(57)【要約】【課題】赤外線を放射する物体の検出機能を備えた赤外線検出装置において、製造コストを低減し、且つ、部品点数を低減する。【解決手段】赤外線検出装置は、一面（１２ａ）側に赤外線検出素子（２０）が形成され、該赤外線検出素子として、物体（１０６）から放射される赤外線を検出する物体検出素子（２０ａ，２０ａｂ）を少なくとも１つ含む第１半導体基板（１２）と、赤外線を透過する材料を用いて形成され、物体から放射される赤外線を物体検出素子に対して集光するための集光部（２４）を有する第２半導体基板（１４）と、を備える。第１半導体基板の一面上に、第２半導体基板が配置され、物体検出素子と集光部との間に集光のための所定間隔を有するように、第１半導体基板と第２半導体基板とが接合されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を放射する物体（１０６）の検出機能を備えた赤外線検出装置であって、
一面（１２ａ）側に赤外線検出素子（２０）が形成され、該赤外線検出素子として、前記物体から放射される赤外線を検出する物体検出素子（２０ａ，２０ａｂ）を少なくとも１つ含む第１半導体基板（１２）と、
赤外線を透過する材料を用いて形成され、前記物体から放射される赤外線を前記物体検出素子に対して集光するための集光部（２４）を有する第２半導体基板（１４）と、
を備え、
前記第１半導体基板の前記一面上に、前記第２半導体基板が配置され、
前記物体検出素子と前記集光部との間に集光のための所定間隔を有して、前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とが接合されていることを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】
ガスを検出するために、
光源（１０８，５４，５６）から放射される光のうち、所定波長の赤外線を選択的に透過させるバンドパス部（３２）を有する第３半導体基板（１６）をさらに備えるとともに、
前記赤外線検出素子として、前記バンドパス部を透過した赤外線を検出するガス検出素子（２０ｂ，２０ａｂ）を含んでおり、
前記第１半導体基板と前記第３半導体基板とが接合されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記第３半導体基板は、前記第１半導体基板に対し、前記一面とは反対の裏面（１２ｂ）側に配置されており、
前記物体検出素子に対する前記物体からの赤外線の入射方向と、前記ガス検出素子に対する前記光源からの赤外線の入射方向とが反対向きとなっていることを特徴とする請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記第１半導体基板の前記一面上に配置されたメンブレン（２２）に、前記赤外線検出素子が形成され、
前記第１半導体基板は、前記赤外線検出素子に対応して形成された貫通孔（１２ｃ）を有し、前記バンドパス部を透過した赤外線が、前記貫通孔を通じて前記ガス検出素子に入射されることを特徴とする請求項３に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記物体検出素子と前記ガス検出素子とが、互いに別の前記赤外線検出素子として分離されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記物体検出素子を複数有し、
前記物体検出素子は、前記ガス検出素子を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記物体検出素子として、前記ガス検出素子を兼ねる素子（２０ａｂ）を含むことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記第１半導体基板、前記第２半導体基板、及び前記第３半導体基板を封止する封止樹脂体（４０）をさらに備え、
前記封止樹脂体は、前記集光部を外部に露出させる第１開口部（４０ａ）と、前記バンドパス部を外部に露出させる第２開口部（４０ｂ）と、を有することを特徴とする請求項３〜７いずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記光源（５６）を有する第４半導体基板（１８）をさらに備え、
前記第４半導体基板と前記第３半導体基板とが接合されていることを特徴とする請求項２〜７いずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
各半導体基板の接合が、ウエハレベルでなされていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】
車室内（１００）に配置され、
車両空調装置を制御するために用いられることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を放射する物体の検出機能を備えた赤外線検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線を放射する物体の検出に、赤外線検出装置が用いられている。赤外線検出装置により、例えば車室内の席に座る乗員の存在有無が検出されるとともに、存在する場合にはその温度が検出される。そして、検出された乗員が快適に過ごせるように、車両空調装置の制御がなされる。
【０００３】
また、上記した赤外線検出装置として、特許文献１に記載のものが用いられている。この赤外線検出装置は、所謂ＣＡＮパッケージ構造をなしている。赤外線検出装置は、有底円筒状をなし、底に赤外線透過窓を有する金属缶ケースと、リードを備えたヘッダーと、を備えている。金属缶ケースとヘッダーにより形成される空間内であって、ヘッダー上には、サーモパイルチップが配置され、このサーモパイルチップはリードと接続されている。上記した空間内には凸形状の集光レンズも配置されており、この集光レンズは、金属缶ケースの赤外線透過窓を塞ぐように、金属缶ケースに接着固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、凸形状の集光レンズは、通常、光学部材を削り込んで形成されるため、平面形状が略真円状をなしている。したがって、このような光学レンズを位置精度良く固定するには、上記したように、有底円筒状をなす金属缶ケースを用いなければならない。しかしながら、金属缶ケースは非常に高価であり、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また、集光レンズとサーモパイルチップとの相対的な位置を決定するには、金属缶ケースを介して、集光レンズを、サーモパイルチップが固定されたヘッダーに固定しなければならない。したがって、部品点数が多いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、赤外線を放射する物体の検出機能を備えた赤外線検出装置において、製造コストを低減し、且つ、部品点数を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
開示された発明のひとつは、
赤外線を放射する物体の検出機能を備えた赤外線検出装置であって、
一面（１２ａ）側に赤外線検出素子（２０）が形成され、該赤外線検出素子として、物体（１０６）から放射される赤外線を検出する物体検出素子（２０ａ，２０ａｂ）を少なくとも１つ含む第１半導体基板（１２）と、
赤外線を透過する材料を用いて形成され、物体から放射される赤外線を物体検出素子に対して集光するための集光部（２４）を有する第２半導体基板（１４）と、
を備え、
第１半導体基板の一面上に、第２半導体基板が配置され、
物体検出素子と集光部との間に集光のための所定間隔を有して、第１半導体基板と第２半導体基板とが接合されていることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、集光部が第２半導体基板の一部として構成されている。そして、第２半導体基板が第１半導体基板と接合されて、赤外線検出装置が構成されている。したがって、従来のように金属缶ケースを用いなくとも良いので、製造コストを低減することができる。また、上記したように、集光部が第２半導体基板の一部として構成されているため、集光レンズと金属缶ケースを用いる構成に較べて、部品点数を低減することができる。
【００１１】
また、開示された他の発明のひとつは、
ガスを検出するために、
光源（１０８，５４，５６）から放射される光のうち、所定波長の赤外線を選択的に透過させるバンドパス部（３２）を有する第３半導体基板（１６）をさらに備えるとともに、
赤外線検出素子として、バンドパス部を透過した赤外線を検出するガス検出素子（２０ｂ，２０ａｂ）を含んでおり、
第１半導体基板と第３半導体基板とが接合されていることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、物体を検出する機能（物体検出センサ）と、ガスを検出する機能（ガスセンサ）を、ともに備えている。物体を検出するための物体検出素子と、ガスを検出するためのガス検出素子を共通の第１半導体基板に備えているため、物体を検出する赤外線検出装置とガスを検出する赤外線検出装置を別個に準備する構成に較べて、部品点数を削減することができる。また、２つの機能を有しながらも、従来に較べて赤外線検出装置を小型化することができる。
【００１３】
また、開示された他の発明のひとつは、
第３半導体基板は、第１半導体基板に対し、一面とは反対の裏面（１２ｂ）側に配置されており、
物体検出素子に対する物体からの赤外線の入射方向と、ガス検出素子に対する光源からの赤外線の入射方向とが反対向きとなっていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、赤外線検出装置をさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る赤外線検出装置が適用される車室内を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】第１変形例を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す断面図であり、図２に対応している。
【図５】第３実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】赤外線検出素子の配置を示す図であり、図中に示すV-V線に沿う断面が図５に対応している。
【図７】第４実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】赤外線検出素子の配置を示す図であり、図中に示すVII-VII線に沿う断面が図７に対応している。
【図９】第５実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す図である。
【図１０】第６実施形態に係る赤外線検出装置の概略構成を示す図である。
【図１１】その他変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１７】
（第１実施形態）
赤外線検出装置は、赤外線を放射する物体を検出する機能を備えている。本実施形態では、図１に示すように、赤外線検出装置１０が車室内１００に配置される。そして、後部席１０２に設定される検知エリア１０２ａの温度を検出するように、運転席と助手席の間に設けられたセンターコンソール１０４の後端に取り付けられる。なお、検知エリア１０２ａの設定場所、設定数は特に限定されるものではない。図１では、一例として、運転席後方及び助手席後方の後部席１０２に対し、胸部付近と、脚部の膝付近の温度をそれぞれ検出するように、４箇所の検知エリア１０２ａが設定されている。車両は、運転席後方の後部席１０２と助手席後方の後部席１０２について独立して空調制御（例えば風向、風量、温度の制御）できるように構成された車両空調装置を備えている。
【００１８】
次に、図２に基づき、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の構成について説明する。
【００１９】
図２に示すように、赤外線検出装置１０は、第１半導体基板１２と、第２半導体基板１４と、を備えている。これら半導体基板１２，１４は、ともにチップ化された状態で接合されている。
【００２０】
第１半導体基板１２は、厚み方向において一面１２ａ及び該一面１２ａと反対の裏面１２ｂを有しており、第１半導体基板１２の一面１２ａ側に赤外線検出素子２０が形成されている。赤外線検出素子２０としては、例えば、フォトダイオードや熱電堆（サーモパイル）など、光の入射で生じる熱を検知するものを採用することができる。
【００２１】
本実施形態では、赤外線検出素子２０として熱電堆が形成されている。詳しくは、シリコンからなる第１半導体基板１２の一面１２ａ上に、シリコン酸化膜などの絶縁膜やシリコン窒化膜などの保護膜等が積層されてなる多層構造のメンブレン２２が配置されている。そして、メンブレン２２の一部として、ポリシリコンからなる熱電堆が設けられている。また、熱電堆の少なくとも一部を被覆するように、保護膜上に赤外線吸収膜が設けられている。このように、熱電堆と赤外線吸収膜を備える熱型の赤外線検出素子２０を有している。このような赤外線検出素子２０は周知であるため、図２では、メンブレン２２及び赤外線検出素子２０を簡略化して図示している。
【００２２】
また、赤外線検出素子２０として、検知エリア１０２ａが設定された後部席１０２に座る乗員１０６が放射する赤外線、すなわち温度、を検出するための物体検出素子２０ａを有している。本実施形態では、赤外線検出素子２０として物体検出素子２０ａのみを有している。また、各検知エリア１０２ａの温度をそれぞれ検出するために、複数の物体検出素子２０ａを有している。本実施形態において、乗員１０６が、特許請求の範囲に記載の「赤外線を放射する物体」に相当する。
【００２３】
第１半導体基板１２は、第１半導体基板１２と赤外線検出素子２０を熱分離するために形成された貫通孔１２ｃを有している。本実施形態では、貫通孔１２ｃが、赤外線検出素子２０ごとに形成されている。貫通孔１２ｃは、メンブレン２２のうち、赤外線検出素子２０の形成領域を含む部分を底として、裏面１２ｂ側に開口している。貫通孔１２ｃの底をなすメンブレン２２の部分は、貫通孔１２ｃを架橋する架橋部２２ａとなっている。
【００２４】
第２半導体基板１４は、赤外線を透過する材料、例えばシリコンやゲルマニウムを用いて形成されている。第２半導体基板１４には、その一部として、乗員１０６から放射される赤外線を物体検出素子２０ａに対して集光するための集光部２４が形成されている。集光部２４としては、第２半導体基板１４をエッチングなどにより加工して形成されうるもの、例えば、グレーティングレンズ（回折レンズ）やフレネルレンズを採用することができる。
【００２５】
本実施形態では、第２半導体基板１４として、第１半導体基板１２同様、シリコン基板を採用している。そして、第２半導体基板１４の一面側に、エッチングにより所定の突起長を有する複数の凸部２６が所定ピッチで形成され、この凸部２６により集光部２４としてのグレーティングレンズが構成されている。図２では、一例として、集光部２４が、第１半導体基板１２との対向面と反対の面に設けられている。また、検知エリア１０２ａごとに集光部２４が分けて設けられている。集光部２４の配置は、乗員１０６（物体）と物体検出素子２０ａとの位置関係に応じて決定される。したがって、各検知エリア１０２ａに対応する集光部２４を隔てることなく一体的に設けることもできる。
【００２６】
このように構成される第２半導体基板１４は、第１半導体基板１２の一面１２ａ上に配置されている。第２半導体基板１４は、厚み方向に直交する面内において、その大きさが第１半導体基板１２よりも小さく、第１半導体基板１２と接合された状態で、第１半導体基板１２の一部分のみと対向するようになっている。第１半導体基板１２上のメンブレン２２において、第２半導体基板１４と対向しない領域には、赤外線検出素子２０を外部と電気的に接続するための図示しないパッドが形成されている。そして、このパッドを介して、赤外線検出素子２０が外部と電気的に接続可能となっている。
【００２７】
また、第２半導体基板１４は、物体検出素子２０ａと集光部２４との間に集光のための所定間隔を有するように、第１半導体基板１２と接合されている。赤外線検出素子２０の熱分離を考慮すると、第１半導体基板１２と第２半導体基板１４との間に隙間があるほうが好ましい。本実施形態では、所定間隔を確保するためにスペーサ２８を介して接合されている。スペーサ２８は、集光部２４から物体検出素子２０ａへの赤外線の経路を妨げないように配置されている。スペーサ２８の材料としては、各半導体基板１２，１４との接合が可能なものであれば良い。スペーサ２８を介した各半導体基板１２,１４の接合としては、チップ同士の接合として周知のもの、例えば、各種接着材による接合、金属バンプによる接合、スペーサ２８と各半導体基板１２，１４との常温接合又は低温接合などを採用することができる。各半導体基板１２，１４がシリコンからなる場合、シリコン又は二酸化シリコンからなるスペーサ２８を用いることで、第１半導体基板１２とスペーサ２８、スペーサ２８と第２半導体基板を常温や低温で直接的に接合することができる。
【００２８】
本実施形態では、融点が２００〜３００℃程度の低融点ガラスを用いてスペーサ２８が構成されている。このスペーサ２８は、複数箇所において、第１半導体基板１２と第２半導体基板１４とを接合するように設けられても良いし、赤外線検出素子２０及び集光部２４を取り囲むように環状に設けられても良い。第１半導体基板１２と第２半導体基板１４の接合箇所、すなわちスペーサ２８を環状にすると、赤外線検出素子２０を気密に封止することができる。
【００２９】
次に、上記した赤外線検出装置１０の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
先ず、赤外線検出素子２０が形成された第１半導体基板１２と、集光部２４が形成された第２半導体基板１４と、をそれぞれ準備する。これら半導体基板１２，１４はともにチップ化されたものである。次に、第１半導体基板１２の一面１２ａ側（メンブレン２２上）に低融点ガラスペーストを塗布し、仮焼成する。次に、仮焼成した低融点ガラスペーストに集光部２４と反対の面が接触するように、第２半導体基板１４を位置決め載置する。そして、この位置決め状態で低融点ガラスペーストを加熱し、ペースト中の溶剤を飛ばすとともに、低融点ガラスを本焼成する。これにより、低融点ガラスからなるスペーサ２８と第１半導体基板１２、及び、スペーサ２８と第２半導体基板１４を接合する。以上により、赤外線検出装置１０を得ることができる。
【００３１】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００３２】
本実施形態の赤外線検出装置１０は、物体検出素子２０ａと集光部２４を備え、乗員１０６の有無及び温度を検出する物体検出センサとして機能する。また、物体検出素子２０ａの出力に基づいて、車両空調装置の制御がなされる。したがって、後部席１０２の乗員１０６は、車室内１００において快適に過ごすことができる。
【００３３】
また、集光部２４が第２半導体基板１４の一部として構成されている。そして、第２半導体基板１４と第１半導体基板１２との接合により、赤外線検出装置１０が構成されている。したがって、従来のように金属缶ケースを用いなくとも良いので、物体検出機能を備える赤外線検出装置１０の製造コストを低減することができる。
【００３４】
また、上記したように、集光部２４が第２半導体基板１４の一部として構成されている。言うなれば、第２半導体基板１４が、従来の集光レンズと金属缶ケースの機能を果たしている。したがって、部品点数を低減することができる。
【００３５】
また、半導体プロセスにより、第１半導体基板１２の所望の位置に赤外線検出素子２０が形成され、第２半導体基板１４の所望の位置に集光部２４が形成されている。したがって、物体検出素子２０ａと集光部２４との相対的な位置ずれを抑制することができる。これにより、検知エリア１０２ａにおける乗員１０６の有無及び温度を精度良く検出することができる。さらには、赤外線検出装置１０を小型化することもできる。
【００３６】
なお、本実施形態では、スペーサ２８を介して、第１半導体基板１２と第２半導体基板１４が接合される例を示した。しかしながら、図３に示す第１変形例のように、チップ化された半導体基板１２，１４同士が、常温又は低温で直接的に接合された構成を採用することもできる。図３では、ともにシリコンからなる半導体基板１２，１４が直接接合されている。図３では、第２半導体基板１４が、集光部２４と反対の面に、例えばエッチングにより形成された凹部１４ａを有している。この凹部１４ａを有することで、赤外線検出素子２０（メンブレン２２）と第２半導体基板１４との間に隙間が設けられている。このように、凹部１４ａを設けると、物体検出素子２０ａと集光部２４との間の距離を稼ぐことができる。また、赤外線検出素子２０から第２半導体基板１４への熱伝達を抑制することができる。
【００３７】
なお、赤外線検出素子２０とパッドとは、直接接合の箇所を赤外線検出素子２０及び集光部２４を取り囲む環状ではなく部分的とし、一面１２ａ上において接合箇所以外の場所に設けられる配線を通じて接続されても良い。また、第１半導体基板１２に不純物を注入して配線を形成し、赤外線検出素子２０とパッドとを接続するようにしても良い。
【００３８】
（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示した赤外線検出装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００３９】
図４に示すように、本実施形態に係る赤外線検出装置１０は、第１実施形態に示した赤外線検出装置１０とほぼ同じ構成をなしている。異なる点は、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４が、ウエハレベルで接合されている点である。接合後に個片化のダイシングがなされているため、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４の端面が、互いにほぼ一致している。
【００４０】
スペーサ２８は、集光部２４から物体検出素子２０ａへの赤外線の経路を妨げないように形成された貫通部２８ａを有している。この貫通部２８ａは、スペーサ２８がウエハの状態で形成される。スペーサ２８の構成材料としては、各半導体基板１２，１４とウエハレベルでの接合が可能な材料、例えば常温又は低温で直接接合できる材料を採用することができる。本実施形態では、各半導体基板１２，１４がともにシリコンからなり、スペーサ２８がシリコン又は二酸化シリコンからなる。
【００４１】
また、スペーサ２８及び第２半導体基板１４には、貫通電極３０が形成されている。この貫通電極３０は図示しないパッドと電気的に接続されており、貫通電極３０を介して赤外線検出素子２０の検出信号が外部に出力可能となっている。なお、赤外線検出素子２０とパッドとを繋ぐ配線については、第１変形例同様である。
【００４２】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００４３】
本実施形態では、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４が、ウエハレベルで接合されている。したがって、チップ化後に接合される構成に較べて、赤外線検出装置１０をより小型化することができる。また、ウエハ状態で位置決めし、接合するため、物体検出素子２０ａと集光部２４との相対的な位置の精度を向上することができる。さらには、製造コストも低減することができる。
【００４４】
なお、ウエハレベルでの接合形態については、第１変形例に示したように、スペーサ２８を用いず、第１半導体基板１２及び第２半導体基板１４が直接接合される構成にも適用することができる。この場合、第２半導体基板１４のみに貫通電極３０が形成されることとなる。
【００４５】
（第３実施形態）
本実施形態において、第２実施形態に示した赤外線検出装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００４６】
本実施形態に係る赤外線検出装置１０は、乗員１０６（物体）を検出する機能に加えて、車室内１００における特定のガスを検出する機能を備えている。図５に示すように、赤外線検出装置１０は、第１半導体基板１２、第２半導体基板１４、及びスペーサ２８に加え、第３半導体基板１６と、スペーサ３６と、を備えている。これら半導体基板１２，１４，１６とスペーサ２８，３６は、第２実施形態同様、ウエハレベルで接合されている。接合後に個片化のダイシングがなされているため、第３半導体基板１６、スペーサ３６、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４の端面が、互いにほぼ一致している。
【００４７】
赤外線検出素子２０は、上記した物体検出素子２０ａに加えて、ガスを検出するためのガス検出素子２０ｂを有している。このガス検出素子２０ｂは、検知エリア１０２ａに位置する乗員１０６から放射される赤外線の影響が殆どない位置に設けられている。例えば図６に示すように、第１半導体基板１２の中心付近に、２つのガス検出素子２０ｂが横並びに設けられ、これらガス検出素子２０ｂを取り囲むように、４つの物体検出素子２０ａが配置されている。図５に示す断面は、図６のV-V線に沿う断面である。
【００４８】
集光部２４は、赤外線検出素子２０のうち、物体検出素子２０ａに対して、乗員１０６が放射する赤外線が効率よく入射するように設けられている。
【００４９】
第３半導体基板１６は、赤外線を透過する材料、例えばシリコンやゲルマニウムを用いて形成されている。第３半導体基板１６には、その一部として、光源１０８から放射される光のうち、所定波長の赤外線のみを選択的に透過させるバンドパス部３２が形成されている。なお、光源１０８は、赤外線を出力するものである。なお、「赤外線を出力するもの」とは、波長発光域として赤外を含むものであればよく、赤外のみを含むものや、赤外とともに可視も含むものなどを採用することができる。
【００５０】
バンドパス部３２としては、周知のもの、例えば回折格子を利用したフィルタ、光学多層膜フィルタ、ファブリペロー型干渉計を採用することができる。本実施形態では、構成が簡素なことから、回折型のバンドパス部３２を採用している。詳しくは、第３半導体基板１６として、第１半導体基板１２及び第２半導体基板１４同様、シリコン基板を採用している。そして、第３半導体基板１６の一面側に、エッチングにより所定の突起長を有する複数の凸部３４が所定ピッチで形成され、この凸部３４によりバンドパス部３２が構成されている。図５では、一例として、バンドパス部３２が、第１半導体基板１２との対向面に設けられている。
【００５１】
バンドパス部３２は、特定ガスの有無及びその濃度を検出するために、特定ガスの赤外線吸収波長のひとつに対応する赤外線を選択的に透過させるガス検出部３２ａと、特定ガスにより吸収されない所定波長の赤外線を選択的に透過させるリファレンス部３２ｂと、を有している。本実施形態では、二酸化炭素の濃度を検出するために、ガス検出部３２ａが所定波長（例えば４．２μｍ）の赤外線を透過させるように構成され、リファレンス部３２ｂが、そのリファレンスとなる波長（例えば３．５μｍ）の赤外線を透過させるように構成されている。ガス検出部３２ａは、上記した２つのガス検出素子２０ｂの一方と対向するように設けられ、リファレンス部３２ｂは、ガス検出素子２０ｂの他方と対向するように設けられている。
【００５２】
なお、測定対象となる特定ガスについては、光源１０８からガス検出素子２０ｂまでの赤外線の経路の途中に配置されれば良い。すなわち、光源１０８と第３半導体基板１６との間、及び、第３半導体基板１６と第１半導体基板１２との間の少なくとも一方に配置されば良い。
【００５３】
スペーサ３６は、少なくとも第１半導体基板１２と第３半導体基板１６とを熱分離するために設けられている。このスペーサ３６は、バンドパス部３２からガス検出素子２０ｂへの赤外線の経路を妨げないように形成された貫通部３６ａを有している。スペーサ３６の構成材料としては、スペーサ２８同様、各半導体基板１２，１６とウエハレベルでの接合が可能な材料、例えば常温や低温で直接接合できる材料を採用することができる。本実施形態では、スペーサ３６が、スペーサ２８同様、シリコン又は二酸化シリコンからなる。
【００５４】
なお、貫通部３６ａが貫通孔の場合、車室内１００の雰囲気、すなわち特定ガスである二酸化炭素が貫通部３６ａ内に導入されないが、光源１０８と第３半導体基板１６との間には二酸化炭素が導入されるため、特定ガスを検出することができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００５６】
本実施形態では、赤外線検出装置１０が、ガス検出素子２０ｂとバンドパス部３２とを備え、ガスセンサとしても機能する。したがって、車室内１００の二酸化炭素の濃度を検出することができる。そして、物体検出素子２０ａ及びガス検出素子２０ｂの出力に基づいて、車両空調装置の制御がなされるため、乗員１０６は、車室内１００において、より快適に過ごすことができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、第１実施形態同様、赤外線検出装置１０を、センターコンソール１０４の後端、換言すれば乗員１０６の頭部よりも低い位置に設けている。したがって、空気より重い二酸化炭素の濃度についても、より好適に検出することができる。
【００５８】
また、物体検出素子２０ａとガス検出素子２０ｂを共通の第１半導体基板１２に備えている。したがって、物体を検出する赤外線検出装置とガスを検出する赤外線検出装置を別個に準備する構成に較べて、部品点数を削減することができる。また、２つの機能を有しながらも、従来に較べて赤外線検出装置１０を小型化することができる。
【００５９】
さらには、第３半導体基板１６、スペーサ３６、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４が、ウエハレベルで接合されている。したがって、ガス検出機能をさらに追加した赤外線検出装置１０において、第２実施形態同様の効果を奏することができる。
【００６０】
また、赤外線検出素子２０が形成された第１半導体基板１２の一面１２ａ側に、集光部２４を有する第２半導体基板１４が配置され、裏面１２ｂ側に、バンドパス部３２を有する第３半導体基板１６が配置されている。そして、この配置状態で、第１半導体基板１２と第２半導体基板１４とが接合され、第１半導体基板１２と第３半導体基板１６とが接合されている。すなわち、各半導体基板１２，１４，１６が接合により一体化されて、接続構造体３８が形成されている。この接続構造体３８では、厚み方向に直交する面内において、集光部２４の形成領域とバンドパス部３２の形成領域とが一部重なっている。また、物体検出素子２０ａに対する乗員１０６からの赤外線の入射方向と、ガス検出素子２０ｂに対する光源１０８からの赤外線の入射方向とが概ね反対向きとなっている。したがって、第２半導体基板１４にバンドパス部３２も合わせて形成される構成や、第１半導体基板１２の一面１２ａ側に第３半導体基板１６も配置される構成に較べて、赤外線検出素子２０の体格を小型化することができる。
【００６１】
また、第１半導体基板１２は、ガス検出素子２０ｂに対応して形成された貫通孔１２ｃを有している。したがって、第１半導体基板１２による赤外線吸収のロスを抑制し、ガス検出の感度を向上することができる。なお、貫通孔１２ｃを有さない構成とすることもできる。この場合、第１半導体基板１２として、シリコンやゲルマニウムなどの赤外線を透過できる材料からなるものを採用すれば良い。
【００６２】
また、物体検出素子２０ａとガス検出素子２０ｂとが、互いに別の赤外線検出素子２０として構成されている。換言すれば、物体検出素子２０ａは物体検出専用、ガス検出素子２０ｂはガス検出専用となっている。したがって、処理回路等を複雑とせずに、乗員１０６及び特定ガスをそれぞれ精度良く検出することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、乗員１０６から放射される赤外線が、対応する集光部２４に対して所定の入射角をもって入射し、集光部２４にて屈折される。これに応じて複数の物体検出素子２０ａが配置されている。加えて、複数の物体検出素子２０ａによって取り囲まれる領域内に、ガス検出素子２０ｂが配置されている。すなわち、物体検出素子２０ａのデッドスペースにガス検出素子２０ｂが配置されている。したがって、物体検出素子２０ａとガス検出素子２０ｂを共通の第１半導体基板１２に備えながらも、赤外線検出素子２０の体格をさらに小型化することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、半導体基板１２，１４，１６、及び、スペーサ２８，３６が、ウエハレベルで接合されている例を示した。しかしながら、第１実施形態に示したように、各半導体基板１２，１４，１６がチップ化された状態で接合される構成にも適用することができる。この場合、スペーサ３６としては、スペーサ２８と同じものを採用することができる。また、スペーサ２８，３６を介さずに、第１半導体基板１２と第２半導体基板１４が直接接合され、第１半導体基板１２と第３半導体基板１６が直接接合される構成にも適用することができる。
【００６５】
（第４実施形態）
本実施形態において、第３実施形態に示した赤外線検出装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００６６】
本実施形態に係る赤外線検出装置１０は、第３実施形態に記載の赤外線検出装置１０と基本的に同じ構成となっている。異なる点は、図７及び図８に示すように、物体検出素子２０ａとして、ガス検出素子２０ｂを兼ねる素子２０ａｂを含む点である。以下、ガス検出素子２０ｂを兼ねる素子２０ａｂを兼用素子２０ａｂと示す。図７に示す断面は、図８のVII-VII線に沿う断面である。
【００６７】
本実施形態では、複数の物体検出素子２０ａの全てが兼用素子２０ａｂとなっており、赤外線検出素子２０として兼用素子２０ａｂのみを有している。また、図７に示すように、９つの兼用素子２０ａｂが、３行３列のマトリクス状に設けられている。すなわち、９つの検知エリア１０２ａについて乗員１０６の有無及び温度が検出するようになっている。具体的には、センターコンソール１０４後方の後部席についても乗員１０６の有無及び温度が検出できるようになっている。また、運転席後方の後部席１０２、助手席後方の後部席１０２、及びセンターコンソール１０４後方の後部席に、それぞれ３箇所の検知エリア１０２ａが設定されている。
【００６８】
また、兼用素子２０ａｂの少なくともひとつがリファレンス部３２ｂに対応しており、残りがガス検出部３２ａに対応している。バンドパス部３２は、図７に示すように、それぞれの兼用素子２０ａｂに対応して設けられている。集光部２４は、対応する検知エリア１０２ａごとに隔てることなく一体的に設けられている。
【００６９】
このように構成される赤外線検出装置１０では、同一の兼用素子２０ａｂに対して、乗員１０６から放射された赤外線と、光源１０８から放射された赤外線が入射する。また、光源１０８から放射され、兼用素子２０ａｂが受光する赤外線の強度は、乗員１０６から放射され、同じ兼用素子２０ａｂが受光する赤外線の強度に較べて高い。そこで、図示しない制御部が、所定の周期で光源１０８のオン期間とオフ期間が切り替わるように光源１０８の通電状態を制御する。また、制御部は、オン期間における兼用素子２０ａｂの出力に基づいて特定ガス（二酸化炭素）の濃度を算出し、オフ期間における兼用素子２０ａｂの出力に基づいて乗員１０６の有無及び温度を算出する。そして、その結果を、車両空調装置を制御する空調ＥＣＵに出力する。空調ＥＣＵは、算出された特定ガスの濃度に応じて、外気導入切り替え等の制御指令を、車両空調装置に出力する。また、乗員１０６の温度に応じて、例えば温度の高い乗員１０６に向けて冷風が当たるように、車両空調装置に制御指令を出力する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００７１】
本実施形態によれば、物体検出素子２０ａとして、ガス検出素子２０ｂを兼ねる兼用素子２０ａｂを含んでいる。兼用素子２０ａｂは、乗員１０６の検出とガスの検出を行なうため、物体検出素子２０ａとガス検出素子２０ｂを別個に設ける構成に較べて、赤外線検出素子２０の形成領域、ひいては赤外線検出装置１０を小型化することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、複数の物体検出素子２０ａの全てが兼用素子２０ａｂである例を示した。しかしながら、複数の物体検出素子２０ａの一部のみが、兼用素子２０ａｂとされた構成としても良い。同じく、複数のガス検出素子２０ｂの一部のみが、兼用素子２０ａｂとされた構成としても良い。
【００７３】
（第５実施形態）
本実施形態において、第４実施形態に示した赤外線検出装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００７４】
図９に示すように、本実施形態の赤外線検出装置１０は、第４実施形態に示した赤外線検出装置１０と同じ接続構造体３８に加え、封止樹脂体４０を備えている。さらに本実施形態では、配線基板５０と、回路部５２と、光源５４と、を備えている。
【００７５】
封止樹脂体４０は、半導体基板１２，１４，１６を一体的に封止している。封止樹脂体４０を構成する樹脂材料としては、エポキシ樹脂などの一般的なモールド材を用いることができる。この封止樹脂体４０には、集光部２４に乗員１０６が放射する赤外線を導くべく、集光部２４を外部に露出させるための第１開口部４０ａが設けられている。また、バンドパス部３２に光源５４が放射する赤外線を導くべく、バンドパス部３２を外部に露出させるための第２開口部４０ｂが設けられている。
【００７６】
接続構造体３８は、リードフレームを構成するアイランド４２に接着固定されており、同じくリードフレームを構成するリード４４と、接続構造体３８の貫通電極３０とが、ボンディングワイヤ４６を介して電気的に接続されている。そして、封止樹脂体４０は、アイランド４２、アイランド４２と接続構造体３８の接続部位、ボンディングワイヤ４６、ボンディングワイヤ４６と貫通電極３０及びリード４４との接続部位も封止している。このように、接続構造体３８、封止樹脂体４０、及びリード４４などにより、モールド部品４８が形成されている。
【００７７】
このモールド部品４８は、配線基板５０の一面５０ａに実装されている。この配線基板５０には、光源５４の駆動を制御するとともに、赤外線検出素子２０の出力に基づいて所定の処理を行なう回路部５２が実装されている。この回路部５２は、第４実施形態に記載の制御部の機能を果たす。
【００７８】
配線基板５０における一面５０ａと反対の裏面５０ｂには、光源５４としての例えば電球が実装されている。この光源５４は、例えば第４実施形態に示した光源１０８と同じ機能を果たす。本実施形態では、赤外線検出装置１０の一部として光源５４を取り込んだ構成となっている。配線基板５０には、光源５４の放射する赤外線を第２開口部４０ｂ、ひいてはバンドパス部３２に導くための貫通孔５０ｃが設けられている。
【００７９】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００８０】
本実施形態では、接続構造体３８が封止樹脂体４０によって封止され、モールド部品４８となっている。また、封止樹脂体４０には、集光部２４に乗員１０６からの赤外線を導くための第１開口部４０ａと、バンドパス部３２に光源５４からの赤外線を導くための第２開口部４０ｂが設けられている。したがって、赤外線検出装置１０の電気的な接続信頼性を向上しつつ、第４実施形態同様の効果を奏することができる。
【００８１】
また、バンドパス部３２が配線基板５０側となるように、配線基板５０の一面５０ａにモールド部品４８が実装され、貫通孔５０ｃを通じてバンドパス部３２と対向するように、裏面５０ｂに光源５４が実装されている。したがって、乗員１０６（物体）と特定ガスを検出でき、且つ、光源５４も備える赤外線検出装置１０の構成を簡素化し、小型化することができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、赤外線検出装置１０が、配線基板５０、回路部５２、及び光源５４を備える例を示したが、赤外線検出装置１０がモールド部品４８のみを備える構成としても良い。また、赤外線検出装置１０が、モールド部品４８と配線基板５０のみを備える構成としても良い。さらには、赤外線検出装置１０が、モールド部品４８、配線基板５０、及び光源５４のみを備える構成としても良い。
【００８３】
また、第４実施形態に示した接続構造体３８だけでなく、第３実施形態に示した接続構造体３８を適用できることは言うまでもない。
【００８４】
（第６実施形態）
本実施形態において、第３実施形態に示した赤外線検出装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００８５】
本実施形態に係る赤外線検出装置１０は、図１０に示すように、第３実施形態に示した赤外線検出装置１０（接続構造体３８）に加えて、第４半導体基板１８と、スペーサ６０と、を備えている。本実施形態でも、半導体基板１２，１４，１６，１８とスペーサ２８，３６，６０は、ウエハレベルで接合されている。接合後に個片化のダイシングがなされているため、第４半導体基板１８、スペーサ６０、第３半導体基板１６、スペーサ３６、第１半導体基板１２、スペーサ２８、及び第２半導体基板１４の端面が、互いにほぼ一致している。
【００８６】
第４半導体基板１８は、第３半導体基板１６と対向する一面１８ａ及び該一面１８ａと反対の裏面１８ｂを有しており、第４半導体基板１８の一面１８ａ側には、通電により赤外線を放射するヒータ５６が形成されている。ヒータ５６は、バンドパス部３２と対向するように形成されている。このヒータ５６が、本実施形態において、特許請求の範囲に記載の光源に相当する。
【００８７】
詳しくは、シリコンからなる第４半導体基板１８の一面１８ａ上に、シリコン酸化膜などの絶縁膜やシリコン窒化膜などの保護膜等が積層されてなる多層構造のメンブレン５８が配置されている。そして、メンブレン５８の一部として、ポリシリコンからなる抵抗体が形成され、この抵抗体によりヒータ５６が構成されている。このようなヒータ５６及びメンブレン５８は周知であるため、図１０では簡略化して図示している。
【００８８】
第４半導体基板１８は、ヒータ５６に対応して形成された貫通孔１８ｃを有している。この貫通孔１８ｃは、メンブレン５８のうち、ヒータ５６の形成領域を含む部分を底として、裏面１８ｂ側に開口している。貫通孔１８ｃの底をなすメンブレン５８の部分は、貫通孔１８ｃを架橋する架橋部５８ａとなっている。これにより、ヒータ５６は、第４半導体基板１８と熱分離されている。
【００８９】
スペーサ６０は、第４半導体基板１８と第３半導体基板１６とを熱分離するために設けられている。このスペーサ６０は、ヒータ５６からバンドパス部３２への赤外線の経路を妨げないように形成された貫通部６０ａを有している。スペーサ６０の構成材料としては、スペーサ２８，３６同様、各半導体基板１６，１８とウエハレベルでの接合が可能な材料、例えば常温や低温で直接接合できる材料を採用することができる。
【００９０】
また、半導体基板１２，１４，１６、及び、スペーサ２８，３６には、これらを一体的に貫通する貫通電極６２が形成されている。貫通電極６２は、図示しないパッドと電気的に接続されており、貫通電極６２を介してヒータ５６に通電可能となっている。ヒータ５６とパッドとを繋ぐ配線については、第１変形例に示した赤外線検出素子２０とパッドとを繋ぐ配線同様である。
【００９１】
なお、測定対象となる特定ガスについては、ヒータ５６からガス検出素子２０ｂまでの赤外線の経路の途中に配置されれば良い。すなわち、第４半導体基板１８と第３半導体基板１６との間、及び、第３半導体基板１６と第１半導体基板１２との間の少なくとも一方に配置されば良い。したがって、車室内１００の雰囲気、すなわち特定ガスである二酸化炭素が、貫通部３６ａ，６０ａの少なくとも一方に導入されるように、貫通部３６ａ，６０ａの少なくとも一方は車室内１００の雰囲気と連通可能に設けられている。
【００９２】
次に、本実施形態に係る赤外線検出装置１０の効果について説明する。
【００９３】
本実施形態によれば、第４半導体基板１８にヒータ５６が形成されており、第４半導体基板１８が第３半導体基板１６と接合されている。したがって、乗員１０６（物体）と特定ガスを検出でき、且つ、ヒータ５６（光源）も備える赤外線検出装置１０を、第５実施形態に示した構成よりも、さらに小型化することができる。特に本実施形態では、各半導体基板１２，１４，１６，１８及びスペーサ２８，３６，６０がウエハレベルで接合されているため、第２実施形態同様の効果を奏することができる。例えば赤外線検出装置１０をさらに小型化することができる。
【００９４】
なお、第３実施形態に示した接続構造体３８だけでなく、第４実施形態に示した接続構造体３８を適用することもできる。
【００９５】
また、第３半導体基板１６が、第１半導体基板１２の一面１２ａ側に配置される場合には、第４半導体基板１８も第１半導体基板１２に対して一面１２ａ側に配置されることとなる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００９７】
上記実施形態では、赤外線検出装置１０を、センターコンソール１０４の後端に取り付ける例を示した。しかしながら、車室内１００に配置される場合の取り付け位置は、上記例に限定されるものではない。例えば、図１１に示すように、赤外線検出装置１０を、ルーフ内面１１０に取り付けても良い。乗員１０６（物体）の検出機能のみを有する場合や、空気よりも軽いガスを検出する場合には、ルーフ内面１１０への取り付けが好適である。
【００９８】
また、赤外線検出装置１０の配置は、車室内１００に限定されるものではない。
【００９９】
また、第１半導体基板１２が赤外線検出素子２０に対応して形成された貫通孔１２ｃを有する例を示したが、貫通孔１２ｃを有さない構成としても良い。光源５４，１０８及びヒータ５６からガス検出素子２０ｂ（兼用素子２０ａｂ）への赤外線の経路に第１半導体基板１２が含まれる場合、第１半導体基板１２として赤外線を透過する材料からなるものを採用すれば良い。また、貫通孔１２ｃではなく、ダイアフラム構造を採用し、ダイアフラムに赤外線検出素子２０が形成される構成としても良い。同様に、第４半導体基板１８において、貫通孔１８ｃではなく、ダイアフラム構造を採用し、ダイアフラムにヒータ５６が形成される構成としても良い。
【符号の説明】
【０１００】
１０・・・赤外線検出装置、１２・・・第１半導体基板、１２ａ・・・一面、１２ｂ・・・裏面、１２ｃ・・・貫通孔、１４・・・第２半導体基板、１４ａ・・・凹部、１６・・・第３半導体基板、１８・・・第４半導体基板、１８ａ・・・一面、１８ｂ・・・裏面、１８ｃ・・・貫通孔、２０・・・赤外線検出素子、２０ａ・・・物体検出素子、２０ｂ・・・ガス検出素子、２０ａｂ・・・兼用素子、２２・・・メンブレン、２２ａ・・・架橋部、２４・・・集光部、２６・・・凸部、２８・・・スペーサ、２８ａ・・・貫通部、３０・・・貫通電極、３２・・・バンドパス部、３２ａ・・・ガス検出部、３２ｂ・・・リファレンス部、３４・・・凸部、３６・・・スペーサ、３６ａ・・・貫通部、３８・・・接続構造体、４０・・・封止樹脂体、４０ａ・・・第１開口部、４０ｂ・・・第２開口部、４２・・・アイランド、４４・・・リード、４６・・・ボンディングワイヤ、４８・・・モールド部品、５０・・・基板、５０ａ・・・一面、５０ｂ・・・裏面、５０ｃ・・・貫通孔、５２・・・回路部、５４・・・光源、５６・・・ヒータ（光源）、５８・・・メンブレン、５８ａ・・・架橋部、６０・・・スペーサ、６０ａ・・・貫通部、６２・・・貫通電極、１００・・・車室内、１０２・・・センターコンソール、１０４・・・後部席、１０４ａ・・・検知エリア、１０６・・・乗員（物体）、１０８・・・光源、１１０・・・ルーフ内面
【図１】
2015152332.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】
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【図８】
2015152332.tif 000010
【図９】
2015152332.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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