JP2004527917A - 光活性半導体チップ用ケーシング及び該ケーシングの製造方法 - Google Patents
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Abstract
セラミックケーシング（１）の製造方法で、先ず、セラミックボード（２）及び側面部（３）からセラミック基板（４）が製造される。続いて、セラミック基板（４）上に、メタルフレーム（７）が取り付けられ、窓（１１）が側面開口（６）にソルダリングされる。セラミックケーシング（１）は、光活性半導体チップをセラミック基板（４）内に取り付けた後、メタルカバー（１２）で閉じられる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光活性半導体チップ用ケーシングの製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、更に、トラフ状のセラミック基板を有する光活性半導体チップ用ケーシングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
その種のセラミックケーシングは一般に公知である。プラスチックケーシングに較べて、セラミックケーシングは、低温にも高温にも耐性があるという利点がある。プラスチックケーシングは、低温で脆くなり、高温で軟化するが、セラミックケーシングでは、材料特性が殆ど変化しない程良好である。
【０００４】
半導体チップ用のセラミックケーシングは、多数の形状にすることができる。所謂ＬＣＣセラミックケーシング（「リードレス・チップ・キャリア」）は、例えば、ケーシングに、外側にリードされたコンタクトピンは取り付けられていない。この種のケーシングは、ＳＭＤ技術用に構成されている。
【０００５】
しかし、従来技術では、側壁が平坦で大きくて光に対して透過性である光活性半導体チップ用のセラミックケーシングは公知ではない。しかし、そのようなセラミックケーシングは、複数の光活性の半導体チップ、例えば、半導体レーザをセラミックケーシング内に設ける必要がある場合には必要である。というのは、この場合、光は、各光活性構成素子から、セラミックケーシングの側壁を透過することができなければならないからである。
【０００６】
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、側壁内に窓のあるセラミックケーシングの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の課題は、更に、光活性半導体チップに適したセラミックケーシングを作ることにある。
【０００８】
この課題は、本発明によると、以下の各方法ステップ：
トラフ状の開口部を有しているトラフ状セラミック基板を形成し、該トラフ状セラミック基板の一方の側壁に、トラフ状の開口部から側面開口部を形成するステップ、トラフ状の開口部を側面開口部から分離する金属部をセラミック基板に取り付けることによって、窓用の側壁開口部を囲む固定面を形成するステップ、窓を固定面に形成するステップを有する方法によって解決される。
【０００９】
本発明のケーシングは、トラフ状セラミック基板を有しており、該トラフ状セラミック基板の一方の側壁に、側面開口部が形成されており、側面開口部が、トラフ状の開口部から金属部によって分離されており、金属部が、セラミック基板の縁部と一緒に固定面を形成するようにされており、固定面上に窓が取り付けられている。
【００１０】
本発明の方法では、先ず、セラミック基板が形成される。このセラミック基板は、片持ち式の材料強度の小さなセラミック部分を有している。従って、セラミック基板は、大きな強度とローバスト性を有している。
【００１１】
窓用のフレームは、セラミック基板の縁部によって、セラミック基板の製造後、当該セラミック基板上にコーティングされた金属部によって形成されている。このようにして、一方の側壁内にフレーム状の固定面が形成され、その際、セラミック基板に、片持ち式の材料強度の小さなセラミック部分を設けたり、ケーシング用に大きな構造高さを選択する必要はない。更に、従来技術のソルダリングプロセスを用いて金属部をセラミック基板に固定することができる。従って、付加的なコストを掛けずに、半導体産業の通常のプロセスで製造することができる。
【００１２】
方法の有利な実施例によると、トラフ状開口部の周囲のメタルフレームを、金属部用に使うことができる。
【００１３】
メタルフレームによって、光活性半導体チップをセラミックケーシング内に収容して、セラミックケーシングにボンディングすることができる。続いて、メタルフレーム上にメタルカバーが取り付けられ、このメタルフレームとソルダリングされ、その結果、光活性半導体チップ用のハーメチックシールケーシングが得られる。
【００１４】
本発明の別の有利な実施例は、従属請求項の対象である。
【００１５】
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、セラミックケーシングの展開図
図２ａ〜ｃは、セラミックケーシングの製造時の順次連続する方法ステップを示す図
図３は、本発明のセラミックケーシングの横断面図
を示す。
【００１６】
図１のセラミックケーシング１は、セラミックボード２を有している。セラミックケーシング１の側壁は、順次積層されたＵ字型の側面部３によって形成されている。セラミックボード２及び側面部３は共に、セラミック基板４を形成する（殊に、図２ａ〜２ｃから明らかに分かるように）。セラミック基板４は、側面部３がセラミックボード２上に積層され、続いて、セラミックボード２が側面部３と一緒に焼成されてセラミック基板４となるようにされている。この方法は、当業者には公知であり、本発明の対象ではない。
【００１７】
セラミック基板４は、トラフ状の開口部５を有するトラフ状の形状を有している。側面部３のＵ字型の形状により、セラミック基板は、トラフ状の開口部５を囲む、セラミック基板４の上にコーティングされたメタルフレーム７によって、トラフ状の開口部５から分離された側面開口６を有する。セラミックボード２の前側８と、側面部３の前側とメタルフレーム７の前側１０とによって形成された固定面上に、窓１１が形成される。最後に、セラミックケーシング１は、メタルフレーム７に取り付けられたメタルカバー１２によって閉じられる。
【００１８】
セラミックケーシング１の製造方法について、以下、図２ａ〜２ｃを用いて詳細に説明する。
【００１９】
先ず、セラミック基板４が製造され、その際、側面部３がセラミックボード２上に取り付けられる。続いて、セラミックボード２と側面部３とが一緒に焼成されてセラミック基板４となる。続いて、メタルフレーム７のセラミック基板４上にソルダリングされる。そのためには、殊に、通常の硬ろう付けが適している。その種の硬ろう付けは、当業者には公知であり、本発明の対象ではない。
【００２０】
更に、側面開口６は、窓１１によってハーメチックシールして閉じられている。これは、ガラスソルダリングを用いて行うか、又は、メタルソルダリングを用いて行うとよい。その際、この場合、窓は固定面上に載置された個所に金属層を設けるようにして、メタルソルダリングが窓１１に付着することができるようにする必要がある。
【００２１】
窓１１は、典型的には、ガラス製であり、このガラスの熱膨張係数は、セラミック基板４の熱膨張係数に適合されている。市販で入手できる種類のガラスは、熱膨張係数０．５〜２０×１０−６／℃である。従って、窓１１の熱膨張係数を、セラミック基板４の膨張係数に適合させることも良好に可能であり、Ａｌ２Ｏ３のベース上のセラミックでは、熱膨張係数は、例えば、６−６．５×１０−６／℃である。
【００２２】
窓１１は、反射防止膜又はフィルタ膜でコーティングしてもよい。更に、窓１１内にレンズ又は光導波路用のガイド又はフランジを構成してもよい。
【００２３】
窓１１のソルダリング後、セラミック基板内に光活性半導体チップ３を取り付けて、セラミック基板で、例えば、金線１４を用いてボンディングすることができる。続いて、メタルカバー１２は、メタルフレーム１７にソルダリングしてもよい。そうすることによって、セラミック基板４を介して、プラスチックケーシングに較べて良好な熱導出度のハーメチックシールされたケーシングを有するハーメチックシールケーシングが得られる。光活性半導体チップ１３として、電磁ビームを放射及び／又は受信する半導体チップを用いてもよい。
【００２４】
セラミックボード２上に、セラミックボード２の下側の、図示していないコンタクトに案内された導体路を構成してもよい。変形実施例では、例えば、セラミックボードに２つのコンタクトピンを取り付けてもよいし、その代わりに、セラミックケーシング１をプリント配線板にソルダリングしてもよい。
【００２５】
半導体チップ１３は、例えば、レーザバーにするとよい。その種の広幅レーザバーを、前述の窓１１を通して光１５を放射するようにしてもよい。
【００２６】
従って、例えば、パルス状のレーザバーを収容するための、自動車技術で用いるための、又は、印刷技術で用いるためのセラミックケーシングが適している。と言うのは、前述の両方の環境内では、各々高い温度変動が生じることがあるのに対して、セラミックケーシング１は不感応である。
【００２７】
更に、セラミックケーシング１の寸法が合い続けるという点は特に有利である。半導体チップ１３を、ＩＩＩ−Ｖ結合型半導体のベース上に製造すると、セラミックケーシング、及び、セラミックケーシング内に取り付けられた半導体チップ１３の寸法が特に良好に合い続け、そのために、セラミック材料がＡｌ２Ｏ３のベース上に使用され、セラミックの熱膨張係数に適合されたガラス並びにセラミックに適合された、例えば、コバール製カバーが選択される。
【００２８】
最後に、本発明のセラミックケーシングの特別な密閉性も際立っており、セラミックケーシング１は同様に汚れ易い環境内で用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】セラミックケーシングの展開図
【図２】セラミックケーシングの製造時の順次連続する方法ステップを示す図
【図３】本発明のセラミックケーシングの横断面図
【０００１】
本発明は、光活性半導体チップ用ケーシングの製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、更に、トラフ状のセラミック基板を有する光活性半導体チップ用ケーシングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
その種のセラミックケーシングは一般に公知である。プラスチックケーシングに較べて、セラミックケーシングは、低温にも高温にも耐性があるという利点がある。プラスチックケーシングは、低温で脆くなり、高温で軟化するが、セラミックケーシングでは、材料特性が殆ど変化しない程良好である。
【０００４】
半導体チップ用のセラミックケーシングは、多数の形状にすることができる。所謂ＬＣＣセラミックケーシング（「リードレス・チップ・キャリア」）は、例えば、ケーシングに、外側にリードされたコンタクトピンは取り付けられていない。この種のケーシングは、ＳＭＤ技術用に構成されている。
【０００５】
しかし、従来技術では、側壁が平坦で大きくて光に対して透過性である光活性半導体チップ用のセラミックケーシングは公知ではない。しかし、そのようなセラミックケーシングは、複数の光活性の半導体チップ、例えば、半導体レーザをセラミックケーシング内に設ける必要がある場合には必要である。というのは、この場合、光は、各光活性構成素子から、セラミックケーシングの側壁を透過することができなければならないからである。
【０００６】
この従来技術に基づいて、本発明の課題は、側壁内に窓のあるセラミックケーシングの製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の課題は、更に、光活性半導体チップに適したセラミックケーシングを作ることにある。
【０００８】
この課題は、本発明によると、以下の各方法ステップ：
トラフ状の開口部を有しているトラフ状セラミック基板を形成し、該トラフ状セラミック基板の一方の側壁に、トラフ状の開口部から側面開口部を形成するステップ、トラフ状の開口部を側面開口部から分離する金属部をセラミック基板に取り付けることによって、窓用の側壁開口部を囲む固定面を形成するステップ、窓を固定面に形成するステップを有する方法によって解決される。
【０００９】
本発明のケーシングは、トラフ状セラミック基板を有しており、該トラフ状セラミック基板の一方の側壁に、側面開口部が形成されており、側面開口部が、トラフ状の開口部から金属部によって分離されており、金属部が、セラミック基板の縁部と一緒に固定面を形成するようにされており、固定面上に窓が取り付けられている。
【００１０】
本発明の方法では、先ず、セラミック基板が形成される。このセラミック基板は、片持ち式の材料強度の小さなセラミック部分を有している。従って、セラミック基板は、大きな強度とローバスト性を有している。
【００１１】
窓用のフレームは、セラミック基板の縁部によって、セラミック基板の製造後、当該セラミック基板上にコーティングされた金属部によって形成されている。このようにして、一方の側壁内にフレーム状の固定面が形成され、その際、セラミック基板に、片持ち式の材料強度の小さなセラミック部分を設けたり、ケーシング用に大きな構造高さを選択する必要はない。更に、従来技術のソルダリングプロセスを用いて金属部をセラミック基板に固定することができる。従って、付加的なコストを掛けずに、半導体産業の通常のプロセスで製造することができる。
【００１２】
方法の有利な実施例によると、トラフ状開口部の周囲のメタルフレームを、金属部用に使うことができる。
【００１３】
メタルフレームによって、光活性半導体チップをセラミックケーシング内に収容して、セラミックケーシングにボンディングすることができる。続いて、メタルフレーム上にメタルカバーが取り付けられ、このメタルフレームとソルダリングされ、その結果、光活性半導体チップ用のハーメチックシールケーシングが得られる。
【００１４】
本発明の別の有利な実施例は、従属請求項の対象である。
【００１５】
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際：
図１は、セラミックケーシングの展開図
図２ａ〜ｃは、セラミックケーシングの製造時の順次連続する方法ステップを示す図
図３は、本発明のセラミックケーシングの横断面図
を示す。
【００１６】
図１のセラミックケーシング１は、セラミックボード２を有している。セラミックケーシング１の側壁は、順次積層されたＵ字型の側面部３によって形成されている。セラミックボード２及び側面部３は共に、セラミック基板４を形成する（殊に、図２ａ〜２ｃから明らかに分かるように）。セラミック基板４は、側面部３がセラミックボード２上に積層され、続いて、セラミックボード２が側面部３と一緒に焼成されてセラミック基板４となるようにされている。この方法は、当業者には公知であり、本発明の対象ではない。
【００１７】
セラミック基板４は、トラフ状の開口部５を有するトラフ状の形状を有している。側面部３のＵ字型の形状により、セラミック基板は、トラフ状の開口部５を囲む、セラミック基板４の上にコーティングされたメタルフレーム７によって、トラフ状の開口部５から分離された側面開口６を有する。セラミックボード２の前側８と、側面部３の前側とメタルフレーム７の前側１０とによって形成された固定面上に、窓１１が形成される。最後に、セラミックケーシング１は、メタルフレーム７に取り付けられたメタルカバー１２によって閉じられる。
【００１８】
セラミックケーシング１の製造方法について、以下、図２ａ〜２ｃを用いて詳細に説明する。
【００１９】
先ず、セラミック基板４が製造され、その際、側面部３がセラミックボード２上に取り付けられる。続いて、セラミックボード２と側面部３とが一緒に焼成されてセラミック基板４となる。続いて、メタルフレーム７のセラミック基板４上にソルダリングされる。そのためには、殊に、通常の硬ろう付けが適している。その種の硬ろう付けは、当業者には公知であり、本発明の対象ではない。
【００２０】
更に、側面開口６は、窓１１によってハーメチックシールして閉じられている。これは、ガラスソルダリングを用いて行うか、又は、メタルソルダリングを用いて行うとよい。その際、この場合、窓は固定面上に載置された個所に金属層を設けるようにして、メタルソルダリングが窓１１に付着することができるようにする必要がある。
【００２１】
窓１１は、典型的には、ガラス製であり、このガラスの熱膨張係数は、セラミック基板４の熱膨張係数に適合されている。市販で入手できる種類のガラスは、熱膨張係数０．５〜２０×１０−６／℃である。従って、窓１１の熱膨張係数を、セラミック基板４の膨張係数に適合させることも良好に可能であり、Ａｌ２Ｏ３のベース上のセラミックでは、熱膨張係数は、例えば、６−６．５×１０−６／℃である。
【００２２】
窓１１は、反射防止膜又はフィルタ膜でコーティングしてもよい。更に、窓１１内にレンズ又は光導波路用のガイド又はフランジを構成してもよい。
【００２３】
窓１１のソルダリング後、セラミック基板内に光活性半導体チップ３を取り付けて、セラミック基板で、例えば、金線１４を用いてボンディングすることができる。続いて、メタルカバー１２は、メタルフレーム１７にソルダリングしてもよい。そうすることによって、セラミック基板４を介して、プラスチックケーシングに較べて良好な熱導出度のハーメチックシールされたケーシングを有するハーメチックシールケーシングが得られる。光活性半導体チップ１３として、電磁ビームを放射及び／又は受信する半導体チップを用いてもよい。
【００２４】
セラミックボード２上に、セラミックボード２の下側の、図示していないコンタクトに案内された導体路を構成してもよい。変形実施例では、例えば、セラミックボードに２つのコンタクトピンを取り付けてもよいし、その代わりに、セラミックケーシング１をプリント配線板にソルダリングしてもよい。
【００２５】
半導体チップ１３は、例えば、レーザバーにするとよい。その種の広幅レーザバーを、前述の窓１１を通して光１５を放射するようにしてもよい。
【００２６】
従って、例えば、パルス状のレーザバーを収容するための、自動車技術で用いるための、又は、印刷技術で用いるためのセラミックケーシングが適している。と言うのは、前述の両方の環境内では、各々高い温度変動が生じることがあるのに対して、セラミックケーシング１は不感応である。
【００２７】
更に、セラミックケーシング１の寸法が合い続けるという点は特に有利である。半導体チップ１３を、ＩＩＩ−Ｖ結合型半導体のベース上に製造すると、セラミックケーシング、及び、セラミックケーシング内に取り付けられた半導体チップ１３の寸法が特に良好に合い続け、そのために、セラミック材料がＡｌ２Ｏ３のベース上に使用され、セラミックの熱膨張係数に適合されたガラス並びにセラミックに適合された、例えば、コバール製カバーが選択される。
【００２８】
最後に、本発明のセラミックケーシングの特別な密閉性も際立っており、セラミックケーシング１は同様に汚れ易い環境内で用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】セラミックケーシングの展開図
【図２】セラミックケーシングの製造時の順次連続する方法ステップを示す図
【図３】本発明のセラミックケーシングの横断面図
Claims (15)
- 光活性半導体チップ（１３）用のケーシング（１）の製造方法において、
以下の各方法ステップ：
トラフ状の開口部（５）を有しているトラフ状セラミック基板（４）を形成し、該トラフ状セラミック基板（４）の一方の側壁（３）に、前記トラフ状の開口部（５）から側面開口部（６）を形成するステップ、
前記トラフ状の開口部（５）を前記側面開口部（６）から分離する金属部（７）を前記セラミック基板（４）に取り付けることによって、窓（１１）用の前記側壁開口部（６）を囲む固定面（８，９，１０）を形成するステップ、
前記窓（１１）を固定面（８）に形成するステップ
を有することを特徴とする方法。 - 先ず、ボード（２）をセラミック材から製造し、該ボード（２）上に側壁（３）を載置する請求項１記載の方法。
- 側壁を、相互に積層したＵ字形ストリップ（３）から形成する請求項２記載の方法。
- セラミック基板（４）を、金属部（７）を取り付ける前に焼結する請求項１又は２記載の方法。
- 窓（１１）を、セラミック基板（４）及び金属部（７）にソルダリングする請求項１〜４迄の何れか１記載の方法。
- ソルダリング過程用にソルダガラスを用いる請求項５記載の方法。
- 窓（１１）を金属層でコーティングし、メタルソルダリングを用いてソルダリングする請求項５記載の方法。
- 金属部としてメタルフレーム（７）を用いる請求項１〜７迄の何れか１記載の方法。
- メタルフレーム（７）の開口（５）を通して光活性半導体チップ（１３）をケーシング内に取付け、それから、メタルカバー（１２）をソルダリングすることによって前記メタルフレーム（７）を閉じる請求項８記載の方法。
- 光活性半導体チップ（１３）を、ＩＩＩ−Ｖ結合型半導体に基づいて製造し、セラミックを、Ａｌ２Ｏ３に基づいて製造し、窓を、６〜８×１０−６／℃の熱膨張係数のガラスを使う請求項１〜９迄の何れか１記載の方法。
- 光活性半導体チップ（１３）を、電磁ビーム放射型半導体チップにする請求項１〜１０迄の何れか１記載の方法。
- 光活性半導体チップ（１３）を、電磁ビーム受信型半導体チップにする請求項１〜１１迄の何れか１記載の方法。
- 光活性半導体チップ用のケーシングにおいて、
トラフ状セラミック基板（４）を有しており、該トラフ状セラミック基板（４）の一方の側壁（３）に、側面開口部（６）が形成されており、前記側面開口部（６）が、前記トラフ状の開口部（５）から金属部（７）によって分離されており、前記金属部（７）が、セラミック基板（４）の縁部（８，９，１０）と一緒に固定面を形成するようにされており、前記固定面上に窓（１１）が取り付けられている
ことを特徴とするケーシング。 - 光活性半導体チップ（１３）は、電磁ビーム放射型半導体チップである請求項１３記載のケーシング。
- 光活性半導体チップ（１３）は、電磁ビーム受信型半導体チップである請求項１４記載のケーシング。
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