JPS62285029A - 赤外検出器及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、赤外線を利用して温度計測、地球資源観測、
気象観測、公害監視、防犯・防災監視、交通機関の運転
！理、工場での熱管理工程などの監視、測定を行う赤外
検出器及びその製造法に関するものである。

従来の技術 集光レンズに赤外検出素子を直接密着し、集光効率を高
くして赤外検出性能を改善したものとして、赤外集光レ
ンズ付サーミスタ赤外検出器がある（電子技術総合研究
所調査報告　第１７７号、ＰＰ６５〜６６）。このサー
ミスタ赤外検出器について第４図（ａ）、（ｂ）を参照
しながら説明すると、ゲルマニウム赤外集光レンズ２２
にサーミスタ素子２１が密着され、サーミスタ素子２１
に赤外信号を電気信号とし３ヘー／ て取出すだめの電極２３．２４が設けられ、各電極２３
．２４に信号取出しのだめのリード線２５．２６が接続
されている。

上記サーミスタ素子以上の高感度を得る赤外検出器とし
て、特願昭６０−８３７６４号に記載されているように
集光レンズに焦電形赤外検出素子を接着した構成が知ら
れている。この赤外検出器は高感度を達成するため、小
型薄板化が望まれ、例えば、φ０．３　　（有効受光面
）、素子寸法１　ｎｖｎＸ　１　ｍｍＸ　１０μｍｔ程
度に形成されたものがあるが、更に薄板化することが望
まれている。以下、上記従来の焦電形の赤外検出器につ
いて第５図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

第５図（ａ）、（ｂ）に示すように焦電素子１１に信号
取出し電極１３とアース電極を兼用する赤外受光面電極
１４が形成されて焦電形赤外検出素子が形成され、との
焦電形赤外検出素子が接着剤１５により赤外集光レンズ
１２に接着されている。信号取出し電極１３には信号取
出し用のリード線１８が接続され、赤外受光面電極１４
の腕状部１６にはアース用のリード線１７が接続されて
いる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記従来の焦電形の赤外検出器の構成では、焦
電薄膜を酸化マグネシウム単結晶基板（図示省略）にス
パッタ蒸着し、然る後、酸化マグネシウム単結晶基板を
エツチングにより除去し、２〜５μｍｔの焦電素子１１
を得ているが、このような薄膜よりなる焦電素子１１を
赤外集光レンズ１２にマウントするのは非常に困難で、
歩留りが悪い。

また焦電形赤外検出素子を赤外集光レンズに密着してマ
ウントすると、熱時定数が大変短くなり（０，５ｍｓ以
下）、赤外検出器として必ずしも望ましいものではない
。また焦電形赤外検出素子を、赤外集光レンズ１２に密
着させないように酸化マグネシウム単結晶基板を焦電素
子１１の周辺だけ枠状に残し、補強に利用する構成も検
討されているが、この酸化マグネシウム単結晶はへき開
性が強く、もろく破損し易いため、望ましい補強材とは
云えない。しかも熱膨張係数が１．３８’　Ｘ　１０　
　ｄｅｇ　　とかなり大きく、焦電素子材やゲルマニウ
ムレンズ材５ページ の熱膨張係数０．５５　ＸＩＯｄｅｇ　との差が大きい
ため、温度変化に弱い。

そこで、本発明は、望ましい特性を得ることができ、ま
た温度変化に対する信頼性を向上させることができ、ま
た製作時の歩留りを向上させることができ、更には製作
時の焦電素子の破損を防止することができるようにした
基外検出器及びその製造法を提供しようとするものであ
る。

問題点を解決するだめの手段 そして上記問題点を解決するだめの本発明の赤外検出器
は、赤外集光レンズと、焦電素子及び電極を有する焦電
形赤外検出素子と、との焦電形赤外検出素子の焦電素子
の周辺部と上記赤外集光レンズとの間に介在されだ補ｉ
枠を備え、この補強枠は焦電素子及び赤外集光レンズと
熱膨張係数の差が少ない材料により形成誉れ、且つ赤外
集光レンズと焦電素子の赤外受光面とが赤外線の波長の
２倍以下となる厚さに形成されたものであり、また本発
明の製造法は、単結晶基板に蒸着した焦電素子に焦電素
子及び赤外集光レンズと熱膨張係数６＝−７ の差が少ない材料よりなる補強枠を接着し、接着後、単
結晶基板をエツチングにより除去して補強枠を一体にし
、電極を有する焦電形赤外検出素子を形成し、補強枠を
赤外集光レンズに接着するものである。

作用 上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、赤外集光レンズと焦電素子との間は光学的観
点からは、全反射、光学収差などの点で極力接近してい
ることが望ましいが、研究の結果、測定すべき赤外線の
波長の２倍までは光学損失の増大率は僅かである。一方
、熱時定数の観点からは、ある程度、赤外集光レンズと
焦電素子は離れていることが望ましい。これは赤外検出
器の使用目的によって最適値が異なるので、熱伝導度Ｇ
を熱時定数、Ｈ；焦電素子熱容量）から望ましい熱時定
数を設定することができる。従って補強枠の介在により
望ましい赤外検出器特性を達成することができる。また
補強枠を焦電素子及び赤外集光７　”−ジ レンズと熱膨張係数の差が少ない材料によ多形成してい
るので、温度変化に対する信頼性を向上させることがで
きる。また補強枠を用いることにより焦電形赤外検出素
子を赤外集光レンズにマウントする際、及び焦電素子に
電極を蒸着する際、取扱い易いので、歩留りを向上させ
ることができる。

更に単結晶基板に蒸着した焦電素子に補強枠を接着した
後、単結晶基板を除去するので、焦電素子の破損率を著
しく低減することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

先ず、本発明の第１実施例について説明する。

第１図（ａ）は断面図、第１図（ｂ）は底面図である。

酸化マグネシウム単結晶基板（図示省略）に信号取出し
電極３として、０３φ及び腕状の白金蒸着膜を予め蒸着
しておき、その上より焦電素子１として、チタン酸鉛薄
膜層をスパッタ蒸着により１０ｍμｔの厚さに形成する
。次に信号取出し電極３の０．３φの円形部が中央に配
置されるようにして酸化マグネシウム単結晶基板及び焦
電素子１を１ｍｍ×ｌｌＴｌｌＴｌの大きさにダイシン
グマシンにより切断する。次に酸化マグネシウム単結晶
基板の反対側において焦電素子１の周辺部にアルミナ焼
結体よりなる補強枠９をアラルダイト系接着剤により接
着する。この補強枠９は外寸法がｌ　ｍｍ　Ｘ　１　ｍ
ｍｔ、内寸法が０．６　ｍｍ　Ｘ　Ｏ，６ｍｍ　ｔ　、
厚さが１０μｍｔである、接着　　　　　゛剛固化後、
リン酸エツチング液により７０℃にて酸化マグネシウム
単結晶基板を除去する。酸化マグネシウム単結晶基板を
除去することにより表面に現われた白金蒸着膜の腕状部
にアルミニウム蒸着膜を重ねて蒸着し、信号取出し電極
３を形成する。

次に焦電素子１に補強枠９の内側中央において、アース
電極兼用の赤外受光面電極４として０．３ｍｍφのニク
ロム蒸着膜を約３００Ω／　ｃｍ　Ｘ　ａｍになるよう
蒸着すると共に、赤外受光面電極４に連続して補強枠４
上にアース電極取出し用の腕状部６となるニクロム蒸着
膜を同様に蒸着する。この腕状部６にアルミニウムを重
ねて蒸着する。

一方、赤外集光レンズ２はゲルマニウム製（若９ページ しくけシリコーン製）で、直径３ｍｍφ、凸面γ＝２．
５ｎｖｎ、厚さ２．４ｍに形成し、凸面、平面共に反射
防止膜として、中央部０５φ中に硫化亜鉛を４ｎｄ＝１
０μｍ　（ｎ　＝　２．２）になるように厚さｄ＝　１
．１４μｍで蒸着する。また赤外集光レンズ２の平面側
にアース電極取出し用の腕状部６となるアルミニウム蒸
着膜を蒸着しておく。而して上記補強枠９を一体にした
焦電形赤外検出素子の腕状部６と赤外集光レンズ２の腕
状部６を重ね、超音波ボンダにより金属接合する。必要
であればインジウムを腕状部６であるアルミニウム蒸着
膜に重ねて蒸着し、接着性を強化することもできる。

金属接合後、補強枠９をアラルダイト系の接着剤５によ
り赤外集光レンズ２の平面に接着して補強する。次にア
ース電極用リード線７を腕状部６に超音波ボンダにより
接続すると共に、信号取出し用リード線８を信号取出し
電極３の腕状部１３に超音波ボンダにより接続すること
により赤外検出器を得ることができる。

上記第１実施例によれば、赤外比検出能４Ｘ１０“％ ｃｍＨｚ　／Ｗ　（チ’ｉｉッピング周波数１６０　Ｈ
ｚ）の素子を歩留り８０％で得ることができ、従来、歩
留り５０％以下であったのを大幅に向上することができ
た。

また補強枠９を形成するアルミナ焼結体は、その熱膨張
係数が約Ｑ、６　Ｘ　ｉＯｄｅｇ　　であり、ゲルマニ
ウムレンズ２の熱膨張係数、０．５５　ＸＩＯｄｅｇ　
、若しくはシリコーンレンズ２の熱膨張係数、０．４２
　ＸＩＯｄｅｇとの差が比較的少なく、熱衝撃に優れた
耐性を示し、−４０℃〜＋８０℃の熱サイクルで１００
サイクル耐えることを確認することができた。

次に本発明の第２実施例について説明する。第２図は斜
視図、第３図は焦電形赤外検出素子と補強枠の分解斜視
図である。本実施例においては、上記第１実施例と異な
る点について説明する。

補強枠９の一つの角部にリード線接続用の突出面を有し
ている。これに伴い、補強枠９の突出面に第３図に示す
ようにアース電極取出し用の突出面１４となるアルミニ
ウム蒸着膜を蒸着し、必要に応じてインジウム膜を重ね
て蒸着する。一方、焦電素子１における補強枠９側にも
予め補強枠９の１１へ−７ アルミニウム、あるいはインジウム蒸着膜の外端部を除
？対応部分にアース電極取出し用腕状部１４となるアル
ミニウム蒸着膜を形成し、これら電気伝導部分である蒸
着膜を超音波ボンダにより接続し、電気的に導通させる
。このアース側の腕状部１４及び焦電素子１の信号取出
し電極３の腕状部１３は共に二股部を設けて信頼性を向
上させた。まだ腕状部１４の露出部及び露出している腕
状部１３にはそれぞれ２本づつのリード線７及び８を接
続した。

焦電素子１と補強枠９とは超音波ボンディングによる金
属接着部以外の部分においてエポキシ系の接着剤１５に
より固着する。赤外集光レンズ２と補強枠９とは上記第
１実施例と同様、エポキシ系接着剤５　（第１図（ａ）
参照）で固着する。但し、電気的導通は必要ないので、
補強枠９の全面に亘り接着剤５により固着する。

上記第２実施例によれば、熱時定数が４ｍｓ±０．５ｍ
ｓと、非常に安定した性能を確認でき、従来においては
、０．５〜４ｍｓの間でバラツキが大きかったのを大幅
に改善することができた。またリード線接続のだめの突
出面１４を設けることにより、取り扱い易く、マウント
作業を行い易く、しかも信頼性を向上させることができ
る。

次に本発明の第３実施例について説明する。本実施例に
おいては、第１図に示す第１実施例と異なる点について
説明する。補強枠９における赤外集光レンズ２に接する
側の一部を凹入状態に削るか、あるいは完全に削除し、
その空間を利用して、赤外集光レンズ２側の焦電素子１
の電極４に接続したリード線をくぐらせ、直接電極４か
らリード線を引き出すように構成し、これにより電気的
接触部を２個所減らすようにした。

上記第３実施例によれば、インジウム圧着による電気的
接続部がないので、所謂低融点金属による電気的接続の
信頼度の低減の恐れを設計段階で解消することができる
。

発明の効果 以上のように本発明は、焦電素子の周辺部と赤外集光レ
ンズの間に補強枠を介在させ、この補強枠は焦電素子及
び赤外集光レンズと熱膨張係数の１３ページ 差が少ない材料により形成し、且つ赤外集光レンズと焦
電素子の赤外受光面とが赤外線の波長の２倍以下となる
厚さに形成しているので、望ましい特性を得ることがで
き、まだ温度変化に対する信頼性を向上させることがで
きる。また補強枠を用いているので、製作を容易にし、
歩留りを向上させることができる。更に単結晶基板に蒸
着した焦電素子に補強枠を接着した後、単結晶基板を除
去するので、製作時に焦電素子を補強し、これが破損す
るのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は本発明の第１実施例における赤外検出器
の断面図、第１図（ｂ）はその底面図、第２図及び第３
図は本発明の第２実施例を示し、第２図は斜視図、第３
図は焦電形赤外検出素子と補強枠の分解斜視図、第４図
（ａ）は従来の赤外検出器の断面図、第４図（ｂ）はそ
の底面図、第５図（ａ）は従来の他の例の赤外検出器を
示す断面図、第５図（ｂ）はその底面図である。 １・・・焦電素子、２・・・赤外集光レンズ、３・・・
信号１４・・−／ 取出し電極、４・・・アース電極兼赤外受光面電極、訃
・・接着剤、７．８・・・リード線、９・・・補強枠。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１名第１図 ３ブＳｐＪ靭鯨１資 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外集光レンズと、焦電素子及び電極を有する焦
   電形赤外検出素子と、この焦電形赤外検出素子の焦電素
   子の周辺部と上記赤外集光レンズとの間に介在された補
   強枠を備え、且つ赤外集光レンズと焦電素子の赤外受光
   面とが赤外線の波長の２倍以下となる厚さに形成されて
   いることを特徴とする赤外検出器。
2. （２）補強枠がアルミナ焼結体により形成されている特
   許請求の範囲第１項記載の赤外検出器。
3. （３）補強枠が焦電素子の赤外受光面電極と電気的導通
   を保つように組合わせることのできる電気伝導部分と、
   リード線を接続し得る突出面を備えている特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の赤外検出器。
4. （４）単結晶板に蒸着した焦電素子に補強枠を接着し、
   接着後、単結晶板をエッチングにより除去し、焦電素子
   両面および補強枠に金属電極を蒸着した後、あらかじめ
   電極を形成した赤外集光レンズに接着することを特徴と
   する赤外検出器の製造法。