JP2006047085A - 赤外線センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現する。
【解決手段】 基板３１の裏面３１ｂ側に凹部３８を形成することにより基板３１の表面３１ａ側に薄肉部としてのメンブレン３３を形成するとともに、基板３１の表面３１ａ側に検出用電極３４、３５を有し、メンブレン３３には赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜３６を有する赤外線センサ素子３０と、この赤外線センサ素子３０を搭載する回路基板２０と、を備える赤外線センサ装置１００において、基板３１は、その表面３１ａ側を回路基板２０に対向させた状態でバンプ４０を介して回路基板２０と電気的に接続されており、赤外線吸収膜３６は、基板３１の裏面３１ｂ側においてメンブレン３３に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置に関する。

従来より、この種の赤外線センサ装置としては、基板の裏面側に凹部を形成することにより表面側に薄肉部としてのメンブレンを形成するとともに、該基板の表面側に検出用電極を有し、該メンブレンには赤外線吸収膜を有する赤外線センサ素子と、この赤外線センサ素子を搭載する回路基板と、を備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

図８は、このような従来の赤外線センサ装置の全体概略断面構成を示す図であり、図９は、この図８に示される赤外線センサ装置における赤外線センサ素子３０および回路基板２０の上面図である。

図８、図９に示される赤外線センサ装置においては、赤外線センサ素子３０には、シリコン基板等からなる基板３１における裏面３１ｂ側から凹部３８が形成されており、それによって、当該基板３１の表面３１ａ側に薄肉部としてのメンブレン３３が形成されている。

また、基板３１の表面３１ａには、図示しない熱電対等からなる検出用電極が形成されており、その上には、赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜３６が形成されている。

そして、赤外線センサ素子３０は、回路基板２０上に搭載され、基板３１の裏面３１ｂ側におけるメンブレン３３の周囲部すなわち厚肉部において、回路基板２０と接着剤２２を介して接着固定されている。また、赤外線センサ素子３０における基板３１の表面３１ａと回路基板２０とは、ボンディングワイヤ５０を介して結線され電気的に接続されている。

このように赤外線センサ素子３０が積層された回路基板２０は、ステム１０に接着剤１３を介して搭載固定され、ステム１０には、当該積層体を保護するようにキャップ６０が取り付けられている。なお、このキャップ６０には、赤外線のみを透過させる赤外線透過フィルタ７０が設けられている。

また、ステム１０における回路基板２０の周囲には、リードピン１１が設けられており、回路基板２０とリードピン１１とはボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。それにより、回路基板２０と外部とがリードピン１１を介して電気的に接続可能となっている。
特開２００３−２７００４７号公報

ところで、従来の赤外線センサ装置においては、上述したように、赤外線センサ素子３０は、基板３１の裏面３１ｂ側におけるメンブレン３３の周囲部において、上記接着剤２２を介して回路基板２０と接着されている。

このような場合、メンブレン３３の下に位置する凹部３８内の空間が、接着剤２２によって封止され外部から遮断された密閉空間となる。

そして、このような密閉空間が形成されると、赤外線センサ素子３０に熱が加わった場合などに当該密閉空間内の体積が膨張し、その結果、赤外線センサ素子３０のなかでも比較的強度の小さいメンブレン３３が破壊する恐れがある。

そこで、メンブレン３３の下に位置する凹部３８内の空間を密閉空間としないために、赤外線センサ素子３０と回路基板２０とを接着する接着剤２２を部分的に設けた構成としたり（上記特許文献１参照）、赤外線センサ素子３０に空気抜けの穴を設けたりする必要が出てくる。そのため、赤外線センサ素子３０を回路基板２０に実装する上で手間が多くなる。

また、従来の赤外線センサ装置においては、上述したように、赤外線センサ素子３０における基板３１の表面３１ａと回路基板２０とがボンディングワイヤ５０を介して結線されている。

そのため、図９に示されるように、ワイヤボンディング用のスペースすなわちワイヤボンディングに必要な距離Ｄを確保する必要があり、その分、回路基板２０の小型化が難しくなる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側に凹部（３８）を形成することにより基板（３１）の表面（３１ａ）側に薄肉部としてのメンブレン（３３）を形成するとともに、基板（３１）の表面（３１ａ）側に検出用電極（３４、３５）を有し、メンブレン（３３）には赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜（３６）を有する赤外線センサ素子（３０）と、この赤外線センサ素子（３０）を搭載する回路基板（２０）と、を備える赤外線センサ装置において、基板（３１）は、その表面（３１ａ）側を回路基板（２０）に対向させた状態でバンプ（４０）を介して回路基板（２０）と電気的に接続されており、赤外線吸収膜（３６）は、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側においてメンブレン（３３）に設けられていることを特徴としている。

それによれば、検出用電極（３４、３５）のある基板（３１）の表面（３１ａ）側にて、赤外線センサ素子（３０）と回路基板（２０）とをバンプ（４０）を介して接合するようにしているため、そもそも基板（３１）の裏面（３１ｂ）側の凹部（３８）が密閉空間となることはなく、また、赤外線センサ素子（３０）と回路基板（２０）とをワイヤボンディング接続する必要もない。

そのため、従来必要とされていたワイヤボンディング用のスペースが不要となり、その分、小型化が図れる。また、当該バンプ（４０）間の隙間により、赤外線センサ素子（３０）と回路基板（２０）間の接合部においては、密閉空間は形成されない。つまり、本発明によれば、簡単に、小型且つ非密閉構造が実現できる。

ただし、従来のように検出用電極のある基板の表面側に赤外線吸収膜を設けると、赤外線吸収膜に赤外線が直接当たらないため、赤外線エネルギーの吸収度合が大幅に低減し、感度の低下につながる。

その点についても、本発明では、赤外線吸収膜（３６）を基板（３１）の裏面（３１ｂ）側においてメンブレン（３３）に設けており、それによって、赤外線吸収膜（３６）に直接赤外線が当たるため、良好な感度を維持することができる。

よって、本発明によれば、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現することができる。

ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の赤外線センサ装置において、赤外線吸収膜（３６）は、基板（３１）の表面（３１ａ）側においてもメンブレン（３３）に設けられていることを特徴としている。

赤外線は、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側からメンブレン（３３）を透過して表面（３１ａ）側へわずかながら透過してくるが、本発明によれば、そのようなメンブレン（３３）を透過してくる赤外線のエネルギーも、基板（３１）の表面（３１ａ）側に設けた赤外線吸収膜（３６）によって吸収できるため、より感度の向上につながる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の赤外線センサ装置において、回路基板（２０）のうちメンブレン（３３）と対向する部位には、赤外線を反射する赤外線反射膜（８０）が設けられていることを特徴としている。

上述したように、赤外線は、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側から表面（３１ａ）側へわずかながら透過してくるが、本発明によれば、そのようなメンブレン（３３）を透過してくる赤外線を、赤外線反射膜（８０）により、再び赤外線吸収膜（３６）およびメンブレン（３３）側へ反射させることができることから、赤外線吸収膜（３６）の赤外線エネルギーの吸収効率が向上するため、好ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の赤外線センサ装置を製造する方法であって、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側に凹部（３８）を形成することにより基板（３１）の表面（３１ａ）側にメンブレン（３３）を形成した後、基板（３１）の裏面（３１ｂ）側にてメンブレン（３３）に赤外線吸収膜（３６）をインクジェット法により形成することを特徴としている。

基板（３１）の裏面（３１ｂ）側において凹部（３８）の底部であるメンブレン（３３）に対しては、基板（３１）の裏面（３１ｂ）が凹凸形状であるため、通常のリフトオフ法やスクリーン印刷法により赤外線吸収膜（３６）を形成することは難しい。それに対して、本製造方法のように、インクジェット法ならば、赤外線吸収膜（３６）を容易に形成することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る赤外線センサ装置１００の全体概略断面構成を示す図であり、図２は、この図１に示される赤外線センサ装置１００における赤外線センサ素子３０および回路基板２０の上面図である。

また、図３は、本実施形態の赤外線センサ装置１００における赤外線センサ素子３０の概略平面構成を示す図であり、図４は、図３中のＡ−Ａ断面に沿った赤外線センサ素子３０の模式的断面図である。

なお、図３中のハッチングは、各部の識別を容易にするために施したもので断面を示すものではなく、また、図３と図４とでは、各膜の厚さや配線の寸法等は多少、違えて示してある。

図１に示される赤外線センサ装置１００において、ステム１０は、金属板を切削加工やプレス加工する等により形成されたものである。このステム１０の一面上には、プリント基板やセラミック基板等からなる回路基板２０が、シリコーン系接着剤等からなる接着材１３を介して搭載され固定されている。

この回路基板２０の一面上には、赤外線検出用の赤外線センサ素子３０が搭載されている。回路基板２０は、この赤外線センサ素子３０からの検出信号を信号処理する等の役割を担うものであり、たとえば、シリコンチップにトランジスタなどの素子を半導体プロセスにより形成した回路チップである。

この赤外線センサ素子３０は、複数の熱電対の起電力を利用したサーモパイル型の赤外線センサ素子であり、基板３１を本体として形成されている。

ここで、図１（図４）において、赤外線センサ素子３０の基板３１の下面（図４では上面）が当該基板３１の表面３１ａであり、基板３１の上面（図４では下面）が当該基板３１の裏面３１ｂである。

次に、主として図３、図４を参照して、本赤外線センサ装置１００における赤外線センサ素子３０の構成等について述べることとする。

この図３に示されるように、赤外線センサ素子３０は、基板３１としてシリコン等の半導体基板を採用することができる。より具体的には、基板３１としては、本例では、主面の面方位が（１００）面や（１１０）面であるシリコン基板（シリコンチップ、本例では矩形板状）３１を採用している。

このシリコン基板３１においては、その表面３１ａ側に、各種配線や膜等を積層してセンシングに必要な素子部を形成するとともに、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側からウェットエッチングを行い凹部３８を形成してなる。

それにより、シリコン基板３１の表面３１ａ側には、薄肉部としてのメンブレン３３が形成されている。そして、シリコン基板３１におけるメンブレン３３の周辺部は、メンブレン３３よりも厚い厚肉部となっている。なお、図３では、凹部３８の外形は一点鎖線にて示してある。

図４に示されるように、このシリコン基板３１の表面３１ａ上の空洞部３８上を含むほぼ全域には、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等により成膜されたシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等よりなる絶縁薄膜３２が形成されている。

つまり、凹部３８以外のシリコン基板３１の部分は厚肉部（例えば厚さ４００μｍ程度）であり、シリコン基板３１の表面３１ａ上のうち凹部３８の上に位置する絶縁薄膜３２の部分は、薄肉部（例えば厚さ２μｍ程度）、つまり、上記メンブレン３３として構成されている。

この絶縁薄膜３２の上には、メンブレン３３の中央部からメンブレン３３外側のシリコン基板３１の厚肉部に渡って、ＣＶＤ法等にて成膜されたポリシリコンよりなるポリシリコン配線（図３中、斜線ハッチングにて図示）３４とスパッタ法や蒸着法等により形成されたアルミニウムよりなるアルミ配線３５とが、それぞれ複数本、放射状に形成されている。

なお、図４では、省略されているが、実際には、ポリシリコン配線３４の上およびポリシリコン配線３４が形成されていない絶縁薄膜３２の上にＳｉＯ₂等よりなる層間絶縁膜が形成されている。

そして、アルミ配線３５は、この図示しない層間絶縁膜の上に形成されるとともに、この層間絶縁膜に形成された開口部（コンタクトホール）を介して各ポリシリコン配線３４の端部間を接続している。

それにより、複数本のポリシリコン配線３４およびアルミ配線３５は直列に接続されて赤外線センサ素子の熱電対３４、３５を構成している。本例では、図３に示されるように、この熱電対３４、３５は、複数回折り返された折り返し形状を有している。

そして、この熱電対３４、３５における複数個の折り返し部３４ａ、３４ｂの各々が、両配線３４、３５の接合部となっており、この異種材料同士の接合部にてゼーベック効果によって起電力が発生するようになっている。

また、熱電対３４、３５の両端部のアルミ配線３５には、図３に示されるように、外部とボンディングワイヤなどにより電気的に接続するための両アルミパッド３５ａ、３５ｂが導通されている。

そして、メンブレン３３上に位置する折り返し部３４ａが温接点部、メンブレン３３の外側のシリコン基板３１の厚肉部に位置する折り返し部３４ｂが冷接点部となり、両接点部３４ａ、３４ｂの温度差に基づく熱電対３４、３５の電圧が、上記両アルミパッド３５ａと３５ｂとの間に出力されるようになっている。

つまり、隣接して直列接続されたポリシリコン配線３４およびアルミ配線３５の２本が、１個の熱電対として構成され、各熱電対３４、３５において、温接点部３４ａがメンブレン３３上に形成され、冷接点部３４ｂがシリコン基板３１上におけるメンブレン３３の外側（厚肉部）に形成されている。

本例では、このような熱電対３４、３５が複数個直列接続されて、出力すなわち電圧信号の増大が図られている。このように、熱電対３４、３５は、本赤外線センサ素子３０における検出用電極３４、３５として構成されている。

また、本実施形態独自の構成として、図１〜図４に示されるように、赤外線センサ素子３０においては、赤外線吸収膜３６が、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側においてメンブレン３３に設けられている。

従来では、赤外線吸収膜は、検出用電極３４、３５が設けられているシリコン基板３１の表面３１ａ側に設けられていたが、本実施形態では、それとは逆に、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側に、赤外線吸収膜３６を設けている。

ここでは、赤外線吸収膜３６は、メンブレン３３の外周端部から離間してメンブレン３３の内側に位置している。なお、図３においては、赤外線吸収膜３６の外形は破線にて示してある。

この赤外線吸収膜３６は、赤外線を吸収して温接点部の温度を効率よく上昇させるためのものである。本実施形態では、検出用電極３４、３５とは反対側のシリコン基板３１の裏面３１ｂに、赤外線吸収膜３６が設けられているが、メンブレン３３の作用により赤外線吸収膜３６からの熱は、基板３１の表面３１ａ側へ十分に伝達される。

このような赤外線吸収膜３６は、たとえば、ポリエステル樹脂にカーボン（Ｃ）を含有させたものを、後述するインクジェット法やリフトオフ法やスクリーン印刷法などにより塗布して焼き固めたものである。

このような構成を有する赤外線センサ素子３０においては、熱容量の小さいメンブレン３３上に位置する温接点部３４ａは、熱容量の大きい厚肉部上に位置する冷接点部３４ｂよりも熱引き性が小さい。つまり、シリコン基板３１の厚肉部がヒートシンクの役目を果たしている。

そのため、人体などの被測定物から赤外線が照射され、シリコン基板３１の表面３１ａ側にてこの赤外線を受光すると、赤外線吸収膜３６に赤外線が吸収され、温度上昇が起こる。その結果、赤外線吸収膜３６に覆われた折り返し部（温接点部）３４ａの温度が上昇する。

シリコン基板３１の厚肉部上に位置する折り返し部（冷接点部）３４ｂは、シリコン基板３１がヒートシンクとなるため、温度上昇はほとんど起きない。結果として、温接点部３４ａの方が冷接点部３４ｂよりも高温となり、両接点部間に温度差が生じるため、ゼーベック効果により起電力が発生する。

そして、両接点部３４ａ、３４ｂの温度差に応じた複数本の熱電対３４、３５の電圧の総和Ｖｏｕｔ（サーモパイル出力、センサ出力）が、両アルミパッド（センサ出力端子）３５ａと３５ｂから出力されることで、赤外線の検出が可能となっている。このように検出用電極である熱電対３４、３５からの電圧信号により、本赤外線センサ素子３０における赤外線検出が可能になっている。

上記した赤外線センサ素子３０は、最終的にチップ単位に分断されて上記シリコン基板３１となるシリコンウェハに対して、周知の半導体製造技術を施すことにより製造することができる。

まず、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等の成膜技術、フォトリソグラフ法等によるパターニング技術を用いて、上記シリコンウェハ表面の各チップ形成領域に、絶縁薄膜膜３２、熱電対３４、３５、各パッド等を形成する。

その後、シリコンウェハ裏面側からウェットエッチング、たとえばＫＯＨ（水酸化カリウム）などを用いた異方性エッチングを行うことにより、凹部３８を形成しメンブレン３３を形成する。

その後、シリコンウェハの裏面側から上記したインクジェット法やリフトオフ法やスクリーン印刷法などにより赤外線吸収膜３６を形成し、ダイシングカット等を行って、上記シリコンウェハをチップ単位に分断する。それにより、上記図３、図４に示されるような赤外線センサ素子３０が複数個できあがる。

ここにおいて、赤外線吸収膜３６の塗布においては、インクジェット法を採用することが好ましい。たとえば、赤外線吸収膜３６の原料として上記したポリエステル樹脂にカーボン（Ｃ）を含有させたものを溶剤に混合し、この溶液を用いてインクジェット法による塗布を行い、これを焼き固める。

つまり、本実施形態では、赤外線センサ素子３０の製造において、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側に凹部３８を形成することによりシリコン基板３１の表面３１ａ側にメンブレン３３を形成した後、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側にてメンブレン３３に赤外線吸収膜３６をインクジェット法により形成することが好ましい。

そして、図１、図２に示されるように、このような赤外線センサ素子３０は、シリコン基板３１の表面３１ａ側を回路基板２０に対向させた状態でバンプ４０を介して回路基板２０と電気的に接続されている。ここで、バンプ４０は、はんだや金などの通常のバンプ材料を採用することができる。

そして、バンプ４０は、図３に示される赤外線センサ素子３０における両アルミパッド３５ａ、３５ｂと電気的に接続されるとともに、それ以外のシリコン基板３１の表面３１ａにおいても赤外線センサ素子３０が回路基板２０上にて傾かないような位置に、設けられている。

ここでは、図２にて破線で示されるように、４個のバンプ４０がシリコン基板３１の四隅に設けられている。それによって、赤外線センサ素子３０は、回路基板２０上にて、４個のバンプ４０によって４点支持されるため、傾かないで水平に配置されるようになっている。

また、図１に示されるように、ステム１０には、厚さ方向に貫通する貫通穴に挿入されたリードピン１１が形成されており、当該貫通穴においてリードピン１１とステム１０との間は、ハーメチックガラス１２によってシールされている。

そして、ステム１０の上面側において、回路基板２０の電極２１（図２参照）とリードピン１１との間は、金やアルミ等からなるボンディングワイヤ５０により結線され電気的に接続されている。また、リードピン１１は、ステム１０の下面側において外部と電気的に接続されるようになっている。

これによって赤外線センサ素子３０からの電圧信号は、回路基板２０にて増幅や調整等の処理に供された後、リードピン１１から外部に出力可能となっている。

また、図１に示されるように、ステム１０の一面上には、金属、樹脂、セラミック等からなるキャップ６０が設けられている。このキャップ６０のうち赤外線センサ素子３０のメンブレン３３と対向する部位には、開口部６１が形成されている。

そして、この開口部６１は、選択的に赤外線を透過させる赤外線透過フィルタ７０により閉塞されている。この赤外線透過フィルタ７０はシリコンやゲルマニウムなどの赤外線に対して透明な単結晶体もしくはセラミックスからなる。

このようなキャップ６０は、溶接や接着等によりステム１０に固定され、キャップ６０の内部は、赤外線を吸収しない窒素や不活性ガスが封入されたものとなっている。そして、このキャップ６０によって、回路基板２０、赤外線センサ素子３０が気密に封止されている。

このような赤外線センサ装置１００においては、赤外線透過フィルタ７０を透過してキャップ６０内に入射してくる赤外線を、赤外線センサ素子３０に受光させるようになっている。

そして、受光された赤外線のエネルギーは赤外線センサ素子３０によって、上記したように電圧信号に変換され、この電圧信号は回路基板２０にて信号処理されてリードピン１１から外部へ出力される。

また、この赤外線センサ装置１００は、たとえば、次のようにして製造することができる。リードピン１１を備えるステム１０を用意し、このステム１０に回路基板２０を接着する。

また、上述した製法により製造された赤外線センサ素子３０にバンプ４０を設けたモノを用意し、これを回路基板２０の一面上に搭載し、バンプ４０を介して赤外線センサ素子３０と回路基板０とを接続する。

なお、赤外線センサ素子３０における赤外線吸収膜３６の形成は、回路基板２０への接続後に行ってもよい。つまり、赤外線吸収膜３６だけが形成されていない状態の赤外線センサ素子３０を、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側を上にして回路基板２０上にバンプ接続した後、インクジェット法により、シリコン基板３１の凹部３８内に赤外線吸収膜３６を形成する。

こうして、バンプ４０を介して赤外線センサ素子３０と回路基板２０とを接続した後、ワイヤボンディングを行って、回路基板２０とリードピン１１との間をボンディングワイヤ５０により結線する。そして、窒素雰囲気中にてキャップ６０をステム１０に溶接する。このようにして、上記赤外線センサ装置１００が完成する。

ところで、本実施形態によれば、基板３１の裏面３１ｂ側に凹部３８を形成することにより基板３１の表面３１ａ側に薄肉部としてのメンブレン３３を形成するとともに、基板３１の表面３１ａ側に検出用電極３４、３５を有し、メンブレン３３には赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜３６を有する赤外線センサ素子３０と、この赤外線センサ素子３０を搭載する回路基板２０と、を備える赤外線センサ装置において、基板３１は、その表面３１ａ側を回路基板２０に対向させた状態でバンプ４０を介して回路基板２０と電気的に接続されており、赤外線吸収膜３６は、基板３１の裏面３１ｂ側においてメンブレン３３に設けられていることを特徴とする赤外線センサ装置１００が提供される。

それによれば、検出用電極３４、３５のある基板３１の表面３１ａ側にて、赤外線センサ素子３０と回路基板２０とをバンプ４０を介して接合するようにしているため、そもそも基板３１の裏面３１ｂ側の凹部３８が密閉空間となることはなく、また、赤外線センサ素子３０と回路基板２０とをワイヤボンディング接続する必要もない。

そのため、従来必要とされていたワイヤボンディング用のスペースが不要となり、その分、小型化が図れる。具体的には、上記図９に示したようなワイヤボンディングに必要な距離Ｄを確保しなくてもよくなる。そのため、本実施形態の赤外線センサ装置１００では、図２にて破線で示されるような従来の回路基板のサイズに比べて、回路基板２０を小型化することができる。

また、当該バンプ４０間の隙間により、赤外線センサ素子３０と回路基板２０間の接合部においては、密閉空間は形成されない。つまり、本実施形態によれば、簡単に、小型且つ非密閉構造が実現できる。

ただし、従来のように検出用電極のある基板の表面側に赤外線吸収膜を設けると、赤外線吸収膜に赤外線が直接当たらないため、赤外線エネルギーの吸収度合が大幅に低減し、感度の低下につながる。

その点についても、本実施形態では、赤外線吸収膜３６を基板３１の裏面３１ｂ側においてメンブレン３３に設けており、それによって、赤外線吸収膜３６に直接赤外線が当たるため、良好な感度を維持することができる。

よって、本実施形態によれば、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現することができる。

また、本実施形態によれば、赤外線センサ装置１００を製造する方法であって、基板３１の裏面３１ｂ側に凹部３８を形成することにより基板３１の表面３１ａ側にメンブレン３３を形成した後、基板３１の裏面３１ｂ側にてメンブレン３３に赤外線吸収膜３６をインクジェット法により形成することを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法を提供することができる。

基板３１の裏面３１ｂ側において凹部３８の底部であるメンブレン３３に対しては、基板３１の裏面３１ｂが凹凸形状であるため、通常のリフトオフ法やスクリーン印刷法により赤外線吸収膜３６を形成することは難しい。それに対して、本製造方法のように、インクジェット法ならば、このような凹凸面に対しても赤外線吸収膜３６を容易に形成することができる。

さらに、インクジェット方式を用いることにより、赤外線吸収膜３６の表面粗さを粗くすることができる。インクジェット方式は微細な範囲で厚さを変えることが可能だからである。

具体的には、図５に示されるように、赤外線吸収膜３６の表面を平面でなく凹凸形状とすることが可能となる。赤外線吸収膜３６の表面は、表面粗さが小さいほど、すなわち鏡面に近いほど（図５（ａ）参照）、赤外線の反射率が大きくなってしまい、感度を低下させる要因となる。

しかながら、インクジェット方式を用いれば、赤外線吸収膜３６の表面に任意の凹凸（図５（ｂ）、（ｃ）参照）を容易に作成することが可能であり、赤外線の反射を低減させることができる。それにより、感度を向上させることができるため、インクジェット法を使用することは有効である。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る赤外線センサ装置の要部の概略断面構成を示す図であり、回路基板２０および赤外線センサ素子３０の概略断面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べる。

図６に示されるように、本実施形態の赤外線センサ装置においては、赤外線吸収膜３６は、シリコン基板３１の裏面３１ｂだけでなく表面３１ａ側においてもメンブレン３３に設けられている。

このシリコン基板３１の表面３１ａ側の赤外線吸収膜３６は、従来の赤外線センサ素子におけるものと同様であり、その形成方法としては、インクジェット法やリフトオフ法やスクリーン印刷法などにより塗布して焼き固めるようにすればよい。

この図６に示されるような構成の場合、上記した第１実施形態と同様に、赤外線吸収膜３６を基板３１の裏面３１ｂ側においてメンブレン３３に設けることによって、この裏面３１ｂ側の赤外線吸収膜３６に直接赤外線が当たるため、良好な感度を維持することができる。

ここにおいて、赤外線は、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側からメンブレン３３を透過して表面３１ａ側へわずかながら透過してくるが、本実施形態によれば、そのようなメンブレン３３を透過してくる赤外線のエネルギーも、シリコン基板３１の表面３１ａ側に設けた赤外線吸収膜３６によって吸収できるため、より感度の向上につながる。

そして、本実施形態においても、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現することができることは、上記実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る赤外線センサ装置の要部の概略断面構成を示す図であり、回路基板２０および赤外線センサ素子３０の概略断面図である。

図７に示されるように、本実施形態の赤外線センサ装置においても、上記図６に示されるものと同様に、赤外線吸収膜３６は、シリコン基板３１の裏面３１ｂだけでなく表面３１ａ側においてもメンブレン３３に設けられている。そして、このことによる作用効果は、上記第２実施形態と同様である。

さらに、本実施形態の赤外線センサ装置では、回路基板２０のうちメンブレン３３と対向する部位に、赤外線を反射する赤外線反射膜８０が設けられている。この赤外線反射膜８０は、金等の反射率の高い材料をスパッタやＣＶＤなどの成膜方法を用いて形成することができる。

上述したように、赤外線は、シリコン基板３１の裏面３１ｂ側からメンブレン３３を透過して表面３１ａ側へわずかながら透過してくるが、本実施形態によれば、そのようなメンブレン３３を透過してくる赤外線を、赤外線反射膜８０により、再び赤外線吸収膜３６およびメンブレン３３側へ反射させることができる。このことから、赤外線吸収膜３６の赤外線エネルギーの吸収効率が向上するため、好ましい。

そして、本実施形態においても、メンブレンに赤外線吸収膜を設けてなる赤外線センサ素子を、回路基板上に搭載してなる赤外線センサ装置において、容易且つ適切に小型化が図れる構成を実現することができることは、上記実施形態と同様である。

（他の実施形態）
なお、赤外線センサ素子としては、上記実施形態にしめしたようなサーモパイル型の赤外線センサ素子に限定されるものではなく、基板裏面をエッチングすることによりメンブレンを形成し赤外線吸収膜を形成する構造であれば、どのような赤外線センサ素子であってもよい。たとえば、抵抗を検出するボロメータ型のものであってもよい。

また、赤外線センサ素子を構成する基板としては、上記したシリコン基板に限定されるものではなく、広く半導体基板や、それ以外のたとえばセラミック基板などを採用してもよい。

要するに、本発明は、基板の裏面側に凹部を形成することにより基板の表面側にメンブレンを形成するとともに、基板の表面側に検出用電極を有し、メンブレンには赤外線吸収膜を有する赤外線センサ素子と、この赤外線センサ素子を搭載する回路基板と、を備える赤外線センサ装置において、基板は、その表面側を回路基板に対向させた状態でバンプを介して回路基板と電気的に接続されており、赤外線吸収膜は、基板の裏面側においてメンブレンに設けられていることを主たる特徴とするものであり、それ以外の部分については適宜設計変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る赤外線センサ装置の全体概略断面図である。 図１に示される赤外線センサ装置における赤外線センサ素子および回路基板の上面図である。 図１に示される赤外線センサ装置における赤外線センサ素子の概略平面図である。 図３中のＡ−Ａ断面に沿った赤外線センサ素子の模式的断面図である。 赤外線吸収膜における種々の表面形状を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る赤外線センサ装置の要部の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る赤外線センサ装置の要部の概略断面図である。 従来の赤外線センサ装置の全体概略断面図である。 図８に示される赤外線センサ装置における赤外線センサ素子および回路基板の上面図である。

符号の説明

２０…回路基板、３０…赤外線センサ素子、
３１…基板としてのシリコン基板、３１ａ…基板の表面、３１ｂ…基板の裏面、
３３…メンブレン、３４…検出用電極としての熱電対であるポリシリコン配線、
３５…検出用電極としての熱電対であるアルミ配線、３６…赤外線吸収膜、
３８…凹部、４０…バンプ、８０…赤外線反射膜。

Claims (4)

1. 基板（３１）の裏面（３１ｂ）側に凹部（３８）を形成することにより前記基板（３１）の表面（３１ａ）側に薄肉部としてのメンブレン（３３）を形成するとともに、前記基板（３１）の表面（３１ａ）側に検出用電極（３４、３５）を有し、前記メンブレン（３３）には赤外線を受光することにより赤外線のエネルギーを吸収する赤外線吸収膜（３６）を有する赤外線センサ素子（３０）と、
   この赤外線センサ素子（３０）を搭載する回路基板（２０）と、を備える赤外線センサ装置において、
   前記基板（３１）は、その表面（３１ａ）側を前記回路基板（２０）に対向させた状態でバンプ（４０）を介して前記回路基板（２０）と電気的に接続されており、
   前記赤外線吸収膜（３６）は、前記基板（３１）の裏面（３１ｂ）側において前記メンブレン（３３）に設けられていることを特徴とする赤外線センサ装置。
2. 前記赤外線吸収膜（３６）は、前記基板（３１）の表面（３１ａ）側においても前記メンブレン（３３）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ装置。
3. 前記回路基板（２０）のうち前記メンブレン（３３）と対向する部位には、赤外線を反射する赤外線反射膜（８０）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の赤外線センサ装置を製造する方法であって、
   前記基板（３１）の裏面（３１ｂ）側に前記凹部（３８）を形成することにより前記基板（３１）の表面（３１ａ）側に前記メンブレン（３３）を形成した後、前記基板（３１）の裏面（３１ｂ）側にて前記メンブレン（３３）に前記赤外線吸収膜（３６）をインクジェット法により形成することを特徴とする赤外線センサ装置の製造方法。
   

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