JP2018038546A - 計測センサ用パッケージおよび計測センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を相対的に小さくして血流を高精度で測定することができる計測センサ用パッケージおよび計測センサを提供する。
【解決手段】計測センサ用パッケージ１は、基体２と、蓋体とを備える。基体には、発光素子を収容する発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子を収容する第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子を収容する第２受光素子収容凹部２０ｃが設けられている。蓋体の対向面に第１金属薄層５０および第２金属薄層５１が設けられている。第１金属薄層には、第１受光素子収容凹部に入射する光を規制する絞り孔５ａが設けられている。第２金属薄層は、第２受光素子収容凹部に入射する光を遮光する。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測センサ用パッケージおよび計測センサに関する。

血流等の生体情報を簡単に、かつ高速に測定できる計測センサが求められている。例えば血流は、光のドップラー効果を利用して計測することができる。血液に光を照射すると、赤血球等の血球細胞で光が散乱される。照射光の周波数と散乱光の周波数とから血球細胞の移動速度が算出される。

血流を計測する計測センサは、例えば、特許文献１に生体情報計測装置として記載されており、少なくとも１個の発光素子と、２個以上の受光素子とを備え、体動ノイズが少なくなるように計測値を処理する手段を有している。

また、電磁波ノイズに強い半導体受光装置として、特許文献２には、複数のフォトダイオードと、導電性遮光膜で覆われて電磁波のみを受けるダミーフォトダイオードとを、交互にマトリクス状に配列した構成が記載されている。

特開２００６−１０２１５９号公報 特開２００２−２１７４４７号公報

生体内の血流には、静脈の血流および動脈の血流など複数種類あり、取得すべき情報に応じた測定が可能な計測センサが求められる。皮膚表面から比較的深い位置にある血管を流れる血流の測定など、受光する散乱光の光量が小さい場合、受光素子から出力される信号の電流値も小さくなり、ノイズの影響が相対的に大きくなって高精度で血流を測定することが困難である。

本発明の一つの態様の計測センサ用パッケージは、複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体であって、１つの面に、発光素子を収容する発光素子収容凹部、第１受光素子を収容する第１受光素子収容凹部および第２受光素子を収容する第２受光素子収容凹部が設けられる基体と、
前記１つの面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、
前記蓋体の、前記基体の前記１つの面に対向する面に設けられる第１金属薄層であって、前記第１受光素子収容凹部に入射する光を規制する絞り孔が設けられている第１金属薄層と、
前記蓋体の、前記基体の前記１つの面に対向する面に設けられる第２金属薄層であって、前記第２受光素子収容凹部に入射する光を遮光する第２金属薄層と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一つの態様の計測センサは、上記の計測センサ用パッケージと、
前記発光素子収容凹部に収容される発光素子と、
前記第１受光素子収容凹部に収容される第１受光素子と、
前記第２受光素子収容凹部に収容される第２受光素子と、を含むことを特徴とする。

本発明の一つの態様の計測センサ用パッケージによれば、ノイズの影響を相対的に小さくして血流を高精度で測定することができる。

また、本発明の一つの態様の計測センサによれば、上記の計測センサ用パッケージを備えることにより、血流を高精度で測定することができる計測センサを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る計測センサ用パッケージ１を示す平面図である。 図１の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図である。 図１の切断面線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ａを示す平面図である。 図４の切断面線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ｂを示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ｃを示す断面図である。 計測センサ１００の構成を示す断面図である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る計測センサ用パッケージ１を示す平面図であり、図２は、図１の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図であり、図３は、図１の切断面線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。なお、図１の平面図では、蓋体３を省略して図示している。

計測センサ用パッケージ１は、基体２および蓋体３を含み、さらに表層接地導体層４、金属薄層５および導電性接合材６を含む。基体２は、発光素子および複数の受光素子を収容するものであり、基体本体２０に、信号配線導体２３と、外部接地端子２４とが配設されている。

本実施形態の基体本体２０は、矩形板状であって、複数の誘電体層が積層されて形成されている。また、この基体本体２０には、少なくとも３つの凹部が設けられており、３つの凹部のうちの１つは、発光素子を収容する発光素子収容凹部２０ａであり、３つの凹部のうちの１つは、第１受光素子を収容する第１受光素子収容凹部２０ｂであり、３つの凹部のうちの１つは、第２受光素子を収容する第２受光素子収容凹部２０ｃである。発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃは、基体２の１つの面である一方主面２１に開口するように設けられている。

本実施形態の計測センサ用パッケージ１は、光のドップラー効果を利用して、血流等の流体の流れを計測する計測センサに好適に用いられる。特に、血流を計測する場合には、例えば手指等の身体の一部に外部から光を照射し、皮膚下の血管を流れる血液に含まれる血球細胞によって散乱された光を受光して、周波数の変化から血流を測定する。

光のドップラー効果によって血管内の血流を測定するために、計測センサは、生体内の被計測物である血管に光を照射する発光素子と、被計測物である血管によって散乱された光を受光する第１受光素子と、を備える。また、外部などから計測センサ内部に進入する電磁波によって第１受光素子で生じるノイズを見積もるために、外部からの入射光を受光しない第２受光素子を備える。第２受光素子が出力する信号は、計測センサ内部に進入してきた電磁波を、例えば、第２受光素子内部の信号配線、第２受光素子と計測センサ用パッケージ１の信号導体とを電気的に接続するボンディングワイヤなどがアンテナとして受信したことで生じるノイズ成分を含んでいる。この第２受光素子は、前記のとおり光を受光しないので、出力する信号は、不要な電磁波によるノイズ成分のみを含む信号である。一方、第１受光素子は、測定のために外部から入射する入射光を受光し、さらに第２受光素子と同様に計測センサ内部に進入してきた電磁波を受信する。第１受光素子が出力する信号は、散乱光の受光によって生じる信号成分と、不要な電磁波によるノイズ成分との両方を含む信号である。第１受光素子から出力される信号を、第２受光素子から出力される信号によって補正すれば、第１受光素子から出力される信号における不要な電磁波ノイズ成分の影響が低減され、散乱光の受光によって生じる信号成分が相対的に大きくなる。このような出力信号を用いることで、ノイズの影響が低減され、高精度の測定結果を得ることができる。

本実施形態の計測センサ用パッケージ１は、第１受光素子が外部からの入射光を受光する一方で、第２受光素子が外部からの入射光を受光しないように構成される。計測センサ用パッケージ１は、蓋体３の、基体２の一方主面２１に対向する面である対向面３ａに第１金属薄層５０および第２金属薄層５１が設けられている。第１金属薄層５０には、第１受光素子収容凹部２０ｂに入射する光を規制する絞り孔５ａが設けられている。すなわち、第１受光素子収容凹部２０ｂに収容される第１受光素子は、絞り孔５ａを通過した光（血流による散乱光）を受光することができる。第２金属薄層５１は、第２受光素子収容凹部２０ｃに入射する光を遮光する。すなわち、第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される第２受光素子は、血流による散乱光を含む外光を受光しない。

本実施形態では、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１とは、連なって１つの金属薄層５を構成し、金属薄層５のうちの、第１受光素子収容凹部２０ｂを覆う部分が第１金属薄層５０に相当し、第２受光素子収容凹部２０ｃを覆う部分が第２金属薄層５１に相当する。

発光素子収容凹部２０ａの大きさ、第１受光素子収容凹部２０ｂの大きさ、第２受光素子収容凹部２０ｃの大きさは、収容しようとする発光素子および受光素子の大きさに応じて適宜設定すればよい。例えば、発光素子として、垂直共振器面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）を用いる場合、発光素子収容凹部２０ａの開口は、その形状が、例えば矩形であっても正方形であってもよく、その大きさは、例えば、縦方向長さが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、横方向長さが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであり、深さは、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、第１受光素子および第２受光素子として、面入射フォトダイオードを用いる場合、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃの開口は、その形状が、例えば矩形であっても正方形であってもよく、その大きさは、例えば、縦方向長さが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、横方向長さが０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであり、深さは、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍである。

第１受光素子収容凹部２０ｂと第２受光素子収容凹部２０ｃとは、平面視したときに、その配置位置は、特に限定されないが、例えば、本実施形態のように、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃが、平面視において、発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１および第２受光素子収容凹部２０ｃの中心ｃ２が、一直線上に並ぶように設けられていてもよい。このような配置とすることで、計測センサ用パッケージ１を小型化できる。

発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃは、開口形状が、例えば、円形状、正方形状、矩形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。また、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃは、基体本体２０の主面に平行な断面の断面形状が深さ方向に一様な形状であってもよいが、図３の断面図に示すように、所定の深さまでは、断面形状が開口形状と同じで一様であり、所定の深さ以降は、断面形状が小さくなって底部まで一様であるような、段差付きの凹部であってもよい。

発光素子収容凹部２０ａは、発光素子が載置される底面２００を有し、発光素子収容凹部２０ａの内側面には、発光素子と電気的に接続される電極パッド２３ａが配設される段差面２０２を有する段差部２０１が設けられている。第１受光素子収容凹部２０ｂは、第１受光素子が載置される第１底面２０３を有し、第１受光素子収容凹部２０ｂの内側面には、第１受光素子と電気的に接続される電極パッド２３ａが配設される第１段差面２０５を有する第１段差部２０４が設けられている。また、第２受光素子収容凹部２０ｃは、第２受光素子が載置される第２底面２０６を有し、第２受光素子収容凹部２０ｃの内側面には、第２受光素子と電気的に接続される電極パッド２３ａが配設される第２段差面２０８を有する第２段差部２０７が設けられている。

本実施形態では、第１底面２０３と第２底面２０６とは、一方主面２１から等距離にある。一方主面２１は、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂ、第２受光素子収容凹部２０ｃが開口する基体２の一方側の平坦面であり、同じく平坦面である第１底面２０３との間の距離と、同じく平坦面である第２底面２０６との間の距離とが等しい。すなわち、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃの深さが同じである。さらに、本実施形態では、第１段差面２０５および第２段差面２０８が、一方主面２１から等距離にある。第１段差面２０５および第２段差面２０８も同じく平坦面であり、一方主面２１と第１段差面２０５との間の距離、および一方主面２１と第２段差面２０８との間の距離が等しい。すなわち、第１段差部２０４および第２段差部２０７の深さが同じである。ここで、２つの距離が等しいとは、２つの距離が一致するだけではなく、２つの距離の差が±１０％以内であることも含む。

上記のように、第２受光素子３２は、第１受光素子３１が受けるであろう電磁波を見積もるための、電磁波ノイズキャンセル用受光素子であるので、第１受光素子３１と第２受光素子３２とは、計測センサ用パッケージ１内において類似の環境下で収容するのがよく、本実施形態では、第１受光素子３１と第２受光素子３２とを収容する第１受光素子収容凹部２０ｂと第２受光素子収容凹部２０ｃとは、その深さが等しく、段差部の深さも等しく構成されている。

本実施形態では、発光素子収容凹部２０ａからの距離が、第１受光素子収容凹部２０ｂよりも第２受光素子収容凹部２０ｃのほうが遠い。第１受光素子収容凹部２０ｂと第２受光素子収容凹部２０ｃとは、段差部の配置位置は、特に限定されないが、本実施形態のように、平面視において、第１段差部２０４が、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１を基準として発光素子収容凹部２０ａの側に設けられており、第２段差部２０７が、第２受光素子収容凹部２０ｃの中心ｃ２を基準として第１受光素子収容凹部２０ｂとは反対の側に設けられていてもよい。これにより、第１底面２０３と第２底面２０６とが近づくので、収容される第１受光素子３１と第２受光素子３２との距離が近くなり、第１受光素子３１と第２受光素子３２とが、計測センサ用パッケージ１内において、より類似の環境下で収容される。

信号配線導体２３は、発光素子、第１受光素子３１または第２受光素子３２と電気的に接続され、発光素子３０に入力される電気信号が伝送され、受光素子３０から出力される電気信号が伝送される。本実施形態における信号配線導体２３は、発光素子３０、第１受光素子３１または第２受光素子３２と接続する接続部材であるボンディングワイヤ３３と、ボンディングワイヤ３３が接続される電極パッド２３ａと、電極パッド２３ａに電気的に接続して電極パッド２３ａの直下から基体本体２０を貫通し、第２面である他方主面２２にまで延びる信号ビア導体２３ｂと、他方主面２２に配設され、信号ビア導体２３ｂに電気的に接続する外部接続端子２３ｃとから成る。外部接続端子２３ｃは、基体本体２０の他方主面２２に設けられており、計測センサ用パッケージ１を備える計測センサが実装される外部実装基板の信号用接続端子とはんだ等の端子接続材料によって電気的に接続される。

外部接続端子２３ｃおよび外部接地端子２４は、はんだ等の接合材との濡れ性を向上させ、耐食性を向上させるために、例えば、厚さが０．５〜１０μｍのニッケル層と厚さが０．５〜５μｍの金層とをめっき法によって順次被着させてもよい。

基体２は、発光素子、第１受光素子３１および第２受光素子３２を収容可能であり、信号配線導体２３等の導体を備えるものであれば、基体本体２０の誘電体層がセラミック絶縁材料からなり、信号配線導体２３等が導体材料からなるセラミック配線基板であってもよく、誘電体層が樹脂絶縁材料からなる有機配線基板であってもよい。

基体２が、セラミック配線基板の場合、セラミック材料から成る誘電体層間に各導体が形成される。セラミック配線基板は、複数のセラミック誘電体層から構成される。

セラミック配線基板で用いられるセラミック材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等が挙げられる。

また、基体２が、有機配線基板の場合、有機材料から成る絶縁層間に配線導体が形成される。有機配線基板は、複数の有機誘電体層から形成される。

有機配線基板は、例えば、プリント配線基板、ビルドアップ配線基板またはフレキシブル配線基板等の誘電体層が有機材料から成るものであればよい。有機配線基板で用いられる有機材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂またはフッ素系樹脂等が挙げられる。

蓋体３は、基体本体２０の一方主面（基体２の第１面）２１を覆い、導電性接合材６によって基体２の一方主面２１に接合される。蓋体３によって、発光素子３０、第１受光素子３１および第２受光素子３２が収容された発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃが塞がれて封止される。蓋体３は、絶縁材料からなる板状部材であり、発光素子収容凹部２０ａに収容される発光素子から出射される光が透過し、第１受光素子収容凹部２０ｂに収容される第１受光素子３１が受光する光が透過するような光透過性を有する材料で構成されていればよい。

本実施形態の計測センサ用パッケージ１を備える計測センサでは、蓋体３の表面に、例えば被計測物である手指を当てた状態で発光素子から出射した光を手指に照射する。蓋体３が導電性を有する材料で構成されていると、蓋体３に手指を接触させたときに、手指に溜まった不要な電荷が手指から放出され、蓋体３を通して基体２に電荷が流れ込み、ノイズが発生する。蓋体３を絶縁材料で構成することにより、蓋体３を通して不要な電荷が流れ込むことを抑制することができる。

蓋体３は、被計測物への照射光および散乱光を透過する。照射光および散乱光の特性は、搭載する発光素子３０によって決まるので、少なくとも搭載する発光素子３０が出射する光が透過するように構成されていればよい。発光素子３０から出射される光の波長に対して、当該波長の光の透過率が７０％以上であればよく、９０％以上の透過率を有する絶縁材料で蓋体３を構成してもよい。

蓋体３を構成する絶縁材料としては、例えばサファイア等の透明セラミック材料、ガラス材料または樹脂材料等を用いることができる。ガラス材料としては、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、石英、ソーダガラス等を用いることができる。樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。

蓋体３は、手指等の被計測物が直接接触するため、所定の強度を要する。蓋体３の強度は、構成する材料の強度、板厚みによる。上記のように透明セラミック材料やガラス材料であれば、所定の厚み以上とすることで十分な強度が得られる。蓋体３の構成材料としてガラス材料を用いる場合は、例えば厚みを０．０５ｍｍ〜５ｍｍとすればよい。

表層接地導体層４は、基体本体２０の一方主面２１に配設されるメタライズ層であって、第１受光素子３１および第２受光素子３２が収容される第１受光素子収容凹部２０ｂの開口および第２受光素子収容凹部２０ｃの開口を取り囲むように設けられる。表層接地導体層４は、例えば、外形が、基体本体２０の一方主面２１の外形に沿うように矩形状であってもよく、それ以外の円形状、多角形状などであってもよい。本実施形態では、表層接地導体層４の外形状を矩形状としている。また、表層接地導体層４は、第１受光素子収容凹部２０ｂの開口および第２受光素子収容凹部２０ｃの開口を取り囲んでいるから、少なくとも２つの開口に外接するか、または２つの開口よりも大きな１つの貫通孔が設けられたメタライズ層である。

表層接地導体層４は、例えば、基体２に設けられた後述の導電性接合材６などと接続することで、接地電位が付与される。基体本体２０の一方主面２１に、表層接地導体層４を設けることで、基体２の表面に設置した表層接地導体層４は、下記の金属薄層５と導電性接合材６により電気的に接続される。その結果、金属薄層５にも接地電位を付与することができ、金属薄層５が外部帯電体（特に手指等の測定物）からの電気的シールドとして作用し、第１受光素子３１および第２受光素子３２へのノイズ混入を抑制できる。

上記のように、金属薄層５は、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１とが連なって一体的に設けられたものである。第１金属薄層５０において、絞り孔５ａの大きさ、形状、絞り孔５ａを設ける位置を適宜調整することによって、計測に必要な受光量を確保しつつ、外部から第１受光素子収容凹部２０ｂへの不要な光の進入を低減することができる。受光すべき反射光、散乱光以外の外光など外部から進入する不要な光を第１受光素子３１が受光してしまうと、第１受光素子３１から出力される電気信号に、被計測物からの反射光による受光量に、不要光の受光量が加わることになり、光学的なノイズが発生してしまう。絞り孔５ａによって、このような光学的ノイズを低減することができる。本実施形態では、絞り孔５ａは、平面視で、第１受光素子収容凹部２０ｂの第１底面２０３の中心に対応する位置、すなわち収容される第１受光素子の中心に対応する位置に設けられている。

さらに、金属薄層５は、外部から到来する電磁波（光を除く）のうち、蓋体３側から第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃに進入する電磁波を抑制するための電磁シールドとしても機能する。電磁波が第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃに進入すると、信号配線導体２３、特にボンディングワイヤ３３がアンテナとなって、進入した電磁波を受信してしまい電磁的ノイズの発生原因となる。蓋体３の対向面３ａに、絞り孔５ａを除いて金属材料からなる薄層を設けることで、外部からの電磁波の進入を抑制し、電磁的ノイズの発生を低減することができる。

このように、金属薄層５を設けることで、光学的および電磁的ノイズによる影響を抑制し、計測精度を向上させることができる。外部から到来する電磁波を完全にシールドすることは困難であり、特に基体２の側方など蓋体３側以外の方向に電磁シールドとなるような構成が無いと、電磁的ノイズによる影響を十分に低減することはできない。したがって、本実施形態では、光を受光しない第２受光素子３２によって、第１受光素子３１が受けるであろう電磁波ノイズを見積もることができ、信号値を補正することでさらに計測精度を向上させている。なお、金属薄層５は、表層接地導体層４と電気的に接続され、接地電位が付与されてもよい。また、本実施形態では、金属薄層５の外形と表層接地導体層４の外形とは同じ大きさであるが、異なっていてもよい。

金属薄層５は、透明セラミック材料またはガラス材料からなる蓋体３の表面に、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｗなどの金属及びこれらの合金等の金属材料を蒸着、スパッタ、焼付け等によって形成することができる。金属薄層５の層厚みは、例えば、５００Å〜４０００Åである。

導電性接合材６は、基体２と蓋体３とを接合する。より詳細には、基体本体２０の一方主面２１と蓋体３の対向面３ａとを、外周部分で接合する。導電性接合材６は、矩形状の一方主面２１の四辺に沿って環状に設けられており、基体２の発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃ内の気密性および水密性を確保するためのシール材である。

発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される発光素子３０、第１受光素子３１および第２受光素子３２は、いずれも水分等に弱く、外部からの水分の浸入を防止するために、導電性接合材６は、途切れの無い環状に設けられる。さらに、導電性接合材６は遮光性を有していてもよい。導電性接合材６が遮光性を有することで、外部からの光が、基体２と蓋体３との間を通って、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃ内に進入することを防止できる。

導電性接合材６が有する遮光性は、光の吸収による遮光性であってもよい。外部からの光の進入を防ぐ観点からは、反射による遮光性であってもよいが、計測センサの内部で発生した迷光が、導電性接合材６で反射してさらに第１受光素子３１、第２受光素子３２に受光されてしまうおそれがある。導電性接合材６が光を吸収するものであれば、外部からの光を吸収して進入を防ぐとともに、内部で発生した迷光も吸収することができる。

導電性接合材６は、このような光の吸収による遮光性を有する材料を含んで構成される。導電性接合材６は、例えば、基体２と蓋体３との接合性を有するエポキシ樹脂、導電性シリコン樹脂等の樹脂系接着剤に、光吸収性材料を分散させて得られる。光吸収材料としては、例えば、無機顔料を用いることができる。無機顔料としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素系顔料、チタンブラックなどの窒化物系顔料、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系などの金属酸化物系顔料等を用いることができる。

本実施形態では、表層接地導体層４と金属薄層５とは、平面透視において、環状に設けられた導電性接合材６の外縁よりも内側の領域にそれぞれ配設される。すなわち、基体本体２０の一方主面２１と蓋体３の対向面３ａとの間には、表層接地導体層４および金属薄層５の一部が介在されている。そして、導電性接合材６によって、蓋体３と基体２とが全周にわたり直接接合されている。なお、導電性接合材６は、表層接地導体層４や金属薄層５と一部が重なるように配設されていてもよい。

基体２と蓋体３との接合において、表層接地導体層４および金属薄層５が介在しない箇所では、基体２と蓋体３との接合強度を高くすることができ、蓋体３の剥離等を防止することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ａを示す平面図であり、図５は、図４の切断面線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。

第１実施形態の計測センサ用パッケージ１は、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃが、一直線上に並び、発光素子収容凹部２０ａからの距離が、第１受光素子収容凹部２０ｂよりも第２受光素子収容凹部２０ｃのほうが遠いのに対して、第２実施形態の計測センサ用パッケージ１Ａは、発光素子収容凹部２０ａ、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅが、一直線上には並んでおらず、発光素子収容凹部２０ａからの距離が、第１受光素子収容凹部２０ｄと第２受光素子収容凹部２０ｅとで同じである。なお、その他については、第１実施形態と第２実施形態とで同様の構成であるので、同様の構成には計測センサ用パッケージ１と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

図４の平面図に示すように、発光素子収容凹部２０ａに対して、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅが、矩形状の一方主面２１の長辺方向一方側（紙面向かって右側）に位置し、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅが、一方主面の短辺方向に並んで位置するように設けられている。

本実施形態では、図４に示すように、平面視において、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅは、発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０を通り、一方主面２１の長辺に平行な方向の直線（一方主面２１の短辺の二等分線）を対称軸とする線対称に設けられている。また、図５に示すように、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅは、第１底面２０３と第２底面２０６とが、一方主面２１から等距離にあり、第１段差面２０５および第２段差面２０８が、一方主面２１から等距離にある。これにより、第１受光素子収容凹部２０ｄおよび第２受光素子収容凹部２０ｅは、発光素子収容凹部２０ａとの位置関係、基体２内における位置、例えば、基体２の側面からの距離や収容凹部の深さなどが同等となり、第１受光素子３１で受信する電磁波によるノイズ成分と同等のノイズ成分を、第２受光素子３２で受信することができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ｂを示す断面図であり、図７は、本発明の第４実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ｃを示す断面図である。第３実施形態の計測センサ用パッケージ１Ｂは、第１実施形態の計測センサ用パッケージ１の構成に、さらに遮光部材７を設けている点が異なっているだけで、その他については、第１実施形態と同様の構成であるので、同様の構成には計測センサ用パッケージ１と同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第２受光素子収容凹部２０ｃには、光が進入しないことが望ましい。第１実施形態および第２実施形態では、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃとの間において、基体２の一方主面２１と、蓋体３の対向面３ａとの間に導電性接合材６の厚さ程度の僅かな隙間がある。外部からの入射光は、絞り孔５ａによって規制されるので、この僅かな隙間を通過して第２受光素子収容凹部２０ｃにまで達する可能性は低い。しかしながら、第１受光素子収容凹部２０ｂ内での反射などによって生じた迷光が隙間を通過して第２受光素子収容凹部２０ｃに達すると、第２受光素子から出力される信号に、迷光の受光によって生じる信号成分が加わってしまい、光以外の電磁波によるノイズ成分が本来補正すべきものよりも大きくなってしまう。

このような迷光の第２受光素子収容凹部２０ｃへの進入を抑制するために、本実施形態では、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃとの間の隔壁２０ｆに遮光部材７を設けている。遮光部材７は、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃとの間であって、隔壁２０ｆの上面から蓋体３の対向面３ａまでの間を充填するように、例えば帯状の部材として設けられている。たとえ迷光が生じたとしても、隔壁２０ｆの上面と蓋体３の対向面３ａとの間の隙間には、遮光部材７が設けられているので、この隙間を通過して第２受光素子収容凹部２０ｃに達する光を抑制することができる。

遮光部材７の材料は、上記の導電性接合材６と同様の材料を用いることができる。導電性接合材６と同様の材料を用いることで、遮光部材７が、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃとの間において、基体２と蓋体３とを接合し、接合強度を向上させることができる。

第４実施形態の計測センサ用パッケージ１Ｃは、第３実施形態の計測センサ用パッケージ１Ｂの構成において、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１とが分離したもの、すなわち、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１とが、それぞれ１つの金属薄層からなるものであり、その他については、第１実施形態および第３実施形態と同様の構成であるので、同様の構成には計測センサ用パッケージ１および計測センサ用パッケージ１Ｂと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

第１金属薄層５０と第２金属薄層５１とは、第１実施形態〜第３実施形態のように、これらが連なった１つの金属薄層であってもよいが、本実施形態のように、第１金属薄層５０が１つの金属薄層であり、第２金属薄層５１が他の１つの金属薄層である構成であってもよい。このような構成では、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１との間に隙間が生じる。第１金属薄層５０は、第１受光素子収容凹部２０ｂを覆い、第２金属薄層５１は、第２受光素子収容凹部２０ｃを覆うので、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１との間の隙間は、第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃとの間の隔壁２０ｆの上方に生じることになる。蓋体３に入射した外光の一部が、この隙間を通過して第２受光素子収容凹部２０ｃに達する可能性がある。このような入射光を防ぐためには、第３実施形態と同様に遮光部材７を設ければよい。平面視において、遮光部材７の幅を、第１金属薄層５０と第２金属薄層５１との間の隙間の幅と同じか、それ以上とすれば、遮光部材７によって第１金属薄層５０と第２金属薄層５１との間の隙間を塞ぐことができ、外光の第２受光素子収容凹部２０ｃへの到達を抑制することができる。

計測センサ用パッケージ１の製造方法について説明する。まず、基体２を公知の多層配線基板の製造方法と同様にして作製する。基体２が、セラミック配線基板であり、セラミック材料がアルミナである場合は、まずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状とし、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定の外形状および凹部の形成のために打ち抜き加工するとともに、タングステン（Ｗ）とガラス材料等の原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して金属ペーストとし、電極パッド２３ａ等の導体層は、金属ペーストをグリーンシート表面にスクリーン印刷等の印刷法でパターン印刷する。また、信号ビア導体２３ｂ等の貫通導体は、グリーンシートに貫通孔を設け、スクリーン印刷等によって金属ペーストを貫通孔に充填させる。また、表層接地導体層４となるメタライズ層は、金属ペーストによって最表面に形成される。こうして得られたグリーンシートを複数枚積層し、これを約１６００℃の温度で同時焼成することによって基体２が作製される。

一方、ガラス材料を、切削、切断等により所定の形状に切り出した蓋体３を準備し、対向面３ａ上に、蒸着、スパッタ、焼付け等によって金属薄層５を形成する。このとき、フォトリソ（ウェットエッチング）法、ドライエッチング法等によって金属薄膜にパターン加工することにより、絞り孔５ａを形成することができる。

次に、本発明の第５実施形態である計測センサ１００について説明する。図８は、計測センサ１００の構成を示す断面図である。計測センサ１００は、上記の計測センサ用パッケージ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、発光素子収容凹部２０ａに収容される発光素子３０と、第１受光素子収容凹部２０ｂに収容される第１受光素子３１と、第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される第２受光素子３２と、を含む。計測センサ１００は、計測センサ用パッケージ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃに発光素子３０と、第１受光素子３１と、第２受光素子３２とを実装し、ボンディングワイヤ３３で各素子と電極パッド２３ａと接続した後、蓋体３を導電性接合材６によって基体本体２０に接合して得られる。

発光素子３０は、ＶＣＳＥＬ等の半導体レーザ素子を用いることができ、第１受光素子３１および第２受光素子３２は、シリコンフォトダイオード、ＧａＡｓフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ゲルマニウムフォトダイオード等の各種フォトダイオードを用いることができる。発光素子３０および第１受光素子３１および第２受光素子３２は、被計測物の種類、計測するパラメータの種類等により適宜選択すればよく、第１受光素子３１および第２受光素子３２は、同一種類のフォトダイオードを用いる。

血流を測定する場合は、例えば、光のドップラー効果を利用して測定するために、発光素子３０であるＶＣＳＥＬとして波長が８５０ｎｍのレーザ光を出射可能なものであればよい。その他の測定を行う場合は、測定目的に応じた波長のレーザ光を出射する発光素子３０を選択すればよい。第１受光素子３１は、受光する光が、発光素子３０から出射されるレーザ光から波長の変化が無い場合、発光素子３０の出射光を受光できるものであればよく、波長の変化が有る場合、変化後の波長の光を受光できるものであればよい。

発光素子３０、第１受光素子３１および第２受光素子３２と電極パッド２３ａとは、本実施形態では、例えば、ボンディングワイヤ３３によって電気的に接続されるが、フリップチップ接続、バンプ接続、異方性導電フィルムを用いた接続等他の接続方法であってもよい。第１受光素子３１および第２受光素子３２と電極パッド２３ａとは、同じ接続方法で接続すればよい。

計測センサ１００は、外部実装基板に実装されて使用される。外部実装基板には、例えば、発光素子３０の発光を制御する制御素子、第１受光素子３１および第２受光素子３２の出力信号から血流速度等を算出する演算素子等も実装される。

測定する場合には、被計測物として手指や手首などを蓋体３の表面に接触させた状態で、外部実装基板から外部接続端子２３ｃを介して発光素子制御電流が計測センサ１００に入力され、信号ビア導体２３ｂ、電極パッド２３ａを通って発光素子３０に入力されて発光素子３０から計測用の光が出射される。出射された光が、蓋体３を透過して照射されると、血管を流れる血液中の血球細胞で光が散乱される。蓋体３を透過し、第１絞り孔５ａを通過した散乱光が、第１受光素子３１で受光され、受光量に応じた電気信号が第１受光素子３１から出力される。一方、第２受光素子３２は、光を受光せず、受信した電磁波に応じた電気信号を、ノイズ成分として出力する。出力された信号は、電極パッド２３ａ、信号ビア導体２３ｂを通り、外部接続端子２３ｃを介して計測センサ１００から外部実装基板へと出力される。

外部実装基板では、計測センサ１００から出力された信号が、演算素子に入力され、第１受光素子３１から出力された電気信号と第２受光素子３２から出力された電気信号との差分を算出することで、ノイズ成分がキャンセルされた信号値が得られる。得られた信号値に基づいて、血流速度を算出することができる。

なお、上記の各実施形態では、信号ビア導体２３ｂは、基体本体２０内で厚み方向に一直線状に配設される構成としているが、電極パッド２３ａの直下から他方主面２２の外部接続端子２３ｃまで電気的に接続されていれば、一直線状でなく、基体本体２０内で、内層配線や内部接地導体層等によってずれて形成されていてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 計測センサ用パッケージ
２ 基体
３ 蓋体
３ａ 対向面
４ 表層接地導体層
５ 金属薄層
５ａ 絞り孔
６ 導電性接合材
７ 遮光部材
２０ 基体本体
２０ａ 発光素子収容凹部
２０ｂ，２０ｄ 第１受光素子収容凹部
２０ｃ，２０ｅ 第２受光素子収容凹部
２０ｆ 隔壁
２１ 一方主面
２２ 他方主面
２３ 信号配線導体
２３ａ 電極パッド
２３ｂ 信号ビア導体
２３ｃ 外部接続端子
２４ 外部接地端子
３０ 発光素子
３１ 第１受光素子
３２ 第２受光素子
３３ ボンディングワイヤ
５０ 第１金属薄層
５１ 第２金属薄層
１００ 計測センサ
２００ 底面
２０１ 段差部
２０２ 段差面
２０３ 第１底面
２０４ 第１段差部
２０５ 第１段差面
２０６ 第２底面
２０７ 第２段差部
２０８ 第２段差面

Claims (5)

1. 複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体であって、１つの面に、発光素子を収容する発光素子収容凹部、第１受光素子を収容する第１受光素子収容凹部および第２受光素子を収容する第２受光素子収容凹部が設けられる基体と、
   前記１つの面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、
   前記蓋体の、前記基体の前記１つの面に対向する面に設けられる第１金属薄層であって、前記第１受光素子収容凹部に入射する光を規制する絞り孔が設けられている第１金属薄層と、
   前記蓋体の、前記基体の前記１つの面に対向する面に設けられる第２金属薄層であって、前記第２受光素子収容凹部に入射する光を遮光する第２金属薄層と、を含むことを特徴とする計測センサ用パッケージ。
2. 前記発光素子収容凹部、前記第１受光素子収容凹部および前記第２受光素子収容凹部は、平面視において、前記発光素子収容凹部の中心、前記第１受光素子収容凹部の中心および前記第２受光素子収容凹部の中心が、一直線上に並ぶように設けられていることを特徴とする請求項１記載の計測センサ用パッケージ。
3. 前記第１受光素子収容凹部と前記第２受光素子収容凹部とは、前記発光素子収容凹部からの距離が同じであることを特徴とする請求項１記載の計測センサ用パッケージ。
4. 前記第１金属薄層と前記第２金属薄層とは、連なって設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の計測センサ用パッケージ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の計測センサ用パッケージと、
   前記発光素子収容凹部に収容される発光素子と、
   前記第１受光素子収容凹部に収容される第１受光素子と、
   前記第２受光素子収容凹部に収容される第２受光素子と、を含むことを特徴とする計測センサ。

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