JP2014095674A - Infrared detector and manufacturing method thereof - Google Patents
Infrared detector and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014095674A JP2014095674A JP2012248683A JP2012248683A JP2014095674A JP 2014095674 A JP2014095674 A JP 2014095674A JP 2012248683 A JP2012248683 A JP 2012248683A JP 2012248683 A JP2012248683 A JP 2012248683A JP 2014095674 A JP2014095674 A JP 2014095674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pyroelectric
- electrode
- substrate
- infrared
- light receiving
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
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,
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
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。
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.
(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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 |
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
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
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
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
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
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
焦電体基板12は、単結晶のLiTaO3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、LiTaO3を採用しているが、これに限らず、例えば、LiNbO3、PbTiO3、PZT、PZT−PMN(:Pb(Zr,Ti)O3−Pb(Mn,Nb)O3)などを採用してもよい。
The
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012248683A JP2014095674A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Infrared detector and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012248683A JP2014095674A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Infrared detector and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014095674A true JP2014095674A (en) | 2014-05-22 |
Family
ID=50938843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012248683A Pending JP2014095674A (en) | 2012-11-12 | 2012-11-12 | Infrared detector and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014095674A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018092795A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Infrared sensor |
JP2018091729A (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | セイコーNpc株式会社 | Infrared sensor |
-
2012
- 2012-11-12 JP JP2012248683A patent/JP2014095674A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018092795A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Infrared sensor |
JPWO2018092795A1 (en) * | 2016-11-15 | 2019-10-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Infrared sensor |
JP2018091729A (en) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | セイコーNpc株式会社 | Infrared sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9587978B2 (en) | Infrared sensor | |
US10184832B2 (en) | Light-detecting device | |
JP5492213B2 (en) | Infrared sensor | |
US20220333988A1 (en) | Light detection device | |
WO2011129307A1 (en) | Method for manufacturing infrared sensor | |
JP5645245B2 (en) | Infrared sensor module | |
JP2006145501A (en) | Infrared radiation detecting device | |
US11294170B2 (en) | Method for removing foreign matter and method for manufacturing optical detection device | |
JP6057254B2 (en) | Infrared light receiving unit, infrared gas sensor | |
JP2012027010A (en) | Pyroelectric type infrared detection element and infrared sensor using the same | |
JP2012220419A (en) | Detection device | |
JP2011220938A (en) | Infrared-ray sensor manufacturing method | |
WO2018180241A1 (en) | Light detecting device | |
JP6350933B2 (en) | Infrared detector | |
US10078007B2 (en) | Infrared sensor | |
JP2014095674A (en) | Infrared detector and manufacturing method thereof | |
US20230358610A1 (en) | Light detection device | |
JP2011174763A (en) | Infrared detector | |
JP6145672B2 (en) | Infrared light receiving unit and infrared application device including the same | |
JP6292297B2 (en) | Terahertz wave detector | |
JP2013190243A (en) | Sensor device | |
JPWO2006112122A1 (en) | Infrared sensor | |
JP6471959B2 (en) | Infrared application equipment | |
JP2019086441A (en) | Pyroelectric element and infrared detector equipped therewith | |
JP2013152115A (en) | Thermal electromagnetic wave detector and electronic apparatus |