DE69219453T2

DE69219453T2 - Pyroelektrisches element

Info

Publication number: DE69219453T2
Application number: DE69219453T
Authority: DE
Inventors: Masao Inoue
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2012-09-25
Also published as: DE69219453D1; EP0558766A1; EP0558766A4; EP0558766B1; US5420426A; WO1993006444A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine pyroelektrische Vorrichtung, die als Infrarotstrahlensensor und wärmeempfindliche Vorrichtung eingesetzt wird.

Stand der Technik

Eine pyroelektrische Vorrichtung ist ein Infrarotstrahlensensor, der ein pyroelektrisches Element verwendet, das aus einem Material, wie zum Beispiel PVDF (Polyvinylidenfluorid), PZT (Bleizirconattitanat) oder dergleichen besteht und als Meßwertgeber verwendet wird, beispielsweise als Flammensensor, der in einem Tunnel oder dergleichen angeordnet ist, um Infrarotstrahlen von Flammen zu erfassen, wenn ein Feuer ausgelöst wird, oder als Einbruchdetektor, der in einem Sicherheitssystem verwendet wird, um Infrarotstrahlen aus einem menschlichen Körper zu erfassen, und dergleichen.
Wie in Figur 6 dargestellt, ist die pyroelektrische Vorrichtung herkömmlicherweise so angeordnet, daß ein pyroelektrisches Element 40 und eine Leiterplatte 41 auf einem aus Metall oder dergleichen bestehenden Fuß 42 als Unterlage angeordnet und durch eine dessen oberen Umfang überdeckende, aus Stahlblech oder dergleichen bestehende Dose 43 als Einfassungselement abgeschlossen ist, wobei die Leiterplatte 41 Schaltungselemente 61, wie beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET) und dergleichen einschließt, die darauf angebracht sind, um die vom pyroelektrischen Element 40 erfaßte Infrarotstrahlenintensität in Form eines elektrischen Signals zu entnehmen. Spezieller ist die Dose 43 mit einer lichtdurchlässigen Fensteröf fnung 44 durch ihre Decke versehen, so daß nicht dargestellte Infrarotstrahlen, die aus der Flamme zum Beispiel eines Feuers oder dergleichen emittiert werden, durch die Fensteröffnung 44 auf das pyroelektrische Element 40 auftreffen. Ein Filter 45, das zum Beispiel aus Silicium besteht, welches eine ausgezeichnete Infrarotstrahlendurchlässigkeit aufweist, ist über der Fensteröffnung 44 angeordnet, um dieselbe zu verschließen und es zu ermöglichen, daß die Infrarotstrahlen durchgelassen werden. Das Verschließen mittels des Filters 45 und das Verbinden desselben wird durchgeführt, indem man mittels eines Klebers, wie beispielsweise eines Epoxidharzes oder dergleichen, einen Klebeverbindungsteil 46 ausbildet.
Obwohl das Gehäuse der pyroelektrischen Vorrichtung, wie oben beschrieben, aus der Dose 43 und dem Fuß 42 besteht, ist die pyroelektrische Vorrichtung vom eingeschlossenen Typ in einer solchen Weise ausgebildet, daß die Dose 43 und der Fuß 42 am Verschlußteil 47 im Rand des Fußes miteinander verschmolzen oder miteinander verklebt sind. Wie in der Figur dargestellt, sind drei Leitungsanschlüsse, das heißt ein Erde-Anschluß 48, ein Source-Anschluß 49 und ein Drain-Anschluß 50 aus dem Fuß 42 herausgeführt, und das vorgenannte elektrische Signal wird durch diese Leitungsanschlüsse an eine nicht dargestellte elektrische Hauptschaltung ausgegeben. Während der Erde-Anschluß 48 unmittelbar mit dem Fuß 42 verbunden ist, sind in diesem Fall die beiden anderen Anschlüsse, das heißt der Source-Anschluß 49 und der Drain-Anschluß 50, durch Isolierelemente 51 in einem isolierten Zustand am Fuß 42 befestigt, so daß sie vom Fuß 42 isoliert sind.
Der Teil des pyroelektrischen Elements 40 wird unter Bezugnahme auf die in Figur 7 dargestellte vergrößerte Querschnittsansicht ausführlich beschrieben. Das pyroelektrische Element 40 ist durch ein Sockelelement 58 auf der Leiterplatte 41 angeordnet, und schlüssellochförmige Elektroden 52 und 53, die jeweils aus einem überstehenden rechteckigen Teil und einem scheibenförmigen Teil bestehen, sind beide durch Aufdampfen oder dergleichen auf der Ober- und Unterseite des pyroelektrischen Elements 40 ausgebildet. Die scheibenförmigen Teile 54 und 55 dieser Elektroden sind so angeordnet, daß sie einander durch das pyroelektrische Element 40 hindurch gegenüberliegen, und ihre überstehenden Teile 56 und 57 sind so angeordnet, daß sie sich von den scheibenförmigen Teilen 54 und 55 aus bis zur rechten bzw. linken Seite des pyroelektrischen Elements 40 erstrecken. Die Elektroden 52 und 53 bestehen aus einem Infrarotstrahlen absorbierenden Material, wie beispielsweise einer Nickel- Chrom-Legierung, Goldschwärze oder dergleichen.
Das pyroelektrische Element 40, das Sockelelement 58 und die Leiterplatte 41 sind jeweils durch ein geeignetes Material miteinander verbunden und aneinander befestigt, und elektrisch leitende Kleber 59 und 60 sind zwischen den Elektroden 52 und 53 auf der Ober- und Unterseite des pyroelektrischen Elements 40 und nicht dargestellten Schaltungsmustern der Leiterplatte 41 aufgebracht, so daß zwischen diesen eine elektrische Leitfähigkeit hergestellt wird. Ein mit Silberfüllmasse oder dergleichen gemischter elektrisch leitender Kleber wird für die elektrisch leitenden Kleber 59 und 60 verwendet.
Wenn die vorgenannte pyroelektrische Vorrichtung zum Beispiel als Flammensensor verwendet wird, muß sie normalerweise und ebenso sicher und zuverlässig in einem weiten Bereich von Umgebungsfeuchtigkeiten oder unter dem Vorhandensein korrosiver Gase und zusätzlich dazu in einem weiten Bereich von Umgebungstemperaturen arbeiten, wenn man berücksichtigt, daß die pyroelektrische Vorrichtung unter harten Umgebungsbedingungen im Innen- und Außenbereich verwendet wird, wie zum Beispiel in einer Fabrik, auf einem Parkplatz, in einem Thermalbad, einem Tunnel und dergleichen. Wenn eine beschleunigte Funktionsprüfung an der herkömmlichen pyroelektrischen Vorrichtung durchgeführt wird, die wie oben beschrieben angeordnet ist, um zu bestätigen, daß ihr Betrieb die oben genannten Anforderung erfüllt, treten, weil die Dose 43 aus einem Stahlblech besteht und der Filter aus Silicium besteht, insofern Probleme auf, als die Oberfläche der Dose 43 rostet und weiter das Auftreten des Rosts natürlich unter dem Vorhandensein der korrosiven Gase beschleunigt wird, und als im Klebeverbindungsteil 46 angrenzend an die Fensteröffnung 44 ein Spalt gebildet wird, und als das Filter 45 aufgrund des Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten reißt.
Weiter enthält die pyroelektrische Vorrichtung das Filter 45, das mittels des Harz-Klebeverbindungsteils 46 über der Fensteröffnung 44 der Dose 43 befestigt ist. Da der Verbindungsteil 46 aus dem Harz besteht, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß infolge der Atmungseigenschaft und Alterung des Harzes ein Spalt erzeugt wird, obwohl dies von den Eigenschaften des Harzes abhängt, und somit ist die Lebensdauer der durch den Verbindungsteil 46 hergestellten Luftdichtigkeit sehr kurz. Das heißt, es tritt insofern ein Problem auf, als in der Außenluft enthaltene Feuchtigkeit oder korrosive Gase durch den Verbindungsteil 46 hindurchdringen und das pyroelektrische Element 44 und Schaltungselemente 61 korrodieren und die Zuverlässigkeit der pyroelektrischen Vorrichtung herabsetzen.
Weiter weisen bei diesem Typ von pyroelektrischer Vorrichtung die auf den Oberflächen des pyroelektrischen Elements 40 ausgebildeten Elektroden 52 und 53 die eine Aufgabe auf, eine elektrische Verbindung zum pyroelektrischen Element 40 herzustellen, sowie die andere Aufgabe, auf das pyroelektrische Element 40 einfallende Infrarotstrahlen aufzunehmen. Spezieller gesagt, ist es ideal, daß die Elektrode 52 als lichtempfangende Oberfläche die Infrarotstrahlen absorbiert, ohne dieselben zu reflektieren, und die Elektrode 53 auf ihrer Rückseite die Infrarotstrahlen reflektiert, ohne zu bewirken, daß sie hindurchgelassen werden, so daß der Infrarotstrahlenabsorptionswirkungsgrad des pyroelektrischen Elements verbessert wird. Daher werden die Elektroden 52 und 53 einzeln bis zu einer vorbestimmten optimalen Dicke ausgebildet.
Die elektrisch leitenden Kleber 59 und 60 werden auf die Elektroden 52 bzw. 53 aufgebracht, und wenn die Kleber ausgehärtet sind, wird eine Zugspannung auf die Elektroden 52 und 53 aufgebracht. Da die Elektroden 52 und 53 zum Zweck einer Absorption von Infrarotstrahlen dünn ausgebildet werden, und wenn die dünnen und schlanken Elektroden 52 und 53 einer Korrosion, Schwingungen und dergleichen ausgesetzt werden, können sie somit leicht an der Grenzfläche zwischen ihnen und den Klebern 59 und 60 abgetrennt werden. Insbesondere dann, wenn die pyroelektrische Vorrichtung als Flammensensor zum Erfassen von Infrarotstrahlen verwendet wird, werden bei der pyroelektrischen Vorrichtung strenge Vorschriften im Hinblick auf die Haltbarkeit angewandt, und sie kann an einer Stelle mit sehr schlechten Umgebungsbedingungen eingebaut werden, wodurch die pyroelektrische Vorrichtung beschädigt wird.
Ähnliche Vorrichtungen sind in der EP-A-0 224 505, der EP-A-0 145 457, der JP-A-59 13926 und der GB-A-2 061 616 offenbart.

Offenbarung der Erfindung

Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Elektroden mit Schaltungsmustern einer Leiterplatte sicher elektrisch zu verbinden, ohne den Infrarotstrahlenabsorptionswirkungsgrad eines pyroelektrischen Elements zu verringern.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine pyroelektrische Vorrichtung bereitzustellen, die selbst dann, wenn sich Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur und dergleichen, stark verändern, eine ausreichende Luftdichtigkeit bewahren kann und ein Gehäuse mit einer Wetterfestigkeit aufweist, ohne daß ein an einem Fensterteil des Gehäuses angebrachtes Filter beschädigt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Luftdichtigkeit zu verbessern, wenn eine Fensteröffnung einer Dose mit einem Filter verschlossen wird, und auch dessen Festigkeit zu vergrößern.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Parallelitätseigenschaft einer Leiterplatte zu einem Fuß zu verbessern, wenn die Leiterplatte auf dem Fuß angebracht wird, so daß eine pyroelektrische Vorrichtung bereitgestellt wird, die eine ausgezeichnete Festigkeitseigenschaft und Leistung mit einer guten Bearbeitbarkeit aufweist.
Um diese Ziele zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine pyroelektrische Vorrichtung bereitgestellt, wie in Patentanspruch 1 beansprucht, auf welchen Bezug genommen wird.
Eine bevorzugte pyroelektrische Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Fuß mit einem pyroelektrischen Element enthaltend auf seiner Ober- und Unterseite ausgebildete Elektroden zum Erfassen von Infrarotstrahlen und einer darauf angebrachten Leiterplatte, wobei die Leiterplatte eine elektrische Schaltung aufweist, um die vom pyroeiektrischen Element erfaßten Infrarotstrahlen als elektrisches Signal auszugeben, eine Dose, die eine Fensteröffnung aufweist und in einem luftdichten Zustand am Fuß befestigt ist, und ein Filter zum Verschließen der Fensteröffnung, wobei jede der auf der Ober- und Unterseite des pyroelektrischen Elements ausgebildeten Elektroden einen absorbierenden Elektrodenteil zum Absorbieren von Infrarotstrahlen und einen abziehenden Elektrodenteil zum Abziehen eines durch Erfassung der Infrarotstrahlen hervorgerufenen elektrischen Ausgangssignals zu einem elektrisch leitenden Kleber enthält, wobei der absorbierende Elektrodenteil aus einem zu einer dünnen Schicht geformten Infrarotstrahlen absorbierenden Material besteht, wobei der abziehende Elektrodenteil aus demselben Material besteht, das zu einer dickeren Schicht als derjenigen des absorbierenden Elektrodenteils geformt ist, oder aus einem korrosionsbeständigen Material besteht.
Die Dose mit der Fensteröffnung für das Filter und der Fuß, welche gemeinsam ein Gehäuse bilden, bestehen aus einer Legierung mit der Zusammensetzung Fe: 55%, Ni: 28% und Co: 17%. Wenn die Fensteröffnung durch das Filter verschlossen wird, wird das Filter über ein Schmelzmittel gegen den Umfang der Fensteröffnung angelegt, und das Schmelzmittel wird geschmolzen und dann verfestigt, um das Filter an der Fensteröffnung zu befestigen, so daß das Innere der pyroelektrischen Vorrichtung in einen abgeschlossenen Zustand gebracht wird. Anschlußstifte stehen in Verbindung mit der Außenseite und der Innenseite der pyroelektrischen Vorrichtung auf dem Fuß, um die Leiterplatte zu halten, und das elektrische Ausgangssignal aus der elektrischen Schaltung der Leiterplatte zu entnehmen. Die Anschlußstifte weisen Kragen auf, die auf der Innenseite der pyroelektrischen Vorrichtung an ihren äußersten Enden radial überstehen, wodurch dann, wenn die äußersten Enden in die in der Leiterplatte ausgebildeten Pinholes eingeführt werden, die Kragen gegen die Leiterplatte in Anschlag gebracht werden, um dieselbe parallel zum Fuß zu halten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Längsschnittansicht, die eine Ausführungsform einer pyroelektrischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ist eine Draufsicht, welche den wichtigsten inneren Teil der Figur 1 zeigt;
Figur 3 ist eine schematische Längsschnittansicht der Figur 2;
Figur 4 ist eine Längsschnittansicht, die in derselben Weise wie Figur 3 eine andere Ausführungsform zeigt.
Figur 5 ist eine Längsschnittansicht, die in derselben Weise wie Figur 3 eine weitere Ausführungsform zeigt;
Figur 6 ist eine Längsschnittansicht, die eine herkömmliche pyroelektrische Vorrichtung zeigt; und
Figur 7 ist eine Längsschnittansicht, die schematisch einen Teil der Figur 6 zeigt.

Ausführung der Erfindung

Die Anordnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Benutzung der Zeichnungen beschrieben. In Figur 1 enthält eine pyroelektrische Vorrichtung ein Grundkörper- Gehäuse, das aus einer Dose 4 und einem Fuß 5 besteht, die beide aus Kovar geformt sind, wobei die Dose 4 eine Fensteröffnung 1 und ein Filter 2 aufweist, das aus einer Siliciumplatte (oder übereinandergeschichteten Interferenzfilter) besteht und durch ein Schmelzmittel 3 aus Silberlot mit der Fensteröffnung 1 verschmolzen und daran befestigt ist. Eine elektrolytische Vergoldung ist als Oberflächenbehandlungsfilm 9 auf die Dose 4 und den Fuß 5 aufgebracht, die wie oben beschrieben angeordnet sind. Drei Leitungsanschlüsse, das heißt ein Erde-Anschluß 6, ein Source- Anschluß 7 und ein Drain-Anschluß 8, sind am Fuß 5 angeordnet und mit einer elektrischen Hauptschaltung zum Beispiel eines nicht dargestellten Flammensensors oder dergleichen verbunden. Während der Erde-Anschluß 6 unmittelbar am Fuß 5 in Kontakt mit diesem befestigt ist, sind die beiden anderen Anschlüsse durch Isolierelemente 13 in einem isolierten Zustand am Fuß 5 befestigt, so daß sie vom Fuß 5 isoliert sind.
Da Kovar (Fe : Ni : Co = 55 : 28 : 17) einen Wärmedehnungskoeffizienten α = 4,7 x 10&supmin;&sup6;/ºC aufweist, während für das Filter 2 verwendetes Silicium einen Wärmedehnungskoeffizienten α = 2,4 x 10&sup6;/ºC aufweist, ist der Unterschied der Wärmedehnungskoeffizienten gering. Wenn die Dose 4 aus Kovar geformt wird, tritt daher an einem Verbindungsteil kein Festigkeitsproblem aufgrund des Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten auf. Da ein im Stand der Technik für eine Dose verwendetes Stahlblech einen Wärmedehnungskoeffizienten α = 13,2 x 10&supmin;&sup6;/ºC aufweist, ist die Verwendung des Kovars im Vergleich zum Stahlblech sehr nützlich. Wenn für das Filter 2 Saphir verwendet wird, kann außerdem ein Unterschied der Wärmedehnungskoeffizienten weiter verringert werden, da Saphir einen Wärmedehnungskoeffizienten α = 5,3 x 10&sup6;/ºC aufweist, so daß ein Problem aufgrund des Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten in derselben Weise verhindert werden kann.
Da dann, wenn der Fuß 5 ebenfalls aus Kovar besteht, die Dose 4 und der Fuß 5 denselben Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, kann weiter ein Problem am Verschlußteil 14, wie beispielsweise mechanische Beanspruchung oder Schäden, vermieden werden. Das heißt, der Verschlußteil 14 ist ungeachtet dessen, ob er verschmolzen, geklebt oder verstemmt ist, völlig frei von Problemen aufgrund des Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten. Der Verschlußteil 14 der vorliegenden Ausführungsform ist durch elektrisches Punktschweißen abgedichtet und verbunden, wobei von einer Widerstandsheizung Gebrauch gemacht wird, und in diesem Fall verursacht ein dort vorhandener Vergoldungsbehandlungsfilm einen Nachteil, und somit ist der Behandlungsfilm 9 am Verschlußteil 14 nicht vorgesehen. Wenn der Behandlungsfilm 9 durch nichtelektrolytische Vernickelung aufgebracht wird, braucht er am Verschlußteil 14 nicht weggelassen werden.
Wenn der Fuß 5 aus Kovar besteht, wie oben beschrieben, und weiter die drei Anschlüsse 6, 7 und 8 ebenfalls aus Kovar bestehen, können diese Anschlüsse vorteilhafterweise durch Verwendung von Glas als Isolierelement 13 isoliert werden. In diesem Fall werden die drei Kovar-Anschlüsse 6, 7 und 8 ebenfalls einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Die Dose 4 wird am Verschlußteil 14 mit dem Fuß 5 verbunden, um das Gehäuse als Einheit auszubilden. Während bei der obigen Ausführungsform die Vergoldung als der korrosionsbeständige Oberflächenbehandlungsfilm 9 dargestellt ist, kann ein mit organischem Polymer, wie Polytetrafluorethylenharz, beschichteter Film verwendet werden.
Ein Verfahren zum Verbinden des Filters 2 mit der Dose 4 läuft derart ab, daß das aus Silberlot bestehende Schmelzmittel 3 am Umf ang der Fensteröffnung 1 der Dose 4 angeordnet und das Filter 2 darauf aufgelegt wird. Dann wird das Schmelzmittel 3 unter einer reduzierenden Atmosphäre unter Ausschluß von Sauerstoff bis zum Schmelzen erwärmt und danach abgekühlt. Somit wird bewirkt, daß sich das Schweißmittel 3 an den Umfang der Fensteröf fnung 1 der Dose 4 und den äußeren Umfang des Filters 2 anpaßt, so daß das Filter 2 in einem vollständig abgedichteten Zustand befestigt werden kann.
Diese, durch das Verschmelzen hergestellte Verbindung ist verglichen mit der durch einen Harzkleber hergestellten Verbindung hinsichtlich der Abdichtungseigenschaft und Festigkeit vorteilhaft, und das Eindringen der Luft von außerhalb ins Innere A des Einfassungselements kann völlig unterbunden werden. Zusätzlich zum Silberlot kann das als Schmelzmittel verwendete Material zum Beispiel Schmelzglas sein.
Wenn dieses Verfahren in der Atmosphäre eines Vakuumzustands durchgeführt wird, kann man das Innere A des Einfassungselements in den Vakuumzustand bringen, und somit kann die Einwirkung der Feuchtigkeit und dergleichen in einem Restgas auf die verschiedenen Funktionselemente im Inneren A des Einfassungselements verhindert werden. Ein herkömmlicher Harzkleber kann das Innere A des Einfassungselements wegen seiner unzureichenden Festigkeit nicht im Vakuumzustand halten. Der Vakuumzustand im Inneren A des Einfassungselements kann hergestellt werden, indem man durch den Fuß 5 hindurch eine Nadelöffnung ausbildet, durch diese hindurch ein Gas absaugt und danach die Nadelöffnung verschließt. Weiter kann das Restgas auch entfernt werden, indem man das Gas im Inneren A des Einfassungselements durch ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoffgas hoher Reinheit, ersetzt.
Wenn man das Innere A des Einfassungselements in den Vakuumzustand bringt, kann weiter die Leistung der Vorrichtung selbst verbessert werden. Spezieller gesagt, verändert ein pyroelektrisches Element 11 als Element zum Erfassen von Infrarotstrahlen seine elektrischen Eigenschaften durch die Wärme der absorbierten Infrarotstrahlen, und gewöhnlich werden die absorbierten Infrarotstrahlen in einigen Formen teilweise abgestrahlt. Wenn das Innere A des Einfassungselements im Vakuumzustand gehalten wird, wird somit im Inneren keine Wärmekonvektion erzeugt, und so kann eine Wärmeabstrahlung aufgrund eines Gasstroms verhindert werden. Daher könnendie Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit der pyroelektrischen Vorrichtung verbessert werden, und gleichzeitig kann ein externes Rauschen vermindert werden.
Verschiedene Funktionselemente, wie das pyroelektrische Element 11, ein Schaltungselement 33, wie beispielsweise ein FET, und dergleichen, werden im Gehäuse montiert, um die Aufgabe als pyroelektrische Vorrichtung zu erfüllen. Der Erde- Anschluß 6, der Source-Anschluß 7 und der Drain-Anschluß 8, die als Anschlußstifte dienen, welche die Leiterplatte 15 darauf halten und mit Leitungsdrähten verbunden sind, um ein elektrisches Signal aus dem pyroelektrischen Element 11 zu entnehmen, sind mit flachgeformten Kragen 17 versehen, welche auf der Innenseite des Gehäuses in den äußersten Endbereichen der jeweiligen Stifte angeordnet sind, und sind als Anschlußstifte mit den Kragen (nachfolgend als Kniestifte bezeichnet) angeordnet. Wenn der Kragen 17 bei jedem Stift vorgesehen ist, steht ein äußerster Endteil 18 vom Kragen 17 aus über. Jeder äußerste Endteil 18 wird in ein Pinhole 19 in Kontakt mit diesem eingeführt, das auf der Leiterplatte 15 ausgebildet ist, und durch Löten oder dergleichen daran befestigt. Dabei wird die Leiterplatte 15 fixiert, indem man sie gegen die Oberseiten der Kragen 17 anliegen läßt. Die Anbringung der Leiterplatte 15 auf den Kragen 17 der drei Anschlußstifte ermöglicht es, das pyroelektrische Element zusammen mit der Leiterplatte 15 parallel zur Ebene des Filters und dergleichen im Gehäuse anzuordnen. Spezieller kann man insofern einen Vorteil erzielen, als durch diese Anordnung eine pyroelektrische Vorrichtung mit hoher Genauigkeit wirkungsvoll hergestellt werden kann.
Das pyroelektrische Element der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 ausführlicher beschrieben. Die auf der Ober- und Unterseite des pyroelektrischen Elements 11 ausgebildeten schlüssellochförmigen Elektroden 20 und 21 enthalten scheibenförmige absorbierende Elektrodenteile 22 und 23, die so angeordnet sind, daß sie einander jeweils durch das pyroelektrische Element 11 hindurch gegenüberliegen, sowie abziehende Elektrodenteile 24 und 25, die von den absorbierenden Elektrodenteilen 22 und 23 aus jeweils in entgegengesetzte Richtungen überstehen. Die Enden der abziehenden Elektrodenteile 24 und 25 auf den entgegengesetzten Seiten der absorbierenden Elektroden sind durch elektrisch leitende Kleber 26 und 27 mit nicht dargestellten Schaltungsmustern der Leiterplatte 15 verbunden, welche vermittels eines Elementesockels 32 unter den Elektroden 20 und 21 angeordnet ist.
Wenn die Elektrode 20 hergestellt wird, wird zuerst durch Aufdampfen oder dergleichen eine schlüssellochförmige dünne Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf einer Seite des pyroelektrischen Elements 11 ausgebildet. Danach wird weiter in derselben Weise eine Schicht nur auf denjenigen Teil auflaminiert, der vom scheibenförmigen Teil der Schlüssellochform aus übersteht. Somit wird der absorbierende Elektrodenteil 22 mit einer Schicht mit einer vorbestimmten Dicke auf dem scheibenförmigen Teil ausgebildet, und die abziehende Elektrode 24 mit einer dickeren Schicht als derjenigen der absorbierenden Elektrode 22 wird auf dem überstehenden Teil ausgebildet. Die Elektrode 21 wird auch in derselben Weise wie die Elektrode 20 gebildet, so daß der überstehende Teil des abziehenden Elektrodenteils 25 in einer Richtung übersteht, die zu derjenigen des abziehenden Elektrodenteils 24 entgegengesetzt ist. Da die mit einer schmalen Breite ausgebildeten abziehenden Elektrodenteile 24 und 25 eine dickere Schicht aufweisen, werden die elektrische Leitfähigkeit und die Haltbarkeit dieser Elektrodenteile verbessert. Das Verfahren zur Herstellung der Elektroden 20 und 21 ist nicht auf das oben erwähnte Verfahren beschränkt, sondern es kann eine bestimmte Dicke einer Schicht zuvor auf jedem der abziehenden Elektrodenteile 24 und 25 ausgebildet werden, und die absorbierenden Elektrodenteile 22 und 23 können darauf ausgebildet werden, so daß sie eine vorbestimmte Dicke aufweisen. Weiter können bei einem anderen Verfahren die absorbierenden Elektrodenteile und die abziehenden Elektrodenteile einzeln ausgebildet werden, so daß die ersteren Elektrodenteile eine dickere Schicht als die letzteren Elektrodenteile aufweisen.
Eine andere Ausführungsform der Elektroden 20 und 21 wird nun unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Während die Anordnung dieser Elektroden und das Verfahren zur Herstellung derselben im wesentlichen dieselben wie diejenigen bei den zuvor genannten Elektroden sind, besteht ein unterschiedlicher Punkt darin, daß sich das Material der absorbierenden Elektrodenteile von demjenigen der abziehenden Elektrodenteile unterscheidet. Spezieller werden bei der durch Aufdampfen oder dergleichen erfolgenden Bildung der ersten Schicht nur die scheibenförmigen Teile der Schlüssellochformen als absorbierende Elektrodenteile 28 und 29 unter Verwendung eines Infrarotstrahlen absorbierenden Materials, wie beispielsweise einer Nickel-Chrom-Legierung oder dergleichen gebildet. Dann, wenn Schichten als abziehende Elektrodenteile 30 und 31 auflaminiert werden, wird ein gut leitendes Material, wie beispielsweise Platin, oder ein anderes korrosionsbeständiges Material verwendet, um überstehende Teile zu bilden, so daß die Endteile der abziehenden Elektrodenteile 30 und 31 den absorbierenden Elektrodenteilen 28 und 29 überlagert werden. Mit dieser Anordnung bestehen die absorbierenden Elektrodenteile 28 und 29 als die scheibenförmigen Teile der Elektroden 20 und 21 aus der Nickel-Chrom-Legierung, während die überstehenden Teile der abziehenden Elektrodenteile 30 und 31 aus Platin bestehen, und elektrisch leitende Kleber 26 und 27 werden auf den Teil aus dem Platin aufgebracht. Infolgedessen werden die elektrische Leitfähigkeit und die Haltbarkeit der abziehenden Elektrodenteile 30 und 31 in derselben Weise wie die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Elektroden verbessert.
Weiter kann beiemem anderen Verfahren bei der Bildung der ersten Schicht eine schlüssellochförmige Schicht unter Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung ausgebildet werden, und danach kann Platin nur auf den überstehenden Teil der Schlüssellochform auflaminiert werden, wie in Figur 5 dargestellt. So ist es schließlich ausreichend, daß die Nickel-Chrom-Legierung auf der lichtempfangenden Oberfläche des pyroelektrischen Elements 11 angeordnet ist, und Platin auf der mit den elektrisch leitenden Klebern 26 und 27 verbundenen Oberfläche angeordnet ist.
Der Betrieb der pyroelektrischen Vorrichtung wird nun hier beschrieben. Das pyroelektrische Element 11 erfaßt durch das Filter 2 hindurchtretende Infrarotstrahlen, wandelt dieselben in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal aus. Das elektrische Signal wird dem Steueranschluß (Gate) eines auf der Leiterplatte 15 angebrachten, nicht dargestellten FET zugeführt, um es zu verstärken, so daß das Signal quantitativ als eine zu einer Menge der Infrarotstrahlen proportionale Elektrizitätsmenge erfaßt wird. Das pyroelektrische Element 11 kann aus PZT (Bleizirconattitanat), Tantalsäure-Lithium, Titanat, PVDF (Polyvinylidenfluorid), dessen Copolymer oder dergleichen bestehen.
Da die Oberfläche der Dose 4 und des Fußes 5, welche das Gehäuse bilden, mit dem aus der Vergoldungs- oder Vernickelungsschicht bestehenden Oberflächenbehandlungsfilm 9 überzogen ist, wie oben beschrieben, rostet die Oberfläche der pyroelektrischen Vorrichtung unter Verlust einer Wetterfestigkeit selbst unter harten Umgebungsbedingungen mit besonders hoher Feuchtigkeit nicht, und somit kann man eine in der Praxis einsetzbare pyroelektrische Vorrichtung erhalten. Da die Dose 4 und der Fuß 5, welche das Gehäuse bilden, aus Kovar bestehen, das einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen des Filters 2 ziemlich nahe kommt, werden weiter nicht nur an der Verbindungsstelle zwischen der Dose 4 und dem aus demselben Material bestehenden Fuß 5, sondern auch an der Verbindungsstelle zwischen der Dose 4 und dem an der Dose 4 befestigten Filter 2 aufgrund einer Temperaturänderung keine Spannungen hervorgerufen, welche eine Folge des Unterschieds der Wärmedehnungskoeffizienten sind. Daher wird selbst unter den harten Umgebungsbedingungen an der Verbindungsstelle zwischen verschiedenen Materialien kein Spalt erzeugt, und im Filter 2 entsteht kein Riss, und somit kann man eine in der Praxis einsetzbare Vorrichtung erhalten, die eine Luftdichtigkeit über einen langen Zeitraum bewahren kann.
Zusätzlich zu der obigen Anordnung ist das Filter 2 fest an der Fensteröf fnung 1 der Dose 4 befestigt, in einer solchen Weise, daß das Schmelzmittel 3, wie beispielsweise Silberlot oder dergleichen, auf dem Umfang der Fensteröffnung 1 angebracht, geschmolzen und dann verfestigt wird.
Infolgedessen kann die Fensteröffnung 1 vollständig verschlossen werden, so daß die durch das Eindringen der Luft von außen verursachte Korrosion des pyroelektrischen Elements 11 verhindert werden kann. Da die Verbindungsfestigkeit der jeweiligen Teile verbessert wird, wie oben beschrieben, kann weiter das Innere A des Einfassungselements in dem Zustand eines verminderten Drucks (Vakuum) gebracht werden, wodurch die Einwirkung eines Restgases beseitigt werden kann, wenn es innerhalb des Einfassungselements zurückbleibt.
Da die auf dem Fuß 5 stehenden Anschlußstifte 6, 7 und 8 als Kniestifte angeordnet sind, von denen jeder den Kragen 17 aufweist, der auf der Innenseite des Gehäuses an seinem äußersten Ende radial übersteht, kann weiter die Leiterplatte 15 mit einer guten Bearbeitbarkeit in einer solchen Weise montiert werden, daß die äußersten Enden 18 der Anschlußstifte, die sich von den Kragen 17 aus in axialer Richtung erstrecken, in die in der Leiterplatte 15 ausgebildeten Pinholes 19 eingeführt werden und die Unterseite der Leiterplatte 15 von den Kragen 17 aufgenommen wird, und somit kann das auf der Leiterplatte parallel zu dieser angebrachte pyroelektrische Element 11 parallel zum Filter 2 angeordnet werden. Mit dieser Anordnung kann man eine Wirkung dahingehend erzielen, daß die Bearbeitbarkeit in der Produktion verbessert wird und eine pyroelektrische Vorrichtung mit hoher Genauigkeit im Aufbau und in der Leistung bereitgestellt wird.
Da die absorbierenden Elektrodenteile der auf der Ober- und Unterseite des pyroelektrischen Elements 11 ausgebildeten Elektroden eine Dicke oder ein Material aufweisen, das sich von denjenigen der abziehenden Elektrodenteile unterscheidet, kann man schließlich eine dahingehende Wirkung erzielen, daß man eine korrosionsbeständige pyroelektrische Vorrichtung mit ausgezeichneter Haltbarkeit erhält.

Claims

1. Pyroelektrische Vorrichtung, die folgendes aufweist:

- einen Fuß (5) mit einem pyroelektrischen Element (11), das auf seiner Oberseite und seiner Unterseite ausgebildete Elektroden (20, 21) zum Erfassen von Infrarotstrahlen sowie eine an dem Fuß montierte Leiterplatte (15) aufweist, wobei die Leiterplatte eine elektrische Schaltung aufweist, um ein Signal abzugeben, welches den vom pyroelektrischen Element erfaßten Infrarotstrahlen entspricht;

- eine Dose (4), die eine Fensteröffnung (1) aufweist und in einem luftdichten Zustand an dem Fuß befestigt ist; und

- ein Filter (2), das mittels eines Befestigungsmaterials (3) an dem Umfang der Fensteröffnung befestigt ist, um die Fensteröffnung zu verschließen, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmaterial (3) ein Lot ist und daß der Fuß (5) und die Dose (4) beide aus einer Legierung hergestellt sind, die folgende Zusammensetzung hat:

Fe: 55%, Ni: 28% und Co: 17%.

2. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (20, 21) einen absorbierenden Elektrodenbereich (22, 23), der aus einem Infrarotstrahlen absorbierenden Material besteht und als dünne Schicht ausgebildet ist, und einen abziehenden Elektrodenbereich (24, 25) aufweist, der mit dem absorbierenden Elektrodenbereich verbunden ist und als eine dickere Schicht als diejenige des absorbierenden Elektrodenbereiches ausgebildet ist, wobei mit jedem abziehenden Elektrodenbereich ein elektrisch leitendes Element (26, 27) verbunden ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem abziehenden Elektrodenbereich und der Leiterplatte herzustellen.

3. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (20, 21) einen absorbierenden Elektrodenbereich (28, 29), der aus einem als dünne Schicht ausgebildeten, Infrarotstrahlen absorbierenden Material besteht, und einen abziehenden Elektrodenbereich (30, 31) aufweist, der mit dem absorbierenden Elektrodenbereich verbunden ist und aus einem korrosionsbeständigen Material besteht, wobei mit jedem abziehenden Elektrodenbereich ein elektrisch leitendes Element (26, 27) verbunden ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem abziehenden Elektrodenbereich und der Leiterplatte herzustellen.

4. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Element (26, 27) ein zwischen den Elektroden und der Leiterplatte aufgebrachter elektrisch leitender Kleber ist.

5. Pyroelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß Anschlußstifte in Verbindung mit der Außenseite und der Innenseite der pyroelektrischen Vorrichtung auf dem Fuß stehen, um die Leiterplatte zu halten und das elektrische Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung der Leiterplatte abzugreifen, wobei die Anschlußstifte überstehende Bereiche aufweisen, die auf der Innenseite der pyroelektrischen Vorrichtung an ihren äußersten Enden radial überstehen, so daß dadurch die überstehenden Bereiche mit der Leiterplatte in Kontakt stehen, um diese flach abzustützen, wenn die äußersten Enden in Pinholes eingeführt sind, die in der Leiterplatte ausgebildet sind.

6. Pyroelektrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (2) aus Silicium besteht.