JP7448344B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本開示は、ガスセンサに関する。

従来、ガスの濃度を測定する装置として、光の導波路を備えたガスセンサが提案されている。例えば、以下の特許文献１には、測定対象のガスと反応する波長の光を発光部から出射して光導波路に入力し、光導波路から出力された光を受光部で受光することにより、光の減衰量を検知し、雰囲気中のガス濃度を測定するガスセンサが開示されている。このようなガスセンサでは、発光部から出射した光を光導波路を介して受光部で受光するために、発光部、光導波路及び受光部の配置において高い位置精度が要求される。そこで、特許文献２に示すように、光モジュール内部にアライメントマークを設け、アライメントマークを基準に発光部と光導波路のコア層との位置合わせを行う方法（例えばパッシブアライメント法）が開示されている。

特開平７－２４３９７３号公報 特開２０１８－４０９６８号公報

しかしながら、ガスセンサの製造時において、発光部や受光部と光導波路とを容易に、かつ高い精度で位置合わせ可能とするために、ガスセンサの構造には改善の余地がある。
そこで、この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発光部及び受光部と、光導波路との配置位置を容易に、かつ高い精度で位置合わせ可能なガスセンサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係るガスセンサは、光を出射する発光面を有する発光素子と、光が入射する受光面を有する受光素子と、発光面及び受光面が同一方向を向くように発光素子及び受光素子を支持する支持層と、光導波路を有する蓋体と、支持層と蓋体とを支持層及び蓋体の外周縁部において接続する接続部と、を備える。支持層は、発光素子及び受光素子を収容する第一の凹部及び第二の凹部を有し、第一の凹部及び第二の凹部内で発光素子及び受光素子を支持する。蓋体は、発光素子及び受光素子と光導波路との間に所定の隙間を空けて配置されている。支持層と蓋体と接続部とで囲まれ、外部と連通して測定対象ガスの流路となる空間に、光導波路が配置されている。光導波路は、コア層の一部を貫通する通気孔を有していない中実状の固体であり、発光面から出射された光が入力される光入力部と、光入力部から入力された光が伝搬するコア層と、コア層を伝搬する光を受光面に向けて出力する光出力部と、光入力部から光出力部までの区間において設けられた光学フィルタと、を有し、光学フィルタ及び光入力部、又は光学フィルタ及び光出力部が兼用されており、、光導波路が空間に配置されて、光がコア層を通るとコア層の表裏面及び側面から空間にエバネッセント波が染み出すように構成されている。

本開示の一態様によれば、発光部及び受光部と、光導波路との配置位置を容易に、かつ高い精度で位置合わせ可能なガスセンサを提供することができる。

本開示の第一実施形態に係るガスセンサの一例を示す外観図である。 図１に示すガスセンサの断面構成を示す断面図である。 図１に示すガスセンサの蓋体の図示を省略した場合の平面図（支持層の平面図）である。 蓋体の一構成例を示す底面図である。 対向する支持層と蓋体との断面を模式的に示す図である。 蓋体に設けられた支持部の一構成例を示す図である。 本開示の一実施形態に係るガスセンサの支持層の製造方法を示す断面工程図である。 本開示の一実施形態に係るガスセンサの製造方法を示す断面工程図である 個片化する前の複数の蓋体が形成されたシリコン基板の一例である。 本開示の第二実施形態に係るガスセンサの一例を示す外観図である。

以下の詳細な説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。

また、以下の説明では、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、面、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。なお、「底」についても「下」と同様である。

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。

１．第一実施形態
以下、本実施形態に係るガスセンサについて、図１から図６を参照して説明する。本実施形態におけるガスセンサは、測定環境に配置されて、ガスセンサ内部を通過するガスの濃度を検出する。

［ガスセンサの構成］
図１及び図２は、本開示の一実施形態に係るガスセンサ１００の一構成例を示す概略図である。図１（Ａ）～図１（Ｃ）はガスセンサ１００の外観図であり、図１（Ａ）はガスセンサ１００の平面図、図１（Ｂ）はガスセンサ１００の側面図、図１（Ｃ）はガスセンサ１００の底面図である。また、図２は、図１（Ａ）のII－II線で示す断面の断面図である。

図１（Ｂ）及び図２に示すように、ガスセンサ１００は、発光素子１２と、受光素子１４と、発光素子１２及び受光素子１４を支持する支持層２０と、光導波路３２を有する蓋体３０とを備えている。また、ガスセンサ１００は、支持層２０及び蓋体３０を接続する接続部４０と、支持層２０を介して発光素子１２及び受光素子１４と電気的に接続された外部接続端子５０と、図示しないコントローラとを備えている。

図１（Ａ）及び図１（Ｃ）に示すように、支持層２０及び蓋体３０は、平面視で略矩形状を有している、支持層２０及び蓋体３０は、支持層２０及び蓋体３０の外周縁部で互いに対向し、当該外周縁部において接続部４０により互いに接続されている。図２に示すように、接続部４０によって支持層２０及び蓋体３０が接続されることにより、ガスセンサ１００の内部に空間Ｓが形成される。空間Ｓは、ガスセンサ１００の外部から測定対象ガスが導入されて測定対象ガスの流路となる。

図２に示すように、蓋体３０は、基板３１の一方の面（図２中、基板３１の下面３１ｂ）に設けられた光導波路３２を備えている。支持層２０は、発光素子１２及び受光素子１４と電気的に接続されている。受光素子１４は、発光素子１２から出射された光を光導波路３２を介して受光する。接続部４０によって支持層２０及び蓋体３０が接続されることにより、ガスセンサ１００の内部に形成された、光導波路３２は、測定対象ガスの流路となる空間Ｓに配置されている。

図３は、ガスセンサ１００の蓋体３０及び接続部４０の図示を省略した場合の平面図である。
図２及び図３に示すように、発光素子１２及び受光素子１４は、支持層２０に設けられた第一凹部２１及び第二凹部２２内にそれぞれ収容されている。発光素子１２は、第一封止部６２によって第一凹部２１内に封止されており、受光素子１４は、第二封止部６４によって第二凹部２２内に封止されている。発光素子１２は、光が出射する発光面１２ａが第一封止部６２から露出した状態で第一封止部６２によって封止されている。受光素子１４は、光が入射する受光面１４ａが第二封止部６４から露出した状態で第二封止部６４によって封止されている。

発光素子１２の発光面１２ａ又は受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。また、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａとは、同一平面にあることが好ましい。また、発光素子１２の発光面１２ａと、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。また、受光素子１４の受光面１４ａと、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。言い換えると、本実施形態において、発光素子１２の発光面１２ａと、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａと、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａと、受光素子１４の受光面１４ａとは、面一であることが好ましい。

また、蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａは、発光素子１２の発光面１２ａ又は受光素子１４の受光面１４ａに対して平行であり、光導波路３２の支持層２０に対向する表面３２ａは、当該同一平面（面一の面）と平行であることが好ましい。また、蓋体３０を構成する基板３１の、光導波路３２を有している面とは逆側の面（すなわち基板の上面３１ａ）は、支持層２０の下面２０ｂに対して平行であることが好ましい。

ここで、本実施形態において、「蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａ」とは、基板３１と光導波路３２とが一体となった状態において支持層２０に面する面をいう。すなわち、「蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａ」とは、蓋体３０のうち光導波路３２が取り付けられている部分においては光導波路３２の支持層２０に対向する表面３２ａ、それ以外の部分においては基板３１の下面３１ｂをいう。なお、「蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａ」には、蓋体３０の支持層２０側の面のうち、支持層２０に対して平行又は傾斜する面をいう。

本実施形態において、支持層２０は導体である再配線２４４を備えている。図２に示すように、発光素子１２及び受光素子１４は、支持層２０中の再配線２４４を介してそれぞれ外部接続端子５０と電気的に接続されている。
以下、ガスセンサ１００の各部について詳細に説明する。

＜発光素子及び受光素子＞
発光素子１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を含んで構成されている。また、発光素子１２は、ＬＥＤに限定されるものではなく、例えば半導体レーザ又は有機発光素子等であってもよい。発光素子１２は、支持層２０の再配線２４４と電気的に接続するための複数の外部接続端子１２２を有している。

受光素子１４は、例えばフォトダイオードを含んで構成されている。受光素子１４は、光を受光するセンサデバイスであり、受光した光を電気信号に変換し、変換した電気信号をコントローラに出力する。受光素子１４は、フォトダイオードに限定されるものではなく、フォトトランジスタ等であってもよい。受光素子１４は、支持層２０の再配線２４４と電気的に接続するための複数の外部接続端子１４２を有している。

発光素子１２及び受光素子１４は、検出対象のガスに吸収される波長の光を発光又は受光する素子である。例えば、ガスセンサ１００の検出対象であるガスが二酸化炭素である場合には、発光素子１２及び受光素子１４として二酸化炭素の吸収波長帯と重なる４．３μｍ帯の波長を有する赤外光を発光又は受光する素子を用いる。このとき、受光素子１４は、赤外線のみを検出する素子に限るものではなく、赤外線及び赤外線とは異なる波長の光を検出する素子であってもよい。また、受光素子１４は、可視光又は紫外線等の光を検出するものであってもよい。

発光素子１２は、光が出射する発光面１２ａを有しており、受光素子１４は、光が入射する受光面１４ａを有している。発光素子１２及び受光素子１４は、支持層２０の第一凹部２１及び第二凹部２２にそれぞれ収容された状態で支持層２０に支持されている。発光素子１２及び受光素子１４は、発光面１２ａと受光面１４ａとが同一方向を向く状態で第一凹部２１及び第二凹部２２にそれぞれ収容されている。発光面１２ａと受光面１４ａは、蓋体３０の光導波路３２に向けて配置される。

発光素子１２の発光面１２ａ又は受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。また、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることがより好ましい。

発光素子１２の発光面１２ａ又は受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとが同一平面にあることにより、発光素子１２の発光面１２ａ周辺又は受光素子１４の受光面１４ａ周辺が同一平面に構成される。このため、発光素子１２（発光面１２ａ）又は受光素子１４（受光面１４ａ）を、光導波路３２を構成する光入力部３３又は光出力部３５と近距離まで接近させることができる。発光素子１２から光入力部３３に、又は光出力部３５から受光素子１４に光が照射される際、光は立体角を持って広がりながら照射される。このため、発光素子１２又は受光素子１４を、光入力部３３又は光出力部３５と近距離まで接近させることにより、光が照射される側（光導波路３２の光入力部３３又は受光素子１４）に到達する光量が多くなり、発光素子１２と光入力部３３の光の結合効率、又は受光素子１４と光出力部３５の光の結合効率を向上させることができる。

また、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａとが、同一平面にあることにより、発光素子１２（発光面１２ａ）と光入力部３３との距離、及び受光素子１４（受光面１４ａ）と光出力部３５との距離を、同時に最小距離まで接近させることができる。これにより、発光素子１２と光入力部３３、及び受光素子１４と光出力部３５の光の結合効率を、両方同時に向上させることができる。なぜなら、光導波路３２の光入力部３３と光出力部３５とは、一般的には、同様の製造工程を経て形成されるため、光入力部３３の発光素子１２に対向した面と、光出力部３５の受光素子１４に対向した面とは、同一平面上に形成されるためである。

また、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとが、同一平面にあることにより、上述の光の結合効率を向上させる効果に加え、ガスセンサ１００を小型化することが出来る。なぜなら、発光面１２ａ、受光面１４ａ及び支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａが同一平面にあることにより、ガスセンサ１００の内部の空間Ｓに余分なスペースが発生せず、空間Ｓを小さいスペース（低い高さ）で形成してガスセンサ１００の高さを最小にすることができるからである。さらに、製造的な観点でも、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとが、同一平面にある場合製造プロセスを簡略化することができるため好ましい。

なお、本開示において、「平面」とは、特定の領域で限定されるものではなく、無限に広がるものと定義する。例えば、発光素子１２の発光面１２ａの平面は、発光面１２ａの外側にも延長して広がっている。したがって、例えば、発光素子１２の発光面１２ａと受光素子１４の受光面１４ａとが同一平面であるとは、発光素子１２の発光面１２ａを延長した平面に、受光素子１４の受光面１４ａが存在するという意味である。ただし、製造誤差レベルである１００μｍ以内の差は同一平面であるとみなしてよい。
また、「面一」とは、個別の面と面が同一平面にあり、段差なくフラットに繋がった状態と定義する。ただし、製造誤差レベルである１００μｍ以内の段差は許容する。

ここで、一般的な光学式ガスセンサの体積について説明する。ＮＤＩＲ（Non-Dispersive InfraRed）等で代表される光を使ったガスセンサは、ガスをセンシングするために光を伝搬させる光路が必要となる。従来型の光学式ガスセンサは、光路が反射光学系を用いて設計されるため、長距離の光路を実現するためには大きな立体空間が必要となる。したがって、従来型の光学式ガスセンサは、その体積が他の電子部品と比べて１０００倍以上ある場合も多く、例えばモバイル機器等の小型電子機器への搭載ができないものとなっている。

一方、本開示のガスセンサ１００は、光学式ガスセンサであるものの、長距離の光路を光導波路３２で形成しているため、光路長を長く取るための立体空間は光導波路３２を収容する小さな空間Ｓで十分である。したがって、ガスセンサ１００の体積は小さくなる。このように、本開示では、従来の光学式ガスセンサと比べて非常に小さい体積の光学式のガスセンサ１００を実現することが可能である。

なお、本開示のガスセンサ１００が非常に小さい体積であるとは言え、その内部に空間Ｓを配置しなければならない。このため、ガスセンサ１００は、空間Ｓを必要としない一般的なＬＳＩ等の電子部品と比べると、体積（特に高さ）が大きく、電子部品を集積する際に障害となることがある。したがって、光導波路を用いた光学式ガスセンサにおいても、ガスセンサの体積（特に高さ）を小さくすることは重要であり、空間Ｓを可能な限り少ない容積（低い高さ）で形成することが求められる。

＜コントローラ＞
コントローラ（不図示）は、例えばＬＥＤドライバを備えるプロセッサである。コントローラは、発光素子１２に対して発光素子１２を発光させるための電気信号を供給する駆動回路や、受光素子１４からの電気信号を検出する検出回路を有する。

＜接続部＞
接続部４０は、支持層２０と蓋体３０とを接続する。接続部４０は、エポキシ等の樹脂材料で構成されており、樹脂材料に例えば硬質の樹脂で形成された粒子が含有されていることが好ましい。樹脂材料に含まれる粒子は、所定値以上の径を有し、支持層２０と蓋体３０との間に少なくとも粒子の径以上の間隔を形成するために樹脂材料に添加される。ここで、粒子が略球状の場合には直径をいい、粒子が略球状以外の場合には当該粒子内で最も短い径をいう。そのため、接着剤が硬化する前であっても支持層２０と蓋体３０との間に少なくとも粒子の径以上の間隔が確保される。その結果、支持層２０と蓋体３０との間に所定の隙間が生じ、空間Ｓが形成される。この空間Ｓにおいて、支持層２０と蓋体３０との間の距離は２ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましく、１００μｍ以下が最も好ましい。従来型の光学式ガスセンサでは、このような小さい空間で光路を実現することは困難であったが、光導波路３２を用いた本開示のガスセンサ１００では小さい空間で光路を実現することが可能である。支持層２０と蓋体３０との間の距離を小さくすることは、発光素子１２又は受光素子１４を、光導波路３２を構成する光入力部３３又は光出力部３５と接近させることにも繋がり、ガスセンサ１００のセンサ感度向上にも貢献する。

粒子の径（所定値）は、光導波路３２に支持層２０が接触しない距離を確保できる値であればよい。例えば、粒子の径は、後述する支持部３７の高さと導波路の２２の高さとの和よりも大きければよい。例えば、支持部３７の高さが３μｍ、光導波路３２の高さが０．３μｍである場合、粒子の径は３．３μｍよりも大きければよく、例えば４０μｍ以上であることが好ましい。

接続部４０は、例えば支持層２０の外周縁部、すなわち発光素子１２及び受光素子１４が設けられた領域の外側領域に設けられる。接続部４０は、例えば、上面視で支持層２０の四辺それぞれに沿って連続的に設けられる。これにより、接続部４０は、光導波路３２を有する蓋体３０が、発光素子１２及び受光素子１４を覆うようにして支持層２０と蓋体３０とを接続することができる。

＜支持層＞
支持層２０は、導体である再配線２４４を有していてもよい。支持層２０には、第一凹部２１及び第二凹部２２が形成されており、第一凹部２１には発光素子１２が収容され、第二凹部２２には受光素子１４が収容されている。
発光素子１２及び受光素子１４は、支持層２０を介して、外部接続端子５０とそれぞれ接続されている。支持層２０の再配線２４４には、発光素子１２及び受光素子１４、並びに発光素子１２及び受光素子１４を制御する図示しないコントローラが電気的に接続されている。なお、支持層２０は発光素子１２及び受光素子１４を収容する第一凹部２１、第二凹部２２を有し、発光素子１２及び受光素子１４を固定できるものであれば、その形態は特に限定されるものではない。

図２に示すように、支持層２０は、例えば、第一支持層である再配線層２４、第二支持層２６及び第三支持層２８を有する三層構造の支持層である。
再配線層２４は、平面視で略矩形状の平板状の層であり、絶縁層２４２と、導体である再配線２４４とを有している。

絶縁層２４２は、反りが小さく、再配線２４４との接合性に優れ、耐熱性の高い材料により形成され、具体的にはポリイミド又はエポキシ等の樹脂材料により形成される。絶縁層２４２は、発光素子１２の外部接続端子１２２及び受光素子１４の外部接続端子１４２の配置位置に設けられた、絶縁層２４２を貫通する複数の開口２４６を有している。再配線２４４は、開口２４６を介して発光素子１２、受光素子１４と電気的に接続される。また、再配線２４４は、発光素子１２の外部接続端子１２２、受光素子１４の外部接続端子１４２と、外部接続端子５０とを電気的に接続する。

再配線２４４は、例えば下地層と導体層との二層構造であっても良い。この場合、下地層は、例えば無電解めっき又はスパッタリングにより形成され、後に電気めっきにより導体層を形成する際の電極の役割を果たす。再配線２４４（下地層及び導体層）は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性の高い金属材料により形成される。

第二支持層２６は、絶縁層２６６とプラグ２６８とを有している。第二支持層２６は、平面視で再配線層２４と重なる略矩形状の外形を有し、第二支持層２６を貫通する第一開口２６２及び第二開口２６４を有している。
第三支持層２８は、絶縁層２８６とプラグ２８８とを有している。第三支持層２８は、平面視で再配線層２４と重なる略矩形状の外形を有し、第三支持層２８を貫通し、第一開口２６２と重なる第一開口２８２及び第二開口２６４と重なる第二開口２８４を有している。
絶縁層２６６，２８６は、絶縁層２４２と同様に、ポリイミド又はエポキシ等の樹脂材料により形成される。また、プラグ２６８、２８８は、再配線２４４と同様に、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性の高い金属材料により形成される。

再配線層２４、第二支持層２６及び第三支持層２８は、互いに外形が重なるように積層されている。第一開口２６２と第一開口２８２とが重なることにより、再配線層２４の上面２４ａを底面とする第一凹部２１が形成される。また、第二開口２６４と第二開口２８４とが重なることにより、再配線層２４の上面２４ａを底面とする第二凹部２２が形成される。

第二支持層２６のプラグ２６８及び第三支持層２８のプラグ２８８は、第二支持層２６及び第三支持層２８を形成するために設けており、実質的には配線の一部として機能していない。このため、第二支持層２６及び第三支持層２８は、それぞれ、プラグ２６８、２８８を含まず、絶縁層２６６，２８６で形成されていても良い。また、支持層２０の上面（蓋体３０と対向する面）に電極を設ける必要がある場合には、プラグ２６８及びプラグ２８８を例えば再配線２４４と電気的に接続するように設けて、貫通電極として機能させても良い。

図２に示すように、発光素子１２は、再配線層２４の上面２４ａ（第一凹部２１の底面となる面）に露出した再配線２４４と電気的に接続されている。また、受光素子１４は、再配線層２４の上面２４ａ（第二凹部２２の底面となる面）に露出した再配線２４４と電気的に接続されている。発光素子１２及び受光素子１４は、再配線２４４を介して、支持層２０の下面２０ｂ側に設けられた外部接続端子５０とそれぞれ電気的に接続されている。

なお、支持層２０は、第一凹部２１及び第二凹部２２が形成されていればよく、単層又は三層以外の多層構造であっても良い。支持層２０を構成する絶縁層２４２、絶縁層２６６、並びに絶縁層２８６は、例えば遮光性の樹脂又は金属を含む絶縁材料で形成され、受光素子１４にガスセンサ１００の周囲からの光が到達しないように構成されてもよい。また、支持層２０を構成する絶縁層２４２、絶縁層２６６、並びに絶縁層２８６の第二凹部２２の底面２２ｂ及び側面２２ｃを構成する部分に金属膜等が形成されて、ガスセンサ１００の周囲からの光が遮光されても良い。

また、支持層２０は、発光素子１２の発する光の波長、又は受光素子１４が受光する光の波長を透過させない材料で形成されることが好ましい。これにより、発光素子１２からの意図しない迷光が受光素子１４に到達することを抑制することができ、ガスセンサ１００の特性を向上させることができる。より具体的に説明すると、発光素子１２から光導波路３２を経由せずに受光素子１４に到達する光が抑制されるので、ガスセンサ１００の特性を向上させることができる。

＜封止部＞
第一封止部６２は、第一凹部２１内に収容された発光素子１２の下面１２ｂ及び側面１２ｃを覆っている。これにより、第一封止部６２は、発光素子１２の発光面１２ａが第一封止部６２から露出した状態で、発光素子１２と、第一凹部２１の底面２１ｂ及び側面２１ｃとの間を封止する。
また、第二封止部６４は、第二凹部２２内に収容された受光素子１４の下面１４ｂ及び側面１４ｃを覆っている。これにより、第二封止部６４は、受光素子１４の受光面１４ａが第二封止部６４から露出した状態で、受光素子１４と、第二凹部２２の底面２２ｂ及び側面２２ｃとの間を封止する。
第一封止部６２及び第二封止部６４により、発光素子１２及び受光素子１４は、支持層２０に強硬に接続される。

第一封止部６２及び第二封止部６４は、発光素子１２及び受光素子１４への応力の観点から、再配線層２４の再配線２４４を構成する材料の線膨張係数に近い線膨張係数を有する樹脂材料により形成されることが好ましい。第一封止部６２及び第二封止部６４は、例えば、一般的な半導体デバイスで使われるエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成される。
また、第一封止部６２及び第二封止部６４を構成する材料は、エポキシ樹脂等の樹脂材料の他にフィラーや不可避的に混在する不純物などを含んでいてもよい。フィラーとしては、シリカやアルミナ等が好適に用いられる。フィラーの混合量は、第一封止部６２及び第二封止部６４を構成する材料中、５０体積％以上９９体積％以下であることが好ましく、７０体積％以上９９体積％以下であることがより好ましく、８５体積％以上９９体積％以下であることがさらに好ましい。

発光素子１２の発光面１２ａと、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。また、受光素子１４の受光面１４ａと、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとは、同一平面にあることが好ましい。さらに、第一封止部６２、第二封止部６４は、発光素子１２の発する光の波長又は受光素子１４の受光する光の波長を透過させない材料により形成されることが好ましい。このような構成であることにより、ガスのセンシングに用いる光の意図しない減衰を抑制しつつ、発光素子１２からの意図しない迷光が受光素子１４に到達することを抑制することができ、ガスセンサ１００の特性を向上させることができる。より具体的に説明すると、発光素子１２の発光面１２ａ周辺及び受光素子１４の受光面１４ａ周辺が同一平面に構成されていることで、発光素子１２又は受光素子１４を、光導波路３２の有する光入力部３３又は光出力部３５と近距離まで接近させることができる。このため、発光素子１２と光入力部３３の光の結合効率、及び受光素子１４と光出力部３５の光の結合効率を向上させることができる。また、第一封止部６２及び第二封止部６４を、発光素子１２の発する光の波長又は受光素子１４の受光する光の波長を透過しない材料により形成することにより、発光素子１２から光導波路３２を経由せずに受光素子１４に到達する光が抑制されるので、ガスセンサ１００の特性を向上させることができる。

また、理想的には、発光素子１２の発光面１２ａ、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａ、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａ、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの全てが同一平面にある、言い換えると、全てが面一であることが好ましい。全てが同一平面に（面一で）あることにより、ガスのセンシングに用いる光の意図しない減衰と、発光素子１２から受光素子１４に到達する意図しない迷光を最小限に抑制しつつ、ガスセンサ１００の内部の空間Ｓを少ない容積（低い高さ）で形成することができ、ガスセンサ１００の高さを最小にすることができる。
また、本実施形態において、封止部は個別に存在する必要は必ずしもなく、例えば、第一封止部６２、第二封止部６４を含めたものを支持層２０として扱ってもよい。

＜蓋体＞
図３から図５に示すように、蓋体３０は、基板３１と、光導波路３２と、を備えており、第一凹部２１及び第二凹部２２を覆うように支持層２０の上部に配置されている。蓋体３０は、発光素子１２及び受光素子１４と光導波路３２との間に所定の隙間を空けて配置されている。これにより、ガスセンサ１００には、支持層２０と蓋体３０とで囲まれ、測定対象ガスの流路となる空間Ｓが形成される。

基板３１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板で構成されている。基板３１は、基板３１を貫通して形成された、空間Ｓに測定対象ガスを導入するための複数のガス導入孔３１１を有している。
基板３１の支持層２０と対向する面には、反射膜が形成されていても良い。これにより、ガスセンサ１００外部からの光が受光素子１４で受光されることを防ぐことができる。

光導波路３２は、基板３１の支持層２０と対向する面に設けられ、空間Ｓに配置されている。
光導波路３２は、発光素子１２の発光面１２ａから出射された光が入力される光入力部３３と、光入力部３３から入力された光が伝搬するコア層３４と、コア層３４を伝搬する光を受光素子１４の受光面１４ａに向けて出力する光出力部３５と、を有している。光入力部３３は、発光素子１２の上部に配置され、光出力部３５は、受光素子１４の上部に配置されていることが好ましい。光入力部３３及び光出力部３５は、光導波路３２の端部に位置してもよいし、端部から離れた場所に位置してもよい。

また、図５に示すように、蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａは、発光素子１２の発光面１２ａ又は受光素子１４の受光面１４ａに対して平行であることが好ましい。また、最も好ましくは、発光素子１２の発光面１２ａと、受光素子１４の受光面１４ａと、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａとが同一平面にあり、且つ蓋体３０の最も支持層２０側に位置する部分である、光導波路３２の支持層２０に対向する表面３２ａが、当該同一平面に対して平行である状態である。このように、蓋体３０を構成する各部の支持層２０に対向する表面（表面３０ａ、表面３２ａ）が、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａと平行になることで、空間Ｓを形成するのに無駄なスペース（特に高さ）を要さなくなり、ガスセンサ１００の体積（特に高さ）を最小にすることができる。

従来の光学式ガスセンサでは、発光素子から出射された光を受光素子に入力するために、検出対象のガスが導入される空間（本実施形態の空間Ｓに相当する空間）内に反射光学系を用いた光路を形成しなければならない。このため、従来の光学式ガスセンサにおいても、蓋体（本実施形態の蓋体３０に相当する部分）と支持層（本実施形態の支持層２０に相当する部分）とにより、上述した空間を形成することがある。しかしながら、従来の光学式ガスセンサでは、蓋体の空間に面する面の一部を、支持層の空間に面する面に対して平行にせず、支持層に対して傾斜する傾斜面や曲面とすることで、反射光学系を用いた光路を形成する場合がある。このような曲面や傾斜面で区画された立体空間を有する光学式ガスセンサは、当該立体空間を収容するための高さが必要になるため、曲面や傾斜面で区画された立体空間を有さない場合と比較して薄型化することができない。

一方、本開示のガスセンサ１００においては、光路に反射光学系を用いず、光導波路を用いている。このため、ガスセンサ１００では蓋体３０の内側の面に支持層２０に対して傾斜する傾斜面や曲面を形成する必要がなく、蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａの全面が、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａと平行にすることが可能である。すなわち、空間Ｓを小さく形成することができ、ガスセンサ１００の体積（特に高さ）を小さくすることが出来る。なお、本開示において、平行とは、面と面の間の角度が５°以内の場合を指し、好ましくは３°以内、より好ましくは１°以内である。

光導波路３２は、光入力部３３から光出力部３５までのコア層３４に沿った区間において、光学フィルタを有する。例えば、光入力部３３及び光出力部３５のそれぞれに接するように、２つの光学フィルタ３６を有していてもよい。光学フィルタ３６は、特定の波長の光を通すためのフィルタである。光学フィルタ３６は、例えば、赤外線のみを透過する機能を有する。光学フィルタ３６は、例えば格子構造を有する格子フィルタであってよい。なお、光学フィルタ３６の構造及び種類は特に限定されない。

光入力部３３及び光出力部３５は、例えば格子構造を有するグレーディングカプラである。光学フィルタ３６と光入力部３３、又は光学フィルタ３６と光出力部３５は、兼用可能な格子構造としてもよい。ここで、光導波路３２が有する光学フィルタ３６は２つに限らず、１つ又は３つ以上設けられていても良い。
また、別の構成例として、光学フィルタ３６は、光入力部３３又は光出力部３５に接していない位置、すなわち光導波路３２から離れた位置に設けられていても良い。例えば、光入力部３３から光出力部３５までのコア層３４に沿った区間において、リング共振器やブラッググレーティングを挿入して光学フィルタ３６としてもよい。

また、光導波路３２に光学フィルタ３６を設ける代わりに、発光素子１２の発光面１２ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの少なくとも一方に、チップ状又は膜状の光学フィルタが設けられていても良い。

光導波路３２は、光入力部３３で受け取った光をコア層３４を介して光出力部３５まで伝送する。光入力部３３で受け取った光の少なくとも一部は、コア層３４の内部を通って光出力部３５まで伝送される。このとき、光がコア層３４を通ると、コア層３４の表裏面及び側面にエバネッセント波が染み出す。ガス導入孔３１１を介して空間Ｓに導入されたガスの濃度に応じて、エバネッセント波の吸収率が変化する。このため、光出力部３５から出力された光の強度（光の量）を受光素子１４で測定することによって、ガスの濃度を検出することができる。

ここで、ガスセンサ１００が低濃度のガスを高い感度で検出するために、光導波路３２の長さ、つまり光が通るコア層３４の長さ（光路長）をできるだけ長くすることが好ましい。本実施形態に係るガスセンサ１００では、図４に示すように、基板３１の一方の面上に、曲線状の光路を設けることによって、光路長を確保しつつ、大型化することを回避する。なお、ガスセンサ１００では、多層の光路を設けることによって光路長をさらに長くしてもよい。

図５に示すように、蓋体３０は、基板３１と光導波路３２との間に任意の間隔で形成された支持部３７が設けられている。支持部３７は基板３１に対して光導波路３２を支持するように設けられる。光導波路３２の表裏面側面には上述したエバネッセント波が染み出すが、空中配置できるコア層３４の距離が長い程、効率的にエバネッセント波が染み出し、低濃度のガスを高い感度で検出することができる。支持部３７は、光導波路３２を空中配置するために任意の間隔で設けられる。
また、支持部３７は、エバネッセント波が基板３１に漏れていかないよう、所定の高さで形成される。光の減衰を抑制するためには、発光素子１２と光入力部３３、受光素子１４と光出力部３５とをできるだけ近づけることが求められる。このために、発光素子１２と光入力部３３及び受光素子１４と光出力部３５との距離は、それぞれ５００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることが最も好ましい。

図６は、支持部３７の一例を示す構成図である。
支持部３７は、例えば二酸化シリコンで形成され、コア層３４をその一部と接触して支持する。支持部３７は、コア層３４の光の伝送方向に、複数互いに離れて設けられている。換言すると、光導波路３２は、互いに離れて基板３１に設けられた複数の支持部３７によって支持されている。光導波路３２が支持部３７により支持されることで、光導波路３２が基板３１の上に直接設けられた場合と比較して、コア層３４を伝送する光の多くが基板３１に伝わることを抑制することができる。

基板３１の上に直接光導波路３２を形成する一例としては、光導波路３２の材料にゲルマニウムを用いることで実現される。ゲルマニウムの屈折率（４．０）は、シリコンの屈折率（約３．４）に対して大きい。このため、基板３１の上に直接光導波路３２を形成しても、光がゲルマニウムで構成されたコア層３４の内部を全反射しながら伝搬することができる。すなわち、基板３１や光導波路３２は特定の材料（ここでは、シリコン、ゲルマニウム）に限定されず、基板３１に対して光導波路３２の屈折率が大きければ、任意の材料を選択することができる。

支持部３７の高さは、一例として３μｍである。また、光導波路３２の高さは一例として０．３μｍである。また、光導波路３２の幅は、支持部３７の存在する部分において、一例として１０μｍである。また、光導波路３２の幅は、支持部３７が存在しない部分において、一例として４μｍである。ここで、光導波路３２の幅は基板３１の一方の面において光の伝送方向と直交する方向の長さであり、図６中に示すＸ軸方向の長さである。光導波路３２は、図６中に示すＸＹ平面において、曲線状の光路を有する。そのため、幅方向は図６中に示すＸ軸方向に限らず、光導波路３２の位置によって変動する。

＜外部端子＞
外部接続端子５０は、再配線層２４の下面（すなわち支持層２０の下面２０ｂ）に、再配線２４４と接して設けられており、発光素子１２及び受光素子１４、並びにコントローラと電気的に接続されている。外部接続端子５０は、たとえばはんだボールである。ガスセンサ１００を図示しない回路基板に実装する際には、外部接続端子５０が回路基板の所定位置に接するように配置される。このあと、リフローにより外部接続端子５０を加熱後冷却することにより、ガスセンサ１００と回路基板とをはんだ付けする。

＜通気性シート＞
通気性シート７０は、基板３１の光導波路配置面（基板３１の下面３１ｂ）と反対側の面、すなわち蓋体３０の基板３１の上面３１ａに設けられ、複数のガス導入孔３１１を覆うように配置されている。通気性シート７０は、ガス導入孔３１１よりも径が小さい孔を複数備えるシートであり、例えば、不織布、多孔質膜又は金属メッシュである。

例えば、ガスセンサ１００をハンダ付けなどにより図示しない回路基板に組み込む場合、表面実装でリフロー工程を行う場合がある。ガスセンサ１００に通気性シート７０が貼付されている場合、リフローを行うことにより通気性シート７０がダメージを受ける可能性がある。このため、ガスセンサ１００に貼付する通気性シート７０として耐熱性のある材料からなるシートを選択する必要がある。特に、通気性シート７０として不織布や多孔質膜を用いる場合には、材料の選択に注意する必要がある。

また、通気性シート７０を貼付していない支持層２０と蓋体３０との積層体を回路基板上に配置してリフローを行い、リフロー後に蓋体３０を構成する基板３１の上面３１ａに通気性シート７０を貼り付けても良い。この場合、リフローによるダメージを考慮して通気性シート７０を選択する必要はないため、通気性シート７０として融点がリフロー温度よりも低い材料で構成された不織布や多孔質膜を用いることが可能となり、使い勝手を向上させることができる。

［ガスセンサの製造方法］
以下、図１から図６を参照しつつ、図７（Ａ）から図７（Ｈ）及び図８（Ａ）から図８（Ｅ）を用いて、第一次施形態に係るガスセンサ１００の製造方法について説明する。図７（Ａ）から図７（Ｈ）及び図８（Ａ）は、ガスセンサ１００の断面図であり、図２に示す断面図と同様の断面を示している。
第一次施形態に係るガスセンサ１００の製造方法では、一例として、いわゆるＲＤＬ １ｓｔ方式により再配線層２４、第二支持層２６及び第三支持層２８を順に形成することで支持層２０を形成し、その後、発光素子１２及び受光素子１４を支持層２０に接続する。

図７（Ａ）に示すように、例えば、表面に剥離層１１１が形成された、ガラス製のキャリア基板１１０を準備する。剥離層１１１は、リフロー後であっても剥離層１１１上に形成された支持層２０をキャリア基板１１０から容易に剥離するために設けられる。
図７（Ｂ）に示すように、剥離層１１１の上面にレジスト膜１１２を形成する。レジスト膜１１２は、再配線２４４を形成する位置を除く領域に設けられる。レジスト膜１１２は、例えばポジ型のレジストを剥離層１１１の上面全面に塗布した後、再配線２４４を形成する位置を露光し、現像液によって露光部を溶解して除去することで形成される。

続いて、レジスト膜１１２をマスクとして、レジスト膜１１２から露出する剥離層１１１の表面に再配線２４４を形成する。再配線２４４は、例えば無電解めっき又はスパッタリングにより形成される。また、再配線２４４は、例えば無電解めっき又はスパッタリングにより下地層を形成後、下地層を電極（シード層）として電気めっきにより形成した導体層をして形成しても良い。下地層及び導体層は、例えば銅（Ｃｕ）により形成される。なお、剥離層１１１の表面に予め下地層を形成しておき、再配線２４４を電気めっきにより形成してもよい。再配線２４４を形成した後、レジスト膜１１２を除去する。

図７（Ｃ）に示すように、レジスト膜１１２を除去後、再配線２４４の側面を覆うようにポリイミド等の絶縁性を有する樹脂材料を塗布して絶縁層２４２を形成する。これにより、絶縁層２４２と再配線２４４とを有する再配線層２４が形成される。再配線層２４の上面２４ａからは、再配線２４４の上面２４４ａが露出する。

図７（Ｄ）に示すように、再配線層２４の上面２４ａにレジスト膜１１３を形成する。レジスト膜１１３は、プラグ２６８を形成する位置を除く領域に設けられる。続いて、再配線２４４形成時と同様の方法を用いて、例えば銅（Ｃｕ）によりプラグ２６８を形成する。プラグ２６８を形成した後、レジスト膜１１３を除去する。

図７（Ｅ）に示すように、レジスト膜１１３を除去後、再配線層２４の上面２４ａに、レジスト膜１１４を形成する。レジスト膜１１４は、第一凹部２１及び第二凹部２２が形成される領域に設けられる。続いて、プラグ２６８の側面を覆うようにポリイミド等の絶縁性を有する樹脂材料を塗布して絶縁層２６６を形成する。続いて、レジスト膜１１４を除去する。これにより、絶縁層２６６及びプラグ２６８を有する第二支持層２６が形成される。
絶縁層２６６の上面２６２ａからは、プラグ２６８の上面２６８ａが露出している。なお、プラグ２６８の上面２６８ａは、絶縁層２６６から露出していなくてもよい。プラグ２６８は、実質的には配線の一部として機能していないためである。

図７（Ｆ）に示すように、第二支持層２６の上面２６ａに、レジスト膜１１５を形成する。レジスト膜１１５は、プラグ２８８を形成する位置を除く領域に設けられる。続いて、プラグ２６８形成時と同様の方法を用いて、例えば銅（Ｃｕ）によりプラグ２８８を形成する。プラグ２８８を形成した後、レジスト膜１１５を除去する。

図７（Ｇ）に示すように、レジスト膜１１５を除去後、第二支持層２６の上面２６ａに、レジスト膜１１６を形成する。レジスト膜１１６は、第一凹部２１及び第二凹部２２が形成される領域に設けられる。続いて、プラグ２８８の側面を覆うようにポリイミド等の絶縁性を有する樹脂材料を塗布して絶縁層２８６を形成する。これにより、絶縁層２８６及びプラグ２８８を有する第三支持層２８が形成される。第三支持層２８の上面２８ａからは、プラグ２８８の上面２８８ａが露出する。なお、プラグ２８８の上面２８８ａは、絶縁層２８６から露出していなくてもよい。プラグ２８８は、実質的には配線の一部として機能していないためである。

図７（Ｈ）に示すように、レジスト膜１１６を除去する。以上により、第一凹部２１及び第二凹部２２を有する支持層ウエハ１２０が形成される。ここで、図７（Ａ）～図７（Ｈ）では、一つの第一凹部２１及び一つの第二凹部２２が形成された例を示しているが、実際には、複数の第一凹部２１及び第二凹部２２が隣接して形成されている。

続いて、支持層ウエハ１２０に発光素子１２及び受光素子１４を接続してガスセンサ１００を製造する工程について説明する。
図８（Ａ）に示すように、支持層ウエハ１２０の複数の第一凹部２１及び第二凹部２２に、予めはんだボールで構成された外部接続端子１２２が形成された発光素子１２及び外部接続端子１４２が形成された受光素子１４をそれぞれ配置する。第一凹部２１及び第二凹部２２内に発光素子１２及び受光素子１４が収容されることにより、発光素子１２の外部接続端子１２２と受光素子１４の外部接続端子１４２とが、再配線層２４の上面２４ａから露出する再配線２４４と接触するように位置決めされる。この状態で支持層ウエハ１２０のリフローを行うことにより、外部接続端子１２２、１４２が溶融し、発光素子１２、受光素子１４と再配線層２４とがはんだ付けされる。

図８（Ｂ）に示すように、発光素子１２及び受光素子１４がはんだ付けされた支持層ウエハ１２０を、キャリア基板１１０の裏面１１０ｂ側に下金型１７０を配置すると共に、支持層ウエハ１２０の上面１２０ａ側に上金型１８０を配置する。そして、下金型１７０と上金型１８０とにより発光素子１２及び受光素子１４がはんだ付けされた支持層ウエハ１２０を挟み込み、下金型１７０と上金型１８０とに挟まれた空間にサイドから溶融したエポキシ樹脂等の樹脂材料を注入し、充填後、硬化する。これにより、第一封止部６２及び第二封止部６４が形成される。

図８（Ｃ）に示すように、複数の光導波路３２を有する蓋体ウエハ１３０を、光導波路３２が支持層ウエハ１２０側を向くようにして支持層ウエハ１２０の上面１２０ａに接続する。図９に示すように、蓋体ウエハ１３０は、複数のガス導入孔３１１が設けられたシリコン基板１３１に複数の光導波路３２が複数接続されている。

蓋体ウエハ１３０の所定の位置に、硬質の樹脂で形成された粒子が含有された接着材１４０を配置する。接着材１４０は、個片化した後のガスセンサ１００において蓋体３０の外周縁部となる位置に設けられる。接着材１４０は、熱硬化樹脂等の樹脂材料からなり、所定位置に塗布又は印刷されてもよく、ディスペンサーノズル等によって吐出されてもよい。樹脂材料として熱硬化樹脂を用いた場合には、蓋体ウエハ１３０を樹脂材料を介して支持層ウエハ１２０上に配置し、熱処理を行って樹脂材料を硬化させ、接続部４０が形成される。空間Ｓ内の空気は熱処理により膨張するが、ガス導入孔３１１により膨張した空気が外部に抜けるため、膨張した空気によって蓋体ウエハ１３０が支持層ウエハ１２０から剥がれることなく蓋体ウエハ１３０と支持層ウエハ１２０とが接続される。

なお、樹脂材料として例えば紫外線硬化樹脂を用いた場合には、予めシリコン基板１３１の上面１３１ａに保護フィルム９０が貼り付けられた蓋体ウエハ１３０を用いても良い。樹脂材料として例えば紫外線硬化樹脂を用いた場合、空間Ｓ内の空気を膨張させることなく樹脂材料を硬化させることができる。このため、予め予めシリコン基板１３１の上面１３１ａに保護フィルム９０が貼り付けてガス導入孔３１１を塞いでいてもよい。

図８（Ｄ）に示すように、樹脂材料で貼り合わされた支持層ウエハ１２０及び蓋体ウエハ１３０（以下、積層体ウエハという）から剥離層１１１及びキャリア基板１１０を剥離する。
図８（Ｅ）に示すように、再配線２４４が露出した支持層ウエハ１２０の下面１２０ｂに、再配線２４４と接続するはんだボールを複数形成する。はんだボールは、積層体個片化後に外部接続端子５０となる。

図８（Ｆ）に示すように、シリコン基板１３１の上面１３１ａに、ガス導入孔３１１を塞ぐように図示しない保護フィルムを貼り付ける。このあと、積層体ウエハをダイシングブレードによりダイシングして個片化した後、保護フィルムを除去する。最後に、個片化された積層体ウエハの上面に、ガス導入孔３１１を塞ぐように通気性シート７０を配置する。以上により、支持層２０、蓋体３０、接続部４０、外部接続端子５０及び通気性シート７０を有する個片化されたガスセンサ１００を得ることができる。

＜第一実施形態の効果＞
第一施形態に係るガスセンサ１００では、以下の効果を有する。
（１）ガスセンサ１００は、支持層２０が発光素子１２及び受光素子１４をそれぞれ収容するための第一凹部２１及び第二凹部２２を有している。このため、発光素子１２及び受光素子１４の接続位置が常に所定位置に固定され、発光素子１２及び受光素子１４の接続位置の位置精度が向上する。

（２）ガスセンサ１００では、ガスセンサ１００の内部に形成された空間Ｓに光導波路３２が配置される。そして、ガスセンサ１００の形成工程において、支持層ウエハ１２０と蓋体ウエハ１３０とを貼りあわせてからダイシングにより個片化してガスセンサ１００を形成することができる。このため、ガスセンサ１００内部の空間Ｓに配置された光導波路３２の損傷が生じにくくなる。

（３）ガスセンサ１００では、発光素子１２の発光面１２ａ、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａ、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａ、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの全てが面一になっている。このため、発光素子１２及び受光素子１４と光導波路３２との結合効率が向上し、ガスセンサ１００の感度を向上させることができる。

（４）ガスセンサ１００では、光路が光導波路３２で形成されている。このため、空間Ｓのスペース（特に高さ）を小さくすることができ、ガスセンサ１００の体積（特に高さ）を小さくすることができる。すなわち、ガスセンサ１００の薄型化が可能となる。

（５）ガスセンサ１００では、発光素子１２の発光面１２ａ、第一封止部６２の蓋体３０側の表面６２ａ、支持層２０の蓋体３０側の表面２０ａ、第二封止部６４の蓋体３０側の表面６４ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの全てが面一であり、且つ蓋体３０の支持層２０に対向する表面３０ａが、当該面一面に対して平行とされている。このため、空間Ｓのスペース（特に高さ）をさらに小さくすることができ、ガスセンサ１００の体積（特に高さ）をさらに小さくすることができる。

（６）ガスセンサ１００では、複数のガス導入孔３１１を覆う通気性シート７０を有しているため、ガスセンサ１００外部からガス導入孔３１１を介してほこり等が空間Ｓに入り込むことを抑制し、ガスセンサ１００の感度を向上させることができる。

（７）ガスセンサ１００の形成工程において、基板３１の上面３１ａに保護フィルム９０を貼ることでガス導入孔３１１を塞ぐことができる。このため、支持層ウエハ１２０と蓋体ウエハ１３０とが接着材１４０により貼り合わされて積層された積層体１６０を個片化してガスセンサ１００を形成する際に、ブレードによりダイシングして個片化することができる。すなわち、積層体１６０に設けられたガス導入孔３１１が保護フィルム９０により塞がれているため、ブレードダイシングによって生じた飛散物や、冷却水がガスセンサ１００の空間Ｓに入りこまない。このため、ガスセンサ１００の感度を向上させることができる。

＜変形例１＞
実施形態１では、支持層２０が再配線層２４を有し、再配線層２４の再配線２４４と接続された外部接続端子５０が設けられた場合の構成について説明したが、積層構造はこのような構造に限られない。
例えば、ガスセンサ１００の支持層２０は、再配線層２４の代わりに、シリコン貫通電極（ＴＳＶ：Through-Silicon Via）を有するＴＳＶ層を有していても良い。ＴＳＶ層は、シリコン基板と、シリコン基板の下面（蓋体３０とは反対側の面）に露出するシリコン貫通電極とを備える。支持層２０の下面２０ｂには、シリコン貫通電極と電気的に接続するように形成された複数の外部接続端子５０が設けられる。

２．第二実施形態
以下、本開示の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
［ガスセンサの構成］
図１～図６を参照しつつ、図１０を用いて、第二実施形態に係るガスセンサ２００の構成を説明する。図１０は、ガスセンサ２００の一構成例を示す側面図である。ガスセンサ２００は、第一実施形態に係るガスセンサ１００における接続部４０に代えて、蓋体３０の外周縁部に断続的に設けられた接続部２４０を有している。なお、ガスセンサ２００は、ガスセンサ１００の接続部４０に代えて接続部２４０を、蓋体３０に代えて蓋体２３０を有し、かつ通気性シート７０を有しない以外はガスセンサ１００と同様の構成である。このため、接続部２４０及び蓋体２３０以外の各部については説明を省略する。

＜接続部＞
図１０に示すように、接続部２４０は、蓋体２３０の基板２３１の周辺縁部のうち、支持層２０との対向面の一部に、断続的に形成されている。これにより、蓋体２３０及び支持層２０との間には、接続部２４０が設けられていない部分に孔部２４８が複数形成される。この複数の孔部２４８は、空間Ｓに測定対象ガスを導入するための複数のガス導入孔として機能する。

ここで、図示は省略するが、第一実施形態のガスセンサ１００の支持層２０及び蓋体３０と同様に、支持層２０及び蓋体２３０は平面視で略矩形状である。また、平面視において、複数の孔部２４８の少なくとも１つは、略矩形状を有する支持層２０の外周縁部の一の辺の側に設けられ、複数の孔部２４８の他の１つは、支持層２０の外周縁部の当該一の辺とは異なる他の辺の側に設けられる。すなわち、複数の孔部２４８は、支持層２０の外周縁部のうちの複数の辺（二辺～四辺）に沿ってそれぞれ設けられることが好ましい。また、複数の孔部２４８は、少なくとも支持層２０の外周縁部の対向する二辺に沿って設けられる、すなわち、上述した「他の辺」が一の辺に対向している辺であることが最も好ましい。このような構成とすることで、空間Ｓに対してガスがスムーズに流れ込むことができ、ガスの置換に要する時間が短くなる。すなわち、上述した構成のガスセンサ２００では、応答速度が向上する。

＜蓋体＞
蓋体２３０は、基板２３１と、光導波路３２と、を備えており、第一凹部２１及び第二凹部２２を覆うように支持層２０の上部に配置されている。光導波路３２は、第一実施形態の蓋体３０に設けられた光導波路３２と同様の構成を有している。基板２３１は、複数のガス導入孔が形成されていない点で、第一実施形態の基板３１と異なる。
第二実施形態に係るガスセンサ２００は、支持層２０と蓋体２３０との間に、空間Ｓに測定対象ガスを導入するためのガス導入孔として機能する孔部２４８を有している。このため、基板２３１にガス導入孔を有していなくても良い。

この場合、ガスセンサ２００の製造時に、支持層ウエハと蓋体ウエハとを積層した積層体ウエハをダイシングする際には、ステルスダイシングにより個片化することが好ましい。第二実施形態の積層体ウエハをブレードダイシングにより個片化すると、個片化されたガスセンサ２００の側面の孔部２４８から切削屑や冷却水等が空間Ｓに入り込む可能性が高いためである。
なお、基板２３１にガス導入孔が設けられており、基板２３１に設けられたガス導入孔と、孔部２４８とにより空間Ｓにガスが導入されるようにしても良い。

＜第二実施形態の効果＞
第二施形態に係るガスセンサ１００では、第一実施形態と同様に、以下の（１）～（５）の効果を有する。第二施形態に係るガスセンサ１００では、さらに、以下の（６）の効果を有する。
（１）ガスセンサ２００は、支持層２０が発光素子１２及び受光素子１４をそれぞれ収容するための第一凹部２１及び第二凹部２２を有している。このため、発光素子１２及び受光素子１４の接続位置が常に所定位置に固定され、発光素子１２及び受光素子１４の接続位置の位置精度が向上する。

（２）ガスセンサ２００では、ガスセンサ２００の内部に形成された空間Ｓに光導波路３２が配置される。そして、ガスセンサ１００の形成工程において、支持層ウエハ１２０と蓋体ウエハ１３０とを貼りあわせてからダイシングにより個片化してガスセンサ１００を形成することができる。このため、ガスセンサ１００内部の空間Ｓに配置された光導波路３２の損傷が生じにくくなる。

（３）ガスセンサ２００では、発光素子１２の発光面１２ａ、第一封止部６２の蓋体２３０側の表面６２ａ、支持層２０の蓋体２３０側の表面２０ａ、第二封止部６４の蓋体２３０側の表面６４ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの全てが面一になっている。このため、発光素子１２及び受光素子１４と光導波路３２との結合効率が向上し、ガスセンサ２００の感度を向上させることができる。

（４）ガスセンサ２００では、光路が光導波路３２で形成されている。このため、空間Ｓのスペース（特に高さ）を小さくすることができ、ガスセンサ２００の体積（特に高さ）を小さくすることができる。すなわち、ガスセンサ２００の薄型化が可能となる。

（５）ガスセンサ２００では、発光素子１２の発光面１２ａ、第一封止部６２の蓋体２３０側の表面６２ａ、支持層２０の蓋体２３０側の表面２０ａ、第二封止部６４の蓋体２３０側の表面６４ａ及び受光素子１４の受光面１４ａの全てが面一であり、且つ蓋体２３０の支持層２０側の表面が、当該面一面に対して平行とされている。このため、空間Ｓのスペース（特に高さ）をさらに小さくすることができ、ガスセンサ２００の体積（特に高さ）をさらに小さくすることができる。

（６）ガスセンサ２００では、接続部２４０が設けられていない部分に複数の孔部２４８が形成され、複数の孔部２４８が、支持層２０の外周縁部のうちの複数の辺に沿ってそれぞれ設けられることが好ましい。これにより、ガスセンサ２００の空間Ｓに対してガスがスムーズに流れ込み、ガスセンサ２００の応答速度が向上する。

以上、本開示の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本開示の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本開示の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

１２ 発光素子
１２ａ 発光面
１４ 受光素子
１４ａ 受光面
２０ 支持層
２０ａ 支持層の蓋体側の表面
２０ｂ 支持層の下面
２１ 第一凹部
２２ 第二凹部
２４ 再配線層
２４２ 絶縁層
２４４ 再配線
２４８ 孔部
２６ 第二支持層
２６６ 絶縁層
２６８ プラグ
２８ 第三支持層
２８６ 絶縁層
２８８ プラグ
３０，２３０ 蓋体
３０ａ 蓋体の支持層に対向する表面
３１，２３１ 基板
３１ａ 基板の上面
３１ｂ 基板の下面
３１１ ガス導入孔
３２ 光導波路
３２ａ 光導波路の支持層に対向する表面
３３ 光入力部
３４ コア層
３５ 光出力部
３６ 光学フィルタ
３７ 支持部
４０，２４０ 接続部
５０ 外部接続端子
６２ 第一封止部
６２ａ 第一封止部の蓋体側の表面
６４ 第二封止部
６４ａ 第二封止部の蓋体側の表面
７０ 通気性シート
１００，２００ ガスセンサ
１２２，１４２ 外部接続端子

Claims (23)

1. 光を出射する発光面を有する発光素子と、
   光が入射する受光面を有する受光素子と、
   前記発光素子及び前記受光素子を収容する第一の凹部及び第二の凹部を有し、前記第一の凹部及び前記第二の凹部内で前記発光面及び前記受光面が同一方向を向くように前記発光素子及び前記受光素子を支持する支持層と、
   前記発光面から出射された光が入力される光入力部と、前記光入力部から入力された前記光が伝搬するコア層と、前記コア層を伝搬する前記光を前記受光面に向けて出力する光出力部と、を有する光導波路を有し、前記発光素子及び前記受光素子と前記光導波路との間に所定の隙間を空けて配置された蓋体と、
   前記支持層と前記蓋体とを前記支持層及び前記蓋体の外周縁部において接続する接続部と、
   を備え、
   前記支持層と前記蓋体と前記接続部とで囲まれ、外部と連通して測定対象ガスの流路となる空間に、前記光導波路が配置されており、
   前記光導波路は、前記コア層の一部を貫通する通気孔を有していない中実状の固体であり、前記光入力部から前記光出力部までの区間において光学フィルタを有し、前記光学フィルタ及び前記光入力部、又は前記光学フィルタ及び前記光出力部が兼用されており、光が前記コア層を通ると前記コア層の表裏面及び側面から前記空間にエバネッセント波が染み出すように構成されている
   ガスセンサ。
2. 前記発光素子及び前記受光素子は、前記発光面及び前記受光面が前記支持層の底面に対してそれぞれ平行となるように配置される
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記蓋体は、前記第一の凹部及び前記第二の凹部を覆うように前記支持層の上部に配置された基板を有し、
   前記光導波路は、前記基板の前記支持層と対向する面上に設けられる
   請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記基板と前記光導波路との間に、前記基板に対して前記光導波路を支持する支持部を有する
   請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記接続部は粒子を有し、当該粒子の径は、前記光導波路の高さと、前記支持部の高さとの和よりも大きい
   請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記基板は、前記空間に前記測定対象ガスを導入する複数のガス導入孔を有する
   請求項４又は５に記載のガスセンサ。
7. 前記ガス導入孔を覆うように前記基板の前記光導波路配置面と反対側の面に配置された通気性を有するシートを備える
   請求項６に記載のガスセンサ。
8. 前記通気性を有するシートは、不織布、多孔質膜又は金属メッシュである
   請求項７に記載のガスセンサ。
9. 前記接続部が前記基板の前記支持層との対向面の一部に設けられ、
   前記接続部、前記基板及び前記支持層で囲まれ、前記空間に前記測定対象ガスを導入する複数のガス導入孔を有する
   請求項４から８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
10. 前記支持層は、平面視で矩形状であり、
    平面視において、前記複数のガス導入孔の少なくとも１つは、前記支持層の外周縁部の一の辺の側に設けられ、前記複数のガス導入孔の他の１つは、前記支持層の外周縁部の当該一の辺とは異なる他の辺の側に設けられる
    請求項６から９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
11. 前記基板の前記支持層と対向する面に形成された反射膜を有する
    請求項２から１０のいずれか１項に記載のガスセンサ。
12. 前記発光素子の上部に前記光入力部が配置され、前記受光素子の上部に前記光出力部が配置されている
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
13. 前記発光面または前記受光面と、前記支持層の蓋体側の表面とは同一平面にある
    請求項１から１２のいずれか１項に記載のガスセンサ。
14. 前記発光面と前記受光面とは同一平面にある
    請求項１から１３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
15. 前記発光面と、前記受光面と、前記支持層の蓋体側の表面とは同一平面にある
    請求項１から１４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
16. 前記蓋体の前記支持層に対向する表面は、前記発光面又は前記受光面に対して平行である
    請求項１から１５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
17. 前記光導波路の前記支持層に対向する表面は、前記同一平面に対して平行である
    請求項１３から１５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
18. 前記所定の隙間における、前記支持層と前記蓋体の間の距離は２ｍｍ以下である
    請求項１から１７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
19. 前記発光素子と前記第一の凹部の底面及び側面との間を封止する第一の封止部と、
    前記受光素子と前記第二の凹部の底面及び側面との間を封止する第二の封止部と、
    をさらに備える
    請求項１から１８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
20. 前記発光面と、前記第一の封止部の蓋体側の表面と、前記支持層の蓋体側の表面とは同一平面にある
    請求項１９に記載のガスセンサ。
21. 前記受光面と、前記第二の封止部の蓋体側の表面と、前記支持層の蓋体側の表面とは同一平面にある
    請求項１９又は２０に記載のガスセンサ。
22. 前記支持層は、絶縁層と、前記発光素子及び前記受光素子と接続され、前記支持層の前記蓋体とは反対側の面に露出する再配線と、を有する再配線層により形成される
    請求項１から２１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
23. 前記支持層は、シリコン基板により形成されており、
    前記支持層の前記蓋体とは反対側の面に露出するシリコン貫通電極を備える
    請求項１から２２のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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