に搭載された状態の、両方の状態で視認可能な位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の赤外センサモジュール。
【請求項９】
赤外センサを、回路基板のアライメントマークを見ながら、前記回路基板にダイボンド及びワイヤボンドする工程と、
レンズ台座を、該レンズ台座の開口部が前記赤外センサの上方に位置するように、前記回路基板に搭載する工程と、
レンズを、前記回路基板のアライメントマークを見ながら、前記レンズ台座の開口部に合うように、前記レンズ台座に搭載する工程と、
前記レンズの外周と前記回路基板の外周に封止樹脂を塗布する工程と、
金属ケースを、該金属ケースの入射窓が前記レンズの位置に合うように、前記回路基板に搭載して、該金属ケースと前記レンズ及び前記回路基板とを前記封止樹脂により接合する工程と、
を含むことを特徴とする赤外センサモジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６９６４９（Ｐ２０１１−６９６４９Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９１６３（Ｐ２００９−２１９１６３）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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