JP3422193B2 - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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JP3422193B2 JP30635996A JP30635996A JP3422193B2 JP 3422193 B2 JP3422193 B2 JP 3422193B2 JP 30635996 A JP30635996 A JP 30635996A JP 30635996 A JP30635996 A JP 30635996A JP 3422193 B2 JP3422193 B2 JP 3422193B2
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庸介 杉浦
康夫 河嶋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばマイクロ
ボロメータ型2次元アレイ赤外線検出素子のような、極
低温に冷却することなく性能を発揮する非冷却型赤外線
検出素子を搭載する赤外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は、例えば特表平7−508384
号公報に示された従来の赤外線検出器の断面図である。
図において1は、例えばボロメータ型赤外線検出素子を
アレイ状に配置した赤外線検出素子、2は前記赤外線検
出素子1の温度を所定の温度にするためのペルチェ効果
を利用した電子冷却素子、3は前記赤外線検出素子1の
出力信号及び前記赤外線検出素子1の駆動信号の外部と
のインターフェースとなる端子、4は容器の内部と外部
を電気的に接続する経路を設けるために積層セラミック
ス、パターン、スルーホールで構成されるセラミックス
構造部、5は前記電子冷却素子2及び前記セラミックス
構造部4を支えるベースプレート、6は赤外線を透過す
るウインドウ、7は容器内部を真空に排気するためのチ
ップ管であり、容器内部を真空に排気した後、つぶして
封じる構造となっている。前記積層セラミックス構造4
の製造は次のように行う。決められた厚さのセラミック
スシートに金属ペースト等を用いてスクリーン印刷した
後燒結しパターンを成形する。パターンを成形したセラ
ミックスシート、パターンと垂直方向に貫通穴を開け金
属ペースト等の導体を充填したセラミックスシート及び
厚さ方向の寸法を増すためのセラミックスシートを複数
枚位置合わせし、積層加圧後、還元雰囲気炉で燒結成形
する。燒結成形後に機械加工を行い、前記端子3、前記
ベースプレート5をロウ付け接合する。
【0003】ボロメータ型赤外線検出素子は、素子1に
入力した赤外線エネルギによる温度変化を素子1の抵抗
値の変化として検出する構造となっており、高い温度分
解能を得るためには、入力した赤外線エネルギが周囲に
拡散しないように容器の内部を真空に保つ必要があり、
各接合部は真空気密構造となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような赤外線検
出器では、チップ管7をベースプレート5にロウ付け接
合する構造を有しており、チップ管7を接合後セラミッ
クス構造部4の最外面のパターン及びウインドウ6を接
合する部分をニッケル及び金でメタライズする工程を経
るが、その際にチップ管外面及び内面にメタライズが付
着するとチップ管7の封じ後の気密性が悪くなるため、
メタライズ工程でのチップ管7のマスキングを十分行な
う必要があり、時間がかかりコストが高いという問題が
あった。また、メタライズ後、チップ管7の内面にメタ
ライズが付着していないことを確認する手段が無く、チ
ップ管7の封じ後の気密性の信頼性に問題があった。
【0005】
【0006】
【0007】
【0008】さらに上記のような赤外線検出器では、電
子冷却素子2をベースプレート5に半田接合または接着
接合する構造であり、接合の工程が必要のためコストが
かかり、接合部の熱抵抗のため電子冷却素子2で発生す
る熱をベースプレート5を介して赤外線検出器の外部に
放出しにくいという問題があった。
【0009】
【0010】
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の赤外線検出器
は、ベースプレートの上に電子冷却素子を実装し、電子
冷却素子の上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、
端面が前記赤外線検出素子の近傍に位置するようにした
気密端子と、赤外線検出素子と前記気密端子間を配線す
るワイヤボンディングと 気密端子を装着したベースプ
レートと 赤外線を透過するウインドウと、このウイン
ドウを装着する金属材料からなるキャップと、前記ベー
スプレートとキャップを溶接封止する構造と、真空中へ
の放出ガスを吸着するゲッタと、前記ベースプレートに
固定されたパイプに接合する真空排気用のチップ管を備
える。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】この発明の赤外線検出器は、電子冷却素子
の構成品であるセラミックスプレートに気密端子、真空
排気用チップ管、キャップを接合するためのリングを装
着した電子冷却素子を有し、電子冷却素子の上に赤外線
検出素子を実装する構造を有し、赤外線検出素子と前記
気密端子間を配線するワイヤボンディングと、赤外線を
透過するウインドウと、前記ウインドウを装着する金属
材料からなるキャップと、前記電子冷却素子に装着した
リングと前記キャップを封止する構造と、真空中への放
出ガスを吸着するゲッタを備える。
【0016】
【0017】
【0018】
【発明の実施の形態】実施の形態1. 図1はこの発明の実施の形態1を示す図であり、図にお
いて1は例えばマイクロボロメータ型赤外線検出素子を
2次元アレイ状に配置した非冷却型赤外線検出素子、2
は前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするため
のペルチェ効果を利用した電子冷却素子、9は端面が前
記赤外線検出素子の近傍に位置するようにし気密部に
セラミックスを使用した気密端子、5は前記気密端子
を装着した金属材料からなるベースプレート、8は赤外
線検出素子前記気密端子を配線するワイヤボンデ
ィング、6は赤外線を透過するウインドウ、11は前記
ウインドウ6を装着する金属材料からなるキャップ、1
0は真空中への放出ガスを吸着するゲッタ、7は真空排
気用のチップ管、12は放熱フィンを固定するねじ、1
3は放熱フィンである。
【0019】前記電子冷却素子2は前記ベースプレート
5の上に接着もしくは半田で接合され、前記赤外線検出
素子1は前記電子冷却素子2の上に接着もしくは半田で
接合する。前記赤外線検出素子1と前記気密端子9の配
線は例えばアルミニウムワイヤボンディングで行う。前
記ウインドウ6は例えば低融点ガラスを使用し前記キャ
ップ11に気密接合される。前記キャップ11は、前記
ベースプレート5に溶接で気密接合する。容器内は、前
記チップ管7を真空排気装置に接続し、真空排気するこ
とにより真空にすることができ、真空に排気した後、前
記チップ管7をつぶして封じる構造となっている。前記
ゲッタ10は、ジルコニウム、バナジウム、鉄を燒結さ
せて成形したものであり、通電加熱し表面を活性化する
ことにより容器内に材料から放出されるガスを吸着し、
真空の劣化を防止する。前記気密端子9は、貫通穴を有
し穴の周囲にメタライズを施したセラミックス部品と、
セラミックス部品の貫通穴に通り穴の周囲に密着するよ
うなツバを有する金属端子を同時にロウ付け接合するこ
とにより得ることができ、工程数の多い積層セラミック
ス構造の製造工程は必要としない。前記ベースプレート
5は、外側の面に放熱フィンをねじで固定する構造を有
しており、前記放熱フィン13は前記ねじ12にて着脱
可能な構造となっている。
【0020】前記電子冷却素子2で発熱した熱は、前記
ベースプレート5を介して前記放熱フィン13から放熱
する。赤外線検出器を固定する筐体から放熱できる経路
が十分確保されている場合は、熱は前記ベースプレート
5から筐体に流れるので、前記放熱フィン13は不要な
ので装着しなくてよい。赤外線検出器を固定する筐体か
ら放熱できる経路が不十分の場合は、必要な放熱量に合
わせて選定した放熱フィン13を装着すればよい。上記
のように赤外線検出器及び筐体の構造を変更することな
く、必要な放熱性能を有する放熱フィンを選定して取り
付ければよく、赤外線検出器の配置の制約も少なく、赤
外線検出器を収納する筐体を小型にするのに有利であ
る。
【0021】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2を示す図であり、図において1〜11は発明の実施
の形態1と同じ機能を有している。14は前記チップ管
7を接合するために設けられたパイプであり、前記ベー
スプレート5と一体に成形された構造又は前記ベースプ
レート5にロウ付けされた構造を有している。前記チッ
プ管7は、前記パイプ14に半田で接合される。
【0022】前記チップ管7は、半田で接合できるた
め、前記ベースプレート5に前記気密端子9を接合しメ
タライズ工程を完了した後に接合できる。そのため、メ
タライズ工程での前記チップ管のマスキング作業は不要
であり、気密性の信頼性を低下させるメタライズの付着
の問題も無い。
【0023】実施の形態3.図3はこの発明の実施の形
態3を示す図であり、図において1〜11は発明の実施
の形態1と同じ機能を有している。15は前記気密端子
9のセラミックス部である。
【0024】前記セラミックス部15は前記ベースプレ
ート5にロウ付けで接合し、前記気密端子9は前記セラ
ミックス部15にロウ付けで接合する。前記セラミック
ス部15の高さを前記赤外線検出素子1の近傍まで高く
することにより、前記気密端子9の赤外線検出器内の部
分は短くなり剛性は上がり、振動環境条件下で前記気密
端子9の振れを小さくでき、前記気密端子9の振れによ
る信号へのノイズの影響を小さくでき、低コストで耐振
性の高い赤外線検出器を得ることができる。
【0025】実施の形態4.図4はこの発明の実施の形
態4を示す図であり、図において1、6、8〜11は発
明の実施の形態1と同じ機能を有している。16は前記
ベースプレート5に設けた抵抗溶接するためのツバ状の
フランジ、17は前記キャップ11に設けた抵抗溶接す
るためのツバ状のフランジである。
【0026】前記ベースプレート5のツバ状のフランジ
16と前記キャップ11のツバ状のフランジ17を真空
雰囲気中で抵抗溶接すれば、赤外線検出器の内部を真空
に保ち封じることができ、前記チップ管7を使用して真
空排気する必要はなくなり、チップ管7を削減し、コス
トを低減できる。
【0027】実施の形態5.図5はこの発明の実施の形
態5を示す図であり、図において1〜4、6〜11は発
明の実施の形態1と同じ機能を有してる。18は前記電
子冷却素子2を構成するセラミックスプレート、19は
前記電子冷却素子2を構成するビスマステルル系熱電素
子、20は金属材料からなるリング、21は前記電子冷
却素子2を構成し、前記気密端子9、前記チップ管7、
前記リング20を接合したセラミックプレートである。
【0028】前記セラミックスプレート21は、赤外線
検出器の真空部を包絡する壁の一部をなすものであり、
独立に前記ベースプレート5は不要であり、部品点数が
削減できコストが低減できる。前記熱電素子19と前記
セラミックスプレート21の接合は、前記電子冷却素子
2を製造するプロセスの一環として半田接合するため、
前記電子冷却素子2を前記ベースプレート5に接着また
は半田接合する構造と比べて、接着層または半田層が少
ないため熱抵抗が小さく、熱放出性能の良い赤外線検出
器となる。
【0029】実施の形態6.図6はこの発明の実施の形
態6を示す図であり、図において1〜7、9〜11は発
明の実施の形態1と同じ機能を有している。図7は図6
における矢印の方向から一部を見た図であり、図におい
て22は前記電子冷却素子2の前記セラミックスプレー
ト18の上に施された銅層、ニッケル層、金層から成る
配線パターン、23は前記配線パターン22と前記気密
端子9を接続するフレキシブル基板である。
【0030】前記赤外線検出素子1は前記セラミックス
プレート18の上の前記配線パターン22に半田バンプ
接合すれば、機械的及び電気的に接合できるため前記ワ
イヤボンディング8は不要である。
【0031】実施の形態7.図8はこの発明の実施の形
態7を示す図であり、図において1、3〜11は発明の
実施の形態1と同じ機能を有している。24はテープヒ
ータである。
【0032】前記赤外線検出素子1は、前記ヒータ24
と前記赤外線検出素子1の上に実装された温度センサと
図示されていない制御回路により、赤外線検出器の周囲
の温度よりも高い温度に一定に維持することにより、前
記赤外線検出素子1の温度変動によるノイズを低減でき
るため、前記電子冷却素子2は不要である。
【0033】
【発明の効果】この発明によれば、製造工程が少なく、
チップ管に不要なメタライズが付着しない工程をとるこ
とにより、チップ管封止じ後の気密性の信頼性の高い赤
外線検出器を得ることができる効果がある。
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】この発明によれば、ベースプレートを用い
ず製造できる低コストで、熱の放熱性のよい赤外線検出
器を得ることができる効果がある。
【0038】
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による赤外線検出器の実施の形態1
を示す図である。
【図2】 この発明による赤外線検出器の実施の形態2
を示す図である。
【図3】 この発明による赤外線検出器の実施の形態3
を示す図である。
【図4】 この発明による赤外線検出器の実施の形態4
を示す図である。
【図5】 この発明による赤外線検出器の実施の形態5
を示す図である。
【図6】 この発明による赤外線検出器の実施の形態6
を示す図である。
【図7】 この発明による赤外線検出器の実施の形態6
を示す図である。
【図8】 この発明による赤外線検出器の実施の形態7
を示す図である。
【図9】 従来の赤外線検出器を示す図である。
【符号の説明】
1 赤外線検出素子、2 電子冷却素子、3 端子、4
セラミックス構造部、5 ベースプレート、6 ウイ
ンドウ、7 チップ管、8 ワイヤボンディング、9
気密端子、10 ゲッタ、11 キャップ、12 ね
じ、13 放熱フィン、14 パイプ、15 セラミッ
クス部、16 ベースプレートのツバ状フランジ、17
キャップのツバ状フランジ、18 セラミックスプレ
ート、19熱電素子、20 リング、21 セラミック
スプレート、22 配線パターン、23 フレキシブル
基板、24 ヒータ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−12876(JP,A) 特開 昭52−12877(JP,A) 特開 平7−83755(JP,A) 特開 昭60−133329(JP,A) 特開 昭61−274232(JP,A) 特開 昭64−47922(JP,A) 特開 昭55−98320(JP,A) 実開 平2−52126(JP,U) 特表 平7−508384(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 5/00 - 5/62 G01J 1/00 - 1/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線を検出する非冷却型の赤外線検出
    素子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にする
    ための電子冷却素子と、気密端子と、前記赤外線検出素
    子と前記気密端子間を配線するワイヤボンディングと、
    前記気密端子を装着するベースプレートと、赤外線を透
    過するウインドウと、真空中への放出ガスを吸着するゲ
    ッタと、前記ベースプレートにロウ付けで固定されるパ
    イプと、前記パイプに半田付けで接合される真空排気用
    チップ管とを備えたことを特徴とする赤外線検出器。
  2. 【請求項2】 赤外線を検出する非冷却型の赤外線検
    出素子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にす
    るための電子冷却素子と、前記電子冷却素子のプレート
    が前記赤外線検出素子を封入する容器の壁の一部となる
    構造と、気密端子と、前記赤外線検出素子と前記気密端
    子間を配線するワイヤボンディングと、赤外線を透過す
    るウインドウと、真空中への放出ガスを吸着するゲッタ
    とを備えたことを特徴とする赤外線検出器。
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FR3011326B1 (fr) * 2013-10-02 2016-04-01 Soc Fr Detecteurs Infrarouges Sofradir Circuit imprime flexible a faible emissivite

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