JP2001174323A

JP2001174323A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JP2001174323A
Application number: JP35826399A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Shirakawa; 幸彦白川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線検出装置の小型化、低コスト化、高精
度化を可能にする。【解決手段】赤外線検出装置は、熱伝導率が大きく、
絶縁性の基板２０１を備えている。基板２０１には、上
面における端部近傍の位置から側部を経て下面における
端部近傍の位置にかけて複数の端部電極２０２が設けら
れている。基板２０１の上面には、端部電極２０２に接
続された配線部２０３が設けられている。基板２０１の
上面には、表面実装型の赤外線検出器２０５と、基準温
度として基板２０１の温度を検出する温度センサ素子２
０６とが搭載されている。赤外線検出器２０５と温度セ
ンサ素子２０６の各端子は、直接、あるいは配線部２０
３を介して端部電極２０２に電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱型の赤外線検出
器を含む赤外線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線を検出する赤外線検出器には、赤
外線を熱に変換しその熱を検出することによって、間接
的に赤外線を検出する熱型赤外線検出器と、電磁波であ
る赤外線を直接、量子効果を利用して検出する半導体赤
外線検出器とがある。熱型赤外線検出器は、半導体赤外
線検出器と比較して、冷却が不要であることから低コス
トな赤外線検出器として広く用いられている。熱型赤外
線検出器としては、焦電センサ、サーモパイル、感温抵
抗型ボロメータ等が知られている。

【０００３】近年、いわゆるマイクロマシーニング技術
を用い、これらの熱型赤外線検出器を小型化、高感度化
することが試みられている。すなわち、マイクロマシー
ニング技術を用い、基板上に微小な赤外線検出素子部を
その熱容量が小さく、熱抵抗が大きくなるように構成
し、検出対象である赤外線による赤外線検出素子部の温
度変化を大きくすることによって、赤外線検出器の高感
度化、小型化が図られている。

【０００４】例えば、電気学会論文誌，Vol.118-E,No.9
(1998年),第393〜400ページには、赤外線検出素子とし
てショットキーバリアダイオードを用い、シリコン基板
自体をパッケージとした表面実装型のボロメータ型の赤
外線検出器（以下、第１の従来例の赤外線検出器と言
う。）が開示されている。

【０００５】また、特開平６−７４８２０号公報や、特
開平６−２１３７２４号公報には、シリコン基板自体を
パッケージとし、フレキシブルプリント基板を用いて外
部に信号を取り出すように構成された、いわゆるマイク
ロエアブリッジ型の赤外線検出器（以下、第２の従来例
の赤外線検出器と言う。）が開示されている。

【０００６】このように、マイクロマシーニング技術を
用いれば、従来はＴＯ−５等の金属ケースに封入されて
いた赤外線検出器を、赤外線検出素子が形成される基板
自体をパッケージとして表面実装が可能な小型センサと
して実現できるようになってきた。

【０００７】ところで、熱型赤外線検出器は、検出器に
入射する赤外線と、検出器自体が放射する赤外線の差分
を検出部の温度変化として検出し、出力する。従って、
熱型赤外線検出器は、赤外線検出器内の温度が、周辺雰
囲気温度の急変により変化した場合、特に検出器内部に
過渡的な温度分布が生じた場合に、偽信号を出力してし
まう。このため、熱型赤外線検出器において、入射赤外
線量を正確に測定するためには、赤外線検出器自体の温
度を周辺温度の急変に対して安定化させ、また赤外線検
出器自身の温度を別の方法で検出する必要がある。

【０００８】このため、従来は、赤外線検出器自体を銅
の金属ホルダに嵌め込み、熱容量を増大させることによ
って、赤外線検出器自体の温度を周辺温度の急変に対し
て安定化させるようにしていた。このような構成の場
合、赤外線検出器の近傍にサーミスタ等の温度センサを
熱的に十分に結合するように近接して配置して、赤外線
検出器自身の温度を測定する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の赤外線検出器では、いずれも、実際にデバ
イスとして実用化する上で、小型化、低コスト化を図る
ことが難しいという問題点があった。

【００１０】例えば、第１の従来例の赤外線検出器は、
赤外線検出器自体が表面実装型パッケージとなるため、
プリント配線基板に直接実装することが可能である。し
かし、赤外線検出器本体が極めて小型であり、熱容量が
小さいため、周辺温度が急変した場合には、赤外線検出
器本体の温度変化が急激となり、赤外線検出器が誤信号
を発生する可能性がある。

【００１１】また、第１の従来例の赤外線検出器では、
赤外線検出器本体が単結晶シリコン基板によって構成さ
れているが、シリコンは劈開性があり機械的強度に欠け
るため、赤外線検出器本体の機械的強度が弱い。そのた
め、このような赤外線検出器は、プリント配線基板に実
装する際のハンドリングでチッピングを起こす可能性が
あり、またプリント配線基板のそり等の変形が著しい場
合には破損する可能性がある。

【００１２】また、第１の従来例の赤外線検出器を用い
る場合には、赤外線検出器本体の温度を検出するための
温度センサを、赤外線検出器と同様にプリント配線基板
上に配置する必要がある。しかしながら、プリント配線
基板は、通常、熱伝導率が非常に小さいため、赤外線検
出器と温度センサとを熱的に良好に結合することは期待
できない。そのため、プリント配線基板上に赤外線検出
器と温度センサを配置した場合には、周辺温度変化時に
赤外線検出器本体の真の温度と温度センサによる温度測
定値に差が生じ、赤外線検出の誤差を生じてしまう。

【００１３】また、第１の従来例の赤外線検出器では、
シリコン基板自体を表面実装型パッケージとする方法と
して、以下のような方法を用いている。すなわち、この
方法では、赤外線検出素子を形成するシリコン基板の裏
面から異方性エッチング法を用いてシリコン基板の表面
に貫通する断面がＶ字状の孔を空け、この孔に熱酸化法
により酸化シリコンの絶縁膜を形成し、更に基板の裏面
からスパッタ法により金属膜を形成する。次に、基板の
貫通部における酸化膜をドライエッチング法で除去し、
その部分に基板の表面側から金属膜を形成し、最後に、
半田浴槽にディピングして、Ｖ字状の孔に導電体を埋め
込む。このように、第１の従来例の赤外線検出器では、
工数が極めて多くコストの高い方法で、シリコン基板自
体を表面実装型パッケージとしているため、コストが高
くなる。

【００１４】一方、第２の従来例の赤外線検出器では、
赤外線検出器の熱容量を増大させる目的で金属のホルダ
を用いている。しかし、このため、赤外線検出器の信号
を外部に取り出すための配線部を、フレキシブルプリン
ト基板を用いて赤外線検出器とは別個に設ける必要があ
る。金属のホルダのような金属の加工部品やフレキシブ
ルプリント基板は非常にコストが高いため、第２の従来
例の赤外線検出器では低コスト化が難しい。

【００１５】また、フレキシブルプリント基板を用いて
赤外線検出器の信号を外部に取り出すための配線部を構
成する方法では、フレキシブルプリント基板を小型の赤
外線検出器に取り付ける工程に手間がかかるため、コス
トが高くなりやすい。また、この方法では、赤外線検出
器に対するフレキシブルプリント基板の取り付け強度を
大きくすることが難しいため、信頼性に欠ける。しか
も、配線部と金属のホルダとの間の電気的絶縁に注意を
払わなければならないため、組み立てに手間がかかる。

【００１６】また、第２の従来例の赤外線検出器によっ
て入射赤外線の強度を測定するためには、赤外線検出器
自体の温度を測定しなければならない。そのためには、
赤外線検出器の近傍にサーミスタ等の温度センサを別付
けで設ける必要がある。この温度センサは、金属のホル
ダに対して熱的に密に且つ電気的に絶縁された状態で接
触させなければならない。しかし、このような構成は、
組み立ての工数や配線の手間が多くなるため、実用的で
はない。

【００１７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、小型化、低コスト化、高精度化を可
能とした赤外線検出装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出装置
は、高熱伝導率で且つ絶縁性の基板と、基板上に搭載さ
れた表面実装型の赤外線検出器と、基板上に搭載され、
基板の温度を検出する温度センサ素子と、基板に形成さ
れ、赤外線検出器および温度センサ素子の出力信号を外
部に取り出すための電極とを備えたものである。

【００１９】本発明の赤外線検出装置では、高熱伝導率
で且つ絶縁性の基板を介して、赤外線検出器と温度セン
サ素子とが熱的に密に結合する。

【００２０】本発明の赤外線検出装置は、更に、基板上
に実装された回路素子を備えていてもよい。

【００２１】また、本発明の赤外線検出装置において、
赤外線検出器は、互いに対向するように配置され接合さ
れた第１の基板部と第２の基板部とを備え、第１の基板
部は、第２の基板部と対向する一方の面において開口す
る空洞部が形成された第１の基板と、第１の基板の一方
の面側において空洞部上に配置された赤外線検出素子
と、第１の基板の一方の面に形成された、赤外線検出素
子の出力信号を外部に取り出すための突起状電極とを有
し、第２の基板部は、赤外線検出素子に対向する部分に
空洞部が形成され、突起状電極に対向する部分において
貫通する接続孔が形成され、第１の基板に対して対向す
るように配置され接合された絶縁性の第２の基板と、接
続孔に埋め込まれた導電性物質よりなり、突起状電極に
電気的に接続された導電部とを有していてもよい。

【００２２】また、第１の基板は赤外線透過性を有し、
第１の基板の空洞部は、第１の基板を貫通せずに、一方
の面においてのみ開口していてもよい。この場合、第１
の基板は（１００）面方位の単結晶シリコンからなり、
第１の基板の空洞部は異方性エッチングによって形成さ
れていてもよい。

【００２３】また、第１の基板の空洞部は第１の基板を
貫通し、赤外線検出器は、更に、第１の基板の第２の基
板部とは反対側に配置され接合された赤外線透過性を有
する第３の基板を備えていてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施の形態に係る赤外線検出装置の構成を示す断面図で
ある。本実施の形態に係る赤外線検出装置は、熱伝導率
が大きく、絶縁性の基板２０１を備えている。この基板
２０１には、上面における端部近傍の位置から側部を経
て下面における端部近傍の位置にかけて、後述する赤外
線検出器および温度センサ素子の出力信号を外部に取り
出すための複数の端部電極２０２が設けられている。ま
た、基板２０１の上面には、導電性の材料よりなり、端
部電極２０２に接続された配線部２０３が設けられてい
る。

【００２５】また、基板２０１の上面には、表面実装型
の赤外線検出器２０５と、基準温度として基板２０１の
温度を検出する温度センサ素子２０６とが搭載されてい
る。赤外線検出器２０５と温度センサ素子２０６は、そ
れぞれ複数の端子を有している。各端子は、直接、ある
いは配線部２０３を介して端部電極２０２に電気的に接
続されている。

【００２６】本実施の形態に係る赤外線検出装置の製造
過程では、赤外線検出器２０５および温度センサ素子２
０６が基板２０１の上面に対して表面実装された後に、
赤外線検出器２０５および温度センサ素子２０６と基板
２０１との機械的接着および熱的結合を良くするために
アンダーフィル樹脂２０７が塗布される。更に、必要に
応じて絶縁性樹脂２０８によって全体がコーティングさ
れる。

【００２７】基板２０１は、機械的強度に優れ、熱伝導
率が大きく、高絶縁性を有し、上面、下面および側面に
端部電極２０２と配線部２０３を形成できるものであれ
ばよい。基板２０１としては、例えば、アルミナ系セラ
ミックス基板、窒化アルミニウムセラミックス基板、ア
ルミニウム板にアルマイト処理を施した基板が用いられ
る。

【００２８】基板２０１としてセラミックス基板を用い
る場合には、端部電極２０２および配線部２０３は、例
えば、印刷法により導電性ペーストのパターンを形成す
る公知の方法によって容易に形成することができる。基
板２０１として、アルミニウム板にアルマイト処理を施
した基板を用いる場合には、端部電極２０２および配線
部２０３は、例えば、アルマイト処理後に基板に銅箔を
接着し、この銅箔をエッチング等の手法によりパターニ
ングすることによって形成することができる。

【００２９】基板２０１の厚さとしては、０．５〜３ｍ
ｍ程度が、基板内部の熱的均一性および機械的強度の面
で良好な特性が得られるため、望ましい。

【００３０】アンダーフィル樹脂２０７としては、ＬＳ
Ｉのフリップチップ実装に用いられるエポキシ系樹脂を
用いたり、赤外線検出器２０５や温度センサ素子２０６
と端部電極２０２や配線部２０３との電気的接続を兼ね
るように異方性導電ペーストを用いることができる。

【００３１】温度センサ素子２０６としては、表面実装
型ＮＴＣチップサーミスターが、熱応答性、精度、信頼
性に優れているので、好ましい。

【００３２】また、基板２０１の表面保護および赤外線
検出器２０５、温度センサ素子２０６の保護用として、
基板２０１表面の全面に、絶縁性樹脂２０８をディスペ
ンサー等で塗布することが好ましい。この絶縁性樹脂２
０８としては、良熱伝導性フィラーを分散させた高熱伝
導性絶縁樹脂を用いることが、赤外線検出器と温度セン
サ素子、絶縁性基板間の熱的結合性を良好にすることが
できるので、望ましい。この場合、赤外線検出器２０５
の赤外線検出面２０５ａにはこの樹脂が付着しないよう
に塗布する必要がある。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態に係る
赤外線検出装置では、高熱伝導性且つ絶縁性の基板２０
１の上に、熱的に密に赤外線検出器２０５と基準温度検
出用の温度センサ素子２０６が実装されている。従っ
て、本実施の形態に係る赤外線検出装置によれば、プリ
ント基板等に直接、赤外線検出器２０５と温度センサ素
子２０６を実装する場合に比較して、周辺温度変化時の
赤外線検出器２０５と温度センサ素子２０６の温度差が
小さくなり、高精度な赤外線検出が可能になる。

【００３４】また、本実施の形態によれば、基板２０１
と赤外線検出器２０５が熱的に良好に結合し、全体とし
て熱容量が大きくなるため、周辺温度変化時における過
渡的な温度変化が緩やかになり、赤外線検出器２０５の
温度変化による偽信号の発生を防止することができる。

【００３５】ところで、赤外線検出素子が配置される基
板としてシリコン等の単結晶基板が用いられた赤外線検
出器は、機械的強度が弱い。そのため、このような赤外
線検出器は、それ自体を表面実装部品として用いた場
合、チッピング等の問題が生じやすく、ハンドリングが
困難であり、またプリント基板のそり等による破損の可
能性がある。しかし、本実施の形態に係る赤外線検出装
置では、赤外線検出器２０５が機械的強度の大きい基板
２０１上に実装されているため、このような問題が生じ
ない。

【００３６】また、基板２０１として、セラミックス基
板や、アルミニウム板にアルマイト処理を施した基板を
用いた場合には、基板２０１を低コストで実現できると
共に、基板２０１に容易に端部電極２０２および配線部
２０３を形成できる。従って、金属ホルダとフレキシブ
ルプリント基板とを用いる従来のパッケージングの問題
を解決することができる。

【００３７】また、本実施の形態によれば、高熱伝導性
且つ絶縁性の基板２０１上に赤外線検出器２０５と温度
センサ素子２０６とを実装して赤外線検出装置を構成し
ているので、赤外線検出装置の小型化が可能になる。ま
た、このようにして構成された赤外線検出装置自体を、
表面実装型電子部品として取り扱うことが可能になるた
め、赤外線検出装置のハンドリングやプリント基板への
実装等が容易になり、信頼性が向上し、低コスト化を図
ることができる。

【００３８】なお、本実施の形態において、図２に示し
たように、基板２０１上に、赤外線検出器２０５および
温度センサ素子２０６以外に、赤外線検出器２０５の出
力信号の増幅および信号処理等を行うための信号処理回
路素子２１０を実装してもよい。このような構成を用い
れば、赤外線検出器２０５の近傍で赤外線検出器２０５
の出力信号を直接増幅できるため、赤外線検出装置とし
て、外部からの誘導性ノイズに強くなる。また、高熱伝
導性且つ絶縁性の基板２０１上に回路素子２１０が実装
されるため、回路素子２１０の温度が安定化し、回路内
部の配線部の異種金属接合による熱起電力の発生を抑
え、誤差の小さい赤外線検出が可能となる。これらのこ
とから、信号処理回路素子２１０を含む赤外線検出装置
の精度を向上させることができる。

【００３９】以下、図３ないし図１０を参照して、赤外
線検出器２０５の好ましい２つの例について説明する。

【００４０】図３は、赤外線検出器の第１の例の構成を
示す断面図である。第１の例の赤外線検出器は、第１の
基板部１０と、第２の基板部２０とを備えている。これ
らの基板部１０，２０は、第１の基板部１０が上側にな
るように配置され、互いに接合されている。

【００４１】第１の基板部１０は赤外線透過性の基板１
１を有している。この基板１１には、その表面（図３で
は下面）から裏面（図３では上面）側にかけて、第２の
基板部２０と対向する一方の面側でのみ開口する貫通し
ない空洞部１２が設けられている。基板１１の下面側に
おいて空洞部１２上には、基板１１の下面側に設けられ
た架橋構造の支持体１３によって支持された赤外線検出
素子１４が設けられている。また、基板１１の下面側に
は、赤外線検出素子１４に接続された電極部１５と、こ
の電極部１５に接続され、下側に突出する複数の突起状
電極１６が設けられている。なお、基板１１の上面に
は、赤外線反射防止膜１７を設けてもよい。

【００４２】第２の基板部２０は絶縁性基板２１を備え
ている。この基板２１には、第１の基板部１０の赤外線
検出素子１４および空洞部１２に対向する部分に、第１
の基板部１０側でのみ開口する貫通しない空洞部２２が
設けられている。また、基板２１には、第１の基板部１
０の突起状電極１６に対向する部分において、基板２１
を貫通する接続孔２３が形成されている。

【００４３】接続孔２３内には、導電性物質が埋め込ま
れて導電部２４が形成されている。この導電部２４は、
突起状電極１６に対して電気的に接続されている。ま
た、絶縁性基板２１の下面には、導電部２４に電気的に
接続された表面電極２５が設けられている。この表面電
極２５は、赤外線検出素子１４の出力信号を外部に取り
出すための出力端子として用いられ、適切な形状を有し
ている。

【００４４】第１の基板部１０と第２の基板部２０は、
接合層１９を介して空洞部１２，２２および接続孔２３
以外の部分で接合されている。これにより、空洞部１
２，２２は、周辺雰囲気に対して気密に封止される。

【００４５】以上のようにして構成された赤外線検出器
では、検出対象である赤外線は、基板１１の裏面（図３
では上面）側から入射し、空洞部１２を通って赤外線検
出素子１４に入射する。従って、基板１１は、前述のよ
うに赤外線透過性を有し、且つ空洞部１２が基板１１の
表面からのエッチングによって形成できるものであれば
よい。このような基板１１の材料としては、単結晶シリ
コン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム
（Ｇｅ）、多結晶ゲルマニウム、赤外線透過ガラス等を
用いることができる。

【００４６】特に、基板１１として（１００）面方位の
単結晶シリコン基板を用い、空洞部１２を異方性エッチ
ングによって形成すれば、図３に示したように空洞部１
２は台形ピラミッド状になり、空洞部１２の底面とし
て、基板１１の裏面（図３では上面）と平行な平面を形
成することができる。これにより、基板１１の裏面から
入射した赤外線は散乱せずに直線的に赤外線検出素子１
４に入射するようになるため、赤外線検出器に照射され
た赤外線を損失無く赤外線検出素子１４に入射させるこ
とが可能となる。

【００４７】また、基板１１の裏面に赤外線反射防止膜
１７を設けた場合には、基板１１の裏面における赤外線
の反射損失を低減し、赤外線に対する赤外線検出器の感
度を上げることができる。また、赤外線反射防止膜１７
の代わりに、特定の波長の赤外線を選択的に透過する赤
外線フィルタ膜を設けてもよい。赤外線反射防止膜１７
としては、検出対象の赤外線波長の１／４の光学膜厚を
有するＺｎＳ単層膜や、ＺｎＳとＧｅを周期的に積層し
た多層膜等の公知のものを用いることができる。また、
赤外線フィルタ膜としては、例えば、ＺｎＳとＧｅを周
期的に積層した多層膜を用いることができる。

【００４８】赤外線検出素子１４としては、特開平７−
３１８４２０号公報に示されたような薄膜サーミスタを
用いたボロメータや、実開平７−３４３３３号公報に示
されたような薄膜熱電対を多数直列接続したサーモパイ
ル等、公知の種々の赤外線検出素子を用いることができ
る。

【００４９】基板２１としては、基板１１と熱膨張係数
が近似したガラスもしくはセラミックス基板を用いるこ
とが望ましい。例えば、基板１１にシリコン基板を用い
た場合には、基板２１としてはパイレックスガラス基板
を用いることができる。

【００５０】また、基板２１に設けられた空洞部２２と
接続孔２３の形成方法としては、超音波加工、ドリル加
工、エッチング法、サンドブラスト法、レーザ加工法等
の公知の加工方法を用いることができる。

【００５１】前述のように、第１の基板部１０（基板１
１）と第２の基板部２０（基板２１）は接合層１９によ
って接合され、赤外線検出素子１４を取り囲む空洞部１
２，２２は気密に保持される。第１の基板部１０と第２
の基板部２０との接合方法としては、陽極接合、低融点
ガラス接合、樹脂接着等の公知の方法を用いることがで
きる。

【００５２】特に空洞部１２，２２を真空に保持する場
合には、気密性および信頼性の高い陽極接合法を用いる
ことが望ましい。陽極接合法を用いる場合には、絶縁性
の基板２１自体をアルカリ系のガラスとするか、もしく
は基板２１の基板１１との接合面にアルカリ系ガラス薄
膜を形成すると共に、基板１１をシリコン基板で構成し
基板２１との接合面にシリコンを露出させるか、もしく
は基板１１の接合面にシリコン薄膜を形成しておく必要
がある。

【００５３】空洞部１２，２２内に、不活性ガスの封入
や、Ｘｒ、Ｋｒ等の低熱伝導率のガスの封入を行う場合
は、低融点ガラス接合や樹脂接着等の方法を用いてもよ
い。樹脂接着を用いる場合には、エポキシ系接着剤を予
め接着面の形状になるようにプレス加工もしくはエキシ
マレーザ加工したシート状の接着剤を接合層１９に用い
ると、接合が容易で低コストになる。

【００５４】低融点ガラス接合の場合には、例えば低融
点ガラスペーストを印刷法によって基板２１の上面に形
成し、これを接合層１９とし、仮焼後、基板１１，２１
を圧接し加熱することによって基板１１，２１を接合す
ることができる。また、スパッタ法により低融点ガラス
膜を形成して接合層１９とし、基板１１，２１を圧接し
加熱することによって基板１１，２１を接合してもよ
い。低融点ガラス接合の場合には、基板部１１における
赤外線検出素子１４や電極部１５や突起状電極１６に使
用する材料の耐熱性にもよるが、これらの劣化を防ぐた
めになるべく低融点のガラスを用いることが望ましい。
例えば、基板部１１における電極部１５の材料として使
用され得るアルミニウムの耐熱性は４５０°Ｃ程度まで
であり、金の耐熱性は６５０°Ｃ程度までである。従っ
て、低融点ガラスとしては、軟化点が６５０〜６００°
Ｃ以下、望ましくは４５０°Ｃ以下のものを用いること
が好ましい。このような低融点ガラスとしては、例えば
軟化点が４５０°Ｃ以下のものとして、Ｂ₂Ｏ₃・ＰｂＯ
系複合ガラス等を用いることができる。また、軟化点が
６５０〜６００°Ｃ以下の低融点ガラスとしては、Ｐｂ
Ｏ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系ガラス、ＰｂＯ・Ｂ₂Ｏ₃・Ｓｉ
Ｏ₂・Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス、ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系ガ
ラス、ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃系ガラス等
を用いることができる。

【００５５】ところで、第１の例の赤外線検出器では、
赤外線検出素子１４の出力信号は、電極部１５、突起状
電極１６、導電性物質２４および表面電極２５を介し
て、外部に取り出される。

【００５６】ここで、もし、図４に示したように、突起
状電極１６がないとすると、基板２１に設けられた接続
孔２３に導電性物質を充填して導電部２４を形成して
も、電極部１５と導電部２４との間の導通が確実に行わ
れないことがあり得る。

【００５７】これに対し、第１の例の赤外線検出器で
は、図５に示したように、突起状電極１６を設けている
ので、この突起状電極１６を介して電極部１５と導電部
２４との間の導通を確実に行わせることができる。

【００５８】突起状電極１６の形成方法としては、ワイ
ヤーボンダーを用いて、金のスタッドバンプを形成する
方法が容易であるが、はんだバンプを形成する方法でも
よい。

【００５９】導電部２４を形成するための導電性物質と
しては、例えば導電性樹脂を用いることができる。導電
性樹脂としては、例えば、銀等の導電性微粒子をエポキ
シ等の液状樹脂バインダに分散した公知の導電性ペース
トを用いることができる。このような導電性樹脂を、基
板２１に設けられた接続孔２３に充填した後、これを固
化させることにより、導電部２４を形成することができ
る。

【００６０】ここで、図６および図７を参照して、導電
部２４の形成方法の一例について説明する。この方法で
は、図６に示したように、予め突起状電極１６が形成さ
れた基板１１と基板２１を接合し、その後、図６および
図７に示したように、ペースト状の導電性樹脂２８を印
刷法の手法等を用いて、基板２１に設けられた接続孔２
３に埋め込み、導電部２４を形成する。図６および図７
には、導電性樹脂２８をスキージ２９を用いて接続孔２
３に埋め込む様子を示している。

【００６１】上述のようにして導電性樹脂２８を接続孔
２３に埋め込む際には、図５および図６では特に図示し
ないが、接続孔２３以外の部分に導電性樹脂２８が付着
しないように、メタルマスク等を用いて接続孔２３以外
の部分を覆い、その後、ペースト状の導電性樹脂２８を
接続孔２３に埋め込み、これを固化させてもよい。この
場合、メタルマスクを適切に配置すれば、導電部２４に
接続される表面電極２５も同時に形成可能である。

【００６２】また、導電性樹脂２８を接続孔２３に埋め
込む方法としては、基板２１の全面に導電性樹脂２８を
塗布し、導電性樹脂２８を接続孔２３に埋め込み、これ
を固化させた後、導電性樹脂２８の表面を研磨して、接
続孔２３に埋め込まれた部分以外の導電性樹脂２８を除
去する方法でもよい。

【００６３】第１の例の赤外線検出器では、突起状電極
１６を設けているので、接続孔２３への導電性樹脂２８
の埋め込みが不十分で、図５に示したように、導電部２
４が電極部１５まで達しない場合であっても、突起状電
極１６を介して電極部１５と導電部２４との間の導通を
確実に行わせることができる。

【００６４】次に、図８および図９を参照して、導電部
２４の形成方法の他の例について説明する。この方法で
は、図８に示したように、予め接続孔２３に、導電部２
４となる導電性樹脂２８を埋め込んだ基板２１を準備
し、図９に示したように、この基板２１を、突起状電極
１６が形成された基板１１に接合する。この方法では、
基板２１を適切な圧力で基板１１に押し付け、接合層１
９を介して基板２１と基板１１を接合させることで、突
起状電極１６が、導電性樹脂２８よりなる導電部２４に
圧接され、突起状電極１６と導電部２４との間の確実な
電気的接続がなされる。なお、予め接続孔２３に導電性
樹脂２８を埋め込む方法としては、例えば図６および図
７に示したような印刷法等の手法を用いればよい。

【００６５】導電部２４に電気的に接続される表面電極
２５は、例えば印刷法により導電性樹脂パターンを形成
することで容易に形成することができる。

【００６６】次に、第１の例の赤外線検出器の作用につ
いて説明する。第１の例の赤外線検出器では、検出対象
である赤外線は、基板１１の裏面（図３における上面）
側から入射し、空洞部１２を通って赤外線検出素子１４
に入射する。赤外線検出素子１４の出力信号は、電極部
１５、突起状電極１６、導電部２４および表面電極２５
を介して、基板２１の裏面より外部に取り出される。

【００６７】第１の例の赤外線検出器は、第１の基板部
１０と第２の基板部２０とを接合して形成されたチップ
サイズパッケージの形態をなしているので、金属ケース
を用いてパッケージングされた従来の赤外線検出器と比
較して、容易に小型化および低コスト化を図ることがで
きる。しかも、赤外線検出素子１４の出力信号を、基板
２１に形成された表面電極２５より、直接外部に取り出
すことができる。従って、第１の例の赤外線検出器は、
そのまま表面実装部品として使用することが可能であ
る。

【００６８】また、第１の例の赤外線検出器では、第１
の基板部１０において、赤外線検出素子１４に接続され
た電極部１５に突起状電極１６を設け、第２の基板部２
０において、基板２１の接続孔２３に導電性物質を埋め
込んで導電部２４を形成し、この導電部２４を突起状電
極１６に接続するようにしている。従って、第１の例の
赤外線検出器によれば、空洞部１２，２２の気密性を損
なわずに、赤外線検出素子１４の出力信号を容易に且つ
確実に外部に取り出すことができ、赤外線検出素子１４
の出力信号を外部に取り出す部分の信頼性を高くするこ
とができると共に、赤外線検出素子１４の出力信号を外
部に取り出す部分の構成が簡単で製造が容易になる。

【００６９】以上のことから、第１の例の赤外線検出器
によれば、小型化、低コスト化、生産性の向上が可能
で、且つ表面実装部品として使用可能な赤外線検出器を
実現することができる。

【００７０】図１０は、本発明の一実施の形態に係る赤
外線検出装置における赤外線検出器の第２の例の構成を
示す断面図である。第２の例の赤外線検出器は、第１の
基板部１１０と、この第１の基板部１１０の下側に配置
され、第１の基板部１１０に接合された第２の基板部１
２０と、第１の基板部１１０の上側に配置され、第１の
基板部１１０に接合された第３の基板部１３０とを備え
ている。

【００７１】第１の基板部１１０は、基板１１１を有し
ている。この基板１１１には、その表面（図１０では下
面）から裏面（図１０では上面）まで貫通した空洞部１
１２が設けられている。この空洞部１１２の下側の開口
部上には、基板１１１の下面側に設けられた架橋構造ま
たはダイアフラム構造の支持体１１３によって支持され
た赤外線検出素子１１４が設けられている。また、基板
１１１の下面側には、赤外線検出素子１１４に接続され
た電極部１１５と、この電極部１１５に接続され、下側
に突出する複数の突起状電極１１６が設けられている。

【００７２】第２の基板部１２０は、絶縁性基板１２１
を備えている。この基板１２１には、第１の基板部１１
０の赤外線検出素子１１４および空洞部１１２に対向す
る部分に、第１の基板部１１０側でのみ開口する貫通し
ない空洞部１２２が設けられている。また、基板１２１
には、第１の基板部１１０の突起状電極１１６に対向す
る部分において、基板１２１を貫通する接続孔１２３が
形成されている。

【００７３】接続孔１２３内には、導電性物質が埋め込
まれて導電部１２４が形成されている。また、絶縁性基
板１２１の下面には、導電部１２４に電気的に接続され
た表面電極１２５が設けられている。この表面電極１２
５は、赤外線検出素子１１４の出力信号を外部に取り出
すための出力端子として用いられ、適切な形状を有して
いる。

【００７４】基板１１１と基板１２１は、接合層１１９
を介して空洞部１１２，１２２および接続孔１２３以外
の部分で接合されている。これにより、空洞部１１２，
１２２は、周辺雰囲気に対して気密に封止される。

【００７５】基板１１１と基板１２１の接合方法は、第
１の例と同様である。また、第２の例の赤外線検出器で
は、赤外線検出素子１１４の出力信号は、電極部１１
５、突起状電極１１６、導電部１２４および表面電極１
２５を介して外部に取り出される。この赤外線検出素子
１１４の出力信号を外部に取り出す部分の構成および形
成方法は、第１の例と同様である。

【００７６】第３の基板部１３０は、赤外線透過性の基
板１３１を有している。この基板１３１は、接合層１２
９を介して空洞部１１２以外の部分で基板１１１に接合
されている。基板１３１の材料としては、単結晶シリコ
ン、多結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲル
マニウム、赤外線透過ガラス、赤外線透過性樹脂等を用
いることができる。基板１１１と基板１３１の接合方法
としては、第１の例における基板１１と基板２１との接
合の場合と同様に、陽極接合、樹脂接合、低融点ガラス
接合等の方法を用いることができる。

【００７７】第２の例の赤外線検出器では、検出対象で
ある赤外線は、基板１３１側から入射し、空洞部１１２
を通って赤外線検出素子１１４に入射する。なお、基板
１３１の両面に赤外線反射防止膜１３２，１３３を設け
て、基板１３１の両面における赤外線の反射損失を低減
し、赤外線に対する赤外線検出器の感度を上げるように
してもよい。また、赤外線反射防止膜の代わりに特定波
長の赤外線を選択的に透過する赤外線フィルタ膜を設け
てもよい。赤外線反射防止膜や赤外線フィルタ膜の構成
は、第１の例と同様である。

【００７８】このように構成された第２の例の赤外線検
出器では、第１の例の赤外線検出器と比較すると、新た
に第３の基板部１３０（基板１３１）が必要になると共
に、これを第１の基板部１１０（基板１１１）に接合す
る工程が必要になる。しかし、第２の例の赤外線検出器
によれば、第１の例の赤外線検出器と比較して、以下の
３つの有利な点がある。第１の点は、第１の基板部１１
０の基板１１１の材料として赤外線透過性材料以外の材
料を用いることができることである。第２の点は、第３
の基板部１３０の基板１３１の材質を選択することによ
り、任意の赤外線透過特性が得られることである。第３
の点は、基板１３０の裏表両面に赤外線反射防止膜１３
２，１３３もしくは赤外線フィルタ膜を形成することが
できることから、赤外線検出器の特性をより向上させる
ことが可能になることである。

【００７９】第２の例の赤外線検出器のその他の構成、
作用および効果は、第１の例と同様である。

【００８０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々の変更が可能である。例えば、実施の形態に
おける赤外線検出器２０５は、第１または第２の例の赤
外線検出器に限らず、表面実装型の赤外線検出器であれ
ばよい。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし６
のいずれかに記載の赤外線検出装置によれば、高熱伝導
率で且つ絶縁性の基板に、表面実装型の赤外線検出器と
温度センサ素子とを搭載したので、赤外線検出装置の小
型化、低コスト化、高精度化が可能になるという効果を
奏する。

【００８２】また、請求項２記載の赤外線検出装置によ
れば、基板上に更に回路素子を実装したので、回路素子
を含む赤外線検出装置の精度を向上させることが可能に
なるという効果を奏する。

【００８３】また、請求項３ないし６のいずれかに記載
の赤外線検出装置によれば、第１の基板部と第２の基板
部とを接合して赤外線検出器を構成すると共に、第１の
基板に突起状電極を形成し、第２の基板に形成された接
続孔に埋め込まれた導電性物質よりなる導電部を突起状
電極に接続して、赤外線検出素子の出力信号を直接外部
に取り出すことができるようにしたので、赤外線検出器
の小型化、低コスト化、生産性の向上が可能になるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置の
構成を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置に
おいて基板上に更に信号処理回路素子を実装した例を示
す断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置に
おける赤外線検出器の第１の例の構成を示す断面図であ
る。

【図４】図３における突起状電極がない場合において接
続孔に導電性物質を充填した状態を示す断面図である。

【図５】赤外線検出器の第１の例における突起状電極と
導電部との接続状態を示す断面図である。

【図６】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の一例を示す説明図である。

【図７】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の一例を示す説明図である。

【図８】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の他の例を示す説明図である。

【図９】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の他の例を示す説明図である。

【図１０】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置
における赤外線検出器の第２の例の構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…第１の基板部、１１…基板、１２…空洞部、１３
…支持体、１４…赤外線検出素子、１５…電極部、１６
…突起状電極、１７…赤外線反射防止膜、１９…接合
層、２０…第２の基板部、２１…絶縁性基板、２２…空
洞部、２３…接続孔、２４…導電部、２５…表面電極、
２０１…基板、２０２…端部電極、２０３…配線部、２
０５…赤外線検出器、２０６…温度センサ素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高熱伝導率で且つ絶縁性の基板と、前記基板上に搭載された表面実装型の赤外線検出器と、前記基板上に搭載され、前記基板の温度を検出する温度
センサ素子と、前記基板に形成され、前記赤外線検出器および前記温度
センサ素子の出力信号を外部に取り出すための電極とを
備えたことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】更に、前記基板上に実装された回路素子
を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装
置。
【請求項３】前記赤外線検出器は、互いに対向するよ
うに配置され接合された第１の基板部と第２の基板部と
を備え、前記第１の基板部は、前記第２の基板部と対向する一方
の面において開口する空洞部が形成された第１の基板
と、前記第１の基板の前記一方の面側において前記空洞
部上に配置された赤外線検出素子と、前記第１の基板の
前記一方の面に形成された、前記赤外線検出素子の出力
信号を外部に取り出すための突起状電極とを有し、前記第２の基板部は、前記赤外線検出素子に対向する部
分に空洞部が形成され、前記突起状電極に対向する部分
において貫通する接続孔が形成され、前記第１の基板に
対して対向するように配置され接合された絶縁性の第２
の基板と、前記接続孔に埋め込まれた導電性物質よりな
り、前記突起状電極に電気的に接続された導電部とを有
することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検
出装置。
【請求項４】前記第１の基板は赤外線透過性を有し、
前記第１の基板の空洞部は、第１の基板を貫通せずに、
前記一方の面においてのみ開口していることを特徴とす
る請求項３記載の赤外線検出装置。
【請求項５】前記第１の基板は（１００）面方位の単
結晶シリコンからなり、前記第１の基板の空洞部は異方
性エッチングによって形成されていることを特徴とする
請求項４記載の赤外線検出装置。
【請求項６】前記第１の基板の空洞部は第１の基板を
貫通しており、前記赤外線検出器は、更に、前記第１の基板の前記第２
の基板部とは反対側に配置され接合された赤外線透過性
を有する第３の基板を備えていることを特徴とする請求
項３記載の赤外線検出装置。