(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法において、絶縁基板上に、反射膜が中央に位置する状態で一方の熱電材料で構成された第１熱電対パターンを前記反射膜と同時に形成するとともに、前記反射膜を前記一方の熱電材料と同じ材料で形成し、続いて、前記絶縁基板上に、他方の熱電材料で構成された第２熱電対パターンを、前記反射膜とは重ならずに前記反射膜の外周領域に温接合部が位置する状態で形成し、続いて、前記両パターンで構成された前記熱電対、前記反射膜および温接合部を含む前記絶縁基板上の全面に絶縁膜を形成し、続いて、前記絶縁膜上に受光膜を、その中央領域に前記反射膜が位置する状態で、かつ、前記中央領域を除く外縁領域に前記温接合部が位置する状態で形成することを特徴とする熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法。
【請求項２】
二種の熱電材料としてアンチモン系の材料、ビスマス系の材料を用いている請求項１に記載の熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法。
【請求項３】
前記受光膜が、前記絶縁膜上にカーボンを含有したネガレジスト膜を形成し、これを任意の形状にパターニングして形成されている請求項１または請求項２に記載の熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法。
【請求項４】
前記反射膜には、前記第１熱電対パターンに対する前記第２熱電対パターンのマスク合わせのための目印が形成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法。
【請求項５】
二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法において、絶縁基板上に一方の熱電材料で構成された第１熱電対パターンを形成し、続いて、前記絶縁基板上に他方の熱電材料で構成された第２熱電対パターンを、反射膜が中央に位置する状態で、かつ、温接合部が前記反射膜とは重ならずに前記反射膜の外周領域に位置する状態で、前記反射膜と同時に形成するとともに、前記反射膜を前記他方の熱電材料と同じ材料で形成し、続いて、前記両パターンで構成された前記熱電対、前記反射膜および温接合部を含む前記絶縁基板上の全面に絶縁膜を形成し、続いて、前記絶縁膜上に受光膜を、その中央領域に前記反射膜が位置する状態で、かつ、前記中央領域を除く外縁領域に前記温接合部が位置する状態で形成することを特徴とする熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャンとステムとよりなる容器内にサーモパイルよりなる感温素子を設けた熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の温度を非接触で測定する温度測定装置の一つに、容器内にサーモパイルよりなる感温素子を設けた熱型赤外線検出器がある。この熱型赤外線検出器は、二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなる感温素子を、その冷接合部をヒートシンクに熱的に接続するとともに、温接合部において測定対象である物体から輻射される赤外線を検出するもので、前記感温素子およびヒートシンクは、赤外線透過性窓を有するキャンとステムとからなる容器内に収容されている。
【０００３】
そして、前記検出器に入射した赤外線は前記感温素子の受光部では全て吸収しきれずに、一部は透過しているため、前記検出器の出力は小さい。この欠点を補うために、透過赤外線を受光部に反射させる反射部を有する感温素子を設けた熱型赤外線検出器が提案されている（特開平６−１３７９４３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように構成した従来の熱型赤外線検出器においては、感温素子の反射膜を熱電対パターンの形成とは別工程で絶縁基板であるシリコン基板に形成しており、その分工程数が増えていた。また、以下に示す問題点があった。
（１）感温素子の受光部は、例えば、金黒あるいは銀黒の蒸着膜にてＳｉＯ2 膜等の絶縁膜上に形成されており、付着強度が弱く、剥離するおそれがあった。
（２）第１熱電対パターンに対する第２熱電対パターンのマスク合わせの際に、パターン自身あるいはパターンに影響の部分に目印を作成しており、この目印を用いてマスクを合わせていたから、マスク合わせのために熟練した作業者を必要としており、歩留りが安定しないという問題があった。
（３）受光部は温接合部を覆う状態で感温素子の最上位に位置している訳であるが、温接合部は受光部の略中央領域に位置している。つまり、温接合部を前記領域に位置させるのに例えば第２熱電対パターンを受光部の中央付近まで伸ばす必要がある。このため、マスクずれによるパターン接触（第１熱電対パターンと第２熱電対パターンの接触）や、パターン作成時のパターン剥離等の原因で、歩留りが悪かった。
（４）両パターンの間隔に余裕がなく、これにより反射膜が一部覆われて好ましい反射面積を確保できなかった。よって、検出器の出力も大幅にアップしなかった。
【０００５】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、出力が大で、容易にマクス合わせができ、歩留りの良いパターンを有する熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法において、絶縁基板上に、反射膜が中央に位置する状態で一方の熱電材料で構成された第１熱電対パターンを前記反射膜と同時に形成し、続いて、前記絶縁基板上に、他方の熱電材料で構成された第２熱電対パターンを、前記反射膜とは重ならずに前記反射膜の外周領域に温接合部が位置する状態で形成し、続いて、前記両パターンで構成された前記熱電対、前記反射膜および温接合部を含む前記絶縁基板上の全面に絶縁膜を形成し、続いて、前記絶縁膜上に受光膜を、その中央領域に前記反射膜が位置する状態で、かつ、前記中央領域を除く外縁領域に前記温接合部が位置する状態で形成することを特徴とする。
【０００７】
【０００８】
また、この発明は別の観点から、二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、熱型赤外線検出器に用いられる感温素子の製造方法において、絶縁基板上に一方の熱電材料で構成された第１熱電対パターンを形成し、続いて、前記絶縁基板上に他方の熱電材料で構成された第２熱電対パターンを、反射膜が中央に位置する状態で、かつ、温接合部が前記反射膜とは重ならずに前記反射膜の外周領域に位置する状態で、前記反射膜と同時に形成するとともに、前記反射膜を前記他方の熱電材料と同じ材料で形成し、続いて、前記両パターンで構成された前記熱電対、前記反射膜および温接合部を含む前記絶縁基板上の全面に絶縁膜を形成し、続いて、前記絶縁膜上に受光膜を、その中央領域に前記反射膜が位置する状態で、かつ、前記中央領域を除く外縁領域に前記温接合部が位置する状態で形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細について図を参照しながら説明する。
【００１０】
図１〜図３は、この発明の一実施形態によって得られる、熱型赤外線検出器に用いられる感温素子を示し、図４、図５は熱型赤外線検出器の一例を示す。
【００１１】
まず、熱型赤外線検出器の主要構成について説明する。
図４、図５において、１は下部側が開放された筒状のキャン２と、このキャン２の下方開口側を閉塞する板状のステム３とからなる容器で、両者２，３は、例えば圧接（または溶接）によって接合され、これにより容器１が封止されている。
【００１２】
前記キャン２の上面中央部には、当該部分を適宜の大きさだけ矩形状に切除して形成された開口に、シリコン、ゲルマニウム等の半導体を母材とする赤外線透過性窓（第１の赤外線透過性窓）４が、前記母材の表面にコーティング膜を有する状態で、はんだａ付けすることにより形成されている。そして、半導体を母材としているので、電気伝導性ならびに熱伝導性が良好である。なお、５はキャン２の開放下端部に形成される鍔部である。
【００１３】
前記ステム３には、２本の信号取り出し用のリードピン６が貫設され、その貫通部７はリードピン６とステム３とを電気的に絶縁するためにガラス溶着が施されている。ｂはそのガラス溶着部である。また、８はステム３に適宜の手法で固着されるアース用リードピンである。
【００１４】
９は感温素子で、二種の熱電材料１０，１１を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、絶縁基板１２上に、冷接合部１３が外側に、温接合部１４が内側にそれぞれ位置するように環状に形成されてなるものである。１５ａ，１５ｂは信号取り出し用のコンタクトホール（図１参照）で、リードピン６に接続される。この感温素子９の詳細については、図１〜図３を用いて後述する。
【００１５】
１６は前記感温素子９を保持する下側のヒートシンクで、ステム３の上方にリードピン６を介して設置されている。そして、このヒートシンク１６の上部平面部１９上に、絶縁基板１２上に形成された感温素子９が穴１６ａを覆う状態で載置される。なお、下側のヒートシンク１６は、第１の赤外線透過性窓４と同等以上の熱伝導性の良好な材料で構成されるのが好ましく、銅以外に例えばシリコン等の材料を挙げることができる。
【００１６】
２０は、前記第１の赤外線透過性窓４を透過した赤外線を透過させる第２の赤外線透過性窓で、シリコン、ゲルマニウム等の半導体を母材とし、この母材の両面に波長選択性多層膜を形成して構成されている。これにより、第２の赤外線透過性窓２０を特定波長の赤外光のみが透過する。第２の赤外線透過性窓２０は、例えば、８μｍカットオンフィルタである。しかも、半導体を母材としているので、電気伝導性ならびに熱伝導性が良好である。
【００１７】
２１は前記第２の赤外線透過性窓２０を前記第１の赤外線透過性窓４に臨むようにして保持する上側のヒートシンクで、ドーナツ状に形成されている。この上側のヒートシンク２１も前記第１および第２の赤外線透過性窓４，２０と同等以上の熱伝導性の良好な材料で構成されるのが好ましい。しかも、第２の赤外線透過性窓２０は上側のヒートシンク２１の上面ｃに熱伝導性に優れた接着剤によって固着されている。
【００１８】
そして、感温素子９は、上下２つのヒートシンク２１，１６に挟まれた状態で冷接合部１３を両ヒートシンク２１，１６と熱的に結合するようにして配置されている。
【００１９】
以下、感温素子９について詳述する。
図１、図２において、感温素子９は、上述したように、二種の熱電材料１０，１１を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、例えばポリエチレン系樹脂のような有機フィルム材料やシリコン・ゲルマニウム等の半導体材料（シリコン系材料が好ましい）等よりなる薄い円板状の絶縁基板（径をｒ0 で示す）１２上に、冷接合部１３が外側に、温接合部１４が内側にそれぞれ位置するように環状に形成されてなるものである。
【００２０】
そして、感温素子９の中央には、平面視円形の受光部Ａ（径をｒ1 で示す）が設けられ、受光部Ａの中央領域Ｒ1 には平面視円形の反射部Ｂ（径をｒ2 で示す：ｒ1 ＞ｒ2 ）が受光部Ａとは同心的に設けられている。ここで、受光部Ａの中央領域Ｒ1 とは、反射部Ｂの径ｒ2 と同径の大きさを有する平面視円形領域のことである。
【００２１】
一方、受光部Ａの中央領域Ｒ1 を除く外縁領域Ｒ2 に温接合部１４が設けられている。ここで、受光部Ａの外縁領域Ｒ2 とは、幅Ｌ〔＝（ｒ1 −ｒ2 ）／２〕を有する環状形状に対応する領域のことである。
【００２２】
また、反射部Ｂには、マスク合わせのための目印３０が形成されている。すなわち、一方の熱電材料１０で構成された第１熱電対パターン３１〔図３（Ａ）参照〕を形成した後に、他方の熱電材料１１で構成された第２熱電対パターン３２〔図３（Ｂ）参照〕を形成する訳であるが、この場合に、第１熱電対パターン３１に対する第２熱電対パターン３２のマスク合わせのために用いられるのが前記目印３０である。
【００２３】
そして、この実施形態では、上側のヒートシンク２１の穴２２の径Ｄが、感温素子９の受光部Ａの径ｒ1 の１．５倍以下に設定されている。また、両パターン３１，３２、反射膜３３および温接合部１４・冷接合部１３を含む絶縁基板１２が絶縁膜３４によって覆われている。
【００２４】
而して、感温素子９を形成するには、まず、図３（Ａ）に示すように、絶縁基板１２上に、熱電材料１０で構成された第１熱電対パターン３１を形成する。この熱電材料１０としては、アンチモン系の材料が好ましい。
【００２５】
この場合、第１熱電対パターン３１は感温素子９の中央部に反射膜３３を含む。すなわち、同時に形成された反射膜３３を反射部Ｂとする。この反射膜３３は絶縁基板１２上の中央に位置する。しかも、反射膜３３は一部に目印３０を有する。つまり、この発明では、熱電材料１０をフォトリソグラフィにてパターンニングして反射膜３３も同時に形成するとともに、この反射膜３３の一部に目印３０も形成する。よって、従来熱電対パターンの形成とは別工程で反射膜を形成する場合に比して、工程数が低減される分安価になる。そして、この実施形態では目印３０を反射膜３３の中央に設けている。この反射膜３３は、熱電材料１０と同じ材料であることは勿論である。
【００２６】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、絶縁基板１２上に、熱電材料１１で構成された第２熱電対パターン３２を形成する。この熱電材料１１としては、ビスマス系の材料が好ましい。
【００２７】
これにより、冷接合部１３が外側に、温接合部１４が内側にそれぞれ環状に位置することになる。この場合、反射膜３３の一部に目印３０を付けて熱電材料１１をフォトリソグラフィにてパターンニングしたので、マスク合わせに熟練した技術が不要となり、歩留りが安定する。そして、以上のフォトリソグラフィ工程に使用するレジストはネガ型、ポジ型を問わない。
【００２８】
また、図２からも明らかなように、温接合部１４を受光部Ａの中央領域Ｒ1 ではなく外縁領域Ｒ2 に形成すべく熱電材料１０，１１のパターンニングを行ったので、温接合部を受光部の外縁領域ではなく略中央領域に位置させた従来パターンに比して、パターン３１，３２の間隔に余裕ができ、また、中央領域Ｒ1 にまで熱電材料１０，１１のパターンニングをしなくて良いため、パターン３１，３２の接触や剥離が従来に比して大幅に減少して、歩留りを向上できる。
【００２９】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、パターン３１，３２にそれぞれコンタクトホール１５ａ，１５ｂを形成するとともに、両パターン３１，３２、前記反射膜３３および温接合部１４・冷接合部１３を含む絶縁基板１２上の全面に絶縁膜３４を形成する。この絶縁膜３４の形成には、ポリイミド系あるいはＳｉＯ2 等の材料を用いる。
【００３０】
最後に、図３（Ｄ）に示すように、前記絶縁膜３４上に受光膜３５で構成される受光部Ａを形成する。すなわち、カーボンを含有したネガレジスト膜を形成し、これを任意の形状にフォトリソグラフィにてパターニングして受光膜３５を形成する。この場合、反射膜３３直上に受光膜３５の中央部が位置するように、かつ、温接合部１３直上に受光膜３５の外縁部が位置するようにパターンニングされる。
【００３１】
このように、受光膜３５の外縁部の直下のみに温接合部１４を配置するとともに、受光膜３５の中央部の直下のみに反射膜３３を配置して受光膜３５を透過した透過赤外線を反射膜３３で反射させるように構成したものであり、パターン３１，３２の間隔に余裕ができるので、従来に比して、略１００％に近い反射面積を確保できる。よって、検出器の出力も大幅にアップする。
【００３２】
また、ネガレジストにカーボン粉末を混入し、フォトリソグラフィにてパターニングした受光膜３５で受光部Ａを構成したので、従来に比して、付着強度を大にでき、剥離することもなく、信頼性を向上できる。
【００３３】
更に、熱電材料１０，１１、ネガレジスト膜をフォトリソグラフィにてパターンニングしてパターン３１，３２、冷接合部１３、温接合部１４、反射膜３３、絶縁膜３４、受光膜３５を形成したので、従来に比して、片面薄膜構造となる上、工程数の低減、歩留り向上が可能になった。
【００３４】
なお、この発明では、熱電材料１１をフォトリソグラフィにてパターンニングして感温素子中央部の反射膜を第２熱電対パターン３２と同時形成するようにしてもよい。
【００３５】
また、受光膜形成のために使用するレジストもネガ型の他にポジ型のレジストでもよい。更に、熱電材料１０，１１として、アンチモン系の材料とビスマス系の材料を組み合わせたものを示したがその他の熱電対材料を用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は、以上のような形態で実施され、以下のような効果を奏する。
【００３７】
この発明では、受光部の中央領域に反射部を設ける一方、受光部の中央領域を除く外縁領域に温接合部を設けることによって、パターンの間隔に余裕ができ、また、中央領域にまで熱電材料のパターンニングをしなくて良いため、パターンの接触や剥離が従来に比して大幅に減少して、歩留りを向上できる。
【００３８】
パターンの間隔に余裕ができるので、従来に比して、略１００％に近い反射面積を確保できる。よって、検出器の出力も大幅にアップする。
【００３９】
反射膜をパターンと同時にパターンニングするパターンを用いることができ、これにより、工程数を低減でき、安価な熱型赤外線検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態によって得られる感温素子の全体構成説明図である。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ’線の切断面の側からみた感温素子の構成説明図である。
【図３】  この発明の一実施形態における感温素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】  上記実施形態によって得られる感温素子を具備した熱型赤外線検出器の全体構成説明図である。
【図５】  上記実施形態によって得られる感温素子を具備した熱型赤外線検出器の分解斜視図である。
【符号の説明】
１…容器、２…キャン、３…ステム、４…赤外線透過性窓、９…感温素子、１０，１１…熱電材料、１４…温接合部、１２…絶縁基板、３０…目印、３１…第１熱電対パターン、３２…第２熱電対パターン、３３…反射膜、３４…絶縁膜、３５…受光膜、Ｒ1 …受光部の中央領域、Ｒ2 …受光部の外縁領域、Ａ…受光部、Ｂ…反射部。
【図１】
0003718330.tif 000002
【図２】
0003718330.tif 000003
【図３】
0003718330.tif 000004
【図４】
0003718330.tif 000005
【図５】
0003718330.tif 000006