JPS6252421A - 焦電式温度検出装置とその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、概要 焦電センサとその周辺信号処理回路とを一体化した焦電
式温度検出装置およびその製造方法であって、特に、焦
電センサ搭載部の半導体基材を焦電センサ搭載装着部位
を残して異方性エツチングにより凹陥部を形成させたも
のである。

また焦電センサの装着部位と半導体基材上に形成させた
電極部材との電気機械的結合を良好ならしめたものであ
る。

口、産業上の利用分野 本発明は焦電式温度検出装置及びその製造方法に関する
ものであり、より特定的には、焦電センサとその周辺信
号処理回路とを一体化した焦電式温度検出装置及びその
製造方法に関する。

ハ、従来の技術、および、発明が解決しようとする問題
点 圧電性且つ強誘電性を有する物質は、焦電効果、すなわ
ち放射線を受けると分極作用によりその表面に電荷が誘
起される現象を示すことが知られている。従って焦電効
果を有する物体、すなわち焦電体の表面に誘起する電荷
を測定し、入射放射線量が被測定物の表面温度にほぼ比
例することおよび熱放射に関する、例えばウィーンの変
位側を用いて、入射放射線源の熱量を算出することがで
き、焦電式温度検出装置として、すなわち非接触式の温
度センサとして種々の装置、例えば電子レンジ、火災検
知装置等に用いられている。

焦電体としては、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ３
）等の圧電単結晶、ＰＺＴ等の圧電セラミック、ポリク
ツ化ビニリデン（ＰＶＦ　ｚ＞等の圧電高分子膜等が知
られており、焦電式温度検出装置に用いる焦電体として
は焦電係数が大きいものが好ましい。

放射線を受けた誘電体の表面には前述の如く電荷が誘起
されるが、同一レベルの放射線を受けている場合、時間
の経過と共に誘起電荷が中和されるという性質を有する
。すなわち、誘起電荷は温度変化に応じて発生されるの
である。かかる事情から、焦電式温度検出装置として用
いる場合、焦電体部に入射する放射線を所定の周期でチ
ョッピングし、焦電体部に入射する放射線を意図的に断
続させて温度変化を与え、入射放射線の温度に応じた振
幅を有するパルスとして誘起電荷を取り出すようにして
いる。

このように誘起電荷がパルスであること、および焦電体
部の出力インピーダンスが高いこと、例えば１０Ｉ４（
Ω）程度のインピーダンスから、センサ部としての焦電
体部の後段には、温度を換算する回路の前後に、信号処
理回路（変換回路）が設けられている。

ところで、従来焦電体を用いた焦電センサ部と上記周辺
信号処理回路（変換回路）とは一般に分離されている。

すなわち焦電センサ部はアクリル集合等に装着され、か
かる検出部から導電線を介して、検出部から離れた周辺
信号処理回路で前述の前処理が行なわれている。

しかしながら、焦電センサ部で検出される電荷は一般に
低く周辺信号処理回路までの導電性経路が長いと信号が
減衰すること、雑音の影響を受は易いこと等の問題があ
る。そのため計装に相当の注意をはられなければならな
い。また、分離すると一般に全体的スペースが大となり
、収容空間の制限を受ける装置、例えば電子レンジ等へ
の取付条件が厳しくなるという問題がある。

二・問題を解決するための手段、および作用本発明は上
述の問題に鑑みてなされたものであり、焦電センサとそ
の周辺信号処理回路とを半導体基材に集積一体化させた
焦電式温度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明においては、基板、該
基板の焦電センサ装着部に異方性エツチングにより形成
された凹陥部であって焦電センサが電極部材を介して部
分的に固着される直角突出部を有しているもの、該凹陥
部の突出部に装着された焦電センサ、および、前記基板
の周辺回路形成部に形成された周辺回路、を具備する、
焦電式温度検出装置が提供される。

また本発明においては、前記焦電センサが、第１の導電
性パッド、放、射線吸収膜、焦電素子、放射線反射膜、
接着導電性部材を介して設けられた第２の導電性パッド
を積層して形成され、前記凹陥部の突出部に形成された
電極部材が、導電性パッド、接着導電性部材を介して設
けられた導電膜およびハンダバンプを積層して形成され
、前記焦電センサの第２の導電性パッドと前記電極部材
の導電膜とが前記ハンダバンプの溶融により結合されて
成る、焦電式温度検出装置が提供される。

一方、本発明においては、基板の周辺回路形成部に周辺
回路を形成させる段階、基板の焦電センサ装着部に電極
部材を形成させる段階、基板の焦電センサ装着部に前記
電極部材が形成された部位を直角内側突出部として残る
ように異方性エツチングにより凹陥部を形成する段階、
および、該凹陥形成部の前記直角内側突出部の電極形成
部に焦電センサを装着する段階、を具備する、焦電式温
度検出装置の製造方法が提供される。

また、本発明においては、より特定的には、前記基板の
焦電センサ装着部に電極部材を形成する段階が、導電性
パッド、接着導電性部材を介して設けられた導電膜およ
びハンダバンプを積層形成する段階を有し、前記焦電セ
ンサを面着溶融段階が、前記焦電センサの前記電極部材
と対向する面一に設けられた導電性パッドを前記電極部
材のハンダバンプと固着させ、該ハンダバンプを溶融さ
せ前記焦電センサの導電性パッドと前記電極部材のハン
ダバンプと隣接して設けられた導電膜とを電気的且つ機
械的に結合させる段階を有する、焦電式温度検出装置の
製造方法が提供される。

ホ、実施例 添付図面を参照して以下本発明の実施例について述べる
。

第１図は本発明の一実施例としての焦電式温度検出装置
の組立時の斜視図を示す。

当該焦電式温度検出装置は、シリコン基材（又は基板）
ｌ、該基材の周辺回路形成部１０に形成された周辺回路
１１〜１５、基材の焦電センサ搭載部２０に形成された
凹陥部隅部２２、凹陥底部で規定された凹陥部、および
凹陥部隅部２２の各隅部２１ａ〜２１ｄの面上に形成さ
れたそれぞれ電極２１ａ〜２１ｄからなる電極部材２１
を有している。

また焦電式温度検出装置は焦電センサ３を有しており、
該焦電センサ３が、上記電極２１８〜２１ｄと固着し、
一体形焦電式温度検出装置を形成する。

周辺回路１１〜１５としては、例えば、焦電センサ３か
らのパルス状電荷信号を所定レベルに増幅するアンプ１
１、該アンプの出力信号のうち特定の周波数成分の信号
を通過させるバンドパスフィルタ１２、該バンドパスフ
ィルタの出力パルスのうち波高値を検出してサンプルホ
ールド信号を発生させるホールドパルス発生回路１３、
該サンプルホールド信号に応答してバンドパスフィルタ
１２の出力パルスの波高値を保持するサンプルホルダ１
４、および該サンプルホルダの出力信号の低周波成分を
通過させるローパスフィルタ１５を示している。ローパ
スフィルタ１５の出力信号が、別途設けられるＡ／Ｄ変
換器によりディジタル信号に変換され、所定の演算回路
を介して最終的な温度に換算される。勿論これらに用い
られるＡ／Ｄ変換器、演算回路をもシリコン基材１に形
成されることも可能である。

第２図（ａ）に第１図の焦電センサ搭載部２０および電
極２１ａ〜２１ｄの平面図、第２図（ｂ）に焦電センサ
搭載部２の第１図Ｘ−Ｘ線における断面図を示す。

焦電センサ搭載部２０は矩形に穿設された凹陥部が形成
されており、その四隅が内側に突起している凹陥部隅部
２２ａ〜２２ｃを有している。これら凹陥部隅部２２ａ
〜２２ｃは、図示の如＜（１１，１）面に囲まれており
、後述の如（、エツチングにより形成される。

図示の如く凹陥部を設けたのは、焦電センサ４と電極２
１ａ〜２１ｄを介して基板１との接触面積をより少なく
するためである。すなわち、焦電センサは、前述の如く
放射線変化を受けてその変化に応じた電荷を発生させる
ものであるが、基板１との接触面積が大きいと入射放射
線の持つエネルギーが基材１に伝達される量も大きくな
り、正確な測定値が得られない。そこで接触面積をより
小さくする必要がある。従って電極を介して基材１と接
触する部位は、極力小さくし、そのため、焦電センサ搭
載部の非接触部、すなわち焦電センサの取付下部を空洞
化している。

上記要件を満足する凹陥部は種々考えられる。

例えば電極部を除いて、他を円形、多角形等にする方法
が考えられる。

第１図に図示の焦電温度検出装置の製造方法について第
３図を参照して述べる。

ａ、シリコン基板１の周辺回路形成部１０に、周知のプ
ロセスにより、前述の周辺回路１１〜１５を形成させる
（第３図ステップ１　（ＳＱＬ））。

ｂ、上記プロセスにおいて、電極部材２１ａ〜２１ｄ及
び電極部材と周辺回路１１〜１５の配線パターンを形成
させる（第３図５ｏｌ）。

Ｃ１次いで基材１の焦電素子搭載領域の凹陥部を下記に
詳述する異方性エツチングで形成する（第３図５Ｏ２）
。

ｃｌ、凹陥形成部以外はエツチングされないように、第
２図（ａ）の太線で示した外方を酸化シリコン（ＳｉＯ
ｚ）で耐食被覆をしておく。

ｃ２．単結晶シリコンが加熱アルカリ液によってエツチ
ングされるとき、その結晶軸方向に依存してエツチング
速度が異なるという異方性を示す。よって、例えば、エ
チレンジアミン１７ｍ１カテコール３ｇ、水８ｍｌの割
合で混合したエツチング液を１１０℃で用いてエツチン
グ処理を行う。

上記耐食マスクパターンの画像の線を （１１０）方向に一致させたとき、エツチング速度は（
１００）面が１時間当／）５０ｐｍ、（１１０）面が１
時間当り２〜３μｍである。

従って（１００）面のエツチングが迅速に進行する、す
なわち深さ方向にはエツチングが進行する反面、（１１
１）面はエツチングが遅く、第２図（ａ）（ｂ）に図示
の如（傾斜断面が形成される。この傾斜角度θはほぼ５
５°である。

このようにして形成された凹陥部は側面方向のエツチン
グ速度が遅いため製造方法の精度は高い。

ｄ、凹陥部の外周部の電極部２１ａ〜２１ｄに予め別途
製造された焦電センサを電気的且つ機械的堅牢に面着さ
せる（第４図３０３）。

ｅ、焦電センサ３の他面の４電性パツド（第１図斜線を
施した小部分）に周辺回路１１への布線を施こし電気回
路を形成させる（第４図３０４）。

ｆ、放射線選択フィルタ、その他外周器を装着させる（
第３図８０５）。

以上の如く凹陥部を設けることによ１す、凹陥部は空洞
となり焦電センサの熱放散を小さくする一方、基材への
熱伝導が最小になるから、焦電センサで受けた放射線が
熱放散によって生ずる誤差は小さくなる。

圧電センサ３と電極部２１２〜２１ｄとの面着について
第４図を参照して述べる。

従来の方法を想定すると、焦電センサ３を搭載する場合
、シリコン基材１の焦電センサ３搭載部の一部にエポキ
シ系の導電性接着剤を付けた上で焦電センサを載せて１
２０℃の恒温雰囲気約１時間放置し接着剤を硬化させて
接着させるということが考えられる。しかしながら、こ
のような方法を採ると、接着剤硬化のため上記の如くか
なり長時間を要しプロセス効率上好ましくないという問
題が予想される。また接着剤が搭載する焦電素子の接着
面のみならず、焦電センサの表面にも付着する可能性が
あり、焦電センサの両極面が短絡し、分極電荷がとり出
せない場合が生ずる可能性がある。

第４図に図示の焦電センサと電極部との面着はかかる予
想される問題を回避する新規なものである。

第４図において、焦電センサ３は、第１の導電性バット
３６、例えばアルミニウム（八ｌ）バンド、放射線より
特定的には赤外線を吸収するクローム（Ｃｒ）膜３１、
焦電素子３２、例えばアルミニウム製の赤外線反射膜３
３、Ｃｒ膜３４　、ＮｉＣｒ膜３５全３５の第２の導電
性パッド３７が図示の如く積層形成されてなる。赤外線
が焦電センサ３に入射すると、その熱エネルギー変化に
応答した電荷が焦電素子３２の両面が誘起され、それぞ
れ導電性の赤外線吸収膜３１を介して第１の導電性パッ
ド３６と、赤外線反射膜３３、Ｃｒ膜３４、ＮｉＣｒ膜
３５全３５て第２の導電性パッド３７との両端に誘起さ
れた電荷が取り出されるのである。

一方、電極部２１Ｇを例示すると、凹陥部を規定する隅
部にあって、シリコン基材１上に、ＡＩ製の導電製パッ
ド２１１　、ＮｉＣｒ膜２１２、金製の導電性パッド２
１３およびハンダバンプ２１４を図示の如く積層形成さ
れている。

以上の如く形成した電極部のハンダバンプ２１４と金製
導電性パッド３７を対向面着させ、所定の圧力で押圧し
た状態で、一時的に、例えば３０秒間、ハンダの融点以
上、例えば２３５℃以上の温度にする。これにより、ハ
ンダバンプ２１４が溶融しハンダバンプ２１４を介して
圧電センサ側の金製導電性パッド３７と電極部側の金製
導電性パッド２１３とが電気的に結合し、且つハンダバ
ンプ２１４の硬化によりハンダバンプ２１４を介して両
者は固着される。ここで、金のハンダ付着性が良好であ
ることに留意されたい。

従って以上の如く形成させることにより、電極部を介し
て焦電センサがシリコン基材に高速且つ確実に電気的導
電性を保って固着されるのである。

また焦電センサの両面が電気的に短絡することがない。

本発明の実施に当っては、以上に述べたものの外、種々
の変形形態を採ることができる。

へ９発明の効果 以上に述べたように本発明によれば、高い測定精度を維
持し、焦電センサとその周辺信号処理回路とを一体集積
化した焦電式温度検出装置を提供することができる。

また、本発明によれば、電極部材を介して半導体基材へ
の焦電センサの導電的固着が迅速且つ確実に行うことが
でき、焦電センサが導電固着段階においてその両電極面
が短絡するということが生じず製造プロセスの向上とい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての焦電式温度検出装置
の斜視図、第２図（ａ）（ｂ）は第１図の凹陥部の部分
的平面図および断面図、第３図は第１図装置の製造プロ
セスを示す図、第４図は第１図の焦電センサと電極部材
を介して半導体基材への固着を示す一実施例を示す断面
図、である。 （符号の説明） １・・・基材、 １０・・・周辺回路形成部、 １１〜１５・・・周辺回路、 ２０・・・焦電センサ搭載部、 ２１・・・電極形成部、 ２２・・・凹陥部隅部、 ２３・・・凹陥底部、 ３・・・焦電センサ、 ３１・・・赤外線吸収膜、 ３２・・・焦電素子、 ３３・・・赤外線反射膜、 ３４・・・Ｃｒ膜、 ３５　・＝ＮｉＣｒ膜、 ３６．３７・・・導電性パッド、 ２１１・・・導電性パッド、 ２１２　・＝ＮｉＣｒ膜、 ２１３・・・Ａｕ膜、 ２１４・・・半田バンブ。 Ｙ 本発明の実施例としての焦電式温度検出装置の斜視図第
１図 １・−基材 １０−・・周辺回路形成部 ２３−凹陥底部 ３−　焦電センサ （ａ） 第２図 第１図焦電式温度検出装置の製造プロセス第３図 焦電式温度検出装置の断面図 １−；基材 ３−・焦電センサ ３１−・−赤外線吸収膜 又−Ｃｒ膜 ３５−−−　ＮｉＣｒ膜 ３６．３７−−−導電性パツド ２＋４−−一半田バンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板（１）、 該基板の焦電センサ装着部（２０）に異方性エッチング
   により形成された凹陥部であって焦電センサが電極部材
   （２１）を介して部分的に面着される直角突出部（２２
   ）を有しているもの、 該凹陥部の突出部に装着された焦電センサ（３）、およ
   び、 前記基板の周辺回路形成部（１０）に形成された周辺回
   路（１１〜１５）、 を具備する、焦電式温度検出装置。 ２、前記焦電センサ（３）が、第１の導電性パッド（３
   ６）、放射線吸収膜（３１）、焦電素子（３２）、放射
   線反射膜（３３）、接着導電性部材を介して設けられた
   第２の導電性パッド（３７）を積層して形成され、前記
   凹陥部の突出部に形成された電極部材が、導電性パッド
   （２１１）、接着導電性部材を介して設けられた導電膜
   （２１３）およびハンダバンプ（２１４）を積層して形
   成され、 前記焦電センサの第２の導電性パッドと前記電極部材の
   導電膜とが前記ハンダバンプの溶融により結合されて成
   る、特許請求の範囲第１項に記載の焦電式温度検出装置
   。 ３、基板の周辺回路形成部に周辺回路を形成させる段階
   、 基板の焦電センサ装着部に電極部材を形成させる段階、 基板の焦電センサ装着部に前記電極部材が形成された部
   位を直角内側突出部として残るように異方性エッチング
   により凹陥部を形成する段階、および 該凹陥形成部の前記直角内側突出部の電極形成部に焦電
   センサを装着する段階、 を具備する、焦電式温度検出装置の製造方法。 ４、前記基板の焦電センサ装着部に電極部材を形成する
   段階が、導電性パッド、接着導電性部材を介して設けら
   れた導電膜およびハンダバンプを積層形成する段階を有
   し、 前記焦電センサを面着溶融段階が、前記焦電センサの前
   記電極部材と対向する面に設けられた導電性パッドを前
   記電極部材のハンダバンプと面着させ、該ハンダバンプ
   を溶融させ前記焦電センサの導電性パッドと前記電極部
   材のハンダバンプと隣接して設けられた導電膜とを電気
   的且つ機械的に結合させる段階、を有する特許請求の範
   囲第３項に記載の焦電式温度検出装置の製造方法。