JP2000074770A - 減圧パッケージ装置及びその真空度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】減圧室に放電端子を半導体微細加工技術を用い
て製造することにより、真空度を精度よく、かつ、再現
性よく計測することのできる減圧パッケージ装置及びそ
の真空度の測定方法を提供する。 【解決手段】減圧室に、シリコンまたは金属よりなる複
数の放電端子２、３と被封止物１０ａとを設け、これら
の放電端子２、３を配線２ａ、３ａを介して外部引出端
子３ａ、３ｂに接続した減圧パッケージ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被封止物を減圧密
封した減圧パッケージ装置及びその真空度の測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、減圧パッケージ装置の真空度を測
定する方法として、特開平９−１７８５９０号公報に開
示されている圧力センサの良否判定方法に関する発明が
ある。この従来の発明は、金属ダイヤフラムを用いた圧
力センサであり、金属ケースと引出端子間に６００Ｖの
直流電圧を印加して、パッシェンの法則を用いて放電開
始電圧により圧力センサの内部真空度を測定するもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の減圧パッケージ装置の真空度の測定方法は、圧力セ
ンサの金属ケースと圧力センサのすべての電極を短絡し
た引出端子との間に直流電圧を印加するので、放電ギャ
ップが大きくなって放電開始電圧が高くなり、金属ケー
ス内部の圧力を精度よく計測することができなかった。

【０００４】そこで、本発明は、減圧室に放電端子を半
導体微細加工技術を用いて設けることにより、真空度を
精度よく、かつ、再現性よく計測することのできる減圧
パッケージ装置及びその真空度の測定方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の減圧パ
ッケージ装置に係る発明は、被封止物を収納した減圧室
に、放電端子を設け、この放電端子を配線を介して減圧
室の外側の外部引出端子に接続したものである。

【０００６】この発明は、放電端子により形成される放
電ギャップのギャップ寸法を予め所定の値に設定してお
くことにより、パッシェンの法則を利用して減圧室の真
空度（減圧度）を減圧室の外側から求めることができ
る。即ち、放電端子に外部引出端子から可変電圧を印加
して放電に至る開始電圧を求める。なお、パッシェンの
法則とは、放電開始電圧ｖはギャップ長ｄと圧力ｐとの
積に比例するというものである。したがって、ギャップ
長ｄを一定とすると、放電開始電圧を変えることにより
減圧室の圧力を求めることができる。

【０００７】請求項２に記載の減圧パッケージ装置に係
る発明は、前記放電端子を複数設け、複数の放電ギャッ
プが形成されているものである。

【０００８】この発明は、複数の放電ギャップを有して
いるので、それらの放電ギャップのギャップ寸法が同じ
場合には、それらの複数の放電ギャップの放電開始電圧
の平均値から減圧室の真空度（減圧度）を精度よく求め
ることができる。また、ギャップ寸法が異なる場合に
は、異なる放電開始電圧からパッシェンの放電曲線を参
照して減圧パッケージ内部の真空度（減圧度）を精度よ
く求めることができる。請求項３に記載の減圧パッケー
ジ装置に係る発明は、前記複数の放電ギャップのギャッ
プ寸法がそれぞれ等しく設定されているものである。

【０００９】この発明は、複数の放電ギャップのギャッ
プ寸法が等しく設定されているので、複数の放電開始電
圧の平均を取ることにより、加工形状のバラツキに依存
せずに、減圧室の真空度（減圧度）を精度よく求めるこ
とができる。

【００１０】請求項４に記載の減圧パッケージ装置に係
る発明は、前記複数の放電ギャップのギャップ寸法がそ
れぞれ異なっているものである。

【００１１】この発明は、複数の放電ギャップのギャッ
プ寸法が異なっているので、放電開始電圧も異なったも
のとなるが、パッシェンの放電開始電圧特性曲線を参照
して減圧室の真空度（減圧度）を多点で精度よく求める
ことができる。

【００１２】請求項５に記載の減圧パッケージ装置に係
る発明は、一対の放電端子の先端を対抗して設けると共
に、前記放電端子の一方または双方の先端を鋭角または
尖鋭にしたものである。

【００１３】この発明は、放電端子の先端が鋭角または
尖鋭になっているので、この放電端子の先端に電界が集
中して放電が容易となる。このため、低い放電開始電圧
で減圧室の圧力を計測することができる。

【００１４】請求項６に記載の減圧パッケージ装置の真
空度の測定方法に係る発明は、減圧室に被封止物と複数
の放電端子を設け、該放電端子を配線を介して減圧室の
外側に設けた外部引出端子に接続し、前記複数の放電端
子に外部引出端子から可変電圧を印加して、前記放電端
子間の放電ギャップにおける放電開始電圧から減圧室の
真空度を測定するものである。

【００１５】この発明においては、先ず減圧室に設けら
れる放電端子の形状および放電ギャップ長をパラメータ
にして、パッシェンの法則より放電開始電圧と圧力の関
係を予め計測した放電特性曲線を用意しておく。そし
て、減圧室を真空中（減圧中）で封止後に、外部引出端
子に可変直流電源を接続する。そして、放電ギャップに
加える直流電圧を次第に高くしていき放電開始する電圧
を計測する。この放電開始電圧を前記用意しておいた放
電特性曲線を参照して、放電開始電圧と圧力の対応関係
から、減圧室の圧力を読み取る。

【００１６】請求項７に記載の減圧パッケージ装置の真
空度の測定方法に係る発明は、前記複数の放電ギャップ
において複数の放電開始電圧を求め、この複数の放電開
始電圧の個別の値または平均値から減圧室の圧力を測定
するものである。

【００１７】この発明は、複数のギャップ寸法が等しく
設定されていても放電端子の僅かな形状誤差などで、放
電開始電圧が相違することがある。この場合には、複数
の放電開始電圧の平均を取ることにより、減圧室の真空
度（減圧度）を精度よく計測することができる。

【００１８】また、この発明は、複数の放電ギャップの
ギャップ寸法が異なっている場合には、放電開始電圧も
異なったものとなるが、放電ギャップ毎に予め求めてあ
るパッシェンの放電特性曲線を参照して放電ギャップ毎
の減圧パッケージ内部の真空度（減圧度）を計測し、そ
れらの真空度（減圧度）の平均値を求める。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、図１を参照して、本発明
の一実施例として、角速度センサ１０ａを被封止物とす
る減圧パッケージ装置１０について説明する。

【００２０】１はパイレックスガラス基板よりなる支持
基板である。この支持基板１の上面の片隅部には、片持
梁構造の放電端子２、３が形成される。これらの放電端
子２、３は、それらの基部が支持基板に固定され、先端
部が一定長の放電ギャップ寸法ｇを介して向き合ってい
る。放電端子２の先端部は厚みよりも幅の広い板状をし
ており、また放電端子３の先端部は厚みは放電端子２と
ほぼ同じであるが幅の狭い棒状をしている。そして、放
電端子３の先端面は放電端子２の先端面より小さくなっ
ている。

【００２１】これらの放電端子２、３は、アルミニュウ
ム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などの金属または単結晶シリコ
ン、ポリシリコンで形成され、それらの中央部および先
端部の基板１との間には、放電ギャップ寸法ｇより大き
な寸法の空間が形成される。そして、放電端子２、３
は、配線２ａ、３ａを介して外部引出端子２ｂ、３ｂに
それぞれ接続される。なお、放電端子２は、基板１に直
立して設けた偏平状の形状でもよい。

【００２２】上記実施例においては、放電端子２、３の
放電ギャップは、水平方向に向き合うように形成した
が、上下方向に向き合うように形成してもよい。また、
基板１の表面に形成した平面電極に放電端子の先端を向
き合わせて形成してもよい。また、向く合う放電端子
は、基板１の表面に放電ギャップを介して形成してもよ
り。

【００２３】また、放電端子は、少なくとも高電位側の
放電先端を鋭角または尖鋭に加工した放電端子として、
放電し易くしてもよい。また、一対の放電端子ごとの対
応配置でなく、図２に示すように、基板に対し垂直に設
けた一つの偏平状の放電端子２ｃに対し、先端を尖鋭ま
たは鋭角に加工した放電端子３ｃ〜３ｅを一定の放電ギ
ャップ寸法ｇ１に揃えて配置し、これらの放電端子３ｃ
〜３ｅに個別に直流電圧を印加して放電開始電圧を個別
に計測し、これらの放電開始電圧の平均を採って真空度
（減圧度）を求めてもよい。

【００２４】また、図３に示すように、一つの偏平状の
放電端子２ｃに対し、放電先端を厚み方向（図３におい
て垂直方向）に鋭角に加工した複数の放電端子３ｆ〜３
ｈを異なる放電ギャップ寸法ｇ２〜ｇ４にしてそれぞれ
配置し、これらの個々の異なる放電開始電圧から真空度
（減圧度）を求めるようにしてもよい。なお、これらの
放電端子は、後述の角速度センサと同時にポリシリコン
で形成してもよい。

【００２５】つぎに、被封止物としての角速度センサ１
０ａの構造について図４および図５を参照して説明す
る。

【００２６】角速度センサ１０ａの四隅部には、アンカ
ー部４が支持基板１に形成される。このアンカー部４に
はＬ字型の梁４ａの一端が結合し、その他端は振動重り
４ｂの四隅部にそれぞれ結合している。この振動重り４
ｂは、角速度センサ１０ａの負荷質量となり、梁４ａの
撓みにより、Ｘ軸およびＹ軸の平面方向に自由振動可能
になっている。振動重り４ｂの一つの対をなす端面には
櫛歯状の可動電極４ｃ、４ｄがそれぞれ形成され、もう
一つの対をなす端面には両櫛歯状の可動電極４ｅ、４ｆ
がそれぞれ形成される。

【００２７】四つのアンカー部４〜４の間には、固定部
５〜８が支持基板１にそれぞれ形成される。固定部５の
内側の端面に形成された櫛歯状の固定電極５ａは、可動
電極４ｃと間隙を介して対向して、コンデンサ４５を構
成する。また、固定部６の内側の端面に形成された櫛歯
状の固定電極６ａは、可動電極４ｄと間隙を介して対向
して、コンデンサ４６を構成する。また、固定部７の内
側の端面に形成された二つの櫛歯状の固定電極７ａは、
可動電極４ｅと間隙を介して対向して、コンデンサ４７
を構成する。更に、固定部８の内側の端面に形成された
二つの櫛歯状の固定電極８ａは、可動電極４ｆと間隙を
介して対向して、コンデンサ４８を構成する。

【００２８】そして、梁４ａ、振動重り４ｂ、可動電極
４ｃ〜４ｆおよび固定電極５ａ、６ａ、７ａ、８ａの下
側には空間１ａが形成される。この角速度センサ１０ａ
は、ポリシリコンを加工して形成される。

【００２９】つぎに、角速度センサ１０ａの動作につい
て説明する。固定部４をグランドに接続して動作させる
ので、振動重り４ｂおよび可動電極４ｃ〜４ｆはグラン
ド電位となる。

【００３０】コンデンサ４５とコンデンサ４６に、直流
電圧を重畳した１８０゜位相の異なる交流電圧を印加し
て、静電吸引力により振動重り４ｂをＸ軸方向に振動さ
せる。このように、振動重り４ｂが振動しているとき
に、角速度センサ１０ａが振動重り４ｂの中心を通るＺ
軸回りに回転すると、振動重り４ｂはこの回転力により
生じたコリオリ力を受けてＹ軸方向にも振動するように
なる。このＹ軸方向への振動成分をコンデンサ４７、４
８で容量変化として検出し、これらの変化容量を電圧変
換して差動増幅することにより角速度を求める。

【００３１】図１において、９はシリコンよりなる蓋基
板で、下面側中央部に凹部９ａを有する。この蓋基板９
の４辺部を、支持基板１に当接して、減圧槽中におい
て、支持基板１と蓋基板９との陽極接合を行う。この接
合により、放電端子２、３と角速度センサ１０ａは、凹
部９ａの減圧雰囲気に密閉される。この場合、外部引出
端子２ｂ、３ｂは蓋基板９の外側に位置することにな
る。この密閉凹部９ａが減圧雰囲気となることにより、
振動重り４ｂの振動が空気抵抗により抑圧されないよう
になる。

【００３２】この減圧パッケージ装置１０は、パイレッ
クスガラスよりなる親基板の上に多数個形成されるが、
陽極接合の際に支持基板１と蓋基板９の接合面から酸素
ガスが発生して、密閉凹部９ａ内部にこのガスが残留し
て、親基板の部位によっては減圧パッケージ装置１０の
密閉凹部９ａの真空度（減圧度）が異なることになる。
したがって、個別の減圧パッケージ装置１０毎に真空度
の測定が必要になる。つぎに、図１を参照して、減圧パ
ッケージ装置１０の真空度の測定方法について説明す
る。放電端子の形状および放電ギャップ寸法を、放電端
子２、３の形状および放電ギャップ寸法ｇと等しく形成
して、放電開始電圧ｖと圧力ｐの関係を示す特性曲線を
パッシェンの法則により予め求めておく。

【００３３】電圧を可変できる直流電源の正極を外部引
出端子３ｂに接続し、負極を外部引出端子２ｂに接続し
て、外部引出端子２ｂ、３ｂ間に直流電圧を印加して放
電開始前の電圧から次第に電圧を上昇させていく。する
と、図６に示すパッシェンの法則の圧力ｐと放電開始電
圧ｖとの特性曲線により、ある直流電圧で放電を開始す
る。この放電開始電圧ｖを予め求めておいた図６に示す
ような特性曲線に当て嵌めることにより密閉凹部９ａの
真空度（減圧度）を求める。

【００３４】また、図２に示すように、一定の放電ギャ
ップ寸法ｇ１を有する複数の放電ギャップを備えた減圧
パッケージ装置においては、放電端子３ｃ〜３ｅの各々
に個別に正の直流電圧を印加し、放電端子２ｃには負の
直流電圧を印加する。そして、放電端子３ｃ〜３ｅごと
に放電開始電圧を計測する。これらの放電開始電圧ｖを
平均して上述のパッシェンの特性曲線にあてはめて、こ
の平均電圧により密閉凹部９ａの真空度を求めてもよ
い。

【００３５】また、図３に示すように、異なる放電ギャ
ップ寸法ｇ２〜ｇ４を有する複数の放電ギャップを備え
た減圧パッケージ装置においては、放電ギャップごとの
パッシェンの特性曲線を用意する。放電端子３ｆ〜３ｈ
の各々には、図２の説明と同様に個別に正の直流電圧を
印加し、放電端子３ｆ〜３ｈごとの放電開始電圧を測定
する。この放電開始電圧を放電ギャップ毎に求めたパッ
シェンの特性曲線を参照して、個別に圧力を求める。こ
の圧力の平均値から密閉凹部９ａの真空度を求めてもよ
い。

【００３６】上記実施例においては、減圧パッケージ装
置の被封止物として、角速度センサ１０ａを例示した
が、本発明は、加速度センサ、真空圧計などのセンサ部
品、モータなどの回転機構部品、微小アクチュエータな
どの被封止物にも適用できるものである。

【００３７】

【発明の効果】請求項１および請求項２の発明の減圧パ
ッケージ装置は、被封止物以外に放電専用の放電端子を
減圧パッケージ内部に設けているので、この放電端子を
用いて放電開始電圧を計測することにより、パッシェン
の法則を利用して、減圧室（密閉凹部）の減圧度を高精
度かつ再現性よく計測することができる。

【００３８】請求項３乃至請求項５の発明は、複数の放
電端子を放電ギャップ長を等しく配置して、これらの放
電開始電圧の平均をとることにより、精度の高い真空度
を求めることができる。また、複数の放電端子を放電ギ
ャップ長を異ならせて配置した場合も、これらの異なる
放電開始電圧により求めた圧力の平均値により、同様に
精度の高い真空度を求めることができる。さらに、放電
端子の先端を鋭角にした場合は、放電開始電圧を引き下
げることができる。

【００３９】請求項６および請求項７の発明の減圧パッ
ケージ装置の真空度の測定方法は、外部引出端子から放
電端子に可変電圧を印加して、その放電開始電圧により
パッシェンの法則を利用して、被封止物に損傷を与える
ことなく、減圧パッケージ内部の減圧度を簡便かつ短時
間に計測することができる。放電端子を複数とした場合
は、一層の計測精度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の減圧パッケージ装置の一実施例の一
部切欠斜視図

【図２】 等しい放電ギャップ寸法を有する複数の放電
端子の形態図

【図３】 異なる放電ギャップ寸法を有する複数の放電
端子の形態図

【図４】 図１に示す減圧パッケージ装置に封入されて
いる角速度センサの平面図

【図５】 図４のＸ−Ｘ線断面形態図

【図６】 パッシェンの法則に基づく放電開始電圧特性
図

【符号の説明】 １ 支持基体 ２、３ 放電端子 ２ａ、３ａ 配線 ２ｂ、３ｂ 外部引出端子 ４ アンカー部 ４ａ 梁 ４ｂ 振動重り ４ｃ〜４ｆ 可動電極 ５〜８ 固定部 ９ 蓋基板 ９ａ 凹部（密閉凹部、減圧
室） １０ 減圧パッケージ装置 １０ａ 角速度センサ ｇ、ｇ１〜ｇ４ 放電ギャップ寸法 ４５〜４８ コンデンサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被封止物を収納した減圧室に、放電端子
   を設け、この放電端子を配線を介して減圧室の外側の外
   部引出端子に接続した減圧パッケージ装置。
2. 【請求項２】 前記放電端子を複数設け、複数の放電ギ
   ャップが形成されている請求項１に記載の減圧パッケー
   ジ装置。
3. 【請求項３】 前記複数の放電ギャップのギャップ寸法
   がそれぞれ等しく設定されている請求項２に記載の減圧
   パッケージ装置。
4. 【請求項４】 前記複数の放電ギャップのギャップ寸法
   がそれぞれ異なっている請求項２に記載の減圧パッケー
   ジ装置。
5. 【請求項５】 一対の放電端子の先端を対抗して設ける
   と共に、前記放電端子の一方または双方の先端を鋭角ま
   たは尖鋭にした請求項１から請求項４のいずれかに記載
   の減圧パッケージ装置。
6. 【請求項６】 減圧室に被封止物と複数の放電端子を設
   け、該放電端子を配線を介して減圧室の外側に設けた外
   部引出端子に接続し、前記複数の放電端子に外部引出端
   子から可変電圧を印加して、前記放電端子間の放電ギャ
   ップにおける放電開始電圧から減圧室の真空度を測定す
   る減圧パッケージ装置の真空度の測定方法。
7. 【請求項７】 前記複数の放電ギャップにおいて複数の
   放電開始電圧を求め、この複数の放電開始電圧の個別の
   値または平均値から減圧室の圧力を測定する請求項６に
   記載の減圧パッケージ装置の真空度の測定方法。