(57)【要約】【課題】キャップとステムとを気密封止する封止材の接合部分からのはみ出しが抑制されたパッケージ及び光検出センサを提供する。【解決手段】底部から頂部に向かって内部に凹部が設けられたキャップと、中央領域及び中央領域の外周に隣接する外縁領域が定義された主面を有し、外縁領域でキャップの底部と対向するステムと、底部の外縁に沿って環状に配置され、ステムの外縁領域とキャップの底面の一方から他方に達する突起と、突起により構成される溝の内部に充填され、キャップの底部の底面とステムの外縁領域とを接合して凹部を気密封止する封止材とを備える。【選択図】図１
2015041654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部から頂部に向かって内部に凹部が設けられたキャップと、
中央領域及び前記中央領域の外周に隣接する外縁領域が定義された主面を有し、前記外縁領域で前記キャップの前記底部と対向するステムと、
前記底部の外縁に沿って環状に配置され、前記ステムの前記外縁領域と前記キャップの前記底面の一方から他方に達する突起と、
前記突起により構成される溝の内部に充填され、前記キャップの前記底部の底面と前記ステムの前記外縁領域とを接合して前記凹部を気密封止する封止材と
を備えることを特徴とするパッケージ。
【請求項２】
前記中央領域よりも前記外縁領域が低い位置にあるように前記ステムの前記主面に段差が形成され、前記突起と前記段差により構成される溝に前記封止材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記ステムの前記外縁領域に前記突起が形成され、前記突起と前記段差との間に前記封止材が充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記キャップの前記底面に、前記底部の外縁に沿って前記突起が２重に配列され、内側の前記突起と外側の前記突起との間に前記封止材が充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記キャップが円柱形状であり、前記ステムが円盤形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記凹部に光検出素子が収納され、前記頂部に設けられた照射窓を介して光が前記光検出素子に照射されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のパッケージ。
【請求項７】
前記光検出素子を冷却するサーモモジュールが前記凹部に収納されていることを特徴とする請求項６に記載のパッケージ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパッケージと、
前記キャップ内に配置され、前記キャップに設けられた入射窓を透過して照射された光のエネルギーを電気信号に変換する光検出素子と、
を備えることを特徴とする光検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部が気密封止されたパッケージ及び光検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
内部が気密封止されるように、キャップとステムを接合してパッケージが形成される場合がある。例えば、赤外線、Ｘ線を検出する光検出装置などにおいて、光検出素子の周囲を真空状態にするために、光検出素子を格納するパッケージが気密封止される。
【０００３】
キャップ内を真空にして気密封止するために、真空環境中でキャップとステムとを固定する方法がある。この固定方法としては、抵抗溶接法や、接着剤、半田材若しくはロウ材を封止材に用いる方法などがある。抵抗溶接法を採用すると、キャップとステムとの接合部分に多少変形が生じる。また、接着剤、半田材、ロウ材を用いる方法では、これらの封止材が接合部分からはみ出すことがある。封止材が接合部分からはみ出すために、キャップとステムの接合時に封止材がキャップ内に飛び散ってキャップ内部の素子を汚染したり、キャップ内部に流れ込んだ封止材によって内部の電気回路がショートするなどの不良が発生したりすることがある。
【０００４】
このため、キャップとステムの溶接時の溶接飛びや封止材のキャップ内部への流れ込みを防止するために、キャップとの接続箇所でステムの表面に位置合わせを兼ねた溝を設ける方法（例えば、特許文献１参照。）や、キャップに設けたプロジェクションの内側に溝を形成する方法（例えば、特許文献２参照。）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−２３６６７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−３４２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャップやステムの表面に形成した溝から封止材が溢れ出したときに、どの方向にどれだけの量の封止材がはみ出すか予測が困難であり、特定の方向に多量の封止材がキャップ内部にはみ出したり、ステムの裏側にはみ出したりする可能性がある。
【０００７】
本発明は、キャップとステムとを気密封止する封止材の接合部分からのはみ出しが抑制されたパッケージ及び光検出センサ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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、（イ）底部から頂部に向かって内部に凹部が設けられたキャップと、（ロ）中央領域及び中央領域の外周に隣接する外縁領域が定義された主面を有し、外縁領域でキャップの底部と対向するステムと、（ハ）底部の外縁に沿って環状に配置され、ステムの外縁領域とキャップの底面の一方から他方に達する突起と、（ニ）突起により構成される溝の内部に充填され、キャップの底部の底面とステムの外縁領域とを接合して凹部を気密封止する封止材とを備えるパッケージが提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、（イ）底部から頂部に向かって内部に凹部が設けられたキャップ、中央領域及び中央領域の外周に隣接する外縁領域が定義された主面を有し、外縁領域でキャップの底部と対向するステム、底部の外縁に沿って環状に配置され、ステムの外縁領域とキャップの底面の一方から他方に達する突起、及び、突起により構成される溝の内部に充填され、キャップの底部の底面とステムの外縁領域とを接合して凹部を気密封止する封止材を備えるパッケージと、（ロ）キャップ内に配置され、キャップに設けられた入射窓を透過して照射された光のエネルギーを電気信号に変換する光検出素子とを備える光検出センサが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャップとステムとを気密封止する封止材の接合部分からのはみ出しが抑制されたパッケージ及び光検出センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るパッケージの模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパッケージの模式的な平面図である。
【図３】比較例のパッケージの構造を示す模式図であり、図３（ａ）は接合前の状態を示し、図３（ｂ）は接合後の状態を示す。
【図４】他の比較例のパッケージの構造を示す模式図であり、図４（ａ）は接合前の状態を示し、図４（ｂ）は接合後の状態を示す。
【図５】本発明の実施形態に係るパッケージの構造を示す模式図であり、図５（ａ）は封止材を搭載前の状態を示し、図５（ｂ）は接合前の状態を示し、図５（ｃ）は接合後の状態を示す。
【図６】本発明の実施形態に係るパッケージの他の構造を示す模式図であり、図６（ａ）は封止材を搭載前の状態を示し、図６（ｂ）は接合前の状態を示し、図６（ｃ）は接合後の状態を示す。
【図７】封止材の量を設定するシミュレーションを説明するための模式図であり、図７（ａ）は側面図を示し、図７（ｂ）は平面図を示す。
【図８】本発明の実施形態に係るパッケージの溝の容積の例を示す表である。
【図９】本発明の実施形態に係るパッケージの封止材が溝の外側にはみ出す領域の容積の例を示す表である。
【図１０】本発明の実施形態に係るパッケージの封止材に使用可能な材料の例を示す表である。
【図１１】本発明の実施形態に係るパッケージを光検出センサに適用した例を示す模式的な側面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るパッケージを光検出センサに適用した例を示す模式的な平面図である。
【図１３】本発明の実施形態の変形例に係るパッケージの構造を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施形態の他の変形例に係るパッケージの構造を示す模式図である。
【図１５】本発明のその他の実施形態に係るパッケージの構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００１３】
又、以下に示す実施形態は、この発明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、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係るパッケージ１は、図１に示すように、頂部１１、底部１２、及び頂部１１と底部１２を連結する外周部１４を有し、底部１２から頂部１１に向かって内部に凹部１５が設けられたキャップ１０と、中央領域２２及び中央領域２２の外周に隣接する外縁領域２３が定義された主面２１を有するステム２０とを備える。
【００１５】
ステム２０の主面２１には、中央領域２２よりも外縁領域２３が低い位置にあるように段差２４が形成され、外縁領域２３でキャップ１０の底部１２とステム２０とが接している。キャップ１０の底部１２の底面１３とステムの外縁領域２３とは封止材３０によって接合されて、キャップ１０の凹部１５の内部が気密封止されている。
【００１６】
更に、ステム２０の外縁領域２３とキャップ１０の底面１３の一方から他方に達する突起４０が底部１２の外縁に沿って連続的に環形状に形成されている。封止材３０は、突起４０よりもステム２０の主面２１の段差２４側において、キャップ１０とステム２０間に形成された隙間に充填されている。なお、段差２４の高さは突起４０の高さよりも高く、ステム２０の中央領域２２はキャップ１０の内部に位置する。
【００１７】
図１に示した例では、突起４０がステム２０の外縁領域２３に形成され、突起４０と段差２４との間に封止材３０が充填されている。突起４０の頂部がキャップ１０の底面１３に接しており、これにより、キャップ１０の底部１２とステム２０の主面２１との間に隙間が形成される。この隙間に封止材３０を充填することによって、キャップ１０の凹部１５内を気密封止できる。封止材３０には、例えば、半田材などを使用可能である。
【００１８】
頂部１１が半球形状、底部１２が円盤形状、外周部１４が円柱形状のキャップ１０を使用する場合、図２に示すような主面２１が円形状である円盤形状のステム２０とキャップ１０を接合して、パッケージ１が構成される。突起４０は、ステム２０の底部１２の外縁に沿って連続的に円形に配置される。
【００１９】
なお、図１では突起４０の垂直方向の断面が三角形状である例を示したが、封止材３０を塞き止めることができれば、突起４０はどのような形状であってもよい。例えば、突起４０の断面形状が矩形であってもよい。
【００２０】
パッケージの内部を気密封止するために、例えば真空中でキャップとステムを接合する方法がある。この場合、ステムとキャップのいずれかに封止材を予め搭載し、真空チャンバー内にキャップとステムを格納する。そして、真空ベーキング状態で封止材を溶かしながら、キャップとステムとを接合する。
【００２１】
このような真空内の接合では、接合前に各部品の脱ガスをするために、真空チャンバー内にステムとキャップを入れてから数日間のベーキングを行うのが一般的である。脱ガスのためのベーキングは、封止材３０の融点より低く、また、真空チャンバー内の部材の耐熱温度よりも低い温度で行われる。
【００２２】
このように長時間の脱ガス用ベーキングを行うため、一回の処理において複数のパッケージを形成するバッチ処理が行われて作業効率の向上が図られる。このため、キャップ及びステムをそれぞれ複数搭載する接合装置が真空チャンバー内に格納され、この接合装置によってキャップとステムとが接合される。即ち、接合装置の備える上下２つの冶具の一方に複数のステムを載せ、他方に複数のキャップを載せる。そして、キャップ又はステムのいずれかの接合面に封止材を搭載しておき、封止材が溶ける温度に加熱した後、冶具ごとキャップとステムの位置合わせを行う。その後、冶具に圧力をかけてキャップとステム間の隙間を調節して接合が行われる。
【００２３】
このとき、キャップ、ステム、封止材にはそれぞれ形状ばらつきがある。更に、接合装置においても、複数の接合を同時に行う際の接合誤差にばらつきがある。
【００２４】
しかし、上記のように真空チャンバー内で複数のパッケージを同時に形成するので、個々のパッケージについてキャップとステム間の隙間の詳細な位置調整を個別に行うことは困難である。つまり、ステム又はキャップに搭載した封止材が加熱によって溶けた後に、封止材の形状を確認して一つずつキャップとステムの位置精度を確認し、キャップとステムの間隔の最適化を図りつつ、溶けた封止材のはみ出し量を最小にする、などの細かい調整ができない。
【００２５】
例えば図３（ａ）に示すように、突起４０のないステム２０ａに封止材３０を搭載した場合を検討する。このとき、キャップ１０ａとステム２０ａとを接合すると、図３（ｂ）に示すように、ステム２０ａとキャップ１０ａとの接合箇所からの封止材３０の大量のはみ出し３１が発生する可能性がある。その場合、外観不良となるだけでなく、ステム２０ａの裏側に封止材３０がはみ出して、ステム２０ａの裏側に配置されたリード線の絶縁部を短絡したり、ステム２０ａの裏側が平坦な状態にならなかったりする。このため、例えばステム２０ａの裏側に接続する放熱装置とステム２０ａとの接触面積が少なくなり、放熱が不十分になってパッケージに格納された部品の冷却不足が起こる可能性がある。
【００２６】
なお、封止材３０の量を減らすことで、ステム２０ａとキャップ１０ａとの接合箇所からの封止材３０のはみ出し量を少なくすることができる。しかし、封止材３０が不足して、図３（ｂ）に示すように、ステム２０ａとキャップ１０ａとの接合後に封止材３０で埋め込まれていない空隙３２が発生する可能性がある。その結果、キャップ１０ａとステム２０ａ間の真空封止が不十分になる。
【００２７】
図４（ａ）に示すように突起４０のないキャップ１０ａに封止材３０を搭載した場合にも、図４（ｂ）に示すように、ステム２０ａとキャップ１０ａとの接合箇所から大量の封止材３０のはみ出し３１が発生したり、空隙３２が発生したりする可能性がある。
【００２８】
ステム２０ａ上に搭載された封止材３０が真空中で封止材３０の融点以上に加熱された場合、溶けた封止材３０の形状を制御することは困難である。例えばキャップ１０が円筒形状である場合には、封止材３０はステム２０ａ上でドーナツ型に形成されるが、溶けた状態の封止材３０をドーナツ型に維持することは難しい。同様に、キャップ１０ａ上に封止材３０を搭載し、真空中で封止材３０の融点以上に加熱して封止材３０を溶かしてキャップ１０ａとステム２０ａを接合する場合にも、溶けた封止材３０の形状を制御することは困難である。
【００２９】
これに対し、図１に示したキャップ１０とステム２０によってパッケージ１を形成する場合には、図５（ａ）に示すように、ステム２０の主面２１の外縁領域２３に形成された突起４０と段差２４との間に環状に溝５０が形成され、この溝５０内に溶けた封止材３０が留まる。
【００３０】
例えばステム２０の主面２１が円形状である場合には、ステム２０の直径よりもやや小さい直径の円を形成するように、突起４０が外縁領域２３に配置される。
【００３１】
突起４０を利用して形成された溝５０に、図５（ｂ）に示すように封止材３０を搭載する。そして、封止材３０を溶かした状態で図５（ｃ）に示すようにキャップ１０の底部１２とステム２０の外縁領域２３とを接近させて、溝５０の内部に留まった封止材３０によって、キャップ１０とステム２０とを接合する。
【００３２】
このとき、ステム２０に形成された突起４０の頂部がキャップ１０の底面１３に接触するまでキャップ１０とステム２０の位置を調整すればよいため、キャップ１０とステム２０の間隔について詳細な位置合わせは必要ない。また、溝５０内部の容量に合わせて封止材３０の形状・体積を調整しておくことによって、溝５０に空隙が生じたり、溝５０から封止材３０が大量にはみ出したりすることを防止できる。したがって、封止材３０がステム２０の裏側にはみ出すことがなく、封止材３０によってステム２０の裏側に配置されたリード線の絶縁部が短絡されることがない。また、ステム２０の裏側を平坦な状態に保つことができる。
【００３３】
上記のように突起４０によってキャップ１０とステム２０間の距離が一定に維持される。つまり、キャップ１０とステム２０間を隙間なく、且つ接合部分からのはみ出しがないように予め搭載量が調整された封止材３０によって、接合時のキャップ１０とステム２０間の距離が最適に設定される。その結果、突起４０により構成される溝５０から封止材３０がキャップ１０の凹部１５内やステム２０の裏側にはみ出すことや、キャップ１０とステム２０間の接合部分に封止材３０の隙間が発生することが抑制される。
【００３４】
図５（ａ）〜図５（ｃ）では、ステム２０の主面２１に突起４０を形成する例を説明した。しかし、キャップ１０の底面１３に突起４０を形成してもよい。例えば図６（ａ）に示すように、キャップ１０の底面１３に、底部１２の外縁に沿って突起４０を２重に配列する。キャップ１０の底面１３が円形状である場合には、キャップ１０の底部１２の直径よりもやや小さい直径で、２重に突起４０が底面１３に配置される。これにより、内側の突起４０Ａと外側の突起４０Ｂとの間に溝５０が形成される。この溝５０に、封止材３０を搭載する。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、加熱により封止材３０を溝５０内で溶解させる。そして、図６（ｃ）に示すようにキャップ１０の底部１２とステム２０の外縁領域２３とを接近させて、封止材３０が溝５０の内部に留まった状態で、キャップ１０とステム２０とを接合する。このとき、突起４０の頂部が外縁領域２３に接触するまでキャップ１０とステム２０の位置を調整すればよいため、キャップ１０とステム２０の間隔について詳細な位置合わせは必要ない。また、溝５０内部の容量に合わせて封止材３０の形状・体積を調整しておくことによって、溝５０に空隙が生じたり、溝５０から封止材３０が大量にはみ出したりすることを防止できる。
【００３６】
以下に、溝５０に充填される封止材３０の量を設定するシミュレーションの例を、図７（ａ）、図７（ｂ）を参照して説明する。以下では、ステム２０の主面２１の外縁領域２３に突起４０を配置する場合を例示的に説明する。ここで、ステム２０が円板形状であり、外縁領域２３の半径Ｓ１が７．６５ｍｍ、中央領域２２の半径Ｓ２が６．６５ｍｍ、キャップ１０の底面１３の幅は１ｍｍとする。なお、図７（ｂ）の点Ｘは、ステム２０の中心を示す。
【００３７】
主面２１と垂直な方向に沿った突起４０の断面形状は、幅Ｃ、高さＨの矩形とする。段差２４と突起４０までの距離、即ち溝５０の幅をＡとする。なお、段差２４の高さは突起４０の高さＨよりも高い。
【００３８】
ステム２０上に搭載された封止材３０は、ステム２０の段差２４に沿って配置された直径Ｄが０．５ｍｍのリング状であるとする。このリングの中心の直径は、２×６．６５＋０．５＝１３．８ｍｍである。したがって、封止材３０の体積は、１３．８×３．１４×０．２５×０．２５×３．１４＝８．５０ｍｍ3である。
【００３９】
図６（ａ）と図６（ｂ）にハッチングを付して示した溝５０の容積Ｖ１、及び封止材３０が溝５０の外側にはみ出す領域の容積Ｖ２は、溝５０の幅Ａ、突起４０の幅Ｃを用いると、ステム２０の外縁領域の直径は２Ｓ１＝２×７．６５＝１５．３ｍｍとなるので、以下の式（１）、式（２）のように表される：
Ｖ１＝｛（Ａ＋１３．３／２）2×３．１４−（１３．３／２）2×３．１４｝×Ｈ  ・・・（１）
Ｖ２＝｛（１５．３／２）2×３．１４−（１３．３／２＋Ａ＋Ｃ）2×３．１４｝×Ｈ  ・・・（２）
Ｃ＝０．１ｍｍとしたときの容積Ｖ１の計算値を図８に示し、容積Ｖ２の計算値を図９に示す。なお、Ａ＝０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、Ｈ＝０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍの場合について、容積Ｖ１と容積Ｖ２を算出した。
【００４０】
図８及び図９に示したように、直径Ｄが０．５ｍｍの封止材３０を使用した場合、例えばステム２０の段差２４から０．６ｍｍの距離に高さ０．２５ｍｍの突起４０を配置した場合（Ａ＝０．６ｍｍ、Ｈ＝０．２５ｍｍ）、ステム２０とキャップ１０との間に容積Ｖ１が６．７０ｍｍ3の溝５０が形成される。そして、封止材３０の全体８．５０ｍｍ3のうち、１．８０ｍｍ3が溝５０の外側の３．５３ｍｍ3の領域（容積Ｖ２）に移動する。しかし、図５（ｃ）に示したように、キャップ１０の内壁とステム２０の段差２４との隙間に封止材３０の一部が移動するため、突起４０よりも外側に移動する封止材３０の量は１．８０ｍｍ3よりも少ない。したがって、封止材３０がキャップ１０とステム２０の接合部分よりも外側にはみ出すことはほとんどなくなる。
【００４１】
図１０に、封止材３０に使用可能な材料の例を示す。なお、封止材３０の融点が低いと、融点以下の温度で行う脱ガス用ベーキングに要する時間が長くなる。一方、封止材３０の融点が高いと、キャップ１０とステム２０の接合に使用する接合装置にダメージが加わる可能性が高くなる。このため、融点が１５０℃〜２００℃程度の、例えばＩｎなどが封止材３０に好適に採用される。
【００４２】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係るパッケージ１では、ステム２０の外縁領域２３とキャップ１０の底面１３の一方から他方に達する突起４０が配置され、これにより溝５０がステム２０とキャップ１０に形成される。この溝５０に封止材３０を搭載することによって、キャップ１０とステム２０とを接合した場合に、加熱により溶けた封止材３０によって溝５０が充填される。溝５０内部を充填した融解状態の封止材３０は冷却されて固体化し、キャップ１０内部を気密封止した状態でキャップ１０とステム２０を接合する。
【００４３】
突起４０を利用して形成される溝５０の容量に合わせて封止材３０の体積を計算しておくことによって、溝５０からはみ出す封止材３０の量を少量にできる。その結果、接合箇所から封止材３０がはみ出したり、接合箇所に空隙が生じたりすることを抑制できる。
【００４４】
更に、接合時には、ステム２０又はキャップ１０の一方に形成された突起４０の頂部が他方に接触するまでキャップ１０とステム２０の位置を調整すればよい。このため、キャップ１０とステム２０の間隔について詳細な位置合わせは必要がなく、作業効率や精度が向上する。
【００４５】
例えば真空チャンバー内で搭載装置によって複数のキャップ１０とステム２０をそれぞれ同時に接合して複数のパッケージ１を同一処理で形成する場合にも、搭載装置による詳細な位置調整を行わなくても、封止材３０のはみ出しや空隙の発生がなく、接合の出来栄えにばらつきが生じない。
【００４６】
パッケージ１は、例えば図１１に示すような、光検出センサ１００に採用可能である。光検出センサ１００に使用される光検出素子１１０は、後述するように一般的には真空環境下に置くことが望ましい。
【００４７】
図１１に示すように、底面１３に対向するキャップ１０の頂部１１は半球状になっており、天頂部には開口部が設けられている。この開口部は入射窓１１１によって覆われている。入射窓１１１を透過して検出対象の光線Ｌがキャップ１０の内部に入射し、凹部１５に収納された光検出素子１１０に照射される。
【００４８】
例えば光線ＬがＸ線である場合には、入射窓１１１には膜厚２０μｍ〜３０μｍ程度のベリリウム（Ｂｅ）などを採用可能である。この場合、入射窓１１１はＡｇ−Ｃｕなどのロウ材を用いてキャップ１０に固定されるのが一般的である。
【００４９】
光検出素子１１０は、照射された光のエネルギーを電気信号に変換する。光検出素子１１０は、シリコン（Ｓｉ）基板を用いたＰ−Ｉ−Ｎ接合を有する半導体素子や、ＳＤＤ（Silicon Drift Detector）素子などである。
【００５０】
例えばＰ−Ｉ−Ｎ接合を有する光検出素子１１０では、光が光検出素子１１０に入射すると、Ｉ層に入射した光線Ｌにより光検出素子１１０内に電子と正孔が生じ、外部に電流パルスとして検出される。光検出素子１１０を構成する半導体基板は、Ｘ線、γ線、紫外線、赤外線、可視光線などの検出対象の光の種類に合わせて選択される。つまり、検出する光線Ｌが吸収されてキャリアを発生する材料の基板が選択される。例えばＸ線を検出する場合には、Ｓｉ基板が選択される。また、γ線を検出する場合には、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板などを採用可能である。
【００５１】
光検出素子１１０から出力される電気的な出力信号は、初段ＦＥＴ回路に受信される。例えば、光線Ｌの入射によって光検出素子１１０に生成された検出電流が、初段ＦＥＴ回路を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極に入力される。そして、初段ＦＥＴ回路によって、光検出素子１１０の検出電流は光線Ｌのエネルギーに比例した電圧に変換・増幅され、検出信号として出力される。初段ＦＥＴ回路から出力された検出信号を解析することにより、測定対象物に含まれる元素を特定可能である。
【００５２】
また、図１１に示すように、光検出素子１１０上にコリメータ１２０を配置してもよい。コリメータ１２０は、例えば多層の金属膜の積層体であり、光検出素子１１０の所定の照射領域にのみ光線Ｌが照射されるように光検出素子１１０の他の領域を覆って配置される。光線Ｌを遮蔽するコリメータ１２０には、光線Ｌを吸収し、且つ、検出結果に影響を及ぼす不純線を放射しない材料が選ばれる。コリメータ１２０は、光検出素子１１０上に接着剤によって固定される。
【００５３】
光検出素子１１０は、基板１３０上に搭載されてキャップ１０内に配置されている。なお、光検出素子１１０がＸ線検出素子である場合には、不純線対策として炭化水素系の接着剤によって基板１３０に固定されるのが一般的である。
【００５４】
凹部１５に収納される基板１３０上には、図１２に示すように、初段ＦＥＴ回路１４０、キャップ１０内の温度をモニタする温度センサ１５０も搭載されている。初段ＦＥＴ回路１４０を基板１３０上に固定するには高融点の半田材、温度センサ１５０を基板１３０上に固定するには接着剤が使用可能である。
【００５５】
光検出素子１１０を真空環境下に置くために、図１２に示すように、キャップ１０内でステム２０上にゲッター材１６０が配置されている。ゲッター材１６０は、キャップ１０内の水素を吸着するものである。
【００５６】
光検出素子１１０は、一般的に、例えば−７０℃〜−２０℃程度の低温で動作させる。このため、サーモモジュール１７０がステム２０上に搭載され、キャップ１０の凹部１５内に収納される。サーモモジュール１７０には、例えば図１１に示すように、ペルチェステージ１７１間にペルチェ素子１７２を配置した構成の多段サーモモジュールを採用可能である。ペルチェステージ１７１にはアルミナ基板などが使用され、ペルチェステージ１７１とペルチェ素子１７２とが半田材で固定される。図１１に例示したように、ペルチェステージ１７１間に複数のペルチェ素子１７２が配置される。サーモモジュール１７０は、例えばコバール製のステム２０に半田材で固定される。
【００５７】
図１１では３枚のペルチェステージ１７１を用いて２段構成の多段サーモモジュールを使用する例を示した。しかし、単層のサーモモジュールや３段以上の多段サーモモジュールを使用しても構わない。
【００５８】
光検出素子１１０、初段ＦＥＴ回路１４０、温度センサ１５０などが搭載された基板１３０が、サーモモジュール１７０の最上段のペルチェステージ１７１上に接着剤によって固定される。
【００５９】
なお、光検出素子１１０、初段ＦＥＴ回路１４０、温度センサ１５０などについては、図示を省略した金ワイヤなどの配線によってステム２０のリード線１８０に接続される。
【００６０】
光検出素子１１０を用いた光検出センサ１００では、光検出素子１１０を低温で動作させる必要がある。このため、サーモモジュール１７０をキャップ１０の凹部１５内に収納し、光検出素子１１０を冷却する。しかし、多段サーモモジュールは冷却能力が低いため、多段サーモモジュールの性能を発揮させるためには断熱することが有効である。したがって、サーモモジュール１７０と光検出素子１１０が配置されている空間、即ちキャップ１０の凹部１５内を真空状態に保つことが必要である。
【００６１】
パッケージ１によれば、接合箇所から封止材３０がはみ出したり接合箇所に空隙が生じたりすることを抑制しつつ、サーモモジュール１７０と光検出素子１１０が配置されている凹部１５内を真空状態に保って気密封止できる。また、封止材３０がキャップ１０内に飛び散って光検出素子１１０や初段ＦＥＴ回路１４０などの内部構造物を汚染することを防止できる。
【００６２】
なお、初段ＦＥＴ回路１４０から出力された検出信号は、ステム２０の裏側に配置されたリード線１８０を伝播して、光検出センサ１００の外部に出力される。このため、キャップ１０とステム２０を接合する封止材３０がステム２０の裏側にはみ出すと、リード線の絶縁部を短絡する可能性がある。また、ステム２０の裏側にはステム２０の熱を放出するための放熱用スタッド１９０が配置される。このため、封止材３０がステム２０の裏側にはみ出すと、ステム２０の裏側と放熱用スタッド１９０とが密着せず、ステム２０からの放熱が阻害される。したがって、ステム２０の裏側に封止材３０がはみ出さないパッケージ１は、光検出センサ１００に好適に使用される。
【００６３】
＜変形例＞
上記では、キャップ１０の底部１２にフランジが形成されている例を示したが、図１３に示すように、底部１２にフランジのない場合も本発明の実施形態に含まれる。なお、図１３ではステム２０側に突起４０を配置する例を示したが、キャップ１０の底部１２の底面１３に突起４０を配置してもよいことはもちろんである。
【００６４】
また、上記ではステム２０の主面２１に段差２４が形成されている例を示したが、主面２１の中央領域２２と外縁領域２３との境界に段差のない場合にも本発明は適用可能である。例えば図１４に示すように、ステム２０の主面２１の外縁領域２３上に突起４０を２重に配列する。これにより、内側の突起４０Ａと外側の突起４０Ｂとの間に溝５０が形成される。この溝５０に、封止材３０を搭載する。そして、溶けた封止材３０が溝５０の内部に留まった状態でキャップ１０とステム２０とを接合することによって、キャップ１０の凹部１５を気密封止できる。このとき、溝５０内部の容量に合わせて封止材３０の形状・体積を調整しておくことによって、溝５０に空隙が生じたり、溝５０から封止材３０が大量にはみ出したりすることを防止できる。
【００６５】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６６】
上記ではキャップ１０の凹部１５内を真空状態にして気密封止する場合を説明したが、凹部１５内に減圧されたガスを充填した状態で気密封止してもよい。例えば、乾燥窒素や不活性ガスなどを充填した凹部１５内を減圧した状態で気密封止する場合にも、突起４０が配置されたパッケージ１は有効である。
【００６７】
また、上記では突起４０がキャップ１０又はステム２０のいずれかに配置される例を示したが、図１５に示すように、キャップ１０とステム２０のそれぞれに突起４０を配置してもよい。
【００６８】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１…パッケージ
１０…キャップ
１１…頂部
１２…底部
１３…底面
１４…外周部
１５…凹部
２０…ステム
２１…主面
２２…中央領域
２３…外縁領域
２４…段差
３０…封止材
４０…突起
５０…溝
１００…光検出センサ
１１０…光検出素子
１７０…サーモモジュール
１８０…リード線
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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