红外传感器模块的制作方法

红外传感器模块的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种红外传感器模块，能够降低红外传感器模块的成本或抑制红外传感器模块因利用粘接剂固定透镜而出现质量问题。该红外传感器模块在安装基板(2)上具有红外传感器元件(3)、用于聚集外部红外线的透镜(11)、支承该透镜(11)而使通过该透镜(11)的红外线聚集在红外传感器元件(3)上的透镜支架(12)，透镜(11)与透镜支架(12)一体形成。
【专利说明】红外传感器模块

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过物体所产生的红外线，检测该物体温度的红外传感器模块。

【背景技术】
[0002]在近年来的电子设备中，频繁使用红外温度传感器。例如，除了利用于耳式体温计及人体感应器中以外，在空调中也进行了如下控制，即，利用红外温度传感器检测人的存在，以存在人的场所为目标进行温度调节。在上述红外温度传感器中，有时利用透镜将物体所辐射的红外线聚集在传感器元件上，在传感器元件中检测辐射热所引起的温度上升。
[0003]作为组装了上述红外温度传感器的红外传感器模块，例如已知以下的模块。该红外传感器模块具有红外传感器元件、信号处理电路元件和壳体，红外传感器元件配置在基板上，检测红外线，信号处理电路元件处理红外传感器元件的输出，壳体收纳红外传感器元件及信号处理电路元件，具有配置了透镜的光学部件用开口窗，透镜用于使外部的红外线在红外传感器元件上成像。而且，光学部件用开口窗在其周缘部的、安装光学部件的一侧具有薄壁部，在光学部件的周缘部与光学部件用开口窗的周缘部之间构成凹状部，凹状部构成填充粘接剂的填充部(例如，参照专利文献I)。
[0004]在该例中，向构成于红外线的射入窗即光学部件用开口窗的周边部与光学部件的周缘部之间的凹状部填充粘接剂。因此，即使在光学部件用开口窗周缘部的透镜安装面周围形成粘接剂的胶瘤，安装透镜并加热加压来进行安装的情况下，粘接剂也将被吸收至凹状部中。由此，能够抑制粘接剂从安装面挤出，发生流出现象。
[0005]然而，在上述技术中，利用粘接剂将透镜粘接固定在金属制壳体上，再进一步利用粘接剂将壳体粘接固定在基板上。其结果为，红外温度传感器的制造工序复杂，配件数量也增多，因此，存在妨碍红外传感器模块降低成本的情况。另外，有可能由于透镜与壳体的分界面的粘接剂而弄脏透镜，或者由于粘接剂的涂布不均匀而出现质量问题。
[0006]专利文献1:(日本)特开2012-103206号公报
[0007]专利文献2:(日本)特许第3580126号公报
[0008]专利文献3:(日本)特开2012-181157号公报


【发明内容】

[0009]本发明是鉴于上述技术问题而作出的，其目的在于提供一种能够降低红外传感器模块的成本、或者能够抑制红外传感器模块因利用粘接剂固定透镜而出现质量问题的技术。
[0010]用于解决上述问题的本发明的最大特征在于，在安装基板上具有红外传感器元件、用于聚集外部红外线的透镜、以及支承该透镜而使通过该透镜的红外线聚集在红外传感器元件上的透镜支架，透镜与透镜支架一体形成。
[0011]更详细地说，本发明的特征在于，
[0012]具有:安装基板；配置在所述安装基板上，检测红外线的红外传感器元件；配置在与所述红外传感器元件相对的位置的透镜；以及配置在所述安装基板上且通过支承所述透镜而能够将通过所述透镜的红外线聚集在所述红外传感器元件上的透镜支架；所述透镜与所述透镜支架一体形成。
[0013]据此，在红外传感器模块的制造工序中，能够省略将透镜粘接固定在透镜支架上的工序，因此能够简化制造工序，能够减少配件数量，降低配件成本。另外，能够避免因流出粘接剂而弄脏透镜、以及因粘接剂涂布量不均匀而使质量波动等不良情况。
[0014]另外，在本发明中，所述透镜及所述透镜支架通过硅材料的半导体工序一体形成。
[0015]在此，硅是相对于红外线具有透过性的材质，因此，通过用硅形成透镜及透镜支架，能够有效地将红外线引导至红外传感器元件。另外，硅是导热性也良好的材质，因此，通过用硅形成透镜及透镜支架整体，能够减少因透镜支架内温度升高而产生的红外传感器元件的温度检测误差。另外，通过利用普通的半导体工序对硅材料进行加工，能够使透镜及透镜支架容易地一体形成。因此，不增加制造工序的负担就能够实现本发明。
[0016]另外，在本发明中，所述半导体工序可以由硅材料的光刻工序和蚀刻工序的组合组成。
[0017]通过利用硅材料的光刻工序及蚀刻工序将透镜及透镜支架一体形成，能够使用与更一般的普通半导体制造工序相同的工序及装置将透镜及透镜支架一体形成。据此，不增加制造工序的负担就能够更切实地实现本发明。
[0018]另外，在本发明中，所述半导体工序可以由阳极氧化工序和氧化物的蚀刻工序的组合组成，阳极氧化工序根据透镜形状，隔着硅材料设置阳极电极及阴极电极，通过在电解液中向所述阳极电极与阴极电极之间通电，在所述硅材料的阴极电极侧形成多孔质部，氧化物的蚀刻工序除去所述多孔质部。
[0019]据此，也能够使用与半导体制造工序相同的工序及装置将透镜及透镜支架一体形成。因此，不增加制造工序的负担就能够实现本发明。
[0020]另外，在本发明中，所述透镜支架可以具有与所述透镜同轴的筒状形状，
[0021]所述透镜可以为单面凸透镜，与所述透镜支架结合以封闭所述透镜支架的端面，并且在与所述透镜支架相反一侧具有凸侧的面。
[0022]即，将透镜设为单侧凸透镜，该透镜将具有与透镜同轴的筒状形状的透镜支架的端面封闭。而且，透镜凸侧的面配置在与透镜支架相反的一侧。这样，能够通过从正反两侧对Si基板进行光刻及蚀刻，将透镜的凸面与透镜支架一体形成。据此，能够使制造工序更简单，能够促进配件成本的降低。另外，由于透镜凸侧的面和透镜支架配置在相反侧，因此即使是在对透镜面进行加工及涂覆的情况下，作业也较为容易。注意，在此，筒状形状不限于圆筒状，除方筒、椭圆筒外，还包括筒的外部形状与内部形状不同的形状。
[0023]另外，在本发明中，所述红外传感器模块还可以具有电路部，该电路部配置于所述安装基板上，并且放大来自所述红外传感器元件的输出信号，所述红外传感器元件可以在所述安装基板上配置为被所述透镜及所述透镜支架包围，所述电路部可以配置在所述安装基板上的所述透镜支架的外部，在所述安装基板上，可以在所述透镜的与所述红外传感器元件相反一侧的光学面向外部露出的状态下，将所述透镜支架及所述电路部树脂模制为一体。
[0024]据此，首先，由于电路部配置在透镜支架的外部，因此能够使透镜支架自身小型化，能够降低配件成本及配件制造所需要的时间。其结果为，能够降低装置成本。另外，由于在透镜的与红外传感器元件相反一侧的光学面向外部露出的状态下，将透镜支架及电路部树脂模制为一体，因此，即使透镜及透镜支架不通过粘接等手段固定在安装基板上，透镜及透镜支架也能够与安装基板形成为一体，能够简化制造工序，并且能够防止静电造成电路部及红外传感器元件破损等，能够提高红外传感器模块的可靠性。另外，一般而言，树脂不能使红外光透过，因此，通过进行树脂模制，能够进一步切实地抑制红外杂散光(迷光)射入红外传感器兀件。
[0025]另外，在本发明中，在所述安装基板上可以设置限制所述透镜支架在所述安装基板上的位置的位置限制机构。这样，就不需要进行透镜光轴与红外传感器元件中心的位置调整，能够通过固晶机等装置容易地向安装基板上设置透镜支架。其结果为能够更切实地简化制造工序，能够降低装置成本。
[0026]另外，在本发明中，在所述安装基板上可以设置通过载置所述透镜支架来调整所述透镜与所述红外传感器元件之间的距离的底座部。
[0027]在此，如果考虑透镜的焦距，则透镜支架支承透镜的位置为离开红外传感器元件一定程度的位置。因此，也在一定程度上要求透镜支架自身高度较高。这样，透镜支架的加工量将增加，往往会妨碍配件成本的降低。
[0028]因此，在本发明中，为了确保透镜与红外传感器元件的距离，在安装基板上设置底座部。据此，除了透镜支架自身的高度以外，还能够利用底座部的高度确保透镜与红外传感器元件的距离。因此，能够降低透镜支架的高度及加工量，能够降低配件成本。注意，在该情况下，也可以使底座部具有限制所述透镜支架在所述安装基板上的位置的位置限制机构的功能。由此，能够容易地实现透镜支架的定位、以及透镜高度的确保这两方面。
[0029]另外，在本发明中，所述透镜支架的内壁可以由金属屏蔽。
[0030]即，在本发明中，由于是一体地形成透镜与透镜支架，因此透镜支架为可以使红外线透过的原材料。这样，有可能导致通过透镜支架的红外杂散光或在透镜及透镜支架内部反射过的红外杂散光射入红外传感器元件中，成为产生测定误差的原因。另外，也没有形成能够将来自外部的电磁波充分隔绝的结构。因此，在本发明中，用金属对透镜支架的内壁实施屏蔽。据此，能够抑制红外光从透镜以外的其他部分射入，成为红外传感器元件的检测出现误差的原因。另外，能够抑制来自外部的电场干扰侵入。由此，能够提高红外传感器元件的检测精度。注意，作为形成屏蔽的方法，既可以在透镜支架的内壁上蒸镀金属，也可以在透镜支架内壁上粘贴金属膜。
[0031]另外，在本发明中，可以在所述安装基板上利用非导电性树脂对所述电路部的周围进行模制，并且，可以利用导电性树脂，将所述透镜支架以及用所述非导电性树脂进行了模制的状态下的所述电路部模制为一体。
[0032]在此，为了使红外传感器模块整体相对于静电具有抵抗性，优选利用导电性的树脂对红外传感器模块整体进行模制。然而，如果利用导电性树脂只对与ASIC直接接触的部分进行模制，则ASIC可能会破损。因此，在本发明中，利用非导电性树脂只对电路部的周围进行模制，在此基础上，利用导电性树脂对红外传感器模块整体进行模制。据此，能够防止电路部短路,并且能够提高红外传感器模块整体对静电的抵抗性。
[0033]注意，用于解决上述问题的手段可以在可能的范围内组合使用。
[0034]根据本发明，能够降低红外传感器模块的成本，或者能够抑制红外传感器模块因利用粘接剂固定透镜而出现质量问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0035]图1 (a)和图1 (b)是表示本发明实施例1的红外传感器模块的结构概况的图。
[0036]图2 (a)、图2 (b)和图2 (c)是表示本发明实施例1的透镜组件的制造工序的前半部分的图。
[0037]图3 (a)、图3 (b)和图3 (c)是表示本发明实施例1的透镜组件的制造工序的后半部分的图。
[0038]图4(a)和图4(b)是表示本发明实施例2的红外传感器模块的结构概况的图。
[0039]图5(a)和图5(b)是表不本发明实施例3的红外传感器模块的结构概况的图。
[0040]图6 (a)和图6 (b)是表示本发明实施例3的红外传感器模块的其他方式的结构概况的图。
[0041]图7 (a)和图7 (b)是表不本发明实施例4的红外传感器模块的结构概况的图。
[0042]图8 (a)和图8 (b)是表示本发明实施例4的红外传感器模块的其他方式的结构概况的图。
[0043]图9(a)和图9(b)是表不本发明实施例5的红外传感器模块的结构概况的图。
[0044]图10 (a)和图10 (b)是表示本发明实施例5的红外传感器模块的其他方式的结构概况的图。
[0045]图11 (a)和图11 (b)是表示本发明实施例6的红外传感器模块的结构概况的图。
[0046]图12 (a)和图12 (b)是表示本发明实施例6的红外传感器模块的第二方式的结构概况的图。
[0047]图13 (a)和图13 (b)是表示本发明实施例6的红外传感器模块的第三方式的结构概况的图。
[0048]图14(a)和图14(b)是表示本发明实施例7的红外传感器模块的结构概况的图。
[0049]图15(a)和图15(b)是表不本发明实施例8的红外传感器模块的结构概况的图。
[0050]附图标记说明
[0051]1、31、51、61、71、81、91、101、106、111、121、131、141、151、161..?红外传感器模块
[0052]2、52、62、72、82、122、132、142、152..?安装基板
[0053]3..?红外传感器芯片
[0054]4、124、143、154...ASIC
[0055]6...导电层
[0056]7、105..?金属屏蔽件
[0057]10、75、85、95、102、107、115、125、155、165..?透镜组件
[0058]11、76、86、96、103、108、116、126、156、166..?透镜
[0059]12、77、87、97、104、109、117、127、157、167..?透镜支架

【具体实施方式】
[0060]下面，参照附图，示例性地详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0061]〈实施例1〉
[0062]图1 (a)、图1 (b)表示本实施例的红外传感器模块I的结构概况。图1 (a)是从侧面观察的剖视图，图1 (b)是俯视图。红外传感器模块I由安装基板2、红外传感器芯片3、ASIC (Applicat1n Specific Integrated Circuit:专用集成电路)4 和透镜组件 10 构成,该透镜组件10由透镜11以及透镜支架12组成。安装基板2为用来安装红外传感器芯片3及ASIC4的层叠基板，具有构图为规定形状的配线层6。红外传感器芯片3为通过将红外线的辐射热引起的温度上升转换为电压来接收、检测红外线的元件，在本实施例中相当于红外传感器元件。另外，ASIC4是为本实施例的红外传感器模块I而设计的集成电路，通过配线层6与红外传感器芯片3电连接。该ASIC4在本实施例中相当于电路部，将来自红外传感器芯片3的检测信号放大、输出。
[0063]红外传感器芯片3被由透镜11及透镜支架12构成的透镜组件10覆盖。该透镜组件10的透镜11与透镜支架12由硅一体构成。由图1 (b)可知，透镜组件10在俯视及侧视中具有矩形截面，具有大致长方体的形状。另外，在透镜组件10的上表面，配置有光轴沿与安装基板2垂直的方向的透镜11。
[0064]另外，在透镜11的安装基板2侧形成有芯片收纳部13，该芯片收纳部13为直径比透镜11的直径小若干的圆筒状的空间，在安装基板2侧具有圆形的开口。S卩，在透镜组件10的透镜11的基板侧形成有芯片收纳部13，利用该芯片收纳部13周围的部分形成了透镜支架12。注意，虽然在本实施例中芯片收纳部13的形状为圆筒形，但芯片收纳部的形状不限于此，例如既可以是截面为多边形的筒状，也可以为圆锥形状、棱锥形状。
[0065]透镜组件10载置在安装基板2上，使透镜支架12的下端部连接在安装基板2上。此时，在图1(b)所示的俯视图中，透镜组件10在透镜11的光轴定位在红外传感器芯片3的中央后被固定。透镜组件10向安装基板2上的固定方法未特别限定，也可以通过粘接或后述的树脂模制进行固定。
[0066]该结构中，通过透镜11的红外线聚集在红外传感器芯片3上。由此，红外传感器模块I能够高效地检测红外线。在此，由硅形成的透镜组件10具有红外透过性，因此通过透镜11以外的部分的红外杂散光及来自外部的静电干扰有可能使红外传感器芯片3的红外线检测精度下降。因此，在本实施例中，在透镜支架12的圆筒状内壁上通过蒸镀金等金属而形成金属膜7，阻隔红外杂散光及静电干扰。注意，用于阻隔红外杂散光及静电干扰的结构不限于蒸镀金属膜。可以在透镜支架的内壁粘贴金属箔，有时也可以形成氧化膜。
[0067]在本实施例的红外传感器模块I中，由透镜11及透镜支架12 —体地形成透镜组件10，在该透镜组件10的芯片收纳部13中配置传感器芯片3。因此，与在现有的金属制壳体上粘接透镜的结构相比，能够大幅度减少透镜组件的组装工时，降低配件成本。另外，由于没有利用粘接剂在壳体上固定透镜自身的工序，因此能够抑制粘接剂流出而弄脏透镜、以及透镜位置及姿势偏移之类的不良情况，能够提高红外传感器模块的可靠性。
[0068]接着，说明透镜组件10的具体制造方法。在本实施例的透镜组件10的制作中，采用在普通LSI制造中所使用的光刻与蚀刻技术。图2(a)、图2(b)和图2(c)以及图3(a)、图3(b)和图3(c)表示制造工序的一例。首先，准备隔着S12层22形成上Si层21及下Si层23的Si基板20。在Si基板20中，上Si层21为形成透镜11的部分，厚度为300 μ m左右，下Si层23主要为形成透镜支架12的部分，厚度为400 μ m左右。
[0069]然后，在Si基板20的上Si层21的上表面通过涂布形成抗蚀层24，在该状态下的Si基板20的抗蚀层24侧配置灰度掩模(々'' > 一7 7々)25。该灰度掩模25为多级灰度掩模(多階調7 ^々)的一种，分散形成有曝光机的分辨率以下的狭缝，通过利用该狭缝使曝光的一部分透过来实现中间灰度(中間階調)。通过使用灰度掩模，经一次曝光除能够生成曝光部分与未曝光部分以外，还能够生成中间灰度的中间曝光部分。接着，通过进行显影处理，能够制作出图2 (b)所示的3D结构的抗蚀剂(光敏剂)。
[0070]在本实施例中，利用上述灰度掩模，如图2(b)所示，在上Si层21上形成与透镜形状相当的3D结构的抗蚀层24。然后，为了在该状态下将与3D抗蚀层24相同的图案转印到上Si层21，以3D结构的抗蚀层24为掩模，通过称为深反应离子蚀刻(De印Reactive 1nEtching:DRIE)的干式蚀刻法对硅进行加工。并且，使抗蚀层与硅材料的蚀刻速度大致相同地进行蚀刻，由此，如图2(c)所示，将3D抗蚀层24的形状转印到上Si层21上。
[0071]图3(a)、图3(b)和图3(c)表示之后的制造工序。在将3D结构的抗蚀层24的形状转印到上Si层21上之后，如图3(a)所示，在下Si层23的下侧中的、应该形成透镜支架12的部分涂布普通的抗蚀剂。然后,如图3(b)所示,通过深反应离子蚀刻(Deep Reactive1n Etching:DRIE)，对芯片收纳部13所相当的部分进行蚀刻。在此，在本实施例中，由于在Si基板20中设有S12层22，因此DRIE蚀刻在此停止。然后，如图3(c)所示，通过清洗工序除去抗蚀剂，再除去芯片收纳部13所相当的部分的S12层22。最后，在图3(c)虚线所示的位置切割Si基板20，由此形成透镜组件10。注意，虽然在本实施例中将S12层22设为蚀刻阻挡层，但也可以通过控制蚀刻量及速度来省略S12层22。
[0072]接着，说明红外传感器模块I的组装流程。首先，在安装基板2上搭载红外传感器芯片3及ASIC4。红外传感器芯片3及ASIC4能够通过膏剂固定、粘接在安装基板2上。之后，通过引线焊接，形成配线连接(红外传感器芯片3及ASIC4与安装基板2的配线层6之间的连接)。上述红外传感器芯片3及ASIC4与安装基板2之间的引线焊接可以应用普通的COB (Chip On Board:板上芯片封装)安装技术。注意，红外传感器芯片3及ASIC4与安装基板2的配线层6之间的连接也可以通过普通的钎焊工序来进行。
[0073]然后，在将透镜组件10定位在安装基板2上而使透镜11的光轴与红外传感器芯片3的中央一致之后，将透镜组件10通过粘接等方法固定在安装基板2上。由此，红外传感器芯片3被密封在由透镜组件10的芯片收纳部13与安装基板2形成的空间的内部。
[0074]如上所述，在本实施例中，通过普通的半导体形成工序一体地制作红外传感器模块I的透镜11与透镜支架12。因此，能够减少配件数量以及组装工时，能够促进装置成本降低。另外，由于省去了通过粘接将透镜11与透镜支架12固定这样的工序，因此能够减少粘接剂的流出以及透镜的安装位置和姿势偏离等不良情况，能够提高红外传感器模块的可靠性。
[0075]注意，在上述实施例中，对通过由硅材料的光刻工序与蚀刻工序的组合组成的普通半导体工序形成透镜组件的情况进行了说明。但是，本发明的半导体工序不限于上述工序。下面，对半导体工序的其他例子进行说明。
[0076]在于此处所说明的半导体工序中，在Si基板的例如下侧的面上形成导电性层，该导电性层成为阳极的基础，由规定膜厚(例如I μ m)的金属膜(例如Al膜、Al-Si膜)形成。该导电性层也可以通过溅射法或蒸镀法形成。然后，通过在N2气及H2气的气体环境中对导电性层进行热处理，使Si基板与导电性层之间的接触为欧姆接触。
[0077]之后，利用光刻技术及蚀刻技术在导电性层形成圆形的开孔部，由此形成阳极。然后，在阳极氧化用的电解液中向与Si基板的上侧面相对配置的阴极与上述阳极之间通电，在Si基板的阴极一侧的区域形成作为除去部位的多孔质部。形成该多孔质部的工序相当于阳极氧化工序。并且，在该阳极氧化工序中，由于在Si基板中流动的电流的电流密度决定多孔质化的速度，决定多孔质部的厚度，因此，在Si基板的阴极一侧的区域，具有越远离阳极的开孔部的中心线、电流密度越逐渐增大的电流密度的面内分布。
[0078]因此，上述多孔质部形成为越接近阳极的开孔部的中心线，厚度越逐渐变薄。然后，利用碱性溶液、HF系溶液(HF系溶液)等除去该多孔质部与阳极，由此，能够在Si基板上形成透镜形状。除去该多孔质部的工序相当于蚀刻工序。注意，还可以以与该方法相同的原理形成透镜支架。
[0079]根据该半导体工序，透镜形状由在Si基板中流动的电流的电流密度的面内分布来决定，因此，通过适当设定Si基板的电阻率、厚度、电解液的电阻值、Si基板与阴极之间的距离、阴极的平面形状、阳极开孔部的形状等，能够控制透镜形状。注意，上述的阳极也可以由通过向Si基板中掺加杂质而形成的高浓度杂质掺杂层来形成。另外，也可以通过改变Si基板的正反面并多次进行上述工序，形成双面凸状的透镜。
[0080]〈实施例2〉
[0081]接着，对本发明的实施例2进行说明。在本实施例中，将说明对实施例1所说明的整个红外传感器组件I进行树脂模制的例子。图4(a)表示从侧面观察的、在本实施例中进行了树脂模制的红外传感器模块31的剖视图。在红外传感器模块31中，在安装有红外传感器芯片3与ASIC4的安装基板2上载置有透镜组件10的状态下，对整个模块进行树脂模制而一体化。
[0082]对整个红外传感器模块I进行树脂模制的模制密封工序是利用模制树脂进行加固以在来自外部的应力、湿气、污染物质中保护红外传感器芯片3及ASIC4的工序。例如，可以利用传递模塑法，作为树脂可以利用热固性的环氧类树脂。据此，不需要通过粘接等单独将透镜组件10固定在安装基板2上，对整体进行树脂模制就能够使红外传感器模块31的构成部件形成为一体。其结果为，能够提高红外传感器模块31的可靠性及处理性能。
[0083]此时，如图4 (b)所示，也可以先利用非导电性树脂模制件33封闭ASIC4，在此基础上进一步利用导电性树脂模制件34封闭整体。这样，能够防止ASIC4的电极彼此短路，并且能够防止因静电而使ASIC4受损。
[0084]〈实施例3〉
[0085]接着，对本发明的实施例3进行说明。在本实施例中，对在安装基板上形成用于透镜组件定位的结构的例子进行说明。
[0086]图5(a)和图5(b)表不本实施例的红外传感器模块51的结构概况。图5(a)是从侧面观察的剖视图，图5(b)是俯视图。在本实施例中，对于与图1(a)和图1(b)所示实施例I的红外传感器模块I相同的结构，使用相同标记，省略说明。如图5(a)和图5(b)所示，本实施例的安装基板52上设有四处凸部52a，凸部52a是用于定位透镜组件10的位置限制机构的一例。通过使具有长方体外形的透镜组件10的四个侧面与该四处凸部52a的内侧的壁抵接或相对而将透镜组件10载置在安装基板52上，可以使透镜11的光轴与红外传感器芯片3的中心一致。
[0087]注意，凸部52a也可以是通过在安装基板52的表面上形成多层绝缘体层的积层工艺(m卜7 〃 7°工法)生成的。在该情况下，凸部52a也可以是通过在安装基板2上覆盖、固化环氧树脂层来形成的。另外，当然也可以利用粘接等方法在安装基板52上固定绝缘体配件。另外,有时也可以通过形成多层导电体来形成凸部52a。
[0088]图6 (a)和图6 (b)表示在透镜支架12的芯片收纳部侧也设有透镜组件10定位用的凸部的例子。在该例中，沿安装基板62上的透镜支架12的内壁配置四处圆筒状的凸部62a。另外，在透镜组件10的对角线上的角部设有四处用来防止透镜组件10绕轴旋转的圆筒状的辅助凸部62b。如上所述，根据本实施例，能够在向安装基板上载置透镜组件时容易地进行定位，能够更切实地对准透镜的光轴。注意，本实施例所说明的凸部的形状及数量是一个例子，作为位置限制机构的凸部当然也可以具有其他的形状或数量。另外，也可以在安装基板上形成凹部或孔而非凸部，透镜支架的整个下端部或设置于透镜支架下端的凸部插入到安装基板上的凹部或孔中而被限制位置。
[0089]〈实施例4〉
[0090]接着，对本发明的实施例4进行说明。在本实施例中，对在安装基板上设置用于增加透镜组件高度的底座的例子进行说明。
[0091]图7 (a)和图7 (b)表不本实施例的红外传感器模块71的结构概况。图7 (a)是从侧面观察的剖视图，图7(b)是俯视图。在本实施例中，对于与图1(a)和图1(b)所示实施例I的红外传感器模块I相同的结构，使用相同标记，省略说明。如图7(a)和图7(b)所示，在本实施例的安装基板72上，以遍及透镜支架77下端部的全周的方式，设置有用于载置透镜组件75的透镜支架77下端的底座部72a。另外，与底座部72a —体地设置有四处用于定位透镜组件75的凸部72b。
[0092]通过在该底座部72a上载置透镜组件75，不用使透镜支架77的高度太高，就能够在透镜76与红外传感器芯片3之间确保足够的距离。这样，能够减小图2(a)?图2(c)所示的下Si层23的厚度并且能够减少透镜支架的形成工序中的蚀刻量，能够更切实地降低配件成本。另外，通过在安装基板72上载置透镜组件75以使透镜组件75的四个侧面与四处凸部72a的内侧的壁抵接或相对，能够更容易地使透镜76的光轴与红外传感器芯片3的中心一致。
[0093]注意，底座部72a及凸部72b也可以是通过在安装基板72的表面上形成多层绝缘体层的积层工艺生成的。在该情况下，底座部72a及凸部72b也可以是通过在安装基板72上覆盖、固化环氧树脂层来形成的。另外，当然也可以利用粘接等方法在安装基板72上固定绝缘体配件。另外,有时也可以通过形成多层导电体来形成凸部72b。
[0094]图8 (a)和图8(b)表不本实施例其他方式的红外传感器模块81的结构概况。图8(a)是从侧面观察的剖视图，图8(b)是俯视图。如图8(a)和图8(b)所示，在本实施例的安装基板82上，以遍及透镜支架87下端部的全周的方式，设有用于载置透镜组件85的透镜支架87下端的底座部82a。在该方式中，底座部82a的上端面由内侧即红外传感器芯片3一侧的高度低于外侧的斜面形成。
[0095]另一方面，透镜组件85的透镜支架87的下端部由内侧即透镜光轴侧的长度大于外侧的斜面形成。并且，底座部82a和透镜支架87下端部的斜面的倾斜角大体一致。SP，通过载置透镜组件85以使底座部82a上端部的斜面与透镜支架87下端部的斜面相接，透镜组件87将因自重而位于最低位置，并且将自动稳定在透镜86的光轴与红外传感器芯片3的中心一致的位置。
[0096]通过在该底座部82a上载置透镜组件85，不用使透镜支架87的高度太高，就能够在透镜86与红外传感器芯片3之间确保足够的距离。这样，能够减小图2(a)、图2(b)和图2 (c)所示的下Si层23的厚度并且能够减少透镜支架的形成工序中的蚀刻量，能够更切实地降低配件成本。另外，通过载置透镜组件85以使底座部82a上端部的斜面与透镜支架87下端部的斜面相接，能够使透镜86的光轴自动与红外传感器芯片3的中心一致。
[0097]注意，在此，底座部82a也可以是通过在安装基板82的表面上形成多层绝缘体层的积层工艺生成的。在该情况下，底座部82a也可以是通过在安装基板82上覆盖、固化环氧树脂层来形成的。另外，当然也可以利用粘接等方法在安装基板82上固定绝缘体配件。另外,有时也可以通过形成多层导电体来形成底座部82a。
[0098]〈实施例5〉
[0099]接着，对本发明的实施例5进行说明。在本实施例中，对在安装基板与透镜组件之间存在以与透镜组件相同的方法形成的分隔件的例子进行说明。
[0100]图9 (a)和图9 (b)及图10 (a)和图10 (b)表示本实施例的红外传感器模块的四个方式。图9(a)、图9(b)、图10(a)及图10(b)都是从各种方式的红外传感器模块的侧面观察的剖视图。在本实施例中，对于与图1(a)和图1(b)所示实施例1的红外传感器模块I相同的结构，使用相同标记，省略说明。在图9(a)所示的方式中，在透镜组件95的透镜支架97下端与安装基板2之间存在分隔件97a。该分隔件97a从光轴方向观察具有与透镜组件95的透镜支架97相同的剖视图。分隔件97a与透镜支架97、或分隔件97a与安装基板2既可以通过粘接等方法进行固定，也可以如实施例2所说明的那样，通过树脂模制形成为一体。
[0101]据此，不用使透镜支架97的高度太高，就能够在透镜96与红外传感器芯片3之间确保足够的距离。这样，能够减小图2(a)、图2(b)和图2(c)所示的下Si层23的厚度并且能够减少透镜支架的形成工序中的蚀刻量，能够更切实地降低配件成本。
[0102]接着，在图9(b)所示的方式中，在透镜组件102的透镜支架104下端与安装基板2之间存在分隔件104a。该分隔件104a从光轴方向观察在与透镜支架104具有相同剖视图的筒状部件的上端具有开口部(了一子Y部)104b，该开口部104b在中央设有供光通过的孔。由于分隔件104a具有上述开口部104b，因此对透镜103的红外线聚光特性几乎不会产生影响，能够提高包括透镜组件102、分隔件104a在内的整个系统的导热性。
[0103]这样，能够抑制通过透镜103的红外光所引起的热蓄积在透镜组件102及分隔件104a的内部，抑制红外传感器芯片3的温度过度上升使检测精度下降。注意，在图9(b)所示的方式中，金属膜105形成在分隔件104a的侧面内壁和开口部104b的光不通过的部分即孔以外的部分的下表面。由此，能够更切实地抑制杂散光、电磁波的射入使红外传感器芯片3的检测精度下降。
[0104]接着，在图10(a)所示的方式中，在透镜组件107的透镜支架109下端与安装基板2之间存在分隔件109a。该分隔件109a从光轴方向观察在与透镜支架109具有相同剖视图的筒状部件的上端具有光学平板部10%。由于该分隔件109a具有上述光学平板部10%，因而也能够得到与图9(b)所示方式相同的效果。注意，在图10(a)所示的方式中，金属膜105形成在分隔件109a的侧面内壁和光学平板部109b的光不通过的部分的下表面。由此，能够更切实地抑制杂散光、电磁波的射入使红外传感器芯片3的检测精度下降。
[0105]在图10(b)所示的方式中，在透镜组件115的透镜支架117下端与安装基板2之间存在分隔件117a。该分隔件117a在与透镜支架117具有相同剖视图的筒状部件的上端具有透镜116b。由于分隔件117a具有上述透镜116b，因此能够进一步强化透镜106的红外线聚光特性，实质上缩短焦距。其结果为，能够抑制组合透镜组件115与分隔件117a后的整体的高度，能够使装置小型化。另外，能够减小图2(a)、图2(b)和图2(c)所示的下Si层23的厚度并且能够减少透镜组件115及分隔件117a的蚀刻量，因此能够降低配件成本，简化制造工序或缩短制造时间。而且，根据该结构，还能够通过透镜116b校正透镜116的象差。
[0106]〈实施例6〉
[0107]接着，对本发明的实施例6进行说明。在本实施例中，对在透镜组件中包括由多个透镜组成的透镜阵列、能够从多个红外传感器芯片获取信号的例子进行说明。
[0108]图11(a)和图11(b)表示本实施例的红外传感器模块121的结构概况。图11(a)为从透镜组件侧观察的剖视图，图11 (b)为俯视图。在本实施例中，对于与图1 (a)和图1 (b)所示实施例1的红外传感器模块I相同的结构，使用相同标记，省略说明。如图11 (a)和图11(b)所示，在本实施例的安装基板122上设置有透镜组件125，该透镜组件125为三个图1 (a)和图1 (b)所示的透镜组件10连结成的形状。
[0109]S卩，在透镜组件125中设有三个透镜126和三个透镜支架127，在三个芯片收纳部128的内部分别具有红外传感器芯片3，能够检测出因从各个透镜126射入的红外线而引起的温度上升。另外，本实施例的ASIC124能够分别独立地放大来自三个红外传感器芯片3的信号。
[0110]根据本实施例，能够通过一个红外传感器模块121测定多个场所的温度分布。另夕卜，在本实施例中，只要在图3(a)、图3(b)和图3(c)所说明的透镜组件的制造工序中，在蚀刻结束之后改变透镜组件的切割方法，将透镜组件10以三个并列在一起的状态从Si基板20中切割出来，就能够进行制造，因而能够非常简单地制作出红外传感器阵列用的透镜组件。
[0111]另外，图12(a)和图12(b)表示本实施例中作为第二方式的红外传感器模块131的结构概况。在该例中，与图11(a)和图11(b)所示的方式不同，以不搭载ASIC、在配线层133的连接盘部分(’ ^卜''部分)133a露出的状态下进行流通为前提。在该方式中，如何对来自三个红外传感器元件3的输出信号进行放大、处理是由用户支配的，能够以较高的自由度加以利用。
[0112]另外，图13(a)和图13(b)表不本实施例中作为第三方式的红外传感器模块141的结构概况。在该例中，与图11(a)和图11(b)所示的方式不同，三个ASIC143相对于安装基板142搭载在三个红外传感器兀件3的反面。在该方式中，各ASIC143只放大位于各自反面的红外传感器兀件3的信号。在该方式中，由于ASIC143相对于安装基板142配置在红外传感器元件3的反面，因此，尽管厚度增加，但能够减小红外传感器模块自身的面积，能够提高搭载场所的自由度。
[0113]〈实施例7〉
[0114]接着，对本发明的实施例7进行说明。在本实施例中，对在一个透镜组件的芯片收纳部中配置多个红外传感器芯片、该透镜组件具有透镜阵列且透镜阵列包括与各红外传感器芯片对应的多个透镜的的例子进行说明。
[0115]图14(a)和图14(b)表不本实施例中作为其他方式的红外传感器模块151的结构概况。在该例中，在一个透镜组件155的芯片收纳部159中配置三个红外传感器芯片3a?3c。图14(a)为从透镜组件侧观察的剖视图，图14(b)为俯视图。在图14(a)和图14(b)中，对于与图1(a)和图1(b)所示实施例1的红外传感器模块I相同的结构，也使用相同标记并省略说明。
[0116]在该例中，在透镜组件155上，作为透镜阵列，形成有与各红外传感器芯片3a?3c对应的透镜156a?156c。在该方式中，也能够通过一个红外传感器模块151测定多个场所的温度分布。另外，在本发明中，由于在基于光敏抗蚀剂和蚀刻的DRIE (深反应离子蚀刻)等半导体工序中形成透镜组件155的透镜156，因此透镜形状的自由度非常高。因此，如图14(a)和图14(b)所示，能够容易地实现在一个透镜组件155中形成三个透镜156a?156c0
[0117]〈实施例8〉
[0118]接着，对本发明的实施例8进行说明。在本实施例中，对透镜组件及红外传感器芯片载置在引线框架上并被进行树脂模制的例子进行说明。
[0119]图15(a)和图15(b)表不本实施例的红外传感器模块161的结构概况。在该例中，在作为安装基板的引线框架上配置透镜组件165及红外传感器芯片3。在本实施例中，红外传感器芯片3载置在引线框架的晶片焊盘164上，与引线162之间通过引线焊接163进行连接。另外，由透镜166、透镜支架167组成的透镜组件165也载置在引线框架上，通过树脂模制件168被封装为一体。
[0120]根据本实施例，能够使具有红外传感器芯片3与透镜组件165的红外传感器模块161进一步小型化，能够提高处理性能。
[0121]注意，虽然在上述实施例中以透镜为单面凸透镜为前提进行了说明，但透镜不限于此。也可以使用双面凸透镜、菲涅耳透镜。另外，作为透镜组件的材质，除了硅以外，还可以使用锗等，也可以使用聚乙烯等树脂。但是，在使用聚乙烯时，不是通过DRIE等半导体制造工序，而是通过树脂成型工序使透镜组件一体成型。
[0122]另外，在上述实施例中，作为红外传感器元件，以使用红外传感器芯片单体为例进行了说明，但也可以使用将红外传感器芯片例如按4X4个或1X8个的方式排列并进行封装而成的元件。
【权利要求】
1.一种红外传感器模块，其特征在于，具有: 安装基板； 配置于所述安装基板上，检测红外线的红外传感器元件； 配置在与所述红外传感器元件相对的位置的透镜； 配置在所述安装基板上且通过支承所述透镜而能够将通过所述透镜的红外线聚集在所述红外传感器元件上的透镜支架； 所述透镜与所述透镜支架一体形成。
2.如权利要求1所述的红外传感器模块，其特征在于， 所述透镜及所述透镜支架通过硅材料的半导体工序一体形成。
3.如权利要求2所述的红外传感器模块，其特征在于， 所述半导体工序由硅材料的光刻工序和蚀刻工序的组合组成。
4.如权利要求2所述的红外传感器模块，其特征在于， 所述半导体工序由阳极氧化工序和氧化物的蚀刻工序的组合组成，所述阳极氧化工序根据透镜形状，隔着硅材料设置阳极电极及阴极电极，并且通过在电解液中向所述阳极电极与阴极电极之间通电，在所述硅材料的阴极电极侧形成多孔质部，所述氧化物的蚀刻工序除去所述多孔质部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的红外传感器模块，其特征在于， 所述透镜支架具有与所述透镜同轴的筒状形状， 所述透镜为单面凸透镜，与所述透镜支架结合以封闭所述透镜支架的端面，并且在与所述透镜支架相反一侧具有凸侧的面。
6.如权利要求1至5中任一项所述的红外传感器模块，其特征在于， 还具有电路部，该电路部配置于所述安装基板上，并且放大来自所述红外传感器元件的输出信号， 所述红外传感器元件在所述安装基板上配置为被所述透镜及所述透镜支架包围， 所述电路部配置在所述安装基板上的所述透镜支架的外部， 在所述安装基板上，在所述透镜的与所述红外传感器元件相反一侧的光学面向外部露出的状态下，将所述透镜支架及所述电路部树脂模制为一体。
7.如权利要求1至6中任一项所述的红外传感器模块，其特征在于， 在所述安装基板上，设置有限制所述透镜支架在所述安装基板上的位置的位置限制机构。
8.如权利要求1至7中任一项所述的红外传感器模块，其特征在于， 在所述安装基板上，设置有通过载置所述透镜支架来调整所述透镜与所述红外传感器元件之间的距离的底座部。
9.如权利要求1至8中任一项所述的红外传感器模块，其特征在于， 所述透镜支架的内壁由金属屏蔽。
10.如权利要求6所述的红外传感器模块，其特征在于， 在所述安装基板上，利用非导电性树脂对所述电路部的周围进行模制， 并且，利用导电性树脂，将所述透镜支架以及用所述非导电性树脂进行了模制的状态下的所述电路部模制为一体。
【文档编号】G01J5/00GK104422522SQ201410409559
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】片冈朋宏, 高桥敏幸, 山中智也, 川井和哉, 内藤小也香 申请人:欧姆龙株式会社