JP3535094B2 - 光電子増倍管用パッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暗視装置、オージ
ェ（Auger）電子分光分析装置，光電子分光分析装置
（ＥＳＣＡ：Electron Spectroscopic Chemical Ana
lysis）等の電子分光分析装置、真空紫外線分光分析装
置などに適用可能な光電子増倍管を収容するパッケージ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光電子増倍管はマイクロチャネル
プレート（以下、ＭＣＰという）を用いることでその特
性が飛躍的に向上している。図５に示す従来の光電子増
倍管用パッケージ（以下、パッケージという）は、上面
に凹部２を有する絶縁材料から成る基体１のその凹部２
に、ＭＣＰ１００をダイノードとして用いた光電子増倍
管Ｂを収容したものである。

【０００３】また、基体１の側壁２ｂの上面には、メタ
ライズ層等の導体層２ｃおよびロウ材を介して金属製の
フランジ６が接合され、そのフランジ６に中央部の貫通
孔に透光性材料から成る光入射窓が嵌着接合された蓋体
８が接合されている。また、凹部２の底面２ａの中央部
に、面内で縦横に複数配列された電極３ａが形成された
電極形成領域３が設けられている。さらに、電極形成領
域３が形成された基体１の下面には、電極３ａに貫通導
体を介して接続された信号用ピン３ｂが設けられてい
る。そして、電極形成領域３上に光電子増倍管Ｂが載置
され、かくして底面２ａと側壁２ｂと蓋体８とにより、
凹部２が気密に封止されるとともに、凹部２内が高真空
状態に保たれて光電子増倍管Ｂとして機能する。

【０００４】この凹部２の底面２ａの電極形成領域３の
外周側には溝４が形成されており、溝４の底面４ａに、
底面４ａを上下に貫通して複数の電源用ピン５がロウ材
により挿着されている。電源用ピン５は、光電子増倍管
Ｂ内の光電子を励起するための電圧（バイアス電圧）を
供給するためのもので、複数本設けられる。電源用ピン
５を介して外部電圧源から所定の電圧、例えば数ｋＶ〜
１０数ｋＶが光電子増倍管Ｂに印加され、光電子増倍管
Ｂ内を移動する（図５では上方から下方に移動する）光
電子を誘導するための電界を形成する。

【０００５】この光電子増倍管Ｂは、図４に示すよう
に、パッケージＡの蓋体８の光入射窓１０４から入った
光がその光入射窓１０４を通過する際に、光入射窓１０
４の内側（パッケージＡ内側）に被着されている光電陰
極から光電子を放出させる。次に、その光電子をＭＣＰ
１００上の導電性膜１０２に入射させ、ついで光電子が
ＭＣＰ１００の細いガラス管等から成るチャネル１０１
内をその内壁に衝突しながら通過する際に、光電子を増
倍してＭＣＰ１００の下面の蛍光体層１０３から蛍光が
放出される。

【０００６】放出された蛍光は、出射窓１０５から外部
に放出され、パッケージＡに設けられた電極３ａ上に取
着された受光部（図示せず）に入射して電気信号に変換
され、この電気信号が外部のコンピュータ装置等の分析
装置装置により解析される。

【０００７】上記のＭＣＰ１００は、図４に示すよう
に、多数の極めて細いガラス管から成るチャネル１０１
を束ねたものを径方向にスライスしてプレート状にした
ものであり、例えばこのプレートの上下面にそれぞれ導
電膜１０２、蛍光体層１０３を被着した構造を有する。
ＭＣＰ１００は、その上面の導電膜１０２に入射した光
を光電効果によって光電子を発生させ、この光電子がチ
ャネル１０１の内壁に衝突しながらチャネル１０１内を
通過する際に、チャネル１０１の内壁から２次電子を連
鎖反応で次々と飛び出させることで、電子数を増倍させ
る機能を有する。

【０００８】従って、ＭＣＰ１００は、上記の増倍作用
により微弱な光を増幅し感知することを可能とし、この
ＭＣＰ１００を用いた光電子増倍管Ｂは極めて高感度か
つ高速応答性を有し、他のどの光電子増倍管でも得られ
ない速い時間特性が得られる。また、ＭＣＰ１００は、
プレートとしてダイノードの機能を有するとともに、Ｍ
ＣＰ１００を構成するそれぞれのチャネル１０１が個々
にダイノードとしての機能を有することで、これを用い
た光電子増倍管Ｂは他の光電子増倍管よりも優れた時間
特性を実現している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光電子
増倍管Ｂ内の電子を励起するには、上記のように高電圧
の印加による電界が必要であるとともに、パッケージＡ
内を高真空雰囲気に保持することが不可欠であることか
ら、光電子増倍管Ｂは従来から樹脂から成るパッケージ
や、セラミックスから成るパッケージに収容されて使用
されてきた。そして、電源用ピン５に数ｋＶ〜１０数ｋ
Ｖの電圧を印加した場合、その高電圧によって、電源用
ピン５とパッケージＡの側壁２ｂ上面のフランジ６との
間で凹部２の内側面を介して短絡するという不具合が発
生していた。このとき、フランジ６は蓋体８とともに光
電陰極の所定の負電位（−数１００Ｖ）に保持されてい
るために、電源用ピン５との間で短絡が発生しやすくな
っている。

【００１０】このような短絡は、パッケージＡの凹部２
の内表面に吸着されている水分、微細な埃、汚れ等によ
り、電源用ピン５が溝４の底面４ａと接する部位５ａ
と、フランジ６との両地点間の絶縁が破壊された結果発
生する。この不具合を回避するために、例えばパッケー
ジＡの底部の厚みを厚くして溝４の深さを深くする構
成、または側壁２ｂの高さを高くする構成とすることに
よって、電源用ピン５が溝４の底面４ａと接する部位５
ａからフランジ６へと至る沿面距離を大きくして短絡を
防止することが行われてきた。しかし、いずれの構成も
近年のパッケージＡの低背化という動向に対して逆行す
るものであった。

【００１１】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、光電子増倍管に高電圧
を電源用ピンを介して印加する場合に、電源用ピンとパ
ッケージの側壁上面のフランジとの間の絶縁が高電圧に
よって破壊されるのを、パッケージの高さを高くするこ
となく解消することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光電子増倍管用
パッケージは、絶縁材料から成り、上面に光電子増倍管
を収容するための凹部が形成されるとともに該凹部の底
面の中央部に複数個の電極が形成されて成る電極形成領
域を有する基体と、該基体の下面に立設されるとともに
前記電極に貫通導体を介して接続された複数の信号用ピ
ンと、前記凹部の底面の前記電極形成領域より外周側に
形成された溝と、該溝の底面を上下に貫通して挿着され
た電源用ピンと、前記基体の上面の凹部の開口周辺に接
合された枠状のフランジとを具備した光電子増倍管用パ
ッケージにおいて、前記溝の外周側の内側面に、前記凹
部の底面に略平行な襞部が上下に複数形成され、かつ前
記襞部の端面の算術平均粗さが１０〜７０μｍであるこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明は、上記の構成により、襞部で沿面
距離を長くするとともに、襞部の端面の算術平均粗さを
１０〜７０μｍと粗くすることで、さらに沿面距離を実
質的に長くすることができ、電源用ピンと溝の底面が接
する部位とパッケージの側壁上面のフランジとの間の短
絡を有効に防止し得る。また、襞部により、電源用ピン
が溝の底面と接する部位とフランジとの両地点間の沿面
距離を長くすることができるため、短絡が起きない範囲
内でパッケージの側壁の高さを低くすることができ、そ
の結果パッケージを低背化することができる。

【００１４】本発明において、好ましくは、前記電源用
ピンの上端の位置より下側に形成された前記襞部の前記
溝の内側面からの突出長さが、前記電源用ピンの上端の
位置より上側に形成された前記襞部の前記溝の内側面か
らの突出長さよりも短いことを特徴とする。

【００１５】本発明は、上記の構成により、以下のよう
な問題を解消できる。即ち、電源用ピンを挿着する貫通
孔の形成位置のバラツキにより、電源用ピンと襞部の端
面とが接近し過ぎて絶縁が破壊されるおそれがあり、こ
れを回避するために電源用ピンと襞部の端面との間隔を
大きくせざるを得ず、その結果パッケージの小型化が妨
げられるのを解消することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のパッケージＡについて以
下に詳細に説明する。図１および図２は、本発明のパッ
ケージＡについて一実施形態の部分断面図および平面図
である。また、図３は本発明のパッケージＡについて他
の実施形態の断面図である。さらに、図４は光電子増倍
管Ｂを模式的に示す各部を分解した断面図である。尚、
従来例である図５のパッケージＡに示す部材と同じ部材
には同じ符号を付している。

【００１７】これらの図において、１は、絶縁材料から
成り、上面にＭＣＰ１００を備える光電子増倍管Ｂを収
容するための凹部２が形成されるとともに凹部２の底面
２ａの中央部に複数個の電極３ａが形成されて成る電極
形成領域３を有する基体、２は凹部、２ａは凹部２の底
面、２ｂは凹部２の側壁、３は、凹部２の底面２ａの中
央部に複数個の電極３ａが形成されて成る電極形成領
域、３ｂは、基体１の下面に立設されるとともに電極３
ａに貫通導体を介して接続された複数の信号用ピンであ
る。

【００１８】なお、光電子増倍管Ｂは、板状のＭＣＰ１
００を備えた小型のものの場合沿面距離が問題になり易
いため、ＭＣＰ１００を備えたものにおいて本発明の構
成を適用することが好ましい。勿論の他の光電子増倍管
Ｂにおいても本発明の構成を適用しても構わない。

【００１９】また、４は、底面２ａの電極形成領域３よ
り外周側に形成された溝、４ａは溝４の底面、５は、溝
４の底面を上下に貫通して挿着された複数の電源用ピ
ン、５ａは、電源用ピン５と溝４の底面４ａとの接触点
である。

【００２０】さらに、６は、パッケージＡの凹部２の開
口周辺に導体層２ｃを介して接合された枠状のフラン
ジ、７は、溝４の外周側の内側面に、凹部２の底面２ａ
に略平行に上下に複数形成された襞部、７ａは襞部７の
端面、８は蓋体、１００はＭＣＰ、Ｂは光電子増倍管で
ある。

【００２１】なお、襞部７は、図１に示すように、溝４
の外周側の内側面であって凹部２の内側面の上部に到る
ように形成するのがよく、少なくとも電源用ピン５の上
端よりも高い位置にまで形成するものとする。

【００２２】本発明のパッケージＡは、その凹部２内の
電極形成領域３上に光電子増倍管Ｂが載置され光電子増
倍管用パッケージとして機能するものである。

【００２３】そして、図１に示すように、パッケージＡ
の凹部２の底面２ａの中央部に、光電子増倍管Ｂが設け
られる。光電子増倍管Ｂは、その内部に例えば図３に示
すようなＭＣＰ１００を備えており、ＭＣＰ１００の下
面側より外周側の底面２ａに形成された溝４に、直流高
電圧が印加される電源用ピン５が溝４の底面を貫通して
パッケージＡの内外を電気的に導通するように設置され
ている。また、電極３ａから信号を取り出すための信号
用ピン３ｂがパッケージの下面に接合されている。信号
用ピン３ｂと電極３ａとは、凹部２の底面２ａとパッケ
ージＡの下面とを上下に貫通して設けられた、導体が充
填されたビアホール等の貫通導体により、電気的に導通
されている。そして、信号用ピン３ｂは、貫通導体に接
続されるようにパッケージＡの下面に形成された電極パ
ッド等にロウ材等により立設して接合される。

【００２４】凹部２を囲む側壁２ｂを有する基体１は、
好ましくは、主にセラミックスの粉末とバインダーとか
らなるセラミックグリーンシートを積層して焼成した複
数のセラミック層で構成される。そして、襞部７は溝４
の外周側の内側面に、上下方向に所定の間隔をおいて底
面２ａに略平行に突出するように複数形成される。即
ち、襞部７は、上記のようなセラミック積層法におい
て、中央部の貫通孔の形状、寸法が異なる枠状のセラミ
ックグリーンシートを交互に積層することで形成するこ
とができる。

【００２５】また、セラミック層の厚さを調整すること
で、襞部７の配列のピッチ、またその厚さを容易に制御
できる。即ち、襞部７は、セラミックグリーンシートの
中央部に凹部２用の貫通孔を形成する際に、その貫通孔
の大きさが小さいセラミックグリーンシートを準備し、
次いで貫通孔が大きいものと小さいものとを交互に積層
することにより形成される。即ち、貫通孔の大きさが小
さいセラミックグリーンシートの配列位置において、貫
通孔の内周面が凹部２の内部へ突出する襞部７となる。
また、側壁２ｂの上面には、中央部に透光性材料から成
る光透過窓を有する蓋体８を接合するためのフランジ６
が設けられており、蓋体８がフランジ６に接合されるこ
とによって、パッケージＡ内部に収容するＭＣＰ１００
が気密に封止される。

【００２６】本発明において、側壁２ｂの内側面で突出
する襞部７の端面７ａの算術平均粗さを１０〜７０μｍ
としておくと、端面７ａの沿面距離を面粗さに起因する
凹凸面に沿った長さにより長くすることができ、その結
果電源用ピン５の位置からフランジ６に至るまでの沿面
距離を実質的に長くすることができる。

【００２７】端面７ａの算術平均粗さが１０μｍ未満で
は、端面７ａの凹凸による沿面距離の増大化が困難にな
り、７０μｍを超える場合、以下に示すように製造工程
において端面７ａに微細なクラックが発生し易くなる。

【００２８】襞部７の端面７ａの算術平均粗さを１０〜
７０μｍとするには、例えば貫通孔を形成するための打
ち抜きに際して使用される、下金型と下金型と対になっ
ているパンチ金型について、それらのクリアランス（隙
間）を３０〜５０μｍ程度にすればよい。クリアランス
が３０μｍ未満では、端面７ａの算術平均粗さが１０μ
ｍ未満となり易く、沿面距離の増大効果が得られ難くな
る。

【００２９】なお、このクリアランスは、セラミックグ
リーンシートの厚みやその素材によって打ち抜き特性が
異なるため、それらの条件に左右される場合がある。例
えば、厚みの厚いセラミックグリーンシートでは、打ち
抜きに際してその切断面が粗面化され易いため、本発明
の端面７ａにおける算術平均粗さを得る為には、上記の
範囲内でクリアランスを小さくする方がよい。

【００３０】クリアランスが５０μｍを超えた状態で貫
通孔を打ち抜くと、セラミックグリーンシートが打ち抜
かれる際に、その切断部に負荷がかかり、打ち抜いた端
面７ａに微細なクラックが発生し易くなるとともに、端
面７ａの算術平均粗さが７０μｍを超えてしまう。この
場合、端面７ａに微細なクラックが発生してもパッケー
ジの気密性を損なうことはないのに対して、襞部７が形
成されないセラミック層となるセラミックグリーンシー
トでは、微細なクラックがパッケージの気密性を損ねる
場合がある。

【００３１】したがって、上記の方法でセラミックグリ
ーンシートに打ち抜き法で貫通孔を形成すると、襞部７
の端面７ａの算術平均粗さが１０〜７０μｍとなり、ま
たパッケージの気密性を良好に保持することができる。

【００３２】また本発明において、端面７ａの算術平均
粗さが例えば３０μｍであれば、１０μｍの算術平均粗
さの場合に対して、セラミック層１層における沿面距離
が約２倍となり、電源用ピン５からフランジ６までの沿
面距離に対しては数１０％の沿面距離の増大となる。し
たがって、耐電圧もこれに比例して大きくなり、よって
基体１の下面からフランジ６の上面までの高さを高くす
ることなく、電源用ピン５が溝４の底面４ａと接する部
位５ａから側壁２ｂ上面のフランジ６までの沿面距離を
大きく取ることができる。よって、電源用ピン５とフラ
ンジ６との短絡を有効に防止することができる。

【００３３】上記の下金型とパンチ用金型とのクリアラ
ンスを調整した打ち抜き法は、襞部７を有するセラミッ
ク層となるセラミックグリーンシートに対して適用され
る。そして、このセラミックグリーンシートと、貫通孔
の内周面の算術平均粗さが１０μｍ程度未満と小さくな
るように打ち抜かれたグリーンシートとを、襞部７の形
成部では交互に積層し、ついで焼成して、襞部７が溝４
の内側面に形成されたパッケージＡが作製される。

【００３４】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々の変更を施しても何等差し支えない。例えば、上記
実施の形態では、セラミック積層法により襞部７を形成
したが、基体１を金型による成型法によりセラミック成
形体として作製し、焼成した後切削することにより、ま
たはエッチングすることにより襞部７を形成してもよ
い。

【００３５】さらに本発明においては、図３に示すよう
に、電源用ピン５の上端の位置より下側に形成された襞
部７ｂの溝４の内側面からの突出長さが、電源用ピン５
の上端の位置より上側に形成された襞部７ｃの溝４の内
側面からの突出長さよりも短いように構成することもで
きる。この場合、電源用ピン５の上端の位置よりも下側
に形成されている襞部７ｂの側壁２ｂからの突出長さ
を、電源用ピン５の上端の位置よりも上側に形成されて
いるものよりも小さくすることで、電源用ピン５と襞部
７ｂの端面７ａとの間隔が小さくなり過ぎて、襞部７ｂ
の端面７ａに吸着した水分や異物を介して短絡を起こす
といったことを防ぐことができる。

【００３６】また、電源用ピン５の上端の位置よりも上
側に形成されている襞部７ｃの長さをより長くすること
で、電源用ピン５の上端の位置よりも下側に形成されて
いる襞部７ｂの長さが短くなった分か、あるいはそれ以
上に電源用ピン５と溝４の底面４ａが接する部位５ａと
フランジ６との間の沿面距離を増大することもでき、電
源用ピン５とフランジ６との間の短絡を有効に防ぐこと
ができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、絶縁材料から成り、上面に光
電子増倍管を収容するための凹部が形成されるとともに
凹部の底面の中央部に複数個の電極が形成されて成る電
極形成領域を有する基体と、基体の下面に立設されると
ともに電極に貫通導体を介して接続された複数の信号用
ピンと、凹部の底面の電極形成領域より外周側に形成さ
れた溝と、溝の底面を上下に貫通して挿着された電源用
ピンと、基体の上面の凹部の開口周辺に接合された枠状
のフランジとを具備し、溝の外周側の内側面に、凹部の
底面に略平行な襞部が上下に複数形成され、かつ襞部の
端面の算術平均粗さが１０〜７０μｍであることによ
り、パッケージの高さを高くすることなく、電源用ピン
の基部からフランジ間の沿面距離を大きくすることがで
き、電源用ピンと側壁の上面に接合されているフランジ
との短絡を防止することを可能にした。

【００３８】また本発明は、好ましくは、電源用ピンの
上端の位置より下側に形成された襞部の溝の内側面から
の突出長さが、電源用ピンの上端の位置より上側に配列
された襞部の溝の内側面からの突出長さよりも小さいも
のである。この場合、電源用ピンを挿着する貫通孔の形
成位置のバラツキにより、電源用ピンと襞部の端面とが
接近し過ぎて絶縁が破壊されるおそれがあり、これを回
避するために電源用ピンと襞部の端面との間隔を大きく
せざるを得ないが、電源用ピンの上端の位置より下側に
形成された襞部の溝の内側面からの突出長さを短くする
ことで、パッケージの小型化が妨げられるのを解消する
ことができる。

【００３９】また、電源用ピンの上端の位置よりも上側
に形成されている襞部の長さをより長くすることで、電
源用ピンの上端の位置よりも下側に形成されている襞部
の長さが短くなった分か、あるいはそれ以上に電源用ピ
ンと溝の底面が接する部位とフランジとの間の沿面距離
を増大することもでき、電源用ピンとフランジとの間の
短絡を有効に防ぐことができる。

【００４０】また、基体が例えば射出成形されたセラミ
ックスからなる場合には、襞部の形成や、更に襞部の端
面の面粗さを大きくすることが困難であるが、本発明の
パッケージでは大きな面粗さの端面を有する襞部を、セ
ラミックグリーンシート積層法により工程を増加させる
こと無く形成することができる。また、セラミックグリ
ーンシート積層法で襞部を形成する場合、中央部の貫通
孔の大きさが異なる枠状のセラミックグリーンシートを
複数積層して焼成することでパッケージを形成できるた
め、襞部を形成するための特別な製造工程が増えること
がなく、したがって低コストで歩留まり良く生産でき、
かつ量産性に優れている。

【００４１】さらに、セラミックグリーンシート積層法
で襞部を形成する場合、襞部を上下に密に配列して形成
することができるので、短絡を防止することのできる沿
面距離を維持したままでパッケージの側壁の高さを低く
することができ、パッケージのさらなる低背化を達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電子増倍管用パッケージについて実
施の形態の一例を示す断面図である。

【図２】図１の光電子増倍管用パッケージの蓋体および
光電子増倍管を除いたものの平面図である。

【図３】本発明の光電子増倍管用パッケージについて実
施の形態の他の例を示す要部拡大断面図である。

【図4】光電子増倍管の摸式的な分解断面図である。

【図５】従来の光電子増倍管用パッケージの断面図であ
る。

【符号の説明】

１：基体 ２：凹部 ２ａ：底面 ２ｂ：側壁 ３：電極形成領域 ３ａ：電極 ３ｂ：信号用ピン ４：溝 ５：電源用ピン ６：フランジ ７：襞部 ７ａ：襞部の端面 ８：蓋体 １００：ＭＣＰ Ａ：光電子増倍管用パッケージ Ｂ：光電子増倍管

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 43/00 - 43/30 G01T 1/00 - 7/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁材料から成り、上面に光電子増倍管
   を収容するための凹部が形成されるとともに該凹部の底
   面の中央部に複数個の電極が形成されて成る電極形成領
   域を有する基体と、該基体の下面に立設されるとともに
   前記電極に貫通導体を介して接続された複数の信号用ピ
   ンと、前記凹部の底面の前記電極形成領域より外周側に
   形成された溝と、該溝の底面を上下に貫通して挿着され
   た電源用ピンと、前記基体の上面の凹部の開口周辺に接
   合された枠状のフランジとを具備した光電子増倍管用パ
   ッケージにおいて、前記溝の外周側の内側面に、前記凹
   部の底面に略平行な襞部が上下に複数形成され、かつ前
   記襞部の端面の算術平均粗さが１０〜７０μｍであるこ
   とを特徴とする光電子増倍管用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記電源用ピンの上端の位置より下側に
   形成された前記襞部の前記溝の内側面からの突出長さ
   が、前記電源用ピンの上端の位置より上側に形成された
   前記襞部の前記溝の内側面からの突出長さよりも短いこ
   とを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管用パッケー
   ジ。