JPS6140154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 初期の形態のサーモパイル型輻射パイロメータ
ーにおいては、輻射が方向づけられたターゲツト
領域であつて、サーモパイルの高温側接合点を包
有したターゲツト領域は、該ターゲツト領域上の
高温側接合点から輻射パイロメーターの本体ある
いはケースと関連した低温側接合点までの熱伝導
を最小程度に減らすため、電電対ワイヤにより空
間的に支えられているものであつた。比較的最近
では、ソリツド・バツク式サーモパイルと呼ばれ
ている装置が注目されており、この装置において
は、薄い絶縁層が支承フレームの穴を横切つて延
在し、フレームに設けられた中央穴のセンターに
ある領域に配置されている高温側接合点とフレー
ム材料に対応した領域に配設された低温側接合点
とを有する一連の熱電対接合点を絶縁層の上に溶
着することによりサーモパイルが形成されてい
る。ピー・ビラー他に与えられた米国特許第
3424624号とエヌ・ピー・スチーブンス他に与え
られた第3405273号は、ソリツド・バツク式サー
モパイルを得る２つの異なつた接近のし方を開陳
している。薄い絶縁皮膜について、これら２つの
特許に示されている共通した材料は、マイラー皮
膜（Mylar film）でもあり、酸化アルミニウムの
皮膜でもあつた。このタイプのサーモパイルを構
成するにさいして、接着剤を用いて支承皮膜を支
承フレームに固着することが一般的に行なわれて
いるやり方であつた。しかして、酸化アルミニウ
ムの皮膜は、アルムミニウムのブロツク材を陽極
電解処理して、アルミニウムの中央部分をエツチ
ング処理により取り除いて、支承されていない酸
化アルミニウムの皮膜を形成することにより作ら
れている。サーモパイルの接合点の数にあわせて
サーモパイルから最大出力を得るため、このタイ
プの装置に一般に使用されている材料としては、
シーベツク係数が高いことにかんがみビスマスと
アンチモンが用いられている。米国特許第
3424624号は、輻射サーモパイルが一般に行なわ
れている配置構成であるサーモパイルの構成を開
陳しており、この構成においては、米国特許第
3405273号に示されているように、列をなす接合
点がサーモパイルに取り付けられている。

サーモパイル輻射検出器の性能は、一般に受信
された輻射エネルギーのワツト当りサーモパイル
から得た電圧出力とサーモパイルに応答する時間
定数により測定される。受信されたエネルギーの
ワツト当りの時間定数が低いことと、電圧出力が
大きいことが、設計のさいの目的であることはい
うまでもない。ソリツド・バツク式サーモパイル
においては、この性能は、主として有効ターゲツ
ト領域に配置することができる熱電対の接合点の
数と、絶縁層を通つて高温側接合点から低温側接
合点までの伝熱の量ならびに低温側接合点の領域
から熱を放散する比較的一般的な問題とにより決
定される。

本発明は、高性能サーモパイルを提供するよう
ユニークに設計された輻射パイロメーターに使用
される小型の輻射応答サーモパイルと、このよう
なサーモパイルを製作する方法に関する。

本発明のサーモパイルにおいては、熱電対接合
点の模様組織は、熱電対高温側接合点が、輻射タ
イプの模様組織における特色であるが、ターゲツ
ト領域の周囲に配置されるよりもむしろターゲツ
トのいたるところに分散配置されるよう構成され
ている。さらに、高温側接合点は、これらの熱電
対に一般的にみられるような１本の直線配置構成
に限定されるものではなく、接合点は、ターゲツ
ト領域を越えて１列に並べて配置されている。高
温側接合点が、ターゲツト領域に配置される模様
組織のユニークさは、高温側接合点のリード線が
互にほぼ直角をなすように高温側接合点にいたる
熱電対リード線を配置することにより達成され
る。一定の熱電体リード線のサイズと間隔につい
ては、このような配置構成を用いた場合の熱電対
接合点の数が、在来の模様組織における高温側接
合点から反対の方向に延在した熱電対リード線を
用いて高温側接合点が形成されている配置構成に
ついて得ることができる接合点の数の２倍である
ことは容易に明らかである。この模様組織の結
果、ターゲツト領域における高温側接合点の数を
増やすことができるとともに、サーモパイルの出
力を増大させることができ、ユニークな対称を有
する模様組織を作ることができる。このような対
称は、皮膜内に応力が現われることを避けるため
薄い皮膜支承材を取り扱う場合には重要なことで
ある。

特定のターゲツト領域とリード線間隔に対し
て、ターゲツト領域における高温側接合点の数を
最大限に増やすことが可能な上記の配置構成に加
えて、本発明のサーモパイルは、サーモパイルの
低温側接合点と関連した反射体領域を特徴とする
ものである。これらの反射領域は、低温側接合点
の領域を比較的低い温度に保持することを助け
て、低温側接合点の領域から到来した漂遊輻射エ
ネルギーを反射することにより、ターゲツト領域
が衝突する輻射エネルギー・レベルを受けたとき
のサーモパイルからの最大出力を確保するもので
ある。

本発明のサーモパイルの構成的な特徴は、在来
のサーモパイルにみられる特徴とははつきり異な
つており、さらに、サーモパイル自身を製作する
方法も、在来の技術が教えるところからも異なつ
ている。本発明の方法においては、サーモパイル
の薄い皮膜サポートは接着剤を用いて支承フレー
ムに接着されるのではなくて、特定の結晶の方
向、即ち（１−０−０）の結晶方向を有するウエ
ーハー（wafer）に薄い絶縁皮膜を溶着し、制作
の途中で、向きに左右されるようなエツチング処
理、即ちアニソトロピー的エツチング処理により
ターゲツト領域の範囲内にあるウエーハーの材料
を取り除くことにより形成されており、これによ
り、高温側接合点は、支承ウエーハーから絶縁さ
れた支承皮膜あるいはウエブの一部分の上に配置
され、一方、低温側接合点は、支承皮膜あるいは
ウエブが支承部材により支承される領域の範囲内
で前記皮膜あるいはウエブの上に配置されること
となる。

本発明における、輻射サーモパイルの重要部分
を構成するに当り、結晶ウエーハーの結晶方向が
（１−０−０）であるものを使うと云うことで、
（特許請求の範囲記載の第１番目の発明の項で云
えば第３工程に於て）該ウエーハー材料にアニソ
トロピー的エツチング処理を施すことゝ相俟つ
て、第２図図示の（本発明の意図する）「中央開
き穴５６」、即ち、アニソトロビー的エツチング
処理により結晶ウエーハーの結晶の方向に応じて
制御されたエツチングが行なわれ、この結果、
「結晶ウエーハーの（１−１−１）面により限定
された、形状がほゞ矩形の開き穴５６」が得られ
るのである。而して、ほうけい酸ガラスの薄い皮
膜５４の背面にあるこの中央開き穴５６の輪郭
は、小さい寸法の開き穴の場合に要求されるよう
に、高温側接合点の領域あるいはサーモパイルの
ターゲツト領域では側部が正確に限定されるもの
である。

本発明に於て、結晶方向が（１−０−０）の結
晶に限定したのは、（１−０−０）以外の結晶方
向のものでは、（アニソトロピー的エツチング処
理を施しても）本発明の意図する前記「開き穴５
６」は達成し得ないことによる。即ち、 ウエーハーの結晶の結晶方向が（１−０−０）
であるとき、アニソトロピー的エツチング処理を
すると云うことで、第２図図示の如き「矩形の中
央開き穴５６の側壁面が所要のテーパーした」も
のを達成し得るものであつて、之により、時間定
数が著しく高く、受信された一定の輻射に対する
出力が極めて大きいサーモパイルが得られるので
ある。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例
を詳細に説明する。

第１図に示されているサーモパイル１０は、16
個の高温側接合点１２を備えており、しかして該
高温側接合点１２は、サーモパイル１０の中央領
域あるいはターゲツト領域に配置されている。一
連の低温側接合点１４も設けられており、該低温
側接合点１４は、サーモパイル１０の外側エツジ
のまわりに配置されている。これらの高温側と低
温側の熱電対接合点１２と１４は、異なつた組成
の２種類の導線を接合することにより作られてい
る。熱電対接合点を作るため多くの異なつたタイ
プの導線を使用することができることは公知のこ
とであるが、本発明の好適した実施例において
は、コンスタンタンから作られた導線とニクロム
導線のごとき80パーセント・ニツケルと20パーセ
ント・クロムより成る合金から作られた導線を使
用することによりもつとも好ましい結果を得るこ
とができることが判明した。第１図において、導
線１６は、コンスタンタンの導線を表わし、一
方、導線１８は、ニクロムの導線を表わす。13個
の低温側接合点１４が、コンスタンタン導線１６
とニクロム導線１８との間の接続により作られて
いることに注目していただきたい。しかし、第１
図のサーモパイルの構成においては、中間導線を
使用して作られた低温側接合点が２つ設けられて
いる。金のごとき反射能の高い導電材料から作ら
れた４つの大きい面積領域２０，２２，２４，２
６は、サーモパイルを構成するにあたつて二重の
目的を果している。すなわち、前記面積領域は、
電気的な接触要素として機能するとともに、低温
側接合点１４と連係されたヒート・シンクを漂遊
輻射エネルギーから保護する熱反射体としても機
能するものである。前記面積領域２０が、コンス
タン・パツド接続領域２８とニクロム・パツド接
続領域３０の間で導電関係にあることにとくに注
目していただきたい。この金の面積領域２０は、
パツド領域２８とパツド領域３０との間の接続体
として機能し、直列に接続された二つの独立した
接合点、すなわち、パツド２８におけるコンスタ
ンタン−金の接合点とパツド３０におけるニクロ
ム−金の接合点より構成された熱電気的な低温側
接合点を提供するものである。金は各接合点の一
方の要素であるので、正味効果は、コンスタンタ
ン−ニクロムの低温側接合点の正味効果であるこ
とは理解されよう。同様に、金の面積領域２２
は、コンスタンタン・パツドの接続領域３２とニ
クロム・パツドの接続領域３４との間の接続体と
して機能する。金の面積領域２４は、ニクロム・
パツドの接続領域３８と協働して、サーモパイル
１０の一方の出力接続端を提供し、一方、金の面
積領域２６は、コンスタンタン・パツドの接続領
域３６と協働して、サーモパイル１０の他方の出
力ターミナルを提供している。これらの領域２４
と２６は、セメント４６を用いてベース４４固着
された適当なリード線４０と４１（第１Ａ図参
照）の端部に接続されている。パツド２４からリ
ード線４０までの接続は、ワイヤ４８を介して行
なわれ、一方、面積領域２６からリード線４２ま
での接続は、ワイヤ５０を介して行なわれる。

金の接合点領域の反射能を改善するために貼り
つけられた金の大きい面積領域２０，２２，２
４，２６に加えて、低温側接合点１４それぞれと
関連して比較的小さい反射領域２７が設けられて
おり、該反射領域２７は、低温接合点１４の一部
分の上にかぶさつているとともに、絶縁材料の薄
い皮膜５４の一部分をおおつて延在している。こ
の面積領域２７は、低温側接合点１４に作用する
漂遊輻射の影響を減らすとともに、低温側接合点
１４を皮膜５４に固着して、該皮膜５４のヒー
ト・シンク特性を改善することを助けるものであ
る。

本サーモパイル１０を説明するにあたつて、衝
突する輻射を測定するため、16個の高温側接合点
１２が設けられていることが明らかにされた。熱
電対を特定の数の接合点に限定することは必要で
ないことはいうまでもなく、模様組織は、さらに
広げることができるが、ここで接合点の数に関す
る唯一の制限はターゲツト領域のサイズと、リー
ド線と接合点のサイズと、熱電対リード線間の所
要の間隔である。

サーモパイル１０を包有した輻射検出器を製作
する本発明に係る新規な方法は、完成したサーモ
パイル１０の横断面を示す第２図を参照すれば非
常にはつきりと理解することができる。製作は、
（１−０−０）の結晶方向をもつ結晶物質のウエ
ーハーから始められる。該ウエーハーは、最終製
品における支承フレーム５２を形成するものであ
る。本発明の好適した実施態様においては、結晶
物質は、シリコンである。公知の溶着法により適
当な絶縁材料の薄い皮膜５４がシリコン・ウエー
ハー５２の正面に溶着される。絶縁材料は、該絶
縁材料と支承フレームとの間の結合が、製造工程
の間、装置の温度の変化により損なわれないよう
な物理的特性を備えていることが重要なことであ
る。この目的のため、10000オングストロムの厚
さを有するほうけい酸ガラスがシリコン支承フレ
ーム５２といつしよに使用するのに適しているこ
とが判明した。溶着によりほうけい酸ガラス皮膜
５４をシリコン支承フレーム５２に結合したあ
と、前記ほうけい酸ガラス皮膜とシリコン支承フ
レームの組み合わせ体は、焼鈍処理に付され、シ
リコン支承フレーム５２にほうけい酸ガラスを溶
着する段階の間生じたほうけい酸ガラスの薄い皮
膜５４に内在する応力がすべて除去される。

熱電対は、公知の写真平板テクニツクを使用し
て、絶縁材の薄い皮膜５４の露出した表面に形成
される。さらに詳しく言えば、ほうけい酸ガラス
５４の露出した表面は、熱電対のコンスタンタン
導線１６に対応した模様組織を表わす適当なマス
クを通つて露出したホトレジストで被覆される。
これらの導線１６はそれぞれ、0.015mm（0.0006
インチ）の幅を有するリード線部分から構成され
ていて、接続を行なうため拡大パツド領域で終つ
ていて、高温側と低温側の熱電対接合部１２と１
４を形成している。ホトレジストを現像して、コ
ンスタンタン導線１６を配置すべき領域よりホト
レジストを取り除いたあと、1000から2000オング
ストロムの厚さのコンスタンタンが、ガラス皮膜
５４の表面全体にわたつて溶着される。しかるの
ち、露出した表面は、前部表面と該表面上に溶着
されたコンスタンタンからすべての残存ホトレジ
スを取り除く働きをする一般市販のホトレジス
ト・ストリツパーを用いた処理に付される。この
結果、細いリード線部分と拡大接合点部分を有す
る所定の模様組織のコンスタンタン導線が得られ
る。ほうけい酸ガラス皮膜の表面にニクロム導線
１８を溶着して、コンスタンタン導線にかぶせ
て、サーモパイル１０の高温側と低温側の熱電対
接合部を作るため、同じ手順が繰り返えされる。

第１図を参照すれば、コンスタンタン導線とニ
クロム導線１６，１８を薄いガラスの基材５４の
上に上述のように溶着することによりサーモパイ
ル１０の一連の高温接合部１２が形成される。加
えて、13個の低温側接合点１４が形成され、これ
により３つの独立したグループの直列に接続され
た高温側と低温側の接合点１２と１４が形成され
る。８つの高温側接合点１２と７つの低温側接合
点１４より成る第１のグループは、コンスタンタ
ン・パツド３６とニクロム・パツド３０との間に
配置されている。４つの高温側接合点１２と３つ
の低温側接合点１４を有するいま一つの一連の熱
電対接合点が、コンスタンタン・パツド２８とニ
クロム・パツド３４の間に配置されている。最後
に、４つの高温側接合点１２と３つの低温側接合
点１４より成るいま一つの熱電対グループが、コ
ンスタンタン・パツド３２とニクロム・パツド３
８との間に形成されている。

サーモパイルを製作する方法の次の段階は、各
グループの熱電対接合点の間で相互接続を行なつ
て、直列に接続された16個の高温側接合点を有す
るシングル・サーモパイルを用意するとともに、
サーモパイル自身に適切な接点手段を提供するこ
とである。この目的を達成するため、皮膜５４の
前部表面が、ホトレジストで被覆される。ホトレ
ジストは、第１図の露出した領域２０，２２，２
４，２６，２７を作るため、マスクを通して露出
される。ホトレジストは、現像され、そしてこの
現像により露出したホトレジストが選択的に取り
除かれる。次に、皮膜５４の表面全体にわたつて
薄いクロムの層が、約400オングストロムの厚さ
まで溶着される。約4000オングストロムの厚さを
有する金の層が、クロム層の頂部に溶着される。
しかるのち、表面は、ホトレジスト・ストリツパ
ー溶液を用いた処理に付されて、ホトレジストの
頂面にあるクロムと金の層といつしよに残存ホト
レジストが取り除かれ、第１図に示されているよ
うに低温側接合点４４と連係された大きい金の表
面を有する４つの大きい面積領域２０，２２，２
４，２６と比較的小さい面積領域２７よりなる模
様組織が形成される。前述のように、面積領域２
０は、ニクロム・パツド３０とコンスタンタン・
パツド２８との間の接続を提供し、熱電対接合点
の二つのグループ間の接合点を提供するととも
に、二つのグループ間の接続を提供するものであ
る。面積領域２２は、ニクロム・パツド３４から
コンスタンタン・パツド３２にいたる電気的な接
続を提供して、熱電体接合点のグループ間の接続
を提供するとともに、所要の低温側接合点を提供
するものである。加えて、面積領域２６は、コン
スタンタン・パツド３６にいたる電気的な接続を
提供し、一方、面積領域２４は、ニクロム・パツ
ド３８にいたる接続を提供するものであることは
理解されよう。

サーモパイルを製作する上述の段階は、シリコ
ン支承フレーム５２上のガラス皮膜５４の露出表
面で実施される操作に関係したものである。サー
モパイルを支える絶縁材の薄いウエーブを用意す
るため、16個の高温側接合点１２を備えたターゲ
ツト領域直下の材料をシリコン・ウエーハー５２
から取り除くことが必要である。支承フレーム５
２の中に急角度に限定され、正確に制御された中
央開き穴５６を作るため、厚さが約400オングス
トロムのクロムの層がまずシリコン・ウエーハー
の上に溶着され、これに続いて約4000オングスト
ロムの厚さを有する金の層５５が溶着される。金
の層５５の露出した表面は、ホトレジストの薄い
皮膜で被露されて、適当なマスクを通して紫外線
に露光される。露光されたホトレジストは現像さ
れて、開き穴５６に該当した領域にある金の層か
らホトレジストが取り除かれる。次に、露出した
金の層は、酸エツチング処理に付され、このエツ
チング処理により露出した金の層と該金の層の下
に所在している薄いクロム層が取り除かれ、シリ
コンが露出することとなる。露出したシリコン
は、アニソトロピー的なエツチング処理に付さ
れ、このエツチング処理によりシリコン・ウエー
ハーの結晶の方向に応じて制御されたエツチング
が行なわれ、この結果、シリコン・ウエーハーの
（１−１−１）面により限定された、形状がほぼ
矩形の開き穴５６が得られる。ほうけい酸ガラス
の薄い皮膜５４の背面にある開き穴５６の輪郭は
小さい寸法の開き穴の場合に要求されるように、
高温側接合点の領域あるいはサーモパイルのター
ゲツト領域では側部が正確に限定される。

サーモパイル１０の応答性を改善するため、タ
ーゲツト領域は、該ターゲツト領域に衝突する輻
射の吸収を増加させるため、レセプター材料
（receptor material）を備えている。第１図に示
されているサーモパイル１０の面の上にマスクが
置かれるが、開き穴５６にかぶせて配置されたマ
スクの中に穴があけられている。高温側接合点１
２を包有したサーモパイル１０のターゲツト領域
にあるマスクに設けられた穴を通つてほうけい酸
ガラスの薄い皮膜５８が溶着される。これに続い
て、比較的小さい穴を有するマスクが、サーモパ
イル１０の上に置かれ、マスクを通つてメタル・
ブラツク（metal black）の皮膜６０が皮膜５８
上に溶着されて、サーモパイル１０のターゲツト
領域が限定される。

しかるのち、第１Ａ図に示されているように、
出来上がつたサーモパイル１０は、シリコン支承
フレーム５２をベース部材４４上に接着すること
により金メツキされたベース部材４４に取り付け
られる。前記両方のものをあわせ取り付けるにあ
たつて、導電性エポキシが好適した接着剤である
ことが判明した。ベース部材４４は、該ベース部
材を貫通する開き穴６２を備えており、しかし
て、該開き穴６２は、支承フレーム５２に設けら
れた開き穴５６と１列に並べられている。

サーモパイルと電気的な接続を行なうためワイ
ヤ５０は、熱圧縮性ボール・ボンド（ball
bond）を用いて接触面積領域２６に取り付けら
れていて、熱圧縮性ウエジ・ポンド（wedge
bond）を用いてリード線４２の端に接続されて
いる。同様に、接触面積領域２４は、ワイヤ４８
を用いてリード線４０に接続されている。第３図
は、本発明に従がつて完成されたキヤツプ６４を
有するサーモパイル検出器を示す。前記キヤツプ
６４は、ベース４４に固着されている。測定され
る輻射線を入れる小さい中央穴６６が前記キヤツ
プ６４に設けられている。第３図には、サーモパ
イル線４０と４２に加えて、ベース４４の底に電
気的に取り付けられた接地リード線６８が補足的
に設けられている。

本発明が教示するところに従がつて構成された
サーモパイルは、時間定数が極端に高く、（時間
定数が著しく小さく）受信された一定の輻射に対
し出力が大きい点において特に有利である。この
大きな効果は、本発明のサーモパイルを製作する
方法、特に、結晶ウエーハーの結晶方向が（１−
０−０）のものを使い、且つ、該ウエーハー材料
にアニソトロピー的エツチング処理を施すと云う
方法と部材の物理的な配置により得られたもので
ある。導線の寸法が極端に小さいことが、本装置
の非常に早い応答性に大きく貢献している。2.5
mm（1/10インチ）の寸法と上記のリード線寸法を
有する正方形の輪郭に作られた面積領域２０、２
２，２４，２６を備えた上述のように構成された
サーモパイルの時間定数が10ミリ秒であることが
判明した。これに対し、当初に挙げた米国特許第
3424624号に開陳されている在来の装置の時間定
数は、130から160ミリ秒の範囲にわたつているこ
とが報告されている。本サーモパイルから比較的
大きい出力が得られることは、主として、サーモ
パイルの接合部の物理的な配置構成と、寸法が小
さいことと、導線を作る精度のしからしめるとこ
ろであり、これにより特定のターゲツト領域の範
囲内に最大個数の高温側接合点１２を設けること
ができるのである。さらに、本発明に従がつて構
成されたサーモパイルは、受信した輻射エネルギ
ー１ワツト当り20ボルトの出力をもつことが判明
した。

サーモパイルを製作する上述の方法は、一般に
シリコン材料の１枚のウエーハーの上に複数のサ
ーモパイルを製作することにより実施される。１
枚のシリコン・ウエーハーの上に一度に多重サー
モパイルを作る場合、シリコン・ウエーハー５２
の中に開き穴５６をエツチング処理するためホト
レジストを露光させるのに使用されるエツチ・マ
スクは、個々のサーモパイルそれぞれの間の劈開
ラインをエツチング処理するホトレジストを露出
させる段取も備えている。このような段取の結
果、支承フレーム５２は、該フレームのエツジに
沿い材料がエツチング処理され、第２図に示され
ているように傾斜面７０と７２が作られる。これ
により好適に限定された劈開ラインに沿い個々の
サーモパイルを分離することができる。

上述の説明は、コンスタンタン・ワイヤとニク
ロム・ワイヤを接合することにより熱電対接合点
が作られることを明らかにしたものである。この
ような材料は、例示的に使用されたにすぎず、熱
電対接合点を作るため他の導線を使用することが
できることはいうまでもない。高温側接合点と低
温側接合点の間に延在した導線の物理的な寸法が
極端に小さいことにかんがみ、２つの異なつたワ
イヤの間の熱電気的な効果だけでなく、選択され
た材料の抵抗にも考慮を払わなければならない。
ビスマスとアンチモニについては、シーベツク係
数が高いことは、当事者には公知のことである。
しかし、このような材料は、抵抗率が極端に高
く、本発明に従がつて製作されるタイプのサーモ
パイルに使用するには適していない。本発明の教
示するところに従がつて構成されたサーモパイル
を測定したところ、このサーモパイルが1400オー
ムのオーダーのインピーダンスを有することが判
明した。ジヨンソン・ノイズを低く抑えて、本サ
ーモパイルの系に大きい信号対ノイズ比を与える
ためには、低インピーダンスが望ましいことは理
解されよう。

本願発明は前述の構成であつて、シリコン・ウ
エーハーと溶着されたほうけい酸ガラスを焼鈍す
る工程と、前記ウエーハーの中央部分に配置され
た一連の接合点と、前記中央部分より間隔がへだ
てられていて、該中央部分の周囲まわりに分散配
置された一連の中間接合点とを有する異なつた導
電材料から作られた複数の直列に接続された熱電
対を前記ガラスの上に溶着する工程とに依り、薄
肉皮膜サーモパイルの製作に当り、絶縁層とシリ
コンとの間の接着剤が本サーモパイル製作中に起
る大きな温度変化に於ても悪影響を受けないと云
う大きな効果が齎らされた。

更に、直列回路の関係にて前記高温側接合点と
前記低温側接合点を交互に接続する複数の熱電対
リード線であつて、前記高温側接合点の前記リー
ド線が、前記絶縁皮膜の表面に対応した平面の中
に所在していて、ほゞ互に直角であるリード線と
から成ると云う構成にしたことに依り、高温側接
合点の数を著しく大ならしめ、以て出力を大なら
しめ得たと云う効果が齎らされた。

而して、ターゲツト領域内に形成されていて第
１の熱電対リード線と第２の熱電対リード線の第
１の接合点によりターゲツト領域を通つて分散配
置された複数の高温側熱電対接合点と前記リード
線とが、互にほゞ直角をなして前記高温側接合点
それぞれに接続されていると共に、二つの異なつ
た熱電対リード線の他方の接合点により形成され
た前記フレームにより限定されている領域内に設
けられた複数の低温側熱電対接合点と、前記リー
ド線とが、互にほゞ平行に前記低温側接合点に接
続されている構成となしたことに依り、接合点の
数を著しく大ならしめ、以て出力を大ならしめ得
たと云う大きい効果が齎らされたのである。

以下、本発明に係る小型高性能の輻射サーモパ
イルと該サーモパイルを製作する方法について実
施態様を示せば次の通りである。

(1) （１−０−０）の結晶方向を有する結晶ウエ
ーハーの一方の表面に絶縁材料の薄い皮膜を溶
着する段階と、 前記ウエーハーの中央部分に配置された一連
の接合点と、前記中央部分より間隔がへだてら
れていて、該中央部分の外側で周囲まわりに分
散配置された一連の中間接合点とを有する異な
つた導電材料から作られた複数の直列に接続さ
れた熱電対を前記絶縁材料の上に溶着する段階
と、 前記中央部分の前記絶縁材料より前記ウエー
ハー材料をアニソトロピー的にエツチング処理
して、前記中央部分の前記一連の接合点が絶縁
材の前記薄い皮膜によつてのみ支承されるよ
う、前記中央部分の前記ウエーハー材を除去す
る段階と を用いてソリツド・バツク式の高性能な薄肉皮
膜サーモパイルを製作する方法。

(2) （１−０−０）の結晶方向を有するシリコ
ン・ウエーハーの一方の表面にほうけい酸ガラ
スの薄い皮膜を溶着する段階と、 前記シリコン・ウエーハーと溶着されたガラ
スを焼鈍する段階と、 前記ウエーハー中央部分に配置された一連の
接合点と、前記中央部分より間隔がへだてられ
ていて、該中央部分の周囲まわりに分散配置さ
れた一連の中間接合点とを有する異なつた導電
材料から作られた複数の直列に接続された熱電
対を前記ガラスの上に溶着する段階と、 前記シリコン・ウエーハーの（１−１−１）
面により急角度に限定されたほぼ矩形の形状を
有する中央穴を作るため、向きにより左右され
るエツチング処理により前記中央部分にある前
記ガラスより前記シリコンを選択的に除去する
段階と、 を用いて、ソリツド・バツク式の高性能な薄肉
否膜サーモパイルを製作する方法。

(3) 熱電対を溶着する段階が、第１図の模様組織
の第１の導電材料より成る複数のまつすぐな細
い線を前記ガラスの上に溶着し、しかして、前
記リード線がそれぞれ、ほぼ正方形の拡大パツ
ド面積領域で終つていることと、 第２の模様組織の第２の導電材料より成る複
数のまつすぐな細い線を前記ガラスの上に溶着
し、しかして、前記リード線がそれぞれ、ほぼ
正方形の拡大パツド面積領域で終つていて、前
記第２の材料の前記パツド面積領域のうち選択
されたものが、前記第１の材料の前記パツド面
積領域のうち選択されたものの上にかぶさつ
て、前記熱電対接合点を形成していること を特徴とする前記第２項に記載の方法。

(4) 前記パツド面積領域のうち所定のものを選ん
で、前記熱電対の電気的に絶縁された区画の間
の電気的な接続と前記サーモパイル１０の出力
接続を作りあげるとともに、前記パツド面積領
域からの漂遊輻射を反射することにより前記ウ
エーハーの温度を下げて、前記中間接合点を比
較的低い温度に維持するため、大きい分離した
面積の高反射性の導電材料を溶着する段階を補
足的に備えているものであることを特徴とする
前記第３項に記載の方法。

(5) 大きい分離した面積の高反射性の導電材料を
溶着する段階が、前記中間接合点と関連した比
較的小さい面積も溶着するものである前記第４
項に記載の方法。

(6) 絶縁材料の薄い皮膜から作られた基材と、ほ
ぼ矩形の中央開き穴を有する前記基材の支承フ
レームと、 前記支承フレームの中央開き穴を有する前記
基材の支承フレームと、 前記支承フレームの中央開き穴と対応した領
域内においてターゲツト領域にある前記基材に
溶着された複数の第１の熱電対接合点と、 前記支承フレームにより支承された面積領域
で前記基材の表面上に溶着された複数の第２の
熱電対接合点と、 直列回路の関係にて前記高温側接合点と前記
低温側接合点を交互に接続する複数の熱電対リ
ード線であつて、前記高温側接合点の前記リー
ド線が、前記絶縁皮膜の表面に対応した平面の
中に所在していて、ほぼ互に直角であるリード
線とから成り、 これにより、前記高温側接合点が前記ターゲ
ツト領域を通つて分散配置されていて、該ター
ゲツト領域に配置することができる高温側接合
点の数が、あらかじめ選択された熱電対リード
線の間隔とターゲツトの面積にあわせて最大限
に増加させることができるものである ことを特徴とする輻射に応答する温度測定装置
に使用される改良された高性能なソリツド・バ
ツク式サーモパイル。

(7) 熱電対リード線が、まつすぐな線に沿つて所
定の模様組織に配設されており、前記まつすぐ
な線がそれぞれ、二つの高温側接合点を備えて
いることを特徴とする前記第６項に記載の改良
されたソリツド・バツク式高性能サーモパイ
ル。

(8) 輻射レセプターにより限定されたターゲツト
領域と、 該ターゲツト領域より間隔がへだてられてい
て、該ターゲツト領域を取り囲んでいるフレー
ムと、 一つの平面に配置された複数の第１の熱電対
リード線と、 前記平面に配置された複数の第２の熱電対リ
ード線と、 前記ターゲツト領域内に形成されていて、前
記第１の熱電対リード線と前記第２の熱電対リ
ード線の第１の接合点により、前記ターゲツト
領域を通つて分散配置された複数の高温側熱電
対接合点と前記リード線とが、互にほぼ直角を
なして前記高温側接合点それぞれに接続されて
いるものであることと、 前記二つの異なつた熱電対リード線の他方の
接合点により形成された前記フレームにより限
定されている領域内に設けられた複数の低温側
熱電対接合点と、前記リード線線とが、互にほ
ぼ平行に前記低温側接合点に接続されているも
のであること より成る輻射パイロメーターとして使用される
改良された高性能サーモパイル。

(9) 前記熱電対リード線が、ほぼ互に直角をなす
直線の模様組織に並べられており、該模様組織
の中の前記直線がそれぞれ、前記高温側接合点
と、前記直線の異なつた線セグメントに沿う異
なつた熱電対リード線のうち二つを備えている
ことを特徴とする前記第８項に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従がつて構成された部分的
に完成したサーモパイルの拡大平面図。第１Ａ図
は、サーモパイルの平面図であつて、サーモパイ
ルが熱電対構造体（図示せず）の細かい部品とい
つしよにベースに取り付けられている状態を示
す。第２図は、第１図に示された線に沿つて切断
された完成したサーモパイルの横断面図。第３図
は、完全に包み囲まれたサーモパイルの実物大寸
法のものの斜視図。 １０はサーモパイル、１２は高温側接合点、１
４は低温側接合点、１６はコンスタンタン導線、
１８はニクロム導線、２０，２２，２４，２６は
面積領域、２７は反射領域、２８はコンスタンタ
ン・パツド接続領域、３０はニクロム・パツド接
続領域、３２はコンスタンタン・パツド接続領
域、３４はニクロム・パツド接続領域、３６はコ
ンスタンタン・パツド接続領域、３８はニクロ
ム・パツド接続領域、４０，４２はリード線、４
４はベース、４６はセメント、４８，５０はワイ
ヤ、５２は支承フレーム、５４は絶縁材料の薄い
皮膜、５５は金の層、５６は中央開き穴、５８は
ほうけい酸ガラスの薄い皮膜、６４はキヤツプ、
６６は中央穴、６８は接地リード線、７０，７２
は傾斜面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （１−０−０）の結晶方向を有するシリコ
   ン・ウエーハーの一方の表面にほうけい酸ガラス
   の薄い皮膜を溶着する段階と、 前記シリコン・ウエーハーと溶着されたガラス
   を焼鈍する段階と、 前記ウエーハーの中央部分に配置された一連の
   接合点と、前記中央部分より間隔がへだてられて
   いて、該中央部分の周囲まわりに分散配置された
   一連の中間接合点とを有する異なつた導電材料か
   ら作られた複数の直列に接続された熱電対を前記
   ガラスの上に溶着する段階とを特徴とする 前記シリコン・ウエーハーの（１−１−１）面
   により急角度に限定されたほぼ矩形の形状を有す
   る中央穴を作るため、向きにより左右されるエツ
   チング処理により前記中央部分にある前記ガラス
   より前記シリコンを選択的に除去する段階を含む ソリツド・バツク式の薄肉皮膜サーモパイルを製
   作する方法。 ２ 絶縁材料の薄い皮膜から作られた基材と ほぼ矩形の中央開き穴を有する前記基材の支承
   フレームと、 前記支承フレームの中央開き穴を有する前記基
   材の支承フレームと、 前記支承フレームの中央開き穴と対応した領域
   内においてターゲツト領域にある前記基材に溶着
   された複数の高温側熱電対接合点と、 前記支承フレームにより支承された面積領域で
   前記基材の表面上に溶着された複数の低温側熱電
   対接合点と、 直列回路の関係にて前記高温側接合点と前記低
   温側接合点を交互に接続する複数の熱電対リード
   線であつて、前記高温側接合点の前記リード線
   が、前記絶縁皮膜の表面に対応した平面の中に所
   在していて、ほぼ互に直角であるリード線とから
   成り、 これにより、前記高温側接合点が、前記ターゲ
   ツト領域を通つて分散配置されていて、該ターゲ
   ツト領域に配置することができる高温側接合点の
   数が、あらかじめ選択された熱電対リード線の間
   隔とターゲツトの面積にあわせて最大限に増加さ
   せることができるものである ことを特徴とする輻射に応答する温度測定装置に
   使用されるソリツド・パツク式サーモパイル。 ３ 輻射レセプターにより限定されたターゲツト
   領域と、 該ターゲツト領域より間隔がへだてられてい
   て、該ターゲツト領域を取り囲んでいいるフレー
   ムと、 一つの平面に配置された複数の第１の熱電対リ
   ード線と、 前記平面に配置された複数の第２の熱電対リー
   ド線と、 前記ターゲツト領域内に形成されていて前記第
   １の熱電対リード線と前記第２の熱電対リード線
   の第１の接合点により前記ターゲツト領域を通つ
   て分散配置された複数の高温側熱電対接合点と前
   記リード線とが、互にほぼ直角をなして前記高温
   側接合点それぞれに接続されているものであるこ
   とと、 前記二つの異なつた熱電対リード線の他方の接
   合点により形成された前記フレームにより限定さ
   れている領域内に設けられた複数の低温側熱電対
   接合点と、前記リード線とが、互にほぼ平行に前
   記低温側接合点に接続されているものであること より成る輻射パイロメーターとして使用されるサ
   ーモパイル。