JP2014115244A

JP2014115244A - Infrared detector

Info

Publication number: JP2014115244A
Application number: JP2012271365A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Matsuo; 裕松尾; Eiju Komuro; 栄樹小室; Jun Hirabayashi; 潤平林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP6003605B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an infrared detector which has a structure capable of easily adjusting a view angle, reducing a noise component and reducing a manufacturing cost.SOLUTION: As a result of a view angle being limited by an infrared reflection layer 5 having a third aperture on an infrared incidence surface side of an optical filter 4, an infrared ray is efficiently radiated on an infrared detection element 2. In addition, internal reflection is suppressed by an infrared absorption layer 6 having a second aperture on the other surface so that a noise component is reduced.

Description

本発明は赤外線検知素子を用いて赤外線を検知する赤外線検知装置に関する。 The present invention relates to an infrared detection device that detects infrared rays using an infrared detection element.

赤外線検知素子のひとつとして、測定対象物から放出される赤外線を吸収することで、その赤外線の持つ熱効果によって赤外線検知素子が暖められる、即ち、赤外線検知素子の温度上昇によって生ずる電気的性質の変化を検知するものが知られている。 As one of the infrared detection elements, by absorbing the infrared rays emitted from the object to be measured, the infrared detection elements are warmed by the thermal effect of the infrared rays, that is, the change in electrical properties caused by the temperature rise of the infrared detection elements It is known to detect

図１２と図１３に、従来の赤外線検知装置における赤外線検知素子１０２、パッケージ１０３、光学フィルタ１０４、パッケージ内部での赤外線の反射成分１１１（以降、内部反射と呼ぶ）の相対関係について示す。図１２には、パッケージ１０３として、箱状のセラミックパッケージを想定した赤外線検知素子１０２を示した。一方、図１３には、パッケージ１０３として、缶状の金属パッケージを想定した赤外線検知素子１０２を示した。図１２、および、図１３に示すように、赤外線検知素子１０２、パッケージ１０３、そして入射する赤外線の波長を制限する光学フィルタ１０４のうち、パッケージ１０３など赤外線を透過しない物体と赤外線検知素子１０２の相関関係により、測定範囲である視野角θが決まるが、この視野角については、効率よく赤外線を赤外線検知素子１０２に集中させるために、ある一定の値に限定する工夫がなされている場合がある。ここで視野角とは、図１２や図１３に示すように、赤外線検知素子１０２において、赤外線が反射などせずに直接到達可能な状態を構成した場合、赤外線検知素子１０２の面で、入射赤外線が形成する最大角度のことを言う。 FIGS. 12 and 13 show the relative relationship of the infrared detection element 102, the package 103, the optical filter 104, and the infrared reflection component 111 (hereinafter referred to as internal reflection) inside the package in the conventional infrared detection apparatus. FIG. 12 shows an infrared detection element 102 that assumes a box-shaped ceramic package as the package 103. On the other hand, FIG. 13 shows an infrared detection element 102 assuming a can-shaped metal package as the package 103. As shown in FIGS. 12 and 13, among the infrared detection element 102, the package 103, and the optical filter 104 that limits the wavelength of incident infrared rays, the correlation between the infrared detection element 102 and an object that does not transmit infrared rays, such as the package 103. Depending on the relationship, the viewing angle θ, which is the measurement range, is determined. In order to efficiently concentrate infrared rays on the infrared detection element 102, the viewing angle θ may be limited to a certain value. Here, as shown in FIGS. 12 and 13, the viewing angle refers to the incident infrared ray on the surface of the infrared detection element 102 when the infrared detection element 102 is configured to be directly reachable without being reflected. Refers to the maximum angle formed.

特許文献１には、赤外線センサがパッケージ内に収容されているとともに、パッケージ部材に装着されたフィルタを備えた赤外線センサが開示されている。この赤外線センサは、赤外線入射側に赤外線吸収膜を備え、フィルタには赤外線入射側に赤外線反射防止膜のみを備えている。そして、赤外線は、このフィルタを介して、パッケージ外から赤外線吸収膜に入射する構成となっていることが開示されている。 Patent Document 1 discloses an infrared sensor that includes an infrared sensor housed in a package and a filter mounted on the package member. This infrared sensor includes an infrared absorbing film on the infrared incident side, and the filter includes only an infrared antireflection film on the infrared incident side. And it is disclosed that infrared rays are configured to enter the infrared absorbing film from outside the package via this filter.

特許文献２では、温度感知センサを内蔵して、その上部には赤外線が通過する開口部が形成された円筒状のセンサキャップが開示されている。被感知体の温度を正確に測定するためには、視野角が重要であり、視野角は被感知体の大きさ、形状などの特性、温度感知センサの設定位置などを考慮して決定する必要がある。さらに、特許文献２の温度感知センサにおいては、センサキャップの内壁に赤外線吸収層である非反射層が形成されることで、内部反射によるノイズ性赤外線のセンサへの入射を抑えることが開示されている。 Patent Document 2 discloses a cylindrical sensor cap in which a temperature detection sensor is built and an opening through which infrared rays pass is formed. Viewing angle is important for accurately measuring the temperature of the sensing object, and it is necessary to determine the viewing angle in consideration of characteristics such as the size and shape of the sensing object and the temperature sensor setting position. There is. Furthermore, in the temperature sensor of Patent Document 2, it is disclosed that a non-reflective layer, which is an infrared absorbing layer, is formed on the inner wall of the sensor cap, thereby suppressing the noisy infrared ray incident on the sensor due to internal reflection. Yes.

特開平０６−１９４２２９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-194229 特開２０００−１４６７０１号公報JP 2000-146701 A

特許文献１で開示された赤外線センサでは、赤外線センサをパッケージに収容し、パッケージ部材にフィルタを接合する構造となっている。視野角についての記載はないが、パッケージ部材によって視野角が規定されている。ここで視野角を変更するためには、パッケージ部材の変更が必要となる。 The infrared sensor disclosed in Patent Document 1 has a structure in which an infrared sensor is accommodated in a package and a filter is joined to the package member. Although there is no description about the viewing angle, the viewing angle is defined by the package member. Here, in order to change the viewing angle, it is necessary to change the package member.

また、特許文献２で開示された温度感知センサでは、視野角を制限するための筒状のキャップやパッケージを有している。しかしここでも、視野角を変更するためには、キャップやパッケージの変更が必要となり、更に、内部反射を抑えるために、キャップやパッケージの内壁に赤外線吸収層を形成する工程が必要となるなど、視野角を制限するために加工されたキャップやパッケージに赤外線吸収層を形成するため製造コストの増加が避けられない。 Further, the temperature detection sensor disclosed in Patent Document 2 has a cylindrical cap or package for limiting the viewing angle. However, again, in order to change the viewing angle, it is necessary to change the cap and package, and further, in order to suppress internal reflection, a process of forming an infrared absorption layer on the inner wall of the cap and package, etc. Since an infrared absorbing layer is formed on a cap or package processed to limit the viewing angle, an increase in manufacturing cost is inevitable.

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、視野角を容易に調整することが可能で、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を低減し、かつ製造コストを低減することができる構造の赤外線検知装置を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above points, and can easily adjust the viewing angle, reduce noise components caused by infrared rays from outside the desired field of view, and reduce manufacturing costs. Provided is an infrared detecting device having a structure capable of performing

本発明は、赤外線を電気的信号に変換する赤外線検知素子と、前記赤外線検知素子を収容するパッケージと、前記パッケージに接合され、所定の波長の赤外線のみを通過させる光学フィルタを備え、前記光学フィルタの赤外線入射面側に赤外線反射層が形成されるとともに、前記赤外線入射面とは反対側の面には赤外線吸収層が形成され、前記パッケージは第１の開口部を有し、前記赤外線吸収層には第２の開口部、及び前記赤外線反射層には第３の開口部が形成され、前記第３の開口部の大きさは、前記第１の開口部の大きさよりも小さいことを特徴とする赤外線検知装置である。 The present invention includes an infrared detection element that converts infrared light into an electrical signal, a package that houses the infrared detection element, and an optical filter that is bonded to the package and allows only infrared light having a predetermined wavelength to pass therethrough. An infrared reflecting layer is formed on the infrared incident surface side, an infrared absorbing layer is formed on a surface opposite to the infrared incident surface, the package has a first opening, and the infrared absorbing layer A second opening and a third opening formed in the infrared reflecting layer, wherein the size of the third opening is smaller than the size of the first opening. It is an infrared detecting device.

このようにすることにより、光学フィルタの赤外線入射面側に第３の開口部を備えた赤外線反射層が形成されることで、視野角を制限することにより、赤外線検知素子へ必要な量の赤外線を、効率よく照射させることができる。反対側の面に第２の開口部を備えた赤外線吸収層が形成されることで、赤外線の内部反射が抑えられ、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分が低減される。加えて、加工性が容易であり製造コストの増加を抑えることができる。 In this way, an infrared reflection layer having a third opening is formed on the infrared incident surface side of the optical filter, thereby limiting the viewing angle, so that a necessary amount of infrared rays can be applied to the infrared detection element. Can be efficiently irradiated. By forming the infrared absorbing layer having the second opening on the opposite surface, the internal reflection of the infrared rays is suppressed, and the noise component due to the infrared rays from outside the desired field of view is reduced. In addition, workability is easy and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

また、視野角を制限するために、第２の開口部の大きさは、第３の開口部よりも小さいことが好ましい。第２の開口部を、第３の開口部によって制限される視野角θを狭めることのない範囲で、小さくすることで視野角θを狭めることなく、パッケージでの赤外線の反射成分をより抑制することで、ノイズ成分をより抑えることが可能となる。また、赤外線吸収層とパッケージの間に接着層があることで、接合部の密着性が向上する。 In order to limit the viewing angle, the size of the second opening is preferably smaller than that of the third opening. By reducing the second opening within a range in which the viewing angle θ limited by the third opening is not narrowed, the infrared reflection component in the package is further suppressed without narrowing the viewing angle θ. Thus, it is possible to further suppress the noise component. Further, the adhesiveness between the infrared absorbing layer and the package improves the adhesion at the joint.

本発明により、視野角を容易に調整することが可能で、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を低減し、かつ製造コストを低減することができる構造の赤外線検知装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to easily adjust the viewing angle, and to obtain an infrared detecting device having a structure capable of reducing noise components due to infrared rays from outside the desired field of view and reducing the manufacturing cost.

実施形態における赤外線検知装置の斜視図である。It is a perspective view of the infrared rays detection device in an embodiment. 実施形態における赤外線検知装置の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection apparatus in embodiment. 図２に対する赤外線検知装置の断面図であり、参考図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection apparatus with respect to FIG. 2, and is a reference drawing. 実施形態における赤外線検知素子の平面図である。It is a top view of the infrared detection element in an embodiment. 実施形態における赤外線検知素子の断面図である。It is sectional drawing of the infrared detection element in embodiment. 光学フィルタの断面図である。It is sectional drawing of an optical filter. 実施形態における赤外線検知素子の実装の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of mounting of the infrared rays detection element in embodiment. 実施例２における赤外線検知装置の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection apparatus in Example 2. 実施例３における赤外線検知装置の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection apparatus in Example 3. 比較例における赤外線検知素子の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection element in a comparative example. 光学シミュレーションの概略図である。It is the schematic of an optical simulation. 従来例における赤外線検知素子の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection element in a prior art example. 従来例における赤外線検知素子の断面図である。It is sectional drawing of the infrared rays detection element in a prior art example.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined. In addition, various omissions, substitutions, or changes of components can be made without departing from the scope of the present invention.

図１、図２を参照しながら、本実施形態による赤外線検知装置１の構造について説明する。ここで、図１は赤外線検知装置１の斜視図、図２は、図１のＡ−Ａで赤外線検知装置１を切断した断面図である。本実施形態による赤外線検知装置１は、赤外線検知素子２、パッケージ３、光学フィルタ４、光学フィルタ４の赤外線入射面側に形成された赤外線反射層５および反対側の面に形成された赤外線吸収層６を備える。光学フィルタ４は接着層１２でパッケージ３と接合される。また赤外線検知素子２はダイペースト１３でパッケージ３に固定され、赤外線検知素子２上の、後述の図４に示す電極１９と、パッケージ３上の端子電極８は、ワイヤ７で導通を得ている。 The structure of the infrared detection device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a perspective view of the infrared detection device 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the infrared detection device 1 taken along line AA of FIG. The infrared detection device 1 according to the present embodiment includes an infrared detection element 2, a package 3, an optical filter 4, an infrared reflection layer 5 formed on the infrared incident surface side of the optical filter 4, and an infrared absorption layer formed on the opposite surface. 6 is provided. The optical filter 4 is bonded to the package 3 with an adhesive layer 12. Further, the infrared detection element 2 is fixed to the package 3 with a die paste 13, and an electrode 19 shown in FIG. 4 described later on the infrared detection element 2 and a terminal electrode 8 on the package 3 are electrically connected by a wire 7. .

赤外線検知素子２の平面図を図４に、また図４のＢ−Ｂで切断した断面図を図５に示す。赤外線検知素子２は、基板１４、絶縁膜１５、赤外線検知膜１７、下部電極である取り出し電極１８、パッド電極１９、Ｔｉ金属薄膜２０、および保護膜２１を備える。 FIG. 4 is a plan view of the infrared detecting element 2 and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The infrared detecting element 2 includes a substrate 14, an insulating film 15, an infrared detecting film 17, an extraction electrode 18 that is a lower electrode, a pad electrode 19, a Ti metal thin film 20, and a protective film 21.

図４と図５において、赤外線検知装置１では、赤外線検知素子２において、基板１４上に赤外線検知膜１７と赤外線吸収膜２２とが積層されている。 4 and FIG. 5, in the infrared detection device 1, the infrared detection film 17 and the infrared absorption film 22 are laminated on the substrate 14 in the infrared detection element 2.

図５において、赤外線検知装置１において、赤外線検知素子２は、基板１４の一部を取り除いたメンブレン構造２３を有することが好ましい。赤外線検知素子２は、基板１４上に積層した後、基板１４を除去して薄肉化した、すなわち、薄膜積層方向全体として厚みを薄くした状態にしたメンブレン構造２３としている。これにより、赤外線検知素子２の熱容量を小さくすることが可能になる。このため視野角を制限し、局所的な温度の変化を検知する際に、メンブレン構造２３により精度よく赤外線の検知を行うことができる。 In FIG. 5, in the infrared detection device 1, the infrared detection element 2 preferably has a membrane structure 23 from which a part of the substrate 14 is removed. The infrared detection element 2 has a membrane structure 23 that is laminated on the substrate 14 and then thinned by removing the substrate 14, that is, the thickness is reduced as a whole in the thin film lamination direction. Thereby, the heat capacity of the infrared detection element 2 can be reduced. For this reason, when the viewing angle is limited and a local temperature change is detected, the membrane structure 23 can detect infrared rays with high accuracy.

赤外線検知装置１では、赤外線検知膜１７が薄膜サーミスタであること、が好ましい。薄膜サーミスタにより、微少な赤外線量の変化を精度よく、電気信号に変換することができる。 In the infrared detecting device 1, it is preferable that the infrared detecting film 17 is a thin film thermistor. The thin-film thermistor can convert a minute change in the amount of infrared rays into an electrical signal with high accuracy.

基板１４としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではない。例えば、Ｓｉ単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などが好適である。基板１４の表面および裏面には、Ｓｉ酸化膜、又は、Ｓｉ窒化膜などの絶縁膜１５が形成される。 The substrate 14 is not particularly limited as long as it has a suitable mechanical strength and is suitable for fine processing such as etching. For example, a Si single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a glass substrate, or the like is suitable. An insulating film 15 such as a Si oxide film or a Si nitride film is formed on the front surface and the back surface of the substrate 14.

図５において、基板１４には、赤外線を感知する赤外線検知膜１７の熱容量を小さくするために、赤外線検知膜１７の位置に対応して、基板１４の裏面にキャビティ１６を有している。このキャビティ１６により基板１４の一部が取り除かれた部分はメンブレン構造２３と呼ばれる。 In FIG. 5, the substrate 14 has a cavity 16 on the back surface of the substrate 14 corresponding to the position of the infrared detection film 17 in order to reduce the heat capacity of the infrared detection film 17 that detects infrared rays. A portion where a part of the substrate 14 is removed by the cavity 16 is called a membrane structure 23.

赤外線検知膜１７は、キャビティ１６上部に形成され、その上には外気からの影響を遮断する保護膜２１が形成される。この場合、赤外線検知膜１７は、一対の取り出し電極１８に跨るように設けられている。保護膜２１の上には、赤外線の吸収効率を向上させるために赤外線吸収膜２２を設けている。また、外部との接続部にはワイヤボンドなどで電気信号を良好に取り出すためのパッド電極１９が形成される。 The infrared detection film 17 is formed on the cavity 16, and a protective film 21 that blocks the influence from outside air is formed thereon. In this case, the infrared detection film 17 is provided so as to straddle the pair of extraction electrodes 18. An infrared absorption film 22 is provided on the protective film 21 in order to improve infrared absorption efficiency. In addition, a pad electrode 19 is formed in a connection portion with the outside to satisfactorily take out an electric signal by wire bonding or the like.

図４と図５において、赤外線検知膜１７としては、ボロメータ、サーモパイル、サーミスタなどが用いられるが、本実施形態では、サーミスタを使用する。サーミスタとしては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなども負の温度抵抗係数を持つ材料をスパッタ法、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの薄膜プロセスを用いて形成する。 4 and 5, a bolometer, a thermopile, a thermistor, or the like is used as the infrared detection film 17. In the present embodiment, a thermistor is used. As the thermistor, a composite metal oxide, amorphous silicon, polysilicon, germanium, or the like is formed using a material having a negative temperature resistance coefficient by a thin film process such as sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition).

また、取り出し電極１８の材質としては、赤外線検知膜１７の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、又は、これら何れか２種以上を含む合金などが好適である。この取り出し電極１８は、パッド電極１９に接続されている。 The material of the extraction electrode 18 is a conductive material that can withstand processes such as a film forming process and a heat treatment process of the infrared detection film 17 and a material having a relatively high melting point, such as molybdenum (Mo), platinum (Pt), Gold (Au), tungsten (W), tantalum (Ta), palladium (Pd), iridium (Ir), or an alloy containing any two or more thereof is preferable. The extraction electrode 18 is connected to the pad electrode 19.

パッド電極１９としては、ワイヤボンドやフリップチップボンディングなどの、電気的接続が行いやすい材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｕなどが好適であり必要に応じて積層してもよい。また赤外線吸収膜１４には、ＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等、赤外線吸収効果を有する膜を用いるとよい。 The pad electrode 19 is preferably made of a material that facilitates electrical connection, such as wire bonding or flip chip bonding, such as aluminum (Al) or Au, and may be laminated as necessary. The infrared absorption film 14 may be a film having an infrared absorption effect, such as a blackened film obtained by making a metal film such as Cu or Au porous.

赤外線検知素子２は、ウエハ状態から個片へと切断された後、図１および図２に示すように、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定される。ダイペースト１３は、エポキシやアクリルなどの接着に用いる樹脂が好適である。硬化の際などの加熱時に、ダイペースト１３に含まれる物質がガスとなって大気中に放出されるが、後述するように赤外線検知素子２は接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が、お互いに固定された際に、気密封止された空間に存在するため、放出されるガス量が少ない方がよい。また放出されるガスが赤外線検知素子２ないし、パッケージ３や光学フィルタ４、および、接着層１２に腐食等の悪影響を及ぼさないように、ダイペースト１３を選択する必要がある。 The infrared detection element 2 is cut into pieces from the wafer state, and then fixed to the package 3 using a die paste 13 as shown in FIGS. 1 and 2. The die paste 13 is preferably a resin used for bonding such as epoxy or acrylic. At the time of heating such as curing, the substance contained in the die paste 13 is released as a gas into the atmosphere. As described later, the infrared detection element 2 is connected to the package 3 and the optical filter 4 via the adhesive layer 12. However, when they are fixed to each other, they are present in a hermetically sealed space, so it is better that the amount of gas released is small. Further, it is necessary to select the die paste 13 so that the emitted gas does not adversely affect the infrared detecting element 2 or the package 3, the optical filter 4, and the adhesive layer 12 such as corrosion.

図１および図２に示すように、赤外線検知素子２を、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定した後、赤外線検知素子２の、図４に示したパッド電極１９と、パッケージ３の端子電極８を、ワイヤボンディング装置を用いて、ワイヤ７で接続する。ワイヤ７はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなど、抵抗の低い金属ワイヤが好適である。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, after the infrared detection element 2 is fixed to the package 3 using the die paste 13, the pad electrode 19 shown in FIG. 4 and the terminal electrode of the package 3 of the infrared detection element 2. 8 are connected by the wire 7 using a wire bonding apparatus. The wire 7 is preferably a metal wire having a low resistance such as Au, Al, or Cu.

この後、パッケージ３と光学フィルタ４を、接着層１２を用いて固定する。この際、パッケージ３の第１の開口部２６、すなわち、中空部分は、光学フィルタ４と接着層１２により、外気と遮断された気密空間となる。赤外線検知素子２は、パッケージ３内に実装されており、パッケージ３は、第１の開口部２６を有している。 Thereafter, the package 3 and the optical filter 4 are fixed using the adhesive layer 12. At this time, the first opening portion 26 of the package 3, that is, the hollow portion becomes an airtight space that is blocked from the outside air by the optical filter 4 and the adhesive layer 12. The infrared detection element 2 is mounted in the package 3, and the package 3 has a first opening 26.

図６に、光学フィルタ４の断面図を示す。光学フィルタ４は、Ｓｉ等の基板２４上に、例えば、ＺｎＳとＧｅの多層膜２５を成膜し、その膜厚を調整することで、ある波長の光のみ透過するフィルタとして機能する。多層膜２５は、基板２４の片面または両面に存在する。基板２４または多層膜２５上には、赤外線の入射側の面に赤外線反射層５、反対側の面には赤外線吸収層６が形成される。赤外線反射層５の中央部付近には、所望の視野角になるように円形の第３の開口部９Ｂが開いていて、この部分のみ赤外線１０が透過する。赤外線反射層６の中央部付近には、円形の第２の開口部９Ａが開いている。第２の開口部９Ａは第３の開口部９Ｂで決定される所望の視野角に影響を与えないように形成される。また、赤外線吸収層６は、パッケージ３と光学フィルタ４が接合される部分、つまりは接着層１２の部分には存在していなくともかまわない。各開口部の大きさは、直径や一辺の長さ、あるいは、面積などを用いて比較することとし、第２の開口部９Ａの大きさは、赤外線吸収膜６の開口の大きさであり、第３の開口部９Ｂの大きさは、赤外線反射層５の開口の大きさである。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of the optical filter 4. The optical filter 4 functions as a filter that transmits only light of a certain wavelength, for example, by forming a multilayer film 25 of ZnS and Ge on a substrate 24 such as Si and adjusting the film thickness. The multilayer film 25 exists on one side or both sides of the substrate 24. On the substrate 24 or the multilayer film 25, the infrared reflecting layer 5 is formed on the surface on the infrared incident side, and the infrared absorbing layer 6 is formed on the opposite surface. Near the center of the infrared reflecting layer 5, a circular third opening 9 B is opened so as to have a desired viewing angle, and the infrared rays 10 are transmitted only through this portion. A circular second opening 9 A is open near the center of the infrared reflecting layer 6. The second opening 9A is formed so as not to affect the desired viewing angle determined by the third opening 9B. Further, the infrared absorption layer 6 may not be present at the portion where the package 3 and the optical filter 4 are joined, that is, at the portion of the adhesive layer 12. The size of each opening is to be compared using the diameter, the length of one side, or the area, and the size of the second opening 9A is the size of the opening of the infrared absorption film 6, The size of the third opening 9 B is the size of the opening of the infrared reflecting layer 5.

赤外線反射層５としては、赤外線を反射する材料、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やＡｕなどが好適であり必要に応じて積層してもよい。また赤外線吸収層６には、ＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等、赤外線吸収効果を有する膜を用いるとよい。 The infrared reflecting layer 5 is preferably made of a material that reflects infrared rays, such as aluminum (Al) or Au, and may be laminated as necessary. The infrared absorbing layer 6 may be a film having an infrared absorbing effect such as a blackened film made of a metal film such as Cu or Au.

図１、図２に示すように、赤外線反射層５は、赤外線１０を遮断する効果を持つ。このため、赤外線１０は第３の開口部９Ｂのみを通過する。この通過した赤外線１０が赤外線検知素子２に達し、赤外線検知装置１がその赤外線１０の量に対応した応答を出力する。赤外線の反射成分１１は、所望の視野外からの赤外線がパッケージ３の内部で反射されることで、赤外線検知素子２に入射される成分である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the infrared reflecting layer 5 has an effect of blocking the infrared ray 10. For this reason, the infrared rays 10 pass only through the third opening 9B. The passed infrared ray 10 reaches the infrared detection element 2, and the infrared detection device 1 outputs a response corresponding to the amount of the infrared ray 10. The infrared reflection component 11 is a component that is incident on the infrared detection element 2 when infrared rays from outside the desired visual field are reflected inside the package 3.

図３は、図２から、赤外線吸収層６のみを取り除いた断面図であり、参考図である。赤外線吸収層６の存在しない図３においては、赤外線の反射成分１１は、赤外線反射層５で反射されて赤外線検知素子２に入射されてしまう。それに対して、図２では、この赤外線の反射成分１１は、赤外線吸収層６が存在することで、吸収されて赤外線検知２に入射されることはない。赤外線吸収層６が存在することで、所望の視野外からの赤外線によるノイズの発生を抑えることが可能となる。 FIG. 3 is a cross-sectional view in which only the infrared absorption layer 6 is removed from FIG. 2 and is a reference view. In FIG. 3 where the infrared absorption layer 6 does not exist, the infrared reflection component 11 is reflected by the infrared reflection layer 5 and enters the infrared detection element 2. On the other hand, in FIG. 2, the infrared reflection component 11 is not absorbed and incident on the infrared detection 2 due to the presence of the infrared absorption layer 6. The presence of the infrared absorption layer 6 makes it possible to suppress the generation of noise due to infrared rays from outside the desired field of view.

特許文献２で開示されているように、温度感知センサでは、視野角を制限するための筒状のキャップやパッケージを有し、内部反射によるノイズ成分を抑えるためにキャップやパッケージの内壁に吸収層を形成している。ところが、キャップやパッケージの内壁でノイズ成分を吸収するとキャップやパッケージの内壁の温度が上昇して、その温度が伝導することによって温度感知センサの温度も上昇するため測定誤差が生じてしまうという問題がある。 As disclosed in Patent Document 2, the temperature sensing sensor has a cylindrical cap or package for limiting the viewing angle, and an absorption layer on the inner wall of the cap or package to suppress noise components due to internal reflection. Is forming. However, if the noise component is absorbed by the inner wall of the cap or package, the temperature of the inner wall of the cap or package rises, and the temperature conducts to raise the temperature of the temperature sensing sensor, resulting in a measurement error. is there.

すなわち、特許文献２のような従来の構造においては、パッケージの内壁にも吸収層があるため、赤外線の内部反射によるノイズを抑制は可能であるが、赤外線が内壁に吸収されるため、パッケージの温度が上昇してしまい、赤外線検知素子２に温度上昇が生じてしまい好ましくないという問題がある。これに対し、実施形態においては、赤外線の反射成分１１を、パッケージ３の内壁でなく、光学フィルタ４上に設けられた赤外線吸収層６のみで吸収するために、赤外線の反射成分１１によるパッケージ３の温度上昇が抑えられ、赤外線検知素子２に温度上昇が伝導することによる、赤外線検知素子２の温度上昇や、温度検知の測定誤差を防ぐことが出来る。 That is, in the conventional structure such as Patent Document 2, since there is an absorption layer on the inner wall of the package, noise due to internal reflection of infrared rays can be suppressed. However, since infrared rays are absorbed by the inner wall, There is a problem that the temperature rises and the infrared detection element 2 rises in temperature, which is not preferable. On the other hand, in the embodiment, since the infrared reflection component 11 is absorbed not by the inner wall of the package 3 but only by the infrared absorption layer 6 provided on the optical filter 4, the package 3 by the infrared reflection component 11 is used. The temperature rise of the infrared ray detection element 2 and the measurement error of the temperature detection due to the conduction of the temperature rise to the infrared ray detection element 2 can be prevented.

赤外線反射層５および、赤外線吸収層６は、光学フィルタ４上に印刷または薄膜プロセス等で一括して形成可能であり、視野角制限のためにパッケージ３やキャップの形状変更を必要とせず、複雑な構造となっているパッケージ３やキャップに赤外線吸収層を形成する必要がないため、極めて加工性が容易であり、製造コストの低減が可能となる。 The infrared reflection layer 5 and the infrared absorption layer 6 can be collectively formed on the optical filter 4 by printing or a thin film process, and the shape of the package 3 and the cap is not required to limit the viewing angle and is complicated. Since it is not necessary to form an infrared absorption layer on the package 3 or the cap having a simple structure, the processability is extremely easy and the manufacturing cost can be reduced.

つまり、赤外線検知素子２を収めたパッケージ３と、パッケージ３に接合する光学フィルタ４の赤外線の入射側の面に赤外線反射層５、反対側の面に赤外線吸収層６を形成し、赤外線を透過する第３の開口部９Ｂおよび第２の開口部９Ａを設けることにより、所望の視野外から入射する赤外線および赤外線の反射成分１１を制限させることができ、結果的に、容易に加工でき、製造コストの低減可能な、赤外線検知装置１を得ることができる。 In other words, the infrared reflecting layer 5 is formed on the infrared incident side surface of the package 3 containing the infrared detecting element 2 and the optical filter 4 bonded to the package 3, and the infrared absorbing layer 6 is formed on the opposite surface to transmit the infrared rays. By providing the third opening 9B and the second opening 9A, the infrared ray and the infrared reflection component 11 incident from outside the desired field of view can be restricted, and as a result, it can be easily processed and manufactured. The infrared detection device 1 capable of reducing the cost can be obtained.

（実施例１）
実施例１の、赤外線検知装置１を作製し、評価を行った。実施例１の具体的な製造方法について説明する。 Example 1
Infrared detector 1 of Example 1 was produced and evaluated. A specific manufacturing method of Example 1 will be described.

図５において、基板１４として、例えば、面方位が（１００）であるＳｉ基板を用意し、基板１４の表面に熱酸化法によりＳｉＯ_２膜からなる絶縁膜１５を形成する。次に、絶縁膜１５の上に、高周波マグネトロンスパッタ法などを用いて、取り出し電極１８用に、Ｔｉ金属薄膜１８ＡおよびＰｔ金属薄膜１８Ｂを堆積する。取り出し電極１８の材質としては、耐酸化性に優れたＰｔなどが好適である。また絶縁膜３との密着性を向上させるためには、Ｐｔの下部にはＴｉなどの密着層を形成するのが好ましい。 In FIG. 5, for example, a Si substrate having a plane orientation of (100) is prepared as the substrate 14, and an insulating film 15 made of a SiO ₂ film is formed on the surface of the substrate 14 by a thermal oxidation method. Next, a Ti metal thin film 18A and a Pt metal thin film 18B are deposited on the insulating film 15 for the extraction electrode 18 by using a high frequency magnetron sputtering method or the like. As the material of the extraction electrode 18, Pt having excellent oxidation resistance is suitable. In order to improve the adhesion to the insulating film 3, it is preferable to form an adhesion layer such as Ti under the Pt.

形成された取り出し電極１８について、フォトリソグラフィおよびエッチングにて取り出し電極１８を所望の形に形成する。次に、形成した取り出し電極１８の表面に、スパッタ法により、赤外線検知膜１７として、サーミスタ材料である複合金属酸化物材料を堆積する。赤外線検知膜１７の膜厚は、目標とするサーミスタ抵抗値に応じて調整すればよく、例えば、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて、抵抗値を室温での抵抗値（Ｒ２５）である１４０ｋΩ程度に設定するのであれば、素子の電極間の距離にもよるが、０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。 The formed extraction electrode 18 is formed into a desired shape by photolithography and etching. Next, a composite metal oxide material, which is a thermistor material, is deposited as the infrared detection film 17 on the surface of the formed extraction electrode 18 by sputtering. The film thickness of the infrared detection film 17 may be adjusted according to the target thermistor resistance value. For example, the resistance value is set to about 140 kΩ, which is the resistance value (R25) at room temperature, using an MnNiCo-based oxide. If so, the film thickness may be set to about 0.2 to 1 μm, although it depends on the distance between the electrodes of the element.

図５において、赤外線検知膜１７を成膜後、ＢＯＸ焼成炉を使用し、熱処理を大気雰囲気中で６５０℃、１時間の条件下で実施した。続いてフォトリソグラフィおよびエッチングにより、検知部位にのみ赤外線検知膜１７を形成した。 In FIG. 5, after forming the infrared detection film 17, a BOX baking furnace was used, and heat treatment was performed in an air atmosphere at 650 ° C. for 1 hour. Subsequently, the infrared detection film 17 was formed only on the detection site by photolithography and etching.

続いて、赤外線検知膜１７の表面に、素子全面を被覆するように、保護膜２１として、テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｌ
ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ：ＴＥＯＳ）という有機金属を用いたＣＶＤ（ＴＥＯＳ−ＣＶＤ）法により、ＳｉＯ_２膜を成膜する。 Subsequently, tetraethoxysilane (Tetraethl) is used as the protective film 21 so as to cover the entire surface of the element on the surface of the infrared detection film 17.
An SiO ₂ film is formed by a CVD (TEOS-CVD) method using an organic metal called orthosilicate (TEOS).

続いて、赤外線検知素子２の所望の場所に、Ｔｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２を成膜する。Ｔｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２はリフトオフ法により所望の大きさに形成した。すなわち、フォトリソグラフィによりあらかじめフォトレジストパターンを形成した後、蒸着法にてＴｉ金属薄膜２０および赤外線吸収膜２２として多孔質のＡｕ薄膜であるＡｕ黒膜を成膜した後、フォトレジストを剥離することにより、所望の大きさに形成した。なお、Ｔｉ金属薄膜２０は、赤外線吸収膜２２と保護層１７とを密着させるための密着層である。 Subsequently, a Ti metal thin film 20 and an infrared absorption film 22 are formed at desired locations of the infrared detection element 2. The Ti metal thin film 20 and the infrared absorption film 22 were formed in a desired size by a lift-off method. That is, after a photoresist pattern is formed in advance by photolithography, an Au black film that is a porous Au thin film is formed as a Ti metal thin film 20 and an infrared absorption film 22 by vapor deposition, and then the photoresist is peeled off. To form a desired size. The Ti metal thin film 20 is an adhesion layer for bringing the infrared absorption film 22 and the protective layer 17 into close contact.

次に、図５において、Ａｕ黒膜により赤外線吸収膜２２を形成した後、パッド電極１９を配置する部位を除く、保護膜２１上にフォトリソグラフィおよびエッチングにより、パッド電極１９を配置する部位のＳｉＯ_２膜を除去することで、開口を形成した。続いて、リフトオフ法により、開口を充填するようにＡｌを形成し、パッド電極１９とした。 Next, in FIG. 5, after the infrared absorption film 22 is formed of the Au black film, the SiO 2 at the portion where the pad electrode 19 is disposed by photolithography and etching on the protective film 21 except the portion where the pad electrode 19 is disposed. _The opening was formed by removing the _two films. Subsequently, Al was formed by a lift-off method so as to fill the opening, and the pad electrode 19 was formed.

さらに、基板１４の裏面、すなわち、絶縁膜１５や取り出し電極１８などを形成していない側の面に、フッ化物系ガスを用いた反応性イオンエッチングによって基板１４の一部を除去し、一辺が５００μｍ程度のキャビティ１６を形成した。この結果、赤外線検知領域にメンブレン構造２３を得た。 Further, a part of the substrate 14 is removed by reactive ion etching using fluoride gas on the back surface of the substrate 14, that is, the surface on which the insulating film 15 and the extraction electrode 18 are not formed. A cavity 16 of about 500 μm was formed. As a result, a membrane structure 23 was obtained in the infrared detection region.

この後、基板１４を切断し、赤外線検知素子２を個片化した。切断には、ダイシングブレードやレーザを用いたダイシング装置を用いた。メンブレン構造２３の作製後、赤外線検知素子２が集積している状態で、紫外線照射により、粘着力が低下するタイプのダイシングテープに貼付した。ダイシング装置で切断した後、エクスパンド装置を用いて、ダイシングテープごとエクスパンドを施し、赤外線検知素子２同士の間隔を広めた。エクスパンド後、ダイシングテープの赤外線検知素子２が付着していない面から紫外線を照射することにより、ダイシングテープの粘着力を低下させ、赤外線検知素子２の剥離を容易にした後、剥離を行った。この結果、図４、および、図５に示す赤外線検知素子２を得た。 Then, the board | substrate 14 was cut | disconnected and the infrared rays detection element 2 was separated into pieces. For the cutting, a dicing device using a dicing blade or a laser was used. After the membrane structure 23 was fabricated, the membrane structure 23 was attached to a dicing tape of a type in which the adhesive strength is reduced by irradiation with ultraviolet rays in a state where the infrared detection elements 2 are integrated. After cutting with the dicing device, the expanding device was used to expand the entire dicing tape to widen the interval between the infrared detection elements 2. After expanding, the adhesive force of the dicing tape was reduced by irradiating ultraviolet rays from the surface of the dicing tape where the infrared detection element 2 was not attached, and the infrared detection element 2 was easily peeled off. As a result, the infrared detection element 2 shown in FIGS. 4 and 5 was obtained.

まず、図２に示すように、上記の工程で得られた、赤外線検知素子２を、ダイペースト１３を用いてパッケージ３に固定する。ダイペースト１３を、ディスペンサ等を用いて、パッケージ３に数箇所塗布を行う。ディスペンサとは、一定量の液体を吐出する装置であり、例えば注射器の注射筒部分に樹脂を詰め、注射筒の先に装着した針先から空気圧等を用いて樹脂を押し出す装置のことである。この後、赤外線検知素子２をダイペースト１３上に設置する。そしてダイペースト１３を硬化するために、所定時間と所定温度でオーブン等で加熱する。 First, as shown in FIG. 2, the infrared detection element 2 obtained in the above process is fixed to the package 3 using a die paste 13. The die paste 13 is applied to the package 3 at several places using a dispenser or the like. A dispenser is a device that discharges a certain amount of liquid. For example, a dispenser is a device that fills a syringe barrel of a syringe with resin and pushes out the resin from the needle tip attached to the tip of the syringe using air pressure or the like. Thereafter, the infrared detection element 2 is placed on the die paste 13. Then, in order to cure the die paste 13, it is heated in an oven or the like for a predetermined time and at a predetermined temperature.

具体的には、図７に示すように、端子電極８を備えたパッケージ３に対して、ディスペンサを用いてダイペースト１３を滴下する。ダイペースト１３は熱硬化性のエポキシ樹脂を使用した。滴下箇所は赤外線検知素子２の四隅に位置する４点とした。 Specifically, as shown in FIG. 7, the die paste 13 is dropped onto the package 3 including the terminal electrodes 8 using a dispenser. As the die paste 13, a thermosetting epoxy resin was used. The dropping locations were four points positioned at the four corners of the infrared detecting element 2.

そして、図７に示すように、ダイペースト１３上に赤外線検知素子２を配置した。その後、ダイペースト１３を硬化させるため、オーブンで１２０℃、１０分間加熱した。赤外線検知素子２は、パッケージ３内に実装されている。 Then, as shown in FIG. 7, the infrared detection element 2 was disposed on the die paste 13. Then, in order to harden the die paste 13, it heated at 120 degreeC for 10 minute (s) in oven. The infrared detection element 2 is mounted in the package 3.

次いで、図７に示すように、パッケージ３に固定された赤外線検知素子２と、パッケージ３の中空部分にある端子電極８とを電気的に接続する、ワイヤボンディングを実施した。これにより赤外線検知素子２とパッケージ３が、ワイヤ７で接続される。ワイヤ７は直径２５μｍの金線を用いた。ワイヤの固定は超音波を付加することにより行った。 Next, as shown in FIG. 7, wire bonding was performed to electrically connect the infrared detection element 2 fixed to the package 3 and the terminal electrode 8 in the hollow portion of the package 3. Thereby, the infrared detecting element 2 and the package 3 are connected by the wire 7. The wire 7 was a gold wire having a diameter of 25 μm. The wire was fixed by applying ultrasonic waves.

続いて、赤外線反射層５、赤外線吸収層６が形成され、接着層１２が塗布された光学フィルタ４を、接着層１２を用いてパッケージ３に接着により固定する。図２に示すように、赤外線反射層５はフォトリソ工程を用いて、赤外線を透過する領域をフォトレジストでカバーした後、アルミニウムを０．１μｍスパッタリングすることにより形成した。成膜後レジストを除去することで開口部を形成した。赤外線吸収層６は赤外線反射層５を形成後に基板２４の裏面にフォトリソ工程を用いて、赤外線を透過する領域をフォトレジストでカバーした後、蒸着法にて多孔質のＡｕ薄膜であるＡｕ黒膜を２μｍ形成した。成膜後レジストを除去することで開口部を形成した。接着層１２は印刷法により光学フィルタ４に塗布した。接着層１２はエポキシ系樹脂を用いた。 Subsequently, the optical filter 4 on which the infrared reflecting layer 5 and the infrared absorbing layer 6 are formed and the adhesive layer 12 is applied is fixed to the package 3 using the adhesive layer 12 by adhesion. As shown in FIG. 2, the infrared reflective layer 5 was formed by using a photolithography process to cover a region that transmits infrared light with a photoresist, and then sputtering aluminum with a thickness of 0.1 μm. After the film formation, the resist was removed to form an opening. The infrared absorbing layer 6 is formed by forming an infrared reflecting layer 5 and then using a photolithography process on the back surface of the substrate 24 to cover a region that transmits infrared rays with a photoresist, and then depositing an Au black film that is a porous Au thin film by vapor deposition. Was formed to 2 μm. After the film formation, the resist was removed to form an opening. The adhesive layer 12 was applied to the optical filter 4 by a printing method. The adhesive layer 12 was an epoxy resin.

光学フィルタ４は、図６に示す構造を持ち、５〜１０μｍの波長の赤外線を透過するフィルタとなっている。光学フィルタ４上の赤外線反射層５、および赤外線吸収層６は、第２の開口部９Ａおよび第３の開口部９Ｂすなわち、赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されず孔となっている部分が中央部に存在する。赤外線吸収層６は、パッケージ３と光学フィルタ４が接合される部分、つまりは接着層１２が塗布される部分には存在していなくともかまわない。赤外線反射層５は波長５〜１０μｍの赤外線を透過しないが、第３の開口部９Ｂでは透過する。このため赤外線検知装置１の視野角を制限することができる。また、赤外線吸収層６は、波長５〜１０μｍの赤外線を吸収するため、所望の視野外からの赤外線によるパッケージ３での内部反射によるノイズの発生を抑えることができる。第２の開口部９Ａは第３の開口部９Ｂで決定される所望の視野角に影響を与えないように形成される。 The optical filter 4 has a structure shown in FIG. 6 and is a filter that transmits infrared rays having a wavelength of 5 to 10 μm. The infrared reflection layer 5 and the infrared absorption layer 6 on the optical filter 4 become holes as the second opening 9A and the third opening 9B, that is, the infrared reflection layer 5 and the infrared absorption layer 6 are not formed. The part which exists is in the central part. The infrared absorption layer 6 may not be present at a portion where the package 3 and the optical filter 4 are joined, that is, a portion where the adhesive layer 12 is applied. The infrared reflection layer 5 does not transmit infrared light having a wavelength of 5 to 10 μm, but transmits through the third opening 9B. For this reason, the viewing angle of the infrared detector 1 can be limited. Moreover, since the infrared absorption layer 6 absorbs infrared rays having a wavelength of 5 to 10 μm, it is possible to suppress generation of noise due to internal reflection in the package 3 due to infrared rays from outside a desired field of view. The second opening 9A is formed so as not to affect the desired viewing angle determined by the third opening 9B.

ちなみに、ここで第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂと言うのは、パッケージ３内における空洞部である第１の開口部２６よりも小さくなっている。パッケージ３は赤外線検知素子２の大きさなどにより、設計上で形状が決定される。第１の開口部２６の大きさを調整して視野角の大きさを調整することは赤外線検知素子２の設計をやり直すことになり、効率も悪くコストもかかることになる。したがって、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂを設けて、第１の開口部２６を変更せず、開口の大きさを小さくしている。パッケージを作製したのちに開口を小さくする際に、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂは容易に調整可能であり、パッケージ３の変更を必要としないためコスト低減が可能である。 Incidentally, the second opening 9 A and the third opening 9 B are smaller than the first opening 26 that is a cavity in the package 3. The shape of the package 3 is determined by design depending on the size of the infrared detection element 2 and the like. Adjusting the size of the first opening 26 to adjust the size of the viewing angle redesigns the infrared detection element 2, which is inefficient and costly. Accordingly, the second opening 9A and the third opening 9B are provided, and the size of the opening is reduced without changing the first opening 26. When the opening is reduced after the package is manufactured, the second opening 9A and the third opening 9B can be easily adjusted, and the package 3 does not need to be changed, so that the cost can be reduced.

なお、実施例１の、第１の開口部は、正方形であり、大きさは、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２である。なお、第１の開口部は、長方形でも、それ以外の形状でもよい。また、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂは、実施例１においては、円形が好ましいが、必ずしも円形である必要はない。 In addition, the 1st opening part of Example 1 is a square, a magnitude | size is 1.8 * 1.8 mm, and an area is 3.24 mm < ² >. The first opening may be rectangular or other shapes. The second opening 9A and the third opening 9B are preferably circular in the first embodiment, but are not necessarily circular.

実施例１における円形の第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの中心は、赤外線検知装置１を俯瞰した場合、赤外線検知素子２におけるメンブレン構造２３の中心と、一致する位置に作製した。第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂとメンブレン構造２３の中心が赤外線検知装置１を俯瞰した場合に一致しているため、図２において、赤外線１０が赤外線検知装置１に入射する際、赤外線検知素子２の直上左右に均等に視野角θが形成される。なお、視野角θは、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂが円形であるため、どのような断面で赤外線検知装置１を切断した場合でも同一の値となる。また、赤外線検知素子２はパッケージ３を俯瞰した場合に正方形の中心、すなわち対角線の交点に固定した。したがって、赤外線検知装置１を俯瞰した場合、赤外線検知素子２、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの円形の中心は同一地点に存在する。 The center of the circular second opening 9A and the third opening 9B in Example 1 was prepared at a position coincident with the center of the membrane structure 23 in the infrared detection element 2 when the infrared detection device 1 was viewed from above. . Since the center of the second opening 9A, the third opening 9B, and the membrane structure 23 coincides with the case where the infrared detection device 1 is looked down, the infrared ray 10 is incident on the infrared detection device 1 in FIG. The viewing angle θ is evenly formed right and left just above the infrared detecting element 2. The viewing angle θ has the same value regardless of the cross section of the infrared detection device 1 because the second opening 9A and the third opening 9B are circular. The infrared detection element 2 was fixed at the center of the square, that is, at the intersection of the diagonal lines when the package 3 was looked down on. Therefore, when the infrared detection device 1 is looked down on, the circular centers of the infrared detection element 2, the second opening 9A, and the third opening 9B exist at the same point.

その後、光学フィルタ４は、所定の圧力でパッケージ３に対して押し当てられる。その後、接着層１２を硬化するために、オーブン等で熱処理を行う。このようにして接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が固定される。具体的には、図２に示すように、接着層１２が塗布された光学フィルタ４を、パッケージ３に接着した。その際、光学フィルタ４を約１ＭＰａの圧力で加圧した。その後、接着層１２を硬化するため、オーブンで１５０度１時間の熱処理を施した。このようにして、接着層１２を介して、パッケージ３と光学フィルタ４が固定された。 Thereafter, the optical filter 4 is pressed against the package 3 with a predetermined pressure. Thereafter, in order to cure the adhesive layer 12, heat treatment is performed in an oven or the like. In this way, the package 3 and the optical filter 4 are fixed via the adhesive layer 12. Specifically, as shown in FIG. 2, the optical filter 4 to which the adhesive layer 12 was applied was adhered to the package 3. At that time, the optical filter 4 was pressurized at a pressure of about 1 MPa. Thereafter, in order to cure the adhesive layer 12, heat treatment was performed in an oven at 150 ° C. for 1 hour. In this way, the package 3 and the optical filter 4 were fixed via the adhesive layer 12.

（比較例）
比較例として、図１０のように、実施例１と同じ構成の赤外線検知装置１において、赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されていないものを示す。すなわち、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂが存在しないため、第１の開口部２６により視野角が決定される。開口はパッケージ３と光学フィルタ４を接着する部分の内周と同じ形状となり、パッケージ３の開口と同じ大きさである。比較例の、第１の開口部は、実施例１と同じ正方形であり、大きさは、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２である。 (Comparative example)
As a comparative example, as shown in FIG. 10, in the infrared detection device 1 having the same configuration as that of the first embodiment, the infrared reflection layer 5 and the infrared absorption layer 6 are not formed. That is, since the second opening 9A and the third opening 9B do not exist, the viewing angle is determined by the first opening 26. The opening has the same shape as the inner periphery of the portion where the package 3 and the optical filter 4 are bonded, and has the same size as the opening of the package 3. The first opening of the comparative example is the same square as in Example 1, the size is 1.8 × 1.8 mm, and the area is 3.24 mm ² .

（シミュレーション）
図２により実施例１、および比較例の赤外線検知装置１のモデルを使用して光学シミュレーションを実施した。図１１は光学シミュレーションの位置関係を示したもので、光源には、波長５〜１０μｍの光を発生する１０ｍｍ×１０ｍｍの平面光源３０を用いた。赤外線検知装置１と平面光源３０との距離は２ｍｍに設定した。各々のモデルにおける赤外線検知素子２に入射される赤外線１０の照度を求めて比較した。シミュレーションでは平面光源３０から多量の赤外線がランダムに放出される。放出された各赤外線１本毎に同じエネルギーが定義されており、赤外線検知素子２に到達した本数から照度を計算している。つまり、赤外線が到達した本数が多いほど照度が高くなる。よって、赤外線の反射成分１１も照度として加算されることになる。 (simulation)
An optical simulation was performed using the models of the infrared detection apparatus 1 of Example 1 and the comparative example with reference to FIG. FIG. 11 shows the positional relationship of the optical simulation. As the light source, a 10 mm × 10 mm planar light source 30 that generates light having a wavelength of 5 to 10 μm was used. The distance between the infrared detector 1 and the planar light source 30 was set to 2 mm. The illuminance of the infrared ray 10 incident on the infrared detection element 2 in each model was obtained and compared. In the simulation, a large amount of infrared light is randomly emitted from the planar light source 30. The same energy is defined for each emitted infrared ray, and the illuminance is calculated from the number of rays reaching the infrared detecting element 2. That is, the illuminance increases as the number of infrared rays reaches. Therefore, the infrared reflection component 11 is also added as illuminance.

パッケージ３は、１〜１０ｍｍ×１〜１０ｍｍで高さ０．３〜２．０ｍｍの範囲が最適であるが、このシミュレーション結果では、パッケージ３は３．０ｍｍ×３．０ｍｍで、その開口が１．８ｍｍ×１．８ｍｍ、高さ１ｍｍの値を使用している。光学フィルタ４は、１〜１０ｍｍ×１〜１０ｍｍで高さ０．１〜１．０ｍｍの範囲が最適であるが、このシミュレーション結果では３ｍｍ×３ｍｍで高さ０．３ｍｍの値を使用している。 The package 3 is optimally in a range of 1 to 10 mm × 1 to 10 mm and a height of 0.3 to 2.0 mm. However, in this simulation result, the package 3 is 3.0 mm × 3.0 mm and its opening is 1 A value of 8 mm × 1.8 mm and a height of 1 mm is used. The optical filter 4 is optimally in a range of 1 to 10 mm × 1 to 10 mm and a height of 0.1 to 1.0 mm, but in this simulation result, a value of 3 mm × 3 mm and a height of 0.3 mm is used. .

赤外線検知装置１の視野より十分に広い光源を設定することで第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの直径や面積、すなわち、開口の大きさにより赤外線検知素子２へ入射される赤外線の照度が変動する。実施例１では、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径や面積は等しくなっている。この照度の数値が小さいほど視野が狭い、すなわち視野角θが小さいことを表すことになる。また、光学シミュレーションで赤外線１０の軌跡を確認することで、パッケージ３の内部での赤外線の反射成分１１が赤外線検知素子２に入射されることが確認された。 By setting a light source that is sufficiently wider than the field of view of the infrared detection device 1, the infrared rays incident on the infrared detection element 2 depending on the diameter and area of the second opening 9A and the third opening 9B, that is, the size of the opening The illuminance varies. In the first embodiment, the second opening 9A and the third opening 9B have the same size, that is, a diameter and an area. The smaller the illuminance value, the narrower the field of view, that is, the smaller the viewing angle θ. In addition, by confirming the locus of the infrared ray 10 by optical simulation, it was confirmed that the infrared reflection component 11 inside the package 3 was incident on the infrared detection element 2.

光学シミュレーションによる比較例および実施例１の照度比を比較したものを、表１に示す。表１の、吸収層なしというのは、光学フィルタ４に赤外線反射層５のみが形成されたものである。また、吸収層ありというのは、光学フィルタ４に赤外線反射層５、および赤外線吸収層６が形成されたものである。比較例の光学フィルタ４には赤外線反射層５、および赤外線吸収層６は形成されないため、表１には便宜上、吸収層なし、吸収層ありの両方について記載している。実施例１においては、第２の開口部９Ａと第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径で決まる面積を３段階に振った結果を示す。表１において、比較例の面積は第１の開口部の面積であり、実施例の面積は、第２の開口部の面積である。また、第３の開口部の面積は、第２の開口部の面積と同じである。 Table 1 shows a comparison of the illuminance ratios of the comparative example and Example 1 by optical simulation. In Table 1, “no absorption layer” means that only the infrared reflection layer 5 is formed on the optical filter 4. Also, “absorptive layer” means that the optical filter 4 is formed with the infrared reflecting layer 5 and the infrared absorbing layer 6. Since the infrared reflection layer 5 and the infrared absorption layer 6 are not formed in the optical filter 4 of the comparative example, Table 1 shows both the absence of the absorption layer and the presence of the absorption layer for convenience. In the first embodiment, the result of changing the size of the second opening 9A and the third opening 9B, that is, the area determined by the diameter, in three stages is shown. In Table 1, the area of the comparative example is the area of the first opening, and the area of the example is the area of the second opening. The area of the third opening is the same as the area of the second opening.

表１の、第１の開口部の大きさは、正方形で、１．８×１．８ｍｍであり、面積は、３．２４ｍｍ^２であるので、面積３．２４ｍｍ^２を比較値とする。これと、第２、第３の開口部の面積を比較し、開口部の大きさの大小を判定している。表１によれば、実施例１の第２、第３の開口部の形状が円形であって、その直径が１．５ｍｍのときの面積は１．７７ｍｍ^２であり、照度が比較例よりも小さくなっているため、少なくとも、面積が３．２４ｍｍ^２よりも大きいことが好ましいといえる。 Since the size of the first opening in Table 1 is square, 1.8 × 1.8 mm, and the area is 3.24 mm ² , the area is 3.24 mm ² as a comparative value. This is compared with the areas of the second and third openings, and the size of the opening is determined. According to Table 1, the shape of the 2nd and 3rd opening part of Example 1 is circular, Comprising: The area when the diameter is 1.5 mm is 1.77 mm < ² >, and illumination intensity is rather than a comparative example. Since it is small, it can be said that at least the area is preferably larger than 3.24 mm ² .

また、比較例に対して、実施例１の吸収層なしにおいて、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径が小さくなるほど照度比が小さくなり視野角θが制限できることが確認された。これにより赤外線反射層５により視野角θが制限できることが確認された。また、吸収層ありにおいて、第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂの大きさ、すなわち直径が小さくなるほど照度比が小さくなり、視野角θが制限できることが確認された。吸収層なしと比較して照度比がさらに小さくなり、赤外線の反射成分１１が抑えられていることが確認された。 In addition, compared with the comparative example, it was confirmed that the illuminance ratio was decreased and the viewing angle θ could be limited as the size of the third opening 9B, that is, the diameter decreased, without the absorption layer of Example 1. Thereby, it was confirmed that the viewing angle θ can be limited by the infrared reflective layer 5. In addition, in the presence of the absorption layer, it was confirmed that the illuminance ratio was decreased and the viewing angle θ could be limited as the size of the second opening 9A and the third opening 9B, that is, the diameter decreased. It was confirmed that the illuminance ratio was further reduced as compared with the case without the absorbing layer, and the infrared reflection component 11 was suppressed.

赤外線検知装置１において、視野角θを変更する最も簡便な手段が第３の開口部９Ｂの開口の直径、すなわち、開口の大きさの変更である。視野角θを変更するには、他に赤外線検知装置１の高さを変更しても可能であるが、赤外線検知装置１の高さは主としてパッケージ３の高さに起因するため、パッケージ３の形状変更は容易でないことから、簡単には達成はできない。 In the infrared detecting device 1, the simplest means for changing the viewing angle θ is to change the diameter of the opening of the third opening 9B, that is, the size of the opening. In order to change the viewing angle θ, it is possible to change the height of the infrared detection device 1, but the height of the infrared detection device 1 is mainly caused by the height of the package 3. Since shape change is not easy, it cannot be easily achieved.

視野角とは、図２に示すように、赤外線検知素子２において、赤外線が反射などせずに直接到達可能な状態を構成した場合、赤外線検知素子２の面で、入射赤外線が形成する最大角度であるが、実施例１で、図２に示すように、視野角θを小さくするということは、赤外線検知素子２に入射する赤外線１０の範囲を狭めるということであり、このように、視野角θを小さくできれば、局所範囲で赤外線１０を検知できるため、例えば、次のような利点がある。例えば、赤外線検知装置１の取り付け位置を変更せず、その角度を動かし、視野を上下左右に走査することにより、赤外線１０の発生源がどこにあるかという位置情報を得ることができる。これは、視野角θが大きいと得られない情報であり、視野角θを小さくすることにより入手可能となる。 As shown in FIG. 2, the viewing angle is the maximum angle formed by incident infrared rays on the surface of the infrared detection element 2 when the infrared detection element 2 is configured so that the infrared rays can be directly reached without being reflected. However, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, reducing the viewing angle θ means that the range of the infrared ray 10 incident on the infrared detection element 2 is narrowed. If θ can be reduced, the infrared ray 10 can be detected in a local range, and for example, there are the following advantages. For example, by changing the angle of the infrared detector 1 without changing the mounting position of the infrared detector 1 and scanning the field of view up, down, left, and right, it is possible to obtain position information indicating where the infrared ray 10 is generated. This is information that cannot be obtained when the viewing angle θ is large, and can be obtained by reducing the viewing angle θ.

表１によって、第２の開口部９Ａと、９Ａと同じ直径、面積である第３の開口部９Ｂの直径、面積、すなわち、開口の大きさが小さくなると、照度比が小さくなることが確認された。これは視野角θが小さくなること示している。これにより、赤外線反射層５に形成された第３の開口部９Ｂの直径、面積を小さく制御することにより、視野角θを小さくすることができ、第２の開口部９Ａが形成された赤外線吸収層６により赤外線の反射成分が抑制されて、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分を抑えることが可能となり、赤外線検知素子２に入射する赤外線をより精度良く範囲を狭めることができ、局所的な範囲で赤外線を検知できる。 Table 1 confirms that the illuminance ratio decreases as the diameter and area of the second opening 9A and the third opening 9B, which is the same diameter and area as 9A, that is, the size of the opening decreases. It was. This indicates that the viewing angle θ decreases. Thereby, by controlling the diameter and area of the third opening 9B formed in the infrared reflecting layer 5 to be small, the viewing angle θ can be reduced, and the infrared absorption in which the second opening 9A is formed. The reflection component of the infrared rays is suppressed by the layer 6 and the noise component due to the infrared rays from outside the desired field of view can be suppressed, and the range of the infrared rays incident on the infrared detection element 2 can be narrowed more accurately and locally. Infrared can be detected in a wide range.

（実施例２）
図８は本発明に係る他の赤外線検知装置１を示す断面図である。図に示すように、赤外線吸収層６に形成された第２の開口部９Ａが、赤外線反射層５に形成された第３の開口部９Ｂよりも小さくなっている。 (Example 2)
FIG. 8 is a sectional view showing another infrared detecting device 1 according to the present invention. As shown in the figure, the second opening 9 A formed in the infrared absorption layer 6 is smaller than the third opening 9 B formed in the infrared reflection layer 5.

この赤外線検知装置１においては、第２の開口部９Ａを、第３の開口部９Ｂによって制限される視野角θを狭めることのない範囲で、小さくすることで視野角θを狭めることなく、パッケージ３での赤外線の反射成分１１をより抑制することで、所望の視野外からの赤外線によるノイズ成分をより抑えることが可能となる。 In this infrared detecting device 1, the second opening 9A is reduced in a range in which the viewing angle θ limited by the third opening 9B is not narrowed, thereby reducing the viewing angle θ without narrowing the viewing angle θ. By further suppressing the infrared reflection component 11 at 3, it is possible to further suppress the noise component due to infrared rays from outside the desired field of view.

（実施例３）
図９は本発明に係る他の赤外線検知装置１を示す断面図である。図に示すように、赤外線吸収層６が、パッケージ３と光学フィルタ４の接合される部分にも形成されている。 (Example 3)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another infrared detection device 1 according to the present invention. As shown in the figure, the infrared absorption layer 6 is also formed at a portion where the package 3 and the optical filter 4 are joined.

この赤外線検知装置１においては、赤外線吸収層６が、パッケージ３と光学フィルタ４の接合される部分にあることで、接合部の密着性が向上する。赤外線吸収層６にはＣｕやＡｕなどの金属膜を、多孔質化した黒化膜等が用いることが望ましく、多孔質な層が存在することで接合部の密着強度が向上する。 In the infrared detection device 1, the infrared absorption layer 6 is in a portion where the package 3 and the optical filter 4 are bonded, so that the adhesion of the bonded portion is improved. The infrared absorbing layer 6 is preferably a blackened film made of a porous metal film such as Cu or Au. The presence of the porous layer improves the adhesion strength of the joint.

このように、光学フィルタ４の入射側の面に赤外線反射層５を形成し、反対側の面に赤外線吸収層６を形成し、視野角θを限定する第２の開口部９Ａ、第３の開口部９Ｂを設けることで、極めて容易に加工でき、製造コストを低減でき、赤外線検知素子へ必要な量の赤外線を効率よく照射させることができる赤外線検知装置１を提供できることを示した。 In this way, the infrared reflecting layer 5 is formed on the incident side surface of the optical filter 4, the infrared absorbing layer 6 is formed on the opposite surface, and the second opening 9 A that limits the viewing angle θ, the third It was shown that by providing the opening 9B, it is possible to provide the infrared detection device 1 that can be processed extremely easily, can reduce the manufacturing cost, and can efficiently irradiate the infrared detection element with a necessary amount of infrared rays.

本赤外線検知装置は、例えば、人体や物体の発する赤外線に感応して電気信号に変換するような用途に用いられる。 This infrared detecting device is used for applications such as conversion to an electrical signal in response to infrared rays emitted from a human body or an object.

１赤外線検知装置
２、１０２赤外線検知素子
３、１０３パッケージ
４、１０４光学フィルタ
５赤外線反射層
６赤外線吸収層
７ワイヤ
８端子電極
９Ａ第２の開口部
９Ｂ第３の開口部
１０赤外線
１１、１１１赤外線の反射成分
１２接着層
１３ダイペースト
１４基板
１５絶縁膜
１６キャビティ
１７赤外線検知膜
１８取り出し電極
１８Ａ、２０Ｔｉ金属薄膜
１８ＢＰｔ金属薄膜
１９パッド電極
２１保護膜
２２赤外線吸収膜
２３メンブレン構造
２４基板（フィルタ）
２５多層膜
２６第１の開口部
３０平面光源

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared detector 2,102 Infrared detector 3,103 Package 4,104 Optical filter 5 Infrared reflective layer 6 Infrared absorption layer 7 Wire 8 Terminal electrode 9A Second opening 9B Third opening 10 Infrared 11, 111 Infrared Reflective component 12 Adhesive layer 13 Die paste 14 Substrate 15 Insulating film 16 Cavity 17 Infrared detection film 18 Extraction electrode 18A, 20 Ti metal thin film 18B Pt metal thin film 19 Pad electrode 21 Protective film 22 Infrared absorption film 23 Membrane structure 24 Substrate (filter) )
25 Multilayer film 26 First opening 30 Planar light source

Claims

An infrared detection element that converts infrared light into an electrical signal; a package that houses the infrared detection element; and an optical filter that is bonded to the package and transmits only infrared light of a predetermined wavelength.
An infrared reflecting layer is formed on the infrared incident surface side of the optical filter, and an infrared absorbing layer is formed on the surface opposite to the infrared incident surface,
The package has a first opening, a second opening is formed in the infrared absorbing layer, and a third opening is formed in the infrared reflecting layer, and the size of the third opening is An infrared detecting device having a size smaller than that of the first opening.

The infrared detection device according to claim 1, wherein a size of the second opening is smaller than that of the third opening.

The infrared detection device according to claim 1, wherein an adhesive layer is formed between the infrared absorption layer and the package.