JP2012122747A - 赤外線センサパッケージおよび該赤外線センサパッケージを搭載した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、赤外線検出部を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージおよび該赤外線センサパッケージを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係る赤外線センサパッケージ１０は、赤外線を透過させる透過部材５３が配置された上面部５２および平面状の下面部５１を備えると共に内部空間が真空封止されたハウジング部材５０と、ハウジング部材５０の内部空間内に配置されると共に熱を発生する板状のヒーター部材３０と、ヒーター部材３０の上に固定されると共に透過部材５３を透過した赤外線を検出する赤外線検出素子２０と、小さな熱伝導率およびヒーター部材３０の断面積よりも小さな断面積を有し、下面部５１の上に固定された状態でヒーター部材３０を支持する熱絶縁部材４０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッケージ内に真空封止した赤外線検出素子を用いて赤外線を検出する、赤外線センサパッケージに関する。

近年、赤外線センサを真空封止したパッケージ、または、このパッケージを搭載した電子機器では、小型、高性能化および低コスト化が要求されている。一般的な赤外線センサとして、量子型と熱型の赤外線センサがある。このうち熱型は、相対的な熱量を検出する方式であるため、非冷却方式も可能であり、構造を単純にすることができる。従って、熱型は量子型よりも、追随性に劣るものの、製造コストを安く抑えることができる。

熱型の赤外線センサパッケージは、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１の赤外線センサの断面構造を図１２に示す。図１２において、特許文献１の赤外線パッケージ９００は、基台９１０の上に中空部が形成された基板９２０が配置され、該基板９２０の上に、熱絶縁膜９３０、発熱体９４０および赤外線検出素子９５０が積層されている。そして、該赤外線検出素子９５０の上方にフィルタ窓９６１を備えるキャップ９６０を配置し、該キャップ９６０と基台９１０とで減圧状態に維持した空間を形成することにより、赤外線パッケージ９００を形成している。

減圧状態に維持した空間内に赤外線検出素子９５０を配置することにより、赤外線検出素子９５０から空気を伝わって逃げる熱を低減することができ、赤外線パッケージ９００の感度を高めることができる。

さらに、特許文献１の赤外線センサ９００は、基板９２０の赤外線検出部９５０の下方に中空部を形成することによって発熱体９４０と基台９１０とを熱的に分離し、発熱体９４０と基板９２０との間に熱絶縁膜９３０を配置することによって熱が基板９２０へ流出することを抑制している。

一方、特許文献２には、赤外線センサ素子の温度を一定に保つために用いられる熱電温度安定器として、ペルチェ素子を備える赤外線センサパッケージが開示されている。

特開平６−１３７９４０号 特表平７−５０８３８４号

しかし、特許文献１では、熱絶縁膜９３０として厚さが約０．７μｍの多層構造膜を適用している。この場合、赤外線センサパッケージ９００の厚さを薄くできるものの、熱が基板９２０へ流出することを十分に抑制することが困難である。さらに、基板９２０がシリコン等で形成されているため、シリコンの熱伝導率は金属と同等であり、基板９２０へ流出した熱は容易に基台９１０へ逃げてしまう。従って、赤外線検出部９５０を一定温度に維持するために、発熱体９４０から多くの熱を供給する必要があり、消費電力が大きくなる。

一方、特許文献２の赤外線センサパッケージは、ペルチェ素子によって赤外線センサ素子の温度を安定的に一定に保つことはできるものの、ペルチェ素子は消費電力が大きく、高価である。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、ペルチェ素子を使用しなくても、赤外線検出部を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージおよび該赤外線センサパッケージを備えた電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る赤外線センサパッケージは、赤外線を透過させる透過部材が配置された上面部および平面状の下面部を備え、内部空間が真空封止されたハウジング部材と、ハウジング部材の内部空間内に配置され、熱を発生する板状のヒーター部材と、ヒーター部材の上に固定され、透過部材を透過した赤外線を検出する赤外線検出素子と、小さな熱伝導率およびヒーター部材の断面積よりも小さな断面積を有し、下面部の上に固定された状態でヒーター部材を支持する熱絶縁部材と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る電子機器は、上述の赤外線センサパッケージを搭載した電子機器である。

本発明に係る赤外線センサパッケージおよび該赤外線センサパッケージを備えた電子機器は、小さな熱伝導率およびヒーター部材の断面積よりも小さな断面積を有する熱絶縁部材でヒーター部材を支持する。

小さな熱伝導率を有する熱絶縁部材でヒーター部材を支持する場合、熱がヒーター部材から熱絶縁部材を介してハウジング部材へ流出することを十分抑制することができる。さらに、ヒーター部材の断面積よりも小さな断面積を有する熱絶縁部材でヒーター部材を支持する場合、ヒーター部材とハウジング部材との間に中空部が形成され、ヒーター部材とハウジング部材とを熱的に分離することができる。

従って、赤外線検出部を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージおよび該赤外線センサパッケージを備えた電子機器を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１０の断面図の一例である。 本発明の第２の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００の断面図の一例である。 本発明の第２の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００において、加熱ヒーター１２０と赤外線検出素子１１０との配置関係の一例を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００の各部材の配置状態の一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｂの断面図の一例である。 本発明の第３の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｂの各部材の配置状態の一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｃの断面図の一例である。 本発明の第３の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｃの各部材の配置状態の一例を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係る赤外線センサパッケージ１００Ｄの断面図の一例である。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係る赤外線センサパッケージ１００Ｄの各部材の配置状態の一例を示す平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｅの断面図の一例である。 特許文献１の赤外線センサパッケージ９００の断面図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る赤外線センサパッケージの断面図の一例を図１に示す。図１において、赤外線センサパッケージ１０は、赤外線検出素子２０、ヒーター部材３０、熱絶縁部材４０およびハウジング部材５０を備える。

赤外線検出素子２０は、ヒーター部材３０の上面に固定され、赤外線を検出する。ヒーター部材３０は、赤外線検出素子２０を安定的に保持できる板状の部材であり、発熱して該赤外線検出素子２０を一定の温度に保持する。なお、ヒーター部材３０として、市販されている一般的な平板状のヒーターを適用することができる。

熱絶縁部材４０は、小さな熱伝導率を有し、ヒーター部材３０の断面積よりも小さな断面積を有する部材である。本実施形態では、熱絶縁部材４０としてガラス部材を適用した。また、該熱絶縁部材４０でヒーター部材３０を支持するため、熱絶縁部材４０はある程度の厚さを有するように形成される。

熱絶縁部材４０は、小さな熱伝導率を有する部材を用いてある程度の厚さを有するように形成されていることから、熱がヒーター部材３０からハウジング部材５０へ流出することを十分に抑制することができる。さらに、熱絶縁部材４０がヒーター部材３０の断面積よりも小さな断面積を有することから、ヒーター部材３０とハウジング部材５０との間に空域が形成され、ヒーター部材３０とハウジング部材５０とを熱的に分離することができる。従って、ヒーター部材３０は、効率よく赤外線検出素子２０を加熱することができる。

ハウジング部材５０は内部が真空状態に保たれた容器であり、下面部５１に赤外線検出素子２０、ヒーター部材３０および熱絶縁部材４０が配置される。赤外線検出素子２０が真空封止されることにより、熱が空気を伝わって逃げることを低減することができ、赤外線パッケージ１０の感度を高くすることができる。また、ハウジング部材５０の上面部５２の赤外線検出素子２０と対向する位置には、赤外線を透過させる透過部材５３が配置されている。赤外線検出素子２０は、該透過部材５３を透過してきた赤外線を検出する。

以上のように、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１０は、小さな熱伝導率を有し、ヒーター部材３０の断面積よりも小さな断面積を有する熱絶縁部材４０でヒーター部材３０を支持する。この場合、熱がヒーター部材３０からハウジング部材５０へ流出することを十分抑制することができると共に、ヒーター部材３０とハウジング部材５０とを熱的に分離することができ、ヒーター部材３０が効率よく赤外線検出素子２０を加熱することができる。

従って、赤外線検出素子を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージを提供することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る赤外線センサパッケージの断面図の一例を図２に示す。図２において、赤外線センサパッケージ１００は、赤外線検出素子１１０と、加熱ヒーター１２０と、熱絶縁部材１３０と、赤外線検出素子１１０を協働して囲うベース１４０およびハウジング１５０と、ワイヤー線１６０とを備える。図２に示すように、赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０とは接着剤１８１で、加熱ヒーター１２０と熱絶縁部材１３０とは接着剤１８２で、熱絶縁部材１３０とベース１４０は接着剤１８３で、互いに接着固定されている。

赤外線検出素子１１０は、ベース１４０およびハウジング１５０で形成された空間内に真空封止され、赤外線を検出する。赤外線検出素子１１０が真空封止されることにより、熱が空気を伝わって逃げることを低減することができ、赤外線パッケージ１００の感度を高めることができる。また、赤外線検出素子１１０は、赤外線を検出するセンサ部１１１を備え、該センサ部１１１が後述するハウジング１５０の赤外線透過フィルタ１５１と対向するようにして、加熱ヒーター１２０上に接着固定されている。赤外線検出素子１１０のセンサ部１１１には図示しない端子が配置され、該端子は導電体から成るワイヤー線１６０を介してベース１４０と電気的に接続される。ここで、ワイヤー線１６０の材料は、電気伝導率の大きなＡｌ、Ａｌ合金、Ａｕ等を用いることが好ましい。なお、ベース１４０と赤外線検出素子１１０の端子とを、ＴＡＢ（Tape Automatic Bonding）技術を用いて電気的に接続することもできる。

加熱ヒーター１２０は、発熱体を絶縁層の内部に配置したものであり、市販されている一般的な平板状のヒーターを適用することができる。加熱ヒーター１２０および赤外線検出素子１１０の詳細断面図の一例を図３に示す。図３において、赤外線検出素子１１０は、センサ部１１１と反対側の面が接着剤１８１によって加熱ヒーター１２０の上に接着固定されている。加熱ヒーター１２０は、発熱体１２１が絶縁層１２２の内部に配置され、赤外線検出素子１１０側の面にはメッキ法やスパッタ法などによって薄膜導体１２３が形成されている。発熱体１２１を絶縁層１２２の内部に配置する場合、赤外線検出素子１１０と発熱体１２１との距離を確保することができる。この場合、発熱時に発熱体１２１から発生する電気ノイズの影響を赤外線検出素子１１０が受けることを低減することができ、赤外線検出感度を高くすることができる。また、加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０が配置される側の面に薄膜導体１２３を形成することにより、加熱ヒーター１２０で発生させた熱を均一に赤外線検出素子１１０に伝熱することができ、赤外線検出素子１１０の面内温度分布を均一にすることができる。

図２の説明に戻る。本実施形態において、熱絶縁部材１３０として、加熱ヒーター１２０の断面積よりも小さい断面積を有する柱状のガラス部材を適用する。柱状のガラス部材を適用することにより、熱が加熱ヒーター１２０からベース１４０へ流出することを抑制することができる。図４に、熱絶縁部材１３０と加熱ヒーター１２０と赤外線検出素子１１０との配置関係の一例を示す。図４において、熱絶縁部材１３０の断面積が加熱ヒーター１２０のそれよりも小さいことから、加熱ヒーター１２０とベース１４０との間に空隙が形成され、該空隙によって加熱ヒーター１２０とベース１４０とを熱的に分離することができる。この場合、加熱ヒーター１２０は、赤外線検出素子１１０を効率よく加熱することができる。

さらに、図４において、熱絶縁部材１３０は、中心が加熱ヒーター１２０および赤外線検出素子１１０の中心と一致するように配置されていることが好ましい。熱絶縁部材１３０、赤外線検出素子１１０および加熱ヒーター１２０の中心が一致する場合、赤外線検出素子１１０の外部端子をベース１４０上の外部端子と接続する工程、すなわち、ワイヤーボンディング工程において、加熱ヒーター１２０の片側のみに負荷がかかって加熱ヒーター１２０が撓むことを抑制することができる。

なお、熱絶縁部材１３０は断面積が小さい方が熱絶縁効果を高くすることができるが、小さすぎるとワイヤーボンディング工程において加熱ヒーター１２０が撓んだり、振動、衝撃に対する機械的強度が低下したりする。従って、熱絶縁部材１３０の断面積は、振動や衝撃等の信頼性試験の結果によって決定することが望ましい。

ここで、熱絶縁部材１３０の材料としては、Ｎａ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を主な成分としたホウケイ酸ガラス、Ｎａ_２Ｏ、ＣａＯ、ＳｉＯ_２を主な成分としたソーダ石灰ガラス、ＳｉＯ２から成る石英ガラスなどを適用することができる。これらの材料の熱伝導率は１〔Ｗ／ｍＫ〕程度であり、シリコンや金属の熱伝導率と比較すると２ケタ小さい。なお、ホウケイ酸ガラスは、熱膨張係数が小さく、安価であり、温度サイクル試験や熱衝撃試験に対する耐久性が高いことから、最も好ましい。

また、図２において、赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０とを接着する接着剤１８１は、加熱ヒーター１２０で発生させた熱を効率良く赤外線検出素子１１０に伝え、赤外線検出素子１１０の温度を一定に保つため、熱伝導率が大きい導電性の接着剤を適用することが望ましい。一方、熱絶縁部材１３０と加熱ヒーター１２０およびベース１４０とを接着する接着剤１８２、１８３は、加熱ヒーター１２０で発生させた熱がベース１４０に伝わることを低減するため、熱伝導率が小さい絶縁性の接着剤を適用することが望ましい。

ベース１４０およびハウジング１５０は、真空中で互いに接合されることにより、真空状態に保たれた空間を形成している。例えば、事前に赤外線検出素子１１０等を接着固定したベース１４０とハウジング１５０とを真空チャンバー内に配置し、真空チャンバーを真空引きした後（到達真空度を約１Ｐａ、好ましくは約１０^−４Ｐａとする。）、ベース１４０およびハウジング１５０を接合することにより、真空状態に形成される。

ベース１４０とハウジング１５０との接合は、例えば、ベース１４０とハウジング１５０の接合部にあらかじめロウ材（Ｓｎ、Ｐｂ、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＩｎ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＺｎＢｉ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＩｎＡｇ）を形成しておき、該ロウ材を加熱溶融させることによって溶着させることができる。なお、表面活性化接合、熱圧着法、超音波接合法、陽極接合などの接合手段を適用することもできる。

ベース１４０は、ガラスセラミックス、アルミナなどのセラミックス材料、または、Ｓｉを基材に用いた配線基板等を適用することができる。これらの基材は線膨張率が小さく（約３〜４ｐｐｍ）、赤外線検出素子１１０の線膨張率との差が小さいため、赤外線センサパッケージ１００の長期信頼性を高くすることができる。さらに、これらの基材は樹脂材料と比較してアウトガスが少ないため、パッケージの真空度の悪化を防ぐことができる。

ハウジング１５０は、赤外線検出素子１１０と対向する位置に貫通穴が形成され、該貫通穴に赤外線透過フィルタ１５１が嵌め込まれている。ハウジング１５０の材料としては、コバールや４２アロイ合金などの、少なくともＮｉを含む合金材料が適用されるのが好ましい。これらの合金材料は線膨張率が小さい（約３〜４ｐｐｍ）ため、長期信頼性の高い赤外線センサパッケージ１００を実現することができる。さらに、これらの合金材料は磁性体であるため、磁気シールド効果を有す。従って、外部にある他の電子デバイスからの電磁干渉が抑制され、安定した動作を実現できる。

赤外線透過フィルタ１５１の材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などのほか、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＫＢｒ、ＣｓＩ、ＣａＦ_２、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２等のアルカリハライド系材料やアルカリ土類ハライド系材料、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｓｂなどを主成分とするカルコゲナイト系ガラスなどの材料を適用することができる。

なお、図示しない赤外線センサパッケージ１００の外部端子は、赤外線センサパッケージ１００の側面（ベース１４０とは垂直方向の面）、赤外線透過フィルタ１５１が搭載されている側の面、あるいは、赤外線透過フィルタ１５１とは表裏反対面側等に形成される。

以上のように、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００は、小さな熱伝導率を有し、加熱ヒーター１２０の断面積よりも小さな断面積を有する熱絶縁部材１３０で加熱ヒーター１２０を支持する。この場合、熱が加熱ヒーター１２０からベース１４０へ流出することを十分に抑制することができると共に、加熱ヒーター１２０とベース１４０とを熱的に分離することができ、加熱ヒーター１２０が効率よく赤外線検出素子１１０を加熱することができる。従って、赤外線検出素子１１０を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージを提供することができる。

また、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００は、ベース１４０上に熱絶縁部材１３０を介して平板状の加熱ヒーター１２０を接着固定し、さらに、該加熱ヒーター１２０の上に赤外線検出素子１１０を接着固定した。この場合、別途、赤外線検出素子１１０を支持するための基板を備える必要がなく、部材点数および組み立て工程数を削減でき、製造コストを低くすることができる。また、赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０とは別々の部材で構成されているため、赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０との距離を確保することができると共に赤外線検出素子１１０のグランドと加熱ヒーター１２０のグランドとを別々に設けることができる。従って、赤外線検出素子１１０が加熱ヒーター１２０で発生する電気ノイズの影響を受けることを低減することができ、より高い赤外線検出感度を実現できる。

さらに、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００において、加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０が配置される側の面には薄膜導体１２３を形成した。該薄膜導体１２３により、加熱ヒーター１２０で発生させた熱をより均一に赤外線検出素子１１０に伝熱することができ、感度ばらつきのより小さい高性能な赤外線センサパッケージ１００を提供することができる。

また、赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０とを熱伝導率が大きい導電性の接着剤１８１を用いて接着したので、加熱ヒーター１２０で発生した熱をより効率よく赤外線検出素子１１０に伝えることができ、環境温度が変わっても赤外線検出素子１１０の温度をより早く一定に制御することができる。一方、熱絶縁部材１３０と加熱ヒーター１２０およびベース１４０とは熱伝導率が小さい絶縁性の接着剤１８２、１８３を用いて接着したので、加熱ヒーター１２０で発生させた熱がベース１４０側へ伝わりにくく、より効率よく赤外線検出素子１１０を加熱することができる。従って、より消費電力の小さい赤外線センサパッケージ１００を提供することができる。

なお、本実施形態および図２および図４では、熱絶縁部材１３０の断面積が赤外線検出素子１１０の断面積よりも小さい例を示したが、熱絶縁部材１３０の断面積を加熱ヒーター１２０の断面積より小さく、赤外線検出素子１１０の断面積より大きくすることもできる。この場合、ワイヤーボンディング工程において発生する力を加熱ヒーター１２０と熱絶縁部材１３０との両方で受けることができる。従って、ワイヤーボンディング工程において加熱ヒーター１２０が変形することが抑制され、組み立て歩留まりが高くなる。

また、上述の実施形態では、ベース１４０とハウジング１５０とを真空中で接合したが、これに限定されない。例えば、各部材が搭載されたベース１４０とハウジング１５０とを大気中で接合した後、該接合体と赤外線透過フィルタ１５１とを真空中で接合することもできる。ベース１４０とハウジング１５０とを大気中で接合する場合、リフロー炉やホットプレートを用いて、窒素雰囲気中でロウ材を加熱、溶融させて接合することができる。窒素雰囲気中で接合すれば、ロウ材の濡れ性も良好になり、且つ、ロウ材の酸化も抑制でき、信頼性の高い接合を実現できる。

さらに、ベース１４０とハウジング１５０とはレーザー溶接により接合することもできる。レーザー溶接は、ロウ材の周囲を局所的に短時間で加熱して溶融接合することから、赤外線検出素子１１０への熱的ダメージが少ない。ロウ材としてＳｎＡｇ半田（融点が約２２０℃）を用いる場合は、一般的にリフロー炉やホットプレートのピーク温度を約２６０℃まで上げる必要があり、熱履歴によって特性が劣化したり、長期信頼性が低下したりすることが考えられる。

また、赤外線センサパッケージ１００内に、Ｚｒ系、Ｔｉ系材料や、それらを含む合金などからな成るゲッター材料を配置しても良い。ゲッター材料をパッケージの真空封止直前または直後等に活性化させることにより、ゲッター材料にパッケージ内部のアウトガスを吸着させることができる。従って、ゲッター材料を用いることにより、パッケージを高真空に封止することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る赤外線センサパッケージについて説明する。本実施形態に係る赤外線センサパッケージの断面図の一例を図５に示す。図５に示した本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｂは、図２に示した第２の実施形態の赤外線センサパッケージ１００の熱絶縁部材１３０の代わりに、４つの熱絶縁部材１３０Ｂを加熱ヒーター１２０の四隅に配置する。なお、本実施形態でも、４つの熱絶縁部材１３０Ｂとして柱状のガラス部材を適用する。本実施形態に係る熱絶縁部材１３０Ｂと赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０との配置関係の一例を図６に示す。

図６において、４つの熱絶縁部材１３０Ｂはそれぞれ赤外線検出素子１１０の配置領域外の、加熱ヒーター１２０の四隅に配置されている。また、４つの熱絶縁部材１３０Ｂの総断面積は、加熱ヒーター１２０の断面積よりも小さい。

熱絶縁部材１３０Ｂを加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０の配置領域外に配置する場合、熱絶縁部材１３０Ｂが赤外線検出素子１１０の下方に配置されている場合と比較して、加熱ヒーター１２０からの熱を効率よく赤外線検出素子１１０へ伝達することができる。また、４つの熱絶縁部材１３０Ｂを加熱ヒーター１２０の四隅に配置する場合、加熱ヒーター１２０の中心部では熱がこもりやすい構造になり、赤外線検出素子１１０をより安定的に一定温度に維持することができる。

さらに、４つの熱絶縁部材１３０Ｂで加熱ヒーター１２０を支持する場合、加熱ヒーター１２０をベース１４０と平行状態に安定して支持することができ、赤外線検出素子１１０と赤外線透過フィルタ１５１とが平行状態に支持される。この場合、赤外線透過フィルタ１５１を介して赤外線センサパッケージ１００Ｂの内部に入る赤外線を赤外線検出素子１１０で効率よく受光することができ、さらに、ワイヤーボンディング工程において加熱ヒーター１２０が撓むことを抑制することができ、ワイヤーボンディング工程の歩留まりを高くすることができる。従って、感度が高く製造コストが低い赤外線センサパッケージ１００Ｂを提供することができる。

以上のように、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｂは、総断面積が加熱ヒーター１２０のそれよりも小さい４つの熱絶縁部材１３０Ｂを、加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０の配置領域外の四隅に配置した。その他の構造は第２の実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００と同様であり、従って、赤外線検出素子１１０を安定的に一定温度に維持することができる省力型の赤外線センサパッケージである。

４つの熱絶縁部材１３０Ｂを加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０の配置領域外の四隅に配置する場合、１つの熱絶縁部材しか配置しない場合と比較して、材料コストは若干高くなるものの、上述のように、ワイヤーボンディング工程の歩留まりを高くすることができる。さらに、赤外線検出素子１１０をより安定的に一定温度に維持することができ、より感度が高い赤外線センサパッケージ１００Ｂとなる。

なお、熱絶縁部材１３０Ｂは、加熱ヒーター１２０を安定的に支持した状態でベース１４０と熱的に分離することができれば良い。熱絶縁部材１３０Ｂは、加熱ヒーター１２０の赤外線検出素子１１０の配置領域外において、加熱ヒーター１２０を少なくとも３点で支持できればよく、好ましくは、互いに離れた同一直線上にない３点以上で支持できればよい。従って、４つの熱絶縁部材１３０Ｂの代わりに、枠状、格子状または板状に形成された１つの熱絶縁部材や、長尺の２つの熱絶縁部材や、３つまたは５つ以上の熱絶縁部材等を適用することもできる。

５つの熱絶縁部材１３０Ｃａ〜ｅを配置した場合の赤外線センサパッケージ１００Ｃの断面図の一例を図７に、熱絶縁部材１３０Ｃａ〜ｅの配置状態の一例を図８に示す。図７および図８において、熱絶縁部材１３０Ｃａが加熱ヒーター１２０の中心部（赤外線検出素子１１０の配置領域内）に、４つの熱絶縁部材１３０Ｃｂ〜ｅが加熱ヒーター１２０の四隅（赤外線検出素子１１０の配置領域外）に配置されている。熱絶縁部材を四隅だけに配置した場合、加熱ヒーター１２０で発生した熱が加熱ヒーター１２０の外周部からベース１４０へ逃げるため、加熱ヒーター１２０の外周部の温度が中央部の温度よりも低くなり、加熱ヒーター１２０の温度分布が悪くなる。一方、加熱ヒーター１２０の中心部にも熱絶縁部材１３０Ｃａを配置する場合、加熱ヒーター１２０の外周部と中心部の温度差を小さくできる。

すなわち、熱絶縁部材を赤外線検出素子１１０の配置領域内と配置領域外の両方に配置することにより、赤外線検出素子１１０の面内温度分布が一様になる。赤外線検出素子１１０の面内温度分布が一様になることにより、感度のばらつきが小さい高性能な赤外線センサパッケージ１００Ｃを提供することができる。

（第３の実施形態の変形例）
第３の実施形態の変形例について説明する。本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｄの断面図の一例を図９に、熱絶縁部材１３０Ｄと赤外線検出素子１１０と加熱ヒーター１２０との配置関係の一例を図１０に示す。図９および図１０から分かるように、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｄが、図５および図６に示した第３の実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｂと異なる点は、４つの熱絶縁部材１３０Ｄを、赤外線検出素子１１０の配置領域外の加熱ヒーター１２０の四隅近傍（四隅よりも加熱ヒーター１２０の内側）に配置したことである。この場合、熱絶縁部材１３０Ｄと加熱ヒーター１２０との接触面積を、熱絶縁部材１３０の実装精度と関係なく常に一定に保つことができ、製造ばらつきを小さくすることができる。例えば、熱絶縁部材１３０Ｄを加熱ヒーター１２０の外側にはみ出して固定した場合、接触面積が設計値よりも小さくなり、加熱ヒーター１２０とベース１４０との間の熱コンダクタンスが変化し、完成した赤外線センサパッケージ１００Ｄの消費電力がばらつく。

従って、本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｄを用いることにより、赤外線検出素子１１０を安定的に一定温度に維持することができる省力型のパッケージであって、製造ばらつきが小さい赤外線センサパッケージ１００Ｄを提供することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｅの断面図の一例を図１１に示す。図１１に示すように、本実施形態ではハウジング１５０Ｅの内部に赤外線検出素子１１０等を配置し、上方の開口部に赤外線透過フィルタ１５１Ｅが配置されている。

ハウジング１５０Ｅの内部には赤外線検出素子１１０の高さに近い高さの段部１５２Ｅが形成され、該段部１５２Ｅに赤外線検出素子１１０の端子に接続されたワイヤー線１６０Ｅが接続される。赤外線検出素子１１０の高さに近い高さの段部１５２Ｅにワイヤー線１６０Ｅを接続する場合、ワイヤー線１６０Ｅから赤外線検出素子１１０に付加される応力を低減することができ、ワイヤーボンディング工程の歩留まりが高くなると共に、赤外線センサパッケージ１００Ｅの長期信頼性を高めることができる。

本実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００Ｅは、赤外線検出素子１１０等を配置したハウジング１５０Ｅと、赤外線透過フィルタ１５１Ｅとを真空チャンバー内に配置し、真空チャンバーを真空引きした後、ハウジング１５０Ｅと赤外線透過フィルタ１５１Ｅを接合し、内部を真空状態にする。ベースとハウジングを接合させる工程が不要であるため、組み立て工程数を削減でき、製造コストを低くすることができると共に、接合工程が少ないことから、接合時の熱ストレスを低減でき、長期信頼性を高めることができる。

また、ハウジング１５０Ｅは同一材料で連続形成されるため、熱膨張係数が同じになり、ベースとハウジングとを接合する場合と比較して、熱応力によってハウジング１５０Ｅの底部と側面部との境界で亀裂等が生じるリスクを少なくすることができる。

なお、本実施形態に係るハウジング１５０Ｅは、上述の第１〜第３の実施形態に係る赤外線センサパッケージ１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄに適用することもできる。

また、上述の赤外線センサパッケージ１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅを、駆動回路と電気的に接続したモジュールや、電子機器等に組み込むこともできる。上述の赤外線センサパッケージ１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅを備えることにより、電源を入れればすぐに赤外線検出を開始することができ、システム設計側で特別な駆動回路を設計しなくても電子システムを容易に設計することができる。従って、サーモカメラ、夜間の監視カメラなど、赤外線センサパッケージを用いた電子機器のシステム設計コストを安くすることができ、より高性能で安価な電子機器を提供することができる。

以上、実施の形態を複数述べたが、本発明はその要旨を超えない限り、上記の実施の形態に限定されるものではない。

（付記１）少なくとも赤外線検出素子、加熱ヒーター、前記赤外線検出素子と電気的に接続されたベース基部材、前記赤外線検出素子を囲うハウジング、前記ハウジングの一部に設けられた貫通穴を塞ぐ赤外線透過窓、および少なくとも１つ以上のガラス部材とを備え、前記赤外線検出素子は、前記ベース基部材と前記ハウジングによって囲まれた空間内に真空封止されており、前記赤外線検出素子は、そのセンサ部表面が露出されるように前記加熱ヒーター上に接着され、前記赤外線検出素子は、前記ベース基部材と電気的に接続され、前記ガラス部材は前記加熱ヒーターと前記ベース基部材との間に接着固定され、前記ガラス部材によって前記加熱ヒーターと前記ベース基部材との間に空隙が形成されていることを特徴とする赤外線センサパッケージ。

（付記２）前記ベース基部材と前記ハウジングが一体化されていることを特徴とする付記１に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記３）前記ガラス部材は１つであり、且つ前記加熱ヒーターよりも面積が小さく、前記加熱ヒーターの中心部に接着されていることを特徴とする付記１または２に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記４）前記ガラス部材の中心が、赤外線検出素子の中心と上下方向でほぼ一致する位置関係にあることを特徴とする付記３に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記５）前記ガラス部材の面積が、前記赤外線センサ素子の面積よりも大きいことを特徴とする付記４に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記６）前記ガラス部材は少なくとも４つ以上あり、前記ガラス部材の厚さは全てほぼ同じであり、且つガラス部材の総面積は前記加熱ヒーターの面積よりも小さいことを特徴とする付記１または２に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記７）前記４つ以上のガラス部材のうち、４つのガラス部材はそれぞれ前記加熱ヒーターの４隅近傍に配置されていることを特徴とする付記６に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記８）前記ガラス部材は５つ以上あり、そのうちの少なくとも１つが前記加熱ヒーターの中心部近傍に配置されていることを特徴とする付記７に記載の赤外線センサパッケージ。

（付記９）前記赤外線検出素子は、前記加熱ヒーター上に導電性材料を用いて接着されていることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の赤外線センサパッケージ。

（付記１０）前記ガラス部材は、前記加熱ヒーター、及び前記ベース基部材と絶縁性材料を用いて接着されていることを特徴とする付記１から９のいずれかに記載の赤外線センサパッケージ。

（付記１１）前記加熱ヒーターの表面で前記赤外線検出素子と接着する面の少なくとも一部には導体パターンが形成されていることを特徴とする付記１から１０のいずれかに記載の赤外線センサパッケージ。

（付記１２）付記１から１１のいずれかに記載の赤外線センサパッケージを駆動回路と電気的に接続したモジュール。

（付記１３）付記１から１２のいずれかに記載の赤外線センサパッケージまたはモジュールを搭載した電子機器。

１０ 赤外線センサパッケージ
２０ 赤外線検出素子
３０ ヒーター部材
４０ 熱絶縁部材
５０ ハウジング部材
１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ 赤外線センサパッケージ
１１０ 赤外線検出素子
１１１ センサ部
１２０ 加熱ヒーター
１３０、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ 熱絶縁部材
１４０ ベース
１５０、１５０Ｅ ハウジング
１５１、１５１Ｅ 赤外線透過フィルタ
１５２Ｅ 段部
１６０、１６０Ｅ ワイヤー線

Claims (10)

1. 赤外線を透過させる透過部材が配置された上面部および平面状の下面部を備え、内部空間が真空封止されたハウジング部材と、
   前記ハウジング部材の内部空間内に配置され、熱を発生する板状のヒーター部材と、
   前記ヒーター部材の上に固定され、前記透過部材を透過した赤外線を検出する赤外線検出素子と、
   小さな熱伝導率および前記ヒーター部材の断面積よりも小さな断面積を有し、前記下面部の上に固定された状態で前記ヒーター部材を支持する熱絶縁部材と、
   を備える、赤外線センサパッケージ。
2. 前記下面部は前記ハウジング部材とは別体に形成される、請求項１記載の赤外線センサパッケージ。
3. 前記赤外線検出素子は導電性接着剤によって前記ヒーター部材の上に接着固定され、前記熱絶縁部材は絶縁性接着剤によって前記下面部および前記ヒーター部材と接着固定される、請求項１または２記載の赤外線センサパッケージ。
4. 前記赤外線検出素子と前記ハウジング部材とを電気的に接続するワイヤー線を更に備え、
   前記ハウジング部材の下面部には前記ワイヤー線を接続するための段部が形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
5. 前記ヒーター部材の前記赤外線検出素子が固定される面には薄膜導体が形成されている、請求項１乃至４のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
6. 前記熱絶縁部材の中心と、前記赤外線検出素子の中心と、前記ヒーター部材の中心とは一致する、請求項１乃至５のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
7. 前記熱絶縁部材は、前記下面部上の前記赤外線検出素子の配置領域外に固定されると共に、前記ヒーター部材を安定的に支持する、請求項１乃至５のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
8. 前記熱絶縁部材は、前記下面部上の前記赤外線検出素子の配置領域内に固定された第１の熱絶縁部材と、前記下面部上の前記赤外線検出素子の配置領域外に固定された第２の熱絶縁部材と、を含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
9. 前記熱絶縁部材はガラス部材である、請求項１乃至８のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項記載の赤外線センサパッケージを搭載した電子機器。

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