KR100218560B1 - 초전식 적외선 수신 소자 및 초전식 적외선 센서 - Google Patents

초전식 적외선 수신 소자 및 초전식 적외선 센서 Download PDF

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토시유키 스즈키
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Abstract

초전식 적외선 수신 소자는 지지 단부에서 지지체에 고정된 초전기판과 기판상에 형성된 하나 이상의 직사각형 패치를 구비한다. 상기 패치는 서로 겹치는 제1전극 및 제2 전극을 가지는 대향면 상에 형성된다. 기판은 한쌍의 측면 슬릿과 측면 슬릿을 연결하는 베이스 슬릿으로 구성되는 U자 형상의 슬릿을 가진다. 상기 U자 형상의 슬릿은 패치의 세 측면을 둘러싸며, 상기 패치는 기판의 지지 단부중의 하나와 대향하는 캔틸레버 단부에서 캔틸레버식으로 기판에 의해 지지된다. 기판이 온도 변화에 노출되는 경우에 기판에 가해지는 열응력이 U자 형상의 슬릿에 흡수되기 때문에 문제가 되는 응력 집중은 패치에서는 발생하지 않는다. 따라서 팝콘 잡음의 발생을 감소시킬 수 있는 반면에 양호한 IR 감도를 유지할 수 있다.

Description

초전식 적외선 수신 소자 및 초전식 적외선 센서
본 발명은 물체에서 방사되는 적외선(IR)용 초전식 적외선 수신 소자와 상기 수신 소자를 사용한 개량형 적외선 센서에 관련된다.
초전식 적외선 수신 소자는 사람과 같은 움직이는 물체를 탐지하는 센서에 사용된다. 예를 들어, 초전식 적외선 센서 중의 하나를 도 26에 도시하였다. 상기 적외선 센서는 통상 이중 수신 소자로 알려진 적외선 수신 소자(100)와 상기 수신 소자가 고정되는 회로 기판(120)과 하향으로 돌출하는 세 개의 출력핀(131)을 가지는 베이스(130)와 적외선 투과창(141)을 가지는 패키지 커버(140)로 구성된다. 도 27a 및 도 27b에 도시한 바와 같이, 수신 소자(100)는 초전 재료로 형성된 기판(101)과 상기 기판의 상부면에 형성된 한 쌍의 제1 및 제2전극(102a,103b)과 기판의 대향 단부에서 상부 및 하부면의 양쪽에 형성된 한 쌍의 양극 및 음극 출력 단자(104 및 105)로 구성된다. 구체적으로 기판(101)은 예를 들면, PBTiO3또는 PZT와 같은 세라믹 재료, LiTaO3과 같은 단결정, 또는 PVF2와 같은 고분자 화합물로 형성된다. 네 개의 전극은 NiCr 등과 같은 적외선 흡수 재료로 형성되며, 동일한 직사각형상을 가진다. 제1 및 제2전극(102a,103b)은 제1전극의 길이 방향 측면이 제2전극의 길이 방향 측면과 평행하게 연장되는 방식으로 배열된다. 제3 및 제4전극(102b,103b)은 전도 패턴(106)에 의해서 양극 출력 단자(104)에 연결되어 있다. 유사하게 제2 및 제3전극(103a,102b)은 전도 패턴(107)에 의해 음극 출력 단자(105)에 연결된다. 따라서 한쌍의 적외선 수신부(102 및 103)가 초전기판(101)상에 형성된다. 적외선 수신부(102 및 103)이 적외선을 수신한 경우, 수신된 적외선은 열 에너지로 변환되고 전하가 발생된다. 전하에 의해 도 27c에 도시한 바와 같이, 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 고저항 소자(124)를 통해 적외선 수신 소자(100)에서 전압 차이 신호가 얻어진다. 수신 소자(100)는 브리지 형식으로 기판(120)상이 형성된 한 쌍의 스탠드(121)에 고정된다. 수신 소자(100)가 장착된 회로기판(120)은 베이스(130)에 부착되고, 이후에 패키지 커버(140)로 덮는다.
센서에 대해 보다 높은 적외선 감지능을 얻기 위해서 광-열 변환 효율을 향상시킬 필요가 있다. 이를 위해서 초전 기판(101)의 열 질연 특성이 향상되고, 40㎛ 내지 100㎛의 두께를 가지는 박막 초전 기판이 종래 사용되었다. 그러나, 도 28a에 도시한 바와 같이 매우 얇은 두께를 가지는 적외선 수신 소자(100)가 전도 결합(150)에 의해 브리지 형식으로 스탠드(121)에 고정되기 때문에, 초전 기판(101)과 스탠드 재료(121) 또는 전도 결합(150) 사이의 열 팽창 계수의 차이에서 발생하는 열 응력이 도 28b에 도시한 양방향 화살표로 나타내는 바와 같이, 적외선 수신 소자(100)에 적외선이 입사되지 않는 경우에도 주위 온도의 변화에 의해 초전 기판에 가해진다. 통상적으로 열 응력은 초전기판에서 결함 부위나 절단 부위 또는 마이크로 크랙 부위에 집중하는 경향이 있다. 이와 같은 응력 집중은 바람직하지 않은 전하의 발생을 초래한다. 따라서 통상 팝콘 잡음이라고 알려진 원하지 않는 신호가 적외선 수신 소자에서 출력된다는 문제를 발생한다.
종래에는 팝콘 잡음을 없애기 위해서 초전 재료와 스탠드 재료 또는 전도 결합의 적절한 조합이 팝콘 잡음을 감소시키기 위해 제안되었다. 그러나 재료 선택만으로 팝콘 잡음을 충분히 감소시킬 수 없었다. 따라서 팝콘 잡음을 감소시키기 위한 개선의 여지가 남아있다.
본 발명의 주 목적은 양호한 적외선 감도를 유지하면서도 개선된 초전식 적외선 수신 소자를 제공하는 데 있다. 즉 말하자면, 초전 재료가 기판으로 사용된다. 기판은 지지 단부에서 지지체에 고정된다. 직사각형의 형상을 가지는 하나 이상의 패치가 기판에 형성된다. 패치가 서로 겹치는 제1 및 제2전극을 가지는 대향면에 형성되고, 제1 및 제2전극 중의 하나가 적외선을 수신하는 경우 제1 및 제2전극 사이에 전압 차이가 발생한다. 기판은 한 쌍의 측면 슬릿과 상기 측면 슬릿을 연결하는 베이스 슬릿을 구비하는 U자 형상의 슬릿을 가진다. U자 형상의 슬릿은 연속적으로 패치의 세 면을 둘러싸며, 패치가 기판에 의해 기판의 지지 단부 중의 하나에 대향하는 캔틸레버 단부에서 캔틸레버식으로 지지된다. 본 발명에서는 기판이 온도 변화에 노출되는 경우 기판에 가해지는 열 응력이 충분히 U자 형상의 슬릿에 흡수되기 때문에, 문제가 되는 응력 집중이 패치에서 발생하지 않으며, 팝콘 잡음의 발생이 감소된다.
캔틸레버 단부에서 목 부분을 얻기 위해서 U자 형상의 슬릿의 양 단부가 U자 형상 슬릿의 내측을 향해 휘어지는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는 U자 형상 슬릿의 양 단부가 캔틸레버 단부에서 목 부분을 얻기 위해 슬릿 폭 보다 큰 지름을 가지는 둥근 구멍을 형성하는 것이 바림직하다. 상기와 같은 경우에, 기판이 온도변화에 노출되는 경우에 기판에 가해지는 열 응력이 U자 형상 슬릿의 굽힘 단부 부분 또는 둥근 구멍에 의해 효과적으로 흡수될 수 있다. 따라서 팝콘 잡음의 추가적인 감소가 가능해진다.
또한 U자 형상 슬릿이 말굽 형태의 슬릿으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 적외선 수신 소자를 사용하는 초전식 적외선 센서는 적외선 수신 소자가 장착된 삼차원 회로 블록과, 회로 블록을 내부에 수용하는 패키지를 구비한다. 회로 블록은 회로 블록의 상부면에 형성된 한 쌍의 스탠드를 구비한다. 적외선 수신 소자의 지지 단부는 스탠드에 고정되며, 적외선 수신 소자가 브리지 형식으로 스탠드 사이에 연장된다. 적외선 수신 소자에서 제공된 신호를 처리하는 신호 처리회로를 형성하는 하나 이상의 전자 부품은 회로 블록의 전면 벽에 장착된다. 상기 적외선 센서에서는 회로 블록의 상부면에 장착된 적외선 수신 소자가 전면 벽에 장착된 전자 부품에서 이격되어 위치하기 때문에 전자 부품에서 적외선 수신 소자까지에서 발생하는 열의 나쁜 영향을 최소화할 수 있다. 또한 적외선 수신 소자가 브리지 형식으로 스탠드에 의해서 지지되기 때문에, 적외선 수신 소자와 회로 블록의 상부면 사이에서 충분한 열 절연을 얻을 수 있다.
상기 목적과 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면과 연계하여 본 발명의 적합한 실시예에 대한 하기의 설명에서 보다 명백해질 것이다.
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 초전식 적외선 수신 소자를 도시한 평면도.
제2도는 브리지 형식으로 지지체에 고정된 수신 소자의 단면도.
제3도는 본 발명의 수신 소자의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
제4도는 적외선 수신 소자의 비교예에서의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 수신 소자의 열 확산 분포에 대한 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면.
제6도는 팝콘 잡음의 발생을 검사하는 히트-사이클 테스트를 설명하는 다이아그램.
제7a 및 제7b도는 각각 본 발명의 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상의 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제7c도는 전계 방출 효과 트랜지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제8a 및 제8b도는 각각 본 발명의 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상의 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제8c도는 전계 방출 효과 트렌지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제9a 및 제9b도는 각각 본 발명의 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상의 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제9c도는 전계 방출 효과 트랜지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제10a 및 제10b도는 각각 본 발명의 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상의 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제10c도는 전계 방출 효과 트랜지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제11도는 본 발명의 적외선 센서의 확대 투시도.
제12a 및 제12b도는 본 발명의 삼차원 회로 블록에 대한 전면 및 배면 투시도.
제13도는 본 발명의 적외선 수신 소자가 장착된 회로 블록의 투시도.
제14도는 제13도의 회로 블록의 확대 투시도.
제15도는 적외선 센서의 도식적인 회로 다이아그램.
제16도는 본 발명의 초전식 적외선 수신 소자를 도시하는 평면도.
제17a 및 제17b도는 각각 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상에 형성된 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제17c도는 전계 방출 효과 트랜지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제18a 및 제18b도는 각각 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상에 형성된 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제18c도는 전계 방출 효과 트랜지스터와 고저항 소자를 가지는 수신 소자의 와이어링 패턴을 도시한 회로 다이아그램.
제19도는 본 발명의 초전식 적외선 수신 소자를 도시하는 평면도.
제20도는 본 발명의 초전식 적외선 수신 소자를 도시하는 평면도
제21도는 본 발명의 초전식 적외선 수신 소자를 도시하는 평면도
제22도는 적외선 수신 소자의 응력 흡수능을 검사하는 시뮬레이션 테스트를 설명하는 투시도.
제23도는 제1도의 적외선 수신 소자의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
제24도는 제20도의 적외선 수신 소자의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
제25도는 제21도의 적외선 수신 소자의 응력 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
제26도는 종래 기술의 초전식 적외선 센서에 대한 확대 투시도.
제27a 및 제27b도는 각각 종래 기술의 적외선 수신 소자 상부 및 하부면 상에 형성된 전도 패턴을 도시한 도면이며, 제27c도는 종래 기술의 회로 다이아그램을 도시한 도면.
제28a 및 제28b도는 종래 기술의 적외선 수신 소자에 가해지는 열 응력에 대한 해석도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 초전식 적외선 수신 소자 3 : 베이스 플레이트
5 : 적외선 투과창 8, 25, 26 : 전도 패턴
10 : 직사각형 기판 11, 12, 13, 14 : 패치
20 : 제1전극 21 : 제2전극
30 : U자 형상 슬릿 40, 41, 42 : 돌출 핀
50 : 스탠드 54 : 스태빌라이저
60 : 와이어 90 : 지지체
100 : 적외선 수신 소자 101 : 기판
120 : 회로기판 130 : 베이스
1A, 1C, 1D, 1E : 초전식 적외선 수신 소자
10A, 10D, 10E : 초전 기판 30D, 30E : U자형 슬릿
1H : 비교예의 적외선 수신 소자
본 발명의 초전식 적외선 수신 소자(1)가 도 1에 도시되었다. 직사각 형상의 기판(10)은 초전 재료로 형성된다. 동일한 직사각형 형상을 가지는 두 쌍의 패치(11 및 13, 13 및 14)가 기판에 형성된다. 각각의 패치(11,12,13,14)은 패치를 통해 서로 겹치는 제1 및 제2전극(20,21)을 가지는 대향면 상에 형성된다. 각각 한쌍의 측면 슬릿(31)과 상기 측면 슬릿을 연결하는 베이스 슬릿(32)으로 구성되는 네 개의 U자 형상의 슬릿(30)이 기판(10)에 형성된다. 각각의 U자 형상 슬릿(30)은 각각의 패치(11,12,13,14)의 세측면을 연속적으로 둘러싸며, 상기 패치가 기판(10) 의해 캔틸레버 단부(15)에서 캔틸레버식으로 지지된다. U자 형상 슬릿(30)은 도 1에 도시한 바와 같이, 배치(11 및 13)용 베이스 슬릿(32)이 각각 패치(12 및 14)에 대향하는 방식으로 배치되며, 측면 슬릿(31)은 직사각형 기판(10)의 길이 방향으로 서로 평행하게 연장된다. 각각의 측면 슬릿(31)은 휘어진 코너에서 베이스 슬릿(32)에 연결된다. 또한 각 U자 형상 슬릿(30)의 측면 슬릿(31)의 양단하는 굽힘 단부로 형성된다. 도1에서 숫자(16)는 적외선 수신 소자(1)가 후술하는 브리지 형식으로 한 쌍의 삼차원 회로 블록의 스탠드에 고정되는 기판(10)의 대향 지지 단부를 지시한다. 패치(11 및 13)의 캔틸레버 단부(15)는 지지 단부(16)중의 하나와 대향하며, 패치(12 및 14)의 캔틸레버 단부(15)는 다른 지지 단부(16)와 대향된다.
본 발명의 적외선 소자(1)의 충격 흡수능을 나타내기 위해 적외선 수신 소자의 낙하 테스트가 시뮬레이션되었다. 본 발명의 적외선 수신 소자의 테스트 샘플은 상술한 수신 소자(1)와 거의 동일한 형태이며 하기의 수치를 가진다. 초전 기판(10)의 길이(L) 및 폭(W)는 각각 5mm 및 2.5mm이다. 측면 슬릿(31)의 길이(Ls)와 슬릿 폭(Ws)는 각각 0.85mm 및 0.1mm이다. 각각의 전극(20 및 21)은 0.5mm×0.5mm의 정사각형이다. 적외선 수신 소자(1)는 지지체(90)에 도 2에 도시한 바와 같이 브리지 형식으로 지지단부(16)에 고정된다. 시뮬레이션은 지지체(90)가 장착된 적외선 수신 기판(1)을 콘크리트 바닥에 1m의 높이에서 낙하시켜 지지체의 바닥면이 콘크리트 바닥에 충돌할 때 초전 기판(10)에 가해지는 충격력을 분석한다. 중력 가속도는 5000G 정도로 추정된다. 또한 충돌은 탄성 충돌이며, 적외선 수신 소자(1)는 X-방향, Y-방향, Z-방향에 대해 지지체(90)에 완전히 고정된다. 유한 요소 해석법이 상기 시뮬레이션에 사용되었다. 본 발명의 수신 소자(1)와 상당히 유사하지만, U자 형상 슬릿(30)이 사용되지 않은 비교예의 적외선 수신 소자(1H)가 시뮬레이션에 준비되고 사용되었다. 결과는 도 3 및 도 4에 도시한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 적외선 수신 소자(1)의 패치 상에서 3.0×107Pa이상의 충격력 영역은 관찰되지 않았다. 한편 도 4에 도시하는 바와 같이, 전극위치에 대응하는 부분(P)를 포함하는 비교예의 수신 소자(1H)의 보다 큰 영역에서 3.0×107Pa이상의 충격력이 관찰되었다. 상기 결과는 충돌에서 발생하는 충격력이 U자 형상 슬릿(30)에 의해 효과적으로 흡수됨을 의미한다. 또한 본 발명의 테스트 샘플에 가해진 충격력의 총합은 비교예의 테스트 샘플에 가해진 충격력에 비해 상당히 작다. 보다 상세하게는 9.0×107Pa 이상의 충격력 영역이 비교예의 수신소자(1H)의 지지 단부 주변에서 관찰되었지만, 상기와 같은 큰 응력 영역은 본 발명의 적외선 수신 소자(1)에서는 관찰되지 않았다. 본 발명의 또 다른 장점으로써, U자 형상 슬릿(30)의 형성이 경량의 적외선 수신 소자의 제조를 가능케 함은 특기할 만하다.
초전 기판(10)에 가해지는 충격력은 기판길이(L)의 함수로 시뮬레이션되었다. 결과는 기판 길이(L)이 5 mm에서 4.5 mm로 감소하는 경우 기판(10)에 가해지는 최대 충격량은 10% 정도나 감소하였다. 따라서 각각의 전극(20 및 21)이 0.5mm×0.5mm의 크기를 가지는 경우 충격력을 효과적으로 감소시키기 위해서는 2.2mm×4.5mm의 초전 기판의 사용이 적합하다.
다음으로 본 발명의 적외선 수신 소자(1)의 열 전도율이 유한 요소 해석법으로 분석되었다. 즉, 패치(11)에 0.1㎼의 열량이 공급된 후, 기판이 열적 평형 상태에 도달할 때 열 확산 분포를 결정한다. 그 결과는 도 5에 도시된다. 도면에서 0.4×10-4℃ 이상의 온도 영역이 지지 단부(16)에 도달하지는 못했음을 보여준다. 따라서 온도 영역이 지지 단부(16)에서 이격되는 한은 기판 길이(L)를 감소시킬 수 있다. 다른 시뮬레이션의 결과에서 네 개의 U자 형상 슬릿(30)을 가지는 적외선 수신 소자(1)의 최소 길이는 4.5mm이다. 상기한 시뮬레이션에 따르면 4.5mm의 길이를 가지는 본 발명의 적외선 수신 소자(1)는 열 특성에 어떠한 문제도 발생시키지 않으면서 팝콘 잡음의 발생을 방지하면서도 우수한 적외선 감도를 나타냄을 실험적으로 확인할 수 있었다.
히트 사이클 테스트가 본 발명의 적외선 수신 소자(1)와 비교예의 적외선 수신소자(1H)에서의 팝콘 잡음의 발생을 비교하기 위해서 수행되었다. 샘플은 테스트룸에서 밀봉되었으며, 이후에 테스트 룸에서의 온도를 도 6에 도시한 바와 같은 히트 사이클을 따라 변화시켰다. 각각의 유지 시간(T1,T2,T3,T4)은 30분이다. 히트 사이클 테스트에서는 0.5℃/분, 1℃/분, 2℃/분의 세 개의 온도 기울기가 채택되었다. 팝콘 잡음의 발생은 각 히트 사이클 테스트에서 확인하였다. 결과는 적외선 수신 소자(1)에서의 팝콘 잡음의 발생은 비교예의 적외선 수신 소자(1H)와 비교해서 온도 기울기에 무관하게 감소되었음을 나타낸다.
본 발명의 적외선 수신 소자(1)의 실제적인 응용에서, 한쌍의 양극 및 음극 출력단자(23 및 24)가 초전 기판(10)의 상부면 및 하부면 양쪽의 대향 단부에 형성된다. 출력단자(23 및 24)는 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이 전도 패턴(25 및 26)에 의해 제1전극 및 제2전극(20,21)에 연결된다. 도 7a는 기판(10)의 상부면 상의 전도 패턴을 도시한다. 도 7b는 기판(10)의 하부면 상의 전도 패턴을 도시한다. 도 7c는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 고저항 소자(R)을 가지는 적외선 수신 소자(1)의 와이어링 패턴을 도시하는 회로 다이아그램이다. 적외선 수신 소자(1)에 대한 제1변형 내지 제3변형으로써 도 8a 내지 도 8c, 도 9a 내지 도 9c 또는 도 10a 내지 도 10c에 도시한 전도 패턴의 채택이 가능하다. 도 9b, 도 10a 및 도 10b에서, 숫자(27)는 동일 표면상의 대향 전극 사이를 연결하는 전도 패턴을 지시한다. 따라서 본 발명의 다양한 전도 패턴을 가지는 적외선 수신 소자가 초전식 적외선 센서에 사용 가능하다.
다음으로 본 발명의 초전식 적외선 수신 소자의 제조 방법에 대해 설명한다. 원하는 레지스트 패턴이, 예를 들어 40㎛의 두께를 가지는 LiTa03의 단결정과 같은 초전기판의 상부면 및 하부면에 형성된다. 적외선 흡수 재료가 상부면의 제1전극 및 하부면의 제2전극을 포함하여 전도 패턴을 얻기 위해서 레지스트 패턴에 따라 기판 표면에 중착된다. 제1전극 및 제2전극은 기판을 통해 서로 겹친다. 적외선 흡수 재료가 NiCr인 경우, 각 전극의 두께는 200Å 내지 500Å정도로 결정하는게 적합하다. 이후에 U자 형상 슬릿이 기판 상에 형성되어 샌드 블래스팅에 의해 제1전극 및 제2전극의 연속적인 세 측면을 둘러싸게 된다. 전도 패턴은 감광성 드라이 필름 레지스트의 사용에 의해 샌드 블래스팅 중에도 보호된다. 이온밀링과 같은 드라이 애칭 공정 또는 에칭 공정이 U자 형성 슬릿을 형성하기 위해 채택되었지만, 샌드 블래스팅 기법이 기판에서 U자 형상 슬릿을 효과적이고 정확하게 형성하기에 가장 적합한 방법이다. 적외선 수신 소자가 2.5 mm×2.5 mm의 정사각형 형상인 경우. 수백개의 적외선 수신 소자가 7.62 mm(3 인치)의 LiTa03웨이퍼에 들어갈 수 있다.
본 발명의 적외선 수신 소자(1)를 사용한 적외선 센서가 도 11에 도시되어 있다. 즉, 적외선 센서는 적외선 수신 소자(1)와 상기 적외선 수신 소자가 장착된 삼차원 회로 블록(2)과 세 개의 돌출 핀(40,41,42)을 가지는 베이스 플레이트(3)와 상부면에서 적외선 투과창(5)을 가지는 커버(4)로 구성된다. 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이, 회로 블록(2)은 상부면에 형성된 한 쌍의 스탠드(50)와 집적회로 칩 지지부(52)를 가지는 전면벽(51)과, 전면벽(51)과 후면벽(56) 사이에서 연장되는 다수의 그루브(53)를 가지는 한 쌍의 측면벽과 전면벽(51)의 아래 쪽에 형성된 노치(55)를 각각 가지는 한 쌍의 스태빌라이저(54)와 함께 형성된다. 회로 블록(2)은 납은 열 전달율을 가지는 전기 절연 레진과 함께 일체 성형된다. 적외선 수신 소자(1)는 도 13 및 도 14에서 도시한 바와 같이, 지지 단부(16)에서 스탠드(50)에 전도 결합(9)에 의해 고정되어 브리지 형식으로 스탠드 사이에서 연장된다. 적외선 수신 소자(1)가 브리지 형식으로 지지되기 때문에, 충분한 열 절연이 회로 블록(2)과 적외선 수신 소자(1) 사이에서 얻어지며, 동시에 불안정한 전압에서 기인하는 잡음까지도 방지된다. 적외선 수신 소자(1)에서 제공된 신호를 처리하기 위한 집적 회로 칩(6)은 칩 지지부(52)에 고정된다. 예를 들어, 콘덴서, 저항 및 전계 방출 트랜지스터와 같은 전자 부품(7)이 후면벽(56)에 장착된다. 집적 회로 칩(6)은 전면벽(51)에 형성된 전도 패턴(8)과 측면벽의 그루브(53)를 통해 전자 부품(7)에 전기적으로 연결된다. 돌출 핀(40 및 41)이 노치(55)의 내측면에 대해 접촉한 이후, 전도 결합에 의해 스태빌라이저(54)에 형성된 전도 패턴(8)에 연결된다. 동시에 회로 블록(2)은 도 11에 도시된 바와 같이 전도 결합에 의해 베이스 플레이트(3)에 기계적으로 연결된다. 돌출 핀 (42)은 접지에 사용된다. 도 13에서 숫자(60)는 회로블록(2)의 전면벽(51)에 형성된 집적회로 칩(6)과 전도 패턴(8) 사이를 연결하는 와이어를 지시한다.
다음, 본 발명의 적외선 센서의 작동 메카니즘을 도 15를 참조하여 간략하게 설명한다. 적외선 수신 소자(1)가 적외선을 수신하면, 출력 신호가 적외선 수신 소자(1)에서 전류 증폭 회로(72)로 제공되어진다. 이후에 원하는 주파수를 가지는 신호가 밴드 패스 증폭기(73)에 의해 증폭된 신호에서 추출된다. 추출된 신호는 문턱 값이 미리 설정된 윈도우 비교기(74)로 보내어진다. 추출된 신호가 문턱값 보다 크다면 감지 신호가 비교기(74)에서 출력된다. 감지 신호에 따라, 출력 회로(76)는 타이머(75)에 의해 미리 설정된 시간 주기에 대해 발광체와 같은 전자 장치에 부하를 인가한다. 도 15에서, 숫자(71)는 적외선 콘덴서를 지시한다. 전류 증폭 회로(72)와 밴드 1패스 증폭기(73)와 비교기(74)가 집적 회로 칩(6)에 수용되는 경우, 상대적으로 큰 용량을 가지는 알루미늄 전해 콘덴서 또는 탄탈륨 콘덴서 뿐만 아니라 상대적으로 적은 용량을 가지는 칩 세라믹 콘덴서를 사용할 수 있다. 또한 칩 지지부(52)에 밴드 패스 필드(73) 및 윈도우 비교기(74)만 수용되는 집적 회로 칩을 장착할 수도 있다. 상기의 경우, 전계 효과 트렌지스터 및 고저항 소자는 회로 블록(2)의 후면벽(56)에 장착된다. 또한 집적회로 칩이 칩 지지부(52)에 장착된 단지 전류 증폭 회로(72) 및 밴드 패스 증폭기(73) 만 수용하는 경우 아날로그 신호가 베이스 플레이트(3)의 돌출 핀(40 및 41)에서 출력되게 된다. 따라서 적합한 집적 회로 칩이 분위기에 일치되어 회로 블록(2) 상에 장착된다.
적외선 수신 소자(1)의 제4실시예로써, 도 16에 도시된 것은 초전식 적외선 수신 소자(1A)이다. 상기 적외선 수신 소자(1A)는 실질적으로 상술한 실시예의 것과 거의 동일하지만, 초전 기판(10A)에 형성된 단지 한 쌍의 패치(11A 및 12A)가 다르다. 따라서 공통 부분에 대한 어떠한 재설명도 필요하다고 생각되지는 않는다. 동일 부품은 A를 접미시켜 동일한 숫자로 표시한다. 예를 들면, 도 17a 및 도 17b에 각각 도시한 적외선 수신 소자(1A)의 상부면 및 하부면에 전도 패턴이 형성된다. 도 17c는 전계 효과 트랜지스터(FET)와 고저항 소자(R)을 가지는 적외선 수신 소자(1A)의 와이어링 패턴을 도시한다. 대안으로 도 18a 및 도 18b에 도시한 전도 패턴과 도 18c에 도시한 와이어링 패턴을 사용할 수도 있다.
적외선 수신 소자(1)의 제5실시예로써, 도 19에 초전식 적외선 수신 소자(1C)가 도시되어 있다. 상기 적외선 수신 소자(1C)는 상기한 실시예와 각각 공통 베이스 슬릿(32C)를 통해 패치(11C 및 13C)가 패치(12C 및 14C)와 대향인 점과 공통 측면 슬릿(31C)를 통해 패치(11C 및 12C)가 패치(13C 및 14C)와 대향인 점에서만 다를 뿐 실질적으로 동일하다. 따라서 공통 부분에 대한 어떠한 재설명도 필요하다고 생각되지는 않는다. 동일 부품은 C를 접미시켜 동일한 숫자로 표시한다.
적외선 수신 소자(1)의 제6실시예로써 도 20에 초전식 적외선 수신 소자(1D)가 도시되었다. 상기 적외선 수신 소자(1D)는 실질적으로 상기한 실시예와 각 U자 형상 슬릿(30D)의 양 단부가 캔틸레버 단부(15D)에 목 부분을 얻기 위해 U자 형상 슬릿(30D)의 내부를 향해 굽혀진 점만 다를 뿐 실질적으로 동일하다. 따라서 공통 부분에 대한 어떠한 재설명도 필요하다고 생각되지는 않는다. 동일 부품은 D를 접미시켜 동일한 숫자로 표시한다.
적외선 수신 소자(1)의 제7실시예로써, 도 21에 초전식 적외선 수신 소자(1E)가 도시되었다. 상기 적외선 수신 소자(1E)는 상기한 실시예와 각 U자 형상 슬릿(30E)의 양 단부에 캔틸레버 단부(15E)에서 목 부분(34E)을 얻기 위해 슬릿 폭 보다 큰 직경을 가지는 둥근 구멍(35)이 형성되어 있다는 점만 다를 뿐 실질적으로 동일하다. 따라서 공통 부분에 대한 어떠한 재설명도 필요하다고 생각되지는 않는다. 동일 부품은 E를 접미시켜 동일한 숫자로 표시한다.
응력 흡수능에 대한 시뮬레이션이 적외선 수신 소자(1, 1D 및 1E)에 대해 수행되었다. 즉, 상기 시뮬레이션은 도 22에 도시한 바와 같이, 적외선 수신 소자의 한 단부가 고정되고, 다른 단부가 강제로 들려진 상태인 경우에 각각의 적외선 수신 소자에 가해지는 응력 분포를 분석하기 위한 것이다. 결과는 도 23, 도 24 및 도 25에 도시되었다. 도 23의 결과 전극(20) 아래의 패치(11 및 13)에서는 0.4×109Pa 이상의 응력 영역이 나타나지 않지만, 상기와 같은 응력 영역이 캔틸레버 단부(15)의 근처에서는 관찰됨을 도시한다. 또한 1.6×109Pa 이상의 응력 영역이 U자 형상 슬릿(30)의 단부에서 관찰되었다. 한편 도 24의 결과는 전극(20D) 아래의 패치(11D 및 13D)에서 관찰되며 캔틸레버 단부(15D)의 응력 영역의 발생이 적외선 수신 소자(1)의 경우와 비교해서 약간 감소했음을 도시한다. 즉, 적외선 수신 소자(1D)에 인가된 최대 주요 응력은 13 %정도나 감소했다. 또한 적외선 수신 소자(1D)의 초전 기판(10D)에서 1.6×109Pa 이상의 응력 영역이 관찰되지도 않았다. 도 25의결과는 캔틸레버 단부(15E)에서의 0.4×109Pa이상의 응력 영역의 발생이 적외선 수신 소자(1)와 비교해서 현저하게 감소됨을 도시한다. 즉, 적외선 수신 소자(1E)에 인가된 최대 주요 응력이 32% 정도나 감소하였다. 또한 적외선 수신 소자(1E)의 초전 기판(10E)에서 1.2×109Pa이상의 응력 영역도 관찰되지 않았다. 따라서 독특한 단부 형상의 U자 형상 슬릿(30D 및 30E)를 가지는 적외선 수신 소자(1D 및 1E)는 보다 향상된 응력 흡수능을 제공할 수 있다. 이는 팝콘 잡음의 발생을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 본 발명의 정신 또는 본질에서 이탈하지 않고도 다른 특정한 형태에도 적용가능하다. 본 발명의 실시예는 따라서 설명적이지 한정적이지 않음을 고려해야 하며, 본 발명의 범위는 상술한 설명 보다는 첨부된 청구 범위에 의해서 나타내어지며, 청구 범위와 동등한 의미와 범위 내에서 발생하는 모든 변화는 따라서 본원의 청구 범위내에 포용된다.

Claims (11)

  1. 지지 단부에서 지지체에 고정된 초전 재료로 형성된 기판과; 직사각형 형상을 가지는 상기 기판에 형성된 하나 이상의 패치를 구비하며, 상기 패치는 서로 겹치는 제1 전극 및 제2전극을 가지는 대향면 상에 형성되어 상기 제1전극 및 제2전극 중의 하나가 적외선을 수신하는 경우 상기 제1전극과 제2전극 사이에서 전압 차이를 발생시키며, 상기 기판은 한 쌍의 측면 슬릿과 상기 측면 슬릿을 연결하는 베이스 슬릿으로 구성되는 U자 형상 슬릿을 가지며, 상기 U자 형상 슬릿은 상기 패치의 세 면을 연속적으로 둘러싸며, 상기 패치가 상기 기판의 상기 지지 단부 중의 하나와 대향하는 캔틸레버 단부에서 캔틸레버 형식으로 상기 기판에 의해 지지되어지는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 패치는 한쌍의 패치이며, 상기 패치는 상기 기판에서 상기 패치중의 하나에 대해 U자 형상 슬릿의 베이스 슬릿이 다른 패치에 대해 U자 형상 슬릿에 대해 평행하게 연장되고, 상기 패치의 캔틸레버 단부가 각각 상기 기판의 상기 지지 단부에 대향되도록 형성된 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 베이스 슬릿은 상기 패치 사이에서 공통 베이스 슬릿을 제공하도록 서로에 대해 결합된 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측면 슬릿은 휘어진 코너에서 상기 베이스 슬릿에 연결되는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 U자 형상 슬릿의 양 단부는 캔틸레버 단부에서 목 부분을 얻기 위해서 상기 U자 형상 슬릿의 내부를 향해 휘어진 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 U자 형상 슬릿은 말굽 형상 슬릿에 형성된 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 U자 형상 슬릿의 양 단부는 상기 캔틸레버 단부에서 목 부분을 형성하기 위해서 슬릿 폭 보다 큰 직경을 가지는 둥근 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 수신 소자.
  8. 제1항의 적외선 수신 소자와; 상기 적외선 수신 소자가 장착된 삼차원 회로 블록과; 상기 회로 블록을 내부에 수용한 패키지를 구비하며, 상기 회로 블록은 상기 회로 블록의 상부면에 형성된 한 쌍의 스탠드를 구비하며, 상기 적외선 수신 소자의 상기 지지 단부는 상기 스탠드에 상기 적외선 수신 소자가 브리지 형식으로 상기 스탠드 사이에서 연장되어 고정되며, 하나 이상의 전자 부품이 장착되는 전면벽이 상기 적외선 수신 소자에서 제공된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회로 블록은 다른 전자 부품이 장착된 후면벽을 가지는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회로 블록은 전도 경로를 형성하도록 채택된 상기 전면벽과 후면벽 사이에서 연장되는 다수의 그루브를 가지는 한 쌍의 측면벽을 가지는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 센서.
  11. 제8항에 있어서, 상기 회로 블록은 상기 전면벽의 하측에 형성된 스태빌라이저를 구비하며, 상기 스태빌라이저는 상기 패키지의 베이스 플레이트에서 돌출한 핀을 수용하기 위한 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 초전식 적외선 센서.
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