JP6384081B2 - 気密封止パッケージの製造方法、および赤外線検知器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、気密封止パッケージの製造方法、およびその気密封止パッケージを備える赤外線検知器の製造方法に関する。

電子デバイスの一つである赤外線検知デバイスは、検知した赤外線エネルギーを熱に変換して温度を計測することによって、検知対象物の温度を非接触で瞬時に測定できる機能を持つ。当該機能を十分に発揮するためには、赤外線検知デバイスから大気を通じた放熱を阻止することが望ましい。そのため、赤外線検知デバイスは、真空状態で封止された気密封止パッケージ内に収納されることが望ましい。パッケージ内部が真空状態に維持されると、大気を通じた放熱が減少するので、赤外線検知デバイスの感度が上昇する。

電子デバイスを気密封止するための技術が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１、２には、電子デバイスを搭載した基板と、蓋部材とをはんだで接合することによって、電子デバイスの収容空間を封止する技術が記載されている。

特許文献３に記載の技術では、基板に、電子デバイスを連続的に囲む枠状の第１の金属層が形成されている。さらに、第１の金属層の外側には、第１の金属層を非連続的に囲む第２の金属層が形成されている。第２の金属層の高さ（厚さ）は、第１の金属層よりも高い。この基板に蓋部材を接合する際には、まず、第２の金属層上に蓋部材を載置する。このとき、第２の金属層よりも低い第１の金属層は、蓋部材と接触していないので、これらの間に隙間が形成される。次に、当該隙間を介して電子デバイスの収容空間を排気する。その後、第２の金属層を溶融させると、第２の金属層が濡れ広がるので第２の金属層の高さが次第に低くなる。これにより、蓋部材は、基板に向かって徐々に下降していき、溶融状態の第１の金属層に接合する。その結果、電子デバイスの収容空間が封止される。

特表２００７‐５１２７３９号公報 特開２００８‐２９８７０８号公報 特開２００７‐６７４００号公報

特許文献３に記載の技術では、蓋部材を基板に積層する際、蓋部材は、積層方向でしか第２の金属層と当接していない。すなわち、蓋部材は、積層方向でしか基板に支持されていない。そのため、蓋部材を基板に積層する際の蓋部材の固定が不十分であり、蓋部材の位置がずれやすい。蓋部材の位置がずれると、第１の金属層と蓋部材との接合が不十分になり、封止不良が起こる可能性が高くなる。

そこで、本発明は、封止不良を起こりにくくすることが可能な気密封止パッケージの製造方法、および赤外線検知器の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の気密封止パッケージの製造方法は、電子デバイスが収容された収容空間、該収容空間の外側に位置する支持部、および、前記支持部の外側に位置し前記支持部よりも高さが高い突出部を有する基板と、該基板に接合される蓋部材と、を用いて気密封止パッケージを製造する方法であって、前記基板の前記支持部上または前記蓋部材に、前記収容空間の全周を連続的に囲む枠状の第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、前記基板の前記支持部上に、前記第１の金属層の外側を非連続的に囲む、前記第１の金属層よりも高さが高い第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、前記蓋部材を、前記第１の金属層に接触させずに前記第２の金属層の上に載置する載置工程と、前記基板の前記突出部の内周縁と前記蓋部材の外周縁との間から、前記蓋部材と前記第１の金属層との間の隙間を介して吸引して、前記収容空間内を排気する排気工程と、前記第１の金属層と前記第２の金属層を溶融させて、前記第２の金属層の高さを低くし、該第２の金属層の上に載置されている前記蓋部材を前記第１の金属層に当接するまで下降させ、溶融状態の前記第１の金属層と前記蓋部材とを接合して、接合された前記第１の金属層と前記蓋部材とによって前記収容空間を封止する封止工程と、を含み、前記載置工程において、前記第２の金属層の外周縁は前記突出部の内周縁によって外側から支持されており、前記第２の金属層形成工程において、前記第２の金属層を、前記蓋部材が載置される載置支持部と、前記載置支持部の外側に位置し前記載置支持部よりも高さが高く、前記蓋部材の外周縁に当接して該外周縁を外側から支持する外側支持部とを有するＬ字型に形成する。

上記目的を達成するため、本発明の赤外線検知機器の製造方法は、赤外線検知デバイスと、該赤外線検知デバイスが収容された収容空間、該収容空間の外側に位置する支持部、および、前記支持部の外側に位置し前記支持部よりも高さが高い突出部を有する基板と、該基板に接合される蓋部材と、を用いて赤外線検知器を製造する方法であって、前記基板の前記支持部上または前記蓋部材に、前記収容空間の全周を連続的に囲む枠状の第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、前記基板の前記支持部上に、前記第１の金属層の外側を非連続的に囲む、前記第１の金属層よりも高さが高い第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、前記蓋部材を、前記第１の金属層に接触させずに前記第２の金属層の上に載置する載置工程と、前記基板の前記突出部の内周縁と前記蓋部材の外周縁との間から、前記蓋部材と前記第１の金属層との間の隙間を介して吸引して、前記収容空間内を排気する排気工程と、前記第１の金属層と前記第２の金属層を溶融させて、前記第２の金属層の高さを低くし、該第２の金属層の上に載置されている前記蓋部材を前記第１の金属層に当接するまで下降させ、溶融状態の前記第１の金属層と前記蓋部材とを接合して、接合された前記第１の金属層と前記蓋部材とによって前記収容空間を封止する封止工程と、を含み、前記載置工程において、前記第２の金属層の外周縁は前記突出部の内周縁によって外側から支持されており、前記第２の金属層形成工程において、前記第２の金属層を、前記蓋部材が載置される載置支持部と、前記載置支持部の外側に位置し前記載置支持部よりも高さが高く、前記蓋部材の外周縁に当接して該外周縁を外側から支持する外側支持部とを有するＬ字型に形成する。

本発明によれば、封止不良を起こりにくくすることが可能となる。

本発明の気密封止パッケージの一実施形態を示す断面図である。 図２は図１に示す基板の平面図である。 図１に示すメタライズ層７の変形例である。 図１に示す気密封止パッケージの製造方法を説明するための図である。 第２の金属層形成工程後の基板の平面図である。 載置工程後の基板および蓋部材の平面図である。

図１は、本発明の気密封止パッケージの一実施形態を示す断面図である。以下、本発明の気密封止パッケージを赤外線検知器に適用した実施形態について説明する。

図１に示す気密封止パッケージ１００は、電子デバイス１が搭載される基板３と、基板３に接合される蓋部材４とを、有する。電子デバイス１は、ワイヤ８で基板３に接続される。本実施形態では、電子デバイス１は、検知した赤外線エネルギーを熱に変換して温度を計測する赤外線検知デバイスである。

基板３は、セラミック基板であり、支持部９ａと、支持部９ｂと、突出部１０とを有する。支持部９ａには、電子デバイス１が搭載されている。支持部９ｂには、メタライズ層６ａおよびメタライズ層７が形成されている。メタライズ層７は、メタライズ層６ａの外側に形成されている。突出部１０は、支持部９ｂの外側に位置し、支持部９ｂよりも高さが高い。本実施形態では、支持部９ａの高さが支持部９ｂよりも低い構造であるが両者は、同じ高さであってもよい。蓋部材４は、ゲルマニウム、シリコン、サファイヤなどの赤外線を透過可能な材料で構成された円板状部材である。

基板３と蓋部材４との間には、電子デバイス１を収容するための収容空間２が形成される。この収容空間２は、第１の金属層５により真空状態に封止されている。第１の金属層５には、電子デバイス１の耐熱温度に応じてＳｎＡｇ系はんだやＳｎＢｉ系はんだなどを適用できる。本実施形態では、第１の金属層５は、ＳｎＡｇ系はんだである。第１の金属層５は、メタライズ層６ａと、メタライズ層６ａに対向するメタライズ層６ｂとの間に挟まれている。メタライズ層６ｂは、蓋部材４に形成されている。本実施形態では、メタライズ層６ａ、６ｂは、枠状の一形態である環状に形成されている。メタライズ層６ａは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ａｇなどの導電性パターン上にＮｉ、Ａｕなどのメッキを施すことによって形成される。一方、メタライズ層６ｂは、例えば、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕなどの導電性パターンで形成される。

図２は、図１に示す基板の平面図である。図２に示すように、本実施形態では、メタライズ層７は、メタライズ層６ａを連続的に囲む環状に形成されているが、メタライズ層７の形状は環状に限定されない。図３は、図１に示すメタライズ層７の変形例である。図３に示すように、メタライズ層７の形状は、メタライズ層６ａを非連続的に囲む島状であってもよい。図３ではメタライズ層７がメタライズ層６ａの外側の４箇所に形成されているが、メタライズ層７の数は特に制限されない。メタライズ層７には、図１に示すように、第２の金属層１１が付着している。本実施形態では、第２の金属層１１は、第１の金属層５と同じくＳｎＡｇ系はんだである。

本実施形態では、蓋部材４は突出部１０とほぼ同じ高さとなる位置で基板３に接合されているが、蓋部材４の高さは突出部１０の高さと同じかまたは突出部よりも低いことが望ましい。蓋部材４の高さが前述した範囲内に制限されると、第１の金属層５の高さ（厚さ）のばらつきにより蓋部材４の高さが変動してもパッケージの外形サイズに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。

以下、本実施形態の気密封止パッケージの製造方法について説明する。図４は、図１に示す気密封止パッケージの製造方法を説明するための図である。

まず、図４（ａ）に示す搭載工程が実施される。この搭載工程は、メタライズ層６ａ、７が形成された基板３に電子デバイス１を搭載し、電子デバイス１と基板３をワイヤ８で電気的に接続する工程である。

次に、図４（ｂ）に示す第１の金属層形成工程および第２の金属層形成工程が実施される。第１の金属層形成工程は、メタライズ層６ａ上に第１の金属層５を形成する工程である。具体的には、板状のはんだを載置して溶融させることによってメタライズ層６ａの全周に第１の金属層５を付着させる。なお、本実施形態では、第１の金属層５は、メタライズ層６ａに形成されているが、蓋部材４のメタライズ層６ｂに形成されていてもよい。

一方、第２の金属層形成工程は、第１の金属層形成工程後に第２の金属層１１をメタライズ層７上に載置する工程である。当該工程では、図４（ｂ）に示すように、Ｌ字型の第２の金属層１１が、第１の金属層５の外側を中断部７ａを挟んで非連続的に囲む。このとき、第２の金属層１１の外周縁は突出部１０に当接しており、溶融していない。第２の金属層１１は、載置支持部１１ａと、載置支持部１１ａの外側に位置し載置支持部１１ａよりも高さが外側支持部１１ｂと、を備える。図４（ｂ）に示すように、載置支持部１１ａの高さｈ２は、第１の金属層５の高さｈ１よりも高い。本実施形態では、金型成型によりＬ字型の第２の金属層１１が形成される。しかし、第２の金属層１１の形成方法は特に制限されない。

図５は、第２の金属層形成工程後の基板３の平面図である。図５に示すように、第２の金属層１１は、第１の金属層５の外側を非連続的に囲むように形成されている。また、後述する封止工程で溶融した第２の金属層１１がメタライズ層７上で濡れ広がるために、この時点でメタライズ層７の平面に占める第２の金属層１１の平面積は、非常に小さい。

次に、図４（ｃ）に示す載置工程が実施される。この載置工程は、蓋部材４を基板３に載置する工程である。この載置工程では、第２の金属層１１の載置支持部１１ａが積層方向で蓋部材４に当接する。これにより、蓋部材４は、積層方向で載置支持部１１ａを介してメタライズ層７に支持される。また、第２の金属層１１の外側支持部１１ｂが、積層方向に直交する方向で蓋部材４の外周縁に当接する。これにより、蓋部材４は、積層方向に直交する方向にも外側支持部１１ｂを介して基板３の突出部１０に支持される。

図６は、載置工程後の基板３および蓋部材４の平面図である。蓋部材４は、第１の金属層５に接触していない。そのため、第１の金属層５と蓋部材４との間に隙間１２（図４（ｃ）参照）が形成される。第２の金属層１１を介して互いに積層された基板３および蓋部材４は、真空チャンバ２０内に設置される。

次に、排気工程が実施される。この排気工程は、突出部１０の内周縁と蓋部材４の外周縁との隙間１３から、中断部７ａ（図５参照）と、上述した隙間１２を介して吸引して収容空間２内を排気する工程である。

最後に図４（ｄ）に示す封止工程が実施される。この封止工程では、真空チャンバ２０内で、基板３を第２の金属層１１の融点以上の温度で加熱する。このとき、第２の金属層１１と融点が同じ第１の金属層５も溶融し始める。第２の金属層１１は、自身の溶融に伴ってメタライズ層７上を濡れ広がる。これにより、載置支持部１１ａの高さｈ２が次第に低くなり、蓋部材４が基材３に向かって徐々に下降し始める。その後、蓋部材４に設けられたメタライズ層６ｂが、溶融した第１の金属層５でメタライズ層６ａに接合される。その結果、電子デバイス１の収容空間２が真空状態で封止される。

上述した本実施形態の製造方法では、第２の金属層形成工程において、載置支持部１１ａと外側支持部１１ｂとを備えるＬ字型の第２の金属層１１がメタライズ層７上に設置される。そして、載置工程において、基板３は、載置支持部１１ａを介して蓋部材４の内面を支持するだけでなく、外側支持部１１ｂを介して蓋部材４の外周縁を支持する。そのため、蓋部材４の内面だけを支持する支持形態に比べて蓋部材４の位置ずれが起こりにくくなる。これにより、第１の金属層５と蓋部材４が正常に接合されるので、収容空間２の封止不良が起こりにくくなる。

上述した本実施形態の気密封止パッケージ１００では、メタライズ層７が環状に形成されている。そのため、メタライズ層７には、第２の金属層１１の平面積よりもはるかに大きな平面積が確保されている。そのため、第２の金属層１１の設置に関し、高い位置精度が要求されない。そのため、第２の金属層１１をメタライズ層７上に設置するための設備について、設備費用を抑制することが可能となる。また、第２の金属層１１が濡れ広がったときに、蓋部材４が第１の金属層５と確実に接合できるように第２の金属層１１の高さを十分低くすることが可能となる。さらに、メタライズ層７を環状に形成することによって、基板３を大型化することなくメタライズ層７の広い平面積が確保されている。そのため、パッケージを大型化させることなく第１の金属層５で蓋部材４と基板３を確実に接合することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。つまり、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良をしたものも本願発明に含まれる。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ、置換ないし選択が可能である。

例えば、上述した本実施形態の気密封止パッケージ１００では、第２の金属層１１の材料が、第１の金属層５の材料と同じであるが、本発明はこれに限定されない。第２の金属層１１は、第１の金属層５よりも融点の高い材料で構成されていてもよい。具体的には、第１の金属層５がＳｎＡｇ系はんだで構成され、第２の金属層１１がＳｎＳｂ系はんだで構成されていてもよい。この場合、排気工程は、第１の金属層５の材料の融点よりも高く第２の金属層１１の材料の融点よりも低い温度環境下で行う。これにより、比較的高い温度で真空排気されるので、電子デバイス１の収容空間２が所定の真空度に達するまでの時間が短縮される。したがって、上記排気工程の時間短縮が可能となる。

また、上述した本実施形態の気密封止パッケージ１００では、電子デバイス１が赤外線検知デバイスであるが、本発明はこれに限定されない。電子デバイス１は、例えば水晶デバイスや焦電デバイスのように気密封止された状態でその機能を十分に発揮できるものであればよい。

１ 赤外線検知デバイス
２ 収容空間
３ 基板
４ 蓋部材
５ 第１の金属層
６ａ、６ｂ、７ メタライズ層
８ ワイヤ
９ａ、９ｂ 支持部
１０ 突出部
１１ 第２の金属層
１１ａ 載置支持部
１１ｂ 外側支持部
１２ 隙間
２０ 真空チャンバ
１００ 気密封止パッケージ

Claims (5)

1. 電子デバイスが収容された収容空間、該収容空間の外側に位置する支持部、および、前記支持部の外側に位置し前記支持部よりも高さが高い突出部を有する基板と、該基板に接合される蓋部材と、を用いて気密封止パッケージを製造する方法であって、
   前記基板の前記支持部上に、前記収容空間の全周を連続的に囲む枠状の第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、
   前記基板の前記支持部上に、前記第１の金属層の外側を非連続的に囲む、前記第１の金属層よりも高さが高い第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
   前記蓋部材を、前記第１の金属層に接触させずに前記第２の金属層の上に載置する載置工程と、
   前記基板の前記突出部の内周縁と前記蓋部材の外周縁との間から、前記蓋部材と前記第１の金属層との間の隙間を介して吸引して、前記収容空間内を排気する排気工程と、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層を溶融させて、前記第２の金属層の高さを低くし、該第２の金属層の上に載置されている前記蓋部材を前記第１の金属層に当接するまで下降させ、溶融状態の前記第１の金属層と前記蓋部材とを接合して、接合された前記第１の金属層と前記蓋部材とによって前記収容空間を封止する封止工程と、を含み、
   前記載置工程において、前記第２の金属層の外周縁は前記突出部の内周縁によって外側から支持されており、
   前記第２の金属層形成工程において、前記第２の金属層を、前記蓋部材が載置される載置支持部と、前記載置支持部の外側に位置し前記載置支持部よりも高さが高く、前記蓋部材の外周縁に当接して該外周縁を外側から支持する外側支持部とを有するＬ字型に形成する、気密封止パッケージの製造方法。
2. 前記第２の金属層の材料の融点が、前記第１の金属層の材料の融点よりも高く、
   前記排気工程を、前記第１の金属層の材料の融点よりも高く前記第２の金属層の材料の融点よりも低い温度環境下で行う、請求項１に記載の気密封止パッケージの製造方法。
3. 前記基板には、環状のメタライズ層が予め形成されており、
   前記第２の金属層形成工程において、前記第２の金属層は、前記環状のメタライズ層上に形成される、請求項１または２に記載の気密封止パッケージの製造方法。
4. 前記封止工程において、前記蓋部材の高さが、前記突出部と同じ高さかまたは前記突出部よりも低くなるように、前記第１の金属層と前記蓋部材とを接合する、請求項１から３のいずれか１項に記載の気密封止パッケージの製造方法。
5. 赤外線検知デバイスと、該赤外線検知デバイスが収容された収容空間、該収容空間の外側に位置する支持部、および、前記支持部の外側に位置し前記支持部よりも高さが高い突出部を有する基板と、該基板に接合される蓋部材と、を用いて赤外線検知器を製造する方法であって、
   前記基板の前記支持部上に、前記収容空間の全周を連続的に囲む枠状の第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、
   前記基板の前記支持部上に、前記第１の金属層の外側を非連続的に囲む、前記第１の金属層よりも高さが高い第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
   前記蓋部材を、前記第１の金属層に接触させずに前記第２の金属層の上に載置する載置工程と、
   前記基板の前記突出部の内周縁と前記蓋部材の外周縁との間から、前記蓋部材と前記第１の金属層との間の隙間を介して吸引して、前記収容空間内を排気する排気工程と、
   前記第１の金属層と前記第２の金属層を溶融させて、前記第２の金属層の高さを低くし、該第２の金属層の上に載置されている前記蓋部材を前記第１の金属層に当接するまで下降させ、溶融状態の前記第１の金属層と前記蓋部材とを接合して、接合された前記第１の金属層と前記蓋部材とによって前記収容空間を封止する封止工程と、を含み、
   前記載置工程において、前記第２の金属層の外周縁は前記突出部の内周縁によって外側から支持されており、
   前記第２の金属層形成工程において、前記第２の金属層を、前記蓋部材が載置される載置支持部と、前記載置支持部の外側に位置し前記載置支持部よりも高さが高く、前記蓋部材の外周縁に当接して該外周縁を外側から支持する外側支持部とを有するＬ字型に形成する、赤外線検知器の製造方法。