(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線素子と、
上面に前記赤外線素子が実装される凹部を有するセラミック基体と、
前記凹部内に設けられた、前記赤外線素子が電気的に接続される電極層とを備えた赤外線素子実装構造体であって、
前記赤外線素子は、平面視して前記凹部内に収まらない大きさであって、前記赤外線素子の下面の一部が前記電極層に導電体を介して接続されていることを特徴とする赤外線素子実装構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線素子実装構造体であって、
前記赤外線素子は、断面視して前記セラミック基体の前記凹部の一方縁および他方縁の両方に接していることを特徴とする赤外線素子実装構造体。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線素子実装構造体であって、
前記凹部は、第１凹部と前記第１凹部から平面方向に張り出した第２凹部とを有しており、平面視して、前記電極層は前記第２凹部内に配置されていることを特徴とする赤外線素子実装構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の赤外線素子実装構造体であって、
前記赤外線素子は直方体形状であって、平面視して、張り出し方向に交差する前記第２凹部の一辺の長さが張り出し方向に交差する前記第１凹部の一辺の長さよりも短く、前記赤外線素子の四隅が前記凹部の存在しない前記セラミック基体の上面に当接していることを特徴とする赤外線素子実装構造体。
【請求項５】
上面に凹部を含む赤外線素子実装領域を有するセラミック基体と、
前記凹部内に設けられた電極層とを備えた赤外線素子実装用基板であって、
前記凹部は、第１凹部と前記第１凹部から平面方向に張り出した第２凹部とを有しており、平面視して、前記電極層は前記第２凹部内に配置されていることを特徴とする赤外線素子実装用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線素子を実装することが可能な赤外線素子実装用基板およびそれに赤外線素子を実装した赤外線素子実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機器の小型化とともに、小型の赤外線素子が開発されている。また、小型の赤外線素子を実装するための赤外線素子実装用基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、小型の赤外線素子実装用基板は、赤外線素子の小型化にともない、わずかな静電容量の違いにより誤作動を起こす虞がある。
【０００５】
本発明は、信頼性に優れた赤外線素子実装構造体および赤外線素子実装用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る赤外線素子実装構造体は、赤外線素子と、上面に赤外線素子が実装される凹部を有するセラミック基体と、凹部内に設けられた、赤外線素子が電気的に接続される電極層とを備えた赤外線素子実装構造体であって、赤外線素子は、平面視して凹部内に収まらない大きさであって、赤外線素子の下面の一部が電極層に導電体を介して接続されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の実施形態に係る赤外線素子実装用基板は、上面に赤外線素子実装領域および凹部を有するセラミック基体と、前記凹部内に設けられた電極層を備えた赤外線素子実装用基板であって、前記赤外線素子実装領域は、平面視して前記凹部内に収まらない大きさであるとともに、前記凹部は、第１凹部と前記第１凹部から外方に向かって平面方向に突出した第２凹部とを有しており、平面視して前記電極層は前記第２凹部内に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性に優れた赤外線素子実装構造体および赤外線素子実装用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外線素子実装構造体の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る赤外線素子実装用基板の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る赤外線素子実装構造体の透過平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ’に沿って切断する赤外線素子実装構造体の断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ’に沿って切断する赤外線素子実装構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る赤外線素子実装構造体および赤外線素子実装用基板について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
＜赤外線素子実装構造体および赤外線素子実装用基板の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る赤外線素子実装構造体を示す斜視図であって、赤外線素子実装構造体を斜め上方から見た斜視図である。図２は、図１に示す赤外線素子実装構造体から赤外線素子を取り除いた状態を示す赤外線素子実装用基板の斜視図である。
【００１２】
赤外線素子実装構造体１は、赤外線素子実装用基板２と、赤外線素子３とを含んで構成されている。赤外線素子実装構造体１は、赤外線素子３を赤外線素子実装基板２に実装したものである。また、赤外線素子実装用基板２は、赤外線素子３を実装するための基板である。
【００１３】
赤外線素子３は、例えば、人体等の被測定体から放射される赤外線を検知する焦電型赤外線センサーであって、焦電素子の焦電効果によって焦電体の温度を変化させ、これによって誘起される焦電流を検知し、被測定体の温度や人体を検出する素子である。特に、人体検出用赤外線センサーとして用いる。赤外線素子３は、温度の変化に応じて、自発分極をもつセラミックスの表面に帯電する電荷が増減する。赤外線素子３は、直方体形状であって、平面視したときに、一辺の長さは例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定されている。また、赤外線素子３の上下方向の厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。
【００１４】
赤外線素子実装用基板２は、上面に凹部Ｐを有するセラミック基体４と、凹部Ｐ内に設けられた電極層５とを備えている。そして、赤外線素子実装構造体１は、赤外線素子３の下面の一部が電極層５と導電体６を介して接続されている。また、凹部Ｐは、第１凹部Ｐ１と第１凹部Ｐ１から外方に向かって平面方向に突出した第２凹部Ｐ２とを有しており、平面視して電極層５は第２凹部Ｐ２内に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
セラミック基体４は、赤外線素子３を実装するが、赤外線素子３を実装するとともに、例えば、半導体素子、光半導体素子、トランジスタ、ダイオードまたはサイリスタ等の能動部品、あるいは抵抗器、コンデンサ、太陽電池、圧電素子、水晶振動子、セラミック発振子またはペルチェ素子等の受動部品、あるいはリジッド基板、フレキシブル基板またはリジッドフレキシブル基板等のプリント基板、からなる電子部品を併せて実装してもよい。
【００１６】
セラミック基体４は、その上面に凹部Ｐを有している。セラミック基体４は、直方体形状であって、平面視したときに矩形状に設定されている。セラミック基体４は、絶縁性の基板を複数層積層したものであって、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミ等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、セラミック基体４の凹部Ｐが存在しない箇所の上面からセラミック基体４の下面までの厚みは、例えば、０．３１ｍｍ以上１．１ｍｍ以下に設定されている。また、セラミック基体４の凹部Ｐが存在する箇所の上面からセラミック基体４の下面までの厚みは、例えば、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されている。さらに、セラミック基体４の熱膨張率は、例えば、６．４×１０−６以上８．０×１０−６以下に設定されている。
【００１７】
セラミック基体４内には、電極層５と電気的に接続される貫通導体７が形成されている。貫通導体７は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料、あるいはそれらの合金、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。貫通導体７は、凹部Ｐ
内に位置するセラミック基体４の一部を貫通するととともに、その貫通孔に導電材料が形成されている。そして、貫通導体７の下端の一部が端子８と電気的に接続されている。
【００１８】
セラミック基体４の上面に設けられる凹部Ｐは、第１凹部Ｐ１と第２凹部Ｐ２とを有している。第１凹部Ｐ１は、平面視して矩形状に設けられている。平面視したときの第１凹部Ｐ１の一辺の長さは、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定されている。また、第１凹部Ｐ１の深さは、例えば０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定されている。第１凹部Ｐ１は、平面視したときに少なくとも赤外線素子３よりも小さな大きさである。その結果、赤外線素子３の下面の一部がセラミック基体４の凹部Ｐが設けられていない箇所の上面と当接するようになる。
【００１９】
第２凹部Ｐ２は、第１凹部Ｐ１から外方に向かって平面方向に張り出している。第２凹部Ｐ２は、第１凹部Ｐ１から二つ張り出して設けられている。二つの第２凹部Ｐ２は、第１凹部Ｐ１を間に挟むように設けられている。一つの第２凹部Ｐ２は、平面視して矩形状に設けられている。平面視したときの第２凹部Ｐ２の一辺の長さは、例えば０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定されている。そして、平面視して、張り出し方向に交差する第２凹部Ｐ２の一辺の長さが張り出し方向に交差する第１凹部Ｐ１の一辺の長さよりも短く、設定されている。また、第２凹部Ｐ２の深さは、例えば０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定されている。
【００２０】
電極層５は、第２凹部Ｐ２内に位置するように設けられている。電極層５は、赤外線素子３をセラミック基体４上に配置したときに、赤外線素子３の下面にパターニングされている電極を導電体６を介して貫通導体７と電気的に接続するためのものである。電極層５は、貫通導体７の上端の直上に位置するように配置されている。電極層５は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料、あるいはそれらの合金、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。
【００２１】
また、電極層５上には、導電体６が設けられる。導電体６は、セラミック基体４上の凹部Ｐの一方縁ｅｄ１から他方縁ｅｄ２にかけて赤外線素子３を実装したときに、セラミック基体４の凹部Ｐ内に位置する電極層５と赤外線素子３の下面とを電気的に接続するものである。導電体６は、例えば、半田材等の導電性接着材からなる。
【００２２】
端子８は、セラミック基体４の下面に例えば四つ設けられている。端子８は、セラミック基体４を外部の電子装置と電気的に接続するためのものである。端子８は、それぞれ間を空けて設けられている。端子８は、セラミック基体４内の貫通導体７と電気的に接続されている。端子８は、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料、あるいはそれらの合金、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。
【００２３】
赤外線素子３は、断面視してセラミック基体４の凹部Ｐの一方縁ｅｄ１と他方縁ｅｄ２の両方と接するように配置される。そのとき、赤外線素子３は、赤外線素子３の下面が凹部Ｐ内の導電体６と接続されている。赤外線素子３は、直方体形状であるため、赤外線素子３の四隅が凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面に当接している。
【００２４】
赤外線素子３は、赤外線素子３の実装面と赤外線素子３の下面との間に寄生容量が発生する。赤外線素子３は、寄生容量の大きさによっては、赤外線素子３の表面に帯電する電荷が所望しない範囲で増減することが起こりえる。そこで、赤外線素子３は、赤外線素子実装用基板２に実装された状態で、凹部Ｐ内におけるセラミック基体４の上面と赤外線素子３の下面との間に、意図的に凹部Ｐの深さ分の間隔を設けることで、赤外線素子３の下
面と凹部Ｐ内におけるセラミック基体４の上面との間の寄生容量を小さくすることができる。その結果、赤外素子３が、赤外線素子３の実装面と赤外線素子３の下面との間の寄生容量によって、赤外線素子３の表面に帯電する電荷が意図していない範囲で増減するのを抑制することができる。特に、赤外線素子実装構造体１は、例えば、赤外線素子３の厚さが１．０ｍｍより薄くなる場合、外部からの衝撃や、赤外線素子実装用基板２に実装する際に加えられる熱によって生じる、赤外線素子３と赤外線素子実装用基板２との熱膨張係数差に起因した熱応力により、赤外線素子３が割れやすく、傾きやすい。
【００２５】
また、赤外線素子３は、赤外線素子３の実装面に対して傾斜して実装されると、赤外線素子３が正常に作動しない虞がある。つまり、赤外線素子３が赤外線素子３の実装面に対して傾斜していると赤外線素子３の表面に帯電する電荷に偏りが生じて、赤外線素子３が正常に、人体検出しないことがある。赤外線素子３が赤外線素子３の実装面に対して傾斜するのは、赤外線素子３を実装するときに位置決めがうまくいかずに起こることがある。また、赤外線素子３を赤外線素子３の実装面に対して傾斜せずに実装することができたとしても、赤外線素子３の熱膨張率と赤外線素子３の実装面における熱膨張率の違いによって、赤外線素子３に対して熱応力が加わり赤外線素子３が赤外線素子３の実装面に対して傾斜する虞がある。
【００２６】
セラミック基体４の上面の高さ位置を所望の高さ位置に設定するとともに、凹部Ｐの深さを所望する深さに設定する。そして、赤外線素子３を凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面に配置する。このとき、赤外線素子３の四隅が、凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面と当接する。赤外線素子３の四隅が、凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面と当接していると、赤外線素子３の下面が、赤外線素子３の実装面に相当する凹部Ｐ内の底面に対する傾きを抑制することができ、赤外線素子３の精度を向上させることができ、信頼性に優れた赤外線素子実装構造体１および赤外線素子実装用基板２を提供することができる。
【００２７】
また、赤外線素子３は、例えば焦電素子の場合、赤外線素子３に吸収された赤外線の熱拡散を抑制するため、赤外線素子３の四隅を除く部位を赤外線素子実装基板２から浮かせて実装されることにより、赤外線素子３の検出感度を向上することができる。
【００２８】
また、凹部Ｐの深さを所望する所定の値に設定していることで、赤外線素子３の下面と凹部Ｐ内におけるセラミック基体４の上面との間の距離を一定の値に近づけることができる。そして、赤外線素子３の四隅が、凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面と当接していると、赤外線素子３の下面に帯電する電荷の偏りを抑制することができ、赤外線素子３の精度を向上させることができる。
【００２９】
また、赤外線素子３の表面は、焦電効果を発揮するために、セラミックスでコーティングされている領域が存在する。そのセラミックスでコーティングされている領域に電荷を帯電させて、電荷の帯電量の変化をセンシングすることで、センサー素子としての機能している。そこで、赤外線素子３に用いるセラミック材料と、セラミック基体４を構成するセラミック材料を熱膨張率が近い材料を選択する。その結果、セラミック基体４の熱膨張率と赤外線素子３の熱膨張率を近づけることにより、赤外線素子３がセラミック基体４から受ける熱応力を小さくすることができ、赤外線素子３がセラミック基体４から剥離しにくくすることができ、赤外線素子３の精度が低下するのを抑制することができる。
【００３０】
また、赤外線素子３の四隅を凹部Ｐが存在しないセラミック基体４の上面と当接させて、赤外線素子３の下面と凹部Ｐ内におけるセラミック基体４の上面との間に間隔を設けることで、両者の間の間隔を大きくすることができ、赤外線素子３の下方に位置する電極層５の配線パターンと赤外線素子３との間の静電気放電を抑制することができる。その結果
、赤外線素子３の精度を向上させることができ、赤外線素子３の誤作動を抑制することができる。
【００３１】
また、赤外線素子３は、四隅がセラミック基体４の凹部Ｐが存在しない箇所の上面と当接するため、仮に、赤外線素子３の下面を二点で支持するものに比べて、赤外線素子３をセラミック基体４上に安定した状態で支持し続けることが出来る。特に、赤外線素子３の四隅を支持することによって、赤外線素子３に対して外力が加わったとしても赤外線素子３が傾斜しにくく、安定した状態を維持することができる。
【００３２】
本実施形態に係る赤外線素子実装構造体１によれば、凹部Ｐを有するセラミック基体４上に、赤外線素子３の四隅を当接するように配置し、さらに、赤外線素子３の四隅でなく、赤外線素子３の下面と凹部Ｐ内に位置する導電体６とを接続することで、赤外線素子３の四隅に対応する箇所がセラミック基体４の上面と接着していないため、赤外線素子３の四隅にセラミック基体４から加わる応力を低減することができる。そして、赤外線素子３に対して応力が加わりにくくすることによって、赤外線素子３が赤外線素子３の実装面に対して傾斜するのを抑制することができ、信頼性に優れた赤外線素子実装構造体１および赤外線素子実装用基板２を提供することができる。
【００３３】
なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。上述した実施形態では、平面視して第１凹部Ｐ１の一辺の長さが第２凹部Ｐ２の一辺の長さよりも大きく設定されていたが、平面視して第１凹部Ｐ１の一辺の長さと第２凹部Ｐ２の一辺の長さを同じ長さにして、第１凹部Ｐ１の深さを第２凹部Ｐ２の深さよりも深くし、第１凹部Ｐ１と第２凹部Ｐ２の深さを異ならせた構造としてもよい。
【００３４】
＜赤外線素子実装構造体および赤外線素子実装用基板の製造方法＞
ここで、図１または図２に示す赤外線素子実装用基板の製造方法を説明する。まず、セラミック基体４を準備する。セラミック基体４は、複数層が積層された構造であるため、複数の層に対応するグリーンシートを準備する。そして、各グリーンシートを所定の形状となるようにレーザー、パンチまたはカッター等の工具を用いて、焼成前の加工したグリーンシートを得る。次に、焼成前の未硬化のグリーンシートに対して、例えば、蒸着法、スクリーン印刷法またはスパッタ法等の薄膜形成技術を用いて、電極層５、配線パターンおよび貫通導体７を形成する。その後、加工した複数のグリーンシートを積層した状態で同時焼成する。このようにして、凹部Ｐを有するセラミック基体４を作製することができる。なお、電極層４、配線パターンおよび貫通導体７は、例えば、タングステン、モリブデンまたはマンガン等の高融点金属材料から成る。
【００３５】
次に、端子８を準備する。端子８は、溶融した金属材料を型枠に鋳込んだ固化させたインゴットに対して、金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。そして、端子８をセラミック基体４の下面にろう材を介して接続する。このようにして、赤外線素子実装用基板２を作製することができる。
【００３６】
次に、赤外線素子３を準備する。赤外線素子３の下面の所定箇所には、導電体６となる導電ペーストを被着させる。そして、セラミック基体４の上面と赤外線素子３の下面とを対向配置して、セラミック基体４の凹部Ｐが存在しない領域に赤外線素子３の四隅を接触させる。そして、赤外線素子３の下面の導電ペーストがセラミック基体４の凹部Ｐ内に位置する電極層５と電気的に接続される。そして、導電ペーストを固化することで、電極層５と赤外線素子３の下面とを電気的に接続する導電体６とすることができる。このようにして、赤外線素子実装用基板２に赤外線素子３を実装した赤外線素子実装構造体１を作製することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  赤外線素子実装構造体
２  赤外線素子実装用基板
３  赤外線素子
４  セラミック基体
５  電極層
６  導電体
７  貫通導体
８  端子
Ｐ  凹部
Ｐ１  第１凹部
Ｐ２  第２凹部
ｅｄ１  一方縁
ｅｄ２  他方縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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