JP2660891B2 - 固体撮像素子パッケージ用窓ガラス - Google Patents
固体撮像素子パッケージ用窓ガラスInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/089—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron
- C03C3/091—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing boron containing aluminium
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Description
される固体撮像素子のパッケージ窓用として用いられる
ガラスに関し、特に固体撮像素子のノイズ発生を低減さ
せた固体撮像素子パッケージ用窓ガラスに関する。
チップをアルミナセラミックパッケージ内に納め、その
受光面に色分解モザイクフィルターを重ねてワイヤボン
ディングし、さらにその上にカバーガラスをエポキシ樹
脂または、ガラスフリットを用いて封着した構造となっ
ている。ここで用いられるカバーガラスは、アルミナセ
ラミックパッケージとの気密封着によりLSIチップを
保護するだけではなく受光面へ効率的に光を導入するた
め、内部欠陥の少ない光学的に均質な材料特性、高い透
過率特性が要求される。また、このような用途に使用さ
れるガラスは、アルミナセラミックパッケージと封着さ
れた時に割れや歪みが発生してはならない。すなわち、
ガラスとアルミナセラミックパッケージの熱膨張係数を
適合させる必要がある。このため従来、この種のガラス
には、硼珪酸系のガラスが使用されてきた。
リー素子など各種超LSIチップ半導体装置において、
アッセンブリに使用される気密封着用低融点ガラスある
いはその充填剤(フィラー)がα線粒子を放出し、ソフ
トエラーを発生することが知られている。これは、主と
して低融点ガラスの線膨脹係数の調整および強度向上を
目的として使用される充填剤(例えば、ジルコン Zr
SiO4 など)が原因であり、放射性元素の分離が困難
である封着物質が使用された結果、α線放射率が著しく
増大し、高集積ICの封止材料として用いることは適当
でないことが判明している。
用されるイメージセンサとしての固体撮像素子は、高解
像度化の要請からしだいに画素数を増加させる方向にあ
る。同時にカメラ一体型VTRの小型,軽量化の進展と
ともに、光学系は、1/2インチ系から1/3インチ系
への縮小化が進んでいる。したがって画素面積が全体的
に縮小化され更に画素数が増加するため、一画素当たり
の信号レベルは相対的に低下し、従来問題にならなかっ
た微小ノイズが画質向上の大きな妨げとなってきてい
る。固体撮像素子の高解像度化を達成するためには、一
画素当りの感度を上げるとともにできるだけノイズを減
らす必要がある。
窓ガラスがα線放出性元素を大量に含有しα線粒子を放
出する場合、固体撮像素子に一過性の誤動作を引き起こ
しノイズとなることを見出した。α線粒子は、天然に存
在するウラン(U),トリウム(Th),ラジウム(R
a)など放射性同位元素がα崩壊する際に放出される荷
電粒子である。α線粒子に起因するノイズをなくすため
には、ガラス中に不純物として含まれる放射性同位元素
を除去すればよい。このためにはできるだけ高純度に精
製された原料を使用し、溶融工程における不純物の混入
を防止してガラスを製造する必要がある。原料精製には
物理的・化学的各種方法があるが、技術的・経済的に限
界があり、特に放射性同位元素の分離が容易な原料と困
難な原料が存在するため、α線源となる放射性同位元素
を含まないガラスを容易に得ることは難しかった。
たもので、実質的にガラス、特にガラス中のα線放出性
元素に起因する固体撮像素子のノイズ発生がなく、アル
ミナセラミックと近似の熱膨脹係数を有する固体撮像素
子パッケージ用窓ガラスを提供することを目的とする。
成するために、硼珪酸系ガラスをベースとして、パッケ
ージとの封着性に優れかつ固体撮像素子のノイズ発生を
低減させることに成功したものである。
×10 -7 K -1 の硼珪酸系ガラスからなり、ガラス中の放
射性同位元素の含有量の合計が100ppb以下であ
り、ガラスからのα線放出量が0.05c/cm 2 ・h
以下であることを特徴とする固体撮像素子パッケージ用
窓ガラスである。
〜300℃)を48〜75×10-7℃-1に限定した理由
は、パッケージ材料が主としてアルミナ(Al2 O3 )
セラミックとなるため、エポキシ系樹脂封着あるいはフ
リットガラス封着いずれの場合も、熱膨張係数をアルミ
ナと同一、または低めに保持し封着強度の向上、そりな
どの変形を防止するためである。
性にも優れているため、アルミナセラミックパッケージ
と封着した際に歪みの発生がなく、固体撮像素子上の結
像に歪みを生じない。
素(U,Th,Raなど)の含有量の合計は100pp
b以下であることが望ましい。これらα放射性元素の濃
度が100ppbを越えると、α線放出量が0.05c
/cm2 ・h以上に増大し、固体撮像素子のノイズ発生
の原因となる。したがって同時に固体撮像素子パッケー
ジ用窓ガラスからのα線放出率を0.05c/cm2 ・
h以下に抑えることが好ましい。
e2 O3 ,TiO2 ,PbO,ZrO2 等については、
原料や溶融工程からの混入を防止する必要がある。たと
えガラス中にこれらが混入した場合でも、各々100p
pm以下に抑えることが望ましい。これらの成分が各々
100ppmを越えて含有されるとα放射性元素の濃度
が100ppbを越え、α線放出量が急激に増大するか
らである。
用途に適合するガラス組成としては、重量百分率でSi
O2 50〜75%,Al2 O3 0.2〜5.0%,
B2O3 5〜20%,Li2 O 0〜1%,Na2 O
0.5〜9.5%,K2 O0.2〜6%,Li2 O+
Na2 O+K2 O 5〜12%,MgO 0〜3%,C
aO 0〜5%,BaO 0〜6%,ZnO 0〜5
%,MgO+CaO+BaO+ZnO 0〜12%,A
s2 O3 0〜1%,Sb2 O3 0〜1%,Cl- 0
〜0.2%,F- 0〜0.5%,As2 O3 +Sb2 O
3 +Cl- +F- 0.02〜1.5%の基本組成を有
するものが好適する。
め原料を精製することができ、含有されるα放射性元素
(U,Th,Raなど)を100ppb以内に抑えるこ
とが可能である。上記ガラス組成において、SiO2 が
50%未満では、熱膨脹係数が大きくなりアルミナセラ
ミックパッケージとの気密封着に支障をきたし、75%
を越えるとガラスの溶融性が悪化する。B2 O3 は、5
%未満では溶融性が悪くなり、20%を越えると化学耐
久性が悪化し長期間使用時に表面にウェザリングを生じ
画像を不鮮明にする。Al2 O3 は0.2%未満では、
ガラスの分相が生じ成形が困難になり、5%を越えると
脈理が発生して均質なガラスが得られなくなる。Li2
O+Na2 O+K2 Oは、融剤として作用しガラスの溶
融性を改良するが、同時にガラスの熱膨脹係数を調整す
る効果があり、その合量が5%以下では粘度が高くなり
溶融性が悪化すると共に熱膨脹係数も低くなり過ぎる。
また、12%を越える場合は耐風化性が悪くなるととも
に、熱膨脹係数が高くなり過ぎるため不適となる。Zn
Oは、B2 O3 やアルカリ成分の溶融時の揮発を抑える
効果があるが、5%を越えると失透性が増す。BaOや
MgO,CaOは、5〜6%以下の使用で化学耐久性を
向上させる効果がある。ZnOも同様な効果をもつが、
その合量が12%をこえると失透性が増大する。また、
上記ガラスの清澄剤としては、As2 O3 ,Sb
2 O3 ,F- ,Cl- が各々1%未満で使用されるが、
その合量が0.02%未満では十分な清澄効果が得られ
ず、1.5%以上では再発泡を生ずるため望ましくな
い。
発明の実施例を表1に示す。表1中試料No.1ないしNo.6
は本発明の実施例を示し、No.7は従来例である。また表
中の組成は重量比で示してある。
製された原料を使用し最終ガラス組成として1000g
となるよう調合し混合した後、1480℃の電気炉中で
5時間白金ルツボを使用して溶融した。その後炉内より
取り出し、鉄板上に成形したブロックを600℃の温度
の電気炉に移し室温まで徐冷し、得られたガラスを所定
の寸法に光学研磨加工した。これらガラス板より放出さ
れるα線量の測定は、2πガスフロー式比例計数管を用
いた超低レベルα線測定装置で行ない、同時に遷移元素
とα線放射元素の化学分析をICP−MASSにより測
定し、TMA分析装置により平均熱膨張係数を測定し
た。そして、これらのガラスを実際に有効画素数38万
画素のCCDチップを内臓したアルミナパッケージに封
着して、固体撮像素子に使用した場合のノイズの有無を
調査した。また比較例としてα線放射元素を含有したガ
ラスを調整し、同様の試験に供した。
性元素の含有量の合量が100ppb以下である1〜6
のサンプルでは、α線放出量は0.05c/cm2 ・h
以下であって固体撮像素子におけるノイズもみられな
い。これに対して、上記含有量が本発明の範囲より外れ
ている従来例では、α線放出量は0.05c/cm2 ・
h以上に高くなり固体撮像素子におけるノイズが発生し
ている。
出量が低く、固体撮像素子のパッケージ用窓ガラスとし
て使用した場合、ガラスからのα線に起因するノイズの
発生を著しく低減することができる。また光学的、熱的
特性にも優れているため、アルミナセラミックパッケー
ジと封着した際に歪みの発生がなく、固体撮像素子上の
結像に歪みを生じない。したがって、本発明のガラス
は、固体撮像素子のパッケージ用窓ガラスとして極めて
好適し、固体撮像素子の高解像度化に貢献することがで
きる。
Claims (1)
- 【請求項1】 熱膨脹係数48〜75×10 -7 K -1 の硼
珪酸系ガラスからなり、ガラス中の放射性同位元素の含
有量の合計が100ppb以下であり、ガラスからのα
線放出量が0.05c/cm 2 ・h以下であることを特
徴とする固体撮像素子パッケージ用窓ガラス。
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Cited By (1)
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-
1992
- 1992-11-06 JP JP4322753A patent/JP2660891B2/ja not_active Expired - Lifetime
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