JP2002033407A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
光半導体素子収納用パッケージInfo
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- H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光半導体素子収納用パッケージにおいて、透
光性板材と金属枠体との接合強度が弱く、気密信頼性が
低い。 【解決手段】 略中央部に光半導体素子９の搭載するた
めの凹部を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に接
合される、開口11に透光性板材６がエポキシ樹脂系接着
剤７を介して接合された金属枠体４とから成る光半導体
素子収納用パッケージであって、透光性板材６が接合さ
れる金属枠体４の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術
平均粗さＲａが２〜25ｎｍのＳｉＯ2層５を設けたこと
を特徴とする光半導体素子収納用パッケージである。Ｓ
ｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との間の水素結合
により良好な接合強度が得られるとともに、ＳｉＯ2層
５表面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、
金属枠体４と透光性板材６との接合強度がより強固なも
のとなる。
光性板材と金属枠体との接合強度が弱く、気密信頼性が
低い。 【解決手段】 略中央部に光半導体素子９の搭載するた
めの凹部を有する絶縁基体１と、絶縁基体１の上面に接
合される、開口11に透光性板材６がエポキシ樹脂系接着
剤７を介して接合された金属枠体４とから成る光半導体
素子収納用パッケージであって、透光性板材６が接合さ
れる金属枠体４の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術
平均粗さＲａが２〜25ｎｍのＳｉＯ2層５を設けたこと
を特徴とする光半導体素子収納用パッケージである。Ｓ
ｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との間の水素結合
により良好な接合強度が得られるとともに、ＳｉＯ2層
５表面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、
金属枠体４と透光性板材６との接合強度がより強固なも
のとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフォトダイオード・
ＣＣＤセンサー・ＣＭＯＳセンサー等の光半導体素子収
納用パッケージに関するものであり、特に受光エリア以
外の部分に周辺回路を形成して１チップ化した半導体素
子を搭載する、あるいは複数の半導体素子を単一基体上
に搭載してモジュール化するのに好適な光半導体素子収
納用パッケージに関するものである。
ＣＣＤセンサー・ＣＭＯＳセンサー等の光半導体素子収
納用パッケージに関するものであり、特に受光エリア以
外の部分に周辺回路を形成して１チップ化した半導体素
子を搭載する、あるいは複数の半導体素子を単一基体上
に搭載してモジュール化するのに好適な光半導体素子収
納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、フォトダイオード・光センサー等
に代表される光半導体素子は受光感度が高くなり、かつ
これら光半導体素子を搭載して成る装置に要求される受
光精度も厳しいものとなってきている。
に代表される光半導体素子は受光感度が高くなり、かつ
これら光半導体素子を搭載して成る装置に要求される受
光精度も厳しいものとなってきている。
【０００３】また、光半導体素子の受光エリア以外の部
分に信号処理を行う周辺回路を形成して１チップ化する
ことによるチップの多機能化も進んできている。
分に信号処理を行う周辺回路を形成して１チップ化する
ことによるチップの多機能化も進んできている。
【０００４】このような光半導体素子を搭載する光半導
体素子収納用パッケージは、一般に酸化アルミニウム質
焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体
・窒化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上
面中央部に半導体素子を搭載するための凹部を有する絶
縁基体と、略中央部に光を透過する開口を有する金属枠
体の開口に透光性板材を接合して成る蓋体とから構成さ
れている。
体素子収納用パッケージは、一般に酸化アルミニウム質
焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体
・窒化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上
面中央部に半導体素子を搭載するための凹部を有する絶
縁基体と、略中央部に光を透過する開口を有する金属枠
体の開口に透光性板材を接合して成る蓋体とから構成さ
れている。
【０００５】また、蓋体は、例えば光信号として紫外線
領域の光が使用される場合、透光性板材としてサファイ
ヤガラスを用い、このサファイヤガラスとＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金から成り表面に防錆のためのニッケルめっきを
施した金属枠体とをＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のシール部
材を介して溶接することにより形成される。
領域の光が使用される場合、透光性板材としてサファイ
ヤガラスを用い、このサファイヤガラスとＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金から成り表面に防錆のためのニッケルめっきを
施した金属枠体とをＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製のシール部
材を介して溶接することにより形成される。
【０００６】なお、サファイヤガラスを金属枠体に溶接
する場合、両者の接合を良好とするためにあらかじめサ
ファイヤガラスの金属枠体との接合部に金属膜を形成す
ることが行われている。
する場合、両者の接合を良好とするためにあらかじめサ
ファイヤガラスの金属枠体との接合部に金属膜を形成す
ることが行われている。
【０００７】また、透光性板材は、光半導体素子が多く
の光を得られるように高い光透過率特性が求められるた
め、通常その表面には反射防止膜が被着形成されてい
る。
の光を得られるように高い光透過率特性が求められるた
め、通常その表面には反射防止膜が被着形成されてい
る。
【０００８】しかしながら、このような透光性板材は反
射防止膜を形成することにより光の反射を防止して光透
過率を高めることは可能であるが、サファイヤガラス自
体の光吸収による光透過率の低下が避けられず、入射光
が減衰してしまい、良好な光の受信ができないという問
題点を有していた。
射防止膜を形成することにより光の反射を防止して光透
過率を高めることは可能であるが、サファイヤガラス自
体の光吸収による光透過率の低下が避けられず、入射光
が減衰してしまい、良好な光の受信ができないという問
題点を有していた。
【０００９】他方、このような問題点を解決するため
に、サファイヤガラスに変えてより光透過率の高い石英
ガラスを透光性板材として用いる方法が提案されてい
る。
に、サファイヤガラスに変えてより光透過率の高い石英
ガラスを透光性板材として用いる方法が提案されてい
る。
【００１０】しかしながら、石英ガラスはシール部材を
介して溶接を行った場合、割れてしまうという問題点を
有していた。これは、金属枠体として用いるＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金の熱膨張係数（4.8×10-6／℃）に対して石
英ガラスの熱膨張係数（0.5×10-6／℃）が非常に小さ
い為に、石英ガラスが両者の溶接後の熱収縮差により発
生する応力を吸収しきれずに破壊してしまうためであ
る。
介して溶接を行った場合、割れてしまうという問題点を
有していた。これは、金属枠体として用いるＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金の熱膨張係数（4.8×10-6／℃）に対して石
英ガラスの熱膨張係数（0.5×10-6／℃）が非常に小さ
い為に、石英ガラスが両者の溶接後の熱収縮差により発
生する応力を吸収しきれずに破壊してしまうためであ
る。
【００１１】このため、表面にニッケルめっきを施した
金属枠体と石英ガラスとを耐熱性・耐湿性に優れるエポ
キシ樹脂系接着剤を介して接合することが新たに提案さ
れている。この提案によれば、低弾性率のエポキシ樹脂
系接着剤が、透光性板材と金属枠体との接合時はもちろ
んのこと、その後の絶縁基体との接合時や、基板への２
次実装時に加えられる熱、さらには光半導体素子の作動
時に発生する熱によって生ずる部材間の応力を緩和し、
石英ガラスが破壊するのを有効に防止できるというもの
である。
金属枠体と石英ガラスとを耐熱性・耐湿性に優れるエポ
キシ樹脂系接着剤を介して接合することが新たに提案さ
れている。この提案によれば、低弾性率のエポキシ樹脂
系接着剤が、透光性板材と金属枠体との接合時はもちろ
んのこと、その後の絶縁基体との接合時や、基板への２
次実装時に加えられる熱、さらには光半導体素子の作動
時に発生する熱によって生ずる部材間の応力を緩和し、
石英ガラスが破壊するのを有効に防止できるというもの
である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような石英ガラスをエポキシ樹脂系接着剤を介して金属
枠体と接着することにより構成される蓋体においては、
透光性板材である石英ガラスとエポキシ樹脂系接着剤と
の接合では水素結合により良好な接合強度が得られるの
に対し、金属枠体のニッケルめっき層とエポキシ樹脂系
接着剤との接合ではニッケルめっき層表面の凹凸による
投錨効果のみの接合となることから、金属枠体とエポキ
シ樹脂系接着剤の接合強度は非常に弱いものとなり、光
半導体素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係
数の異なる金属枠体と石英ガラスとの間に大きな応力が
発生し、その結果、両者の接合が破壊される、あるいは
気圧の変化等により金属枠体部分が変形した場合に石英
ガラスが容易に外れてしまうという問題点を有してい
た。
ような石英ガラスをエポキシ樹脂系接着剤を介して金属
枠体と接着することにより構成される蓋体においては、
透光性板材である石英ガラスとエポキシ樹脂系接着剤と
の接合では水素結合により良好な接合強度が得られるの
に対し、金属枠体のニッケルめっき層とエポキシ樹脂系
接着剤との接合ではニッケルめっき層表面の凹凸による
投錨効果のみの接合となることから、金属枠体とエポキ
シ樹脂系接着剤の接合強度は非常に弱いものとなり、光
半導体素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係
数の異なる金属枠体と石英ガラスとの間に大きな応力が
発生し、その結果、両者の接合が破壊される、あるいは
気圧の変化等により金属枠体部分が変形した場合に石英
ガラスが容易に外れてしまうという問題点を有してい
た。
【００１３】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
案出されたものであり、その目的は、金属枠体と透光性
板材との密着が良好で、気密信頼性の高い光半導体素子
収納用パッケージを提供することにある。
案出されたものであり、その目的は、金属枠体と透光性
板材との密着が良好で、気密信頼性の高い光半導体素子
収納用パッケージを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子収
納用パッケージは、略中央部に光半導体素子を搭載する
ための凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面に接合
される、開口に透光性板材がエポキシ樹脂系接着剤を介
して接合された金属枠体とから成る光半導体素子収納用
パッケージであって、透光性板材が接合される金属枠体
の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが
２〜25ｎｍのＳｉＯ2層を設けたことを特徴とするもの
である。
納用パッケージは、略中央部に光半導体素子を搭載する
ための凹部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面に接合
される、開口に透光性板材がエポキシ樹脂系接着剤を介
して接合された金属枠体とから成る光半導体素子収納用
パッケージであって、透光性板材が接合される金属枠体
の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが
２〜25ｎｍのＳｉＯ2層を設けたことを特徴とするもの
である。
【００１５】また、本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージは、エポキシ樹脂系接着剤がエポキシ樹脂を主成分
とする熱硬化性樹脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が
低い有機材料粉末を含有させて、弾性率の値を0.1〜３
ＧＰａとしたものであることを特徴とするものである。
ージは、エポキシ樹脂系接着剤がエポキシ樹脂を主成分
とする熱硬化性樹脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が
低い有機材料粉末を含有させて、弾性率の値を0.1〜３
ＧＰａとしたものであることを特徴とするものである。
【００１６】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、透光性板材が接合される金属枠体の表面に原子
間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが２〜25ｎｍの
ＳｉＯ2層を設けたことから、ＳｉＯ2層とエポキシ樹脂
系接着剤との接合は水素結合により強固なものとなると
ともに、エポキシ樹脂系接着剤に含有されるエポキシ樹
脂の分子の大きさに対し、金属枠体に設けたＳｉＯ2層
表面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金
属枠体と透光性板材との接合がより強固なものとなり、
その結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
よれば、透光性板材が接合される金属枠体の表面に原子
間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが２〜25ｎｍの
ＳｉＯ2層を設けたことから、ＳｉＯ2層とエポキシ樹脂
系接着剤との接合は水素結合により強固なものとなると
ともに、エポキシ樹脂系接着剤に含有されるエポキシ樹
脂の分子の大きさに対し、金属枠体に設けたＳｉＯ2層
表面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金
属枠体と透光性板材との接合がより強固なものとなり、
その結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
【００１７】また、本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージによれば、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹
脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末
を含有させて弾性率の値を0.1〜３ＧＰａとしたことか
ら、金属枠体と透光性板材との間に発生する応力をエポ
キシ樹脂系接着剤により良好に吸収することができ、金
属枠体とエポキシ樹脂系接着剤との界面および透光性板
材とエポキシ樹脂系接着剤との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
ージによれば、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹
脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末
を含有させて弾性率の値を0.1〜３ＧＰａとしたことか
ら、金属枠体と透光性板材との間に発生する応力をエポ
キシ樹脂系接着剤により良好に吸収することができ、金
属枠体とエポキシ樹脂系接着剤との界面および透光性板
材とエポキシ樹脂系接着剤との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の光半導体素子収納
用パッケージを図面に基づき詳細に説明する。
用パッケージを図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】図１は本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁
基体、２は配線導体層、３は金属枠体４・ＳｉＯ2層５
・透光性板材６・エポキシ樹脂系接着剤７から成る蓋
体、８はシールリングであり主にこれらで本発明の光半
導体素子収納用パッケージが構成される。
ージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁
基体、２は配線導体層、３は金属枠体４・ＳｉＯ2層５
・透光性板材６・エポキシ樹脂系接着剤７から成る蓋
体、８はシールリングであり主にこれらで本発明の光半
導体素子収納用パッケージが構成される。
【００２０】絶縁基体１は、その上面の略中央部に光半
導体素子９を搭載するための凹状の搭載部１ａが設けて
あり、この搭載部１ａには光半導体素子９がガラス・樹
脂・ろう材等から成る接着剤を介して接着固定される。
導体素子９を搭載するための凹状の搭載部１ａが設けて
あり、この搭載部１ａには光半導体素子９がガラス・樹
脂・ろう材等から成る接着剤を介して接着固定される。
【００２１】絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体
やムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・窒化
珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から
成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合
であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシ
ウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バイン
ダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿物を作
り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレ
ンダーロール法等のシート成形法を採用しシート状にし
てセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を
得、しかる後、それらセラミックグリーンシートに適当
な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約16
00℃の高温で焼成することによって製作される。
やムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼結体・窒化
珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料から
成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合
であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化マグネシ
ウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バイン
ダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥漿物を作
り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレ
ンダーロール法等のシート成形法を採用しシート状にし
てセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を
得、しかる後、それらセラミックグリーンシートに適当
な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約16
00℃の高温で焼成することによって製作される。
【００２２】また、絶縁基体１には、搭載部１ａの底面
から下面にかけて複数個の配線導体層２が被着形成され
ており、この配線導体層２の搭載部１ａの底面部には光
半導体素子９の各電極がボンディングワイヤ10を介して
電気的に接続され、また、絶縁基体１の下面に導出され
た部位には外部電気回路（図示せず）が半田等の接続部
材を介して電気的に接続される。
から下面にかけて複数個の配線導体層２が被着形成され
ており、この配線導体層２の搭載部１ａの底面部には光
半導体素子９の各電極がボンディングワイヤ10を介して
電気的に接続され、また、絶縁基体１の下面に導出され
た部位には外部電気回路（図示せず）が半田等の接続部
材を介して電気的に接続される。
【００２３】配線導体層２は、光半導体素子９の各電極
を外部電気回路に電気的に接続する際の導電路として作
用し、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点
金属により形成されている。
を外部電気回路に電気的に接続する際の導電路として作
用し、タングステン・モリブデン・マンガン等の高融点
金属により形成されている。
【００２４】配線導体層２は、例えばタングステン・モ
リブデン・マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶
剤・溶媒・可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを
従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して絶
縁基体１となるセラミックグリーンシートにあらかじめ
印刷塗布・穴埋めしておき、これをセラミックグリーン
シートと同時に焼成することによって絶縁基体１の搭載
部１ａの近傍から下面にかけて所定パターンに被着形成
される。
リブデン・マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶
剤・溶媒・可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを
従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して絶
縁基体１となるセラミックグリーンシートにあらかじめ
印刷塗布・穴埋めしておき、これをセラミックグリーン
シートと同時に焼成することによって絶縁基体１の搭載
部１ａの近傍から下面にかけて所定パターンに被着形成
される。
【００２５】なお、配線導体層２は、その表面にニッケ
ル・金等の良導電性で耐蝕性およびろう材との濡れ性が
良好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着さ
せておくと、配線導体層２の酸化腐蝕を有効に防止する
ことができるとともに配線導体層２とボンディングワイ
ヤ10との接続および配線導体層２と外部電気回路の配線
導体との半田付けを強固となすことができる。したがっ
て、配線導体層２の酸化腐蝕を防止し、配線導体層２と
ボンディングワイヤ10との接続および配線導体層２と外
部電気回路の配線導体との半田付けを強固となすには、
配線導体層２の表面にニッケル・金等をめっき法により
１〜20μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
ル・金等の良導電性で耐蝕性およびろう材との濡れ性が
良好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着さ
せておくと、配線導体層２の酸化腐蝕を有効に防止する
ことができるとともに配線導体層２とボンディングワイ
ヤ10との接続および配線導体層２と外部電気回路の配線
導体との半田付けを強固となすことができる。したがっ
て、配線導体層２の酸化腐蝕を防止し、配線導体層２と
ボンディングワイヤ10との接続および配線導体層２と外
部電気回路の配線導体との半田付けを強固となすには、
配線導体層２の表面にニッケル・金等をめっき法により
１〜20μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２６】さらに、絶縁基体１の上面には、搭載部１
ａを取り囲むようにしてタングステンやモリブデン・銅
・銀等の金属粉末メタライズから成る枠状のメタライズ
層（図示せず）が被着形成されており、そして、このメ
タライズ層の上面に銀ろう等のろう材（図示せず）を介
して、枠状のシールリング８が被着形成されている。こ
のようなメタライズ層は、配線導体層２と同様に、絶縁
基体１となるセラミックグリーンシートの所定の位置に
あらかじめタングステン・モリブデン・マンガン等の高
融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶媒・可塑剤等を添加
混合して得た金属ペーストを印刷・塗布しておき、これ
をセラミックグリーンシートと同時に焼成することによ
り絶縁基体１上面に枠状に被着形成される。
ａを取り囲むようにしてタングステンやモリブデン・銅
・銀等の金属粉末メタライズから成る枠状のメタライズ
層（図示せず）が被着形成されており、そして、このメ
タライズ層の上面に銀ろう等のろう材（図示せず）を介
して、枠状のシールリング８が被着形成されている。こ
のようなメタライズ層は、配線導体層２と同様に、絶縁
基体１となるセラミックグリーンシートの所定の位置に
あらかじめタングステン・モリブデン・マンガン等の高
融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶媒・可塑剤等を添加
混合して得た金属ペーストを印刷・塗布しておき、これ
をセラミックグリーンシートと同時に焼成することによ
り絶縁基体１上面に枠状に被着形成される。
【００２７】シールリング８は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金等の金属から成り、メタライズ層の形状に対応し
た枠状であり、蓋体３を絶縁基体１に溶接するための下
地金属部材として機能する。このようなシールリング
は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる場合には、所
定の厚みに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏから成る合金板
材を従来周知の打ち抜き加工方法あるいは化学エッチン
グ方法を採用することにより、枠状に形成される。
ｏ合金等の金属から成り、メタライズ層の形状に対応し
た枠状であり、蓋体３を絶縁基体１に溶接するための下
地金属部材として機能する。このようなシールリング
は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる場合には、所
定の厚みに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏから成る合金板
材を従来周知の打ち抜き加工方法あるいは化学エッチン
グ方法を採用することにより、枠状に形成される。
【００２８】また、シールリング８の上には、蓋体３が
載置され、これらを例えばシームウエルド法を採用して
溶接することによりシールリング８の上に蓋体３が接合
される。
載置され、これらを例えばシームウエルド法を採用して
溶接することによりシールリング８の上に蓋体３が接合
される。
【００２９】蓋体３は、金属枠体４とＳｉＯ2層５と透
光性板材６とエポキシ樹脂系接着剤７とから構成されて
おり、光半導体素子９を気密に保護する機能を有する。
光性板材６とエポキシ樹脂系接着剤７とから構成されて
おり、光半導体素子９を気密に保護する機能を有する。
【００３０】金属枠体４は、開口11を有しており、この
開口11外周の透光性板材６が接合される表面にＳｉＯ2
層５が形成され、このＳｉＯ2層５にエポキシ樹脂系接
着剤７を介して透光性板材６が接合されている。
開口11外周の透光性板材６が接合される表面にＳｉＯ2
層５が形成され、このＳｉＯ2層５にエポキシ樹脂系接
着剤７を介して透光性板材６が接合されている。
【００３１】金属枠体４は、透光性板材６を所定の位置
に固定するとともに、光半導体素子９に不要な光を遮蔽
する機能を有し、通常Ｆｅ−Ｎｉを含む金属材料から成
る。
に固定するとともに、光半導体素子９に不要な光を遮蔽
する機能を有し、通常Ｆｅ−Ｎｉを含む金属材料から成
る。
【００３２】金属枠体４は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金からなる場合、所定の厚さに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏから成る合金板材を従来周知の打ち抜き加工方法あ
るいは化学エッチング方法を採用することにより枠状に
成形され、さらに、表面には防錆のためにニッケルめっ
き層が形成されている。
金からなる場合、所定の厚さに圧延されたＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏから成る合金板材を従来周知の打ち抜き加工方法あ
るいは化学エッチング方法を採用することにより枠状に
成形され、さらに、表面には防錆のためにニッケルめっ
き層が形成されている。
【００３３】なお、めっき層は、金属枠体４の腐食防止
の観点からはニッケルめっき層のみで充分な効果が得ら
れるが、金めっき層やクロムめっき層あるいはこれらを
複層にした形態も可能である。
の観点からはニッケルめっき層のみで充分な効果が得ら
れるが、金めっき層やクロムめっき層あるいはこれらを
複層にした形態も可能である。
【００３４】金属枠体４の開口11外周の透光性板材６が
接合される表面のＳｉＯ2層５は、真空蒸着法・スパッ
タリング法・イオンプレーティング法・ゾルゲル法等を
用いることにより幅が0.1〜10ｍｍ、厚みが0.05〜３μ
ｍの範囲の枠状に被着形成されており、金属枠体４とエ
ポキシ樹脂系接着剤７を強固に接合する機能を有する。
接合される表面のＳｉＯ2層５は、真空蒸着法・スパッ
タリング法・イオンプレーティング法・ゾルゲル法等を
用いることにより幅が0.1〜10ｍｍ、厚みが0.05〜３μ
ｍの範囲の枠状に被着形成されており、金属枠体４とエ
ポキシ樹脂系接着剤７を強固に接合する機能を有する。
【００３５】本発明の光半導体素子収納用パッケージで
は、金属枠体４の開口11外周の透光性板材６が接合され
る側の表面にＳｉＯ2層を被着形成するとともに、この
ＳｉＯ2層５の表面を原子間力顕微鏡で測定した算術平
均粗さＲａが２〜25ｎｍのものとすることが重要であ
る。
は、金属枠体４の開口11外周の透光性板材６が接合され
る側の表面にＳｉＯ2層を被着形成するとともに、この
ＳｉＯ2層５の表面を原子間力顕微鏡で測定した算術平
均粗さＲａが２〜25ｎｍのものとすることが重要であ
る。
【００３６】透光性板材６が接合される金属枠体４の開
口11外周の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗
さＲａが２〜25ｎｍのＳｉＯ2層５を設けたことによ
り、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との接合は
水素結合により強固なものとなるとともに、エポキシ樹
脂系接着剤７に含有されるエポキシ樹脂の分子の大きさ
に対し、金属枠体４に設けたＳｉＯ2層５表面の凹凸が
良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金属枠体４と透
光性板材６との接合強度がより強固なものとなり、その
結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケージ
とすることができる。
口11外周の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗
さＲａが２〜25ｎｍのＳｉＯ2層５を設けたことによ
り、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との接合は
水素結合により強固なものとなるとともに、エポキシ樹
脂系接着剤７に含有されるエポキシ樹脂の分子の大きさ
に対し、金属枠体４に設けたＳｉＯ2層５表面の凹凸が
良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金属枠体４と透
光性板材６との接合強度がより強固なものとなり、その
結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケージ
とすることができる。
【００３７】なお、ＳｉＯ2層５の表面を原子間力顕微
鏡で測定した算術平均粗さＲａが２ｎｍ未満であると、
エポキシ樹脂分子が表面の凹凸に良好に入り込むことが
できず、良好な投錨効果が得られない傾向がある。ま
た、Ｒａが25ｎｍを超えると、エポキシ樹脂分子に対し
て表面の凹凸が大きすぎるものとなり、良好な投錨効果
が得られない傾向がある。したがって、ＳｉＯ2層５の
表面を原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａを２
〜25ｎｍの範囲とすることが好ましい。
鏡で測定した算術平均粗さＲａが２ｎｍ未満であると、
エポキシ樹脂分子が表面の凹凸に良好に入り込むことが
できず、良好な投錨効果が得られない傾向がある。ま
た、Ｒａが25ｎｍを超えると、エポキシ樹脂分子に対し
て表面の凹凸が大きすぎるものとなり、良好な投錨効果
が得られない傾向がある。したがって、ＳｉＯ2層５の
表面を原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａを２
〜25ｎｍの範囲とすることが好ましい。
【００３８】このような表面は、例えばスパッタリング
法の場合、真空度が約10-4Ｐａ、温度が約180〜310℃の
条件で0.5〜３時間処理することにより、層厚みが0.05
〜３μｍの範囲で原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗
さＲａが２〜25ｎｍの表面を得ることができる。
法の場合、真空度が約10-4Ｐａ、温度が約180〜310℃の
条件で0.5〜３時間処理することにより、層厚みが0.05
〜３μｍの範囲で原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗
さＲａが２〜25ｎｍの表面を得ることができる。
【００３９】なお、ＳｉＯ2層５の幅が0.1ｍｍ未満であ
ると、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との接合
面積が小さなものとなり金属枠体４と透光性板材６との
接合が弱く、透光性板材６が金属枠体４から外れ易くな
る傾向があり、また、10ｍｍを超えると弾性率の高い透
光性板材６が弾性率の低い金属枠体６の動きを抑制し、
外力に対する金属枠体６の弾性変形を阻害し、塑性変形
を起こし易い傾向がある。ＳｉＯ2層５の厚みが0.05μ
ｍ未満の場合は、ＳｉＯ2層５が均一に成膜されず、ピ
ンホールが発生し易くなる傾向があり、さらに、３μｍ
を超える場合は、金属枠体４が変形した際にＳｉＯ2層
５が金属枠体４の変形に追随できずにＳｉＯ2層５にク
ラックが発生したりＳｉＯ2層５が金属枠体４から剥が
れ易くなる傾向がある。したがって、ＳｉＯ2層５は、
幅を0.1〜10ｍｍ、厚みを0.05〜３μｍの範囲とするこ
とが好ましい。
ると、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７との接合
面積が小さなものとなり金属枠体４と透光性板材６との
接合が弱く、透光性板材６が金属枠体４から外れ易くな
る傾向があり、また、10ｍｍを超えると弾性率の高い透
光性板材６が弾性率の低い金属枠体６の動きを抑制し、
外力に対する金属枠体６の弾性変形を阻害し、塑性変形
を起こし易い傾向がある。ＳｉＯ2層５の厚みが0.05μ
ｍ未満の場合は、ＳｉＯ2層５が均一に成膜されず、ピ
ンホールが発生し易くなる傾向があり、さらに、３μｍ
を超える場合は、金属枠体４が変形した際にＳｉＯ2層
５が金属枠体４の変形に追随できずにＳｉＯ2層５にク
ラックが発生したりＳｉＯ2層５が金属枠体４から剥が
れ易くなる傾向がある。したがって、ＳｉＯ2層５は、
幅を0.1〜10ｍｍ、厚みを0.05〜３μｍの範囲とするこ
とが好ましい。
【００４０】また、ＳｉＯ2層５の上には、エポキシ樹
脂系接着剤７を介して透光性板材６が接合される。
脂系接着剤７を介して透光性板材６が接合される。
【００４１】透光性板材６は、光半導体素子９を気密に
保護し、外部からの光を効率よく光半導体素子９に伝達
する機能を有し、受光波長領域に応じてホウケイ酸ガラ
ス・サファイヤガラス・石英ガラス等の無機材料やアク
リル系樹脂・ポリエチレン系樹脂等の有機材料を用いて
形成される。
保護し、外部からの光を効率よく光半導体素子９に伝達
する機能を有し、受光波長領域に応じてホウケイ酸ガラ
ス・サファイヤガラス・石英ガラス等の無機材料やアク
リル系樹脂・ポリエチレン系樹脂等の有機材料を用いて
形成される。
【００４２】透光性板材６は、例えば石英ガラスを用い
る場合、石英ガラスブロックを任意の厚みに切断した後
表面を研磨し、所定の厚みにしたものをスライシング法
・ダイシング法等を採用して、所定の寸法に切断するこ
とにより形成される。
る場合、石英ガラスブロックを任意の厚みに切断した後
表面を研磨し、所定の厚みにしたものをスライシング法
・ダイシング法等を採用して、所定の寸法に切断するこ
とにより形成される。
【００４３】なお、透光性板材６は、高い光透過率を得
るという観点からは石英ガラスが好ましいが、使用目的
によりホウケイ酸ガラス・サファイヤガラス等の無機材
料やアクリル系樹脂・ポリエチレン系樹脂等の有機材料
を用いて形成してもよい。
るという観点からは石英ガラスが好ましいが、使用目的
によりホウケイ酸ガラス・サファイヤガラス等の無機材
料やアクリル系樹脂・ポリエチレン系樹脂等の有機材料
を用いて形成してもよい。
【００４４】金属枠体４と透光性板材６との接合は、Ｓ
ｉＯ2層５を被着した金属枠体４と、金属枠体４との接
合部にエポキシ樹脂系接着剤７を塗布した透光性板材６
とを、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７とを対向
させ載置した後約110℃の温度で60〜90分間加圧加熱す
ることにより行われる。
ｉＯ2層５を被着した金属枠体４と、金属枠体４との接
合部にエポキシ樹脂系接着剤７を塗布した透光性板材６
とを、ＳｉＯ2層５とエポキシ樹脂系接着剤７とを対向
させ載置した後約110℃の温度で60〜90分間加圧加熱す
ることにより行われる。
【００４５】なお、接合の際の残留応力を低減するとい
う観点からは、約110℃の低温度での加熱が好ましい
が、90〜250℃の温度で加熱してもよい。
う観点からは、約110℃の低温度での加熱が好ましい
が、90〜250℃の温度で加熱してもよい。
【００４６】エポキシ樹脂系接着剤７は、透光性板材６
と金属枠体４との接合時はもちろんのこと、その後の絶
縁基体１との接合時や、基板への２次実装時に加えられ
る熱、さらには光半導体素子の作動時に発生する熱によ
って生ずる部材間の応力を緩和し、石英ガラスが破壊す
るのを有効に防止する機能を有する。
と金属枠体４との接合時はもちろんのこと、その後の絶
縁基体１との接合時や、基板への２次実装時に加えられ
る熱、さらには光半導体素子の作動時に発生する熱によ
って生ずる部材間の応力を緩和し、石英ガラスが破壊す
るのを有効に防止する機能を有する。
【００４７】このようなエポキシ樹脂系接着剤７は、耐
湿性あるいは接合強度の観点から緻密な３次元網目構造
を有するエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が好
ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノ
ールＡ変性エポキシ樹脂・ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂・フェノールノボラック型エポキシ樹脂・クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂・特殊ノボラック型エポキ
シ樹脂・フェノール誘導体エポキシ樹脂・ビフェノール
骨格型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂にイミダゾール系
・アミン系・リン系・ヒドラジン系・イミダゾールアダ
クト系・アミンアダクト系・カチオン重合系・ジシアン
ジアミド系等の硬化剤を添加したもので形成されてい
る。
湿性あるいは接合強度の観点から緻密な３次元網目構造
を有するエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が好
ましく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノ
ールＡ変性エポキシ樹脂・ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂・フェノールノボラック型エポキシ樹脂・クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂・特殊ノボラック型エポキ
シ樹脂・フェノール誘導体エポキシ樹脂・ビフェノール
骨格型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂にイミダゾール系
・アミン系・リン系・ヒドラジン系・イミダゾールアダ
クト系・アミンアダクト系・カチオン重合系・ジシアン
ジアミド系等の硬化剤を添加したもので形成されてい
る。
【００４８】なお、２種類以上のエポキシ樹脂を混合し
て用いてもよく、耐湿性あるいは接合強度の観点からは
熱硬化性樹脂が好ましいが、紫外線硬化性エポキシ樹脂
でも接合可能である。
て用いてもよく、耐湿性あるいは接合強度の観点からは
熱硬化性樹脂が好ましいが、紫外線硬化性エポキシ樹脂
でも接合可能である。
【００４９】また、本発明では、エポキシ樹脂系接着剤
７は、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂にその
熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末を含有さ
せて、弾性率を0.1〜３ＧＰａの範囲とすることが好ま
しい。
７は、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂にその
熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末を含有さ
せて、弾性率を0.1〜３ＧＰａの範囲とすることが好ま
しい。
【００５０】エポキシ樹脂系接着剤７は、その弾性率の
値を0.1〜３ＧＰａの範囲としたことから、金属枠体４
と透光性板材６との間に発生する応力をエポキシ樹脂系
接着剤７により良好に吸収することができ、金属枠体４
とエポキシ樹脂系接着剤７との界面および透光性板材６
とエポキシ樹脂系接着剤７との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
値を0.1〜３ＧＰａの範囲としたことから、金属枠体４
と透光性板材６との間に発生する応力をエポキシ樹脂系
接着剤７により良好に吸収することができ、金属枠体４
とエポキシ樹脂系接着剤７との界面および透光性板材６
とエポキシ樹脂系接着剤７との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
【００５１】このような有機材料粉末としては、シリコ
ンゴムやシリコンレジン・ＬＤＰＥ・ＨＤＰＥ・ＰＭＭ
Ａ・架橋ＰＭＭＡ・ポリスチレン・架橋ポリスチレン・
エチレン−アクリル共重合・ポリメタクリル酸エチル・
ブチルアクリレート・ウレタン等の軟質微粒子が好まし
い。
ンゴムやシリコンレジン・ＬＤＰＥ・ＨＤＰＥ・ＰＭＭ
Ａ・架橋ＰＭＭＡ・ポリスチレン・架橋ポリスチレン・
エチレン−アクリル共重合・ポリメタクリル酸エチル・
ブチルアクリレート・ウレタン等の軟質微粒子が好まし
い。
【００５２】なお、エポキシ樹脂系接着剤７は、その弾
性率が0.1ＧＰａ未満であると、機械的応力が透光性板
材６に加わった際にエポキシ樹脂系接着剤７が歪み、所
定の位置に透光性板材６を保持することが困難となる傾
向がある。また、弾性率が３ＧＰａを超えると、光半導
体素子収納用パッケージに落下等の大きな衝撃が加わっ
た際に生じる応力を吸収できず、透光性板材６が金属枠
体４から外れてしまう傾向がある。したがって、エポキ
シ樹脂系接着剤７は、その弾性率を0.1〜３ＧＰａの範
囲とすることが好ましい。
性率が0.1ＧＰａ未満であると、機械的応力が透光性板
材６に加わった際にエポキシ樹脂系接着剤７が歪み、所
定の位置に透光性板材６を保持することが困難となる傾
向がある。また、弾性率が３ＧＰａを超えると、光半導
体素子収納用パッケージに落下等の大きな衝撃が加わっ
た際に生じる応力を吸収できず、透光性板材６が金属枠
体４から外れてしまう傾向がある。したがって、エポキ
シ樹脂系接着剤７は、その弾性率を0.1〜３ＧＰａの範
囲とすることが好ましい。
【００５３】かくして上述の光半導体素子収納用パッケ
ージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａ底面に光半導体
素子９をガラス・樹脂・ろう材等から成る接着剤を介し
て接着固定するとともに光半導体素子９の各電極をボン
ディングワイヤ10により配線導体層２に接続させ、しか
る後、接合面にＳｉＯ2層５を設けた金属枠体４と透光
性板材６とをエポキシ樹脂系接着剤７を介して接続して
形成した蓋体３を、シールリング８を介して絶縁基体１
に接合することによって最終製品としての光半導体装置
が完成する。
ージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａ底面に光半導体
素子９をガラス・樹脂・ろう材等から成る接着剤を介し
て接着固定するとともに光半導体素子９の各電極をボン
ディングワイヤ10により配線導体層２に接続させ、しか
る後、接合面にＳｉＯ2層５を設けた金属枠体４と透光
性板材６とをエポキシ樹脂系接着剤７を介して接続して
形成した蓋体３を、シールリング８を介して絶縁基体１
に接合することによって最終製品としての光半導体装置
が完成する。
【００５４】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
であれば種々の変更は可能である。例えば図２に断面図
で示すように、透光性板材６をキャビティ側に設置して
もよい。また、絶縁基体１と金属枠体４とをシールリン
グ８を介さずに熱硬化性樹脂接着剤により接合してもよ
い。
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
であれば種々の変更は可能である。例えば図２に断面図
で示すように、透光性板材６をキャビティ側に設置して
もよい。また、絶縁基体１と金属枠体４とをシールリン
グ８を介さずに熱硬化性樹脂接着剤により接合してもよ
い。
【００５５】また、本発明の効果は透光性板材４として
石英ガラスを用いた場合にのみ発揮されるものではな
く、ホウケイ酸ガラス・サファイヤガラス等においても
同様に高い接合信頼性を得ることが可能である。
石英ガラスを用いた場合にのみ発揮されるものではな
く、ホウケイ酸ガラス・サファイヤガラス等においても
同様に高い接合信頼性を得ることが可能である。
【００５６】
【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば、透光性板材が接合される金属枠体の表面に原
子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが２〜25ｎｍ
のＳｉＯ2層を設けたことから、ＳｉＯ2層とエポキシ樹
脂系接着剤と接合は水素結合により強固なものとなると
ともに、エポキシ樹脂系接着剤に含まれるエポキシ樹脂
の分子の大きさに対し、金属枠体に設けたＳｉＯ2層表
面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金属
枠体と透光性板材との接合強度がより強固なものとな
り、その結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パ
ッケージとすることができる。
によれば、透光性板材が接合される金属枠体の表面に原
子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さＲａが２〜25ｎｍ
のＳｉＯ2層を設けたことから、ＳｉＯ2層とエポキシ樹
脂系接着剤と接合は水素結合により強固なものとなると
ともに、エポキシ樹脂系接着剤に含まれるエポキシ樹脂
の分子の大きさに対し、金属枠体に設けたＳｉＯ2層表
面の凹凸が良好な投錨効果を得るのに好適に働き、金属
枠体と透光性板材との接合強度がより強固なものとな
り、その結果、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パ
ッケージとすることができる。
【００５７】また、本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージによれば、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹
脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末
を含有させて弾性率の値を0.1〜３ＧＰａとしたことか
ら、金属枠体と透光性板材との間に発生する応力をエポ
キシ樹脂系接着剤により良好に吸収することができ、金
属枠体とエポキシ樹脂系接着剤との界面および透光性板
材とエポキシ樹脂系接着剤との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
ージによれば、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹
脂にその熱硬化性樹脂よりも弾性率が低い有機材料粉末
を含有させて弾性率の値を0.1〜３ＧＰａとしたことか
ら、金属枠体と透光性板材との間に発生する応力をエポ
キシ樹脂系接着剤により良好に吸収することができ、金
属枠体とエポキシ樹脂系接着剤との界面および透光性板
材とエポキシ樹脂系接着剤との界面に応力歪みが残留し
難くなり、気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケ
ージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施
の形態の一例を示す断面図である。
の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージの他の
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
１・・・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・・搭載部 ２・・・・・・・・導体配線層 ３・・・・・・・・蓋体 ４・・・・・・・・金属枠体 ５・・・・・・・・ＳｉＯ2層 ６・・・・・・・・透光性板材 ７・・・・・・・・エポキシ樹脂系接着剤 ８・・・・・・・・シールリング ９・・・・・・・・光半導体素子 10・・・・・・・・ボンディングワイヤ 11・・・・・・・・開口
Claims (2)
- 【請求項１】 略中央部に光半導体素子を搭載するため
の凹部を有する絶縁基体と、該絶縁基体の上面に接合さ
れる、開口に透光性板材がエポキシ樹脂系接着剤を介し
て接合された金属枠体とから成る光半導体素子収納用パ
ッケージであって、前記透光性板材が接合される前記金
属枠体の表面に原子間力顕微鏡で測定した算術平均粗さ
Ｒａが２〜２５ｎｍのＳｉＯ2層を設けたことを特徴と
する光半導体素子収納用パッケージ。 - 【請求項２】 前記エポキシ樹脂系接着剤が、エポキシ
樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂に該熱硬化性樹脂より
も弾性率が低い有機材料粉末を含有させて、弾性率の値
を０．１〜３ＧＰａとしたものであることを特徴とする
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000215006A JP4388209B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 光半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000215006A JP4388209B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 光半導体素子収納用パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033407A true JP2002033407A (ja) | 2002-01-31 |
| JP4388209B2 JP4388209B2 (ja) | 2009-12-24 |
Family
ID=18710497
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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