JP6753731B2 - 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。

特開２００６−１０２１５９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。例えば、動脈の血流を測定することにより、脳梗塞、心筋梗塞などの疾患の予防または治療を効果的に行うことができる。動脈は、皮膚表面からは比較的深い位置にあるので、計測センサと動脈との間に存在する生体組織、例えば静脈の影響により、動脈の血流を高精度で測定することが難しいという問題があった。

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、板状の基体と、
前記基体の１つの面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、を含み、
前記基体の前記１つの面には、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、
前記発光素子収容凹部からの距離が、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも遠く、
前記基体の前記１つの面からの深さが、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも浅いことを特徴とする。

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、動脈の血流による散乱光を効率的に受光することができ、これにより、動脈の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、動脈の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。 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を示す概略平面図である。 本発明の第３実施形態に係る計測センサ用パッケージ１Ｃを示す概略平面図である。 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、接地ビア導体２６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、基体本体２０の１つの面（基体２の第１面）２１に開口するように設けられている。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。

本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が基体２の第１面２１に設けられている。また、本実施形態の計測センサ用パッケージ１では、発光素子収容凹部２０ａからの距離が、第２受光素子収容凹部２０ｃの方が、第１受光素子収容凹部２０ｂよりも大きくされている。

さらに、本実施形態の計測センサ用パッケージ１では、基体２の第１面２１からの深さが、第２受光素子収容凹部２０ｃの方が、第１受光素子収容凹部２０ｂよりも浅くされている。すなわち、図３に示すように、第１受光素子収容凹部２０ｂの第１底面２０３と基体２の第２面（基体２の、第１面２１とは反対側の主面）２２との距離が、第２受光素子収容凹部２０ｃの第２底面２０６と基体２の第２面２２との距離よりも小さくされている。

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。

また、本実施形態の計測センサ用パッケージ１は、血管の中でも特に動脈の血流測定に好適に用いられる。動脈は、皮膚表面からの距離がより深い位置にあり、皮膚と動脈との間には他の生体組織、例えば動脈よりも皮膚に近い、浅い位置にある静脈が存在する。動脈の血流を測定しようとした場合、動脈の血流による散乱光が受光素子に向かう光路上に静脈が存在していると、受光素子によって受光されるべき散乱光が静脈によって吸収され、受光素子によって受光されるべき、動脈の血流による散乱光が減少してしまい、動脈の血流を測定することが難しくなる恐れがある。

本実施形態では、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は、発光素子収容凹部２０ａと第２受光素子収容凹部２０ｃとの距離が、発光素子収容凹部２０ａと第１受光素子収容凹部２０ｂとの距離よりも大きくされている。計測センサ用パッケージ１を備える計測センサは、動脈の血流による散乱光を広い範囲で受光することが可能になるので、静脈の影響、例えば静脈による散乱光の吸収を受けにくくなる。すなわち、計測センサ用パッケージ１を備える計測センサは、複数の受光素子を発光素子からの距離が異なる位置にそれぞれ配置することにより受光範囲を拡げ、それによって、複数の受光素子のいずれか１つは、動脈の血流による散乱光を受光できるように構成されている。

また、本実施形態では、第２受光素子収容凹部２０ｃの深さが、第１受光素子収容凹部２０ｂの深さよりも浅くされている。第２受光素子収容凹部２０ｃは、発光素子収容凹部２０ａからの距離が比較的遠いので、動脈の血流による散乱光は、第２受光素子収容凹部２０ｃの内部に比較的大きな入射角度で入射してもよい。ここで、入射角度は、基体２の第１面２１の法線方向と散乱光の進行方向との間の角度である。本実施形態では、第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される第２受光素子の受光部が、基体２の第１面２１に近接して位置することになり、それによって、第２受光素子は、第２受光素子収容凹部２０ｃの内部に大きな入射角度で入射する、動脈の血流による散乱光を効率的に受光することができる。

本実施形態の計測センサ用パッケージ１によれば、第１受光素子収容凹部２０ｂに収容される第１受光素子、および第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される第２受光素子のいずれか一方は、動脈の血流による散乱光を効率良く受光することができる。本実施形態によれば、動脈の血流を精度良く計測できる計測センサを提供することができる。

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である。第１受光素子収容凹部２０ｂの深さは、例えば０．６ｍｍ〜１．５ｍｍであり、第２受光素子収容凹部２０ｃの深さは、例えば０．４ｍｍ〜１．３ｍｍである。また、平面視において、発光素子収容凹部２０ａの中心と第１受光素子収容凹部２０ｂとの距離は、例えば１ｍｍ〜３ｍｍであり、発光素子収容凹部２０ａの中心と第２受光素子収容凹部２０ｃとの距離は、例えば２ｍｍ〜６ｍｍ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、発光素子収容凹部２０ａと第２受光素子収容凹部２０ｃとの距離が、発光素子収容凹部２０ａと第１受光素子収容凹部２０ｂとの距離よりも大きくされていれば、平面視したときの配置位置は、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は、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、１つの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、該１つの直線と交差する方向における計測センサ用パッケージ１の寸法を低減することが可能になり、これにより、計測センサ用パッケージ１を小型化することができる。

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、基体本体２０の第１面２１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。

発光素子収容凹部２０ａと第１受光素子収容凹部２０ｂとは、基体２の第１面２１からの深さが、同一であってもよく、異なっていてもよい。本実施形態の計測センサ用パッケージ１は、図３に示すように、発光素子収容凹部２０ａの底面２００と第１受光素子収容凹部２０ｂの第１底面２０３とは、基体２の第２面２２から等距離にある。すなわち、発光素子収容凹部２０ａおよび第１受光素子収容凹部２０ｂの深さが同じである。さらに、本実施形態では、段差面２０２および第１段差面２０５が、基体２の第２面２２から等距離にある。すなわち、段差部２０１および第１段差部２０４の基体２の第１面２１から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。

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、発光素子収容凹部２０ａからの距離が異なっていれば、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は、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１を基準として第２受光素子収容凹部２０ｃの側に設けられており、第２段差部２０７は、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の側に設けられていてもよい。すなわち、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の発光素子収容凹部２０ａから遠い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の発光素子収容凹部２０ａに近い側に設けられていてもよい。

平面視において、第１段差部２０４が、発光素子収容凹部２０ａから遠い側に設けられていると、第１受光素子は、発光素子収容凹部２０ａに近い側に配置されることになり、第２段差部２０７が、発光素子収容凹部２０ａに近い側に設けられていると、第２受光素子は、発光素子収容凹部２０ａから遠い側に配置されることになる。これにより、第１受光素子は、より発光素子に近く、第２受光素子は、より発光素子から遠くに配置されることになるので、第１受光素子および第２受光素子による受光範囲を拡げることができる。これにより、動脈の血流による散乱光が静脈によって吸収されることを抑制することができ、動脈の血流を高精度に計測することが可能になる。

信号配線導体２３は、発光素子、第１受光素子または第２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、第１受光素子または第２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、基体２の第２面２２にまで延びる信号ビア導体２３ｂと、第２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２の第２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０．５μｍ〜１０μｍのニッケル層と厚さが０．５μｍ〜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１つの面（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の第１面２１に接合される。蓋体３によって、発光素子、第１受光素子および第２受光素子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受光素子および第２受光素子収容凹部２０ｃに収容される第２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。

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１つの面２１に配設されるメタライズ層であって、第１受光素子および第２受光素子が収容される第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１つの面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、接地ビア導体２６または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１つの面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受光素子および第２受光素子へのノイズ混入を抑制できる。

金属薄層５は、蓋体３の、基体本体２０の１つの面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層である。金属薄層５には、第１受光素子が受光す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第１絞り孔５ａおよび第２受光素子が受光す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第２絞り孔５ｂが設けられている。金属薄層５は、第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂの大きさ、形状、第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂ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および第２受光素子収容凹部２０ｃへの不要な光の進入を低減することができる。外光など外部から進入する不要な光を第１受光素子および第２受光素子が受光してしまうと、第１受光素子および第２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。第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂ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。

第１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もよく、第２絞り孔５ｂは、平面視で、第２受光素子収容凹部２０ｃの第２底面２０６の中心に対応する位置、すなわち収容される第２受光素子の中心に対応する位置に設けられてもよい。

本実施形態では、平面視において、第１絞り孔５ａは、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ２を基準として第２受光素子収容凹部２０ｃとは反対側に設けられており、第２絞り孔５ｂは、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る。すなわち、図１に示すように、平面視において、第１絞り孔５ａは、第１受光素子収容凹部２０ｂの発光素子収容凹部２０ａに近い側に設けられており、第２絞り孔５ｂは、第２受光素子収容凹部２０ｃの発光素子収容凹部２０ａから遠い側に設けられている。このような第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂを設けることにより、第１受光素子は、発光素子にさらに近い側の散乱光を受光し、第２受光素子は、発光素子からさらに遠い側の散乱光を受光することができるので、第１受光素子および第２受光素子による受光範囲をさらに拡げることができる。本実施形態の第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂによれば、動脈の血流による散乱光を効率よく受光することができ、動脈の血流を高精度に計測することが可能になる。

金属薄層５は、外部から到来する電磁波が第１受光素子収容凹部２０ｂおよび第２受光素子収容凹部２０ｃに進入すること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、第１絞り孔５ａおよび第２絞り孔５ｂ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、光学的および電気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。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との外形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１つの面（基体２の第１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、矩形状の基体２の第１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、第１受光素子および第２受光素子は、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、第２受光素子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１つの面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を示す平面図である。

第２実施形態の計測センサ用パッケージ１Ａは、第１実施形態の計測センサ用パッケージ１に対して、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の配置位置の点で相違し、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。なお、図４では、蓋体３を省略して図示している。

第２実施形態の計測センサ用パッケージ１Ａでは、平面視において、第１受光素子収容凹部２０ｂが、発光素子収容凹部２０ａと第２受光素子収容凹部２０ｃとの間に設けられ、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１が、発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０と第２受光素子収容凹部２０ｃの中心ｃ２とを結ぶ直線から離れるように設けられている。

第２実施形態の計測センサ用パッケージ１Ａによれば、第１受光素子および第２受光素子による受光範囲を、互いに交差する２つの方向、すなわち発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０と第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１とを結ぶ方向、および発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０と第２受光素子収容凹部２０ｃの中心ｃ２とを結ぶ方向の両方向において拡げることができる。これにより、第１受光素子および第２受光素子は、動脈の血流による散乱光をより受光しやすくなるので、計測センサ用パッケージ１Ａによれば、動脈の血流を高精度に計測することが可能になる。

なお、図４においては、計測センサ用パッケージ１Ａを基体本体２０の長さ方向（図４における左右方向）に側面透視した場合に、第１受光素子収容凹部２０ｂと第２受光素子収容凹部２０ｃが重なっている例を示しているが、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、計測センサ用パッケージを基体本体２０の長さ方向に側面透視した場合に、重なっていなくてもよい。

図５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を示す概略平面図である。なお、図５においては、蓋体３および金属薄層５を省略して図示している。

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に対して、第３受光素子収容凹部２０ｄと第４受光素子収容凹部２０ｅとをさらに含み、発光素子収容凹部２０ａ内における底面２００および段差部２０１の配置位置が異なる点で相違し、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。

計測センサ用パッケージ１Ｂ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、第２受光素子を収容する第２受光素子収容凹部２０ｃ、第３受光素子を収容する第３受光素子収容凹部２０ｄおよび第４受光素子を収容する第４受光素子収容凹部２０ｅが、基体２の第１面２１に設けられている。

第３受光素子収容凹部２０ｄの形状および寸法、ならびに第４受光素子収容凹部２０ｅの形状および寸法は、特に限定されないが、例えば、第３受光素子収容凹部２０ｄの形状および寸法は、第１受光素子収容凹部２０ｂと同様に構成されてもよく、第４受光素子収容凹部２０ｅの形状および寸法は、第２受光素子収容凹部２０ｃと同様に構成されてもよい。

計測センサ用パッケージ１Ｂは、平面視において、第４受光素子収容凹部２０ｅの中心ｃ４、第３受光素子収容凹部２０ｄの中心ｃ３、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構成されている。計測センサ用パッケージ１Ｂによれば、基体本体２０の長さ方向（図５における左右方向）において、基体２の第１面２１のうちの一方側に受光範囲を拡げるだけでなく、他方側にも受光範囲を拡げることができ、これにより、動脈の血流による散乱光を効率的に受光し、動脈の血流を高精度に計測することが可能になる。

図６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を示す概略平面図である。なお、図６においては、蓋体３および金属薄層５を省略して図示している。

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に対して、第１受光素子収容凹部２０ｂ、第２受光素子収容凹部２０ｃ、第３受光素子収容凹部２０ｄおよび第４受光素子収容凹部２０ｅの配置が異なっており、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１Ｂと同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

計測センサ用パッケージ１Ｃは、第１受光素子収容凹部２０ｂが、発光素子収容凹部２０ａと第２受光素子収容凹部２０ｃとの間に位置し、第１受光素子収容凹部２０ｂの中心ｃ１が、発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０と第２受光素子収容凹部２０ｃの中心ｃ２とを結ぶ直線から離れるように構成されている。さらに、計測センサ用パッケージ１Ｃは、平面視して、第３受光素子収容凹部２０ｄが、発光素子収容凹部２０ａと第４受光素子収容凹部２０ｅとの間に位置し、第３受光素子収容凹部２０ｄの中心ｃ３が、発光素子収容凹部２０ａの中心ｃ０と第４受光素子収容凹部２０ｅの中心ｃ４とを結ぶ直線から離れるように構成されている。

計測センサ用パッケージ１Ｃによれば、基体本体２０の長さ方向（図６における左右方向）において、基体２の第１面２１のうちの一方側および他方側に受光範囲を拡げることができるとともに、第１〜第４受光素子による受光範囲を、互いに交差する少なくとも２つの方向において拡げることができ、これにより、動脈の血流による散乱光を効率的に受光し、動脈の血流を高精度に計測することが可能になる。

次に、計測センサ用パッケージ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ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および接地ビア導体２６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層にパターン加工することにより、第１絞り孔５ａ、第２絞り孔５ｂ等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７は、計測センサ１００の構成を示す断面図である。なお、図７においては、第１実施形態の計測センサ用パッケージ１に発光素子、第１受光素子、および第２受光素子を搭載した例を図示しているが、計測センサ１００は、計測センサ用パッケージ１Ａ、計測センサ用パッケージ１Ｂ、または計測センサ用パッケージ１Ｃに発光素子、および複数の受光素子を搭載したものであってもよい。

計測センサ１００は、計測センサ用パッケージ１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の発光素子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てもよく、異なる種類のフォトダイオードを用いてもよい。

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。第１受光素子３１および第２受光素子３２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。

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、使用者の手首を蓋体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を透過して手首に照射されると、橈骨動脈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、第２絞り孔５ｂを通過した散乱光が、第２受光素子で受光されると、受光量に応じた電気信号が第１受光素子３１および第２受光素子３２から出力される。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、例えば、発光素子３０から出射された光である照射光の周波数と、第２受光素子３２が受光した光である散乱光の周波数とに基づき、さらに第１受光素子３１が受光した散乱光の周波数によって補正を行い、橈骨動脈の血流速度を算出することができる。

計測センサ１００は、計測センサ用パッケージ１を備えることにより、動脈の血流を高精度に測定することができる。計測センサ１００が、計測センサ用パッケージ１Ａ、計測センサ用パッケージ１Ｂ、または計測センサ用パッケージ１Ｃを備える場合であっても、動脈の血流を高精度に測定することが可能である。

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の直下から基体２の第２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 第１絞り孔
５ｂ 第２絞り孔
６ 導電性接合材
２０ 基体本体
２０ａ 発光素子収容凹部
２０ｂ 第１受光素子収容凹部
２０ｃ 第２受光素子収容凹部
２０ｄ 第３受光素子収容凹部
２０ｅ 第４受光素子収容凹部
２１ 第１面
２１ 面
２２ 第２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
２６ 接地ビア導体
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
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 (9)

1. 複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体と、
   前記基体の第１面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、
   前記蓋体の、前記基体の前記第１面に対向する面に設けられる金属薄層と、を含み、
   前記基体の前記第１面には、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、
   前記発光素子収容凹部からの距離が、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも遠く、
   前記基体の前記第１面からの深さが、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも浅く、
   前記金属層には、前記第１受光素子によって受光される光を規制する第１絞り孔および前記第２受光素子によって受光される光を規制する第２絞り孔が設けられており、
   平面視において、前記第１絞り孔は、前記第１受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第２受光素子収容凹部とは反対側に設けられており、前記第２絞り孔は、前記第２受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第１受光素子収容凹部とは反対の側に設けられていることを特徴とする計測センサ用パッケージ。
2. 複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体と、
   前記基体の第１面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、
   前記蓋体の、前記基体の前記第１面に対向する面に設けられる金属薄層と、を含み、
   前記基体の前記第１面には、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、
   前記発光素子収容凹部からの距離が、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも遠く、
   前記基体の前記第１面からの深さが、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも浅く、
   前記第１受光素子収容凹部の内側面には、前記第１受光素子と電気的に接続される電極パッドが配設される第１段差面を有する第１段差部が設けられており、
   前記第２受光素子収容凹部の内側面には、前記第２受光素子と電気的に接続される電極パッドが配設される第２段差面を有する第２段差部が設けられており、
   平面視において、前記第１段差部は、前記第１受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第２受光素子収容凹部の側に設けられており、前記第２段差部は、前記第２受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第１受光素子収容凹部の側に設けられていることを特徴とする計測センサ用パッケージ。
3. 前記第１受光素子収容凹部の内側面には、前記第１受光素子と電気的に接続される電極パッドが配設される第１段差面を有する第１段差部が設けられており、
   前記第２受光素子収容凹部の内側面には、前記第２受光素子と電気的に接続される電極パッドが配設される第２段差面を有する第２段差部が設けられており、
   平面視において、前記第１段差部は、前記第１受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第２受光素子収容凹部の側に設けられており、前記第２段差部は、前記第２受光素子収容凹部の前記中心を基準として前記第１受光素子収容凹部の側に設けられていることを特徴とする請求項１項に記載の計測センサ用パッケージ。
4. 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〜請求項３のいずれかに１項に記載の計測センサ用パッケージ。
5. 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、前記第１受光素子収容凹部が、前記発光素子収容凹部と前記第２受光素子収容凹部との間に位置しているとともに、前記第１受光素子収容凹部の中心が、前記発光素子収容凹部の中心と前記第２受光素子収容凹部の中心とを結ぶ直線から離れるように設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに１項に記載の計測センサ用パッケージ。
6. 請求項１〜５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。
7. 計測センサ用パッケージと、発光素子と、第１受光素子と、第２受光素子と、を備え、
   前記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と、前記基体の第１面を覆う、光透過性を有する板状の蓋体と、を含み、
   前記基体の前記第１面には、発光素子収容凹部、第１受光素子収容凹部および第２受光素子収容凹部が設けられ、
   前記発光素子収容凹部からの距離は、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも遠く、
   前記基体の前記第１面からの深さは、前記第２受光素子収容凹部の方が、前記第１受光素子収容凹部よりも浅く、
   前記発光素子は前記発光素子収容凹部に収容され、前記第１受光素子は前記第１受光素子収容凹部に収容され、前記第２受光素子は前記第２受光素子収容凹部に収容されており、
   前記第２受光素子の受光部は前記第１受光素子の受光部よりも前記第１面に近いことを特徴とする計測センサ。
8. 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７記載の計測センサ。
9. 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、前記第１受光素子収容凹部が、前記発光素子収容凹部と前記第２受光素子収容凹部との間に位置しているとともに、前記第１受光素子収容凹部の中心が、前記発光素子収容凹部の中心と前記第２受光素子収容凹部の中心とを結ぶ直線から離れるように設けられていることを特徴とする請求項７記載の計測センサ。

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