JP2001174323A - Infrared ray detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱型の赤外線検出
器を含む赤外線検出装置に関する。The present invention relates to an infrared detector including a thermal infrared detector.
【０００２】[0002]
【従来の技術】赤外線を検出する赤外線検出器には、赤
外線を熱に変換しその熱を検出することによって、間接
的に赤外線を検出する熱型赤外線検出器と、電磁波であ
る赤外線を直接、量子効果を利用して検出する半導体赤
外線検出器とがある。熱型赤外線検出器は、半導体赤外
線検出器と比較して、冷却が不要であることから低コス
トな赤外線検出器として広く用いられている。熱型赤外
線検出器としては、焦電センサ、サーモパイル、感温抵
抗型ボロメータ等が知られている。2. Description of the Related Art An infrared detector for detecting infrared rays includes a thermal infrared detector which indirectly detects infrared rays by converting infrared rays into heat and detecting the heat, and an infrared ray which is an electromagnetic wave directly. There is a semiconductor infrared detector that detects using a quantum effect. Thermal infrared detectors are widely used as low-cost infrared detectors because they do not require cooling as compared with semiconductor infrared detectors. As a thermal infrared detector, a pyroelectric sensor, a thermopile, a temperature-sensitive bolometer, and the like are known.
【０００３】近年、いわゆるマイクロマシーニング技術
を用い、これらの熱型赤外線検出器を小型化、高感度化
することが試みられている。すなわち、マイクロマシー
ニング技術を用い、基板上に微小な赤外線検出素子部を
その熱容量が小さく、熱抵抗が大きくなるように構成
し、検出対象である赤外線による赤外線検出素子部の温
度変化を大きくすることによって、赤外線検出器の高感
度化、小型化が図られている。In recent years, attempts have been made to reduce the size and sensitivity of these thermal infrared detectors using so-called micromachining technology. That is, by using micromachining technology, a minute infrared detecting element portion on a substrate is configured to have a small heat capacity and a large thermal resistance, and to increase the temperature change of the infrared detecting element portion due to an infrared ray to be detected. As a result, the sensitivity and size of the infrared detector are increased.
【０００４】例えば、電気学会論文誌，Vol.118-E,No.9
(1998年),第393〜400ページには、赤外線検出素子とし
てショットキーバリアダイオードを用い、シリコン基板
自体をパッケージとした表面実装型のボロメータ型の赤
外線検出器（以下、第１の従来例の赤外線検出器と言
う。）が開示されている。For example, Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 118-E, No. 9
(1998), pp. 393-400, a bolometer type infrared detector of a surface mount type using a Schottky barrier diode as an infrared detection element and a package of a silicon substrate itself (hereinafter referred to as a first conventional example). An infrared detector is disclosed).
【０００５】また、特開平６−７４８２０号公報や、特
開平６−２１３７２４号公報には、シリコン基板自体を
パッケージとし、フレキシブルプリント基板を用いて外
部に信号を取り出すように構成された、いわゆるマイク
ロエアブリッジ型の赤外線検出器（以下、第２の従来例
の赤外線検出器と言う。）が開示されている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 6-74820 and Hei 6-213724 disclose a so-called micro-circuit in which a silicon substrate itself is packaged and a signal is taken out to the outside using a flexible printed circuit board. An air-bridge type infrared detector (hereinafter referred to as a second conventional infrared detector) is disclosed.
【０００６】このように、マイクロマシーニング技術を
用いれば、従来はＴＯ−５等の金属ケースに封入されて
いた赤外線検出器を、赤外線検出素子が形成される基板
自体をパッケージとして表面実装が可能な小型センサと
して実現できるようになってきた。As described above, by using the micromachining technology, the infrared detector conventionally sealed in a metal case such as TO-5 can be surface-mounted using the substrate itself on which the infrared detecting element is formed as a package. It can be realized as a small sensor.
【０００７】ところで、熱型赤外線検出器は、検出器に
入射する赤外線と、検出器自体が放射する赤外線の差分
を検出部の温度変化として検出し、出力する。従って、
熱型赤外線検出器は、赤外線検出器内の温度が、周辺雰
囲気温度の急変により変化した場合、特に検出器内部に
過渡的な温度分布が生じた場合に、偽信号を出力してし
まう。このため、熱型赤外線検出器において、入射赤外
線量を正確に測定するためには、赤外線検出器自体の温
度を周辺温度の急変に対して安定化させ、また赤外線検
出器自身の温度を別の方法で検出する必要がある。The thermal infrared detector detects the difference between the infrared light incident on the detector and the infrared light emitted by the detector itself as a temperature change of the detection unit, and outputs the difference. Therefore,
The thermal infrared detector outputs a false signal when the temperature inside the infrared detector changes due to a sudden change in the ambient atmosphere temperature, particularly when a transient temperature distribution occurs inside the detector. For this reason, in order to accurately measure the amount of incident infrared light in a thermal infrared detector, the temperature of the infrared detector itself must be stabilized against sudden changes in ambient temperature, and the temperature of the infrared detector itself must be different. Need to be detected by the method.
【０００８】このため、従来は、赤外線検出器自体を銅
の金属ホルダに嵌め込み、熱容量を増大させることによ
って、赤外線検出器自体の温度を周辺温度の急変に対し
て安定化させるようにしていた。このような構成の場
合、赤外線検出器の近傍にサーミスタ等の温度センサを
熱的に十分に結合するように近接して配置して、赤外線
検出器自身の温度を測定する必要がある。For this reason, conventionally, the temperature of the infrared detector itself has been stabilized against a sudden change in the ambient temperature by fitting the infrared detector itself into a copper metal holder and increasing the heat capacity. In the case of such a configuration, it is necessary to arrange a temperature sensor such as a thermistor close to the infrared detector so as to be thermally sufficiently coupled, and measure the temperature of the infrared detector itself.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の赤外線検出器では、いずれも、実際にデバ
イスとして実用化する上で、小型化、低コスト化を図る
ことが難しいという問題点があった。However, in the conventional infrared detectors as described above, there is a problem that it is difficult to reduce the size and cost in order to actually use them as devices. there were.
【００１０】例えば、第１の従来例の赤外線検出器は、
赤外線検出器自体が表面実装型パッケージとなるため、
プリント配線基板に直接実装することが可能である。し
かし、赤外線検出器本体が極めて小型であり、熱容量が
小さいため、周辺温度が急変した場合には、赤外線検出
器本体の温度変化が急激となり、赤外線検出器が誤信号
を発生する可能性がある。For example, a first conventional infrared detector is:
Since the infrared detector itself is a surface mount type package,
It can be directly mounted on a printed wiring board. However, since the infrared detector main body is extremely small and has a small heat capacity, when the ambient temperature changes suddenly, the temperature change of the infrared detector main body becomes sharp, and the infrared detector may generate an erroneous signal. .
【００１１】また、第１の従来例の赤外線検出器では、
赤外線検出器本体が単結晶シリコン基板によって構成さ
れているが、シリコンは劈開性があり機械的強度に欠け
るため、赤外線検出器本体の機械的強度が弱い。そのた
め、このような赤外線検出器は、プリント配線基板に実
装する際のハンドリングでチッピングを起こす可能性が
あり、またプリント配線基板のそり等の変形が著しい場
合には破損する可能性がある。In the first conventional infrared detector,
Although the main body of the infrared detector is made of a single crystal silicon substrate, silicon has low mechanical strength since it has cleavage and lacks mechanical strength. For this reason, such an infrared detector may cause chipping during handling when mounted on a printed wiring board, and may be damaged if the printed wiring board is significantly deformed such as warpage.
【００１２】また、第１の従来例の赤外線検出器を用い
る場合には、赤外線検出器本体の温度を検出するための
温度センサを、赤外線検出器と同様にプリント配線基板
上に配置する必要がある。しかしながら、プリント配線
基板は、通常、熱伝導率が非常に小さいため、赤外線検
出器と温度センサとを熱的に良好に結合することは期待
できない。そのため、プリント配線基板上に赤外線検出
器と温度センサを配置した場合には、周辺温度変化時に
赤外線検出器本体の真の温度と温度センサによる温度測
定値に差が生じ、赤外線検出の誤差を生じてしまう。When the first conventional infrared detector is used, a temperature sensor for detecting the temperature of the infrared detector main body must be disposed on the printed wiring board in the same manner as the infrared detector. is there. However, since the printed wiring board usually has a very low thermal conductivity, it cannot be expected that the infrared detector and the temperature sensor are thermally connected well. Therefore, when an infrared detector and a temperature sensor are placed on a printed wiring board, a difference occurs between the true temperature of the infrared detector body and the temperature measured by the temperature sensor when the ambient temperature changes, resulting in an error in infrared detection. Would.
【００１３】また、第１の従来例の赤外線検出器では、
シリコン基板自体を表面実装型パッケージとする方法と
して、以下のような方法を用いている。すなわち、この
方法では、赤外線検出素子を形成するシリコン基板の裏
面から異方性エッチング法を用いてシリコン基板の表面
に貫通する断面がＶ字状の孔を空け、この孔に熱酸化法
により酸化シリコンの絶縁膜を形成し、更に基板の裏面
からスパッタ法により金属膜を形成する。次に、基板の
貫通部における酸化膜をドライエッチング法で除去し、
その部分に基板の表面側から金属膜を形成し、最後に、
半田浴槽にディピングして、Ｖ字状の孔に導電体を埋め
込む。このように、第１の従来例の赤外線検出器では、
工数が極めて多くコストの高い方法で、シリコン基板自
体を表面実装型パッケージとしているため、コストが高
くなる。[0013] In the first conventional infrared detector,
The following method is used as a method of forming a silicon substrate itself into a surface mount package. In other words, in this method, a hole having a V-shaped cross section penetrating through the front surface of the silicon substrate from the back surface of the silicon substrate on which the infrared detecting element is to be formed by using an anisotropic etching method. A silicon insulating film is formed, and a metal film is formed from the back surface of the substrate by a sputtering method. Next, the oxide film in the through portion of the substrate is removed by a dry etching method,
A metal film is formed on that part from the front side of the substrate, and finally,
The conductor is buried in a V-shaped hole by dipping in a solder bath. Thus, in the first conventional infrared detector,
The cost is high because the silicon substrate itself is a surface-mounted package in a very expensive and costly manner.
【００１４】一方、第２の従来例の赤外線検出器では、
赤外線検出器の熱容量を増大させる目的で金属のホルダ
を用いている。しかし、このため、赤外線検出器の信号
を外部に取り出すための配線部を、フレキシブルプリン
ト基板を用いて赤外線検出器とは別個に設ける必要があ
る。金属のホルダのような金属の加工部品やフレキシブ
ルプリント基板は非常にコストが高いため、第２の従来
例の赤外線検出器では低コスト化が難しい。On the other hand, in the second conventional infrared detector,
A metal holder is used to increase the heat capacity of the infrared detector. However, for this reason, it is necessary to provide a wiring portion for extracting the signal of the infrared detector to the outside using a flexible printed circuit board and separately from the infrared detector. Since the cost of a metal processed part such as a metal holder or a flexible printed circuit board is extremely high, it is difficult to reduce the cost of the second conventional infrared detector.
【００１５】また、フレキシブルプリント基板を用いて
赤外線検出器の信号を外部に取り出すための配線部を構
成する方法では、フレキシブルプリント基板を小型の赤
外線検出器に取り付ける工程に手間がかかるため、コス
トが高くなりやすい。また、この方法では、赤外線検出
器に対するフレキシブルプリント基板の取り付け強度を
大きくすることが難しいため、信頼性に欠ける。しか
も、配線部と金属のホルダとの間の電気的絶縁に注意を
払わなければならないため、組み立てに手間がかかる。In the method of using a flexible printed circuit board to form a wiring section for extracting a signal from an infrared detector to the outside, the process of attaching the flexible printed circuit board to a small infrared detector requires a lot of time and costs. Easy to get high. In addition, this method lacks reliability because it is difficult to increase the mounting strength of the flexible printed circuit board with respect to the infrared detector. In addition, since attention must be paid to the electrical insulation between the wiring portion and the metal holder, assembly takes time.
【００１６】また、第２の従来例の赤外線検出器によっ
て入射赤外線の強度を測定するためには、赤外線検出器
自体の温度を測定しなければならない。そのためには、
赤外線検出器の近傍にサーミスタ等の温度センサを別付
けで設ける必要がある。この温度センサは、金属のホル
ダに対して熱的に密に且つ電気的に絶縁された状態で接
触させなければならない。しかし、このような構成は、
組み立ての工数や配線の手間が多くなるため、実用的で
はない。Further, in order to measure the intensity of incident infrared rays by the second conventional infrared detector, the temperature of the infrared detector itself must be measured. for that purpose,
It is necessary to separately provide a temperature sensor such as a thermistor near the infrared detector. This temperature sensor must be in contact with the metal holder in a thermally tight and electrically insulated state. However, such a configuration
It is not practical because the number of assembling steps and wiring work increases.
【００１７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、小型化、低コスト化、高精度化を可
能とした赤外線検出装置を提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an infrared detection device which can be reduced in size, cost, and accuracy.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出装置
は、高熱伝導率で且つ絶縁性の基板と、基板上に搭載さ
れた表面実装型の赤外線検出器と、基板上に搭載され、
基板の温度を検出する温度センサ素子と、基板に形成さ
れ、赤外線検出器および温度センサ素子の出力信号を外
部に取り出すための電極とを備えたものである。According to the present invention, there is provided an infrared detecting apparatus having a high thermal conductivity and an insulating substrate, a surface mounting type infrared detector mounted on the substrate, and an infrared detector mounted on the substrate.
It comprises a temperature sensor element for detecting the temperature of the substrate, and electrodes formed on the substrate and for extracting output signals of the infrared detector and the temperature sensor element to the outside.
【００１９】本発明の赤外線検出装置では、高熱伝導率
で且つ絶縁性の基板を介して、赤外線検出器と温度セン
サ素子とが熱的に密に結合する。In the infrared detector of the present invention, the infrared detector and the temperature sensor element are thermally and tightly coupled via the insulating substrate having high thermal conductivity.
【００２０】本発明の赤外線検出装置は、更に、基板上
に実装された回路素子を備えていてもよい。[0020] The infrared detector of the present invention may further include a circuit element mounted on the substrate.
【００２１】また、本発明の赤外線検出装置において、
赤外線検出器は、互いに対向するように配置され接合さ
れた第１の基板部と第２の基板部とを備え、第１の基板
部は、第２の基板部と対向する一方の面において開口す
る空洞部が形成された第１の基板と、第１の基板の一方
の面側において空洞部上に配置された赤外線検出素子
と、第１の基板の一方の面に形成された、赤外線検出素
子の出力信号を外部に取り出すための突起状電極とを有
し、第２の基板部は、赤外線検出素子に対向する部分に
空洞部が形成され、突起状電極に対向する部分において
貫通する接続孔が形成され、第１の基板に対して対向す
るように配置され接合された絶縁性の第２の基板と、接
続孔に埋め込まれた導電性物質よりなり、突起状電極に
電気的に接続された導電部とを有していてもよい。Further, in the infrared detector of the present invention,
The infrared detector includes a first substrate unit and a second substrate unit arranged and joined to face each other, and the first substrate unit has an opening on one surface facing the second substrate unit. A first substrate having a cavity formed therein, an infrared detecting element disposed on the cavity on one surface side of the first substrate, and an infrared detecting device formed on one surface of the first substrate. A projecting electrode for taking out an output signal of the element to the outside; the second substrate portion has a cavity formed at a portion facing the infrared detecting element, and a connection penetrating at a portion facing the projecting electrode. An insulating second substrate having holes formed therein and arranged and joined to face the first substrate and a conductive substance embedded in the connection holes, and electrically connected to the protruding electrodes May be provided.
【００２２】また、第１の基板は赤外線透過性を有し、
第１の基板の空洞部は、第１の基板を貫通せずに、一方
の面においてのみ開口していてもよい。この場合、第１
の基板は（１００）面方位の単結晶シリコンからなり、
第１の基板の空洞部は異方性エッチングによって形成さ
れていてもよい。Further, the first substrate has an infrared transmitting property,
The cavity of the first substrate may be open only on one surface without penetrating the first substrate. In this case, the first
Consists of (100) oriented single crystal silicon,
The cavity of the first substrate may be formed by anisotropic etching.
【００２３】また、第１の基板の空洞部は第１の基板を
貫通し、赤外線検出器は、更に、第１の基板の第２の基
板部とは反対側に配置され接合された赤外線透過性を有
する第３の基板を備えていてもよい。The hollow portion of the first substrate penetrates the first substrate, and the infrared detector further includes an infrared transmitting and bonding member arranged on the side opposite to the second substrate portion of the first substrate. A third substrate having a property may be provided.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施の形態に係る赤外線検出装置の構成を示す断面図で
ある。本実施の形態に係る赤外線検出装置は、熱伝導率
が大きく、絶縁性の基板２０１を備えている。この基板
２０１には、上面における端部近傍の位置から側部を経
て下面における端部近傍の位置にかけて、後述する赤外
線検出器および温度センサ素子の出力信号を外部に取り
出すための複数の端部電極２０２が設けられている。ま
た、基板２０１の上面には、導電性の材料よりなり、端
部電極２０２に接続された配線部２０３が設けられてい
る。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an infrared detection device according to one embodiment of the present invention. The infrared detection device according to the present embodiment includes an insulating substrate 201 having high thermal conductivity. The substrate 201 has a plurality of end electrodes for taking out output signals of an infrared detector and a temperature sensor element to be described later from a position near the end on the upper surface to a position near the end on the lower surface via the side portion. 202 is provided. A wiring portion 203 made of a conductive material and connected to the end electrode 202 is provided on the upper surface of the substrate 201.
【００２５】また、基板２０１の上面には、表面実装型
の赤外線検出器２０５と、基準温度として基板２０１の
温度を検出する温度センサ素子２０６とが搭載されてい
る。赤外線検出器２０５と温度センサ素子２０６は、そ
れぞれ複数の端子を有している。各端子は、直接、ある
いは配線部２０３を介して端部電極２０２に電気的に接
続されている。On the upper surface of the substrate 201, a surface-mounted infrared detector 205 and a temperature sensor element 206 for detecting the temperature of the substrate 201 as a reference temperature are mounted. Each of the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206 has a plurality of terminals. Each terminal is electrically connected to the end electrode 202 directly or via the wiring section 203.
【００２６】本実施の形態に係る赤外線検出装置の製造
過程では、赤外線検出器２０５および温度センサ素子２
０６が基板２０１の上面に対して表面実装された後に、
赤外線検出器２０５および温度センサ素子２０６と基板
２０１との機械的接着および熱的結合を良くするために
アンダーフィル樹脂２０７が塗布される。更に、必要に
応じて絶縁性樹脂２０８によって全体がコーティングさ
れる。In the manufacturing process of the infrared detector according to the present embodiment, the infrared detector 205 and the temperature sensor 2
06 is surface-mounted on the upper surface of the substrate 201,
An underfill resin 207 is applied to improve mechanical bonding and thermal bonding between the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206 and the substrate 201. Further, the whole is coated with an insulating resin 208 as needed.
【００２７】基板２０１は、機械的強度に優れ、熱伝導
率が大きく、高絶縁性を有し、上面、下面および側面に
端部電極２０２と配線部２０３を形成できるものであれ
ばよい。基板２０１としては、例えば、アルミナ系セラ
ミックス基板、窒化アルミニウムセラミックス基板、ア
ルミニウム板にアルマイト処理を施した基板が用いられ
る。The substrate 201 has only to be excellent in mechanical strength, large in thermal conductivity, high insulative, and capable of forming the end electrode 202 and the wiring portion 203 on the upper, lower, and side surfaces. As the substrate 201, for example, an alumina-based ceramic substrate, an aluminum nitride ceramic substrate, or a substrate obtained by subjecting an aluminum plate to an alumite treatment is used.
【００２８】基板２０１としてセラミックス基板を用い
る場合には、端部電極２０２および配線部２０３は、例
えば、印刷法により導電性ペーストのパターンを形成す
る公知の方法によって容易に形成することができる。基
板２０１として、アルミニウム板にアルマイト処理を施
した基板を用いる場合には、端部電極２０２および配線
部２０３は、例えば、アルマイト処理後に基板に銅箔を
接着し、この銅箔をエッチング等の手法によりパターニ
ングすることによって形成することができる。When a ceramic substrate is used as the substrate 201, the end electrodes 202 and the wiring portions 203 can be easily formed by, for example, a known method of forming a conductive paste pattern by a printing method. When a substrate obtained by subjecting an aluminum plate to an alumite treatment is used as the substrate 201, the end electrodes 202 and the wiring portions 203 may be formed, for example, by bonding a copper foil to the substrate after the alumite treatment and etching the copper foil. And can be formed by patterning.
【００２９】基板２０１の厚さとしては、０．５〜３ｍ
ｍ程度が、基板内部の熱的均一性および機械的強度の面
で良好な特性が得られるため、望ましい。The thickness of the substrate 201 is 0.5 to 3 m
A value of about m is desirable because good characteristics can be obtained in terms of thermal uniformity and mechanical strength inside the substrate.
【００３０】アンダーフィル樹脂２０７としては、ＬＳ
Ｉのフリップチップ実装に用いられるエポキシ系樹脂を
用いたり、赤外線検出器２０５や温度センサ素子２０６
と端部電極２０２や配線部２０３との電気的接続を兼ね
るように異方性導電ペーストを用いることができる。As the underfill resin 207, LS
I, an epoxy resin used for flip-chip mounting, an infrared detector 205, a temperature sensor element 206, or the like.
Anisotropic conductive paste can be used so as to also serve as an electrical connection between the end electrode 202 and the wiring portion 203.
【００３１】温度センサ素子２０６としては、表面実装
型ＮＴＣチップサーミスターが、熱応答性、精度、信頼
性に優れているので、好ましい。As the temperature sensor element 206, a surface mount type NTC chip thermistor is preferable because of its excellent thermal responsiveness, accuracy and reliability.
【００３２】また、基板２０１の表面保護および赤外線
検出器２０５、温度センサ素子２０６の保護用として、
基板２０１表面の全面に、絶縁性樹脂２０８をディスペ
ンサー等で塗布することが好ましい。この絶縁性樹脂２
０８としては、良熱伝導性フィラーを分散させた高熱伝
導性絶縁樹脂を用いることが、赤外線検出器と温度セン
サ素子、絶縁性基板間の熱的結合性を良好にすることが
できるので、望ましい。この場合、赤外線検出器２０５
の赤外線検出面２０５ａにはこの樹脂が付着しないよう
に塗布する必要がある。For protecting the surface of the substrate 201 and protecting the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206,
It is preferable to apply the insulating resin 208 to the entire surface of the substrate 201 with a dispenser or the like. This insulating resin 2
As 08, it is preferable to use a high thermal conductive insulating resin in which a good thermal conductive filler is dispersed, since the thermal coupling between the infrared detector, the temperature sensor element, and the insulating substrate can be improved. . In this case, the infrared detector 205
It is necessary to apply this resin to the infrared detection surface 205a so as not to adhere thereto.
【００３３】以上説明したように、本実施の形態に係る
赤外線検出装置では、高熱伝導性且つ絶縁性の基板２０
１の上に、熱的に密に赤外線検出器２０５と基準温度検
出用の温度センサ素子２０６が実装されている。従っ
て、本実施の形態に係る赤外線検出装置によれば、プリ
ント基板等に直接、赤外線検出器２０５と温度センサ素
子２０６を実装する場合に比較して、周辺温度変化時の
赤外線検出器２０５と温度センサ素子２０６の温度差が
小さくなり、高精度な赤外線検出が可能になる。As described above, in the infrared detecting device according to the present embodiment, the high thermal conductive and insulating substrate 20 is used.
An infrared detector 205 and a temperature sensor element 206 for detecting a reference temperature are densely mounted on the device 1. Therefore, according to the infrared detector according to the present embodiment, compared with the case where the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206 are directly mounted on a printed circuit board or the like, the infrared detector 205 and the The temperature difference between the sensor elements 206 is reduced, and highly accurate infrared detection can be performed.
【００３４】また、本実施の形態によれば、基板２０１
と赤外線検出器２０５が熱的に良好に結合し、全体とし
て熱容量が大きくなるため、周辺温度変化時における過
渡的な温度変化が緩やかになり、赤外線検出器２０５の
温度変化による偽信号の発生を防止することができる。According to the present embodiment, the substrate 201
And the infrared detector 205 are thermally satisfactorily coupled with each other, and the heat capacity becomes large as a whole. Therefore, the transitional temperature change at the time of the ambient temperature change becomes gentle, and the generation of a false signal due to the temperature change of the infrared detector 205 is prevented. Can be prevented.
【００３５】ところで、赤外線検出素子が配置される基
板としてシリコン等の単結晶基板が用いられた赤外線検
出器は、機械的強度が弱い。そのため、このような赤外
線検出器は、それ自体を表面実装部品として用いた場
合、チッピング等の問題が生じやすく、ハンドリングが
困難であり、またプリント基板のそり等による破損の可
能性がある。しかし、本実施の形態に係る赤外線検出装
置では、赤外線検出器２０５が機械的強度の大きい基板
２０１上に実装されているため、このような問題が生じ
ない。Incidentally, an infrared detector using a single crystal substrate of silicon or the like as the substrate on which the infrared detecting element is disposed has a low mechanical strength. Therefore, when such an infrared detector itself is used as a surface mounting component, problems such as chipping are likely to occur, handling is difficult, and there is a possibility of damage due to warpage of the printed circuit board. However, in the infrared detection device according to the present embodiment, such a problem does not occur because the infrared detector 205 is mounted on the substrate 201 having high mechanical strength.
【００３６】また、基板２０１として、セラミックス基
板や、アルミニウム板にアルマイト処理を施した基板を
用いた場合には、基板２０１を低コストで実現できると
共に、基板２０１に容易に端部電極２０２および配線部
２０３を形成できる。従って、金属ホルダとフレキシブ
ルプリント基板とを用いる従来のパッケージングの問題
を解決することができる。When a ceramic substrate or an aluminum plate subjected to an alumite treatment is used as the substrate 201, the substrate 201 can be realized at low cost, and the end electrode 202 and the wiring can be easily mounted on the substrate 201. The part 203 can be formed. Therefore, the problem of the conventional packaging using the metal holder and the flexible printed circuit board can be solved.
【００３７】また、本実施の形態によれば、高熱伝導性
且つ絶縁性の基板２０１上に赤外線検出器２０５と温度
センサ素子２０６とを実装して赤外線検出装置を構成し
ているので、赤外線検出装置の小型化が可能になる。ま
た、このようにして構成された赤外線検出装置自体を、
表面実装型電子部品として取り扱うことが可能になるた
め、赤外線検出装置のハンドリングやプリント基板への
実装等が容易になり、信頼性が向上し、低コスト化を図
ることができる。Further, according to the present embodiment, the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206 are mounted on the substrate 201 having high thermal conductivity and insulation to constitute the infrared detector. The size of the device can be reduced. In addition, the infrared detection device itself configured in this manner is
Since it can be handled as a surface-mounted electronic component, handling of the infrared detection device, mounting on a printed circuit board, and the like are facilitated, reliability is improved, and cost reduction can be achieved.
【００３８】なお、本実施の形態において、図２に示し
たように、基板２０１上に、赤外線検出器２０５および
温度センサ素子２０６以外に、赤外線検出器２０５の出
力信号の増幅および信号処理等を行うための信号処理回
路素子２１０を実装してもよい。このような構成を用い
れば、赤外線検出器２０５の近傍で赤外線検出器２０５
の出力信号を直接増幅できるため、赤外線検出装置とし
て、外部からの誘導性ノイズに強くなる。また、高熱伝
導性且つ絶縁性の基板２０１上に回路素子２１０が実装
されるため、回路素子２１０の温度が安定化し、回路内
部の配線部の異種金属接合による熱起電力の発生を抑
え、誤差の小さい赤外線検出が可能となる。これらのこ
とから、信号処理回路素子２１０を含む赤外線検出装置
の精度を向上させることができる。In this embodiment, as shown in FIG. 2, on the substrate 201, in addition to the infrared detector 205 and the temperature sensor element 206, amplification and signal processing of the output signal of the infrared detector 205 are performed. A signal processing circuit element 210 for performing the operation may be mounted. With such a configuration, the infrared detector 205 is located near the infrared detector 205.
Can be directly amplified, and as an infrared detector, it is resistant to inductive noise from the outside. Further, since the circuit element 210 is mounted on the high thermal conductive and insulating substrate 201, the temperature of the circuit element 210 is stabilized, and the generation of thermoelectromotive force due to dissimilar metal bonding of the wiring portion inside the circuit is suppressed, and the error Infrared detection can be performed. For these reasons, the accuracy of the infrared detection device including the signal processing circuit element 210 can be improved.
【００３９】以下、図３ないし図１０を参照して、赤外
線検出器２０５の好ましい２つの例について説明する。Hereinafter, two preferred examples of the infrared detector 205 will be described with reference to FIGS.
【００４０】図３は、赤外線検出器の第１の例の構成を
示す断面図である。第１の例の赤外線検出器は、第１の
基板部１０と、第２の基板部２０とを備えている。これ
らの基板部１０，２０は、第１の基板部１０が上側にな
るように配置され、互いに接合されている。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the first example of the infrared detector. The infrared detector of the first example includes a first substrate unit 10 and a second substrate unit 20. These board parts 10 and 20 are arranged so that the first board part 10 is on the upper side, and are joined to each other.
【００４１】第１の基板部１０は赤外線透過性の基板１
１を有している。この基板１１には、その表面（図３で
は下面）から裏面（図３では上面）側にかけて、第２の
基板部２０と対向する一方の面側でのみ開口する貫通し
ない空洞部１２が設けられている。基板１１の下面側に
おいて空洞部１２上には、基板１１の下面側に設けられ
た架橋構造の支持体１３によって支持された赤外線検出
素子１４が設けられている。また、基板１１の下面側に
は、赤外線検出素子１４に接続された電極部１５と、こ
の電極部１５に接続され、下側に突出する複数の突起状
電極１６が設けられている。なお、基板１１の上面に
は、赤外線反射防止膜１７を設けてもよい。The first substrate portion 10 is a substrate 1 that transmits infrared rays.
One. This substrate 11 is provided with a non-penetrating hollow portion 12 that is open only on one surface side facing the second substrate portion 20 from the front surface (lower surface in FIG. 3) to the rear surface (upper surface in FIG. 3). ing. On the cavity 12 on the lower surface side of the substrate 11, an infrared detecting element 14 supported by a support 13 having a bridge structure provided on the lower surface side of the substrate 11 is provided. Further, on the lower surface side of the substrate 11, an electrode portion 15 connected to the infrared detecting element 14 and a plurality of protruding electrodes 16 connected to the electrode portion 15 and protruding downward are provided. Note that an infrared antireflection film 17 may be provided on the upper surface of the substrate 11.
【００４２】第２の基板部２０は絶縁性基板２１を備え
ている。この基板２１には、第１の基板部１０の赤外線
検出素子１４および空洞部１２に対向する部分に、第１
の基板部１０側でのみ開口する貫通しない空洞部２２が
設けられている。また、基板２１には、第１の基板部１
０の突起状電極１６に対向する部分において、基板２１
を貫通する接続孔２３が形成されている。The second substrate section 20 has an insulating substrate 21. The substrate 21 includes a first substrate 10 at a portion facing the infrared detecting element 14 and the cavity 12 of the first substrate 10.
And a non-penetrating hollow part 22 which is opened only on the substrate part 10 side. The substrate 21 includes the first substrate 1
In a portion facing the protruding electrode 16 of the
Is formed.
【００４３】接続孔２３内には、導電性物質が埋め込ま
れて導電部２４が形成されている。この導電部２４は、
突起状電極１６に対して電気的に接続されている。ま
た、絶縁性基板２１の下面には、導電部２４に電気的に
接続された表面電極２５が設けられている。この表面電
極２５は、赤外線検出素子１４の出力信号を外部に取り
出すための出力端子として用いられ、適切な形状を有し
ている。A conductive portion 24 is formed in the connection hole 23 by burying a conductive substance. This conductive part 24
It is electrically connected to the protruding electrode 16. On the lower surface of the insulating substrate 21, a surface electrode 25 electrically connected to the conductive portion 24 is provided. The surface electrode 25 is used as an output terminal for extracting an output signal of the infrared detection element 14 to the outside, and has an appropriate shape.
【００４４】第１の基板部１０と第２の基板部２０は、
接合層１９を介して空洞部１２，２２および接続孔２３
以外の部分で接合されている。これにより、空洞部１
２，２２は、周辺雰囲気に対して気密に封止される。The first substrate unit 10 and the second substrate unit 20
Via the bonding layer 19, the cavities 12, 22 and the connection holes 23
It is joined at other parts. Thereby, the cavity 1
2 and 22 are hermetically sealed with respect to the surrounding atmosphere.
【００４５】以上のようにして構成された赤外線検出器
では、検出対象である赤外線は、基板１１の裏面（図３
では上面）側から入射し、空洞部１２を通って赤外線検
出素子１４に入射する。従って、基板１１は、前述のよ
うに赤外線透過性を有し、且つ空洞部１２が基板１１の
表面からのエッチングによって形成できるものであれば
よい。このような基板１１の材料としては、単結晶シリ
コン（Ｓｉ）、多結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム
（Ｇｅ）、多結晶ゲルマニウム、赤外線透過ガラス等を
用いることができる。In the infrared detector configured as described above, the infrared light to be detected is applied to the back surface of the substrate 11 (FIG. 3).
In this case, the light enters from the upper side) and enters the infrared detecting element 14 through the cavity 12. Therefore, the substrate 11 may be any material as long as it has infrared transmittance as described above and the cavity 12 can be formed by etching from the surface of the substrate 11. As a material of such a substrate 11, single crystal silicon (Si), polycrystalline silicon, single crystal germanium (Ge), polycrystalline germanium, infrared transmitting glass, or the like can be used.
【００４６】特に、基板１１として（１００）面方位の
単結晶シリコン基板を用い、空洞部１２を異方性エッチ
ングによって形成すれば、図３に示したように空洞部１
２は台形ピラミッド状になり、空洞部１２の底面とし
て、基板１１の裏面（図３では上面）と平行な平面を形
成することができる。これにより、基板１１の裏面から
入射した赤外線は散乱せずに直線的に赤外線検出素子１
４に入射するようになるため、赤外線検出器に照射され
た赤外線を損失無く赤外線検出素子１４に入射させるこ
とが可能となる。In particular, when a single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation is used as the substrate 11 and the cavity 12 is formed by anisotropic etching, the cavity 1 is formed as shown in FIG.
2 has a trapezoidal pyramid shape, and can form a plane parallel to the back surface (the top surface in FIG. 3) of the substrate 11 as the bottom surface of the cavity 12. Thereby, the infrared ray incident from the back surface of the substrate 11 is not scattered but linearly
4, the infrared rays applied to the infrared detector can be made incident on the infrared detecting element 14 without loss.
【００４７】また、基板１１の裏面に赤外線反射防止膜
１７を設けた場合には、基板１１の裏面における赤外線
の反射損失を低減し、赤外線に対する赤外線検出器の感
度を上げることができる。また、赤外線反射防止膜１７
の代わりに、特定の波長の赤外線を選択的に透過する赤
外線フィルタ膜を設けてもよい。赤外線反射防止膜１７
としては、検出対象の赤外線波長の１／４の光学膜厚を
有するＺｎＳ単層膜や、ＺｎＳとＧｅを周期的に積層し
た多層膜等の公知のものを用いることができる。また、
赤外線フィルタ膜としては、例えば、ＺｎＳとＧｅを周
期的に積層した多層膜を用いることができる。When the infrared anti-reflection film 17 is provided on the back surface of the substrate 11, the reflection loss of the infrared light on the back surface of the substrate 11 can be reduced, and the sensitivity of the infrared detector to the infrared light can be increased. In addition, the infrared anti-reflection film 17
Instead, an infrared filter film that selectively transmits infrared light of a specific wavelength may be provided. Infrared anti-reflective coating 17
Known materials such as a ZnS single-layer film having an optical thickness of １ ／ of the infrared wavelength to be detected and a multilayer film in which ZnS and Ge are periodically laminated can be used. Also,
As the infrared filter film, for example, a multilayer film in which ZnS and Ge are periodically laminated can be used.
【００４８】赤外線検出素子１４としては、特開平７−
３１８４２０号公報に示されたような薄膜サーミスタを
用いたボロメータや、実開平７−３４３３３号公報に示
されたような薄膜熱電対を多数直列接続したサーモパイ
ル等、公知の種々の赤外線検出素子を用いることができ
る。The infrared detecting element 14 is disclosed in
Various known infrared detecting elements such as a bolometer using a thin film thermistor as disclosed in Japanese Patent No. 318420 and a thermopile including a plurality of thin film thermocouples connected in series as described in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 7-33433 are used. be able to.
【００４９】基板２１としては、基板１１と熱膨張係数
が近似したガラスもしくはセラミックス基板を用いるこ
とが望ましい。例えば、基板１１にシリコン基板を用い
た場合には、基板２１としてはパイレックスガラス基板
を用いることができる。As the substrate 21, it is desirable to use a glass or ceramic substrate whose thermal expansion coefficient is close to that of the substrate 11. For example, when a silicon substrate is used as the substrate 11, a Pyrex glass substrate can be used as the substrate 21.
【００５０】また、基板２１に設けられた空洞部２２と
接続孔２３の形成方法としては、超音波加工、ドリル加
工、エッチング法、サンドブラスト法、レーザ加工法等
の公知の加工方法を用いることができる。As a method of forming the hollow portion 22 and the connection hole 23 provided in the substrate 21, a known processing method such as ultrasonic processing, drill processing, etching method, sand blast method, laser processing method, or the like may be used. it can.
【００５１】前述のように、第１の基板部１０（基板１
１）と第２の基板部２０（基板２１）は接合層１９によ
って接合され、赤外線検出素子１４を取り囲む空洞部１
２，２２は気密に保持される。第１の基板部１０と第２
の基板部２０との接合方法としては、陽極接合、低融点
ガラス接合、樹脂接着等の公知の方法を用いることがで
きる。As described above, the first substrate portion 10 (the substrate 1
1) and the second substrate portion 20 (substrate 21) are joined by the joining layer 19, and the cavity portion 1 surrounding the infrared detecting element 14
2 and 22 are kept airtight. The first substrate unit 10 and the second
A known method such as anodic bonding, low-melting glass bonding, or resin bonding can be used as the bonding method with the substrate portion 20.
【００５２】特に空洞部１２，２２を真空に保持する場
合には、気密性および信頼性の高い陽極接合法を用いる
ことが望ましい。陽極接合法を用いる場合には、絶縁性
の基板２１自体をアルカリ系のガラスとするか、もしく
は基板２１の基板１１との接合面にアルカリ系ガラス薄
膜を形成すると共に、基板１１をシリコン基板で構成し
基板２１との接合面にシリコンを露出させるか、もしく
は基板１１の接合面にシリコン薄膜を形成しておく必要
がある。In particular, when the cavities 12 and 22 are kept in a vacuum, it is desirable to use an anodic bonding method having high airtightness and high reliability. When the anodic bonding method is used, the insulating substrate 21 itself is made of alkali glass, or an alkali glass thin film is formed on the bonding surface of the substrate 21 with the substrate 11, and the substrate 11 is made of a silicon substrate. It is necessary to expose the silicon at the bonding surface with the substrate 21 or to form a silicon thin film on the bonding surface of the substrate 11.
【００５３】空洞部１２，２２内に、不活性ガスの封入
や、Ｘｒ、Ｋｒ等の低熱伝導率のガスの封入を行う場合
は、低融点ガラス接合や樹脂接着等の方法を用いてもよ
い。樹脂接着を用いる場合には、エポキシ系接着剤を予
め接着面の形状になるようにプレス加工もしくはエキシ
マレーザ加工したシート状の接着剤を接合層１９に用い
ると、接合が容易で低コストになる。In the case of filling an inert gas or a gas having a low thermal conductivity such as Xr or Kr into the cavities 12 and 22, a method such as low melting point glass bonding or resin bonding may be used. . In the case of using resin bonding, if a sheet-shaped adhesive obtained by pressing or excimer laser processing an epoxy-based adhesive in advance into the shape of the bonding surface is used for the bonding layer 19, bonding is easy and low cost. .
【００５４】低融点ガラス接合の場合には、例えば低融
点ガラスペーストを印刷法によって基板２１の上面に形
成し、これを接合層１９とし、仮焼後、基板１１，２１
を圧接し加熱することによって基板１１，２１を接合す
ることができる。また、スパッタ法により低融点ガラス
膜を形成して接合層１９とし、基板１１，２１を圧接し
加熱することによって基板１１，２１を接合してもよ
い。低融点ガラス接合の場合には、基板部１１における
赤外線検出素子１４や電極部１５や突起状電極１６に使
用する材料の耐熱性にもよるが、これらの劣化を防ぐた
めになるべく低融点のガラスを用いることが望ましい。
例えば、基板部１１における電極部１５の材料として使
用され得るアルミニウムの耐熱性は４５０°Ｃ程度まで
であり、金の耐熱性は６５０°Ｃ程度までである。従っ
て、低融点ガラスとしては、軟化点が６５０〜６００°
Ｃ以下、望ましくは４５０°Ｃ以下のものを用いること
が好ましい。このような低融点ガラスとしては、例えば
軟化点が４５０°Ｃ以下のものとして、Ｂ2Ｏ3・ＰｂＯ
系複合ガラス等を用いることができる。また、軟化点が
６５０〜６００°Ｃ以下の低融点ガラスとしては、Ｐｂ
Ｏ・Ｂ2Ｏ3・ＳｉＯ2系ガラス、ＰｂＯ・Ｂ2Ｏ3・Ｓｉ
Ｏ2・Ａｌ2Ｏ3系ガラス、ＺｎＯ・Ｂ2Ｏ3・ＳｉＯ2系ガ
ラス、ＺｎＯ・Ｂ2Ｏ3・ＳｉＯ2・Ａｌ2Ｏ3系ガラス等
を用いることができる。In the case of low melting point glass bonding, for example, a low melting point glass paste is formed on the upper surface of the substrate 21 by a printing method, this is used as a bonding layer 19, and after calcining, the substrates 11 and 21 are formed.
The substrates 11 and 21 can be joined by pressing and heating the substrates. Alternatively, the low melting point glass film may be formed by a sputtering method to form the bonding layer 19, and the substrates 11 and 21 may be bonded by pressing and heating the substrates 11 and 21. In the case of low-melting glass bonding, depending on the heat resistance of the material used for the infrared detecting element 14, the electrode portion 15, and the protruding electrode 16 in the substrate portion 11, a glass having a low melting point should be used to prevent the deterioration. It is desirable to use.
For example, the heat resistance of aluminum that can be used as the material of the electrode unit 15 in the substrate unit 11 is up to about 450 ° C, and the heat resistance of gold is up to about 650 ° C. Therefore, as a low melting point glass, the softening point is 650 to 600 °.
C or less, desirably 450 ° C or less is preferably used. As such a low-melting glass, for example, a glass having a softening point of 450 ° C. or less and B 2 O 3 .PbO
System composite glass or the like can be used. Further, as a low melting point glass having a softening point of 650 to 600 ° C or less, Pb
O · B 2 O 3 · SiO 2 -based glass, PbO · B 2 O 3 · Si
O 2 · Al 2 O 3 glass, ZnO · B 2 O 3 · SiO 2 glass, ZnO · B 2 O 3 · SiO 2 · Al 2 O 3 glass, or the like can be used.
【００５５】ところで、第１の例の赤外線検出器では、
赤外線検出素子１４の出力信号は、電極部１５、突起状
電極１６、導電性物質２４および表面電極２５を介し
て、外部に取り出される。By the way, in the infrared detector of the first example,
The output signal of the infrared detecting element 14 is extracted to the outside via the electrode portion 15, the protruding electrode 16, the conductive material 24, and the surface electrode 25.
【００５６】ここで、もし、図４に示したように、突起
状電極１６がないとすると、基板２１に設けられた接続
孔２３に導電性物質を充填して導電部２４を形成して
も、電極部１５と導電部２４との間の導通が確実に行わ
れないことがあり得る。Here, if there is no protruding electrode 16 as shown in FIG. 4, even if the conductive portion 24 is formed by filling the connection hole 23 provided in the substrate 21 with a conductive material. In some cases, conduction between the electrode portion 15 and the conductive portion 24 may not be reliably performed.
【００５７】これに対し、第１の例の赤外線検出器で
は、図５に示したように、突起状電極１６を設けている
ので、この突起状電極１６を介して電極部１５と導電部
２４との間の導通を確実に行わせることができる。On the other hand, in the infrared detector of the first example, as shown in FIG. 5, since the protruding electrode 16 is provided, the electrode portion 15 and the conductive portion 24 are provided via the protruding electrode 16. Can be reliably performed.
【００５８】突起状電極１６の形成方法としては、ワイ
ヤーボンダーを用いて、金のスタッドバンプを形成する
方法が容易であるが、はんだバンプを形成する方法でも
よい。As a method of forming the protruding electrode 16, a method of forming a gold stud bump using a wire bonder is easy, but a method of forming a solder bump may be used.
【００５９】導電部２４を形成するための導電性物質と
しては、例えば導電性樹脂を用いることができる。導電
性樹脂としては、例えば、銀等の導電性微粒子をエポキ
シ等の液状樹脂バインダに分散した公知の導電性ペース
トを用いることができる。このような導電性樹脂を、基
板２１に設けられた接続孔２３に充填した後、これを固
化させることにより、導電部２４を形成することができ
る。As a conductive material for forming the conductive portion 24, for example, a conductive resin can be used. As the conductive resin, for example, a known conductive paste in which conductive fine particles such as silver are dispersed in a liquid resin binder such as epoxy can be used. After filling the connection hole 23 provided in the substrate 21 with such a conductive resin, and solidifying the same, the conductive portion 24 can be formed.
【００６０】ここで、図６および図７を参照して、導電
部２４の形成方法の一例について説明する。この方法で
は、図６に示したように、予め突起状電極１６が形成さ
れた基板１１と基板２１を接合し、その後、図６および
図７に示したように、ペースト状の導電性樹脂２８を印
刷法の手法等を用いて、基板２１に設けられた接続孔２
３に埋め込み、導電部２４を形成する。図６および図７
には、導電性樹脂２８をスキージ２９を用いて接続孔２
３に埋め込む様子を示している。Here, an example of a method for forming the conductive portion 24 will be described with reference to FIGS. In this method, as shown in FIG. 6, the substrate 11 on which the protruding electrodes 16 are formed in advance and the substrate 21 are joined, and then, as shown in FIGS. The connection hole 2 provided in the substrate 21 by using a printing method or the like.
3 to form a conductive portion 24. 6 and 7
The squeegee 29 is used to connect the conductive resin 28 to the connection hole 2.
FIG.
【００６１】上述のようにして導電性樹脂２８を接続孔
２３に埋め込む際には、図５および図６では特に図示し
ないが、接続孔２３以外の部分に導電性樹脂２８が付着
しないように、メタルマスク等を用いて接続孔２３以外
の部分を覆い、その後、ペースト状の導電性樹脂２８を
接続孔２３に埋め込み、これを固化させてもよい。この
場合、メタルマスクを適切に配置すれば、導電部２４に
接続される表面電極２５も同時に形成可能である。When the conductive resin 28 is buried in the connection hole 23 as described above, although not particularly shown in FIGS. A portion other than the connection hole 23 may be covered using a metal mask or the like, and then the paste-like conductive resin 28 may be embedded in the connection hole 23 and solidified. In this case, if the metal mask is appropriately arranged, the surface electrode 25 connected to the conductive portion 24 can be formed at the same time.
【００６２】また、導電性樹脂２８を接続孔２３に埋め
込む方法としては、基板２１の全面に導電性樹脂２８を
塗布し、導電性樹脂２８を接続孔２３に埋め込み、これ
を固化させた後、導電性樹脂２８の表面を研磨して、接
続孔２３に埋め込まれた部分以外の導電性樹脂２８を除
去する方法でもよい。As a method for embedding the conductive resin 28 in the connection hole 23, the conductive resin 28 is applied to the entire surface of the substrate 21, the conductive resin 28 is embedded in the connection hole 23, and after solidifying it, The surface of the conductive resin 28 may be polished to remove the conductive resin 28 other than the portion embedded in the connection hole 23.
【００６３】第１の例の赤外線検出器では、突起状電極
１６を設けているので、接続孔２３への導電性樹脂２８
の埋め込みが不十分で、図５に示したように、導電部２
４が電極部１５まで達しない場合であっても、突起状電
極１６を介して電極部１５と導電部２４との間の導通を
確実に行わせることができる。In the infrared detector of the first example, since the protruding electrodes 16 are provided, the conductive resin 28
Is insufficiently embedded, and as shown in FIG.
Even when the electrode 4 does not reach the electrode portion 15, conduction between the electrode portion 15 and the conductive portion 24 can be reliably performed via the protruding electrode 16.
【００６４】次に、図８および図９を参照して、導電部
２４の形成方法の他の例について説明する。この方法で
は、図８に示したように、予め接続孔２３に、導電部２
４となる導電性樹脂２８を埋め込んだ基板２１を準備
し、図９に示したように、この基板２１を、突起状電極
１６が形成された基板１１に接合する。この方法では、
基板２１を適切な圧力で基板１１に押し付け、接合層１
９を介して基板２１と基板１１を接合させることで、突
起状電極１６が、導電性樹脂２８よりなる導電部２４に
圧接され、突起状電極１６と導電部２４との間の確実な
電気的接続がなされる。なお、予め接続孔２３に導電性
樹脂２８を埋め込む方法としては、例えば図６および図
７に示したような印刷法等の手法を用いればよい。Next, another example of a method of forming the conductive portion 24 will be described with reference to FIGS. In this method, as shown in FIG.
A substrate 21 in which a conductive resin 28 to be 4 is embedded is prepared, and this substrate 21 is joined to the substrate 11 on which the protruding electrodes 16 are formed, as shown in FIG. in this way,
The substrate 21 is pressed against the substrate 11 with an appropriate pressure, and the bonding layer 1 is pressed.
By joining the substrate 21 and the substrate 11 through the protrusion 9, the protruding electrode 16 is pressed against the conductive portion 24 made of a conductive resin 28, and a reliable electrical connection between the protruding electrode 16 and the conductive portion 24 A connection is made. As a method for embedding the conductive resin 28 in the connection hole 23 in advance, for example, a method such as a printing method as shown in FIGS. 6 and 7 may be used.
【００６５】導電部２４に電気的に接続される表面電極
２５は、例えば印刷法により導電性樹脂パターンを形成
することで容易に形成することができる。The surface electrode 25 electrically connected to the conductive portion 24 can be easily formed by forming a conductive resin pattern by, for example, a printing method.
【００６６】次に、第１の例の赤外線検出器の作用につ
いて説明する。第１の例の赤外線検出器では、検出対象
である赤外線は、基板１１の裏面（図３における上面）
側から入射し、空洞部１２を通って赤外線検出素子１４
に入射する。赤外線検出素子１４の出力信号は、電極部
１５、突起状電極１６、導電部２４および表面電極２５
を介して、基板２１の裏面より外部に取り出される。Next, the operation of the infrared detector of the first example will be described. In the infrared detector of the first example, the infrared light to be detected is on the rear surface of the substrate 11 (the upper surface in FIG. 3).
From the side, passes through the cavity 12 and
Incident on. The output signal of the infrared detecting element 14 is output to the electrode portion 15, the protruding electrode 16, the conductive portion 24, and the surface electrode 25.
Through the rear surface of the substrate 21 to the outside.
【００６７】第１の例の赤外線検出器は、第１の基板部
１０と第２の基板部２０とを接合して形成されたチップ
サイズパッケージの形態をなしているので、金属ケース
を用いてパッケージングされた従来の赤外線検出器と比
較して、容易に小型化および低コスト化を図ることがで
きる。しかも、赤外線検出素子１４の出力信号を、基板
２１に形成された表面電極２５より、直接外部に取り出
すことができる。従って、第１の例の赤外線検出器は、
そのまま表面実装部品として使用することが可能であ
る。The infrared detector of the first example is in the form of a chip-size package formed by joining the first substrate part 10 and the second substrate part 20, so that a metal case is used. Compared with a packaged conventional infrared detector, downsizing and cost reduction can be easily achieved. In addition, the output signal of the infrared detecting element 14 can be directly extracted to the outside from the surface electrode 25 formed on the substrate 21. Therefore, the infrared detector of the first example is
It can be used as it is as a surface mount component.
【００６８】また、第１の例の赤外線検出器では、第１
の基板部１０において、赤外線検出素子１４に接続され
た電極部１５に突起状電極１６を設け、第２の基板部２
０において、基板２１の接続孔２３に導電性物質を埋め
込んで導電部２４を形成し、この導電部２４を突起状電
極１６に接続するようにしている。従って、第１の例の
赤外線検出器によれば、空洞部１２，２２の気密性を損
なわずに、赤外線検出素子１４の出力信号を容易に且つ
確実に外部に取り出すことができ、赤外線検出素子１４
の出力信号を外部に取り出す部分の信頼性を高くするこ
とができると共に、赤外線検出素子１４の出力信号を外
部に取り出す部分の構成が簡単で製造が容易になる。In the infrared detector of the first example, the first
In the substrate portion 10 of the second embodiment, the protruding electrode 16 is provided on the electrode portion 15 connected to the infrared detecting element 14, and the second substrate portion 2
At 0, a conductive portion 24 is formed by burying a conductive substance in the connection hole 23 of the substrate 21 and this conductive portion 24 is connected to the protruding electrode 16. Therefore, according to the infrared detector of the first example, the output signal of the infrared detection element 14 can be easily and reliably extracted to the outside without impairing the airtightness of the cavities 12 and 22. 14
The reliability of the portion for extracting the output signal of the infrared detection element 14 to the outside can be increased, and the configuration of the portion for extracting the output signal of the infrared detection element 14 to the outside can be simplified and the production can be facilitated.
【００６９】以上のことから、第１の例の赤外線検出器
によれば、小型化、低コスト化、生産性の向上が可能
で、且つ表面実装部品として使用可能な赤外線検出器を
実現することができる。As described above, according to the infrared detector of the first example, it is possible to realize an infrared detector which can be reduced in size, reduced in cost, improved in productivity, and can be used as a surface mount component. Can be.
【００７０】図１０は、本発明の一実施の形態に係る赤
外線検出装置における赤外線検出器の第２の例の構成を
示す断面図である。第２の例の赤外線検出器は、第１の
基板部１１０と、この第１の基板部１１０の下側に配置
され、第１の基板部１１０に接合された第２の基板部１
２０と、第１の基板部１１０の上側に配置され、第１の
基板部１１０に接合された第３の基板部１３０とを備え
ている。FIG. 10 is a sectional view showing the configuration of a second example of the infrared detector in the infrared detection apparatus according to one embodiment of the present invention. The infrared detector of the second example includes a first substrate unit 110 and a second substrate unit 1 that is disposed below the first substrate unit 110 and is bonded to the first substrate unit 110.
20 and a third substrate unit 130 disposed above the first substrate unit 110 and joined to the first substrate unit 110.
【００７１】第１の基板部１１０は、基板１１１を有し
ている。この基板１１１には、その表面（図１０では下
面）から裏面（図１０では上面）まで貫通した空洞部１
１２が設けられている。この空洞部１１２の下側の開口
部上には、基板１１１の下面側に設けられた架橋構造ま
たはダイアフラム構造の支持体１１３によって支持され
た赤外線検出素子１１４が設けられている。また、基板
１１１の下面側には、赤外線検出素子１１４に接続され
た電極部１１５と、この電極部１１５に接続され、下側
に突出する複数の突起状電極１１６が設けられている。The first substrate section 110 has a substrate 111. This substrate 111 has a cavity 1 penetrating from the front surface (the lower surface in FIG. 10) to the rear surface (the upper surface in FIG. 10).
12 are provided. Above the opening on the lower side of the cavity 112, an infrared detecting element 114 supported by a support 113 having a bridge structure or a diaphragm structure provided on the lower surface side of the substrate 111 is provided. Further, on the lower surface side of the substrate 111, an electrode portion 115 connected to the infrared detecting element 114 and a plurality of protruding electrodes 116 connected to the electrode portion 115 and protruding downward are provided.
【００７２】第２の基板部１２０は、絶縁性基板１２１
を備えている。この基板１２１には、第１の基板部１１
０の赤外線検出素子１１４および空洞部１１２に対向す
る部分に、第１の基板部１１０側でのみ開口する貫通し
ない空洞部１２２が設けられている。また、基板１２１
には、第１の基板部１１０の突起状電極１１６に対向す
る部分において、基板１２１を貫通する接続孔１２３が
形成されている。The second substrate section 120 includes an insulating substrate 121
It has. The substrate 121 includes the first substrate unit 11
A non-penetrating hollow part 122 that is open only on the first substrate part 110 side is provided in a portion facing the infrared detecting element 114 and the hollow part 112 of the first substrate part 110. Also, the substrate 121
A connection hole 123 penetrating the substrate 121 is formed in a portion of the first substrate portion 110 facing the protruding electrode 116.
【００７３】接続孔１２３内には、導電性物質が埋め込
まれて導電部１２４が形成されている。また、絶縁性基
板１２１の下面には、導電部１２４に電気的に接続され
た表面電極１２５が設けられている。この表面電極１２
５は、赤外線検出素子１１４の出力信号を外部に取り出
すための出力端子として用いられ、適切な形状を有して
いる。A conductive portion 124 is formed in the connection hole 123 by burying a conductive material. On the lower surface of the insulating substrate 121, a surface electrode 125 electrically connected to the conductive portion 124 is provided. This surface electrode 12
Reference numeral 5 is used as an output terminal for extracting an output signal of the infrared detection element 114 to the outside, and has an appropriate shape.
【００７４】基板１１１と基板１２１は、接合層１１９
を介して空洞部１１２，１２２および接続孔１２３以外
の部分で接合されている。これにより、空洞部１１２，
１２２は、周辺雰囲気に対して気密に封止される。The substrate 111 and the substrate 121 are
Are joined at portions other than the cavities 112 and 122 and the connection hole 123. Thereby, the cavity 112,
122 is hermetically sealed to the surrounding atmosphere.
【００７５】基板１１１と基板１２１の接合方法は、第
１の例と同様である。また、第２の例の赤外線検出器で
は、赤外線検出素子１１４の出力信号は、電極部１１
５、突起状電極１１６、導電部１２４および表面電極１
２５を介して外部に取り出される。この赤外線検出素子
１１４の出力信号を外部に取り出す部分の構成および形
成方法は、第１の例と同様である。The joining method of the substrate 111 and the substrate 121 is the same as in the first example. Further, in the infrared detector of the second example, the output signal of the infrared
5, protruding electrode 116, conductive portion 124 and surface electrode 1
25 to the outside. The configuration and method of forming a portion for extracting the output signal of the infrared detection element 114 to the outside are the same as those in the first example.
【００７６】第３の基板部１３０は、赤外線透過性の基
板１３１を有している。この基板１３１は、接合層１２
９を介して空洞部１１２以外の部分で基板１１１に接合
されている。基板１３１の材料としては、単結晶シリコ
ン、多結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲル
マニウム、赤外線透過ガラス、赤外線透過性樹脂等を用
いることができる。基板１１１と基板１３１の接合方法
としては、第１の例における基板１１と基板２１との接
合の場合と同様に、陽極接合、樹脂接合、低融点ガラス
接合等の方法を用いることができる。The third substrate section 130 has a substrate 131 that transmits infrared rays. This substrate 131 is used for bonding layer 12
9 is joined to the substrate 111 at a portion other than the cavity 112. As a material of the substrate 131, single crystal silicon, polycrystalline silicon, single crystal germanium, polycrystalline germanium, infrared transmitting glass, infrared transmitting resin, or the like can be used. As a method for bonding the substrate 111 and the substrate 131, a method such as anodic bonding, resin bonding, or low-melting glass bonding can be used as in the case of bonding the substrate 11 and the substrate 21 in the first example.
【００７７】第２の例の赤外線検出器では、検出対象で
ある赤外線は、基板１３１側から入射し、空洞部１１２
を通って赤外線検出素子１１４に入射する。なお、基板
１３１の両面に赤外線反射防止膜１３２，１３３を設け
て、基板１３１の両面における赤外線の反射損失を低減
し、赤外線に対する赤外線検出器の感度を上げるように
してもよい。また、赤外線反射防止膜の代わりに特定波
長の赤外線を選択的に透過する赤外線フィルタ膜を設け
てもよい。赤外線反射防止膜や赤外線フィルタ膜の構成
は、第１の例と同様である。In the infrared detector of the second example, infrared light to be detected enters from the substrate 131 side,
Pass through to the infrared detecting element 114. Note that infrared reflection preventing films 132 and 133 may be provided on both surfaces of the substrate 131 to reduce the reflection loss of infrared light on both surfaces of the substrate 131 and increase the sensitivity of the infrared detector to infrared light. Further, an infrared filter film that selectively transmits infrared light of a specific wavelength may be provided instead of the infrared antireflection film. The configurations of the infrared antireflection film and the infrared filter film are the same as those in the first example.
【００７８】このように構成された第２の例の赤外線検
出器では、第１の例の赤外線検出器と比較すると、新た
に第３の基板部１３０（基板１３１）が必要になると共
に、これを第１の基板部１１０（基板１１１）に接合す
る工程が必要になる。しかし、第２の例の赤外線検出器
によれば、第１の例の赤外線検出器と比較して、以下の
３つの有利な点がある。第１の点は、第１の基板部１１
０の基板１１１の材料として赤外線透過性材料以外の材
料を用いることができることである。第２の点は、第３
の基板部１３０の基板１３１の材質を選択することによ
り、任意の赤外線透過特性が得られることである。第３
の点は、基板１３０の裏表両面に赤外線反射防止膜１３
２，１３３もしくは赤外線フィルタ膜を形成することが
できることから、赤外線検出器の特性をより向上させる
ことが可能になることである。In the infrared detector of the second example configured as described above, a third substrate unit 130 (substrate 131) is newly required as compared with the infrared detector of the first example. Is required to be bonded to the first substrate unit 110 (substrate 111). However, according to the infrared detector of the second example, there are the following three advantages as compared with the infrared detector of the first example. The first point is that the first substrate unit 11
That is, a material other than the infrared-transmissive material can be used as the material of the substrate 111. The second point is the third
By selecting the material of the substrate 131 of the substrate section 130, an arbitrary infrared transmission characteristic can be obtained. Third
Is that the infrared anti-reflection coatings 13
Since the 2,133 or infrared filter film can be formed, the characteristics of the infrared detector can be further improved.
【００７９】第２の例の赤外線検出器のその他の構成、
作用および効果は、第１の例と同様である。Other configurations of the infrared detector of the second example,
The operation and effect are the same as those of the first example.
【００８０】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々の変更が可能である。例えば、実施の形態に
おける赤外線検出器２０５は、第１または第２の例の赤
外線検出器に限らず、表面実装型の赤外線検出器であれ
ばよい。The present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made. For example, the infrared detector 205 in the embodiment is not limited to the infrared detector of the first or second example, and may be any surface-mounted infrared detector.
【００８１】[0081]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし６
のいずれかに記載の赤外線検出装置によれば、高熱伝導
率で且つ絶縁性の基板に、表面実装型の赤外線検出器と
温度センサ素子とを搭載したので、赤外線検出装置の小
型化、低コスト化、高精度化が可能になるという効果を
奏する。As described above, claims 1 to 6
According to the infrared detector described in any one of the above, the surface mount type infrared detector and the temperature sensor element are mounted on an insulating substrate having high thermal conductivity, so that the infrared detector is reduced in size and cost is reduced. This has the effect of achieving higher accuracy and higher accuracy.
【００８２】また、請求項２記載の赤外線検出装置によ
れば、基板上に更に回路素子を実装したので、回路素子
を含む赤外線検出装置の精度を向上させることが可能に
なるという効果を奏する。According to the infrared detecting device of the second aspect, since the circuit element is further mounted on the substrate, it is possible to improve the accuracy of the infrared detecting device including the circuit element.
【００８３】また、請求項３ないし６のいずれかに記載
の赤外線検出装置によれば、第１の基板部と第２の基板
部とを接合して赤外線検出器を構成すると共に、第１の
基板に突起状電極を形成し、第２の基板に形成された接
続孔に埋め込まれた導電性物質よりなる導電部を突起状
電極に接続して、赤外線検出素子の出力信号を直接外部
に取り出すことができるようにしたので、赤外線検出器
の小型化、低コスト化、生産性の向上が可能になるとい
う効果を奏する。Further, according to the infrared detecting device of any one of claims 3 to 6, the first substrate portion and the second substrate portion are joined to form an infrared detector, and the first substrate portion is connected to the first substrate portion. A protruding electrode is formed on the substrate, and a conductive portion made of a conductive substance embedded in a connection hole formed on the second substrate is connected to the protruding electrode, and an output signal of the infrared detecting element is directly taken out. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the infrared detector and to improve the productivity.
【図１】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置の
構成を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an infrared detection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置に
おいて基板上に更に信号処理回路素子を実装した例を示
す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example in which a signal processing circuit element is further mounted on a substrate in the infrared detection device according to one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置に
おける赤外線検出器の第１の例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a first example of an infrared detector in the infrared detection device according to one embodiment of the present invention.
【図４】図３における突起状電極がない場合において接
続孔に導電性物質を充填した状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a conductive substance is filled in a connection hole in a case where there is no protruding electrode in FIG. 3;
【図５】赤外線検出器の第１の例における突起状電極と
導電部との接続状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connection state between a protruding electrode and a conductive portion in the first example of the infrared detector.
【図６】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a method of forming a conductive portion in the first example of the infrared detector.
【図７】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a method of forming a conductive portion in the first example of the infrared detector.
【図８】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の他の例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing another example of a method of forming a conductive portion in the first example of the infrared detector.
【図９】赤外線検出器の第１の例における導電部の形成
方法の他の例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory view showing another example of the method of forming the conductive portion in the first example of the infrared detector.
【図１０】本発明の一実施の形態に係る赤外線検出装置
における赤外線検出器の第２の例の構成を示す断面図で
ある。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a second example of the infrared detector in the infrared detection device according to one embodiment of the present invention.
１０…第１の基板部、１１…基板、１２…空洞部、１３
…支持体、１４…赤外線検出素子、１５…電極部、１６
…突起状電極、１７…赤外線反射防止膜、１９…接合
層、２０…第２の基板部、２１…絶縁性基板、２２…空
洞部、２３…接続孔、２４…導電部、２５…表面電極、
２０１…基板、２０２…端部電極、２０３…配線部、２
０５…赤外線検出器、２０６…温度センサ素子。10: first substrate portion, 11: substrate, 12: hollow portion, 13
... Support, 14 ... Infrared detecting element, 15 ... Electrode part, 16
... projecting electrodes, 17 ... infrared antireflection film, 19 ... joining layer, 20 ... second substrate part, 21 ... insulating substrate, 22 ... cavity part, 23 ... connection hole, 24 ... conductive part, 25 ... surface electrode ,
201: substrate, 202: end electrode, 203: wiring part, 2
05: infrared detector, 206: temperature sensor element.
Claims (6)
センサ素子と、 前記基板に形成され、前記赤外線検出器および前記温度
センサ素子の出力信号を外部に取り出すための電極とを
備えたことを特徴とする赤外線検出装置。An insulating substrate having a high thermal conductivity and a surface-mounted infrared detector mounted on the substrate; and a temperature sensor element mounted on the substrate and detecting a temperature of the substrate. And an electrode formed on the substrate and for taking out an output signal of the infrared detector and the temperature sensor element to the outside.
を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装
置。2. The infrared detection device according to claim 1, further comprising a circuit element mounted on said substrate.
うに配置され接合された第１の基板部と第２の基板部と
を備え、 前記第１の基板部は、前記第２の基板部と対向する一方
の面において開口する空洞部が形成された第１の基板
と、前記第１の基板の前記一方の面側において前記空洞
部上に配置された赤外線検出素子と、前記第１の基板の
前記一方の面に形成された、前記赤外線検出素子の出力
信号を外部に取り出すための突起状電極とを有し、 前記第２の基板部は、前記赤外線検出素子に対向する部
分に空洞部が形成され、前記突起状電極に対向する部分
において貫通する接続孔が形成され、前記第１の基板に
対して対向するように配置され接合された絶縁性の第２
の基板と、前記接続孔に埋め込まれた導電性物質よりな
り、前記突起状電極に電気的に接続された導電部とを有
することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線検
出装置。3. The infrared detector includes a first substrate unit and a second substrate unit which are arranged and joined to face each other, and wherein the first substrate unit includes the second substrate unit. A first substrate on which a cavity that opens on one surface facing the first substrate is formed; an infrared detection element disposed on the cavity on the one surface side of the first substrate; A protruding electrode formed on the one surface of the substrate for taking out an output signal of the infrared detection element to the outside, wherein the second substrate portion has a cavity in a portion facing the infrared detection element A connection hole is formed at a portion facing the protruding electrode, and an insulating second hole is disposed and joined to face the first substrate.
The infrared detection device according to claim 1, further comprising: a substrate formed of a conductive material embedded in the connection hole and electrically connected to the protruding electrode.
前記第１の基板の空洞部は、第１の基板を貫通せずに、
前記一方の面においてのみ開口していることを特徴とす
る請求項３記載の赤外線検出装置。4. The first substrate has an infrared transmission property,
The cavity of the first substrate does not penetrate the first substrate,
The infrared detection device according to claim 3, wherein the opening is provided only on the one surface.
結晶シリコンからなり、前記第１の基板の空洞部は異方
性エッチングによって形成されていることを特徴とする
請求項４記載の赤外線検出装置。5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first substrate is made of single crystal silicon having a (100) plane orientation, and a cavity of the first substrate is formed by anisotropic etching. Infrared detection device.
貫通しており、 前記赤外線検出器は、更に、前記第１の基板の前記第２
の基板部とは反対側に配置され接合された赤外線透過性
を有する第３の基板を備えていることを特徴とする請求
項３記載の赤外線検出装置。6. The cavity of the first substrate penetrates the first substrate, and the infrared detector further includes a second portion of the first substrate.
4. The infrared detecting apparatus according to claim 3, further comprising a third substrate having an infrared-transmitting property, which is arranged on the side opposite to the substrate section of the above.
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