CN1617347A - 半导体封装窗用玻璃及所用玻璃窗及其制法和半导体封装 - Google Patents

半导体封装窗用玻璃及所用玻璃窗及其制法和半导体封装 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适合于塑料材质半导体封装的窗用玻璃和一种具有各种功能的半导体封装的玻璃窗，可以作为塑料材质半导体封装的窗材料、并在100－300℃的温度范围内具有120×10－7/℃－180×10－7/℃的平均线膨胀系数的玻璃(1)，或具有上述平均线膨胀系数、且其U的含量为5ppb或更少、Th的含量为5ppb或更少的玻璃(2)，和(a)用上述窗用玻璃制成的、(b)具有透镜功能及上述平均线膨胀系数的玻璃窗，或(c)用具有上述平均线膨胀系数、U的含量为5ppb或更少、Th的含量为5ppb或更少、包含铜及磷氧化物的玻璃窗，当玻璃的厚度为0.5毫米时，根据400－700纳米波长的光谱透射率，玻璃窗在630nm或更短时能表现出50％的透射率。

Description

半导体封装窗用玻璃及所用玻璃 窗及其制法和半导体封装
发明背景
发明领域
本发明涉及半导体封装窗用玻璃、半导体封装的玻璃窗、玻璃窗的生产方法和半导体封装。更明确地，本发明涉及嵌入数码相机或VTR相机上立体图像传感器的塑料材质的半导体封装窗用玻璃，以及上述半导体封装的玻璃窗，如半导体封装上用来校正CCD传感器的感色灵敏度、具有近红外线吸收滤光片作用的玻璃窗，玻璃窗的生产方法，和具有上述玻璃窗、半导体器件和嵌入半导体器件封装的半导体封装。
现有技术
类似于CCD的半导体器件会由于封装上窗玻璃放射出来的α-射线而造成软错误，因此，需要降低窗玻璃中能发出α-射线的放射性同位素的含量。就α-射线放射被控制的半导体封装窗材料用玻璃而言，例如，JP-A-8-306894公开了一种用于半导体封装的窗玻璃，其U和Th含量控制在5ppb或更少。
随着近年来数码相机的小型化及带相机的便携式电话的普及，高像素、小型化的图像传感系统得到需求。所有部件如镜头、滤光片、封装等的尺寸和厚度都在逐渐缩小。此外，除了尺寸和厚度减小之外，也提出形成部件的复合组件。例如，上述JP-A-8-306894不仅公开了一种用于半导体封装的透明窗玻璃，而且公开了一种包含CuO并能吸收近红外波长的半导体封装窗玻璃。
用于半导体封装窗的常规玻璃具有相对小的热膨胀系数，因为要将其调整以具有同由陶瓷如氧化铝等制成的封装相应的热膨胀性能。因此，将其同塑料材质的封装相结合时，上述玻璃会由于热膨胀不同而导致封装扭曲、变形或者破裂，因而，此种玻璃是对使用塑料材料用于降低封装重量的障碍。
发明概述
在这种情况下，本发明的一个目的是提供一种可适于塑料材质的半导体封装的窗玻璃，用于上述半导体封装的、具有多种功能的玻璃窗，上述玻璃窗的生产方法和具有上述玻璃窗的半导体封装。
本发明人作了认真的研究并因此作出以下发现。具有特定的平均线膨胀系数的玻璃和具有特定的平均线膨胀系数且U和Th含量各自为特定值或更低的玻璃，作为塑料材质半导体封装的窗玻璃均适于上述目的，和用此种玻璃制成的半导体封装的玻璃窗、或者用于半导体封装的具有透镜功能或特定光谱透射率的玻璃窗也适于上述目的。根据上述发现完成了本发明。
更确切地说，本发明的主旨是：
(1)半导体封装窗用玻璃，其适合作为塑料材质半导体封装的窗材料，并在100-300℃温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数(在下文中称为“玻璃1”)，
(2)半导体封装窗用玻璃，在100-300℃温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数，且U含量为5ppb或更少、Th含量为5ppb或更少(在下文中称为“玻璃2”)，
(3)如上面(1)或(2)所述的半导体封装窗用玻璃，其包含铜及磷氧化物，
(4)如上面(3)所述的半导体封装窗用玻璃，其中当玻璃的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，透射率为50％的波长为630纳米或更短，
(5)如上面(3)所述的半导体封装窗用玻璃，以阳离子的百分含量计，其包含23-41％的P5+、4-16％的Al3+、11-40％的Li+、3-13％的Na+、12-53％的R2+(R2+代表Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Zn2+)及2.6-4.7％的Cu2+，并包含阴离子成分F-和O2-，
(6)半导体封装的玻璃窗其由上面(1)或(2)所述的窗用玻璃制成(在下文中称为“玻璃窗1”)，
(7)半导体封装的玻璃窗，具有透镜功能、并在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数(在下文中称为“玻璃窗2”)，
(8)半导体封装的玻璃窗，用在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数、U含量为5ppb或更低、Th含量为5ppb或更低、并且包含Cu和磷氧化物的玻璃形成，其中当玻璃窗的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，透射率为50％的波长为630纳米或更短(在下文中称为“玻璃窗3”)，
(9)如上面(6)所述的半导体封装的玻璃窗，其为精密模压制品，
(10)半导体封装的玻璃窗的生产方法，包括对用在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数的玻璃制成的透镜状窗材料玻璃进行精密模压。
(11)一种半导体封装包括如上面(6)所述的用于半导体封装的玻璃窗，半导体器件和嵌有半导体器件的封装，其玻璃窗具有由塑料材料制成的固定部分，及
(12)如上面(11)所述的半导体封装，其中半导体器件为图象传感器。
发明优选实施方式
在本发明中，窗用玻璃是指适用于半导体封装用作窗材料的玻璃，玻璃窗是指由玻璃制成且适合于半导体封装的窗。窗用玻璃主要分为如下玻璃1和玻璃2。
[玻璃1]
玻璃1可用作塑料材质半导体封装的窗材料，其在100-300℃的温度范围内的平均线膨胀系数是120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃。
依照玻璃1，当将其平均线膨胀系数调整到上述范围时，即使玻璃1与封装相粘结，也能防止塑料封装的扭曲/变形及玻璃的破裂。此外，玻璃1可以提供耐久性和均匀性大大好过塑料窗的窗。
上述封装包括嵌有半导体器件的整个封装及用来固定有关半导体器件窗的框架体，上述框架体利用窗紧密密封半导体器件的光接受面。应理解下文中的术语“封装”代表任意一种上述封装。
[玻璃2]
玻璃2为窗用玻璃，其在100-300℃的温度范围内测得的平均线膨胀系数为120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃，并且其U含量为5ppb或更少，Th含量为5ppb或更少。
依照玻璃2，当将其平均线膨胀系数调整到上述范围时，即使玻璃2与封装相粘结，也能防止塑料封装的扭曲/变形及玻璃的破裂。此外，U和Th各自的含量都为5ppb或更少，因而可提供一种半导体封装，其没有因玻璃窗发射α-射线而造成的软错误。因此，可以在靠近半导体器件的位置安置玻璃窗，使封装的尺寸和重量减小。
由本发明所提供的用于半导体封装的玻璃优选为同时具有上述玻璃1和上述玻璃2的特征的玻璃。
为使窗用玻璃在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数，优选掺入碱金属氧化物、氟或同时掺入碱金属氧化物和氟。可通过考虑上述膨胀系数和耐候性确定碱金属氧化物和氟的含量。
上述耐候性可通过将一块表面抛光的玻璃样品于60℃温度、80％RH下放置1000小时，然后观察样品抛光表面的变化如氧化等来评价。也就是说，当玻璃具有优异的耐候性时，在上述耐候性试验后，观察不到玻璃表面的变化，这样的玻璃完全适合作为窗玻璃。不同于上述玻璃的玻璃会在其表面上显示出变化，这样的玻璃不适合作为窗玻璃。也可根据上述耐候性试验前得到的光谱透射率与上述耐候性试验后得到的光谱透射率之间的差异来确定玻璃是具有优良的耐候性还是具有差的耐候性。将试验前得到的400-700纳米波长时的光谱透射率最大值和试验后得到的此数据进行比较，如果试验后得到的光谱透射率的最大值为试验前得到的数值的90％或以上，那么这样的玻璃可以说具有优异的耐候性。对于光谱透射率的测量，使用双面抛光以致两个面相互平行的样品。光谱透射率包括样品表面的光学损失，因此可对试验前的样品表面状态和试验后的样品表面状态进行比较。
窗玻璃优选具有550℃或更低的玻璃转化温度。当玻璃具有这样低的玻璃转化温度时，可通过精密模压将其制成玻璃窗。通过精密模压，可以将玻璃窗的表面制成透镜的形状，光线就是通过这个表面进入或出去的，或者在光线进入或出去的上述表面上有目的地形成能提供衍射光栅功能的图形，或提供光学低通滤光片功能的图形。
从玻璃成分的观点上说，含磷氧化物的玻璃(如氟磷酸盐玻璃或磷酸盐玻璃)和含SiO2及碱金属氧化物的玻璃适合作为上述窗用玻璃。这些玻璃容易具有均匀性。作为窗用玻璃，氟磷酸盐玻璃是特别优选的。
磷酸盐玻璃(氟磷酸盐玻璃或磷酸盐玻璃)是一种含有磷氧化物作为主要成分的玻璃，在后面会作特别说明。
对于包含SiO2和碱金属氧化物的玻璃，优选的是包含SiO2、TiO2及碱金属氧化物的玻璃。特别地，上述玻璃优选具有以SiO2、TiO2及碱金属氧化物作为基本玻璃成分的玻璃组成，且全部基本成分含量为60mol％或更高；更优选的玻璃组成以摩尔百分比计包括：38-58％的SiO2、7-30％的TiO2、总计15-40％的碱金属氧化物及0-12％的Al2O3。在这些玻璃中，包含10-25％的Na2O、4-15％的K2O、0-13％的MgO、0-10％的CaO、0-8％的SrO、0-6％的BaO、0-10％的ZnO及0-1％的Sb2O3的玻璃则更为优选，并尤其优选MgO含量为1-13％和ZnO含量为0.5-10％的玻璃。具有上述玻璃组成的玻璃可具有如约1.6的折射率(nd)和大约36-37的阿贝数(vd)的光学常数。
尽管碱金属氧化物和氟均能用作提高膨胀系数，但它们不容易对耐候性产生不利影响，因此，更优选含磷氧化物玻璃(氟磷酸盐玻璃和磷酸盐玻璃)。后面会对这些玻璃作详细说明。
为了提供一种具有半导体图象传感器的校色滤光片功能的窗用玻璃，可以向玻璃中引入铜以使玻璃具有近红外吸收性能。对于具有上述校色滤光片功能的窗用玻璃，优选的是使用含有铜和磷氧化物的玻璃(氟磷酸盐玻璃和磷酸盐玻璃)。更为优选的是使用当玻璃的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，波长为630纳米或更短时光线透射率为50％的玻璃。
此外，由于窗玻璃安置在靠近半导体图象传感器的地方，所以控制玻璃中包含的铂杂质的大小及含量就很重要，以便这些大小和数量处于比普通光学玻璃中相应物质的水平低的水平。这是由于当窗玻璃中含有例如铂微粒的杂质时会造成不利的影响，即它们会被反射到图象传感器上，或由于杂质的衍射而使图象变得模糊。在常用的由玻璃制成的光学器件如透镜中控制杂质。但是，由于在这些光学器件远离图象传感器的状态下使用它们，因此这些光学器件不会造成杂质反射或由于衍射使图象质量下降到如窗材料玻璃那样的程度。在本发明所提供的窗玻璃中，颗粒直径为2微米或更大的铂杂质的数量优选为10粒/100毫升，更优选不含颗粒直径为2微米或更大的铂杂质。为了减少含有的放射性物质如U和Th的含量，避免含有铂杂质也是优选的。
除了铂杂质，当含有铜时，避免铜金属颗粒或铜化合物颗粒的沉淀是优选的。此外，窗玻璃优选由无定形相构成。
下面将说明特别适合作为含铜玻璃的玻璃组成。为此以阳离子百分含量计，玻璃组成包括23-41％的P5+、4-16％的Al3+、11-40％的Li+、3-13％的Na+、12-53％的R2+(R2+代表Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Zn2+)和2.6-4.7％的Cu2+，并包含阴离子成分F-和O2-。在下文中阳离子的含量(％)代表阳离子％，阴离子的含量(％)代表阴离子％。
P5+是氟磷酸盐玻璃的基本成份，并且是产生红外吸收的必要成分。当其含量小于23％时，玻璃有时会呈现浅绿色。当其含量超过41％时，玻璃的耐候性和抗失透性往往会下降。因此P5+的含量优选为23-41％。
Al3+是一种用于提高氟磷酸盐玻璃的抗失透性的重要成分。当其含量小于4％时，玻璃的抗失透性差，并且玻璃往往具有高液线温度，因此难以通过熔铸制成高质量的玻璃。当其含量超过16％时，玻璃的抗失透性有时会变差。因此Al3+的含量优选为4-16％。
Li+是一种提高玻璃抗失透性的有效成分。当其含量小于11％时，上述效果不足。当其含量超过40％时，玻璃的耐久性和可加工性(可模压性)有时会下降。因此Li+的含量优选为11-40％。
Na+也是一种提高玻璃抗失透性的有效成分。当其含量小于3％时，上述效果不足。当其含量超过13％时，玻璃的耐久性和可加工性(可模压性)有时会下降。因此Na+的含量优选为3-13％。
R2+(Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Zn2+)是一种提高氟磷酸盐玻璃抗失透性、耐久性和可加工性(可模压性)的有效成分。当R2+的总量小于12％时，玻璃的抗失透性和耐久性易于下降。当其含量超过53％时，玻璃的抗失透性有时会下降。因此R2+的含量优选为12-53％。
Mg2+含量优选的范围是3-5％，Ca2+含量优选的范围是6-9％，Sr2+含量优选的范围是5-8％，Ba2+含量优选的范围是3-6％，Zn2+含量优选的范围是0-3％。
当Cu2+含量小于2.6％时，红外线的吸收量小，当玻璃厚度为0.5毫米时，在400-700纳米范围内，玻璃透射率为50％的波长大于630纳米。当其含量超过4.7％时，就导致玻璃抗失透性变差。因此Cu2+的含量优选为2.6-4.7％。
O2-对于上述窗材料玻璃而言是一种特别重要的阴离子成分。当其含量小于52％时，二价Cu2+被还原为一价Cu+，使得在短波长段、特别是400纳米附近的吸收增强，这导致浅绿色。因此O2-的含量优选为52-75％。
F-是一种降低玻璃熔点并提高玻璃耐候性的重要阴离子成分。当上述窗玻璃材料中含有F-时，玻璃的熔点降低，使得在玻璃熔化过程中，控制从熔炉壁、难熔物料或难熔容器中进入玻璃内的U、Th和铂杂质的含量变得容易实现。当其含量小于25％时，玻璃的耐候性不足。当其含量超过48％时，O2-的含量相对变小，从而由于一价Cu+而使玻璃在400nm附近变色。因此F-的含量优选为25-48％。
可根据需要使用K+、Zr4+、La3+、Gd3+、Y3+、Si4+、B3+、Sb3+和Ce4+提高玻璃抗失透性、调节玻璃粘度和进行澄清。上述阳离子的总量优选小于5％，更优选小于1％，最优选不含这些阳离子。
优选的玻璃组成如下。
(优选玻璃组成1)
一种氟磷酸盐玻璃，包含：23-41％的P5+、4-16％的Al3+、11-40％的Li+、3-13％的Na+、12-53％的R2+(R2+代表Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Zn2+)及2.6-4.7％的Cu2+作为阳离子组分，和含有25-48％的F-和52-75％的O2-作为阴离子组分。
(优选玻璃组成2)
一种氟磷酸盐玻璃，其中P5+、Al3+、Li+、Na+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Cu2+和Sb3+的总量至少为99阳离子％，更优选100阳离子％。
(优选玻璃组成3)
一种氟磷酸盐玻璃，其中F-和O2-的总量为100阴离子％。
(优选玻璃组成4)
一种氟磷酸盐玻璃，不含Pb、As和Cd。不仅氟磷酸盐玻璃不含Pb、As和Cd，而且优选窗材料玻璃1-3中的任意一种不含Pb、As和Cd。
上述氟磷酸盐玻璃如约1.5的折射率(nd)和约74.5的阿贝数(vd)的光学常数。为设计透镜形式，可参考上述光学常数。
含磷氧化物玻璃例如磷酸盐玻璃和氟磷酸盐玻璃通常化学耐久性差，经受不住进行的耐候性试验，例如，在温度为60℃、湿度为80％RH的环境中放置1000小时后，玻璃表面被腐蚀，变得不透明或者粗糙。而上述玻璃则具有优异的化学耐久性并能经受住在60℃、80％RH的环境中放置1000小时的耐候性试验，它能够保持住足够的表面形态以作为窗材料玻璃。
下面对窗玻璃的生产方法进行说明。
对于窗玻璃的玻璃原料来说，使用U和Th的含量为1ppb或更少的原料是理想的。例如，称量原料如磷酸盐、氟化物、碳酸盐、硝酸盐、氧化物等以便得到所需组成，将其混合并在例如800-900℃下于耐火材料坩埚中熔融。耐火材料坩埚的材料优选石英或铂，其U和Th的含量非常少，尤其优选的是能在石英坩埚中初熔并在铂坩埚中终熔的原料。用这种方式可以抑制铂杂质的出现。当熔化含氟玻璃时，理想的是使用石英或铂制成的耐火盖板来防止氟组分的挥发。此外，熔融气氛可以使用空气，这样不会产生任何问题。当熔化含铜的窗玻璃时，优选的是使用氧气气氛或向熔融玻璃液中鼓入氧气泡来防止铜化合价的改变。为防止从熔炉壁、耐火材料及熔融坩埚中引入U、Th及铂杂质，较低的熔融温度是优选的。搅拌并澄清处于熔融状态的玻璃，然后就可以使玻璃流出并成形为窗玻璃。
成形窗玻璃的方法包括常规方法，例如铸造、从管道流出、滚压、挤压，而成形具有大面积和厚度的玻璃是特别优选的。将经过成形的玻璃的原料移入事先加热到玻璃转化温度附近的退火炉中，然后逐渐冷却到室温。
将经上述过程得到的玻璃材料切片、分割和磨光，制成玻璃窗。
下面对半导体封装的玻璃窗进行说明。本发明的玻璃窗主要归类为玻璃窗1-3。
[玻璃窗1]
由任意一种上述窗玻璃形成玻璃窗1。当由任意一种上述窗玻璃形成玻璃窗时，就利用了玻璃的性能，由此可以提供一种非常适合于封装的玻璃窗，它可以防止放射线引起的影响并被赋予吸收近红外线的功能。
[玻璃窗2]
玻璃窗2具有透镜功能，在100-300℃的温度范围内，其平均线膨胀系数为120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃。
对于玻璃窗2，当其与封装相粘结时，可以防止塑料封装的扭曲/变形及玻璃的破裂。此外，由于具有透镜功能，玻璃窗2可以组成部分或完整的图象成形光学系统，用于将通过玻璃窗传输的光在装于封装内的半导体图象传感器的光接受表面上形成图象。因此，零件数得到降低，还可以防止在半导体图象传感器的光接收表面上探测到的光数量的降低。
玻璃窗可以通过以例如会聚凹凸透镜、发散凹凸透镜、平面会聚透镜或平面发散透镜的样式成形，或通过在窗材料玻璃的表面上形成衍射图形，或通过形成折射率分布从而具有上述透镜功能。
[玻璃窗3]
玻璃窗3是半导体封装的平板形玻璃窗，它是由含铜及磷氧化物的玻璃制成的，此种玻璃在100-300℃的温度范围内测得的平均线膨胀系数为120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃，其U的含量为5ppb或更少，Th的含量为5ppb或更少，并且当玻璃的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，透射率为50％的波长为630纳米或更短。含铜及磷氧化物的玻璃包括含铜的氟磷酸盐玻璃和含铜的磷酸盐玻璃，其中含铜的氟磷酸盐玻璃是更为优选的。
由于含有铜，从而使玻璃窗3具有吸收近红外线的性质和上述光谱透射性，并具有了半导体图象传感器的校色滤光片功能。此外，玻璃窗3的另一特征是其具有平板的形状。由于具有上述光谱透射性，即使将玻璃窗3形成为薄板形状，它也可完全作为半导体图象传感器的校色滤光片器。而且，由于具有上述热膨胀性质，即使将玻璃窗3的薄板同塑料封装相粘结，也不会出现封装的扭曲/变形及玻璃的破裂，因此玻璃窗3适合于用来降低玻璃窗的厚度、尺寸及重量。
玻璃窗3、玻璃窗1和玻璃窗2的平板优选的厚度为0.1-0.8毫米，更优选为0.3-0.6毫米。
作为本发明中的半导体封装的玻璃窗，优选的是同时具有玻璃窗1和2的性质的玻璃窗，或同时具有玻璃窗1和3的性质的玻璃窗，或同时具有玻璃窗2和3的性质的玻璃窗，或同时具有所有玻璃窗1到3的性质的玻璃窗。
下面对玻璃窗1到3的一般性细节进行说明。
上述玻璃窗优选为精密模压制品。精密模压制品是指通过对塑性变形状态下的玻璃进行精密模压而生产的玻璃模制产品。精密模压是一种模制方法，在这种方法中，将模压的模制表面精确传送到上述玻璃上，从而形成光学功能表面。光学功能表面是指用来反射、折射、衍射或传送受控光线的表面，并与光线进入和出去的玻璃窗的表面相对应。精密模压不需要对光学表面进行如切割和磨光的加工就能使其具有足够的功能。精密模压制品的例子包括以非球面透镜的例如会聚凹凸透镜、发散凹凸透镜、平面会聚透镜和平面发散透镜方式工作的玻璃窗；以球面透镜例如会聚凹凸透镜、发散凹凸透镜、平面会聚透镜和平面发散透镜方式工作的玻璃窗，以菲涅耳透镜方式工作的玻璃窗，在表面上形成具有低通量滤光片功能图形的玻璃窗。此外，它还可能是平板状的玻璃窗。
每种玻璃窗都适合于作为塑料封装的玻璃窗。虽然没有特别的限制，但用于塑料封装的材料包括含有玻璃填料的环氧树脂作为能允许优质封装的材料。后面将会对封装材料的细节作讨论。
适用玻璃窗1到3的玻璃组成同适于上述窗玻璃的玻璃组成是相同的。上述玻璃窗类似于上述窗用玻璃，掺入Cu用于提供近红外吸收性能，并且当掺入Cu时优选磷酸盐玻璃和氟磷酸盐玻璃。
如已描述的那样，在玻璃窗3中，U和Th各自的含量都为5ppb或更少，优选为3ppb或更少。同样，在玻璃窗1和2中，U和Th各自的含量都为5ppb或更少，优选为3ppb或更少。当使用这样的玻璃窗时，可以提供一种避免由于玻璃窗放射出的α射线而导致的软错误的半导体封装。因此，玻璃窗可以安置在靠近半导体器件的位置，从而使封装的尺寸及重量降低。U和Th各自的含量都被调节到如上所述的非常低的水平，因此即使使用高像素值的半导体图象传感器，也可以防止软错误的出现。上述封装适合作为封存具有1 000 000或更多像素图象传感器的半导体封装，更适合作为封存具有1 500 000或更多像素图象传感器的半导体封装，并还更加适合作为封存具有2 000 000或更多像素图象传感器的半导体封装。
下面对本发明提供的半导体封装的玻璃窗的生产方法作出解释。上述方法包括对透镜状窗材料玻璃进行精密模压，上述窗材料玻璃是由在100-300℃温度范围内测得的平均线膨胀系数为120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃的玻璃制成的。
在上述方法中，首先，制成同模压产品重量相当的半成品。半成品可以通过将经成形熔融玻璃得到的料块进行机械加工得到预定重量的方法制得，也可以通过在玻璃处于软化状态时将具有预定重量的熔融玻璃制成半成品的方法制得。根据需要可以在半成品的表面上形成薄膜以获得精密模压性。然后，将半成品再次加热并用模压对其进行精密模压。处理模压的模制表面使其具有同透镜表面形状相反的形状，然后通过模压将模制表面的形状精确地转移到玻璃上，从而得到具有透镜形状的精密模压制品。理想的是，在氮或氮氢气体混合物的非氧化气氛中进行精密模压。模压可以从超硬合金或SiC制成的模中选择，也可从模制表面上形成有隔离膜如碳膜或含金属合金膜的膜种选择。半成品可以被再次加热并挤压，然后以已知的方法冷却经上述过程制得的精密模压制品，并可以根据需要依据精密模压制品的形状和尺寸确定每一步的条件。
通过上述方式，可以形成上述玻璃窗。可根据需要加工精密模压制品以使制品聚焦，或在其光学功能表面上形成抗反射膜。此外，通过精密模压，可以在形成透镜形状的同时在玻璃窗的表面上形成具有光学低通滤光片功能的图形。
下面对本发明的半导体封装作出说明。本发明的半导体封装包括上述玻璃窗或通过上述精密模压方法生产的玻璃窗、用于接收通过上述玻璃窗进入的光线的半导体器件和用来嵌入半导体器件的塑料封装。半导体器件优选为例如CCD或CMOS的立体图象传感器。上述封装可为完全由塑料制成的封装，但它至少还具有塑料材料制成的玻璃窗装配部分。
上述封装包括用于嵌入半导体器件的完整封装，用于覆盖半导体器件光接收部位的部件，或连同玻璃窗将玻璃窗固定到半导体器件上的框架材料，或具有将半导体器件光接受部位与玻璃窗紧密密封功能的上述框架材料。
对由塑料制成的封装用材料没有特殊限制，可选自各种材料。特别地，上述材料可以从热固性树脂中选择，例如环氧树脂(双酚A型环氧树脂，酚醛清漆型环氧树脂，缩水甘油胺型环氧树脂等等)、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、非饱和聚酯树脂和硅氧烷树脂，以及热塑性树脂如液晶聚合物、聚亚苯基硫化树脂和聚砜树脂。这些树脂可含有固化剂、固化促进剂、吸水剂、填充物、阻燃剂、颜料、脱模剂，还可含有无机填料。在这些当中，尤其优选含玻璃填充物的环氧树脂作为优异封装材料。对玻璃窗安装(固定)到封装上的方法没有特殊限定，例如，可以使用紫外线固化树脂来粘结。
对于上述半导体封装，玻璃窗的热膨胀性能同封装或封装上玻璃窗安装部位相匹配，因此当封装和玻璃窗相互粘结时，可以防止封装的扭曲/变形及玻璃的破裂。
此外，当玻璃窗成形为薄板形状时，可以防止玻璃的扭曲和破裂。而且，由于玻璃窗不会扭曲，使得具有透镜功能的玻璃窗可以完成优质的成像。
此外，当使用含铜玻璃作为玻璃窗材料时，玻璃窗就用作校色滤光片，由此可以减少零件的数量。同样，当使玻璃窗具有透镜功能、或使玻璃窗具有透镜功能和校色滤光片功能时，可以降低零件的数量，器件的尺寸和重量也能得到降低。
在封装材料中，如窗材料玻璃，需要充分小心以防止放射性物质的掺入。
除上述玻璃窗之外，封装还可以装备光学系统，用以在半导体图象传感器的光接受部位形成物体的图象。上述光学系统包括一个或多个透镜，根据玻璃窗是否具有透镜功能，通过已知的光学设计方法可以确定每片用具有期望的光学性质的材料制成的透镜的形状及各透镜排列方式。而且，上述光学系统根据需要还可以装备光圈。此外，对于组成上述光学系统的透镜，优选使用如窗材料的玻璃材料。而且，优选使用的玻璃在100-300℃温度范围内测得的平均线膨胀系数为120×10-7/℃-180×10-7/℃，优选为135×10-7/℃-180×10-7/℃，更优选为140×10-7/℃-180×10-7/℃。并且，上述玻璃优选的是从归类于含磷氧化物玻璃(磷酸盐玻璃或氟磷酸盐玻璃)或含SiO2及碱金属氧化物玻璃并具有600℃或更低的玻璃转化温度的玻璃中进行选择。
实施例
下面参考实施例对本发明作出说明，但本发明不受这些实施例的限制。
实施例1-6
称取原料例如磷酸盐、氟化物、碳酸盐、硝酸盐、氧化物等，以得到表1和表2所示组成，将每种玻璃的原料混合然后在铂坩埚中熔化。实施例1-5中的玻璃在800-900℃下熔化，实施例6中的玻璃在1300℃下熔化。实施例6中的玻璃不含Cu。
将每种玻璃搅动并澄清，然后将玻璃浇铸到厚钢板上形成具有表1和表2所示组成的玻璃块。将每个玻璃块移入事先加热到约每种玻璃转化温度附近温度范围的熔炉中，退火至室温。从以上述方式得到的玻璃块中挑取样用于各种测量，并通过下述方法测量其下述性质。表1和表2列出了结果。
(1)平均线膨胀系数
依照《日本光学玻璃工业标准JOGIS-08》在100-300℃的温度范围内测量样品的平均线膨胀系数。
(2)光谱透射率
将厚度为0.5毫米的玻璃片样品的两个面都进行磨光处理，以使其双面互相平行，并使用分光光度计测量其光谱透射率。计算每一个参数。每片玻璃都是均质的，因此可根据测量0.5mm厚样品得到的透射率值按照已知的方法计算具有任意厚度的每个样品的透射率。光谱透射率包括每个样品表面的反射损失。
(3)使用感应耦合等离子体(ICP)质量分析仪测量U和Th各自含量。
(4)耐候性
对于耐候性试验，即将抛光的样品在温度为60℃、湿度为80％RH的环境中放置1000小时后，然后观察样品的表面来评价其耐候性。
(5)铂杂质的数量密度
将样品通过光学显微镜放大，通过观察计量其包含的直径为2微米或更大的微粒的数量，根据计量到的杂质的数量和所观察的区域的体积可以确定数值的密度。
                                        表1
  单位     Ex.1     Ex.2     Ex.3     Ex.4     Ex.5
玻璃组成     P5+   阳离子％     24.3     28.3     28.2     383     32.5
    Al3+   同上     8.1     11.4     11.3     8.0     5.0
    B3+   同上     0.0     0.0     0.0     0.0     0.0
    Li+   同上     21.7     23.5     23.4     23.6     28.5
    Na+   同上     7.7     7.5     4.8     2.4     5.0
    Mg2+   同上     5.7     4.0     4.0     0.0     0.0
    Ca2+   同上     12.0     8.4     8.4     0.0     3.6
    Sr2+   同上     8.7     6.2     6.1     7.5     1.4
    Ba2+   同上     7.5     5.3     5.2     17.2     10.0
    Zn2+   同上     0.0     2.1     5.4     0.0     10.0
    Cu2+   同上     4.3     3.3     3.2     3.0     4.0
 阳离子总量   同上     100     100     100     100     100
    F-   阴离子％     39.9     39.9     40.9     35.5     45.0
    O2-   同上     60.1     60.1     59.1     64.5     55.0
 阴离子总量   同上     100     100     100     100     100
性质     λ50   纳米     591     609     615     618     595
    T400   ％     80.2     84.2     82.5     84     80
    T600   ％     42.2     55.5     58.3     60     43
    T1200   ％     5.8     6.1     13.2     15     6
    α   ×10-7/℃     160     152     150     145     170
    U含量   ppb     2     1     1     2     2
    Th含量   ppb     ＜1     ＜1     ＜1     ＜1     ＜1
Ex.＝实施例
注1：λ50代表样品厚度为0.5毫米时，光谱透射率为50％的波长。
注2：T400、T600和T1200分别表示样品厚度为0.5毫米时，400纳米、600纳米和1200纳米波长时的透射率。
注3：α代表100-300℃的平均线膨胀系数。
                      表2
    单位     实施例6
玻璃组成     SiO2     摩尔％     45
    Al2O3     同上     3
    Na2O     同上     21
    K2O     同上     7
    TiO2     同上     17
    MgO     同上     5
    ZnO     同上     2
    Sb2O3     同上     0.1(基于总量)
    总量     同上     100
性质     GTT     ℃     500
    α    ×10-7/℃     140
    U含量     ppb     1
    Th含量     Ppb     ＜1
GTT＝玻璃转化温度
注1：α代表100-300℃的平均线膨胀系数。
所有实施例中的玻璃在100-300℃时具有的平均线膨胀系数在140×10-7/℃-180×10-7/℃的范围内，且所有玻璃中U和Th各自的含量都小于5ppb。此外，没有发现颗粒直径为2微米或更大的杂质，包括铂杂质。并且没有发现铜金属颗粒、铜化合物颗粒及结晶相。
耐候性试验的结果是，没有实施例中的玻璃显示出表面变化如氧化。而且，对于试验后的玻璃的最大值来说，试验后的每种玻璃都保持了试验前测得的光谱透射率最大值的90％以上。
对于实施例1-5中的玻璃，当它们厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，其透射率为50％的波长小于630纳米。
实施例7
将实施例1中得到的玻璃用紫外线固化树脂粘结到嵌入了具有2 000 000有效象素的CCD的塑料封装上以获得半导体封装。对于封装材料，使用的是含有玻璃填充物的环氧树脂，它具有150×10-7/℃的热膨胀系数。将粘结有窗材料玻璃的半导体封装在-40℃-+120℃的温度范围内作热循环测试。循环100次后，观察玻璃状态，窗材料玻璃、封装及其粘结部位都没有发现受到损伤。以在半导体封装中的CCD的光接收表面上成像、并且可以观察到CCD获得的图象的方式布置光学系统，结果没有发现任何软错误的出现，并还发现通过优异的色彩校正使颜色得以真实重显，从而获得了极好的图象。将实施例2-5中得到的玻璃以上述相同的方式进行测试，同样获得了极好的结果。此外，由于实施例6中得到的窗材料玻璃不含铜，虽然它也可以作为优良的半导体封装玻璃窗，但是它不具备校色滤光片功能。
另外，对于实施例1-6中得到的每种玻璃，除了以嵌有CMOS图象传感器的塑料封装(以上述相同材料制成)替换嵌有CCD的塑料封装外，以上述相同方式重复上述程序。结果，得到了与嵌有CCD的封装类似的极佳效果。
上述塑料封装的具体实例包括：嵌有CCD或CMOS图象传感器的数码相机和嵌入CCD或CMOS图象传感器的带有照相机的便携式电话。
实施例8
以实施例1-6中的玻璃制成半成品，将半成品经过再次加热及精密模压获得非球面的透镜。将非球面透镜如玻璃窗那样粘结并固定在同实施例7中嵌入CCD的封装相同的封装上来获得半导体封装。然后，组成包括上述玻璃窗的光学成像系统，在CCD的光接收表面上成像并观察所成图象。结果获得了极好的图象。此外，当使用实施例1-5中的玻璃时，不需要使用任何具有吸收近红外线性质的校色滤光片就可以完成极好的色彩重显。在本发明中，玻璃窗形成为透镜形式，因此零件的数量也可以降低。
此外，对于实施例1-6中得到的玻璃，当以嵌有CMOS图象传感器的塑料封装(以上述相同材料制成)替换嵌有CCD的上述塑料封装，并以上述相同方式重复上述程序时，得到了与嵌有CCD的封装类似的极佳效果。
如实施例7一样，上述塑料封装的具体例子包括：嵌有CCD或CMOS图象传感器的数码相机和嵌入CCD或CMOS图象传感器的带有照相机的便携式电话。
发明效果
根据本发明，提供了一种半导体封装的窗用玻璃，此玻璃可以非常好地适合于塑料材质的封装上，一种半导体封装的玻璃窗，玻璃窗的生产方法及具有上述玻璃窗的半导体封装。

Claims (12)

1.一种半导体封装的窗用玻璃，其是用来作为塑料材质半导体封装的窗材料，在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数。
2.一种半导体封装的窗用玻璃，其在100-300℃的温度范围内具有120×10-7℃-180×10-7℃的平均线膨胀系数，并且U含量为5ppb或更少，Th含量为5ppb或更少。
3.如权利要求1或2所述的半导体封装的窗用玻璃，其中包含铜及磷氧化物。
4.如权利要求3所述的半导体封装的窗用玻璃，当玻璃的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，透射率为50％的波长为630纳米或更短。
5.如权利要求3所述的半导体封装的窗用玻璃，以阳离子的百分含量计，其包含23-41％的P5+、4-16％的Al3+、11-40％的Li+、3-13％的Na+、12-53％的R2+(R2+代表Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+或Zn2+)及2.6-4.7％的Cu2+，并包含阴离子成分F-和O2-。
6.一种半导体封装的玻璃窗，其用权利要求1或2所述的窗用玻璃制成。
7.一种半导体封装的玻璃窗，其具有透镜功能，并在100-300℃的温度范围内具有120×10-7℃-180×10-7℃的平均线膨胀系数。
8.一种半导体封装的玻璃窗，其是用在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数、U含量为5ppb或更少、Th含量为5ppb或更少并包含Cu和磷氧化物的玻璃制成，其中当玻璃窗的厚度为0.5毫米时，根据400-700纳米波长的光谱透射率，透射率为50％的波长为630纳米或更短。
9.如权利要求6所述的半导体封装的玻璃窗，其为精密模压制品。
10.一种半导体封装的玻璃窗的生产方法，包括对用在100-300℃的温度范围内具有120×10-7/℃-180×10-7/℃的平均线膨胀系数的玻璃制成的透镜状窗材料玻璃进行精密模压。
11.一种半导体封装，包括如权利要求6所述的半导体封装的玻璃窗、半导体器件和嵌有半导体器件的封装，玻璃窗具有由塑料材料制成的固定部分。
12.如权利要求11所述的半导体封装，其中半导体器件为图象传感器。
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