JPH10318829A

JPH10318829A - 赤外線センサ

Info

Publication number: JPH10318829A
Application number: JP9129917A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Endo; 治之遠藤
Original assignee: ISHIZUKA DENSHI KK
Current assignee: ISHIZUKA DENSHI KK
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】被検出対象物から放射される赤外線を検出し
て被検出対象物の温度を非接触形で検出するものであっ
て、温度検出感度を高めることができるとともに、検出
精度の高い赤外線センサを提供することを目的とする。【解決手段】赤外線センサチップ３と、赤外線センサ
チップ３を封じるためのセラミックパッケージ１とその
蓋２とを備え、赤外線センサチップ１が、シリコン基板
と、シリコン基板に設けられた空洞に梁部によって架橋
状に支持された感熱素子部とを備え、感熱素子部には赤
外線検知用の二つの感熱抵抗膜が形成され、シリコン基
板上に基板温度を検知する感熱抵抗膜が設けられ、蓋の
裏面に赤外線センサチップと電極層とを形成して電極層
と配線を施して、セラミックパッケージ１の開口部を覆
うとともに、セラミックパッケージ１に形成された端子
電極６と電極層とをバンプ電極１０によって電気的に接
続した赤外線センサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で温度を計
測するための赤外線センサに関し、詳しくは赤外線の受
光部が架橋構造（マイクロエアブリッジ）を有し、温度
補償機能を有する検出感度の高い赤外線センサに係るも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の表面温度を非接触で検知す
る赤外線検出器としては、熱型赤外線検出器が知られて
いる。熱型赤外線検出器は、非接触で高温の物体や移動
物体の表面温度を測定するセンサであり、物体や移動物
体等の被検知体から放射される赤外線エネルギによって
赤外線検出部の感熱抵抗体の温度が上昇し、その感熱抵
抗体の温度上昇による電気抵抗の変化を温度変化として
とらえて、被検知体の表面温度を測定するものである。

【０００３】一般に、赤外線検出部には、温度によって
抵抗値が変化するサーミスタ材料や金属抵抗材料からな
る薄膜、または薄膜熱電対等が用いられる。そして、被
検知体から放射される赤外線量は一般に微弱なため、そ
れを受けるセンサの感熱部には小さな熱容量であって、
高い赤外線吸収特性を有することが要求され、且つ製作
上の観点からは高精度な素子製造技術が要求されてい
る。そのために、赤外線センサは、一般に半導体微細加
工技術を応用して形成されている。

【０００４】半導体微細加工技術による赤外線センサ
は、例えば、特公平７−６５９３７号公報、特開平３−
１３６３７９号公報等に開示されている。これらの赤外
線センサは、赤外線検出部が基板に形成された絶縁性薄
膜上に形成され、基板の裏側を部分的にエッチングで除
去するか、またはブリッジ形成用の犠牲層を形成し、基
板を選択的にエッチングして除去することで形成されて
おり、残された周辺の基板から梁部に絶縁性薄膜を支持
して形成した架橋構造（マイクロエアブリッジ）の赤外
線センサである。

【０００５】このような構造の赤外線センサでは、赤外
線検出部と基板との間の熱抵抗を大きくすることができ
るために、赤外線センサの熱容量を非常に小さくするこ
とができる。そのために温度検出の応答速度が早く、し
かも高感度な赤外線検出器が実現できる。

【０００６】また、例えば特開平６−１６０１７４号公
報で開示した赤外線センサでは、赤外線センサの架橋部
形状の最適化を行うことによって、感熱部の温度上昇を
高め、更に、入射した赤外線エネルギが基板側に散逸し
ない工夫をして高感度なものとしている。この赤外線セ
ンサでは、赤外線受光部（円形または正方形）と、この
受光部を支持する４本の梁部と、これら梁部を支持する
基板を備えた構造とすることによって、梁部の熱抵抗が
大きくなり、受光部の熱エネルギが梁部を通って基板側
に散逸しにくくなる。そのために、受光部における入射
赤外線の熱変換効率が向上し、一層高感度な赤外線検出
器が得られる。

【０００７】通常、赤外線検出部が架橋構造（マイクロ
エアブリッジ）の赤外線センサは、図１１の断面図で示
したように、赤外線センサチップ２３がウインドを形成
したＴＯ−５型パッケージ等の容器に封止されている。
赤外線センサチップ２３が基台（ステム）２０に実装さ
れ、シリコンウインド２２が形成されたキャップ２１で
封止されている。赤外線センサチップ２３は、絶縁性基
板２４による架橋構造（マイクロエアブリッジ）の略中
央部にサーミスタ２４が形成されており、赤外線センサ
チップ２３の周縁にボンディングパッド電極２６が形成
され、ステム２０に設けられたリード端子２０ａにボン
ディングワイヤ２７で接続されている。この赤外線セン
サに赤外線が入射すると、先ず、入射した赤外線は赤外
線受光部に入射して、受光部が加熱され、感熱抵抗膜に
よる熱伝変換によって赤外線出力電圧が発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
の赤外線センサでは、キャップ２１やシリコンウインド
２２が赤外線で加熱され、そこで発生した熱は除々に赤
外線センサチップ２３に伝播する。赤外線センサでは、
ステム２０の材質が金属であり、熱伝導は比較的良好で
ある。また、リード端子２０ａはステム２０とガラスで
絶縁されており、電極数が多い場合には、ステム２０の
小型化が困難である。ステム２０の大型化は、即ち、ス
テム内での熱抵抗を増大させて、ステム内で温度差が発
生し易く、検出誤差をもたらす欠点がある。図１１の構
造では、被測温体から放射された赤外線によって、キャ
ップ、ウインドの温度が上昇し、赤外線センサチップや
ウインドの温度が上昇し、赤外線センサチップの受光部
は、キャップやウインドの温度も検知することになる。
赤外線センサチップには温度補償用の感熱抵抗膜が形成
されているが、キャップを含むケースの熱容量が大きい
ために、熱時定数が大きく、正確な温度検知が不可能で
ある。

【０００９】また、この種の赤外線センサの赤外線に対
する感度を向上させるためには、受光部とパケージ間距
離を、例えば０．２５〜１ｍｍ程度空けることが効果的
である。しかし、ステム１ではその加工にプレス加工が
用いられているが、凹凸形状をプレスで形成するのは困
難である。また、ＮＣ加工による削り出しや、貫通口を
空けて反射板で塞ぐ方法があるがコスト高となる欠点が
ある。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、被検出対象物から放射される赤外線を
検出して被検出対象物の温度を非接触形で検出するもの
であって、温度検出感度を高めることができるととも
に、検出精度の高い赤外線センサを提供することを目的
とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第１の発明は、赤外線センサチップと、
前記赤外線センサチップを封じるためのセラミックパッ
ケージとその蓋とを備え、前記赤外線センサチップが、
シリコン基板と、前記シリコン基板に設けられた空洞に
梁部によって架橋状に支持された受光部とを備え、前記
受光部には赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜が形成さ
れ、前記シリコン基板上に基板温度を検知する感熱抵抗
膜が設けられ、電極層を形成した前記蓋の裏面に前記赤
外線センサチップを設け、該電極層と配線を施して、前
記セラミックパッケージの開口部を覆うとともに、前記
セラミックパッケージに形成した端子電極と前記電極層
とをバンプ電極によって電気的に接続したことを特徴と
する赤外線センサである。この発明では、蓋が赤外線フ
ィルタを兼ねており、セラミックパッケージを封じる蓋
の裏面に、赤外線センサチップが被着されており、受光
部に赤外線が入射して、温度が検出されるとともに、温
度補償部にも略同時に温度上昇が起こり、相似した温度
上昇波形となり、極めて検出感度が高い。

【００１２】第２の発明は、赤外線センサチップと、前
記赤外線センサチップを封じるためのセラミックパッケ
ージとその蓋とを備え、前記赤外線センサチップが、シ
リコン基板と、前記シリコン基板に設けられた空洞に梁
部によって架橋状に支持された受光部とを備え、前記受
光部には赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜が形成され、
前記シリコン基板上に基板温度を検知する感熱抵抗膜が
設けられ、開口部が形成された前記蓋の裏側に電極層が
形成され、前記蓋の裏側に前記開口部を覆うように前記
赤外線センサチップを設け、前記蓋の表側に前記開口部
を覆うように赤外線透過領域と赤外線遮断領域とが形成
されたシリコン基板を設け、前記蓋を前記セラミックパ
ッケージの開口部を覆うとともに、前記セラミックパッ
ケージに形成された端子電極と前記電極層とをバンプ電
極によって電気的に接続したことを特徴とするを赤外線
センサである。この発明では、蓋に開口部が形成され、
その開口部を覆うように赤外線センサチップと、赤外線
のフィルタであるシリコン基板が被着されており、位置
決めが確実になされる。

【００１３】第３の発明は、赤外線センサチップと、前
記赤外線センサチップを収納するセラミックパッケージ
とその蓋とを備え、前記赤外線センサチップが、シリコ
ン基板と、前記シリコン基板に設けられた空洞と、前記
空洞の梁部によって架橋状に支持された受光部とを備
え、前記受光部には赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜と
前記基板上に基板温度を検知する感熱抵抗膜とが形成さ
れ、前記赤外線センサチップのバンプ電極と前記セラミ
ックパッケージに形成された端子電極とを電気的に接続
して、前記セラミックパッケージに前記蓋を設けたこと
を特徴とする赤外線センサである。この発明では、蓋が
赤外線フィルタを兼ねており、セラミックパッケージ内
に赤外線センサチップが収納され、その際に、バンプ電
極と端子電極とが電気的に接着され、赤外線センサチッ
プの上面が蓋の裏面に近接した位置に配置され、実質的
に蓋に近接して赤外線センサチップが形成された状態と
なっている。

【００１４】第４の発明は、赤外線センサチップと、セ
ラミックパッケージと、裏面に空洞部が形成された蓋と
を備え、前記赤外線センサチップを、前記空洞部と前記
赤外線センサチップの感熱素子部とが一致するように、
前記蓋の裏面に形成された電極層にフェースダウンボン
ディングし、前記赤外線センサチップが、シリコン基板
と、前記シリコン基板に設けられた空洞と、前記空洞の
梁部によって架橋状に支持された受光部とを備え、前記
受光部には赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜と前記基板
上に基板温度を検知する感熱抵抗膜とが形成され、前記
赤外線センサチップと電気的に接続されている前記電極
層をバンプ電極で前記セラミックパッケージに形成され
た端子電極に電気的に接続したことを特徴とする赤外線
センサである。この発明では、赤外線フィルタを兼ねる
蓋に空洞部を形成して赤外線センサチップの電極を蓋の
電極層にフェースダウンボンディングされており、さら
にその蓋を、セラミックパッケージの端子電極に電気的
に接続した赤外線センサである。

【００１５】第５の発明は、赤外線センサチップと、セ
ラミックパッケージと、開口部を設けた蓋とを備え、前
記赤外線センサチップを前記開口部を覆うように前記蓋
の裏面にフェースダウンボンディングし、かつその表面
から前記開口部を覆うようにフィルタ板が設けられ、前
記赤外線センサチップが、シリコン基板と、前記シリコ
ン基板に設けられた空洞と、前記空洞の梁部によって架
橋状に支持された受光部とを備え、前記受光部には赤外
線検知用の二つの感熱抵抗膜と前記基板上に基板温度を
検知する感熱抵抗膜とが形成され、前記赤外線センサチ
ップと電気的に接続されている電極層とをバンプ電極で
前記セラミックパッケージに形成した端子電極と電気的
に接続したことを特徴とする赤外線センサである。この
発明では、赤外線センサチップが蓋にフェースダウンボ
ンディングされており、蓋をセラミックパッケージの開
口部を封止することで、配線がなされて赤外線センサが
形成される。

【００１６】第６の発明は、前記セラミックパッケージ
と、前記蓋との間に間隙を形成して、前記隙間に充填材
を充填したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記
載の赤外線センサである。この発明では、前記セラミッ
クパッケージと、前記蓋との間に間隙を設けて充填材を
設けることによって、セラミックパッケージと蓋（赤外
線センサチップ）相互間の熱の伝播が容易となるので外
囲器の温度を均一にすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る赤外線センサ
の一実施の形態について、図面を参照して説明する。図
１（ａ）は、本発明に係る赤外線センサの一実施形態を
示す斜視図であり、図１（ｂ）、（ｃ）は図１（ａ）の
Ｘ−Ｘ′線に沿った断面図である。図２は、この赤外線
センサチップが実装された蓋の裏面図を示し、図２
（ａ）は温度補償用素子を備える赤外線センサチップで
あり、図２（ｂ）は受光部のみの赤外線センサチップで
あり、所謂シングル型赤外線センサチップである。な
お、赤外線センサチップは、同出願人による特願平８−
１５１１４４号に開示した赤外線センサチップと略同一
構造であり、その製造方法も同一である。

【００１８】図１（ａ）において、本実施形態の赤外線
センサは、セラミックパッケージ１に赤外線センサチッ
プを実装したシリコン基板からなる蓋（キャップ）２で
封止した構造である。蓋２には、赤外線が透過するウイ
ンド４を有する赤外線反射膜７が形成されている。セラ
ミックパッケージ１には端子電極６が形成されている。
蓋２とセラミックパッケージ１との隙間には機密性を高
めるためにエポキシ樹脂等の充填材５が充填されてい
る。

【００１９】図１（ｂ）は赤外線センサチップを実装し
た蓋２を示し、蓋２はシリコン基板からなり、その表側
表面には赤外線反射膜７が形成され、赤外線が透過する
領域（以下、ウインド）４にはシリコン基板が露出して
いる。ウインド４に赤外線反射防止膜を形成してもよ
い。赤外線反射膜７は赤外線を反射することで遮蔽する
Ａｕ等による薄膜である。蓋２の裏面には赤外線センサ
チップ３が実装されている。蓋２の裏面には絶縁性の金
属膜８が成膜され、その金属膜８に赤外線センサチップ
３が接着されている。また、金属膜８には、緩衝膜９
ａ、電極下地層９ｂ、電極層９ｃ、そしてバンプ電極１
０が順次形成されている。赤外線センサチップ３は金属
膜８に接着され、赤外線センサチップ３のパッド電極と
蓋２に形成された電極層９ｃとがボンディングワイヤ１
１で接続されている。

【００２０】同図（ｃ）は、セラミックパッケージ１の
開口部に、赤外線チップ３が実装された蓋２を封止した
状態を示す断面図である。セラミックパッケージ１の電
極端子６は端子電極膜６ａと電気的に接続されており、
端子電極膜６ａと蓋２の裏面に形成されたバンプ電極１
０とが、赤外線センサを基板等に実装する際の半田付け
温度より高い温度で接着されている。また、セラミック
パッケージ１の材質は、熱伝導率の大きいアルミナやＡ
ｌＮ等が好ましい。バンプ電極１０は通常のＡｕ／Ｎｉ
／Ｃｒ等の多層膜からなる。セラミックパッケージ１に
形成された端子電極膜６ａと、蓋２のバンプ電極１０と
が電気的に接続された後、セラミックパッケージ１と蓋
２との隙間には、エポキシ樹脂等が注入されて硬化され
る。蓋２で封止する際に、セラミックパッケージ内に乾
燥空気や乾燥窒素及びＸｅガスやＫrガス等の不活性ガ
スを注入して封止することが望ましい。また、エポキシ
樹脂等に限定することなく、低融点ガラスやＡｕ／Ｎｉ
／Ｃｒ等の多層膜やＣｒ／Ｔｉ等の下地金属層を利用し
て、半田付けしてもよい。このように構成することで、
セラミックパッケージ１と蓋２との間の熱が互いに伝播
しやすくなり、赤外線センサの外囲機の温度を均一にで
きるので、正確な温度検知が可能となる。

【００２１】次に、赤外線センサチップ３は、図２
（ａ）の蓋の裏面図に示したように、蓋の裏面に実装さ
れている。図２（ａ）を参照して説明すると、蓋２の裏
面には、電極層Ｄ１〜Ｄ８（図１では電極層９ｃ）が形
成され、蓋２の周縁部の電極層Ｄ１〜Ｄ８にバンプ電極
１０が形成されている。蓋２の裏面の四隅にはバンプ電
極１０と同等のバンプ電極１０ａが形成されている。バ
ンプ電極１０ａは接着と蓋２を接地する目的で形成され
ているとともに、バンプ電極１０ａはシリコンからなる
蓋とオーミック接触されている。パッケージに形成され
た端子電極膜６ａと接続することで、赤外線センサチッ
プを基板に搭載したとき、蓋を接地することによってシ
ールード効果を有する。赤外線センサチップ３は、シリ
コン基板に感熱素子部３ａ，３ｂの直下が、空洞３ｃ、
３ｄが形成された架橋構造（マイクロエアブリッジ）で
ある。そして、感熱素子部３ａ，３ｂに蓄積された熱が
散逸しないように、図示されていないが、例えばＬ字状
の開口部が形成されている。感熱素子部３ａには、感熱
抵抗膜Ｒ１，Ｒ２が形成され、感熱抵抗膜Ｒ１の電極が
パッド電極Ｐ１，Ｐ２に接続され、感熱抵抗膜Ｒ２の電
極がパッド電極Ｐ３，Ｐ４に接続されている。感熱素子
部３ｂも同様に、二つの感熱抵抗膜が形成され、それぞ
れの感熱抵抗膜の電極がパッド電極に接続されている。
そして、パッド電極Ｐ１〜Ｐ１０は、図示したように、
電極層Ｄ１〜Ｄ８とボンディングワイヤＬ１〜Ｌ１０で
接続されている。感熱素子部３ａは、ウインド４で示し
た部分から入射する赤外線を受光する検出部分であり、
感熱素子部３ｂは、赤外線の入射が遮蔽された温度補償
用の感熱素子部である。感熱素子部３ａ、３ｂにはそれ
ぞれ二つの素子が形成されており、これらの素子をブリ
ッジ構成として、出力電圧を得るようになされている。
この接続方法は、特願平８−１５５１１４４号に開示さ
れた回路接続方法により出力が得られる。

【００２２】次に、図３を参照して、その温度検出特性
について説明する。同図（ａ）は熱源温度を示してお
り、シャッタを開いて、１００秒間、約１００℃の熱を
赤外線センサに加えて実験を行った。赤外線センサにお
いて、約１００℃に達するまでの時間は、約５ｍｓであ
る。同図（ｂ）はパッケージの温度、同図（ｃ）はウイ
ンド４の温度、同図（ｄ）は受光部３ａの温度、同図
（ｅ）はブリッジ補償部温度（感熱温度補償部である感
熱素子部３ｂの温度）、同図（ｆ）は基板補償部温度
（赤外線センサチップの基板温度）、同図（ｇ）はセン
サ出力電圧である。

【００２３】赤外線センサの各部の温度は、図３に示し
たように、熱源からの熱の影響を受けて、徐々に上昇す
る。各部分は、その個々の熱容量や熱抵抗成分によっ
て、ある温度差が時間依存性を持っている。受光部は、
熱容量が非常に小さい微小架橋構造であるので、その受
光部を取り囲む全ての温度の影響を受けて、高速に応答
する。受光部と温度補償部とでは温度の立ち上がりが相
違し、受光部が最も温度の立ち上がりが速いので、略瞬
時に熱源の温度を検出することができる。なお、受光部
に与える熱的影響は、大別してパッケージに依存する温
度成分と熱源からの直接影響を受ける成分とに分けら
れ、このパッケージに依存する温度の影響は緩慢にであ
るのに対して、受光部は瞬時に応答するので、温度補償
用感熱素子による影響を相殺して、熱源からの熱の影響
を高速に、しかも正確に検出することができる。

【００２４】図４（ａ）は、本発明に係る赤外線センサ
の他の実施形態を示す断面図であり、図４（ｂ）はシン
グル型赤外線センサチップを使用した場合を示してい
る。同図（ａ）において、セラミックパッケージ１に
は、赤外線センサチップ３が実装された蓋１２が封止さ
れている。蓋１２の裏面には配線である電極層９が形成
され、電極層９にバンプ電極１０が形成され、バンプ電
極１０と端子電極膜６ａとがオーミック接触されてい
る。蓋１２には開口部１２ａ、１２ｂが設けられ、これ
らの開口部１２ａ、１２ｂを封止するシリコン基板から
なるフィルタ板１２ｃが蓋１２の表側に設けられてい
る。フィルタ板１２ｃにはウインド４を除いて赤外線反
射膜７が成膜されて赤外線入射が遮蔽されている。赤外
線反射膜７で覆われていないウインド４からは赤外線が
透過する。赤外線センサチップ３は、ウインド４を通過
した赤外線が開口部１２ａを通過して感熱素子部３ａに
受光されるように配置され、感熱素子部３ｂは赤外線が
遮断された側に位置するように配置されている。これら
の開口部１２ａ、１２ｃを覆うように、シリコン基板１
２ｃが設けられている。必ずしも必要としないが、セラ
ミックパッケージ１の収納部底部には、感熱素子部３
ａ、３ｂを通過した赤外線が反射するように赤外線反射
膜１３が設けられている。この実施形態の場合では、蓋
１２の本体がセラミックスで形成され、赤外線センサと
しての機械的強度は上記実施形態より優れている。赤外
線検出においては、図１の実施形態と同等の赤外線検出
特性が得られる。なお、赤外線センサチップ３は、図２
で説明した通りである。

【００２５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る赤外
線センサの他の実施形態を示す断面図である。この実施
形態は、図４の実施形態と類似するが、赤外線センサチ
ップ３は、図４の実施形態とは逆の面が接着されてい
る。即ち、赤外線センサチップ３を蓋１２の裏面にフェ
ースダウンボンディングすることで、赤外線センサチッ
プ３に形成された各バンプ電極１０ｂが、蓋１２の裏面
に形成された電極層９にオーミック接触されている。そ
して、蓋１２に形成された開口部１２ａ、１２ｂは、そ
の表側からウインド４を除いて赤外線反射膜７が成膜さ
れたシリコン基板からなるフィルタ板１２ｃで覆われて
いる。赤外線センサチップ３がその裏面に設けられ、そ
の表側にフィルタ板１２ｃが設けられた蓋１２を、セラ
ミックパッケージ１の開口部に、蓋１２の裏面に形成さ
れたバンプ電極１０が、セラミックパッケージ１の端子
電極膜６ａにオーミク接触するように、フェースダウン
ボンディングされている。このような構造では、ボンデ
ィングワイヤで配線を施す必要がなく、作業工数が少な
くて済み、機械的振動に対して強い特徴を有する。図５
（ｂ）は、本発明に係る赤外線センサの他の実施形態を
示す断面図であり、赤外線センサチップ３として、シン
グル型赤外線センサチップを使用したものである。その
構成は、図５（ａ）に類似するので詳細説明は省略す
る。

【００２６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る赤外
線センサの他の実施形態を示す断面図である。同図
（ａ）は、セラミックパッケージ１と赤外線フィルタを
兼ねる蓋１２とからなり、赤外線センサチップ３が蓋１
２にフェースダウンボンディングされ、赤外線センサチ
ップ３に形成されたバンプ電極１０ｂと電極層９ｃとが
オーミック接触されている。蓋１２は赤外線が透過する
シリコン基板からなり、赤外線センサチップ３の感熱素
子部３ａ、３ｂに対応する部分のシリコン基板には、空
洞部１２ｄ、１２ｅが形成されている。蓋１２の表側に
ウインド４を除いて赤外線反射膜７が成膜され、その裏
面に下地電極層９ａと、その上に電極層９ｃが形成され
ている。赤外線センサチップ３のバンプ電極１０ｂは、
これらの電極層９ｃにオーミック接触されている。従っ
て、ボンディングワイヤで配線を施す必要がなく、作業
工数が少なくて済み、機械的振動に対して強い特徴を有
する。図６（ｂ）は、本発明に係る赤外線センサの他の
実施形態を示す断面図であり、赤外線センサチップ３と
して、シングル型赤外線センサチップを使用したもので
ある。他の構成は、図６（ａ）に類似するので詳細説明
は省略する。

【００２７】図７〜図９は、本発明に係る赤外線センサ
の他の実施形態を示す図である。図７（ａ）は赤外線セ
ンサの分解斜視図であり、図７（ｂ）はその組み立てた
ときのＸ−Ｘ′線に沿った断面図である。図８はそのセ
ラミックパッケージに赤外線センサチップを収納した斜
視図、図９はその赤外線センサチップの斜視図であり、
電極層の先端にバンプ電極が形成されている。図７に示
したように、セラミックパッケージ１とその蓋２と、赤
外線センサチップ３とからなり、セラミックパッケージ
１の底部には、端子電極６と接続された端子電極膜６ａ
が形成され、かつ赤外線センサチップ３の底部に熱抵抗
を大きくするために凹部１ｂが形成され、その底部には
赤外線反射膜１３が形成されている。赤外線センサチッ
プ３に形成されたバンプ電極１０ｂがパッケージ底部に
フェースダウンボンディングされることによって、端子
電極膜６ａと電気的に接続されている。赤外線センサチ
ップ３が収納されたセラミックパッケージ１は蓋２で封
止される。収納された赤外線センサチップ３の上部面
と、セラミックパッケージ１の上面とがほぼ同一面であ
り、事実上蓋２の裏面に赤外線センサチップ３が接着さ
れているのと実質的に同一である。蓋２はシリコン基板
からなり、赤外線を反射するＡｕ膜等による赤外線反射
膜７が成膜され、他の部分はシリコン基板が露出してい
る。赤外線反射膜７の直下に、温度補償用の感熱素子部
３ｂが配置されている。感熱素子部３ａの直上の蓋２に
は赤外線反射膜７が成膜されておらずシリコン基板が露
出している。

【００２８】なお、赤外線センサチップ３は、図９に示
したように、図２とほぼ同一形状であり、受光部の感熱
素子部３ａと温度補償用の感熱素子部３ｂが形成されて
いる。感熱素子部３ａ，３ｂは感熱抵抗膜で形成され、
感熱抵抗膜の電極がバンプ電極１０ｂと配線層とで接続
されている。このバンプ電極１０ｂはセラミックパケー
ジ１の端子電極膜６ａに、フェースダウンボンディング
による熱融着等によって電気的にオーミック接触してい
る。

【００２９】続いて、本発明に係る赤外線センサの他の
実施形態について、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説
明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、セラミックパッケー
ジ１に、赤外線チップセンサ３がフェースダウンボンデ
ィングによって、バンプ電極１０ｂとセラミックパッケ
ージ１の収納部の端子電極膜６ａとが熱融着等によって
電気的にオーミック接触している。セラミックパッケー
ジ１の収納部底部には熱絶縁を目的とする凹部１ｂが形
成されている。図１０（ａ）は、セラミック製の蓋１２
に開口部１２ａ、１２ｂが形成され、これらの開口部１
２ａ，１２ｂを塞ぐように赤外線が透過するウインド４
と赤外線反射膜７が形成されたフィルタである蓋２が設
けられている。図１０（ｂ）は、赤外線フィルタである
シリコン基板からなる蓋２であり、シングル型赤外線セ
ンサチップ３が実装されており、図１０（ｃ）は、蓋１
２に開口部１２ａが一つ形成された実施形態を示してい
る。これらのセラミックパッケージ１には、凹部１ｂの
底部に必ずしも必要としないが赤外線反射膜１３が形成
されている。

【００３０】これら図１０の赤外線センサは、セラミッ
クパッケージ１の収容部に、赤外線センサチップ３が、
自己整合法（セルフアライメント）によって、フェース
ダウンボンディングされて、バンプ電極１０ｂと端子電
極膜６ａとが電気的に接続されたものであり、ボンディ
ングワイヤによるボンディング工程を省略できるので、
機械的強度を高めることができる。また、これらの実施
形態では、セラミックパッケージに蓋が接着されてお
り、図１、図４〜図６の実施形態のように隙間は形成さ
れないので、充填材は必要がない。

【００３１】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、セラミ
ックパッケージの蓋に赤外線センサチップが設けられる
か、あるいは蓋に近接しているので、熱源に対して受光
部および温度補償部の温度上昇が瞬時に応答するので、
赤外線検出感度が極めて高い利点がある。また、本発明
によれば、蓋に赤外線センサチップを熱融着等の手段に
よって被着することで、位置決めが極めて正確になされ
るので、検出感度のばらつきを少なくすることができる
利点がある。また、本発明によれば、受光部とセラミッ
クパッケージ、受光部と蓋との間に隙間を形成すること
で、熱抵抗が増大し赤外線感度が向上する。また、セン
サチップと蓋及びセラミックパッケージ間の熱抵抗を小
さくし、チップ上の温度補償部との熱伝播を速やかに行
うことによって、温度補償を正確に行える結果、赤外線
感度を向上させることができる。

【００３２】また、本発明によれば、蓋に開口部を設け
て、シリコン基板による赤外線フィルタを設けること
で、蓋の強度を高めることができるとともに、赤外線セ
ンサチップにバンプ電極を設けて電気的に接続すること
で、ボンディングワイヤで配線する必要がなく、機械強
度が向上し、かつ組立コストを低くすることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の赤外線センサの一実施形態を
示す斜視図、（ｂ）は赤外線センサチップが実装された
蓋の断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ′線に沿って
断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本実施形態に用いられる赤外
線センサチップの裏面図であり、（ａ）は温度補償素子
を備える赤外線センサチップ、（ｂ）はシングル型の赤
外線センサチップである。

【図３】本実施形態の赤外線センサの動作特性を示す波
形図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の赤外線センサの他
の実施形態を示す断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の赤外線センサの他
の実施形態を示す断面図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の赤外線センサの他
の実施形態を示す断面図である。

【図７】（ａ）は、本発明に係る赤外線センサの他の実
施形態を示す斜視図、（ｂ）はそのＸーＸ′線に沿った
断面図である。

【図８】図７における赤外線センサチップを収納した斜
視図である。

【図９】図７の本発明の赤外線センサチップの斜視図で
ある。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の赤外線センサの
他の実施形態を示す断面図である。

【図１１】従来の赤外線センサの一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１セラミックパッケージ１ｂ凹部２、１２蓋３赤外線センサチップ３ａ、３ｂ感熱素子部４ウインド５充填材６端子電極６ａ端子電極膜７赤外線反射膜（赤外線遮断膜）８金属膜９、９ｃ電極層１０、１０ａ、１０ｂバンプ電極１１ボンディングワイヤ１２ａ、１２ｂ開口部１２ｃフィルタ板１２ｄ，１２ｅ空洞部１３赤外線反射膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線センサチップと、前記赤外線セン
サチップを封じるためのセラミックパッケージとその蓋
とを備え、前記赤外線センサチップが、シリコン基板
と、前記シリコン基板に設けられた空洞に梁部によって
架橋状に支持された受光部とを備え、前記受光部には赤
外線検知用の二つの感熱抵抗膜が形成され、前記シリコ
ン基板上に基板温度を検知する感熱抵抗膜が設けられ、
電極層を形成した前記蓋の裏面に前記赤外線センサチッ
プを設け、該電極層と配線を施して、前記セラミックパ
ッケージの開口部を覆うとともに、前記セラミックパッ
ケージに形成した端子電極と前記電極層とをバンプ電極
によって電気的に接続したことを特徴とする赤外線セン
サ。
【請求項２】赤外線センサチップと、前記赤外線セン
サチップを封じるためのセラミックパッケージとその蓋
とを備え、前記赤外線センサチップが、シリコン基板
と、前記シリコン基板に設けられた空洞に梁部によって
架橋状に支持された受光部とを備え、前記受光部には赤
外線検知用の二つの感熱抵抗膜が形成され、前記シリコ
ン基板上に基板温度を検知する感熱抵抗膜が設けられ、
開口部が形成された前記蓋の裏側に電極層が形成され、
前記蓋の裏側に前記開口部を覆うように前記赤外線セン
サチップを設け、前記蓋の表側に前記開口部を覆うよう
に赤外線透過領域と赤外線遮断領域とが形成されたシリ
コン基板を設け、前記蓋を前記セラミックパッケージの
開口部を覆うとともに、前記セラミックパッケージに形
成された端子電極と前記電極層とをバンプ電極によって
電気的に接続したことを特徴とするを赤外線センサ。
【請求項３】赤外線センサチップと、前記赤外線セン
サチップを収納するセラミックパッケージとその蓋とを
備え、前記赤外線センサチップが、シリコン基板と、前
記シリコン基板に設けられた空洞と、前記空洞の梁部に
よって架橋状に支持された受光部とを備え、前記受光部
には赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜と前記基板上に基
板温度を検知する感熱抵抗膜とが形成され、前記赤外線
センサチップのバンプ電極と前記セラミックパッケージ
に形成された端子電極とを電気的に接続して、前記セラ
ミックパッケージに前記蓋を設けたことを特徴とする赤
外線センサ。
【請求項４】赤外線センサチップと、セラミックパッ
ケージと、裏面に空洞部が形成された蓋とを備え、前記
赤外線センサチップを、前記空洞部と前記赤外線センサ
チップの感熱素子部とが一致するように、前記蓋の裏面
に形成された電極層にフェースダウンボンディングし、
前記赤外線センサチップが、シリコン基板と、前記シリ
コン基板に設けられた空洞部と、前記空洞部の梁部によ
って架橋状に支持された受光部とを備え、前記受光部に
は赤外線検知用の二つの感熱抵抗膜と前記基板上に基板
温度を検知する感熱抵抗膜とが形成され、前記赤外線セ
ンサチップと電気的に接続されている前記電極層をバン
プ電極で前記セラミックパッケージに形成された端子電
極に電気的に接続したことを特徴とする赤外線センサ。
【請求項５】赤外線センサチップと、セラミックパッ
ケージと、開口部を設けた蓋とを備え、前記赤外線セン
サチップを前記開口部を覆うように前記蓋の裏面にフェ
ースダウンボンディングし、かつその表面から前記開口
部を覆うようにフィルタ板が設けられ、前記赤外線セン
サチップが、シリコン基板と、前記シリコン基板に設け
られた空洞と、前記空洞の梁部によって架橋状に支持さ
れた受光部とを備え、前記受光部には赤外線検知用の二
つの感熱抵抗膜と前記基板上に基板温度を検知する感熱
抵抗膜とが形成され、前記赤外線センサチップと電気的
に接続されている電極層とをバンプ電極で前記セラミッ
クパッケージに形成した端子電極と電気的に接続したこ
とを特徴とする赤外線センサ。
【請求項６】前記セラミックパッケージと、前記蓋と
の間に間隙を形成して、前記隙間に充填材を充填したこ
とを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の赤外線セ
ンサ。