专利名称：热电型红外线检测装置及热电型红外线检测装置的热电元件的更换方法
技术领域：
本发明涉及搭载了具有热电效果的温度检知元件(热电元件)的热电型红外线检测装置及该热电型红外线检测装置中的热电元件的更换方法。
背景技术：
例如，专利文献I公开了ー种热电型红外线检测装置，包括:在内部具有2个热电元件的箱体；使红外线向2个热电元件聚光的2个透镜。专利文献2公开了ー种在基板上搭载有热电元件的结构的热电型红外线检测装置。在专利文献2的热电型红外线检测装置中，热电元件的电极与基板的电极通过硬化的导电性粘结剂进行电连接。硬化的导电性粘结剂的硬度为铅笔硬度5B 6B左右。S卩，在专利文献2中使用的硬化的导电性粘结剂比较柔软。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008-268052号公报专利文献2:日本特开平10-38679号公报
发明内容
发明要解决的课题在热电型红外线检测装置中包含的热电元件发生了故障吋，必须更换该发生了故障的热电元件。本发明目的在于提供一种能够容易地更换热电元件的热电型红外线检测装置。用于解决课题的手段本发明的一方面提供ー种热电型红外线检测装置，具有热电元件和安装基板。所述热电元件具备由板状的热电体构成的热电体板、及元件侧电极。所述热电体板具有上表面及下表面。所述热电体板的所述上表面是接受红外线的受光面。在所述热电体板的所述下表面形成有所述元件侧电扱。所述安装基板具有设置了基板侧电极的上表面。所述元件侧电极与所述基板侧电极通过硬化的导电性粘结剂连接。所述导电性粘结剂包含环氧树脂。所述硬化的导电性粘结剂具有4B以上且7H以下的铅笔硬度，作为由JISK5600-5-4(IS015184)所规定的硬度。另外，本发明的另一方面提供ー种上述的热电型红外线检测装置中的热电元件的更换方法。更换方法具备:将所述硬化的导电性粘结剂破坏而取出所述热电元件的步骤；将残留在所述基板侧电极上的所述导电性粘结剂除去的步骤；在新的热电元件的元件侧电极与所述基板侧电极之间夹设有新的导电性粘结剂的状态下，使该导电性粘结剂硬化，由此将所述新的热电元件的所述元件侧电极与所述基板侧电极电连接的步骤。发明效果
在专利文献2的柔软的导电性粘结剂中，粘性强，难以将热电元件从基板拆卸。而且，由于该困难度，在将集电元件从基板拆卸时，可能会使基板侧电极发生损伤或破损。相对于此，本发明的硬化的导电性粘结剂具有4B以上且7H以下的铅笔硬度。由于具有该硬度，通过对硬化的导电性粘结剂施加局部性的冲击载荷，能够容易地进行硬化的导电性粘结剂的有意的破坏、除去。因此，在热电元件的更换时，不会对热电型红外线检测装置造成无用的损害，能够进行热电元件的拆卸。參照附图，研究下述的最佳的实施方式的说明，由此本发明的目的能被正确地理解，且其结构能被更完全地理解。
图1是本发明的第一实施方式的热电型红外线检测装置的分解侧视图。图2是表示图1的热电型红外线检测装置中包含的热电元件的俯视图。图3是表示图2的热电元件的底面图。图4是表示图1的热电型红外线检测装置中包含的安装基板的俯视图。图5是表示图4的安装基板的底面图。图6是表示向安装基板安装热电元件的エ序的图。图中仅表示剖面。图7是表示图1的封装体的俯视图。图8是表示本发明的第二实施方式的热电型红外线检测装置中包含的安装基板的俯视图。图9是表示图8的安装基板的底面图。图10是表示向安装基板安装热电元件的エ序的剖视图。图11是表示图8的热电型红外线检测装置的变形例的剖视图。尤其是图示安装基板及热电元件的关系。图12是表示本发明的第三实施方式的热电型红外线检测装置的图。图仅表示剖面。图13是表示图12的热电型红外线检测装置中包含的安装基板的俯视图。图14是表示图13的安装基板的底面图。图15是表示图12的安装基板的变形例的俯视图。图16是表示图15的安装基板的底面图。
具体实施例方式本发明能够以多种变形或各种方式来实现，作为其中一例，以下详细说明附图所示的特定的实施方式。附图及实施方式并未限定为在此公开了本发明的特定的方式，其对象包括在权利要求书的范围所明确表示的范围内作出的全部的变形例、等价物、替代例。(第一实施方式)參照图1，本发明的第一实施方式的热电型红外线检测装置100具备热电元件10、安装热电元件10的安装基板20、将热电元件10及安装基板20收容的基体70、以及封装体90。如图1至图3所示，本实施方式的热电元件10是双型的元件，具备:由热电材料构成的长方形的热电体板11 ;形成在热电体板11的上表面IIu上的I个上侧电极12 ;以及形成在热电体板11的下表面111上的2个下侧电极(元件侧电极)13、14。下侧电极13、14分别具有正方形形状的导电图案，将下表面111的左半部分及左半部分的大部分覆盖。上侧电极12具有与下侧电极13、14对应的2个正方形形状的导电图案和将这2个正方形形状的导电图案连结的导电图案。在向安装基板20安装之前，通过对上侧电极12与下侧电极13、14之间施加电压而对于热电体板11实施分极处理。当热电体板11吸收红外线时，在热电体板11的表面产生与该吸收引起的温度变化对应的电荷。因此，通过监控上侧电极12及下侧电极13、14之间的电压变化，而能够进行红外线检測。安装基板20具有:由绝缘体构成的基材21 ;形成在基材21的上表面21u上的2个上侧电极(基板侧电极)23、24 ;以及形成在基材21的下表面211上的下侧电极31、32、33和导电图案34、35、36、37。在基材21的下表面211上安装有场效应晶体管(半导体放大元件)40。场效应晶体管40的漏极41经由导电图案34而与下侧电极31连接。场效应晶体管40的栅极42经由导电图案36和贯通基材21的通孔26而与上侧电极23连接。场效应晶体管40的源极43经由导电图案37而与下侧电极33连接。下侧电极32经由导电图案35和贯通基材21的通孔27而与上侧电极24连接。从图1、图3及图4可知，安装基板20的上侧电极23、24与热电元件10的下侧电极13、14通过硬化的导电性粘结剂60而连接。该导电性粘结剂60包含环氧树脂，在硬化时，作为由JIS K5600-5-4(IS015184)规定的硬度具有4B以上且7H以下的铅笔硬度。即，比专利文献2的导电性粘结剂硬。关于导电性粘结剂60的材料等，在后面详细叙述。具体而言，基于导电性粘结剂60的连接如图6所示进行。首先，在安装基板20的上侧电极23与上侧电极24之间设置间隔件200，接着向上侧电极23和上侧电极24涂敷导电性粘结剂60。而且，以安装基板20的上侧电极23、24与热电元件10的下侧电极13、14在上下方向上面对的方式将热电元件10配置在安装基板20上。这样的话，在安装基板20的上侧电极23、24与热电元件10的下侧电极13、14之间夹设有导电性粘结剂60的状态下，将重物220载放在热电元件10上。详细而言，在从上方透过热电元件10来观察重物220吋，以不从间隔件200露出的方式载放重物220。在该状态下，使导电性粘结剂60热硬化，然后将重物220及间隔件200去除，由此完成热电元件10的向安装基板20的安装。从该结构可知，热电元件10与安装基板20仅通过导电性粘结剂60连接，两者成为大致热绝缘的状态。在安装基板20的下侧电极31、32、33上，通过焊料等的导电性粘结剂，分别连接有外部连接销81、82、83。以该外部连接销81、82、83贯通基体70的方式将安装基板20安装在基体70上。而且在不活泼气体气氛下将封装体90和基体70进行密封。另外，在不活泼气体气氛下进行密封是为了防止湿度引起的热电元件10的特性变化或热电元件10自身的劣化。这样，热电元件10和安装基板20收容在由封装体90和基体70规定的空间内。从图7可知，在封装体90的上表面中央安装有滤光器95，根据人体检测等的用途，能够仅使必要的波长的红外线入射到封装体90内。在上述的结构的热电型红外线检测装置100中，热电元件10的下侧电极13与场效应晶体管40的栅极42电连接，热电元件10的下侧电极14与外部连接销82电连接，场效应晶体管40的漏极41与外部连接销81电连接，场效应晶体管40的源极43与外部连接销83电连接。而且，对漏极41与源极43之间施加适度的电压。在所述热电型红外线检测装置100中，当红外线向热电元件10入射时，在热电元件10的下侧电极13、14的任一方诱发出电荷，并将该电荷产生的电压向栅极42施加。当对栅极42施加电压时，在漏极41-源极43之间流动的电流值发生变化。因此，能够检测红外线。另ー方面，在由于温度变化等而使得热电元件10整体诱发出电荷时，在下侧电极13和下侧电极14诱发出相同电位，因此无法检测输出。另外，当预先在栅极42与上侧电极23之间电连接有高电阻时，无法检测热电元件10内的温度差等引起的无用的输出。只要以在检测人体的动作等时能够以IHz左右的频率来检测输出的方式设定电阻值即可。如上述那样，本实施方式的导电性粘结剂60包含环氧树脂，且作为硬化后的硬度具有4B以上且7H以下的铅笔硬度。通过使用所述导电性粘结剂60，在热电元件10发生了故障时，将封装体90拆卸，利用切割器从侧部切割导电性粘结剂60，由此能够容易地将发生了故障的热电元件10拆卸。而且残留在安装基板20的上侧电极23、24处的导电性粘结剂60也由切割器按压，从而能够完全除去。作为所述导电性粘结剂60，例如，可以使用将粘结剂与导电性粒子混合配合的结构。另外，作为粘结剂，可以使用在双酚(ビスフユノール)A型环氧树脂、双酚F型环氧树月旨、酚醛清漆(フヱノールノボラック)型环氧树脂等各种环氧树脂等中混合了咪唑(ィミダソール)系等硬化剂的结构、或硅酮树脂等。而且，作为导电性粒子，可以使用铜、银、镍等金属粉体、由这样的金属覆盖的树脂或陶瓷粉体等。关于导电性粒子的形状，可以采取鱗片状、球状、粒状等任意的形状。尤其是本实施方式的导电性粘结剂60混合了 20 40重量％左右的粘结剂和60 80重量％左右的导电性粒子，如前述那样，硬化后的硬度为4B以上且7H以下的铅笔硬度。例如，在日本三键(スリーボンド)公司制的导电性粘结剂3301、3301B、3301N、埃莫森卡明(Emerson&Coming(E&C))公司制的导电性粘结剂CE-3920进行150°C X30分钟的热硬化时，作为硬化后的硬度，具有4B以上且7H以下的铅笔硬度。另ー方面，日本三键公司制的导电性粘结剂3302、3302B进行150°C X30分钟的热硬化时，硬化后的硬度成为比4B低的铅笔硬度。`另外，导电性粘结剂60优选具有3.0以上且3.7以下的触变性指数(结构粘性比)=n I (0.5rpm, 25°C ) / n 2 (5.0rpm, 25°C )。通过设定触变性指数，能够将热电元件10与安装基板20的间隔空出0.2mm以上。因此，将发生了故障的热电元件10拆卸时的作业性提高。而且，由于能防止热电元件10与安装基板20之间的辐射热引起的热传递，因此热电元件10的对于入射红外线的响应性也提高。此外，优选选择导电性粘结剂60与热电体板11的热膨胀系数之差成为热电体板11的热膨胀系数的10%以内这样的导电性粘结剂作为导电性粘结剂60。当使用上述的导电性粘结剂60时，能够抑制温度变化产生的应力。作为防止犯罪用或节电用而进行人体检测时，信号的频率带域为IHz左右。在上述用途下检测跳跃噪声(popcorn noise)时，由于跳跃噪声为几ms宽度的脉冲状，因此只要通过使用带通滤波器将无用的跳跃噪声除去即可。但是，如本实施方式那样硬化后的导电性粘结剂60的硬度为7H以下的铅笔硬度时，跳跃噪声几乎不会成为问题。在上述的实施方式中，如图6所示，在通过间隔件200和重物220对导电性粘结剂60进行加压固定的状态下，使导电性粘结剂60完全热硬化，但本发明并未限定于此。例如图6所示，可以在通过间隔件200和重物220对导电性粘结剂60进行了加压固定的状态下，进行逐步硬化来缓和导电性粘结剂60内部的应力，该逐步硬化是在60°C左右的温度下进行了临时硬化之后，将间隔件200和重物220去除而进行完全硬化的方法。(第二实施方式)本发明的第二实施方式的热电型红外线检测装置是上述的第一实施方式的热电型红外线检测装置100的变形例，以下，參照附图，仅说明与第一实施方式的差异。如图8至图10所示，本实施方式的热电型红外线检测装置具备安装基板20a。该安装基板20a除了形成有2个贯通孔51的点之外，与第一实施方式的安装基板20 (參照图8及图9)大致相同。详细而言，贯通孔51形成在安装基板20a中的与热电元件10对应的区域即对应区域50内。另外，上侧电极23、24也位于对应区域50内。而且，贯通孔51不是设置ー个而是设置2个(即多个)，梁部52位于贯通孔51与贯通孔51之间。这样的话，由于具有梁部52，与形成了大的贯通孔51的情况相比，能够确保安装基板20a的強度。如此在对应区域50内设置贯通孔51的情况下，在将热电元件10安装于安装基板20a时，与热电元件10面对的安装基板20a的面积减小。因此，能够防止从热电元件10向安装基板20a的辐射热引起的热传递，并且也能够防止从安装基板20a向热电元件10的辐射热引起的热传递。因此，根据本实施方式，热电元件10的对于入射红外线的响应特性提闻。而且，在上述的第一实施方式的热电型红外线检测装置100中，在导电性粘结剂60的硬化时，在热电元件10与安装基板20之间夹设有间隔件200(參照图6)，但在本实施方式的热电型红外线检测装置中，可以利用不同的方法将热电元件10安装于安装基板20a。具体而言，如图10所示，使用具有向上方突出的2个支承部242的定位器240、限制板250、以及重物220。在利用限制板250将安装基板20a的缘部(周缘部)限制成无法向上方及水平方向移动的状态下，将支承部242分别插入到贯通孔51内，利用支承部242的前端(上端)对热电元件10的下侧电极13、14进行支承，由此进行热电元件10的相对于安装基板20a的定位。在该状态下，将重物220载放在热电元件10的上侧电极12上，使导电性粘结剂60热硬化，从而将热电元件10安装在安装基板20a上。通过使用限制板250，能够防止安装基板20a的浮起。而且，在导电性粘结剂60发生硬化收缩的情况下，可以除去定位器240。因此，根据本实施方式，能够使用硬化收缩率高的导电性粘结剂60。另外，安装方法可以与第一实施方式相同，但是在要防止辐射热引起的热传递时，可以如图11所示，对于安装基板20b的基材21b，取代贯通孔51而形成凹部53。凹部53形成在与热电元件IOb对应的对应区域内，从基材21b的上表面21u朝向下方凹陷。由此，以热电元件10与安装基板20b之间的距离(最小距离)面对的区域比第一实施方式的情况減少，因此能够防止无用的热传递。(第三实施方式)參照图12至图14，本发明的第三实施方式的热电型红外线检测装置IOOc是上述的第二实施方式的热电型红外线检测装置的进ー步的变形例。因此，以下，參照附图，仅说明上述的实施方式与本实施方式的差异。如图12至图14所示，在本实施方式中，对于I个安装基板20c安装多个热电元件IOc0从图12可知，安装基板20c具有周边部22p和中央部22c，且具有中央部22c比周边部22p向上方突起的形状。具体而言，安装基板20c具有中央部呈凸状地突起的半球形状。从图12至图14可知，在本实施方式的安装基板20c上安装5个热电元件10c。如图13及图14所示，在与各热电元件IOc对应的对应区域50c上形成3个(即多个)贯通孔51c，在各对应区域50c内的贯通孔51c之间设置梁部52c。由此，不会使安装基板20c的強度下降为必要以上，能够 防止各热电元件IOc与安装基板20c之间的无用的热传递。在本实施方式中，基材21c的上表面21u的电极、导电图案与下表面211的电极、导电图案通过导电体54被连接。本实施方式的导电体54通过嵌入成型法，在基材21的成型时配置在基材21的内部。但是，本发明并未限定于此。导电体54可以由例如通孔或通路孔(via hole)构成。如图14所示，在基材21c的下表面211上设有场效应晶体管40。从图可知，位于各对应区域50c内的电极的一方(对应于热电元件IOc的一方的元件侧电极)经由导电图案35c而与场效应晶体管40的栅极42电连接，位于各对应区域50c内的电极的另一方(对应于热电元件IOc的另一方的元件侧电极)经由导电图案36c而与下侧电极32c连接。SP，热电元件IOc的一方的电极与共用的栅极42连接。而且，下侧电极32c通过未图示的单元而相互连接。根据上述结构，在红外线向热电元件IOc的任ー个入射时，能够检测该入射。另外，相对于安装基板20c的导电图案及电极可以通过注塑成型电路部件(MID:MoldedInterconnect Device)技术来形成。如图12所示，封装体90c对应于安装基板20c的形状而具有半球状(ドーム状)的形状。在通过所述封装体90c和基体70c形成的空间内收容上述的安装基板20c和热电元件10c，在该状态下将基体70c和封装体90c密封。在封装体90c上，对应于热电元件IOc而设有滤光器95c。在具有这样的结构的热电型红外线检测装置IOOc中，不需要在专利文献I中使用的、扩宽了视野角的聚光透镜。而且，在进行各热电元件IOc的更换作业时，其他的热电元件IOc不会成为干扰，热电元件IOc的更换作业时的作业性提高。在本实施方式中，与上述的第二实施方式的情况同样地可以将贯通孔置换变形为凹部。具体而言，如图15及图16所示，对于安装基板20d，可以不形成贯通孔而形成凹部53d。各凹部53d在各对应区域50d内从基材21d的上表面21u朝向下表面211侧凹陷。但是，由于凹部53d未贯通基材21d，因此凹部53d在图16中未显示。在上述的任意的实施方式中，使用包含环氧树脂并且具有4B以上且7H以下的铅笔硬度的硬度的导电性粘结剂60将热电元件与安装基板连接，因此热电元件的更换变得容易。本发明基于2010年9月24日向日本专利厅提出的日本专利出愿第2010-213760号，其内容通过參照而成为本说明书的一部分。对于本发明的最佳的实施方式进行了说明，但本领域技术人员可知，在不脱离本发明的宗g的范围内能够对实施方式进行变形，这种实施方式也属于本发明的范围。符号说明10、10a、10b、IOc 热电元件11 热电体板Ilu 上表面111 下表面12 上侧电极13、14 下侧电极(元件侧电极)20,20a,20b,20c,20d 安装基板21、21a、21b、21c、21d 基材2 Iu 上表面211 下表面22p 周边部22c 中央部23、24 上侧电极(基板侧电极)26、27 通孔31、32、32c、33 下侧电极34、35、35c、36、36c、37 导电图案40 场效应晶体管(半导体放大元件)41 漏极42 栅极43 源极50、5Oc、5Od 对应区域51、51c 贯通孔52、52c 梁部53、53d 凹部54 导电体60 导电性粘结剂70 基体81、82、83 外部连接销90、90c 封装体95、95c 滤光器IOOUOOc 热电型红外线检测装置200 间隔件220 重物240 定位器242 支承部250 限制板
权利要求
1.一种热电型红外线检测装置，具有热电元件和安装基板，其特征在干， 所述热电元件具备由板状的热电体构成的热电体板、及元件侧电极， 所述热电体板具有上表面及下表面， 所述热电体板的所述上表面是对红外线进行接受的受光面， 在所述热电体板的所述下表面形成有所述元件侧电扱， 所述安装基板具有设置了基板侧电极的上表面， 所述元件侧电极与所述基板侧电极通过硬化后的导电性粘结剂连接， 所述导电性粘结剂包含环氧树脂， 所述硬化后的导电性粘结剂具有4B以上且7H以下的铅笔硬度，作为由JISK5600-5-4(IS015184)所规定的硬度。
2.根据权利要求1所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 所述安装基板具有周边部和中央部， 所述中央部比所述周边部向上方突起。
3.根据权利要求1或2所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 所述安装基板具有与所述热电元件对应的对应区域， 所述基板侧电极形成在所述对应区域内， 在所述对应区域上形成有贯通所述安装基板的贯通孔。
4.根据权利要求3所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 在ー个所述对应区域内设置多个所述贯通孔， 在所述对应区域的所述贯通孔之间设置梁部。
5.根据权利要求1或2所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 所述安装基板具有与所述热电元件对应的对应区域， 所述基板侧电极形成在所述对应区域内， 在所述对应区域形成有向下方凹陷的凹部。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 还具备半导体放大元件， 所述半导体放大元件设置在所述安装基板的下表面，该下表面成为所述上表面的背面， 所述基板侧电极的一个与所述半导体放大元件连接。
7.一种热电型红外线检测装置中的热电元件的更换方法，所述热电型红外线检测装置是权利要求1 6中任一项所述的热电型红外线检测装置，其特征在干， 包括: 将所述硬化的导电性粘结剂破坏而取出所述热电元件的步骤； 将残留在所述基板侧电极上的所述导电性粘结剂除去的步骤；以及在新的热电元件的元件侧电极与所述基板侧电极之间夹设有新的导电性粘结剂的状态下，使该导电性粘结剂硬化，由此将所述新的热电元件的所述元件侧电极与所述基板侧电极电连接的步骤。
全文摘要
本发明公开一种热电型红外线检测装置，其在热电元件(10)的元件侧电极与安装基板(20)的基板侧电极之间夹设有导电性粘结剂(60)的状态下使导电性粘结剂(60)硬化，将热电元件(10)的元件侧电极与安装基板(20)的基板侧电极连接。导电性粘结剂(60)包含环氧树脂，且在硬化的状态下具有4B以上7H以下的铅笔硬度作为由JIS K5600-5-4(ISO15184)规定的硬度。在热电元件(10)发生了故障时，对硬化的导电性粘结剂(60)施加冲击或利用切割器切割，由此将热电元件(10)从安装基板(20)拆卸。
文档编号G01J1/02GK103119406SQ20118004504
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年9月24日
发明者藤原茂美 申请人:Nec东金株式会社