KR101346054B1 - 적외선 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적외선 센서는, 초전 소자와, 초전 소자의 출력 신호를 신호 처리하는 IC 소자와, 초전 소자 및 IC 소자를 수용하도록 구성된 표면 실장형 패키지를 포함한다. 패키지는 패키지 본체 및 패키지 덮개를 포함한다. 패키지 덮개는 초전 소자에 의해 검지될 적외선을 투과하도록 구성되며, 전기 도전성을 갖는다. 패키지 본체는 패키지 본체의 일면 측에 복수 단의 오목부가 설치된다. IC 소자는 오목부의 하단의 오목부의 내저면에 실장된다. 초전 소자는, 하단의 오목부보다 패키지 본체의 일면에 근접한 상단의 오목부의 내저면에, 하단의 오목부를 가로질러 연장하도록 실장되고, 또한 두께 방향으로 IC 소자로부터 이격되도록 실장된다. 패키지 본체는 IC 소자의 출력 단자를 외부 접속용 전극에 전기적으로 접속하도록 구성된 출력용 배선을 포함한다. 패키지 본체는 초전 소자와 출력용 배선 사이에 위치된 차폐 구조부를 포함한다. IC 소자는 그라운드 전위 또는 정전위로 되는 특정 부분을 포함하며, 차폐 구조부는 IC 소자의 상기 특정 부분에 전기적으로 접속된다.
Description
본 발명은, 적외선 센서에 관한 것이다.
종래부터, 도 12에 나타낸 바와 같이, 초전 소자(101), 초전 소자(101)의 출력 전류를 신호 처리하는 신호 처리 회로의 대부분을 하나의 칩에 집적화한 IC 소자(102), IC 소자(102)에 외부 장착되는 커패시터(도시하지 않음) 등이 실장된 MID(Molded Interconnect Devices) 기판으로 이루어지는 3차원 회로 블록(120)을, 캔 패키지(130)에 수용시킨 적외선 센서가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허 제3367876호 공보: 이하, 특허 문헌 1이라고 한다). 여기서, 3차원 회로 블록(120)을 구성하는 MID 기판은 수지 성형품(121)의 표면에 회로 패턴(122)이 형성되어 있다. 또한, 캔 패키지(130)는, 금속제의 스템(stem, 131)과, 광학적 필터 창(132a)을 갖는 금속제의 캡(132)으로 구성되어 있다. 또한, 도 12에 도시된 적외선 센서는 캔 패키지(130)의 외측에 돔형의 집광 렌즈(150)가 장착되어 있다.
또한, 종래부터, 초전 소자와 초전 소자의 출력 신호를 처리하는 IC 소자(신호 처리 IC)를 캔 패키지 내에 수용한 적외선 센서에 있어서, IC 소자의 신호 입력 단자와 신호 출력 단자가 용량 결합할 때에, 감도가 저하되는 것으로 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 제4258139호 공보: 이하, 특허 문헌 2이라고 한다). 여기서, 상기 특허 문헌 2에는, 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 제1∼제7 금속 부재(211∼217)가 인서트 성형된 동시 성형체(210)의 상면부에 초전 소자(201)가 실장되고, 또한 이 동시 성형체(210)의 정면부에 IC 소자(202)가 실장되고, 동시 성형체(210)의 측면부에 외부 장착의 커패시터(C1)가 실장된 적외선 센서가 개시되어 있다. 그리고, 이 적외선 센서에 의해서는, 전술한 용량 결합을 저감시키기 위해, 제4 금속 부재(214)를 차폐 전용의 금속 부재로서 벤딩 가공하고, 또한 신호 입력 단자와 접속되는 내부 배선용의 제1 금속 부재(211) 및 신호 출력 단자와 접속되는 외부 배선용의 제6 금속 부재(216)를 동시 성형체(210)에 대하여 대각 방향으로 배치하고 있다. 또한, 이 적외선 센서에서의 패키지(230)는 동시 성형체(210)가 실장된 금속제의 스템(금속 베이스)(231)과 금속제의 캡(232)으로 구성되며, 캡(232)에는 적외선 투과 필터(233)가 설치되어 있다.
상기 특허 문헌 1에 개시된 IC 소자(102)는 전류-전압 변환 회로, 전압 증폭 회로, 출력 회로 등을 구비하고 있다. 전류-전압 변환 회로는, 반전 입력단과 출력단의 사이에 귀환 용량(커패시터)이 접속되고, 또한 비반전 입력단에 전원 회로로부터 기준 전압이 공급되는 연산 증폭기를 구비하며, 이 연산 증폭기의 반전 입력단에 초전 소자가 접속되어 초전 전류가 입력되도록 되어 있고, 커패시터의 임피던스 변환에 의해 미소한 초전 전류를 수 10 ㎶ 정도의 전압 신호로 변환하고 있다. 이 전류-전압 변환 회로에서는, 전계 효과 트랜지스터와 고저항값의 저항을 사용한 임피던스 변환 회로로 이루어지는 종래의 전류-전압 변환 회로에서 지배적인 요인으로 간주되고 있는 열잡음의 영향을 적게 하여, S/N 비를 현저하게 개선할 수 있으며, 이에 의해 노이즈를 감소시킬 수 있고, 또한 감도를 향상시킬 수 있다.
그러나, 도 12에 나타낸 구성의 적외선 센서에 의해서는, 캔 패키지(130) 내에 3차원 회로 블록(120)을 수용하고 있으므로, 박형화(로우 프로파일)가 어렵고, 또한 적외선 센서를 프린트 배선판과 같은 회로 기판에 2차 실장할 때에 표면 실장할 수 없다. 또한, 도 13에 나타낸 구성의 적외선 센서도, 캔 패키지(230) 내에 동시 성형체(210)를 수용하고 있으므로, 박형화(로우 프로파일)가 어렵고, 또한 적외선 센서를 프린트 배선판과 같은 회로 기판에 2차 실장할 때에 표면 실장할 수 없다.
한편, 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 적외선 센서 소자(301), 전계 효과 트랜지스터(302), 바이패스 커패시터(도시하지 않음), 높은 저항값을 갖는 저항(도시하지 않음) 등이 수용된 표면 실장형 패키지(303)와, 패키지(303)의 개구부(303b)에 장착된 광학 필터(304)를 구비한 적외선 센서가 제안되어 있다(예를 들면, 국제 공개 번호 2006/120863: 이하, 특허 문헌 3이라고 한다).
상기 특허 문헌 3에 개시된 적외선 센서에서는, 일면이 개방되어 있는 직사각 상자형으로 패키지(303)가 형성되어 있고, 패키지(303)의 내저면에 적외선 센서 소자(301)를 지지하는 복수의 베이스(312)가 설치되어 있다. 그리고, 전계 효과 트랜지스터(302), 바이패스 커패시터, 저항 등이 적외선 센서 소자(301)에 병렬로 배치되어 있다. 또한, 광학 필터(304)의 평면 형상은 패키지(303)의 개구부(303b)에 대략적으로 대응하는 직사각형으로 되어 있다. 구체적으로는, 광학 필터(304)는 광학 필터(304) 사이드 에지와 패키지(303)의 내측면의 사이에 간극이 형성되도록 평면 사이즈가 설정되어 있고, 패키지(303)의 개구부(303b)의 4개의 코너부에 각각 설치된 지지부(320)에 의해 지지된다. 그리고, 광학 필터(304)와 패키지(303)의 금속제의 패키지 본체(303a)는 도전성 접착제에 의해 접합되고, 전기적으로 접속되어 있다.
그런데, 도 15 및 도 16에 나타낸 구성의 적외선 센서에 있어서, 높은 저항값을 갖는 저항에 의해 발생하는 열잡음이 커지므로, S/N 비의 향상에도 일정한 한도가 있다. 그래서, 고감도화를 도모하기 위해, 전계 효과 트랜지스터(302), 바이패스 커패시터, 저항 등의 대신에, 적외선 센서 소자(301)의 미약한 출력 신호를 높은 증폭률로 증폭할 수 있는 IC 소자(102)(도 12를 참조) 또는 IC 소자(202)(도 13을 참조)를 사용하는 것이 고려된다.
그러나, 이 경우에는, 적외선 센서 소자(301)와 IC 소자(102) 또는 IC 소자(202)를 패키지(303) 내에서 서로 병렬로 설치할 필요가 있으므로, 소형화 및 저비용화가 어렵다. 또한, 이 경우에는, 적외선 센서 소자(301)와 IC 소자(102, 202)에 접속된 출력용 배선과의 용량 결합에 의해 감도가 저하되어 버린다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은 소형화가 가능하고, 또한 초전 소자와 IC 소자에 접속된 출력용 배선과의 용량 결합에 의한 감도의 저하를 억제할 수 있는 적외선 센서를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 적외선 센서는, 초전 소자와, 상기 초전 소자의 출력 신호를 신호 처리하는 IC 소자와, 상기 초전 소자 및 상기 IC 소자를 수용하도록 구성된 표면 실장형 패키지를 포함한다. 상기 패키지는 패키지 본체 및 패키지 덮개를 포함한다. 상기 패키지 본체는, 절연 재료로 이루어지는 베이스부, 회로 배선 및 복수의 외부 접속용 전극을 포함하며, 상기 회로 배선 및 상기 복수의 외부 접속용 전극은 금속제로 이루어지고 상기 베이스부 상에 형성된다. 상기 패키지 덮개는 상기 초전 소자에 의해 검지될 적외선을 투과하도록 구성되며, 상기 패키지 덮개는 상기 패키지 본체와의 사이에 상기 초전 소자 및 상기 IC 소자를 에워싸는 형태로 상기 패키지 본체와 접합된다. 상기 패키지 본체는 상기 패키지 본체의 일면 측에 복수 단의 오목부가 설치된다. 상기 IC 소자는 상기 오목부의 하단의 오목부의 내저면에 실장된다. 상기 초전 소자가, 상기 하단의 오목부보다 상기 패키지 본체의 일면에 근접한 상기 오목부의 상단의 오목부의 내저면에, 상기 하단의 오목부를 가로질러 연장하도록 실장되고, 또한 두께 방향으로 상기 IC 소자로부터 이격되도록 실장된다. 상기 패키지 본체는 출력용 배선 및 차폐 구조부를 포함하며, 상기 출력용 배선은 상기 IC 소자의 출력 단자를 상기 외부 접속용 전극에 전기적으로 접속하도록 구성되고, 상기 차폐 구조부는 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선 사이에 위치된다. 상기 IC 소자는 그라운드 전위 또는 정전위로 되는 특정 부분을 포함하며, 상기 차폐 구조부가 상기 IC 소자의 상기 특정 부분에 전기적으로 접속된다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐 구조부는, 상기 패키지 본체의 상기 베이스부에 매설되고 또한 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 구비하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐 구조부는, 상기 패키지 본체의 상기 베이스부의 내면에 형성되고 또한 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 구비하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐 구조부는, 상기 패키지 본체의 상기 베이스부에 일부분이 매설되고 상기 일부분 이외의 나머지의 부분이 상기 베이스부의 내면에 형성되며 또한 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 구비하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 IC 소자는 회로부가 형성된 주표면 및 주표면 반대쪽의 배면을 가지며, 상기 IC 소자는 상기 주표면과 상기 배면이 각각 상기 하단의 오목부의 내저면과 상기 초전 소자를 향하도록 상기 하단의 오목부의 내저면에 실장되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐 구조부는, 상기 IC 소자의 배면에 설치되고 또한 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 구비하고, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐 구조부는, 상기 IC 소자의 배면과 상기 초전 소자의 사이에 배치되어 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐판을 구비하고, 상기 차폐판이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 차폐판은 금속판 또는 프린트 기판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 패키지 본체의 평면에서 볼 때의 상기 패키지 본체의 외형이 정사각형 형상이며, 상기 패키지 본체의 상기 평면에서 볼 때의 중심에 상기 초전 소자의 중심이 맞추어지는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 패키지 덮개는 그 주위부에 상기 패키지 본체에 대한 상기 패키지 덮개의 위치를 결정하기 위한 단차부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 패키지 덮개는 실리콘 렌즈인 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 적외선 센서는 상기 패키지의 외측에 배치되는 수지제의 하우징(plastic housing)을 구비하는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 하우징은, 상기 하우징을 상기 패키지에 장착하기 위해 이용되는 부분을 제외하고는, 상기 패키지와의 사이에 공기층이 형성되는 형태로 상기 패키지에 장착되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 하우징은 상기 패키지 본체의 측면에 설치한 걸어맞춤 오목부와 상기 하우징에 설치한 걸어맞춤 볼록부를 요철 걸어맞춤함으로써 상기 패키지에 장착되는 것이 바람직하다.
이 적외선 센서에서, 상기 초전 소자는 리튬 탄탈레이트(lithium tantalate) 또는 리튬 니오베이트(lithium niobate)로부터 선택된 초전 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 1은 실시예 1의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 2는 상기의 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 3은 상기의 적외선 센서의 회로 블록도이다.
도 4는 상기의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 5는 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 6은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 7은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 8은 실시예 2의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 9는 실시예 3의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 10은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 11은 실시예 4의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 12는 종래예의 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 13은 다른 종래예를 나타낸 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 적외선 센서에 사용된 제1∼제7 금속 부재의 개략 사시도이다.
도 15는 또 다른 종래예를 나타낸 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 16은 도 15의 적외선 센서의 주요부 개략 사시도이다.
도 2는 상기의 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 3은 상기의 적외선 센서의 회로 블록도이다.
도 4는 상기의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 5는 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 6은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 7은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 8은 실시예 2의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 9는 실시예 3의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 10은 상기의 적외선 센서의 다른 구성예의 개략 단면도이다.
도 11은 실시예 4의 적외선 센서의 개략 단면도이다.
도 12는 종래예의 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 13은 다른 종래예를 나타낸 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 적외선 센서에 사용된 제1∼제7 금속 부재의 개략 사시도이다.
도 15는 또 다른 종래예를 나타낸 적외선 센서의 개략 분해 사시도이다.
도 16은 도 15의 적외선 센서의 주요부 개략 사시도이다.
(실시예 1)
이하, 본 실시예의 적외선 센서에 대해 도 1∼도 4를 참조하면서 설명한다.
본 실시예의 적외선 센서는, 열적외선 검출 소자인 초전 소자(1)와, 초전 소자(1)의 출력 신호를 처리하는 IC 소자(2)와, 초전 소자(1) 및 IC 소자(2)를 수용하도록 구성된 표면 실장형 패키지(3)를 구비하고 있다.
여기에서, 패키지(3)는, 패키지 본체(4)와, 이 패키지 본체(4)와의 사이에 초전 소자(1) 및 IC 소자(2)를 에워싸는 형태로 패키지 본체(4)에 접합되는 패키지 덮개(5)를 가지고 있다. 패키지 본체(4)는, 절연 재료(세라믹)로 이루어지는 베이스부(41)와, 금속 재료로 이루어지고 베이스부(41) 위에 형성되는 회로 배선(도시하지 않음) 및 복수의 외부 접속용 전극(45)(도 4를 참조)을 포함한다. 패키지 덮개(5)는 초전 소자(1)에 의해 검지될 적외선을 투과하도록 구성되며, 전기 도전성을 갖는다. 또한, 패키지 본체(4)에는 차폐부(43)(도 4를 참조)가 제공되며, 이 차폐부(43)는 센서 회로(100)(도 3을 참조)로의 외부 전자 노이즈(electromagnetic noise)를 방지하도록 구성된다. 센서 회로(100)는 초전 소자(1), IC 소자(2) 및 상기 회로 배선을 포함한다. 패키지 덮개(5)는 패키지 본체(4)의 차폐부(43)에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 패키지 본체(4)와 패키지 덮개(5)에 의해 에워싸인 기밀 공간이 건조 질소(건조 질소 분위기)로 채워져 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면 진공(진공 분위기)으로 하여도 되거나 또는 공기(공기 분위기)로 채워도 된다.
초전 소자(1)는 쿼드 타입(quad-type) 소자이며, 도 2에 나타낸 바와 같이, 1개의 초전체 기판(11)에 4개의 수광부(소자 엘리먼트)(12)가 2×2의 어레이형으로 형성된 것을 사용하고 있다. 여기서, 각각의 수광부(12)는 초전체 기판(11)의 두께 방향의 양면에 서로 대향하는 형태로 형성된 한 쌍의 정사각형 형상의 전극(12a)과 초전체 기판(11) 내에 상기 한 쌍의 전극(12a) 사이에 끼워진 부분으로 구성되어 있다. 또한, 초전 소자(1)는, 직사각형 판형의 초전체 기판(11)에, 평면에서 볼 때 정사각형 형상의 전극(12a)의 3변을 따라 평면에서 볼 때 U자형의 슬릿(도시하지 않음)을 형성함으로써, 각각의 소자 엘리먼트(12)가 초전체 기판(11)의 일부에 의해 캔틸레버 지지된 구조로 되어 있다. 이와 같은 슬릿을 형성하고 있는 것에 의해, 감도를 향상시킬 수 있는 동시에 팝콘 노이즈(popcorn noise)를 저감 가능하게 되어 있다(예를 들면, 일본 특허 제3372180호 공보 참조). 그리고, 전극(12a)은 적외선 흡수 재료(예를 들면, NiCr 등)에 의해 형성되어 있다.
전술한 초전 소자(1)에서, 각각의 수광부(12)의 전극(12a)은, 초전체 기판(11)의 중앙부에서의 초전체 기판(11)의 외주선보다도 내측의 가상의 정사각형의 코너에 수광부(12)의 중심이 위치하도록 배치되어 있다. 또한, 초전 소자(1)는, 초전체 기판(11)의 양단부에 출력 단자부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 초전체 기판(11)의 두께 방향의 양면에 형성된 배선 패턴(도시하지 않음) 등에 의해, 4개의 수광부(12) 중 대각 위치에 있는 2개의 수광부(12)가 병렬 접속되고, 서로 다른 반대 코너에 위치하는 2개의 수광부(12)가 역병렬로 접속되어 있다. 따라서, 이 초전 소자(1)에서는, 역병렬로 접속되어 있는 수광부(12)에 의해 환경 온도의 변화 등으로 인해 2개의 수광부(12)에서 발생하는 전하가 상쇄되므로, S/N 비의 향상이 도모된다.
그리고, 초전 소자(1)는 도 2의 쿼드 타입 소자로 한정되지 않고, 예를 들면 2개의 수광부(12)가 1×2의 어레이형으로 형성된 듀얼 타입 소자 또는 4개의 수광부(12)가 1×4의 어레이형으로 형성된 쿼드 타입 소자로 형성되어도 된다.
그러나, 도 2에 나타낸 구성의 초전 소자(1)는 듀얼 타입 소자 또는 수광부(12)가 1×4의 어레이형으로 형성된 쿼드 타입 소자에 비하여 외부로부터의 열에 기인한 초전 소자(1)의 출력의 변동을 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에서는, 적외선 센서는, 프린트 배선판과 같은 회로 기판 등에 2차 실장할 때, 접합 재료로서 무연 납땜(lead-free solder)(예를 들면, SnCuAg 납땜 등)을 사용할 수 있다. 단, 초전 소자(1)의 초전체 기판(11)의 초전 재료로서 PZT(: Pb(Zr, Ti)O3)계 재료를 채용한 경우에는, PZT의 조성이나 첨가물을 적절하게 선택함으로써 퀴리 온도를 피크 리플로우 온도(260℃)보다 높게 하는 것도 가능하지만, 퀴리 온도와 피크 리플로우 온도의 온도차가 작으므로, 피크 리플로우 온도를 고정밀도로 관리하지 않으면, 피크 리플로우 온도가 초전 소자(1)의 퀴리 온도를 초과할 것이며, 이에 의해 초전 소자(1)의 분극이 소멸될 것이고, 초전 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다.
그래서, 초전 소자(1)의 초전체 기판(11)의 초전 재료로서는, PZT보다 퀴리 온도가 높은 것에 의해 PZT보다 내열성이 높은 리튬 탄탈레이트(: LiTaO3) 또는 리튬 니오베이트(: LiNbO3)를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 초전 재료로서 PZT에 비해 퀴리 온도가 높은 리튬 탄탈레이트나 리튬 니오베이트를 이용하면, 무연 납땜에 의해 2차 실장하는 경우에, 리플로우 온도의 관리가 용이하게 되고, 또한 피크 리플로우 온도가 원하는 설정 온도(260℃)보다 고온 측으로 변동(오버슛)한 경우에도 초전 소자(1)의 특성이 열화되는 것을 확실하게 방지할 수 있고, 2차 실장 공정의 수율의 향상에 의한 저비용화 및 신뢰성의 향상이 도모된다. 그리고, 리튬 탄탈레이트의 퀴리 온도는 618℃ 정도이고, 리튬 니오베이트의 퀴리 온도는 1140℃ 정도이며, 이들은 리플로우 피크 온도보다 2배 정도 높은 온도이다.
또한, IC 소자(2)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 초전 소자(1)로부터 출력되는 출력 신호인 초전 전류를 전압 신호로 변환하는 전류-전압 변환 회로(22)와, 전류-전압 변환 회로(22)에 의해 변환된 전압 신호 중 소정의 주파수 대역의 전압 신호를 증폭하는 전압 증폭 회로(23)와, 전압 증폭 회로(23)로 증폭된 전압 신호를 적절하게 설정한 임계값과 비교하여 전압 신호가 임계값을 초과할 경우에 검지 신호를 출력하는 검지 회로(24)와, 검지 회로(24)의 검지 신호를 소정의 인체 검출 신호로서 출력하는 출력 회로(25)를 포함하며, 이들 회로는 단일 칩으로 형성되어 있다. 여기에서, 전류-전압 변환 회로(22)는, 귀환 용량(커패시터)을 부가한 연산 증폭기와, 연산 증폭기의 출력을 입력측에 귀환하는 직류 귀환 회로를 포함하며, 귀환 용량의 임피던스에 의해 미소한 초전 전류를 수 10 ㎶ 정도의 전압 신호로 변환하기 위해 이용된다. 그러므로, 전계 효과 트랜지스터와 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 접속한 저항을 사용한 전류-전압 변환 회로에 비하여, 이득을 증가시키고, S/N 비를 향상시킬 수 있으며, 고감도화를 도모하는 것이 가능해진다. 그리고, 이러한 종류의 전류-전압 변환 회로(22) 및 전압 증폭 회로(23) 등을 구비한 IC 소자(2)의 기본적인 회로 구성에 대해서는, 상기 특허 문헌 1 등에 개시되어 있고, 널리 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, IC 소자(2)의 기본적인 회로 구성은 상기 특허 문헌 2에 개시된 구성이어도 된다. 또한, IC 소자(2)는 초전 소자(1)의 출력 신호로서 출력 전압을 신호 처리하도록 구성된 것이어도 된다.
그런데, 본 실시예에서는, 패키지 본체(4)의 베이스부(41)의 절연 재료로서 세라믹 또는 유리 등의 무기 재료를 채용함으로써, 상기 절연 재료로서 에폭시 수지 등의 유기 재료를 채용하는 경우에 비하여, 패키지 본체(4)에 의한 수분의 흡수에 의해 야기된 상기 회로 배선 사이의 절연 저항의 저하를 방지할 수 있는 동시에, 내열성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 무기 재료로서 알루미나를 채용하면, 상기 무기 재료로서 질화 알루미늄, 탄화규소 등을 채용하는 경우에 비하여, 상기 절연 재료의 열전도율이 작고, 외부의 열의 변동에 기인한 초전 소자(1)의 감도의 저하를 억제할 수 있다.
그런데, 패키지 본체(4)는 일면 측에 복수 단(여기서는 2단)의 오목부(41a, 41b)가 형성되어 있다. IC 소자(2)는 하단의 오목부(41a)의 내저면에 실장된다. 초전 소자(1)는, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때, 하단의 오목부(41a)보다 패키지 본체(4)의 일면 측에 더 근접한 상단의 오목부(41b)의 내저면에, 하단의 오목부(41a)를 가로질러 연장하도록 실장되고 또한 패키지 본체(4)의 두께 방향으로 IC 소자(2)로부터 이격되어 실장되어 있다. 그리고, 패키지 본체(4)의 상기 일면 측에 설치하는 오목부(41a, 41b)의 단수는 특별히 2단으로 한정되지 않고 복수 단이면 되며, 상대적으로 하단의 오목부(41a)의 내저면에 IC 소자(2)를 실장하고, 상대적으로 상단의 오목부(41b)의 내저면에 초전 소자(1)를 실장하면 된다.
여기에서, IC 소자(2)는, 회로부가 형성된 주표면과, 주표면 반대쪽의 배면을 갖는다. IC 소자(2)는 주표면과 배면이 각각 하단의 오목부(41a)의 내저면과 초전 소자(1)를 향하도록 하단의 오목부(41a)의 내저면에 실장되어 있다. 즉, IC 소자(2)는 베어 칩(bare chip)이며, 패키지 본체(4)에 복수 개의 범프(예를 들면, Au 볼 범프, Au 도금 범프, C4 기술을 이용한 Au 도금을 행한 Cu 볼, 솔더 범프 등)(28)를 통하여 플립 칩(flip chip) 실장되어 있다.
또한, 패키지 본체(4)는, 초전 소자(1)를 지지하는 2개의 도전성 지지체(6)가 상단의 오목부(41b)의 내저면에 고착되어 있다. 여기에서, 각각의 도전성 지지체(6)에는 초전 소자(1)의 2개의 출력 단자부가 전기적으로 접속되어 있다. 각각의 도전성 지지체(6)는 스트립 형상으로 형성되어 있고, 길이 방향에 따른 일측면이 서로 대향하는 형태로 상단의 오목부(41b)의 내저면 상에 배치되어 있다. 또한, 초전 소자(1)는, 출력 단자부가 각각의 도전성 지지체(6)와 중첩되고 또한 수광부(12)가 도전성 지지체(6)와 중첩되지 않도록 배치되어 있다. 요컨대, 본 실시예에서는, 초전 소자(1)를 2개의 도전성 지지체(6)에 의해 양측에서 지지하고 있으므로, 초전 소자(1)를 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, 각각의 도전성 지지체(6)와 패키지 본체(4)는 전기 절연성 및 열절연성을 갖는 접착제(예를 들면, 에폭시 수지 등)에 의해 접착되어 있다. 따라서, 도전성 지지체(6)와 패키지 본체(4) 사이의 열절연성을 향상시킬 수 있고, 초전 소자(1)와 패키지 본체(4) 사이의 열절연성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 도전성 지지체(6)는 반드시 패키지 본체(4)와는 별도의 부재일 필요는 없고, 패키지 본체(4)에 일체로 형성해도 되며, 패키지 본체(4)에 초전 소자(1)와의 접속을 위한 랜드(land)를 설치함으로써, 도전성 지지체(6)를 제거하고, 초전 소자(1)를 패키지 본체(4)에 직접 실장하도록 해도 된다.
전술한 도전성 지지체(6)는 구리 또는 철로 이루어지는 도전판의 표면에 금도금막, 은도금막 또는 니켈 도금막이 형성되어 있다. 여기서, 초전 소자(1)의 각각의 출력 단자부와 각각의 도전성 지지체(6)는 유기 수지계의 도전성 접착제로 이루어지는 접합부(7)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 도전성 지지체(6)로부터 초전 소자(1)로의 열전도를 억제할 수 있다.
또한, 패키지 본체(4)는 금속 재료(예를 들면, Cu 등)로 이루어지는 전술한 차폐부(43)가 형성되어 있고, 초전 소자(1)의 그라운드측의 출력 단자부 및 IC 소자(2)의 그라운드측의 출력 단자(2c)(도 3을 참조)가 패키지 본체(4)의 차폐부(43)에 적절하게 접속되어 있다. 또한, IC 소자(2)의 신호 출력용의 출력 단자(2b)(도 3을 참조)는 전술한 범프(28) 및 패키지 본체(4)의 출력용 배선(44)을 통하여 외부 접속용 전극(45)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 출력용 배선(44)은 가능한 한 초전 소자(1)로부터 이격된 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
그런데, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속된 출력용 배선(44)과의 사이에 차폐 구조부가 형성되어 있고, 차폐 구조부가 IC 소자(2)의 그라운드 전위로 되는 특정 부분에 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 본 실시예에서의 차폐 구조부는, 패키지 본체(4)의 베이스부(41)에 매설되고 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)의 사이에 위치하는 차폐층(46)을 포함하며, 이 차폐층(46)이 IC 소자(2)의 그라운드 전위로 되는 특정 부분에 전기적으로 접속되어 있다. 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)의 사이에 위치하는 차폐층(46)은 베이스부(41)에 매설하는 것으로 한정되지 않고, 도 5에 나타낸 바와 같이 베이스부(41)의 내면에 형성한 것이어도 된다. 또한, 차폐층(46)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 베이스부(41)에 일부분이 매설되고, 상기 일부분 이외의 나머지의 부분이 베이스부(41)의 내면에 형성된 것이어도 된다. 도 5 및 도 6의 각각의 경우에, 베이스부(41)의 내면에 형성된 차폐층(46)은 IC 소자(2)의 그라운드 전위로 되는 특정 부분에 범프 또는 본딩 와이어를 통하여 전기적으로 접속하면 된다.
본 실시예의 적외선 센서는, 차폐부(43)에 전기적으로 접속되는 그라운드용의 외부 접속용 전극(도시하지 않음)도 패키지 본체(4)의 외측 바닥면에 형성되어 있다. 그러므로, 상기 그라운드용의 외부 접속용 전극을 적외선 센서를 2차 실장하는 회로 기판 등의 그라운드 패턴에 전기적으로 접속함으로써, 초전 소자(1) 및 IC 소자(2) 등에 의해 구성되는 센서 회로(100)에 대한 외부의 전자 노이즈의 영향을 저감할 수 있고, 외부의 전자 노이즈에 기인한 S/N 비의 저하를 방지할 수 있다.
본 실시예에서는, 차폐층(46)과 차폐부(43)가 전기적으로 접속되어 있고, 동일한 전위를 가지므로, 차폐층(46)을 IC 소자(2)의 그라운드 전위로 되는 특정 부분(그라운드 단자 등)에 전기적으로 접속하고 있다. 그러나, 차폐층(46)과 차폐부(43)가 전기적으로 절연되어 있는 경우에는, 차폐층(46)을 IC 소자(2)의 정전위로 되는 부분(정전위로 되는정전위 회로 등)에 전기적으로 접속하면 된다. 이 경우의 전기적인 접속 수단으로서는, IC 소자(2)의 실장 형태에 따라 예를 들면 범프 또는 본딩 와이어 등을 이용하면 된다.
본 실시예에서의 차폐부(43)는 패키지 본체(4)의 베이스부(41)의 저벽에서부터 측벽으로 연장하는 방식으로 형성되어 있고, 저벽과 측벽 중의 한쪽에만 형성되어 있는 경우와 비하여 차폐 효과를 높일 수 있다. 여기에서, 차폐부(43)는 패키지 본체(4)의 베이스부(41)에 매설되어 있고, 패키지 본체(4)의 내면에는 노출되어 있지 않다. 따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 차폐부(43)와 패키지(3) 내의 센서 회로(100)와의 간섭을 방지할 수 있다.
또한, 전술한 차폐부(43)는, 패키지 본체(4)의 측벽에 상기 측벽의 높이 방향을 따라 매설된 복수의 도전성 비아 홀(via hole)과, 패키지 본체(4)의 저벽에 매설되고 복수의 도전성 비아 홀을 전기적으로 접속시키는 도전성 층으로 구성해도 된다. 여기에서, 이들 복수의 도전성 비아 홀을 패키지 본체(4)의 내부 공간을 에워싸는 형태로 배치하고, 각각의 도전성 비아 홀에서의 패키지 덮개(5) 측의 일단면을 노출시키면, 각각의 도전성 비아 홀과 패키지 덮개(5)를 전기적으로 접속하는 것이 가능해지고, 패키지 덮개(5)와 상기 패키지 덮개(5)에 전기적으로 접속되는 그라운드용의 외부 접속용 전극과의 사이의 전기 저항을 저감할 수 있고, 외부의 전자 노이즈에 대한 차폐 효과를 높이는 것이 가능해진다. 어느 것으로 해도, 본 실시예에서는, 차폐부(43)가 패키지 본체(4)의 측벽의 선단면까지 연장되어 있으므로, 패키지 덮개(5)의 주위부가 패키지 본체(4)의 측벽에 중첩되는 형태로 패키지 덮개(5)를 패키지 본체(4)와 접합함으로써, 패키지 덮개(5)와 차폐부(43)를 전기적으로 접속하는 것이 가능해진다.
그런데, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, IC 소자(2)가 전류-전압 변환 회로(22) 및 전압 증폭 회로(23)를 포함한다. 따라서, IC 소자(2)의 출력 신호를 크게 할 수 있다. 또한, 초전 소자(1) 자체의 임피던스도 대략 100 GΩ으로 매우 높으므로, 적외선 센서는, 전술한 바와 같이 패키지 본체(4)에 차폐부(43)를 설치하고 또한 패키지 덮개(5)를 패키지 본체(4)의 차폐부(43)와 전기적으로 접속하는 것에 의해 패키지 덮개(5)를 그라운드 전위 또는 특정한 전위(일정한 전위)로 고정하고 있지 않은 경우에는, 외부의 전자 노이즈의 영향을 받기 쉽게 된다.
이에 대하여, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 전술한 바와 같이, 패키지 본체(4)에 초전 소자(1), IC 소자(2) 및 상기 회로 배선을 포함하여 구성되는 센서 회로(100)로의 외부의 전자 노이즈를 방지하는 차폐부(43)를 설치하고, 또한 패키지 덮개(5)를 패키지 본체(4)의 차폐부(43)에 전기적으로 접속하고 있다. 따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지(3)의 박형화를 도모하면서도 외부의 전자 노이즈의 영향에 의한 감도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 전술한 패키지 덮개(5)는 실리콘 기판 및 실리콘 기판의 일표면(도 1의 하면)에 필터부를 포함하는 적외선 광학 필터를 구성하고 있다. 실리콘 기판은 도전성을 갖고 또한 적외선 투과 특성을 갖는 기판의 일종이다. 여기에서, 필터부는 소정의 파장 대역의 적외선을 투과하고 상기 파장 대역 이외의 적외선을 반사하도록 구성된 광학 다층막(다층 간섭 필터막)이다. 따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 덮개(5)가 원하는 파장 대역 이외의 불필요한 파장 대역의 적외선 및 가시광을 필터부에 의해 커팅하는 것이 가능해지고, 태양광 등에 의한 노이즈의 발생을 방지할 수 있고, 감도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 기판의 재료는 실리콘으로 한정되지 않고, 예를 들면 게르마늄, 갈륨 비소, 아연화 유황 등이어도 된다.
또한, 패키지 덮개(5)는 패키지 본체(4)의 측벽에 중첩되는 주위부(52)에서 실리콘 기판이 노출되어 있다. 따라서, 필터부에 상관없이, 패키지 덮개(5)와 차폐부(43)를 전기적으로 접속할 수 있다. 그리고, 패키지 덮개(5)는, 실리콘 기판의 상기 일표면 측에 한정되지 않고 다른 표면 측에 필터부를 형성해도 되고, 적어도 한 쪽에 필터부를 형성하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 일표면 측에 형성하는 필터부와 상기 다른 표면 측에 형성하는 필터부는 서로의 필터 특성이 동일하여도 되지만, 서로의 필터 특성을 상이하게 함으로써 보다 효과적으로 불필요한 적외선 및 가시광을 커팅하는 것이 가능해진다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 덮개(5)와 패키지 본체(4)가 고융점 납땜이나 도전성 수지 등으로 이루어지는 접합부(8)(도 1을 참조)를 통하여 접합하여 전기적으로 접속함으로써, 적외선 센서 전체의 전자 차폐 효과를 높일 수 있다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 덮개(5)의 주위부(52)에 패키지 본체(4)에 대한 위치결정용의 단차부(52a)가 형성되어 있고, 패키지 본체(4)에 대한 패키지 덮개(5)의 위치 결정 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.
또한, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)를 초전 소자(1)의 두께 방향으로 이격시켜 배치한 경우에도, 패키지(3)의 소형화에 의해 IC 소자(2)와 초전 소자(1) 간의 거리가 짧아지므로, IC 소자(2)의 신호 출력용의 출력 단자(이하, "신호 출력 단자"라고 함)(2b)의 출력 신호가 초전 소자(1)에 피드백되는 현상(용량 귀환)이 발생할 것이고, 이러한 용량 귀환에 기인한 잘못된 검지의 우려가 있다(감도가 변화하므로, 잘못된 검지가 발생하거나 검지되지 않는 경우가 있다).
이에 대하여, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, IC 소자(2)의 주표면 측의 회로부가 초전 소자(1)로부터 멀어지게 되도록, IC 소자(2)를 패키지 본체(4)에 플립 칩 본딩으로 실장하고 있다. 따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, IC 소자(2)가 전술한 바와 같이 전류-전압 변환 회로(22)의 출력 전압을 증폭하는 전압 증폭 회로(23)를 포함하고 있는 경우에도, IC 소자(2)의 신호 출력 단자(2b)와 초전 소자(1)의 용량 결합에 기인한 잘못된 검지를 방지하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 본체(4)에 초전 소자(1), IC 소자(2) 및 상기 회로 배선을 포함하여 구성되는 센서 회로(100)로의 외부의 전자 노이즈를 방지하는 차폐부(43)가 형성되며, 또한 패키지 덮개(5)가 패키지 본체(4)의 차폐부(43)에 전기적으로 접속되어 있으므로, 패키지(3)의 박형화를 도모하면서도 외부의 전자 노이즈의 영향에 의한 감도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, IC 소자(2)가 패키지 본체(4)의 하단의 오목부(41a)의 내저면에 실장된다. 초전 소자(1)는, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때, 하단의 오목부(41a)보다 패키지 본체(4)의 일면측에 더 근접한 상단의 오목부(41b)의 내저면에 하단의 오목부(41a)를 가로질러 연장하도록 실장되고 또한 상기 초전 소자(1)의 두께 방향으로 IC 소자(2)로부터 이격되어 실장되어 있으므로, 소형화 및 저비용화를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 초전 소자(1)와, IC 소자(2)의 출력 단자(2b)를 외부 접속용 전극(45)에 전기적으로 접속하는 출력용 배선(44)과의 사이에, 차폐 구조부가 형성되어 있고, 이 차폐 구조부가 IC 소자(2)의 그라운드 전위 또는 정전위로 되는 특정 부분과 전기적으로 접속되어 있으므로, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속된 출력용 배선(44)과의 용량 결합에 의한 감도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
여기에서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 차폐 구조부가 패키지 본체(4)의 베이스부(41)에 매설되어 초전 소자(1)와 출력용 배선(44) 사이에 위치하는 차폐층(46)을 포함하고 있으므로, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속된 출력용 배선(44)과의 용량 결합을 저비용으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 차폐 구조부가, 도 6에 나타낸 바와 같이, 베이스부(41)에 일부분이 매설되고 상기 일부분 이외의 나머지의 부분이 베이스부(41)의 내면에 형성된 차폐층(46)에 의해 구성되어 있는 경우, 또는 도 5에 나타낸 바와 같이, 패키지 본체(4)의 베이스부(41)의 내면에 형성되어 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)의 사이에 위치하는 차폐층(46)에 의해 구성되어 있는 경우에도, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속된 출력용 배선(44)과의 용량 결합을 저비용으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)가 패키지 본체(4) 내에 초전 소자(1)의 두께 방향으로 나란히 배치되어 있으므로, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)를 수평으로 배치하는 경우에 비하여, 패키지(3)의 평면 사이즈의 축소에 의한 소형화가 도모되고, 회로 기판 등에 2차 실장할 때의 실장 면적을 축소할 수 있다.
그런데, 도 15 및 도 16의 구성에 있어서, 패키지(303) 내에서 적외선 센서 소자(301)와 IC 소자(102)(도 12를 참조) 또는 IC 소자(202)(도 13을 참조)를 수평으로 병설한 경우에는, 패키지(303)의 개구부(303b)를 밀봉하는 패키지 덮개으로서의 기능을 행하는 광학 필터(304)로부터 입사된 적외선이 IC 소자(102, 202)의 회로부 등에 악영향을 줄 우려도 있다. 또한, 이 경우에는, IC 소자(102, 202)의 주표면의 회로부에서 발생한 열이 적외선 센서 소자(301)에 전해져, 감도가 저하되어 버릴 우려가 있다.
이에 대하여, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, IC 소자(2)가, 회로부가 형성된 주표면을 하단의 오목부(41a)의 내저면을 향하고, 주표면 반대쪽의 배면을 초전 소자(1)를 향하도록, 하단의 오목부(41a)의 내저면에 실장되어 있으므로, 패키지 덮개(5)으로부터 입사된 적외선이 IC 소자(2)의 회로부 등에 악영향을 주는 것을 방지하는 것이 가능해지고, 또한 IC 소자(2)의 주표면측의 회로부에서 발생한 열이 초전 소자(1)에 전해지는 것을 억제할 수 있어, 감도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때의 외형을 정사각형 형상으로 하고, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때에서의 중심에 초전 소자(1)의 중심을 맞추어 배치하면, 외부의 열원에 기인한 노이즈를 추가로 저감할 수 있고, 또한 패키지(3)의 외부로부터 초전 소자(1)의 위치를 용이하게 추정하는 것이 가능해지므로, 적외선을 초전 소자(1)에 집광하기 위한 렌즈 등을 패키지(3)의 전방에 배치하는 것과 같은 경우에, 초전 소자(1)에 대한 렌즈의 배치 위치 등의 위치 결정이 용이하게 되고, 또한 렌즈 등의 광학 설계가 용이하게 된다. 그리고, 본 실시예에서의 IC 소자(2)는 외부 장착의 전자 부품(커패시터) 등이 필요 없게 단일 칩으로 실현된다.
또한, 본 실시예의 적외선 센서에 있어서는, 초전 소자(1)의 두께 방향으로 초전 소자(1)와 IC 소자(2)의 회로부가 이격되어 있다. 즉, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)의 사이에 간극이 형성되어 있으므로, 초전 소자(1)와 IC 소자(2) 간의 열절연성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 초전 소자(1)의 각각의 수광부(12)의 양자의 전극(12a)은 패키지(3) 내에 밀봉된 기체와 접촉하게 된다. 그리고, 초전 소자(1)의 초전 재료와 패키지 본체(4)의 상기 절연 재료 간의 선팽창률 차이는 작을수록 바람직하다.
전술한 적외선 센서에 있어서는, 차폐 구조부로서, 도 7에 나타낸 바와 같이, IC 소자(2)의 배면 측에, 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)(도 4를 참조)의 사이에 위치하는 차폐층(27)을 설치해도 된다.
그런데, IC 소자(2)는 실리콘 웨이퍼에 IC 제조 기술을 적용함으로써 형성하고 있지만, 실리콘 웨이퍼로서는 n형 기판과 p형 기판이 있다. 따라서, 전술한 적외선 센서에서, IC 소자(2)의 배면 측의 부분이 p형인 경우에는, 차폐층(27)을 IC 소자(2)의 그라운드 전위로 되는 부분(p형 기판)과 전기적으로 접속함으로써, IC 소자(2)의 배면 측의 차폐층(27)에 의한 차폐 효과에 의해, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속되어 있는 출력용 배선(44)과의 용량 결합의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 전술한 적외선 센서에 있어서, IC 소자(2)의 배면 측의 부분이 n형인 경우에는, 차폐층(27)을 IC 소자(2)의 정전위로 되는 부분(n형 기판)에 전기적으로 접속함으로써, IC 소자(2)의 배면 측의 차폐층(27)에 의한 차폐 효과에 의해, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)의 용량 결합을 억제하는 것이 가능해진다. 여기에서, 차폐 구조부는 IC 소자(2)의 배면 측에 설치된 차폐층(27)만을 포함하여도 되고, 차폐층(27)과 패키지 본체(4)의 베이스부(41)에 형성된 차폐층(46)(도 4를 참조)을 구비하고 있어도 되며, 양자의 차폐층(27, 46)을 구비하고 있는 것이 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)의 용량 결합을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 또한, IC 소자(2)의 배면 측의 부분(그라운드 전위 또는 정전위로 되는 부분, 바꾸어 말하면 그라운드 전위로 되는 p형 기판 또는 정전위로 되는 n형 기판)은 차폐층(27)과 동등한 기능을 하므로, 차폐층(27)을 반드시 설치할 필요는 없다.
(실시예 2)
본 실시예의 적외선 센서의 기본 구성은 실시예 1과 대략 동일하며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 차폐 구조부로서, IC 소자(2)의 배면과 초전 소자(1)의 사이에 배치되어 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)(도 4를 참조)의 사이에 위치하는 차폐판(30)을 구비하고 있는 점이 상이하다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 또한, 도 8에서는 실시예 1에서 설명한 도 4 내의 출력용 배선(44), 외부 접속용 전극(45), 및 차폐부(43)를 도시하지 않고 있다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 차폐판(30)의 양단부를 패키지 본체(4)의 상단의 오목부(41b)의 내저면에서 각각의 도전성 지지체(6)보다 아래쪽의 하단의 오목부(41a)에 가까운 각각의 부분에 고착하고 있다. 그리고, 초전 소자(1)의 두께 방향에서 초전 소자(1)와 차폐판(30)의 사이에 제1 소정 간격의 간극이 형성되도록, 각각의 도전성 지지체(6)의 두께를 설정하고 있다. 또한, 차폐판(30)과 IC 소자(2)의 배면의 사이에 제2 소정 간격의 간극이 형성되도록, 하단의 오목부(41a)의 깊이(상단의 오목부(41b)와 하단의 오목부(41a)의 단차)를 설정하고 있다. 또한, 차폐판(30)의 외형 사이즈는, IC 소자(2)의 외형 사이즈보다 크고 또한 초전 소자(1)의 외형 사이즈보다 작게 설정하고 있다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 차폐판(30)을 IC 소자(2)의 그라운드 전위 또는 정전위로 되는 부분과 전기적으로 접속시킴으로써, IC 소자(2)의 배면 측의 차폐판(30)에 의한 차폐 효과에 의해, 초전 소자(1)와 IC 소자(2)에 접속되어 있는 출력용 배선(44)(도 4를 참조)과의 용량 결합을 억제하는 것이 가능해진다. 여기에서, 차폐 구조부는 차폐판(30)만을 포함하여도 되고, 차폐판(30)과 패키지 본체(4)의 베이스부(41)에 형성된 차폐층(46)(도 4을 참조)을 포함여도 되며, 차폐판(30) 및 차폐층(46)을 구비하고 있는 것이 초전 소자(1)와 출력용 배선(44)의 용량 결합을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
전술한 적외선 센서에 의해서는, 차폐판(30)을 금속판 또는 프린트 기판에 의해 구성하면, 도 7과 같이 IC 소자(2)의 배면에 차폐층(27)을 설치한 구성에 비하여, IC 소자(2)에서 발생한 열이 초전 소자(1)에 전해지는 것을 추가로 억제하는 것이 가능해진다.
(실시예 3)
도 9에 나타낸 본 실시예의 적외선 센서의 기본 구성은 실시예 1과 대략 동일하며, 패키지 덮개(5)가 실리콘 렌즈인 점이 상이하다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 또한, 도 9에서는, 실시예 1에서 설명한 도 4의 출력용 배선(44), 외부 접속용 전극(45) 및 차폐부(43)를 도시하지 않고 있다. 또한, 차폐 구조부에 대해서는 다른 실시예와 마찬가지로 설치하면 된다.
본 실시예에서의 패키지 덮개(5)는, 중앙부가 평철형(planar convex)의 렌즈부(51)를 구성하고, 주위부(52)가 패키지 덮개(5)를 패키지 본체(4)에 장착하기 위한 플랜지부를 구성하고 있다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 덮개(5)가 실리콘 렌즈에 의해 구성되어 있으므로, 초전 소자(1)의 수광 효율의 향상에 의한 고감도화가 도모되고, 또한 초전 소자(1)의 검지 영역을 패키지 덮개(5)에 의해 설정하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 덮개(5)와는 별도로 렌즈를 배치하는 경우에 비하여 저비용화가 도모된다. 전술한 실리콘 렌즈는, 원하는 렌즈 형상에 따라 반도체 기판(여기서는, 실리콘 기판)과의 접촉 패턴을 설계한 양극(anode)을 반도체 기판의 일표면 측에서의 반도체 기판과의 접촉이 오믹 접촉(ohmic contact)으로 되도록 형성한 후에, 반도체 기판의 구성 원소의 산화물을 에칭 제거하는 용액으로 이루어지는 전해액 내에서 반도체 기판의 다른 표면 측을 양극 산화함으로써 제거 부위로 되는 다공질부(porous part)를 형성하고 나서, 상기 다공질부를 제거함으로써 형성된 반도체 렌즈(여기서는, 실리콘 렌즈)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 이러한 타입의 양극 산화 기술을 응용한 반도체 렌즈의 제조 방법에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 제3897055호 공보 및 일본 특허 제3897056호 공보 등에 개시되어 있는 제조 방법을 적용할 수 있으므로, 설명을 생략한다.
따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 초전 소자(1)의 검지 영역을 패키지 덮개(5)를 구성하는 실리콘 렌즈에 의해 설정할 수 있다. 또한, 전술한 반도체 렌즈의 제조 방법을 이용하여 제조한 패키지 덮개(5)에서는, 렌즈부(51)를 구면 렌즈보다 짧은 초점을 갖고 또한 커다란 개구 직경 및 작은 수차를 갖는 비구면 렌즈로 할 수 있으므로, 초점 길이를 짧게 할 수 있고, 그 결과 적외선 센서 전체의 박형화가 도모된다.
또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때의 외형을 정사각형 형상으로 하고, 패키지 본체(4)의 평면에서 볼 때의 중심에 초전 소자(1)의 중심을 맞추어 배치하고, 또한 렌즈부(51)의 광축과 패키지 덮개(5)의 두께 방향을 따른 중심선을 일치시키면, 렌즈부(51)와 초전 소자(1)의 상대 위치 정밀도를 높이는 것이 가능해진다.
그런데, 패키지 덮개(5)로 사용되는 렌즈가 폴리에틸렌으로 구성되는 경우에는, 패키지(3)를 프린트 배선판과 같은 회로 기판 등에 2차 실장할 때, 렌즈가 리플로우 온도를 견뎌낼 수 없기 때문에, 리플로우 공정 후에 패키지 덮개(5)를 패키지 본체(4)와 접합할 필요가 있다. 이에 대하여, 본 실시예에서는, 패키지 덮개(5)로서 실리콘 렌즈를 사용하고 있으므로, 패키지 덮개(5)와 패키지 본체(4)를 리플로우 공정 후에 접합할 필요는 없다.
또한, 도 9에 나타낸 적외선 센서에 의해서는, 렌즈부(51)의 평면부(51b)가 초전 소자(1) 측에 위치하고 또한 볼록 곡선부(51a)가 초전 소자(1) 측과는 반대측에 위치하도록 패키지 덮개(5)를 형성하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 렌즈부(51)의 볼록 곡선부(51a)가 초전 소자(1) 측에 위치하고 또한, 평면부(51b)가 초전 소자(1) 측과는 반대측에 위치하도록 패키지 덮개(5)를 형성해도 된다. 도 10의 구성으로 하는 것이, 도 9의 구성에 비하여, 조립 시에 패키지 덮개(5)의 취급이 용이하게 되고, 또한 렌즈부(51)의 손상이 발생하기가 어려워진다. 또한, 도 9 및 도 10의 어느 경우도, 패키지 덮개(5)가 실시예 1과 마찬가지로 필터부를 가지고 있는 것이 바람직하다.
그리고, 실시예 2의 적외선 센서에서의 패키지 덮개(5) 대신 도 9 또는 도 10에서의 패키지 덮개(5)를 사용해도 된다.
(실시예 4)
본 실시예의 적외선 센서의 기본 구성은 실시예 1과 대략 동일하지만, 도 11에 나타낸 바와 같이, 패키지(3)의 외측에 배치되는 수지(예를 들면, 폴리에틸렌 등)로 이루어진 하우징(9)을 구비하고 있는 점이 상이하다. 여기에서, 하우징(9)은 일면이 개방된 상자형(여기서는, 직사각형 상자형)으로 형성되어 있고, 패키지(3)의 배면을 노출시키고 패키지(3)의 외측면 및 표면(전면)을 덮는 형태로 패키지(3)에 장착되어 있다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 또한, 도 11에서는, 실시예 1에서 설명한 도 4 내의 출력용 배선(44), 외부 접속용 전극(45) 및 차폐부(43)를 도시하지 않고 있다. 또한, 차폐 구조부에 대해서는 다른 실시예와 마찬가지로 설치하면 된다.
본 실시예의 적외선 센서는, 하우징(9)에서의 초전 소자(1)의 전방에 개구부(9a)가 형성되어 있고, 하우징(9)의 개구부(9a)를 덮는 형태로 적외선을 투과하는 렌즈(59)가 고착되어 있다.
전술한 렌즈(59)는, 실시예 3과 마찬가지로, 원하는 렌즈 형상에 따라 반도체 기판(여기서는, 실리콘 기판)과의 접촉 패턴을 설계한 양극을 반도체 기판의 일표면 측에 반도체 기판과의 접촉이 오믹 접촉으로 되도록 형성한 후에, 반도체 기판의 구성 원소의 산화물을 에칭 제거하는 용액으로 이루어지는 전해액 내에서 반도체 기판의 다른 표면 측을 양극 산화함으로써 제거 부위로 되는 다공질부를 형성하고 나서, 상기 다공질부를 제거함으로써 형성된 반도체 렌즈(여기서는, 실리콘 렌즈)에 의해 구성되어 있다.
따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 하우징(9)의 개구부(9a)에 렌즈(59)가 고착되어 있으므로, 초전 소자(1)의 수광 효율을 높일 수 있는 동시에, 상기 렌즈(59)를 이용함으로써 초전 소자(1)의 검지 영역을 조정할 수 있다.
본 실시예의 적외선 센서는, 하우징(9)이, 패키지(3)에 하우징(3)을 장착하기 위한 부분을 제외하고는 패키지(3)와의 사이에 공기층(10)이 형성되는 형태로 패키지(3)에 장착되어 있다.
따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 패키지(3)의 외측에 배치되는 수지제 하우징(9)을 구비하고 있는 것에 의해, 하우징(9)이 단열 커버로서 기능하고, 외부 열의 변동의 영향을 받기가 어려워진다. 그리고, 다른 실시예에 본 실시예와 동일한 하우징(9)을 설치해도 된다.
또한, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 하우징(9)으로부터 패키지(3)로의열전도를 공기층(10)에 의해 저지할 수 있으므로, 외부의 온도 변화에 의한 영향이 더욱 작아진다.
본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 하우징(9)이 패키지(3)의 측면에 설치한 걸어맞춤 오목부(31)와 하우징(9)에 설치한 걸어맞춤 볼록부(94)를 요철 걸어맞춤으로써 패키지(3)에 장착되어 있다.
따라서, 본 실시예의 적외선 센서에 의해서는, 하우징(9)을 패키지(3)에 장착하기 위해 별도의 부재를 사용할 필요가 없고, 부품수의 삭감에 의한 저비용화가 도모되고, 또한 하우징(9)을 패키지(3)에 대하여 용이하게 장착할 수 있고, 또한 착탈 가능하게 하는 것도 가능해진다.
그런데, 전술한 하우징(9)은 하우징(9)의 후단 가장자리로부터 각각 돌출하는 복수의 연결 레그(93)를 포함한다. 각각의 연결 레그(93)는 선단부에 잠금 돌기로서 기능하는 걸어맞춤 볼록부(94)가 제공된다. 하우징(9)은 각각의 연결 레그(93)의 걸어맞춤 볼록부(94)를 패키지(3)의 걸어맞춤 오목부(31)에 요철 걸어맞춤으로써 패키지(3)와 결합된다(장착된다). 여기에서, 하우징(9)은 후면이 개방된 직육면체형으로 형성되어 있으며, 2개의 도전성 지지체(6)가 배치되는 방향으로 2개의 반대측 측벽 각각의 후단 가장자리로부터 2개의 연결 레그(93)가 연장되어 있다. 또한, 각각의 연결 레그(93)의 걸어맞춤 볼록부(94)에는, 연결 레그(93)의 끝에 가까워질수록 연결 레그(93)로부터 패키지(3)의 측면 측으로의 돌출량을 작게 하도록 경사진 경사면(94a)이 형성되어 있다. 이 도면(11)에 나타낸 예에서는, 하우징(9)을 패키지(3)에 장착할 때 연결 레그(93)의 휨을 이용할 수 있으므로, 패키지(3)에의 하우징(9)의 장착이 용이하게 된다.
상기한 각각의 실시예에서는, IC 소자(2)를 패키지 본체(4)에 플립 칩 실장하는 형태에 대하여 설명하였으나, 차폐 구조부가 실시예 1에서 설명한 차폐층(46) 또는 실시예 3에서 설명한 차폐판(30)을 구비하고 있는 경우에는, IC 소자(2)를 페이스 업(face up)으로 패키지 본체(4)에 실장하는 형태를 채용하고, IC 소자(2)와 패키지 본체(4)의 전기 접속을 본딩 와이어를 통하여 행하도록 해도 된다.
Claims (15)
- 적외선 센서에 있어서,
초전 소자;
상기 초전 소자의 출력 신호를 신호 처리하는 IC 소자; 및
상기 초전 소자 및 상기 IC 소자를 수용하도록 구성된 표면 실장형 패키지
를 포함하며,
상기 패키지는 패키지 본체 및 패키지 덮개를 포함하며,
상기 패키지 본체는, 절연 재료로 이루어지는 베이스부, 회로 배선 및 복수의 외부 접속용 전극을 포함하며, 상기 회로 배선 및 상기 복수의 외부 접속용 전극은 금속제로 이루어지고 상기 베이스부 상에 형성되며,
상기 패키지 덮개는 상기 초전 소자에 의해 검지될 적외선을 투과하도록 구성되며,
상기 패키지 덮개는 상기 패키지 본체와의 사이에 상기 초전 소자 및 상기 IC 소자를 에워싸는 형태로 상기 패키지 본체와 접합되며,
상기 패키지 본체는 상기 패키지 본체의 일면 측에 복수 단의 오목부가 설치되며,
상기 IC 소자가 상기 오목부의 하단의 오목부의 내저면에 실장되고,
상기 초전 소자가, 상기 하단의 오목부보다 상기 패키지 본체의 일면에 근접한 상기 오목부의 상단의 오목부의 내저면에, 상기 하단의 오목부를 가로질러 연장하도록 실장되고, 또한 두께 방향으로 상기 IC 소자로부터 이격되도록 실장되며,
상기 패키지 본체는 출력용 배선 및 차폐 구조부를 포함하며, 상기 출력용 배선은 상기 IC 소자의 출력 단자를 상기 외부 접속용 전극에 전기적으로 접속하도록 구성되고, 상기 차폐 구조부는 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선 사이에 위치되며,
상기 IC 소자는 그라운드 전위 또는 정전위로 되는 특정 부분을 포함하며, 상기 차폐 구조부는 상기 IC 소자의 상기 특정 부분에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항에 있어서,
상기 차폐 구조부는, 상기 패키지 본체의 상기 베이스부에 매설되어 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치되는 차폐층을 포함하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항에 있어서,
상기 차폐 구조부는, 상기 패키지 본체의 상기 베이스부의 내면에 형성되어 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 포함하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항에 있어서,
상기 차폐 구조부는, 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선과의 사이에 위치하는 차폐층을 포함하고, 상기 차폐층의 일부분이 상기 패키지 본체의 상기 베이스부에 매설되고, 상기 일부분 이외의 나머지 부분이 상기 베이스부의 내면에 형성되며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 IC 소자는 회로부가 형성된 주표면 및 상기 주표면 반대측의 배면을 가지며, 상기 IC 소자는 상기 주표면과 상기 배면이 각각 상기 하단의 오목부의 내저면과 상기 초전 소자를 향하도록 상기 하단의 오목부의 내저면에 실장되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제5항에 있어서,
상기 차폐 구조부는, 상기 IC 소자의 배면 측에 설치되어 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐층을 포함하며, 상기 차폐층이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제5항에 있어서,
상기 차폐 구조부는, 상기 IC 소자의 배면과 상기 초전 소자의 사이에 배치되어 상기 초전 소자와 상기 출력용 배선의 사이에 위치하는 차폐판을 포함하며, 상기 차폐판이 상기 IC 소자의 상기 그라운드 전위 또는 상기 정전위로 되는 상기 특정 부분과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제7항에 있어서,
상기 차폐판은 금속판 또는 프린트 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지 본체의 외형은 상기 패키지 본체의 평면에서 볼 때에 정사각형 형상이며, 상기 패키지 본체의 상기 평면에서 볼 때의 중심에 상기 초전 소자의 중심이 맞추어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지 덮개의 주위부에, 상기 패키지 본체에 대한 상기 패키지 덮개의 위치를 결정하기 위한 단차부(stepped part)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지 덮개가 실리콘 렌즈인 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패키지의 외측에 배치되는 수지제의 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제12항에 있어서,
상기 하우징은 상기 하우징을 상기 패키지에 장착하기 위해 이용되는 부분을 제외하고는 상기 패키지와의 사이에 공기층이 형성되는 형태로 상기 패키지에 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제12항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 패키지 본체의 측면에 설치한 걸어맞춤 오목부와 상기 하우징에 설치한 걸어맞춤 볼록부를 걸어맞춤으로써 상기 패키지에 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초전 소자는 리튬 탄탈레이트(lithium tantalate) 또는 리튬 니오베이트(lithium niobate)로부터 선택된 초전 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
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