JPH0231121A - 熱画像作成装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱画像作成装置に関し、特に赤外線に応答する
ピロ電気性検知エレメントのアレイを具備した熱画像作
成装置に関する。

既存の熱画像作成装置の性能を制限する主な要因は隣接
検知エレメント間および各検知エレメントと支持および
呼びかけ構造との間の熱伝導である。

英国特許出願第２１６３５９６Ａ号には、一方の主表面
上に共通電極を、そして他方の主表面上に信号電極構造
を担持した強誘電体スラブよりなる熱画像作成装置が開
示されている。その信号電極構造は電気的導体によって
信号処理手段の電極に接続されている。隣接導体間の横
方向の熱伝導は、熱的絶縁材よりなる各ピラーの穴に各
導体を入れ込むことによって軽減される。それらのピラ
ーは強誘電体スラブを支持する。

本発明のひとつの目的は、ピロ電気性検知要素がピラー
によって支持されているが、検知エレメントと支持ピラ
ーとの間の熱的損失が軽減された熱画像作成装置を提供
することである。

本発明の１つの形態による熱画像作成装置は、ピロ電気
性物質よりなる層と、この層の一方の主表面上に設けら
れた相互接続された電極のアレイと、上記層の他方の主
表面上に設けられた個別電極のアレイと、上記層を支持
しかつ上記個別電極と電気信号処理手段との間の電気信
号の通過を可能にする複数のピラーとを備え、各ピラー
は、各個別電極内における上記他方の主表面の電極のな
い領域内の電気接触領域上に位置しており、上記接触領
域と上記個別電極とは、上記電極のない領域上に延びる
導電性材料よりなる細長い９■域によって電気的に接続
されている。

上記層は、例えばピロ電気性ポリマーよりなるピロ電気
性物質よりなる連続したフィルムとなしうる。

また上記層は、誘電体材料よりなる連続したフィルム上
に設けられたピロ電気性物質よりなる個別領域のアレイ
となしうる。適当なピロ電気性物質の例は、チタン酸鉛
・ランタン・シリコニウム、チタン酸鉛・シリコニウム
、チタン酸鉛およびチタン酸バリウムである。

適当なピロ電気性物質は、ポリ弗化ビニリデン（Ｐ　Ｖ
　Ｄ　Ｆ）あるいはポリ弗化ビニリデンと例えばトリフ
ルオルエチレンとの共重合体（Ｐ　（Ｖ　Ｄ　Ｆ　−Ｔ
ｒＦＥ））である。

本装置におけるピロ電気性物質は、本質的にピロ電気性
を備えた物質であっても、あるいはピロ電気性を生成さ
れた（例えば強誘電体物質のポーリングによって）物質
であってもよい。

上記細長い領域の長さ対幅の比は少なくとも５：１が適
している。

好ましい実施例では、上記相互接続された電極は、層の
他方の表面上の個別電極の位置に対応する一方の表面上
の位置に設けられた導電性領域のアレイよりなり、この
導電性領域は、それの幅に比較して狭い導電体によって
相互接続されている。

本発明の第２の形態による熱画像作成装置の製造方法は
、ピロ電気性物質よりなる層を形成し、上記層の一方の
主表面上に、この主表面上の電極のない領域を実質的に
取囲む個別電極よりなるアレイを形成し、上記電極のな
い領域内に導電性接触領域を、上記電極のない領域上に
延びる導電性材料よりなる細長い領域とともに形成し、
かつ各個別電極を上記接触領域にそれぞれ接続し、上記
各接触領域上に導電性支持ピラーをそれぞれ形成し、上
記支持ピラーを電気信号処理手段の入力端子に接続し、
上記層の他方の主表面上に、上記個別電極のアレイ軒一
致する位置において、相互接続された電極を形成する。

上記層がピロ電気性ポリマーよりなり、この層を形成す
る工程は、導電性基板上にポリマー層をスピンコートし
、次にこのポリマー層をピロ電気性が生じるように処理
し、次に上記層の他方の主表面上に相互接続された電極
を形成する以前に上記基板を溶解することよりなる。上
記層は、誘電体材料よりなる連続したフィルム上に設け
られたピロ電気性物質の個別領域よりなるアレイよりな
り、上記相互接続された電極が上記誘電体物質の一方の
面上に形成され、上記層を形成する工程が、上記相互接
続された電極および上記誘電体フィルムの一方の面の露
出された領域上にピロ電気性物質の領域よりなるアレイ
を形成することよりなる。

低熱伝導性のハイブリッド構造におけるピロ電気性物質
の最適の厚さは、１ミクロンのオーダーである。金属電
極の熱伝導度は、たとえその厚さが、これ以下では金フ
ィルムが切断される僅か０．０３ミクロンであっても、
１ミクロンの厚さのピロ電気性物質の熱伝導度に勝る。

各ピラーと個別電極とを接続するのに、長い幅の狭い導
電体を用いると、各ピクセルから支持ピラーへの熱伝導
を小さくすることができる。

以下に本発明による２つの熱画像作成装置が製造方法と
ともに記載されているが、以下、図面を参照して本発明
の実施例について詳細に説明する。

第１図および第２纏Ａ図において、例えばＰ（ＶＤＦ−
ＴｒＦＥ）よりなるピロ電気性フィルム２１は、その−
面に相互接続された電極２２のパターンを、他方の面に
個別電極２４のアレイを有する。導電性バンド２３は、
このパッド２３のほぼ全周を囲む比較的狭い導電体スト
リップ２５によって、周囲の個別電極２４に接続されて
いる。

ピラー２６はその一端においてパッド２３に取付けられ
、他端において、基板２９上に形成された集積回路２８
の入力バッド２７に取付けられている。かくして各パッ
ド２３と周囲の個別電極２４との間のギャップ３１によ
って熱的絶縁がなされている。ギャップ３２は隣接する
ピクセルを分離している。第２Ｂ図はフィルム２１の第
２の面に設けられた他の構造の配置を示し、第２Ａ図の
ものと同様にパッド２３、パッド２３の囲りのギャップ
３１および個別電極２４を備えているが、個別電極２４
は、この電極２４のエツジ近くまで延びている直線状の
狭い導電ストリップ３３によってパッド２３に連結され
ている。

第３図は第１図において符号２２で示された相互接続さ
れた電極の平面図である。相互接続された各電極２２に
は、パッド２３および第２Ａ図および第２Ｂ図に示され
た個別電極２４内のギャップ３１に対応する領域内に中
央孔３０が設けられている。上記中央孔３０は、相互接
続された電極２２がパッド２３と個別電極２４との間の
熱伝導を増大させないために設けられるものである。さ
らにピロ電気性フィルムの使用によって、および相互接
続された電極２２のピクセル領域間のギャップ４１によ
って、ピクセルからピクセルへの熱伝導が低く保たれ、
電極２２同士の電気的接続はギャップ４１を横切る狭い
導電性ストリップ４２によってなされている。相互接続
された電極２２は、例えばブラック・ゴールド層、プラ
チナブラック層、または金属−誘電体−金属サンドイン
チ構造等よりなる層のような赤外線吸収層４３によって
カバーされている。あるいは、もし個別電極−ピロ電気
性フィルム−相互接続された電極よりなるサンドインチ
層の厚さが赤外線に対して１／４波長の厚さ（すなわち
約１．５ミクロン）である場合、この構成自体が効果的
な熱吸収体となるであろう。

第２の装置が、前述した第１の装置との対応部分に同一
符号を付して第４図に示されている。誘電体フィルム５
１は、その一方の面に形成された相互接続された電極２
２のパターンを備えている。

個別ピロ電気性領域５２のアレイは、電極２２上に形成
され、露出された誘電体フィルム５１および相互接続さ
れた電極２２のアレイはピロ電気性エレメント上に形成
されている。相互接続された電極２２および中央導電バ
／ドを囲む個別電極２４および導電ストリップ２５は第
３図および第２Ａ図、第２Ｂ図で示されたものと同様で
ある。ピラー２６、集積回路２８、基板２９および赤外
線吸収層４３は第１図のものと同様である。

ピロ電気性領域は、例えばピロ電気性ポリマーまたは強
誘電体セラミック材料によって形成されうる。

第１図および第４図に示された装置にそれぞれ関連した
熱画像作成装置の２つの製造方法については記載を省略
するが、第１の製造方法では、ピロ電気性フィルム２１
はポリ弗化ビニリデン（Ｐ　Ｖ　Ｄ　Ｆ）よりなる共重
合体であるが、他の薄い自己保持型ピロ電気性物質であ
ってもよい。上記第１の製造方法では、光学的に平らな
導電性基板はポリ弗化ビニリデン・トリフルオルエチレ
ン共重合体（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）によってスピンコート
される。基＋反はシリコン・ウエーファあるいは後の工
程においてエッチまたは溶解されうる他の材料であって
もよい。ＶＤＦ−ＴｒＦＥの共重合体はアセトンとジメ
チルホルムアミドとの混合液あるいはＶＤＦ共重合体の
ための他の１つまたはそれ以上の溶液内で溶解されうる
。スピンコートされたポリマー層は赤外線の検出に適用
されるために最適の厚さ、すなわち通常は１ミクロンの
厚さに選ばれる。

ポリマー膜は、コロナポーリングのような標準的な手法
によってピロ電気性が付与される。

次に第２Ａ図に示されているような個別ｔｆｉ２４、バ
ッド２３およびストリップ２５の金パｐ　−７カ、標準
的写真製版法および電気メツキ法によって、ピロ電気性
フィルム２１上に形成される。下部電極も同様な方法で
作成される。パターンの反復距離は１００ミクロンであ
り、金の厚さは０．０３ミクロンである。パターンの各
エレメントは、少なくとも１００ｘ１００のピクセルを
有する通常のアレイにおけるピクセルと同様である。ス
トリップ２５は通常３ミクロンの幅を有する。

中央領域の周囲の電極のギャップ領域３１　（外径は６
０ミクロン）は、中央領域２３とピクセルのアクティブ
な熱検知領域２４との間の熱的絶縁を果している。

金の支持ピラー（通常直径が２５ミクロン、高さ２５ミ
クロン）は、標準的な写真製版および電気メツキ法によ
って、集積回路２８の入力バッド２７上に生成される。

第１図および第２Ａ図は個別電極２４に接続されたピラ
ー２３の位置を示している。

次に装置全体がシリコンチップ２９上のコンプリメンタ
リ電気計測回路上に逆さに置かれ、例えばソフトはんだ
によって金ピラーへの電気的接続がなされる。

最初の基板材料はエッチまたは溶解されて、金ピラーに
よって支持されたポリマー層が残る。

相互接続された電極２２は標準的な写真製版法によって
、ピロ電気性フィルム２１の露出側の上に形成される。

相互接続された電極のパターンは、ピロ電気性フィルム
の中央−１域には電極の設けられない領域が残るように
、個別電極に揃えられる。

これらの領域は、ピラーと、各ピクセルの外側領域であ
るアクティブな領域との間の熱的絶縁を果している。

付加された赤外線吸収層４３ば、相互接続された電極２
２と同一パターンおよび位置を有する。

相互接続された電極２２および吸収１’ｉ４３の熱的マ
スは、−最的に個別電極２４のそれよりも大きいが、こ
の付加物質は検知器とシリコンチップとの間の熱伝導度
を増大させることはない。

第４図による熱画像作成装置を作成するための第２の方
法においては、相互接続された電極のパターンは、標準
的な写真製版法によって誘電体薄膜（例えばポリイミド
、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはシリコン酸・
窒化物）よりなる薄膜上に形成される。この相互接続さ
れた電極のパターンは第３図に示されており、ブラック
ゴールドのような赤外線吸収材料を担持している。

相互接続された電極のパターンは、アセトンとジメチル
ホルムアミドとの混合液あるいはＶＤＦ共重合体のため
の他の１つまたはそれ以上の溶液内で溶解されうるポリ
弗化ビニリデン・トリフルオルエチレン共重合体（Ｐ　
（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））によってスピンコートされる。

スピンコートされたポリマー層は赤外線検出に適用され
るために最適の厚さすなわち通常は１ミクロンの厚さに
選ばれ、第４図に示すような共重合体の個別エレメント
のアレイとして形成される。

ポリマー膜またはエレメントは、コロナポーリングのよ
うな標準的な手法によってピロ電気性が付与される。

次に第２Ａ図に示されているような個別電極２４、パッ
ド２３および相互接続用ストリップ２５の金パターンが
、標準的写真製版法によって、ピロ電気性フィルム２１
上に形成される。パターンの反復距離は１００ミクロン
で、あり、金の厚さは０．０３ミクロンである。パター
ンの各エレメントは、少なくとも１００Ｘ１００のビク
セルを有する通常のアレイにおけるビクセルと同様であ
る。ストリップ２５は通常３ミクロンの幅を有スル。

金のストリップは通常３ミクロンの幅を有し、各パッド
２３を個別電極２４に接続する。中央領域の周囲の電極
のギャップ領域３１（外径は６０ミクロン）は、中央領
域２３とビクセルのアクティブな熱検知領域２４との間
の熱的絶縁を果している。

金の支持ピラー（通常直径が２５ミクロン、高さ２５ミ
クロン）は、標準的な写真製版および電気メツキ法によ
って集積回路２８の入力バンド２７上に生成される。

次に装置全体がシリコンチップ２９上のコンプリメンタ
リ電気計測回路上に逆さに置かれ、例えばソフトはんだ
によって金ピラーへの電気的接続がなされる。

図示された上述の実施例では、相互接続された電極間の
ギャップを設けたことおよび薄いピロ電気性フィルム（
誘電体薄膜を伴ってまたは伴うことなしに）の使用によ
って、さらに、パッドと個別電極との間のギャップを設
けたこと、および相互接続された電極内の中央孔を設け
たことによって、隣接する検知器エレメント間における
熱伝導度を低いものとすることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る装置の断面図、第
２Ａ図は第１図の装置表面の一部を示す概略的断面図、
第２Ｂ図は第２Ａ図の変形を示す概略的断面図、第３図
は相互接続された電極の構成を示す平面図、第４図は本
発明の第２の実施例に係る装置の断面図である。 ２１・・−ピロ電気性フィルム ２−・相互接続された電極 ３−・・導電性パッド　　　２４山個別電極５．３３．
４２−導電性ストリップ ６−ピラー　　　　　　２８・・−集積回路９一基板　
　　　　　　３〇−中央孔 １．３２．４１−ギャップ ３−・赤外線吸収層 １・・・誘電体フィルム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピロ電気性物質よりなる層と、この層の一方の主表
   面上に設けられた相互接続された電極のアレイと、上記
   層の他方の主表面上に設けられた個別電極のアレイと、
   上記層を支持しかつ上記個別電極と電気信号処理手段と
   の間の電気信号の通過を可能にする複数のピラーとを備
   え、各ピラーは、各個別電極内における上記他方の主表
   面の電極のない領域内の電気接触領域上に位置しており
   、上記接触領域と上記個別電極とは、上記電極のない領
   域上に延びる導電性材料よりなる細長い領域によって電
   気的に接続されていることを特徴とする熱画像作成装置
   。 ２、上記層は、ピロ電気性物質よりなる連続した層より
   なる請求項１記載の装置。 ３、上記層は、誘電体材料よりなる連続したフィルム上
   に設けられたピロ電気性物質よりなる個別領域のアレイ
   よりなる請求項１記載の装置。 ４、上記相互連続された電極のアレイは、上記他方の主
   表面上の個別電極の位置に対応する上記一方の主表面上
   の位置に設けられた導電性領域よりなり、この導電性領
   域は、それの幅に比較して狭い導電体によって相互接続
   されている請求項１〜３記載の装置。 ５、上記ピロ電気性物質がピロ電気性ポリマーである請
   求項１〜４記載の装置。 ６、上記ピロ電気性物質が、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶ
   ＤＦ）またはポリ弗化ビニリデンと例えばトリフルオル
   エチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））より
   なる請求項５記載の装置。 ７、上記ピラーが金属ピラーである請求項１〜６記載の
   装置。 ８、ピロ電気性物質よりなる層を形成し、上記層の一方
   の主表面上に、この主表面上の電極のない領域を実質的
   に取囲む個別電極よりなるアレイを形成し、 上記電極のない領域内に導電性接触領域を、上記電極の
   ない領域上に延びる導電性材料よりなる細長い領域とと
   もに形成し、かつ各個別電極を上記接触領域にそれぞれ
   接続し、 上記各接触領域上に導電性支持ピラーをそれぞれ形成し
   、 上記支持ピラーを電気信号処理手段の入力端子に接続し
   、 上記層の他方の主表面上に、上記個別電極のアレイに一
   致する位置において、相互接続された電極を形成するこ
   とを特徴とする熱画像作成装置の製造方法。 ９、上記層がピロ電気性ポリマーよりなり、この層を形
   成する工程は、導電性基板上にポリマー層をスピンコー
   トし、次にこのポリマー層をピロ電気性が生じるように
   処理し、次に上記層の他方の主表面上に相互接続された
   電極を形成する以前に上記基板を溶解することよりなる
   請求項８記載の方法。 １０、上記層は、誘電体材料よりなる連続したフィルム
   上に設けられたピロ電気性物質の個別領域よりなるアレ
   イよりなり、上記相互接続された電極が上記誘電体物質
   の一方の面上に形成され、上記層を形成する工程が、上
   記相互接続された電極および上記誘電体フィルムの一方
   の面の露出された領域上にピロ電気性物質の領域よりな
   るアレイを形成することよりなる請求項８記載の方法。