JP2694711B2 - 焦電素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焦電素子及びその製造方
法に関し、特に赤外線を検出して炎等を感知する炎感知
器等に使用される焦電素子とその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図３は通常の焦電素子の一従来例を示す
模式構成断面図である。また、図４は図３の焦電体とこ
れを装着する基板を示す要部拡大断面図である。

【０００３】図３において、焦電素子２１は、窓孔２６
にシリコン板からなるフィルタ２７を接合部２８で接着
固定した例えばコバールを材料として形成したステム２
４とキャン２５とによって、その本体の筐体を構成して
いる。ステム２４にはアース端子３０、ソース端子３
１、ドレイン端子３２の３本のリード用端子が配設され
て、図示しない例えば炎感知器等の主電気回路へ接続さ
れるようになっている。この場合、アース端子３０は直
接ステム２４に固定されるが、他の２本の端子は絶縁体
３３を介して端子自体はステム２４と絶縁して封着固定
されている。

【０００４】なお、上述のように、ステム２４をコバー
ル製とした場合は、上記３本の端子もコバールで形成し
たものとすることにより、絶縁体３３にコバールガラス
を用いて封着したものを使用することができるので好都
合である。キャン２５はステム２４と封着部２９で接続
され一体的な筐体が形成される。

【０００５】そして、筐体の内部には焦電体、電気回路
などの焦電素子としての機能装置が組込まれている。ま
ず、ステム２４の３本の端子の先端部はほぼ同一平面に
形成され、平面上に回路素子部分２３ａを搭載・接続し
た電気回路を有する雲母板からなるプリント基板２３が
固定される。したがって、この場合、プリント基板２３
は雲母板に直接回路素子２３ａを実装し、かつ配線パタ
ーンを有するものとし、素子基板兼用となっている。な
お、回路素子部分２３ａには、図示は省略したが、プレ
アンプ用のＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）や抵抗・
コンデンサ等の必要電子部品が組込まれて回路接続さ
れ、ＦＥＴのソース、ドレイン各電極はそれぞれソース
端子３１、ドレイン端子３２と電気的に接続されてい
る。また、プリント基板２３の上部には、素子基板２２
ａを介して板状のＰＺＴやＰＶＤＦ等からなる焦電体２
２が、フィルタ２７の近傍に対向して位置するように配
置される。

【０００６】ここで、上記焦電素子の動作について簡単
に説明する。焦電体２２はフィルタ２７を透過してきた
赤外線を電気信号に変換して出力し、この信号をＦＥＴ
の図示しないゲートとに印加し、これがＦＥＴによって
増幅され、赤外線をその量に比例した電気量として定量
的に検出するようになっている。

【０００７】次に、雲母板を素子基板とし、これをプリ
ント基板として兼用する従来の焦電素子の製造方法につ
いて、図４の要部断面図を用いて説明する。

【０００８】まず、所定の図示しない配線パターンを雲
母板の片面（例えば裏面予定面）に形成し、プリント基
板２３を形成する。この時他の片面（表面予定面）は特
に完璧な劈開面を用い、焦電体２２の形成領域として準
備しておく。

【０００９】ついで、プリント基板２３の表面側にパタ
ーンマスク等を用いて薄膜状の導電性パターンからなる
電極Ａ４３を形成したのち、ＰＺＴやＰＶＤＦ等の焦電
性物質を堆積して薄膜状の焦電体膜４２を形成し、さら
に焦電体膜４２上に電極Ａ４３の場合と同様にして電極
Ｂ４４を形成する。この時、図中Ｒで示した電極の領域
はその部分に対応する電極Ａ４３、電極Ｂ４４の形状・
面積を同一として形成され当該部分の焦電体膜とともに
焦電体の本体部分を構成している。電極Ａ４３、電極Ｂ
４４のＲ以外の部分は、これらから取り出すアーム状の
リード帯部分となっている。このようにして、焦電体膜
４２、電極Ａ４３及び電極Ｂ４４からなる焦電体２２が
プリント基板２３上に構成される。

【００１０】終りに、電極Ａ４３及び電極Ｂ４４の端部
から、プリント基板２３の所定配線部に、図示しない導
電性接着剤等で焦電体２２が配線接続されるとともに、
プリント基板２３に直接回路素子２３ａが実装されて、
焦電体２２の焦電素子２１への装着が終了する。なお上
記のＲの部分の上面形状は種々考えられるが、円形状と
しているのが一般的である。

【００１１】なお、雲母（通常マイカともいう）の劈開
面は表面平坦性がよく、例えば金属酸化物のヘテロエピ
タキシー結晶の薄膜を製造するときにも用いられる程で
ある。雲母は安価であり、そして特に種類を限定するわ
けではないが、因みに、インド産の雲母は劈開面の良好
さで知られている。

【００１２】図３のような当初の焦電素子及びその製造
方法では、雲母板を素子基板としてプリント基板（配線
基板）の役目をももたせ、その上に電極を含む薄膜状の
焦電体を形成しているから、このように雲母を素子基板
として使用する場合は、雲母が水分によって劈開する性
質をもつために、湿気のある所に長時間曝すことによっ
て、素子基板表面が波打つようになる。

【００１３】焦電素子にとって板状の焦電体表面の平行
性は重要であるが、上述のように基板表面が波打つよう
になると、焦電体の面も変形するようになり、素子感度
に対して経時変化や性質のばらつき等の影響が大きくな
るという耐候性上の問題があった。

【００１４】そこで、本発明者は鋭意検討を進め、上述
の課題に対する対策を考案し、以下に示すような焦電素
子とその製造方法を特許出願した。

【００１５】図５はその改良形の一従来例の構成を示す
断面説明図である。図から明らかなように、素子の機械
的構造は図３の従来例と殆ど同一構成となっている。す
なわち、図５において、２１，２２，２３ａ及び２４〜
３３は図３の従来例と同一部分符号を用い、かつ構成も
ほぼ同一であるので、その説明は省略する。

【００１６】図において、焦電体（電極の図示は省略）
２２はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる素子基板
２２ａ上に形設されている。そして、素子基板２２ａは
通常の所要配線パターンや回路素子２３ａを有するプリ
ント基板２３ｂの所定位置に配設され、所定の配線を行
って、ステム２４及びキャン２５（フィルタ２７を含
む）からなる焦電素子２１の筐体内に組込まれている。

【００１７】上記の構成による焦電素子としての動作に
ついては図３の従来例のそれと同様であるので、その説
明は省略する。なお、上記の構成によって、素子基板２
２ａを熱硬化性樹脂の硬化板としたので、従来の雲母を
用いたプリント基板兼用の素子基板のような湿気等によ
る板の歪みや波打ち等の変形がないから、焦電体２２も
原形を保ち経年変化のない焦電素子が得られる。

【００１８】次に、図５に示した焦電素子の製造方法に
ついて、図６の要部断面図を用いて説明する。図から明
らかなように、この焦電素子の製造方法の特徴は焦電体
膜と素子基板の形成方法にある。以下、この形成方法を
説明する。なお、説明の簡略のため図４の従来例と同一
部分には同一符号を付している。

【００１９】まず、完璧な劈開面を有する良質の雲母板
５３を準備し、その劈開面にパターンマスク等を用いて
蒸着を行い薄膜の導電性パターンからなる電極Ａ４３を
形成したのち、全面に例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）等の焦電性物質を堆積して薄膜状の焦電体膜４２
を形成し、さらに焦電体膜４２上に電極Ａ４３の場合と
同様にして電極Ｂ４４を形成する。この場合、図中Ｒで
示した電極の領域は、図４の従来例の場合と同様に、そ
の部分に対応する電極Ａ４３、電極Ｂ４４の形状・面積
を同一として形成され、当該部分の焦電体膜と共に焦電
子の本体部分を構成するものである。電極Ａ４３、電極
Ｂ４４のＲ以外の部分は、これらから取出すアーム状の
リード帯部分である。このようにして、焦電体膜４２、
電極Ａ４３、電極Ｂ４４からなる焦電体２２が雲母板５
３の劈開面に形成される。

【００２０】さらに、このようにして形成した焦電体２
２上に熱硬化性樹脂の例えばエポキシ樹脂を落して硬化
させて、硬化板からなる素子基板２２ａを形成する。

【００２１】ついで、雲母板５３を剥離して除去するこ
とにより焦電体２２を露出させ、焦電体２２を形設した
素子基板２２ａが形成される。この素子基板２２ａをプ
リント基板２３ｂの所定位置に装着して配線接続を行い
焦電素子２１の本体部分の筐体内への形設が終了する。

【００２２】上述のように、図５の従来例の製造方法で
は、はじめに雲母板上に焦電体を形成したのち、この上
に熱硬化性樹脂板を堆積して硬化板からなる素子基板を
形成するから、第１に焦電体は雲母の劈開面に沿った平
坦性の優れたものが得られる。そして、焦電体を形設し
た素子基板は硬化樹脂で構成しているから、変形・波打
ち等がなくなり、原形保存性と耐候性の優れた焦電素子
の形成が可能となる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の焦
電素子（その製造方法も含めて）では、図３の従来例か
ら図５改良形へ進展することによって図３の従来例形の
問題点はほぼ解決したが、図５の改良従来例には以下に
示すような問題点がありその解決が急務となっていた。

【００２４】まず、雲母の劈開面に形成された焦電体を
素子基板に移設するために、焦電体上に熱硬化性樹脂を
堆積してこれを素子基板として形成したのち、雲母のみ
を剥離してやる必要があるが、この時エポキシ樹脂（熱
硬化性樹脂）は比較的厚いものとすることが必要であ
る。しかしながら、エポキシ樹脂からなる素子基板は、
比較的柔軟であるために厚みがないと雲母の剥離時に焦
電体もはがれてしまうことがあって一つの問題となって
いた。

【００２５】また、エポキシ樹脂は厚く形成すると、焦
電体が受けた赤外線を放熱させるようになり、つまり熱
絶縁性がわるいので、受光効率が低下し正確な赤外線量
の測定に対して障害となっていた。

【００２６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、焦電体からの放熱を抑え、かつ機
械的に丈夫な素子基板を有する焦電素子とその製造方法
を提供することを目的とするものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る焦電素子
は、素子基板面に形設した焦電体と、この焦電体により
検出される赤外線を電気信号として出力する電子回路を
有する配線基板とを一つの筐体内に組込んでなり、焦電
体が熱硬化性樹脂膜を介して耐熱性樹脂板からなる素子
基板上に膜形成され、この素子基板が配線基板に配設さ
れたものである。

【００２８】また、本発明に係る焦電素子の製造方法
は、素子基板に形設した焦電体と、この焦電体により検
出される赤外線を電気信号として出力する電気回路を有
する配線基板とを筐体内に組込んでなる焦電素子の製造
方法であって、雲母の劈開面に膜状の焦電体を形成し、
この焦電体を含むこの劈開面に熱硬化性樹脂の生材料を
落し、次いでこれに耐熱性樹脂板を押しつけながら生材
料を硬化して耐熱性樹脂板と焦電体の間に薄い熱硬化性
樹脂板を形成したのち、雲母を剥がして焦電体を素子基
板表面に形設することを特徴とするものである。

【００２９】

【作用】本発明による焦電素子においては、焦電体を熱
硬化性樹脂の薄い膜を介して耐熱性樹脂板を素子基板上
に膜形成されるから、熱絶縁性の小さい熱硬化性樹脂は
薄く、熱絶縁性の大きい耐熱性樹脂板は比較的厚いか
ら、焦電体で受光した赤外線は放熱する度合が小さくな
り、受光効率が高められる。

【００３０】また、本発明による焦電素子の製造方法に
おいては、雲母の劈開面に焦電体を膜形成し、その上に
熱硬化性樹脂の生材料を落し、耐熱性樹脂板をおしつけ
ながら生材料を硬化させた後雲母を剥離するから熱絶縁
性の小さい熱硬化性樹脂膜は薄く形成でき、しかも耐熱
性樹脂を素子基板とすることにより、剛性の大きい素子
基板と、雲母の劈開面と同じ平坦性のよい焦電体膜が得
られる。

【００３１】

【実施例】図１は本発明による焦電素子の一実施例の構
成断面説明図である。図から明らかなように、素子の機
械的構造は図３の従来例と殆ど同一構成となっている。
すなわち、図１において、２１，２２，２３ａ及び２４
〜３３は図３の従来例と同一部分符号を用い、かつ構成
もほぼ同一であるので、その説明は省略する。

【００３２】図１において、焦電体（電極の図示してな
い）２２は、上層の薄いエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂
の層と、下層の比較的厚いポリイミド樹脂等の耐熱性樹
脂板とからる素子基板２２ａ上に形設されている。そし
て、素子基板２２ａは通常の所要配線パターンや回路素
子２３ａを有するプリント基板２３ｂの所定位置に配設
され、所定の配線を行って、ステム２４及びキャン２５
（フィルタ２７を含む）からなる焦電素子２１の筐体内
に組込まれている。

【００３３】上記の構成による焦電素子としての動作に
ついては図３の従来例のそれと同様であるので、その説
明は省略する。なお、上記の構成によって、素子基板２
２ａを薄いエポキシ樹脂層と比較的厚いポリイミド樹脂
板との複合板で構成したので、図３の従来例のような雲
母板を用いたプリント基板兼用の素子基板のような湿気
等による板の歪みや波打ち等の変形がなくなることの外
に、大部分の素子基板２２ａをポリイミド樹脂板で構成
するから、赤外線の焦電体からの放熱を著しく抑制でき
る焦電素子が得られる。

【００３４】次に、本発明による焦電素子の製造方法に
ついて、図２の要部断面図を用いて説明する。図から明
らかなように、本発明による焦電素子の製造方法の特徴
は焦電体膜と素子基板の形成方法にある。以下、この形
成方法を説明する。なお、説明の簡略のため図６の従来
例と同一部分には同一符号を付している。

【００３５】まず、完璧な劈開面を有する良質の雲母板
５３を準備し、その劈開面にパターンマスク等を用いて
蒸着を行い薄膜の導電性パターンからなる電極Ａ４３を
形成したのち、全面に例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン
酸鉛）等の焦電性物質を堆積して薄膜状の焦電体膜４２
を形成し、さらに焦電体膜４２上に電極Ａ４３の場合と
同様にして電極Ｂ４４を形成する。この場合、図中Ｒで
示した電極の領域は、図６の従来例の場合と同様に、そ
の部分に対応する電極Ａ４３、電極Ｂ４４の形状・面積
を同一として形成され、当該部分の焦電体膜と共に焦電
体の本体部分を構成するものである。電極Ａ４３、電極
Ｂ４４のＲ以外の部分は、これらから取出すアーム状の
リード帯部分である。このようにして、焦電体膜４２、
電極Ａ４３、電極Ｂ４４からなる焦電体２２が雲母板５
３の劈開面に形成される。

【００３６】さらに、このようにして形成した焦電体２
２上に熱硬化性樹脂の例えばエポキシ樹脂の生材料を落
し、これを硬化させるに当って、ポリイミド樹脂板６３
で押つけることによって、これと焦電体２２との間に薄
いエポキシ樹脂層６２を介在させた。したがって、素子
基板２２ａはエポキシ樹脂層６２とポリイミド樹脂板６
３との複合板で形成されたものとなる。

【００３７】ついで、雲母板５３を剥離して除去するこ
とにより焦電体２２を露出させ、焦電体２２を形設した
素子基板２２ａが形成される。この素子基板２２ａをプ
リント基板２３ｂの所定位置に装着して配線接続を行い
焦電素子２１の本体部分の筐体内への形設が終了する。

【００３８】上述のように、本発明による製造方法で
は、はじめに雲母板上に焦電体を形成したのち、この上
に熱硬化性樹脂板を介して耐熱性樹脂板からなる素子基
板を形成するから、焦電体は雲母の劈開面に沿った平坦
性の優れたものが得られる。そして、焦電体を形設した
素子基板は剛性の大きい耐熱性樹脂で構成しているか
ら、変形・波打ち等がなくなり、原形保存性と耐候性の
優れた、かつ丈夫で受光性の良い焦電素子の形成が可能
となる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、焦電素子
の焦電体が薄い熱硬化性樹脂を介在させた耐熱性樹脂か
らなる素子基板上に形設される構成となるから、湿気に
よって基板が歪むことがなくなり、素子の耐候性及び剛
性が著しく向上する効果が得られると共に焦電体からの
放熱を抑えた受光効率が向上する効果がある。

【００４０】また、焦電素子の製造方法においては、は
じめに雲母の劈開面に所定形状の焦電体を形成したの
ち、この上に熱硬化性樹脂の生材料を落し、これを耐熱
性樹脂板で押つけながら生材料を硬化させ耐熱性樹脂と
焦電体との間に薄い熱硬化性樹脂を介在させた素子基板
を形成するから、焦電体が雲母の劈開面に沿った平坦性
の良いものを形成できるとともに、受光性の優れた丈夫
な素子基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の焦電素子の構成を示す断面
説明図である。

【図２】本発明の焦電素子の製造方法を説明する要部断
面図である。

【図３】通常の焦電素子の一従来例を示す構成断面図で
ある。

【図４】図３の焦電体とこれを装着する基板を示す要部
拡大断面図である。

【図５】改良形の一従来例の焦電素子の構成を示す断面
説明図である。

【図６】図５の焦電素子の製造方法を示す要部断面図で
ある。

【符号の説明】

２１ 焦電素子 ２２ 焦電体 ２２ａ 素子基板（エポキシ） ２３ プリント基板 ２３ａ 回路素子 ２３ｂ プリント基板 ２４ ステム ２５ キャン ２６ 窓孔 ２７ フィルタ ４２ 焦電体膜 ４３ 電極Ａ ４４ 電極Ｂ ５３ 雲母板 ６２ エポキシ樹脂層 ６３ ポリイミド樹脂板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子基板面に形設した焦電体と、この焦
   電体により検出される赤外線を電気信号として出力する
   電気回路を有する配線基板とを筐体内に組込んでなる焦
   電素子であって、 前記焦電体が熱硬化性樹脂膜を介して耐熱性樹脂板から
   なる素子基板上に膜形成され、この素子基板が前記配線
   基板に配設されていることを特徴とする焦電素子。
2. 【請求項２】 素子基板面に形設した焦電体と、この焦
   電体により検出される赤外線を電気信号として出力する
   電気回路を有する配線基板とを筐体内に組込んでなる焦
   電素子の製造方法であって、 雲母の劈開面に膜状の焦電体を形成し、この焦電体を含
   む上記劈開面に熱硬化性樹脂の生材料を落し、次いでこ
   れに耐熱性樹脂板を押つけながら上記生材料を硬化して
   上記耐熱性樹脂板と焦電体との間に薄い熱硬化性樹脂層
   を形成したのち、上記雲母を剥離して上記焦電体を表面
   に形設した上記耐熱性樹脂板からなる上記素子基板を形
   成することを特徴とする焦電素子の製造方法。