JP2005353718A - 半導体パッケージの窓用ガラス、半導体パッケージ用ガラス窓および半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、UおよびThをそれぞれ5ppb以下含むことを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラス、またはフツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、α線の放出量が0.005カウント/cm2・hr以下であることを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラスである。
【選択図】なし
Description
本発明の半導体パッケージの窓用ガラスは、特にCCD、CMOS等の撮像素子の色感度を補正する近赤外吸収フィルター機能を兼ね備えた半導体パッケージの窓用ガラスとして好適に用いられる。
例えば、特許文献1には、UおよびThの含有量を5ppb以下に抑えたガラスとして、CuOを含有し、近赤外線波長を吸収するリン酸系ガラスが開示されている。
また、近年、デジタルカメラの小型化やカメラ付き携帯電話の普及により、高画素で小型の撮像システムが求められるようになり、レンズ、フィルター、半導体パッケージなど全ての部品の小型化、薄型化が進み、さらに小型化・薄板化だけではなく複合化も提案されている。
また、この種のリン酸系ガラスは一般に化学的耐久性に乏しく、耐候性に難点がある。
一方、CCDなどの半導体撮像素子のパッケージ用ガラス窓にはソフトエラーを防止するためにα線放出量をさらに低いレベルに抑えることが要求されている。
本発明は上記要請に応えるためになされたものであり、放射線放出量がより低レベルに抑えられ、プラスチック製パッケージへの装着性に優れ、かつより優れた化学的耐久性を有する半導体パッケージの窓用ガラス、該半導体パッケージの窓用ガラスからなる半導体パッケージ用ガラス窓、および該半導体パッケージ用ガラス窓を備えた半導体パッケージを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
(1)フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、UおよびThをそれぞれ5ppb以下含むことを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラス(以下、「ガラス1」という)、
(2)フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、α線の放出量が0.005カウント/cm2・hr以下であることを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラス(以下、「ガラス2」という)、
(3)半導体パッケージがプラスチック製である上記(1)または(2)項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
(4)100〜300℃における平均線膨張係数が120〜180×10−7/℃である上記(1)〜(3)項のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
(5)カチオン%表示で、P5+ 20〜50%、Al3+ 0〜20%、Li+ 10〜35%、Na+ 0〜20%、R2+ 10〜50%(R2+はMg2+、Ca2+、Sr2+およびZn2+から選ばれる少なくとも1種である)を含み、アニオン成分としてF−およびO2−を含む上記(1)〜(4)項のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
(6)Cuを含む上記(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
(7)カチオン%表示で1〜5%のCu2+を含む上記(6)項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
(8)上記(1)〜(7)項のいずれか1項に記載の窓用ガラスからなることを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓、
(9)上記(8)項に記載の半導体パッケージ用ガラス窓と、半導体素子と、半導体素子を収容するパッケージを備え、前記ガラス窓の取付け部分がプラスチック製素材からなることを特徴とする半導体パッケージ、および
(10)半導体素子が撮像素子である上記(9)項に記載の半導体パッケージ
を提供するものである。
なお、以下、適宜、半導体パッケージの窓用ガラスを「窓用ガラス」、半導体パッケージ用ガラス窓を「ガラス窓」と呼ぶ。
先ず、本発明の窓用ガラスについて説明する。
本発明の窓用ガラスには、ガラス1とガラス2の2つの態様がある。ガラス1とガラス2は、ガラス1が、UおよびThをそれぞれ5ppb以下含むことを必須要件とし、ガラス2が、α線の放出量が0.005カウント/cm2・hr以下であることを必須要件とする点で相違するが、フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まない点において共通する。
ガラス中のU,Thはα線の放出源であり、ガラスから発せられたα線がCCD等の半導体撮像素子に誤動作を与えるため、窓用ガラスは、窓用ガラスから発生する放射線量を極めて低レベルに抑えるものでなければならない。そのためガラス1において、U,Thの含有量は5ppb以下に限定され、好ましくは3ppb以下、より好ましくは2ppb以下、特に好ましくは1ppb以下である。
また、上記のとおりガラスから放出されるα線が半導体の誤動作の原因となり得るため、窓用ガラスとしてはα線の放出量が少ないことが望ましい。このため、ガラス2において、上記誤動作の原因となるα線の放出量は0.005カウント/cm2・hr以下であり、0.003カウント/cm2・hr以下であることが好ましい。
さらに、ガラス1とガラス2の特徴を兼備するガラス、すなわちUおよびThの含有量、α線の放出量が共に上記範囲内にあるガラスがより好ましい。
ガラス1とガラス2を構成するガラスは、フツリン酸ガラスである。フツリン酸ガラスは、プラスチック製の半導体パッケージに適合した熱膨張特性を与え、窓用ガラスとパッケージの熱膨張差に起因するパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。
本発明者が鋭意研究した結果、フツリン酸ガラスにおいて放射線発生量をより低減するためには、ガラス中のUおよびThの含有量を低減させることに加え、Baの含有量に配慮する必要があることを見出した。
本発明の窓用ガラスを製造する際には、ガラスの原料を精選し、U、Thの含有量が少なくとも5ppb以下であり、Baを実質的に含まないガラスが得られるようにする。リン酸塩、フッ化物、炭酸塩、硝酸塩、酸化物などの化合物を適宜用いて、所望の組成になるように各化合物を秤量し、混合した後、耐熱坩堝中で800〜900℃に加熱し、溶解する。耐熱坩堝の材質としてはU,Th含有量の極めて少ない石英または白金が好ましい。また、石英坩堝で原料を粗溶解した後、白金坩堝で本溶解してガラスを製造することが特に好ましく、これにより、白金異物の発生が抑制される。その際、フッ素成分の揮発を抑制するため石英や白金等の耐熱蓋を用いることが望ましい。また、溶解雰囲気は大気雰囲気で問題ないが、Cuを含む窓用ガラスの場合には、Cuの価数変化を抑えるため酸素雰囲気にするか、溶融ガラス中に酸素をバブリングするのが好ましい。炉壁、耐火物、溶融坩堝などからのU、Thおよび白金異物の侵入を抑えるため、溶解温度は低い方が好ましい。
成形されたガラスは予めガラスの転移点付近に加熱されたアニール炉に移し、室温まで徐冷される。得られたガラスは精度のよいスライス、研削、研磨が施されて、ガラス窓となる。
次に本発明のガラス窓について説明する。
本発明のガラス窓は上記本発明の窓用ガラスのいずれかよりなるものである。ガラス窓を上記本発明の窓用ガラスによって構成することにより、各ガラスが有する特性を利用して、放射線の影響防止、パッケージへの良好な取付け、近赤外線吸収機能の付与などが可能なガラス窓を提供することが可能となる。
上記レンズ機能は、ガラス窓をレンズ形状、例えば凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどに成形することにより付与したり、窓材ガラスの表面に回折パターンを形成することにより付与したり、屈折率分布を形成することにより付与することができる。
この方法では、まず、プレス成形品の重量に等しい重量のプリフォームを成形する。プリフォームの成形には溶融ガラスを成形して得られたガラスブロックに機械加工を施して所定重量にするか、所定重量の溶融ガラスをガラスが軟化状態にあるうちにプリフォーム形状に成形するなどの方法を使用することができる。プリフォーム表面には良好な精密プレス成形性が得られるように、適宜、薄膜を形成してもよい。
次に、本発明の半導体パッケージについて説明する。
本発明の半導体パッケージは、上記本発明のガラス窓と、半導体素子と、半導体素子を収容するパッケージを備え、前記ガラス窓の取付け部分がプラスチック製素材からなることを特徴とするものである。
なお、パッケージ材料も窓材ガラス同様、放射性物質の混入に対して十分注意を払うことが望ましい。
なお、以下の実施例、比較例におけるガラスの諸特性は、以下に示す方法により測定した。
(1)平均線膨張係数
100〜300℃における平均線膨張係数を、日本光学硝子工業会規格JOGIS−08に基づいて測定した。
(2)U、Th含有量
U,Th含有量はICP質量分析装置(Agilent社製、4500)を用いて測定した。
(3)α線放出量
α線放出量は低レベルα線測定装置(住友化学社製、LACS−4000M)を用いて測定した。
(4)耐候性
耐候性試験を、研磨した試料について温度60℃、湿度80%Rhの条件で1000時間保持した後に、表面の観察を行い、耐候性を評価した。
(5)分光透過率
分光透過率を、互いに平行な両面に研磨した厚さ0.5mmの板状ガラスサンプルについて、分光光度計で測定し、各パラメータを算出した。なお、各ガラスとも均質であるため、厚さ0.5mmのサンプルで測定した透過率をもとに、任意の厚さにおける透過率を公知の方法により算出することもできる。分光透過率はサンプル表面における反射損失も含むものである。
表1〜表2の組成になるように、ガラス原料としてリン酸塩、フッ化物、炭酸塩、硝酸塩、酸化物などの化合物を適宜選択して、これらの化合物を秤量し、混合した後、白金坩堝中にて800〜900℃で溶解した。
ガラスの攪拌・清澄を行った後、鉄板上に流し出してガラスブロックを成形した。次いでこのガラスブロックをガラス転移点付近に加熱しておいた炉に移し、室温までアニールした。アニール後のガラスブロックより各種測定用のサンプルを切り出し、ガラス特性を測定した。結果を表1〜表2に示す。
また、実施例1のガラスの各波長に対する分光透過率の変化を図1に示す。
実施例1〜9と同様にして、表2に示す組成になるようにガラス原料を秤量、混合し、白金坩堝で900℃で溶解した。
次いでガラスの攪拌・清澄を行った後、ガラスブロックを成形し、アニールした。
アニール後のガラスブロックから測定用のサンプルを切り出し、ガラス特性を測定した。結果を表2に示す。
これに対して比較例1のガラスは、Baを含むフツリン酸ガラスであって、UおよびThの含有量がそれぞれ1〜2ppbであったものの、α線放出量が0.562カウント/cm2・hrと高かった。これは、U、Thを低レベルに抑えてもBaから他の放射性物質が混入しているためと思われる。
実施例1のガラスを、有効画素数200万のCCDを内蔵するプラスチックパッケージに紫外線硬化樹脂を用いて接着し、半導体パッケージを作製した。パッケージの材質はガラスフィラーを含有したエポキシ系樹脂であり、熱膨張係数は150×10−7/℃であった。窓材ガラスを接着した半導体パッケージを−40℃〜+120℃の熱サイクル試験にかけた。100サイクル後のガラスの状態を観察したところ、窓用ガラス、パッケージ、接着部分のいずれにも何の損傷も認められなかった。半導体パッケージ内のCCD受光面に結像するように光学系を配置し、CCDで撮影した画像を観察したところ、ソフトエラーの発生は認められず、良好な色補正により忠実な色再現がなされていること、良好な画質が得られていることを確認した。
なお実施例1〜9の窓材ガラスを用いても同様に良好な結果が得られた。
さらに、実施例1〜9で得られたガラスのそれぞれについて、上記CCD内蔵プラスチックパッケージの代りにCMOS撮像素子を内蔵するプラスチックパッケージ(材質は上記材質と同じ)を用いた以外は上述と同一の方法を繰り返して半導体パッケージを作製し、CCD内蔵パッケージの場合と同様、良好な結果を得た。
このような半導体パッケージの具体例としては、CCDやCMOSなどの半導体撮像素子を内蔵するデジタルカメラや、同じくCCDやCMOSなどの半導体撮像素子を内蔵するカメラ付き携帯電話などを示すことができる。
実施例1〜9の各ガラスからなるプリフォームを成形し、このプリフォームを再加熱して精密プレス成形により非球面レンズを作製した。この非球面レンズをガラス窓として実施例10で使用したCCD内蔵のパッケージに接着固定して半導体パッケージを作製した。次いで、上記ガラス窓を含む結像光学系を構成してCCD受光面に被写体像を結像して画像を観察したところ、良好な画質を得ることができた。また実施例1〜9の各ガラスを用いた場合は、ガラス成分としてCuを含むため別途近赤外線吸収特性を有する色補正フィルターを使用しなくても、良好な色再現を実現することができる。本実施例によればガラス窓をレンズにすることで部品点数を減らすこともできる。
さらに、実施例1〜9で得られたガラスのそれぞれについて、上記CCD内蔵プラスチックパッケージの代りにCMOS撮像素子を内蔵するプラスチックパッケージ(材質は上記材質と同じ)を用いた以外は上述と同一の方法を繰り返して半導体パッケージを作製し、CCD内蔵パッケージの場合と同様、良好な結果を得た。
このような半導体パッケージの具体例としては、実施例10と同様、CCDやCMOSなどの半導体撮像素子を内蔵するデジタルカメラや、同じくCCDやCMOSなどの半導体撮像素子を内蔵するカメラ付き携帯電話などを示すことができる。
Claims (10)
- フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、UおよびThをそれぞれ5ppb以下含むことを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラス。
- フツリン酸ガラスであって、Baを実質的に含まず、α線の放出量が0.005カウント/cm2・hr以下であることを特徴とする半導体パッケージの窓用ガラス。
- 半導体パッケージがプラスチック製である請求項1または2に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
- 100〜300℃における平均線膨張係数が120〜180×10−7/℃である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
- カチオン%表示で、P5+ 20〜50%、Al3+ 0〜20%、Li+ 10〜35%、Na+ 0〜20%、R2+ 10〜50%(R2+はMg2+、Ca2+、Sr2+およびZn2+から選ばれる少なくとも1種である)を含み、アニオン成分としてF−およびO2−を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
- Cuを含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
- カチオン%表示で1〜5%のCu2+を含む請求項6に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の窓用ガラスからなることを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓。
- 請求項8に記載の半導体パッケージ用ガラス窓と、半導体素子と、半導体素子を収容するパッケージを備え、前記ガラス窓の取付け部分がプラスチック製素材からなることを特徴とする半導体パッケージ。
- 半導体素子が撮像素子である請求項9に記載の半導体パッケージ。
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