JP2010197335A - Infrared sensor and method for manufacturing infrared sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線を検出可能なセンサチップが真空封止されてなる赤外線センサ及びその製造方法に関し、特に、センサチップを覆うキャップの内側面に、真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターが設けられた赤外線センサ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an infrared sensor in which a sensor chip capable of detecting infrared is vacuum-sealed and a method for manufacturing the same, and in particular, an inner surface of a cap covering the sensor chip adsorbs and removes a gas that lowers the degree of vacuum. The present invention relates to an infrared sensor provided with a getter and a manufacturing method thereof.
赤外線を検出する赤外線センサとしては、赤外線吸収層及び温度センサからなる赤外線検出器を有し、赤外線吸収層で赤外線を吸収してその温度変化を温度センサで計測することにより赤外線を検出するいわゆる熱型の赤外線センサが従来用いられている。そして、近年、赤外線センサは、小型化、低コスト化、及びアレイ化等を目的として、高感度化が図られている。ここで、熱型の赤外線センサを高感度化する手段としては、赤外線検出器が設けられたセンサチップを真空封止する方法が提唱されている。すなわち、センサチップを真空封止することで大気を介した熱伝導を抑制すれば、赤外線検出器からの熱放散が低減され、赤外線吸収層の温度変化が増大することにより赤外線センサの感度を向上させることができる。 An infrared sensor that detects infrared rays has an infrared detector composed of an infrared absorption layer and a temperature sensor, absorbs infrared rays by the infrared absorption layer, and measures the temperature change with the temperature sensor to detect infrared rays. Conventional infrared sensors have been used. In recent years, the sensitivity of infrared sensors has been increased for the purpose of downsizing, cost reduction, and arraying. Here, as a means for increasing the sensitivity of a thermal infrared sensor, a method of vacuum-sealing a sensor chip provided with an infrared detector has been proposed. That is, if the heat conduction through the atmosphere is suppressed by vacuum-sealing the sensor chip, the heat dissipation from the infrared detector is reduced, and the temperature change of the infrared absorption layer is increased, thereby improving the sensitivity of the infrared sensor. Can be made.
ここで、図11は、従来例に係る赤外線センサ70の構成を示す概略縦断面図である。赤外線センサ70は、基板71と、この基板71の表面に固定されたセンサチップ72と、センサチップ72を覆うようにして基板71に固定されたキャップ73と、このキャップ73に形成された窓部74を塞ぐようにして設けられた透過部材75と、キャップ73の内側面に設けられたゲッター76と、を備えている(例えば、特許文献1参照)。このように構成される赤外線センサ70によれば、透過部材75から窓部74を通ってキャップ73の内部へ入射した赤外線が、センサチップ72によって検出される。そして、基板71とキャップ73と透過部材75とによって包囲される空間77が真空状態とされてセンサチップ72が真空封止されることにより、赤外線センサ70の感度が高められている。また、ゲッター76が、空間77の内部に存在して真空度を低下させるガスを吸着して除去することにより、空間77が真空状態で保持されている。
Here, FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of an
一方、図12及び図13は、赤外線センサ70の製造方法を説明するための説明図である。赤外線センサ70の製造に際しては、まず、大気中において、図12Aと図12Bに示すセンサチップ取付工程を行う。すなわち、図12Aに示すように、赤外線を検出する検出面78を上向きにした状態でセンサチップ72を基板71に固定した後、図12Bに示すように、基板71を挿通された外部リード79とセンサチップ72とを配線ワイヤ80を介して電気的に接続する。次に、真空封止装置内において、図には示さないゲッター活性化工程を行う。すなわち、キャップ73の内側面に取り付けたゲッター76を加熱することにより活性化させる。次に、真空封止装置内において、図13Aに示すキャップ取付工程を行う。すなわち、ゲッター76を取り付けたキャップ73を、センサチップ72を覆うようにして基板71に固定する。最後に、不図示の真空封止装置内において、図13Bに示す透過部材取付工程を行う。すなわち、窓部74を塞ぐようにして透過部材75をキャップ73の外側面に固定する。以上まとめると、大気中においてセンサチップ取付工程が行われた後、真空封止装置内においてゲッター活性化工程とキャップ取付工程と透過部材取付工程とが行われる。
On the other hand, FIG.12 and FIG.13 is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing method of the
しかし、従来の赤外線センサ70には、透過部材75のセンサチップ72に対する位置決め精度が悪いという問題があった。より詳細には、図11に示す赤外線センサ70では、センサチップ72が基板71に直接固定される一方、透過部材75はキャップ73を介して基板71に間接的に固定される。従って、透過部材75のセンサチップ72に対する位置決め精度は、透過部材75のキャップ73への位置決め精度、キャップ73の基板71への位置決め精度、及びセンサチップ72の基板71への位置決め精度という3つの要因によって決定される。このように、影響を受ける要因の数が多い分、透過部材75をセンサチップ72に対して正確に位置決めすることが難しい。このように透過部材75のセンサチップ72に対する位置決め精度が悪いと、封止不具合が生じないように透過部材75の縁部にキャップ73との接合用に十分な幅のマージンを確保する必要があるため、透過部材75が大型化し、デバイス全体の大型化及びコストアップにつながる。また、特に透過部材75として赤外線を集光するレンズを用いる場合には、その焦点合わせや光軸合わせに誤差が生じやすい。
However, the conventional
また、従来の赤外線センサ70には、図11に示す空間77の内部を長期間に渡って高い真空状態に保てるだけの十分な量のゲッター76を収納できないという問題もあった。より詳細には、前述のようにゲッター76はキャップ73の内側面に取り付けられるが、赤外線センサ70の小型化が進む近年、キャップ73の大きさも小型化しつつある。更に、キャップ73には窓部74が形成されるため、この窓部74の分だけゲッター76への割り当て面積が減少する。従って、空間77の広さに対応した十分な量のゲッター76を収納することができず、或いは吸着したガス量が性能限界であるガス総量に近付いてゲッター76の性能が劣化することにより、空間77の真空度が低下する場合がある。
Further, the conventional
また、従来の赤外線センサ70の製造方法では、真空封止装置内においてゲッター活性化工程とキャップ取付工程と透過部材取付工程という3つの組み立て工程を行う必要があり、真空封止装置内での作業が複雑な分、赤外線センサ70の生産性が悪いという問題があった。
In addition, in the conventional method for manufacturing the
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、透過部材をセンサチップに対して高い精度で位置決めする手段を提供する。また、センサチップを覆うキャップの内側面に、ゲッターを取り付けるための領域を十分に確保する手段を提供する。更に、真空封止装置内での作業を簡略化することにより、赤外線センサの生産性を向上させる手段を提供する。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides means for positioning a transmission member with high accuracy with respect to a sensor chip. Further, a means for sufficiently securing a region for attaching the getter to the inner side surface of the cap covering the sensor chip is provided. Furthermore, a means for improving the productivity of the infrared sensor is provided by simplifying the work in the vacuum sealing apparatus.
上記目的を達成するための本発明に係る赤外線センサは、赤外線を導入するための窓部が形成された基板と、前記窓部を塞ぐようにして前記基板に取り付けられ、赤外線を透過する透過部材と、赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたセンサチップと、該センサチップを覆うようにして前記基板に取り付けられたキャップと、を備えるものである。 In order to achieve the above object, an infrared sensor according to the present invention includes a substrate on which a window portion for introducing infrared rays is formed, and a transmission member that is attached to the substrate so as to close the window portion and transmits infrared rays. And a sensor chip attached to the substrate in an electrically connected state with a detection surface capable of detecting infrared rays directed toward the window, and attached to the substrate so as to cover the sensor chip And a cap.
また、本発明に係る赤外線センサは、赤外線を導入するための窓部が形成された基板と、前記窓部を塞ぐようにして前記基板に取り付けられ、赤外線を透過する透過部材と、赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたセンサチップと、該センサチップを覆うようにして前記基板に取り付けられたキャップと、該キャップの内側面に設けられ、前記キャップと前記基板と前記透過部材とによって包囲される空間の真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターと、を備えるものである。 The infrared sensor according to the present invention includes a substrate on which a window portion for introducing infrared rays is formed, a transmission member that is attached to the substrate so as to close the window portion and transmits infrared rays, and detects infrared rays. A sensor chip attached to the substrate in an electrically connected state with a possible detection surface facing the window portion, and a cap attached to the substrate so as to cover the sensor chip; A getter that is provided on an inner surface of the cap and that adsorbs and removes a gas that lowers the degree of vacuum in a space surrounded by the cap, the substrate, and the transmission member.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記ゲッターが、通電可能に設けられたものである。 Moreover, the infrared sensor which concerns on this invention is provided with the said getter so that electricity supply is possible.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記透過部材が、熱膨張率が前記透過部材より大きく前記基板より小さい中間板を介して前記基板に取り付けられたものである。 In the infrared sensor according to the present invention, the transmission member is attached to the substrate via an intermediate plate having a thermal expansion coefficient larger than that of the transmission member and smaller than that of the substrate.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記センサチップが、前記検出面に突出して設けられたはんだバンプを前記基板にはんだ付けすることにより、電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたものである。 In the infrared sensor according to the present invention, the sensor chip is attached to the substrate in an electrically connected state by soldering a solder bump provided on the detection surface to the substrate. It is.
また、本発明に係る赤外線センサは、所定の配線が形成され且つはんだバンプが突出して設けられた配線板に前記センサチップが固定されるとともに、前記配線板と前記センサチップとが配線ワイヤを介して電気的に接続され、前記配線板のはんだバンプを前記基板にはんだ付けすることにより、前記センサチップが電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたものである。 In the infrared sensor according to the present invention, the sensor chip is fixed to a wiring board on which a predetermined wiring is formed and a solder bump protrudes, and the wiring board and the sensor chip are connected via a wiring wire. The sensor chip is attached to the substrate in an electrically connected state by soldering solder bumps of the wiring board to the substrate.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記基板に前記センサチップが固定されるとともに、前記基板と前記センサチップとが配線ワイヤを介して電気的に接続されることにより、前記センサチップが電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたものである。 In the infrared sensor according to the present invention, the sensor chip is fixed to the substrate, and the substrate and the sensor chip are electrically connected via a wiring wire, whereby the sensor chip is electrically connected. It is attached to the substrate in a state of being connected to the substrate.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記キャップの内側面に、凹凸が形成されたものである。 Moreover, the infrared sensor which concerns on this invention has an unevenness | corrugation formed in the inner surface of the said cap.
また、本発明に係る赤外線センサは、前記センサチップの前記検出面と逆側の面に、前記ゲッターが更に設けられたものである。 In the infrared sensor according to the present invention, the getter is further provided on a surface opposite to the detection surface of the sensor chip.
また、本発明に係る赤外線センサの製造方法は、大気中において、赤外線を導入するための窓部が貫通して形成された基板に対し、赤外線を透過する透過部材を前記窓部を塞ぐようにして取り付ける透過部材取付工程と、大気中において、前記基板に対し、赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにしてセンサチップを取り付けるセンサチップ取付工程と、真空封止装置内において、前記センサチップを覆うようにしてキャップを前記基板に取り付けるキャップ取付工程と、を含むものである。 In addition, the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention is such that, in the atmosphere, a transparent member that transmits infrared light is blocked with respect to a substrate formed with a window portion through which infrared light is introduced. A transmissive member mounting step for mounting the sensor chip, a sensor chip mounting step for mounting the sensor chip with the detection surface capable of detecting infrared rays directed toward the window in the atmosphere, and the inside of the vacuum sealing device And a cap attaching step of attaching a cap to the substrate so as to cover the sensor chip.
また、本発明に係る赤外線センサの製造方法は、真空封止装置内において、前記キャップの内側面に設けられ、前記基板と前記キャップと前記透過部材とによって包囲される空間の真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターを加熱して活性化させるゲッター活性化工程を更に含むものである。 In addition, the method for manufacturing an infrared sensor according to the present invention reduces the degree of vacuum of a space provided on the inner surface of the cap and surrounded by the substrate, the cap, and the transmission member in the vacuum sealing device. It further includes a getter activation step of heating and activating the getter that adsorbs and removes the gas.
本発明に係る赤外線センサでは、センサチップが基板に直接固定されるとともに、透過部材も基板に直接固定される。これにより、透過部材のセンサチップに対する位置決め精度は、透過部材とセンサチップとの位置決めが基板を介して間接的に行われる場合には、透過部材の基板への位置決め精度及びセンサチップの基板への位置決め精度という2つの要因によって決定される。また、透過部材のセンサチップに対する位置決め精度は、透過部材とセンサチップとの位置決めが直接的に行われる場合には、透過部材のセンサチップへの位置決め精度という1つの要因によって決定される。従って、従来の赤外線センサのように、透過部材がキャップを介して基板に間接的に固定され、透過部材のセンサチップに対する位置決め精度が、透過部材のキャップへの位置決め精度、キャップの基板への位置決め精度、及びセンサチップの基板への位置決め精度という3つの要因によって決定される場合と比較すると、影響を受ける要因の数が減少する分、透過部材をセンサチップに対して正確に位置決めすることができる。このように透過部材の位置決め精度が向上すると、透過部材の縁部にキャップとの接合用に設けるマージンの幅を最小限に抑えることができるので、透過部材の小型化を通じてデバイス全体の小型化及びコストダウンを図ることができる。また、透過部材として特にレンズを使用する場合に、レンズの焦点合わせや光軸合わせに誤差が生じにくいという利点もある。 In the infrared sensor according to the present invention, the sensor chip is directly fixed to the substrate, and the transmission member is also directly fixed to the substrate. As a result, the positioning accuracy of the transmissive member with respect to the sensor chip is determined when the positioning of the transmissive member and the sensor chip is indirectly performed via the substrate. It is determined by two factors, positioning accuracy. Further, the positioning accuracy of the transmissive member with respect to the sensor chip is determined by one factor of the positioning accuracy of the transmissive member with respect to the sensor chip when the transmissive member and the sensor chip are directly positioned. Therefore, like the conventional infrared sensor, the transmission member is indirectly fixed to the substrate through the cap, and the positioning accuracy of the transmission member with respect to the sensor chip is the positioning accuracy of the transmission member with respect to the cap, and the positioning of the cap with respect to the substrate. Compared with the case where the accuracy and the accuracy of positioning of the sensor chip on the substrate are determined, the transmission member can be accurately positioned with respect to the sensor chip as the number of affected factors decreases. . If the positioning accuracy of the transmission member is improved in this way, the margin width provided for joining the cap to the edge of the transmission member can be minimized. Cost can be reduced. In addition, when a lens is used as the transmissive member, there is an advantage that an error hardly occurs in the focusing and optical axis alignment of the lens.
また、本発明に係る赤外線センサでは、赤外線を導入するための窓部が基板に形成される。従って、窓部がキャップに形成される従来の赤外線センサと比較すると、キャップの内側面にゲッター取付用の領域をより広く確保することができる。これにより、ゲッターの取り付け量が増加する分、キャップと基板と透過部材とによって包囲される空間の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。 In the infrared sensor according to the present invention, a window for introducing infrared rays is formed on the substrate. Therefore, compared with the conventional infrared sensor in which the window portion is formed on the cap, a wider area for mounting the getter can be secured on the inner side surface of the cap. As a result, the amount of getter attachment increases, so that the interior of the space surrounded by the cap, the substrate, and the transmission member can be more reliably maintained in a high vacuum state over a long period of time.
また、本発明に係る赤外線センサでは、ゲッターに通電して加熱することにより、そのガス吸着能力を最大限に発揮させることができる。 In the infrared sensor according to the present invention, the gas adsorption capacity can be maximized by energizing and heating the getter.
また、本発明に係る赤外線センサでは、中間板を介して透過部材を基板に取り付けたことにより、赤外線センサの製造工程において高温条件下に置かれた場合でも、透過部材と基板の熱膨張率の違いによって、透過部材の基板への固定箇所に不具合が生じにくい。 In addition, in the infrared sensor according to the present invention, the thermal expansion coefficient of the transmission member and the substrate can be reduced even when the transmission member is attached to the substrate via the intermediate plate, even when the infrared sensor is subjected to high temperature conditions in the manufacturing process of the infrared sensor. Due to the difference, it is difficult for a defect to occur at a location where the transmission member is fixed to the substrate.
また、本発明に係る赤外線センサでは、はんだ付けだけの容易な作業により、センサチップを電気的に接続した状態で基板に取り付けることができる。 Moreover, in the infrared sensor according to the present invention, the sensor chip can be attached to the substrate in an electrically connected state by an easy operation only by soldering.
また、本発明に係る赤外線センサでは、はんだバンプが設けられていないセンサチップであっても、配線板を介することにより、電気的に接続した状態で基板に取り付けることができる。 In the infrared sensor according to the present invention, even a sensor chip without a solder bump can be attached to a substrate in an electrically connected state via a wiring board.
また、本発明に係る赤外線センサでは、はんだバンプが設けられていないセンサチップであっても、電気的に接続した状態で基板に取り付けることができる。更に、センサチップと基板の間に他の部材を介在させないので、部品点数が増加することもない。 In the infrared sensor according to the present invention, even a sensor chip without a solder bump can be attached to a substrate in an electrically connected state. Furthermore, since no other member is interposed between the sensor chip and the substrate, the number of parts does not increase.
また、本発明に係る赤外線センサでは、凹凸を形成したことでキャップの内側面の表面積が増加するので、ゲッター取付用の領域をより広く確保することができる。これにより、ゲッターの取り付け量が増加する分、空間の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。 Further, in the infrared sensor according to the present invention, since the surface area of the inner side surface of the cap is increased by forming the irregularities, a wider area for mounting the getter can be secured. As a result, as the amount of getters attached increases, the interior of the space can be more reliably maintained in a high vacuum state over a long period of time.
また、本発明に係る赤外線センサでは、センサチップの検出面と逆側の面にもゲッターが設けられたので、ゲッターの取り付け量が増加する分、空間の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。 In addition, in the infrared sensor according to the present invention, since the getter is provided on the surface opposite to the detection surface of the sensor chip, the amount of getter attachment increases, so that the interior of the space can be more reliably and over a long period of time. And maintain a high vacuum.
また、本発明に係る赤外線センサの製造方法では、透過部材取付工程は大気中で行い、真空封止装置内で行うのはキャップ取付工程だけである。従って、真空封止装置内でキャップ取付工程と透過部材取付工程とを行っていた従来と比較すると、複雑な作業を要する真空封止装置内での作業が簡略化する分、赤外線センサの生産性を向上させることができる。 Moreover, in the manufacturing method of the infrared sensor which concerns on this invention, a transmissive member attachment process is performed in air | atmosphere, and only a cap attachment process is performed within a vacuum sealing device. Therefore, compared with the conventional case where the cap mounting process and the transmissive member mounting process are performed in the vacuum sealing device, the work in the vacuum sealing device that requires complicated work is simplified, and the productivity of the infrared sensor is reduced. Can be improved.
また、本発明に係る赤外線センサの製造方法では、透過部材をキャップではなく基板に取り付けるので、キャップの内側面に取り付けたゲッターを活性化させる際に、透過部材自体やその表面に被覆された反射防止コーティング材といった耐熱性の低い部材が、高温に曝されることがない。 In the infrared sensor manufacturing method according to the present invention, the transmissive member is attached to the substrate instead of the cap. Therefore, when the getter attached to the inner surface of the cap is activated, the transmissive member itself or the reflection coated on the surface thereof is applied. A member having low heat resistance such as a prevention coating material is not exposed to a high temperature.
まず、本発明の第1実施例に係る赤外線センサの構成について説明する。図1は、第1実施例に係る赤外線センサ1を示す概略縦断面図である。赤外線センサ1は、窓部2が形成された基板3と、窓部2を塞ぐようにして基板3の表側面4に固定されたレンズ(透過部材)5と、基板3の裏側面6に固定されたセンサチップ7と、このセンサチップ7を覆うようにして基板3の裏側面6に固定されたキャップ8と、このキャップ8の内側面9に取り付けられたゲッター10と、を備えるものである。
First, the configuration of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an
基板3は、LSIパッケージに広く使用される材料であるアルミナ等からなる平板部材である。この基板3には、図1に示すように、その中央部を貫通して、赤外線を導入するための窓部2が形成されている。また、基板3には、複数本の外部リード11が適宜接続されている。尚、基板3や窓部2の形状は、本実施例に限定されず適宜設計変更が可能である。また、基板3を構成する材料はアルミナに限定されず、例えばシリコン上に絶縁膜を形成し、その上に金属配線をすることで基板3を構成してもよい。
The
レンズ5は、赤外線を集光するためのものであって、赤外線を透過可能なカルコゲナイドガラスから構成される。このレンズ5は、図1に示すように、その縁部が基板3の表側面4にはんだ付け等によって固定されることにより、窓部2の開口を塞いでいる。ここで、図1に詳細は示さないが、レンズ5は、その光軸すなわち中心を通る線がセンサチップ7の中心を通るように、且つ、その焦点距離がセンサチップ7までの距離と等しくなるように配置されている。尚、本実施例では本発明に係る透過部材としてレンズ5を用いたが、これに代えて、カルゴゲナイドガラスからなる平板状の部材を用いてもよい。更に、赤外線を透過可能な部材としては、カルコゲナイドガラスの他に、ゲルマニウムやシリコンや硫化亜鉛等を採用してもよい。また、本実施例ではレンズ5を基板3の表側面4に固定することによって窓部2を塞いだが、レンズ5を窓部2に嵌合させることによって窓部2を塞いでもよい。或いはレンズ5を基板3の裏側面6に固定することによって窓部2を塞ぎ、そのレンズ5を挟んで窓部2と反対側に、所定の隙間を介してセンサチップ7を配置してもよい。
The
センサチップ7は、光エネルギーを熱エネルギーに変換することによって赤外線を検出するものである。このセンサチップ7は、図1に示すようにその一方の面が赤外線を検出可能な検出面12として構成され、図1に詳細は示さないが、赤外線を吸収する赤外線吸収層と、赤外線吸収層の温度変化を計測する温度センサとが設けられている。また、センサチップ7の検出面12における外縁部には、はんだ材からなる球状の電極であるはんだバンプ13が、複数個突出して設けられている。このように構成されるセンサチップ7は、図1に示すように、その検出面12を窓部2の側に向けた状態で、各はんだバンプ13が、基板3の裏側面6に設けられた電極端子(不図示)に対してそれぞれはんだ付けされる。これにより、センサチップ7は、電気的に接続した状態で基板3に取り付けられている。
The
キャップ8は、センサチップ7を真空封止するためのものである。このキャップ8は、図1に示すようにセンサチップ7を覆うように配置され、その開口縁部が、基板3の裏側面6における外縁部に、はんだ付け等によって固定されている。そして、後述するように、このキャップ8を基板3に取り付けるキャップ取付工程は不図示の真空封止装置内で行われる。これにより、キャップ8と基板3とレンズ5とによって包囲される空間14は真空度1Pa程度の高い真空状態とされ、センサチップ7の感度が高められている。
The
ゲッター10は、前記空間14の内部を真空状態で保持するためのものである。より詳細には、空間14の内部には、真空封止装置内での作業時に残留したガス或いはその後に発生したガスが存在し、これらのガスの存在によって空間14の真空度が低下する。ゲッター10は、活性化された状態でガスを吸着する特性を有し、空間14の内部に存在するガスを吸着して除去する役割を果たすものである。このゲッター10は、蒸着で成膜可能な薄膜ゲッターであって、図1に示すように、キャップ8の内側面9を構成する側面15及び底面16の全体に渡って蒸着されている。
The
次に、第1実施例に係る赤外線センサ1の作用効果について説明する。上述のように構成される赤外線センサ1では、レンズ5に入射した赤外線は、レンズ5を透過した後、基板3の窓部2を通過し、センサチップ7の検出面12の周辺に集光されることにより、検出面12に設けられた赤外線吸収層に吸収される。そして、赤外線を吸収することによって赤外線吸収層の温度が上昇すると、前記温度センサの出力が変化することにより、赤外線が検出される。
Next, functions and effects of the
ここで、本赤外線センサ1では、センサチップ7が基板3に直接固定されるとともに、レンズ5も基板3に直接固定されている。これにより、レンズ5のセンサチップ7に対する位置決め精度は、レンズ5とセンサチップ7との位置決めが基板3を介して間接的に行われる場合には、レンズ5の基板3への位置決め精度及びセンサチップ7の基板3への位置決め精度という2つの要因によって決定される。また、レンズ5のセンサチップ7に対する位置決め精度は、レンズ5とセンサチップ7との位置決めが直接的に行われる場合には、レンズ5のセンサチップ7への位置決め精度という1つの要因によって決定される。より詳細に説明すると、例えば、基板3を移動不能に保持した治具に対し、レンズ5を保持した治具とセンサチップ7を保持した治具とをそれぞれ重ね合わせることによってレンズ5とセンサチップ7を基板3に取り付ける場合、レンズ5のセンサチップ7に対する位置決め精度は、レンズ5の基板3への位置決め精度及びセンサチップ7の基板3への位置決め精度という2つの要因によって決定される。一方、レンズ5を移動不能に保持した治具に対し、基板3を保持した治具とセンサチップ7を保持した治具とを順に重ね合わせることによって基板3とセンサチップ7をレンズ5に取り付ける場合、レンズ5のセンサチップ7に対する位置決め精度は、センサチップ7のレンズ5への位置決め精度という1つの要因によって決定される。従って、図11に示す従来の赤外線センサ70のように、透過部材75がキャップ73を介して基板71に間接的に固定され、透過部材75のセンサチップ72に対する位置決め精度が、透過部材75のキャップ73への位置決め精度、キャップ73の基板71への位置決め精度、及びセンサチップ72の基板71への位置決め精度という3つの要因によって決定される場合と比較すると、影響を受ける要因の数が減少する分、レンズ5をセンサチップ7に対して正確に位置決めすることができ、レンズ5の焦点合わせや光軸合わせに誤差が生じにくいという利点がある。
Here, in the
また、本赤外線センサ1では、レンズ5が基板3に固定されるので、図11に示す従来の赤外線センサ70のように透過部材75がキャップ73に固定される場合と比較すると、レンズ5からセンサチップ7までの距離を短くすることができる。これにより、レンズ5を小さくすることができ、コストダウン及びデバイス全体の小型化につながるという利点がある。
Further, in the present
また、本赤外線センサ1では、赤外線を導入するための窓部2が基板3に形成される。従って、図11に示す従来の赤外線センサ70のように窓部74がキャップ73に形成される場合と比較すると、キャップ8の内側面9にゲッター10取付用の領域をより広く確保することができる。これにより、ゲッター10の取り付け量が増加する分、前記空間14の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。
In the
次に、第1実施例に係る赤外線センサ1の製造方法について説明する。図2及び図3は、赤外線センサ1の製造方法を説明するための説明図であって、図2は大気中における工程を、図3は真空封止装置内における工程をそれぞれ示した図である。赤外線センサ1の製造に際しては、まず、大気中において、図2Aに示す透過部材取付工程を行う。すなわち、基板3の表側面4に、その窓部2を塞ぐようにしてレンズ5を配置し、レンズ5の縁部をはんだ付け等することによって基板3に固定する。次に、大気中において、図2Bに示すセンサチップ取付工程を行う。すなわち、センサチップ7を、その検出面12を窓部2の側に向けるようにして基板3の裏側面6に配置する。そして、検出面12に突出して設けられた複数のはんだバンプ13を、基板3の裏側面6に設けられた電極端子(不図示)に対してそれぞれはんだ付け等することにより、センサチップ7を基板3に固定する。尚、透過部材取付工程とセンサチップ取付工程とは、本実施例に限られず任意の順序で行うことができる。
Next, a method for manufacturing the
次に、真空封止装置内において、図には示さないゲッター活性化工程を行う。すなわち、キャップ8の内側面9に設けられたゲッター10を、300℃以上に加熱することにより活性化させる。次に、真空封止装置内において、図3に示すキャップ取付工程を行う。すなわち、ゲッター10を取り付けたキャップ8を、センサチップ7を覆うようにして基板3の裏側面6に配置し、その開口縁部をはんだ付け等することにより基板3に固定する。これにより、赤外線センサ1が完成する。
Next, a getter activation process (not shown) is performed in the vacuum sealing apparatus. That is, the
次に、第1実施例に係る赤外線センサ1の製造方法の作用効果について説明する。上述の通り、本赤外線センサ1の製造方法では、大気中において透過部材取付工程とセンサチップ取付工程とを行った後、真空封止装置内においてゲッター活性化工程とキャップ取付工程とを行う。従って、大気中においてセンサチップ取付工程を行った後、真空封止装置内においてゲッター活性化工程とキャップ取付工程と透過部材取付工程とを行う従来の赤外線センサ70の製造方法と比較すると、透過部材取付工程を大気中において行う分、真空封止装置内における組み立て工程が3つの工程から2つの工程に減少する。このように、複雑な作業を要する真空封止装置内での作業が簡略化することにより、赤外線センサ1の生産性を向上させることができる。また、レンズ5をキャップ8ではなく基板3に取り付けるので、キャップ8の内側面9に取り付けたゲッター10を活性化させる際に、レンズ5自体やその表面に被覆された反射防止コーティング材といった耐熱性の低い部材が、300℃以上の高温に曝されることがない。
Next, the effect of the manufacturing method of the
次に、本発明の第2実施例に係る赤外線センサ20の構成について説明する。図4は、第2実施例に係る赤外線センサ20を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ20は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、ゲッター21の構成が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図4では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るゲッター21は、金属板上に成膜された厚膜ゲッターであって、キャップ8の内側面9を構成する底面16に取り付けられている。尚、ゲッター21の取付位置は、キャップ8の内側面9を構成する側面15や、或いは基板3の裏側面6であってもよい。このようにゲッター21として厚膜ゲッターを採用すれば、従来公知のYAG溶接やスポット溶接によってゲッター21をキャップ8や基板3に対して容易に固定することができるという利点がある。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第3実施例に係る赤外線センサ30の構成について説明する。図5は、第3実施例に係る赤外線センサ30を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ30も、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、ゲッター31の構成が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図5では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るゲッター31は、第2実施例と同様に厚膜ゲッターであって、その長手方向両端部に、キャップ8を貫通した左右一対の貫通電極32がそれぞれ接続されている。このようなゲッター31の構成によれば、各貫通電極32の間に電圧を印加してゲッター31に通電すれば、ゲッター31が加熱されてそのガス吸着能力が最大限に発揮されるという利点がある。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第4実施例に係る赤外線センサ40の構成について説明する。図6は、第4実施例に係る赤外線センサ40を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ40は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、レンズ5の基板3への取付構造が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図6では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るレンズ5は、はんだ付け等によって中間板41に固定され、この中間板41がはんだ付け等によって基板3の表側面4に固定されている。ここで、中間板41は、その熱膨張率がレンズ5より大きく基板3より小さいものである。このように、中間板41を介してレンズ5を基板3に取り付けたことにより、赤外線センサ40の製造工程において高温条件下に置かれた場合でも、レンズ5と基板3の熱膨張率の違いによって、レンズ5の基板3への固定箇所に不具合が生じにくい。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第5実施例に係る赤外線センサ50の構成について説明する。図7は、第5実施例に係る赤外線センサ50を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ50は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、センサチップ7の基板3への取付構造が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図7では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るセンサチップ7は、その一方の面が赤外線を検出可能な検出面12として構成される点は第1実施例と同じであるが、検出面12に第1実施例のようなはんだバンプ13は設けられていない。そして、このセンサチップ7は、検出面12と逆側の面51が、はんだ付けや接着剤によって配線板52に固定されている。この配線板52は、所定の配線(不図示)が形成されたものであって、その縁部には、はんだ材からなる球状の電極であるはんだバンプ53が複数個突出して設けられている。このように構成される配線板52は、センサチップ7の検出面12を窓部2の側に向けた状態で、各はんだバンプ53が、基板3の裏側面6に設けられた電極端子(不図示)に対してそれぞれはんだ付けされている。更に、センサチップ7の検出面12に設けられた電極端子54と、配線板52に設けられた電極端子55とが、配線ワイヤ56によって電気的に接続されている。このようなセンサチップ7の基板3への取付構造によれば、第1実施例のようにセンサチップ7にはんだバンプ13が設けられていなくても、センサチップ7を電気的に接続した状態で基板3に取り付けることができる。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第6実施例に係る赤外線センサ60の構成について説明する。図8は、第6実施例に係る赤外線センサ60を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ60は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、センサチップ7の基板3への取付構造が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図8では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るセンサチップ7も、その一方の面が赤外線を検出可能な検出面12として構成される点は第1実施例と同じであるが、検出面12に第1実施例のようなはんだバンプ13は設けられていない。そして、このセンサチップ7は、検出面12の縁部が、はんだ付けや接着剤によって基板3の裏側面6に固定されている。そして、センサチップ7の検出面12に設けられた電極端子61と、基板3に設けられた電極端子62とが、配線ワイヤ63によって電気的に接続されている。このようなセンサチップ7の基板3への取付構造によれば、第1実施例のセンサチップ7のようにはんだバンプ13が設けられていなくても、センサチップ7を電気的に接続した状態で基板3に取り付けることができる。更に、第5実施例のように配線板52を介することなく、センサチップ7を直接基板3に固定するので、部品点数が増加することもない。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第7実施例に係る赤外線センサ70の構成について説明する。図9は、第7実施例に係る赤外線センサ70を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ70は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、キャップ71及びゲッター72の構成が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図9では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るキャップ71は、その内側面73を構成する底面74に複数の凹凸75が形成され、各凹凸75の表面を全て覆うようにしてゲッター72が蒸着されている。このような構成によれば、キャップ71の内側面73の表面積が増加するので、ゲッター72取付用の領域をより広く確保することができる。これにより、ゲッター72の取り付け量が増加する分、前記空間14の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。尚、図に詳細は示さないが、キャップ71の内側面73を構成する側面76にも、凹凸75を形成することが可能である。
Next, the configuration of the
次に、本発明の第8実施例に係る赤外線センサ80の構成について説明する。図10は、第8実施例に係る赤外線センサ80を示す概略縦断面図である。本赤外線センサ80は、第1実施例に係る赤外線センサ1と比較すると、ゲッター81の構成が異なっている。それ以外の構成については第1実施例と同じであるため、図10では図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例に係るゲッター81は、キャップ8の内側面9だけでなく、センサチップ7の裏側面82すなわち検出面12と逆側の面にも蒸着されている。このような構成によれば、センサチップ7の裏側面82に蒸着する分だけゲッター81の取り付け量が増加するので、前記空間14の内部をより確実に且つ長期間に渡って高い真空状態に保つことができる。
Next, the configuration of the
次に、第2〜第8実施例に係る赤外線センサ20〜80の作用効果について説明する。上述のように構成される第2〜第8実施例に係る赤外線センサ20〜80によれば、第1実施例に係る赤外線センサ1と同様の作用効果が得られる。但し、図6に示す第4実施例に係る赤外線センサ40は、第1実施例とは異なりレンズ5が基板3に直接固定されないため、また図7に示す第5実施例に係る赤外線センサ50は、第1実施例とは異なりセンサチップ7が基板3に直接固定されないため、レンズ5をセンサチップ7に対して正確に位置決めすることができるという効果はそれぞれ奏さない。
Next, functions and effects of the
次に、第2〜第8実施例に係る赤外線センサ20〜80の製造方法、及びその作用効果について説明する。第2〜第8実施例に係る赤外センサ20〜80の製造方法は、第1実施例に係る赤外線センサ1の製造方法と比較すると、構成の違いに応じて各工程の作業に差異があるものの、大気中においてレンズ5を基板3に取り付ける透過部材取付工程を行い、大気中においてセンサチップ7を基板3に取り付けるセンサチップ取付工程を行い、真空封止装置内においてゲッター10を活性化させるゲッター活性化工程を行い、真空封止装置内においてキャップ8を基板3に取り付けるキャップ取付工程を行う点については共通している。従って、第2〜第8実施例に係る赤外線センサ20〜80の製造方法によれば、第1実施例に係る赤外線センサ1の製造方法と同様に、複雑な作業を要する真空封止装置内での作業が簡略化することにより、赤外線センサ20〜80の生産性を向上させることができる。また、レンズ5が基板3に取り付けられるので、ゲッター10を活性化させる際に、レンズ5自体やその表面に被覆された反射防止コーティング材が高温に曝されることがない。
Next, a method for manufacturing the
本発明に係る赤外線センサ及びその製造方法は、赤外線を検出可能なセンサチップが真空封止され、センサチップを覆うキャップの内側面にゲッターが設けられた赤外線センサに適用可能である。 The infrared sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention are applicable to an infrared sensor in which a sensor chip capable of detecting infrared rays is vacuum-sealed and a getter is provided on an inner surface of a cap that covers the sensor chip.
1 赤外線センサ
2 窓部
3 基板
5 レンズ(透過部材)
7 センサチップ
8 キャップ
9 内側面
10 ゲッター
12 検出面
13,53 はんだバンプ
14 空間
41 中間板
52 配線板
56,63 配線ワイヤ
75 凹凸
DESCRIPTION OF
7
Claims (11)
前記窓部を塞ぐようにして前記基板に取り付けられ、赤外線を透過する透過部材と、
赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたセンサチップと、
該センサチップを覆うようにして前記基板に取り付けられたキャップと、
を備えることを特徴とする赤外線センサ。 A substrate on which windows for introducing infrared rays are formed;
A transparent member that is attached to the substrate so as to close the window and transmits infrared rays;
A sensor chip attached to the substrate in an electrically connected state so that a detection surface capable of detecting infrared rays faces the window portion side,
A cap attached to the substrate so as to cover the sensor chip;
An infrared sensor comprising:
前記窓部を塞ぐようにして前記基板に取り付けられ、赤外線を透過する透過部材と、
赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにして、電気的に接続した状態で前記基板に取り付けられたセンサチップと、
該センサチップを覆うようにして前記基板に取り付けられたキャップと、
該キャップの内側面に設けられ、前記キャップと前記基板と前記透過部材とによって包囲される空間の真空度を低下させるガスを吸着して除去するゲッターと、
を備えることを特徴とする赤外線センサ。 A substrate on which windows for introducing infrared rays are formed;
A transparent member that is attached to the substrate so as to close the window and transmits infrared rays;
A sensor chip attached to the substrate in an electrically connected state so that a detection surface capable of detecting infrared rays faces the window portion side,
A cap attached to the substrate so as to cover the sensor chip;
A getter that is provided on an inner surface of the cap and that adsorbs and removes a gas that lowers the degree of vacuum in a space surrounded by the cap, the substrate, and the transmission member;
An infrared sensor comprising:
大気中において、前記基板に対し、赤外線を検出可能な検出面を前記窓部の側に向けるようにしてセンサチップを取り付けるセンサチップ取付工程と、
真空封止装置内において、前記センサチップを覆うようにしてキャップを前記基板に取り付けるキャップ取付工程と、
を含むことを特徴とする赤外線センサの製造方法。 In the atmosphere, a transparent member attaching step for attaching a transparent member that transmits infrared rays so as to close the window portion, with respect to a substrate formed by penetrating a window portion for introducing infrared rays;
In the atmosphere, a sensor chip mounting step for mounting a sensor chip so that a detection surface capable of detecting infrared rays is directed toward the window portion with respect to the substrate;
In a vacuum sealing device, a cap attaching step of attaching a cap to the substrate so as to cover the sensor chip;
The manufacturing method of the infrared sensor characterized by including.
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