CN115843331A - 红外线传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及红外线传感器装置。具有检测红外线的像素部(8)的传感器芯片(4)通过接合件(3)与绝缘基板(2)接合。发热机构(11)集成于传感器芯片(4)。控制部(14)设置于绝缘基板(2)，并控制向发热机构(11)供给的电流量。

Description

红外线传感器装置

技术领域

本发明涉及红外线传感器装置。

背景技术

在现有的红外线传感器装置中，为了提高测定精度，通过珀耳帖元件将传感器整体控制为一定温度(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2012-225717号公报

然而，珀耳帖元件是与传感器芯片不同的部件，从外部安装于传感器芯片。因此，无法精密地控制传感器芯片的温度，无法充分地提高测定精度。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的课题所做出的，其目的在于得到能够充分地提高测定精度的红外线传感器装置。

本发明的红外线传感器装置具备：传感器芯片，其具有检测红外线的像素部；发热机构，其集成于所述传感器芯片；以及控制部，其控制向所述发热机构供给的电流量。

在本发明中，将发热机构集成于传感器芯片。通过控制向该发热机构供给的电流量，由此能够精密地控制传感器芯片的温度。其结果，能够充分地提高测定精度。

附图说明

图1是表示实施方式1的红外线传感器装置的图。

图2是表示实施方式1的红外线传感器装置的内部结构的图。

图3是表示像素部的图。

图4是表示像素的剖视图。

图5是表示发热机构的一个例子的剖视图。

图6是表示发热机构的其他例子的剖视图。

图7是表示实施方式1的传感器芯片的温度变化的图。

图8是表示实施方式2的红外线传感器装置的内部结构的图。

图9是表示实施方式3的红外线传感器装置的内部结构的图。

图10是表示实施方式4的红外线传感器装置的内部结构的图。

图11是表示实施方式5的红外线传感器装置的内部结构的图。

图12是表示实施方式6的红外线传感器装置的内部结构的图。

图13是表示实施方式6的传感器芯片的一个例子的电路图。

图14是表示实施方式6的传感器芯片的其他例子的电路图。

图15是表示实施方式7的红外线传感器装置的内部结构的图。

图16是表示实施方式7的发热机构的电流量或者发热量的图。

图17是表示实施方式7的传感器芯片的温度变化的图。

图18是表示实施方式8的红外线传感器装置的内部结构的图。

图19是表示实施方式8的像素部的图。

具体实施方式

参照附图对实施方式的红外线传感器装置进行说明。对相同或者对应的结构要素标注相同的附图标记，并存在省略重复说明的情况。

实施方式1.

图1是表示实施方式1的红外线传感器装置的图。红外线传感器装置1例如安装于空调，通过红外线检测室内的温度或者室内的人的所在位置。红外线传感器装置1具有：绝缘基板2、通过接合件3与绝缘基板2接合的传感器芯片4、以及形成于绝缘基板2的ASIC5。ASIC5将传感器芯片4的红外线检测结果向外部输出。从电源6向传感器芯片4和ASIC5供给电力。

绝缘基板2例如收纳于空调的壳体7。空调的主体以及壳体7由塑料构成。绝缘基板2例如为玻璃环氧基板。接合件3是硅粘接剂或者Ag膏的芯片焊接材料等。上述部件的热阻/热容量大。而且，绝缘基板2与壳体7之间的热阻也大。因此，在红外线传感器装置1动作时，即使传感器芯片4和ASIC5发热也难以散热。另外，在红外线传感器装置启动时，来自先发热的ASIC5的热难以向传感器芯片4传递。因此，以往传感器芯片4的温度稳定，到红外线传感器装置的输出电平以及特性稳定为止需要时间。

图2是表示实施方式1的红外线传感器装置的内部结构的图。传感器芯片4是具有检测红外线的像素部8的固体拍摄元件。在传感器芯片4集成有读出电路9、芯片温度检测部10以及发热机构11。读出电路9从像素部8所包含的多个像素一个一个地读出信号。芯片温度检测部10检测传感器芯片4的温度。

ASIC5具有A/D转换器12、13、控制部14以及电流源15。A/D转换器12将读出电路9的输出信号转换为数字信号。控制部14输入A/D转换器12的输出信号，并作为红外线检测结果向外部输出。

A/D转换器13将芯片温度检测部10的输出信号转换为数字信号。控制部14根据A/D转换器13的输出信号进行运算。电流源15将基于该控制部14的运算结果确定的可变电流向发热机构11施加。这样，控制部14根据芯片温度检测部10的输出来控制向发热机构11供给的电流量。

图3是表示像素部的图。在像素部8中，将多个像素16配置成矩阵状。对列选择开关17所选择的列的像素16施加偏置电压，电流在该列的像素16流动。而且，行选择开关18所选择的像素16的电流值被读出。

图4是表示像素的剖视图。通过蚀刻而在硅基板19形成有凹状的空洞20。像素16通过支承脚21、22被保持在空洞20的上方。因此，像素16相对于硅基板19被中空隔热。像素16具有绝缘膜23、和设置于其内部的PN二极管24。在沟槽构造25上形成有绝缘膜26。在绝缘膜26内形成有信号线27、28。PN二极管24的P型层24a和N型层24b分别经由支承脚21、22内的薄膜金属布线29、30与信号线27、28连接。PN二极管24是电气特性根据温度而变化的感温元件，将基于入射的红外线的温度变化转换为电信号。另外，也可以代替PN二极管24而使用电阻等其他感温元件。

图5是表示发热机构的一个例子的剖视图。电阻31是向硅基板19的表面注入杂质而形成的N+型扩散层。该电阻31成为发热机构11。硅基板19为P型且电阻较高。在电阻31的周围形成P+型扩散层32来降低电阻31周围的P型区域的电阻值，使电阻31周围的电位稳定。

在P+型扩散层32上形成有场氧化膜33。在电阻31和场氧化膜33上形成有绝缘膜34。金属布线35、36贯通绝缘膜34并分别与电阻31的一端和另一端连接。绝缘膜37覆盖绝缘膜34和金属布线35、36。

电阻31的N+型扩散层与列选择开关17或者行选择开关18等N型MOSFET的源极/漏极区域的N+型扩散层同时形成。因此，两个扩散层的扩散深度、杂质浓度、杂质的种类等相同。但是，电阻31也可以是根据所希望的电阻值或者温度特性，与P型MOSFET的P型层、像素16的P型层24a或者N型层24b等同时形成的扩散层。

图6是表示发热机构的其他例子的剖视图。在硅基板19上形成有场氧化膜33。在场氧化膜33上形成有电阻38。该电阻38成为发热机构11。在电阻31和场氧化膜33上形成有绝缘膜34。金属布线35、36贯通绝缘膜34分别与电阻38的一端和另一端连接。绝缘膜37覆盖绝缘膜34和金属布线35、36。电阻38与列选择开关17或者行选择开关18的MOSFET的栅极布线同时形成。因此，电阻38由具有与栅极布线相同膜厚以及杂质浓度的多晶硅构成。

图7是表示实施方式1的传感器芯片的温度变化的图。刚接通电源后，像素部8的温度比所希望的稳定温度低。因此，控制部14增加向发热机构11供给的电流量。由此，能够缩短像素部8的温度达到稳定温度为止的时间。另外，若在时间Ta环境温度变高，则像素部8的温度也上升。因此，控制部14减少向发热机构11供给的电流量。由此，像素部8的温度返回稳定温度。

如以上说明那样，在本实施方式中，发热机构11被集成于传感器芯片4。控制向该发热机构11供给的电流量，由此能够精密地控制传感器芯片4的温度。其结果，能够充分地提高测定精度。

另外，由于装置动作时的发热、外部空气的温度变化、直射日光照射方式的变化等，传感器芯片4的温度发生变化。若传感器芯片4的温度发生变化，则红外线传感器装置的输出电平或者灵敏度等特性发生变化。因此，控制部14在芯片温度检测部10的输出低于基准值的情况下，向发热机构11供给电流，若芯片温度检测部10的输出超过基准值则停止向发热机构11的电流的供给。由此，能够使传感器芯片4的温度恒定。因此，由于红外线传感器装置的输出电平恒定，所以画质和特性稳定。另外，能够缩短到红外线传感器装置的输出稳定为止的时间。

另外，传感器芯片4的稳定温度例如是27度，但稳定温度根据外部空气温度而变化。伴随于此，控制部14也使用于发热机构11的电流量的控制的芯片温度检测部10的输出的基准值进行变化。

实施方式2.

图8是表示实施方式2的红外线传感器装置的内部结构的图。在本实施方式中，在传感器芯片4的面内且在像素部8的周围配置有多个发热机构11。ASIC5单独控制向多个发热机构11分别供给的电流量。

在红外线传感器装置启动时，从ASIC5传导热，产生传感器芯片4的面内的温度偏差。因此，在启动时，控制部14使向配置于离ASIC5远的发热机构11供给的电流量，大于向配置于离ASIC5近的发热机构11供给的电流量。由此，能够缓和芯片面内的温度偏差，能够进一步缩短到红外线传感器装置的输出稳定为止的时间。

实施方式3.

图9是表示实施方式3的红外线传感器装置的内部结构的图。在本实施方式中，在传感器芯片4的面内且在像素部8的周围配置有多对发热机构11和芯片温度检测部10。由此，能够检测芯片面内的温度分布。而且，控制部14根据对应的芯片温度检测部10的输出，单独控制向多个发热机构11分别供给的电流量。由此，能够缓和芯片面内的温度偏差，能够进一步缩短到红外线传感器装置的输出稳定为止的时间。

实施方式4.

图10是表示实施方式4的红外线传感器装置的内部结构的图。在存在外部空气温度变化、绝缘基板2发热或者直射日光照射方式的变化等的情况下，绝缘基板2的温度比传感器芯片4先发生变化。因此，在本实施方式中，将检测绝缘基板2的温度的基板温度检测部39设置于绝缘基板2。控制部14根据基板温度检测部39的输出来控制发热机构11供给的电流量。由此，即使在外部空气温度等急剧地变化的情况下，也能够预测传感器芯片4的温度变化来控制向发热机构11供给的电流量。因此，能够进一步缩短到红外线传感器装置的输出稳定为止的时间。

实施方式5.

图11是表示实施方式5的红外线传感器装置的内部结构的图。在实施方式1中，需要读出像素输出的端子和读出温度信息的端子这两个端子。因此，在本实施方式中，读出电路9不仅读出像素部8的像素输出并向控制部14提供，还读出芯片温度检测部10的输出并向控制部14提供。

这样用相同的读出电路9读出像素部8的像素输出和芯片温度检测部10的输出，由此能够用同一端子读出像素输出和温度信息。另外，能够设置一个将读出电路9的输出信号转换为数字信号并向控制部14提供的A/D转换器。由此，红外线传感器装置的结构被简化，减少消耗电力和成本。

实施方式6.

图12是表示实施方式6的红外线传感器装置的内部结构的图。在本实施方式中，芯片温度检测部10是不相对于硅基板19进行中空隔热的二极管或者电阻，配置在像素部8的内部或者外周部。具体而言，在图4的构造中是无空洞20的构造。

图13是表示实施方式6的传感器芯片的一个例子的电路图。像素部8具有感光像素，向其阳极施加电压VD1，阴极经由电流源40而接地。芯片温度检测部10是非中空像素，向其阳极施加电压VD2，阴极经由电流源41而接地。向差动放大器42、43的第一输入施加基准电压。像素部8的阴极电压被输入到差动放大器42的第二输入。芯片温度检测部10的阴极电压被输入到差动放大器43的第二输入。扫描电路44将差动放大器42、43的输出信号经由传感器芯片4的输出端子向ASIC5输出。

图14是表示实施方式6的传感器芯片的其他例子的电路图。向差动放大器45的第一输入施加基准电压。开关46选择像素部8的阴极电压和芯片温度检测部10的阴极电压中的一方并向差动放大器45的第二输入提供。差动放大器45的输出信号经由传感器芯片4的输出端子向ASIC5输出。

如在实施方式1中说明的那样，红外线传感器的像素部8是相对于硅基板19被中空隔热的二极管或者电阻。芯片温度检测部10的二极管或者电阻除了没有被中空隔热这一点以外是与像素部8的二极管或者电阻相同的结构，所以能够共用制造工序的一部分。通过不进行中空隔热化，能够构成芯片温度检测部10，能够得到与像素部8的实际温度相应的测定结果。

实施方式7.

图15是表示实施方式7的红外线传感器装置的内部结构的图。图16是表示实施方式7的发热机构的电流量或者发热量的图。在本实施方式中，控制部14通过计时器计测从电源6供给电力后的时间，在规定时间、例如数秒～数十秒左右增大向发热机构11供给的电流量。在规定时间经过后，减少向发热机构11供给的电流量。因此，发热机构11的发热量在电源接通后的规定时间内增大。

图17是表示实施方式7的传感器芯片的温度变化的图。在接通电源之后，像素部8的温度逐渐上升。在没有发热机构11的情况下，到传感器芯片4的温度稳定为止需要时间T1。如本实施方式那样，在电源接通后的规定时间内增大发热机构11的发热量，由此能够将到传感器芯片4的温度稳定为止的时间缩短到时间T2。其结果是，能够缩短从红外线传感器装置启动到红外线传感器装置的输出电平以及特性稳定为止的时间。

此外，在本实施方式中，虽设置有芯片温度检测部10，但也可以将本实施方式的电流量的控制方法与具有芯片温度检测部10的实施方式1～6的结构组合。

实施方式8.

图18是表示实施方式8的红外线传感器装置的内部结构的图。在实施方式1～7中，虽将发热机构11集成在传感器芯片4，但在本实施方式中，像素部8兼作发热机构。

图19是表示实施方式8的像素部的图。控制部14对列选择开关17和行选择开关18进行切换来控制多个像素16。如图3所示，控制部14在输出红外线检测结果的情况下，仅使电流流向所选择的列的像素16，并读出所选择的行的像素16的电流值。在该热图像扫描时，通常传感器芯片4维持热平衡状态。

像素16是二极管或者电阻，所以若流动电流则进行发热。因此，如图19所示，控制部14在芯片温度检测部10的输出低于基准值的情况下，使电流流向全部多个像素16，使传感器芯片4的温度上升。由此，能够使传感器芯片4的温度恒定。因此，红外线传感器装置的输出电平恒定，因此画质和特性稳定。另外，能够缩短到红外线传感器装置的输出稳定为止的时间。而且，由于不需要设置发热机构11，因此能够减少成本。此外，二维阵列状的发热是可能的，传感器芯片4整体的温度调节变得容易。

附图标记说明

1…红外线传感器装置，2…绝缘基板，3…接合件，4…传感器芯片，8…像素部，9…读出电路，10…芯片温度检测部，11…发热机构，14…控制部，16…像素，24…PN二极管，31、38…电阻，39…基板温度检测部。

Claims (14)

1.一种红外线传感器装置，其特征在于，具备：

绝缘基板；

传感器芯片，其通过接合件与所述绝缘基板接合，并具有检测红外线的像素部；

发热机构，其集成于所述传感器芯片；以及

控制部，其设置于所述绝缘基板，并控制向所述发热机构供给的电流量。

2.根据权利要求1所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述发热机构是没有相对于所述传感器芯片的半导体基板进行中空隔热的二极管或者电阻。

3.根据权利要求2所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述电阻是杂质扩散层。

4.根据权利要求2所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述电阻是多晶硅。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的红外线传感器装置，其特征在于，

还具备芯片温度检测部，其检测所述传感器芯片的温度，

所述控制部根据所述芯片温度检测部的输出来控制向所述发热机构供给的电流量。

6.根据权利要求5所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述控制部在所述芯片温度检测部的输出低于基准值的情况下，向所述发热机构供给电流，若所述芯片温度检测部的输出超过基准值，则停止向所述发热机构的电流的供给。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的红外线传感器装置，其特征在于，

在所述传感器芯片的面内且在所述像素部的周围配置有多个所述发热机构，

所述控制部单独控制向多个所述发热机构分别供给的电流量。

8.根据权利要求7所述的红外线传感器装置，其特征在于，

在所述红外线传感器装置启动时，所述控制部使向配置于离所述控制部远的发热机构供给的电流量大于配置于离所述控制部近的发热机构供给的电流量。

9.根据权利要求5或6所述的红外线传感器装置，其特征在于，

在所述传感器芯片的面内且在所述像素部的周围配置有多对所述发热机构和所述芯片温度检测部，

所述控制部根据对应的所述芯片温度检测部的输出而单独控制向所述多个发热机构分别供给的电流量。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的红外线传感器装置，其特征在于，

还具备基板温度检测部，其检测所述绝缘基板的温度，

所述控制部根据所述基板温度检测部的输出来控制向所述发热机构供给的电流量。

11.根据权利要求5或6所述的红外线传感器装置，其特征在于，

还具备读出电路，其读出所述像素部的像素输出并向所述控制部提供，

所述读出电路还读出所述芯片温度检测部的输出并向所述控制部提供。

12.根据权利要求5或6所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述像素部是相对于硅基板进行中空隔热的二极管或者电阻，

所述芯片温度检测部是没有相对于所述硅基板进行中空隔热的二极管或者电阻，并配置于所述像素部的内部或者外周部。

13.根据权利要求1～12中的任一项所述的红外线传感器装置，其特征在于，

所述传感器芯片和所述控制部从电源接受电力的供给，

所述控制部在从所述电源开始供给电力后的规定时间内，增大向所述发热机构供给的电流量。

14.一种红外线传感器装置，其特征在于，具备：

绝缘基板；

传感器芯片，其通过接合件与所述绝缘基板接合，并具有检测红外线的多个像素；

芯片温度检测部，其检测所述传感器芯片的温度；以及

控制部，其设置于所述绝缘基板，并控制所述多个像素，

所述多个像素配置为矩阵状，

所述控制部在输出红外线检测结果的情况下，使电流仅向所选择的列的像素流动，并读出所选择的行的像素的电流值，

所述控制部在所述芯片温度检测部的输出低于基准值的情况下，使电流向全部所述多个像素流动。

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