JP2827631B2 - 赤外線検出器 - Google Patents
赤外線検出器Info
- Publication number
- JP2827631B2 JP2827631B2 JP3307736A JP30773691A JP2827631B2 JP 2827631 B2 JP2827631 B2 JP 2827631B2 JP 3307736 A JP3307736 A JP 3307736A JP 30773691 A JP30773691 A JP 30773691A JP 2827631 B2 JP2827631 B2 JP 2827631B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dewar
- infrared detector
- infrared
- package
- inner cylinder
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は物体から放射される赤
外線を画像情報として検出する赤外線検出器に係り、特
にその赤外線検出素子の搭載構造に関するものである。
外線を画像情報として検出する赤外線検出器に係り、特
にその赤外線検出素子の搭載構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】赤外線検出部としてカドミウム水銀テル
ライド（CdHgTe）（以下ＣＭＴと略記する）を、また電
荷転送部としてシリコン固体回路をもつ複合化した赤外
線検出素子は、その動作時における温度外乱を除去する
ため極低温（77Ｋの液体窒素温度）に冷却して使用され
る。そのため、赤外線を透過する窓を備え、検出素子を
極低温下に冷却することが可能な特別の構造のデュワと
呼ばれる容器の内部に検出素子本体を搭載して駆動され
る。
ライド（CdHgTe）（以下ＣＭＴと略記する）を、また電
荷転送部としてシリコン固体回路をもつ複合化した赤外
線検出素子は、その動作時における温度外乱を除去する
ため極低温（77Ｋの液体窒素温度）に冷却して使用され
る。そのため、赤外線を透過する窓を備え、検出素子を
極低温下に冷却することが可能な特別の構造のデュワと
呼ばれる容器の内部に検出素子本体を搭載して駆動され
る。
【０００３】図２は例えば特開平２−214158号公報に開
示されたこの種従来の赤外線検出器の構造を示す断面図
である。図において、１は内部を真空２に保持したデュ
ワで、入射赤外線３を透過させる透過窓1aを気密に接合
した外筒1bと、この外筒1bと一体化され後述する冷却器
挿入空間11を形成する内筒1cとから構成されている。４
は取付部としての内筒先端部1dに取付けられた検出素子
搭載用のパッケージで、内筒先端部1dのデュワ内面に固
着して取付けられた底板4aとこの底板4aの周辺に取付け
られ検出素子からの電気信号を外部に取り出すターミナ
ルを設けたフレーム4bとからなっている。
示されたこの種従来の赤外線検出器の構造を示す断面図
である。図において、１は内部を真空２に保持したデュ
ワで、入射赤外線３を透過させる透過窓1aを気密に接合
した外筒1bと、この外筒1bと一体化され後述する冷却器
挿入空間11を形成する内筒1cとから構成されている。４
は取付部としての内筒先端部1dに取付けられた検出素子
搭載用のパッケージで、内筒先端部1dのデュワ内面に固
着して取付けられた底板4aとこの底板4aの周辺に取付け
られ検出素子からの電気信号を外部に取り出すターミナ
ルを設けたフレーム4bとからなっている。
【０００４】５はＣＭＴ基板にフォトダイオードアレイ
が形成された赤外線検出部、６はシリコン(Si)基板にＣ
ＳＤ、ＭＯＳ、ＣＣＤ等の回路が形成された電荷転送部
で、それぞれの表面にインジウム(In)ベースの低融点ソ
ルダバンプアレイが形成されフリップチップボンディン
グにより互いに一体に接続されている。そして、電荷転
送部６が底板4aにダイボンドされている。８は赤外線検
出部５等を覆うようにフレーム4bに取付けられたコール
ドシールドで、入射赤外線の迷光遮蔽壁を形成する。９
は内部配線で、フレーム4bのターミナルから内筒1cの側
壁に沿って配設され、更にガラスハーメチックで封止さ
れ外筒1bを貫通する外部端子10を経てデュワ１外部に導
出される。11は内筒1cによって形成された冷却器挿入空
間である。
が形成された赤外線検出部、６はシリコン(Si)基板にＣ
ＳＤ、ＭＯＳ、ＣＣＤ等の回路が形成された電荷転送部
で、それぞれの表面にインジウム(In)ベースの低融点ソ
ルダバンプアレイが形成されフリップチップボンディン
グにより互いに一体に接続されている。そして、電荷転
送部６が底板4aにダイボンドされている。８は赤外線検
出部５等を覆うようにフレーム4bに取付けられたコール
ドシールドで、入射赤外線の迷光遮蔽壁を形成する。９
は内部配線で、フレーム4bのターミナルから内筒1cの側
壁に沿って配設され、更にガラスハーメチックで封止さ
れ外筒1bを貫通する外部端子10を経てデュワ１外部に導
出される。11は内筒1cによって形成された冷却器挿入空
間である。
【０００５】次に動作について説明する。先ず、冷却条
件を確保するため、冷却器挿入空間11にジュール・トム
ソン型、クローズドサイクル型等の冷却器を挿入し、内
筒先端部1dを通して赤外線検出部５を80Ｋレベルの極低
温に冷却する。この状態で透過窓1aを通してデュワ１内
に入射した赤外線は、赤外線検出部５の裏面側表面に結
像し、ここで赤外線の強弱に応じたキャリア電荷が発生
し、この電荷が電荷転送部６で読み出され、更に、パッ
ケージ配線、内部配線９、外部端子10を経て図示しない
外部信号処理回路で処理され画像情報として表示され
る。
件を確保するため、冷却器挿入空間11にジュール・トム
ソン型、クローズドサイクル型等の冷却器を挿入し、内
筒先端部1dを通して赤外線検出部５を80Ｋレベルの極低
温に冷却する。この状態で透過窓1aを通してデュワ１内
に入射した赤外線は、赤外線検出部５の裏面側表面に結
像し、ここで赤外線の強弱に応じたキャリア電荷が発生
し、この電荷が電荷転送部６で読み出され、更に、パッ
ケージ配線、内部配線９、外部端子10を経て図示しない
外部信号処理回路で処理され画像情報として表示され
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように赤外線検
出器を構成する各部材は、室温から極低温までの広い温
度範囲で使用されることから各部材の材料としてはこれ
ら温度条件での特性、耐力や熱膨張のマッチング等を考
慮して選定する必要がある。即ち、デュワ１の内筒1cに
は極低温で熱伝導が小さいホウケイ酸ガラスや金属チタ
ン等のガラス、セラミックまたは金属材が、内筒先端部
1dにはパッケージ４との熱伝達をよくするため29％ニッ
ケル(Ni)−17％コバルト(Co)−54％鉄(Fe)合金（米国ウ
ェスティングハウス社商標コバールとしてよく知られて
おり以下コバールと称す）が、底板4aには窒化アルミニ
ウム(AlN) または炭化珪素(SiC) が、フレーム4bにはア
ルミナ(Al2O3) またはムライトが、コールドシールド８
にはコバールがそれぞれ選定されていた。
出器を構成する各部材は、室温から極低温までの広い温
度範囲で使用されることから各部材の材料としてはこれ
ら温度条件での特性、耐力や熱膨張のマッチング等を考
慮して選定する必要がある。即ち、デュワ１の内筒1cに
は極低温で熱伝導が小さいホウケイ酸ガラスや金属チタ
ン等のガラス、セラミックまたは金属材が、内筒先端部
1dにはパッケージ４との熱伝達をよくするため29％ニッ
ケル(Ni)−17％コバルト(Co)−54％鉄(Fe)合金（米国ウ
ェスティングハウス社商標コバールとしてよく知られて
おり以下コバールと称す）が、底板4aには窒化アルミニ
ウム(AlN) または炭化珪素(SiC) が、フレーム4bにはア
ルミナ(Al2O3) またはムライトが、コールドシールド８
にはコバールがそれぞれ選定されていた。
【０００７】しかるに、赤外線検出素子はハイブリッド
型の構造をしており、ＣＭＴで作られた赤外線検出部５
とＳｉで作られた電荷転送部６とがＩｎ合金で作られた
バンプアレイ７によって一体に接合されたもので、これ
らの熱膨張係数の差および周囲の支持部材の物性等が複
雑に各部の温度分布や応力分布に関係しているものと考
えられ、従来の検出素子では、77Ｋまで冷却された場
合、バンプやその周辺部に大きい熱応力が発生し、温度
昇降の繰り返しによって剥がれやＣＭＴ検出素子本体の
破損を引き起こすという問題点があった。
型の構造をしており、ＣＭＴで作られた赤外線検出部５
とＳｉで作られた電荷転送部６とがＩｎ合金で作られた
バンプアレイ７によって一体に接合されたもので、これ
らの熱膨張係数の差および周囲の支持部材の物性等が複
雑に各部の温度分布や応力分布に関係しているものと考
えられ、従来の検出素子では、77Ｋまで冷却された場
合、バンプやその周辺部に大きい熱応力が発生し、温度
昇降の繰り返しによって剥がれやＣＭＴ検出素子本体の
破損を引き起こすという問題点があった。
【０００８】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、冷却に伴うバンプ周辺部の熱応
力を低減して長期間の繰り返し動作に耐え得る赤外線検
出器を得ることを目的とする。
ためになされたもので、冷却に伴うバンプ周辺部の熱応
力を低減して長期間の繰り返し動作に耐え得る赤外線検
出器を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る赤外線検
出器はパッケージの底板をコバールで構成し、更にデュ
ワの内筒先端部をインバー(INVAR) 合金で構成したもの
である。
出器はパッケージの底板をコバールで構成し、更にデュ
ワの内筒先端部をインバー(INVAR) 合金で構成したもの
である。
【００１０】
【作用】この発明においては、従来窒化アルミニウムか
炭化珪素で構成していたパッケージの底板をコバールで
構成し、従来コバールで構成していた内筒先端部をイン
バー合金で構成することにより、バンプ周辺部に発生す
る熱応力が大幅に低減し、バンプ剥がれや素子破損が防
止され同検出器の長寿命化が達成される。
炭化珪素で構成していたパッケージの底板をコバールで
構成し、従来コバールで構成していた内筒先端部をイン
バー合金で構成することにより、バンプ周辺部に発生す
る熱応力が大幅に低減し、バンプ剥がれや素子破損が防
止され同検出器の長寿命化が達成される。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の一実施例による赤外線検出
器の特にその要部を示す断面図である。図における各符
号はそれぞれ従来の場合と同一の部分を示す。但し、こ
の実施例では、パッケージ４の底板4aには、従来の窒化
アルミニウムまたは炭化珪素に替ってコバールが使用さ
れている。そしてデュワ１の内筒先端部1dには、従来の
コバールに替ってインバー合金が使用されている。ま
た、パッケージ４のフレーム4bには、従来のアルミナま
たはムライトに替って窒化アルミニウムが使用されてい
る。
器の特にその要部を示す断面図である。図における各符
号はそれぞれ従来の場合と同一の部分を示す。但し、こ
の実施例では、パッケージ４の底板4aには、従来の窒化
アルミニウムまたは炭化珪素に替ってコバールが使用さ
れている。そしてデュワ１の内筒先端部1dには、従来の
コバールに替ってインバー合金が使用されている。ま
た、パッケージ４のフレーム4bには、従来のアルミナま
たはムライトに替って窒化アルミニウムが使用されてい
る。
【００１２】上記した材料の組み合わせはコンピュータ
を用いたシミュレーション結果から得たものである。即
ち、デュワ１の内筒1c、その内筒先端部1d、パッケージ
４の底板4a、そのフレーム4b、電荷転送部６、バンプア
レイ７、赤外線検出部５およびコールドシールド８から
成る複合構造体が室温(300Ｋ）から極低温（77Ｋ）まで
冷却されたときに発生する冷却収縮応力を、各構成材料
の種別をパラメータに有限要素法によるコンピュータ数
値解により求め、特に赤外線検出部５と電荷転送部６と
を接合しているバンプ周辺部における応力の評価に着目
して得たものである。
を用いたシミュレーション結果から得たものである。即
ち、デュワ１の内筒1c、その内筒先端部1d、パッケージ
４の底板4a、そのフレーム4b、電荷転送部６、バンプア
レイ７、赤外線検出部５およびコールドシールド８から
成る複合構造体が室温(300Ｋ）から極低温（77Ｋ）まで
冷却されたときに発生する冷却収縮応力を、各構成材料
の種別をパラメータに有限要素法によるコンピュータ数
値解により求め、特に赤外線検出部５と電荷転送部６と
を接合しているバンプ周辺部における応力の評価に着目
して得たものである。
【００１３】表１に従来と比較した場合の各部の発生応
力の解析結果を示す。あわせて、解析時に適用した各材
料の特性値を表２に示す。
力の解析結果を示す。あわせて、解析時に適用した各材
料の特性値を表２に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】表１から明らかなように、従来の赤外線検
出器の場合には、素子接合部周辺に大きな引張り応力が
発生しているのに対し、この発明の実施例による赤外線
検出器の場合には、各応力値が大幅に低減している。複
雑な複合構造体であるため、各構成部材の特性がどのよ
うに寄与しているかの正確な把握は困難であるが、底板
4aの材料選定が最も大きく影響しており、次いで内筒先
端部1dのそれが寄与しているものと考えられる。
出器の場合には、素子接合部周辺に大きな引張り応力が
発生しているのに対し、この発明の実施例による赤外線
検出器の場合には、各応力値が大幅に低減している。複
雑な複合構造体であるため、各構成部材の特性がどのよ
うに寄与しているかの正確な把握は困難であるが、底板
4aの材料選定が最も大きく影響しており、次いで内筒先
端部1dのそれが寄与しているものと考えられる。
【００１７】
【発明の効果】この発明は以上のように、赤外線検出素
子を取付けているパッケージをコバールで構成し、デュ
ワの取付部である内筒先端部をインバー合金で構成する
ことにより、極低温に冷却した場合の素子接合部周辺に
発生する熱応力が大幅に低減し、繰り返し冷却によるバ
ンプ剥がれや素子破損が抑制され素子の長寿命化が実現
される。
子を取付けているパッケージをコバールで構成し、デュ
ワの取付部である内筒先端部をインバー合金で構成する
ことにより、極低温に冷却した場合の素子接合部周辺に
発生する熱応力が大幅に低減し、繰り返し冷却によるバ
ンプ剥がれや素子破損が抑制され素子の長寿命化が実現
される。
【図１】この発明の一実施例による赤外線検出器の要部
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】従来の赤外線検出器を示す断面図である。
１ デュワ 1c 内筒 1d 内筒先端部 ４ パッケージ 4a パッケージの底板 ５ 赤外線検出部 ６ 電荷転送部 ７ バンプアレイ 11 冷却器挿入空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−211772（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−277273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226110（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−115577（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171771（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/02 H01L 31/08
Claims (1)
- 【請求項１】 赤外線を透過可能なデュワ、このデュワ
の内部に収容され、インジウムからなるバンプを介して
互いに一体に接続されたカドミウム水銀テルライドから
なる赤外線検出部とシリコンからなる電荷転送部とから
なる赤外線検出素子、上記電荷転送部を固着して取付け
るパッケージ、および上記デュワの外壁の一部を構成
し、その内面には上記パッケージを固着して取付けその
外面には上記赤外線検出素子を上記デュワの外部から冷
却する冷却器を取付ける取付部を備えた赤外線検出器に
おいて、 上記パッケージを（29％ニッケル−17％コバルト−54％
鉄）合金で構成するとともに、上記デュワの取付部を
（36％ニッケル−64％鉄）インバー合金で構成したこと
を特徴とする赤外線検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3307736A JP2827631B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 赤外線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3307736A JP2827631B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 赤外線検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05145089A JPH05145089A (ja) | 1993-06-11 |
| JP2827631B2 true JP2827631B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=17972646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3307736A Expired - Lifetime JP2827631B2 (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 赤外線検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2827631B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4840451B2 (ja) | 2009-01-22 | 2011-12-21 | 住友電気工業株式会社 | 近赤外イメージセンサ |
| JP5917883B2 (ja) * | 2011-11-02 | 2016-05-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| DE102018130510A1 (de) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Vishay Semiconductor Gmbh | Strahlungssensor und Herstellungsverfahren hierfür |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3307736A patent/JP2827631B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05145089A (ja) | 1993-06-11 |
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