JP2013108970A - Infrared detection device - Google Patents

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Tsuyoshi Kajimoto
剛志 梶本
Koichi Aizawa
浩一 相澤
Hiroshi Kawada
裕志 河田
Masao Kirihara
昌男 桐原
Takehiro Miyatake
岳洋 宮武
Yoshitada Nagatani
吉祥 永谷
Yoichi Nishijima
洋一 西嶋
Takeshi Nakamura
雄志 中村
Akira Tomoida
亮 友井田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared detection device capable of reducing the size.SOLUTION: An infrared detection device 10 includes: an infrared sensor 1 for detecting infrared ray; a package base 2 having an infrared sensor 1 disposed thereon; and a cover 4 which covers the infrared sensor 1 and has a lens 3 for condensing infrared ray onto the infrared sensor 1. The infrared sensor 1 includes: a base substrate 1b having an opening 1f formed at a surface 1aa side; and a thin film 1a supported by the base substrate 1b at the other face 1ab side of the base substrate 1b. The infrared detection device 10 also has an infrared ray detecting section 1e including infrared ray absorbing sections 1c and 1d which are formed at least on the thin film 1a for absorbing the infrared ray. In a thickness direction, the infrared sensor 1 is disposed on the thin film 1a facing to the opening 1f so that at least a part of the infrared ray absorbing sections 1c and 1d absorbs the infrared ray coming through the lens 3. The other face 1ab side of the base substrate 1b is defined as the package base 2 side.

Description

本発明は、赤外線センサを備えた赤外線検出装置に関する。   The present invention relates to an infrared detection device including an infrared sensor.

従来から、各種電子機器の人感センサなどとして、赤外線検出装置が利用されている。赤外線検出装置は、たとえば、赤外線センサがパッケージの内部に配置され、パッケージに設けられた窓を介して、赤外線を赤外線センサに照射させる構成となっている。   Conventionally, infrared detection devices have been used as human sensors for various electronic devices. The infrared detection device has a configuration in which, for example, an infrared sensor is arranged inside a package and the infrared sensor is irradiated with infrared rays through a window provided in the package.

赤外線検出装置に用いられる赤外線センサとしては、図16に示すように、絶縁基板118の表面および裏面に赤外線吸収体120a,120bと熱電対パターン114a,114bとを形成した赤外線検知用サーモパイルが知られている(たとえば、特許文献1)。   As an infrared sensor used in the infrared detection device, as shown in FIG. 16, an infrared detection thermopile in which infrared absorbers 120a and 120b and thermocouple patterns 114a and 114b are formed on the front and back surfaces of an insulating substrate 118 is known. (For example, Patent Document 1).

特許文献1の赤外線検知用サーモパイルは、図17に示すように、絶縁基板118の表面において、熱電対パターン114aが第1の熱電パターン110と第2の熱電パターン112からなる熱電対114を複数直列に接続して形成している。   As shown in FIG. 17, the infrared detection thermopile disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of thermocouples 114 each having a thermocouple pattern 114 a composed of a first thermoelectric pattern 110 and a second thermoelectric pattern 112 on the surface of an insulating substrate 118. Connected to and formed.

また、赤外線検知用サーモパイルは、図18に示すように、絶縁基板118の裏面において、熱電対パターン114bが熱電対パターン114aと同様に、第1の熱電パターン110と第2の熱電パターン112からなる熱電対114を直列接続している。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板118の表裏両面に赤外線吸収体120a,120bと熱電対パターン114a,114bが形成され、表裏両面の赤外線吸収体120a,120bは互いに重なり合う位置に設けられている。なお、赤外線検知用サーモパイルは、赤外線吸収体120a,120bに近い側を温接合部113とし、遠い側を冷接合部115として構成している。   Further, as shown in FIG. 18, in the infrared detection thermopile, on the back surface of the insulating substrate 118, the thermocouple pattern 114b is composed of the first thermoelectric pattern 110 and the second thermoelectric pattern 112 similarly to the thermocouple pattern 114a. Thermocouples 114 are connected in series. The infrared detection thermopile has infrared absorbers 120a and 120b and thermocouple patterns 114a and 114b formed on both front and back surfaces of the insulating substrate 118, and the infrared absorbers 120a and 120b on both front and back surfaces are provided at positions where they overlap each other. Note that the infrared detection thermopile is configured such that the side close to the infrared absorbers 120a and 120b is the warm junction 113 and the far side is the cold junction 115.

赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板118の表面の熱電対パターン114aの一端Aが、絶縁基板118に設けた第1のスルーホール17aを通して裏面の熱電対パターン114bの一端Bと接続されている。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板118の裏面の熱電対パターン114bの他端Cが、第2のスルーホール17bを通して、表面の熱電対パターン114aの他端Dと接続されている。赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板118の表裏両面の全ての熱電対114を直列接続し、表面の信号取り出し電極128からパッケージの外部に検出信号を取り出している。   In the infrared detection thermopile, one end A of the thermocouple pattern 114 a on the surface of the insulating substrate 118 is connected to one end B of the thermocouple pattern 114 b on the back surface through the first through hole 17 a provided in the insulating substrate 118. In the infrared detection thermopile, the other end C of the thermocouple pattern 114b on the back surface of the insulating substrate 118 is connected to the other end D of the thermocouple pattern 114a on the surface through the second through hole 17b. In the infrared detection thermopile, all the thermocouples 114 on both the front and back surfaces of the insulating substrate 118 are connected in series, and a detection signal is extracted from the signal extraction electrode 128 on the surface to the outside of the package.

特許文献1の赤外線検知用サーモパイルは、絶縁基板118の裏面にも表面側と同様に直列接続された複数の熱電対パターン114a,114bを形成し、熱電対114の接続本数を増加させることにより、高感度化することができる、としている。なお、赤外線検知用サーモパイルは、図示していないパッケージの内部に収容され、上面に絶縁基板118が形成されたシリコン基板116をパッケージの下端側の基体に設けて赤外線検出装置が構成される。   The infrared detection thermopile of Patent Document 1 forms a plurality of thermocouple patterns 114a and 114b connected in series on the back surface of the insulating substrate 118 in the same manner as the front surface side, and increases the number of thermocouples 114 connected. The sensitivity can be increased. The infrared detection thermopile is housed in a package (not shown), and a silicon substrate 116 having an insulating substrate 118 formed on the upper surface is provided on a base on the lower end side of the package to constitute an infrared detection device.

実開平5−43037号公報Japanese Utility Model Publication No. 5-43037

ところで、赤外線検出装置は、たとえば、特許文献1のごとき構成の赤外線センサに効率よく赤外線を照射させるため、赤外線センサに赤外線を集光するレンズをパッケージの窓に備えた構成とすることが考えられる。これにより、赤外線検出装置は、より高感度化させることが可能となる。   By the way, for example, in order to efficiently irradiate infrared rays with an infrared sensor having a configuration such as that disclosed in Patent Document 1, it is conceivable that the infrared detection device has a configuration in which a lens for condensing infrared rays is provided on the package window. . Thereby, the infrared detection device can be made more highly sensitive.

しかしながら、赤外線検出装置は、レンズを用いて赤外線を集光させる場合、レンズの焦点距離だけレンズと赤外線センサとを離さざるを得えない。そのため、レンズを備えた赤外線検出装置では、赤外線検出装置全体を小型化することが難しいという問題がある。特に、赤外線検出装置は、利用される電子機器の小型化などに伴い、より小型なものが求められており、上述の赤外線検出装置の構造だけでは十分ではなく、更なる特性の向上が求められている。   However, when the infrared detection device collects infrared rays using a lens, the infrared detection device must be separated from the lens by the focal length of the lens. For this reason, the infrared detection device having a lens has a problem that it is difficult to reduce the size of the entire infrared detection device. In particular, infrared detectors are required to be smaller with the downsizing of electronic devices used, and the structure of the above-described infrared detector is not sufficient, and further improvement in characteristics is required. ing.

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より小型化が可能な赤外線検出装置を提供する。   This invention is made | formed in view of the said reason, The objective provides the infrared rays detection apparatus in which size reduction is possible.

本発明の赤外線検出装置は、赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサを配置させるパッケージ基体と、上記赤外線センサを覆い該赤外線センサに赤外線を集光させるレンズを備えた覆部とを有する赤外線検出装置であって、上記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で上記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する赤外線検知部とを備え、厚み方向において、上記赤外線吸収部の少なくとも一部が上記レンズからの赤外線を吸収できるように上記開口部に臨む上記薄膜部に配され、上記ベース基板における上記他表面側を上記パッケージ基体側としていることを特徴とする。   An infrared detection device of the present invention includes an infrared sensor that detects infrared rays, a package base on which the infrared sensor is disposed, and a cover that includes a lens that covers the infrared sensor and collects infrared rays on the infrared sensor. In the detection device, the infrared sensor is provided at least in a base substrate having an opening provided on one surface side, a thin film portion supported by the base substrate on the other surface side of the base substrate, and the thin film portion. An infrared detector having an infrared absorber that absorbs infrared rays, and in the thickness direction, at least a part of the infrared absorber is disposed on the thin film portion facing the opening so as to absorb infrared rays from the lens. The other surface side of the base substrate is the package base side.

この赤外線検出装置において、上記赤外線吸収部で吸収されず該赤外線吸収部を透過する上記レンズ側からの赤外線を上記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射膜が上記パッケージ基体側に備えられていることが好ましい。   In this infrared detection device, an infrared reflection film that reflects infrared rays from the lens side that is not absorbed by the infrared absorption portion and transmits through the infrared absorption portion to the infrared absorption portion side is provided on the package base side. Is preferred.

この赤外線検出装置において、上記赤外線検知部は、上記薄膜部における上記他表面側に設けられた第1電極部と該第1電極部の上記薄膜部側と反対側に設けられた焦電体層と該焦電体層の上記第1電極部側と反対側に設けられた第2電極部とを有することが好ましい。   In this infrared detection apparatus, the infrared detection unit includes a first electrode unit provided on the other surface side of the thin film unit and a pyroelectric layer provided on the opposite side of the first electrode unit to the thin film unit side. And a second electrode part provided on the opposite side of the pyroelectric layer from the first electrode part side.

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、上記開口部に臨む上記薄膜部における上記一表面側に赤外線を透過させる赤外線透過膜を備えており、該赤外線透過膜と上記第1電極部との間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、上記赤外線透過膜が上記薄膜部における上記一表面側の上記赤外線吸収部を構成する構成要素として機能することが好ましい。   In the infrared detection device, the infrared sensor includes an infrared transmission film that transmits infrared rays on the one surface side of the thin film portion facing the opening, and the infrared sensor is disposed between the infrared transmission film and the first electrode portion. It is preferable that the infrared transmission film functions as a component constituting the infrared absorption part on the one surface side in the thin film part by providing an optical resonance structure in which light is confined and resonated.

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、上記ベース基板の上記開口部における内周壁に、赤外線を上記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射層が備えられていることが好ましい。   In this infrared detection device, it is preferable that the infrared sensor is provided with an infrared reflection layer that reflects infrared rays toward the infrared absorption portion on the inner peripheral wall of the opening of the base substrate.

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、複数個の上記赤外線検知部を備えてなることが好ましい。   In this infrared detector, the infrared sensor preferably includes a plurality of the infrared detectors.

この赤外線検出装置において、上記赤外線センサは、複数個の上記赤外線検知部の各々に対応して、上記開口部を上記赤外線検知部ごとに仕切る壁部を上記ベース基板に備えたことが好ましい。   In this infrared detection apparatus, it is preferable that the infrared sensor includes a wall portion that divides the opening portion for each infrared detection portion on the base substrate in correspondence with each of the plurality of infrared detection portions.

本発明の赤外線検出装置は、より小型化が可能になるという効果がある。   The infrared detection device of the present invention has an effect that it can be further downsized.

実施形態1の赤外線検出装置を示す略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an infrared detection device according to a first embodiment. 同上の赤外線検出装置における赤外線の吸収を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining absorption of the infrared rays in an infrared detection apparatus same as the above. 実施形態2の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the infrared rays detection apparatus of Embodiment 2. 同上の赤外線検出装置に用いられる赤外線センサの略平面図である。It is a schematic plan view of the infrared sensor used for an infrared detection apparatus same as the above. 同上の赤外線検出装置の要部を示す図4のXXを示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows XX of FIG. 4 which shows the principal part of an infrared detection apparatus same as the above. 同上の別の赤外線検出装置の要部を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principal part of another infrared detection apparatus same as the above. 同上の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another infrared detection apparatus same as the above. 実施形態3の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the infrared rays detection apparatus of Embodiment 3. 実施形態4の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the infrared rays detection apparatus of Embodiment 4. 実施形態5の赤外線検出装置を示す略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an infrared detection device of Embodiment 5. 実施形態6の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the infrared rays detection apparatus of Embodiment 6. 実施形態7の赤外線検出装置を示す略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating an infrared detection device according to a seventh embodiment. 同上の別の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another infrared detection apparatus same as the above. 同上の他の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other infrared detection apparatus same as the above. 実施形態8の赤外線検出装置を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the infrared rays detection apparatus of Embodiment 8. 従来の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の断面図である。It is sectional drawing of the principal part structure in the conventional thermopile for infrared detection. 同上の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の平面図である。It is a top view of the principal part structure in the thermopile for infrared detection same as the above. 同上の赤外線検知用サーモパイルにおける要部構成の底面図である。It is a bottom view of the principal part structure in the thermopile for infrared detection same as the above.

(実施形態1)
以下、本実施形態の赤外線検出装置10を図1および図2に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the infrared detection device 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In addition, the same number is attached | subjected to the same member in the figure.

本実施形態の赤外線検出装置10は、図1に示すように、赤外線を検知する赤外線センサ1と、赤外線センサ1を配置させるパッケージ基体2とを有している。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1を覆い赤外線センサ1に赤外線(図1の破線の矢印を参照)を集光させるレンズ3を備えた覆部4を有している。   As shown in FIG. 1, the infrared detection device 10 of the present embodiment includes an infrared sensor 1 that detects infrared rays and a package base 2 on which the infrared sensor 1 is disposed. The infrared detecting device 10 includes a cover 4 including a lens 3 that covers the infrared sensor 1 and collects infrared rays (see the broken arrow in FIG. 1) on the infrared sensor 1.

赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、開口部1fが一表面1aa側に設けられるベース基板1bと、ベース基板1bにおける他表面1ab側でベース基板1bに支持される薄膜部1aとを備えている。また、赤外線センサ1は、薄膜部1aに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部1c,1dを有する赤外線検知部1eを備えている。   The infrared sensor 1 of the infrared detecting device 10 includes a base substrate 1b having an opening 1f provided on the one surface 1aa side, and a thin film portion 1a supported by the base substrate 1b on the other surface 1ab side of the base substrate 1b. . Moreover, the infrared sensor 1 is provided with the infrared detection part 1e which has the infrared absorption parts 1c and 1d which are provided at least in the thin film part 1a and absorb infrared rays.

赤外線センサ1は、厚み方向において、赤外線吸収部1c,1dの少なくとも一部がレンズ3からの赤外線を吸収できるように開口部1fに臨む薄膜部1aに配されている。赤外線センサ1は、ベース基板1bにおける他表面1ab側をパッケージ基体2側としている。   Infrared sensor 1 is arranged in thin film part 1a which faces opening 1f so that at least a part of infrared absorption parts 1c and 1d can absorb infrared rays from lens 3 in the thickness direction. In the infrared sensor 1, the other surface 1ab side of the base substrate 1b is the package base 2 side.

本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の開口部1fにおける厚み方向をレンズ3の焦点距離の確保に利用している。言い換えれば、赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の開口部1fを利用してレンズ3の焦点距離を稼ぐことにより、ベース基板1bにおける一表面1aa側をパッケージ基体2側にした赤外線検出装置と比較して、レンズ3と赤外線センサ1との距離をより近づけて配置できる。   In the infrared detecting device 10 of the present embodiment, the thickness direction of the opening 1 f of the infrared sensor 1 is used for securing the focal length of the lens 3. In other words, the infrared detection device 10 is compared with the infrared detection device in which the one surface 1aa side of the base substrate 1b is set to the package base 2 side by increasing the focal length of the lens 3 using the opening 1f of the infrared sensor 1. Thus, the lens 3 and the infrared sensor 1 can be arranged closer to each other.

赤外線検出装置10は、赤外線センサ1に赤外線を集光させるレンズ3を備えることにより、高感度化が可能となる。また、赤外線検出装置10は、赤外線センサ1がベース基板1bにおける他表面1ab側をパッケージ基体2側とすることで、レンズ3と赤外線センサ1との距離をより近づけて、赤外線検出装置10全体を低背化することにより小型化が可能となる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置10は、より小型化が可能となる。   The infrared detection device 10 can have high sensitivity by including the lens 3 that collects infrared rays on the infrared sensor 1. In addition, the infrared detection device 10 is configured such that the other surface 1ab side of the base substrate 1b on the base substrate 1b is the package base 2 side, so that the distance between the lens 3 and the infrared sensor 1 is closer, and the entire infrared detection device 10 is By reducing the height, the size can be reduced. That is, the infrared detection device 10 of the present embodiment can be further downsized.

以下、本実施形態の赤外線検出装置10の各構成について、より具体的に詳述する。   Hereinafter, each configuration of the infrared detection device 10 of the present embodiment will be described in more detail.

赤外線センサ1は、温度変化によって電荷を生じる焦電効果を利用した焦電型の赤外線センサ1を利用している。赤外線センサ1は、たとえば、シリコン基板を用いたベース基板1bと、ベース基板1b上に酸化ケイ素膜(図示していない)と窒化ケイ素膜(図示していない)との積層膜で構成する薄膜部1aとを備えている。赤外線センサ1は、ベース基板1bの一表面1aa側が開口する開口部1fにより空間が設けられている。赤外線センサ1は、ベース基板1bにおける他表面1ab側でベース基板1bに支持される薄膜部1aを有したダイアフラム構造としている。   The infrared sensor 1 uses a pyroelectric infrared sensor 1 using a pyroelectric effect that generates a charge due to a temperature change. The infrared sensor 1 includes, for example, a base substrate 1b using a silicon substrate, and a thin film portion formed of a laminated film of a silicon oxide film (not shown) and a silicon nitride film (not shown) on the base substrate 1b. 1a. The infrared sensor 1 is provided with a space by an opening 1f that opens on the one surface 1aa side of the base substrate 1b. The infrared sensor 1 has a diaphragm structure having a thin film portion 1a supported by the base substrate 1b on the other surface 1ab side of the base substrate 1b.

赤外線センサ1は、薄膜部1aにおけるレンズ3側に焦電体薄膜からなる赤外線吸収部1cを設けている。また、赤外線センサ1は、赤外線吸収部1cのレンズ3側に赤外線吸収部1cと電気的に接続させる第1の電極8aを設けている。赤外線センサ1は、薄膜部1aにおけるパッケージ基体2側に焦電体薄膜からなる赤外線吸収部1dを設けている。赤外線センサ1は、赤外線吸収部1dのパッケージ基体2側に赤外線吸収部1dと電気的に接続させる第2の電極8bを設けている。なお、赤外線センサ1は、赤外線吸収部1c,1dとして、焦電効果特性を示す複合金属塩を用いることができる。複合金属塩は、たとえば、PTO(PbTiO)、PbNbO、PLZT((Pb、La)(Zr、Tr)O))やPZT(Pb(Zr,Ti)O)などが挙げられる。 The infrared sensor 1 includes an infrared absorbing portion 1c made of a pyroelectric thin film on the lens 3 side of the thin film portion 1a. In addition, the infrared sensor 1 is provided with a first electrode 8a that is electrically connected to the infrared absorbing portion 1c on the lens 3 side of the infrared absorbing portion 1c. The infrared sensor 1 includes an infrared absorbing portion 1d made of a pyroelectric thin film on the package base 2 side of the thin film portion 1a. The infrared sensor 1 includes a second electrode 8b that is electrically connected to the infrared absorbing portion 1d on the package base 2 side of the infrared absorbing portion 1d. In addition, the infrared sensor 1 can use the composite metal salt which shows the pyroelectric effect characteristic as the infrared absorption parts 1c and 1d. Examples of the composite metal salt include PTO (PbTiO 3 ), PbNbO 3 , PLZT ((Pb, La) (Zr, Tr) O 3 )) and PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ).

赤外線センサ1は、レンズ3からの赤外線を吸収できるように、薄膜部1aにおけるレンズ3側の赤外線吸収部1cと、薄膜部1aにおけるパッケージ基体2側の赤外線吸収部1dとが平面視で重なる位置に配置している。言い換えれば、赤外線センサ1は、赤外線吸収部1c,1dの少なくとも一部がレンズ3からの赤外線を吸収できるように開口部1fに臨む薄膜部1aの両面側に平面視で重なる位置に配置している。赤外線センサ1は、薄膜部1aと、薄膜部1aの厚み方向の両面側で重なる位置で配置した赤外線吸収部1c,1dと、第1の電極8aと、第2の電極8bとで、赤外線検知部1eを構成している。赤外線センサ1は、薄膜部1aのレンズ3側となる薄膜部1aにおける一表面1aa側に接続配線8aaを設けている。また、赤外線センサ1は、薄膜部1aのパッケージ基体2側となる薄膜部1aにおける他表面1ab側に第一端子部8acを設けている。   The infrared sensor 1 is a position where the infrared absorbing portion 1c on the lens 3 side in the thin film portion 1a and the infrared absorbing portion 1d on the package base 2 side in the thin film portion 1a overlap in a plan view so that the infrared light from the lens 3 can be absorbed. Is arranged. In other words, the infrared sensor 1 is arranged at a position overlapping in plan view on both sides of the thin film portion 1a facing the opening 1f so that at least a part of the infrared absorbing portions 1c and 1d can absorb infrared rays from the lens 3. Yes. The infrared sensor 1 is configured to detect infrared rays using a thin film portion 1a, infrared absorption portions 1c and 1d arranged at positions overlapping on both sides in the thickness direction of the thin film portion 1a, a first electrode 8a, and a second electrode 8b. Part 1e is configured. The infrared sensor 1 is provided with a connection wiring 8aa on the one surface 1aa side of the thin film portion 1a which is the lens 3 side of the thin film portion 1a. In addition, the infrared sensor 1 is provided with a first terminal portion 8ac on the other surface 1ab side of the thin film portion 1a on the package base 2 side of the thin film portion 1a.

赤外線センサ1は、第1の電極8aと電気的に接続された接続配線8aaが、薄膜部1aに貫設された貫通孔配線8abを介して第1端子部8acと電気的に接続させている。また、赤外線センサ1は、第2の電極8bと電気的に接続された接続配線8baが、第2端子部8bcと電気的に接続させている。赤外線センサ1は、パッケージ基体2の表面2aa上に実装させた後述する半導体素子6にバンプ7を介して搭載している。赤外線センサ1は、レンズ3で集光された赤外線を薄膜部1aを介して一対に設けられた赤外線吸収部1c,1dで吸収する。赤外線センサ1は、吸収した赤外線により絶縁体からなる薄膜部1aを介して対向配置させた赤外線吸収部1c,1dの温度変化に基づいて電荷が生ずる。赤外線センサ1は、赤外線吸収部1c,1dの電荷を各別に第1端子部8acおよび第2端子部8bcからバンプ7,7を介して信号処理用の半導体素子6側に出力することができる。   In the infrared sensor 1, the connection wiring 8aa electrically connected to the first electrode 8a is electrically connected to the first terminal portion 8ac through the through-hole wiring 8ab penetrating the thin film portion 1a. . In the infrared sensor 1, the connection wiring 8ba electrically connected to the second electrode 8b is electrically connected to the second terminal portion 8bc. The infrared sensor 1 is mounted via a bump 7 on a semiconductor element 6 (described later) mounted on the surface 2aa of the package base 2. The infrared sensor 1 absorbs infrared rays collected by the lens 3 with a pair of infrared absorbing portions 1c and 1d provided through a thin film portion 1a. In the infrared sensor 1, charges are generated by the absorbed infrared rays based on the temperature change of the infrared absorbing portions 1 c and 1 d disposed opposite to each other through the thin film portion 1 a made of an insulator. The infrared sensor 1 can output the charges of the infrared absorbing portions 1c and 1d from the first terminal portion 8ac and the second terminal portion 8bc to the semiconductor element 6 for signal processing via the bumps 7 and 7 separately.

このような赤外線センサ1は、図示していないが、たとえば、以下の方法で形成することができる。   Such an infrared sensor 1 is not shown, but can be formed by the following method, for example.

赤外線センサ1は、たとえば、ベース基板1bとなるSOI基板の一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜を熱酸化法などにより形成する。これにより、ベース基板1bは、一表面1aa側および他表面1ab側に絶縁膜を備えることができる。なお、ベース基板1bとなるSOI基板は、単結晶シリコン基板と、単結晶のシリコン層との間にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜を挟んだ構造としている。その後、SOI基板は、ベース基板1bの他表面1ab側となるSOI基板の他表面側の全面に焦電材料(たとえば、PZTなど)からなる赤外線吸収部1dとなる赤外線吸収膜を形成する。赤外線吸収膜は、たとえば、スパッタ法、CVD法、ゾルゲル法や転写法などにより形成することができる。   In the infrared sensor 1, for example, an insulating film made of a silicon oxide film is formed on each of one surface side and the other surface side of an SOI substrate serving as the base substrate 1b by a thermal oxidation method or the like. Thereby, the base substrate 1b can include an insulating film on the one surface 1aa side and the other surface 1ab side. Note that the SOI substrate to be the base substrate 1b has a structure in which a buried oxide film made of a silicon oxide film is sandwiched between a single crystal silicon substrate and a single crystal silicon layer. After that, the SOI substrate forms an infrared absorption film to be an infrared absorption portion 1d made of a pyroelectric material (for example, PZT) on the entire surface of the other surface side of the SOI substrate that is the other surface 1ab side of the base substrate 1b. The infrared absorption film can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, or a transfer method.

次に、赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで赤外線吸収部1dを形成することができる。赤外線吸収部1dは、たとえば、平面視において、矩形状に形成することができるが、矩形状だけに限られず円形など種々の形状とすることができる。続いて、SOI基板は、他表面側の全面に第2の電極8b、接続配線8baおよび第2端子部8bcの基礎となる第2の金属膜(たとえば、NiCr膜)を形成する。第2の金属膜は、たとえば、スパッタ法やCVD法などにより形成することができる。第2の金属膜は、NiCr膜に限らず、たとえば、Al膜やAl−Si膜でもよいし、Au膜と該Au膜と絶縁膜との間に介在させる密着性改善用の密着膜としてTi膜を備えた構成してもよい。なお、密着膜の材料は、Tiに限らず、たとえば、Cr、Nb、Zr、TiNやTaNなどを用いてもよい。   Next, the infrared sensor 1 can form the infrared absorbing portion 1d by patterning the infrared absorbing film into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. For example, the infrared absorbing portion 1d can be formed in a rectangular shape in a plan view, but is not limited to a rectangular shape, and may have various shapes such as a circular shape. Subsequently, a second metal film (for example, a NiCr film) serving as a basis for the second electrode 8b, the connection wiring 8ba, and the second terminal portion 8bc is formed on the entire surface on the other surface side of the SOI substrate. The second metal film can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method. The second metal film is not limited to the NiCr film, and may be, for example, an Al film or an Al—Si film, or Ti as an adhesion film for improving the adhesion interposed between the Au film and the Au film and the insulating film. You may comprise with the film | membrane. The material of the adhesion film is not limited to Ti, and for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, or the like may be used.

なお、赤外線センサ1は、ベース基板1bの他表面1ab側の絶縁膜に赤外線吸収部1dを直接形成しているが、ベース基板1bの他表面1ab側の絶縁膜と赤外線吸収部1dとの間に、赤外線吸収部1dの成膜時の下地となるシード層(図示していない)を介在させたものでもよい。赤外線センサ1は、シード層を形成させることにより、赤外線吸収部1dの結晶性を向上させることができる。シード層の材料としては、たとえば、導電性酸化物材料の一種であるPLT((Pb,La)TiO)、PTOやSRO(SrRuO)などが挙げられる。 In the infrared sensor 1, the infrared absorbing portion 1d is directly formed on the insulating film on the other surface 1ab side of the base substrate 1b. However, between the insulating film on the other surface 1ab side of the base substrate 1b and the infrared absorbing portion 1d. In addition, a seed layer (not shown) may be interposed as a base when forming the infrared absorbing portion 1d. The infrared sensor 1 can improve the crystallinity of the infrared absorbing portion 1d by forming a seed layer. Examples of the material for the seed layer include PLT ((Pb, La) TiO 3 ), PTO, SRO (SrRuO 3 ), and the like, which are a kind of conductive oxide material.

次に、赤外線センサ1を形成するSOI基板は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、第2の金属膜が所定の形状にパターニングされる。これにより、赤外線センサ1は、第2の金属膜の一部からなる第2の電極8b、接続配線8ba、第1端子部8acおよび第2端子部8bcを備えることができる。赤外線センサ1は、第2の電極8bと併せて接続配線8ba、第1端子部8acおよび第2端子部8bcが同時に形成されている。なお、第2の電極8b、接続配線8ba、第1端子部8acおよび第2端子部8bcは、第2の金属膜をパターニングすることで、全てを同時に形成するものだけでなく、接続配線8ba、第1端子部8acや第2端子部8bcを別途に形成してもよい。なお、第2の金属膜のエッチングにあたっては、たとえば、RIE法やイオンミリング法などを適宜に採用することができる。   Next, on the SOI substrate on which the infrared sensor 1 is formed, the second metal film is patterned into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. Thereby, the infrared sensor 1 can be provided with the 2nd electrode 8b which consists of a part of 2nd metal film, connection wiring 8ba, 1st terminal part 8ac, and 2nd terminal part 8bc. In the infrared sensor 1, the connection wiring 8ba, the first terminal portion 8ac, and the second terminal portion 8bc are formed simultaneously with the second electrode 8b. The second electrode 8b, the connection wiring 8ba, the first terminal portion 8ac, and the second terminal portion 8bc are not only formed at the same time by patterning the second metal film, but also the connection wiring 8ba, The first terminal portion 8ac and the second terminal portion 8bc may be formed separately. In the etching of the second metal film, for example, an RIE method or an ion milling method can be appropriately employed.

続いて、SOI基板は、リソグラフィ技術およびDeep−RIE法などのエッチング技術を利用して、ベース基板1bの一表面1aaが開口する開口部1fを形成する。さらに、SOI基板は、RIE法によるエッチングにより、薄膜部1aに貫通孔配線8ab用の貫通孔を貫設させる。   Subsequently, the SOI substrate is formed with an opening 1f in which one surface 1aa of the base substrate 1b is opened by using an etching technique such as a lithography technique and a Deep-RIE method. Further, in the SOI substrate, a through hole for the through hole wiring 8ab is formed in the thin film portion 1a by etching by the RIE method.

次に、SOI基板は、ベース基板1bの開口部1f内の薄膜部1aの全面となるSOI基板の一表面側に、焦電材料(たとえば、PZTなど)からなる赤外線吸収部1cとなる赤外線吸収膜を、ベース基板1bの他表面1ab側と同様にして形成する。続いて、赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで、赤外線吸収部1cを形成する。赤外線吸収部1cは、平面視において、赤外線吸収部1dと重なるように薄膜部1aを介して矩形状に形成している。赤外線吸収部1cの形状は、矩形状だけに限られず、円形状など種々の形状とすることができる。また、SOI基板は、薄膜部1aにおけるレンズ3側となる全面に第1の電極8a、接続配線8aaおよび貫通孔配線8abを、ベース基板1bの他表面1ab側と同様にして、たとえば、スパッタ法やCVD法などによりNiCr膜を成膜することにより形成する。   Next, the SOI substrate has an infrared absorption portion that becomes an infrared absorption portion 1c made of a pyroelectric material (for example, PZT) on one surface side of the SOI substrate that is the entire surface of the thin film portion 1a in the opening 1f of the base substrate 1b. The film is formed in the same manner as the other surface 1ab side of the base substrate 1b. Subsequently, the infrared sensor 1 forms the infrared absorbing portion 1c by patterning the infrared absorbing film into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. The infrared absorbing portion 1c is formed in a rectangular shape through the thin film portion 1a so as to overlap the infrared absorbing portion 1d in plan view. The shape of the infrared absorbing portion 1c is not limited to a rectangular shape, and may be various shapes such as a circular shape. In addition, the SOI substrate has the first electrode 8a, the connection wiring 8aa, and the through-hole wiring 8ab on the entire surface on the lens 3 side in the thin film portion 1a in the same manner as the other surface 1ab side of the base substrate 1b. It is formed by forming a NiCr film by the CVD method or the like.

赤外線センサ1は、ウェハレベルで各構成の形成を行ってから、個々の赤外線センサ1に分割するダイシングを行うことで、複数個の赤外線センサ1を量産性よく形成することができる。   The infrared sensor 1 can form a plurality of infrared sensors 1 with high productivity by forming each component at the wafer level and then performing dicing to be divided into individual infrared sensors 1.

パッケージ基体2は、種々の材料から形成することができ金属材料でもよいし、半導体材料で構成してもよい。パッケージ基体2は、たとえば、パッケージ基体2の表面2aa側に赤外線センサ1と電気的に接続させる回路パターンを備えたセラミック基板を用いることができる。パッケージ基体2は、赤外線センサ1を配置することが可能なものであり、赤外線センサ1に加えて赤外線センサ1からの検出信号を増幅などする信号処理用の半導体素子6を実装させてもよい。パッケージ基体2は、種々の形状のものを用いることができ、板状であっても有底筒状であってもよい。   The package base 2 can be formed of various materials, and may be a metal material or a semiconductor material. As the package base 2, for example, a ceramic substrate provided with a circuit pattern to be electrically connected to the infrared sensor 1 on the surface 2 aa side of the package base 2 can be used. The package base 2 can be provided with the infrared sensor 1, and in addition to the infrared sensor 1, a signal processing semiconductor element 6 that amplifies a detection signal from the infrared sensor 1 may be mounted. The package substrate 2 can be used in various shapes, and may be plate-shaped or bottomed cylindrical.

レンズ3は、赤外線検出装置10の外部からの赤外線を赤外線センサ1に集光可能なものである。レンズ3は、赤外線センサ1の大きさ、位置など応じて種々の形状とすることができる。レンズ3は、たとえば、両凸レンズの形状でもよいし、平凸状のレンズ形状でもよい。また、レンズ3は、フレネルレンズ形状などとすることもできる。レンズ3の材料は、赤外線を透過可能なものとして、たとえば、ポリエチレン樹脂材料で形成させてもよいし、シリコン、ゲルマニウムや硫化亜鉛などの半導体材料を用いて形成させてもよい。   The lens 3 is capable of condensing infrared rays from the outside of the infrared detection device 10 onto the infrared sensor 1. The lens 3 can have various shapes depending on the size and position of the infrared sensor 1. The lens 3 may be, for example, a biconvex lens shape or a plano-convex lens shape. Moreover, the lens 3 can also be made into a Fresnel lens shape. The material of the lens 3 may be formed of, for example, a polyethylene resin material that can transmit infrared rays, or may be formed of a semiconductor material such as silicon, germanium, or zinc sulfide.

覆部4は、赤外線センサ1を覆い赤外線センサ1に赤外線センサ1に赤外線を集光させるレンズ3を備えたものである。覆部4は、たとえば、レンズ3を保持する貫設孔が設けられた金属パッケージにより形成することができる。覆部4は、金属パッケージに限られるものではなく、セラミック材料、半導体材料や樹脂材料などで形成することができる。また、赤外線検出装置10は、必ずしも覆部4とレンズ3とを別体に形成させる必要もなく、覆部4とレンズ3とが一体に形成されているものでもよい。   The cover 4 is provided with a lens 3 that covers the infrared sensor 1 and causes the infrared sensor 1 to focus infrared rays on the infrared sensor 1. The cover 4 can be formed by, for example, a metal package provided with a through hole for holding the lens 3. The cover 4 is not limited to a metal package, and can be formed of a ceramic material, a semiconductor material, a resin material, or the like. Further, the infrared detecting device 10 does not necessarily need to form the cover 4 and the lens 3 separately, and the cover 4 and the lens 3 may be integrally formed.

また、本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線吸収部1c,1dで吸収されず赤外線吸収部1c,1dを透過するレンズ3側からの赤外線を赤外線吸収部1c,1d側に反射する赤外線反射膜5がパッケージ基体2側に備えている。赤外線検出装置10は、図2に示すように、赤外線センサ1の薄膜部1aにおけるレンズ3側に配された赤外線吸収部1cがレンズ3側からの赤外線IR1を吸収する。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の薄膜部1aにおけるレンズ3側に配された赤外線吸収部1cで吸収されず透過した赤外線IR2を、薄膜部1aにおけるパッケージ基体2側の赤外線吸収部1dで吸収させることができる。   In addition, the infrared detecting device 10 of the present embodiment reflects the infrared rays from the lens 3 side that is not absorbed by the infrared absorbing portions 1c and 1d and passes through the infrared absorbing portions 1c and 1d to the infrared absorbing portions 1c and 1d. A film 5 is provided on the package substrate 2 side. As shown in FIG. 2, in the infrared detecting device 10, the infrared absorbing portion 1 c disposed on the lens 3 side in the thin film portion 1 a of the infrared sensor 1 absorbs the infrared ray IR <b> 1 from the lens 3 side. The infrared detecting device 10 absorbs the infrared ray IR2 transmitted without being absorbed by the infrared ray absorbing portion 1c disposed on the lens 3 side in the thin film portion 1a of the infrared sensor 1 by the infrared ray absorbing portion 1d on the package base 2 side in the thin film portion 1a. Can be made.

さらに、本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線反射膜5がパッケージ基体2側に備えられていることにより、赤外線吸収部1c,1dを透過した赤外線IR3を再び赤外線吸収部1c,1d側に反射させることができる。赤外線検出装置10は、赤外線反射膜5により反射させた赤外線を赤外線吸収部1c,1dに吸収させることで、さらに高感度化を図ることが可能となる。   Furthermore, in the infrared detecting device 10 of the present embodiment, the infrared reflecting film 5 is provided on the package base 2 side, so that the infrared IR3 transmitted through the infrared absorbing portions 1c and 1d is returned to the infrared absorbing portions 1c and 1d again. Can be reflected. The infrared detecting device 10 can further increase the sensitivity by causing the infrared absorbing portions 1c and 1d to absorb the infrared rays reflected by the infrared reflecting film 5.

特に、本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1がベース基板1bの他表面1ab側をパッケージ基体2側として配置していることにより、赤外線吸収部1c,1dと赤外線反射膜5との間を狭間隙にすることができる。赤外線検出装置10は、赤外線吸収部1c,1dと赤外線反射膜5との距離を、検出する赤外線の波長の1/4とする共振構造に設定することで、更なる高感度化を図ることが可能となる。   In particular, in the infrared detection device 10 of the present embodiment, since the infrared sensor 1 is arranged with the other surface 1ab side of the base substrate 1b as the package base 2 side, the infrared absorbing portions 1c and 1d and the infrared reflection film 5 are arranged. The gap can be narrow. The infrared detecting device 10 can further increase sensitivity by setting the distance between the infrared absorbing portions 1c and 1d and the infrared reflecting film 5 to a resonance structure that is ¼ of the wavelength of infrared rays to be detected. It becomes possible.

半導体素子6は、赤外線センサ1と協働して赤外線センサ1からの検出信号を増幅処理などを行う。半導体素子6は、たとえば、信号処理用ICチップにより構成することができる。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1からの検出信号を半導体素子6の増幅回路(AMP)にて増幅して外部に出力することができる。なお、本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1と半導体素子6とを別体に形成させているが、赤外線センサ1と半導体素子6とを一体に形成させてもよい。赤外線検出装置10は、半導体素子6をステムたるパッケージ基体2上に接着剤(図示していない)により接着してある。赤外線検出装置10は、半田からなるバンプ7を用いて、赤外線センサ1を半導体素子6上に実装してある。赤外線検出装置10は、半導体素子6の接続端子部6a,6b上に予め形成させた半田からなるバンプ7と、赤外線センサ1とを接合させる。   The semiconductor element 6 performs an amplification process on the detection signal from the infrared sensor 1 in cooperation with the infrared sensor 1. The semiconductor element 6 can be constituted by, for example, a signal processing IC chip. The infrared detection device 10 can amplify the detection signal from the infrared sensor 1 by an amplifier circuit (AMP) of the semiconductor element 6 and output the amplified signal to the outside. In the infrared detection device 10 of the present embodiment, the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 are formed separately, but the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 may be formed integrally. The infrared detecting device 10 is bonded to the package base 2 which is a stem of the semiconductor element 6 by an adhesive (not shown). In the infrared detecting device 10, the infrared sensor 1 is mounted on the semiconductor element 6 using bumps 7 made of solder. The infrared detection device 10 joins the bump 7 made of solder formed in advance on the connection terminal portions 6 a and 6 b of the semiconductor element 6 and the infrared sensor 1.

赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の第1端子部8acおよび第2端子部8bcを半導体素子6の接続端子部6a,6b上に形成されたバンプ7,7と接合させることにより電気的に接続している。なお、赤外線検出装置10は、パッケージ基体2の外側に外部接続端子2a,2bを備えている。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1が検出した検出信号を出力できるように、パッケージ基体2に貫設された貫通配線(図示していない)を通して、半導体素子6と、外部接続端子2a,2bとを電気的に接続させている。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1からの検出信号を、外部接続端子2a,2bから外部に出力することができる。   The infrared detecting device 10 is electrically connected by bonding the first terminal portion 8ac and the second terminal portion 8bc of the infrared sensor 1 to bumps 7 and 7 formed on the connection terminal portions 6a and 6b of the semiconductor element 6. doing. The infrared detection device 10 includes external connection terminals 2 a and 2 b outside the package base 2. The infrared detection device 10 is configured to output the semiconductor element 6 and the external connection terminals 2a and 2b through a through wiring (not shown) penetrating the package base 2 so that the detection signal detected by the infrared sensor 1 can be output. Are electrically connected. The infrared detecting device 10 can output a detection signal from the infrared sensor 1 to the outside from the external connection terminals 2a and 2b.

本実施形態の赤外線検出装置10は、パッケージ基体2を覆部4で封止している。赤外線検出装置10は、パッケージ基体2の淵に、ガラスからなる封止接着層(図示していない)を用いて覆部4を接着硬化することができる。赤外線検出装置10は、封止に用いられる封止接着層として、ガラスの代わりに、AuSi、半田や有機系のエポキシ樹脂などを利用することもできる。   In the infrared detection device 10 of the present embodiment, the package base 2 is sealed with a cover 4. The infrared detecting device 10 can adhere and harden the cover 4 on the edge of the package base 2 using a sealing adhesive layer (not shown) made of glass. The infrared detecting device 10 can also use AuSi, solder, organic epoxy resin, or the like instead of glass as a sealing adhesive layer used for sealing.

赤外線検出装置10は、レンズ3を備えた覆部4とパッケージ基体2とで、赤外線検出装置10の内部が汚染されないように真空密封或いは、各赤外線センサ1などに曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で気密封止している。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1などに実質的に影響のないガスとして、たとえば、Arガスなどの不活性ガスや窒素ガス(N)が挙げられる。赤外線検出装置10は、パッケージ基体2と覆部4とを加圧状態で気密封止することにより、赤外線検出装置10の内部を揚圧(大気圧より高く)させてもよい。赤外線検出装置10は、赤外線検出装置10の内部を揚圧することにより、気密封止された赤外線検出装置10の内部に、大気からガスが流入することを抑制することができる。これにより、赤外線検出装置10は、より信頼性の高いものとすることができる。 The infrared detecting device 10 is substantially sealed even if it is exposed to the vacuum sensor or each infrared sensor 1 so that the inside of the infrared detecting device 10 is not contaminated by the cover 4 including the lens 3 and the package base 2. No gas or the like is hermetically sealed in a pressurized state. In the infrared detection device 10, examples of a gas that does not substantially affect the infrared sensor 1 include an inert gas such as Ar gas and nitrogen gas (N 2 ). The infrared detection device 10 may raise the pressure inside the infrared detection device 10 (higher than atmospheric pressure) by hermetically sealing the package base 2 and the cover 4 in a pressurized state. The infrared detection device 10 can suppress the gas from flowing into the air-tightly sealed infrared detection device 10 by raising the pressure inside the infrared detection device 10. Thereby, the infrared detection apparatus 10 can be made more reliable.

(実施形態2)
図3に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図1に示す実施形態1の焦電効果を利用する赤外線センサ1を用いる代わりに、熱起電力効果を利用する赤外線センサ1を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 2)
The infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 3 uses an infrared sensor 1 that uses the thermoelectromotive force effect instead of using the infrared sensor 1 that uses the pyroelectric effect of the first embodiment shown in FIG. Are mainly different. In addition, about the component similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10は、図3で示すように、赤外線を検知する赤外線センサ1と、赤外線センサ1を配置させるパッケージ基体2とを有している。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1を覆い赤外線センサ1に赤外線(図3の破線の矢印を参照)を集光させるレンズ3を備えた覆部4を有している。   As shown in FIG. 3, the infrared detection device 10 of this embodiment includes an infrared sensor 1 that detects infrared rays and a package base 2 on which the infrared sensor 1 is disposed. The infrared detection device 10 includes a cover 4 that includes a lens 3 that covers the infrared sensor 1 and focuses infrared light (see the broken arrow in FIG. 3) on the infrared sensor 1.

赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、図3ないし図5で示すように、開口部1fが一表面1aa側に設けられるベース基板1bと、ベース基板1bにおける他表面1ab側でベース基板1bに支持される薄膜部1aとを備えている。また、赤外線センサ1は、薄膜部1aに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部1j,1kを有する赤外線検知部1hを備えている。   As shown in FIGS. 3 to 5, the infrared sensor 1 of the infrared detecting device 10 is supported on the base substrate 1b on the other surface 1ab side of the base substrate 1b and the base substrate 1b in which the opening 1f is provided on the one surface 1aa side. And a thin film portion 1a. Moreover, the infrared sensor 1 is provided with the infrared detection part 1h which has the infrared absorption parts 1j and 1k which are provided at least in the thin film part 1a and absorb infrared rays.

赤外線センサ1は、厚み方向において、赤外線吸収部1j,1kの少なくとも一部がレンズ3からの赤外線を吸収できるように開口部1fに臨む薄膜部1aの両面側に平面視で重なる位置で配されている。赤外線センサ1は、ベース基板1bにおける他表面1ab側をパッケージ基体2側としている。   The infrared sensor 1 is arranged at a position overlapping in plan view on both sides of the thin film portion 1a facing the opening 1f so that at least a part of the infrared absorbing portions 1j and 1k can absorb infrared rays from the lens 3 in the thickness direction. ing. In the infrared sensor 1, the other surface 1ab side of the base substrate 1b is the package base 2 side.

本実施形態の赤外線検出装置10は、実施形態1の赤外線検出装置10と同様に、より小型化が可能となる。   The infrared detection device 10 of the present embodiment can be further reduced in size, similarly to the infrared detection device 10 of the first embodiment.

赤外線センサ1は、より詳細には、たとえば、薄膜部1aを薄膜部1a自体でシリコン基板を用いたベース基板1bに支持されるダイアフラム構造としている。赤外線センサ1は、シリコン基板を用いたベース基板1bの他表面1ab側に形成されたシリコン酸化膜1a1を備えている。赤外線センサ1は、シリコン酸化膜1a1のベース基板1bと反対側にシリコン窒化膜1a2を備えている。赤外線センサ1は、シリコン酸化膜1a1とシリコン窒化膜1a2とで薄膜部1aを構成している。赤外線センサ1は、薄膜部1aのシリコン窒化膜1a2に熱電対9を備えている。   More specifically, the infrared sensor 1 has, for example, a diaphragm structure in which the thin film portion 1a is supported by the base substrate 1b using a silicon substrate by the thin film portion 1a itself. The infrared sensor 1 includes a silicon oxide film 1a1 formed on the other surface 1ab side of a base substrate 1b using a silicon substrate. The infrared sensor 1 includes a silicon nitride film 1a2 on the opposite side of the silicon oxide film 1a1 from the base substrate 1b. In the infrared sensor 1, a silicon oxide film 1a1 and a silicon nitride film 1a2 constitute a thin film portion 1a. The infrared sensor 1 includes a thermocouple 9 in the silicon nitride film 1a2 of the thin film portion 1a.

赤外線センサ1は、平面視において、ベース基板1b側の薄膜部1aと、開口部1f側の薄膜部1aとに亘って設けられ赤外線の吸収による温度変化を検知する熱電対9を有している(図4を参照)。本実施形態の赤外線検出装置10は、複数個の熱電対9を電気的に直列に接続して、サーモパイルを構成している。本実施形態の赤外線検出装置10は、熱電対9と、熱電対9を覆う赤外線吸収部1kと、薄膜部1aのレンズ3側に設けられた赤外線吸収部1jとで赤外線検知部1hを構成している(図3および図5を参照)。   The infrared sensor 1 includes a thermocouple 9 that is provided across the thin film portion 1a on the base substrate 1b side and the thin film portion 1a on the opening 1f side in plan view and detects a temperature change due to absorption of infrared light. (See FIG. 4). The infrared detecting device 10 of the present embodiment forms a thermopile by electrically connecting a plurality of thermocouples 9 in series. In the infrared detecting device 10 of the present embodiment, an infrared detecting unit 1h is configured by a thermocouple 9, an infrared absorbing unit 1k that covers the thermocouple 9, and an infrared absorbing unit 1j provided on the lens 3 side of the thin film unit 1a. (See FIGS. 3 and 5).

なお、赤外線センサ1は、ダイアフラム構造だけに限られるものではない。赤外線センサ1は、図示していないがベース基板1b側と熱断熱する支持部により、開口部1f側で薄膜台座部を支持する断熱ブリッジ構造としてもよい。この場合、赤外線センサ1は、支持部を介して、ベース基板1b側から薄膜台座部にかけて熱電対9を設けてもよい。また、赤外線センサ1は、薄膜部1aに1個の赤外線検知部1hを備えた構成だけでなく、複数個の赤外線検知部1hを備えた構成としてもよい。赤外線センサ1は、平面視において、複数個の赤外線検知部1hをマトリックス状に配置することで赤外線画像センサとして機能させることが可能となる。   The infrared sensor 1 is not limited to a diaphragm structure. Although not shown, the infrared sensor 1 may have a heat insulating bridge structure that supports the thin film pedestal portion on the opening 1f side by a support portion that thermally insulates from the base substrate 1b side. In this case, the infrared sensor 1 may be provided with the thermocouple 9 from the base substrate 1b side to the thin film pedestal part via the support part. Moreover, the infrared sensor 1 is good also as a structure provided with the some infrared detection part 1h not only the structure provided with the one infrared detection part 1h in the thin film part 1a. The infrared sensor 1 can function as an infrared image sensor by arranging a plurality of infrared detection units 1h in a matrix in a plan view.

赤外線センサ1は、異なる材料からなる一対の熱電対素線9a,9bを、熱電対9として備えている。赤外線センサ1は、一対の熱電対素線9a,9bを、薄膜部1aのパッケージ基体2側に並んで配置させてもよいし、薄膜部1aの厚み方向において絶縁膜(図示していない)を介して配置させてもよい。本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の開口部1f内における薄膜部1aのレンズ3側に赤外線吸収部1jを設けている。これにより、赤外線検出装置10は、レンズ3で集光された赤外線を赤外線吸収部1jで効率よく吸収させることが可能となる。そのため、赤外線センサ1は、薄膜部1aを介して他表面1ab側に赤外線検知部1hを構成していても、赤外線を感度よく検出することが可能となる。   The infrared sensor 1 includes a pair of thermocouple wires 9 a and 9 b made of different materials as the thermocouple 9. In the infrared sensor 1, a pair of thermocouple wires 9a and 9b may be arranged side by side on the package base 2 side of the thin film portion 1a, or an insulating film (not shown) is provided in the thickness direction of the thin film portion 1a. It may be arranged via. In the infrared detecting device 10 of the present embodiment, an infrared absorbing portion 1j is provided on the lens 3 side of the thin film portion 1a in the opening 1f of the infrared sensor 1. Thereby, the infrared detecting device 10 can efficiently absorb the infrared light collected by the lens 3 by the infrared absorbing unit 1j. Therefore, the infrared sensor 1 can detect infrared rays with high sensitivity even if the infrared detection unit 1h is configured on the other surface 1ab side via the thin film portion 1a.

赤外線センサ1は、薄膜部1aにおいて熱電対素線9aと熱電対素線9bとが並んで配置されたものを、絶縁材料からなる赤外線吸収部1kにより被覆して構成している。赤外線センサ1は、たとえば、シリコン酸化膜1a1とシリコン窒化膜1a2との積層膜からなる薄膜部1aにおけるパッケージ基体2側に熱電対9を形成させている。赤外線センサ1は、赤外線吸収部1kを構成する材料として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁材料を好適に用いることができる。   The infrared sensor 1 is configured such that a thermocouple element 9a and a thermocouple element 9b arranged side by side in a thin film part 1a are covered with an infrared absorbing part 1k made of an insulating material. In the infrared sensor 1, for example, a thermocouple 9 is formed on the package base 2 side in a thin film portion 1a made of a laminated film of a silicon oxide film 1a1 and a silicon nitride film 1a2. In the infrared sensor 1, an insulating material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film can be suitably used as a material constituting the infrared absorbing portion 1k.

また、赤外線センサ1は、図示していないが、赤外線吸収部1kを構成するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜などの絶縁膜上に、TiNなどの金属膜を形成させてもよい。赤外線検出装置10は、たとえば、上記金属膜と、赤外線反射膜5との間隔を、赤外線センサ1で検出する赤外線の波長の1/4に設定することができる。また、赤外線検出装置10は、上記金属膜を、たとえば、シート抵抗が377Ω/□のTiN膜を用いることができる。これにより、赤外線検出装置10は、上記金属膜と、赤外線反射膜5との光学的な共振構造とし、より高感度化を図ることも可能となる。   Although not shown, the infrared sensor 1 may be formed by forming a metal film such as TiN on an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film that constitutes the infrared absorbing portion 1k. . For example, the infrared detecting device 10 can set the distance between the metal film and the infrared reflecting film 5 to ¼ of the wavelength of infrared rays detected by the infrared sensor 1. In addition, the infrared detecting device 10 can use, for example, a TiN film having a sheet resistance of 377 Ω / □ as the metal film. Thereby, the infrared detecting device 10 has an optical resonance structure of the metal film and the infrared reflecting film 5 and can achieve higher sensitivity.

より詳細には、赤外線検出装置10は、図6に示すように、赤外線吸収部1kが、赤外線吸収部1kを構成する上記絶縁材料の絶縁膜1a4に加え、絶縁膜1a4における他表面1ab側に金属膜11を備えている。言い換えれば、金属膜11は、赤外線吸収部1kを構成する構成要素として機能させている。また、赤外線検出装置10は、金属膜11と対向して半導体素子6に赤外線反射膜5を備えている。これにより赤外線検出装置10では、赤外線IR4が赤外線反射膜5で反射され、赤外線IR5が金属膜11側に向かう。また、赤外線検出装置10では、赤外線IR5が金属膜11で反射され、赤外線IR6が赤外線反射膜5側に向かう。   More specifically, as shown in FIG. 6, the infrared detecting device 10 includes an infrared absorbing portion 1k on the other surface 1ab side of the insulating film 1a4 in addition to the insulating film 1a4 of the insulating material constituting the infrared absorbing portion 1k. A metal film 11 is provided. In other words, the metal film 11 functions as a component constituting the infrared absorbing portion 1k. Further, the infrared detection device 10 includes the infrared reflection film 5 on the semiconductor element 6 so as to face the metal film 11. Thereby, in the infrared detecting device 10, the infrared IR4 is reflected by the infrared reflecting film 5, and the infrared IR5 is directed to the metal film 11 side. In the infrared detecting device 10, the infrared IR 5 is reflected by the metal film 11, and the infrared IR 6 is directed toward the infrared reflecting film 5.

赤外線検出装置10は、たとえば、金属膜11として、シート抵抗が377Ω/□のTiN膜やTi膜などを用いる。また、赤外線検出装置10は、たとえば、赤外線反射膜5として、シート抵抗が10Ω/□よりも小さい金属(たとえば、金やアルミニウムなど)の膜を用いる。これにより赤外線検出装置10は、金属膜11と、赤外線反射膜5との光学的な共振構造とし、中心波長が11.5μmの赤外線を金属膜11側で理論上100%近く吸収させることができる。そのため、赤外線検出装置10は、たとえば、波長が10〜13μmの赤外線IR4を金属膜11側で効率よく吸収させ、より高感度化を図ることも可能となる。   Infrared detector 10 uses, for example, TiN film or Ti film having a sheet resistance of 377 Ω / □ as metal film 11. In addition, the infrared detecting device 10 uses, for example, a film of a metal (for example, gold or aluminum) having a sheet resistance smaller than 10Ω / □ as the infrared reflecting film 5. Thereby, the infrared detecting device 10 has an optical resonance structure of the metal film 11 and the infrared reflecting film 5, and can absorb near 100% of the infrared light having a center wavelength of 11.5 μm theoretically on the metal film 11 side. . Therefore, for example, the infrared detection device 10 can efficiently absorb infrared IR4 having a wavelength of 10 to 13 μm on the metal film 11 side, thereby achieving higher sensitivity.

赤外線センサ1は、平面視において、熱電対9の一対の熱電対素線9a,9b同士がコンタクトホール1a3を介して薄膜部1aの中央部において金属材料(たとえば、Al−Siなど)からなる接続部12により電気的に接続されて温接点T1を形成している。また、赤外線センサ1は、平面視において、熱電対9が薄膜部1aのベース基板1b側で金属材料(たとえば、Al−Siなど)からなる接続部13により電気的に接続されて冷接点T2を形成している。赤外線センサ1は、接続部12がベース基板1bの他表面1ab側において、赤外線吸収部1kとして機能する層間絶縁膜によって電気的に絶縁分離されている。これにより、赤外線センサ1は、10個の熱電対9を直列に電気的に接続させて構成している。   In the infrared sensor 1, the pair of thermocouple wires 9a and 9b of the thermocouple 9 are connected to each other made of a metal material (for example, Al—Si) at the center of the thin film portion 1a through the contact hole 1a3 in a plan view. It is electrically connected by the part 12 to form the hot junction T1. In the infrared sensor 1, the thermocouple 9 is electrically connected to the cold junction T2 by a connection portion 13 made of a metal material (for example, Al-Si) on the base substrate 1b side of the thin film portion 1a in plan view. Forming. In the infrared sensor 1, the connecting portion 12 is electrically insulated and separated by an interlayer insulating film functioning as the infrared absorbing portion 1k on the other surface 1ab side of the base substrate 1b. Thereby, the infrared sensor 1 is configured by electrically connecting ten thermocouples 9 in series.

また、赤外線センサ1は、外部への出力端子となる第1端子部8acを熱電対素線9aと接続させて備えている。同様に、赤外線センサ1は、外部への出力端子となる第2端子部8bcを熱電対素線9bに接続させて備えている。熱電対9は、一方がp形多結晶シリコンにより形成させた第1の熱電対素線9aであり、他方がn形多結晶シリコンにより形成させた第2の熱電対素線9bとしている。なお、熱電対9は、第1の熱電対素線9aの材料をn形多結晶シリコンとし、第2の熱電対素線9bの材料をp形多結晶シリコンとしてもよい。また、第1および第2の熱電対素線9a,9bの材料は、多結晶シリコンだけに限られるものではなく、多結晶シリコンゲルマニウム、多孔質シリコン、ビスマステルライド(BiTe)、アンチモンテルライド(SbTe)でもよい。第1および第2の熱電対素線9a,9bの材料は、一方を半導体材料とし、他方を金属材料であるAlまたはAuとしてもよい。 The infrared sensor 1 includes a first terminal portion 8ac serving as an output terminal to the outside connected to the thermocouple element 9a. Similarly, the infrared sensor 1 includes a second terminal portion 8bc serving as an output terminal to the outside connected to the thermocouple element 9b. One of the thermocouples 9 is a first thermocouple element 9a formed of p-type polycrystalline silicon, and the other is a second thermocouple element 9b formed of n-type polycrystalline silicon. In the thermocouple 9, the material of the first thermocouple element 9a may be n-type polycrystalline silicon, and the material of the second thermocouple element 9b may be p-type polycrystalline silicon. The material of the first and second thermocouple wires 9a and 9b is not limited to polycrystalline silicon, but is polycrystalline silicon germanium, porous silicon, bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ), antimony telluride. (Sb 2 Te 3 ) may also be used. One of the materials of the first and second thermocouple wires 9a and 9b may be a semiconductor material and the other may be Al or Au which is a metal material.

赤外線センサ1は、薄膜部1aにおけるパッケージ基体2側のシリコン窒化膜1a2に設けられた熱電対9を覆うように絶縁膜を形成している。赤外線センサ1は、熱電対9を覆う絶縁材料としてBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)を用いている。薄膜部1aは、熱電対9を覆うBPSG膜で層間絶縁膜を構成している。薄膜部1aは、層間絶縁膜上にパッシベーション膜を形成している。パッシベーション膜は、PSG(Phosphor Silicate Glass)膜とPSG膜上に形成されたNSG(Nondoped Silicate Glass)膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、たとえば、シリコン窒化膜により構成してもよい。赤外線センサ1は、熱電対9を覆う層間絶縁膜とパッシベーション膜とで赤外線吸収部1kを構成している。赤外線センサ1は、赤外線吸収部1kを構成する層間絶縁膜およびパッシベーション膜の屈折率および膜厚を調整することにより、赤外線検知部1hに赤外線を効率よく吸収させることができる。   In the infrared sensor 1, an insulating film is formed so as to cover the thermocouple 9 provided in the silicon nitride film 1a2 on the package base 2 side in the thin film portion 1a. The infrared sensor 1 uses BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass) as an insulating material that covers the thermocouple 9. The thin film portion 1 a forms an interlayer insulating film with a BPSG film covering the thermocouple 9. In the thin film portion 1a, a passivation film is formed on the interlayer insulating film. The passivation film is composed of a laminated film of a PSG (Phosphor Silicate Glass) film and an NSG (Nondoped Silicate Glass) film formed on the PSG film, but is not limited to this, and is composed of, for example, a silicon nitride film. May be. In the infrared sensor 1, an infrared absorbing portion 1 k is configured by an interlayer insulating film that covers the thermocouple 9 and a passivation film. Infrared sensor 1 can make infrared detection part 1h absorb infrared light efficiently by adjusting the refractive index and film thickness of the interlayer insulation film and passivation film which constitute infrared absorption part 1k.

赤外線検出装置10は、赤外線センサ1と別途形成され赤外線センサ1と協働する信号処理用の半導体素子6を備えている。赤外線検出装置10は、半導体素子6をパッケージ基体2上に予め形成させた配線パターン(図示していない)に導電性ペーストたる接着剤14を用いて接着してある。赤外線検出装置10は、半田からなるバンプ7を用いて、赤外線センサ1を半導体素子6上に実装してある。赤外線センサ1は、複数個のバンプ7により、赤外線センサ1の第1端子部8acや第2端子部8bcを、半導体素子6の接続端子部6a,6bと電気的に接続させている。   The infrared detecting device 10 includes a semiconductor element 6 for signal processing that is formed separately from the infrared sensor 1 and cooperates with the infrared sensor 1. In the infrared detecting device 10, the semiconductor element 6 is bonded to a wiring pattern (not shown) formed in advance on the package base 2 using an adhesive 14 that is a conductive paste. In the infrared detecting device 10, the infrared sensor 1 is mounted on the semiconductor element 6 using bumps 7 made of solder. The infrared sensor 1 electrically connects the first terminal portion 8ac and the second terminal portion 8bc of the infrared sensor 1 to the connection terminal portions 6a and 6b of the semiconductor element 6 by a plurality of bumps 7.

赤外線検出装置10は、赤外線センサ1が実装された半導体素子6と、パッケージ基体2の配線パターンとをワイヤ15によりワイヤボンディングしている。赤外線検出装置10は、ワイヤ15などを介して、赤外線検出装置10の外部と赤外線センサ1とを電気的に接続させることができる。赤外線検出装置10は、ワイヤ15として、たとえば、金線やアルミニウム線を用いることができる。   In the infrared detection device 10, the semiconductor element 6 on which the infrared sensor 1 is mounted and the wiring pattern of the package substrate 2 are wire-bonded with wires 15. The infrared detection device 10 can electrically connect the outside of the infrared detection device 10 and the infrared sensor 1 via a wire 15 or the like. In the infrared detection device 10, for example, a gold wire or an aluminum wire can be used as the wire 15.

なお、赤外線検出装置10は、必ずしも半導体素子6を備える必要はない。また、赤外線検出装置10は、赤外線反射膜5をパッケージ基体2上に設けてもよいし、赤外線反射膜5を設けなくともよい。したがって、赤外線検出装置10は、たとえば、図7に示すように、赤外線センサ1をパッケージ基体2上に設けられた配線パターンの端子部6c上にバンプ7を用いて実装してもよい。赤外線検出装置10は、パッケージ基体2に貫設された貫通配線(図示していない)を介して配線パターンと、外部接続端子2a,2bとを電気的に接続させている。   Note that the infrared detection device 10 does not necessarily include the semiconductor element 6. In the infrared detecting device 10, the infrared reflective film 5 may be provided on the package base 2, or the infrared reflective film 5 may not be provided. Therefore, for example, as shown in FIG. 7, the infrared detection device 10 may mount the infrared sensor 1 on the terminal portion 6 c of the wiring pattern provided on the package substrate 2 using the bumps 7. In the infrared detecting device 10, the wiring pattern and the external connection terminals 2 a and 2 b are electrically connected through a through wiring (not shown) penetrating the package base 2.

本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1として、赤外線による熱起電力を利用した赤外線センサ1を例示したが、この他、ボロメータ型赤外線センサや赤外線による光起電力を利用した量子型赤外線センサなどを用いてもよい。   In the infrared detecting device 10 of the present embodiment, the infrared sensor 1 using infrared electromotive force is exemplified as the infrared sensor 1, but in addition to this, a bolometer type infrared sensor or a quantum infrared using infrared photoelectromotive force. A sensor or the like may be used.

(実施形態3)
図8に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図3に示す赤外線検出装置10のごとく、パッケージ基体2と、レンズ3を備えた覆部4とで赤外線センサ1を気密封止する代わりに、赤外線センサ1の一部を利用して気密封止する点が主として相違する。なお、実施形態1および実施形態2と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 3)
The infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 8 is like the infrared detection device 10 shown in FIG. 3, instead of hermetically sealing the infrared sensor 1 with the package base 2 and the cover 4 provided with the lens 3. The main difference is that a part of the infrared sensor 1 is hermetically sealed. In addition, about the component similar to Embodiment 1 and Embodiment 2, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10は、図8に示すように、たとえば、赤外線センサ1と、レンズ3を一体に形成した覆部4とを気密封止している。赤外線検出装置10は、たとえば、開口部1fにより矩形枠状とするベース基板1bの一表面1aa側に金属パターン層1gを形成させている。赤外線検出装置10は、覆部4において金属パターン層1gと対応する部位に、枠状の金属パターン層4aを形成させている。赤外線検出装置10は、たとえば、ベース基板1bの一表面1aa側に形成された金属パターン層1gと、覆部4の金属パターン層4aとをAu−Auの常温接合により接合させている。同様に、赤外線検出装置10は、赤外線センサ1と半導体素子6とを気密封止している。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1における薄膜部1a側と半導体素子6とを半田16を介して気密封止させている。赤外線検出装置10は、シリコン基板を用いたベース基板1bの他表面1ab側の外周部に沿って枠状に形成された金属パターン部8ccを形成させている。赤外線検出装置10は、半導体素子6の金属パターン部8ccに対応する部位に、枠状の金属パターン部6dを形成させている。赤外線検出装置10は、ベース基板1bの他表面1ab側に形成された金属パターン部8bcと、半導体素子6の対応する部位に形成された金属パターン部6dとをバンプ7により接合させている。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1と、半導体素子6とをAu−Auの常温接合などにより接合して気密封止してもよい。   As shown in FIG. 8, the infrared detection device 10 of the present embodiment hermetically seals, for example, the infrared sensor 1 and the cover portion 4 formed integrally with the lens 3. In the infrared detecting device 10, for example, a metal pattern layer 1g is formed on the one surface 1aa side of the base substrate 1b having a rectangular frame shape by the opening 1f. In the infrared detecting device 10, a frame-shaped metal pattern layer 4 a is formed in a portion corresponding to the metal pattern layer 1 g in the cover 4. In the infrared detecting device 10, for example, the metal pattern layer 1 g formed on the one surface 1 aa side of the base substrate 1 b and the metal pattern layer 4 a of the cover 4 are bonded by room temperature bonding of Au—Au. Similarly, the infrared detecting device 10 hermetically seals the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6. The infrared detecting device 10 hermetically seals the thin film portion 1 a side of the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 via solder 16. The infrared detecting device 10 has a metal pattern portion 8cc formed in a frame shape along the outer peripheral portion on the other surface 1ab side of the base substrate 1b using a silicon substrate. In the infrared detecting device 10, a frame-shaped metal pattern portion 6 d is formed at a portion corresponding to the metal pattern portion 8 cc of the semiconductor element 6. In the infrared detecting device 10, a metal pattern portion 8 bc formed on the other surface 1 ab side of the base substrate 1 b and a metal pattern portion 6 d formed at a corresponding portion of the semiconductor element 6 are joined by bumps 7. The infrared detecting device 10 may be hermetically sealed by bonding the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 by, for example, Au-Au room temperature bonding.

なお、赤外線検出装置10は、シリコン材料により覆部4を形成させている。赤外線検出装置10は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置10の外部に突出するように、覆部4にレンズ3を構成する凸部3aを形成している。より具体的には、陽極酸化技術を応用してレンズ3となる半導体レンズを形成するために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板(たとえば、シリコン基板)の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。たとえば、レンズ3の凸部3aを形成するために、半導体基板は、半導体基板の一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、導電性層に円形状に開口した部位を設け半導体基板の一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。次に、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。その後、半導体基板の他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、半導体基板の他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、半導体基板に形成された多孔質部をエッチングなどにより除去することで、レンズ3の凸部3aを形成することができる。同様に、赤外線検出装置10は、シリコン基板の陽極酸化技術を利用して、赤外線検出装置10の内部に突出するように、覆部4にレンズ3を構成する凸部3bを形成している。   In addition, the infrared detecting device 10 has the cover 4 formed of a silicon material. The infrared detecting device 10 uses a silicon substrate anodizing technique to form a convex portion 3 a constituting the lens 3 on the cover portion 4 so as to protrude outside the infrared detecting device 10. More specifically, in order to form a semiconductor lens to be the lens 3 by applying an anodic oxidation technique, an anode whose pattern is designed according to a desired lens shape is provided on one surface side of a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate). It is formed so as to make ohmic contact with the semiconductor substrate. For example, in order to form the convex portion 3 a of the lens 3, the semiconductor substrate is provided with a portion having a circular opening in the conductive layer after forming a conductive layer serving as the basis of the anode on one surface of the semiconductor substrate. Patterning is performed so that a part of one surface of the semiconductor substrate is exposed in a circular shape. Next, the entire region where the porous portion is to be formed on the other surface of the semiconductor substrate is immersed in an electrolytic solution capable of etching away oxides of constituent elements of the semiconductor substrate. Thereafter, a current is passed between the cathode and the anode arranged opposite to the other surface side of the semiconductor substrate to form a porous portion having a desired shape on the other surface side of the semiconductor substrate by oxidation. Subsequently, the convex portion 3a of the lens 3 can be formed by removing the porous portion formed on the semiconductor substrate by etching or the like. Similarly, the infrared detecting device 10 uses the anodic oxidation technology of a silicon substrate to form a convex portion 3b constituting the lens 3 on the cover 4 so as to protrude into the infrared detecting device 10.

また、赤外線検出装置10は、半導体素子6と、赤外線センサ1と、覆部4とで気密封止された内部が汚染されないように真空密封或いは、各赤外線センサ1等に曝しても実質的に影響のないガス等を加圧状態で封止してもよい。これにより、赤外線検出装置10は、温度上昇した赤外線検知部1hでの熱が逃げにくくなり、より感度を高めることが可能となる。また、本実施形態の赤外線検出装置10は、モールド成形などにより、半導体素子6上において赤外線センサ1と、レンズ3を備えた覆部4との側面側を樹脂で覆うことで、赤外線検出装置10の機械的強度を高めている。   The infrared detecting device 10 is substantially sealed even if it is vacuum-sealed or exposed to each infrared sensor 1 or the like so as not to contaminate the inside of the airtightly sealed interior of the semiconductor element 6, the infrared sensor 1, and the cover 4. A gas having no influence may be sealed in a pressurized state. As a result, the infrared detecting device 10 is less likely to escape heat from the infrared detecting unit 1h whose temperature has risen, and the sensitivity can be further increased. In addition, the infrared detection device 10 of the present embodiment covers the side surfaces of the infrared sensor 1 and the cover 4 provided with the lens 3 with resin on the semiconductor element 6 by molding or the like. The mechanical strength of is increased.

なお、レンズ3を備えた覆部4と赤外線センサ1とは、ウェハレベルで接合された後で分離させるウェハレベルパッケージ技術を利用して、チップサイズパッケージの構造としたものでもよい。これにより、レンズ3を備えた覆部4と赤外線センサ1とは、アライメント精度を高めることが可能となる。   The cover 4 provided with the lens 3 and the infrared sensor 1 may have a chip size package structure using a wafer level package technique in which the cover 4 is separated after being bonded at the wafer level. Thereby, the cover part 4 provided with the lens 3 and the infrared sensor 1 can improve alignment accuracy.

(実施形態4)
図9に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図8に示す赤外線検出装置10のパッケージ基体2と別体の半導体素子6上に赤外線センサ1を配置させる代わりに、半導体素子6自体を赤外線センサ1の配置に利用する点が主として相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 4)
The infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 9 uses the semiconductor element 6 itself as an infrared ray instead of placing the infrared sensor 1 on the semiconductor element 6 separate from the package base 2 of the infrared detection device 10 shown in FIG. It differs mainly in the point utilized for arrangement | positioning of the sensor 1. FIG. In addition, about the component similar to Embodiment 3, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10は、図9に示すように、赤外線センサ1と別途に形成された赤外線センサ1と協働する信号処理用の半導体素子6を備えている。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1における薄膜部1a側と半導体素子6とを半田16を介して気密封止させている。赤外線検出装置10は、シリコン基板を用いたベース基板1bの他表面1ab側の外周部に沿って枠状に形成された金属パターン部8ccを形成させている。赤外線検出装置10は、半導体素子6の金属パターン部8ccに対応する部位に、枠状の金属パターン部6dを形成させている。赤外線検出装置10は、ベース基板1bの他表面1ab側に形成された金属パターン部8bcと、半導体素子6の対応する部位に形成された金属パターン部6dとをバンプ7により接合させている。   As shown in FIG. 9, the infrared detection device 10 of this embodiment includes a semiconductor element 6 for signal processing that cooperates with the infrared sensor 1 formed separately from the infrared sensor 1. The infrared detecting device 10 hermetically seals the thin film portion 1 a side of the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 via solder 16. The infrared detecting device 10 has a metal pattern portion 8cc formed in a frame shape along the outer peripheral portion on the other surface 1ab side of the base substrate 1b using a silicon substrate. In the infrared detecting device 10, a frame-shaped metal pattern portion 6 d is formed at a portion corresponding to the metal pattern portion 8 cc of the semiconductor element 6. In the infrared detecting device 10, a metal pattern portion 8 bc formed on the other surface 1 ab side of the base substrate 1 b and a metal pattern portion 6 d formed at a corresponding portion of the semiconductor element 6 are joined by bumps 7.

なお、赤外線検出装置10は、赤外線センサ1の赤外線吸収部1j,1kにレンズ3からの赤外線を反射させる赤外線反射膜5を半導体素子6に設けている。また、赤外線検出装置10は、半導体素子6の金属パターン部6dと電気的に接続させた貫通孔配線6caを介して、赤外線センサ1や半導体素子6と、赤外線センサ1や半導体素子6を電気的に接地させる半田ボールからなる接地端子2cとを電気的に接続させている。赤外線検出装置10は、図示していない貫通配線を介して、赤外線センサ1からの検出信号を外部に出力させるように半田ボールからなる外部接続端子2a,2bと電気的に接続させた構成としてもよい。   In the infrared detecting device 10, the infrared reflecting film 5 that reflects the infrared rays from the lens 3 is provided on the semiconductor element 6 on the infrared absorbing portions 1 j and 1 k of the infrared sensor 1. The infrared detecting device 10 electrically connects the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 and the infrared sensor 1 and the semiconductor element 6 through the through-hole wiring 6 ca that is electrically connected to the metal pattern portion 6 d of the semiconductor element 6. And a ground terminal 2c made of a solder ball to be grounded. The infrared detection device 10 may be configured to be electrically connected to the external connection terminals 2a and 2b made of solder balls so as to output a detection signal from the infrared sensor 1 to the outside through a through wiring (not shown). Good.

赤外線検出装置10は、半導体素子6自体をパッケージ基体2として、半導体素子6と赤外線センサ1とを気密封止している。また、赤外線検出装置10は、赤外線センサ1と、レンズ3を一体に形成した覆部4とを気密封止している。赤外線検出装置10は、モールド成形などにより、半導体素子6上において赤外線センサ1と、レンズ3を備えた覆部4との側面側を樹脂で覆うことで、赤外線検出装置10の機械的強度を高めている。   The infrared detecting device 10 hermetically seals the semiconductor element 6 and the infrared sensor 1 with the semiconductor element 6 itself as the package base 2. In addition, the infrared detecting device 10 hermetically seals the infrared sensor 1 and the cover 4 integrally formed with the lens 3. The infrared detection device 10 increases the mechanical strength of the infrared detection device 10 by covering the side surfaces of the infrared sensor 1 and the cover 4 including the lens 3 with resin on the semiconductor element 6 by molding or the like. ing.

本実施形態の赤外線検出装置10は、半導体素子6自体をパッケージ基体2として赤外線センサ1の配置に利用している。言い換えれば、本実施形態の赤外線検出装置10は、チップサイズパッケージの構造としている。これにより、赤外線検出装置10は、主として、レンズ3を備えた覆部4と、赤外線センサ1と、赤外線センサ1を実装するパッケージ基体2とを合わせた厚み程度にまで、赤外線検出装置10全体の厚みを薄くさせることが可能なる。すなわち、本実施形態の赤外線検出装置10は、より小型化が可能となる。   In the infrared detecting device 10 of this embodiment, the semiconductor element 6 itself is used as the package base 2 for the arrangement of the infrared sensor 1. In other words, the infrared detection device 10 of the present embodiment has a chip size package structure. Thereby, the infrared detecting device 10 mainly has the thickness of the covering portion 4 provided with the lens 3, the infrared sensor 1, and the package base 2 on which the infrared sensor 1 is mounted. The thickness can be reduced. That is, the infrared detection device 10 of the present embodiment can be further downsized.

(実施形態5)
図10に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図1に示す実施形態1における赤外線センサ1と赤外線検知部1nの構造が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 5)
The infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 10 is mainly different in the structure of the infrared sensor 1 and the infrared detection unit 1n in the first embodiment shown in FIG. In addition, about the component similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10は、図10に示すように、赤外線を検知する赤外線センサ1と、赤外線センサ1を配置させるパッケージ基体2とを有している。赤外線検出装置10は、赤外線センサ1を覆い赤外線センサ1に赤外線(図10の破線の矢印を参照)を集光させるレンズ3を備えた覆部4を有している。   As shown in FIG. 10, the infrared detection device 10 of this embodiment includes an infrared sensor 1 that detects infrared rays, and a package base 2 on which the infrared sensor 1 is disposed. The infrared detection device 10 includes a cover 4 that includes a lens 3 that covers the infrared sensor 1 and focuses infrared light (see the broken arrow in FIG. 10) on the infrared sensor 1.

赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、開口部1fが一表面1aa側に設けられるベース基板1bと、ベース基板1bにおける他表面1ab側でベース基板1bに支持される薄膜部1aとを備えている。また、赤外線センサ1は、薄膜部1aに少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部1m,1rを有する赤外線検知部1nを備えている。   The infrared sensor 1 of the infrared detecting device 10 includes a base substrate 1b having an opening 1f provided on the one surface 1aa side, and a thin film portion 1a supported by the base substrate 1b on the other surface 1ab side of the base substrate 1b. . Moreover, the infrared sensor 1 is provided with the infrared detection part 1n which has the infrared absorption parts 1m and 1r which are provided at least in the thin film part 1a and absorb infrared rays.

赤外線センサ1は、厚み方向において、赤外線吸収部1m,1rの少なくとも一部がレンズ3からの赤外線を吸収できるように開口部1fに臨む薄膜部1aの両面側に平面視で重なる位置で配されている。赤外線センサ1は、ベース基板1bにおける他表面1ab側をパッケージ基体2側としている。   The infrared sensor 1 is arranged at a position overlapping in plan view on both sides of the thin film portion 1a facing the opening 1f so that at least a part of the infrared absorbing portions 1m and 1r can absorb infrared rays from the lens 3 in the thickness direction. ing. In the infrared sensor 1, the other surface 1ab side of the base substrate 1b is the package base 2 side.

ここで、本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線検知部1nは、薄膜部1aにおける他表面1ab側に設けられた第1電極部8dを有している。赤外線検知部1nは、第1電極部8dの薄膜部1a側と反対側に設けられた焦電体層21を有している。赤外線検知部1nは、焦電体層21の第1電極部8d側と反対側に設けられた第2電極部8eを有している。本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線検知部1nは、焦電体層21が薄膜部1aにおける他表面1ab側に設けられた赤外線吸収部1rとして機能する。   Here, the infrared detection unit 1n in the infrared detection device 10 of the present embodiment includes a first electrode portion 8d provided on the other surface 1ab side of the thin film portion 1a. The infrared detection unit 1n includes a pyroelectric layer 21 provided on the opposite side of the first electrode unit 8d from the thin film unit 1a side. The infrared detecting unit 1n includes a second electrode portion 8e provided on the opposite side of the pyroelectric layer 21 from the first electrode portion 8d side. Infrared detector 1n in infrared detector 10 of this embodiment functions as infrared absorber 1r in which pyroelectric layer 21 is provided on the other surface 1ab side of thin film portion 1a.

本実施形態の赤外線検出装置10は、赤外線センサ1が、第1電極部8dと第2電極部8eとの間で焦電体層21を挟む構成の赤外線検知部1nを備えている。また、赤外線センサ1は、赤外線の入射により温度が上昇する赤外線吸収部1mを開口部1fに臨む薄膜部1aの全面に設けている。すなわち、赤外線センサ1は、赤外線吸収部1m、赤外線吸収部1rとしても機能する焦電体層21が赤外線を吸収することによる温度上昇により赤外線検知部1nで焦電流が発生する構造としている。   The infrared detection device 10 of the present embodiment includes an infrared detection unit 1n configured such that the infrared sensor 1 sandwiches the pyroelectric layer 21 between the first electrode unit 8d and the second electrode unit 8e. In addition, the infrared sensor 1 is provided with an infrared absorbing portion 1m whose temperature rises by the incidence of infrared rays on the entire surface of the thin film portion 1a facing the opening 1f. In other words, the infrared sensor 1 has a structure in which a pyroelectric current is generated in the infrared detection unit 1n due to a temperature rise caused by the pyroelectric layer 21 that also functions as the infrared absorption unit 1m and the infrared absorption unit 1r absorbing infrared rays.

これにより、本実施形態の赤外線検出装置10は、比較的簡単な構成でよりセンサ感度を高めることが可能となる。   Thereby, the infrared detection device 10 of the present embodiment can further increase the sensor sensitivity with a relatively simple configuration.

赤外線吸収部1mは、薄膜部1aにおける一表面1aa側に設けられ、赤外線を吸収することで赤外線検知部1n側で温度の上昇に寄与することが可能なものであればよい。赤外線センサ1は、たとえば、金黒膜などにより赤外線吸収部1mを形成することができる。これにより赤外線センサ1は、赤外線吸収部1m自体が温度の上昇を生ずる構造とすることができる。赤外線吸収部1mは、赤外線吸収部1mの材料として、金黒を用いた場合、赤外線の波長に依存することなく、比較的に高い赤外線吸収率を得ることが可能となる。   The infrared absorbing portion 1m may be provided as long as it is provided on the one surface 1aa side in the thin film portion 1a and can contribute to the temperature increase on the infrared detecting portion 1n side by absorbing infrared rays. Infrared sensor 1 can form infrared absorption part 1m with a gold black film etc., for example. Thereby, the infrared sensor 1 can have a structure in which the infrared absorbing portion 1m itself causes a temperature rise. When gold black is used as the material of the infrared absorbing portion 1m, the infrared absorbing portion 1m can obtain a relatively high infrared absorptivity without depending on the wavelength of infrared rays.

また、赤外線吸収部1mは、赤外線を吸収できれば金黒だけに限られず、カーボンブラックを樹脂材料に含有させたものやPZTなどを用いてもよい。さらに、赤外線吸収部1mは、図示していないが、たとえば、赤外線透過性の金属薄膜と、赤外線反射膜として機能可能な第1電極部8dとを光学的な共振構造に利用したものでもよい。これにより、赤外線吸収部1mは、実施形態2における図6で示した光学的な共振構造と同様にして、赤外線を吸収することもできる。   In addition, the infrared absorbing portion 1m is not limited to gold black as long as it can absorb infrared rays, and carbon black containing resin material or PZT may be used. Furthermore, although not shown, the infrared absorbing portion 1m may be, for example, an infrared resonant metal thin film and a first electrode portion 8d that can function as an infrared reflecting film for an optical resonance structure. Thereby, the infrared absorption part 1m can also absorb infrared rays similarly to the optical resonance structure shown in FIG.

本実施形態の赤外線検出装置10では、薄膜部1aにおける他表面1ab側だけに赤外線検知部1nを備えている。これにより、本実施形態の赤外線検出装置10では、実施形態1における赤外線センサ1と比較して、薄膜部1aにおける一表面1aa側において、赤外線吸収部1mの端部と内周壁1faとの間の隙間を小さくすることが可能となる。本実施形態の赤外線検出装置10では、実施形態1の赤外線検出装置10と比較して、赤外線吸収部1mを大きくし、より感度を高めることが可能になるという効果もある。なお、図10に示す赤外線検出装置10では、赤外線吸収部1mの端部と内周壁1faとを密着させた状態で図示しているが、必ずしも赤外線吸収部1mの端部と内周壁1faとを密着させる必要はない。   In the infrared detecting device 10 of the present embodiment, the infrared detecting unit 1n is provided only on the other surface 1ab side in the thin film unit 1a. Thereby, in the infrared detection apparatus 10 of this embodiment, compared with the infrared sensor 1 in the first embodiment, on the one surface 1aa side in the thin film portion 1a, between the end portion of the infrared absorption portion 1m and the inner peripheral wall 1fa. It is possible to reduce the gap. Compared with the infrared detection device 10 of the first embodiment, the infrared detection device 10 of the present embodiment also has an effect that the infrared absorption unit 1m can be enlarged and the sensitivity can be further increased. In the infrared detecting device 10 shown in FIG. 10, the end of the infrared absorbing portion 1m and the inner peripheral wall 1fa are shown in close contact, but the end of the infrared absorbing portion 1m and the inner peripheral wall 1fa are not necessarily connected. There is no need for close contact.

以下、本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線センサ1について説明する。   Hereinafter, the infrared sensor 1 in the infrared detection device 10 of the present embodiment will be described.

赤外線センサ1は、たとえば、ベース基板1bとなるSOI基板の一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜を熱酸化法などにより形成する。これにより、ベース基板1bは、一表面1aa側および他表面1ab側に絶縁膜を備えることができる。その後、SOI基板は、ベース基板1bの他表面1ab側となるSOI基板の他表面側の全面に、たとえば、第1電極部8d、接続配線8aaおよび第1端子部8acの基礎となる金属膜(たとえば、Au膜)を形成する。金属膜は、たとえば、蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより形成することができる。赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜を所定の形状にパターニングすることで、第1電極部8d、接続配線8aaおよび第1端子部8acを形成することができる。なお、ベース基板1bは、SOI基板だけに限られず、Si基板を用いて形成することもできる。   In the infrared sensor 1, for example, an insulating film made of a silicon oxide film is formed on each of one surface side and the other surface side of an SOI substrate serving as the base substrate 1b by a thermal oxidation method or the like. Thereby, the base substrate 1b can include an insulating film on the one surface 1aa side and the other surface 1ab side. Thereafter, the SOI substrate is formed on the entire surface of the other surface side of the SOI substrate that is the other surface 1ab side of the base substrate 1b, for example, a metal film (for example, the first electrode portion 8d, the connection wiring 8aa, and the first terminal portion 8ac). For example, an Au film) is formed. The metal film can be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, plating, or the like. The infrared sensor 1 can form the first electrode portion 8d, the connection wiring 8aa, and the first terminal portion 8ac by patterning the metal film into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. Note that the base substrate 1b is not limited to an SOI substrate, and can be formed using a Si substrate.

次に、赤外線センサ1は、焦電材料(たとえば、PZTなど)からなる焦電体層21となる赤外線吸収膜を形成する。赤外線吸収膜は、たとえば、スパッタ法、CVD法、ゾルゲル法や転写法などにより形成することができる。赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで焦電体層21を形成することができる。   Next, the infrared sensor 1 forms an infrared absorption film that becomes the pyroelectric layer 21 made of a pyroelectric material (for example, PZT). The infrared absorption film can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method, a sol-gel method, or a transfer method. The infrared sensor 1 can form the pyroelectric layer 21 by patterning the infrared absorbing film into a predetermined shape by using a lithography technique and an etching technique.

続いて、赤外線センサ1は、第1電極部8dと電気的に接続された接続配線8aaおよび第1端子部8acに絶縁層1a5の基礎となるシリコン酸化膜に形成する。絶縁層1a5は、CVD法などにより形成することができる。また、赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜を所定の形状にパターニングすることで絶縁層1a5を形成することができる。赤外線センサ1では、絶縁層1a5により、第1電極部8d側と第2電極部8e側との電気的な絶縁を行っている。   Subsequently, the infrared sensor 1 is formed on the connection wiring 8aa electrically connected to the first electrode portion 8d and the first terminal portion 8ac on the silicon oxide film serving as the basis of the insulating layer 1a5. The insulating layer 1a5 can be formed by a CVD method or the like. In addition, the infrared sensor 1 can form the insulating layer 1a5 by patterning the silicon oxide film into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. In the infrared sensor 1, the insulating layer 1a5 electrically insulates the first electrode portion 8d side and the second electrode portion 8e side.

次に、赤外線センサ1は、第2電極部8e、接続配線8baおよび第2端子部8bcの基礎となる金属膜(たとえば、Au膜)を形成する。金属膜は、たとえば、蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより形成することができる。赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜を所定の形状にパターニングすることで、第2電極部8e、接続配線8baおよび第2端子部8bcを形成することができる。   Next, the infrared sensor 1 forms a metal film (for example, an Au film) serving as a basis for the second electrode portion 8e, the connection wiring 8ba, and the second terminal portion 8bc. The metal film can be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, plating, or the like. The infrared sensor 1 can form the second electrode portion 8e, the connection wiring 8ba, and the second terminal portion 8bc by patterning the metal film into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique.

次に、SOI基板は、ベース基板1bの開口部1f内の薄膜部1aの全面となるSOI基板の一表面側に、たとえば、金黒などからなる赤外線吸収膜を蒸着法などを利用して形成する。続いて、赤外線センサ1は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金黒などからなる赤外線吸収膜を所定の形状にパターニングすることで、赤外線吸収部1mを形成する。これにより本実施形態の赤外線検出装置10に用いられる赤外線センサ1の赤外線検知部1nを形成することができる。なお、本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線センサ1では、レンズ3側の赤外線吸収部1mの温度上昇がパッケージ基体2側の赤外線検知部1nに伝われば良い。   Next, the SOI substrate is formed, for example, by using an evaporation method or the like on one surface side of the SOI substrate that is the entire surface of the thin film portion 1a in the opening 1f of the base substrate 1b using a vapor deposition method or the like. To do. Subsequently, the infrared sensor 1 forms an infrared absorbing portion 1m by patterning an infrared absorbing film made of gold black or the like into a predetermined shape using a lithography technique and an etching technique. Thereby, the infrared detection part 1n of the infrared sensor 1 used for the infrared detection apparatus 10 of this embodiment can be formed. In the infrared sensor 1 in the infrared detection device 10 of the present embodiment, the temperature rise of the infrared absorption part 1m on the lens 3 side only needs to be transmitted to the infrared detection part 1n on the package base 2 side.

(実施形態6)
図11に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図10に示す実施形態5のベース基板1の開口部1fの内周壁1faに、赤外線反射層25を備えた点が相違する。なお、実施形態5と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 6)
The infrared detecting device 10 of the present embodiment shown in FIG. 11 is different in that an infrared reflecting layer 25 is provided on the inner peripheral wall 1fa of the opening 1f of the base substrate 1 of the fifth embodiment shown in FIG. In addition, about the component similar to Embodiment 5, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線センサ1には、ベース基板1bの開口部1fにおける内周壁1faに、赤外線を赤外線吸収部1m,1r側に反射する赤外線反射層25が備えられている。   The infrared sensor 1 in the infrared detecting device 10 of the present embodiment includes an infrared reflecting layer 25 that reflects infrared rays toward the infrared absorbing portions 1m and 1r on the inner peripheral wall 1fa of the opening 1f of the base substrate 1b.

本実施形態の赤外線検出装置10では、開口部1fの内周壁1faに赤外線反射層25を形成することにより、開口部1fの内周壁1fa側で反射した赤外線を赤外線吸収部1m,1r側へ入射し易くさせ、よりセンサ感度を高めることが可能となる。   In the infrared detecting device 10 according to the present embodiment, by forming the infrared reflecting layer 25 on the inner peripheral wall 1fa of the opening 1f, the infrared rays reflected on the inner peripheral wall 1fa side of the opening 1f are incident on the infrared absorbing portions 1m and 1r. It is possible to increase the sensor sensitivity.

本実施形態の赤外線検出装置10の赤外線センサ1では、開口部1fの内周壁1faに、厚さ数百nmの金属膜(たとえば、Au膜)を蒸着法、スパッタ法やめっき法などにより成膜することで赤外線反射層25を形成することができる。   In the infrared sensor 1 of the infrared detection device 10 of the present embodiment, a metal film (for example, an Au film) having a thickness of several hundreds of nanometers is formed on the inner peripheral wall 1fa of the opening 1f by vapor deposition, sputtering, plating, or the like. By doing so, the infrared reflective layer 25 can be formed.

(実施形態7)
図12に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図10に示す実施形態5の赤外線センサ1における赤外線検出部1nの代わりに、複数個の赤外線検出部1pを備えた構成とする点が相違する。なお、実施形態5と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 7)
The infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 12 is different in that the infrared detection unit 1p in the infrared sensor 1 of the fifth embodiment shown in FIG. 10 is provided with a plurality of infrared detection units 1p. To do. In addition, about the component similar to Embodiment 5, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10における赤外線センサ1は、複数個の赤外線検知部1pを備えている。赤外線センサ1は、複数の赤外線検知部1pを備えることにより、赤外線を放射する物体(たとえば、人)の動きベクトルを検知するベクトル検知を行うことが可能となる。また、赤外線センサ1は、平面視において、複数個の赤外線検出部1pを、たとえば、マトリックス状に配置することで、赤外線画像センサとして機能させることもできる。なお、各赤外線検出部1pは、第1電極部8dを共通にした共通電極として構成している。また、各赤外線検出部1pは、図示していないが、赤外線検出部1pの各々で赤外線を検出して出力ができるように、第2電極部8eを赤外線検出部1pごとに形成した個別電極として構成している。赤外線検出部1pは、第1電極部8dを共通にした共通電極を用いる場合だけでなく、赤外線検出部1pごとに電極を設けてもよい。   The infrared sensor 1 in the infrared detection device 10 of the present embodiment includes a plurality of infrared detection units 1p. The infrared sensor 1 includes a plurality of infrared detection units 1p, thereby enabling vector detection for detecting a motion vector of an object (for example, a person) that emits infrared rays. Moreover, the infrared sensor 1 can also function as an infrared image sensor by arrange | positioning several infrared detection parts 1p in planar view, for example in matrix form. In addition, each infrared detection part 1p is comprised as a common electrode which shared the 1st electrode part 8d. In addition, each infrared detection unit 1p is not shown, but the second electrode unit 8e is an individual electrode formed for each infrared detection unit 1p so that each infrared detection unit 1p can detect and output infrared rays. It is composed. The infrared detection unit 1p may be provided with an electrode for each infrared detection unit 1p as well as when using a common electrode that shares the first electrode unit 8d.

ところで、赤外線センサ1は、複数個の赤外線検知部1pを一画素などとして各別に利用する場合、複数個の赤外線検知部1pの各々で独立して赤外線吸収部により温度を上昇できることが好ましい。   By the way, when the infrared sensor 1 uses each of the plurality of infrared detection units 1p as one pixel or the like, it is preferable that each of the plurality of infrared detection units 1p can increase the temperature independently by the infrared absorption unit.

しかしながら、図12に示す赤外線センサ1では、薄膜部1aにおける一表面1aa側の全面に赤外線吸収部1mを設けているため、薄膜部1a全体の温度が上昇する傾向にある。そのため、赤外線検出装置10は、複数個の赤外線検知部1pの各々の温度を精度良く検出することが難しくなる恐れがある。   However, in the infrared sensor 1 shown in FIG. 12, since the infrared absorbing portion 1m is provided on the entire surface of the thin film portion 1a on the one surface 1aa side, the temperature of the entire thin film portion 1a tends to increase. Therefore, there is a possibility that it is difficult for the infrared detection device 10 to accurately detect the temperature of each of the plurality of infrared detection units 1p.

そのため、図13に示す赤外線センサ1では、平面視において、薄膜部1aにおける他表面1ab側の赤外線検知部1pの赤外線吸収部1rに対応して、薄膜部1aにおける一表面1aa側に複数個の赤外線吸収部1qを形成することもできる。これにより、図13に示す本実施形態の別の赤外線検出装置10では、複数個の赤外線検知部1pの各々の温度を、より精度良く検出することが可能となる。   Therefore, in the infrared sensor 1 shown in FIG. 13, in plan view, a plurality of thin film portions 1 a on the one surface 1 aa side corresponding to the infrared absorbing portion 1 r of the infrared detecting portion 1 p on the other surface 1 ab side in the thin film portion 1 a are provided. The infrared absorption part 1q can also be formed. Thereby, in another infrared detecting device 10 of the present embodiment shown in FIG. 13, it is possible to detect the temperature of each of the plurality of infrared detecting units 1p with higher accuracy.

また、図13に示す赤外線検出装置10では、平面視において、薄膜部1aにおける他表面1ab側の赤外線検知部1pの赤外線吸収部1rに対応して、薄膜部1aにおける一表面1aa側に赤外線吸収部1qを形成する必要がある。   In addition, in the infrared detection device 10 shown in FIG. 13, in a plan view, the infrared ray is absorbed on the one surface 1aa side of the thin film portion 1a corresponding to the infrared absorption portion 1r of the infrared detection portion 1p on the other surface 1ab side of the thin film portion 1a. It is necessary to form part 1q.

そのため、図13に示す赤外線検出装置10では、開口部1f内において、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、赤外線吸収部の基礎となる膜をパターニングする必要がある。   Therefore, in the infrared detecting device 10 shown in FIG. 13, it is necessary to pattern a film serving as the basis of the infrared absorbing portion in the opening 1f using the lithography technique and the etching technique.

これに対して、図14に示す本実施形態の他の赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、開口部1fに臨む薄膜部1aにおける一表面1aa側に赤外線を透過させる赤外線透過膜22を備えている。赤外線センサ1は、赤外線透過膜22と第1電極部8dとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造としている。赤外線センサ1は、赤外線透過膜22が薄膜部1aにおける一表面1aa側の赤外線吸収部1sを構成する構成要素として機能している。   On the other hand, the infrared sensor 1 of the other infrared detection device 10 of the present embodiment shown in FIG. 14 includes an infrared transmission film 22 that transmits infrared rays on the one surface 1aa side of the thin film portion 1a facing the opening 1f. Yes. The infrared sensor 1 has an optical resonance structure in which light is confined and resonated between the infrared transmission film 22 and the first electrode portion 8d. In the infrared sensor 1, the infrared transmission film 22 functions as a component constituting the infrared absorption portion 1s on the one surface 1aa side in the thin film portion 1a.

図14に示すように赤外線吸収部1sは、赤外線センサ1が赤外線透過膜22と第1電極部8dとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造を有する場合、第1電極部8dに対応する選択的した位置で赤外線を吸収させ温度を上昇させることが可能となる。そのため、赤外線センサ1は、図13に示すように、薄膜部1aの開口部1fの全面に赤外線吸収部の基礎となる膜を形成して複数個の赤外線検知部1pの各々ごとに複数個の赤外線吸収部1qを形成する必要もない。これにより、図14に示す赤外線検出装置10では、複数個の赤外線検知部1nに対して共通の赤外線吸収部1sを構成する赤外線透過膜22を形成させても、図12の赤外線検出装置10と比較して、各赤外線検出部1pごとに精度よく赤外線を検出することができる。また、図14に示す赤外線検出装置10では、複数個の赤外線検知部1nに対して共通の赤外線吸収部1sを構成する赤外線透過膜22を形成させても、図13の赤外線検出装置10と比較して、比較的簡単な構成とすることができる。   As shown in FIG. 14, the infrared absorption unit 1 s has the first electrode unit 8 d when the infrared sensor 1 has an optical resonance structure in which light is confined and resonated between the infrared transmission film 22 and the first electrode unit 8 d. It is possible to absorb infrared rays at a selected position corresponding to, and raise the temperature. Therefore, as shown in FIG. 13, the infrared sensor 1 is formed with a film that forms the basis of the infrared absorption part on the entire surface of the opening 1f of the thin film part 1a, and a plurality of infrared detection parts 1p are provided for each of the plurality of infrared detection parts 1p. There is no need to form the infrared absorbing portion 1q. Thereby, in the infrared detection device 10 shown in FIG. 14, even if the infrared transmission film 22 constituting the common infrared absorption unit 1s is formed for the plurality of infrared detection units 1n, the infrared detection device 10 of FIG. In comparison, it is possible to detect infrared rays with high accuracy for each infrared detection unit 1p. Further, in the infrared detecting device 10 shown in FIG. 14, even if the infrared transmitting film 22 constituting the common infrared absorbing portion 1s is formed for the plurality of infrared detecting portions 1n, the infrared detecting device 10 is compared with the infrared detecting device 10 in FIG. Thus, a relatively simple configuration can be obtained.

言い換えれば、図14に示す赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、開口部1fに臨む薄膜部1aにおける一表面1aa側に赤外線を透過させる赤外線透過膜22を備えている。赤外線センサ1は、赤外線透過膜22と第1電極部8dとの間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、赤外線透過膜22が薄膜部1aにおける一表面1aa側の赤外線吸収部1mを構成する構成要素として機能している。赤外線センサ1は、厚さ数nmの金属薄膜(たとえば、Au薄膜)などからなる赤外線透過膜22と、赤外線検知部1nの光反射膜としても機能する第二電極部8dとの間となるSiOなどの薄膜部1aで、光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造としている。光学的な共振構造では、赤外線透過膜22と第二電極部8dとの間にある薄膜部1aで温度の上昇が生ずる。 In other words, the infrared sensor 1 of the infrared detecting device 10 shown in FIG. 14 includes an infrared transmission film 22 that transmits infrared rays on the one surface 1aa side of the thin film portion 1a facing the opening 1f. The infrared sensor 1 has an optical resonance structure in which light is confined and resonated between the infrared transmission film 22 and the first electrode portion 8d, so that the infrared transmission film 22 is an infrared ray on the one surface 1aa side in the thin film portion 1a. It functions as a component constituting the absorbing portion 1m. The infrared sensor 1 is composed of SiO between the infrared transmission film 22 made of a metal thin film (for example, Au thin film) having a thickness of several nanometers and the second electrode portion 8d that also functions as a light reflection film of the infrared detection unit 1n. The thin film portion 1a such as 2 has an optical resonance structure in which light is confined and resonated. In the optical resonance structure, the temperature rises in the thin film portion 1a between the infrared transmission film 22 and the second electrode portion 8d.

なお、本実施形態の赤外線検出装置10では、複数個の赤外線検知部1pに対応してレンズ3が1つしか設けられていないが、複数個の赤外線検知部1pごとにレンズ3を設けてもよい。   In the infrared detection device 10 of the present embodiment, only one lens 3 is provided corresponding to the plurality of infrared detection units 1p. However, even if a lens 3 is provided for each of the plurality of infrared detection units 1p. Good.

(実施形態8)
図15に示す本実施形態の赤外線検出装置10は、図13に示す実施形態7の赤外線センサ1において、開口部1fを仕切る壁部1baを備えた点が相違する。なお、実施形態7と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
(Embodiment 8)
The infrared detecting device 10 of the present embodiment shown in FIG. 15 is different from the infrared sensor 1 of the seventh embodiment shown in FIG. 13 in that the infrared detecting device 10 includes a wall 1ba that partitions the opening 1f. In addition, about the component similar to Embodiment 7, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態の赤外線検出装置10の赤外線センサ1は、複数個の赤外線検知部1pの各々に対応して、開口部1fを赤外線検知部1pごとに仕切る壁部1baをベース基板1bに備えている。これにより、本実施形態の赤外線検出装置10では、隣接する赤外線検知部1p,1p間でのクロストークを抑制することが可能となり、より感度を高めることが可能となる。   The infrared sensor 1 of the infrared detecting device 10 of the present embodiment includes a wall 1ba on the base substrate 1b that partitions the opening 1f for each infrared detector 1p corresponding to each of the plurality of infrared detectors 1p. . Thereby, in the infrared detector 10 of this embodiment, it becomes possible to suppress the crosstalk between the adjacent infrared detection parts 1p and 1p, and it becomes possible to raise a sensitivity more.

なお、壁部1baは、リソグラフィ技術およびDeep−RIE法などのエッチング技術を利用して、ベース基板1bの一表面1aaが開口する開口部1fを形成する際に、ベース基板1bの一部を残すことで形成することができる。   Note that the wall 1ba leaves a part of the base substrate 1b when forming the opening 1f in which the one surface 1aa of the base substrate 1b is opened by using an etching technique such as lithography and Deep-RIE. Can be formed.

1 赤外線センサ
1a 薄膜部
1aa 一表面
1ab 他表面
1b ベース基板
1ba 壁部
1c,1d,1j,1k,1m,1q,1r,1s 赤外線吸収部
1e,1h,1n,1p 赤外線検知部
1f 開口部
1fa 内周壁
2 パッケージ基体
3 レンズ
4 覆部
5 赤外線反射膜
8d 第1電極部
8e 第2電極部
10 赤外線検出装置
21 焦電体層
22 赤外線透過膜
25 赤外線反射層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared sensor 1a Thin film part 1aa One surface 1ab Other surface 1b Base board | substrate 1ba Wall part 1c, 1d, 1j, 1k, 1m, 1q, 1r, 1s Infrared absorption part 1e, 1h, 1n, 1p Infrared detection part 1f Opening part 1fa Inner peripheral wall 2 Package base 3 Lens 4 Cover 5 Infrared reflecting film 8d First electrode 8e Second electrode 10 Infrared detector 21 Pyroelectric layer 22 Infrared transmitting film 25 Infrared reflecting layer

Claims (7)

赤外線を検知する赤外線センサと、該赤外線センサを配置させるパッケージ基体と、前記赤外線センサを覆い該赤外線センサに赤外線を集光させるレンズを備えた覆部とを有する赤外線検出装置であって、
前記赤外線センサは、開口部が一表面側に設けられるベース基板と、該ベース基板における他表面側で前記ベース基板に支持される薄膜部と、該薄膜部に少なくとも設けられ赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する赤外線検知部とを備え、厚み方向において、前記赤外線吸収部の少なくとも一部が前記レンズからの赤外線を吸収できるように前記開口部に臨む前記薄膜部に配され、前記ベース基板における前記他表面側を前記パッケージ基体側としていることを特徴とする赤外線検出装置。
An infrared detection device having an infrared sensor that detects infrared rays, a package base on which the infrared sensor is disposed, and a cover that includes a lens that covers the infrared sensor and focuses infrared rays on the infrared sensor,
The infrared sensor includes a base substrate having an opening provided on one surface side, a thin film portion supported by the base substrate on the other surface side of the base substrate, and an infrared absorption that is provided at least in the thin film portion and absorbs infrared rays. An infrared detector having a portion, and in the thickness direction, at least a part of the infrared absorber is disposed on the thin film portion facing the opening so as to absorb infrared rays from the lens, An infrared detecting device characterized in that the other surface side is the package base side.
前記赤外線吸収部で吸収されず該赤外線吸収部を透過する前記レンズ側からの赤外線を前記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射膜が前記パッケージ基体側に備えられていることを特徴とする請求項1に記載の赤外線検出装置。   The infrared ray reflection film for reflecting the infrared ray from the lens side that is not absorbed by the infrared ray absorbing portion but is transmitted through the infrared ray absorbing portion to the infrared ray absorbing portion side is provided on the package base side. The infrared detection apparatus according to 1. 前記赤外線検知部は、前記薄膜部における前記他表面側に設けられた第1電極部と該第1電極部の前記薄膜部側と反対側に設けられた焦電体層と該焦電体層の前記第1電極部側と反対側に設けられた第2電極部とを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の赤外線検出装置。   The infrared detector includes a first electrode portion provided on the other surface side of the thin film portion, a pyroelectric layer provided on the opposite side of the first electrode portion from the thin film portion side, and the pyroelectric layer. The infrared detection device according to claim 1, further comprising: a second electrode portion provided on a side opposite to the first electrode portion side. 前記赤外線センサは、前記開口部に臨む前記薄膜部における前記一表面側に赤外線の一部を透過させる赤外線透過膜を備えており、該赤外線透過膜と前記第1電極部との間で光を閉じ込めて共振させる光学的な共振構造とすることで、前記赤外線透過膜が前記薄膜部における前記一表面側の前記赤外線吸収部を構成する構成要素として機能することを特徴とする請求項3に記載の赤外線検出装置。   The infrared sensor includes an infrared transmission film that transmits a part of infrared rays on the one surface side of the thin film portion facing the opening, and transmits light between the infrared transmission film and the first electrode portion. 4. The optical resonance structure for confining and resonating allows the infrared transmission film to function as a component constituting the infrared absorption part on the one surface side in the thin film part. Infrared detector. 前記赤外線センサは、前記ベース基板の前記開口部における内周壁に、赤外線を前記赤外線吸収部側に反射する赤外線反射層が備えられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。   5. The infrared sensor according to claim 1, wherein an infrared reflection layer that reflects infrared rays toward the infrared absorption unit is provided on an inner peripheral wall of the opening of the base substrate. The infrared detection apparatus according to item 1. 前記赤外線センサは、複数個の前記赤外線検知部を備えてなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の赤外線検出装置。   The infrared detection apparatus according to claim 1, wherein the infrared sensor includes a plurality of the infrared detection units. 前記赤外線センサは、複数個の前記赤外線検知部の各々に対応して、前記開口部を前記赤外線検知部ごとに仕切る壁部を前記ベース基板に備えたことを特徴とする請求項6に記載の赤外線検出装置。   The said infrared sensor was equipped with the wall part which partitions off the said opening part for every said infrared detection part corresponding to each of the said some infrared detection part, The said base board is characterized by the above-mentioned. Infrared detector.
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