(57)【要約】【課題】パッケージ内部の真空圧力が低下せずに製品寿命まで保持されるようにする。【解決手段】素子が設けられるベースケースであるステム１０と；ステム１０に被せられた状態でステム１０と接合される金属製の上ケースであるキャップ２０と；ステム１０とキャップ２０により形成される室内を真空とするための封止孔１８と；封止孔１８から室内に挿入される部位にゲッタ材料を有し、前記室内が真空とされた後に封止孔１８を封止するための封止体である封止用ピン３０とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が設けられるベースケースと；
ベースケースに被せられた状態でベースケースと接合される金属製の上ケースと；
ベースケースと上ケースにより形成される室内を真空とするための封止孔と；
封止孔から室内に挿入される部位にゲッタ材料を有し、前記室内が真空とされた後に封止孔を封止するための封止体と
を具備することを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
ベースケースと上ケースにおける室内側の面は、非メッキ処理面であることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
ベースケースにおける室内側の面と上ケースにおける室内側の面との少なくとも一方に、ゲッタ材料を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子デバイスと；
前記電子デバイスを含んで電子回路を構成する電子素子と
を具備することを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線センサ、加速度センサ、ジャイロ、共振子等の真空封止が必要な電子デバイス及びこの電子デバイスを用いて構成した電気機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記の如き電子デバイスとしては、金属製のカンパッケージなどと称されるパッケージ内に、人体の動きを検知する焦電型センサが設けられており、パッケージ内部に窒素などの不活性ガスが封入されているものが知られている。しかしながら、赤外線検出素子をパッケージ内部に有するデバイスにおいては、封入空間の雰囲気によって素子の特性が左右されることから、パッケージ内部が真空であることが非常に重要となっている。
【０００３】
上述した焦電型の赤外線センサにおいては、パッケージが金属製のキャップおよびステムで構成され、キャップには波長５〜１２μｍ域の赤外線を透過させるための窓（一般的にはシリコン製）が取り付けられている。焦電型の赤外線センサの殆どはシリコン窓の形状は□型とされており、接着剤や低融点ガラスにより固定されている。
【０００４】
パッケージ内部が不活性ガスにより、大気圧とほぼ等しい圧力で封止されているような場合は、パッケージ内部と外界との接触部分（キャップとステムの溶接部、キャップとシリコン製窓の接合部）への負荷は問題とならないが、パッケージ内部を真空とした場合にはパッケージ内部と外界の接触部分の構造には気密性を維持する構造が必要となる。例えば、□型のシリコン窓を用いる赤外線センサにおいて、パッケージ内部が真空である場合には、大気圧力による応力がキャップとシリコン窓の接合部分に均一に加わり難いことや、窓がキャップの内側に取り付けられていることから、パッケージ内部に不純ガスが流入する原因となることが予想される。
【０００５】
また、接着剤でシリコンウィンドウを固定した場合には接着剤からの水分を中心としたガスの放出により、封止直後からパッケージ内部の真空圧力が著しく低下することも想像される。特に、真空中で作動させることが好適な素子を含むパッケージでは、封止部の信頼性欠陥およびガス放出が原因となり、著しく感度が低下してしまう。例えば、真空中で動作する素子の中には、感度特性を評価した場合、図１に示したように真空圧力が100Pa より大きくなると著しい感度の低下が生じ、大気中となる100000Pa付近では素子に望まれる性能が発揮できないものが多い。
【０００６】
所望の特性を得るため、パッケージ内部の真空圧力については望ましくは100Pa 以下の状態が保持され、素子の特性が著しく低下せずに製品寿命を迎えることが求められる。そこで、ステムに相当する筐体とキャップに相当する蓋体を第１封止材で接合し、パッケージ内部を真空として、封止孔を金属ボールによって溶融して封止した固体撮像素子が知られている（特許文献１）。
【０００７】
しかし、この構成によっても、パッケージを構成するキャップとステムを接合する場合、パッケージ内壁にメッキ層が存在すると、接合の際にメッキ層からガスが放出される危険がある他、経年使用によりパッケージ部材からのガス放出により、真空圧力が低下することが懸念される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記のようなパッケージ内部を真空とすることが求められている電子デバイスの現状に鑑みてなされたもので、その目的は、パッケージ内部の真空圧力が所望のままに、素子の特性が著しく低下せずに製品寿命まで保持されるようにした電子デバイスを提供することである。また、本発明は、上記電子デバイスを用いて構成した電気機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電子デバイスは、素子が設けられるベースケースと；ベースケースに被せられた状態でベースケースと接合される金属製の上ケースと；ベースケースと上ケースにより形成される室内を真空とするための封止孔と；封止孔から室内に挿入される部位にゲッタ材料を有し、前記室内が真空とされた後に封止孔を封止するための封止体とを具備することを特徴とする。
【００１０】
電子デバイスとしては、赤外線センサ、加速度センサ、ジャイロ、共振子等を挙げることができる。素子とは、上記電子デバイスのセンサ部分を言う。金属製の上ケースは、鉄（特にＳＰＣ）、コバールなどの金属により構成される。封止孔は、ベースケースと上ケースとの少なくとも一方に設けられる。真空とは、概ね１００ｐａ以下を指す。ゲッタ材料としては、Ｚｒ、Ｖ、Ｆｅ或いはこれらの中のいずれかを含む合金を採用することができる。ゲッタ材料は、ベースケースと上ケースにより形成される室内が真空とされた後に所定手段により活性化され、ガス吸着効果を奏する状態とすることが好適である。
【００１１】
本発明に係る電子デバイスでは、ベースケースと上ケースにおける室内側の面は、非メッキ処理面であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電子デバイスでは、ベースケースにおける室内側の面と上ケースにおける室内側の面との少なくとも一方に、ゲッタ材料を有していることを特徴とする。
【００１３】
ゲッタ材料は、ベースケースと上ケースにより形成される室内が真空とされた後に所定手段により活性化され、ガス吸着効果を奏する状態とすることが好適である。
【００１４】
本発明に係る電気器は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子デバイスと；前記電子デバイスを含んで電子回路を構成する電子素子とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電子デバイスによれば、封止体の封止孔から室内に挿入される部位にゲッタ材料を有しているので、室内が真空とされた後に上記封止体のゲッタ材料が室内壁などから放出されるガスを吸着し、パッケージ内部の真空圧力が所望のままで、素子の特性が著しく低下せずに製品寿命まで保持されるという効果を奏するものである。
【００１６】
本発明に係る電子デバイスによれば、ベースケースと上ケースにおける室内側の面は、非メッキ処理面であるので、メッキ材料のガスが室内壁からガスが放出されることはなく、パッケージ内部の真空圧力を保持することに寄与する。
【００１７】
本発明に係る電子デバイスによれば、ベースケースにおける室内側の面と上ケースにおける室内側の面との少なくとも一方に、ゲッタ材料を有しているので、上記ゲッタ材料が室内においてガスを吸着し、パッケージ内部の真空圧力を保持することに寄与する。
【００１８】
本発明に係る電気機器によれば、電子デバイスにおいて素子の特性が著しく低下せずに製品寿命まで保持されることから、電気機器の寿命を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】赤外線センサにおけるパッケージ内の感温部の圧力と相対応答出力の関係を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る赤外線受光デバイスの構成を示す組み立て断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る赤外線受光デバイスの平面図。
【図４】図３の赤外線受光デバイスのＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る赤外線受光デバイスの断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る赤外線受光デバイスを用いて構成した電気機器の斜視図。
【図７】本発明の実施形態に係る赤外線受光デバイスを用いて構成した電気機器の回路ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下添付図面を参照して、本発明に係る電子デバイスの実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。本実施形態の電子デバイスは、赤外線受光デバイスであり、図２〜図４に示されるように、ベースケースであるステム１０と、ステム１０に被せられた状態でステム１０と接合される金属製の上ケースであるキャップ２０とを主要な構成要素としている。
【００２１】
キャップ２０は円筒状の形状を有し、頭部に開口２１を有している。開口２１の外側におけるキャップ２０の表面には段部が形成され、５〜１２μｍの波長域の赤外線を通過させるＳｉ窓２２が嵌め込まれて接合されている。キャップ２０の表面における段部には、低融点ガラス２３が貼着され、この低融点ガラス２３によりＳｉ窓２２とキャップ２０の表面における段部とが接合されている。
【００２２】
キャップ２０は、Ｓｉ窓２２が嵌め込まれる前に、例えばＮｉによる金属メッキが行われる。この場合に、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内の壁面２４にはマスキングが施され、金属メッキがなされない非メッキ処理面とされる。一方、パッケージの外側であって外気と触れる面は金属メッキ面２５とされる。
【００２３】
ステム１０は、例えばキャップ２０と同じ金属の円板状の基台１１と、基台１１と絶縁された状態で基台１１を貫通した端子ピン１２とを有するものである。この場合、一方の端子ピン１２を基台１１に接続してＧＮＤ（グランド）として用いることによりデバイスの動作を安定させることもできる。基台１１のキャップ２０と対向する面のほぼ中央には、Ａｕ−Ｓｎ半田１４により基台１１に接合された受光素子１３が備えられている。
【００２４】
受光素子１３の素子電極と端子ピン１２との間は、Ａｕワイヤ１５によりボンディングされている。受光素子１３が設けられる前に、例えばＮｉによる金属メッキが行われる。この場合に、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内の壁面１６にはマスキングが施され、金属メッキがなされない非メッキ処理面とされる。一方、パッケージの外側となり外気と触れる面は金属メッキ面１７とされる。また、端子ピン１２のパッケージの室内における先端部にはワイヤボンディング用メッキ層１２ａがメッキされる。
【００２５】
基台１１には、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内に通じる封止孔１８が形成されている。この封止孔１８には、パッケージ室内が真空とされた後に封止孔１８を封止するための封止体である封止用ピン３０が挿入され、図４に示す如くに溶融半田３１にて封止孔１８部分が半田付けされて封止が行われる。
【００２６】
上記封止用ピン３０は、封止孔１８からパッケージ室内に挿入される部位３２にゲッタ材料を有している。ゲッタ材料としては、Ｚｒ、Ｖ、Ｆｅ或いはこれらの中のいずれかを含む合金が採用される。封止用ピン３０がゲッタ材料を有するようにするため、封止用ピン３０をＦｅにより構成し、これにＺｒ、Ｖを真空蒸着させるなどする。
【００２７】
以上の構成を有する赤外線受光デバイスを作成する工程は次のようである。ステム１０及びキャップ２０の所要箇所にマスキングを行い、前述のメッキ処理を行う。低融点ガラス２３を用いてＳｉ窓２２をキャップ２０における表面側の開口２１へ接合する。基台１１に受光素子１３を接合し、Ａｕワイヤ１５によるワイヤボンディングを行う。
【００２８】
上記のように処理されたステム１０及びキャップ２０について、キャップ２０のフランジ部２６とステム１０の対応部分を抵抗溶接する。この溶接によって、ステム１０とキャップ２０とにより構成されたパッケージの室内から封止孔１８を介して室内を例えば１．０×１０-3Ｐａ以下に制御された真空雰囲気とする。この状態で封止用ピン３０を封止孔１８からパッケージ室内に挿入し、封止用ピン３０を上記室外部側から熱を加えて或いはレーザ照射によってゲッタ材料を有する部位３２を加熱（例えば、３００〜３５０℃で１時間加熱）し、ゲッタの活性化を行う。これによって、ゲッタがガスを吸収する効果を奏し真空度の改善を図ることができる。
【００２９】
次に、封止孔１８に溶融半田３１を滴下して封止孔１８部分を半田付けして（或いはレーザ照射によるステム１０と封止用ピン３０の溶接を行って）、ステム１０及びキャップ２０により構成されるパッケージの室内を真空状態で封着する。上記のように、キャップ２０のフランジ部２６とステム１０の対応部分を抵抗溶接して、ステム１０とキャップ２０とによりパッケージ室が構成された後に、当該パッケージ室内を真空とすることにより、抵抗溶接の部位から発生するガスを真空とする過程で排除することができる。
【００３０】
以上の通りに構成された赤外線受光デバイスによれば、封止用ピン３０が、封止孔１８からパッケージ室内に挿入される部位３２にゲッタ材料を有しているので、ステム１０及びキャップ２０により構成されるパッケージの室内に放出されるガスをゲッタ材料が吸着し、真空圧力が維持される。また、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内の壁面１６にはマスキングが施され、金属メッキがなされない非メッキ処理面とされるため、メッキ材料が存在しない室内壁からのガス放出がほぼなくなり、パッケージ内部の真空圧力を保持することができる。
【００３１】
図５は、第２の実施形態に係る電子デバイスとしての赤外線受光デバイスを示すものである。この赤外線受光デバイスでは、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内の壁面２４及び壁面１６に、ゲッタ材料２７、１９を有する。また、ステム１０とキャップ２０とにより構成されるパッケージの室内に入り込んだ端子ピン１２の部位であって、ワイヤボンディング用メッキ層１２ａが存在しない部位に、ゲッタ材料１２ｂを有する。前述のようにパッケージの室内を真空雰囲気とした後に、例えば、レーザ照射によってゲッタ材料２７、１９、１２ｂの部位３２を加熱し、ゲッタの活性化を行う。
【００３２】
その他の構成は、第１の実施形態に係る赤外線受光デバイスの構成に等しい。上記構成によれば、ゲッタ材料２７、１９、１２ｂがステム１０及びキャップ２０により構成されるパッケージの室内に放出されるガスを吸着し、真空圧力の維持が図られる。
【００３３】
図６には、上記第１または第２の実施形態に係る赤外線受光デバイス２を用いて構成した電気機器としての照明器具を示す。照明器具４は、天井などに直付けされるものであり、略枠状の器具本体４３の両端にランプソケット４２が設けられている。このランプソケット４２には、放電ランプである直管形蛍光ランプ４１が装着されている。また、器具本体４３には、蛍光ランプ４１に対向して断面略皿状の反射板４０が取り付けらており、この反射板４０の表面は反射面４０ａとなっている。
【００３４】
また、器具本体４３は、反射板４０の内側に放電ランプ点灯装置１を備えている。反射板４０の一端の内側には、図７に示す人検出回路５０が搭載された基板５が備えられ、この基板５には上記赤外線受光デバイス２が実装され、赤外線受光デバイス２のＳｉ窓２２が反射板４０の穴を介して露出している。放電ランプ点灯装置１と基板５は信号線６により接続されている。
【００３５】
蛍光ランプ４１、放電ランプ点灯装置１及び基板５の人検出回路５０の回路構成は、図７のようであり、人検出回路５０には、赤外線受光デバイス２を含んで電子回路を構成する電子素子が備えられている。この例の人検出回路５０には、赤外線受光デバイス２の出力を増幅する電子素子、増幅後の信号を所定閾値と比較し検出信号を信号線６へ送り出すコンパレータを構成する電子素子などが備えられる。
【００３６】
信号線６を介して検出信号を受ける放電ランプ点灯装置１は、検出信号が人の存在を示すレベルであれば蛍光ランプ４１を点灯し、検出信号が人の存在を示さないレベルであれば蛍光ランプ４１を消灯する。上記電気器では、赤外線受光デバイス２が、素子の特性が著しく低下せずに製品寿命まで保持されることから安定して製品寿命まで使用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ステム
１１  基台
１２ｂ  ゲッタ材料
１３  受光素子
２０  キャップ
２１  開口
２２  Ｓｉ窓
２７  ゲッタ材料
３０  封止用ピン
４１  蛍光ランプ
４３  器具本体
５０  人検出回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００８−１０８８０８号公報
【図１】
2010251548.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010251548.tif 000005
【図４】
2010251548.tif 000006
【図５】
2010251548.tif 000007
【図６】
2010251548.tif 000008
【図７】
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