JP2000065639A

JP2000065639A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JP2000065639A
Application number: JP10240122A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Wakabayashi; 秀一若林; Kenji Sakurai; 顕治櫻井; Masakazu Shiiki; 正和椎木; Mikifumi Danno; 幹史團野; Akira Sasaki; 昌佐々木
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン基板サイズを大きくすることなく、
熱電対の数を増やして高出力化し、温度分解能の高い熱
型赤外線センサを得る。【解決手段】シリコン基板２２の中央に中央ヒートシ
ンク２６（冷接点形成領域）を設け、その外周に空洞部
２４を隔てて外周側ヒートシンク２７（冷接点形成領
域）を設ける。空洞部２４の上には熱絶縁性薄膜２５
（温接点形成領域）を設ける。熱絶縁性薄膜２５を経て
中央ヒートシンク２６と外周側ヒートシンク２７の間に
はジグザグ状にサーモパイル３０を配線し、サーモパイ
ル３０の温接点３２を熱絶縁性薄膜２５上に配置して赤
外線吸収体３４で覆い、冷接点３１を各ヒートシンク２
６，２７上に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直列接続された複
数の熱電対により赤外線量、温度又は温度変化を計測す
る赤外線センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、人体等から発せられる赤外線を検
出する熱型赤外線センサが、防犯装置や体温計等様々な
分野で使用されている。熱型赤外線センサとは、赤外線
を熱線として利用し、赤外線の入射によって生じる温度
変化に応じて物理量（起電力、電荷、抵抗変化など）を
出力するセンサであって、熱起電力を出力するサーモパ
イル型、焦電効果によって電荷を出力するパイロ型、電
気抵抗の温度変化を利用したサーミスタボロメータ型な
どがある。

【０００３】上記熱型赤外線センサのうち、サーモパイ
ル型温度センサの従来構造を図１（ａ）（ｂ）に示す。
図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。この
サーモパイル型温度センサ１では、シリコン基板からな
る枠状をしたヒートシンク２内の空洞部３上面に熱絶縁
性薄膜４を設けてある。ヒートシンク２上から熱絶縁性
薄膜４上にかけて２種の金属又は半導体（第１熱電部材
５、第２熱電部材６）を多数配置し、ヒートシンク２上
で両金属を接合させて熱電対の冷接点７を形成し、熱絶
縁性薄膜４上面で両金属を接合させて熱電対の温接点８
を形成し、熱電対を直列に接続されたサーモパイル９の
両端にそれぞれ電極１０を設けている。熱絶縁性薄膜４
の上に形成された温接点８は矩形状に形成された赤外線
吸収体１１により覆われている。

【０００４】上記サーモパイル型温度センサ１は、赤外
線が赤外線吸収体１１に吸収されて熱に変換されると、
冷接点７と温接点８に温度差が生じることでサーモパイ
ル９の電極１０間に起電力が生じる。即ち、第１及び第
２熱電部材５、６の接合部（熱電対）の温度がＴの時、
その接合部に生じる熱起電力がφ（Ｔ）で表わされると
し、熱絶縁性薄膜４上にはｍ個の温接点８が設けられ、
ヒートシンク２上にもｍ個の冷接点７が設けられている
とすると、温接点８の温度がＴｗ、冷接点７の温度がＴ
ｃであるときには、サーモパイル９の両端の電極１０間
には、次の(1)式で表わされる起電力Ｖが発生する。Ｖ＝ｍ［φ（Ｔｗ）−φ（Ｔｃ）］ …(1)

【０００５】従って、ヒートシンク２の温度Ｔｃが既知
であるとすると、電極１０間に発生する起電力Ｖを測定
することで測定対象物の温度Ｔｗを非接触で計測するこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記(1)式から分かる
ように、サーモパイル型温度センサから出力される熱起
電力は、各熱電対の熱起電力の総和であるため、直列に
接続する熱電対の数が多いほど熱起電力が大きくなって
温度分解能も高くなる。

【０００７】しかしながら、従来のサーモパイル型温度
センサは、シリコン基板の周囲部に残されたヒートシン
クの上に冷接点を形成し、シリコン基板の中央部に形成
された空洞部の上に熱絶縁性薄膜を形成して熱絶縁性薄
膜上に温接点を形成しているので、数ｍｍ角のチップサ
イズ（シリコン基板サイズ）に対しては、パターン設計
上の制約から形成できる熱電対の数は４０〜５０が限界
であった。

【０００８】なお、チップサイズを大きくすれば、多く
の熱電対を形成することができるが、用途（例えば、外
耳道内に挿入して体温を計測する耳式体温計など）によ
ってはチップサイズを大きくすることができず、チップ
サイズの小形化が要求される。

【０００９】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、小さなチ
ップサイズに多数の熱電対を形成することにより、赤外
線センサを高出力化し、温度分解能を高くすることにあ
る。

【００１０】

【発明の開示】請求項１に記載の赤外線センサは、基板
の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモパイ
ルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの温接
点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの冷接
点を配置した赤外線センサにおいて、温接点形成領域に
よって分離された複数の冷接点形成領域を設けたことを
特徴としている。

【００１１】また、請求項２に記載の赤外線センサは、
基板の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモ
パイルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの
温接点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの
冷接点を配置した赤外線センサにおいて、冷接点形成領
域によって分離された複数の温接点形成領域を設けたこ
とを特徴としている。

【００１２】請求項１又は２に記載した赤外線センサに
あっては、従来例よりも多数の温接点形成領域又は冷接
点形成領域を設けることができるので、その上に多数の
温接点や冷接点を形成することができる。従って、小さ
なチップサイズの基板により多数の熱電対を設けること
ができ、チップサイズを大きくすることなく、赤外線セ
ンサを高出力化することができ、赤外線センサの温度分
解能を高くすることができる。

【００１３】また、多くの温接点形成領域又は冷接点形
成領域を設けることにより、同一チップサイズであれ
ば、温接点形成領域の面積が小さくなるので、温接点形
成領域を薄膜によって形成する場合でも、温接点形成領
域の機械的強度を大きくすることができる。また、薄膜
状の温接点形成領域をエッチングによって形成する場合
にも、エッチング面積が小さくなるので、エッチング時
間を短くすることができる。

【００１４】請求項３に記載の赤外線センサは、基板の
温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモパイル
を配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの温接点
を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの冷接点
を配置した赤外線センサにおいて、前記冷接点形成領域
を屈曲または交差させて形成し、当該冷接点形成領域の
外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイルを配線したことを
特徴としている。

【００１５】また、請求項４に記載の赤外線センサは、
基板の温接点形成領域と冷接点形成領域との上にサーモ
パイルを配線し、温接点形成領域の上にサーモパイルの
温接点を配置し、冷接点形成領域の上にサーモパイルの
冷接点を配置した赤外線センサにおいて、前記温接点形
成領域を屈曲または交差させて形成し、当該温接点形成
領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイルを配線した
ことを特徴としている。

【００１６】請求項３又は４に記載の赤外線センサにあ
っては、温接点形成領域や冷接点形成領域を屈曲させた
り交差させたりしているので、温接点形成領域や冷接点
形成領域の外縁距離が長くなり、しかも、その外延のほ
ぼ全体に沿ってサーモパイルを形成しているので、多数
の温接点と冷接点を形成することができる。従って、こ
れらの赤外線センサにあっても、小さなチップサイズの
基板により多数の熱電対を設けることができ、チップサ
イズを大きくすることなく、赤外線センサを高出力化す
ることができ、赤外線センサの温度分解能を高くするこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２は本発明
の第１の実施形態にかかる赤外線センサ２１の構造を示
す平面図、図３（ａ）（ｂ）はその下面図及び断面図で
ある。この赤外線センサ２１にあっては、図３（ａ）
（ｂ）に示すように、シリコン基板２２の上面にＳｉＯ
₂やＳｉＮなどの誘電体薄膜２３を形成した後、シリコ
ン基板２２の中央部及び外周部を残してシリコン基板２
２を裏面側からエッチングし、シリコン基板２２に環状
の空洞部２４を形成している。この際、シリコン基板２
２だけが選択的にエッチングされ、誘電体薄膜２３はエ
ッチングされないので、空洞部２４内の天面には誘電体
薄膜２３が露出する（以下、誘電体薄膜２３の、空洞部
２４内で露出している温接点形成領域を熱絶縁性薄膜２
５という。）。よって、シリコン基板２２の中央部には
中央ヒートシンク２６（シリコン基板２２と誘電体薄膜
２３からなる冷接点形成領域）が形成され、外周部には
外周側ヒートシンク２７（シリコン基板２２と誘電体薄
膜２３からなる冷接点形成領域）が形成され、中央ヒー
トシンク２６と外周側ヒートシンク２７は断面がテーパ
状をした空洞部２４によって分離される。なお、熱絶縁
性薄膜２５は、熱容量を小さくするため数ミクロンの厚
みにしている。

【００１８】図２に示すように、熱絶縁性薄膜２５を経
て外周側ヒートシンク２７と中央ヒートシンク２６の間
には、第１熱電材料２８と第２熱電材料２９を交互に配
線して、ジグザグパターンのサーモパイル３０が形成さ
れている。第１熱電材料２８と第２熱電材料２９は外周
側ヒートシンク２７上で接合されて熱電対の冷接点３１
が形成され、また熱絶縁性薄膜２５上で接合されて温接
点３２が形成され、さらに中央ヒートシンク２６上でも
接合されて冷接点３１が形成されている。こうして、多
数の熱電対が直列に接続された温度計測用のサーモパイ
ル３０が、熱絶縁性薄膜２５に沿ってジグザグに配線さ
れており、サーモパイル３０の両端にはそれぞれ電極３
３が設けられている。さらに、熱絶縁性薄膜２５に沿っ
てＡｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３４を設
け、各温接点３２を赤外線吸収体３４によって覆ってい
る。

【００１９】上記赤外線センサ２１に赤外線が入射する
と、温接点３２上に形成された赤外線吸収体３４に赤外
線が吸収されて熱に変換される。そして、中央ヒートシ
ンク２６及び外周側ヒートシンク２７上に形成された冷
接点３１と熱絶縁性薄膜２５上に形成された温接点３２
に温度差が生じることでサーモパイル３０の電極３３間
に起電力が出力される。

【００２０】従来例のような構造の赤外線センサ１で
は、サーモパイル９の直線パターン部分１本当たりで温
接点３２と冷接点３１がそれぞれ０.５個しか設けるこ
とができなかったが、この赤外線センサ２１では、空洞
部２４で分離されたヒートシンク（中央ヒートシンク２
６、外周側ヒートシンク２７）を２つ設けることによ
り、サーモパイル３０の直線パターン部分１本当たりで
温接点３２と冷接点３１をいずれも１個設けることがで
き、２倍の熱電対密度を実現することができる。よっ
て、小さなチップサイズに多数の熱電対を設けることが
でき、チップサイズを大きくすることなく、赤外線セン
サ２１を高出力化することができ、赤外線センサ２１の
温度分解能を高くすることができる。

【００２１】（第２の実施形態）図４（ａ）（ｂ）は本
発明の第２の実施形態にかかる赤外線センサ４１の構造
を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ４１
にあっても、シリコン基板２２の中央部及び外周部を残
してシリコン基板２２を裏面側からエッチングし、環状
に開口した空洞部２４の天面に熱絶縁性薄膜２５を露出
させている。すなわち、シリコン基板２２の形状は、第
１の実施形態と同じで、空洞部２４によって中央ヒート
シンク２６と外周側ヒートシンク２７が分離されてい
る。

【００２２】この赤外線センサ４１においては、外周側
ヒートシンク２７の上面と熱絶縁性薄膜２５との間に、
第１熱電材料２８と第２熱電材料２９を交互に配線して
ジグザグパターンのサーモパイル３０が形成されてい
る。このサーモパイル３０の第１熱電材料２８と第２熱
電材料２９は外周側ヒートシンク２７上で接合されて冷
接点３１が形成され、熱絶縁性薄膜２５上で接合されて
温接点３２が形成されている。また、中央ヒートシンク
２６の上面と熱絶縁性薄膜２５との間にも、第１熱電材
料２８と第２熱電材料２９を交互に配線してジグザグパ
ターンのサーモパイル３０が形成されている。このサー
モパイル３０の第１熱電材料２８と第２熱電材料２９は
中央ヒートシンク２６上で接合されて冷接点３１が形成
され、熱絶縁性薄膜２５上で接合されて温接点３２が形
成されている。こうして熱絶縁性薄膜２５の外周部に沿
って環状に配置されたサーモパイル３０と熱絶縁性薄膜
２５の内周部に沿って環状に配置されたサーモパイル３
０とは端部を直列に接続され、その両端にはそれぞれ電
極３３が設けられている。さらに、熱絶縁性薄膜２５に
沿ってＡｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３４
を設け、各温接点３２を赤外線吸収体３４によって覆っ
ている。

【００２３】このようなパターンのサーモパイル３０を
有する赤外線センサ４１でも、第１の実施形態の赤外線
センサ４１と同じ密度で温接点３２及び冷接点３１を形
成することができ、赤外線センサ４１を高出力化するこ
とができる。

【００２４】（第３の実施形態）図５は本発明の第３の
実施形態にかかる赤外線センサ４２の構造を示す平面
図、図６（ａ）（ｂ）はその下面図及び断面図である。
この赤外線センサ４２にあっては、シリコン基板２２の
上面に誘電体薄膜２３を形成した後、シリコン基板２２
の内周部及び外周部を残してシリコン基板２２を裏面側
からエッチングし、シリコン基板２２の中央部を矩形状
に開口すると共にその周囲を環状に開口している。従っ
て、シリコン基板２２の中央部には矩形状の空洞部２４
ａが形成され、その外側に内周側ヒートシンク２７ａが
形成され、その外側に環状の空洞部２４ｂが形成され、
その外側に外周側ヒートシンク２７ｂが形成されてい
る。また、シリコン基板２２のみが選択的にエッチング
され、誘電体薄膜２３はエッチングされないので、シリ
コン基板２２の中央部に形成された空洞部２４ａとその
外周側の空洞部２４ｂにはそれぞれ熱絶縁性薄膜２５
ａ、２５ｂが露出している。

【００２５】図５に示すように、この赤外線センサ４２
においては、外周側ヒートシンク２７ｂの上方と外周側
の熱絶縁性薄膜２５ｂとの間に、第１熱電材料２８と第
２熱電材料２９を交互に配線してジグザグパターンのサ
ーモパイル３０が形成される。このサーモパイル３０の
第１熱電材料２８と第２熱電材料２９は外周側ヒートシ
ンク２７ｂ上で接合されて冷接点３１が形成され、熱絶
縁性薄膜２５ｂ上で接合されて温接点３２が形成され
る。また、熱絶縁性薄膜２５ｂと内周側ヒートシンク２
７ａの上方との間には、第１熱電材料２８と第２熱電材
料２９を交互に配線してジグザグパターンのサーモパイ
ル３０が形成されている。このサーモパイル３０の第１
熱電材料２８と第２熱電材料２９は内周側ヒートシンク
２７ａ上で接合されて冷接点３１が形成され、熱絶縁性
薄膜２５ｂ上で接合されて温接点３２が形成されてい
る。さらに、内周側ヒートシンク２７ａの上方と中央の
熱絶縁性薄膜２５ａの間には、第１熱電材料２８と第２
熱電材料２９を交互に配線してジグザグパターンのサー
モパイル３０が形成されている。このサーモパイル３０
の第１熱電材料２８と第２熱電材料２９は内周側ヒート
シンク２７ａ上で接合されて冷接点３１が形成され、熱
絶縁性薄膜２５ａ上で接合されて温接点３２が形成され
ている。

【００２６】こうして熱絶縁性薄膜２５ｂの外周部に沿
って環状に配置されたサーモパイル３０と、熱絶縁性薄
膜２５ｂの内周部に沿って環状に配置されたサーモパイ
ル３０と、熱絶縁性薄膜２５ａの周囲に沿って環状に配
置されたサーモパイル３０とは直列に接続され、これら
の両端部にはそれぞれ電極３３が設けられている。さら
に、それぞれの熱絶縁性薄膜２５ａに沿ってＡｕ、Ｂｉ
等の金属黒からなる赤外線吸収体３４を設け、各温接点
３２を赤外線吸収体３４によって覆っている。

【００２７】このような構造の赤外線センサ４２では、
より一層温接点３２及び冷接点３１の密度を大きくする
ことができ、赤外線センサ４２を一層高出力化すること
ができる。

【００２８】（第４の実施形態）図７（ａ）（ｂ）は本
発明の第４の実施形態にかかる赤外線センサ４３の構造
を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ４３
にあっては、上面に誘電体薄膜２３を形成されたシリコ
ン基板２２の形状は、第３の実施形態で用いたものと同
じものであるが、サーモパイル３０のパターンは第３の
実施形態とは異なっている。すなわち、この赤外線セン
サ４３では、外周側ヒートシンク２７ｂと中心の熱絶縁
性薄膜２５ａ、内周側ヒートシンク２７ａまたは外周側
の熱絶縁性薄膜２５ｂとの間に、第１熱電材料２８と第
２熱電材料２９を交互に配線して、ジグザグパターンの
サーモパイル３０を形成している。そして、第１熱電材
料２８と第２熱電材料２９は外周側及び内周側ヒートシ
ンク２７ｂ、２７ａ上で接合されて熱電対の冷接点３１
を形成され、両熱絶縁性薄膜２５ａ、２５ｂで接合され
て温接点３２が形成されている。この冷接点３１及び温
接点３２は、図７（ａ）（ｂ）に示されているように、
サーモパイル３０が外周側の熱絶縁性薄膜２５ｂや内周
側ヒートシンク２７ａを通過する位置でも形成されてい
る。そして、ジグザグに配線されたサーモパイル３０の
両端にはそれぞれ電極３３が設けられている。さらに、
中心及び外周側の各熱絶縁性薄膜２５ａ、２５ｂの上に
は、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３４を
設け、各温接点３２を赤外線吸収体３４によって覆って
いる。

【００２９】従って、図７（ａ）から分かるように、冷
接点及び温接点密度の大きな赤外線センサ４３を製作す
ることができる。

【００３０】（第５の実施形態）図８は本発明の第５の
実施形態にかかる赤外線センサ４４の構造を示す平面
図、図９（ａ）（ｂ）はその下面図及び断面図である。
この赤外線センサ４４にあっては、上面に誘電体薄膜２
３を形成されたシリコン基板２２を下面側からコ字形に
エッチングして空洞部２４を形成し、空洞部２４の天面
に熱絶縁性薄膜２５を露出させている。

【００３１】ヒートシンク４５と熱絶縁性薄膜２５との
間には、第１熱電材料２８と第２熱電材料２９を交互に
配線してジグザグパターンのサーモパイル３０が形成さ
れている。サーモパイル３０の第１熱電材料２８と第２
熱電材料２９はヒートシンク４５上で接合されて冷接点
３１が形成され、熱絶縁性薄膜２５上で接合されて温接
点３２が形成されている。こうして熱絶縁性薄膜２５の
外周部に沿ってジグザグに配置されたサーモパイル３０
の両端にはそれぞれ電極３３が設けられている。さら
に、熱絶縁性薄膜２５に沿ってＡｕ、Ｂｉ等の金属黒か
らなる赤外線吸収体３４を設け、各温接点３２を赤外線
吸収体３４によって覆っている。

【００３２】この実施態様にあっては、コ字形に屈曲し
た空洞部２４の縁に沿ってサーモパイル３０を形成して
いるので、サーモパイル３０を形成する沿線距離が長く
なり、小さなチップサイズに多数の温接点３２と冷接点
３１を形成することができ、赤外線センサ４４の高出力
化を図ることができる。

【００３３】この実施形態では、コ字形をした空洞部２
４の外周部と内周部にサーモパイル３０を設けているの
で、冷接点３１及び温接点３２の密度を大きくすること
ができる。

【００３４】なお、空洞部２４はコ字形に限らず、Ｔ字
形や十文字形などにしてもよい（図示せず）。

【００３５】（第６の実施形態）図１０は本発明の第６
の実施形態にかかる赤外線センサ４６の構造を示す平面
図、図１１（ａ）（ｂ）はその下面図及び断面図であ
る。この赤外線センサ４６にあっては、上面に誘電体薄
膜２３を形成されたシリコン基板２２を下面側からエッ
チングして矩形状をした空洞部２４を複数個格子状に配
列し、各空洞部２４の天面に熱絶縁性薄膜２５を露出さ
せている。

【００３６】各空洞部２４の周囲において、ヒートシン
ク４５と熱絶縁性薄膜２５との間に、第１熱電材料２８
と第２熱電材料２９を交互に配線してジグザグパターン
のサーモパイル３０が形成されている。このサーモパイ
ル３０の第１熱電材料２８と第２熱電材料２９はヒート
シンク４５上で接合されて冷接点３１が形成され、熱絶
縁性薄膜２５で接合されて温接点３２が形成されてい
る。こうして各熱絶縁性薄膜２５の周囲にジグザグに形
成された各サーモパイル３０は直列に接続され、直列に
接続されたサーモパイル３０全体の両端にはそれぞれ電
極３３が設けられている。さらに、各熱絶縁性薄膜２５
の上方にＡｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３
４を設け、各温接点３２を赤外線吸収体３４によって覆
っている。

【００３７】この実施態様にあっては、多数の空洞部２
４を設けているので、小さなチップサイズに多数の温接
点３２と冷接点３１を形成することができ、赤外線セン
サ４６の高出力化を図ることができる。

【００３８】（第７の実施形態）図１２は本発明の第７
の実施形態にかかる赤外線センサ４７の構造を示す平面
図、図１３（ａ）（ｂ）はその下面図及び断面図であ
る。この赤外線センサ４７にあっては、上面に誘電体薄
膜２３を形成されたシリコン基板２２を下面側からエッ
チングして長方形状をした空洞部２４を複数個横並びに
配列し、各空洞部２４の天面に熱絶縁性薄膜２５を露出
させている。

【００３９】各空洞部２４の周囲において、ヒートシン
ク４５と熱絶縁性薄膜２５との間に、第１熱電材料２８
と第２熱電材料２９を交互に配線してジグザグパターン
のサーモパイル３０が形成されている。このサーモパイ
ル３０の第１熱電材料２８と第２熱電材料２９はヒート
シンク４５上で接合されて冷接点３１が形成され、熱絶
縁性薄膜２５で接合されて温接点３２が形成されてい
る。こうして各熱絶縁性薄膜２５の周囲にジグザグに形
成された各サーモパイル３０は直列に接続され、直列に
接続されたサーモパイル３０全体の両端にはそれぞれ電
極３３が設けられている。さらに、各熱絶縁性薄膜２５
の上方にＡｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３
４を設け、各温接点３２を赤外線吸収体３４によって覆
っている。

【００４０】この実施態様にあっても、多数の空洞部２
４を設けているので、小さなチップサイズに多数の温接
点３２と冷接点３１を形成することができ、赤外線セン
サ４７の高出力化を図ることができる。

【００４１】（第８の実施形態）図１４（ａ）（ｂ）は
本発明の第８の実施形態にかかる赤外線センサ４８の構
造を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ４
８にあっては、上面に誘電体薄膜２３を形成されたシリ
コン基板２２の形状は、第７の実施形態で用いたものと
同じものであるが、サーモパイル３０のパターンは第７
の実施形態とは異なっている。すなわち、この赤外線セ
ンサ４８では、中間の熱絶縁性薄膜２５やヒートシンク
４５を通過して左端の熱絶縁性薄膜２５と右端の熱絶縁
性薄膜２５との間に、第１熱電材料２８と第２熱電材料
２９を交互に配線して、ジグザグパターンのサーモパイ
ル３０を形成している。そして、第１熱電材料２８と第
２熱電材料２９はヒートシンク４５上で接合されて熱電
対の冷接点３１を形成され、各熱絶縁性薄膜２５で接合
されて温接点３２が形成されている。そして、ジグザグ
に配線されたサーモパイル３０の両端にはそれぞれ電極
３３が設けられている。さらに、中心及び外周側の各熱
絶縁性薄膜２５の上には、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からな
る赤外線吸収体３４を設け、各温接点３２を赤外線吸収
体３４によって覆っている。

【００４２】従って、この実施形態でも大きな冷接点３
１及び温接点３２密度の赤外線センサ４８を製作するこ
とができる。

【００４３】（第９の実施形態）図１５（ａ）（ｂ）は
本発明の第９の実施形態にかかる赤外線センサ４９の構
造を示す平面図及び断面図である。この赤外線センサ４
９は、第８の実施形態の変形であって、シリコン基板２
２の縦方向又は横方向に対して斜め４５度に傾斜した方
向に延びた空洞部２４を設け、サーモパイル３０も斜め
４５度の方向に沿って配線している。

【００４４】なお、図１５〜図１９においては、サーモ
パイル３０、冷接点３１及び温接点３２は模式的に表わ
している。

【００４５】（第１０の実施形態）図１６（ａ）（ｂ）
は本発明の第１０の実施形態にかかる赤外線センサ５０
の構造を示す平面図及び断面図である。この赤外線セン
サ５０にあっては、シリコン基板２２の上面に誘電体薄
膜２３を設け、誘電体薄膜２３に部分的にエッチング用
孔５２を開口し、エッチング用孔５２を介してシリコン
基板２２上面をエッチングすることにより、シリコン基
板２２上面に環状の凹部５１を形成し、凹部５１の上に
熱絶縁性薄膜２５を形成している。従って、シリコン基
板２２の上面では、中央ヒートシンク２６の外側に環状
の凹部５１が形成され、凹部５１の外側に外周側ヒート
シンク２７が形成されている。

【００４６】外周側ヒートシンク２７の上方と熱絶縁性
薄膜２５との間には、第１熱電材料２８と第２熱電材料
２９を交互に配線してジグザグパターンのサーモパイル
３０が形成される。このサーモパイル３０の第１熱電材
料２８と第２熱電材料２９は外周側ヒートシンク２７上
で接合されて冷接点３１が形成され、熱絶縁性薄膜２５
上で接合されて温接点３２が形成されている。また、熱
絶縁性薄膜２５上と中央ヒートシンク２６の上方との間
には、第１熱電材料２８と第２熱電材料２９を交互に配
線してジグザグパターンのサーモパイル３０が形成され
ている。このサーモパイル３０の第１熱電材料２８と第
２熱電材料２９は中央ヒートシンク２６上で接合されて
冷接点３１が形成され、熱絶縁性薄膜２５上で接合され
て温接点３２が形成されている。ジグザグに配線された
サーモパイル３０の両端にはそれぞれ電極３３が設けら
れている。さらに、熱絶縁性薄膜２５の上には、Ａｕ、
Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体３４を設け、各温
接点３２を赤外線吸収体３４によって覆っている。

【００４７】この実施形態にあっては、シリコン基板２
２を上面側からエッチングして凹部５１を形成するよう
にしているので、全体の製造工程をシリコン基板２２の
上面側からのみ行なうことができ、製造工程を簡略化す
ることができる。

【００４８】（第１１の実施形態）図１７（ａ）（ｂ）
は本発明の第１１の実施形態にかかる赤外線センサ５３
の構造を示す平面図及び断面図である。この赤外線セン
サ５３にあっては、図１８（ｂ）に示すように、上面に
誘電体薄膜２３を形成されたシリコン基板２２の中央部
及び外周部を残してシリコン基板２２を裏面側からエッ
チングし、シリコン基板２２に環状の空洞部２４を形成
している。よって、中央ヒートシンク２６の外周に熱絶
縁性薄膜２５が形成され、その外側に外周側ヒートシン
ク２７が形成される。さらに、図１８（ａ）に示すよう
に、誘電体薄膜２３にあけたエッチング用孔（図示せ
ず）から中央ヒートシンク２６内をエッチングして凹部
５１を形成し、凹部５１の上面にも熱絶縁性薄膜２５を
形成している。

【００４９】サーモパイルは、図１７（ａ）（ｂ）では
図４（ａ）と同様なパターンのものを示しているが、図
２（ａ）と同様なパターンとしてもよい。

【００５０】この実施形態のように、上面側からエッチ
ングした凹部５１と下面側からエッチングした空洞部２
４とを組合わせれば、側面のテーパー方向が互いに逆に
なるので、シリコン基板をより小さくすることができ
る。

【００５１】（第１２の実施形態）図１９（ａ）（ｂ）
は本発明の第１２の実施形態にかかる赤外線センサ５４
の構造を示す下面図及び断面図である。この赤外線セン
サ５４にあっては、上面に誘電体薄膜２３を形成された
シリコン基板２２の中央部及び外周部を残してシリコン
基板２２を表面側及び裏面側からエッチングし、シリコ
ン基板２２に環状の空洞部２４を形成している。よっ
て、中央ヒートシンク２６の外周に熱絶縁性薄膜２５が
形成され、その外側に外周側ヒートシンク２７が形成さ
れる。サーモパイル３０のパターンは図示していない
が、上記実施形態のいずれのパターンと同様なパターン
を用いてもよい。

【００５２】この実施形態では、表面側と裏面側とから
エッチングして空洞部２４を形成しているので、エッチ
ング時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は、従来のサーモパイル型赤外線
センサの構造を示す平面図及び断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施形態による
赤外線センサを示す平面図及び断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は本発明の第４の実施形態による
赤外線センサを示す平面図及び断面図である。

【図８】本発明の第５の実施形態による赤外線センサを
示す平面図である。

【図９】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態による赤外線セ
ンサの下面図及び断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態による赤外線センサ
を示す平面図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態による赤外線
センサの下面図及び断面図である。

【図１２】本発明の第７の実施形態による赤外線センサ
を示す平面図である。

【図１３】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態による赤外線
センサの下面図及び断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）は本発明の第８の実施形態によ
る赤外線センサを示す平面図及び断面図である。

【図１５】（ａ）は本発明の第９の実施形態による赤外
線センサを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図である。

【図１６】（ａ）（ｂ）は本発明の第１０の実施形態に
よる赤外線センサを示す平面図及び断面図である。

【図１７】（ａ）（ｂ）は本発明の第１１の実施形態に
よる赤外線センサを示す平面図及び断面図である。

【図１８】（ａ）（ｂ）は同上の赤外線センサに用いら
れているシリコン基板の平面図及び下面図である。

【図１９】（ａ）（ｂ）は本発明の第１２の実施形態に
よる赤外線センサを示す下面図及び断面図である。

【符号の説明】

２２シリコン基板２４空洞２５、２５ａ、２５ｂ熱絶縁性薄膜２６中央ヒートシンク２７、２７ｂ外周側ヒートシンク２７ａ内周側ヒートシンク３０サーモパイル３１冷接点３２温接点３４サーモパイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者椎木正和京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者團野幹史京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者佐々木昌京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 2G065 AB02 BA11 BA12 BA13 BA14 DA20 2G066 AC13 BA01 BA08 BA09 BA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の温接点形成領域と冷接点形成領域
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、温接点形成領域によって分離された複数の冷接点形成領
域を設けたことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】基板の温接点形成領域と冷接点形成領域
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、冷接点形成領域によって分離された複数の温接点形成領
域を設けたことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項３】基板の温接点形成領域と冷接点形成領域
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、前記冷接点形成領域を屈曲または交差させて形成し、当
該冷接点形成領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイ
ルを配線したことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項４】基板の温接点形成領域と冷接点形成領域
との上にサーモパイルを配線し、温接点形成領域の上に
サーモパイルの温接点を配置し、冷接点形成領域の上に
サーモパイルの冷接点を配置した赤外線センサにおい
て、前記温接点形成領域を屈曲または交差させて形成し、当
該温接点形成領域の外縁のほぼ全体に沿ってサーモパイ
ルを配線したことを特徴とする赤外線センサ。