JP6666192B2 - 計測センサ用パッケージおよび計測センサ - Google Patents

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に自発光型計測センサとして記載されており、基板上に、血液に光を照射する照射部と散乱光を受光する受光部とが配置され、各々を取り囲む遮光性の接着部によって、散乱光を入射させるための入射口を有する前面板が基板に接着されている。

特許第５０３１８９５号公報

血流の計測等に用いられる計測センサでは、受光部による受光量を増加させることによって、高精度の測定が可能になる。しかしながら、散乱光を入射させるための入射口の口径を拡大すると、外光などの不要な電磁波が計測センサ内に進入し易くなり、受光部が不要な電磁波を受光してしまうと、光学的なノイズが発生するという問題があった。

第１面を有し、複数の誘電体層が積層される板状の基体と、前記第１面と対向する対向面を有し、絶縁材料を含むとともに光透過性を有した、前記第１面を覆う板状の蓋体と、前記対向面に位置する金属薄層と、を備え、前記基体は、前記第１面に位置する、発光素子を収容する第１収容凹部と、少なくとも反射光を受光する受光素子を収容する第２収容凹部と、を有し、前記第１収容凹部は、前記発光素子が載置される第１載置部を有し、前記第２収容凹部は、前記受光素子が載置される第２載置部を有し、前記金属薄層は、前記受光素子によって受光される光を規制する絞り孔を有し、平面透視したときに、前記第１載置部の図心と前記第２載置部の図心とを結ぶ方向において、前記第２載置部の図心と前記絞り孔のうち前記第１載置部の図心に最も近接した第１縁部との距離が、前記第２載置部の図心と前記絞り孔のうち前記第１載置部の図心から最も離れた第２縁部との距離よりも大きいことを特徴とする計測センサ用パッケージ。

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、前記第１収容凹部の前記第１載置部に載置される発光素子であって、平面透視して、発光部の図心が前記第１載置部の前記図心に一致するように載置される発光素子と、前記第２収容凹部の前記第２載置部に載置される受光素子であって、平面透視して、受光部の図心が前記第２載置部の前記図心に一致するように載置される受光素子と、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、不要な電磁波が計測センサ内
に進入することを抑制しつつ、受光素子に入射する光量を増加させることができる。

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、高精度の計測が可能になる。

本発明の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。 図１に示した平面図に対応する計測センサ用パッケージ１Ａの平面図である。 計測センサ１００の構成を示す断面図である。 図５に示した断面図に対応する計測センサ１００Ａの断面図である。 実施例および比較例における反射光出力の測定結果を示す図である。

図１は、本発明の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、蓋体３および金属薄層４を含む。基体２は、発光素子および受光素子を収容するものであり、基体本体２０と、信号配線導体２３と、外部接続端子２４と、を含む。

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２つの凹部が設けられており、２つの凹部のうちの一方は、発光素子を収容する第１収容凹部２０ａであり、２つの凹部のうちの他方は、受光素子を収容する第２収容凹部２０ｂである。第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂは、基体本体２０の同一の主面（基体２の第１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。光のドップラー効果を利用するために、計測センサは、被計測物に光を照射する発光素子と、被計測物によって散乱された光を受光する受光素子とを備える。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。そのため、計測センサ用パッケージ１においては、照射光と散乱光の位置関係に基づいて、発光素子と受光素子とを所定の間隔で配置する。第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂは、素子の位置関係に応じて設けられる。

第１収容凹部２０ａの大きさ、第２収容凹部２０ｂ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く、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、第１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、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２収容凹部２０ｂ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収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂ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、第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂ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。本実施形態のように段差付きの凹部である場合は、第１収容凹部２０ａの底部に、発光素子を載置するための第１載置部２０ｃが設けられ、第２収容凹部２０ｂの底部に、受光素子を載置するための第２載置部２０ｄが設けられる。また、段差表面には、発光素子または受光素子と電気的に接続するための接続パッド２３ａが設けられる。

信号配線導体２３は、発光素子または受光素子と電気的に接続され、発光素子に入力される電気信号が伝送され、受光素子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、発光素子または受光素子と接続する接続部材であるボンディングワイヤと、ボンディングワイヤが接続される接続パッド２３ａと、接続パッド２３ａに電気的に接続して接続パッドの直下から基体本体２０の他方主面２２にまで延びる信号ビア導体２３ｂと、信号ビア導体２３ｂに電気的に接続する外部接続端子２４とから成る。外部接続端子２４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、発光素子および受光素子を収容可能であり、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形成される。

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、接合材６によって基体２の第１面２１に接合される。蓋体３によって、発光素子および受光素子が収容された第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂ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、第１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２収容凹部２０ｂに収容される受光素子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。

また、蓋体３は、被計測物への照射光および散乱光を透過する必要がある。照射光および散乱光の特性は、搭載する発光素子によって決まるので、少なくとも搭載する発光素子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、好ましくは９０％以上の透過率を有する絶縁材料で蓋体３を構成すればよい。

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。

金属薄層４は、蓋体３の、基体本体２０の一方主面２１に対向する主面である対向面３ａ、すなわち手指が接触する側の主面とは反対側の主面に配設される金属材料からなる薄膜層である。金属薄層４には、受光素子によって受光される光が通過する開口であって、光の通過を規制する開口である絞り孔４ａが設けられている。絞り孔４ａは、平面透視したときに、第１載置部２０ｃの図心と第２載置部２０ｄの図心とを結ぶ方向において、第２載置部２０ｄの図心と、絞り孔４ａの、第１載置部２０ｃの図心に最も近接した第１縁部４ｂとの間の距離が、第２載置部２０ｄの図心と、絞り孔４ａの、第１載置部２０ｃから最も離間した第２縁部４ｃとの間の距離よりも大きくされている。

絞り孔４ａは、図１に示すように、平面透視したときに、第１載置部２０ｃの図心と第２載置部２０ｄの図心とを結ぶ方向において、絞り孔４ａを規定する領域の図心が、第２載置部２０ｄの図心に対して、第１載置部２０ｃの図心に近接する方向にずれていればよい。絞り孔４ａを規定する領域は、平面透視において、円形状、楕円形状、長円形状、正方形状、三角形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。

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照射する。通常、手指からの反射光の光量のうち、皮膚からの反射光の光量が血流からの反射光の光量よりも大きい。さらに、皮膚および血流からの反射光はともに、蓋体３の、第２収容凹部２０ｂを覆う領域に向かう反射光は、その大部分が、蓋体３の、第２収容凹部２０ｂを覆う領域のうち、第１収容凹部２０ａに近接した部分に入射する。上記の構成の絞り孔４ａによれば、皮膚および血流からの反射光を、受光素子が収容される第２収容凹部２０ｂに効率的に入射させることが可能になる。よって、計測センサ用パッケージ１を備える計測センサでは、計測センサの受光素子が受光する皮膚からの反射光と血流からの反射光により発生する干渉光の信号、いわゆるビート信号の強さを高めることができるので、絞り孔４ａの孔径を拡大することなく、計測精度を向上させることが可能になる。

また、金属薄層４は、外部から到来する電磁波が第２収容凹部２０ｂに進入することを抑制するための電磁シールドとして機能する。電磁波が第２収容凹部２０ｂに進入すると、信号配線導体２３、特にボンディングワイヤ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４ａ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。前述のように、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、受光素子による受光量を増加させ高精度の計測を可能にする手段として、絞り孔４ａの孔径を拡大する必要がないので、計測センサ用パッケージ１を備える計測センサでは、金属薄層４の電磁シールドとしての機能を維持しつつ、高精度の測定が可能になる。

さらに、金属薄層４は、外部から第２収容凹部２０ｂへの不要な光の進入を低減する機能を有している。外光など外部から進入する不要な光を受光素子が受光してしまうと、受光素子から出力される電気信号には、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。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、上記の構成の絞り孔４ａによって、金属薄層４の、光学的ノイズを低減する機能を維持しつつ、高精度の測定が可能になる。

このように、金属薄層４を設けることで、電磁的および光学的ノイズによる影響を抑制しつつ、計測精度を向上させることができる。

金属薄層４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４の層厚みは、例えば、５００Å〜４０００Åである。

本実施形態の計測センサ用パッケージ１は、接地導体層５および接合材６をさらに備える。

接地導体層５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、受光素子が収容される第２収容凹部２０ｂの開口を取り囲むように設けられる。接地導体層５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、接地導体層５の外形状を矩形状としている。また、接地導体層５は、第２収容凹部２０ｂの開口を取り囲んでいるから、少なくとも開口と同形状または開口よりも大きな貫通孔が設けられたメタライズ層である。本実施形態では、金属薄層４の外形と接地導体層５との外形は同じ大きさである。

接地導体層５は、例えば、基体２に設けられた、図示しない接地貫通導体（グランドビア）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、接地導体層５を設けることで、基体２の表面に設置した接地導体層５は金属薄層４と導電性を有する接合材６により電気的に接続される。その結果、金属薄層４はグランドビアを通じて電気的にアースをとることができ、金属薄層が外部帯電体（特に指等の測定物）からの電気的シールドとして作用し、受光素子３１へのノイズ混入を抑制できる。

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２
１と蓋体３の対向面３ａとを、外周部分で接合する。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の第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂ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。

第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂに収容される発光素子および受光素子は、いずれも水分等に弱く、外部からの水分の進入を防止するために、接合材６は、途切れの無い環状に設けられる。

さらに、接合材６は遮光性を有する。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、第１収容凹部２０ａ内、第２収容凹部２０ｂ内に進入することを防止できる。

接合材６が有する遮光性は、光の吸収による遮光性であることが好ましい。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、接合材６で反射してさらに受光素子に受光されてしまうおそれがある。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。

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。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、金属薄層４と接地導体層５とは、平面透視において、環状に設けられた接合材６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とは、金属薄層４および接地導体層５が介在することなく、接合材６によって、全周にわたり直接接合されている。

基体２と蓋体３との接合において、金属薄層４および接地導体層５が介在しないので、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、図１に示した平面図に対応する計測センサ用パッケージ１Ａの平面図である。

他の実施形態である計測センサ用パッケージ１Ａは、上記の実施形態の計測センサ用パッケージ１に対して、平面透視したときに、第１載置部２０ｃの図心と絞り孔４ａの第２縁部４ｃとの距離が、第１載置部２０ｃの図心と第２載置部２０ｄの図心との距離よりも小さい点で異なっており、その他については、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に示すように、計測センサ用パッケージ１Ａは、計測センサ用パッケージ１と比較して、平面透視における、絞り孔４ａを規定する領域の図心と第２載置部２０ｄの図心とのずれが大きくなるように構成される。計測センサ用パッケージ１Ａを備える計測センサでは、絞り孔４ａの孔径を拡大することなく、被計測物からの反射光による計測センサの出力を一層増加させることができ、ビート信号の強さを一層高めることができる。計測センサ用パッケージ１Ａを備える計測センサによれば、電磁的および光学的ノイズによる影
響を抑制しつつ、計測精度を一層向上させることができる。

計測センサ用パッケージ１，１Ａ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形状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、これ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、ビア導体は、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、接地導体層５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４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層にパターン加工することにより、絞り孔４ａを形成することができる。

次に、本発明の他の実施形態である計測センサ１００，１００Ａについて説明する。

図５は、計測センサ１００の構成を示す断面図であり、計測センサ１００は、前述の計測センサ用パッケージ１と、第１収容凹部２０ａに収容される発光素子３０と、第２収容凹部２０ｂに収容される受光素子３１と、を含む。図６は、計測センサ１００Ａの構成を示す断面図であり、計測センサ１００Ａは、前述の計測センサ用パッケージ１Ａと、第１収容凹部２０ａに収容される発光素子３０と、第２収容凹部２０ｂに収容される受光素子３１と、を含む。図５，６の計測センサ１００，１００Ａでは、発光素子３０は、発光部の図心が第１載置部２０ｃの図心に一致するように、第１載置部２０ｃに載置され、受光素子３１は、受光部の図心が第２載置部２０ｄの図心に一致するように、第２載置部２０ｄに載置される。

計測センサ１００は、平面透視したときに、絞り孔４ａの第２縁部４ｃが受光素子３１の受光部に重なるように構成されてもよい。このような構成によれば、絞り孔４ａの孔径を拡大することなく、計測センサ１００の出力を増加させ、計測精度を向上させることができる。

計測センサ１００Ａが備える計測センサ用パッケージ１Ａは、図４に示したように、平面透視したときに、第１載置部２０ｃの図心と絞り孔４ａの第２縁部４ｃとの距離が、第１載置部２０ｃの図心と第２載置部２０ｄの図心との距離よりも小さくなるように構成されている。換言すると、計測センサ１００Ａでは、平面透視したときに、発光素子３０の発光部の図心と受光素子３１の受光部の図心とを結ぶ方向において、絞り孔４ａの第２縁部４ｃが、受光素子３１の受光部の図心に対して、発光素子３０の発光部の図心に近接する方向にずれている。計測センサ１００Ａによれば、絞り孔４ａの孔径を拡大することなく、被計測物からの反射光による計測センサの出力を増加させることができるので、電磁的および光学的ノイズによる影響を抑制しつつ、計測精度を一層向上させることができる。

計測センサ１００，１００Ａは、計測センサ用パッケージ１，１Ａに発光素子３０と、
受光素子３１とを実装し、ボンディングワイヤ３２で接続パッド２３ａと接続した後、蓋体３を接合材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、受光素子３１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および受光素子３１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い。

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。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および受光素子３１と接続パッド２３ａとは、本実施形態では、例えば、ボンディングワイヤ３２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。

計測センサ１００，１００Ａ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、受光素子３１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の指先を蓋体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２４を介して発光素子制御電流が計測センサ１００，１００Ａに入力され、信号ビア導体２３ｂ、接続パッド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を透過して指先に照射されると、血液中の血球細胞で散乱される。蓋体３を透過し、絞り孔４ａを通過した散乱光が、受光素子３１で受光されると、受光量に応じた電気信号が受光素子３１から出力される。出力された信号は、接続パッド２３ａ、信号ビア導体２３ｂを通り、外部接続端子２４を介して計測センサ１００，１００Ａ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１００，１００Ａから出力された信号が、演算素子に入力され、例えば、受光素子３１が受光した散乱光の周波数毎の強度を解析することにより、血流速度を算出することができる。

なお、上記では、信号ビア導体２３ｂは、基体本体２０内で上下方向に一直線状に形成される構成としているが、基体本体２０の一方主面２１から他方主面２２の外部接続端子２４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。

また、基体２には、基体本体２０を厚み方向に貫通する接地ビア導体を設けてもよい。この接地ビア導体は、例えば、接地導体層５および外部接続端子２４と電気的に接続され、基体本体２０の、第１収容凹部２０ａおよび第２収容凹部２０ｂよりも外方に配設される。接地ビア導体は、被計測物の一つである人の手指が計測センサに接触したときに放出される電荷を、基体本体２０の一方主面２１から基体本体２０の他方主面２２に誘導し、外部へと放出する。

人から放出された電荷が流れ易い経路を計測センサ用パッケージ１，１Ａ内に形成する
ことで、この経路に電荷を誘導して外部へと電荷を逃がし、電気的ノイズが発生することを防止している。

図１〜図３に示した計測センサ用パッケージ１と同様の構成の計測センサ用パッケージ、および図４に示した計測センサ用パッケージ１Ａと同様の構成の計測センサ用パッケージを作製し、それぞれの計測センサ用パッケージに、発光素子３０として近赤外線波長のＶＣＳＥＬを、発光部の図心が第１載置部２０ｃの図心に一致するように実装し、受光素子３１として受光部の直径が２００μｍであるシリコンフォトダイオードを、受光部の図心が第２載置部２０ｄの図心に一致するように実装して本発明の実施例である計測センサを得た。

発光素子３０の発光部の図心と受光素子３１の受光部図心との距離は１．２ｍｍとした。計測センサ用パッケージ１の基体２の材料はアルミナを使用し、蓋体３はホウケイ酸ガラスを使用した。また、蓋体３に形成された金属薄層４における絞り孔４ａは円形状とし、孔径は０．３ｍｍとした。

実施例では、平面透視したときに、第１載置部２０ｃの図心と第２載置部２０ｄの図心とを結ぶ方向における、絞り孔４ａを規定する領域の図心と第２載置部２０ｄの図心とのずれ量を、−０．０１５ｍｍ、−０．０３４ｍｍ、および−０．０８１ｍｍとした。ずれ量を規定するにあたって、第２載置部２０ｄの図心をずれ量の原点とし、第１載置部２０ｃの図心から離間する方向をずれ量の正方向とした。

ずれ量が異なること以外は、実施例と同様にして比較例の計測センサを得た。比較例のずれ量は、０．０２２ｍｍ、および０．０７５ｍｍとした。比較例の計測センサでは、平面透視したときに、絞り孔４ａを規定する領域の図心は、受光素子３１の受光部の図心に対して、発光素子３０の発光部の図心から離間する方向にずれている。

実施例および比較例の計測センサそれぞれにおいて、模擬皮膚として、厚みが０．３ｍｍであり、発光素子から出射された光に対する光透過率が８０％であるシリコン板を、計測センサから１．０ｍｍだけ上方に離間した位置に配置した。さらに、模擬血流として、厚みが２．０ｍｍであり、粒径が７μｍの粒子からなる散乱板を、模擬皮膚から０．５ｍｍだけ上方に離間した位置に配置した状態で、計測センサを動作させ、模擬皮膚および模擬血流からの反射光によって発生する、計測センサからの出力を測定した。

図７は、実施例および比較例の出力の測定結果を示す図である。図７において、−０．０１５ｍｍのずれ量に対応する結果、−０．０３４ｍｍのずれ量に対応する結果、および−０．０８１ｍｍのずれ量に対応する結果は実施例の測定結果であり、それ以外は比較例の測定結果である。

実施例のように、平面透視において、絞り孔４ａを規定する領域の図心が、受光素子３１の受光部の図心に対して、発光素子３０の発光部の図心に近接する方向にずれていると、計測センサの出力が増加することがわかった。

１，１Ａ 計測センサ用パッケージ
２ 基体
３ 蓋体
３ａ 対向面
４ 金属薄層
４ａ 孔
４ｂ 第１縁部
４ｃ 第２縁部
５ 接地導体層
６ 接合材
２０ 基体本体
２０ａ 第１収容凹部
２０ｂ 第２収容凹部
２０ｃ 第１載置部
２０ｄ 第２載置部
２１ 一方主面
２１ 主面
２１ 第１面
２２ 他方主面
２３ 信号配線導体
２３ａ 接続パッド
２３ｂ 信号ビア導体
２４ 外部接続端子
３０ 発光素子
３１ 受光素子
３２ ボンディングワイヤ
１００，１００Ａ 計測センサ

Claims (5)

1. 第１面を有し、複数の誘電体層が積層される板状の基体と、
   前記第１面と対向する対向面を有し、絶縁材料を含むとともに光透過性を有した、前記第１面を覆う板状の蓋体と、
   前記対向面に位置する金属薄層と、を備え、
   前記基体は、
   前記第１面に位置する、発光素子を収容する第１収容凹部と、少なくとも反射光を受
   光する受光素子を収容する第２収容凹部と、を有し、
   前記第１収容凹部は、
   前記発光素子が載置される第１載置部を有し、
   前記第２収容凹部は、
   前記受光素子が載置される第２載置部を有し、
   前記金属薄層は、
   前記受光素子によって受光される光を規制する絞り孔を有し、
   平面透視したときに、前記第１載置部の図心と前記第２載置部の図心とを結ぶ方向にお
   いて、前記第２載置部の図心と前記絞り孔のうち前記第１載置部の図心に最も近接した
   第１縁部との距離が、前記第２載置部の図心と前記絞り孔のうち前記第１載置部の図心
   から最も離れた第２縁部との距離よりも大きいことを特徴とする計測センサ用パッケー
   ジ。
2. 平面透視したときに、前記第１載置部の前記図心と、前記絞り孔の前記第２縁部との距離が、前記第１載置部の前記図心と、前記第２載置部の前記図心との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の計測センサ用パッケージ。
3. 平面透視したときに、前記絞り孔は、円、楕円、または長円の形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計測センサ用パッケージ。
4. 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と、
   前記第１収容凹部の前記第１載置部に載置される発光素子であって、平面透視して、発光部の図心が前記第１載置部の前記図心に一致するように載置される発光素子と、
   前記第２収容凹部の前記第２載置部に載置される受光素子であって、平面透視して、受光部の図心が前記第２載置部の前記図心に一致するように載置される受光素子と、を含むことを特徴とする計測センサ。
5. 平面透視したときに、前記絞り孔の前記第２縁部は、前記受光部に重なっていることを特徴とする請求項４に記載の計測センサ。

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