JPH10122955A - 焦電センサ素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、小型で高感度のセンサ素子を
形成することができる焦電センサ素子とその製造方法を
提供する。 【構成】 焦電効果のあるＰＺＴ等の方形のセンサ基板
６の中央部が他の部分より薄い薄肉部９に形成され、方
形の一辺側の両端部をわずかに残して薄肉部の一方の面
に金属薄膜７が形成されている。センサ基板６の他方の
面には、一方の面の金属薄膜７と一部がセンサ基板６の
薄肉部９を挟んで対面し、且つセンサ基板６の中央部で
互いに分離した一対の電極が、金属薄膜８により形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焦電効果を利用
して赤外線を電気信号に変換する焦電センサ素子とその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば焦電型赤外線センサ素子の
いわゆるデュアルタイプのものは、図１０に示すよう
に、焦電効果のあるＰＺＴ等のセラミック基板１の表面
に、凹字状の電極２をマトリクス状に蒸着し、裏面には
表面の凹字状の電極２に両端部に対応して各々電極３が
蒸着され、これらの電極形成後に電極２毎に分割線４で
分割してセンサ素子５が形成されていた。このセンサ素
子５は、約５ｍｍ四方の正方形に形成され、受光窓を有
したケース内に、このセンサ素子からの出力信号をイン
ピーダンス変換するＦＥＴ等とともに収容されていた。
また、本願出願人による特開平８−８６６９２号公報に
開示されているように、セラミック基板からセンサ素子
を効率よく取る焦電型赤外線センサ素子とその製造方法
も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焦電セ
ンサは、センサ部分の熱容量の点で、基板の厚さと感度
が反比例し、基板が薄い方が良い。一方、基板が薄過ぎ
ると、取り扱いが難しく、組立等の作業性や耐久性が劣
るという、相反する問題点があった。また、ＰＺＴ等の
セラミックをスパッタ等の真空薄膜形成技術により、シ
リコン基板上等に形成する方法も提案されているが、製
造工数及びコストがかかり実用化されているものではな
い。

【０００４】この発明は上記従来の技術の問題点に鑑み
て成されたもので、簡単な構成で、小型で高感度のセン
サ素子を形成することができる焦電センサ素子とその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、焦電効果の
あるＰＺＴ等の方形のセンサ基板の中央部が他の部分よ
り薄い薄肉部に形成され、方形の一辺側の両端部をわず
かに残して上記薄肉部の一方の面に金属薄膜が形成さ
れ、このセンサ基板の他方の面には、上記一方の面の金
属薄膜と一部が上記センサ基板の薄肉部を挟んで対面し
且つ上記基板中央部で互いに分離した一対の電極が金属
薄膜により形成されている焦電センサ素子である。

【０００６】またこの発明は、焦電効果のあるＰＺＴ等
の方形のセンサ基板の一部を他の部分より薄い薄肉部に
形成し、方形の一辺側の端部をわずかに残して上記薄肉
部の一方の面に金属薄膜が形成され、このセンサ基板の
他方の面には、上記一方の面の金属薄膜と少なくとも一
部が上記センサ基板の薄肉部を挟んで対面した電極が金
属薄膜により形成されている焦電センサ素子である。

【０００７】またこの発明は、焦電効果のある基板表裏
面の少なくとも一方の側を所定方向に厚さの薄い薄肉部
を形成し、この基板表面に所定間隔でストライプ状に金
属薄膜を形成し、同様に裏面にも所定間隔で上記金属薄
膜と少なくとも一部が上記薄肉部を挟んで対面した金属
薄膜をストライプ状に形成し、この基板を上記金属薄膜
の長手方向と平行に複数に分割し、この金属薄膜の長手
方向と直角方向にも上記基板を分割してセンサ素子を形
成する焦電センサ素子の製造方法である。さらに、上記
基板の分割に際して、上記表面側の金属薄膜が形成され
ていない間の部分であって上記薄肉部以外の部分で、上
記金属薄膜の長手方向と平行に上記基板を分割し、これ
により裏面側の金属薄膜を各々２分割するように分割す
る焦電センサ素子の製造方法である。

【０００８】この発明の焦電センサ素子とその製造方法
は、基板の薄肉部でセンサ部分を構成し、センサの感度
を上げるとともに、センサ素子も小型化するものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１〜図７はこの発明の第
一実施形態を示すもので、この実施形態の焦電センサ素
子５は、図１、図２に示すように、ＰＺＴやＰＴ等の強
誘電体セラミックスのセンサ基板６の表面に、Ｎｉ、Ｃ
ｒやＡｇの金属薄膜７が形成されている。この金属薄膜
７は、図１（Ａ）に示すように、長方形のセンサ基板６
の短辺側の両端部を一部残して形成されている。また、
このセンサ基板６の裏面には、図１（Ｂ）に示すよう
に、基板中央部を残して、長方形の短辺側の両側部に互
いに独立した電極となる金属薄膜８が形成されている。

【００１０】このセンサ基板６は、長辺と短片の比率が
約２：１に形成され、センサ基板６は、図２に示すよう
に、その中央部が所定範囲にわたって厚さの薄い薄肉部
９として形成されている。センサ基板６の両端部の厚さ
は８０μｍ程度であり、薄肉部は５０μｍの厚さに形成
されている。なお、この薄肉部９はより薄い方が好まし
く、強度上問題がなければより薄しても良い。

【００１１】この焦電センサ素子５の製造方法は、先
ず、センサ素子５を分割して多数得るためのＰＺＴやＰ
Ｔ等の強誘電体のセラミック基板１を形成する。そし
て、このセラミック基板１の表裏面に、所定間隔で薄肉
部９を形成する。薄肉部９の形成は、一旦セラミック基
板１を形成した後に、エッチングやサンドブラストによ
り所定方向に所定間隔で複数本の薄肉部９を形成する。
また、セラミック基板１の焼成前に、プレス等をして複
数本の薄肉部９を形成し、焼成しても良い。この後、分
極処理を施し、このセラミック基板１の表面側に、図４
に示すマスク３０を置いて、金属薄膜７を蒸着させる。
同様に裏面にも、図５に示すマスク３２を用いて、電極
材料である金属薄膜８を蒸着させる。マスク３０，３２
には、各々に金属薄膜７，８を形成するための開口部３
４，３６が形成され、また、位置合わせ用の透孔３８
も、各々に形成されている。これにより、所定間隔で薄
肉部９の表裏面にストライプ状に金属薄膜７，８が形成
される。この金属薄膜７，８は、表面の金属薄膜７と裏
面の金属薄膜８とが、互いに各ストライプ間のすき間に
対面する位置で重なり、且つ一部が薄肉部９を挟んで互
いに対面するように形成される。

【００１２】この後、基板１を個々のセンサ素子５毎に
分割する。分割方法は、表面側の金属薄膜７の間の部分
であって薄肉部９以外の厚肉部分で、金属薄膜７の長手
方向に平行に分割し、裏面側の金属薄膜８を各々２分割
するように分割する。さらに同時に、この金属薄膜７の
長手方向と直角方向にも基板１を分割し、分割後のセン
サ素子５は、図１に示すように、分割前の基板１上の金
属薄膜７，８の長手方向の辺が、短辺となる長方形の焦
電センサ素子５に形成される。

【００１３】この実施形態の焦電センサ素子５は、図
６、図７に示すように、ケース体を構成する円板状の金
属製底板であるハーメチックベース１０と、これを覆う
円筒状のハーメチック用金属製キャップ１２内に収容さ
れる。キャップ１２には、上面中央部に受光窓１６が形
成され、この受光窓１６には、赤外線入射フィルター１
７が取り付けられている。

【００１４】ハーメチックベース１０上には、図６、図
７に示すセラミック基板２０が載置され、このセラミッ
ク基板２０の表面に形成された回路パターン１８に、抵
抗体２１やＦＥＴ２２がハンダ付けされて取り付けられ
ている。さらに、セラミック基板２０上には、センサ素
子５を支持した一対の金属製の支柱２４の基端部がハン
ダにより固定され、回路パターン１８に接続している。
支柱２４は、例えば、銅の丸棒にハンダメッキしたもの
で、センサ素子５を２本の支柱２４により支持し、さら
に、センサ素子５とセラミック基板２０との間の電気的
接続も図っている。また、センサ素子５は、支柱２４の
先端部に載置されて、例えばエポキシ樹脂に銀等を混合
させた導電性接着剤２６により固定されている。

【００１５】ハーメチックベース１０とセラミック基板
２０の周縁部には、３本のリード端子２８が貫通してい
る。リード端子２８は、センサ素子５を支持した支柱２
４とは別体で、ハーメチックベース１０とセラミック基
板２０に貫通して、その先端部が、ハンダ３０によりセ
ラミック基板２０上の回路パターン１８に接続されると
ともにセラミック基板２０に固定されている。そして、
セラミック基板２０上の回路パターン１８を介して、セ
ラミック基板２０上のＦＥＴ２２等につながっている。

【００１６】キャップ１２は、その周縁部がハーメチッ
クベース１０の周縁部に、抵抗溶接され、完全に内部が
密封される。そして、ケース体内部には、窒素ガスが充
填され、外部環境の変化による特性変動の影響が抑制さ
れる。

【００１７】この実施形態の焦電センサ素子の動作は、
先ず、センサ素子５の視野内に赤外線放射体がない場
合、センサ素子５からの出力信号は、ノイズのみであ
り、検知信号は出力されない。一方、センサ素子５の視
野内を人等の赤外線放射体が通り過ぎた場合、センサ素
子５からの出力信号は、視野内に人が入った時及び出た
ときで、各々プラスマイナスに振れる。そして、ＦＥＴ
２２により所定のレベルにインピーダンス変換された検
知信号が、リード端子２８から出力される。

【００１８】この実施形態の焦電センサ素子によれば、
センサ素子５のセンサ部分となる金属薄膜７，８が互い
に薄肉部９で対面し、センサの感度を向上させることが
できるものである。しかも、多数個取りの大型の基板１
の状態では薄肉部９は所定のストライプ状に必要部分に
のみ形成されているものであり、基板１の強度が大きく
低下することはなく、取り扱い性が良く、基板分割時に
も誤って分割線以外に割れてしまうことがない。

【００１９】次にこの発明の焦電センサ素子の第二実施
形態について図８、図９に基づいて説明する。ここで上
述の実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を
省略する。この実施形態では、焦電効果のある長方形の
センサ基板６の中央部に所定の幅にわたって薄肉部９が
形成され、センサ基板６の薄肉部９及びこれに続く基板
端部に、金属薄膜７が形成され、このセンサ基板６の裏
面にも、このセンサ基板６の薄肉部９を挟んでこの金属
薄膜７と対面する位置に金属薄膜８による電極が形成さ
れている。この金属薄膜７，８は少なくともその一部が
センサ基板６の薄肉部９を挟んで表裏面で対面すれば良
いもので、その大きさや数は適宜設定可能なものであ
る。

【００２０】この実施形態の焦電センサ素子の製造方法
は、焦電効果のある基板１を上記実施形態と同様に形成
し、その表面の薄肉部９にかかるように所定間隔でスト
ライプ状に金属薄膜７を形成し、同様に裏面にも所定間
隔でストライプ状に金属薄膜８を形成する。このとき、
表面の金属薄膜７と裏面の金属薄膜８とが互いにその一
部が基板１の薄肉部９を挟んで対面するように形成す
る。そして、金属薄膜７，８のストライプの長手方向と
平行な方向であって薄肉部９以外の部分で、基板１及び
その表面の金属薄膜７，８を分割する。さらに、この金
属薄膜７，８の長手方向と直角方向にも基板１を分割
し、分割後の状態で金属薄膜７，８の長手方向の辺が短
辺となる長方形のセンサ素子５を形成する。

【００２１】この実施形態の焦電センサ素子によっても
上記実施形態と同様の効果が得られ、さらに、デュアル
タイプ以外の焦電センサ素子にも利用可能なものであ
る。

【００２２】なお、この発明の焦電センサ素子とその製
造方法は、上記実施形態以外に、薄肉部を基板の表裏面
の一方にのみ形成しても良く、基板の分割位置は金属薄
膜を適宜区分するように分割すれば良いものであり、分
割位置は問わない。

【００２３】

【発明の効果】この発明の焦電センサ素子は、焦電効果
のあるセラミックスの基板を分割して高感度のセンサ素
子を簡単に形成することができるものである。しかも、
多数個取りの基板からセンサ素子を効率よく多数取るこ
とができ、コストダウン及びセンサ装置の小型化にも寄
与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の焦電センサ素子の表面
（Ａ）と裏面（Ｂ）を示す図である。

【図２】この実施形態の焦電センサ素子の縦断面図であ
る。

【図３】この実施形態の焦電センサ素子を得るセラミッ
ク基板の部分破断平面図である。

【図４】この実施形態の焦電センサ素子を得る表面側の
蒸着用のマスクの平面図である。

【図５】この実施形態の焦電センサ素子を得る裏面側の
蒸着用のマスクの平面図である。

【図６】この実施形態の焦電センサ素子を取りつけたセ
ンサ装置の斜視図である。

【図７】この実施形態の焦電センサ装置の縦断面図であ
る。

【図８】この発明の第二実施形態の焦電センサ素子の平
面図である。

【図９】この発明の第二実施形態の焦電センサ素子の縦
断面図である。

【図１０】従来の焦電センサ素子の平面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ５ センサ素子 ６ センサ基板 ７，８ 金属薄膜 ９ 薄肉部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦電効果のある方形のセンサ基板の中央
   部が他の部分より薄い薄肉部に形成され、方形の一辺側
   の両端部をわずかに残して上記薄肉部の一方の面に金属
   薄膜が形成され、このセンサ基板の他方の面には、上記
   一方の面の金属薄膜と一部が上記センサ基板の薄肉部を
   挟んで対面し且つ上記基板中央部で互いに分離した一対
   の電極が金属薄膜により形成された焦電センサ素子。
2. 【請求項２】 焦電効果のある方形のセンサ基板の一部
   が他の部分より薄い薄肉部に形成され、上記薄肉部の一
   方の面に金属薄膜が形成され、このセンサ基板の他方の
   面には、上記一方の面の金属薄膜と少なくとも一部が上
   記センサ基板の薄肉部を挟んで対面した金属薄膜が形成
   されている焦電センサ素子。
3. 【請求項３】 焦電効果のある基板表裏面の少なくとも
   一方の側に厚さの薄い薄肉部を形成し、この基板表面に
   所定間隔でストライプ状に金属薄膜を形成し、同様に裏
   面にも所定間隔で上記金属薄膜と少なくとも一部が上記
   薄肉部を挟んで対面した金属薄膜をストライプ状に形成
   し、この基板を上記金属薄膜の長手方向と平行に複数に
   分割し、この金属薄膜の長手方向と直角方向にも上記基
   板を分割してセンサ素子を形成する焦電センサ素子の製
   造方法。
4. 【請求項４】 上記基板の分割に際して、上記表面側の
   金属薄膜が形成されていない間の部分であって上記薄肉
   部以外の部分で、上記金属薄膜の長手方向と平行に上記
   基板を分割し、これにより裏面側の金属薄膜を各々２分
   割するように分割する請求項３記載の焦電センサ素子の
   製造方法。