CN1748303A - 半导体封装体用外罩玻璃及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体封装体用外罩玻璃(10)，是具备了沿板厚方向相面对的第1透光面(10a)及第2透光面(10b)、构成周缘的侧面(10c)的板状玻璃。该外罩玻璃(10)的尺寸为14×16×0.5mm，第1透光面(10a)及第2透光面(10b)为非研磨面，其表面粗糙度(Ra)都在0.5nm以下。

Description

半导体封装体用外罩玻璃及其制造方法
技术领域
本发明涉及安装于收纳固体摄像器件或激光二极管的半导体封装体(package)的前面的、保护固体摄像器件或激光二极管并且被作为透光窗使用的半导体封装体用外罩玻璃及其制造方法。
背景技术
在固体摄像器件的前面，为了保护半导体元件，配设有具有平板状的透光面的外罩玻璃。该外罩玻璃被使用由各种有机树脂或低熔点玻璃制成的粘接材料密封粘接在由氧化铝等陶瓷材料或金属材料或树脂材料制成的封装体上，以保护收纳于封装体的内部的固体摄像器件，并且作为可见光等的透光窗发挥作用。
作为固体摄像器件，现在大多使用的光半导体中，有CCD(ChargeCoupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)。CCD虽然为了获得高精细的图像，主要被搭载于摄像机中，但是近年来，由于图像的数据处理的利用加速发展，因而利用范围迅速扩大。特别是，其被搭载于数字照相机或携带电话中，为了将高精细的图像转换为电子信息数据而被更多地使用。另外，CMOS也被称作互补型金属氧化物半导体，由于与CCD相比可以小型化，消耗电能也减少至五分之一左右，另外还可以利用微处理器的制造工序，因此具有在设备投资中费用不会增高，可以廉价地制造等优点，被逐渐更多地搭载于携带电话或小型个人电脑之类的图像输入设备中。
CCD或CMOS由于需要将图像正确地转换为电子信息，因此在其中使用的外罩玻璃对于其表面上的污物或损伤、异物的附着等设有严格的标准，要求高等级的洁净度。另外，除了表面的洁净度以外，还要求在玻璃内部不存在气泡、纹理、晶体等，防止铂等异物的混入。另外，为了与各种的封装体良好地密封粘接，还要求具有与封装体材料近似的热膨胀系数。另外，此种玻璃为了在长时间内表面质量等级不降低，还被要求在耐气候性方面优良，另外为了能够轻量化，要求密度较低。
另外，在CCD用途中，当在外罩玻璃中含有作为放射性同位素的U(铀)或Th(钍)时，就很容易从玻璃中放射出α射线，当其放射量较多时，由于会引起软错误(soft error)，因此要求尽可能不含有U、Th。由此，在制造CCD外罩玻璃时，采取使用高纯度原料、将熔融原料的熔融槽的内壁用放射性同位素少的耐火物或铂制成等对策。例如，在下述的专利文献1～3中，提出有减少了放射性同位素、降低了α射线放射量的固体摄像器件封装体用外罩玻璃的方案。
专利文献1：特许第2660891号公报
专利文献2：特开平6-211539号公报
专利文献3：特开平7-215733号公报
如上所述，固体摄像器件封装体用外罩玻璃的使用量由于用途的拓宽、图像数据利用的展开，而急速地增加。但是，以往的固体摄像器件封装体用外罩玻璃由于使用如下所述的方法制造，因此表面质量等级差，另外不适于大批量生产。即，在制作固体摄像器件封装体用外罩玻璃时，首先将玻璃原料在熔融槽中熔融，在进行脱泡·纹理除去而均质化后，将玻璃熔液加入模具而浇注成形，或者将玻璃熔液在延展板上连续地拉出，制成给定的形状。然后，在使所得的玻璃成形体(玻璃锭材)缓慢冷却，将其切割为一定的厚度后，通过对其表面实施研磨加工而形成给定的厚度的大片玻璃，将其切断加工为给定尺寸。像这样，固体摄像器件封装体用外罩玻璃的透光面虽然两面都被实施研磨加工，但是由于被实施研磨，就会在表面形成无数的微细的凹凸(微小损伤)。另一方面，近年来固体摄像器件正逐渐实现高象素化、小型化，与之相伴，就有每一个元件的受光量减少的倾向，但是因对外罩玻璃的透过膜进行研磨而形成的微细的凹凸就会使入射光容易散射，射向一部分的元件的受光量不足，其结果是，很有可能在元件中产生误动作。
另外，固体摄像器件封装体用外罩玻璃当在玻璃中混入了异物或气泡，或在表面附着了灰尘等时，就无法获得良好的显示图像，由于这作为外罩玻璃会成为致命的缺陷，因此在出售外罩玻璃之前必须进行图像检查。但是，如上所述，由于在外罩玻璃的透光面上形成有无数的微细的凹凸，因此在进行图像检查之时，由于外罩玻璃的透光面上的凹凸，照射光发生折射，从而混合存在有看上去很亮的部分和看上去很暗的部分，就会有无法正确地检测异物或灰尘的有无的情况。
另外，虽然通过对外罩玻璃的透光面实施非常精密并且长时间的研磨加工，可以使凹凸更小，但是，此种精密研磨不适于大批量生产，为了应对急剧的需求增加，就需要大幅度地增加设备。另外，该精密研磨加工虽然是利用具备了人造皮革的旋转研磨加工机，在自动供给在水等中分散了氧化铈等游离磨料的料浆的同时来进行，但是会有因研磨产生的玻璃粉末进入人造皮革之中，在人造皮革的局部形成突起部的情况。该由玻璃粉末形成的人造皮革的突起部在研磨时会切削外罩玻璃的表面，从而成为局部地形成沟槽的原因。此外，此种沟槽由于具有比较宽、浅的形状，因此有时在利用电子机器的图像检查工序中会被漏掉，当此种外罩玻璃被搭载于固体摄像装置上时，就会在显示图像中呈现出黑条纹。而且在作为游离磨料使用的氧化铈中，作为杂质含有Th，在研磨后，如果不能将附着在外罩玻璃上的氧化铈完全除去，其也有可能会成为α射线源。
如上所述的损害生产性的精密的研磨或因进行研磨而产生的对固体摄像器件特性的不良影响只要实施研磨，就会成为在一定程度上不可避免的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于，通过不进行研磨而使半导体封装体用外罩玻璃的透光面平滑，来消除伴随着研磨产生的各种问题。
为了解决所述的技术问题而完成的本发明的半导体封装体用外罩玻璃的特征是，透光面为非研磨面，其表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下。这里，[Ra」是由JIS B0601-1994定义的算术平均粗糙度(arithmetical meanroughness)。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的特征是，由下拉法或浮动(float)法形成，透光面的表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的特征是，以质量％表示，含有SiO2：52～70％、Al2O3：5～20％、B2O3：5～20％、碱土类金属氧化物：4～30％、ZnO：0～5％的基本组成，实质上不含有碱金属氧化物，在30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的特征是，以质量％表示，含有SiO2：58～75％、Al2O3：0.5～15％、B2O3：5～20％、碱金属氧化物：1～20％、碱土类金属氧化物：0～20％、ZnO：0～10％的基本组成，在30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法的特征是，在向至少内壁由耐火物形成的熔融槽中投入了玻璃原料，熔融后，利用下拉法或浮动法成形为板状。
本发明的半导体封装体用外罩玻璃由于透光面为非研磨面，其表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下，因此就可以抑制由入射光的散射引起的元件的误动作，另外可以在图像检查中正确地检测异物或灰尘等的有无，从而能够防止类似黑条纹那样的显示不良。而且，由于可以省略精密研削研磨加工工序，因此可以廉价地大批量生产，另外，由于不需要研磨，不使用游离磨料，因此就可以防止由氧化铈引起的α射线的放射。
另外，根据本发明的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，可以容易地制造铂麻点少、透光面为非研磨面、表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下的半导体封装体用外罩玻璃。
附图说明
图1是表示实施例中的半导体封装体用外罩玻璃的立体图。
图2是表示利用溢出下拉法成形板状玻璃的方法的说明图。
图3是表示利用激光划线器对大片玻璃进行切断加工的方法的说明图。
具体实施方式
本发明的半导体封装体用外罩玻璃的透光面为非研磨面，其表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下。此种表面质量等级高的外罩玻璃可以利用下拉法或浮动法成形。作为下拉法，虽然适用溢出下拉法或狭缝下拉法，但是特别是对于溢出下拉法的情况，由于玻璃表面为自由表面，与其他的构件不接触，通过控制熔融条件或成形条件，就可以获得具有所需的壁厚(对于半导体封装体用外罩玻璃的情况为0.05～0.7mm)、表面平滑性优良的板玻璃，因此优选。即，当采用溢出下拉法时，由于可以不对表面(透光面)进行研磨加工地获得平滑的表面，因此就可以不形成由研磨造成的微小损伤，制作表面粗糙度(Ra)在1.0nm以下、优选0.5nm以下、更优选0.3nm以下的外罩玻璃。像这样，外罩玻璃的透光面的表面粗糙度(Ra)越小，则由外罩玻璃的透光面的散射光引起的元件的误动作的发生率就越低，另外检测异物等的图像检查的精度就越高。而且，表面粗糙度(Ra)是表示表面平滑性的等级的量，可以通过使用基于JIS B0601的实验方法来测定。
另外，作为浮动法，可以使用将熔融玻璃在还原气氛中向熔融了的金属锡浴上供给而成形为板状的方法、向支撑体上供给熔融玻璃并使支撑体和玻璃夹隔将蒸气膜形成剂气化了的蒸气膜的薄层而相互滑动来成形为板状的方法(参照特开平9-295819号公报、特开2001-192217号公报等)。而且，用float法成形的外罩玻璃由于与用下拉法制成的外罩玻璃相比在表面质量等级方面更差，因此也可以根据需要实施研磨加工。但是，该情况下，也应当尽可能缩短研磨时间而减小生产性的降低，另外，因进行研磨而产生的对固体摄像器件特性的不良影响也应当尽可能减小。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃当液相温度下的玻璃的粘度(液相粘度)在105.2dPa·s以上时，在玻璃中就难以产生失透物，从而可以进行利用下拉法的成形。即，当用下拉法成形SiO2-Al2O3-B2O3-RO(或R2O)类玻璃基板时，成形部分中的玻璃的粘度大约相当于105.0dPa·s。由此，当玻璃的液相粘度在105.0dPa·s附近或在其以下时，就容易在已经成形了的玻璃中产生失透物。当在玻璃中产生失透物时，由于透光性被损害，因此就无法作为外罩玻璃使用。这样，当用down-draw法成形玻璃时，玻璃的液相粘度越高越好，作为半导体封装体用外罩玻璃，液相粘度需要在105.2dPa·s以上。液相粘度优选105.4dPa·s以上，更优选105.8dPa·s以上。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃通过将30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数设为30～85×10-7/℃，即使使用由有机树脂或低熔点玻璃制成的粘接材料与氧化铝封装体(大约70×10-7/℃)或各种树脂封装体密封粘接，在内部也不会产生变形，可以长时间地保持良好的密封粘接状态。外罩玻璃的优选的热膨胀系数为35～80×10-7/℃，更优选的热膨胀系数为50～75×10-7/℃。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃通过将α射线放射量限制为0.01c/cm2·hr以下，就可以实现由α射线引起的固体摄像器件的软错误的减少。像这样，为了将α射线放射量设为0.01c/cm2·hr以下，最好防止来自原料或熔融槽的杂质的混入，将玻璃中的U量抑制在10ppb以下，将Th量抑制在20ppb以下。固体摄像器件由于伴随着高象素化、小型化而容易产生由α射线引起的软错误，因此外罩玻璃的α射线放射量优选设为0.005c/cm2·hr以下，更优选设为0.003c/cm2·hr以下。另外，U量优选设为5ppb以下，Th量优选设为10ppb以下，更优选将U量设为4ppb以下，将Th量设为8ppb以下。而且，由于U与Th相比，更容易放射出α射线，因此U的容许量与Th的容许量相比更少。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃当玻璃的密度为2.55g/cm3以下(优选2.45g/cm3以下)、碱溶出量为1.0mg以下(优选0.1mg以下，更优选0.01mg以下)时，就特别适用于搭载于屋外使用的携带用电子机器中。即，摄像机、数字型照相机、携带电话、PDA(Personal Digital Assistant)等机器由于被在屋外使用，因此要求轻量并且适于握持移动，具有高耐气候性。所以，用于这些用途的固体摄像器件封装用外罩玻璃除了轻量的特性以外，还必须同时具有如下的特性，即，具有稳定的耐气候性，即使在屋外过于严酷的环境下使用，表面质量等级也不会降低。由此，特别是在用于该用途的外罩玻璃中，最好通过降低玻璃的密度来轻量化，或通过减少碱溶出量来提高耐气候性。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的壁厚优选0.05～0.7mm。由于壁厚越大，则透过率就越低，另外机器的轻量化、薄型化就越困难，因此不够理想。另外，当壁厚过薄时，实用强度就会不足，或大片玻璃的弯曲变大而难以处理。更优选的壁厚为0.1～0.5mm，进一步优选的壁厚为0.1～0.4mm。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃的杨氏模量优选65GPa以上，更优选67GPa以上。杨氏模量表示在外罩玻璃被施加了一定的外力的状态下容易变形至何种程度，杨氏模量越大，则外罩玻璃就越难以变形。外罩玻璃的杨氏模量越高，则就可以防止在半导体元件上施加直接压力，结果就可以防止元件的损伤。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃当外罩玻璃的比杨氏模量(杨氏模量/密度)在27GPa/g·cm-3以上时，由于会满足轻量并且难以变形的特性，因此特别适于作为用于携带用电子机器中的固体摄像器件用外罩玻璃。从此种观点考虑，固体摄像器件用外罩玻璃的比杨氏模量越大越好，优选28GPa/g·cm-3以上。
另外，本发明的半导体封装体用外罩玻璃当维氏硬度在500以上时，由于在表面上难以加入损伤，因此优选。其理由是，当在电子机器的组装工序或搬送工序中在外罩玻璃的表面上形成微小的损伤时，在搭载于固体摄像器件上后的图像检查工序中就会成为不良。更优选的维氏硬度在520以上。
本发明中，特别是当考虑耐气候性时，优选以质量％表示，含有SiO2：52～70％、Al2O3：5～20％、B2O3：5～20％、碱土类金属氧化物：4～30％、ZnO：0～5％的基本组成，实质上不含有碱金属氧化物的外罩玻璃。具有此种组成的外罩玻璃由于碱溶出量小于0.01mg，因此具有耐气候性方面优良、即使长时间使用外观等级也不会降低的优点。而且，本发明中所谓[实质上不含有」是指，该成分的含量小于2000ppm。另外，碱溶出量可以通过使用基于JIS R3502的实验方法来测定。
将所述的构成外罩玻璃的各成分的限定理由说明如下。
SiO2是成为构成玻璃的骨架的主成分，虽然在提高玻璃的耐气候性方面有效果，但是当过多时，玻璃的高温粘度就会上升，熔融性恶化，并且液相粘度有变高的倾向。由此，SiO2的含量为52～70％，优选53～67％，更优选55～65％。
Al2O3虽然是提高玻璃的耐气候性和液相粘度的成分，但是当过多时，玻璃的高温粘度上升，熔融性有恶化的倾向。由此，Al2O3的含量为5～20％，优选8～19％，更优选10～18％。
B2O3是作为助融剂发挥作用，降低玻璃的粘性、改善熔融性的成分。另外，是用于提高液相粘度的成分。但是，当B2O3过多时，玻璃的耐气候性有降低的倾向。由此，B2O3的含量为5～20％，优选6～15％，更优选7～13％。
碱土类金属氧化物(MgO、CaO、SrO、BaO)是提高玻璃的耐气候性并且降低玻璃的粘性、改善熔融性的成分，但是当过多时，玻璃就容易失透，并且密度有上升的倾向。由此，碱土类金属氧化物的含量为4～30％，优选5～20％，更优选6～16％。
特别是CaO是比较容易得到高纯度原料，是显著改善玻璃的熔融性和耐气候性的成分。当CaO的含量小于1.5％时，所述效果小，相反，当超过15％时，耐气候性就降低。为了实现更为稳定的等级，CaO的含量优选2～12％，更优选3～10％。
另外，BaO和SrO由于使玻璃的密度显著上升，因此当要降低密度时，最好将各自的含量限制为12％以下、10％以下，另外最好将两者的含量以总量表示限制为6.5～13％。另外，BaO和SrO由于在原料中容易含有放射性同位素，因此当要减少α射线放射量时，应当将两者的含量以总量表示限制为8.5％以下，优选限制为3％以下，更优选限制为1.4％以下。
ZnO虽然具有改善玻璃的熔融性，抑制B2O3或碱土类金属氧化物从熔融玻璃中挥发的效果，但是当大量含有时，由于玻璃容易失透，密度上升，因此不够理想。所以，其含量的上限为5％以下，优选3％以下，更优选1％以下。
但是，当含有碱金属氧化物(Na2O、K2O、Li2O)时，由于来自玻璃中的碱溶出量增加，耐气候性降低，因此最好将其含量抑制为小于0.2％。为了实现更为稳定的耐气候性，优选将碱金属氧化物的含量抑制为小于0.1％，更优选抑制为小于0.05％。
另外，当玻璃中的碱金属氧化物较少时，还有可以抑制用于将其密封粘接在封装体上的粘结剂老化的优点。即，固体摄像器件封装体用外罩玻璃虽然多使用有机树脂(例如环氧树脂)来粘接，但是当在外罩玻璃中含有碱成分时，碱成分会缓慢地向粘结剂中溶出。环氧树脂等有机树脂由于具有因碱成分的影响而使粘接性降低的性质，因此外罩玻璃和封装体之间的粘接强度就很容易慢慢降低。其结果是，在两者之间产生间隙，或外罩玻璃发生剥离，从而有不能发挥保护固体摄像器件这样的所希望的目的的情况。
另外，在本发明中，当考虑到制造方面的问题时，优选以质量％表示，含有SiO2：58～75％、Al2O3：0.5～15％、B2O3：5～20％、碱金属氧化物：1～20％、碱土类金属氧化物：0～20％、ZnO：0～10％的基本组成的外罩玻璃。具有此种组成的外罩玻璃熔融性提高，容易进行液相粘度的调整。
将所述的构成外罩玻璃的各成分的限定理由说明如下。
SiO2是成为构成玻璃的骨架的主成分，虽然在提高玻璃的耐气候性方面有效果，但是当过多时，玻璃的高温粘度就会上升，熔融性恶化，并且液相粘度有变高的倾向。由此，SiO2的含量为58～75％，优选58～72％，更优选60～70％，最优选60～68.5％。
Al2O3虽然是为了提高液相粘度而必需的成分，但是当过多时，玻璃的高温粘度上升，熔融性有恶化的倾向。由此，Al2O3的含量为0.5～15％，优选1.1～12％，更优选3.5～12％，最优选6～11％。
B2O3是作为熔剂发挥作用，降低玻璃的粘性、改善熔融性的成分。另外，是用于提高液相粘度的成分。但是，当B2O3过多时，玻璃的耐气候性有降低的倾向。由此，B2O3的含量为5～20％，优选9～18％，更优选11～18％，最优选12～18％。
碱金属氧化物(Na2O、K2O、Li2O)虽然是降低玻璃的粘性、改善熔融性并且有效地调整热膨胀系数和液相粘度的成分，但是当大量含有时，玻璃的耐气候性会显著变差。由此，碱金属氧化物的含量为1～20％，优选5～18％，更优选7～13％。
特别是Na2O，调整热膨胀系数的效果大，另外K2O提高液相粘度的效果大。由此，当将Na2O和K2O并用时，就可以在维持高液相粘度的同时，调整热膨胀系数。由此，Na2O的含量优选0.1～11％，K2O的含量优选0.1～8％，另外当将两者并用时，优选以总量表示含有7.6～18％。
本发明中，当将(Na2O+K2O)/Na2O的比按照达到1.1～10的方式进行限制时，就容易获得高液相粘度。该(Na2O+K2O)/Na2O的比优选1.1～5，更优选1.2～3。
另外，本发明中，越降低SiO2，增加Al2O3和K2O，则液相粘度就越有上升的倾向，当将SiO2/(Al2O3+K2O)的比按照达到3～12、优选4～10的方式进行限制时，则可以在维持玻璃的耐气候性和熔融性的同时，获得高液相粘度。
但是，由于Li2O在原料中容易含有放射性同位素，因此应当将其含量限制为0～5％，优选0～3％，更优选0～1％，最优选0～0.5％。
碱土类金属氧化物(MgO、CaO、SrO、BaO)是提高玻璃的耐气候性并且降低玻璃的粘性、改善熔融性的成分，但是当过多时，玻璃就容易失透，并且密度有上升的倾向。由此，碱土类金属氧化物的含量为0～20％，优选0.5～18％，更优选1.0～18％。
特别是CaO是比较容易得到高纯度原料，显著改善玻璃的熔融性和耐气候性的成分。最好含有0.5～10％，更优选含有1～8％。但是，BaO和SrO由于容易使玻璃的密度上升，因此当要降低密度时，最好将它们的含量以总量表示限制在13％以下，优选10％以下，更优选7％以下。另外，BaO和SrO由于在原料中容易含有放射性同位素，因此当要将α射线放射量减少至0.01c/cm2·hr以下时，最好将各自的含量限制在3％以下，更优选限制为1.4％以下。
ZnO在提高耐气候性方面的效果优良，另外还具有改善玻璃的熔融性，抑制B2O3或碱类金属氧化物从熔融玻璃中挥发的效果。特别是在Al2O3的含量在3％以下的情况下，由于有耐气候性显著降低的倾向，因此优选含有2％以上，更优选含有4.5％以上的ZnO。但是，当大量含有ZnO时，由于玻璃容易失透，另外密度上升，因此ZnO的含量应当抑制为10％以下，优选9％以下，更优选6％以下。
另外，本发明中，除了所述成分以外，还可以在不损害玻璃的特性的范围内，含有5％以下的P2O5、Y2O3、Nb2O3、La2O3等成分，或含有至多3％的各种澄清剂。作为澄清剂，可以使用Sb2O3、Sb2O5、F2、Cl2、C、SO3、SnO2或Al、Si等的金属粉末的1种或2种以上。
As2O3由于可以在很宽的温度区域(1300～1700℃左右)中产生澄清气体，因此一直以来作为该种的玻璃的澄清剂被广泛使用，但是在原料中容易含有放射性同位素。而且，As2O3毒性非常强，在玻璃的制造工序或废玻璃的处理时等有可能污染环境。由此，As2O3应当实质上不含有。另外，PdO、CdO由于毒性也很强，因此应当避免使用。另外，Sb2O3、Sb2O5也与As2O3相同，是澄清效果优良的成分，但是还是由于毒性很强，因此最好尽可能不含有。
由此，对于本发明中的SiO2-Al2O3-B2O3-RO类玻璃的情况，作为澄清剂，最好按照使Sb2O3和Sb2O5以总量表示达到0.05～2.0％、F2、Cl2、SO3、C、SnO2以总量表示达到0.1～3.0％(特别是Cl2：0.005～1.0％、SnO2：0.01～1.0％)的比例的方式使用。另外，对于SiO2-Al2O3-B2O3-R2O类玻璃的情况，由于熔融性优良，因此最好按照使Sb2O3和Sb2O5以总量表示达到0.2％以下、F2、Cl2、SO3、C、SnO2以总量表示达到0.1～3.0％的比例的方式含有。
另外，虽然Fe2O3也可以作为澄清剂使用，但是由于会使玻璃着色，因此其含量应当限制为500ppm以下，优选300ppm以下，更优选200ppm以下。CeO2虽然也可以作为澄清剂使用，但是由于会使玻璃着色，因此其含量应当限制为2％以下，优选1％以下，更优选0.7％以下。TiO2虽然具有改善玻璃的耐气候性、降低高温粘度的效果，但是由于会助长由Fe2O3造成的着色，因此大量含有的话是不理想的。但是，如果Fe2O3在200ppm以下，则可以使之至多含有5％。ZrO2虽然是提高耐气候性的成分，但是由于在原料中容易含有放射性同位素，因此其含量应当限制为0～2％，优选0～0.5％，更优选500ppm以下。
本发明的半导体封装体用外罩玻璃通过在具有所述的基本组成的同时，采用高纯度原料和被按照难以混入杂质的方式准备的熔融环境，就可以精密地控制U、Th、Fe2O3、PbO、TiO2、MnO2、ZrO2等的含量。特别是对于会对紫外线附近的透过率造成影响的Fe2O3、PbO、TiO2、MnO2，能够分别以1～100ppm量级来进行控制，对于成为由α射线造成的CCD元件的软错误的原因的U、Th，能够分别以0.1～10ppb的量级进行控制。而且，虽然CCD容易因α射线引起软错误，现在最好将来自外罩玻璃的α射线放射量设为小于0.005c/cm2·h，但是对于CMOS的情况，难以引起由α射线造成的软错误，只要来自外罩玻璃的α射线放射量小于0.5c/cm2·h，就可以使用。所以，在制作CMOS用外罩玻璃的情况下，不一定使用高纯度原料，另外也不需要减少熔融时的U、Th的混入。
下面，作为本发明的制造方法的一个例子，对制造α射线放射量少的半导体封装体用外罩玻璃的方法进行说明。
首先，按照形成具有所需的组成的玻璃的方式，准备玻璃原料调和物。玻璃原料使用U、Th等杂质少的高纯度原料。更具体来说，使用U、Th的含量各自在5ppb以下的高纯度原料。然后，将调和后的玻璃原料投入熔融槽而进行熔融。熔融槽虽然也可以使用铂容器(包括铂铑容器)，但是由于在玻璃中容易混入铂麻点，因此最好至少熔融槽的内壁(项面、侧面、底面)由U、Th少的耐火物制作。具体来说，氧化铝耐火物(例如氧化铝质电铸砖)或石英耐火物(例如石英砖)由于难以被侵蚀，而且可以将U、Th的含量分别设为1ppm以下，U、Th的向玻璃中的溶出少，因此优选。然后，在澄清槽中进行熔融玻璃的均质化(脱泡、纹理除去)。该澄清槽只要由耐火物或铂制作即可。而且，一般来说氧化锆耐火物在耐侵蚀性方面非常优良，但是另一方面，由于含有很多放射性同位素，因此应当避免使用，但是如果减少氧化锆耐火物中的杂质量，将U、Th的含量分别设为1ppm以下，则可以将其用于熔融槽的内壁，制造α射线放射量少的半导体封装体用外罩玻璃。
其后，将被均质化了的熔融玻璃用下拉(down-draw)法制成板状，得到具有所需的厚度的板玻璃。作为下拉法，可以使用溢出下拉(overflowdown-draw)法或狭缝下拉(slot down-draw)法。将如此获得的板玻璃切断加工为给定的尺寸，根据需要通过进行倒角加工制作外罩玻璃。
下面，将基于实施例对本发明的封装体用外罩玻璃进行说明。
图1表示实施例中的半导体封装体用外罩玻璃10。该半导体封装体用外罩玻璃10是具备了沿板厚方向相面对的第1透光面10a及第2透光面10b、构成周缘的侧面10c的板状玻璃。该外罩玻璃10的尺寸为14×16×0.5mm，第1透光面10a及第2透光面10b为非研磨面，其表面粗糙度(Ra)都在0.5nm以下。另外，虽然图示省略，但是侧面10c具有倒角形状。
下面，对所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法及其性能的评价实验的结果进行说明。
板状玻璃的最初的制造工序为制作一边在500nm以上的大片玻璃的工序。如上所述，在形成表面质量等级优良的板状玻璃时，最优选溢出下拉法。所谓溢出下拉法如图2所示，是向由耐火物制成的沟槽11中流入熔融玻璃12，使从沟槽11的两侧溢出的熔融玻璃12在沟槽11的底部融合，形成板状而向下方移动的方法。根据该方法，由于熔融玻璃的自由表面形成板状玻璃的表背面，因此就可以获得平滑性优良的大片玻璃13。另外，通过控制熔融条件和成形条件，就可以容易地形成壁厚为0.05～0.7mm、表面粗糙度(Ra)为1.0nm以下的大片玻璃13。由此，就可以不研磨大片玻璃13的表面，仅通过切断加工为给定的大小，来制作半导体封装体用外罩玻璃。
作为将该大片玻璃13切断的方法，可以利用机械划线器或激光划线器。所谓激光划线器，首先使用热加工激光切割装置，在大片玻璃的一方的面上，直至板厚方向的大约20％的厚度，在激光束移动速度为180±5mm/sec、或220±5mm/sec、激光输出120±5W、或160±5W的条件下，实施棋盘格子状的加工。然后，如图3中概念性地表示那样，相对于大片玻璃13的加工面13a，从其相反一侧使金属制的线状头14沿动作方向M移动，同时通过将大片玻璃13的加工面13a侧用夹具(图示略)推压，向大片玻璃13的加工面13a施加应力而进行推压切割。通过像这样进行切割，就可以获得被制成棋盘格子状的沿着预定线被分割了的长方形的板状玻璃。被如此进行了推压切割加工的长方形的板状玻璃分别被利用真空镊子(图示略)向下一工序搬送。此后，通过对长方形的板状玻璃再次进行推压切割加工，就可以获得具有给定的纵横尺寸的外罩玻璃。
表1是表示由SiO2-Al2O3-B2O3-RO类玻璃制成的本发明的封装体用外罩玻璃的实施例(试样No.1～5)的表。
                                         表1
                                                                             (质量％)
  试样No.组成   1   2   3   4   5
  SiO2   59.0   63.0   58.0   59.0   59.0
  Al2O3   15.0   16.0   16.0   15.0   17.0
  B2O3   10.0   10.0   8.0   10.0   8.0
  MgO   -   -   1.0   1.0   3.0
  CaO   6.0   8.0   4.0   5.0   4.0
  SrO   5.0   1.0   2.0   3.0   8.0
  BaO   3.0   1.0   10.0   6.0   -
  ZnO   1.0   -   -   -   -
  Na2O   -   -   -   -   -
  K2O   -   -   -   -   -
  Li2O   -   -   -   -   -
  Sb2O3   1.0   1.0   1.0   1.0   1.0
  碱溶出量(mg)   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  密度(g/cm3)   2.49   2.38   2.55   2.49   2.51
  杨氏模量(GPa)   70   70   70   68   77
  比杨氏模量(Gpa/g·cm-3)   28   29   27   27   31
  维氏硬度   600   580   590   570   610
  热膨胀系数[30-380℃](×10-7/℃)   38   33   37   37   37
  液相温度(℃)   1065   1105   1030   1055   1130
  液相粘度(dPa·s)   6.0   6.0   6.7   6.1   5.2
  α射线放射量(c/cm2·hr)   0.0076   0.0035   0.0156   0.0108   0.0075
表1的玻璃试样如下所述地制作。首先，将按照达到表1的组成的方式调制的玻璃原料加入铂铑坩锅，在具有搅拌功能的电熔融炉中，在1600℃、20小时的条件下熔融。然后，通过将熔融玻璃向碳板上流出而缓慢冷却，制作玻璃试样，研究了诸特性。
从表1中可以清楚地看到，任意一个玻璃的碱溶出量都非常少，另外，对于密度、杨氏模量、比杨氏模量、维氏硬度、热膨胀系数，都是满足半导体封装体用外罩玻璃所要求的条件的值。另外，由于液相温度在1130℃以下，液相粘度在105.2dPa·s以上，因此耐失透性优良。
另外，表2、3是表示由SiO2-Al2O3-B2O3-R2O类玻璃制成的本发明的封装体用外罩玻璃的实施例(试样No.6～17)的表。
                                           表2
                                                                                         (质量％)
  试样No.组成   6   7   8   9   10   11
  SiO2   68.8   65.8   68.4   68.3   68.8   67.8
  Al2O3   7.0   8.0   5.2   7.5   7.0   8.0
  B2O3   13.1   13.1   10.9   13.1   13.1   13.1
  MgO   -   0.4   -   -   -   -
  CaO   2.2   0.6   3.2   -   0.6   0.6
  SrO   -   -   -   -   -   -
  BaO   -   -   -   -   -   -
  ZnO   -   1.2   0.9   -   -   -
  Na2O   6.7   8.6   5.6   8.9   6.7   8.6
  K2O   1.9   2.0   5.7   1.9   3.5   1.6
  Li2O   -   -   -   -   -   -
  TiO2   -   -   -   -   -   -
  Sb2O3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  Cl   -   -   -   -   -   -
  SnO2   -   -   -   -   -   -
  SO3   -   -   -   -   -   -
  Fe2O3   30ppm   30ppm   30ppm   30ppm   30ppm   30ppm
  U(ppb)   4   未测定   未测定   未测定   未测定   4
  Th(ppb)   2   未测定   未测定   未测定   未测定   2
  热膨胀系数(×10-7/℃)   55.8   62.8   64.9   62.0   59.0   60.4
  密度(g/cm3)   2.35   2.37   2.42   2.36   2.35   2.35
  粘度  变形点(℃)   535   517   536   518   514   520
  渐冷点(℃)   571   554   576   561   558   561
  软化点(℃)   765   743   760   755   760   754
  104(℃)   1119   1091   1093   1077   1102   1087
  103(℃)   1345   1301   1292   1282   1316   1300
  102.5(℃)   1500   1456   1434   1434   1471   1455
  液相温度(℃)   884   728   882   817   822   未失透
  液相粘度(dPa·s)   5.9   7.9   5.8   6.6   6.6   未失透
  α射线放射量(c/cm2·hr)   0.0020   0.0022   0.0021   0.0021   0.0020   0.0021
                                             表3
                                                                               (质量％)
  试样No.组成   12   13   14   15   16   17
  SiO2   66.5   68.8   66.8   65.8   66.9   68.3
  Al2O3   8.0   7.0   7.0   8.0   7.5   7.0
  B2O3   13.1   12.0   13.1   13.1   13.1   13.1
  MgO   -   -   -   -   -   -
  CaO   0.6   2.2   2.2   0.6   2.2   0.6
  SrO   -   -   -   -   -   0.8
  BaO   -   -   -   -   -   0.8
  ZnO   1.6   -   -   -   -   -
  Na2O   7.9   6.7   8.6   8.6   6.2   6.7
  K2O   2.0   3.0   2.0   2.0   3.0   2.4
  Li2O   -   -   -   -   0.5   -
  TiO2   -   -   -   1.6   -   -
  Sb2O3   0.3   0.3   0.3   0.3   -   -
  Cl   -   -   -   -   0.2   -
  SnO2   -   -   -   -   0.3   0.3
  SO3   -   -   -   -   -   100ppm
  Fe2O3   30ppm   30ppm   30ppm   10ppm   30ppm   30ppm
  U(ppb)   未测定   未测定   4   4   未测定   未测定
  Th(ppb)   未测定   未测定   2   2   未测定   未测定
  热膨胀系数(×10-7/℃)   59.9   59.1   62.8   61.4   60.6   55.8
  密度(g/cm3)   2.36   2.37   2.39   2.36   2.36   2.33
  粘度变形点(℃)   509   531   530   510   527   521
  渐冷点(℃)   552   574   568   552   568   561
  软化点(℃)   752   764   745   744   759   761
  104(℃)   1106   1117   1059   1086   1095   1109
  103(℃)   1331   1341   1261   1306   1306   1333
  102.5(℃)   1483   1494   1401   1461   1454   1486
  液相温度(℃)   未失透   867   855   822   842   853
  液相粘度(dPa·s)   未失透   6.1   5.9   6.4   6.3   6.2
  α射线放射量(c/cm2·hr)   0.0021   0.0021   0.0021   0.0021   0.0023   0.0030
表2、3中的各试样如下所示地制作。
首先，将按照成为表的组成的方式调制的高纯度玻璃原料投入由铂铑、氧化铝、石英的任意一种制作的坩锅中，在具有搅拌功能的电熔融炉中，在1550℃、6小时的条件下熔融，使该熔融玻璃向碳板上流出，继而将该板玻璃缓慢冷却而形成了玻璃试样。
从表中可以清楚地看到，各玻璃试样对于热膨胀系数、密度、α射线放射量，都是满足半导体封装体用外罩玻璃所要求的条件的值，而且，由于相当于102.5dPa·s的粘度的温度在1500℃以下，因此熔融性优良，由于液相温度在884℃以下，液相粘度在105.8dPa·s以上，因此耐失透性优良。
而且，表中的碱溶出量是基于JIS R3502测定的。密度是利用周知的阿基米德定律测定的。比杨氏模量是由使用钟纺(株)制非破坏弹性率测定装置(KI-11)，利用弯曲共振法测定的杨氏模量和密度算出的。维氏硬度是基于JIS Z2244-1992测定的。热膨胀系数是使用膨胀计，测定了30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数。液相温度是将各玻璃试样破碎为300～500μm的粒径，将其加入铂坩锅，在温度梯度炉中保持8小时后，利用显微镜观察，测定在玻璃试样内部可以看到失透(晶体异物)的最高温度，将该温度设为液相温度。另外，将液相温度下的玻璃的粘度设为液相粘度。No.1、12的玻璃试样未看到失透，耐失透性特别优良。U、Th的含量是利用ICP-MASS测定的。另外，变形点及渐冷点是依照ASTMC336-71的方法测定的，软化点是依照ASTM C338-93的方法测定的。104dPa·s温度、103dPa·s温度及102.5dPa·s温度是利用周知的铂球提拉法求得的。102.5dPa·s温度是测定了相当于作为高温粘度的102.5泊的温度的值，该值越低，则熔融性就越优良。α射线放射量是使用超低水平α射线测定装置(住友化学公司制LACS-4000M)测定的。
另外，将表1～3的No.1、6、11、14及15的玻璃试样在实验熔融槽(氧化铝耐火物制)中熔融，用溢出下拉法制成厚度0.5mm的板状，通过不研磨其表面，利用激光划线器实施切断加工，制作了纵向尺寸为14mm、横向尺寸为16mm的外罩玻璃。
另外，为了进行比较，在按照成为试样No.1的玻璃的方式将玻璃原料在所述的实验熔融槽中熔融后，浇注成形为800×300×300mm的尺寸，通过使用钢丝锯进行切割，加工为板厚为1.5mm的板状。其后，通过在该板状玻璃的两面使用旋转研磨机实施精密研磨加工，形成大片玻璃(壁厚为0.5mm)，实施利用激光划线器的切断加工，制作了纵向尺寸为14mm、横向尺寸为16mm的外罩玻璃。
对如此制作的各外罩玻璃的表背的透光面(第1透光面和第2透光面)的表面粗糙度(Ra)，使用触针式表面粗糙度测定机タリステツプ(Tayler-Hobson公司制)进行了测定。将其结果表示在表4中。
                                              表4
  试样No.   1   6   11   14   15   比较例
  表面粗糙度(Ra)第1透光面第2透光面 0.15nm0.20nm 0.20nm0.15nm 0.23nm0.19nm 0.20nm0.18nm 0.18nm0.16nm 0.56nm0.98nm
从表4中可以清楚地看到，实施例的外罩玻璃的第1透光面和第2透光面的表面粗糙度(Ra)都在0.23nm以下，具有极为良好的平滑面，但是比较例的外罩玻璃尽管实施了精密研磨加工，但是表面粗糙度(Ra)仍然在0.56nm以上。另外，在对各外罩玻璃的透光面用原子间力显微镜(AFM)进行了观察后，发现在比较例的外罩玻璃上，遍及全面地形成了无数的微小损伤，而在实施例的外罩玻璃上，却未看到此种损伤。
工业上的利用可能性
本发明的封装体用外罩玻璃适于作为固体摄像器件封装体用外罩玻璃，除此以外，可以作为以收纳激光二极管的封装体为首的各种半导体封装体的外罩玻璃使用。另外，该外罩玻璃由于30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，因此除了氧化铝封装体以外，在由树脂、钨金属、钴合金、钼金属、36Ni-Fe合金、42Ni-Fe合金、45Ni-Fe合金、46Ni-Fe合金、52Ni-Fe合金等制作的各种封装体中，也可以使用有机树脂或低熔点玻璃进行密封粘接。

Claims (30)

1.一种半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，透光面为非研磨面，其表面粗糙度Ra在1.0nm以下。
2.根据权利要求1所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，由下拉法或浮动法成形。
3.根据权利要求2所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，下拉法为溢出下拉法。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，α射线放射量在0.01c/cm2·hr以下。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，碱溶出量在1.0mg以下。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，壁厚为0.05～0.7mm。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，密度在2.55g/cm3以下。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，以质量％表示，含有SiO2：52～70％、Al2O3：5～20％、B2O3：5～20％、碱土类金属氧化物：4～30％、ZnO：0～5％的基本组成，实质上不含有碱金属氧化物。
11.根据权利要求1～9中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，以质量％表示，含有SiO2：58～75％、Al2O3：0.5～15％、B2O3：5～20％、碱金属氧化物：1～20％、碱土类金属氧化物：0～20％、ZnO：0～9％的基本组成。
12.根据权利要求1～11中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，被用于收纳固体摄像器件的封装体中。
13.根据权利要求1～11中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，被用于收纳激光二极管的封装体中。
14.一种半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，由下拉法或浮动法形成，透光面的表面粗糙度Ra在1.0nm以下。
15.一种半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，以质量％表示，含有SiO2：52～70％、Al2O3：5～20％、B2O3：5～20％、碱土类金属氧化物：4～30％、ZnO：0～5％的基本组成，实质上不含有碱金属氧化物，30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上。
16.根据权利要求15所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，来自玻璃的α射线放射量在0.01c/cm2·hr以下。
17.根据权利要求15或16所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，玻璃中的U含量在10ppb以下，Th含量在20ppb以下。
18.根据权利要求15～17中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，实质上不含有As2O3。
19.一种半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，以质量％表示，含有SiO2：58～75％、Al2O3：0.5～15％、B2O3：5～20％、碱金属氧化物：1～20％、碱土类金属氧化物：0～20％、ZnO：0～10％的基本组成，30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上。
20.根据权利要求19所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，α射线放射量在0.01c/cm2·hr以下。
21.根据权利要求19或20所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，玻璃中的U含量在10ppb以下，Th含量在20ppb以下。
22.根据权利要求19～21中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃，其特征是，实质上不含有As2O3。
23.一种半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，在向至少内壁由耐火物形成的熔融槽中投入了玻璃原料，熔融后，利用下拉法或浮动法成形为板状。
24.根据权利要求23所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，下拉法为溢出下拉法。
25.根据权利要求23或24所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，耐火物为从氧化铝耐火物、石英耐火物、氧化锆耐火物的一组中选择的1种或2种以上。
26.根据权利要求23～25中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，耐火物中所含的U和Th的含量各自在1ppm以下。
27.根据权利要求23～26中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，玻璃原料中所含的U和Th的含量各自在5ppb以下。
28.根据权利要求23～27中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，玻璃原料被按照成为以质量％表示，含有SiO2：58～75％、Al2O3：0.5～15％、B2O3：5～20％、碱金属氧化物：1～20％、碱土类金属氧化物：0～20％、ZnO：0～10％的基本组成，30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上，α射线放射量在0.01c/cm2·hr以下的玻璃的方式调制而成。
29.根据权利要求23～27中任意一项所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，玻璃原料被按照成为以质量％表示，含有SiO2：52～70％、Al2O3：5～20％、B2O3：5～20％、碱土类金属氧化物：4～30％、ZnO：0～5％的基本组成，实质上不含有碱金属氧化物，30～380℃的温度范围中的平均热膨胀系数为30～85×10-7/℃，液相温度下的玻璃粘度在105.2dPa·s以上的玻璃的方式调制而成。
30.根据权利要求29所述的半导体封装体用外罩玻璃的制造方法，其特征是，玻璃原料被按照成为α射线放射量在0.01c/cm2·hr以下的玻璃的方式调制而成。
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