JP5025068B2

JP5025068B2 - 非単調な孔配列を有する複数の中間平面板から成る真空管ハウジング

Info

Publication number: JP5025068B2
Application number: JP2002524174A
Authority: JP
Inventors: コステロ、ケニス
Original assignee: Intevac Inc
Current assignee: Intevac Inc
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-15
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-08-15
Also published as: US6507147B1; IL154517A; EP1328957A4; IL154517A0; US6837766B2; EP1328957B1; IL174681A; US7325715B2; US20040232834A1; IL174680A; US20030137243A1; WO2002019365A1; CA2420653C; EP1328957A1; IL174681A0; IL174680A0; JP2004508663A; CA2420653A1

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、電子デバイス用の真空ボディハウジングに関する。
【０００２】
発明の背景
歴史的に、２０世紀最初の数十年の電子デバイスは電子フラックスの伝搬をサポートするために真空気密なハウジングを要求した。これらのハウジングはさまざまな材料の気密構造であり、対応するさまざまな製造装置を必要とするさまざまな形をとった。そのようなデバイスのコストの非常に大きな部分は気密にシールされたハウジングに関連していた。２０世紀最後の数十年間で、固体電子デバイスはそのような真空が必要ないように進化した。真空気密ハウジングが大きな経済的かつ動作的問題を残すのに対し、真空環境で電子フラックスの形成及び制御を必要とする電子デバイスのクラスが残存している。これらのデバイスの典型は、X線ソース及び画像検出デバイスである。ラージスケールの生産効率に対する要求及び増加するデバイスの複雑さは、マイクロ電子デバイス用パッケージの設計及び製造への進化したアプローチを誘導した。概して、ハウジングに対する所望の仕様は、パッケージ全体を小さくすること、材料及び製造に対して低コストを保証すること、デバイスあたりの部品点数を減少させること、製造プロセスにおいて高い歩留まりを得ること、従来入手可能な資本設備を使用すること、標準フォーマットによって特徴付けられるハウジングを得ること、及び適当なデバイスにおいて小型デバイススケールであらゆる印加高ポテンシャルの満足な分離を得ることの必要性を認めている。
【０００３】
上で列挙した要求の協同の利益を考えると、従来の標準形式のファクタはソケットの既存のクラス及びそのようなデバイスを印刷回路板上に載置する面用の既存の設備に関連する。信号導線の増加した数の形で著しく付加された複雑さはそのような標準形式のファクタ、例えばプラスチック加鉛チップキャリア(PLCC)タイプのソケットハードウエア内に収容される。従来の真空管8、12及び16において、真空ハウジング内に挿入された導線はデバイス及びその製造に対する重大なレベルの複雑さを表した。現代のPLCCソケットは多くの導線を収容する。１２８本の導線は現在の集積回路に共通の要求である。そのような多くの信号及び制御導線は例えば画像検出アレイに対して通常である。
【０００４】
半導体デバイス用パッケージを製造するために実施されるある種の製造プロセスはマイクロ電子デバイス用の真空気密ハウジングを達成するためにここで採用される。本願において、電子衝突能動画素アレイを採用する画像検出デバイスのクラスの例が繰返し参照される。
【０００５】
"テープ鋳込み"(Tape casting)は半導体パッケージの分野でセラミック物質の組立の周知の方式である。その用語は、セラミックスラリーが、選択されたセラミック前駆体及び多層構造用の平面層を生成するべく平坦なワーク面上で混合される特定の目的用の添加物から作られるところの、一連の工程及び生成構造を言及している。その後ドクターブレード若しくは類似の機器が、その層に対して均一な材料厚を得るよう選択された速度でスラリー上で引かれる。その後、特定の寸法の孔が構成層の内部から除去される。その後スラリーは空気中で乾燥され、その結果物は"グリーンテープ"(green tape)として知られる。添加物に依存して、該グリーンテープは柔軟であり、適正な取扱いを許容するのに充分に頑丈である。テープは適当なサイズにカットされ、グリーンテープ構成層のスタックは半導体デバイスを包囲するためのパッケージを画成するよう組み立てられる。従来の半導体パッケージングの情況において、電気的導線は、パッケージの内側から外側へ電気通信経路を与えるようひとつ若しくはそれ以上の構成層の面上に蒸着された高融点金属ベースのインクによって印刷される。その後、積層グリーンテープ組立体は内部に半導体チップが載置された多層構造からモノリシック構造を生成するために１５００℃のオーダーの選択された温度で焼結され、印刷導線へ接続されたパッドへ配線が接着され、その後ハウジングが閉じられる。テープ鋳込みは半導体デバイス用のセラミックパッケージを組み立てるための周知のプロセスである。典型的な参考文献は"Multilayer Ceramics : Design Guidelines"(Kyocera, CAT/2T9203THA/1242E, 1992)及び"Design Guide"(Coors Electronic Package Company, 1998)である。
【０００６】
米国特許第5,581,151号において、円筒形ハウジングが積層されたセラミック構造から形成され、単体セラミック構造を形成するよう一緒に焼成される真空電子画像検出器が開示されている。この既知の構造において、すべての制御及び信号導線（フォトカソード以外の）はビアを通じてハウジングの基体から下方に突起したピンへ至る。この円筒形の既知の構造を形成する複数の層は、構造体の構成部分を支持若しくは形成するよう直径が連続的に大きくなる（小さくなる）段差構造からなる内部円筒空洞を画成する。付加的に、この従来技術は窓へインジウム金属シールを接着するようパッケージ本体へ蝋付けされたフランジを組み込む真空シールを達成し、その構成はコスト及び処理の複雑さを付加する。
【０００７】
真空シール用に低温粉砕インジウムを使用することは周知技術である。代表的な参考文献はC.C.LimによるReview of Scientific Instruments, vol.57, pp.108-114(1986)である。
【０００８】
発明の要旨
本発明は、真空電子デバイスハウジングに特に有用な真空気密の合成構造を与えるためにテープ鋳込みの使用を活用する。特に、ハウジングはテープ鋳込み層のラミネートから形成され、所望の体積の空洞は後で電子デバイスの少なくとも一部を直接若しくは間接的に支持する第１端板層上に積層される層内に孔を形成することによって達成される。電極導線は空洞の壁を通って側方に通じるよう選択された予熱層上に形成される。電気的分離は、内側に向けられた制限孔または変形的に外側に向けられた空洞延長、またはチャネルを生成するよう非単調(non-monotonic)形式で実質的に位置合わせされた孔の寸法を変化させることによって空洞の選択された領域間で改良される。したがって、改良された電気的分離はハウジングの外部寸法を増加させることなく、接地と高ポテンシャルとの間で絶縁面上の直線距離を延長することによって得られる。側面に方向付けられた電気導線は軸線方向によりコンパクトなデバイスを与え、真空電子デバイスが半導体デバイスに共通に印加される形状因子と一致することを許す。より大きな外部寸法の層によって分離された内側に向けられた構造はチャネルを生成する。特に、チャネルは圧縮シールに近接配置され、真空シーラントの押出された流れを捕捉するよう設けられる。本発明は平面金属化セラミック面と閉塞部材との間で直接的に低温粉砕軟金属シールを通じた真空シールを達成する。
【０００９】
特に、本発明は真空マイクロ電子デバイス用のテープ鋳込みハウジングをより完全に利用する。テープ鋳込み構造の大きな長所は幾何構造形状の自由度である。他には、高融点金属導体膜を構成層の間に蒸着しそれによって分離貫通端子を挿入することなく真空エンクロージャーを通じて電気的通信を達成することができる焼結後構造のモノリシックな特質である。これら両方の特徴は、真空電子デバイスを生成する際のより高い効率のための微妙な補助を与える。例えば、本発明のテープ鋳込みハウジングは、半導体チップ上に形成される半導体回路若しくは回路素子のような典型的な要素のほぼ長方形の形状に一致するほぼ長方形の断面の内部空洞を形成するよう構成される。本願において、画像検出器の特定の例は電子フラックスの増分を感知するダイオードのアレイを採用する。そのようなアレイは長方形形状において通常有効である。要素の幾何形状を空洞と一致させることで、概してより小さい空洞がむだな体積を少なくすることができる。より小さい内部空洞はより小さい内部表面積を意味し、それは実現されるべき超高真空（UHV）環境にとって好ましい。
【００１０】
同様にして、グリーンテープ層の間に導体経路を形成することは、構造体のベースを通じてすべての導線を持ってくる方法と対照的に、ハウジングの側壁上に信号導線を分布することを与える。したがって、発明のハウジングは集積デバイスソケットの周知のスタンダード（JEDECタイプPLCCオープンフレームマウント）を収容するよう組み立てられる。側面方向に延長する導線の他の利点は生成されるデバイスが主軸方向によりコンパクトに伸長するという点である。ここに説明される例としての画像検出器デバイスにおいて、暗視ゴーグルのような典型的な応用は従来技術の互換アイテムと比較し最小の不便さをもって眼の前に着用するために形成される。
【００１１】
マイクロ電子デバイス用のテープ鋳込み構造の外部利点の他に、一連の層の間で単調に変化しない孔寸法を有する連続層を形成する点の内部利点が存在する。単純に、生成空洞は突出していない壁部分の隣りに突出している壁部分を有するように形成される。これらの鋸歯形態はパッケージの外部サイズを増加させることなく比較的高電圧の導体に対する付加的な電気的分離を与えるために利用される。同様にして、チャネルがハウジングの壁内に形成される。そのようなチャネルは、圧縮されたシール媒体が捕捉用のチャネル内に流れるところのシール中央の隣りで特に有用である。
【００１２】
真空マイクロ電子デバイスはテープ鋳込みハウジング内に載置され、シーリング媒体を含む閉塞部材がインストールされ、常温の真空環境でシールが達成される。パッケージの従来の真空前処理は、脱ガスソースを除去するべく約３００℃でのベーキング操作及び吸着した残留ガスを除去するべく電子フラックス洗浄集塵を含む。UHVマイクロデバイスに対して、間挿された軟金属（例えば、In）を使って平面部材がセラミックハウジングの平面金属化受容面に押付けられ、閉塞部材と受容面との間に冷間圧接をもたらすように機械的圧力が閉塞部材に印加される。受容面に隣接するチャネルはシール剤の流れを受ける。軟金属が突出するところのセラミック面付近のこの平面部材へエッジ半径（若しくは他の窓周辺詳細）を与えることで、シールの完全性を改善することができる。
【００１３】
特に、画像検出器はこの構造によって大きな利点が実現される。フォトカソードからの集束された電子フラックスはCCD若しくは光ダイオードアレイによって遮られる。画像検出デバイスは標準タイプのソケットハードウエア（JDEC68リードPLCCのような）内に受設され、約６ミリメートルの厚さを有する。
【００１４】
発明の詳細な説明
本発明の内容は、光ダイオードアレイ若しくは類似構造を組み込む画像感知微光画像検出器としてここに取られる特定の応用を参照して最も良く説明される。これらは暗視カメラ及び類似装置の中心部品である。このタイプの装置は米国特許出願第09/356,799号及び09/356,800号（米国特許第 6,307,586 号及び第 6,285,018 号）に開示されている。これらはここに参考文献として組み込まれる。
【００１５】
特に、本発明は真空マイクロ電子デバイス用のテープ鋳込み構造をより完全に利用する。テープ鋳込み構造のひとつの大きな長所は幾何構造形状の自由度である。もうひとつは、ハウジングの壁を通じて真空気密信号導線を与えると思われる高融点金属膜を構成層の間に形成するのを許す焼結後構造のモノリシック特性である。これらの両方の特徴は真空マイクロ電子デバイスを生成する際のより大きな効率に対して微妙な補助を与える。例えば、本発明のテープ鋳込みハウジングは、従来の半導体回路及び回路要素のような概して長方形の部品と一致する長方形の断面の内部空洞を形成するよう構成される。本願において、画像検出器の特定の例はフォトダイオードセンサーのアレイを採用する。そのようなアレイは典型的に長方形行列として配置される。パッケージを方向付けることによって下層のデバイスと幾何形状を一致させることで、結果的により無駄の少ない体積を有するより小さい空洞を生成することができる。より小さい内部空洞により、より小さい内部表面積が得られ、維持されるべき超高真空状態に対する有利な考察が得られる。内部デバイスとパッケージとの方向一致は付加的な利点をもたらす。画像検出器の例に対して、ダイオードアレイと方向一致されるフォトカソードは、フォトカソード材料の最小量をもたらす。不一致の相対的方向は、実質的に未使用のフォトカソード面積を無駄にした状態で、アクティブアレイ上に突出する十分なフォトカソード面積を要求し、結果として高価なデバイスを生じさせる。画像検出器のこの例において、さらにフォトカソードの周辺のその領域の保存に対する所望の結果が存在し、ゲッタリング材料がこの領域内で支持される。不必要なフォトカソード材料／面積を最小化することで、ゲッタリング表面へ当てられた面積は高真空の維持に対する有利な結果を伴う最大化が可能となる。
【００１６】
焼成前構造の層間に導体経路を形成することは、従来技術のように構造体のベースを通じてすべての導線を持ってくる方法とは対照的にハウジングの側壁にわたって導線を分布することを与える。側面方向に分布された電気導線は半導体デバイスにとってはありふれた標準技術であり、テープ鋳込み処理によって特に容易にされてきたが、この構造は真空ハウジングに対して採用されていなかった。当該手法は真空要求によって禁忌されている。グリーンテープ鋳込みセラミック層の共焼成はモノリシックな結果をもたらすが、これは満足な機械的完全性の生成構造を得るために積層された構成層上に大きな圧縮力を要求する。外部から内部に導かれる層間高融点金属導体の存在は、隣接する面の間の分子間結合を抑制しながら、隣接する面を局所的にシールドするように見える。それにも係らず、ハウジングへ適当な真空シールドされた閉塞部材をあたえると、この構造は満足なUHV内部空洞を与えることがわかった。したがって、本発明のハウジングは、パッケージのベース若しくは他の絶縁面内に形成されたビアに異常な若しくは高い電圧導体を通して、従来の集積回路デバイス用の周知の形状ファクタに一致するよう容易に構成されることができる。側面延長導線のさらなる利点は、そのように包含されたデバイスが側面方向の導線と垂直な主軸に沿ってよりコンパクトな拡張を示すということである。ここで議論される画像検出器デバイスの例において、暗視ゴーグルのような典型的な応用は視軸に沿って延長する多くの導線の不便性が最小化されてユーザーによってかけられるように形成される。
【００１７】
真空マイクロ電子デバイス用のテープ鋳込み構造の外部利点の他に、孔の寸法が単調な変化を示さない対応する孔を有する連続層を形成する点に内部構造の利点が存在する。従来技術において、多層構造の連続層は連続的に増加する（減少する）寸法の単純な段差構造を形成した。従来の構造は実現される内部電気分離のためにより大きな外部寸法を必要とする。これは図３に示されており、従来技術の段差構造90と本発明に従う構造体92が比較されている。共通の外部寸法94に対し、ひとつの仮定されたポテンシャルV₁での中央部材90aと他のポテンシャルV₂での外側面90cの間の面距離はd₁及びd₂を含む。比較される本発明の構造体92は中央部材92a、中間の内側に突出する構造体92b及び部材92cによって画成される外側面を有する。組み合わされた表面距離d₃及びd₄は対応する距離d₁及びd₂を大きく超えていることがわかる。同じ寸法（同じチップ）の部品90a及び92aに対し、d₃+d₄=2(d₁+d₂)である。
【００１８】
本発明はまたより小さい侵出壁部分に隣接する侵出壁部分を含むよう形成された生成空洞を達成することができる。これらの鋸歯状断面は高電圧端子用の付加された幾何学的分離を与えるために利用される。
【００１９】
図２Aに移って、内側に突起している（侵出している）セラミック棚108は穿孔されたセラミック部分112及び114によって包囲された孔110'から形成され、孔112'及び114'は孔110'よりも大きな面積から成る。この侵出棚は、軸102に沿って反対方向に配置された高電圧端子と接地との間のセラミック空洞部分の表面に沿ったあらゆる距離で延びる。これに対して、図３に示される一連の段差若しくは段状の面90a、90b及び90cを通じて電気的分離が達成されることが知られている。しかし、この既知のアプローチにおいて、段差面はデバイスのベース面上でより大きな突出面積を占める。ここで説明されるテープ鋳込み形成の文脈において、絶縁の既知の方法は（面若しくは選択された直線上で）単調に変化する孔を有するグリーンテープ層を生成するが、空洞を画成する孔は棚構造を画成するよう非単調な方法で変化する。
【００２０】
図２Bは、隣接する層116及び118に固有の孔124より大きい孔122を有する層120を間に挿入することにより、グリーンテープ層116及び118の間にチャネルが形成されるところの相補的配置を示す。そのようなチャネルはさまざまな目的に使用される。特に、変形可能なシール物質が配置される面32のようなシール面に隣接するそのようなチャネルは以下に説明するように押出されたシール物質を取り込むための体積を与える。
【００２１】
近集束活性電子画像検出器用の本発明の実施例の平面図、切断側面図及び底面図が図１A、１B及び１Cにそれぞれ表されている。この実施例はここに組み込まれた参考文献の開示内で説明されたタイプの微光画像感知検出器をサポートするために設計されている。CCDアレイ20若しくは同様のデバイスは点線22で囲まれた領域を占める。CCDアレイ20はパッケージの内部ベース面26上のボンディングパッド24へ機械的に固定される。アレイ20は透明閉塞部材30の下側／内面29の中心部分に接着されるフォトカソード（図示せず）と近集束してアノードポテンシャル（例えば、接地）で維持される。組立の際、閉塞部材30は以下に説明されるような軟金属31クラッシュシールを媒介して面32に接着される。内部ボンディングパッド36はここで説明されるようなセラミック構造体10内に埋め込まれた高融点金属トレースを通じて外部端子38と繋がっている。従来の実施において、ひとつ若しくはそれ以上の端子38がガードリング40及び／または42のような接地された領域に接続するために採用されるか、同じ内部パッドへの複数のアクセスを与えるか、または装置のさらなる変更を与えるよう接続されないままであるため、パッド36と端子38との間には１対１の対応は必要なかった。従来のワイヤボンディングは、CCD出力を分配し、既知の方法でCCDアレイ20の動作のために必要なバイアス及び制御を供給するべくCCDアレイ20と選択された内部パッド36との間に割り当てられる。
【００２２】
パッケージベースの内部の高電圧パッド44は従来のビアと連結する。このパッド44から、金属化導体43がインジウムシール31を介してフォトカソードへ結合するようセラミックパッケージ10のボディを通じて形成される。パッケージのセラミックボディの高電圧導体のエンクロージャーは、外部高電圧導体に負うている起こりうる有害な効果に対する保護のために従来技術が必要としたパッケージを包囲するための外部ケースの必要性を否定する。パッド46を通じた付加的な経路がベースを通じて同様に与えられる。高電圧パッド44と一緒に、これらのパッドはさまざまな制御及び安定化機能を可能とするフィードバックループを確立するために適当な組合せコネクタ若しくはボールボンドを通じて電源モジュール及び／またはディスプレイモジュールとの直接的な連結を提供する。そのような制御及び安定化の例は、平均ビデオ信号レベルからの高電圧電源のデューティサイクルの制御である。上記米国特許出願第09/356,799号を参照。そのような配置の詳細は本発明の態様から外れている。
【００２３】
端子34で出現するいくつかの側面方向電気導線は半導体チップのパーケージングで実施されるような古典的なテープ鋳込み技術を使って形成される。本発明において、本発明のシール工程及び構造とともにこの処理は真空電気デバイス用の所望のUHV環境を維持するハウジングを生成するということが決定される。側面導線構成において終局の空洞の内側から外側へ電気導線を案内するためにグリーンテープ層を用意する工程は、大気中への起こりうるリーク経路を生成すると思われるので、この結果は驚くべきことである。導線が１０²のオーダーを数えると、許容可能な生産性を達成するためには真空シールの信頼性は９９％以上でなければならない。また、リーク速度は５年の保管寿命を達成するには約１０^-15TorrLiter/sec以上でなければならない。そのようなリーク速度は入手できるリーク検出装置の感度より約１０⁶のファクタだけ低い。
【００２４】
簡潔に、接続を与えるグリーンテープ層は、タングステンベースのペーストを使って導線及びパッドをその表面にスクリーン印刷することによって用意される。その後グリーンテープ層はひとつに積層され、実質的な圧縮力に晒され、１５００℃のオーダーの上昇温度で焼結される。隣接するセラミック面に対して必要な密接な関係を得るために圧縮が要求される。しかし、大気と真空の間に直接的に挿入された高融点金属導体トレース導線によってこの関係はシールドされることが観測される。さらに、この導体トレースは最も普通に微粒子状の高融点金属から成る。そのように構成され、本発明に従う閉塞部材及びシールから成るハウジングはハウジング内に適当なUHV環境をもたらすことがわかった。
【００２５】
本発明の利点を有する画像検出器はパッケージの幾何形状を有する画像アレイ20を定置させることによって組み立てられる。パッケージは与えられたチップの幾何形状で組み立てられるため、図１Aに示されるように、パッケージ内にインストールされるべきチップのフットプリントから得られる節約は明白である。チップ20はパッド24へ機械的に固定され、従来のワイヤボンディング装置がチップの対応する端子をそれぞれの内部ボンディングパッド36へ接続するのに使用される。本発明の実施例である近集束画像検出器において、近集束電場の歪みを避けるためにワイヤボンディングに対して最小の高さを保証するよう注意しなければならない。高電圧導体がフォトカソードへ接続するようセラミック層内の予め配置されたビアを通じて方向付けられる。したがって、高電圧導体は数ミリメートルのセラミックによって他の部品から有効にシールドされる。シールの準備において、閉塞部材30は、ガラス閉塞部材の表面の一部（当該部分はCCDアレイ20上に垂直突起を有する）上に特定のフォトカソード（好適には、GaAs若しくは複数のアルカリ）をボンディングする周知の方法により別々に用意される。ゲッタ材料4（好適には、Ti、Hf、Zr、V、Fe若しくはその合金）がこの面の周辺領域に蒸着される。ゲッタ蒸着の有効面積は、CCDチップ20の活性部分と直接重なる面29の部分に対してフォトカソードの面積2を最小化することによって最大化される。これは、チップの幾何形状に対してパッケージの幾何形状を方向付け、かつ閉塞部材及びチップに関してフォトカソードを方向付けることによって達成可能である。ゲッタ4材料は、フォトカソード周辺及びインジウム金属シール31のエッジの両方をオーバーラップするように配置され、その結果デバイス内の電気導電性及び均一な平行電場が保証される。
【００２６】
従来技術の画像検出器用の閉塞部材及びシールはデバイスのセラミックボディへ環状カップを蝋付けすることによって軟金属（インジウム）シールが達成されていた。透明な閉塞プレートはカップの外壁よりわずかに小さい直径により特徴付けられている。従来のカップは溶解したインジウムを入れるためのものであり、閉塞部材の厚さ方向へ伸長する外壁と非対称に形成されるが、内壁は閉塞部材の平坦面によって制限されている。溶解と同時に、インジウムはカップの表面を濡らし、平坦面の周辺領域とともに閉塞部材の垂直寸法（厚さ）に沿ってさらなるシール面を与える。このアプローチは、環状カップ及びセラミックボディへカップを蝋付けする別々の部品を必要とした。本発明は環状カップを採用せず、分離した環状シール包含部材を単体セラミックボディに蝋付けする工程を省く。本発明において、シールによって覆われるべき平坦面は従来の形式で金属化され、必要なチップ／部品は従来の技術によって開いたハウジング内にインストール／ボンディングされる。従前、金属化はチタンタングステン及びニッケル金蒸着によって実行されている。この金属化は好適な金属シールガスケットに強い親和力を示すことが知られている。組み立てられた（しかし開いている）パッケージは、リップ33aと面33bとの間でパッケージ内に形成されたチャネル164に隣接するシール面上に直接インジウム材料を配置した状態でUHV圧力（約１０^-10Torr）でチャンバ内に存在する。閉塞部材30はハウジングの側方端面によって画成された受容リセスに位置合わせされ、その後閉塞部材は押出されたシール部材（インジウム）が段差160を超えてチャネル164内に流れるのを許しながら、シール媒体を溶解せずにシールを達成するのに十分な力でハウジングへ押付けられる。本発明において、インジウムシール31は金属化平坦面32に直接塗られ、ハウジングリセスの面160によってその外周で制限される。閉塞部材30の面取りされたエッジ156を特徴づける寸法の比較、エッジ160に対する閉塞部材30の外周158のクリアランス及びインジウムガスケット31の最大厚Rがシール操作の前に図４に示される。インジウムシール材料はセラミック面32の平坦幾何形状と一致する閉止リング31の形式である。インジウム材料は形成されその後面32上で冷やされる際に達成された流体状態でその表面張力によって決定される最大厚Rを示す。閉塞部材30は約R/2の曲率の半径によって特徴付けられる面取りされたエッジ156を有する。外側制限面160の突出を有する閉塞部材30の側面エッジ158のクリアランスは約R/2である。実施には、このクリアランスの値は約0.020インチである。閉塞部材の非常に平坦なエッジとのインジウムの最大厚位置の位置合わせは、1000から8000psi（6.895MPaから55.16MPa）の圧力がつぶれたシール31の面全体に印加されるとき、インジウムの所望の流れを生成する。これらの適当な条件の下で、インジウムの外側に向けられた低温流れは面160をシールしかつチャネル領域164内に流れるのに十分であるが、内側に向けられた流れは面32で制限される。すなわち、閉塞部材とパッケージハウジングとの間に向けられた力は、内側に向けられた流れが孔に入らないことを保証するよう調節される。つぶれた状態におけるシールが図５に示されている。シールの後、閉塞部材30上の力は解放される。内側に向けられた押出しはセラミック面32とガラス閉塞部材30の下側面との間にバッファを与え、閉塞部材30のクラックを生じさせる応力集中領域を除去する。内側の流れは圧力が印加される局所的表面積を増加させ、それによってシールを達成するべく力が均一に印加されるときにセルフレベリング傾向が強化される。近集束画像検出器の特定の応用において、面29に配置されたフォトカソードにとってフォトカソードアレイ20と平行であることは重要である。後者はラミネート構造によって画成された面すなわち金属化平坦面32と近似的に平行な関係で独立に取り付けられている。変形的に、下側面29に置くためにハードストップが与えられても良いが、これはガラス閉塞部材30にクラックを生じさせる危険性を増加させる。
【００２７】
窓の下側周辺面上の単純な半径が図に示されている。曲率は、インジウムと閉塞部材30との間の接着結合以外の力によってシール保持用の面を与えることにより押出されたインジウムのシール性能を改善すると思われる。変形的な窓の詳細は、図４の点線180で示されるように窓（閉塞部材30）の下側面に周辺リセスを与えることから成る。これは内側に押出されるインジウムが取り込まれる類似の空洞を与え、シール保持用の面32と非平行な面を提供する。
【００２８】
図５は、ひとつ若しくはそれ以上のガードリング若しくは電場成形電極が単一のセラミックパッケージ内に配置されるところのテープ鋳込みの一般的な技術によって構成されたパッケージ内で容易に達成される実施例を示す。この特徴は、ひとつ若しくはそれ以上の選択された薄板が所望のガードリング／電場成形導電面の高融点金属印刷を受容するところのテープ鋳込み方法に従う。導電経路は、例えば選択されたひとつの端子38へ接続することによって、上記技術によりパッケージの外部へ与えられる。図５に示されるように、画像検出器の特定の例に対して、電極170は真空セラミック面32、高電圧フォトカソード面29の周辺及びインジウムシール31の３重接合部に近接配置されている。そのような環境下での高電圧絶縁及び保護を扱うための技術的な方法は、R.Latham編集、Academic Press(1995)のpp.299-328に記載された"High Voltage Vacuum Insulation"においてH.C.Millerによって議論されている。フォトカソードとアノードとの間の電場はアノードに関して電極170へ適当なポテンシャルを印加することによってこの近傍に制限される。例えば、もしこの電極170がフォトカソードと同じポテンシャルに結合されていれば、真空金属セラミック３重接合部における電場は実質的に減少される。
【００２９】
他の実施例において、新規なテープ鋳込みパッケージング構造の更なる可能性は図６A及び６Bのパッケージ内で例示されている。複数の空洞210、212が同一のパッケージボディ200（閉塞部材は図示せず）内に形成される。概して、複数の空洞は適当な目的のために独立であり、図示されるように、ひとつ若しくはそれ以上の薄板217に形成された適当な孔によってコンジット214が実現されている。ここで、主空洞210は上記したように画像検出器を支持するように働く。チャンバ212がさらにゲッタリング面（図示せず）を包囲するよう与えられる。コンジット214は、パッケージの画像検出部分の高電圧特性に影響を与えることから気化ゲッタをより良く分離するためにバッフル若しくは蛇行形状を示すことが好適である。
【００３０】
本発明は、高電圧導体の改良された内部の電気的分離によって、標準的な形状ファクタ及びソケットハードウエアと適合することができるマイクロ電子デバイス用に、及び光感知デバイスの場合にはフォトカソード材料を保存するためにUHVエンクロージャーを生成するべくテープ鋳込みを拡張することで実質的な節約となることが示された。
【００３１】
本発明は特定の実施例に関連して説明されてきたが、他の修正及び変更は上記教示を鑑みて当業者によって為され得る。特許請求の範囲の態様内で本発明は説明された以外で実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Aは本発明に従う画像検出器ハウジングの平面図であり、図１Bは本発明に従う画像検出器の側面切断図であり、図１Cは本発明に従う画像検出器の底面図である。
【図２】図２Aはハウジングの内側に突起した棚部の分解図であり、図２Bは周辺チャネルを特徴とするハウジングの一部の分解図である。
【図３】図３は、同一の外形寸法を有する従来技術と本発明の高電圧分離構造の比較である。
【図４】図４は、シール前の軟金属UHVシールの隆起した概観を示す。
【図５】図５は、シールを達成した後の図４のパッケージ部分を示す。
【図６】図６Aは複数の空洞を特徴とする本発明のパッケージの実施例を示し、図６Bは図６Aのパッケージの３つの薄板を示す。

Claims

画像装置であって、
ベース層及び複数の平坦層を含むラミネート構造であって、前記複数の平坦層は少なくとも３つの平坦層を含み、前記少なくとも３つの平坦層の各々はそれぞれの面積を有する孔を含み、前記少なくとも３つの平坦層は前記ラミネート構造内で空洞を形成するよう直列に配置され、前記少なくとも３つの孔の面積は直列に非単調に変化して電気的アイソレータを形成する、ところのラミネート構造と、
前記ベース層上のマイクロ電子デバイスであって、前記マイクロ電子デバイスに対応するよう前記空洞が構成されているところのマイクロ電子デバイスと、
透明な閉止部材と、
前記透明な閉止部材の表面のフォトカソードと、
前記透明な閉止部材を前記複数の平坦層のひとつと接着するシールと、
を備え、
シールされた空洞が真空ポケットであることを特徴とする画像装置。
前記マイクロ電子デバイスはフォトダイオードアレイを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記マイクロ電子デバイスは、アノードを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記マイクロ電子デバイスは、電子感知エレメントのアレイを含む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記シールは、軟金属層から成る、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記シールは、インジウムから成る、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
さらに、前記空洞内にゲッタ材料を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記平坦層の非単調に変化する孔面積は前記空洞内に突出する側方部材を形成する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記側方部材は、前記フォトカソードと前記マイクロ電子デバイスとの間の表面積を広げる、
ことを特徴とする請求項８記載の画像装置。
前記平坦層の非単調に変化する孔面積は、前記空洞の側壁内に伸長するチャネルを形成する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記平坦層のひとつは、棚面及び側面を含むリセスを備え、前記棚面は前記閉止部材の周辺部を支持する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記シールは、前記棚面と前記閉止部材との間に挿入された軟金属から成る、
ことを特徴とする請求項１１記載の画像装置。
前記シールは、前記側面と前記閉止部材との間に挿入された軟金属から成る、
ことを特徴とする請求項１１記載の画像装置。
前記ラミネート構造は、さらに、複数の別個の電気導線を含み、前記複数の別個の電気導線は前記複数の平坦層の少なくともひとつの表面に堆積される、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記ラミネート構造は、さらに、前記閉止部材と前記ベース層との間に複数の高融点金属導線を含み、前記導線は前記空洞の内部から前記ラミネート構造の外部へ伸長し、前記複数の平坦層の少なくともひとつの表面に堆積される、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
さらに、空洞内部にあって、前記フォトカソードに接続される高電圧電極を含む、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
前記透明な閉止部材は、ガラスから成る、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
さらに、
前記ラミネート構造内の電極へ高電圧ソースを接続するべく、前記ラミネート構造を通じて伸長する金属化された経路と、
電極とフォトカソードとの間のラミネート構造内に内設された電気接続と、
を含み、
前記高電圧ソースは高電圧を前記ラミネート構造内の電極と接続する前記経路の入口を除き、ラミネート構造の外面から分離されている、
ことを特徴とする請求項１記載の画像装置。
画像装置を製造する方法であって、
ベース層及び複数の平坦層を含む構造体をラミネートする工程であって、前記複数の平坦層は少なくとも３つの平坦層を含み、前記少なくとも３つの平坦層の各々はそれぞれの面積を有する孔を含み、前記少なくとも３つの平坦層は前記ラミネート構造内で空洞を形成するよう直列に配置されており、前記少なくとも３つの孔面積は直列に非単調に変化して電気的アイソレータを形成する、ところの工程と、
ベース層の表面にマイクロ電子デバイスを配置し、かつ、接着する工程と、
閉止部材の表面にフォトカソードを配置し、かつ、接着する工程と、
複数の平坦層のひとつの表面に閉止部材を配置し、かつ、接着する工程と、
前記空洞内に真空ポケットを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
前記閉止部材は、軟金属層により、前記複数の平坦層のひとつの表面に接着されている、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
さらに、前記空洞内にゲッタ材料を配置する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
さらに、少なくとも３つの平坦層内に孔を作成する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記複数の平坦層はセラミックから成る、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記マイクロ電子デバイスは半導体チップを有するアノードを含む、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記複数の平坦層のひとつの上に前記閉止部材を配置し、かつ、接着する工程は、空洞内部を真空引きし、かつ、前記複数の平坦層のひとつに前記閉止部材をシールする工程を含む、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記複数の平坦層のひとつの上に閉止部材を配置し、かつ、接着する工程は、
前記複数の平坦層のひとつを金属化する工程と、
金属化した平坦層に、予め形成した金属のガスケットを適用し、流体状態の金属により表面を濡らす工程と、
前記閉止部材の外側リップの外周で金属のコールドフローを生じさせ、かつ、前記孔の内側へのコールドフローを制限する範囲の十分な力で、前記閉止部材を金属に対して押しつける工程と、
前記力を解放する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
前記金属のガスケットはインジウムから成る、
ことを特徴とする請求項２６記載の方法。
前記閉止部材は６．８９５MPaから５５．１６MPaの範囲の圧力で前記金属に対して押しつけられる、
ことを特徴とする請求項２６記載の方法。
前記閉止部材は、超高真空環境下で、前記閉止部材と前記平坦層との間にインジウムシールを流すことにより、隣接する平坦層に配置されかつ接着される、
ことを特徴とする請求項１９記載の方法。
さらに、前記閉止部材と前記複数の平坦層のひとつとの間にインジウムシールを流す前に、チタンタングステン及びニッケルゴールドを堆積することにより、前記複数の平坦層のひとつを金属化する工程を含む、
ことを特徴とする請求項２９記載の方法。