JPH10148578A - 赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装する筐体の小型化に適するマイクロボロ
メータ型２次元アレイ赤外線検出素子を搭載する赤外線
検出器を得る。 【解決手段】 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
造とし、端面が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、赤外線検出素子と気密端
子間を配線するワイヤボンデイングと、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
するウィンドウと、ウインドウを装着する金属材料から
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と、ベースプレートの外側の面に
ねじで交換可能な放熱フィンを備えたものとする。

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９は、例えば特表平７−５０８３８４
号公報に示された従来の赤外線検出器の断面図である。
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
後燒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、還元雰囲気炉で燒結成形
する。燒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
出器では、電子冷却素子２が性能を発揮するために電子
冷却素子２で発生する熱を、ベースプレート５を介して
赤外線検出器の外部に放出する必要があるが、ベースプ
レート５からの熱伝達、熱放射では周囲の空気に放出で
きる熱が不十分である場合、赤外線検出容器を収納する
筐体に設けたヒートシンクに赤外線検出器を固定する構
造や、空気に熱を放出しやすくするための放熱フィンを
赤外線検出器に固定する構造が必要となり、赤外線検出
器の配置に制約ができ、赤外線検出容器を収納する筐体
を小型にできないという問題があった。

【０００５】また、上記のような赤外線検出器では、チ
ップ管７をベースプレート５にロウ付け接合する構造を
有しており、チップ管７を接合後セラミックス構造部４
の最外面のパターン及びウインドウ６を接合する部分を
ニッケル及び金でメタライズする工程を経るが、その際
にチップ管外面及び内面にメタライズが付着するとチッ
プ管７の封じ後の気密性が悪くなるため、メタライズ工
程でのチップ管７のマスキングを十分行う必要があり、
時間がかかりコストが高いという問題があった。また、
メタライズ後、チップ管７の内面にメタライズが付着し
ていないことを確認する手段が無く、チップ管７の封じ
後の気密性の信頼性に問題があった。

【０００６】さらに上記のような赤外線検出器では、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。

【０００７】また上記のような赤外線検出器では、赤外
線検出器内部を真空にするためにチップ管７を有する構
造となっており、チップ管７を製作する費用、チップ管
７を接合する費用がかかりコストが高く、ベースプレー
ト５にチップ管７を接合する場所が必要であり、かつ封
じ後のチップ管７が突起するため赤外線検出容器を小型
化しにくいという問題があった。

【０００８】さらに上記のような赤外線検出器では、電
子冷却素子２をベースプレート５に半田接合または接着
接合する構造であり、接合の工程が必要のためコストが
かかり、接合部の熱抵抗のため電子冷却素子２で発生す
る熱をベースプレート５を介して赤外線検出器の外部に
放出しにくいという問題があった。

【０００９】また上記のような赤外線検出器では、赤外
線検出素子１を電子冷却素子２の上に、半田接合または
接着接合し、赤外線検出素子１とセラミックス構造部４
の上に施されたパターンの間を１本ずつワイヤボンディ
ングで配線する構造であり、工程が多くコストが高いと
いう問題があった。

【００１０】さらに上記のような赤外線検出器では、赤
外線検出素子１の温度を所定の温度にするための電子冷
却素子２が必要でありコストが高いという問題があっ
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】こ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、
端面が赤外線素子の近傍に位置するようにした気密端子
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
チップ管と、ベースプレートの外側の面にねじで交換可
能な放熱フィンを備える。

【００１２】こ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、前記ベースプレートに固定されたパイプ
に接合する真空排気用のチップ管を備える。

【００１３】こ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、絶縁部分を赤外線
検出素子の実装面側に固定し、絶縁部分の上面及び、端
子の端面が赤外線検出素子の近傍に位置するようにした
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、ウインドウを装着する金属材料からなるキャップ
と、ベースプレートとキャップを溶接し封止する構造
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。

【００１４】こ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、端面が赤外線検出
素子の近傍に位置するようにした気密端子と、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、気密端子を装着し溶接するためのツバ状のフランジ
を設け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、ウインドウを装着し溶接するた
めのツバ状のフランジを設けた金属材料からなるキャッ
プと、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。

【００１５】この発明の赤外線検出器は、電子冷却素子
の構成品であるセラミックスプレートに気密端子、真空
排気用チップ管、キャップを接合するためのリングを装
着した電子冷却素子を有し、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、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、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、前記電子冷却素子に装着した
リング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を備える。

【００１６】こ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の構成品であるセラミックスプレ
ートの上に配線用パターンが施された電子冷却素子を実
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、端面が赤外線検出素子の近傍に位置するよう
にした気密端子と、気密端子を装着したベースプレート
と、赤外線を透過するウインドウと、ウインドウを装着
する金属材料からなるキャップと、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。

【００１７】この発明の赤外線検出器は、ベースプレー
トの上にヒータを実装し、ヒータの上に赤外線検出素子
を実装する構造を有し、端面が赤外線検出素子の近傍に
位置するようにした気密端子と、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、気密端子を装
着したベースプレートと、赤外線を透過するウインドウ
と、ウインドウを装着する金属材料からなるキャップ
と、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。

【００１８】

【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６を装着する金属材料からなるキャップ、１
０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、１２は放熱フィンを固定するねじ、１
３は放熱フィンである。

【００１９】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、鉄を燒結さ
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。前記ベースプレート
５は、外側の面に放熱フィンをねじで固定する構造を有
しており、前記放熱フィン１３は前記ねじ１２にて着脱
可能な構造となっている。

【００２０】前記電子冷却素子２で発熱した熱は、前記
ベースプレート５を介して前記放熱フィン１３から放熱
する。赤外線検出器を固定する筐体から放熱できる経路
が十分確保されている場合は、熱は前記ベースプレート
５から筐体に流れるので、前記放熱フィン１３は不要な
ので装着しなくてよい。赤外線検出器を固定する筐体か
ら放熱できる経路が不十分の場合は、必要な放熱量に合
わせて選定した放熱フィン１３を装着すればよい。上記
のように赤外線検出器及び筐体の構造を変更することな
く、必要な放熱性能を有する放熱フィンを選定して取り
付ければよく、赤外線検出器の配置の制約も少なく、赤
外線検出器を収納する筐体を小型にするのに有利であ
る。

【００２１】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１〜１１は発明の実施
の形態１と同じ機能を有している。１４は前記チップ管
７を接合するために設けられたパイプであり、前記ベー
スプレート５と一体に成形された構造又は前記ベースプ
レート５にロウ付けされた構造を有している。前記チッ
プ管７は、前記パイプ１４に半田で接合される。

【００２２】前記チップ管７は、半田で接合できるた
め、前記ベースプレート５に前記気密端子９を接合しメ
タライズ工程を完了した後に接合できる。そのため、メ
タライズ工程での前記チップ管のマスキング作業は不要
であり、気密性の信頼性を低下させるメタライズの付着
の問題も無い。

【００２３】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。１５は前記気密端子
９のセラミックス部である。

【００２４】前記セラミックス部１５は前記ベースプレ
ート５にロウ付けで接合し、前記気密端子９は前記セラ
ミックス部１６にロウ付けで接合する。前記セラミック
ス部１６の高さを前記赤外線検出素子１の近傍まで高く
することにより、前記気密端子９の赤外線検出器内の部
分は短くなり剛性は上がり、振動環境条件下で前記気密
端子９の振れを小さくでき、前記気密端子９の振れによ
る信号へのノイズの影響を小さくでき、低コストで耐振
性の高い赤外線検出器を得ることができる。

【００２５】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、６、８〜１１は発
明の実施の形態１と同じ機能を有している。１６は前記
ベースプレート５に設けた抵抗溶接するためのツバ状の
フランジ、１７は前記キャップ１１に設けた抵抗溶接す
るためのツバ状のフランジである。

【００２６】前記ベースプレート５のツバ状のフランジ
１６と前記キャップ１１のツバ状のフランジ１７を真空
雰囲気中で抵抗溶接すれば、赤外線検出器の内部を真空
に保ち封じることができ、前記チップ管７を使用して真
空排気する必要はなくなり、チップ管７を削減し、コス
トを低減できる。

【００２７】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１〜４、６〜１１は発
明の実施の形態１と同じ機能を有してる。１８は前記電
子冷却素子２を構成するセラミックスプレート、１９は
前記電子冷却素子２を構成するビスマステルル系熱電素
子、２０は金属材料からなるリング、２１は前記電子冷
却素子２を構成し、前記気密端子９、前記チップ管７、
前記リング２０を接合したセラミックプレートである。

【００２８】前記セラミックスプレート２１は、赤外線
検出器の真空部を包絡する壁の一部をなすものであり、
独立に前記ベースプレート５は不要であり、部品点数が
削減できコストが低減できる。前記熱電素子１９と前記
セラミックスプレート２１の接合は、前記電子冷却素子
２を製造するプロセスの一環として半田接合するため、
前記電子冷却素子２を前記ベースプレート５に接着また
は半田接合する構造と比べて、接着層または半田層が少
ないため熱抵抗が小さく、熱放出性能の良い赤外線検出
器となる。

【００２９】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１〜７、９〜１１は発
明の実施の形態１と同じ機能を有している。図７は図６
における矢印の方向から一部を見た図であり、図におい
て２２は前記電子冷却素子２の前記セラミックスプレー
ト１８の上に施された銅層、ニッケル層、金層から成る
配線パターン、２３は前記配線パターン２２と前記気密
端子９を接続するフレキシブル基板である。

【００３０】前記赤外線検出素子１は前記セラミックス
プレート１８の上の前記配線パターン２２に半田バンプ
接合すれば、機械的及び電気的に接合できるため前記ワ
イヤボンディング８は不要である。

【００３１】実施の形態７．図８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、３〜１１は発明の
実施の形態１と同じ機能を有している。２４はテープヒ
ータである。

【００３２】前記赤外線検出素子１は、前記ヒータ２４
と前記赤外線検出素子１の上に実装された温度センサと
図示されていない制御回路により、赤外線検出器の周囲
の温度よりも高い温度に一定に維持することにより、前
記赤外線検出素子１の温度変動によるノイズを低減でき
るため、前記電子冷却素子２は不要である。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、必要な放熱性能に合
わせた放熱フィンをねじで装着し放熱性を得られること
で、筐体内での配置の制約が少なく、筐体を小型化する
のに有利な赤外線検出器を得ることができる効果があ
る。

【００３４】この発明によれば、製造工程が少なく、チ
ップ管に不要なメタライズが付着しない工程をとること
により、チップ管封じ後の気密性の信頼性の高い赤外線
検出器を得ることができる効果がある。

【００３５】この発明によれば、積層セラミックス構造
を用いず少ない工程で製造でき、耐振性の高い構造を有
する赤外線検出器を得ることができる効果がある。

【００３６】この発明によれば、真空排気用チップ管を
用いず少ない工程で製造でき、低コストで小型の赤外線
検出器を得ることができる効果がある。

【００３７】この発明によれば、ベースプレートを用い
ず製造できる低コストで、熱の放熱性のよい赤外線検出
器を得ることができる効果がある。

【００３８】この発明によれば、ワイヤボンディングに
よる配線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。

【００３９】この発明によれば、電子冷却素子を用いな
い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。

【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６
を示す図である。

【図８】 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９】 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 ね
じ、１３ 放熱フィン、１４ パイプ、１５ セラミッ
クス部、１６ ベースプレートのツバ状フランジ、１７
キャップのツバ状フランジ、１８ セラミックスプレ
ート、１９熱電素子、２０ リング、２１ セラミック
スプレート、２２ 配線パターン、２３ フレキシブル
基板、２４ ヒータ。

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
   めの電子冷却素子と、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
   記気密端子を装着するベースプレートと、赤外線を透過
   するウインドウと、真夜中への放出ガスを吸着するゲッ
   タと、前記ベースプレートの外側の面に交換可能な放熱
   フィンとを備えたことを特徴とする赤外線検出器容器。
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
   めの電子冷却素子と、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
   記気密端子を装着するベースプレートと、赤外線を透過
   するウインドウと、真夜中への放出ガスを吸着するゲッ
   タと、前記ベースプレートに固定されたパイプに接合さ
   れる真空排気用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
   めの電子冷却素子と、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
   記気密端子を装着するベースプレートと、赤外線を透過
   するウインドウと、真夜中への放出ガスを吸着するゲッ
   タとを備え、前記気密端子の絶縁体部分を、前記ベース
   プレートの前記赤外線検出素子の実装面側に固定し、前
   記絶縁体部分の上面を前記赤外線検出素子の近傍に位置
   する構造とし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
   めの電子冷却素子と、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
   記気密端子を装着するベースプレートと、赤外線を透過
   するウインドウと、真夜中への放出ガスを吸着するゲッ
   タと、前記ウインドウを接合したキャップと前記ベース
   プレートに接合したリングを真夜中で接合するフランジ
   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
   めの電子冷却素子と、前記電子冷却素子のプレートが前
   記赤外線素子を封入する容器の壁の一部となる構造と、
   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、赤外線を透過するウイン
   ドウと、真空中への放出ガスを吸着するゲッタとを備え
   たことを特徴とする赤外線検出器容器。
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
   めの電子冷却素子と、前記電子冷却素子の前記赤外線検
   出素子を実装する側のプレートに施され、前記赤外線検
   出素子に接続される配線実装用パターンと、上記配線実
   装用パターンに接続される気密端子と、赤外線を透過す
   るウインドウと、真空中への放出ガスを吸着するゲッタ
   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を所定の温度に加熱するヒー
   タと、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
   着するベースプレートと、赤外線を透過するウインドウ
   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。