(57)【要約】【課題】接合材の流れを制御することにより、赤外線ウインドウ−金属製缶接合部において信頼性の高い接合面を得ることが可能とし、また、接合材の流れ込みにより発生する動作不良、熱型赤外線センサの感度特性低下の発生を防ぐことが可能な、高信頼性・高性能の赤外線検出器を得ることを目的とする。【解決手段】金属製缶の窓（孔）に凹型溝構造を具備し、メタライズ膜が成膜された赤外線ウインドウ部サイズを金属製缶の凹型溝構造部最外寸法よりも小さく、最小寸法よりも大きくすることで接合材の流れを制御することが可能となり、接合状態が安定し、信頼性の高い接合面を得ることを可能とする。 また、赤外線ウインドウの外縁部に形成されるメタライズ膜を、金属製缶の窓（孔）サイズに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに成膜する事により、金属製缶と赤外線ウインドウの接合の際のパッケージ内部への接合材の流れ込みを防ぐ事を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製缶の窓（孔）に凹型の溝構造を具備し、メタライズ膜が成膜された赤外線ウインドウ部のサイズは金属製缶の凹型溝構造部の溝部分の最外寸法よりも小さく、缶の凹型溝部の最小寸法よりも大きくすることを特徴とした真空気密封止型パッケージからなる熱型赤外線検出器。
【請求項２】
上記請求項１記載の真空気密封止型パッケージからなる熱型赤外線検出器に於いて、赤外線ウインドウに成膜されたメタライズエリアを金属製缶の窓（孔）サイズに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに成膜する事を特徴とするとした真空気密封止型パッケージからなる熱型赤外線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に真空気密封止を要する熱型赤外線検出器のパッケージ構造に於ける金属製缶、赤外線ウインドウに係る構造を改良した赤外線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱型赤外線検出器は、測定対象物から発せられる赤外線の微弱な熱変化エネルギーを赤外線受光部でとらえ、電流値、電圧値、抵抗値のような電気特性の温度変化を電気信号に変換し、出力する検出器である。
【０００３】
熱型赤外線検出器は、赤外線受光素子へ入射した赤外線エネルギーの熱的な拡散による損失を低下させる為、熱絶縁性を高くすることが重要である。高い分解能を得るため、即ち高い熱絶縁性を得る為、赤外線受光素子構造、赤外線受光素子を断熱構造としたり、素子を収納するパッケージ中雰囲気を真空とすることで熱伝導率を抑制している。一般的に検出器パッケージ内部を低圧とし、真空度を１０−２Ｐａ程度以下にすることが知られている。
【０００４】
また、パッケージを真空封止後、パッケージ内部の部材から反応性ガス(Ｎ２、０２など)、水素、水分、炭化水素といったようなアウトガスが発生し、これによりパッケージ内の真空度が低下することが知られている。よって、パッケージ内部の真空状態を長期間維持するために、ゲッターと呼ばれるガス吸着剤が一般的に使用される。このアウトガスを吸収するためにゲッターを熱型赤外線受光素子と共にパッケージ内に実装する。ゲッター実装時に真空中もしくは不活性ガス雰囲気中で350〜900℃に加熱し活性化をおこなうことでガスを効率的に吸着することが知られている。
【０００５】
また、前述のように、パッケージ内部を真空(１０−２Ｐａ程度以下)にするため、パッケージを構成する金属製缶、ガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベース、赤外線透過ウインドウの各接合部は高い信頼性を求められる事が知られている。
【０００６】
従来の赤外線検出器として、熱型赤外線受光素子２と、ガス吸着用のシート状ゲッター４とをガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベース１に実装、熱型赤外線センサ素子２とシート状ゲッター４を実装した金属製のベース１に窓（孔）１３を有した金属製缶５を溶接、その後、外縁部にメタライズ膜１１，中央部に赤外線透過膜１２を成膜した赤外線透過ウインドウ６を真空中で接合材に７より接合する事によりパッケージ内部を真空とした図１の様な構成の物が既に知られている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２００８−１９８０７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の赤外線検出器は図２に示すような接合面側外縁部にメタライズ膜１１、中央部に赤外線透過膜１２を形成した赤外線ウインドウ６（反対の面は前面赤外線透過膜12）と窓（孔）１３を有するメッキ処理された金属製缶５が低融点半田等の接合材７にて接合される。赤外線ウインドウ６は金属製缶上面部との間に接合材７をはさみ、加圧・加熱する事によって接合される。赤外線ウインドウ６を接合するこの金属製缶５の上面部は窓（孔）１３を有するのみで一様に平面な面となっている。赤外線ウインドウ６は金属製缶上面部に接合されるため、接合部の状態、接合材７の流れ形状は治具重ね合わせ状態、圧力・温度条件、ワークのバラツキにより差が生じ、接合状態の制御が困難になっているという課題があった。
【０００９】
また、図３の金属缶−赤外線ウインドウ接合断面図に示すように赤外線ウインドウ６のメタライズ膜１１のメタライズエリアは金属製缶の窓（孔）１３のサイズに対し、小さく(内側に)形成されていた。このため、接合の際、パッケージ内側に接合材の流れ込みが生じ、パッケージ内部に半田溜まりを形成する場合があった。この半田溜まりにより、内部ワイヤーのショートによる動作不良（図４）、熱型赤外線素子視野を遮り（図５）、熱型赤外線センサの感度特性低下が発生するといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前述のような課題を解決するためになされた物で、金属製缶５と赤外線ウインドウ６の接合時、接合材７の流れを制御し、接合状態を安定化させるため、金属製缶の窓（孔）に凹型の溝構造を具備し、メタライズ膜が成膜された赤外線ウインドウ部のサイズは金属製缶の凹型溝構造部の溝部分の最外寸法よりも小さく、缶の凹型溝部の最小寸法よりも大きくすることを特徴としている。
【００１１】
また、金属製缶５と赤外線ウインドウ６の接合の際のパッケージ内部への接合材の流れ込みを防ぐため、赤外線ウインドウ６の外縁部に形成されるメタライズ膜１１を、金属製缶５の窓（孔）１３サイズに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに成膜した事を特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る赤外線検出器は、金属製缶上面部に接合材の流れを制御するための金属製缶の窓（孔）１３に凹型の溝構造を具備し、メタライズ膜が成膜された赤外線ウインドウ部のサイズは金属製缶の凹型溝構造部の溝部分の最外寸法よりも小さく、缶の凹型溝部の最小寸法よりも大きくすることにより、金属製缶と赤外線ウインドウ接合時、接合材の流れをコントロールすることが可能となり、接合状態を安定化することが可能となる。従来の金属製缶と赤外線ウインドウの接合面と比較し、より信頼性の高い接合面を得ることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の赤外線ウインドウの接合用に形成されるメタライズ膜が金属製缶５の窓（孔）１３サイズに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに成膜されているため、パッケージ内部への接合材の流れ込み、半田溜まりが発生しない。これにより、ショートによる動作不良、熱型赤外線素子の視野を部分的に遮ることによる熱型赤外線センサの感度特性低下が生じるという課題の解決も可能となる。
【００１４】
前述のように金属缶上面部に接合材を制御する事が可能となる様な凹溝構造を有し、メタライズ膜が成膜された赤外線ウインドウ部のサイズは金属製缶の凹型溝構造部の溝部分の最外寸法よりも小さく、缶の凹型溝部の最小寸法よりも大きくし、また、メタライズ膜を金属製缶５の窓（孔）１３サイズに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに形成する事により高信頼性・高性能の赤外線検出器を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の赤外線検出器の内部構造断面図
【図２】赤外線ウインドウ形状図と従来の金属製缶形状図
【図３】従来の金属缶−赤外線ウインドウ接合断面図
【図４】内部ワイヤーのショートによる動作不良時の内部構造断面図
【図５】熱型赤外線素子視野遮蔽不良時の内部構造断面図
【図６】本発明に係わる赤外線検出器の内部構造断面図
【図７】赤外線ウインドウ形状図と本発明に於ける金属製缶形状図
【図８】本発明に係わる赤外線ウインドウサイズを示す図
【図９】本研究に係わる赤外線ウインドウに成膜されたメタライズエリアを示す図
【図１０】赤外線透過ウインドウのサイズの違いによる接合部断面の差を示す拡大図
【図１１】赤外線透過ウインドウに成膜されるメタライズ膜１１の成膜エリアの違いによる接合部断面の差を示す拡大図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図６を参照して詳細な説明をする。
図６は本発明による赤外線検出器を示す内部構造断面図。
【００１７】
図６、１はガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベース、２は熱型赤外線受光素子、３はダイボンディング材、４はシート状ゲッター、５は金属製缶、６は赤外線透過ウインドウ、７は接合材、８はゲッター実装用電気的接続端子、９は電気的接続端子、10は接合材制御用の凹型溝構造、１１はメタライズ膜。１２の赤外線透過膜は図示せず。
ガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベース１にダイボンディング材３を介して熱型赤外線検出素子２が実装されている。その熱型検出素子２は電気的接続端子９に金やアルミニウム等によりワイヤボンディングにより電気的に接続されている。また、金属ベース１はシート状ゲッター５を実装する電気的接続端子ゲッター実装用電気的接続端子８を具備する。
【００１８】
ここで前記熱型赤外線検出素子２は、例えばブリッジ構造を持つ素子が２次元アレイ状に素子基板上に配置されていたサーミスタボロメーター素子である。この２次元アレイ状の配列された各素子がブリッジ構造をとることにより、素子と基板間に一定距離を設けることにより、熱絶縁を得ている。例として、サーミスタボロメーターを上げているが、熱絶縁が重要なサーモパイル素子でもよい。また、ダイボンディング材３は、実装後の真空度の低下を防ぐため、アウトガスの少ないダイボンディング材を使用している。
【００１９】
シート状ゲッターは、前述金属ベース１のゲッター実装用電気的接続端子８上端に両端を溶接されることで実装されている。このシート状ゲッター５はニクロムシート上にチタン、ジルコニウム等を焼結して形成されたもので、ゲッター実装用電気的接続端子を介してニクロムシートに通電する事で３５０〜９００℃に加熱されて表面が活性化されることにより、真空パッケージ内の材料から放出されるガスを吸着し、真空パッケージ内の真空の劣化を防止する非蒸発型のゲッターである。
【００２０】
また、金属ベース１に金属製缶５を溶接、赤外線ウインドウ６真空中で気密に接合することにより真空パッケージが形成されている。赤外線ウインドウ６は低融点半田等の接合剤７を介して金属製缶５に気密接合される。
【００２１】
図７に赤外線ウインドウ形状図と本発明に於ける金属製缶形状図を示す。金属製缶５は赤外線ウインドウ６が接合される金属製缶５上面部に窓（孔）１３を有する。また、窓（孔）１３の外周に凹型の溝構造１０を具備する。
このような構造とすることにより、真空中での機密接合時、接合材７の流れを制御することが可能となり、接合状態が安定し、信頼性の高い接合面を得ることが可能となる。
【００２２】
赤外線透過ウインドウ６は例えばシリコンのような赤外線透過性のある物が用いられる。赤外線透過ウインドウの表面と裏面には反射防止膜もしくは、所望の波長の赤外線を通す例えば８−１４ｕｍのような波長帯を透過する赤外線透過膜１２がコーティングされている。赤外線透過ウインドウ６はカルコゲナイドガラス、ゲルマニウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛等の材料を使用することも可能である。
【００２３】
赤外線透過ウインドウ６のサイズは図８に示す様に金属製缶５の凹型溝構造部１０の溝部分の最外寸法よりも小さく、缶の凹型溝部の最小寸法よりも大きくする。このようなサイズとすることで金属製缶５−赤外線ウインドウ６接合面の接合材７の量を増加・安定化させ信頼性の高い接合面を得ることが可能となる。
【００２４】
また、赤外線透過ウインドウ６の金属缶５との接合面側外縁には接合材7と接合が可能となるようメタライズ膜１１が形成されている。本研究に於けるメタライズ膜は図９に示すように、赤外線ウインドウに成膜されたメタライズエリアを金属製缶の窓（孔）エリアに対し、同一サイズ以上の外側のエリアに成膜される。これにより、パッケージ内側への接合材の流れ込み、半田溜まりが発生しない。これにより、ショートによる動作不良、熱型赤外線素子の視野を部分的に遮ることによる熱型赤外線センサの感度特性低下が生じるという課題の解決も可能となる。
【００２５】
ここで、本発明の１）赤外線ウインドウ６のサイズ、２）赤外線透過ウインドウ６に成膜されるメタライズ膜１１の成膜エリアについての効果の実験例を説明する。
１）赤外線ウインドウ６のサイズ
図１０に赤外線透過ウインドウのサイズの違いによる接合部断面の差を示す拡大図を示す。本研究のウインドウサイズの場合、良好な接合材の状態となり、パッケージ内側に接合材の流れ込みは発生せず、パッケージ内部に半田溜まりを形成しない。しかし、赤外線ウインドウ６のサイズが缶の凹型溝部の最小寸法よりも小さい場合、パッケージ内側に接合材の流れ込みが発生し、パッケージ内部に半田溜まりを形成した。
２）赤外線透過ウインドウ６に成膜されるメタライズ膜１１の成膜エリア
図１１に赤外線透過ウインドウに成膜されるメタライズ膜１１の成膜エリアの違いによる接合部断面の差を示す拡大図を示す。メタライズエリアを金属製缶の窓（孔）サイズに対し、同一サイズ以上若しくは、窓（孔）以上の外側のエリアに成膜された場合、パッケージ内側への接合材の流れ込み、半田溜まりが発生しない。しかし、メタライズエリアを金属製缶の窓（孔）エリアサイズより小さい内側のエリアに成膜された場合、パッケージ内側への接合材の流れ込みが発生し、半田溜まりを形成した。
【００２６】
以上に説明した実施の形態により、接合材の流れを制御することが可能となり、接合状態が安定し、信頼性の高い接合面を得ることが可能となり、また、ショートによる動作不良、熱型赤外線素子の視野を部分的に遮ることによる熱型赤外線センサの感度特性低下の発生を防ぐことが可能となり、高信頼性・高性能の赤外線検出器を得ることが出来る。
【符号の説明】
【００２７】
１  ガラスにて気密封止された電気的接続端子を備える金属製のベース
２  熱型熱型赤外線センサ素子
３  ダイボンディング材
４  シート状ゲッター
５  金属製缶
６  赤外線透過ウインドウ
７  接合材
８  ゲッター実装用電気的接続端子
９  電気的接続端子
１０  接合材制御用の溝構造
１１  メタライズ膜
１２  赤外線透過膜
１３  窓（孔）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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