(57)【要約】【課題】窓部材にクラックが発生したりメタライズ層が剥れたりするのを有効に防止し、赤外線を極めて良好に透過させ得る窓部材を有し、また蓋体への窓部材の接合を長期に亘って強固かつ信頼性良く保持し得るものとすること。【解決手段】赤外線センサ素子収納用パッケージは、蓋体４の中央領域に開けられた窓５が、内周面５ａに窓部材７のメタライズ層８の中央部に接合される、窓５の中心に向かって突出した凸部６が全周にわたって連続して形成されており、凸部６の窓部材７に接合される先端面６ａの上下方向の幅が窓部材７の厚さの１／６乃至２／３倍であり、メタライズ層８は、上下方向の幅が凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の１乃至１．４倍である。【選択図】　図１
2004127952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された凹部の底面に赤外線センサ素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面の前記凹部の周囲に下面の外周部が取着される、中央領域に窓が開けられた蓋体と、側面に全周にわたってメタライズ層が形成され、前記窓の内周面に前記メタライズ層がロウ材を介して接合された石英ガラスから成る窓部材とを具備する赤外線センサ素子収納用パッケージにおいて、前記窓は、内周面に前記窓部材の前記メタライズ層の中央部に接合される、前記窓の中心に向かって突出した凸部が全周にわたって連続して形成されており、前記凸部の前記窓部材に接合される先端面の上下方向の幅が前記窓部材の厚さの１／６乃至２／３倍であり、前記メタライズ層は、上下方向の幅が前記凸部の先端面の上下方向の幅の１乃至１．４倍であることを特徴とする赤外線センサ素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記凸部は、前記内周面から前記先端面までの長さが前記窓部材の厚さの１／３乃至３倍であることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ素子収納用パッケージ。
【請求項３】
前記窓部材は、その上下主面と側面との間に全周にわたって面取り部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサ素子収納用パッケージ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の赤外線センサ素子収納用パッケージと、前記基体の載置部に載置された赤外線センサ素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に外周部が取着された前記蓋体とを具備したことを特徴とする赤外線センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス製の窓部材を通じて光の入出射を行う赤外線センサ素子を収容する赤外線センサ素子収納用パッケージおよび赤外線センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、外部からの赤外線を受光して電気信号に変換する赤外線センサ素子を収容する赤外線センサ素子収納用パッケージ（以下、赤外線センサパッケージともいう）の窓部材として、例えばサファイア製のものが用いられてきた。しかしながら、近年、赤外線をより効率よく透過させる窓部材の需要が高まってきており、そのため窓部材として２．７μｍ波長における光吸収が小さく、またＯＨ基の含有量が５ｐｐｍ以下と少ないＩ型無水天然石英ガラス（以下、石英ガラスという）が赤外線透過用の窓部材の材料として使用され始めている。
【０００３】
このように、石英ガラス製の窓部材は、例えば、赤外線センサパッケージの蓋体に形成された窓にロウ付けされて用いられ、内部に収容する赤外線センサ素子に対して外部から入射する赤外線を効率良く透過させ得るという特性を有している。
【０００４】
この石英ガラス製の窓部材を蓋体に開けられた窓の内周面にロウ付けする場合、例えば円板状の窓部材の一方の主面側の外周部から側面にかけて接合用のメタライズ層を被着させ、そのメタライズ層をロウ材を介して接合する。メタライズ層は、例えば、銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）等からなる金属ペースト層を例えば印刷法により被着し、次に約８９０℃で加熱し焼成することにより形成される。この焼成温度は、石英ガラスの歪み点が１０７０℃であり、円板状の窓部材の一方の主面側の外周部から側面にかけて接合用のメタライズ層を被着させる場合に、サファイア製の窓部材を接合する際に一般的に用いられているモリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），Ｍｏ−Ｍｎ，またはタングステン（Ｗ）等の１３５０〜１６００℃程度の温度で焼き付けられる金属を用いることができないことから設定されたものである。
【０００５】
また、一般的に用いられているタングステン（Ｗ）はその処理温度が１５００〜１６００℃であることから、石英ガラスの軟化点（１５８０℃）に近く、よってこの温度では石英ガラスが軟化して原形をとどめなくなってしまう場合がある。また、Ｍｏ−Ｍｎを窓部材の側面から主面にかけて約１３５０℃で被着させると、Ｍｏ−Ｍｎは窓部材の表面に大きな接合強度（１０Ｎ／ｍｍ２以上）で形成されるが、窓部材はその表面が波打つように変形してレーザ光の透過率が劣化したり、またこの変形が外周部や側面にのみ発生しているとしても、この変形により窓部材が窓にロウ付けされたときにロウ付け厚さが不均一となり、その結果気密性が損なわれることがあった。
【０００６】
ここで、図４は、メタライズ層１８が側面１７ａから上下２つの主面にかけて被着された従来の石英ガラス製の窓部材１７とその周辺の具体的構成を示す部分拡大断面図であり、また図５は、従来の赤外線センサ装置において中央領域に窓（開口）１５が形成された蓋体１４を有するものの斜視図である。これらの図において、１１は略直方体の赤外線センサパッケージ、１２はＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）−Ｃｏ（コバルト）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等からなり、上面に凹部が形成されているとともにその凹部の底面に赤外線センサ素子が載置される載置部を有する基体、１４はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等からなる蓋体、１５は窓である（特開平６−８２３７１号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４，図５に示したような従来の赤外線センサパッケージ、赤外線センサ装置では、石英ガラスの熱膨張係数が０．５×１０−６／℃程度と極めて小さく、また引張り強度が４９０Ｎ／ｍｍ２以下とサファイアなどと比較して極めて小さいため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数１１．３×１０−６／℃）やＦｅ−Ｎｉ合金（熱膨張係数１２．５×１０−６／℃）等の金属から成る蓋体１４の窓１５に、汎用されているとともに接合の信頼性に優れる銀（Ａｇ）ロウ（ロウ付け温度６００〜９００℃）で窓部材１７を接合すると、ロウ付け後の冷却過程で基体１２やＡｇロウ（熱膨張係数１９．６×１０−６／℃）と窓部材１７との熱膨張差に起因する応力が発生し、この応力が窓部材１７の下側主面と側面１７ａとの間の稜部１７ｂに集中すると稜部１７ｂを起点とするクラックが発生し、これにより赤外線が反射して透過率が低下したり、また赤外線センサパッケージ１１の気密性が損なわれるという問題点があった。
【０００８】
また、Ｃｕ−Ｔｉの粉末等からなる金属ペーストは、窓部材１７の主面外周部および側面にメタライズ層１８として被着すると、その焼き付け温度が低く、また窓部材１７に対して拡散による接合力がほとんど作用しないことから接合後の気密性に問題がある。この場合、窓１５に窓部材１７をＡｇロウを介して接合すると、メタライズ層１８と窓部材１７との間の気密性が不充分となり、よって赤外線センサパッケージの気密性が損なわれ、内部に収容した赤外線センサ素子の信頼性が損なわれるという問題点があった。
【０００９】
また、窓部材１７の主面の外周部１７ｂにおけるメタライズ層１８は、Ａｇロウを介して窓部材１７を蓋体１４の窓１５にロウ付けする際に数百度から室温まで温度が下がると、窓部材１７と蓋体１４との熱膨張係数差によりロウ付け部にクラックが発生する場合があり、その結果窓部材１７が剥れてしまう場合があった。
【００１０】
また、Ｃｕ−Ｔｉ等からなるメタライズ層１８はバッチ処理が必要な真空炉を用いて焼き付ける必要があり、このとき品質のバラツキが発生し易いという問題点があった。
【００１１】
したがって、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、メタライズ層において気密性が損なわれたり、石英ガラス製の窓部材にクラックが発生して気密性や光透過性が損なわれたり、さらにはロウ付け部が剥れたりするのを有効に防止して、蓋体への窓部材の接合を長期に亘って強固に信頼性良く保持することが可能であり、品質が安定した赤外線センサ素子収納用パッケージおよび赤外線センサ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に赤外線センサ素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面の前記凹部の周囲に下面の外周部が取着される、中央領域に窓が開けられた蓋体と、側面に全周にわたってメタライズ層が形成され、前記窓の内周面に前記メタライズ層がロウ材を介して接合された石英ガラスから成る窓部材とを具備する赤外線センサ素子収納用パッケージにおいて、前記窓は、内周面に前記窓部材の前記メタライズ層の中央部に接合される、前記窓の中心に向かって突出した凸部が全周にわたって連続して形成されており、前記凸部の前記窓部材に接合される先端面の上下方向の幅が前記窓部材の厚さの１／６乃至２／３倍であり、前記メタライズ層は、上下方向の幅が前記凸部の先端面の上下方向の幅の１乃至１．４倍であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、窓の内周面に形成された凸部の窓部材に接合される先端面の上下方向の幅が窓部材の厚さの１／６乃至２／３倍であり、メタライズ層はその上下方向の幅が凸部の先端面の上下方向の幅の１乃至１．４倍であることから、窓部材の上下主面の外周部および稜部付近にはメタライズ層が被着されず、よって石英ガラス製の窓部材に反り変形が発生したり稜部を起点としてクラックが発生したりするのを有効に防止することができる。その結果、窓部材のクラックに起因する赤外線の反射および散乱、窓部材の反り変形に起因する剥れ、赤外線の入射位置のずれ等が発生するのを防ぐことができる。
【００１４】
また、窓の凸部を除いた内周面から窓部材の主面の外周部にかけてロウ付け部が存在しないため、従来このようなロウ付け部に発生していた窓部材の剥れを解消することができる。
【００１５】
従って、蓋体に石英ガラス製の窓部材を強固かつ信頼性良く接合できるとともに、優れた品質の赤外線センサ素子収納用パッケージを安価に提供できる。
【００１６】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記凸部は、前記内周面から前記先端面までの長さが前記窓部材の厚さの１／３乃至３倍であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、凸部は内周面から先端面までの長さが窓部材の厚さの１／３乃至３倍であることから、窓部材が窓から受ける応力を緩和するとともにロウ付け部におけるクラックの発生を防止することができる。
【００１８】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、好ましくは、前記記窓部材は、その上下主面と側面との間に全周にわたって面取り部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、好ましくは、窓部材はその上下主面と側面との間に全周にわたって面取り部がそれぞれ形成されていることから、窓部材が窓から応力を受けても、上下主面と側面との間の面取り部で応力を分散緩和することができ、窓部材にクラックが発生することがなく、クラックに起因する気密性劣化や窓部材の光透過性劣化が生じるのを防ぐことができる。
【００２０】
本発明の赤外線センサ装置は、本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージと、前記基体の載置部に載置された赤外線センサ素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に外周部が取着された前記蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の赤外線センサ装置は、上記の構成により、上記本発明の作用効果を有し、赤外線センサ素子が長期に亘り正常かつ安定に作動し得る信頼性の高いものとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の赤外線センサパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、（ｂ）は赤外線センサパッケージの平面図を示す。また、図２（ａ）は本発明の赤外線センサパッケージを構成する石英ガラス製の窓部材の接合部とその周辺部を示す部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の接合部において蓋体の窓の内周面に設けた凸部の先端が先細り状とされたものを示す部分拡大断面図である。また、図３はＣ面から成る面取り部が稜部に全周にわたって形成された石英ガラス製の窓部材の接合部とその周辺部を示す部分拡大断面図である。
【００２３】
これらの図において、１は赤外線センサパッケージ、２は赤外線センサ素子３が収容される基体、３は赤外線センサ素子、４は蓋体、５は蓋体４に形成された窓、５ａは窓５の内周面、６は窓５の内周面に設けた凸部、６ａは凸部６の先端面、７は円板状等の形状の石英ガラス製の窓部材、７ａは窓部材７の側面、７ｂは窓部材７の上下主面と側面との間の稜部７ｃに形成されたＣ面から成る面取り部、７ｃは窓部材７の上下主面と側面との間の稜部（面取り除去されているので点線で示した）、８はメタライズ層、９はロウ付け部である。これら基体２と蓋体４と窓部材７とで内部に赤外線センサ素子３を気密に収容する容器が構成される。
【００２４】
本発明において、凸部６、ロウ付け部９以外の赤外線センサパッケージ１および赤外線センサ装置全体の基本構成は、従来の赤外線センサパッケージを示す図４，図５と同様であり、各部材の詳細な説明は省略する。
【００２５】
本発明の赤外線センサパッケージは、上面に形成された凹部の底面に赤外線センサ素子３が載置される載置部を有する基体２と、基体２の上面の凹部の周囲に下面の外周部が取着される、中央領域に窓５が開けられた蓋体４と、側面に全周にわたってメタライズ層８が形成され、窓５の内周面にメタライズ層８がロウ材を介して接合された石英ガラスから成る窓部材７とを具備し、窓５は、内周面に窓部材７のメタライズ層８の中央部に接合される、窓５の中心に向かって突出した凸部６が全周にわたって連続して形成されており、凸部６の窓部材７に接合される先端面６ａの上下方向の幅が窓部材７の厚さの１／６〜２／３倍であり、メタライズ層８は、上下方向の幅が凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の１〜１．４倍である。
【００２６】
本発明において、凸部６の先端面６ａの上下方向の幅が窓部材７の厚さの１／６未満では、凸部６が変形して赤外線センサパッケージ１の気密が破れ易くなる。２／３を超えると、ロウ材にクラックが発生し易くなる。
【００２７】
また、メタライズ層８の上下方向の幅が凸部６の先端面６ａの上下方向の幅よりも小さい場合、メタライズ層８に対してその端を引き剥がそうとする力が作用し、メタライズ層８が小さな力で剥れ易くなる。また１．４倍よりも大きい場合、メタライズ層８の幅が大きくなり過ぎ、窓部材７の接合に際してずれが発生した場合に凸部６の上下に存在するロウ材の量の差に起因して発生する応力により、窓部材７に反りが発生し、この反りにより赤外線の入射効率が劣化し易くなる。
【００２８】
本発明において、凸部６は、内周面５ａから先端面６ａまでの長さが窓部材７の厚さの１／３乃至３倍であることが好ましい。１／３倍未満では、凸部６の剛性が大きくなり過ぎてしまい、窓部材７の接合時においてロウ付け温度から次第に温度が下がっていくにしたがって蓋体４が窓部材７に圧縮応力をかけながら収縮するときに、凸部６がほとんど変形しないために、この圧縮応力によって窓部材７の縁に欠け等が発生し易くなる。３倍を超えると、凸部６の剛性が小さくなり過ぎてしまい、窓部材７に圧縮応力をかけるに伴なって凸部６が変形し易くなるとともに、ロウ付け部９に応力が加わってクラックを誘発し、これにより赤外線センサパッケージ１の気密性が破れることとなる。
【００２９】
また、本発明において、窓部材７の上下主面と側面７ａとの間に面取り部７ｂがそれぞれ形成されているが、面取り部７ｂは図３のような平面状のＣ面、断面形状が円弧状の曲面等から成る。面取り部７ｂがＣ面から成る場合、その幅は０．２８〜０．５６ｍｍ（０．２〜０．４ｍｍの１．４（約２の平方根）倍）程度が好ましい。面取り部７ｂの幅が０．２８ｍｍ未満では、窓部材７の稜部７ｃにおいてクラックの発生を緩和する効果が小さくなる。また０．５６ｍｍを超えると、窓部材７の側面７ｃの上下方向の幅が小さくなり過ぎ、窓５の内周面５ａの凸部６に接合すると、接合面積が不足して接合強度が小さくなる。
【００３０】
また、面取り部７ｂが断面形状が円弧状の曲面（Ｒ面）Ｃ面から成る場合、その曲率半径は０．２８〜０．５６ｍｍ程度が好ましい。面取り部７ｂの曲率半径が０．２８ｍｍ未満では、窓部材７の稜部７ｃにおいてクラックの発生を緩和する効果が小さくなる。また０．７０ｍｍを超えると、窓部材７の側面７ｃの上下方向の幅が小さくなり過ぎ、窓５の内周面５ａの凸部６に接合すると、接合面積が不足して接合強度が小さくなる。
【００３１】
ここで、Ｃ面とは、面と面との間の稜部（角部）を平面状に面取りした面のことをいう。また、面取りとは、上記稜部（角部）を斜めに削って丸めたり、斜面とすることをいい、工作機械用語（ＪＩＳ　Ｂ　０１０６）である。
【００３２】
本発明の赤外線センサパッケージ１は、赤外線センサ素子３を収容するための容器であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金などの金属からなる基体２と、基体２の上面に接合されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金などの金属からなる蓋体４とで主に構成される。そして、基体２の上面に形成された凹部の底面の載置部に赤外線センサ素子３を載置固定し、基体２の上面の凹部の周囲に窓部材７を設けた蓋体４を接合することによって、赤外線センサ装置が構成される。
【００３３】
蓋体４は、図１，図２に示すように、中央領域に窓５が開けられ、窓５の内周面５ａにはその全周に亘って連続して凸部６が形成されている。さらに、窓部材７の側面７ａと、凸部６の先端面６ａとがロウ付け部９を介して接合され、赤外線センサ素子３を気密に封止するとともに、赤外線センサ素子３に入射する赤外線を受光するための窓部材７を有する蓋体４が構成される。
【００３４】
本発明において、メタライズ層８はＭｏ−Ｍｎ合金からなるのがよく、この場合、メタライズ層８はＭｏ−Ｍｎ合金以外にガラス分を含んでいるために、窓部材７の成分であるＳｉＯ２と相互に拡散して強固かつ緻密な接合層が形成され、よって気密性が損なわれることが無い。従って、従来のＣｕ−Ｔｉ合金で発生していた気密性の劣化を有効に防止できるとともに、量産対応できるトンネル炉でロウ付けが可能となるため、その品質安定性への寄与は極めて大きいものとなる。
【００３５】
窓５の内周面５ａに形成された凸部６への窓部材７の接合は以下の［１］〜［４］の工程によって行われる。この接合は、窓部材７として用いられる石英ガラスが圧縮応力に対して充分に耐える強度を有しているという特性を利用している。
【００３６】
［１］窓部材７の側面７ａの全周に、Ｍｏ粉末とＭｎ粉末とを混合した粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを塗布する。側面７ａには、例えばスクリーン印刷に用いるステンレスメッシュが貼設された版にレジスト用樹脂を所定の部位に被着し、次にスキージゴムを用いて所定のパターンで金属ペーストを裏面に押出し、窓部材７の側面７ａを押出された金属ペーストに接触させることにより、金属ペーストを略均一な厚さ（例えば乾燥後に３０μｍ程度）で被着させ、印刷被膜とする。
【００３７】
このとき、窓部材７の稜部７ｃには予め面取り部７ｂが形成されており、面取り部７ｂは周知の研摩加工によって形成することができる。
【００３８】
［２］１３５０℃の還元雰囲気下で１０分間加熱し、窓部材７の側面７ａにメタライズ層８を固着させる。
【００３９】
［３］窓部材７を蓋体４の窓５に嵌め込んだ状態とする。このとき、蓋体４は、酸化防止およびロウ付けの接合性を高めるうえで、予めＮｉメッキ層および金（Ａｕ）メッキ層をいずれも０．５〜９μｍの厚さで順次被着させておくことが好ましい。また、溶融したロウ材を窓部材７と窓５との隙間に侵入させ易くするために、窓部材７の側面７ａと窓５の内周面５ａとの隙間を１０〜３０μｍとしておくことが好ましい。
【００４０】
また、凸部６に対する窓部材７の接合位置を合わせるために、窓部材７の下にカーボンなどからなるスペーサーを挿入しておくのがよく、窓部材７の側面７ａの高さ方向の略中央部に凸部６を接合することが可能となる。
【００４１】
［４］リング状のＡｇロウ（ＢＡｇ−８：ＪＩＳ　Ｚ　３２６１）を窓５の内周面５ａと窓部材７との隙間を覆うように載置し、８５０℃の温度で、還元雰囲気下で加熱することによりこれを溶融させることによって、窓部材７が窓５の凸部６の先端面６ａにロウ付けされる。
【００４２】
このロウ付けに際して、窓５が窓部材７よりも大きく熱膨張し、これによりＡｇロウは溶融して容易に窓５と窓部材７との隙間に侵入する。その後、徐々に冷えていくときにＡｇロウが固化した後において、窓５を有する蓋体４は窓部材７を内側方向（中心方向）に圧縮しながら収縮していくことによって、窓部材７が窓５の内周面５ａから圧縮応力を受けている状態で固定される。
【００４３】
このような窓部材７の接合状態となった赤外線センサパッケージ１は、赤外線センサ素子３が作動時に例えば数十度の熱を発生した場合、この熱により窓５が窓部材７との熱膨張係数差で窓部材７よりも大きく広がろうとしても、圧縮応力が若干開放されるだけで、窓部材７を内側に押し付ける圧縮応力が相殺されることがない。よって、引張り応力に対して強度が小さい窓部材７が中心方向に向かって常に圧縮された状態となり、窓部材７には引張り応力による破壊が発生することがない。
【００４４】
また、図２（ｂ）は、凸部６の先端面６ａから窓５の内周面５ａに向かって凸部６の厚さが広がるように形成されている場合の部分拡大断面図である。この場合、凸部６の先端面６ａの上下方向の幅が小さい場合においても、凸部６の強度を大きくすることができるため、窓部材７に圧縮応力を作用させる場合に凸部６が変形するといった不具合を有効に防止できる。
【００４５】
また、図３は、Ｃ面からなる面取り部７ｂが窓部材７の稜部７ｃに形成されている構成を示す部分拡大断面図である。この場合、窓部材７の側面７ａに対する凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の比が大きい場合（側面７ａの上下方向の幅に対する先端面６ａの上下方向の幅の比が３／４〜９／１０程度である場合）、すなわち、窓部材７の側面７ａと凸部６の先端面６ａのそれぞれの幅が接近したときにおいて、ロウ材が冷却するにつれて収縮する際に面取り部７ｂの角部に引張り応力が加わり、この応力によって角部を起点とするクラックが面取り部７ｂに発生するのを抑制することができる。
【００４６】
【実施例】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００４７】
本発明の蓋体４の窓５に形成した凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を窓部材７の厚さに対して変化させ、窓部材７に発生するクラック等を調査した。このとき、窓部材７を厚さが２ｍｍで直径が７ｍｍの円板状として、窓部材７の側面７ａの中央部に、上下方向の幅１ｍｍ（凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を０．８ｍｍとしたときの１．２５倍）のＭｏ−Ｍｎ合金からなるメタライズ層８を、還元雰囲気で１３５０℃で形成したものを８０個作製した。また、比較例として、Ｃｕ−Ｔｉ合金からなるメタライズ層８を側面７ａの全面および下側主面の外周部に幅を０．５ｍｍとして形成したものを１０個作製した。
【００４８】
また、窓５の内周面５ａに設けられた凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を、窓部材７の厚さ２ｍｍに対して、１／７，１／６，１／５，１／４，１／３倍では０．８ｍｍとし、２／３，３／４，４／５倍では１．６ｍｍとして形成した蓋体４を、各１０個ずつ合計８０個用意し、蓋体４と窓部材７との間において、窓部材７をリング状のＡｇロウ（ＢＡｇ−８：ＪＩＳ　Ｚ　３２６１）が窓５の内周面５ａと窓部材７との隙間を覆うように載置され、次いで８５０℃の温度で、還元雰囲気下で加熱することによりこれを溶融させることによって、窓部材７を窓５の凸部６の先端面６ａにロウ付けした。このとき、先端面６ａの上下方向の幅を窓部材７の厚さの１／７，１／６，１／５としたサンプルについては、内周面５ａ方向に近づくにしたがって凸部６の上下方向の幅を大きくし、その強度を向上させたものを使用した。
【００４９】
なお、凸部６の長さ（内周面５ａから先端面６ａまでの長さ）は、いずれにおいても２ｍｍとした。
【００５０】
また比較例として、従来例の図４のように、窓の内周面に凸部６がなく、その内周面における窓部材１７の側面１７ａとの接合部の上下方向の幅が２ｍｍであり、内周面の下端に幅が１ｍｍの段差を有する蓋体１４を、上記と同様にして１０個作製した。そして、これらのサンプルの表面に厚さ３μｍのＮｉメッキ層および厚さ１μｍのＡｕメッキ層を順次被着した。
【００５１】
そして、本発明のサンプルについては、窓５の内周面５ａに設けられた凸部６の先端面６ａに窓部材７の側面７ａの中央部を、Ａｇロウ（ＢＡｇ−８）で接合して、窓部材７を設けた蓋体４を計７０個作製した。接合条件は還元雰囲気下において８００℃で５分間とした。
【００５２】
また、比較例のサンプルについては、蓋体１４の上面と窓部材１７の上側主面とを面一とし、窓１５の内周面に窓部材１７の側面１７ａ全面および下側主面の外周部をロウ付けしたものを１０個作製した。この場合、接合条件は上記実施例と同じとし、同じＡｇロウにより接合した。
【００５３】
これらのサンプルについて、−６５〜１２５℃の温度サイクルを１００サイクル（１サイクル：−６５℃で３０分、１２５℃で３０分の計６０分）施し、窓部材７，１７におけるクラックの発生割合、凸部６の変形とそれに伴なって気密性が損なわれた割合を調べた結果を表１（窓部材の厚さ２ｍｍの場合）に示す。
【００５４】
【表１】
2004127952.tif 000003
【００５５】
表１より、本発明のサンプルの蓋体４では、窓部材７におけるクラックの発生が皆無であり、また凸部６の変形も発生すること無く、その有効性が確認された。このとき、比較例のサンプルでは、９０％の割合で窓部材７の側面７ａと上下主面との間の稜部１７ｂにクラックが発生した。
【００５６】
なお、凸部６の先端面６ａの幅を大きくしていくと、窓部材７にクラックが発生しているが、これは、先端面６ａの幅を大きくすることによりロウ材のメニスカスがメタライズ層８の端から外側方向に広がるように生成され、これによりメタライズ層８の端に応力が集中するからである。
【００５７】
次に、窓部材７を厚さが２ｍｍで直径が７ｍｍの円板状とし、面取り部７ｂ（Ｃ面）の幅を０．１４，０．２０，０．２８，０．４２，０．５６（ｍｍ）の５種として、それぞれ窓部材７の側面７ａの中央部において、面取り部７ｂ（Ｃ面）の幅が０．１４，０．２０，０．２８ｍｍでは上下方向の幅を１．３ｍｍとしたＭｏ−Ｍｎ合金からなるメタライズ層８を形成し、また、面取り部７ｂ（Ｃ面）の幅が０．４２，０．５６ｍｍではメタライズ層８の幅を０．８ｍｍとして、還元雰囲気で１３５０℃で形成したものを、それぞれ６０個ずつ計３００個作製した。このとき、それぞれの面取り部７ｂの幅に対し、凸部６の先端面６ａの上下方向の幅が、窓部材７の厚さ２ｍｍに比して１／７，１／６，１／５，１／４，１／３，２／３倍として形成された蓋体４を、窓部材７の面取り部７ｂの１種について先端面６ａの６つの大きさに対応して各１０個ずつの計６０個（面取り部７ｂの幅が５種で計３００個）用意し、上記と同様にして窓部材７を凸部６の先端面６ａにロウ付けした。このとき、面取り部７ｂの幅が０．５６ｍｍを超えるとメタライズ層８の幅が小さくなり、実用的ではない。したがって、０．５６ｍｍを超える面取り部７ｂは評価の対象から外している。
【００５８】
また、比較例として、窓部材７に面取り部７ｂがなく、凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を窓部材７の厚さ２ｍｍの１／７，１／６，１／５，１／４，１／３，２／３倍とし、これらのいずれにおいても窓部材７の側面７ａにおけるメタライズ層の幅を２ｍｍとして、各先端面６ａの幅のそれぞれの大きさに対して各１０個ずつ計６０個の窓部材７を作製し、次にそれぞれの幅の先端面６ａにＡｇロウを介して窓部材７を接合したサンプルを６０個作製した。
【００５９】
これらのサンプルについて、上記と同じ温度サイクルを施し、窓部材７，１７におけるクラックの発生割合、凸部６の変形とそれに伴なって気密性が損なわれた割合を調べた結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2004127952.tif 000004
【００６１】
表２より、比較例のサンプルは最高７０％の割合で窓部材７の稜部７ｃにクラックが発生したのに対し、面取り部７ｂを設けた本発明のサンプルは、窓部材７にクラックが発生したものは皆無であり、本発明が有効であることが確認できた。
【００６２】
これは、比較例のサンプルにおいては、窓部材７の側面７ａの上下方向の幅に凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の大きさが近くなって、ロウ材が窓部材７の上下端に近接して、稜部７ｃにロウ材による応力が作用したためと考えられる。これに対し、本発明のサンプルでは、窓部材７の側面７ａの上下方向の幅に凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の大きさが近くなって、ロウ材が窓部材７の上下端に近接しその上下端にロウ材による応力が作用しても、応力は面取り部７ｂによって良好に分散緩和されたためと考えられる。
【００６３】
次に、窓５の凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を、窓部材７の厚さ２ｍｍの１／４倍の０．５ｍｍとし、凸部６の長さを窓部材７の厚さの１／７，１／６，１／５，１／４，１／２，１，２，３，４（倍）とした蓋体４を、各１０個ずつ合計９０個用意した。これらの蓋体４の窓５に窓部材７を上記と同様にして接合した。これらのサンプルについて、凸部６の変形によりロウ材にクラックが発生して窓５および窓部材７において気密性が破れた割合を調べた。その結果を表３に示す。
【００６４】
【表３】
2004127952.tif 000005
【００６５】
表３より、凸部６の長さを窓部材７の厚さの１／６〜３倍とした蓋体４を用いた赤外線センサパッケージ１では、凸部６の変形の発生が皆無であり、その有効性が確認された。
【００６６】
次に、凸部６の先端面６ａの上下方向の幅を０．５，０．８，１．１（ｍｍ）の３種とし、窓部材７の側面７ａにおけるメタライズ層８の上下方向の幅を先端面６ａの０．８，０．９，１，１．１，１．２，１．３，１．４，１．５（倍）とした窓部材７を、各１０個ずつ計２４０個（３×８×１０＝２４０（個））作製した。これらの窓部材７を上記３種類の凸部６を有する蓋体４の窓５に対してメタライズ層８の上下方向の中心に上記と同様にして接合し、２４０個のサンプルを得た。そして、窓部材７に発生するメタライズ層８の剥れおよび反りの有無を評価した結果を表２に○，×で示す。なお、反りの大きさが１２μｍを超えるとＡｇロウにクラックが発生しているものがあったため、１２μｍを超える反りが発生しているサンプルが１つでもあった場合は×とした。
【００６７】
【表４】
2004127952.tif 000006
【００６８】
表４より、メタライズ層８の幅が凸部６の先端面６ａの上下方向の幅の１〜１．４倍では剥れが全く発生せず、その範囲外ではメタライズ層８の剥れや窓部材７の反りが発生することが判明した。
【００６９】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行うことは何等差し支えない。例えば、上記実施例では窓部材７の厚さを２ｍｍとしたが、この厚さが赤外線センサ素子収納用パッケージ用として適正な範囲内で変化しても本発明の効果が発揮されることは勿論である。また、上記実施例では面取り部７ｂとしてＣ面のものについて説明したが、Ｒ面（円弧状曲面）のものを用いてよいことは勿論である。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、蓋体の中央領域に開けられた窓が、内周面に窓部材のメタライズ層の中央部に接合される、窓の中心に向かって突出した凸部が全周にわたって連続して形成されており、凸部の窓部材に接合される先端面の上下方向の幅が窓部材の厚さの１／６乃至２／３倍であり、メタライズ層は、上下方向の幅が凸部の先端面の上下方向の幅の１乃至１．４倍であることにより、窓部材の上下主面の外周部および稜部付近にはメタライズ層が被着されず、よって石英ガラス製の窓部材に反り変形が発生したり稜部を起点としてクラックが発生したりするのを有効に防止することができる。その結果、窓部材のクラックに起因する赤外線の反射および散乱、窓部材の反り変形に起因する剥れ、赤外線の入射位置のずれ等が発生するのを防ぐことができる。また、窓の凸部を除いた内周面から窓部材の主面の外周部にかけてロウ付け部が存在しないため、従来このようなロウ付け部に発生していた窓部材の剥れを解消することができる。
【００７１】
従って、蓋体に石英ガラス製の窓部材を強固かつ信頼性良く接合できるとともに、優れた品質の赤外線センサ素子収納用パッケージを安価に提供できる。
【００７２】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、凸部は内周面から先端面までの長さが窓部材の厚さの１／３乃至３倍であることにより、窓部材が窓から受ける応力を緩和するとともにロウ付け部におけるクラックの発生を防止することができる。
【００７３】
本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージは、好ましくは、窓部材は、その上下主面と側面との間に全周にわたって面取り部がそれぞれ形成されていることにより、窓部材が窓から応力を受けても、上下主面と側面との間の面取り部で応力を分散緩和することができ、窓部材にクラックが発生することがなく、クラックに起因する気密性劣化や窓部材の光透過性劣化が生じるのを防ぐことができる。
【００７４】
本発明の赤外線センサ装置は、本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージと、基体の載置部に載置された赤外線センサ素子と、基体の上面の凹部の周囲に外周部が取着された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の作用効果を有し、赤外線センサ素子が長期に亘り正常かつ安定に作動し得る信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示し、（ａ）は赤外線センサ素子収納用パッケージの断面図、（ｂ）は赤外線センサ素子収納用パッケージの平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージにおける蓋体の窓と窓部材との接合部を示す部分拡大断面図、（ｂ）は接合部の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明の赤外線センサ素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す部分拡大断面図である。
【図４】従来の赤外線センサ素子収納用パッケージにおける蓋体の窓と窓部材との接合部を示す部分拡大断面図である。
【図５】従来の赤外線センサ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１：赤外線センサ素子収納用パッケージ
２：基体
３：赤外線センサ素子
４：蓋体
５：窓
５ａ：窓の内周面
６：凸部
６ａ：凸部の先端面
７：窓部材
７ａ：窓部材の側面
７ｂ：面取り部
７ｃ：稜部
８：メタライズ層
９：ロウ付け部
【図１】
2004127952.tif 000007
【図２】
2004127952.tif 000008
【図３】
2004127952.tif 000009
【図４】
2004127952.tif 000010
【図５】
2004127952.tif 000011