JP2011058929A - Infrared sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately perform temperature correction of an output of an infrared sensor by arranging a heat-sensitive surface of a heat-sensitive element on the same surface as a light receiving surface of the infrared sensor. <P>SOLUTION: The infrared sensor includes: a plurality of sensor electrode terminals 12a to 12d arranged in the peripheral part in a mold resin 11; a sensor element 13 arranged in a region surrounded by the sensor electrode terminals 12a to 12d; and a heat-sensitive element 14 for temperature correction arranged near the sensor element 13 in the region and provided integrally with the sensor element 13 by the mold resin 11; wherein the light receiving surface 13a of the sensor element 13 and the heat-sensitive surface 14a of the heat-sensitive element 14 are arranged on the same surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、赤外線センサに関し、より詳細には、赤外線センサの受光面とほぼ同一面に感熱素子の感熱面を配置することにより赤外線センサの出力の温度補正を精度良く行うようにした赤外線センサ、特に、量子型赤外線センサの温度補正技術に関する。   The present invention relates to an infrared sensor, and more specifically, an infrared sensor configured to accurately perform temperature correction of an output of an infrared sensor by disposing a thermal surface of a thermal element substantially on the same surface as a light receiving surface of the infrared sensor, In particular, it relates to a temperature correction technique for a quantum infrared sensor.

一般に、赤外線センサは、物体の表面温度を非接触で検知したり、物体の存在を検知したり、また、大気中のガス濃度の測定など各種の用途に使われている。この種の従来の赤外線センサとして、大きく分けて熱型赤外線センサと量子型赤外線センサが知られている。   In general, infrared sensors are used for various purposes such as detecting the surface temperature of an object in a non-contact manner, detecting the presence of the object, and measuring the gas concentration in the atmosphere. As this kind of conventional infrared sensor, a thermal type infrared sensor and a quantum type infrared sensor are roughly classified.

熱型赤外線センサは、赤外線を受光して熱によってセンサ素子が温められ、そのセンサ素子の温度の上昇によって変化する電気的性質を検知するもので、感度や応答速度は低いが、波長帯域が広く常温で使えるのが特徴である。熱起電力効果を原理としたサーモパイル、焦電センサのPZT、温度変化による電気抵抗の変化のサーミスタ、ボロメータなどがある。また、量子型赤外線センサは、光エネルギーによって起こる電気現象を検知するもので、検出感度が高く、応答速度に優れ、熱型赤外線センサより高い検出能力を持つが、動作温度が低いために冷却する必要がある。フォトダイオードやフォトトランジスタ、フォトICなどがある。   The thermal infrared sensor detects the electrical properties that are received by infrared rays and heated by the heat and changes as the temperature of the sensor element increases. The sensitivity and response speed are low, but the wavelength band is wide. It can be used at room temperature. There are a thermopile based on the thermoelectromotive force effect, a PZT of a pyroelectric sensor, a thermistor that changes electric resistance due to a temperature change, a bolometer, and the like. In addition, quantum infrared sensors detect electrical phenomena caused by light energy, have high detection sensitivity, excellent response speed, and higher detection capability than thermal infrared sensors, but cool because the operating temperature is low. There is a need. There are photodiodes, phototransistors, photo ICs, and the like.

このような赤外線センサは、受光する赤外線のエネルギーと赤外線センサ自体の温度による赤外線エネルギーの差分を出力するもので、受光する赤外線量を測るためには、赤外線センサの温度をモニターして温度補正をする必要があるため、赤外線センサを構成するセンサ素子の近傍に感熱素子を設ける必要がある。   Such an infrared sensor outputs the difference between the received infrared energy and the infrared energy depending on the temperature of the infrared sensor itself. To measure the amount of received infrared light, the temperature of the infrared sensor is monitored and temperature correction is performed. Therefore, it is necessary to provide a thermal element in the vicinity of the sensor element constituting the infrared sensor.

赤外線センサの出力の温度補正をしたものとして、例えば、特許文献1及び2のものがある。この特許文献1のものは、ケースからの2次輻射を検出することなどによる温度測定の誤差を極力少なくするとともに外乱に影響されにくい赤外線センサに関するもので、サーモパイル素子をステムの部品搭載面に形成された凹部に収納し、この凹部の近傍にチップ型のサーミスタを搭載し、さらに、サーモパイル素子とサーミスタを覆うようにしてステムと熱的に接続されたインナーキャップを備えたものである。つまり、感熱素子が正確に温度をモニターするために赤外線センサのセンサ素子と感熱素子をパッケージケース内にインナーケースで覆ったものである。   For example, Patent Documents 1 and 2 are examples in which the temperature of the output of the infrared sensor is corrected. The thing of this patent document 1 is related with the infrared sensor which minimizes the error of the temperature measurement by detecting the secondary radiation from a case, etc., and is hard to be influenced by a disturbance, A thermopile element is formed in the component mounting surface of a stem. The chip-type thermistor is mounted in the vicinity of the recess, and further provided with an inner cap that is thermally connected to the stem so as to cover the thermopile element and the thermistor. That is, the sensor element of the infrared sensor and the thermal element are covered with the inner case in the package case so that the thermal element can accurately monitor the temperature.

また、特許文献2のものは、赤外線センサを構成するセンサチップ基板上の冷接点の温度を正確に検出するための温度補償用の感熱素子を載置したものである。つまり、サーモパイル素子を用いた場合の基準となる冷接点側にヒートシンクを設け、その中に感熱素子を埋め込んだものである。   Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 mounts a temperature-compensating thermal element for accurately detecting the temperature of the cold junction on the sensor chip substrate constituting the infrared sensor. That is, a heat sink is provided on the cold junction side which is a reference when using a thermopile element, and a heat sensitive element is embedded therein.

また、特許文献3のものは、被対象物体から輻射される赤外線のエネルギーを電気信号に変換して出力する赤外線センサであって、量子型の赤外線検出素子を有し、前記赤外線のエネルギーを前記電気信号に変換する受光部と、前記受光部からの出力信号を補正するための補正部と、を有し、前記受光部と前記補正部とが同一の基板上に同一の材料で形成され、且つ、前記赤外線が同じように入射するように同一の構造を有しているものである。   Patent Document 3 discloses an infrared sensor that converts infrared energy radiated from a target object into an electrical signal and outputs the electrical signal. The infrared sensor includes a quantum infrared detection element, and the infrared energy is converted into the infrared energy. A light receiving portion for converting into an electrical signal, and a correction portion for correcting an output signal from the light receiving portion, wherein the light receiving portion and the correction portion are formed of the same material on the same substrate, And it has the same structure so that the said infrared rays may enter similarly.

特開2003−344156号公報JP 2003-344156 A 特開2006−105651号公報JP 2006-105651 A 国際公開第2007/125873号パンフレットInternational Publication No. 2007/125873 Pamphlet

しかしながら、これらの特許文献1及び2に記載のものは、センサ素子及び感熱素子を覆うようにして、赤外線を選択的に透過させるための窓材が設けられたケースをステムに溶接して密封する構成になっている。そのため、周囲温度が急激に変化した場合に、赤外線センサを構成するセンサ素子と温度補正用に設けられた感熱素子に過渡的な温度差が生じ、それによる赤外線センサの出力の温度補正が正確にできないという問題が依然として残っていた。   However, those described in Patent Documents 1 and 2 cover the sensor element and the heat-sensitive element, and seal the case provided with a window material for selectively transmitting infrared rays by welding to the stem. It is configured. Therefore, when the ambient temperature changes suddenly, a transient temperature difference occurs between the sensor element that constitutes the infrared sensor and the thermal element provided for temperature correction, and the temperature correction of the output of the infrared sensor is thereby accurately performed. The problem of being unable to do so remained.

特許文献3記載のものは、同一基板上に感熱素子を設けたものであって、感熱素子は赤外線検出素子と同一構造の素子を用いている。そのため、感熱素子の電気的特性に制約があり、温度補正のための信号処理回路や補正方法に制約があった。   The thing of patent document 3 provides the thermal element on the same board | substrate, Comprising: The thermal sensor uses the element of the same structure as an infrared rays detection element. Therefore, there are restrictions on the electrical characteristics of the thermal element, and there are restrictions on the signal processing circuit and the correction method for temperature correction.

そこで、本発明の赤外線センサは、センサ素子と同一構造内で近接して一体的に感熱素子を設けることで、パッケージ表面や、外部からの熱放射(輻射)や、感熱素子自体からの熱放射等の温度外乱や、センサ素子の設置場所に温度分布があったとしても、センサ素子と感熱素子の温度分布が過渡的にも一様になるようにして、赤外線センサの出力の温度補正を過渡的にも精度良く行うことができるようにするとともに、感熱素子選定の自由度を改善したものである。   Therefore, the infrared sensor of the present invention is provided with a heat sensitive element integrally in the same structure as the sensor element, so that heat radiation (radiation) from the surface of the package, the outside, or heat radiation from the heat sensitive element itself. Even if there is a temperature disturbance such as a temperature distribution or the temperature distribution at the location where the sensor element is installed, the temperature distribution of the infrared sensor output is made transient by making the temperature distribution of the sensor element and the thermal element uniform even in the transient state. In addition to being able to carry out with high accuracy, the degree of freedom in selecting the thermal element is improved.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、赤外線センサの受光面とほぼ同一面に感熱素子の感熱面を配置することにより赤外線センサの出力の温度補正を精度良く行うようにした赤外線センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to correct the temperature of the output of the infrared sensor by disposing the thermal surface of the thermal element substantially on the same surface as the light receiving surface of the infrared sensor. An object of the present invention is to provide an infrared sensor capable of accurately performing the above.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、モールド樹脂内の周辺に配置された複数のセンサ電極端子と、該センサ電極端子に囲まれた領域内に配置されたセンサ素子と、該センサ素子の近傍でかつ前記領域内に配置され、該センサ素子と前記モールド樹脂で一体的に設けられた温度補正用の感熱素子とを備えたことを特徴とする。   The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 includes a plurality of sensor electrode terminals arranged in the periphery of the mold resin and the sensor electrode terminals. A sensor element disposed within the region, and a temperature-correcting thermal element disposed in the region in the vicinity of the sensor element and integrally provided with the sensor element and the mold resin. It is characterized by.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記センサ素子の受光面と前記感熱素子の感熱面とを同一面に配置したことを特徴とする。   The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the light receiving surface of the sensor element and the heat sensitive surface of the heat sensitive element are arranged on the same plane.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記感熱素子が、前記領域内に配置された保持部材上に搭載され、該保持部材の非搭載面が、前記センサ素子の受光面と同一面であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the thermal element is mounted on a holding member disposed in the region, and the non-mounting surface of the holding member is the sensor. It is characterized by being flush with the light receiving surface of the element.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記感熱素子が、前記領域内に延設された前記センサ電極端子の延長部上に搭載され、該延長部の非搭載面が、前記センサ素子の受光面と同一面であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the thermal element is mounted on an extension portion of the sensor electrode terminal extending in the region, and the non-extension portion is not mounted. The mounting surface is the same surface as the light receiving surface of the sensor element.

また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記センサ素子の受光面上に光学フィルタを設けたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an optical filter is provided on the light receiving surface of the sensor element.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記センサ素子が、量子型センサ素子であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the sensor element is a quantum sensor element.

また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記量子型センサ素子はセンサ素子部を有し、該センサ素子部は、基板上に設けられた第1のコンタクト層と、該第1のコンタクト層上に設けられた吸収層と、該吸収層上に設けられたバリア層と、該バリア層上に設けられた第2のコンタクト層と、該第2のコンタクト層上に設けられた第2の電極と、前記第1のコンタクト層と前記吸収層と前記バリア層と前記第2のコンタクト層に隣接して設けられたパッシベーション層と、該パッシベーション層を介して前記基板上に設けられた第1の電極とを備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the quantum sensor element has a sensor element portion, and the sensor element portion is a first contact layer provided on a substrate. An absorption layer provided on the first contact layer, a barrier layer provided on the absorption layer, a second contact layer provided on the barrier layer, and the second contact layer A second electrode provided thereon; a first contact layer; an absorption layer; a barrier layer; a passivation layer provided adjacent to the second contact layer; and the passivation layer through the passivation layer. And a first electrode provided on the substrate.

また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記第1のコンタクト層はn型のInSbからなり、前記吸収層はπ型のInSbからなり、前記バリア層はp型のAlInSbからなり、前記第2のコンタクト層はp型のInSbからなることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the first contact layer is made of n-type InSb, the absorbing layer is made of π-type InSb, and the barrier layer is made of p-type. The second contact layer is made of p-type InSb.

本発明によれば、赤外線センサを構成するセンサ素子と同一構造内で近接して一体的に温度補正用の感熱素子を設けたので、パッケージ表面や、外部からの熱放射(輻射)や、感熱素子自体からの熱放射等の温度外乱や、センサ素子の設置場所に温度分布があったとしても、センサ素子と感熱素子の温度分布が過渡的にも一様になるようにして赤外線センサの出力の温度補正を過渡的にも精度良く行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, since the heat-sensitive element for temperature correction is provided integrally in the vicinity of the same structure as the sensor element constituting the infrared sensor, heat radiation (radiation) from the surface of the package, the outside, Even if there is a temperature disturbance such as thermal radiation from the element itself, or if there is a temperature distribution at the location where the sensor element is installed, the temperature distribution of the sensor element and the thermal element is made uniform even in the transient state, and the output of the infrared sensor There is an effect that the temperature correction can be accurately performed even in a transient manner.

本発明に係る赤外線センサの実施例1を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating Example 1 of the infrared sensor which concerns on this invention. (a)は図1のA−A線断面図で、(b)は図1のB−B線断面図である。(A) is the sectional view on the AA line of FIG. 1, (b) is the sectional view on the BB line of FIG. 本発明に係る赤外線センサの実施例2を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating Example 2 of the infrared sensor which concerns on this invention. (a)は図3のA−A線断面図で、(b)は図3のB−B線断面図である。(A) is the sectional view on the AA line of FIG. 3, (b) is the sectional view on the BB line of FIG. 本発明に係る赤外線センサの実施例3を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating Example 3 of the infrared sensor which concerns on this invention. (a)は図5のA−A線断面図で、(b)は図5のB−B線断面図である。(A) is the sectional view on the AA line of FIG. 5, (b) is the sectional view on the BB line of FIG. 本発明に係る赤外線センサの量子型センサ素子の具体的な構成図である。It is a specific block diagram of the quantum type sensor element of the infrared sensor which concerns on this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る赤外線センサの実施例1を説明するための構成図で、図2(a)は、図1のA−A線断面図、図2(b)は、図1のB−B線断面図である。図中符号11はモールド樹脂、12a乃至12dはセンサ電極端子(リードフレーム)、13はセンサ素子、13aは受光面、14は感熱素子、14aは感熱面を示している。なお、符号15は、センサ素子13とセンサ電極端子12a乃至12dとを電気的に接続するワイヤーボンディングである。   FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an infrared sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is a BB sectional view. In the figure, reference numeral 11 is a mold resin, 12a to 12d are sensor electrode terminals (lead frames), 13 is a sensor element, 13a is a light receiving surface, 14 is a thermal element, and 14a is a thermal surface. Reference numeral 15 denotes wire bonding for electrically connecting the sensor element 13 and the sensor electrode terminals 12a to 12d.

本実施例1の赤外線センサは、モールド樹脂11内の周辺に配置された複数のセンサ電極端子12a乃至12dと、このセンサ電極端子12a乃至12dに囲まれた領域内に配置されたセンサ素子13と、このセンサ素子13の近傍でかつ領域内に配置され、センサ素子13とモールド樹脂11で一体的に設けられた温度補正用の感熱素子14とから構成されている。   The infrared sensor of the first embodiment includes a plurality of sensor electrode terminals 12a to 12d arranged around the mold resin 11, and a sensor element 13 arranged in a region surrounded by the sensor electrode terminals 12a to 12d. The sensor element 13 is disposed in the vicinity of the sensor element 13 and is composed of a sensor element 13 and a thermosensitive element 14 for temperature correction provided integrally with the mold resin 11.

そして、センサ素子13の受光面13aと感熱素子14の感熱面14aとは同一面になるように配置されている。また、センサ素子13の受光面13a上に必要に応じて光学フィルタ(図示せず)を設けてもよい。さらに、センサ素子13は、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子については、図7に基づいて後述する。   And the light-receiving surface 13a of the sensor element 13 and the heat-sensitive surface 14a of the heat-sensitive element 14 are arrange | positioned so that it may become the same surface. Further, an optical filter (not shown) may be provided on the light receiving surface 13a of the sensor element 13 as necessary. Furthermore, the sensor element 13 is preferably a quantum sensor element. This quantum sensor element will be described later with reference to FIG.

感熱素子は、サーミスタ、熱電対、白金抵抗体など熱を抵抗や電圧などとして検知できる物であれば良く、特に方式はこだわらない。形状は、チップ状の物がセンサ素子と同一構造で接近して設けることが出来るため好適である。また、感熱部は、チップの表面に薄膜状であっても、チップ全体であっても良い。   The thermosensitive element is not particularly limited as long as it can detect heat as resistance, voltage, or the like, such as a thermistor, a thermocouple, or a platinum resistor. The shape is preferable because a chip-like object can be provided close to the sensor element with the same structure. The heat sensitive part may be a thin film on the surface of the chip or the entire chip.

図3は、本発明に係る赤外線センサの実施例2を説明するための構成図で、図4(a)は、図3のA−A線断面図、図4(b)は、図3のB−B線断面図である。図中符号21はモールド樹脂、22a乃至22dはセンサ電極端子(リードフレーム)、23はセンサ素子、23aは受光面、24は感熱素子、26は保持部材を示している。なお、符号25は、センサ素子23とセンサ電極端子22a乃至22dとを電気的に接続するワイヤーボンディングである。   3 is a block diagram for explaining an infrared sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3, and FIG. 4 (b) is a diagram of FIG. It is a BB sectional view. In the figure, reference numeral 21 is a mold resin, 22a to 22d are sensor electrode terminals (lead frames), 23 is a sensor element, 23a is a light receiving surface, 24 is a heat sensitive element, and 26 is a holding member. Reference numeral 25 denotes wire bonding for electrically connecting the sensor element 23 and the sensor electrode terminals 22a to 22d.

感熱素子が小型の場合に、ダイボンド工程やワイヤーボンド工程で感熱素子が剥がれる心配がある。その場合には、保持性を高めるための保持部材に感熱素子を取り付けることが必要である。   When the thermal element is small, there is a concern that the thermal element may be peeled off in the die bonding process or the wire bonding process. In that case, it is necessary to attach a heat sensitive element to the holding member for improving holding property.

本実施例2の赤外線センサは、モールド樹脂21内の周辺に配置された複数のセンサ電極端子22a乃至22dと、このセンサ電極端子22a乃至22dに囲まれた領域内に配置されたセンサ素子23と、このセンサ素子23の近傍でかつ領域内に配置され、センサ素子23とモールド樹脂21で一体的に設けられた温度補正用の感熱素子24と、この感熱素子24を保持する保持部材26とから構成されている。   The infrared sensor according to the second embodiment includes a plurality of sensor electrode terminals 22a to 22d arranged in the periphery of the mold resin 21, and a sensor element 23 arranged in a region surrounded by the sensor electrode terminals 22a to 22d. The temperature-correcting thermal element 24 that is disposed in the vicinity of the sensor element 23 and in the region and is provided integrally with the sensor element 23 and the mold resin 21, and a holding member 26 that holds the thermal element 24. It is configured.

そして、感熱素子24は、領域内に配置された保持部材26上に搭載され、この保持部材26の非搭載面は、センサ素子23の受光面と同一面になるように配置されている。また、保持部材26は、加工性や温度伝導性や赤外線の透過性などからシリコン基板が好適である。また、加工性や強度や熱伝導性からセラミックス基板などでも良い。また、センサ素子23の受光面23a上に必要に応じて光学フィルタ(図示せず)を設けてもよい。さらに、センサ素子23は、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子については、図7に基づいて後述する。なお、感熱素子については、上述した実施例1と同様である。   The thermal element 24 is mounted on a holding member 26 disposed in the region, and the non-mounting surface of the holding member 26 is disposed so as to be flush with the light receiving surface of the sensor element 23. Further, the holding member 26 is preferably a silicon substrate in view of processability, temperature conductivity, infrared transmittance, and the like. Further, a ceramic substrate or the like may be used because of workability, strength, and thermal conductivity. Further, an optical filter (not shown) may be provided on the light receiving surface 23a of the sensor element 23 as necessary. Furthermore, the sensor element 23 is preferably a quantum sensor element. This quantum sensor element will be described later with reference to FIG. The heat sensitive element is the same as that in the first embodiment.

図5は、本発明に係る赤外線センサの実施例3を説明するための構成図で、図6(a)は、図5のA−A線断面図、図6(b)は、図5のB−B線断面図である。図中符号31はモールド樹脂、32a乃至32dはセンサ電極端子(リードフレーム)、32Rは延長部、33はセンサ素子、33aは受光面、34は感熱素子を示している。なお、符号35は、センサ素子23とセンサ電極端子22a乃至22dとを電気的に接続するワイヤーボンディングである。   5A and 5B are configuration diagrams for explaining an infrared sensor according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5, and FIG. It is a BB sectional view. In the figure, reference numeral 31 is a mold resin, 32a to 32d are sensor electrode terminals (lead frames), 32R is an extension, 33 is a sensor element, 33a is a light receiving surface, and 34 is a thermal element. Reference numeral 35 denotes wire bonding for electrically connecting the sensor element 23 and the sensor electrode terminals 22a to 22d.

上述した実施例2と同様に、感熱素子の保持性を高めるために保持部材を用いる場合に、リードフレームを保持部材として用いると、保持部材を別途用意する必要が無く、簡便な構造で熱伝導性の高い構造にすることができる。   Similar to Example 2 described above, when a holding member is used to enhance the holding performance of the thermal element, if the lead frame is used as the holding member, there is no need to prepare a holding member separately, and the heat conduction is performed with a simple structure. A highly structured structure can be obtained.

本実施例3の赤外線センサは、モールド樹脂31内の周辺に配置され、いずれかに延長部32Rを有する複数のセンサ電極端子32a乃至32dと、このセンサ電極端子32a乃至32dに囲まれた領域内に配置されたセンサ素子33と、このセンサ素子33の近傍でかつ領域内に配置され、センサ素子33とモールド樹脂31で一体的に設けられた温度補正用の感熱素子34とから構成されている。   The infrared sensor of the third embodiment is arranged in the periphery of the mold resin 31, and has a plurality of sensor electrode terminals 32a to 32d each having an extension 32R, and an area surrounded by the sensor electrode terminals 32a to 32d. The sensor element 33 is disposed in the vicinity of the sensor element 33 and in the region, and the sensor element 33 and the thermosensitive element 34 for temperature correction provided integrally with the mold resin 31 are configured. .

そして、感熱素子34は、領域内に延設されたセンサ電極端子32a乃至32dの延長部32R上に搭載され、この延長部32Rの非搭載面は、センサ素子33の受光面と同一面であるように配置されている。なお、感熱素子については、上述した実施例1と同様である。   The thermal element 34 is mounted on the extension 32R of the sensor electrode terminals 32a to 32d extending in the region, and the non-mounting surface of the extension 32R is the same as the light receiving surface of the sensor element 33. Are arranged as follows. The heat sensitive element is the same as that in the first embodiment.

また、センサ素子33の受光面33a上に必要に応じて光学フィルタ(図示せず)を設けてもよい。さらに、センサ素子33は、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子については、図7に基づいて後述する。   Further, an optical filter (not shown) may be provided on the light receiving surface 33a of the sensor element 33 as necessary. Furthermore, the sensor element 33 is preferably a quantum sensor element. This quantum sensor element will be described later with reference to FIG.

次に、本発明の赤外線センサのセンサ素子として用いる量子型センサ素子について説明する。
図7は、本発明に係る赤外線センサの各実施例に用いられる量子型センサ素子の具体的な構成図で、符号103aはセンサ素子部を示している。量子型センサ素子103はセンサ素子部103aを有し、このセンサ素子部103aは、基板105上に設けられた第1のコンタクト層106と、この第1のコンタクト層106上に設けられた吸収層107と、この吸収層107上に設けられたバリア層108と、このバリア層108上に設けられた第2のコンタクト層109と、この第2のコンタクト層109上に設けられた第2の素子部電極111bと、第1のコンタクト層106と吸収層107とバリア層108と第2のコンタクト層109に隣接して設けられたパッシベーション層110と、このパッシベーション層110を介して基板上105に設けられた第1の素子部電極111aとを備えている。
Next, the quantum type sensor element used as the sensor element of the infrared sensor of the present invention will be described.
FIG. 7 is a specific configuration diagram of a quantum sensor element used in each embodiment of the infrared sensor according to the present invention, and reference numeral 103a denotes a sensor element portion. The quantum sensor element 103 includes a sensor element portion 103a. The sensor element portion 103a includes a first contact layer 106 provided on the substrate 105 and an absorption layer provided on the first contact layer 106. 107, a barrier layer 108 provided on the absorption layer 107, a second contact layer 109 provided on the barrier layer 108, and a second element provided on the second contact layer 109 A partial electrode 111b, a first contact layer 106, an absorption layer 107, a barrier layer 108, a passivation layer 110 provided adjacent to the second contact layer 109, and a substrate 105 provided via the passivation layer 110. The first element portion electrode 111a is provided.

つまり、センサ素子部103aの受光面を除いた全体は、モールド樹脂101で覆われ、センサ素子部103aの両側には、センサ信号を取り出すためのセンサ電極端子102a,102bが設けられている。さらに、センサ素子部103aを構成する第1の素子部電極111aと第2の素子部電極111bに接続され、基板105上に形成されたパッド電極104a,104bは、ワイヤーボンディング115によりセンサ電極端子102a,102bと電気的に接続されている。   That is, the entire sensor element portion 103a excluding the light receiving surface is covered with the mold resin 101, and sensor electrode terminals 102a and 102b for taking out sensor signals are provided on both sides of the sensor element portion 103a. Further, the pad electrodes 104a and 104b connected to the first element part electrode 111a and the second element part electrode 111b constituting the sensor element part 103a and formed on the substrate 105 are connected to the sensor electrode terminal 102a by wire bonding 115. , 102b.

さらに、センサ素子部103aをより詳細に説明する。例えば、半絶縁性GaAs基板105上にn型のInSbコンタクト層106と、π型のInSb吸収層107と、p型のAlInSbバリア層108と、p型のInSbコンタクト層109が形成され、n型のInSbコンタクト層106は、一方のパッド電極104aに素子部電極111aで電気的に接続され、さらに、p型のInSbコンタクト層109は、他方のパッド電極104bに第2の素子部電極111bで電気的に接続されている。   Further, the sensor element unit 103a will be described in more detail. For example, an n-type InSb contact layer 106, a π-type InSb absorption layer 107, a p-type AlInSb barrier layer 108, and a p-type InSb contact layer 109 are formed on a semi-insulating GaAs substrate 105, and the n-type InSb contact layer 109 is formed. The InSb contact layer 106 is electrically connected to one pad electrode 104a by the element part electrode 111a, and the p-type InSb contact layer 109 is electrically connected to the other pad electrode 104b by the second element part electrode 111b. Connected.

センサ素子部103aを構成する半導体薄膜の材料は、上述した例に限定されるものではない。また、センサ素子部は、上述した1組の103aで構成した例に限定されるものではなく、基板上に直列または並列に複数組接続してあっても同じである。素子部電極111a,111bが、半導体層とコンタクトしないように所定の位置にSiNなどのパッシベーション膜110が形成されている。さらに、半絶縁性GaAs基板105の裏面には、保護膜112が形成されている。この保護膜112は、入射する赤外線の反射防止やセンサ部の保護のために設けられ、測定したい波長の赤外線をできるだけ多く透過させる材質が好ましく選択される。例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどが好ましく用いられる。   The material of the semiconductor thin film that constitutes the sensor element portion 103a is not limited to the above-described example. In addition, the sensor element unit is not limited to the example configured with the above-described one set 103a, and the same may be applied even when a plurality of sets are connected in series or in parallel on the substrate. A passivation film 110 such as SiN is formed at a predetermined position so that the element part electrodes 111a and 111b do not contact the semiconductor layer. Further, a protective film 112 is formed on the back surface of the semi-insulating GaAs substrate 105. The protective film 112 is provided for preventing reflection of incident infrared rays and protecting the sensor unit, and a material that transmits as much infrared rays as possible of a wavelength to be measured is preferably selected. For example, silicon oxide or silicon nitride is preferably used.

このように、センサ素子として量子型センサ素子を用いることによって、センサ素子の受光面と感熱素子の感熱面とをほぼ同一面に配置することが極めて容易になる。そのためパッケージ表面や、外部からの熱放射(輻射)や、感熱素子自体からの熱放射等の温度外乱や、センサ素子の設置場所に温度分布があったとしても、センサ素子と感熱素子の温度分布が過渡的にも一様になるようにして、赤外線センサの出力の温度補正を過渡的にも精度良く行うことができるようになる。   Thus, by using a quantum sensor element as the sensor element, it becomes extremely easy to arrange the light receiving surface of the sensor element and the heat sensitive surface of the heat sensitive element on substantially the same plane. Therefore, even if there is a temperature disturbance in the package surface, external heat radiation (radiation), heat radiation from the thermal element itself, or temperature distribution at the location where the sensor element is installed, the temperature distribution of the sensor element and thermal element The temperature of the output of the infrared sensor can be corrected with high accuracy even in a transient manner.

11,21,31 モールド樹脂
12a乃至12d,22a乃至22d,32a乃至32d センサ電極端子(リードフレーム)
13,23,33 センサ素子
13a,23a,33a 受光面
14,24,34 感熱素子
14a 感熱面
15,25,35 ワイヤーボンディング
26 保持部材
32R 延長部
101 モールド樹脂
102a,102b センサ電極端子
103a,103b センサ素子部
104a,104b パッド電極
105 半絶縁性GaAs基板
106 第1のn型のInSbコンタクト層
107 π型のInSb吸収層
108 p型のAlInSbバリア層
109 第2のp型のInSbコンタクト層
110 パッシベーション層
111a 第1の素子部電極
111b 第2の素子部電極
112 保護膜
115 ワイヤーボンディング
11, 21, 31 Mold resin 12a to 12d, 22a to 22d, 32a to 32d Sensor electrode terminal (lead frame)
13, 23, 33 Sensor element 13a, 23a, 33a Light receiving surface 14, 24, 34 Heat sensitive element 14a Heat sensitive surface 15, 25, 35 Wire bonding 26 Holding member 32R Extension part 101 Mold resin 102a, 102b Sensor electrode terminals 103a, 103b Sensor Element part 104a, 104b Pad electrode 105 Semi-insulating GaAs substrate 106 First n-type InSb contact layer 107 π-type InSb absorption layer 108 p-type AlInSb barrier layer 109 Second p-type InSb contact layer 110 Passivation layer 111a 1st element part electrode 111b 2nd element part electrode 112 Protective film 115 Wire bonding

Claims (8)

モールド樹脂内の周辺に配置された複数のセンサ電極端子と、
該センサ電極端子に囲まれた領域内に配置されたセンサ素子と、
該センサ素子の近傍でかつ前記領域内に配置され、該センサ素子と前記モールド樹脂で一体的に設けられた温度補正用の感熱素子と
を備えたことを特徴とする赤外線センサ。
A plurality of sensor electrode terminals arranged around the mold resin;
A sensor element disposed in a region surrounded by the sensor electrode terminals;
An infrared sensor comprising: a thermosensitive element for temperature correction that is disposed in the vicinity of the sensor element and in the region, and is provided integrally with the mold resin.
前記センサ素子の受光面と前記感熱素子の感熱面とを同一面に配置したことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   2. The infrared sensor according to claim 1, wherein the light receiving surface of the sensor element and the heat sensitive surface of the heat sensitive element are arranged on the same plane. 前記感熱素子が、前記領域内に配置された保持部材上に搭載され、該保持部材の非搭載面が、前記センサ素子の受光面と同一面であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   2. The heat sensitive element is mounted on a holding member disposed in the region, and a non-mounting surface of the holding member is flush with a light receiving surface of the sensor element. Infrared sensor. 前記感熱素子が、前記領域内に延設された前記センサ電極端子の延長部上に搭載され、該延長部の非搭載面が、前記センサ素子の受光面と同一面であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   The thermosensitive element is mounted on an extension part of the sensor electrode terminal extending in the region, and a non-mounting surface of the extension part is flush with a light receiving surface of the sensor element. The infrared sensor according to claim 1. 前記センサ素子の受光面上に光学フィルタを設けたことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to claim 1, wherein an optical filter is provided on a light receiving surface of the sensor element. 前記センサ素子が、量子型センサ素子であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の赤外線センサ。   The infrared sensor according to claim 1, wherein the sensor element is a quantum sensor element. 前記量子型センサ素子はセンサ素子部を有し、該センサ素子部は、
基板上に設けられた第1のコンタクト層と、該第1のコンタクト層上に設けられた吸収層と、該吸収層上に設けられたバリア層と、該バリア層上に設けられた第2のコンタクト層と、該第2のコンタクト層上に設けられた第2の電極と、前記第1のコンタクト層と前記吸収層と前記バリア層と前記第2のコンタクト層に隣接して設けられたパッシベーション層と、該パッシベーション層を介して前記基板上に設けられた第1の電極とを備えたことを特徴とする請求項6に記載の赤外線センサ。
The quantum sensor element has a sensor element part, and the sensor element part is
A first contact layer provided on the substrate; an absorption layer provided on the first contact layer; a barrier layer provided on the absorption layer; and a second layer provided on the barrier layer. A contact layer, a second electrode provided on the second contact layer, the first contact layer, the absorption layer, the barrier layer, and the second contact layer. The infrared sensor according to claim 6, further comprising a passivation layer and a first electrode provided on the substrate via the passivation layer.
前記第1のコンタクト層はn型のInSbからなり、前記吸収層はπ型のInSbからなり、前記バリア層はp型のAlInSbからなり、前記第2のコンタクト層はp型のInSbからなることを特徴とする請求項7に記載の赤外線センサ。   The first contact layer is made of n-type InSb, the absorption layer is made of π-type InSb, the barrier layer is made of p-type AlInSb, and the second contact layer is made of p-type InSb. The infrared sensor according to claim 7.
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