JPH055652A - 熱検知装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 隣接した検知エレメント間の熱的クロストー
ク、電気的導体に沿った熱伝導、ヒートシンクへの熱伝
導、のような悪影響が軽減される焦電検知器アレイを具
備した熱検知装置と、装置の作製方法を提供する。 【構成】 受熱電極を形成する相互接続された電極７の
アレイを一方の主面上に有し、半導体基板１上に形成さ
れた電気回路２に接続されたディスクリート電極のアレ
イを他方の主面上に有する焦電フィルム８を備えた熱画
像形成装置であり、個々の検知器エレメント１７の受熱
面の間に、検知器エレメント１７に高度の熱絶縁を与
え、かつ隣接した検知器エレメント１７間の熱的クロス
トークを防止するための付加電極１５のネットワークを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱検知装置およびその製
造方法に関する。本発明は例えば有機焦電材料を具備し
た熱画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来技術】アレイに隣接して配置された電気回路素子
に結合されて近接離間された焦電検知器のアレイを具備
した熱検知装置を作製したい場合には、そのアレイの熱
的および電気的性能の要件が互いに抵触することが多い
ことが知られている。

【０００３】十分満足し得る電気的性能を与えるために
は、特に例えば100mm×100mmの面積内に100×100個の個
々の検知要素よりなるアレイを形成しりょうとする場合
には、利用可能な寸法の制約は受けるが、そのアレイの
個々の検知要素ができるだけ大きいことが有利である。
しかし、そのようなコンパクトな構成は、隣接した検知
エレメント間の熱的クロスト−ク、電気的導体に沿った
熱伝導、ヒ−トシンクへの熱伝導、および接地への電気
的通路内の可変抵抗のような悪影響を生ずる傾向があ
る。

【０００４】上述の影響がアレイ内で発生される信号に
干渉したり、あるいはそれをマスクするようなことがな
いことが望ましい。そのようなことが生ずれば、アレイ
が露呈されている場面の熱分布を破壊してしまうことに
なり得る。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】従って、本発明のひ
とつの目的は、上述の悪影響が少なくとも軽減される焦
電検知器アレイを具備した熱検知装置を提供することで
ある。

【０００６】本発明の他の目的は、このような装置を作
製する方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
れば、一方の主表面上に相互接続された電極のアレイを
有しかつ他方の主表面上にディスクリ−ト電極のアレイ
を有していて焦電検知器エレメントのアレイを形成して
いる焦電層と、この焦電層を支持しかつ前記検知器エレ
メントと電気信号処理手段との間に電気信号を通電させ
得る複数のピラ−を具備した熱画像形成装置において、
検知器エレメント間に配置されかつ前記焦電層の前記一
方の主表面上に形成されていて隣接した検知器エレメン
ト間の熱的クロスト−クを軽減する熱伝導性の付加電極
のネットワ−クを具備していることを特徴とする熱検知
装置が提供される。

【０００８】従って、個々の検知エレメント間の付加電
極に通電させる回路網をその検知エレメントのアレイに
設けると、一般に前記付加電極を通じて不要の熱が放出
されるので、隣接した検知エレメント間に高度の熱的絶
縁が得られる。

【０００９】上記付加電極は相互接続用メッシュを具備
することが好ましい。この構造は相互接続メッシュポイ
ントをヒ−トシンク温度に近づけて、上記他の電極を通
じて伝導される熱が個々の検知エレメントの近傍から除
去されるポイントを与える。

【００１０】さらに、ピラ−は電気的および熱的伝導性
の材料で構成され得る。従って、検知エレメントと電気
信号処理手段の間に電気的連通ル−トを設けると、ピラ
−が各メッシュポイントに熱伝導通路を与える。

【００１１】本発明の他の態様によれば、焦電検知器エ
レメントのアレイを具備した熱検知装置の製造方法にお
いて、（ａ）前記検知器エレメントによって発生された
電気信号を受信しかつその信号を処理するための電気回
路を担持した半導体基体を準備し、（ｂ）その基体上に
犠牲材料を被着して層を形成し、（ｃ）前記回路に対し
て所望の空間的関係をもって前記層に開孔を形成しかつ
その開孔内に一部導電性の材料を被着して前記回路との
電気的接続を形成し、（ｄ）前記層の表面上にディスク
リ−ト電極のアレイを被着し、この場合、各電極が前記
電気的接続のうちの１に対しそして前記回路に対して電
気的接点を形成するようになし、（ｅ）前記ディスクリ
−ト電極のアレイの頂部に焦電材料の層を被着し、
（ｆ）前記焦電材料の頂部に電極材料の層を被着し、
（ｇ）前記電極材料の層と前記焦電材料の層を、前記ア
レイの各ディスクリ−ト電極上にそれぞれ配置されかつ
それぞれ支持部材の格子状配列に連結された焦電エレメ
ント素子のアレイを形成するような形状となし、この場
合、その支持部材の交差部材がそれぞれ前記電気接続の
上に存在するようになし、（ｈ）前記支持部材のうちの
少なくとも幾つかの上に熱伝導性の付加電極を被着し、
（ｉ）任意の段階で前記犠牲材料を除去することよりな
る熱検知装置の製造方法が提供される。

【００１２】

【実施例】熱検出器は、例えば英国特許第2163596号に
記載されたハイブリッド校正の欠点を部分的に回避する
ために、図１および図２に示されているように、プレー
ナ構成技術を用いて形成されるのが好ましい。しかしな
がら、本発明の原理は、ハイブリッド技術によって構成
された検知器にも適用され、本発明はプレーナ構成技術
の適用に限定されるものではない。

【００１３】図１および図２を参照すると、半導体材料
よりなる基板１は、公知の方法で複数の電気的回路素子
２とともに形成される。基板１は、例えば100×100個の
検知器エレメントよりなるプレーナアレイから発生する
電気信号を受取りかつ処理することができる。

【００１４】基板１は、例えば銅よりなる犠牲層（図示
せず）がデポジットされた実質的に平坦な上面を備えて
いる。上記回路素子のそれぞれに対する周知の処理技術
を用いて、上記銅層を貫通する開孔が形成され、これら
開孔は次に金のような高熱伝導性を有する材料で満たさ
れて、上記銅層に実質的に平坦な上面が再現されてい
る。

【００１５】上記開孔を満たしている金は、導電性、熱
伝導性ピラー４を形成し、これらピラー４は、最初は銅
の犠牲層によって囲まれているが、後工程における銅の
犠牲層の除去によって、図１に示されているように独立
して直立した状態となる。

【００１６】金のピラー４が銅犠牲層の開孔内に設けら
れていることによって実質的に均一となった面上に、金
のような高伝導性（単位面積当りの抵抗が１０Ωより小
さい）材料よりなるプレーナ電極アレイが次にデポジッ
トされる。

【００１７】アレイ内の各電極は、互に直交する第１お
よび第２の金リンクを介してピラー４のそれぞれへ接続
される導電路を備えており、これによって、各電気回路
に対する電気接点を基板１上に形成している。リンク
５、６の適当な寸法の厚さ、幅および長さによってリン
ク５、６に沿った熱伝導度が許容範囲内に保たれる。リ
ンク５、６を形成するために、金以外のチタンのような
材料も使用しうる。リンク５、６に沿って存在する熱排
出手段はアレイ内のすべての電極について実質的に同一
であることは明らかである。

【００１８】次の工程では、焦電材料よりなる連続した
フィルム８が電極アレイ全体を覆ってデポジットされ
る。このフィルムは物理的支持部材を含みうる。デポジ
ットされた焦電材料は次にエッチングまたはその他の適
当な方法で形づけられて、プレーナ電極に実質的にマッ
チした所定のパターンを形成する。

【００１９】焦電材料よりなるフィルム８上に金属層が
デポジットされるが、この金属層は、完成した焦電検知
器エレメントアレイ内における受熱電極を形成するため
のものである。この場合の金属材料は、きわめて高い導
電性は必要でなく、ニクロム（単位面積当りの抵抗が３
７７Ωにほぼ等しい）が適していることが分った。ニク
ロム層と焦電材料よりなるフィルム８とは、基板１上の
各電気回路２にリンク５、６およびピラー４を通じて接
続された金電極上に積層されたニクロムの受熱電極７お
よび焦電エレメント８よりなるディスクリート・エレメ
ントのアレイを形成するように処理される。

【００２０】上述のように、各エレメントの受熱電極７
および焦電フィルム８は実質的に同一形状をなし、これ
らにきわめて類似した形状を有する下部の金電極上にそ
れぞれ積層されている。

【００２１】処理段階において２つの電極間が焦電フィ
ルム８のエッジを横切って短絡する危険性を回避するた
めに、実際には、図１および図２に示されていない下部
電極は、受熱電極７および焦電フィルムよりも僅かに面
積が小さくなっている。その結果、２つの電極のエッジ
が精密に整合している。

【００２２】図示のように、入力（放射エネルギー受取
り用）電極７および焦電フィルム８を備えた各ディスク
リート・エレメント１７は、対角線をなす４本の支持ア
ーム９によって形成されている。しかしながら、受熱電
極７および焦電フィルム８を形成するのに用いられる層
は、１０および１１の領域をのこしており、これによっ
て互に結合された「行」リブ「列」リブとによって格子
を形成している。また、導電性リンク５が下部電極に重
なっている部分の領域も残されている。図１において
は、導電性リンク６もまた列リブ１１の下方部分を形成
している。

【００２３】ディスクリート・エレメント１７とこれを
取巻く支持リブ１０、１１との間に形成された開孔１
３、１４はまた、銅犠牲層が除去されうるように、銅犠
牲層に対するエッチング液のためのアクセスを形成する
のに用いられる。

【００２４】銅層の除去によって、受熱電極７と、焦電
フィルム８と、導電性リンク５、６を介して各金ピラー
４に結合された下部の金電極とよりなる各ディスクリー
ト・エレメント１７は、半導体基板１の上方対角線をな
す支持アーム９によって懸架され、かつ金ピラー４によ
って支持された前記格子の行リブ１０および列リブ１１
によっても支持されている。

【００２５】上述のような構成は、ディスクリート・エ
レメント１７間の各クロストークに関しても、また各デ
ィスクリート・エレメント１７から半導体基板１への熱
的リーケージに関しても、また金ピラー４を介した基板
１への電気的接続に関しても良好な特性を示す。

【００２６】しかしながら、ディスクリート・エレメン
ト１７間に介在する熱伝導性付加電極１５を設けること
によって、上述の特性がさらに改良されることが分っ
た。付加電極１５は金のような導電性および熱伝導性の
良好な材料から形成されており、各ディスクリート・エ
レメント１７のために、電気的接続に対して接地電位を
保ち、熱的接続にたいしてはヒートシンクを形成し、か
くして熱的クロストークがさらに改善され、これによっ
て熱画像形成装置における画質が向上する。

【００２７】付加電極１５は各行リブ上にデポジットさ
れ、これによってディスクリート・エレメント１７のア
レイを結ぶネットワークを構成している。付加電極１５
の良好な熱伝導性によって、付加電極１５のネットワー
クは、各ディスクリート・エレメント１７とそれに隣接
する電極との間の高度な熱絶縁を提供する。

【００２８】付加電極１５は各ディスクリート・エレメ
ント１７間の金ピラー４上に重なっている。このような
交差によって、各ディスクリート・エレメント１７のた
めのメッシュポイントが形成され、ディスクリート・エ
レメント１７がヒートシンク温度に近づく。これによっ
て、過剰な熱が付加電極１５および金ピラー４を通じて
逃れるから、付加電極１５のネットワークが実質的にヒ
ートシンク温度に保たれることが可能になる。

【００２９】付加電極１５が熱的にも電気的にも良導体
であるため、各ディスクリート・エレメント１７が、実
質的に接地ポテンシャルであるメッシュポイントとな
る。かくして各ディスクリート・エレメント１７は接地
に対して低い電気抵抗の通路を有し、したがって、上記
アレイに対し過剰な熱負荷を与えることなしに、各隣接
する金付加電極１５から各入力電極７への良好な電気的
接続が得られる。

【００３０】もし必要ならば、上記格子構成の列リブ１
１にもまた付加電極１５を設けてもよく、その場合は、
メッシュネットワークは図３および図４に示すようにな
る。しかしながら、図１および図２に示す構成では、付
加電極１５が導電性リンク６に直接重ね合せられていな
いため、付加電極１５と半導体基板１とが短絡する危険
が低減される利点がある。さらに、付加電極１５が列リ
ブ１１上に設けられている場合、リンク５、６の熱的絶
縁が低下し、この状態は、適切な対角線支持アーム９ａ
の下方に形成される通路に沿った、金電極から金ピラー
４への接続を形成するのに望ましく、かつ領域１２の下
部の導電性リンク５を除去するのに望ましい。

【００３１】上記付加電極１５が各金ピラ−４とのリン
クの接続点の上にあるポイントでは、支持ア−ム９を具
備したスタ−またはアステリスク状の構造が存在してい
ることによって短絡が生じないようになされている。図
３および図４を再び参照すると、個々のディスクリ−ト
・エレメント１７の他の構造をアレイ内に配列してもよ
いことがわかるであろう。図３は図１および図２の対角
線状の支持ア−ム９をデスクリ−ト・エレメント１７の
エッジ面に対して実質的に直交した支持ア−ムで置き換
えた実施例を示している。基体１上に担持された電気回
路２に対する電気的接続は焦電フィルム８の両側におけ
る対角線方向に配置された抵抗性の金属リンク１９によ
って行なわれる。

【００３２】図４はさらに他のアレイ構造を示してい
る。焦電フィルムよりなるエレメント１７は四隅を支持
ア−ム９で支持されている。支持ア−ム９のうちの３つ
は「受熱」表面上に抵抗性ニクロム被覆を有する焦電フ
ィルム８よりなる。第４の支持ア−ム９は、上方のニク
ロム被覆に加えて、基体１上に担持された電気回路２に
対する電気的接続を与える下方の金被覆を有している。

【００３３】上述した検知器アレイは、例えば英国特許
第2163596号に記載されているようにハイブリッド製作
技術の欠点を一部回避するために、プレ−ナ製作技術で
形成される。しかし、本発明の原理はハイブリッド技術
によって作製された熱検知器アレイにも適用でき、本発
明はプレ−ナ製作技術に限定されるものではないことが
当業者には理解されるであろう。

【００３４】さらに、上述の実施例では、各ディスクリ
−ト・エレメント１７からの出力電気信号が各電気回路
素子２に与えられるようになされているが、回路素子を
時間的に多重化してもよい。

【００３５】上述したものの代替的な構造では、開孔に
金のような導電性材料を充填する段階が省略される。そ
の場合には銅犠牲材料層は実質的に均一で、開孔は電気
回路２まで下方に延長する。

【００３６】プレ−ナ電極のアレイは、電極が銅犠牲材
料の実質的に均一な表面上にありかつ下方の電気回路２
との電気的接続をなすために開孔の壁に沿って延長する
ような態様で予め定められたパタ−ンをもって、金また
はプラチナのような材料を用いて、被着される。その後
の工程はすべて上述した通りである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による検知装置の一部分を概略的に示す
斜視図である。

【図２】図１の装置の概略平面図である。

【図３】図１および図２の装置の他の構造を示す概略平
面図および概略断面図である。

【図４】本発明による装置の他の構造を示している。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 電気回路素子 ４ 金ピラー ５、６ 金リンク ７ 受熱電極 ８ 焦電フィルム ９ 支持アーム １０、１１ リブ １５ 付加電極 １７ ディスクリート・エレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブライアン ホルクロフト イギリス国バツクス、ハイ ワイコム、パ −クビユ− コ−ト31 (72)発明者 ステフアン デイビツド エイチエン イギリス国ミドルセツクス、ヘイズ、ウイ ロ−トウリ− レ−ン29

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】一方の主表面上に相互接続された電極のア
   レイを有しかつ他方の主表面上にデスクリ−ト電極のア
   レイを有していて焦電検知器エレメントのアレイを形成
   している焦電層と、この焦電層を支持しかつ前記検知器
   エレメントと電気信号処理手段との間に電気信号を通電
   させ得る複数のピラ−を具備した熱画像形成装置におい
   て、検知器エレメント間に配置されかつ前記焦電層の前
   記一方の主表面上に形成されていて隣接した検知器エレ
   メント間の熱的クロスト−クを軽減する熱伝導性の付加
   電極のネットワ−クを具備していることを特徴とする熱
   検知装置。 【請求項２】前記付加電極が相互接続用メッシュを具備
   するようになされた請求項１の装置。 【請求項３】前記ピラ−が導電性でかつ熱導電性の材料
   よりなる請求項１または２の装置。 【請求項４】前記ピラ−が予め定められたヒ−トシンク
   温度に前記焦電検知器エレメントのアレイを維持するよ
   うになされた請求項１〜３の装置。 【請求項５】前記付加電極が前記ピラ−と少なくとも一
   部熱的に協働して実質的に前記予め定められたヒ−トシ
   ンク温度のメッシュポイントを与えるようになされてい
   る請求項４の装置。 【請求項６】前記付加電極は前記焦電検知器エレメント
   のアレイの各エレメントに接地電位のメッシュポイント
   を設けるようになされている請求項１〜５の装置。 【請求項７】前記付加電極と前記ピラ−が金属材料より
   なる請求項１〜６の装置。 【請求項８】前記金属材料が金よりなる請求項７の装
   置。 【請求項９】焦電検知器エレメントのアレイを具備した
   熱検知装置の製造方法において、（ａ）前記検知器エレ
   メントによって発生された電気信号を受信しかつその信
   号を処理するための電気回路を担持した半導体基体を準
   備し、（ｂ）その基体上に犠牲材料を被着して層を形成
   し、（ｃ）前記回路に対して所望の空間的関係をもって
   前記層に開孔を形成しかつその開孔内に一部導電性の材
   料を被着して前記回路との電気的接続を形成し、（ｄ）
   前記層の表面上にディスクリ−ト電極のアレイを被着
   し、この場合、各電極が前記電気的接続のうちの１に対
   しそして前記回路に対して電気的接点を形成するように
   なし、（ｅ）前記ディスクリ−ト電極のアレイの頂部に
   焦電材料の層を被着し、（ｆ）前記焦電材料の頂部に電
   極材料の層を被着し、（ｇ）前記電極材料の層と前記焦
   電材料の層を、前記アレイの各ディスクリ−ト電極上に
   それぞれ配置されかつそれぞれ支持部材の格子状配列に
   連結された焦電エレメント素子のアレイを形成するよう
   な形状となし、この場合、その支持部材の交差部材がそ
   れぞれ前記電気接続の上に存在するようになし、（ｈ）
   前記支持部材のうちの少なくとも幾つかの上に熱伝導性
   の付加電極を被着し、（ｉ）任意の段階で前記犠牲材料
   を除去することよりなる熱検知装置の製造方法。 【請求項１０】前記犠牲材料が銅よりなる請求項９の方
   法。