JP5939385B2 - 赤外線センサパッケージ、赤外線センサモジュール、および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線センサパッケージ、赤外線センサモジュール、および電子機器に関する。
近年、赤外線センサ素子を真空封止した赤外線センサパッケージ、または、この赤外線センサパッケージを搭載した電子機器では、小型、高性能化、低コスト化が要求されている。
一般に、赤外線センサ素子（赤外線検出素子）としては、量子型と熱型とがある。このうち熱型は、量子型に比べ追随性に劣るものの、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ため、製造コストを安く抑えることができる。
従来の熱型の非冷却方式の赤外線センサパッケージとしては、図８Ａおよび図８Ｂに示すような赤外線センサパッケージ１４１が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
従来の赤外線センサパッケージ１４１は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、赤外線センサ素子１２１と、容器１２０を構成する下部ハウジング１１１および上部ハウジング１１２と、下部ハウジング１１１上に形成された金属パターン１５４、１５５、１５７と、上部ハウジング１１２に接合された赤外線透過窓１１３と、下部ハウジング１１１および上部ハウジング１１２を接合させる封止リング１５６と、赤外線センサパッケージの外部出力端子となるコンタクトピン１４２と、ゲッター１５１と、下部ハウジング１１１上に設けられゲッター１５１を載せるコバールブロック１５３とを備えている。
ここで、赤外線センサ素子を真空封止した赤外線センサパッケージでは、一般的に真空封止後、パッケージ内部表面から経時変化により放出される、水分、酸素、水素などの微量なガスによって真空度が劣化することが課題であり、これを改善するために赤外線センサパッケージ内部にそれらの放出ガス（酸素、一酸化炭素、水蒸気、二酸化炭素、窒素、水素など）を吸着させて真空劣化を抑える機能を有する「ゲッター」と言われる部品が実装されている。
ところが、一般に、ゲッターのガス吸着能力を維持するためには、一定の温度（最高温度：約４００℃〜５００℃）でゲッターを加熱する必要があるが、従来の赤外線センサパッケージ１４１では、ゲッター１５１に隣接して赤外線センサ素子１２１が配置されているため、ゲッター１５１の加熱時にゲッター１５１から輻射される熱が赤外線センサ素子１２１に伝わり、赤外線センサ素子１２１の性能が劣化するという問題があった。
そこで、本発明は、従来の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、赤外線センサ素子の性能劣化を抑制しつつ、ゲッターのガス吸着能力を維持可能な赤外線センサパッケージ、赤外線センサモジュール、および電子機器を提供することである。
本発明の赤外線センサパッケージは、赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子に電気的に接続されたベース基板部と、前記赤外線センサ素子を囲うハウジング部と、赤外線透過窓と、ゲッターとを少なくとも備え、前記赤外線センサ素子は、前記ベース基板部と前記ハウジング部と前記赤外線透過窓とによって囲まれた空間内に真空封止されており、前記ゲッターは、前記赤外線センサ素子と前記ベース基板部との間にスペーサーを配置することによって形成された前記赤外線センサ素子と前記ベース基板部との間の空隙に配置され、前記赤外線センサ素子と前記ゲッターとの間に、遮熱部材が配置され、前記遮熱部材は、前記赤外線センサ素子を加熱する加熱ヒーター、または、Ｎｉを含む合金または耐熱ガラスから少なくとも成る素子であることにより、前述した課題を解決したものである。
本発明の赤外線センサモジュールは、前記赤外線センサパッケージと、前記赤外線センサパッケージに電気的に接続され前記赤外線センサパッケージを駆動する駆動回路とを備えていることにより、前述した課題を解決したものである。
本発明の電子機器は、前記赤外線センサパッケージまたは前記赤外線センサモジュールを搭載したことにより、前述した課題を解決したものである。
本発明では、赤外線センサ素子とゲッターとの間に、遮熱部材が配置されていることにより、ゲッター加熱時に発生する輻射熱が赤外線センサ素子に伝わることを抑制するため、赤外線センサ素子の性能劣化を抑制しつつ、ゲッターを加熱して活性化し、ゲッターのガス吸着能力を維持できる。
また、加熱ヒーターを遮熱部材として用いた場合、加熱ヒーターは元来耐熱性の高い材料から成るため、この加熱ヒーターに、赤外線センサ素子の温度を一定に保つための加熱機能と、赤外線センサ素子の適正温度よりも高温であるゲッターの輻射熱が赤外線センサ素子に伝わることを阻止する遮熱機能とを併せて担わせることにより、部材点数や製造コストを増大させることなく、ゲッターからの輻射熱による赤外線センサ素子の性能劣化を確実に抑制できる。
また、ガラス材料やＮｉを含んだ合金材料は、自身からガスを放出することはほとんどなく、長期的に真空度が劣化するリスクもほとんど無いため、より高性能で信頼性の高い赤外線センサパッケージを実現できる。
また、遮熱部材を構成するＮｉを含む合金または耐熱ガラスは、熱伝導率が低いため、赤外線センサ素子と遮熱部材とを密着させて配置した場合であっても、ゲッター加熱時に発生する輻射熱が遮熱部材に吸収された際に赤外線センサ素子に熱が伝わりにくいため、赤外線センサ素子の性能劣化を抑制できる。
以下、本発明の赤外線センサパッケージの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態における赤外線センサパッケージ１７について、図１Ａ乃至図１Ｅを参照して説明する。
以下、本発明の第１の実施形態における赤外線センサパッケージ１７について、図１Ａ乃至図１Ｅを参照して説明する。
本発明の第１の実施形態における赤外線センサパッケージ１７は、図１Ａに示すように、赤外線センサ素子１と、赤外線センサ素子１に電気的に接続されたベース基板２と、赤外線センサ素子１を囲うハウジング３と、ハウジング３の一部に設けられた貫通穴４を塞ぐ赤外線透過窓５と、ゲッター６ａとを少なくとも備えている。
赤外線センサ素子１は、ベース基板２とハウジング３と赤外線透過窓５とによって囲まれた空間７内に真空封止されている。赤外線センサ素子１とベース基板２との間には、赤外線センサ素子１とベース基板２との間にスペーサー材料８を挿入させることによって空隙９が設けられている。赤外線センサ素子１とベース基板２との間の空隙９の領域には、ゲッター６ａが実装されている。
ゲッター６ａの材料としては、特に限定されることは無いが、Ｚｒ系、Ｔｉ系材料や、それらを含む合金などが好ましい。
また、ベース基板２と赤外線センサ素子１の表面に形成された外部端子（図中では詳細を省略）との接続方法は、特に限定されることは無いが、一例として、図１Ａに示すように導電体から成るワイヤー線１１によって電気的に接続するという方法がある。ワイヤー線１１の材料としては、特に限定されることは無いが、電気伝導率が大きい、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕを用いるのが好ましい。その他、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術によって、ベース基板２と赤外線センサ素子１とを電気的に接続するという方法を用いても構わない。
また、スペーサー材料８については、特に限定されることは無いが、スペーサー材料８の近傍に配置されたゲッター６ａの加熱時に、ゲッター６ａから輻射される熱に耐えられる（変形しない）耐熱ガラスや、金属であることが好ましい。ゲッター６ａの加熱は、赤外線センサパッケージ１７の外部端子（図１Ａでは図示を省略）から、ゲッター６ａに電気的に接続されたベース基板２上の端子６ｂを介して、ゲッター６ａに電流を流すことによって行われる。
また、ベース基板２としては、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を用いるのが好ましい。なぜなら、これらの配線基板に用いている基材は、線膨張率が小さい（約３〜４ｐｐｍ）ので、ベース基板２と赤外線センサ素子１（一般にＳｉ基板上にセンサ素子が薄膜として形成）との線膨張率の差が小さく、その結果、長期信頼性の高いパッケージを実現することができるためである。また、ベース基板２として上記のような材料を用いると、ベース基板２に樹脂材料を用いた場合と比較して、ベース基板２からのアウトガスが少なく、真空封止パッケージを作製後の真空度の悪化を防ぐことができるというメリットがある。
また、ハウジング３の材料としては、コバール、４２アロイ合金など、少なくともＮｉを含む合金材料で作製された構造体が含まれていることが好ましい。コバール、４２アロイ合金など、少なくともＮｉを含む合金材料は、線膨張率も小さい（約３〜４ｐｐｍ）ため、その結果、長期信頼性の高いパッケージを実現することができる。また、コバール、４２アロイ合金など、少なくともＮｉを含む合金材料は磁性体であるため、これが磁気シールド効果を有しており、その結果、赤外線センサ素子１を密閉している構造体の外部にある他の電子デバイスからの電磁干渉を受けずに済むので、安定した動作を実現できるというメリットがある。さらに、これらの材料は金属であり導体であるため、表面にそれらの材料とは種類の異なる金属層（金属膜）を形成したい場合は、スパッタ法や蒸着法よりも短時間で安く厚い金属層を形成できる電気（電解）メッキ法を用いることができるというメリットもある。
また、赤外線透過窓５の材料としては、赤外線を透過させることができるようにＳｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などのほか、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＫＢｒ、ＣｓＩ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２など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が望ましい。
また、赤外線センサパッケージ１７の内部を真空にする方法は、特に限定されることは無いが、一例として、ベース基板２上の端子６ｂにゲッター６ａを溶接した後、スペーサー材料８をベース基板２上に接着剤１８を用いて接着させ、接着剤１８を用いてスペーサー材料８の上に赤外線センサ素子１を接着させた後、赤外線センサ素子１とベース基板２上に形成された端子（図１Ａでは図示を省略）とをワイヤー線１１で電気的に接続し、真空中でベース基板２の外周部と、赤外線透過窓５が一体となったハウジング３とを接合することによって赤外線センサパッケージ１７の内部を真空封止するという方法がある。
また、ベース基板２とハウジング３との接合方法、および、ハウジング３と赤外線透過窓５との接合方法についても特に限定されることは無いが、例えば、前記接合箇所に相当するベース基板２、ハウジング３、および赤外線透過窓５上に予め半田材料（Ｓｎ、Ｐｂ、ＳｎＰｂ、ＳｎＡｇ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＩｎ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＺｎＢｉ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＩｎＡｇ）のようなロウ材を形成しておき、ロウ材を加熱溶融させ、溶着させるという方法がある。その他、表面活性化接合、熱圧着法、超音波接合法、陽極接合、などの接合手段を用いて両者を接合させても構わない。
また、赤外線センサパッケージ１７の内部を真空封止する際には、赤外線透過窓５が一体となったハウジング３を用いることに限定されるわけでは無く、ベース基板２の外周部とハウジング３とを接合した後、ハウジング３と赤外線透過窓５とを真空中で接合するという方法を用いても構わない。この場合、ベース基板２とハウジング３とは、必ずしも真空中で接合する必要は無く、大気中、または、窒素雰囲気中で接合しても構わない。真空中で接合しない場合は、リフロー炉または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という方法を用いてもよい。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。また、リフロー炉やホットプレートを用いずに、大気中または窒素雰囲気中で、レーザー溶接によりロウ材を加熱、溶融させて接合するという方法を用いても構わない。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というプロセスであり、リフロー炉を用いた接合のように赤外線センサ素子１を含めた全体加熱では無いことから赤外線センサ素子１への熱的ダメージが無いので、赤外線センサパッケージ１７の特性の劣化が少ないこと、長期信頼性が高いというメリットがある。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るため、赤外線センサ素子１によっては、このような高温の温度履歴によって特性が劣化する場合もある。また、このような高温の温度履歴によって特性は劣化しないまでも、長期信頼性の低下を招く場合もある。
また、真空封止の製造方法についても、特に限定されることは無いが、一例として、真空チャンバー内に、（赤外線センサ素子１／スペーサー材料８／ベース基板２＋ゲッター６ａ）をそれぞれ接着させて一体となったサンプルを設置し、必要な到達真空度まで（少なくとも赤外線センサ素子１が最低限の性能を出せる真空度として一般に１Ｐａ以下まで、さらに好ましくは経時変化により真空が劣化しても最低限の性能が出せる１Ｐａ以下を保てるように１０−４Ｐａ以下まで）真空引き後、真空チャンバー内で前記サンプルと、ハウジング３と赤外線透過窓５とが一体となったものを重ねて、接合することにより赤外線センサパッケージ１７の内部を真空封止するという方法がある。
また、真空チャンバー内に（赤外線センサ素子１／スペーサー材料８／ベース基板２＋ゲッター６ａ）とハウジング３と接着または接合させたサンプルを設置し、必要な到達真空度まで真空引き後、真空チャンバー内で前記サンプルと赤外線透過窓５とを重ねて接合することにより赤外線センサパッケージ１７内部を真空封止するという方法を用いても構わない。
また、第１の実施形態、および、以下に説明する各実施形態では、赤外線センサパッケージ１７に真空引き用の銅管（排気管）が無い形態を示しているが、ベース基板２にあらかじめ貫通穴およびそれと連続して接合された排気管を形成し、この排気管と真空ポンプとをつなげて真空引きを行い、必要な到達真空度に達した後で、排気管を外部からの機械的な力によってかしめ封止する方法（排気管を構成している銅などの金属を圧力によりつぶして封止する方法）を用いてもよいことは言うまでも無い。
また、第１の実施形態を示す図１Ａ、および、以下に説明する各実施形態を示す各図での描写は割愛するが、赤外線センサパッケージ１７の外部端子の形成場所は、特に限定されることは無く、赤外線センサパッケージ１７の側面（ベース基板２とは垂直方向の面）、または、赤外線透過窓５が実装されている側とは表裏反対面側など、如何なる場所に形成されていても構わない。
また、赤外線センサパッケージ１７の外部端子の具体的態様についても、如何なるものであってもよい。
例えば、外部端子の一例として、図１Ｂに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体ピン１３ａを外部端子（いわゆるＰＧＡ［Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｃに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体ボール１３ｂを外部端子（いわゆるＢＧＡ［Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｄに示すように、ベース基板２の側面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体端子１３ｃを赤外線センサパッケージ１７の外部端子（いわゆるＬＧＡ［Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｅに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体端子１３ｄと電気的に接続されたフレキシブル回路基板１４を赤外線センサパッケージ１７の外部端子とする例が挙げられる。
例えば、外部端子の一例として、図１Ｂに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体ピン１３ａを外部端子（いわゆるＰＧＡ［Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｃに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体ボール１３ｂを外部端子（いわゆるＢＧＡ［Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｄに示すように、ベース基板２の側面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体端子１３ｃを赤外線センサパッケージ１７の外部端子（いわゆるＬＧＡ［Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ］と呼ばれる外部端子）とする例が挙げられる。
また、外部端子の他の例として、図１Ｅに示すように、ベース基板２上の赤外線センサ素子１の実装面とは表裏反対面に形成され、且つ、赤外線センサ素子１およびベース基板２に電気的に接続された導体端子１３ｄと電気的に接続されたフレキシブル回路基板１４を赤外線センサパッケージ１７の外部端子とする例が挙げられる。
以後説明する本発明の赤外線センサパッケージ１７の他の実施形態においても、パッケージの外部端子に関しては色々な形態があり、図で全て説明すると実施形態と組み合わせたバリエーションが多数となるため、以後説明する本発明の第２の実施形態以降の図中では、赤外線センサパッケージ１７の外部端子の図示を省略する。
このようにして得られた第１の実施形態では、図８Ｂに示す従来の赤外線センサパッケージ１４１のように赤外線センサ素子１２１とゲッター１５１とを下部ハウジング１１１上に横に並べて実装せず、ゲッター６ａが赤外線センサ素子１とベース基板２との間にスペーサー材料８によって形成された空隙９の領域に実装されているため、図８Ｂに示す従来の赤外線センサパッケージ１４１のようにゲッター６ａを実装するための場所を赤外線センサ素子１の実装領域以外の場所に別途設ける必要がないため、より赤外線センサ素子１の外形サイズに近い、小型の赤外線センサパッケージ１７を実現することができる。
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について、図２に基づいて以下に説明する。ここで、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第２の実施形態について、図２に基づいて以下に説明する。ここで、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、図２に示すように、ベース基板２上の一部で、且つ、赤外線センサ素子１の下部に位置する箇所に、凹部１０が形成されている。そして、ゲッター６ａは、凹部１０の底部上に実装されている。赤外線センサ素子１は、凹部１０を跨いだ状態で配置されている。
このようにして得られた第２の実施形態では、ベース基板２の一部で、且つ、赤外線センサ素子１の下部に位置する箇所に凹部１０を形成し、ゲッター６ａを凹部１０上に実装することにより、第１の実施形態よりも、赤外線センサ素子１とベース基板２との間の空隙９が高さ方向（ベース基板２に垂直な方向）に広がるので、より厚く表面積が大きいタイプのゲッター６ａを実装することができ、ゲッター６ａの材料選択肢が広がるというメリットがある。
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について、図３に基づいて以下に説明する。ここで、第３の実施形態では、前述した第２の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第２の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第３の実施形態について、図３に基づいて以下に説明する。ここで、第３の実施形態では、前述した第２の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第２の実施形態との間の相違点のみを説明する。
第３の実施形態では、図３に示すように、第２の実施形態で用いられたスペーサー材料８が省略され、赤外線センサ素子１が、接着剤１８を介してベース基板２上に直接的に実装されている。
このようにして得られた第３の実施形態では、凹部１０の内部に実装できるような薄型のゲッター６ａを選択することによって、且つ、スペーサー材料８を無くすことによって、本発明の第２の実施形態の赤外線センサパッケージ１７よりも薄型の赤外線センサパッケージ１７を実現できるというメリットがある。
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について、図４Ａ乃至図４Ｃに基づいて以下に説明する。ここで、第４の実施形態では、前述した第１の実施形態乃至第３の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態乃至第３の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第４の実施形態について、図４Ａ乃至図４Ｃに基づいて以下に説明する。ここで、第４の実施形態では、前述した第１の実施形態乃至第３の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態乃至第３の実施形態との間の相違点のみを説明する。
まず、図４Ａに示す例は、第１の実施形態に対応し、図４Ｂに示す例は、第２の実施形態に対応し、図４Ｃに示す例は、第３の実施形態に対応する。図４Ａ乃至図４Ｃに示す例に共通して、ゲッター６ａが薄膜形状で形成されている点が、第１の実施形態乃至第３の実施形態との間で相違する。なお、図４Ａ乃至図４Ｃでは、ベース基板２上に形成されたゲッター６ａと電気的に接続するための端子６ｂの図示を省略している。
一般的に赤外線センサ素子１を真空封止したパッケージ内部に搭載されているゲッター６ａは、薄膜ではなくバルク形状の固形であり、ベース基板２とゲッター６ａとをスポット溶接などによって電気的に接続されている。
一方、本発明の第４の実施形態のようにゲッター６ａを薄膜形状にすれば、あらかじめ複数（多数）のベース基板２を薄膜のゲッター６ａの形成装置内にセットし、ベース基板２と薄膜のゲッター６ａが一体となったものをまとめて製造することができ、製造量産効率を高めて、パッケージの製造コストを低減させることができるというメリットがある。
一方、本発明の第４の実施形態のようにゲッター６ａを薄膜形状にすれば、あらかじめ複数（多数）のベース基板２を薄膜のゲッター６ａの形成装置内にセットし、ベース基板２と薄膜のゲッター６ａが一体となったものをまとめて製造することができ、製造量産効率を高めて、パッケージの製造コストを低減させることができるというメリットがある。
また、図４Ａや図４Ｂに示す例では、ゲッター６ａを薄膜形状にすることにより、ゲッター６ａの上面と赤外線センサ素子１の下面との距離が広がるので、スペーサー材料８をより薄い材料にすることができ、スペーサー材料８の部材費を安くすることができることや、赤外線センサパッケージ１７の厚さも薄くできるというメリットがある。
また、図４Ｂや図４Ｃに示す例では、ゲッター６ａを薄膜形状にすることにより、ゲッター６ａの上面と赤外線センサ素子１の下面との距離が広がるので、ベース基板２に形成した凹部１０の深さをより浅くすることができ、ベース基板２の製造加工費を低減させることができるというメリットがある。また、凹部１０を浅くすることにより、凹部１０の下部のベース基板２の厚さをより厚くすることができるので、ベース基板２の強度を高めることができ、より信頼性の高い赤外線センサパッケージ１７を製造できるというメリットもある。
さらには、ゲッター６ａが薄膜形状であるので、スポット溶接などを用いてパッケージ１個に対し、一つずつ手作業でベース基板２上の電極と電気的に接続する必要が無く、複数のベース基板２に一括でまとめてゲッター６ａを形成できるので、赤外線センサパッケージ１７の量産性が高まり、より製造コストを低減させることができる。
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態について、以下に説明する。ここで、第５の実施形態では、前述した第４の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第４の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第５の実施形態について、以下に説明する。ここで、第５の実施形態では、前述した第４の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第４の実施形態との間の相違点のみを説明する。
本発明の第５の実施形態としての赤外線センサパッケージ１７の基本構造の断面については、本発明の第４の実施形態を示す図４Ａ乃至図４Ｃと同じである。
本発明の第５の実施形態における赤外線センサパッケージ１７は、本発明の第４の実施形態における赤外線センサパッケージ１７において、薄膜形状のゲッター６ａが３００℃以下の加熱により活性化できる材料であることを特徴とする構造になっている。
本発明の第５の実施形態は、本発明の第４の実施形態と類似しているが薄膜形状のゲッター６ａが３００度以下の加熱により活性化できる材料であるというところが第４の実施形態と異なっている。
一般的に赤外線センサ素子１を真空封止したパッケージ内部に搭載されているゲッター６ａの材料としては、Ｚｒ系、Ｔｉ系材料や、それらを含む合金が用いられているが、これらの材料では、ゲッター６ａを約４００℃以上に加熱して、活性化（パッケージ内部の空間に漂っているガス分子を吸着できる状態にさせる）する必要がある。
一方、赤外線センサ素子１は、約３００℃以上の環境下で性能が劣化するため、赤外線センサパッケージ１７全体を約３００℃以上に加熱することができず、一般的にはゲッター６ａに電流を流すことによって、ゲッター６ａだけを直接加熱して活性化を行うという手段が多く使用されている。
一方、赤外線センサ素子１は、約３００℃以上の環境下で性能が劣化するため、赤外線センサパッケージ１７全体を約３００℃以上に加熱することができず、一般的にはゲッター６ａに電流を流すことによって、ゲッター６ａだけを直接加熱して活性化を行うという手段が多く使用されている。
本発明の第５の実施形態の赤外線センサパッケージ１７では、薄膜形状のゲッター６ａとして３００℃以下の加熱によって活性化できる材料を使用しているため、赤外線センサパッケージ１７の内部を真空引きする従来の工程における加熱（３００℃以下）によって、ゲッター６ａを活性化させることができる。その結果、別途、ゲッター６ａに電流を流して加熱し、活性化させるという工程が不要となるため、赤外線センサパッケージ１７の製造コストを低減できるというメリットがある。
また、従来必要であったゲッター６ａと電気的に接続されたベース基板２上の端子６ｂの形成も不要となるため、ベース基板２の製造コストも低減でき、トータルで赤外線センサパッケージ１７の製造コストをさらに低減できるというメリットがある。
ここで、ゲッター６ａの材料としては、特に限定されることは無いが、例えば、主に水、二酸化炭素のゲッター効果を有するＣａ系の無機化合物の周囲を有機溶剤および樹脂で覆ったペースト状の材料を約１５０℃で約３０分乾燥させて作製した薄膜材料などが好適である。
Ｃａ系の無機化合物を主成分とするゲッター６ａであれば、約１５０℃（≦３００℃）で活性化できるので、赤外線センサパッケージ１７の内部を真空引きする通常の工程で使用する環境温度（一般的に約２２０℃以下）に晒されるだけでゲッター６ａを活性化できるので、別途、電流を流してゲッター６ａを加熱するという比較的作業時間を要する工程が不要となるため、赤外線センサパッケージ１７の製造コストを低減させることができる。
（実施形態６）
次に、本発明の第６の実施形態について、図５に基づいて以下に説明する。ここで、第６の実施形態では、前述した第２の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第２の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第６の実施形態について、図５に基づいて以下に説明する。ここで、第６の実施形態では、前述した第２の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第２の実施形態との間の相違点のみを説明する。
まず、第２の実施形態では、凹部１０の底部にゲッター６ａが配置されていたが、これに対して、第６の実施形態では、図５に示すように、ゲッター６ａが、凹部１０を跨ぐように配置されてベース基板２に実装されている。なお、図５では、ゲッター６ａと電気的に接続するために設けたベース基板２上の表面端子６ｃの描写を省略している。
ゲッター６ａは、赤外線センサパッケージ１７の内部に漂うガス分子をできるだけ多く吸着できるように、赤外線センサパッケージ１７の内部空間内で露出される表面積が大きいほどゲッター効果が高く好ましい。第２の実施形態では、このような観点からゲッター６ａの下部をベース基板２と接触させないように、ベース基板２上の表面端子６ｃ（厚さ約２０μｍ以下であり、ベース基板２の配線パターンの一部であり、図２中では省略）上にブロック形状の端子６ｂを設けている。一方、図５に示す本発明の第６の実施形態では、ベース基板２上に形成した凹部１０を跨ぐようにゲッター６ａを実装しているため、ゲッター６ａ下部とベース基板２との間に空隙があるため、前記バルク形状の端子６ｂが不要であり、ゲッター６ａをベース基板２上の表面端子６ｃと直接電気的に接続している。その結果、バルク形状の端子６ｂをベース基板２上に実装するという製造工程が不要となり、本発明の第２の実施形態に示す赤外線センサパッケージ１７と比べて製造コストを低減させることができるというメリットがある。
（実施形態７）
次に、本発明の第７の実施形態について、図６に基づいて以下に説明する。ここで、第７の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第７の実施形態について、図６に基づいて以下に説明する。ここで、第７の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
第７の実施形態では、図６に示すように、赤外線センサ素子１のゲッター６ａに対向する面に、ゲッター６ａが加熱された時にゲッター６ａから輻射される熱が直接的に赤外線センサ素子１に伝わるのを阻止するための板状の素子（遮熱部材）１２が実装されている。本実施形態では、スペーサー材料８上に板状の素子１２が固着され、板状の素子１２上にゲッター６ａが固着されている。
板状の素子１２の材料については、特に限定されることは無いが、できるだけ耐熱温度が高く、熱伝導率が小さい材料が好ましい。例えば、耐熱ガラス板や、熱伝導率が比較的小さいＮｉを含んだ合金（４２アロイ、コバールなど）などの金属板などが好適である。ガラス材料やＮｉを含んだ合金材料は、自身からガスを放出することはほとんどないため、長期的に真空度が劣化するリスクもほとんど無く、より高性能で信頼性の高い赤外線センサパッケージ１７を実現できる。また、これまでの説明の中で図を含めて言及されていなかったが、赤外線センサパッケージ１７の性能を高めるために、赤外線センサ素子１の温度を一定に保つための加熱ヒーターがあっても構わない。その場合、この加熱ヒーターを板状の素子１２として使用すれば、ゲッター６ａの加熱時の輻射熱をさえぎる役割も兼ねることができるので好適である。つまり、別途に板状の素子を設けることを省略することができ、製造コストを低減させることができる。加熱ヒーターは、元々、物体を高温に加熱するための材料であり、耐熱性の高い材料であるため、ゲッター６ａの加熱時の温度上昇（最高温度：約４００℃〜５００℃）によっても壊れることは無い。加熱ヒーターは、発熱体となる導電体の周囲を、アルミナや窒化珪素などのセラミックスで覆った材料が好適である。
また、板状の素子１２として加熱ヒーターを使用する場合、つまり、赤外線センサ素子１を加熱ヒーターで加熱して温度を一定に保てるようにした実施形態の場合は、スペーサー材料８として、ガラス材料を使用することが好ましい。ガラス材料は、一般的に熱伝導率が非常に小さいので、加熱ヒーターに電流を流して発生させた熱がスペーサー材料８を介して赤外線センサパッケージ１７全体に伝わりにくいため、効率よく赤外線センサ素子１だけを加熱することができる。その結果、加熱ヒーターに流す電流の大きさを小さくすることができ、より低消費電力を有する赤外線センサパッケージ１７を実現できるというメリットがある。ここでガラス材料としては特に限定されることは無いが、Ｎａ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯ２を主な成分としたホウケイ酸ガラスや、Ｎａ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｉＯ２を主な成分としたソーダ石灰ガラスや、ＳｉＯ２から成る石英ガラスなどを用いるのが好ましい。中でもホウケイ酸ガラスは、熱膨張係数が小さいので、温度サイクル試験や熱衝撃試験に対する耐久性が高いというメリットがあり好ましい。
赤外線センサパッケージ１７の外部端子（図中では省略している）に電流を流し、ゲッター６ａを加熱して活性化（一般的には約４００℃以上で約１５分〜３０分加熱するという工程が必要）する際に、ゲッター６ａから赤外線センサパッケージ１７の方向へ輻射熱が放射されるが、本発明の第７の実施形態では、その輻射熱が直接的に赤外線センサ素子１に伝わるのを防ぐための板状の素子１２を赤外線センサ素子１の下部に実装することにより、ゲッター６ａが加熱されても赤外線センサ素子１の温度上昇を抑えられるので、赤外線センサ素子１の性能劣化（感度劣化、画質劣化など）を防止できるというメリットがある。
なお、赤外線センサ素子１の下部に、ゲッター６ａが加熱された時にゲッター６ａから輻射される熱が直接的に赤外線センサ素子１に伝わるのを阻止するための板状の素子１２が実装されるという構造を、図２乃至図５に示す本発明の第２乃至第６の実施形態において適用してもよく、同様なメリットが得られることは言うまでもないため、以後の詳しい説明は割愛する。
（実施形態８）
次に、本発明の第８の実施形態について、図７Ａおよび図７Ｂに基づいて以下に説明する。ここで、第８の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
次に、本発明の第８の実施形態について、図７Ａおよび図７Ｂに基づいて以下に説明する。ここで、第８の実施形態では、前述した第１の実施形態と以下に説明する一部のみが異なるため、以下では、第１の実施形態との間の相違点のみを説明する。
まず、第１の実施形態では、ベース基板２とハウジング３とが別体に形成されていたのに対して、図７Ａおよび図７Ｂに示す第８の実施形態では、ベース基板２とハウジング３とが一体に形成されている。以下では、ベース基板２とハウジング３とを一体に形成した部材をハウジング一体型ベース基板１９と称する。図７Ｂに示す例は、ハウジング一体型ベース基板１９にさらに凹部が形成されている点のみが図７Ａに示す例と異なる。
第８の実施形態では、ベース基板２とハウジング３とが一体化された構造であるので、ベース基板２とハウジング３とを一体化したハウジング一体型ベース基板１９に直接的に赤外線透過窓５を真空中で接合し、赤外線センサパッケージ１７を真空封止することができる。
第１の実施形態による赤外線センサパッケージ１７では、真空封止部が、ベース基板２およびハウジング３と、ハウジング３および赤外線透過窓５との２箇所であったのに対し、第８の実施形態では、真空封止部が、ハウジング一体型ベース基板１９および赤外線透過窓５の１箇所だけであるので、真空封止部の領域が少なく、赤外線センサパッケージ１７の完成後のリークによる長期的な真空劣化というリスクを低減させることができ、より信頼性の高い赤外線センサパッケージ１７を実現することができるというメリットがある。
また、ベース基板２とハウジング３が一体化されているという構造を、図２乃至図６に示す、本発明の第２乃至第７の実施形態において適用してもよく、同様なメリットが得られることは言うまでもないため、以後の詳しい説明は割愛する。
（実施形態９）
次に、本発明の第９の実施形態について、以下に説明する。
次に、本発明の第９の実施形態について、以下に説明する。
図の説明は割愛するが、上記第１の実施形態乃至第８の実施形態による小型の赤外線センサパッケージ１７を用いて、駆動回路と電気的に接続した赤外線センサモジュール、つまり、電源を入れれば直ぐに赤外線センサを作動できるようなモジュールを実現している。
その結果、サーモグラフィー、夜間の監視カメラ、消防用のカメラ、防衛用の無人偵察機搭載用のカメラなど、赤外線センサパッケージ１７を用いたシステムをより簡単で安価に、且つ小型に設計することができるというメリットがある。
（実施形態１０）
次に、本発明の第１０の実施形態について、以下に説明する。
次に、本発明の第１０の実施形態について、以下に説明する。
図の説明は割愛するが、上記第１の実施形態乃至第８の実施形態による小型の赤外線センサパッケージ１７、または、上記第９の実施形態による赤外線センサモジュールを用いれば、従来よりも小型の赤外線センサパッケージ１７、または、赤外線センサモジュールを搭載したより高性能で安価且つ小型の電子機器（サーモグラフィー、夜間の監視カメラ、消防用のカメラ、防衛用の無人偵察機搭載用のカメラなど）を実現することができる。
以上、実施形態を複数述べたが、その他、本発明はその要旨を超えない限り、上記の実施形態に限定されるものではないことは言うまでも無い。また、組み合わせに支障が無い限り、各実施形態の特徴を適宜組み合わせることが可能である。
１：赤外線センサ素子
２：ベース基板
３：ハウジング
４：貫通穴
５：赤外線透過窓
６ａ：ゲッター
６ｂ：端子
６ｃ：表面端子
７：空間
８：スペーサー材料
９：空隙
１０：凹部
１１：ワイヤー線
１２：板状の素子（遮熱部材）
１３ａ〜１３ｄ：外部端子
１４：フレキシブル回路基板
１５：フレキシブル回路基板の端子
１７：赤外線センサパッケージ
１８：接着剤
１９：ハウジング一体型ベース基板
２：ベース基板
３：ハウジング
４：貫通穴
５：赤外線透過窓
６ａ：ゲッター
６ｂ：端子
６ｃ：表面端子
７：空間
８：スペーサー材料
９：空隙
１０：凹部
１１：ワイヤー線
１２：板状の素子（遮熱部材）
１３ａ〜１３ｄ：外部端子
１４：フレキシブル回路基板
１５：フレキシブル回路基板の端子
１７：赤外線センサパッケージ
１８：接着剤
１９：ハウジング一体型ベース基板
Claims (9)
- 赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子に電気的に接続されたベース基板部と、前記赤外線センサ素子を囲うハウジング部と、赤外線透過窓と、ゲッターとを少なくとも備え、
前記赤外線センサ素子は、前記ベース基板部と前記ハウジング部と前記赤外線透過窓とによって囲まれた空間内に真空封止されており、
前記ゲッターは、前記赤外線センサ素子と前記ベース基板部との間にスペーサーを配置することによって形成された前記赤外線センサ素子と前記ベース基板部との間の空隙に配置され、
前記赤外線センサ素子と前記ゲッターとの間に、遮熱部材が配置され、
前記遮熱部材は、前記赤外線センサ素子を加熱する加熱ヒーター、または、Ｎｉを含む合金または耐熱ガラスから成る素子であることを特徴とする赤外線センサパッケージ。 - 前記遮熱部材は、前記ゲッターに対向する前記赤外線センサ素子の対向面に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサパッケージ。
- 前記遮熱部材は、前記赤外線センサ素子を加熱する加熱ヒーターであることを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線センサパッケージ。
- 前記ベース基板部は、前記赤外線センサ素子に対向する対向面に凹部を有し、
前記ゲッターは、前記ベース基板部の前記凹部を跨ぐように、前記ベース基板部の前記対向面上に実装されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の赤外線センサパッケージ。 - 前記ゲッターは、薄膜形状を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の赤外線センサパッケージ。
- 前記ゲッターは、３００°℃以下の加熱により活性化する材料から成ることを特徴とする請求項５に記載の赤外線センサパッケージ。
- 前記スペーサーは、ガラス材料から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の赤外線センサパッケージ。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の赤外線センサパッケージと、前記赤外線センサパッケージに電気的に接続され前記赤外線センサパッケージを駆動する駆動回路とを備えていることを特徴とする赤外線センサモジュール。
- 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の赤外線センサパッケージまたは請求項８に記載の赤外線センサモジュールを搭載したことを特徴とする電子機器。
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