(57)【要約】【課題】赤外線センサ素子と赤外線透過キャップとの相対的な位置関係を、より高精度に合わせし気密封止が可能な赤外線センサの製造方法を提供する。【解決手段】パッケージの凹部の内底面側に実装された赤外線センサ素子と、該赤外線センサ素子に赤外線を入射させるための開口部３ａが設けられ前記パッケージの前記凹部を覆うように接合されたリッド３と、リッド３の開口部３ａを覆うように接合された赤外線透過キャップ４とを有する赤外線センサの製造方法であって、赤外線透過キャップ４の接合予定領域を特定する半田レジスト層５が赤外線透過キャップ４との接合面側に形成されたリッド３と、リッド３との接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜６が形成された赤外線透過キャップ４とを半田７を介して積層し（図１（ａ））、半田７の溶融でリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密接合する（図１（ｂ））。【選択図】図１
2010175304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部が形成されたパッケージと、該パッケージの前記凹部の内底面側に実装された赤外線センサ素子と、該赤外線センサ素子に赤外線を入射させるための開口部が設けられ前記パッケージの凹部を覆うように接合されたリッドと、該リッドの前記開口部を覆うように接合された赤外線透過キャップと、を有する赤外線センサの製造方法であって、
前記パッケージの凹部の内底面側に前記赤外線センサ素子を実装する実装工程と、
前記リッドを前記パッケージに接合するリッド接合工程と、
前記リッドと前記赤外線透過キャップとを半田を介して積層する積層工程と、
前記半田の溶融によって前記リッドと前記赤外線透過キャップとを気密接合する赤外線透過キャップ接合工程と、を有し、
前記積層工程では、前記赤外線透過キャップの接合予定領域を特定する半田レジスト層が前記赤外線透過キャップとの接合面側に形成された前記リッドと、前記リッドとの接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜が形成された前記赤外線透過キャップとを前記半田を介して積層することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
【請求項２】
前記リッド接合工程と前記積層工程との間に、前記パッケージの前記凹部の内底面側に実装された前記赤外線センサ素子の位置を検知し、前記赤外線センサ素子の位置の情報に基づいて前記リッドに前記半田レジスト層を形成するレジスト形成工程を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサの製造方法。
【請求項３】
前記赤外線透過キャップ接合工程において、前記半田は共晶半田よりも融点の高い高融点半田であって、該高融点半田の溶融を、レーザ加熱、誘導加熱又はヒータ加熱から選択される少なくとも１つの加熱手段により行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の赤外線センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から各種の電子機器のデータ受信装置、人感センサや熱画像センサなどに赤外線センサが利用されている。このような赤外線センサは、例えば、図６に示すような凹部１ａが形成されたパッケージ１と、該パッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された赤外線センサ素子２と、該赤外線センサ素子２に赤外線を入射させるための開口部３ａが設けられパッケージ１の凹部１ａを覆うように接合されたリッド３’と、該リッド３’の開口部３ａを覆うように接合された赤外線透過キャップ４’とを有する赤外線センサ２０’が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
なお、赤外線センサ素子２は、駆動時に赤外線センサ素子２の温度を所定の温度に安定化させるペルチェ効果を利用した電子冷却素子１４上に搭載されており、金属ワイヤ８などを介してパッケージ１のリード端子からなる外部電極１１’と電気的に接続されている。また、赤外線センサ２０’の内部空間１ｃの不要な残留ガスを赤外線センサ２０’に内蔵させたゲッタ１５で吸着することが行われている。
【０００４】
この赤外線センサ２０’は、低融点ガラスを用いて赤外線透過キャップ４’をリッド３’に気密接合したもので、このリッド３’により赤外線センサ素子２が内部に実装された赤外線センサ２０’の内部空間１ｃを真空気密封止が可能なように製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０１６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図６に示した構成のような赤外線センサ２０’では、赤外線センサ２０’のセンサ感度を向上させるため、赤外線センサ２０’の内部空間１ｃを断熱構造となる真空状態や不活性ガスで封止することが行われる。そのため、パッケージ１とリッド３’、リッド３’と赤外線透過キャップ４’とを正確に位置合わせして気密接合する必要がある。特に、赤外線透過キャップ４’は、視野角を広げたり赤外線センサ２０’のセンサ感度をより向上させるため外部からの赤外線を集光可能なレンズ形状に形成することが行われる場合もあり、赤外線透過キャップ４’と赤外線センサ素子２との相対的な位置関係が高精度に位置合わせされてなければ、レンズ形状の赤外線透過キャップ４’の焦点がずれ、かえって赤外線センサ２０’のセンサ感度が低下するという問題がある。
【０００７】
そのため、赤外線センサ２０’の製造時には、赤外線センサ２０’の内部空間１ｃを真空状態や不活性ガスで充填できるように、チャンバの内部を真空状態や不活性ガス雰囲気とさせ、チャンバ内でパッケージ１とリッド３’や、リッド３’と赤外線透過キャップ４’とを高精度に位置合わせして気密接合する必要がある。ここで、高精度の位置合わせ機構を内蔵したチャンバは大型化、高コスト化するという問題がある。
【０００８】
また、チャンバの外で、赤外線センサ素子２が実装されたパッケージ１に対して、リッド３’や赤外線透過キャップ４’を高精度に位置合わせして積層させた積層物とし、チャンバ内で前記積層物を気密接合する場合では、前記積層物をチャンバ内へ搬送設置する時に、リッド３’や赤外線透過キャップ４’の位置がずれる場合がある。さらに、チャンバ内へ赤外線センサ２０’を構成する前記積層物を搬送設置するときの搬送機構も、搬送機構の振動や傾きなどがないように高精度に制御する必要があり、このような搬送機構を有する製造装置は高コスト化するという問題がある。
【０００９】
したがって、より高感度の赤外線センサを量産性よく製造することが求められる現在においては、上述の赤外線センサの製造方法では十分ではない。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤外線センサ素子と赤外線透過キャップとの相対的な位置関係を、より高精度に合わせし気密封止が可能な赤外線センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、凹部が形成されたパッケージと、該パッケージの前記凹部の内底面側に実装された赤外線センサ素子と、該赤外線センサ素子に赤外線を入射させるための開口部が設けられ前記パッケージの凹部を覆うように接合されたリッドと、該リッドの前記開口部を覆うように接合された赤外線透過キャップと、を有する赤外線センサの製造方法であって、前記パッケージの凹部の内底面側に前記赤外線センサ素子を実装する実装工程と、前記リッドを前記パッケージに接合するリッド接合工程と、前記リッドと前記赤外線透過キャップとを半田を介して積層する積層工程と、前記半田の溶融によって前記リッドと前記赤外線透過キャップとを気密接合する赤外線透過キャップ接合工程と、を有し、前記積層工程では、前記赤外線透過キャップの接合予定領域を特定する半田レジスト層が前記赤外線透過キャップとの接合面側に形成された前記リッドと、前記リッドとの接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜が形成された前記赤外線透過キャップとを前記半田を介して積層することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記赤外線センサ素子と前記赤外線透過キャップとの相対的な位置関係を高精度に合わせ、気密封止が可能な赤外線センサを量産性よく製造することができる。
【００１３】
すなわち、前記リッドに設けられた前記半田レジスト層および前記赤外線透過キャップに設けられた前記メッキ膜に対する溶融した前記半田の濡れ性の違いを利用して、前記リッドと前記赤外線透過キャップがセルフアライメントにより精度よく配置され、簡便に気密接合することができる。したがって、前記赤外線透過キャップが前記リッドの前記接合予定領域に対して位置ずれが生じて積層されていたとしても、前記半田の溶融時に位置ずれが修正されるため、チャンバ内に前記リッドと前記赤外線透過キャップとを高精度に位置合わせして積層する位置合わせ機構を必要とすることもなく、気密封止に用いられる前記チャンバ内に搬送するときの搬送機構も振動や傾きを高精度に制御する必要のない簡素なものとすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記リッド接合工程と前記積層工程との間に、前記パッケージの前記凹部の内底面側に実装された前記赤外線センサ素子の位置を検知し、前記赤外線センサ素子の位置の情報に基づいて前記リッドに前記半田レジスト層を形成するレジスト形成工程を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記赤外線センサ素子が実装された前記パッケージに前記リッドが接合された後、前記リッドと前記赤外線透過キャップとを前記半田を介して積層する前に、前記赤外線センサ素子の位置を検知した上で、前記赤外線透過キャップと前記赤外線センサ素子との相対的な位置関係を決定することができるため、前記赤外線センサ素子が前記パッケージへの実装時に所望の位置からずれて実装されていたとしても、前記赤外線透過キャップが前記赤外線センサ素子に対して、より精度よく配置され、且つ気密接合された赤外線センサを製造することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記赤外線透過キャップ接合工程において、前記半田は共晶半田よりも融点の高い高融点半田であって、該高融点半田の溶融を、レーザ加熱、誘導加熱又はヒータ加熱から選択される少なくとも１つの加熱手段により行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、比較的簡単な方法で、前記リッドと前記赤外線透過キャップとを高融点半田により接合することができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明は、赤外線透過キャップの接合予定領域を特定する半田レジスト層が前記赤外線透過キャップとの接合面側に形成されたリッドと、該リッドとの接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜が形成された前記赤外線透過キャップとを半田を介して積層し、該半田の溶融によって前記リッドと前記赤外線透過キャップとを気密接合する。これにより、前記リッドに設けられた前記半田レジスト層および前記赤外線透過キャップに設けられた前記メッキ膜に対する溶融した前記半田の濡れ性の違いを利用して、前記リッドと前記赤外線透過キャップがセルフアライメントにより精度よく配置され、簡便に気密接合することができる。したがって、前記赤外線透過キャップが前記リッドの接合予定領域に対して位置ずれが生じて積層されていたとしても前記半田の溶融時に位置ずれが修正されるため、チャンバ内に前記リッドと前記赤外線透過キャップとを高精度に位置合わせして積層する位置合わせ機構を必要とすることもなく、気密封止に用いられる前記チャンバ内に搬送するときの搬送機構も振動や傾きを高精度に制御する必要のない簡素なものとすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の赤外線センサの製造工程における要部構成を示す断面図である。
【図２】同上の赤外線センサを示す概略断面図である。
【図３】同上の赤外線センサ素子を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略斜視図である。
【図４】同上の製造工程を示す概略断面図である。
【図５】同上の別の製造工程を示す概略断面図である。
【図６】従来の赤外線センサを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、本実施形態の赤外線センサを図２および図３を用いて説明し、図１を用いて要部構成を説明する。
【００２１】
本実施形態の赤外線センサは、図２の断面図で示すように、凹部１ａが形成されたパッケージ１と、パッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された赤外線センサ素子２と、赤外線センサ素子２に赤外線を入射させるための開口部３ａが設けられパッケージ１の凹部１ａを覆うように接合されたリッド３と、リッド３の開口部３ａを覆うように接合された赤外線透過キャップ４と、を有している。
【００２２】
特に、リッド３は赤外線透過キャップ４との接合面側に赤外線透過キャップ４の接合予定領域を特定する半田レジスト層５が形成され、赤外線透過キャップ４はリッド３との接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜６が形成されてなり、リッド３と赤外線透過キャップ４とを半田７を介して気密接合された赤外線センサ２０である。
【００２３】
以下、本実施形態に用いられる各構成について、詳述する。
【００２４】
パッケージ１は、赤外線センサ素子２を収納するための凹部１ａが形成されており、凹部１ａの内底面１ｂ側に赤外線センサ素子２が実装されている。赤外線センサ素子２の電極となる導体パターン２９，２９（図３を参照）は、例えば、金線などの金属ワイヤ８，８を介してパッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂに設けられた配線電極９，９と電気的に接続されている。配線電極９，９は、パッケージ１の厚み方向に設けられた配線１０，１０を介してパッケージ１の裏面と側面とに跨って設けられた外部電極１１，１１と電気的に接続させてある。
【００２５】
パッケージ１は、赤外線センサ素子２に外部からの赤外線を入射させるための開口部３ａが設けられたリッド３を蓋としてパッケージ１の凹部１ａを覆うように封止する。リッド３とパッケージ１とは、抵抗シーム溶接で気密性よく強固に接合することができる。そのため、パッケージ１上には、リッド３と抵抗シーム溶接が可能なようにシームリング（例えば、コバールからなるリングなど）１２が設けられている。なお、抵抗シーム溶接する場合には、シームリング１２と当接するパッケージ１上に、シーム溶接用の金属膜（例えば、Ｗ膜、Ｎｉメッキ膜およびＡｕメッキ膜など）を形成することが好ましい。
【００２６】
また、パッケージ１の凹部１ａの形状、パッケージ１に設けられた配線電極９，９、配線１０，１０、外部電極１１，１１やシーム溶接用の金属膜の一部は、パッケージ１の焼成と同時に形成させることができる。
【００２７】
このような、パッケージ１の材料としては、内部に実装させる赤外線センサ素子２にノイズが生じないように赤外線の透過率が低く、不活性ガスを封入したり真空排気させるなど気密封止させる場合には、ガスバリア性が高いことが要求され、窒化アルミニウム、炭化珪素、アルミナやシリカ系セラミックなどを材料として用いることができる。特に、赤外線センサ２０を製造するため、パッケージ１とリッド３との接合時やリッド３と赤外線透過キャップ４との接合時に熱が生じる場合は、パッケージ１を伝導する熱が赤外線センサ素子２に悪影響を及ぼす場合があるため、熱伝導率が低く、定圧比熱が高い材料を用いたパッケージ１が好ましい。このようなパッケージ１の材料として、アルミナやシリカ系セラミックがより好ましい。
【００２８】
パッケージ１としてセラミックを用いた場合は、その形成時に配線電極９，９、配線１０，１０、外部電極１１，１１等を所望の形状に形成することが容易で、キャンパッケージと比較して複雑な配線を行うことが可能になる。そのため、赤外線センサ２０をプリント配線板などの配線基板（図示しない）に実装する場合は、実装配置の自由度が向上する。また、セラミックを用いたパッケージ１は、赤外線センサ２０を前記配線基板へ実装させる際に、パッケージ１の前記裏面と前記側面に設けられた外部電極１１，１１で表面実装することもできるし、前記外部電極１１，１１の代わりにリード端子を用いて挿入実装するなど所望に応じて実装方法の選択の幅を広くすることができる。
【００２９】
本実施形態では、例えば、外形寸法が縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み１ｍｍであり、内部に赤外線センサ素子２が実装可能な凹部１ａを有する主としてアルミナから構成されたセラミックのパッケージ１を用いることができ、アルミナから構成されたセラミックで形成させた場合は、線膨張係数がおよそ７．１ｐｐｍ／Ｋとなる。
【００３０】
次に、赤外線センサ素子２について図３を用いて説明する。
【００３１】
赤外線センサ素子２は、平面視形状が矩形板状となるベース基板２１、ベース基板２１の一表面側に配置され赤外線を吸収するとともに該吸収による温度変化を検知する温度検知部２３、および温度検知部２３がベース基板２１から離間して配置されるように温度検知部２３を支持する支持部４１から構成されている。また、温度検知部２３がベース基板２１の一表面から離間して配置されており、ベース基板２１の前記一表面上に、温度検知部２３を透過した赤外線を温度検知部２３側へ反射する赤外線反射部２６が形成されている。
【００３２】
ベース基板２１は、シリコン基板２１ａと、当該シリコン基板２１ａの前記一表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｂと、当該シリコン基板２１ａの他表面側に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｃとで構成してある。なお、図３（ａ）における赤外線センサ素子２は、同図（ｂ）における赤外線センサ素子２のＤ−Ｄ’断面に相当する断面を示してある。
【００３３】
ベース基板２１には、２つの支持ポスト部４２ａ，４２ａが立設され、ベース基板２１側とは反対側に温度検知部２３が形成される支持部４１が梁部４２ｂ，４２ｂを介して支持ポスト４２ａ，４２ａと連結保持されている。
【００３４】
温度検知部２３は、温度に応じて電気的抵抗値が変化する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントを用いており、支持部４１側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＯ２膜との積層膜を例えば、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの薄膜形成方法により形成してある。なお、温度検知部２３は、Ｔｉ膜とＴｉＯ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＴｉＯＮ膜との積層膜で形成してもよいし、抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントの材料としては、Ｔｉに限られず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。
【００３５】
また、温度検知部２３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限られず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢＳＴ（チタン酸バリウムストロンチウム）などを採用することができる。
【００３６】
温度検知部２３は、平面視形状において、蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が脚部４２，４２に沿って延長された配線層２８，２８を介してベース基板２１の上記一表面上の金属膜（例えば、Ａｕ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる上記導体パターン２９，２９と電気的に接続されている（図３（ｂ）を参照）。なお、配線層２８，２８を温度検知部２３と同じ積層膜で構成し、配線層２８，２８と温度検知部２３とを同時に形成することができるが、配線層２８，２８の材料は、特に限定するものではなく、Ａｌ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉの群から選択される１種類でもよい。配線層２８，２８を複数層により形成する場合には、これらの群から選択される複数種類の材料を適宜採用すればよい。
【００３７】
温度検知部２３は、支持部４１に保持され、支持部４１は、ベース基板２１側の表面に形成され多孔質シリカ膜４１ａが水分を吸着するのを防止するシリコン酸化膜からなる第１のバリア膜４１ｂと、支持部４１のベース基板２１側とは反対側の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる第２のバリア膜４１ｃとから構成されている。すなわち、多孔質シリカ膜４１ａがシリコン酸化膜からなる第１および第２のバリア膜４１ｂ，４１ｃで挟まれた板状に構成され、この板状の第２のバリア膜４１ｃ上に温度検知部２３を設けている。
【００３８】
支持部４１を構成する多孔質シリカの材料としては、多孔質の酸化シリコンの一種である多孔質シリカを採用することができ、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシリキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよい。ここで、支持部４１として、多孔質シリカを用いているため、シリコンと比較して熱伝導率を低くし、赤外線センサ素子２の感度を向上することができる。多孔質シリカの多孔度は、小さすぎると断熱し難くなり、多孔度を大きくし過ぎると機械的強度が低くなる傾向にある。そのため、支持部４１に用いられる多孔質シリカの多孔度は、所望の特性によって適宜設定することができるが、１０％から９０％が好ましい。
【００３９】
赤外線反射部２６は、温度検知部２３を透過した赤外線を温度検知部２３側へ反射し温度検知部２３で再び吸収可能なようにベース基板２１上に好適に設けられる。赤外線反射部２６の材料としては、例えば、人体から放射される８μｍから１３μｍの波長帯の赤外線を検出対象とする場合、導体パターン２９，２９の材料と同じＡｕを採用することができる。なお、製造プロセスの簡略化のため、導体パターン２９，２９の材料としてＡｕ−Ｓｉを用いた場合は、赤外線反射部２６の材料としてＡｕ−Ｓｉを用いることもできる。
【００４０】
脚部４２，４２は、ベース基板２１の上記一表面側において導体パターン２９，２９に立設された２つの円筒状の支持ポスト部４２ａ，４２ａと、各支持ポスト部４２ａ，４２ａそれぞれの上端部と支持部４１とを連結した梁部４２ｂ，４２ｂとで構成されており、支持部４１とベース基板２１との間に間隙２７が形成されている。ここで、支持部４１の外周形状が矩形状であって、各梁部４２ｂ，４２ｂは、支持部４１の一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、支持部４１の厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。
【００４１】
また、配線層２８，２８のうち脚部４２，４２の梁部４２ｂ，４２ｂ上に形成された部位の幅は、当該配線層２８，２８を通した熱伝導を抑制するために梁部４２ｂ，４２ｂの幅寸法よりも小さく設定してある。また、配線層２８，２８のうち支持ポスト部４２ａ，４２ａに形成されている部位は、支持ポスト部４２ａ，４２ａの内周面の全体と導体パターン２９，２９の表面とに跨って形成されており、支持ポスト部４２ａ，４２ａが配線層２８，２８により補強されている。なお、支持ポスト部４２ａ，４２ａは、例えば、Ｔｉ膜からなる金属で構成させるよりも、Ｔｉ膜とＡｕ膜などとの積層膜により構成し、当該積層膜の膜厚を適宜設定することで支持ポスト部４２ａ，４２ａの機械的強度を高めることもできる。
【００４２】
このような赤外線センサ素子２を形成するためには、例えば、ベース基板２１の基礎となる単結晶のシリコン基板２１ａの前記一表面側および前記他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜２１ｂ，２１ｃを熱酸化法により形成した後、ベース基板２１の一表面側に金属膜をＣＶＤ法や蒸着など各種成膜方法で成膜し、所望の形状にエッチングすることで導体パターン２９，２９や赤外線反射部２６を形成する。
【００４３】
次に、ベース基板２１の前記一表面の全面に、後にアッシング除去され間隙２７を構成する樹脂層（例えば、ポリイミドなど）を回転塗布により形成する。この樹脂層を支持部４１を形成するために利用する。すなわち、前記樹脂層上に、スパッタ法などによりシリコン酸化膜からなる第１のバリア層４１ｂ、ゾルゲル法などにより多孔質シリカ膜４１ａ、スパッタ法などによりシリコン酸化膜からなる第２のバリア層４１ｃをそれぞれ成膜し、所望の形状にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることで、支持部４１を形成する。
【００４４】
こうして形成された支持部４１上に温度検知部２３を所望の形状に形成した後、ＮＨ３ガス、Ｈ２ガス、Ｈ２ガスとＨｅガスとの混合ガスやＮ２ガスとＨｅガスとの混合ガスの群から選択される１種のガスのプラズマを利用してアッシング処理することで、前記樹脂層を除去して図３のごとき間隙２７を有する赤外線センサ素子２を形成することができる。
【００４５】
こうして形成された赤外線センサ素子２は、例えば、平面視形状が３ｍｍ角程度で形成することができ、パッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側の所定位置に有機材料からなる接着剤（例えば、高真空対応のエポキシ系樹脂）である接着層１３を介して実装することができる。なお、赤外線センサ素子２とパッケージ１との接合方法は、有機材料からなる接着剤だけに限らず、例えば、接着層１３の材料としてＡｕ-Ｓｎ共晶、Ａｕ−Ｓｉ共晶などの半田を採用してもよいが、製造工程において赤外線センサ２０の内部空間１ｃに不要なガスが残留ガスとして残らない材料を用いることが好ましい。
【００４６】
また、図２で示した赤外線センサ２０においては、赤外線センサ素子２の導体パターン２９，２９と、パッケージ１の配線電極９，９とを金属ワイヤ８，８により電気的に接続させてあるが、赤外線センサ素子２のベース基板２１に予め貫通孔配線を貫設すると共にベース基板２１の前記他表面側に前記貫通孔配線に電気的に接続させた外部接続用電極を形成しておき、半田やＡｇペーストなどを用いてパッケージ１の配線電極９，９と電気的に接続（図示しない）することにより、温度検知部２３の出力をパッケージ１の外部へ取り出すこともできる。
【００４７】
次に、赤外線センサ２０のリッド３は、パッケージ１の凹部１ａを覆い気密封止が可能な蓋として用いられる。リッド３には、パッケージ１の内底面１ｂ側に実装させた赤外線センサ素子２に外部から赤外線を入射させるための開口部３ａを有し、開口部３ａを覆うように赤外線透過キャップ４が半田７で気密接合される。
【００４８】
したがって、リッド３は不要な電磁波を遮蔽して、赤外線センサ素子２へのノイズを除去すると共に気密封止を両立できるものが好ましい。リッド３とパッケージ１とをシーム溶接する場合は、リッド３が導電性を有することが好ましい。また、リッド３には、赤外線透過キャップ４との接合面側に赤外線透過キャップ４の接合予定領域を特定するための半田レジスト層５が形成されるため、半田レジスト層５および半田７と、密着性のよいことが好ましい。
【００４９】
リッド３は、パッケージ１の材料および赤外線透過キャップ４の材料それぞれの線膨張係数を考慮して、線膨張係数が４〜６ｐｐｍ／Ｋ程度の材料を用いることが好ましく、このようなリッド３の材料として、コバール、ステンレスや鉄などを用いることができる。なお、リッド３に設けられる開口部３ａの形状は、円形、楕円形、正方形や長方形など所望に応じて種々形成することができる。
【００５０】
本実施形態のリッド３として、例えば、予め平面視形状が矩形の５ｍ角程度の開口部３ａを形成した縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚み０．１ｍｍ程度のコバールからなる板体を用いることができ、リッド３と、パッケージ１と、をシーム溶接機を用いて溶接することにより気密封止をすることができる。
【００５１】
赤外線透過キャップ４は、リッド３の開口部３ａを覆うように接合され赤外線センサ素子２に赤外線を入射させるためのものであり、平板の板状に形成することもできるが、視野角を広げるため外部からの赤外線を集光可能なレンズ形状とすることもできる。このような赤外線透過キャップ４のレンズ形状としては、例えば、図２に示したように凸レンズとすることもできるが、これに限られず、凹レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円球面レンズ、フレネルレンズや回折レンズなどとすることもできる。
【００５２】
また、赤外線透過キャップ４の材料としては、赤外線透過キャップ４のリッド３との接合予定領域の少なくとも一部に半田濡れ性を有するメッキ膜６が形成可能なものであり、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅなどの半導体材料が好適に挙げられる。赤外線透過キャップ４の材料の線膨張係数としては、２．７〜３ｐｐｍ／Ｋのものを好適に用いることができる。なお、赤外線透過キャップ４をレンズ形状とするには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの形成方法により形成することができる。
【００５３】
より具体的には、陽極酸化技術を応用して赤外線透過キャップ４となる半導体レンズを形成する（特許第３８９７０５６号公報参照）ために、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極を半導体基板（例えば、シリコン基板）の一表面側に半導体基板とオーミック接触をなすように形成する。例えば、図２に示したように凸レンズ形状の赤外線透過キャップ４を形成するために、前記半導体基板の前記一表面上に陽極の基礎となる導電性層を形成した後、該導電性層に円形状に開口した部位を設け前記半導体基板の前記一表面の一部が円形状に露出するようにパターニングを行う。
【００５４】
次に、前記半導体基板の構成元素の酸化物をエッチング除去可能な電解液中に、前記半導体基板の他表面における多孔質部の形成予定領域全域を浸す。
【００５５】
その後、前記半導体基板の前記他表面側に対向配置される陰極と陽極との間に通電させ、前記半導体基板の前記他表面側に所望形状の多孔質部を酸化により形成する。続いて、前記半導体基板に形成された前記多孔質部をエッチングなどにより除去することで、凸レンズ形状の赤外線透過キャップ４を形成することができる。
【００５６】
なお、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した陽極の代わりに、所望のレンズ形状に応じてパターン設計した絶縁層を半導体基板の一表面側に形成し、前記絶縁層を有する前記半導体基板の前記一表面側に導電層を形成する、或いは前記絶縁層を有する前記半導体基板の一表面側と電解液を介して通電用電極を対向配置することで、前記半導体基板の前記他表面側に、後に除去される多孔質部を形成することもできる。また、前記導電性層に円形状に開口した部位を設ける代わりに、平面形状が長方形状の陽極を形成すれば、赤外線透過キャップ４として平凹型のシリンドリカルレンズを形成することもできる。
【００５７】
また、赤外線透過キャップ４の形状を非球面レンズとすることで、凸レンズと比較してレンズ効果を持たせつつ、赤外線センサ素子２に対する焦点距離を短くすることができる。そのため、赤外線透過キャップ４を非球面レンズとした赤外線センサ２０の厚みは、赤外線透過キャップ４が凸レンズ形状とした赤外線センサ２０の厚みと比較して全体の厚みを薄型化することもできる。なお、非球面レンズの形状としては、フレネルレンズや回折レンズなどが挙げられる。
【００５８】
半田レジスト層５は、赤外線透過キャップ４と半田７によって気密接合されるリッド３の表面側に設けられ、リッド３の前記表面側で溶融した半田７に対して濡れ性の異なる領域を形成可能なものである。具体的には、半田レジスト層５は溶融された半田７との濡れ性が、半田レジスト層５が設けられていないリッド３の前記表面よりも低いものとしてある。そのため、溶融された半田７が半田レジスト層５が設けられていないリッド３の前記表面の中心側に表面張力で引き寄せられる。従って、半田７はリッド３の前記表面で選択性を持って配置されることになる。
【００５９】
そのため、リッド３の前記表面に設けられる半田レジスト層５は、平面視において、その外周形状が、リッド３の開口部３ａを覆うように配置される赤外線透過キャップ４よりも大きく、且つリッド３が赤外線透過キャップ４との接合予定領域を特定可能なように接合予定用域に合わせて形成することができる。具体的には、半田レジスト層５の形状は、リッド３の前記表面において矩形、円形や楕円形状などのリング形状とすることができる。
また、リッド３表面に、平面視において、接合予定領域を挟んで大小２つのリング状の半田レジスト層５を形成させてもよい。
【００６０】
このような半田レジスト層５は、予めリッド３の前記表面に形成させてもよいし、パッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に実装された赤外線センサ素子２の位置を把握した上で形成することもできる。
【００６１】
半田レジスト層５の形成方法としては、リッド３の前記表面側にシート状の半田レジスト層５を貼り合わせることもできるし、スクリーン印刷やインクジェット印刷を用いて所望の形状に半田レジスト層５を形成することもできる。
【００６２】
パッケージ１に実装された赤外線センサ素子２の位置を把握した上で、赤外線センサ素子２と赤外線透過キャップ４との相対的な位置関係を決定し、リッド３の前記表面側に半田レジスト層５を形成させる場合は、例えば、画像センサなどによりセラミックパッケージ１に実装された赤外線センサ素子２の位置を検知し、赤外線センサ素子２の位置の情報に基づきインクジェット装置のヘッドを移動させる。ヘッドを移動させながら半田レジスト層５の材料をリッド３に塗布し硬化させるインクジェット印刷を利用することで、比較的容易に所望形状に調整された半田レジスト層５をリッド３上に形成させることができる。
【００６３】
なお、前記画像センサによっては、赤外線センサ素子２の位置に加えてリッド３の開口部３ａの位置を検知することもできる。通常、セラミックパッケージ１に対して、リッド３を位置合わせして接合するのは、リッド３に対して赤外線透過キャップ４を位置合わせして接合するよりも比較的簡単ではあるが、リッド３がパッケージ１の接合時に所望の位置からずれて接合されていたとしても、リッド３の開口部３ａの位置ずれも考慮してリッド３に半田レジスト層５を形成することができる。
【００６４】
また、予めリッド３の開口部３ａの位置が赤外線センサ素子２と高精度に合わせされている場合については、リッド３の開口部３ａの位置を検知することで赤外線センサ素子２の位置を擬似的に検知させることもできる。
【００６５】
半田レジスト層５の材料としては、樹脂で形成することができ通常の半田レジストを用いることができる。このような半田レジスト層５はリッド３と赤外線透過キャップ４との気密接合後に除去してもよいし、半田レジスト層５をリッド３の表面にそのまま保持することもできる。
【００６６】
また、半田７の溶融時におけるリッド３の前記表面で半田７の濡れ性の違う部位を形成させるため、半田７に対する濡れ性が異なる複数の種類の半田レジスト層５を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００６７】
メッキ処理を施した場合、半田レジスト層５は必ずしもリッド３表面のメッキ処理面と同一の平面にのみ設ける必要もなく、リッド３の表面全体をＮｉなどによりメッキ処理した上に半田レジスト層５を部分的に重ねて形成させてもよい。
【００６８】
赤外線透過キャップ４に設けられるメッキ膜６は、赤外線透過キャップ４のリッド３との接合予定領域の少なくとも一部に形成されるものであって、半田濡れ性を有しリッド３と赤外線透過キャップ４との接合性を向上させるものである。メッキ膜６は、半田７との濡れ性が赤外線透過キャップ４より良いものが好適に選択され、溶融された半田７の表面張力でメッキ膜６がリッド３と赤外線透過キャップ４との接合予定領域の中心となる。従って、メッキ膜６は、平面視形状において、リッド３の開口部３ａを覆い外周形状がリッド３と当接する赤外線透過キャップ４の部位よりも小さく、赤外線透過キャップ４の外周縁に沿って、リング状に形成することができる。このようなメッキ膜６の材料としては、例えば、Ａｌ−ＮｉＰ−ＡｕやＣｕ−ＮｉＰ−Ａｕなどが挙げられ、無電解メッキやスパッタ法を利用して赤外線透過キャップ４に形成することもできる。
【００６９】
半田７は、リッド３の開口部３ａを赤外線透過キャップ４で塞ぐようにリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密接合が可能なものである。半田７は、リッド３と赤外線透過キャップ４との中間的な線膨張係数とすることが好ましい。これによりリッド３と赤外線透過キャップ４とを加熱して接合させる場合、リッド３と赤外線透過キャップ４間に生ずる熱応力により赤外線透過キャップ４の破損を抑制することができる。
【００７０】
また、赤外線センサ２０をプリント基板などの配線基板に表面実装させる場合は、表面実装に伴ってリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密封止する半田７が再び溶融しないように、半田７の材料として、表面実装に用いられる共晶半田等よりも融点が高い半田７として高融点半田（例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）を用いることが好ましい。
【００７１】
なお、半田には通常、濡れ性を改善し接合を向上させるためにフラックスが用いられている。そのため、リッド３と赤外線透過キャップ４との気密接合に伴いフラックス成分が、赤外線センサ２０に不要なガスが発生する場合があり、このようなガスが、赤外線センサ２０の真空状態等を阻害するだけでなく赤外線センサ素子２自体のセンサ感度の低下を引き起こす場合がある。
【００７２】
そのため、半田７には、フラックスの含有量が少ない或いは、フラックスが全く入っていないものを用いることが好ましい。この場合、実質的に真空の状態下とすることでリッド３と赤外線透過キャップ４とをフラックスの含有量が少ない或いは、フラックスが全く入っていない半田７によって接合させても、濡れ性よく気密接合することができる。従って、不要な残留ガスを吸着するゲッタを用いることなく赤外線センサ２０を形成することもできる。
【００７３】
リッド３と赤外線透過キャップ４とを半田７により接合するためには、具体的には、予め半田レジスト層５が設けられリッド３の開口部３ａの周縁部上であって、リッド３と赤外線透過キャップ４との接合予定領域に半田７としてリング状の高融点半田を配置し、その上に開口部３ａを塞ぐように赤外線透過キャップ４を重ね合わせる。
【００７４】
このようなリッド３と赤外線透過キャップ４とを半田７を介して積層させた赤外線センサ２０を構成する積層物を大気雰囲気下で予備加熱し、積層物内の不要なガスを除去した後、リッド３の酸化防止を行いながら真空雰囲気或いは不活性ガス雰囲気下で半田７の溶融温度まで加熱し、冷却することでリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密接合することができる。
【００７５】
半田７に高融点半田を用いて溶融封止させる場合、図４に示すように前記積層物をチャンバ３０内に配置し、チャンバ３０内部を排気し真空雰囲気或いは、チャンバ３０内部を排気しつつ不活性ガスを流して不活性ガス雰囲気にする。続いて、赤外線透過キャップ４を介して半田７に沿ってレーザ光３１を照射し、レーザ加熱による加熱手段によって比較的簡単にリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密封止することができる。同様に、ヒータ加熱による加熱手段として、図５に示すように前記積層物をチャンバ３０内で、予めリッド３の接合予定領域近傍に設けられた抵抗体３２に外部から通電することで局所的に加熱し、リッド３と赤外線透過キャップ４とを比較的簡単に気密封止することもできる。なお、レーザ加熱、ヒータ加熱の他、誘導加熱を用いた加熱手段によっても赤外線センサ素子２に熱的に悪影響を与えることなくリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密封止することもでき、これら局所的加熱方式を適宜組み合わせることもできる。
【００７６】
赤外線センサ２０の内部空間１ｃは、真空気密封止することが好ましいが、真空気密封止の代わりにＮ２ガスや他の不活性ガスを封入して封止してもよい。
【００７７】
真空気密封止を行う場合は、リッド３とパッケージ１との溶接した後に、リッド３と赤外線透過キャップ４とを気密接合させているため、リッド３とパッケージ１との接合部や赤外線センサ素子２をパッケージ１にダイボンドする有機材料からなる接着層１３（エポキシ樹脂など）から発生する不要なガスを排気することができる。
【００７８】
なお、本実施形態の赤外線センサ２０は、パッケージ１の凹部１ａの内底面１ｂ側に１つの赤外線センサ素子２を配置させてあるが、複数個の赤外線センサ素子２を設けてもよい。また、赤外線センサ素子２は、温度検知部２３を複数個設けアレイ状に構成したものでもよい。さらに、リッド３と赤外線透過キャップ４とをセルフアライメントにより精度よく配置し、気密接合が可能な限り、半田に代えてろう材を用いることもできる。
【００７９】
以下、本実施形態の赤外線センサ２０の製造方法における要部の働きについて図１を用いて詳述する。
【００８０】
リッド３は５ｍｍ角の開口部３ａを有し、厚さ約１００μｍのコバールからなる板状体を利用する。このリッド３には、赤外線透過キャップ４が配置されるリッド３の表面側の全面に無電界ニッケルメッキ膜（図示しない）を形成してある。次に、この無電界ニッケルメッキ膜上であって、平面視において開口部３ａよりも大きなリング状に樹脂からなる半田レジスト層５を形成する。なお、半田レジスト層５は、リッド３と赤外線透過キャップ４との接合予定領域およびパッケージ１とのシーム溶接時に用いられるリッド３の外周部にあたる導電領域は除いてある。
【００８１】
こうして半田レジスト層５が表面に形成された開口部３ａを有するリッド３を、赤外線センサ素子２がダイボンド実装されたアルミナからなるパッケージ１の凹部１ａを覆うようにシーム溶接により接合する。
【００８２】
続いて、リッド３の接合予定領域上に半田７としてフラックス成分を含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の高融点半田を配置し、その上にＳｉからなる赤外線透過キャップ４を積層させる。この場合、リッド３上に配置された半田７は、それほど精密に配置させる必要もなく、多少ずれていてよい（図１（ａ）を参照）。なお、赤外線透過キャップ４には、平面視において予め半田７によりリッド３と気密接合させる赤外線透過キャップ４の外周部にＣｕ−ＮｉＰ−Ａｕのメッキ膜６を無電解メッキにより形成してある。
【００８３】
リッド３に半田７を介して赤外線透過キャップ４を配置させた積層物をチャンバ３０内に配置させ、予備加熱を行いチャンバ３０内の不純物含有ガスを除去する。その後、チャンバ３０内を真空排気しながら上述の積層物に赤外線透過キャップ４を介して半田７に沿ってレーザ光３１を照射する。これにより赤外線センサ２０を局所的に加熱し高融点半田よりなる半田７を溶融させる。
【００８４】
溶融された半田７は、リッド３の表面に形成された半田レジスト層５よりも濡れ性のよい接合予定領域となるリッド３の表面に表面張力により留まろうとする。同様に、赤外線透過キャップ４の表面よりも半田濡れ性のよい赤外線透過キャップ４に設けられたメッキ膜６に表面張力で留まろうとする。そのため、予め赤外線センサ素子２と赤外線透過キャップ４との相対的な位置を考慮して設定した接合予定領域に沿って、セルフアライメントにより赤外線透過キャップ４をリッド３に接合し、真空気密封止を完了することができる（図１（ｂ）を参照）。
【００８５】
チャンバ３０内では周囲雰囲気が真空であることにより、半田７である高融点半田は、フラックス成分がなくとも十分に濡れ広がり、また、赤外線センサ２０の内部空間１ｃの不要なガスおよびプロセス中に発生する不要なガスは直ちにパッケージ１の外部へ排気される。
【００８６】
半田７の溶融時には、赤外線透過キャップ４のリッド３への積層時やチャンバ３０内に搬送する際の赤外線透過キャップ４の位置ずれを修正して、リッド３の赤外線透過キャップ４との接合面側に設けられた半田レジスト層５と、赤外線透過キャップ４のメッキ膜６と、により特定された接合予定領域において、半田７がリッド３と赤外線透過キャップ４とを気密封止する。このようにして製造された赤外線センサ２０は、内部空間１ｃを１Ｐａ以下の真空度とすることができる。
【００８７】
なお、本実施形態においては、よりセンサ感度の優れた赤外線センサ２０を形成するために、赤外線センサ２０の内部空間１ｃを気密封止するにあたって、パッケージ１にリッド３をシーム溶接などにより接合させた後に、リッド３の開口部３ａを覆うように赤外線透過キャップ４を半田７を用いて気密接合させているが、単に、赤外線センサ２０を形成させる場合には、本実施形態の方法を用いて赤外線透過キャップ４を半田７によりリッド３に接合させ後、これを蓋として、凹部１ａが形成されたパッケージ１を気密封止させるものに適用させることもできる。
【符号の説明】
【００８８】
１  パッケージ
１ａ  凹部
１ｂ  内底面
２  赤外線センサ素子
３  リッド
３ａ  開口部
４  赤外線透過キャップ
５  半田レジスト層
６  メッキ膜
７  半田
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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