(57)【要約】【課題】セラミックパッケージとメタルリッドとで構成されたパッケージ構造の中空部に容量式の半導体センサが収容された電子装置において、中空部のうちメタルリッドの近傍に集中する結露水分を低減させる構造を提供する。【解決手段】電子装置１０は、半導体センサ４０が中空部２１に収容されていると共に、露点温度が管理された気体が中空部２１に満たされた容器状のセラミックパッケージ２０を備える。また、電子装置１０は、セラミックパッケージ２０よりも熱伝導率が高く、セラミックパッケージ２０の中空部２１を密閉するメタルリッド５０を備える。さらに、電子装置１０は、メタルリッド５０の他面５２に設けられた樹脂製のコート材６０を備える。このコート材６０により、外部からの熱によるメタルリッド５０の温度上昇を抑制し、中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍に水分が集中することを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部（２１）を有し、前記中空部（２１）に露点温度が管理された気体が満たされた容器状のセラミックパッケージ（２０）と、
前記セラミックパッケージ（２０）の中空部（２１）に配置されていると共に、可動電極と固定電極とを有し、前記可動電極が物理量を受けたことによる前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記物理量を検出する容量式の半導体センサ（４０）と、
前記セラミックパッケージ（２０）よりも熱伝導率が高い板状であり、前記セラミックパッケージ（２０）の開口端（２２）に固定されることで前記セラミックパッケージ（２０）の中空部（２１）を密閉するメタルリッド（５０）と、
前記セラミックパッケージ（２０）及び前記メタルリッド（５０）によって構成されたパッケージ構造が外部から熱を受けたときに、前記中空部（２１）の温度分布を均一に維持する温度均一手段（２７、６０）と、
を備えていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記メタルリッド（５０）は、前記セラミックパッケージ（２０）の開口端（２２）に固定された一面（５１）と、この一面（５１）に反対側の他面（５２）と、を有し、
前記温度均一手段は、前記メタルリッド（５０）の他面（５２）に設けられた樹脂製のコート材（６０）であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記コート材（６０）は、前記メタルリッド（５０）のうち前記セラミックパッケージ（２０）から露出した部分の全体を覆っていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記コート材（６０）は、少なくとも前記メタルリッド（５０）の他面（５２）のうち前記中空部（２１）に対応した領域に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項５】
前記温度均一手段は、前記セラミックパッケージ（２０）の外壁面（２３）と内壁面（２４）との両方に露出するように前記セラミックパッケージ（２０）に設けられた導体部（２７）であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記メタルリッド（５０）は、前記セラミックパッケージ（２０）の開口端（２２）に固定された一面（５１）と、この一面（５１）に反対側の他面（５２）と、を有し、
前記セラミックパッケージ（２０）の内壁面（２４）は、前記中空部（２１）を構成する底面（２５）と側面（２６）とで構成されており、
前記導体部（２７）は、当該導体部（２７）の一部が前記セラミックパッケージ（２０）の底面（２５）のうち前記メタルリッド（５０）の一面（５１）に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
【請求項７】
前記セラミックパッケージ（２０）の内壁面（２４）は、前記中空部（２１）を構成する底面（２５）と側面（２６）とで構成されており、
前記導体部（２７）は、当該導体部（２７）の一部が前記セラミックパッケージ（２０）の側面（２６）と、前記セラミックパッケージ（２０）の外壁面（２３）のうち当該側面（２６）とは反対側と、を繋ぐように前記セラミックパッケージ（２０）に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量式の半導体センサを備えた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固定電極とこの固定電極に対して変位可能な可動電極とを有する半導体容量式のセンサチップが、容器状のセラミックパッケージと蓋状のメタルリッドとで構成された中空部に実装されたパッケージ構造が知られている。
【０００３】
このようなパッケージ構造に対して急峻な温度変化が与えられた場合、メタルリッドはセラミックパッケージよりも熱伝導率が高いので、メタルリッドの温度がセラミックパッケージよりも高くなる。このため、中空部の水分がメタルリッドの近傍に集中して結露を発生させ、この結露による水分で可動電極が固着する水分スティッキングが発生してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、固定電極と可動電極との間に窒素雰囲気等の気体を封入することで、可動電極の水分スティッキングを防止する構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８６６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、固定電極と可動電極との間に窒素を封入したとしても、多孔性のセラミックパッケージに含まれている水分等によって結露が発生してしまう。このため、中空部の露点温度を管理していたとしても、実際には露点温度よりも高い温度で結露が発生してしまうという問題がある。
【０００７】
なお、特許文献１では固定電極と可動電極との間に粘性の液体を封入する構造も提案されている。しかしながら、可動電極が液体によって動きにくくなるため、センサチップに印加される物理量に対して可動電極の追従性が低下してしまう。したがって、電極間に粘性の液体を封入することは好ましくない。
【０００８】
本発明は上記点に鑑み、セラミックパッケージとメタルリッドとで構成されたパッケージ構造の中空部に容量式の半導体センサが収容された電子装置において、中空部のうちメタルリッドの近傍に集中する結露水分を低減させる構造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】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、中空部（２１）を有し、中空部（２１）に露点温度が管理された気体が満たされた容器状のセラミックパッケージ（２０）を備えている。
【００１０】
また、セラミックパッケージ（２０）の中空部（２１）に配置されていると共に、可動電極と固定電極とを有し、可動電極が物理量を受けたことによる可動電極と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて物理量を検出する容量式の半導体センサ（４０）を備えている。
【００１１】
セラミックパッケージ（２０）よりも熱伝導率が高い板状であり、セラミックパッケージ（２０）の開口端（２２）に固定されることでセラミックパッケージ（２０）の中空部（２１）を密閉するメタルリッド（５０）を備えている。
【００１２】
さらに、セラミックパッケージ（２０）及びメタルリッド（５０）によって構成されたパッケージ構造が外部から熱を受けたときに、中空部（２１）の温度分布を均一に維持する温度均一手段（２７、６０）を備えていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、熱伝導率が異なるセラミックパッケージ（２０）とメタルリッド（５０）とで構成されたパッケージ構造に急峻な温度変化が与えられたとしても、セラミックパッケージ（２０）の中空部（２１）の温度分布は温度均一手段（２７、６０）によって均一に維持される。このため、中空部（２１）において熱伝導率が高いメタルリッド（５０）の近傍に水分が集中することを抑制することができる。したがって、中空部（２１）のうちメタルリッド（５０）の近傍に集中する結露水分を低減させることができる。
【００１４】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子装置の全体断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電子装置の全体断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る電子装置の全体断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電子装置は、加速度や角速度等の物理量を検出する半導体センサを搭載した装置である。図１に示されるように、電子装置１０は、セラミックパッケージ２０、回路チップ３０、半導体センサ４０、メタルリッド５０、及びコート材６０を備えて構成されている。
【００１８】
セラミックパッケージ２０は、例えば複数のセラミック基板が容器状に積層されて構成されている。すなわち、セラミックパッケージ２０は、中空部２１を有している。この中空部２１には露点温度が管理された気体として例えば窒素が満たされている。セラミックパッケージ２０は、複数の図示しない配線パターンを有している。配線パターンは回路チップ３０と外部とを電気的に接続する役割を果たす。
【００１９】
回路チップ３０は、半導体センサ４０のセンサ出力に対する信号変換機能や外部との通信機能等を有する電子部品である。回路チップ３０は、セラミックパッケージ２０の底部に接着剤３１で固定されている。なお、断熱性を確保するために、接着剤３１はフィラーレスのものであることが好ましい。
【００２０】
半導体センサ４０は、加速度等の物理量を検出するセンシング部を有するセンサデバイスであり、半導体チップとして構成されている。半導体センサ４０は回路チップ３０の上に接着フィルム４１で固定されている。すなわち、半導体センサ４０は、セラミックパッケージ２０の中空部２１に配置されている。
【００２１】
また、半導体センサ４０は、図示しない可動電極と固定電極とを有し、可動電極が物理量を受けたことによる可動電極と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて物理量を検出する容量式のセンサである。可動電極及び固定電極は櫛状電極として構成されていると共に、可動電極と固定電極とは互いに対向するように配置され、可動電極と固定電極とによってコンデンサが構成されている。したがって、半導体センサ４０はコンデンサの静電容量の変化をセンサ出力として回路チップ３０に出力する。これにより、回路チップ３０は、静電容量の変化に基づいて加速度等が取得する。
【００２２】
半導体センサ４０は回路チップ３０に対してボンディングワイヤ３２を介して電気的に接続されている。回路チップ３０は、セラミックパッケージ２０の配線パターンに対してボンディングワイヤ４２を介して電気的に接続されている。
【００２３】
メタルリッド５０は、セラミックパッケージ２０よりも熱伝導率が高い金属製の蓋部品である。メタルリッド５０は、一面５１とこの一面５１に反対側の他面５２とを有する板状である。メタルリッド５０の一面５１の外縁部は、セラミックパッケージ２０の開口端２２に例えばシームレス溶接によって固定されている。これにより、メタルリッド５０は、セラミックパッケージ２０の中空部２１を密閉している。
【００２４】
コート材６０は、メタルリッド５０の他面５２に設けられた樹脂製の温度均一手段である。すなわち、コート材６０は、セラミックパッケージ２０及びメタルリッド５０によって構成されたパッケージ構造が外部から熱を受けたときに、中空部２１の温度分布を均一に維持する役割を果たす。本実施形態では、コート材６０は、メタルリッド５０の他面５２のうちセラミックパッケージ２０から露出した部分の全体を覆っている。
【００２５】
コート材６０はフィルム状のものや、スプレーによる塗布（コーティング）のものがある。また、コート材６０の材質としては、シリコン系の樹脂やエポキシ系の樹脂が採用される。コート材６０は、外部からメタルリッド５０への熱の伝達を抑制する手段であるため、厚みが大きいことが好ましい。
【００２６】
以上が、本実施形態に係る電子装置１０の全体構成である。上記のように、電子装置１０では、熱伝導率が異なるセラミックパッケージ２０とメタルリッド５０とで構成されたパッケージ構造が構成されている。
【００２７】
続いて、コート材６０の効果について説明する。まず、メタルリッド５０はセラミックパッケージ２０よりも熱伝導率が高いので、コート材６０が設けられていない場合は熱の影響を受けるとセラミックパッケージ２０よりも先に熱くなる。これにより、セラミックパッケージ２０の中空部２１のうちメタルリッド５０の一面５１の近傍に水分が集中する。
【００２８】
しかしながら、メタルリッド５０の他面５２の全体がコート材６０によって覆われているので、コート材６０によって外部からメタルリッド５０への熱伝導を抑制することができる。言い換えると、メタルリッド５０の温度をセラミックパッケージ２０に近づけることができる。これにより、セラミックパッケージ２０及びメタルリッド５０のパッケージ構造に急峻な温度変化が与えられたとしても、セラミックパッケージ２０の中空部２１の温度分布を均一に維持することができる。
【００２９】
すなわち、コート材６０が外部からメタルリッド５０への熱伝導を妨げるので、外部からの熱によるメタルリッド５０の温度上昇を抑制することができる。したがって、中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍の温度上昇を妨げることができ、ひいては中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍に水分が集中することを抑制することができる。また、中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍に集中する結露水分を低減させることができる。
【００３０】
さらに、セラミックパッケージ２０の中空部２１の水分がメタルリッド５０の近傍に集中しないので、結露による水分で半導体センサ４０の可動電極が固着する水分スティッキングが発生してしまうことを防止することができる。
【００３１】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、コート材６０が特許請求の範囲の「温度均一手段」に対応する。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図２に示されるように、コート材６０は、メタルリッド５０の他面５２の全体ではなく、メタルリッド５０の他面５２のうち中空部２１に対応した領域に設けられている。これによると、最小限のコート材６０によって外部からメタルリッド５０への熱伝導を妨げることができる。
【００３３】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図３に示されるように、セラミックパッケージ２０は、外壁面２３と内壁面２４とを有している。内壁面２４は、中空部２１を構成する底面２５と側面２６とで構成されている。なお、外壁面２３は、内壁面２４の側面２６とは反対側の面、すなわちセラミックパッケージ２０の外側面に対応している。
【００３４】
また、セラミックパッケージ２０は、外壁面２３と内壁面２４との両方に露出するように当該セラミックパッケージ２０に設けられた導体部２７を有している。導体部２７は、セラミックパッケージ２０の外壁面２３が受ける熱を中空部２１に伝達することにより、中空部２１の温度分布を均一にするための温度均一手段である。導体部２７は、例えばセラミックパッケージ２０に設けられた配線パターンの一部である。
【００３５】
本実施形態では、導体部２７は、当該導体部２７の一部がセラミックパッケージ２０の側面２６と、セラミックパッケージ２０の外壁面２３のうち当該側面２６とは反対側と、を繋ぐ第１の部分を有している。すなわち、導体部２７の第１の部分はセラミックパッケージ２０の外壁面２３と側面２６との両方に露出している。
【００３６】
また、導体部２７は、セラミックパッケージ２０の底面２５の全体と外壁面２３との両方に露出する第２の部分を有している。導体部２７の第２の部分は、当該第２の部分の一部がセラミックパッケージ２０の底面２５のうちメタルリッド５０の一面５１に対向する位置に設けられていると言える。
【００３７】
このように、セラミックパッケージ２０の底面２５に導体部２７の第２の部分が設けられているので、本実施形態では回路チップ３０は当該第２の部分の上に接着剤３１で固定されている。
【００３８】
以上の構成によると、導体部２７が外部の熱を中空部２１に伝達させるので、中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍と同様に他の場所の温度を上昇させることができる。このため、中空部２１において場所による温度差が生じないようにすることができる。
【００３９】
具体的には、導体部２７の第１の部分によって、セラミックパッケージ２０の側壁から中空部２１に熱を伝えやすくすることができる。また、導体部２７の第２の部分の一部がメタルリッド５０の一面５１に対向する位置に設けられているので、メタルリッド５０の一面５１と底面２５に設けられた導体部２７との間の温度分布をより均一にすることができる。さらに、導体部２７の第１の部分と第２の部分の両方によって、中空部２１の温度分布をより均一にすることができる。したがって、中空部２１のうちメタルリッド５０の近傍に水分が集中することを抑制することができる。
【００４０】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、導体部２７が特許請求の範囲の「温度均一手段」に対応する。
【００４１】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電子装置１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、半導体センサ４０及び回路チップ３０は一体化されて一つのチップとして構成されていても良い。
【００４２】
第２実施形態では、コート材６０はメタルリッド５０の他面５２のうち中空部２１に対応した領域に設けられていたが、これはコート材６０の形状の一例である。コート材６０の存在自体が熱伝導の抑制に繋がることから、コート材６０は、少なくともメタルリッド５０の他面５２のうち中空部２１に対応した領域に設けられていれば良い。すなわち、コート材６０はメタルリッド５０の他面５２に部分的に設けられていても良い。
【００４３】
第３実施形態では、導体部２７は第１の部分と第２の部分の両方を有して構成されていたが、導体部２７は、第１の部分及び第２の部分のいずれか一方のみを有する構成でも良い。また、導体部２７の第２の部分は、一部がセラミックパッケージ２０の底面２５のうちメタルリッド５０の一面５１に対向する位置に設けられていれば良く、セラミックパッケージ２０の底面２５の全体に設けられていなくても良い。さらに、導体部２７はセラミックパッケージ２０の配線パターンではなく、熱伝導専用のものとして設けられていても良い。
【符号の説明】
【００４４】
２０  セラミックパッケージ
２１  中空部
２２  開口端
４０  半導体センサ
５０  メタルリッド
６０  コート材（温度均一手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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