KR20110076791A

KR20110076791A - 적외선 센서 및 적외선 센서 모듈

Info

Publication number: KR20110076791A
Application number: KR1020100135094A
Authority: KR
Inventors: 마코토 오히라; 후미지 아이타; 유타카 코야마; 쇼 사사키
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2011-07-06
Also published as: CN102141444B; US20110155914A1; KR101263096B1; US8519336B2; JP5786273B2; EP2343523A1; JP2011137744A; CN102141444A

Abstract

[과제]
노이즈의 저감 및 검출 정밀도의 향상을 도모함과 함께 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 적외선 센서 및 적외선 센서 모듈을 제공한다.
[해결수단]
감압 밀봉된 공동부(22)를 가지며, 적외선을 투과하는 제 1 기판(20)과, 해당 제 1 기판(20)에서 외부로부터 적외선이 입사하는측과는 반대측에 마련되고, 상기 공동부(22)를 통과한 적외선을 수광함에 의해 출력 변화가 생기는 검지부(21)와, 제 1 기판(20)과의 사이에 검지부(21)를 둘러싸는 감압 공간(33)을 형성하는 오목부(31)와, 검지부(21)에 수광되지 않고 제 1 기판(20)을 통과한 적외선을 검지부(21)를 향하여 반사 집광 가능하게 구성된 반사면(32)을 가지며, 제 1 기판(20)에 적층되는 제 2 기판(30)과, 해당 제 2 기판(30)에서 검지부(21)에 대해 반사면(32)을 끼운 위치에 마련되고, 검지부(21)의 출력을 증폭 또는 적분하는 연산회로(41)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

적외선 센서 및 적외선 센서 모듈{INFRARED SENSOR AND INFRARED SENSOR MODULE}

본 발명은, 적외선 센서 및 적외선 센서 모듈에 관한 것이다.

종래부터, 열이 가하여짐에 의해 전압이 발생하는 소자(서모파일)를 검지부에 이용한 적외선 센서가 알려져 있다(특허 문헌 1 내지 7 참조). 서모파일은, 물체로부터 방사되는 적외선을 수광하여 온도차가 생기는 것으로서, 이른바 제벡 효과에 의한 온도차에 따른 전압차가 발생한다. 이 전압차를 온도 변화로서 검출함으로써, 검지 대상의 온도를 검지할 수 있다.

이와 같은 적외선 센서는, 열이 공기로 달아남에 의한 감도의 저하를 억제하기 위해, 진공 밀봉된 케이스 내에 검지부를 종횡으로 복수 배열(어레이화)한 센서 모듈로서 사용된다. 각 검지부는, 케이스에 마련된 적외선 투과창(적외선 필터)으로부터 입사하는 적외선을 수광하고, 각각 전압을 출력한다. 검지부로부터의 출력 신호는 미소(微小)하기 때문에, 연산회로 등에 의해 증폭이나 적분된다.

그러나, 종래의 적외선 센서는, 연산회로가 검지부로부터 떨어진 위치에 설치되기 때문에 검지부로부터의 출력 신호에 노이즈가 발생하기 쉬운 구성으로 되어 있다. 또한, 종래의 적외선 센서는, 센서의 소형화를 위해, 하나 또는 복수 개의 연산회로에서 센서 어레이의 모든 검지부의 출력 신호를 처리하도록 구성되어 있고, 하나의 연산회로에 복수의 검지부를 연결함으로써 샘플링 주파수가 높아지고, 노이즈가 커지는 요인이 되어 있다.

특허 문헌 8에는, 센서부와 연산회로를 적층함에 의해, 칩의 소형화, 배선의 단축을 도모한 적층 디바이스가 개시되어 있다. 그러나, 이 구성을 적외선 센서에 적용하는 경우, 연산회로에 의해 발생하는 열(적외선)이 적외선 센서의 노이즈 요인이 되는 것이 생각된다.

또한, 검지부를 진공의 케이스 내에 실장하는 작업은, 탈(脫)가스 등의 번잡한 작업을 포함하고, 또한, 높은 기밀성이 요구되는 케이스에는 고가의 부품이나 특수한 접착제 등이 필요하게 된다. 따라서 진공 밀봉한 케이스에 검지부를 수용하는 종래의 구성은, 제조 비용에서도 과제가 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평6-229821호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개평11-258038호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개평11-258040호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특개평11-258041호 공보 특허 문헌 5 : 일본 특개2000-65639호 공보 특허 문헌 6 : 일본 특개2000-221080호 공보 특허 문헌 7 : 일본 특개2000-292254호 공보 특허 문헌 8 : 일본 특개2007-313594호 공보

본 발명의 목적은, 노이즈의 저감 및 검출 정밀도의 향상을 도모함과 함께 제조 비용의 저감을 도모할 수 있는 적외선 센서 및 적외선 센서 모듈을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.

즉, 본 발명에서의 적외선 센서는,

감압 밀봉된 공동부(空洞部)를 가지며, 적외선을 투과하는 제 1 기판과,

해당 제 1 기판에서 외부로부터 적외선이 입사하는측과는 반대측에 마련되고, 상기 공동부를 통과한 적외선을 수광함에 의해 출력 변화가 생기는 검지부와,

상기 제 1 기판과의 사이에 상기 검지부를 둘러싸는 감압 공간을 형성하는 오목부와, 상기 검지부에 수광되지 않고 상기 제 1 기판을 통과한 적외선을 상기 검지부를 향하여 반사 집광 가능하게 구성된 반사면을 가지며, 상기 제 1 기판에 적층되는 제 2 기판과,

해당 제 2 기판에서 상기 검지부에 대해 상기 반사면을 끼운 위치에 마련되고, 상기 검지부의 출력을 증폭 또는 적분하는 연산회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 검지부와 연산회로가 일체화되기 때문에, 검지부와 연산회로 사이의 거리를 짧게 구성하는 것이 가능해진다. 따라서 노이즈의 저감과 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 연산회로에서 발생하는 열(적외선)은, 검지부와 연산회로 사이의 반사면에 의해 차단된다. 따라서 연산회로의 열이 검지부에 대해 영향을 미치는 것이 억제되고, 노이즈의 저감과 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 검지부에 입사하는 적외선은, 감압 밀봉된 공동부나 감압 공간을 통과하기 때문에, 온도의 검출을 감도 좋게 행할 수 있다. 입사 위치나 입사각도에 의해 검지부에 수광되지 않고 제 1 기판을 통과한 적외선은, 반사면에 의해 검지부에 반사 집광되기 때문에, 검출 감도를 높일 수 있다.

상기 공동부는, 상기 제 2 기판이 적층된 측의 면에 개구한 공동부로서 형성되고,

상기 공동부와 상기 감압 공간은, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 감압 분위기하에서 적층 접착됨에 의해, 감압 밀봉되면 좋다.

이에 의해, 공동부의 감압 밀봉과 및 감압 공간의 형성을 용이하게 행할 수 있다. 따라서 제작성이 향상되고, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

상기 적외선 검지부와 상기 연산회로는, 상기 제 2 기판을 적층 방향으로 관통하는 배선에 의해 접속되면 좋다.

이에 의해, 컴팩트한 적층 구조를 실현할 수 있고, 센서의 소형화를 도모할 수 있다. 따라서 노이즈의 저감과 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

상기 배선을 적어도 2개 가지면 좋다.

적어도 2개의 관통 배선을, 검지부의 출력 신호를 적분하기 위한 콘덴서의 전극으로서 이용할 수 있다. 따라서 적분 회로를 위한 콘덴서를 별도 마련할 필요가 없어지고, 센서의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 검지부를, 복수 가짐과 함께,

상기 연산회로를, 복수의 상기 검지부에 대응하여 복수 가지면 좋다.

하나의 검지부에 대해 하나의 연산회로에서 증폭 또는 적분의 연산 처리를 행하도록 함으로써, 정밀도가 높은 검출이 가능해진다.

상기 연산회로는, 상기 제 2 기판에 있어서 상기 제 1 기판이 적층되는 면과는 반대측의 면상에 형성되어도 좋다.

또는, 상기 제 2 기판에 대해 상기 제 1 기판과는 반대측에 적층되는 제 3 기판을 가지며,

상기 연산회로는, 상기 제 3 기판에 형성되어도 좋다.

즉, 연산회로는, 제 2 기판에 직접 실장하여도 좋고, 제 2 기판과는 별개의 제 3 기판상에 형성하고, 제 2 기판과 제 3 기판을 적층함으로써 일체화하여도 좋다.

또한, 본 발명에서의 적외선 센서 모듈은,

상기한 적외선 센서와,

해당 적외선 센서가 수용되는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적외선 센서 모듈에 의하면, 검지부의 검출 정밀도를 올리기 위한 감압 공간이 센서 자체에 형성되어 있기 때문에, 센서를 수용하는 케이스에 감압 처리를 시행할 필요가 없어진다. 따라서 모듈의 제작 공정의 삭감을 도모할 수 있다.

또한, 케이스 자체에 기밀성이 요구되지 않기 때문에, 케이스 재료나 접착제의 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 따라서 재료비의 삭감이 가능해지고, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해, 노이즈의 저감 및 검출 정밀도의 향상을 도모함과 함께 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서 모듈의 모식적 단면도.
도 3a는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3b는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3c는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3d는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3e는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3f는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3g는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3h는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3i는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3j는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3k는 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 3l은 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4a는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4b는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4c는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4d는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4d1은 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4d2는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4d3은 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4d4는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4e는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 4f는 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 회로 구성도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 회로 구성도.
도 5c는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 회로 구성도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.
도 6b는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.
도 7a는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.
도 7b는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.
도 7c는 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도.

이하에 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를, 실시예에 의거하여 예시적으로 상세히 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대배치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것들만으로 한정하는 취지의 것은 아니다.

(실시예)

도 1 내지 도 7를 참조하여, 본 실시예에 관한 적외선 센서 및 적외선 센서 모듈에 관해 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도이다. 도 2은, 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서 모듈의 모식적 단면도이다. 도 3a 내지 도 3l은, 각각, 적외선 검출기의 제조 방법을 설명하는 모식도이다. 도 4a 내지 도 4f는. 각각, 반사층의 제조 방법을 설명하는 모식도이다. 도 5a 내지 도 5c는, 각각, 본 실시예에 관한 적외선 센서의 회로 구성도이다. 도 6a 및 도 6b는, 각각, 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도이다. 도 7a 내지 도 7c는, 각각, 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서의 모식적 단면도이다.

<적외선 센서의 구성>

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 관한 적외선 센서(1)는, 개략, 각각 실리콘 기판으로 구성된 적외선 검출기(2)와, 반사층(3)과, 회로 기판(4)이 적층된 구성을 갖고 있다.

적외선 검출기(2)는, 제 1 기판으로서의 적외선을 투과 가능한 실리콘 기판(20)에, 서모파일을 이용한 적외선 검지부(21)와, 감압 밀봉된 공동부(22)가 형성된 구성을 갖고 있다.

적외선 검지부(21)는, 열이 가하여짐에 의해 전압이 발생한 성질을 갖는 서모파일을 이용한 검지 소자이다. 서모파일은, 물체로부터 방사되는 적외선을 수광하여 온도차가 생기는 것으로서, 이른바 제벡 효과에 의해 온도차에 따른 전압차가 발생한다. 적외선 검지부(21)는, 기판(20)의 하면, 즉, 기판(20)에서 외부로부터 적외선이 입사하는 면(윗면)과는 반대측의 면에 실장되어 있다. 또한, 기판(20)의 윗면에는, 필요에 응하여, 적외선의 반사를 방지하는 구조나, 특정 주파수의 적외선만을 통과시키기 위한 적외선 필터, 회절 격자나 렌즈 등의 집광소자를 형성할 수 있다.

공동부(22)는, 적외선 검지부(21)가 실장되는 위치에 대응하여, 기판(20)의 내부에 형성된다. 공동부(22)는, 진공 또는 진공에 가까운 저압으로 밀봉된다. 공동부(22)에 의해, 적외선 검지부(21)와 외부와의 사이에 진공 또는 저압의 공간이 형성된다.

반사층(3)은, 적외선 검출기(2)의 외부(적외선이 입사하는)측과는 반대측(기판(20)의 하면측)에 배치된다. 반사층(3)은, 제 2 기판으로서의 실리콘 기판(30)에서의 기판(20)과의 대향면에 오목부(31)가 마련된 구성을 갖고 있다.

오목부(31)는, 표면이 알루미늄(Al)이나 금(Au) 등의 금속제의 적외선 반사막(32)으로 덮여 있다. 이 적외선 반사막(32)이, 검지부(21)에 수광되지 않고 검출기(2)를 통과한 적외선을 검지부(21)를 향하여 반사 집광하는 것이 가능한 적외선 반사면을 형성한다. 오목부(31)는, 검지부(21)에 대응하는 위치에 마련되어 있고, 반사층(3)이 적외선 검출기(2)에 적층됨으로써, 검지부(21)를 둘러싸는 밀봉 공간(감압 공간)(33)을 생성한다. 밀봉 공간(33)은, 진공 또는 진공에 가까운 저압으로 밀봉된다.

또한, 반사층(3)은, 검지부(21)와 회로 기판(4)(연산회로)을 전기적으로 접속하기 위한 배선(34)을 갖고 있다. 배선(34)은, 반사층(3)의 적층 방향으로 관통하여 마련되어 있다.

회로 기판(4)은, 제 3 기판으로서의 실리콘 기판(40)에, 검출부(21)로부터의 출력 신호를 증폭 또는 적분하기 위한 증폭 회로나 적분 회로를 포함하는 연산회로(41)가 실장된 회로 기판이다. 연산회로(41)는, 반사층(3)에 마련된 배선(34)을 통하여 적외선 검출기(2)의 검출부(21)와 접속되어 있다. 연산회로(41)가 증폭 또는 적분한 검출부(21)로부터의 출력 신호는, 출력 패드(42)를 통하여 외부에 취출된다.

여기서, 도 5a 내지 도 5c에, 검지부(21)와 연산회로(41)의 회로 구성의 예를 도시한다. 도 5a는, 연산회로(41)가 증폭 회로를 갖는 경우의 회로 구성이다. 도 5b는, 연산회로(41)가 증폭 회로와 적분 회로를 갖는 경우의 회로 구성이다. 도 5c는, 2개 관통 배선(34)을, 적분 회로를 구성하는 콘덴서의 한 쌍의 전극으로서 이용한 경우의 회로 구성이다.

본 실시예에 관한 적외선 센서(1)는, 검지부(21)를 종횡으로 복수 배열(n행×m열)한 어레이 센서로서 구성되어 있다. 각 검지부(21)에 대응하여 공동부(22)나 오목부(32), 연산회로(41)가 각각 복수 배열하여 마련되어 있다.

<적외선 센서의 동작>

이상과 같이 구성된 적외선 센서(1)는, 적외선 검출기(2)의 검출부(21)가, 외부로부터 공동부(22)를 통과하여 입사하는 적외선을 직접(화살표(I1)), 또는 반사층(3)의 반사막(33)에서 반사함에 의해 간접적으로 수광한다(화살표(I2)). 또한, 열의 발생에 의해 연산회로(41)로부터 방사된 적외선은, 반사막(33)에 의해 확산되기 때문에 검출부(21)에 입사하는 일은 없다(화살표(I3)).

본 실시예에 관한 적외선 센서(1)의 검출부(21)는, 서모파일 방식의 적외선 검출 소자이고, 이른바 제벡 효과, 즉, 적외선 흡수막이 흡수한 적외선을 열로 변환함에 의해 온접점부(溫接点部)가 따뜻하게 되고, 온접점부와 냉접점부(冷接点部) 사이에 온도차가 발생함에 의해, 온접점부와 냉접점부의 사이에 온도차에 따른 전압차가 생기는 현상을 이용한 것이다. 서모파일 방식의 검출 원리는, 종래 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

검출부(21)는, 적외선을 수광함에 의해 전압차를 출력한다. 연산회로(41)는, 검출부(21)로부터의 출력 신호를 증폭 또는 적분하고, 출력 패드(42)를 통하여 외부에 출력한다. 이 전압차를 온도 변화로서 검출함으로써, 검지 대상의 온도를 검지하는 것이 가능해진다.

<적외선 센서 모듈>

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 관한 적외선 모듈(100)은, 상술한 적외선 센서(1)와, 적외선 센서(1)가 수용되는 케이스(101)를 구비하고 있다. 케이스(101)는, 적외선 센서(1)가 마련되는 스템(101a)과, 적외선 센서(1)의 주위를 둘러싸는 통형상부(101b)와, 케이스(101) 내에 적외선을 받아들이기 위한 창부(窓部)(l01c)로 구성된다. 스템(101a)에는, 적외선 센서(1)로부터의 출력을 외부에 취출하기 위한 출력 단자(102)가 마련되어 있다. 창부(101)는, 예를 들면, 프레넬 렌즈 등의 적외선의 집광에 적합한 렌즈나, 특정한 주파수의 적외선만을 통과시키는 적외선 필터 등으로 구성되어 있다.

<적외선 센서의 제조 방법>

본 실시예에 관한 적외선 센서(1)의 제조 방법에 관해 설명한다. 적외선 센서(1)는, 최초에 적외선 검출기(2), 반사층(3), 회로 기판(4)이 각각 제각기 작성하고, 그들을 적층 결합함에 의해 제조된다. 이하, 적외선 검출기(2)와 반사층(3)의 각각의 제조 방법에 관해 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 제조 방법은, 종래 기술이므로, 간략히 설명한다. 또한, 회로 기판(4)의 제조 방법에 관해서는, 종래 주지의 CMOS 프로세스 등에 의해 증폭 회로나 적분 회로를 구비한 회로 기판을 제조하는 수법을 이용하면 좋기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 증폭 회로나 적분 회로는, 회로 기판(4)을 마련하지 않고, 반사층(3)의 기판(30)상에 직접 실장하여도 좋다.

≪적외선 검출기≫

도 3a 내지 도 3l를 참조하여, 적외선 검출기(2)의 제조 방법에 관해 설명한다.

우선, 실리콘 기판(20)의 표면을 산화막(20a)으로 피복하고(도 3a), 뒤이어, 산화막(20a)의 외측에 질화막(20b)을 형성한다(도 3b). 질화막(20b)에 겹쳐 산화막(20c)을 형성한 면에(도 3c), 서모파일(온접점(20d), 냉접점(20e))을 형성한다(도 3d). 서모파일의 표면도 산화막(20c)으로 피복함과 함께, 산화막(20c)의 일부에 콘택트 홀(20f)을 형성한다(도 3e). 콘택트 홀(20f)을 메우도록 금속 배선(20g)을 형성하고(도 3f), 그 위에 산화막(20c)을 피복하여 절연막을 형성한다(도 3g). 그 절연막의 위에, 적외선 흡수막(20h)을 형성하고(도 3h), 적외선 흡수막(20h)을 산화막(20c)으로 피복하여 보호막을 형성한다(도 3i). 또한, 산화막(20c)의 일부를 제거하여 금속 배선(20g)의 콘택트 홀(20i)을 형성한다(도 3i). 콘택트 홀(20i)을 덮도록 접합부(20j)를 형성하고(도 3j), 실리콘 기판(20)을 에칭하기 위한 에칭 홀(20k)을 형성한다(도 3k). 에칭 홀(20k)을 통하여, 실리콘 기판(20)을 에칭하여, 공동부(22)를 형성한다(도 3l).

≪반사층≫

도 4a 내지 도 4f를 참조하여, 반사층(3)의 제조 방법에 관해 설명한다.

실리콘 기판(30)에, 에칭에 의해 관통 배선(34)을 위한 관통구멍(30a)을 형성하고(도 4a), 관통구멍(30a)의 주면(周面)도 포함하여 산화막 등에 의해 절연막(30b)을 형성한다(도 4b). 관통구멍(30a)의 내부에 금속 도금, 금속 나노 입자, 폴리실리콘 등이 매입 등에 의해 관통 배선(34)을 형성한다(도 4c). 또한, 종래의 다마신법에 의해 형성하여도 좋다. 뒤이어, 에칭에 의해 오목부(31)를 형성한다(도 4d).

오목부(31)의 형성은, 실리콘 기판(30)의 표면에 레지스트를 도포하고(도 4d1), 패터닝을 형성한다(도 4d2). 우선, 이방성 에칭에 의해, 패터닝의 크기에 응하여 파여지는 깊이가 변화하는 성질을 이용하여 실리콘 기판(30)의 표면을 거칠게 파고, 대략적인 오목부(31)의 형태를 형성한다(도 4d3). 그 후, 등방성 에칭에 의해, 전체적으로 파내어 오목부(31)의 형상을 마무리한다(도 4d4). 그 밖의 공법으로서, 등방 에칭만을 이용한 방법이나, 샌드 블라스트에 의한 가공, 그래파이트 등의 금형을 사용한 열전사(熱轉寫)로 형성하여도 좋다.

여기서, 본 실시예에서는, 도면에 도시하는 바와 같이, 오목부(31)의 개구부의 위치가 기판(30)의 표면보다 한 단계 내려간 위치가 되도록 형성하고 있다. 이에 의해, 반사면(32)을 쑥 들어간 위치로 됨으로써 입사광의 범위가 한정되고, 크로스토크의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 오목부(31)의 구체적인 형상은, 도면에 도시하는 바와 같은 형상으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 어레이상에 있어서의 배치에 따라서, 특정한 입사각도의 빛에 대해 감도가 높아지도록 곡률 등의 형상을 바꾸어도 좋다.

오목부(31)를 형성하면, 오목부(31)의 표면에 알루미늄이나 금 등에 의한 적외선 반사막(32)을 형성함과 함께, 관통 배선(34)의 단부에 알루미늄이나 금 등에 의해 패드(30d)를 형성한다(도 4e). 최후로, 패드(30d)의 외측에, 반사층(3)과 적외선 검출기(2)를 밀봉 접합하기 위한 접합부를, 정규산(正珪酸) 4에틸(TEOS), 금 입자, 금 주석(AuSn}, 폴리머 등에 의해 형성한다(도 4f).

이상과 같이 하여 작성된 적외선 검출기(2)와 반사층(3)은, 진공 또는 진공에 가까운 저압의 감압 분위기하에서, 적층되어 접합(접착)된다. 이에 의해, 적외선 검출기(2)의 공동부(22)와, 오목부(31)에 의해 형성된 밀봉 공간(33)이, 각각 감압 밀봉된다.

<본 실시예의 우수한 점>

본 실시예에 관한 적외선 센서(1)에 의하면, 검지부(21)와 연산회로(41)가 일체화된 구성이므로, 검지부(21)와 연산회로(41) 사이의 거리를 단축할 수 있다. 따라서 노이즈의 저감과 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 연산회로(41)에서 발생하는 열(적외선)은, 검지부(21)와 연산회로(41) 사이의 반사면(32)에 의해 차단되기 때문에, 연산회로(41)의 열이 검지부(21)의 검출 정밀도에 악영향을 미치는 것이 억제된다.

또한, 검지부(21)에 입사하는 적외선은, 감압 밀봉된 공동부(22)나 감압 공간(33)을 통과하기 때문에, 열이 공기로 달아남에 의한 감도의 저하가 억제되고, 온도의 검출을 감도 좋게 행할 수 있다.

또한, 입사 위치나 입사각도에 의해 검지부(21)에 수광되지 않고 적외선 검출기(2)를 통과한 적외선은, 반사면(32)에 의해 검지부(21)에 반사 집광되기 때문에, 검출 감도를 높일 수 있다.

또한, 공동부나 밀봉 공간의 감압 밀봉을 반도체 프로세스로 행하기 때문에, 안정도가 높은 밀봉를 행할 수 있고, 작업성의 향상, 제조 비용의 삭감을 도모할 수 있다.

또한, 관통 배선에 의해 검지부(21)와 연산회로(41)를 접속하는 구성으로 함으로써, 컴팩트한 적층 구조를 실현할 수 있고, 센서의 소형화를 도모할 수 있다. 따라서 노이즈의 저감과 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 2개의 관통 배선(34)을, 검지부(21)의 출력 신호를 적분하기 위한 콘덴서의 전극으로서 이용하면, 적분 회로를 위한 콘덴서를 별도 마련할 필요가 없어지고, 센서의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 하나의 검지부(21)에 대해 하나의 연산회로(41)에서 증폭 또는 적분의 연산 처리를 행하기 때문에, 정밀도가 높은 검출이 가능하다.

본 실시예에 관한 적외선 센서 모듈(100)에 의하면, 검지부(21)의 검출 정밀도를 올리기 위한 감압 공간이 센서(1) 자체에 형성되어 있기 때문에, 센서(1)를 수용하는 케이스(101)에 감압 처리를 시행할 필요가 없어진다. 따라서 모듈의 제작 공정의 삭감을 도모할 수 있다.

또한, 케이스(101) 자체에 기밀성이 요구되지 않기 때문에, 케이스 재료나 접착제의 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 따라서 재료비의 삭감이 가능해지고, 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

따라서 본 실시예에 의하면, 노이즈의 저감 및 검출 정밀도의 향상을 도모함과 함께 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

<기타>

본 발명은, 검출부와 연산회로를 적층 일체화함과 함께 관통 배선에 의해 접속하는 구조를 채용함에 의해, 배선의 자유도가 높은 구성으로 되어 있다. 상기 실시예에서는, 출력 패드(42)를 회로 기판(4)의 하면에 마련하고 있지만, 출력 패드(42)를 마련하는 위치는 이것으로 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 실시예의 구성에 의하면 볼 실장이 가능해진다.

예를 들면, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 출력 패드(42)를 반사층(3)과 회로 기판(4) 의 접합면으로부터 옆으로 인출하도록 구성하거나, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 관통 배선에 의해 반도체 검출기(2)의 기판(20)의 윗면에서 인출함에 의해, 와이어 본드 실장이 가능해진다.

또한, 상기 실시예에서는, 검지부(21)와 공동부(22)와 반사막(32)의 조합이 개개에서 독립한 구성으로 하고 있지만, 이것도 특별히 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 오목부(31)의 에칭 형성할 때의 패터닝을 궁리하여 이방성 에칭에 의해 파는 깊이를 변화시킴으로써, 하나의 오목부(31)의 형성에 의해 복수의 오목부(31)를 동시에 형성하도록 하여도 좋다.

또한, 도 7c에 도시하는 바와 같이, 2개의 연산회로(41)에 의해, 콘덴서의 한 쌍의 전극을 형성하고, 적분 회로에 이용하도록 하여도 좋다.

1 : 적외선 센서 2 : 적외선 검출기
20 : 실리콘 기판 21 : 검지부
22… 공동부 3 : 반사층
30 : 실리콘 기판 31 : 오목부
32 : 적외선 반사막 33 : 밀봉 공간
34 : 관통 배선 4 : 회로 기판
40 : 실리콘 기판 41 : 연산회로

Claims

감압 밀봉된 공동부를 가지며, 적외선을 투과하는 제 1 기판과,
해당 제 1 기판에서 외부로부터 적외선이 입사하는 측과는 반대측에 마련되고, 상기 공동부를 통과한 적외선을 수광함에 의해 출력 변화가 생기는 검지부와,
상기 제 1 기판과의 사이에 상기 검지부를 둘러싸는 감압 공간을 형성하는 오목부와, 상기 검지부와 수광되지 않고 상기 제 1 기판을 통과한 적외선을 상기 검지부를 향하여 반사 집광 가능하게 구성된 반사면을 가지며, 상기 제 1 기판에 적층되는 제 2 기판과,
해당 제 2 기판에서 상기 검지부에 대해 상기 반사면을 끼운 위치에 마련되고, 상기 검지부의 출력을 증폭 또는 적분하는 연산회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항에 있어서,
상기 공동부는, 상기 제 2 기판이 적층되는 측의 면에 개구한 공동부로서 형성되고,
상기 공동부와 상기 감압 공간은, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 감압 분위기하에서 적층 접착됨에 의해, 감압 밀봉되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 적외선 검지부와 상기 연산회로는, 상기 제 2 기판을 적층 방향으로 관통하는 배선에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 3항에 있어서,
상기 배선을 적어도 2개 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 검지부를, 복수 가짐과 함께,
상기 연산회로를, 복수의 상기 검지부에 대응하여 복수 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 연산회로는, 상기 제 2 기판에서 상기 제 1 기판이 적층되는 면과는 반대측의 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 2 기판에 대해 상기 제 1 기판과는 반대측에 적층되는 제 3 기판을 가지며,
상기 연산회로는, 상기 제 3 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 센서.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 적외선 센서와,
해당 적외선 센서가 수용되는 케이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 센서 모듈.