JP2005347564A

JP2005347564A - 気密封止パッケージ

Info

Publication number: JP2005347564A
Application number: JP2004166129A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yamada; 英行山田
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】
高気密性を確保することができる気密封止パッケージを提供すること。
【解決手段】
気密封止パッケージにおいて、キャップ部材３と、貫通孔を有するとともに、封着用ガラス７によって前記貫通孔に挿通されたリード６が封止されたベース部材５と、前記キャップ部材と前記ベース部材の間に介在するとともに、前記キャップ部材と抵抗溶接にて接合され、前記ベース部材に固着され、かつ、前記抵抗溶接によって発生した熱を拡散する熱拡散部材４と、前記ベース部材の表面に実装される電子素子１０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】
図１

Description

本発明は、半導体素子を気密封止するための気密封止パッケージに関し、特に、高気密性を確保することができる気密封止パッケージに関する。

光半導体、高信頼性半導体などの半導体素子を気密封止するための気密封止パッケージの従来例について図面を用いて説明する。図４は、従来例１に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。図５は、従来例２に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。

図４の気密封止パッケージでは、レンズ１０１、封着用ガラス１０２、キャップ部材１０３、ベース部材１０５、リード１０６、封着用ガラス１０７、半導体素子１１０、ワイヤ１１１、を有する。レンズ１０１は、封着用ガラス１０２によってキャップ部材１０３に封着されている。キャップ部材１０３は、ベース部材１０５の半導体素子１１０側の面を覆う金属製の円筒状部材であり、ベース部材１０５側の端部にベース部材１０５と溶接するための鍔部１０３ａを有する。ベース部材１０５は、半導体素子１１０を実装するための金属製の円盤状の部材である。リード１０６は、パッケージ内部から外部に引き出された配線部材であり、封着用ガラス１０７によってベース部材１０５との電気的絶縁をとりつつベース部材１０５に密着封止されている。半導体素子１１０は、ＬＥＤ、ＬＤ等の光半導体素子であり、ベース部材１０５のキャップ部材１０３側の表面に実装される。ワイヤ１１１は、半導体素子１１０とリード１０６とを電気的に接続するための配線部材である。

図５の気密封止パッケージでは、レンズ１０１、封着用ガラス１０２、キャップ部材１０３、ベース部材１０５、リード１０６、ロー付け部１０８、セラミックス板１０９、半導体素子１１０、ワイヤ１１１、を有する。レンズ１０１、封着用ガラス１０２、キャップ部材１０３、半導体素子１１０、ワイヤ１１１は、図４のものと同様である。セラミックス板１０９は、半導体素子１１０を実装するためのセラミックス製の部材であり、ロー付け部１０８によってベース部材１０５に密着封止されており、パッケージ内部から外部にリード１０６が引き出されている。

金属製のキャップ部材１０３とベース部材１０５とを気密封止する代表的な方法として、プロジェクション溶接法（突起溶接、重ね抵抗溶接）がある。プロジェクション溶接法では、溶接したい位置（溶接部１０３ｃに相当する部分）に低い突起部をつくり、平面電極で加圧しながら通電することにより、突起部のみに電流が流れてジュール熱が発生し、溶接温度になったときに突起部が溶融して、キャップ部材１０３とベース部材１０５とを溶接することができる。

特開平７−６６３０９号公報

光半導体素子の気密封止パッケージの技術的トレンドの一つに、装置の軽薄短小化に伴う小型化がある。気密封止パッケージでは、パッケージ（キャップ部材１０３とベース部材１０５）が小型化すると、溶接箇所（溶接部１０３ｃ）と、金属に比べて破壊強度が低い封着用ガラス（図４の１０７）やセラミックス板（図５の１０９）などの低破壊強度領域と、の距離が小さくなる。そのため、溶接箇所で発生した熱により、低破壊強度領域に亀裂を生じ、気密不良になるおそれがある。

本発明の目的は、高気密性を確保することができる気密封止パッケージを提供することである。

本発明の第１の視点においては、気密封止パッケージにおいて、キャップ部材と、貫通孔を有するとともに、封着用ガラスによって前記貫通孔に挿通されたリードが封止されたベース部材と、前記キャップ部材と前記ベース部材の間に介在するとともに、前記キャップ部材と抵抗溶接にて接合され、前記ベース部材に固着され、かつ、前記抵抗溶接によって発生した熱を拡散する熱拡散部材と、前記ベース部材の表面に実装される電子素子と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の視点においては、気密封止パッケージにおいて、キャップ部材と、開口部を有するとともに、前記開口部を塞ぐようにセラミックス板が固着されるベース部材と、前記キャップ部材と前記ベース部材の間に介在するとともに、前記キャップ部材と抵抗溶接にて接合され、前記ベース部材に固着され、かつ、前記抵抗溶接にて発生した熱を拡散する熱拡散部材と、前記セラミックス板の表面に実装される電子素子と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の前記気密封止パッケージにおいて、前記熱拡散部材は、前記ベース部材に用いられる材料の熱伝導率よりも低い材料よりなることが好ましい。

本発明によれば、熱拡散部材を有することにより、溶接部で発生した熱による封着用ガラス又はセラミックス板の温度上昇を抑えることができるので、気密不良の発生を抑えることができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。

実施形態１の気密封止パッケージは、レンズ１、封着用ガラス２、キャップ部材３、熱拡散部材４、ベース部材５、リード６、封着用ガラス７、半導体素子１０、ワイヤ１１、を有する。

レンズ１は、封着用ガラス２によってキャップ部材３に封着されたボール状のレンズである。レンズ１の材料は、ガラスやプラスチックを用いることができるが、屈折率の温度特性などを考慮するとガラスレンズが望ましい。なお、半導体素子１０が受光素子の場合は、レンズ１の代わりに平板の窓を用いてもよい。また、半導体素子１０の代わりに水晶振動子、水晶発振子等の電子素子を適用する場合は、レンズ１及び封着用ガラス２を省略してもよい。

キャップ部材３は、ベース部材５の半導体素子１０側の面を覆う筒状部材（例えば、円筒状、角筒状）である。キャップ部材３には、例えば、ＦｅＮｉＣｏ合金が用いられる。キャップ部材３は、ベース部材５側の端部に熱拡散部材４と溶接するための鍔部３ａを有し、ベース部材５と反対側の端部にレンズ１を取り付けるための開口部を有する。鍔部３ａには、溶接前の段階において、断面方向から見てベース部材５側に突出したプロジェクション溶接するための突起部３ｂを有する（図２（Ａ）参照）。突起部３ｂは、ベース部材５側から見て鍔部３ａの表面にリング状に配される。突起部３ｂは、溶接後には溶接部３ｃとなる（図２（Ｂ）参照）。なお、半導体素子１０の代わりに水晶振動子、水晶発振子等の電子素子を適用する場合は、開口部のないベース部材５を用いる。

熱拡散部材４は、プロジェクション溶接の際に溶接部３ｃ（突起部）で発生した熱を拡散させる環状の部材である。熱拡散部材４を有することにより、熱応力に弱い封着用ガラス７と、溶接部３ｃと、の距離を離すことができる。熱拡散部材４のキャップ部材３側の端面は、抵抗加熱によるプロジェクション溶接にてキャップ部材３と接合される。熱拡散部材４には、ベース部材５に用いられる材料の熱伝導率よりも低い材料（例えば、ＦｅＮｉ合金）を用いることが好ましい。熱拡散部材４のベース部材５側の端面は、ベース部材５に固着されており、キャップ部材３が溶接されるよりも先にベース部材５に固着されることが好ましい。

ベース部材５は、半導体素子１０を実装するための円盤状部材であり、リード６を挿通するための貫通孔を有する。ベース部材５には、例えば、ＦｅＮｉＣｏ合金が用いられる。ベース部材５は、キャップ部材３側の表面の周縁部に熱拡散部材４が固着されている。

リード６は、ベース部材５の貫通孔に挿通された配線部材であり、封着用ガラス７によってベース部材５との電気的絶縁をとりつつベース部材５に密着封止されている。封着用ガラス７による封止は、熱拡散部材４がベース部材５に固着された後に行われる。

半導体素子１０は、発光素子、受光素子等の光半導体素子であり、ベース部材５のキャップ部材３側の表面の中央近傍に実装される。半導体素子１０の代わりに水晶振動子、水晶発振子等の電子素子に適用してもよい。ワイヤ１１は、半導体素子１０とリード６とを電気的に接続するための配線部材である。

次に、実施形態１に係る気密封止パッケージのプロジェクション溶接した際に発生した熱の経路について説明する。プロジェクション溶接時には、短時間に電流が印加されて突起部３ｂが溶解する（図２参照）。この際に、短時間幅の熱パルスが発生する。この熱パルスは、時間とともに拡散し、突起部３ｂ（溶接部３ｃ）から離れれば離れるほど温度上昇は小さくなる。突起部３ｂ（溶接部３ｃ）で発生したパルス熱は、突起部３ｂ（溶接部３ｃ）、熱拡散部材４、ベース部材５を通って封着用ガラス７に至る。このとき、熱拡散部材４により熱が拡散するため、封着用ガラス７での温度上昇が抑えられ、その結果、封着用ガラス７とベース部材５及びリード６の間に生じる熱応力が低減する。したがって、大きな熱応力が印加された場合に発生する封着用ガラス７の亀裂発生を抑えることができる。

実施形態１によれば、突起部３ｂ（溶接部）から熱応力に弱い部位（封着用ガラス７）との距離を離すことができるため、温度上昇を低減してプロジェクション溶接時の熱パルスによる熱応力を低減することができる。これによって、プロジェクション溶接の耐力を向上させることができ、高信頼性の気密性を得ることができる。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態２に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。

キャップ部材３は実施形態１と同様であるが、ベース部材５は、中心に開口部を有するリング状の部材であり、開口部を覆うようにキャップ部材３側の面に円盤状のセラミックス板９がロー付け（ロー付け部８）されている。

次に、実施形態２に係る気密封止パッケージのプロジェクション溶接した際に発生した熱の経路について説明する。プロジェクション溶接した際に溶接部３ｃ（突起部）で発生したパルス状の熱は、溶接部３ｃ（突起部）、熱拡散部材４、ベース部材５を通ってロー付け部８、セラミックス板９に至る。熱拡散部材４により熱が拡散するため、発熱によるＡｇＣｕロー付け部８とセラミックス板９界面近傍の温度上昇が抑えられ、その結果、界面近傍に発生する熱応力が低減する。したがって、大きな熱応力が印加された場合に発生するセラミックス板９の亀裂発生を抑えることができる。

実施形態２によれば、実施形態１と同様に、突起部３ｂ（溶接部）から熱応力に弱い部位（セラミックス板９）との距離を離すことができるため、温度上昇を低減してプロジェクション溶接時の熱パルスによる熱応力を低減することができる。これによって、プロジェクション溶接の耐力を向上させることができ、高信頼性の気密性を得ることができる。

本発明の実施形態１に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。本発明の実施形態１に係る気密封止パッケージのプロジェクション溶接を説明するための部分工程断面図である。本発明の実施形態２に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。従来例１に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。従来例２に係る気密封止パッケージの構成を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１、１０１レンズ
２、１０２封着用ガラス
３、１０３キャップ部材
３ａ、１０３ａ鍔部
３ｂ突起部
３ｃ、１０３ｃ溶接部
４熱拡散部材
５、１０５ベース部材
６、１０６リード
７、１０７封着用ガラス
８、１０８ロー付け部
９、１０９セラミックス板
１０、１１０半導体素子
１１、１１１ワイヤ

Claims

キャップ部材と、
貫通孔を有するとともに、封着用ガラスによって前記貫通孔に挿通されたリードが封止されたベース部材と、
前記キャップ部材と前記ベース部材の間に介在するとともに、前記キャップ部材と抵抗溶接にて接合され、前記ベース部材に固着され、かつ、前記抵抗溶接によって発生した熱を拡散する熱拡散部材と、
前記ベース部材の表面に実装される電子素子と、
を備えることを特徴とする気密封止パッケージ。
キャップ部材と、
開口部を有するとともに、前記開口部を塞ぐようにセラミックス板が固着されるベース部材と、
前記キャップ部材と前記ベース部材の間に介在するとともに、前記キャップ部材と抵抗溶接にて接合され、前記ベース部材に固着され、かつ、前記抵抗溶接にて発生した熱を拡散する熱拡散部材と、
前記セラミックス板の表面に実装される電子素子と、
を備えることを特徴とする気密封止パッケージ。
前記熱拡散部材は、前記ベース部材に用いられる材料の熱伝導率よりも低い材料よりなることを特徴とする請求項１又は２記載の気密封止パッケージ。