赤外線センサ
【課題】例えばリフロー実装可能な程度の優れた耐熱性を有する赤外線センサを提供する。
【解決手段】赤外線センサ１は、焦電体層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂとを備える。焦電体層１０は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。一対の電極１１ａ、１１ｂは、焦電体層１０を狭持している。
【解決手段】赤外線センサ１は、焦電体層１０と、一対の電極１１ａ、１１ｂとを備える。焦電体層１０は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。一対の電極１１ａ、１１ｂは、焦電体層１０を狭持している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１などにおいて、焦電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた焦電型赤外線センサが提案されている。このような赤外線センサでは、赤外線が照射されると電荷が発生する。この電荷を検出することにより、赤外線を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＺＴは、キュリー点が２００℃程度である。このため、例えば、ＰＺＴを用いた赤外線センサは、例えば２６０℃程度の温度が加わるリフロー実装に不向きである。
【０００５】
本発明は、例えばリフロー実装可能な程度の優れた耐熱性を有する赤外線センサを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る焦電型赤外線センサは、焦電体層と、一対の電極とを備える。焦電体層は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。一対の電極は、焦電体層を狭持している。
【０００７】
本発明に係る赤外線センサのある特定の局面では、窒化アルミニウム系圧電体材料がスカンジウムを含む。
【０００８】
本発明に係る赤外線センサの他の特定の局面では、焦電体層の厚みが１０μｍ以下である。
【０００９】
本発明に係る赤外線センサの別の特定の局面では、赤外線センサは、焦電体層と第１及び第２の電極の少なくとも一方との間に配された絶縁層をさらに備える。
【００１０】
本発明に係る赤外線センサのさらに他の特定の局面では、絶縁層は、ポリイミド樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂からなる。
【００１１】
本発明に係る赤外線センサのさらに別の特定の局面では、絶縁層の厚みが２０μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えばリフロー実装可能な程度の優れた耐熱性を有する赤外線センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る赤外線センサの略図的断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る赤外線センサの略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１５】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１の略図的断面図である。赤外線センサ１は、焦電体層１０を備えている。焦電体層１０は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。窒化アルミニウム系圧電体材料の具体例としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化スカンジウム・アルミニウム等が挙げられる。なかでも、窒化スカンジウム・アルミニウムが窒化アルミニウム系圧電体材料として好ましく用いられる。焦電体層１０の厚みは、１０μｍ以下であることが好ましい。また、焦電体層１０の厚みは、例えば、０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
焦電体層１０は、第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとにより挟持されている。第２の電極１１ｂは、複数の電極部に分割されていてもよい。第２の電極１１ｂをマトリクス状に位置する複数の電極部に分割することにより、赤外線を放出している物体の位置の特定等が可能となる。
【００１８】
第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂのそれぞれは、例えば、金、白金、タングステン、アルミニウム、銅、モリブデン、ルテニウム、チタン、クロム、ニクロムなどの少なくとも一種の金属などにより構成することができる。
【００１９】
第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂの厚みは、それぞれ、例えば、０．０５μｍ〜１μｍ程度とすることができる。
【００２０】
焦電体層１０と、第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂの少なくとも一方との間には、絶縁層１２が配されている。具体的には、本実施形態では、焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間に絶縁層１２が配されている。絶縁層１２は、例えばポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などからなる高分子フィルムにより構成することができる。赤外線センサ１の耐熱性を向上させる観点からは、絶縁層１２がポリイミド樹脂からなることが好ましい。なお、絶縁層１２は、焦電体層１０と第１の電極１１ａとの間と、焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間との両方に配されていてもよい。
【００２１】
本実施形態では、これら焦電体層１０、第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂ並びに絶縁層１２によって焦電素子１３が構成されている。
【００２２】
焦電素子１３は、基板２２の上に設けられた支持部材２１により支持されている。本実施形態では、この支持部材２１が金属などの導電材料により構成されており、焦電素子１３は、支持部材２１を介して、基板２２の上に配された制御部材２５に電気的に接続されている。制御部材２５は、基板２２の焦電素子１３とは反対側の表面上に配された端子電極２６に電気的に接続されている。なお、制御部材２５は、例えば、ＩＣにより構成することができる。
【００２３】
焦電素子１３の上方は、基板２２に固定されたケーシング２３により覆われている。ケーシング２３の焦電素子１３の上方に位置する部分には、赤外線入射窓２３ａが形成されている。
【００２４】
次に、赤外線センサ１の動作について説明する。
【００２５】
赤外線センサ１に対して赤外線が照射されると、赤外線入射窓２３ａを経由して焦電体層１０に赤外線が入射する。赤外線が焦電体層１０に入射すると、焦電体層１０の赤外線が入射した部分において電荷が発生する。発生した電荷は、制御部材２５において電圧に変換され、端子電極２６から電気信号として出力される。このように、赤外線センサ１は、赤外線センサ１に入射した赤外線の強度に応じた大きさの電気信号を端子電極２６から出力する。また、第２の電極１１ｂが複数の電極部に分割されている場合は、赤外線を放出する物体の位置によって電極部の電位が異なる。このため、赤外線センサ１により赤外線を放出する物体の位置や移動を検出することもできる。
【００２６】
以上説明したように、赤外線センサ１は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層１０を備えている。ここで、窒化アルミニウム系圧電体材料は、キュリー点を有さず、例えば、リフロー実装時に加わる２６０℃程度の熱に十分に耐え得る優れた耐熱性を有する。従って、赤外線センサ１は、リフロー実装可能な優れた耐熱性を有する。
【００２７】
また、窒化アルミニウム系圧電体材料は、優れた耐湿性を有するため、焦電体層１０に耐湿保護膜を設ける必要が必ずしもない。従って、赤外線センサ１を小型化し得る。
【００２８】
さらに、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層１０は、自発分極するため、赤外線センサ１の製造に際して、分極処理工程を行う必要が必ずしもない。従って、赤外線センサ１は製造容易である。
【００２９】
赤外線センサ１では、絶縁層１２が設けられているため、第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとの間の絶縁抵抗が高められている。従って、赤外線センサ１の感度が高められている。但し、絶縁層１２が厚すぎると、焦電素子１３の熱容量が大きくなり、赤外線センサ１の感度がかえって低下してしまう場合がある。従って、絶縁層１２の厚みは、２０μｍ以下であることが好ましく、７．５μｍ以下であることがより好ましい。絶縁層１２の厚みの下限値は、通常、１μｍ程度である。
【００３０】
絶縁層１２として赤外線吸収膜を用いると、さらに感度を向上させることができる。ただし、絶縁層１２として赤外線吸収膜を用いる場合は、当該赤外線吸収膜は焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間に設けられる必要がある。
【００３１】
赤外線センサ１の感度をさらに向上させる観点からは、焦電体層１０がスカンジウムを含有する窒化スカンジウム・アルミニウムからなることが好ましい。この場合、圧電定数および焦電係数が大きくなるため、センシング感度が向上する。
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る赤外線センサ２の略図的断面図である。
【００３４】
赤外線センサ２は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１と、焦電素子１３の支持態様において異なる。
【００３５】
赤外線センサ２では、支持部材２１がリング状に形成されている。また、支持部材２１の外径よりも大きな内径を有する部分を有する支持部材２４がさらに設けられている。焦電素子１３は、支持部材２１と支持部材２４とによりかしめ止めされている。この場合、焦電素子１３の固定に、振動を阻害する接着剤を必ずしも要さない。従って、赤外線センサ２の特性をさらに改善することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１，２…赤外線センサ
１０…焦電体層
１１ａ…第１の電極
１１ｂ…第２の電極
１２…絶縁層
１３…焦電素子
２１…支持部材
２２…基板
２３…ケーシング
２３ａ…赤外線入射窓
２４…支持部材
２５…制御部材
２６…端子電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１などにおいて、焦電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた焦電型赤外線センサが提案されている。このような赤外線センサでは、赤外線が照射されると電荷が発生する。この電荷を検出することにより、赤外線を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＺＴは、キュリー点が２００℃程度である。このため、例えば、ＰＺＴを用いた赤外線センサは、例えば２６０℃程度の温度が加わるリフロー実装に不向きである。
【０００５】
本発明は、例えばリフロー実装可能な程度の優れた耐熱性を有する赤外線センサを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る焦電型赤外線センサは、焦電体層と、一対の電極とを備える。焦電体層は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。一対の電極は、焦電体層を狭持している。
【０００７】
本発明に係る赤外線センサのある特定の局面では、窒化アルミニウム系圧電体材料がスカンジウムを含む。
【０００８】
本発明に係る赤外線センサの他の特定の局面では、焦電体層の厚みが１０μｍ以下である。
【０００９】
本発明に係る赤外線センサの別の特定の局面では、赤外線センサは、焦電体層と第１及び第２の電極の少なくとも一方との間に配された絶縁層をさらに備える。
【００１０】
本発明に係る赤外線センサのさらに他の特定の局面では、絶縁層は、ポリイミド樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂からなる。
【００１１】
本発明に係る赤外線センサのさらに別の特定の局面では、絶縁層の厚みが２０μｍ以下である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、例えばリフロー実装可能な程度の優れた耐熱性を有する赤外線センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る赤外線センサの略図的断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る赤外線センサの略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１５】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１の略図的断面図である。赤外線センサ１は、焦電体層１０を備えている。焦電体層１０は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる。窒化アルミニウム系圧電体材料の具体例としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化スカンジウム・アルミニウム等が挙げられる。なかでも、窒化スカンジウム・アルミニウムが窒化アルミニウム系圧電体材料として好ましく用いられる。焦電体層１０の厚みは、１０μｍ以下であることが好ましい。また、焦電体層１０の厚みは、例えば、０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００１７】
焦電体層１０は、第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとにより挟持されている。第２の電極１１ｂは、複数の電極部に分割されていてもよい。第２の電極１１ｂをマトリクス状に位置する複数の電極部に分割することにより、赤外線を放出している物体の位置の特定等が可能となる。
【００１８】
第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂのそれぞれは、例えば、金、白金、タングステン、アルミニウム、銅、モリブデン、ルテニウム、チタン、クロム、ニクロムなどの少なくとも一種の金属などにより構成することができる。
【００１９】
第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂの厚みは、それぞれ、例えば、０．０５μｍ〜１μｍ程度とすることができる。
【００２０】
焦電体層１０と、第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂの少なくとも一方との間には、絶縁層１２が配されている。具体的には、本実施形態では、焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間に絶縁層１２が配されている。絶縁層１２は、例えばポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などからなる高分子フィルムにより構成することができる。赤外線センサ１の耐熱性を向上させる観点からは、絶縁層１２がポリイミド樹脂からなることが好ましい。なお、絶縁層１２は、焦電体層１０と第１の電極１１ａとの間と、焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間との両方に配されていてもよい。
【００２１】
本実施形態では、これら焦電体層１０、第１及び第２の電極１１ａ、１１ｂ並びに絶縁層１２によって焦電素子１３が構成されている。
【００２２】
焦電素子１３は、基板２２の上に設けられた支持部材２１により支持されている。本実施形態では、この支持部材２１が金属などの導電材料により構成されており、焦電素子１３は、支持部材２１を介して、基板２２の上に配された制御部材２５に電気的に接続されている。制御部材２５は、基板２２の焦電素子１３とは反対側の表面上に配された端子電極２６に電気的に接続されている。なお、制御部材２５は、例えば、ＩＣにより構成することができる。
【００２３】
焦電素子１３の上方は、基板２２に固定されたケーシング２３により覆われている。ケーシング２３の焦電素子１３の上方に位置する部分には、赤外線入射窓２３ａが形成されている。
【００２４】
次に、赤外線センサ１の動作について説明する。
【００２５】
赤外線センサ１に対して赤外線が照射されると、赤外線入射窓２３ａを経由して焦電体層１０に赤外線が入射する。赤外線が焦電体層１０に入射すると、焦電体層１０の赤外線が入射した部分において電荷が発生する。発生した電荷は、制御部材２５において電圧に変換され、端子電極２６から電気信号として出力される。このように、赤外線センサ１は、赤外線センサ１に入射した赤外線の強度に応じた大きさの電気信号を端子電極２６から出力する。また、第２の電極１１ｂが複数の電極部に分割されている場合は、赤外線を放出する物体の位置によって電極部の電位が異なる。このため、赤外線センサ１により赤外線を放出する物体の位置や移動を検出することもできる。
【００２６】
以上説明したように、赤外線センサ１は、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層１０を備えている。ここで、窒化アルミニウム系圧電体材料は、キュリー点を有さず、例えば、リフロー実装時に加わる２６０℃程度の熱に十分に耐え得る優れた耐熱性を有する。従って、赤外線センサ１は、リフロー実装可能な優れた耐熱性を有する。
【００２７】
また、窒化アルミニウム系圧電体材料は、優れた耐湿性を有するため、焦電体層１０に耐湿保護膜を設ける必要が必ずしもない。従って、赤外線センサ１を小型化し得る。
【００２８】
さらに、窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層１０は、自発分極するため、赤外線センサ１の製造に際して、分極処理工程を行う必要が必ずしもない。従って、赤外線センサ１は製造容易である。
【００２９】
赤外線センサ１では、絶縁層１２が設けられているため、第１の電極１１ａと第２の電極１１ｂとの間の絶縁抵抗が高められている。従って、赤外線センサ１の感度が高められている。但し、絶縁層１２が厚すぎると、焦電素子１３の熱容量が大きくなり、赤外線センサ１の感度がかえって低下してしまう場合がある。従って、絶縁層１２の厚みは、２０μｍ以下であることが好ましく、７．５μｍ以下であることがより好ましい。絶縁層１２の厚みの下限値は、通常、１μｍ程度である。
【００３０】
絶縁層１２として赤外線吸収膜を用いると、さらに感度を向上させることができる。ただし、絶縁層１２として赤外線吸収膜を用いる場合は、当該赤外線吸収膜は焦電体層１０と第２の電極１１ｂとの間に設けられる必要がある。
【００３１】
赤外線センサ１の感度をさらに向上させる観点からは、焦電体層１０がスカンジウムを含有する窒化スカンジウム・アルミニウムからなることが好ましい。この場合、圧電定数および焦電係数が大きくなるため、センシング感度が向上する。
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る赤外線センサ２の略図的断面図である。
【００３４】
赤外線センサ２は、第１の実施形態に係る赤外線センサ１と、焦電素子１３の支持態様において異なる。
【００３５】
赤外線センサ２では、支持部材２１がリング状に形成されている。また、支持部材２１の外径よりも大きな内径を有する部分を有する支持部材２４がさらに設けられている。焦電素子１３は、支持部材２１と支持部材２４とによりかしめ止めされている。この場合、焦電素子１３の固定に、振動を阻害する接着剤を必ずしも要さない。従って、赤外線センサ２の特性をさらに改善することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１，２…赤外線センサ
１０…焦電体層
１１ａ…第１の電極
１１ｂ…第２の電極
１２…絶縁層
１３…焦電素子
２１…支持部材
２２…基板
２３…ケーシング
２３ａ…赤外線入射窓
２４…支持部材
２５…制御部材
２６…端子電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層と、
前記焦電体層を狭持する一対の電極と、
を備える、赤外線センサ。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム系圧電体材料がスカンジウムを含む、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記焦電体層の厚みが１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記焦電体層と前記第１及び第２の電極の少なくとも一方との間に配された絶縁層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂からなる、請求項４に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記絶縁層の厚みが２０μｍ以下である、請求項４または５に記載の赤外線センサ。
【請求項１】
窒化アルミニウム系圧電体材料からなる焦電体層と、
前記焦電体層を狭持する一対の電極と、
を備える、赤外線センサ。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム系圧電体材料がスカンジウムを含む、請求項１に記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記焦電体層の厚みが１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記焦電体層と前記第１及び第２の電極の少なくとも一方との間に配された絶縁層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線センサ。
【請求項５】
前記絶縁層は、ポリイミド樹脂またはポリエチレンテレフタレート樹脂からなる、請求項４に記載の赤外線センサ。
【請求項６】
前記絶縁層の厚みが２０μｍ以下である、請求項４または５に記載の赤外線センサ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１１３６９２（Ｐ２０１３−１１３６９２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９６４４（Ｐ２０１１−２５９６４４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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