JPWO2016051454A1 - センサノード用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損が低減されたセンサノード用パッケージを提供する。【解決手段】パッケージ部材のヤング率（２２０ＧＰａ以下）、パッケージ部材の熱膨張係数（２〜１２ｐｐｍ／℃）、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差（５ｐｐｍ／℃以下）、及び蓋部材の厚み（３ｍｍ以下）をそれぞれ所定の範囲内に収めることにより、熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、センサノード用パッケージに関する。より詳細には、本発明は、温度変化に伴う熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損が有効に低減されたセンサノード用パッケージに関する。

例えば橋梁及びビル等の構造物にセンサを取り付けて構造物における振動等の物理量を検知することにより構造物の状態を監視し、構造物の劣化及び／又は破損の発生をモニタリングするシステムが知られている。このようなシステムにおいて、センサへの電源供給やセンサによる検知信号の取得のためのケーブル等を敷設するのは、そのためのスペース及び敷設作業が必要となるので望ましくない。

そこで、無線通信機能を備えた複数のセンサ（「センサ付き無線端末」、「センサノード」とも称される。）を協調させて構造物の状態を監視する「センサネットワーク」と称されるシステムが開発されている。個々のセンサノードは、センサ、無線チップ、マイクロプロセッサ、及び電源（例えば電池等）によって構成される。

上記のようなシステムによる構造物の状態監視は長期間に亘るため、センサノードには高い耐環境性が要求される。そこで、センサノードの耐環境性及び／又は絶縁性の向上を目的として、例えば図１に示したように、上述したようなセンサノードの構成部品（１１乃至１３）をセラミック材料によって形成されたパッケージ部材（２０）の内部に収容し、セラミック材料によって形成された蓋部材（３０）を同パッケージ部材（２０）と一体的に接合することが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

パッケージ部材（２０）には、例えば、その内部に収容されるセンサノードの構成部品（１１乃至１３）同士を電気的に接続するための配線（４１）、無線通信のためのアンテナ（４２）及び外部電極（４３）等の導体パターンが埋設される場合がある。センサノードにおいても抵抗損失の低減及び高周波特性の向上が望ましい。従って、上記導体パターンは良導体（例えば、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）等）によって形成されることが望ましい。これら良導体の融点は低いため、パッケージ部材を形成する材料としては、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）が使用されることが一般的である。

一方、蓋部材を形成する材料としては、一般的なセラミック材料と比較して高価なＬＴＣＣではなく、相対的に安価であり、広く使用されているアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が使用されることが一般的である。加えて、アルミナには、パッケージ部材と蓋部材との接合のための材料（接合材料）として使用されるガラスとの濡れ性が良好であり、機械的強度も高いという利点もある。

特開２０１３−１２２７１８号公報

前述したように、セラミック材料によって形成されたパッケージ部材と蓋部材とによって構成される筐体の内部にセンサノードの構成部品を収容することにより優れた耐環境性及び絶縁性を備えたセンサノードが知られている。パッケージ部材と蓋部材との接合は、これらの接合面に接合材料（例えば、ガラス粉末を含むペースト（ガラスペースト）及びガラスリボン等のガラス材料）を配設し、接合材料の融点以上の温度に加熱して接合材料を溶融させることによって行われる。このとき、センサノードは非常に大きい温度変化に曝される。更に、前述したように、センサノードは外部環境に設置されるため、急激な温度変化及び／又は熱衝撃に曝される。

一方、前述したように、一般的には、パッケージ部材はＬＴＣＣによって形成され、蓋部材はアルミナによって形成される。ＬＴＣＣとアルミナとは、何れもセラミック材料ではあるものの、それぞれの組成は異なり、物性においても異なる点がある。即ち、パッケージ部材を形成する材料の熱膨張係数と蓋部材を形成する材料の熱膨張係数とが異なる場合がある。このような場合、上記のようなパッケージ部材と蓋部材との接合時等における非常に大きい温度変化並びにセンサノードが設置される外部環境における急激な温度変化及び／又は熱衝撃にセンサノードが曝されると、パッケージ部材と蓋部材との間での温度変化に伴う寸法変化の差が大きく、熱膨張係数の差に起因する応力（熱応力）によってパッケージ部材及び／又は蓋部材が破損する等の問題が生ずる虞が高い。

上記のような問題を回避するためには、パッケージ部材を形成する材料の熱膨張係数と蓋部材を形成する材料の熱膨張係数とをできるだけ一致させることが望ましい。しかしながら、上記のように、一般的には、パッケージ部材を形成する材料と蓋部材を形成する材料とは異なるため、これらの熱膨張係数を常に一致させることは困難であり、両者の組み合わせによっては、熱膨張係数の差が大きくなる場合もある。

このように、当該技術分野においては、熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損が低減されたセンサノード用パッケージに対する要求が存在する。

従って、本発明の１つの目的は、熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損が低減されたセンサノード用パッケージを提供することである。本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、パッケージ部材のヤング率、パッケージ部材の熱膨張係数、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差、及び蓋部材の厚みをそれぞれ所定の範囲内に収めることにより、熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができることを見出した。

即ち、本発明に係るセンサノード用パッケージ（以降、「本発明パッケージ」と称される場合がある。）は、
第１セラミック材料によって形成され且つ凹部が形成されたパッケージ部材と、
第２セラミック材料によって形成され且つ前記凹部を封止するように前記パッケージ部材と一体的に接合された蓋部材と、
を含む筐体を有するセンサノード用パッケージであって、
前記第１セラミック材料のヤング率が２２０ＧＰａ以下であり、
前記第１セラミック材料の熱膨張係数である第１熱膨張係数が２ｐｐｍ／℃以上であり且つ１２ｐｐｍ／℃以下であり、
前記第１熱膨張係数と前記第２セラミック材料の熱膨張係数である第２熱膨張係数との差の絶対値が５ｐｐｍ／℃以下であり、
前記蓋部材の主面に平行な面への前記蓋部材の投影図における前記パッケージ部材との接合面に対応する領域である接合領域を除く領域である非接合領域において、当該非接合領域に対応する前記蓋部材の部分である非接合部分の前記蓋部材の主面の法線方向における寸法である非接合部厚みの平均値が３ｍｍ以下である、
センサノード用パッケージである。

上記のように、本発明パッケージにおいては、パッケージ部材のヤング率、パッケージ部材の熱膨張係数、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差、及び蓋部材の厚みをそれぞれ所定の範囲内に収められている。これにより、例えばパッケージ部材と蓋部材とを接合するときの温度変化に伴う熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。

パッケージ部材及び蓋部材を含む筐体を有するパッケージ中に収容されたセンサノードの構成の一例を示す模式的な側断面図である。 センサノード用パッケージの異なるタイプの蓋部材の構造並びに各タイプの蓋部材における非接合部及び熱応力が集中し易い隅部の位置を示す模式的な側断面図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサノード用パッケージ（第２パッケージ）の異なるタイプの構造の具体例を示す模式的な側断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第１パッケージ」と称される場合がある。）について説明する。

（構成）
第１パッケージは、一般的なセンサノード用パッケージと同様の構造を有する。具体的には、第１パッケージは、パッケージ部材と、蓋部材と、を含む筐体を有する。前述したように、セラミック材料は、高い耐環境性及び絶縁性を備えるので、センサノード用パッケージの筐体を構成する材料として好適である。パッケージ部材は、第１セラミック材料によって形成される。蓋部材は、第２セラミック材料によって形成される。これらのセラミック材料は、後述する物性条件を満足する限り、如何なるセラミック材料であってもよい。更に、第１セラミック材料と第２セラミック材料とは、同じセラミック材料であっても、異なるセラミック材料であってもよい。

パッケージ部材には、凹部が形成されている。この凹部には、センサノードの各種構成部品（例えば、センサ、無線チップ、マイクロプロセッサ、及び電源（例えば電池）等）を収容することができる。蓋部材は、パッケージ部材と一体的に接合され、パッケージ部材に形成された凹部を封止する。尚、パッケージ部材と蓋部材との接合は、前述したように、これらの接合面に接合材料（例えば、ガラス粉末を含むペースト（ガラスペースト）及びガラスリボン等のガラス材料）を配設し、接合材料の融点以上の温度に加熱して接合材料を溶融させることによって行われる。

尚、パッケージ部材及び蓋部材は、上記構成を満足することが可能である限り、如何なる手法によって製造されてもよい。例えば、上記のようなパッケージ部材及び蓋部材を製造するための具体的な方法は、例えば、主としてセラミック材料を含んでなる誘電体材料からなる基材を採用する配線基板等のセラミック製品の製造方法として、当該技術分野において広く使用されている種々の方法の中から適宜選択することができる。このような製造方法の一般的な具体例としては、例えば、所謂「ドクターブレード法」及び「ゲルキャスト法」等を挙げることができる。

（物性条件）
第１パッケージにおいては、その構成部材の各種物性等が以下の条件を満足する。
（１）前記第１セラミック材料のヤング率が２２０ＧＰａ以下であり、
（２）前記第１セラミック材料の熱膨張係数である第１熱膨張係数が２ｐｐｍ／℃以上であり且つ１２ｐｐｍ／℃以下であり、
（３）前記第１熱膨張係数と前記第２セラミック材料の熱膨張係数である第２熱膨張係数との差の絶対値が５ｐｐｍ／℃以下であり、
（４）前記蓋部材の主面に平行な面への前記蓋部材の投影図における前記パッケージ部材との接合面に対応する領域である接合領域を除く領域である非接合領域において、当該非接合領域に対応する前記蓋部材の部分である非接合部分の前記蓋部材の主面の法線方向における寸法である非接合部厚みの平均値が３ｍｍ以下である。

条件（１）に規定されているセラミック材料のヤング率は、当業者に周知の方法によって測定することができる。例えば、セラミック材料のヤング率の測定方法は、ＪＩＳ Ｒ １６０２に規定されている。条件（２）及び（３）に規定されているセラミック材料の熱膨張係数は、当業者に周知の方法によって測定することができる。例えば、セラミック材料の熱膨張係数の測定方法は、ＪＩＳ Ｒ １６１８に規定されている。

条件（４）に規定されている蓋部材の非接合部とは、例えば図２の（ａ）及び（ｂ）において斜線部によって示されているように、蓋部材においてパッケージ部材との接合に直接関与していない部分であると言うことができる。より具体的には、蓋部材の非接合部とは、例えば図２の（ａ）及び（ｂ）において斜線部によって示されているように、蓋部材において蓋部材の主面に平行な面への蓋部材の投影図におけるパッケージ部材との接合面（図２における太線部分）に対応する領域である「接合領域」を除く領域である「非接合領域」に対応する蓋部材の部分（図２における斜線部）である。

条件（４）において規定される「厚み」とは、上記のように、蓋部材の主面の法線方向における寸法である。蓋部材の非接合部の厚みもまた、当業者に周知の方法によって測定することができる。例えば、蓋部材の非接合部の複数の箇所において、例えば厚みゲージ等の厚み測定器具を使用して、厚みを測定し、これらの測定値の平均を求めてもよい。或いは、蓋部材の非接合部厚みの平均値は、蓋部材の非接合領域に対応する部分の体積を当該非接合領域の面積によって除すことによって得ることができる。

（効果）
前述したように、セラミック材料によって形成されたパッケージ部材と蓋部材とを含む筐体を有するセンサノード用パッケージにおいては、パッケージ部材と蓋部材との接合が非常に高い温度において行われる。具体的には、パッケージ部材と蓋部材との接合面に配設された接合材料（例えば、ガラス材料）をその融点以上の温度に加熱して溶融させることによって、パッケージ部材と蓋部材とが接合される。このときセンサノードは非常に大きい温度変化に曝されるので、従来技術に係るセンサノード用パッケージにおいては、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差に起因する応力（熱応力）によってパッケージ部材及び／又は蓋部材が破損する虞があった。更に、接合後においてはセンサノードが外部環境に設置されるため、外部環境における急激な温度変化及び／又は熱衝撃に曝されるので、この場合にも、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差に起因する応力による破損の虞があった。このように、センサノード用パッケージには、急激な温度変化及び／又は熱衝撃に相当する高温と低温とに繰り返し曝されるヒートサイクルにおける信頼性が求められる。

一方、本発明の第１実施形態に係るセンサノード用パッケージ（第１パッケージ）は、上記条件（１）乃至（４）の全てを満足することにより、上記のような熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減する。

先ず、条件（１）として、パッケージ部材を形成する第１セラミック材料のヤング率が２２０ＧＰａ以下である。このヤング率を２２０ＧＰａ以下に抑えることにより、パッケージ部材の剛性を下げ、上記のような熱応力をパッケージ部材によって緩和させることができる。その結果、上記のような熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。より好ましくは、第１セラミック材料のヤング率は１８０ＧＰａ以下である。

次に、条件（２）として、第１セラミック材料の熱膨張係数である第１熱膨張係数が２ｐｐｍ／℃以上であり且つ１２ｐｐｍ／℃以下である。第１熱膨張係数をこの範囲内に収めることにより、蓋部材を形成する第２セラミック材料として採用され得るセラミック材料との熱膨張係数の差が過大になることを回避して、条件（３）を満足し易くなる。その結果、上記のような熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。より好ましくは、第１熱膨張係数は４ｐｐｍ／℃以上であり且つ１１ｐｐｍ／℃以下である。

更に、条件（３）として、第１熱膨張係数と蓋部材を形成する第２セラミック材料の熱膨張係数である第２熱膨張係数との差の絶対値が５ｐｐｍ／℃以下である。第１熱膨張係数と第２熱膨張係数との差の絶対値を５ｐｐｍ／℃以下に抑えることにより、上記のような熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。より好ましくは、これらの熱膨張係数との差の絶対値は３ｐｐｍ／℃以下である。

加えて、条件（４）として、蓋部材の非接合部分の厚み（非接合部厚み）の平均値が２ｍｍ以下である。この非接合部厚みの平均値を３ｍｍ以下に抑えることにより、蓋部材の剛性を下げ、上記のような熱応力を蓋部材によって緩和させることができる。その結果、上記のような熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができる。より好ましくは、非接合部厚みの平均値は２ｍｍ以下である。

＜第２実施形態＞
ところで、本発明パッケージが有する筐体に含まれる蓋部材の形状は特に限定されないが、典型的には、例えば、図２の（ａ）に示したように全体として平板状の形状を挙げることができる。或いは、図２の（ｂ）に示したように蓋部材の板状部（図２の（ｂ）に示した蓋部材の斜線部に該当）の周縁部にリム部（図２の（ｂ）に示した蓋部材の斜線部以外の部分に該当）が立設された形状を挙げることができる。前者の場合、蓋部材とパッケージ部材との接合面は、蓋部材のパッケージ部材側の主面の周縁部近傍の領域に該当する。後者の場合、蓋部材とパッケージ部材との接合面は、上記リム部の頂面に該当する。

前者及び後者の何れのタイプの蓋部材を含むセンサノード用パッケージにおいても、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差に起因して温度変化時に発生する応力（熱応力）は、蓋部材とパッケージ部材との接合面において発生する。しかしながら、後者のタイプの蓋部材においては、上記のように板状部の周縁部に立設されたリム部の頂面が接合面に該当する。このため、後者のタイプの蓋部材においては、板状部とリム部とによって形成される隅部（例えば、図２の（ｂ）において矢印によって示した部分）に熱応力が集中し易く、蓋部材の破損（例えば、クラック等）が当該隅部に発生し易い。即ち、リム部を備える蓋部材においては、リム部を備えない蓋部材と比較して、熱応力に起因する破損が発生し易い。

そこで、本発明の第２実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第２パッケージ」と称される場合がある。）は以下のような構成を有する。

（構成）
第２パッケージは、以下の点を除き、第１パッケージと同様の構成を有する。
第２パッケージにおいては、前記蓋部材が、板状部と、当該板状部の外周縁部から立設され且つ前記接合面を頂面とするリム部と、を有する。即ち、第２パッケージにおける蓋部材は、基本的には、図２の（ｂ）を参照しながら上述したタイプの形状を有する。

但し、第２パッケージにおいては、板状部とリム部とによって形成される隅部が、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差に起因して発生する熱応力を緩和及び／又は分散させるのに好適な形状を有する。具体的には、前記板状部の肉厚が、前記リム部から所定距離隔てた位置から前記リム部に近付くにつれて大きくなるように形成されている。

上記のような構成を有する第２パッケージの具体例を図３に示す。図３の（ａ）に示す例においては、蓋部材３０の板状部３１の肉厚が、リム部３２から所定距離Ｄだけ隔てた位置からリム部３２に近付くにつれて、段階的に大きくなるように形成されている。尚、この例においては、板状部３１の肉厚が１段階のみ大きくなっているが、複数の段階に分けて板状部３１の肉厚を大きくしてもよい。一方、図３の（ｂ）に示す例においては、蓋部材３０の板状部３１の肉厚が、リム部３２から所定距離Ｄだけ隔てた位置からリム部３２に近付くにつれて、連続的に大きくなるように形成されている。尚、この例においては、板状部３１の肉厚が直線的に大きくなっているが、板状部３１の肉厚を曲線的に大きくしてもよい。

（効果）
第２パッケージにおいては、上記のように、蓋部材が、板状部と、当該板状部の外周縁部から立設され且つ前記接合面を頂面とするリム部と、を有する。しかしながら、第２パッケージにおいては、板状部の肉厚が、リム部から所定距離隔てた位置からリム部に近付くにつれて大きくなるように形成されている。これにより、板状部とリム部とによって形成される隅部に集中しがちな熱応力が有効に緩和及び／又は分散される。その結果、当該隅部における蓋部材の破損（例えば、クラック等）が低減される。

＜第３実施形態＞
前述したように、セラミック材料は、高い耐環境性及び絶縁性を備えるので、センサノード用パッケージの筐体を構成する材料として好適である。本発明パッケージのパッケージ部材を形成する第１セラミック材料は、上述した物性条件を満足する限り、如何なるセラミック材料であってもよい。特に、酸化物系セラミックスは、例えば入手容易性及びコストの観点から、本発明パッケージのパッケージ部材を形成するセラミック材料として好適である。

（構成）
従って、本発明の第３実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第３パッケージ」と称される場合がある。）においては、前記第１セラミック材料が酸化物系セラミックスである。

（効果）
上述したように、酸化物系セラミックスは、一般的には、入手が容易であり、コストが低い（価格が安い）。従って、上記のように第１セラミック材料として酸化物系セラミックスを採用することにより、上述したような物性条件を満足する材料の選択の幅が広がる。更に、本発明パッケージの製造コストの増大を抑えることができる。

＜第４実施形態＞
ところで、前述したように、パッケージ部材には、例えば、その内部に収容されるセンサノードの構成部品同士を電気的に接続するための配線及び無線通信のためのアンテナ等の導体パターンが埋設される場合がある。センサノードにおいても抵抗損失の低減及び高周波特性の向上が望ましい。従って、上記導体パターンは良導体（例えば、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）等）によって形成されることが望ましい。しかしながら、これら良導体の融点は低いため、第１セラミック材料によって形成されるパッケージ部材の焼成時に良導体が溶融して導体パターンが変形したり及び／又は断線したりする虞がある。

（構成）
そこで、パッケージ部材を形成する第１セラミック材料としては、良導体の融点よりも低い温度において焼成可能なセラミックスを採用することが望ましい。従って、本発明の第４実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第４パッケージ」と称される場合がある。）においては、前記第１セラミック材料が低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）である。尚、ＬＴＣＣの例としては、例えば、ガラス粉末とセラミック粉末（フィラー粉末）との混合物を原料とし、当該原料を焼成することによって得られるものが挙げられる。ガラス粉末としては、焼成後に結晶化する結晶化ガラスを使用することもできる。更に、このようなＬＴＣＣにおけるフィラーとして、アルミナのみならず、種々の酸化物粉末及び／又は窒化物粉末を使用して、例えば、ＬＴＣＣ材料の物性（例えば、熱膨張係数、機械的強度熱及び熱伝導率等）を制御することができる。その他のＬＴＣＣの例としては、アルカリ土類金属の酸化物、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素を主原料として高温にて合成した粉末と、相対的に少量のガラス粉末及び／又はガラスを形成する成分からなる粉末と、の混合物を焼成することによって得られるもの等を挙げることができる。

（効果）
上記のように第１セラミック材料としてＬＴＣＣを採用することにより、第４パッケージにおいては、パッケージ部材の焼成温度を下げることができる。その結果、パッケージ部材の焼成時に良導体が溶融して導体パターンが変形したり及び／又は断線したりする虞を低減することができる。

＜第５実施形態＞
前述したように、セラミック材料は、高い耐環境性及び絶縁性を備えるので、センサノード用パッケージの筐体を構成する材料として好適である。本発明パッケージの蓋部材を形成する第２セラミック材料もまた、上述した物性条件を満足する限り、如何なるセラミック材料であってもよい。例えば、酸化物系セラミックスは、例えば入手容易性及びコストの観点から、本発明パッケージの蓋部材を形成するセラミック材料として好適である。一方、非酸化物系セラミックスは、酸化物系セラミックスよりも大きい強度を有するものが多いため、第１パッケージのパッケージ部材及び／又は蓋部材をより頑強なものとするのに好適である。

（構成）
従って、本発明の第５実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第５パッケージ」と称される場合がある。）においては、前記第２セラミック材料が酸化物系セラミックスである。

（効果）
上述したように、酸化物系セラミックスは、一般的には、入手が容易であり、コストが低い（価格が安い）。従って、上記のように第２セラミック材料として酸化物系セラミックスを採用することにより、上述したような物性条件を満足する材料の選択の幅が広がる。更に、本発明パッケージの製造コストの増大を抑えることができる。

＜第６実施形態＞
ところで、前述したように、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）は、一般的なセラミック材料と比較して高価である。一方、一般的には、センサノード用パッケージにおいて、蓋部材の内部に導体パターンを埋設することは希であり、その材料としてＬＴＣＣを採用する必要性は、パッケージ部材と比較して低い。

（構成）
そこで、蓋部材を形成する第２セラミック材料としては、相対的に安価であり、広く使用されているアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を採用することが望ましい。従って、本発明の第６実施形態に係るセンサノード用パッケージ（以下、「第６パッケージ」と称される場合がある。）においては、前記第２セラミック材料がアルミナである。

（効果）
上記のように第２セラミック材料としてアルミナを採用することにより、第６パッケージにおいては、蓋部材として必要とされる耐環境性及び絶縁性を確保しつつ、製造コストの増大を抑えることができる。加えて、アルミナは、パッケージ部材と蓋部材との接合のための材料（接合材料）として使用されるガラスとの濡れ性が良好であり、機械的強度も高いので、蓋部材を形成する材料として好適である。

以下、本発明の特定の実施形態に係るセンサノード用パッケージについて更に詳しく説明する。但し、以下に述べる説明はあくまでも例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。

１）評価用パッケージの作製
以下の表１に列挙した各種第１セラミック材料及び各種第２セラミック材料を使用して、それぞれパッケージ部材及び蓋部材を製造した。尚、第１材料として表１に列挙したＬＴＣＣ１乃至ＬＴＣＣ４の詳細について以下に説明する。

ＬＴＣＣ１は、アルミナ（酸化アルミニウム）粉末からなるセラミック粉末と、主成分としてアルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含み、副成分として酸化ホウ素等を含む結晶化ガラス粉末と、を原料とするＬＴＣＣ材料である。ＬＴＣＣ１に含まれるガラスは、焼結後には、その一部又は総てが結晶化している。
ＬＴＣＣ２は、酸化バリウムを主成分とするアルカリ土類酸化物、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素から高温において合成されるセラミック粉末と、相対的に少量のガラス粉末と、を原料とするＬＴＣＣ材料である。
ＬＴＣＣ３は、アルミナ（酸化アルミニウム）粉末からなるセラミック粉末と、大部分が結晶化しないホウ珪酸系ガラス粉末と、を原料とするＬＴＣＣ材料である。
ＬＴＣＣ４は、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを主成分として含む結晶化ガラス粉末のみを原料とするＬＴＣＣ材料であり、各成分の配合量は、焼結後にコージェライトが主結晶として析出するように定められている。

上記各種材料を使用して製造された種々のパッケージ部材と蓋部材とを、ガラス粉末を接合材料として使用して４００℃に加熱して接合することにより、実施例Ｅ０１乃至Ｅ１１並びに比較例Ｃ０１乃至Ｃ０４に係る各種評価用パッケージを作製した。各種評価用パッケージの大きさは３０ｍｍ四方乃至１５０ｍｍ四方とし、厚みは５０ｍｍとした。

各パッケージ部材のヤング率、並びに各パッケージ部材及び各蓋部材の熱膨張係数（ＣＴＥ１及びＣＴＥ２）の測定条件は前述した通りである。各蓋部材の厚みは、蓋部材の非接合領域に対応する部分の体積を当該非接合領域の面積によって除すことによって算出した。各パッケージ部材のヤング率、各パッケージ部材及び各蓋部材の熱膨張係数（ＣＴＥ１及びＣＴＥ２）、各パッケージ部材と各蓋部材との熱膨張係数の差の絶対値（｜ΔＣＴＥ｜ＣＴＥ１及びＣＴＥ２）の差、並びに各蓋部材の厚みの測定結果も表１に列挙した。尚、熱膨張係数（ＣＴＥ１及びＣＴＥ２）は、４０℃乃至４００℃の温度範囲において測定した。

２）加速劣化試験
実施例Ｅ０１乃至Ｅ１１並びに比較例Ｃ０１乃至Ｃ０４に係る各種評価用パッケージを、＋１００℃から−５５℃までの温度範囲にて加熱と冷却とを繰り返すヒートサイクルに付した。具体的には、高温（＋１００℃）及び低温（−５５℃）に保たれた恒温層をそれぞれ用意し、各種評価用パッケージを一方の恒温層内に３０分間保持した後３０秒以内に他方の恒温層内に移して３０分間保持するサイクルを１００回繰り返した。

３）損傷の評価
上記加速劣化試験に付した実施例Ｅ０１乃至Ｅ１１並びに比較例Ｃ０１乃至Ｃ０４に係る各種評価用パッケージにつき、パッケージ部材と蓋部材との接合面近傍を目視によって観察し、クラック等の損傷の有無を調べた。その結果、パッケージ部材のヤング率、パッケージ部材の熱膨張係数、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差、及び蓋部材の厚みの全てが所定の範囲内に入っている実施例Ｅ０１乃至Ｅ１１に係る各種評価用パッケージについては、熱応力に起因するパッケージ部材及び蓋部材の破損を有効に低減することができた。一方、何れかの物性値が所定の範囲から逸脱している比較例Ｃ０１乃至Ｃ０４に係る各種評価用パッケージについては何れもパッケージ部材及び／又は蓋部材に損傷が認められた。

上記結果から、パッケージ部材のヤング率、パッケージ部材の熱膨張係数、パッケージ部材と蓋部材との間での熱膨張係数の差、及び蓋部材の厚みをそれぞれ所定の範囲内に収める本発明に係るセンサノード用パッケージによれば、例えばパッケージ部材と蓋部材との接合時における温度変化に伴う熱応力に起因するパッケージ部材及び／又は蓋部材の破損を有効に低減することができることが確認された。

以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されるものと解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。

１１乃至１３…構成部品、２０…パッケージ部材、３０…蓋部材、３１…板状部、３２…リム部、４１…配線、４２…アンテナ及び４３…外部電極。

Claims (6)

1. 第１セラミック材料によって形成され且つ凹部が形成されたパッケージ部材と、
   第２セラミック材料によって形成され且つ前記凹部を封止するように前記パッケージ部材と一体的に接合された蓋部材と、
   を含む筐体を有するセンサノード用パッケージであって、
   前記第１セラミック材料のヤング率が２２０ＧＰａ以下であり、
   前記第１セラミック材料の熱膨張係数である第１熱膨張係数が２ｐｐｍ／℃以上であり且つ１２ｐｐｍ／℃以下であり、
   前記第１熱膨張係数と前記第２セラミック材料の熱膨張係数である第２熱膨張係数との差の絶対値が５ｐｐｍ／℃以下であり、
   前記蓋部材の主面に平行な面への前記蓋部材の投影図における前記パッケージ部材との接合面に対応する領域である接合領域を除く領域である非接合領域において、当該非接合領域に対応する前記蓋部材の部分である非接合部分の前記蓋部材の主面の法線方向における寸法である非接合部厚みの平均値が３ｍｍ以下である、
   センサノード用パッケージ。
2. 請求項１に記載のセンサノード用パッケージであって、
   前記蓋部材が、板状部と、当該板状部の外周縁部から立設され且つ前記接合面を頂面とするリム部と、を有し、
   前記板状部の肉厚が、前記リム部から所定距離だけ隔てた位置から前記リム部に近付くにつれて大きくなるように形成されている、
   センサノード用パッケージ。
3. 請求項１又は２に記載のセンサノード用パッケージであって、
   前記第１セラミック材料が酸化物系セラミックスである、
   センサノード用パッケージ。
4. 請求項３に記載のセンサノード用パッケージであって、
   前記第１セラミック材料が低温同時焼成セラミックスである、
   センサノード用パッケージ。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のセンサノード用パッケージであって、
   前記第２セラミック材料が酸化物系セラミックスである、
   センサノード用パッケージ。
6. 請求項５に記載のセンサノード用パッケージであって、
   前記第２セラミック材料がアルミナである、
   センサノード用パッケージ。

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