JPH11326037A - 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法Info
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- JPH11326037A JPH11326037A JP12891598A JP12891598A JPH11326037A JP H11326037 A JPH11326037 A JP H11326037A JP 12891598 A JP12891598 A JP 12891598A JP 12891598 A JP12891598 A JP 12891598A JP H11326037 A JPH11326037 A JP H11326037A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/04—Casings
-
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 受光部に真空気密を要するボロメータ方式、
サーモパイル方式および焦電方式の赤外線検出器におい
て、小型、低コストの真空パッケージを提供する。 【解決手段】 シリコン基板１の上に形成した受光部２
の前面に、赤外線の透過窓４を空隙３を有して配置し、
透過窓４は受光部２を囲む範囲の接着面で、基板１に接
着することにより固定する。シリコン基板を真空中に置
くことにより、透過窓の貫通穴２７から排気され、真空
封止用ハンダ２８を溶融することにより貫通穴２７を封
止し空隙３を真空にする。また、貫通穴を通してゲッタ
３０を空隙内に置き、空隙３を真空に封止した後ゲッタ
を活性化し、空隙内に高真空を得る。 【効果】 透過窓とシリコン基板との接着により受光部
を真空に気密できるので、小型で低コストの赤外線検出
器用真空パッケージを得られる。
サーモパイル方式および焦電方式の赤外線検出器におい
て、小型、低コストの真空パッケージを提供する。 【解決手段】 シリコン基板１の上に形成した受光部２
の前面に、赤外線の透過窓４を空隙３を有して配置し、
透過窓４は受光部２を囲む範囲の接着面で、基板１に接
着することにより固定する。シリコン基板を真空中に置
くことにより、透過窓の貫通穴２７から排気され、真空
封止用ハンダ２８を溶融することにより貫通穴２７を封
止し空隙３を真空にする。また、貫通穴を通してゲッタ
３０を空隙内に置き、空隙３を真空に封止した後ゲッタ
を活性化し、空隙内に高真空を得る。 【効果】 透過窓とシリコン基板との接着により受光部
を真空に気密できるので、小型で低コストの赤外線検出
器用真空パッケージを得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術】本発明は、赤外線検出器用真空パ
ッケージに関し、さらに詳しくは、受光部に真空気密を
要するボロメータ方式、サーモパイル方式、焦電方式な
どの赤外線検出器に用いる真空パッケージに関するもの
である。
ッケージに関し、さらに詳しくは、受光部に真空気密を
要するボロメータ方式、サーモパイル方式、焦電方式な
どの赤外線検出器に用いる真空パッケージに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】最近、赤外線による光学機器の利用が盛
んになっており、夜間の監視や温度計測などに活用され
ている。この応用の拡大に伴い、受光部に真空気密を要
するボロメータ方式、サーモパイル方式、焦電方式など
の熱型検出器による安価な赤外線検出器の開発が要望さ
れている。例えば特開平２−１９６９２９号公報や特開
平４−５００４３７号公報に記載されているような、検
出器の各画素をブリッジ構造で中空に浮かしたボロメー
タ方式の赤外線検出器、特許第２５４１４５８号公報に
記載されているサーモパイル方式の検出器、またはＳＰ
ＩＢプロシーディングＶｏｌ.２７４６の１１１頁の図
１５に記載される焦電方式の検出器は、シリコン基板の
上に赤外線を検知する画素をアレイ状に形成した赤外線
検出素子であり、この素子によって赤外線を画像として
検知することが可能となる。これらの熱型検出器は、量
子型の赤外線画像の検出器と比較して素子冷却が不要で
あるため、低コストの赤外線検出器として提供できる利
点を有している。
んになっており、夜間の監視や温度計測などに活用され
ている。この応用の拡大に伴い、受光部に真空気密を要
するボロメータ方式、サーモパイル方式、焦電方式など
の熱型検出器による安価な赤外線検出器の開発が要望さ
れている。例えば特開平２−１９６９２９号公報や特開
平４−５００４３７号公報に記載されているような、検
出器の各画素をブリッジ構造で中空に浮かしたボロメー
タ方式の赤外線検出器、特許第２５４１４５８号公報に
記載されているサーモパイル方式の検出器、またはＳＰ
ＩＢプロシーディングＶｏｌ.２７４６の１１１頁の図
１５に記載される焦電方式の検出器は、シリコン基板の
上に赤外線を検知する画素をアレイ状に形成した赤外線
検出素子であり、この素子によって赤外線を画像として
検知することが可能となる。これらの熱型検出器は、量
子型の赤外線画像の検出器と比較して素子冷却が不要で
あるため、低コストの赤外線検出器として提供できる利
点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような熱
型検出器は、受光部が吸収する入射赤外線を受光部の温
度変化に変え、これを信号として検出するものであるか
ら、受光部の熱絶縁性を上げることが高感度の検出器を
得るために必要である。従来の技術では、高い熱絶縁性
を得るために、検出素子を構成する基板全体を真空の容
器内に配置する方法がとられてきた。真空の容器は真空
パッケージとも呼ばれ、例えば図１０に示したように、
セラミック製のステム(基台)１５に赤外線検出素子２０
を接着し、赤外線受光窓４を取り付けたキャップ１６を
検出素子２０の前面に置き、ステム１５に気密に接着す
る。キャップ１６の内部はキャップ１６に取り付けた排
気管１７をとおして真空引きを行い、排気管１７の端面
を封止して、最終的に真空パッケージを得る。検出素子
２０の信号は、ワイヤボンド１８によって、素子の配線
パッドとステム１５を貫通している信号ピン１９に接続
することにより、パッケージの外に取り出される。ま
た、特表平９−５０６７１２号公報に記載された赤外線
デバイス（図４）では、２枚のウエハまたはダイ（赤外
線透過ウエハと基板）をスタンドオフを介して離間して
真空中で半田で接合した真空パッケージが用いられる。
赤外線検出素子２０は、基板表面から浮かした薄膜構造
である。必要ならば、２枚のウエハの間に、さらに支柱
が設けられる。
型検出器は、受光部が吸収する入射赤外線を受光部の温
度変化に変え、これを信号として検出するものであるか
ら、受光部の熱絶縁性を上げることが高感度の検出器を
得るために必要である。従来の技術では、高い熱絶縁性
を得るために、検出素子を構成する基板全体を真空の容
器内に配置する方法がとられてきた。真空の容器は真空
パッケージとも呼ばれ、例えば図１０に示したように、
セラミック製のステム(基台)１５に赤外線検出素子２０
を接着し、赤外線受光窓４を取り付けたキャップ１６を
検出素子２０の前面に置き、ステム１５に気密に接着す
る。キャップ１６の内部はキャップ１６に取り付けた排
気管１７をとおして真空引きを行い、排気管１７の端面
を封止して、最終的に真空パッケージを得る。検出素子
２０の信号は、ワイヤボンド１８によって、素子の配線
パッドとステム１５を貫通している信号ピン１９に接続
することにより、パッケージの外に取り出される。ま
た、特表平９−５０６７１２号公報に記載された赤外線
デバイス（図４）では、２枚のウエハまたはダイ（赤外
線透過ウエハと基板）をスタンドオフを介して離間して
真空中で半田で接合した真空パッケージが用いられる。
赤外線検出素子２０は、基板表面から浮かした薄膜構造
である。必要ならば、２枚のウエハの間に、さらに支柱
が設けられる。
【０００４】このような真空パッケージによって検出素
子の熱絶縁性を保持する方法は、検出素子をいかに小さ
くしようとも、真空パッケージにより検出器全体の寸法
が決まるため、小型化を図ることが難しい。また、真空
パッケージによる検出素子の実装工程は、繁雑であるば
かりでなく、セラミックステムや大型の受光窓など高価
な部品を要し、必ずしも低コストの検出器とはならな
い、などの問題点があった。また、特表平９−５０６７
１２号公報に記載された真空パッケージでは、基板と窓
との２枚のウエハが適切なウエハボンディング装置を用
いて真空中で結合されることによって真空を保持するも
のである。しかし、このような方法では受光部の十分な
熱絶縁性を与える高真空を得ることはできない。
子の熱絶縁性を保持する方法は、検出素子をいかに小さ
くしようとも、真空パッケージにより検出器全体の寸法
が決まるため、小型化を図ることが難しい。また、真空
パッケージによる検出素子の実装工程は、繁雑であるば
かりでなく、セラミックステムや大型の受光窓など高価
な部品を要し、必ずしも低コストの検出器とはならな
い、などの問題点があった。また、特表平９−５０６７
１２号公報に記載された真空パッケージでは、基板と窓
との２枚のウエハが適切なウエハボンディング装置を用
いて真空中で結合されることによって真空を保持するも
のである。しかし、このような方法では受光部の十分な
熱絶縁性を与える高真空を得ることはできない。
【０００５】また、特開平４−１５８５８３号公報に記
載された赤外線検出素子において、基板の一部を除去し
て熱分離のための内部空間が設けられる。赤外線検出部
は、赤外線フィルタと基板で囲まれた内部空間に気密に
封止されている。真空中で封止することにより、内部空
間を真空にする。赤外線検出部は、基板表面と同じ高さ
にあり、基板に設けた内部空間（くぼみ）の中にある。
しかし、このような方法でも、特表平９−５０６７１２
号公報に記載された真空パッケージと同様に、検知部の
高真空は得られない。また、特表平７−５０８３８４号
公報に記載されたボロメータ素子では、マイクロボロメ
ータ焦点面アレイと熱電温度安定器が、ベースプレー
ト、壁構造および透明ウインドウからなる真空パッケー
ジの中に収められる。真空パッケージの構造は複雑で大
きい。
載された赤外線検出素子において、基板の一部を除去し
て熱分離のための内部空間が設けられる。赤外線検出部
は、赤外線フィルタと基板で囲まれた内部空間に気密に
封止されている。真空中で封止することにより、内部空
間を真空にする。赤外線検出部は、基板表面と同じ高さ
にあり、基板に設けた内部空間（くぼみ）の中にある。
しかし、このような方法でも、特表平９−５０６７１２
号公報に記載された真空パッケージと同様に、検知部の
高真空は得られない。また、特表平７−５０８３８４号
公報に記載されたボロメータ素子では、マイクロボロメ
ータ焦点面アレイと熱電温度安定器が、ベースプレー
ト、壁構造および透明ウインドウからなる真空パッケー
ジの中に収められる。真空パッケージの構造は複雑で大
きい。
【０００６】本発明は、上述の問題点を解消するために
なされたものであり、受光部の熱絶縁性を図るための真
空気密が得られるとともに、小型で低コストである赤外
線検出器用真空パッケージを得ることを目的とする。
なされたものであり、受光部の熱絶縁性を図るための真
空気密が得られるとともに、小型で低コストである赤外
線検出器用真空パッケージを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検出器用
真空パッケージは、基板上に受光部を形成した基板と、
１個以上の貫通穴が設けられ、基板の該受光部の前面に
空隙を隔てて配置された赤外線透過窓とからなり、基板
と透過窓とは、該受光部を完全に囲む接着面で、相互に
気密に接着することにより固定されており、基板と透過
窓との空隙を該貫通穴から排気することにより真空とし
た後に透過窓の貫通穴が封止材料によって気密に封止さ
れていることを特徴とするものである。
真空パッケージは、基板上に受光部を形成した基板と、
１個以上の貫通穴が設けられ、基板の該受光部の前面に
空隙を隔てて配置された赤外線透過窓とからなり、基板
と透過窓とは、該受光部を完全に囲む接着面で、相互に
気密に接着することにより固定されており、基板と透過
窓との空隙を該貫通穴から排気することにより真空とし
た後に透過窓の貫通穴が封止材料によって気密に封止さ
れていることを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、前記の赤外線透過窓に少なくとも２個以上の貫
通穴を備え、貫通穴を通して配線された少なくとも１個
以上のゲッターが基板と受光部の間の空隙内に配置さ
れ、ゲッターへの通電は貫通穴を通して外部からなされ
ることを特徴とするものである。
ージは、前記の赤外線透過窓に少なくとも２個以上の貫
通穴を備え、貫通穴を通して配線された少なくとも１個
以上のゲッターが基板と受光部の間の空隙内に配置さ
れ、ゲッターへの通電は貫通穴を通して外部からなされ
ることを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、前記の赤外線透過窓を気密に接着する接着材料
と貫通穴を封止する封止材料がハンダであることを特徴
とするものである。
ージは、前記の赤外線透過窓を気密に接着する接着材料
と貫通穴を封止する封止材料がハンダであることを特徴
とするものである。
【００１０】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、前記の赤外線透過窓を気密に接着するハンダに
対し貫通穴の封止に使うハンダがより融解温度の低いも
のであることを特徴とするものである。
ージは、前記の赤外線透過窓を気密に接着するハンダに
対し貫通穴の封止に使うハンダがより融解温度の低いも
のであることを特徴とするものである。
【００１１】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、前記の赤外線透過窓と受光部との間の空隙が１
＊１０-2torr以下の真空度であることを特徴とするもの
である。
ージは、前記の赤外線透過窓と受光部との間の空隙が１
＊１０-2torr以下の真空度であることを特徴とするもの
である。
【００１２】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、基板がシリコン基板であり、赤外線透過窓が、
両面を研磨したシリコンであることを特徴とするもので
ある。
ージは、基板がシリコン基板であり、赤外線透過窓が、
両面を研磨したシリコンであることを特徴とするもので
ある。
【００１３】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージは、赤外線透過窓がさらに両面に反射防止膜を備え
ることを特徴とするものである。
ージは、赤外線透過窓がさらに両面に反射防止膜を備え
ることを特徴とするものである。
【００１４】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージ製造方法は、基板上に受光部を形成し、１個以上の
貫通穴を赤外線透過窓に設け、赤外線透過窓を、基板の
受光部の前面に空隙を有して配置し、透過窓は、受光部
を完全に囲む接着面で、受光部を形成した基板に気密に
接着することにより固定し、基板と透過窓との空隙を貫
通穴から排気することにより真空とした後、封止材料に
よって貫通穴が気密に封止されることを特徴とするもの
である。
ージ製造方法は、基板上に受光部を形成し、１個以上の
貫通穴を赤外線透過窓に設け、赤外線透過窓を、基板の
受光部の前面に空隙を有して配置し、透過窓は、受光部
を完全に囲む接着面で、受光部を形成した基板に気密に
接着することにより固定し、基板と透過窓との空隙を貫
通穴から排気することにより真空とした後、封止材料に
よって貫通穴が気密に封止されることを特徴とするもの
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。なお、同じ参照番号は、同
一または同様なものをさす。本発明の実施の形態の赤外
線検出器は、受光部に真空気密による熱絶縁を要するボ
ロメータ方式などの赤外線検出器用真空パッケージであ
る。
明の実施の形態を説明する。なお、同じ参照番号は、同
一または同様なものをさす。本発明の実施の形態の赤外
線検出器は、受光部に真空気密による熱絶縁を要するボ
ロメータ方式などの赤外線検出器用真空パッケージであ
る。
【００１６】実施の形態１.図１は、本発明の実施の形
態１に関する赤外線検出器の断面説明図である。この発
明の実施の形態１の赤外線検出器では、シリコン基板１
の上に基板面から離れて形成した熱型の赤外線受光部２
の前面に、空隙３を介して赤外線透過窓４をハンダ５に
よりシリコン基板１に接着している。赤外線透過窓４に
は貫通穴２７が開けられており、空隙３を排気後に真空
封止用ハンダ２８で封止される。図２は図１を上部から
見たものであり、透過窓４は赤外線の受光部２を完全に
囲む接着面６で接着を行う。接着面６の外側に、受光部
２に配線８を介して接続されるパッド１０が設けられ
る。透過窓４とシリコン基板１のハンダ５の接着面およ
び透過窓２の真空排気のための貫通穴２７の周囲には、
ハンダの濡れ性を良くするためにあらかじめメタライズ
層７および真空封止用メタライズ層２９をそれぞれ被覆
しておいた。また、シリコン基板１の接着面６は、信号
を取り出すための配線８をまたぐが、接着時の損傷を防
ぐため、シリコン基板側の接着面に当たる部分には、ス
パッタ法によりあらかじめ酸化シリコン膜９を保護膜と
して被覆した。次に、透過窓４とシリコン基板１との間
の空隙３は真空とする必要があるが、それは次の手順に
よる。まず、透過窓の接着面６のメタライズ部にメッキ
法、印刷法、または箔状ハンダのはり付け等によりハン
ダ５を加え、熱処理により融解させる。これによりハン
ダ５を透過窓の検出器側のメタライズ層に接着する。つ
づいて透過窓４のハンダとシリコン基板１の接着面のメ
タライズ層との位置を合わせ、再度熱処理し透過窓４と
シリコン基板１とを接着する。つづいて、シリコン基板
１に透過窓４を接着した状態で、貫通穴２７に球状にし
たハンダ２８をのせ、真空槽の中に置き真空排気を行
う。十分な真空排気後に真空槽内の温度を上げ、球状ハ
ンダ２８を融解することによりハンダボール用メタライ
ズ層に濡れ拡がり、透過窓の貫通穴２７を封止して、真
空が得られる。なお、図２におけるパッド１０、配線
８、貫通穴２７およびハンダボール用メタライズ層２９
については、本発明の特徴を示すために図式的に描いた
ものであり、実際の実施の形態とはそのサイズや数が必
ずしもー致しない。
態１に関する赤外線検出器の断面説明図である。この発
明の実施の形態１の赤外線検出器では、シリコン基板１
の上に基板面から離れて形成した熱型の赤外線受光部２
の前面に、空隙３を介して赤外線透過窓４をハンダ５に
よりシリコン基板１に接着している。赤外線透過窓４に
は貫通穴２７が開けられており、空隙３を排気後に真空
封止用ハンダ２８で封止される。図２は図１を上部から
見たものであり、透過窓４は赤外線の受光部２を完全に
囲む接着面６で接着を行う。接着面６の外側に、受光部
２に配線８を介して接続されるパッド１０が設けられ
る。透過窓４とシリコン基板１のハンダ５の接着面およ
び透過窓２の真空排気のための貫通穴２７の周囲には、
ハンダの濡れ性を良くするためにあらかじめメタライズ
層７および真空封止用メタライズ層２９をそれぞれ被覆
しておいた。また、シリコン基板１の接着面６は、信号
を取り出すための配線８をまたぐが、接着時の損傷を防
ぐため、シリコン基板側の接着面に当たる部分には、ス
パッタ法によりあらかじめ酸化シリコン膜９を保護膜と
して被覆した。次に、透過窓４とシリコン基板１との間
の空隙３は真空とする必要があるが、それは次の手順に
よる。まず、透過窓の接着面６のメタライズ部にメッキ
法、印刷法、または箔状ハンダのはり付け等によりハン
ダ５を加え、熱処理により融解させる。これによりハン
ダ５を透過窓の検出器側のメタライズ層に接着する。つ
づいて透過窓４のハンダとシリコン基板１の接着面のメ
タライズ層との位置を合わせ、再度熱処理し透過窓４と
シリコン基板１とを接着する。つづいて、シリコン基板
１に透過窓４を接着した状態で、貫通穴２７に球状にし
たハンダ２８をのせ、真空槽の中に置き真空排気を行
う。十分な真空排気後に真空槽内の温度を上げ、球状ハ
ンダ２８を融解することによりハンダボール用メタライ
ズ層に濡れ拡がり、透過窓の貫通穴２７を封止して、真
空が得られる。なお、図２におけるパッド１０、配線
８、貫通穴２７およびハンダボール用メタライズ層２９
については、本発明の特徴を示すために図式的に描いた
ものであり、実際の実施の形態とはそのサイズや数が必
ずしもー致しない。
【００１７】また、実施の形態１の赤外線の受光部２
は、図３に示したように２本の支脚１１により基板面か
ら浮かせたブリッジ構造を成している。図４はブリッジ
構造の断面を示す。ブリッジ構造は熱絶縁ギャップ２１
を形成し、その上部に熱型の赤外線検知回路１３、１
１、３０を設けたものである。これを、図５に示したよ
うに基板にブリッジ構造３２をアレイ状に複数個並べて
いる。このブリッジ３２の１つ１つが画素に対応してい
る。検知回路にはボロメータ抵抗体１３を含み、ブリッ
ジ上部が赤外線を吸収することによって変わる温度をボ
ロメータの抵抗変化に変え、ボロメータ抵抗体１３の両
端の電極からブリッジ構造の支持脚１１を伝って基板に
配した信号線８により信号を検出するようになってい
る。この方式の赤外線検出器は検知回路の熱絶縁性が重
要であり、ギャップ２１を含めてブリッジ構造３２の周
囲は真空状態となっている。なお、このボロメータ方式
の受光部は本発明の一例であって、熱絶縁性が重要であ
るサーモパイル方式、焦電方式などの受光部においても
同様な受光部を形成し同様の効果が得られることは自明
である。
は、図３に示したように２本の支脚１１により基板面か
ら浮かせたブリッジ構造を成している。図４はブリッジ
構造の断面を示す。ブリッジ構造は熱絶縁ギャップ２１
を形成し、その上部に熱型の赤外線検知回路１３、１
１、３０を設けたものである。これを、図５に示したよ
うに基板にブリッジ構造３２をアレイ状に複数個並べて
いる。このブリッジ３２の１つ１つが画素に対応してい
る。検知回路にはボロメータ抵抗体１３を含み、ブリッ
ジ上部が赤外線を吸収することによって変わる温度をボ
ロメータの抵抗変化に変え、ボロメータ抵抗体１３の両
端の電極からブリッジ構造の支持脚１１を伝って基板に
配した信号線８により信号を検出するようになってい
る。この方式の赤外線検出器は検知回路の熱絶縁性が重
要であり、ギャップ２１を含めてブリッジ構造３２の周
囲は真空状態となっている。なお、このボロメータ方式
の受光部は本発明の一例であって、熱絶縁性が重要であ
るサーモパイル方式、焦電方式などの受光部においても
同様な受光部を形成し同様の効果が得られることは自明
である。
【００１８】人体や常温物体からの赤外線の放射は、波
長１０μm近傍にピークを持つことから、赤外線の透過
窓４は、１０μmの赤外線を透過することができるゲル
マニウム、シリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛等のどの
材料も使うことができる。なかでもシリコンは、赤外線
透過材料の中で比較的安価に入手できるため低コストが
実現でき、また、接着を行う基板１と同一の材料である
ため、熱膨張のミスマッチもなく、透過窓４の接着が信
頼性の高いものとなる。
長１０μm近傍にピークを持つことから、赤外線の透過
窓４は、１０μmの赤外線を透過することができるゲル
マニウム、シリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛等のどの
材料も使うことができる。なかでもシリコンは、赤外線
透過材料の中で比較的安価に入手できるため低コストが
実現でき、また、接着を行う基板１と同一の材料である
ため、熱膨張のミスマッチもなく、透過窓４の接着が信
頼性の高いものとなる。
【００１９】一方、シリコンを赤外線透過窓４としてそ
のまま使用すると、シリコンは高屈折率特性を有する材
料であることから反射ロスが大きく、検出器に高い感度
を求める場合には好ましくない。実施の形態１では、シ
リコンの両面に、硫化亜鉛を厚さ１.１μmに真空蒸着法
によってコーティングを行い、反射防止膜１２とした。
これにより、図６に示したように厚さ１mmのシリコン製
の受光窓において、波長１０μmでの透過率が８５％と
なった。
のまま使用すると、シリコンは高屈折率特性を有する材
料であることから反射ロスが大きく、検出器に高い感度
を求める場合には好ましくない。実施の形態１では、シ
リコンの両面に、硫化亜鉛を厚さ１.１μmに真空蒸着法
によってコーティングを行い、反射防止膜１２とした。
これにより、図６に示したように厚さ１mmのシリコン製
の受光窓において、波長１０μmでの透過率が８５％と
なった。
【００２０】赤外線透過窓４のシリコン基板１への接着
には、ハンダ、ガラスフリット、または熱圧着などがあ
るが、ガラスフリットは一般に処理温度が高く、受光素
子の耐熱温度以下で気密の接着を行うことは難しい。ま
た熱圧着は、受光窓を接着する接着部が、配線７をまた
いだときにわずかに発生する基板表面の段差により、真
空気密を行うことが難かしい。一方ハンダによる接着
は、メモリーやロジックなどのシリコン素子の実装工程
において実績があり、接着温度が素子の耐熱温度以下で
接着できることはいうまでもない。実施の形態１につい
て行ったハンダ５による接着は、図１で示したように接
着箇所で厚みのあるバンク(土手)構造をとるため、ハン
ダ５のみで透過窓４とシリコン基板１との間の空隙３に
対し十分な高さを取ることができるだけでなく、基板上
の配線による段差を吸収することができた。透過窓４と
シリコン基板１のハンダの密着部６には、ハンダの濡れ
よくするために、下地側からクロム３０００Å、ニッケ
ル３０００Å、金１０００Åの３層をスパッタ装置によ
ってこの順にメタライズした。なお、シリコン基板１の
側では、配線上をハンダの接着部６がまたぐときの損傷
を防止するため、ハンダの接着部６にはあらかじめ５０
００Åの厚みの酸化シリコンを保護膜として被覆した。
には、ハンダ、ガラスフリット、または熱圧着などがあ
るが、ガラスフリットは一般に処理温度が高く、受光素
子の耐熱温度以下で気密の接着を行うことは難しい。ま
た熱圧着は、受光窓を接着する接着部が、配線７をまた
いだときにわずかに発生する基板表面の段差により、真
空気密を行うことが難かしい。一方ハンダによる接着
は、メモリーやロジックなどのシリコン素子の実装工程
において実績があり、接着温度が素子の耐熱温度以下で
接着できることはいうまでもない。実施の形態１につい
て行ったハンダ５による接着は、図１で示したように接
着箇所で厚みのあるバンク(土手)構造をとるため、ハン
ダ５のみで透過窓４とシリコン基板１との間の空隙３に
対し十分な高さを取ることができるだけでなく、基板上
の配線による段差を吸収することができた。透過窓４と
シリコン基板１のハンダの密着部６には、ハンダの濡れ
よくするために、下地側からクロム３０００Å、ニッケ
ル３０００Å、金１０００Åの３層をスパッタ装置によ
ってこの順にメタライズした。なお、シリコン基板１の
側では、配線上をハンダの接着部６がまたぐときの損傷
を防止するため、ハンダの接着部６にはあらかじめ５０
００Åの厚みの酸化シリコンを保護膜として被覆した。
【００２１】透過窓４とシリコン基板１との接着に用い
たハンダ２８が真空封止するときの加熱による再溶融を
防止するため、真空封止用ハンダ２８は透過窓との接着
に用いたハンダ５より融点の低いものを使用することが
望ましい。これにより透過窓の接着面６の気密不良の発
生を大幅に減らすことができる。具体的には透過窓４の
接着に鉛−スズの共晶ハンダ（融点１８３℃）を用いた
の対して、真空封止用ハンダ２８にはビスマスが添加さ
れている融点１４０℃の低融点ハンダを用いた。
たハンダ２８が真空封止するときの加熱による再溶融を
防止するため、真空封止用ハンダ２８は透過窓との接着
に用いたハンダ５より融点の低いものを使用することが
望ましい。これにより透過窓の接着面６の気密不良の発
生を大幅に減らすことができる。具体的には透過窓４の
接着に鉛−スズの共晶ハンダ（融点１８３℃）を用いた
の対して、真空封止用ハンダ２８にはビスマスが添加さ
れている融点１４０℃の低融点ハンダを用いた。
【００２２】素子受光部周囲の真空度は、高い熱絶縁性
を得る上で重要である。真空度は、受光窓４とシリコン
基板１とを接着する際に用いた恒温層の、層内の真空計
の指示値により検知した。実施の形態１での赤外線検出
器においては、図７に示したように、真空度を十分に上
げたときの相対感度を１として真空度と感度との相関を
みると、１＊１０-2torrまでは感度の大きな減少はない
が、それより真空度が悪くなると急激に劣化した。すな
わち、真空度としては少なくとも１＊１０-2torr以下が
望ましい。
を得る上で重要である。真空度は、受光窓４とシリコン
基板１とを接着する際に用いた恒温層の、層内の真空計
の指示値により検知した。実施の形態１での赤外線検出
器においては、図７に示したように、真空度を十分に上
げたときの相対感度を１として真空度と感度との相関を
みると、１＊１０-2torrまでは感度の大きな減少はない
が、それより真空度が悪くなると急激に劣化した。すな
わち、真空度としては少なくとも１＊１０-2torr以下が
望ましい。
【００２３】以上に説明したように、受光部に真空気密
を要するボロメータ方式などの熱型検出器を備える赤外
線検出素子の製造において、基板１上に形成した受光部
２を形成し、また、１個以上の貫通穴２７を赤外線透過
窓４に設ける。そして、赤外線透過窓４を、基板１の受
光部２の前面に空隙を有して配置し、透過窓４は、受光
部２を完全に囲む接着面で、基板１に気密に接着するこ
とにより固定する。そして、基板１と透過窓４との間の
空隙を貫通穴２７から排気することにより真空とした
後、封止材料（ハンダ２８）によって貫通穴２７が気密
に封止される。したがって、赤外線検出器が簡単な実装
工程で、低コストで、小型に製造できる。
を要するボロメータ方式などの熱型検出器を備える赤外
線検出素子の製造において、基板１上に形成した受光部
２を形成し、また、１個以上の貫通穴２７を赤外線透過
窓４に設ける。そして、赤外線透過窓４を、基板１の受
光部２の前面に空隙を有して配置し、透過窓４は、受光
部２を完全に囲む接着面で、基板１に気密に接着するこ
とにより固定する。そして、基板１と透過窓４との間の
空隙を貫通穴２７から排気することにより真空とした
後、封止材料（ハンダ２８）によって貫通穴２７が気密
に封止される。したがって、赤外線検出器が簡単な実装
工程で、低コストで、小型に製造できる。
【００２４】実施の形態２ 図８は、本発明における実施の形態２の断面を示す。実
施の形態２の特徴は、実施の形態１とは別の形状の透過
窓１４とシリコン基板１との間の空隙内にゲッター３０
を配置し、ゲッターの配線を透過窓１４の貫通穴２７か
ら外部に通したものである。ただし、透過窓１４はゲッ
ター３０の配置スペースをとるため、基板１との接着部
を凸にしている。真空封止後に貫通穴から外部に出した
ゲッター３０の配線に電流を流すことによりゲッターを
活性化し、空隙内をより高真空にすることができた。
施の形態２の特徴は、実施の形態１とは別の形状の透過
窓１４とシリコン基板１との間の空隙内にゲッター３０
を配置し、ゲッターの配線を透過窓１４の貫通穴２７か
ら外部に通したものである。ただし、透過窓１４はゲッ
ター３０の配置スペースをとるため、基板１との接着部
を凸にしている。真空封止後に貫通穴から外部に出した
ゲッター３０の配線に電流を流すことによりゲッターを
活性化し、空隙内をより高真空にすることができた。
【００２５】実施の形態３ 図９は、本発明における実施の形態３の上面図である。
実施の形態３では、実施の形態２の透過窓１４の貫通穴
２７を４つ設け、そのうち２個をゲッタ取付け穴３１と
してゲッタ３０の配線をあらかじめ通し、ハンダでゲッ
タを固定するとともに穴を封止する。こうすることによ
りゲッタ３０は透過窓に固定されるので、透過窓１４と
シリコン基板１との接着が容易に実施できる。真空封止
は、実施の形態１と同様に、残りの２個の貫通穴を真空
中で球状ハンダを溶融することにより封止される。真空
封止後にゲッタ取付け穴３１から外部に出したゲッタの
配線に電流を流すことによりゲッタを活性化し、空隙内
をより高真空にすることができた。
実施の形態３では、実施の形態２の透過窓１４の貫通穴
２７を４つ設け、そのうち２個をゲッタ取付け穴３１と
してゲッタ３０の配線をあらかじめ通し、ハンダでゲッ
タを固定するとともに穴を封止する。こうすることによ
りゲッタ３０は透過窓に固定されるので、透過窓１４と
シリコン基板１との接着が容易に実施できる。真空封止
は、実施の形態１と同様に、残りの２個の貫通穴を真空
中で球状ハンダを溶融することにより封止される。真空
封止後にゲッタ取付け穴３１から外部に出したゲッタの
配線に電流を流すことによりゲッタを活性化し、空隙内
をより高真空にすることができた。
【００２６】なお、上述の各実施の形態では、受光部を
基板表面から上方に持ち上げたブリッジ構造を有する赤
外線検出部を１例として用いている。しかし、一般に基
板上に形成した受光部に真空気密による熱絶縁を要する
赤外線検出部、たとえば、基板側をエッチングにより中
空構造として受光部を形成した赤外線検出器などにおい
ても、同様に、窓に排気穴を設けた真空パッケージ構造
を用い、窓付けの後に真空排気をし封止することによ
り、基板上に形成した受光部の高真空を得ることができ
る。
基板表面から上方に持ち上げたブリッジ構造を有する赤
外線検出部を１例として用いている。しかし、一般に基
板上に形成した受光部に真空気密による熱絶縁を要する
赤外線検出部、たとえば、基板側をエッチングにより中
空構造として受光部を形成した赤外線検出器などにおい
ても、同様に、窓に排気穴を設けた真空パッケージ構造
を用い、窓付けの後に真空排気をし封止することによ
り、基板上に形成した受光部の高真空を得ることができ
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明による赤外検出器用真空パッケー
ジによれば、基板上に受光部を形成し、赤外線受光窓
を、該受光部の前面に空隙を有して配置し、該受光窓
は、該受光部を完全に囲む接着面で、該受光部を形成し
た該基板に気密に接着することにより固定し、かつ該透
過窓には少なくとも１個以上の貫通穴があり、該貫通穴
は、該基板と該透過窓との空隙を該貫通穴から排気する
ことにより真空とした後に封止材料によって気密に封止
したので、真空容器を用いることなく受光部を真空によ
って断熱することができるので、小型で低コストの赤外
線検出器用真空パッケージを得られる効果がある。
ジによれば、基板上に受光部を形成し、赤外線受光窓
を、該受光部の前面に空隙を有して配置し、該受光窓
は、該受光部を完全に囲む接着面で、該受光部を形成し
た該基板に気密に接着することにより固定し、かつ該透
過窓には少なくとも１個以上の貫通穴があり、該貫通穴
は、該基板と該透過窓との空隙を該貫通穴から排気する
ことにより真空とした後に封止材料によって気密に封止
したので、真空容器を用いることなく受光部を真空によ
って断熱することができるので、小型で低コストの赤外
線検出器用真空パッケージを得られる効果がある。
【００２８】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージによれば、前記の赤外線透過窓には少なくとも２個
以上の貫通穴と、該貫通穴を通して少なくとも１個以上
のゲッターを備え、該ゲッターは前記シリコン基板と前
記受光部の間の空隙内にあって通電は該貫通穴を通して
外部からなされるので、ゲッターの活性化により受光部
を高真空によって断熱することができる効果がある。
ージによれば、前記の赤外線透過窓には少なくとも２個
以上の貫通穴と、該貫通穴を通して少なくとも１個以上
のゲッターを備え、該ゲッターは前記シリコン基板と前
記受光部の間の空隙内にあって通電は該貫通穴を通して
外部からなされるので、ゲッターの活性化により受光部
を高真空によって断熱することができる効果がある。
【００２９】また、前記赤外線透過窓が、受光部を形成
した前記基板に気密に接着する接着材料と貫通穴を封止
する封止材料の両方をハンダとした場合、信頼性の高い
赤外線検出器用真空パッケージが得られる効果がある。
した前記基板に気密に接着する接着材料と貫通穴を封止
する封止材料の両方をハンダとした場合、信頼性の高い
赤外線検出器用真空パッケージが得られる効果がある。
【００３０】また、前記のハンダが、赤外線透過窓を気
密に接着するハンダに対し貫通穴の封止に使うハンダを
より融解温度の低いものであるとした場合、透過窓の接
着に用いたハンダを溶融することなく真空封止ができる
ので、透過窓の接着の気密不良の発生が大幅に減少し歩
留まりが高くなる効果がある。
密に接着するハンダに対し貫通穴の封止に使うハンダを
より融解温度の低いものであるとした場合、透過窓の接
着に用いたハンダを溶融することなく真空封止ができる
ので、透過窓の接着の気密不良の発生が大幅に減少し歩
留まりが高くなる効果がある。
【００３１】また、本発明の赤外線検出器用真空パッケ
ージにおいて、前記の赤外線透過窓とシリコン基板との
間の気密に封止された空隙が、１＊１０-2torr以下の真
空度であるとする場合、感度に優れた赤外線検出器が得
られる効果がある。
ージにおいて、前記の赤外線透過窓とシリコン基板との
間の気密に封止された空隙が、１＊１０-2torr以下の真
空度であるとする場合、感度に優れた赤外線検出器が得
られる効果がある。
【００３２】また、前記の赤外線透過窓が両面を研磨し
たシリコンからなるので、低コストで、信頼性の高い赤
外線検出器が得られる効果がある。
たシリコンからなるので、低コストで、信頼性の高い赤
外線検出器が得られる効果がある。
【００３３】また、前記の赤外線透過窓がさらに両面に
反射防止膜を備えるので、透過窓の透過率が向上し、感
度に優れた高性能の赤外線検出器が得られる効果があ
る。
反射防止膜を備えるので、透過窓の透過率が向上し、感
度に優れた高性能の赤外線検出器が得られる効果があ
る。
【００３４】また、本発明の赤外線検出器製造方法にお
いて、基板上に受光部を形成し、１個以上の貫通穴を赤
外線透過窓に設け、赤外線透過窓を、基板の受光部の前
面に空隙を有して配置し、次に、透過窓は、受光部を完
全に囲む接着面で、受光部を形成した基板に気密に接着
することにより固定し、次に、基板と透過窓との空隙を
貫通穴から排気することにより真空とした後にハンダに
よって貫通穴が気密に封止されるので、小型で低コスト
の赤外線検出器用真空パッケージを製造できるという効
果がある。
いて、基板上に受光部を形成し、１個以上の貫通穴を赤
外線透過窓に設け、赤外線透過窓を、基板の受光部の前
面に空隙を有して配置し、次に、透過窓は、受光部を完
全に囲む接着面で、受光部を形成した基板に気密に接着
することにより固定し、次に、基板と透過窓との空隙を
貫通穴から排気することにより真空とした後にハンダに
よって貫通穴が気密に封止されるので、小型で低コスト
の赤外線検出器用真空パッケージを製造できるという効
果がある。
【図１】 本発明の赤外線検知器の実施の形態１の構造
を示す図式的な断面図である。
を示す図式的な断面図である。
【図２】 本発明の赤外線検知器の実施の形態１を上部
(赤外線透過窓)から見た図式的な図である。
(赤外線透過窓)から見た図式的な図である。
【図３】 受光部の図式的な斜視図である。
【図４】 受光部の図式的な断面図である。
【図５】 受光部の基板上での配列状態を示す図式的な
断面図である。
断面図である。
【図６】 反射防止膜を施した赤外線透過窓の透過率を
示す図である。
示す図である。
【図７】 真空度と感度との相関を示す図である。
【図８】 本発明の赤外線検知器の実施の形態２におけ
る他の形状の赤外線透過窓を用いた赤外線検出器の図式
的な断面図である。
る他の形状の赤外線透過窓を用いた赤外線検出器の図式
的な断面図である。
【図９】 本発明の赤外線検知器の実施の形態３を上部
(赤外線透過窓)から見た図式的な図である。
(赤外線透過窓)から見た図式的な図である。
【図１０】 赤外線検知器の従来例を示す断面図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ シリコン基板、 ２ 受光部、 ３ 空隙、 ４
透過窓、 ５ ハンダ、 ６ 接着面、 ７ メタライ
ズ層、 ８ 配線、 ９酸化シリコン保護膜、 １０
パッド、 １１ 支脚、 １２ 反射防止膜、１３ ボ
ロメータ抵抗体、 １４ 他の形状の透過窓、 １５
ステム、 １６キャップ、 １７ 排気管、 １８ ワ
イヤボンド、 １９ 信号ピン、 ２０ 赤外線検出素
子、 ２１ ギャップ、 ２７ 貫通穴、 ２８ 真空
封止用ハンダ、 ２９ 真空封止用メタライズ、 ３０
信号線、 ３１ ゲッタ取付穴、 ３２ ブリッジ。
透過窓、 ５ ハンダ、 ６ 接着面、 ７ メタライ
ズ層、 ８ 配線、 ９酸化シリコン保護膜、 １０
パッド、 １１ 支脚、 １２ 反射防止膜、１３ ボ
ロメータ抵抗体、 １４ 他の形状の透過窓、 １５
ステム、 １６キャップ、 １７ 排気管、 １８ ワ
イヤボンド、 １９ 信号ピン、 ２０ 赤外線検出素
子、 ２１ ギャップ、 ２７ 貫通穴、 ２８ 真空
封止用ハンダ、 ２９ 真空封止用メタライズ、 ３０
信号線、 ３１ ゲッタ取付穴、 ３２ ブリッジ。
フロントページの続き (72)発明者 中木 義幸 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 出田 吾朗 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上に受光部を形成した基板と、 １個以上の貫通穴が設けられ、基板の該受光部の前面に
空隙を隔てて配置された赤外線透過窓とからなり、 基板と透過窓とは、該受光部を完全に囲む接着面で、相
互に気密に接着することにより固定されており、 基板と透過窓との空隙を該貫通穴から排気することによ
り真空とした後に透過窓の貫通穴が封止材料により気密
に封止されていることを特徴とする赤外線検出器用真空
パッケージ。 - 【請求項２】 前記透過窓には少なくとも２個以上の貫
通穴が設けられ、貫通穴を通して配線された少なくとも
１個以上のゲッターが基板と受光部の間の空隙内に配置
され、ゲッターへの通電は該貫通穴を通して外部からな
されることを特徴とする請求項１記載の赤外線検出器用
真空パッケージ。 - 【請求項３】 赤外線透過窓を気密に接着する接着材料
と貫通穴を封止する封止材料がハンダであることを特徴
とする請求項１または２記載の赤外線検出器用真空パッ
ケージ。 - 【請求項４】 赤外線透過窓を基板に気密に接着するハ
ンダの融解温度が貫通穴の封止に使うハンダの融解温度
より低いものであることを特徴とする請求項３記載の赤
外線検出器用真空パッケージ。 - 【請求項５】 赤外線透過窓と受光部との間の空隙の真
空度が、１＊１０-2torr以下であることを特徴とする請
求項１または２記載の赤外線検出器用真空パッケージ。 - 【請求項６】 基板がシリコン基板であり、赤外線透過
窓が、両面を研磨したシリコン板であることを特徴とす
る請求項１または２記載の赤外線検出器用真空パッケー
ジ。 - 【請求項７】 赤外線透過窓が、両面に反射防止膜を備
えるシリコン板であることを特徴とする請求項６記載の
赤外線検出器用真空パッケージ。 - 【請求項８】 基板上に受光部を形成し、 １個以上の貫通穴を赤外線透過窓に設け、 赤外線透過窓を、基板の該受光部の前面に空隙を有して
配置し、 該透過窓は、該受光部を完全に囲む接着面で、該受光部
を形成した該基板に気密に接着することにより固定し、 該基板と該透過窓との空隙を該貫通穴から排気すること
により真空とした後、封止材料によって該貫通穴が気密
に封止されることを特徴とする赤外線検出器用真空パッ
ケージ製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12891598A JPH11326037A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12891598A JPH11326037A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326037A true JPH11326037A (ja) | 1999-11-26 |
Family
ID=14996526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12891598A Pending JPH11326037A (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 赤外線検出器用真空パッケージ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11326037A (ja) |
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