JP2014235064A - 赤外線センサおよび赤外線センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄型、小型かつ組立てが簡素で低廉化が可能な赤外線センサおよび赤外線センサ装置を提供する。
【解決手段】一方の面において設けられる赤外線検出部Sと、他方の面に設けられるレンズ部9と、赤外線検出部およびレンズ部の間に設けられる空洞部6とを備える基板5を備え、入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターン91が上記基板に形成されることによって、レンズ部が形成される。
【選択図】図1
【解決手段】一方の面において設けられる赤外線検出部Sと、他方の面に設けられるレンズ部9と、赤外線検出部およびレンズ部の間に設けられる空洞部6とを備える基板5を備え、入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターン91が上記基板に形成されることによって、レンズ部が形成される。
【選択図】図1
Description
本発明は赤外線センサおよび赤外線センサ装置に関する。
赤外線検知素子およびそれを利用した測温計は、熱源から放射される赤外線を検知(感知)して電気信号に変換するいわゆる赤外線センサを備えている(検出または測定した温度を決定するまでの全体の機能を備えるものを「赤外線センサ」と呼ぶこともあるが、本明細書においては上記の全体の機能を備えたものを赤外線センサ装置と称する)。
赤外線センサ装置は、非接触により温度を検出することができることから、人の存在を検出してその動きを追随することによって点灯制御を行う自動点灯システム、電子レンジの庫内温度の検出、被調理物の温度分布の検出などに広く用いられている。赤外線センサ装置にはサーモパイル型の赤外線センサを用いたもの、量子型の赤外線センサを用いたものなどがある。
特許文献1には、パッケージの凹部の内底面側に赤外線アレイセンサと、信号処理用チップと、を収納している赤外線センサ装置が開示されている。
上記の赤外線アレイセンサは、シリコン基板の一表面側に赤外線センサ薄膜を備え、上記シリコン基板の一部を除去することによって空洞部が形成されている。
上記の赤外線センサ装置は上記パッケージの凹部の内部を凸レンズ形状の赤外線透過部材を備えたリッド(カバー)によって気密封止している。
しかしながら、上述のような赤外線センサ装置の場合、パッケージ、赤外線アレイセンサ、信号処理用チップ、レンズ、カバーというように部品点数が多い。また、組み立て工程において、レンズの焦点を赤外線センサ上に合わせるための位置合わせには、高度な位置精度が要求される。したがって、組み立て工程が複雑となり、低廉化が困難であるという問題がある。
また、パッケージを覆うようにレンズを備えたカバーが装着されるため、該装置の厚みが厚くなってしまう。したがって、スマートホンやタブレット端末といった薄型化・小型化が要求される製品への搭載が困難であるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、薄型・小型かつ組立てが簡素で低廉化が可能な赤外線センサおよび赤外線センサ装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る赤外線センサは、一方の面において設けられる赤外線検出部と、他方の面に設けられるレンズ部と、上記赤外線検出部および上記レンズ部の間に設けられる空洞部とを備える基板を備え、入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターンが上記基板に形成される。
本発明の一態様によれば、上記空洞部により、赤外線センサの赤外線検出部における熱絶縁性を確保できるとともに、レンズによる集光に必要な焦点距離を確保できる。
このため、赤外線センサの受光部は、レンズパターン側から入射し空洞部を通過した赤外線を受光し、赤外線を検知することができる。
これにより、それぞれ別々の部品とされていた赤外線センサとレンズとを、同一基板に統合し、赤外線センサ装置の部品点数を削減し、薄型・小型かつ製造工程も簡略化するという効果を奏する。
本明細書は、同一基板上の異なる面に赤外線検出部およびレンズ部がそれぞれ形成されている赤外線センサについて開示する。
〔実施形態1〕
(赤外線センサの構造)
本発明の一実施形態について図1〜図4および図11に基づいて説明すれば以下のとおりである。
(赤外線センサの構造)
本発明の一実施形態について図1〜図4および図11に基づいて説明すれば以下のとおりである。
図1は本実施形態に係る赤外線センサを示している。
図1の(a)は本発明の一実施形態に係る赤外線センサ1の平面図である。図1の(a)に示すように、赤外線センサ1は、赤外線検出部Sおよびアルミパッド4を備える。
上記赤外線検出部Sはアルミパッド4に電気的に接続されており、上記アルミパッド4を介して赤外線センサ1が赤外線検知信号を外部に対して出力することが可能な構成となっている。
(赤外線検出部)
本実施形態においては、赤外線検出部Sには、熱電対3の2つの群が、溝2を挟んで設けられる。熱電対3の群のそれぞれにおいては、所定の間隔で平行に熱電対3が配置される。
本実施形態においては、赤外線検出部Sには、熱電対3の2つの群が、溝2を挟んで設けられる。熱電対3の群のそれぞれにおいては、所定の間隔で平行に熱電対3が配置される。
図11は本実施形態に係る赤外線センサの拡大図を示している。図11で示すように、熱電対3の群のそれぞれでは、各熱電対が電気的に直列に接続され1つのサーモパイル素子を構成している。
熱電対3は異種の導電材料3aと3bとを、溝2側の端部(温接点)において接続することによって構成される。
導電材料3a、3bとしては、例えば、p型ポリシリコンおよびn型ポリシリコンの組合せを用いることができる。
また、隣り合う熱電対3は、赤外線検出部Sの外側の端部(冷接点:溝2側の端部と反対側の端部)において電気的に接続している。隣り合う熱電対3の間は、異種の導電材料により互いに接続される。例えば、一方の熱電対3の導電材料3aと、他方の熱電対3の導電材料3bとが接続される。
以上のような接続関係により、熱電対3の群それぞれにおいては、熱電対3が直列に接続される。
次に、図1の(b)および(c)を参照し、赤外線センサ1の断面構造について説明する。図1の(b)は図1の(a)のA−Aにおける矢視断面図であり、図1の(c)は図1の(a)のB−Bにおける矢視断面図である。図1の(b)および(c)に示すように、本実施形態に係る赤外線センサ1は、空洞部6およびレンズ部9が形成されているシリコン基板5において、シリコン酸化膜10、シリコン窒化膜11、層間絶縁膜12およびパッシベーション膜13の順の層構造が設けられた断面構造である。
(層構造)
上記の層間絶縁膜12には、例えば、BPSG(Boro-PhosphoSilicate Glass)等を用いることができる。
上記の層間絶縁膜12には、例えば、BPSG(Boro-PhosphoSilicate Glass)等を用いることができる。
また、上記のパッシベーション膜13には、例えば、シリコン窒化膜などを使用することができる。
(熱電対)
熱電対3は、シリコン窒化膜11上に形成されている。熱電対3を形成している導電材料3aおよび3bは、層構造が設けられる面に対して垂直方向に所定の間隔で配置されている。
熱電対3は、シリコン窒化膜11上に形成されている。熱電対3を形成している導電材料3aおよび3bは、層構造が設けられる面に対して垂直方向に所定の間隔で配置されている。
熱電対3では、導電材料3aおよび3bが、シリコン基板5における、空洞部6が形成されている領域の上方に位置する温接点部8において互いに接続している。温接点部8に対し、レンズ部9から取り込まれる赤外線が照射される。
また、隣り合う熱電対3は、シリコン基板5における空洞部6が形成されていない領域の上方の冷接点部7において、互いに接続している。
シリコン基板5における空洞部6が形成されている領域の上方において温接点部8が配置され、空洞部6が形成されていない領域の上方において冷接点部7が配置されていることによって、温接点部8と冷接点部7とが熱的に分離される。よって、赤外線が照射されたときに熱電対3の温接点部8および冷接点部7において温度差が生じることで、熱電対3により熱電変換される。熱電対3は、赤外線が照射されたとき、このような熱電変換によって得られる電圧信号を出力する。
なお、熱電対の配置については、特に本発明を限定する構成ではなく、所望する配置にて各熱電対を電気的に直列に接続してもよい。
(溝)
熱電対群の間に形成されている溝2は熱電対群の長手方向(図1の(a)における上下方向)の長さよりも長く形成されている。また、溝2aおよび溝2bは、熱電対群の長手方向の手前と奥とに、2つの熱電対群を挟むように形成されている。溝2aおよび溝2bは、熱電対が配置されている領域の短手方向の長さよりも短く形成されている。
熱電対群の間に形成されている溝2は熱電対群の長手方向(図1の(a)における上下方向)の長さよりも長く形成されている。また、溝2aおよび溝2bは、熱電対群の長手方向の手前と奥とに、2つの熱電対群を挟むように形成されている。溝2aおよび溝2bは、熱電対が配置されている領域の短手方向の長さよりも短く形成されている。
2つの熱電対群の間に形成された溝2と熱電対群を挟むように形成された溝2aおよび溝2bとは、溝2の終点において空間的に接続している。
上記の溝2、2aおよび2bは、空洞部6を形成するために形成されている。
なお、上述の本実施形態の溝2の形成箇所および数は例示的に示したものであり、溝2の形成箇所、および数を限定するものではない。
(レンズ部)
シリコン基板5において赤外線検出部Sが設けられた面の反対の表面には、レンズ部9が形成されている。
シリコン基板5において赤外線検出部Sが設けられた面の反対の表面には、レンズ部9が形成されている。
上記レンズ部9には、通常のレンズ、通常のレンズの曲面を同心円状の領域に分割し厚みを減らしたフレネルレンズなどのレンズパターンが形成されてもよい。
また、レンズ部9では、例えば、図1の(b)および(c)で示すように、フレネルレンズのレンズの曲面(曲率)を近似した階段形状を有する構造体91が複数形成されてもよい。
また、レンズ部9において、上記構造体91が形成される構成や、フレネルレンズを用いる構成によれば、薄型の赤外線センサ装置を作成することが可能となる。
シリコン基板5に用いられるシリコンは赤外線を透過する材料であるため、赤外線はこのレンズ部9から入射し、空洞部6を介して、赤外線検出部Sに収束され、熱として検知される。
レンズ部と赤外線検出部との間に空洞部を備えた上記の構成によると、上記空洞部により、赤外線センサの赤外線検出部における熱絶縁性を確保できるとともに、レンズによる集光に必要な焦点距離を確保できる。
図2は本発明の一実施形態に係るレンズ部9の全体を示す平面図であり、図3は図2におけるレンズ9aを拡大した図である。平面部Pはレンズ部9において高低差がない平面領域を示している。段差部Qはレンズ部9において高低差を有する領域を示している。
図2に示すように、レンズ部9はレンズ9a、レンズ9b、レンズ9cなどの複数のレンズから構成されていてもよい。
各々のレンズの形状は、例えば、レンズ9bは同心円状に形成されている。
一方で、図3に示すようにレンズ9aは非同心円状に形成されている。上述のようにレンズ部9に形成された各々のレンズは異なる形状であってもよい。各レンズは、該レンズの形状に対応する異なる視野角および異なる検出距離(各レンズから赤外線検出部Sまでの適切な距離)を有する。よって、レンズの形状を調節することによって、該レンズから赤外線検出部までの距離を適切な検出距離とすることが可能となる。
例えば、非同心円状に形成されたレンズにおいては、赤外線の検出範囲を左右非対称とすることができるため、赤外線検出部を左右非対称に配置することができる。
なお、レンズの個数については特に限定されず、1以上のレンズが形成されていればよい。
(製造工程)
次に、本発明の一実施形態に係る赤外線センサの製造工程を、図4を用いて説明する。図4は本発明の一実施形態に係る赤外線センサをシリコン基板に形成する製造工程のフローを示している。
次に、本発明の一実施形態に係る赤外線センサの製造工程を、図4を用いて説明する。図4は本発明の一実施形態に係る赤外線センサをシリコン基板に形成する製造工程のフローを示している。
はじめに、図4の(a)に示すように、シリコン基板5、シリコン酸化膜10、シリコン窒化膜11、およびパッシベーション膜13を含む層構造を形成する。
具体的には、シリコン基板5の一方の面にシリコン酸化膜10と、シリコン窒化膜11との積層膜を形成する。ここで、シリコン酸化膜10は、例えば熱酸化法によって形成し、シリコン窒化膜11はLP−CVD(Low pressure chemical-vapor deposition)法等によって形成してもよい。
次に、シリコン窒化膜11上に熱電対を構成する導電材料3aを配置し、上記導電材料3a上に層間絶縁膜を形成する。次に、形成した当該層間絶縁膜上に熱電対を構成する導電材料3bを配置し、その後、さらに層間絶縁膜を積層する。なお、図4の(a)では、説明の簡便のため、導電材料3aの形成後に積層する層間絶縁膜と、導電材料3bの形成後に積層する層間絶縁膜とを合わせたものに符号12を付している。また、この層間絶縁膜形成工程では、CVD(chemical-vapor deposition)法により層間絶縁膜(BPSG)を形成してもよい。次に、層間絶縁膜12上にアルミ配線等(不図示)を形成した後、CVD法などによりパッシベーション膜13から成る層を形成し、アルミパッド部を開口(不図示)する。
次に、両面アライメント装置を用いて、図4の(b)に示すように、シリコン基板5の一方の面に形成された赤外線検出部形成領域R1との位置合わせをして、シリコン基板5の上記層構造が形成された面の反対面にレンズ部9を形成する。例えば、フォト・ドライエッチング工程を繰り返す方法によって、複数の階段状の構造体91から成るレンズパターンを形成する。
次に、図4の(c)に示すように、シリコン酸化膜10、シリコン窒化膜11、層間絶縁膜12およびパッシベーション膜13から成る層構造に溝2aおよび2bを形成する。例えば、上記溝2aおよび2bに対して、KOH(水酸化カリウム)等のアルカリ液を導入してシリコンエッチングを行い、これにより空洞部6を形成する。以上の工程により、図1に示すような赤外線センサ1が得られる。
なお、以上に説明した工程に限られず、シリコン基板5の上記層構造の形成工程や、溝2の形成工程には、従来知られている技法を用いることができる。
〔実施形態2〕
(赤外線センサ装置)
以下において、赤外線センサと、当該赤外線センサから出力する信号を処理する信号処理用IC(integrated circuit)とを搭載した赤外線センサ装置の構成例について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る赤外線センサ装置14の断面図を示している。図5に示すように、シリコン基板5において、上記赤外線検出部Sが形成された面と、同一の面に、信号処理用IC16が形成されていてもよい。赤外線センサ1から出力された電圧信号は、信号処理用IC16へ入力される。
(赤外線センサ装置)
以下において、赤外線センサと、当該赤外線センサから出力する信号を処理する信号処理用IC(integrated circuit)とを搭載した赤外線センサ装置の構成例について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る赤外線センサ装置14の断面図を示している。図5に示すように、シリコン基板5において、上記赤外線検出部Sが形成された面と、同一の面に、信号処理用IC16が形成されていてもよい。赤外線センサ1から出力された電圧信号は、信号処理用IC16へ入力される。
赤外線センサ1と信号処理用IC16とは、例えばアルミ配線15を介して電気的に接続してもよい。また、信号処理用IC16は、アルミ配線15およびアルミパッド4を介して外部装置と電気的に接続可能であってもよい。なお、図5示すアルミ配線15は、赤外線センサ装置14における接続関係を説明するために模式的に示すものであり、当該断面において設けられていなくてもよい。赤外線センサ1、信号処理用IC16、および外部装置を接続するためのアルミ配線15は、赤外線センサ装置14の構造に応じて、任意の配置とすることができる。
(本発明と参考例との比較)
以下において、本発明と参考例との比較を行う。図12は本発明の参考例に係る赤外線センサ装置114を示す断面図である。
以下において、本発明と参考例との比較を行う。図12は本発明の参考例に係る赤外線センサ装置114を示す断面図である。
赤外線センサ装置114は、回路基板118上に赤外線センサ101、信号処理IC116を備えている。また、上記赤外線センサ101および信号処理IC116は、パッケージ側壁131およびパッケージ蓋132からなるパッケージ133によって気密封止されている。パッケージ蓋132には、開口窓119が形成されている。上記の開口窓119は、赤外線をパッケージ133の内部に取り込むものであり、赤外線を収束するために上記の開口窓119にはレンズ部109が装着されている。
部品点数に関して比較すると次のとおりである。上記の赤外線センサ装置114の場合、回路基板118、赤外線センサ101、信号処理IC116、レンズ部109、パッケージ側壁131、パッケージ蓋132というように、部品点数が多い。
これに対して、上記の本発明に係る赤外線センサ装置においては、レンズ部と赤外線センサが一体化されているため、パッケージおよびレンズ部を備えるパッケージ蓋が不要であるため、部品点数を参考例の赤外線センサ装置よりも少なくすることが可能である。
また、厚み、装置サイズについて検討すると次のとおりである。参考例の赤外線センサ装置においては、赤外線センサの赤外線検出部における熱絶縁性を確保するための空洞部106、および、レンズ109と赤外線センサ101との間に集光に必要な焦点距離としての距離L1の空間を確保している。
これに対して、本発明の赤外線装置は、上記空洞部および距離L1の空間が同一であるため、赤外線センサ装置を薄型化および小型化することを可能にする。よって、本発明に係る赤外線センサ装置はスマートホンやタブレット端末といった薄型化・小型化が要求される製品への搭載が可能となる。
また、参考例の赤外線センサ装置において、組み立て工程時に必要であったレンズ部と赤外線検出部との精度の高い位置合わせが不要となり、組み立て工程の簡素化が可能となる。よって、本発明に係る赤外線センサ装置においては低廉化が可能となる。
〔実施形態3〕
(赤外線センサが回路基板に配置される構成:回路基板と対向する面にレンズ部)
本実施形態においては、本発明に係る他の赤外線センサ装置の一例を、図6を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(赤外線センサが回路基板に配置される構成:回路基板と対向する面にレンズ部)
本実施形態においては、本発明に係る他の赤外線センサ装置の一例を、図6を用いて説明する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図6は本発明に係る他の赤外線センサ装置の断面図を示している。
上記実施形態2の赤外線センサ装置は、赤外線センサと信号処理ICとが同一シリコン基板上に形成されており一体となっている赤外線センサ装置の例について示した。
図6に示すように、赤外線センサ装置14aは、回路基板18と、赤外線センサ1と、信号処理用IC16とを備え、赤外線センサ1と信号処理用IC16とが個別に回路基板18上において配置される構成である。赤外線センサ1、信号処理用IC16、および外部装置(不図示)は、ワイヤ配線17によって電気的に接続される。
図6に示すように、回路基板18には、開口窓19が形成されている。また、上記赤外線センサ1のレンズ部9と開口窓19とが対向するように赤外線センサ1を回路基板18に配置する。上記の配置によって、赤外線センサ1と、信号処理用IC16とが設けられている面と反対側の面から入射する赤外線を、開口窓19を介してレンズ部9から取り込み、取り込まれた赤外線を赤外線検知部Sにおいて検知する。
〔実施形態4〕
(バンプを介して回路基板に配置する構成:回路基板と対向する面に赤外線検出部)
本実施形態においては、本発明に係るさらに他の赤外線センサ装置の一例を、図7を用いて説明する。なお、本変形例では、説明の便宜上、既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(バンプを介して回路基板に配置する構成:回路基板と対向する面に赤外線検出部)
本実施形態においては、本発明に係るさらに他の赤外線センサ装置の一例を、図7を用いて説明する。なお、本変形例では、説明の便宜上、既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図7は本発明に係る他の赤外線センサ装置の断面図を示している。図7に示すように、赤外線センサ装置14bは、回路基板18と、赤外線センサ1と、信号処理用IC16とを備え、赤外線センサ1と信号処理用IC16とが個別に回路基板18上において配置される構成である。
実施形態3とは異なり本実施形態においては、赤外線センサ1が、赤外線検出部Sが形成されている面と回路基板18とが対向するように配置されている。また、赤外線センサ1および信号処理用IC16はバンプを介して、回路基板18に配置されていてもよい。赤外線センサ1および信号処理用IC16は、バンプに設けられた金属パターン(不図示)を介して回路基板18において設けられる配線と電気的に接続されていてもよい。
以上に示した実施形態2、3および4のように、本発明に係る赤外線センサ装置においては、赤外線センサを様々な態様で配置することができる。
〔実施形態5〕
(張合せによって形成される赤外線センサの構成:溝を持たない構成)
本発明の他の実施形態について、図8および図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(張合せによって形成される赤外線センサの構成:溝を持たない構成)
本発明の他の実施形態について、図8および図9に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(構造)
図8は本実施形態に係る赤外線センサを示している。図8は本発明の一実施形態に係る赤外線センサ1aの平面図である。図8に示すように、本実施形態に係る赤外線センサ1aと実施形態1に係る赤外線センサとの相違点は、赤外線センサ1aは溝が形成されていない点である。
図8は本実施形態に係る赤外線センサを示している。図8は本発明の一実施形態に係る赤外線センサ1aの平面図である。図8に示すように、本実施形態に係る赤外線センサ1aと実施形態1に係る赤外線センサとの相違点は、赤外線センサ1aは溝が形成されていない点である。
(製造工程)
本発明の一実施形態に係る赤外線センサの製造工程を、図9を用いて説明する。
図9は本発明の一実施形態に係る赤外線センサをシリコン基板に形成する製造工程のフローを示している。
本発明の一実施形態に係る赤外線センサの製造工程を、図9を用いて説明する。
図9は本発明の一実施形態に係る赤外線センサをシリコン基板に形成する製造工程のフローを示している。
図9の(a)に示すように、実施形態1にて説明したような工程を経て、シリコン基板5bの一方の面にシリコン酸化膜10、シリコン窒化膜11、熱電対3を含む層間絶縁膜12およびアルミパッドを含むパッシベーション膜13から成る層構造を設ける。次に、このようにして層構造を形成したシリコン基板5b(第1の基板)において空洞部6aを形成した層構造体Tを形成する。なお、空洞部6aは、シリコン基板5bの上記層構造を形成した面と反対側の面から、上述したシリコンエッチングを施すことにより形成してもよい。以上の工程により赤外線検出部Sを有する層構造体Tを得る。
その一方で、図9の(b)に示すように、レンズ部9を形成したシリコン基板5a(第2の基板)を作成する。シリコン基板5aにおいてレンズ部9を形成する方法は、既に説明したものを採用することができるので、ここではその説明を省略する。
次に、図9の(c)に示すように、以上のように用意した上記層構造体Tと上記シリコン基板5aとを貼り合わせる。具体的には、上記層構造体Tにおけるシリコン基板5b側の面と、シリコン基板5aにおけるレンズ部9が形成されていない面とを、貼り合わせることによって赤外線センサ1aを形成する。
上記の張合せは接着剤によって貼り合わせてもよいし、加圧によるシリコン直接接合等によって貼り合わせてもよい。
なお、上記の構成はあくまで説明のための一例であり、赤外線センサ1aにおいて溝を形成する構成とすることも可能である。また、さらにいえば、実施形態1において、赤外線センサ1aと同様に、熱電対3の間に溝2を設けない構成とすることも可能である。
〔実施形態6〕
(複数の検出部を備える構成)
本発明の他の実施形態について、図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(複数の検出部を備える構成)
本発明の他の実施形態について、図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
(構造)
図10は本実施形態に係る赤外線センサを示す断面図である。
図10は本実施形態に係る赤外線センサを示す断面図である。
図10に示すように、本実施形態に係る赤外線センサ1bと実施形態1から5に係る赤外線センサとの相違点は、赤外線センサ1bは赤外線検出部を複数備える点である。
赤外線センサ1bは、層間絶縁膜12の層に赤外線検出部S1、赤外線検出部S2および赤外線検出部S3を備えている。
シリコン基板5において赤外線検出部S1、赤外線検出部S2および赤外線検出部S3が形成された面の反対の表面には、レンズ部901、レンズ部902およびレンズ部903が形成されている。レンズ部901、レンズ部902およびレンズ部903は、それぞれ、赤外線検出部S1、赤外線検出部S2および赤外線検出部S3の位置に対応して形成されている。
また、図10においては溝2を備える赤外線センサについて例示しているが、溝2を備えない構成であってもよい(図示せず)。赤外線検出部S1、赤外線検出部S2および赤外線検出部S3は、互いに、図示しない配線によって電気的に接続されていてもよい。配線のパターンに特に限定はなく、赤外線センサの構造に従ってパターンを配置できる。
また、上記複数の赤外線検出部は、シリコン基板5上にアレイ状に形成されてもよい。
また、本実施形態に係る赤外線センサは、赤外線検出部毎に電圧信号を信号処理用ICなどに出力してもよい。
また、複数の赤外線検出部を直列に接続してもよい。上記の構成によると、赤外線センサの感度を高めることが可能となる。
なお、本実施形態においては説明の便宜上、3つの赤外線検出部を備える例を示しているが赤外線検出部の数は特に限定されない。
(製造方法)
複数の赤外線検出部を備える赤外線センサを形成する方法は、実施形態1に係る赤外線センサにて説明したものを、それぞれの赤外線検出部について適用した方法を採用することができるので、ここではその説明を省略する。
複数の赤外線検出部を備える赤外線センサを形成する方法は、実施形態1に係る赤外線センサにて説明したものを、それぞれの赤外線検出部について適用した方法を採用することができるので、ここではその説明を省略する。
(本発明と参考例との比較)
以下において、本発明と参考例との比較を行う。図13は本発明の参考例に係る赤外線センサ装置114aを示す断面図である。
以下において、本発明と参考例との比較を行う。図13は本発明の参考例に係る赤外線センサ装置114aを示す断面図である。
赤外線センサ装置114aは、回路基板118上に赤外線センサ101a、信号処理IC116を備えている。また、上記赤外線センサ101aおよび信号処理IC116は、パッケージ側壁131およびパッケージ蓋132からなるパッケージ133によって気密封止されている。パッケージ蓋132aには、開口窓119が形成されている。上記の開口窓119は、赤外線をパッケージ133aの内部に取り込むものであり、赤外線を収束するために上記の開口窓119にはレンズ部109aが装着されている。
また、赤外線センサ101aは、赤外線検出部101S、赤外線検出部102Sおよび赤外線検出部103Sを備えており、レンズ部109aには、上記赤外線検出部に対応する位置にレンズパターンがそれぞれ形成されている。
上記の赤外線センサ装置114aの場合、回路基板108、赤外線センサ101a、信号処理IC116、レンズ部109a、パッケージ133、パッケージ蓋132というように、部品点数が多い。
これに対して、上記の本発明に係る赤外線センサ装置においては、レンズ部と赤外線センサが一体化されているため、パッケージおよびレンズ部を備えるパッケージ蓋が不要であるため、部品点数を参考例の赤外線センサ装置よりも少なくすることが可能である。
また、参考例の赤外線センサ装置においては、赤外線センサの赤外線検出部における熱絶縁性を確保するための空洞部106、および、レンズ109と赤外線センサ101との間に集光に必要な焦点距離としての距離L2の空間を確保している。本発明の赤外線装置は、上記空洞部および距離L2の空間が同一であるため、赤外線センサ装置を薄型化および小型化することを可能にする。よって、スマートホンやタブレット端末といった薄型化・小型化が要求される製品への搭載が可能となる。
また、参考例の赤外線センサ装置において、組み立て工程時に必要であったレンズ部と赤外線検出部との精度の高い位置合わせが不要となり、組み立て工程の簡素化が可能となる。よって、本発明に係る赤外線センサ装置においては低廉化が可能となる。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る赤外線センサは、一方の面において設けられる赤外線検出部と、他方の面に設けられるレンズ部と、上記赤外線検出部および上記レンズ部の間に設けられる空洞部とを備える基板を備え、入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターンが上記基板に形成されることによって、上記レンズ部に備えられている。
本発明の態様1に係る赤外線センサは、一方の面において設けられる赤外線検出部と、他方の面に設けられるレンズ部と、上記赤外線検出部および上記レンズ部の間に設けられる空洞部とを備える基板を備え、入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターンが上記基板に形成されることによって、上記レンズ部に備えられている。
上記の構成によれば、空洞部により、赤外線センサの赤外線検出部における熱絶縁性を確保できるとともに、レンズによる集光に必要な焦点距離を確保できる。
このため、赤外線センサの受光部は、レンズパターン側から入射し空洞部を通過した赤外線を受光し、赤外線を検知することができる。
これにより、それぞれ別々の部品とされていた赤外線センサとレンズとを、同一基板に統合し、赤外線センサ装置の部品点数を削減し、製造工程も簡略化するという効果を奏する。
本発明の態様2に係る赤外線センサは、上記態様1において、上記基板がシリコン基板であってもよい。
基板の材料およびレンズの材料としては、従来、シリコンがよく用いられていた。レンズ部が設けられる基板の材料としては、このような従来用いられていたような材料を好適に用いることができる。このため、上記構成によれば、レンズ部が設けられる基板を製造するのに、特別な材料を用意しなくても済み、製造コスト削減に寄与する。
本発明の態様3に係る赤外線センサは、上記態様1において、上記基板は第1の基板および第2の基板から構成されており、上記第1の基板は、一方の面に上記赤外線検出部を備え、かつ、他方の面に上記空洞部を形成するための凹部が形成されており、上記第1の基板の上記凹部が形成された面と上記第2の基板の上記レンズ部が形成されていない面とを張り合わせることによって上記基板が形成されてもよい。
上記の構成によれば、溝を持たない構成の赤外線センサを提供することができる。
本発明の態様4に係る赤外線センサは、上記態様1において、上記レンズ部において、複数のレンズパターンが形成されており、少なくとも1つのレンズの形状と他のレンズの形状とが異なる形状であってもよい。
上記の構成によれば、レンズの形状を調節することによって、該レンズから赤外線検出部までの距離を適切な検出距離とすることが可能となるという効果を奏する。
本発明の態様5に係る赤外線センサは、上記態様1から4において、上記レンズ部に形成されたレンズの少なくとも1つの形状が、非同心円形状であってもよい。
上記の構成によれば、赤外線の検出範囲を左右非対称とすることができるため、赤外線検出部を左右非対称に配置することができるという効果を奏する。
本発明の態様6に係る赤外線センサは、上記態様1において、上記赤外線検出部と上記レンズ部と上記空洞部とからなる赤外線検出領域を複数備えてもよい。
上記の構成によれば、複数の赤外線検出部を直列に接続することができる。よって、赤外線センサの感度を高めることが可能となるという効果を奏する。
本発明の態様7に係る赤外線センサは、上記態様1から6において、上記赤外線検出部は異種の導電材料を交互に直列接続しており、上記の直列接続は、上記空洞部が形成されている領域の上方および上記空洞部が形成されていない領域の上方において交互に接続してもよい。
上記の構成によれば、異種の導電材料を温接点部および冷接点部において接続することができ、サーモパイル素子を赤外線検出部として用いることができるという効果を奏する。
本発明の態様8に係る赤外線センサ装置は、上記態様1から6における赤外線センサおよび上記赤外線センサから出力される信号を処理する信号処理IC(integrated circuit)を備えてもよい。
本発明の態様9に係る赤外線センサ装置は、上記態様8において、上記赤外線センサは開口部が形成されている回路基板上に設けられ、上記開口部を介して赤外線を取り込めるように、上記開口部と上記レンズ部とが対向して上記赤外線センサが配置していてもよい。
上記の構成によれば、赤外線センサ装置において、赤外線センサの配置のバリエーションを増やすことが可能となるという効果を奏する。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明は、赤外線センサに利用することができる。よって、例えば、赤外線センサ装置により温度検知を行う電子機器に応用することができる。本発明は、例えば、人の存在を検出してその動きを追随することによって点灯制御を行う自動点灯システム、電子レンジの庫内温度の検出、被調理物の温度分布の検出などに広く適用することができる。
1,1a,1b 赤外線センサ
3a,3b 導電材料
5 シリコン基板(基板)
5a シリコン基板(第2の基板)
5b シリコン基板(第1の基板)
6,6a 空洞部
9,901,902,903 レンズ部
9a,9b,9c レンズ
14,14a,14b 赤外線センサ装置
16 信号処理IC
19 開口部
18 回路基板
91 構造体(レンズパターン)
S,S1,S2,S3 赤外線検出部
3a,3b 導電材料
5 シリコン基板(基板)
5a シリコン基板(第2の基板)
5b シリコン基板(第1の基板)
6,6a 空洞部
9,901,902,903 レンズ部
9a,9b,9c レンズ
14,14a,14b 赤外線センサ装置
16 信号処理IC
19 開口部
18 回路基板
91 構造体(レンズパターン)
S,S1,S2,S3 赤外線検出部
Claims (9)
- 一方の面において設けられる赤外線検出部と、
他方の面に設けられるレンズ部と、
上記赤外線検出部および上記レンズ部の間に設けられる空洞部と、
を備える基板を備え、
入射した赤外線を上記空洞部を介して上記赤外線検出部に集光させるためのレンズパターンが上記基板に形成されることによって、上記レンズ部が形成されることを特徴とする赤外線センサ。 - 上記基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
- 上記基板は第1の基板および第2の基板から構成されており、
上記第1の基板は、一方の面に上記赤外線検出部を備え、かつ、他方の面に上記空洞部を形成するための凹部が形成されており、
上記第2の基板は、一方の面に上記レンズ部が形成されており、
上記第1の基板の上記凹部が形成された面と上記第2の基板の上記レンズ部が形成されていない面とを張り合わせることによって上記基板が形成されることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 - 上記レンズ部において、複数のレンズパターンが形成されており、
少なくとも1つのレンズの形状と他のレンズの形状とが異なる形状であることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 - 上記レンズ部に形成されたレンズの少なくとも1つの形状が、非同心円形状であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の赤外線センサ。
- 上記赤外線検出部と上記レンズ部と上記空洞部とからなる赤外線検出領域を複数備えることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
- 上記赤外線検出部は異種の導電材料を交互に直列接続しており、
上記直列接続は、上記空洞部が形成されている領域の上方および上記空洞部が形成されていない領域の上方において交互に接続していることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の赤外線センサ。 - 請求項1から7の何れか1項に記載の赤外線センサおよび上記赤外線センサから出力される信号を処理する信号処理IC(integrated circuit)備えることを特徴とする赤外線センサ装置。
- 上記赤外線センサは開口部が形成されている回路基板上に設けられ、
上記開口部を介して赤外線を取り込めるように、上記開口部と上記レンズ部とが対向して上記赤外線センサが配置していることを特徴とする請求項8に記載の赤外線センサ装置。
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