JP3852011B2 - 光波検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光波検出装置に関し、特に、感熱部の支持構造に係るものである。
従来より光波検出装置として焦電型の赤外線センサがある。この赤外線センサは、赤外線を受けて昇温する感熱部を備え、該感熱部の温度変化を電圧変化等で検出するように構成されている。
上記赤外線センサの感熱部は、シリコン基板と熱的に遮断するために絶縁層を介してシリコン基板に支持されている。つまり、図８及び図９に示すように、上記絶縁層（ａ）は、基板に積層される基板側絶縁層（ｂ）と、感熱部（ｃ）が取り付けられる感熱部側絶縁層（ｄ）と、上記基板側絶縁層（ｂ）と感熱部側絶縁層（ｄ）とを接続する支持脚（ｅ）とを備えている。
上記支持脚（ｅ）は、基板側絶縁層（ｂ）と感熱部側絶縁層（ｄ）との四隅に設けられている。この支持脚（ｅ）は、感熱部（ｃ）の温度が基板側絶縁層（ｂ）に逃げないように厚さを薄くすることが好ましい。しかしながら、厚さを薄くすると、強度が低下するという問題がある。
そこで、上記赤外線センサには、特許文献１に開示されているように、上記支持脚（ｅ）にコ字状の溝を形成し、所定の強度を確保しつつ熱伝導率の低減を図っている。
特開２００１−９４０８８号公報
しかしながら、従来の赤外線センサは、支持脚（ｅ）が基板側絶縁層（ｂ）及び感熱部側絶縁層（ｄ）と同一面状に形成され、感熱部（ｃ）の受光面と直交する方向の衝撃に弱いという問題があった。つまり、支持脚（ｅ）の一端は、基板側絶縁層（ｂ）の上下上下方向の端面に連続し、他端は、感熱部側絶縁層（ｄ）の上下方向の端面に連続している。したがって、感熱部（ｃ）の受光面と直交する方向から衝撃が作用すると、十分な強度確保できないという問題があった。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、感熱部を熱的に遮断すると共に、感熱部を堅牢に支持することを目的とするものである。
具体的に、図１に示すように、第１の発明は、光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置を対象としている。そして、上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層されている。更に、上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接されている。上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けられている。加えて、上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びている。その上、上記基板側絶縁層（50）が矩形枠状に形成される一方、上記支持脚（60）は、一端が接続された基板側絶縁層（50）の１の隅角部より感熱部側絶縁層（70）の裏面を通り他端が基板側絶縁層（50）の対向する隅角部に接続され、２つの支持脚（60）が交叉状に配置されている。
また、第２の発明は、光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置を対象としている。そして、上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層されている。更に、上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接されている。上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けられている。加えて、上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びている。その上、上記基板側絶縁層（50）が矩形枠状に形成される一方、上記支持脚（60）は、一端が接続された基板側絶縁層（50）の１辺より感熱部側絶縁層（70）の裏面を通り他端が基板側絶縁層（50）の対向する辺に接続され、４つの支持脚（60）が井桁状に配置されている。
また、第３の発明は、光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置を対象としている。そして、上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層されている。更に、上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接されている。上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けられている。加えて、上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びている。その上、上記基板側絶縁層（50）が、第１絶縁層（51）上に第２絶縁層（52）が積層形成されて構成される一方、上記感熱部側絶縁層（70）は、支持脚（60）の脚部（61）上に積層形成された上部層（62）を介して上記第２絶縁層（52）に連続している。
また、第４の発明は、第１〜第３の発明の何れかにおいて、上記支持脚（60）は、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の厚さ寸法ｓが受光面（21）の方向の幅寸法ｔより大きく構成したものである。
〈作用〉
すなわち、上記本発明では、上記感熱部（20）は、支持脚（60）で保持空間（12）に支持されており、感熱部側絶縁層（70）と基板側絶縁層（50）との各辺の間には、所定の空間が確保されているので、上記感熱部（20）が基板側絶縁層（50）と熱的に遮断され、高感度化が図られる。
また、上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びているので、上記感熱部（20）が堅牢に支持される。
また、第１及び第２の発明では、上記支持脚（60）の両端部が基板側絶縁層（50）に接続された両持ち梁の構造に構成されると共に、支持脚（60）が交叉しているので、上記感熱部（20）が堅牢に支持される。
また、上記第４の発明では、上記支持脚（60）が高アスペクト構造に構成されているので、断面２次モーメントが大きく、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の強度が大きく、より確実に感熱部（20）が支持される。
したがって、本発明によれば、支持脚（60）が、基板側絶縁層（50）から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びているので、上記感熱部（20）を堅牢に支持することができる。つまり、上記支持脚（60）が感熱部側絶縁層（70）の裏面に接続されているので、上記感熱部側絶縁層（70）を受けるように支持することになり、支持強度を向上させることができる。
その上で、上記感熱部側絶縁層（70）と基板側絶縁層（50）との間には、所定の空間が確保されているので、上記感熱部（20）が基板側絶縁層（50）と熱的に遮断され、高感度化を図ることができる。
また、第１及び第２の発明によれば、上記支持脚（60）は、両端部が基板側絶縁層（50）に接続された両持ち梁の構造に構成されると共に、支持脚（60）が交叉しているので、より小さな断面積でもって上記感熱部（20）をより堅牢に支持することができる。
また、第３の発明によれば、基板側絶縁層（50）と支持脚（60）と感熱部側絶縁層（70）とを２層で形成するようにしているので、基板側絶縁層（50）と支持脚（60）と感熱部側絶縁層（70）とを確実に形成することができる。
また、第４の発明によれば、上記支持脚（60）を高アスペクト構造に構成されているので、断面２次モーメントが大きく、小さな断面積でもって感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の強度が大きく、熱伝導率の低減を図ると同時により確実に感熱部（20）を支持することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〈発明の実施形態１〉
図１〜図５に示すように、本実施形態の光波検出装置（10）は、光波である赤外線を検出する焦電型の赤外線センサであって、赤外線を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板であるシリコン基板（30）に接続されている。
上記感熱部（20）は、矩形状に形成され、上面が受光面（21）に構成されている。上記感熱部（20）は、赤外線を受けると、該赤外線を熱として吸収して昇温し、この温度変化を電圧等のモードで検出するように構成されている。
上記シリコン基板（30）は、矩形枠状に形成され、中央部が上下に貫通した矩形状の中空部に形成されると共に、図示しないが、回路パターンが形成されている。そして、上記シリコン基板（30）には、感熱部（20）が絶縁層（40）を介して接続されている。
上記絶縁層（40）は、基板側絶縁層（50）と支持脚（60）と感熱部側絶縁層（70）とを備えている。該基板側絶縁層（50）は、シリコン基板（30）に対応して矩形枠状に形成され、第１絶縁層（51）と第２絶縁層（52）とを備えている。上記第１絶縁層（51）は、シリコン基板（30）上に積層形成され、第２絶縁層（52）は、第１絶縁層（51）上に積層形成されている。該基板側絶縁層（50）の内側は、感熱部（20）を中空保持するための矩形状の保持空間（12）に形成されている。
上記支持脚（60）は、脚部（61）と上部層（62）とより構成されている。上記支持脚（60）は、感熱部（20）を保持するための脚であり、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びている。
つまり、上記脚部（61）の一端は、基板側絶縁層（50）の第１絶縁層（51）における１の隅角部に接続され、該隅角部から対向する隅角部に向かって延び、他端が対向隅角部に接続されている。つまり、上記２つの脚部（61）は、基板側絶縁層（50）の第１絶縁層（51）と一体に同一平面上に位置して交叉状に配置形成されている。
上記支持脚（60）の上部層（62）は、脚部（61）の上面に積層形成され、上記基板側絶縁層（50）の第２絶縁層（52）の隅角部より保持空間（12）の中央部に向かって延びている。
上記感熱部側絶縁層（70）は、上面に感熱部（20）が取り付けられている。上記感熱部側絶縁層（70）は、保持空間（12）より小形の矩形状に形成され、保持空間（12）の中央部に配置され、２つの脚部（61）が交叉する部分上に設けられている。そして、上記感熱部側絶縁層（70）の隅角部には、支持脚（60）の上部層（62）が連続している。そして、上記感熱部側絶縁層（70）は、基板側絶縁層（50）の第２絶縁層（52）と支持脚（60）の上部層（62）と一体に同一平面上に形成されている。
つまり、上記２つの支持脚（60）の脚部（61）は、基板側絶縁層（50）の１の隅角部から感熱部側絶縁層（70）の裏面を対角線状に通り、基板側絶縁層（50）の対向する隅角部に亘って形成され、２つの脚部（61）上に感熱部側絶縁層（70）が設置されている。そして、上記感熱部側絶縁層（70）と基板側絶縁層（50）との各辺の間は、感熱部（20）を熱的に遮断するための空間を構成している。
上記支持脚（60）の脚部（61）は、断面縦長の長方形に形成されている。つまり、上記支持脚（60）は、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の厚さ寸法ｓが受光面（21）の方向の幅寸法ｔより大きく構成され、いわゆる高アスペクト構造に構成されている。具体的に、上記支持脚（60）の脚部（61）は、例えば、幅寸法ｔが２μｍに設定され、厚さ寸法ｓが５μｍに設定されている。
上記配線（11）は、一端が感熱部（20）に接続され、支持脚（60）の上部層（62）の上面を延び、他端がシリコン基板（30）に接続されている。
−作用−
次に、上述した光波検出装置（10）の作用について説明する。
上記光波検出装置（10）は、感熱部（20）が赤外線を受けると、該赤外線を熱として吸収して昇温する。そして、上記感熱部（20）は、この温度変化を電圧等のモードに変換し、配線（11）を介してシリコン基板（30）の回路パターンが赤外線を電圧等のモードで出力する。
一方、上記感熱部（20）は、梁状の２つの支持脚（60）で保持空間（12）に支持されており、感熱部側絶縁層（70）と基板側絶縁層（50）との各辺の間には、所定の空間が確保されているので、上記感熱部（20）が基板側絶縁層（50）と熱的に遮断され、高感度化が図られている。
また、上記支持脚（60）の脚部（61）は、基板側絶縁層（50）から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びているので、上記感熱部（20）が堅牢に支持される。
特に、上記支持脚（60）は、高アスペクト構造に構成されているので、断面２次モーメントが大きく、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の強度が大きく、より確実に感熱部（20）が支持される。
更に、上記支持脚（60）の脚部（61）は、両端部が基板側絶縁層（50）に接続された両持ち梁の構造に構成されると共に、２つの支持脚（60）が交叉しているので、上記感熱部（20）が堅牢に支持される。
−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態によれば、上記支持脚（60）の脚部（61）が、基板側絶縁層（50）から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びているので、上記感熱部（20）を堅牢に支持することができる。つまり、上記支持脚（60）が感熱部側絶縁層（70）の裏面に接続されているので、感熱部側絶縁層（70）を受けるように支持することになり、支持強度を向上させることができる。
その上で、上記感熱部側絶縁層（70）と基板側絶縁層（50）との各辺の間には、所定の空間が確保されているので、上記感熱部（20）が基板側絶縁層（50）と熱的に遮断され、高感度化を図ることができる。
特に、上記支持脚（60）の脚部（61）は、高アスペクト構造に構成されているので、断面２次モーメントが大きく、小さな断面積でもって感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の強度が大きく、熱伝導率の低減を図ると同時により確実に感熱部（20）を支持することができる。
更に、上記支持脚（60）の脚部（61）は、両端部が基板側絶縁層（50）に接続された両持ち梁の構造に構成されると共に、支持脚（60）が交叉しているので、より小さな断面積でもって上記感熱部（20）をより堅牢に支持することができる。
上記絶縁層（40）を２層にして基板側絶縁層（50）と支持脚（60）と感熱部側絶縁層（70）とを形成するようにしているので、基板側絶縁層（50）と支持脚（60）と感熱部側絶縁層（70）とを確実に形成することができる。
〈発明の実施形態２〉
本実施形態は、図６に示すように、実施形態１が支持脚（60）の断面を長方形に形成したのに代えて、逆台形に形成したものである。
つまり、上記支持脚（60）は、上辺が長く、下辺が短い逆台形断面に形成されている。したがって、上記支持脚（60）は、断面２次モーメントが大きくなり、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の強度が大きく、より確実に感熱部（20）を支持することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同じである。
〈発明の実施形態３〉
本実施形態は、図７に示すように、実施形態１が２つの支持脚（60）を対角状に配置したのに代えて、４つの支持脚（60）を井桁状に形成したものである。
つまり、上記支持脚（60）は４つ設けられ、支持脚（60）の脚部（61）は、一端が接続された基板側絶縁層（50）の第１絶縁層（51）の１辺より感熱部側絶縁層（70）の裏面を通り、他端が基板側絶縁層（50）の第１絶縁層（51）の対向する辺に接続されている。そして、上記各脚部（61）は、感熱部側絶縁層（70）の裏面において、各辺の端部に位置するように配置されている。
したがって、本実施形態においても、上記支持脚（60）の脚部（61）が感熱部（20）を堅牢に支持することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同じである。
〈その他の実施形態〉
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
本各実施形態は、赤外線を検出する赤外線センサについて説明したが、本発明は、レーザ光を検出するものであってもよい。要するに、本発明は、光波を検出するものであればよい。
また、本実施形態は、複数の支持脚（60）の両端が基板側絶縁層（50）に接続する両持ち梁構造に構成したが、第３の発明は、支持脚（60）を片持ち梁構造にしてもよい。要するに、支持脚（60）が、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面の端部にまで延びておればよい。また、その際、２つ以上の支持脚（60）が感熱部側絶縁層（70）の裏面において交叉するようにしてもよい。
また、上記配線（11）は、実施形態１において各支持脚（60）に設けたが、何れかの支持脚（60）に設けられるものであってもよい。
以上説明したように、本発明は、赤外線等の光波を検出する光波検出装置に有用である。
実施形態１の光波検出装置の平面図である。 図１のII−II線における断面図である。 図１のIII−III線における断面端面図である。 実施形態１の光波検出装置の上部から看た斜視図である。 実施形態１の光波検出装置の下部から看た斜視図である。 実施形態２の光波検出装置の支持脚（60）の斜視図である。 実施形態３の光波検出装置の下部から看た斜視図である。 従来の光波検出装置の上部から看た斜視図である。 従来の光波検出装置の下部から看た斜視図である。
符号の説明
10 光波検出装置
11 配線
12 保持空間
20 感熱部
21 受光面
30 シリコン基板
40 絶縁層
50 基板側絶縁層
51 第１絶縁層
52 第２絶縁層
60 支持脚
61 脚部
62 上部層
70 感熱部側絶縁層

Claims (4)

  1. 光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置であって、
    上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層され、
    上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接され、
    上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けらる一方、
    上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びており、
    上記基板側絶縁層（50）は、矩形枠状に形成される一方、
    上記支持脚（60）は、一端が接続された基板側絶縁層（50）の１の隅角部より感熱部側絶縁層（70）の裏面を通り他端が基板側絶縁層（50）の対向する隅角部に接続され、２つの支持脚（60）が交叉状に配置されている
    ことを特徴とする光波検出装置。
  2. 光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置であって、
    上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層され、
    上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接され、
    上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けらる一方、
    上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びており、
    上記基板側絶縁層（50）は、矩形枠状に形成される一方、
    上記支持脚（60）は、一端が接続された基板側絶縁層（50）の１辺より感熱部側絶縁層（70）の裏面を通り他端が基板側絶縁層（50）の対向する辺に接続され、４つの支持脚（60）が井桁状に配置されている
    ことを特徴とする光波検出装置。
  3. 光波を受ける感熱部（20）が配線（11）を介して基板（30）に接続された光波検出装置であって、
    上記基板（30）には、感熱部（20）を中空保持するための保持空間（12）を有する基板側絶縁層（50）が積層され、
    上記基板側絶縁層（50）には、感熱部（20）が取り付けられる感熱部側絶縁層（70）が上記保持空間（12）に位置するように絶縁材よりなる支持脚（60）を介して連接され、
    上記支持脚（60）の少なくとも一部には、上記配線（11）が設けらる一方、
    上記支持脚（60）は、基板側絶縁層（50）に接続された一端から感熱部側絶縁層（70）の裏面に延びており、
    上記基板側絶縁層（50）は、第１絶縁層（51）上に第２絶縁層（52）が積層形成されて構成される一方、
    上記感熱部側絶縁層（70）は、支持脚（60）の脚部（61）上に積層形成された上部層（62）を介して上記第２絶縁層（52）に連続している
    ことを特徴とする光波検出装置。
  4. 請求項１〜３の何れか１項において、
    上記支持脚（60）は、感熱部（20）の受光面（21）と垂直方向の厚さ寸法ｓが受光面（21）の方向の幅寸法ｔより大きく構成されている
    ことを特徴とする光波検出装置。
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