(57)【要約】【課題】簡単な構成により密閉された空間内に存在する気体を効率よく吸着させる構成とすると共に、ゲッターの落下を防止して、信頼性を向上させる。【解決手段】ベース基板２上に配設される真空対象物４に対して、キャップ部材５を被せて、真空対象物４の周囲を真空状態とする。そして、キャップ部材５に真空状態となった空間８内に存在するガスをゲッター７により吸着させる。ゲッター７はカップ状を呈したカップ部材６の中に配設され、カップ部材６がキャップ部材５に取り付けられた状態では、カップ部材６とキャップ部材５との間に連通部１０が形成され、連通部１０を介してガスが吸着される構成とした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース上に配設される真空対象物に対して、キャップ部材を被せ、前記真空対象物の周囲を真空状態とし、真空状態となった真空空間内に存在するガスをゲッターにより吸着させるパッケージ素子において、
前記ゲッターが内部に配設されるカップ状を呈するカップ部材を備え、該カップ部材が前記キャップ部材に取り付けられた状態で、前記カップ部材に前記ゲッターと前記真空空間とが連通する連通部が形成されることを特徴とするパッケージ素子。
【請求項２】
前記ゲッターは粉砕粒子より形成され、前記連通部の大きさを前記粉砕粒子の大きさよりも小とすることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ素子。
【請求項３】
前記カップ部材は環状カップから成り、中心に取付面を有することを特徴とする請求項１に記載のパッケージ素子。
【請求項４】
前記カップ部材は、前記取付面が溶接により前記キャップ部材に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載のパッケージ素子。
【請求項５】
前記ベースはシリコンから成り、前記キャップ部材は鉄・ニッケル・コバルト合金から成ることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ素子に関するものであり、特に、真空対象物の周囲をキャップ部材によって真空状態とし、真空対象物が動作する場合に空気等が真空対象物に悪影響を与えない様にしたパッケージ素子に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の素子の中には、小型デバイスとして角速度センサが知られている。この角速度センサは、振動体を備え、振動体両側に形成された櫛歯電極に電圧を印加することによって振動体の振動駆動を行う。この状態下で、振動体に角速度が作用すると、振動体は角速度の大きさに比例したコリオリ力を受けて、振動させている方向とは異なる方向に振動体が変位する。角速度センサはこの変位を検出電極により検出することにより、角速度の検出が可能となっている。
【０００３】
この様な、センサの場合、正確な角速度を検出する為に、振動体を一方向において正確に振動させることが必要になってくる。このため、振動体が大気等の影響を受け性能が低下し、大気等による悪影響が振動体に対して発生しない様、従来では振動体を真空状態で駆動させることが必要となる。
【０００４】
真空対象物（一般的にデバイスと称す）を小型の容器で密封し、その内部空間を減圧して真空状態とする方法がとられている。この他、圧力に敏感なデバイスは高真空状態で封止する必要があり、その際、容器内部に存在する気体（例えば、残留ガス）を吸着するゲッターが容器内部の気密空間に設置される（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２４３７５号公報（第３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した公報に示されるものでは、気密空間内に粉末のゲッターが設けられているが、この粉末のゲッターは気密空間を形成する背面基板の内面に粘着テープにより取り付けられている。粘着テープは、水蒸気や二酸化炭素等の気体を通過させるので、気密空間内の気体をゲッターによって吸着させることが可能である。
【０００７】
この様にゲッターを単に粘着テープにより取り付けられると、ゲッターは粘着テープを介して吸着を行う為、気密空間内の気体を効果的に吸着することができない。また、粘着テープは経時変化によって劣化し、剥がれてしまうことが起こり得る。この様にゲッターを固定する粘着テープが剥がれると、ゲッターが下方へと落下し易くなり、信頼性がなくなってしまう。
【０００８】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により密閉された空間内に存在する気体を効率よく吸着させる構成とすること、ゲッターの落下を防止して、信頼性を向上させることを技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、ベース上に配設される真空対象物に対して、キャップ部材を被せ、前記真空対象物の周囲を真空状態とし、真空状態となった真空空間内に存在するガスをゲッターにより吸着させるパッケージ素子において、前記ゲッターが内部に配設されるカップ状を呈するカップ部材を備え、該カップ部材が前記キャップ部材に取り付けられた状態で、前記カップ部材に前記ゲッターと前記真空空間とが連通する連通部が形成される構成とした。
【００１０】
上記した手段によれば、カップ状のカップ部材の中にゲッターを配設し、カップ部材をキャップ部材に取り付ける。カップ部材をキャップ部材に取り付けられた状態では、カップ部材にゲッターと真空空間とが連通する連通部が形成されると、連通部を介して真空空間内に存在する気体（例えば、水分等の気化による水蒸気、二酸化炭素、水素等の残留ガス）をカップ部材の中に配設されるゲッターによって吸着させることが可能である。これは、カップ部材をキャップ部材に取り付けるという簡単な構成により可能である。よって、圧力等が性能に悪影響を与える圧力に敏感な真空対象物の駆動される真空対象物の周りを高真空状態とすることが可能である。
【００１１】
この場合、ゲッターは粉砕粒子より形成され、前記連通部の大きさを前記粉砕粒子の大きさよりも小とすれば、カップ部材の内部に配設されたゲッターは連通部の大きさよりも大きいゲッターの粉砕粒子は連通部からカップ外にこぼれ出すことがなくなる。また、ゲッターの一部が欠けたとしても真空対象物上に落ちることが防止されるので、パッケージ素子の信頼性は向上する。
【００１２】
また、カップ部材は環状カップから成り、中心に取付面を有すれば、環状カップ内に均一にゲッターの粉砕粒子を配設することが可能となり、中心の取付面にてキャップ部材に取り付けることが可能である。ゲッターの粉砕粒子を用いることで、気体を吸着させる表面積が広くなり、多くの気体をゲッターにより吸着させることが可能である。
【００１３】
更に、カップ部材は、取付面が溶接によりキャップ部材に取り付けられると、カップ部材のキャップ部材への取付部材は必要なく、キャップ部材にカップ部材を取付面にて取り付け後には、取付面から溶接による気体は発生しないので、安定した取り付けが行える。つまり、接着剤を用いて取付面にて取り付けを行った場合の如く、接着剤から発生する気体がなくなり、安定して真空状態を保持することが可能である。この場合、取付面の一点で溶接によりカップ部材がキャップ部材に固定されると、カップ部材の取り付けによる歪や変形等の影響を抑えることが可能である。
【００１４】
更に、ベースはシリコンから成り、キャップ部材は鉄・ニッケル・コバルト合金から成れば、ベースとキャップ部材との線膨張係数は近くなるので、ベースとキャップ部材との接合部位に応力が発生しにくくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態のパッケージ素子１について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、ベース基板（単にベースと称す）上に真空対象物４を配設して、この真空対象物４の周りをキャップ部材５により蓋をして内部の空間８を真空状態にした状態で真空対象物４が大気等による圧力や空気抵抗を低下させて動作させるパッケージ素子１についての構成を示す。
【００１７】
このパッケージ素子１は、ベース上に一体または別体で設けられている。例えば、本実施形態では、真空対象物４としては、ベースに移動自在に支持された状態で、中央の振動体４ａを一定周期で一方向に振動させながら角速度の検出を行う角速度センサや、加減速度を検出する加速度センサと言ったセンサ類（単に、センサと称す）を用いることが可能である。尚、本実施形態においては、センサ４をベース上に一体で半導体プロセスによる膜成形技術を利用して形成しているが、これに限定されるものではなく、ベース２に対して別体で設けても良い。
【００１８】
ベースには中央にセンサ４が形成されており、センサの外側にはベースと同じシリコンから成る環状の固定部３が半導体の膜成形技術を利用して形成されており、環状の固定部３の上部には、固定部３と同じ形状を成す金属皮膜１４が、ニッケル、金等によってメッキ処理が施され形成されている。
【００１９】
一方、センサ４の周囲はキャップ部材５が上方より被せられ、キャップ部材５によって気密性を保持した状態で覆われる。キャップ部材５はベース２を形成するシリコンの線膨張係数（２〜４×１０−６／℃）に近い金属（例えば、ニッケル・鉄・コバルトを含むコバールと称される合金（配合比率＝２９：５２：１９、線膨張係数：５．２×１０−６／℃、または、ステンレス材（ニッケル・鉄・コバルトを含むＳＵＳ３０４，配合比率＝８：７４：１８、線膨張係数：１４×１０−６／℃）を用いる。また、キャップ部材５の形状はハット状と成り、センサ４の周りの気密性を保し、空間内を高真空状態に保つ機能を有する。つまり、キャップ部材５は中央が有底の円筒部５ｂを有し、円筒部５ｂからは径方向に連続する端部はフランジ５ａとなっている。このフランジ５ａが金属皮膜１４とロウ材（例えば、金−錫等）９により金属皮膜１４に互いに周状に接合されることによって、内部の空間８の気密性が保持され真空状態が保持される。
【００２０】
キャップ部材５の上部の内面５ｃの中央には、空間内に存在する気体（例えば、残留ガス：水分の気化による水蒸気、二酸化炭素、水素等）を吸着するジルコニウム、バナジウムを主成分とする吸着剤として機能するゲッター７が設けられる。ゲッター７は以下に示すカップ部材６の中に配設される。
【００２１】
カップ部材６は金属（例えば、キャップ部材５と同様な、鉄・ニッケル・コバルトを含む合金、または、ステンレス材）から成り立っており、その形状は環状カップ状を成し、環状カップを構成する環状部６ｃの中央には一体で形成された取付面６ａを有する。
【００２２】
ゲッター７は環状部６ｃに配設され、ゲッター７はジルコニウムやバナジウムが小さな結晶粒となった粉砕粒子を、円環状に加圧成形したものを用いている。この場合、ゲッター７は円環状に成型された後に、カップ部材６の中に圧入をかけて入れ込んだり、または、カップ部材６の環状部６ｃに対して、粉状の粉砕粒子を入れた状態で加圧成型を行ってカップ部材６の環状部６ｃに配設する方法が取られる。
【００２３】
この様にして、内部にゲッター７が配設されたカップ部材６は、キャップ部材５の円筒部５ｂにおけるセンサ４の上方に、取付面６ａの中央にてスポット溶接または抵抗溶接等により固定されている。この場合、溶接によりカップ部材６をキャップ部材５の中央に一箇所で取り付ければ、カップ部材６の取り付けによる歪や変形等を最小限に抑えることができる。また、空間８を真空状態とした場合、センサ４に対して駆動を行っても、空間内に残留ガスが残っていてもゲッター７により効果的に吸着される。更には、空間内には気体（例えば、水蒸気、二酸化炭素等）が発生せず、常に、空間内を高真空状態に保持することが可能である。
【００２４】
次に、本発明の特徴について補足説明する。
【００２５】
図１に示す如く、カップ部材６がキャップ部材５に対して取り付けられた状態では、図３に示される如く、平坦な取付面６ａの高さは、カップ部材６の外側の外周壁６ｂの高さよりも高さｄだけ高くなっている。この高さｄは、ゲッター７の粉砕粒子の大きさよりも小さな大きさに設定されている。この為、カップ部材６がキャップ部材５に固定された状態では、加圧成形により固められたゲッター７を構成すする粉砕粒子が部分的に欠けて、図４に示す状態となる場合がある。しかし、この図４の如く、粉砕粒子が部分的に欠けたとしても、欠けた粒子７ａの大きさは必ず高さｄよりも大きくなる。このため、欠けた粒子７ａは必ず環状部６ｃに配設されるゲッター７の上方空間８ａに存在し、キャップ部材５とカップ部材６との間に形成された周状の連通部１０から、カップ部材６の外側に欠落することはない。従って、カップ部材内でゲッター７が部分的に欠けたとしても、カップ部材６の外側に欠けた粒子７ａが欠落しないので、カップ部材６の下方に配設されるセンサ上に欠けた粒子７ａが落ち、センサ駆動において悪影響を与えることが防止される。
【００２６】
上記した構成により、ゲッター７はセンサ４が配設される空間８と高さｄだけ異なる周状の連通部１０によって、上方空間８ａとが連通することになるので、キャップ部材５によって、ベース２とで形成される空間８が密閉されて真空状態となった場合、空間内に残留ガスが存在する際には、粉砕粒子から形成されるゲッター７の表面によって吸着されるが、この場合、粉砕粒子の空間内に露出する表面全体で吸着することができ、単なる環状に成形されたゲッターで気体を吸着する方法よりも吸着効率が格段に向上する。
【００２７】
本実施形態においては、シリコンから成るベース２に対して、キャップ部材５には鉄・ニッケル・コバルトを含む合金から成るの金属材料を用いているので、両者を接合する際、接合面にはＮｉ，Ａｕを含む金属でメッキ処理が施されていると、接合が容易となり強固な接合が行える。また、Ｎｉ，Ａｕのメッキ処理によりキャップ部材６とベース２とをロウ付け等により接合する場合には、両者間での接合に対して，気密性が確保され接合が強固なものとなるので、気密性を長期間にわたり維持することができる。
【００２８】
次に、上記したパッケージ素子１のセンサ４のパッケージングを行う場合の製造方法について、図５を参照して説明する。
【００２９】
この場合、ベース上にセンサ４を設けるまたは形成する工程は、公知の半導体の膜成形技術を利用して作られるものとする。そこで、ベース上にセンサ４が配設された素子を、ゲッター７が内部にもうけられたカップ部材６が内側から取り付けられたキャップ５が、上方から（ａ）の如く、被せられる。この場合、両者との接合部位のいずれかにロウ材９を付けておく。
【００３０】
そして、ベース上に位置決めされ、キャップ部材５が被せられた素子は、（ｂ）に示す様、真空中で加熱封止する装置（封止装置と称す）１３の金型１３ａ，１３ｂの中に入れられ、真空封止が行われる。この場合、あらかじめ封止対象のセンサ４を内包するようにしてベース２の固定部３上に形成された金属皮膜１４とフランジ５ａとを位置合わせする。この状態で、封止装置１３にセットして、真空ポンプ１２を用いて減圧を行う。封止装置１３によって充分な減圧が完了した時点で、封止装置１３に取り付けられたヒーターブロックなどを、電源１１を用いて内部過熱（例えば、３４０℃前後に加熱）する。内部加熱されると、封止装置内のゲッター７は活性化された状態となり、パッケージ素子１の内部空間のガス吸着能力が発揮されると同じに、キャップ部材５のフランジ５ａに設けられたロウ材９が溶け出し、金属皮膜１４へのキャップ部材５のフランジ間でロウ材９によりロウ付けが成され、パッケージ素子１のセンサ４が設けられる空間８を密封する。これにより本発明を用いてパッケージ素子１のセンサ４が設けられる空間８を真空封止することが可能となる。その後、金型からパッケージ素子１が取り出されると、（ｃ）の如く、センサ４がキャップ部材５によって高真空状態で封止されたパッケージ素子１が完成する。
【００３１】
尚、本実施形態においては、図１に示す如く、気密性のある真空状態の空間８の中に真空対象物としてセンサ４を配設したが、真空対象物はこれに限定されるものではなく、大気の影響を受けないで駆動がなされる小型のアクチュエータであっても良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、カップ状のカップ部材の中にゲッターを配設し、カップ部材をキャップ部材に取り付けた状態で、カップ部材とキャップ部材との間に連通部が形成されると、連通部を介して真空空間内に存在する気体をカップ部材の中に配設されるゲッターによって吸着させる構成とすることにより、従来の様に粘着テープを介して気体を吸着させるのではなく、連通部を介して真空空間内に存在する気体を、カップ部材の中に配設されるゲッターによって気体を吸着させることができるので、吸着効率を良くなる。またこれは、カップ部材をキャップ部材に取り付けるという簡単な構成により実現することができる。
【００３３】
この場合、ゲッターは粉砕粒子より形成され、前記連通部の大きさを前記粉砕粒子の大きさよりも小とすれば、カップ部材の内部に配設されたゲッターは連通部の大きさよりも大きいゲッターの粉砕粒子は連通部からカップ外にこぼれ出すことがなくなる。この為、ゲッターの粉砕粒子が真空対象物上に落ちることを防止することができ、パッケージ素子の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、カップ部材は環状カップから成り、中心に取付面を有すれば、環状カップ内に均一にゲッターの粉砕粒子を配設することができ、環状のゲッターの粉砕粒子によって、広範囲から気体を吸着させることができる。ゲッターの粉砕粒子を用いることで、気体を吸着させる表面積が広くなり、多くの気体を吸着効率良く、ゲッターにより吸着させることができる。
【００３５】
更に、カップ部材は、取付面が溶接によりキャップ部材に取り付けられると、キャップ部材にカップ部材を取付面にて取り付け後には、取付面から溶接による気体は何ら発生しないので、ゲッターを安定した状態で取り付けを行うことができる。つまり、ゲッターによって、安定した真空状態を保持することができる構成とすることができる。
【００３６】
更に、ベースはシリコンから成り、キャップ部材は鉄・ニッケル・コバルト合金から成れば、ベースとキャップ部材との線膨張係数は近くなる為、ベースとキャップ部材をロウ付け等により接合した場合でも、接合箇所に応力が発生しにくく、クラックが発生し難い構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるパッケージ素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すゲッターを固定するカップ部材の形状を示す斜視図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示すゲッターが設けられる部位での要所部分拡大図である。
【図５】図１に示すベースに対してキャップ部材を取り付ける場合の工程図である。
【符号の説明】
１　パッケージ素子
２　ベース基板（ベース）
３　固定部
４　センサ（真空対象物）
４ａ　振動体
５　キャップ部材
５ａ　フランジ
６　カップ部材
６ａ　取付面
７　ゲッター
７ａ　欠けた粒子
８　空間
８ａ　上方空間
９　ロウ材
１０　連通部
【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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