JP2015026706A - ゲッタ取付構造および当該ゲッタ取付構造を備えるセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的にガスの吸収を行うことのできるゲッタ取付構造および当該ゲッタ取付構造を備えるセンサ装置を得る。【解決手段】ゲッタ取付構造１０は、封止空間Ｓが形成されるパッケージ２０と、パッケージ２０内に取り付けられて封止空間Ｓ内のガスを吸収するゲッタ装置３０と、を備えている。また、ゲッタ装置３０は、パッケージ２０に取り付けられる側に溝部３１ａが形成された基部３１と、当該基部３１の溝部３１ａ表面に設けられて封止空間Ｓ内のガスを吸収するゲッタ層３２と、を備えている。そして、ゲッタ装置３０をパッケージ２０に取り付けた状態で、当該ゲッタ装置３０の側面３０ａを貫通するとともに、ゲッタ層３２が露出する貫通孔３３が形成されるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、ゲッタ取付構造および当該ゲッタ取付構造を備えるセンサ装置に関する。

従来、ゲッタ取付構造として、封止空間が形成されたパッケージ内にガスを吸収するゲッタ装置を配置することで、パッケージ内を真空等の特定ガス雰囲気下に保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、シリコン基板上に薄膜ヒータを介してゲッタ層を形成することでゲッタ装置を形成し、当該ゲッタ装置をシリコン基板側が下側となるようにした状態でパッケージの底壁部に載置している。

特開２００２−０９８０４６号公報

このように、上記従来の技術では、ゲッタ装置のゲッタ層がパッケージの底壁部から離れた位置に設けられている。そして、パッケージの底壁部は、封止空間内において比較的ガスの対流が生じやすい部位である。すなわち、上記従来の技術では、比較的ガスの対流が生じやすいパッケージの底壁部から離れた位置にゲッタ層が設けられている。そのため、上記従来の技術では、ゲッタ層による封止空間内のガスの吸収をあまり効率的に行うことができなかった。

そこで、本発明は、より効率的にガスの吸収を行うことのできるゲッタ取付構造および当該ゲッタ取付構造を備えるセンサ装置を得ることを目的とする。

本発明の第１の特徴は、封止空間が形成されるパッケージと、前記パッケージ内に取り付けられて前記封止空間内のガスを吸収するゲッタ装置と、を備えるゲッタ取付構造であって、前記ゲッタ装置は、前記パッケージに取り付けられる側の面に溝部が形成された基部と、当該基部の溝部表面に設けられて封止空間内のガスを吸収するゲッタ層と、を備え、前記ゲッタ装置を前記パッケージに取り付けた状態で、当該ゲッタ装置の側面を貫通するとともに、前記ゲッタ層が露出する貫通孔が形成されることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、前記基部の前記パッケージに取り付ける側の面が前記ゲッタ層を介して前記パッケージに取り付けられていることを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、前記基部の前記パッケージに取り付けられる側とは反対側の面に第２のゲッタ層が形成されるとともに、当該第２のゲッタ層が凹凸部を有していることを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、前記ゲッタ取付構造を有するセンサ装置であることを要旨とする。

本発明の第５の特徴は、前記パッケージに取り付けられる実装部品を有し、当該実装部品が前記基部を兼ねることを要旨とする。

本発明によれば、より効率的にガスの吸収を行うことのできるゲッタ取付構造および当該ゲッタ取付構造を備えるセンサ装置を得ることができる。

本発明の第１実施形態にかかるセンサ装置を模式的に示す側面図であって、封止空間内を透視した状態で示す側面図である。 本発明の第１実施形態にかかるゲッタ取付構造を模式的に示す図であって、ゲッタ装置を透視した状態で示す側面図である。 本発明の第１実施形態にかかるゲッタ装置の製造方法および取付方法を（ａ）〜（ｄ）の順に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかるゲッタ装置の変形例を模式的に示す側面図である。 本発明の第１実施形態にかかるセンサ装置を模式的に示す側面図であって、封止空間内を透視した状態で示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態およびその変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかるセンサ装置１００は、図１に示すように、封止空間（例えば、真空等の密閉空間）Ｓが形成されたパッケージ２０を備えている。そして、このパッケージ２０の内面２０ａには、ゲッタ装置３０、センサ素子（実装部品）４０およびＩＣチップ（信号処理部：実装部品）５０が取り付けられている。このように、本実施形態では、センサ装置１００は、封止空間Ｓが形成されるパッケージ２０と、パッケージ２０内に取り付けられて封止空間Ｓ内のガスを吸収するゲッタ装置３０と、を備えるゲッタ取付構造１０を有している（図２参照）。

本実施形態では、パッケージ２０は、ほぼ矩形の平板形状をなす基板（パッケージ本体）２２と、天壁２１ａおよび側壁２１ｂを有し、下側が開口した金属製（例えば、コバール等）の蓋部材２１と、を備えている。蓋部材２１は、基板２２の上面２２ａを覆うようにして基板２２に接合されるものであり、当該蓋部材２１を基板２２に接合することで、パッケージ２０内に密閉された封止空間Ｓが形成されることとなる。なお、蓋部材２１の材料は、金属に限らず、樹脂やセラミック等を用いることも可能である。

基板２２は、樹脂系のプリント基板やセラミック基板などの多層基板として形成されており、基板２２の内層には図示せぬグランドパターンや電気回路配線が形成されている。なお、グランドパターンはベタグランドパターンであり、基板２２内を通って図示せぬ外部端子によってグランドに接続されるものである。なお、基板２２をコバール等の金属で形成することも可能である。

蓋部材２１の天壁２１ａは、基板２２の外側形状にほぼ沿った矩形状に形成されており、側壁２１ｂは、天壁２１ａの四辺から垂設されてセンサ素子４０等を囲繞している。すなわち、本実施形態では、パッケージ２０は、底壁部としての基板２２と、側壁部としての側壁２１ｂと、天壁部としての天壁２１ａとで、ほぼ直方体の箱状に形成されている。

センサ素子４０としては、例えば、赤外線センサ素子、加速度センサ素子、角速度センサ素子等を用いることができる。そして、このようなセンサ素子を用いることで、センサ装置１００は、温度分布や熱源の有無などを検出したり、加速度を検出したり、角速度を検出したりすることができるようになる。なお、センサ素子４０が検出するものは、上述した物理量に限るものではなく、他の物理量を検出するセンサ素子を用いることも可能であるし、物理量以外の周辺環境の変化を検出するセンサ素子を用いることも可能である。

ところで、センサ素子４０として赤外線素子を用い、センサ装置１００を、赤外線を受信して温度分布や熱源の有無などを検出する赤外線センサとした場合、例えば、センサ素子４０の上方の天壁２１ａに赤外線を入射させるための入射窓（図示せず）を形成するとともに、当該入射窓を塞ぐように光学レンズ（図示せず）を設けることがある。この場合、封止空間Ｓは、基板２２と蓋部材２１と光学レンズとで形成されることとなる。

ＩＣチップ５０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いて形成することができる。このＩＣチップ５０は、図示せぬワイヤ等によってセンサ素子４０に電気的に接続されており、センサ素子４０から送信された信号を処理する機能を有している。なお、センサ素子４０そのものに信号処理部を設けるようにして、ＩＣチップを実装しないようにすることも可能である。

センサ素子４０およびＩＣチップ５０は、基板２２の上面２２ａに配置されており、ダイボンド樹脂によってダイボンドしたり、ワイヤによってワイヤボンドしたりすることで実装されている。

ゲッタ装置３０は、略矩形板状の基板（基部）３１と、加熱等で活性化した際にガスを吸着できるようになる金属膜等のゲッタを、基板３１の平坦面に蒸着やスパッタにより製膜することで形成されるゲッタ層３２と、を備えている。そして、金属膜等のゲッタで形成されたゲッタ層３２が、パッケージ２０内の部材（センサ素子４０やＩＣチップ５０等）から生じるアウトガスを吸着することで、パッケージ２０内を真空等の特定ガス雰囲気下に保持できるようにしている。

このゲッタ装置３０は、例えば、Ａｇ系ペースト等のダイボンド材（図示せず）を用いて基板２２の上面２２ａに接合することができる。

また、ゲッタ装置３０の基板３１は、シリコンやガラスを用いて形成することができる。このように基板３１をシリコンやガラスを用いて形成すると、シリコンウエハやガラスウエハに金属膜等のゲッタを成膜した後にダイシングすることで個片化したゲッタ装置３０を用いることができ、ゲッタ装置３０をより容易に形成することができるようになる。なお、基板３１としてシリコンを用いると、基板３１からのアウトガスが少なくなるという利点がある。また、基板３１としてシリコンを用いると、熱伝導率が比較的高いため、加熱によりゲッターの活性化を行う場合に、活性化の効率をより高めることができるようになるという利点もある。

一方、基板３１としてガラスを用いると、ガラスの線膨張係数がパッケージ２０の材料（セラミックやコバールなど）との線膨張係数と近くなるためゲッタ装置３０のパッケージ２０への接合性が向上するという利点がある。

ゲッタ層３２は、ガスを吸着できる材料で形成されていればよく、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂａ等の金属膜を用いて形成することが可能である。また、その他の材料によって形成することも可能である。

ここで、本実施形態では、ゲッタ装置３０によって、より効率的にパッケージ２０内のガスの吸収を行うことができるようにしている。

具体的には、ゲッタ装置３０の基部３１の下面（パッケージ２０に取り付けられる側の面）３１ｂに、溝部３１ａを形成し、当該溝部３１ａの表面にゲッタ層３２が形成されるようにしている。

溝部３１ａは、下記の方法で形成することができる。

まず、図３（ａ）に示す基板３１の一側の平坦面（本実施形態では、下面３１ｂに相当）に、図３（ｂ）に示すような溝部３１ａを複数形成する。

具体的には、シリコンやガラスを材料とした基板３１の一側の平坦面に半導体フォトレジスト、酸化膜、窒化膜等の保護膜を選択的に製膜する。その後、基板３１の一側の平坦面の保護膜で覆われていない領域を、プラズマエッチング、薬液エッチング、サンドブラスト等のエッチング工法を用いてエッチングし、基板３１の一側の平坦面に溝部３１ａを形成する。

本実施形態では、それぞれの溝部３１ａは、上面３１ｃ側が閉じるとともに、下面３１ｂ側が開口する直線状に形成されており、両端が基板３１の側面３１ｄに開口するようになっている。なお、溝部は、少なくとも１つ形成されていればよい。また、溝部３１ａの形状は直線状に限らず、湾曲したり折曲したりしていてもよい。

また、Ｔ字状や十字状（碁盤目状）等、途中で分岐する形状となるようにしてもよい。このとき、１つの溝部が、基板３１の側面３１ｂの２箇所以上から開口するようになっていればよい。

そして、複数の溝部３１ａが形成された下面３１ｂに蒸着、スパッタ等の製膜工法を用いて金属膜等のゲッタを製膜してゲッタ層３２を形成する（図３（ｃ）参照）。

本実施形態では、複数の溝部３１ａを含む下面３１ｂの全面にゲッタ層３２が形成されるようにしている。こうすれば、より容易に溝部３１ａ内にゲッタ層３２を形成することができるようになる。また、溝部３１ａの表面にゲッタ層３２が形成されない部位が形成されてしまうのが抑制され、より確実に溝部３１ａ内にゲッタ層３２を形成することができるようになる。

こうして、複数の溝部３１ａ内（溝部３１ａの表面）にゲッタ層３２が形成されたゲッタ装置３０が形成される。なお、上述したように、このゲッタ装置３０は、シリコンウエハやガラスウエハを個片化することで形成することができ、この場合は、ゲッタ層３２の形成までウエハレベルで行い、その後個片化することでゲッタ装置３０が形成されることとなる。

そして、ゲッタ装置３０を、ゲッタ層３２が形成された側（基板３１の下面３１ｂ側）が下を向いた状態で、基板２２の上面２２ａに取り付けるようにしている（図３（ｄ）参照）。

こうすることで、ゲッタ装置３０を基板２２の上面２２ａ（パッケージ２０）に取り付けた状態で、当該ゲッタ装置３０の側面３０ａを貫通するとともに、ゲッタ層３２が露出する貫通孔３３が形成されることとなる。

このとき、本実施形態では、複数の溝部３１ａを含む下面３１ｂの全面にゲッタ層３２を形成したため、基板３１の下面（パッケージ２０に取り付ける側の面）３１ｂは、基板２２の上面２２ａ（パッケージ２０）に当接しておらず、ゲッタ層３２を介して基板２２の上面２２ａ（パッケージ２０）に取り付けられている。

以上説明したように、本実施形態では、ゲッタ装置３０は、パッケージ２０に取り付けられる側に溝部３１ａが形成された基板（基部）３１と、当該基板（基部）３１の溝部３１ａ表面に設けられて封止空間Ｓ内のガスを吸収するゲッタ層３２と、を備えている。そして、ゲッタ装置３０をパッケージ２０に取り付けた状態で、当該ゲッタ装置３０の側面３０ａを貫通するとともに、ゲッタ層３２が露出する貫通孔３３が形成されるようにしている。

こうすることで、基板２２の上面２２ａの近傍にゲッタ層３２が露出する貫通孔３３を配置することができるようになる。

ところで、パッケージ２０の内面２０ａ、特に、底壁部に相当する基板２２の上面２２ａは、封止空間Ｓ内において比較的ガスの対流が生じやすい部位である。

そして、比較的ガスの対流が生じやすい基板２２の上面２２ａ近傍にゲッタ層３２が露出する貫通孔３３を配置することで、対流したガスが貫通孔３３内を通過しやすくなり、貫通孔３３内を通過する際に、露出したゲッタ層３２によって吸収されるようになる。

このように、対流したガスを貫通孔３３内に案内して吸収するようにすることで、より効率的にガスの吸収を行うことができるようになる。

したがって、本実施形態によれば、より効率的にガスの吸収を行うことのできるゲッタ取付構造１０および当該ゲッタ取付構造１０を備えるセンサ装置１００を得ることができるようになる。

また、溝部３１ａを形成することで、ゲッタ装置の実装面積を大きくすることなくゲッタの表面積（ゲッタ層３２の表面積）を増加させることが可能となり、ガスの吸収性能をより向上させることが可能になるという利点もある。

なお、上記実施形態では、基板３１の上面３１ｃが露出したゲッタ装置３０を例示したが、ゲッタ装置３０を図４に示すような形状としてもよい。

すなわち、図４に示すように、基板（基部）３１の上面（パッケージ２０に取り付けられる側とは反対側の面）３１ｃに第２のゲッタ層３２Ａを形成するようにしてもよい。

図４では、基板（基部）３１の上面３１ｃにも少なくとも１つの溝部３１ａＡを形成し、溝部３１ａを含む上面３１ｃの全面に第２のゲッタ層３２Ａを形成するようにしている。こうすることで、図４に記載のゲッタ装置３０Ａは、第２のゲッタ層３２Ａが凹凸部３２ａＡを有するようになる。なお、基板（基部）３１の上面３１ａに溝部を設けず、第２のゲッタ層３２Ａの表面（露出面）に面粗し加工を施して凹凸部を設けたり、図４の状態とした後に、さらに、ゲッタ層３２Ａの表面（露出面）に面粗し加工を施したりすることも可能である。

かかる構成としても、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、基板（基部）３１の上面（パッケージ２０に取り付けられる側とは反対側の面）３１ｃに第２のゲッタ層３２Ａを形成することで、ゲッタ装置の実装面積を大きくすることなくゲッタの表面積を増加させることができ、ガスの吸収性能をより向上させることができる。さらに、第２のゲッタ層３２Ａが凹凸部３２ａＡを有するようにすることで、ガスの吸収性能をより一層向上させることができるようになる。

（第２実施形態）
本実施形態にかかるセンサ装置１００Ｂは、基本的に上記第１実施形態で示したセンサ装置１００とほぼ同様の構成をしている。

すなわち、センサ装置１００Ｂは、図５に示すように、封止空間（例えば、真空等の密閉空間）Ｓが形成されたパッケージ２０を備えている。そして、このパッケージ２０の内面２０ａには、センサ素子（実装部品）４０ＢおよびＩＣチップ（信号処理部：実装部品）５０Ｂが取り付けられている。

ここで、本実施形態にかかるセンサ装置１００Ｂが、上記第１実施形態のセンサ装置１００と主に異なる点は、パッケージ２０に取り付けられる実装部品（センサ素子４０ＢやＩＣチップ５０Ｂ）がゲッタ装置３０の基板（基部）３１を兼ねるようにした点にある。

本実施形態では、センサ素子４０ＢおよびＩＣチップ５０Ｂの両方がゲッタ装置３０の基板（基部）３１を兼ねるようにしている。

すなわち、センサ素子４０Ｂの下面（パッケージ２０に取り付けられる側の面）４０ｂに、溝部４０ａを形成し、当該溝部４０ａの表面にゲッタ層３２が形成されるようにしている。そして、ＩＣチップ５０Ｂの下面（パッケージ２０に取り付けられる側の面）５０ｂに、溝部５０ａを形成し、当該溝部５０ａの表面にゲッタ層３２が形成されるようにしている。

こうすることで、センサ装置１００Ｂも、封止空間Ｓが形成されるパッケージ２０と、パッケージ２０内に取り付けられて封止空間Ｓ内のガスを吸収するゲッタ装置３０と、を備えるゲッタ取付構造１０Ｂを有するようにしている。

以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、本実施形態によれば、パッケージ２０に取り付けられる実装部品（センサ素子４０ＢやＩＣチップ５０Ｂ）がゲッタ装置３０の基板（基部）３１を兼ねるようにしている。そのため、実装部品（センサ素子４０ＢやＩＣチップ５０Ｂ）とは別にゲッタ装置を取り付ける領域を設ける必要がなくなり、ゲッタ取付構造１０Ｂやセンサ装置１００Ｂの小型化を図ることができるようになる。

また、本実施形態によれば、センサ素子４０ＢやＩＣチップ５０Ｂの近傍にゲッタが設けられるため、封止後にセンサ素子４０ＢやＩＣチップ５０Ｂから生じるアウトガスをより確実に吸収することができるという利点もある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、直方体のパッケージを例示したが、パッケージの形状はそれ以外の形状であってもよい。

また、実装部品やゲッタ装置、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜変更することが可能である。

１０，１０Ｂ ゲッタ取付構造
２０ パッケージ
３０，３０Ａ ゲッタ装置
３０ａ 側面
３１ 基板（基部）
３１ａ 溝部
３１ｂ 下面（パッケージに取り付けられる側の面）
３１ｃ 上面（パッケージに取り付けられる側とは反対側の面）
３２ ゲッタ層
３２Ａ 第２のゲッタ層
３２ａＡ 凹凸部
３３ 貫通孔
４０，４０Ｂ センサ素子（実装部品）
５０，５０Ｂ ＩＣチップ（実装部品）
１００，１００Ｂ センサ装置
Ｓ 封止空間

Claims (5)

1. 封止空間が形成されるパッケージと、
   前記パッケージ内に取り付けられて前記封止空間内のガスを吸収するゲッタ装置と、
   を備えるゲッタ取付構造であって、
   前記ゲッタ装置は、前記パッケージに取り付けられる側の面に溝部が形成された基部と、当該基部の溝部表面に設けられて封止空間内のガスを吸収するゲッタ層と、を備え、
   前記ゲッタ装置を前記パッケージに取り付けた状態で、当該ゲッタ装置の側面を貫通するとともに、前記ゲッタ層が露出する貫通孔が形成されることを特徴とするゲッタ取付構造。
2. 前記基部の前記パッケージに取り付ける側の面が前記ゲッタ層を介して前記パッケージに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のゲッタ取付構造。
3. 前記基部の前記パッケージに取り付けられる側とは反対側の面に第２のゲッタ層が形成されるとともに、当該第２のゲッタ層が凹凸部を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゲッタ取付構造。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のゲッタ取付構造を有することを特徴とするセンサ装置。
5. 前記パッケージに取り付けられる実装部品を有し、当該実装部品が前記基部を兼ねることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。

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