JP5406083B2 - サーモパイル型赤外線センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る赤外線センサは、電気絶縁性を有するフィルムと、前記フィルムの一方の面側に配置されたサーモパイルと、前記フィルムの一部を覆う赤外線遮へい層と、前記フィルムを支持する台座部と、を備えたサーモパイル型赤外線センサであって、前記フィルムは、樹脂を主成分とする材料で構成され、前記サーモパイルは、一部または全体が前記フィルムに埋没し、前記フィルムの中央部側から外周部分まで配置され、前記赤外線遮へい層は、前記フィルムの一方の面側において前記フィルムの外周部分に配置された前記サーモパイルを覆うとともに、前記フィルムの外周部分から延出して配置され、前記台座部は、金属からなり、前記フィルムの他方の面側における外周部分から前記赤外線遮へい層の前記フィルムと対向する面側における前記フィルムの外周部分から延出して配置された部分まで配置されるとともに、前記フィルム及び前記赤外遮へい層と熱的に接続していることを特徴とする。
この発明によれば、赤外線センサのうち受光部(熱電対の温接点形成領域)が、熱伝導率の低い樹脂のフィルムで構成されているので、熱電対の温接点とそれ以外の領域とでの温度差を大きく取ることができる。そのため、赤外線センサの感度をより大きくすることができる。
前記台座部が、実装により配線基板と熱的に接合することを特徴とする。
図1(a)は、本発明の第一実施形態であるサーモパイル型赤外線センサをサーモパイル形成面方向から示したものであり、図1(b)は、図1(a)におけるA−Aにおける断面を表す図面である。
図2は剥離層11を形成する剥離層形成工程を示している。
図3(b)、図3(c)は基板10上に剥離層11を形成する工程を示す図である。
図3(b)の工程では、基板10上に赤外線センサを基板10から容易に引き剥がすことができる剥離層11として、銅薄膜等を真空蒸着法により形成する。
その後、図4(c)に示すように、フォトレジスト層12をエッチングにより剥離する。
赤外線遮へい層6は、赤外線を反射することで遮へいする赤外線反射層または、赤外線を吸収することで遮へいする赤外線吸収層のいずれかで構成されている。
図5に示すように、電気的に絶縁性を有する材料、例えば紫外線硬化型のエポキシ系フォトレジストをスピンコート法により塗布しフォトレジスト層を形成する。その後、フォトレジスト層に対して露光、現像を行うことによりセンサの平面視の外形を形成するようにパターニングし、絶縁層5を形成する。なお、絶縁層5はポリイミド等を用いても構わない。なお、紫外線硬化型のエポキシ系フォトレジストなど熱的に絶縁性を有する材料を用いることで、冷接点へ熱を伝え難くすることが可能である。
さらに、図6(b)の工程で不要部分にマスクを行い、第2の薄膜状熱電対材料4を第1の薄膜状熱電対材料3、絶縁層5、及び剥離層上に図6(a)と同様の方法を用いて成膜し、第2の薄膜パターンを形成する。成膜後、マスクにエッチングを施し、さらに、第1の薄膜状熱電対材料3及び第2の薄膜状熱電対材料4、すなわち前記第1の薄膜パターンと前記第2の薄膜パターンとの熱電対接点である冷接点7及び温接点8を形成する。第1の薄膜状熱電対材料3と第2の薄膜状熱電対材料4の熱電材料はNiとAuなど様々な熱電材料の組み合わせが可能である。
図7に示すように、紫外線硬化型のエポキシ系フォトレジストを剥離層11、赤外線遮へい層6、絶縁層5、第1の薄膜状熱電対材料3及び第2の薄膜状熱電対材料4を覆うようにスピンコート法により塗布し、フォトレジスト層を形成する。なお、フィルムは、電気的に絶縁性を有し、樹脂を主成分とする材料で形成することが可能である。その後、フォトレジスト層に対して露光、現像を行う。この工程で、フォトレジスト層のうち、剥離層11及び赤外線遮へい層6のうち外周部分、すなわちセンサの外周部分を構成する部分を除去する。これにより、残ったフォトレジスト層がフィルム2を形成することになる。このとき、薄膜状熱電対材料3,4及び出力電極14(図2)は、絶縁性フィルム2内に埋没することとなる。なお、フィルム2はポリイミド等を用いても構わない。また、これにより、赤外線遮へい層6は、フィルムの外周部分から延出して配置される部分を有している。
図8(a)はフィルム2上に導電層9を形成する工程を示す図である。この工程に置いて、スパッタリング等によりクロム、銅薄膜を順次形成することによりフィルム2上に導電層9を形成する。
図9(b)は、導電層9の一部を除去し、台座部18を熱的に絶縁する工程を示す図である。図9(b)に示すように、ニッケルめっき層(台座部18)をマスキング層として、導電層9のうちニッケルめっき層を形成していない、すなわち露出している部分をエッチングにより除去する。これにより、熱的に絶縁された台座部18を形成する。この工程で、フィルム2内に複数の膜状熱電対及び出力電極14(図2)と、台座部18とを有するセンサ本体部分が剥離層11上に形成される。
図10(a)は、剥離層11の一部を除去する工程を示す図である。図10(a)に示すように、基板の外周部分において、剥離層の表面を露出している部分をエッチングにより除去する。
図10(c)は、剥離層11を除去する工程である。図10(c)に示すように、エッチングにより剥離層11を除去することにより、膜状熱電対及び出力電極14(図2)がフィルム2に埋没したサーモパイル型赤外線センサ1が作製される。
図11は、第一実施形態におけるサーモパイル型赤外線センサモジュール20の断面を示したものである。図11に示すように、サーモパイル型赤外線センサ1の台座部18がはんだ21付けにより実装され、サーモパイル型赤外線センサ1の台座部18と、配線基板23の配線22が熱的に接続されている。これにより、台座部18の熱を効率よく配線基板23の配線22に放熱することができる。これにより、他の部品とともに実装することができ、実装工程を簡略化、コストダウンを図ることができる。
図12は、第二実施形態におけるサーモパイル型赤外線センサ40の断面を示したものである。なお、第一実施形態と同様の構成については、その詳細な説明を省略する。第二実施形態におけるサーモパイル型赤外線センサにおいて、フィルムの台座部18が形成された側の面における温接点が形成された部分に、赤外線吸収層13が形成されていることを除き、第一実施形態と同様である。
2 絶縁層(フィルム)
3、 103 第一熱電材料
4、 104 第二熱電材料
5、 102 絶縁層
6、 106 赤外線遮へい層
7、 107 冷接点
8、 108 温接点
9 導電層
10、 101 基板
11 剥離層
12、 17 フォトレジスト層
13、 113 赤外線吸収層
14 出力電極
18 台座部(金属)
19 熱電対
20 サーモパイル型赤外線センサモジュール
21 はんだ
22 配線
23 配線基板
105 保護膜
Claims (20)
- 電気絶縁性を有するフィルムと、前記フィルムの一方の面側に配置されたサーモパイルと、前記フィルムの一部を覆う赤外線遮へい層と、前記フィルムを支持する台座部と、を備えたサーモパイル型赤外線センサであって、
前記フィルムは、樹脂を主成分とする材料で構成され、
前記サーモパイルは、一部または全体が前記フィルムに埋没し、前記フィルムの中央部側から外周部分まで配置され、
前記赤外線遮へい層は、前記フィルムの一方の面側において前記フィルムの外周部分に配置された前記サーモパイルを覆うとともに、前記フィルムの外周部分から延出して配置され、
前記台座部は、金属からなり、前記フィルムの他方の面側における外周部分から前記赤外線遮へい層の前記フィルムと対向する面側における前記フィルムの外周部分から延出して配置された部分まで配置されるとともに、前記フィルム及び前記赤外遮へい層と熱的に接続していることを特徴とするサーモパイル型赤外線センサ。 - 前記サーモパイルは、前記フィルムの面方向に沿って直列に接合された複数の膜状熱電対からなり、
前記膜状熱電対は、互いに接合された2種類の膜状材料からなり、前記複数の膜状熱電対のうち、一の膜状熱電対における第1の膜状材料との一端側と、前記一の膜状材料における第2の膜状材料の一端側とを接続した温接点を前記フィルムの中央部側に配置するとともに、前記一の膜状熱電対における第1の膜状材料の他端側と、前記一の膜状熱電対に隣接する膜状熱電対における前記第2の膜状材料の他端側とを接続した冷接点を前記フィルムの外周部分に配置することを特徴とする請求項1に記載のサーモパイル型赤外線センサ。 - 前記赤外線遮へい層は、前記フィルムの一方の面側において前記冷接点を覆い、前記台座部は、前記フィルムの他方の面側における外周部分において、前記冷接点が配置された部分に配置されることを特徴とする請求項2に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記台座部が、めっき法により析出される金属からなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記フィルムの他方の面および前記赤外遮へい層の前記フィルムと対向する面に導電層が形成され、前記台座部が、前記導電層から析出されることを特徴とする請求項4に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記台座部が、ニッケル、金、白金、ロジウム、鉄、パラジウム、銅から選ばれる材料、またはこれらから選ばれる材料を主成分とする材料であることを特徴とする請求項5に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記赤外線遮へい層が、赤外線反射層であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記赤外線反射層が、めっき法により析出される金属からなることを特徴とする請求項7に記載したサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記赤外線遮へい層が、赤外線吸収層であることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載したサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記赤外線吸収層が、金黒またはNiCr合金などの赤外線吸収性が高い金属からなることを特徴とする請求項9に記載したサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記赤外線遮へい層は、前記フィルムの一部を、前記フィルムの一部に形成された絶縁層を介して覆うことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記フィルムの他方の面側における温接点が配置された部分に、赤外線吸収層を形成させることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 前記台座部が、実装により配線基板と熱的に接合することを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサ。
- 基板の外周部分に、赤外線遮へい層を形成する赤外線遮へい層形成工程と、
前記基板の中央部の上部から外周部分の上部までサーモパイルを形成するサーモパイル形成工程と、
前記サーモパイルを覆うように、電気的に絶縁性を有する樹脂を主成分とするフィルムを形成するフィルム層形成工程と、
前記フィルムの外周部分から前記赤外線遮へい層の露出した部分まで金属からなる台座部を形成する台座部形成工程と、
前記基板を剥離する剥離工程と、
を備えていることを特徴とするサーモパイル型赤外線センサの製造方法。 - 基板上に剥離層を形成する剥離層形成工程と、
前記剥離層の外周部分に、赤外線遮へい層を形成する赤外線遮へい層形成工程と、
前記基板の中央部の上部から外周部分の上部までサーモパイルを形成するサーモパイル形成工程と、
前記サーモパイルを覆うように、電気的に絶縁性を有する樹脂を主成分とするフィルムを形成するフィルム層形成工程と、
前記フィルムの外周部分から前記赤外線遮へい層の露出した部分まで金属からなる台座部を形成する台座部形成工程と、
前記剥離層を除去する剥離工程と、
を備えていることを特徴とするサーモパイル型赤外線センサの製造方法。 - 前記サーモパイル形成工程は、膜状熱電対を構成する第1の材料からなる第1の薄膜パターンを形成し、前記膜状熱電対を構成する第2の材料からなり、前記第1の薄膜パターンと接合する第2薄膜パターンを形成するとともに、前記第1の薄膜パターンと前記第2の薄膜パターンとの接点である温接点および冷接点をそれぞれ前記剥離層上および前記絶縁層上に形成してサーモパイルを形成することを特徴とする請求項14または請求項15に記載のサーモパイル型赤外線センサの製造方法。
- 前記赤外線遮へい層形成工程の後、前記サーモパイル形成工程の前において、前記赤外線遮へい層上の基板の中央側に絶縁層を形成する絶縁層形成工程を備えることを特徴とする請求項14から16のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサの製造方法。
- 前記台座部形成工程において、前記赤外遮へい層上および前記フィルム上に電気的に導電性を有する導電層を形成し、前記台座部が前記フィルムおよび前記赤外遮へい層に接合する導電層から析出されることを特徴とする請求項14から17のいずれか一項に記載のサーモパイル型赤外線センサの製造方法。
- 前記台座部形成工程において、前記導電層を形成した後、前記導電層の基板の端部に形成された部分および前記導電層のフィルムの中央部に形成された部分に、フォトレジスト層を形成することを特徴とする請求項18に記載のサーモパイル型赤外線センサの製造方法。
- 前記台座部が、めっき法により析出される金属からなることを特徴とする請求項19に記載のサーモパイル型赤外線センサの製造方法。
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