DE2917894C2

DE2917894C2 - Infrarotdetektor und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2917894C2
Application number: DE2917894A
Authority: DE
Inventors: Hideo Kyoto Adachi; Kiichi Yasu Shiga Minai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1984-11-22
Also published as: DE2917894A1; US4302674A; JPS54146682A

Description

gekennzeichnet durch

— ein hohles Zylinderelement (70), das auf das Substrat (20) so aufgesetzt ist, daß die Infrarot- zo strahlung durch das Zylinderclement (70) hindurch auf die Strahlenempfangsfläche des Sensorelements (30) gelangen kann, und das mit dem Substrat (20) durch die erste Harzabdeckschicht (50) die nur das Äußere des Zylinderele- mems (70) umgibt, vergossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Harzabdeckschicht (50) aus einem porösen Harz gebildet ist jo

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als poröses Harz ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Harz verwendet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als poröses, wärmehärtbarcs Harz ein v, Phenolharz verwendet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als poröses, wännchärtbares Harz ein Epoxyharz verwendet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzabdeckschicht (60) aus Paraffinhur/ besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzabdeckschicht (60) in Kontakt mit der Innenwand des Zylinderelementes (70) und der Strahlenempfangsfläche des Sensorelementes (30) aufgebracht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzabdeckschicht (60) unter Bildung eines Zwischenraumes so in einem Abstand von der Strahlenempfangsfläche des Sensorelementes (30) gebildet ist, daß der durch das Zylinderelement (70) geformte Raum (71) frei bleibt.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Zylinderelement (70) ein solches aus porösem Material verwendet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- t>o kennzeichnet, daß als poröses Materia! ein Keramikmaterial verwendet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylindcrelement(70) in direktem Kontakt mit dem isolieren- <>5 den Substrat (20) steht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daB das Zylinderelemcnt (70) unter Einhalten eines Abstandes (73) auf dem isolierenden Substrat (2C) steht

13. Verfahren zum Herstellen eines Infrarotdetektors nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

— das mit einer durch Wärmeeinwirkung entfernbaren Substanz (81) gefüllte Zylinderelement (70) auf das isolierende Substrat (20) aufgesetzt,

— der so erhaltene Körper mit der ersten Harzabdeckschicht (50) umgössen,

— die im Zylinderelcment (70) befindliche Substanz (81) durch Wärmeeinwirkung entfernt,

— der über der öffnung des Zylinderelementes (70) befindliche Teil der ersten Hartabdeckschicht (50) entfernt und

— schließlich die infrarotdurchlässige zweite Harzabdeckschicht (60) aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Harzabdeckschicht (60) dadurch gebildet wird, daß das mit der ersten Harzabderkschichl (50) überzogene, isolierende Substrat (20) in eine Lösung des für einen bestimmten Infrarotstrahlenbereich durchlässigen Harzes eingetaucht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14 zum Herstellen der Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der ersten Harzabdeckschicht (50) überzogene, isolierende Substrat (20) beim Eintauchen in die Lösung des Harzmaterials in Vibrationen versetzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintauchen in die Lösung des Harzmaterials mit der durch das Entfernen der ersten Harzabdeckschicht (50) freigelegten öffnung des Zylinderelementcs (70) nach unten erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als eine durch Wärmeeinwirkung entfernbare Substanz (81) eine solche verwendet wird, die im festen oder halbfesten Zustand bei Normaltemperatur eine bestimmte geometrische Form behält, jedoch bei erhöhter Temperatur flüssig wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daB als eine durch Wärmeeinwirkung entfernbare Substanz (81) Wachs oder Paraffin verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als eine durch Wärmeeinwirkung entfernbare Substanz (81) Vaseline verwendet wird.

Die Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein Detektor der eingangs genannten Art ist in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 29 16 744 vorgeschlagen. Diese Schrift gibt auch ein Verfahren an, wie ein solcher Infrarotdetektor hergestellt werden kann. Es wird nämlich ein durch Wärmeeinwirkung wiedercntfernbarer zylindrischer Körper auf das Substrat mit dem Scnsorelement aufgesetzt. Das so erhaltene Bauteil wird dann mit einer ersten Harzabdeckschicht vergossen. Anschließend wird der zylindrische Körner durch

Wärmeeinwirkung entfernt, so daß ein Hohlraum Ober dem Sensorelement gebildet ist. Der Hohlraum wird nach außen dadurch geöffnet, daß der ihn verschließende Teil der ersten Harzabdeckschicht entfernt wird. Dann wird die zweite Harzabdeckschicht aufgebracht

Der in der DE-OS 29 16 744 beschriebene Infrarotdetektor weist eine gewisse Richtwirkung auf. Dies rührt daher, daß sich das Sensorclemeni am Boden des zylindrischen Hohlraumes befindet. Dadurch ist ausgeschlossen, daß sehr schräg einfallende Strahlung auf das Sensorelement trifft

Das Aufbringen von infrarotdurchlässigen Harzschichten ist für ein photoleitendes Element aus der US-PS 40 01 863 bekannt Dabei sind die Schichten jedoch flach über dem Element aufgebracht, so daß keinerlei Richtwirkung vorhanden ist

Ein Infrarotdetektor mit guter Richtwirkung ist aus der DE-OS 27 22 737 bekannt Der dort beschriebene Detektor weist ein Sensorelement auf, das in einem kreiszylindrischen Gehäuse montiert ist Das obere Ende des zylindrischen Gehäuses ist durch ein infrarotdurchlässiges Fenster abgeschlossen.

Ein dem Infrarotdetektor gemäß der DE-OS 27 22 737 ähnlicher Detektor ist in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt Er besitzt als Träger und Unterlage für sein Infrarotstrahlungs-Sensorelement 3 ein isolierendes Substrat 2, an dem durchgehend nach außen führende Anschlußstifte 1 und Γ befestigt sind. Das isolierende Substrat 2 ist über ein Distanzstück auf einer Grundplatte S befestigt, welche hermetisch abgedichtet mit einem Metallgehäuse 6 verbunden ist. in welchem sich eine durch eine entsprechend durchlässige Fcnsterplatte 7 abgeschlossene öffnung 6a zur Aufnahme von Infrarotstrahlung befindet. Die Fensterplatte 7 besteht aus einem Material, welches für Infrarotstrahlen in einem gewünschten Wellenlängenbereich durchlässig ist.

Bekanntlich ist mit einem solchen hermetisch abgedichteten Metallgehäuse ein elektrischer Abschirmeffekt verbunden, und außerdem hat ein solches Metallgehäuse eine große mechanische Festigkeit. Jedoch besit/.t der auf die beschriebene Weise eingekapselte bekannte thermische Detektor für Infrarotstrahlung folgende Nachteile:

Durch sein besonderes Gehäuse ist der bekannte Detektor teuer und nur für solche Anwendungsfälle geeignet, wo Kosten keine Rolle spielen. Zweitens bereitet die bekannte Gehäuseart Schwierigkeiten bei der Herstellung einer sogenannten gestreckten. Version, deren Anschlüsse parallel zum Substrat verlaufen. Drittens bereitet das bekannte Gehäuse Schwierigkeiten bei der Anwendung flexibler isolierter Drähte als äußere Anschlüsse. Viertens gelangt bei einem solchen Metallgehäuse ein Klebemittel auf einen Infrarotslrahlungs-Übertragungsabschnitt des Fensters, wenn dieses aus einem Harz wie Polyäthylen bestehende Fenster über der Öffnung aufgeklebt wird. Dies führt zu Empfindlichkeitsänderungen des Detektors und beeinträchtigt die Produktqualität. Der fünfte Nachteil besteht darin, daß aufgrund der relativ großen Wärmekapazität des Metallgehäuses Taubildung auf dem Gehäuse stattfindet, wenn die Umgebungstemperatur des Detektors rasch ansteigt. Taubildung auf der Fensterplatte führt zur Unterbrechung der Infrarotstrahlung, und die Feuchtigkeit kann zwischen Fensterplatte und Gehäuse in das Gehäuse eindringen. Der sechste Nachteil beruht darauf, daß sowohl das Metallgehäuse als auch das gewöhnlich aus Tonerde hergestellte isolierende Substrat für das Sensorelement gute Wärmeleiter sind. Wenn bei der Montage ein Kontakt zwischen Gehäuse und Substrat besteht wird es schwierig, langsame Änderungen der Infrarotstrahlungsenergie festzustellen. Da siebentens das Metallgehäuse unvermeidbar recht groß ist bereitet eine angestrebte Miniaturisierung Schwierigkeiten. Wird achtens ein Feldeffekttransistor als Impedanzwandler und Verstärker für das Sensorelement in dem Gehäuse untergebracht, dann muß dieser mit einem Harz überzogen werden, damit er gegen in das Gehäuse

ίο gelangende Feuchtigkeit geschützt ist Handelsübliche Feldeffekttransistoren sind nur unzureichend gegen Feuchtigkeit geschützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Infrarotdetektor anzugeben, der eine gewisse Richtwir- kung aufweist und auf einfache Weise herstellbar ist

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Detektors

anzugeben.

Die erfindungsgemäße Lösung für den Aufbau des

Detektors ist in Anspruch 1 und das Verfahren zu seiner Herstellung in Anspruch 13 angegeben.

Der erfindungsgemäße Infrarotdetektor zeichnet sich dadurch aus, daß er als harzvergossenes Bauteil und nicht mehr als mechanisch zusammengebautes Bauteil ausgeführt ist, bei dem ein Sensorelement in einem Gehäuse angeordnet ist. Durch das vorhandene Zylinderelement ist es möglich, eine gute Richtcharakteristik zu erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich da-

jo durch aus, daß vor dem Vergießen mit Harz das Zylinderelemcnt mit einer durch Wärmeeinwirkung entfernbaren Substanz gefüllt wird. Dadurch kann beim Vergießvorgang kein Harz in das Innere des Zylinderelementes eindringen, so daß dessen Richtwirkung dadurch

J5 nicht beeinträchtigt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielcn näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Infrarotdetektors,

Fig.2 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Infrarotdetektors,

Fig.3 ein schematisches Schaltbild zu der Ausführung von Fig. 1,

F i g. 4 und 5 zwei weitere erfindungsgemäße Ausfüh-

rungsbcispiele,

Fig.6 bis 11 verschiedene Phasen der Herstellung des Ausführungsbeispiels von F i g. 2,

Fig. 12A bis 12B eine Front- und Rückansicht eines isolierenden Substrates, wie es in einem Ausführungs bcispiel verwendet wird,

Fig. 13 einen Schnitt durch ein pyroelektrisches Infrarot-Strahlungssensorelement, wie es in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, und F i g. 14A und 14B eine Front- und Rückansicht eines mit einem Infrarot-Strahlungssensorelement und einem Feldeffekttransistor belegten isolierenden Substrates entsprechend der in F i g. 8 gezeigten Herstellungsphase. Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispie- Ie eines Infrarotdetektors enthalten ein thermisches In- frarotstrahlungs-Sensorelement, insbesondere ein pyroelektrisches Sensorelement in Chip-Form aus LiTaOj, PbTiOj, SBN, PZT oder dergleichen, es können aber auch andere thermische Infrarotsensoren sein, beispiels-

ti^r) weise Dünnschichtelemente aus zusammengesetzten Oxiden von Ni, Co, Mn, Cu, Fe oder dergleichen. Ein solches Gebilde aus einem mit einem Dünnfilm oder Dickfilm aus einer Oxid-Komnncitirm Ko^n^k,».—

Substrat wird als Thermistor-Bolometer bezeichnet. Ferner können auch Infrarotstrahlungsdetektoren verwendet werden, die mit einem photoelekirischen Halbleiterwandler bestückt sind.

Bei dem in Fig.2 geschnitten dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist auf einer Hauptoberfläche eines in der Mitte mit einer öffnung 20a versehenen isolierenden Substrates 20 ein Infrarotstrahlungs-Sensorelement 30 angeordnet. Die unterhalb des Sensorclcmentes 30 liegende öffnung 20a vermindert die Wärmestreuung des Sensorelementes bzw. die Wärmeableitung von demselben. Diese öffnung 20a kann auch durch ein zwischen Substrat 20 und Scnsorclcmcnt 30 /wischcngclcgtes Abstandselement aus einem wärmeisolierenden Material ersetzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 2 wird diese Öffnung 20a außer zur Verminderung der Wärmestreuung noch mit Vorteil zur Unterbringung eines Feldeffekttransistors 40 ausgenutzt und dadurch die Gesamtdicke des Detektors reduziert. Am Umfang des isolierenden Substrates 20 sind nadeiförmige Anschlußstifte 10, 10' aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer befestigt. Das die öffnung 20a bedeckende Sensorelement 30 ist auf der ihm zugekehrten Oberfläche des Substrates 20 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebemittels befestigt.

Das beispielsweise als pyroclektrische Type ausgebildete Sensorelement 30 besteht, wie in Fig. 13 dargestellt ist, aus einem auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen mit Elektroden 32 und 33 beschichteten Keramiksubstrat 31 aus PbTiOi oder dergleichen, bei dem durch Polarisation mittels einer an die Elektroden 32 und 33 angelegten Spannung ein pyroelektrischcr Effekt ausgelöst wird. Die eine Elektrode 33 ist mit einem schwarzen Film 34 aus gebundenem RuB oder dergleichen beschichtet. Dieser schwarze Film bildet eine Strahlenempfangsfläche zur wirksamen Aufnahme und Absorption von Infrarotstrahlen. Zweckmäßigerweise ist der schwarze Film 34 nach außen gekehrt.

Der innerhalb der öffnung 20a angeordnete Feldeffekttransistor 40 ist mittels eigener Anschlußdrähte an der rückseitigen Oberfläche des Substrates 20 befestigt. Falls diese öffnung 20a nicht vorhanden ist, befestigt man den Feldeffekttransistor 40 einfach auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 20. Obwohl in F i g. 2 nicht sichtbar, trägt das isolierende Substrat 20 auf seiner Oberfläche bestimmte Schichtwiderstandsmuster, die nachstehend in Verbindung mit F i g. I2A näher beschrieben werden und in F i g. 3 dargestclle Arbeitswiderstände Rg und Rs für den Feldeffekttransistor 40 bilden.

Wie sich beispielsweise aus F i g. 2 und 5 entnehmen läßt, befindet sich der Strahlenempfangsabschnitt des Infrarotstrahlungs-Sensorelementes 30 innerhalb eines Zylinderelementes 70, welches auf der Strahlenempfangsseite des Sensors angeordnet ist. Vorzugsweise befindet sich dieses Zylinderelement 70 in einem Abstand 73 von der Oberfläche des Sensorelementes 30, wie in der Zeichnung dargestellt. Alternativ kann jedoch dieser oder ein ähnlicher Zylinder auch direkt auf die Oberfläche des Sensors 30 aufgesetzt sein. Als weitere Alternative kann das Zylinderelement 70 auch auf dem Substrat 20 angeordnet sein. Vorzugszweise ist das Zylinderelement 70 aus einem porösen Material hergestellt, beispielsweise aus Steatit-Keramik. Das erleich-' tert die Absorption eines Materials wie Wachs. Näheres dazu kann den folgenden Beschreibungsteilen entnommen werden.

Das soweit mit den Anschlußstiften 10,10', dem Sensorclcment 30, dem Zylindcrclement 70 und dem Feldeffekttransistor 40 versehene und verbundene Substrat 20 ist mit einer ersten Abdeckschicht 50 aus einem Harz (siehe Fi g. 2) so bedeckt, daß ein Bereich der Strahlen-

■> empfangsfläche des Infrarotstrahlungs-Sensorelemenles 30, ein durch das Zylinderelement 70 auf der Strahlenempfangsfläche definierter Raum 71, die öffnung 20a einschließlich ihrer Umgebung und die äußeren Enden der Anschlußstiftc 10 und 10' nicht bedeckt sind. Vorzugsweise besteht diese Abdeckschicht 50 aus einem isolierenden porösen Phenol- und Epoxyharz. Es sei erwähnt, daß die erste Abdcckschicht 50 nicht unbedingt aus einem porösen Material bestehen muß, wenn das Zylinderelement 70 aus einem porösen Material herge-

\ϊ stellt ist. Die nachstehenden Beschreibungsteile werden dieses erklären. Der soweit vervollständigte Infrarotstrahlungsdctcktor 100 wird danach auf seiner gesamten Außcnobcrflächc mit einer zweiten Abdeckschicht 60 beschichtet, die aus einem Harzmaterial wie Paraffinharz, Polyäthylen, Polypropylen oder dergleichen besteht, welches für Infrarotstrahlung in einem bestimmten Wcllcnlängenbercich durchlässig ist. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist zwischen der zweiten Abdeckschicht 60 und der Strahlcnempfangsfläche des Sensorelementes

2^r> 30 der Raum 71 gebildet, die zweite Abdeckschicht berührt folglich nicht die Sensor-Empfangsfläche. Diese den Raum 71 freilassende zweite Abdeckschicht 60 hat den Zweck, eine Abstrahlung der Wärme zu verhindern, welche durch einfallende Infrarotstrahlung in dem Sen-

}0 sorclcment 30 erzeugt wird.

Das auf der Einstrahlungsseite des Infrarotstrahlungs-Sensorclcmentcs 30 angeordnete Zylinderelemcnt 70 sorgt dafür, daß nur eine erwünschte Frontal-Infrarotcinstrahlung auf die Strahlenempfangsfläche

3¹) gelangen kann, alle unerwünschten Infrarot-Einstrahlungen dagegen abgeschirmt werden. Dadurch werden Mcßwertverfälschungcn durch unerwünschte Infrarot-Einstrahlungen weitgehend verhindert. Es hat sich gezeigt, daß unerwünschte Einstrahlungen zu einer erhöhten Drift- bzw. Meßwcrtvcrfälschungen führen. Aus diesem Grund ist die Strahlenempfangsfläche des Sensorelcmentes 30 mit dem Zylinder 70 eingefaßt.

Gemäß F i g. 2 ist die Innenwand des Zylinderelementes 70 in ähnlicher V/eise wie die Strahlcnempfangsfläehe des Sensorelcmentes 30 mit einem schwarzen Film 72 beschichtet, der die erwünschte Unterdrückung von Fremd- bzw. Nebencinstrahlungen im Infrarotbereich noch fördert, weil dieser schwarze Film 72 jede unerwünschte Infrarotstrahlung, welche auf die Innenwand

so des Zylinderelementes 70 trifft, absorbiert. Das Zylindcrelement 70 ist ferner in seiner Länge und in seinem Durchmesser so bemessen, daß ein bestimmter Strahleneinfallswinkel bzw. Meßbereich definiert ist Ein schmalerer Einfallswinkel führt zu einer Erhöhung der Meß- bzw. Ortungsempfindlichkeit in bezug auf ein bestimmtes Ziel.

Der gemäß F i g. 2 in der öffnung 20a des Substrates 20 befestigte Feldeffekttransistor 40 ist ebenfalls mit der ersten Abdeckschicht: 50 aberzogen und dadurch besonders fest und stabil angebracht, so daß er wenig durch Vibration oder Schock beeinflußbar ist Weil der Feldeffekttransistor 40 durch beide Harz-Abdeckschichten 50 und 60 überdeckt ist, braucht man ihn nicht zum Schutz vor Feuchtigkeit vorher mit einem Harz zu beschichten.

Es kann also ein billiger und kleiner Feldeffekttransistor eingebaut werden.

Wenn der soweit fertiggestellte und gemäß Fig.3 geschaltete Infrarotstrahlungsdetektor 100 Infrarot-

strahlung aufnimmt, dann ändert sich als Funktion der Infrarotstrahlungsmenge der Polarisationsgrad des Keramiksubstrates 31 im Sensorelcmcnt 30. Dadurch tritt an den Oberflächen des Keramiksubstrates 31, das heißt an den Elektroden 32 und 33 eine elektrische Ladung s auf. die durch den Feldeffekttransistor 40 einer Impedanzwandlung und Verstärkung unterzogen wird, und das Ergebnis ist als Ausgang an den Anschlußstiften 10, 10' abgreifbar. Das Prinzip dieses pyroclektrischen Infrarotdetektors ist in der Fachzeitschrift PROCEE- DINGS OF THE IEEE, Vol. 66, No. 1. in dem Aufsatz »Pyroelectric Detectors and Materials« von S. T. LIU et al beschrieben. Die durch den Infrarotdetektor meßbare Infrarotstrahlung liegt in dem Infrarot-Wellenlängenbereich zwischen 0,76 μπι und 400 μιη, ja sogar noch etwas unterhalb 0,76 μπι.

Das in F i g. 4 der Zeichnung dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in F i g. 2 im wesentlichen dadurch, daß die zweite Harz-Abdeckschicht 60 direkt an die Innenwand des Zylinderelcmen- tes 70 und die Strahlenempfangsfläche des Infrarotstrahlungs-Sensorelementes 30 angrenzt. Da die übrigen Einzelheiten der Ausführung von F i g. 4 mit denen in F i g. 2 im wesentlichen übereinstimmen, sind gleiche Einzelheiten mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und diese sollen auch nicht noch einmal erläutert werden.

Die in F i g. 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele sind Vertreter einer sogenannten gestreckten Version, das heißt ihre Anschlußstifte 10,10' verlaufen parallel zur Hauptoberfläche des isolierenden Substrates 20. Wenn dieser Detektor 100 auf einer nicht dargestellten gedruckten Leiterplatte aufgesteckt ist, dann kann er Infrarotstrahlung empfangen, die parallel zur Oberfläche der gedruckten Leiterplatte einfällt.

Das in Fig. 5 der Zeichnung dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in F i g. 2 dadurch, daß seine äußeren Anschlußstifte 10,10' senkrecht zur Hauptoberfläche des isolierenden Substrates 20 verlaufen. Der durch das Zylinderelcment 70 definierte Raum 71 ist mit einer Abdeckung 60' überdeckt, die aus dem gleichen Material wie die zweite Harz-Abdeckschicht 60 besteht. Die restlichen Einzelheiten des Ausführungsbeispiels von Fig.5 entsprechen im wesentlichen denen von F i g. 2, daher werden auch gleiche Bezugszahlen verwendet

Diese in F i g. 5 dargestellte Version eignet sich besonders vorteilhaft für solche Anwendungsfälle, wo der Strahlungsdetektor 100 auf einer nicht dargestellten gedruckten Leiterplatte angeordnet wird und die einfallenden festzustellenden Infrarotstrahlen senkrecht zur so Oberfläche der Leiterplatte verlaufen. Auch die Ausführungsbeispiele von F i g. 4 und 5 sind gemäß F i g. 3 geschaltet An Stelle der relativ starren Anschlußstifte 10, 10' können auch flexible isolierte Drähte verwendet werden; dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Strah-Iungsdetektor beispielsweise direkt auf einer Metallplatte sitzt Verbindet man den Strahlungsdetektor 100 Ober die starren Anschlußstifte 10,10' mit der Metallplatte, dann müßte man zur Vermeidung von Kurzschlüssen durch die Metallplatte isolierende Abstands- elemente oder dergleichen verwenden. Diese Umstände vermeidet man durch Verwendung von flexiblen isolierten Drähten, und diese bieten ferner den Vorteil, daß man bei der Montage des Strahlungsdetektors mehr Bewegungsfreiheit im Gegensatz zu starren Anschlußstiften erzielt und gegebenenfalls Platz sparen kann.

In allen Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 2,4 und 5 ist das Sensorelement 30 durch einen elektrisch leitfähigen Kleber mit dem Substrat 20 verbunden und außerdem durch die erste Abdeckschicht 50 fixiert. Dies führt zu einem sehr stabilen und wenig durch Vibration oder Schock beeinflußbaren Aufbau.

Nachstehend wird in Verbindung mit den Fig.6 bis 11 die Herstellung eines solchen Infrarotdetektors beschrieben.

Das in Fig. 12A von der einen und in Fig. 12B von der anderen Hauptoberfläche gesehen dargestellte isolierende Substrat 20 hat außer seiner öffnung 20a in der Mitte an seinem Umfang insgesamt fünf Kerben 21 bis 2ü, von denen die Kerben 21, 22 und 24 der Aufnahme von Anschlußdrähten des Feldeffekttransistors 40 und die übrigen Kerben 23 und 25 zum Befestigen der schon erwähnten Anschlußstifte 10 und 10' dienen. Falls gemäß F i g. 2 die Anschlußdrähte 10,10' an dem Substrat 20 und parallel zu dessen Oberfläche angebracht sind, kann auf die Kerben 23 und 25 verzichtet werden. Auf der in F i g. 12A sichtbaren Oberfläche des Substrates sind Leiterbahnen gebildet, die sich um die Kerben 21 bis 25 erstrecken. Auf der gegenüberliegenden, in Fig. 12B sichtbaren Oberfläche des Substrates ist eine andere Leiterbahn sichtbar, die sich um die Kerben 24 und 25 erstreckt. Ferner verbindet ein in F i g. 12A dargestellter und auf den Umfang des Substrates 20 aufgedruckter Schichtwiderstand 26, welcher dem Arbeitswiderstand Rg entspricht, die um die Kerben 21 und 23 gelegten Leiterbahnen. Ein zweiter, dem Arbeitswiderstand Rs entsprechender Schichtwiderstand 28 verbindet in ähnlicher Weise die Leiterbahnen der Kerben 22 und 25. Schließlich trägt die in F i g. 12A sichtbare Oberfläche des Substrates 20 noch eine um die öffnung 20a herumführende und elektrisch mit der Leiterbahn der Kerbe 24 verbundene Leiterbahn 27, welche (siehe Fig. 13) elektrisch mit der Elektrode 32 verbunden ist, wenn das Sensorelement 30 in zuvor beschriebener Weise auf dem Substrat 20 befestigt ist Schließlich trägt auch noch die in Fi g. 12B sichtbare gegenüberliegende Oberfläche des Substrates eine kreisbogenförmige Leiterbahn 29, welche die Leiterbahnen an den Kerben 24 und 25 miteinander verbindet. An dem so vorbereiteten Substrat 20 werden die Anschlußstifte 10 und 10' im Bereich der Kerben 23 und 25 elektrisch angeschlossen und befestigt.

Dann wird gemäß Fig. 7 der Feldeffekttransistor 40 von unten her teilweise in die öffnung 20a des Substrates 20 eingesetzt und befestigt. Seine Gate-Elektrode wird mit der Leiterbahn der Kerbe 24, seine Source-Elektrode mit der Leiterbahn um die Kerbe 21 und seine Drain-Elektrode mit der Leiterbahn um die Kerbe 22 elektrisch verbunden.

Danach wird gemäß F i g. 8 ein gemäß F i g. 13 ausgebildetes Infrarotstrahlungs-Sensorelement 30 mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers so auf der Oberseite des Substrates 20 befestigt, daß sein als Strahlenempfangsfläche dienender schwarzer Film 34 oben liegt Die Elektrode 32 des Sensorelementes wird elektrisch mit der Leiterbahn 27 des Substrastes 20 verbunden. Der elektrisch lettfähige Kleber kann als Hauptbestandteil ein Leitermaterial wie Ag, Ni, Au oder dergleichen enthalten. Der in Fig.8 erreichte Herstellzustand ist in Fi g. 14A von der einen und in F i g. 14B von der anderen Seite dargestellt Gemäß F i g. 14A ist die Elektrode 33 des Sensorelementes 30 durch eine Drahtverbindung mit der Leiterbahn um die Kerbe 23 verbunden, jetzt sind die in F i g. 3 dargestellten elektrischen Verbindungen hergestellt

Gemäß Fig. 9 wird ein von einer durch Wärme ver-

flüssigbaren Masse 81 umschlossenes Zylindereleinent 70 auf die Strahlenempfangsfläche des Sensorelementes 30 aufgesetzt, und die öffnung 20a des Substrates 20 ist mit einer ähnlichen durch Wärme verflüssigbaren Masse 82 ausgefüllt. Diese Massen 81 und 82 können beispielsweise aus Wachs, Paraffin, Vaseline oder dergleichen bestehen und haben die Eigenschaft, daß sie vorzugsweise bei Normaltemperatur fest sind und eine vorgegebene geometrische Form beibehalten, aber durch Wärmeeinwirkung flüssig werden und bei einer noch höheren Temperatur vergasen. Das Material dieser Massen 81 und 82 kann auch bei Normaltemperatur fest oder halbfest sein und bei höherer Temperatur sublimieren. Das Zylinderelement 70 besteht vorzugsweise aus einem dichten Material wie Tonerdekeramik, Stcatitkeramik, Fosteritkeramik, Bcryüiumkeramik oder Metall, jedenfalls aus einem Material, welches kaum die verflüssigbare Masse absorbiert. Beispielsweise können die Massen 8t, 82 aus Wachs bestehen, welches durch Strahlcnempfangsfläche des Sensorelementes 30 entfernt wurde, in eine Lösung 60a aus dem ausgesuchten infrarotdurchlässigen Harzmaterial wie Polyäthylen eingetaucht und dabei bildet sich die zweite Harz-Ab-

•s deckschicht 60. Damit ist der Infrarotdetektor 100 fertiggestellt.

Weil gemäß Fig. Il der vorgefertigte Detektor mit nach unten liegender Strahlenempfangsfläche seines Sensorclemcntes, wo der Abschnitt der ersten Abdeck schicht 50 entfernt wurde, eingetaucht wird, bildet sich die zweite Abdeckschicht 60 unter Freilassung des Raumes 71 im Zylinder 70 (Fig.2) zwischen der zweiten Abdeckschicht 60 und dem Sensorelement 30, weil die Hurzlösung 60a eine Oberflächenspannung hat.

ti Für den Fall, daß der Zylinder 70 aus einem Material besieht, weiches die durch Wärmeeinwirkung verflüssigbare Masse 81 wie Wachs absorbiert, während die erste Abdeckschicht 50 aus einem nicht-porösem Harz besteht, wird die Masse 82 nicht in die öffnung 20a des

Aufheizen verflüssigt wird und nach Abkühlung an der 20 Substrates 20 eingefüllt, während die übrigen Verfah-Oberfläche des Zylinders 70 haftet. Auf diese Weise rensschriltc unverändert wie oben beschrieben durch

wird der Zylinder 70 mit Hilfe von Wachs vorübergehend auf dem isolierenden Substrat 20 oder dem Sensorelement 30 befestigt, was die Arbeit erleichtert und die Fertigungsqualität verbessert.

Bei den zuvor beschriebenen Massen 81 und 82, die durch Wärmeeinwirkung verflüssigt, vergast oder sublimiert werden, kann man unter dem Zustand »fest« ebenso einen wirklich festen Zustand als auch einen halbfesten Zustand verstehen. Ferner sei erwähnt, daß jo den. bei den eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiclcn ein Zwischenraum-Bildner aus einem durch Wärme verflüssigbaren Material gebildet und geometrisch so gestaltet wird, daß er im getrockneten oder verfestigten Zustand auf die Strahlenempfangsflächc des Scnsorclcmentes aufgesetzt und nach Bildung des gewünschten Zwischenraumes durch Wärmeeinwirkung verflüssigt oder sublimiert wird, so daß dieses Material wieder entfernt werden kann.

Das in Fig.9 dargestellte Gebilde wird dann natürlieh oder mittels Wärme getrocknet und in eine l-ösung aus einem porösen isolierenden Harzmatcrial wie Phenolharz oder Epoxyharz getaucht, wobei die erste Harz-Abdcckschicht 50 gebildet wird, siehe F i g. 10. Anschlic- gcfiihrl werden. In diesem Fall absorbiert das Zylinderclcmcnt 70 die Masse 81. Da die öffnung 20a im isolierenden Substrat 20 relativ klein ist, dringt das Harz der ersten Abdeckschicht 50 nicht oder nur in sehr geringen Mengen in die öffnung 20a ein, so daß keine Störungen verursacht werden können. Nebenbei gesagt dient das Einfüllen der verflüssigbaren Masse 82 in die öffnung 20,7 lediglich dazu, an dieser Stelle einen Raum zu bil-.n.

Um bei dem in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Harzabdeckschicht 60 in Kontakt mit dem Scnsorclcment 30 zu bringen, kann man das soweit vorbereitete Erzeugnis entweder in gegenüber F i g. 11 umgekehrter Lage in die Lösung 60a eintauchen, oder man taucht es ebenfalls wie in F i g. 11 ein und vermeidet die Bildung des sonst durch Oberflächenspannung entstehenden Zwischenraumes durch Schütteln, Vibrieren oder Umrühren der Lösung 60a.

Das in Fig.5 dargestellte Ausführungsbeispiel kann im wesentlichen so hergestellt werden, wie dies zuvor für das Ausführungsbeispiel von Fig.2 in Verbindung mit Fig.b bis 11 beschrieben wurde. Die einzige Ausnahme bilden die Anschlußstifte 10 und 10', die ja ge-

ßend wird der Zwischenraum-Bildner so beheizt, daß <■> gcnübcr dem Substrat eine andere Richtung einnehmen,

die Materialien bzw. Massen 81 und 82 (siehe F i g. 9) verflüssigt, vergast oder sublimiert werden. Dabei werden sie teilweise in der ersten Harz-Abdeckschicht 50 und/oder dem Zylinderelement 70 absorbiert und nach

F i g. 9 waren.

In diesem Fall wird die zwischen dem Zylinderelement 70 und der Abdeckschicht 50 befindliche Masse 81 und der die zweite Abdeckschicht 60 ersetzende Deckel 60'.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen befindet sich ein Infrarotstrahlungs-Sensorelement auf außen abgegeben. Gemäß Fig. 10 befindet sich jetzt 50 einem isolierenden Substrat. Es können jedoch durchdort ein freier Raum wo zuvor die Massen 81 und 82 von aus zwei oder mehr Sensorelcmente auf einem einzigen

isolierenden Substrat angeordnet sein. In diesem Fall können zwei oder mehr unabhängige öffnungen im Substrat sein, an denen die einzelnen Sensorelemente von der Abdeckschicht 50 und/oder dem Zylinderelc- 55 befestigt werden. Dies bedeutet nur geringfügige Abment 70 absorbiert und beide Elemente ohne Spaltbil- weichungen gegenüber dem zuvor beschriebenen Herdung zwischen ihnen miteinander verbunden. Die in den stellverfahren.

schwarzen Film 72 des Zylinders 70 eingedrungene Bei den zuvor beschriebenen Strahlungsdetektoren

Masse 81 hat normalerweise über einen weiten Wellen- mit pyroelektrischem Effekt besteht das Sensorelement lingenbereich eine gute Strahlendurchlässigkeit, so daß eo aus Keramik, und es besteht durchaus die Möglichkeit, von dieser Seite keine ungünstigen Einflüsse auftreten dessen Keramikplatte als isolierendes Substrat 20 des können. Danach wird der oberhalb des Zylinders 70 Strahlungsdetektors zu verwenden. Das heißt, in diesem befindliche Teil der ersten Harz-Abdeckschicht 50 mit- Falle kann man überhaupt auf das Substrat 20 verzichteis eines rotierenden Schleifelementes 90 bis zu der in ten und erhält einen besonders kompakten Infrarot-Fig. 10 erkennbaren strichpunktierten Linie entfernt 65 strahlungsdetektor. Bei dieser Modifizierung läßt sich und dadurch das Zylindcrelcment 70 freigelegt. außerdem die Anzahl der Bauelemente vermindern und

Das soweit fertiggestellte Bauteil wird dann auf der deren Herstellprozeß vereinfachen, man erhalt somit Seite, wo die erste Harz-Abdeckschicht 50 von der einen billigen Infrarotstrahlungsdctektor. Benutzt man

Π

das pyroelektrische Sensorelement selbst als isolierendes Substrat, dann erhält man folglich auch keine öffnung 20a und muß den Feldeffekttransistor 40 einfach
auf der Oberfläche des Sensorelementes befestigen, die
seiner Strahlenempfangsfläche gegenüberliegt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

10

15

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Infrarotdetektor mit

— einem isolierenden Substrat (20) mit einem Sensorelement (30),

— einer ersten Harzabdcckschicht (50). die das Substrat (20) im wesentlichen allseitig umgibt, jedoch über dem Sensorelement (30) zylindrisch ausgespart ist, und

— einer infrarotdurchlässigen zweiten Harzabdeckschicht (60), die zumindest das Sensorclement (30) im Bereich der zylindrischen Aussparung abdeckt,