JP2005191314A

JP2005191314A - 蓋体およびこれを用いた光半導体装置

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Publication number: JP2005191314A
Application number: JP2003431593A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakao; 貴博中尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】熱応力あるいは外部からの機械的衝撃による接合破壊を有効に防止でき、かつ気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケージならびに光半導体装置を提供すること。
【解決手段】金属枠体３ａの開口部に透光性の窓部材３ｂが嵌め込まれて成る平板状の蓋体３であって、金属枠体３ａは、開口部の内周面４の縦断面形状が開口部の中心側に凸の曲面とされており、窓部材３ｂは、軟化点が３００℃を超え、かつ熱膨張係数が金属枠体３ａよりも小さく２０乃至３００℃における金属枠体３ａとの熱膨張係数の差が０乃至１．０×１０^−６／℃であるガラスから成るとともに、開口部に直接接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部からの機械的衝撃あるいは水分の浸入から光半導体素子を保護する光半導体素子収納用パッケージの蓋体および光半導体装置に関し、特にＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子、光スイッチ，ミラーデバイス等のＭＥＭＳ、ＣＤ，ＤＶＤ用のＬＤ，ＰＤ等のレーザ部品等の光半導体素子を保護する光半導体素子収納用パッケージの蓋体およびこれを用いた光半導体装置に関する。

近年、移動体通信機器は軽薄短小化が急激に進展し、これに伴って搭載される光半導体素子を気密に封止する光半導体装置も軽薄短小化が進んでいる。

このような光半導体装置は、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るととも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、絶縁基体の上面に半田等のろう材により接合されるとともに光を透過するための開口部が設けられている枠体および枠体の開口部に設置された透光性の窓部材から成る平板状の蓋体とから構成されている。なお、枠体は光半導体装置の軽薄短小化に併せ、薄型加工が可能な鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成り、低融点ガラスあるいは半田等の接合材によりホウ珪酸ガラス等から成る透光性の窓部材が接合される。

しかしながら、このような光半導体装置では、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製枠体とガラス製の窓部材が加熱され、金属製枠体と窓部材との間に大きな応力が発生する。また、これらは弾性率が低く歪み等により生じる応力を緩和しにくい低融点ガラスや半田等の接合材により接合されているため、この応力が接合材に作用して接合材と被着体との間で剥離が発生して容器の気密封止が破れ、その結果、光半導体装置の内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができないという問題点を有していた。

他方、金属製枠体とガラス製の窓部材との接合を、弾性率の高い樹脂接着剤により行なう方法が提案されている。この提案によれば、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂をスクリーン印刷法やディスペンサ法等を用いて金属製枠体と窓部材との接合部分に塗布し、金属製枠体と窓部材とをこの接合部分を重ね合わせ加圧加熱して接合する。これにより、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製枠体と透光性の窓部材との間に大きな応力が発生したとしても、弾性率の高い樹脂接着剤は応力を吸収する３次元網目構造を有するので応力を緩和して樹脂接着剤と被着体との間に剥離が生じることを有効に防止できるというものである。

しかしながら、このような樹脂接着剤による接合では水分が樹脂接着剤の３次元網目構造の隙間を通過し光半導体装置内部へ浸入することが避けられず、光半導体装置の気密信頼性が低下するという問題点を有していた。

このような問題を解決するために、光を透過させるための開口部が中央付近に形成された熱膨張係数が５．５×１０^−６／℃であるコバールから成る金属製枠体の開口部内に熱膨張係数が３．７乃至３．９×１０^−６／℃であるホウケイ酸ガラスから成る透光性の窓部材に圧縮応力が加わるように嵌め込む平板状の蓋体を用いることが提案されている（特許文献１参照）。このような光半導体装置では、半導体素子が作動する際に発生する熱により金属製枠体とガラス製の窓部材が加熱され、金属製枠体と透光性の窓部材との間に大きな応力が発生しても、金属製枠体に窓部材を嵌め込むことにより接合しているために、接合材と被着体との間で発生する剥離を防止することができる。また、金属製枠体と窓部材とは完全に密着していることから光半導体装置内部への水分の侵入を防止することができるというものである。
米国特許第３,９２４,２４６号

光半導体素子を収納し搭載するための絶縁基体と蓋体とを接合する際、絶縁基体の凹部の周囲にシールリングを取着し、シーム溶接を用いてシールリングと蓋体の封着領域を順次加熱しながら絶縁基体と蓋体を融着させることにより光半導体装置を形成する。このとき、シーム溶接による加熱によって蓋体に熱応力が加わるが、融着されている部分では膨張することができず、主面方向へ応力が加わるために、蓋体に対して捻れ応力が発生し、金属製枠体と窓部材との接合部における金属製枠体の接合部形状が変形するとともに、金属製枠体と窓部材との接合部でせん断方向での応力が加わる。この結果、窓部材の接合部でのクラックの発生、さらには窓部材の割れや窓部材の脱落などの不具合が発生するという問題があった。

したがって、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、熱応力あるいは外部からの機械的衝撃等による接合破壊を有効に防止でき、かつ気密信頼性の高い光半導体素子収納用パッケージならびに光半導体装置を提供することにある。

本発明の蓋体は、金属枠体の開口部に透光性の窓部材が嵌め込まれて成る平板状の蓋体であって、前記金属枠体は、前記開口部の内周面の縦断面形状が前記開口部の中心側に凸の曲面とされており、前記窓部材は、軟化点が３００℃を超え、かつ熱膨張係数が前記金属枠体よりも小さく２０乃至３００℃における前記金属枠体との熱膨張係数の差が０乃至１．０×１０^−６／℃であるガラスから成るとともに、前記開口部に直接接合されていることを特徴とする。

本発明の蓋体において、好ましくは、前記窓部材は、その側面の上端部および下端部が前記金属枠体の上面および下面より突出して前記開口部の開口縁を覆うようにして接合されていることを特徴とする。

本発明の光半導体装置において、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に取着されたシールリングと、前記凹部に収容され搭載された光半導体素子と、前記凹部を塞ぐように前記シールリング上に取着された請求項１または請求項２記載の蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の蓋体の製造方法において、金属枠体の開口部に、側面が平坦面であり前記金属枠体の厚みよりも厚い板状の窓部材を、その上下主面が前記金属枠体の上下面から突出するように嵌め込み、次に前記窓部材の下側主面を支持体で支持するとともに上側主面に重しを載せ、その後、前記窓部材の軟化点を超える温度まで加熱して横方向に膨張させるとともに前記開口部の内周面を前記窓部材の側面に圧入させた後に室温まで冷却することにより、前記開口部に前記窓部材を圧着させ、しかる後、前記重しを取り除いて前記窓部材の上下主面を研磨することを特徴とする。

本発明の蓋体によれば、金属枠体の開口部に透光性の窓部材が嵌め込まれて成る平板状の蓋体であって、金属枠体は、開口部の内周面の縦断面形状が開口部の中心側に凸の曲面とされ、窓部材が開口部に直接接合されていることから、金属枠体は開口部の凸の曲面で窓部材を立体的に接合することができるとともに窓部材との接合面積を大きくすることができるので、金属枠体と窓部材の接合強度をきわめて高いものとすることができるとともに、気密性もより向上させることができる。

また、金属枠体に絶縁基体と蓋体との取着時に発生する熱による応力や外部から加わる機械的な力や振動等により反りや捻れが生じたとしても、窓部材が金属枠体から脱落することを防止することができる。

また、窓部材は、軟化点が３００℃を超え、かつ熱膨張係数が金属枠体よりも小さく２０乃至３００℃における金属枠体との熱膨張係数の差が０乃至１．０×１０^−６／℃であるガラスから成ることから、光半導体素子の動作環境において窓部材が軟化して、窓部材の脱落や変形による光学特性の劣化を有効に防止することができる。

また、金属枠体と窓部材とをガラス材の軟化点を超えて加熱し金属枠体と窓部材を密着させた後冷却して収縮させることにより金属枠体と窓部材との接合後、窓部材は金属枠体の開口部の内周面から常に圧縮力が加えられ、これにより金属枠体と窓部材との気密性がきわめて向上することに加え、その圧縮力を窓部材にクラックや割れの発生がなく透光性が損なわれない適度なものとすることができる。

本発明の蓋体において、好ましくは、窓部材は、その側面の上端部および下端部が金属枠体の上面および下面より突出して開口部の開口縁を覆うようにして接合されていることから、窓部材は金属枠体の開口部の凸の曲面と開口部の開口縁部で金属枠体に立体的により強固に接合されるとともに金属枠体との接合面積がより大きくなるので、金属枠体との接合強度をきわめて高いものとすることができるとともに、気密性もより向上させることができる。

また、金属枠体に絶縁基体と蓋体との接合時に発生する熱による応力あるいは外部から加わる機械的な力や振動により反りや捻れが生じたとしても、窓部材が金属枠体から脱落することをきわめて効果的に防止することができる。

本発明の光半導体装置によれば、上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成された絶縁基体と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に取着されたシールリングと、凹部に収容され搭載された光半導体素子と、凹部を塞ぐようにシールリング上に取着された本発明の蓋体とを具備していることから、金属枠体と窓部材との接合強度が高く、熱による応力あるいは外部からの機械的な力や振動等による接合破壊や窓部材の破壊をきわめて有効に防止することができ、金属枠体と窓部材とが剥離したりすることのない気密信頼性の高いものとすることができる。

本発明の蓋体の製造方法によれば、金属枠体の開口部に窓部材を嵌め込み、窓部材の上側主面に重しを載せた後、窓部材の軟化点を超える温度まで加熱して横方向に膨張させ、開口部の内周面を窓部材の側面に圧入させた後に室温まで冷却した後に重しを取り除いて窓部材の上下主面を研磨することから、金属枠体と窓部材との接合強度が高く、熱による応力あるいは外部からの機械的な力や振動等による接合破壊や窓部材の破壊をきわめて有効に防止することができ、きわめて気密信頼性の高い蓋体とすることができる。

次に、本発明の蓋体および光半導体装置を添付の図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の蓋体の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において３ａは金属枠体、３ｂは透光性の窓部材であり、主にこれらで本発明の蓋体が構成される。

金属枠体３ａは、その外形寸法が５乃至５０ｍｍ、開口部の寸法が３乃至３０ｍｍ、厚みｄが０．２乃至２ｍｍであり、線膨張係数が５．５×１０^−６／℃であるコバール等により形成されており、開口部の内周面４の縦断面形状は開口部の中心側に向かって凸の曲面とされている。なお、金属枠体３ａは、コバール等のインゴット（塊）を圧延し板状にしたものを、切削加工や所定の突起形状に対応して製作したプレス金型により圧縮プレス成形し、しかる後、従来周知の打抜き加工法により所定の寸法に形成される。あるいはケミカルエッチングにより所定の外形や開口部の成形も可能である。なお、金属枠体３ａの内周面４の凸の曲面は、例えば切削機械加工やケミカルエッチング加工により形成することができる。

窓部材３ｂは、軟化点が３００℃を超えるガラス材から成り、例えば２０乃至３００℃における線膨張係数が４．５乃至６．５×１０^−６／℃であるとともに金属枠体３ａとの熱膨張係数の差が０乃至１．０×１０^−６／℃である。窓部材３ｂは、光半導体素子が受発光する光を少ない損失で効率良く透過する機能を有し、ホウ珪酸ガラス等の光学ガラスにより形成されている。

このような窓部材３ｂは、通常、母材を切断方法やケミカルエッチング方法等により金属枠体３ａの開口寸法に対して２乃至１０％小さい外形寸法とした後、研磨方法等を用いて金属枠体３ａの厚みの１．２乃至２．５倍程度の厚みに加工することにより製作される。

なお、窓部材３ｂの軟化点が３００℃以下の場合、光半導体素子５の動作環境において窓部材３ｂが軟化し、窓部材３ｂの脱落あるいは変形による光学特性の劣化が起こりやすくなる。したがって、窓部材３ｂの軟化点は３００℃を超えることが好ましい。

また、図４に示すように、金属枠体３ａと窓部材３ｂとは、金属枠体３ａの開口部に窓部材３ｂが嵌め込まれ、窓部材３ｂの側面の上下端部が、金属枠体３ａの開口部の開口縁に覆い被さるようにガラス材から成る窓部材３ｂに所定の加重を加えるとともに、両者をガラス材の軟化点を超えて加熱した後冷却し、金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合界面にて直接接合している。

本発明の蓋体３によれば、金属枠体３ａと窓部材３ｂとをガラス材の軟化点を超えて加熱し金属枠体３ａと窓部材３ｂを密着させた後冷却して収縮させることにより金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合界面にて直接接合していることから、金属枠体３ａと窓部材３ｂとを接合した後、窓部材３ｂは金属枠体３ａの開口部の内周面４から常に圧縮力が加えられる。さらに金属枠体３ａは、その内周面４の縦断面形状が開口部の中心側に凸の曲面とされていることから、金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合における局所的にみた微小な接合面に対して垂直な方向に各々金属枠体３ａから窓部材３ｂに対して圧縮力が加えられるので、金属枠体３ａと窓部材３ｂの接合部分におけるせん断応力や捻れに対して破壊されにくくなり、金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合が非常に強固なものとなる。

また、窓部材３ｂは軟化点が３００℃を超えるガラス材から成り、金属枠体３ａと窓部材３ｂとを、弾性率が低く歪みや応力を緩和しにくい低融点ガラスや半田等の接合材料、あるいは３次元網目構造の樹脂接着剤等の接合材を介することなく直接接合するため、光半導体素子５が作動する際に発生する熱によって金属枠体３ａと窓部材３ｂとに発生する応力が接合材に作用して接合材と金属枠体３ａや窓部材３ｂとの間で剥離が発生することを防止することができる。また、接合材が樹脂接着剤である場合のように樹脂接着剤の３次元網目構造の隙間から水分が光半導体装置内部へ浸入することによりに耐湿性が低下することを防止することができる。その結果、気密信頼性の良好な封止を可能とする光半導体装置の蓋体３とすることができる。

また、２０乃至３００℃における窓部材３ｂの熱膨張係数が金属枠体３ａの熱膨張係数より大きい場合、金属枠体３ａと窓部材３ｂとをガラス材の軟化点を超えて加熱し金属枠体３ａと窓部材３ｂとを密着させた後冷却して収縮させることで金属枠体３ａと窓部材３ｂとを接合界面にて直接接合させる際、コバール等から成る金属枠体３ａの収縮よりガラスから成る窓部材３ｂの収縮が大きいことにより金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合界面での密着不足による気密信頼性の劣化や金属枠体３ａからの窓部材３ｂの脱落が生じやすくなる。

一方、２０乃至３００℃における窓部材３ｂの熱膨張係数が金属枠体３ａの熱膨張係数より小さくその差が１．０×１０^−６／℃を超える場合、ガラスから成る窓部材３ｂの収縮に対してコバール等から成る金属枠体３ａの収縮が過大となり、金属枠体３ａと窓部材３ｂとをガラス材の軟化点を超えて加熱し金属枠体３ａと窓部材３ｂとを密着させた後冷却して収縮させることで金属枠体３ａと窓部材３ｂとを接合界面にて直接接合させる際、金属枠体３ａによる窓部材３ｂへの圧縮力が過剰となり窓部材３ｂにクラックや割れ等が発生し、気密信頼性が劣化しやすくなることに加え窓部材３ｂの透光性が損なわれるために光学特性も劣化しやすくなる。したがって、金属枠体３ａと透光性の窓部材３ｂの２０乃至３００℃の温度範囲での熱膨張係数の差は１．０×１０^−６／℃の範囲とすることが好ましい。

次に、本発明の蓋体３を用いた光半導体装置を図２に基づいて詳細に説明する。

図２は本発明の光半導体装置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はシールリング、３は蓋体であり、主にこれらで本発明の光半導体装置が構成される。

絶縁基体１には、その上面の中央部に光半導体素子５を搭載するための凹部１ａが形成されており、この凹部１ａの底面には例えばＣＣＤやＣＭＯＳ撮像素子，ＭＥＭＳ，レーザーダイオード，フォトダイオード等の光半導体素子５がガラスや樹脂，ろう材等から成る接着剤を介して接着固定されて収容される。

このような絶縁基体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、酸化アルミニウムや酸化珪素，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，可塑剤および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により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複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。

また、絶縁基体１には、凹部１ａの底面や内側面から絶縁基体１の下面に導出された複数の配線導体６が被着形成されており、この凹部１ａに形成された配線導体６には光半導体素子５の各電極がボンディングワイヤ７を介して電気的に接続される。また、絶縁基体１の下面に導出された配線導体６の部位（図示せず）は外部電気回路（図示せず）に半田等の電気的接続手段を介して電気的に接続される。

配線導体６は、光半導体素子５の各電極を外部電気回路に電気的に接続する導電路として機能し、例えばタングステンやモリブデン，マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤，溶媒および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により絶縁基体１と成るセラミックグリーンシートにあらかじめ印刷塗布し、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所定パターンに被着形成される。

なお、配線導体６はその表面にニッケルや金等の導電性や耐蝕性に優れるとともにろう材との濡れ性が良好な金属を電解めっき法や無電解めっき法により１乃至２０μｍの厚みに被着させておくとよい。これにより、配線導体６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６とボンディングワイヤ７との接続および配線導体６と外部電気回路基板の配線導体との接続をより強固とすることができる。

また、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲には、鉄系合金等から成るシールリング２が、銀ろう等のろう材を介して取着されている。シールリング２は、蓋体３を絶縁基体１に接合する機能を有し、鉄やアルミニウム，銅，タングステン，鉄−ニッケル合金，鉄−コバルト合金，鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る。このようなシールリング２は、例えば鉄−ニッケル合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル合金のインゴット（塊）を圧延し板状にしたものを、所定の突起形状に対応して製作したプレス金型により圧縮プレス成形するとともに、従来周知の打抜き加工法により所定の寸法に打抜いて形成される。または、ケミカルエッチングにより形成されてもよい。

そして、シールリング２の上面に、金属枠体３ａと窓部材３ｂとから成る本発明の蓋体３が、シーム溶接法や銀ろう等のろう材を介して絶縁基体１に形成された凹部１ａを塞ぐように取着されることにより、本発明の光半導体装置と成る。

本発明の光半導体装置によれば、上面に光半導体素子５を収容し搭載するための凹部１ａが形成された絶縁基体１と、絶縁基体１の上面の凹部１ａの周囲に取着されたシールリング２と、本発明の蓋体３とを具備し、絶縁基体１の凹部１ａを塞ぐようにシールリング２に蓋体３を接合することにより光半導体素子５を気密に収容することから、光半導体素子５が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数が大きく異なる金属枠体３ａと窓部材３ｂが加熱され、金属枠体３ａと窓部材３ｂとの間に発生する大きな応力によって窓部材３ｂが破壊したり、弾性率が低く歪みや応力を緩和しにくい接合材による接合により蓋体３を構成する金属枠体３ａと窓部材３ｂとが剥離しにくく気密信頼性の高い光半導体装置とすることができる。

図５は、本発明の実施の形態の製造方法を示したものである。

図５（ａ）に示す板状の窓部材３ｂは、その側面が平坦面であり金属枠体３ａの厚みよりも厚く、金属枠体３ａの開口寸法に対して窓部材３ｂの平面視での外周寸法が２乃至１０％小さい寸法に加工される。さらに、６００乃至８００℃程度に加熱することにより表面を酸化させた金属枠体３ａに、窓部材３ｂの上下主面が金属枠体３ａの上下主面から突出するように金属枠体３ａの開口部に挿入する。

次に、図５（ｂ）に示すように、窓部材３ｂの下側主面を支持体９で支持するとともに上側主面に重し８を載せる。この際、金属枠体３ａと窓部材３ｂとを位置合わせ治具等を用いて所定の位置に互いを位置決めすることが好ましい。

図５（ｃ）に示すように、金属枠体３ａと窓部材３ｂとを窓部材３ｂの軟化点を超える温度、例えば７００乃至１０００℃の温度まで加熱し、窓部材３ｂを一旦軟化させて重しによる加重によって横方向に膨張させ、開口部の内周面が窓部材３ｂに圧入されるように変形させた後に室温まで冷却して金属枠体３ａの開口部に窓部材３ｂを圧着させることにより、金属枠体３ａと窓部材３ｂとが接合界面にて直接接合される。この際、金属枠体３ａの過剰な酸化を防止するために加熱時の雰囲気は還元性のものとすることが好ましく、リフロー炉等の連続炉で処理することが好ましい。

しかる後に、図５（ｄ）に示すように、重し８および支持体９を取り除いて窓部材３ｂの上下主面をアルミナ等によりラップ研磨した後、最終的に酸化セリウム等により表面を鏡面研磨することで、透光性の窓部材３ｂの光学的特性を得ることができる。

かくして、金属枠体３ａと窓部材３ｂとの接合強度が高く、熱による応力あるいは外部からの機械的な外力や振動等による接合破壊や窓部材３ｂの破壊をきわめて有効に防止することができ、金属枠体３ａと窓部材３ｂとが剥離したりすることのないきわめて気密信頼性の高い蓋体３を構成することができる。

２０乃至３００℃の熱膨張係数が５．５×１０^−６／℃であるコバールから成り、その表面を６００℃の温度で酸化した外形寸法が３０×３０ｍｍ、開口寸法が２０×２０ｍｍ、厚みが１．０ｍｍの金属枠体３ａに、外周寸法が１８×１８ｍｍで厚みが２．０ｍｍに加工した透光性の窓部材３ｂを用い、両者を８００℃の温度に加熱して透光性の窓部材３ｂを一旦軟化させるとともに膨張させ、金属枠体３ａの開口部に透光性の窓部材３ｂを挿入し冷却固化することにより蓋体を製作した（試料番号１乃至５）。各々の蓋体は、外形寸法が３０ｍｍ×３０ｍｍ、内寸が２０ｍｍ×２０ｍｍである凹部１ａが形成され、凹部１ａの周囲にシールリング２を取着したアルミナから成る絶縁基体１と、シーム溶接を用いて気密封止を行なうことにより、中空を有する光半導体装置とした。

２０乃至３００℃の熱膨張係数が３．３乃至６．７×１０^−６／℃である窓部材３ｂを使用し、光半導体装置を形成した段階の外観確認およびヘリウム（Ｈｅ）リークレベルをＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３ＤＭＥＴＨＯＤ１０１４．１０に従って測定した。この規格によりリークオーダーが５×１０^−８ａｔｍｃｃ／ｓＨｅ以下を合格とすることから、リークオーダーが５×１０^−８ａｔｍｃｃ／ｓＨｅ以下を○（合格）とし、５×１０^−８ａｔｍｃｃ／ｓＨｅを超えるものを×（不合格）とした。外観確認としては、窓部材３ｂへのクラック、割れの発生の有無と金属枠体３ａからの窓部材３ｂの外れの発生の有無を目視にて行なった。結果を表１に示す。

窓部材３ｂの熱膨張係数が金属枠体３ａの熱膨張係数より、１．３×１０^−６／℃小さい場合には（試料番号１）、窓部材３ｂに割れが発生した。窓部材３ｂの熱膨張係数が金属枠体３ａの熱膨張係数より、０．８×１０^−６／℃大きい場合には（試料番号４）、外観確認においてガラスの割れや外れは発生しなかったもののＨｅリークレベルが６．９６×１０^−６ａｔｍｃｃ／ｓＨｅとなり、気密性が十分に確保されていなかった。また、窓部材３ｂの熱膨張係数が金属枠体３ａの熱膨張係数より、１．２×１０^−６／℃大きい場合には（試料番号５）、窓部材３ｂが金属枠体３ａから脱落した。

これに対して、窓部材３ｂの熱膨張係数と金属枠体３ａの熱膨張係数との差が０乃至１．０×１０^−６／℃の場合（試料番号２、３）はガラスの割れや外れは発生せず、Ｈｅリークレベルも９．８７×１０^−９ａｔｍｃｃ／ｓＨｅ以下と良好な結果を示した。

なお、本発明は上記実施の形態および実施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内において種々の変更を施すことは何等差し支えない。たとえば、図３に示すように、内周面４の凸形状を形成している曲面の中心点が窓部材３ｂ側となるような曲面であっても差し支えない。このような形状としたときには、凸形状の頂点が鋭利な形状となるので、せん断方向における金属枠体から窓部材に対する圧縮方向の力を容易に得ることができる特徴がある。

本発明の蓋体の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の蓋体の実施の形態の他の例を示す断面図である。本発明の蓋体の金属枠体と透光性の窓部材との接合部を示す要部断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の蓋体の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・・・・凹部
２・・・・・・・・シールリング
３・・・・・・・・蓋体
３ａ・・・・・・・金属枠体
３ｂ・・・・・・・窓部材
４・・・・・・・・内周面
５・・・・・・・・光半導体素子
６・・・・・・・・配線導体
７・・・・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・・・・重し
９・・・・・・・・支持体

Claims

金属枠体の開口部に透光性の窓部材が嵌め込まれて成る平板状の蓋体であって、前記金属枠体は、前記開口部の内周面の縦断面形状が前記開口部の中心側に凸の曲面とされており、前記窓部材は、軟化点が３００℃を超え、かつ熱膨張係数が前記金属枠体よりも小さく２０乃至３００℃における前記金属枠体との熱膨張係数の差が０乃至１．０×１０^−６／℃であるガラスから成るとともに、前記開口部に直接接合されていることを特徴とする蓋体。
前記窓部材は、その側面の上端部および下端部が前記金属枠体の上面および下面より突出して前記開口部の開口縁を覆うようにして接合されていることを特徴とする請求項１記載の蓋体。
上面に光半導体素子を収容し搭載するための凹部が形成された絶縁基体と、該絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に取着されたシールリングと、前記凹部に収容され搭載された光半導体素子と、前記凹部を塞ぐように前記シールリング上に取着された請求項１または請求項２記載の蓋体とを具備していることを特徴とする光半導体装置。
金属枠体の開口部に、側面が平坦面であり前記金属枠体の厚みよりも厚い板状の窓部材を、その上下主面が前記金属枠体の上下面から突出するように嵌め込み、次に前記窓部材の下側主面を支持体で支持するとともに上側主面に重しを載せ、その後、前記窓部材の軟化点を超える温度まで加熱して横方向に膨張させるとともに前記開口部の内周面を前記窓部材の側面に圧入させた後に室温まで冷却することにより、前記開口部に前記窓部材を圧着させ、しかる後、前記重しを取り除いて前記窓部材の上下主面を研磨することを特徴とする蓋体の製造方法。