JPH09229765A - 赤外線検出器 - Google Patents

赤外線検出器

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JPH09229765A
JPH09229765A JP8041322A JP4132296A JPH09229765A JP H09229765 A JPH09229765 A JP H09229765A JP 8041322 A JP8041322 A JP 8041322A JP 4132296 A JP4132296 A JP 4132296A JP H09229765 A JPH09229765 A JP H09229765A
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JP
Japan
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infrared
base plate
window
terminal
detecting element
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JP8041322A
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Yasusuke Sugiura
庸介 杉浦
Yasuo Kawashima
康夫 河嶋
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロポロメータ型２次元アレイ赤外線検
出素子を搭載する低コストの赤外線検出器を得る。 【解決手段】 ベースプレート５の上に電子冷却素子２
を実装し、電子冷却素子２の上に赤外線検出素子１を実
装する構造とし、端面が赤外線素子１の近傍に位置する
ようにしたセラミックス気密端子９と、赤外線検出素子
１と気密端子９間を配線するワイヤボンディング８と、
気密端子９を装着した金属材料からなるベースプレート
５と、赤外線を透過するウインドウ６と、ウインドウ６
を装着する金属材料からなるキャップ１１と、ベースプ
レート５とキャップ１１を溶接封止する構造と、真空中
への放出ガスを吸着するゲッタ１０と、真空排気用のチ
ップ管７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばマイクロ
ボロメータ型２次元アレイ赤外線検出素子のような、極
低温に冷却することなく性能を発揮する非冷却型赤外線
検出素子を搭載す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。図において１は、例えばボロメータ型赤外線
検出素子をアレイ状に配置した赤外線検出素子、２は前
記赤外線検出素子１の温度を所定の温度にするためのペ
ルチェ効果を利用した電子冷却素子、３は前記赤外線検
出素子１の出力信号及び前記赤外線検出素子１の駆動信
号の外部とのインターフェースとなる端子、４は容器の
内部と外部を電気的に接続する経路を設けるために積層
セラミックス、パターン、スルーホールで構成されるセ
ラミックス構造部、５は前記電子冷却素子２及び前記セ
ラミックス構造部４を支えるベースプレート、６は赤外
線を透過するウインドウ、７は容器内部を真空に排気す
るためのチップ管であり、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。前記積層セラミ
ックス構造４の製造は次のように行う。決められた厚さ
のセラミックスシートに金属ペースト等を用いてスクリ
ーン印刷した後焼結しパターンを成形する。パターンを
成形したセラミックスシート、パターンと垂直方向に貫
通穴を開け金属ペースト等の導体を充填したセラミック
スシート及び厚さ方向の寸法を増すためのセラミックス
シートを複数枚位置合わせし、積層加圧後、還元雰囲気
炉で焼結成形する。焼結成形後に機械加工を行い、前記
端子３、前記ベースプレート５をロウ付け接合する。
【０００３】ボロメータ型赤外線検出素子は、素子１に
入力した赤外線エネルギによる温度変化を素子１の抵抗
値の変化として検出する構造となっており、高い温度分
解能を得るためには、入力した赤外線エネルギが周囲に
拡散しないように容器の内部を真空に保つ必要があり、
各接合部は真空気密構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような赤外線検
出容器では、積層セラミックス構造の製造に多くの工程
を費やし、また完成したセラミックス構造部４の上に端
子３をロウ付け接合する工程も必要であり、製造コスト
が高いという問題があった。
【０００５】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、製造コストを低減した赤外線検出
器を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明の赤外線検出
器は、ベースプレートの上に電子冷却素子を実装し、前
記電子冷却素子の上に赤外線検出素子を実装する構造を
有し、端面が前記赤外線素子の近傍に位置するようにし
たセラミックス気密端子と、赤外線検出素子と前記気密
端子間を配線するワイヤボンディングと、気密端子を装
着した金属材料からなるベースプレートと、赤外線を透
過するウインドウと、このウインドウを装着する金属材
料からなるキャップと、前記ベースプレートとキャップ
を溶接封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着する
ゲッタと、真空排気用のチップ管を備える。
【０００７】第２の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、前記電子冷却素子の
上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記
赤外線検出素子の近傍に位置するようにしたセラミック
ス気密端子と、前記赤外線検出素子と前記気密端子間を
配線するワイヤボンディングと、気密端子を装着した銅
タングステン合金からなるベースプレートと、前記ベー
スプレートにロウ付けされたコバールからなるリング
と、赤外線を透過するウインドウと、ウインドウを装着
するコバールからなるキャップと、ベースプレートとキ
ャップを溶接封止する構造と、真空中への放出ガスを吸
着するゲッタと、真空排気用のチップ管を備える。
【０００８】第３の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、電子冷却素子の上に
赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記赤外
線検出素子の近傍に位置するようにしたセラミックス気
密端子と、前記赤外線検出素子と前記気密端子間を配線
するワイヤボンディングと、気密端子を装着した金属材
料からなるベースプレートと、赤外線を透過するウイン
ドウと、このウインドウを装着する金属材料からなるキ
ャップと、前記ベースプレートとキャップを半田で接合
し封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着するゲッ
タと真空排気用のチップ管を備える。
【０００９】第４の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、前記電子冷却素子の
上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記
赤外線検出素子の近傍に位置するようにしたセラミック
ス気密端子と、前記赤外線検出素子と前記気密端子間を
配線するワイヤボンディングと、気密端子を装着した金
属材料からなるベースプレートと、赤外線を透過するウ
インドウと、ウインドウを、前記ベースプレートの壁の
端面に半田で接合し封止する構造と、真空中への放出ガ
スを吸着するゲッタと真空排気用のチップ管を備える。
【００１０】第５の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、前記電子冷却素子の
上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記
赤外線検出素子の近傍に位置するようにしたガラスハー
メチック端子と、前記赤外線検出素子と前記気密端子間
を配線するワイヤボンディングと、前記ガラスハーメチ
ック端子を装着した金属材料からなるベースプレート
と、赤外線を透過するウインドウと、前記ウインドウを
装着する金属材料からなるキャップと、前記ベースプレ
ートと前記キャップを封止する構造と、真空中への放出
ガスを吸着するゲッタと、真空排気用のチップ管を備え
る。
【００１１】第６の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、前記電子冷却素子の
上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記
赤外線検出素子の近傍に位置するようにした内部と外部
を貫通する貫通端子と、前記赤外線検出素子と気密端子
間を配線するワイヤボンディングと、気密端子をロウ付
けして気密接合したセラミックスからなるベースプレー
トと、前記電子冷却素子からの熱を放熱するための放熱
プレートと、赤外線を透過するウインドウと、前記ウイ
ンドウを装着する金属材料からなるキャップと、前記ベ
ースプレートとキャップを封止する構造と、真空中への
放出ガスを吸着するゲッタと、真空排気用のチップ管を
備える。
【００１２】第７の発明の赤外線検出器は、ベースプレ
ートの上に電子冷却素子を実装し、前記電子冷却素子の
上に赤外線検出素子を実装する構造を有し、端面が前記
赤外線検出素子の近傍に位置するようにした内部に配置
する内部金属端子と、外部に配置する外部金属端子と、
前記赤外線検出素子と気密端子間を配線するワイヤボン
ディングと、内部金属端子と外部金属端子をロウ付け接
合したセラミックスからなるベースプレートと、赤外線
を透過するウインドウと、このウインドウを装着する金
属材料からなるキャップと、前記ベースプレートとキャ
ップを封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着する
ゲッタと、真空排気用のチップ管を備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す図
であり、図において１は例えばマイクロボロメータ型赤
外線検出素子を２次元アレイ状に配置した非冷却型赤外
線検出素子、２は前記赤外線検出素子の温度を所定の温
度にするためのペルチェ効果を利用した電子冷却素子、
９は端面が前記赤外線検出素子の近傍に位置するように
し気密部にセラミックスを使用した気密端子、５は前記
気密端子を装着した金属材料からなるベースプレート、
８は赤外線検出素子と気密端子を配線するワイヤボンデ
ィング、６は赤外線を透過するウインドウ、１１は前記
ウインドウを装着する金属材料からなるキャップ、１０
は真空中への放出ガスを吸着するゲッタ、７は真空排気
用のチップ管である。
【００１４】前記電子冷却素子２は前記ベースプレート
５の上に接着もしくは半田で接合され、前記赤外線検出
素子１は前記電子冷却素子２の上に接着もしくは半田で
接合する。前記赤外線検出素子１と前記気密端子９の配
線は例えばアルミニウムワイヤボンディングで行う。前
記ウインドウ６は例えば低融点ガラスを使用し前記キャ
ップ１１に気密接合される。前記キャップ１１は、前記
ベースプレート５に溶接で気密接合する。容器内は、前
記チップ管７を真空排気装置に接続し、真空排気するこ
とにより真空にすることができ、真空に排気した後、前
記チップ管７をつぶして封じる構造となっている。前記
ゲッタ１０は、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、通電加熱し表面を活性化する
ことにより容器内に材料から放出されるガスを吸着し、
真空の劣化を防止する。前記気密端子９は、貫通穴を有
し穴の周囲にメタライズを施したセラミックス部品と、
セラミックス部品の貫通穴に通り穴の周囲に密着するよ
うなツバを有する金属端子を同時にロウ付け接合するこ
とにより得ることができ、工程数の多い積層セラミック
ス構造の製造工程は必要としない。
【００１５】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示す図であり、図において１，２，６〜１０は発
明の実施の形態１と同じ機能を有している。５は銅タン
グステン合金からなるベースプレート、１１は前記ウイ
ンドウを装着するコバールからなるキャップ、１２は前
記ベースプレートにロウ付け接合したコバールからなる
リングである。
【００１６】前記ベースプレートの材質である銅タング
ステン合金の熱伝導率は１８９ｗ／ｍＫであり、コバー
ルの熱伝導率１７ｗ／ｍＫと比較して大きく、前記電子
冷却素子で発熱した熱を放熱するのに有利である。前記
ウインドウにゲルマニウムを使用した場合、前記ウイン
ドウを前記キャップに接合するときに熱膨張係数の差に
より発生する熱応力でウインドウが割れることを防止す
るためにゲルマニウムと熱膨張係数が近いコバール材を
前記キャップの材質として用いる必要がある。前記リン
グはコバールからなるので、前記キャップと前記リング
は同一材質であり、溶接接合性は良く、気密接合でき
る。
【００１７】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示す図であり、図において１〜１１は発明の実施
の形態１と同じ機能を有している。
【００１８】前記キャップは下端に、前記ベースプレー
トと半田付接合できるようにフランジを設けてあり、前
記ベースプレートと半田で接合し封止する。半田接合時
には、接合部を全周均等に加熱して接合するので、ウイ
ンドウ接合部に不均一な熱応力がかからず、接合時にウ
インドウが破損しにくい。
【００１９】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示す図であり、図において１〜１０は発明の実施
の形態１と同じ機能を有している。
【００２０】前記ベースプレートは、実施の形態１に示
すウインドウを接合するキャップ部分を、ベースプレー
トと一体化した構造を有しており、前記ウインドウ６を
前記ベースプレート５の上部に半田で接合し封止する。
これより、接合工程及び部品が削減できる。上記半田接
合を、真空雰囲気中で行えば前記チップ管７を使用して
真空排気する必要もなくなり、チップ管７も削減するこ
とができる。
【００２１】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５を示す図であり、図において１〜８，１０，１１は
発明の実施の形態１と同じ機能を有している。１７は端
面が前記赤外線検出素子の近傍に位置するようにしたガ
ラスハーメチック端子である。
【００２２】前記ガラスハーメチック端子１７は、前記
ベースプレート５の貫通穴部にリング状に成形した低融
点ガラスの粉末体と金属端子を挿入し、全体を加熱して
低融点ガラスを溶融して封着することで得ることがで
き、工程数の多い積層セラミックス構造の製造工程は必
要としない。セラミックスを使用した気密端子と比較し
て低いコストで製造できる。
【００２３】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６を示す図であり、図において１，２，６〜８，１
０，１１は発明の実施の形態１と同じ機能を有してい
る。２０はセラミックスからなるセラミックスベースプ
レート、１９は銅タングステン合金からなり前記ベース
プレート２０にロウ付けで接合する放熱プレート、２１
はコバールからなる内部と外部を貫通する貫通端子であ
る。
【００２４】前記電子冷却素子２は前記プレート１９に
接着又は半田付けで固定され、前記電子冷却素子２の発
熱した熱は図示されていないヒートシンク又は放熱フィ
ンに接合された前記放熱プレート１９を介して容器の外
へ放熱される。前記貫通端子２１は、前記セラミックス
ベースプレート２０の貫通穴の周囲にメタライズを施し
ておき、穴の周囲に密着するようなツバを有する金属端
子をロウ付け接合することにより得ることができ、工程
数の多い積層セラミックス構造の製造工程は必要としな
い。セラミックスを使用した気密端子と比較して低いコ
ストで製造できる。
【００２５】実施の形態７．図７はこの発明の実施の形
態７を示す図であり、図において１，２，６〜８，１
０，１１はこの発明の実施の形態１と同じ機能を有して
いる。２２は積層セラミックス、スルーホール、パター
ンからなるセラミックスベースプレート、２３は前記セ
ラミックスベースプレート２２の内面のパターン又はス
ルーホール上にロウ付接合したコバールからなる内部金
属端子、２４は前記セラミックベースプレート２２の外
面のパターン又はスルーホール上にロウ付接合したコバ
ールからなる外部金属端子である。
【００２６】前記セラミックスベースプレート２２は、
アルミナ又は窒化アルミからなり、前記電子冷却素子２
からの発熱が大きい場合は、発明の実施の形態６に示し
た放熱プレートを装着する構造にすることもできる。前
記セラミックスベースプレート２２は、パターンとスル
ーホールの位置を変えることにより、前記内部金属端子
２３と前記外部金属端子２４の位置をずらすことができ
るので、端子の間隔を小さくすることができ高密度の実
装可能である。また前記内部金属端子２３をワイヤボン
ディングによる配線をしやすいように前記赤外線検出素
子１の近くに配置し、前記外部金属端子２４は図示され
ていない基板のソケットの位置に合わせた配置とするこ
とができる。前記セラミックスベースプレート２２は、
前記内部金属端子２３と前記内部金属端子２４の位置が
同じ場合、前記セラミックスベースプレートにはパター
ンが必要でないため、パターン成形の工程は必要なく少
ない工程で製作できる。セラミック部の厚さも比較的薄
いので積層するセラミックスシートの枚数も少なく低コ
ストで製造できる。
【００２７】
【発明の効果】第１の発明によれば、積層セラミックス
構造を用いず少ない工程で製造できる低コストの赤外線
検出器を得ることができる効果がある。
【００２８】第２の発明によれば、積層セラミックス構
造を用いず少ない工程で製造でき、電子冷却素子で発生
する熱の放熱性がよい赤外線検出器を得ることができる
効果がある。
【００２９】第３の発明によれば、積層セラミックス構
造を用いず少ない工程で製造でき、製造時にウインドウ
が破壊しにくい構造を有する赤外線検出器を得ることが
できる効果がある。
【００３０】第４の発明によれば、積層セラミックス構
造を用いず少ない工程で製造でき、気密接合工程も少な
くできる低コストの赤外線検出器を得ることができる効
果がある。
【００３１】第５の発明によれば、セラミックス構造を
用いず製造できる低コストの赤外線検出器を得ることが
できる効果がある。
【００３２】第６の発明によれば、積層セラミックス構
造を用いず少ない工程で製造できる低コストの赤外線検
出器を得ることができる効果がある。
【００３３】第７の発明によれば、比較的少ない工程で
製作できる低コストの積層セラミックス構造で製造で
き、端子の実装密度を上げた小型の赤外線検出器を得る
ことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による赤外線検出器の実施の形態１
を示す図である。
【図２】 この発明による赤外線検出器の実施の形態２
を示す図である。
【図３】 この発明による赤外線検出器の実施の形態３
を示す図である。
【図４】 この発明による赤外線検出器の実施の形態４
を示す図である。
【図５】 この発明による赤外線検出器の実施の形態５
を示す図である。
【図６】 この発明による赤外線検出器の実施の形態６
を示す図である。
【図７】 この発明による赤外線検出器の実施の形態７
を示す図である。
【図８】 従来の赤外線検出器を示す図である。
【符号の説明】
１ 赤外線検出素子、２ 電子冷却素子、３ 端子、４
セラミックス構造部、５ ベースプレート、６ ウイ
ンドウ、７ チップ管、８ ワイヤボンディング、９
気密端子、１０ ゲッタ、１１ キャップ、１２ リン
グ、１７ ガラスハーメチック端子、１８ 半田接合チ
ップ管、１９ 放熱プレート、２０ セラミックスベー
スプレート、２１ 貫通端子、２２ 積層セラミックス
ベースプレート、２３ 内部金属端子、２４ 外部金属
端子。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、セラミックス気密端子と、前記赤外線
    検出素子と前記気密端子間を配線するワイヤボンディン
    グと、前記気密端子を装着した金属材料からなるベース
    プレートと、赤外線を透過するウインドウと、前記ウイ
    ンドウを装着する金属材料からなるキャップと、前記ベ
    ースプレートと前記キャップを溶接封止する構造と、真
    空中への放出ガスを吸着するゲッタと、真空排気用のチ
    ップ管とを備えたことを特徴とする赤外線検出器。
  2. 【請求項２】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、セラミックス気密端子と、前記赤外線
    検出素子と前記気密端子間を配線するワイヤボンディン
    グと、前記気密端子を装着した銅タングステン合金から
    なるベースプレートと、前記ベースプレートにロウ付け
    されたコバールからなるリングと、赤外線を透過するウ
    インドウと、前記ウインドウを装着するコバールからな
    るキャップと、前記ベースプレートと前記キャップを溶
    接封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着するゲッ
    タと、真空排気用のチップ管とを備えたことを特徴とす
    る赤外線検出器。
  3. 【請求項３】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、セラミックス気密端子と、前記赤外線
    検出素子と前記気密端子間を配線するワイヤボンディン
    グと、前記気密端子を装着した金属材料からなるベース
    プレートと、赤外線を透過するウインドウと、前記ウイ
    ンドウを装着する金属材料からなるキャップと、前記ベ
    ースプレートと前記キャップを半田で接合し封止する構
    造と、真空中への放出ガスを吸着するゲッタと真空排気
    用のチップ管とを備えたことを特徴とする赤外線検出
    器。
  4. 【請求項４】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、セラミックス気密端子と、前記赤外線
    検出素子と前記気密端子間を配線するワイヤボンディン
    グと、前記気密端子を装着した金属材料からなるベース
    プレートと、赤外線を透過するウインドウと、前記ウイ
    ンドウを、前記ベースプレートに半田で接合し封止する
    構造と、真空中への放出ガスを吸着するゲッタと真空排
    気用のチップ管とを備えたことを特徴とする赤外線検出
    器。
  5. 【請求項５】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、ガラスハーメチック端子と、前記赤外
    線検出素子と前記ガラスハーメチック端子間を配線する
    ワイヤボンディングと、前記ガラスハーメチック端子を
    装着した金属材料からなるベースプレートと、赤外線を
    透過するウインドウと、前記ウインドウを装着する金属
    材料からなるキャップと、前記ベースプレートと前記キ
    ャップを封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着す
    るゲッタと、真空排気用のチップ管とを備えたことを特
    徴とする赤外線検出器。
  6. 【請求項６】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、内部と外部を貫通する貫通端子と、前
    記赤外線検出素子と前記貫通端子間を配線するワイヤボ
    ンディングと、前記貫通端子をロウ付けして気密接合し
    たセラミックスからなるベースプレートと、前記冷却素
    子からの熱を放熱するための放熱プレートと、赤外線を
    透過するウインドウと、前記ウインドウを装着する金属
    材料からなるキャップと、前記ベースプレートと前記キ
    ャップを封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着す
    るゲッタと、真空排気用のチップ管とを備えたことを特
    徴とする赤外線検出器。
  7. 【請求項７】 赤外線を検出する非冷却型赤外線検出素
    子と、前記赤外線検出素子の温度を所定の温度にするた
    めの冷却素子と、内部に配置する内部金属端子と、外部
    に配置する外部金属端子と、前記赤外線検出素子と前記
    内部金属端子間を配線するワイヤボンディングと、前記
    内部金属端子と前記外部金属端子をロウ付け接合したセ
    ラミックスからなるベースプレートと、赤外線を透過す
    るウインドウと、前記ウインドウを装着する金属材料か
    らなるキャップと、前記ベースプレートと前記キャップ
    を封止する構造と、真空中への放出ガスを吸着するゲッ
    タと、真空排気用のチップ管とを備えたことを特徴とす
    る赤外線検出器。
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