JP2015049073A - 赤外線センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線センサモジュールのコスト低減を可能とし、または、レンズを接着剤で固定することによる赤外線センサモジュールの品質問題の発生を抑制可能とする技術を提供する。
【解決手段】実装基板２上に赤外線センサ素子３と、外部の赤外線を集光するためのレンズ１１と、このレンズ１１を通過した赤外線が赤外線センサ素子３上に集光するように該レンズ１１を支持するレンズホルダ１２とを備えており、レンズ１１とレンズホルダ１２を一体に成形した。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体が発生する赤外線によって該物体の温度を検出する赤外線センサモジュールに関する。

近年の電子機器においては、赤外線温度センサが頻繁に用いられている。例えば、耳式体温計や人感センサに利用されている他、エアコンにおいても、赤外線温度センサによって人の存在を検知し、人の存在する場所を狙って温度調節するといった制御が行われている。このような赤外線温度センサにおいては、物体から照射された赤外線をレンズでセンサ素子上に集光し、センサ素子において輻射熱による温度上昇を検出する場合がある。

このような赤外線温度センサが組み込まれた赤外線センサモジュールとして例えば以下のものが知られている。この赤外線センサモジュールは、基板上に配置され、赤外線を検出する赤外線センサ素子と、赤外線センサ素子の出力を処理する信号処理回路素子と、外部の赤外線を赤外線センサ素子に結像するためのレンズを備えた光学部材用開口窓を有し赤外線センサ素子および信号処理回路素子を収容するケースとを具備している。そして、光学部材用開口窓は、その周縁部における光学部材を装着する面側に肉薄部を有し、光学部材の周縁部と光学部材用開口窓の周縁部との間に凹状部を構成し、凹状部が接着剤の充填される充填部を構成するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

この例では、赤外線の入射窓である光学部材用開口窓の周辺部と光学部材の周縁部との間に構成される凹状部に接着剤が充填される。このため、光学部材用開口窓の周縁部のレンズの実装面周囲に接着剤のフィレットを形成し、レンズを装着し加熱加圧して実装がなされる場合にも接着剤は凹状部に吸収される。これにより、接着剤が実装面からはみ出して、流れだしが発生することが抑制される。

しかしながら、上記の技術においては、レンズを金属製のケースに接着剤で接着固定しており、さらにケースを基板に接着材で接着固定していた。その結果、赤外線温度センサの製造工程が複雑化し部品点数も多くなることで、赤外線センサモジュールのコストダウンの妨げになる場合があった。また、レンズとケースとの境界面の接着剤によりレンズが汚れたり、接着剤の塗布バラツキにより品質問題が生じたりする虞があった。

特開２０１２−１０３２０６号公報 特許第３５８０１２６号公報 特開２０１２−１８１１５７号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、赤外線センサモジュールのコスト低減を可能とし、または、レンズを接着剤で固定することによる赤外線センサモジュールの品質問題の発生を抑制可能とする技術を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、実装基板上に赤外線センサ素子と、外部の赤外線
を集光するためのレンズと、このレンズを通過した赤外線が赤外線センサ素子上に集光するように該レンズを支持するレンズホルダとを備えており、レンズとレンズホルダを一体に成形したことを最大の特徴とする。

より詳しくは、実装基板と、
前記実装基板上に配置され、赤外線を検出する赤外線センサ素子と、
前記赤外線センサ素子に対向する位置に配置されたレンズと、
前記実装基板上に配置されるとともに前記レンズを支持することで前記レンズを通過する赤外線を前記赤外線センサ素子上に集光可能とするレンズホルダと、
を備え、
前記レンズと前記レンズホルダは一体に成形されていることを特徴とする。

これによれば、赤外線センサモジュールの製造工程において、レンズをレンズホルダに接着固定する工程を省略できるので、製造工程を簡略化することができ、部品点数と部品コストを低減することができる。また、接着剤の流れだしによるレンズの汚れや接着剤の塗布量のバラツキによる品質バラツキなどの不都合を回避することができる。

また、本発明においては、前記レンズ及び前記レンズホルダは、シリコン材料の半導体工程により一体に成形されるようにしてもよい。

ここで、シリコンは、赤外線に対して透過性を有する材質であるので、レンズ及びレンズホルダをシリコンで形成することで、赤外線を効率良く赤外線センサ素子に導くことが可能となる。また、シリコンは熱電導性も良好な材質であるので、レンズとレンズホルダの全体をシリコンで形成することで、レンズホルダ内の温度が上昇することに起因する赤外線センサ素子の温度検出の誤差を低減することが可能となる。また、シリコン材料を一般的な半導体工程によって加工することで、レンズ及びレンズホルダを容易に一体に成形することが可能となる。よって、製造工程の負荷を増加させずに本発明を実現することが可能である。

また、本発明においては、前記半導体工程は、シリコン材料のフォトリソグラフィー工程と、エッチング工程の組合せからなるものとしてもよい。

レンズ及びレンズホルダを、シリコン材料のフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程により一体に成形されるようにすることで、より一般的な通常の半導体製造工程と同様の工程及び装置を用いて、レンズ及びレンズホルダを一体に成形することができる。よって、より確実に、製造工程の負荷を増加させずに本発明を実現することが可能である。

また、本発明においては、前記半導体工程は、レンズ形状に応じてシリコン材料を挟んで陽極電極及び陰極電極を設けるとともに、電解液中で前記陽極電極と陰極電極との間に通電することにより、前記シリコン材料における陰極電極側に多孔質部を形成する陽極酸化工程と、前記多孔質部を除去する酸化物のエッチング工程の組合せからなるものとしてもよい。

このことによっても、半導体製造工程と同様の工程及び装置を用いて、レンズ及びレンズホルダを一体に成形することができる。よって、製造工程の負荷を増加させずに本発明を実現することが可能である。

また、本発明においては、前記レンズホルダは前記レンズと同軸の筒状の形状を有し、
前記レンズは片面凸レンズであり、前記レンズホルダの端面を封鎖するように前記レンズホルダと結合されるとともに、凸側の面を前記レンズホルダとは反対側に有するように
してもよい。

すなわち、レンズを片側凸レンズとして、当該レンズは、レンズと同軸の筒状の形状を有するレンズホルダの端面を塞ぐように形成される。そして、レンズの凸側の面はレンズホルダと反対側に配置される。そうすると、Ｓｉ基板に対して表と裏の両側から、フォトリソグラフィー及びエッチングを行うことにより、レンズの凸面とレンズホルダを一体に形成することが可能になる。これによれば、製造工程をより単純化することができ、部品コストの低減を促進できる。また、レンズの凸側の面とレンズホルダとが反対側に配置されるので、レンズ面の加工やコーティングをする場合にも作業が容易になる。なお、ここで筒状の形状とは円筒状に限られず、角筒、楕円筒の他、筒の外形と内形とが異なるような形状を含むものとする。

また、本発明においては、前記実装基板上に配置されるとともに前記赤外線センサ素子からの出力信号を増幅する回路部をさらに備え、
前記赤外線センサ素子は、前記実装基板上において、前記レンズ及び前記レンズホルダに囲まれるように配置され、
前記回路部は、前記実装基板上における前記レンズホルダの外部に配置され、
前記実装基板上において、前記レンズにおける前記赤外線センサ素子と反対側の光学面が外部に露出した状態で、前記レンズホルダ及び前記回路部を一体として樹脂モールドしてもよい。

これによれば、先ず、回路部がレンズホルダの外部に配置されるので、レンズホルダ自体を小型化することが可能であり、部品コスト及び部品製造に必要な時間を低減することが可能となる。その結果、装置コストを低減することが可能になる。また、レンズにおける赤外線センサ素子と反対側の光学面が外部に露出した状態で、レンズホルダ及び回路部を一体として樹脂モールドするので、レンズ及びレンズホルダを実装基板上に接着などで固定しなくても、実装基板と一体化することが可能となり、製造工程を簡略化できるとともに、回路部や赤外線センサ素子の静電気による破損などを防止でき、赤外線センサモジュールの信頼性を向上させることができる。また、一般に樹脂は赤外光を透過しないので、樹脂モールドすることで赤外迷光が赤外線センサ素子に入射することをより確実に抑制することができる。

また、本発明においては、前記実装基板には、前記レンズホルダの前記実装基板上における位置を規制する位置規制手段が設けられるようにしてもよい。そうすれば、レンズの光軸と赤外線センサ素子の中心との位置調整を行う必要がなくなり、ダイボンダなどの装置で、容易に実装基板へのレンズホルダの設置を行うことが可能となる。その結果、より確実に製造工程を簡略化でき装置コストを低減することが可能となる。

また、本発明においては、前記実装基板には、前記レンズホルダを載置することで前記レンズと前記赤外線センサ素子との間の距離を調整する台座部が設けられるようにしてもよい。

ここで、レンズの焦点距離を考慮するとレンズホルダによるレンズの支持位置は、赤外線センサ素子からある程度離れた位置になる。よって、レンズホルダ自体の高さもある程度高いことが要求される。そうすると、レンズホルダの加工量が増加することで部品コストの低減を妨げる場合がある。

そこで、本発明においては、レンズと赤外線センサ素子との距離を確保するために、実装基板上に台座部を設けることとした。これによれば、レンズホルダ自体の高さに加え、台座部の高さを利用して、レンズと赤外線センサ素子との距離を確保することができる。
よって、レンズホルダの高さや加工量を低減することができ部品コストを低減することが可能となる。なお、この場合は、台座部に、前記レンズホルダの前記実装基板上における位置を規制する位置規制手段の機能を持たせてもかまわない。そうすることにより、レンズホルダの位置決めと、レンズ高さの確保の両方を容易に実現することができる。

また、本発明においては、前記レンズホルダの内壁が金属によってシールドされるようにしてもよい。

すなわち、本発明では、レンズとレンズホルダを一体で成形するので、レンズホルダは赤外線を透過する素材となる。そうすると、レンズホルダを通過した赤外迷光あるいは、レンズやレンズホルダ内部で反射した赤外迷光が赤外線センサ素子に入射してしまい、測定誤差の原因となる虞がある。また、外部からの電磁波を充分に遮断できる構成にはなっていない。そこで、本発明においては、レンズホルダの内壁に金属によるシールドを施すこととした。これによれば、レンズ以外の部分から赤外光が入射し、赤外線センサ素子による検出の誤差要因になることを抑制できる。また、外部からの電界ノイズの侵入を抑制できる。これにより、赤外線センサ素子による検出精度を向上させることが可能となる。なお、シールドを形成する方法としては、金属をレンズホルダの内壁に蒸着してもよいし、また、金属フィルムをレンズホルダ内壁に貼り付けてもよい。

また、本発明においては、前記実装基板上において、前記回路部の周囲は非導電性樹脂でモールドされ、
さらに、前記レンズホルダ及び前記非導電性樹脂でモールドされた状態の前記回路部を一体として、導電性樹脂でモールドされるようにしてもよい。

ここで、赤外線センサモジュール全体として静電気に対する耐性を持たせるためには、全体を導電性の樹脂でモールドすることが望ましい。しかしながら、ＡＳＩＣに直接接触する部分だけは、導電性樹脂でモールドしてしまうとＡＳＩＣが破壊する虞がある。従って本発明においては、回路部の周囲のみは非導電性樹脂でモールドし、その上から、赤外線センサモジュール全体を導電性樹脂でモールドすることにした。これによれば、回路部における短絡を防止しつつ、赤外線センサモジュール全体の静電気に対する耐性を向上させることができる。

なお、上記した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することが可能である。

本発明によれば、赤外線センサモジュールのコストを低減することができ、または、レンズを接着剤で固定することによる赤外線センサモジュールの品質問題の発生を抑制することができる。

本発明の実施例１に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るレンズアッシーの製造工程の前半部分を示す図である。 本発明の実施例１に係るレンズアッシーの製造工程の後半部分を示す図である。 本発明の実施例２に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例３に係る赤外線センサモジュールの他の態様の概略構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例４に係る赤外線センサモジュールの他の態様の概略構成を示す図である。 本発明の実施例５に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例５に係る赤外線センサモジュールにおける他の態様の概略構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る赤外線センサモジュールの第二の態様の概略構成を示す図である。 本発明の実施例６に係る赤外線センサモジュールの第三の態様の概略構成を示す図である。 本発明の実施例７に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。 本発明の実施例８に係る赤外線センサモジュールの概略構成を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。

＜実施例１＞
図１には、本実施例における赤外線センサモジュール１の概略構成を示す。図１（ａ）は側面から見た断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。赤外線センサモジュール１は、実装基板２、赤外線センサチップ３、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)４、レンズ１１及びレンズホルダ１２からなるレンズアッシー１０により構成され
ている。実装基板２は、赤外線センサチップ３およびＡＳＩＣ４を実装するための積層基板であり、所定形状にパターニングされた配線層６を有している。赤外線センサチップ３は赤外線の輻射熱による温度上昇を電圧に変換することで赤外線を受信検知する素子であり、本実施例において赤外線センサ素子に相当する。また、ＡＳＩＣ４は本実施例の赤外線センサモジュール１のために設計された集積回路であり、配線層６により赤外線センサチップ３と電気的に接続されている。このＡＳＩＣ４は本実施例において回路部に相当し、赤外線センサチップ３からの検知信号を増幅して出力する。

赤外線センサチップ３は、レンズ１１及びレンズホルダ１２からなるレンズアッシー１０によってカバーされている。このレンズアッシー１０におけるレンズ１１とレンズホル多１２とは、シリコンによって一体的に構成されている。図１（ｂ）から分かるようにレンズアッシー１０は平面視及び側面視において矩形の断面を有し概略直方体の形状を有している。また、レンズアッシー１０の上面には、光軸が実装基板２と垂直方向になるようにレンズ１１が配置されている。

また、レンズ１１の実装基板２側には、レンズ１１の径より若干小径の円筒状の空間であるチップ収納部１３が形成されており、実装基板２側に円形の開口を有している。すなわち、レンズアッシー１０におけるレンズ１１の基板側にはチップ収納部１３が形成され、その周囲の部分によってレンズホルダ１２が形成されている。なお、本実施例ではチップ収納部１３の形状は円筒形となっているが、チップ収納部の形状はこれに限られない、
例えば、断面多角形の筒状でも構わないし、円錐状、角錐状でも構わない。

レンズアッシー１０は、レンズホルダ１２の下端部が実装基板２上に接するように実装基板２上に載置されている。その際、レンズアッシー１０は、図１（ｂ）に示す平面図において、レンズ１１の光軸が赤外線センサチップ３の中央にくるように位置決めされた後に固定される。レンズアッシー１０の実装基板２への固定方法は特に限定されないが、接着や後述する樹脂モールドによって固定するようにしても構わない。

この構成では、レンズ１１を通過した赤外線は、赤外線センサチップ３上に集光する。これによって、赤外線センサモジュール１において効率のよい赤外線検知が可能となる。ここで、シリコンによって形成されているレンズアッシー１０は赤外透過性を有するため、レンズ１１以外の部分を通過する赤外迷光や外部からの静電ノイズによって、赤外線センサチップ３における赤外線の検出精度が低下する虞がある。そこで、本実施例では、レンズホルダ１２の円筒状の内壁には、金などの金属を蒸着することにより金属膜７を形成し、赤外迷光や静電ノイズを遮断することとしている。なお、赤外迷光や静電ノイズを遮断するための構成は、金属膜を蒸着することに限定はされない。金属箔をレンズホルダの内壁に貼り付けてもよいし、場合により酸化膜を形成しても構わない。

本実施例における赤外線センサモジュール１では、レンズ１１とレンズホルダ１２とによってレンズアッシー１０が一体的に形成されており、このレンズアッシー１０におけるチップ収納部１３にセンサチップ３が配置される。このため、従来の金属製ケースにレンズが接着された構成と比較して、レンズアッシーの組み立て工数を大幅に低減し、部品コストを低減することが可能になっている。また、レンズ自体をケースに接着剤で固定する工程がないために、接着剤の流れだしによるレンズの汚れやレンズ位置や姿勢のずれといいった不都合を抑制することができ、赤外線センサモジュールの信頼性を向上させることができる。

次に、レンズアッシー１０の具体的な製造方法について説明する。本実施例におけるレンズアッシー１０の作製には，通常のＬＳＩ製造で使用されるフォトリソグラフィーとエッチング技術が用いられる。製造工程の一例を図２及び図３に示す。まず最初に、ＳｉＯ２層２２を挟んで上Ｓｉ層２１及び下Ｓｉ層２３が形成されたＳｉ基板２０が準備される。Ｓｉ基板２０において、上Ｓｉ層２１はレンズ１１が形成される部分であり厚みは３００μｍ程度である。下Ｓｉ層２３は、主にレンズホルダ１２が形成される部分であり厚みは４００μｍ程度である。

そして、Ｓｉ基板２０の上Ｓｉ層２１の上面にレジスト層２４が塗布により形成され、この状態のＳｉ基板２０のレジスト層２４側に、グレーマスク２５が配置される。このグレーマスク２５は多階調マスクの一種であり、露光機の解像度以下のスリットが分散して形成され、当該スリットによって露光の一部を透過することによって中間階調が実現されるものである。グレーマスクを用いることで、一回の露光で露光部分と未露光部分の他、中間階調の中間露光部分を生成させることができる。続いて現像処理を行うことで、図２（ｂ）に示すような３Ｄ構造のレジスト（感光剤）を作ることができる。

本実施例では、上述のグレーマスクを用いて図２（ｂ）に示すように、レンズ形状に相当する３Ｄ構造のレジスト層２４を、上Ｓｉ層２１の上に形成する。そして、この状態で、３Ｄのレジスト層２４と同じパターンを上Ｓｉ層２１に転写するため、３Ｄ構造のレジスト層２４をマスクにしてシリコンを深掘り反応性イオンエッチング(Deep Reactive Ion
Etching: ＤＲＩＥ)と呼ばれるドライエッチング法で加工する．そして、レジスト層と
シリコン材料とのエッチング速度が略同速度となるようにエッチングを進行させることで、図２（ｃ）に示すように、３Ｄのレジスト層２４の形状が上Ｓｉ層２１に転写される。

図３には、その後の製造工程について示す。３Ｄ構造のレジスト層２４の形状が上Ｓｉ層２１に転写された後に、図３（ａ）に示すように、下Ｓｉ層２３の下側における、レンズホルダ１２が形成されるべき部分に通常のレジストが塗布される。そして、図３（ｂ）に示すように、深掘り反応性イオンエッチング(Deep Reactive Ion Etching:ＤＲＩＥ)によってチップ収納部１３相当部分に対してエッチングを行う。ここで、本実施例ではＳｉ基板２０中にＳｉＯ２層２２が設けられているため、ＤＲＩＥによるエッチングはここで停止する。そして、図３（ｃ）に示すように、リンス工程によってレジストを除去し、さらに、チップ収納部１３相当部分のＳｉＯ２層２２を除去する。最後に、図３（ｃ）に破線で示す位置で、Ｓｉ基板２０を切断することで、レンズアッシー１０が形成される。なお、本実施例においては、ＳｉＯ２層２２をエッチングのストッパとして介在させているが、エッチング量及び速度を制御することで省略しても構わない。

続いて、赤外線センサモジュール１の組立手順を説明する。最初に、実装基板２上に赤外線センサチップ３及びＡＳＩＣ４が搭載される。赤外線センサチップ３及びＡＳＩＣ４は、実装基板２上にペーストによって固定・接着することができる。その後、ワイヤボンディングによって配線接続（赤外線センサチップ３およびＡＳＩＣ４と実装基板２の配線層６との接続）がなされる。このような赤外線センサチップ３及びＡＳＩＣ４と実装基板２とのワイヤボンディングは、通常のＣＯＢ(Chip On Board)実装技術が適用できる。な
お、赤外線センサチップ３およびＡＳＩＣ４と実装基板２の配線層６との接続は、通常の半田付工程によっても構わない。

そして、レンズアッシー１０が実装基板２上に、レンズ１１の光軸が赤外線センサチップ３の中央に合致するように位置決めされた後、接着などの方法によって固定される。このことで、赤外線センサチップ３は、レンズアッシー１０のチップ収納部１３と実装基板２とで形成される空間の内部に密閉される。

以上、説明したように、本実施例においては、赤外線センサモジュール１におけるレンズ１１とレンズホルダ１２とを一体的に、通常の半導体形成工程で作成することとした。従って、部品点数及び組み立て工数を低減することが可能で装置のコストダウンを促進することができる。また、レンズ１１とケースホルダ１２とを接着で固定するといった工程を無くしたので、接着剤の流れだしやレンズの接着場所や姿勢のずれなどの不都合を低減でき、赤外線センサモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。

なお、上記の実施例においては、シリコン材料のフォトリソグラフィー工程と、エッチング工程の組合せからなる通常の半導体工程によってレンズアッシーを形成する場合について説明した。しかしながら、本発明における半導体工程は上記の工程に限定されない。以下、半導体工程としての他の例について説明する。

ここで説明する半導体工程では、Ｓｉ基板の例えば下側の面に陽極の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の金属膜（例えばＡｌ膜や、Ａｌ−Ｓｉ膜）からなる導電性層を形成する。この導電性層は、スパッタ法や蒸着法によって形成してもよい。そして、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層を熱処理することでＳｉ基板と導電性層との接触がオーミック接触をなすようにする。

その後、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を利用して導電性層に円形状の開孔部を形成することで陽極を形成する。そして、陽極酸化用の電解液中でＳｉ基板の上側面に対向配置された陰極と上記陽極との間に通電してＳｉ基板における陰極側の領域に除去部位となる多孔質部を形成する。この多孔質部を形成する工程は陽極酸化工程に相当する。そして、この陽極酸化工程においては、Ｓｉ基板中を流れる電流の電流密度で多孔
質化の速度が決まり、多孔質部の厚みが決まることになるので、Ｓｉ基板の陰極側の領域では、陽極の開孔部の中心線から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるような電流密度の面内分布を有することとなる。

従って、上記の多孔質部は、陽極の開孔部の中心線に近くなるほど徐々に薄くなるように形成される。そして、アルカリ系溶液やＨＦ系溶液などによって、この多孔質部と陽極とを除去することで、Ｓｉ基板にレンズ形状を形成することが可能である。この多孔質部を除去する工程はエッチング工程に相当する。なお、この方法と同様の原理でレンズホルダを形成することも可能である。

この半導体工程によれば、Ｓｉ基板に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ形状が決定されるので、Ｓｉ基板の抵抗率や厚み、電解液の電気抵抗値や、Ｓｉ基板と陰極との間の距離、陰極の平面形状、陽極における開孔部の形状などを適宜設定することにより、レンズ形状を制御することができる。なお、上記の陽極は、Ｓｉ基板に不純物をドーピングすることによる高濃度不純物ドーピング層によって形成しても構わない。また、上記の工程をＳｉ基板における表裏を変更して複数回行うことで両面凸状のレンズを形成するようにしても構わない。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、実施例１で説明した赤外線センサモジュール１全体を樹脂モールドした例について説明する。図４（ａ）には、本実施例において樹脂モールドされた赤外線センサモジュール３１を側面から見た断面図を示す。赤外線センサモジュール３１においては、赤外線センサチップ３とＡＳＩＣ４が実装された実装基板２にレンズアッシー１０を載置した状態で、モジュール全体を樹脂モールドして一体化している。

赤外線センサモジュール１の全体を樹脂モールドするモールド封止工程は，赤外線センサチップ３やＡＳＩＣ４を外部からの応力，湿気や汚染物質から守るために，モールド樹脂を用いて固める工程である。例えば、トランスファモールド法を用い，樹脂としては熱硬化性のエポキシ系樹脂を用いてもよい。これによれば、レンズアッシー１０を実装基板２上に接着等によって個別に固定する必要がなく全体を樹脂モールドすることで赤外線センサモジュール３１の構成部品を一体化することができる。その結果、赤外線センサモジュール３１の信頼性及び取扱性を向上させることができる。

その際、図４（ｂ）に示すように、先ずＡＳＩＣ４を非導電性樹脂モールド３３で封止し、その上から導電性樹脂モールド３４で全体をさらに封止するようにしてもよい。そうすれば、ＡＳＩＣ４の電極同士が短絡してしまうことを防止できるとともに、ＡＳＩＣ４が静電気によって破壊されてしまうことを防止できる。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例では、実装基板上に、レンズアッシーの位置決めのための構造を形成した例について説明する。

図５には、本実施例における赤外線センサモジュール５１の概略構成を示す。図５（ａ）は側面から見た断面図、図５（ｂ）は平面図である。本実施例において、図１で示した実施例１の赤外線センサモジュール１と同等の構成については同じ符号を用いて説明は省略する。図５に示すように、本実施例の実装基板５２には、レンズアッシー１０の位置決めをするための位置規制手段の一例である凸部５２ａが４箇所設けられている。この４箇所の凸部５２ａの内側の壁に、直方体状の外形を有するレンズアッシー１０の４つの側面を当接または対向させて、レンズアッシー１０を実装基板５２上に載置することで、レン
ズ１１の光軸が赤外線センサチップ３の中心に合致するようになっている。

なお、凸部５２ａは、実装基板５２の表面に、絶縁体の層を多層形成するビルトアップ工法により生成してもよい。この場合は、凸部５２ａは実装基板２上にエポキシ樹脂の層を被覆固化することにより形成してもよい。また、絶縁体の部品を接着などの方法で実装基板５２上に固定してももちろん構わない。また、場合により、凸部５２ａは導電体の多層形成により形成されても構わない。

図６には、レンズアッシー１０の位置決め用の凸部をレンズホルダ１２のチップ収納部側にも設けた例を示す。この例では、実装基板６２上の、レンズホルダ１２の内壁に沿うように円筒状の凸部６２ａを４箇所配置している。また、レンズアッシー１０の軸回りの回転を防止するための円筒状の補助凸部６２ｂを、レンズアッシー１０の対角線上の角部に４箇所設けている。以上説明したように、本実施例によれば、実装基板上にレンズアッシーを載置する場合の位置決めを容易にすることができ、より確実にレンズの光軸合わせをすることが可能となる。なお、本実施例で説明した凸部の形状及び数は一例であって、位置規制手段としての凸部が他の形状または数を有しても構わないことは当然である。また、実装基板上には凸部でなく凹部または孔が形成されており、レンズホルダの下端部全体または、レンズホルダ下端に設けられた凸部が実装基板上の凹部または孔に挿入されて位置規制される構成でもよい。

＜実施例４＞
次に、本発明の実施例４について説明する。本実施例では、実装基板上にレンズアッシーの高さを稼ぐための台座を設けた例について説明する。

図７には、本実施例における赤外線センサモジュール７１の概略構成を示す。図７（ａ）は側面から見た断面図、図７（ｂ）は平面図である。本実施例において、図１で示した実施例１の赤外線センサモジュール１と同等の構成については同じ符号を用いて説明は省略する。図７に示すように、本実施例の実装基板７２には、レンズアッシー７５のレンズホルダ７７の下端を載置するための台座部７２ａが、レンズホルダ７７の下端部の全周に亘って設けられている。また、台座部７２ａと一体的に、レンズアッシー７５の位置決めをするための凸部７２ｂが４箇所設けられている。

この台座部７２ａの上にレンズアッシー７５を載置することにより、レンズホルダ７７の高さをあまり高くせずに、レンズ７６と赤外線センサチップ３との間に充分な距離を確保することができる。そうすると、図２で示した下Ｓｉ層２３の厚みを低減できるとともにレンズホルダの形成工程におけるエッチング量を減少させることができ、部品コストをより確実に低減することが可能になる。また、４箇所の凸部７２ａの内側の壁にレンズアッシー７５の４つの側面を当接または対向させるようにレンズアッシー７５を実装基板７２上に載置することで、レンズ７６の光軸が赤外線センサチップ３の中心により容易に合致させることができる。

なお、台座部７２ａ及び凸部７２ｂは、実装基板７２の表面に、絶縁体の層を多層形成するビルトアップ工法により生成してもよい。この場合は、台座部７２ａ及び凸部７２ｂは実装基板７２上にエポキシ樹脂の層を被覆固化することにより形成してもよい。また、絶縁体の部品を接着などの方法で実装基板７２上に固定してももちろん構わない。また、場合により、凸部７２ｂは導電体の多層形成により形成されても構わない。

図８には、本実施例における別の態様である、赤外線センサモジュール８１の概略構成を示す。図８（ａ）は側面から見た断面図、図８（ｂ）は平面図である。図８に示すように、本実施例の実装基板８２には、レンズアッシー８５のレンズホルダ８７の下端を載置
するための台座部８２ａが、レンズホルダ８７の下端部の全周に亘って設けられている。この態様では、台座部８２ａの上端面は、内側すなわち赤外線センサチップ３側の高さが外側より低くなるような斜面により形成されている。

一方、レンズアッシー８５のレンズホルダ８７の下端部は、内側すなわちレンズ光軸側の長さが外側より長くなるような斜面により形成されている。そして、台座部８２ａと、レンズホルダ８７の下端部の斜面の傾斜角は略一致している。すなわち、台座部８２ａの上端部の斜面とレンズホルダ８７の下端部の斜面とを接するようにレンズアッシー８５を載置することで、レンズアッシー８７は自重で最も低くなる位置であるとともに、レンズ８６の光軸が赤外線センサチップ３の中心に合致する位置に自動的に安定するようになっている。

この台座部８２ａの上にレンズアッシー８５を載置することにより、レンズホルダ８７の高さをあまり高くせずに、レンズ８６と赤外線センサチップ３との間に充分な距離を確保することができる。そうすると、図２で示した下Ｓｉ層２３の厚みを低減できるとともにレンズホルダの形成工程におけるエッチング量を減少させることができ、部品コストをより確実に低減することができる。また、台座部８２ａの上端部の斜面とレンズホルダ８７の下端部の斜面とが接するようにレンズアッシー８５を載置することで、レンズ８６の光軸を赤外線センサチップ３の中心に自動的に合致させることができる。

なお、ここでも、台座部８２ａは、実装基板８２の表面に、絶縁体の層を多層形成するビルトアップ工法により生成してもよい。この場合は、台座部８２ａは実装基板８２上にエポキシ樹脂の層を被覆固化することにより形成してもよい。また、絶縁体の部品を接着などの方法で実装基板８２上に固定してももちろん構わない。また、場合により、台座部８２ａは導電体の多層形成により形成されても構わない。

＜実施例５＞
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例では、実装基板とレンズアッシーの間に、レンズアッシーと同様の方法で形成したスペーサを介在させる例について説明する。

図９及び図１０には、本実施例における赤外線センサモジュールの４つの態様を示す。図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はいずれも各態様の赤外線センサモジュールの側面から見た断面図である。本実施例においては、図１で示した実施例１の赤外線センサモジュール１と同等の構成については同じ符号を用いて説明は省略する。図９（ａ）に示す態様では、レンズアッシー９５のレンズホルダ９７の下端と実装基板２との間に、スペーサ９７ａを介在させている。このスペーサ９７ａは、光軸方向から見て、レンズアッシー９５のレンズホルダ９７と同等の断面図を有している。スペーサ９７ａとレンズホルダ９７あるいは、スペーサ９７ａと実装基板２とは、接着などの方法によって固定されていてもよいし、実施例２で説明したように樹脂モールドにより一体化されていてもよい。

これによれば、レンズホルダ９７の高さをあまり高くせずに、レンズ９６と赤外線センサチップ３との間に充分な距離を確保することができる。そうすると、図２で示した下Ｓｉ層２３の厚みを低減できるとともにレンズホルダの形成工程におけるエッチング量を減少させることができ、部品コストをより確実に低減することが可能になる。

次に、図９（ｂ）に示す態様では、レンズアッシー１０２のレンズホルダ１０４の下端と実装基板２との間に、スペーサ１０４ａを介在させている。このスペーサ１０４ａは、光軸方向から見て、レンズホルダ１０４と同等の断面図を有する筒状の部材の上端に、中
央に光が通過する孔が設けられたアパーチャ部１０４ｂを有している。スペーサ１０４ａがこのようなアパーチャ部１０４ｂを有することで、レンズ１０３による赤外線の集光特性には殆ど影響を与えず、レンズアッシー１０２、スペーサ１０４ａを含めた系全体としての熱伝導性を向上させることが可能となる。

そうすると、レンズ１０３を通過した赤外光による熱がレンズアッシー１０２及びスペーサ１０４ａの内部に蓄積されることが抑制され、赤外線センサチップ３の温度が過度に上昇してしまうことによる検出精度の低下を抑制することが可能となる。なお、図９（ｂ）に示す態様では、金属膜１０５は、スペーサ１０４ａの側面内壁と、アパーチャ部１０４ｂの光が通過しない部分、すなわち孔以外の部分の下面に形成されている。このことにより、より確実に、迷光や電磁波の入射による赤外線センサチップ３の検出精度の低下を抑制することができる。

次に、図１０（ａ）に示す態様では、レンズアッシー１０７のレンズホルダ１０９の下端と実装基板２との間に、スペーサ１０９ａを介在させている。このスペーサ１０９ａは、光軸方向から見て、レンズホルダ１０９と同等の断面図を有する筒状の部材の上端に光学平板部１０９ｂを有している。スペーサ１０９ａがこのような光学平板部１０９ｂを有することによっても、図９（ｂ）に示した態様と同等の効果を得ることが可能である。なお、図１０（ａ）に示す態様では、金属膜１０５は、スペーサ１０９ａの側面内壁と、光学平板部１０９ｂの光が通過しない部分の下面に形成されている。このことにより、より確実に、迷光や電磁波の入射による赤外線センサチップ３の検出精度の低下を抑制することができる。

さらに、図１０（ｂ）に示す態様においてはレンズアッシー１１５のレンズホルダ１１７の下端と実装基板２との間に、スペーサ１１７ａを介在させている。このスペーサ１１７ａは、レンズホルダ１１７と同等の断面図を有する筒状の部材の上端にレンズ１１６ｂを有している。スペーサ１１７ａがこのようなレンズ１１６ｂを有することで、レンズ１０６による赤外線の集光特性をさらに強化し、実質的に焦点距離を短くすることが可能である。その結果、レンズアッシー１１５とスペーサ１１７ａを合わせた全体の高さを抑制することができ、装置の小型化が可能となる。また、図２で示した下Ｓｉ層２３の厚みを低減できるとともにレンズアッシー１１５及びスペーサ１１７ａのエッチング量を低減することができるので、部品コストを低減し、製造工程を簡略化もしくは短時間化することが可能である。さらに、この構成によれば、レンズ１１６ｂによりレンズ１１６の収差を補正することも可能である。

＜実施例６＞
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例では、レンズアッシーのなかに複数のレンズからなるレンズアレイを含み、複数の赤外線センサチップからの信号取得を可能とした例について説明する。

図１１には、本実施例における赤外線センサモジュール１２１の概略構成を示す。図１１（ａ）はレンズアッシー側から見た断面図、図１１（ｂ）は平面図である。本実施例において、図１で示した実施例１の赤外線センサモジュール１と同等の構成については同じ符号を用いて説明は省略する。図１１に示すように、本実施例の実装基板１２２には、レンズアッシー１２５が設置されているが、このレンズアッシー１２５は、図１に示したレンズアッシー１０が３個連結された形状となっている。

すなわち、レンズアッシー１２５には、３つのレンズ１２６と３つのレンズホルダ１２７が設けられており、３つのチップ収納部１２８の内部には、各々赤外線センサチップ３が備えられており、各々のレンズ１２６から入射した赤外線による温度上昇を検出するこ
とが可能となっている。また、本実施例におけるＡＳＩＣ１２４は、３つの赤外線センサチップ３からの信号を各々独立して増幅することが可能となっている。

本実施例によれば、一つの赤外線センサモジュール１２１で、複数の場所の温度分布を測定することが可能である。また、本実施例においては、図３で説明したレンズアッシーの製造工程において、エッチングの終了後に、レンズアッシーの切断方法を変更し、３つ並んだ状態でＳｉ基板２０から切り出せば製造可能であるので、非常に簡単に、赤外線センサアレイ用のレンズアッシーを作製することが可能となる。

また、図１２には、本実施例における第二の態様としての赤外線センサモジュール１３１の概略構成を示す。この例では、図１１に示した態様と異なり、ＡＳＩＣを搭載しておらず、配線層１３３のランド部分１３３ａが露出した状態で流通することを前提としたものである。この態様においては、３つの赤外線センサ素子３からの出力信号をどのように増幅、処理するかはユーザーに任されており、自由度の高い利用を可能としている。

また、図１３には、本実施例における第三の態様としての赤外線センサモジュール１４１の概略構成を示す。この例では、図１１に示した態様と異なり、３つのＡＳＩＣ１４３が、３つの赤外線センサ素子３の実装基板１４２に対する裏側に搭載されている。この態様では各々のＡＳＩＣ１４３は、各自の裏側にある赤外線センサ素子３の信号のみを増幅する。この態様においては、ＡＳＩＣ１４３は赤外線センサ素子３の実装基板１４２に対する裏側に配置されているので、厚みは増えるものの、赤外線センサモジュール自体の面積を小さくすることができ、搭載場所の自由度を高くすることができる。

＜実施例７＞
次に、本発明の実施例７について説明する。本実施例では、一つのレンズアッシーのチップ収納部の中に、複数の赤外線センサチップが配置されており、当該レンズアッシーが、各赤外線センサチップに対応する複数のレンズを含むレンズアレイを有する例について説明する。

図１４には、本実施例における別の態様としての赤外線センサモジュール１５１の概略構成を示す。この例では、一つのレンズアッシー１５５のチップ収納部１５９の中に、３つの赤外線センサチップ３ａ〜３ｃが配置されている。図１４（ａ）はレンズアッシー側から見た断面図、図１４（ｂ）は平面図である。図１４においても、図１で示した実施例１の赤外線センサモジュール１と同等の構成については同じ符号を用いて説明は省略する。

この例においては、レンズアッシー１５５には、各赤外線センサチップ３ａ〜３ｂに対応したレンズ１５６ａ〜１５６ｃがレンズアレイとして形成されている。この態様においても、一つの赤外線センサモジュール１５１で、複数の場所の温度分布を測定することが可能となる。なお、本発明においては、レンズアッシー１５５におけるレンズ１５６をフォトレジストとエッチングによるＤＲＩＥなどの半導体工程で形成するので、レンズ形状の自由度が非常に高くなっている。従って、図１４に示すように、一つのレンズアッシー１５５において３つのレンズ１５６ａ〜１５６ｃを形成することが容易に実現可能となっている。

＜実施例８＞
次に、本発明の実施例８について説明する。本実施例では、レンズアッシー及び赤外線センサチップが、リードフレーム上に載置され、樹脂モールドされた例について説明する。

図１５には、本実施例における赤外線センサモジュール１６１の概略構成を示す。この例では、レンズアッシー１６５及び赤外線センサチップ３が実装基板としてのリードフレーム上に配置されている。本実施例では、赤外線センサチップ３は、リードフレームにおけるダイパッド１６４上に載置され、リード１６２との間はワイヤーボンディング１６３によって接続されている。また、レンズ１６６、レンズホルダ１６７からなるレンズアッシー１６５もリードフレーム上に載置され、樹脂モールド１６８によって一体的にパッケージングされている。

本実施例によれば、赤外線センサチップ３と、レンズアッシー１６５とを備える赤外線センサモジュール１６１を、より小型化することができ、取扱性を向上させることができる。

なお、上記の実施例ではレンズは片面凸レンズであることを前提に説明をしたが、レンズはこれに限定されるものではない。両面凸レンズやフレネルレンズを用いてもよい。また、レンズアッシーの材質としては、シリコンの他、ゲルマニウムなどでもよいし、ポリエチレンなどの樹脂を用いても構わない。但し、ポリエチレンを使用する際には、ＤＲＩＥなどの半導体製造工程ではなく、樹脂成型プロセスによってレンズアッシーを一体成型することになる。

また、上記の実施例では、赤外線センサ素子として、赤外線センサチップ単体を用いる例を挙げて説明したが、赤外線センサチップを、例えば、４×４個または１×８個並べてパッケージ化したような素子を用いても構わない。

１、３１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１０６、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１・・・赤外線センサモジュール
２、５２、６２、７２、８２、１２２、１３２，１４２、１５２・・・実装基板
３・・・赤外線センサチップ
４、１２４、１４３、１５４・・・ＡＳＩＣ
６・・・導電層
７、１０５・・・金属シールド
１０、７５、８５、９５、１０２、１０７、１１５、１２５、１５５、１６５・・・レンズアッシー
１１、７６、８６、９６、１０３、１０８、１１６、１２６、１５６、１６６・・・レンズ
１２、７７、８７、９７、１０４、１０９、１１７、１２７、１５７，１６７・・・レンズホルダ

Claims (10)

1. 実装基板と、
   前記実装基板上に配置され、赤外線を検出する赤外線センサ素子と、
   前記赤外線センサ素子に対向する位置に配置されたレンズと、
   前記実装基板上に配置されるとともに前記レンズを支持することで前記レンズを通過する赤外線を前記赤外線センサ素子上に集光可能とするレンズホルダと、
   を備え、
   前記レンズと前記レンズホルダは一体に成形されていることを特徴とする赤外線センサモジュール。
2. 前記レンズ及び前記レンズホルダは、シリコン材料の半導体工程により一体に成形されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサモジュール。
3. 前記半導体工程は、シリコン材料のフォトリソグラフィー工程と、エッチング工程の組合せからなることを特徴とする請求項２に記載の赤外線センサモジュール。
4. 前記半導体工程は、レンズ形状に応じてシリコン材料を挟んで陽極電極及び陰極電極を設けるとともに、電解液中で前記陽極電極と陰極電極との間に通電することにより、前記シリコン材料における陰極電極側に多孔質部を形成する陽極酸化工程と、前記多孔質部を除去する酸化物のエッチング工程の組合せからなることを特徴とする請求項２に記載の赤外線センサモジュール。
5. 前記レンズホルダは前記レンズと同軸の筒状の形状を有し、
   前記レンズは片面凸レンズであり、前記レンズホルダの端面を封鎖するように前記レンズホルダと結合されるとともに、凸側の面を前記レンズホルダとは反対側に有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外線センサモジュール。
6. 前記実装基板上に配置されるとともに前記赤外線センサ素子からの出力信号を増幅する回路部をさらに備え、
   前記赤外線センサ素子は、前記実装基板上において、前記レンズ及び前記レンズホルダに囲まれるように配置され、
   前記回路部は、前記実装基板上における前記レンズホルダの外部に配置され、
   前記実装基板上において、前記レンズにおける前記赤外線センサ素子と反対側の光学面が外部に露出した状態で、前記レンズホルダ及び前記回路部を一体として樹脂モールドしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の赤外線センサモジュール。
7. 前記実装基板には、前記レンズホルダの前記実装基板上における位置を規制する位置規制手段が設けられたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の赤外線センサモジュール。
8. 前記実装基板には、前記レンズホルダを載置することで前記レンズと前記赤外線センサ素子との間の距離を調整する台座部が設けられたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の赤外線センサモジュール。
9. 前記レンズホルダの内壁が金属によってシールドされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の赤外線センサモジュール。
10. 前記実装基板上において、前記回路部の周囲を非導電性樹脂でモールドし、
    さらに、前記レンズホルダ及び前記非導電性樹脂でモールドされた状態の前記回路部を
    一体として、導電性樹脂でモールドしたことを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサモジュール。

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