JP2017011230A - Photodetector - Google Patents

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JP2017011230A
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山田 実
Minoru Yamada
実 山田
藤井 淳
Atsushi Fujii
淳 藤井
雅也 諏訪
Masaya Suwa
雅也 諏訪
島田 勝
Masaru Shimada
勝 島田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photodetector capable of joining a container and an incident window so that the interior of the container is hermetically sealed with high airtightness.SOLUTION: The photodetector comprises a container in which a detection part is stored in an internal cavity and an incident port is opened, an incident window disposed in the container covering the incident port, a first bonding material arranged in an annular shape so as to surround the incident port and joining the container and the incident window, and a second bonding material surrounding the periphery of the first bonding material and disposed in the container in an annular shape so that a shielded air gap is formed between the container and the incident window from both the interior of the container and the exterior of the container, the second bonding material sandwiching the gap together with the first bonding material. The gap is hermetically sealed by the first joining material and the second joining material so that gas does not pass through the joining portion between the container and the incident window.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内部が気密封止された光検出器に関する。   The present invention relates to a photodetector that is hermetically sealed.

X線検出器や赤外線検出器などの光検出器は、検出対象の光が透過する薄い膜状の入射窓が金属製の容器(筐体)に接続された構造である。光検出器では、容器の内部を真空状態に保ったり特定のガスを容器内に封入したりするために、容器の内部を気密封止することが一般的に行われる。   Photodetectors such as X-ray detectors and infrared detectors have a structure in which a thin film-shaped entrance window through which light to be detected is transmitted is connected to a metal container (housing). In the photodetector, in order to keep the inside of the container in a vacuum state or to enclose a specific gas in the container, the inside of the container is generally hermetically sealed.

例えば、光検出器の容器の内部に搭載されて光検出に使用される検出用部品の温度調整のために、容器内部を真空に保つことがある(例えば、特許文献1参照。)。また、X線・ガンマ線検出器(比例計数管)などでは、検出用部品におけるリーク電流を抑制するために容器内部を乾燥窒素などの気体で満たしたり、気体の電離作用を利用して信号増幅を行うために容器内部に不活性ガスを満たしたりする(例えば、特許文献2参照。)。   For example, the inside of the container may be kept in a vacuum for temperature adjustment of a detection component that is mounted inside the container of the photodetector and used for light detection (see, for example, Patent Document 1). In addition, X-ray / gamma-ray detectors (proportional counter tubes) etc. fill the interior of the container with a gas such as dry nitrogen in order to suppress leakage currents in the detection components, or perform signal amplification using the ionization action of the gas. In order to carry out, the inside of a container is filled with an inert gas (for example, refer patent document 2).

特許第4639794号公報Japanese Patent No. 4639794 特許第4139905号公報Japanese Patent No. 4139905

しかしながら、光検出器の容器と入射窓との接合部分の気密性については対策が十分ではなかった。この接合部分の気密性が低いことによって、容器内部を真空に保つことが不十分で検出用部品を冷却する能力が劣化したり、容器内部に封入するガスによる信号増幅率などが徐々に低下したりする問題があった。   However, measures have not been sufficient for the airtightness of the joint between the container of the photodetector and the entrance window. Due to the low hermeticity of the joint, the inside of the container is insufficiently kept in a vacuum and the ability to cool the detection components deteriorates, and the signal amplification factor due to the gas enclosed in the container gradually decreases. There was a problem.

上記問題点を鑑み、本発明は、高い気密性で容器内部が密閉されるように容器と入射窓を接合できる光検出器を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a photodetector that can join a container and an entrance window so that the inside of the container is hermetically sealed.

本発明の一態様によれば、(ア)内部の空洞に検出用部品が格納され、入射口が開口された容器と、(イ)入射口を覆って容器に配置された入射窓と、(ウ)入射口の周囲を囲むように環形状に配置され、容器と入射窓とを接合する第1の接合材と、(エ)容器の内部及び容器の外部のいずれからも遮蔽された空隙を容器と入射窓との間に構成するように第1の接合材の周囲を囲んで環形状に容器に配置され、第1の接合材と共に空隙を挟む第2の接合材とを備え、容器と入射窓との接合部分を気体が通過しないように第1の接合材と第2の接合材とによって空隙が気密封止されている光検出器が提供される。   According to one aspect of the present invention, (a) a detection component is housed in an internal cavity and an incident port is opened; (b) an incident window disposed on the container so as to cover the incident port; C) A first bonding material that is arranged in a ring shape so as to surround the periphery of the entrance and joins the container and the entrance window; and (d) a gap that is shielded from both inside and outside the container. A second bonding material that is arranged in a ring shape around the first bonding material so as to be configured between the container and the incident window and sandwiches a gap with the first bonding material; There is provided a photodetector in which a gap is hermetically sealed by a first bonding material and a second bonding material so that gas does not pass through a bonding portion with an incident window.

本発明によれば、高い気密性で容器内部が密閉されるように容器と入射窓を接合できる光検出器を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photodetector which can join a container and an entrance window so that the inside of a container may be sealed with high airtightness can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る光検出器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the photodetector which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る光検出器の第1の接合材と第2の接合材の配置例を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the example of arrangement | positioning of the 1st joining material and 2nd joining material of the photodetector which concerns on the 1st Embodiment of this invention. ガスのパラメータを示す表である。It is a table | surface which shows the parameter of gas. Heガスの透過漏洩現象を検討した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having examined the permeation leak phenomenon of He gas. Heガスの透過漏洩現象を検討した他の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the other result which examined the permeation | transmission leak phenomenon of He gas. 本発明の第1の実施形態に係る光検出器の他の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structure of the photodetector which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る光検出器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the photodetector which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description.

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る光検出器1は、図1に示すように、入射口11が開口された容器10と、入射口11を覆って容器10に配置された入射窓20と、入射口11の周囲を囲むように環形状に配置され、容器10と入射窓20とを接合する第1の接合材30と、第1の接合材30の周囲を囲むように環形状に容器10に配置された第2の接合材40とを備える。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the photodetector 1 according to the first embodiment of the present invention includes a container 10 in which an incident port 11 is opened, and an incident window 20 that covers the incident port 11 and is disposed in the container 10. The first joint member 30 is disposed in a ring shape so as to surround the periphery of the incident port 11, and the container is formed in a ring shape so as to surround the first joint material 30. 10 and a second bonding material 40 disposed in the area 10.

第2の接合材40は、容器10の内部及び容器10の外部のいずれからも遮蔽された空隙50を容器10と入射窓20との間に構成するように、第1の接合材30の外側で入射口11の周囲を囲んで配置されている。つまり、図2に示すように、第2の接合材40は、第1の接合材30と共に空隙50を両側から挟み込んでいる。光検出器1では、第1の接合材30と第2の接合材40とによって空隙50が気密封止されている。   The second bonding material 40 is formed on the outer side of the first bonding material 30 so that a gap 50 shielded from both the inside of the container 10 and the outside of the container 10 is formed between the container 10 and the incident window 20. Are arranged around the entrance 11. That is, as shown in FIG. 2, the second bonding material 40 sandwiches the gap 50 together with the first bonding material 30 from both sides. In the photodetector 1, the gap 50 is hermetically sealed by the first bonding material 30 and the second bonding material 40.

空隙50には、容器10の外部よりも高い圧力で所定の気体が充填されている。空隙50に充填される気体は、例えば空気や窒素ガスなどである。これにより、容器10と入射窓20との接合部分を気体が通過しないように第1の接合材30と第2の接合材40とによって空隙50が気密封止される。即ち、詳細は後述するが、容器10の内部の圧力が外部よりも低い場合に、容器10と入射窓20との接合部分を透過して外部から気体が容器10の内部に侵入することが抑制される。また、気体が容器10の内部に気体が封入されている場合に、容器10と入射窓20との接合部分を透過して容器10の内部の気体が外部に放出されることが抑制される。   The gap 50 is filled with a predetermined gas at a higher pressure than the outside of the container 10. The gas filled in the gap 50 is, for example, air or nitrogen gas. Thereby, the air gap 50 is hermetically sealed by the first bonding material 30 and the second bonding material 40 so that the gas does not pass through the bonding portion between the container 10 and the incident window 20. That is, as will be described in detail later, when the pressure inside the container 10 is lower than the outside, it is possible to prevent gas from entering the inside of the container 10 from the outside through the joint portion between the container 10 and the incident window 20. Is done. In addition, when the gas is sealed inside the container 10, the gas inside the container 10 is prevented from being released to the outside through the joint portion between the container 10 and the incident window 20.

図1に示した光検出器1では、容器10の入射口11の周囲と入射窓20の外縁部とが重なるように、入射窓20が容器10に設置されている。第1の接合材30と第2の接合材40は、入射口11の周囲と入射窓20の外縁部とが対向する対向領域に互いに離間して配置されている。つまり、第2の接合材40は、第1の接合材30よりも外側の容器10の外部に近い対向領域で環形状に配置されている。このように第1の接合材30と第2の接合材40が入射口11の周囲を囲んで二重に配置されているため、上下を容器10と入射窓20に挟まれ、左右を第1の接合材30と第2の接合材40に挟まれて、空隙50が構成されている。なお、図1に示した例では、第2の接合材40が入射窓20の外縁部の下面、側面及び上面に渡って連続して配置されている。   In the photodetector 1 shown in FIG. 1, the incident window 20 is installed in the container 10 so that the periphery of the incident port 11 of the container 10 and the outer edge of the incident window 20 overlap. The first bonding material 30 and the second bonding material 40 are spaced apart from each other in a facing region where the periphery of the incident port 11 and the outer edge of the incident window 20 face each other. In other words, the second bonding material 40 is arranged in a ring shape in a facing region near the outside of the container 10 outside the first bonding material 30. As described above, since the first bonding material 30 and the second bonding material 40 are doubly arranged around the entrance port 11, the upper and lower sides are sandwiched between the container 10 and the incident window 20, and the left and right sides are the first. A gap 50 is formed between the bonding material 30 and the second bonding material 40. In the example illustrated in FIG. 1, the second bonding material 40 is continuously arranged over the lower surface, the side surface, and the upper surface of the outer edge portion of the incident window 20.

第1の接合材30と第2の接合材40には、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂系接着剤などを使用可能である。第1の接合材30と第2の接合材40によって、容器10と入射窓20とが接着される。   For the first bonding material 30 and the second bonding material 40, for example, a resin adhesive such as an epoxy resin or a silicone resin can be used. The container 10 and the incident window 20 are bonded by the first bonding material 30 and the second bonding material 40.

なお、容器10は、平板形状のステム13の主面上にキャップ12をかぶせた構造である。キャップ12の開口部がステム13で塞がれ、容器10に空洞が構成される。キャップ12の入射口11に配置された入射窓20から入射する検出対象の光Lが、容器10の内部に格納された検出用部品60に照射される。   The container 10 has a structure in which a cap 12 is placed on the main surface of a flat stem 13. The opening of the cap 12 is closed by the stem 13 and a cavity is formed in the container 10. Light L to be detected, which is incident from the incident window 20 disposed at the incident port 11 of the cap 12, is irradiated to the detection component 60 stored inside the container 10.

検出用部品60には、例えば照射された光Lのエネルギーを電気信号に変換する光検出素子が使用される。光検出素子の例としては、半導体基板を用いたP−I−N接合を有する半導体素子や、SDD(Silicon Drift Detector)素子などである。   For the detection component 60, for example, a light detection element that converts the energy of the irradiated light L into an electrical signal is used. Examples of the light detection element include a semiconductor element having a P-I-N junction using a semiconductor substrate, an SDD (Silicon Drift Detector) element, and the like.

例えばP−I−N接合を有する光検出素子では、光検出素子のI層に入射した光Lにより光検出素子内に電子と正孔が生じ、外部に電流パルスとして検出される。光検出素子を構成する半導体基板は、X線、γ線、紫外線、赤外線、可視光線などの検出対象の光Lの種類に合わせて選択される。つまり、光Lが吸収されてキャリアを発生する材料の基板が選択される。例えばX線を検出する場合には、シリコン(Si)基板が選択される。光検出素子から出力される電気信号は、図示を省略する初段FET回路などによって光Lのエネルギーに比例した電圧に変換・増幅され、リード線70を伝播して検出信号として出力される。   For example, in a photodetecting element having a P-I-N junction, electrons and holes are generated in the photodetecting element by the light L incident on the I layer of the photodetecting element, and are detected as current pulses outside. The semiconductor substrate constituting the light detection element is selected according to the type of light L to be detected, such as X-rays, γ-rays, ultraviolet rays, infrared rays, and visible rays. That is, a substrate made of a material that absorbs the light L and generates carriers is selected. For example, when detecting X-rays, a silicon (Si) substrate is selected. The electrical signal output from the light detection element is converted and amplified to a voltage proportional to the energy of the light L by a first-stage FET circuit (not shown) or the like, propagates through the lead wire 70, and is output as a detection signal.

例えば光LがX線である場合には、入射窓20には膜厚数μm〜20μm程度のベリリウム(Be)膜などを採用可能である。または、シリコン製或いはカーボン製のフレームに有機物質膜若しくは窒化シリコン膜を貼り付けて入射窓20を構成してもよい。   For example, when the light L is an X-ray, a beryllium (Be) film having a film thickness of about several μm to 20 μm can be used for the incident window 20. Alternatively, the entrance window 20 may be configured by attaching an organic material film or a silicon nitride film to a frame made of silicon or carbon.

なお、熱雑音や暗電流を抑制して微弱な光を検出する場合などでは、例えば−70℃〜−20℃程度の低温で検出用部品60を動作させることが好ましい。このため、図1に示した光検出器1では、ステム13に配置されたサーモモジュール80上に検出用部品60が搭載されている。サーモモジュール80には、例えばペルチェ素子を複数実装したものが用いられる。   In addition, when detecting weak light by suppressing thermal noise and dark current, it is preferable to operate the detection component 60 at a low temperature of about −70 ° C. to −20 ° C., for example. For this reason, in the photodetector 1 shown in FIG. 1, the detection component 60 is mounted on the thermo module 80 arranged on the stem 13. As the thermo module 80, for example, a module in which a plurality of Peltier elements are mounted is used.

検出用部品60を低温で動作させる場合などには、容器10の内部を真空に保ち、検出用部品60を真空環境下に置くことが有効である。これにより、外部からの熱の影響(熱伝導)が抑制され、検出用部品60の温度調整が容易である。   When operating the detection component 60 at a low temperature, it is effective to keep the inside of the container 10 in a vacuum and place the detection component 60 in a vacuum environment. Thereby, the influence (heat conduction) of the heat from the outside is suppressed, and the temperature adjustment of the detection component 60 is easy.

また、X線・ガンマ線検出器(比例計数管)などでは、電圧を印加される芯線が検出用部品60に用いられ、検出用部品60におけるリーク電流を抑制するために容器10の内部を乾燥窒素などの気体で満たしたり、気体の電離作用を利用して信号増幅を行うために容器内部に不活性ガスを満たしたりする。例えば、ネオン、アルゴン、クリプトンまたはキセノンのいずれかを成分に含む気体を容器10の内部に封入する。   In addition, in an X-ray / gamma ray detector (proportional counter tube) or the like, a core wire to which a voltage is applied is used for the detection component 60, and the inside of the container 10 is dried nitrogen to suppress leakage current in the detection component 60. The container is filled with an inert gas in order to perform signal amplification using the gas ionization action. For example, a gas containing any of neon, argon, krypton, or xenon as a component is sealed in the container 10.

上記のように、光検出器1の容器10の内部を真空に保持したり、特定のガスを封入したりすることが行われる。このため、容器10と入射窓20との接合部分を通って外部から容器10の内部に気体が侵入したり、容器10の内部の気体が容器10から外部に放出されたりすることを防ぐ必要がある。   As described above, the inside of the container 10 of the photodetector 1 is kept in a vacuum or a specific gas is sealed. For this reason, it is necessary to prevent the gas from entering the inside of the container 10 from the outside through the joint portion between the container 10 and the incident window 20 or the gas inside the container 10 being released from the container 10 to the outside. is there.

光検出器1の容器10と入射窓20を接合する方法として、(1)レーザなどの加熱手段によって容器10と入射窓20を高温溶解させる方法、(2)半田材やロウ材を使用する方法、(3)樹脂系接着剤などを用いて接着する方法、などが考えられる。   As a method of joining the container 10 and the incident window 20 of the photodetector 1, (1) a method in which the container 10 and the incident window 20 are melted at a high temperature by heating means such as a laser, and (2) a method in which a solder material or a brazing material is used. (3) A method of bonding using a resin adhesive or the like is conceivable.

しかし、上記(1)の方法では、以下のような問題がある。即ち、入射窓20の材料によっては入射窓20の耐熱性が低く、溶接時に発生する熱によって入射窓20が破損したり変形したりする。また、容器10と入射窓20の熱膨張係数の差によって薄い入射窓20が破損する可能性がある。例えば、容器10にステンレス鋼(SUS)材などの金属を使用し、入射窓20にBe膜を使用した場合などでは、容器10と入射窓20の熱膨張係数を合わせることは困難である。   However, the method (1) has the following problems. That is, the heat resistance of the incident window 20 is low depending on the material of the incident window 20, and the incident window 20 is damaged or deformed by heat generated during welding. Moreover, the thin incident window 20 may be damaged due to the difference in thermal expansion coefficient between the container 10 and the incident window 20. For example, when a metal such as stainless steel (SUS) is used for the container 10 and a Be film is used for the incident window 20, it is difficult to match the thermal expansion coefficients of the container 10 and the incident window 20.

また、上記(2)の方法の場合、低エネルギーのX線を検出するために入射窓20に薄いBe膜を採用したときにBe膜がロウ材に侵食されてしまうなどの問題が生じる。また、半田材はBe膜と接合性が悪い。   In the case of the method (2), there is a problem that when a thin Be film is used for the entrance window 20 in order to detect low energy X-rays, the Be film is eroded by the brazing material. Also, the solder material has poor bondability with the Be film.

上記(3)の方法の場合は、ヘリウム(He)ガスやネオン(Ne)ガスなどの不活性ガスが拡散現象により接着剤部分を透過する問題がある。このため、時間の経過により検出用部品60の冷却能力や信号増幅率の劣化が生じる。以下に、HeガスやNeガスの透過現象について検討する。   In the case of the method (3), there is a problem that an inert gas such as helium (He) gas or neon (Ne) gas permeates through the adhesive portion due to a diffusion phenomenon. For this reason, deterioration of the cooling capacity and signal amplification factor of the detection component 60 occur with the passage of time. Hereinafter, the permeation phenomenon of He gas or Ne gas will be examined.

不活性ガスであるHeガスは単原子分子の気体である。Heのファンデルワールス半径は小さく、エポキシ樹脂などの接着剤の中を拡散現象で透過する。Neもファンデルワールス半径は小さく、Heよりも10%程度大きいだけである。したがって、HeガスやNeガスが接着剤の中を透過する拡散現象は、酸素や窒素などの複数の原子からなる分子の気体や他の不活性ガスよりも大きい。図3に、不活性ガス及び酸素ガス、窒素ガスのパラメータを示す。   He gas which is an inert gas is a gas of monoatomic molecules. He has a small van der Waals radius and permeates through an adhesive such as an epoxy resin by a diffusion phenomenon. Ne also has a small van der Waals radius, which is only about 10% larger than He. Therefore, the diffusion phenomenon in which He gas and Ne gas permeate through the adhesive is larger than that of molecular gas composed of a plurality of atoms such as oxygen and nitrogen and other inert gases. FIG. 3 shows parameters of the inert gas, oxygen gas, and nitrogen gas.

HeガスやNeガスは、大気中にほとんど存在しない。しかし、微弱エネルギーの放射線の減衰を防ぐために、X線検出器をHe雰囲気中で使用することがある。このとき、X線検出器の容器と入射窓とを接合する接着剤における拡散現象によって、周囲のHeガスがX線検出器の内部に侵入する場合がある。検出用部品を常時冷却して使用する場合、容器内部に熱伝導率の大きいHeガスが侵入することにより、少量のHeの影響で冷却能力が不足するおそれがある。   He gas and Ne gas hardly exist in the atmosphere. However, in order to prevent attenuation of weak energy radiation, the X-ray detector may be used in a He atmosphere. At this time, the surrounding He gas may enter the X-ray detector due to a diffusion phenomenon in the adhesive that joins the container of the X-ray detector and the incident window. When the detection component is constantly cooled and used, the cooling capacity may be insufficient due to the influence of a small amount of He due to the penetration of He gas having a high thermal conductivity into the container.

また、例えばNeガスなどの不活性ガスが内部に封入された比例計数管などでは、接着剤における拡散現象によって内部の不活性ガスが時間の経過と共に容器の外部に放出され、信号増幅率が劣化するなどの不良が生じることがある。   In addition, in a proportional counter tube in which an inert gas such as Ne gas is enclosed, the inert gas inside is released to the outside of the container over time due to the diffusion phenomenon in the adhesive, and the signal amplification factor is deteriorated. Defects such as doing may occur.

ところで、大場等の「多重Oリング装着によるヘリウムガスの透過漏洩抑制」(日本原子力研究所、JAERI-Tech2001-067、2001年10月)において、接合部分にゴム製のOリングを二重に配置することによる接合部分でのHeガスの透過漏洩現象が検討されている。この検討によれば、Oリング間の空隙(ガストラップ)に与圧した空気や窒素を充填することによって、図4に示すように接合部分でのHeガスの透過漏洩現象を抑制できることが記載されている。図4の横軸は経過時間、縦軸はHeガスの透過漏洩量である(以下、同様)。図4において、特性S11はOリングが一重の場合の特性であり、特性S12はOリングを二重にした場合の特性である。また、Oリング間の空隙(ガストラップ)に真空グリースを充填することによって、図5に示すようにHeガスの透過漏洩現象が更に改善されることが記載されている。図5において、特性S22はOリング間に空気を充填した場合の特性であり、特性S23はOリング間に真空グリースを充填した場合の特性である。このように透過漏洩現象を抑制できるのは、Oリング間に外部よりも高い圧力に与圧された気体を充填したり真空グリースなどのHeガスを透過させない固体を充填したりすることによって、Heガスが接合部を透過するのを防げるためであると考えられる。   By the way, in Oba et al. "Reduction of helium gas permeation leakage by installing multiple O-rings" (Japan Atomic Energy Research Institute, JAERI-Tech 2001-067, October 2001), rubber O-rings are arranged in duplicate at the joints. The permeation leakage phenomenon of He gas at the joint portion due to this has been studied. According to this study, it is described that the permeation leakage phenomenon of He gas at the joint portion can be suppressed by filling pressurized air or nitrogen in the gap (gas trap) between the O-rings as shown in FIG. ing. The horizontal axis in FIG. 4 is the elapsed time, and the vertical axis is the amount of He gas permeation leakage (hereinafter the same). In FIG. 4, a characteristic S11 is a characteristic when the O-ring is single, and a characteristic S12 is a characteristic when the O-ring is doubled. Further, it is described that the permeation leakage phenomenon of He gas is further improved by filling the gap (gas trap) between the O-rings with vacuum grease as shown in FIG. In FIG. 5, characteristic S22 is a characteristic when air is filled between O-rings, and characteristic S23 is a characteristic when vacuum grease is filled between O-rings. The permeation leakage phenomenon can be suppressed in this way by filling a gas pressurized to a pressure higher than the outside between O-rings or filling a solid such as vacuum grease that does not allow the permeation of He gas. This is considered to prevent gas from permeating through the joint.

図1に示した光検出器1では、第1の接合材30と第2の接合材40によって空隙50が気密封止され、容器10の外部よりも高い圧力で空隙50に気体が充填されている。このため、第1の接合材30及び第2の接合材40の材料が容器10の外部に存在するHeガスなどの気体を透過する材料であっても、外部から気体が容器10の内部に侵入することを抑制できる。また、容器10の内部の不活性ガスなどの気体が外部に放出されることも抑制できる。   In the photodetector 1 shown in FIG. 1, the gap 50 is hermetically sealed by the first bonding material 30 and the second bonding material 40, and the gap 50 is filled with gas at a higher pressure than the outside of the container 10. Yes. For this reason, even if the material of the 1st joining material 30 and the 2nd joining material 40 is a material which permeate | transmits gas, such as He gas which exists in the exterior of the container 10, gas invades the inside of the container 10 from the exterior. Can be suppressed. Moreover, it can also suppress that gas, such as an inert gas inside the container 10, is discharge | released outside.

図1に示した光検出器1の製造では、例えば、第1の接合材30と第2の接合材40を硬化させて容器10と入射窓20を接着する工程を空気雰囲気中または窒素雰囲気中で行う。これにより、空隙50に乾燥した空気や窒素ガスが充填される。   In the manufacture of the photodetector 1 shown in FIG. 1, for example, the process of curing the first bonding material 30 and the second bonding material 40 and bonding the container 10 and the incident window 20 is performed in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. To do. As a result, the air 50 is filled with dry air or nitrogen gas.

なお、図6に示すように、空隙50に内部の真空を保持できる真空グリースなどの固体材90を充填してもよい。気密性を有する固体材90を空隙50に充填することによって、外部から気体が容器10の内部に侵入したり、容器10の内部の気体が外部に放出されたりすることを更に抑制できる。例えば、真空グリースを空隙50に充填することにより、Heガスなどの気体が空隙50を通過することをより多く抑制できる。   Note that, as shown in FIG. 6, the gap 50 may be filled with a solid material 90 such as vacuum grease capable of maintaining an internal vacuum. By filling the gap 50 with the airtight solid material 90, it is possible to further suppress the gas from entering the inside of the container 10 from the outside and the gas inside the container 10 being released to the outside. For example, by filling the gap 50 with vacuum grease, it is possible to further suppress the passage of gas such as He gas through the gap 50.

以上に説明したように、本発明の第1の実施形態に係る光検出器1では、第1の接合材30と第2の接合材40とによって容器10と入射窓20との接合部分に空隙50を構成する。そして、空隙50を外部よりも高い圧力で気体を充填したり真空グリースなどの固体材90によって充填したりする。これにより、容器10と入射窓20との接合部分をHeガスなどの気体が通過するのが抑制される。その結果、高い気密性で容器10内部が密閉されるように容器10と入射窓20とが接合された光検出器1を提供できる。光検出器1は、例えば容器10の内部を真空に保持する場合や不活性ガスを成分に含む気体を容器10の内部に封入する場合などに好適に使用される。   As described above, in the photodetector 1 according to the first embodiment of the present invention, the first bonding material 30 and the second bonding material 40 form a gap in the bonding portion between the container 10 and the incident window 20. 50. Then, the gap 50 is filled with gas at a higher pressure than the outside, or filled with a solid material 90 such as vacuum grease. Thereby, it is suppressed that gas, such as He gas, passes through the junction part of the container 10 and the entrance window 20. As a result, it is possible to provide the photodetector 1 in which the container 10 and the entrance window 20 are joined so that the inside of the container 10 is hermetically sealed. The photodetector 1 is suitably used, for example, when the inside of the container 10 is held in a vacuum or when a gas containing an inert gas as a component is sealed inside the container 10.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る光検出器1は、図7に示すように、入射口11及び入射窓20と重なる位置に開口部101が位置するように配置された、環形状の支持体100を更に備える。支持体100は、入射窓20の外側で第2の接合材40で容器10と接合されている。また、入射窓20の外縁部と支持体100の開口部101の周囲とが、第3の接合材110によって接合されている。図7に示すように、第1の接合材30と第3の接合材110は、入射窓20の対向する主面にそれぞれ接続している。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 7, the photodetector 1 according to the second embodiment of the present invention is an annular support that is disposed so that the opening 101 is positioned at a position overlapping the entrance 11 and the entrance window 20. The body 100 is further provided. The support body 100 is joined to the container 10 by the second joining material 40 outside the entrance window 20. Further, the outer edge portion of the incident window 20 and the periphery of the opening portion 101 of the support body 100 are joined by the third joining material 110. As shown in FIG. 7, the first bonding material 30 and the third bonding material 110 are respectively connected to the opposing main surfaces of the incident window 20.

図1に示した光検出器1では、第1の接合材30と第2の接合材40とが共に容器10と入射窓20との間に配置され、入射口11の周囲と入射窓20の外縁部とが対向する対向領域に空隙50が構成されている。一方、図7に示す光検出器1では入射窓20の外側に第2の接合材40が配置されており、第1の接合材30、第2の接合材40及び第3の接合材110によって囲まれて空隙50が構成されている点が図1と異なる。その他の構成については、図1に示す第1の実施形態と同様である。空隙50には、例えば空気や窒素ガスなどの気体が容器10の外部よりも高い圧力で充填されている。   In the photodetector 1 shown in FIG. 1, the first bonding material 30 and the second bonding material 40 are both disposed between the container 10 and the incident window 20, and the periphery of the incident port 11 and the incident window 20 are arranged. A gap 50 is formed in a facing area where the outer edge faces. On the other hand, in the photodetector 1 shown in FIG. 7, the second bonding material 40 is disposed outside the incident window 20, and the first bonding material 30, the second bonding material 40, and the third bonding material 110 are used. 1 is different from FIG. 1 in that the gap 50 is surrounded. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. The gap 50 is filled with a gas such as air or nitrogen gas at a higher pressure than the outside of the container 10.

支持体100には、例えばSUSなどの金属材料が好適に使用される。しかし、金属材料でなくても、空隙50の気密性を確保できる材料であれば他の材料であってもよい。例えば、セラミックなどのHeガスが透過できない材料を支持体100に使用可能である。なお、支持体100の外径は容器10の外径以下であることが好ましい。これにより、光検出器1のサイズの大型化を抑制できる。また、支持体100の開口部101の内径は入射窓20の外径以下である。これにより、入射窓20の外縁部と支持体100の開口部101の周囲とを第3の接合材110によって接合することができる。   For the support 100, a metal material such as SUS is preferably used. However, other materials may be used as long as they are materials that can ensure the airtightness of the air gap 50, even if they are not metal materials. For example, a material such as ceramic that is not permeable to He gas can be used for the support 100. The outer diameter of the support 100 is preferably equal to or smaller than the outer diameter of the container 10. Thereby, the enlargement of the size of the photodetector 1 can be suppressed. Further, the inner diameter of the opening 101 of the support 100 is equal to or smaller than the outer diameter of the incident window 20. Thereby, the outer edge part of the entrance window 20 and the periphery of the opening part 101 of the support body 100 can be joined by the third joining material 110.

図7に示した光検出器1は、例えば以下のように製造される。容器10の入射口11の周囲と入射窓20の外縁部を、第1の接合材30によって接合する。また、入射窓20の外縁部と支持体100の開口部101の周囲とを、第3の接合材110によって接合する。なお、この2箇所の接合は同時でもよい。第1の接合材30と第3の接合材110が硬化した後、与圧された空気雰囲気中或いは窒素雰囲気中で容器10と支持体100を第2の接合材40で接合する。第2の接合材40を硬化させて、図7に示した光検出器1が完成する。   The photodetector 1 shown in FIG. 7 is manufactured as follows, for example. The periphery of the entrance port 11 of the container 10 and the outer edge portion of the entrance window 20 are joined by the first joining material 30. Further, the outer edge portion of the incident window 20 and the periphery of the opening portion 101 of the support body 100 are joined by the third joining material 110. In addition, these two places may be joined simultaneously. After the first bonding material 30 and the third bonding material 110 are cured, the container 10 and the support body 100 are bonded by the second bonding material 40 in a pressurized air atmosphere or a nitrogen atmosphere. The second bonding material 40 is cured to complete the photodetector 1 shown in FIG.

他は、第1の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、図7に示した光検出器1でも、空隙50を真空グリースなどの固体材90によって充填してもよい。   Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted. For example, in the photodetector 1 shown in FIG. 7, the gap 50 may be filled with a solid material 90 such as vacuum grease.

以上に説明したように、本発明の第2の実施形態に係る光検出器1では、空隙50を外部よりも高い圧力で気体を充填したり真空グリースなどの固体材90を充填したりすることによって、容器10と入射窓20との接合部分をHeガスなどの気体が通過するのが抑制される。これにより、高い気密性で容器10内部が密閉されるように容器10と入射窓20とが接合された光検出器1を提供できる。   As described above, in the photodetector 1 according to the second embodiment of the present invention, the gap 50 is filled with a gas at a higher pressure than the outside or with a solid material 90 such as vacuum grease. Thus, the passage of a gas such as He gas through the joint portion between the container 10 and the incident window 20 is suppressed. Thereby, the photodetector 1 in which the container 10 and the entrance window 20 are joined so that the inside of the container 10 is hermetically sealed can be provided.

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…光検出器
10…容器
11…入射口
12…キャップ
13…ステム
20…入射窓
30…第1の接合材
40…第2の接合材
50…空隙
60…検出用部品
70…リード線
80…サーモモジュール
90…固体材
100…支持体
101…開口部
110…第3の接合材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical detector 10 ... Container 11 ... Incident port 12 ... Cap 13 ... Stem 20 ... Incident window 30 ... 1st joining material 40 ... 2nd joining material 50 ... Air gap 60 ... Detection component 70 ... Lead wire 80 ... Thermo module 90 ... Solid material 100 ... Support body 101 ... Opening 110 ... Third bonding material

Claims (10)

内部の空洞に検出用部品が格納され、入射口が開口された容器と、
前記入射口を覆って前記容器に配置された入射窓と、
前記入射口の周囲を囲むように環形状に配置され、前記容器と前記入射窓とを接合する第1の接合材と、
前記容器の前記内部及び前記容器の外部のいずれからも遮蔽された空隙を前記容器と前記入射窓との間に構成するように前記第1の接合材の周囲を囲んで環形状に前記容器に配置され、前記第1の接合材と共に前記空隙を挟む第2の接合材と
を備え、前記容器と前記入射窓との接合部分を気体が通過しないように前記第1の接合材と前記第2の接合材とによって前記空隙が気密封止されていることを特徴とする光検出器。
A container in which a detection component is stored in an internal cavity and an entrance is opened; and
An entrance window disposed in the container covering the entrance;
A first bonding material disposed in a ring shape so as to surround the periphery of the incident port, and bonding the container and the incident window;
The container is formed in an annular shape surrounding the first bonding material so that a gap shielded from both the inside of the container and the outside of the container is formed between the container and the incident window. And a second bonding material sandwiching the gap together with the first bonding material, and the first bonding material and the second bonding material so that gas does not pass through a bonding portion between the container and the incident window. And the gap is hermetically sealed with a bonding material.
前記第1の接合材と前記第2の接合材が、前記容器の前記入射口の周囲と前記入射窓の外縁部とが対向する対向領域に離間して二重に配置され、前記第1の接合材と前記第2の接合材によって前記容器と前記入射窓とが接着されていることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。   The first bonding material and the second bonding material are disposed in a double manner, spaced apart from each other in a facing region where the periphery of the incident port of the container and the outer edge of the incident window are opposed to each other. The photodetector according to claim 1, wherein the container and the incident window are bonded by a bonding material and the second bonding material. 前記入射口及び前記入射窓と重なる位置に開口部が位置するように配置され、前記入射窓の外側において前記第2の接合材で前記容器と接合された環形状の支持体と、
前記入射窓の外縁部と前記支持体の前記開口部の周囲とを接合する第3の接合材と
を更に備え、前記空隙が前記第1の接合材、前記第2の接合材及び前記第3の接合材によって囲まれていることを特徴とする請求項1に記載の光検出器。
An annular support that is disposed so that an opening is located at a position overlapping the entrance and the entrance window, and is joined to the container by the second joining material outside the entrance window;
A third bonding material for bonding the outer edge of the incident window and the periphery of the opening of the support, and the gap includes the first bonding material, the second bonding material, and the third bonding material. The photodetector according to claim 1, wherein the photodetector is surrounded by a bonding material.
前記空隙に所定の気体が前記容器の外部よりも高い圧力で充填されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光検出器。   The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap is filled with a predetermined gas at a pressure higher than that of the outside of the container. 前記空隙に真空グリースが充填されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光検出器。   The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein the gap is filled with vacuum grease. 前記容器の前記内部に、ネオン、アルゴン、クリプトン及びキセノンのいずれかの不活性ガスを成分に含む気体が封入されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光検出器。   The light according to any one of claims 1 to 5, wherein a gas containing an inert gas of any one of neon, argon, krypton, and xenon is enclosed in the inside of the container. Detector. 前記容器の前記内部が真空であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光検出器。   The photodetector according to claim 1, wherein the inside of the container is a vacuum. 前記入射窓がベリリウム膜であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光検出器。   The photodetector according to claim 1, wherein the incident window is a beryllium film. 前記入射窓の一部に、有機物質膜若しくは窒化シリコン膜を使用していることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光検出器。   8. The photodetector according to claim 1, wherein an organic material film or a silicon nitride film is used for a part of the incident window. 前記第1の接合材及び前記第2の接合材が樹脂系接着剤であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光検出器。   The photodetector according to any one of claims 1 to 9, wherein the first bonding material and the second bonding material are resin-based adhesives.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102361871B1 (en) * 2021-08-20 2022-02-14 (재)한국나노기술원 Strain gauge and load cell module comprising the same

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