JP6044227B2

JP6044227B2 - 気密封止パッケージおよびその製造方法

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Publication number: JP6044227B2
Application number: JP2012212623A
Authority: JP
Inventors: 西村　望; 望西村
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Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-12-14
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Also published as: JP2014067895A

Description

本発明は、内部を気密状態に保つことを目的とした気密封止パッケージの構造およびその製造方法に関する。

気密封止パッケージは例えば赤外線検知器の囲いとして以下の理由で必要とされる。

赤外線検知器は、赤外領域の光を受光し電気信号に変換して、必要な情報を取り出して応用する素子である。人間の視覚を刺激しないで物を見られる、対象物の温度を遠くから非接触で瞬時に測定できるなどの特徴を持つ。

赤外線検知器は動作原理により、熱型と量子型の２種類に分けられる。このうち熱型赤外線検知器は、赤外線を受光すると熱によって赤外線検知素子が温められ、素子温度の上昇によって変化する電気信号を検知する。量子型に比べ感度、応答速度は低いが、波長帯域が広く常温で使えるのが特徴である。応用例として熱起電力効果を原理としたサーモパイル、焦電センサーのPZT、温度変化による電気抵抗の変化のサーミスター、ボロメーターなどがある。

赤外線検知器は赤外線エネルギーを熱に変え温度変化を計測することで光を検出するため、大気を通した熱放散を阻止するために真空状態の密閉容器に収納し、機能させることが望ましい。内部を真空に維持することで空気を通じた熱の放出が減少するため赤外線検知素子の感度が上昇することが知られている。

このような赤外線検知素子が封入される内部空間を真空状態に保持した赤外線検知器を製造する方法として、例えば特許文献１には、内側に赤外線検知素子が設置されたセラミック容器と蓋材とを真空チャンバ内で溶着する方法が開示されている。具体的には、真空チャンバ内の上下に配置されたヒータにセラミック容器と赤外線透過窓材が取り付けられた蓋材とをそれぞれセットし、真空チャンバ内を真空状態になるように排気する。その後、セラミック容器に配置されたロウ材をヒータの加熱により溶融させた状態で、セラミック容器と蓋材とを動かして加圧密着させ、ヒータの加熱を停止して該ロウ材を凝固させることによって、赤外線検知器を成すセラミック容器と蓋材の間の隙間を封止する。

また、特許文献２には、赤外線検知器の蓋材に設置した貫通穴の開口部に封止材料を置き、真空チャンバ内で封止材を加熱溶融させる方法が開示されている。この方法では真空チャンバに機械部品を上下させることができるような機構は不要であるため、真空チャンバのコストを低くすることが可能である。

また、特許文献３には、電子デバイスを収容する基材と、該基材と熱溶融性材料により接続することにより中空部を形成する蓋材とから構成される構造体であって、前記基材と前記蓋材を第１の熱溶融性材料で接合する環状の接合部と、該環状の接合部の外側に配置され、前記基材と前記蓋材を第２の熱溶融性材料で接合する孤立した接合部と、を備えた構造体が開示されている。この構造体を作成する際に、第２の熱溶融性材料の厚みを第１の熱溶融性材料よりも厚くすることで基材と蓋材の間に隙間を確保することができる。このため、初めから基材と蓋材を積層した状態で真空チャンバに設置したとしても、構造体の中空部内の排気を実施できる。

特開2003-139616号公報特開平11-326037号公報特開2007-67400号公報

特許文献１に開示される方法では赤外線検知器の内部を真空状態にすることは可能であるが、真空チャンバ内部で機械部品を上下させることができるような機構やロボットのハンドリング機構等を設置しなければならない。そのため、真空チャンバ自体が高価になってしまい、製造装置の設備投資コストが高くなってしまうという課題がある。

特許文献２に開示される方法においては、微細な貫通穴からパッケージ内部の気体を排気するため、真空排気時の排気抵抗が高くなり、所望の真空状態に達するまでに要する排気時間が長くなるという課題がある。加えて、排気時に封止材料が動いて貫通穴の開口部から外れたり、加熱溶融時、封止材料が開口部を避けるように流動したり、貫通穴を通って落下したりして貫通穴を完全に封止することが出来ない問題が生じやすいという課題がある。

特許文献３に開示される方法では、熱溶融性材料を溶融させて基材と蓋材を接続するために、構造体の周囲全体を加熱する必要がある。そのため、構造体の中空部に収容された電子デバイスに熱的ダメージを与える虞がある。さらに、基材と蓋材を接続する工程に要する時間も比較的長いという課題もある。

本発明の目的は上述した課題に鑑みてなされたもので、内部を気密状態に保つことを目的とした気密封止パッケージの構造およびその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、電子デバイスが搭載された基材と、該基材に接続され、該基材とで少なくとも該電子デバイスを包含する中空部を形成している蓋材と、を備えた気密封止パッケージに係わる。本発明の気密封止パッケージの態様は、第１のメタライズ層と第１の溶着金属と第２のメタライズ層と第２の溶着金属と抵抗体をさらに備える。

該第１のメタライズ層は、該基材と該蓋材の互いに対向している２つの面それぞれに該中空部の全周にわたり連続して形成されている。該第１の溶着金属は、該基材と該蓋材の該第１のメタライズ層どうしを接続している。該第２のメタライズ層は、該基材と該蓋材の互いに対向している２つの面それぞれにおいて該中空部の周囲に島状に配置されている。該第２の溶着金属は、該基材と該蓋材の該第２のメタライズ層どうしを接続している。さらに、該抵抗体は第２のメタライズ層に対応する基材の内部の位置にのみ設置されている。

さらに本発明の他の態様は、電子デバイスが搭載された基材と、該基材に接続され、該基材とで少なくとも該電子デバイスを包含する中空部を形成している蓋材と、を備えた気密封止パッケージを製造する方法に係わる。

この製造方法の態様は、該基材と該蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれに該中空部の全周にわたり連続して形成された第１のメタライズ層と、該基材と該蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれにおいて該中空部の周囲に島状に配置された第２のメタライズ層と、該第２のメタライズ層に対応する該基材の内部の位置にのみ設置された抵抗体と、を備えるように構成された該基材および該蓋材と、該電子デバイスとを用意する工程を有する。

さらに、この態様の製造方法は、
該基材に該電子デバイスを搭載する搭載工程と、
該基材または該蓋材のいずれか一方の該第１のメタライズ層上に第１の溶着金属を形成する第１の溶着金属形成工程と、
該基材または該蓋材のいずれか一方の該第２のメタライズ層上に該第１の溶着金属よりも厚さが厚い第２の溶着金属を形成する第２の溶着金属形成工程と、
該基材と該蓋材を該第１及び第２の溶着金属を介して積層する積層工程と、
該基材と該蓋材の積層状態で該中空部を排気して真空状態にする排気工程と、
該第１及び第２の溶着金属を溶融させることにより、該第１の溶着金属で該基材と該蓋材の該第１のメタライズ層どうしを接続し、かつ、該第２の溶着金属で該基材と該蓋材の該第２のメタライズ層どうしを接続する接続工程と、
を含む。

該接続工程は、該基材の内部の該抵抗体に通電することにより発熱した熱で該第２の溶着金属を溶融させることを含む。

本発明に係る気密封止パッケージによれば、基材と蓋材を接続している第１及び第２の溶着金属を、基材の内部の抵抗体に通電することにより発熱した熱で溶融させることができる。このため、蓋材を基材から取り外してパッケージ内部の電子デバイスを検査または交換することが容易である。さらに、基材と蓋材を接続している接続部分を抵抗体で加熱するため、電子デバイスに熱的ダメージを与えにくい。

また本発明に係る気密封止パッケージの製造方法によれば、次のような効果が得られる。

第一に、第１の溶着金属よりも厚さが厚い第２の溶着金属により、基材と蓋材の間に隙間が確保される。このため、基材と蓋材を積層した状態で真空チャンバに設置したとしても、気密封止パッケージの中空部を排気して真空状態にする工程を実施できる。よって、内部を真空状態にした真空チャンバ内で基材と蓋材を積層する方法に比べて、設備投資を安価にできる。

第二に、気密封止パッケージの中空部を排気して真空状態にする工程を、蓋材に開けた微細な貫通穴を使って排気する方法に比べて、第２の溶着金属の高さにより制御された基材と蓋材の隙間から排気するため、排気するためのエリアを広くでき、中空部を真空状態にするのに要する排気時間を短縮できる。

第三に、基材の内部に配置した抵抗体に通電することで発熱した熱により第１及び第２の溶着金属を溶融させるため、気密封止パッケージの周囲全体を加熱する方法に比べて、短時間で溶着金属を溶融させることができる。

第四に、基材の内部の抵抗体で、基材と蓋材を接続するための第１及び第２の溶着金属を溶融させるため、接続部分への局所加熱となり、基材に搭載した電子デバイスに与える熱的ダメージを小さくできる。

本発明の気密封止パッケージに適用可能な構成例を示す概略断面図。本発明の気密封止パッケージに適用可能な構成例を示す概略断面図。本発明の気密封止パッケージに適用可能な構成例を示す概略断面図。本発明の気密封止パッケージに適用可能な製造工程を示す概略断面図。本発明の気密封止パッケージに適用可能な製造工程のうちの赤外線検知素子搭載工程を示す概略平面図。本発明の気密封止パッケージに適用可能な製造工程のうちのはんだ供給工程を示す概略平面図。本発明の第１の実施形態に係る気密封止パッケージの概略断面図。本発明の第１の実施形態に係る気密封止パッケージの製造工程を示す概略断面図。本発明の第２の実施形態に係る気密封止パッケージの概略断面図。本発明の第２の実施形態に係る気密封止パッケージの製造工程を示す概略断面図。本発明の第３の実施形態に係る気密封止パッケージの概略断面図。本発明の第３の実施形態に係る気密封止パッケージの製造工程を示す概略断面図。本発明の第４の実施形態に係る気密封止パッケージの概略断面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明の気密封止パッケージに適用可能な構成例の概略断面図を示す。以下では電子デバイスとして赤外線検知素子を実装した赤外線検知器を例に説明する。

赤外線検知器は、赤外線検知素子１と、キャビティ部２を有する基材としてのセラミック基板３と、キャビティ部２を塞ぐ蓋材として赤外線透過窓４と、から構成されている。セラミック基板３と赤外線透過窓４とによって形成される中空部は赤外線検知器外部と連通することなく気密封止され、かつ真空状態に保たれている。赤外線検知素子１はセラミック基板３のキャビティ部２に実装され、かつワイヤによりセラミック基板３と接続されている。

なお、赤外線透過窓４はゲルマニウム、シリコン、サファイヤなどの赤外線透過性を有する材料から形成されている。

さらに詳述すると、セラミック基板３のキャビティ部２周囲の縁と、赤外線透過窓４との間が、はんだ材料５により気密封止されている。接続されるセラミック基板３とはんだ材料５の間および、接続される赤外線透過窓４とはんだ材料５の間にはそれぞれ、第１のメタライズ層６ａ、６ｂが形成されている。第１のメタライズ層６ａ、６ｂの幅（図１の図面で見て横方向の幅）については０．２ｍｍから５ｍｍの範囲であることが望ましく、本例では１ｍｍとしている。

セラミック基板３と赤外線透過窓４それぞれのキャビティ部２周囲の縁面において、第１のメタライズ層６ａ、６ｂよりも内側に第２のメタライズ層７ａ，７ｂが形成されている。第２のメタライズ層７ａ、７ｂは、それぞれ独立したパッド形状である。セラミック基板３上に第２のメタライズ層７ａが形成され、赤外線透過窓４上に第２のメタライズ層７ｂが形成されている。第２のメタライズ層７ａ及び７ｂははんだ材料５で接続されている。

本例では、第２のメタライズ層７ａ、７ｂはセラミック基板３のキャビティ部２周囲の縁面において、第１のメタライズ層６よりも内側に形成されているが、図２に示されるように第２のメタライズ層７ａ、７ｂを第１のメタライズ層６よりも外側に設置することも可能である。

また本例において、セラミック基板３と赤外線透過窓４が、上面から見て四角形状を有しており、パッド形状の第２のメタライズ層７ａ及び７ｂの位置は、四角形状のセラミック基板３と赤外線透過窓４のコーナー部の４箇所としている。しかし、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂの位置は任意の位置に設置することも可能である。つまり、第２のメタライズ層７ａ又は７ｂは、セラミック基板３と赤外線透過窓４の互いに対向させる２つの面それぞれにおいてキャビティ部２の周囲に島状に配置されている。

パッド形状の第２のメタライズ層７ａ及び７ｂのサイズは、φ０．２５〜２ｍｍ程度であることが望ましく、本例では第２のメタライズ層７ａのサイズをφ０．５ｍｍ、第２のメタライズ層７ｂのサイズをφ１ｍｍとしている。なお、後述する気密封止パッケージの製造方法では第２のメタライズ層７ａ，７ｂ間のはんだ材料５を溶融することで該はんだが濡れ広がって該はんだの高さが低くなり、その結果、第１のメタライズ層６ａ，６ｂ間が接続される。この接続が良好に行われるように、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂのうち、はんだを供給していない側のメタライズ層のサイズの方が他方より大きいことが望ましい。第２のメタライズ層の形状は円形ではなく、四角形や六角形などに変更することも可能である。

はんだ材料５としてははんだ接続時の温度が、赤外線検知素子１の耐熱温度（素子が熱で壊れない温度）を超えないことが求められ、赤外線検知素子１の耐熱温度に応じてＳｎＡｇ系はんだやＳｎＢｉ系はんだなどが用いられる。また、セラミック基板３側に形成されたメタライズ層６ａ、７ａとしては、Mo、Mn、Ti、Agなどの導電性パターン上にNi、Auなどのメッキがされたものが適用される。赤外線透過性窓４側に形成されたメタライズ層６ｂ、７ｂは、例えば、Cr、Cu、Ni、Ag、Auなどから形成される。

なお、本例においては第１のメタライズ層６ａ、６ｂと第２のメタライズ層７ａ、７ｂをそれぞれ独立して形成していたが、セラミック基板３もしくは赤外線透過窓４のどちらか一方に形成されるメタライズ層（６ａと７ａ、もしくは６ｂと７ｂ）を一体化し、図３（ａ）（ｂ）に示されるようなメタライズ層６ａのみ、もしくは６ｂのみにすることもできる。

次に、本例に係る気密封止パッケージの製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すようにセラミック基板３のキャビティ部２に赤外線検知素子１を搭載し、ワイヤボンディングにより赤外線検知素子１とセラミック基板３を電気接続する。この搭載工程後のセラミック基板の平面図を図５（ａ）に示す。本例では四角形状のセラミック基板３の４箇所のコーナー部にそれぞれ個別に、パッド状の第２のメタライズ層７ａが形成されている。しかし、図５（ｂ）に示すような他の形状とすることもできる。図５（ｂ）の形状では、一続きの第２のメタライズ層７ａが、四角形状のセラミック基板３の４箇所のコーナー部すべてを通って延在しているが、第２のメタライズ層７ａの両端は繋がらずに離れている。

続いて、図４（ｂ）に示すようにセラミック基板３の外周縁面に形成された第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの上にそれぞれ、はんだ材料５を供給する。第１のメタライズ層６ａに供給したはんだ材料５（第１の融着金属）の厚さは、第２のメタライズ層７ａに供給したはんだ材料５（第２の融着金属）の厚さより薄く形成されている。本例ではセラミック基板３の第１のメタライズ層６ａに形成したはんだ材料５の厚さは０．２ｍｍ、第２のメタライズ層７ａに形成したはんだ材料５の厚さは０．５ｍｍとした。

また、セラミック基板３の第１のメタライズ層６ａ上へのはんだ材料５の供給（第１の溶着金属形成工程）は、板状のはんだを第１のメタライズ層６ａの上に設置し、溶融させることで行われることが望ましい。第２のメタライズ層７ａ上へのはんだ材料５の供給（第２の溶着金属形成工程）は、ボール形状のはんだを第２のメタライズ層７ｂの上に設置し、溶融させることで形成することが望ましい。

また、本例ではセラミック基板３の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの両方にはんだ材料を供給した。しかし、図６（ａ）（ｂ）に示すように、赤外線透過窓４側に形成された第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａのうちのどちらか一方、または両方にはんだ材料を供給することも可能である。この場合、赤外線透過窓４側に形成された第２のメタライズ層７ａがパッド形状に形成されている。

また、セラミック基板３または赤外線透過窓４のどちらか一方に形成されている２つのメタライズ層を一体構造とした場合には、図６（ｃ）（ｄ）に示すように独立した第２のメタライズ層７ｂが形成された側にボール状のはんだを形成することが望ましい。

また、本例ではセラミック基板３に赤外線検知素子１を実装後に、第１のメタライズ層６と第２のメタライズ層７にはんだ材料５を供給している。しかし、セラミック基板３へ赤外線検知素子を搭載する工程は第１のメタライズ層６、第２のメタライズ層７へのはんだ材料５の供給後に実施してもよい。

次に、図４（ｃ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で、不図示の真空チャンバ内に設置する。セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態では、第２のメタライズ層７ａに供給したはんだ材料５により、セラミック基板３と赤外線透過窓４の間には隙間が形成されている。この積層工程において、赤外線透過窓４の上におもりを載せることも可能である。

続いて、図４（ｄ）に示すように、セラミック基板３と赤外線透過窓４から構成される赤外線検知器の中空部を真空チャンバ内で排気して真空状態にした後、該赤外線検知器をはんだ材料５の融点以上に加熱することで、該はんだ材料５を溶融させ、セラミック基板３と赤外線透過窓４を接続する（接続工程）。なお、該赤外線検知器の中空部を真空にするために排気している際に、該赤外線検知器を、はんだ材料５が溶融しない温度であって赤外線検知素子１の耐熱性に問題がない温度まで予備加熱すると良い。これにより、該赤外線検知器の中空部が所定の真空度に達するまでの時間を短縮できるため、上記接続工程の時間を短縮することが可能である。この接続工程は真空雰囲気中で行われるが、真空チャンバ内に不活性ガスを導入して行われてもよい。

なお、上記接続工程では第２のメタライズ層７ａ，７ｂ間のはんだ材料５が溶融することで該はんだが濡れ広がって該はんだの高さが低くなり、その結果、第１のメタライズ層６ａ，６ｂ間が接続される。この接続プロセスが良好に行われるように、はんだを供給していない側の第２のメタライズ層７ｂのサイズの方が他方の第２のメタライズ層７ａより大きくしておくのが良い。

以上のように、第１のメタライズ層６ａに供給したはんだ材料５より厚いサイズのはんだ材料５を第２のメタライズ層７ａに供給することにより、セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で両者の間に隙間が確保される。このため、セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で真空チャンバに設置したとしても、赤外線検知器の中空部を排気して真空状態にすることができる。これは、真空チャンバ内を真空状態にした後に、該真空チャンバ内でセラミック基板３と赤外線透過窓４を積層する方法に比べて、設備投資を安価にできる。

また、赤外線検知器の中空部を真空状態にするために微細な貫通穴から排気を行う方法に比べて、はんだ材の厚さにより制御されたセラミック基板３と赤外線透過窓４の間の隙間から排気を行うため、排気するためのエリアを広くでき、該中空部が真空状態に排気されるまでに要する時間を短縮することができる。

次に、上述した構成および方法を用いた本発明の実施形態をいくつか示す。なお、上述した構成例の部材と同じ部材については同一の符号を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図７は、本発明の第１の実施形態による気密封止パッケージを示す概略断面図である。

本実施の形態においては、第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの両方のすぐ下のセラミック基板３の内層に抵抗体８が形成されている。

セラミック基板３の内層の抵抗体８は第１のメタライズ層６と第２のメタライズ層７から０．０５〜１ｍｍ下にあることが望ましい。本実施形態では抵抗体８を第１のメタライズ層６と第２のメタライズ層７から０．１ｍｍ下の層に形成している。

抵抗体８は、セラミック基板３に形成された不図示の配線により、セラミック基板３の裏面のパッドまで結線されている。セラミック基板３の裏面パッドに電圧を印加し、抵抗体８に電流を流すことで、抵抗体８を発熱させることができる。

本実施形態によれば、赤外線検知器全体を加熱するのでなくはんだ材料５を抵抗体８で直接加熱することができる。このため、第１のメタライズ層６ａ及び６ｂを接続するはんだ材料５と、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂを接続するはんだ材料５は、赤外線検知素子１の耐熱温度を超える温度で溶融するはんだ材料であっても問題ない。本実施形態ではＳｎＳｂ系はんだを使用している。

次に、本実施の形態に係る気密封止パッケージの製造方法について説明する。

まず、図８（ａ）に示すようにセラミック基板３のキャビティ部２に赤外線検知素子１を搭載し、ワイヤボンディングにより赤外線検知素子１とセラミック基板３を電気接続する。

続いて、図８（ｂ）に示すようにセラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの上にはんだ材料５を供給する。本実施形態ではセラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａにそれぞれはんだ材料５を供給した。しかし、セラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａのうちのどちらか一方に形成されたはんだ材料５、または両方に形成されたはんだ材料５を、赤外線透過窓４側のメタライズ層６ｂ，７ｂに供給することも可能である。

第２のメタライズ層７ａに形成されたボール状のはんだ材料５の厚さは、第１のメタライズ層６ａに形成された板状のはんだ材料５の厚みより厚い。

次に、図８（ｃ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で、不図示の真空チャンバ内に設置する。セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態では、第１のメタライズ層６ａのはんだ材料５よりも厚い第２のメタライズ層７ａのはんだ材料５により、セラミック基板３と赤外線透過窓４の間には隙間が形成されている。

その後、セラミック基板３と赤外線透過窓４から構成される赤外線検知器の中空部を真空チャンバ内で排気して真空状態にした後、セラミック基板３の内層に形成された抵抗体８に電圧を印加し、電流を流すことで抵抗体８を発熱させる。そして、その熱により、第１のメタライズ層６ａ及び６ｂ間のはんだ材料５と第２のメタライズ層７ａ及び７ｂ間のはんだ材料５を溶融させ、図８（ｄ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を接続する。

該赤外線検知器の中空部を真空にするために排気している際には、該赤外線検知素子の耐熱温度以下であってはんだ材料５が溶融しない温度近くまで該赤外線検知器を予備加熱することが好ましい。この方法によると、該赤外線検知器の中空部が所定の真空度に達するまでの時間を短縮できるため、上記セラミック基板３と赤外線透過窓４の接続工程の時間を短縮することが可能である。

なお、図８（ｃ）〜（ｄ）の接続工程では第２のメタライズ層７ａ，７ｂ間のはんだ材料５が溶融することで該はんだが濡れ広がって該はんだの高さが低くなり、その結果、第１のメタライズ層６ａ，６ｂ間が接続される。この接続プロセスが良好に行われるように、はんだを供給していない側の第２のメタライズ層７ｂのサイズの方が他方の第２のメタライズ層７ａより大きくしておくのが良い。

本実施形態の製造方法によると、第１のメタライズ層６ａ上及び第２のメタライズ層７ａ上に供給されたはんだ材料５が、抵抗体８の発熱による局所加熱により溶融する。このため、はんだ材料５の溶融温度が赤外線検知素子の耐熱温度以上の温度であっても赤外線検知素子にダメージを与えずにセラミック基板３と赤外線透過窓４を接続することが出来る。さらに、溶融温度の比較的高いはんだ材料を使用することができるため、測定環境に対してより信頼性の高い赤外線検知器を提供することができる。

また、抵抗体の発熱による局所加熱であるため、赤外線検知器の周囲全体を加熱する方法に比べて、短時間ではんだ材料を昇温することが出来る。

また、製造された赤外線検知器の蓋材である赤外線透過窓４を開けて内部の電子デバイスの検査や交換を行い場合、抵抗体８に通電することによりはんだ材料５を溶融させて赤外線透過窓４を取り外すことが容易である。また抵抗体８の発熱は蓋材の接続部への局所加熱であるため、パッケージ内の電子部品への熱的ダメージが少ない。こうした装置における利点もある。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態による気密封止パッケージを示す概略断面図である。

上記した第１の実施形態と同様に、本実施の形態においても、抵抗体８が、第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの両方のすぐ下のセラミック基板３の内層に形成されている。

第１のメタライズ層６ａ及び６ｂ間に配置される第１のはんだ材料５ａは、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂ間に配置される第２のはんだ材料５ｂより融点が低いものとしている。本実施形態では、第１のはんだ材料５ａにＳｎＡｇ系はんだが使用され、第２のはんだ材料５ｂにＳｎＳｂ系はんだが使用されている。

まず、図１０（ａ）に示すようにセラミック基板３のキャビティ部２に赤外線検知素子１を搭載し、ワイヤボンディングにより赤外線検知素子１とセラミック基板３を電気接続する。

次いで、図１０（ｂ）に示すようにセラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａに第１のはんだ材料５ａ、第２のメタライズ層７ａに第２のはんだ材料５ｂを供給する。第２のはんだ材料５ｂは第１のはんだ材料５ａより溶融温度が高いものを使用している。本実施例では例えば第１のはんだ材料５ａにＳｎＡｇ系はんだ、第２のはんだ材料５ｂにＳｎＳｂ系はんだを使用している。

第２のメタライズ層７ａに形成されたボール状のはんだ材料５ｂの厚さは、第１のメタライズ層６ａに形成された板状のはんだ材料５ａの厚みより厚い。

本実施形態ではセラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａにはんだ材料５ａ、５ｂをそれぞれ供給した。しかし、セラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａのうちのどちらか一方に形成されたはんだ材料５ａ，５ｂを、または両方に形成されたはんだ材料５ａ，５ｂを、赤外線透過窓４側のメタライズ層６ｂ，７ｂに供給することも可能である。

次に、図１０（ｃ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で、不図示の真空チャンバ内に設置する。セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態では、第１のメタライズ層６ａのはんだ材料５ａよりも厚い第２のメタライズ層７ａのはんだ材料５ｂにより、セラミック基板３と赤外線透過窓４の間には隙間が形成されている。

その後、セラミック基板３と赤外線透過窓４から構成される赤外線検知器の中空部を真空チャンバ内で排気して真空状態にした後、セラミック基板３の内層に形成された抵抗体８に電圧を印加し、電流を流すことで抵抗体８を発熱させる。そして、その熱により、第１のメタライズ層６ａ及び６ｂ間のはんだ材料５ａと第２のメタライズ層７ａ及び７ｂ間のはんだ材料５ｂを溶融させ、図１０（ｄ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を接続する。

該赤外線検知器の中空部を真空にするために排気している際には、該赤外線検知素子の耐熱温度以下であって第２のはんだ材料５ｂが溶融しない温度近くまで該赤外線検知器を予備加熱することが好ましい。この方法によると、該赤外線検知器の中空部が所定の真空度に達するまでの時間を短縮できるため、上記セラミック基板３と赤外線透過窓４の接続工程の時間を短縮することが可能である。

本実施形態では、上記赤外線検知器の中空部の排気中、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂ間に配置された第２のはんだ材料５ｂによってセラミック基板３と赤外線透過窓４の間の隙間が維持されている。このため、第１のメタライズ層６ａ上に供給するはんだ材料は該排気中に溶融するはんだ材であっても問題がない。この事により、第１のメタライズ層６ａ上のはんだ材料については、第２のはんだ材料５ｂよりも汎用的で低コストのはんだを選定することができる。

なお、図１０（ｃ）〜（ｄ）の接続工程では第２のメタライズ層７ａ，７ｂ間の第２のはんだ材料５ｂが溶融することで該はんだが濡れ広がって該はんだの高さが低くなり、その結果、第１のメタライズ層６ａ，６ｂ間が接続される。この接続プロセスが良好に行われるように、はんだを供給していない側の第２のメタライズ層７ｂのサイズの方が他方の第２のメタライズ層７ａより大きくしておくのが良い。

（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態による気密封止パッケージを示す概略断面図である。

本実施の形態においては、抵抗体８が、第１のメタライズ層６ａと第２のメタライズ層７ａの両方に対応する位置ではなく、第２のメタライズ層７ａのみの下に位置するセラミック基板３の内層に形成されている。

まず、図１２（ａ）に示すようにセラミック基板３のキャビティ部２に赤外線検知素子１を搭載し、ワイヤボンディングにより赤外線検知素子１とセラミック基板３を電気接続する。

次いで、図１２（ｂ）に示すようにセラミック基板３側の第１のメタライズ層６ａに第１のはんだ材料５ａ、第２のメタライズ層７ａに第２のはんだ材料５ｂを供給する。第２のはんだ材料５ｂは第１のはんだ材料５ａより溶融温度が高いものを使用している。本実施例では例えば第１のはんだ材料５ａにＳｎＡｇ系はんだ、第２のはんだ材料５ｂにＳｎＳｂ系はんだを使用している。

次に、図１２（ｃ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態で、不図示の真空チャンバ内に設置する。セラミック基板３と赤外線透過窓４を積層した状態では、第１のメタライズ層６ａのはんだ材料５ａよりも厚い第２のメタライズ層７ａのはんだ材料５ｂにより、セラミック基板３と赤外線透過窓４の間には隙間が形成されている。

その後、セラミック基板３と赤外線透過窓４から構成される赤外線検知器の中空部を真空チャンバ内で排気して真空状態にする。この排気中は、第１のはんだ材料５ａが溶融する温度で該赤外線検知器を加熱する。その排気後、セラミック基板３の内層に形成された抵抗体８に電圧を印加し、電流を流すことで抵抗体８を発熱させる。そして、その熱により、第２のメタライズ層７ａ及び７ｂ間の第２のはんだ材料５ｂを溶融させ、図１２（ｄ）に示すようにセラミック基板３と赤外線透過窓４を接続する。

本実施形態の製造方法によると、セラミック基板３の内層に抵抗体８を形成する箇所を第２のメタライズ層７の下層のみとすることで、抵抗体８に印加する電圧を小さくすることが出来るほか、より短時間で加熱することができるというメリットがある。

なお、図１２（ｃ）〜（ｄ）の接続工程では第２のメタライズ層７ａ，７ｂ間の第２のはんだ材料５ｂが溶融することで該はんだが濡れ広がって該はんだの高さが低くなり、その結果、第１のメタライズ層６ａ，６ｂ間が接続される。この接続プロセスが良好に行われるように、はんだを供給していない側の第２のメタライズ層７ｂのサイズの方が他方の第２のメタライズ層７ａより大きくしておくのが良い。

以上のように、本発明の気密封止パッケージとして、電子デバイスに赤外線検知素子を実装した赤外線検知器を例に説明したが、電子デバイスに赤外線検知素子以外のデバイスを使用することも出来る。またセラミック基板のキャビティ部の形状や赤外線透過窓の形状は四角形状に限らず、円形や三角形などとすることも可能である。

また、図１３に示すようにセラミック基板３はキャビティ部がない構造体とすることもでき、その場合は赤外線透過窓４とスペーサ部材９を組み合わせることで中空部を構成する。

本発明の気密封止パッケージ及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。

１赤外線検知素子
２キャビティ部
３セラミック基板
４赤外線透過窓
５、５ａ、５ｂはんだ材料
６ａ、６ｂ第１のメタライズ層
７ａ、７ｂ第２のメタライズ層
８抵抗体
９スペーサ部材

Claims

電子デバイスが搭載された基材と、該基材に接続され、該基材とで少なくとも該電子デバイスを包含する中空部を形成している蓋材と、を備えた気密封止パッケージにおいて、
前記基材と前記蓋材の互いに対向している２つの面それぞれに前記中空部の全周にわたり連続して形成された第１のメタライズ層と、
前記基材と前記蓋材の前記第１のメタライズ層どうしを接続する第１の溶着金属と、
前記基材と前記蓋材の互いに対向している２つの面それぞれにおいて前記中空部の周囲に島状に配置された第２のメタライズ層と、
前記基材と前記蓋材の前記第２のメタライズ層どうしを接続する第２の溶着金属と、
前記第２のメタライズ層に対応する前記基材の内部の位置にのみ設置された抵抗体と、
をさらに備えたことを特徴とする気密封止パッケージ。
前記蓋材の前記第２のメタライズ層と前記基材の前記第２のメタライズ層は面積が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の気密封止パッケージ。
前記第１の溶着金属の溶融温度は前記第２の溶着金属の溶融温度より低いことを特徴とする請求項１または２に記載の気密封止パッケージ。
前記蓋材は赤外線透過性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の気密封止パッケージ。
電子デバイスが搭載された基材と、該基材に接続され、該基材とで少なくとも該電子デバイスを包含する中空部を形成している蓋材と、を備えた気密封止パッケージを製造する方法であって、
前記基材と前記蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれに前記中空部の全周にわたり連続して形成された第１のメタライズ層と、前記基材と前記蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれにおいて前記中空部の周囲に島状に配置された第２のメタライズ層と、前記第２のメタライズ層に対応する前記基材の内部の位置にのみ設置された抵抗体と、を備えるように構成された前記基材および前記蓋材と、前記電子デバイスとを用意する工程と、
前記基材に前記電子デバイスを搭載する搭載工程と、
前記基材または前記蓋材のいずれか一方の前記第１のメタライズ層上に第１の溶着金属を形成する第１の溶着金属形成工程と、
前記基材または前記蓋材のいずれか一方の前記第２のメタライズ層上に前記第１の溶着金属よりも厚さが厚い第２の溶着金属を形成する第２の溶着金属形成工程と、
前記基材と前記蓋材を前記第１及び第２の溶着金属を介して積層する積層工程と、
前記基材と前記蓋材の積層状態で前記中空部を排気して真空状態にする排気工程と、
前記第１及び第２の溶着金属を溶融させることにより、前記第１の溶着金属で前記基材と前記蓋材の前記第１のメタライズ層どうしを接続し、かつ、前記第２の溶着金属で前記基材と前記蓋材の前記第２のメタライズ層どうしを接続する接続工程と、
を含み、
前記接続工程において、前記基材の内部の前記抵抗体に通電することにより発熱した熱で前記第２の溶着金属を溶融させることを特徴とする気密封止パッケージの製造方法。
電子デバイスが搭載された基材と、該基材に接続され、該基材とで少なくとも該電子デバイスを包含する中空部を形成している蓋材と、を備えた気密封止パッケージを製造する方法であって、
前記基材と前記蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれに前記中空部の全周にわたり連続して形成された第１のメタライズ層と、前記基材と前記蓋材の互いに対向させる２つの面それぞれにおいて前記中空部の周囲に島状に配置された第２のメタライズ層と、少なくとも前記第２のメタライズ層に対応する前記基材の内部の位置に設置された抵抗体と、を備えるように構成された前記基材および前記蓋材と、前記電子デバイスとを用意する工程と、
前記基材に前記電子デバイスを搭載する搭載工程と、
前記基材または前記蓋材のいずれか一方の前記第１のメタライズ層上に第１の溶着金属を形成する第１の溶着金属形成工程と、
前記基材または前記蓋材のいずれか一方の前記第２のメタライズ層上に前記第１の溶着金属よりも厚さが厚い第２の溶着金属を形成する第２の溶着金属形成工程と、
前記基材と前記蓋材を前記第１及び第２の溶着金属を介して積層する積層工程と、
前記基材と前記蓋材の積層状態で前記中空部を排気して真空状態にする排気工程と、
前記第１及び第２の溶着金属を溶融させることにより、前記第１の溶着金属で前記基材と前記蓋材の前記第１のメタライズ層どうしを接続し、かつ、前記第２の溶着金属で前記
基材と前記蓋材の前記第２のメタライズ層どうしを接続する接続工程と、
を含み、
前記接続工程において、前記基材の内部の前記抵抗体に通電することにより発熱した熱で前記第１の溶着金属と前記第２の溶着金属を溶融させ、
前記接続工程は、前記第１の溶着金属の溶融温度より高く、前記第２の溶着金属の溶融温度より低い温度にて、前記積層工程で積層された前記基材と前記蓋材の周囲全体を加熱する工程と、前記基材の内部の前記抵抗体に通電することにより該抵抗体を発熱させ、前記第２の溶着金属を溶融させる工程と、を含むことを特徴とする気密封止パッケージの製造方法。
前記第２の溶着金属形成工程は、
前記第１の溶着金属の溶融温度より高い温度で溶融する前記第２の溶着金属を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の気密封止パッケージの製造方法。
前記蓋材の前記第２のメタライズ層と前記基材の前記第２のメタライズ層は面積が異なっており、
前記第２の溶着金属形成工程では、前記基材と前記蓋材の前記第２のメタライズ層のうち、面積が小さい側の前記第２のメタライズ層上に前記第２の溶着金属を形成することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の気密封止パッケージの製造方法。