(57)【要約】【課題】信号処理素子で発生した熱が赤外線検出素子に伝わることによって起きる熱ノイズを低減する。【解決手段】多層基板１１０と赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０と出力端子１６０とを備える。多層基板１１０は、この多層基板１１０の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層１１３および低熱伝導率層１１２を少なくとも含む。高熱伝導率層１１３は、信号処理素子１３０と出力端子１６０との間に位置している。低熱伝導率層１１２は、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面および該第１主面とは反対側に位置する第２主面を有する多層基板と、
前記多層基板の前記第１主面に配置されている赤外線検出素子と、
前記多層基板の内部に配置され、前記赤外線検出素子に電気的に接続されている信号処理素子と、
前記多層基板の前記第２主面に位置し、前記信号処理素子に電気的に接続されている出力端子と
を備え、
前記多層基板は、該多層基板の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含み、
前記高熱伝導率層は、前記信号処理素子と前記出力端子との間に位置し、
前記低熱伝導率層は、前記赤外線検出素子と前記信号処理素子との間に位置している、赤外線センサ。
【請求項２】
前記信号処理素子は、前記低熱伝導率層内において前記高熱伝導率層側に位置している、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記信号処理素子は、前記高熱伝導率層内に位置している、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記多層基板が中空部を有し、
前記中空部は前記低熱伝導率層内に位置し、
前記信号処理素子は前記中空部内において前記高熱伝導率層側に位置している、請求項２に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記低熱伝導率層は主材として樹脂材料を含み、
前記高熱伝導率層は、主材として前記樹脂材料および該樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む、請求項２または３に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線センサの構成を開示した先行文献として、特開２０１２−８０３５号公報(特許文献１)、特開２０００−２９８０６３号公報(特許文献２)、特開２００９−１１１０８９号公報(特許文献３)、および、特開２０１１−１２８０６７号公報(特許文献４)がある。
【０００３】
特許文献１〜４に記載された赤外線センサは、赤外線検出素子と信号処理素子とを備えている。特許文献１，２に記載されているように、赤外線検出素子としては、焦電型赤外線検出素子、サーモパイル型赤外線検出素子、ボロメーター型赤外線検出素子などがある。信号処理素子は、信号処理回路および信号出力回路などを有して、ＩＣ(Integrated Circuit)チップなどとして構成されている。
【０００４】
特許文献３に記載された赤外線センサは、複数の受光素子と信号処理素子と樹脂と遮光部材とを備えている。複数の受光素子は、入射した光の光量に応じた電気信号をそれぞれ出力する。受光素子は、サーモパイル型またはボロメーター型の熱型検出素子である。
【０００５】
信号処理素子は、各受光素子に対向して配置されると共に、導電性バンプを介して接続され、各受光素子から出力された電気信号が入力される。樹脂は、電気絶縁性を有し、受光素子と信号処理素子との間の空隙に充填されている。遮光部材は、樹脂における受光素子および信号処理素子から露出する表面を覆うように配置されている。
【０００６】
特許文献４に記載された赤外線センサは、赤外線センサ素子と、信号処理回路素子と、基板と、金属製のケースと、センサカバーとを備えている。赤外線センサ素子は、基板上に配置され、赤外線信号を受信する。信号処理回路素子は、赤外線センサ素子に隣接して基板上に配置され、赤外線センサ素子の出力を処理する。
【０００７】
金属製のケースは、赤外線センサ素子および信号処理回路素子を収容する。また、金属製のケースは、赤外線センサ素子から所定の距離を隔てて設けられ、外部の赤外線信号を赤外線センサ素子に結像するための光学系を備えた入射窓を有する。センサカバーは、赤外線センサ素子と、金属製のケースおよび信号処理回路素子との間に、光学系を介して入射する赤外線信号を赤外線センサ素子に導く透光部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−８０３５号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８０６３号公報
【特許文献３】特開２００９−１１１０８９号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２８０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献３に記載された赤外線センサにおいては、複数の受光素子と信号処理素子との間に、導電性バンプおよび樹脂からなる層のみが配置されている。このため、信号処理素子で発生した熱が、導電性バンプおよび樹脂からなる層を通じて受光素子に伝わって熱ノイズとして検出される。
【００１０】
特許文献４に記載された赤外線センサにおいては、赤外線センサ素子および信号処理回路素子が互いに隣接して基板上に配置されているため、信号処理回路素子で発生した熱が、基板を通じて赤外線センサ素子に伝わって熱ノイズとして検出される。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、信号処理素子で発生した熱が赤外線検出素子に伝わることによって起きる熱ノイズを低減できる赤外線センサ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】
【００１２】
本発明に基づく赤外線センサは、第１主面およびこの第１主面とは反対側に位置する第２主面を有する多層基板と、多層基板の第１主面に配置されている赤外線検出素子と、多層基板の内部に配置され、赤外線検出素子に電気的に接続されている信号処理素子と、多層基板の第２主面に位置し、信号処理素子に電気的に接続されている出力端子とを備える。多層基板は、この多層基板の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含む。高熱伝導率層は、信号処理素子と出力端子との間に位置している。低熱伝導率層は、赤外線検出素子と信号処理素子との間に位置している。
【００１３】
本発明の一形態においては、信号処理素子は、低熱伝導率層内において高熱伝導率層側に位置している。
【００１４】
本発明の一形態においては、信号処理素子は、高熱伝導率層内に位置している。
本発明の一形態においては、多層基板が中空部を有する。中空部は低熱伝導率層内に位置している。信号処理素子は中空部内において高熱伝導率層側に位置している。
【００１５】
本発明の一形態においては、低熱伝導率層は主材として樹脂材料を含む。高熱伝導率層は、主材として上記樹脂材料およびこの樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、信号処理素子で発生した熱が赤外線検出素子に伝わることによって起きる熱ノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【図５】同実施形態の第１変形例に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【図６】同実施形態の第２変形例に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態１に係る赤外線センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１９】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係る赤外線センサ１００は、第１主面１１０ａおよびこの第１主面１１０ａとは反対側に位置する第２主面１１０ｂを有する多層基板１１０と、多層基板１１０の第１主面１１０ａに配置されて赤外線信号を受信する赤外線検出素子１２０とを備える。
【００２０】
また、赤外線センサ１００は、多層基板１１０の内部に配置され、赤外線検出素子１２０に電気的に接続されて赤外線検出素子１２０の出力を処理する信号処理素子１３０と、多層基板１１０の第２主面１１０ｂに位置し、信号処理素子１３０に電気的に接続されて信号処理素子１３０により処理された処理済信号を外部に出力するための出力端子１６０とを備える。
【００２１】
多層基板１１０は、この多層基板１１０の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含む。高熱伝導率層は、信号処理素子１３０と出力端子１６０との間に位置している。低熱伝導率層は、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【００２２】
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、多層基板１１０は３層構造を有している。具体的には、多層基板１１０は、第１主面１１０ａを構成する第１層１１１、第１層１１１に隣接して上記低熱伝導率層である第２層１１２、および、第２層１１２に隣接して第２主面１１０ｂを構成する上記高熱伝導率層である第３層１１３を含む。ただし、多層基板１１０は３層構造に限られず、複数の層から構成されていればよい。
【００２３】
ここで、各層の熱伝導率とは、各層を構成する複数の部材の多層基板１１０の積層方向における熱伝導率とそれらの部材の構成割合とを乗じた数値の合計である。
【００２４】
第１層１１１は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板１１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極１５１と、第１主面１１０ａに設けられた配線電極１４１とを含む。
【００２５】
ビア電極１５１は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。配線電極１４１は、銅箔などからなり、ビア電極１５１に接触するように設けられている。なお、第１層１１１の基材は、第３層１１３と同様のフィラーを含んでいてもよい。
【００２６】
第２層１１２は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板１１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極１５２と、基材の第１主面１１０ａ側に設けられた層間接続部１４２と、基材の第２主面１１０ｂ側に設けられた層間接続部１４３と、中空部１１０ｃとを含む。
【００２７】
ビア電極１５２は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。層間接続部１４２は、銅箔などからなり、第１主面１１０ａ側の面がビア電極１５１に接触し、第２主面１１０ｂ側の面がビア電極１５２に接触するように設けられている。層間接続部１４３は、銅箔などからなり、第１主面１１０ａ側の面がビア電極１５２に接触し、第２主面１１０ｂ側の面が後述するビア電極１５３に接触するように設けられている。中空部１１０ｃは、多層基板１１０の積層方向に第２層１１２の基材を貫通するように設けられている。
【００２８】
第３層１１３は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料およびこの樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む基材と、この基材を多層基板１１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極１５３と、第２主面１１０ｂに設けられた出力端子１６０とを含む。
【００２９】
ビア電極１５３は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。出力端子１６０は、銅箔などからなり、ビア電極１５３に接触するように設けられている。
【００３０】
配線電極１４１と出力端子１６０とは、ビア電極１５１、層間接続部１４２、ビア電極１５２、層間接続部１４３およびビア電極１５３を通じて電気的に接続されている。
【００３１】
第２層１１２は中空部１１０ｃを含み、中空部１１０ｃには空気が存在する。すなわち、中空部１１０ｃ内には、空気層が設けられている。空気の熱伝導率は基材の熱伝導率より低いため、第２層１１２においては、中空部１１０ｃを含むことにより、多層基板１１０の積層方向における熱伝導率が低くなっている。
【００３２】
一方、第３層１１３においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含むことにより、多層基板１１０の積層方向における熱伝導率が高くなっている。
【００３３】
本実施形態においては、赤外線検出素子１２０は焦電型赤外線検出素子であるが、赤外線検出素子１２０はこれに限られず、サーモパイル型赤外線検出素子、ボロメーター型赤外線検出素子などであってもよい。赤外線検出素子１２０は、導電性接合部材１２１によって配線電極１４１と電気的に接続されている。
【００３４】
信号処理素子１３０は、多層基板１１０が有する中空部１１０ｃの内部において、第３層１１３側に位置している。なお、信号処理素子１３０は、第２層１１２の基材とは接触していない。
【００３５】
中空部１１０ｃは、赤外線検出素子１２０の搭載位置の直下に位置するように設けられている。また、平面視において、中空部１１０ｃの領域は、赤外線検出素子１２０の領域を包含している。すなわち、中空部１１０ｃ内の空気層が、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に介在している。
【００３６】
信号処理素子１３０は、信号処理回路および信号出力回路などを有して、ＩＣチップとして構成されている。信号処理素子１３０は、第３層１１３における第１主面１１０ａ側の面上にダイボンド材１７０により固定されている。また、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１により層間接続部１４３と接続されている。これにより、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１を介して赤外線検出素子１２０および出力端子１６０と電気的に接続されている。
【００３７】
ダイボンド材１７０としては、ポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料に、銀、金、銅、または、これらとの合金などからなる熱伝導率の高いフィラーが添加されているものが好ましい。
【００３８】
なお、信号処理素子１３０については、フェースダウン実装、または、フェースダウン実装後にアンダーフィルを信号処理素子１３０と第３層１１３との間に流し込むことにより信号処理素子１３０を固定するいわゆるフリップチップ実装を行なってもよい。
【００３９】
フリップチップ実装を行なう場合、アンダーフィルとして、エポキシ樹脂などの樹脂材料に、シリカ系、カーボン系、アルミナ系、チッ化アルミ系などの無機系で熱伝導率の高いフィラーが添加されているものが好ましい。
【００４０】
赤外線検出素子１２０は、第１主面１１０ａ上に配置された静電シールド１８０内に収容されている。赤外線検出素子１２０と静電シールド１８０との間には、所定の間隔が設けられている。
【００４１】
静電シールド１８０は、導電性部材で構成され、導電性を有する接合部材１８１によって多層基板１１０に接合されている。具体的には、静電シールド１８０は、接合部材１８１によって第１主面１１０ａに設けられている図示しない接地電極に電気的に接続されている。
【００４２】
静電シールド１８０は、赤外線検出素子１２０と対向する位置に入射窓１８０ａを有している。入射窓１８０ａには、外部の赤外線信号を赤外線検出素子１２０に結像するための光学フィルタ１９０が配置されている。光学フィルタ１９０は、接着剤１９１によって静電シールド１８０の内側に接着されている。
【００４３】
上記の構成を有する本実施形態に係る赤外線センサ１００の多層基板１１０は、通常の多層プリント基板の製作方法と同等の工程および加工装置により製作可能である。たとえば、両主面に銅箔を貼り付けた２枚の基材を互いの間に挟んだプリプレグによって接着する。この場合、被加熱時の流動性が低い樹脂材料で構成されたプリプレグの中空部１１０ｃに対応する位置に貫通孔を予め設けておくことにより、２枚の基材を挟み込むように加圧しつつ加熱することによって、中空部１１０ｃを有する多層基板１１０を形成することができる。
【００４４】
なお、配線電極１４１および導電性接合部材１２１の少なくとも一方が、インクジェット印刷法により形成されていることが好ましい。インクジェット印刷法により金属配線を形成する場合、粒子径が数ｎｍから数十ｎｍである金属ナノ粒子を用いる。金属ナノ粒子の材質としては、金、銀、銅、またはこれらのいずれか１つを含む合金である。
【００４５】
金属ナノ粒子を用いることにより、インク中での粒子の分散安定性を得ることができる。金属は密度が溶媒密度よりはるかに大きいため、重力により沈降して沈殿物を生成しやすい。粒子径を小さくすることにより、溶媒からの粘性抵抗およびブラウン運動を利用して沈降を抑制して、極めて安定した分散状態を実現できる。
【００４６】
さらに、金属ナノ粒子を用いることにより、焼結温度の低温化を図ることができる。金属粒子を微粒化していくと低融点化し、特に粒径が１０ｎｍ程度を切ると急激な融点降下が起きることが知られている。バルク状態で融点が１０６３℃の金または９６１℃の銀は、ナノ粒子になると３００℃以下で焼結して金属結合した膜になる。
【００４７】
１μｍ程度の銀粒子を樹脂バインダ中に分散させた従来の銀ペーストを用いた場合、粒子同士の物理的かつ確率的な接触によって導電経路が形成されるのに対して、ナノ粒子を用いた場合、原子的に結合した金属膜によって導電経路が形成されるため、バルクの比抵抗に近い導電性を得られる。
【００４８】
ただし、金属ナノ粒子がその高い表面エネルギーのためにインク中で互いに結合して粗大粒子を形成すると、分散安定性および低温焼成性が共に低下する。そのため金属ナノ粒子のインク化においては、ナノ粒子を有機物でコーティングして粒子同士がインク中で結合しないようにする。有機物のコーティングは、焼成過程での分解または脱離により除去されて金属膜の導電性を低下させないように設計されていなければならない。
【００４９】
インクジェット印刷法により形成した金属膜は、表面に微細な凹凸を有するため、通常の金属に比較して表面粗さおよび表面積が大きい。また、金属膜は、内部に微細な空隙を有する。
【００５０】
よって、配線電極１４１および導電性接合部材１２１をインクジェット印刷法により形成した金属膜で構成することにより、通常の金属で構成した場合に比較して、配線電極１４１および導電性接合部材１２１の熱伝導率を小さくすることができる。また、金属膜で構成された配線電極１４１および導電性接合部材１２１から、不要な熱を輻射または対流によって効果的に放散することができる。その結果、信号処理素子１３０の熱が、配線電極１４１および導電性接合部材１２１を通じて赤外線検出素子１２０に伝わることを抑制できる。
【００５１】
さらに、インクジェット印刷法を採用することにより、フォトリソグラフ用マスクまたはスクリーン印刷用マスクの形成が不要となり、配線電極の形状変更などのカスタマイズに短時間で対応できる。さらに、オンデマンドに金属膜を形成することができる。
【００５２】
本実施形態に係る赤外線センサ１００においては、高熱伝導率層である第３層１１３が信号処理素子１３０と出力端子１６０との間に位置し、低熱伝導率層である第２層１１２が赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【００５３】
この構成により、信号処理素子１３０で発生した熱は、熱伝導率の違いによって、第２層１１２より第３層１１３に多く伝導する。第３層１１３に伝わった熱は、出力端子１６０から外部に放出される。これにより、信号処理素子１３０で発生した熱が赤外線検出素子１２０に伝導することにより起きる熱ノイズを低減できる。
【００５４】
本実施形態に係る赤外線センサ１００においては、信号処理素子１３０は、第２層１１２内において第３層１１３側に位置している。特に、信号処理素子１３０は、中空部１１０ｃ内において第３層１１３側に位置している。
【００５５】
そのため、信号処理素子１３０からの輻射熱は、中空部１１０ｃ内の空気層を経て赤外線検出素子１２０側に伝導することになる。空気の熱伝導率は、第２層１１２の基材の熱伝導率より低い。
【００５６】
よって、信号処理素子１３０と赤外線検出素子１２０との間に空気層が設けられていることにより、多層基板１１０の第１主面１１０ａにおける温度上昇値および温度上昇速度を小さくすることができる。その結果、信号処理素子１３０で発生した熱が、配線電極１４１および導電性接合部材１２１を通じて赤外線検出素子１２０に伝わることによって起きる熱ノイズを低減できる。
【００５７】
さらに、本実施形態に係る赤外線センサ１００においては、赤外線検出素子１２０を搭載している第１層１１１上に静電シールド１８０を接合している。そのため、第１層１１１と赤外線検出素子１２０と静電シールド１８０とは、熱的に一体性を有しており、各構成が有する熱容量が複合された熱容量を全体として有している。
【００５８】
その結果、赤外線検出素子１２０の温度変化の度合いを低減することができる。すなわち、赤外線検出素子１２０の温度変化量および温度変化速度を低減できる。
【００５９】
本実施形態に係る赤外線検出素子１２０は焦電型赤外線検出素子であり、焦電型赤外線検出素子は温度変化出力型の素子である。そのため、信号処理素子１３０の発熱に起因する赤外線検出素子１２０の温度変化量および温度変化速度を低減することにより、熱ノイズによる測定誤差を小さくすることができる。この効果は、他の赤外線検出素子に比較して、焦電型赤外線検出素子において特に顕著である。
【００６０】
以下、本発明の実施形態２に係る赤外線センサについて説明する。本実施形態に係る赤外線センサ２００は、多層基板２１０の構成が主に実施形態１に係る赤外線センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００６１】
(実施形態２)
図２は、本発明の実施形態２に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。図２に示すように、本発明の実施形態２に係る赤外線センサ２００は、第１主面２１０ａおよびこの第１主面２１０ａとは反対側に位置する第２主面２１０ｂを有する多層基板２１０と、多層基板２１０の第１主面２１０ａに配置されて赤外線信号を受信する赤外線検出素子１２０とを備える。
【００６２】
また、赤外線センサ２００は、多層基板２１０の内部に配置され、赤外線検出素子１２０に電気的に接続されて赤外線検出素子１２０の出力を処理する信号処理素子１３０と、多層基板２１０の第２主面２１０ｂに位置し、信号処理素子１３０に電気的に接続されて信号処理素子１３０により処理された処理済信号を外部に出力するための出力端子２６０とを備える。
【００６３】
多層基板２１０は、この多層基板２１０の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含む。高熱伝導率層は、信号処理素子１３０と出力端子２６０との間に位置している。低熱伝導率層は、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【００６４】
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、多層基板２１０は４層構造を有している。具体的には、多層基板２１０は、第１主面２１０ａを構成する第１層２１１、第１層２１１に隣接した第２層２１２、第２層２１２に隣接して上記低熱伝導率層である第３層２１３、および、第３層２１３に隣接して第２主面２１０ｂを構成する上記高熱伝導率層である第４層２１４を含む。ただし、多層基板２１０は４層構造に限られず、複数の層から構成されていればよい。
【００６５】
第１層２１１は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板２１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極２５１と、第１主面２１０ａに設けられた配線電極２４１とを含む。
【００６６】
ビア電極２５１は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。配線電極２４１は、銅箔などからなり、ビア電極２５１に接触するように設けられている。なお、第１層２１１の基材は、第４層２１４と同様のフィラーを含んでいてもよい。
【００６７】
第２層２１２は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板２１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極２５２と、基材の第１主面２１０ａ側に設けられた層間接続部２４２とを含む。
【００６８】
ビア電極２５２は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。層間接続部２４２は、銅箔などからなり、第１主面２１０ａ側の面がビア電極２５１に接触し、第２主面２１０ｂ側の面がビア電極２５２に接触するように設けられている。なお、第２層２１２の基材は、第４層２１４と同様のフィラーを含んでいてもよい。
【００６９】
第３層２１３は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板２１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極２５３と、基材の第２主面２１０ｂ側に設けられた層間接続部２４３とを含む。
【００７０】
ビア電極２５３は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。層間接続部２４３は、銅箔などからなり、第１主面２１０ａ側の面がビア電極２５３に接触し、第２主面２１０ｂ側の面が後述するビア電極２５４に接触するように設けられている。
【００７１】
第４層２１４は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料およびこの樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む基材と、この基材を多層基板２１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極２５４と、第２主面２１０ｂに設けられた出力端子２６０とを含む。
【００７２】
ビア電極２５４は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。出力端子２６０は、銅箔などからなり、ビア電極２５４に接触するように設けられている。
【００７３】
配線電極２４１と出力端子２６０とは、ビア電極２５１、層間接続部２４２、ビア電極２５２、ビア電極２５３、層間接続部２４３およびビア電極２５４を通じて電気的に接続されている。
【００７４】
第３層２１３においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含まないことにより、多層基板２１０の積層方向における熱伝導率が相対的に低くなっている。一方、第４層２１４においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含むことにより、多層基板２１０の積層方向における熱伝導率が高くなっている。
【００７５】
信号処理素子１３０は、第４層２１４における第１主面１１０ａ側の面上にダイボンド材１７０により固定されている。また、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１により層間接続部２４３と接続されている。これにより、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１を介して赤外線検出素子１２０および出力端子２６０と電気的に接続されている。
【００７６】
上記の構成を有する本実施形態に係る赤外線センサ２００の多層基板２１０は、通常の多層プリント基板の製作方法と同等の工程および加工装置により製作可能である。たとえば、信号処理素子１３０をボンディングワイヤ１７１により層間接続部２４３と接続した後、封止樹脂によって信号処理素子１３０およびボンディングワイヤ１７１を完全に覆った状態で封止樹脂を硬化させる。硬化した封止樹脂が第３層２１３の基材となる。この基材を研削して平滑化した後、第２層２１２および第１層２１１をこの順に形成する。
【００７７】
本実施形態に係る赤外線センサ２００においては、実施形態１に係る赤外線センサ１００のように中空部１１０ｃを形成する必要がないため、赤外線センサ１００に比較して簡易に作成可能である。また、赤外線センサ２００においては、低流動性のプリプレグを用いる必要性がないため、赤外線センサ１００に比較して材料の選択肢が多い。
【００７８】
本実施形態に係る赤外線センサ２００においては、高熱伝導率層である第４層２１４が信号処理素子１３０と出力端子２６０との間に位置し、低熱伝導率層である第３層２１３が赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【００７９】
また、本実施形態に係る赤外線センサ２００においては、信号処理素子１３０は、第３層２１３内において第４層２１４側に位置している。
【００８０】
この構成により、信号処理素子１３０で発生した熱は、熱伝導率の違いによって、第３層２１３より第４層２１４に多く伝導する。第４層２１４に伝わった熱は、出力端子２６０から外部に放出される。これにより、信号処理素子１３０で発生した熱が赤外線検出素子１２０に伝導することにより起きる熱ノイズを低減できる。
【００８１】
以下、本発明の実施形態３に係る赤外線センサについて説明する。本実施形態に係る赤外線センサ３００は、多層基板３１０の構成および信号処理素子１３０の配置が主に実施形態１に係る赤外線センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００８２】
(実施形態３)
図３は、本発明の実施形態３に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。図３に示すように、本発明の実施形態３に係る赤外線センサ３００は、第１主面３１０ａおよびこの第１主面３１０ａとは反対側に位置する第２主面３１０ｂを有する多層基板３１０と、多層基板３１０の第１主面３１０ａに配置されて赤外線信号を受信する赤外線検出素子１２０とを備える。
【００８３】
また、赤外線センサ３００は、多層基板３１０の内部に配置され、赤外線検出素子１２０に電気的に接続されて赤外線検出素子１２０の出力を処理する信号処理素子１３０と、多層基板３１０の第２主面３１０ｂに位置し、信号処理素子１３０に電気的に接続されて信号処理素子１３０により処理された処理済信号を外部に出力するための出力端子３６０とを備える。
【００８４】
多層基板３１０は、この多層基板３１０の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含む。高熱伝導率層は、信号処理素子１３０と出力端子３６０との間に位置している。低熱伝導率層は、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【００８５】
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、多層基板３１０は３層構造を有している。具体的には、多層基板３１０は、第１主面３１０ａを構成して上記低熱伝導率層である第１層３１１、第１層３１１に隣接して上記高熱伝導率層である第２層３１２、および、第２層３１２に隣接して第２主面３１０ｂを構成する第３層３１３を含む。ただし、多層基板３１０は３層構造に限られず、複数の層から構成されていればよい。
【００８６】
第１層３１１は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板３１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極３５１と、第１主面３１０ａに設けられた配線電極３４１とを含む。
【００８７】
ビア電極３５１は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。配線電極３４１は、銅箔などからなり、ビア電極３５１に接触するように設けられている。
【００８８】
第２層３１２は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料およびこの樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む基材と、この基材を多層基板３１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極３５２と、基材の第１主面３１０ａ側に設けられた層間接続部３４２とを含む。
【００８９】
ビア電極３５２は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。層間接続部３４２は、銅箔などからなり、第１主面３１０ａ側の面がビア電極３５１に接触し、第２主面３１０ｂ側の面がビア電極３５２に接触するように設けられている。
【００９０】
第３層３１３は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板３１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極３５３と、第２主面３１０ｂに設けられた出力端子３６０とを含む。
【００９１】
ビア電極３５３は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。出力端子３６０は、銅箔などからなり、ビア電極３５３に接触するように設けられている。なお、第３層３１３の基材は、第２層３１２と同様のフィラーを含んでいてもよい。
【００９２】
配線電極３４１と出力端子３６０とは、ビア電極３５１、層間接続部３４２、ビア電極３５２およびビア電極３５３を通じて電気的に接続されている。
【００９３】
第１層３１１においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含まないことにより、多層基板３１０の積層方向における熱伝導率が相対的に低くなっている。一方、第２層３１２においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含むことにより、多層基板３１０の積層方向における熱伝導率が高くなっている。
【００９４】
信号処理素子１３０は、第１層３１１における第２主面３１０ｂ側の面上にダイボンド材１７０により固定されている。ダイボンド材１７０としては、熱伝導率の高いフィラーが添加されていないポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料が好ましい。
【００９５】
信号処理素子１３０のフリップチップ実装を行なう場合、アンダーフィルとして、エポキシ樹脂などの樹脂材料に熱伝導率の高いフィラーが添加されていないものが好ましい。
【００９６】
また、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１により層間接続部３４２と接続されている。これにより、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１を介して赤外線検出素子１２０および出力端子３６０と電気的に接続されている。
【００９７】
上記の構成を有する本実施形態に係る赤外線センサ３００の多層基板３１０は、通常の多層プリント基板の製作方法と同等の工程および加工装置により製作可能である。たとえば、信号処理素子１３０をボンディングワイヤ１７１により層間接続部３４２と接続した後、封止樹脂によって信号処理素子１３０およびボンディングワイヤ１７１を完全に覆った状態で封止樹脂を硬化させる。硬化した封止樹脂が第２層３１２の基材となる。この基材を研削して平滑化した後、第３層３１３を形成する。
【００９８】
本実施形態に係る赤外線センサ３００においては、実施形態１に係る赤外線センサ１００のように中空部１１０ｃを形成する必要がないため、赤外線センサ１００に比較して簡易に作成可能である。また、赤外線センサ３００においては、低流動性のプリプレグを用いる必要性がないため、赤外線センサ１００に比較して材料の選択肢が多い。
【００９９】
本実施形態に係る赤外線センサ３００においては、高熱伝導率層である第２層３１２が信号処理素子１３０と出力端子３６０との間に位置し、低熱伝導率層である第１層３１１が赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【０１００】
また、本実施形態に係る赤外線センサ３００においては、信号処理素子１３０は、第２層３１２内に位置している。
【０１０１】
この構成により、信号処理素子１３０で発生した熱は、熱伝導率の違いによって、第１層３１１より第２層３１２に多く伝導する。第２層３１２に伝わった熱は、第３層３１３を通じて出力端子３６０から外部に放出される。これにより、信号処理素子１３０で発生した熱が赤外線検出素子１２０に伝導することにより起きる熱ノイズを低減できる。
【０１０２】
以下、本発明の実施形態４に係る赤外線センサについて説明する。本実施形態に係る赤外線センサ４００は、多層基板４１０の構成および信号処理素子１３０の配置が主に実施形態１に係る赤外線センサ１００と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１０３】
(実施形態４)
図４は、本発明の実施形態４に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。図４に示すように、本発明の実施形態４に係る赤外線センサ４００は、第１主面４１０ａおよびこの第１主面４１０ａとは反対側に位置する第２主面４１０ｂを有する多層基板４１０と、多層基板４１０の第１主面４１０ａに配置されて赤外線信号を受信する赤外線検出素子１２０とを備える。
【０１０４】
また、赤外線センサ４００は、多層基板４１０の内部に配置され、赤外線検出素子１２０に電気的に接続されて赤外線検出素子１２０の出力を処理する信号処理素子１３０と、多層基板４１０の第２主面４１０ｂに位置し、信号処理素子１３０に電気的に接続されて信号処理素子１３０により処理された処理済信号を外部に出力するための出力端子４６０とを備える。
【０１０５】
多層基板４１０は、この多層基板４１０の積層方向における熱伝導率が互いに異なる高熱伝導率層および低熱伝導率層を少なくとも含む。高熱伝導率層は、信号処理素子１３０と出力端子４６０との間に位置している。低熱伝導率層は、赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【０１０６】
以下、各構成について詳細に説明する。
本実施形態においては、多層基板４１０は２層構造を有している。具体的には、多層基板４１０は、第１主面４１０ａを構成して上記低熱伝導率層である第１層４１１、および、第１層４１１に隣接して第２主面４１０ｂを構成し、上記高熱伝導率層である第２層４１２を含む。ただし、多層基板４１０は２層構造に限られず、複数の層から構成されていればよい。
【０１０７】
第１層４１１は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料を含む基材と、この基材を多層基板４１０の積層方向に貫通するように設けられたビア電極４５１と、第１主面４１０ａに設けられた配線電極４４１とを含む。
【０１０８】
ビア電極４５１は、基材に設けられた貫通孔の内部が導電材によって充填されてなる。配線電極４４１は、銅箔などからなり、ビア電極４５１に接触するように設けられている。
【０１０９】
第２層４１２は、主材としてエポキシ樹脂などの樹脂材料およびこの樹脂材料より高い熱伝導率を有するフィラーを含む基材と、基材の第１主面４１０ａ側に設けられた層間接続部４４２と、この基材を多層基板４１０の積層方向に貫通するように設けられた柱状金属で構成された出力端子４６０とを含む。
【０１１０】
層間接続部４４２は、銅箔などからなり、第１主面４１０ａ側の面がビア電極４５１に接触し、第２主面４１０ｂ側の面が出力端子４６０に接触するように設けられている。
【０１１１】
出力端子４６０を構成する柱状金属は、第２主面４１０ｂに位置して外部装置と接続される部分となる端面の面積を十分に確保するために、ビア電極４５１より大きな横断面積を有するように形成されている。
【０１１２】
本実施形態においては、柱状金属の材質は銅であるが、銅合金などでもよい。また、第２主面４１０ｂにて露出している柱状金属の表面にめっきなどの酸化防止処理を施してもよい。めっきの材料としては、金または溶融半田などとニッケルとの混合材料を用いることができる。
【０１１３】
配線電極４４１と出力端子４６０とは、ビア電極４５１および層間接続部４４２を通じて電気的に接続されている。
【０１１４】
第１層４１１においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含まないことにより、多層基板４１０の積層方向における熱伝導率が相対的に低くなっている。一方、第２層４１２においては、基材が熱伝導率の高いフィラーを含むことおよび柱状金属が設けられていることにより、多層基板４１０の積層方向における熱伝導率が高くなっている。
【０１１５】
信号処理素子１３０は、第１層４１１における第２主面４１０ｂ側の面上にダイボンド材１７０により固定されている。ダイボンド材１７０としては、熱伝導率の高いフィラーが添加されていないポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料が好ましい。
【０１１６】
信号処理素子１３０のフリップチップ実装を行なう場合、アンダーフィルとして、エポキシ樹脂などの樹脂材料に熱伝導率の高いフィラーが添加されていないものが好ましい。
【０１１７】
また、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１により層間接続部４４２と接続されている。これにより、信号処理素子１３０は、ボンディングワイヤ１７１を介して赤外線検出素子１２０および出力端子４６０と電気的に接続されている。
【０１１８】
上記の構成を有する本実施形態に係る赤外線センサ４００の多層基板４１０は、通常の多層プリント基板の製作方法と同等の工程および加工装置により製作可能である。たとえば、信号処理素子１３０をボンディングワイヤ１７１により層間接続部４４２と接続し、半田などによって柱状金属を層間接続部４４２に接合した後、封止樹脂によって信号処理素子１３０、ボンディングワイヤ１７１および柱状金属を完全に覆った状態で封止樹脂を硬化させる。硬化した封止樹脂が第２層４１２の基材となる。この基材を研削して平滑化することにより、出力端子４６０を第２主面４１０ｂにおいて露出させる。
【０１１９】
本実施形態に係る赤外線センサ４００においては、実施形態１に係る赤外線センサ１００のように中空部１１０ｃを形成する必要がないため、赤外線センサ１００に比較して簡易に作成可能である。また、赤外線センサ４００においては、低流動性のプリプレグを用いる必要性がないため、赤外線センサ１００に比較して材料の選択肢が多い。
【０１２０】
さらに、本実施形態においては、柱状金属が設けられることによって第２層４１２の熱伝導率が高くなるため、第２層４１２の基材自体の熱伝導率は、実施形態３の第２層３１２の基材自体の熱伝導率より低くてもよい。よって、本実施形態においては、封止樹脂の選択肢が実施形態３より多くなり、封止性能の高い封止樹脂を採用することができる。
【０１２１】
本実施形態に係る赤外線センサ４００においては、高熱伝導率層である第２層４１２が信号処理素子１３０と出力端子４６０との間に位置し、低熱伝導率層である第１層４１１が赤外線検出素子１２０と信号処理素子１３０との間に位置している。
【０１２２】
また、本実施形態に係る赤外線センサ４００においては、信号処理素子１３０は、第２層４１２内に位置している。
【０１２３】
この構成により、信号処理素子１３０で発生した熱は、熱伝導率の違いによって、第１層４１１より第２層４１２に多く伝導する。第２層４１２に伝わった熱は、出力端子４６０から外部に放出される。これにより、信号処理素子１３０で発生した熱が赤外線検出素子１２０に伝導することにより起きる熱ノイズを低減できる。
【０１２４】
以下、本実施形態の変形例に係る赤外線センサについて説明する。図５は、本実施形態の第１変形例に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。図６は、本実施形態の第２変形例に係る赤外線センサの構成を示す断面図である。
【０１２５】
図５に示すように、本実施形態の第１変形例に係る赤外線センサ４００ａは、信号処理素子を２つ備えている。
【０１２６】
具体的には、信号処理素子１３０における第２主面４１０ｂ側の面上に他の信号処理素子１３１がダイボンド材１７２により固定されている。ダイボンド材１７２としては、熱伝導率の高いフィラーが添加されているポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料が好ましい。
【０１２７】
また、信号処理素子１３１は、ボンディングワイヤ１７３により層間接続部４４２と接続されている。これにより、信号処理素子１３１は、ボンディングワイヤ１７３を介して赤外線検出素子１２０および出力端子４６０と電気的に接続されている。
【０１２８】
図６に示すように、本実施形態の第２変形例に係る赤外線センサ４００ｂは、信号処理素子を２つ備えている。
【０１２９】
具体的には、信号処理素子１３０は、フェースダウン実装されており、第１層４１１における第２主面４１０ｂ側の面に形成された電極１７４に、半田または金からなるバンプ１７５を介して電気的に接続されている。電極１７４は、層間接続部４４２と電気的に接続されている。これにより、信号処理素子１３０は、バンプ１７５を介して赤外線検出素子１２０および出力端子４６０と電気的に接続されている。
【０１３０】
信号処理素子１３０における第２主面４１０ｂ側の面上に他の信号処理素子１３１がダイボンド材１７２により固定されている。ダイボンド材１７２としては、熱伝導率の高いフィラーが添加されているポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料が好ましい。
【０１３１】
また、信号処理素子１３１は、ボンディングワイヤ１７３により層間接続部４４２と接続されている。これにより、信号処理素子１３１は、ボンディングワイヤ１７３を通じて赤外線検出素子１２０および出力端子４６０と電気的に接続されている。
【０１３２】
上記の第１変形例に係る赤外線センサ４００ａおよび第２変形例に係る赤外線センサ４００ｂにおいては、２つの信号処理素子１３０，１３１を備えており、信号処理素子１３０，１３１からの発熱量が多い。
【０１３３】
第１変形例および第２変形例においては、出力端子４６０を信号処理素子１３０，１３１の近傍に配置することにより、出力端子４６０からの放熱をより効果的にして、信号処理素子１３０，１３１で発生した熱が赤外線検出素子１２０に伝導することにより起きる熱ノイズを低減できる。
【０１３４】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３５】
１００，２００，３００，４００，４００ａ，４００ｂ  赤外線センサ、１１０，２１０，３１０，４１０  多層基板、１１０ａ，２１０ａ，３１０ａ，４１０ａ  第１主面、１１０ｂ，２１０ｂ，３１０ｂ，４１０ｂ  第２主面、１１０ｃ  中空部、１１１，２１１，３１１，４１１  第１層、１１２，２１２，３１２，４１２  第２層、１１３，２１３，３１３  第３層、１２０  赤外線検出素子、１２１  導電性接合部材、１３０，１３１  信号処理素子、１４１，２４１，３４１，４４１  配線電極、１４２，１４３，２４２，２４３，３４２，４４２  層間接続部、１５１，１５２，１５３，２５１，２５２，２５３，２５４，３５１，３５２，３５３，４５１  ビア電極、１６０，２６０，３６０，４６０  出力端子、１７０，１７２  ダイボンド材、１７１，１７３  ボンディングワイヤ、１７４  電極、１７５  バンプ、１８０  静電シールド、１８０ａ  入射窓、１８１  接合部材、１９０  光学フィルタ、１９１  接着剤、２１４  第４層。
【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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【図６】
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