专利名称：红外线传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种红外线传感器及其制造方法。具体地说，本发明涉及一种小型红外线传感器及其制造方法。
背景技术：
通常，红外线传感器通过热电元件的热电效应探测人体的入侵以及火灾等。热电效应现象是当人体、火等释放的红外线进入装载于传感器内的热电元件时，热电元件产生温度变化，温度变化改变了热电元件的自发极化，自发极化的改变量相应地产生电荷。
热电元件的输出根据由于热电元件自发极化的改变产生的电荷数量而变化，红外线传感器利用这一特性，由一个电路处理输出的变化，以检测物体。
对于这种红外线传感器，其结构包括设置在基座和热电元件之间的支撑部，这些支撑部处于热电元件的两端或四个角落，从而热电元件被支撑并隔开在离基座预定的距离处(专利文献1)。
红外线传感器在具有这种结构的情况下，如果热电元件和支撑部的位置关系、或者支撑部和基座的位置关系存在偏离，热电元件上形成的电极附近的热流就会产生偏差。当红外线进入热电元件时，热电元件的温度可由于热流的偏差而变化，从而热电元件的输出无法与红外线的进入量稳定对应。
为了解决上述问题，专利文献2提出了一种红外线传感器的制造方法，通过丝网印刷将导电胶印刷并使其凝固在热电元件的背面两端，以形成支撑部。
在专利文献2中，为了增加支撑部的高度，重复多次印刷和凝固，以增加支撑部的厚度。
专利文献1特开平8-35880号公报专利文献2特许第3209034号公报发明内容本发明将解决的问题丝网印刷可能导致印刷表面不平坦而带有凹凸。如果在最初形成的不平坦印刷表面上，重复印刷，制造出来的某些传感器，其最终形成的支撑部的高度将可能不均匀。因此，热电元件和基座之间的间隔(间隙)将不均匀。
在热电元件产生的热量也传递到该间隙。如果间隙的尺寸不均匀，间隙的温度变化和热电元件的温度变化之间的关系可能混乱。此外，因为间隙的温度变化影响热电元件的温度变化，传感器的检测精确度将不稳定。
在丝网印刷中，橡胶滚轴在丝网上施压并滑动，以使丝网上的胶透过网孔涂在热电元件上，所以严格来说，涂上特定量的胶是很难的。同样，在丝网和热电元件之间的部位可能产生渗漏，因而印刷结果可能比预期的面积更大。如果支撑部的上表面面积增加，与热电元件的接触面积就增加。接触面积的增加可能导致热电元件与支撑部之间的热传导率不均匀，以及导致传感器的检测精确度不稳定。
上述关于热量的问题随着红外线传感器的小型化变得突出。因为传统红外线传感器一般安装在相对较大的产品，比如人体入侵传感器或者火灾传感器，还没有强烈要求传感器小型化。然而，近几年，传感器需要安装在小型产品上，比如无线设备。因此，红外线传感器必须进一步小型化。随着进一步小型化，基座和热电元件之间的间隙尺寸以及支撑部相对于热电元件的粘结区域的微小变化可能严重影响检测精度。
因此，为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供高检测精度的小型红外线传感器及其制造方法。
解决问题的技术方案为了解决上述问题，根据本发明的红外线传感器的制造方法(权利要求1)包括以下步骤制备基座，第一电极和多个由低热传导率材料制成的具有预定高度的支撑部一体形成在该基座的其中一个主表面上；将预定量的导电胶涂在第一电极上，以高于支撑部；以及将在其中一个主表面上具有第二电极的热电元件安装在支撑部的上表面，从而第二电极与导电胶接触，之后固化导电胶。
此外，本发明的红外线传感器(权利要求2)包括基座，该基座的其中一个主表面设置有第一电极和多个具有预定高度的支撑部；以及安装在支撑部上表面的热电元件，其中该支撑部由低热传导率材料制成并与所述基座一体形成，第二电极设置在热电元件的其中一个主表面上，该第二电极与第一电极相对，且通过预定量的固化导电胶与第一电极导电连接。
在根据权利要求3的红外线传感器中，第一电极是一块金属片。
在根据权利要求4的红外线传感器中，低热传导率材料的主要成分为选自以下组中的至少一种玻璃，陶瓷，树脂。
有益效果根据本发明的红外线传感器的制造方法，由于支撑部与基座一体形成，支撑部高度的不均匀情况减少。因此，热电元件和基座之间的间隔(间隙)的温度变化的变动减少，从而使红外线传感器具有稳定的检测精度。此外，为了使热电元件的电极和基座的电极导电连接，涂上高于支撑部的预定量的导电胶，之后热电元件安装在支撑部的上表面。从而，减少导电胶与热电元件的接触面积的不均匀。因而，热电元件与支撑部之间的热传导率的不均匀将减少，从而使红外线传感器具有稳定的检测精度。
为了如上所述在第一电极上涂上预定量的导电胶，需满足下列条件。这些条件包括(a)在第一电极上涂上导电胶，导电胶的量基本相等(特定量)；(b)在第一电极上涂上导电胶，使涂上导电胶的面积基本相同；
(c)控制涂上第一电极的导电胶，使之高于支撑部一定高度；以及(d)减少导电胶的粘性和流动性的变动。
在满足上述条件的情况下，固化导电胶与热电元件之间的接触面积的变化可以进一步被减少，从而得到高检测精度的红外线传感器。
在本发明的结构中，用于热电元件在接收光之后辐射的热量的传递途径之一是，通过固化导电胶(此后用“导电胶”表示)传至基座的电极的途径。通常，基座的电极通过电镀形成。电镀膜比金属片薄，因此热传导率低。当上述途径中的基座电极采用该低热传导率的电镀膜，即使热电元件和固化导电胶之间的热传导率不均匀，也不会导致严重问题，因为导电胶和电镀膜之间的部分起速率控制的作用。
相反，金属片比电镀膜厚，因此热传导率高。因此，当基座的电极采用如同本发明的高热传导率的金属片时，如果热电元件和固化导电胶之间的热传导率不均匀，由于导电胶和金属片之间的部分不起速率控制的作用，也就无法降低偏差度。因此采用金属片将不利于热电元件检测精度的稳定。
然而，根据本发明，设置在热电元件的主表面之一的第二电极通过预定量的导电胶导电连接至第一电极。因此，固化导电胶与热电元件之间的接触面积变得更均匀。从而，导电胶和热电元件之间的热传导率变得更均匀。
因此，即便是当基座的电极采用如本发明的金属片，高热传导率将不会实质性地影响传感器的检测精度。
此外，在根据本发明的红外线传感器中，支撑部采用低热传导率材料，比如玻璃，陶瓷或者树脂。因此，热电元件产生的热量的传递途径实际上将限制在基座和热电元件之间的空间，以及连接前两者的固化导电胶部分。因此，传输热电元件产生的热量的介质数量不会增加，而是被限制，从而形成更稳定精度的传感器。
图1为根据本明第一实施例的红外线传感器1的爆炸透视图；图2为热电元件10背面的透视图；图3为基座20背面的透视图；图4为制造红外线传感器1的方法中每一个步骤的剖视图；图5为根据本发明第二实施例的红外线传感器2的爆炸透视图；图6为根据本发明第三实施例的红外线传感器3的爆炸透视图。
符号说明1，2，3 红外线传感器10，60 热电元件11a，11b (前表面)电极12a，，12b (背面)电极(第二电极)13 陶瓷基板14a，14b (背面)电极
20，40，50 基座21 基板22a-22f支撑部23a，23b 电极(第一电极)24a.，24b 导电胶25a-25d连接电极26 金属接线板27 针30 壳体31 框架32 透光窗口具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一下面将对本发明的红外线传感器的结构以及制造方法进行简要说明。
图1为本实施例的红外线传感器1的爆炸透视图。红外线传感器1主要由热电元件10，基座20和壳体30组成。图2为热电元件10的背面透视图。图3为基座20的背面透视图。
热电元件10包括具有热电特性的陶瓷基板13、以薄膜的形式设置在陶瓷基板13的前表面的电极11a和11b、以薄膜的形式设置在陶瓷基板13的背面的电极14a和14b以及作为第二电极的电极12a和12b。前表面上的电极11a和11b与背面上的电极14a和14b分别相对。背面上的电极12a和12b为可与基座上的电极导通的电极，并分别连接至背面上的电极14a和14b。
基座20具有作为主体的基板21，该基板21由玻璃制成。与基板21一体形成有四个由玻璃制成的支撑部22a-22d。根据本实施例的支撑部22a-22d的外形为具有平坦上表面的长方体。在本实施例中，支撑部22a-22d不是由传统的印刷形成，而是通过采用碳夹具使支撑部22a-22d与基板21一体形成。因此，均有预定高度和外形。此外，定位支撑部22a-22d，使得当安装热电元件10时，热电元件10的四个角落处于支撑部22a-22d上。取代一体成型，如果支撑部22a-22d和基板21分别形成，然后结合在一起，则需要使用粘结剂。支撑部的高度22a-22d可能不均匀，取决于粘结剂的厚度。另外，如果单独成型的支撑部22a-22d被安置在基板21上，安装表面附近被溶解并粘结，支撑部22a-22d的高度也可能不均匀，这取决于溶解的量。
由金属片制成的作为第一电极的电极23a和23b分别形成在支撑部22a和22b之间以及支撑部22c和22d之间，并暴露在基板21的前表面。利用上述碳夹具形成基板21过程中，通过将预先成型的金属接线板26与基板21形成一体，使接线板26的一部分暴露在支撑部22a和22b之间的间隙以及支撑部22c和22d之间的间隙，从而形成电极23a和23b。在热电元件10中，背面上的电极12a和12b与电极23a和23b相对。电极12a和12b分别与电极23a和23b导通。
设置在基座20背面上的连接电极25a-25d也是上述金属接线板26的暴露部分，具有SMD结构。电极23a连接至作为接地(GND)电极的连接端25a和25b。电极23b连接至场效应晶体管(FET)(图未示)的端口。FET的漏极和源极分别连接至设置在基座20背面的连接电极25c和25d。
壳体30包括仅允许红外线通过的透光窗口32，以及围绕着透光窗口32的金属框架31。装配热电元件10、基座20和壳体30，便形成红外线传感器1。
其次，参见图4(a)-4(d)的剖视图，将对根据本发明的红外线传感器的制造方法作进更详细描述。
图4(a)所示为制备的基座20。如已作的描述，支撑部22a和22b、由厚度约100μm的金属片制成的电极23a、以及连接电极25a和25b与基板21形成一体。在基座20上，支撑部22a和22b从基板21上凸出，电极23a外露于基板21前表面上、并位于支撑部22a和22b之间的间隙。一体成型中，支撑部22a和22b的高度B为一预定高度。
其次，如图4(b)所示，针27涂上预定量的导电胶24a，并转涂到电极23a的表面。此时，调节导电胶24a的量和黏度，使其上部比支撑部22a和22b高。
其次，如图4(c)和4(d)所示，将背面形成有作为第二电极的电极12a的热电元件10安装在支撑部22a和22b的上表面，使电极12a与导电胶24a接触。因为预定量的导电胶24a涂在具有预定高度的支撑部22a和22b之间的间隙，且高于支撑部22a和22b，这种情况下安装热电元件10，导电胶24a与电极12a之间的结合区域C基本都为预定尺寸。
之后，将导电胶24a固化，热电元件10和基座20牢固结合(图未示)。
如上所述，因为热电元件10和基座20之间的高度B为预定尺寸，热电元件10和基座20之间的间隙尺寸变得均匀，从而间隙的温度改变的变动将减小。此外，因为固化导电胶24a与热电元件10的结合区域C也具有预定尺寸，从热电元件10传递至基座20的热量的不均匀性被降低。从而获得稳定检测精度的红外线传感器。
特别是，当基座20的电极23a采用金属片时，更能获得稳定的效果。
在本发明的结构中，热电元件10产生的热量的传递途径之一是，通过固化导电胶24a传至基座的电极23a。
通常，基座的电极通过电镀形成。镀膜厚约10μm，该厚度比金属片薄，从而热传导率低。当上述途径中的基座的电极采用该低热传导率的镀膜时，即便热电元件与固化导电胶之间的热传导率不均匀，不均匀性也不会导致严重的问题，因为固化导电胶和镀膜之间的部分起速率控制作用。
另一方面，在本实实例中，基座的电极23a采用金属片。金属片的厚度约为100μm，比镀膜厚，从而具有高的热传导率。因此，如果热电元件10和固化导电胶24a之间的热传导率不均匀，由于固化导电胶24a与金属片电极23a之间的部分不起速率控制的作用，于是不会降低不均匀性。采用金属片可导致热电元件10产生的热量辐射出去而不存留在内部，不利于检测精度的稳定。
然而，根据本发明，如图4所示的，电极12(第二电极)设置在热电元件10的其中一个主表面上(背面)，该电极12通过预定量的固化导电胶24a与基座的电极23a(第一电极)导通。因此，固化导电胶24a与热电元件10之间的接触区域变得更均匀。因而，热电元件10与固化导电胶24a之间的热传导率变得更均匀。因此，即使当基座的电极23a采用金属片时，高热传导率也不会实质性地降低传感器的检测精度。
在根据本发明的红外线传感器制造方法中，最好满足以下条件，以将预定量的导电胶24a和24b涂在基座的电极23a和23b的表面(第一电极)上。这些条件包括(a)将基本等量(特定量)的导电胶24a和24b涂在基座的电极23a和23b上(第一电极)；(b)将导电胶24a和24b涂在基座的电极23a和23b(第一电极)上，使涂上导电胶24a和24b的区域基本一致；(c)控制涂在电极23a和23b上的导电胶24a和24b(第一电极)，使之高于支撑部22a-22d一定高度；以及(d)降低导电胶24a和24b的粘性和流动性的变动。
若满足上述条件，固化导电胶和热电元件之间的接触区域的变化将进一步减少，从而得到高检测精度的红外线传感器。
第二实施例图5为根据本实施例的红外线传感器2的爆炸透视图。红外线传感器2在支撑部的数量上不同于第一实施例的红外线传感器1。
根据本发明的第一实施例，四个支撑部一体形成于红外线传感器1的基座20上。而本实施例的红外线传感器2的基座40上，在第一实施例的支撑部的基础上增加两个支撑部22e和22f。
即使支撑部的数目增加以提高保持热电元件10的稳固度，也不会降低本发明的优越性。本发明不限制于支撑部的数量。
第三实施例图6为根据本实施例的红外线传感器3的爆炸透视图。该红外线传感器3与第一实施例的红外线传感器1的不同在于支撑部的数量，支撑部和第一电极之间的位置关系，以及热电元件的形状。
根据本实施例的红外线传感器3的热电元件60的外形比第一实施例的热电元件10狭长。在第一实施例的红外线传感器1的基座20中，四个支撑部设置在基板21的四个角落上，第一电极设置在每对支撑部之间，导电胶涂在第一电极上。而在本实施例的红外线传感器3的基座50中，支撑部22a和22b分别设置在基板21的左边和右边，导电胶24a和24b涂在支撑部22a和22b的连线的外侧延长线处。
当热电元件的外形为如本实施例的狭长形时，无须实施例1那样的四点支撑，两点支撑就足够了。在这种情况下，即使作为第一电极的电极23a和23b设置在支撑部22a和22b的外面，并分别涂上导电胶24a和24b，也不会降低本发明的优越性。此外，作为第一电极的电极23a和23b也可以设置在支撑部22a和22b内。本发明不限于支撑部的数量，以及支撑部和第一电极之间的位置关系。
上述实施例中，支撑部采用玻璃为材料，陶瓷或者树脂也可以采用。这些材料都具有低热传导率。因此，供热电元件产生的热量传递的途径实质上可限制在热电元件与基座之间的空间，以及连接该热电元件和基座的导电胶部分。
基座和支撑部可以是不同材料的结合。例如，基座可以是陶瓷，支撑部可以是玻璃。
虽然上述实施例中每个支撑部的外形为长方体，但是也可以是环状。另外支撑部的上表面也可以不是平的，可以是凸出的锥形体。
虽然上述实施例中，红外线传感器的安装表面的结构采用SMD结构，本发明也可以用于三端子型结构。
虽然上述实施例中，例举了背面电极被分割成两个部分的类型，本发明也可以应用于背面电极被分割成三个以上部分的类型。
工业实用性根据本发明，可以提供高检测精度的小型红外线传感器，并可以安装在小型产品上，比如无线设备，而无需复杂的结构或工艺步骤。
因此，本发明可以广泛应用于涉及用于无线电设备等小型产品的红外线传感器和红外线传感器工艺技术的领域。
同样，本发明也可以用于一般的用于人体探测，安全设备等的红外线传感器领域。
权利要求
1.一种红外线传感器的制造方法，该方法包括以下步骤制备一体形成有第一电极和多个由低热传导率材料制成的具有预定高度的支撑部的基座，所述第一电极和支撑部设置在基座的其中一个主表面；将预定量的导电胶涂在第一电极上，导电胶高于支撑部；以及将在其中一个主表面上有第二电极的热电元件安装在支撑部的上表面，使第二电极与导电胶接触，之后固化导电胶。
2.一种红外线传感器，包括基座，其中第一电极和多个具有预定高度的支撑部设置在基座的一个主表面上；安装在支撑部的上表面的热电元件；其中，支撑部由低热传导率的材料制成，并与基座一体成型，第二电极设置在热电元件的其中一个主表面上，该第二电极与所述第一电极相对，并通过预定量的固化导电胶与第一电极导通。
3.根据权利要求2所述的红外线传感器，其特征在于，上述第一电极是金属片。
4.根据权利要求2或3所述的红外线传感器，其特征在于，上述低热传导率材料的主要成分至少为选自玻璃、陶瓷和树脂的一种。
全文摘要
红外线传感器(1)的制造方法，该方法包括以下步骤制备一体形成有第一电极(23a)及两个或以上由低热传导率制成的具有预定高度的支撑部(22a和22b)的基座(20)，所述第一电极和支撑部设置在基座(20)的其中一个主表面；制备热电元件(10)，该热电元件(10)的一个主表面上具有第二电极(12a)，该第二电极(12a)与基座(20)的主要表面之一上的第一电极(23a)导通；将预定量的导电胶(24a)涂在第一电极上，且导电胶(24a)高于支撑部(22a和22b)；以及将热电元件(10)安装在支撑部(22a和22b)的上表面，使第二电极(12a)与导电胶(24a)接触，之后固化导电胶(24a)。
文档编号H01L37/02GK1985156SQ20058002408
公开日2007年6月20日 申请日期2005年7月20日 优先权日2004年7月20日
发明者林浩仁 申请人:株式会社村田制作所