JP2582416Y2 - サーモパイル - Google Patents
サーモパイルInfo
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- JP2582416Y2 JP2582416Y2 JP1992014319U JP1431992U JP2582416Y2 JP 2582416 Y2 JP2582416 Y2 JP 2582416Y2 JP 1992014319 U JP1992014319 U JP 1992014319U JP 1431992 U JP1431992 U JP 1431992U JP 2582416 Y2 JP2582416 Y2 JP 2582416Y2
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- Japan
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は赤外線検出素子として働
くダイアフラム型サーモパイルに関し、特にダイアフラ
ムとそれを保持する基板の構造に関する。
くダイアフラム型サーモパイルに関し、特にダイアフラ
ムとそれを保持する基板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイアフラム型サーモパイルの構
造について図４を用いて説明する。ヒートシンク２２と
なる熱伝導率の大きい基板１のほぼ中央にピット３０が
設けられ、全体を覆うように熱伝導率の小さなダイアフ
ラム２１が張られている。この従来にみられるダイアフ
ラムの構造は、たとえば特開昭５３−４８７９１あるい
は特開昭５４−１２５７８に記載されている。そしてダ
イアフラム２１上に温接点４１が、ヒートシンク２２上
に冷接点４２が位置するように熱電対４が多数配置され
ている。基板１には一般的にシリコンウエハー等が用い
られ、ダイアフラム２１としてはＳｉＯ2 膜あるいはＳ
ｉ3 Ｎ4 膜が用いられる。
造について図４を用いて説明する。ヒートシンク２２と
なる熱伝導率の大きい基板１のほぼ中央にピット３０が
設けられ、全体を覆うように熱伝導率の小さなダイアフ
ラム２１が張られている。この従来にみられるダイアフ
ラムの構造は、たとえば特開昭５３−４８７９１あるい
は特開昭５４−１２５７８に記載されている。そしてダ
イアフラム２１上に温接点４１が、ヒートシンク２２上
に冷接点４２が位置するように熱電対４が多数配置され
ている。基板１には一般的にシリコンウエハー等が用い
られ、ダイアフラム２１としてはＳｉＯ2 膜あるいはＳ
ｉ3 Ｎ4 膜が用いられる。
【０００３】このサーモパイルは、放射温度計などの赤
外線検出用センサとして利用する時には、ハーメチック
シール用のステム等の基台８の上にマウントされる。こ
の場合、サーモパイル本体と基台８の温度ができるだけ
同温度になるよう、熱伝導性の良い金属ペースト等の接
着剤７を用いて基板１と基台８とが密着した状態にす
る。これにより、従来サーモパイルのピット３０部はダ
イアフラム２１と基台８に挟まれて、密閉状態となる。
そのため、温度変化によってピット３０内の圧力が変化
するとダイアフラム２１に歪を与え、出力特性に大きな
影響を及ぼし、あるいはダイアフラム２１が破損すると
いう問題があった。また、サーモパイルの出力はダイア
フラム２１の大きさに左右され、できる限りダイアフラ
ム２１の大きさは大きな方がよい。しかし従来の構造で
は、ダイアフラム２１を大きくするとマウント時に基台
８に接する面積が非常に小さくなり、ヒートシンク２２
の性能が充分に保てなる。また機械的強度も弱くなり壊
れ易いなどの問題がある。
外線検出用センサとして利用する時には、ハーメチック
シール用のステム等の基台８の上にマウントされる。こ
の場合、サーモパイル本体と基台８の温度ができるだけ
同温度になるよう、熱伝導性の良い金属ペースト等の接
着剤７を用いて基板１と基台８とが密着した状態にす
る。これにより、従来サーモパイルのピット３０部はダ
イアフラム２１と基台８に挟まれて、密閉状態となる。
そのため、温度変化によってピット３０内の圧力が変化
するとダイアフラム２１に歪を与え、出力特性に大きな
影響を及ぼし、あるいはダイアフラム２１が破損すると
いう問題があった。また、サーモパイルの出力はダイア
フラム２１の大きさに左右され、できる限りダイアフラ
ム２１の大きさは大きな方がよい。しかし従来の構造で
は、ダイアフラム２１を大きくするとマウント時に基台
８に接する面積が非常に小さくなり、ヒートシンク２２
の性能が充分に保てなる。また機械的強度も弱くなり壊
れ易いなどの問題がある。
【０００４】また、サーモパイルを真空中で用いると、
空気中と比べて数倍出力が向上することが知られてい
が、その理由は、温接点４１から空気を介しての熱の散
逸が抑えられるためである。そこで、サーモパイルを真
空封止してセンサとして用いることは高出力を得るため
の重要な方法と考えられる。ところが、従来のサーモパ
イルにおいては、上述のようにピット３０内部はマウン
ト時に密閉された構造になっている。マウント作業は一
般に大気圧において行うため、密閉されたピット３０内
部は大気圧で保持され、真空封止すると圧力差によりダ
イアフラム２１が破損する。
空気中と比べて数倍出力が向上することが知られてい
が、その理由は、温接点４１から空気を介しての熱の散
逸が抑えられるためである。そこで、サーモパイルを真
空封止してセンサとして用いることは高出力を得るため
の重要な方法と考えられる。ところが、従来のサーモパ
イルにおいては、上述のようにピット３０内部はマウン
ト時に密閉された構造になっている。マウント作業は一
般に大気圧において行うため、密閉されたピット３０内
部は大気圧で保持され、真空封止すると圧力差によりダ
イアフラム２１が破損する。
【０００５】
【考案が解決しようとする課題】そこで本考案の目的
は、上記の問題点を解決し、外気の温度変化が大きい場
合あるいは真空封止を行う場合においても、ダイアフラ
ムが変形等を起こさず、常に安定した出力が得られ、ヒ
ートシンクの性能も良好で機械強度も大きなサーモパイ
ルを提供することである。
は、上記の問題点を解決し、外気の温度変化が大きい場
合あるいは真空封止を行う場合においても、ダイアフラ
ムが変形等を起こさず、常に安定した出力が得られ、ヒ
ートシンクの性能も良好で機械強度も大きなサーモパイ
ルを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案においては、絶縁性被膜が形成されたヒートシ
ンクとなる基板のほぼ中央に、基板と絶縁性被膜を空間
的に分離するように空洞部を設け、空洞部上の絶縁性被
膜をダイアフラムとし、前記基板と接している部分の絶
縁性被膜をヒートシンクとし、ダイアフラム上に温接
点、ヒートシンク上に冷接点を有する多数の熱電対を配
置し、前記ダイアフラム部には少なくとも１か所のスル
ーホールを形成し、このスルーホールを介して前記空洞
部が外気と導通できるようにした。
に本考案においては、絶縁性被膜が形成されたヒートシ
ンクとなる基板のほぼ中央に、基板と絶縁性被膜を空間
的に分離するように空洞部を設け、空洞部上の絶縁性被
膜をダイアフラムとし、前記基板と接している部分の絶
縁性被膜をヒートシンクとし、ダイアフラム上に温接
点、ヒートシンク上に冷接点を有する多数の熱電対を配
置し、前記ダイアフラム部には少なくとも１か所のスル
ーホールを形成し、このスルーホールを介して前記空洞
部が外気と導通できるようにした。
【０００７】
【作用】本考案によれば、ダイアフラムを形成するため
の空洞部は常時外気と導通して等圧状態になっているた
め、温度変化によるダイアフラムへの影響はなく、さら
に真空封止も可能であるから高出力化にも対応でき、さ
らに基板にはピットが形成されていないため、強度ある
いはヒートシンクの性能に関しても信頼性があるサーモ
パイルが提供できる。
の空洞部は常時外気と導通して等圧状態になっているた
め、温度変化によるダイアフラムへの影響はなく、さら
に真空封止も可能であるから高出力化にも対応でき、さ
らに基板にはピットが形成されていないため、強度ある
いはヒートシンクの性能に関しても信頼性があるサーモ
パイルが提供できる。
【０００８】
【実施例】まず本考案のサーモパイルの構造について図
１および図２を用いて説明する。なお図１は本考案のサ
ーモパイルの断面図であり、図２はその平面図である。
１および図２を用いて説明する。なお図１は本考案のサ
ーモパイルの断面図であり、図２はその平面図である。
【０００９】表面が平滑で熱伝導性の良好な基板１、た
とえばＳｉウエハー上に絶縁性被膜２が成膜されてい
る。基板１のほぼ中央部においては、絶縁性被膜２は浮
き上がり空間的に基板１と分離されて、空洞部３を構成
している。空洞部３に相当する場所の絶縁性被膜２はダ
イアフラム２１となり、また基板１と接している部分で
はヒートシンク２２となっている。絶縁性被膜２の上に
はダイアフラム２１上に温接点４１、ヒートシンク２２
上に冷接点４２となるように、熱電対４が多数形成され
ている。また熱電対４の端部には引き出し電極６が形成
されている。
とえばＳｉウエハー上に絶縁性被膜２が成膜されてい
る。基板１のほぼ中央部においては、絶縁性被膜２は浮
き上がり空間的に基板１と分離されて、空洞部３を構成
している。空洞部３に相当する場所の絶縁性被膜２はダ
イアフラム２１となり、また基板１と接している部分で
はヒートシンク２２となっている。絶縁性被膜２の上に
はダイアフラム２１上に温接点４１、ヒートシンク２２
上に冷接点４２となるように、熱電対４が多数形成され
ている。また熱電対４の端部には引き出し電極６が形成
されている。
【００１０】ここで、ダイアフラム２１にはスルーホー
ル５が開けられている。スルーホール５は空洞部３にま
で達しているため、空洞部３は密閉されておらず、常に
外気の出入りが可能になっている。ところで、熱電対４
は図２のようなパターンとなっており、ダイアフラム２
１すべての場所は使わず、４箇所のエッジ２３近辺には
形成されていない。それは、エッジ２３のかなり近くで
は熱電対４の温接点４１と冷接点４２の距離が近くなり
すぎ１対当たりの出力は非常に減少し、もはや作製して
も全体の出力向上にはほとんど寄与しなくなるからであ
る。ただし中心部は反対に出力向上を考慮して利用する
場合もある。そこで、本考案においてはこの４箇所のエ
ッジ２３近傍にスルーホール５を形成した。ただし図２
においては４個のスルーホール５が形成してあるが、最
低１個有れば良い。
ル５が開けられている。スルーホール５は空洞部３にま
で達しているため、空洞部３は密閉されておらず、常に
外気の出入りが可能になっている。ところで、熱電対４
は図２のようなパターンとなっており、ダイアフラム２
１すべての場所は使わず、４箇所のエッジ２３近辺には
形成されていない。それは、エッジ２３のかなり近くで
は熱電対４の温接点４１と冷接点４２の距離が近くなり
すぎ１対当たりの出力は非常に減少し、もはや作製して
も全体の出力向上にはほとんど寄与しなくなるからであ
る。ただし中心部は反対に出力向上を考慮して利用する
場合もある。そこで、本考案においてはこの４箇所のエ
ッジ２３近傍にスルーホール５を形成した。ただし図２
においては４個のスルーホール５が形成してあるが、最
低１個有れば良い。
【００１１】次に本考案のサーモパイルの作製法につい
て図３を用いて説明する。まず図３（ａ）に示すように
シリコンウエハーからなる基板１上にアルミ膜を成膜す
る。アルミ膜はフォトエッチング技術により目的形状に
パターン化され、犠牲層３１となる。この犠牲層３１
は、後に溶解して取り去り空洞部３を作り上げるためそ
の名前としたが、それ故パターン形状は目的とする空洞
部３の形状に等しい。つづいて図３（ｂ）に示すように
基板１全面にＳｉＯ2 膜あるいはＳｉ3 Ｎ4 膜からなる
絶縁性被膜２を形成する。絶縁性被膜２の上には金膜を
成膜およびパターニングし引き出し電極を形成した後
（図示せず）、ビスマスおよびアンチモンを成膜しパタ
ーニングすることで図３（ｃ）に示すように熱電対４を
作製する。これにつづき熱電対４が形成されていない場
所で、かつ犠牲層３１の上に成膜された絶縁性被膜２を
フツ 酸系のエッチャントでエッチングしスルーホール５
を形成し、最後に形成したスルーホール５を利用して犠
牲層３１であるアルミ膜を燐酸−硝酸系のエッチャント
により溶解する。燐酸−硝酸系のエッチャントはアルミ
を溶解するが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜あるいはＳｉＯ2 膜またシ
リコンウエハーそれぞれをほとんど溶解しない。そのた
め、犠牲層３１以外の部分はその前の形状を残し、図１
に示すような犠牲層３１が存在した空間が空洞部３とな
ったサーモパイルが作製される。このスルーホール５は
空洞部３の内部と外気とを導通する通気孔として機能す
る。
て図３を用いて説明する。まず図３（ａ）に示すように
シリコンウエハーからなる基板１上にアルミ膜を成膜す
る。アルミ膜はフォトエッチング技術により目的形状に
パターン化され、犠牲層３１となる。この犠牲層３１
は、後に溶解して取り去り空洞部３を作り上げるためそ
の名前としたが、それ故パターン形状は目的とする空洞
部３の形状に等しい。つづいて図３（ｂ）に示すように
基板１全面にＳｉＯ2 膜あるいはＳｉ3 Ｎ4 膜からなる
絶縁性被膜２を形成する。絶縁性被膜２の上には金膜を
成膜およびパターニングし引き出し電極を形成した後
（図示せず）、ビスマスおよびアンチモンを成膜しパタ
ーニングすることで図３（ｃ）に示すように熱電対４を
作製する。これにつづき熱電対４が形成されていない場
所で、かつ犠牲層３１の上に成膜された絶縁性被膜２を
フツ 酸系のエッチャントでエッチングしスルーホール５
を形成し、最後に形成したスルーホール５を利用して犠
牲層３１であるアルミ膜を燐酸−硝酸系のエッチャント
により溶解する。燐酸−硝酸系のエッチャントはアルミ
を溶解するが、Ｓｉ3 Ｎ4 膜あるいはＳｉＯ2 膜またシ
リコンウエハーそれぞれをほとんど溶解しない。そのた
め、犠牲層３１以外の部分はその前の形状を残し、図１
に示すような犠牲層３１が存在した空間が空洞部３とな
ったサーモパイルが作製される。このスルーホール５は
空洞部３の内部と外気とを導通する通気孔として機能す
る。
【００１２】実施例におけるサーモパイルの赤外線吸収
はその構造から熱電対４あるいはダイアフラム２１が直
接行うこととなる。しかし、出力向上のためにダイアフ
ラム２１上に金黒等の黒体を形成し、赤外線吸収効率を
高めることも可能である。
はその構造から熱電対４あるいはダイアフラム２１が直
接行うこととなる。しかし、出力向上のためにダイアフ
ラム２１上に金黒等の黒体を形成し、赤外線吸収効率を
高めることも可能である。
【００１３】また実施例においては、基板１にシリコン
ウエハーを用いたが、熱伝導性が良く表面が平滑なら、
他の金属製基板を用いてもかまわない。また絶縁性被膜
２もＴａ2 Ｏ5 やＡｌ2 Ｏ3 など他の酸化物膜あるいは
有機物被膜も用いることができる。さらに犠牲層３１
は、アルミの他に銅や鉄、その他のエッチングしやすい
金属なら何でも良く、また、フォトレジスト等も用いる
ことができる。ただしこれら基板１、絶縁性被膜２およ
び犠牲層３１の材料を選択する場合、犠牲層３１をエッ
チングするとき、犠牲層３１のエッチング速度に比較し
て基板１と絶縁性被膜２のエッチング速度が非常に小さ
くなるような組み合わせを選ぶ必要がある。
ウエハーを用いたが、熱伝導性が良く表面が平滑なら、
他の金属製基板を用いてもかまわない。また絶縁性被膜
２もＴａ2 Ｏ5 やＡｌ2 Ｏ3 など他の酸化物膜あるいは
有機物被膜も用いることができる。さらに犠牲層３１
は、アルミの他に銅や鉄、その他のエッチングしやすい
金属なら何でも良く、また、フォトレジスト等も用いる
ことができる。ただしこれら基板１、絶縁性被膜２およ
び犠牲層３１の材料を選択する場合、犠牲層３１をエッ
チングするとき、犠牲層３１のエッチング速度に比較し
て基板１と絶縁性被膜２のエッチング速度が非常に小さ
くなるような組み合わせを選ぶ必要がある。
【００１４】
【考案の効果】以上の説明により明らかなように本考案
のサ−モパイルは温度変化が生じてもダイアフラムには
歪の影響がなく常に安定した出力を得ることを可能と
し、真空封止にも問題なく用いることが可能である。さ
らに、基板にはピットが形成されていないので強度的な
弱点もなくダイアフラムは基板面積に近い大きさまで広
げることが可能である。また基板の熱容量も充分大きく
とれ基台へも密着させられることからも、大きな出力を
安定して得ることが可能となる。
のサ−モパイルは温度変化が生じてもダイアフラムには
歪の影響がなく常に安定した出力を得ることを可能と
し、真空封止にも問題なく用いることが可能である。さ
らに、基板にはピットが形成されていないので強度的な
弱点もなくダイアフラムは基板面積に近い大きさまで広
げることが可能である。また基板の熱容量も充分大きく
とれ基台へも密着させられることからも、大きな出力を
安定して得ることが可能となる。
【図１】本考案のサーモパイルの要部断面図である。
【図２】本考案のサーモパイルの平面図である。
【図３（ａ）】、
【図３（ｂ）】、
【図３（ｃ）】本考案のサーモパイルの製造工程を示す
要部断面図である。
要部断面図である。
【図４】従来のサーモパイルの要部断面図である。
１ 基板 ２ 絶縁性被膜 ２１ ダイアフラム ２２ ヒートシンク ２３ エッジ ３ 空洞部 ３０ ピット ３１ 犠牲層 ４ 熱電対 ４１ 温接点 ４２ 冷接点 ５ スルーホール ６ 引き出し電極 ７ 接着剤 ８ 基台
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁性被膜が形成されたヒートシンクと
なる平坦な基板のほぼ中央部に、上記基板と上記絶縁性
被膜を空間的に分離するように空洞部が設けられてお
り、 この空洞部上方の上記絶縁性被膜はダイアフラムを形成
しており、上記絶縁性被膜の周縁部はすべて上記基板と接して上記
ヒートシンクを形成しており、上 記ダイアフラムの上面には温接点を、上記ヒートシン
クの上面に冷接点を有する多数の熱電対が上記絶縁性被
膜の上面に十字型に配設されており、上 記ダイアフラム部のエッジ近傍でしかも上記熱電対の
非形成領域には少なくとも一か所のスルーホールが形成
されており、 このスルーホールを介して上記空洞部が常時外気と導通
できる状態にあることを特徴とするサーモパイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992014319U JP2582416Y2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | サーモパイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1992014319U JP2582416Y2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | サーモパイル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566529U JPH0566529U (ja) | 1993-09-03 |
| JP2582416Y2 true JP2582416Y2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=11857768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1992014319U Expired - Fee Related JP2582416Y2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | サーモパイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582416Y2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2742203B2 (ja) * | 1993-11-10 | 1998-04-22 | 防衛庁技術研究本部長 | 赤外線センサ |
| EP1907807B1 (en) * | 2005-06-27 | 2020-09-16 | TE Connectivity Sensors Germany GmbH | Device for the detection of electromagnetic waves and method for producing such a device |
| JP5847985B2 (ja) * | 2013-08-09 | 2016-01-27 | Ｓｅｍｉｔｅｃ株式会社 | 赤外線温度センサ及び赤外線温度センサを用いた装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01138429A (ja) * | 1987-07-24 | 1989-05-31 | New Japan Radio Co Ltd | サ−モパイル |
| JP3078222U (ja) * | 2000-12-11 | 2001-06-29 | 森▲よう▼ 李 | 浮遊式気体混合盤の安定構造 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP1992014319U patent/JP2582416Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0566529U (ja) | 1993-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |