JP2005227180A - Infrared detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッケージ化された小型の赤外線検出器に関する。 The present invention relates to a packaged small infrared detector.
パッケージ化された小型の赤外線検出器が、例えば、特開2003−270047号公報(特許文献1)に開示されている。 A packaged small infrared detector is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-270047 (Patent Document 1).
図9は、特許文献1に開示された赤外線検出器の模式的な断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the infrared detector disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG.
図9に示す赤外線検出器90は、赤外線を感知するセンサ素子91と、センサ素子91の出力信号を処理する信号処理回路が形成された回路基板92とが、別体として形成されている。センサ素子91は、薄肉部として形成されたメンブレン部91aと厚肉部91bからなり、熱電対(図示省略)の温接点がメンブレン部91a上に配置され、熱電対の冷接点が厚肉部91b上に配置されている。このようなメンブレン部91aを有するセンサ素子91は、赤外線検出部である温接点の熱が厚肉部91b側に逃げ難く、高感度の赤外線検出が可能である。
In the
また、赤外線検出器90では、センサ素子91が回路基板92上に積層して配置され、これらがステム93とキャップ94およびフィルタ95からなるケース内に収容されている。このように、センサ素子91と回路基板92をスタック構造とした赤外線検出器90は、センサ素子91と回路基板92を並んで配置する赤外線検出器に較べて、小型化することができる。
図9に示す赤外線検出器90を用いて異なる方向から入射する赤外線を検出しようとすると、検出方向の数だけ赤外線検出器90を準備して各方向に向けて配置するか、あるいは1個の赤外線検出器90を各検出方向で走査させる必要がある。しかしながら、いずれの場合も、検出器全体が大型化し、検出器全体のコストが増大する。
If the
そこで本発明は、異なる方向から入射する赤外線の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a packaged small and inexpensive infrared detector capable of detecting infrared rays incident from different directions.
請求項1に記載の赤外線検出器は、赤外線を透過する窓が設けられたケース内に、赤外線を感知する赤外線検出素子が形成されたセンサチップが複数個収容されてなるパッケージ化された赤外線検出器であって、前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴としている。 The infrared detector according to claim 1 is a packaged infrared detector in which a plurality of sensor chips each having an infrared detection element for sensing infrared rays are housed in a case provided with a window that transmits infrared rays. An infrared ray that is transmitted through the window and incident from a different direction is detected by the plurality of sensor chips.
当該赤外線検出器においては、ケースに設けられた窓を透過して異なる方向から入射する赤外線がそれぞれ対応するセンサチップの赤外線検出素子に照射されるように、窓とセンサチップを配置することができる。これによって、窓を透過して異なる方向から入射する赤外線の検出が可能な赤外線検出器とすることができる。また、当該赤外線検出器は、検出方向の数だけ赤外線検出器を準備したり、赤外線検出器を走査させたりする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。従って、当該赤外線検出器は、異なる方向から入射する赤外線の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器とすることができる。 In the infrared detector, the window and the sensor chip can be arranged so that infrared rays that are transmitted through a window provided in the case and incident from different directions are irradiated to the infrared detection elements of the corresponding sensor chip. . Thereby, it can be set as the infrared detector which can detect the infrared rays which permeate | transmit the window and enter from a different direction. In addition, the infrared detector can be reduced in size as compared with the case where infrared detectors are prepared in the number of detection directions or the infrared detectors are scanned, and the cost of the entire detector can be reduced. Can also be reduced. Therefore, the infrared detector can detect infrared rays incident from different directions, and can be a packaged small and inexpensive infrared detector.
請求項2に記載の赤外線検出器は、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段を備え、当該入射制御手段を介して、前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴としている。
The infrared detector according to
当該赤外線検出器においては、入射制御手段を用いることで、検出する方向の赤外線をより確実に選択することができ、異なる方向から入射する赤外線の高精度な検出が可能となる。 In the infrared detector, by using the incident control means, it is possible to more reliably select the infrared ray in the direction of detection, and it is possible to detect infrared rays incident from different directions with high accuracy.
前記入射制御手段は、請求項3に記載のように、プリズムとすることができる。また、請求項4に記載のように、遮光板とすることもできる。さらに、請求項5に記載のように、反射板とすることもできる。これらの入射制御手段は、いずれも小さな部品であり、複数個のセンサチップと共にパッケージ化することができる。 The incident control means may be a prism as described in claim 3. Moreover, it can also be set as a light-shielding plate. Furthermore, as described in claim 5, a reflecting plate may be used. These incident control means are all small components and can be packaged together with a plurality of sensor chips.
請求項6に記載のように、前記赤外線検出器は、前記センサチップの入出力制御回路が形成された回路チップを備える赤外線検出器であって、前記回路チップが前記パッケージ内に収容されてなることが好ましい。これによって、センサチップと回路チップを別パッケージとする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。 7. The infrared detector according to claim 6, wherein the infrared detector includes a circuit chip on which an input / output control circuit for the sensor chip is formed, and the circuit chip is accommodated in the package. It is preferable. As a result, as compared with the case where the sensor chip and the circuit chip are provided in separate packages, the entire detector can be reduced in size, and the cost of the entire detector can be reduced.
請求項7に記載のように、前記赤外線検出器においては、前記複数個のセンサチップのそれぞれに対応する各入出力制御回路が、1個の回路チップ内に形成されてなることが好ましい。これによって、各センサチップに対応した個別の回路チップを設ける場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the infrared detector, each input / output control circuit corresponding to each of the plurality of sensor chips is preferably formed in one circuit chip. As a result, the entire detector can be downsized and the cost of the entire detector can be reduced as compared with the case where individual circuit chips corresponding to each sensor chip are provided.
請求項8に記載のように、前記センサチップは、前記回路チップ上に積層配置されてなることが好ましい。これによって、センサチップと回路チップを並べて配置する場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。 The sensor chip is preferably stacked on the circuit chip. As a result, as compared with the case where the sensor chip and the circuit chip are arranged side by side, the entire detector can be reduced in size, and the cost of the entire detector can be reduced.
請求項9に記載のように、前記入射制御手段は、前記パッケージ内に収容されることが好ましい。これによれば、入射制御手段が外部に露出しないため、当該入射制御手段の保守が容易になる。 As described in claim 9, it is preferable that the incident control means is accommodated in the package. According to this, since the incident control means is not exposed to the outside, maintenance of the incident control means becomes easy.
請求項10に記載のように、前記赤外線検出器は、前記センサチップが、薄肉部として形成されたメンブレンを有する基板からなり、前記赤外線検出素子が、前記基板上に形成された熱電対と赤外線吸収膜とからなり、前記熱電対の温接点が前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が前記メンブレンの外側の基板上に形成され、前記赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにメンブレン上に形成され、前記赤外線検出素子が、赤外線を受光したときに前記熱電対における温接点と冷接点との間に生じる温度差によって熱電対の起電力を変化させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出する赤外線検出器に好適である。
The infrared detector according to
上記のようなメンブレンを有するセンサチップは、熱電対の温接点における熱が基板側に逃げ難く、高精度の赤外線検出が可能である。このような高精度のセンサチップを複数個、前記入射制御手段と共にパッケージ化することで、異なる方向から入射する赤外線を高精度で検出することが可能となる。従って、当該赤外線検出器は、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器であって、高精度の赤外線検出器とすることができる。 The sensor chip having the membrane as described above is capable of highly accurate infrared detection because the heat at the hot junction of the thermocouple does not easily escape to the substrate side. By packaging a plurality of such high-precision sensor chips together with the incident control means, it is possible to detect infrared rays incident from different directions with high accuracy. Therefore, the infrared detector is a packaged small and inexpensive infrared detector, and can be a highly accurate infrared detector.
請求項11に記載のように、前記赤外線検出素子は、前記熱電対が、基板の上に異種材料の膜が交互に複数組直列に延設され、一つおきの接合部が前記温接点と冷接点となる、いわゆるサーモパイル式赤外線検出素子であることが好ましい。 In the infrared detection element according to claim 11, the thermocouple includes a plurality of sets of films made of different materials alternately extending in series on a substrate, and every other junction is connected to the hot junction. A so-called thermopile type infrared detecting element serving as a cold junction is preferable.
サーモパイル式赤外線検出素子は、大きなセンサ出力が得られ、高感度である。このような高感度の赤外線検出素子が形成されたセンサチップを複数個、前記入射制御手段と共にパッケージ化することで、異なる方向から入射する赤外線を高感度で検出することが可能となる。従って、当該赤外線検出器は、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器であって、高感度の赤外線検出器とすることができる。 The thermopile type infrared detection element can obtain a large sensor output and has high sensitivity. By packaging a plurality of sensor chips on which such highly sensitive infrared detecting elements are formed together with the incident control means, it is possible to detect infrared rays incident from different directions with high sensitivity. Therefore, the infrared detector is a packaged small and inexpensive infrared detector, and can be a highly sensitive infrared detector.
請求項12に記載のように、前記基板は半導体基板であり、前記赤外線検出素子は、絶縁膜を介して、前記半導体基板上に形成されることが好ましい。半導体基板を用いることで、一般的な半導体製造技術により容易にメンブレンを有する基板とすることができ、メンブレンを有するセンサチップを、低コストで製造することができる。 Preferably, the substrate is a semiconductor substrate, and the infrared detection element is formed on the semiconductor substrate via an insulating film. By using a semiconductor substrate, a substrate having a membrane can be easily formed by a general semiconductor manufacturing technique, and a sensor chip having a membrane can be manufactured at low cost.
半導体基板におけるメンブレンの形成は、例えば請求項13に記載のように、
前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と反対の裏面側からエッチングされて、メンブレンが形成されるようにしてもよい。また、例えば請求項14に記載のように、前記半導体基板が、前記赤外線検出素子の形成される面と同じ主面側からエッチングされて、メンブレンが形成されるようにしてもよい。
The formation of the membrane in the semiconductor substrate is, for example, as described in claim 13,
The semiconductor substrate may be etched from the back side opposite to the surface on which the infrared detection element is formed to form a membrane. For example, as described in claim 14, the semiconductor substrate may be etched from the same main surface side as the surface on which the infrared detection element is formed to form a membrane.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における赤外線検出器100の模式的な断面図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an
図1に示す赤外線検出器100は、赤外線検出素子が形成された2個のセンサチップ10t1,10t2と、赤外線検出素子の入出力を制御する制御回路が形成された2個の回路チップ20t1,20t2を有する。センサチップ10t1,10t2は、回路チップ20t1,20t2上に積層して配置され、これらがステム30と赤外線を透過する窓であるフィルタ40fa,40fbが付いたキャップ40からなるケース内に収容され、パッケージ化されている。尚、ステム30とキャップ40は溶接されており、ケース内には窒素が封入される。
An
図1における2個のセンサチップ10t1,10t2および2個の回路チップ20t1,20t2は、それぞれ、同じ構造のものである。
The two
図2に、センサチップの詳細を示す。図2(a)は、センサチップ10tの模式的な断面図であり、図2(b)は、模式的な上面図である。また、図2(c)は、センサチップ10tに形成された赤外線検出素子10の構成およびセンサ出力の取り出しを示す模式図である。
FIG. 2 shows details of the sensor chip. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the
図2(a)に示すように、センサチップ10tはシリコン(Si)半導体基板1からなり、裏面からエッチングされて薄肉部として形成されたメンブレン10mを有する。半導体基板1上には、赤外線検出素子10が、絶縁膜2を介して形成されている。半導体基板1上に形成された赤外線検出素子10は、熱電対10aと赤外線吸収膜10bとからなる。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)に示すように、熱電対10aは、メンブレン10mを取り囲むように配置される。尚、見やすくするために、図2(b)と図2(c)では、赤外線吸収膜10bの図示が省略されている。
As shown in FIG. 2B, the
図2(c)に示すように、熱電対10aは、半導体基板1の上に異種材料10ax,10ayの膜が交互に複数組直列に延設され(サーモパイル)、一つおきの接合部が温接点10ahと冷接点10acとなる。異種材料10ax,10ayの膜の組み合せとしては、例えば、アルミニウム膜とポリシリコン膜の組み合せが用いられる。図2(a),(c)に示すように、熱電対10aの温接点10ahは、熱容量の小さいメンブレン10m上に形成されている。一方、熱電対10aの冷接点10acは、メンブレン10mの外側における熱容量の大きい厚肉部10n上に形成されている。また、図2(a)に示すように、赤外線検出素子10においては、温接点10ahを被覆するようにして、赤外線吸収膜10bが、メンブレン10m上に形成される。
As shown in FIG. 2C, in the
人体などから赤外線が照射されると、赤外線吸収膜10bに赤外線が吸収されて、温度上昇が起こる。その結果、赤外線吸収膜10bの下に配置された温接点10ahの温度が上昇する。一方、冷接点10acの温度は、厚肉部10nがヒートシンクとなって温度が上昇しないため、温度測定の基準点となる。このように、赤外線検出素子10は、赤外線を受光したときの温接点10ahと冷接点10acとの間に生じる温度差により熱電対10aの起電力を変化(ゼーペック効果)させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出する。尚、図2(c)に示す熱電対10aはサーモパイルとなっているため、各異種材料10ax,10ayの組で発生する起電力の総和が、赤外線検出素子10の出力となる。
When infrared rays are irradiated from a human body or the like, the infrared rays are absorbed by the
図2(a)〜(c)に示すメンブレン10mを有するセンサチップ10tは、熱電対10aの温接点10ahにおける熱が厚肉部10nに逃げ難く、高精度の赤外線検出が可能である。また、サーモパイルとなっている熱電対10aは、大きな起電力(センサ出力)が得られ、高感度で高精度な赤外線検出素子とすることができる。
The
図1に示す赤外線検出器100では、赤外線の透過窓であるフィルタ40fa,40fbを透過して異なる方向から入射する赤外線L1,L2を検出することができる。赤外線検出器100においては、キャップ40に設けられたフィルタ40fa,40fbを透過して上方から入射する太い点線矢印で示した赤外線L0は、図に示すように、各センサチップ10t1,10t2に等しく照射される。一方、フィルタ40fa,40fbを透過して異なる方向から入射する太い実線矢印で示した赤外線L1,L2は、図に示すように、それぞれ対応するセンサチップ10t2,10t1の赤外線検出素子に照射されるように、フィルタ40fa,40fbとセンサチップ10t1,10t2の配置が適宜設定されている。このようにして、図1の赤外線検出器100は、赤外線の透過窓であるフィルタ40fa,40fbを透過して異なる方向から入射する赤外線L1,L2の検出が可能な赤外線検出器となっている。
The
図1の赤外線検出器100は、検出方向の数だけ赤外線検出器を準備したり、赤外線検出器を走査させたりする場合に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。また、図1の赤外線検出器100は、センサチップ10t1,10t2だけでなく、センサチップ10t1,10t2の入出力制御回路が形成された回路チップ20t1,20t2も同じケース内に収容され、パッケージ化されている。これによっても、センサチップと回路チップを別パッケージとした赤外線検出器に較べて、検出器全体を小型化することができ、検出器全体のコストも低減することができる。さらに、図1の赤外線検出器100は、センサチップ10t1,10t2と回路チップ20t1,20t2が積層配置されている。従って、センサチップと回路チップを全て並べて配置する赤外線検出器に較べても、小型化された赤外線検出器となっている。
The
以上のようにして、図1の赤外線検出器100は、異なる方向から入射する赤外線L1,L2の検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器となっている。
As described above, the
図3に、別の赤外線検出器101の模式的な断面図を示す。尚、図3に示す赤外線検出器101において、図1の赤外線検出器100と同様の部分については同じ符号を付した。
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of another
図3の赤外線検出器101においては、2個のセンサチップ10t1,10t2のそれぞれに対応する各入出力制御回路が、1個の回路チップ20t内に形成されている。これによって、各センサチップ10t1,10t2に対応する個別の回路チップ20t1,20t2が設けられた図1の赤外線検出器100と較べて、ステム31とキャップ41が小さくなっており、検出器全体が小型化されている。また、1個の回路チップ20tとすることで、検出器全体のコストも低減することができる。尚、図3に示す赤外線検出器101についても、図1に示す赤外線検出器100と同様にして、フィルタ40fa,40fbを透過して異なる方向から入射する赤外線L1,L2を検出することができる。
In the
図4に、別の赤外線検出器102の模式的な断面図を示す。尚、図4に示す赤外線検出器102において、図3の赤外線検出器101と同様の部分については同じ符号を付した。
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of another
図4の赤外線検出器102は、図3の赤外線検出器101と較べて、キャップ42の形状と、赤外線の透過窓であるフィルタ40fa,40fbの2個のセンサチップ10t1,10t2に対する配置が異なっている。図3の赤外線検出器101では、上方から入射する赤外線L0に対して、側方から入射する赤外線L1,L2の割合が小さい。これに対して、図4の赤外線検出器102では、側方から入射する赤外線L1,L2に対してキャップ42がより大きく開口されているため、上方から入射する赤外線L0に対する側方から入射する赤外線L1,L2の割合がより大きくなる。従って、図4の赤外線検出器102では、上方から入射する赤外線L0の影響が小さくなり、フィルタ40fa,40fbを透過して異なる方向から入射する赤外線L1,L2をより確実に検出することができる。
(第2の実施形態)
第1実施形態の赤外線検出器は、ケースに設けられた窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出される赤外線検出器であった。本実施形態は、さらに、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段を備える赤外線検出器に関する。以下、本実施形態について、図に基づいて説明する。
Compared with the
(Second Embodiment)
The infrared detector according to the first embodiment is an infrared detector that detects infrared rays that are transmitted through a window provided in a case and incident from different directions. The present embodiment further relates to an infrared detector including an incident control means for controlling the incident direction of infrared rays. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
図5(a),(b)は、本実施形態における赤外線検出器103,104の模式的な断面図である。
5A and 5B are schematic cross-sectional views of the
図5(a),(b)に示す赤外線検出器103,104は、それぞれ、図1の赤外線検出器100と図3の赤外線検出器101に対して、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、プリズム50a,50bを追加した赤外線検出器である。尚、図5(a),(b)においては、簡単化のために上方から入射する赤外線L0の図示を省略している。
プリズム50a,50bが設けられた赤外線検出器103,104では、図に示すように、異なる方向から入射する赤外線L3,L4がプリズム50a,50bで屈折されて、各センサチップ10t1,10t2に照射される。赤外線検出器103,104においては、プリズム50a,50bの頂角を適宜設定することで、検出する方向の赤外線L3,L4をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線L3,L4の高精度な検出が可能となる。
In the
尚、図5(a),(b)の赤外線検出器103,104においては、プリズム50a,50bがキャップ40,41の外側に配置されているが、キャップ40,41の内側に配置して、パッケージ内に収容してもよい。この場合には、プリズム50a,50bが外部に露出していないため、プリズム50a,50bの保守が容易になる。
In the
図6(a),(b)は、本実施形態における別の赤外線検出器105,106の模式的な断面図である。
6A and 6B are schematic cross-sectional views of other
図6(a),(b)に示す赤外線検出器105,106は、それぞれ、図1の赤外線検出器100と図3の赤外線検出器101に対して、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、遮光板60a,60bを追加した赤外線検出器である。
図6(a),(b)の赤外線検出器105,106では、図に示すように、上方から入射する赤外線L0が、遮光板60a,60bに遮られて、各センサチップ10t1,10t2に照射されない。従って、赤外線検出器105,106においては、上方から入射する赤外線L0の影響をなくすことができ、検出する方向の赤外線L1,L2をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線L1,L2の高精度な検出が可能となる。
In the
図7(a)〜(c)は、本実施形態における別の赤外線検出器107〜109の模式的な断面図である。
7A to 7C are schematic cross-sectional views of other
図7(a),(b)に示す赤外線検出器107,108は、それぞれ、図1の赤外線検出器100と図3の赤外線検出器101に対して、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、反射板70,71を追加した赤外線検出器である。尚、図7(a),(b)においては、簡単化のために上方から入射する赤外線L0の図示を省略している。
図1の赤外線検出器100と図3の赤外線検出器101では、フィルタ40faを透過した赤外線L1がセンサチップ10t2に照射され、フィルタ40fbを透過した赤外線L2がセンサチップ10t1に照射されていた。一方、反射板70,71を設けた図7(a),(b)の赤外線検出器107,108では、フィルタ40faを透過した赤外線L1がセンサチップ10t1に照射され、フィルタ40fbを透過した赤外線L2がセンサチップ10t2に照射される。
The
反射板70,71が設けられた赤外線検出器107,108においては、反射板70,71の面の角度を適宜設定することで、検出する方向の赤外線L1,L2をより確実に選択することができる。これによって、異なる方向から入射する赤外線L1,L2の高精度な検出が可能となる。
In the
図7(c)に示す赤外線検出器109は、3個のセンサチップ10t1〜10t3と、1個の回路チップ21tを有する。3個のセンサチップ10t1〜10t3は、回路チップ21t上に積層して配置され、これらがステム32と赤外線を透過する窓であるフィルタ40fa〜40fcが付いたキャップ43からなるケース内に収容され、パッケージ化されている。図7(c)の赤外線検出器109についても、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、反射板72,73が設けられている。
The
図7(c)の赤外線検出器109においては、図に示すように、3つの方向の異なる方向から入射する赤外線L0〜L2の検出が可能である。尚、反射板72,73のセンサチップ10t2側の面は、上方から入射する赤外線L0の選択を確実にするため、赤外線の反射が起きないようにコーティングされている。
In the
図5〜図7に示した本実施形態の赤外線検出器103〜109は、赤外線の入射方向を制御する入射制御手段として、プリズム、遮光板もしくは反射板を備え、これらの入射制御手段を介して、複数個のセンサチップにより、それぞれ、窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出される。本実施形態の赤外線検出器103〜109においては、入射制御手段を用いることで、検出する方向の赤外線をより確実に選択することができ、異なる方向から入射する赤外線の高精度な検出が可能となる。 The infrared detectors 103 to 109 of the present embodiment shown in FIGS. 5 to 7 include a prism, a light shielding plate, or a reflector as incident control means for controlling the incident direction of infrared rays, and through these incident control means. The infrared rays incident from different directions through the window are detected by the plurality of sensor chips. In the infrared detectors 103 to 109 of the present embodiment, by using the incident control means, it is possible to more reliably select the infrared ray in the direction to be detected, and it is possible to detect infrared rays incident from different directions with high accuracy. Become.
また、プリズム、遮光板、反射板等の入射制御手段は、いずれも小さな部品であり、複数個のセンサチップと共にケース内に収容し、パッケージ化することができる。 In addition, incident control means such as a prism, a light shielding plate, and a reflecting plate are all small components, and can be housed in a case together with a plurality of sensor chips and packaged.
以上のようにして、図5〜図7に示した本実施形態の赤外線検出器103〜109は、異なる方向から入射する赤外線の高精度検出が可能で、パッケージ化された小型で安価な赤外線検出器とすることができる。尚、図5〜図7に示した赤外線検出器103〜109は、プリズム、遮光板もしくは反射板を単独で用いていたが、これらを組み合わせて用いてもよい。
(他の実施形態)
図1〜図7に示した赤外線検出器100〜109におけるセンサチップ10t1〜10t3は、図2において詳しく示したように、半導体基板にメンブレンが形成されたセンサチップであった。また、メンブレンは、半導体基板が赤外線検出素子の形成される面と反対の裏面側からエッチングされて、形成されていた。しかしながら、本発明の赤外線検出器に用いられるセンサチップはこれに限らず、メンブレンは、半導体基板が赤外線検出素子の形成される面と同じ主面側からエッチングされて、形成されてもよい。
As described above, the infrared detectors 103 to 109 of the present embodiment shown in FIGS. 5 to 7 can detect infrared rays incident from different directions with high accuracy, and can be packaged in a small and inexpensive infrared detector. Can be a container. In addition, although the infrared detectors 103-109 shown in FIGS. 5-7 used the prism, the light-shielding plate, or the reflecting plate independently, you may use these in combination.
(Other embodiments)
The sensor chips
図8(a)〜(c)に、そのようなセンサチップ11t1,11t2が用いられた、本発明の赤外線検出器110〜112の模式的な断面図を示す。
FIGS. 8A to 8C are schematic cross-sectional views of the
赤外線検出素子が形成されるセンサチップとして、半導体基板を用いた場合には、一般的な半導体製造技術により容易にメンブレンを形成することができ、低コストで製造できるため好ましい。しかしながら、赤外線検出素子が形成されるセンサチップはこれに限らず、ガラス等の任意の材料を用いた基板であってよい。高感度の赤外線検出素子とするために、基板にメンブレンを形成することが好ましいが、メンブレンを有しないセンサチップであっても効果的である。また、赤外線検出素子は、熱電対を用いたものに限らず、薄膜抵抗体の温度による抵抗値変化を利用して赤外線を検出するものであってもよい。 When a semiconductor substrate is used as the sensor chip on which the infrared detection element is formed, it is preferable because a membrane can be easily formed by a general semiconductor manufacturing technique and can be manufactured at a low cost. However, the sensor chip on which the infrared detection element is formed is not limited to this, and may be a substrate using any material such as glass. In order to obtain a highly sensitive infrared detection element, it is preferable to form a membrane on the substrate, but even a sensor chip having no membrane is effective. Further, the infrared detection element is not limited to the one using a thermocouple, but may be one that detects infrared rays by using a resistance value change due to the temperature of the thin film resistor.
90,100〜112 赤外線検出器
10t,10t1〜10t3,11t1,11t2 センサチップ
1 半導体基板
2 絶縁膜
10 赤外線検出素子
10m メンブレン
10n 厚肉部
10a 熱電対
10ah 温接点
10ac 冷接点
10b 赤外線吸収膜
20t,21t,20t1,20t2 回路チップ
30〜32 ステム
40〜43 キャップ
40fa,40fb,40fc フィルタ
50a,50b プリズム
60a,60b 遮光板
70〜73 反射板
L0,L1,L2 赤外線
90,100~112
Claims (14)
前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴とする赤外線検出器。 A packaged infrared detector in which a plurality of sensor chips each formed with an infrared detection element for sensing infrared rays are housed in a case provided with a window that transmits infrared rays,
An infrared detector, wherein the plurality of sensor chips respectively detect infrared rays that are transmitted through the window and incident from different directions.
当該入射制御手段を介して、前記複数個のセンサチップにより、それぞれ、前記窓を透過して異なる方向から入射する赤外線が検出されることを特徴とする請求項1に記載の赤外線検出器。 The infrared detector comprises an incident control means for controlling the incident direction of infrared rays,
2. The infrared detector according to claim 1, wherein infrared rays that are transmitted through the window and incident from different directions are detected by the plurality of sensor chips via the incident control unit.
前記センサチップの入出力制御回路が形成された回路チップを備える赤外線検出器であって、
前記回路チップが前記パッケージ内に収容されてなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の赤外線検出器。 The infrared detector is
An infrared detector comprising a circuit chip on which an input / output control circuit of the sensor chip is formed,
The infrared detector according to claim 1, wherein the circuit chip is housed in the package.
前記赤外線検出素子が、前記基板上に形成された熱電対と赤外線吸収膜とからなり、
前記熱電対の温接点が前記メンブレン上に形成され、前記熱電対の冷接点が前記メンブレンの外側の基板上に形成され、
前記赤外線吸収膜が、前記温接点を被覆するようにメンブレン上に形成され、
前記赤外線検出素子が、赤外線を受光したときに前記熱電対における温接点と冷接点との間に生じる温度差によって熱電対の起電力を変化させ、その変化した起電力に基づいて赤外線を検出することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の赤外線検出器。 The sensor chip is composed of a substrate having a membrane formed as a thin part,
The infrared detection element comprises a thermocouple and an infrared absorption film formed on the substrate,
A hot junction of the thermocouple is formed on the membrane, and a cold junction of the thermocouple is formed on a substrate outside the membrane;
The infrared absorbing film is formed on the membrane so as to cover the hot junction;
When the infrared detection element receives infrared rays, the electromotive force of the thermocouple is changed by a temperature difference generated between a hot junction and a cold junction in the thermocouple, and infrared rays are detected based on the changed electromotive force. The infrared detector according to any one of claims 1 to 9, wherein
前記赤外線検出素子が、絶縁膜を介して、前記半導体基板上に形成されることを特徴とする請求項10または11に記載の赤外線検出器。 The substrate is a semiconductor substrate;
The infrared detector according to claim 10, wherein the infrared detection element is formed on the semiconductor substrate via an insulating film.
前記メンブレンが形成されてなることを特徴とする請求項12に記載の赤外線検出器。 The semiconductor substrate is etched from the back side opposite to the surface on which the infrared detection element is formed,
The infrared detector according to claim 12, wherein the membrane is formed.
前記メンブレンが形成されてなることを特徴とする請求項12に記載の赤外線検出器。 The semiconductor substrate is etched from the same main surface side as the surface on which the infrared detection element is formed,
The infrared detector according to claim 12, wherein the membrane is formed.
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