JP5123225B2 - Infrared sensor element package - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線センサ素子のパッケージに関するものである。 The present invention relates to an infrared sensor element package.
従来から、図6に示すように、赤外線を検出する赤外線センサ素子A’がエポキシ樹脂系接着剤によって固着されるベース(ステム)21’と、有底筒状に形成され且つ底壁31a’に赤外線が入射する開口部31b’が形成されたキャップ31’と、SiやGe等の半導体で形成されキャップ31’の開口部31b’を覆う形で設けられた赤外線透過部材4’とを備え、キャップ31’と赤外線透過部材4’とを固着材によって接合する赤外線センサ素子A’のパッケージ1’が提案されている(特許文献1参照)。ここにおいて、キャップ31’は、底壁31a’側とは反対側の端部に形成されたフランジ部31c’がベース21’における赤外線センサ素子A’が固着される表面側に接合されている。また、ベース21’とキャップ31’とは、金属やセラミックで形成されている。また、キャップ31’と赤外線透過部材4’との接合部51’を構成する前記固着材は、鉛−錫共晶半田等の材料からなる。
Conventionally, as shown in FIG. 6, an infrared sensor element A ′ for detecting infrared rays is fixed to the base (stem) 21 ′ with an epoxy resin adhesive, and is formed in a bottomed cylindrical shape on the
なお、図6に示す構成のベース21’の所定の位置には、金属製のピン11’がベース2’を貫通する形で設けられており、ピン11’と赤外線センサ素子A’とは、金属製のワイヤ12’により電気的に接続されている。また、キャップ31’の底壁31a’には、真空封止用穴313’が貫設されており、真空封止用穴313’は、鉛−錫共晶半田等からなる前記固着材よりも溶融温度が低い封止材314’により塞がれている。
In addition, a
しかしながら、図6に示す構成の赤外線センサ素子A’のパッケージ1’では、キャップ31’に使用される材料である金属等と赤外線透過部材4’に使用される材料であるSi等の半導体とで線膨張係数が異なり、例えば、回路基板などにパッケージ1’を二次実装するときにパッケージ1’の周囲温度が変化すると、キャップ31’および赤外線透過部材4’それぞれに使用される材料の線膨張係数差に起因して、前記固着材により形成された接合部51’に熱応力が発生し接合部51’が破損するおそれがあった。
However, in the
また、パッケージ1’の小型化などを目的として、図6に示す構成の赤外線センサ素子A’のパッケージ1’の代わりに、一面が開放された箱状に形成されたセラミック基板からなるパッケージ本体(図示せず)と、赤外線センサ素子A’に対応する部位に開口部(図示せず)を有し鉄等の金属で形成されたリッド(図示せず)と、SiやGe等の半導体で形成されリッドの前記開口部を覆う形でリッドに固着材(例えば、鉛−錫共晶半田)により接合された赤外線透過部材(図示せず)とを備えた赤外線センサ素子A’のパッケージ(図示せず)が考えられる。当該パッケージでは、パッケージ本体およびリッドそれぞれに使用される材料の線膨張係数差、或いはリッドおよび赤外線透過部材それぞれに使用される材料に起因して、前固着材により形成された各接合部(図示せず)に熱応力が発生し当該各接合部が破損するおそれがあった。
Further, for the purpose of reducing the size of the
本願発明は、前記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との接合部が破損するのを防止することができる赤外線センサ素子のパッケージを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is that the lid and the infrared transmitting member are caused by the difference in linear expansion coefficient between the material forming the lid and the material forming the infrared transmitting member. It is an object of the present invention to provide an infrared sensor element package that can prevent the joint portion of the sensor from being damaged.
請求項1の発明は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における前記赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有し前記パッケージ本体の前記一面側を覆う形で前記パッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つ前記リッドの前記開口部を覆う形で前記リッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との間の前記固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部に設けられたものであり、前記応力緩和構造は、前記リッドと連続一体に形成され且つ前記リッドの前記開口部の前記周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出する形で形成された突出部からなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部に設けられていることにより、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができ、前記接合部の破損を防止することができる。また、この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記リッドの前記開口部の前記周部から前記パッケージ本体側とは反対側に突出した突出部からなることにより、前記可撓部の突出量を大きくすることで、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部に生じる熱応力を緩和しやすくすることができる。 According to the present invention, the stress relaxation structure composed of a flexible part to relax the thermal stress generated in the joint formed by the fixing member between the lid and the infrared transmission member, the joint of the Li head by it provided on the peripheral portion of the opening on the outside of, and the re head due to the difference in linear expansion coefficient between the material forming the material with the infrared transmitting member forming the Li head the thermal stress generated in the joint portion between the infrared transmissive member can be alleviated, it is possible to prevent damage of the joints. According to the invention, the stress relaxation structure includes a protruding portion that protrudes from the peripheral portion of the opening of the lid to the side opposite to the package body side, whereby the protruding amount of the flexible portion By enlarging the thickness, the thermal stress generated in the joint formed by the fixing material due to the difference in linear expansion coefficient between the material forming the lid and the material forming the infrared transmitting member can be easily relieved. be able to.
本願と別の参考例1の発明は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における前記赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有し前記パッケージ本体の前記一面側を覆う形で前記パッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つ前記リッドの前記開口部を覆う形で前記リッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との間の前記固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、前記赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられてなり、前記応力緩和構造は、前記リッドに形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第1の薄肉部と、前記赤外線透過部材に形成された応力緩和構造形成用溝の底部からなる第2の薄肉部との少なくとも一方からなることを特徴とする。 The invention of Reference Example 1, which is different from the present application, is a package body formed in a box shape with one side open and an infrared sensor element disposed on the inner bottom surface, and an opening at a portion corresponding to the infrared sensor element in plan view And a lid joined to the one surface side of the package body so as to cover the one surface side of the package body, and a lid formed of a material that transmits infrared rays and covering the opening of the lid. An infrared transmitting member joined by a fixing material, and the difference between the lid and the infrared transmitting member due to a difference in linear expansion coefficient between the material forming the lid and the material forming the infrared transmitting member A stress relaxation structure composed of a flexible portion that relieves thermal stress generated in the joint formed by the fixing material includes a peripheral portion of the opening on the outside of the joint of the lid, and a front Be provided on at least one of the inner portion than the bonding portion in the peripheral portion of the infrared transmission member, before Symbol stress relieving structure, first made from the bottom of which is formed on the lid stress relieving structure forming groove The thin-walled portion and at least one of the second thin-walled portion formed at the bottom of the stress relaxation structure forming groove formed in the infrared transmitting member.
この発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、前記赤外線透過部材における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられていることにより、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができ、前記接合部の破損を防止することができる。また、この発明によれば、前記リッドと前記赤外線透過部材とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝を形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。 According to the present invention, the stress relaxation structure including the flexible portion that relieves the thermal stress generated in the joint portion formed by the fixing material between the lid and the infrared transmitting member is provided outside the joint portion of the lid. The material for forming the lid and the material for forming the infrared transmitting member are provided in at least one of the peripheral portion of the opening in the region and the portion inside the joint in the infrared transmitting member. The thermal stress generated in the joint portion between the lid and the infrared transmitting member due to the difference in linear expansion coefficient can be relaxed, and the joint portion can be prevented from being damaged. Further, as according to this invention, since only by the stress relieving structure forming the lid and the stress relaxation structure for forming grooves on one of said infrared ray transmitting member can be realized, making it relatively easy There are advantages.
本願と別の参考例2の発明は、参考例1の発明において、前記第1の薄肉部は、平面視で前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成され、前記第2の薄肉部は、平面視で前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成されることを特徴とする。 In the invention of Reference Example 2 different from the present application, in the invention of Reference Example 1 , the first thin portion is formed in a portion along the entire outer periphery of the joint portion outside the joint portion of the lid in plan view. The second thin portion is formed in a portion along the entire inner periphery of the joint portion inside the joint portion of the infrared transmitting member in a plan view.
この発明によれば、前記応力緩和構造が、前記可撓部である前記リッドの前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に形成された第1の薄肉部と前記赤外線透過部材の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に形成された第2の薄肉部との少なくとも一方からなることにより、前記リッドを形成する材料と赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因してリッドと赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができ、前記接合部の破損をより確実に防止することができる。 According to this invention, the stress relaxation structure includes the first thin portion formed at a portion along the entire outer periphery of the joint portion outside the joint portion of the lid, which is the flexible portion, and the infrared ray transmission. The material for forming the lid and the infrared ray transmitting member are formed by comprising at least one of a second thin portion formed in a portion along the entire inner circumference of the joint inside the joint of the member. The thermal stress generated in the joint portion between the lid and the infrared transmitting member due to the difference in linear expansion coefficient from the material can be more easily relaxed, and breakage of the joint portion can be more reliably prevented.
本願と別の参考例3の発明は、参考例2の発明において、前記第1の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第2の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることを特徴とする。 In the invention of Reference Example 3 different from the present application, in the invention of Reference Example 2 , the first thin portion is provided by forming a stress relaxation structure forming groove on the opposite side of the lid from the package body side. The second thin-walled portion is provided by forming a stress relaxation structure forming groove on the lid side of the infrared transmitting member.
この発明によれば、前記第1の薄肉部は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の前記接合部の外側における前記接合部の外周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられ、前記第2の薄肉部は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記接合部の内側における前記接合部の内周全体に沿った部位に応力緩和構造形成用溝を形成することにより設けられることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の表面および前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面のうち前記応力緩和構造形成用溝が形成された一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記赤外線透過部材の外周と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第1の薄肉部の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第2の薄肉部の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。 According to this invention, the first thin-walled portion is provided with a stress relaxation structure forming groove in a portion along the entire outer periphery of the joint portion outside the joint portion on the side opposite to the package body side of the lid. The second thin-walled portion is formed by forming a groove for forming a stress relaxation structure in a portion along the entire inner periphery of the joint inside the joint on the lid side of the infrared transmitting member. When the infrared transmitting member is bonded to the lid by the fixing material, the surface of the lid opposite to the package body and the surface of the infrared transmitting member on the lid side are provided. While the groove for forming the stress relaxation structure is formed, the amount of the fixing material is appropriately set so that the fixing material has the surface tension of the pad of the lid. A portion between the periphery of the opening and the flexible portion on the surface opposite to the main body side, an outer periphery of the infrared transmitting member on the lid side surface of the infrared transmitting member, and the flexible portion. The melted fixing material is outside the first thin portion on the surface opposite to the package body side of the lid and the lid side of the infrared transmitting member. It is possible to prevent the liquid from flowing out to at least one of the second thin-walled portion and the inner surface of the second thin-walled portion.
請求項2の発明は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子が内底面に配設されるパッケージ本体と、平面視における前記赤外線センサ素子に対応する部位に開口部を有し前記パッケージ本体の前記一面側を覆う形で前記パッケージ本体の前記一面側に接合されたリッドと、赤外線を透過する材料により形成され且つ前記リッドの前記開口部を覆う形で前記リッドに固着材により接合された赤外線透過部材とを備え、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との間の前記固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、前記赤外線透過部材の周部における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられ、前記応力緩和構造は、前記リッドの前記接合部の外側の部位に形成された第1の環状溝の底部、前記リッドの前記第1の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における前記第1の環状溝に対応する部位の外側の部位に形成された第2の環状溝の底部、および前記第1の環状溝と前記第2の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、前記赤外線透過部材の前記接合部よりも内側の部位に形成された第3の環状溝の底部、前記赤外線透過部材の前記第3の環状溝が形成された表面とは反対側の表面における前記第3の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第4の環状溝の底部、および前記第3の環状溝と前記第4の環状溝の間の部位とで構成された前記可撓部との少なくとも一方からなること特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a package body in which an infrared sensor element is disposed on an inner bottom surface and having an opening at a portion corresponding to the infrared sensor element in a plan view. A lid that is joined to the one surface side of the package body so as to cover the one surface side of the package body, and a lid that is formed of a material that transmits infrared rays and covers the opening of the lid by a fixing material. Formed by the fixing material between the lid and the infrared transmitting member due to a difference in linear expansion coefficient between the material forming the lid and the material forming the infrared transmitting member. A stress relieving structure including a flexible portion that relieves thermal stress generated in the bonded joint, and a peripheral portion of the opening on the outside of the joint of the lid; Provided on at least one of the inner portion than the bonding portion in the peripheral portion of the member, before Symbol stress relieving structure, the bottom of the first annular groove formed in a portion of the outside of the joint portion of the lid, the bottom of the second annular groove and the first annular groove is formed a surface of the lid is formed on the outside of the site of the site corresponding to the first annular groove that put on the surface of the opposite side, you good beauty said first of said annular groove second and said flexible portion composed of a portion between the annular groove, a third than the junction of the infrared transmissive member formed on the inner side of the site the bottom of the annular groove, the said and the third annular groove is formed surface of the infrared transmission member is formed at a portion of the inner portion corresponding to the third annular groove that put on the surface of the
この発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する可撓部から構成される応力緩和構造が、前記リッドの前記接合部の外側における前記開口部の周部と、前記赤外線透過部材における前記接合部よりも内側の部位との少なくとも一方に設けられていることにより、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができ、前記接合部の破損を防止することができる。また、この発明によれば、第1の環状溝の底部、第2の環状溝の底部および前記第1の環状溝と前記第2の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部と、第3の環状溝の底部、第4の環状溝の底部および前記第3の環状溝と前記第4の環状溝との間の部位で構成された前記可撓部が前記接合部に生じる熱応力を緩和する前記可撓部を構成することにより、前記接合部で生じる熱応力を吸収する前記可撓部の長さを長くすることができるので、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記固着材により形成された前記接合部で発生する熱応力をより緩和することができる。 According to the present invention, the stress relaxation structure including the flexible portion that relieves the thermal stress generated in the joint portion formed by the fixing material between the lid and the infrared transmitting member is provided outside the joint portion of the lid. The material for forming the lid and the material for forming the infrared transmitting member are provided in at least one of the peripheral portion of the opening in the region and the portion inside the joint in the infrared transmitting member. The thermal stress generated in the joint portion between the lid and the infrared transmitting member due to the difference in linear expansion coefficient can be relaxed, and the joint portion can be prevented from being damaged. Further, according to this invention, the bottom of the first annular groove, said constructed at a site between the bottom and the first annular groove of the second annular groove the second annular groove a flexible portion, the bottom portion of the third annular groove, the flexible portion constituted at the site between the bottom and the third annular groove and the fourth annular groove of the fourth annular grooves By forming the flexible portion that relieves the thermal stress generated in the joint portion, the length of the flexible portion that absorbs the thermal stress generated in the joint portion can be increased, so that the lid is formed. The thermal stress generated at the joint formed by the fixing material due to a difference in linear expansion coefficient between the material and the material forming the infrared transmitting member can be further relaxed.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記第1の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第3の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部の内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the first annular groove may transmit the infrared ray in a plan view on a portion outside the joint portion on the surface of the lid opposite to the package body. The third annular groove is formed along the entire outer periphery of the member, and the third annular groove is formed along the outer periphery of the infrared transmitting member in plan view at a portion inside the joint on the lid-side surface of the infrared transmitting member. It is formed by these.
この発明によれば、前記第1の環状溝は、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記接合部の外側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周全体に沿う形で形成され、前記第3の環状溝は、前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記接合部よりも内側の部位に平面視で前記赤外線透過部材の外周に沿う形で形成されてなることにより、前記赤外線透過部材を前記固着材により前記リッドに接合する場合において、前記リッドの前記パッケージ本体とは反対側の前記第1の環状溝が形成された表面と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第3の環状溝が形成された表面の少なくとも一方で、前記固着材の量を適宜設定することで、前記固着材が、その表面張力によって、前記リッドの前記第1の環状溝が形成された前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記開口部の周縁と前記可撓部との間の部位と、前記赤外線透過部材の前記リッド側の前記第3の環状溝が形成された表面における前記赤外線透過部材の外周縁と前記可撓部との間の部位との少なくとも一方に留まるから、溶融した前記固着材が、前記リッドの前記パッケージ本体側とは反対側の表面における前記第1の環状溝の外側と前記赤外線透過部材の前記リッド側の表面における前記第3の環状溝の内側との少なくとも一方に流れ出すのを防止することができる。 According to this invention, the first annular groove is formed along the entire outer periphery of the infrared transmitting member in a plan view on a portion outside the joint portion on the surface of the lid opposite to the package body side. The third annular groove is formed and formed in a shape along the outer periphery of the infrared transmitting member in a plan view at a site inside the joint on the lid side surface of the infrared transmitting member. When the infrared transmitting member is joined to the lid by the fixing material, the surface of the lid on which the first annular groove is formed on the side opposite to the package body, and the lid side of the infrared transmitting member By appropriately setting the amount of the fixing material on at least one of the surfaces on which the third annular groove is formed, the fixing material has the first ring of the lid according to its surface tension. A portion between the periphery of the opening and the flexible portion on the surface opposite to the package body side where the groove is formed, and the third annular groove on the lid side of the infrared transmitting member are formed. The melted adhering material is on the surface of the lid opposite to the package body side because it stays at least one of the outer peripheral edge of the infrared transmitting member and the flexible portion on the surface that is formed. It is possible to prevent the liquid from flowing out to at least one of the outside of the first annular groove and the inside of the third annular groove on the lid side surface of the infrared transmitting member.
請求項1または請求項2の発明によれば、リッドと赤外線透過部材との間の固着材により形成された接合部に生じる熱応力を緩和する応力緩和構造が設けられていることにより、前記リッドを形成する材料と前記赤外線透過部材を形成する材料との線膨張係数差に起因して前記リッドと前記赤外線透過部材との前記接合部に生じる熱応力を緩和することができるので、前記接合部の破損を防止することができる。
According to the invention of
(実施形態1)
以下、実施形態1について図1に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
本実施形態の赤外線センサ素子Aのパッケージ1は、一面が開放された箱状に形成され赤外線センサ素子Aが内底面2aに配設されるパッケージ本体2と、赤外線が入射する開口部3bを有しパッケージ本体2の前記一面に覆着された矩形板状のリッド3と、赤外線を透過させる材料で形成され且つリッド3の開口部3bを覆う形でリッド3に固着材である低融点ガラスにより接合された赤外線透過部材4とを備える。また、パッケージ本体2の内底面2aには、赤外線センサ素子Aを駆動させるとともに赤外線センサ素子Aから出力される信号の処理を行うASIC(Application Specific Integrated Circuit)である半導体集積回路素子Bが配設されている。ここで、パッケージ本体2の内底面2aには、赤外線センサ素子Aと半導体集積回路素子Bとの間での信号の伝送や半導体集積回路素子Bへの電力供給を行うための配線パターン(図示せず)が形成されており、当該配線パターンには、赤外線センサ素子AがワイヤA1を介して電気的に接続されるとともに半導体集積回路素子BがワイヤB1を介して電気的に接続されている。
The
また、本実施形態のパッケージ1は、赤外線センサ素子Aの感度を向上させるためにパッケージ1の内部を真空状態にしてある。ここで、パッケージ本体2の内側には、パッケージ1を真空封止する際にパッケージ1の内部に存在する気体を吸着して取り除くためのゲッタCが配設されている。
In the
赤外線センサ素子Aは、Siで形成されたベース基板(図示せず)の表面側に赤外線を吸収するとともに当該吸収による温度変化を検知する抵抗ボロメータ形のセンシングエレメントである温度検知部(図示せず)を備えるものが使用されている。ここで、赤外線センサ素子Aは、温度検知部がリッド3の開口部3bの投影領域に位置するように配設されている。なお、温度検知部としては、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメントや焦電型のセンシングエレメントを採用してもよい。また、赤外線センサ素子Aとしては、ベース基板の一表面側に複数の温度検知部がアレイ状(一次元アレイ状または二次元アレイ状)に形成されたものであってもよい。
The infrared sensor element A absorbs infrared rays on the surface side of a base substrate (not shown) made of Si and detects a temperature change due to the absorption, and a temperature detector (not shown) which is a resistance bolometer type sensing element. ) Is used. Here, the infrared sensor element A is disposed so that the temperature detection unit is located in the projection region of the
パッケージ本体2は、アルミナで形成されている。パッケージ本体2の内底面2aには、赤外線センサ素子Aおよび半導体集積回路素子Bそれぞれがエポキシ樹脂や半田等のダイボンド材からなるダイボンド部A2,B2を介して接合されている。
The
リッド3の材料には、Feが採用されている。ここで、リッド3における平面視で略中央部には、平面視矩形状の前述の開口部3bが形成されている。リッド3は、シーム溶接によりパッケージ本体2に接合されている。ここに、リッド3の外周部とパッケージ本体2との間にはシーム溶接部51が形成されている。なお、リッド3は、例えば、半田等を用いてパッケージ本体2に接合されてもよい。また、リッド3の材料としては、鉄に限らず、例えば、ステンレスやコバール等の金属を採用してもよいし、ステンレス等からなる部材の表面にニッケル等をコーティングした部材を使用してもよい。
Fe is used as the material of the
赤外線透過部材4は、矩形板状であって赤外線透過率の高いSiで形成されている。赤外線透過部材4は、Si基板により形成されている。なお、赤外線透過部材4は、赤外線透過部材4に入射する赤外線を赤外線センサ素子Aに集光できるようにリッド3に接合される側とは反対側に凸曲面を有するレンズ状に形成されたものであってもよい。赤外線透過部材4をレンズ状に形成するには、例えば、陽極酸化技術を応用した半導体レンズの製造方法を利用することができる(特許第3897055号公報参照)。また、赤外線透過部材4の材料としては、Siに限られず、Ge、ZnSe、ZnS等の半導体を採用してもよい。なお、本実施形態では、赤外線透過部材4が、低融点ガラスによりリッド3に接合される例について説明するが、例えば、赤外線透過部材4が、リッド3との接合面に金属層が形成されたものであって、半田によりリッド3に接合されるものであってもよい。
The
ところで、本実施形態では、前述のように、リッド3が鉄で形成され、赤外線透過部材4がSiで形成されており、両者で線膨張係数が異なる。従って、低融点ガラスにより形成された接合部5には、リッド3および赤外線透過部材4の線膨張係数差に起因して熱応力が生じる。
By the way, in this embodiment, as mentioned above, the
これに対して、本実施形態のパッケージ1では、接合部5に生じる熱応力を緩和するための応力緩和構造として、平面視でリッド3におけるパッケージ本体2側とは反対側の表面において接合部5の外側における接合部5の外周全体に沿った部位に可撓部である第1の薄肉部3dが形成されている。ここで、第1の薄肉部3dは、リッド3のパッケージ本体2側とは反対側の表面において接合部5の外側における接合部5に沿った部位に設けられた断面矩形状の応力緩和構造形成用溝3eの底部で構成されている。
On the other hand, in the
従って、パッケージ1の周囲温度が変化した場合に、第1の薄肉部3dが撓むことで接合部5に生じる応力を緩和することができるので、接合部5や、接合部5とリッド3および赤外線透過部材4との間の界面が破損するのを防止することができる。
Therefore, when the ambient temperature of the
また、リッド3と赤外線透過部材4とのいずれか一方に応力緩和構造形成用溝3eを形成するだけで前記応力緩和構造を実現できるので、作製が比較的容易であるという利点がある。
Further, since the stress relaxation structure can be realized only by forming the stress relaxation
ところで、リッド3と赤外線透過部材4とは、前述のように、固着材である低融点ガラスにより接合されている。従って、リッド3と赤外線透過部材4とを接合する際、溶融した低融点ガラスが、リッド3の表面における接合部5の外側に流れ出すおそれがある。
By the way, as described above, the
これに対して、本実施形態のパッケージ1では、図1に示すように、第1の薄肉部3dを形成するための応力緩和構造形成用溝3eが、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面であって且つ接合部5の外側における接合部5の外周全体に沿った部位に形成されているので、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド3の開口部3bの周縁と応力緩和構造形成用溝3eとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材4を低融点ガラスによりリッド3に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド3の開口部3bの周縁と応力緩和構造形成用溝3eとの間の部位からリッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における第1の薄肉部3dの外側に流れ出すのを防止することができる。
On the other hand, in the
なお、本実施形態のパッケージ1では、第1の薄肉部3dが、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面の接合部5の外側における接合部5に沿った部位に形成される例について説明したが、これに限定されず、例えば、図2に示すように、第2の薄肉部4dが、平面視で赤外線透過部材4のリッド3側の表面の接合部5の内側における接合部5の内周全体に沿った部位に形成された断面矩形状の応力緩和構造形成用溝4eの底部から構成されるものであってもよい。この場合、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、赤外線透過部材4の外周と応力緩和構造形成用溝4eとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材4を低融点ガラスによりリッド3に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、赤外線透過部材4の外周と応力緩和構造形成用溝4eとの間の部位から、赤外線透過部材4のリッド3側の表面において第2の薄肉部4dの内側へ流れ出すのを防止することができる。なお、赤外線透過部材4に応力緩和構造形成用溝4eを形成する場合、赤外線透過部材4はSiで形成されているので、エッチングやハーフダイシングにより形成することができる。
In the
また、本実施形態のパッケージ1では、第1の薄肉部3dが、リッド3のパッケージ本体2側の表面の接合部5の外側における接合部5に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝(図示せず)の底部から構成されるものであってもよいし、或いは、第2の薄肉部4dが、赤外線透過部材4のリッド3とは反対側の表面の接合部5の内側における接合部5の内周全体に沿った部位に形成された応力緩和構造形成用溝(図示せず)の底部から構成されるものであってもよい。
In the
また、本実施形態のパッケージ1では、第1の薄肉部3dが、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における接合部5の外側であって接合部5に沿った部位に1つの応力緩和構造形成用溝3eを設けることにより形成される例について説明したが、これに限定されず、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における接合部5の外側に接合部5の周方向と直交する方向で互いに並列する形で複数の応力緩和構造形成用溝3eを設けることにより形成してもよい。
Further, in the
(実施形態2)
本実施形態の赤外線センサ素子Aのパッケージ1の基本構成は実施形態1とほぼ同じであり、図3に示すように、前記応力緩和構造として、リッド3と連続一体に形成され且つリッド3の開口部3bの周部からパッケージ本体2とは反対側に突出した突出部3fが設けられている点が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the
ここに、赤外線透過部材4は、固着材である低融点ガラスによって突出部3fの先端部31fに接合される。従って、本実施形態のパッケージ1では、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、突出部3fの先端部31fに留まる。従って、赤外線透過部材4を低融点ガラスによりリッド3に接合する場合において、溶融した低融点ガラスがリッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における突出部3fの先端部31fの外側へ流れ出すのを防止することができる。
Here, the infrared transmitting
ところで、前記各実施形態のパッケージ1では、接合部5で生じる熱応力をより緩和しやすくするために第1の薄肉部3dの長さを長く設定すると、リッド3の強度が低下してしまう。また、赤外線透過部材4の外周部に第2の薄肉部4dを設ける場合、赤外線透過部材4の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制する必要がある。従って、赤外線透過部材4に第2の薄肉部4dを設ける場合には、赤外線透過部材4の中央部付近の厚みを薄くすることができず、第2の薄肉部4dの長さが制限される。
By the way, in the
これに対して、本実施形態のパッケージ1では、突出部3fの突出量3fを大きくして突出部3fの長さを長くすることで接合部5に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができるので、リッド3の強度を低下させず且つ赤外線透過部材4の中央部付近における赤外線が入射する領域の撓みを抑制しつつ、接合部5で発生した熱応力をより緩和しやすくすることができる。
On the other hand, in the
(実施形態3)
本実施形態のパッケージ1の基本構成は実施形態1とほぼ同じであり、図4に示すように、前記応力緩和構造が、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における接合部5の外側の部位に形成された第1の環状溝3gの底部と、リッド3のパッケージ本体2側の表面において第1の環状溝3gに対応する部位の外側に形成された第2の環状溝3hの底部と、当該一対の環状溝3g,3hの間の部位とで構成された可撓部3iからなり、第1の環状溝3gおよび第2の環状溝3hが平面視で赤外線透過部材4の外周全体に沿う形で形成されている点が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the
ここに、本実施形態のパッケージ1では、第1の環状溝3gが、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面における接合部5の外側に、赤外線透過部材4の外周に沿う形で形成されている。従って、溶融した低融点ガラスの量を適宜設定することで、溶融した低融点ガラスは、その表面張力によって、リッド3の開口部3bの周縁と第1の環状溝3gとの間の部位に留まる。従って、赤外線透過部材4を低融点ガラスによりリッド3に接合する場合において、溶融した低融点ガラスが、リッド3のパッケージ本体2とは反対側の表面において第1の環状溝3gの外側へ流れ出すのを防止することができる。
Here, in the
また、本実施形態のパッケージ1では、可撓部である第1の溝3gの底部、第2の溝3hの底部、および第1の溝3gと第2の溝3hとの間で熱応力を緩和するので、実施形態1に比べて、接合部5に生じる熱応力をより緩和しやすくすることができる。
In the
しかして、溶融した低融点ガラスがリッド3の表面に流れ出すのを防止しつつ、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部5で発生する熱応力を緩和することができる。
Thus, the length of the flexible portion can be set long while preventing the molten low melting point glass from flowing out to the surface of the
なお、本実施形態のパッケージ1では、リッド3に形成された一対の第1の環状溝3gの底部、第2の環状溝3hの底部、および第1の環状溝3gと第2の環状溝3hとの間の部位で構成された可撓部3iを設ける例について説明したが、これに限定されず、例えば、図5に示すように、赤外線透過部材4のリッド3側の表面における接合部5の内側に平面視で赤外線透過部材4の外周に沿う形で形成された第3の環状溝4hの底部、赤外線透過部材4のリッド3側とは反対側の表面における第3の環状溝4hに対応する部位の内側の部位に形成された第4の環状溝4gの底部、および第3の環状溝4hと第4の環状溝4gとの間の部位で構成される可撓部4iを設ける構成としても前述と同様の効果が得られる。
In the
また、本実施形態のパッケージ1では、リッド3のパッケージ本体2側の表面における接合部5に対応する部位の外側の部位に形成された第1の環状溝(図示せず)の底部と、リッド3のパッケージ本体2側とは反対側の表面において前記第1の環状溝に対応する部位の外側に形成された第2の環状溝(図示せず)の底部と、当該一対の前記環状溝の間の部位とで構成された可撓部を設ける構成としてもよく、或いは、赤外線透過部材4のリッド3側の表面における接合部5の内側に平面視で赤外線透過部材4の外周に沿う形で形成された第3の環状溝(図示せず)の底部、赤外線透過部材4のリッド3側の表面における前記第3の環状溝に対応する部位の内側の部位に形成された第4の環状溝(図示せず)の底部、および前記第3の環状溝と前記第4の環状溝との間の部位で構成される可撓部を設ける構成としてもよい。この場合、前記可撓部の長さを長く設定することができるので、接合部5で発生する熱応力を緩和することができる。
In the
また、本実施形態のパッケージ1では、リッド3における接合部5の外側に、第1の環状溝3gおよび第2の環状溝3hを一対だけ形成する例について説明したが、第1の環状溝3gおよび第2の環状溝3hを接合部5の周方向に直交する方向で互いに並列する形で複数対形成するようにしてもよい。この場合、可撓部3iの長さを更に長く設定することができ、接合部5に生じる熱応力を更に緩和しやすくすることができる。
In the
また、前述の各実施形態では、リッド3の開口部3bおよび赤外線透過部材4が、平面視矩形状に形成された場合について説明したが、これに限定されず、リッド3の開口部3bおよび赤外線透過部材4が、平面視で丸形状に形成されたものや、平面視で4つの角に曲部を有する形状に形成されたものであってもよい。この場合、リッド3の開口部3bおよび赤外線透過部材4が、平面視矩形状に形成された場合に比べて接合部5で発生する熱応力をより緩和することができる。
In each of the above-described embodiments, the case where the
1 パッケージ
2 パッケージ本体
2a 内底面
3 リッド
3b 開口部
3d 第1の薄肉部(応力緩和構造)
3e 応力緩和構造形成用溝
3f 可撓部(応力緩和構造)
3g 第1の環状溝
3h 第2の環状溝
4d 第2の薄肉部(応力緩和構造)
4e 応力緩和構造形成用溝
4g 第3の環状溝
4h 第4の環状溝
4 赤外線透過部材
5 接合部
A 赤外線センサ素子
B 半導体集積回路素子
C ゲッタ
DESCRIPTION OF
3e Stress relaxation
3g 1st
4e Stress relaxation
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