JPH04252086A - 赤外線検知用サーモパイル - Google Patents
赤外線検知用サーモパイルInfo
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- JPH04252086A JPH04252086A JP3008509A JP850991A JPH04252086A JP H04252086 A JPH04252086 A JP H04252086A JP 3008509 A JP3008509 A JP 3008509A JP 850991 A JP850991 A JP 850991A JP H04252086 A JPH04252086 A JP H04252086A
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- Japan
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- thermocouple
- infrared
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- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000011800 void material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
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- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
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- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、赤外線検知用サーモ
パイル、特に赤外線を吸収して熱エネルギーに変換する
赤外線吸収体からの熱を熱電対の温接合部に伝達するよ
うにした赤外線検知用サーモパイルに関する。
パイル、特に赤外線を吸収して熱エネルギーに変換する
赤外線吸収体からの熱を熱電対の温接合部に伝達するよ
うにした赤外線検知用サーモパイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線の検知用装置として、赤外線吸収
体にて赤外線を受光し、最終的に熱電対にてその赤外線
受光に基づく電位差を得るようにしたサーモパイルが用
いられている。
体にて赤外線を受光し、最終的に熱電対にてその赤外線
受光に基づく電位差を得るようにしたサーモパイルが用
いられている。
【０００３】図３は、特開昭６１−２２６７６号公報に
記載された電磁放射検知用の従来のサーモパイルの概略
断面図が示されている。なお、図４は図３に示したサー
モパイルの熱電対などの配置を示すための概略平面図で
ある。
記載された電磁放射検知用の従来のサーモパイルの概略
断面図が示されている。なお、図４は図３に示したサー
モパイルの熱電対などの配置を示すための概略平面図で
ある。
【０００４】図において、熱電対は、Ｂｉにて構成され
た第１部材１０とＳｂにて構成された第２部材１２とか
ら構成されている。図示のように、第１部材１０は、放
射状に配置されており、その中心側での第２部材１２と
の接合が温接合部を形成し、外周側での接合が冷接合部
をそれぞれ形成している。
た第１部材１０とＳｂにて構成された第２部材１２とか
ら構成されている。図示のように、第１部材１０は、放
射状に配置されており、その中心側での第２部材１２と
の接合が温接合部を形成し、外周側での接合が冷接合部
をそれぞれ形成している。
【０００５】この熱電対は、パッケージ１４内に設置さ
れたＳｉ基板１６上に形成されたＳｉＮ薄膜１８上に設
置されている。
れたＳｉ基板１６上に形成されたＳｉＮ薄膜１８上に設
置されている。
【０００６】そして、赤外線吸収体２０は、放射状に形
成された熱電対の中央部に形成されており、中間層２２
を介して熱電対の温接合部に接している。
成された熱電対の中央部に形成されており、中間層２２
を介して熱電対の温接合部に接している。
【０００７】この赤外線吸収体２０の上方位置にはパッ
ケージ１４の天井部に窓２４が設けられている。そして
、この赤外線を吸収した赤外線吸収体２０では、その赤
外線を熱エネルギーに変換し、中間層２２を介して温接
合部に伝達する。これにより、熱電対の温接合部と冷接
合部との間に温度差ΔＴが生じ、これによって熱電対に
電位差ΔＶが発生する。そして、この電位差ΔＶは、図
４に示されたようにＡｌ配線２６を介して接続された信
号取出し用電極２８に送られ、その電位差ΔＶに基づい
て赤外線の検知が行われるものである。
ケージ１４の天井部に窓２４が設けられている。そして
、この赤外線を吸収した赤外線吸収体２０では、その赤
外線を熱エネルギーに変換し、中間層２２を介して温接
合部に伝達する。これにより、熱電対の温接合部と冷接
合部との間に温度差ΔＴが生じ、これによって熱電対に
電位差ΔＶが発生する。そして、この電位差ΔＶは、図
４に示されたようにＡｌ配線２６を介して接続された信
号取出し用電極２８に送られ、その電位差ΔＶに基づい
て赤外線の検知が行われるものである。
【０００８】なお、図３に示したように信号取出し用電
極２８は、ボンディングワイヤ３０を介してリード線タ
ーミナル３２に接続されパッケージ１４の外側に引き出
されている。
極２８は、ボンディングワイヤ３０を介してリード線タ
ーミナル３２に接続されパッケージ１４の外側に引き出
されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のサーモパイルによれば、感度を高めるためにパッケ
ージ１４に別に吸収体２０より大きいレンズを取り付け
る必要があり、装置全体の製造作業が煩雑となると共に
製造コストも高くなるという問題があった。
来のサーモパイルによれば、感度を高めるためにパッケ
ージ１４に別に吸収体２０より大きいレンズを取り付け
る必要があり、装置全体の製造作業が煩雑となると共に
製造コストも高くなるという問題があった。
【００１０】また、集光用のレンズを用いずに、赤外線
の受光量を増やすためには、赤外線吸収体２０の面積を
大きくするということが考えられる。しかしながら、こ
の場合、赤外線吸収体２０と熱電対の第１部材１０とが
重なる部分が大きくなり、熱電対の温接合部と冷接合部
間の温度差ΔＴが小さくなってしまうので結局感度を高
くすることはできない。また、温度差ΔＴを大きくとる
ために、温接合部と冷接合部との間の距離を長くするこ
とが考えられるが、その場合素子のサイズが大型化して
その抵抗値が大きくなり、ジョンソンノイズが大きくな
ってしまうので結局精度が向上しないという問題があっ
た。
の受光量を増やすためには、赤外線吸収体２０の面積を
大きくするということが考えられる。しかしながら、こ
の場合、赤外線吸収体２０と熱電対の第１部材１０とが
重なる部分が大きくなり、熱電対の温接合部と冷接合部
間の温度差ΔＴが小さくなってしまうので結局感度を高
くすることはできない。また、温度差ΔＴを大きくとる
ために、温接合部と冷接合部との間の距離を長くするこ
とが考えられるが、その場合素子のサイズが大型化して
その抵抗値が大きくなり、ジョンソンノイズが大きくな
ってしまうので結局精度が向上しないという問題があっ
た。
【００１１】発明の目的
本発明は、上記問題点を解決することを課題としてなさ
れたものであり、その目的は集光レンズを用いることな
く、簡単な構造で高い感度を得ることのできる赤外線検
知用サーモパイルを提供することにある。
れたものであり、その目的は集光レンズを用いることな
く、簡単な構造で高い感度を得ることのできる赤外線検
知用サーモパイルを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、請求項１に係る赤外線検知用サーモパイルは、基板上
に形成された熱電対と、赤外線を受けこれを熱エネルギ
ーに変換し前記熱電対の温接合部に熱を伝達する赤外線
吸収体と、を有する赤外線検知用サーモパイルにおいて
、前記赤外線吸収体は、中間層を介して前記熱電対の温
接合部に接する熱伝達領域と、該熱伝達領域から延在し
て前記熱電対上に所定長さ伸長し、熱電対との間には空
隙部が形成された拡張領域と、からなることを特徴とし
ている。また、請求項２に記載の赤外線検知用サーモパ
イルは、上記請求項１に記載の赤外線吸収体の拡張領域
の構成を、上記熱伝達領域から延在し、中間層を介して
上記熱電対上に伸長するものとし、さらにその中間層に
熱伝導性を低下させるための空孔を設けたことを特徴と
している。
、請求項１に係る赤外線検知用サーモパイルは、基板上
に形成された熱電対と、赤外線を受けこれを熱エネルギ
ーに変換し前記熱電対の温接合部に熱を伝達する赤外線
吸収体と、を有する赤外線検知用サーモパイルにおいて
、前記赤外線吸収体は、中間層を介して前記熱電対の温
接合部に接する熱伝達領域と、該熱伝達領域から延在し
て前記熱電対上に所定長さ伸長し、熱電対との間には空
隙部が形成された拡張領域と、からなることを特徴とし
ている。また、請求項２に記載の赤外線検知用サーモパ
イルは、上記請求項１に記載の赤外線吸収体の拡張領域
の構成を、上記熱伝達領域から延在し、中間層を介して
上記熱電対上に伸長するものとし、さらにその中間層に
熱伝導性を低下させるための空孔を設けたことを特徴と
している。
【００１３】
【作用】上記請求項１及び請求項２に係る構成の赤外線
検知用サーモパイルによれば、赤外線吸収体には温接合
部に熱を伝達する熱伝達領域だけでなく、さらにその熱
伝達領域から延在する拡張領域が形成されている。これ
によって、赤外線吸収体全体の面積が広がり、入射する
赤外線のエネルギーが増加する。従って、集光レンズを
用いることなく赤外線の受光性を良好なものとしている
。
検知用サーモパイルによれば、赤外線吸収体には温接合
部に熱を伝達する熱伝達領域だけでなく、さらにその熱
伝達領域から延在する拡張領域が形成されている。これ
によって、赤外線吸収体全体の面積が広がり、入射する
赤外線のエネルギーが増加する。従って、集光レンズを
用いることなく赤外線の受光性を良好なものとしている
。
【００１４】そして、従来の問題点において説明したよ
うに、赤外線吸収体の面積を大きくした場合、熱電対の
温接合部の領域を越えた部分から熱伝達が行われ、温度
差ΔＴを大きくとれないという課題があるが、本発明に
よれば、上記赤外線吸収体の拡張領域は、請求項１にお
いては空隙部を介して熱電対と対向しており、また請求
項２のサーモパイルにおいては、空孔を形成した熱伝導
性の低い中間層を介して熱電対に接している。従って、
赤外線吸収体から熱電対の温接合部以外の領域で行われ
る熱の移動を極めて小さいものとすることができる。こ
のように、赤外線吸収体の赤外線吸収領域面積を拡大す
ると共に温度差ΔＴを十分大きなものとすることができ
る。よって、電位差ΔＶも大きなものとなり、センサと
しての感度が向上する。
うに、赤外線吸収体の面積を大きくした場合、熱電対の
温接合部の領域を越えた部分から熱伝達が行われ、温度
差ΔＴを大きくとれないという課題があるが、本発明に
よれば、上記赤外線吸収体の拡張領域は、請求項１にお
いては空隙部を介して熱電対と対向しており、また請求
項２のサーモパイルにおいては、空孔を形成した熱伝導
性の低い中間層を介して熱電対に接している。従って、
赤外線吸収体から熱電対の温接合部以外の領域で行われ
る熱の移動を極めて小さいものとすることができる。こ
のように、赤外線吸収体の赤外線吸収領域面積を拡大す
ると共に温度差ΔＴを十分大きなものとすることができ
る。よって、電位差ΔＶも大きなものとなり、センサと
しての感度が向上する。
【００１５】さらに、熱電対自体のサイズは、特に変更
する必要がないので、素子の抵抗Ｒとジョンソンノイズ
の大きさは増加することがなく、精度が劣化することも
ない。
する必要がないので、素子の抵抗Ｒとジョンソンノイズ
の大きさは増加することがなく、精度が劣化することも
ない。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
について説明する。
について説明する。
【００１７】図１は、本発明の第１実施例を示す概略断
面図である。図において、従来の装置と同様の要素には
同一の符号を付し、パッケージ１４は省略している。な
お、Ｓｉ基板１６及びＳｉＮ薄膜１８からなるダイヤフ
ラムは、異方性エッチング技術により作られ、その上に
真空蒸着法、フォトリソグラフィー技術、エッチング技
術により第１部材１０（Ｂｉ）、第２部材１２（Ｓｂ）
からなる熱電対を複数直列接続したパターンを形成して
これらが構成されている。
面図である。図において、従来の装置と同様の要素には
同一の符号を付し、パッケージ１４は省略している。な
お、Ｓｉ基板１６及びＳｉＮ薄膜１８からなるダイヤフ
ラムは、異方性エッチング技術により作られ、その上に
真空蒸着法、フォトリソグラフィー技術、エッチング技
術により第１部材１０（Ｂｉ）、第２部材１２（Ｓｂ）
からなる熱電対を複数直列接続したパターンを形成して
これらが構成されている。
【００１８】本実施例において特徴的なことは、赤外線
吸収体２０の構成にあり、熱電対の中央部で温接合部に
中間層２２を介して接している熱伝達領域２０ａの縁部
にさらに延在する拡張領域２０ｂが形成されている。こ
の拡張領域２０ｂと熱伝達領域２０ａは、一体物として
形成されており、拡張領域２０ｂは、熱電対の第１部材
１０上方のほぼ中央位置まで伸長している。すなわち、
温接合部と冷接合部との中間位置まで拡張領域が張り出
して形成されている。
吸収体２０の構成にあり、熱電対の中央部で温接合部に
中間層２２を介して接している熱伝達領域２０ａの縁部
にさらに延在する拡張領域２０ｂが形成されている。こ
の拡張領域２０ｂと熱伝達領域２０ａは、一体物として
形成されており、拡張領域２０ｂは、熱電対の第１部材
１０上方のほぼ中央位置まで伸長している。すなわち、
温接合部と冷接合部との中間位置まで拡張領域が張り出
して形成されている。
【００１９】そして、この拡張領域２０ｂと第１部材１
０との間には、空隙３４が形成されている。
０との間には、空隙３４が形成されている。
【００２０】なお、この空隙３４は、犠牲層エッチング
技術で形成している。
技術で形成している。
【００２１】このように、拡張領域２０ｂの下方には空
隙３４が形成されているので、その拡張領域２０ｂと熱
電対の第１部材１０との間には介在物がなく、その熱伝
達を極めて小さなものとすることができる。これにより
、赤外線吸収体２０による赤外線の吸収度は大きなもの
となり、かつ温接合部以外の領域での熱電対への熱伝達
は極めて小さく抑えられるので、温度差ΔＴを大きなも
のとすることができる。従って、電位差ΔＶも大きなも
のとなり、センサの感度が向上する。
隙３４が形成されているので、その拡張領域２０ｂと熱
電対の第１部材１０との間には介在物がなく、その熱伝
達を極めて小さなものとすることができる。これにより
、赤外線吸収体２０による赤外線の吸収度は大きなもの
となり、かつ温接合部以外の領域での熱電対への熱伝達
は極めて小さく抑えられるので、温度差ΔＴを大きなも
のとすることができる。従って、電位差ΔＶも大きなも
のとなり、センサの感度が向上する。
【００２２】図２は、本発明の第２の実施例を示す概略
断面図であり、図１と同様にパッケージ１４の部分は省
略している。なお、図１の実施例と同様の要素には同一
の符号を付し、その説明を省略する。
断面図であり、図１と同様にパッケージ１４の部分は省
略している。なお、図１の実施例と同様の要素には同一
の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】本実施例においては、赤外線吸収体２０の
拡張領域２０ｂと熱電対の第１部材１０との間は、空隙
部３４ではなく中間層３６が設けられている。そして、
この中間層３６には多数の空孔３８が形成されている。 この空孔３８は、犠牲層エッチング技術で形成されてお
り、この多数設けられた空孔３８によって中間層３６の
熱伝導性は低く抑えられている。従って、図１の第１実
施例と同様に拡張領域２０ｂによって、赤外線の吸収度
を向上させることができる一方で、温接合部以外の領域
からの熱電対への熱伝達を極めて小さく抑えることがで
き、温度差ΔＴを大きなものとすることができる。
拡張領域２０ｂと熱電対の第１部材１０との間は、空隙
部３４ではなく中間層３６が設けられている。そして、
この中間層３６には多数の空孔３８が形成されている。 この空孔３８は、犠牲層エッチング技術で形成されてお
り、この多数設けられた空孔３８によって中間層３６の
熱伝導性は低く抑えられている。従って、図１の第１実
施例と同様に拡張領域２０ｂによって、赤外線の吸収度
を向上させることができる一方で、温接合部以外の領域
からの熱電対への熱伝達を極めて小さく抑えることがで
き、温度差ΔＴを大きなものとすることができる。
【００２４】また、図１の実施例と異なり、拡張領域２
０ｂと第１部材１０との間には中間層３６が介在してい
ることから、熱の遮断という点においては図１の実施例
に劣るが、その中間層３６の存在により、拡張領域２０
ｂが第１部材１０に直接接触するような事態を有効に防
止することができ、センサの信頼性は高められている。
０ｂと第１部材１０との間には中間層３６が介在してい
ることから、熱の遮断という点においては図１の実施例
に劣るが、その中間層３６の存在により、拡張領域２０
ｂが第１部材１０に直接接触するような事態を有効に防
止することができ、センサの信頼性は高められている。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る赤外
線検知用サーモパイルによれば、集光レンズを用いるこ
となく簡単な構造とすることができ、かつ熱電対の温接
合部と冷接合部との温度差を小さくすることなく多量の
赤外線エネルギーを赤外線吸収体にて吸収できるように
なっている。これにより、高い感度を有するサーモパイ
ルを安価かつ簡単な製造工程によって得ることが可能と
なる。
線検知用サーモパイルによれば、集光レンズを用いるこ
となく簡単な構造とすることができ、かつ熱電対の温接
合部と冷接合部との温度差を小さくすることなく多量の
赤外線エネルギーを赤外線吸収体にて吸収できるように
なっている。これにより、高い感度を有するサーモパイ
ルを安価かつ簡単な製造工程によって得ることが可能と
なる。
【図１】第１実施例の概略断面図である。
【図２】第２実施例の概略断面図である。
【図３】従来のサーモパイルの全体構成を示す概略縦断
面図である。
面図である。
【図４】図３に示した従来のサーモパイルの熱電対の配
置を示す概略平面図である。
置を示す概略平面図である。
１０ 熱電対の第１部材
１２ 熱電対の第２部材
２０ 赤外線吸収体
２０ａ 熱伝達領域
２０ｂ 拡張領域
２２ 中間層
３４ 空隙部
３６ 中間層
３８ 空孔
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に形成された熱電対と、赤外線
を受けこれを熱エネルギーに変換し前記熱電対の温接合
部に熱を伝達する赤外線吸収体と、を有する赤外線検知
用サーモパイルにおいて、前記赤外線吸収体は、中間層
を介して前記熱電対の温接合部に接する熱伝達領域と、
該熱伝達領域から延在し、空隙部を介して前記熱電対上
に所定長さ伸長した拡張領域と、を含むことを特徴とす
る赤外線検知用サーモパイル。 - 【請求項２】 基板上に形成された熱電対と、赤外線
を受けこれを熱エネルギーに変換し前記熱電対の温接合
部に熱を伝達する赤外線吸収体と、を有する赤外線検知
用サーモパイルにおいて、前記赤外線吸収体は、中間層
を介して前記熱電対の温接合部に接する熱伝達領域と、
該熱伝達領域から延在し、中間層を介して前記熱電対上
に所定長さ伸長した拡張領域と、前記拡張領域と熱電対
との間の中間層にその熱伝導性を低下させるため設けら
れる空孔と、を含むことを特徴とする赤外線検知用サー
モパイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008509A JPH04252086A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 赤外線検知用サーモパイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008509A JPH04252086A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 赤外線検知用サーモパイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04252086A true JPH04252086A (ja) | 1992-09-08 |
Family
ID=11695100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3008509A Pending JPH04252086A (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | 赤外線検知用サーモパイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04252086A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0859413A2 (en) * | 1997-01-27 | 1998-08-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared focal plane array |
| JPH1151762A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | 赤外線固体撮像装置及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-01-28 JP JP3008509A patent/JPH04252086A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0859413A2 (en) * | 1997-01-27 | 1998-08-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared focal plane array |
| EP0859413A3 (en) * | 1997-01-27 | 1999-01-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared focal plane array |
| US6031231A (en) * | 1997-01-27 | 2000-02-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared focal plane array |
| EP1837911A3 (en) * | 1997-01-27 | 2011-05-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Infrared focal plane array |
| JPH1151762A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | 赤外線固体撮像装置及びその製造方法 |
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