JP2002156283A - サーモパイル型赤外線センサ - Google Patents
サーモパイル型赤外線センサInfo
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱電堆における冷接点（原理的基準点）の赤外
線の影響を低減し、より正確に温度計測ができるサーモ
パイル型赤外線センサを提供する。 【解決手段】Ｐ型単結晶Ｓｉ基板１１に支えられた絶縁
基材１２上に熱電堆（サーモパイル）１３を有する。熱
電堆１３における冷接点１３２側は、絶縁基材１２の周
辺付近にあり、下の基板１１は絶縁基材１２を支える形
態となっている。熱電堆１３は、赤外線を透過する保護
膜１５により覆われている。温接点１３１側の保護膜１
５上には赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる黒体）１
４が配される。冷接点１３２側は、温度変化に際し基準
温度となる接点である。そこで、赤外線の入射を阻止す
るべく、熱電堆１３の冷接点１３２側を含む所定領域の
みを赤外線遮へい部材１６で覆う構成とした。
線の影響を低減し、より正確に温度計測ができるサーモ
パイル型赤外線センサを提供する。 【解決手段】Ｐ型単結晶Ｓｉ基板１１に支えられた絶縁
基材１２上に熱電堆（サーモパイル）１３を有する。熱
電堆１３における冷接点１３２側は、絶縁基材１２の周
辺付近にあり、下の基板１１は絶縁基材１２を支える形
態となっている。熱電堆１３は、赤外線を透過する保護
膜１５により覆われている。温接点１３１側の保護膜１
５上には赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる黒体）１
４が配される。冷接点１３２側は、温度変化に際し基準
温度となる接点である。そこで、赤外線の入射を阻止す
るべく、熱電堆１３の冷接点１３２側を含む所定領域の
みを赤外線遮へい部材１６で覆う構成とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から放射され
る赤外線を検知（感知）して電気信号に変換する赤外線
センサ、特に、温度変化を異種金属の接点の起電力に反
映させる熱電対が複数直列接続された熱電堆（サーモパ
イル）を備えたサーモパイル型赤外線センサに関する。
る赤外線を検知（感知）して電気信号に変換する赤外線
センサ、特に、温度変化を異種金属の接点の起電力に反
映させる熱電対が複数直列接続された熱電堆（サーモパ
イル）を備えたサーモパイル型赤外線センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーモパイル型赤外線センサは、周知の
ように、基材上に形成した異種金属の互いの端部を接点
として接続した熱電対（サーモカップル）を複数直列接
続することにより熱電堆（サーモパイル）が構成されて
いる。これにより、ゼーベック効果を利用して赤外線の
放射吸収による温度変化を熱起電力として検出（測定）
する。
ように、基材上に形成した異種金属の互いの端部を接点
として接続した熱電対（サーモカップル）を複数直列接
続することにより熱電堆（サーモパイル）が構成されて
いる。これにより、ゼーベック効果を利用して赤外線の
放射吸収による温度変化を熱起電力として検出（測定）
する。
【０００３】一般に、サーモパイル型赤外線センサで
は、赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる黒体）の熱伝
導影響下に入る熱電堆の各接点を温接点と呼ぶ。また、
上記熱吸収体（黒体）の熱伝導の影響が小さい方の熱電
堆の各接点を冷接点と呼ぶ。冷接点は、温度変化に際し
基準温度となる接点である。
は、赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる黒体）の熱伝
導影響下に入る熱電堆の各接点を温接点と呼ぶ。また、
上記熱吸収体（黒体）の熱伝導の影響が小さい方の熱電
堆の各接点を冷接点と呼ぶ。冷接点は、温度変化に際し
基準温度となる接点である。
【０００４】上記サーモパイル型赤外線センサによる測
温は次のようになされる。温接点、冷接点の間で、熱吸
収体（黒体）の温度変化に応じて生じる起電力（出力電
圧）に基いて、温接点、冷接点間の接点間温度差を求め
る。これに伴い、別の温度検出手段（感温素子等）によ
り測定された基準温度と上記接点間温度差から、熱源の
温度（測温値）が決定される。
温は次のようになされる。温接点、冷接点の間で、熱吸
収体（黒体）の温度変化に応じて生じる起電力（出力電
圧）に基いて、温接点、冷接点間の接点間温度差を求め
る。これに伴い、別の温度検出手段（感温素子等）によ
り測定された基準温度と上記接点間温度差から、熱源の
温度（測温値）が決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２は、従来のサーモ
パイル型赤外線センサの要部を示す断面図である。サー
モパイル型赤外線センサ２０は、例えばＰ型の単結晶Ｓ
ｉ基板２１に支えられた熱を伝え難い絶縁基材２２上に
熱電堆（サーモパイル）２３を有する。熱電堆２３は、
異種金属の互いの端部を接点として接続した熱電対（サ
ーモカップル）を複数直列接続して構成される。
パイル型赤外線センサの要部を示す断面図である。サー
モパイル型赤外線センサ２０は、例えばＰ型の単結晶Ｓ
ｉ基板２１に支えられた熱を伝え難い絶縁基材２２上に
熱電堆（サーモパイル）２３を有する。熱電堆２３は、
異種金属の互いの端部を接点として接続した熱電対（サ
ーモカップル）を複数直列接続して構成される。
【０００６】熱電堆２３における温接点２３１側は、絶
縁基材２２の中央付近にあり、下の基板２１は熱容量を
懸念してエッチング除去されている。温接点２３１側近
傍には外部からの赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる
黒体）２４が配される。
縁基材２２の中央付近にあり、下の基板２１は熱容量を
懸念してエッチング除去されている。温接点２３１側近
傍には外部からの赤外線を受光する熱吸収体（いわゆる
黒体）２４が配される。
【０００７】また、熱電堆２３における冷接点２３２側
は、温度変化に際し基準温度となる接点である。冷接点
２３２側は絶縁基材２２の周辺付近にあり、下の基板２
１は絶縁基材２２を支える形態となっている。
は、温度変化に際し基準温度となる接点である。冷接点
２３２側は絶縁基材２２の周辺付近にあり、下の基板２
１は絶縁基材２２を支える形態となっている。
【０００８】熱電堆２３は、保護膜（パッシベーション
膜）２５により覆われ、その上に熱吸収体（黒体）２４
が配置される。熱吸収体２４が赤外線を受けて温度変化
すると、これに伴い温接点２３１も温度変化する。温接
点２３１と冷接点２３２の間で生じる起電力（出力電
圧）は、温接点、冷接点間の接点間温度差に依存する。
膜）２５により覆われ、その上に熱吸収体（黒体）２４
が配置される。熱吸収体２４が赤外線を受けて温度変化
すると、これに伴い温接点２３１も温度変化する。温接
点２３１と冷接点２３２の間で生じる起電力（出力電
圧）は、温接点、冷接点間の接点間温度差に依存する。
【０００９】しかしながら、熱吸収体２４に吸収される
べき赤外線は、一部が冷接点２３２側にも到達し、基板
２１をも温めてしまう懸念があった。これにより、予期
せぬ冷接点２３２の温度上昇が現れ、実際の温接点、冷
接点間の接点間温度差が小さくなる。よって、熱電堆２
３における出力電圧が小さくなるから、求める温度に対
し計測誤差が生じる問題に至る。
べき赤外線は、一部が冷接点２３２側にも到達し、基板
２１をも温めてしまう懸念があった。これにより、予期
せぬ冷接点２３２の温度上昇が現れ、実際の温接点、冷
接点間の接点間温度差が小さくなる。よって、熱電堆２
３における出力電圧が小さくなるから、求める温度に対
し計測誤差が生じる問題に至る。
【００１０】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたもので、熱電堆（サーモパイル）における冷接点
（原理的基準点）の赤外線の影響を低減し、より正確に
温度計測ができるサーモパイル型赤外線センサを提供し
ようとするものである。
れたもので、熱電堆（サーモパイル）における冷接点
（原理的基準点）の赤外線の影響を低減し、より正確に
温度計測ができるサーモパイル型赤外線センサを提供し
ようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係るサーモパイ
ル型赤外線センサは、半導体基板と、前記半導体基板に
支持された絶縁基材と、前記絶縁基材の主表面上に形成
され、赤外線を受光する熱吸収体の温度に基いて電圧を
発生する熱電堆と、前記熱電堆及び熱吸収体を含む前記
主表面上を保護する絶縁膜と、前記熱電堆の基準温度設
定側を含む所定領域のみを覆う赤外線遮へい部材とを具
備したことを特徴とする。
ル型赤外線センサは、半導体基板と、前記半導体基板に
支持された絶縁基材と、前記絶縁基材の主表面上に形成
され、赤外線を受光する熱吸収体の温度に基いて電圧を
発生する熱電堆と、前記熱電堆及び熱吸収体を含む前記
主表面上を保護する絶縁膜と、前記熱電堆の基準温度設
定側を含む所定領域のみを覆う赤外線遮へい部材とを具
備したことを特徴とする。
【００１２】上記本発明に係るサーモパイル型赤外線セ
ンサによれば、熱電堆の形成部において基準温度設定側
（冷接点）を含む所定領域のみが赤外線遮へい部材で覆
われる。これにより、冷接点は赤外線入射の影響を受け
難くなる。
ンサによれば、熱電堆の形成部において基準温度設定側
（冷接点）を含む所定領域のみが赤外線遮へい部材で覆
われる。これにより、冷接点は赤外線入射の影響を受け
難くなる。
【００１３】なお、好ましくは、上記赤外線遮へい部材
は上記絶縁膜上の所定領域（冷接点側）を覆う金属膜で
あることを特徴とする。金属膜であることによって赤外
線を反射し、また、金属膜の持つ熱伝導性能により、冷
接点部の温度の均一化に寄与する。
は上記絶縁膜上の所定領域（冷接点側）を覆う金属膜で
あることを特徴とする。金属膜であることによって赤外
線を反射し、また、金属膜の持つ熱伝導性能により、冷
接点部の温度の均一化に寄与する。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るサーモパイル型赤外線センサの要部を示す断面図であ
る。サーモパイル型赤外線センサ１０は、例えばＰ型の
単結晶Ｓｉ基板１１に支えられた熱を伝え難い絶縁基材
１２上に熱電堆（サーモパイル）１３を有する。熱電堆
１３は、異種金属の互いの端部を接点として接続した熱
電対（サーモカップル）を複数直列接続して構成され
る。
るサーモパイル型赤外線センサの要部を示す断面図であ
る。サーモパイル型赤外線センサ１０は、例えばＰ型の
単結晶Ｓｉ基板１１に支えられた熱を伝え難い絶縁基材
１２上に熱電堆（サーモパイル）１３を有する。熱電堆
１３は、異種金属の互いの端部を接点として接続した熱
電対（サーモカップル）を複数直列接続して構成され
る。
【００１５】上記異種金属は、Ａｌとドープト・ポリシ
リコンなど、組み合わせる金属は様々考えられる。絶縁
基材１２も様々考えられるが、基板１１のＳｉのエッチ
ングに耐えるＳｉ3 Ｎ4 を含む薄膜である。一例として
は、Ｓｉ3 Ｎ4 ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 の薄膜３層構造
が用いられる。
リコンなど、組み合わせる金属は様々考えられる。絶縁
基材１２も様々考えられるが、基板１１のＳｉのエッチ
ングに耐えるＳｉ3 Ｎ4 を含む薄膜である。一例として
は、Ｓｉ3 Ｎ4 ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ3 Ｎ4 の薄膜３層構造
が用いられる。
【００１６】熱電堆１３における温接点１３１側は、絶
縁基材１２の中央付近にあり、下の基板１１は熱容量を
懸念してエッチング除去されている。また、熱電堆１３
における冷接点１３２側は、絶縁基材１２の周辺付近に
あり、下の基板１１は絶縁基材１２を支える形態となっ
ている。熱電堆１３は、赤外線を透過する保護膜（パッ
シベーション膜；例えばＳｉＯ2 膜）１５により覆われ
ている。温接点１３１側の保護膜１５上には赤外線を受
光する熱吸収体（いわゆる黒体）１４が配される。
縁基材１２の中央付近にあり、下の基板１１は熱容量を
懸念してエッチング除去されている。また、熱電堆１３
における冷接点１３２側は、絶縁基材１２の周辺付近に
あり、下の基板１１は絶縁基材１２を支える形態となっ
ている。熱電堆１３は、赤外線を透過する保護膜（パッ
シベーション膜；例えばＳｉＯ2 膜）１５により覆われ
ている。温接点１３１側の保護膜１５上には赤外線を受
光する熱吸収体（いわゆる黒体）１４が配される。
【００１７】上記冷接点１３２側は、温度変化に際し基
準温度となる接点である。そこで、この実施形態では熱
電堆１３の冷接点１３２側を含む所定領域のみを赤外線
遮へい部材１６で覆う構成とした。赤外線遮へい部材１
６は、赤外線を透過し難い絶縁性樹脂、断熱材、金属部
材等が考えられる。
準温度となる接点である。そこで、この実施形態では熱
電堆１３の冷接点１３２側を含む所定領域のみを赤外線
遮へい部材１６で覆う構成とした。赤外線遮へい部材１
６は、赤外線を透過し難い絶縁性樹脂、断熱材、金属部
材等が考えられる。
【００１８】赤外線遮へい部材１６は、ここではスパッ
タ法等で形成する金属膜とした。金属の種類は様々考え
られるが、熱電堆１３を構成するいずれかの金属を用い
れば、製造プロセス上の利便性が得られる。
タ法等で形成する金属膜とした。金属の種類は様々考え
られるが、熱電堆１３を構成するいずれかの金属を用い
れば、製造プロセス上の利便性が得られる。
【００１９】赤外線遮へい部材１６を金属膜で構成し、
熱電堆１３の全ての冷接点１３２及びその近辺を覆う。
金属膜であることによって赤外線を反射し、また、金属
膜の持つ熱伝導性能により、各冷接点１３２部分の温度
の均一化に寄与する。
熱電堆１３の全ての冷接点１３２及びその近辺を覆う。
金属膜であることによって赤外線を反射し、また、金属
膜の持つ熱伝導性能により、各冷接点１３２部分の温度
の均一化に寄与する。
【００２０】上記実施形態によれば、熱吸収体１４に吸
収されるべき外部からの赤外線の一部が冷接点１３２側
に放射されても、赤外線遮へい部材１６により、冷接点
１３２側に直接到達することはない。従って、外部から
の赤外線の入射で基板１１が温められることは阻止さ
れ、冷接点１３２の温度上昇を抑えることができる。す
なわち、実際の温接点、冷接点間の接点間温度差を維持
しやすくなり、求める温度に対し計測誤差を小さくする
ことができる。
収されるべき外部からの赤外線の一部が冷接点１３２側
に放射されても、赤外線遮へい部材１６により、冷接点
１３２側に直接到達することはない。従って、外部から
の赤外線の入射で基板１１が温められることは阻止さ
れ、冷接点１３２の温度上昇を抑えることができる。す
なわち、実際の温接点、冷接点間の接点間温度差を維持
しやすくなり、求める温度に対し計測誤差を小さくする
ことができる。
【００２１】上記実施形態におけるサーモパイル型赤外
線センサは、実際の温接点、冷接点間の接点間温度差の
精度を高めた構成である。熱源の温度（測温値）は、こ
の接点間温度差に応じた信号データと別の温度検出手段
（感温素子等）により測定された基準温度に応じた信号
データから求められる。上記別の温度検出手段が、サー
モパイル型赤外線センサを構成する基材の外部、あるい
は基材自体に配備されているものいずれを問わず効果を
発揮する。
線センサは、実際の温接点、冷接点間の接点間温度差の
精度を高めた構成である。熱源の温度（測温値）は、こ
の接点間温度差に応じた信号データと別の温度検出手段
（感温素子等）により測定された基準温度に応じた信号
データから求められる。上記別の温度検出手段が、サー
モパイル型赤外線センサを構成する基材の外部、あるい
は基材自体に配備されているものいずれを問わず効果を
発揮する。
【００２２】上記実施形態におけるサーモパイル型赤外
線センサによれば、熱源から赤外線の放射を利用してそ
の熱源の温度を精度よく測定することができる。耳式体
温計やその他の測温計などに組込めば十分な効果を発揮
する。
線センサによれば、熱源から赤外線の放射を利用してそ
の熱源の温度を精度よく測定することができる。耳式体
温計やその他の測温計などに組込めば十分な効果を発揮
する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
電堆の形成部において基準温度設定側（冷接点）を含む
所定領域のみが赤外線遮へい部材で覆われる。これによ
り、冷接点は赤外線入射の影響を受け難くなる。これに
より、目的の温接点側における温度計測誤差のいっそう
の改善に寄与する。この結果、熱電堆（サーモパイル）
における冷接点（原理的基準点）の赤外線の影響を低減
し、より正確に温度計測ができるサーモパイル型赤外線
センサを提供することができる。
電堆の形成部において基準温度設定側（冷接点）を含む
所定領域のみが赤外線遮へい部材で覆われる。これによ
り、冷接点は赤外線入射の影響を受け難くなる。これに
より、目的の温接点側における温度計測誤差のいっそう
の改善に寄与する。この結果、熱電堆（サーモパイル）
における冷接点（原理的基準点）の赤外線の影響を低減
し、より正確に温度計測ができるサーモパイル型赤外線
センサを提供することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るサーモパイル型赤外
線センサの要部を示す断面図である。
線センサの要部を示す断面図である。
【図２】従来のサーモパイル型赤外線センサの要部を示
す断面図である。
す断面図である。
１０，２０…サーモパイル型赤外線センサ １１，２１…基板 １２，２２…絶縁基材 １３，２３…熱電堆（サーモパイル） １３１，２３１…温接点 １３２，２３２…冷接点 １４，２４…熱吸収体（黒体） １５，２５…保護膜 １６…赤外線遮へい部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 35/14 Ｈ０１Ｌ 35/14 35/32 35/32 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板に支持された絶縁基材と、 前記絶縁基材の主表面上に形成され、赤外線を受光する
熱吸収体の温度に基いて電圧を発生する熱電堆と、 前記熱電堆及び熱吸収体を含む前記主表面上を保護する
絶縁膜と、 前記熱電堆の基準温度設定側を含む所定領域のみを覆う
赤外線遮へい部材と、を具備したことを特徴とするサー
モパイル型赤外線センサ。 - 【請求項２】 前記赤外線遮へい部材は、前記絶縁膜上
の所定領域を覆う金属膜であることを特徴とする請求項
１記載のサーモパイル型赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000353354A JP2002156283A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | サーモパイル型赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000353354A JP2002156283A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | サーモパイル型赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156283A true JP2002156283A (ja) | 2002-05-31 |
Family
ID=18826131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000353354A Withdrawn JP2002156283A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | サーモパイル型赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002156283A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009189784A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Fortune Semiconductor Corp | 温度センサーモジュール |
| JP2011191215A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Seiko Instruments Inc | サーモパイル型赤外線センサおよびその製造方法 |
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