WO2013084787A1 - 赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法 - Google Patents

赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法 Download PDF

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WO2013084787A1
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infrared detection
pyroelectric
thermal expansion
detection element
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PCT/JP2012/080926
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近藤　順悟
鈴木　健司
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日本碍子株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/046—Materials; Selection of thermal materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to an infrared detection element, an infrared detection module, and a manufacturing method thereof.
  • Pyroelectric elements are used as infrared detection elements used in infrared detection modules for security and gas detection.
  • the pyroelectric element includes a pyroelectric substrate and a pair of front and back electrodes provided on the front and back of the pyroelectric substrate.
  • infrared rays are irradiated on the surface of the pyroelectric element, the temperature of the pyroelectric substrate rises. Then, the spontaneous polarization changes according to the temperature change, the charge equilibrium state is lost on the surface of the pyroelectric substrate, and charge is generated. Infrared light is detected by taking out the generated electric charge through a conducting wire connected to a pair of electrodes.
  • the pyroelectric element As an infrared detection module having such a pyroelectric element, the pyroelectric element is fixed on the circuit board with a conductive adhesive, and the charge generated on the pyroelectric board is transferred to the circuit board side through the conductive adhesive. What is taken out is known (for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such problems, and has as its main object to further suppress the deformation of the pyroelectric substrate.
  • the present invention adopts the following means in order to achieve the main object described above.
  • the infrared detection element of the present invention is A pyroelectric substrate; A surface electrode formed on the surface of the pyroelectric substrate; A back electrode formed on the back surface of the pyroelectric substrate so as to face the front electrode; A first substrate bonded to the surface side of the pyroelectric substrate and having a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate; With The first substrate has a cavity facing the surface electrode, and a thermal expansion coefficient difference D obtained by subtracting the thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate from the thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate is 8.9 ppm / K. Is Is.
  • the first substrate is bonded to the surface side of the pyroelectric substrate.
  • substrate has a small thermal expansion coefficient compared with a pyroelectric board
  • substrate can be suppressed with a 1st board
  • the thermal expansion coefficient difference D is 8.9 ppm / K or less, the thermal expansion coefficient difference between the first substrate and the pyroelectric substrate does not become too large, and the thermal expansion coefficient between the first substrate and the pyroelectric substrate. Deformation of the infrared detection element due to the difference can be suppressed. By these, deformation of the pyroelectric substrate can be further suppressed.
  • the thermal expansion coefficient difference D is preferably 8.3 ppm / K or less, and more preferably 8 ppm / K or less.
  • the thermal expansion coefficient difference D may be 5 ppm / K or more.
  • the pyroelectric substrate may have a thickness of 10 ⁇ m or less (for example, 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less).
  • a thickness of 10 ⁇ m or less for example, 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the infrared detection element of the present invention can further suppress the deformation of the pyroelectric substrate, it is highly meaningful to apply the present invention when the thickness of the pyroelectric substrate is reduced.
  • the pyroelectric substrate is formed by cutting a single crystal of lithium tantalate from the Y axis to the Z axis around the X axis that coincides with the direction along the surface of the electrode. It may be a Y-off cut plate cut at an angle rotated by ° ⁇ ⁇ 90 °, 90 ° ⁇ ⁇ 180 °). Since lithium tantalate (LiTaO 3 , hereinafter referred to as “LT”) has a large pyroelectric coefficient and a high figure of merit, the use of this for a pyroelectric substrate can increase the sensitivity of the infrared detection element.
  • LT lithium tantalate
  • the cut angle ⁇ is preferably 30 ° or more and 60 ° or less, or 120 ° or more and 150 ° or less. If cut angle (theta) is 60 degrees or less or 150 degrees or less, generation
  • the thermal expansion coefficient of the LT Y-off cut plate is about 17 ppm / K. Therefore, the first substrate has a thermal expansion coefficient of 8 ppm / K. If it is large and has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate, the difference in thermal expansion coefficient D between the first substrate and the pyroelectric substrate is greater than 0 ppm / K and less than 9 ppm / K. Further, since the S / N ratio of the infrared detection element tends to decrease as the thickness of the LT Y-off cut plate exceeds 10 ⁇ m, the thickness is preferably 10 ⁇ m or less. In the range where the thickness of the LT Y-off cut plate is less than 5 ⁇ m, the voltage sensitivity of the infrared detecting element tends to decrease as the thickness decreases. Therefore, the thickness is preferably 5 ⁇ m or more.
  • the infrared detection module of the present invention is An infrared detection element according to any one of the aspects described above; A second substrate bonded to the back side of the pyroelectric substrate and having a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate; It is equipped with.
  • the thermal expansion coefficient of the second substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate, deformation due to the thermal expansion of the pyroelectric substrate can be suppressed not only in the first substrate but also in the second substrate. The deformation of the pyroelectric substrate can be further suppressed.
  • the infrared detection element and the second substrate are bonded to electrically connect the back electrode and the second substrate, and the infrared detection element is virtually connected from the first substrate side. It is good also as what was provided with the conductive adhesive located so that at least one part may overlap with the said 1st board
  • the manufacturing method of the infrared detection module of the present invention A pyroelectric substrate, a surface electrode formed on the surface of the pyroelectric substrate, a back electrode formed on the back surface of the pyroelectric substrate so as to face the surface electrode, and an adhesive on the surface side of the pyroelectric substrate And a cavity opposite to the surface electrode is formed, and a coefficient of thermal expansion is smaller than that of the pyroelectric substrate.
  • a second substrate is bonded to the back side of the pyroelectric substrate via a conductive adhesive, a load is applied between the first substrate and the second substrate, The infrared detection element is bonded via a conductive adhesive.
  • the conductive adhesive is located at a position at least partially overlapping with the first substrate when the infrared detection element is virtually transmitted from the first substrate side. Is going so. Therefore, a load is applied to the portion of the pyroelectric substrate to which the conductive adhesive is adhered, but the stress due to this load can be received by the first substrate.
  • the deformation of the pyroelectric substrate due to this stress can be further suppressed.
  • the first substrate has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate, and the thermal expansion coefficient difference D is 8.9 ppm / K or less. . Therefore, the effect which suppresses more the deformation
  • various aspects of the above-described infrared detection element and infrared detection module may be employed.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an infrared detection module 10.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the infrared detection module 10 excluding the first substrate 36 and the adhesive layer 37 in FIG. 1 for convenience of explanation.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3. It is explanatory drawing of the cut angle of a Y-off cut board. It is a circuit diagram which shows the electrical connection state of the light-receiving parts 61 and 62.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the infrared detection element 15.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a manufacturing process of the infrared detection element 15.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a mounting process of the infrared detection element 15.
  • FIG. It is sectional drawing of the infrared detection module 210 of the modification which has the single type infrared detection element 215.
  • FIG. It is sectional drawing of the infrared detection module 310 of Example 21 of an experiment. It is explanatory drawing of the heat cycle performed in the case of the measurement of piezoelectric noise.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an infrared detection module 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the infrared detection module 10 excluding the first substrate 36 and the adhesive layer 37 in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3
  • FIG. 5 is an explanatory view of the cut angle of the Y-off cut plate.
  • the infrared detection module 10 includes an infrared detection element 15 configured as a dual type infrared detection element (pyroelectric element) including two light receiving portions 61 and 62 (see FIG. 3), and the infrared detection element 15 from the back side.
  • a second substrate 70 to be supported, and conductive adhesives 81 and 82 for bonding the infrared detection element 15 and the second substrate 70 to fix the infrared detection element 15 to the second substrate 70 are provided.
  • the infrared detection element 15 is configured as a dual type infrared detection element including two light receiving portions 61 and 62.
  • the infrared detection element 15 includes a pyroelectric substrate 20, a front surface metal layer 40 formed on the surface of the pyroelectric substrate 20, a back surface metal layer 50 formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20, and the pyroelectric substrate 20. And a first substrate 36 bonded to the front surface side via an adhesive layer 37.
  • the pyroelectric substrate 20 is an LT single crystal substrate having X, Y, and Z axes as crystal axes. As shown in FIG. 5, the pyroelectric substrate 20 rotates an LT single crystal by a cut angle ⁇ from the Y axis to the Z axis around the X axis that coincides with the direction along the substrate surface (electrode surface). This is a Y-off cut plate cut out at an angle.
  • LT has a large pyroelectric coefficient and a high figure of merit
  • use of this for the pyroelectric substrate 20 can increase the sensitivity of the infrared detection element 15.
  • the LT Y-off cut plate it is possible to suppress popcorn noise generated by changes in the environmental temperature.
  • a wafer having a larger diameter than the Z-cut plate can be used, and the number of chips taken per wafer can be increased.
  • the cut angle ⁇ is preferably 30 ° or more and 60 ° or less, or 120 ° or more and 150 ° or less. If cut angle (theta) is 60 degrees or less or 150 degrees or less, generation
  • the thickness of the pyroelectric substrate 20 is 10 ⁇ m or less (for example, 0.1 to 10 ⁇ m), preferably 1 to 10 ⁇ m, more preferably 5 to 10 ⁇ m.
  • the thickness of the pyroelectric substrate 20 that is the Y off-cut plate of LT 10 ⁇ m or less it is possible to further suppress a decrease in the S / N ratio of the infrared detection element 15.
  • the size of the pyroelectric substrate 20 is, for example, 0.1 to 5 mm in the vertical direction and 0.1 to 5 mm in the horizontal direction.
  • the surface metal layer 40 is formed on the surface of the pyroelectric substrate 20, and is electrically connected to the two surface electrodes 41 and 42 formed in a vertically long rectangle in the plan view, and the surface electrode 41 and the surface electrode 42 in the plan view. And a front electrode lead portion 46 formed in a horizontally long rectangle.
  • Examples of the material of the surface metal layer 40 include metals such as nickel, chrome, and gold. The higher the infrared absorption rate, the more preferable, and gold black may be used.
  • the thickness of the surface metal layer 40 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 0.2 ⁇ m.
  • the surface metal layer 40 may have a two-layer structure in which a metal layer made of chromium is formed on the surface of the pyroelectric substrate 20 and a metal layer made of nickel is further formed thereon.
  • the back surface metal layer 50 is formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20, and is formed into a square shape in plan view in conduction with the two back surface electrodes 51, 52 formed in a vertically long rectangle in plan view, and the back electrode 51.
  • the back electrode lead part 56 and the back electrode lead part 57 which are electrically connected to the back electrode 52 and formed in a square shape in plan view are provided.
  • As the material and thickness of the back surface metal layer 50 the same materials as those for the front surface metal layer 40 described above can be used.
  • the back surface electrode 51 is formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20 so as to face the front surface electrode 41
  • the back surface electrode 52 is formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20 so as to face the front surface electrode 42.
  • the back electrode lead portions 56 and 57 are positioned such that at least a part of the back electrode lead portions 56 and 57 overlaps the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate side 36 (see FIG. 4). In other words, at least a part of the back electrode lead portions 56 and 57 is formed directly below the first substrate 36 in FIG. In FIG. 4, the positions of the back surface metal layer 50 and the conductive adhesives 81 and 82 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side are indicated by wavy lines.
  • the light receiving portion 61 is formed by a pair of electrodes (front surface electrode 41 and back surface electrode 51) and a light receiving region 21 that is a portion sandwiched between the front surface electrode 41 and the back surface electrode 51 in the pyroelectric substrate 20. is there.
  • the light receiving unit 62 is formed by a pair of electrodes (a front electrode 42 and a back electrode 52) and a light receiving region 22 that is a portion sandwiched between the front electrode 42 and the back electrode 52 in the pyroelectric substrate 20. It is a thing.
  • the surface electrodes 41 and 42 are formed as light receiving surfaces that receive infrared rays.
  • the voltage between the pair of electrodes changes.
  • the surface electrode 41 and the light receiving region 21 absorb the infrared rays to cause a temperature change.
  • a change in the spontaneous polarization of the light receiving region 21 due to this appears as a change in voltage between the front electrode 41 and the back electrode 51.
  • the first substrate 36 has a rectangular cavity 38 facing the surface electrodes 41 and 42 formed therein, and is a member formed in a frame shape surrounding the cavity 38 in a square shape.
  • the first substrate 36 is formed so as to avoid the surface electrodes 41 and 42 that are the light receiving surfaces of the light receiving portions 61 and 62 by the cavity 38, and surrounds the periphery of the surface electrodes 41 and 42 in a square shape.
  • Examples of the material of the first substrate 36 include glass, magnesium oxide, and quartz.
  • the first substrate 36 is not particularly limited.
  • the first substrate 36 has a length of 0.1 to 5 mm, a width of 0.1 to 5 mm, and a thickness of 0.15 to 5 mm.
  • the adhesive layer 37 adheres the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20.
  • the material of the adhesive layer 37 examples include a material obtained by solidifying an epoxy adhesive or an acrylic adhesive.
  • the thickness of the adhesive layer 37 is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 1 ⁇ m. Note that the pyroelectric substrate 20 and the first substrate 36 may be bonded using a direct bonding method such as anodic bonding without using the adhesive layer 37.
  • the first substrate 36 and the adhesive layer 37 are preferably made of a material having a lower thermal conductivity than the pyroelectric substrate 20.
  • the first substrate 36 has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate 20, and a thermal expansion coefficient difference D obtained by subtracting the thermal expansion coefficient of the first substrate 36 from the thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate 20 is 8.9 ppm / K. It is as follows. Since the first substrate 36 has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate 20, the first substrate 36 can suppress deformation due to the thermal expansion of the pyroelectric substrate 20.
  • the thermal expansion coefficient difference D is 8.9 ppm / K or less, the thermal expansion coefficient difference between the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20 does not become too large, and the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20 The deformation of the infrared detection element 15 due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed.
  • the thermal expansion coefficient difference D is preferably 8.3 ppm / K or less, and more preferably 8 ppm / K or less.
  • the thermal expansion coefficient difference D may be 5 ppm / K or more.
  • the first substrate 36 has a thermal expansion coefficient of about 17 ppm / K.
  • the first substrate 36 has a thermal expansion coefficient of 8.1 ppm / K. If it carries out above, the thermal expansion coefficient difference D of the 1st board
  • the second substrate 70 is bonded to the back surface side of the pyroelectric substrate 20 and supports the infrared detection element 15 from the back surface side of the pyroelectric substrate 20.
  • Examples of the material of the second substrate 70 include silicon and alumina.
  • the second substrate 70 is not particularly limited.
  • the second substrate 70 has a length of 1 to 20 mm, a width of 1 to 20 mm, and a thickness of 0.1 to 2 mm.
  • the second substrate 70 is configured as a circuit substrate having electrical wiring (not shown) on the surface on the pyroelectric substrate 20 side. This electrical wiring is electrically connected to the conductive adhesive 81 and the conductive adhesive 82.
  • the second substrate 70 preferably has a thermal expansion coefficient smaller than that of the pyroelectric substrate 20 and the first substrate 36.
  • the thermal expansion coefficient of the second substrate 70 is smaller than the thermal expansion coefficient of the pyroelectric substrate 20
  • deformation due to the thermal expansion of the pyroelectric substrate 20 can be suppressed not only in the first substrate 36 but also in the second substrate 70.
  • the thermal expansion coefficient of the second substrate 70 is smaller than the thermal expansion coefficient of the first substrate 36
  • deformation of the pyroelectric substrate 20 can be further suppressed.
  • the second substrate 70 deforms the pyroelectric substrate 20 compared to the first substrate 36 by the amount that the second substrate 70 is bonded to the pyroelectric substrate 20 via the conductive adhesives 81 and 82.
  • This is thought to be because the effect of suppressing the tendency to decrease easily. That is, it is considered that the effect of suppressing the deformation of the pyroelectric substrate 20 between the first substrate 36 and the second substrate 70 is easier to balance when the thermal expansion coefficient of the second substrate 70 is smaller than that of the first substrate 36. It is done.
  • the conductive adhesives 81 and 82 bond the back surface side of the pyroelectric substrate 20 and the second substrate 70 to fix the infrared detection element 15 to the second substrate 70, and also connect the back surface electrodes 51 and 52 and the second substrate 70. It is electrically connected to the electrical wiring.
  • the conductive adhesive 81 bonds the electrical wiring of the second substrate 70 and the back electrode lead portion 56 and electrically connects them, and the conductive adhesive 82 is used for the second substrate 70.
  • the electrical wiring and the back electrode lead portion 57 are bonded to electrically connect them.
  • Examples of the material of the conductive adhesives 81 and 82 include a material obtained by adding a metal such as silver or carbon to an epoxy resin or a urethane resin.
  • the conductive adhesives 81 and 82 are not particularly limited, but have a diameter of 0.1 to 0.5 mm and a thickness of 10 to 100 ⁇ m, for example.
  • the conductive adhesives 81 and 82 are positioned so as to overlap the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side (see FIG. 4). In other words, at least a part of the conductive adhesives 81 and 82 is formed directly below the first substrate 36 in FIG. Further, the conductive adhesives 81 and 82 are positioned so that there is no portion protruding from the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. The conductive adhesive 81 is positioned so as to overlap with the back electrode lead portion 56 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side.
  • the element 15 When the element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side, it is positioned so as to overlap the back electrode lead portion 57.
  • the back electrode 51 and the second substrate 70 and the back electrode 52 and the second substrate 70 are more reliably connected via the back electrode leads 56 and 57 and the conductive adhesives 81 and 82. Can be made.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an electrical connection state of the light receiving units 61 and 62.
  • the light receiving portions 61 and 62 of the infrared detecting element 15 are connected in series by the surface electrodes 41 and 42 being connected by the surface electrode lead portion 46.
  • the voltage between the back electrodes 51 and 52 at both ends of the series-connected circuit can be taken out to the second substrate 70 as the voltage between the conductive adhesives 81 and 82 via the back electrode leads 56 and 57. It has become.
  • the directions of spontaneous polarization of the light receiving regions 21 and 22 are opposite to each other in FIG. 6 (the same direction in FIG. 3).
  • the pyroelectric substrate 20 is a pyroelectric body, spontaneous polarization always occurs in the light receiving areas 21 and 22, even in normal times.
  • the light receiving portions 61 and 62 absorb the floating charges in the air and are electrically balanced with the spontaneous polarization, the apparent charges in both the light receiving regions 21 and 22 are zero. Therefore, no voltage is generated between the front surface electrode 41 and the back surface electrode 51 or between the front surface electrode 42 and the back surface electrode 52 in normal times, and no voltage is generated between the conductive adhesives 81 and 82.
  • the spontaneous polarization of the light receiving regions 21 and 22 changes.
  • the charge is biased, and the same voltage is generated between the front electrode 41 and the back electrode 51 or between the front electrode 42 and the back electrode 52.
  • the directions of spontaneous polarization of the light receiving regions 21 and 22 are opposite as shown in FIG. 6, the voltages of both cancel each other, and no voltage is generated between the conductive adhesives 81 and 82.
  • the infrared detection element 15 is a dual type element in which the light receiving portions 61 and 62 are connected so that the directions of spontaneous polarization are connected in series in the opposite direction, the infrared detection element 15 surrounds the infrared detection element 15 as well as the normal time. A voltage is not generated between the conductive adhesives 81 and 82 even when the amount of infrared rays in the atmosphere changes, and it is difficult to malfunction due to noise. On the other hand, when the amount of infrared rays applied to the light receiving portions 61 and 62 is not uniform, for example, when a person crosses the vicinity of the infrared detecting element 15, the temperature changes of the light receiving regions 21 and 22 are different in magnitude.
  • the infrared detection module 10 can be used as an infrared detection device that performs human body detection, fire detection, and the like.
  • the infrared detecting element 15 is used as an infrared detecting device, for example, the back electrode lead portions 56 and 57 are connected to an impedance conversion FET (field effect transistor) to connect the back electrode lead portions 56 and 57. This makes it easy to take out the voltage.
  • the surface electrodes 41 and 42 are covered with an infrared absorption layer made of gold black to increase infrared absorption efficiency, or a wavelength filter is provided so that only light of a specific wavelength reaches the light receiving units 21 and 22. It is possible to prevent malfunction due to noise.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the infrared detection element 15, and FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the manufacturing process of the infrared detection element 15.
  • a flat pyroelectric substrate 120 to be the pyroelectric substrate 20 is prepared (FIG. 7A).
  • the pyroelectric substrate 120 has, for example, an orientation flat (OF), and is a wafer that can cut out a plurality of pyroelectric substrates 20.
  • OF orientation flat
  • the size of the pyroelectric substrate 120 is not particularly limited.
  • the pyroelectric substrate 120 may have a diameter of 50 to 100 mm and a thickness of 200 ⁇ m to 1 mm.
  • a surface metal layer 140 to be the surface metal layer 40 is formed on the surface of the pyroelectric substrate 120 (FIGS. 7B and 8A).
  • the surface metal layer 140 is formed by forming a plurality of patterns to be the surface metal layer 40 on the surface of the pyroelectric substrate 120.
  • As the material of the surface metal layer 140 those described above can be used.
  • the thickness of the surface metal layer 140 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 0.2 ⁇ m.
  • the surface metal layer 140 can be formed by, for example, vacuum deposition using a pyroelectric substrate 120 other than the portion on which the surface metal layer 140 is formed with a metal mask.
  • the surface metal layer 140 may be formed by sputtering, photolithography, or screen printing.
  • the first substrate 136 to be the first substrate 36 is bonded to the surface of the pyroelectric substrate 120 via the adhesive layer 137 (FIGS. 7C and 8B).
  • the first substrate 136 has an orientation flat (OF) and is a wafer having a size capable of cutting out a plurality of first substrates 36.
  • As the material and thickness of the first substrate 136 those described above can be used.
  • the size of the first substrate 136 is not particularly limited. For example, the diameter can be 50 to 100 mm.
  • a number of rectangular holes 138 are formed in the first substrate 136 in advance by, for example, a water jet method (see FIG. 8A).
  • the first substrate 136 becomes the first substrate 36 after dicing, and the rectangular hole 138 becomes the cavity 38 after dicing.
  • the adhesive layer 137 is the adhesive layer 37 described above, and the above-described materials can be used for the adhesive layer 137.
  • the pyroelectric substrate 120 and the first substrate 136 are bonded as follows, for example. First, the adhesive layer 137 is applied to the entire surface of the pyroelectric substrate 120 where the surface metal layer 140 is formed, and alignment is performed so that the rectangular hole 138 of the adhesive layer 137 is positioned on the surface metal layer 140. The electric substrate 120 and the first substrate 136 are bonded together.
  • the back surface of the pyroelectric substrate 120 of the composite 115 is polished until the pyroelectric substrate 120 has a predetermined thickness, and then the back surface metal layer 150 to be the back surface metal layer 50 is formed on the back surface of the pyroelectric substrate 120. It forms (FIG.7 (d)).
  • the back metal layer 150 is formed by forming a plurality of patterns to be the back metal layer 50 on the back surface of the pyroelectric substrate 120.
  • the back metal layer 150 is formed so that portions of the surface metal layer 140 that become the surface electrodes 41 and 42 make a pair with portions that become the back electrodes 51 and 52, respectively.
  • the material of the back metal layer 150 the above-described materials can be used.
  • the thickness of the back metal layer 150 is not particularly limited, but is, for example, 0.01 to 0.2 ⁇ m.
  • the back metal layer 150 can be formed in the same manner as the front metal layer 140. Thereby, the composite 110 becomes an aggregate of a large number of infrared detection elements 15.
  • each infrared detection element 15 is cut out from the composite 110 on which the back metal layer 150 is formed (FIGS. 7E and 8C). Thereby, a plurality of infrared detecting elements 15 shown in FIGS. 1 to 4 are obtained.
  • a dashed line in FIG. 8C indicates a cut line at the time of dicing.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the mounting process of the infrared detection element 15.
  • the conductive adhesives 181 and 182 are provided on the back side of the pyroelectric substrate 20 of the infrared detecting element 15 so as to be electrically connected to the back electrode lead portions 56 and 57. Apply (FIG. 9A).
  • the conductive adhesives 181 and 182 become the above-described conductive adhesives 81 and 82, and the above-described materials can be used for the conductive adhesives 181 and 182.
  • the conductive adhesives 181 and 182 are applied to a position overlapping the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. Specifically, the conductive adhesive 181 is applied to a position that overlaps the first substrate 36 and the back electrode lead portion 56 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. The conductive adhesive 182 is applied to a position that overlaps the first substrate 36 and the back electrode lead portion 57 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side.
  • a second substrate 70 is prepared, and conductive adhesives 181 and 182 are provided on the back side of the pyroelectric substrate 20 so as to electrically connect the back electrode lead portions 56 and 57 and the second substrate 70.
  • the second substrate 70 is bonded (FIG. 9B). Note that electrical wiring is formed on the second substrate 70 so as to be electrically connected to the conductive adhesives 181 and 182 in advance.
  • the infrared detection element 15 is bonded to the second substrate 70 via the conductive adhesives 81 and 82, and the infrared detection module 10 shown in FIGS. 1 to 4 is obtained.
  • the conductive adhesives 81 and 82 are more in the surface direction of the pyroelectric substrate 20 than the conductive adhesives 181 and 182 (the left-right direction in FIG. 9). To spread. For this reason, the conductive adhesives 81 and 82 do not protrude from the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side in the expanded state.
  • the adhesives 181 and 182 are applied.
  • the conductive adhesives 181 and 182 are positioned so as to overlap the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. It can be received by the first substrate 36. Thereby, a deformation
  • the first substrate 36 is bonded to the surface side of the pyroelectric substrate 20. Since the first substrate 36 has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate 20, the first substrate 36 can suppress deformation due to the thermal expansion of the pyroelectric substrate 20. Moreover, since the thermal expansion coefficient difference D is 8.9 ppm / K or less, the thermal expansion coefficient difference between the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20 does not become too large, and the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20 The deformation of the infrared detection element 15 due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed. By these, deformation of the pyroelectric substrate can be further suppressed.
  • the first substrate 36 is formed with a cavity 38 that faces the surface electrodes 41 and 42, and is formed in a frame shape surrounding the periphery of the surface electrodes 41 and 42. Therefore, compared with the case where the first substrate has a shape that does not completely surround the periphery of the surface electrode, the effect of suppressing the deformation of the pyroelectric substrate 20 by the first substrate 36 is enhanced.
  • the pyroelectric substrate 20 has a thickness of 10 ⁇ m or less, and the pyroelectric substrate 20 is easily deformed when the thickness is reduced, the first substrate has a smaller thermal expansion coefficient and thermal expansion than the pyroelectric substrate. It is highly significant to suppress the deformation of the pyroelectric substrate 20 by setting the coefficient difference D to 8.9 ppm / K or less.
  • the pyroelectric substrate 20 is made of LT having a large pyroelectric coefficient and a high performance index, the sensitivity of the infrared detecting element 15 can be increased. Further, since the pyroelectric substrate 20 is an LT Y-off cut plate, it is possible to suppress popcorn noise generated due to a change in environmental temperature. Further, a wafer having a larger diameter than the Z-cut plate can be used as the pyroelectric substrate 120, and the number of chips per wafer (the number of pyroelectric substrates 20 that can be cut out) can be increased. .
  • the first and second conductive adhesives 81 and 82 that bond the infrared detection element 15 and the second substrate 70 virtually pass through the infrared detection element 15 from the first substrate 36 side. It is positioned so as to overlap the substrate 36. By doing so, when the pyroelectric substrate is pushed up by the thermal expansion of the conductive adhesives 81 and 82, the deformation of the pyroelectric substrate due to the thermal expansion of the conductive adhesive can be further suppressed.
  • the infrared detection module 10 is formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20 and is electrically connected to the back surface electrodes 51 and 52. When the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side, the infrared detection module 10 is first connected.
  • Back electrode lead portions 56 and 57 are provided so as to overlap the substrate 36.
  • the conductive adhesives 81 and 82 adhere the back electrode lead portions 56 and 57 and the second substrate 70 to electrically connect the back electrode lead portions 56 and 57 and the second substrate 70. Therefore, the conductive adhesives 81 and 82 and the back electrodes 51 and 52 can be more reliably conducted.
  • the conductive adhesives 81 and 82 have no portion protruding from the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. It is only necessary that at least a part of the conductive adhesives 81 and 82 is positioned so as to overlap the first substrate 36 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. , 82 may protrude from the first substrate 36.
  • the first substrate 36 is a member having a rectangular cavity 38 inside and a frame shape surrounding the cavity 38, but a cavity facing the surface electrodes 41, 42 is formed. If so, the first substrate 36 may have any shape.
  • the cavity 38 may be round, or the cavity 38 may not be completely surrounded by the first substrate 36, and a part may face the outer periphery of the infrared detection element 15. Further, the cavity 38 does not have to face the entire surface electrodes 41, 42, and only needs to face a part of the surface electrodes 41, 42.
  • the conductive adhesives 181 and 182 are applied to the back side of the pyroelectric substrate 20 and then the pyroelectric substrate 20 and the second substrate 70 are bonded together. If bonding is performed so that the conductive adhesives 181 and 182 are located at positions where the first substrate 36 overlaps when virtually transmitted from the side of the first substrate 36, the present invention is not limited to this. For example, after the conductive adhesives 181 and 182 are applied to the surface of the second substrate 70 on the side to be bonded to the pyroelectric substrate 20, the pyroelectric substrate 20 and the second substrate 70 may be bonded together. .
  • the thickness of the pyroelectric substrate 20 is set to 10 ⁇ m or less, but the thickness of the pyroelectric substrate 20 may exceed 10 ⁇ m.
  • the pyroelectric substrate 20 is an LT Y-off cut plate, but an LT other than the Y off-cut plate, such as an LT Z plate, may be used for the pyroelectric substrate 20.
  • the pyroelectric substrate 20 is not limited to LT but may be any pyroelectric material, and may be a ferroelectric ceramic such as lead zirconate titanate.
  • the conductive adhesive 81 is positioned so as to overlap the back electrode lead portion 56 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side, and the conductive adhesive 82. Is positioned so as to overlap with the back electrode lead portion 57 when the infrared detection element 15 is virtually transmitted from the first substrate 36 side, but is not limited thereto.
  • the conductive adhesive 81 and the back electrode lead portion 56 may be positioned so as not to overlap.
  • the conductive adhesive 82 and the electrode lead portion 57 may be positioned so as not to overlap.
  • the back electrode lead portions 56 and 57 may not be provided.
  • the back electrode 51 may be directly connected, and the conductive adhesive 82 and the back electrode 52 may be directly connected.
  • the surface metal layer 140 to be the surface metal layer 40 is integrally formed on the surface of the pyroelectric substrate 120.
  • the surface metal layers 41 and 42 and the surface electrode lead portion 46 are separately formed. May be.
  • the back surface metal layer 150 to be the back surface metal layer 50 is integrally formed on the back surface of the pyroelectric substrate 120.
  • the back surface metal layers 51 and 52 and the back electrode lead portions 56 and 57 May be formed separately.
  • the back electrode lead portions 56 and 57 may be formed after cutting out each infrared detecting element.
  • the infrared detection element 15 is a dual type, but the infrared detection element 15 is a single type in which one front electrode and one back electrode are formed, or a quad in which four front electrodes and four back electrodes are formed. It is good also as a type.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a modified infrared detection module 210 having a single-type infrared detection element 215. In FIG. 10, the same components as those in the infrared detection module 10 in FIG. The infrared detection module 210 includes an infrared detection element 215.
  • the infrared detection element 215 includes a pyroelectric substrate 20, a surface metal layer 240 formed on the surface of the pyroelectric substrate 20, a back metal layer 250 formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20, and the pyroelectric substrate 20.
  • a side metal layer 290 formed on the side surface and a first substrate 36 bonded to the surface side of the pyroelectric substrate 20 via an adhesive layer 237 are provided.
  • the surface metal layer 240 has a surface electrode 241 and a surface electrode lead portion 246.
  • the surface electrode 241 is formed in the cavity 38, and the first substrate 36 is formed so as to avoid the surface electrode 241.
  • a portion of the surface electrode lead portion 246 is formed immediately below the first substrate 36 in FIG.
  • the back metal layer 250 has a back electrode 251 facing the front electrode 241, a back electrode lead portion 256, and a front electrode lead portion 257.
  • the back electrode lead portion 256 is electrically connected to the back electrode 251, and when the infrared detection element 215 is virtually transmitted from the first substrate side 36, the first substrate 36 and at least a part of the back electrode lead portion 256 are in contact with each other. It is located so as to overlap.
  • the front electrode lead portion 257 is not electrically connected to the back electrode 251 and is electrically connected to the side metal layer 290.
  • the front electrode lead portion 257 is positioned so that at least a portion thereof overlaps the first substrate 36 when the infrared detection element 215 is virtually transmitted from the first substrate side 36.
  • the side metal layer 290 is electrically connected to the front electrode lead portion 246 and the front electrode lead portion 257, whereby the surface electrode 241 and the front electrode lead portion 257 are electrically connected.
  • a light receiving portion 261 is formed by the surface electrode 241, the back surface electrode 251, and the light receiving region 221 that is a portion of the pyroelectric substrate 20 sandwiched between the surface electrode 241 and the back surface electrode 251.
  • the conductive adhesive 81 is electrically connected to the back electrode lead portion 256 and overlaps the first substrate 36 and the back electrode lead portion 256 when the infrared detection element 215 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. Is located.
  • the conductive adhesive 82 is electrically connected to the front electrode lead portion 257, and overlaps the first substrate 36 and the front electrode lead portion 257 when the infrared detection element 215 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. positioned.
  • the front electrode 241 and the back electrode 251 are formed in a rectangular shape, for example, and the front electrode lead portions 246 and 257 and the back electrode lead portion 256 are formed in a square shape, for example.
  • the infrared detection module 210 configured in this manner, the voltage between the front electrode 241 and the back electrode 251 is applied to the conductive adhesive 81 via the front electrode lead portions 246 and 257, the back electrode lead portion 256 and the side metal layer 290. , 82 can be taken out to the second substrate 70 as a voltage. Also in this infrared detection module 210, deformation of the pyroelectric substrate 20 can be further suppressed as in the above-described embodiment.
  • the infrared detection module 210 can be manufactured by the same method as the infrared detection module 10 described above, although the formation patterns of the front surface metal layer 240 and the back surface metal layer 250 are different.
  • the side metal layer 290 may be formed by the same method as that for the front surface metal layer and the back surface metal layer after cutting out each infrared detection element 215 in the same manner as in FIG.
  • the shape of the front and back electrodes in the single-type and quad-type infrared detection elements is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-203209.
  • the number of conductive adhesives may be four according to the number of backside electrodes, and the number of conductive adhesives is not limited to two.
  • Example 1 As Experimental Example 1, the infrared detection module 10 of the present embodiment was manufactured using the method described above.
  • a pyroelectric substrate 120 (thermal expansion coefficient: 17 ppm / K), which is an LT substrate having an OF portion, a diameter of 4 inches, and a thickness of 350 ⁇ m, was prepared (FIG. 7A).
  • This pyroelectric substrate 120 becomes the pyroelectric substrate 20 after dicing.
  • a number of surface metal layers 140 made of nickel and chromium were formed on the surface of the pyroelectric substrate 120 (FIGS. 7B and 8A).
  • the surface metal layer 140 was formed by vacuum deposition by covering the pyroelectric substrate 120 other than the portion where the surface metal layer 140 was formed with a metal mask.
  • the vacuum deposition was first performed at a film formation rate of 5 ⁇ / s until the thickness reached 0.02 ⁇ m, and then at a film formation rate of 10 ⁇ / s until the thickness reached 0.1 ⁇ m.
  • the pressure during film formation by vacuum deposition was 2.7 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and the temperature of the pyroelectric substrate 120 was about 100 ° C. Thereby, a surface metal layer 140 having a thickness of 0.12 ⁇ m was formed.
  • the pattern of the surface metal layer 140 was formed to be the surface metal layer 40 having the shape shown in FIGS. Specifically, the surface electrodes 41 and 42 were formed to have a size of 2 mm in length and 0.5 mm in width, and a portion to be the surface electrode lead portion 46 in a size of 0.1 mm in length and 0.5 mm in width.
  • a first substrate 136 (thermal expansion coefficient is 12 ppm / K), which is a glass substrate having an OF portion, a diameter of 4 inches, and a thickness of 500 ⁇ m, is prepared, and is a rectangle having a length of 2.1 mm and a width of 2.1 mm.
  • a large number of holes 138 were formed by a water jet method (see FIG. 8A). The first substrate 136 becomes the first substrate 36 after dicing, and the rectangular hole 138 becomes the cavity 38 after dicing.
  • an epoxy adhesive was applied to the surface of the pyroelectric substrate 120, and alignment was performed so that the portions to be the surface electrodes 41 and 42 were inserted into the rectangular holes 138 of the first substrate 136. Then, the thickness of the epoxy adhesive is set to 0.1 ⁇ m by press bonding, and the pyroelectric substrate 120 bonded to the first substrate 136 is left at 200 ° C. for 1 hour to cure the epoxy adhesive to form the adhesive layer 137. (FIG. 7C, FIG. 8B). The adhesive layer 137 becomes the adhesive layer 37 after dicing. Then, the epoxy adhesive in the rectangular hole 138 was removed including the epoxy adhesive adhering to the part used as the surface electrodes 41 and 41 among the surface metal layers 140 by sputtering using Ar ion.
  • the obtained composite is turned upside down, the first substrate 136 is bonded and fixed to a polishing jig made of silicon carbide, and the surface of the pyroelectric substrate 120 on which the first substrate 136 is not bonded is fixed abrasive.
  • the thickness of the pyroelectric substrate 120 was reduced to 50 ⁇ m. Further, the surface was polished with diamond abrasive grains to reduce the thickness to 12 ⁇ m. Then, the surface was finish-polished using loose abrasive grains and a non-woven polishing pad, and polished until the pyroelectric substrate 120 had a thickness of 10 ⁇ m. The finish polishing was performed in order to remove the work-affected layer generated on the pyroelectric substrate 120 by polishing with diamond abrasive grains.
  • the pattern of the back surface metal layer 150 was formed to be the back surface metal layer 50 having the shape shown in FIGS. 1 to 4 after dicing. Specifically, the portions to be the back electrodes 51 and 52 are formed to be 2 mm in length and 0.5 mm in width, and the portions to be the back electrode lead portions 56 and 57 are 0.5 mm in length and 0.5 mm in width. . Then, the infrared detection element 15 having a length of 2.5 mm and a width of 2.5 mm was cut out by dicing from the composite 110 on which the back metal layer 150 was formed (FIGS. 7E and 8C).
  • conductive adhesives 181 and 182 in which silver particles are dispersed in an epoxy adhesive are applied to the back side of the pyroelectric substrate 20 of the infrared detection element 15 so as to be electrically connected to the back electrode 40.
  • This application was performed at a position where the conductive adhesives 181 and 182 overlapped with the first substrate 36 when the infrared detection element 15 was virtually transmitted from the first substrate 36 side.
  • the conductive adhesive 181 was applied to a position overlapping the first substrate 36 and the back electrode lead portion 56 when the infrared detection element 15 was virtually transmitted from the first substrate 36 side.
  • the conductive adhesive 182 was applied to a position overlapping the first substrate 36 and the back electrode lead portion 57 when the infrared detection element 15 was virtually transmitted from the first substrate 36 side.
  • the second substrate 70 a circuit substrate in which electrical wiring is provided on a silicon substrate (thermal expansion coefficient is 3 ppm / K) is prepared, and the back electrode lead portions 56 and 57 and the second substrate 70 are electrically connected.
  • the second substrate 70 was bonded to the back side of the pyroelectric substrate 20 via the conductive adhesives 181 and 182 so as to be conductive (FIG. 9B).
  • the conductive adhesives 181 and 182 might be located on the electric wiring of the 2nd board
  • the substrate is left at 100 ° C. for 1 hour to conduct conductive bonding.
  • the agents 181 and 182 were cured, and the infrared detection element 15 was bonded to the second substrate 70 via the conductive adhesives 81 and 82 (FIG. 9C).
  • the infrared detection module 10 having the configuration shown in FIGS. 1 to 4 was obtained.
  • Example 11 The infrared detection module 10 of Experimental Example 11 was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that a circuit board having electrical wiring on an alumina substrate (thermal expansion coefficient: 7 ppm / K) was used as the second substrate 70. .
  • Example 21 an infrared detection module was prepared in which the conductive adhesive was positioned so as not to overlap the first substrate when the infrared detection element was virtually transmitted from the first substrate side.
  • a cross-sectional view of the infrared detection module 310 of Experimental Example 21 is shown in FIG.
  • the same components as those of the infrared detection module 10 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the back metal layer formed on the back surface of the pyroelectric substrate 20 is only the back electrode 51 and the back electrode 52, and the back electrode lead portions 56 and 57 are not formed.
  • the conductive adhesive 381 directly connects the back electrode 51 and the second substrate 70, and the conductive adhesive 382 directly connects the back electrode 52 and the second substrate 70.
  • the conductive adhesive 381 is positioned so as to overlap the back electrode 51, and the conductive adhesive 382 is overlapped with the back electrode 52. positioned. Therefore, when the infrared detection element 315 is virtually transmitted from the first substrate 36 side, the conductive adhesives 381 and 382 are positioned so as not to overlap the first substrate 36.
  • the infrared detection module 310 of Experimental Example 21 was manufactured by the same process as Experimental Example 1. That is, the infrared detection module 310 was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1 except that the formation pattern of the back surface metal layer and the position where the conductive adhesive was applied were different.
  • Example 22 An infrared detection module 310 of Experimental Example 22 was produced in the same manner as in Experimental Example 21, except that a circuit board in which electrical wiring was provided on an alumina substrate (thermal expansion coefficient: 7 ppm / K) was used as the second substrate 70. .
  • Example 23 An infrared detection module 310 of Experimental Example 23 was produced in the same manner as Experimental Example 21 except that the thermal expansion coefficient of the glass substrate serving as the first substrate 36 was different from that of Experimental Example 21.
  • Table 1 summarizes the thermal expansion coefficient, the thermal expansion coefficient difference D, the material of the second substrate 70, and the thermal expansion coefficient of the second substrate 70 in Experimental Examples 1 to 23.
  • Experimental examples 1 to 5, 11 to 15, and 21 to 23 correspond to examples of the present invention, and the others correspond to comparative examples.
  • the piezoelectric noise is a voltage generated by the piezoelectric effect of the pyroelectric substrate 20 caused by deformation of the pyroelectric substrate 20 due to thermal stress.
  • the measurement was performed by performing a heat cycle test on each infrared detection module.
  • the heat cycle test was performed in the following procedure.
  • Each infrared detection module was housed in an environmental tester, and the temperature in the environmental tester was periodically changed from ⁇ 10 to 80 ° C. Specifically, the temperature was changed as shown in FIG. 12, and this was taken as one cycle, and a total of 100 cycles were tested. And it was measured whether the piezoelectric noise generate
  • ten infrared detection modules were prepared for each experimental example, and the number of piezoelectric noises generated among the ten infrared detection modules was examined.
  • the results of Evaluation Test 1 are shown in Table 1.
  • the first substrate has a smaller thermal expansion coefficient than the pyroelectric substrate, the thermal expansion coefficient difference D is 8.9 ppm / K or less, more specifically, the thermal expansion coefficient difference D is 5 ppm / K.
  • piezoelectric noise is present in the experimental examples 1 to 5 and 11 to 15 in the experimental examples 1 to 5 and 11 to 15, piezoelectric noise is present. No piezoelectric noise was generated in Experimental Examples 21 to 23.
  • the difference in thermal expansion coefficient between the pyroelectric substrate 20 and the pyroelectric substrate 20 becomes so large that the pyroelectric substrate 20 and the infrared detection element 15 are deformed due to the difference in thermal expansion coefficient between the first substrate 36 and the pyroelectric substrate 20. It is done.
  • the reason why the number of piezoelectric noises generated in Experimental Examples 1-5 and 11-15 is smaller than in Experimental Examples 21-23 is considered to be as follows. That is, in Experimental Examples 21 to 23, the conductive adhesives 381 and 382 are positioned so as not to overlap the first substrate 36 when the infrared detection element 315 is virtually transmitted from the first substrate 36 side. Yes. Therefore, it is considered that when the pyroelectric substrate 20 is pushed up by the thermal expansion of the conductive adhesives 381 and 382, the pyroelectric substrate 20 is deformed and piezoelectric noise is likely to be generated as compared with Experimental Example 1. In Experimental Examples 1 to 5 and 11 to 15, the presence of the first substrate 36 immediately above the conductive adhesive is considered to further suppress deformation of the pyroelectric substrate 20 due to thermal expansion of the conductive adhesive. .
  • the present invention can be used for an infrared detection device used for security such as a human body detection sensor or gas detection such as a fire detection sensor.

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Abstract

　赤外線検出素子１５では、焦電基板２０の表面側に第１基板３６が接着されている。そして、第１基板３６が焦電基板２０と比べて熱膨張係数が小さいことで、焦電基板２０の熱膨張による変形を第１基板３６で抑制できる。また、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下であることで、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差が大きくなりすぎず、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差による赤外線検出素子１５の変形を抑制できる。

Description

赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法
　本発明は、赤外線検出素子，赤外線検出モジュール及びその製造方法に関する。
　セキュリティー用やガス検知用の赤外線検出モジュールに用いる赤外線検出素子として、焦電素子が用いられている。焦電素子は、焦電基板と、焦電基板の表裏に設けられた一対の表面電極及び裏面電極とを備えている。この焦電素子の表面に赤外線が照射されると、焦電基板の温度が上昇する。すると、その温度変化に応じて自発分極が変化して焦電基板の表面では電荷の平衡状態が崩れ、電荷が発生する。発生した電荷を一対の電極に接続された導線を介して取り出すことで、赤外線を検出する。このような焦電素子を有する赤外線検出モジュールとしては、焦電素子を回路基板上に導電性接着剤で固定して、焦電基板で発生した電荷を導電性接着剤を介して回路基板側に取り出すものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１０－３８６７９号公報
　ところで、赤外線検出素子に用いる焦電基板は、熱膨張により反りなどの変形が発生すると、圧電効果により電圧が生じる。これにより、この電圧がノイズとなって現れる場合があった。そのため、赤外線検出素子において、焦電基板の熱膨張による変形を抑制することが望まれている。
　本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、焦電基板の変形をより抑制することを主目的とする。
　本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
　本発明の赤外線検出素子は、
　焦電基板と、
　前記焦電基板の表面に形成された表面電極と、
　前記表面電極と対向するように該焦電基板の裏面に形成された裏面電極と、
　前記焦電基板の表面側に接着され前記焦電基板と比べて熱膨張係数が小さい第１基板と、
　を備え、
　前記第１基板は、前記表面電極に対向する空洞が形成されており、前記焦電基板の熱膨張係数から該第１基板の熱膨張係数を引いた熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下である、
　ものである。
　この赤外線検出素子では、焦電基板の表面側に第１基板が接着されている。そして、第１基板が焦電基板と比べて熱膨張係数が小さいことで、焦電基板の熱膨張による変形を第１基板で抑制できる。また、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下であることで、第１基板と焦電基板との熱膨張係数差が大きくなりすぎず、第１基板と焦電基板との熱膨張係数差による赤外線検出素子の変形を抑制できる。これらにより、焦電基板の変形をより抑制することができる。この場合において、熱膨張係数差Ｄは、８．３ｐｐｍ／Ｋ以下とすることが好ましく、８ｐｐｍ／Ｋ以下とすることがより好ましい。熱膨張係数差Ｄは、５ｐｐｍ／Ｋ以上としてもよい。
　本発明の赤外線検出素子において、前記焦電基板は、厚さが１０μｍ以下（例えば１μｍ以上１０μｍ以下）であるものとしてもよい。最近では、セキュリティーやガス検知応用に関しては、高感度、高速応答を要求され、焦電基板の厚みを薄くする構造が望まれている。しかし、厚さを薄くすると焦電基板の変形による圧電ノイズが発生しやすくなる。本発明の赤外線検出素子は、焦電基板の変形をより抑制することができるため、焦電基板の厚さを薄くした場合に本発明を適用する意義が高い。
　本発明の赤外線検出素子において、前記焦電基板は、タンタル酸リチウムの単結晶を、前記電極の面に沿った方向と一致するＸ軸の回りにＹ軸からＺ軸方向にカット角θ（０°＜θ＜９０°，９０°＜θ＜１８０°）だけ回転させた角度で切り出したＹオフカット板であるものとしてもよい。タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3，以下「ＬＴ」）は、焦電係数が大きく性能指数が高いため、これを焦電基板に用いることで、赤外線検出素子の高感度化を図ることができる。さらに、ＬＴのＹオフカット板を用いることにより、環境温度の変化により発生するポップコーンノイズを抑制できる。また、Ｚカット板よりも大口径のウエハーを使用することができ、ウエハー当たりのチップ取数を増やすことが可能となる。この場合において、カット角θは、３０°以上６０°以下、又は１２０°以上１５０°以下とすることが好ましい。カット角θが６０°以下又は１５０°以下であれば、赤外線検出素子におけるポップコーンノイズの発生をより抑制できる。カット角θが３０°以上又は１２０°以上であれば、Ｓ／Ｎ比の低下をより抑制することができる。なお、焦電基板がＬＴのＹオフカット板である場合は、ＬＴのＹオフカット板の熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋ程度であるため、前記第１基板を、熱膨張係数が８ｐｐｍ／Ｋより大きく、且つ前記焦電基板と比べて熱膨張係数が小さいものとすれば、第１基板と焦電基板との熱膨張係数差Ｄが０ｐｐｍ／Ｋ超過９ｐｐｍ／Ｋ未満となる。また、ＬＴのＹオフカット板の厚さが１０μｍを超えて厚くなるにつれて赤外線検出素子のＳ／Ｎ比が低下する傾向を示すため、厚さを１０μｍ以下とすることが好ましい。ＬＴのＹオフカット板の厚さが５μｍ未満の範囲では、厚さが小さくなるにつれて赤外線検出素子の電圧感度は小さくなる傾向を示すため、厚さは５μｍ以上とすることが好ましい。
　本発明の赤外線検出モジュールは、
　上述したいずれかの態様の赤外線検出素子と、
　前記焦電基板の裏面側に接着され、該焦電基板と比べて熱膨張係数が小さい第２基板と、
　を備えたものである。
　この赤外線検出モジュールでは、第２基板の熱膨張係数が焦電基板の熱膨張係数よりも小さいことで、焦電基板の熱膨張による変形を第１基板だけでなく第２基板でも抑えることができ、焦電基板の変形をより抑制することができる。
　本発明の赤外線検出モジュールは、前記赤外線検出素子と前記第２基板とを接着して前記裏面電極と該第２基板とを電気的に導通し、前記赤外線検出素子を前記第１基板側から仮想的に透過したときに前記第１基板と少なくとも一部が重なるように位置している導電性接着剤を備えたものとしてもよい。こうすることで、導電性接着剤の熱膨張により焦電基板が押し上げられるときに、導電性接着剤の熱膨張による焦電基板の変形をより抑制できる。この場合において、前記第２基板は、前記第１基板と比べて熱膨張係数が小さいものとしてもよい。
　本発明の赤外線検出モジュールの製造方法は、
　焦電基板と、前記焦電基板の表面に形成された表面電極と、前記表面電極と対向するように該焦電基板の裏面に形成された裏面電極と、前記焦電基板の表面側に接着され前記表面電極に対向する空洞が形成されており、前記焦電基板と比べて熱膨張係数が小さく前記焦電基板の熱膨張係数から該第１基板の熱膨張係数を引いた熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下である第１基板と、を備えた赤外線検出素子を、導電性接着剤を介して第２基板に接着した赤外線検出モジュールの製造方法であって、
（ａ）前記赤外線検出素子を用意する工程と、
（ｂ）前記赤外線検出素子と前記第２基板とを電気的に導通させるように前記焦電基板の裏面側に前記導電性接着剤を介して該第２基板を貼り合わせる工程と、
（ｃ）前記第１基板と前記第２基板との間に荷重を加えて、該第２基板に前記導電性接着剤を介して前記赤外線検出素子を接着する工程と、
　を含み、
　前記工程（ｂ）では、前記赤外線検出素子を前記第１基板側から仮想的に透過したときに該第１基板と少なくとも一部が重なる位置に前記導電性接着剤が位置するように前記貼り合わせを行う、
　ものである。
　この赤外線検出モジュールの製造方法では、焦電基板の裏面側に導電性接着剤を介して第２基板を貼り合わせ、第１基板と第２基板との間に荷重を加えて、第２基板に導電性接着剤を介して赤外線検出素子を接着している。このとき、焦電基板と第２基板との貼り合わせは、赤外線検出素子を第１基板側から仮想的に透過したときに第１基板と少なくとも一部が重なる位置に導電性接着剤が位置するように行っている。そのため、焦電基板のうち導電性接着剤が接着されている部分には荷重がかかるが、この荷重による応力を第１基板で受けることができる。これにより、この応力による焦電基板の変形をより抑制することができる。なお、この赤外線検出モジュールの製造方法により製造された赤外線検出モジュールでは、第１基板が焦電基板と比べて熱膨張係数が小さく、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下となっている。そのため、上述した本発明の赤外線検出素子や赤外線検出モジュールと同様に、焦電基板の熱膨張による変形をより抑制する効果が得られる。この赤外線検出モジュールの製造方法において、上述した赤外線検出素子や赤外線検出モジュールの種々の態様を採用してもよい。
赤外線検出モジュール１０の概略斜視図である。 説明の便宜上、図１における第１基板３６，接着層３７を除いた赤外線検出モジュール１０の概略斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 Ｙオフカット板のカット角の説明図である。 受光部６１，６２の電気的な接続状態を示す回路図である。 赤外線検出素子１５の製造工程を模式的に示す断面図である。 赤外線検出素子１５の製造工程を模式的に示す説明図である。 赤外線検出素子１５の実装工程を模式的に示す断面図である。 シングルタイプの赤外線検出素子２１５を有する変形例の赤外線検出モジュール２１０の断面図である。 実験例２１の赤外線検出モジュール３１０の断面図である。 圧電ノイズの測定の際に行ったヒートサイクルの説明図である。
　図１は本発明の一実施形態である赤外線検出モジュール１０の概略斜視図、図２は説明の便宜上、図１における第１基板３６，接着層３７を除いた赤外線検出モジュール１０の概略斜視図、図３は図１のＡ－Ａ断面図、図４は図３のＢ－Ｂ断面図、図５はＹオフカット板のカット角の説明図である。
　赤外線検出モジュール１０は、２つの受光部６１，６２（図３参照）を備えたデュアルタイプの赤外線検出素子（焦電素子）として構成された赤外線検出素子１５と、赤外線検出素子１５を裏面側から支持する第２基板７０と、赤外線検出素子１５と第２基板７０とを接着して赤外線検出素子１５を第２基板７０に固定する導電性接着剤８１，８２と、を備えている。
　赤外線検出素子１５は、２つの受光部６１，６２を備えたデュアルタイプの赤外線検出素子として構成されている。この赤外線検出素子１５は、焦電基板２０と、焦電基板２０の表面に形成された表面金属層４０と、焦電基板２０の裏面に形成された裏面金属層５０と、焦電基板２０の表面側に接着層３７を介して接着された第１基板３６と、を備えている。
　焦電基板２０は、結晶軸としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有するＬＴ単結晶の基板である。この焦電基板２０は、図５に示すように、ＬＴ単結晶を、基板表面（電極面）に沿った方向と一致するＸ軸の回りに、Ｙ軸からＺ軸方向にカット角θだけ回転させた角度で切り出したＹオフカット板である。このＹオフカット板は、電極面に沿う方向をＸ１，電極面の法線方向をＸ２，Ｘ１とＸ２の両方に直交する軸をＸ３としたとき、Ｘ１はＸ軸と一致し、Ｘ２はＸ軸の回りにＹ軸からＺ軸方向にカット角θだけ回転させた軸であり、Ｘ３はその回転に伴ってＺ軸からカット角θだけ回転させた軸である。カット角θは、０°＜θ＜９０°，９０°＜θ＜１８０°の範囲内で設定されている。ＬＴは、焦電係数が大きく性能指数が高いため、これを焦電基板２０に用いることで、赤外線検出素子１５の高感度化を図ることができる。ＬＴのＹオフカット板を用いることにより、環境温度の変化により発生するポップコーンノイズを抑制できる。また、Ｚカット板よりも大口径のウエハを使用することができ、ウエハ当たりのチップ取数を増やすことが可能となる。なお、カット角θは、３０°以上６０°以下、又は１２０°以上１５０°以下とすることが好ましい。カット角θが６０°以下又は１５０°以下であれば、赤外線検出素子におけるポップコーンノイズの発生をより抑制できる。カット角θが３０°以上又は１２０°以上であれば、Ｓ／Ｎ比の低下をより抑制することができる。焦電基板２０の厚さは、１０μｍ以下（例えば０．１～１０μｍ）であり、好ましくは１～１０μｍ、より好ましくは５～１０μｍである。ＬＴのＹオフカット板である焦電基板２０の厚さを１０μｍ以下とすることで、赤外線検出素子１５のＳ／Ｎ比の低下をより抑制することができる。ＬＴのＹオフカット板である焦電基板２０の厚さを５μｍ以上とすることで、赤外線検出素子１５の電圧感度の低下をより抑制することができる。焦電基板２０の大きさは、例えば縦が０．１～５ｍｍ、横が０．１～５ｍｍである。
　表面金属層４０は、焦電基板２０の表面に形成されており、平面視で縦長の長方形に形成された２つの表面電極４１，４２と、表面電極４１及び表面電極４２を導通し平面視で横長の長方形に形成された表電極リード部４６とを備えている。この表面金属層４０の材料としては、例えばニッケルやクロム，金などの金属が挙げられ、赤外線吸収率が高いほど好ましく、金黒でもよい。表面金属層４０の厚さは、特に限定するものではないが、例えば０．０１～０．２μｍである。また、表面金属層４０は、焦電基板２０の表面上にクロムからなる金属層を形成し、さらにその上にニッケルからなる金属層を形成した２層構造であってもよい。
　裏面金属層５０は、焦電基板２０の裏面に形成されており、平面視で縦長の長方形に形成された２つの裏面電極５１，５２と、裏面電極５１と導通し平面視で正方形に形成された裏電極リード部５６と、裏面電極５２と導通し平面視で正方形に形成された裏電極リード部５７とを備えている。この裏面金属層５０の材料や厚さとしては、上述した表面金属層４０と同様のものを用いることができる。裏面電極５１は、表面電極４１と対向するように焦電基板２０の裏面に形成されており、裏面電極５２は、表面電極４２と対向するように焦電基板２０の裏面に形成されている。裏電極リード部５６，５７は、赤外線検出素子１５を第１基板側３６から仮想的に透過したときに第１基板３６と少なくとも一部が重なるように位置している（図４参照）。言い換えると、裏電極リード部５６，５７の少なくとも一部が、図３における第１基板３６の真下に形成されている。なお、図４では、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときの裏面金属層５０，導電性接着剤８１，８２の位置を波線で示している。
　受光部６１は、一対の電極（表面電極４１及び裏面電極５１）と、焦電基板２０のうち表面電極４１と裏面電極５１とに挟まれた部分である受光領域２１とで形成されたものである。同様に、受光部６２は、一対の電極（表面電極４２及び裏面電極５２）と、焦電基板２０のうち表面電極４２と裏面電極５２とに挟まれた部分である受光領域２２とで形成されたものである。受光部６１，６２は、表面電極４１，４２側が赤外線の照射を受ける受光面として形成されている。この受光部６１，６２では、赤外線の照射による温度変化が生じると、一対の電極間の電圧が変化する。例えば、受光部６１に赤外線が照射されると、表面電極４１及び受光領域２１が赤外線を吸収して温度変化が生じる。そして、これによる受光領域２１の自発分極の変化が、表面電極４１と裏面電極５１との間の電圧の変化として現れるようになっている。
　第１基板３６は、表面電極４１，４２に対向する矩形の空洞３８が内部に形成されており、この空洞３８を四角く囲う枠形状に形成された部材である。この第１基板３６は、この空洞３８によって受光部６１，６２の受光面である表面電極４１，４２を避けるように形成され、表面電極４１，４２の周辺を四角く囲っている。この第１基板３６の材料としては、例えば、ガラスや酸化マグネシウム，水晶が挙げられる。第１基板３６は、特に限定するものではないが、例えば、縦が０．１～５ｍｍ、横が０．１～５ｍｍ、厚さが０．１５～５ｍｍである。接着層３７は、第１基板３６と焦電基板２０とを接着するものである。接着層３７の材料としては、例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤を固化させたものが挙げられる。接着層３７の厚さは、特に限定するものではないが、例えば、０．１～１μｍである。なお、接着層３７を用いず、陽極接合などの直接接合法を用いて焦電基板２０と第１基板３６とを接着してもよい。第１基板３６，接着層３７は、いずれも焦電基板２０と比べて熱伝導率が低い材料であることが好ましい。
　第１基板３６は、焦電基板２０と比べて熱膨張係数が小さく、焦電基板２０の熱膨張係数から第１基板３６の熱膨張係数を引いた熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下である。第１基板３６が焦電基板２０と比べて熱膨張係数が小さいことで、焦電基板２０の熱膨張による変形を第１基板３６で抑制できる。また、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下であることで、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差が大きくなりすぎず、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差による赤外線検出素子１５の変形を抑制できる。この場合において、熱膨張係数差Ｄは、８．３ｐｐｍ／Ｋ以下とすることが好ましく、８ｐｐｍ／Ｋ以下とすることがより好ましい。熱膨張係数差Ｄは、５ｐｐｍ／Ｋ以上としてもよい。なお、焦電基板２０がＬＴのＹオフカット板である場合は、第１基板３６の熱膨張係数は１７ｐｐｍ／Ｋ程度であるため、第１基板３６を、熱膨張係数が８．１ｐｐｍ／Ｋ以上とすれば、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下となる。また、第１基板３６の熱膨張係数は、８．７ｐｐｍ／Ｋ以上とすることが好ましく、９ｐｐｍ／Ｋ以上とすることがより好ましい。また、第１基板３６の熱膨張係数は１２ｐｐｍ／Ｋ以下であるものとしてもよい。
　第２基板７０は、焦電基板２０の裏面側に接着されており、赤外線検出素子１５を焦電基板２０の裏面側から支持するものである。第２基板７０の材料としては、例えば、シリコンやアルミナが挙げられる。第２基板７０は、特に限定するものではないが、例えば、縦が１～２０ｍｍ、横が１～２０ｍｍ、厚さが０．１～２ｍｍである。この第２基板７０には、焦電基板２０側の面に図示しない電気配線がなされた回路基板として構成されている。この電気配線は、導電性接着剤８１，導電性接着剤８２と導通している。なお、第２基板７０は、熱膨張係数が焦電基板２０及び第１基板３６の熱膨張係数よりも小さいものとすることが好ましい。第２基板７０の熱膨張係数が焦電基板２０の熱膨張係数よりも小さいことで、焦電基板２０の熱膨張による変形を第１基板３６だけでなく第２基板７０でも抑えることができる。また、第２基板７０の熱膨張係数が第１基板３６の熱膨張係数よりも小さいことで、焦電基板２０の変形をより抑制できる。これは、第２基板７０が導電性接着剤８１，８２を介して焦電基板２０と接着されている分だけ、第１基板３６と比べて第２基板７０の方が焦電基板２０の変形を抑制する効果が小さくなりやすいためと考えられる。すなわち、第１基板３６よりも第２基板７０の熱膨張係数を小さくした方が、第１基板３６と第２基板７０との焦電基板２０の変形を抑制する効果のバランスが取りやすくなると考えられる。
　導電性接着剤８１，８２は、焦電基板２０の裏面側と第２基板７０とを接着して赤外線検出素子１５を第２基板７０に固定すると共に裏面電極５１，５２と第２基板７０の電気配線とを電気的に導通するものである。具体的には、導電性接着剤８１は第２基板７０の電気配線と裏電極リード部５６とを接着してこれらを電気的に導通しており、導電性接着剤８２は第２基板７０の電気配線と裏電極リード部５７とを接着してこれらを電気的に導通している。導電性接着剤８１，８２の材料としては、例えば、エポキシ系やウレタン系の樹脂に銀などの金属又は炭素等を添加したものが挙げられる。導電性接着剤８１，８２は、特に限定するものではないが、例えば直径０．１～０．５ｍｍ，厚さが１０～１００μｍである。
　この導電性接着剤８１，８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なるように位置している（図４参照）。言い換えると、導電性接着剤８１，８２の少なくとも一部が、図３において第１基板３６の真下に形成されている。さらに、導電性接着剤８１，８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６からはみ出す部分がないように位置している。また、導電性接着剤８１は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに裏電極リード部５６と重なるように位置しており、導電性接着剤８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに裏電極リード部５７と重なるように位置している。これにより、裏電極リード部５６，５７及び導電性接着剤８１，８２を介して、裏面電極５１と第２基板７０との間や裏面電極５２と第２基板７０との間をより確実に導通させることができる。
　続いて、こうして構成された赤外線検出モジュール１０の動作について説明する。図６は、受光部６１，６２の電気的な接続状態を示す回路図である。図示するように、赤外線検出素子１５の受光部６１，６２は、表面電極４１，４２が表電極リード部４６によって接続されることで、直列に接続されている。そして、この直列接続された回路の両端である裏面電極５１，５２間の電圧が、裏電極リード部５６，５７を介して導電性接着剤８１，８２間の電圧として第２基板７０に取り出せるようになっている。なお、本実施形態では、受光領域２１，２２の自発分極の向きは、図６においては互いに逆方向（図３においては同方向）になっている。この赤外線検出素子１５において、焦電基板２０は焦電体であるため、平常時であっても受光領域２１，２２には常に自発分極が起きている。しかし、受光部６１，６２が空気中の浮遊電荷を吸着して自発分極と電気的に釣り合うため受光領域２１，２２ともに見かけ上の電荷はゼロとなる。そのため、平常時には表面電極４１と裏面電極５１との間や表面電極４２と裏面電極５２との間には電圧が生じず、導電性接着剤８１，８２間には電圧は生じない。また、赤外線検出素子１５を取り囲む雰囲気の赤外線量の変化（例えば周囲の温度の変化）により受光領域２１，２２の温度が共に同じように変化した場合には、受光領域２１，２２の自発分極がいずれも変化して電荷の偏りが生じ、表面電極４１と裏面電極５１との間や表面電極４２と裏面電極５２との間に同じ大きさの電圧が生じる。しかし、受光領域２１，２２の自発分極の向きは図６に示すように逆方向になっているため、両者の電圧は打ち消し合い、導電性接着剤８１，８２間にはやはり電圧が生じない。このように、赤外線検出素子１５は自発分極の向きが逆向きに直列接続されるように受光部６１，６２を接続したデュアルタイプの素子であるため、平常時だけでなく赤外線検出素子１５を取り囲む雰囲気の赤外線量の変化時にも導電性接着剤８１，８２間に電圧は生じず、ノイズで誤動作しにくい構成となっている。一方、例えば人が赤外線検出素子１５の付近を横切る場合など、受光部６１，６２に照射される赤外線の量が均等でなくなる場合には、受光領域２１，２２の温度変化が異なる大きさとなる。そのため、この温度変化により表面電極４１と裏面電極５１との間に生じる電圧と表面電極４２と裏面電極５２との間に生じる電圧とが異なる値となって完全には打ち消し合わず、導電性接着剤８１，８２間には電圧が生じる。これにより、赤外線検出モジュール１０は人体検知や火災検知などを行う赤外線検出装置として用いることができる。なお、赤外線検出素子１５を赤外線検出装置として用いる場合には、例えば、裏電極リード部５６，５７とインピーダンス変換用のＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）とを接続して裏電極リード部５６，５７間の電圧を取り出しやすくすることができる。また、表面電極４１，４２を金黒からなる赤外線吸収層で覆って赤外線の吸収効率を高めたり、波長フィルターを設けて特定の波長の光のみが受光部２１，２２に到達するようにすることでノイズによる誤動作を防止したりすることができる。
　次に、こうした赤外線検出モジュール１０の製造方法について説明する。まず、赤外線検出素子１５の製造方法について説明する。図７は、赤外線検出素子１５の製造工程を模式的に示す断面図であり、図８は、赤外線検出素子１５の製造工程を模式的に示す説明図である。まず、焦電基板２０となる平坦な焦電基板１２０を用意する（図７（ａ））。この焦電基板１２０は、例えばオリエンテーションフラット（ＯＦ）を有し、焦電基板２０を複数切り出すことができる大きさのウエハーである。焦電基板１２０の材料としては上述したものを用いることができる。焦電基板１２０の大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径が５０～１００ｍｍ、厚さが２００μｍ～１ｍｍとすることができる。
　続いて、焦電基板１２０の表面に表面金属層４０となる表面金属層１４０を形成する（図７（ｂ），図８（ａ））。表面金属層１４０は、焦電基板１２０の表面に表面金属層４０となるパターンを複数形成したものである。表面金属層１４０の材料としては上述したものを用いることができる。表面金属層１４０の厚さは、特に限定するものではないが、例えば０．０１～０．２μｍである。表面金属層１４０の形成は、例えば焦電基板１２０のうち表面金属層１４０を形成する部分以外をメタルマスクでカバーし、真空蒸着により行うことができる。また、他にスパッタリングやフォトリソグラフィ，スクリーン印刷を用いて表面金属層１４０を形成してもよい。
　続いて、第１基板３６となる第１基板１３６を焦電基板１２０の表面に接着層１３７を介して接着する（図７（ｃ），図８（ｂ））。この第１基板１３６は、オリエンテーションフラット（ＯＦ）を有し、第１基板３６を複数切り出すことができる大きさのウエハーである。第１基板１３６の材料や厚さは上述したものを用いることができる。第１基板１３６の大きさは、特に限定するものではないが、例えば直径が５０～１００ｍｍとすることができる。この第１基板１３６には、例えばウォータージェット法により予め多数の矩形穴１３８を形成しておく（図８（ａ）参照）。なお、第１基板１３６は、ダイシング後に第１基板３６となるものであり、矩形穴１３８は、ダイシング後に空洞３８となるものである。接着層１３７は、上述した接着層３７となるものであり、接着層１３７の材料は上述したものを用いることができる。焦電基板１２０と第１基板１３６との接着は例えば以下のように行う。まず、焦電基板１２０の表面金属層１４０を形成した側の面全体に接着層１３７を塗布し、接着層１３７の矩形穴１３８が表面金属層１４０上に位置するように位置合わせを行い、焦電基板１２０と第１基板１３６とを貼り合わせる。そして、接着層１３７を硬化させた後、接着層１３７のうち矩形穴１３８内に露出した部分を、例えばＡｒイオンを使用したスパッタリングにより除去する。これにより、第１基板１３６を焦電基板１２０の表面に接着層１３７を介して接着した複合体１１５が得られる。
　次に、複合体１１５のうち焦電基板１２０が所定の厚さになるまで焦電基板１２０の裏面を研磨し、その後、焦電基板１２０の裏面に裏面金属層５０となる裏面金属層１５０を形成する（図７（ｄ））。裏面金属層１５０は、焦電基板１２０の裏面に裏面金属層５０となるパターンを複数形成したものである。裏面金属層１５０の形成は、表面金属層１４０のうち表面電極４１，４２となる部分がそれぞれ裏面電極５１，５２となる部分と対をなすように行う。裏面金属層１５０の材料としては上述したものを用いることができる。裏面金属層１５０の厚さは、特に限定するものではないが、例えば０．０１～０．２μｍである。裏面金属層１５０の形成は、表面金属層１４０と同様の方法で行うことができる。これにより、複合体１１０は、多数の赤外線検出素子１５の集合体となる。
　そして、裏面金属層１５０を形成した複合体１１０から１つ１つの赤外線検出素子１５を切り出す（図７（ｅ），図８（ｃ））。これにより、図１～４に示した赤外線検出素子１５が複数得られる。図８（ｃ）の一点鎖線は、ダイシング時のカット線を示す。
　続いて、赤外線検出素子１５を第２基板７０に実装する工程について説明する。図９は、赤外線検出素子１５の実装工程を模式的に示す断面図である。上述した工程で赤外線検出素子１５を用意すると、まず、裏電極リード部５６，５７と電気的に導通するように赤外線検出素子１５の焦電基板２０の裏面側に導電性接着剤１８１，１８２を塗布する（図９（ａ））。導電性接着剤１８１，１８２は、上述した導電性接着剤８１，８２となるものであり、導電性接着剤１８１，１８２の材料は上述したものを用いることができる。なお、導電性接着剤１８１，１８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なる位置に塗布する。具体的には、導電性接着剤１８１は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び裏電極リード部５６と重なる位置に塗布する。導電性接着剤１８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び裏電極リード部５７と重なる位置に塗布する。
　続いて、第２基板７０を用意し、裏電極リード部５６，５７と第２基板７０とを電気的に導通させるように焦電基板２０の裏面側に導電性接着剤１８１，１８２を介して第２基板７０を貼り合わせる（図９（ｂ））。なお、第２基板７０には、あらかじ導電性接着剤１８１，１８２と導通するように電気配線を形成しておく。
　そして、第１基板３６と第２基板７０との間に荷重を加え、導電性接着剤１８１，１８２を硬化させて導電性接着剤８１，８２とする（図９（ｃ））。これにより、第２基板７０に導電性接着剤８１，８２を介して赤外線検出素子１５が接着され、図１～４に示した赤外線検出モジュール１０が得られる。なお、第１基板３６と第２基板７０との間に加える荷重により、導電性接着剤８１，８２は導電性接着剤１８１，１８２よりも焦電基板２０の表面方向（図９の左右方向）に広がる。そのため、広がった後の状態で赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに導電性接着剤８１，８２が第１基板３６からはみ出すことのないように考慮して、導電性接着剤１８１，１８２の塗布を行う。
　ここで、第１基板３６と第２基板７０との間に荷重を加える際には、焦電基板２０のうち導電性接着剤１８１，１８２が塗布されている部分には荷重による応力がかかる。また、導電性接着剤１８１，１８２を硬化させる際には、導電性接着剤１８１，１８２が収縮することにより応力がかかる場合がある。本実施形態では、導電性接着剤１８１，１８２が、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なるように位置しているため、これらの応力を第１基板３６で受けることができる。これにより、製造時の焦電基板２０の変形をより抑制することができる。
　以上詳述した赤外線検出素子１５では、焦電基板２０の表面側に第１基板３６が接着されている。そして、第１基板３６が焦電基板２０と比べて熱膨張係数が小さいことで、焦電基板２０の熱膨張による変形を第１基板３６で抑制できる。また、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下であることで、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差が大きくなりすぎず、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差による赤外線検出素子１５の変形を抑制できる。これらにより、焦電基板の変形をより抑制することができる。
　また、第１基板３６は、表面電極４１，４２に対向する空洞３８が形成されており、表面電極４１，４２の周辺を囲む枠形状に形成されている。そのため、第１基板が表面電極の周辺を完全には囲んでいないような形状である場合に比べて、第１基板３６によって焦電基板２０の変形を抑制する効果が高まる。
　また、焦電基板２０の厚さが１０μｍ以下であり、厚さを薄くすると焦電基板２０は変形しやすくなるため、第１基板を焦電基板と比べて熱膨張係数が小さくし且つ熱膨張係数差Ｄを８．９ｐｐｍ／Ｋ以下として焦電基板２０の変形をより抑制する意義が高い。
　また、焦電基板２０は、焦電係数が大きく性能指数が高いＬＴからなるものであるため、赤外線検出素子１５の高感度化を図ることができる。さらに、焦電基板２０は、ＬＴのＹオフカット板であるため、環境温度の変化により発生するポップコーンノイズを抑制できる。また、Ｚカット板よりも大口径のウエハーを焦電基板１２０として使用することができ、ウエハー１枚あたりのチップ取数（切り出すことのできる焦電基板２０の数）を増やすことが可能となる。
　また、赤外線検出モジュール１０では、赤外線検出素子１５と第２基板７０とを接着する導電性接着剤８１，８２が、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なるように位置している。こうすることで、導電性接着剤８１，８２の熱膨張により焦電基板が押し上げられるときに、導電性接着剤の熱膨張による焦電基板の変形をより抑制できる。
　また、赤外線検出モジュール１０は、焦電基板２０の裏面に形成されて裏面電極５１，５２と電気的に導通し、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なるように位置している裏電極リード部５６，５７を備えている。そして、導電性接着剤８１，８２は、裏電極リード部５６，５７と第２基板７０とを接着して裏電極リード部５６，５７と第２基板７０とを電気的に導通している。そのため、導電性接着剤８１，８２と裏面電極５１，５２とをより確実に導通させることができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることは言うまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、導電性接着剤８１，８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６からはみ出す部分がないものとしたが、導電性接着剤８１，８２の少なくとも一部が、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なるように位置していればよく、導電性接着剤８１，８２の一部が第１基板３６からはみ出しているものとしてもよい。
　上述した実施形態では、第１基板３６は、内部に矩形の空洞３８を有しこの空洞３８を四角く囲う枠形状に形成された部材としたが、表面電極４１，４２に対向する空洞が形成されていれば第１基板３６をどのような形状としてもよい。例えば、空洞３８が丸い形状であるものとしてもよいし、空洞３８が第１基板３６に完全には囲われておらず、一部が赤外線検出素子１５の外周に面していてもよい。また、空洞３８が表面電極４１，４２の全体と対向している必要はなく、表面電極４１，４２の一部と対向していればよい。
　上述した実施形態では、焦電基板２０の裏面側に導電性接着剤１８１，１８２を塗布してから焦電基板２０と第２基板７０とを貼り合わせるものとしたが、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なる位置に導電性接着剤１８１，１８２が位置するように貼り合わせを行うものとすれば、これに限られない。例えば、第２基板７０のうち焦電基板２０と貼り合わせを行う側の面に導電性接着剤１８１，１８２を塗布してから、焦電基板２０と第２基板７０とを貼り合わせてもよい。
　上述した実施形態では、焦電基板２０の厚さは１０μｍ以下としたが、焦電基板２０の厚さが１０μｍを超えていてもよい。
　上述した実施形態では、焦電基板２０はＬＴのＹオフカット板であるものとしたが、例えばＬＴのＺ板など、Ｙオフカット板以外のＬＴを焦電基板２０に用いてもよい。また、焦電基板２０はＬＴに限らず焦電体であればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛などの強誘電体セラミックスであってもよい。
　上述した実施形態では、導電性接着剤８１は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに裏電極リード部５６と重なるように位置しており、導電性接着剤８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに裏電極リード部５７と重なるように位置しているものとしたが、これに限られない。例えば、導電性接着剤８１と裏電極リード部５６とが重ならないように位置していてもよい。また、導電性接着剤８２と電極リード部５７とが重ならないように位置していてもよい。あるいは、裏電極リード部５６，５７を備えないものとしてもよい。この場合、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに裏面電極５１，５２の一部が第１基板と重なるように位置しているものとして、導電性接着剤８１と裏面電極５１とが直接導通し、導電性接着剤８２と裏面電極５２とが直接導通していてもよい。
　上述した実施形態では、焦電基板１２０の表面に表面金属層４０となる表面金属層１４０を一体形成するものとしたが、表面金属層４１，４２と表電極リード部４６とを別々に形成しても良い。同様に、上述した実施形態では、焦電基板１２０の裏面に裏面金属層５０となる裏面金属層１５０を一体形成するものとしたが、裏面金属層５１，５２と裏電極リード部５６，５７とを別々に形成しても良い。例えば、裏電極リード部５６，５７については、１つ１つの赤外線検出素子を切り出したあとに形成してもよい。
　上述した実施形態では、赤外線検出素子１５はデュアルタイプとしたが、赤外線検出素子１５を表面電極及び裏面電極が１つずつ形成されたシングルタイプや表面電極及び裏面電極が４つずつ形成されたクワッドタイプとしてもよい。図１０は、シングルタイプの赤外線検出素子２１５を有する変形例の赤外線検出モジュール２１０の断面図である。なお、図１０において、図３の赤外線検出モジュール１０と同じ構成要素については同一の符合を付して、説明を省略する。赤外線検出モジュール２１０は、赤外線検出素子２１５を備えている。この赤外線検出素子２１５は、焦電基板２０と、焦電基板２０の表面に形成された表面金属層２４０と、焦電基板２０の裏面に形成された裏面金属層２５０と、焦電基板２０の側面に形成された側面金属層２９０と、焦電基板２０の表面側に接着層２３７を介して接着された第１基板３６と、を備えている。表面金属層２４０は、表面電極２４１と、表電極リード部２４６とを有している。表面電極２４１は空洞３８内に形成されており、第１基板３６は表面電極２４１を避けるように形成されている。表電極リード部２４６は、一部が図１０における第１基板３６の直下に形成され、表面電極２４１及び側面金属層２９０と導通している。裏面金属層２５０は、表面電極２４１と対向する裏面電極２５１と、裏電極リード部２５６，表電極リード部２５７と、を有している。裏電極リード部２５６は、裏面電極２５１と導通しており、赤外線検出素子２１５を第１基板側３６から仮想的に透過したときに第１基板３６と裏電極リード部２５６の少なくとも一部とが重なるように位置している。表電極リード部２５７は、裏面電極２５１とは導通せず、側面金属層２９０と導通している。表電極リード部２５７は、赤外線検出素子２１５を第１基板側３６から仮想的に透過したときに第１基板３６と少なくとも一部が重なるように位置している。側面金属層２９０は、表電極リード部２４６及び表電極リード部２５７と導通しており、これにより表面電極２４１と表電極リード部２５７とが導通している。また、表面電極２４１と、裏面電極２５１と、焦電基板２０のうち表面電極２４１と裏面電極２５１とに挟まれた部分である受光領域２２１とで受光部２６１が形成されている。そして、導電性接着剤８１は、裏電極リード部２５６と導通しており、赤外線検出素子２１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び裏電極リード部２５６と重なるように位置している。導電性接着剤８２は、表電極リード部２５７と導通しており、赤外線検出素子２１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び表電極リード部２５７と重なるように位置している。表面電極２４１及び裏面電極２５１は、例えば長方形に形成され、表電極リード部２４６，２５７、裏電極リード部２５６は、例えば正方形に形成されている。こうして構成された赤外線検出モジュール２１０では、表面電極２４１と裏面電極２５１との間の電圧を、表電極リード部２４６，２５７、裏電極リード部２５６及び側面金属層２９０を介して導電性接着剤８１，８２間の電圧として第２基板７０に取り出すことができる。この赤外線検出モジュール２１０においても、上述した実施形態と同様に焦電基板２０の変形をより抑制することができる。なお、赤外線検出モジュール２１０は、表面金属層２４０及び裏面金属層２５０の形成パターンが異なるが、上述した赤外線検出モジュール１０と同様の方法で製造することができる。また、側面金属層２９０の形成は、図７（ｅ）と同様に１つ１つの赤外線検出素子２１５を切り出したあとで、表面金属層や裏面金属層と同様の方法で行えばよい。なお、シングルタイプやクワッドタイプの赤外線検出素子における表面電極及び裏面電極の形状については、例えば特開平２００６－２０３００９号公報に記載されている。また、クワッドタイプでは裏面電極の数に応じて導電性接着剤を４つとするなどとしてもよく、導電性接着剤の数は２つに限られない。
［実験例１］
　実験例１として、本実施形態の赤外線検出モジュール１０を上述した方法を用いて作製した。
　まず、ＯＦ部を有し、直径４インチ，厚さが３５０μｍのＬＴ基板である焦電基板１２０（熱膨張係数は１７ｐｐｍ／Ｋ）を用意した（図７（ａ））。焦電基板１２０は４８°Ｙオフカット板（カット角θ＝４８°）を用いた。この焦電基板１２０は、ダイシング後に焦電基板２０となるものである。続いて、この焦電基板１２０の表面にニッケル及びクロムからなる表面金属層１４０を多数形成した（図７（ｂ），図８（ａ））。表面金属層１４０の形成は、焦電基板１２０のうち表面金属層１４０を形成する部分以外をメタルマスクでカバーし、真空蒸着により行った。なお、真空蒸着は、まずクロムを５Å／ｓの成膜レートで厚さ０．０２μｍとなるまで行い、続いてニッケルを１０Å／ｓの成膜レートで厚さ０．１μｍとなるまで行った。真空蒸着による成膜時の圧力は２．７×１０-4Ｐａ，焦電基板１２０の温度は約１００℃であった。これにより、厚さ０．１２μｍの表面金属層１４０を形成した。なお、表面金属層１４０のパターンは、ダイシング後に図１，２，４に示した形状の表面金属層４０となるように形成した。具体的には、表面電極４１，４２となる部分が縦２ｍｍ，横０．５ｍｍ、表電極リード部４６となる部分が縦０．１ｍｍ，横０．５ｍｍの大きさとなるように形成した。
　続いて、ＯＦ部を有し、直径４インチ，厚さが５００μｍのガラス基板である第１基板１３６（熱膨張係数は１２ｐｐｍ／Ｋ）を用意し、縦２．１ｍｍ，横２．１ｍｍの矩形穴１３８をウォータージェット法により多数形成した（図８（ａ）参照）。なお、第１基板１３６は、ダイシング後に第１基板３６となるものであり、矩形穴１３８は、ダイシング後に空洞３８となるものである。
　次に、焦電基板１２０の表面にエポキシ接着剤を１μｍ塗布し、第１基板１３６の各矩形穴１３８の中に各表面電極４１，４２となる部分が入るようにアライメントし、貼り合わせた。そして、プレス圧着によりエポキシ接着剤の厚さを０．１μｍとし、第１基板１３６と貼り合わせた焦電基板１２０を２００℃で１時間放置してエポキシ接着剤を硬化させて接着層１３７を形成した（図７（ｃ），図８（ｂ））。接着層１３７は、ダイシング後に接着層３７になるものである。その後、Ａｒイオンを使用したスパッタリングにより表面金属層１４０のうち表面電極４１，４１となる部分に付着したエポキシ接着剤を含め、矩形穴１３８内のエポキシ接着剤を除去した。
　そして、得られた複合体を上下逆にし、第１基板１３６を炭化珪素で作成した研磨治具に接着固定し、焦電基板１２０のうち第１基板１３６を貼り合わせていない面を固定砥粒の研削機で研削加工し、焦電基板１２０の厚みを５０μｍまで薄くした。さらに、その面をダイヤモンド砥粒で研磨加工し、厚みを１２μｍまで薄くした。その後、その面を遊離砥粒及び不織布系研磨パットを用いて仕上げ研磨を行い、焦電基板１２０の厚みが１０μｍとなるまで研磨した。なお、仕上げ研磨は、ダイヤモンド砥粒による研磨加工で焦電基板１２０に生じた加工変質層を除去するために行った。
　このようにして焦電基板１２０を研磨した後、焦電基板１２０の裏面（表面金属層１４０が形成されていない面）に裏面金属層１５０を多数形成した（図７（ｄ））。この工程は、表面金属層１４０の形成と同様の材料及び条件で行った。なお、裏面金属層１５０のパターンは、ダイシング後に図１～４に示した形状の裏面面金属層５０となるように形成した。具体的には、裏面電極５１，５２となる部分が縦２ｍｍ，横０．５ｍｍ、裏電極リード部５６，５７となる部分が縦０．５ｍｍ，横０．５ｍｍの大きさとなるように形成した。そして、裏面金属層１５０を形成した複合体１１０から縦２．５ｍｍ×横２．５ｍｍの赤外線検出素子１５をダイシングにより切り出した（図７（ｅ），図８（ｃ））。
　続いて、裏面電極４０と電気的に導通するように赤外線検出素子１５の焦電基板２０の裏面側に、エポキシ系接着剤に銀粒子が分散している導電性接着剤１８１，１８２を塗布した（図９（ａ））。この塗布は、導電性接着剤１８１，１８２が、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６と重なる位置に行った。具体的には、導電性接着剤１８１は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び裏電極リード部５６と重なる位置に塗布した。導電性接着剤１８２は、赤外線検出素子１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに第１基板３６及び裏電極リード部５７と重なる位置に塗布した。
　続いて、第２基板７０として、シリコン基板（熱膨張係数は３ｐｐｍ／Ｋ）上に電気配線を施した回路基板を用意し、裏電極リード部５６，５７と第２基板７０とを電気的に導通させるように焦電基板２０の裏面側に導電性接着剤１８１，１８２を介して第２基板７０を貼り合わせた（図９（ｂ））。なお、貼り合わせの際には、第２基板７０の電気配線上に導電性接着剤１８１，１８２が位置するようにアライメントした。その後、第１基板３６と第２基板７０との間に１ｋｇｆ程度の荷重をかけて第２基板７０と赤外線検出素子１５とを固定し、この状態で１００℃で１時間放置して導電性接着剤１８１，１８２を硬化させて、第２基板７０に導電性接着剤８１，８２を介して赤外線検出素子１５を接着した（図９（ｃ））。これにより、図１～４に示した形態の赤外線検出モジュール１０を得た。
［実験例２～１０］
　第１基板３６となるガラス基板の熱膨張係数が実験例１と異なる点以外は、実験例１と同様にして、実験例２～１０の赤外線検出モジュール１０を作製した。
［実験例１１］
　第２基板７０として、アルミナ基板（熱膨張係数：７ｐｐｍ／Ｋ）上に電気配線を施した回路基板を用いた以外は実験例１と同様にして、実験例１１の赤外線検出モジュール１０を作製した。
［実験例１２～２０］
　第１基板３６となるガラス基板の熱膨張係数が実験例１１と異なる点以外は実験例１１と同様にして、実験例１２～２０の赤外線検出モジュール１０を作製した。
［実験例２１］
　実験例２１として、導電性接着剤が、赤外線検出素子を第１基板側から仮想的に透過したときに第１基板と重ならないように位置している赤外線検出モジュールを作製した。この実験例２１の赤外線検出モジュール３１０の断面図を図１１に示す。図１１において、上述した赤外線検出モジュール１０と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。この赤外線検出モジュール３１０の赤外線検出素子３１５では、焦電基板２０の裏面に形成された裏面金属層が裏面電極５１，裏面電極５２のみであり、裏電極リード部５６，５７が形成されていない。そして、導電性接着剤３８１は裏面電極５１と第２基板７０とを直接導通し、導電性接着剤３８２は裏面電極５２と第２基板７０とを直接導通している。そして、赤外線検出素子３１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに、導電性接着剤３８１は裏面電極５１と重なるように位置し、導電性接着剤３８２は裏面電極５２と重なるように位置している。そのため、赤外線検出素子３１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに、導電性接着剤３８１，３８２はいずれも第１基板３６と重ならないように位置している。
　この実験例２１の赤外線検出モジュール３１０を、実験例１と同様の工程により製造した。すなわち、裏面金属層の形成パターンと、導電性接着剤を塗布する位置とが異なる点以外は、実験例１と同様にして赤外線検出モジュール３１０を製造した。
［実験例２２］
　第２基板７０として、アルミナ基板（熱膨張係数：７ｐｐｍ／Ｋ）上に電気配線を施した回路基板を用いた以外は実験例２１と同様にして、実験例２２の赤外線検出モジュール３１０を作製した。
［実験例２３］
　第１基板３６となるガラス基板の熱膨張係数が実験例２１と異なる点以外は、実験例２１と同様にして、実験例２３の赤外線検出モジュール３１０を作製した。
　実験例１～２３における第１基板３６の熱膨張係数，熱膨張係数差Ｄ，第２基板７０の材質，第２基板７０の熱膨張係数を表１にまとめて示す。なお、実験例１～５，１１～１５，２１～２３が本発明の実施例に相当し、それ以外が比較例に相当する。
［評価試験１］
　実験例１～２３の赤外線検出モジュールについて、圧電ノイズの発生有無を測定した。なお、圧電ノイズとは、熱応力によって焦電基板２０が変形することによる焦電基板２０の圧電効果によって発生する電圧である。測定は、各赤外線検出モジュールに対して、ヒートサイクル試験を行うことにより行った。ヒートサイクル試験は、次のような手順で行った。各赤外線検出モジュールを環境試験器に収容し、環境試験器内の温度を－１０～８０℃まで周期的に変化させた。具体的には、図１２に示すように温度を変化させ、これを１サイクルとして、計１００サイクルの試験を行った。そして、その間に圧電ノイズが発生したか否かを測定した。なお、各実験例について赤外線検出モジュールを１０個ずつ用意し、１０個のうち圧電ノイズが発生した個数を調べた。
　評価試験１の結果を表１に示す。表１からわかるように、第１基板が焦電基板と比べて熱膨張係数が小さく、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下、より具体的には熱膨張係数差Ｄが５ｐｐｍ／Ｋ以上８．９ｐｐｍ／Ｋ以下（＝第１基板３６の熱膨張係数が８．１ｐｐｍ／Ｋ以上１２ｐｐｍ／Ｋ以下）である実験例のうち、実験例１～５，１１～１５においては圧電ノイズが発生しておらず、実験例２１～２３においては圧電ノイズが発生したのは１個であった。一方、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ超過である実験例６～１０，１６～２０については、実験例１～５，１１～１５，２１～２３と比べて圧電ノイズが発生した個数が多く、熱膨張係数差Ｄが大きいほど圧電ノイズが発生した個数が多くなる傾向がみられた。これらの結果から、第１基板が焦電基板と比べて熱膨張係数が小さく、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下であることで、熱膨張による焦電基板２０の変形をより抑制できることがわかった。なお、熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ超過（＝第１基板３６の熱膨張係数が８．１ｐｐｍ／Ｋ未満）であるときに圧電ノイズが発生しやすいのは、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差が大きくなりすぎ、第１基板３６と焦電基板２０との熱膨張係数差によって焦電基板２０及び赤外線検出素子１５に反りなどの変形が生じるためと考えられる。
　また、実験例２１～２３に比べて実験例１～５，１１～１５の方が圧電ノイズ発生数が少ないのは、以下のような理由によると考えられる。すなわち、実験例２１～２３では、赤外線検出素子３１５を第１基板３６側から仮想的に透過したときに、導電性接着剤３８１，３８２はいずれも第１基板３６と重ならないように位置している。そのため、導電性接着剤３８１，３８２の熱膨張により焦電基板２０が押し上げられるときに、実験例１と比べて焦電基板２０が変形して圧電ノイズが生じやすいと考えられる。実験例１～５，１１～１５では、導電性接着剤の真上に第１基板３６が存在することで、導電性接着剤の熱膨張による焦電基板２０の変形をより抑制できると考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、図１０に示した変形例の赤外線検出モジュール２１０の構成において、第１基板３６及び第２基板７０の材質及び熱膨張係数を実験例１～２０と同様にした赤外線検出モジュールを作製し、上記評価試験と同等の試験を実施したが、結果は表１の実験例１～２０と同じであった。
　本出願は、２０１１年１２月５日に出願された日本国特許出願第２０１１－２６５８３２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、例えば人体検知センサーなどのセキュリティー用や、火災検知センサーなどのガス検知用に用いられる、赤外線検出装置に利用可能である。
　１０，２１０，３１０　赤外線検出モジュール、１５，２１５，３１５　赤外線検出素子，２０，１２０　焦電基板、２１，２２，２２１　受光領域、３６，１３６　第１基板、３７，１３７，２３７　接着層、３８　空洞、４０，１４０，２４０　表面金属層、４１，４２，２４１　表面電極、４６，２４６，２５７　表電極リード部、５６，５７，２５６　裏電極リード部、５０，１５０，２５０　裏面金属層、５１，５２，２５１　裏面電極、６１，６２，２６１　受光部、７０　第２基板、８１，８２，１８１，１８２，３８１，３８２　導電性接着剤、１１０，１１５　複合体、１３８　矩形穴、２９０　側面金属層。

Claims (7)

  1. 　焦電基板と、
    　前記焦電基板の表面に形成された表面電極と、
    　前記表面電極と対向するように該焦電基板の裏面に形成された裏面電極と、
    　前記焦電基板の表面側に接着され前記焦電基板と比べて熱膨張係数が小さい第１基板と、
    　を備え、
    　前記第１基板は、前記表面電極に対向する空洞が形成されており、前記焦電基板の熱膨張係数から該第１基板の熱膨張係数を引いた熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下である、
    　赤外線検出素子。
  2. 　前記焦電基板は、厚さが１０μｍ以下である、
    　請求項１に記載の赤外線検出素子。
  3. 　前記焦電基板は、タンタル酸リチウムの単結晶を、前記電極の面に沿った方向と一致するＸ軸の回りにＹ軸からＺ軸方向にカット角θ（０°＜θ＜９０°，９０°＜θ＜１８０°）だけ回転させた角度で切り出したＹオフカット板である、
    　請求項１又は２に記載の赤外線検出素子。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の赤外線検出素子と、
    　前記焦電基板の裏面側に接着され、該焦電基板と比べて熱膨張係数が小さい第２基板と、
    　を備えた赤外線検出モジュール。
  5. 　請求項４に記載の赤外線検出モジュールであって、
    　前記赤外線検出素子と前記第２基板とを接着して前記裏面電極と該第２基板とを電気的に導通し、前記赤外線検出素子を前記第１基板側から仮想的に透過したときに前記第１基板と少なくとも一部が重なるように位置している導電性接着剤、
    　を備えた赤外線検出モジュール。
  6. 　前記第２基板は、熱膨張係数が前記焦電基板及び前記第１基板の熱膨張係数よりも小さい、
    　請求項４又は５に記載の赤外線検出モジュール。
  7. 　焦電基板と、前記焦電基板の表面に形成された表面電極と、前記表面電極と対向するように該焦電基板の裏面に形成された裏面電極と、前記焦電基板の表面側に接着され前記表面電極に対向する空洞が形成されており、前記焦電基板と比べて熱膨張係数が小さく前記焦電基板の熱膨張係数から該第１基板の熱膨張係数を引いた熱膨張係数差Ｄが８．９ｐｐｍ／Ｋ以下である第１基板と、を備えた赤外線検出素子を、導電性接着剤を介して第２基板に接着した赤外線検出モジュールの製造方法であって、
    （ａ）前記赤外線検出素子を用意する工程と、
    （ｂ）前記赤外線検出素子と前記第２基板とを電気的に導通させるように前記焦電基板の裏面側に前記導電性接着剤を介して該第２基板を貼り合わせる工程と、
    （ｃ）前記第１基板と前記第２基板との間に荷重を加えて、該第２基板に前記導電性接着剤を介して前記赤外線検出素子を接着する工程と、
    　を含み、
    　前記工程（ｂ）では、前記赤外線検出素子を前記第１基板側から仮想的に透過したときに該第１基板と少なくとも一部が重なる位置に前記導電性接着剤が位置するように前記貼り合わせを行う、
    　赤外線検出モジュールの製造方法。
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