(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線に敏感な領域を含む赤外線検出器（４０）を有する支持体（６２）と、
前記赤外線検出器に面して設置される少なくとも１つの光学デバイス（２８，８８，９２）と、
パラサイト赤外線、すなわち、前記支持体と前記光学デバイスの間のスペースを前記光学デバイスを介して貫通することができる正面パラサイト赤外線、及び、前記スペースを横方向に貫通することができる横方向パラサイト赤外線に対するシールドデバイス（３２，ｃ１，ｃ２，ｃＮ−１，ｃＮ，Ｃ１，Ｃ２，９６，９８，１００，１０２，１０３，１２１，１２２）とを備える赤外線撮像デバイスであって、
前記シールドデバイスは、
互いに離間し、各々がベント（ｅ１，ｅ２，ｅＮ−１，ｅＮ）を備えて横方向パラサイト赤外線を顕著に減衰することができる材料で形成されるＮ個の連続するビード（ｃ１，ｃ２，ｃＮ−１，ｃＮ，Ｃ１，Ｃ２，９８，１００，１０２，１０３）を有する少なくとも１つのシールドアセンブリを備え、
前記Ｎ個のビードの各々が前記支持体から前記光学デバイスまで延び、
Ｎは少なくとも２に等しい整数であり、
階層１のビードが少なくとも前記赤外線検出器の感度領域を囲み、
階層ｉのビードが階層ｉ−１のビードを囲み、
ｉが２〜Ｎの範囲で変化し、
対応するベントを備えるＮ個のビードが少なくとも１つのバッフルを形成し、
連続する階層の前記ビードの前記ベントは、互いに面しないことを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の赤外線撮像デバイスであって、
各シールドアセンブリにおいて、階層ｉ及びｉ＋１のビードそれぞれに対して、前記ベント（ｅ１，ｅ２，ｅＮ−１，ｅＮ）は互いに１８０°反対であり、
ｉは１〜Ｎ−１の範囲で変化することを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２記載の赤外線撮像デバイスであって、
各ベント（ｅ１，ｅ２，ｅＮ−１，ｅＮ）により形成される前記ビードの開口部のサイズは１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
Ｎが少なくとも３に等しいことを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
各シールドアセンブリの連続するビード（ｃ１，ｃ２，ｃＮ−１，ｃＮ，９８，１００，１０２，１０３）間のスペースは１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
前記ビードはハンダビードであることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
前記光学デバイス（２８）は対向する第１の面及び第２の面を備え、
前記第２の面は前記赤外線検出器（４０）に面し、
前記シールドデバイスはまた、前記第１の面の上に形成され、正面パラサイト赤外線を減衰することができる材料で作成され、かつ、開口部を有する層（３２）を備えることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
前記光学デバイスは、前記光学デバイスの両サイドに横方向パラサイト赤外線の伝達を阻止することができる材料（ｄ）を備えることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
Ｍ個の光学デバイス（８８，９２）を備え、
前記シールドデバイスは、Ｍ個のシールドアセンブリを備え、
Ｍは少なくとも２に等しい整数であり、
各光学デバイスは対向する第１の面及び第２の面を備え、
階層１の光学デバイスの第２の面は前記赤外線検出器（４０）に面し、
階層ｊの光学デバイスの第２の面は前記階層ｊ−１の光学デバイスの第１の面に面し、
階層１のシールドアセンブリは前記支持体から階層１の光学デバイスまで延び、
階層ｊのシールドアセンブリは階層ｊ−１の光学デバイスから階層ｊの光学デバイスまで延び、
ｊは２〜Ｍの範囲で変化し、
前記シールドデバイスはまた、階層Ｍの光学デバイスの正面に形成される層（９６）を備え、
前記層（９６）は正面パラサイト赤外線を減衰することができる材料で作成され、かつ、開口部を有することを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
前記支持体はまた、基板（６２）と、前記基板（６２）上のリード回路（３８，８２）とを備え、
前記赤外線検出器（４０）は、ハンダボール（６４）によって前記リード回路にハイブリッド形成され、
前記基板に最も近い光学デバイス（２８）は、シールドアセンブリ（ｃ１，ｃ２）を介して、前記赤外線検出器、前記リード回路及び前記基板の中から選択されるエレメントの一つに接続されることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載の赤外線撮像デバイスであって、
前記支持体はまた、前記基板（６２）と前記リード回路（８２）の間の相互接続ネットワーク（８０）を備え、
前記基板に最も近い光学デバイス（２８）は、シールドアセンブリ（ｃ１，ｃ２）を介して、前記赤外線検出器、前記リード回路、前記基板及び前記相互接続ネットワークの中から選択されるエレメントの一つに接続されることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスであって、
少なくとも１つの光学デバイスは基本検出チャネルを画定するマイクロレンズ・マトリックス（３０）を備える赤外線撮像デバイスであり、
さらに、パラサイト赤外線を顕著に減衰することができる材料で作成され、前記マイクロレンズ・マトリックスと前記検出器との間に設置され、互いに基本チャネルを分離する壁（Ｐ）のセットを備えることを特徴とする赤外線撮像デバイス。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の赤外線撮像デバイスの製造方法であって、
前記赤外線検出器を備える前記支持体の上に前記シールドアセンブリを形成し、
前記赤外線検出器に面して前記光学デバイスを設置し、
前記シールドアセンブリに前記光学デバイスを固定することを特徴とする赤外線撮像デバイスの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の赤外線撮像デバイスの製造方法であって、
フリップチップ技術を用いて前記支持体に前記赤外線検出器を組み立て、
ハンダビードを用いて前記シールドアセンブリを形成し、
フリップチップ技術を用いて前記ハンダビードに前記光学デバイスを固定することを特徴とする赤外線撮像デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラサイト赤外線（parasite infrared radiation）に対する統合化されたシールドを有する赤外線撮像デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、特に、冷却カメラの領域で利用でき、カメラが出力する画像の熱雑音を低減するために、このタイプのカメラの赤外線検出器が冷却される。その結果、カメラが設置されるクライオスタット内側の温かい部分によって放出されるパラサイト赤外線から保護される。
【背景技術】
【０００３】
図１は、公知の冷却式サーマルカメラ（cooled thermal camera）、すなわち冷却カメラ（cryogenic camera）を含む公知のクライオスタット（cryostat）２の断面図を示す。クライオスタットの内部は真空下に置かれている。残留圧力は一般的に、１０−５Ｐａ以下である。図１に示される実施例の場合では１度だけ、あるいは、図示しない適切な手段を用いた場合では動的に、真空が形成される。
【０００４】
冷却カメラは、クライオスタット２に設置され、クライオスタットに取り付けられた窓６に面する赤外線検出デバイス４と、赤外線検出デバイス４で観察されるシーン画像を形成し、クライオスタット２の外部で窓６に面する光学デバイス８とを備える。
【０００５】
コールドテーブル１０はクライオスタットの内部に設置され、赤外線検出デバイス４がコールドテーブル１０の上に設置される。図に示すように、コールドテーブルは適切に密閉された孔１３を介してクライオスタットの壁を貫通するコールドピン１２によって延長される。
【０００６】
このコールドピン１２はクライオスタットの外部に設置された（図示しない）クライオジェニックマシン（cryogenic machine）の端部を形成する。例えば、クライオジェニックマシンは、回転式クライオジェニックマシン、スターリングクーラ又はパルスチューブであってもよい。
【０００７】
従って、赤外線検出デバイス４は、極低温領域、一般的には７７Ｋの温度に冷却される。これにより、最適なＳＮ比を得るために熱雑音を最小化する。
【０００８】
赤外線検出デバイス４は、シールド１４が設けられ、パラサイト赤外線から保護される。シールド１４は通常、軽金属で、熱の良導体であるアルミニウムで作られる。シールド１４には、赤外線検出デバイス４の視野角、例えば３０°を画定するダイヤフラムを形成する開口部１６がある。
【０００９】
シールド１４は、例えば、光学デバイス８における、開口部を介して向けられたシーンの外部に位置付けられる点や、周囲温度（約２０℃）であるクライオスタットの温かい壁等の、カメラの視野の外側の領域由来の熱放射の伝達１５を遮断又は減少するように設計される。
【００１０】
シールド１４は、コールドテーブル１０に固定される。従って、シールド１４は冷却され−これがコールドシールとも呼ばれる理由である−、内部の放射汚染を防ぐ。
【００１１】
実際に、カメラによって占有される体積は原則的に、（クライオスタット２の外部に位置付けられる）光学デバイスによって決められる。例えば、次の特許文献１（WO 2006/122907, Optical head for detecting the launch of missiles or other monitoring equipment, Bouchardy et al）を参照されたい。
【００１２】
特許文献１は、大容量の光学デバイスを備える非常に広い視野のカメラを示す。
【００１３】
しかしながら、例えば、オプトエレクトロニクスシステムを軽飛行機等の手段に組み入れることができるためにオプトエレクトロニクスシステムを小型化し、ほんの小さな体積の対象物を中に取り付けることができるようにするニーズが高まっている。
【００１４】
従って、検出デバイスに可能な限り近い光学機能の統合により、従来のシステムよりも良好な光学的性能及び放射性能を提供すると共に、１ｋｇ以下のオーダーの重量と１０ｃｍ以下のオーダーのサイズとを有する小型化された完全なシステムの設計手段となる。
【００１５】
長い間、本来の運転ニーズを満たす追加機能をオプトエレクトロニクスシステムに組み入れることができなかった。しかしながら、最近、コールドシールドの体積によって画定されるフリースペースに光学機能の統合が構想された。例えば、以下の特許文献２（US 2005/0078208, Cold shield for cryogenic camera, Minarik et al）を参照されたい。
【００１６】
フリップチップ技術が公知であるということにも注意されたい。フリップチップ技術は、チップを組み立てて互いに相互接続するのに使用される。そして、結果として、アセンブリの最終高さが、１μｍのオーダーの優れた精度で得られる。
【００１７】
従って、フリップチップ技術は直接、光学デバイスの相対位置に対して、オプトエレクトロニクスに使用され、特にフリースペースにおける２つの光学デバイス間の光結合をもたらし得る。
【００１８】
フリップチップ技術は、マトッリクス検出デバイスに適用されてもよい。例えば、図２の断面図に見られる検出デバイスの製造に使用することができる。
【００１９】
これは、赤外線カメラ・オン・チップデバイスであり、リード回路２０上に、赤外線検出回路１８の第１アセンブリ又は赤外線網膜（infrared retina）を備える。本アセンブリは、フリップチップ技術を用い、そして、ハンダボール２２を用いて作成される。リード回路２０は、機械的支持体を形成し、また光学基準としての機能を果たす、セラミック基板２４に固定される。全ての光学素子は、該機械的支持体に対して置かれる。
【００２０】
より大きなハンダボール２６を用いて、光学デバイス２８がリード回路２０にハイブリッド形成（一体化）されてもよい。光学デバイス２８は赤外線検出デバイス１８上にシーン画像を形成する。例えば、光学デバイス２８は、赤外線検出回路１８への距離がより大きなハンダボール２６の高さによって画定される、マイクロレンズ・マトリックス３０を備える。
【００２１】
図２に示すように、赤外線検出回路１８上に設置されるマイクロレンズ・マトリックスは、取り付けられた金属ホールマスク３２のため、ダイヤフラム加工されたコールドフィルターを形成する。
【００２２】
このような構造はダイヤフラム加工された単一チャネル光学エレメント３４の周期的繰り返しの結果である。このようなエレメントに関して、以下の特許文献３（WO 2010/040914, Infrared wide field imaging system integrated in a vacuum housing, Druart et al）を参照されたい。
【００２３】
光学デバイス２８は、参照されるべき以下の非特許文献１（Jun Tanida et al., Thin observation module by bound optics (TOMBO): concept and experimental verification, Applied Optics, Vol. 40, No. 11, 2001, pp. 1806-1813）で公知である、ＴＯＭＢＯタイプのコンセプトに従い、網膜１８に向けてデバイス２８を移動させることによって、カメラの小型化を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】国際公報第２００６／１２２９０７号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００７８２０８号明細書
【特許文献３】国際公報第２０１０／０４０９１４号
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】Jun Tanida et al., Thin observation module by bound optics (TOMBO): concept and experimental verification, Applied Optics, Vol. 40, No. 11, 2001, pp. 1806-1813
【発明の概要】
【００２６】
本発明は、パラサイト赤外線に対する赤外線撮像デバイス用シールドの問題を解決することを目的とする。パラサイト赤外線は、デバイスのパーツを形成する赤外線検出器に到達し、かつ、正面パラサイト赤外線のような観察視野に由来しない赤外線を含むことができる。
【００２７】
さらに具体的に言えば、本発明は、赤外線撮像デバイスのパーツを形成する赤外線検出器と光学デバイスとの間のスペースに横方向に通過することがある、パラサイト赤外線に対する赤外線撮像デバイス用シールドの問題を解決することを目的とする。
【００２８】
具体的には、本発明は、赤外線に敏感な領域を含む赤外線検出器を有する支持体と、前記赤外線検出器に面して設置される少なくとも１つの光学デバイスと、パラサイト赤外線、すなわち、前記支持体と前記光学デバイスの間のスペースを前記光学デバイスを介して貫通することができる正面パラサイト赤外線（frontal parasite radiation）、及び、前記スペースを横方向に貫通することができる横方向パラサイト赤外線（lateral parasite radiation）に対するシールドデバイスとを備える赤外線撮像デバイスであって、前記シールドデバイスは、互いに離間し、各々がベントを備えて横方向パラサイト赤外線を顕著に減衰することができる材料で形成されるＮ個の連続するビードを有する少なくとも１つのシールドアセンブリを備え、前記Ｎ個のビードの各々が前記支持体から前記光学デバイスまで延び、Ｎは少なくとも２に等しい整数であり、階層１のビードが少なくとも前記赤外線検出器の前記感度領域を囲み、階層ｉのビードが階層ｉ−１のビードを囲み、ｉが２〜Ｎの範囲で変化し、対応するベントを備えるＮ個のビードが少なくとも１つのバッフルを形成し、連続する階層の前記ビードの前記ベントは、互いに面しないことを特徴とする赤外線撮像デバイスである。
【００２９】
横方向パラサイト赤外線の減衰は８０％を超え、かつ、使用されるビードの数があまりにも大きくなることはないが十分に広がるようにビードを作成する材料は選択されるといくことに留意すべきである。
【００３０】
また、次の点に留意すべきである。
−赤外線撮像デバイスが真空化に置かれるとき、ベントは光学デバイスと赤外線検出器の間にある空気を排出するために使用されること、
−２つの連続するビードの間のスペースはこのスペースを通過することができるパラサイト赤外線用ガイド領域を形成し、パラサイト赤外線がビードの壁の間を導かれ、パラサイト赤外線の強度が壁の間を進むに従い低減化されること。
【００３１】
本発明は多くの利点を有する。
−接着剤を使用するニーズを回避し、赤外線検出器の支持体を光学デバイスの支持体に接合する；そして
−検出器支持体とコンポーネント支持体との間の均一な接合の信頼性の問題を除去する。これは、本発明が試行することなく気密シールを得られるからであり、特に赤外線検出器が位置付けられる領域に真空が形成されるからである。
【００３２】
本発明の赤外線撮像デバイスの好ましい一実施形態によれば、各シールドアセンブリにおいて、階層ｉ及びｉ＋１のビードそれぞれに対して、ベントが互いに１８０°反対であり、ｉが１〜Ｎ−１の範囲で変化する。
【００３３】
好ましくは、各ベントにより形成される前記ビードの開口部のサイズは１μｍ〜１０μｍである。
【００３４】
本発明のデバイスの特別な一実施形態によれば、Ｎが少なくとも３に等しい。
【００３５】
好ましくは、各シールドアセンブリの連続するビード間のスペースが１μｍ〜１０μｍである。
【００３６】
本発明において、ビードは有利にはハンダビードである。
【００３７】
本発明の第１の好ましい実施形態によれば、光学デバイスは対向する第１の面及び第２の面を備え、第２の面は赤外線検出器に面し、シールドデバイスはまた、第１の面の上に形成され、正面パラサイト赤外線を減衰することができる材料で作成され、かつ、開口部を有する層を備える。
【００３８】
好ましくは、光学デバイスは、横方向パラサイト赤外線の伝達を阻止することができる材料を光学デバイスの両サイドに備える。
【００３９】
本発明の第２の好ましい実施形態によれば、赤外線撮像デバイスは、Ｍ個の光学デバイスを備え、シールドデバイスはＭ個のシールドアセンブリを備え、Ｍは少なくとも２に等しい整数であり、各光学デバイスは対向する第１の面及び第２の面を備え、階層１の光学デバイスの第２の面は赤外線検出器に面し、階層ｊの光学デバイスの第２の面は階層ｊ−１の光学デバイスの第１の面に面し、階層１のシールドアセンブリは支持体から階層１の光学デバイスまで延び、階層ｊのシールドアセンブリは階層ｊ−１の光学デバイスから階層ｊの光学デバイスまで延び、ｊは２〜Ｍの範囲で変化し、シールドデバイスはまた、階層Ｍの光学デバイスの正面に形成される層を備え、前記層は正面パラサイト赤外線を減衰することができる材料で作成され、かつ、開口部を有する。
【００４０】
本発明の特別な一実施形態によれば、支持体はまた、基板と、基板上のリード回路とを備え、赤外線検出器は、ハンダボールによってリード回路にハイブリッド形成され、基板に最も近い光学デバイスは、シールドアセンブリを介して、赤外線検出器、リード回路及び基板の中から選択されるエレメントの一つに接続される。
【００４１】
他の特別な実施形態によれば、支持体はまた、基板とリード回路の間の相互接続ネットワークを備え、基板に最も近い光学デバイスは、シールドアセンブリを介して、赤外線検出器、リード回路、基板及び相互接続ネットワークの中から選択されるエレメントの一つに接続される。
【００４２】
他の特別な実施形態によれば、少なくとも１つの光学デバイスは基本検出チャネルを画定するマイクロレンズ・マトリックスを備える赤外線撮像デバイスであり、さらに、パラサイト赤外線を顕著に減衰することができる材料で作成され、マイクロレンズ・マトリックスと検出器との間に設置され、互いに基本チャネルを分離する壁のセットを備える。
【００４３】
本発明はまた、前記発明の赤外線撮像デバイスの製造方法に関し、赤外線検出器を備える支持体の上に前記シールドアセンブリを形成し、赤外線検出器に面して光学デバイスを設置し、シールドアセンブリに光学デバイスを固定する。
【００４４】
本製造方法の好ましい一実施形態によれば、フリップチップ技術を用いて支持体に赤外線検出器を組み立て、ハンダビードを用いてシールドアセンブリを形成し、フリップチップ技術を用いてハンダビードに前記光学デバイスを固定する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】公知の冷却カメラを含む公知のクライオスタットの断面図。
【図２】チップ上の赤外線カメラの断面図。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは横方向のパラサイト赤外線に対する本発明に使用され得るシールドの平面図である。
【図４】シールドを使用し、パラサイト赤外線の強度の漸減を示す図。
【図５】本発明に使用され得るマイクロレンズ・マトリックスの例示的光学チャネルの実施例の断面図。
【図６】本発明の赤外線撮像デバイスの特定の実施形態の断面図。
【図７】従来の赤外線撮像デバイスの実施例の断面図。
【図８】本発明の赤外線撮像デバイスの他の特定の実施形態の断面図。
【図９】本発明の赤外線撮像デバイスの他の特定の実施形態の断面図。
【図１０】図１０は本発明の赤外線撮像デバイスの実施例の製造方法の工程を示す図であって、図１０Ａは平面図に、図１０Ｂは断面図に対応する。
【図１１】図１１は本発明の赤外線撮像デバイスの実施例の製造方法の工程を示す図であって、図１１Ａは平面図に、図１１Ｂは断面図に対応する。
【図１２】図１２は本発明の赤外線撮像デバイスの実施例の製造方法の工程を示す図であって、図１２Ａは平面図に、図１２Ｂは断面図に対応する。
【図１３】図１３は本発明の赤外線撮像デバイスの実施例の製造方法の工程を示す図であって、図１３Ａは平面図に、図１３Ｂは断面図に対応する。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｆはフリップチップ組立技術の工程を示す図。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｃはフリップチップ組立技術の工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、添付図面を参照し、単にガイダンス目的のための与え、全く制限するものではない例示的実施形態の記載を読んだ後、より深く理解される。
【００４７】
以下に、本発明の様々な実施形態を説明する。これら実施形態は、図２を参照して説明されるチップ上のカメラを使用する。
【００４８】
本発明によれば、カメラが使用されるときに内部にカメラが設置される（図示しない）極低温容器又はクライオスタットと、カメラが設置されるシーン表面の観察視野の外部にあるものとに由来するパラサイト赤外線に対してシールドするために、カメラが修正される。
【００４９】
正面パラサイト赤外線は、アドオン光学デバイス２８（図２）と光学デバイス２８を通過する赤外線検出回路１８との間のスペースに入り込めるパラサイト赤外線として定義される。
【００５０】
横方向パラサイト赤外線はまた、光学デバイス２８をリード回路２０にハイブリッド形成するのに使用される、より大きなハンダボール２６間のスペースに横方向に貫通するパラサイト赤外線として定義される。
【００５１】
チップ上のカメラの構成は、固有の防御特性を与える。アドオン光学デバイス２８は、光学デバイス２８のダイヤフラム面、すなわち、ホールマスク３２が位置付けられる面のために、正面パラサイト赤外線に対してカメラをシールドすることができる。従って、横方向パラサイト赤外線からチップ上のカメラを保護することのみが残される。
【００５２】
本発明によれば、より大きなハンダボール２６の代わりに、連続接合を形成する周囲ハンダビード（peripheral solder bead）が横方向光学シールドを形成するために使用される。
【００５３】
次に、光学デバイス２８を形成するマイクロレンズ・マトリックスを移動させるため、連続するハンダビードは、ハンダリフローの前に使用されたハンダ容量と、互いに面する濡れ性のある面とによって画定される、凝固の後の高さで形成される。
【００５４】
この場合、溶融ハンダの表面張力の平衡を使用する従来のハイブリッド形成ルールが使用される。この点に関するさらなる情報のために、文献（G. Humpston and D. Jacobson, Principles of soldering, pp. 189-242, ASM International, 2004）を参照されたい。
【００５５】
実際、クライオスタット中に真空を形成するときには、光学デバイスと検出回路との間の空気を抜くために、ベントがビードに設けられなければならない。
【００５６】
さらに、各々が自身にベントを有する２つハンダビードが１つのビードに代えて設けられ、パラサイト赤外線の導入を最小化する好適な光学シールドを形成する。そして、これらベントを有するビードが残余パラサイト赤外線を捕捉する少なくとも１つのバッフルを内部に形成するように、ベントが配置される。例えば、２つのビードのみが設けられる場合、対応するベントは互いに面しない。
【００５７】
しかしながら、非常に低いＳＮ比が必要である非常に影響を受けやすいコンポーネントに対して、２つより多いビードを使用し、かつ適切にビードを配置することによって、バッフルの数を増加することを定めることができる。
【００５８】
図３Ａ及び図３Ｂは、横方向パラサイト赤外線に対するシールドの実施例の平面図を示す。
【００５９】
図３Ａに示される、シールド３６又はシールドアセンブリは、本発明と適合する赤外線撮像デバイスのパーツを形成し、リード回路３８とリード回路３８にハイブリッド形成された赤外線検出器４０のみを見ることできる。
【００６０】
シールドアセンブリ３６は、横方向パラサイト赤外線４２を減衰し、ベントｅ１及びｅ２をそれぞれ有する２つのハンダビードｃ１及びｃ２から構成される。ビードｃ１は検出器４０を囲み、ビードｃ２はビードｃ１を囲む。
【００６１】
ベントｅ１及びｅ２は、これらベントを有する２つのビードがバッフルを形成するように設置される。従って、２つのベントは互いに面しない。実施例において、２つのベントは互いに１８０°反対であり、後でその理由がわかる。
【００６２】
図３Ｂに示される、シールド４４又はシールドアセンブリは、本発明と適合する赤外線撮像デバイスのパーツを形成し、リード回路４６とリード回路４６にハイブリッド形成された赤外線検出器４８のみを見ることできる。
【００６３】
シールドアセンブリ４４は、横方向パラサイト赤外線５０を減衰し、ベントｅ１，ｅ２，・・・，ｅＮ−１，ｅＮをそれぞれ有するＮ個のハンダビードｃ１，ｃ２，・・・，ｃＮ−１，ｃＮから構成される。ここで、Ｎは少なくとも３に等しい整数である。示された実施例において、整数Ｎは７に等しい。ビードｃ１は検出器４８を囲み、ビードｃ２はビードｃ１を囲み、・・・、ビードｃＮはビードｃＮ−１を囲む。
【００６４】
Ｎ個のベントｅ１〜ｅＮは、これらのベントを有するＮ個のビードｃ１〜ｃＮが少なくとも１つのバッフルを形成するように設置される。例えば、（検出器の単一サイドで全てが）互いに面するＮ−１個のベントと、これらＮ−１個のベントと面せず、かつ、これらＮ−１個のベントから例えば１８０°反対である（従って、検出器に対して、これらＮ−１個のベントと反対である）１つのベントとがあってもよい。
【００６５】
しかし、好ましくは、図３Ｂに示されるように、いくつかのバッフルがあり、２つの連続したビードに対応するベントがさらに互いに１８０°反対である。ベントｅ１はベントｅ２と１８０°反対であり、・・・、ベントｅＮ−１はベントｅＮと１８０°反対である。
【００６６】
好ましくは、ベントによって形成される開口部のサイズは、これらベントに形成されるバッフルに入るパラサイト赤外線が可能な限り低くなるほどである。一般的には、これら開口部に与えられるサイズＴは１μｍ〜１０μｍで変化する。
【００６７】
好ましくは、２つの連続したビード間のスペースＥはまた、１μｍ〜１０μｍで変化する。
【００６８】
入射（incoming）パラサイト赤外線の経路が出来る限り長くなるように、ベントそれぞれの位置は互いに反対であることが好ましい。これにより、ハンダビードの壁の間で導かれる入射パラサイト赤外線の強度損失によって得られる利益を最大化する。これら壁はパラサイト赤外線を拡散する粗度を有する。従って、壁での連続する反射の期間、パラサイト赤外線の強度が減衰する。
【００６９】
図４に示す図は、図３Ａの実施例と同じものを示す。
【００７０】
パラサイト赤外線５２が、２つのビードｃ１とｃ２との間を、垂直入射で貫通することがわかる。従って、パラサイト赤外線５２は、２つのビードによって画定される領域の外部ではね返される。パラサイト赤外線５４はまた、２つのビードの壁の間で導かれ、従って、これらビードによって形成されるバッフルに捕捉されるということがわかる。パラサイト赤外線５４の強度は壁の間を進行するに従って減衰する。
【００７１】
ハンダビードの厚さ及び高さは直接、使用される光学構造に関連する。「カメラ・オン・チップ」アプローチの枠組みにおいて、光学工学により、レイトレーシングによって得られるサイズとなる。
【００７２】
図５は、マイクロレンズ・マトリックス（図２）の例示的基本光学チャネル３４の実施例の断面図である。基本チャネルは、Ｚｅｍａｘ（登録商標）、Ｏｓｌｏ（登録商標）又はＣＯＤＥ  Ｖ（登録商標）型の商業的レイトレーシング・ソフトウェアを使用して設計される。
【００７３】
基本光学チャネルは、赤外線検出器４０（図３Ａ）又は赤外線検出器４８（図３Ｂ）の、赤外線に敏感な感度領域Ｚから距離Ｈに設置されるマイクロレンズ５６によって特徴付けられる。
【００７４】
距離Ｈは直接、マイクロレンズの焦点距離に関連する。示された実施例において、距離Ｈは０ｍｍ〜１ｍｍの範囲である。
【００７５】
また、図２のホールマスク３２のパーツ５８を見ることができる。パーツは開口部６０を有する金属ダイヤフラムを形成する。このダイヤフラムの寸法Ｄは、感度領域Ｚの画素サイズよりも大きく、検出器の画素サイズよりも小さい。そして、実施例において、開口部６０の直径φは０．１μｍ〜Ｄの範囲である。
【００７６】
ハンダ量及び濡れ性のある面によって画定されるハンダビードの厚さ及び高さは、フリップチップ技術を用いて、非常に精確に、検出器の上に光学デバイスを位置付ける。
【００７７】
図６は、結果としてもたらされる本発明の赤外線撮像デバイスの実施例の断面図を示す。これは、正面及び横方向パラサイト赤外線に対してシールドされるチップ上のカメラである。
【００７８】
図２及び図３Ａのいくつかの表記を利用すると、図６に以下が示される。
−例えばセラミックで作成される、基板６２
−基板６２に支持されるリード回路３８
−ハンダボール６４によってリード回路にハイブリッド形成される赤外線検出器４０
−各光学チャネルを光学的に分離する壁のセットＰ
−マイクロレンズ・マトリックス３０を備える光学デバイス２８
−正面及び横方向パラサイト赤外線に対するシールドデバイス
【００７９】
シールドデバイスは、
−光学デバイス２８の第１の面に支持されたホールマスク３２（光学デバイス２８の第２の面は第１の面の反対側で赤外線検出器４０に面する）；
−横方向パラサイト赤外線の伝達を防止する材料の光学デバイス２８の両サイドのデポジットｄ（一般に、光学デバイスは横方向パラサイト赤外線の伝達を防止可能な材料を光学デバイスの両側に備えることで十分である）；及び
−示された実施例でリード回路３８から光学デバイス２８に延びる、２つの連続したハンダビードｃ１及びｃ２によって形成されるシールドアセンブリ、を備える。
【００８０】
また、セラミック基板６２を支持し、コールドピン６８によって延びるコールドテーブル６６を見ることができるが、コールドピン、コールドテーブル、そして、極低温、例えば７７Ｋに撮像デバイスの温度を下げる機械は図示されない。
【００８１】
しかしながら、使用時、撮像デバイスが設置されるクライオスタットは破線６９で示される。そして、（図示しない）窓は、光学デバイス２８が設置され、面するクライオスタットの壁に設けられる。
【００８２】
ワイヤー７０の一部はまた、リード回路３８を出力ワイヤー７２に電気的に接続することがわかる。出力ワイヤーは、リード回路３８を、（クライオスタットの内部に設置されるのと同等であるが）クライオスタットの外部に設置される、撮像デバイスの（図示しない）電子的制御手段に接続する。
【００８３】
図７は、従来の撮像デバイスの実施例の断面図を示す。図７において、赤外線検出器４０は、リード回路３８、リード回路を支持する基板６２、コールドピン６８によって延長するコールドテーブル６６、ワイヤー７０及び出力ワイヤー７２にハイブリッド形成（一体化）されることがわかる。
【００８４】
図７の場合、パラサイト赤外線に対する検出器４０の保護は、コールドスクリーン７４によってもたらされる。コールドスクリーンは、検出器４０に面する開口部７６を備え、視野角７８を画定する。
【００８５】
図７のデバイスがその使用のために設置されるクライオスタットは、図示されない。クライオスタットは、開口部７６に面する窓を備えている。撮像デバイスは、クライオスタットの外部に設置される（図示しない）光学素子を備え、窓に面する。
【００８６】
図６及び図７を互いに比較すると、図６のデバイスにおいて、図７のデバイスのコールドスクリーンが、
−光学デバイス上に形成され、そして、ホールマスク３２で、すなわち、開口部が、形成され、かつ正面パラサイト赤外線を阻止し、正面パラサイト赤外線に対して検出器を保護する材料で作成された層で、構成される上部シールド、
−横方向パラサイト赤外線の伝達を防止する光学デバイス２８の両サイドのデポジットｄ、及び
−横方向パラサイト赤外線に対して、特に、ワイヤー７０中の電流の通過からもたらされる放射エネルギー７９にして、検出器を保護する２つのハンダビードｃ１及びｃ２によって形成される周囲シールド、
によって置き換えられていることがわかる。
【００８７】
周囲ハンダビードが検出器の下に位置付けられる支持体の上に形成されてもよいということを考慮すれば、検出器がいつもパラサイト赤外線に対して保護されるという条件で、カメラ・オン・チップ構成の変形例が想定される。
【００８８】
例えば、システム・イン・パッケージ（System-In-Package）型構造がシリコン貫通ビア（through-silicon vias）によって相互接続されるチップの積層体を備えることを考慮すると、結果物は本発明と同じ他の構造である。図８は、この他の構造の断面図を示す。
【００８９】
図に示すように、図８に示されたデバイスは、デバイスが相互接続ネットワーク８０も備える点で、図６に示されたデバイスと異なる。相互接続ネットワークは基板６２の上に支持される。
【００９０】
検出器４０はハンダボール６４を介して、図６のリード回路３８と同じリード回路８２に、ハイブリッド形成される。リード回路は、他のハンダボール８６を介して相互接続ネットワークにハイブリッド形成されるシリコン貫通ビア８４を備える。
【００９１】
さらに、図８に示されるような場合、図６のビードｃ１及びｃ２に対応するハンダビードＣ１及びＣ２は、相互接続ネットワーク８０から光学デバイス２８に延びる。そして、出力ワイヤー７２はワイヤー７０を介して相互接続ネットワーク８０に接続される。
【００９２】
一般に、撮像デバイスがクライオスタットの中にあり、すぐに使用できる場合、これらビードが（間接的に）コールドピン６８と接続し、検出器４０をクライオスタットのパラサイト赤外線源（特に、ワイヤー及びクライオスタットの温かい壁）から保護するという条件で、ダイヤフラム式光学デバイスを囲むビードは、支持体の上に配置されてもよく、支持体自身に基板６２及び検出器４０を含む。
【００９３】
セラミック基板上にビードを設置することが要求される場合、ハンダが接着し得る適切な金属領域がセラミック基板上に設けられる。
【００９４】
検出器上にビードを位置付けることが要求される場合、ビードは検出器の感度領域、換言すれば、赤外線の全検出画素を囲むように、配置される。
【００９５】
本発明と同じデバイスはまた、中間ハンダビード（intermediate solder beads）によって垂直に積層される幾つかの光学ステージのセットを備えるように設計され得る。これは、本発明の他の実施例の断面図を示す図９に図示される。
【００９６】
次のものが、図９において使用される。
−赤外線検出器からの最端部はホールマスクが設けられ、正面パラサイト赤外線を阻止する、Ｍ個の光学デバイス、及び
−横方向パラサイト赤外線を減衰するＭ個のシールドアセンブリ（但し、Ｍは１より大きな整数）
【００９７】
実施例において、Ｍは２であり、各シールドアセンブリは２つのハンダビードを備え、図３Ａの場合のように各々が（図示しない）ベントを備える。
【００９８】
図に示すように、図９に示される撮像デバイスは、撮像デバイスが１つの光学デバイスの代わりに２つの光学デバイスを備え、各々の光学デバイスが結像機能（imagery function）又は分光フィルター機能を有することができるという事実によって、図６に示された撮像デバイスと異なる。これら２つの機能はまた、（光学デバイスの数を制限するために）少なくとも１つのジオプター（dioptre）が結像機能を実行するために形成され、そして、スペクトル帯を制限する処理、又は例えば反射防止処理を受けた、同じ光学デバイスによって実行されてもよい。
【００９９】
同じエレメントは、図６及び図９で同じ符号を有する。図９の撮像デバイスは、結像機能を実行するマイクロレンズ・マトリックス９０を有する第１光学デバイス８８と、デバイス８８と検出器４０との間でコールドフィルター機能を実行する第２光学デバイス９２とを備える。
【０１００】
さらに、デバイス８８の下面は２つのハンダビード９８及び１００によってデバイス９２の上面に接続され、デバイス９２の下面は２つのハンダビード１０２及び１０３によってリード回路３８に接続される。そして、図に示すように、横方向パラサイト赤外線の伝達を防止するデバイス８８及び９２の両サイドにまだデポジットｄがある。
【０１０１】
デバイス８８の上面に形成されるホールマスク９６と同じタイプのダイヤフラムのセットは、ホールマスクが設置される光学デバイスの上面の金属デポジットを使用して得ることができる。
【０１０２】
さらに、本発明によれば、光学構造は必ずしも、ＴＯＭＢＯ型構造を必要としない（この頭字語（TOMBO）の意味は、上述の非特許文献１に説明されている）。
【０１０３】
ベントを有する連続するビードを作成するために、フリップチップ技術を説明した。この技術は、位置合わせ及び熱伝導性の観点から非常に効率的である。
【０１０４】
しかしながら、材料の特性により光学デバイス及び／又は機械を精確に位置決めできるものであれば、フリップチップ技術の実施に使用される材料と異なる材料、例えば、導電性ポリマー又はナノ材料等あらゆる種類への転換により、同じシールド結果物をもたらすことができる。
【０１０５】
さらに、上述の実施例で検討された光学デバイスはマイクロレンズ・マトリックスである。しかし、本発明は、赤外線検出器、例えば、単一のチャネル光学素子、フィルター、回折格子等に面して設置されなければならない、他のタイプの光学デバイスと共に使用され得る。
【０１０６】
さらに、上記の実施例において、ホールマスクは、正面パラサイト赤外線に対して検出器をシールドするために使用される。しかしながら、他のシールド、例えば、コード化マスク（coded mask）、ダイヤフラム、アイリス（iris）等も、このパラサイト赤外線に対して可能である。
【０１０７】
本発明は次の特別な利点を有することに留意すべきである。
−本発明は大きな体積のパーツであるコールドスクリーンを有さない；
−本発明はクライオスタットの体積を低減することができることから、本発明は、例えばコンパクトな対象物しか収容することができない軽飛行機等の手段に統合するのに役立つ；そして、
−本発明は、冷却される体積の低減化のために、極低温運転温度、例えば７７Ｋに到達するのに必要な時間の短縮化を可能にする。
【０１０８】
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、本発明の撮像デバイスの実施例の製造方法の工程を説明する。この工程の各々は、後で再度説明されるフリップチップアセンブリ技術を使用する。
【０１０９】
文字Ａが付加された図面は平面図に対応し、文字Ｂが付加された図面は断面図に対応する。
【０１１０】
最初の工程では、赤外線検出器とリード回路をハイブリッド形成するために、リード回路１０６又は他のホスト回路の上にハンダボール１０４のセットを形成する（図１０Ａ及び図１０Ｂ）。
【０１１１】
次の工程では、撮像システム、例えば、ハンダボール１０４によってリード回路１０６上に適切な赤外線検出回路１０８のハイブリッド形成によってＩＲＣＭＯＳ（InfraRed Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプの撮像システムを形成する（図１１Ａ及び図１１Ｂ）。ハンダにより接着される回路１０６及び１０８の金属パッドが図示されないことに留意すべきである。
【０１１２】
次の工程では、図３Ａに示されるような構造をもたらす、検出器１０８周囲のリード回路１０６上に、ベント１１４，１１６をそれぞれ有する２つの連続する周囲ハンダボール１１０，１１２を形成する（図１２Ａ及び図１２Ｂ）。
【０１１３】
リード回路１０６は前もって、２つのビードを形成するためにハンダを添加できるように、ハンダによって濡れ性のある（wettable）適切な金属面１１８を備えたことに留意すべきである。また、ベントがビードと同時に形成されることに留意すべきである。この形成のために使用されるフォトリソグラフィーマスクはこのために提供される。
【０１１４】
次の工程は、リード回路１０６の上に光学デバイス１１９のハイブリッド形成（一体化）である（図１３Ａ及び図１３Ｂ）。光学デバイス１１９は実質的に、図６のデバイス２８と同じタイプである。マイクロレンズ１２０と、ホールマスク１２１（ダイヤフラムのセット）と、周囲シールド１２２（メタライゼーション）とを備える。また、ハイブリッド形成のため、ハンダによって濡れ性のある適切な金属面１２３を備える。
【０１１５】
結果として、得られた構造体はパラサイト赤外線１２４に対して保護される。
【０１１６】
従って、結果物は、図６に示したタイプのデバイスである。当業者であれば当然、既に説明した方法を適用し、図８及び図９に示したタイプのデバイスを形成することができる。
【０１１７】
次に、図１４Ａ〜図１４Ｆ及び図１５Ａ〜図１５Ｃの部分断面図を参照して、フリップチップアセンブリ技術の様々な工程を簡単に説明する。
【０１１８】
最初の工程では、領域１２８等のパッシベーション領域（passivation zones）と、これら領域中に、例えばディスク状のアルミニウム製の金属ディスク１３０とを有する、コンポーネント１２６、例えば工場からＣＭＯＳ回路を準備する（図１４Ａ）。次の工程では、金属ディスクの上に、面１３２等の濡れ性のある面を堆積させる（図１４Ｂ）。
【０１１９】
次の工程では、ハンダ、例えばインジウムの有効体積を画定するために、濡れ性のある面に不可欠なフォトリソグラフィーであり、例えばエレメント１３４等の感光性樹脂エレメントを使用する（図１４Ｃ）。そして、ハンダを堆積させ、塊１３６等の有効なハンダ塊を形成する（図１４Ｄ）。
【０１２０】
次の工程は、感光性樹脂を除去するリフトオフである（図１４Ｅ）。そして、リフローが行われ、ボール状のハンダボール１３８を対応する濡れ性のある面の上に形成する（図１４Ｆ）。
【０１２１】
従って、リフトオフを使用するハンダボールの形成のための技術を説明する。しかしながら、ハンダボールの形成のための他の技術も使用され得る。例えば、別々のボールを移動し、又は、インクジェット、電気分解、フォトリソグラフィーを使用することができる。
【０１２２】
これら全ての技術は共通して、各ボールの形態（直径、高さ）が、堆積材料の体積−実施例におけるインジウムの量−、及び、濡れ性のある面の面積（リフロー後のボールのベース）により決定されるという点を有する。
【０１２３】
次の工程は、コンポーネント１２６の上に、パッド１４２を備える他のコンポーネント１４０のハイブリッド形成である。
【０１２４】
最初の工程は、適当なマイクロスコープ１４４を使用し、例えばフリップチップボンダーを用いて、２つのコンポーネント１２６及び１４０をあわせる。例えば、ＳＥＴカンパニー・レファレンスＦＣ１５０で販売されるデバイス（図１５Ａ）が使用され得る。
【０１２５】
そして、コンポーネント１４０のパッド１４２は、コンポーネント１２６の対応するハンダボール１３８の上に位置付けられる（図１５Ｂ）。次の工程は、ボール１３８のリフローであり、コンポーネント１２６及び１４０の自己調整をもたらす（図１５Ｃ）。
【０１２６】
再度、本発明に使用される光学デバイスを検討する。
【０１２７】
光学デバイスは必ずしも硬い必要はない。本発明において、柔軟性のある光学デバイスを使用することができ、すなわち、ビードに由来するパラサイト赤外線に対してシールドを維持しながら、異なるサイズのビードを使用し湾曲させ、光学デバイスを湾曲させる。
【０１２８】
さらに、ハンダビードは上記実施例において使用されるが、他のタイプのビードも可能である。
【０１２９】
例えば、ベントを有し赤外線を減衰させる金属で作成され、かつ、互いにネストする管状のビードを、使用することができる。
【０１３０】
例えば、再び図６の場合を検討すると、ビードｃ２は回路３８上に支持されるチューブの第１部分によって置換され、そして、ビードｃ１はコンポーネント２８上に支持されるチューブの第２部分によって置換され、第１部分にネストする。
【０１３１】
さらに、複数のチャネルを有する光学デバイスの特別な場合、撮像デバイスの領域の外部のいくつかの赤外線束は、光学デバイス上のダイヤフラムによってスクリーンされず（図６の実施例のホールマスク３２）、従って、所定のチャネルに隣接するチャネル専用の検出器の領域上に焦点を合わせることができる。
【０１３２】
この場合、異なるチャネルの両サイドは処理され、チャネル間パラサイト赤外線を阻止するために、チャネル上に金属デポジットを形成する。
【０１３３】
この点は、壁Ｐのセットを示す図６に示される。これら壁は、マイクロレンズ・マトリックス３０と検出器４０の間に配置され、互いにチャネルを分離する。
【０１３４】
実際に、この点は、図１３Ｂの説明においてチャネルで扱われた周囲シールドの転位（transposition）である。
【０１３５】
さらに、これら壁についての情報は、上述の非特許文献１で開示されている。
【図１】
0005964145.tif 000002
【図２】
0005964145.tif 000003
【図３】
0005964145.tif 000004
【図４】
0005964145.tif 000005
【図５】
0005964145.tif 000006
【図６】
0005964145.tif 000007
【図７】
0005964145.tif 000008
【図８】
0005964145.tif 000009
【図９】
0005964145.tif 000010
【図１０】
0005964145.tif 000011
【図１１】
0005964145.tif 000012
【図１２】
0005964145.tif 000013
【図１３】
0005964145.tif 000014
【図１４】
0005964145.tif 000015
【図１５】
0005964145.tif 000016