JP4796518B2

JP4796518B2 - セラミック蓋体

Info

Publication number: JP4796518B2
Application number: JP2007026227A
Authority: JP
Inventors: 佳彦宮田; 英二高橋; 恭男和田
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP2008192863A

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）用や、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）用等の半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージの上面側から接合して半導体素子を気密に封止するためのセラミック製からなるセラミック蓋体に関する。

従来から、ＭＥＭＳや、ＣＣＤ用等の半導体素子が半導体素子収納用パッケージに搭載され中空状態で気密に封止するための蓋体には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックで形成されるセラミック蓋体がある。このセラミック蓋体には、半導体素子に光を透過させるために、セラミックグリーンシートを窓枠形状に成形し積層して焼成する多層基板の窓枠部にガラス板を接合させたセラミック蓋体がある。あるいは、セラミック蓋体には、粉末状セラミックを窓枠形状にプレス成形して焼成するプレス基板の窓枠部にガラス板を接合させたセラミック蓋体がある。

図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、従来のセラミック蓋体を説明する。ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のセラミック蓋体の平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図、図３（Ｃ）は従来のセラミック蓋体を構成するセラミック枠体の部分拡大斜視図である。
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、従来のセラミック蓋体５０は、例えば、セラミックがＡｌ_２Ｏ_３からなる複数枚のセラミックグリーンシートを準備し、１又は複数枚に打ち抜きプレス成形し第１の開口部５１となる開口寸法の大きさの貫通孔を形成している。また、他の１又は複数枚のセラミックグリーンシートには、打ち抜きプレス成形し第１の開口部５１となる開口寸法の大きさの貫通孔より小さい大きさの第２の開口部５２となる開口寸法の大きさの貫通孔を形成している。そして、全てのセラミックグリーンシートは、重ね合わせて積層し、セラミック蓋体５０の外形の大きさである４角形状になるように形成し、焼成して多層基板からなるセラミック枠体５３を形成している。あるいは、従来のセラミック蓋体５０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミック粉末を造粒した造粒粉末を粉体プレス金型でプレス成形し第１の開口部５１と、第１の開口部５１となる開口寸法の大きさより小さい大きさとなる第２の開口部５２となる開口寸法の大きさを備えた一体の成形体を形成している。そして、成形体は、焼成してセラミック枠体５３を形成している。なお、上記のセラミック枠体５３の第１、第２の開口部５１、５２の４隅角部には、クラック発生を防止するために、通常、なだらかなアール５４が設けられている。

上記のセラミック枠体５３には、第１の開口部５１と、第２の開口部５２とから形成される段差５５を有している。そして、従来のセラミック蓋体５０は、このセラミック枠体５３の段差５５の下段上面にガラス板５６が接着材５７を介して接合されることで作製されている。

従来の撮像装置には、セラミックパッケージの凹部に固体撮像素子チップ等を搭載し、開口の断面がＬ字型となった部分に、上面から挿入されたガラス窓が形成された蓋体で封止される構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
従来の半導体素子収納用パッケージには、半導体素子が搭載されるキャビティ部の４隅角部からのクラック発生を防止するための切り欠きを設けるものが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

特開平１０−８４５０９号公報特開平９−８１６９号公報特開２００４−１２８１３４号公報実開平４−６５４３９号公報

しかしながら、前述したような従来のセラミック蓋体は、次のような問題がある。
（１）従来のセラミック蓋体には、セラミック枠体の第１と第２の開口部の４隅角部に、クラック発生を防止するためのアールが設けられているが、この開口部の段差に４角形状からなるガラス板を載置するときに、ガラス板の角部がセラミック枠体の第１の開口部の４隅角部のアール部分に接触するので、ガラス板の外形を小さくして載置させる必要がでてくる。しかしながら、ガラス板の外形を小さくすることで、セラミック枠体とガラス板の接合部の接着材が介在できるシールパス幅は、狭くなるので、接合後の接合強度が低下したり、気密信頼性の低下となっている。また、ガラス板の外形を小さくするのを防止するために、ガラス板のコーナー部にセラミック枠体の開口部の４隅角部のアールに習うようなアールを設けることが考えられるが、加工にコストがかかり、セラミック蓋体のコストアップとなっている。
（２）特開平１０−８４５０９号公報で開示されるような撮像装置の蓋体は、ガラス窓部が４角形状からなる場合には、４隅角部にアールの形成がないので、４隅角部からのクラック発生を防止することができない。
（３）特開平９−８１６９号公報、特開２００４−１２８１３４号公報、実開平４−６５４３９号公報で開示されるような半導体素子収納用パッケージは、キャビティ部の４隅角部にクラック発生を防止するための切り欠きを設けたしても、キャビティ部を気密に封止するためのセラミック蓋体への切り欠きの適用の必要性の示唆がないので、例え、当業者であっても、セラミック蓋体への適用を想到することができない。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック枠体にガラス板を接合する接合強度が高く、気密信頼性が高いクラックの発生を防止する安価なセラミック蓋体を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るセラミック蓋体は、半導体素子収納用パッケージに搭載される半導体素子を中空状態で封止するための４角形状からなるセラミック蓋体において、半導体素子に光を透過させるための第１と第２の開口部を設けるセラミック枠体の内周側壁面に上面側の第１の開口部の開口寸法を下面側の第２の開口部の開口寸法より大きくする段差を有すると共に、第１の開口部の角部に平面視して奥行きが第１の開口部の開口寸法を超える曲線を設けて形成され、段差の上段上面から下段上面に至って形成される切り欠きと、第２の開口部の角部に平面視して円弧状のアールを有し、しかも、切り欠きを除く第１の開口部の外周に嵌合し、段差の下段上面に接着材を介して接合されて第２の開口部を塞ぐ角部が直角の４角形からなるガラス板を有する。

ここで、上記のセラミック蓋体は、切り欠きが平面視して円弧部からなり、第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなるのがよい。

又は、上記のセラミック蓋体は、切り欠きが平面視して円弧部と、円弧部に接し第１の開口部の開口寸法と平行する直線部からなり、第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなるのがよい。

請求項１又はこれに従属する請求項２又は３のいずれか一項記載のセラミック蓋体は、半導体素子に光を透過させるための第１と第２の開口部を設けるセラミック枠体の内周側壁面に上面側の第１の開口部の開口寸法を下面側の第２の開口部の開口寸法より大きくする段差を有すると共に、第１の開口部の角部に平面視して奥行きが第１の開口部の開口寸法を超える曲線を設けて形成され、段差の上段上面から下段上面に至って形成される切り欠きと、第２の開口部の角部に平面視して円弧状のアールを有し、しかも、切り欠きを除く第１の開口部の外周に嵌合し、段差の下段上面に接着材を介して接合されて第２の開口部を塞ぐ角部が直角の４角形からなるガラス板を有するので、切り欠きや、アールによってセラミックとガラス板の熱膨張率の差や、半導体素子収納用パッケージとの熱膨張率の差から発生する応力のセラミック枠体の開口部の４隅角部に集中するのを防止することができ、開口部の４隅角部からのクラック発生を防止することができる。また、セラミック枠体の第１の開口部の４隅角部の切り欠きは、ガラス板との接合時にガラス板の角部との干渉を防止することができるので、ガラス板角部のカケを防止することができる。更に、ガラス板の角部を削ったり、大きさを小さくする必要がないので、セラミック枠体とガラス板の接合強度が高く、気密信頼性が高い安価なセラミック蓋体を提供することができる。

特に、請求項２記載のセラミック蓋体は、切り欠きが平面視して円弧部からなり、第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなるので、セラミック枠体を大きくしたり、逆に開口部を小さくすることなく、角部のない切り欠きからなり、部材の熱膨張率の差から発生する応力のセラミック枠体の第１の開口部の４隅角部に集中するのを防止することができ、第１の開口部の４隅角部からのクラック発生を防止する機械的強度の高いセラミック蓋体を提供することができる。

特に、請求項３記載のセラミック蓋体は、切り欠きが平面視して円弧部と、円弧部に接し第１の開口部の開口寸法と平行する直線部からなり、第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなるので、セラミック枠体を大きくしたり、逆に開口部を小さくすることなく、角部のない切り欠きからなり、部材の熱膨張率の差から発生する応力のセラミック枠体の第１の開口部の４隅角部に集中するのを防止することができ、第１の開口部の４隅角部からのクラック発生を防止する機械的強度の高いセラミック蓋体を提供することができる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック蓋体の説明図であり、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同セラミック蓋体の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、図１（Ｃ）は同セラミック蓋体を構成するセラミック枠体の部分拡大斜視図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同セラミック蓋体を構成するセラミック枠体の切り欠きの拡大平面図、変形例の切り欠きの拡大平面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック蓋体１０は、図示しないが、半導体素子収納用パッケージに搭載される半導体素子を中空状態で気密に封止するために用いられ、外周側の４隅角部に若干のアール（Ｒ）形状からなるカケ防止用の凹み部を設けるものの実質的に４角形状からなっている。このセラミック蓋体１０は、セラミックにＡｌ_２Ｏ_３や、ＡｌＮ等が用いられている。また、セラミック蓋体１０は、セラミックをシート状にしたセラミックグリーンシートから成形されたり、あるいはセラミックを顆粒状に造粒した造粒粉末から粉体プレス成形され、焼成されて形成されている。

上記のセラミック蓋体１０は、半導体素子収納用パッケージに搭載されるＭＥＭＳ用や、ＣＣＤ用等の半導体素子に光を透過させるための第１と、第２の開口部１１、１２を設けるセラミック枠体１３を有している。そして、図１（Ｃ）に示すように、このセラミック蓋体１０を構成するセラミック枠体１３には、内周側壁面に、上面側の第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）を下面側の第２の開口部１２の開口寸法（ｃ×ｄ）より大きく（ａ＞ｃ、ｂ＞ｄ）する段差１４を有している。また、このセラミック枠体１３には、段差１４の上段である第１の開口部１１の角部に、平面視して奥行きが第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）を超えるような曲線を設けて形成され、段差１４の上段上面から下段上面に至って形成される切り欠き１５を有している。更に、のセラミック枠体１３には、段差１４の下段である第２の開口部１２の角部に、平面視して円弧状のアール１６を有している。しかも、このセラミック枠体１３には、切り欠き１５の部分を除く第１の開口部１１の外周に嵌合し、段差１４の下段上面に接着材１７を介して接合されて第２の開口部１２を塞ぐように角部が直角の４角形からなるガラス板１８を有することでセラミック蓋体１０が形成されている。なお、ここで用いられるガラス板１８は、例えば、ＡＲ（ＡｎｔｉＲｅｆｌｅｄｉｏｎ）コートや、シリカコートされて反射防止処置が施され、例えば、７３５ｎｍ程度の波長域の光を高い透過率で通過できるものが使用されている。

図２（Ａ）に示すように、上記のセラミック蓋体１０を構成するセラミック枠体１３に形成されている切り欠き１５は、特に、形状を限定するものではないが、平面視して角部の曲線が第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）を超えるような奥行きを持った円弧部１９からなるのがよい。そして、更に、この円弧部１９から延設して第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）との接続部２０がなだらかに接続するような変曲点を有する曲線からなるのがよい。又は、図２（Ｂ）に示すように、上記のセラミック蓋体１０を構成するセラミック枠体１３に形成されている切り欠き１５は、平面視して角部の曲線が第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）を超えるような奥行きを持った円弧部１９と、この円弧部１９に接して第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）と平行して延設する直線部２１からなるのがよい。そして、更に、この直線部２１から延設して第１の開口部１１の開口寸法（ａ×ｂ）との接続部２０がなだらかに接続するような変曲点を有する曲線からなるのがよい。

次いで、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックグリーンシートが用いられる場合のセラミック蓋体１０の製造方法を簡単に説明する。セラミックグリーンシートは、先ず、Ａｌ_２Ｏ_３粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及びトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練し、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、ドクターブレード法等によって、例えば、厚み０．２５ｍｍのシート状にしている。そして、シート状からは、セラミック蓋体１０を形成するために、適当なサイズの矩形状に切断したセラミックグリーンシートを作製している。次いで、セラミックグリーンシートには、１又は複数枚に第１の開口部１１の開口寸法となる大きさの貫通孔と、切り欠き１５となる大きさの貫通孔を一度で形成できるように打ち抜きプレス成形して形成している。また、他の１又は複数枚のセラミックグリーンシートには、第１の開口部１１の開口寸法となる大きさの貫通孔より小さい大きさの第２の開口部１２の角部にアール１６を有する開口寸法となる大きさの貫通孔を打ち抜きプレス成形して形成している。そして、全てのセラミックグリーンシートは、重ね合わせて温度と圧力をかけて積層し、セラミック蓋体１０の外形の大きさである４角形状になるように形成し、焼成して多層基板からなるセラミック枠体１３を形成している。更に、第１の開口部１１と、第２の開口部１２の開口寸法の差によって形成された段差１４の下段上面には、ガラス板１８を、その外周壁面を第１の開口部１１の開口寸法である壁面に嵌合させると共に、ガラス板１８の一方の表面の外周部を、例えば、Ｐｂフリーガラス等の接着材１７を介して載置し、加熱してセラミック枠体１３と、ガラス板１８を接合することでセラミック蓋体１０を作製している。

あるいは、他の製造方法として、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミック粉末の造粒体が用いられる場合のセラミック蓋体１０の製造方法を簡単に説明する。セラミック粉末の造粒体は、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に焼結助剤、バインダー、水、離型剤等を加え、十分に混練し、スプレードライヤー等によって、例えば、φ８０μｍ程度に造粒させて形成している。この造粒体は、上型と、下型と、及びダイス等からなる粉体プレス金型の中に安息角を利用して均一な充填密度になるように落とし込み、上、下からプレスして第１の開口部１１の開口寸法と、切り欠き１５と、第１の開口部１１となる大きさより小さい大きさとなる角部にアール１６となる大きさを有する第２の開口部１２を備えた一体の成形体を形成している。そして、成形体は、焼成してセラミック枠体１３を形成している。そして、更に、上記と同様にして、セラミック枠体１３には、ガラス板１８を接合することでセラミック蓋体１０を作製している。

本発明のセラミック蓋体は、半導体素子収納用パッケージに搭載されるＭＥＭＳ用や、ＣＣＤ用等の半導体素子に光を透過させることができ、セラミック枠体とガラス板の接合強度が高く、気密信頼性が高いセラミック蓋体として用いることができる。

（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック蓋体の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同セラミック蓋体を構成するセラミック枠体の切り欠きの拡大平面図、変形例の切り欠きの拡大平面図である。（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ従来のセラミック蓋体の説明図である。

符号の説明

１０：セラミック蓋体、１１：第１の開口部、１２：第２の開口部、１３：セラミック枠体、１４：段差、１５：切り欠き、１６：アール、１７：接着材、１８：ガラス板、１９：円弧部、２０：接続部、２１：直線部

Claims

半導体素子収納用パッケージに搭載される半導体素子を中空状態で封止するための４角形状からなるセラミック蓋体において、
前記半導体素子に光を透過させるための第１と第２の開口部を設けるセラミック枠体の内周側壁面に上面側の前記第１の開口部の開口寸法を下面側の前記第２の開口部の開口寸法より大きくする段差を有すると共に、前記第１の開口部の角部に平面視して奥行きが前記第１の開口部の開口寸法を超える曲線を設けて形成され、前記段差の上段上面から下段上面に至って形成される切り欠きと、前記第２の開口部の角部に平面視して円弧状のアールを有し、しかも、前記切り欠きを除く前記第１の開口部の外周に嵌合し、前記段差の下段上面に接着材を介して接合されて前記第２の開口部を塞ぐ角部が直角の４角形からなるガラス板を有することを特徴とするセラミック蓋体。
請求項１記載のセラミック蓋体において、前記切り欠きが平面視して円弧部からなり、前記第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなることを特徴とするセラミック蓋体。
請求項１記載のセラミック蓋体において、前記切り欠きが平面視して円弧部と、該円弧部に接し前記第１の開口部の開口寸法と平行する直線部からなり、前記第１の開口部の開口寸法との接続部が曲線からなることを特徴とするセラミック蓋体。