赤外線センサ素子のパッケージ
【課題】リッドおよび赤外線透過部材の線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部が破損するのを防止できる赤外線センサ素子のパッケージを提供する。
【解決手段】赤外線センサ素子Ａのパッケージ１は、一面が開口した矩形箱状に形成され且つ赤外線センサ素子Ａが内底面２ａに配設されるパッケージ本体２と、パッケージ１の外側からパッケージ１の内側へ赤外線を取り込むための開口部を有し且つパッケージ本体２の前記一面を覆う形でパッケージ本体２に接合されたリッド３と、リッド３の開口部３ｂを覆う形で設けられた赤外線透過部材４とを備える。リッド３を形成する材料の線膨張係数と赤外線透過部材４を形成する材料の線膨張係数との差異に起因してリッド３と赤外線透過部材４との接合部５に生じる熱応力を緩和するための可撓部である第１の薄肉部（応力緩和構造）３ｄがリッド３に設けられている。
【解決手段】赤外線センサ素子Ａのパッケージ１は、一面が開口した矩形箱状に形成され且つ赤外線センサ素子Ａが内底面２ａに配設されるパッケージ本体２と、パッケージ１の外側からパッケージ１の内側へ赤外線を取り込むための開口部を有し且つパッケージ本体２の前記一面を覆う形でパッケージ本体２に接合されたリッド３と、リッド３の開口部３ｂを覆う形で設けられた赤外線透過部材４とを備える。リッド３を形成する材料の線膨張係数と赤外線透過部材４を形成する材料の線膨張係数との差異に起因してリッド３と赤外線透過部材４との接合部５に生じる熱応力を緩和するための可撓部である第１の薄肉部（応力緩和構造）３ｄがリッド３に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ素子のパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図６に示すように、赤外線を検出する赤外線センサ素子Ａ’がエポキシ樹脂系接着剤によって固着されるベース（ステム）２１’と、有底筒状に形成され且つ底壁３１ａ’に赤外線が入射する開口部３１ｂ’が形成されたキャップ３１’と、ＳｉやＧｅ等の半導体で形成されキャップ３１’の開口部３１ｂ’を覆う形で設けられた赤外線透過部材４’とを備え、キャップ３１’と赤外線透過部材４’とを固着材によって接合する赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’が提案されている（特許文献１参照）。ここにおいて、キャップ３１’は、底壁３１ａ’側とは反対側の端部に形成されたフランジ部３１ｃ’がベース２１’における赤外線センサ素子Ａ’が固着される表面側に接合されている。また、ベース２１’とキャップ３１’とは、金属やセラミックで形成されている。また、キャップ３１’と赤外線透過部材４’との接合部５１’を構成する前記固着材は、鉛−錫共晶半田等の材料からなる。
【０００３】
なお、図６に示す構成のベース２１’の所定の位置には、金属製のピン１１’がベース２’を貫通する形で設けられており、ピン１１’と赤外線センサ素子Ａ’とは、金属製のワイヤ１２’により電気的に接続されている。また、キャップ３１’の底壁３１ａ’には、真空封止用穴３１３’が貫設されており、真空封止用穴３１３’は、鉛−錫共晶半田等からなる前記固着材よりも溶融温度が低い封止材３１４’により塞がれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図６に示す構成の赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’では、キャップ３１’に使用される材料である金属等と赤外線透過部材４’に使用される材料であるＳｉ等の半導体とで線膨張係数が異なり、例えば、回路基板などにパッケージ１’を二次実装するときにパッケージ１’の周囲温度が変化すると、キャップ３１’および赤外線透過部材４’それぞれに使用される材料の線膨張係数差に起因して、前記固着材により形成された接合部５１’に熱応力が発生し接合部５１’が破損するおそれがあった。
【０００６】
また、パッケージ１’の小型化などを目的として、図６に示す構成の赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’の代わりに、一面が開放された箱状に形成されたセラミック基板からなるパッケージ本体（図示せず）と、赤外線センサ素子Ａ’に対応する部位に開口部（図示せず）を有し鉄等の金属で形成されたリッド（図示せず）と、ＳｉやＧｅ等の半導体で形成されリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材（例えば、鉛−錫共晶半田）により接合された赤外線透過部材（図示せず）とを備えた赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ（図示せず）が考えられる。当該パッケージでは、パッケージ本体およびリッドそれぞれに使用される材料の線膨張係数差、或いはリッドおよび赤外線透過部材それぞれに使用される材料に起因して、前固着材により形成された各接合部（図示せず）に熱応力が発生し当該各接合部が破損するおそれがあった。
【０００７】
本願発明は、前記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部が破損するのを防止することができる赤外線センサ素子のパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有しパッケージ本体の前記一面側を覆う形でパッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられていることにより、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができ、前記接合部の破損を防止することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドに形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第１の薄肉部と、前記赤外線透過部材に形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第２の薄肉部との少なくとも一方からなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記リッドと前記赤外線透過部材とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝を形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第１の薄肉部は、平面視で前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成され、前記第２の薄肉部は、平面視で前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記可撓部である前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成された第１の薄肉部と前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成された第２の薄肉部との少なくとも一方からなることにより、前記リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができ、前記接合部の破損をより確実に防止することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の表面および前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面のうち前記応力緩和構造形成用溝が形成された一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記赤外線透過部材の外周と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第１の薄肉部の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第２の薄肉部の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドと連続一体に形成され且つ前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出する形で形成された突出部からなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出した突出部からなることにより、前記可撓部の突出量を大きくすることで、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部に生じる熱応力を緩和しやすくすることができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドの前記接合部の外側の部位に形成された第１の環状溝の底部、前記リッドの第１の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第１の環状溝に対応する部位の外側の部位に形成された第２の環状溝の底部、および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、前記赤外線透過部材の前記接合部よりも内側の部位に形成された第３の環状溝の底部、前記赤外線透過部材の第３の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝の底部、および第３の環状溝と第４の環状溝の間の部位とで構成された前記可撓部との少なくとも一方からなること特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、第１の環状溝の底部、第２の環状溝の底部および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、第３の環状溝の底部、第４の環状溝の底部および第３の環状溝と第４の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部が前記接合部に生じる熱応力を緩和する前記可撓部を構成することにより、前記接合部で生じる熱応力を吸収する前記可撓部の長さを長くすることができるので、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部で発生する熱応力をより緩和することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部の内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部よりも内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の前記第１の環状溝が形成された表面と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第３の環状溝が形成された表面の少なくとも一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記第１の環状溝が形成された前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第３の環状溝が形成された表面における前記赤外線透過部材の外周縁と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第１の環状溝の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第３の環状溝の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する応力緩和構造が設けられていることにより、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部に生じる熱応力を緩和することができるので、接合部の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１の赤外線センサ素子のパッケージを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】同上の他の構成例の要部概略断面図である。
【図３】実施形態２の赤外線センサ素子のパッケージの要部概略断面図である。
【図４】実施形態３の赤外線センサ素子のパッケージを示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図である。
【図５】同上の他の構成例の要部概略断面図である。
【図６】従来例の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施形態１）
以下、実施形態１について図１に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の赤外線センサ素子Ａのパッケージ１は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子Ａが内底面２ａに配設されるパッケージ本体２と、赤外線が入射する開口部３ｂを有しパッケージ本体２の前記一面に覆着された矩形板状のリッド３と、赤外線を透過させる材料で形成され且つリッド３の開口部３ｂを覆う形でリッド３に固着材である低融点ガラスにより接合された赤外線透過部材４とを備える。また、パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａを駆動させるとともに赤外線センサ素子Ａから出力される信号の処理を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である半導体集積回路素子Ｂが配設されている。ここで、パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａと半導体集積回路素子Ｂとの間での信号の伝送や半導体集積回路素子Ｂへの電力供給を行うための配線パターン（図示せず）が形成されており、当該配線パターンには、赤外線センサ素子ＡがワイヤＡ１を介して電気的に接続されるとともに半導体集積回路素子ＢがワイヤＢ１を介して電気的に接続されている。
【００２６】
また、本実施形態のパッケージ１は、赤外線センサ素子Ａの感度を向上させるためにパッケージ１の内部を真空状態にしてある。ここで、パッケージ本体２の内側には、パッケージ１を真空封止する際にパッケージ１の内部に存在する気体を吸着して取り除くためのゲッタＣが配設されている。
【００２７】
赤外線センサ素子Ａは、Ｓｉで形成されたベース基板（図示せず）の表面側に赤外線を吸収するとともに当該吸収による温度変化を検知する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントである温度検知部（図示せず）を備えるものが使用されている。ここで、赤外線センサ素子Ａは、温度検知部がリッド３の開口部３ｂの投影領域に位置するように配設されている。なお、温度検知部としては、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメントや焦電型のセンシングエレメントを採用してもよい。また、赤外線センサ素子Ａとしては、ベース基板の一表面側に複数の温度検知部がアレイ状（一次元アレイ状または二次元アレイ状）に形成されたものであってもよい。
【００２８】
パッケージ本体２は、アルミナで形成されている。パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａおよび半導体集積回路素子Ｂそれぞれがエポキシ樹脂や半田等のダイボンド材からなるダイボンド部Ａ２，Ｂ２を介して接合されている。
【００２９】
リッド３の材料には、Ｆｅが採用されている。ここで、リッド３における平面視で略中央部には、平面視矩形状の前述の開口部３ｂが形成されている。リッド３は、シーム溶接によりパッケージ本体２に接合されている。ここに、リッド３の外周部とパッケージ本体２との間にはシーム溶接部５１が形成されている。なお、リッド３は、例えば、半田等を用いてパッケージ本体２に接合されてもよい。また、リッド３の材料としては、鉄に限らず、例えば、ステンレスやコバール等の金属を採用してもよいし、ステンレス等からなる部材の表面にニッケル等をコーティングした部材を使用してもよい。
【００３０】
赤外線透過部材４は、矩形板状であって赤外線透過率の高いＳｉで形成されている。赤外線透過部材４は、Ｓｉ基板により形成されている。なお、赤外線透過部材４は、赤外線透過部材４に入射する赤外線を赤外線センサ素子Ａに集光できるようにリッド３に接合される側とは反対側に凸曲面を有するレンズ状に形成されたものであってもよい。赤外線透過部材４をレンズ状に形成するには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法を利用することができる（特許第３８９７０５５号公報参照）。また、赤外線透過部材４の材料としては、Ｓｉに限られず、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の半導体を採用してもよい。なお、本実施形態では、赤外線透過部材４が、低融点ガラスによりリッド３に接合される例について説明するが、例えば、赤外線透過部材４が、リッド３との接合面に金属層が形成されたものであって、半田によりリッド３に接合されるものであってもよい。
【００３１】
ところで、本実施形態では、前述のように、リッド３が鉄で形成され、赤外線透過部材４がＳｉで形成されており、両者で線膨張係数が異なる。従って、低融点ガラスにより形成された接合部５には、リッド３および赤外線透過部材４の線膨張係数差に起因して熱応力が生じる。
【００３２】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、接合部５に生じる熱応力を緩和するための応力緩和構造として、平面視でリッド３におけるパッケージ本体２側とは反対側の表面において接合部５の外側における接合部５の外周全体に沿った部位に可撓部である第１の薄肉部３ｄが形成されている。ここで、第１の薄肉部３ｄは、リッド３のパッケージ本体２側とは反対側の表面において接合部５の外側における接合部５に沿った部位に設けられた断面矩形状の応力緩和構造形成用溝３ｅの底部で構成されている。
【００３３】
従って、パッケージ１の周囲温度が変化した場合に、第１の薄肉部３ｄが撓むことで接合部５に生じる応力を緩和することができるので、接合部５や、接合部５とリッド３および赤外線透過部材４との間の界面が破損するのを防止することができる。
【００３４】
また、リッド３と赤外線透過部材４とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝３ｅを形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。
【００３５】
ところで、リッド３と赤外線透過部材４とは、前述のように、固着材である低融点ガラスにより接合されている。従って、リッド３と赤外線透過部材４とを接合する際、溶融した低融点ガラスが、リッド３の表面における接合部５の外側に流れ出すおそれがある。
【００３６】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、図１に示すように、第１の薄肉部３ｄを形成するための応力緩和構造形成用溝３ｅが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面であって且つ接合部５の外側における接合部５の外周全体に沿った部位に形成されているので、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド３の開口部３ｂの周縁と応力緩和構造形成用溝３ｅとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド３の開口部３ｂの周縁と応力緩和構造形成用溝３ｅとの間の部位からリッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における第１の薄肉部３ｄの外側に流れ出すのを防止することができる。
【００３７】
なお、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面の接合部５の外側における接合部５に沿った部位に形成される例について説明したが、これに限定されず、例えば、図２に示すように、第２の薄肉部４ｄが、平面視で赤外線透過部材４のリッド３側の表面の接合部５の内側における接合部５の内周全体に沿った部位に形成された断面矩形状の応力緩和構造形成用溝４ｅの底部から構成されるものであってもよい。この場合、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、赤外線透過部材４の外周と応力緩和構造形成用溝４ｅとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、赤外線透過部材４の外周と応力緩和構造形成用溝４ｅとの間の部位から、赤外線透過部材４のリッド３側の表面において第２の薄肉部４ｄの内側へ流れ出すのを防止することができる。なお、赤外線透過部材４に応力緩和構造形成用溝４ｅを形成する場合、赤外線透過部材４はＳｉで形成されているので、エッチングやハーフダイシングにより形成することができる。
【００３８】
また、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２側の表面の接合部５の外側における接合部５に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝（図示せず）の底部から構成されるものであってもよいし、或いは、第２の薄肉部４ｄが、赤外線透過部材４のリッド３とは反対側の表面の接合部５の内側における接合部５の内周全体に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝（図示せず）の底部から構成されるものであってもよい。
【００３９】
また、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側であって接合部５に沿った部位に１つの応力緩和構造形成用溝３ｅを設けることにより形成される例について説明したが、これに限定されず、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側に接合部５の周方向と直交する方向で互いに並列する形で複数の応力緩和構造形成用溝３ｅを設けることにより形成してもよい。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサ素子Ａのパッケージ１の基本構成は実施形態１とほぼ同じであり、図３に示すように、前記応力緩和構造として、リッド３と連続一体に形成され且つリッド３の開口部３ｂの周部からパッケージ本体２とは反対側に突出した突出部３ｆが設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
ここに、赤外線透過部材４は、固着材である低融点ガラスによって突出部３ｆの先端部３１ｆに接合される。従って、本実施形態のパッケージ１では、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、突出部３ｆの先端部３１ｆに留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスがリッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における突出部３ｆの先端部３１ｆの外側へ流れ出すのを防止することができる。
【００４２】
ところで、前記各実施形態のパッケージ１では、接合部５で生じる熱応力をより緩和しやすくするために第１の薄肉部３ｄの長さを長く設定すると、リッド３の強度が低下してしまう。また、赤外線透過部材４の外周部に第２の薄肉部４ｄを設ける場合、赤外線透過部材４の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制する必要がある。従って、赤外線透過部材４に第２の薄肉部４ｄを設ける場合には、赤外線透過部材４の中央部付近の厚みを薄くすることができず、第２の薄肉部４ｄの長さが制限される。
【００４３】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、突出部３ｆの突出量３ｆを大きくして突出部３ｆの長さを長くすることで接合部５に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができるので、リッド３の強度を低下させず且つ赤外線透過部材４の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制しつつ、接合部５で発生した熱応力をより緩和しやすくすることができる。
【００４４】
（実施形態３）
本実施形態のパッケージ１の基本構成は実施形態１とほぼ同じであり、図４に示すように、前記応力緩和構造が、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側の部位に形成された第1の環状溝３ｇの底部と、リッド３のパッケージ本体２側の表面において第1の環状溝３ｇに対応する部位の外側に形成された第２の環状溝３ｈの底部と、当該一対の環状溝３ｇ，３ｈの間の部位とで構成された可撓部３ｉからなり、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈが平面視で赤外線透過部材４の外周全体に沿う形で形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
ここに、本実施形態のパッケージ１では、第１の環状溝３ｇが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側に、赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成されている。従って、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド３の開口部３ｂの周縁と第１の環状溝３ｇとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面において第１の環状溝３ｇの外側へ流れ出すのを防止することができる。
【００４６】
また、本実施形態のパッケージ１では、可撓部である第１の溝３ｇの底部、第２の溝３ｈの底部、および第１の溝３ｇと第２の溝３ｈとの間で熱応力を緩和するので、実施形態１に比べて、接合部５に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができる。
【００４７】
しかして、溶融した低融点ガラスがリッド３の表面に流れ出すのを防止しつつ、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部５で発生する熱応力を緩和することができる。
【００４８】
なお、本実施形態のパッケージ１では、リッド３に形成された一対の第１の環状溝３ｇの底部、第２の環状溝３ｈの底部、および第１の環状溝３ｇと第２の環状溝３ｈとの間の部位で構成された可撓部３ｉを設ける例について説明したが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における接合部５の内側に平面視で赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成された第３の環状溝４ｈの底部、赤外線透過部材４のリッド３側とは反対側の表面における第３の環状溝４ｈに対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝４ｇの底部、および第３の環状溝４ｈと第４の環状溝４ｇとの間の部位で構成される可撓部４ｉを設ける構成としても前述と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施形態のパッケージ１では、リッド３のパッケージ本体２側の表面における接合部５に対応する部位の外側の部位に形成された第1の環状溝（図示せず）の底部と、リッド３のパッケージ本体２側とは反対側の表面において前記第1の環状溝に対応する部位の外側に形成された第２の環状溝（図示せず）の底部と、当該一対の前記環状溝の間の部位とで構成された可撓部を設ける構成としてもよく、或いは、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における接合部５の内側に平面視で赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成された第３の環状溝（図示せず）の底部、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における前記第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝（図示せず）の底部、および前記第３の環状溝と前記第４の環状溝との間の部位で構成される可撓部を設ける構成としてもよい。この場合、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部５で発生する熱応力を緩和することができる。
【００５０】
また、本実施形態のパッケージ１では、リッド３における接合部５の外側に、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈを一対だけ形成する例について説明したが、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈを接合部５の周方向に直交する方向で互いに並列する形で複数対形成するようにしてもよい。この場合、可撓部３ｉの長さを更に長く設定することができ、接合部５に生じる熱応力を更に緩和しやすくすることができる。
【００５１】
また、前述の各実施形態では、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視矩形状に形成された場合について説明したが、これに限定されず、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視で丸形状に形成されたものや、平面視で４つの角に曲部を有する形状に形成されたものであってもよい。この場合、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視矩形状に形成された場合に比べて接合部５で発生する熱応力をより緩和することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ パッケージ
２ パッケージ本体
２ａ 内底面
３ リッド
３ｂ 開口部
３ｄ 第１の薄肉部（応力緩和構造）
３ｅ 応力緩和構造形成用溝
３ｆ 可撓部（応力緩和構造）
３ｇ 第１の環状溝
３ｈ 第２の環状溝
４ｄ 第２の薄肉部（応力緩和構造）
４ｅ 応力緩和構造形成用溝
４ｇ 第３の環状溝
４ｈ 第４の環状溝
４ 赤外線透過部材
５ 接合部
Ａ 赤外線センサ素子
Ｂ 半導体集積回路素子
Ｃ ゲッタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ素子のパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図６に示すように、赤外線を検出する赤外線センサ素子Ａ’がエポキシ樹脂系接着剤によって固着されるベース（ステム）２１’と、有底筒状に形成され且つ底壁３１ａ’に赤外線が入射する開口部３１ｂ’が形成されたキャップ３１’と、ＳｉやＧｅ等の半導体で形成されキャップ３１’の開口部３１ｂ’を覆う形で設けられた赤外線透過部材４’とを備え、キャップ３１’と赤外線透過部材４’とを固着材によって接合する赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’が提案されている（特許文献１参照）。ここにおいて、キャップ３１’は、底壁３１ａ’側とは反対側の端部に形成されたフランジ部３１ｃ’がベース２１’における赤外線センサ素子Ａ’が固着される表面側に接合されている。また、ベース２１’とキャップ３１’とは、金属やセラミックで形成されている。また、キャップ３１’と赤外線透過部材４’との接合部５１’を構成する前記固着材は、鉛−錫共晶半田等の材料からなる。
【０００３】
なお、図６に示す構成のベース２１’の所定の位置には、金属製のピン１１’がベース２’を貫通する形で設けられており、ピン１１’と赤外線センサ素子Ａ’とは、金属製のワイヤ１２’により電気的に接続されている。また、キャップ３１’の底壁３１ａ’には、真空封止用穴３１３’が貫設されており、真空封止用穴３１３’は、鉛−錫共晶半田等からなる前記固着材よりも溶融温度が低い封止材３１４’により塞がれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１３２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図６に示す構成の赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’では、キャップ３１’に使用される材料である金属等と赤外線透過部材４’に使用される材料であるＳｉ等の半導体とで線膨張係数が異なり、例えば、回路基板などにパッケージ１’を二次実装するときにパッケージ１’の周囲温度が変化すると、キャップ３１’および赤外線透過部材４’それぞれに使用される材料の線膨張係数差に起因して、前記固着材により形成された接合部５１’に熱応力が発生し接合部５１’が破損するおそれがあった。
【０００６】
また、パッケージ１’の小型化などを目的として、図６に示す構成の赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ１’の代わりに、一面が開放された箱状に形成されたセラミック基板からなるパッケージ本体（図示せず）と、赤外線センサ素子Ａ’に対応する部位に開口部（図示せず）を有し鉄等の金属で形成されたリッド（図示せず）と、ＳｉやＧｅ等の半導体で形成されリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材（例えば、鉛−錫共晶半田）により接合された赤外線透過部材（図示せず）とを備えた赤外線センサ素子Ａ’のパッケージ（図示せず）が考えられる。当該パッケージでは、パッケージ本体およびリッドそれぞれに使用される材料の線膨張係数差、或いはリッドおよび赤外線透過部材それぞれに使用される材料に起因して、前固着材により形成された各接合部（図示せず）に熱応力が発生し当該各接合部が破損するおそれがあった。
【０００７】
本願発明は、前記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部が破損するのを防止することができる赤外線センサ素子のパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有しパッケージ本体の前記一面側を覆う形でパッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられていることにより、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができ、前記接合部の破損を防止することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドに形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第１の薄肉部と、前記赤外線透過部材に形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第２の薄肉部との少なくとも一方からなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記リッドと前記赤外線透過部材とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝を形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第１の薄肉部は、平面視で前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成され、前記第２の薄肉部は、平面視で前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成されることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記可撓部である前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成された第１の薄肉部と前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成された第２の薄肉部との少なくとも一方からなることにより、前記リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができ、前記接合部の破損をより確実に防止することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の表面および前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面のうち前記応力緩和構造形成用溝が形成された一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記赤外線透過部材の外周と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第１の薄肉部の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第２の薄肉部の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドと連続一体に形成され且つ前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出する形で形成された突出部からなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出した突出部からなることにより、前記可撓部の突出量を大きくすることで、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部に生じる熱応力を緩和しやすくすることができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記応力緩和構造は、前記リッドの前記接合部の外側の部位に形成された第１の環状溝の底部、前記リッドの第１の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第１の環状溝に対応する部位の外側の部位に形成された第２の環状溝の底部、および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、前記赤外線透過部材の前記接合部よりも内側の部位に形成された第３の環状溝の底部、前記赤外線透過部材の第３の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝の底部、および第３の環状溝と第４の環状溝の間の部位とで構成された前記可撓部との少なくとも一方からなること特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、第１の環状溝の底部、第２の環状溝の底部および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、第３の環状溝の底部、第４の環状溝の底部および第３の環状溝と第４の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部が前記接合部に生じる熱応力を緩和する前記可撓部を構成することにより、前記接合部で生じる熱応力を吸収する前記可撓部の長さを長くすることができるので、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部で発生する熱応力をより緩和することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部の内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部よりも内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の前記第１の環状溝が形成された表面と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第３の環状溝が形成された表面の少なくとも一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記第１の環状溝が形成された前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第３の環状溝が形成された表面における前記赤外線透過部材の外周縁と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第１の環状溝の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第３の環状溝の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する応力緩和構造が設けられていることにより、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部に生じる熱応力を緩和することができるので、接合部の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１の赤外線センサ素子のパッケージを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】同上の他の構成例の要部概略断面図である。
【図３】実施形態２の赤外線センサ素子のパッケージの要部概略断面図である。
【図４】実施形態３の赤外線センサ素子のパッケージを示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図である。
【図５】同上の他の構成例の要部概略断面図である。
【図６】従来例の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施形態１）
以下、実施形態１について図１に基づいて説明する。
【００２５】
本実施形態の赤外線センサ素子Ａのパッケージ１は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子Ａが内底面２ａに配設されるパッケージ本体２と、赤外線が入射する開口部３ｂを有しパッケージ本体２の前記一面に覆着された矩形板状のリッド３と、赤外線を透過させる材料で形成され且つリッド３の開口部３ｂを覆う形でリッド３に固着材である低融点ガラスにより接合された赤外線透過部材４とを備える。また、パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａを駆動させるとともに赤外線センサ素子Ａから出力される信号の処理を行うＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である半導体集積回路素子Ｂが配設されている。ここで、パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａと半導体集積回路素子Ｂとの間での信号の伝送や半導体集積回路素子Ｂへの電力供給を行うための配線パターン（図示せず）が形成されており、当該配線パターンには、赤外線センサ素子ＡがワイヤＡ１を介して電気的に接続されるとともに半導体集積回路素子ＢがワイヤＢ１を介して電気的に接続されている。
【００２６】
また、本実施形態のパッケージ１は、赤外線センサ素子Ａの感度を向上させるためにパッケージ１の内部を真空状態にしてある。ここで、パッケージ本体２の内側には、パッケージ１を真空封止する際にパッケージ１の内部に存在する気体を吸着して取り除くためのゲッタＣが配設されている。
【００２７】
赤外線センサ素子Ａは、Ｓｉで形成されたベース基板（図示せず）の表面側に赤外線を吸収するとともに当該吸収による温度変化を検知する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントである温度検知部（図示せず）を備えるものが使用されている。ここで、赤外線センサ素子Ａは、温度検知部がリッド３の開口部３ｂの投影領域に位置するように配設されている。なお、温度検知部としては、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメントや焦電型のセンシングエレメントを採用してもよい。また、赤外線センサ素子Ａとしては、ベース基板の一表面側に複数の温度検知部がアレイ状（一次元アレイ状または二次元アレイ状）に形成されたものであってもよい。
【００２８】
パッケージ本体２は、アルミナで形成されている。パッケージ本体２の内底面２ａには、赤外線センサ素子Ａおよび半導体集積回路素子Ｂそれぞれがエポキシ樹脂や半田等のダイボンド材からなるダイボンド部Ａ２，Ｂ２を介して接合されている。
【００２９】
リッド３の材料には、Ｆｅが採用されている。ここで、リッド３における平面視で略中央部には、平面視矩形状の前述の開口部３ｂが形成されている。リッド３は、シーム溶接によりパッケージ本体２に接合されている。ここに、リッド３の外周部とパッケージ本体２との間にはシーム溶接部５１が形成されている。なお、リッド３は、例えば、半田等を用いてパッケージ本体２に接合されてもよい。また、リッド３の材料としては、鉄に限らず、例えば、ステンレスやコバール等の金属を採用してもよいし、ステンレス等からなる部材の表面にニッケル等をコーティングした部材を使用してもよい。
【００３０】
赤外線透過部材４は、矩形板状であって赤外線透過率の高いＳｉで形成されている。赤外線透過部材４は、Ｓｉ基板により形成されている。なお、赤外線透過部材４は、赤外線透過部材４に入射する赤外線を赤外線センサ素子Ａに集光できるようにリッド３に接合される側とは反対側に凸曲面を有するレンズ状に形成されたものであってもよい。赤外線透過部材４をレンズ状に形成するには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法を利用することができる（特許第３８９７０５５号公報参照）。また、赤外線透過部材４の材料としては、Ｓｉに限られず、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の半導体を採用してもよい。なお、本実施形態では、赤外線透過部材４が、低融点ガラスによりリッド３に接合される例について説明するが、例えば、赤外線透過部材４が、リッド３との接合面に金属層が形成されたものであって、半田によりリッド３に接合されるものであってもよい。
【００３１】
ところで、本実施形態では、前述のように、リッド３が鉄で形成され、赤外線透過部材４がＳｉで形成されており、両者で線膨張係数が異なる。従って、低融点ガラスにより形成された接合部５には、リッド３および赤外線透過部材４の線膨張係数差に起因して熱応力が生じる。
【００３２】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、接合部５に生じる熱応力を緩和するための応力緩和構造として、平面視でリッド３におけるパッケージ本体２側とは反対側の表面において接合部５の外側における接合部５の外周全体に沿った部位に可撓部である第１の薄肉部３ｄが形成されている。ここで、第１の薄肉部３ｄは、リッド３のパッケージ本体２側とは反対側の表面において接合部５の外側における接合部５に沿った部位に設けられた断面矩形状の応力緩和構造形成用溝３ｅの底部で構成されている。
【００３３】
従って、パッケージ１の周囲温度が変化した場合に、第１の薄肉部３ｄが撓むことで接合部５に生じる応力を緩和することができるので、接合部５や、接合部５とリッド３および赤外線透過部材４との間の界面が破損するのを防止することができる。
【００３４】
また、リッド３と赤外線透過部材４とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝３ｅを形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。
【００３５】
ところで、リッド３と赤外線透過部材４とは、前述のように、固着材である低融点ガラスにより接合されている。従って、リッド３と赤外線透過部材４とを接合する際、溶融した低融点ガラスが、リッド３の表面における接合部５の外側に流れ出すおそれがある。
【００３６】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、図１に示すように、第１の薄肉部３ｄを形成するための応力緩和構造形成用溝３ｅが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面であって且つ接合部５の外側における接合部５の外周全体に沿った部位に形成されているので、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド３の開口部３ｂの周縁と応力緩和構造形成用溝３ｅとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド３の開口部３ｂの周縁と応力緩和構造形成用溝３ｅとの間の部位からリッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における第１の薄肉部３ｄの外側に流れ出すのを防止することができる。
【００３７】
なお、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面の接合部５の外側における接合部５に沿った部位に形成される例について説明したが、これに限定されず、例えば、図２に示すように、第２の薄肉部４ｄが、平面視で赤外線透過部材４のリッド３側の表面の接合部５の内側における接合部５の内周全体に沿った部位に形成された断面矩形状の応力緩和構造形成用溝４ｅの底部から構成されるものであってもよい。この場合、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、赤外線透過部材４の外周と応力緩和構造形成用溝４ｅとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、赤外線透過部材４の外周と応力緩和構造形成用溝４ｅとの間の部位から、赤外線透過部材４のリッド３側の表面において第２の薄肉部４ｄの内側へ流れ出すのを防止することができる。なお、赤外線透過部材４に応力緩和構造形成用溝４ｅを形成する場合、赤外線透過部材４はＳｉで形成されているので、エッチングやハーフダイシングにより形成することができる。
【００３８】
また、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２側の表面の接合部５の外側における接合部５に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝（図示せず）の底部から構成されるものであってもよいし、或いは、第２の薄肉部４ｄが、赤外線透過部材４のリッド３とは反対側の表面の接合部５の内側における接合部５の内周全体に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝（図示せず）の底部から構成されるものであってもよい。
【００３９】
また、本実施形態のパッケージ１では、第１の薄肉部３ｄが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側であって接合部５に沿った部位に１つの応力緩和構造形成用溝３ｅを設けることにより形成される例について説明したが、これに限定されず、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側に接合部５の周方向と直交する方向で互いに並列する形で複数の応力緩和構造形成用溝３ｅを設けることにより形成してもよい。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサ素子Ａのパッケージ１の基本構成は実施形態１とほぼ同じであり、図３に示すように、前記応力緩和構造として、リッド３と連続一体に形成され且つリッド３の開口部３ｂの周部からパッケージ本体２とは反対側に突出した突出部３ｆが設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
ここに、赤外線透過部材４は、固着材である低融点ガラスによって突出部３ｆの先端部３１ｆに接合される。従って、本実施形態のパッケージ１では、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、突出部３ｆの先端部３１ｆに留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスがリッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における突出部３ｆの先端部３１ｆの外側へ流れ出すのを防止することができる。
【００４２】
ところで、前記各実施形態のパッケージ１では、接合部５で生じる熱応力をより緩和しやすくするために第１の薄肉部３ｄの長さを長く設定すると、リッド３の強度が低下してしまう。また、赤外線透過部材４の外周部に第２の薄肉部４ｄを設ける場合、赤外線透過部材４の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制する必要がある。従って、赤外線透過部材４に第２の薄肉部４ｄを設ける場合には、赤外線透過部材４の中央部付近の厚みを薄くすることができず、第２の薄肉部４ｄの長さが制限される。
【００４３】
これに対して、本実施形態のパッケージ１では、突出部３ｆの突出量３ｆを大きくして突出部３ｆの長さを長くすることで接合部５に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができるので、リッド３の強度を低下させず且つ赤外線透過部材４の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制しつつ、接合部５で発生した熱応力をより緩和しやすくすることができる。
【００４４】
（実施形態３）
本実施形態のパッケージ１の基本構成は実施形態１とほぼ同じであり、図４に示すように、前記応力緩和構造が、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側の部位に形成された第1の環状溝３ｇの底部と、リッド３のパッケージ本体２側の表面において第1の環状溝３ｇに対応する部位の外側に形成された第２の環状溝３ｈの底部と、当該一対の環状溝３ｇ，３ｈの間の部位とで構成された可撓部３ｉからなり、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈが平面視で赤外線透過部材４の外周全体に沿う形で形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
ここに、本実施形態のパッケージ１では、第１の環状溝３ｇが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面における接合部５の外側に、赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成されている。従って、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド３の開口部３ｂの周縁と第１の環状溝３ｇとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材４を低融点ガラスによりリッド３に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド３のパッケージ本体２とは反対側の表面において第１の環状溝３ｇの外側へ流れ出すのを防止することができる。
【００４６】
また、本実施形態のパッケージ１では、可撓部である第１の溝３ｇの底部、第２の溝３ｈの底部、および第１の溝３ｇと第２の溝３ｈとの間で熱応力を緩和するので、実施形態１に比べて、接合部５に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができる。
【００４７】
しかして、溶融した低融点ガラスがリッド３の表面に流れ出すのを防止しつつ、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部５で発生する熱応力を緩和することができる。
【００４８】
なお、本実施形態のパッケージ１では、リッド３に形成された一対の第１の環状溝３ｇの底部、第２の環状溝３ｈの底部、および第１の環状溝３ｇと第２の環状溝３ｈとの間の部位で構成された可撓部３ｉを設ける例について説明したが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における接合部５の内側に平面視で赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成された第３の環状溝４ｈの底部、赤外線透過部材４のリッド３側とは反対側の表面における第３の環状溝４ｈに対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝４ｇの底部、および第３の環状溝４ｈと第４の環状溝４ｇとの間の部位で構成される可撓部４ｉを設ける構成としても前述と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施形態のパッケージ１では、リッド３のパッケージ本体２側の表面における接合部５に対応する部位の外側の部位に形成された第1の環状溝（図示せず）の底部と、リッド３のパッケージ本体２側とは反対側の表面において前記第1の環状溝に対応する部位の外側に形成された第２の環状溝（図示せず）の底部と、当該一対の前記環状溝の間の部位とで構成された可撓部を設ける構成としてもよく、或いは、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における接合部５の内側に平面視で赤外線透過部材４の外周に沿う形で形成された第３の環状溝（図示せず）の底部、赤外線透過部材４のリッド３側の表面における前記第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝（図示せず）の底部、および前記第３の環状溝と前記第４の環状溝との間の部位で構成される可撓部を設ける構成としてもよい。この場合、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部５で発生する熱応力を緩和することができる。
【００５０】
また、本実施形態のパッケージ１では、リッド３における接合部５の外側に、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈを一対だけ形成する例について説明したが、第１の環状溝３ｇおよび第２の環状溝３ｈを接合部５の周方向に直交する方向で互いに並列する形で複数対形成するようにしてもよい。この場合、可撓部３ｉの長さを更に長く設定することができ、接合部５に生じる熱応力を更に緩和しやすくすることができる。
【００５１】
また、前述の各実施形態では、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視矩形状に形成された場合について説明したが、これに限定されず、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視で丸形状に形成されたものや、平面視で４つの角に曲部を有する形状に形成されたものであってもよい。この場合、リッド３の開口部３ｂおよび赤外線透過部材４が、平面視矩形状に形成された場合に比べて接合部５で発生する熱応力をより緩和することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ パッケージ
２ パッケージ本体
２ａ 内底面
３ リッド
３ｂ 開口部
３ｄ 第１の薄肉部（応力緩和構造）
３ｅ 応力緩和構造形成用溝
３ｆ 可撓部（応力緩和構造）
３ｇ 第１の環状溝
３ｈ 第２の環状溝
４ｄ 第２の薄肉部（応力緩和構造）
４ｅ 応力緩和構造形成用溝
４ｇ 第３の環状溝
４ｈ 第４の環状溝
４ 赤外線透過部材
５ 接合部
Ａ 赤外線センサ素子
Ｂ 半導体集積回路素子
Ｃ ゲッタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有しパッケージ本体の前記一面側を覆う形でパッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられてなることを特徴とする赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項２】
前記応力緩和構造は、前記リッドに形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第１の薄肉部と、前記赤外線透過部材に形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第２の薄肉部との少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項３】
前記第１の薄肉部は、平面視で前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成され、前記第２の薄肉部は、平面視で前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成されることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項４】
前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項５】
前記応力緩和構造は、前記リッドと連続一体に形成され且つ前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出する形で形成された突出部からなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項６】
前記応力緩和構造は、前記リッドの前記接合部の外側の部位に形成された第１の環状溝の底部、前記リッドの第１の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第１の環状溝に対応する部位の外側の部位に形成された第２の環状溝の底部、および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、前記赤外線透過部材の前記接合部よりも内側の部位に形成された第３の環状溝の底部、前記赤外線透過部材の第３の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝の底部、および第３の環状溝と第４の環状溝の間の部位とで構成された前記可撓部との少なくとも一方からなること特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項７】
前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部の内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることを特徴とする請求項６記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項１】
一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有しパッケージ本体の前記一面側を覆う形でパッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられてなることを特徴とする赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項２】
前記応力緩和構造は、前記リッドに形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第１の薄肉部と、前記赤外線透過部材に形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第２の薄肉部との少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項３】
前記第１の薄肉部は、平面視で前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成され、前記第２の薄肉部は、平面視で前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成されることを特徴とする請求項２記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項４】
前記第１の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第２の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることを特徴とする請求項３記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項５】
前記応力緩和構造は、前記リッドと連続一体に形成され且つ前記リッドの前記開口部の周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出する形で形成された突出部からなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項６】
前記応力緩和構造は、前記リッドの前記接合部の外側の部位に形成された第１の環状溝の底部、前記リッドの第１の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第１の環状溝に対応する部位の外側の部位に形成された第２の環状溝の底部、および第１の環状溝と第２の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、前記赤外線透過部材の前記接合部よりも内側の部位に形成された第３の環状溝の底部、前記赤外線透過部材の第３の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における第３の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第４の環状溝の底部、および第３の環状溝と第４の環状溝の間の部位とで構成された前記可撓部との少なくとも一方からなること特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【請求項７】
前記第１の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第３の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部の内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることを特徴とする請求項６記載の赤外線センサ素子のパッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７５３４１（Ｐ２０１０−１７５３４１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１０３（Ｐ２００９−１７１０３）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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