JP6221299B2

JP6221299B2 - 気密封止体及び気密封止方法

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Publication number: JP6221299B2
Application number: JP2013068313A
Authority: JP
Inventors: 田子　雅基; 雅基田子
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014192442A

Description

本発明は、気密封止体及び気密封止方法に関する。

固体撮像装置は、固体撮像素子が導電性接着剤によりセラミック等で形成された外囲器の底面に固定され、更に、外囲器の開口部に光学的フィルタ、光学的導波体等から成るフィルタ構体が保持枠を介し順に接着剤及び熱硬化性接着剤により外囲器の上縁段部に固着され、気密性封止が施されている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、特許文献１には、ビデオカメラ等に使用される固体撮像装置が記載されている。より具体的に説明すると、この固体撮像装置は、光炉波又は光導波を目的とする光学的フィルタ構体、又はその保持枠が固体撮像素子を収容する外囲器に接着固定され、フィルタ構体、又はその保持枠が固体撮像素子の撮像面又は非撮像部に接着又は接触している。このようにして、この固体撮像素子によっては、フィルタ構体、又はその保持枠の一部を成す遮光枠の下端面と、固体撮像素子の表面との接着又は接触は、保持枠と外囲器の接着部の寸法精度が高くなくても最適条件が得られ、組立ての容易なコストの安い固体撮像装置が得られる。

また、焦電型赤外線センサは、物体から放射される赤外線エネルギーを受けて電気信号に変換する焦電性物質の焦電効果を利用したもので、人体検知用センサとして防犯用はもとより民生用としても広く利用されるようになってきている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、特許文献２には、赤外線を受けて電気信号に変換する焦電素子とこの信号のインピーダンスを変換する電界効果型トランジスタ及び光学フィルタを取り付けたシールドケースと、シールドケースに取り付けられた信号を外部へ引き出すためのリード線から成る焦電型赤外線センサが記載されている。より具体的に説明すると、この焦電型赤外線センサは、シールドケース底面に対し垂直に引き出されたリード線を基板の表面上に乗せられるようにＬ字型、Ｕ字型、Ｊ字型のいずれかに折り曲げられている。このようにして、この焦電型赤外線センサによっては、他の多くのチップ電子部品と同じく表面実装が可能となる。

また、近年は、非常に手軽にマイクロプロセッサが使用できるようになってきたのに伴って、これとセンサとを組み合わせて自動制御を行うことが多くの機器や装置で採用されている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

例えば、特許文献３には、人体が存在することを検知する監視装置、赤外線画像装置等に用いられる赤外線センサの製造方法が記載されている。より具体的に説明すると、この赤外線センサの製造方法は、リードフレームにセンサ回路とこれから延設したアース端子と赤外線検知素子用接続端子を形成し、センサ回路部用の電子部品をリードフレームに搭載した後、リードフレームの不要部分を切除し、アース端子と赤外線検知素子用接続端子を突出させた状態で樹脂部して、赤外線センサ用の絶縁性保護体を製造する。このようにして、この赤外線センサの製造方法によっては、水分等の悪影響による電子部品の劣化を防ぐことができる。

また、近年、樹脂封止型半導体装置のパッケージは、大型化、多ピン化の傾向を強めており、この傾向はますます強まると考えられている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

例えば、特許文献４には、半導体素子がフェイスダウンで基板に実装された樹脂封止型半導体装置の製造方法が記載されている。より具体的に説明すると、この樹脂封止型半導体装置の製造方法は、配線回路を有し、貫通穴が設けられた基板の表面上に半導体素子を、その主面を基板に対向させてフェイスダウンで実装する。そして、この樹脂封止型半導体装置の製造方法は、基板の下側に封止樹脂を配置する。そして、この樹脂封止型半導体装置の製造方法は、半導体素子を、基盤と上側金型とで画定された領域内に密閉する。そして、この樹脂封止型半導体装置の製造方法は、封止樹脂に圧力を加えることで、基板の下方から貫通穴をとおして樹脂を注入して、封止樹脂を半導体素子と基板との隙間、半導体素子の側面、及び半導体素子の裏面に配置して樹脂封止する。このようにして、この樹脂封止型半導体装置の製造方法によっては、基板の表面上にフェイスダウンで実装された半導体素子の周囲に、未充填やボイドの存在しない樹脂層を容易に形成することができる。

また、赤外線センサは、気密封止が可能であることと、パッケージに赤外線フィルタを形成することができることから金属パッケージに実装されている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献５参照。）。

例えば、特許文献５には、シリコン基板の表面上に形成され赤外線を受けて出力変化する赤外線センシング部と、センシング部を囲むようにガラスで形成された第１の構造体と、第１の構造体の上部に位置してシリコンで形成された第２の構造体とを備えた赤外線センサが記載されている。より具体的に説明すると、この赤外線センサは、センシング部の形成されたシリコン基板と第１の構造体の接合部、及び第１の構造体と第２の構造体の接合部はそれぞれ陽極接合によって接合され、センシング部の形成されたシリコン基板と第１の構造体と第２の構造体とによって囲まれた空間が真空になっている。このようにして、この赤外線センサによっては、確実に真空構造体を形成するので、高感度と低コストを実現できる。

また、人体の検知や防犯機器等に用いられている赤外線センサの一つには、焦電素子に受光電極を配設して成る赤外線センサ素子を、リード端子を備えた金属製のベース上に支持すると共に、赤外線センサ素子を、上面側に赤外線を透過させる光学フィルタを備えた円筒状の金属製ケースに収納したリード端子付きの赤外線センサがある。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献６参照。）。

例えば、特許文献６には、赤外線センサ素子と、内部に赤外線センサ素子が収納される、表面実装に対応したパッケージであって、１つの略方形の面が開口した箱形の形状を有するパッケージと、所定の波長の赤外線を通過させるように構成された光学フィルタであって、パッケージの平面形状が略方形の開口部を覆うように配設され、赤外線センサ素子に所定の波長の赤外線を受光させる機能と、開口部を封止する蓋としての機能とを同時に果たす光学フィルタとを具備する赤外線センサが記載されている。より具体的に説明すると、この赤外線センサは、パッケージの、平面形状が略方形の開口部の４つのコーナ部に、開口部を覆うように配設される光学フィルタを開口部の内周壁の上端部よりも低い位置で支持する支持部が配設され、光学フィルタの支持部と対向する面側の一部が開口部に入り込み、支持部に支持された状態で、光学フィルタがパッケージに固定されていると共に、パッケージが、金属製のパッケージ本体と、金属製のパッケージ本体の主要部を被覆する絶縁性被覆材とを備え、且つ、導電性接着剤を介して光学フィルタと接続される領域に金属製のパッケージ本体が露出しており、導電性接着剤により、光学フィルタとパッケージ本体とが電気的に接続されるように構成されている。このようにして、この赤外線センサによっては、光学フィルタの表面面積全体に対する、視野が遮られる領域の比率を極めて低くすることが可能になり、事実上、赤外線受光領域を狭くすることなく、光学フィルタをパッケージに取り付けることが可能になる。

また、ハードディスクドライブ、モバイルコンピュータ、又はＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）カード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、又はページングシステム等の移動体通信機器においては、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献７参照。）。

例えば、特許文献７には、圧電デバイスの製造方法が記載されている。より具体的に説明すると、この圧電デバイスの製造方法は、各層ともそれぞれ同じ個数の複数個の製品に相当する大きさとされている、ベース基体を構成するベース基体層と、枠付きの圧電振動片を構成する素子層と、リッドを構成するリッド層とを形成し、これらベース基体層と、素子層と、リッド層の各封止部に金属層を形成し、金属膜として、まず下地層を形成し、次にメッキ可能層を形成し、次にバリア層を形成し、次にバリア層よりも表面側に形成した金による接合層を形成し、ベース基体層と素子層とリッド層とを積層して、これらをＡｕ−Ｇｅによるハンダで固定し、積層固定後に、各製品の大きさに切断する。このようにして、この圧電デバイスの製造方法によっては、リッドを、光を透過する材料、即ち、金属以外のガラス等で形成することで、リッド封止後に外部からレーザ光を照射して内部の加工が可能である。

特開昭６２−２６２４４５号公報実開平３−７２３２９号公報特開平８−１５００７号公報特許第３４５５６６７号公報特開２００６−１３８７０４号公報特許第４７０２３６６号公報特許第４６６５７６８号公報

特許文献３に開示された気密封止体のように、金属ケースを使用した気密封止体では基板とケースを接続する方法としてシーム溶接、ハンダ接合、導電性接着剤接合がある。シーム溶接の場合、基板がセラミック素材などで耐熱性を有する必要があり、基板自体は高価となる。また特殊な溶接設備が必要であり、一括処理できないため、生産能力が低く、コストが高い。

また、ハンダ接合や導電性樹脂による接続の場合、中空部に溜まっている気体が接合時の加熱により膨張し、この膨張により、ハンダもしくは導電性樹脂の一部が膨らみボイドなどの外観不良や気密部分とのリーク箇所になる。さらに、この方法においてはキャップの中央にフィルタを接合しているが接合に使うハンダ、もしくは導電性接着剤はキャップを基板に接合する際の加熱に耐えうるよう耐熱性を持たせる設計をする必要があり、コストが掛かる。

さらに特許文献３及び６に開示された気密封止体にはいくつかの問題がある。金属ケースを使用せず、光学フィルタを樹脂枠の上部に接合する場合においては接合にハンダ接合や導電性樹脂を使用する。この場合においては中空部に溜まっている気体が接合時の加熱により膨張し、この膨張により、光学フィルタが傾いてしまうことがある。また、内部気体の更なる膨張がある場合、接合部のハンダもしくは導電性樹脂の一部が膨らみボイドなどの外観不良やボイドの破裂による気密部分のリークパスになるという課題がある。

本発明の目的は、上述した課題を解決する気密封止体及び気密封止方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、気密封止体であって、基板と、基板の表面上に設けられたセンサ素子と、センサ素子の周囲に設けられた枠と、枠の上に設けられたフィルタと、枠とフィルタとを固定する樹脂部とを備え、樹脂部は、フィルタの上面の縁部に掛かるように設けられ、フィルタの光学面における外周部には、該フィルタの外側から内側への樹脂の流入を防止する凹部が形成されている。

本発明の第２の形態によると、気密封止体であって、基板と、基板の表面上に設けられたセンサ素子と、キャビティ構造を有するフィルタと、フィルタを固定する樹脂部とを備え、樹脂部は、フィルタの上面の縁部に掛かるように設けられている。

本発明の第４の形態によると、気密封止方法であって、基板にセンサ素子を搭載する段階と、センサ素子の周囲に枠を仮固定する段階と、光学面を有するフィルタであって該光学面における外周部に該フィルタの外側から内側への樹脂の流入を防止する凹部が形成されたフィルタを、枠の上に仮固定する段階と、樹脂によりフィルタ、枠及び基板を固着する段階とを含み、フィルタの上面の縁部に掛かるように樹脂を設ける。

本発明の第４の形態によると、気密封止方法であって、基板にセンサ素子を搭載する段階と、キャビティ付のフィルタを仮固定する段階と、樹脂によりフィルタと基板とを固着する段階とを含み、フィルタの上面の縁部に掛かるように樹脂を設ける。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

以上の説明から明らかなように、この発明によっては、製造時において、中空内部の気体の膨張により接続部にボイドやリークパスが形成されることを防止することができる。

第１の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第２の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第３の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第４の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第５の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第６の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す図である。第１の実施形態に係る気密封止体の製法を示す断面図である。第１の実施形態に係る気密封止体の製法を示す断面図である。第２の実施形態に係る気密封止体の製法を示す断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す。基板２上にセンサ素子１が搭載され、電気的に接続されている。センサ素子１の周囲は枠３で囲われており、フィルタ４が枠３上に配置され、樹脂５によりフィルタ４及び枠３が固着されている。樹脂５はフィルタ４の外周に掛かるように配置され枠３とフィルタ４が樹脂５により一括して固着されている。

枠３及びフィルタ４は基板２を経由してグランドに接続されることでノイズに対する影響を抑制することができる。枠３は金属材料で構成され、基板２にセンサ素子１と同時に導電性接着材もしくはハンダなどにより表面実装され、フィルタ４は表面に導電性の皮膜を施し、枠３との接触により導電性を得ることができる。電気的接続性を高める為に仮固定するための導電性接着剤や、導電性シートなどを枠３とフィルタ４の界面に供給しておいても良い。

次に、図７を参照して第１の実施形態に係る気密封止方法を説明する。基板２上にセンサ素子１及び枠３を導電性接着材もしくはハンダなどにより搭載する。ついでワイヤボンディングにより基板２とセンサ素子１を電気的に接続し、フィルタ４を枠３上に搭載する。この状態で下金型１１上にセットし、上金型１０を下降させ基板２及びフィルタ４の所定面に上金型１０を突き当て型締めする。ついで型締めした金型内に樹脂５を所定圧力により充填し、充填が完了してから、樹脂５が硬化するまで所定時間保持する。樹脂５の硬化が完了したら、上金型１０を上昇させ、気密封止体を取り出す。以上の工程によれば、樹脂５により枠３及びフィルタ４は基板２に一括して固着することができ、またフィルタ４を上金型１０により押さえつつ樹脂を充填することでフィルタ４の傾きなども発生しない。樹脂５の加熱時には金型により所定圧力で保持している為、中空内部の気体の膨張などによるリークパスの発生はない。

以上の工程は大気中の常圧下にて行われるが、金型を型締めした後に真空ポンプにより中空部を減圧することも可能である。また、一旦減圧した後に、窒素やアルゴンなど不活性気体を導入することで、中空内部を所定の気体で満たすことも可能となる。

金型内を減圧し、また不活性ガスを導入する為には金型内の製品外周にＯリングを設け、型締めを行った後に金型所定経路より真空ポンプにより減圧し、また、月の経路より不活性ガスを導入する。

また、図８に示すように、上金型１０に突起１３を設けることによって、型締めの際に、上金型１０とフィルタ４とが接触する面積を小さくしてもよい。

図２は、第２の実施形態に係る気密封止体の断面の一例示す。基板２上にセンサ素子１が搭載され、電気的に接続されている。センサ素子１の周囲は枠３で囲われており、フィルタ４が枠３上に配置され、樹脂５によりフィルタ４及び枠３が固着されている。フィルタ４の外周には溝６ａが形成され、樹脂５はフィルタ４の外周に掛かるように配置され枠３とフィルタ４が樹脂５により一括して固着されている。なお、溝６ａは、この発明における「凹部」の一例であってよい。

溝６ａを設けることで封入金型がフィルタ４面を突き当て型締めするときに位置あわせの機能として働く。また、樹脂５の流動性が高く、フィルタ４の光学面に染み出すような状態となった場合、溝６ａに樹脂５の染み出しが溜まることができ、光学的な劣化を防ぐことができる。

また、溝６ａを形成することで樹脂による加圧応力によるフィルタ周辺部に発生する歪が緩和されフィルタ中央部まで影響を及ぼさないという効果もある。

図９に溝６ａを適用した場合の製造工程を説明する断面図を示す。溝６ａにあわせて上金型１０に型締め時に突き当てる突起１３を押し込み樹脂５がフィルタ４の面内に流れ出ないようにする。

また、溝６ａに樹脂を充填するように設計することで、接合部を長くすると共に、樹脂が食い込むことにより樹脂の収縮による剥離などに起因するリークパスの形成を防止するという効果もある。

図３は、第３の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す。基板２上にセンサ素子１が搭載され、電気的に接続されている。センサ素子１の周囲は枠３で囲われており、フィルタ４が枠３上に配置され、樹脂５によりフィルタ４及び枠３が固着されている。フィルタ４の外周には溝６ｂが形成され、樹脂５はフィルタ４の外周に掛かるように配置され枠３とフィルタ４が樹脂５により一括して固着されている。なお、溝６ｂは、この発明における「凹部」の一例であってよい。

溝６ｂは樹脂５の染み出しや、フィルタ４及び枠３を仮固定するための接着材もしくは電気的に接続する為の導電性接着材の染み出しに対する溜まりとなり、光学的な劣化を防止することができる。

図４は、第４の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す。図２、図３で示した実施形態に記載の溝６ａ、６ｂの両方を備え、特に溝６ａと溝６ｂは上下面で同一の位置に無いことで、樹脂５により固着する場合の金型による型締めでのダメージを最小にすることができる。

図５は、第５の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す。あらかじめフィルタ４を接着したキャップ７を、センサ素子１を搭載し電気的に接続された基板２上に仮固定し、フィルタ４の外周領域に樹脂５が掛からないようキャップ７の淵から覆うように固着する。封入金型はフィルタ４を逃げるように設計されている為、樹脂５の染み出しなどによる光学的な劣化は無く、キャップ７内部の気体の膨張によるリークパスの形成は無く気密性の高い構造を得ることができる。

図６は、第６の実施形態に係る気密封止体の断面の一例を示す。キャビティ付フィルタ８を、センサ素子１を搭載し電気的に接続された基板２上に仮固定し、フィルタ４の外周に樹脂５が掛かり、基板２キャビティ付フィルタ８を一括して固着する。封入金型による型締めを考慮し、フィルタ４のキャビティを形成する側壁を越えない範囲で金型が突き当てられ、型締めするように設計することで歩留まり高く生産することが可能となる。本構造によれば図１〜５で示した枠３もしくはキャビティ付フィルタ８のようにフィルタの仮固定や接合といった工程を省くことができる。センサ素子１の搭載時には周囲に何も無く、ワイヤボンディングの工程も枠３の影響を考慮せずに実施でき歩留まりが高く、枠３の設置範囲制限によるＰＫＧの大型化など無駄がない。また枠３に対応した垂直方向ストロークの大きい特殊な設備も必要としない。

本発明の気密封止体は、基板と、センサ素子と、フィルタと、センサ素子周囲に配置した枠と、樹脂とを備え、枠上にフィルタを配置し、樹脂によりフィルタ及び枠を一括して固定することができる。このときフィルタの使用面を保護するように金型などで覆いトランスファーモールドすることで樹脂を硬化させることで中空内部の気体の膨張による外部へのリークパス形成や、フィルタの傾きなど発生しない。

またフィルタに樹脂が流れ出ることを防止する溝を上面外周部に形成することで、金型で押さえているところへ樹脂の射出圧力による染み出しなどが発生してもフィルタの光学面に樹脂が流れることの無い溜まりを設けることができる。

さらにはフィルタの裏面外周部に溝を形成することで同様に中空内部への樹脂の流出を防止することも可能となる。

フィルタの上面及び下面の外周部に溝を形成することでこの効果を同時に発現することができる。このとき上面外周部と、裏面外周部に形成した溝が同じ位置にないようにずらして配置することで金型により加圧したときの剛性を高めることができる。

ここで形成した上面の溝は上面から金型で固定する際の位置決めにも利用できる。

また下面に形成した溝は枠との仮固定時の位置決めに利用できるという作用がある。

また、フィルタがあらかじめ枠に接合されたキャップを使用することもでき、樹脂によりキャップを固定するため、中空内部の気体が膨張することによるボイドやリークパスの形成は無い。この構造ではフィルタに樹脂が直接接触しない構造が可能であり、光学面の保護が容易となる。

また基板と、センサ素子と、キャビティ構造を有するフィルタと、樹脂とを備え、基板の表面上に搭載されたセンサ素子をフィルタのキャビティで覆い、樹脂によりキャビティ付のフィルタを固定する構造では枠やフィルタの搭載工程が不要であり、キャビティ付のフィルタを仮固定した状態で樹脂により固着する為、中空内部の気体の膨張によるボイドやリークパスの発生はない。

上述のいずれの気密封止体においても枠及びフィルタが導電性もしくは表面に導電性を有する処理を施すことで基板を通じて接地される為にノイズ耐性が高い。

なお、上述した実施形態においては、溝６ａや溝６ｂを形成する例について説明した。他の実施形態としては、溝６ａや溝６ｂの代わりに、複数の凹部を形成するようにすることも考えられる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１センサ素子
２基板
３枠
４フィルタ
５樹脂
６ａ溝
６ｂ溝
７キャップ
８キャビティ付フィルタ
１０上金型
１１下金型
１３突起

Claims

基板と、
前記基板の表面上に設けられたセンサ素子と、
前記センサ素子の周囲に設けられた枠と、
前記枠の上に設けられたフィルタと、
前記枠と前記フィルタとを固定する樹脂部と
を備え、
前記樹脂部は、前記フィルタの上面の縁部に掛かるように設けられ、
前記フィルタの光学面における外周部には、該フィルタの外側から内側への樹脂の流入を防止する凹部が形成されている
ことを特徴とする気密封止体。
前記凹部は、前記フィルタの上面の外周部に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の気密封止体。
前記凹部は、前記フィルタの下面の外周部に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の気密封止体。
前記凹部は、前記フィルタの上面の外周部と下面の外周部とにそれぞれ形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の気密封止体。
前記フィルタの上面の凹部と下面の凹部とは、互いに対向しない位置に形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の気密封止体。
前記フィルタは、前記枠に接合されている
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気密封止体。
基板と、
前記基板の表面上に設けられたセンサ素子と、
キャビティ構造を有するフィルタと、
前記フィルタを固定する樹脂部と
を備え、
前記樹脂部は、前記フィルタの上面の縁部に掛かるように設けられている
ことを特徴とする気密封止体。
前記フィルタは、導電性を有し、前記基板を通じて接地されている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の気密封止体。
基板にセンサ素子を搭載する段階と、
前記センサ素子の周囲に枠を仮固定する段階と、
光学面を有するフィルタであって該光学面における外周部に該フィルタの外側から内側への樹脂の流入を防止する凹部が形成されたフィルタを、前記枠の上に仮固定する段階と、
樹脂により前記フィルタ、前記枠及び前記基板を固着する段階と
を含み、
前記フィルタの上面の縁部に掛かるように樹脂を設ける
ことを特徴とする気密封止方法。
基板にセンサ素子を搭載する段階と、
キャビティ付のフィルタを仮固定する段階と、
樹脂により前記フィルタと前記基板とを固着する段階と
を含み、
前記フィルタの上面の縁部に掛かるように樹脂を設ける
ことを特徴とする気密封止方法。