JPH01502950A - 検出器緩衝ボード - 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】 検出器緩衝ボード この出願は、同じ論受入にｊ波された同１１！ｉ継続中の出願である１９８６年 ９月１５日出願の特許出願番号節９０７゜４０８号および１９８５年５月８日出 願の特許出願番号節７３１．９８８号の一部継続出願である。

この出願は複数個の検出器素子を検出器モジニールにインターフェイスするため の構成要素に関するものである。

より特定的には、この発明は、薄膜検出器素子を、その検出器素子に対する平面 を横切る方向に配設された層を有する多層構造にインターフェイスする手段に関 するものである。

赤外線スペクトルは可視波長より長く、マイクロ波長より短い波長の領域を占め る。可視波長は概して１．４から。

７５ミクロンであるとみなされる。近赤外波長は、７５ミクロンから１０ミクロ ンである。遠赤外の波長はおよそ、１０ミクロンから１ミリメータの領域を占め る。赤外線検出器の機能は、赤外線領域のある特定範囲内の波長のエネルギに応 答することである。

加熱された物体は赤外線スペクトル内の特性波長を有する熱エネルギを消散する であろう。異なる熱源に対応する異なる熱エネルギのレベルは、赤外線周波数ス ペクトルの異なる部分内の信号の放出によって特徴づけられる。単一で、赤外線 周波数スペクトルのすべての領域にわたって一様に効率的な検出器はない。それ ゆえ、検出器は設計者に興味ある領域の感度に応じて選択される。同様に、赤外 線検出器からの信号を受信し、処理する電気回路も意図された検出機能を考慮し て選択されねばならない。

１８００年代の初期に最初の不完全な赤外線検出器か製作されて以来、この技術 においてｔｉ々な異なったタイプの赤外線検出器が提案されてきた。事実、現在 のすべての赤外線検出器は、赤外線周波数エネルギにいくつかの方法のうちの１ つの方法で応答する材料で構成された固体装置である。熱検出器は、赤外線周波 数エネルギを吸収し、検出材料の温度上昇を引き起こすことによって赤外線周波 数エネルギに応答する。湿度上昇は次に、固有抵抗などの材料の他の特性を変化 させる。この変化を測定することによって赤外線放射がΔ−１定される。

光タイプ検出器（たとえば、光導電検出器および光起電力検出器）は赤外線周波 数エネルギを直接材料の電子構造内へ吸収し、電気遷移を誘発し、それが次には 電気導電率を変化させるか（光導電体）、あるいは検出器の両端子にかかる出力 電圧を発生させるか（光起電力検出器）のいずれかとなる。もたらされる正確な 変化は選択される特定の検出器材料、その材料のドーピング密度および検出器面 積を含む様々なファクタの関数である。

１８００年代後期までに、４分の１マイル離れた動物の熱を検出できる赤外線検 出器が開発された。赤外線周波数エネルギに対して透明な材料から構成される集 光レンズの導入は、半尋体材料および高感度電子回Ｖｌｌｉの進歩と相俟って現 在の赤外線検出器の性能を理想的光子の限界に迫るまでに高めた。

現在の赤外線検出システムは、その出力が精巧を処理回路に接続された多数の、 ディスクリートを高感度検出器素子のアレイを組入れる。検出器素子励起のパタ ーンとシーケンスとを迅速に分析することにより、処理回路は赤外線の放射ｋを 識別し、モニタすることができる。そのようなシステムの理論上の性能は多くの 応用に適しているが、１″００万あるいはそれ以上の検出器素子および関連する 回路に見合う構造を信頼できかつ実用的な方法で実際に構成するのは困難である 。従って、現在の赤外線検出システムに実際に応用するには、検出器アレイおよ びそれに伴う回路の小型化、検出器素子によって発生される電気信号に混ざるノ イズの最少化、ならびに検出器アレイとそれに伴う回路の信頼性および経済的生 産における改良といった分野での一層の進歩がなされることが必要となってきて いる。

たとえば現在の検出器のサブアレイは一辺に２５６の検出器、すなわち総数６５ ．５３６の検出器を含み、正方形をした各々の検出器のサイズは一辺がおよそ、 ００３５インチであり、検出器間の間隔は、０００５インチである。

それゆえ、そのようなサブアレイの全体の幅は一辺が１゜０２４インチとなるで あろう。こうして、そのようなサブアレイを処理回路に相互接続するには、−辺 が１インチよりわずかに大きい正方彩内で６５，３５６の検出器の１つ１つを処 理回路に接続するに十分な回路をＨする接続モジュールが必要となる。また、サ ブアレイは２５００万かあるいはそれ以上の検出器を含むアレイを形成するよう に接続されてもよい。接続モジュール上で検出器素子を４体と１列に整列させ、 かつそのような密集した状況で隣接する４体を絶縁するには相当な困難を２する 。

アレイ材料の厚さが０．００５インチよりも小さくかなり薄いとき、アレ１″材 料をモジニールの表面に付けるのに困難が生じる。そのような困難が生じるのは 、モジニールとアレイ材料間の不適合な膨張係数によって発生する力を検出器の 材料が吸収できないということを含め、様々な理由による。この膨張係数におけ る不適合は、検出器が固体再結晶バルク水銀カドミウムテルル化物といった材料 から形成されているとき特に問題である。

個々の検出器素子の信頼性を検査する手段を提供する際さらなる困難に出くわす 。検出器材料が直接モジュール本体に適用される場合、検出器素子、モジニール の配線あるいは処理素子に起因し得るかもしれない欠陥を分離するのは困難であ る。モジュール本体とは別に検出器素子が検査可能でない場合、検査および組立 プロセスは実質的に信頼性の低いものとなり、役に立たないかあるいは修理に高 くつくかもしれないアセンブリを生産することになる。

この発明は現在の赤外線検出器モジニールの構成におけるこれらおよび他の欠点 を改善する構成に向けられる。この発明は、検出器素子を接続モジュールに固定 する前に容易に検査できるようにする、構成の技術を０洪する。また、この発明 は検出器モジュールの膨張あるいは収縮に対する検出器材料の感度を減じる構造 を提供する。

発明の概要 赤外線検出器素子のプレーナアレイセグメント、多層モジニールおよび、検出器 アレイセグメントと多層モジニールとの中間に配設された緩衝ボードとを含む赤 外線検出システムが開示される。緩衝ボードは検出器素子のプレーナアレイセグ メントに平行に、かつモジニール層の」二面を横切る方向に配設される。緩衝ボ ードは多層モジュール上に形成された導電パターンと、検出器素子とに当接電気 接続して配設される。緩衝ボードは検出器素子とモジニールおよび、モジュール 層上に形成された導電パターンとの間の電気伝達を容易にし、また、システム構 成要素の構造上の特性および個別の検査可能性を高める。

緩衝ボードはアルミナ（単結晶あるいは多結晶）、セラミック、砒化ガリウムま たはシリコンのような複数の材料のいずれから形成されてもよい。

緩衝ボードはそこを介して延びる４？Ｈ領域を有するよう形成されてもよく、そ の場合、導電領域のセンターラインの間隔は、００２から、０２０インチである 。緩衝ボードの厚さは６００２から、０１０インチであり得よう。現時点での好 ましい実施例では、緩衝ボードはセンターライン間隔が、００２から、００４イ ンチの４電領域を有するように形成され、かつ厚さか、ＣｌＯ２から、００４イ ンチとなるよう形成される。

図面の詳細な説明 添付された図面に関する以下の詳細な説明は、発明の現時点での好ましい実施例 の説明として単に意図されるにすぎず、この発明が構成されあるいは用いられる かもしれない唯一の形状を説明するように意図されたものではない。

この説明は図示された実施例に関して、発明を装置するための機能および段階を 示す。しかしながら、同一のあるいは均等な機能または利点が、これもまた発明 の精神および範囲内に包含されるよう意図された別の実施例によって達成される かもしれないということが理解されるべきである。

第１図に示されるように、例示のモジュール１０は、実質的に重なって揃って積 み重ねられた複数の層１１によって形成される。そのようなモジュールは典型的 には、各々の検出器素子、たとえば２１ａ−１からの信号を、それを受信して処 理する回路（図示されず）に伝達する導電パターンを支える。各層１１は、たと えば層状のパターンの上に形成されるかまたは接続される集積回路を含みまたは 偏えてもよい。そのような集積回路は、１２号を受信するよう処理された検出器 素子の１つから信号を受信し、処理、された信号を外部エレクトロニクスに伝達 するようにされた多チヤネル装置として形成されるのが好ましい。そのような集 積回路の受信およびバッファ機能を果たすに適切な回路が、ウィリアム・ジェイ ・バリッシュ（ｗｉｌＪｉａｍＪ、Ｐａｒｒｉｓｈ）による「赤外線検出器のた めの入力回路」という名称の、同じｊ受入にｊとされた米国特許第４．６３３， ０８６号において開示されている。しかしながら、この発明の精神あるいは範囲 から逸脱することなく集積回路の機能を実施するには様々な代わりの入力および 処理回路が使用されてよいことに注目すべきである。実際、この発明はより詳細 には検出器アレイをモジュールに接続するための手段に関するものであり、それ ゆえ全く処理能力を有しないモジュールにおいて実施されることもあり得る。Ｆ ｉｌＩｌｌはアルミナ（単結晶あるいは多結晶）、セラミック、ガラス、砒化ガ リウムあるいはシリコンのような複数の材料のいずれから形成されてもよい。

再び第１図を７照すると、各々の回路層１１にはＦＩｌｌｌの第１端縁部分２５ にまで延びる導体２３が設けられる。

第１図に示されるように、バンブボンドコネクタ２７として、たとえば金属処理 されたパッドが各々の層１１の第１端縁部分２５上に形成される。他のタイプの コネクタが周知の様々な技術に従って第１端縁部分２５上に形成されてもよい。

コネクタ２７は、次に説明されるように、層１１上に形成された導体２３と、縁 面ボード１５上に）１ａ成されたコネクタとの間の電気接続を容品にする。

例示の赤外線検出器アレイセグメント１７は複数のディスクリートな検出器素子 ２１ａ−ｇから形成される。各々の素子２１は緩衝ボード］５上に形成された専 用コネクタ２８と、層１１の端縁部分上に形成された専用コネクタ２７とを介し て専用導体２３に接続することができる。検出器アレイセグメントが砕けやすく 、大きさの変化に温度が応答するのを４ｆ７徴とするモジュールに固定されると ひびか入る可能性があるため、検出器アレイセグメント１７をモジュール１０に 直接接続することは得策ではないことが知られている。温に’に化に応じて検出 器アレイセグメントに一錫を与える一Ｊ能性があることに加え、モジュールへの 直接接続は検出器アレイセグメントの検査およびモジュール内の欠陥分離を極め て困難にする。一旦検出器アレイセグメントがモジニールに固定されると、検出 器アレイセグメントを検査するにはモジニール回路が完全に信頼できるもの欠陥 は検出器アレイエレメント内の欠陥と識別不可能である。検出器アレイセグメン ト、モジュールのコスト面、ならびに検出器アレイセグメントとモジュールとの 適確な取扱いおよび噛み合いの必要性という面から見ると個別に検査できないと いうことは容認できない。それゆえこの発明に従って、検出器アレイセグメント １７とモジニール１０との中間に配設される緩衝ボード１５が提供される。緩衝 ボード１５は、モジュール１５の大きさの変化に関連する歪を吸収し、それによ って、それらの変化に応答する、検出器アレイセグメントの機械的損偏の可能性 を減じるための機械的緩衝を提供する。機械的緩衝機能に加えて、緩衝基板１５ はまた検出器アレイセグメント１７のための支持構造を提供し、検出器アレイセ グメント１７をモジニール１０に接続する前に個々の検出器素子を検査すること を容易にするのに有益である。緩衝ボード１５はまたモジュール１００個別検査 を容易にするようモジュール１０に接続されてもよい。現時点での好ましい実施 例においては検出器アレイセグメント１７とモジュール１０との中間に緩衝ボー ドが１つだけ配設されるが、完全なモジュールアセンブリのあらゆる部分の個別 検査を容易にするために１より多い緩衝ボードがそのように配設されてもよい。

緩衝ボード１５はそこを介して延びる導電領域を有するように形成される。導電 領域は第１および第２導電部分、たとえば緩衝ボードの両面に配設された導電部 分２８で終わる。導電部分２８は典型的には緩衝ボードの表面かられずかに延び て検出器素子およびモジュールとの電気接続を容易にする。

機械的歪を和らげるというこの発明に固有の利点は、緩衝ボード１５をモジュー ル１０あるいは検出器アレイセグメント１７のどちらかにまず接続することによ って達成されてもよいことが理角ｑされるべきである。しかしながら緩衝ボード １５をまず検出器アレイセグメント１７に接続することによって、モジュール１ ０に接続する前に行なわれる個々の検出器素子の個別検査可能性について、この 発明はさらなる利点を提供する。検出器セグメントアレイ１７の敏感な性質から 見て、そのような検査可能性は緩衝ボード１５のような支持表面の使用なくして は与えられない。

様々なはんだ付は技術（はんだバンプリフロー、はんだクリーム融解あるいはフ リップチップボンディング技術）が検出器アレイセグメント１７を緩衝ボード１ ５に、および緩衝ボード１５をモジュール１０に接続するのに用いられてもよい 。

検出器素子２１はＨｇ（ｊＴｅ、Ｐｔ−５ｉあるいは１ｎｓｂといった複数の光 起電力材料またはＰｂＳなどの光導電材料のいずれから形成されてもよい。隣接 する素子間における望ましいセンターライン間隔は、典型的には、検出器アレイ の性能の意図された応用の関数である。この発明はセンターライン間隔が、００ ２から、０２０インチである赤外線検出器素子について、最も一般的な応用を見 い出しそうであると考えられるが、この範囲内のアレイとの使用のみにこの発明 が限定されるわけではない。現時点での好ましい実施例において検出素子間のセ ンターライン間隔はおよそ、００２から、００４インチである。

モジュールの層の厚さは検出器センターライン間隔の必要条件を考慮して設計さ れる。層〕０の厚さは、実際、一般に、００２から、０２０インチであろうと考 えられる。。

例示のモジュール１０の構成に関するより詳細な説明は同じ譲受人に譲渡された 同時係属中の特許出願番号節７３１゜９８８号および９０７，４０８号で述べら れる。

第２図は緩衝ボード１５をモジニール１０に接続する前に、緩衝ボード１５がま ず検出器アレイセグメント１７に接続される構成を図示する。指摘されたように 、そのような配置はモジュール１０への接続前に行なわれる検出器アレイ１７の 素子の検査を容品にする。

緩衝ボード１５はアルミナ（単結晶あるいは多結晶）、セラミック、ガラスセラ ミックス、砒化ガリウムあるいはシリコンのような複数の材料のいずれから形成 されてもよい。緩衝ボード１５を通る導電経路を提供するために、レーザドリル 、化学エツチングあるいは、拡散またはドーピングといった他の方法によって緩 衝ボードに穴が形成されてもよい。緩衝ボード１５を通る導電経路には、層１１ の端縁部分上に形成されたコネクタ２７と、検出器アレイセグメント１７を形成 する検出器素子への接触を容易にするために、隆起面が設けられる。緩衝ボード 上および緩衝ボードを介して形成される導電領域は検出器素子の間隔、すなわち 、００２から、０２０インチの間隔に一致する。緩衝ボード１５の厚さは典型的 には、００２から、１０１インチでありえよう。現時点での好ましい実施例にお いては緩衝ボードは、００２から、００４インチである。

実際には、緩衝ボード１５は検出器アレイセグメントの個々の素子が適切に作動 しているか決定するために用いられる。（各々の検出器アレイ素子が緩衝ボード の別のコネクタに接続されるように）緩衝ボード１５の導電部分２８を赤外線検 出アレイ素子２１に接続すると、検出器アレイセグメント１７は赤外線周波数光 源によって照らされ、緩衝ボード１５０反対側に現われる信号は適切な出力レベ ルのためにモニタされる。検出器素子が適切に作動し、緩衝ボードに適切に接続 されていれば、次にそのアセンブリはモジュールに接続されてもよい。

緩衝ボードは、検出器アレイセグメントの検査を容易にするのに役立つほかに、 モジュールの検査を容易にするために使われてもよい。成る場合には、緩衝ボー ドはモジニールの表面よりも検査しやすく、モジニール接触に与える損傷を制限 するのに役立ち、および／またはテスト信号のモジュール内への注入を容易にす る配線を含んでもよい。

緩衝ボードをモジュールに接続することによって、検査入力信号は緩衝ボードに 印加され、モジュールからの出力はモジュールが適切に作動しているかを決定す るために測定される。所望すれば、２個の緩衝ボードが用いられてもよい。第１ の緩衝ボードは検出器アレイセグメントの検査を容易にするため検出器アレイセ グメントに適用され、第２の緩衝ボードはモジニールの検査を容易にするためモ ジニールに適用されてもよい。次に、噛み合っている２個の緩衝ボードの表面か ともに接続されてもよい。

上に述べられたように、この好ましい実施例には、この発明から逸脱することな く多数の変化や修正がなされてもよいと考えられる。したがって、上に述べられ かつ添付の図面において示されたこの発明の形状は専らこの好ましい実施例の例 示にすぎず、この発明の範囲を限定するべく意図されたものではないことが理解 されるべきである。

図面の簡単な説明 第１図は発明の一実施例の分解斜視図であり、さらに第２図は検出器アレイセグ メントに接続された緩衝ボードの斜視図である。

国際調査報告

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．赤外線検出器素子のプレーナアレイセグメントと、前記検出器アレイセグメ ントからの信号を外部エレクトロニクスに伝えるための多層モジュールとを備え 、前記層の各々は前記プレーナアレイセグメントに対して横切る方向の平面に配 役されかつその上に複数の導体が形成され、前記検出器アレイセグメントと前記 多層モジュールとの中間に配設される緩衝ボードをさらに備え、前記緩衝ボード は前記プレーナアレイセグメントに平行に配設され、前記緩衝ボードは前記検出 器素子と、前記多層モジュール上に形成された導電パターンとに当接電気接続さ れる、赤外線検出システム。
2. ２．前記緩衝ボードは、そこを介して延びる複数の導電領域を有する絶縁基板を 備え、前記導電領域は専用の検出器素子に電気接続された第１導電部分と、前記 層の１つの上に形成された専用導体に電気接続された第２導電部分とを含む、請 求項１記載のシステム。
3. ３．前記緩衝ボードがアルミナから形成された、請求項１記載の赤外線検出シス テム。
4. ４．前記緩衝ボードが単結晶アルミナから形成された、請求項３記載の赤外線検 出システム。
5. ５．前記緩衝ボードが多結晶アルミナから形成された、請求項３記載の赤外線検 出システム。
6. ６．前記緩衝ボードがセラミック材料から形成された、請求項１記載の赤外線検 出システム。
7. ７．前記緩衝ボードがシリコンから形成された、請求項１記載の赤外線検出シス テム。
8. ８．前記緩衝ボードが砒化ガリウムから形成された、請求項１記載の赤外線検出 システム。
9. ９．前記導電領域が．００２から．０２０１インチのセンターライン間隔を有す るように配設された、請求項２記載の赤外線検出システム。
10. １０．前記導電領域が．００２から．００４インチのセンターライン間隔を有す るように配設された、請求項２記載の赤外線検出システム。
11. １１．前記緩衝ボードの厚さが０．００２から．０１０インチである、請求項２ 記載の赤外線検出システム。
12. １２．複数の検出器素子を有する第１プレーナ検出器アレイセグメントを形成し 、 各々の層が前記アレイセグメントに対して構切る方向に延びかつ電気的導体がそ の上に形成された、多層導電モジュールを形成し、 前記検出器素子に接続され得る第１導電部分と、前記モジュール導体に接続され 得る第２導電部分とを有する緩衝ボードを形成し、 前記第１導電部分が前記検出器アレイセグメントと電気接続するよう、前記緩衝 ボードを前記検出器素子へ接続し、赤外線周波数光源で赤外線検出器アレイセグ メントを照射し、 前記緩衝ボード第２導電領域に現われる信号を前記検出器素子の動作特性を決定 するためにモニタし、かつ前記緩衝ボード第２導電部分を前記モジュール導体へ 接続する、赤外線検出システムの形成方法。
13. １３．そこを介して延びる複数個の導電領域を有する非導電基板を備え、前記導 電領域は、検出器アレイセグメントの個々の素子に接続され得る第１の部分と、 前記第１の部分の反対側に配設され、多層モジュール上に形成された導体に接続 され得る第２の部分とを有し、前記層は前記基板の平面を横切る方向に配設され た、赤外縁検出システムに使用するための検出器緩衝ボード。
14. １４．前記導電部分が．００２から．０２０１インチのセンターライン間隔を有 するように配設された、請求項１３記載の緩衝ボード。
15. １５．前記導電部分が．００２から．００４インチのセンターライン間隔を有す るように配設された、請求項１３記載の緩衝ボード。
16. １６．前記基板がアルミナから形成された、請求項１３記載の緩衝ボード。
17. １７．前記基板が単結晶アルミナから形成された、請求項１３記載の緩衝ボード 。
18. １８．前記基板が多結晶アルミナから形成された、請求項１３記載の緩衝ボード 。
19. １９．前記基板がセラミック材料から形成された、請求項１３記載の緩衝ボード 。
20. ２０．前記基板がシリコンから形成された、請求項１３記載の緩衝ボード。
21. ２１．前記基板が砒化ガリウムから形成された、請求項２０記載の緩衝ボード。
22. ２２．前記基板が．００２から．０１０インチの厚さとなるよう形成された、請 求項１３記載の緩衝ボード。
23. ２３．前記基板が．００２から．００４の厚さとなるよう形成された、請求項１ ３記載の緩衝ボード。
24. ２４．多層モジュールに接続された検出器アレイセグメントにおける機械的歪を 和らげる方法であって、緩衝ボードの平面に対して横切る方向に、そこを介して 延びる導電領域のアレイを有すろ緩衝ボードを形成し、各々の前記導電領域が前 記アレイセグメントの個々の検出器素子と電気接続するように、前記緩衝ボード の第１表面を前記検出器アレイセグメントへ接続し、かつ各々の前記導電領域が 、前記層の１つの上に形成された専用導体の１つと電気接続するように、前記緩 衝ボードの第２表面を前記モジュールへ接続する、方法。