JPS6347148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は光通信などのオプトエレクトロニクス
分野に適用される半導体装置およびその製造方法
に係り、特にサフアイアなどの石英を主成分とす
る誘電体からなる光透過用窓部材を備え、封止部
材を用いて気密封止するキヤツプを有する半導体
装置およびその製造方法に関する。 従来この種の半導体装置における光透過用窓付
キヤツプの製造方法としては、２つの方法が提案
されている。第１の方法はメタライズ法によるも
ので第２の方法は活性合金化法によるものであ
る。 前者の方法はまずモリブデン、タングステン、
などの金属粉末とマンガンなどのように容易に酸
化物を形成する金属粉末の混合物をサフアイアな
どからなる光透過用窓部材の気密封止部に塗布し
て焼成し光透過用窓部材の気密封止部の表面を予
め金属化（メタライズ処理）し、次に銀ろうなど
のろう合金を用いてキヤツプと光透過用窓部材の
メタライズ処理部分とを気密封止する方法であ
る。 このような方法を用いた光透過用窓付キヤツプ
の断面図を第１図に示す。 同図において１はチタン、鉄―ニツケル―コバ
ルト合金（コバール）などからなるキヤツプ、２
は光透過用窓、３はサフアイアなどからなる光透
過用窓部材、４はメタライズ層、５は銀ろうを示
す。 しかしながら、このような気密封止方法は光透
過用窓部材に予め前述のメタライズ処理を施すこ
とが必要で製造工程が複雑となりコスト面で高価
となる欠点がある。 後者の方法はチタン、ジルコニウムなどと銀ろ
うを組み合せた封止部材を用いる活性合金化法で
ある。これは真空中で高温に加熱するとチタン、
ジルコニウムなどが銀ろう中に拡散するとともに
光透過用窓部材の酸化物中に拡散し酸素と強く結
合する性質を利用して気密封止を行なうものであ
る。この活性合金化法による気密封止方法として
は、光透過用窓部材にサフアイア、キヤツプにチ
タンを用い、封止部材としてチタン線の外周に銀
ろうを被覆した10％Ti芯BTろう（チタンの重量
比が10％）を用いて真空中で930〜970℃に加熱す
ることにより気密封止するこことが提案されてい
る。この活性合金化法によれば光透過用窓部材に
メタライズ処理を施さなくてもよくなる反面、キ
ヤツプにチタンを用いなければならずメタライズ
法と同様にコスト面で高価になるという欠点があ
る。 第２図はこの場合の光透過用窓付キヤツプの要
部断面図を示し、２１はチタンからなるキヤツ
プ、２２はチタン線、２３は銀ろうであり、気密
封止の際の加熱により10％Ti芯BTろうの銀ろう
が溶融し、チタン線２２と銀ろう２３とになつた
ものである。なお部位２，３は前記第１図の部位
２，３と同一部位を示す。 本発明は後者の活性合金化法によりキヤツプに
高価なチタンを用いずに鉄―ニツケル―コバルト
合金または鉄―ニツケル合金を用いて接着強度お
よび気密特性を満足する光透過用窓付キヤツプを
有する半導体装置を安価に提供しようとするもの
である。 なお、本発明出願人は特願昭54―170049号（特
公昭58−14070号公報）をもつて鉄―ニツケル―
コバルト合金または鉄―ニツケル合金から構成さ
れるキヤツプにサフアイアからなる光透過窓部材
をガラスを用いて気密封止する構成を提案してい
る。本発明はかかる先願発明において提案される
気密封止構造よりも更に高温域での使用が可能な
気密封止構造を提供しようとするものである。 本発明によれば鉄―ニツケル―コバルト合金ま
たは鉄―ニツケル合金からなり光透過用窓を有す
るキヤツプと石英を主成分とする誘電体からなる
光透過用窓部材を封止部材を介して気密封止して
なる光透過用窓付キヤツプを有する半導体装置に
おいて、前記キヤツプと前記光透過用窓部材はチ
タン部材および銀ろうを封止部材として気密封止
されてなることを特徴とする半導体装置が提供さ
れる。 また、鉄―ニツケル―コバルト合金または鉄―
ニツケル合金からなり光透過用窓を有するキヤツ
プと石英を主成分とする誘電体からなる光透過用
窓部材を封止部材を介して気密封止してなる光透
過用窓付キヤツプを有する半導体装置の製造方法
において、前記キヤツプと前記光透過用窓部材の
気密封止近傍にチタン部材および銀ろうを配置し
て、前記銀ろうを加熱溶融させることにより気密
封止することを特徴とする半導体装置の製造方法
が提供される。 本発明は活性合金化法の特質を利用し鉄―ニツ
ケル―コバルト合金または鉄―ニツケル合金から
なるキヤツプとサフアイアなどからなる光透過用
窓部材との気密封止部に銀ろうおよびチタンリン
グ、チタン線などからなるチタン部材を介在させ
て加熱することによりチタンが銀ろうの中へ拡散
する合金液化現象を利用するとともに銀ろう中の
チタンが光透過用窓部材の酸化物中に拡散し、酸
素と強く結合することを利用して強固に気密封止
するようにしたものである。 以下本発明の実施例について図面を参照し詳細
に説明する。 第３図は本発明にかかる光透過用窓付キヤツプ
の気密封止する前の組立状態を示す断面図であ
る。 同図において３１は鉄―ニツケル―コバルト合
金または鉄―ニツケル合金からなるキヤツプ、３
２は銀ろう、３３はチタンリング、３４はカーボ
ン、ステンレスなどからなる重りである。なお部
位２，３は前記第１図の部位２，３と同一部位を
示す。なお、銀ろう３２は板状であつてもよく、
またキヤツプ３１と光透過用窓部材３との間にチ
タンリング３３といつしよに挾み込んでもよい。
またチタンリング３３は線状でもよい。なお薄板
状のチタンリングはチタン板をプレス加工などに
より打抜くほか、チタンパイプを薄く切断しても
調達することができる。 周知の方法によりキヤツプ形状に成形したキヤ
ツプ３１にチタンリング３３およびサフアイアか
らなる光透過用窓部材３、銀72％、銅28％の組成
からなる銀ろう３２、重り３４を図のように組立
て真空中または不活性雰囲気中で約950℃に加熱
することによりキヤツプと光透過用窓部材を気密
封止することができる。気密封止後の要部断面図
を第４図に示す。 なお、キヤツプと光透過用窓部材の気密封止部
に介在させるチタン部材は銀ろうとの重量比でチ
タンが15〜60％とするのがよい。 この実験の結果を下表に示す。これはチタン部
材の重量比を変えてその影響を気密特性との関係
でみたものである。

【表】 かかる実験によるとチタンの重量比が小さいと
銀ろう中にチタンが十分に拡散されず10％以下で
は気密封止することができなかつた。15％未満で
は気密封止はある程度まで可能であるが、気密特
性および接着強度が十分でないため実用上好まし
くない。さらにチタンの重量比が大きくなり60％
を越えるようになると銀ろうの量が少なくなり気
密特性が悪化するとともに気密封止部における銀
ろうの行きわたりが不安定となるので接着強度が
低下し実用上好ましくない。なお気密特性の判定
は１×10^-9atm.c.c.／sec.以下の検出感度を有する
ヘリウムリークデイテクターを用いて行なつた。 このようにして光透過用窓部材を気密封止した
キヤツプに、光半導体素子を載置して該半導体素
子とリード端子とを接続線によりボンデイングし
た基体を溶接固着し、該半導体素子を気密封入す
ることにより本発明の半導体装置が完成される。
この状態の半導体装置の実施例を第５図に示す。 同図において、５１は鉄―ニツケル―コバルト
合金、鉄―ニツケル合金などからなるアイレツ
ト、５２は該アイレツト５１上に固着された光半
導体素子、５３は該半導体素子５２から導出され
た接続線５４が接続されたリード端子、５５はリ
ード端子５３をアイレツト５１に固着するガラス
である。なお部位２，３，３１〜３３は前記第４
図に示すそれぞれの部位と同一部位を示す。 第６図は本発明の他の実施例を示すもので、第
４図の場合と異なるのは封止部材としてのチタン
と銀ろうを一体化したものを用いることである。 すなわち第７図ａに示すようなチタン線を芯と
して外側に同心状に銀ろうをクラツド法などによ
り被覆した封止部材を用いて気密封止した場合の
要部断面図である。この封止部材はチタン線に銀
ろうを被覆した線材をコイル状に密着巻きし切断
することにより容易に製造することができる。本
実施例によれば、銀ろうまたはチタン部材の組立
工程が一工程省略できるので量産性に優れる効果
がある。 また同心状に限らず、第７図ｂに示すようにチ
タンに銀ろうをクラツド法などにより積層状に被
着させたチタン板をプレスによる打抜加工などに
より成形して封止部材としてもよい。この場合、
前記同心状と同様の効果のほか更に気密封止部の
銀ろうの行きわたりが極めて良好となる効果があ
る。 なお、封止部材は前述の線状および板状のほか
球状の銀ろうおよびチタンを光透過用窓部材の周
辺に配置して加熱し気密封止することも可能であ
る。 また、いずれの場合にもチタンと銀ろうの重量
比はチタンを15〜60％とすることが望ましいこと
は前述のとおりである。 本発明によればキヤツプに鉄―ニツケル―コバ
ルト合金または鉄―ニツケル合金を使用しサフア
イアなどの石英を主成分とする光透過用窓部材に
メタライズ処理を施さずにキヤツプと光透過用窓
部材を気密封止することができるため、製造工程
が簡略となり、作業効率、歩留りが向上するとと
もに量産性に優れ、接着強度および気密特性を満
足する光透過用窓付キヤツプを有する半導体装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のメタライズ処理を施した光透過
用窓付キヤツプの断面図、第２図は従来の10％
Ti芯BTろうを用いた場合の要部断面図、第３図
は本発明の実施例の組立状態を示す断面図、第４
図はその気密封止後の要部断面図、第５図は本発
明による半導体装置の実施例を示す断面図、第６
図は本発明の他の実施例を示す要部断面図、第７
図は本発明にかかる封止部材の変形例を示す断面
図である。 図において、１，２１，３１……キヤツプ、２
……光透過用窓、３……光透過用窓部材、４……
メタライズ層、５，２３，３２，７２……銀ろ
う、２２，７１……チタン線、３３，７３……チ
タンリング、３４……重り、５１……アイレツ
ト、５２……光半導体素子、５３……リード端
子、５４……接続線、５５……ガラス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄―ニツケル―コバルト合金または鉄―ニツ
   ケル合金からなり光透過用窓を有するキヤツプと
   石英を主成分とする誘電体からなる光透過用窓部
   材を封止部材を介して気密封止してなる光透過用
   窓付キヤツプを有する半導体装置において、前記
   キヤツプと前記光透過用窓部材はチタン部材およ
   び銀ろうを封止部材として気密封止されてなるこ
   とを特徴とする半導体装置。 ２ 前記チタン部材と銀ろうとの重量比はチタン
   部材が15〜60％である特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置。 ３ 鉄―ニツケル―コバルト合金または鉄―ニツ
   ケル合金からなり光透過用窓を有するキヤツプと
   石英を主成分とする誘電体からなる光透過用窓部
   材を封止部材を介して気密封止してなる光透過用
   窓付キヤツプを有する半導体装置の製造方法にお
   いて、前記キヤツプと前記光透過用窓部材の気密
   封止部近傍にチタン部材および銀ろうを配置し
   て、前記銀ろうを加熱溶融させることにより気密
   封止することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。 ４ 前記チタン部材に銀ろう層を一体に形成した
   封止部材を用いて気密封止する特許請求の範囲第
   ３項記載の半導体装置の製造方法。