特許 6469327 センサデバイス及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6469327

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】センサデバイス及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/02 20060101AFI20190204BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20190204BHJP

【ＦＩ】

   G01J1/02 C

   H01L23/02 C

   H01L23/02 F

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-549606(P2018-549606)

(86)(22)【出願日】2018年6月7日

(86)【国際出願番号】JP2018021950

【審査請求日】2018年9月25日

(31)【優先権主張番号】特願2017-113746(P2017-113746)

(32)【優先日】2017年6月8日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000242633

【氏名又は名称】北陸電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130720

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼見 良貴

(74)【代理人】

【識別番号】100130432

【弁理士】

【氏名又は名称】出山 匡

(72)【発明者】

【氏名】古越 亮平

(72)【発明者】

【氏名】松井 孝憲

(72)【発明者】

【氏名】今村 徹治

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０８２４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９８７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１８３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１３４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１６６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−３０３６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５３１３４１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２５３１９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｊ １／００−１／６０

Ｇ０１Ｊ ５／００−５／６２

Ｈ０１Ｌ ２３／００−２３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面に開口部を有する周壁部と、前記開口部と対向する対向壁部と、前記開口部を囲む前記周壁部の端面に該端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な第１の接合パターンを備えたキャップ部材と、
前記第１の接合パターンに沿って形成された閉ループ状の半田層と、
センサ素子と、前記半田層により前記第１の接合パターンに接合される半田付け可能な第２の接合パターンを備えて前記開口部を塞ぐセンサ付き基板とを備え、
前記キャップ部材と前記センサ付き基板とによって囲まれた内部空間が真空状態に保持されているセンサデバイスであって、
前記第１の接合パターン及び前記第２の接合パターンの少なくとも一方の形状は、
複数の半田ボールの設置面と全面的に接触する形状の複数のランド部が、前記端面が延びる方向に所定の間隔をあけて配置された形状を有しており、
前記ランド部以外の非ランド部の幅寸法が、前記ランド部の最大幅寸法よりも小さく、且つ前記複数のランド部の数及び前記所定の間隔が前記複数の半田ボールが溶融して形成された前記半田層が完全な閉ループ状になるように定められていることを特徴とするセンサデバイス。

【請求項2】

前記ランド部の内縁部の形状は、該ランド部の両側に位置する２つの前記非ランド部の内縁部分から内側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有して請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項3】

前記第１の接合パターン及び前記第２の接合パターンは、それぞれ四隅を有する閉ループ形状を有しており、
前記複数のランド部は、少なくとも前記四隅に形成されており、
前記四隅に形成された４つの前記ランド部の内縁部の形状は、それぞれ該ランド部の両側に位置する２つの前記非ランド部の内縁部分と連続し且つ外側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有して請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項4】

前記四隅に形成された前記４つのランド部の外縁部の形状は、外側に凸となる形状を有している請求項３に記載のセンサデバイス。

【請求項5】

前記第１の接合パターン及び前記第２の接合パターンの少なくとも一方の接合パターンの少なくとも内縁部に沿って溶融半田を受け入れる溝部が設けられている請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項6】

前記所定の間隔が一定である請求項１に記載のセンサデバイス。

【請求項7】

前記キャップ部材には赤外線を透過する赤外線透過部が設けられており、
前記センサ素子は前記赤外線を検知する赤外線センサ素子である請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサデバイス。

【請求項8】

請求項１に記載のセンサデバイスの製造方法であって、
前記キャップ部材の前記第１の接合パターン上または前記センサ付き基板の前記第２の接合パターンの一方の接合パターンの上に複数の半田ボールを前記一方の接合パターンに沿って配置し、
前記キャップ部材及び前記センサ付き基板との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内で前記キャップ部材及び前記センサ付き基板を対向させ、
前記キャップ部材と前記センサ付き基板とを加熱しながら、前記真空装置を作動させて前記スペース内を所定の真空度にし、
前記複数の半田ボールが溶融状態になった後に、前記複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって前記第１の接合パターンと前記第２の接合パターンの間に連続した溶融半田層を形成するように前記キャップ部材及び前記センサ付き基板を相対的に近付け、
その後前記加熱を停止して、前記連続した溶融半田層を凝固させることを特徴とするセンサデバイスの製造方法。

【請求項9】

前記第１の接合パターン及び前記第２の接合パターンの少なくとも一方の接合パターンの少なくとも内縁部に沿って溶融半田を受け入れる溝部が設けられており、
前記キャップ部材及び前記センサ付き基板の少なくとも一方は、前記キャップ部材及び前記センサ付き基板を相対的に近付ける前において、中心部が相手部材に向かって凸となるように反っている請求項８に記載のセンサデバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部空間が真空状態に保持されているセンサデバイス及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特開平７−２０９０８９号公報（特許文献１）、特開平９−２６４７８４号公報（特許文献２）には、赤外線を透過する赤外線透過部が設けられたキャップ部材と、キャップ部材に設けた赤外線透過部を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる１以上の温度補償用センサ素子を備えて、キャップ部材の開口部を塞ぐセンサ素子付き基板を備えた赤外線センサデバイスが開示されている。また特公昭６２−５７２１１号公報（特許文献３）には、第１乃至第３のサーミスタボロメータからなる赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる１以上の温度補償用センサ素子が、採光窓部を備えたキャップ部材によって覆われた放射温度計等が開示されている。これらのセンサデバイスでは、センサ素子が収納されるデバイスの内部空間を真空状態に維持することが必要とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−２０９０８９号公報

【特許文献2】特開平９−２６４７８４号公報

【特許文献3】特公昭６２−５７２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１乃至３には、センサ素子が収納されるデバイスの内部空間を真空状態に維持するための好ましい構造及び方法については何も開示されていない。実際に、発明者がデバイスの内部空間を真空状態にしようとしても、高い歩留まりで真空状態を作ることができない問題があった。

【0005】

本発明の目的は、センサ素子が収納されるデバイスの内部空間を確実に真空状態に維持することができるセンサデバイス及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の赤外線センサデバイスは、キャップ部材と、センサ付き基板と、キャップ部材とセンサ付き基板とを接合する半田層とを備えている。キャップ部材は、一面に開口部を有する周壁部と、開口部と対向する対向壁部と、開口部を囲む周壁部の端面に該端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な第１の接合パターンを備えている。半田層は、第１の接合パターンに沿って形成された閉ループ状を呈している。そしてセンサ付き基板は、赤外線透過部を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子及び赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる１以上の温度補償用センサ素子等のセンサ素子と、半田層により第１の接合パターンに接合される半田付け可能な第２の接合パターンを備えて開口部を塞ぐ。そしてキャップ部材とセンサ付き基板とによって囲まれた内部空間が真空状態に保持されている。そして本発明では、第１の接合パターン及び第２の接合パターンの少なくとも一方の形状を、複数の半田ボールの設置面と全面的に接触する形状の複数のランド部が、端面が延びる方向に所定の間隔をあけて配置された形状としている。さらにランド部以外の非ランド部の幅寸法が、ランド部の最大幅寸法よりも小さく且つ複数の半田ボールが溶融して形成された半田層が完全な閉ループ状になるように定められている。

【0007】

本発明のセンサデバイスによれば、ランド部は半田ボールが溶融して得られる溶融半田を確実に受け止めることができる。その上、非ランド部の幅寸法を、ランド部の最大幅寸法よりも小さく且つ複数のランド部の数及びランド部間の間隔を複数の半田ボールが溶融して形成された半田層が完全な閉ループ状になるように定めているので、溶融半田を非ランド部に沿って確実に移動させることができる。その結果、半田層で真空漏れが発生することを阻止することができる。

【0008】

ランド部の具体的な形状としては、例えば、ランド部の内縁部の形状を、該ランド部の両側に位置する２つの非ランド部の内縁部分から内側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有するものとすることができる。このような形状を採用すると、ランド部は半田ボールが溶融して得られる溶融半田を確実に受け止めることができる。

【0009】

また第１の接合パターン及び第２の接合パターンが、それぞれ四隅を有する閉ループ形状を有している場合には、複数のランド部を、少なくとも四隅に形成することが好ましい。この場合、四隅に形成された４つのランド部の内縁部の形状は、それぞれランド部の両側に位置する２つの非ランド部の内縁部分と連続し且つ外側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有していてもよい。四隅に設ける４つのランド部の形状をこのようにすると、ランド部から溶融半田が接合パターンの内側に大きくはみ出すことを防止して、半田層で真空漏れが発生することを阻止することができる。

【0010】

なお四隅に形成された４つのランド部の外縁部の形状は、外側に凸となる形状を有しているのが好ましい。このようにすると、溶融半田が接合パターンの外側に必要以上にはみ出すことを阻止することができる。

【0011】

また第１の接合パターン及び前記第２の接合パターンの少なくとも一方の接合パターンの少なくとも内縁部に沿って溶融半田を受け入れる溝部を設けてもよい。このように溝部を設けると、溶融半田が接合パターンの内側に入って、回路短絡等を生じさせる恐れがなくなる上、センサデバイスの小型を図ることができる。

【0012】

なお隣り合う二つのランド部の間隔は一定であるのが好ましい。

【0013】

本発明によれば、キャップ部材には赤外線を透過する赤外線透過部が設けられており、センサ素子は赤外線を検知する赤外線センサ素子を提供できる。

【0014】

本発明のセンサデバイスの製造方法では、まずキャップ部材の第１の接合パターン上またはセンサ付き基板の第２の接合パターンの一方の接合パターンの上に、複数の半田ボールを一方の接合パターンに沿って配置する。そしてキャップ部材及びセンサ付き基板との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内でキャップ部材及びセンサ付き基板を対向させる。次に、キャップ部材とセンサ付き基板とを加熱しながら、真空装置を作動させてスペース内を所定の真空度にする。次に、複数の半田ボールが溶融状態になった後に、複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって第１の接合パターンと第２の接合パターンの間に連続した溶融半田層を形成するようにキャップ部材及びセンサ付き基板を相対的に近付ける。その後加熱を停止して、連続した溶融半田層を凝固させる。本発明によれば、複数の半田ボールが溶融してできた溶融半田によって第１の接合パターンと第２の接合パターンの間に連続した溶融半田層を確実に形成することができる。

【0015】

なお第１の接合パターン及び第２の接合パターンの少なくとも一方の接合パターンの少なくとも内縁部に沿って溶融半田を受け入れる溝部が設けられている場合には、キャップ部材及びセンサ付き基板の少なくとも一方は、キャップ部材及びセンサ付き基板を相対的に近付ける前において、中心部が相手部材に向かって凸となるように反っているのが好ましい。このようにするとキャップ部材及びセンサ付き基板を相対的に近付ける際に、溶融半田が内側に選択的に侵入させることができ、外側に溝部を形成する必要がなくなり、センサデバイスの小型化を図ることができる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように本発明に係るセンサデバイスによると、ランド部は半田ボールが溶融して得られる溶融半田を確実に受け取る上、非ランド部の幅寸法は、ランド部の最大幅寸法よりも小さく且つ複数のランド部の数及びランド部間の所定の間隔が、複数の半田ボールが溶融して形成された半田層が完全な閉ループ状になるように定められているので、半田層で真空漏れが発生することを阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係るセンサデバイスの一つの実施の形態の構成を示す縦断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切断したより詳細な端面図である。

【図3】（Ａ）は図１の実施の形態におけるセンサ付き基板と接合される前のキャップ部材の周壁部の下端面を示す底面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）に示したキャップ部材の一部をＢ−Ｂ線に沿って切断した拡大断面図であって、説明の便宜のために上下を反転して示してある。

【図4】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）はそれぞれ、図１の赤外線センサデバイスの製造過程を示す縦断面図である。

【図5】図４に示した製造過程の各過程において設定されるトッププレートの温度及び荷重とボトムプレートの温度の経時変化を示す。

【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ他の実施の形態におけるセンサ付き基板と接合される前のキャップ部材の周壁部の下端面を示す底面図である。

【図7】本発明の他の実施の形態におけるセンサ付き基板と接合される前のキャップ部材の周壁部の下端面を示す底面図である。

【図8】（Ａ）は接合パターンの内周側に溝部を形成した場合の構成を説明するために用いる図であり、（Ｂ）は製造方法の変形例を説明するために用いる図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る赤外線センサデバイスの一つの実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る赤外線センサデバイスの一つの実施の形態の構成を模式的に示す縦断面図であり、各層の厚さ等の寸法は説明のために適宜変更されている。また図２は、図１の実施の形態をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断したより詳細な端面図であり、各部の厚み寸法は誇張して描いてある。図１２示すように、本実施の形態の赤外線センサデバイスはキャップ部材１０と、センサ付き基板２０と、キャップ部材１０とセンサ付き基板２０とを接合する半田層３０とを備えている。

【0019】

そして図２に具体的に示すように、キャップ部材１０は、一面に開口部１１を有する周壁部１２と、開口部１１と対向する対向壁部１３と、開口部１１を囲む周壁部１２の下端面に該下端面に沿って延びる閉ループ状の半田付け可能な金属薄膜（本実施の形態では金のスパッタ膜）を成膜してパターニングした第１の接合パターン１４［図３（Ａ）］を備えている。対向壁部１３には、赤外線を透過する赤外線透過部１５が設けられている。

【0020】

キャップ部材１０の本体は、上端面と下端面に絶縁膜１６，１７を被覆したシリコン単結晶層１８にエッチングが施されて、一体に成形されている。図２に示すように、赤外線透過部１５は、赤外線が対向壁部１３のシリコン単結晶層１８を透過できるように、対向壁部１３の他の部分よりも厚みが薄く形成されている。そしてこの赤外線透過部１５の上の絶縁膜１６は除去されている。絶縁膜１６，１７はＳｉＮ／ＳｉＯ₂膜であり、絶縁膜１６の上には、薄膜層からなる赤外線遮断膜１９が形成されている。絶縁膜１６，１７はＳｉＮ／ＳｉＯ₂膜であり、赤外線遮断膜１９はスパッタリングまたはメッキにより形成されたＮｉＣｒ／Ａｕ層である。第１の接合パターン１４は、スパッタリングにより形成されたＴｉ／Ａｕ（若しくはこれらの合金）薄膜により形成されている。

【0021】

半田層３０は、第１の接合パターン１４に沿って形成された閉ループ状を呈している。半田層３０は高融点半田である金錫（ＡｕＳｎ）等の合金製であり、第１の接合パターン１４には半田層３０に対して半田濡れ性が高い材料が選択されている。

【0022】

シリコン基板にエッチングを施して形成されたセンサ付き基板２０の上には、キャップ部材１０の赤外線透過部１５を透過した赤外線を受光する赤外線検知センサ素子２１、内部空間の温度を測定する温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子２３が設けられている。温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子２３は、いずれも赤外線検知センサ素子２１の出力の温度補償に用いる。これらのセンサ素子２１，２２及び２３は、ＭＥＭＳ技術により形成されており、各センサ素子２１，２２及び２３の下方には基板２０からの熱的影響を抑制するために、空洞部２０Ａがエッチングにより形成されている。センサ素子２１，２２及び２３は、同じ温度に対して、同様に変動する抵抗値、熱容量、熱伝導性を有しており、センサ素子２１，２２及び２３をそれぞれ抵抗素子とするブリッジ回路（図示していない）を形成することにより、赤外線検知センサ素子２１の出力に温度補償を施すことができる。

【0023】

センサ付き基板２０の上面の周縁近くには、半田層３０によりキャップ部材１０の第１の接合パターン１４に接合される半田付け可能な金属薄膜層である第２の接合パターン２４が形成されている。キャップ部材１０の下端面の第１の接合パターン１４とセンサ付き基板２０の上面の第２の接合パターン２４との間を半田層３０で接合することにより、キャップ部材１０の開口部１１を塞ぐ。これにより、キャップ部材１０とセンサ付き基板２０とによって囲まれた内部空間は外部に対して気密状態となり、キャップ部材１０とセンサ付き基板２０とが真空雰囲気で接合された場合、大気圧の下でも内部空間は真空状態に保持される。第２の接合パターン２４もＴｉ／Ａｕ薄膜により形成されている。

【0024】

キャップ部材１０の対向壁部１３及び周壁部に２つの仕切り壁３１，３２が一体に設けられている。各仕切り壁３１，３２は対向壁部１３及び周壁部１２とともに、キャップ部材１０の内部空間を分けた３つのチャンバＣＨ１〜ＣＨ３を構成している。図１において、中心のチャンバＣＨ１には赤外線検知センサ素子２１が収容され、そして左のチャンバＣＨ２には温度センサ素子２２が、右のチャンバＣＨ３には温度補償用センサ素子２３がそれぞれ収容される。赤外線透過部１５から入射する赤外線ＩＲは各仕切り壁３１，３２によって遮断され、温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子２３に直接当たることがない。なお各仕切り壁３１，３２は、キャップ部材１０の内部のシリコンを外壁を残して除去することにより内部空間を形成する際に、同時に形成すれば工数を増やさずに済む。赤外線を遮断できるように、仕切り壁３１，３２の厚みは１０μｍ以上に設定されている。なお仕切り壁３１，３２のチャンバＣＨ１と対向する側面を、赤外線を反射する金属薄膜層で覆うようにしてもよい。

【0025】

他の実施の形態においては、キャップ部材１０の周壁部１２及び対向壁部１３は、例えば単結晶シリコンのようなシリコンを主成分とする材料によって一体に成形されたキャップ本体と、キャップ本体の少なくとも赤外線透過部１５及び内壁面を除いてキャップ本体の外面を覆う半田付け可能なＴｉ／Ａｕ薄膜のような金属薄膜層とから構成されたものを用いる。この場合、第１の接合パターンは、金属薄膜層によって形成することができる。このような構成を採用すると小型化をすることができる。

【0026】

キャップ部材１０とセンサ付き基板２０とが接合された状態では、仕切り壁３１，３２の自由端部の端面３１Ａ，３２Ａとセンサ付き基板２０の上面２０Ｂとの間には、赤外線透過部１５から入射した赤外線の通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間ｇが形成されている。キャップ部材１０の下端面１０Ａと仕切り壁３１，３２の自由端部の端面３１Ａ，３２Ａは面一に形成されているので、隙間ｇの厚みは半田層３０の厚みに依存している。このようにすることで、半田層３０の厚みが、仕切り壁３１，３２の自由端部の端面３１Ａ，３２Ａとセンサ付き基板２０の上面２０Ｂとの間の隙間ｇの寸法を規定する。本実施の形態における隙間ｇの寸法＝半田層の厚みは、１００μｍ以下である。

【0027】

赤外線検知センサ素子２１、温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子は、センサ付き基板２０上に積層された複数のＭＥＭＳセンサ素子として構成されることにより、さらに小型化が図られている。すなわち各センサ素子２１，２２及び２３は、センサ付き基板２０の本体である単結晶シリコン層２５上に、酸化、拡散、エッチング、薄膜堆積、フォトリソグラフィ、めっき等のＭＥＭＳ技術を用いることにより形成されたＭＥＭＳセンサ素子である。

【0028】

図２に詳細に示す実際の構造では、単結晶シリコン層２５の両面はＳｉＮ／ＳｉＯ₂膜である絶縁膜２６，２７が形成されている。絶縁膜２６の上にＴａ／Ｐｔ薄膜製の電極層２８、Ｔｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ薄膜製のリード層２９、赤外線を検知するサーミスタ膜３３、サーミスタ膜３３を絶縁するシリコンジオキサイド（ＳｉＯ₂）製の絶縁膜３４、及びシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）製の表面保護層３５から構成される赤外線検知センサ素子２１は、単結晶シリコン層２５の上面をエッチングにより掘り下げて設けた空洞部２０Ａとキャップ部材１０の内部空間の間に架橋したマイクロブリッジ構造を有している。これにより赤外線検知センサ素子２１は超低熱容量を実現している。なお図２は端面図であるため、仕切り壁３１は図示していない。

【0029】

図３（Ａ）に示す第１の接合パターン１４は、周壁部１２の下端面に形成されている。第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４とを半田層３０により接合する際には、ごく微小な部品への加工であるため、第１の接合パターン１４の上に図３（Ｂ）のような複数の半田ボール３７を設けている。第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４との間に半田ボール３７を挟んだ状態で、これら半田ボール３７を加熱して溶融し、溶融した半田材料を第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４との間に全体的に流動させて閉ループ状の溶融半田層を形成した後、これを冷却することにより半田層３０を形成する方法が採用されている。この過程については後に詳しく述べる。

【0030】

デバイスの小型化やコストダウンのためには半田層３０の厚さ及び第１及び第２の接合パターンの幅はできる限り小さくすることが好ましい。しかしながら、半田ボール３７の接合部の大きさは、技術上の制限があり、図３（Ｂ）に示すように第１の接合パターン１４の幅Ｗ１とほぼ等しい１４０μｍとするのが好ましい。

【0031】

本実施の形態では、図３（Ａ）の第１の接合パターン１４には、周壁部１２の矩形状の端面１０Ａの４つの辺の中央部にランド部１４Ａを形成している。本実施の形態では、ランド部１４Ａの内縁部の形状を、ランド部１４Ａの両側に位置する２つの非ランド部の内縁部分から内側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有するものとしている。このような形状を採用すると、ランド部１４Ａは半田ボール３７が溶融して得られる溶融半田を確実に受け止めることができる。

【0032】

本実施の形態では、ランド部１４Ａ以外の非ランド部１４Ｂの幅寸法Ｗ３は、ランド部１４Ａの最大幅寸法Ｗ２よりも小さい。そして複数のランド部１４Ａの数及びランド部１４Ａ間の間隔は、複数の半田ボール３７が溶融して形成された半田層３０が完全な閉ループ状になるように定められている。本実施の形態においては、キャップ部材１０の幅寸法は約１ｍｍであり、キャップ部材１０の長さ寸法は約１．５８ｍｍである。そして隣り合う二つのランド部１４Ａ間の間隔寸法は約１．２９ｍｍ一定である。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、半田ボール３７の設置面３７Ａの最大幅寸法Ｗ１が例えば１４０μｍで、半田ボール３７の高さ寸法が６０〜７０μｍであり、ランド部１４Ａの最大幅寸法Ｗ２が１５５±５μｍである。このようなランド部１４Ａを設け、且つ隣り合う二つのランド部１４Ａ間の間隔寸法を定めると、溶融した半田ボール３７の溶融半田が確実に第１の接合パターン１４に残る。その上第１の接合パターン１４は、その他の部分（非ランド部）の幅Ｗ３を狭くしているので、少ない量の溶融半田でも非ランド部１２Ａ全体に溶融半田を流動させて、半田層３０を確実に形成することができる。なおこの効果を更に確実なものとするためには、第２の半田パターン２４の幅寸法Ｗ４も非ランド部１２Ａの幅寸法Ｗ３に近い値にするのが好ましい。これらの条件が満たされると、第１の接合パターン１４の上には４個の半田ボール３７しか載せられていなくても、デバイスの小型化及び半田の量の節約を達成することができる。なお理論的には、接合部分の体積をＶ１とし、使用する半田ボール３７の数分の合計体積をＶ２としたときに、Ｖ１＝Ｖ２となるように半田ボール３７の数を決めればよい。なお具体的には、半田ボール３７が第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４との間で溶融して冷却したときに、内部空間と外部との間に十分に気密性が保持できる厚さになり、且つ仕切り壁３１，３２の自由端部とセンサ付き基板２０との間の隙間ｇが十分に気体を流通できる寸法になるように、半田ボール３７の適正な大きさ及び実装される個数が選択されることになる。

【0033】

次に、図１の実施の形態の製造過程について、図４及び図５を参照しつつ説明する。キャップ部材１０とセンサ付き基板２０との接合に先立って、キャップ部材１０の第１の接合パターン１４上（他の実施の形態ではセンサ付き基板の第２の接合パターン上）に、複数の半田ボール３７を第１の接合パターン１４に沿って配置する。

【0034】

まず図４（Ａ）に示すように、キャップ部材１０及びセンサ付き基板２０との間に所定のスペースを開けた状態で、真空装置内でキャップ部材１０及びセンサ付き基板２０を対向させる。所定のスペースは、キャップ部材１０の半田ボール３７の下端とセンサ付き基板２０の第２の接合パターン２４の上面との間に挟まれたスペースＳにより確保される。キャップ部材１０の上方には、数ｃｍの間隔を空けて、トッププレートＴＰが配置されている。センサ付き基板２０はボトムプレートＢＰの上に載置されている。

【0035】

トッププレートＴＰは常温から半田ボール３７が溶融する温度まで温度を上げることができ、また下方に移動して荷重を加えることができる。ボトムプレートＢＰも昇温可能であり、且つボトムプレートＢＰの下方に空気を流して放熱することにより常温まで冷却可能である。

【0036】

図４（Ａ）の状態では、トッププレートＴＰもボトムプレートＢＰも常温であり、トッププレートＴＰとキャップ部材１０との間には間隔が空いていて荷重をかけていない。このときの状態は、図５では（Ａ）の期間である。

【0037】

次に、トッププレートＴＰとボトムプレートＢＰの昇温を開始し、キャップ部材１０とセンサ付き基板２０とを加熱しながら、真空装置を作動させてスペースＳによって形成したスペース内を所定の真空度にする（図４（Ｂ）、図５の（Ｂ）の区間）。

【0038】

トッププレートＴＰ及びボトムプレートＢＰの温度が半田ボール３７の溶融温度近く（約２５０℃）に達したら約２０分間予備加熱を行う（図４（Ｃ）、図５の（Ｃ）の区間）。続いてさらに両プレートの温度を３２０℃まで上昇させる（図４（Ｄ）、図５の（Ｄ）の区間）と半田ボール３７が溶融を始める。半田ボール３７の一部が溶融状態になった後、スペーサを抜き取り、トッププレートＴＰを下降させて、所定の荷重（２０００Ｎ）になるまで加圧し、その後加圧を保持する（図４（Ｅ）、図５の（Ｅ）の区間）。

【0039】

これによって、キャップ部材１０とセンサ付き基板２０が相対的に近付き、各半田ボール３７が溶融してできた溶融半田によって第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４の間に連続した溶融半田層を形成する。その後トッププレートＴＰ及びボトムプレートＢＰの加熱を停止して、トッププレートＴＰは自然冷却、ボトムプレートＢＰは空冷により、連続した溶融半田層を冷却して凝固させて、半田層３０が形成される（図４（Ｆ）、図５の（Ｆ）の区間）。さらにその後、両プレートが所定の温度（常温近く）に達したら、トッププレートＴＰによる加圧を解除し、真空装置内を大気開放する。

【0040】

本実施の形態の製造方法によれば、複数の半田ボール３７が溶融してできた溶融半田によって第１の接合パターン１４と第２の接合パターン２４の間に連続した溶融半田層を確実に形成することができる。

【0041】

次に本実施の形態の作用について説明する。

【0042】

本実施の形態によれば、キャップ部材１０の内部空間に仕切り壁３１，３２を設けたことにより、赤外線透過部１５を透過した赤外線ＩＲが温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子２３に直接当たるのを阻止することができる。その上仕切り壁３１，３２の下端とセンサ付き基板２０の上面との間には、入射した赤外線ＩＲの通過を阻止するが気体の流通は許容する隙間ｇが形成されているので、この隙間ｇを介して仕切り壁３１，３２によって仕切られた隣り合うチャンバを同じ真空度に維持することができる。

【0043】

したがって赤外線ＩＲが当たる条件を除いて、赤外線透過部１５を透過した赤外線ＩＲを受光する赤外線検知センサ素子２１、赤外線検知センサ素子の出力の温度補償に用いる温度センサ素子２２、及び温度補償用センサ素子２３を同じ環境下に置くことができる。その結果、温度センサ素子２２及び温度補償用センサ素子２３を用いた温度補償を高い精度で実現することができ、検出精度が高い赤外線センサデバイスを提供できる。

【0044】

（半田ボールの配置位置の他の例）
図６（Ａ）は、図３の実施の形態の他の例を示している。この例では、半田ランド部１４Ａをキャップ部材１０の四隅に形成している。この例では図３の実施の形態と同様に、ランド部１４Ａの内縁部の形状を、ランド部１４Ａの両側に位置する２つの非ランド部の内縁部分から内側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有している。この場合でも、図３の実施の形態の場合と同様に、真空漏れが発生しない半田層が形成できることが確認されている。図６（Ｂ）は、キャップ部材１０の寸法が小さい場合であり、２つの半田ランド部１４Ａが第１の接合パターン１４の長辺部の中央にそれぞれ設けられている。この場合でも、図３の実施の形態の場合と同様に、真空漏れが発生しない半田層が形成できることが確認されている。

【0045】

図７は、本発明の他の実施の形態の他の例で用いる第１の接合パターン１４を示している。この例では、図６（Ａ）と同様に、半田ランド部１４Ａをキャップ部材１０の四隅に形成している。しかしながらこの例では、図６（Ａ）の例とは異なって、四隅に形成された４つのランド部１４Ａの内縁部の形状は、それぞれランド部１４Ａの両側に位置する２つの非ランド部１４Ｂの内縁部分と連続し且つ外側に向かって凸となるように湾曲する湾曲形状を有している。本例のパターン１４では、ランド部１４Ａの最大幅寸法Ｗ２は１５５±５μｍである。四隅に設ける４つのランド部１４Ａの形状をこのようにすると、図６（Ａ）の構成と比べて、ランド部１４Ａから溶融半田が第１の接合パターン１４の内側に大きくはみ出すことを防止して、半田層で真空漏れが発生することを阻止することができる。四隅に形成された４つのランド部１４Ａの外縁部の形状は、外側に凸となる形状（具体的には直角な角形状）を有している。このようにすると、溶融半田が接合パターンの外側に必要以上にはみ出すことを阻止できる。

【0046】

（変形例）
上記実施の形態では、第１の接合パターン１４側にランド部１４Ａを設けて半田ボール３７を配置している、第２の接合パターン２４側にランド部を設けて半田ボールを第２の接合パターン２４に配置して、上記と同様の手順でキャップ部材１０とセンサ付き基板２０の接合を行ってもよいのは勿論である。また上記実施の形態は赤外線センサデバイスに本発明を適用したが、赤外線センサ以外のその他のセンサデバイス（高周波検知センサ、サーミスタ等）にも本発明を適用できるのは勿論である。

【0047】

また遮断効果を高めるためには、できるだけキャップ部材の壁の厚みや、仕切り壁の厚みを厚くするのが好ましい。

【0048】

また図８（Ａ）に示すように、第１の接合パターン１４及び第２の接合パターン２４の少なくとも一方の接合パターンの少なくとも内縁部に沿って溶融半田を受け入れる溝部４１を設けてもよい。このように溝部を設けると、溶融半田が接合パターン（１４，２４）の内側に入って、回路短絡等を生じさせる恐れがなくなる上、センサデバイスの小型を図ることができる。またこのような溝部４１を設ける場合には、図８（Ｂ）に示すように、キャップ部材１０及びセンサ付き基板２０の少なくとも一方は、キャップ部材１０及びセンサ付き基板２０を相対的に近付ける前において、中心部が相手部材に向かって凸となるように反っているのが好ましい。このようにするとキャップ部材１０及びセンサ付き基板２０を相対的に近付ける際に、溶融半田が溝部４１を越えてさらに内側に浸入することを防止することができ、センサデバイスのさらに小型化を図ることができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ キャップ部材
１１ 開口部
１２ 周壁部
１３ 対向壁部
１４ 第１の接合パターン
１５ 赤外線透過部
２０ センサ付き基板
２１ 赤外線検知センサ素子
２２ 温度センサ素子
２３ 温度補償用センサ素子
２４ 第２の接合パターン
３０ 半田層
３１，３２ 仕切り壁
４１ 溝部
ＩＲ 赤外線

【要約】

センサ素子が収納されるデバイスの内部空間を確実に真空状態に維持することができるセンサデバイスを提供する。センサ付き基板２０とキャップ部材１０とは、半田層３０により接合されて内部空間が真空状態に保持されている。接合パターン１４には、周壁部１２の矩形状の端面１０Ａの４つの辺の中央部にランド部１４Ａを形成している。ランド部１４Ａ以外の非ランド部１４Ｂの幅寸法Ｗ３は、ランド部１４Ａの最大幅寸法Ｗ２よりも小さく且つ複数のランド部の数及び前記所定の間隔は、複数の半田ボール３７が溶融して形成された半田層３０が完全な閉ループ状になるように定められている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】