JPS6191528A - 焦電形赤外線検出素子 - Google Patents
焦電形赤外線検出素子Info
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- JPS6191528A JPS6191528A JP59212562A JP21256284A JPS6191528A JP S6191528 A JPS6191528 A JP S6191528A JP 59212562 A JP59212562 A JP 59212562A JP 21256284 A JP21256284 A JP 21256284A JP S6191528 A JPS6191528 A JP S6191528A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
- H10N15/15—Thermoelectric active materials
-
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- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
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Landscapes
- 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
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は焦電形赤外線検出素子本体を他の電子部品(例
えば電界効果トランジスタ素子や抵抗体など)を回路基
板に直接装着してなる焦電形赤外線検出素子の改良に関
する。
えば電界効果トランジスタ素子や抵抗体など)を回路基
板に直接装着してなる焦電形赤外線検出素子の改良に関
する。
焦電形赤外線検出素子は、感度が波長に依存しないこと
、室温動作が可能で且つ安価であることなどの長所を備
えているため自動、ドアなどでの人体検知、電子レンジ
での温度測定など幅広く使用されつつある。
、室温動作が可能で且つ安価であることなどの長所を備
えているため自動、ドアなどでの人体検知、電子レンジ
での温度測定など幅広く使用されつつある。
よ
ところでこの種検−tp子においては赤外線を直接検知
するものでなく照射された赤外線量を焦電形素子本体の
温度変化として把えている。この点さらに詳述すると、
焦電形素子本体が角周波ωで放射密度Wの赤外線にさら
されたとすると熱平衡については次式が成立する。
するものでなく照射された赤外線量を焦電形素子本体の
温度変化として把えている。この点さらに詳述すると、
焦電形素子本体が角周波ωで放射密度Wの赤外線にさら
されたとすると熱平衡については次式が成立する。
(式中H=熱容fk(J℃−”)、 G =熱コンダク
タンス(J″C″″” 5ec−1)。
タンス(J″C″″” 5ec−1)。
A=焦電形素子本体の受光面積(crIL2)。
η=吸収係数、θ=温度上昇、t=時間 )ここで熱時
定数τT=−N ・−・−・−−−−−−−−−・−・
=−・・−(2)によって温度上昇θは で表示され、この温度上昇(温度変化)により。
定数τT=−N ・−・−・−−−−−−−−−・−・
=−・・−(2)によって温度上昇θは で表示され、この温度上昇(温度変化)により。
素子本体表面に電荷が発生して焦電流1=APωθが流
れる。
れる。
ここでPは焦電系数(C・1lc・K一2)である。
一方焦電形赤外線検出素子本体における出力電圧Vは
=ωPAθR(1+ω2τE2) −1/2 ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ (4)(式中τEは
電気時定数 Rは合成抵抗、Cは合成容t) で示され、上記式(3)を式(4)K代入すると・・・
・・・・・・・・・・・・ (5)となる。
・・・・・・・・・・・・・・・ (4)(式中τEは
電気時定数 Rは合成抵抗、Cは合成容t) で示され、上記式(3)を式(4)K代入すると・・・
・・・・・・・・・・・・ (5)となる。
しかして電圧感度式は次式(6)に示す如く出力電圧V
の入射エネルギーAW (J −sec″″1=W)に
対する比と定義される。
の入射エネルギーAW (J −sec″″1=W)に
対する比と定義される。
V η・ωAPR
RV = −= −(1+ω2τT2)−V2(1+ω
2τE2 )−V2AW G ・・・・・・・・・・・・・・・ (6)従って焦電形
赤外線検出素子における電圧感度By(検知能)は照射
される赤外線のチョッピング周波数ωに依存するととも
、に熱時定数τTl ’[&気時定数τEの大小にも依
存することKなる。またこの電圧感度Rvは高感度が得
られる1/τT>VfBの場合。
2τE2 )−V2AW G ・・・・・・・・・・・・・・・ (6)従って焦電形
赤外線検出素子における電圧感度By(検知能)は照射
される赤外線のチョッピング周波数ωに依存するととも
、に熱時定数τTl ’[&気時定数τEの大小にも依
存することKなる。またこの電圧感度Rvは高感度が得
られる1/τT>VfBの場合。
でも表され電圧感度Rvは熱時定数τTに比例する。
(式中Cvは体積比熱、ε0は真空の誘電率、ε。
は焦電体の比誘電率)
ここで熱時定数τTは上記式(2)よりτT=H,/G
で与えられるので、従来この種の赤外線検出素子におい
ては、素子本体を支持基体から浮かせた形で装着(組立
て)している。
で与えられるので、従来この種の赤外線検出素子におい
ては、素子本体を支持基体から浮かせた形で装着(組立
て)している。
このため構造が複雑となり量産性が劣るばかりでなく小
形化に限度がある。特に抵抗体、コンデンサ、トランジ
スタ素子など回路部品を支持基体績なうと云う問題があ
る。
形化に限度がある。特に抵抗体、コンデンサ、トランジ
スタ素子など回路部品を支持基体績なうと云う問題があ
る。
本発明は上記事情に基づきなされたもので焦電体素子本
体からの放熱を抑止し、もって検出素子としての感度向
上を図るとともに小形化、量産をも併せて改善した焦電
形赤外線検出素子を提供するものである。
体からの放熱を抑止し、もって検出素子としての感度向
上を図るとともに小形化、量産をも併せて改善した焦電
形赤外線検出素子を提供するものである。
本発明は回路基板と、この回路基板に装着され九焦電形
赤外線検出素子本体とを具備して成る赤外線検出素子に
おいて、前記回路基板が熱伝導率10W/m・K以下の
セラミック系材料にて構成したことを特徴とするもので
、上記低熱伝導率のセラミック系材料から成る回路基板
を用いた場合、赤外線の検出においてすぐれた感度・(
高い検知能)を発揮するとの知見に基づくものである。
赤外線検出素子本体とを具備して成る赤外線検出素子に
おいて、前記回路基板が熱伝導率10W/m・K以下の
セラミック系材料にて構成したことを特徴とするもので
、上記低熱伝導率のセラミック系材料から成る回路基板
を用いた場合、赤外線の検出においてすぐれた感度・(
高い検知能)を発揮するとの知見に基づくものである。
以下不発明の実施例について添附図面を参照して説明す
る。第1図は焦電形赤外線検出素子の基本回路例を示し
たもので(1)は入射(照射)した赤外線によって温度
変化を起生しこの温度変化を自発分極の変化に変換する
検出素子本体であり、(2)は2発生した電荷を電圧モ
ードで取り出すための高出力抵抗を、(3)はインピー
ダンス変換の電界効果トランジスタ(FET)を、(4
)は電界効果トランジスタ(3)のソース抵抗をそれぞ
れ示す。
る。第1図は焦電形赤外線検出素子の基本回路例を示し
たもので(1)は入射(照射)した赤外線によって温度
変化を起生しこの温度変化を自発分極の変化に変換する
検出素子本体であり、(2)は2発生した電荷を電圧モ
ードで取り出すための高出力抵抗を、(3)はインピー
ダンス変換の電界効果トランジスタ(FET)を、(4
)は電界効果トランジスタ(3)のソース抵抗をそれぞ
れ示す。
このような回路構成をとる本発明に係る検出素子は次の
ようにして製造しうる。先ずBaO3〜54mo1%、
5n027〜40mo1%p B2O310〜5B
+no1%、 TiO25〜48 mo 1%になるよ
うに秤量し、湿式振動ミルにより16時間、混合粉砕し
、150℃。
ようにして製造しうる。先ずBaO3〜54mo1%、
5n027〜40mo1%p B2O310〜5B
+no1%、 TiO25〜48 mo 1%になるよ
うに秤量し、湿式振動ミルにより16時間、混合粉砕し
、150℃。
24時間、乾燥後、バインダーとして、ポリビニールア
ルコール(PvA)ヲ混合シ、1100〜1150℃の
温度で3時間焼結し、その後粉砕、混合、乾燥によりド
クターブレード用Ba Sn B2O6系セラミツクス
粉末を得た。
ルコール(PvA)ヲ混合シ、1100〜1150℃の
温度で3時間焼結し、その後粉砕、混合、乾燥によりド
クターブレード用Ba Sn B2O6系セラミツクス
粉末を得た。
この原料粉末に1例えばポリビニルブチラール等の結合
剤、フタール酸オクチル、ポリモテレングリコール等の
可塑剤、メンヘーテン油等の分散剤、エチルアルコール
、トリクロロエチレン等の溶媒を加えて、スラリーを作
成し、ドクターブレード法でグリーンシート(回路用基
板)を製造した。次いでAg系等の導体ペーストを用い
、前記回路基板をなすグリーンシート上に、第1図に示
した基本回路を成すように導体・抵抗体を印刷・塗布・
乾燥し、850〜1050℃の温度で3時間焼成し、
Ba5nB2Os系セラミツクス基板を得た。
剤、フタール酸オクチル、ポリモテレングリコール等の
可塑剤、メンヘーテン油等の分散剤、エチルアルコール
、トリクロロエチレン等の溶媒を加えて、スラリーを作
成し、ドクターブレード法でグリーンシート(回路用基
板)を製造した。次いでAg系等の導体ペーストを用い
、前記回路基板をなすグリーンシート上に、第1図に示
した基本回路を成すように導体・抵抗体を印刷・塗布・
乾燥し、850〜1050℃の温度で3時間焼成し、
Ba5nB2Os系セラミツクス基板を得た。
この基板材料の熱伝導率は製造条件により1〜4W/m
・Kの範囲に分布するが平均して3W/m・Kの値が得
られた。
・Kの範囲に分布するが平均して3W/m・Kの値が得
られた。
しかる後、 LiTaO3,PZT、 PbTiO3等
の焦電体のうち2例えば(Pb、Ca)〔(CoV2W
V2)Ti〕03セラミックスを大きさ3x3tirm
、厚さ100μmの形状に加工し。
の焦電体のうち2例えば(Pb、Ca)〔(CoV2W
V2)Ti〕03セラミックスを大きさ3x3tirm
、厚さ100μmの形状に加工し。
焦電体素子本体を得、この素子本体(1)を13a S
n 82OG系セラミツクス基板上に、1!界効果トラ
ンジスタ(3)及びリードフレームとともに実装し、赤
外線検出素子を作製した。
n 82OG系セラミツクス基板上に、1!界効果トラ
ンジスタ(3)及びリードフレームとともに実装し、赤
外線検出素子を作製した。
一方比較のために、ハイブリッドIC用基板材料として
一般に広く用いられている96%アルミナセラミックス
(熱伝導率21 W/m−K )を回路用基板として用
い上記と同様手段によって導体、抵抗体など形成し、さ
らに焦電体素子本体(1)及び電界効果トランジスタ(
3)などを実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
一般に広く用いられている96%アルミナセラミックス
(熱伝導率21 W/m−K )を回路用基板として用
い上記と同様手段によって導体、抵抗体など形成し、さ
らに焦電体素子本体(1)及び電界効果トランジスタ(
3)などを実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
これら2つの焦電形赤外線検出素子の相対出力電圧を比
較例としてのアルミナ基板を使用した素子の値を100
として、 500にの黒体炉を赤外線源を用い、チョ
ッピング周波数IHz、 5Hz、 10Hzに変更し
て測定したところ第1表に示すような結果が得られた。
較例としてのアルミナ基板を使用した素子の値を100
として、 500にの黒体炉を赤外線源を用い、チョ
ッピング周波数IHz、 5Hz、 10Hzに変更し
て測定したところ第1表に示すような結果が得られた。
第1表
熱伝導率の低いBa Sn B2O6系セラミツクスを
基板材料として用いて成る本発明に係る検出素子の場合
は、大幅に特性が向上されている。
基板材料として用いて成る本発明に係る検出素子の場合
は、大幅に特性が向上されている。
次に、 AA!2O32O〜50wt%、 BaO22
〜45wt%。
〜45wt%。
SiO214〜23wt%、B2O39〜17 wt%
になるように秤量し、混合、粉砕した後、バインダー、
溶剤等を加え、スラリーとし、グリーンシート作成した
。
になるように秤量し、混合、粉砕した後、バインダー、
溶剤等を加え、スラリーとし、グリーンシート作成した
。
このグリーンシートを、750〜1000℃の温度で焼
成し、 AA!2O3−SiO2−BaO−B2O3系
セラミツクスを得た。この基板材料の熱伝導率は、製造
条件等により、2〜5 W/m−Kに分布するが、平・
均して4馳・Kの値を得た。
成し、 AA!2O3−SiO2−BaO−B2O3系
セラミツクスを得た。この基板材料の熱伝導率は、製造
条件等により、2〜5 W/m−Kに分布するが、平・
均して4馳・Kの値を得た。
この基板に砥抗体、導体をスクリーン印刷法により形成
した後、 BaSnB2O6系セラミックスの場合と
同じく焦電体素子本体、FETならびにリードフレーム
等を実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
した後、 BaSnB2O6系セラミックスの場合と
同じく焦電体素子本体、FETならびにリードフレーム
等を実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
この素子の出力電圧を、前記比較例の検出素子(96%
アルミナセラミックスを基板として成る検出素子)の出
力電圧と比較測定した結果を第2表に示す。第2表から
明らかのように本発明に係る検出素子の場合には著しく
すぐれた特性を示す。
アルミナセラミックスを基板として成る検出素子)の出
力電圧と比較測定した結果を第2表に示す。第2表から
明らかのように本発明に係る検出素子の場合には著しく
すぐれた特性を示す。
第 2 表
さらに他の実施例としてA11!2O340〜5Qwt
%。
%。
Pb0. 1〜40wt%t B2O31〜30wt%
、5i022〜40wt%、■族元素酸化物(MgO,
Cab、 SrO,’BaO,RaO等)0.05〜2
5wt%、■族元素酸化物(TiO2゜ZrO2,Ge
O2,5n02等、ただし、炭素、硅素、鉛は除< )
0.01〜10wt%を秤量混合し、バインダーを加
えスラリーとし、グリーンシートを作成後。
、5i022〜40wt%、■族元素酸化物(MgO,
Cab、 SrO,’BaO,RaO等)0.05〜2
5wt%、■族元素酸化物(TiO2゜ZrO2,Ge
O2,5n02等、ただし、炭素、硅素、鉛は除< )
0.01〜10wt%を秤量混合し、バインダーを加
えスラリーとし、グリーンシートを作成後。
700〜1400℃の温度で焼成し、 AA’2O3−
8iQ2−pi)0−B2O3系セラミツクスを得た。
8iQ2−pi)0−B2O3系セラミツクスを得た。
この基板材料の熱伝導率は3〜5 W/m・Kの範囲に
分布するが平均して4 w/In−Kの値を得た。
分布するが平均して4 w/In−Kの値を得た。
この基板に抵抗体、導体をスクリーン印刷法により形成
した後、 Ba Sn B2O6系セラミツクスの場
合と同じく焦電体素子本体、電界効果トランジスタなら
びにリードフレーム等を実装し、焦電形赤外線検出素子
を得た。
した後、 Ba Sn B2O6系セラミツクスの場
合と同じく焦電体素子本体、電界効果トランジスタなら
びにリードフレーム等を実装し、焦電形赤外線検出素子
を得た。
この素子の出力電圧を96%アルミナセラミックスを基
板として用いた素子(比較例)の出力゛電圧と比較測定
した結果を第3表に示す。
板として用いた素子(比較例)の出力゛電圧と比較測定
した結果を第3表に示す。
第 3 表
さらにまた他の実施例としてLi2O0,12〜3.2
6wt%、 sro 0.50〜45.33wt%、
MgOを1.38〜26.07wt%t、 Al2O5
10,92〜59.50wt%、5io211.68〜
57.61 wt%になるように、原材料を秤量混合し
。
6wt%、 sro 0.50〜45.33wt%、
MgOを1.38〜26.07wt%t、 Al2O5
10,92〜59.50wt%、5io211.68〜
57.61 wt%になるように、原材料を秤量混合し
。
850℃で仮焼した後、粉砕し、ポリビニールアルコー
ルを加え、金型に入れ加圧成形した後。
ルを加え、金型に入れ加圧成形した後。
900〜1400℃の温度で焼成し、 A12O3−5
i02−SiOLi2O系セラミツクスを得た。この基
板材料の熱伝導率は、7〜IOw/m−Kに分布してい
たが平均してgW/m・Kの値が得られた、 この基板に抵抗体、導体をスクリーン印刷法により形成
した後、焦電体素子本体、 FBTならびにリードフ
レーム等を実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
i02−SiOLi2O系セラミツクスを得た。この基
板材料の熱伝導率は、7〜IOw/m−Kに分布してい
たが平均してgW/m・Kの値が得られた、 この基板に抵抗体、導体をスクリーン印刷法により形成
した後、焦電体素子本体、 FBTならびにリードフ
レーム等を実装し、焦電形赤外線検出素子を得た。
この素子の出力電圧を96%アルミナセラミックスを基
板として用いた素子(比較例)の出力電圧と比較測定し
た結果を第4表に示す。
板として用いた素子(比較例)の出力電圧と比較測定し
た結果を第4表に示す。
第4表
以上の実施例では、セラミックス基板として。
BaSnB2O6系、 A12O3−SiO2−BaO
−B2O3系、 AA!2O3−SiO2−PbO−B
2O3系ならびに、UzOa−8iOz −SrO−L
i2O系セラミツクスを用いたが、熱伝導率がIOW/
m・K以下のセラミックスであれば他のものでも良い。
−B2O3系、 AA!2O3−SiO2−PbO−B
2O3系ならびに、UzOa−8iOz −SrO−L
i2O系セラミツクスを用いたが、熱伝導率がIOW/
m・K以下のセラミックスであれば他のものでも良い。
また、焦電体本体も前述のもの以外の焦電体であっても
かまわない。
かまわない。
本発明は以上詳述したように1回路基板とこの回路基板
に装着された焦電形赤外線検出素子本体とを具備してな
る赤外線検出素子において1回路基板として熱伝導率が
10 W/m−K以下のセラミックス系材料を特に選択
使用したことにより、性能を大@に改善向上させ得る。
に装着された焦電形赤外線検出素子本体とを具備してな
る赤外線検出素子において1回路基板として熱伝導率が
10 W/m−K以下のセラミックス系材料を特に選択
使用したことにより、性能を大@に改善向上させ得る。
しかも構成及至、構造も簡単なため、小形化、情意性に
富み特に抵抗体。
富み特に抵抗体。
コンデンサ、トランジスタ素子などの回路部品を。
支持基体に装着した構成(回路基板化)した場合。
非常に有効である。かくして本発明に係る焦電形赤外線
検出素子はすぐれた感度、応答性、高信頼性などの点か
ら実用上多くの利点をもたらすものと云える。
検出素子はすぐれた感度、応答性、高信頼性などの点か
ら実用上多くの利点をもたらすものと云える。
第1図は2本発明の焦電形赤外線検出素子の基本回路図
である。 (1)・・・焦電体素子本体、(2)・・・高出力抵抗
。 (3)・・・電界効果トランジスタ。 (4)・・・電界効果トランジスタのソース抵抗。 (5)・・・印加電圧端子、(6)・・・出力電圧端子
。 (η・・・アース 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか 1名)
である。 (1)・・・焦電体素子本体、(2)・・・高出力抵抗
。 (3)・・・電界効果トランジスタ。 (4)・・・電界効果トランジスタのソース抵抗。 (5)・・・印加電圧端子、(6)・・・出力電圧端子
。 (η・・・アース 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか 1名)
Claims (2)
- (1)回路基板と、この回路基板に装着された焦電形赤
外線検出素子本体とを具備して成る焦電形赤外線検出素
子において、前記回路基板が熱伝導率10W/m・K以
下のセラミック系材料で構成されていることを特徴とす
る焦電形赤外線検出素子。 - (2)回路基板を構成するセラミック系材料が、BaS
nB_2O_6系、Al_2O_3−SiO_2−Ba
O−B_2O_3系、Al_2O_3−SiO_2−P
bO−B_2O_3系及びM_2O_3−SiO_2−
SrO−Li_2O系のいずれかであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の焦電形赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59212562A JPS6191528A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 焦電形赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59212562A JPS6191528A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 焦電形赤外線検出素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6191528A true JPS6191528A (ja) | 1986-05-09 |
Family
ID=16624750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59212562A Pending JPS6191528A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 焦電形赤外線検出素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6191528A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0357002A2 (en) * | 1988-08-30 | 1990-03-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pyroelectric infrared sensor |
JPH02303170A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-17 | Murata Mfg Co Ltd | 焦電形赤外線検出器 |
US8101536B2 (en) * | 2006-11-30 | 2012-01-24 | Korea Institute Of Ceramic Engineering & Technology | Glass-free microwave dielectric ceramics and the manufacturing method thereof |
-
1984
- 1984-10-12 JP JP59212562A patent/JPS6191528A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0357002A2 (en) * | 1988-08-30 | 1990-03-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Pyroelectric infrared sensor |
US4973843A (en) * | 1988-08-30 | 1990-11-27 | Murata Mfg. Co., Ltd. | Pyroelectric infrared sensor |
JPH02303170A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-17 | Murata Mfg Co Ltd | 焦電形赤外線検出器 |
US8101536B2 (en) * | 2006-11-30 | 2012-01-24 | Korea Institute Of Ceramic Engineering & Technology | Glass-free microwave dielectric ceramics and the manufacturing method thereof |
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