(57)【要約】  【課題】  受光部の部位によって計測値にバラつきが生じにくいイメージセンサを提供する。  【解決手段】  金属層３を含む上面を有している配線基板１と、受光部２ａを有しており、複数の金属部材６によって金属層３に接合されているセンサ素子２とを備えており、複数の金属部材６が、平面視において受光部２ａに重なる第１領域５ａに設けられた第１金属部材６ａと、第１領域５ａの周囲の第２領域５ｂに設けられた第２金属部材６ｂとを含んでおり、第１金属部材６ａが、第２金属部材６ｂよりも広く設けられているイメージセンサである。受光部２ａの中央領域とその周囲領域とで、受光部２ａの温度の差を低減して、受光部２ａの感度のばらつきを低減する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層を含む上面を有している配線基板と、受光部を有しており、複数の金属部材によって前記金属層に接合されているセンサ素子とを備えており、
前記複数の金属部材が、平面視において前記受光部に重なる第１領域に設けられた第１金属部材と、前記第１領域の周囲の第２領域に設けられた第２金属部材とを含んでおり、前記第１金属部材が、前記第２金属部材よりも広く設けられていることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記金属層において、平面視で前記第２金属部材が前記第１領域の中央部を対称点として点対称に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子を配線基板内に封止したイメージセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ素子が内部に封止されたイメージセンサにおいては、上記のセンサ素子の特性を高めるため、センサ素子の封止空間内に存在する気体分子の量を少なくしたものが知られている。
【０００３】
上記のセンサ素子として、例えば赤外線センサ素子は、測定対象物から発せられる赤外線の熱エネルギーを受光部でとらえ、温度変化を電気信号に変換して出力する電子部品素子である。このような赤外線センサ素子は、高い分解能を得るためには、受光部へ入射した赤外線エネルギーの拡散による損失を低下させるため、素子構造を断熱構造としたり、素子を収納する配線基板中の雰囲気を真空としたりすることで熱伝導率を抑制している。一般的に熱伝導率の抑制は、封止空間の内部の圧力を低くし、真空度を１０-1Ｐａ程度以下にすることが知られている（特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006−88088号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、センサ素子は赤外線の熱エネルギーを吸収すると、センサ素子の温度が上昇しやすく、特にセンサ素子の中央領域は中央領域の周りの周囲領域よりも温度が上昇しやすかった。このように、中央領域とその周囲領域とでセンサ素子の温度が異なっていると、センサ素子の受光部の部位によって感度にばらつきが生じ、中央領域と周囲領域とで同じ温度を測定しても計測値が異なって、センサ素子による計測の精度を低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、受光部の部位によって計測値にバラつきが生じにくいイメージ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】
【０００７】
本発明のイメージセンサは、金属層を含む上面を有している配線基板と、受光部を有しており、複数の金属部材によって前記金属層に接合されているセンサ素子とを備えており、前記複数の金属部材が、平面視において前記受光部に重なる第１領域に設けられた第１金属部材と、前記第１領域の周囲の第２領域に設けられた第２金属部材とを含んでおり、前記第１金属部材が、前記第２金属部材よりも広く設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のイメージセンサによれば、複数の金属部材が、平面視において受光部に重なる第１領域に設けられた第１金属部材と、第１領域の周囲の第２領域に設けられた第２金属部材とを含んでおり、第１金属部材が、第２金属部材よりも広く設けられていることから、金属部材を介して配線基板に伝わるセンサ素子の熱量のうち、第１領域から伝わる熱量が、第２領域から伝わる熱量よりも多いので、第１領域と第２領域とで、センサ素子の受光部の温度差を低減して、受光部の感度のばらつきを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサの配線基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサの平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサは、図１に示す例のように配線基板１とセンサ素子２とを備えている。配線基板１は、図２に示す例のように絶縁基板１と配線導体１ｄと金属層３とを含む上面を有している。センサ素子２は、受光部２ａを有しており、複数の金属部材６によって金属層３に接合されている。
【００１２】
配線基板１は、例えば、セラミックスからなる絶縁基体１の表面や内部に外部端子１ｅや配線導体１ｄが形成されたものである。また、絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体もしくはガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成るものである。
【００１３】
絶縁基体１が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），シリカ（ＳｉＯ２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒等を添加混合して泥漿状となすとともに、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してシート状に成形してセラミックグリーンシートを得た後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層して積層体とし、これを高温（約1500〜1800℃）で焼成することによって製作される。
【００１４】
絶縁基体１は図１および図２に示す例においては、平面視で絶縁基体１の凹部１ｂの側壁とセンサ素子２との間に、センサ素子２を挟む位置に、凹部１ｂの開口に沿って全周に、凹部１ｂの底面よりも高い段差面を有するように、段差部１ｃが形成されている。また、段差部１ｃは絶縁基体１の凹部１ｂの側壁とセンサ素子２との間に、センサ素子２を挟む位置に対向するように形成されている。
【００１５】
配線導体１ｄおよび外部端子１ｅは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。このような配線導体１ｄおよび外部端子１ｅは、上記の金属粉末メタライズを含んだ導体ペーストを、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって所定形状に印刷して、絶縁基体１用のセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって、絶縁基体１に形成される。配線導体１ｄのうち、セラミックグリーンシートを厚み方向に貫通する貫通導体は、セラミックグリーンシートに形成した貫通孔に、導体ペーストを印刷して充填することによって設ければよい。なお、図１および図２に示す例では、絶縁基体１の段差部１ｃの上面に露出するように配線導体１ｄを形成している。
【００１６】
このような導体ペーストは、上記金属粉末に適当な有機溶剤および有機バインダーを加え、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル，三本ロールミル，プラネタリーミキサー等の混練手段によって混合および混練することで適度な粘度に調整して作製する。また、
セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼成後の絶縁基体１との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。貫通導体用の導体ペーストは、有機バインダーや有機溶剤の種類や添加量によって、配線導体層用の導体ペーストよりも充填に適した高い粘度に調整される。
【００１７】
配線導体１ｄおよび外部端子１ｅの露出する表面には、電解めっき法や無電解めっき法等のめっき法によって、めっき層が被着される。めっき層は、ニッケルおよび金等の耐蝕性や接続部材７等との接続性に優れる金属からなるものであり、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のニッケルめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着される。これ
によって、配線導体１ｄおよび外部端子１ｅが腐食することを効果的に抑制することができる。また、接続部材７との接合および外部端子１ｅと外部電気回路基板の配線との接続を強固にすることができる。
【００１８】
金属層３は、図２に示す例のように、配線基板１の凹部１ｂの底面に、平面視で外形が四角形状となるように形成されている。また、金属層３は、配線導体１ｄおよび外部端子１ｅと同様の材料を用いて、同様の方法で形成される。
【００１９】
センサ素子２として例えば赤外線センサ素子を用いる場合は、上面に赤外線を受光するための受光部２ａを有しており、配線基板１の凹部１ｂの底面に、金属部材６を介して接合されて配置されている。また、センサ素子２はボンディングワイヤからなる接続部材７によって配線導体１ｄに電気的に接続されている。
【００２０】
金属部材６は、第１金属部材６ａと第２金属部材６ｂとを含んで複数設けられており、第１金属部材６ａが、第２金属部材６ｂよりも広く設けられている。第１金属部材６ａは平面視において受光部２ａに重なる第１領域５ａに設けられている。第２金属部材６ｂは平面視において第１領域５ａの周囲の第２領域５ｂに設けられている。
【００２１】
金属部材６は、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属を用いることができ、金属層３上にセンサ素子２を配置して接合するためのものである。このような金属部材６は、金属粉末メタライズを含んだ金属シートまたは金属ペーストを金属層３上に配置して、金属シートまたは金属ペーストの上にセンサ素子２を配置した後、金属部材６をガラス転移温度以上に加熱して、金属部材６を燒結することによってセンサ素子２と金属層３とを接合して形成される。なお、金属部材６として、銀または銅を用いると熱伝導率を高めるのに有効であり、特に銀を用いるとさらに接合強度を高める上でも有効である。
【００２２】
このような金属部材６は、金属ペーストを用いる場合には上記した金属部材６用の材料を用いて、配線導体１ｄおよび外部端子１ｅと同様の方法で形成される。
【００２３】
金属部材６は、平面視でセンサ素子２の受光部２ａと重なる第１領域５ａの中央部に設けられた第１金属部材６ａが、第１領域５ａの周囲の第２領域５ｂに設けられた第２金属部材６ｂよりも広く設けられている。すなわち、金属部材６は図２に示す例のように、平面視で第１金属部材６ａの面積が第２金属部材６ｂの面積の合計に比べて大きく設けられていればよい。
【００２４】
第２金属部材６ｂは複数設けられていてもよく、複数の第２金属部材６ｂが第１金属部材６ａを囲むように少なくとも３箇所に設けられていると、センサ素子２が傾くことを抑制する。また、複数設けられた第２金属部材６ｂは、図２に示す例のように、平面視で受光部２ａと重なる領域の中央部を対称点として点対称に設けられていると、第２領域５ｂと重なる受光部２ａの温度差を低減する。なお、センサ素子２が矩形状である場合には、
第２金属部材６ｂはセンサ素子２の四つの角部に対応するように設けられているとセンサ素子２をより安定して支持する。
【００２５】
なお、金属部材６は、平面視での面積がセンサ素子２の下面の面積の30〜70％程度として、平面視で円形状としておくと金属部材６から発生する気体を効率よく放出させる。また、焼結後の残留応力を低減できるため、接合信頼性を高める上でも有効である。
【００２６】
配線基板１の上面には外周部が配線基板１に接合されてセンサ素子２を覆っている蓋体８が設けられている。蓋体８は、凹部１ｂを封止するように配線基板１上に配置されている。イメージセンサが赤外線センサである場合には、蓋体８は赤外線を透過する材料であればよく、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ），シリコン（Ｓｉ），硫化亜鉛（ＺｎＳ）またはこれらを含む合金から作製される。
【００２７】
また、このような蓋体８はその外周側で、ろう材またははんだ等の接合材８ａを介して絶縁基体１と接合されている。接合材８ａを介して絶縁基体１と蓋体８とを接合することによって、絶縁基体１と蓋体８との間を封止することができる。接合材８ａとしては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），すず（Ｓｎ），銅（Ｃｕ）およびこれらの合金を主成分とする金属を用いることができる。
【００２８】
また、蓋体８の下面には図１に示す例のように、ゲッター材９が設けられていることが好ましい。ゲッター材９は、平面視で開口が受光部２ａよりも大きく、開口の内側に受光部２ａが位置するような貫通孔９ａを有している。ゲッター材９を配置することによって、蓋体８で封止した後に、凹部１ｂ内に存在する気体分子をゲッター材９によって吸着して、凹部１ｂを高真空状態とすることができる。
【００２９】
ゲッター材９の材料としては、化学的に活性な部材を用いる。具体的には、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），鉄（Ｆｅ）およびバナジウム（Ｖ）を主成分とする金属を用いることができ、一般的な蒸着方法またはスパッタリング方法によって配置することができる。
【００３０】
ゲッター材９の配置の方法としては、まず上記の金属の粉末をニトロセルロース樹脂およびエチルセルロース樹脂等の有機溶剤と混合して導体ペーストを作製し、この導体ペーストをスクリーン印刷法等の印刷法を用いて印刷する。その後、不活性ガス雰囲気中（例えばアルゴン（Ａｒ）雰囲気中）や真空雰囲気中において250〜500℃で加熱して、有機溶剤を蒸発させて除去することによって、ゲッター材料を蓋体８の下面に配置してゲッター材９を配置する。または、ゲッター材料をタブレット状にして接着剤などを用いて封止空間内に接着させて配置しても良い。また、ゲッター材９は厚さが0.5〜１μｍであること
が好ましい。ゲッター材９の厚みが0.5μｍ以上である場合には、安定してガス吸着の効
果を得ることができる。また、ゲッター材９の厚みが１μｍ以下である場合には、ゲッター材９の熱容量が過度に大きくなることを抑制できるので、ゲッター材９を加熱したときに、ゲッター材９を均一に活性させるのに有効である。
【００３１】
これは、ゲッター材９の表面に吸着したガスとの化合物による酸化膜のような皮膜が形成されている場合にはゲッター材９による気体分子を吸着する効果が小さくなるが、ゲッター材９を加熱することによって、ゲッター材９の表面に存在するガスとの化合物をゲッター材９の内部に拡散させることができるためである。このことによって、ゲッター材９の表面に新しい活性面を形成できるので、ゲッター材９による気体分子を吸着する効果を再び向上させることができる。なお、ゲッター材９の表面に新しい活性面を効率良く形成するためには、ゲッター材９は250〜500℃で加熱することが好ましい。
【００３２】
次に、第１の実施形態におけるイメージセンサの製造方法について詳細に説明する。
【００３３】
まず、主面上に凹部１ｂおよび段差部１ｃを有する絶縁基体１に配線導体１ｄを形成した配線基板１を準備する。具体的には、アルミナセラミックスまたはムライトセラミックス等のセラミックス材料を主成分とするセラミックグリーンシートを準備し、セラミックグリーンシートにＷ，Ｍｏ，Ｍｎ，ＡｇまたはＣｕ等の金属粉末メタライズから成る外部端子１ｅおよび配線導体１ｄならびに金属層３用の導体ペーストをスクリーン印刷法等によって所定形状に印刷する。その後、導体ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを積層して、凹部１ｂおよび段差部１ｃならびに切り欠き１ｃを有するように積層体を作製する。そして、この積層体を焼成することによって、配線基板１を作製することができる。
【００３４】
次に、凹部１ｂの底面に配置された金属層３上に、Ａｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｕまたは、これらの合金を主成分とする金属からなる金属ペーストを設けて、この金属ペースト上にセンサ素子２を配置したのち加熱して金属部材６を焼結する。その後、センサ素子２は、段差部１ｃ上に形成された配線導体１ｄにワイヤボンディングによって電気的に接続される。
【００３５】
このような蓋体８を、絶縁基体１の主面上に配置して凹部１ｂを封止する。なお、蓋体８は、平面視でセンサ素子２の受光部２ａがゲッター材９の貫通孔９ａ内に位置するように配置される。
【００３６】
絶縁基体１と蓋体８とは接合材８ａを用いて接合される。接合材８ａは、例えば、蓋体８にクラッドされたもの、プリフォームされたものまたはペースト状のものを用いることができる。また、このような接合材８ａは、絶縁基体１または蓋体８に金属ペーストを印刷して配置してもよいし、金属シートを配置してもよい。絶縁基体１と蓋体８との接合面に配置された接合材８ａを、赤外線のランプヒータ，ヒータブロックまたはヒータープレート等を用いて加熱して溶融させることによって、絶縁基体１と蓋体８とを接合材８ａを介して接合することができる。
【００３７】
絶縁基板１と蓋体８とを接合して凹部１ｂを封止する工程は、大気圧よりも低い圧力の下で行なう。これは、センサ素子２の封止空間内の圧力を低くするためである。具体的には、真空チャンバーのような減圧装置を用いて、大気圧よりも低い圧力の中で凹部１ｂを封止する。このときの真空度は、要求されるセンサ素子２の封止空間の圧力に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
なお、このようなイメージセンサを製造する過程において、ゲッター材９を加熱する工程を備えていることが好ましい。ゲッター材９を加熱することによって、ゲッター材９の表面に新しい活性面を形成できるので、ゲッター材９による気体分子を吸着する効果を向上させることができる。
【００３９】
特に、蓋体８と絶縁基体１とを接合する工程において上記ゲッター材９を加熱することによって、ゲッター材９を活性化することが好ましい。蓋体８と絶縁基体１とを接合する工程においては、絶縁基体１および蓋体８を加熱することによって絶縁基体１と蓋体８とを接合するので、絶縁基体１、蓋体８、金属部材６および接合材８ａから気体が発生しやすい。そのため、蓋体８と絶縁基体１とを接合する工程においてゲッター材９を活性化させることによって、ゲッター材９によって気体分子を吸着する効果を高めて、センサ素子２の封止空間の内圧をより小さくすることができるからである。
【００４０】
以上のような製造方法によって、第１の実施形態のイメージセンサを製造できる。
【００４１】
このような本発明の第１の実施形態におけるイメージセンサによれば、複数の金属部材６が、平面視において受光部２ａに重なる第１領域５ａに設けられた第１金属部材６ａと、第１領域５ａの周囲の第２領域５ｂに設けられた第２金属部材６ｂとを含んでおり、第１金属部材６ａが、第２金属部材６ｂよりも広く設けられていることから、金属部材６を介して配線基板１に伝わる受光部２ａの熱量のうち、第１領域５ａから伝わる熱量が、第２領域５ｂから伝わる熱量よりも多いので、第１領域５ａと第２領域５ｂとで、受光部２ａの温度の差を低減して、受光部２ａの感度のばらつきを低減できる。
【００４２】
また、第１の実施形態のイメージセンサは、図２に示す例のように、複数設けられた第２金属部材６ｂが、平面視で受光部２ａと重なる領域の中央部を対称点として点対称に設けられていることから、第２領域５ｂと重なる受光部２ａの熱が第２金属部材６ｂに均等に伝わるので、第２領域５ｂと重なる部分においても受光部２ａの温度差を低減して、受光部２ａの感度のばらつきを低減できる。
【００４３】
なお、第１の実施形態のイメージセンサは、センサ素子２を金属層３に接合する工程において、センサ素子２と金属層３との間に、平面視で複数の金属部材６が設けられているので、金属部材６を加熱したときに、金属部材６に含まれている気体成分を効率よく排出できる。したがって、例えばイメージセンサに蓋を接合する工程のように、イメージセンサを加熱したときに、金属部材６が再度加熱された場合でも、金属部材６から発生する気体の量を低減して、封止空間内の真空度を高めるのに有効である。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態によるイメージセンサについて、図３および図４を参照しつつ説明する。
【００４５】
本発明の第２の実施形態におけるイメージセンサにおいて、第１の実施形態と異なる部分は、図３に示す例のように、第１金属部材６ａが複数設けられている点である。その他の構成については、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
このような第２の実施形態におけるイメージセンサは、第１金属部材６ａが複数設けられているので、第１領域５ａと重なる受光部２ａにおいて温度の高い領域が複数ある場合に、温度の高い領域に対応するように第１金属部材６ａを配置できるので、第１領域５ａにおける受光部２ａの温度の差を低減できる。
【００４７】
また、第２の実施形態におけるイメージセンサは、図４に示す例のように金属部材６が格子状に設けられていてもよい。金属部材６が格子状に設けられている場合でも、第１領域に設けられた第１金属部材６ａが第２金属部材６ｂよりも大きく設けられていればよい。
【００４８】
なお、図３および図４に示す例のように、第１金属部材６ａが複数設けられている場合には、平面視で第１金属部材６ａの合計の面積が第２金属部材６ｂの合計の面積よりも大きければよい。
【００４９】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、金属部材６は接合材８ａよりも焼結温度の高い材料を用いることが望ましい。金属部材６を加熱して焼結した後、接合材８ａを加熱して焼結したときに、金属部材６が溶融または再焼結して金属部材６から気体が発生することを抑制するのに有効である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・配線基板
１ａ・・・絶縁基体
１ｂ・・・凹部
１ｃ・・・段差部
１ｄ・・・配線導体
１ｅ・・・外部端子
２・・・センサ素子
２ａ・・・受光部
３・・・金属層
５ａ・・・第１領域
５ｂ・・・第２領域
６・・・金属部材
６ａ・・・第１金属部材
６ｂ・・・第２金属部材
７・・・接続部材
８・・・蓋体
８ａ・・・接合材
９・・・ゲッター材
９ａ・・・貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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