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JP7093772B2 - Infrared sensor device and its manufacturing method and infrared sensor device unit - Google Patents
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JP7093772B2 - Infrared sensor device and its manufacturing method and infrared sensor device unit - Google Patents

Infrared sensor device and its manufacturing method and infrared sensor device unit Download PDF

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Description

本発明は、赤外線センサデバイス及びその製造方法並びに赤外線センサデバイス・ユニットに関するものである。 The present invention relates to an infrared sensor device, a method for manufacturing the same, and an infrared sensor device unit.

特開平7-209089号公報(特許文献1)、特開平9-264784号公報(特許文献2)には、赤外線を透過する赤外線透過部が設けられたキャップ部材と、キャップ部材に設けた赤外線透過部を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる1以上の温度補償用センサ素子を備えて、キャップ部材の開口部を塞ぐセンサ素子付き基板を備えた赤外線センサデバイスが開示されている。また特公昭62-57211号公報(特許文献3)には、第1乃至第3のサーミスタボロメータからなる赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる1以上の温度補償用センサ素子が、採光窓部を備えたキャップ部材によって覆われた放射温度計等が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-209089 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-264784 (Patent Document 2) include a cap member provided with an infrared transmitting portion for transmitting infrared rays and an infrared ray transmitting portion provided on the cap member. It is provided with an infrared detection sensor element that receives infrared rays transmitted through the portion, one or more temperature compensation sensor elements used for temperature compensation of the output of the infrared detection sensor element, and a substrate with a sensor element that closes the opening of the cap member. Infrared sensor devices are disclosed. Further, in Japanese Patent Publication No. 62-57211 (Patent Document 3), one or more temperature compensation sensor elements used for temperature compensation of the output of an infrared detection sensor element composed of first to third thermistor bolometers and an infrared detection sensor element. However, a radiation thermometer or the like covered with a cap member provided with a light collecting window portion is disclosed.

特開平7-209089号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-209089 特開平9-264784号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-264784 特公昭62-57211号公報Special Publication No. 62-57211

特許文献1及び2に示された従来の赤外線センサデバイスでは、赤外線透過部を透過した赤外線が内部空間内で反射して、1以上の温度補償用センサ素子にも当たるため、1以上の温度補償用センサ素子の出力を基準や補償にして温度補償精度を高めることに限界があった。 In the conventional infrared sensor device shown in Patent Documents 1 and 2, the infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion are reflected in the internal space and hit one or more temperature compensation sensor elements, so that one or more temperature compensation is performed. There was a limit to improving the temperature compensation accuracy by using the output of the sensor element as a reference or compensation.

本発明の目的は、検出精度が高い赤外線センサデバイス及びその製造方法並びに赤外線センサデバイス・ユニットを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an infrared sensor device having high detection accuracy, a method for manufacturing the same, and an infrared sensor device unit.

本発明の赤外線センサデバイスは、キャップ部材と、センサ付き基板と、キャップ部材とセンサ付き基板とを接合する半田層とを備えている。キャップ部材は、一面に開口部を有する周壁部と、開口部と対向する対向壁部と、開口部を囲む周壁部の端面に該端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な第1の接合パターンを備え、対向壁部に赤外線を透過する赤外線透過部が設けられている。半田層は、第1の接合パターンに沿って形成された閉ループ状を呈している。そしてセンサ付き基板は、赤外線透過部を透過した赤外線を受光する1以上の赤外線検知センサ素子及び該1以上の赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる1以上の温度補償用センサ素子と、半田層により第1の接合パターンに接合される半田付け可能な第2の接合パターンを備えて開口部を塞ぐ。そしてキャップ部材とセンサ付き基板とによって囲まれた内部空間が真空状態に保持されている。そして本発明では、キャップ部材の対向壁部には、赤外線透過部から入射した赤外線が、1以上の温度補償用センサ素子に直接当たるのを阻止するように内部空間を仕切る1以上の仕切り壁が一体に設けられている。そして1以上の仕切り壁とセンサ付き基板との間には、赤外線透過部から入射した赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間が形成されている。 The infrared sensor device of the present invention includes a cap member, a substrate with a sensor, and a solder layer for joining the cap member and the substrate with a sensor. The cap member is a first solderable closed loop shape extending along the end face of the peripheral wall portion having an opening on one surface, the facing wall portion facing the opening, and the end surface of the peripheral wall portion surrounding the opening. A pattern is provided, and an infrared transmitting portion that transmits infrared rays is provided on the facing wall portion. The solder layer has a closed loop shape formed along the first joining pattern. The substrate with a sensor includes one or more infrared detection sensor elements that receive infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion, and one or more temperature compensation sensor elements used for temperature compensation of the output of the one or more infrared detection sensor elements, and solder. The opening is closed with a second solderable bonding pattern that is bonded to the first bonding pattern by the layer. The internal space surrounded by the cap member and the substrate with the sensor is maintained in a vacuum state. In the present invention, the facing wall portion of the cap member is provided with one or more partition walls that partition the internal space so as to prevent the infrared rays incident from the infrared transmission portion from directly hitting one or more temperature compensation sensor elements . It is provided integrally. A gap is formed between the one or more partition walls and the substrate with the sensor, which blocks the passage of infrared rays incident from the infrared transmitting portion but allows the flow of gas.

本発明によれば、仕切り壁を設けたことにより、赤外線が1以上の温度補償用センサ素子に直接当たるのを阻止することができる。その上仕切り壁とセンサ付き基板との間には、入射した赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間が形成されているので、この隙間を介して仕切り壁によって仕切られた隣り合う空間を同じ真空度に維持することができる。したがって赤外線が当たる条件を除いて、赤外線透過部を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる1以上の温度補償用センサ素子を同じ環境下に置くことができる。その結果、1以上の温度補償用センサ素子を用いた温度補償を高い精度で実現することができ、検出精度が高い赤外線センサデバイスを提供できる。 According to the present invention, by providing the partition wall, it is possible to prevent infrared rays from directly hitting one or more temperature compensating sensor elements . Since a gap is formed between the upper partition wall and the substrate with the sensor that blocks the passage of incident infrared rays but allows the flow of gas, the adjacent walls are partitioned by the partition wall through this gap. The space can be maintained at the same degree of vacuum. Therefore, except for the condition of being exposed to infrared rays, one or more temperature compensation sensor elements used for temperature compensation of the output of the infrared detection sensor element and the infrared detection sensor element that receive infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion should be placed in the same environment. Can be done. As a result, temperature compensation using one or more temperature compensation sensor elements can be realized with high accuracy, and an infrared sensor device with high detection accuracy can be provided.

キャップ部材の端面と仕切り壁の自由端部の端面は面一状態あり、隙間の厚みが、半田層の厚みに依存しているのが好ましい。このようにすると、半田層の厚みが、仕切り壁の自由端部の端面とセンサ付き基板の上面との間の間隙の寸法を規定することになる。 It is preferable that the end surface of the cap member and the end surface of the free end portion of the partition wall are flush with each other, and the thickness of the gap depends on the thickness of the solder layer. In this way, the thickness of the solder layer defines the dimension of the gap between the end face of the free end of the partition wall and the top surface of the board with the sensor.

半田層の厚みは、100μm以下であるのが好ましい。この寸法範囲であれば、真空漏れを生じさせない連続した半田層を確実に形成することができる。 The thickness of the solder layer is preferably 100 μm or less. Within this dimensional range, a continuous solder layer that does not cause vacuum leakage can be reliably formed.

1以上の温度補償用センサ素子は、内部空間の温度を測定する内部空間温度センサと参照温度センサである。 One or more temperature compensation sensor elements are an internal space temperature sensor and a reference temperature sensor that measure the temperature of the internal space.

キャップ部材の周壁部及び対向壁部は、シリコンを主成分とする材料によって形成され一体に成形されたキャップ本体と、キャップ本体の少なくとも赤外線透過部及び内壁面を除いてキャップ本体の外面を覆う半田付け可能な金属薄膜層とから構成されたものを用いるのが好ましい。この場合、第1の接合パターンは、金属薄膜層によって形成することができる。このような構成を採用すると小型化をすることができる。 The peripheral wall portion and the facing wall portion of the cap member are a cap body formed of a material containing silicon as a main component and integrally molded, and a solder covering the outer surface of the cap body except for at least an infrared transmitting portion and an inner wall surface of the cap body. It is preferable to use one composed of an attachable metal thin film layer. In this case, the first bonding pattern can be formed by a metal thin film layer. If such a configuration is adopted, the size can be reduced.

1以上の温度補償用センサ素子をそれぞれ構成するために、支持基板上に積層された複数のMEMSセンサ素子を備えており、第2の接合パターンは、半田付け可能な金属薄膜層によって形成されているのが好ましい。この構成によれば更に小型化をすることができる。 A plurality of MEMS sensor elements laminated on a support substrate are provided to form one or more temperature compensation sensor elements, respectively, and the second bonding pattern is formed by a solderable metal thin film layer. It is preferable to have it. According to this configuration, the size can be further reduced.

仕切り壁の厚みが10μm以上であるのが好ましい。なお仕切り壁が、間隔を開けて並ぶ二枚の壁部から構成される二重構造を有していてもよい。この構造にすると、仕切り壁のトータルの厚みを薄くして、遮断効果を高めることができる。 The thickness of the partition wall is preferably 10 μm or more. The partition wall may have a double structure composed of two wall portions arranged at intervals. With this structure, the total thickness of the partition wall can be reduced and the blocking effect can be enhanced.

遮蔽効果を高めるためには、できるだけキャップ部材の壁の厚みや、仕切り壁の厚みを厚くするのが好ましい。 In order to enhance the shielding effect, it is preferable to make the wall thickness of the cap member and the partition wall as thick as possible.

1以上の仕切り壁が、間隔を開けて並ぶ二枚の仕切り壁から構成されている場合には、二枚の仕切り壁の間に形成されている第1のチャンバ内に、赤外線検知センサ素子が収納され、二枚の仕切り壁の一方の仕切り壁と周壁部との間に形成されている第2のチャンバ内には内部空間温度センサが収納され、二枚の仕切り壁の他方の仕切り壁と周壁部との間に形成されている第3のチャンバ内には参照温度センサが収納されているのが好ましい。このようにすると第1乃至第3のチャンバ内の温度の変化分を実質的に同じにすることができる。 When one or more partition walls are composed of two partition walls arranged at a distance, an infrared detection sensor element is placed in a first chamber formed between the two partition walls. An internal space temperature sensor is housed in a second chamber that is housed and is formed between one of the two partition walls and the peripheral wall, and is housed with the other partition wall of the two partition walls. It is preferable that the reference temperature sensor is housed in the third chamber formed between the peripheral wall portion and the peripheral wall portion. By doing so, the change in temperature in the first to third chambers can be made substantially the same.

また1以上の仕切り壁が、一枚の仕切り壁である場合には、一枚の仕切り壁と周壁部との間に形成されている第1のチャンバ内には、2つの赤外線検知センサ素子を収納し、一枚の仕切り壁と周壁部との間に形成されている第2のチャンバ内には空間温度センサ素子と温度補償用センサ素子が収納し、2つの赤外線検知センサ素子、空間温度センサ素子及び温度補償用センサ素子として、それぞれ温度に依存する電気抵抗特性が同じ赤外線検出素子を用いるのが好ましい。このようにすると第1のチャンバに対して設けられる赤外線透過部の面積を大きくすることができ、2つの赤外線検知センサ素子の受光面を大きくすることができる。また第1のチャンバと第2のチャンバに同じ数のセンサ素子を配置すると、第1及び2のチャンバ内の温度の変化分を実質的に同じにすることができる。また4つのセンサ素子をブリッジ回路を構成することにより高感度化することが可能である。 Further, when one or more partition walls are one partition wall, two infrared detection sensor elements are provided in the first chamber formed between the one partition wall and the peripheral wall portion. A space temperature sensor element and a temperature compensation sensor element are housed in a second chamber formed between a single partition wall and a peripheral wall portion, and two infrared detection sensor elements and a space temperature sensor are housed. As the element and the sensor element for temperature compensation, it is preferable to use an infrared detection element having the same electrical resistance characteristics depending on the temperature. By doing so, the area of the infrared transmitting portion provided for the first chamber can be increased, and the light receiving surface of the two infrared detection sensor elements can be increased. Further, by arranging the same number of sensor elements in the first chamber and the second chamber, the temperature change in the first and second chambers can be substantially the same. Further, it is possible to increase the sensitivity by forming a bridge circuit for the four sensor elements.

4つの赤外線センサデバイスを備えて赤外線による温度上昇分の出力と環境温度の出力とを発生する赤外線センサデバイス・ユニットを構成することができる。この赤外線センサデバイス・ユニットは、2つの赤外線検知センサ素子の一方と空間温度センサ素子とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、2つの赤外線検知センサ素子の他方と第1の負荷抵抗とが電気的に接続された第2の直列回路と、温度補償用センサ素子と第2の負荷抵抗とが電気的に直列に接続された第3の直列回路とを備えている。第1の直列回路乃至第3の直列回路の一端が直流電源の一方の出力端子に電気的接続され、第1の直列回路乃至第3の直列回路の他端が直流電源の他方の出力端子に電気的接続されている。そして第1の直列回路の中点から赤外線による温度上昇分に相当する信号が出力され、第3の直列回路の中点から環境温度に相当する信号が出力される。この赤外線センサデバイス・ユニットによれば、高い精度で赤外線による温度上昇分と環境温度を検出することができる。なお第1の負荷抵抗及び第2の負荷抵抗が同じ抵抗値であるのが好ましい。 It is possible to configure an infrared sensor device unit having four infrared sensor devices and generating an output corresponding to a temperature rise due to infrared rays and an output of an environmental temperature. This infrared sensor device unit consists of a first series circuit in which one of the two infrared detection sensor elements and the space temperature sensor element are electrically connected in series, and the other and the first of the two infrared detection sensor elements. It includes a second series circuit in which the load resistance is electrically connected, and a third series circuit in which the temperature compensation sensor element and the second load resistance are electrically connected in series. One end of the first series circuit to the third series circuit is electrically connected to one output terminal of the DC power supply, and the other end of the first series circuit to the third series circuit is connected to the other output terminal of the DC power supply. It is electrically connected. Then, a signal corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the midpoint of the first series circuit, and a signal corresponding to the environmental temperature is output from the midpoint of the third series circuit. According to this infrared sensor device unit, it is possible to detect the temperature rise due to infrared rays and the environmental temperature with high accuracy. It is preferable that the first load resistance and the second load resistance have the same resistance value.

また赤外線センサデバイスを備えて赤外線による温度上昇分の出力だけを発生する赤外線センサデバイス・ユニットの場合には、2つの赤外線検知センサ素子の一方と空間温度センサ素子とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、温度補償用センサ素子と2つの赤外線検知センサ素子の他方とが電気的に直列に接続された第2の直列回路とを備え、第1の直列回路及び第2の直列回路の一端が直流電源の一方の出力端子に電気的接続され、第1の直列回路及び第2の直列回路の他端が直流電源の他方の出力端子に電気的接続された構成にすればよい。この構成では、第1の直列回路の中点から赤外線による温度上昇分に相当する一方の極性の信号が出力され、第2の直列回路の中点から赤外線による温度上昇分に相当する他方の極性の信号が出力される。この構成では、負荷抵抗等を用いることなく、赤外線による温度上昇分を検出することができる。 In the case of an infrared sensor device unit equipped with an infrared sensor device and generating only the output of the temperature rise due to infrared rays, one of the two infrared sensor elements and the space temperature sensor element are electrically connected in series. The first series circuit and the second series circuit in which the temperature compensation sensor element and the other of the two infrared detection sensor elements are electrically connected in series are provided, and the first series circuit and the second series circuit are provided. If one end of the series circuit is electrically connected to one output terminal of the DC power supply and the other end of the first series circuit and the second series circuit is electrically connected to the other output terminal of the DC power supply. good. In this configuration, a signal of one polarity corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the midpoint of the first series circuit, and the other polarity corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the midpoint of the second series circuit. Signal is output. With this configuration, it is possible to detect the temperature rise due to infrared rays without using load resistance or the like.

本発明の赤外線センサデバイスの製造方法では、まずキャップ部材の第1の接合パターン上またはセンサ付き基板の第2の接合パターンの一方の接合パターンの上に、複数の半田ボールを一方の接合パターンに沿って配置する。そしてキャップ部材及びセンサ付き基板との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内でキャップ部材及びセンサ付き基板を対向させる。次に、キャップ部材とセンサ付き基板とを加熱しながら、真空装置を作動させてスペーサ内を所定の真空度にする。次に、複数の半田ボールが溶融状態になった後に、複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって第1の接合パターンと第2の接合パターンの間に連続した溶融半田層を形成するようにキャップ部材及びセンサ付き基板を相対的に近付ける。その後加熱を停止して、連続した溶融半田層を凝固させる。本発明によれば、複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって第1の接合パターンと第2の接合パターンの間に連続した溶融半田層を確実に形成することができる。 In the method for manufacturing an infrared sensor device of the present invention, first, a plurality of solder balls are placed on one of the joining patterns on the first joining pattern of the cap member or on one of the second joining patterns of the substrate with a sensor. Place along. Then, with a predetermined space opened between the cap member and the substrate with the sensor, the cap member and the substrate with the sensor are opposed to each other in the vacuum device. Next, while heating the cap member and the substrate with the sensor, the vacuum device is operated to bring the inside of the spacer into a predetermined degree of vacuum. Next, after the plurality of solder balls are in a molten state, a continuous molten solder layer is formed between the first bonding pattern and the second bonding pattern by the molten solder formed by melting the plurality of solder balls. The cap member and the substrate with the sensor are relatively close to each other. After that, heating is stopped to solidify the continuous molten solder layer. According to the present invention, it is possible to reliably form a continuous molten solder layer between the first bonding pattern and the second bonding pattern by the molten solder formed by melting a plurality of solder balls.

以上のように本発明に係る赤外線センサデバイスによると、赤外線検知センサ素子と温度補償用センサ素子を同じ環境下に置くことにより、高い検出精度を得ることができる。また本発明に係る赤外線センサデバイスの製造方法によると、検出精度の高い赤外線センサデバイスを高い歩留まりで製造することができる。 As described above, according to the infrared sensor device according to the present invention, high detection accuracy can be obtained by placing the infrared detection sensor element and the temperature compensation sensor element in the same environment. Further, according to the method for manufacturing an infrared sensor device according to the present invention, it is possible to manufacture an infrared sensor device with high detection accuracy with a high yield.

本発明に係る赤外線センサデバイスの一つの実施の形態の構成を示す縦断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている。It is a vertical sectional view which shows the structure of one Embodiment of the infrared sensor device which concerns on this invention, and the dimension such as the thickness of each layer is changed as appropriate for explanation. 図1のII-II線に沿って切断したより詳細な端面図である。It is a more detailed end view cut along the line II-II of FIG. 1. (A)は図1の実施の形態におけるセンサ付き基板と接合される前のキャップの周壁部の下端面を示す底面図であり、(B)は図3(A)に示したキャップ部材の一部をB-B線に沿って切断した拡大断面図であって、説明の便宜のために上下を反転して示してある。(A) is a bottom view showing the lower end surface of the peripheral wall portion of the cap before being joined to the substrate with a sensor in the embodiment of FIG. 1, and (B) is one of the cap members shown in FIG. 3 (A). It is an enlarged cross-sectional view which cut the part along the line BB, and is shown upside down for convenience of explanation. (A)(B)(C)(D)(E)(F)はそれぞれ、図1の赤外線センサデバイスの製造過程を示す縦断面図である。(A), (B), (C), (D), (E), and (F) are vertical cross-sectional views showing the manufacturing process of the infrared sensor device of FIG. 1, respectively. 図4に示した製造過程の各過程において設定されるトッププレートの温度及び荷重とボトムプレートの温度の経時変化を示す。The time course of the temperature and load of the top plate and the temperature of the bottom plate set in each process of the manufacturing process shown in FIG. 4 is shown. 本発明に係る赤外線センサデバイスの第2の実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the structure of the 2nd Embodiment of the infrared sensor device which concerns on this invention. 図6の実施の形態の赤外線センサデバイスを使用した赤外線出力検出用の回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit for infrared output detection using the infrared sensor device of embodiment of FIG. 図6の実施の形態の赤外線センサデバイスを使用した赤外線出力検出用の回路の他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example of the circuit for infrared output detection using the infrared sensor device of embodiment of FIG.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る赤外線センサデバイスの一つの実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the infrared sensor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は本発明に係る赤外線センサデバイスの第1の実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている。また図2は、図1の第1の実施の形態をII-II線に沿って切断したより詳細な端面図であり、各部の厚み寸法は誇張して描いてある。図1に示すように、本実施の形態の赤外線センサデバイス1はキャップ部材10と、センサ付き基板20と、キャップ部材10とセンサ付き基板20とを接合する半田層30とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of the first embodiment of the infrared sensor device according to the present invention, and dimensions such as the thickness of each layer are appropriately changed for the sake of explanation. Further, FIG. 2 is a more detailed end view obtained by cutting the first embodiment of FIG. 1 along the line II-II, and the thickness dimension of each part is exaggerated. As shown in FIG. 1, the infrared sensor device 1 of the present embodiment includes a cap member 10, a substrate 20 with a sensor, and a solder layer 30 for joining the cap member 10 and the substrate 20 with a sensor.

そして図2に具体的に示すように、キャップ部材10は、一面に開口部11を有する周壁部12と、開口部11と対向する対向壁部13と、開口部11を囲む周壁部12の下端面に該下端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な金属薄膜(本実施の形態では金のスパッタ膜)を成膜してパターニングした第1の接合パターン14[図3(A)]を備えている。対向壁部13には、赤外線を透過する赤外線透過部15が設けられている。 Then, as specifically shown in FIG. 2, the cap member 10 has a peripheral wall portion 12 having an opening 11 on one surface, a facing wall portion 13 facing the opening 11, and a peripheral wall portion 12 surrounding the opening 11. A first bonding pattern 14 [FIG. 3 (A)] formed by forming and patterning a closed loop-shaped solderable metal thin film (gold sputter film in the present embodiment) extending along the lower end surface on the end surface is formed. I have. The facing wall portion 13 is provided with an infrared transmitting portion 15 that transmits infrared rays.

キャップ部材10の本体は、上端面と下端面に絶縁膜16,17を被覆したシリコン単結晶体18にエッチングが施されて、一体に成形されている。図2に示すように、赤外線透過部15は、赤外線が対向壁部13のシリコン単結晶18を透過できるように、対向壁部13の他の部分よりも厚みが薄く形成されている。そしてこの赤外線透過部15の上の絶縁膜16は除去されている。絶縁膜16,17はSiN/SiO2膜であり、絶縁膜16の上には、薄膜層からなる赤外線遮断膜19が形成されている。絶縁膜16,17はSiN/SiO2膜であり、赤外線遮断膜19はスパッタリングまたはメッキにより形成されたNiCr/Au層である。第1の接合パターン14は、スパッタリングにより形成されたTi/Au(若しくはこれらの合金)薄膜により形成されている。 The main body of the cap member 10 is integrally formed by etching a silicon single crystal 18 whose upper end surface and lower end surface are coated with insulating films 16 and 17. As shown in FIG. 2, the infrared transmitting portion 15 is formed to be thinner than the other portions of the facing wall portion 13 so that the infrared rays can pass through the silicon single crystal body 18 of the facing wall portion 13. The insulating film 16 on the infrared transmitting portion 15 is removed. The insulating films 16 and 17 are SiN / SiO 2 films, and an infrared blocking film 19 made of a thin film layer is formed on the insulating film 16. The insulating films 16 and 17 are SiN / SiO 2 films, and the infrared blocking film 19 is a NiCr / Au layer formed by sputtering or plating. The first bonding pattern 14 is formed of a Ti / Au (or alloy thereof) thin film formed by sputtering.

半田層30は、第1の接合パターン14に沿って形成された閉ループ状を呈している。半田層30は高融点半田である金錫(AuSn)等の合金製であり、第1の接合パターン14に半田層30に対して半田濡れ性が高い材料が選択されている。 The solder layer 30 has a closed loop shape formed along the first joining pattern 14. The solder layer 30 is made of an alloy such as gold tin (AuSn), which is a high melting point solder, and a material having high solder wettability with respect to the solder layer 30 is selected for the first bonding pattern 14.

シリコン基板にエッチングを施して形成されたセンサ付き基板20の上には、キャップ部材10の赤外線透過部15を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子21、内部空間の温度を測定する空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子23が設けられている。空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子23は、いずれも赤外線検知センサ素子21の出力の温度補償に用いる。これらのセンサ素子21,22及び23は、MEMS技術により形成されており、各センサ素子21,22及び23の下方には基板20からの熱的影響を抑制するために、空洞部20Aがエッチングにより形成されている。センサ素子21,22及び23は、同じ温度に対して、同様に変動する抵抗値、熱容量、熱伝導性を有しており、センサ素子21,22及び23をそれぞれ抵抗素子とするブリッジ回路(図示していない)を形成することにより、赤外線検知センサ素子21の出力に温度補償を施すことができる。 On the substrate 20 with a sensor formed by etching a silicon substrate, an infrared detection sensor element 21 that receives infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion 15 of the cap member 10, and a space temperature sensor that measures the temperature of the internal space. The element 22 and the temperature compensation sensor element 23 are provided. Both the space temperature sensor element 22 and the temperature compensation sensor element 23 are used for temperature compensation of the output of the infrared detection sensor element 21. These sensor elements 21, 22, and 23 are formed by MEMS technology, and a cavity 20A is etched below each sensor element 21, 22, and 23 in order to suppress the thermal influence from the substrate 20. It is formed. The sensor elements 21, 22, and 23 have resistance values, heat capacities, and thermal conductivity that similarly fluctuate with respect to the same temperature, and a bridge circuit in which the sensor elements 21, 22, and 23 are used as resistance elements, respectively (FIG. By forming (not shown), temperature compensation can be applied to the output of the infrared detection sensor element 21.

センサ付き基板20の上面の周縁近くには、半田層30によりキャップ部材10の第1の接合パターン14に接合される半田付け可能な金属薄膜層である第2の接合パターン24が形成されている。キャップ部材10の下端面の第1の接合パターン14とセンサ付き基板20の上面の第2の接合パターン24との間を半田層30で接合することにより、キャップ部材10の開口部11を塞ぐ。これにより、キャップ部材10とセンサ付き基板20とによって囲まれた内部空間は外部に対して気密状態となり、キャップ部材10とセンサ付き基板20とが真空雰囲気で接合された場合、大気圧の下でも内部空間は真空状態に保持される。第2の接合パターン24もTi/Au薄膜により形成されている。 A second bonding pattern 24, which is a solderable metal thin film layer bonded to the first bonding pattern 14 of the cap member 10, is formed near the peripheral edge of the upper surface of the substrate 20 with a sensor. .. The opening 11 of the cap member 10 is closed by joining the first joining pattern 14 on the lower end surface of the cap member 10 and the second joining pattern 24 on the upper surface of the substrate 20 with a sensor with a solder layer 30. As a result, the internal space surrounded by the cap member 10 and the sensor-equipped substrate 20 becomes airtight to the outside, and when the cap member 10 and the sensor-equipped substrate 20 are joined in a vacuum atmosphere, even under atmospheric pressure. The internal space is kept in a vacuum state. The second bonding pattern 24 is also formed of a Ti / Au thin film.

キャップ部材10の対向壁部13及び周壁部に2つの仕切り壁31,32が一体に設けられている。各仕切り壁31,32は対向壁部13及び周壁部12とともに、キャップ部材10の内部空間を分けた3つのチャンバCH1~CH3を構成している。図1において、中心のチャンバCH1には赤外線検知センサ素子21が収容され、そして左のチャンバCH2には空間温度センサ素子22が、右のチャンバCH3には温度補償用センサ素子23がそれぞれ収容される。赤外線透過部15から入射する赤外線IRは各仕切り壁31,32によって遮断され、空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子23に直接当たることがない。なお各仕切り壁31,32は、キャップ部材10の内部のシリコンを外壁を残して除去することにより内部空間を形成する際に、同時に形成すれば工数を増やさずに済む。赤外線を遮断できるように、仕切り壁31,32の厚みは、10μm以上に設定されている。なお仕切り壁31,32のチャンバCH1と対向する側面を、赤外線を反射する金属薄膜層で覆うようにしてもよい。 Two partition walls 31 and 32 are integrally provided on the facing wall portion 13 and the peripheral wall portion of the cap member 10. Each of the partition walls 31 and 32, together with the facing wall portion 13 and the peripheral wall portion 12, constitutes three chambers CH1 to CH3 that divide the internal space of the cap member 10. In FIG. 1, an infrared detection sensor element 21 is housed in a central chamber CH1, a space temperature sensor element 22 is housed in a left chamber CH2, and a temperature compensation sensor element 23 is housed in a right chamber CH3. .. The infrared IR incident from the infrared transmitting portion 15 is blocked by the partition walls 31 and 32, and does not directly hit the space temperature sensor element 22 and the temperature compensation sensor element 23. It should be noted that if the partition walls 31 and 32 are formed at the same time when the inner space is formed by removing the silicon inside the cap member 10 while leaving the outer wall, the man-hours do not need to be increased. The thickness of the partition walls 31 and 32 is set to 10 μm or more so that infrared rays can be blocked. The side surfaces of the partition walls 31 and 32 facing the chamber CH1 may be covered with a metal thin film layer that reflects infrared rays.

他の実施の形態においては、キャップ部材10の周壁部12及び対向壁部13は、例えば単結晶シリコンのようなシリコンを主成分とする材料によって一体に成形されたキャップ本体と、キャップ本体の少なくとも赤外線透過部15及び内壁面を除いてキャップ本体の外面を覆う半田付け可能なTi/Au薄膜のような金属薄膜層とから構成されたものを用いる。この場合、第1の接合パターンは、金属薄膜層によって形成することができる。このような構成を採用すると小型化をすることができる。 In another embodiment, the peripheral wall portion 12 and the facing wall portion 13 of the cap member 10 are integrally molded with a material containing silicon as a main component, for example, single crystal silicon, and at least the cap body. A metal thin film layer such as a solderable Ti / Au thin film that covers the outer surface of the cap body except for the infrared transmitting portion 15 and the inner wall surface is used. In this case, the first bonding pattern can be formed by the metal thin film layer. If such a configuration is adopted, the size can be reduced.

キャップ部材10とセンサ付き基板20とが接合された状態では、仕切り壁31,32の自由端部の端面31A,32Aとセンサ付き基板20の上面20Bとの間には、赤外線透過部15から入射した赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間gが形成されている。キャップ部材10の下端面10Aと仕切り壁31,32の自由端部の端面31A,32Aは面一に形成されているので、隙間gの厚みは半田層30の厚みに依存している。このようにすることで、半田層30の厚みが、仕切り壁31,32の自由端部の端面31A,32Aとセンサ付き基板20の上面20Bとの間の隙間gの寸法を規定する。本実施の形態における隙間gの寸法=半田層の厚みは、100μm以下である。 In a state where the cap member 10 and the substrate 20 with a sensor are joined, an infrared ray transmitting portion 15 is incident between the end faces 31A and 32A of the free ends of the partition walls 31 and 32 and the upper surface 20B of the substrate 20 with a sensor. A gap g is formed that blocks the passage of infrared rays but allows the flow of gas. Since the lower end surface 10A of the cap member 10 and the end surfaces 31A and 32A of the free ends of the partition walls 31 and 32 are formed flush with each other, the thickness of the gap g depends on the thickness of the solder layer 30. By doing so, the thickness of the solder layer 30 defines the dimension of the gap g between the end faces 31A and 32A of the free ends of the partition walls 31 and 32 and the upper surface 20B of the substrate 20 with a sensor. The dimension of the gap g in this embodiment = the thickness of the solder layer is 100 μm or less.

赤外線検知センサ素子21、空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子は、センサ付き基板20上に積層された複数のMEMSセンサ素子として構成されることにより、さらに小型化が図られている。すなわち各センサ素子21,22及び23は、センサ付き基板20の本体である単結晶シリコン層25上に、酸化、拡散、エッチング、薄膜堆積、フォトリソグラフィ、めっき等のMEMS技術を用いることにより形成されたMEMSセンサ素子である。 The infrared detection sensor element 21, the space temperature sensor element 22, and the temperature compensation sensor element are further reduced in size by being configured as a plurality of MEMS sensor elements laminated on the sensor-equipped substrate 20. That is, each sensor element 21, 22, and 23 are formed on the single crystal silicon layer 25 which is the main body of the substrate 20 with a sensor by using MEMS techniques such as oxidation, diffusion, etching, thin film deposition, photolithography, and plating. It is a MEMS sensor element.

図2に詳細に示す実際の構造では、単結晶シリコン層25の両面はSiN/SiO2膜である絶縁膜26,27が形成されている。絶縁膜26の上にTa/Pt薄膜製の電極層28、Ti/Au/Pt/Au薄膜製のリード層29、赤外線を検知するサーミスタ膜33、サーミスタ膜33を絶縁するシリコンジオキサイド(SiO2)製の絶縁膜34、及びシリコンオキシナイトライド(SiON)製の表面保護層35から構成される赤外線検知センサ素子21は、単結晶シリコン層25の上面をエッチングにより掘り下げて設けた空洞部20Aとキャップ部材10の内部空間の間に架橋したマイクロブリッジ構造を有している。これにより赤外線検知センサ素子21は超低熱容量を実現している。なお図2は端面図であるため、仕切り壁31は図示していない。 In the actual structure shown in detail in FIG. 2, insulating films 26 and 27, which are SiN / SiO 2 films, are formed on both sides of the single crystal silicon layer 25. A silicon geoxide (SiO 2 ) that insulates an electrode layer 28 made of a Ta / Pt thin film, a lead layer 29 made of a Ti / Au / Pt / Au thin film, a thermista film 33 that detects infrared rays, and a thermista film 33 on the insulating film 26. The infrared detection sensor element 21 composed of the insulating film 34 made of) and the surface protective layer 35 made of silicon oxynitride (SiON) has a cavity 20A provided by digging the upper surface of the single crystal silicon layer 25 by etching. It has a microbridge structure bridged between the internal spaces of the cap member 10. As a result, the infrared detection sensor element 21 realizes an ultra-low heat capacity. Since FIG. 2 is an end view, the partition wall 31 is not shown.

図3(A)に示す第1の接合パターン14は、周壁部12の下端面のほぼ全面を覆って形成されている。第1の接合パターン14と第2の接合パターン24とを半田層30により接合する際には、ごく微小な部品への加工であるため、第1の接合パターン14の上に図3(B)のような複数の半田ボール37を設けている。第1の接合パターン14と第2の接合パターン24との間に半田ボール37を挟んだ状態で、これら半田ボール37を加熱して溶融し、溶融した半田材料を第1の接合パターン14と第2の接合パターン24との間に全体的に流動させて閉ループ状の溶融半田層を形成した後、これを冷却することにより半田層30を形成する方法が採用されている。この過程については後に詳しく述べる。 The first joining pattern 14 shown in FIG. 3A is formed so as to cover almost the entire lower end surface of the peripheral wall portion 12. When the first joining pattern 14 and the second joining pattern 24 are joined by the solder layer 30, the processing is performed on a very small part, so FIG. 3 (B) is placed on the first joining pattern 14. A plurality of solder balls 37 such as the above are provided. With the solder balls 37 sandwiched between the first bonding pattern 14 and the second bonding pattern 24, the solder balls 37 are heated and melted, and the molten solder material is used as the first bonding pattern 14 and the first bonding pattern 14. A method is adopted in which a closed loop-shaped molten solder layer is formed by flowing it as a whole between the bonding pattern 24 and the soldering pattern 24, and then the solder layer 30 is formed by cooling the molten solder layer. This process will be described in detail later.

図3(A)の第1の接合パターン14上には、四角形の角及び辺の中間に、合計8個の半田ボール37が配置されている。半田ボール37は金錫合金製であり、半田ボール37が第1の接合パターン14と第2の接合パターン24との間で溶融して冷却したときに、内部空間と外部との間に十分に気密性が保持できる厚さになり、且つ仕切り壁31,32の自由端部とセンサ付き基板20との間の隙間gが十分に気体を流通できる寸法になるように、半田ボール37の適正な大きさ及び実装される個数が選択されている。 On the first joining pattern 14 of FIG. 3A, a total of eight solder balls 37 are arranged in the middle of the corners and sides of the quadrangle. The solder ball 37 is made of a gold-tin alloy, and when the solder ball 37 is melted and cooled between the first joining pattern 14 and the second joining pattern 24, it is sufficiently between the internal space and the outside. The solder balls 37 are properly thick enough to maintain airtightness, and the gap g between the free ends of the partition walls 31 and 32 and the substrate 20 with a sensor is sufficiently large to allow gas to flow. The size and number of mounts are selected.

デバイスの小型化やコストダウンのためには半田層30の厚さ及び各接合パターンの幅はできる限り小さくすることが好ましい。しかしながら、半田ボール37の接合部の大きさは、技術上の制限があり、図3(B)に示すように第1の接合パターン14の幅W1とほぼ等しい140μmとするのが好ましい。 In order to reduce the size and cost of the device, it is preferable to make the thickness of the solder layer 30 and the width of each bonding pattern as small as possible. However, the size of the joint portion of the solder ball 37 is technically limited, and as shown in FIG. 3B, it is preferably 140 μm, which is substantially equal to the width W1 of the first joint pattern 14.

次に、図1の実施の形態の製造過程について、図4及び図5を参照しつつ説明する。キャップ部材10とセンサ付き基板20との接合に先立って、キャップ部材10の第1の接合パターン14上(他の実施の形態ではセンサ付き基板の第2の接合パターン上に、複数の半田ボール37を第1の接合パターン14に沿って配置する。 Next, the manufacturing process of the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. Prior to joining the cap member 10 and the sensor-equipped substrate 20, a plurality of solder balls 37 are placed on the first joining pattern 14 of the cap member 10 (in other embodiments, on the second joining pattern of the sensor-equipped substrate). Is arranged along the first joining pattern 14.

まず図4(A)に示すように、キャップ部材10及びセンサ付き基板20との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内でキャップ部材10及びセンサ付き基板20を対向させる。所定のスペースは、キャップ部材10の半田ボール37の下端とセンサ付き基板20の第2の接合パターン24の上面との間に挟まれたスペーサSにより確保される。キャップ部材10の上方には、数cmの間隔を空けて、トッププレートTPが配置されている。センサ付き基板20はボトムプレートBPの上に載置されている。 First, as shown in FIG. 4A, the cap member 10 and the sensor-equipped substrate 20 face each other in the vacuum device with a predetermined space opened between the cap member 10 and the sensor-equipped substrate 20. A predetermined space is secured by a spacer S sandwiched between the lower end of the solder ball 37 of the cap member 10 and the upper surface of the second joining pattern 24 of the substrate 20 with a sensor. Above the cap member 10, top plate TPs are arranged at intervals of several cm. The substrate 20 with a sensor is placed on the bottom plate BP.

トッププレートTPは常温から半田ボール37が溶融する温度まで温度を上げることができ、また下方に移動して荷重を加えることができる。ボトムプレートBPも昇温可能であり、且つボトムプレートBPの下方に空気を流して放熱することにより常温まで冷却可能である。 The temperature of the top plate TP can be raised from room temperature to the temperature at which the solder balls 37 melt, and the top plate TP can be moved downward to apply a load. The temperature of the bottom plate BP can also be raised, and it can be cooled to room temperature by flowing air below the bottom plate BP to dissipate heat.

図4(A)の状態では、トッププレートTPもボトムプレートBPも常温であり、トッププレートTPとキャップ部材10との間には間隔が空いていて荷重をかけていない。このときの状態は、図5では(A)の期間である。 In the state of FIG. 4A, both the top plate TP and the bottom plate BP are at room temperature, and there is a gap between the top plate TP and the cap member 10, and no load is applied. The state at this time is the period (A) in FIG.

次に、トッププレートTPとボトムプレートBPの昇温を開始し、キャップ部材10とセンサ付き基板20とを加熱しながら、真空装置を作動させてスペーサによって形成したスペース内を所定の真空度にする(図4(B)、図5の(B)の区間)。 Next, the temperature rise of the top plate TP and the bottom plate BP is started, and while heating the cap member 10 and the substrate 20 with the sensor, the vacuum device is operated to bring the space formed by the spacer into a predetermined degree of vacuum. (Sections of FIG. 4 (B) and FIG. 5 (B)).

トッププレートTP及びボトムプレートBPの温度が半田ボール37の溶融温度近く(約250℃)に達したら約20分間予備加熱を行う(図4(C)、図5の(C)の区間)。続いてさらに両プレートの温度を320℃まで上昇させる(図4(D)、図5の(D)の区間)と半田ボール37が溶融を始める。半田ボール37の一部が溶融状態になった後、スペーサを抜き取り、トッププレートTPを下降させて、所定の荷重(2000N)になるまで加圧し、その後加圧を保持する(図4(E)、図5の(E)の区間)。 When the temperatures of the top plate TP and the bottom plate BP reach near the melting temperature of the solder balls 37 (about 250 ° C.), preheating is performed for about 20 minutes (sections 4 (C) and 5 (C) in FIG. 5). Subsequently, when the temperature of both plates is further raised to 320 ° C. (sections (D) in FIGS. 4 (D) and (D) in FIG. 5), the solder balls 37 begin to melt. After a part of the solder balls 37 is in a molten state, the spacer is pulled out, the top plate TP is lowered, and pressure is applied until a predetermined load (2000 N) is reached, and then the pressure is maintained (FIG. 4 (E)). , Section (E) in FIG. 5).

これによって、キャップ部材10とセンサ付き基板20が相対的に近付き、各半田ボール37が溶融してできた溶融半田によって第1の接合パターン14と第2の接合パターン24の間に連続した溶融半田層を形成する。その後トッププレートTP及びボトムプレートBPの加熱を停止して、トッププレートTPは自然冷却、ボトムプレートBPは空冷により、連続した溶融半田層を冷却して凝固させて、半田層30が形成される(図4(F)、図5の(F)の区間)。さらにその後、両プレートが所定の温度(常温近く)に達したら、トッププレートTPによる加圧を解除し、真空装置内を大気開放する。 As a result, the cap member 10 and the substrate 20 with a sensor are relatively close to each other, and the molten solder formed by melting each solder ball 37 causes continuous molten solder between the first bonding pattern 14 and the second bonding pattern 24. Form a layer. After that, the heating of the top plate TP and the bottom plate BP is stopped, the top plate TP is naturally cooled, and the bottom plate BP is air-cooled to cool and solidify the continuous molten solder layer to form the solder layer 30 (the solder layer 30 is formed. Sections 4 (F) and 5 (F). After that, when both plates reach a predetermined temperature (near normal temperature), the pressurization by the top plate TP is released and the inside of the vacuum device is opened to the atmosphere.

本実施の形態の製造方法によれば、複数の半田ボール37が溶融してできた溶融半田によって第1の接合パターン14と第2の接合パターン24の間に連続した溶融半田層を確実に形成することができる。 According to the manufacturing method of the present embodiment, a continuous molten solder layer is surely formed between the first bonding pattern 14 and the second bonding pattern 24 by the molten solder formed by melting a plurality of solder balls 37. can do.

次に本実施の形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.

本実施の形態によれば、キャップ部材10の内部空間に仕切り壁31,32を設けたことにより、赤外線透過部15を透過した赤外線IRが空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子23に直接当たるのを阻止することができる。その上仕切り壁31,32の下端とセンサ付き基板20の上面との間には、入射した赤外線IRの通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間gが形成されているので、この隙間gを介して仕切り壁31,32によって仕切られた隣り合うチャンバを同じ真空度に維持することができる。 According to the present embodiment, by providing the partition walls 31 and 32 in the internal space of the cap member 10, the infrared IR transmitted through the infrared transmitting portion 15 is directly applied to the space temperature sensor element 22 and the temperature compensation sensor element 23. You can prevent it from hitting. A gap g is formed between the lower ends of the upper partition walls 31 and 32 and the upper surface of the substrate 20 with a sensor to block the passage of incident infrared IR but allow the flow of gas. Adjacent chambers partitioned by partition walls 31, 32 can be maintained at the same degree of vacuum.

したがって赤外線IRが当たる条件を除いて、赤外線透過部15を透過した赤外線IRを受光する赤外線検知センサ素子21、赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる空間温度センサ素子22、及び温度補償用センサ素子23を同じ環境下に置くことができる。その結果、空間温度センサ素子22及び温度補償用センサ素子23を用いた温度補償を高い精度で実現することができ、検出精度が高い赤外線センサデバイスを提供できる。 Therefore, except for the condition that the infrared IR hits, the infrared detection sensor element 21 that receives the infrared IR transmitted through the infrared transmission unit 15, the space temperature sensor element 22 used for temperature compensation of the output of the infrared detection sensor element, and the temperature compensation sensor. The element 23 can be placed in the same environment. As a result, temperature compensation using the space temperature sensor element 22 and the temperature compensation sensor element 23 can be realized with high accuracy, and an infrared sensor device with high detection accuracy can be provided.

(変形例)
上記実施の形態では、仕切り壁31,32をそれぞれ1枚の壁部で構成している。この場合、厚みを増すことにより赤外線の遮断能力は増大する。しかし仕切り壁31,32を、間隔を開けて並ぶ二枚の壁部から構成される二重構造にしてもよいのは勿論である。
(Modification example)
In the above embodiment, the partition walls 31 and 32 are each composed of one wall portion. In this case, increasing the thickness increases the infrared blocking ability. However, it goes without saying that the partition walls 31 and 32 may have a double structure composed of two wall portions arranged side by side at intervals.

また遮断効果を高めるためには、できるだけキャップ部材の壁の厚みや、仕切り壁の厚みを厚くするのが好ましい。 Further, in order to enhance the blocking effect, it is preferable to make the wall thickness of the cap member and the partition wall as thick as possible.

[第2の実施の形態]
図6は、本発明に係る赤外線センサデバイスの第2の実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている。図6には、図1の第1の実施の形態と同様の部分には、図1に付した符号の数に100の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of the second embodiment of the infrared sensor device according to the present invention, and dimensions such as the thickness of each layer are appropriately changed for the sake of explanation. In FIG. 6, the same parts as those in the first embodiment of FIG. 1 are designated by reference numerals obtained by adding the number of 100 to the number of reference numerals in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

本実施の形態では、一枚の仕切り壁131によってキャップ部材10の内部空間を第1のチャンバCH1と第2のチャンバCH2とに仕切っている。本実施の形態でも、キャップ部材110とセンサ付き基板120とが接合された状態では、仕切り壁131の自由端部の端面131Aとセンサ付き基板20の上面20Bとの間には、赤外線透過部115から入射した赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間gが形成されている。隙間gの厚みは半田層130の厚みに依存している。本実施の形態における隙間gの寸法=半田層の厚みは、100μm以下である。 In the present embodiment, the internal space of the cap member 10 is divided into the first chamber CH1 and the second chamber CH2 by a single partition wall 131. Also in this embodiment, in the state where the cap member 110 and the substrate 120 with the sensor are joined, the infrared transmissive portion 115 is between the end surface 131A of the free end portion of the partition wall 131 and the upper surface 20B of the substrate 20 with the sensor. A gap g is formed that blocks the passage of infrared rays incident from the source but allows the flow of gas. The thickness of the gap g depends on the thickness of the solder layer 130. The dimension of the gap g in this embodiment = the thickness of the solder layer is 100 μm or less.

またシリコン基板にエッチングを施して形成されたセンサ付き基板120の上には、キャップ部材110の赤外線透過部115を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子121A及び121B、内部空間の温度を測定する空間温度センサ素子122及び温度補償用センサ素子123が設けられている。空間温度センサ素子122及び温度補償用センサ素子123は、いずれも赤外線検知センサ素子121A及び121Bの出力の温度補償に用いる。これらのセンサ素子121A及び121B,122及び123も、MEMS技術により形成されており、センサ素子121A及び121Bと,センサ素子122及び123の下方には基板120からの熱的影響を抑制するために、空洞部120Aがエッチングにより形成されている。各センサ素子121A及び121B,122及び123は、同じ温度に対して、同様に変動する抵抗値、熱容量、熱伝導性を有している。 Further, on the substrate 120 with a sensor formed by etching a silicon substrate, the infrared detection sensor elements 121A and 121B that receive infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion 115 of the cap member 110, and the temperature of the internal space are measured. The space temperature sensor element 122 and the temperature compensation sensor element 123 are provided. Both the space temperature sensor element 122 and the temperature compensation sensor element 123 are used for temperature compensation of the outputs of the infrared detection sensor elements 121A and 121B. These sensor elements 121A and 121B, 122 and 123 are also formed by MEMS technology, and in order to suppress the thermal influence from the substrate 120 below the sensor elements 121A and 121B and the sensor elements 122 and 123, The cavity 120A is formed by etching. Each of the sensor elements 121A and 121B, 122 and 123 has a similarly variable resistance value, heat capacity and thermal conductivity with respect to the same temperature.

本実施の形態では、第1のチャンバCH1には2つの赤外線検知センサ素子121A及び121Bが収容されており、第2のチャンバCH2には空間温度センサ素子122及び温度補償用センサ素子123が収容されている。赤外線透過部115から入射する赤外線は仕切り壁131によって遮断され、空間温度センサ素子122及び温度補償用センサ素子123に直接当たることがない。赤外線を遮断できるように、仕切り壁131の厚みは、10μm以上に設定されている。 In the present embodiment, the first chamber CH1 accommodates two infrared detection sensor elements 121A and 121B, and the second chamber CH2 accommodates the space temperature sensor element 122 and the temperature compensation sensor element 123. ing. The infrared rays incident from the infrared transmitting portion 115 are blocked by the partition wall 131, and do not directly hit the space temperature sensor element 122 and the temperature compensation sensor element 123. The thickness of the partition wall 131 is set to 10 μm or more so that infrared rays can be blocked.

このようにすると第1のチャンバCH1に対して設けられる赤外線透過部115の面積を大きくすることができ、2つの赤外線検知センサ素子121A及び121Bの受光面を大きくすることができる。また本実施の形態のように、第1のチャンバCH1と第2のチャンバCH2に同じ数のセンサ素子を配置すると、第1及び2のチャンバ内の温度の変化分を実質的に同じにすることができる。 By doing so, the area of the infrared transmitting portion 115 provided for the first chamber CH1 can be increased, and the light receiving surfaces of the two infrared detection sensor elements 121A and 121B can be increased. Further, when the same number of sensor elements are arranged in the first chamber CH1 and the second chamber CH2 as in the present embodiment, the temperature changes in the first and second chambers are substantially the same. Can be done.

図7には、図6の実施の形態の赤外線センサデバイス101を使用した赤外線センサデバイス・ユニットの回路の一例が示されている。図7では、枠によって囲まれた部分が、赤外線センサデバイス1の回路部分である。各センサ素子121A及び121B,122及び123は、同じ温度に対して、同様に変動するほぼ同じ抵抗値(Rs=Rd=Rr=Rref)、同じ熱容量、同じ熱伝導性を有する赤外線検出素子(ボロメータ)である。図7においてRLは、センサ外部に作成された第1及び第2の負荷抵抗RL1及びRL2であり、同じ抵抗値のものが用いられている。 FIG. 7 shows an example of a circuit of an infrared sensor device unit using the infrared sensor device 101 of the embodiment of FIG. In FIG. 7, the portion surrounded by the frame is the circuit portion of the infrared sensor device 1. Each sensor element 121A and 121B, 122 and 123 is an infrared detection element (bolometer) having substantially the same resistance value (Rs = Rd = Rr = Rref), the same heat capacity, and the same thermal conductivity, which fluctuate in the same manner with respect to the same temperature. ). In FIG. 7, the RLs are the first and second load resistors RL1 and RL2 created outside the sensor, and the ones having the same resistance value are used.

この赤外線センサデバイス・ユニットは、赤外線検知センサ素子121Aと空間温度センサ素子122とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、赤外線検知センサ素子121Bと第1の負荷抵抗RL1とが電気的に接続された第2の直列回路と、温度補償用センサ素子123と第2の負荷抵抗RL2とが電気的に直列に接続された第3の直列回路とを備えている。第1の直列回路乃至第3の直列回路の一端が直流電源DCのプラスの出力端子に電気的接続され、第1の直列回路乃至第3の直列回路の他端が直流電源のマイナスの出力端子に電気的接続されている。そして第1の直列回路の赤外線検知センサ素子121Aと空間温度センサ素子122の接続点(中点)から赤外線による温度上昇分に相当する信号が出力される。また第3の直列回路の温度補償用センサ素子123と第2の負荷抵抗RL2の接続点(中点)から環境温度に相当する信号が出力される。この赤外線センサデバイス・ユニットによれば、高い精度で赤外線による温度上昇分と環境温度を検出することができる。 This infrared sensor device unit includes a first series circuit in which an infrared detection sensor element 121A and an air temperature sensor element 122 are electrically connected in series, an infrared detection sensor element 121B, and a first load resistance RL1. It includes a second series circuit electrically connected, and a third series circuit in which the temperature compensation sensor element 123 and the second load resistor RL2 are electrically connected in series. One end of the first series circuit to the third series circuit is electrically connected to the positive output terminal of the DC power supply DC, and the other end of the first series circuit to the third series circuit is the negative output terminal of the DC power supply. Is electrically connected to. Then, a signal corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the connection point (middle point) of the infrared detection sensor element 121A and the space temperature sensor element 122 of the first series circuit. Further, a signal corresponding to the environmental temperature is output from the connection point (midpoint) of the temperature compensation sensor element 123 of the third series circuit and the second load resistance RL2. According to this infrared sensor device unit, it is possible to detect the temperature rise due to infrared rays and the environmental temperature with high accuracy.

センサ素子の抵抗値が変化する要因として以下の条件が考えられる。 The following conditions can be considered as factors that change the resistance value of the sensor element.

T1・・・赤外線を受光することでの温度変化
T2・・・ボロメータに電流が流れることで発生する熱による温度変化
T3・・・周辺温度の変化による温度変化
第1のチャンバCH1のみがT1の温度変化を捉えることが可能であり、T3の温度変化は全てのセンサ素子に一様に作用する。T2の影響について考えると、赤外線検知センサ素子121A及び空間温度センサ素子122には電流IaによりTaの温度上昇が発生する。センサ素子121Bには電流IbによりTbの温度上昇が発生する。温度補償用センサ素子123には電流IcによりTcの温度上昇が発生する。ここで、第1のチャンバCH1及び第2のチャンバCH2の電流による温度上昇の総和はそれぞれ
第1のチャンバの温度上昇の総和T2=Ta+Tb
第2のチャンバの温度上昇の総和T2=Ta+Tc
となる。ここで電流Ibと電流Icは、センサ素子121Bと温度補償用センサ素子123が同じ特性を有していることから、電流Ibと電流Icとは実質的に同じであると考えることができ、同様に温度変化TbとTcはほぼ同じであるといえる。
T1 ・ ・ ・ Temperature change due to receiving infrared rays T2 ・ ・ ・ Temperature change due to heat generated by current flowing through the bolometer T3 ・ ・ ・ Temperature change due to change in ambient temperature Only the first chamber CH1 is T1 It is possible to capture the temperature change, and the temperature change of T3 acts uniformly on all the sensor elements. Considering the influence of T2, the temperature of Ta rises in the infrared detection sensor element 121A and the space temperature sensor element 122 due to the current Ia. The temperature of Tb rises in the sensor element 121B due to the current Ib. In the temperature compensation sensor element 123, the temperature of Tc rises due to the current Ic. Here, the sum of the temperature rises due to the currents of the first chamber CH1 and the second chamber CH2 is the sum of the temperature rises of the first chamber T2 = Ta + Tb, respectively.
Sum of temperature rises in the second chamber T2 = Ta + Tc
Will be. Here, the current Ib and the current Ic can be considered to be substantially the same as the current Ib and the current Ic because the sensor element 121B and the temperature compensation sensor element 123 have the same characteristics. It can be said that the temperature changes Tb and Tc are almost the same.

このように回路を形成することで電流による温度上昇分は第1のチャンバCH1と第2のチャンバCH2で実質的に同じにすることができる。実際には各センサ素子の細かいバラつきや、赤外線検知センサ素子121Bが受ける赤外線の影響等によって完全に第1のチャンバCH1の温度上昇の総和T2と第2のチャンバCH2の温度上昇の総和T2が完全に同じになることはないが、この回路では第1のチャンバCH1と第2のチャンバCH2のそれぞれのT2の差分を限りなく小さくすることが可能である。これにより赤外線検知センサ素子121Aと空間温度センサ素子122を直列に配置しその中点出力を読み取ることで、赤外線による温度上昇分の出力(IR出力)、すなわち赤外線を受光することでの温度変化T1のみをとらえることが可能となる。またこの回路では、温度補償用センサ素子123と負荷抵抗RLとの中点出力が環境温度出力となる。 By forming the circuit in this way, the temperature rise due to the current can be made substantially the same in the first chamber CH1 and the second chamber CH2. Actually, the total temperature rise T2 of the first chamber CH1 and the total temperature rise T2 of the second chamber CH2 are completely complete due to the small variation of each sensor element and the influence of infrared rays on the infrared detection sensor element 121B. However, in this circuit, the difference between the T2s of the first chamber CH1 and the second chamber CH2 can be made as small as possible. As a result, the infrared detection sensor element 121A and the space temperature sensor element 122 are arranged in series and the midpoint output thereof is read, so that the output (IR output) corresponding to the temperature rise due to infrared rays, that is, the temperature change T1 by receiving infrared rays. It becomes possible to capture only. Further, in this circuit, the midpoint output of the temperature compensation sensor element 123 and the load resistance RL is the environmental temperature output.

図8は、図6の実施の形態の赤外線センサデバイス101を使用した赤外線センサデバイス・ユニットの回路の他の例が示されている。図8では、枠によって囲まれた部分が、赤外線センサデバイス1の回路部分である。この回路では、赤外線検知センサ素子121Aと空間温度センサ素子122とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、温度補償用センサ素子123との赤外線検知センサ素子121Bとが電気的に直列に接続された第2の直列回路とを備えている。第1の直列回路及び第2の直列回路の一端が直流電源DCのプラス出力端子に電気的接続され、第1の直列回路及び第2の直列回路の他端が直流電源のマイナスの出力端子に電気的接続されている。この構成では、第1の直列回路の外線検知センサ素子121Aと空間温度センサ素子122の接続点(中点)から赤外線による温度上昇分に相当する一方の極性(+)の信号が出力され、第2の直列回路の温度補償用センサ素子123との赤外線検知センサ素子121Bの接続点(中点)から赤外線による温度上昇分に相当する他方の極性(-)の信号が出力される。それぞれの中点出力の差分、すなわちIR出力+とIR出力-の差分を読み取ることで、より効率良く赤外線による温度変化T1を取り出すことができる。また電流による温度変化量T2の影響については、各素子にはIaの電流が流れるため、第1のチャンバの温度上昇の総和T2と第2のチャンバの温度上昇の総和T2はほぼ等しくなる。第1のチャンバの温度上昇の総和T2=第2のチャンバの温度上昇の総和T2=Taとなる。 FIG. 8 shows another example of a circuit of an infrared sensor device unit using the infrared sensor device 101 of the embodiment of FIG. In FIG. 8, the portion surrounded by the frame is the circuit portion of the infrared sensor device 1. In this circuit, the first series circuit in which the infrared detection sensor element 121A and the space temperature sensor element 122 are electrically connected in series, and the infrared detection sensor element 121B of the temperature compensation sensor element 123 are electrically connected. It includes a second series circuit connected in series. One end of the first series circuit and the second series circuit is electrically connected to the positive output terminal of the DC power supply DC, and the other end of the first series circuit and the second series circuit is connected to the negative output terminal of the DC power supply. It is electrically connected. In this configuration, a signal of one polarity (+) corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the connection point (middle point) of the infrared detection sensor element 121A and the space temperature sensor element 122 of the first series circuit. A signal of the other polarity (-) corresponding to the temperature rise due to infrared rays is output from the connection point (middle point) of the infrared detection sensor element 121B with the temperature compensation sensor element 123 of the second series circuit. By reading the difference between the respective midpoint outputs, that is, the difference between the IR output + and the IR output-, the temperature change T1 due to infrared rays can be extracted more efficiently. Regarding the influence of the temperature change amount T2 due to the current, since the current of Ia flows through each element, the total temperature rise T2 of the first chamber and the total temperature rise T2 of the second chamber are almost equal. The total temperature rise of the first chamber T2 = the total temperature rise of the second chamber T2 = Ta.

なお本実施の形態の赤外線センサデバイスの使用方法は、上記回路を用いることに限定されるものではない。 The method of using the infrared sensor device of this embodiment is not limited to using the above circuit.

1,101 赤外線センサデバイス
10,110 キャップ部材
11,111 開口部
12,112 周壁部
13,113 対向壁部
14 第1の接合パターン
15,115 赤外線透過部
20,120 センサ付き基板
21,121 赤外線検知センサ素子
22,122 空間温度センサ素子
23,123 温度補償用センサ素子
24 第2の接合パターン
30,130 半田層
31,C32,131 仕切り壁
IR 赤外線
1,101 Infrared sensor device 10,110 Cap member 11,111 Opening 12,112 Peripheral wall 13,113 Facing wall 14 First joining pattern 15,115 Infrared transmission 20,120 Substrate with sensor 21,121 Infrared detection Sensor element 22,122 Spatial temperature sensor element 23,123 Temperature compensation sensor element 24 Second bonding pattern 30,130 Solder layer 31, C32,131 Partition wall IR infrared

Claims (12)

一面に開口部を有する周壁部と、前記開口部と対向する対向壁部と、前記開口部を囲む前記周壁部の端面に該端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な第1の接合パターンを備え、前記対向壁部に赤外線を透過する赤外線透過部が設けられたキャップ部材と、
前記第1の接合パターンに沿って形成された閉ループ状の半田層と、
前記赤外線透過部を透過した赤外線を受光する1以上の赤外線検知センサ素子及び前記1以上の赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる1以上の温度補償用センサ素子と、前記半田層により前記第1の接合パターンに接合される半田付け可能な第2の接合パターンを備えて前記開口部を塞ぐセンサ付き基板とを備え、
前記キャップ部材と前記センサ付き基板とによって囲まれた内部空間が真空状態に保持されている赤外線センサデバイスであって、
前記キャップ部材の前記対向壁部及び前記周壁部には、前記赤外線透過部から入射した赤外線が、前記1以上の温度補償用センサ素子に直接当たるのを阻止するように前記内部空間を仕切る1以上の仕切り壁が一体に設けられており、
前記1以上の仕切り壁と前記基板との間には、前記赤外線透過部から入射した前記赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間が形成されており、
前記キャップ部材の前記端面と前記仕切り壁の自由端部の端面は面一状態あり、
前記隙間の厚みが、前記半田層の厚みに依存していることを特徴とする赤外線センサデバイス。
A closed loop-shaped solderable first joint pattern extending along the end face of the peripheral wall portion having an opening on one surface, the facing wall portion facing the opening, and the end surface of the peripheral wall portion surrounding the opening. And a cap member provided with an infrared transmitting portion that transmits infrared rays on the facing wall portion.
A closed loop-shaped solder layer formed along the first joining pattern,
The solder layer comprises one or more infrared detection sensor elements that receive infrared rays transmitted through the infrared transmitting portion, one or more temperature compensation sensor elements used for temperature compensation of the output of the one or more infrared detection sensor elements, and the solder layer. A substrate with a sensor for closing the opening is provided with a second solderable bonding pattern to be bonded to the bonding pattern of 1.
An infrared sensor device in which an internal space surrounded by the cap member and the substrate with a sensor is held in a vacuum state.
One or more partitioning the internal space of the facing wall portion and the peripheral wall portion of the cap member so as to prevent the infrared rays incident from the infrared transmitting portion from directly hitting the one or more temperature compensating sensor elements. The partition wall is provided integrally,
A gap is formed between the one or more partition walls and the substrate, which blocks the passage of the infrared rays incident from the infrared ray transmitting portion but allows the flow of gas.
The end face of the cap member and the end face of the free end of the partition wall are flush with each other.
An infrared sensor device characterized in that the thickness of the gap depends on the thickness of the solder layer .
前記1以上の温度補償用センサ素子は、前記内部空間の温度を測定する内部空間温度センサと参照温度センサである請求項1に記載の赤外線センサデバイス。 The infrared sensor device according to claim 1, wherein the one or more temperature compensation sensor elements are an internal space temperature sensor and a reference temperature sensor that measure the temperature of the internal space. 前記キャップ部材の前記周壁部及び前記対向壁部は、シリコンを主成分とする材料によって形成され一体に成形されたキャップ本体と、前記キャップ本体の少なくとも前記赤外線透過部及び内壁面を除いて前記キャップ本体の外面を覆う半田付け可能な金属薄膜層とから構成され、
前記第1の接合パターンは、前記金属薄膜層によって形成されている請求項1に記載の赤外線センサデバイス。
The peripheral wall portion and the facing wall portion of the cap member are the cap body formed of a material containing silicon as a main component and integrally molded, and the cap body except for at least the infrared ray transmitting portion and the inner wall surface of the cap body. Consists of a solderable metal thin film layer that covers the outer surface of the body,
The infrared sensor device according to claim 1, wherein the first bonding pattern is formed by the metal thin film layer.
前記センサ付き基板はシリコンを主体とする支持基板と、前記赤外線検知センサ素子及び前記1以上の温度補償用センサ素子をそれぞれ構成するために、前記支持基板上に積層された複数のMEMSセンサ素子とを備えており、
前記第2の接合パターンは、半田付け可能な金属薄膜層によって形成されている請求項1またはに記載の赤外線センサデバイス。
The substrate with a sensor includes a support substrate mainly composed of silicon, and a plurality of MEMS sensor elements laminated on the support substrate in order to form the infrared detection sensor element and one or more temperature compensation sensor elements, respectively. Equipped with
The infrared sensor device according to claim 1 or 3 , wherein the second bonding pattern is formed of a solderable metal thin film layer.
前記半田層の厚みが100μm以下である請求項1に記載の赤外線センサデバイス。 The infrared sensor device according to claim 1, wherein the thickness of the solder layer is 100 μm or less. 前記仕切り壁の厚みが10μm以上である請求項1に記載の赤外線センサデバイス。 The infrared sensor device according to claim 1, wherein the partition wall has a thickness of 10 μm or more. 前記1以上の仕切り壁が、間隔を開けて並ぶ二枚の仕切り壁から構成されており、
前記二枚の仕切り壁の間に形成されている第1のチャンバ内には、前記赤外線検知センサ素子が収納され、前記二枚の仕切り壁の一方の前記仕切り壁と前記周壁部との間に形成されている第2のチャンバ内には前記内部空間温度センサが収納され、前記二枚の仕切り壁の他方の前記仕切り壁と前記周壁部との間に形成されている第3のチャンバ内には前記参照温度センサが収納されている請求項に記載の赤外線センサデバイス。
The one or more partition walls are composed of two partition walls lined up at intervals.
The infrared detection sensor element is housed in a first chamber formed between the two partition walls, and is between the partition wall and the peripheral wall portion of one of the two partition walls. The internal space temperature sensor is housed in the formed second chamber, and in the third chamber formed between the other partition wall and the peripheral wall portion of the two partition walls. Is the infrared sensor device according to claim 4 , wherein the reference temperature sensor is housed.
前記1以上の仕切り壁が、一枚の仕切り壁であり、
前記一枚の仕切り壁と前記周壁部との間に形成されている第1のチャンバ内には、2つの前記赤外線検知センサ素子が収納され、前記一枚の仕切り壁と前記周壁部との間に形成されている第2のチャンバ内には空間温度センサ素子と前記温度補償用センサ素子が収納されており、
前記2つの赤外線検知センサ素子、前記空間温度センサ素子及び前記温度補償用センサ素子は、それぞれ温度に依存する電気抵抗特性が同じ赤外線検出素子である請求項に記載の赤外線センサデバイス。
The one or more partition walls are one partition wall.
Two infrared detection sensor elements are housed in a first chamber formed between the one partition wall and the peripheral wall portion, and between the single partition wall and the peripheral wall portion. The space temperature sensor element and the temperature compensation sensor element are housed in the second chamber formed in the above.
The infrared sensor device according to claim 2 , wherein the two infrared detection sensor elements, the space temperature sensor element, and the temperature compensation sensor element are infrared detection elements having the same electrical resistance characteristics depending on the temperature.
請求項に記載の赤外線センサデバイスを備えて赤外線による温度上昇分の出力を発生する赤外線センサデバイス・ユニットであって、
前記2つの赤外線検知センサ素子の一方と前記空間温度センサ素子とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、
前記2つの赤外線検知センサ素子の他方と第1の負荷抵抗とが電気的に接続された第2の直列回路と、
前記温度補償用センサ素子と第2の負荷抵抗とが電気的に直列に接続された第3の直列回路とを備え、
前記第1の直列回路乃至第3の直列回路の一端が直流電源の一方の出力端子に電気的接続され、
前記第1の直列回路乃至第3の直列回路の他端が直流電源の他方の出力端子に電気的接続され、
前記第1の直列回路の中点から前記赤外線による温度上昇分に相当する信号が出力され、
前記第3の直列回路の中点から環境温度に相当する信号が出力されることを特徴とする赤外線センサデバイス・ユニット。
An infrared sensor device unit comprising the infrared sensor device according to claim 8 and generating an output corresponding to a temperature rise due to infrared rays.
A first series circuit in which one of the two infrared detection sensor elements and the space temperature sensor element are electrically connected in series,
A second series circuit in which the other of the two infrared detection sensor elements and the first load resistance are electrically connected,
A third series circuit in which the temperature compensation sensor element and the second load resistance are electrically connected in series is provided.
One end of the first series circuit to the third series circuit is electrically connected to one output terminal of the DC power supply.
The other end of the first series circuit to the third series circuit is electrically connected to the other output terminal of the DC power supply.
A signal corresponding to the temperature rise due to the infrared rays is output from the midpoint of the first series circuit.
An infrared sensor device unit characterized in that a signal corresponding to an environmental temperature is output from the midpoint of the third series circuit.
前記第1の負荷抵抗及び前記第2の負荷抵抗が同じ抵抗値である請求項に記載の赤外線センサデバイス・ユニット。 The infrared sensor device unit according to claim 9 , wherein the first load resistance and the second load resistance have the same resistance value. 請求項に記載の赤外線センサデバイスを備えて赤外線による温度上昇分の出力と環境温度の出力とを発生する赤外線センサデバイス・ユニットであって、
前記2つの赤外線検知センサ素子の一方と前記空間温度センサ素子とが電気的に直列に接続された第1の直列回路と、
前記温度補償用センサ素子と前記2つの赤外線検知センサ素子の他方とが電気的に直列に接続された第2の直列回路とを備え、
前記第1の直列回路及び第2の直列回路の一端が直流電源の一方の出力端子に電気的接続され、
前記第1の直列回路及び第2の直列回路の他端が直流電源の他方の出力端子に電気的接続され、
前記第1の直列回路の中点から前記赤外線による温度上昇分に相当する一方の極性の信号が出力され、
前記第2の直列回路の中点から前記赤外線による温度上昇分に相当する他方の極性の信号が出力されることを特徴とする赤外線センサデバイス・ユニット。
An infrared sensor device unit comprising the infrared sensor device according to claim 8 and generating an output corresponding to a temperature rise due to infrared rays and an output of an environmental temperature.
A first series circuit in which one of the two infrared detection sensor elements and the space temperature sensor element are electrically connected in series,
A second series circuit in which the temperature compensation sensor element and the other of the two infrared detection sensor elements are electrically connected in series is provided.
One end of the first series circuit and the second series circuit is electrically connected to one output terminal of the DC power supply.
The other ends of the first series circuit and the second series circuit are electrically connected to the other output terminal of the DC power supply.
A signal of one polarity corresponding to the temperature rise due to the infrared rays is output from the midpoint of the first series circuit.
An infrared sensor device unit characterized in that a signal having the other polarity corresponding to the temperature rise due to the infrared ray is output from the midpoint of the second series circuit.
請求項1に記載の赤外線センサデバイスの製造方法であって、
前記キャップ部材の前記第1の接合パターン上または前記センサ付き基板の前記第2の接合パターンの一方の接合パターンの上に複数の半田ボールを前記一方の接合パターンに沿って配置し、
前記キャップ部材及び前記センサ付き基板との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内で前記キャップ部材及び前記センサ付き基板を対向させ、
前記キャップ部材と前記センサ付き基板とを加熱しながら、前記真空装置を作動させて前記スペース内を所定の真空度にし、
前記複数の半田ボールが溶融状態になった後に、前記複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって前記第1の接合パターンと前記第2の接合パターンの間に連続した溶融半田層を形成するように前記キャップ部材及び前記センサ付き基板を相対的に近付け、
その後前記加熱を停止して、前記連続した溶融半田層を凝固させることを特徴とする赤外線センサデバイスの製造方法。
The method for manufacturing an infrared sensor device according to claim 1.
A plurality of solder balls are arranged along the one joining pattern on the first joining pattern of the cap member or on one joining pattern of the second joining pattern of the substrate with a sensor.
With a predetermined space opened between the cap member and the substrate with the sensor, the cap member and the substrate with the sensor are opposed to each other in the vacuum device.
While heating the cap member and the substrate with the sensor, the vacuum device is operated to bring the space into a predetermined degree of vacuum.
After the plurality of solder balls are in a molten state, a continuous molten solder layer is formed between the first bonding pattern and the second bonding pattern by the molten solder formed by melting the plurality of solder balls. The cap member and the substrate with the sensor are relatively close to each other so as to be used.
A method for manufacturing an infrared sensor device, which comprises then stopping the heating to solidify the continuous molten solder layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7316830B2 (en) * 2019-04-18 2023-07-28 三菱電機株式会社 induction cooker

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003315148A (en) 2002-04-24 2003-11-06 Kyocera Corp Package for storing infrared sensor element and infrared sensor device
JP2005188970A (en) 2003-12-24 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thermal infrared solid-state imaging device and infrared camera
US20150253194A1 (en) 2014-03-07 2015-09-10 Melexis Technologies N.V. Infrared sensor module
JP2016014622A (en) 2014-07-03 2016-01-28 Tdk株式会社 Sensor circuit
US20170016762A1 (en) 2015-07-17 2017-01-19 Melexis Technologies Nv Infrared sensing devices and methods

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5866028A (en) * 1981-10-16 1983-04-20 Chino Works Ltd Light/resistance-value converting element and compensation circuit using the same
JPH0763617A (en) * 1993-08-26 1995-03-10 Matsushita Electric Works Ltd Radiation thermometer
JPH08159866A (en) * 1994-11-30 1996-06-21 Terumo Corp Infrared sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003315148A (en) 2002-04-24 2003-11-06 Kyocera Corp Package for storing infrared sensor element and infrared sensor device
JP2005188970A (en) 2003-12-24 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thermal infrared solid-state imaging device and infrared camera
US20150253194A1 (en) 2014-03-07 2015-09-10 Melexis Technologies N.V. Infrared sensor module
JP2016014622A (en) 2014-07-03 2016-01-28 Tdk株式会社 Sensor circuit
US20170016762A1 (en) 2015-07-17 2017-01-19 Melexis Technologies Nv Infrared sensing devices and methods

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