JP2013195371A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージの小型化を図りながらも、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子のセンサ特性の低下を抑制することが可能なセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサ装置は、センサ素子１と、センサ素子１が収納されたパッケージ３とを備えている。パッケージ３は、センサ素子１が一表面側に実装されたパッケージ本体３１と、パッケージ本体３１の上記一表面側に接合されたパッケージ蓋３２とを備えている。パッケージ蓋３２は、センサ素子１を覆いパッケージ本体３１の上記一表面側に接合された第１カバー部３２_１と、第１カバー部３２_１を覆い第１カバー部３２_１に接合された第２カバー部３２_２とを備えている。さらに、パッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間に介在する断熱部３２_３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサ装置に関するものである。

従来から、センサ装置として、図５に示す構成の赤外線センサモジュールが知られている（特許文献１）。この赤外線センサモジュールは、赤外線センサ１００と、赤外線センサ１００の出力信号を信号処理するＩＣ素子２００と、赤外線センサ１００およびＩＣ素子２００が収納されたパッケージ３００とを備えている。パッケージ３００は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子２００が実装されるパッケージ本体３０４と、パッケージ本体３０４との間に赤外線センサ１００およびＩＣ素子２００を囲む形でパッケージ本体３０４に接合されるパッケージ蓋３０５とで構成されている。パッケージ本体３０４は、赤外線センサ１００とＩＣ素子２００とが横並びで実装されている。

パッケージ本体３０４は、赤外線センサ１００およびＩＣ素子２００が一表面側に実装される平板状のセラミック基板により構成してある。

パッケージ蓋３０５は、赤外線センサ１００へ赤外線を収束するレンズ３５３を備えパッケージ本体３０４の上記一表面側に覆着されたメタルキャップ３５２により構成してある。

赤外線センサ１００は、複数の画素部がベース基板の一表面側において２次元アレイ状に配列されている。各画素部の各々は、熱型赤外線検出部と、画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタとを有している。

特許文献１には、パッケージ本体３０４とパッケージ蓋３０５とで囲まれた気密空間（パッケージ３００の内部空間）をドライ窒素雰囲気としてあるが、これに限らず、真空雰囲気や空気雰囲気としてもよい旨が記載されている。

また、従来から、センサ装置として、図６に示す構成の温度検知装置４１５が知られている（特許文献２）。この温度検知装置４１５は、サーモパイルチップ４０１と、サーモパイルチップ４０１が載置されるＳＴＥＭ４０２と、ＳＴＥＭ４０２上でサーモパイルチップ４０１に隣接して取り付けられるサーミスタ４０３とを備えている。また、この温度検知装置４１５は、サーモパイルチップ４０１およびサーミスタ４０３を外気から遮断するＣＡＮ４０４と、ＣＡＮ４０４の上壁面に取り付けられるシリコンレンズ４０５とを備えている。また、温度検知装置４１５は、ＣＡＮ４０４の外側に配置された外側ＣＡＮ４０７ｂと、シリコンフィルタ４０７ｃと、ＣＡＮ４０４と外側ＣＡＮ４０７ｂとの間に設けられた断熱層４０８とを備えている。なお、特許文献２には、ＣＡＮ４０４の内部には窒素ガスやＡｒガスなどの不活性ガスが封入される旨が記載されている。

特開２０１１−１７４７６２号公報 特開２００３−３５６０１号公報

図５に示した構成の赤外線センサモジュールでは、外部熱源からの熱に起因してパッケージ蓋３０５のメタルキャップ３５２が発熱した場合、パッケージ蓋３０５の熱がパッケージ３００内の雰囲気を介して赤外線センサ１００まで到達し、熱ノイズが発生してしまうことがあった。すなわち、この赤外線センサモジュールでは、外部熱源からの熱に起因して赤外線センサ１００の温度が上昇し、赤外線センサのセンサ特性が低下してしまうことがあった。例えば、赤外線センサモジュールでは、赤外線センサ１００の各熱型赤外線検出部それぞれの出力信号（出力電圧）に、パッケージ蓋３０５の発熱に起因したオフセット電圧を含んでしまい、Ｓ／Ｎ比が低下したり、感度が低下してしまうことがあった。

一方、特許文献２には、図６に示した構成の温度検知装置４１５によれば、外部の定着ロールから放出された熱によりＣＡＮ４０４が直接加熱されるのを防止することができ、ＣＡＮ４０４内壁からの赤外線輻射量を少なくすることができる旨が記載されている。

しかし、図６に示した構成の温度検知装置４１５では、ＣＡＮ４０４と外側ＣＡＮ４０７ｂとでＳＴＥＭ４０２を共用化しているが、ＣＡＮ４０４と外側ＣＡＮ４０７ｂとをＳＴＥＭ４０２に接合する必要があり、ＳＴＥＭ４０２の平面サイズが大きくなる。要するに、図６に示した構成の温度検知装置４１５では、外側ＣＡＮ４０７ｂを備えていない構成に比べて、温度検知装置４１５の平面サイズが大きくなって、温度検知装置４１５が大型化してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッケージの小型化を図りながらも、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子のセンサ特性の低下を抑制することが可能なセンサ装置を提供することにある。

本発明のセンサ装置は、センサ素子と、前記センサ素子が収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、前記センサ素子が一表面側に実装されたパッケージ本体と、前記パッケージ本体の前記一表面側に接合されたパッケージ蓋とを備え、前記パッケージ蓋は、前記センサ素子を覆い前記パッケージ本体の前記一表面側に接合された第１カバー部と、前記第１カバー部を覆い前記第１カバー部に接合された第２カバー部と、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間に介在する断熱部とを備えることを特徴とする。

このセンサ装置において、前記断熱部は、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間の密閉された空間からなることが好ましい。

このセンサ装置において、前記空間が真空雰囲気であることが好ましい。

このセンサ装置において、前記断熱部は、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間に介在する断熱材からなることが好ましい。

このセンサ装置において、前記パッケージ本体の前記一表面側において前記センサ素子に並設されたＩＣ素子を備え、前記パッケージ蓋は、前記センサ素子と前記ＩＣ素子とを覆っていることが好ましい。

このセンサ装置において、前記パッケージ蓋は、前記第１カバー部が前記センサ素子と前記ＩＣ素子とを覆い、前記第２カバー部が前記センサ素子と前記ＩＣ素子との並設方向の両側のうち前記センサ素子に近い側で前記第１カバー部の一部を覆っていることが好ましい。

このセンサ装置において、前記センサ素子は、複数の熱型赤外線検出部が支持基板の一表面側においてアレイ状に配置された赤外線センサチップであることが好ましい。

本発明のセンサ装置においては、パッケージの小型化を図りながらも、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子のセンサ特性の低下を抑制することが可能となる。

実施形態１のセンサ装置の概略断面図である。 同上のセンサ装置の動作説明図である。 実施形態２のセンサ装置の概略断面図である。 実施形態３のセンサ装置の概略断面図である。 従来例を示す赤外線センサモジュールの概略断面図である。 他の従来例を示す温度検知装置の断面図である。

（実施形態１）
以下では、本実施形態のセンサ装置について図１に基づいて説明する。

センサ装置は、センサ素子１と、センサ素子１が収納されたパッケージ３とを備えている。

パッケージ３は、センサ素子１が一表面側に実装されたパッケージ本体３１と、パッケージ本体３１の上記一表面側に接合されたパッケージ蓋３２とを備えている。

パッケージ蓋３２は、センサ素子１を覆いパッケージ本体３１の上記一表面側に接合された第１カバー部３２_１と、第１カバー部３２_１を覆い第１カバー部３２_１に接合された第２カバー部３２_２とを備えている。さらに、パッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間に介在する断熱部３２_３を備えている。

また、センサ装置は、パッケージ本体３１の上記一表面側においてセンサ素子１に並設されたＩＣ素子２を備えている。つまり、センサ装置は、センサ素子１とＩＣ素子２とがパッケージ本体３１の上記一表面側において横並びで配置されている。そして、上述のパッケージ蓋３２は、センサ素子１とＩＣ素子２とを覆っている。要するに、センサ装置は、パッケージ３内に、センサ素子１とＩＣ素子２とが収納された構成とすることもできる。

次に、センサ装置の各構成要素それぞれについて更に説明する。

センサ素子１としては、赤外線検出素子を採用することができる。赤外線検出素子としては、例えば、マイクロマシニング技術を利用して形成された赤外線センサチップを用いることができる。赤外線センサチップとしては、例えば、熱型赤外線検出部と画素選択用のスイッチング素子であるＭＯＳトランジスタとを有する複数の画素部が、半導体基板からなる支持基板の一表面側においてアレイ状（例えば、２次元アレイ状）に配列されたものを用いることができる。このような赤外線センサチップとしては、例えば、特許文献１に開示された赤外線センサを用いることができる。この赤外線センサでは、熱型赤外線検出部の感温部が、サーモパイルにより構成されており、温接点および冷接点を有している。

赤外線検出素子を構成する赤外線センサチップは、特許文献１に開示された構成のものに限らず、複数の熱型赤外線検出部が支持基板の一表面側においてアレイ状に配列されたものを用いることができる。熱型赤外線検出部の感温部は、サーモパイルにより構成してあるが、これに限らず、例えば、抵抗ボロメータ、焦電体薄膜などにより構成してもよい。赤外線センサは、赤外線検出素子である赤外線センサチップの感温部がサーモパイルにより構成されている場合、絶対温度を測定するサーミスタもパッケージ３内に収納されていることが好ましい。

赤外線検出素子を構成する赤外線センサチップは、各画素部にＭＯＳトランジスタを設けてあるが、必ずしも設ける必要はない。また、赤外線検出素子は、必ずしも画素部をアレイ状に備えた赤外線センサチップである必要はなく、少なくとも１つの感温部を備えたものであればよい。また、赤外線検出素子は、焦電体基板を用いて形成した焦電素子でもよい。この場合には、センサ装置を、プリント配線板のような回路基板などに２次実装する際に、接合材料として鉛フリー半田（例えば、ＳｎＣｕＡｇ半田など）を用いることを考慮して、焦電素子の材料を選ぶことが好ましい。ここで、焦電素子の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）よりもキュリー温度の高いリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ₃）やリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ₃）を用いることが好ましい。また、集電素子としては、例えば、同一の焦電体基板に４つの素子エレメント（受光部）が２×２もしくは１×４のアレイ状に形成されたクワッドタイプ素子や、２つの素子エレメントが１×２のアレイ状に形成されたデュアルタイプ素子などを用いることができる。これにより、センサ装置は、外部からの熱に起因した焦電素子の出力のゆらぎを低減することが可能となる。また、焦電素子は、上述のクワッドタイプ素子やデュアルタイプ素子に限らず、例えば、シングルタイプ素子でもよい。

センサ素子１は、赤外線検出素子に限らず、例えば、フォトダイオードなどの受光素子や、フォトニック結晶を利用したセンサ素子や、ピエゾ抵抗型の加速度センサ素子、ジャイロセンサ素子などを採用することができる。

ＩＣ素子２は、ＡＳＩＣ（Application SpecificIntegrated Circuit）であり、シリコン基板を用いて形成されている。ＩＣ素子２は、ＡＳＩＣに限らず、所望の信号処理回路が集積化されたものであればよい。また、ＩＣ素子２としては、ベアチップを用いている。しかして、センサ装置は、ＩＣ素子２がベアチップをパッケージングしたものである場合に比べて、パッケージ３の小型化を図れる。なお、ＩＣ素子２は、シリコン基板を用いて形成されたものに限らず、例えば、化合物半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板など）を用いて形成されたものでもよい。

ＩＣ素子２は、センサ素子１と協働するものである。ＩＣ素子２の回路構成は、センサ素子１の種類などに応じて適宜設計すればよく、例えば、センサ素子１を制御する制御回路や、センサ素子１の出力信号を信号処理する信号処理回路などを採用することができる。センサ素子１が赤外線センサチップの場合、ＩＣ素子２は、センサ素子１を制御する制御回路、センサ素子１の出力電圧を増幅する増幅回路、センサ素子１の各画素部の出力電圧を択一的に上記増幅回路に入力させるマルチプレクサ、上記増幅回路の後段のＡ／Ｄ変換回路などを備えた回路構成とすることができる。これにより、センサ装置は、赤外線画像を得る用途などに用いることが可能となる。また、センサ装置が人体検知用のものであり、センサ素子１が上述の焦電素子の場合、ＩＣ素子２は、例えば、電流電圧変換回路、バンドパスアンプからなる電圧増幅回路、検知回路および出力回路を備えた回路構成とすることができる。電流電圧変換回路は、センサ素子１から出力される出力信号である焦電電流を電圧信号に変換する機能を有するものある。電圧増幅回路は、電流電圧変換回路により変換された電圧信号のうち所定の周波数帯域の電圧信号を増幅する機能を有するものある。検知回路は、電圧増幅回路で増幅された電圧信号を適宜設定したしきい値と比較し電圧信号がしきい値を超えた場合に検知信号を出力する機能を有するものである。出力回路は、検知回路の検知信号を所定の人体検出信号として出力する機能を有するものである。

センサ素子１およびＩＣ素子２は、パッケージ本体３１の上記一表面側において横並びで配置されている。要するに、センサ素子１およびＩＣ素子２は、パッケージ本体３１に実装されている。

パッケージ本体３１は、平板状に形成されている。パッケージ本体３１は、平面視の外周形状を矩形状としてある。

パッケージ本体３１の基材の材料としては、例えば、セラミックや樹脂などの電気絶縁性材料を採用することが好ましい。センサ装置は、パッケージ本体３１の電気絶縁性材料としてセラミックを採用すれば、エポキシ樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、パッケージ本体３１の耐湿性および耐熱性を向上させることが可能となる。また、センサ装置は、電気絶縁性材料のセラミックとして、アルミナを採用すれば、窒化アルミニウムや炭化珪素などを採用する場合に比べて、電気絶縁性材料の熱伝導率が小さくなる。これにより、センサ装置は、ＩＣ素子２やパッケージ３の外部からの熱がセンサ素子１に与える影響を低減することが可能となる。

パッケージ本体３１には、センサ素子１、ＩＣ素子２などが電気的に接続される配線パターン（図示せず）が形成されている。また、パッケージ本体３１は、上述の配線パターンに適宜接続された複数の外部接続用電極（図示せず）が形成されている。上述したパッケージ本体３１は、例えば、セラミック基板やプリント配線板などにより構成することができる。

センサ素子１は、上述の赤外線センサチップなどのようにパッドを備えたチップの場合、パッケージ本体３１に対して、例えば、フェースアップで実装することができる。ここで、センサ素子１は、パッケージ本体３１に対して、第１のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる第１の接合部（図示せず）を介して接合されている。この場合、センサ素子１とＩＣ素子２やパッケージ本体３１の配線パターンとは、ワイヤ（図示せず）などを介して電気的に接続することができる。ワイヤとしては、例えば、ＡｕワイヤやＡｌワイヤなどを採用することができる。

また、ＩＣ素子２は、パッケージ本体３１に対して、例えば、フェースアップで実装してある。ここで、ＩＣ素子２は、パッケージ本体３１に対して、第２のダイボンド剤（例えば、シリコーン樹脂など）からなる第２の接合部（図示せず）を介して接合されている。この場合、ＩＣ素子２とセンサ素子１やパッケージ本体３１の配線パターンとは、ワイヤ（図示せず）などを介して電気的に接続することができる。ワイヤとしては、例えば、ＡｕワイヤやＡｌワイヤなどを採用することができる。

第１および第２のダイボンド剤としては、低融点ガラスやエポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂などの絶縁性接着剤、半田（鉛フリー半田、金−錫半田など）や銀ペーストなどの導電性接着剤を用いることができる。また、センサ素子１およびＩＣ素子２は、第１および第２のダイボンド剤を用いずに、例えば、常温接合法や、金−錫共晶もしくは金−錫共晶を利用した共晶接合法などによって、パッケージ本体３１と接合してもよい。

センサ素子１およびＩＣ素子２それぞれは、パッケージ本体３１に対して、フェースダウンで実装してもよい。すなわち、センサ素子１およびＩＣ素子２それぞれは、バンプを介してパッケージ本体３１に実装するようにしてもよい。この場合、ワイヤを不要とすることが可能となる。

パッケージ本体３１には、電磁シールド層などの電磁シールド構造を設けることが好ましい。この場合、パッケージ本体３１は、上述の配線パターンのうちセンサ素子１およびＩＣ素子２それぞれのグランド用のパッド（図示せず）が接続される部位を、電磁シールド層に電気的に接続してあることが好ましい。これにより、センサ装置は、センサ素子１とＩＣ素子２とを含むセンサ回路への外来の電磁ノイズの影響を低減でき、外来の電磁ノイズに起因したＳ／Ｎ比の低下を抑制することが可能となる。

パッケージ蓋３２は、パッケージ本体３１側の一面が開放された箱状に形成されている。このパッケージ蓋３２は、上記一面がパッケージ本体３１により塞がれるようにパッケージ本体３１に接合されている。ここで、パッケージ蓋３２は、パッケージ本体３１に気密的に接合されている。

パッケージ蓋３２は、上述の第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２と断熱部３２_３とを備えている。このパッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１の熱伝導性に比べて、第２カバー部３２_２の熱伝導性が低いことが好ましい。

第１カバー部３２_１の材料としては、例えば、金属、合金、樹脂などを採用することができる。また、第１カバー部３２_１の材料は、上述の外来の電磁ノイズの影響を低減するためには金属や合金が好ましい。この場合、第１カバー部３２_１は、パッケージ本体３１の電磁シールド層と電気的に接続されていることが好ましい。第１カバー部３２_１の材料が金属や合金の場合、第１カバー部３２_１は、成形加工やプレス加工などによって作製することができる。また、第１カバー部３２_１の材料が樹脂の場合、第１カバー部３２_１は、樹脂の成形品とすることができる。第１カバー部３２_１の材料は、第１カバー部３２_１の熱伝導性を高くする観点から、金属や合金が好ましい。

第２カバー部３２_２の材料としては、例えば、樹脂などを採用することができるが、第１カバー部３２_１の材料よりも熱伝導率の低い材料が好ましい。

パッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１が、パッケージ本体３１側の端縁から全周に亘って外方に延設された第１鍔部３２ｂを備えており、第１鍔部３２ｂが全周に亘ってパッケージ本体３１と接合されている。ここで、第１カバー部３２_１の材料が金属や合金の場合、パッケージ本体３１としては、上記一表面の周部の全周に亘って、接合用パターン３１ｄが形成されていることが好ましい。つまり、パッケージ本体３１は、上記一表面上に枠状の接合用パターン３１ｄを備えていることが好ましい。第１カバー部３２_１とパッケージ本体３１の接合用パターン３１ｄとは、例えば、シーム溶接（抵抗溶接法）により金属接合することできる。これにより、パッケージ３は、気密性および電磁シールド効果を高めることが可能となる。なお、第１カバー部３２_１としては、例えば、コバールにより形成され、ニッケルのめっきが施された構成を採用することができる。また、パッケージ本体３１の接合用パターン３１ｄとしては、例えば、コバールにより形成され、ニッケルのめっきが施され、さらに金のめっきが施された構成を採用することができる。

パッケージ蓋３２の第１カバー部３２_１とパッケージ本体３１の接合用パターン３１ｄとの接合方法は、シーム溶接に限らず、他の溶接（例えば、スポット溶接）や、導電性樹脂により接合する方法でもよい。ここで、導電性樹脂として異方導電性接着剤を採用した場合には、樹脂（バインダー）中に分散された導電粒子の含有量が少なく、接合時に加熱・加圧を行うことで第１カバー部３２_１とパッケージ本体３１との接合部の厚みを薄くできる。これにより、センサ装置は、外部からパッケージ３内へ水分やガス（例えば、水蒸気、酸素など）が侵入するのを抑制することが可能となる。導電性樹脂としては、酸化バリウム、酸化カルシウムなどの乾燥剤を混入させたものを用いてもよい。

なお、パッケージ本体３１および第１カバー部３２_１の外周形状は、矩形状であるが、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状、円形状、楕円形状などでもよい。

また、パッケージ蓋３２は、第２カバー部３２_２が、パッケージ本体３１側の端縁から全周に亘って外方に延設された第２鍔部３２ｃを備えており、第２鍔部３２ｃが全周に亘って第１カバー部３２_１の第１鍔部３２ｂと接合されている。ここで、パッケージ蓋３２は、第１鍔部３２ｂの厚み方向において第１鍔部３２ｂと第２鍔部３２ｃとの間に介在する第３の接合部３２ｅにより接合されている。第３の接合部３２ｅの材料は、第１カバー部３２_１、第２カバー部３２_２それぞれの材料などを考慮して適宜の接合材料を採用すればよい。

パッケージ蓋３２は、平面視において、第２鍔部３２ｃの外周線が第１鍔部３２ｂの外周線よりも内側に収まるように第２鍔部３２ｃの寸法を設定してある。

第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間に介在する断熱部３２_３は、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の空間により構成することができる。この場合、この空間は、例えば、気体層（例えば、空気層）とすることができる。これにより、パッケージ蓋３２は、簡単な構成で、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の断熱性を高めることが可能となる。断熱部３２_３は、気体層に限らず、例えば、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間に介在する断熱材により構成してもよい。これにより、パッケージ蓋３２は、断熱部３２_３の断熱性を断熱材の材料の熱伝導率などに基づいて設計することが可能となり、また、パッケージ蓋３２の形状安定性が向上する。

センサ装置は、センサ素子１が、赤外線検出素子、受光素子、フォトニック結晶を利用したセンサ素子などの場合、第１カバー部３２_１が、平面視においてセンサ素子１に重なる領域に第１開口部３３が貫設されたパッケージ蓋本体３２ａと、第１開口部３３を塞ぐ窓材４とで構成されていることが好ましい。また、この場合、第２カバー部３２_２は、平面視においてセンサ素子１に重なる領域に第２開口部３４が貫設されていることが、より好ましい。

センサ装置は、窓材４の周部とパッケージ蓋本体３２ａにおける第１開口部３３の周部とが全周に亘って接合されていることが好ましい。第１開口部３３の平面視での開口形状は、矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、円形状などでもよい。また、第１開口部３３の平面視での開口サイズは、センサ素子１の平面視での外形サイズと略同じとしてあるが、特に限定するものではない。また、第２開口部３４は、平面視での開口形状を矩形状としてあるが、これに限らず、例えば、円形状などでもよい。また、第２開口部３４は、第１開口部３３と同じ開口サイズとしてあるが、異なる開口サイズでもよい。また、第２開口部３４と第１開口部３３とは、互いに異なる開口形状としてもよい。この場合、センサ装置は、窓材４と第２開口部３４とでセンサ素子１の検知エリアを設定することも可能となる。

パッケージ３の内部空間の雰囲気は、例えば、ドライ窒素雰囲気や、アルゴン雰囲気や、真空雰囲気とすることができる。センサ装置は、センサ素子１が赤外線検出素子の場合、パッケージ３の内部空間の雰囲気がドライ窒素雰囲気や真空雰囲気であることが好ましい。また、センサ装置は、センサ素子１がピエゾ抵抗型の加速度センサ素子の場合、パッケージ３の内部空間の雰囲気がドライ窒素雰囲気であることが好ましい。また、センサ装置は、センサ素子１がジャイロセンサ素子の場合、パッケージ３の内部空間の雰囲気が真空雰囲気であることが好ましい。また、センサ装置は、パッケージ３の内部空間を真空雰囲気とする場合、パッケージ３内の残留ガスなどを吸着するゲッタをパッケージ３内に設けることが好ましい。ここで、ゲッタの材料としては、例えば、活性化温度が３００〜３５０℃程度の非蒸発ゲッタを用いることが好ましく、例えば、ジルコニウムの合金やチタンの合金などからなる非蒸発ゲッタを採用すればよい。

窓材４の材料は、センサ素子１の種類に基づいて適宜の材料を採用することができる。センサ素子１が赤外線検出素子の場合、窓材４の材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体やポリエチレンなどを採用することができる。ここで、センサ装置は、窓材４の材料として半導体を採用した場合、窓材４とパッケージ蓋本体３２ａとを接合する第４の接合部の材料として導電性材料を採用し、且つ、パッケージ蓋本体３２ａが導電性を有していることが好ましい。これにより、センサ装置は、窓材４とパッケージ蓋本体３２ａとパッケージ本体３１の電磁シールド層とを同電位とすることが可能となる。よって、センサ装置は、センサ素子１、ＩＣ素子２、上記配線パターンなどを含んで構成されるセンサ回路への外来の電磁ノイズを防止する機能を有することとなる。

第４の接合部の材料としては、例えば、半田などを採用することができる。第４の接合部の材料として半田を採用する場合には、窓材４において接合部に対応する領域に、半田に対する濡れ性の良い金属材料からなるメタライズ膜（金属膜）を設けることが好ましい。また、第４の接合部は、例えば、低融点ガラスから形成された第１部位と、導電性ペーストから形成された第２部位とで構成するようにしてもよい。低融点ガラスとしては、鉛フリーの低融点ガラスを用いることが好ましい。また、導電性ペーストとしては、銀ペーストを用いているが、これに限定するものではない。ここにおいて、導電性ペーストは、導電フィラーとバインダーとからなる。導電フィラーとしては、銀、金、銅、ニッケル、アルミニウム、カーボン、グラファイトなどを用いることができる。バインダーとしては、エポキシ樹脂、ウレタン、シリコーン、アクリル、ポリイミドなどを用いることができる。センサ装置は、第４の接合部を第１部位と第２部位とで構成する場合、第２部位よりも内側となる第１部位の材料を低融点ガラスとすることで、第４の接合部からパッケージ３内へのアウトガスが少なく、アウトガスに起因した製造歩留まりの低下や特性の劣化を防止することが可能となる。

センサ装置は、センサ素子１として赤外線検出素子を採用し、赤外線検出素子が検知対象の赤外線として人体から放射される１０μｍ付近の波長帯（８μｍ〜１３μｍ）の赤外線を想定している場合、窓材４の材料として、シリコンを採用することが好ましい。窓材４の材料は、シリコンに限らず、例えば、ゲルマニウム、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどを採用することもできる。ただし、窓材４の材料は、硫化亜鉛や砒化ガリウムなどに比べて環境負荷が少なく且つ、ゲルマニウムに比べて低コスト化が可能であり、しかも、硫化亜鉛に比べて波長分散が小さなシリコンを採用することが好ましい。また、検出対象の赤外線の波長帯や波長は、上述の波長帯に限定するものではなく、赤外線センサの用途（例えば、人体検知の用途、ガス検知、炎検知の用途など）に応じて適宜設定すればよい。

また、センサ素子１が赤外線検出素子や受光素子の場合、窓材４は、入射面側と出射面側との少なくとも一方に、光学フィルタ膜を設けることが好ましい。光学フィルタ膜の光学特性（フィルタ特性）は、例えば、赤外線検出素子での検出対象の赤外線の波長帯や波長に基づいて適宜設計すればよい。また、光学フィルタ膜の光学特性は、例えば、受光素子での検出対象の可視光の波長帯や波長に基づいて適宜設計すればよい。

本実施形態のセンサ装置では、検出対象の赤外線の波長帯を８〜１３μｍと想定した場合、光学フィルタ膜の光学特性を、例えば、５μｍ〜１５μｍの波長域の赤外線を透過するように光学設計すればよい。光学フィルタ膜については、センサ装置の用途に応じた検出対象の赤外線の波長や波長域に応じて適宜の光学設計を行えばよい。

光学フィルタ膜は、例えば、屈折率の異なる複数種類の薄膜を交互に積層することにより形成することができる。この種の薄膜の材料としては、例えば、ゲルマニウム、硫化亜鉛、硫化セレン、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、フッ化マグネシウムなどを採用することができる。

センサ装置は、窓材４に適宜の光学フィルタ膜を備えていることにより、所望の波長域以外の不要な波長域の赤外線や可視光を光学フィルタ膜によりカットすることが可能となる。これにより、センサ装置は、太陽光などによるノイズの発生を抑制することが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。

窓材４は、入射面側と出射面側との両方に光学フィルタ膜を設ける場合、これら２つの光学フィルタ膜の光学特性を同じとしてもよいし異ならせてもよい。また、窓材４は、入射面側と出射面側との一方に光学フィルタ膜を設け、他方に赤外線の反射を防止する反射防止膜を設けた構成としてもよい。反射防止膜については、光学フィルタ膜と同様の材料を採用し、積層構造を適宜設計すればよい。

上述の光学フィルタ膜や反射防止膜などの光学膜は、蒸着法やスパッタ法などの薄膜形成技術を利用して成膜した後で、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングするようにしてもよい。また、光学膜は、薄膜形成技術を利用して成膜した後で、レーザ光によるパターニングやダイシングソーを利用したパターニングを行うようにしてもよい。また、上述の光学膜を蒸着法やスパッタ法などの薄膜形成技術を利用して成膜する際には、適宜のシャドーマスクを配置して所定領域のみに光学膜を形成するようにすれば、光学膜の成膜後に光学膜をパターニングする工程が不要となる。

センサ装置は、センサ素子１として赤外線検出素子や受光素子を備えている場合、窓材４をレンズにより構成することが好ましい。

レンズとしては、例えば、平凸型の非球面レンズを用いることが好ましい。レンズは、例えば、平面状の第１面を入射面とし、凸曲面状の第２面を出射面として配置すればよい。これにより、センサ装置は、センサ素子１が例えば赤外線検出素子の場合、赤外線検出素子の検知エリアをレンズで設定することが可能となる。

レンズは、所望のレンズ形状に応じて半導体基板（例えば、シリコン基板など）との接触パターンを設計した陽極を半導体基板の一表面側に半導体基板との接触がオーミック接触となるように形成した後に半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去する溶液からなる電解液中で半導体基板の他表面側を陽極酸化することで除去部位となる多孔質部を形成してから当該多孔質部を除去することにより形成された半導体レンズ（例えば、シリコンレンズなど）により構成されている。この種の陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法については、例えば、特許第３８９７０５５号公報、特許第３８９７０５６号公報などに開示されている半導体レンズの製造方法などを適用できる。なお、上述の半導体レンズからなるレンズは、例えば、半導体基板として半導体ウェハ（例えば、シリコンウェハ）を用い、多数のレンズを形成した後に、ダイシングなどによって個々のレンズに分離すればよい。

センサ装置では、レンズとして、半導体レンズからなる非球面レンズを採用すれば、短焦点で且つ開口径が大きいレンズにおいても、切削加工により形成される球面レンズよりも収差を小さくできる。これにより、センサ装置は、レンズの短焦点化により、パッケージ３の薄型化を図れる。

レンズは、レンズ部とレンズ部を全周に亘って囲むフランジ部とが連続一体に形成されている半導体レンズが好ましい。この場合のレンズは、レンズ部の形状を、平凸型の非球面レンズの形状とし、フランジ部の形状を、厚みが略一定で厚み方向の両面それぞれが平面状とすることが好ましい。これにより、センサ装置は、レンズ部の凸曲面状の第２面をパッケージ蓋本体３２ａの第１開口部３３側とする場合、第１開口部３３内にレンズ部の一部を収納することができるので、パッケージ３のより一層の薄型化を図れる。また、センサ装置は、レンズの平行度を高めることが可能となり、レンズと赤外線検出素子や受光素子などのセンサ素子１との互いの光軸の合わせ精度を向上させることが可能となる。また、センサは、レンズがフランジ部を備えることにより、レンズの光軸方向におけるレンズと赤外線検出素子や受光素子などのセンサ素子１との距離の精度を高めることが可能となる。

レンズは、パッケージ蓋本体３２ａにおける第１開口部３３の内周面および周部に位置決めされる段差部を、フランジ部の全周に亘って形成してもよい。この場合、レンズは、段差部を、第４の接合部を介してパッケージ蓋本体３２ａにおける第１開口部３３の周部の全周に亘って接合すればよい。このような段差部を設ければ、レンズとセンサ素子１との平行度を高めることができ、レンズの光軸方向におけるレンズとセンサ素子１との距離の精度を高めることができる。段差部は、例えば、分割前のシリコンウェハの段階でダイシングブレードなどを利用して形成してもよいし、ダイシング工程よりも前にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成するようにしてもよい。

なお、窓材４は、パッケージ蓋本体３２ａの内側に配置してあるが、これに限らず、パッケージ蓋本体３２ａの外側に配置してもよい。

ところで、パッケージ蓋３２は、上述のように、パッケージ本体３１の上記一表面側に接合された第１カバー部３２_１と、第１カバー部３２_１を覆い第１カバー部３２_１に接合された第２カバー部３２_２とを備えている。さらに、パッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間に介在する断熱部３２_３を備えている。

これにより、センサ装置は、パッケージ３の小型化を図りながらも、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子１のセンサ特性の低下を抑制することが可能となる。ここにおいて、センサ装置は、第１カバー部３２_１の平面サイズによりパッケージ蓋３２の平面サイズを規定することができるので、パッケージ３の平面サイズが大型化するのを防止することが可能となる。また、センサ装置は、外部の熱源からの熱がパッケージ蓋３２を通してパッケージ３内のセンサ素子１に伝わるのを抑制することが可能となり、熱ノイズの絶対量を小さくすることが可能となる。

また、本実施形態のセンサ装置は、上述の第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２と断熱部３２_３とを備えており、第１カバー部３２_１の熱伝導性を第２カバー部３２_２の熱伝導性よりも高くしてある。これにより、センサ装置は、パッケージ３内にセンサ素子１とＩＣ素子２とが収納された構成において、ＩＣ素子２で発生する熱が第１カバー部３２_１に伝わって第１カバー部３２_１中を伝熱しやすくなる。よって、センサ装置は、センサ素子１直上の雰囲気の温度を均一化することが可能となる。これにより、図２中の矢印は、ＩＣ素子２からパッケージ３の内部空間の雰囲気へ伝熱された熱が第１カバー部３２_１へ伝熱され、第１カバー部３２_１中を伝熱する方向を模式的に示している。

したがって、センサ装置は、センサ素子１が赤外線センサチップの場合、ＩＣ素子２の発熱に起因した赤外線センサチップの面内でのオフセット電圧のばらつきやオフセット電圧の絶対量を抑制できて、Ｓ／Ｎ比のばらつきを抑制することが可能となる。また、センサ装置は、赤外線センサチップのうちＩＣ素子２に最も近い画素部における感温部のオフセット電圧とＩＣ素子２から最も遠い画素部における感温部のオフセット電圧との差を低減することが可能となる。すなわち、センサ装置は、ＩＣ素子２で発生する熱がセンサ素子１に与える悪影響を低減することが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態のセンサ装置について図３に基づいて説明する。

本実施形態のセンサ装置は、パッケージ蓋３２の断熱部３２_３が、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の密閉された空間からなる点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。

パッケージ蓋３２は、第１カバー部３２_１の第２カバー部３２_２側の表面における第１開口部３３の周部と、第２カバー部３２_２の第１カバー部３２_１側の表面における第２開口部３４の周部との間にも、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２とを接合する第５の接合部３２ｄを介在させてある。ここで、第５の接合部３２ｄは、平面視において第１開口部３３を全周に亘って囲む枠状に形成されている。したがって、センサ装置は、パッケージ蓋３２の断熱部３２_３が、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の密閉された空間により構成される。これにより、センサ装置は、パッケージ蓋３２を中空の構造体とすることができ、断熱部３２_３の断熱性を向上させることが可能となり、また、断熱性の安定性を向上させることが可能となる。よって、センサ装置は、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子１のセンサ特性の低下を、より抑制することが可能となる。

また、本実施形態のセンサ装置は、実施形態１のセンサ装置に比べてＩＣ素子２で発生する熱が第１カバー部３２_１中を、より伝わりやすくなり、センサ素子１直上の雰囲気の温度を、より均一化することが可能となる。これにより、本実施形態のセンサ装置は、ＩＣ素子２で発生する熱がセンサ素子１に与える悪影響を、さらに低減することが可能となる。

第５の接合部３２ｄの材料は、第３の接合部３２ｅの材料と異なる材料でもよいが、同じ材料のほうが、より好ましい。第３の接合部３２ｅの材料および第５の接合部３２ｄの材料は、第１カバー部３２_１の材料よりも熱伝導率の低い材料が好ましく、第２カバー部３２_２の材料よりも熱伝導率の低い材料が、より好ましい。

また、本実施形態のセンサ装置では、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の密閉された空間を真空雰囲気としてもよい。これにより、センサ装置は、この空間を不活性ガスや空気などの気体雰囲気とした場合に比べて、断熱部３２_３の断熱性を向上させることが可能となり、また、断熱性の安定性を向上させることが可能となる。よって、センサ装置は、外部の熱源からの熱に起因したセンサ素子１のセンサ特性の低下を、より一層、抑制することが可能となる。

（実施形態３）
以下では、本実施形態のセンサ装置について図４に基づいて説明する。

本実施形態のセンサ装置は、パッケージ蓋３２第２カバー部３２_２がセンサ素子１とＩＣ素子２との並設方向の両側のうちセンサ素子１に近い側で第１カバー部３２_１の一部を覆っている点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態のセンサ装置では、実施形態１のセンサ装置に比べてパッケージ蓋３２の構造が簡単になり、また、第２カバー部３２_２の材料コストの低減を図ることが可能となる。

本実施形態のセンサ装置では、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の断熱部３２_３を断熱材より構成してもよい。また、本実施形態のセンサ装置では、第１カバー部３２_１と第２カバー部３２_２との間の断熱部３２_３を密閉された空間としてもよい。

１ センサ素子
３ パッケージ
３１ パッケージ本体
３２ パッケージ蓋
３２_１ 第１カバー部
３２_２ 第２カバー部
３２_３ 断熱部

Claims (7)

1. センサ素子と、前記センサ素子が収納されたパッケージとを備え、前記パッケージは、前記センサ素子が一表面側に実装されたパッケージ本体と、前記パッケージ本体の前記一表面側に接合されたパッケージ蓋とを備え、前記パッケージ蓋は、前記センサ素子を覆い前記パッケージ本体の前記一表面側に接合された第１カバー部と、前記第１カバー部を覆い前記第１カバー部に接合された第２カバー部と、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間に介在する断熱部とを備えることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記断熱部は、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間の密閉された空間からなることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
3. 前記空間が真空雰囲気であることを特徴とする請求項２記載のセンサ装置。
4. 前記断熱部は、前記第１カバー部と前記第２カバー部との間に介在する断熱材からなることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
5. 前記パッケージ本体の前記一表面側において前記センサ素子に並設されたＩＣ素子を備え、前記パッケージ蓋は、前記センサ素子と前記ＩＣ素子とを覆っていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
6. 前記パッケージ蓋は、前記第１カバー部が前記センサ素子と前記ＩＣ素子とを覆い、前記第２カバー部が前記センサ素子と前記ＩＣ素子との並設方向の両側のうち前記センサ素子に近い側で前記第１カバー部の一部を覆っていることを特徴とする請求項５記載のセンサ装置。
7. 前記センサ素子は、複数の熱型赤外線検出部が支持基板の一表面側においてアレイ状に配置された赤外線センサチップであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のセンサ装置。

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