热释电型红外线传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种小型、广视角、高输出功率的热释电型红外线传感器。热释电型红外线传感器包含：传感器元件(1)、覆盖该传感器元件(1)的屏蔽壳(8)、红外线透射滤光器(7)、对该传感器元件(1)的输出信号进行阻抗变换后加以输出的输出电路、以及至少1个反射膜(9)。在这种热释电型红外线传感器中，在装设于屏蔽壳(8)上的红外线透射滤光器(7)与正面电极(2a、2b)之间，设有至少1个以上的使红外线反射的反射膜(9)，并将红外线透射滤光器(7)配置于紧邻正面电极(2a、2b)的附近。
【专利说明】热释电型红外线传感器
【技术领域】
[0001]本发明关于一种热释电型红外线传感器，尤其是关于一种在数米的范围内获得充分的侦测能力的热释电型红外线传感器。
【背景技术】
[0002]热释电型红外线传感器是红外线传感器的一种，并具备在热释电体基板的正面背面设置有电极而成的热释电元件，以作为检测像素。
[0003]在热释电体基板的正面存在自发极化的表面电荷。通常表面电荷会吸引周围的浮游电荷，因此若热释电体基板周围的温度固定，则热释电体基板正面的电荷保持电中性的状态。
[0004]当热释电体基板周围的温度变化时，热释电体基板中的自发极化的状态随之变化。自发极化的状态变化，比存在于热释电体基板周围的浮游电荷的反应更快，因此在热释电体基板正面，电中性状态崩解。其结果，在热释电体基板正面上产生表面电荷。从电极将该表面电荷作为输出信号取出，由此可将热释电元件作为传感器使用。大部分的热释电型红外线传感器，将如上所述的热释电元件作为检测像素使用，并以由多个热释电元件所构成的传感器元件群所构成。
[0005]作为热释电型红外线传感器的例子，在专利文献I中揭示了称为补偿单一型的热释电型红外线传感器。该热释电型红外线传感器，包含:侦测红外线的电极(受光主部件)，以及监视周围的温度变化来修正温度变化的电极(温度补偿部件)。
[0006]在专利文献I中，在红外线滤光器的屏蔽壳(外装罐)的窗部设有滤光器。此滤光器以红外线仅入射至受光主部件的方式使红外线透射。温度补偿部件受到遮蔽，以避免受从外部照射的红外线影响。
[0007]另外，在专利文献2中，揭示了将极化方向互不相同的2个集电元件串联或并联连接的双重型的红外线传感器。
[0008][先行技术文献]
[0009][专利文献]
[0010]专利文献1:日本实用新型登录第3043381号公报
[0011]专利文献2:日本特开昭62-187277号公报
【发明内容】
[0012][发明要解决的问题]
[0013]专利文献I以及专利文献2所揭示的受光主部件以及温度补偿部件的构造(形状、尺寸)，受限于屏蔽壳的大小、以及红外线所透射的开口部的面积。
[0014]例如，若将形成于屏蔽壳顶面部的开口部加大来增加红外线的照射量，扩大传感器的视角，则有可能红外线回绕至温度补偿部件而影响到传感器的灵敏度。另一方面，若缩小开口部，则不仅会限制红外线的照射范围或照射量，还会使传感器的视角变得狭小，使传感器输出降低。
[0015]另外，只要开口部的面积不改变，当受光主部件与开口部的距离越长，则传感器的视角越狭小；当受光主部件与开口部的距离越短，则传感器的视角变得越宽广。可是，在开口部与传感器元件的空间配置用以提升传感器灵敏度的遮光板或聚光镜时，在屏蔽壳与传感器元件之间需要一定的空间。该空间的存在，乃是在实际的设计中限制视角的可设定范围的主要原因，会妨碍到传感器的小型化。
[0016]因此，本发明的目的在于提供一种小型、广视角且可得到充分的输出的热释电型红外线传感器。
[0017][解决问题的技术手段]
[0018]本发明的一实施态样，是作为第I热释电型红外线传感器，可得到一热释电型红外线传感器，其包含:传感器元件、覆盖所述传感器元件的屏蔽壳、红外线透射滤光器、对所述传感器元件的输出信号进行阻抗变换后加以输出的输出电路、以及至少I个反射膜。所述传感器元件具有至少I个热释电元件。所述热释电元件包含:热释电体基板，具有成为受光面的正面以及所述正面的相反面即背面；正面电极，设置于所述正面；以及背面电极，设置于所述背面之中对应所述正面电极的位置。所述屏蔽壳具有开口部。所述开口部以位于所述正面电极上方的方式形成。所述红外线透射滤光器设置于所述开口部。所述反射膜使从外部入射的红外线反射。所述反射膜的至少一部分位于所述红外线透射滤光器与所述正面电极之间的区域。
[0019]在此，由于正面电极与背面电极是夹持热释电体基板而互相对置配置的，故形成电容器。为了使正面电极对应于红外线的受光量而取得尽量大的表面电荷，宜将电极面积加大。通过将电极面积加大，从而传感器元件的静电电容变大，传感器的S/N比提升。
[0020]另外，根据需要对正面电极的正面涂布氧化钛或碳等红外线吸收膜，因此红外线的吸收效率提升，即，得到热效率高、抗外来噪声能力强、高灵敏度的红外线传感器。
[0021]在热释电体基板的背面，除了背面电极之外还设有将传感器的输出信号导出的输出电极。输出电极宜配置成尽量远离正面电极以及背面电极。因此，可减少由正面电极所吸收的热的释放。
[0022]屏蔽壳宜使用电磁屏蔽性能高且线膨胀系数低的42合金。可是，作为代替使用，也可使用通过Ni镀等对低价的Fe类金属或非磁性类的金属施以表面处理后的产物。
[0023]红外线透射滤光器是在硅或锗等红外线透射材料上，多层形成硫化锌等的层所制成的。可透射红外线透射滤光器的红外线的波长宜为5μπι?15μπι左右。如有需要可进一步多层形成反射防止膜来提升透射率。
[0024]输出电路宜仅以接合型电场效应晶体管所构成。可是，也可根据需要将电阻值高(数GQ?数十GQ左右)的电阻器与传感器元件并联连接。由此，抑制基准电压的变动，得到稳定的传感器输出。
[0025]另外，根据本发明的另一实施态样，作为第2热释电型红外线传感器，可得到一热释电型红外线传感器，如第I热释电型红外线传感器，其中，该正面电极具有:至少2个区域、以及连接该2个区域的连接部；该反射膜以与该连接部对置的方式设置。
[0026]另外，根据本发明的另一实施态样，作为第3热释电型红外线传感器，可得到一热释电型红外线传感器，如第I或第2热释电型红外线传感器，其中，该反射膜由溅镀法或真空蒸镀法所形成。
[0027]另外，根据本发明的另一实施态样，作为第4热释电型红外线传感器，可得到一热释电型红外线传感器，如第I或第2热释电型红外线传感器，其中，该反射膜由印刷法、涂布法、转印法或浸溃法所形成。
[0028]另外，根据本发明的另一实施态样，作为第5热释电型红外线传感器，可得到一热释电型红外线传感器，如第I或第2热释电型红外线传感器，其中，该反射膜形成于薄板的表面；该薄板贴合在该屏蔽壳或该红外线透射滤光器上。
[0029]进而，将正面电极分割成多个，将相邻的正面电极成对连接，因此可将其一方以反射膜加以遮蔽来作为温度补偿电极使用，并将另一方作为红外线侦测电极使用。因此，传感器元件呈现极性反转而串联连接的状态，可进一步降低干扰光线的影响。
[0030]进而，也可将反射膜与上述成对连接的正面电极的导体图案以互相对置的方式配置。各个传感器元件可侦测红外线的范围(视角)是根据集电元件的各个电极与反射膜的位置关系而确定的。从而，将反射膜与导体图案以互相对置的方式配置，由此能以视角不会互相交错的方式配置。
[0031][发明效果]
[0032]在本发明的热释电型红外线传感器中，在红外线透射滤光器与正面电极之间区域的一部分，设置有使从外部入射的红外线反射的反射膜。另外，红外线透射滤光器与正面电极的距离相近。其结果，可将反射膜作为红外线的遮光板使用。即，对于需要红外线遮蔽的补偿电极，可防止红外线的回绕，因此能可靠地遮蔽补偿电极而不受红外线影响。
[0033]进而，本发明的热释电型红外线传感器包含具有充分的视角的受光侧电极。进而，通过减少屏蔽壳与传感器元件的间隙，使热释电型红外线传感器的小型化也变得容易。
[0034]另外，令红外线透射滤光器与正面电极之间的距离为极短(以极近距离配置红外线透射滤光器与正面电极)，因此得到能自由且高精度地变更视角的热释电型红外线传感器。例如，在双重型的热释电型红外线传感器中，将分割成两个的正面电极互相连接，并以该正面电极分别可侦测的视角不会互相抵消的方式来予以调整，因此可将红外线受光区域分担于经分割的各个电极。
[0035]通过采用如此构成，相较于以I个电极所构成的视角，能得到具有大范围视角的热释电型红外线传感器。进而，在能以各个受光电极进行侦测的区域中，设置不侦测红外线的区域(死区区域)来侦测来自受光范围的出入，因此可得到可侦测更狭小范围中的移动的热释电型红外线传感器。
[0036]另外，反射膜也可由溅镀法或真空蒸镀法所形成。使用此等方法能使膜厚变薄。膜压薄的反射膜其热容量非常少，使散热性提升。因此，可降低波及到传感器元件的热的影响。
[0037]另外，形成于红外线透射滤光器上的反射膜，也可由印刷法、或涂布法、转印法、浸溃法所形成。通过此类工法，无须使用溅镀装置或真空蒸镀装置这样的巨大制造设备便可形成反射膜。即，能低价地制造热释电型红外线传感器。
[0038]另外，改变上述方法，将表面形成有反射膜的薄板，贴合在屏蔽壳或该红外线透射滤光器上，从而使热释电型红外线传感器的制造更为简便。
[0039]参照附图，并检讨对下述最佳实施方式的说明，应可正确地理解本发明的目的，并对其结构更全面性地理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是示出本发明第I实施方式的热释电型红外线传感器的动作与正面电极的电压的变化的图。
[0041]图2是表示图1的热释电型红外线传感器的传感器元件正面的俯视图。
[0042]图3是表示图1的热释电型红外线传感器的传感器元件背面的俯视图。
[0043]图4是图1的热释电型红外线传感器的红外线透射滤光器的俯视图。
[0044]图5是表示图1的热释电型红外线传感器的电路的方块图。
[0045]图6是示出本发明第2实施方式的热释电型红外线传感器的动作与正面电极的电压的变化的图。
[0046]图7是表示图6的热释电型红外线传感器的传感器元件正面的俯视图。
[0047]图8是表示图6的热释电型红外线传感器的传感器元件背面的俯视图。
[0048]图9是图6的热释电型红外线传感器的红外线透射滤光器的俯视图。
[0049]图10是示出本发明第3实施方式的热释电型红外线传感器的动作与正面电极的电压的变化的图。
[0050]图11是表示图10的热释电型红外线传感器的传感器元件正面的俯视图。
[0051]图12是表示图10的热释电型红外线传感器的传感器元件背面的俯视图。
[0052]图13是图10的热释电型红外线传感器的红外线透射滤光器的俯视图。
[0053]图14是表示本发明第4实施方式的红外线传感器的传感器元件正面的俯视图。
[0054]图15是表示本发明第4实施方式的热释电型红外线传感器的传感器元件背面的俯视图。
[0055]图16是本发明第4实施方式的热释电型红外线传感器的红外线透射滤光器的俯视图。
【具体实施方式】
[0056]关于本发明，可借着多样变形或各种形态使其实现，作为其一例，就附图所示的特定实施方式，在以下加以详细说明。附图及实施方式并不限定为本发明在此揭示的特定形态，在权利要求所解释的范围内的全部变形例、均等物、替代例等，皆包含于其对象。
[0057](第I实施方式)
[0058]本实施方式的红外线传感器，例如以如下方式所利用。如图1的上部所示，当测量对象物(人)从图的左侧进入红外线传感器的视角Ila时，正面电极2a附近的电中性状态崩解，而以Vout的电压为基准在负极侧检测到电位。进而持续移动而进入视角Ilb时，正面电极2b附近的电中性状态崩解，而以Vout的电压为基准在正极侧检测到电位，因此，红外线传感器可作为测量对象物出入时的方向侦测来加以利用。
[0059]如图1所示，本实施方式的红外线传感器包含:传感器元件1、屏蔽壳8、红外线透射滤光器7、以及反射膜9。
[0060]如图2所示,本实施方式的传感器元件I具有I个热释电元件。热释电元件,包含:具有正面以及背面的热释电体基板、设于正面的正面电极2a以及2b、以及设于背面的背面电极3a以及3b。在此，热释电体基板的正面为受光面。正面电极2a以及2b互相连接，配置于热释电体基板的受光面侧(正面)。正面电极2a作为温度补偿电极使用，正面电极2b作为受光电极使用。另外，如图3所示，在传感器元件I的背面配置有背面电极3a以及3b。背面电极3a以及3b以分别与正面电极2a以及2b对置的方式来安置。
[0061]如图1以及图3所示，设于背面电极3a以及3b的输出电极通过导电粘接剂5而粘接在电路基板6。在电路基板6，安装有接合型电场效应晶体管4，以作为阻抗变换电路。如图5所示，分别地，接合型电场效应晶体管4的栅极输入电极连接至背面电极3a，GND连接至背面电极3b。接合型电场效应晶体管4对传感器元件I的输出信号进行阻抗变换后加以输出。
[0062]如图1所不，电路基板6的外周由屏蔽壳8所覆盖。屏蔽壳8具有开口部(窗部)10。开口部10，以位于正面电极2a以及2b上方的方式形成。即，能通过开口部10来目视确认正面电极2a以及2b。在开口部10紧贴有红外线透射滤光器7。如图4所示，在红外线透射滤光器7，设有反射红外线的反射膜9。反射膜9位于红外线透射滤光器7与正面电极2a之间的区域。即，反射膜9设于正面电极2a的上方且设于红外线透射滤光器7的下方。本实施方式的反射膜的一部分与正面电极2a对置。本实施方式的反射膜9是厚度0.5μηι的Ag膜。
[0063]在此，反射膜9为了不影响到传感器元件的高度，是通过溅镀法或真空蒸镀法等Wlym以下的厚度所形成的。反射膜9的热容量相较于传感器元件I的热容量相当地小，因此对传感器元件造成的影响极小。形成该反射膜的步骤，可在红外线透射滤光器7的制造步骤中所包含的真空蒸镀步骤中与形成红外线透射膜同时进行。
[0064]另外，反射膜9也可由印刷法、或涂布法、转印法、浸溃法的任一者所形成。作为另一方法，也可将在表面形成有反射膜的薄板裁切成既定形状，贴附在屏蔽壳或前述红外线透射滤光器上。根据此等方法，无须使用溅镀装置或真空蒸镀装置等制造设备便可形成反射膜，因此可低价地制造热释电型红外线传感器。
[0065]可侦测红外线的视角是根据该反射膜9、屏蔽壳8的开口部10、正面电极2a以及2b的位置关系而确定的。反射膜9也可配置于屏蔽壳的外侧(即，红外线透射滤光器7的顶面)。可是，将反射膜9配置于屏蔽壳8的内侧(也即，红外线透射滤光器7的底面)，由此令正面电极2a (温度补偿电极)的视角狭小，另一方面，可扩大正面电极2b (受光电极)的视角。因此即使视角重叠时，也可将传感器输出相抵消的区域减至极少。其结果，可得到只要在数米的范围内便具有充分的侦测能力的热释电型红外线传感器。
[0066](第2实施方式)
[0067]参照图6至图9，本发明第2实施方式的红外线传感器包含与第I实施方式相同的传感器元件I。可是，与第I实施方式相异的点在于:正面电极2a以及2b均作为受光电极使用；以及如图6、图7以及图9所示，反射膜9以覆盖存在于正面电极2a、2b中间的连接图案的方式所形成。
[0068]根据本实施方式的构成，呈现极化方向不同的热释电体2个串联连接的状态。假设因外部温度的变化或外来光线等使两热释电元件中产生电荷，由于存在于正面电极2a以及2b上的电荷的总量固定，所以各自的输出会相抵消。其结果，红外线以外的影响受到补偿。[0069]用图6来说明本实施方式的热释电型红外线传感器的动作。如图6所示，当测量对象物从图的左侧进入视角Ilb时，正面电极2a附近的电中性状态崩解，而以Vout的电压为基准在负极侧检测到电位。进而持续移动而进入视角Ila时，正面电极2b附近的电中性状态崩解，而以Vout的电压为基准在正极侧检测到电位，因此，可作为测量对象物出入时的方向侦测来加以利用。另外，改变反射膜的宽度，由此容易形成在各视角未侦测到的中间区域(死区区域)。侦测在该死区区域与视角之间的出入，因此测量对象物在更狭小的范围动作时也可使传感器产生反应。
[0070]在本实施方式中，宜隔出一定的间隔来安装传感器元件I与电路基板6。由此，可减少传感器元件正面电极所吸收的热的释放。
[0071]另外，为预防噪声，宜将红外线透射滤光器7紧贴在屏蔽壳8的开口部，优选将屏蔽壳8与电路基板6的接地电连接。
[0072]可侦测红外线的视角是根据该反射膜9、屏蔽壳8的开口部10、正面电极2a以及2b的位置关系而确定的。以覆盖接地图案的方式形成反射膜9，从而正面电极2a的视角与正面电极2b的视角不会重叠，因此传感器输出不会相抵消。
[0073](第3实施方式)
[0074]用图10来说明第3实施方式的热释电型红外线传感器的动作。如图10的上部所示，本实施方式的热释电型红外线传感器，当测量对象物从图的左侧进入左侧的视角Ilb时，正面电极2a附近的电中性状态崩解，而以Vout的电压为基准在负极侧检测到电位。进而持续移动而进入视角Ila时，检测到正极侧的电位。进而往右持续移动而进入右侧的视角Ilb时，正面电极2b附近的电中性状态崩解，从Vout检测到负极的电位。另外，在视角Ila与Ilb之间，建立不属于任何视野范围的死区区域，由此可将侦测区域细分化。不仅在穿越各区域时，在进行细微的动作时也可获得传感器输出。
[0075]如图11所示，传感器元件I包含:配置于热释电体基板中央的正面电极2a、以及配置于正面电极2a两侧的正面电极2b。正面电极2a与2个正面电极2b以连接图案相连接。正面电极2a与正面电极2b高度相等。正面电极2b的宽度约为正面电极2a的一半。进而，如图12所示，以夹持热释电体基板且与正面电极2a以及2b对置的方式，配置有背面电极3a以及3b。
[0076]如图13所示，反射膜9与上述第2实施方式相同，以覆盖对正面电极2a以及2b进行连接的连接图案的方式形成。可侦测红外线的视角是根据该反射膜9、屏蔽壳8的开口部10、正面电极2a以及2b的位置关系而决定的。以覆盖连接图案的方式形成反射膜9，因此正面电极2a的视角与正面电极2b的视角不会重叠，传感器输出不会相抵消。
[0077](第4实施方式)
[0078]如图14所示，本发明第4实施方式的红外线传感器的传感器元件I包含:4个正面电极2a、2b、2c以及2d。正面电极2a、2b、2c以及2d的面积彼此相等。正面电极2a与正面电极2b互相连接。正面电极2c与正面电极2d互相连接。如图15所示,在传感器元件I的背面，形成有分别与该正面电极对置所形成的背面电极3a、3b、3c以及3d。正面电极2a、2b是由输出电极所互相连接,正面电极2c、2d也由输出电极所互相连接。如图16所示,反射膜9，在将红外线透射滤光器以十字切割为4等分的4个区域之中，设于正面电极2b上方的区域、以及正面电极2c上方的区域。通过采用此种构成，相较于电极为2个的情形，能进行更细微的位置侦测。即使在将需要更细微的侦测的电极排列多个的数组型元件中，其也同样易于对应。
[0079]此外，并不限于这些实施例，还可在权利要求的范围内加上各种手法，也可根据各种需求来加以变形。
[0080]本发明依据2012年I月27日向日本专利局提出的日本特许出愿第2012-014984号，参考该内容而构成本说明书的一部分。
[0081]虽就本发明的最佳实施方式进行了说明，但如本领域技术人员明确可知，不脱离本发明精神的范围内可将实施方式变形，如此的实施方式仍属于本发明的范围。
[0082]符号说明
[0083]I传感器元件
[0084]2a、2b、2c、2d 正面电极
[0085]3a、3b、3c、3d 背面电极
[0086]4接合型电场效应晶体管
[0087]5导电粘接剂
[0088]6电路基板
[0089]7红外线透射滤光器
[0090]8屏蔽壳
[0091]9反射膜
[0092]10 开口部
[0093]IlaUlb 视角
【权利要求】
1.一种热释电型红外线传感器，包含:传感器元件；屏蔽壳，覆盖所述传感器元件；红外线透射滤光器；输出电路，对所述传感器元件的输出信号进行阻抗变换后加以输出；以及至少I个反射膜， 所述传感器元件具有至少I个热释电元件， 所述热释电元件包含:热释电体基板，具有成为受光面的正面以及所述正面的相反面即背面；正面电极，设置于所述正面；以及背面电极，设置于所述背面之中对应于所述正面电极的位置， 所述屏蔽壳具有开口部， 所述开口部形成为位于所述正面电极的上方， 所述红外线透射滤光器设置于所述开口部， 所述反射膜对从外部入射的红外线进行反射， 所述反射膜的至少一部分位于所述红外线透射滤光器与所述正面电极之间的区域。
2.如权利要求1所述的热释电型红外线传感器，其中， 所述正面电极具有:至少2个区域、以及连接所述2个区域的连接部， 所述反射膜设置成与所述连接部对置。
3.如权利要求1或2所述的热释电型红外线传感器，其中， 所述反射膜由溅镀法或真空蒸镀法所形成。
4.如权利要求1或2所述的热释电型红外线传感器，其中， 所述反射膜由印刷法、涂布法、转印法或浸溃法所形成。
5.如权利要求1或2所述的热释电型红外线传感器，其中， 所述反射膜形成于薄板的表面， 所述薄板贴合在所述屏蔽壳或所述红外线透射滤光器上。
【文档编号】G01J1/02GK104011517SQ201280064254
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】斋藤正博 申请人:Nec东金株式会社