JPH07243909A - 赤外線検出器における窓材およびその接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長期にわたって良好な気密性を維持すること
ができるとともに、任意の視野を自在に確保できる赤外
線検出器における窓材およびその接合方法を提供するこ
と。 【構成】 赤外線透過性の窓材５の断面部分にハンダ可
能な金属層８を形成する一方、容器２における窓材５の
接合予定部分１１をハンダ可能な表面状態とし、窓材５
を接合予定部分１１にハンダ１２を用いて接合するとと
もに、窓材５の平面部分に光透過部１４となる部分を残
してハンダ可能な金属層９を形成し、この金属層９の表
面にハンダ１３を施すようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人体などから発せら
れる赤外線を検出する例えば焦電型赤外線検出器などの
赤外線検出器における窓材およびその接合方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の焦電型赤外線検出器を示
し、この図において、３１は下方が開放した筒状の金属
製容器で、その上面部３２のほぼ中央には開口部３３が
形成されている。３４は開口部３３を容器３１の上方か
ら閉塞するように設けられた赤外線透過性の窓材で、例
えば赤外透過性の母材の両面に光学フィルタとして波長
選択性多層膜を形成してなるもので、その周側面のほぼ
全体と開口部３３の周辺部とを、絶縁性樹脂接着剤３５
を用いて上面部３２の上方から容器３１に接合されてい
る。３６は補助的に設けられる樹脂接着剤である。

【０００３】３７は窓材３４に対して受光部電極３８，
３９を臨ませるようにして容器３１内に収容されたデュ
アルタイプの赤外線検出素子である。この赤外線検出素
子３７は、スペーサ４０を介して回路基板４１上に設け
られている。そして、回路基板４１の下面側にはＦＥＴ
４２や高抵抗４３などからなる回路が設けられていると
ともに、複数のリードピン４４が突設されている。これ
らのリードピン４４は、容器３１の下部開放部を閉塞す
るステム４５を貫通して容器３１の外部に延設されてい
る。

【０００４】このように構成された焦電型赤外線検出器
においては、例えば人体から発せられた赤外線が窓材３
４を通過して赤外線検出素子３７の受光部電極３８，３
９に入射すると、リードピン４４からは所定の信号が出
力される。そして、上記従来の赤外線検出器において
は、窓材３４の母材としてシリコン、ゲルマニウムなど
の半導体を用いるとともに、窓材３４と容器３１との接
合に用いる樹脂接着剤３６に銀、銅などの金属フィラー
を分散混入させれば窓材３４と容器３１との間を導通さ
せることができ、好都合である。

【０００５】ところで、近時、図６に示すように、一方
の受光部電極３８にのみ臨むようにして開口部４６を容
器３１の上面部３２に偏らせて形成し、この開口部４６
を閉塞するように窓材３４を銀ロー付けによって取り付
けた焦電型赤外線検出器がある。このように構成された
焦電型赤外線検出器においては、赤外線を受光しない受
光部電極３９が温度補償電極として機能するので、温度
影響を除去した精度のよい検出を行うことができる。

【０００６】また、図示はしないが、上記いずれの焦電
型赤外線検出器においても、容器における開口部の形状
は、検出目的によって円形や矩形などにしたり、開口部
の大きさを最適視野角が得られるように構成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、焦
電型赤外線検出器においては、容器３１内の回路のイン
ピーダンスが例えば１０¹¹Ωというように極めて大きい
ところから、温度や湿度などの環境の変化に対して、容
器３１内の気密性を維持する必要がある。しかしなが
ら、上述のように、容器３１の所定の箇所への窓材３４
の接着を樹脂接着剤３５，３６によって行った図５に示
した従来の焦電型赤外線検出器においては、過酷な環境
の下における試験では、外気や水分が透過するなどして
容器３１内に侵入するのを回避することができず、この
ため、内部回路における絶縁性が低下せざるを得ず、信
頼性に限界があった。

【０００８】また、容器３１の加工は、一般に金型成形
によって行われるが、図６に示した焦電型赤外線検出器
のように、容器３１における開口部４６の開口位置を変
えたり、大きさや形状を変えたりする場合、それに応じ
た金型を用意する必要があるとともに、窓材３４などの
形状も開口４６に合わせて変更したり、それに見合うも
のを用意しなければならず、それだけコストが嵩むとい
った問題があった。

【０００９】上述の問題は、焦電型赤外線検出器のみな
らず、容器３１内に熱電堆型赤外線検出素子を収容した
熱電堆型赤外線検出器やその他の赤外線検出器において
も同様に生じているところである。

【００１０】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、長期にわたって良好な気密性を維持すること
ができるとともに、任意の視野を自在に確保できる赤外
線検出器における窓材およびその接合方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の赤外線検出器における窓材は、赤外線透
過性材料よりなる窓材の断面部分にハンダ可能な金属層
を形成する一方、赤外線検出素子を収容した容器におけ
る窓材の接合予定部分をハンダ可能な表面状態とし、窓
材を前記接合予定部分にハンダを用いて接合するととも
に、窓材の平面部分に光透過部となる部分を残してハン
ダ可能な金属層を形成し、この金属層の表面にハンダを
施したことを特徴としている。

【００１２】そして、この発明においては、赤外線透過
性材料よりなる窓材を、赤外線検出素子を収容した容器
に形成された開口部に対して接合する赤外線検出器にお
ける窓材の接合方法において、前記窓材の断面部分にハ
ンダ可能な金属層を形成する一方、前記容器における窓
材の接合予定部分をハンダ可能な表面状態とし、窓材を
前記接合予定部分にハンダを用いて接合するとともに、
窓材の平面部分に光透過部となる部分を残してハンダ可
能な金属層を形成し、この金属層の表面にハンダを施す
ようにしている。

【００１３】

【作用】上記赤外線検出器における窓材およびその接合
方法によれば、窓材の断面部分にハンダ可能な金属層を
形成する一方、容器における窓材の接合予定部分をハン
ダ可能な表面状態とし、窓材を接合予定部分にハンダを
用いて接合するようにしているので、容器の気密性が向
上するとともに、窓材と容器との電気的な結合が確実に
行われるので、電磁気に対するシールドが良好に行われ
る。

【００１４】また、窓材の平面部分に光透過部分となる
部分を残してハンダ可能な金属層を形成し、この金属層
の表面にハンダを施すようにしているので、光透過部分
の形状や形成位置を任意にしかも容易に設定できる。し
たがって、容器や窓材をそれぞれ共通化でき、これらを
複数種類用意する必要がなくなり、開発・設計の効率化
が図れ、赤外線検出器の製造コストを大幅に低減でき
る。

【００１５】

【実施例】図１〜図３は、この発明の一実施例を示し、
図１および図２において、１は焦電型赤外線検出器で、
次のように構成されている。すなわち、図１において、
２は鉄やニッケルあるいはコバールなどの金属よりなる
下部側が開放された筒状の容器で、その上面部３のほぼ
中央には開口部４が形成されている。

【００１６】５は開口部４を閉塞するように設けられる
赤外線透過性の窓材で、図３に示すように、シリコン、
ゲルマニウムなどの半導体を母材６とし、この母材６の
両面に波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂを形成してなり、そ
の上面が容器２の上面部３の表面と同じ高さ（面一）と
なるように設けられている。そして、この窓材５におけ
る母材６の上下両面に形成される波長選択性多層膜７
Ａ，７Ｂによって挟まれる断面部分の全周にハンダ可能
な金属層８が形成されるとともに、下側の波長選択性多
層膜７Ｂの光透過部となる部分１４（後述する）を除く
表面（下面）には、図２に示すように、ハンダ可能な金
属層９が形成されている。

【００１７】１０はハンダ部で、ハンダ可能な表面状態
に表面処理が施された容器２の接合予定部分１１と窓材
５の前記金属層８，９とにわたって施されている。以
下、このハンダ部１０のうち、窓材５を容器２に接合す
るハンダ部を符号１２で表し、金属層９の表面に施さ
れ、遮光部として機能するハンダ部を符号１３で示す。
したがって、前記窓材５においては、ハンダ部１３以外
の部分１４が光透過部として機能し、この光透過部１４
を通してのみ、赤外線が容器２内部に到達する。

【００１８】１５は窓材５に対して受光部電極１６，１
７を臨ませ、かつ、一方の受光部電極１６のみを前記窓
材５の光透過部１４に臨ませるようにして容器２内に収
容された赤外線検出素子で、例えばＰＺＴ（チタン酸ジ
ルコン酸鉛系セラミックス）よりなる。この赤外線検出
素子１５は、スペーサ１８を介してセラミックスなどよ
りなる回路基板１９上に設けられている。そして、回路
基板１９の下面側にはＦＥＴ２０や高抵抗２１などから
なる回路が設けられているとともに、複数のリードピン
２２が突設されている。これらのリードピン２２は、容
器２の下部開放側を閉塞するステム２３を貫通して容器
２の外部に延設されている。

【００１９】次に、窓材５の製作手順および窓材５の容
器１への接合手順の一例について説明する。

【００２０】窓材５の母材６は、シリコン（Ｓｉ）また
はゲルマニウム（Ｇｅ）のような半導体よりなり、例え
ば直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚さ０．３８ｍｍ
のウェハ状態に切り出すことにより形成される。

【００２１】公知の蒸着法を用いて、前記ウェハの両面
に例えば高屈折率物質としてのＧｅと低屈折率物質とし
ての硫化亜鉛（ＺｎＳ）とを数１０層重畳する。これに
よって、ウェハの表面に波長選択性多層膜が形成され、
光学フィルタが得られる。この場合、波長選択性多層膜
における光学膜厚や蒸着層数を適宜設定することによ
り、所望の波長選択性を有する光学フィルタが得られる
ことは言うまでもない。

【００２２】波長選択性多層膜が形成されたウェハ（光
学フィルタ）を、ダイヤモンドよりなる回転刃を高速回
転させて切断することにより、数ｍｍ角のペレット、す
なわち、窓材５に形成する。この小片形状に切断された
窓材５は、図２に示すように、母材６の上下両面が波長
選択性多層膜７Ａ，７Ｂに挟まれた所謂サンドウィッチ
形状を呈している。

【００２３】そして、前記窓材５においては、母材６の
露出している断面部分および波長選択性多層膜７Ａ，７
Ｂは、そのままの状態ではハンダに対する濡れ性がな
い。そこで、この実施例においては、窓材５に適宜の防
着マスクを施して、前記断面部分および波長選択性多層
膜７Ｂにメッキまたはスパッタリング、蒸着などの薄膜
形成技術によって表面処理を行い、金属層８，９を形成
するのである。

【００２４】前記メッキによる表面処理としては、例え
ばニッケル−リン系、ニッケル−ホウ素系、パラジウム
−リン系のものが金属層８，９の付着強度が強く安定し
ている。そして、ハンダに対する濡れ性を一層向上させ
るには、前記いずれかによるメッキ後、金メッキで仕上
げるのもよい。

【００２５】また、前記スパッタリングによって表面処
理を行う場合、例えばニッケル、クローム、銅、金など
の金属をスパッタリングによって単層膜または多層膜と
して組み合わせることにより、ハンダに対して濡れ性の
良好な金属層８，９を得ることができる。

【００２６】なお、上記メッキまたはスパッタリングに
よる表面処理で用いる素材またはその組合せは、上記し
たものに限られるものではなく、要するに、少なくとも
前記母材６の露出している断面部分および波長選択性多
層膜７Ｂの光透過部１４を除く部分に、ハンダに対する
濡れ性が優れた金属層８，９が形成されておればよい。
上述のように、窓材５に適宜の防着マスクを施して表面
処理を行うことにより、図２に示すように、形状並びに
大きさが異なる光透過部１４を、窓材５の任意の位置に
形成することができる。

【００２７】一方、前記窓材５が接合される容器２は、
これをハンダに対する濡れ性の良好な金属素材（例えば
ニッケル、コバールなど）をプレス加工によって成形す
るのが好ましいが、ハンダに対する濡れ性が不十分な金
属素材（例えば鉄など）を用いてもよい。どちらの場合
も、少なくとも窓材５の接合予定部分１１については、
ハンダ可能な表面状態に表面処理が施されてあればよ
い。この表面処理についても、上記窓材５の表面処理に
適用されるメッキまたはスパッタリングを同様に採用す
ればよい。なお、接合予定部分１１の表面処理は、ハン
ダ部分１２に対応する部分のみを部分的に行ってもよい
が、容器２の表裏全面を一括して表面処理するようにし
てもよい。

【００２８】上述のようにして形成された窓材５は、容
器２の上面に開設された開口部４を囲む上面部３と同じ
高さ（面一）となるように設けられる。容器２の接合予
定部分１１および窓材５の金属層９に、例えば錫−鉛系
のハンダを熱溶融させることによって、窓材５を容器１
に接合するのである。この場合、前記窓材５の表面処理
において用いた防着マスクまたはこれと同様の防着マス
クを用い、光透過部１４にハンダが施されないようにす
る。そして、このとき使用するハンダとしては、ペース
ト状のクリームハンダ、糸状ハンダ、ペレット状の固形
ハンダなどがある。また、前記錫−鉛系のハンダの他、
銀を適宜混入したハンダを用いてもよいことは言うまで
もない。

【００２９】上述のように構成された焦電型赤外線検出
器においては、窓材５と容器２とがハンダ部１２および
ハンダ部１３の一部によって接合されるが、窓材５には
濡れ性のよい金属層８，９が形成され、また、容器２の
接合予定部分１１には金属層８，９と同様の表面処理が
施されているので、窓材５とハンダ部分１２，１３との
接合面積が大きく、したがって、従来の焦電型赤外線検
出器に比べて、窓材５と容器２とが強固かつ確実に接合
される。そのため、容器２の気密性が大幅に向上すると
ともに、ハンダ部分１２，１３を介して窓材５の母材６
と容器２とが電気的に結合されるので、電磁気に対する
シールドが良好に行われる。

【００３０】また、前記ハンダ部１３は遮光部として機
能するが、このハンダ部１３は、窓材５の平面部分（波
長選択性多層膜７Ｂ）に形成された金属膜９の表面に形
成されるため、強固に形成され、剥離することがなく、
このハンダ部１３を除く窓材５の他の部分が光透過部１
４として形成される。

【００３１】そして、上述の実施例では、窓材５が容器
２の開口部４内に収まるように設けられているので、検
出器本来の視野角を損なうことがないといった利点があ
る。

【００３２】この発明は、上述の実施例に限られるもの
ではなく、種々に変形して実施することができる。例え
ば図４は、窓材５を容器２の内側に設けた例を示してお
り、窓材５の上側の波長選択性多層膜７Ａの周辺部にも
金属膜８，９と同様の金属膜２４を設けている。

【００３３】なお、この発明は、母材６の片面にのみ波
長選択性多層膜が形成された窓材５や他の赤外線透過性
の窓材にも同様に適用できることは言うまでもない。ま
た、この発明は、容器２内に熱電堆型赤外線検出素子を
収容した熱電堆型赤外線検出器やその他の赤外線検出器
にも適用できることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の赤外線
検出器における窓材によれば、ハンダと窓材との接合面
積が大きく、したがって、従来の赤外線検出器に比べ
て、窓材と容器とが強固かつ確実に接合される。そのた
め、赤外線検出器の容器の気密性が大幅に向上するとと
もに、ハンダ部分を介して窓材の母材と容器とが電気的
に結合されるので、電磁気に対するシールド性が向上す
る。したがって、長期間にわたって安定に動作する赤外
線検出器を得ることができる。

【００３５】そして、この発明の赤外線検出器における
窓材の接合方法によれば、窓材の平面部分に光透過部分
となる部分を残してハンダ可能な金属層を形成し、この
金属層の表面にハンダを施すようにしているので、光透
過部分の形状や形成位置を任意にしかも容易に設定でき
る。したがって、容器や窓材をそれぞれ共通化でき、こ
れらを複数種類用意する必要がなくなり、部品の共通化
および開発・設計の効率化が図れ、赤外線検出器の製造
コストを大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る焦電型赤外線検出器
の一例を示す断面図である。

【図２】前記焦電型赤外線検出器において用いる容器お
よび窓材の例を示す斜視図である。

【図３】窓材の取付け態様を示す要部拡大断面図であ
る。

【図４】窓材の他の取付け態様を示す要部拡大断面図で
ある。

【図５】従来の焦電型赤外線検出器を示す断面図であ
る。

【図６】従来の焦電型赤外線検出器の他の例を示す要部
断面図である。

【符号の説明】

１…赤外線検出器、２…容器、４…開口部、５…窓材、
８，９…金属層、１０，１２，１３…ハンダ部、１１…
接合予定部分、１４…光透過部、１５…赤外線検出素
子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線透過性材料よりなる窓材の断面部
   分にハンダ可能な金属層を形成する一方、赤外線検出素
   子を収容した容器における窓材の接合予定部分をハンダ
   可能な表面状態とし、窓材を前記接合予定部分にハンダ
   を用いて接合するとともに、窓材の平面部分に光透過部
   となる部分を残してハンダ可能な金属層を形成し、この
   金属層の表面にハンダを施したことを特徴とする赤外線
   検出器における窓材。
2. 【請求項２】 赤外線透過性材料よりなる窓材を、赤外
   線検出素子を収容した容器に形成された開口部に対して
   接合する赤外線検出器における窓材の接合方法におい
   て、前記窓材の断面部分にハンダ可能な金属層を形成す
   る一方、前記容器における窓材の接合予定部分をハンダ
   可能な表面状態とし、窓材を前記接合予定部分にハンダ
   を用いて接合するとともに、窓材の平面部分に光透過部
   となる部分を残してハンダ可能な金属層を形成し、この
   金属層の表面にハンダを施すようにしたことを特徴とす
   る赤外線検出器における窓材の接合方法。