JPH11211555A

JPH11211555A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH11211555A
Application number: JP3363198A
Authority: JP
Inventors: Koji Tominaga; 浩二富永; Kazutaka Okamoto; 一隆岡本; Hideji Takada; 秀次高田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】気密性の優れた赤外線検出器を提供するこ
と。【解決手段】赤外線透過性材料よりなり、赤外線検出
素子３０を収容した容器２の開口部４の厚みＢよりも厚
みＡが大である窓材５が、前記開口部４に対して接合さ
れる赤外線検出器であって、前記窓材５の側面３０にハ
ンダ付け可能な金属層８を形成する一方、容器２におけ
る窓材接合予定部分１１をハンダ付け可能な表面状態と
し、窓材５を前記窓材接合予定部分１１にハンダを用い
て接合するとともに、窓材５の下面Ｌに光透過部１４と
なる部分を残してハンダ付け可能な金属層を形成し、こ
の金属層の表面にもハンダを施した赤外線検出器におい
て、前記窓材５の側面３０を階段状に形成して窓材５の
前記側面３０の上部分ａ₁の厚みＡ₁と容器２の開口部
４の厚みＢとの差を小さくなるようにしてある。

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、防災システムに
利用される火災感知器や防犯システムに利用される侵入
者警報器などに組み込まれる赤外線検出器に関し、特
に、赤外線透過性材料よりなる窓材が、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ハンダを用
いて接合されている赤外線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のハンダ接合は、特開平７−
２４３９０９号公報や特開平７−１５９２３４号公報に
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、赤外線検出器
の視野特性など、設計上の最適化において、赤外線透過
性材料よりなる窓材の厚みを適宜選択することがあり、
とりわけ窓材の厚みを赤外線検出素子を収容した容器の
厚みよりも非常に厚くする場合、窓材へのハンダ層の厚
みが不均一となってしまい気密性が悪いという問題があ
る。

【０００４】窓材７０が例えば角板状に形成されてお
り、その窓材７０の厚みＡが１．０ｍｍで、容器７１の
上面部７２に形成された開口部７２ａの厚みＢが０．２
ｍｍの場合、図８に示すような接合状態では、窓材７０
の厚みＡと開口部７２ａの厚みＢの差Ｄ₀（＝Ａ−Ｂ）
に相当する０．８ｍｍもの段差を、窓材７０の側面７３
において有するから、この側面７３に、ハンダ付け可能
な金属薄膜７４を介してハンダ層７５を形成しても、均
一な厚みのハンダ層を形成するのは難しかった。そし
て、気密性確認のための試験で冷熱サイクルを複数回行
った結果、ハンダ層７５の薄い部分７５ａにクラックが
生じ易く、ここから外気や水分が透過して容器７１内の
気密性が確保できない場合がある。なお、図８におい
て、７６，７７は、半導体材料の母材７８の上下両面８
０，８１に形成される波長選択性多層膜で、７９は、容
器７１の窓材接合予定部分に施されたハンダ付け可能な
金属薄膜である。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、気密性の優れた赤外線検出器を
提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、赤外線透過性材料よりなり、赤外線検
出素子を収容した容器の開口部の厚みよりも厚みが大で
ある窓材が、前記開口部に対して接合される赤外線検出
器であって、前記窓材の側面にハンダ付け可能な金属層
を形成する一方、容器における窓材接合予定部分をハン
ダ付け可能な表面状態とし、窓材を前記窓材接合予定部
分にハンダを用いて接合するとともに、窓材の下面に光
透過部となる部分を残してハンダ付け可能な金属層を形
成し、この金属層の表面にもハンダを施した赤外線検出
器において、前記窓材の側面を階段状に形成して窓材の
前記側面の上部分の厚みと容器の前記開口部の厚みとの
差を小さくなるようにしてある。この発明において、窓
材の側面の上部分の厚みとは、図２、図４および図５に
おけるＡ₁を意味する。また、この発明において、窓材
の側面の上部分の厚みと容器の開口部の厚みとの差を小
さくなるようにしてあるとは、図４に示すように、前記
差（厚みＡ₁と厚みＢの差）を略無くすこと、つまり、
前記差を略０にすることも含む。

【０００７】また、この発明は別の観点から、赤外線透
過性材料よりなり、赤外線検出素子を収容した容器の開
口部の厚みよりも厚みが大である窓材が、前記開口部に
対して接合される赤外線検出器であって、前記窓材の側
面にハンダ付け可能な金属層を形成する一方、容器にお
ける窓材接合予定部分をハンダ付け可能な表面状態と
し、窓材を前記窓材接合予定部分にハンダを用いて接合
するとともに、窓材の下面に光透過部となる部分を残し
てハンダ付け可能な金属層を形成し、この金属層の表面
にもハンダを施した赤外線検出器において、前記窓材の
側面の上部分を垂直面に形成し、この上部分に連なる下
部分を傾斜面に形成して前記上部分の厚みと容器の前記
開口部の厚みとの差を小さくなるようにしてある。この
発明において、上部分の厚みとは、図６におけるＡ₁を
意味する。また、この発明において、窓材の側面の上部
分の厚みと容器の開口部の厚みとの差を小さくなるよう
にしてあるとは、図６に示すように、前記差（厚みＡ₁
と厚みＢの差）を無くすこと、つまり、前記差を０にす
ることも含む。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を、図
面に基づいて説明する。図１〜図３は、この発明の第１
の実施形態を示し、図１〜図３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、
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。

【０００９】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ある。この窓材５の厚みＡは容器
２の上面部３に形成した前記開口部４の厚みＢよりも大
に設定してあり、この状態で、窓材５が開口部４に対し
て接合され、窓材５が容器２の開口部４内に収まってい
る。つまり、窓材５は、上面部３の厚みＢよりも分厚い
厚みＡを有しており、上面部３の厚みＢが例えば０．２
ｍｍの場合は、窓材５の厚みＡは１．０ｍｍである。

【００１０】この発明では、窓材５の側面３０を階段状
に形成して窓材５の前記側面３０の上部分（後述する垂
直面部分）ａ₁の厚みＡ₁と容器２の前記開口部４の厚
みＢとの差を小さくなるようにしている。そして、窓材
５は、下部分５ａと上部分５ｂとから構成され、窓材５
の下面Ｌが窓材５の上面Ｕよりも小面積を有するように
窓材５が形成されている。

【００１１】窓材５の側面３０は、図２に示すように、
窓材５の前記上部分５ｂおよび下部分５ａの側面部分を
構成する２つの垂直面部分ａ₁，ａ₂と、両者ａ₁，ａ
₂を結ぶ水平面部分ａ₃とからなる〔図３（Ｃ）参
照〕。なお、図３（Ｃ）は、窓材５の下面Ｌ側を斜め上
方からみた図を示す。また、前記下部分５ａの前記垂直
面部分ａ₂から長さＡ₃だけ外方に延設された状態で上
部分５ｂが形成されている。この長さＡ₃は、上部分５
ｂの下部分５ａからの突出長さである。

【００１２】前記窓材５は、シリコン、ゲルマニウムな
どの半導体を母材６とし、母材６の上下両面６ａ，６ｂ
に波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂを形成してなる。そし
て、窓材５は、その上面Ｕが容器２の上面部３の表面Ｓ
と同じ高さ（面一）となるように設けられている。この
実施形態では、窓材５は光学フィルタとして機能する。

【００１３】なお、この実施形態では、窓材５の上面Ｕ
およびこれに対する下面Ｌとは、それぞれ、波長選択性
多層膜７Ａの表面および波長選択性多層膜７Ｂの表面を
意味する。

【００１４】そして、窓材５の垂直面部分ａ₁は、波長
選択性多層膜７Ａの側面と母材６の上部分の側面を含む
一方、窓材５の垂直面部分ａ₂は、波長選択性多層膜７
Ｂの側面と母材６の下部分の側面を含む。

【００１５】更に、この実施形態では、窓材５の前記側
面３０の上部分の厚みＡ₁は、０．４ｍｍに設定されて
いる。すなわち、前記垂直面部分ａ₁における窓材５の
厚み方向の長さＡ₁は、０．４ｍｍに設定されており、
また、前記垂直面部分ａ₂における窓材５の厚み方向の
長さＡ₂は、０．６ｍｍに設定されている。一方、前記
水平面部分ａ₃における上部分５ｂの前記突出長さＡ₃
は、０．５ｍｍに設定されている。

【００１６】また、母材６の上下両面６ａ，６ｂに形成
される前記波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂによって挟まれ
る窓材５の側面３０の全周にハンダ付け可能な、例え
ば、１μｍと薄い金属層８が形成されている。すなわ
ち、薄い金属層８は、前記２つの垂直面部分ａ₁，ａ₂
と前記水平面部分ａ₃にわたり形成されている〔図３
（Ｄ）参照〕。金属層８のうち、８ａは垂直面部分ａ₁
を覆うように形成された金属層部分で、８ｂは垂直面部
分ａ₂を覆うように形成された金属層部分、また、８ｃ
は、水平面部分ａ₃を覆うように形成された金属層部分
である。

【００１７】一方、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）Ｌ
には、ハンダ付け可能な金属層９が形成されている〔図
３（Ｄ）および（Ｅ）参照〕。なお、図３（Ｄ）は、金
属層８，９が形成された窓材５の下面Ｌ側を斜め上方か
らみた図を示し、図３（Ｅ）は図３（Ｄ）の縦断面を示
す。

【００１８】１０はハンダ部で、ハンダ付け可能な表面
状態に表面処理が施された容器２の窓材接合予定部分１
１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。な
お、この実施形態では、光透過部１４は平面視円形であ
る〔図３（Ｄ）参照〕。

【００１９】以下、図１を参照しながら、容器２に収容
される赤外線検出素子３０について簡単に説明する。

【００２０】１５は例えばセラミックよりなる回路基板
で、その上面にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛系セラ
ミックス）素子などの焦電素材１６が適宜のスペーサ
（図示せず）を介して保持されている。そして、焦電素
材１６の上下両面に電極部を形成した二種類の電極、す
なわち、平面視円形の受光電極１８および一対の温度補
償用電極１９，１９が設けられている。この温度補償用
電極１９は円弧状で、２つの温度補償用電極１９，１９
は中心Ｐに対して点対称に配置されている。そして、前
記焦電素材１６、受光電極１８および温度補償用電極１
９，１９などから赤外線検出素子３０が形成されてい
る。

【００２１】そして、受光電極１８の半径ｄ₁は光透過
部１４の半径Ｄ₂より小に設定されており、光透過部１
４の方が受光電極１８よりも大きな面積を有する状態で
形成されている。また、赤外線検出器１の組み立て時に
は、光透過部１９の内側の焦電素材１６の中央部に光透
過部１４と受光電極１８の中心Ｐを一致させた状態で受
光電極１８を位置させるとともに、光透過部１４より外
側の焦電素材１６の周辺部に温度補償用電極１９，１９
を位置させている。

【００２２】すなわち、赤外線検出素子３０は、窓材５
に対して受光電極１８および温度補償用電極１９，１９
を臨ませ、かつ、受光電極１８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内に収容されてい
る。つまり、受光電極１８のみが前記光透過部１４に臨
む一方、温度補償用電極１９，１９は前記ハンダ部１３
によって遮光状態となるように構成されており、光透過
部１４を経た赤外光が受光電極１８に入射し、温度補償
用電極１９，１９には赤外線光が極力入射しないように
構成されている。

【００２３】なお、受光電極１８および温度補償用電極
１９，１９は、それらの電極が互いに逆極性（出力の極
性が互いに逆）となるように直列に接続されている。す
なわち、赤外線光Ａを受けた場合、焦電流に基づく信号
が出力されるが、周囲温度に変化が生じた場合には、赤
外線光を受光したときと同様に、受光電極１８および温
度補償用電極１９，１９の温度が変化し、これによる焦
電流が受光電極１８および温度補償用電極１９，１９に
おいてそれぞれ発生するが、上述のように、受光電極１
８と温度補償用電極１９，１９とが互いに逆極性となる
ように直列接続されているので、焦電流同士が打ち消し
合い、周囲温度の変化に対しても均衡を保ち、外乱に対
しては赤外線検出素子３０として出力することがない。
つまり、周囲温度の変化に影響されないのである。

【００２４】そして、回路基板１５の下面側にはインピ
ーダンス変換用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図
示せず）や高抵抗（図示せず）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。また、受光電極１８は前記ＦＥＴのゲート
に接続され、温度補償用電極１９，１９が前記アース端
子に接続されている。

【００２５】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。

【００２６】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１．０ｍｍの
ウェハ状態に切り出すことにより形成される。

【００２７】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。

【００２８】このように、波長選択性多層膜が形成され
た厚みＡが１．０ｍｍのウェハ（光学フィルタ）２９の
一方面に、ダイシング装置を用いて、図３（Ａ）および
図３（Ｂ）に示すように、所定幅ｍの溝３１を形成す
る。図３（Ａ）は、一方面に溝３１が形成されたウェハ
２９を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の縦断面を拡大
して示す。この場合、溝３１は所定幅の刃によって所定
深さｎまで切断される。なお、この溝３１をエッチング
処理を用いて形成してもよい。

【００２９】続いて、ウェハ２９における溝３１の間を
ダイシング装置を用いて切断することにより、側面３０
が階段状に形成された数ｍｍ角のペレット状の窓材５を
複数個得る〔図３（Ｃ）参照〕。図３（Ｃ）において、
窓材５の小面積側の下部分５ａは、例えば平面視正方形
に形成され、その一辺ｑは４ｍｍである。また、窓材５
の大面積側の上部分５ｂは、例えば平面視正方形に形成
され、その一辺Ｑは５ｍｍである。この窓材５は、図２
にも示したように、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。なお、図３（Ｂ）において、溝３１の略中央で
縦方向に引かれた一点鎖線は、切断予定の線Ｋを示す。

【００３０】そして、前記窓材５においては、母材６の
露出している側面３０、すなわち、垂直面部分ａ₁，ａ
₂および水平面部分ａ₃と、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、この実施形態においては、窓材５に適宜の
防着マスクを施して、前記側面３０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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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の露出している側面３０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および図３（Ｄ）に示すよ
うに、平面視円形の光透過部１４を、窓材５のほぼ中央
の位置に形成することができる。

【００３４】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、少なくとも窓材接合予定部分１１については、ハン
ダ付け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、窓材接合予定部分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。

【００３５】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。窓材接合予定部
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。

【００３６】上述のように構成された焦電型赤外線検出
器１においては、図２に示すように、数ｍｍ角のペレッ
ト状の窓材５の側面３０が階段状に形成されているの
で、その窓材５の厚みＡが１．０ｍｍで、容器２の上面
部３の厚みＢが０．２ｍｍの場合、窓材５と上面部３と
の間にできる大きな段差を解消できる。つまり、窓材５
の厚みＡを赤外線検出素子を収容した容器２の厚みＢよ
りも非常に厚くしてあることに起因して、ハンダ接合部
分において生じる大きな段差を解消できる。

【００３７】すなわち、従来では、図８に示したよう
に、窓材７０の側面７３が容器７１の上面部７２との接
合に大きく係わっている上に、窓材７０、上面部７２の
厚みＡ，Ｂの差Ｄ₀（＝Ａ−Ｂ）に相当する０．８ｍｍ
もの段差を、窓材７０の側面７３において有していた。

【００３８】一方、この発明では、側面３０のうち垂直
面部分ａ₁が容器２の上面部３との接合に大きく係わっ
ている。そして、この垂直面部分ａ₁の厚みＡ₁（＝
０．４ｍｍ）と上面部３の厚みＢ（＝０．２ｍｍ）の差
Ｄ₁（＝Ａ₁−Ｂ）に相当する０．２ｍｍの段差は、従
来の０．８ｍｍの段差の１／４になっている。しかも、
垂直面部分ａ₁に連なって水平面部分ａ₃が形成されて
いる。よって、窓材５の側面３０に、ハンダ付け可能な
金属薄膜８を介してハンダ層１２を形成すると、従来の
ような薄い部分７５ａを有するハンダ層７５が形成され
ることはない。しかも、側面３０を階段状に形成するこ
とによって、従来に比して、水平面部分ａ₃の長さＡ₃
分だけ側面の長さを増やすことができ、ハンダ付け可能
な金属薄膜８の形成面積を増加させることができるの
で、ハンダ層１２の均一性を向上させることができる。

【００３９】本発明者らは、この発明で得た焦電型赤外
線検出器１と従来品との気密性を調べるために、０〜１
００℃の間で冷熱サイクルを５０回以上行った。この気
密性の試験に用いたサンプル数は各々１０個であった。
その結果、従来品の合格数が５であるのに対し、本焦電
型赤外線検出器１の合格数は１０であった。つまり、冷
熱サイクル試験により、本焦電型赤外線検出器１のハン
ダ層１２にはクラックが生じ難いことが確認された。

【００４０】また、この発明では、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、窓材接合予定部分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、金属層８，９，１１
とハンダ部分１２，１３との接合強度が大きく、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１
２，１３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。

【００４１】更に、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。

【００４２】そして、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。

【００４３】図４は、側面３０の垂直面部分と水平面部
分を上記第１の実施形態のものより多くして、垂直面部
分ａ₁の厚みＡ₁、つまり、窓材５の側面３０の上部分
ａ₁の厚みＡ₁を容器２の上面部３に形成された開口部
４の厚みＢ（＝０．２ｍｍ）と略同じ厚み（≒０．２ｍ
ｍ）にしたこの発明の第２の実施形態を示す。

【００４４】図４において、窓材５の側面３０は、３つ
の垂直面部分ａ₁，ａ₂，ａ₅と、水平面部分ａ₃，ａ
₆とからなる。そして、薄い金属層８は、前記３つの垂
直面部分ａ₁，ａ₂，ａ₅と前記水平面部分ａ₃，ａ₆
にわたり形成されている。金属層８のうち、８ａは垂直
面部分ａ₁を覆うように形成された金属層部分、８ｂは
垂直面部分ａ₂を覆うように形成された金属層部分、ま
た、８ｆは垂直面部分ａ₅を覆うように形成された金属
層部分である。また、８ｃは水平面部分ａ₃を覆うよう
に形成された金属層部分、８ｅは水平面部分ａ₆を覆う
ように形成された金属層部分である。この場合、垂直面
部分ａ₁の厚みＡ₁と上面部３の厚みＢの差を無くすこ
とができる上に、水平面部分ａ₃を垂直面部分ａ₂より
長く設定しておけば、窓材５の厚みを赤外線検出素子を
収容した容器２の厚みよりも非常に厚くしてあることに
起因して、ハンダ接合部分において生じる大きな段差を
解消できる。

【００４５】また、ハンダ付け可能な金属薄膜８の形成
面積を増加させることができる。

【００４６】図５は、側面３０の垂直面部分ａ₁の厚み
Ａ₁を上面部３の厚みＢ（＝０．２ｍｍ）より小さくし
たこの発明の第３の実施形態を示す。

【００４７】この場合、垂直面部分ａ₁の厚みＡ₁と上
面部３の厚みＢの差を小さくできる。すなわち、窓材５
の厚みを赤外線検出素子を収容した容器２の厚みよりも
非常に厚くしてあることに起因して、ハンダ接合部分に
おいて生じる大きな段差を解消できる。

【００４８】また、ハンダ付け可能な金属薄膜８の形成
面積を増加させることができる。

【００４９】図６は、窓材５の側面３０の上部分を垂直
面部分ａ₁に形成し、この上部分に連なる下部分を傾斜
面部分ａ₄に形成して前記上部分の厚みＡ₁と容器２の
開口部４の厚みＢとの差を小さくなるようにしたこの発
明の第４の実施形態を示す。この場合も、ハンダ層１２
の均一性を向上させることができる。

【００５０】すなわち、この実施形態では、窓材５の側
面３０は、図６に示すように、垂直面部分ａ₁とこれに
連なる傾斜面部分ａ₄とからなる〔図７（Ｂ）参照〕。
この傾斜面部分ａ₄は、母材６に形成された傾斜面に相
当する。なお、図７（Ｂ）は、窓材５の下面Ｌ側を斜め
上方からみた図を示す。また、Ａ₅は、波長選択性多層
膜７Ｂの表面Ｌから垂直面部分ａ₁および傾斜面部分ａ
₄が交わった位置までの最短距離である。

【００５１】更に、この実施形態では、前記垂直面部分
ａ₁における窓材５の厚み方向の長さＡ₁は、０．２ｍ
ｍに設定されており、また、傾斜面部分ａ₄の長さＡ₄
は、１．０ｍｍに設定されている。

【００５２】また、母材６の上下両面６ａ，６ｂに形成
される前記波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂによって挟まれ
る窓材５の側面３０の全周にハンダ付け可能な、例え
ば、１μｍと薄い金属層８が形成されている。すなわ
ち、薄い金属層８は、前記垂直面部分ａ₁と前記傾斜面
部分ａ₄にわたり形成されている〔図７（Ｃ）参照〕。
金属層８のうち、８ａは垂直面部分ａ₁を覆うように形
成された金属層部分で、８ｄは傾斜面部分ａ₄を覆うよ
うに形成された金属層部分である。

【００５３】一方、下側の波長選択性多層膜７Ｂの光透
過部となる部分１４を除く表面（下面）Ｌには、ハンダ
付け可能な金属層９が形成されている〔図７（Ｃ）およ
び（Ｄ）参照〕。なお、図７（Ｃ）は、金属層８，９が
形成された窓材５の下面Ｌ側を斜め上方からみた図を示
し、図７（Ｄ）は図７（Ｃ）の縦断面を拡大して示す。

【００５４】１０はハンダ部で、ハンダ付け可能な表面
状態に表面処理が施された窓材接合予定部分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。なお、
この実施形態では、光透過部１４は平面視円形である
〔図７（Ｃ）参照〕。

【００５５】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。

【００５６】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１．０ｍｍの
ウェハ状態に切り出すことにより形成される。

【００５７】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。

【００５８】波長選択性多層膜が形成された厚みが１．
０ｍｍのウェハ（光学フィルタ）をダイシング装置を用
いて切断することにより、数ｍｍ角のペレット状の窓材
５を複数個得る。図７（Ａ）は、そのうちの１個を示
す。図７（Ａ）において、窓材５の一辺Ｑは５ｍｍであ
る。また、窓材５の厚みＡは１．０ｍｍである。

【００５９】続いて、得られた窓材５の側面４０を研磨
処理あるいはエッチング処理して窓材５を図７（Ａ）に
示す状態から図７（Ｂ）に示す状態に成形する。すなわ
ち、図７（Ｂ）おいて、垂直面部分ａ₁と傾斜面部分ａ
₄を有する側面３０に形成された窓材５を得る。

【００６０】そして、この窓材５においては、母材６の
露出している側面３０、すなわち、垂直面部分ａ₁と傾
斜面部分ａ₄、波長選択性多層膜７Ａ，７Ｂ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
の実施形態においては、窓材５に適宜の防着マスクを施
して、前記側面３０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。

【００６１】この金属層８，９の形成方法は、上記第１
の実施形態で説明した方法を採用できる。

【００６２】こ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。窓材接合予定部分
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。

【００６３】この実施形態では、図６に示すように、数
ｍｍ角のペレット状の窓材５の側面３０が垂直面部分ａ
₁とこれに連なる傾斜面部分ａ₄に形成されているの
で、窓材５の厚みを赤外線検出素子を収容した容器２の
厚みよりも非常に厚くしてあることに起因して、ハンダ
接合部分において生じる大きな段差を解消できるととも
に、傾斜の長さがＡ₄の傾斜面部分ａ₄を覆うように金
属層部分８ｄを形成しているので、ハンダ付け可能な金
属薄膜８の形成面積を増加させることができ、ハンダ層
１２の均一性を向上させることができる。この場合も、
冷熱サイクル試験により、本焦電型赤外線検出器のハン
ダ層１２にはクラックが生じ難いことが確認された。

【００６４】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。

【００６５】更に、この発明で用いた容器に形成された
開口部へのハンダによる窓材の接合構造は、可視光を透
過させる光学検出器にも適用できる。この場合、窓材
は、石英やサファイアなどで構成される。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、赤外
線検出素子を収容した容器の気密性を大幅に向上させる
ことができる。すなわち、（１）ハンダ付け可能な金属層の形成面積を増大でき、
ハンダ層の均一性を向上できる。よって、窓材と容器と
を密着性良く接合させることができる。（２）窓材の厚みを赤外線検出素子を収容した容器の厚
みよりも非常に厚くしてあることに起因して、ハンダ接
合部分において生じる大きな段差を解消できる。よっ
て、従来、気密性確認のための試験で冷熱サイクルを複
数回行った結果、ハンダ層の薄い部分にクラックが生じ
易く、ここから外気や水分が透過して容器内の気密性が
確保できないといった事態を回避でき、赤外線検出器の
信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の全体を示す分解斜
視図である。

【図２】前記実施形態における要部構成説明図である。

【図３】前記実施形態における窓材の製作手順を説明す
るための図である。

【図４】この発明の第２の実施形態を示す要部構成説明
図である。

【図５】この発明の第３の実施形態を示す要部構成説明
図である。

【図６】この発明の第４の実施形態を示す要部構成説明
図である。

【図７】前記第４の実施形態における窓材の製作手順を
説明するための図である。

【図８】従来例を示す要部構成説明図である。

【符号の説明】

２…容器、３…上面部、４…開口部、５…窓材、８…金
属層、８ａ，８ｂ，８ｃ…金属層部分、３０…窓材の側
面、Ａ…窓材の厚み、Ａ₁…上部分の厚み、Ｂ…容器の
開口部の厚み、Ｕ…窓材の上面、Ｌ…窓材の下面、
ａ₁，ａ₂…垂直面部分、ａ₃…水平面部分。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線透過性材料よりなり、赤外線検出
素子を収容した容器の開口部の厚みよりも厚みが大であ
る窓材が、前記開口部に対して接合される赤外線検出器
であって、前記窓材の側面にハンダ付け可能な金属層を
形成する一方、容器における窓材接合予定部分をハンダ
付け可能な表面状態とし、窓材を前記窓材接合予定部分
にハンダを用いて接合するとともに、窓材の下面に光透
過部となる部分を残してハンダ付け可能な金属層を形成
し、この金属層の表面にもハンダを施した赤外線検出器
において、前記窓材の側面を階段状に形成して窓材の前
記側面の上部分の厚みと容器の前記開口部の厚みとの差
を小さくなるようにすることを特徴とする赤外線検出
器。
【請求項２】赤外線透過性材料よりなり、赤外線検出
素子を収容した容器の開口部の厚みよりも厚みが大であ
る窓材が、前記開口部に対して接合される赤外線検出器
であって、前記窓材の側面にハンダ付け可能な金属層を
形成する一方、容器における窓材接合予定部分をハンダ
付け可能な表面状態とし、窓材を前記窓材接合予定部分
にハンダを用いて接合するとともに、窓材の下面に光透
過部となる部分を残してハンダ付け可能な金属層を形成
し、この金属層の表面にもハンダを施した赤外線検出器
において、前記窓材の側面の上部分を垂直面に形成し、
この上部分に連なる下部分を傾斜面に形成して前記上部
分の厚みと容器の前記開口部の厚みとの差を小さくなる
ようにすることを特徴とする赤外線検出器。