JP3913037B2 - Infrared detector - Google Patents

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    • H01L2924/1615—Shape
    • H01L2924/16152—Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線検出器に関し、特に赤外線検出素子を収納した容器内が真空状態とされる赤外線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の赤外線検出器を示す断面図である。この赤外線検出器は、２次元アレイ状に画素を配置した非冷却型の赤外線検出素子２、電子冷却素子４、メタルプレート６、セラミックスプレート８、端子１０、メタルリング１２、ウインドウ１４、メタルキャップ１６、ワイヤボンディング１８、ゲッター２０、排気管２２を含んで構成される。
【０００３】
赤外線検出素子２は、２次元アレイ状に画素を配置したイメージセンサであり、各画素は、入力する赤外線エネルギーによる温度変化をダイオード又は、抵抗値の変化として検出する。この赤外線検出素子は非冷却型であるが、所定温度範囲に維持される必要がある。この温度維持のために、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子４が設けられている。
【０００４】
端子１０は、検出器の内部の赤外線検出素子２やゲッター２０と検出器の外部とを接続する電気的端子であり、メタルプレート６に設けられた孔を貫通する。赤外線検出素子２と端子１０との間は、ワイヤボンディング１８で電気的に接続される。ゲッター２０は、真空中への放出ガスを吸着する。
【０００５】
メタルプレート６は金属材料で形成され、電子冷却素子４及び赤外線検出素子２を支持する。端子１０を通すためにメタルプレート６に開けられる孔は、導電性を有するメタルプレート６と端子１０との短絡を避けるために、端子１０の断面より大きく形成される。セラミックスプレート８は、メタルプレート６と端子１０とに気密接合され、それら両者間の隙間を塞ぎ、検出器内部の気密を保つ。
【０００６】
メタルリング１２は金属材料で形成され、メタルプレート６上に気密接合される。メタルキャップ１６は金属材料で形成され、メタルリング１２に溶接接合される。ウィンドウ１４は、赤外線を透過する材料で形成され、メタルキャップ１６に設けられた開口に気密接合される。
【０００７】
排気管２２は、メタルプレート８を貫通し、検出器の内部と外部とを連通する。
【０００８】
上述のように赤外線検出素子２は、入射した赤外線エネルギーによる温度変化を検出するものである。この赤外線検出器が高い温度分解能を得るためには、入射した赤外線エネルギーが周囲に拡散しないように内部を真空に保つ必要がある。そのため、検出器容器を構成する各部相互の接合部は真空気密構造とされる。排気管２２は、検出器の容器内部を真空に排気する際に利用され、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。
【０００９】
図９は従来のゲッターを示す模式図である。ゲッター２０はガスを吸着する機能を発揮するため、真空中にて４００〜９００℃に加熱する必要がある。この加熱のために、ゲッター２０はヒータを内蔵しており、端子１０を用いてヒータへの通電が行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の赤外線検出器では、容器内部を真空に排気するために、容器内部を真空ポンプに連結するための排気管を有するため、部品点数が多く、低コスト化、小型化が妨げられるという問題があった。また、ゲッターについては、ヒータを内蔵させるために、ゲッター製造の自動化が出来ず、低コスト化が妨げられるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、一層の低コスト化、小型化を実現する赤外線検出器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る赤外線検出器は、赤外線検出素子と、当該赤外線検出素子が載置される基台と、当該基台上に被せられ前記赤外線検出素子を内包する空間を気密封止するキャップとを有し、前記キャップは、前記赤外線検出素子を取り囲み、溶着材を介して前記基台に接合されるフランジ部と、前記赤外線検出素子の受光面に対向する位置に設けられた開口部と、前記開口部配設部分に溶着材を介して接合され、外部から前記赤外線検出素子への赤外線の入射を可能とする窓部とを有し、前記フランジ部の内周側のエッジは面取りされ、少なくとも前記窓部配設部分近傍を除き、前記フランジ部の前記基台との接合面及び面取り部分を含む前記キャップの内面には、溶着材との親和性を高める表面処理が施され、前記フランジ部の面取り部分と前記基台との接合面の隙間には、溶着材が充填されることによってフィレットが形成されるものである。
【００１３】
また、前記フランジ部を前記基台に接合するために用いる溶着材は、はんだであり、前記表面処理は、ニッケルメッキを施す処理、あるいはニッケルメッキし、その上に金メッキを施す処理であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記窓部が配設される前記キャップの上面、前記窓部及び前記フランジ部は、それぞれ円形に構成されるものである。
【００１５】
また、前記キャップは、金属で形成されたフレームを含み、前記フレームの内面に前記ガス吸収部材が接着されるものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は本発明の第１の実施形態である赤外線検出器の概略の構造を示す断面図である。赤外線検出素子５０は非冷却で動作可能な赤外線イメージセンサであり、２次元アレイ状に配列された各画素は、例えばダイオード型又はボロメータ型の赤外線センサにより構成される。この赤外線検出素子は非冷却型であるが、所定温度範囲に維持する必要がある。この温度維持のために、ペルチェ効果を利用した電子冷却素子５２を備える。電子冷却素子５２は、赤外線検出素子５０の裏面に接し、赤外線検出素子５０の温度を制御する。
【００１９】
複数設けられた端子５４は、検出器の内部の赤外線検出素子５０や電子冷却素子５２及びゲッター５６と検出器の外部とを接続する電気的端子である。赤外線検出素子５０と端子５４との間は、例えば金やアルミニウムを線材として用いたワイヤボンディング６０で電気的に接続され、駆動信号の入力や赤外線検知信号の出力がこれら端子５４を介して行われる。ゲッター５６は例えばジルコニウム、バナジウム、鉄を焼結させて成形したものであり、ヒータを内蔵する。そのヒータが端子５４から通電され発熱することにより、ゲッター５６は表面を活性化され、容器内の真空中への放出ガスを吸着して真空の劣化を防止する。電子冷却素子５２は端子５４から通電され、赤外線検出素子５０の温度を制御する。
【００２０】
セラミックパッケージ５８は、例えば、アルミナや窒化アルミナからなる積層セラミックスで形成され、電子冷却素子５２、赤外線検出素子５０、端子５４を支持する。また、セラミックパッケージ５８には、例えば端子５４との電気的配線のために、導体パターン、スルーホールが形成される。セラミックパッケージ５８の中央部と外周部との間には段差が設けられ、中央部が低く形成され、ここに電子冷却素子５２及び赤外線検出素子５０の積層体が載置される。一方、外周部上面の内側寄りの領域には、導体パターンとして端子５４に導通するボンディングパッドが形成され、これと赤外線検出素子５０との間がワイヤボンディング６０により接続される。
【００２１】
キャップ６２は、セラミックパッケージ５８の上部を覆い、これにより、気密封止された空間が形成され、当該空間内に赤外線検出素子５０が収納される。キャップ６２は、金属材料で形成されたメタルキャップ６４（フレーム）と当該メタルキャップ６４に設けられた開口６６に気密接続されるウィンドウ６８とを含んで構成される。ウィンドウ６８は赤外線を透過する部材であり、例えばゲルマニウムやシリコンで構成される。また開口６６は赤外線検出素子５０の受光面に対向する位置に設けられる。このウィンドウ６８を介して、外部の赤外線が赤外線検出素子５０に入射することができる。メタルキャップ６４の縁にはフランジ部７０が設けられ、このフランジ部７０がセラミックパッケージ５８の外周部上面の外側寄りの領域に接合される。フランジ部７０を設けることにより、メタルキャップ６４とセラミックパッケージ５８との接合面積を確保することができ、赤外線検出素子５０が配置される内部空間の気密の信頼性が向上する。
【００２２】
ウィンドウ６８とメタルキャップ６４とは、例えば、酸化鉛系の低融点ガラス材７４を溶着材として用いて接合され、キャップ６２が形成される。キャップ６２とセラミックパッケージ５８とは真空雰囲気中で接合されることにより、内部空間が真空とされる。キャップ６２のフランジ部７０とセラミックパッケージ５８との接合は、はんだ等のロウ材７２を溶着材として用いて行われる。
【００２３】
図２は、フランジ部７０とセラミックパッケージ５８との接合部分を拡大した断面図である。メタルキャップ６４は、ウィンドウ６８が接合される水平な上部平面部８０と、これに連なる垂直の側壁部８２と、側壁部８２から外側へ水平に広がるフランジ部７０とを有する。フランジ部７０の内周側のエッジは面取りされ、傾斜した面取り面８４が形成される。ロウ材７２は、この面取り面８４にて良好なフィレット８８を形成することができ、接合強度及び気密性の向上が図られる。
【００２４】
図３は、他のフランジ部７０の形態における、フランジ部７０とセラミックパッケージ５８との接合部分を拡大した断面図である。この形態では、フランジ部７０の内周側のエッジは面取りされ、丸みを帯びた丸取り面８６が形成される。この場合においても、ロウ材７２は、この丸取り面８６にて良好なフィレット８８を形成することができ、接合強度及び気密性の向上が図られる。
【００２５】
［実施の形態２］
本発明の第２の実施形態に係る赤外線検出器は、上記第１の実施形態と概ね同じ構成であり、以下、相違点のみ説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付す。
【００２６】
図４は、キャップ６２の構成を説明するための模式的な断面図である。本検出器の特徴は、キャップ６２のフランジ部７０とセラミックパッケージ５８との接合面に、ロウ材７２との親和性を高める表面処理が施される点にある。図４において、ロウ材７２が接触することが期待される領域（表面処理領域１００）に当該表面処理が施される。一方、キャップ６２の他の部分、少なくともウィンドウ６８及びその近傍領域には当該表面処理は施されない。例えば、ロウ材７２がはんだである場合の表面処理は、ニッケルメッキし、その上に金メッキを施す処理である。
【００２７】
これにより、キャップ６２とセラミックパッケージ５８とを接合した際に、ロウ材７２の流れ出しによるウィンドウ６８の汚染を防止することができ、また接合面でのロウ材７２の厚さを均一にすることができる。
【００２８】
［実施の形態３］
本発明の第３の実施形態に係る赤外線検出器は、上記第１の実施形態と概ね同じ構成であり、以下、相違点のみ説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付す。
【００２９】
図５は、第３の実施形態に係る赤外線検出器の特徴を説明する模式的な斜視図である。本検出器では、キャップ６２の上面形状が円形に構成される。すなわち、メタルキャップ６４は円形であり、これに対応してフランジ部７０も円形に形成される。また、図には現れていないが、赤外線の取り込み口となるメタルキャップ６４の開口６６も円形に形成され、ウィンドウ６８も円形に形成される。
【００３０】
また、セラミックパッケージ５８の外周部上面にはフランジ部７０と接合される円形領域に接合用メタライズ１１０が施される。
【００３１】
この構成では、フランジ部７０とセラミックパッケージ５８との接合面は円形（ドーナツ形状）となる。またメタルキャップ６４とウィンドウ６８との接合面も円形（ドーナツ形状）となる。この構造では、ロウ材７２や低融点ガラス材７４が硬化時とその後の使用時とでの温度差により、各接合部に発生する熱応力が接合部の円周の各方向に対称、均一となる。すなわち、各接合部に局所的な過大な応力が発生せず、各接合部でのクラック発生や気密漏れを防ぐことができる。また、赤外線検出器の使用環境下で受ける温度サイクルにも強い構造が得られる。
【００３２】
［実施の形態４］
本発明の第４の実施形態に係る赤外線検出器は、上記第１の実施形態と概ね同じ構成であり、以下、相違点のみ説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付す。
【００３３】
図６は、第４の実施形態に係る赤外線検出器の概略の構造を示す断面図である。本検出器では、メタルキャップ６４の内面にゲッター１２０が溶接接合される。このゲッター１２０はヒータを内蔵していない。このゲッター１２０を活性化する場合には、キャップ６２の外側に外部ヒータ１２２を当接させる。外部ヒータ１２２はメタルキャップ６４にて当接され、外部ヒータ１２２からの熱はメタルキャップ６４を介して、内側のゲッター１２０に伝達される。これによりゲッター１２０が加熱され、活性化される。
【００３４】
この構成では、ゲッター内にヒータを内蔵する必要がなく、ゲッターを保持しヒータに通電する端子、その他の通電用の配線を省略することができるので、部品点数削減による低コスト化を図ることができる。
【００３５】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施形態は、上述の各赤外線検出器の製造方法に関するものである。図７は、本発明の赤外線検出器を製造する方法を説明する模式図である。本方法により製造される赤外線検出器は、上記各実施形態と同じ構成であり、以下、上記実施形態の赤外線検出器の構成要素の符号を参照して説明を行う。
【００３６】
図７は、キャップ６２とセラミックパッケージ５８との接合を行う製造装置の模式図である。真空チャンバ１３０内には、キャップ６２を加熱するためのヒータ１３２と、セラミックパッケージ５８を加熱するためのヒータ１３４とが上下に配列される。上に位置するヒータ１３４には、電子冷却素子５２や赤外線検出素子５０の載置等が行われたセラミックパッケージ５８がセットされる。また下のヒータ１３２には、メタルキャップ６４とウィンドウ６８とが接合され組み立て終わったキャップ６２がセットされる。キャップ６２はアーム１３６に支持され、このアーム１３６は、上下駆動装置１３８に連結され、上下移動される。アーム１３６が下に降ろされた状態で、真空チャンバ１３０内の真空引きが開始され、またヒータ１３２，１３４への通電が開始される。真空チャンバ１３０内が十分に真空引きされ、またキャップ６２又はセラミックパッケージ５８の接合部分に配置されたロウ材が溶融されると、上下駆動装置１３８を動作させて、アーム１３６と共にキャップ６２が上に移動され、キャップ６２がセラミックパッケージ５８に加圧密着される。両者が接合された状態で、ヒータ１３２，１３４による加熱を停止し、冷却することにより、ロウ材が固まり、内部が真空に引かれた赤外線検出器が組み上がる。
【００３７】
このように、十分真空引きされた雰囲気中にて、キャップ６２とセラミックパッケージ５８との加熱、接合を行うことにより、加熱時に内部部品やはんだから放出されるガスを外部に排出することができ、内部を高い真空状態にすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の赤外線検出器によれば、フランジ部の内周側のエッジが面取りされることにより、キャップと基台とを接合する溶着材が良好なフィレットを形成し、接合強度及び気密性の向上が図られる。
【００３９】
また他の本発明の赤外線検出器によれば、フランジ部と基台とを接合する溶着材との親和性を高める表面加工が、フランジ部と基台との接合面に施され、一方、窓部及びその近傍領域には施されない構成により、キャップと基台とを接合した際に、溶着材の流れ出しによる窓部の汚染を防止することができ、また接合面での溶着材の厚さを均一にすることができる。
【００４０】
別の本発明の赤外線検出器によれば、キャップを構成する窓部とフレームとの接合部分、及びフランジ部と基台との接合部分がそれぞれ円形に構成されることにより、各接合部の溶着材が硬化した時とその後の使用時とでの温度差により、各接合部に発生する熱応力が接合部の円周の各方向に対称、均一となる。すなわち、各接合部に局所的な過大な応力が発生せず、各接合部でのクラック発生や気密漏れを防ぐことができる。また、赤外線検出器の使用環境下で受ける温度サイクルにも強い構造が得られる。
【００４１】
さらに別の本発明の赤外線検出器によれば、ガス吸着部材がキャップの金属製のフレームの内面に接着されるので、このガス吸着部材を加熱して活性化する処理をキャップの外部のヒータから行うことが可能である。つまり、ガス吸着部材を活性化するためのヒータを内蔵する必要がなく、その内蔵ヒータに通電する端子やその他の通電用の配線を省略することができるので、部品点数削減による低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態である赤外線検出器の概略の構造を示す断面図である。
【図２】 フランジ部とセラミックパッケージとの接合部分の一例の拡大した断面図である。
【図３】 フランジ部とセラミックパッケージとの接合部分の他の例の拡大した断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態である赤外線検出器におけるキャップの構成を説明するための模式的な断面図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態である赤外線検出器の特徴を説明する模式的な斜視図である。
【図６】 本発明の第４の実施形態である赤外線検出器の概略の構造を示す断面図である。
【図７】 本発明の赤外線検出器を製造する方法を説明するための製造装置の模式図である。
【図８】 従来の赤外線検出器を示す断面図である。
【図９】 従来のゲッターを示す模式図である。
【符号の説明】
５０ 赤外線検出素子、５２ 電子冷却素子、５４ 端子、５６，１２０ ゲッター、５８ セラミックパッケージ、６０ ワイヤボンディング、６２ キャップ、６４ メタルキャップ、６８ ウィンドウ、７０ フランジ部、７２ ロウ材、７４ 低融点ガラス材、８４ 面取り面、８６ 丸取り面、１００ 表面処理領域、１１０ 接合用メタライズ、１２２ 外部ヒータ、１３０ 真空チャンバ、１３２，１３４ ヒータ、１３６ アーム、１３８ 上下駆動装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared detector, more particularly an infrared detector in container containing an infrared detection element is a vacuum state.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional infrared detector. This infrared detector includes an uncooled infrared detection element 2 in which pixels are arranged in a two-dimensional array, an electronic cooling element 4, a metal plate 6, a ceramic plate 8, a terminal 10, a metal ring 12, a window 14, and a metal cap 16. , Wire bonding 18, getter 20, and exhaust pipe 22.
[0003]
The infrared detection element 2 is an image sensor in which pixels are arranged in a two-dimensional array, and each pixel detects a temperature change caused by input infrared energy as a diode or a change in resistance value. This infrared detection element is an uncooled type, but needs to be maintained within a predetermined temperature range. In order to maintain this temperature, an electronic cooling element 4 using the Peltier effect is provided.
[0004]
The terminal 10 is an electrical terminal that connects the infrared detection element 2 or getter 20 inside the detector and the outside of the detector, and penetrates a hole provided in the metal plate 6. The infrared detection element 2 and the terminal 10 are electrically connected by wire bonding 18. The getter 20 adsorbs the released gas into the vacuum.
[0005]
The metal plate 6 is formed of a metal material and supports the electronic cooling element 4 and the infrared detection element 2. The hole opened in the metal plate 6 for passing the terminal 10 is formed larger than the cross section of the terminal 10 in order to avoid a short circuit between the conductive metal plate 6 and the terminal 10. The ceramic plate 8 is hermetically bonded to the metal plate 6 and the terminal 10 to close the gap between them, and keep the airtight inside the detector.
[0006]
The metal ring 12 is formed of a metal material and is hermetically bonded onto the metal plate 6. The metal cap 16 is formed of a metal material and is welded to the metal ring 12. The window 14 is made of a material that transmits infrared rays, and is hermetically joined to an opening provided in the metal cap 16.
[0007]
The exhaust pipe 22 penetrates the metal plate 8 and communicates the inside and outside of the detector.
[0008]
As described above, the infrared detecting element 2 detects a temperature change caused by incident infrared energy. In order for this infrared detector to obtain a high temperature resolution, it is necessary to keep the inside vacuum so that incident infrared energy does not diffuse to the surroundings. For this reason, the joints between the parts constituting the detector container have a vacuum-tight structure. The exhaust pipe 22 is used when the inside of the detector container is evacuated to a vacuum, and has a structure in which the inside of the container is evacuated and then crushed and sealed.
[0009]
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional getter. Since the getter 20 exhibits the function of adsorbing gas, it is necessary to heat to 400 to 900 ° C. in a vacuum. For this heating, the getter 20 has a built-in heater, and the terminal 10 is used to energize the heater.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional infrared detector as described above has an exhaust pipe for connecting the inside of the container to a vacuum pump in order to evacuate the inside of the container, the number of parts is large, and cost reduction and miniaturization are hindered. There was a problem of being. In addition, the getter has a problem that since the heater is built in, the getter manufacturing cannot be automated and the cost reduction is hindered.
[0011]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a further cost reduction, an infrared detector be downsized.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An infrared detector according to the present invention includes an infrared detection element, a base on which the infrared detection element is placed, and a cap that covers the base and that hermetically seals a space containing the infrared detection element. The cap surrounds the infrared detection element and is joined to the base via a welding material; an opening provided at a position facing the light receiving surface of the infrared detection element; A window portion that is joined to the opening portion via a welding material and allows infrared light to be incident on the infrared detection element from the outside, and an edge on the inner peripheral side of the flange portion is chamfered, and at least Except for the vicinity of the portion where the window portion is disposed, the inner surface of the cap including the joint surface and the chamfered portion of the flange portion is subjected to a surface treatment for increasing the affinity with the welding material, and the flange portion Chamfered part and The gap between the bonding surfaces of the Kimotodai, in which the welding material fillet is formed by being filled.
[0013]
Further, the welding material used for joining the flange portion to the base is solder, and the surface treatment is a nickel plating treatment or a nickel plating treatment and a gold plating treatment thereon. It is a feature.
[0014]
The upper surface of the cap on which the window portion is disposed, the window portion, and the flange portion are each configured in a circular shape.
[0015]
The cap includes a frame made of metal, and the gas absorbing member is bonded to the inner surface of the frame.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of an infrared detector according to the first embodiment of the present invention. The infrared detection element 50 is an infrared image sensor that can operate without cooling, and each pixel arranged in a two-dimensional array is constituted by, for example, a diode-type or bolometer-type infrared sensor. Although this infrared detection element is an uncooled type, it needs to be maintained within a predetermined temperature range. In order to maintain this temperature, an electronic cooling element 52 using the Peltier effect is provided. The electronic cooling element 52 is in contact with the back surface of the infrared detection element 50 and controls the temperature of the infrared detection element 50.
[0019]
A plurality of terminals 54 are electrical terminals that connect the infrared detection element 50, the electronic cooling element 52, and the getter 56 inside the detector to the outside of the detector. The infrared detection element 50 and the terminal 54 are electrically connected by wire bonding 60 using, for example, gold or aluminum as a wire, and a drive signal is input or an infrared detection signal is output through these terminals 54. . The getter 56 is formed by sintering zirconium, vanadium, or iron, for example, and has a built-in heater. When the heater is energized from the terminal 54 to generate heat, the surface of the getter 56 is activated, and the released gas into the vacuum in the container is adsorbed to prevent vacuum deterioration. The electronic cooling element 52 is energized from the terminal 54 and controls the temperature of the infrared detecting element 50.
[0020]
The ceramic package 58 is formed of, for example, a laminated ceramic made of alumina or alumina nitride, and supports the electronic cooling element 52, the infrared detection element 50, and the terminal 54. The ceramic package 58 is provided with a conductor pattern and a through hole for electrical wiring with the terminal 54, for example. A step is provided between the central portion and the outer peripheral portion of the ceramic package 58, the central portion is formed low, and a stacked body of the electronic cooling element 52 and the infrared detecting element 50 is placed thereon. On the other hand, a bonding pad that is electrically connected to the terminal 54 is formed as a conductor pattern in a region closer to the inner side of the upper surface of the outer peripheral portion, and this and the infrared detection element 50 are connected by wire bonding 60.
[0021]
The cap 62 covers the upper part of the ceramic package 58, whereby a hermetically sealed space is formed, and the infrared detection element 50 is accommodated in the space. The cap 62 includes a metal cap 64 (frame) made of a metal material and a window 68 that is hermetically connected to an opening 66 provided in the metal cap 64. The window 68 is a member that transmits infrared light, and is made of, for example, germanium or silicon. The opening 66 is provided at a position facing the light receiving surface of the infrared detecting element 50. An external infrared ray can enter the infrared detection element 50 through the window 68. A flange portion 70 is provided on the edge of the metal cap 64, and the flange portion 70 is joined to a region closer to the outside of the upper surface of the outer peripheral portion of the ceramic package 58. By providing the flange portion 70, a bonding area between the metal cap 64 and the ceramic package 58 can be secured, and the airtight reliability of the internal space in which the infrared detection element 50 is disposed is improved.
[0022]
The window 68 and the metal cap 64 are joined using, for example, a lead oxide-based low melting point glass material 74 as a welding material, and the cap 62 is formed. The cap 62 and the ceramic package 58 are joined in a vacuum atmosphere, so that the internal space is evacuated. The flange portion 70 of the cap 62 and the ceramic package 58 are joined using a brazing material 72 such as solder as a welding material.
[0023]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the flange portion 70 and the ceramic package 58. The metal cap 64 includes a horizontal upper flat surface portion 80 to which the window 68 is joined, a vertical side wall portion 82 connected to the upper flat portion 80, and a flange portion 70 that extends horizontally outward from the side wall portion 82. The edge on the inner peripheral side of the flange portion 70 is chamfered to form an inclined chamfered surface 84. The brazing material 72 can form a good fillet 88 on the chamfered surface 84, and the bonding strength and airtightness can be improved.
[0024]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between the flange portion 70 and the ceramic package 58 in the form of another flange portion 70. In this embodiment, the inner peripheral edge of the flange portion 70 is chamfered to form a rounded rounded surface 86. Even in this case, the brazing material 72 can form a good fillet 88 on the rounded surface 86, and the bonding strength and airtightness can be improved.
[0025]
[Embodiment 2]
The infrared detector according to the second embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the first embodiment, and only the differences will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said 1st Embodiment.
[0026]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the cap 62. The feature of this detector is that a surface treatment for increasing the affinity with the brazing material 72 is applied to the joint surface between the flange portion 70 of the cap 62 and the ceramic package 58. In FIG. 4, the surface treatment is performed on the region (surface treatment region 100) where the brazing material 72 is expected to come into contact. On the other hand, the surface treatment is not performed on the other part of the cap 62, at least the window 68 and the vicinity thereof. For example, the surface treatment in the case where the brazing material 72 is solder is nickel plating and gold plating thereon.
[0027]
Thereby, when the cap 62 and the ceramic package 58 are joined, the contamination of the window 68 due to the flow of the brazing material 72 can be prevented, and the thickness of the brazing material 72 at the joining surface can be made uniform. it can.
[0028]
[Embodiment 3]
The infrared detector according to the third embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the first embodiment, and only the differences will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said 1st Embodiment.
[0029]
FIG. 5 is a schematic perspective view for explaining the characteristics of the infrared detector according to the third embodiment. In this detector, the shape of the upper surface of the cap 62 is circular. That is, the metal cap 64 has a circular shape, and the flange portion 70 is also formed in a circular shape correspondingly. Although not shown in the drawing, the opening 66 of the metal cap 64 serving as an infrared ray inlet is also formed in a circle, and the window 68 is also formed in a circle.
[0030]
Further, a metallization 110 for bonding is applied to a circular area bonded to the flange portion 70 on the upper surface of the outer peripheral portion of the ceramic package 58.
[0031]
In this configuration, the joint surface between the flange portion 70 and the ceramic package 58 is circular (donut shape). The joint surface between the metal cap 64 and the window 68 is also circular (donut shape). In this structure, due to the temperature difference between the brazing material 72 and the low-melting-point glass material 74 during curing and subsequent use, the thermal stress generated at each joint is symmetrical and uniform in each direction of the circumference of the joint. Become. That is, local excessive stress does not occur at each joint, and cracks and airtight leakage at each joint can be prevented. In addition, a structure that is resistant to the temperature cycle experienced in the environment where the infrared detector is used can be obtained.
[0032]
[Embodiment 4]
The infrared detector according to the fourth embodiment of the present invention has substantially the same configuration as that of the first embodiment, and only the differences will be described below. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to the said 1st Embodiment.
[0033]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an infrared detector according to the fourth embodiment. In this detector, the getter 120 is welded to the inner surface of the metal cap 64. This getter 120 does not have a built-in heater. When the getter 120 is activated, the external heater 122 is brought into contact with the outside of the cap 62. The external heater 122 is brought into contact with the metal cap 64, and the heat from the external heater 122 is transmitted to the inner getter 120 through the metal cap 64. As a result, the getter 120 is heated and activated.
[0034]
In this configuration, there is no need to incorporate a heater in the getter, and a terminal for holding the getter and energizing the heater and other energization wiring can be omitted, thereby reducing costs by reducing the number of parts. it can.
[0035]
[Embodiment 5]
The fifth embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing each infrared detector described above. FIG. 7 is a schematic view for explaining a method of manufacturing the infrared detector of the present invention. The infrared detector manufactured by this method has the same configuration as each of the embodiments described above, and will be described below with reference to the reference numerals of the components of the infrared detector of the embodiment.
[0036]
FIG. 7 is a schematic view of a manufacturing apparatus that joins the cap 62 and the ceramic package 58. In the vacuum chamber 130, a heater 132 for heating the cap 62 and a heater 134 for heating the ceramic package 58 are arranged vertically. A ceramic package 58 on which the electronic cooling element 52 and the infrared detection element 50 are mounted is set on the heater 134 positioned above. The lower cap 132 is set with the cap 62 after the metal cap 64 and the window 68 are joined and assembled. The cap 62 is supported by an arm 136, and the arm 136 is connected to the vertical drive device 138 and moved up and down. With the arm 136 lowered, evacuation in the vacuum chamber 130 is started, and energization of the heaters 132 and 134 is started. When the inside of the vacuum chamber 130 is sufficiently evacuated and the brazing material disposed at the joint portion of the cap 62 or the ceramic package 58 is melted, the vertical drive device 138 is operated to move the cap 62 together with the arm 136 upward. The cap 62 is pressed and brought into close contact with the ceramic package 58. In the state where both are joined, heating by the heaters 132 and 134 is stopped and cooled, whereby the brazing material is solidified and an infrared detector whose inside is evacuated is assembled.
[0037]
In this way, by heating and bonding the cap 62 and the ceramic package 58 in a sufficiently evacuated atmosphere, the gas released from the internal components and solder during heating can be discharged to the outside. The inside can be in a high vacuum state.
[0038]
【The invention's effect】
According to the infrared detector of the present invention, the edge on the inner peripheral side of the flange portion is chamfered, so that the welding material for joining the cap and the base forms a good fillet, and the joining strength and airtightness are improved. Is planned.
[0039]
According to another infrared detector of the present invention, surface treatment for improving the affinity with the welding material for joining the flange portion and the base is applied to the joint surface between the flange portion and the base, When the cap and the base are joined, the window portion can be prevented from being contaminated by the flow of the welding material, and the thickness of the welding material on the joining surface can be prevented. It can be made uniform.
[0040]
According to another infrared detector of the present invention, the joint portion between the window portion and the frame constituting the cap and the joint portion between the flange portion and the base are each configured in a circular shape, thereby welding each joint portion. Due to the temperature difference between the time when the material is cured and the time when it is used, the thermal stress generated in each joint becomes symmetrical and uniform in each direction of the circumference of the joint. That is, local excessive stress does not occur at each joint, and cracks and airtight leakage at each joint can be prevented. In addition, a structure that is resistant to the temperature cycle experienced in the environment where the infrared detector is used can be obtained.
[0041]
According to still another infrared detector of the present invention, since the gas adsorbing member is bonded to the inner surface of the metal frame of the cap, the gas adsorbing member is heated and activated from the heater outside the cap. Is possible. That is, it is not necessary to incorporate a heater for activating the gas adsorbing member, and a terminal for energizing the built-in heater and other energization wiring can be omitted, so that the cost can be reduced by reducing the number of parts. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an infrared detector according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an example of a joint portion between a flange portion and a ceramic package.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of another example of a joint portion between a flange portion and a ceramic package.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a configuration of a cap in an infrared detector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating features of an infrared detector according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an infrared detector according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a manufacturing apparatus for explaining a method for manufacturing the infrared detector of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional infrared detector.
FIG. 9 is a schematic view showing a conventional getter.
[Explanation of symbols]
50 Infrared detector, 52 Electronic cooling element, 54 Terminal, 56, 120 Getter, 58 Ceramic package, 60 Wire bonding, 62 Cap, 64 Metal cap, 68 Window, 70 Flange, 72 Brazing material, 74 Low melting point glass material, 84 chamfered surface, 86 rounded surface, 100 surface treatment region, 110 bonding metallization, 122 external heater, 130 vacuum chamber, 132,134 heater, 136 arm, 138 vertical drive device.

Claims (4)

赤外線検出素子と、
当該赤外線検出素子が載置される基台と、
当該基台上に被せられ前記赤外線検出素子を内包する空間を気密封止するキャップと、
を有し、
前記キャップは、
前記赤外線検出素子を取り囲み、溶着材を介して前記基台に接合されるフランジ部と、
前記赤外線検出素子の受光面に対向する位置に設けられた開口部と、
前記開口部配設部分に溶着材を介して接合され、外部から前記赤外線検出素子への赤外線の入射を可能とする窓部と、
を有し、
前記フランジ部の内周側のエッジは面取りされ、
少なくとも前記窓部配設部分近傍を除き、前記フランジ部の前記基台との接合面及び面取り部分を含む前記キャップの内面には、溶着材との親和性を高める表面処理が施され、
前記フランジ部の面取り部分と前記基台との接合面の隙間には、溶着材が充填されることによってフィレットが形成されることを特徴とする赤外線検出器。An infrared detection element;
A base on which the infrared detection element is placed;
A cap that covers the base and hermetically seals the space containing the infrared detection element;
Have
The cap is
A flange portion that surrounds the infrared detection element and is joined to the base via a welding material;
An opening provided at a position facing the light receiving surface of the infrared detection element;
A window part that is joined to the opening part through a welding material, and allows infrared rays to be incident on the infrared detection element from the outside;
Have
The inner peripheral edge of the flange portion is chamfered,
Except at least the vicinity of the window portion arrangement portion, the inner surface of the cap including the joint surface and the chamfered portion of the flange portion is subjected to a surface treatment for increasing the affinity with the welding material,
An infrared detector, wherein a fillet is formed by filling a gap between a chamfered portion of the flange portion and a joint surface with a welding material. 前記フランジ部を前記基台に接合するために用いる溶着材は、はんだであり、
前記表面処理は、ニッケルメッキを施す処理、あるいはニッケルメッキし、その上に金メッキを施す処理であることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。The welding material used for joining the flange portion to the base is solder,
2. The infrared detector according to claim 1, wherein the surface treatment is a nickel plating treatment or a nickel plating treatment and a gold plating treatment thereon. 前記窓部が配設される前記キャップの上面、前記窓部及び前記フランジ部は、それぞれ円形に構成されることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。  The infrared detector according to claim 1, wherein an upper surface of the cap on which the window portion is disposed, the window portion, and the flange portion are each configured in a circular shape. 前記キャップは、金属で形成されたフレームを含み、
前記フレームの内面に前記ガス吸収部材が接着されること、
を特徴とする請求項１記載の赤外線検出器。The cap includes a frame formed of metal,
The gas absorbing member is bonded to the inner surface of the frame;
The infrared detector according to claim 1.
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