JP2010040767A - 気密封止パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】封止空間内部の圧力を、所望の圧力範囲に維持制御することができる気密封止パッケージを提供すること。
【解決手段】所定のデバイスを封入可能な中空構造部16を有する気密封止パッケージを次のように構成する。すなわち、前記気密封止パッケージに、前記中空構造部16の近傍に設けられ、前記中空構造部16の内部空間の温度を調節する為のパイプ10と、前記中空構造部16の内壁面を含む領域に設けられ、前記中空構造部16の内部空間に存在する気体分子を捕捉する金属吸着部15と、前記パイプ10と前記金属吸着部15との間を熱伝導可能に接続する金属膜13,14及び固定部材12と、を具備させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＭＥＭＳ等のデバイスを大気圧又は減圧環境下等で気密封止する気密封止パッケージに関する。

従来より、例えばＭＥＭＳや各種センサ等のデバイスを気密封止する技術が知られている。このような技術に関連する技術として、例えば特許文献１には、電子部品収納用パッケージを封止して内部に電子部品が収容される空間を形成するための蓋体であって、板体の表面および内部の少なくとも一方に発熱体が配設されているとともに、前記板体の前記内部空間側となる主面にゲッターが被着形成されて成ることを特徴とする蓋体が開示されている。

この特許文献１に開示されている技術によれば、電子装置を外部電気回路基板から取り外すことなくゲッターを容易に再活性化させることができる電子部品収納用パッケージの蓋体およびそれを用いた電子装置が提供される。

具体的には、特許文献１に開示されている技術によれば、図５Ａ（特許文献１に開示されている電子装置の断面図）及び図５Ｂ（特許文献１に開示されている電子装置の蓋体をゲッターが被着形成された面から見た平面図）に示すように、蓋体３００は電子部品収納用パッケージを封止して内部に電子部品３４０が収容される空間を形成するための蓋体である。さらに、板体３３０の表面および内部の少なくとも一方に発熱体３２０が配設されていると共に、板体３３０の内部空間側となる主面にゲッター３１０が被着形成されている。

なお、図５Ａにおいて符号４００が付されているのは基板であり、符号４１０が付されているのは載置部であり、符号４２０が付されているのは入出力端子であり、符号４３０が付されているのは取り付け部であり、符号４４０が付されているのは枠体である。

ここで、発熱体３２０に電流を流し、当該発熱体３２０を発熱させることによって、容易にゲッター３１０を再活性化する。このように特許文献１に開示されている技術によれば、ガス吸着剤（ゲッター３１０）の活性効果が長期間発揮される為、パッケージ内部の圧力を常に高真空状態に維持することができる。
特開２００７−２３４６３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、ガス吸着剤（ゲッター３１０）が常に気体分子を吸着し続ける為、当該封止構造によって形成された封止空間中に一定量の気体分子が存在する状態（例えば、低真空（例えば１００Ｐａ〜２００Ｐａ）の状態）を維持させることが非常に困難である。つまり、当該封止構造によって形成された封止空間の圧力を調整できない。

本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、封止構造によって形成された封止空間の圧力を、所望の圧力範囲に維持制御することができる気密封止パッケージを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による気密封止パッケージは、
所定のデバイスを封入可能な中空構造部を有する気密封止パッケージであって、
前記中空構造部の近傍に設けられ、前記中空構造部の内部空間の温度を調節する為の温度調節手段と、
前記中空構造部の内壁面を含む領域に設けられ、前記中空構造部の内部空間に存在する気体分子を捕捉する吸着手段と、
前記温度調節手段と前記吸着手段との間を熱伝導可能に接続する伝熱経路手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、封止構造によって形成された封止空間の圧力を、所望の圧力範囲に維持制御することができる気密封止パッケージを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る気密封止パッケージの分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る気密封止パッケージを、図１に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。

図１及び図２に示すように、本第１実施形態に係る気密封止パッケージ８は、蓋体３と、溝部４と、接合膜５と、基板６と、接合部材７と、パイプ１０と、外周溝部１１と、固定部材１２と、金属膜１３，１４と、金属吸着部１５と、を具備する。

前記蓋体３は、光学窓１と、主にＳｉやコバール金属等から成り中空構造に気密封止可能な形状に加工された蓋フレーム２と、を有する。

前記溝部４は、例えばＭＥＭＳ等のデバイスを収容可能な様に、前記基板６における略中央部に形成された溝部である。

前記基板６は、例えばＳｉやセラミック等から成り、当該基板６表面上の蓋フレーム２と対向する位置に接合膜５を有する。

なお、当該気密封止構造が形成される前に（封止前に）、前記基板６における前記溝部４の底面に、デバイス９（例えばＭＥＭＳデバイス）が実装される。

前記接合部材７は、例えばハンダ等であり、例えば窒素やアルゴン等の不活性ガスを気密封止可能に、前記蓋体３と前記基板６とを例えば減圧環境下で全周シールするように貼り合せる。

前記パイプ１０は、封止空間内部を加熱及び冷却する為のパイプである。このパイプ１０は中空構造を採っており、その中には所定の温度に調整したフロリナートや水等の液体（不図示）が、外部装置（不図示）によって循環されている。なお、このパイプ１０は、図２に示すように封止パッケージの中空構造部周囲、基板６側に埋設して設けても良いし、図示はしていないが蓋フレーム２側に設けても良く、また外壁面に当接するよう配設しても勿論良い。中空構造部の周囲にパイプが設けられていることで、冷媒循環時において、中空構造部内から外部又は外部から中空構造部内への気体分子の流入を抑制することができるものである。

前記外周溝部１１は、前記基板６に設けられた溝部であり、前記接合膜５より外側に前記パイプ１０を嵌め合せる為の溝部である。

前記固定部材１２は、例えば熱伝導性の良い導電性接着剤やハンダ等から成り、前記外周溝部１１の内壁と共に前記パイプ１０を固定している。

前記金属膜１３は、前記外周溝部１１の内壁表面に設けられた金属膜である。

前記金属膜１４は、その周囲の部材に比べてより良好な熱伝導性を有する金属膜であり、前記金属膜１３と、前記接合膜５と、当該封止構造によって形成される封止空間（以降、中空構造部１６と称する）の内壁（以降、中空部内壁と称する）とを、熱伝達可能な様に連続的に接続している。なお、この金属膜１４は薄膜であり、図２に示すように積層されて多層構造を形成している。この為、前記金属膜１４による熱伝導効率は非常に高い。

前記金属吸着部１５は、例えば金属から成り、中空構造部１６内の気体分子を吸着（捕捉）する部材であり、前記金属膜１４と接続され、一定間隔でマトリックス上に配置されている。なお、この金属吸着部１５は、多孔質材を含む材料で構成されることが好ましい。

以下、図２を参照して、本第１実施形態に係る気密封止パッケージの作用について説明する。

≪気密封止により形成された中空構造部１６内の圧力が上昇した場合≫
このような状況では、通常、デバイス９の駆動特性が低下し得る。しかしながら、本第１実施形態に係る気密封止パッケージでは次のような作用により、デバイス９の駆動特性の低下が防止される。

まず、前記パイプ１０内を循環する液体の温度を所定の温度まで低下させる。これに伴い、前記パイプ１０内を循環する液体の温度と中空構造部１６内の温度との差が大きくなる。そして、金属吸着部１５、接合部材７、及び蓋フレーム２における内壁（中空構造部１６の内壁）から、金属膜１４、金属膜１３、及び固定部材１２を経由して、パイプ１０内の液体へ、熱が移動する。

このように中空構造部１６の内壁及び接合部材７からパイプ１０内の液体へ移動した熱は、パイプ１０内における循環により当該気密封止パッケージの外部へ放熱される。つまり、中空構造部１６の内壁及び接合部材７が冷却される。

上述したような中空構造部１６における内壁の冷却により、中空構造部１６内の気体分子１７の運動量は低下し、結果として気体分子１７は中空構造部１６の内壁（例えば金属吸着部１５）に吸着される。さらに、接合部材７の冷却により、当該気密封止パッケージ外部から内部へ流入する気体分子も減少する。このように中空構造部１６内の気体分子の内壁面への吸着及び当該気密封止パッケージ外部から内部への気体分子の流入低下により、中空構造部１６内の圧力は減少する。これにより、ＭＥＭＳ等のデバイス９の駆動特性が所望の値に維持される。

≪気密封止により形成された中空構造部１６内の圧力が低下した場合≫
このような状況では、通常、デバイス９の駆動特性が所望の駆動特性から変化してしまう。しかしながら、本第１実施形態に係る気密封止パッケージでは次のような作用により、デバイス９の駆動特性の変化が防止される。

まず、パイプ１０内を循環する液体の温度を所定の温度まで上昇させる。これによって、中空構造部１６の内壁及び接合部材７が加熱される。これに伴い、中空構造部１６における内壁面（例えば金属吸着部１５）からの気体分子の離脱、及び当該気密封止パッケージ外部から内部への気体分子の流入量が上昇する。その結果、中空構造部１６内の圧力は上昇し、デバイス９の駆動特性が所望の値に維持される。

以上説明したように、本第１実施形態によれば、封止空間内部（中空構造部１６）の圧力を、所望の圧力範囲に維持制御することができる気密封止パッケージを提供することができる。

詳細には、上述したように加熱／冷却手段として用いるパイプ１０内に熱伝導率の高い物質である液体を循環させ、更に基板６内部に多数の金属膜１４を設けることで高い熱伝導率を有する伝熱経路を設けている。従って、比較的大きな気密封止パッケージであっても、容易且つ迅速に中空構造部１６の内壁及び接合部材７を加熱／冷却して、中空構造部１６内の圧力を所望の値に保持することができる。つまり、本第１実施形態によれば、低真空状態（例えば１００Ｐａ乃至２００Ｐａ）を維持させ続けることが可能な気密封止パッケージを提供することができる。

更には、本第１実施形態によれば、気密封止後の中空構造部１６内部の圧力を微調整可能であるために、ＭＥＭＳ等のデバイス９の駆動特性を長期間安定化させることを可能とする気密封止パッケージを提供することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係る気密封止パッケージについて、図面を参照して説明する。なお、説明の重複を避ける為、前記第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る気密封止パッケージの分解斜視図である。図４は、本発明の第２実施形態に係る気密封止パッケージを、図３に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

図３及び図４に示すように、気密封止パッケージ２１は、蓋体３と、接合部材７と、溝部１８と、接合膜１９と、基板２０と、ペルチェ素子２２と、金属吸着膜２３と、固定部材２５と、を具備する。

前記蓋体３は、光学窓１と、主にＳｉやコバール金属等から成り中空構造に気密封止可能な形状に加工された蓋フレーム２と、を有する。

前記接合部材７は、例えばハンダ等であり、例えば窒素やＡｒ等の不活性ガスや減圧環境下で、前記蓋体３と前記基板２０とを全周シールするように貼り合せて気密封止を形成する。

前記溝部１８は、デバイス９を内蔵可能なように中央部に形成された溝部である。なお、デバイス９は、例えばＭＥＭＳ等のデバイスである。

前記基板２０は、例えばＳｉやセラミック等から成り、前記溝部１８と、当該基板２０表面上の蓋フレーム２と対向する位置に設けられた接合膜１９と、を有する。

前記ペルチェ素子２２は、矩形形状を採り、蓋フレーム２上に配置されている。このペルチェ素子２２には、当該気密封止パッケージ２１外部から電流を流す為の配線（不図示）が設けられている。なお、このペルチェ素子２２は、図４に示すように封止パッケージの中空構造部周囲、蓋フレーム２側に設けても良いし、第１実施形態のように基板６側に埋設しても勿論良い。

前記金属吸着膜２３は、周囲の部材よりも良好な熱伝導性を有する金属膜であり、基板２０上における中空部内壁表面に設けられている。この金属吸着膜２３は、前記接合膜１９と連続的に接続されている。

前記固定部材２５は、例えば熱伝導性の良い導電性接着剤やハンダ等から成り、ペルチェ素子２２を蓋フレーム２に固定している。

気密封止パッケージ２１は上述したように構成される。なお、前記デバイス９は、当該気密封止構造の形成前（封止前）に、前記基板２０の溝部１８の底面に実装されている。

以下、図４を参照して、本第２実施形態に係る気密封止パッケージの作用について説明する。

≪気密封止により形成された中空構造部２４内の圧力が上昇した場合≫
このような状況では、通常、デバイス９の駆動特性は低下し得る。しかしながら、本第２実施形態に係る気密封止パッケージでは次のような作用により、デバイス９の駆動特性の低下が防止される。

まず、ペルチェ素子２２に電流を流すことによって、ペルチェ素子２２の温度を所定の温度まで低下させる。これにより、ペルチェ素子２２の温度と中空構造部２４内の温度との差が大きくなる。これに伴い、金属吸着膜２３、接合部材７、及び蓋フレーム２の内壁から、固定部材２５を経由して、ペルチェ素子２２内へ、熱が移動する。

このようにしてペルチェ素子２２へ移動した熱は、当該ペルチェ素子２２と接続された放熱部材（不図示）を経由して外部へ放熱される。これにより、中空構造部２４における内壁及び接合部材７が冷却される。

中空構造部２４における内壁の冷却により、中空構造部２４内の気体分子２６の運動量が低下し、中空構造部２４における内壁（例えば金属吸着膜２３）に吸着される。更に、接合部材７の冷却により、当該気密封止パッケージ２１の外部から内部へ流入する気体分子も減少する。中空構造部２４内の気体分子の内壁面（例えば金属吸着膜２３）への吸着及び気密封止パッケージ２１外部からの気体分子の流入量減少により、中空構造部２４内の圧力は減少する。つまり、デバイス９の駆動特性は所望の値に維持される。

≪気密封止により形成された中空構造部２４内の圧力が低下した場合≫
このような状況では、通常、デバイス９の駆動特性が所望の駆動特性から変化してしまう。しかしながら、本第２実施形態に係る気密封止パッケージでは次のような作用により、デバイス９の駆動特性の変化が防止される。

まず、ペルチェ素子２２に上述した冷却時とは反対方向に電流を流す。これによって、ペルチェ素子２２の温度を所定の温度まで上昇させる。これに伴い、中空構造部２４内壁及び接合部材７は加熱される。これにより、中空構造部２４の内壁面（例えば金属吸着膜２３）からの気体分子の離脱、及び当該気密封止パッケージ２１外部から内部への気体分子の流入量が上昇する。つまり、中空構造部２４内の圧力は上昇し、デバイス９の駆動特性は所望の値に維持される。

以上説明したように、本第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する上に、次の様な効果を奏する気密封止パッケージを提供することができる。

すなわち、本第２実施形態に係る気密封止パッケージによれば、加熱／冷却の為にペルチェ素子２２を用いるので、第１実施形態に係る気密封止パッケージにおいて用いたパイプ及び該パイプ中の液体を循環させる装置（不図示）が不要となる。

更には、基板２０内部に伝熱経路を設けないので基板２０のサイズをより小型化することができる。つまり、本第２実施形態によれば、気密封止パッケージ全体を、より小型化することができる。

以上、第１実施形態乃至第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１実施形態に係る気密封止パッケージの分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る気密封止パッケージを、図１に示すＡ−Ａ線で切断した断面図。 本発明の第２実施形態に係る気密封止パッケージの分解斜視図。 本発明の第２実施形態に係る気密封止パッケージを、図３に示すＢ−Ｂ線で切断した断面図。 従来の技術に係る電子装置の断面図。 図５Ａに示す電子装置の蓋体を、ゲッターが被着形成された面から見た平面図。

符号の説明

１…光学窓、 ２…蓋フレーム、 ３…蓋体、 ４…溝部、 ５…接合膜、 ６…基板、 ７…接合部材、 ８…気密封止パッケージ、 ９…デバイス、 １０…パイプ、 １１…外周溝部、 １２…固定部材、 １３， １４…金属膜、 １５…金属吸着部、 １６…中空構造部、 １７…気体分子、 １８…溝部、 １９…接合膜、 ２０…基板、 ２１…気密封止パッケージ、 ２２…ペルチェ素子、 ２３…金属吸着膜、 ２４…中空構造部、 ２５…固定部材、 ２６…気体分子。

Claims (10)

1. 所定のデバイスを封入可能な中空構造部を有する気密封止パッケージであって、
   前記中空構造部の近傍に設けられ、前記中空構造部の内部空間の温度を調節する為の温度調節手段と、
   前記中空構造部の内壁面を含む領域に設けられ、前記中空構造部の内部空間に存在する気体分子を捕捉する吸着手段と、
   前記温度調節手段と前記吸着手段との間を熱伝導可能に接続する伝熱経路手段と、
   を具備することを特徴とする気密封止パッケージ。
2. 前記中空構造部は、基板と蓋体とが接合部材によって貼り合わされて形成され、
   前記蓋体は、前記伝熱経路手段の一部を構成することを特徴とする請求項１記載の気密封止パッケージ。
3. 前記接合部材は、前記伝熱経路手段の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
4. 前記温度調節手段は、当該気密封止パッケージの外壁面又は内部に埋設された管状部材であり、
   前記管状部材内に液体を循環させることによって前記中空構造部の内部温度の調節を行うことを特徴とする請求項１記載の気密封止パッケージ。
5. 前記温度調節手段は、当該気密封止パッケージの外表面上又は内部に埋設した熱電変換素子であることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
6. 前記伝熱経路手段は、金属材料を含む材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
7. 前記伝熱経路手段は、電気的な接続の為の配線を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
8. 前記吸着手段は、金属薄膜から成ることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
9. 前記吸着手段は、多孔質材料を含む材料で構成され、規則的に配設された複数の金属薄膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
10. 前記所定のデバイスは、ＭＥＭＳデバイスであることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。

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