JP2013149975A - 封入パッケージを貫通する封止電気的フィードスルーを形成する方法及び少なくとも１つのこの電気的フィードスルーが設けられた封入パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】封入パッケージを貫通する封止電気的フィードスルーを形成する方法及び少なくとも１つのこの電気的フィードスルーが設けられた封入パッケージである。
【解決手段】−パッケージの壁の１つ、有利には前記パッケージの底部に貫通開口を形成する段階；及び−前記開口上に、そこを通る電気的接続部を有する同時焼成セラミックからなる平板をはんだ付けする段階を含む、特に電子的、光学的または光電子的素子のための封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを形成する方法である。
【選択図】図５
【解決手段】−パッケージの壁の１つ、有利には前記パッケージの底部に貫通開口を形成する段階；及び−前記開口上に、そこを通る電気的接続部を有する同時焼成セラミックからなる平板をはんだ付けする段階を含む、特に電子的、光学的または光電子的素子のための封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを形成する方法である。
【選択図】図５
Description
本開示は、密封された封入パッケージの分野に属し、より具体的には検出器、特に電磁放射、より具体的には冷却された赤外線放射の検出器のパッケージの分野に属する。
低温における赤外線検出、つまり量子現象を利用する分野では、検出器は非常に低温、典型的には５０から２００Ｋの範囲に冷却されなければならない。
この目的のために、そのような検出器は従来、クライオスタットとも呼ばれる低温保持容器と関連付けられ、検出器の使用温度に従って、液体ヘリウムまたは液体空気または液体窒素のいずれかが供給されたコールドフィンガーを介して、又はさらに冷凍機によって冷却されることが可能である。
さらに、冷凍機それ自体が、一般的には密封されたパッケージ内で真空下に封入される。
この種の検出器が直面する様々な困難性の１つが、電気的コネクタの必要性に起因する問題であり、つまり、検出器によって発生した電気的信号を、それを処理できるように、検出器を格納する封止されたパッケージの外部に取り出すことに起因する問題である。
特に、最も頻繁には、このようなコネクタ部は、内部の真空を保つために、その気密性に影響を及ぼすことなく、パッケージを通して取り出す必要がある。
実際に、そしてこれまで、このコネクタの横断を確保するために、様々な技術が実施されている。
第１のそして最大の、このような技術は、同時焼成セラミック技術を含む。この技術は、２つの方法で実施されてもよく、それぞれ図１及び２に示され、ともに素子封入パッケージの簡略化した断面図を示している。
第１の実施形態において、パッケージは、その小さな熱膨張係数のために、ＦｅＣｏＮｉ合金、典型的にはコバール（登録商標）からなるベース１によって画定される。ベース１はさらに、コバール（登録商標）からなる周辺枠部３と共に、ＨＴＣＣ同時焼成セラミック（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ、高温同時焼成セラミックの略称）からなる周辺枠部４を有する。ベース１、周辺枠部４及び周辺枠部３は共にはんだ付けされる。次いで、このようにして形成された組立体は、パッケージを閉じるための、その上にレーザー溶着によって設けられたキャップまたは枠部２を有する。
このようにして画定されたパッケージ内には、閉じられる前に素子５がベース１上に接合または低温はんだによって取り付けられる。
参照番号６は、素子５から延び、同時焼成セラミックからなる下部枠部４の階層に到達し、金のビアまたは配線によってパッケージ外部へ信号を通すためのフィードスルーを提供する、ワイヤー電気的接続部を表すために用いられる。
図２に示された第２の実施形態において、コバール（登録商標）からなるベース１は、同時焼成セラミックからなるベース７で置き換えらえる。パッケージの残りの部分は、前述の実施形態とほぼ同一のままであり、このベースはこの場合は素子から延びる電気的接続のための封止された電気的フィードスルーを提供するために用いられる。
両方の実施形態において、同時焼成セラミックは、ベースの階層または下部周辺枠部の階層に配置され、一度に機械的機能、パッケージのキャップまたはパッケージの底部確保の機能及び電気的機能、つまり素子から延びる接続部の伝達の全ての機能を有する。どちらの技術も現在よく制御され、特に、単純さ及び効率、所望の気密性を提供するコバール（登録商標）枠部の機械的はんだ付けの点で多くの利点を有するにもかかわらず、パッケージの大きさが制限され、そのため封入できる素子の大きさが制限されるという大きな欠点を有する。
特に、低い熱膨張係数で知られる合金であるコバール（登録商標）の使用にもかかわらず、セラミックとこの材料との膨脹差の問題が依然として存在し、これは、気密パッケージとして６０ミリメートル×６０ミリメートルの大きさを超えるとすぐに禁止となる。特に、典型的には８００℃近くの温度で部品をはんだ付けする場合に、コバール（登録商標）とセラミックとの間の膨脹差が大きくなりすぎる。
その他の技術もまた用いられている。これには同時焼成セラミック挿入部を用いることが含まれ、これはここで再び封止電気的フィードスルーとして用いられる。この技術の２つの実施形態が、図３及び４に関連して示されている。
図３において、セラミック挿入部１８が、上部キャップ１２と共にパッケージを画定するベース１０の横方向の壁の１つの階層に配置されている。挿入部は、この横方向の壁にはんだ付けされている。
図４において、挿入部１９は、パッケージのベース１０の底部の階層にはんだ付けされている。
この第２の技術の実施形態はどれも、大きさの制限はない。しかしながら、この技術は、挿入部とベースとの間の接続が比較的弱いという欠点を有する。特に、挿入部の端部の１つに不注意に押し付けられると、このことによって、横方向の壁の露出している領域に対して挿入部を傾け、このことによって、最終的なパッケージの気密性が変化する危険性がある。さらに、セラミック挿入部の表面及び側面にメタライゼーション及びはんだ付けがなされる必要があるため、実施はより複雑になる。
本発明は、これらの様々な欠点を解決することを目的とする。
初めに、特に、電子的、光学的または光電子的素子のための封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを製造する方法を目的とする。
この方法は、
−有利には、パッケージの壁の１つ、有利には前記パッケージの底部に貫通開口を形成する段階；及び
−前記開口上に、そこを通る、素子から前記パッケージの外部への電気的接続部を有する同時焼成セラミックからなる平板をはんだ付けする段階を含む。
−有利には、パッケージの壁の１つ、有利には前記パッケージの底部に貫通開口を形成する段階；及び
−前記開口上に、そこを通る、素子から前記パッケージの外部への電気的接続部を有する同時焼成セラミックからなる平板をはんだ付けする段階を含む。
このように実施される方法によれば、セラミック平板はもはやどのような機械的機能を確保することもなく、その機能は、真空を確保するためにパッケージを閉じることに加えて単に電気的フィードスルーの通過のみに割り当てられる。
さらに、側面に面をはんだ付けするのではなく、セラミック平板の対面的はんだ付けにより、導入する技術が容易になり、さらに、パッケージの気密性が最適化される。特に、セラミック平板が、その周辺部において、ベースの底部に形成された貫通開口の周辺部に対応する距離に渡ってはんだ付けされる。典型的には、はんだ付けは、セラミック平板の外周上に最大で２ミリメートルの距離にわたって行われる。
本発明はまた、素子、特に電子的、光学的または光電子的素子を封入するためのパッケージを目的とする。
本発明によれば、パッケージは、前記底部または壁の１つの階層に形成され、同時焼成セラミックからなり前記貫通開口を画定する横方向端部においてはんだ付けされた平板によって閉じられる貫通開口が設けられ、前記平板が、素子からの電気的接続部による電気的フィードスルーを確保する。
そのため本発明は、コバール（登録商標）／セラミックの膨脹の差によるクライオスタットの大きさの制限の問題を解決することができ、それによって、特に素子に関して、大きさを顕著に増すことができる。従って、クライオスタット自体も大きさを増しうる。このとき、ＨＴＣＣ同時焼成セラミック技術を用い、そのため挿入部を用いる技術を実施することなく、より大きな素子を封入することが可能になる。
特に、セラミック平板はこの大きさの特徴に従うどのような大きさとしてもよいため、パッケージの底部に形成された開口は、どのような大きさも取りうる。
本発明の前述した特徴及び利点を、これから特定の実施形態について以下の限定的でない説明において、添付する図面に関連して説明する。
本発明に従うパッケージの簡略化した断面図が、このように図５に示されている。パッケージのベース２０は、従来のようにコバール（登録商標）から形成される。パッケージはキャップまたは閉じるための枠部２２によって閉じられ、これらもコバール（登録商標）からなり、このキャップははんだ付けまたはレーザー溶着によって、ベース２０の横方向の壁２１の開放上端に取り付けられる。
パッケージの底部は、素子２５、例えば赤外線検出器を設けることができ、この階層に接合または高温はんだ付けによって取り付けられる。
本発明の特徴に従えば、パッケージの底部はまた貫通開口３１が貫通される。
貫通開口３１は、ＨＴＣＣ型同時焼成セラミックからなる平板３０で閉じられることを意図されている。平板３０は、前述した貫通開口を画定する横方向端部３２の階層ではんだ付けによって取り付けられる。
底部を画定し、平板３０とはんだ付けによって共に働くことを意図されるベースの開口３１の横方向端部３２の幅は、標準的なセラミック／コバール（登録商標）はんだ付け技術によって決定される。
同時焼成セラミック平板３０は、見られるように、素子２５によって伝達され、素子から延びる接続部２６によってこの階層へ運ばれることが可能な信号のための電気的フィードスルーを確保する。
そのため、セラミック平板３０が、機械的機能を有さないことがまずわかる。パッケージのベース２０の開口部３１を限定的に閉じ、そのため、パッケージを真空下に配置すること及び電気的フィードスルーが可能となる。
この実施される原理によって、小さいままとできるので、パッケージを形成する材料（コバール（登録商標））とセラミック平板との膨脹の差の問題がないため、クライオスタットの大きさの制限がないことも注意すべきである。
電気的信号の伝達はさらに、セラミック平板上に配置された金の配線で表面上において実施され、ビアによって他方の表面へ横断する。
それに加えて、セラミック上のコバール（登録商標）はんだ技術は、特にこの場合において、対面的に実施される場合に完全によく制御され、そのため封入パッケージの気密性を最適化し、そのため真空の品質を最適化することに注意すべきである。
大きな素子の封入についてもたらされる可能性によって、本発明の利点は、そのため理解されることができる。
１ ベース
３ 周辺枠部
４ 周辺枠部
５ 素子
６ ワイヤー電気的接続部
１０ ベース
１２ 上部キャップ
１８ 挿入部
１９ 挿入部
２０ ベース
２１ 壁
２２ 枠部
２５ 素子
３０ 平板
３１ 貫通開口
３２ 横方向端部
３ 周辺枠部
４ 周辺枠部
５ 素子
６ ワイヤー電気的接続部
１０ ベース
１２ 上部キャップ
１８ 挿入部
１９ 挿入部
２０ ベース
２１ 壁
２２ 枠部
２５ 素子
３０ 平板
３１ 貫通開口
３２ 横方向端部
Claims (4)
- −パッケージの壁の１つ、有利には前記パッケージの底部（２０）に貫通開口（３１）を形成する段階；及び
−前記開口上に、そこを通る電気的接続部を有する同時焼成セラミックからなる平板（３０）をはんだ付けする段階を含む、
特に電子的、光学的または光電子的素子のための封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを形成する方法。 - 前記同時焼成セラミック平板（３０）が、前記パッケージの前記壁上に、特に前記パッケージの前記底部（２０）に、対面的にはんだ付けされることを特徴とする、請求項１に記載の封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを形成する方法。
- 前記パッケージが、ＦｅＮｉＣｏ合金からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の封入パッケージを通る封止電気的フィードスルーを形成する方法。
- 真空となることができ、はんだ付け又は溶着によって上に配置されたキャップまたは閉じるための枠部（２２）を有する底部またはベース（２０）が形成され、前記底部（２０）の階層に形成された貫通開口（３１）が設けられ、前記開口が、同時焼成セラミックからなり前記貫通開口を画定する横方向端部（３２）の階層ではんだ付けされた平板（３０）によって閉じられ、前記平板が、素子によって生成された信号のための電気的フィードスルーを確保する、電子的、光学的または光電子的素子（２５）の少なくとも１つのための封入パッケージ。
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