(57)【要約】【課題】パッケージ基部にキャップを被せて封止した後でも応答速度および感度を調整可能とする。【解決手段】赤外線を受光する受光面を片面に有するセンサエレメント（１）をパッケージの内部に気密に封止してなる熱型赤外線センサにおいて、センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下とする。【効果】パッケージングを完了した後でも、搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着させることで、応答速度および感度を調整可能となる。すなわち、熱伝導材（９）を付着させない赤外線センサを使用して、熱飽和するほど光入力が大きい場合に、搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着させることで熱を排出させることが可能になり、熱飽和の状態を回避することが出来る。従って、応答速度および感度の種類に応じてパッケージを設計し分ける必要性を低減できる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を受光する受光面を片面に有するセンサエレメント（１）をパッケージの内部に気密に封止してなる熱型赤外線センサであって、前記センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ，５ｃ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下としたことを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）。
【請求項２】
パッケージ基部（５）と、前記パッケージ基部（５）に搭載されるセンサエレメント搭載部材（２）と、前記センサエレメント搭載部材（２）の搭載部（２ａ）に搭載されるセンサエレメント（１）と、前記パッケージ基部（５）に被せられるキャップ（７）とを具備してなる熱型赤外線センサであって、前記パッケージ基部（５）は貫通穴（５ａ）を有し、前記センサエレメント搭載部材（２）は前記貫通穴（５ａ）に通じる空洞部（２ｂ）を有し、前記搭載部（２ａ）の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００）。
【請求項３】
パッケージ基部（５）と、前記パッケージ基部（５）の搭載部（５ｃ）に搭載されるセンサエレメント（１）と、前記パッケージ基部（５）に被せられるキャップ（７）とを具備してなる熱型赤外線センサであって、前記搭載部（５ｃ）の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする熱型赤外線センサ（３００，４００）。
【請求項４】
請求項３に記載の熱型赤外線センサにおいて、前記パッケージ基部（５）の一部が凹部（５ｂ）になっており、該凹部（５ｂ）の底面部が前記搭載部（５ｃ）であることを特徴とする赤外線センサ（３００，４００）。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱型赤外線センサにおける前記搭載部（２ａ，５ｃ）の外面に熱伝導材（９）を付着させたことを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱型赤外線センサに関し、さらに詳しくは、パッケージ基部にキャップを被せて封止した後でも応答速度および感度を調整可能な熱型赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッケージ基部に回路基板を載置し、その回路基板の上にセンサエレメントを載置し、パッケージ基部にキャップを被せて封止した熱型赤外線センサが知られている（特許文献１参照。）。
また、パッケージ基部にスペーサを載置し、そのスペーサの上に回路基板を載置し、その回路基板の上にセンサエレメントを載置し、パッケージ基部にキャップを被せて封止した熱型赤外線センサが知られている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５８３７号公報
【特許文献２】特開２００７−０２４６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱型赤外線センサでは、センサエレメントから外部への熱伝導特性によって応答速度および感度が決まる。このため、所望の応答速度および感度が得られる熱伝導特性になるように回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計している。
しかし、従来の赤外線センサでは、パッケージ基部にキャップを被せて封止した後はセンサエレメントから外部への熱伝導特性すなわち応答速度および感度を変えられなかったため、所望の応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要があり、煩雑になる問題点があった。また、ひとたび素子が完成すると、その周波数特性（応答速度）を調整することが出来ない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、パッケージ基部にキャップを被せて封止した後でも熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能であり、応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減しうる熱型赤外線センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点では、本発明は、赤外線を受光する受光面を片面に有するセンサエレメント（１）をパッケージの内部に気密に封止してなる熱型赤外線センサであって、前記センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ，５ｃ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下としたことを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）を提供する。
上記構成において、センサエレメント（１）とは、センサの機能を発現させる部材からなり、電極など最低限の構造を有する部品をいう。例えば、焦電性薄膜の上面に電極と光吸収層を設け且つ下面に電極を設けた焦電素子や、薄膜状のサーモパイルに光吸収膜を設けたサーモパイル素子である。
上記第１の観点による熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）では、センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ，５ｃ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下としたので、パッケージを封止した後でも、搭載部（２ａ，５ｃ）の外面に例えば銀ペーストなどの熱伝導材（９）を付着すれば、センサエレメント（１）から外部への熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能となる。従って、応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減することが出来る。
なお、搭載部（２ａ，５ｃ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍよりも厚くすると、その外面に熱伝導材（９）を付着させても熱伝導特性すなわち応答速度および感度を効果的に調整することが出来なくなる。厚さを薄するほど、その外面に熱伝導材（９）を付着させても熱伝導特性すなわち応答速度および感度を効果的に調整可能になるが、機械的強度が下がってしまう。両者のバランスの観点から、厚さは１０μｍ〜１００μｍ以下とすることが好ましい。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、パッケージ基部（５）と、前記パッケージ基部（５）に搭載されるセンサエレメント搭載部材（２）と、前記センサエレメント搭載部材（２）の搭載部（２ａ）に搭載されるセンサエレメント（１）と、前記パッケージ基部（５）に被せられるキャップ（７）とを具備してなる熱型赤外線センサであって、前記パッケージ基部（５）は貫通穴（５ａ）を有し、前記センサエレメント搭載部材（２）は前記貫通穴（５ａ）に通じる空洞部（２ｂ）を有し、前記搭載部（２ａ）の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００）を提供する。
上記第２の観点による熱型赤外線センサ（１００，２００）では、センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下としたので、パッケージ基部（５）にキャップ（７）を被せて封止した後でも、貫通穴（５ａ）および空洞部（２ｂ）を通じて搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着すれば、センサエレメント（１）から外部への熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能となる。従って、応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減することが出来る。また、搭載部（２ａ）の外面に付着した熱伝導材（９）を空洞部（２ｂ）に収納でき、邪魔にならない。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、パッケージ基部（５）と、前記パッケージ基部（５）の搭載部（５ｃ）に搭載されるセンサエレメント（１）と、前記パッケージ基部（５）に被せられるキャップ（７）とを具備してなる熱型赤外線センサであって、前記搭載部（５ｃ）の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする熱型赤外線センサ（３００，４００）を提供する。
上記第３の観点による熱型赤外線センサ（３００，４００）では、センサエレメント（１）を搭載した搭載部（２ａ）の搭載面から外面までの厚さを２００μｍ以下としたので、パッケージ基部（５）にキャップ（７）を被せて封止した後でも、搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着すれば、センサエレメント（１）から外部への熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能となる。従って、応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減することが出来る。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による熱型赤外線センサにおいて、前記パッケージ基部（５）の一部が凹部（５ｂ）になっており、該凹部（５ｂ）の底面部が前記搭載部（５ｃ）であることを特徴とする赤外線センサ（３００，４００）を提供する。
上記第４の観点による熱型赤外線センサ（３００，４００）では、搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着したとき、熱伝導材（９）を凹部（５ｂ）に収納でき、邪魔にならない。
【０００９】
第５の観点では、本発明は、前記第１から前記第４のいずれかの観点による熱型赤外線センサにおける前記搭載部（２ａ，５ｃ）の外面に熱伝導材（９）を付着させたことを特徴とする熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）を提供する。
上記第５の観点による熱型赤外線センサ（１００，２００，３００，４００）では、搭載部（２ａ）の外面に熱伝導材（９）を付着させているので、付着させる前に比べてセンサエレメント（１）から外部への熱伝導特性が高くなり、応答速度を上げ、感度を下げることが出来る。また、熱伝導材（９）を変えれば、センサエレメント（１）から外部への熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能となる。従って、応答速度および感度の種類に応じて回路基板，スペーサ，パッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減することが出来る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱型赤外線センサによれば、パッケージ基部にキャップを被せて封止した後でも熱伝導特性すなわち応答速度および感度を調整可能である。例えば、初めは熱伝導材を付着させないで赤外線センサを使用して、熱飽和するほど光入力が大きい場合に、搭載部の外面に熱伝導材を付着させることで熱を排出させることが可能になり、熱飽和の状態を回避することが出来る。従って、応答速度および感度の種類に応じてセンサエレメント搭載部材やパッケージ基部などを設計し分ける必要性を低減できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る熱型赤外線センサを示す正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】実施例１に係る熱型赤外線センサを示す底面図である。
【図４】センサエレメント搭載部材へのセンサエレメントの搭載工程を示す説明図である。
【図５】コンタクトホール加工工程を示す説明図である。
【図６】上面電極形成工程を示す説明図である。
【図７】ワイヤ接続工程を示す説明図である。
【図８】パッケージ基部へのセンサエレメント搭載部材の搭載工程を示す説明図である。
【図９】熱伝導材として熱伝導性充填剤を用いた例を示す正面断面図である。
【図１０】熱伝導材として熱伝導性ブロックを用いた例を示す正面断面図である。
【図１１】実施例２に係る熱型赤外線センサを示す正面断面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図１３】実施例２に係る熱型赤外線センサを示す底面図である。
【図１４】実施例２に係る熱型赤外線センサの回路図である。
【図１５】実施例３に係る熱型赤外線センサを示す正面断面図である。
【図１６】熱伝導材として熱伝導性ブロックを用いた例を示す正面断面図である。
【図１７】実施例４に係る熱型赤外線センサを示す正面断面図である。
【図１８】熱伝導材として熱伝導性充填剤を用いた例を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１３】
−実施例１−
図１は、実施例１に係る熱型赤外線センサ１００の正面断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は、熱型赤外線センサ１００の底面図である。
【００１４】
この熱型赤外線センサ１００は、パッケージ基部５と、パッケージ基部５に搭載されるセンサエレメント搭載部材２と、センサエレメント搭載部材２の搭載部２ａに搭載されるセンサエレメント１と、パッケージ基部５に被せられるキャップ７とを具備してなる。
【００１５】
センサエレメント１は、焦電性薄膜１ａの上面に上部電極１ｃと光吸収層（図示省略）を設け、下面に下部電極１ｂを設けた焦電素子である。
【００１６】
パッケージ基部５は、コバール製の円盤状部材であり、貫通穴５ａを有している。
また、リードピン６ａ，６ｂがパッケージ基部５を貫通している。
【００１７】
ワイヤ１ｅの一端がリードピン６ａの上端に接続され、ワイヤ１ｅの他端がセンサエレメント１のコンタクトホール４を通って下部電極１ｂに接続されている。
また、ワイヤ１ｆの一端がリードピン６ｂの上端に接続され、ワイヤ１ｆの他端がセンサエレメント１の上部電極１ｃに接続されている。
【００１８】
センサエレメント搭載部材２は、感光性ガラスやシリコン製の無底箱状部材であり、パッケージ基部５の貫通穴５ａに通じる空洞部２ｂを有し、無底箱状部材の天部が搭載部２ａになっている。
この搭載部２ａの厚さは、２０μｍ〜２００μｍの間であり、例えば１００μｍである。
【００１９】
キャップ７はコバール製の円筒状部材であり、その天部は石英板で塞がれた赤外線透過窓８になっている。
【００２０】
図４〜図８は、熱型赤外線センサ１００の製造工程を示す説明図である。
［１］図４に示すように、焦電性薄膜１ａの下面に下部電極１ｂを例えば蒸着により形成する。これを接着剤を用いて、センサエレメント搭載部材２の搭載部２ａに接着する。
［２］図５に示すように、コンタクトホール４を形成し、下部電極１ｂの一部を焦電性薄膜１ａの表面に露出させる。
［３］図６に示すように、焦電性薄膜１ａの上面に上部電極１ｃおよび光吸収層（図示省略）を形成する。
［４］図７に示すように、コンタクトホール４を通じて下部電極１ｂにワイヤ１ｅを導電性接着剤により取り付ける。また、上部電極１ｃにワイヤ１ｆを導電性接着剤により取り付ける。
［５］図８に示すように、センサエレメント搭載部材２をパッケージ基部５に接着する。また、ワイヤ１ｅをリードピン６ａに導電性接着剤により取り付ける。また、ワイヤ１ｆをリードピン６ｂに導電性接着剤により取り付ける。
［６］最後に、図１に示すように、赤外線透過窓８を有したキャップ７をパッケージ基部５に接着し、パッケージングを完了する。
【００２１】
パッケージングを完了した状態での熱型赤外線センサ１００は、センサエレメント搭載部材２やパッケージ基部５などによって決まる熱伝導特性すなわち応答速度および感度を有している。
もし、応答速度を上げ、感度を下げたいならば、図９または図１０に示すように、搭載部２ａの下面に熱伝導材９を付着させることで可能である。
すなわち、図９に示すように、貫通穴５ａおよび空洞部２ｂを通じて、搭載部２ａの下面に、熱伝導材９として、例えば金，銀などをフィラーとした導電性接着剤や、窒化アルミ，アルミ，アルミナ，炭化珪素などをフィラーとした熱伝導性接着剤や、シリコーン接着剤などの熱伝導性充填材を付着すれば、付着させる前に比べて熱伝導経路が増加するため、センサエレメント１から外部への熱伝導特性が高くなり、応答速度を上げ、感度を下げることが出来る。
また、図１０に示すように、貫通穴５ａおよび空洞部２ｂを通じて、搭載部２ａの下面に、熱伝導材９として、例えば銅，アルミ、セラミックスなどの熱伝導性ブロックを付着すれば、付着させる前に比べて熱伝導経路が増加するため、センサエレメント１から外部への熱伝導特性が高くなり、応答速度を上げ、感度を下げることが出来る。
【００２２】
実施例１に係る赤外線センサ１００によれば、パッケージ基部５にキャップ７を被せて封止した後でも応答速度および感度を調整可能である。例えば、初めは熱伝導材９を付着させないで赤外線センサ１００を使用して、熱飽和するほど光入力が大きい場合に、搭載部２ａの外面に熱伝導材９を付着させることで熱を排出させることが可能になり、熱飽和の状態を回避することが出来る。従って、応答速度および感度の種類に応じてセンサエレメント搭載部材２やパッケージ基部５などを設計し分ける必要性を低減できる効果が得られる。
【００２３】
−実施例２−
図１１は、実施例２に係る熱型赤外線センサ２００の正面断面図である。図１２は、図１１のＢ−Ｂ’断面図である。図１３は、熱型赤外線センサ２００の底面図である。
【００２４】
この熱型赤外線センサ２００は、実施例１の熱型赤外線センサ１００の構成に加えて、回路基板１０と，負荷抵抗１２と，ＦＥＴ１３を、パッケージに封止したものである。
【００２５】
図１４は、熱型赤外線センサ２００の回路図である。
【００２６】
実施例２に係る赤外線センサ２００によれば、実施例１に係る赤外線センサ１００と同じ効果が得られる。
【００２７】
−実施例３−
図１５は、実施例３に係る熱型赤外線センサ３００の正面断面図である。
【００２８】
この熱型赤外線センサ３００は、実施例１の熱型赤外線センサ１００におけるセンサエレメント搭載部材２の機能を持つようにパッケージ基部５を変形させたものである。
５ｂは空洞部、５ｃは搭載部である。
【００２９】
パッケージングを完了した状態での熱型赤外線センサ３００は、パッケージ基部５によって決まる熱伝導特性すなわち応答速度および感度を有している。
もし、応答速度を上げ、感度を下げたいならば、図１６に示すように、搭載部５ｃの下面に熱伝導材９を付着させることで可能である。なお、図１６の熱伝導材９は、例えばアルミ円柱である。
【００３０】
実施例３に係る赤外線センサ３００によれば、実施例１に係る赤外線センサ１００と同じ効果が得られる。また、部品点数を少なくできる。
【００３１】
−実施例４−
図１７は、実施例４に係る熱型赤外線センサ４００の正面断面図である。
【００３２】
この熱型赤外線センサ４００は、実施例１の熱型赤外線センサ１００におけるセンサエレメント搭載部材２を省略し、パッケージ基部５の底面に凹部５ｂを形成し、凹部５ｂの底面部が搭載部５ｃとしたものである。
【００３３】
パッケージングを完了した状態での熱型赤外線センサ４００は、パッケージ基部５によって決まる熱伝導特性すなわち応答速度および感度を有している。
もし、応答速度を上げ、感度を下げたいならば、図１８に示すように、搭載部５ｃの下面に熱伝導材９を付着させることで可能である。なお、図１８の熱伝導材９は、例えば銀ペーストである。
【００３４】
実施例４に係る赤外線センサ４００によれば、実施例１に係る赤外線センサ１００と同じ効果が得られる。また、加工工数や部品点数を少なくできる。
【００３５】
−実施例５−
実施例１〜４では、センサエレメント１として焦電素子を想定したが、サーモパイル素子としても同様に本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の熱型赤外線センサは、熱検出装置などに利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１                    センサエレメント
１ａ                  焦電性材料薄膜
２                    センサエレメント搭載部材
２ａ                  搭載部
２ｂ                  空洞部
４                    コンタクトホール
５                    パッケージ基部
５ａ                  貫通穴
５ｂ                  空洞部
５ｃ                  搭載部
６ａ，６ｂ，６ｃ      リードピン
７                    キャップ
８                    赤外線透過窓
９                    熱伝導材
１００，２００，３００，４００      熱型赤外線センサ
【図１】
2011232261.tif 000003
【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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【図７】
2011232261.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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