JPH10260084A - 熱電気センサー - Google Patents
熱電気センサーInfo
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- JPH10260084A JPH10260084A JP10047273A JP4727398A JPH10260084A JP H10260084 A JPH10260084 A JP H10260084A JP 10047273 A JP10047273 A JP 10047273A JP 4727398 A JP4727398 A JP 4727398A JP H10260084 A JPH10260084 A JP H10260084A
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Classifications
-
- 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
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 複数の測定箇所が互いに熱的に隔てられるた
め正確な熱電気測定が可能であり、加工の必要性が少な
く、安価で高性能なセンサーを提供する。 【解決手段】 複数の熱電気エレメントによってそれぞ
れが形成された複数の要素セルを備えた膜を含んでなる
熱電気センサーであって、前記複数の要素セルは、前記
膜の面と異なる複数の要素面をそれぞれ画定し、各要素
セルが、前記膜の１つの面上に配置されて前記膜を支持
する基材に熱的に接続された金属線により、隣の要素セ
ルから熱的に隔てられたことを特徴とする熱電気センサ
ーである。好ましくは、中間の低熱伝導性領域によって
隔てられた２本の平行な金属線により、各要素セルが各
隣接した要素セルから熱的に隔てられ、金属線はが金か
らなり、前記膜の前面の上に配置され、前記膜が、前記
熱電気エレメントを覆う上側不動態化層を備え、前記金
属線が、前記不動態化層の上に配置される。
め正確な熱電気測定が可能であり、加工の必要性が少な
く、安価で高性能なセンサーを提供する。 【解決手段】 複数の熱電気エレメントによってそれぞ
れが形成された複数の要素セルを備えた膜を含んでなる
熱電気センサーであって、前記複数の要素セルは、前記
膜の面と異なる複数の要素面をそれぞれ画定し、各要素
セルが、前記膜の１つの面上に配置されて前記膜を支持
する基材に熱的に接続された金属線により、隣の要素セ
ルから熱的に隔てられたことを特徴とする熱電気センサ
ーである。好ましくは、中間の低熱伝導性領域によって
隔てられた２本の平行な金属線により、各要素セルが各
隣接した要素セルから熱的に隔てられ、金属線はが金か
らなり、前記膜の前面の上に配置され、前記膜が、前記
熱電気エレメントを覆う上側不動態化層を備え、前記金
属線が、前記不動態化層の上に配置される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、それぞれ複数の要
素セルを画定する複数の熱電気エレメントを備えた膜に
よって形成される熱電気センサーに関する。一般に、各
々の熱電気エレメントは、複数の熱電対(thermoelectri
c couple) を含んでなり、その他のものと区別される要
素面を画定する。
素セルを画定する複数の熱電気エレメントを備えた膜に
よって形成される熱電気センサーに関する。一般に、各
々の熱電気エレメントは、複数の熱電対(thermoelectri
c couple) を含んでなり、その他のものと区別される要
素面を画定する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】センサ
ーが、受熱エネルギーの量を正確に測定できるために
は、それぞれの要素セルが、他のものから出来るだけ熱
的に隔てられる必要がある。実際問題として、１つの要
素セルで検出された熱エネルギーが別な要素セルまで拡
散し、再度検出されることを避ける必要がある。
ーが、受熱エネルギーの量を正確に測定できるために
は、それぞれの要素セルが、他のものから出来るだけ熱
的に隔てられる必要がある。実際問題として、１つの要
素セルで検出された熱エネルギーが別な要素セルまで拡
散し、再度検出されることを避ける必要がある。
【０００３】受熱エネルギーを膜そのものの近くに拡散
することを避けるべく、膜そのものが受熱エネルギーを
熱伝導性基材に放散させることができなければ、複数の
熱電気エレメントを備えた膜から形成される熱電気セン
サーは、上記の問題に煩わされる。図１は、文献「A.D.
Oliver ら、題目：A bulk micromachined 1024-elemen
tuncooled infrared imager」の図３に記載の態様の、
従来技術の熱電気センサーを概略的に簡単化して示す。
することを避けるべく、膜そのものが受熱エネルギーを
熱伝導性基材に放散させることができなければ、複数の
熱電気エレメントを備えた膜から形成される熱電気セン
サーは、上記の問題に煩わされる。図１は、文献「A.D.
Oliver ら、題目：A bulk micromachined 1024-elemen
tuncooled infrared imager」の図３に記載の態様の、
従来技術の熱電気センサーを概略的に簡単化して示す。
【０００４】添付の図１において、従来技術の熱電気セ
ンサー２は、基材６に支持された膜４を備える。いくつ
かの熱電気エレメント８が膜４の上に配置されている。
膜の裏側、即ち、支持体６の側に複数のシリコンバー10
が提供されている。膜４の平面の中で、これらのバー10
は、複数の要素セルの境界を画し、したがって熱伝導体
を画定し、熱電気エレメント８が受けた熱エネルギーが
放散されることを可能にする。シリコンは熱伝導体であ
り、電子デバイスを配置するために、特に種々の熱電気
エレメントに対応するために使用できるといった長所を
有する。
ンサー２は、基材６に支持された膜４を備える。いくつ
かの熱電気エレメント８が膜４の上に配置されている。
膜の裏側、即ち、支持体６の側に複数のシリコンバー10
が提供されている。膜４の平面の中で、これらのバー10
は、複数の要素セルの境界を画し、したがって熱伝導体
を画定し、熱電気エレメント８が受けた熱エネルギーが
放散されることを可能にする。シリコンは熱伝導体であ
り、電子デバイスを配置するために、特に種々の熱電気
エレメントに対応するために使用できるといった長所を
有する。
【０００５】しかしながら、熱電気センサー２は別な欠
点を有する。第１に、その製造は、膜４の前面と裏面を
微細に機械加工することを必要とし、これは、一般に、
こうした構造を製造するための付加的な難しさを発生さ
せる。第２に、シリコンは適切な熱伝導体であるが、そ
の熱伝導率はどちらかと言えば平均レベルである。さら
に、シリコンバー10は、隣の熱電気エレメントとの間に
熱の橋渡しを形成する。即ち、シリコンバー10は、セン
サー２が受けた熱エネルギーをある程度放散することが
できるが、要素セルを互いに断熱することが割合に乏し
く、このことは、前記センサー２の効率と精度にとって
有害である。
点を有する。第１に、その製造は、膜４の前面と裏面を
微細に機械加工することを必要とし、これは、一般に、
こうした構造を製造するための付加的な難しさを発生さ
せる。第２に、シリコンは適切な熱伝導体であるが、そ
の熱伝導率はどちらかと言えば平均レベルである。さら
に、シリコンバー10は、隣の熱電気エレメントとの間に
熱の橋渡しを形成する。即ち、シリコンバー10は、セン
サー２が受けた熱エネルギーをある程度放散することが
できるが、要素セルを互いに断熱することが割合に乏し
く、このことは、前記センサー２の効率と精度にとって
有害である。
【０００６】本発明の目的は、複数の個々の熱電気エレ
メントを備えた膜から形成され、正確な熱電気測定を可
能にする、即ち、センサーから種々の要素セルを非常に
良好に熱的に隔てることを保証する熱電気センサーを提
供することである。本発明のもう１つの目的は、膜の裏
面の微細加工を出来るだけ無くすことである。さらに、
本発明のもう１つの目的は、当業者に馴染みのある手段
によって工業的に製造することができ、したがって、割
合に安価で高性能として得ることができる熱電気センサ
ーを提供することである。
メントを備えた膜から形成され、正確な熱電気測定を可
能にする、即ち、センサーから種々の要素セルを非常に
良好に熱的に隔てることを保証する熱電気センサーを提
供することである。本発明のもう１つの目的は、膜の裏
面の微細加工を出来るだけ無くすことである。さらに、
本発明のもう１つの目的は、当業者に馴染みのある手段
によって工業的に製造することができ、したがって、割
合に安価で高性能として得ることができる熱電気センサ
ーを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】即ち、本
発明は、複数の熱電気エレメントを備えた膜から形成さ
れた熱電気センサーに関するものであり、前記エレメン
トは、複数の要素セルをそれぞれが形成する複数の熱電
対からそれぞれ形成され、前記セルは、それぞれ前記膜
の複数の個々の要素面をそれぞれ画定し、各要素セル
は、金属線によって隣の要素セルから熱的に隔てられ、
前記金属線は、前記膜の上に配置され、前記膜を支持す
る基材に熱的に接続されたことを特徴とする。金属線は
好ましくは金からなる。
発明は、複数の熱電気エレメントを備えた膜から形成さ
れた熱電気センサーに関するものであり、前記エレメン
トは、複数の要素セルをそれぞれが形成する複数の熱電
対からそれぞれ形成され、前記セルは、それぞれ前記膜
の複数の個々の要素面をそれぞれ画定し、各要素セル
は、金属線によって隣の要素セルから熱的に隔てられ、
前記金属線は、前記膜の上に配置され、前記膜を支持す
る基材に熱的に接続されたことを特徴とする。金属線は
好ましくは金からなる。
【０００８】本発明における構成の特徴のため、とりわ
け金がシリコンよりも高い熱伝導性を提供するため、金
属の伝導性線による受熱エネルギーの除去は、従来技術
の同様なシリコンでの構造による熱エネルギーの除去に
比較してはるかに大きい。しかも、本発明による熱電気
センサーは、受熱エネルギーを膜支持用基材に伝導させ
るために、膜の裏面を特に微細加工する必要がない。
け金がシリコンよりも高い熱伝導性を提供するため、金
属の伝導性線による受熱エネルギーの除去は、従来技術
の同様なシリコンでの構造による熱エネルギーの除去に
比較してはるかに大きい。しかも、本発明による熱電気
センサーは、受熱エネルギーを膜支持用基材に伝導させ
るために、膜の裏面を特に微細加工する必要がない。
【０００９】好ましい態様において、各要素セルは、中
間の低伝導性領域によって隔てられた２本の平行な金属
線によって各隣接要素セルから熱的に隔てられる。この
後者の特徴による隣接要素セル間の非常に効率的な断熱
のため、上記の従来技術のような隣接した要素セル間を
橋渡しする伝熱がない。特定の態様によると、金属線又
は金ワイヤーは、ガルバーニ成長によって膜の上側不動
態層の上に配置され、これは、外的な電気接続を可能に
するために特に集積回路上に設けられる接触パッドやバ
ンプを配置するための、当業者に公知の方法によって行
われる。
間の低伝導性領域によって隔てられた２本の平行な金属
線によって各隣接要素セルから熱的に隔てられる。この
後者の特徴による隣接要素セル間の非常に効率的な断熱
のため、上記の従来技術のような隣接した要素セル間を
橋渡しする伝熱がない。特定の態様によると、金属線又
は金ワイヤーは、ガルバーニ成長によって膜の上側不動
態層の上に配置され、これは、外的な電気接続を可能に
するために特に集積回路上に設けられる接触パッドやバ
ンプを配置するための、当業者に公知の方法によって行
われる。
【００１０】以下、本発明を添付の図面を参照しながら
より詳しく説明するが、本発明はこれらの例に限定され
るものではない。
より詳しく説明するが、本発明はこれらの例に限定され
るものではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】熱電気センサー12は、基材16に支
持されて複数の要素セル18を備えた膜14からなる。各要
素セル18は、複数の熱電対からなる熱電気セル20から形
成される。各要素セル18は、膜14の個々の要素面を画定
し、この要素面は金線22と23によって境界を形成され
る。これらの金線22と23は、膜14の前面25に配置され
る。これらは、正確な測定を保証するため、隣接した要
素セルを熱的に隔てるために使用される。
持されて複数の要素セル18を備えた膜14からなる。各要
素セル18は、複数の熱電対からなる熱電気セル20から形
成される。各要素セル18は、膜14の個々の要素面を画定
し、この要素面は金線22と23によって境界を形成され
る。これらの金線22と23は、膜14の前面25に配置され
る。これらは、正確な測定を保証するため、隣接した要
素セルを熱的に隔てるために使用される。
【００１２】ある態様において、本願では特に詳しくは
説明しないが、隣接した要素セルを熱的に隔てるために
１本の金線22を使用することもできると認識すべきであ
る。ここで、図２〜５に示した態様が好ましく、これ
は、この態様で提供された構成が、センサー12が受けた
熱エネルギーを高い効率で除去させ得るだけでなく、要
素セルが互いに熱的に隔てられるためである。中間の低
熱伝導性領域28によって隔てられた２本の平行な金線の
配置は、２つの隣接要素セルの間の良好な断熱を保証す
る。ここに示した態様において、中間領域28はチャンネ
ルを形成する。別な態様において、この中間領域は断熱
材で満たされることもできる。即ち、金線22は金線23か
ら断熱され、金線22と23は、隣接した要素セル間の熱の
橋渡しを形成しない。
説明しないが、隣接した要素セルを熱的に隔てるために
１本の金線22を使用することもできると認識すべきであ
る。ここで、図２〜５に示した態様が好ましく、これ
は、この態様で提供された構成が、センサー12が受けた
熱エネルギーを高い効率で除去させ得るだけでなく、要
素セルが互いに熱的に隔てられるためである。中間の低
熱伝導性領域28によって隔てられた２本の平行な金線の
配置は、２つの隣接要素セルの間の良好な断熱を保証す
る。ここに示した態様において、中間領域28はチャンネ
ルを形成する。別な態様において、この中間領域は断熱
材で満たされることもできる。即ち、金線22は金線23か
ら断熱され、金線22と23は、隣接した要素セル間の熱の
橋渡しを形成しない。
【００１３】この好ましい態様において、金線22と23
は、高い熱伝導率を特徴とする。複数の要素セルがマト
リックス列の中に配置され、金線22と23は、要素面をこ
れらの要素セルから隔て、第１方向に配向した第１ライ
ンとその直角方向に配向した第２ラインのパターンを形
成し、これらの第１と第２のラインは互いに直角に交わ
る。
は、高い熱伝導率を特徴とする。複数の要素セルがマト
リックス列の中に配置され、金線22と23は、要素面をこ
れらの要素セルから隔て、第１方向に配向した第１ライ
ンとその直角方向に配向した第２ラインのパターンを形
成し、これらの第１と第２のラインは互いに直角に交わ
る。
【００１４】当業者には特にシリコン、ポリシリコン、
及び／又は酸化ケイ素からなる膜に複数の熱電対を含ん
でなる熱電気エレメントを配置する仕方が公知であるこ
とを認識されたい。膜14は、熱電気エレメント20を覆う
上側の不動態層30を有する。金線22と23は、不動態層30
の上に配置される。
及び／又は酸化ケイ素からなる膜に複数の熱電対を含ん
でなる熱電気エレメントを配置する仕方が公知であるこ
とを認識されたい。膜14は、熱電気エレメント20を覆う
上側の不動態層30を有する。金線22と23は、不動態層30
の上に配置される。
【００１５】金線は、当業者に公知の技術によりガルバ
ーニ成長によって作成されることができる。この技術
は、金線がかなりの高さで作成されることを可能にす
る。要素セルを隔てる金線又は金ワイヤーの高さは、１
０μｍ以上であることが好ましい。ここで、当業者の公
知のその他の金線形成法が、本発明のセンサーを作成す
るために使用されてもよい。
ーニ成長によって作成されることができる。この技術
は、金線がかなりの高さで作成されることを可能にす
る。要素セルを隔てる金線又は金ワイヤーの高さは、１
０μｍ以上であることが好ましい。ここで、当業者の公
知のその他の金線形成法が、本発明のセンサーを作成す
るために使用されてもよい。
【００１６】いろいろなあり得る態様によると、金線22
と23の幅34は１０〜５０μｍである。線22と23の間の中
間領域28の幅36は、１０〜５０μｍである。このような
範囲は、いろいろなあり得る態様において、線22と23の
間に適切な熱的隔離が確保されることを可能にする。各
金線又は金ワイヤー22と23は、基材16の端から端に延び
て、膜14の構造の中を通る２つの端子38を末端とする。
即ち、上記の構造の中に開口部40が設けられ、やはり金
からなる端子38が線22又は23を基材16に熱的接続し、セ
ンサーが受けた熱エネルギーの除去を可能にする。
と23の幅34は１０〜５０μｍである。線22と23の間の中
間領域28の幅36は、１０〜５０μｍである。このような
範囲は、いろいろなあり得る態様において、線22と23の
間に適切な熱的隔離が確保されることを可能にする。各
金線又は金ワイヤー22と23は、基材16の端から端に延び
て、膜14の構造の中を通る２つの端子38を末端とする。
即ち、上記の構造の中に開口部40が設けられ、やはり金
からなる端子38が線22又は23を基材16に熱的接続し、セ
ンサーが受けた熱エネルギーの除去を可能にする。
【００１７】あり得る態様において、端子38のセットが
金線又は金ワイヤーに直接接続され、複数の要素セルを
囲むフレームを画定することもできる。このような態様
において、いくつかの開口部40がフレームにそって設け
られる。また、膜14を形成する構造の中に要素セル18を
囲む溝を設け、その溝が金線と基材16（通常、シリコン
をベースにした材料からなる）の間に最大限の熱的連絡
を確保するように、基材16を横切って延在させることも
できる。
金線又は金ワイヤーに直接接続され、複数の要素セルを
囲むフレームを画定することもできる。このような態様
において、いくつかの開口部40がフレームにそって設け
られる。また、膜14を形成する構造の中に要素セル18を
囲む溝を設け、その溝が金線と基材16（通常、シリコン
をベースにした材料からなる）の間に最大限の熱的連絡
を確保するように、基材16を横切って延在させることも
できる。
【図１】従来技術の熱電気センサーの大要の横断面を示
す。
す。
【図２】熱電気センサーの部分的な上面図である。
【図３】熱電気センサーの部分的な上面図である。
【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶにそった部分的な横断面図
である。
である。
【図５】図３の線Ｖ−Ｖにそった部分的な横断面図であ
る。
る。
１２…熱電気センサー １４…膜 １６…基材 １８…要素セル ２２…金線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニクラウス ヌクニーベルガー スイス国，ツェーハー−8600 デューベン ドルフ，アイム エーゲルト 217
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の熱電気エレメントによってそれぞ
れが形成された複数の要素セル(18)を備えた膜(14)を含
んでなる熱電気センサー(12)であって、前記複数の要素
セルは、前記膜の面と異なる複数の要素面をそれぞれ画
定し、各要素セルが、前記膜の１つの面上に配置されて
前記膜を支持する基材(16)に熱的に接続された金属線に
より、隣の要素セルから熱的に隔てられたことを特徴と
する熱電気センサー(12)。 - 【請求項２】 中間の低熱伝導性領域(28)によって隔て
られた２本の平行な金属線（22と23）により、各要素セ
ル(18)が各隣接した要素セルから熱的に隔てられた請求
項１に記載のセンサー。 - 【請求項３】 前記金属線（22と23）が金からなり、前
記膜(14)の前面(25)の上に配置された請求項１又は２に
記載のセンサー。 - 【請求項４】 前記膜(14)が、前記熱電気エレメント(2
0)を覆う上側不動態化層(30)を備え、前記金属線(22,2
3）が、前記不動態化層の上に配置された請求項３に記
載のセンサー。 - 【請求項５】 前記要素セル(18)を隔てる前記金属線(2
2,23）が、ガルバーニ成長によって形成された請求項１
〜４のいずれか１項に記載のセンサー。 - 【請求項６】 前記線(22,23）の高さが１０μｍ以上で
ある請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサー。 - 【請求項７】 前記複数の熱電気エレメント(20)が、マ
トリックス列に配置され、前記要素セル(18)を隔てる前
記金属線(22,23）が、互いに直角に交差する第１と第２
の線のパターンを形成した請求項１〜６のいずれか１項
に記載のセンサー。 - 【請求項８】 各金属線(22,23）が、前記基材(16)の端
から端まで延在して前記膜(14)の構造の中を通る２つの
端子(38)を末端とする請求項１〜７のいずれか１項に記
載のセンサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP97103317A EP0863389B1 (fr) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | Capteur thermoélectrique |
| EP97103317:0 | 1997-02-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260084A true JPH10260084A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=8226536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10047273A Pending JPH10260084A (ja) | 1997-02-28 | 1998-02-27 | 熱電気センサー |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6040579A (ja) |
| EP (1) | EP0863389B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10260084A (ja) |
| AT (1) | ATE250213T1 (ja) |
| CA (1) | CA2230545A1 (ja) |
| DE (1) | DE69724926T2 (ja) |
| IL (1) | IL123214A (ja) |
| NO (1) | NO980851L (ja) |
| SG (1) | SG60199A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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