JPH02214158A - 赤外線イメージセンサ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はデユワ内に収容された赤外線イメージセンサ
の発熱を上記デユワの外部から冷却する方式の赤外線イ
メージセンサ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

赤外線イメージセンサのうち、例えばショットキバリア
光検出素子を用いたものなどは、その半導体基板が赤外
線を透過させるので、この性質を利用して受光素子等が
形成された半導体基板の表面側とは反対の裏面側から赤
外線を入射するタイプのものがある。第３図はこの種、
従来の裏面入射形の赤外線イメージセンサ装置の内部構
造を示す断面図である０図において、（１）は内部を真
空に保持したデユワで、管部（！ａ）とその上端に形成
され赤外線（２）を入射させるための窓部（１ｂ）とか
らなり、この管部（Ｉａ）にはガラス等種々な材料が採
用され、窓部（Ｉｂ）は赤外線（２１が透過可能なＧｅ
（ゲルマニウム）等で製作される。そして、管部（ｌａ
）の四部には液化窒素冷却器、ジュール・トムソン冷却
器、またはスターリングサイクル冷却器等の冷却ｔｌｌ
楕としての冷却ヘッド（３１が挿入され、後述するイメ
ージセンサの冷却を担っている。に）はベース部（４ａ
）とこのベース部（４ａ）と一体になった支持部（４ｂ
）とからなるセラミックパッケージで、例えばアルミナ
材が使用され、そのベース部（４ａ）がデユワ（１）の
管部（１ａ）の凹部上端の内面に固着されている。（５
）はその周縁がセラミックパッケージは）の支持部（４
ｂ）に固着されてデユワ（１）内に取付けられた赤外線
イメージセンサで、（６）はその半導体基板である。　
＜６ａ）は半導体基板（６）の表面側である第１主面で
、ここに赤外線受光素子とこの赤外線受光素子からの信
号を読み出す読み出し機構く例えばＣＣＤ　（Ｃｈａｒ
ｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ））が形成されて
いる。そｉ〜て、（６ｂ）は半導体基板（６）の裏面側
である第２主面で、赤外線（２）は先ず窓部（ｌｂ）を
透過してデユワ（１７内に入り、更に、この第２主面（
６ｂ）に入射して半導体基板（６）を透過し第１主面（
６ａ）に形成された赤外線受光素子等に到達する訳であ
る。

（７）はセラミックパッケージ（４）の内面側に形成さ
れた内部金属リードで、金属配線（８）によって赤外線
イメージセンサ（（５）に形成された回路と電気的に接
続されている。（９）は赤外線イメージセンサ（５）か
らの出力を引出すなめセラミックパッケージ（４）の外
面側に形成された外部金属リード、００）は管部（ｌａ
）の内面に固着された中継用金属リード、（１１）はデ
ユワ（１）内のイメージセンサ（５）の出力信号を大気
中へ取出すための電極、（＋２）　（１３）は上記各金
属り一ドＴ９１　ＱＯＩおよび電極（１１）相互間を電
気的に接続する金属配線である。

なお、第３図に示すように、赤外線イメージセンサ（５
）をセラミックパッケージ（／１１を介してデユワ（１
）の管部（１ａ）に固定するようにしたのは、管部（Ｉ
ａ）の材料が種々異なることを考慮し、温度昇降のピー
ｌ−サイクルによる赤外線イメージセンサ（５）に発生
する機械的ストレスを一段的に抑制してその信頼性の向
上を図るためである。従って、赤外線イメージセンサ（
５１からの発熱はセラミックパッケージ（４）を経°〔
そのベース部（４ａ）からデユワ（１）の管部（１ａ）
の凹部の底を熱伝導で伝わり、上記四部に挿入された冷
却ヘッド（３）によりデユワ（１）外へ放散されること
になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の赤外線イメージセンサ装置は以上のように構成さ
れているめで、赤外線イメージセンサ（（５）からの発
熱はセラミックパッケージ（４）およびデユワ（１）の
壁を経て冷却ヘッド（３）に至るので、それだけ熱抵抗
が大きくなり、また、半導体基板（６）の周縁のみを支
持部（４ｂ）に固着しているので、この点からも温度勾
配が増大し、赤外線イメージセンサ（（５）の効率のよ
い冷却を実現する上で問題があった。

この発明は以上にような問題点を解消するためになされ
たもので、赤外線イメージセンサ（５］の機械的ス１ヘ
レスを増大させることなく、赤外線イメージセンサ（５
１とデユワ（１）外の冷却ヘッド（３）との間の熱抵抗
を低減して赤外線イメージセンサ（５］の効率的な冷却
が可能となる赤外線イメージセンサ装置を得ることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る赤外線イメージセンサ装置は、デユワ壁
の少なくとも冷却機構への熱流路となる熱伝導部分を、
半導体基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料
で構成するとともに、上記半導体基板の表面と上記デユ
ワ壁の熱伝導部分とを固着したものである。

また、今一つの発明のものは、半導体基板とデユワ壁の
熱伝導部分との間に両者の熱膨張係数の中間の熱膨張係
数を有する材料からなるバッファ材料を介在させて、上
記半導体基板の表面と」二記デユワ壁の熱伝導部分とを
固着したものである。

〔作　　用〕

赤外線イメージセンサで発生した熱は、その半導体基板
から直接デユワ壁に伝わり、そこから冷却機構を経てデ
ユワ外へ放散されるので、この間の熱抵抗が低減する。

ヒー）・サイクルに対しても半導体基板とデユワ壁の熱
伝導部分との熱膨張係数が近い値であるので、イメージ
センサの機械的ストレスが抑制される。

また、半導体基板とデユワ壁の熱伝導部分との間に所定
のバッファ材料を介在させたものでは、ヒートサイクル
によるイメージセンナの機械的ストレスが一層低く抑制
される。

〔実　施　例〕

第１図はこの発明の一実施例における裏面入射形の赤外
線イメージセンサ装置の内部構造を示す断面図である０
図において、（１）ないしく１３）は従来と同一または
相当部分を示す、但し、デユワ（１）の管部（ｌａ）の
材料は、コバールやガラス等、熱膨張係数としての線膨
張率（室温付近での値で示す。

以下同じ）が５〜７ＸｌＯ−６Ｘ℃と、シリコンからな
る半導体基板（６）の線膨張率２〜３　Ｘ　ｔｏ−’／
’Ｃに近い値のものが選択されている。そして、半導体
基板（６）の第１主面（６ａ）が直接デユワ（１）の管
部（Ｉａ）の凹部上端の内面に固着されている。従って
、セラミックパッケージ（４）は従来の支持部（４ｂ）
に相当する部分のみからなっており、従来のベース部（
４ａ）は使用されていない。

この結果、赤外線イメージセンサ（５）からの発熱は、
その半導体基板（６）の第１主面（６ａ）から直接デユ
ワ（１）の管部（ｌａ）凹部上端の接触面即ち熱伝導部
分く１４）に伝わり、冷却ヘッド（３１から放散される
ので、赤外線イメージセンサ（５）と冷却ヘッド（３）
との間の熱抵抗が大幅に低減され、半導体基板（６）と
デユワ（１）との接触面積も増大し、赤外線イメージセ
ンサ（５）の冷却効率が大幅に向上する。また、デユワ
（１）の管部（！ａ）の材料も、その線膨張率が半導体
基板（６）の線膨張率に近い値のものに限定されている
ので、ヒートサイクルによる機械的ストレスも許容値内
に抑制される。

なお、上記実施例ではデユワ（１）の管部（ｌａ）を均
一な材料のもので構成したが、その熱伝導部分（１４）
のみを半導体基板（６）の線膨張率に近い値のもので構
成するようにしてもよい。

第２図は他の実施例を示すもので、第１図と異なるのは
、半導体基板（６）とデユワ（１）の熱伝導部分（１４
）とを、その間にバッファ材料（１５）を介在させて固
着している点である。なお、同図ではこのバッファ材料
（１５）をやや誇張して描いている。

ここで、バッファ材料（１５）としては、例えば、５ｉ
Ｃ（炭化珪素）やＡＩＮ　（窒化アルミニウム）等が使
用され、その線膨張率は前者が３．６Ｘ　１０−’／”
Ｃ１後者が３．９Ｘ　１０−’／’Ｃである。即ち、こ
のバッファ材料（１５）の線膨張率は、半導体基板（６
）とデユワ（１）の熱伝導部分（１４）との両者の線膨
張率の中間の値になる。従って、第１図の実施例のもの
に比較して、このバッファ材料（１５）の分だけ熱抵抗
は増加するが、ヒートサイクルによる機械的ストレスは
より小さく抑制され信頼性が向上する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明では、デユワ壁の少なくとも熱
伝導部分と半導体基板との熱膨張係数を相互に近い値の
ものとし、両者を直接固着するようにしたので、赤外線
イメージセンサの冷却効率が向上する。

また、今一つのものでは、デユワ壁の熱伝導部分と半導
体基板との間に所定のバッファ材料を介在させたので、
赤外線イメージセンサの冷却効率が良好であるとともに
、ヒートサイクルによる機械的ストレスが一層抑制され
信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における裏面入射形の赤外
線イメージセンサ装置の内部構造を示す断面図、第２図
は関連する他の発明の一実施例におけるものを示す同様
の断面図、第３図が従来のものを示す同様の断面図であ
る。 図において、（１）はデユワ、（２）は赤外線、（３）
は冷却機構としての冷却ヘッド、（５１は赤外線イメー
ジセンサ、（６）は半導体基板、（６ａ）および（６ｂ
）は半導体基板（６）のそれぞれ表面側および裏面側と
しての第１主面および第２主面、（１４）はデユワ壁の
熱伝導部分、（１５）はバッファ材料である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　弁理士　　大　岩　増　雄 第１図 冒冒２ １：デュ７ Ｚ　：赤９Ｆ線 Ｊ：沖去？ヘッド ６Ｑ：第１主面 ｔｂ：＠２−土面 １４：デ≧フ４！の然イ云導４ｐ＃ 第３図 第２図 １ｊ：バッ７ア材す斗 手続補正書（自発）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線を透過可能なデュワ、このデュワの内部に
   収容され、半導体基板の表面側に赤外線受光素子をこの
   赤外線受光素子からの信号を読み出す読み出し機構とを
   形成し、上記デュワ内に透過した赤外線を上記半導体基
   板の裏面側から入射して作動する赤外線イメージセンサ
   、および上記デュワの外部に配置され、上記赤外線イメ
   ージセンサからの発熱を上記デュワの壁を経た熱伝導に
   より取出し放散する冷却機構を備えたものにおいて、上
   記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部分を、上記半導体
   基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料で構成
   するとともに、上記半導体基板の表面と上記デュワ壁の
   熱伝導部分とを固着したことを特徴とする赤外線イメー
   ジセンサ装置。
2. （２）半導体基板とデュワ壁の熱伝導部分との間に両者
   の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する材料からなる
   バッファ材料を介在させて、上記半導体基板の表面と上
   記デュワ壁の熱伝導部分とを固着したことを特徴とする
   請求項１記載の赤外線イメージセンサ装置。