JPH09311076A - 焦電型赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性に優れた焦電型赤外線検出器を提供す
ること。 【解決手段】 赤外線透過窓４を上部に備えた容器１内
に、容器１の下方を封止するためのステム１８から所定
寸法だけ離れるようにして回路基板１７を設け、この回
路基板１７の上面に、赤外線検出素子として、焦電体薄
膜９と、これを挟むようにして設けられる上部電極１０
および下部電極１１とを有する焦電型赤外線薄膜素子６
を、その赤外線検出部１２が前記赤外線透過窓４に臨む
ようにして設けるとともに、前記回路基板１７にチップ
タイプの高抵抗２４およびモールドタイプのＦＥＴ２５
をはんだによって取り付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焦電型赤外線検
出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電型赤外線検出器は、人体検知や、ガ
ス分析、非接触温度計測などの分野において用いられて
いるが、容器内に組み込まれる赤外線を検出する検出素
子としての焦電体は、ＰＺＴやＬｉＴｉＯ₃ 、ＰＶＤＦ
などセラミックや単結晶、高分子フィルムが用いられ
る。これらの焦電体は、ブロックやシート状の母材をも
とにして、所望の焦電体ペレットとして、例えば、４ｍ
ｍ角×数１０〜１００μｍ厚程度の形状に加工され、電
極を形成して所定の赤外線検出素子としている。

【０００３】そして、焦電型赤外線検出器は、前記赤外
線検出素子のほかに、電気時定数を制御する高抵抗やイ
ンピーダンス変換用のＦＥＴを必要とするが、これらの
赤外線検出素子、高抵抗やＦＥＴを、容器内部に気密性
を維持しながら収容する必要がある。このため、従来に
おいては、ＴＯ−５（直径約８ｍｍ）の下方が開口した
金属製容器に収容し、この開口をステムによって封止す
るようにしていた。なお、ＴＯとは、Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ Ｏｕｔｌｉｎｅの略称で、米国ＪＥＤＥＣで標準
化されたパッケージ外形のうちでトランジスタに用いら
れるものである。

【０００４】近年、焦電型赤外線検出器の前記利用分野
においては、高速応答性や小型化が要求される一方、薄
膜技術の確立と相まって焦電体の薄膜化が普及しつつあ
る。すなわち、ブロックやシート状の母材を加工して焦
電体を形成するといった従来の方法に対して、ＣＶＤ法
やスパッタリング法によって単結晶基板上に焦電体薄膜
を数μｍの厚みで形成する技術である。例えば「マイク
ロ焦電赤外線センサの開発と応用製品」（照明学会研究
会資料：１９９６．２．１６）という論文には、厚さ２
μｍ、１００〜５００μｍ角の超小型素子が紹介されて
いるように、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）
などの薄膜形成法によって、数μｍ程度の厚みを有する
焦電体薄膜の製造が可能になってきている。

【０００５】ところで、前記焦電体薄膜に上部電極およ
び下部電極を設けた焦電型赤外線薄膜素子を赤外線検出
素子として用いた場合においては、小型化を目的とし
て、容器としてはＴＯ−４６やＴＯ−１８程度の形状の
ものに収納してもよいが、このような焦電型赤外線検出
器においても、赤外線検出素子のほかに、高抵抗やＦＥ
Ｔを容器内に収容する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記ＴＯ−
４６やＴＯ−１８における各素子の配置の制約上、ＦＥ
Ｔとしてはベアチップと称されるモールドされてない小
型部品を採用しなければならないとともに、リードピン
と各部品との接続および部品相互における接続などをワ
イヤボンディングによらなければならなかったため、次
のような不具合があった。

【０００７】すなわち、 ベアチップ部品のため、取扱いが困難である。 構成部品の電極が表面に露出している一方、この部
品を配置するステムは金属であるため、絶縁性の接着剤
を用いて部品を固定する必要がある。 前記部品の固定に際して、その位置決めにかなりの
苦労を伴う。 部品やリードピンどうしの接続にワイヤボンディン
グを用いるため、その生産設備が必要となる。 などである。

【０００８】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、生産性に優れた焦電型赤外線検
出器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の焦電型赤外線検出器は、赤外線透過窓を
上部に備えた容器内に、容器の下方を封止するためのス
テムから所定寸法だけ離れるようにして回路基板を設
け、この回路基板の上面に、赤外線検出素子として、焦
電体薄膜と、これを挟むようにして設けられる上部電極
および下部電極とを有する焦電型赤外線薄膜素子を、そ
の赤外線検出部が前記赤外線透過窓に臨むようにして設
けるとともに、前記回路基板にチップタイプの高抵抗お
よびモールドタイプのＦＥＴをはんだによって取り付け
た点に特徴がある。

【００１０】この発明の焦電型赤外線検出器において
は、回路基板上に、赤外線検出素子として、焦電体薄膜
と、これを挟むようにして設けられる上部電極および下
部電極とを有する焦電型赤外線薄膜素子を設けるととも
に、前記回路基板にチップタイプの高抵抗およびモール
ドタイプのＦＥＴをはんだによって同時に取り付けるよ
うにしているので、はんだリフローなど公知の表面実装
技術（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ：ＳＭＴ）を利用して生産することができ、別途、ワ
イヤボンディングを行う必要がないから生産性が向上す
る。そして、高抵抗やＦＥＴなどの部品をはんだ付けに
よって回路基板に固定することができるので、セルフア
ライメントの効果により、それらの位置決めが容易であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施例
を、図を参照しながら説明する。

【００１２】図１および図２は、この発明の一実施例を
示すものである。まず、図１（Ａ），（Ｂ）は、この発
明の焦電型赤外線検出器の一例を示し、この図１
（Ａ），（Ｂ）において、１は鉄やニッケルあるいはコ
バールなどの金属よりなる下部開放型の筒状の容器で、
その上面部２のほぼ中央には開口部３が形成されてい
る。４は開口部３を容器１の上方から閉塞するように設
けられた赤外線透過窓材で、詳細には図示してないが、
シリコン、ゲルマニウムなどの赤外線透過性材料よりな
る母材の両面に波長選択性多層膜を形成してなるもの
で、その外周側面のほぼ全体と開口部３の全周辺部と
を、例えば導電性接合材５を用いて上面部２の上方から
容器１に接合されている。

【００１３】６は容器１内に設けられる赤外線検出素子
としての焦電型赤外線薄膜素子である。この焦電型赤外
線薄膜素子６の構成について、図２を参照しながら説明
すると、この図２において、７はＭｇＯ（酸化マグネシ
ウム）よりなる単結晶基板で、その厚さは５００μｍ程
度である。８はこの基板７の表層部にエッチングによっ
て形成される微小な凹部である。９は焦電体薄膜で、例
えばＰＺＴ系強誘電体薄膜またはＰＬＺＴ系強誘電体薄
膜からなり、厚さ２μｍ程度である。この焦電体薄膜９
の上下両面には、例えばＰｔ（白金）よりなる上部電極
１０と下部電極１１とが互いに対応するように設けられ
ている。これらの電極１０，１１の厚みは例えば０．２
μｍ程度である。なお、これら両電極１０，１１および
焦電体薄膜９が矢印Ａ方向に見て互いに重なり合う部分
を赤外線検出部１２というものとする。

【００１４】１３は赤外線検出部１２における受光電極
としての上部電極１０の上面を被覆するように設けられ
る赤外線吸収膜で、フォトリソグラフが可能な感光性有
機薄膜にカーボンブラックのような赤外線吸収材料を適
宜混入してなるものである。１４は赤外線検出部１２の
周辺に形成され、赤外線検出部１２を基板７に対して保
持させる絶縁体薄膜で、ポリイミド系樹脂薄膜のような
有機絶縁体薄膜またはＳｉＯ₂ 薄膜のような無機絶縁体
薄膜よりなる。１５，１６は上部電極１０、下部電極１
１にそれぞれ連なる上部引出し電極、下部引出し電極で
ある。

【００１５】上述の説明から理解されるように、この発
明で用いる焦電型赤外線薄膜素子６はきわめて薄く、１
ｍｍ以下の厚さであり、また、精々１ｍｍ角程度の大き
さである。なお、このような構成の焦電型赤外線薄膜素
子６の詳細な構造およびその製造方法については、別途
特許出願しているところである。

【００１６】再び図１（Ａ），（Ｂ）に戻り、上記焦電
型赤外線薄膜素子６は、その赤外線検出部１２を赤外線
透過窓材４に臨むようにしてセラミックなどよりなる回
路基板１７上に設けられている。この回路基板１７は、
容器１の下方を封止するためのステム１８の上面から所
定寸法だけ離れるようにして設けられている。すなわ
ち、１９，２０はステム１８に設けられた貫通孔２１を
経てケース１外に延設されるリードピンで、例えば円周
を４等分するように同心円状に配置され、例えば図１
（Ｂ）に示すように、二本のリードピン１９はＸ−Ｘ方
向に、他の二本のリードピン２０はＸ−Ｘ方向と直交す
るＹ−Ｙ方向に配置されている。これらのリードピン１
９，２０は互いに同径の細長い円柱形状であり、リード
ピン１９がリードピン２０に比較してやや長く形成され
ている。

【００１７】そして、一方のリードピン１９は、その上
端部１９ａを回路基板１７に開設された二つの貫通孔に
それぞれ挿入し、上端部１９ａが回路基板１７の上面よ
り突出しないように設けられ、回路基板１７の回路パタ
ーンとを接合するための例えばはんだなどの導電性接合
材２２によって固定されている。これによって、回路基
板１７は、Ｘ，Ｙ二方向への位置が固定される。

【００１８】また、他方のリードピン２０は、その上端
面を回路基板１７の下面に当接させており、適宜の接着
剤２３によって固定されている。これによって、回路基
板１７は、図１（Ａ）に示すＺ方向への位置が固定され
る。なお、接着剤２３は、導電性接合材２２と同じ材料
でもかまわない。

【００１９】２４は回路基板１７の上面側に設けられ
る、出力回路の時定数を設定するためのチップタイプの
高抵抗であり、２５は回路基板１７の下面側に設けられ
るインピーダンス変換用のモールドタイプのＦＥＴであ
る。これらの高抵抗２４およびＦＥＴ２５は、はんだリ
フローの技術など表面実装技術によって回路基板１７に
取り付けられる。

【００２０】上述したように、この発明における焦電型
赤外線検出器においては、容器１内に容器１に対して外
部から挿入される複数のリードピン１９，２０の上端部
に回路基板１７を設け、この回路基板１７上に、赤外線
検出素子として、焦電体薄膜９と、これを挟むようにし
て設けられる上部電極１０および下部電極１１とを有す
る焦電型赤外線薄膜素子６を設けるとともに、回路基板
１７の上面にチップタイプの高抵抗２４を、下面にモー
ルドタイプのＦＥＴ２５をそれぞれはんだによって取り
付けるようにしているので、はんだリフローなど公知の
表面実装技術を利用して生産することができ、ワイヤボ
ンディングを多用する必要がないから生産性が向上す
る。

【００２１】そして、上述のように、高抵抗２４やＦＥ
Ｔ２５などの部品をはんだ付けによって回路基板１７に
固定することができるので、セルフアライメントの効果
により、それらの位置決めが容易である。

【００２２】そして、この発明の焦電型赤外線検出器に
おいては、赤外線検出素子が焦電型赤外線薄膜素子６か
らなり、きわめて薄く小型であるとともに、高抵抗２４
やＦＥＴ２５が小型でその取扱いが容易であり、しかも
回路基板１７に対してコンパクトに取付けられるので、
焦電型赤外線検出器全体を小型なものとすることができ
る。

【００２３】なお、高抵抗２４やＦＥＴ２５などの部品
の回路基板１７への取付けは、上述の実施例に限られる
ものではなく、例えば高抵抗２４やＦＥＴ２５を回路基
板１７の下面に設けるなどしてもよく、要するにはんだ
を用いて取り付けるようにしてあればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高速応答性など性能に優れた焦電型赤外線検出器を
安価にしかも大量生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の焦電型赤外線検出器の一例を示し、
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。

【図２】前記焦電型赤外線検出器に組み込まれる焦電型
赤外線薄膜素子の一例を示す縦面図である。

【符号の説明】

１…容器、４…赤外線透過窓、６…焦電型赤外線薄膜素
子、９…焦電体薄膜、１０…上部電極、１１…上部電
極、１２…赤外線検出部、１７…回路基板、１８…ステ
ム、２４…高抵抗、２５…ＦＥＴ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 浩一 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線透過窓を上部に備えた容器内に、
   容器の下方を封止するためのステムから所定寸法だけ離
   れるようにして回路基板を設け、この回路基板の上面
   に、焦電体薄膜と、これを挟むようにして設けられる上
   部電極および下部電極とを有する焦電型赤外線薄膜素子
   を、その赤外線検出部が前記赤外線透過窓に臨むように
   して設けるとともに、前記回路基板にチップタイプの高
   抵抗およびモールドタイプのＦＥＴをはんだによって取
   り付けたことを特徴とする焦電型赤外線検出器。
2. 【請求項２】 回路基板の上面に高抵抗を、下面にＦＥ
   Ｔを配置した請求項１に記載の焦電型赤外線検出器。
3. 【請求項３】 容器の内径が５ｍｍ以下である請求項１
   または２に記載の焦電型赤外線検出器。