专利名称：热红外探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热红外探测器，它用于像非接触式测量温度的辐射温度计或利用人体辐射的红外线来警告有人存在的侵犯告警系统等装置中。
一般说，红外探测器可分为两类量子式和热式。量子红外探测器利用由于红外 探测元件的光电动效应和光导效应而通过红外线辐射直接产生电荷的事实，而热红外探测器是利用极化改变(热电型探测器)，电阻变化(测辐射热仪)或当红外探测元件吸收红外线时温度变化而引起产生电动力(温差电堆)。此外热红外探测器必须有效地将入射的红外线转变成热，并且需要元件有大的温度变化。
图8表示由入射到包括红外探测元件1，电路板4以及红外探测元件1和电路板4之间的支柱20的红外探测部件上的红外线引起的热变化。
入射到红外探测器元件1上的红外线的一部分被表面反射掉。余下的部分或者被元件1吸收，或者穿过元件到外面去了。在这些红外线中只有那些被元件1吸收的部分才能有效地转换成热并有助于元件1有大的温度变化。
此外，被前述的红外探测器元件1吸收的红外线热能不仅引起元件1的温度升高，还由元件1的表面辐射掉以及因对流或被传到固定元件1的支柱上而消耗掉。
因此为了得到高精度的热红外探测器，必须增加红外线的吸收效率，并需要降低红外探测器由于辐射、对流或传到元件支柱上的热传导而引起的热损失。一般情况下这三种热损失中最大的是由于热传导到红外探测器元件的支柱上引起的热损失。在现有技术中，已知有四种用来防止由于这种热传导引起的热损失的系统。(1)图9表示第一种系统。这里金属丝被用作红外探测器元件1的支柱21的同时也被用作引出产生的电信号的引线。在这种方法中，由前述的热传导引起的热损失量是最小的，但它在撞击下很容易损坏并且难以生产。(2)
图10表示第二种系统。这里在第一种方法中金属丝的位置上用了金属支杠作红外探测器元件1的支柱22。在这种方法中，探测器封装的内支杠(直径0.5mm)如TO-5是常用的金属支杠，但是这种支杠的热容量大，因此热损失大，所以探测器灵敏度的降低不能忽略。因此，当实际使用此法时，需要使用表面面积比光接收器的电极面积大的红外探测器元件，以及要把会由于红外线而引起温度升高的光接收器电极部分与引出电信号的金属支杠分开。所以，红外探测器元件1的材料价格就很高，而且元件1被损坏的可能性很大。(3)图11表示第三种系统。这里用绝缘材料如陶瓷，玻璃或者是作成长方形的树脂来作为红外探测器元件1的支柱23。在这种情况下，用一根把元件1连到电路板4上的细金丝3来将由红外线探测器1来的信号引出，或用向电路板4上的电路导体上涂上导电的粘合剂来引出。这种方法的使用是最广泛的，因为它使红外探测器很耐用并很适合于大量生产。但是这种用细金丝3的方法很难于使连接工序自动化，并且由于连接面的热损失引起探测器灵敏度降低。而且在这种采用导电粘合剂的方法中，在红外探测器元件上用的导电粘合剂的热容量大，因此探测器灵敏度降低，采用长方体金属材料作为红外探测器元件1的支柱23，把红外探测器元件与电路板4上的电路相连接的问题就不再存在了，但是防止在红外探测器元件上的热损失问题就变得更困难了。(4)图12表示第四种系统。这里红外探测器1没有支柱。元件1放在电路板4的上面，电路板上作一个通孔或者一个凹陷5来形成一个绝热的空间，并且元件1直接连到电路板4上。在这种情况下，信号也象在上面(3)中所述的那样由红外探测器元件1引出。也可以把导体以厚膜的形式印到电路板4上来与元件1接触并直接用来当引线，这种方法与上面方法(3)相同，使红外探测器非常耐用而且很适合大量生产并被广泛采用。但是，用于处理信号的电路被装在电路板4的表面上，因此经常不能将很大面积作为绝热空间的孔，结果导致绝热效果不够充分。
本发明的目的是提供一个红外探测器，它是耐用的并象上述方法(3)一样适合大量生产。
本发明的另一目的是提供一个红外探测器，它不需要将红外探测器元件与电路板相连接并尽可能多地降低在红外探测器元件的支柱上的热损失，因此就可以避免将红外探测器元件与电路板的连接问题以及红外探测器中的热损失问题。
本发明的另一个目的是提供一个红外探测器，它优于那种包括红外探测器元件，红外探测器元件的支柱，和用来接收由红外探测器元件产生的信号的电路板的红外线探测器(以下称为现有红外探测器)，因为它的支柱是用热固性树脂或热塑性树脂作基体的复合材料作成的，基体中分散有按重量占10％至40％的碳纤维，其热形变温度等于或大于100℃以及抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2。
本发明的另一个目的是提供一个优于现有红外探测器的红外探测器，它的支柱是用热固性树脂或热塑性树脂作基体的复合材料作成的，基体中分散有按重量占10％至40％的碳纤维，其热形变温度高于100℃，抗张弹性模数高于100kgf/mm2，而且电路板上通孔的内表面被处理过以使其导电，并且支柱和电路板整体成形。
还有，本发明的又一个目的是提供一个优于现有的红外探测器的红外探测器，它的支柱是用热固性树脂或热塑性树脂作基体的复合材料作成的，基体中分散有按重量占5％至20％的金属纤维，其热形变温度高于100℃，抗张弹性模数高于100kgf/mm2。
更进一步，本发明的再一个目的是提供一个优于现有红外探测器的红外探测器，它的支柱和电路板是用导电粘合剂连起来的，支柱用陶瓷、热固性树脂或热塑性树脂作成，它的(1)热形变温度等于或大于100℃，(2)抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2，(3)导热率等于或小于2W·m-1·K-1，并且表面上涂有0.1至1μm厚的金属膜。
本发明的又一另外目的是提供一个优于现有红外探测器的红外探测器，它的支柱和电路板用导电粘合剂连起来，支柱用陶瓷、热固性树脂或热塑性树脂做成，它的(1)热形变温度等于或大于100℃，(2)抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2(3)导热率等于或小于2W·m-1·K-1，并且表面涂有1至10μm厚的金属膜。
由下面的关于本发明和附图的详细叙述，本发明的目的、特征和优点变得很明显。
在附图中图1是第一和第三发明第一实施方式的红外探测器前视局部截面图；图2是该发明第一实施方式的红外探测器的红外探测元件的俯视平面图；图3是表示形成在该发明第一实施方式红外探测器电路板上的电路的等效电路图；图4是第二发明的第一实施方式的红外探测器的截面图；图5是第二发明第一实施方式的红外探测器的大电路板的部分截面图；图6是第二发明第一实施方式的用于制造整体红外探测器的模型空腔的部分截面图；图7是第四发明第一实施方式的红外探测器的截面图；图8是解释入射到现有红外探测器的红外探测器元件上的红外线引起的热转换的截面图；图9是表示用于现有红外探测器中的第一系统的截面图；图10是表示用于现有红外探测器中的第二系统的截面图；图11是表示用于现有红外探测器中的第三系统的截面图；图12是表示用于现有红外探测器中的第四系统的截面图。
根据本发明第一特征提供的红外探测器，它的支柱是由复合材料制成的，这种材料的基体是热形变温度等于或大于100℃，抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2的热固性树脂或热塑性树脂。这里的热形变温度是按照JIS标准K7206测量的温度。
作为热固性树脂，酚醛树脂、氨基(尿素)树脂、三聚氰酰胺、非饱和聚酯、环氧树脂等都能使用，而作为热塑性树脂，聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醛、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸脂、聚苯撑乙烷基、聚乙烯对酞酸盐、聚芳基合物、聚丁烯对酞酸盐、聚砜、聚醚磺胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯撑硫化物、聚氧苯酰、聚醚乙醚酮(PEE-K)、聚醚酰亚胺、液晶聚脂、聚苯撑氧化物树脂等等都能使用。
用热形变温度小于100℃的树脂作成的支柱不能经受在传感器组装过程中把红外探测器元件与支柱电连接起来时的温升。还有，用抗张弹性模数小于100kgf/mm2的树脂作成的支柱将不能稳固地支撑红外探测器元件，特别如果探测器受到某种撞击时，将会产生扭力而可能破坏探测器元件。
本发明的第一特征是，支柱是用热固性树脂或热塑性树脂基体并且其中分散有按重量占10％至40％碳纤维的复合材料制成的。用碳纤维分散在基体中可以使复合材料的比阻等于或小于1000Ω·cm，这对于接收由红外线探测器元件产生的小信号电流是足够了，所以不需要在红外探测器元件与电路板之间的连接线。并且导热率可保持在2W·m-1·K-1或更低，这足以大大降低由于传导到红外探测器元件的支柱上的热传导带来的热损失。
为了把前述的复合材料的比阻降得更低，也为了增加复合材料的湿润性(wetting)，可以在碳纤维表面覆一层金属镀层如镍。
如果弥散了按重量少于10％的碳纤维，则复合材料的比阻容易超过1000Ω·cm，但是从另一方面来说，如果弥散的纤维按重量超过40％，则容易使材料的热传导率超过2W·m-1·K-1并使得采用工业模压工艺如注入成形，浇注成形或挤压成形的可塑性变坏。进一步说，为使复合材料的比阻等于或小于1000Ω·cm，热传导率等于或小于2W·m-1·K-1，在材料中弥散的碳纤维按重量必须为10％至50％。
接下来，本发明第二特征所提供的红外探测器，它的支柱是由复合材料作成，它的基体是热形变温度等于或大于100℃和抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2的热固性树腊或热塑性树脂。
假如支柱用热形变温度小于100℃的树脂作成，则如上面对第一发明指出的，它将不能承受在传感器组装工序中的温升，并且不能像下面将讨论的那样整体制造支柱和电路板。
在第二发明中用的碳纤维及其散布的量大体上与第一发明中讨论的那些相同。
若在基体中弥散的填充物是金属纤维和金属薄片而不是碳纤维时，当把支柱和电路形成在一片上时，填充物会钩在电路板表面上或缠结在电路板的通孔中(直径等于或小于1mm，通常约为0.5mm)，这使得模压材料难于流畅地流过通孔并填充模型。基于这一点，碳纤维除了有好的润滑作用和弹性外，它的强度小，当加上挤压时即使一对纤维缠结时也会被切断，因此模压材料能流畅地流过通孔并可以无缝隙地填满模型。
更进一步说，在第二特征中，红外探测器元件的支柱与电路板作成整体结构。把前述支柱的复合材料通过在电路板上形成的通孔填进去然后使之固化将它们形成一个整体结构。因此，当模压它们时，为了把支柱材料电连接到电路板上，电路板作成带通孔的，并且通孔的内表面用厚导电膜处理过或电镀过。这个模压过程与嵌入模压相似，但它又不同于嵌入成形(insertmoulding)之处在于复合材料仅构成全部模制部件的一部分。实际上可以采用压缩成形，传递模塑法，注入成形等方法。
为了改善电路板的生产率，通常将几十个单独的板作到一个大的单板上并用V形切口把它们分开，然后将支柱和电路板如上所述形成整体结构后将部件安装到板上。再把它们互相分开用作电路板材料，通常可以采用带玻璃纤维的环氧树脂，但如果考虑到热阻，最好采用陶瓷，用氧化铝(Alumina)就更好，因为氧化铝有好的热传导率并且在复合材料的模压中流动性好。
把支柱和电路板作成整体结构，就可能在一个工序中制造支柱并把它组装到电路板上。
本发明的第三个特征是将金属纤维按5％至20％的重量弥散在基体中而不是像第一特征中那样将碳纤维按10％至40％的重量弥散在用热固性树脂或热塑性树脂作成的基体中。弥散的金属纤维的下限是5％和上限为20％的理由和在第一发明中定的弥散碳纤维的上下限的理由相同。
为防止金属纤维的表面氧化和增加前述的基体的润湿性，将金属纤维表面用镀层如金、锡、焊料或铟涂上。
本发明的第四个特征是提供一个红外探测器，它的支柱是用陶瓷，热固性树脂或热塑性树脂制成，它的(1)热形变温度等于或大于100℃(2)抗张弹性模数等于或大于100kgf/mm2(3)热传导率等于或小于2W·m-1·K-1，并且在支柱的表面有金属涂层。
前述的特性(1)和(2)与在第一发明中叙述过的相同。此外，对于特性(3)，如果热传导率超过2W·m-1·K-1，则由于传到红外探测器元件支柱上的热传导引起的热损失量就增加了。
假如使用一般的陶瓷制品作支柱材料，它们通常会满足特性(1)和(2)。但是，某些陶瓷制品如氧化铝就不满足特性(3)。玻璃也包括在这些陶资中。
一般情况下，用做支柱材料的热固性树脂或热塑树脂会满足特性(3)，对第一特征指出的热固性树脂和热塑性树脂满足特性(1)和(2)。
前述的支柱用符合上面的特性陶瓷、热固性树脂或热塑性树脂作成，其表面形成有一层金属涂层。通过在表面上形成金属涂层，电路板就不需要线来连到红外探测器元件上，并且有可能通过金属涂层足以接收由红外探测器元件产生的很小的信号电流(例如，就热电型红外探测器元件而论，电流约等于或小于10-12A)用于这种金属涂层的金属就是通常用于电子电路中的金属如铜、金、银、锡、镍或焊料，并不特别规定。
第四个特征，用于红外探测器元件的支柱和电路板用导电的粘合剂连着，前述的金属涂层的厚度必须在0.1至1μm。如果厚度小于0.1μm，不能很好地起到导电涂层的作用，而如果厚度大于1μm，由于涂层引起的热传导率增加，探测器的灵敏度降低并且涂层与它下面的陶瓷、热固性树脂或热塑性树脂的附着力变差了。
为了形成前述的金属涂层，将陶瓷、热固性树脂或热塑性树脂的下层按需要搞粗糙以便提高金属涂层的附着力，然后将它分别地、或按要求结合着用化学镀或电介质镀进行处理。陶瓷一般不需要打毛，在它上面易于形成金属涂层。平面玻璃镜面用于在周围形成金属涂层也是足够粗糙的，只要表面已磨到合适的尺寸然后就切开。如果采用适当的化学腐蚀，对于热固性树脂和热塑性树脂也能得到合适的粗糙。
最后，本发明的第五特征是用焊料将支柱连到电路板上，而不象第四特征那样用导电粘合剂，也不象第四发明那样形成0.1至1μm厚的金属涂层，这里是在支柱上形成1至10μm厚的金属涂层。如果此厚度小于1μm，涂层被焊料侵蚀的事实就不可忽略，并且焊接条件也变差了。如果厚度超过10μm，支柱材料的热传导率增加，探测器的灵敏度就降低了。
现在对于第一发明给出实施方式1至9和比较例子1至5。实施方式1图1表示装配好了的红外探测器30的前主视图。
首先，制造好红外探测器元件1的支柱24。换言之，用热固性树脂特别是酚醛树脂(由Sumitomo Bakelite有限公司制造)来做为复合材料的基体，并与长度200至400μm平均直径8μm的碳纤维结合在一起作成复合材料，复合材料中碳纤维的重量占30％，然后把复合材料注射到模型中去以形成1mm(宽)×2mm(长)×0.5mm(厚)的模压片。用激光闪烁法测得这种模压片的平均热传导率是0.4W·m-1·K-1。
接下来，如图2所示的俯视图，红外探测器元件1与瓷片6成形在一起，瓷片是用钛铅锆作成，尺寸为3.0mm(宽)×4.2mm(长)×0.1mm(厚)，两个1.0mm(宽)×2.0mm(高)的电极相距1.0mm成H形放置，用真空蒸发法附在瓷片6上。这些电极的下表面面积比对应的上表面面积大一点。这种电极的安排称为成对的结构，其目的是检测人的存在。
图3表示由电路板形成的等效电路。电路板4的等效电路是将一个高阻(5×1011Ω)和场效应管(2SK94)焊起来做成的，然后把电路板4焊到T0-5杆上。
前述的支柱24，元件1和电路板4是如下所述来组装的，并且制造了50个红外探测器30。换句话说，支柱24和元件1被电连接起来并固定在一起，支柱24和电路板4被电连接起来并且用少量银白色环氧树脂导电粘合剂8(由Sumitomo金属和采矿公司生产的T-3030型)固定在一起。
测量了得到的红外探测器样品30的灵敏度。把一个带有只允许6.5μm至15μm的红外线通过的滤波器的帽在氖气中焊到杆上来将样品30封装起来。接下来，由227℃的黑体炉子来的红外线通过一个定在1Hz的斩波器Chopper并照射在样品30上。在作这些时，把前述样品中成对的电极之一给屏蔽起来。
被红外线辐射的样品所在位置上的入射功率用功率计来测量(由Ferrotex有限公司制造的FTS-8110型)，测得功率为2.9×10-4W/cm2。用存储示波器(由Matsushita电子工业制造的VT-5730A型)来读取样品输出的响应波形的峰值。结果表明前述样品30的平均灵敏度为134mVP-P。实施方式2和3当制造红外探测器元件1的支柱24时，用热塑性树脂液晶聚酯(由聚塑料有限公司生产的，产品名为VECTRA(实施方式2))和热塑性树脂聚丁烯对酞酸盐(由GE塑料公司制造，产品名为VALOX(实施方式3))作为复合材料的基体，并对它采用与实施方式1中同样的方式来测试。
实施方式2和3的结果如下它们的平均比阻分别是7.5Ω·cm和5.8Ω·cm，平均热传导率分别是1.3W·m-1·K-1和1.4W·m-1·K-1，平均灵敏度分别是140mVP-P和135mVP-P。比较例子1当制造红外探测器元件的支柱时，用热塑性树脂，ABS树脂(由Asahi化学公司生产)作为复合材料的基体，并用和实施方式1中同样的方式生产和试验。
结果表明，平均136mVP-P的灵敏度是不错的，但在热处理过程中有某些探测器的支柱变形了，因此用这个探测器就不可靠了。实施方式4至6，比较例子2和3添加上长度为200至400μm，平均直径为8μm的碳纤维使其在复合材料中占重量的8％至50％，将复合材料注入模型中并用和在实施方式2中同样的方式实验。在比较例子3中，不可能模压树脂，因此在模压后取消了该试验。得到的结果示于表1。
表1
实施方式7至9，比较例子4和5添加上长度为200至400μm，平均直径为8μm的碳纤维使其在复合材料中按重量占8％至50％，将复合材料注入模型中并用和在实施方式3中同样的方式试验。在比较例子5中，不可能模压树脂，因此在模压后取消了该试验。得到的结果示于表1。
实施方式1至9的探测器具有很好的平均灵敏度，但是比较例子2和4的探测器的平均灵敏度则很差。
接下来，将描述第二发明的实施方式10至15以及比较例子6至11。
图4表示组装好了的红外探测器40的截面图。
首先，如图5中的截面图所示，为了在加工处理后可以分开每个探测器，用一块上面形成有V形切口9的大板10(0.62mm厚)，由大板上可以得到72个(9行×8列)由氧化铝制成的电路板11。在电路板11上形成三个让通过T0-5柱腿的孔和两个通孔12(直径0.6mm)，元件支柱材料通过形成在电路板11上的通孔12填入而整体模压。经过把稠的银糊13烘烤到通孔12的内表面上的处理使通孔导电。并且对每个电路板11形成图3所示的等效电路。
接下去，把大板10放在注模里规定的位置上，采用注入成形的办法使红外探测器元件1的支柱与大板10整体成形。图6是表示金属模50的空腔的截面图。这个金属模不同于通常的树脂模压物之处在于它的顶部模14和底部模15在组装到一起时不直接接触，而是由一个起缓冲作用的由石棉或特氟纶制成的垫圈16隔开。假如不用垫圈16，由于电路板11存在厚度差别和歪曲，当把模50的顶模14和底模15放到一起时，电路板11就可能损坏。为了能使用垫圈16，把顶模14磨掉1.0mm。
注入到这个模50中用于支柱25的材料是热塑性树脂，液晶聚酯(由聚塑料有限公司生产的，产品名为VECTRA)，在其中添加了长度为200至400μm、平均直径为8μm的碳纤维，使其在混合物中重量占30％，支柱25的尺寸为1mm(宽)×2mm(长)×0.5mm(厚)。在注入过程中模50的顶模14和底模15的温度为100℃。
用电压表测量组装成整体结构的支柱25的表面和电路板11之间的电阻，测得为170Ω。对于这种整体造型结构的成形条件是很好的。
此外，正如在实施方式1中所作的一样，用这种整体造型结构制造出50个红外探测器50，并且测量了这些探测器样品50的灵敏度。结果发现样品50的平均灵敏度是140mVP-P。实施方式11和12，比较例子6和7表2给出添加到树脂中的长200至400μm平均直径8μm的碳纤维量，用这种树脂作为支柱材料注入到模型中去，用和实施方式10相同的方式对探测器样品进行试验。在比较例子7中，不可能整体模压树脂，因此在模压后取消了试验。得到的结果示于表2。
表2<
施方式13至15，比较例子8和9表2给出添加到热塑性树脂、聚丁烯对酞酸盐(由GE塑料公司制造，产品名为VALOX(比较例子11))中的长200至400μm，平均直径8μm的碳纤维的量，用这种树脂作为支柱的材料注入到模型中去，用和实施方式10相同的方式对探测器样品进行试验。在比较例子9中，不可能整体模压树脂，因此在模压后取消了试验。得到的结果示于表2。比较例子10和11向热塑性树脂，液晶聚酯(由聚塑料有限股份公司生产，产品名为VECTRA，(比较例子10))和聚丁烯对酞酸盐(由GE塑料公司生产，产品名为VALOX，(比较例子11))中添加长0.5mm，直径30μm的铜纤维使之在复合材料中占重量的10％，把这种复合材料当作支柱的复合材料注入到模型中去并按照实施方式10中所用的同样的方式整体模压和试验。
在所有的比较例子中，复合材料塞在模的入口处而得不到好的模型，因此试验被取消了。
对于第三个发明将讨论实施方式16至24和比较例子12和13。实施方式16向树脂中添加长度为5至6mm，平均直径为50μm的铜纤维而不是添加碳纤维，使铜纤维在复合材料中占重量的15％，将此复合材料注入模型并用和实施方式2中相同的方式作试验。
结果表明平均比阻是0.2Ω·cm，平均热传导率是1.3W·m-1K-1，平均灵敏度是140mVP-P实施方式17至19，比较例子12和13向树脂中添加长5至6mm，平均直径50μm的铜纤维使其重量占3％至25％范围，将此复合材料注入到模型中并用与在实施方式16中所作的相同的方式来试验，得到的结果示于表3。
表3
注1.黄铜含有40％重量的锌2.不锈钢SUS3043.铜加不锈钢混合率(按重量)1∶1实施方式20至24不是用铜纤维而是用黄铜纤维，不锈钢纤维或铜加不锈钢纤维作为金属纤维添加到树脂中并注入到模型中，然后用与实施方式16和19相同的方式作试验。所得到的结果示于表3。
接下来，对于第四个发明将讨论实施方式25和29和比较例子14至18。实施方式25图7表示组装好了的红外探测器60的截面图。
首先制造用于红外探测器元件1的支柱26。用厨房瓷制品材料，(热形变温度○，符号○表示100℃或以上，以下同。)抗张弹性模数○，符号○表示100kgf/mm2或以上，以下同。)热传导率1.5W·m-1K-1)。这种厨房瓷制品材料被切削以使这种瓷制品材料17是尺寸为1mm(宽)×2mm(长)×0.5mm(厚)的长方体形。接下来，用化学镀处理将1.1μm厚的镍涂层18形成在瓷制品材料17的表面上。化学镀是如下进行的将前述的瓷制品材料17放在由硼酸苏打，磷酸苏打和界面活性试剂构成的脱脂液中在50℃下脱脂30分钟。然后放在弱酸(Chronic acid)和硫酸(各400g/e)的混合液中在65℃时腐浊10分钟然后再漂洗。再进一步把瓷制品材料17沉入由氯化钯(Palladium chloride)，氯化亚锡和氢氯酸组成的催化剂中，此后钯在硫酸中沉淀到瓷制品材料17上。然后它放在由硫酸镍(nickel sulphate)、次磷酸苏打(hypophosphoric acid soda)和氨基黄晶(各为30，20和50/l)组成的、pH值为8到9的化学镀液中在40℃时加工处理15分钟。测量单独的瓷制品材料的试验样品上形成的涂层得到所形成的涂层18的厚度，这些样品是用前述的瓷制品材料17在相同的时间、用同样的方法处理的。
如在第一实施方式中所作的，制出50个红外探测器60作样品，并对这些探测器60测量了灵敏度和灵敏度平衡。
结果表明探测器60的平均灵敏度为122mVP-P平均灵敏度平衡为5％。灵敏度平衡是V1和V2之间的变化，V1和V2是两个电极的灵敏度，把灵敏度平衡定义为(V1-V2)/(V1+V2)×100。
进而对已测过灵敏度的红外探测器60进行落降试验。把红外探测器由75cm高降到栎木板上，做三次后检查反常情况。结果没发现任何一个红外线探探测器60有反常。实施方式26至29当制造用于红外探测器元件1的支柱26时，用钠玻璃(sodaglass)(热形变温度○，抗张弹性模数○，热传导率0.6W·m-1·K-1(实施方式26和27))，ABS树脂(添加上重量占20％，长200至400μm，平均直径8μm的玻璃纤维。热形变温度115℃，抗张弹性模数○，热传导率0.3W·m-1·K-1(实施方式28))和聚丁烯对酞酸盐(热形变温度○，抗张弹性模数○，热传导率0.2W·m-1·K-1(实施方式29))来作支柱材料，用化学镀在它周围形成厚度如表4所示的镍涂层，准备好并用与实施方式25相同的方式进行了试验(但在实施方式28和29中长方形支柱是用注入成形法制造的)。改变脱脂溶液，腐蚀溶液和化学镀溶液的温度和处理时间来控制涂层的厚度。得到的结果示于表4。
表4
实施方式26至29的探测器有极好的平均灵敏度和灵敏度平衡。对这些实施方式的探测器作的落降实验的结果基本上与实施方式25的结果相同。比较例子14和15当制造用于红外探测器元件1的支柱时，用氧化铝(纯度重量的96％，热形变温度○，抗张弹性模数○，热传导率；20W·m-1·K-1(比较例子14))和硅橡胶(热形变温度○，抗张弹性模数×，这个符号×表示小于100kgf/mm2，以下同。)热传导率0.1W·m-1·K-1，(比较例子15)来做支柱的材料，并且用化学镀处理在它周围形成表4所示厚度的镍涂层，这样准备好后再用与实施方式25相同的方式来试验。改变脱脂溶液、腐蚀溶液和化学镀溶液的温度和处理时间来控制涂层的厚度。得到的结果示于表4。
比较例子14的探测器的平均灵敏度平衡是好的，但是平均灵敏度大大降低了。比较例子15的平均灵敏度和平均灵敏度平衡同样也是好的，但在化学镀处理过程中，有不少电镀不好的地方涂层脱皮了或涂层不够，在落降试验中损坏率为20％，这是很高的。比较例子16至18制造了50个图11所示的红外探测器。
当制造用于红外探测器元件1的支柱23时，用ABS树脂(热形变温度×(这个符号×表示小于100℃，以下相同。)，热传导率0.3W·m-1·K-1，(比较例子16))，丙烯酸树脂(热形变温度×，热传导率0.2W·m-1·K-1，(比较例子17))和聚丁烯对酞酸盐(比较例子18)来作支柱材料，并且不用化学镀处理来在它周围形成涂层。当把用上述材料作成的支柱23组装到探测器元件1和电路板4上时，用直径3至30μm的金丝将探测器元件1和电路板4连起来。用和实施方式28相同的方式对此探测器进行试验。
得到的结果示于表4。
比较例子16至18的探测器的平均灵敏度是好的或略差于好的，但是平均灵敏度平衡增加了，因此没有部件通过了检验。同样在比较例了16和17中，当使用小量银白色环氧树脂导电粘合剂8(由Sumitomo金属矿业公司生产的T-3030型)，分别把支柱23和元件1电连接并固定在一起，和把支柱23和电路板4电连接并固定在一起时，由于支柱材料的热形变温度低使探测器形变，导致组装失败。
最后，对于第五个发明将讨论实施方式30至34以及比较例子19至22。实施方式30至22，比较例子19至24这里支柱材料用化学镀处理或用化学镀与电镀结合处理来镀上表5所示厚度的镍层，当组装支柱、探测器元件和电路板时，用焊锡来将支柱和探测器元件电连接并固定住，并将支柱和电路板电连接并固定在电路板上。如此准备好探测器并用与实施方式26同样的方式来试验。当进行焊接时，把膏状焊料加到电路板上，然后把支柱放在电路板上部之后经过一个流动的熔炉。
得到的样品的结果示于表5。在比较例子19至21中，焊接条件差，因此在组装探测器之后取消了试验。
表5
如在表5可以看到的，在实施方式30至32中，焊接条件，灵敏度和灵敏度平衡都是好的。与此对比，比较例子19至22的焊接条件在镀层方面特别差，在比较例子23中，灵敏度和灵敏度平衡降低了，在比较例子24中，灵敏度降低了。
还有，对于实施方式30至32进行了落降试验，没有一个探测器发现有异常。
最后要讨论一个现有的探测器的例子。现有的例子制造了50个如图11所示的红外探测器。
当制造用于红外探测器元件1的支柱23时，用普通的平板玻璃(1mm(宽)×2mm(长)×0.5mm(厚))作材料。当把用上述材料做的支柱23与探测器元件1和电路板4进行组装时，也用直径30μm的丝3来将探测器元件1与电路板4连接起来。
在探测器样品组装完后，对它们用与实施方式1同样的方式试验。样品的平均灵敏度是112mVP-P。
可以清楚地看出，这些发明的红外探测器不需要为了提供在红外探测器元件和电路板之间导电而进行专门的处理，而且由于传导到红外探测器元件的支柱上的热传导损失的热量很小。此外，当制造第二发明的红外探测器时，制造支柱和将支柱与电路板组装的工序可以在一个工序中完成。
更进一步说，通过极大地提高生产率来提供具有最佳灵敏度的红外探测器是可能的。
权利要求
1.一种红外探测器，包括用于产生电信号的红外探测器元件，用于红外探测器元件的支柱，和为接收由红外探测器元件来的电信号的电路板，支柱用复合材料基体形成，它主要由热形变温度至少100℃、抗张弹性模数至少100kgf/mm2的热固性树脂和热塑性树脂之一组成，并且基体中弥散有按重量占10％至40％的碳纤维。
2.一种红外探测器包括用于产生电信号的红外探测器元件，用于红外探测器元件的支柱，和为接收由红外探测器元件的电信号的电路板，支柱用复合材料基体形成，它主要由热形变温度至少100℃，抗张弹性模数至少100kgf/mm2的热固性树脂和热塑性树脂之一组成，基体中弥散有按重量占10％至40％的碳纤维，电路板上制成有一个内表面经过处理以便导电的通孔，而且支柱与电路板整体成形。
3.根据权利要求2所述的红外探测器，其特征在于电路板用氧化铝材料制成。
4.一种红外探测器包括用于产生电信号的红外探测器元件，用于红外探测器元件的支柱，和为接收由红外探测器元件来的电信号的电路板，支柱用复合材料基体形成，它主要由热形变温度至少100℃，抗张弹性模数至少100kgf/mm2的热固性树脂和热塑性材料之一组成，基体中弥散存在重量上等于5％至20％的金属纤维。
5.根据权利要求4所述的红外探测器，其特征在于金属纤维从铜纤维、黄铜纤维和不锈钢纤维中选用。
6.一种红外探测器包括用于产生电信号的红外探测器元件，用于红外探测器元件的支柱，和为接收由红外探测器元件来的电信号的电路板，用导电粘合剂来将支柱与电路板粘合起来，支柱用热形变温度至少100℃，抗张弹性模数至少100kgf/mm2以及热传导率最高2W·m-1·K-1的陶瓷、热固性树脂和热塑性树脂的一组中选其一来制成，并将它上面涂上厚度为0.1至1μm的金属膜。
7.一种红外探测器，包括用于产生电信号的红外探测器元件，用于红外探测器元件的支柱，和为接收由红外探测器元件来的电信号的电路板，用焊料将支柱连到电路板上，支柱用热形变温度至少100℃，抗张弹性模数至少100kgf/mm2以及热传导率最高2W·m-1·K-1的陶瓷，热固性树脂和热塑性树脂的一组中选其一来制成，并将它上面涂上厚度为1至10μm的金属膜。
8.权利要求6和7中之一的红外探测器，其特征在于金属膜是用由下面一组铜、金、银、镍和焊料中选一制成的。
9.权利要求1至8中之一的红外探测器，其特征在于热固性树脂由一组酚醛树脂、氨基(尿素)树脂，三聚氰酰胺树脂、非饱和聚酯和环氧树脂中选取。
10.权利要求1至8中之一的红外探测器，其中热塑性树脂由聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醛、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸脂、聚苯撑乙烷基、聚乙烯对酞酸盐、聚芳基化物、聚丁烯对酞酸盐、聚砜、聚醚磺胺、聚酰亚胺、聚铣胺、聚苯撑硫化物、聚氧苯酰、聚醚乙醚酮(PEE-K)、聚醚酰亚胺、液晶聚脂和聚苯撑氧化物一组中选取。
全文摘要
红外探测器包括用于产生电信号的红外探测器元件(1)，红外探测器元件的支柱(25)和用于从红外探测器元件上接收电信号的电路板(11)。支柱与电路板整体形成。支柱由主要是由热形变温度至少100℃和抗张弹性模数至少有100kgf/mm
文档编号H01L31/02GK1138919SQ9519126
公开日1996年12月25日 申请日期1995年11月20日 优先权日1994年11月18日
发明者野口敏博, 小林伸夫, 田村幸稔, 松崎敏荣 申请人:住友金属矿山株式会社