TWI470670B

TWI470670B - 紅外光源

Info

Publication number: TWI470670B
Application number: TW102112131A
Authority: TW
Inventors: Mitsuhiko Ueda; Sadayuki Sumi; Koji Tsuji; Takamasa Sakai; Takaaki Yoshihara; Masao Kirihara; Yoshiharu Nagatani; Hirotaka Matsunami
Original assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2015-01-21
Also published as: JP2014035817A; WO2014024347A1; TW201407658A

Description

紅外光源

本發明係關於一種紅外光源。

既往以來，作為紅外光源，已知有一種具備如下構件之紅外光源：紅外線放射元件；封裝體，收納此一紅外線放射元件；窗部，配置在此一封裝體中的紅外線放射元件之前方(例如，日本國公開特許第2000-236110號公報(以下以「文獻1」稱之))。

於文獻1，作為此種紅外光源的習知例，揭露具有圖4所示之構成的紅外線放射器。此一紅外線放射器，具備：微橋構造之紅外線放射元件110；殼體基板120，裝設有紅外線放射元件110；圓筒殼體125；以及窗部126，覆蓋圓筒殼體125之頂面。此外，此一紅外線放射器，具備貫通殼體基板120並固定於殼體基板120之導線端子121、122。紅外線放射元件110之電極114、115，各自藉由金引線123、124與導線端子121、122相連接。

此外，文獻1，提出例如如圖5及圖6所示，具備元件基板131與補強基板143之紅外線放射元件130。此處，元件基板131，係以n型矽形成。另一方面，補強基板143，以氧化鋁或藍寶石形成。

元件基板131，形成自一面(第1面)131a側起貫通相反面(第2面)131b側的孔穴132。此外，紅外線放射元件130，於元件基板131之一面 131a側具有發熱部133a。發熱部133a，形成為穿越孔穴132之開口面中央的橋樑狀。

此外，紅外線放射元件130，於補強基板143之頂面143a中形成元件基板131之孔穴132的底之部分，設置對紅外線具有高反射率的反射膜144。於文獻1記載如下內容：依此一紅外線放射元件130，則自發熱部133a起向補強基板143側放射之紅外線，藉由反射膜144往元件基板131之一面131a側反射，故紅外線的放射效率變高。

此外，於文獻1記載如下內容：藉由在元件基板131之一面131a側以框狀體與蓋部覆蓋發熱部133a，而不造成發熱部133a之髒汙等產生的劣化，使可靠度變高。

上述之紅外線放射元件130，在固定於元件基板131之相反面131b側的補強基板143其頂面143a形成反射膜144。因此，上述之紅外線放射元件130，有使反射膜144所反射之紅外線，入射至元件基板131之孔穴132的內側面134而被反射，並被元件基板131吸收之疑慮。

鑒於上述記事由，本發明之目的為，提供可提高紅外線的放射效率之紅外光源。

本發明之紅外光源，具備：紅外線放射元件；封裝體，收納有該紅外線放射元件；窗材，閉塞該封裝體中的該紅外線放射元件之一面側的窗孔，使自該紅外線放射元件放射出的紅外線透射過；以及反射元件，將自該紅外線放射元件起往該一面側之相反側放射出的紅外線反射；其特徵為：該紅外線放射元件，具備：第1基板；第1絕緣層，形成於該第1基板之一表面側；發熱體層，疊層於該第1絕緣層；複數張焊墊，與該發熱體層電性連接；以及第2絕緣層，疊層於該發熱體層；該第1基板，形成使該第1 絕緣層中與該發熱體層側為相反側之表面露出的貫通孔；該第2絕緣層，隔著該窗材與該窗孔相對向；該第2絕緣層及該第1絕緣層，以對自該發熱體層放射出的紅外線呈透明之材料形成；該反射元件，具備：第2基板；以及反射膜，設置於該第2基板之一表面側，將自該發熱體層放射出的紅外線反射；將該反射膜於該貫通孔內配置在該第1絕緣層側。

此一紅外光源中，該第2基板，宜由矽基板構成。

此一紅外光源中，該反射膜，宜為自Au膜、Al膜、Al-Si膜、Al-Cu膜之群組中選擇的1種金屬膜。

此一紅外光源中，該封裝體具備：基體，接合該紅外線放射元件及該反射元件雙方；以及蓋部，具有該窗孔；該紅外線放射元件，藉由以第1黏晶材構成之第1接合部與該基體接合；該反射元件，藉由以第2黏晶材構成之第2接合部與該基體接合；該第1黏晶材與該第2黏晶材，為相同材料為佳。

此一紅外光源中，該紅外線放射元件及該反射元件，宜於該基體中配置在同一平面上。

此一紅外光源中，該反射元件的厚度尺寸，宜較該第1基板的厚度尺寸更小。

此一紅外光源中，該發熱體層，平面形狀宜為矩形。

此一紅外光源中，該發熱體層的平面尺寸，宜設定為較該第1絕緣層中與該貫通孔相臨之表面的平面尺寸更小。

此一紅外光源中，該貫通孔的開口形狀宜為矩形。

此一紅外光源中，該貫通孔，與係該第1基板之該一表面的第1表面側相比，宜將係該第1基板中與該第1表面為相反面的第2表面側，形成為開口面積變大的形狀。

此一紅外光源中，該貫通孔，宜形成為越遠離該第1絕緣層而該開口面積緩緩變大的形狀。

此一紅外光源中，該窗材，宜具有由該窗孔之內周面及周部定位的段差部。

本發明之紅外光源中，可提高紅外線的放射效率。

1‧‧‧紅外線放射元件

2‧‧‧第1基板

2a‧‧‧貫通孔

2b‧‧‧一表面

2c‧‧‧另一表面

2d‧‧‧內周面

3‧‧‧第1絕緣層

3D‧‧‧隔膜部

3S‧‧‧支持部

4‧‧‧發熱體層

5‧‧‧第2絕緣層

5a‧‧‧接觸洞

7‧‧‧電極

8‧‧‧配線部

10‧‧‧封裝體

11‧‧‧一面

20‧‧‧基體

20b‧‧‧第1孔

20d‧‧‧第1密封部

20c‧‧‧凸緣部

21‧‧‧第1導線端子

22‧‧‧第2導線端子

23、24‧‧‧引線

25‧‧‧蓋部

25a‧‧‧窗孔

25c‧‧‧外鍔部

26‧‧‧窗材

26a‧‧‧紅外線入射面

26b‧‧‧紅外線出射面

26c‧‧‧段差部

27‧‧‧第1接合部

28‧‧‧第2接合部

29‧‧‧接合部

31‧‧‧氧化矽膜

32‧‧‧氮化矽膜

33‧‧‧表面

40‧‧‧反射元件

41‧‧‧第2基板

42‧‧‧反射膜

91、92‧‧‧焊墊

100‧‧‧紅外光源

110、130‧‧‧紅外線放射元件

114、115‧‧‧電極

120‧‧‧殼體基板

121、122‧‧‧導線端子

123、124‧‧‧金引線

125‧‧‧圓筒殼體

126‧‧‧窗部

131‧‧‧元件基板

131a‧‧‧一面

131b‧‧‧相反面

132‧‧‧孔穴

133a‧‧‧發熱部

134‧‧‧內側面

143‧‧‧補強基板

143a‧‧‧頂面

144‧‧‧反射膜

201、401、411‧‧‧一表面

將本發明之最佳實施形態更詳細地加以記載。本發明之其他特徵及優點，與以下詳細之記載及附圖連結而可更進一步地理解。

圖1 實施形態之紅外光源的概略剖面圖。

圖2 示意實施形態之紅外光源中的紅外線其行進路徑之說明圖。

圖3 圖3A為實施形態之紅外光源中的紅外線放射元件之概略俯視圖，圖3B為圖3A之A-A概略剖面圖。

圖4 習知例之紅外線放射器的說明圖。

圖5 顯示其他習知例之紅外線放射元件的俯視圖。

圖6 圖5之B-B線剖面圖。

[實施本發明之最佳形態]

以下，依據圖1~圖3對本實施形態之紅外光源100加以說明。

紅外光源100具備：紅外線放射元件1；封裝體10，收納有紅外線放射元件1；以及窗材26，封閉封裝體10中的紅外線放射元件1之一面11側的窗孔25a，使自紅外線放射元件1放射出的紅外線(紅外光)透射過。此外，紅外光源100，具備將自紅外線放射元件1起向與上述一面11側為相反側放射的紅外線反射之反射元件40。

紅外線放射元件1，具備：第1基板2；第1絕緣層3，形成於第1基板2之一表面(第1表面)2b側；發熱體層4，疊層於第1絕緣層3；2張焊墊91、92，與發熱體層4電性連接；以及第2絕緣層5，疊層於發熱體層4。另，圖3A，省略第2絕緣層5之圖示。

第1基板2，形成使第1絕緣層3中的與發熱體層4側為相反側之表面33露出的貫通孔2a。第2絕緣層5，隔著窗材26與窗孔25a相對向。

第2絕緣層5及第1絕緣層3，以對自發熱體層4放射出的紅外線呈透明之材料形成。

此外，紅外線放射元件1，如圖3A、3B所示，具備以在第1基板2之上述一表面(第1表面)2b側與發熱體層4的周部接觸之方式形成的一對電極7、7。各電極7，分別藉由配線部8與上述焊墊91、92電性連接。

反射元件40具備：第2基板41；以及反射膜42，設置於第2基板41之一表面411側，將自發熱體層4放射出的紅外線反射。反射元件40，將反射膜42於貫通孔2a內配置在紅外線放射元件1之第1絕緣層3側。

封裝體10具備：基體20，與紅外線放射元件1及反射元件40雙方接合；以及蓋部25，具有窗孔25a。此處，紅外線放射元件1，藉由以第1黏晶材構成之第1接合部27與基體20接合。此外，反射元件40，藉由以第2黏晶材構成之第2接合部28與基體20接合。紅外線放射元件1及反射元件40，宜在基體20之一表面201側中配置於同一平面上。

圖2為，用於示意說明自發熱體層4放射出的紅外線之行進路徑的圖。圖2中之一點鏈線，顯示自發熱體層4起向第2絕緣層5側放射出的紅外線之行進路徑。此外，圖2中之虛線，顯示自發熱體層4起向第1絕緣層3側放射出的紅外線之行進路徑。如同自圖2所得知，紅外光源100，不僅使自發熱體層4起向第2絕緣層5側放射出的紅外線通過窗材26往外部射出，亦將自發熱體層4起向第1絕緣層3側放射出的紅外線藉由反射元件40之反射膜42反射，通過第1絕緣層3、發熱體層4、第2絕緣層5及窗材26往外部射出。

以下，對紅外光源100之各構成要素詳細地說明。

紅外線放射元件1之第1基板2，雖上述一表面(第1表面)2b係藉由(100)面的單結晶之矽基板形成，但並不限於此，亦可藉由(110)面的單結晶之矽基板形成。此外，第1基板2，不限於單結晶之矽基板，可為多結晶之矽基板，為矽基板以外亦可。第1基板2的材料，宜為熱傳導率較第1絕緣層3的材料更大且熱容大的材料。

第1基板2的外周形狀為矩形。第1基板2的外形尺寸，雖無特別限定，但例如宜設定為10mm□以下(10mm×10mm以下)。第1基板2的外周形狀雖為矩形，但並不限於正方形，亦可為長方形。此外，第1基板2的外周形狀，不限於矩形，例如亦可為矩形以外的多角形。

此外，第1基板2，使貫通孔2a的開口形狀呈矩形。第1基板2之貫通孔2a，形成為與上述一表面(第1表面)2b側相比另一表面(第2表面)2c側的開口面積變大之形狀。此處，第1基板2之貫通孔2a，形成為越遠離第1絕緣層3則開口面積緩緩變大的形狀。簡而言之，貫通孔2a，形成為四角錐梯形的形狀。第1基板2之貫通孔2a，係藉由蝕刻第1基板2而形成。採用上述一表面(第1表面)2b為(100)面的單結晶之矽基板作為第1基板2的情況，第1基板2之貫通孔2a，可藉由將鹼系溶液作為蝕刻液使用之非等向性蝕刻而形成。第1基板2之貫通孔2a的開口形狀，無特別限定，例如亦可為矩形以外之多角形或圓形。此外，第1基板2之貫通孔2a，形成為開口面積自上述一表面(第1表面)2b側起至上述另一表面(第2表面)2c側一樣的形狀亦可。

此外，紅外線放射元件1，製造時形成貫通孔2a時的遮罩層係以無機材料構成之情況，亦可在第1基板2之上述另一表面(第2表面)2c側，殘留遮罩層。另，作為遮罩層，可採用例如氧化矽膜與氮化矽膜之疊層膜等。

第1絕緣層3，如圖3B所示，由如下構件構成：隔膜部3D，隔離貫通孔2a與發熱體層4；支持部3S，在第1基板2之上述一表面(第1表面)2b側形成於貫通孔2a之周部，支持隔膜部3D。

此外，第1絕緣層3，由第1基板2側之氧化矽膜31、以及疊層在氧化矽膜31的與第1基板2側相反之側的氮化矽膜32構成。第1絕緣層3，不限於氧化矽膜31與氮化矽膜32之疊層膜，例如，可為氧化矽膜31或氮化矽膜32之單層構造、由其他的材料構成之單層構造、亦可為2層以上之疊層構造。

第1絕緣層3，亦具有作為製造紅外線放射元件1時在自第1基板2之上述另一表面(第2表面)2c側起蝕刻第1基板2以形成貫通孔2a時的蝕刻阻擋層之功能。

發熱體層4，平面形狀呈矩形。發熱體層4的平面尺寸，宜設定為較第1絕緣層3中與貫通孔2a相臨之表面33的平面尺寸更小。亦即，宜將發熱體層4，設定為較隔膜部3D的平面尺寸更小。此處，隔膜部3D的平面尺寸，雖無特別限定，但例如宜設定為5mm□以下(5mm×5mm以下)。

宜將發熱體層4的平面尺寸，設定為除去各個電極7之各自重疊的各接觸區域以外之放射區域的平面尺寸為3mm□以下(3mm×3mm以下)。發熱體層4的平面形狀，不限於矩形，例如亦可為矩形以外之多角形、圓形、橢圓形、格子狀等。

作為發熱體層4的材料，採用氮化鉭。亦即，發熱體層4，由氮化鉭層構成。作為發熱體層4的材料，不限於氮化鉭，亦可採用例如氮化鈦、鎳鉻合金、鎢、鈦、釷、鉑、鋯、鉻、釩、銠、鉿、釕、硼、銥、鈮、鉬、鉭、鋨、錸、鎳、鈥、鈷、鉺、釔、鐵、鈧、銩、鈀、鎦等。此外，作為發熱體層4的材料，亦可採用導電性多晶矽。亦即，發熱體層4，可藉由導電性多晶矽層構成。關於發熱體層4，在高溫時化學上穩定，且自薄片電阻的設計容易性等觀點來看，宜採用氮化鉭層或導電性多晶矽層。氮化鉭層，藉由改變其組成，可改變薄片電阻。導電性多晶矽層，藉由改變雜質濃度等，可改變薄片電阻。導電性多晶矽層，可藉由高濃度地摻雜有n形雜質或p形雜質之n形多晶矽層或p形多晶矽層構成。亦即，導電性多晶矽層，可藉由高濃度地摻雜有n形雜質之n形多晶矽層、或高濃度地摻雜有p形雜質之p形多晶矽層構成。使導電性多晶矽層為n形多晶矽層，採用例如磷作為n形雜質之情況，將雜質濃度在例如1×10¹⁸ cm^-3 ~5×10²⁰ cm^-3 程度的範圍適宜設定即可。此外，使導電性多晶矽層為p形多晶矽層，採用例如硼作為p形雜質之情況，將雜質濃度在1×10¹⁸ cm^-3 ~1×10²⁰ cm^-3 程度的範圍適宜設定即可。另，關於發熱體層4的材料，自防止起因於第1基板2與發熱體層4之線膨脹係數差所伴隨的熱應力而使發熱體層4受到破壞等觀點來看，宜為與第1基板2的材料之線膨脹係數差小的材料。

紅外線放射元件1，藉由對發熱體層4的通電自發熱體層4放射紅外線。紅外線放射元件1中自發熱體層4放射出的紅外線之峰波長，取決於發熱體層4的溫度。此處，若使發熱體層4的絕對溫度為T〔K〕，峰波長為λ〔μm〕，則其等滿足λ=2898/T之關係。亦即，發熱體層4之絕對溫度T與自發熱體層4放射出的紅外線之峰波長λ的關係，滿足維恩位移定律。因此，紅外線放射元件1，將發熱體層4構成黑體。

紅外線放射元件1，例如，藉由調整自未圖示之外部電源起給予至一對焊墊91、92間的輸入電力，而可改變發熱體層4產生的焦耳熱，可改變發熱體層4的溫度。因此，紅外線放射元件1，可反應對發熱體層4的輸入電力而改變發熱體層4的溫度。此外，紅外線放射元件1，藉由改變發熱體層4的溫度而可改變自發熱體層4放射出的紅外線之峰波長λ。因此，紅外線放射元件1，在大範圍的紅外線波長區域中可放射紅外線。例如，在將紅外光源100作為氣體感測器的紅外光源使用之情況，宜使自發熱體層4放射出的紅外線之峰波長λ為4μm程度，使發熱體層4的溫度為700K程度即可。此處，紅外線放射元件1，將發熱體層4如同上述地構成黑體。藉此，推測紅外線放射元件1，發熱體層4的單位面積在單位時間放射之全部能量E與絕對溫度T略成正比(亦即，推測紅外線放射元件1滿足斯特凡-波茲曼定律)。另，紅外線放射元件1，發熱體層4的溫度越高則可使紅外線的放射量越增大。

第2絕緣層5，以氮化矽膜構成。第2絕緣層5並不限於此，例如可藉由氧化矽膜構成，亦可具有氧化矽膜與氮化矽膜之疊層構造。雖宜使第2絕緣層5，對於向發熱體層4通電時自發熱體層4放射出之期望的波長或波長區域之紅外線的透射率高，但不必非得使透射率為100%。

同樣地，雖宜使上述之第1絕緣層3，對於向發熱體層4通電時自發熱體層4放射出之期望的波長或波長區域之紅外線的透射率高，但不必非得使透射率為100%。

紅外線放射元件1，考慮由第1絕緣層3、發熱體層4及第2絕緣層5構成之夾心構造的應力平衡，宜設定第1絕緣層3及第2絕緣層5各自之材料與厚度等。藉此，紅外線放射元件1，可提高上述夾心構造的應力平衡，可更抑制此一夾心構造的翹曲或破損，可圖求機械強度的更上一層。

上述發熱體層4的厚度，自圖求發熱體層4之低熱容化等觀點來看宜為0.2μm以下。

第1絕緣層3的厚度、發熱體層4的厚度、及第2絕緣層5的厚度之合計厚度，宜為10μm以下。此外，此一合計厚度，自圖求第1絕緣層3、發熱體層4及第2絕緣層5之疊層構造的低熱容化等觀點與提高紅外線的放射效率等觀點來看，宜於例如0.1μm~1μm程度之範圍設定，更宜使其為0.7μm以下。

一對電極7、7，在第1基板2之上述一表面(第1表面)2b側中，以與發熱體層4之周部(圖3A中的左右兩端部)接觸的型態形成。各電極7，通過形成在第2絕緣層5之接觸洞5a而形成於發熱體層4上，與發熱體層4電性連接。此處，各電極7，呈與發熱體層4歐姆接觸。

作為各電極7的材料，採用鋁合金(Al-Si)。各電極7的材料並無特別限定，亦可採用例如金、銅等。此外，各電極7，為止少在接觸發熱體層4的部分可與發熱體層4歐姆接觸之材料即可，不限於單層構造，亦可為多層構造。例如，使各電極7，為自發熱體層4側起依序疊層有第1層、第2層、第3層之3層構造，使接觸發熱體層4之第1層的材料為高熔點金屬(例如鉻等)，使第2層的材料為鎳，第3層的材料為金亦可。

各配線部8及各焊墊91、92，以與各電極7相同的材料形成，宜設定為相同層構造、相同厚度。藉此，紅外線放射元件1，可將各配線部8及各焊墊91、92與各電極7同時地形成。焊墊91、92的厚度，宜在0.5~2μm程度之範圍設定。

製造紅外線放射元件1時，例如，於第1基板2之上述一表面(第1表面)2b側，依序形成第1絕緣層3、發熱體層4、第2絕緣層5後，在第2絕緣層5形成接觸洞5a，而後，形成各電極7、各配線部8及各焊墊91、92，接著，於第1基板2形成貫通孔2a即可。

第1絕緣層3之氧化矽膜31的形成方法，例如，可採用熱氧化法或CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)法等之薄膜形成技術，宜為熱氧化法。此外，第1絕緣層3之氮化矽膜32的形成方法，可利用CVD法等之薄膜形成技術，宜為LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低壓化學氣相沉積)法。

發熱體層4之形成方法，可利用例如：濺鍍法、蒸鍍法、CVD法等之薄膜形成技術，或使用光微影技術及蝕刻技術之加工技術。

第2絕緣層5之形成方法，可利用例如：CVD法等之薄膜形成技術、或使用光微影技術及蝕刻技術之加工技術。作為形成第2絕緣層5時之CVD法，宜為電漿CVD法。

形成接觸洞5a時，利用光微影技術及蝕刻技術即可。

此外，形成各電極7、各配線部8及各焊墊91、92時，可利用例如：濺鍍法、蒸鍍法及CVD法等之薄膜形成技術，或使用光微影技術及蝕刻技術之加工技術。此外，形成貫通孔2a時，使第1基板2之上述另一表面(第2表面)2c側的氧化矽膜與氮化矽膜之疊層膜(未圖示)為遮罩層，將第1基板2自上述另一表面(第2表面)2c側起蝕刻藉以形成即可。形成遮罩層時，例如，首先，與形成第1絕緣層3之氧化矽膜31同時在第1基板2之上述另一表面(第2表面)2c側形成成為遮罩層之基礎的氧化矽膜，與形成第1絕緣層3之氮化矽膜32同時在第1基板2之上述另一表面(第2表面)2c側形成氮化矽膜。成為遮罩層之基礎的氧化矽膜與氮化矽膜之疊層膜的圖案化，利用光微影技術及蝕刻技術即可。

本實施形態的紅外線放射元件1之製造方法，在形成貫通孔2a時，藉由利用第1絕緣層3作為蝕刻阻擋層，可提高第1絕緣層3的厚度之精度，並可防止於第1絕緣層3的貫通孔2a側殘留第1基板2之一部分或殘渣。此一製造方法，可抑制各個紅外線放射元件1之，第1絕緣層3的機械強度之差異、第1絕緣層3之隔膜部3D全體的熱容之差異。

製造上述紅外線放射元件1時，至貫通孔2a之形成結束為止的處理，係以晶圓級施行，形成貫通孔2a後，分離為各個紅外線放射元件1即可。亦即，製造紅外線放射元件1時，例如，準備成為第1基板2之基礎的矽晶圓，依照上述製造方法於此一矽晶圓形成複數個紅外線放射元件1，而後，分離為各個紅外線放射元件1即可。

如同自上述的紅外線放射元件1之製造方法所得知，紅外線放射元件1，可利用MEMS(micro electro mechanical systems，微機電系統)之製造技術加以製造。

而發熱體層4，於封裝體10內，以抑制與第2絕緣層5接觸之氣體環境(例如氮氣氣體環境等)的電阻不一致所產生之紅外線的放射率降低情形之方式，設定薄片電阻。

例如，採用氮化鉭作為發熱體層4的材料之情況，發熱體層4的薄片電阻，可藉由將成為發熱體層4之基礎的氮化鉭層以反應性濺鍍法成膜時之氮氣分壓進行控制。簡而言之，採用氮化鉭作為發熱體層4的材料之情況，藉由改變氮化鉭層的組成，可改變薄片電阻。此外，採用導電性多晶矽作為發熱體層4的材料之情況，發熱體層4的薄片電阻，藉由改變成為發熱體層4之基礎的導電性多晶矽層之雜質濃度等，可加以改變。作為控制導電性多晶矽層之雜質濃度的方法，有在形成無摻雜之多晶矽層後摻雜雜質的方法、及在成膜時摻雜雜質的方法等。

紅外線放射元件1中，與第2絕緣層5接觸的氣體環境為氮氣氣體環境，採用氮化鉭作為發熱體層4的材料，並將發熱體層4加熱至期望的使用溫度例如500℃而使用之情況，於此一使用溫度中來自熱體層4之紅外線的放射率成為最大的薄片電阻，為189Ω/□(189Ω/sq.)，放射率之最大值，為50%。亦即，紅外線放射元件1，若使發熱體層4的薄片電阻為189Ω/□，則藉由與空氣的電阻匹配，可使紅外線的放射率為最大。因此，紅外線放射元件1，為了抑制放射率的降低而確保例如40%以上的放射率，將發熱體層4的薄片電阻於73~493Ω/□之範圍設定即可。另，期望的使用溫度中若將放射率為最大之薄片電阻稱作規定薄片電阻，則在期望的使用溫度之發熱體層4的薄片電阻，更宜於規定薄片電阻±10%之範圍設定。

紅外線放射元件1，藉由降低形成於基板2之上述一表面(第1表面)2b側的疊層構造(此處為第1絕緣層3、發熱體層4及第2絕緣層5)之熱容，可加速對於給予至一對焊墊91、92間的電壓波形之發熱體層4的溫度變化之回應。藉此，發熱體層4的溫度變得容易上升，可圖求高輸出化及回應速度的高速化。

此外，紅外線放射元件1，以單結晶之矽基板形成第1基板2，以氧化矽膜31與氮化矽膜32構成第1絕緣層3。藉此，紅外線放射元件1，與第1絕緣層3相比第1基板2之熱容及熱傳導率分別較大，而使第1基板2具有散熱器的功能，故可圖求小型化、對於輸入電力之回應速度的高速化、紅外線之放射特性的穩定性提升。此外，紅外線放射元件1，作為發熱體層4的材料，若採用熔點較矽高之氮化鉭，則可將發熱體層4的溫度上升至矽的最高使用溫度(較矽的熔點略低的溫度)為止，與紅外線發光二極體相比可大幅增大紅外線的放射量。此外，紅外線放射元件1，若至少將各電極7中接觸發熱體層4的部位以熔點較矽高之金屬形成，則發熱體層4的溫度可不受各電極7的材料限制地上升。

紅外線放射元件1，宜將發熱體層4、電極7、配線部8及焊墊91、92，以俯視時與一對電極7、7之排列方向垂直的紅外線放射元件1之中心線為對稱軸呈線對稱地配置。藉此，紅外線放射元件1，可圖求機械強度的更上一層，並可抑制發熱體層4的溫度之面內差異。

反射元件40之第2基板41，雖將上述一表面411以(100)面的單結晶之矽基板形成，但並不限於此，亦可藉由(110)面的單結晶之矽基板形成。此外，第2基板41，不限於單結晶之矽基板，例如亦可為金屬基板、玻璃基板等。作為第2基板41，宜為上述一表面411的表面粗糙度小之基板。關於表面粗糙度，例如，宜為JIS B 0601-2001(ISO 4287-1997)所規定的算術平均粗糙度Ra為10nm以下，更宜為數nm以下。

第2基板41的外周形狀為矩形。第2基板41的外形尺寸，較第1基板2之貫通孔2a的開口尺寸更小。第2基板41的外周形狀，宜與紅外線放射元件1之第1絕緣層3中相鄰於貫通孔2a的表面33為相似形狀。此外，第2基板41的外形尺寸，宜在未接觸紅外線放射元件1的範圍設定為大尺寸。關於反射元件40之反射膜42與紅外線放射元件1之第1絕緣層3的相對位置關係，在視為反射元件40不對發熱體層4的溫度造成影響之範圍，宜使其更接近。視為反射元件40不對發熱體層4的溫度造成影響，係指視反射元件40與發熱體層4為熱絕緣，意指對發熱體層4通電時，不因反射元件40的影響而抑制發熱體層4之溫度上升。此處，反射元件40之反射膜42與紅外線放射元件1之第1絕緣層3的距離，例如在50μm~100μm程度之範圍設定即可。而第2基板41的厚度尺寸，設定為較第1基板41的厚度尺寸更小。因此，將成為第2基板41的基礎之矽晶圓的厚度尺寸，設定為較成為第1基板2的基礎之矽晶圓的厚度尺寸更小。

反射元件40之反射膜42，宜為例如自Au膜、Al膜、Al-Si膜、Al-Cu膜之群組中選擇的1種金屬膜。反射元件40，若採用Au膜作為反射膜42，則與採用Al膜之情況相比，反射率高且耐腐蝕性高，故可提高反射性及可靠度。此外，反射元件40，若採用Al膜、Al-Si膜、Al-Cu膜等作為反射膜42，則與採用Au膜之情況相比，可圖求低成本化。此外，反射元件40，亦可採用Ag膜或Cu膜等其他金屬膜作為反射膜42。

反射膜42，以金屬膜構成之情況，宜以使此金屬膜之表面成為鏡面的成膜條件成膜。

反射膜42，不限於金屬膜，亦可為介電質多層膜。反射元件40，採用金屬膜或介電質多層膜作為反射膜42之情況，可將反射膜42藉由蒸鍍法、濺鍍法、CVD法等簡單地形成。

反射元件40，藉由採用矽基板作為第2基板41，可利用一般的半導體製程加以製造。此一情況，製造反射元件40時，將至反射膜42之形成結束為止的製程，以晶圓級施行，而後分離為各個反射元件40即可。亦即，製造反射元件40時，例如，準備成為第2基板41之基礎的矽晶圓，於此一矽晶圓形成複數個反射元件40，接著，分離為各個反射元件40即可。反射元件40，藉由採用矽基板作為第2基板41，可使一表面401為鏡面。換而言之，矽晶圓，一般而言至少一表面為鏡面，若利用矽晶圓作為第2基板41之基礎，則可使第2基板41之一表面411為鏡面。此外，反射元件40，藉由採用上述製造方法，與將各個反射元件40個別製造之情況相比，可提高生產力，可圖求低成本化。

反射元件40，將反射膜42於貫通孔2a內配置在紅外線放射元件1之第1絕緣層3側。

封裝體10之基體20，分別藉由第1接合部27及第2接合部28與紅外線放射元件1及反射元件40接合。亦即，封裝體10之基體20，藉由第1接合部27與紅外線放射元件1接合，藉由第2接合部28與反射元件40接合。作為第1接合部27之第1黏晶材，可採用例如矽氧樹脂、環氧樹脂、低熔點玻璃、焊錫等。此外，作為第2接合部28之第2黏晶材，可採用例如矽氧樹脂、環氧樹脂、低熔點玻璃、焊錫等。而例如在使第1黏晶材與第2黏晶材之一方為環氧樹脂，另一方為矽氧樹脂之情況，有因將其等混合而阻礙矽氧樹脂之硬化的情形。亦即，使第1黏晶材為環氧樹脂，第2黏晶材為矽氧樹脂之情況，此外，使第2黏晶材為環氧樹脂，第1黏晶材為矽氧樹脂之情況，有阻礙矽氧樹脂之硬化的情形。本實施形態之紅外光源100，因第1接合部27與第2接合部28之距離短，故為了抑制因第1黏晶材與第2黏晶材混合而致使接合性能降低的情形，宜使第1黏晶材與第2黏晶材為相同材料。紅外光源100，藉由使第1黏晶材與第2黏晶材為相同材料，製造時，可將紅外線放射元件1與反射元件40以同一步驟安裝，可提高生產力。另，紅外線放射元件1及反射元件40，亦可不使用第1黏晶材及第2黏晶材地，例如以表面活性化接合法、共晶接合法等，與基體20接合。

基體20，以金屬製之主幹構成。基體20，形成為圓板狀。於基體20，設置貫通此基體20的厚度方向之2個導線端子21、22。紅外光源100，紅外線放射元件1之一對焊墊91、92中的第1焊墊(一方的焊墊)91藉由引線23與第1導線端子(一方的導線端子)21電性連接，而第2焊墊(另一方的焊墊)92藉由引線24與第2導線端子(另一方的導線端子)22電性連接。作為引線23、24，可採用例如金引線或Al引線等。

第1導線端子(一方的導線端子)21，貫穿基體20之第1孔20b，藉由以具有電氣絕緣性之密封用的玻璃構成的第1密封部20d加以密封。此外，第2導線端子(另一方的導線端子)22，貫穿基體20之第2孔(未圖示)，藉由第2密封部(未圖示)密封。作為第2密封部的材料，可採用具有電氣絕緣性之密封用的玻璃，亦可採用密封用的金屬材料。紅外光源100，藉由採用金屬材料作為第2密封部的材料，可使第2導線端子22與基體20為同電位。

蓋部25，以金屬製之帽蓋構成。蓋部25，形成為有底圓筒狀的形狀，將開放端側(後面側)以基體20封閉。此外，蓋部25，於位在紅外線放射元件1之上述一面11側位置的前壁形成窗孔25a。窗孔25a的開口形狀雖呈矩形，但並不限於此，例如亦可為矩形以外之多角形或圓形。

封裝體10，將形成在基體20之周部的凸緣部20c、自及蓋部25之開放端(後端緣)起向外方延伸設置的外鍔部25c，藉由焊接加以密封。

基體20及蓋部25的外周形狀雖呈圓形，但並不限於圓形，例如亦可為矩形。

如同自上述說明所得知，封裝體10，雖以罐狀封裝體構成，但並不限於此，亦可為表面安裝型之封裝體。此一情況，基體20，宜以例如設置有適宜導體圖案之陶瓷基板構成。陶瓷基板，可為平板狀之形狀，亦可為開放一表面的箱狀(例如矩形箱狀)之形狀。構成基體20的陶瓷基板為平板狀之情況，蓋部25，可藉由例如開放基體20側之一面的箱狀之金屬蓋構成。此外，構成基體20的陶瓷基板，為開放一表面的箱狀之情況，蓋部25，可藉由例如封閉基體20之上述一表面的平板狀之金屬板構成。

基體20為陶瓷基板之情況，於基體20之周部設置框狀的金屬圖案，藉由將蓋部25與基體20之金屬圖案，以縫熔接(電阻焊接法)加以金屬接合，而可提高氣密性。另，此一情況，蓋部25，以例如科伐合金(kovar)形成，施行鎳的電鍍為佳。此外，基體20之金屬圖案，以例如科伐合金形成，施行鎳的電鍍，進一步施行金的電鍍為佳。

窗材26，可採用例如矽基板或藍寶石基板等。窗材26的材料，不限於矽或藍寶石，例如亦可採用鍺、硫化鋅或砒化鎵等。然則，窗材26的材料，宜採用與硫化鋅或砒化鎵等相比環境負載少，且與鍺相比可低成本化，更甚者，與硫化鋅相比波長分散小的矽。窗材26的材料，依據自紅外線放射元件1起放射之紅外線的峰波長λ等採用適宜的材料即可。

此外，窗材26，宜於紅外線入射面26a側與紅外線出射面26b側雙方，設置防止自紅外線放射元件1放射出之紅外線其反射的反射防止膜(AR塗布層：anti-reflection coat)。窗材26，亦可設置光學濾光膜以取代反射防止膜。光學濾光膜的光學特性(濾光特性)，依據自紅外線放射元件1放射出之紅外線其峰波長或波長帶適宜設計即可。光學濾光膜，例如，可藉由將折射率相異之複數種薄膜交互地疊層而形成。作為此種薄膜的材料，可採用例如鍺、硫化鋅、硫化硒、氧化鋁、氧化矽、氮化矽、氟化鎂等。紅外光源100，藉由在窗材26設置適宜的光學濾光膜，可將期望的波長區域以外之不需要的波長區域之紅外線或可見光，以光學濾光膜截止。

此外，窗材26，亦可為在紅外線入射面26a側與紅外線出射面26b側的一方設置有光學濾光膜，於另一方設置有防止紅外線的反射之反射防止膜的構成。亦即，窗材26，可為在紅外線入射面26a側設置有光學濾光膜，在紅外線出射面26b側設置有反射防止膜的構成，亦可為在紅外線出射面26b側設置有光學濾光膜，在紅外線入射面26a側設置有反射防止膜的構成。關於反射防止膜，採用與光學濾光膜相同的材料，適宜設計疊層構造即可。

上述之光學濾光膜與反射防止膜等光學膜，在利用蒸鍍法或濺鍍法等之薄膜形成技術成膜後，可使用光微影技術及蝕刻技術加以圖案化，亦可施行雷射光產生之圖案化或使用切割機之圖案化。此外，在將上述之光學膜利用蒸鍍法或濺鍍法等之薄膜形成技術成膜時，若配置適宜的陰影遮罩而僅於既定區域形成光學膜，則在光學膜之成膜後不需要將光學膜圖案化的步驟。

窗材26，藉由接合部29與蓋部25接合。此處，紅外光源100，將窗材26之周部與蓋部25中的窗孔25a之周部橫跨全周而接合。作為接合窗材26與蓋部25之接合部29的材料，可採用例如焊錫、環氧樹脂、低熔點玻璃等。

採用焊錫作為接合部29的材料之情況，宜於窗材26中對應於接合部29的區域，設置由對焊錫的可潤濕性佳之金屬材料構成的金屬化膜(金屬膜)。作為低熔點玻璃，宜使用無鉛之低熔點玻璃。

窗材26，將由蓋部25中的窗孔25a之內周面及周部定位的段差部26c，橫跨周部之全周而形成。窗材26，將段差部26c，藉由接合部29橫跨蓋部25的窗孔25a之周部其全周而接合即可。此外，紅外光源100，藉由在窗材26設置段差部26c，而可抑制接合部29的材料往窗材26之紅外線入射面26a或紅外線出射面26b流入。段差部26c，例如，可在分割前之矽晶圓的段階利用切割刀等形成，亦可在切割步驟之前的步驟利用光微影技術及蝕刻技術加以形成。

窗材26為平板狀，雖於周部形成段差部26c，但不限於此一形狀。

例如，窗材26，可藉由將透鏡部及橫跨透鏡部全周而包圍之凸緣部連續一體地形成的半導體透鏡構成。半導體透鏡，例如可藉由如下方式形成：將因應期望的透鏡形狀而設置有與半導體基板(例如矽基板等)之接觸圖案的陽極，於半導體基板之一表面(第1表面)側以與半導體基板之接觸成為歐姆接觸的方式形成後，在由蝕刻除去半導體基板之構成元素的氧化物之溶液所構成的電解液中將半導體基板之另一表面(第2表面)側陽極氧化藉以形成成為除去部位之多孔質部，而後藉由除去該多孔質部而形成。關於此種半導體透鏡之製造方法，例如，可應用日本國特許第3897055號公報、日本國特許第3897056號公報等所揭露的半導體透鏡之製造方法等。另，上述之半導體透鏡，例如，使用半導體晶圓(例如矽晶圓)作為半導體基板，形成多數半導體透鏡(矽透鏡)後，藉由切割等分離為各個半導體透鏡即可。此外，上述半導體透鏡，亦可於凸緣部，形成段差部26c。

紅外光源100，雖使以封裝體10與窗材26包圍之內部空間(氣密空間)，為氮氣氣體環境，但並不限於此，例如亦可為真空氣體環境。此外，紅外光源100，在使封裝體10之內部空間為真空氣體環境的情況，宜於封裝體10內設置吸附封裝體10內之殘留氣體等的除氣劑。此處，作為除氣劑的材料，例如採用由鋯的合金或鈦的合金等構成之非蒸發除氣劑即可。

以上說明的本實施形態之紅外光源100，具備紅外線放射元件1、封裝體10、窗材26、以及反射元件40。此處，紅外線放射元件1，具備：第1基板2；第1絕緣層3，形成於第1基板2之一表面(第1表面)2b側；發熱體層4，疊層於第1絕緣層3；2張焊墊91、92，與發熱體層4電性連接；以及第2絕緣層5，疊層於發熱體層4；於第1基板2形成貫通孔2a。此外，第2絕緣層5及第1絕緣層3，以對自發熱體層4放射出的紅外線呈透明之材料形成。此外，反射元件40，具備：第2基板41；以及反射膜42，設置於第2基板41之一表面411側，將自發熱體層4放射出的紅外線反射；將反射膜42於貫通孔2a內配置在紅外線放射元件1之第1絕緣層3側。而本實施形態之紅外光源100，可抑制以反射元件40反射出的紅外線入射至紅外線放射元件1中的第1基板2之貫通孔2a的內周面2d之情形，可提高紅外線的放射效率。此處，本實施形態之紅外光源100，可藉由第1基板2的厚度尺寸與反射元件40的厚度尺寸之差，決定第1絕緣層3與反射膜42的距離，能夠使反射膜42以不接觸第1絕緣層3的方式接近之。

本發明雖記載最佳實施形態，但所屬技術領域中具有通常知識者，可在本發明之原本的精神及範圍，亦即以不逸脫專利請求範圍的方式，進行各種修正及變形。