JP2014095674A - 赤外線検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】赤外線検出器１は、複数個の焦電素子１１が基板１８に実装された赤外線検出素子１０と、赤外線検出素子１０の出力信号を信号処理する信号処理部２０と、赤外線検出素子１０および信号処理部２０が収納されたパッケージ３０とを備えている。各焦電素子１１の各々は、１つの受光部１３と、受光部１３に電気的に接続された第１出力端子部１６、第２出力端子部１７とを備えている。各受光部１３は、焦電体基板１２の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第１電極１４、第２電極１５と、焦電体基板１２において第１電極１４と第２電極１５とに挟まれた部分１２ａとで構成されている。各受光部１３は、第１電極１４の厚みを、第２電極１５の厚みよりも薄くしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦電素子を備えた赤外線検出器およびその製造方法に関するものである。

焦電素子は、人体の動きを検知する人体検知センサなどの赤外線検出器に広く用いられている。焦電素子は、焦電効果によって赤外線を検出する素子である。焦電効果は、温度変化により表面に電荷が発生する現象である。焦電素子は、自発分極による電荷が外気中のイオンなどによって中和されている平衡状態において赤外線が入射すると、赤外線が熱に変換されて焦電体基板の温度が変化し、この温度変化により電荷の平衡状態が崩れ、焦電体基板の表面に電荷が発生する。

赤外線検出器としては、焦電素子と、この焦電素子の出力信号を信号処理する回路の部品などを１つのパッケージに収納したものが広く知られている。

焦電素子としては、１枚の焦電体基板に２個の受光部を形成したデュアル素子（デュアルタイプの焦電素子）や、１枚の焦電体基板に４個の受光部を形成したクワッド素子（クワッドタイプの焦電素子）が広く知られている。

焦電体基板の材料としては、例えば、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ₃）やリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）などの単結晶材料が採用されている。また、受光部は、焦電体基板の厚み方向の両面に形成され互いに対向する２つ１組の電極と、焦電体基板において当該２つ１組の電極に挟まれた部分とで構成されている。各電極の材料としては、ＮｉＣｒなどが採用されている。ＮｉＣｒは、導電性を有し且つ赤外線を吸収可能な材料である。

この種の焦電素子は、焦電体基板の中央部に複数の受光部が形成され、焦電体基板の両端部の各々に出力端子部が形成され、焦電体基板の厚み方向の両面の各々に、受光部の電極と出力端子部とを接続する配線部が形成されている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１に開示された焦電素子（赤外線検出素子）は、受光部の電極、出力端子部および配線部の材料として、ＮｉＣｒが採用されている。

また、特許文献２には、焦電素子の製造方法に関し、焦電効果を有する材料のウェハの表面及び裏面に、ＮｉＣｒ等の材料を約２００〜５００Åの厚さで蒸着することにより電極、導体パターンを形成し、ダイシング等の方法により切断して個々の焦電素子を得る旨が記載されている。

特開２００３−１３３６０３号公報 特許第３７７３６２３号公報

上述のデュアル素子もしくはクワッド素子からなる焦電素子を用いた赤外線検出器においては、焦電素子の焦電体基板のコストが高く、より一層の低コスト化が望まれている。また、上述のデュアル素子もしくはクワッド素子からなる焦電素子を用いた赤外線検出器においては、感度のより一層の向上が望まれている。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器およびその製造方法を提供することにある。

本発明の赤外線検出器は、複数個の焦電素子が基板に実装された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理する信号処理部と、前記赤外線検出素子および信号処理部が収納されたパッケージとを備え、各前記焦電素子の各々は、１つの受光部と、前記受光部に電気的に接続された第１出力端子部、第２出力端子部とを備え、各前記受光部は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第１電極、第２電極と、前記焦電体基板において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分とで構成され、各前記受光部は、前記第１電極の厚みを、前記第２電極の厚みよりも薄くしてあることを特徴とする。

この赤外線検出器において、各前記焦電素子の各々は、前記第１出力端子部と前記第２出力端子部とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されていることが好ましい。

この赤外線検出器において、各前記焦電素子の前記第１出力端子部、前記第２出力端子部と、前記基板の配線部とは、導電性接着剤からなる接合部により電気的に接続されてなることが好ましい。

この赤外線検出器において、前記基板は、各前記受光部の投影領域の各々に熱絶縁用の穴が設けられていることが好ましい。

本発明の赤外線検出器の製造方法は、前記焦電素子の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子に必要な個数の焦電素子を形成可能な焦電体からなるウェハを準備した後、前記ウェハの裏側に各前記第２電極を形成する工程と、前記ウェハの表側に各前記第１電極を形成する工程と、前記ウェハから個々の前記焦電素子に個片化する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の赤外線検出器は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。

本発明の赤外線検出器の製造方法は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器を提供することが可能となる。

（ａ）は実施形態１の赤外線検出器の概略分解斜視図、（ｂ）は実施形態１の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略斜視図である。 実施形態１の赤外線検出器における赤外線検出素子の概略断面図である。 実施形態１の赤外線検出器における赤外線検出素子の製造方法の説明図である。 実施形態２の赤外線検出器の概略分解斜視図である。c

（実施形態１）
以下では、本実施形態の赤外線検出器１について図１および図２に基づいて説明する。

赤外線検出器１は、複数個の焦電素子１１が基板１８に実装された赤外線検出素子１０と、赤外線検出素子１０の出力信号を信号処理する信号処理部２０と、赤外線検出素子１０および信号処理部２０が収納されたパッケージ３０とを備えている。各焦電素子１１の各々は、１つの受光部１３と、受光部１３に電気的に接続された第１出力端子部１６、第２出力端子部１７とを備えている。各受光部１３は、焦電体基板１２の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第１電極１４、第２電極１５と、焦電体基板１２において第１電極１４と第２電極１５とに挟まれた部分１２ａとで構成されている。各受光部１３は、第１電極１４の厚みを、第２電極１５の厚みよりも薄くしてある。赤外線検出器１は、このような受光部１３を１つだけ備えた複数個の焦電素子１１が基板１８に実装された赤外線検出素子１０を備えることにより、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。

以下では、赤外線検出器１の各構成要素について詳細に説明する。

信号処理部２０は、赤外線検出素子１０の出力信号（ここでは、出力電流）を信号処理する信号処理回路を形成したＩＣ素子２２と、ＩＣ素子２２に外付けされるコンデンサ（図示せず）と、ＩＣ素子２２およびコンデンサが実装されたＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）基板１２０とで構成されている。ＭＩＤ基板１２０は、樹脂成形品１２１の表面に回路パターン１２２が形成されている。赤外線検出器１は、赤外線検出素子１０がＭＩＤ基板１２０に実装されており、赤外線検出素子１０と信号処理部２０とで構成される３次元回路ブロック１３０がパッケージ３０に収納されている。ＩＣ素子２２における信号処理回路の回路構成としては、例えば、特許第３３６７８７６号公報に開示された集積回路（段落〔００４７〕−〔００４８〕など参照）の回路構成を採用することができる。

なお、３次元回路ブロック１３０は、適宜のシールド板（図示せず）やシールド層（図示せず）を設けるのが好ましい。

信号処理部２０の回路は、上述の回路構成に限らず、例えば、電流電圧変換回路と、電圧増幅回路（バンドパスアンプ）と、検知回路と、出力回路とを備えていればよい。電流電圧変換回路は、赤外線検出素子１０から出力される出力信号である出力電流（焦電電流）を電圧信号に変換する。電圧増幅回路は、電流電圧変換回路により変換された電圧信号のうち所定の周波数帯域の電圧を増幅する。赤外線検出器１の検知対象の赤外線が人体から放射される赤外線であり、赤外線検出器１を人体検知センサとして用いる場合、電圧増幅回路は、増幅部が、例えば、人の動きに近い周波数成分（１Ｈｚを中心とする成分）の電圧信号を増幅するように構成することが好ましい。人体検知センサは、赤外線を放射する物体（ここでは、人体）の動きを検知して検知信号を出力するものである。検知回路は、電圧増幅回路で増幅された電圧信号を適宜設定した閾値と比較し電圧信号が閾値を越えた場合に検知信号を出力する。検知回路は、コンパレータなどを用いた比較回路で構成することができる。出力回路は、検知回路の検知信号を所定の人体検出信号として出力する。

赤外線検出器１は、例えば、人体検知センサとして用いる場合、照明負荷と電源との間に設けたスイッチ要素（スイッチング素子、リレーなど）を人体検知センサの出力に基づいてオンオフさせる制御回路などと合わせて用いることもできる。赤外線検出器１とスイッチ要素と制御回路とを備えたスイッチ装置では、赤外線検出素子１０の周囲環境の温度変化があったときに、人体検知センサの検知エリア内に人体が存在しないにもかかわらず照明負荷が点灯してしまう誤動作が発生するのを防止することが可能となり、省エネルギ化を図れる。

また、赤外線検出器１の用途は、人体検知センサに限らず、信号処理部２０の回路構成を適宜変更することにより、例えば、ガスセンサや炎センサとして用いることができる。赤外線検出器１を用いたガスセンサや炎センサでは、赤外線検出素子１０の周囲環境の温度変動があったときに、検知エリア内に検知対象のガスや炎が存在しないにもかかわらず発報してしまう誤動作が発生するのを防止することが可能となり、信頼性を高めることが可能となる。

パッケージ３０は、キャンパッケージである。このパッケージ３０は、円盤状のステム１３１と、このステム１３１に接合される有底円筒状のキャップ１３２と、このキャップ１３２の底部に形成された開口部１３２ａを閉塞するように配置された赤外線透過部材１３３とで構成される。

ステム１３１およびキャップ１３２は、いずれも金属製である。ステム１３１は、平面視形状が円形状であるが、これに限らず、例えば、多角形状でもよい。また、キャップ１３２の形状は、ステム１３１の形状に応じて適宜変更すればよい。例えば、ステム１３１の平面視形状が矩形状の場合、キャップ１３２の平面視形状は、円形状でもよいし、矩形状でもよい。

ステム１３１は、信号処理部２０に電気的に接続される３本のリードピン１４０（図１には２本のみ図示されている）を保持している。各リードピン１４０は、ＭＩＤ基板１２０に結合されて上記信号処理部と電気的に接続される。３本のリードピン１４０は、１本がＩＣ素子２への給電用、他の１本が信号出力用、残りの１本がグランド用である。給電用のリードピン１４０および信号出力用のリードピン１４０は、絶縁性材料（ガラス）からなる封止部によりステム１３１と電気的に絶縁されている。また、グランド用のリードピン１４０は、導電性材料からなる封止部によりステム１３１と電気的に接続され上述のシールド板やシールド層と同電位（例えば、グランド電位）に設定されるのが好ましい。

赤外線透過部材１３３は、赤外線を透過する機能を有する。赤外線透過部材１３３は、平板状の光学フィルタにより構成してある。この光学フィルタは、シリコン基板の両面あるいは一面に光学多層膜などからなるフィルタ部を設けたものである。

光学多層膜は、例えば、互いに屈折率の異なる第１の薄膜（例えば、ゲルマニウム薄膜）と第２の薄膜（例えば、硫化亜鉛薄膜）とが交互に積層された構成とすることができる。赤外線検出器１が人体検知センサの場合には、検知対象の赤外線の波長が８〜１２μｍ程度であり、中心波長が１０μｍ程度なので、フィルタ部を、例えば、８μｍよりも短波長の所定波長（例えば、５μｍ）以下の波長の電磁波をカットするように、第１の薄膜および第２の薄膜の光学膜厚と積層数とを設計すればよい。

赤外線透過部材１３３の母材は、シリコン基板に限らず、例えば、ゲルマニウム基板や硫化亜鉛基板などでもよいが、シリコン基板を用いたほうが低コスト化の点で有利である。また、フィルタ部は、互いに屈折率が異なり且つ光学膜厚が等しい２種類の薄膜が交互に積層された多層光学膜であればよく、各薄膜の材料は特に限定するものではない。相対的に屈折率の高い高屈折率材料をゲルマニウムとした場合には、相対的に屈折率の低い低屈折率材料として、例えば、上述の硫化亜鉛を採用することができるが、これに限らず、例えば、アルミナや、二酸化シリコンなどを採用することができる。

赤外線透過部材１３３としては、レンズを採用することもできる。赤外線検出器１を人体検知センサとして用いる場合は、赤外線透過部材１３３がレンズであるのが、より好ましい。レンズは、半導体レンズ（例えば、シリコンレンズなど）により構成されているのが好ましい。

半導体レンズの製造にあたっては、例えば、半導体基板（例えば、シリコン基板など）を準備する。その後には、所望のレンズ形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成する。その後には、半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成する。その後には、当該多孔質部を除去することにより半導体レンズを形成する。この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法などを適用できる。なお、上述の半導体レンズからなるレンズは、例えば、半導体基板として半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ）を用い、多数のレンズを形成した後に、ダイシングなどによって個々のレンズに分離すればよい。

赤外線検出器１では、レンズとして、半導体レンズからなる非球面レンズを採用することにより、短焦点で且つ開口径が大きいレンズにおいても、切削加工により形成される球面レンズよりも収差を小さくできるから、短焦点化により、パッケージ３０の薄型化を図れる。

レンズは、レンズ部と当該レンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズが好ましい。赤外線検出器は、厚みが略一定で厚み方向の両面の各々が平面状であるフランジ部を備えることにより、レンズの光軸方向におけるレンズと赤外線検出素子１０との距離の精度を高めることが可能となる。

赤外線透過部材１３３は、当該赤外線透過部材１３３の周部が、キャップ１３２の底部の後面側で開口部１３２ａの周部に、半田などの導電性の接合材からなる接合部（図示せず）を介して接合されている。これにより、パッケージ３０は、赤外線透過部材１３３とキャップ１３２とステム１３１とを同電位とすることが可能となる。

また、赤外線検出器１は、パッケージ３０を覆うポリエチレン製のカバー（図示せず）を備えているのが好ましい。カバーの形状は、例えば、ドーム状の形状とすることができる。カバーは、パッケージ３０における赤外線透過部材１３３側とは反対側から入射する赤外線を透過する領域が、当該反対側から入射する赤外線を赤外線検出素子１０へ集光可能なレンズ状の形状に形成されていることが好ましい。このレンズ形状は、複数のレンズ部が組み合わされ各レンズ部の焦点位置が同じであるアレイレンズでもよいし、１つのレンズとしてもよい。

カバーは、ステム１３１の後面よりもカバーの後端縁のほうが後方に位置するように、パッケージ３０に対して位置決めする構成とすることができる。これにより、赤外線検出器１は、プリント配線板などの回路基板に実装して用いる場合に、ステム１３１と回路基板との間に隙間が形成される。つまり、赤外線検出器１は、カバーとパッケージ３０と回路基板とで囲まれた空間が空気層からなる気体層を構成するから、回路基板からステム１３１への熱伝導を抑制することが可能となり、赤外線検出器１の周囲の熱のゆらぎに起因した誤検知の発生を抑制することが可能となる。

赤外線検出素子１０は、複数個（ここでは、４個）の焦電素子１１と、当該複数個の焦電素子１１が実装された基板１８とで構成される。基板１８の平面視形状は、例えば、長方形状であるのが好ましい。赤外線検出素子１０は、基板１８の長手方向に直交する方向に沿った中心線を基準として線対称となるように、複数個の焦電素子１１が配置されているのが好ましい。なお、基板１８の平面視形状は、長方形状に限らず、例えば、正方形状でもよい。

基板１８は、基材１８ａと、基材１８ａの一表面側に形成され焦電素子１１が電気的に接続される配線部１８ｂとを備えている。基材１８ａは、焦電性を有する基板に比べて安価で、且つ、金属に比べて熱伝導性の低い基板が好ましく、例えば、樹脂基板、厚み方向の両面に絶縁膜が形成されたシリコン基板、セラミック基板（例えば、アルミナ基板）などを採用することができる。これにより、赤外線検出素子１０は、焦電体基板１２に、平面視で正方形状の受光部１３の３辺に沿ったＵ字状のスリットを設けることとなく、受光部１３間の熱絶縁性を向上させることが可能となる。ここで、赤外線検出素子１０は、基板１８における各受光部１３の投影領域の各々に熱絶縁用の穴１８ｃが設けられているのが好ましい。これにより、赤外線検出器１は、受光部１３間の熱絶縁性を向上させることが可能となり、且つ、受光部１３と基板１８との熱絶縁性を向上させることが可能となる。穴１８ｃは、受光部１３の投影領域よりも開口サイズが大きいのが好ましい。図２に示した赤外線検出素子１０の例では、穴１８ｃが貫通孔となっている。穴１８ｃは、貫通孔に限らず、窪みでもよい。なお、図１および図２では、配線部１８ｂに関して、一部のみ図示してある。

赤外線検出素子１０は、１枚の基板１８に４個の焦電素子１１が実装されている。ここで、４個の焦電素子１１は、２×２のアレイ状に配列されている。したがって、赤外線検出素子１０は、４つの受光部１３が２×２のアレイ状に配列されている。赤外線検出素子１０は、基板１８の中央部において基板１８の外周線よりも内側の仮想正方形の４つの角の各々に１つの受光部１３の中心が位置するように配置されている。

また、赤外線検出素子１０は、４つの受光部１３のうち、対角位置にある２つの受光部１３同士が並列接続され、互いに異なる対角に位置する２つの受光部１３同士が逆並列に接続されるように、基板１８の配線部１８ｂがパターン設計されている。要するに、赤外線検出素子１０は、基板１８に平行な一平面内で、基板１８の長手方向に沿った方向をＸ方向、上記一平面内で基板１８の短手方向に沿った方向をＹ方向とすると、Ｘ方向に沿って並んでいる２つの受光部１３同士が逆並列に接続され、且つ、Ｙ方向に沿って並んでいる２つの受光部１３同士が逆並列に接続されている。また、赤外線検出素子１０は、２つの外部接続端子１８ｄから出力信号を取り出すことができるように配線部１８ｂがパターン設計されている。

赤外線検出素子１０は、逆並列に接続されている２つの受光部１３同士で、周囲環境の温度変化により当該２つの受光部１３に発生する電荷が相殺される。赤外線検出素子１０は、等価回路的には、１枚の焦電体基板に４個の受光部が形成されたクワッドタイプの焦電素子と同じである。したがって、赤外線検出素子１０は、４つの受光部１３全体に温度変化が生じた場合、各受光部１３で発生した電荷は信号として出力されない。

焦電素子１１は、平面形状が長方形状であるチップが好ましい。焦電素子１１は、長手方向の中央部に正方形状の受光部１３を備えている。焦電素子１１のチップサイズは、０．６ｍｍ×０．８ｍｍとしてある。つまり、焦電素子１１は、短辺の長さを０．６ｍｍ、長辺の長さを０．８ｍｍとしてある。焦電素子１１のチップサイズは、特に限定するものではない。

また、焦電素子１１は、長手方向の一端部に第１出力端子部１６を備え、長手方向の他端部に第２出力端子部１７を備えている。要するに、焦電素子１１は、焦電体基板１２が矩形板状であり、焦電体基板１２の長手方向の中央部において１つの受光部１３が形成され、焦電体基板１２０の長手方向の一端部、他端部にそれぞれ第１出力端子部１６、第２出力端子部１７が形成されている。

第１出力端子部１６は、焦電体基板１２の表側において受光部１３の第１電極１４に電気的に接続されている。第２出力端子部１７は、焦電体基板１２の裏側において受光部１３の第２電極１５に電気的に接続されている。

焦電体基板１２は、単結晶のＬｉＴａＯ_３基板により構成されている。焦電体基板１２の材料としては、ＬｉＴａＯ_３を採用しているが、これに限らず、例えば、ＬｉＮｂＯ₃、ＰｂＴｉＯ_３、ＰＺＴ、ＰＺＴ−ＰＭＮ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃−Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ₃）などを採用してもよい。

焦電体基板１２の自発分極の方向は、この焦電体基板１２の厚み方向に沿った一方向であり、図２の上方向である。

焦電体基板１２の厚さは、５０μｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。焦電体基板１２の厚さは、例えば、薄い方が赤外線検出素子１０の感度を向上させる観点から好ましい。このため、焦電体基板１２の厚さは、３０μｍ〜１５０μｍ程度の範囲で設定するのが好ましい。焦電体基板１２の厚さは、３０μｍよりも薄いと脆弱性による破損の懸念があり、１５０μｍよりも厚いと感度が低下してしまう懸念がある。

焦電体基板１２の表面の表面粗さについては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１（ＩＳＯ ４２８７−１９９７）で規定されている算術平均粗さＲａを１７０μｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。算術平均粗さＲａは、１３０ｎｍ以上が好ましく、１５０ｎｍ以上であるのがより好ましい。これは、焦電体基板１２の表面の平坦度が高すぎて算術平均粗さＲａが小さすぎると、受光部１３や焦電体基板１２の表面に入射した赤外線が反射されやすくなり、赤外線吸収効率が低下して感度が低下してしまうためである。

第１電極１４および第２電極１５は、導電性を有し且つ検出対象の赤外線を吸収可能な導電膜により構成されている。この導電膜は、Ｎｉ膜からなる。導電膜は、Ｎｉ膜に限らず、例えば、ＮｉＣｒ膜や金黒膜などでもよい。この導電膜は、膜厚が厚いほうが、電気抵抗が小さくなる一方、膜厚が薄いほうが、赤外線の吸収量を高めることが可能となる。ここで、焦電素子１１は、第１電極１４の厚みを第２電極１５の厚みよりも小さくしてある。これにより、赤外線検出器１は、感度を高めること可能となる。

第１電極１４の厚みは、３０ｎｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。第１電極１４の厚みは、厚すぎると赤外線検出素子１０の感度が低下してしまうことを実験で確認している。これは、第１電極１４の厚みが厚すぎると、第１電極１４の平坦度が高くなって第１電極１４での赤外線吸収量が低下してしまうためであると推考される。このため、第１電極１４の厚みは、４０ｎｍ以下が好ましく、２１ｎｍ以下がより好ましい。第１電極１４は、例えば、蒸着法やスパッタ法などにより形成することができる。

第２電極１５の厚みは、１００ｎｍに設定してあるが、この値に限定するものではない。第２電極１５の厚みは、薄すぎると赤外線検出素子１０の感度が低下してしまうことを本願発明者らは実験で確認している。これは、第２電極１５の厚みが薄すぎると、第１電極１４と焦電体基板１２とを透過した赤外線に対して第２電極１５での赤外線吸収量が少なくなってしまうためであると推考される。このため、第２電極１５の厚みは、８０ｎｍ以上が好ましく、１１０ｎｍ以上がより好ましい。第２電極１５は、例えば、蒸着法やスパッタ法などにより形成することができる。

第１出力端子部１６は、材料および厚みを第１電極１４と同じとしてあるのが好ましいい。これにより、焦電素子１１の形成にあたっては、第１電極１４と第１出力端子部１６とを同時に形成でき、且つ、第１電極１４と第１出力端子部１６とを連続膜として形成することが可能となる。

第２出力端子部１７は、材料および厚みを第２電極１５と同じとしてあるのが好ましいい。これにより、焦電素子１１の形成にあたっては、第２電極１５と第２出力端子部１７とを同時に形成でき、且つ、第２電極１４と第２出力端子部１７とを連続膜として形成することが可能となる。

焦電素子１１の第１出力端子部１６および第２出力端子部１７は、導電性接着剤からなる接合部１９を介して基板１８の配線部１８と電気的且つ機械的に接続されている。導電性接着剤としては、有機樹脂系の導電性接着剤を採用するのが好ましい。これにより、赤外線検出素子１０は、基板１８から焦電素子１１への熱伝導を抑制することが可能となる。なお、赤外線検出素子１０は、接合部１９とは別に、焦電素子１１と基板１８との機械的な接続を補強するために、電気絶縁性の接着剤からなる接着部を適宜設けてもよい。

基板１８の２つの外部接続端子１８ｄと信号処理部２０とは、例えば、半田、導電性接着剤、導電ペースト、金属細線（ワイヤ）などによって電気的に接続することができる。導電性接着剤は、例えば、ＡｇまたはＡｕ粉末を含んだエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂の接着剤である。導電ペーストは、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペーストなどである。なお、基板１８は、基材１８ａの上記一表面側に２つの外部接続端子１８ｄを設けてあるが、基材１８ａの適宜の箇所に２つの貫通配線を設けて、基材１８ａの他表面側に２つの外部接続端子１８ｄを設けてもよい。

各焦電素子１１の各々は、第１出力端子部１６と第２出力端子部１７とが、焦電体基板１２の厚み方向において重ならないように配置されているのが好ましい。これにより、赤外線検出器１は、各焦電素子１１の各々において第１出力端子部１６と第２出力端子部１７との間に寄生容量が発生するのを防止することができ、また、第１出力端子部１６と第２出力端子部１７とが短絡するのを防止することが可能となる。

以下では、赤外線検出器１の製造方法について図３に基づいて説明する。

焦電素子１１の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子１０に必要な個数の焦電素子１１を形成可能な焦電体からなるウェハ１００を準備する（図３（ａ））。

ウェハ１００を準備した後には、ウェハ１００の裏側に各第２電極１５を形成する工程（以下、第１工程と称する）と、ウェハ１００の表側に各第１電極１４を形成する工程（以下、第２工程と称する）とを行う。本実施形態では、第１工程において、ウェハ１００の規定方向（例えば、図示しないオリエンテーションフラットに平行もしくは直交する方向）に並ぶ所定数の第２電極１５および所定数の第２出力端子部１７の元になる導電膜を形成する。また、本実施形態では、第２工程において、ウェハ１００の規定方向（例えば、図示しないオリエンテーションフラットに平行もしくは直交する方向）に並ぶ所定数の第１電極１４および所定数の第１出力端子部１６の元になる導電膜１１４を形成する（図３（ｂ））。

第２工程後には、ウェハ１００から個々の焦電素子１１に個片化（チップ化）する工程（以下、第３工程と称する）を行う（図３（ｃ））。第３工程は、ダイシング工程であり、ダイシングブレードを適宜の回転数（例えば、４００００ｒｐｍ）で回転させてウェハ１００を切断する。図３（ｃ）中の一点鎖線は、ダイシングブレードの移動するラインを模式的に示したものである。ダイシング工程は、ダイシングブレードを利用した方法に限らず、レーザを利用したレーザダイシングでもよい。レーザダイシングでは、レーザからのレーザ光を集光させることにより、エネルギ密度を高めて、ウェハ１００を局所的に加熱し、加熱した部分を溶融もしくは蒸発させて切断することが可能である。レーザダイシングでは、ステルスダイシング（登録商標）技術を利用することもできる。

第３工程の後には、図示しないピックアップツールにより、粘着性樹脂テープ１１０上の焦電素子１１を１個ずつピックアップし（図３（ｄ）、基板１８に複数個の焦電素子１１を実装することで赤外線検出素子１０を形成する（図３（ｅ））。粘着性樹脂テープ１１０としては、例えば、紫外線硬化型のダイシングテープを用いることができる。これにより、ダイシング時には強い粘着力でウェハ１００やチップを保持する一方で、ダイシング後は紫外線照射により粘着力を低下させ、ピックアップ性を高めることが可能となる。なお、粘着性樹脂テープ１１０としては、紫外線硬化型のダイシングテープに限らず、例えば、熱硬化型のダイシングテープを用いるようにしてもよい。

赤外線検出器１の製造方法では、信号処理部２０のＭＩＤ基板１２０に赤外線検出素子１０を実装した後、赤外線検出素子１０と信号処理部２０とからなる回路ブロック１３０を、予め各リードピン１４０が固着されているステム１３１に固定し、その後、予め赤外線透過部材１３３が固着されているキャップ１３２とステム１３１とを固定すればよい。

以上説明した赤外線検出器１の製造方法では、焦電素子１１の形成にあたり、複数個の赤外線検出素子１０に必要な個数の焦電素子１１を形成可能な焦電体からなるウェハ１００を準備した後、ウェハ１００の裏側に各第２電極１４を形成する工程と、ウェハ１００の表側に各第１電極１５を形成する工程と、ウェハ１００から個々の焦電素子１１に個片化する工程とを備えている。これにより、赤外線検出器１の製造方法は、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能な赤外線検出器１を提供することが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態の赤外線検出器１について図４に基づいて説明する。

本実施形態の赤外線検出器１は、実施形態１の赤外線検出器１と基本構成が略同じであり、信号処理部２０の構成要素が相違するだけなので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態の赤外線検出器１における信号処理部２０は、赤外線検出素子１０がゲートに接続されるインピーダンス変換用の電界効果トランジスタ２０２と、電界効果トランジスタ２０２のゲート電位を設定するための高抵抗値の抵抗２０３とを用いた電流電圧変換回路である。すなわち、信号処理部２０は、電界効果トランジスタ２０２と、抵抗２０３と、これらが実装されたプリント配線基板からなる回路基板２０１とで構成されている。回路基板２０１は、円板状に形成されている。

赤外線検出素子１０は、回路基板２０１の一表面上に配置された２つの支持台２０４，２０４により支持されている。

パッケージ３０は、実施形態１と略同じ構成であり、金属製のステム１３１と、金属製のキャップ１３２と、赤外線透過部材１３３とで構成されている。なお、ステム１３１は、信号処理部２０の出力を外部に取り出すための３本のリードピン１４０を保持している。各リードピン１４０は、回路基板２０１に結合されて信号処理部２０と電気的に接続される。

以上説明した本実施形態の赤外線検出器１においても、実施形態１で説明した赤外線検出素子１０を用いていることにより、低コスト化を図ることが可能で且つ高感度化を図ることが可能となる。

上述の実施形態１，２では、赤外線検出素子１０として、クワッドタイプの焦電素子と同様の等価回路を有する構成のものについて説明したが、これに限らない。例えば、赤外線検出素子１０は、基板１８に２個の焦電素子１１を実装することで、２つの受光部１３を逆並列に接続した構成としてもよい。この構成を有する赤外線検出素子１０は、デュアルタイプの焦電素子と同様の等価回路を有する。また、赤外線検出素子１０は、４個の焦電素子１１を備える場合、２×２のアレイ状に配列された構造に限らず、例えば、１×４のアレイ状に配列された構造としてもよい。

また、上述の実施形態１，２では、パッケージ３０としてキャンパッケージを例示したが、パッケージ３０をキャンパッケージに限定するものではない。パッケージ３０は、例えば、表面実装型のセラミックパッケージとしてもよい。

１ 赤外線検出器
１０ 赤外線検出素子
１１ 焦電素子
１２ 焦電体基板
１２ａ 焦電体基板において第１電極と第２電極とに挟まれた部分
１３ 受光部
１４ 第１電極
１５ 第２電極
１６ 第１出力端子部
１７ 第２出力端子部
１８ 基板
１８ｂ 配線部
１８ｃ 穴
１９ 接合部
２０ 信号処理部
３０ パッケージ
１００ ウェハ

Claims (5)

1. 複数個の焦電素子が基板に実装された赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号を信号処理する信号処理部と、前記赤外線検出素子および信号処理部が収納されたパッケージとを備え、各前記焦電素子の各々は、１つの受光部と、前記受光部に電気的に接続された第１出力端子部、第２出力端子部とを備え、各前記受光部は、焦電体基板の表側、裏側それぞれに形成され互いに対向する第１電極、第２電極と、前記焦電体基板において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分とで構成され、各前記受光部は、前記第１電極の厚みを、前記第２電極の厚みよりも薄くしてあることを特徴とする赤外線検出器。
2. 各前記焦電素子の各々は、前記第１出力端子部と前記第２出力端子部とが、前記焦電体基板の厚み方向において重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。
3. 各前記焦電素子の前記第１出力端子部、前記第２出力端子部と、前記基板の配線部とは、導電性接着剤からなる接合部により電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線検出器。
4. 前記基板は、各前記受光部の投影領域の各々に熱絶縁用の穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線検出器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線検出器の製造方法であって、前記焦電素子の形成にあたっては、複数個の赤外線検出素子に必要な個数の焦電素子を形成可能な焦電体からなるウェハを準備した後、前記ウェハの裏側に各前記第２電極を形成する工程と、前記ウェハの表側に各前記第１電極を形成する工程と、前記ウェハから個々の前記焦電素子に個片化する工程とを備えることを特徴とする赤外線検出器の製造方法。

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