JP2014095674A - Infrared detector and manufacturing method thereof - Google Patents

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Junichi Hozumi
潤一 穗積
Sadayuki Sumi
貞幸 角
Takaaki Yoshihara
孝明 吉原
Yoshifumi Watabe
祥文 渡部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared detector and a manufacturing method thereof capable of increasing the sensitivity while reducing the cost.SOLUTION: An infrared detector 1 includes: an infrared detection element 10 which has plural pyroelectric elements 11 mounted on a board 18; a signal processing unit 20 that processes signals output from the infrared detection element 10; and a package 30 storing the infrared detection element 10 and the signal processing unit 20. Each of the pyroelectric elements 11 includes one light receiving part 13, a first output terminal 16 and a second output terminal 17 which are electrically connected to the light receiving part 13. Each of the light receiving part 13 is constituted of a first electrode 14 and a second electrode 15, which are formed at the front side and the rear side of the pyroelectric substrate 12 respectively being opposite to each other, and a portion 12a sandwiched by the first electrode 14 and the second electrode 15 in the pyroelectric substrate 12. In each of the light receiving parts 13, the thickness of the first electrode 14 is thinner than the thickness of the second electrode 15.

Description

本発明は、焦電素子を備えた赤外線検出器およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an infrared detector having a pyroelectric element and a method for manufacturing the same.

焦電素子は、人体の動きを検知する人体検知センサなどの赤外線検出器に広く用いられている。焦電素子は、焦電効果によって赤外線を検出する素子である。焦電効果は、温度変化により表面に電荷が発生する現象である。焦電素子は、自発分極による電荷が外気中のイオンなどによって中和されている平衡状態において赤外線が入射すると、赤外線が熱に変換されて焦電体基板の温度が変化し、この温度変化により電荷の平衡状態が崩れ、焦電体基板の表面に電荷が発生する。   Pyroelectric elements are widely used in infrared detectors such as human body detection sensors that detect the movement of a human body. The pyroelectric element is an element that detects infrared rays by the pyroelectric effect. The pyroelectric effect is a phenomenon in which charges are generated on the surface due to temperature changes. When the infrared rays are incident on the pyroelectric element in an equilibrium state where the charge due to spontaneous polarization is neutralized by ions in the outside air, the infrared rays are converted into heat, and the temperature of the pyroelectric substrate changes. The charge balance is broken and charges are generated on the surface of the pyroelectric substrate.

赤外線検出器としては、焦電素子と、この焦電素子の出力信号を信号処理する回路の部品などを1つのパッケージに収納したものが広く知られている。   As an infrared detector, one in which a pyroelectric element and parts of a circuit for processing an output signal of the pyroelectric element are accommodated in one package is widely known.

焦電素子としては、1枚の焦電体基板に2個の受光部を形成したデュアル素子(デュアルタイプの焦電素子)や、1枚の焦電体基板に4個の受光部を形成したクワッド素子(クワッドタイプの焦電素子)が広く知られている。   As a pyroelectric element, a dual element (dual type pyroelectric element) in which two light receiving portions are formed on one pyroelectric substrate, or four light receiving portions are formed on one pyroelectric substrate. Quad elements (quad type pyroelectric elements) are widely known.

焦電体基板の材料としては、例えば、リチウムタンタレート(LiTaO3)やリチウムナイオベート(LiNbO3)などの単結晶材料が採用されている。また、受光部は、焦電体基板の厚み方向の両面に形成され互いに対向する2つ1組の電極と、焦電体基板において当該2つ1組の電極に挟まれた部分とで構成されている。各電極の材料としては、NiCrなどが採用されている。NiCrは、導電性を有し且つ赤外線を吸収可能な材料である。 As a material for the pyroelectric substrate, for example, a single crystal material such as lithium tantalate (LiTaO 3 ) or lithium niobate (LiNbO 3 ) is employed. In addition, the light receiving unit includes two pairs of electrodes that are formed on both sides in the thickness direction of the pyroelectric substrate and face each other, and a portion sandwiched between the two pairs of electrodes on the pyroelectric substrate. ing. NiCr or the like is adopted as a material for each electrode. NiCr is a material that has conductivity and can absorb infrared rays.

この種の焦電素子は、焦電体基板の中央部に複数の受光部が形成され、焦電体基板の両端部の各々に出力端子部が形成され、焦電体基板の厚み方向の両面の各々に、受光部の電極と出力端子部とを接続する配線部が形成されている(例えば、特許文献1,2)。   In this type of pyroelectric element, a plurality of light receiving portions are formed at the center of the pyroelectric substrate, output terminal portions are formed at both ends of the pyroelectric substrate, and both sides of the pyroelectric substrate in the thickness direction are formed. Each is formed with a wiring portion for connecting the electrode of the light receiving portion and the output terminal portion (for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1に開示された焦電素子(赤外線検出素子)は、受光部の電極、出力端子部および配線部の材料として、NiCrが採用されている。   The pyroelectric element (infrared detecting element) disclosed in Patent Document 1 employs NiCr as a material for the electrode of the light receiving portion, the output terminal portion, and the wiring portion.

また、特許文献2には、焦電素子の製造方法に関し、焦電効果を有する材料のウェハの表面及び裏面に、NiCr等の材料を約200〜500Åの厚さで蒸着することにより電極、導体パターンを形成し、ダイシング等の方法により切断して個々の焦電素子を得る旨が記載されている。   Patent Document 2 relates to a method for manufacturing a pyroelectric element. By depositing a material such as NiCr in a thickness of about 200 to 500 mm on the front and back surfaces of a wafer having a pyroelectric effect, an electrode, a conductor It describes that a pattern is formed and cut by a method such as dicing to obtain individual pyroelectric elements.

特開2003−133603号公報JP 2003-133603 A 特許第3773623号公報Japanese Patent No. 3773623

上述のデュアル素子もしくはクワッド素子からなる焦電素子を用いた赤外線検出器においては、焦電素子の焦電体基板のコストが高く、より一層の低コスト化が望まれている。また、上述のデュアル素子もしくはクワッド素子からなる焦電素子を用いた赤外線検出器においては、感度のより一層の向上が望まれている。   In the infrared detector using the pyroelectric element composed of the dual element or the quad element described above, the cost of the pyroelectric substrate of the pyroelectric element is high, and further cost reduction is desired. Further, in the infrared detector using the pyroelectric element composed of the above-described dual element or quad element, further improvement in sensitivity is desired.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide an infrared detector capable of reducing cost and achieving high sensitivity, and a method for manufacturing the same. is there.

本発明の赤外線検出器は、複数個の焦電素子が基板に実装された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理する信号処理部と、前記赤外線検出素子および信号処理部が収納されたパッケージとを備え、各前記焦電素子の各々は、1つの受光部と、前記受光部に電気的に接続された第1出力端子部、第2出力端子部とを備え、各前記受光部は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極、第2電極と、前記焦電体基板において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた部分とで構成され、各前記受光部は、前記第1電極の厚みを、前記第2電極の厚みよりも薄くしてあることを特徴とする。   An infrared detector according to the present invention includes an infrared detection element having a plurality of pyroelectric elements mounted on a substrate, a signal processing unit that processes an output signal of the infrared detection element, and the infrared detection element and the signal processing unit. Each of the pyroelectric elements includes one light receiving portion, and a first output terminal portion and a second output terminal portion electrically connected to the light receiving portion. The light receiving unit includes first and second electrodes that are formed on the front side and the back side of the pyroelectric substrate and face each other, and a portion of the pyroelectric substrate that is sandwiched between the first electrode and the second electrode. In each of the light receiving portions, the thickness of the first electrode is made thinner than the thickness of the second electrode.

この赤外線検出器において、各前記焦電素子の各々は、前記第1出力端子部と前記第2出力端子部とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されていることが好ましい。   In this infrared detector, each of the pyroelectric elements is disposed so that the first output terminal portion and the second output terminal portion do not overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate. preferable.

この赤外線検出器において、各前記焦電素子の前記第1出力端子部、前記第2出力端子部と、前記基板の配線部とは、導電性接着剤からなる接合部により電気的に接続されてなることが好ましい。   In this infrared detector, the first output terminal part, the second output terminal part of each pyroelectric element, and the wiring part of the substrate are electrically connected by a joint made of a conductive adhesive. It is preferable to become.

この赤外線検出器において、前記基板は、各前記受光部の投影領域の各々に熱絶縁用の穴が設けられていることが好ましい。   In this infrared detector, it is preferable that the substrate is provided with a hole for thermal insulation in each of the projection regions of the light receiving portions.

本発明の赤外線検出器の製造方法は、前記焦電素子の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子に必要な個数の焦電素子を形成可能な焦電体からなるウェハを準備した後、前記ウェハの裏側に各前記第2電極を形成する工程と、前記ウェハの表側に各前記第1電極を形成する工程と、前記ウェハから個々の前記焦電素子に個片化する工程とを備えることを特徴とする。   In the method of manufacturing the infrared detector of the present invention, in the formation of the pyroelectric element, after preparing a wafer made of a pyroelectric body capable of forming the necessary number of pyroelectric elements for a plurality of infrared detecting elements, Forming each second electrode on the back side of the wafer, forming each first electrode on the front side of the wafer, and separating the individual pyroelectric elements from the wafer. It is characterized by.

本発明の赤外線検出器は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。   The infrared detector of the present invention can reduce the cost and increase the sensitivity.

本発明の赤外線検出器の製造方法は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器を提供することが可能となる。   The manufacturing method of the infrared detector of the present invention can provide an infrared detector capable of reducing the cost and increasing the sensitivity.

(a)は実施形態1の赤外線検出器の概略分解斜視図、(b)は実施形態1の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略斜視図である。(A) is a schematic exploded perspective view of the infrared detector of Embodiment 1, (b) is a schematic perspective view of the infrared detection element in the infrared detector of Embodiment 1. 実施形態1の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of an infrared detection element in the infrared detector according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1の赤外線検出器における赤外線検出素子の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the infrared detection element in the infrared detector of Embodiment 1. 実施形態2の赤外線検出器の概略分解斜視図である。c6 is a schematic exploded perspective view of an infrared detector according to Embodiment 2. FIG. c

(実施形態1)
以下では、本実施形態の赤外線検出器1について図1および図2に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the infrared detector 1 of this embodiment is demonstrated based on FIG. 1 and FIG.

赤外線検出器1は、複数個の焦電素子11が基板18に実装された赤外線検出素子10と、赤外線検出素子10の出力信号を信号処理する信号処理部20と、赤外線検出素子10および信号処理部20が収納されたパッケージ30とを備えている。各焦電素子11の各々は、1つの受光部13と、受光部13に電気的に接続された第1出力端子部16、第2出力端子部17とを備えている。各受光部13は、焦電体基板12の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極14、第2電極15と、焦電体基板12において第1電極14と第2電極15とに挟まれた部分12aとで構成されている。各受光部13は、第1電極14の厚みを、第2電極15の厚みよりも薄くしてある。赤外線検出器1は、このような受光部13を1つだけ備えた複数個の焦電素子11が基板18に実装された赤外線検出素子10を備えることにより、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。   The infrared detector 1 includes an infrared detection element 10 having a plurality of pyroelectric elements 11 mounted on a substrate 18, a signal processing unit 20 that performs signal processing on an output signal of the infrared detection element 10, the infrared detection element 10, and signal processing. A package 30 in which the section 20 is housed. Each pyroelectric element 11 includes one light receiving portion 13, and a first output terminal portion 16 and a second output terminal portion 17 that are electrically connected to the light receiving portion 13. Each light receiving portion 13 is formed on the front side and the back side of the pyroelectric substrate 12 and is opposed to each other, and the first electrode 14 and the second electrode 15 on the pyroelectric substrate 12. It is comprised by the part 12a pinched | interposed. In each light receiving portion 13, the thickness of the first electrode 14 is made thinner than the thickness of the second electrode 15. The infrared detector 1 includes the infrared detecting element 10 in which a plurality of pyroelectric elements 11 each having only one light receiving unit 13 are mounted on the substrate 18, thereby reducing costs. In addition, high sensitivity can be achieved.

以下では、赤外線検出器1の各構成要素について詳細に説明する。   Below, each component of the infrared detector 1 is demonstrated in detail.

信号処理部20は、赤外線検出素子10の出力信号(ここでは、出力電流)を信号処理する信号処理回路を形成したIC素子22と、IC素子22に外付けされるコンデンサ(図示せず)と、IC素子22およびコンデンサが実装されたMID(Molded Interconnect Devices)基板120とで構成されている。MID基板120は、樹脂成形品121の表面に回路パターン122が形成されている。赤外線検出器1は、赤外線検出素子10がMID基板120に実装されており、赤外線検出素子10と信号処理部20とで構成される3次元回路ブロック130がパッケージ30に収納されている。IC素子22における信号処理回路の回路構成としては、例えば、特許第3367876号公報に開示された集積回路(段落〔0047〕−〔0048〕など参照)の回路構成を採用することができる。   The signal processing unit 20 includes an IC element 22 that forms a signal processing circuit that processes an output signal (here, output current) of the infrared detection element 10, and a capacitor (not shown) that is externally attached to the IC element 22. And an MID (Molded Interconnect Devices) substrate 120 on which an IC element 22 and a capacitor are mounted. The MID substrate 120 has a circuit pattern 122 formed on the surface of a resin molded product 121. In the infrared detector 1, the infrared detection element 10 is mounted on the MID substrate 120, and a three-dimensional circuit block 130 including the infrared detection element 10 and the signal processing unit 20 is accommodated in the package 30. As a circuit configuration of the signal processing circuit in the IC element 22, for example, a circuit configuration of an integrated circuit (see paragraphs [0047] to [0048] etc.) disclosed in Japanese Patent No. 3367876 can be employed.

なお、3次元回路ブロック130は、適宜のシールド板(図示せず)やシールド層(図示せず)を設けるのが好ましい。   The three-dimensional circuit block 130 is preferably provided with an appropriate shield plate (not shown) or a shield layer (not shown).

信号処理部20の回路は、上述の回路構成に限らず、例えば、電流電圧変換回路と、電圧増幅回路(バンドパスアンプ)と、検知回路と、出力回路とを備えていればよい。電流電圧変換回路は、赤外線検出素子10から出力される出力信号である出力電流(焦電電流)を電圧信号に変換する。電圧増幅回路は、電流電圧変換回路により変換された電圧信号のうち所定の周波数帯域の電圧を増幅する。赤外線検出器1の検知対象の赤外線が人体から放射される赤外線であり、赤外線検出器1を人体検知センサとして用いる場合、電圧増幅回路は、増幅部が、例えば、人の動きに近い周波数成分(1Hzを中心とする成分)の電圧信号を増幅するように構成することが好ましい。人体検知センサは、赤外線を放射する物体(ここでは、人体)の動きを検知して検知信号を出力するものである。検知回路は、電圧増幅回路で増幅された電圧信号を適宜設定した閾値と比較し電圧信号が閾値を越えた場合に検知信号を出力する。検知回路は、コンパレータなどを用いた比較回路で構成することができる。出力回路は、検知回路の検知信号を所定の人体検出信号として出力する。   The circuit of the signal processing unit 20 is not limited to the circuit configuration described above, and may include, for example, a current-voltage conversion circuit, a voltage amplification circuit (bandpass amplifier), a detection circuit, and an output circuit. The current-voltage conversion circuit converts an output current (pyroelectric current) that is an output signal output from the infrared detection element 10 into a voltage signal. The voltage amplification circuit amplifies a voltage in a predetermined frequency band in the voltage signal converted by the current-voltage conversion circuit. When the infrared ray to be detected by the infrared detector 1 is an infrared ray radiated from a human body, and the infrared detector 1 is used as a human body detection sensor, the voltage amplification circuit has a frequency component (for example, a frequency component close to human movement) ( It is preferable to amplify a voltage signal of a component centered at 1 Hz. The human body detection sensor detects a movement of an object (here, a human body) that emits infrared rays and outputs a detection signal. The detection circuit compares the voltage signal amplified by the voltage amplification circuit with a threshold value set as appropriate, and outputs a detection signal when the voltage signal exceeds the threshold value. The detection circuit can be configured by a comparison circuit using a comparator or the like. The output circuit outputs the detection signal of the detection circuit as a predetermined human body detection signal.

赤外線検出器1は、例えば、人体検知センサとして用いる場合、照明負荷と電源との間に設けたスイッチ要素(スイッチング素子、リレーなど)を人体検知センサの出力に基づいてオンオフさせる制御回路などと合わせて用いることもできる。赤外線検出器1とスイッチ要素と制御回路とを備えたスイッチ装置では、赤外線検出素子10の周囲環境の温度変化があったときに、人体検知センサの検知エリア内に人体が存在しないにもかかわらず照明負荷が点灯してしまう誤動作が発生するのを防止することが可能となり、省エネルギ化を図れる。   For example, when the infrared detector 1 is used as a human body detection sensor, the infrared detector 1 is combined with a control circuit for turning on and off a switch element (a switching element, a relay, etc.) provided between the illumination load and the power source based on the output of the human body detection sensor. Can also be used. In the switch device including the infrared detector 1, the switch element, and the control circuit, when there is a temperature change in the surrounding environment of the infrared detection element 10, the human body does not exist in the detection area of the human body detection sensor. It is possible to prevent a malfunction that causes the lighting load to light up, and energy saving can be achieved.

また、赤外線検出器1の用途は、人体検知センサに限らず、信号処理部20の回路構成を適宜変更することにより、例えば、ガスセンサや炎センサとして用いることができる。赤外線検出器1を用いたガスセンサや炎センサでは、赤外線検出素子10の周囲環境の温度変動があったときに、検知エリア内に検知対象のガスや炎が存在しないにもかかわらず発報してしまう誤動作が発生するのを防止することが可能となり、信頼性を高めることが可能となる。   The use of the infrared detector 1 is not limited to the human body detection sensor, and can be used as, for example, a gas sensor or a flame sensor by appropriately changing the circuit configuration of the signal processing unit 20. In a gas sensor or a flame sensor using the infrared detector 1, when there is a temperature fluctuation in the surrounding environment of the infrared detection element 10, a notification is issued even though there is no gas or flame to be detected in the detection area. It is possible to prevent the occurrence of malfunction, which can increase the reliability.

パッケージ30は、キャンパッケージである。このパッケージ30は、円盤状のステム131と、このステム131に接合される有底円筒状のキャップ132と、このキャップ132の底部に形成された開口部132aを閉塞するように配置された赤外線透過部材133とで構成される。   The package 30 is a can package. The package 30 includes a disk-shaped stem 131, a bottomed cylindrical cap 132 joined to the stem 131, and an infrared transmitting element disposed so as to close an opening 132 a formed at the bottom of the cap 132. It is comprised with the member 133. FIG.

ステム131およびキャップ132は、いずれも金属製である。ステム131は、平面視形状が円形状であるが、これに限らず、例えば、多角形状でもよい。また、キャップ132の形状は、ステム131の形状に応じて適宜変更すればよい。例えば、ステム131の平面視形状が矩形状の場合、キャップ132の平面視形状は、円形状でもよいし、矩形状でもよい。   Both the stem 131 and the cap 132 are made of metal. The stem 131 has a circular shape in plan view, but is not limited thereto, and may be a polygonal shape, for example. Further, the shape of the cap 132 may be appropriately changed according to the shape of the stem 131. For example, when the planar shape of the stem 131 is rectangular, the planar shape of the cap 132 may be circular or rectangular.

ステム131は、信号処理部20に電気的に接続される3本のリードピン140(図1には2本のみ図示されている)を保持している。各リードピン140は、MID基板120に結合されて上記信号処理部と電気的に接続される。3本のリードピン140は、1本がIC素子2への給電用、他の1本が信号出力用、残りの1本がグランド用である。給電用のリードピン140および信号出力用のリードピン140は、絶縁性材料(ガラス)からなる封止部によりステム131と電気的に絶縁されている。また、グランド用のリードピン140は、導電性材料からなる封止部によりステム131と電気的に接続され上述のシールド板やシールド層と同電位(例えば、グランド電位)に設定されるのが好ましい。   The stem 131 holds three lead pins 140 (only two are shown in FIG. 1) that are electrically connected to the signal processing unit 20. Each lead pin 140 is coupled to the MID substrate 120 and electrically connected to the signal processing unit. Of the three lead pins 140, one is for supplying power to the IC element 2, the other one is for signal output, and the other one is for ground. The power supply lead pin 140 and the signal output lead pin 140 are electrically insulated from the stem 131 by a sealing portion made of an insulating material (glass). The ground lead pin 140 is preferably electrically connected to the stem 131 by a sealing portion made of a conductive material and set to the same potential as the above-described shield plate or shield layer (for example, ground potential).

赤外線透過部材133は、赤外線を透過する機能を有する。赤外線透過部材133は、平板状の光学フィルタにより構成してある。この光学フィルタは、シリコン基板の両面あるいは一面に光学多層膜などからなるフィルタ部を設けたものである。   The infrared transmitting member 133 has a function of transmitting infrared rays. The infrared transmitting member 133 is constituted by a flat optical filter. This optical filter is provided with a filter portion made of an optical multilayer film or the like on both sides or one side of a silicon substrate.

光学多層膜は、例えば、互いに屈折率の異なる第1の薄膜(例えば、ゲルマニウム薄膜)と第2の薄膜(例えば、硫化亜鉛薄膜)とが交互に積層された構成とすることができる。赤外線検出器1が人体検知センサの場合には、検知対象の赤外線の波長が8〜12μm程度であり、中心波長が10μm程度なので、フィルタ部を、例えば、8μmよりも短波長の所定波長(例えば、5μm)以下の波長の電磁波をカットするように、第1の薄膜および第2の薄膜の光学膜厚と積層数とを設計すればよい。   For example, the optical multilayer film may have a configuration in which first thin films (for example, germanium thin films) and second thin films (for example, zinc sulfide thin films) having different refractive indexes are alternately stacked. When the infrared detector 1 is a human body detection sensor, the wavelength of the infrared ray to be detected is about 8 to 12 μm, and the center wavelength is about 10 μm. Therefore, the filter unit is, for example, a predetermined wavelength shorter than 8 μm (for example, The optical film thickness and the number of laminated layers of the first thin film and the second thin film may be designed so as to cut electromagnetic waves having a wavelength of 5 μm or less.

赤外線透過部材133の母材は、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板などでもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。また、フィルタ部は、互いに屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい2種類の薄膜が交互に積層された多層光学膜であればよく、各薄膜の材料は特に限定するものではない。相対的に屈折率の高い高屈折率材料をゲルマニウムとした場合には、相対的に屈折率の低い低屈折率材料として、例えば、上述の硫化亜鉛を採用することができるが、これに限らず、例えば、アルミナや、二酸化シリコンなどを採用することができる。   The base material of the infrared transmitting member 133 is not limited to a silicon substrate, but may be, for example, a germanium substrate or a zinc sulfide substrate. However, using a silicon substrate is advantageous in terms of cost reduction. The filter section may be a multilayer optical film in which two types of thin films having different refractive indexes and the same optical film thickness are alternately stacked, and the material of each thin film is not particularly limited. In the case where germanium is used as the high refractive index material having a relatively high refractive index, for example, the above-described zinc sulfide can be adopted as the low refractive index material having a relatively low refractive index. For example, alumina, silicon dioxide, or the like can be used.

赤外線透過部材133としては、レンズを採用することもできる。赤外線検出器1を人体検知センサとして用いる場合は、赤外線透過部材133がレンズであるのが、より好ましい。レンズは、半導体レンズ(例えば、シリコンレンズなど)により構成されているのが好ましい。   A lens may be employed as the infrared transmitting member 133. When the infrared detector 1 is used as a human body detection sensor, it is more preferable that the infrared transmitting member 133 is a lens. The lens is preferably composed of a semiconductor lens (for example, a silicon lens).

半導体レンズの製造にあたっては、例えば、半導体基板(例えば、シリコン基板など)を準備する。その後には、所望のレンズ形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成する。その後には、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成する。その後には、当該多孔質部を除去することにより半導体レンズを形成する。この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第3897055号公報、特許第3897056号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法などを適用できる。なお、上述の半導体レンズからなるレンズは、例えば、半導体基板として半導体ウェハ(例えば、シリコンウェハ)を用い、多数のレンズを形成した後に、ダイシングなどによって個々のレンズに分離すればよい。   In manufacturing the semiconductor lens, for example, a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) is prepared. After that, an anode whose contact pattern with the semiconductor substrate is designed according to the desired lens shape is formed on one surface side of the semiconductor substrate so that the contact with the semiconductor substrate becomes ohmic contact. Thereafter, a porous portion serving as a removal site is formed by anodizing the other surface side of the semiconductor substrate in an electrolytic solution composed of a solution for removing oxides of constituent elements of the semiconductor substrate by etching. Thereafter, a semiconductor lens is formed by removing the porous portion. As a method for manufacturing a semiconductor lens to which this type of anodization technology is applied, for example, a method for manufacturing a semiconductor lens disclosed in Japanese Patent No. 3897055 and Japanese Patent No. 3897056 can be applied. In addition, what is necessary is just to isolate | separate the lens which consists of the above-mentioned semiconductor lens into each lens by dicing etc., after forming many lenses, using a semiconductor wafer (for example, silicon wafer) as a semiconductor substrate, for example.

赤外線検出器1では、レンズとして、半導体レンズからなる非球面レンズを採用することにより、短焦点で且つ開口径が大きいレンズにおいても、切削加工により形成される球面レンズよりも収差を小さくできるから、短焦点化により、パッケージ30の薄型化を図れる。   In the infrared detector 1, by adopting an aspheric lens made of a semiconductor lens as a lens, even in a lens having a short focal length and a large aperture diameter, aberration can be made smaller than that of a spherical lens formed by cutting. The package 30 can be thinned by reducing the focal length.

レンズは、レンズ部と当該レンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズが好ましい。赤外線検出器は、厚みが略一定で厚み方向の両面の各々が平面状であるフランジ部を備えることにより、レンズの光軸方向におけるレンズと赤外線検出素子10との距離の精度を高めることが可能となる。   The lens is preferably a semiconductor lens in which a lens part and a flange part surrounding the lens part are formed continuously and integrally. The infrared detector can be provided with a flange portion having a substantially constant thickness and each of both surfaces in the thickness direction being flat, thereby improving the accuracy of the distance between the lens and the infrared detection element 10 in the optical axis direction of the lens. It becomes.

赤外線透過部材133は、当該赤外線透過部材133の周部が、キャップ132の底部の後面側で開口部132aの周部に、半田などの導電性の接合材からなる接合部(図示せず)を介して接合されている。これにより、パッケージ30は、赤外線透過部材133とキャップ132とステム131とを同電位とすることが可能となる。   The infrared transmitting member 133 has a joint portion (not shown) made of a conductive joining material such as solder on the periphery of the opening 132 a on the rear surface side of the bottom of the cap 132. Are joined through. As a result, the package 30 can make the infrared transmitting member 133, the cap 132, and the stem 131 have the same potential.

また、赤外線検出器1は、パッケージ30を覆うポリエチレン製のカバー(図示せず)を備えているのが好ましい。カバーの形状は、例えば、ドーム状の形状とすることができる。カバーは、パッケージ30における赤外線透過部材133側とは反対側から入射する赤外線を透過する領域が、当該反対側から入射する赤外線を赤外線検出素子10へ集光可能なレンズ状の形状に形成されていることが好ましい。このレンズ形状は、複数のレンズ部が組み合わされ各レンズ部の焦点位置が同じであるアレイレンズでもよいし、1つのレンズとしてもよい。   The infrared detector 1 preferably includes a polyethylene cover (not shown) that covers the package 30. The shape of the cover can be, for example, a dome shape. The cover is formed in a lens-like shape in which the infrared ray incident from the side opposite to the infrared transmitting member 133 side of the package 30 can be condensed to the infrared detecting element 10 from the opposite side. Preferably it is. This lens shape may be an array lens in which a plurality of lens portions are combined and the focal positions of the lens portions are the same, or may be a single lens.

カバーは、ステム131の後面よりもカバーの後端縁のほうが後方に位置するように、パッケージ30に対して位置決めする構成とすることができる。これにより、赤外線検出器1は、プリント配線板などの回路基板に実装して用いる場合に、ステム131と回路基板との間に隙間が形成される。つまり、赤外線検出器1は、カバーとパッケージ30と回路基板とで囲まれた空間が空気層からなる気体層を構成するから、回路基板からステム131への熱伝導を抑制することが可能となり、赤外線検出器1の周囲の熱のゆらぎに起因した誤検知の発生を抑制することが可能となる。   The cover can be configured to be positioned with respect to the package 30 such that the rear end edge of the cover is located rearward of the rear surface of the stem 131. As a result, when the infrared detector 1 is mounted on a circuit board such as a printed wiring board, a gap is formed between the stem 131 and the circuit board. That is, in the infrared detector 1, since the space surrounded by the cover, the package 30, and the circuit board constitutes a gas layer composed of an air layer, it is possible to suppress heat conduction from the circuit board to the stem 131. It is possible to suppress the occurrence of erroneous detection due to the fluctuation of the heat around the infrared detector 1.

赤外線検出素子10は、複数個(ここでは、4個)の焦電素子11と、当該複数個の焦電素子11が実装された基板18とで構成される。基板18の平面視形状は、例えば、長方形状であるのが好ましい。赤外線検出素子10は、基板18の長手方向に直交する方向に沿った中心線を基準として線対称となるように、複数個の焦電素子11が配置されているのが好ましい。なお、基板18の平面視形状は、長方形状に限らず、例えば、正方形状でもよい。   The infrared detection element 10 includes a plurality (four in this case) of pyroelectric elements 11 and a substrate 18 on which the plurality of pyroelectric elements 11 are mounted. The planar view shape of the substrate 18 is preferably rectangular, for example. The infrared detection element 10 is preferably provided with a plurality of pyroelectric elements 11 so as to be line-symmetric with respect to a center line along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the substrate 18. In addition, the planar view shape of the board | substrate 18 is not restricted to a rectangular shape, For example, square shape may be sufficient.

基板18は、基材18aと、基材18aの一表面側に形成され焦電素子11が電気的に接続される配線部18bとを備えている。基材18aは、焦電性を有する基板に比べて安価で、且つ、金属に比べて熱伝導性の低い基板が好ましく、例えば、樹脂基板、厚み方向の両面に絶縁膜が形成されたシリコン基板、セラミック基板(例えば、アルミナ基板)などを採用することができる。これにより、赤外線検出素子10は、焦電体基板12に、平面視で正方形状の受光部13の3辺に沿ったU字状のスリットを設けることとなく、受光部13間の熱絶縁性を向上させることが可能となる。ここで、赤外線検出素子10は、基板18における各受光部13の投影領域の各々に熱絶縁用の穴18cが設けられているのが好ましい。これにより、赤外線検出器1は、受光部13間の熱絶縁性を向上させることが可能となり、且つ、受光部13と基板18との熱絶縁性を向上させることが可能となる。穴18cは、受光部13の投影領域よりも開口サイズが大きいのが好ましい。図2に示した赤外線検出素子10の例では、穴18cが貫通孔となっている。穴18cは、貫通孔に限らず、窪みでもよい。なお、図1および図2では、配線部18bに関して、一部のみ図示してある。   The board | substrate 18 is equipped with the base material 18a and the wiring part 18b formed in the one surface side of the base material 18a, and the pyroelectric element 11 is electrically connected. The base material 18a is preferably a substrate that is cheaper than a pyroelectric substrate and has a lower thermal conductivity than a metal. For example, a resin substrate, a silicon substrate in which an insulating film is formed on both sides in the thickness direction. A ceramic substrate (for example, an alumina substrate) or the like can be employed. Thereby, the infrared detecting element 10 does not provide the pyroelectric substrate 12 with U-shaped slits along the three sides of the square light-receiving part 13 in plan view, and the thermal insulation between the light-receiving parts 13. Can be improved. Here, in the infrared detection element 10, it is preferable that a thermal insulation hole 18 c is provided in each of the projection regions of the light receiving portions 13 on the substrate 18. As a result, the infrared detector 1 can improve the thermal insulation between the light receiving units 13 and can improve the thermal insulation between the light receiving unit 13 and the substrate 18. The hole 18c preferably has an opening size larger than the projection area of the light receiving unit 13. In the example of the infrared detecting element 10 shown in FIG. 2, the hole 18c is a through hole. The hole 18c is not limited to a through hole, and may be a depression. 1 and 2, only a part of the wiring portion 18b is shown.

赤外線検出素子10は、1枚の基板18に4個の焦電素子11が実装されている。ここで、4個の焦電素子11は、2×2のアレイ状に配列されている。したがって、赤外線検出素子10は、4つの受光部13が2×2のアレイ状に配列されている。赤外線検出素子10は、基板18の中央部において基板18の外周線よりも内側の仮想正方形の4つの角の各々に1つの受光部13の中心が位置するように配置されている。   In the infrared detecting element 10, four pyroelectric elements 11 are mounted on one substrate 18. Here, the four pyroelectric elements 11 are arranged in a 2 × 2 array. Therefore, the infrared detecting element 10 has four light receiving portions 13 arranged in a 2 × 2 array. The infrared detection element 10 is arranged so that the center of one light receiving unit 13 is positioned at each of the four corners of the virtual square inside the outer peripheral line of the substrate 18 at the center of the substrate 18.

また、赤外線検出素子10は、4つの受光部13のうち、対角位置にある2つの受光部13同士が並列接続され、互いに異なる対角に位置する2つの受光部13同士が逆並列に接続されるように、基板18の配線部18bがパターン設計されている。要するに、赤外線検出素子10は、基板18に平行な一平面内で、基板18の長手方向に沿った方向をX方向、上記一平面内で基板18の短手方向に沿った方向をY方向とすると、X方向に沿って並んでいる2つの受光部13同士が逆並列に接続され、且つ、Y方向に沿って並んでいる2つの受光部13同士が逆並列に接続されている。また、赤外線検出素子10は、2つの外部接続端子18dから出力信号を取り出すことができるように配線部18bがパターン設計されている。   In addition, the infrared detecting element 10 includes two light receiving units 13 that are diagonally connected in parallel among the four light receiving units 13, and two light receiving units 13 that are positioned at different diagonals are connected in reverse parallel. As described above, the wiring portion 18b of the substrate 18 is designed in a pattern. In short, in the infrared detection element 10, the direction along the longitudinal direction of the substrate 18 is in the X direction in one plane parallel to the substrate 18, and the direction along the short direction of the substrate 18 in the one plane is the Y direction. Then, the two light receiving parts 13 arranged along the X direction are connected in antiparallel, and the two light receiving parts 13 arranged along the Y direction are connected in antiparallel. In addition, the infrared detection element 10 has a wiring design 18b designed so that an output signal can be taken out from the two external connection terminals 18d.

赤外線検出素子10は、逆並列に接続されている2つの受光部13同士で、周囲環境の温度変化により当該2つの受光部13に発生する電荷が相殺される。赤外線検出素子10は、等価回路的には、1枚の焦電体基板に4個の受光部が形成されたクワッドタイプの焦電素子と同じである。したがって、赤外線検出素子10は、4つの受光部13全体に温度変化が生じた場合、各受光部13で発生した電荷は信号として出力されない。   In the infrared detection element 10, the charges generated in the two light receiving units 13 are canceled by the temperature change of the surrounding environment between the two light receiving units 13 connected in antiparallel. The infrared detection element 10 is equivalent to a quad-type pyroelectric element in which four light receiving portions are formed on one pyroelectric substrate in terms of an equivalent circuit. Therefore, in the infrared detection element 10, when a temperature change occurs in the entire four light receiving parts 13, the charges generated in each light receiving part 13 are not output as signals.

焦電素子11は、平面形状が長方形状であるチップが好ましい。焦電素子11は、長手方向の中央部に正方形状の受光部13を備えている。焦電素子11のチップサイズは、0.6mm×0.8mmとしてある。つまり、焦電素子11は、短辺の長さを0.6mm、長辺の長さを0.8mmとしてある。焦電素子11のチップサイズは、特に限定するものではない。   The pyroelectric element 11 is preferably a chip having a rectangular planar shape. The pyroelectric element 11 includes a square light receiving portion 13 at the center in the longitudinal direction. The chip size of the pyroelectric element 11 is 0.6 mm × 0.8 mm. That is, the pyroelectric element 11 has a short side length of 0.6 mm and a long side length of 0.8 mm. The chip size of the pyroelectric element 11 is not particularly limited.

また、焦電素子11は、長手方向の一端部に第1出力端子部16を備え、長手方向の他端部に第2出力端子部17を備えている。要するに、焦電素子11は、焦電体基板12が矩形板状であり、焦電体基板12の長手方向の中央部において1つの受光部13が形成され、焦電体基板120の長手方向の一端部、他端部にそれぞれ第1出力端子部16、第2出力端子部17が形成されている。   The pyroelectric element 11 includes a first output terminal portion 16 at one end in the longitudinal direction and a second output terminal portion 17 at the other end in the longitudinal direction. In short, in the pyroelectric element 11, the pyroelectric substrate 12 has a rectangular plate shape, and one light receiving portion 13 is formed in the central portion of the pyroelectric substrate 12 in the longitudinal direction. A first output terminal portion 16 and a second output terminal portion 17 are formed at one end and the other end, respectively.

第1出力端子部16は、焦電体基板12の表側において受光部13の第1電極14に電気的に接続されている。第2出力端子部17は、焦電体基板12の裏側において受光部13の第2電極15に電気的に接続されている。   The first output terminal unit 16 is electrically connected to the first electrode 14 of the light receiving unit 13 on the front side of the pyroelectric substrate 12. The second output terminal unit 17 is electrically connected to the second electrode 15 of the light receiving unit 13 on the back side of the pyroelectric substrate 12.

焦電体基板12は、単結晶のLiTaO基板により構成されている。焦電体基板12の材料としては、LiTaOを採用しているが、これに限らず、例えば、LiNbO3、PbTiO、PZT、PZT−PMN(:Pb(Zr,Ti)O3−Pb(Mn,Nb)O3)などを採用してもよい。 The pyroelectric substrate 12 is composed of a single crystal LiTaO 3 substrate. The material of the pyroelectric substrate 12 is LiTaO 3 , but is not limited to this. For example, LiNbO 3 , PbTiO 3 , PZT, PZT-PMN (: Pb (Zr, Ti) O 3 —Pb ( Mn, Nb) O 3 ) or the like may be employed.

焦電体基板12の自発分極の方向は、この焦電体基板12の厚み方向に沿った一方向であり、図2の上方向である。   The direction of spontaneous polarization of the pyroelectric substrate 12 is one direction along the thickness direction of the pyroelectric substrate 12, and is the upward direction of FIG.

焦電体基板12の厚さは、50μmに設定してあるが、この値に限定するものではない。焦電体基板12の厚さは、例えば、薄い方が赤外線検出素子10の感度を向上させる観点から好ましい。このため、焦電体基板12の厚さは、30μm〜150μm程度の範囲で設定するのが好ましい。焦電体基板12の厚さは、30μmよりも薄いと脆弱性による破損の懸念があり、150μmよりも厚いと感度が低下してしまう懸念がある。   The thickness of the pyroelectric substrate 12 is set to 50 μm, but is not limited to this value. The thickness of the pyroelectric substrate 12 is preferably thinner, for example, from the viewpoint of improving the sensitivity of the infrared detection element 10. For this reason, it is preferable to set the thickness of the pyroelectric substrate 12 in a range of about 30 μm to 150 μm. If the thickness of the pyroelectric substrate 12 is less than 30 μm, there is a concern of breakage due to fragility, and if it is more than 150 μm, the sensitivity may be lowered.

焦電体基板12の表面の表面粗さについては、JIS B 0601−2001(ISO 4287−1997)で規定されている算術平均粗さRaを170μmに設定してあるが、この値に限定するものではない。算術平均粗さRaは、130nm以上が好ましく、150nm以上であるのがより好ましい。これは、焦電体基板12の表面の平坦度が高すぎて算術平均粗さRaが小さすぎると、受光部13や焦電体基板12の表面に入射した赤外線が反射されやすくなり、赤外線吸収効率が低下して感度が低下してしまうためである。   Regarding the surface roughness of the surface of the pyroelectric substrate 12, the arithmetic average roughness Ra specified in JIS B 0601-2001 (ISO 4287-1997) is set to 170 μm, but the value is limited to this value. is not. The arithmetic average roughness Ra is preferably 130 nm or more, and more preferably 150 nm or more. This is because, if the flatness of the surface of the pyroelectric substrate 12 is too high and the arithmetic average roughness Ra is too small, the infrared rays incident on the light receiving unit 13 and the surface of the pyroelectric substrate 12 are likely to be reflected, and the infrared absorption. This is because the efficiency is lowered and the sensitivity is lowered.

第1電極14および第2電極15は、導電性を有し且つ検出対象の赤外線を吸収可能な導電膜により構成されている。この導電膜は、Ni膜からなる。導電膜は、Ni膜に限らず、例えば、NiCr膜や金黒膜などでもよい。この導電膜は、膜厚が厚いほうが、電気抵抗が小さくなる一方、膜厚が薄いほうが、赤外線の吸収量を高めることが可能となる。ここで、焦電素子11は、第1電極14の厚みを第2電極15の厚みよりも小さくしてある。これにより、赤外線検出器1は、感度を高めること可能となる。   The 1st electrode 14 and the 2nd electrode 15 are comprised by the electrically conductive film which has electroconductivity and can absorb the infrared rays of a detection target. This conductive film is made of a Ni film. The conductive film is not limited to the Ni film but may be, for example, a NiCr film or a gold black film. The thicker the conductive film, the smaller the electric resistance. On the other hand, the thinner the conductive film, the higher the infrared absorption. Here, in the pyroelectric element 11, the thickness of the first electrode 14 is smaller than the thickness of the second electrode 15. Thereby, the infrared detector 1 can increase the sensitivity.

第1電極14の厚みは、30nmに設定してあるが、この値に限定するものではない。第1電極14の厚みは、厚すぎると赤外線検出素子10の感度が低下してしまうことを実験で確認している。これは、第1電極14の厚みが厚すぎると、第1電極14の平坦度が高くなって第1電極14での赤外線吸収量が低下してしまうためであると推考される。このため、第1電極14の厚みは、40nm以下が好ましく、21nm以下がより好ましい。第1電極14は、例えば、蒸着法やスパッタ法などにより形成することができる。   The thickness of the first electrode 14 is set to 30 nm, but is not limited to this value. It has been confirmed by experiments that the sensitivity of the infrared detection element 10 is reduced if the thickness of the first electrode 14 is too thick. It is assumed that this is because if the thickness of the first electrode 14 is too thick, the flatness of the first electrode 14 is increased and the amount of infrared absorption at the first electrode 14 is reduced. For this reason, the thickness of the first electrode 14 is preferably 40 nm or less, and more preferably 21 nm or less. The first electrode 14 can be formed by, for example, vapor deposition or sputtering.

第2電極15の厚みは、100nmに設定してあるが、この値に限定するものではない。第2電極15の厚みは、薄すぎると赤外線検出素子10の感度が低下してしまうことを本願発明者らは実験で確認している。これは、第2電極15の厚みが薄すぎると、第1電極14と焦電体基板12とを透過した赤外線に対して第2電極15での赤外線吸収量が少なくなってしまうためであると推考される。このため、第2電極15の厚みは、80nm以上が好ましく、110nm以上がより好ましい。第2電極15は、例えば、蒸着法やスパッタ法などにより形成することができる。   The thickness of the second electrode 15 is set to 100 nm, but is not limited to this value. The inventors of the present application have confirmed through experiments that the sensitivity of the infrared detection element 10 decreases if the thickness of the second electrode 15 is too thin. This is because if the thickness of the second electrode 15 is too thin, the amount of infrared absorption at the second electrode 15 is reduced with respect to the infrared light transmitted through the first electrode 14 and the pyroelectric substrate 12. Inferred. For this reason, the thickness of the second electrode 15 is preferably 80 nm or more, and more preferably 110 nm or more. The second electrode 15 can be formed by, for example, vapor deposition or sputtering.

第1出力端子部16は、材料および厚みを第1電極14と同じとしてあるのが好ましいい。これにより、焦電素子11の形成にあたっては、第1電極14と第1出力端子部16とを同時に形成でき、且つ、第1電極14と第1出力端子部16とを連続膜として形成することが可能となる。   The first output terminal portion 16 is preferably made of the same material and thickness as the first electrode 14. Thereby, in forming the pyroelectric element 11, the first electrode 14 and the first output terminal portion 16 can be formed at the same time, and the first electrode 14 and the first output terminal portion 16 are formed as a continuous film. Is possible.

第2出力端子部17は、材料および厚みを第2電極15と同じとしてあるのが好ましいい。これにより、焦電素子11の形成にあたっては、第2電極15と第2出力端子部17とを同時に形成でき、且つ、第2電極14と第2出力端子部17とを連続膜として形成することが可能となる。   The second output terminal portion 17 preferably has the same material and thickness as the second electrode 15. Thereby, in forming the pyroelectric element 11, the second electrode 15 and the second output terminal portion 17 can be formed simultaneously, and the second electrode 14 and the second output terminal portion 17 are formed as a continuous film. Is possible.

焦電素子11の第1出力端子部16および第2出力端子部17は、導電性接着剤からなる接合部19を介して基板18の配線部18と電気的且つ機械的に接続されている。導電性接着剤としては、有機樹脂系の導電性接着剤を採用するのが好ましい。これにより、赤外線検出素子10は、基板18から焦電素子11への熱伝導を抑制することが可能となる。なお、赤外線検出素子10は、接合部19とは別に、焦電素子11と基板18との機械的な接続を補強するために、電気絶縁性の接着剤からなる接着部を適宜設けてもよい。   The first output terminal portion 16 and the second output terminal portion 17 of the pyroelectric element 11 are electrically and mechanically connected to the wiring portion 18 of the substrate 18 through a joint portion 19 made of a conductive adhesive. As the conductive adhesive, it is preferable to employ an organic resin-based conductive adhesive. Thereby, the infrared detection element 10 can suppress heat conduction from the substrate 18 to the pyroelectric element 11. In addition, the infrared detecting element 10 may be appropriately provided with an adhesive portion made of an electrically insulating adhesive in order to reinforce the mechanical connection between the pyroelectric element 11 and the substrate 18 separately from the joint portion 19. .

基板18の2つの外部接続端子18dと信号処理部20とは、例えば、半田、導電性接着剤、導電ペースト、金属細線(ワイヤ)などによって電気的に接続することができる。導電性接着剤は、例えば、AgまたはAu粉末を含んだエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の接着剤である。導電ペーストは、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペーストなどである。なお、基板18は、基材18aの上記一表面側に2つの外部接続端子18dを設けてあるが、基材18aの適宜の箇所に2つの貫通配線を設けて、基材18aの他表面側に2つの外部接続端子18dを設けてもよい。   The two external connection terminals 18d of the substrate 18 and the signal processing unit 20 can be electrically connected by, for example, solder, a conductive adhesive, a conductive paste, a thin metal wire (wire), or the like. The conductive adhesive is, for example, an epoxy resin or polyimide resin adhesive containing Ag or Au powder. Examples of the conductive paste include silver paste, gold paste, and copper paste. The substrate 18 is provided with two external connection terminals 18d on the one surface side of the base material 18a. However, two through wirings are provided at appropriate locations on the base material 18a, and the other surface side of the base material 18a is provided. Two external connection terminals 18d may be provided.

各焦電素子11の各々は、第1出力端子部16と第2出力端子部17とが、焦電体基板12の厚み方向において重ならないように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器1は、各焦電素子11の各々において第1出力端子部16と第2出力端子部17との間に寄生容量が発生するのを防止することができ、また、第1出力端子部16と第2出力端子部17とが短絡するのを防止することが可能となる。   Each pyroelectric element 11 is preferably arranged such that the first output terminal portion 16 and the second output terminal portion 17 do not overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate 12. Thereby, the infrared detector 1 can prevent the occurrence of parasitic capacitance between the first output terminal portion 16 and the second output terminal portion 17 in each of the pyroelectric elements 11, and the first It is possible to prevent the first output terminal portion 16 and the second output terminal portion 17 from being short-circuited.

以下では、赤外線検出器1の製造方法について図3に基づいて説明する。   Below, the manufacturing method of the infrared detector 1 is demonstrated based on FIG.

焦電素子11の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子10に必要な個数の焦電素子11を形成可能な焦電体からなるウェハ100を準備する(図3(a))。   In forming the pyroelectric elements 11, a wafer 100 made of a pyroelectric material capable of forming the necessary number of pyroelectric elements 11 for the plurality of infrared detecting elements 10 is prepared (FIG. 3A).

ウェハ100を準備した後には、ウェハ100の裏側に各第2電極15を形成する工程(以下、第1工程と称する)と、ウェハ100の表側に各第1電極14を形成する工程(以下、第2工程と称する)とを行う。本実施形態では、第1工程において、ウェハ100の規定方向(例えば、図示しないオリエンテーションフラットに平行もしくは直交する方向)に並ぶ所定数の第2電極15および所定数の第2出力端子部17の元になる導電膜を形成する。また、本実施形態では、第2工程において、ウェハ100の規定方向(例えば、図示しないオリエンテーションフラットに平行もしくは直交する方向)に並ぶ所定数の第1電極14および所定数の第1出力端子部16の元になる導電膜114を形成する(図3(b))。   After the wafer 100 is prepared, a process of forming each second electrode 15 on the back side of the wafer 100 (hereinafter referred to as a first process) and a process of forming each first electrode 14 on the front side of the wafer 100 (hereinafter referred to as “first process”). (Referred to as the second step). In the present embodiment, in the first process, a predetermined number of second electrodes 15 and a predetermined number of second output terminal portions 17 arranged in a prescribed direction of the wafer 100 (for example, a direction parallel or orthogonal to an orientation flat (not shown)). A conductive film is formed. In the present embodiment, in the second step, a predetermined number of first electrodes 14 and a predetermined number of first output terminal portions 16 arranged in a prescribed direction of the wafer 100 (for example, a direction parallel or orthogonal to an orientation flat (not shown)). A conductive film 114 is formed (FIG. 3B).

第2工程後には、ウェハ100から個々の焦電素子11に個片化(チップ化)する工程(以下、第3工程と称する)を行う(図3(c))。第3工程は、ダイシング工程であり、ダイシングブレードを適宜の回転数(例えば、40000rpm)で回転させてウェハ100を切断する。図3(c)中の一点鎖線は、ダイシングブレードの移動するラインを模式的に示したものである。ダイシング工程は、ダイシングブレードを利用した方法に限らず、レーザを利用したレーザダイシングでもよい。レーザダイシングでは、レーザからのレーザ光を集光させることにより、エネルギ密度を高めて、ウェハ100を局所的に加熱し、加熱した部分を溶融もしくは蒸発させて切断することが可能である。レーザダイシングでは、ステルスダイシング(登録商標)技術を利用することもできる。   After the second step, a step (hereinafter referred to as a third step) for dividing the wafer 100 into individual pyroelectric elements 11 (hereinafter referred to as a third step) is performed (FIG. 3C). The third step is a dicing step, in which the wafer 100 is cut by rotating the dicing blade at an appropriate rotation speed (for example, 40000 rpm). A one-dot chain line in FIG. 3C schematically shows a line along which the dicing blade moves. The dicing process is not limited to a method using a dicing blade, and may be laser dicing using a laser. In laser dicing, it is possible to increase the energy density by condensing the laser light from the laser, locally heat the wafer 100, and melt or evaporate the heated portion for cutting. In laser dicing, stealth dicing (registered trademark) technology can also be used.

第3工程の後には、図示しないピックアップツールにより、粘着性樹脂テープ110上の焦電素子11を1個ずつピックアップし(図3(d)、基板18に複数個の焦電素子11を実装することで赤外線検出素子10を形成する(図3(e))。粘着性樹脂テープ110としては、例えば、紫外線硬化型のダイシングテープを用いることができる。これにより、ダイシング時には強い粘着力でウェハ100やチップを保持する一方で、ダイシング後は紫外線照射により粘着力を低下させ、ピックアップ性を高めることが可能となる。なお、粘着性樹脂テープ110としては、紫外線硬化型のダイシングテープに限らず、例えば、熱硬化型のダイシングテープを用いるようにしてもよい。   After the third step, the pyroelectric elements 11 on the adhesive resin tape 110 are picked up one by one with a pickup tool (not shown) (FIG. 3D), and a plurality of pyroelectric elements 11 are mounted on the substrate 18. Thus, the infrared detecting element 10 is formed (FIG. 3E), for example, an ultraviolet curable dicing tape can be used as the adhesive resin tape 110. Thereby, the wafer 100 has a strong adhesive force during dicing. While holding the chip and dicing, it is possible to reduce the adhesive force by irradiating with ultraviolet rays and improve the pick-up property, and the adhesive resin tape 110 is not limited to the ultraviolet curable dicing tape, For example, a thermosetting dicing tape may be used.

赤外線検出器1の製造方法では、信号処理部20のMID基板120に赤外線検出素子10を実装した後、赤外線検出素子10と信号処理部20とからなる回路ブロック130を、予め各リードピン140が固着されているステム131に固定し、その後、予め赤外線透過部材133が固着されているキャップ132とステム131とを固定すればよい。   In the manufacturing method of the infrared detector 1, after the infrared detection element 10 is mounted on the MID substrate 120 of the signal processing unit 20, each lead pin 140 is fixed to the circuit block 130 including the infrared detection element 10 and the signal processing unit 20 in advance. Then, the cap 132 and the stem 131 to which the infrared transmitting member 133 is fixed in advance may be fixed.

以上説明した赤外線検出器1の製造方法では、焦電素子11の形成にあたり、複数個の赤外線検出素子10に必要な個数の焦電素子11を形成可能な焦電体からなるウェハ100を準備した後、ウェハ100の裏側に各第2電極14を形成する工程と、ウェハ100の表側に各第1電極15を形成する工程と、ウェハ100から個々の焦電素子11に個片化する工程とを備えている。これにより、赤外線検出器1の製造方法は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器1を提供することが可能となる。   In the manufacturing method of the infrared detector 1 described above, when forming the pyroelectric elements 11, a wafer 100 made of a pyroelectric material capable of forming the necessary number of pyroelectric elements 11 for the plurality of infrared detecting elements 10 was prepared. Thereafter, a step of forming each second electrode 14 on the back side of the wafer 100, a step of forming each first electrode 15 on the front side of the wafer 100, and a step of dividing the wafer 100 into individual pyroelectric elements 11 It has. Thereby, the manufacturing method of the infrared detector 1 can provide the infrared detector 1 capable of reducing the cost and increasing the sensitivity.

(実施形態2)
以下では、本実施形態の赤外線検出器1について図4に基づいて説明する。
(Embodiment 2)
Below, the infrared detector 1 of this embodiment is demonstrated based on FIG.

本実施形態の赤外線検出器1は、実施形態1の赤外線検出器1と基本構成が略同じであり、信号処理部20の構成要素が相違するだけなので、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。   The infrared detector 1 of the present embodiment has substantially the same basic configuration as the infrared detector 1 of the first embodiment, and only the components of the signal processing unit 20 are different. The same reference numerals are given and description thereof is omitted as appropriate.

本実施形態の赤外線検出器1における信号処理部20は、赤外線検出素子10がゲートに接続されるインピーダンス変換用の電界効果トランジスタ202と、電界効果トランジスタ202のゲート電位を設定するための高抵抗値の抵抗203とを用いた電流電圧変換回路である。すなわち、信号処理部20は、電界効果トランジスタ202と、抵抗203と、これらが実装されたプリント配線基板からなる回路基板201とで構成されている。回路基板201は、円板状に形成されている。   The signal processing unit 20 in the infrared detector 1 of this embodiment includes a field effect transistor 202 for impedance conversion in which the infrared detection element 10 is connected to a gate, and a high resistance value for setting the gate potential of the field effect transistor 202. This is a current-voltage conversion circuit using the resistor 203. That is, the signal processing unit 20 includes a field effect transistor 202, a resistor 203, and a circuit board 201 made of a printed wiring board on which these are mounted. The circuit board 201 is formed in a disk shape.

赤外線検出素子10は、回路基板201の一表面上に配置された2つの支持台204,204により支持されている。   The infrared detection element 10 is supported by two support bases 204, 204 arranged on one surface of the circuit board 201.

パッケージ30は、実施形態1と略同じ構成であり、金属製のステム131と、金属製のキャップ132と、赤外線透過部材133とで構成されている。なお、ステム131は、信号処理部20の出力を外部に取り出すための3本のリードピン140を保持している。各リードピン140は、回路基板201に結合されて信号処理部20と電気的に接続される。   The package 30 has substantially the same configuration as that of the first embodiment, and includes a metal stem 131, a metal cap 132, and an infrared transmission member 133. The stem 131 holds three lead pins 140 for taking out the output of the signal processing unit 20 to the outside. Each lead pin 140 is coupled to the circuit board 201 and is electrically connected to the signal processing unit 20.

以上説明した本実施形態の赤外線検出器1においても、実施形態1で説明した赤外線検出素子10を用いていることにより、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。   Also in the infrared detector 1 of the present embodiment described above, by using the infrared detection element 10 described in the first embodiment, the cost can be reduced and the sensitivity can be increased. Become.

上述の実施形態1,2では、赤外線検出素子10として、クワッドタイプの焦電素子と同様の等価回路を有する構成のものについて説明したが、これに限らない。例えば、赤外線検出素子10は、基板18に2個の焦電素子11を実装することで、2つの受光部13を逆並列に接続した構成としてもよい。この構成を有する赤外線検出素子10は、デュアルタイプの焦電素子と同様の等価回路を有する。また、赤外線検出素子10は、4個の焦電素子11を備える場合、2×2のアレイ状に配列された構造に限らず、例えば、1×4のアレイ状に配列された構造としてもよい。   In the above-described first and second embodiments, the infrared detection element 10 has been described as having the same equivalent circuit as the quad-type pyroelectric element, but is not limited thereto. For example, the infrared detection element 10 may have a configuration in which the two light receiving units 13 are connected in reverse parallel by mounting the two pyroelectric elements 11 on the substrate 18. The infrared detecting element 10 having this configuration has an equivalent circuit similar to that of a dual type pyroelectric element. In addition, when the infrared detecting element 10 includes four pyroelectric elements 11, the infrared detecting element 10 is not limited to a structure arranged in a 2 × 2 array, and may have a structure arranged in a 1 × 4 array, for example. .

また、上述の実施形態1,2では、パッケージ30としてキャンパッケージを例示したが、パッケージ30をキャンパッケージに限定するものではない。パッケージ30は、例えば、表面実装型のセラミックパッケージとしてもよい。   In the first and second embodiments, the can package is exemplified as the package 30, but the package 30 is not limited to the can package. The package 30 may be, for example, a surface mount type ceramic package.

1 赤外線検出器
10 赤外線検出素子
11 焦電素子
12 焦電体基板
12a 焦電体基板において第1電極と第2電極とに挟まれた部分
13 受光部
14 第1電極
15 第2電極
16 第1出力端子部
17 第2出力端子部
18 基板
18b 配線部
18c 穴
19 接合部
20 信号処理部
30 パッケージ
100 ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared detector 10 Infrared detection element 11 Pyroelectric element 12 Pyroelectric substrate 12a The part pinched | interposed into the 1st electrode and the 2nd electrode in the pyroelectric substrate 13 Light-receiving part 14 1st electrode 15 2nd electrode 16 1st Output terminal portion 17 Second output terminal portion 18 Substrate 18b Wiring portion 18c Hole 19 Joint portion 20 Signal processing portion 30 Package 100 Wafer

Claims (5)

複数個の焦電素子が基板に実装された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理する信号処理部と、前記赤外線検出素子および信号処理部が収納されたパッケージとを備え、各前記焦電素子の各々は、1つの受光部と、前記受光部に電気的に接続された第1出力端子部、第2出力端子部とを備え、各前記受光部は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第1電極、第2電極と、前記焦電体基板において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた部分とで構成され、各前記受光部は、前記第1電極の厚みを、前記第2電極の厚みよりも薄くしてあることを特徴とする赤外線検出器。   An infrared detection element having a plurality of pyroelectric elements mounted on a substrate; a signal processing unit that processes an output signal of the infrared detection element; and a package that houses the infrared detection element and the signal processing unit. Each of the pyroelectric elements includes one light receiving portion, and a first output terminal portion and a second output terminal portion electrically connected to the light receiving portion, and each of the light receiving portions includes a pyroelectric substrate. Each of the light receiving parts, each of which is formed by a first electrode and a second electrode which are formed on the front side and the back side of the Pt and face each other, and a portion sandwiched between the first electrode and the second electrode in the pyroelectric substrate. The infrared detector is characterized in that the thickness of the first electrode is made thinner than the thickness of the second electrode. 各前記焦電素子の各々は、前記第1出力端子部と前記第2出力端子部とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されていることを特徴とする請求項1記載の赤外線検出器。   2. Each of the pyroelectric elements is arranged such that the first output terminal portion and the second output terminal portion do not overlap in the thickness direction of the pyroelectric substrate. The described infrared detector. 各前記焦電素子の前記第1出力端子部、前記第2出力端子部と、前記基板の配線部とは、導電性接着剤からなる接合部により電気的に接続されてなることを特徴とする請求項1又は2記載の赤外線検出器。   The first output terminal portion, the second output terminal portion of each pyroelectric element, and the wiring portion of the substrate are electrically connected by a joint portion made of a conductive adhesive. The infrared detector according to claim 1 or 2. 前記基板は、各前記受光部の投影領域の各々に熱絶縁用の穴が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の赤外線検出器。   The infrared detector according to claim 1, wherein the substrate is provided with a hole for thermal insulation in each of the projection regions of the light receiving units. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の赤外線検出器の製造方法であって、前記焦電素子の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子に必要な個数の焦電素子を形成可能な焦電体からなるウェハを準備した後、前記ウェハの裏側に各前記第2電極を形成する工程と、前記ウェハの表側に各前記第1電極を形成する工程と、前記ウェハから個々の前記焦電素子に個片化する工程とを備えることを特徴とする赤外線検出器の製造方法。   5. The method of manufacturing an infrared detector according to claim 1, wherein the pyroelectric elements can be formed in a number necessary for a plurality of infrared detecting elements. After preparing a wafer made of pyroelectric material, forming each second electrode on the back side of the wafer; forming each first electrode on the front side of the wafer; and And a step of separating the electric element into individual pieces.
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