WO2005086229A1

WO2005086229A1 - 光透過用窓部材、光透過用窓部材を備えた半導体パッケージおよび光透過用窓部材の製造方法

Info

Publication number: WO2005086229A1
Application number: PCT/JP2005/003457
Authority: WO
Inventors: Junichi Nakaoka; Kenji Ikeuchi; Makoto Takahashi
Original assignee: Neomax Materials Co., Ltd.
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2005-09-15
Also published as: JPWO2005086229A1; US20060131600A1

Abstract

　構造を簡略化することができるとともに、製造工程を簡略化することが可能な光透過用窓部材が得られる。この光透過用窓部材（１０、１０ａ）は、半導体パッケージ（３０、３０ａ）に用いられる光透過用窓部材であって、光の通過領域を規定するための開口部（２ａ）を有する金属製の平板状のフレーム（２）と、開口部を有する平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、接着材を介することなく接合された光を透過可能なガラス部材（１）とを備えている。

Description

明細書

光透過用窓部材、光透過用窓部材を備えた半導体パッケージおよび光透過用窓部材の製造方法

技術分野

[0001] この発明は、光透過用窓部材、光透過用窓部材を備えた半導体パッケージおよび光透過用窓部材の製造方法に関し、特に、光を透過可能なガラス部材を含む光透過用窓部材、光透過用窓部材を備えた半導体パッケージおよび光透過用窓部材の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 従来、半導体パッケージに用いられる光を透過可能なガラス部材を含む光透過用窓部材が種々知られている。このような光透過用窓部材は、たとえば、特開平 9 14 8469号公報に開示されて、る。

[0003] 上記特開平 9 148469号公報には、ガラス部材 (ガラス窓）に金属メツキなどを用いて光の通過領域を規定するための開口部（開口領域)を形成するとともに、その開口部が設けられたガラス部材の金メッキ部分を、光を透過させるための開口部が設けられた金属フレームに半田層を介して接合した構造を有する光透過用窓部材が開示されている。

[0004] また、従来では、金属製のフレームの開口部にガラス部材を嵌め込んだ状態で、ガラス部材の外側面とフレームの内側面とを溶着した構造を有する光透過用窓部材も知られている。図 15—図 18は、このような構造を有する従来の光透過用窓部材の全体構成を示した図である。図 19および図 20は、図 15に示した従来の光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。図 21は、図 15に示した光透過用窓部材を備えた半導体パッケージの全体構成を示した斜視図である。図 22は、図 15 に示した光透過用窓部材を備えた半導体パッケージの製造工程を説明するための斜視図である。まず、図 15—図 18および図 21を参照して、従来の光透過用窓部材および光透過用窓部材を備えた半導体パッケージの構造について説明する。

[0005] 従来の光透過用窓部材 40は、図 15—図 18に示すように、光を透過可能なガラス部材 21と、金属製のフレーム 22と、金メッキ層 23と、クロム蒸着層 24とを備えている。また、ガラス部材 21は、フレーム 22の開口部 22aに嵌め込まれている。この状態で、ガラス部材 21の外側面とフレーム 22の開口部 22aの内側面とがガラス溶着により接合されている。また、フレーム 22は、小さい厚み (約 0. 2mm)を有する外周部と、外周部よりも内側に位置するとともに、外周部よりも大き、厚み (約 3mm)を有する内側部とを含んでいる。また、フレーム 22の内側部の厚みは、ガラス部材 21との接合領域の接合長さ (接合代)をある程度大きくとることができ、かつ、ガラス部材 21とフレーム 22との接合後にガラス部材 21の表面をフレーム 22の表面よりも若干突出させて研磨を容易に行うことができるように、ガラス部材 21の厚みよりも若干小さ、厚みに設定されている。金メッキ層 23は、フレーム 22の外面を覆うように形成されている。クロム蒸着層 24は、フレーム 22の下面の金メッキ層 23の一部およびガラス部材 21の下面の一部に跨るように形成されている。また、クロム蒸着層 24には、光の入射領域を規定するための開口領域 24aが形成されている。また、従来の光透過用窓部材 40は、図 21に示すように、たとえば、プロジェクタに使用される表示素子としての DMD素子（Digital Micromirror Device) (図示せず）が収納された金属製のハウジング 50に接合されている。この光透過用窓部材 40とハウジング 50とによって、従来の半導体パッケージ 60が構成されて、る。

次に、図 15、図 19および図 20を参照して、従来の光透過用窓部材 40の製造方法について説明する。まず、図 19に示すように、厚みの小さい外周部を有するとともに、開口部 22aを有する厚みの大きい内側部を含む金属製のフレーム 22を形成する。すなわち、フレーム 22の厚みの小さい外周部を、切削加工によって形成するとともに、フレーム 22の開口部 22aを、プレス加工によって形成する。そして、フレーム 22の開口部 22aに、ガラス部材 21を挿入する。この後、ガラス部材 21とフレーム 22との全体をガラス部材 21の軟化点以上 (約 800°C)の温度に加熱することによって、ガラス部材 21の外側面をフレーム 22の開口部 22aの内側面に溶着する。この後、電解メッキ法を用いて、フレーム 22の外面全体を覆うように、金メッキ層 23を形成する。なお、上記した溶着の際に、ガラス部材 21は軟ィ匕するので、ガラス部材 21の平面度や平行度が低下する。このため、従来では、ガラス部材 21をフレーム 22に溶着した後、金メツキ層 23の形成後に、ガラス部材 21の上面および下面を研磨することによりガラス部材 21の表面の平面度や平行度を向上させている。このように、ガラス部材 21の上面および下面を研磨した後に、図 20に示すように、蒸着法を用いて、フレーム 22の金メッキ層 23の一部およびガラス部材 21の下面の一部を覆うとともに、光の入射領域を規定するための開口領域 24aが形成されるように、クロム蒸着層 24を形成する。このようにして、図 15に示した従来の光透過用窓部材 40が形成される。

[0007] また、図 22に示すように、上記のように形成された光透過用窓部材 40のフレーム 2 2の厚みの小さい外周部の下面をハウジング 50の外周部の上面 50aに、ハウジング 50を密閉するように接合する。これにより、従来の光透過用窓部材 40を備えた半導体パッケージ 60が形成される。

[0008] し力しながら、図 15—図 18に示した従来の光透過用窓部材 40では、ガラス部材 2 1の外側面とフレーム 22の開口部 22aの内側面とを溶着しているので、ガラス部材 2 1とフレーム 22との接合長さ (接合代)をある程度大きくして接合強度を保持するためには、フレーム 22の内側部の厚みをガラス部材 21の厚みと同程度に大きくする必要がある。このため、フレーム 22の厚みが小さい場合に比べて、フレーム 22の材料費が高くなるとともに、フレーム 22の厚みが大きい分、光透過用窓部材 40の構造を簡略ィ匕するのが困難になるという問題点がある。また、従来の光透過用窓部材 40では、フレーム 22に開口部 22aを設けることにカ卩えて、ガラス部材 21の下面にも、光の通過領域を規定するための開口領域 24aを設ける必要があるため、構造および製造ェ程を簡略ィ匕するのが困難であった。

[0009] また、上記特開平 9— 148469号公報に開示された構造では、フレームに開口部を設けることに加えて、ガラス部材にも光の通過領域を規定するための開口領域（開口部）を設けているため、図 15—図 18に示した従来の光透過用窓部材 40と同様、構造および製造工程を簡略ィ匕するのが困難であるという問題点がある。

発明の開示

[0010] この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の 1 つの目的は、構造を簡略ィ匕することができるとともに、製造工程を簡略ィ匕することが可能な光透過用窓部材、光透過用窓部材を備えた半導体パッケージおよび光透過用窓部材の製造方法を提供することである。

[0011] 上記目的を達成するために、この発明の第 1の局面による光透過用窓部材は、半導体パッケージに用いられる光透過用窓部材であって、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームと、開口部を有する平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、接着材を介することなく接合された光を透過可能なガラス部材とを備えて、る。

[0012] この発明の第 1の局面による光透過用窓部材では、上記のように、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、光を透過可能なガラス部材を接着材を介することなく接合することによって、フレームの開口部の内側面にガラス部材を接合する場合と異なり、フレームの厚みを大きくする必要がないとともに、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がない。これにより、フレームの厚みを小さくすることができるとともに、光透過用窓部材の構造を簡略ィ匕することができる。また、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がないので、ガラス部材に開口領域を設ける場合に必要なクロムなどの遮光膜を蒸着する工程が不要になる。その結果、光透過用窓部材の製造ェ程を簡略ィ匕することができる。

[0013] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、ガラス部材とは、 A1層を介して接合されている。このように構成すれば、たとえば、陽極接合によりフレームとガラス部材とを A1層を介して接合する場合に、 A1の一部（ γ—アルミナ）をガラス部材の界面内部に櫛状に延びるように形成することができるので、 A1層とガラス部材との接合強度を大きくすることができる。これにより、金属製のフレームとガラス部材との接合強度を大きくすることができる。

[0014] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、ガラス部材は、光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に陽極接合されてヽる。このように陽極接合を用いれば、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合温度をガラス部材の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、平板状のフレームとガラス部材との接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟ィ匕するのが抑制される。これにより、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合後に、ガラス部材の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材とフレームとの接合前のガラス部材の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材とフレームとの接合後にフレームと接合されたガラス部材を研磨する場合に比べて、ガラス部材の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材の研磨工程を簡略ィ匕することができる。

[0015] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、ガラス部材は、ガラス部材の軟化点以下の温度で、光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に接合されている。このように構成すれば、平板状のフレームとガラス部材との接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟ィ匕するのが容易に抑制される。これにより、容易に、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合後に、ガラス部材の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材とフレームとの接合前のガラス部材の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材とフレームとの接合後にフレームと接合されたガラス部材を研磨する場合に比べて、ガラス部材の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材の研磨工程を簡略ィ匕することができる。

[0016] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームのガラス部材が接合される側の上面は、鏡面加工されている。このように構成すれば、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合面に隙間が発生するのが抑制されるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合面を空気が通過するのを抑制することができる。これにより、フレームとガラス部材とが接合された光透過用窓部材を、半導体パッケージのハウジングに接合した場合に、ハウジングを光透過用窓部材により密閉状態に保持することができる。

[0017] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、光の透過領域を規定する開口部を有する金属製のフレームは、ガラス部材の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有している。このように構成すれば、接合後に金属製のフレームおよびガラス部材の温度が常温まで下がった場合に、金属製のフレームの熱膨張係数とガラス部材の熱膨張係数との差によってガラス部材に反りやひずみが発生するのを抑制することができる。

[0018] 上記金属製のフレームがガラス部材の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有している光透過用窓部材において、好ましくは、光の透過領域を規定する開口部を有するフレームは、鉄 'ニッケル 'コバルト合金力もなる。このように構成すれば、たとえば、コバール（鉄 ·ニッケル ·コバルト合金（たとえば、 29Ni— 16Co— Fe) )製のフレームなどを用いて、容易に、フレームの熱膨張係数をガラス部材の熱膨張係数に近づけることができる。

[0019] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、ガラス部材は、アルカリイオンを含有する。このように構成すれば、たとえば、陽極接合によりフレームとガラス部材とを接合する場合に、容易に、フレームとガラス部材とを陽極接合することができる。

[0020] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、金属製のフレームの下面は、半導体パッケージの金属製のハウジングに、ハウジングを密閉するように接合される。このように構成すれば、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製のフレームとガラス部材とを接合することにより形成された光透過用窓部材によつて、容易に、ハウジングを密閉することができる。

[0021] 上記第 1の局面による光透過用窓部材において、好ましくは、金属製のフレームの下面は、半導体パッケージの金属製のハウジングに抵抗溶接により接合されて、る。このように構成すれば、金属製のフレームの下面とハウジングとを、接合部分のみを加熱することによって接合することができる。これにより、金属製のフレームとハウジングとの接合時のガラス部材の温度をガラス部材の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、金属製のフレームとハウジングとの接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟化するのが抑制される。これにより、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、ガラス部材の光透過特性が低下するのを抑制することができる。また、金属製のフレームとハウジングとの接合時のハウジングに収納された半導体素子の温度が上昇するのを抑制することができるので、金属製のフレームとハウジングとの接合時の温度上昇に起因してハウジングに収納された半導体素子が破壊されるのを防止することができる。

[0022] この発明の第 2の局面による半導体パッケージは、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームと、開口部を有する平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、接着材を介することなく接合された光を透過可能なガラス部材とを含む光透過用窓部材を備えて、る。

[0023] この発明の第 2の局面による半導体パッケージでは、上記のように、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、光を透過可能なガラス部材を接着材を介することなく接合することによって、フレームの開口部の内側面にガラス部材を接合する場合と異なり、フレームの厚みを大きくする必要がないとともに、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がない。これにより、フレームの厚みを小さくすることができるとともに、光透過用窓部材の構造を簡略ィ匕することができる。また、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がないので、ガラス部材に開口領域を設ける場合に必要なクロムなどの遮光膜を蒸着する工程が不要になる。その結果、光透過用窓部材の製造ェ程を簡略ィ匕することができる。

[0024] 上記第 2の局面による半導体パッケージにおいて、好ましくは、光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、ガラス部材とは、 A1層を介して接合されている。このように構成すれば、たとえば、陽極接合によりフレームとガラス部材とを A1層を介して接合する場合に、 A1の一部（ γ—アルミナ）をガラス部材の界面内部に櫛状に延びるように形成することができるので、 A1層とガラス部材との接合強度を大きくすることができる。これにより、金属製のフレームとガラス部材との接合強度を大きくすることができる。

[0025] 上記第 2の局面による半導体パッケージにおいて、好ましくは、ガラス部材は、平板状のフレームの上面に陽極接合されている。このように陽極接合を用いれば、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合温度をガラス部材の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、平板状のフレームとガラス部材との接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟ィ匕するのが抑制される。これにより、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合後に、ガラス部材の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材とフレームとの接合前のガラス部材の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材とフレームとの接合後にフレームと接合されたガラス部材を研磨する場合に比べて、ガラス部材の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材の研磨工程を簡略ィ匕することがでさる。

[0026] 上記第 2の局面による半導体パッケージにおいて、好ましくは、ガラス部材は、ガラス部材の軟化点以下の温度で、光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に接合されている。このように構成すれば、平板状のフレームとガラス部材との接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟ィ匕するのが容易に抑制される。これにより、容易に、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合後に、ガラス部材の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材とフレームとの接合前のガラス部材の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材とフレームとの接合後にフレームと接合されたガラス部材を研磨する場合に比べて、ガラス部材の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材の研磨工程を簡略ィ匕することができる。

[0027] 上記第 2の局面による半導体パッケージにおいて、好ましくは、金属製のフレームの下面により密閉されるように金属製のフレームの下面と接合され、半導体素子が収納されたハウジングをさらに備える。このように構成すれば、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製のフレームとガラス部材とを接合することにより形成された光透過用窓部材によって、容易に、ハウジングを密閉することができる。

[0028] 上記半導体素子が収納されたハウジングを備える半導体パッケージにおいて、好ましくは、金属製のフレームとハウジングとは、同一の材料力もなる。このように構成すれば、金属製のフレームの熱膨張係数とハウジングの熱膨張係数とを同一にすることができるので、接合後に金属製のフレームおよびノヽウジングの温度が常温まで下がつた場合に、金属製のフレームの熱膨張係数とハウジングの熱膨張係数との差によつてフレームに反りやひずみが発生するのを抑制することができる。これにより、フレームの上面に接合されたガラス部材に反りやひずみが発生するのを抑制することができる。

[0029] 上記金属製のフレームとハウジングとが同一の材料力なる半導体パッケージにおいて、好ましくは、金属製のフレームとハウジングとは、鉄 'ニッケル 'コバルト合金からなる。このように構成すれば、たとえば、コバール (鉄 'ニッケル 'コバルト合金（たとえば、 29Ni— 16Co— Fe) )製のフレームおよびハウジングなどを用いて、フレームおよびハウジングの熱膨張係数をガラス部材の熱膨張係数に近づけることができる。これにより、接合後に金属製のフレーム、ハウジングおよびガラス部材の温度が常温まで下がった場合に、金属製のフレームの熱膨張係数およびハウジングの熱膨張係数とガラス部材の熱膨張係数との差によってガラス部材に反りやひずみが発生するのを抑帘 Uすることができる。

[0030] 上記半導体素子が収納されたハウジングを備える半導体パッケージにおいて、好ましくは、金属製のフレームの下面は、半導体パッケージの金属製のハウジングに抵抗溶接により接合されている。このように構成すれば、金属製のフレームの下面とノヽウジングとを、接合部分のみを加熱することによって接合することができる。これにより、金属製のフレームとハウジングとの接合時のガラス部材の温度をガラス部材の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、金属製のフレームとハウジングとの接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟ィ匕するのが抑制される。これにより、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、ガラス部材の光透過特性が低下するのを抑制することができる。また、金属製のフレームとハウジングとの接合時のハウジングに収納された半導体素子の温度が上昇するのを抑制することができるので、金属製のフレームとハウジングとの接合時の温度上昇に起因してハウジングに収納された半導体素子が破壊されるのを防止することができる。

[0031] この発明の第 3の局面による光透過用窓部材の製造方法は、半導体パッケージに用いられる光透過用窓部材の製造方法であって、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームを準備する工程と、光を透過可能なガラス部材を開口部を有する平板状のフレームの上面に、開口部を覆うように、陽極接合する工程とを備えている。

[0032] この発明の第 3の局面による光透過用窓部材の製造方法では、上記のように、ガラス部材を平板状のフレームの上面に陽極接合することによって、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合温度をガラス部材の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、平板状のフレームとガラス部材との接合時の温度によって、ガラス部材の表面が軟化するのが抑制される。これにより、ガラス部材の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレームの上面とガラス部材との接合後に、ガラス部材の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材とフレームとの接合前のガラス部材の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材とフレームとの接合後にフレームと接合されたガラス部材を研磨する場合に比べて、ガラス部材の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材の研磨工程を簡略ィ匕することができる。また、光の通過領域を規定するための開口部を有する金属製の平板状のフレームの上面に、光を透過可能なガラス部材を接着材を介することなく接合することによって、フレームの開口部の内側面にガラス部材を接合する場合と異なり、フレームの厚みを大きくする必要がないとともに、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がない。これにより、フレームの厚みを小さくすることができるとともに、光透過用窓部材の構造を簡略ィ匕することができる。また、フレームの開口部とは別にガラス部材側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がないので、ガラス部材に開口領域を設ける場合に必要なクロムなどの遮光膜を蒸着する工程が不要になる。その結果、光透過用窓部材の製造工程を簡略ィ匕することができる。

[0033] 上記第 3の局面による光透過用窓部材の製造方法において、好ましくは、陽極接合する工程は、光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、ガラス部材とを A1層を介して陽極接合する工程を含む。このように構成すれば、陽極接合によりフレームとガラス部材とを A1層を介して接合する場合に、 A1の一部（ Ύ アルミナ）をガラス部材の界面内部に櫛状に延びるように形成することができるので、 A1層とガラス部材との接合強度を大きくすることができる。これにより、金属製のフレームとガラス部材との接合強度を大きくすることができる。

[0034] 上記陽極接合する工程がフレームとガラス部材とを A1層を介して陽極接合するェ程を含む光透過用窓部材の製造方法において、好ましくは、陽極接合する工程に先立って、フレームのガラス部材に対する接合面に A1層を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、フレームとガラス部材とを A1層を介して、容易に、陽極接合することができる。

[0035] 上記第 3の局面による光透過用窓部材の製造方法において、好ましくは、陽極接合する工程に先立って、ガラス部材のフレームに対する接合面を研磨する工程をさらに備える。このように構成すれば、容易に、ガラス部材を単体の状態で研磨することができる。

図面の簡単な説明

[0036] [図 1]本発明の第 1実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した斜視図である。

[図 2]図 1に示した第 1実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した平面図である。

[図 3]図 2の 100-100線に沿った断面図である。

[図 4]図 1に示した第 1実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した底面図である。

[図 5]図 1に示した第 1実施形態による光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。

[図 6]本発明の第 1実施形態による半導体パッケージの全体構成を示した斜視図である。

[図 7]図 6に示した第 1実施形態による半導体パッケージの製造工程を説明するための斜視図である。

[図 8]本発明の第 2実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した斜視図である。

[図 9]図 8に示した第 2実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した平面図である。

[図 10]図 9の 200— 200線に沿った断面図である。

[図 11]図 8に示した第 2実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した底面図である。 [図 12]図 8に示した第 2実施形態による光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。

[図 13]本発明の第 2実施形態による半導体パッケージの全体構成を示した斜視図である。

[図 14]本発明の第 2実施形態の変形例による光透過用窓部材を説明するための斜視図である。

[図 15]従来の光透過用窓部材の全体構成を示した斜視図である。

[図 16]図 15に示した従来の光透過用窓部材の全体構成を示した平面図である。

[図 17]図 16の 300— 300線に沿った断面図である。

[図 18]図 15に示した従来の光透過用窓部材の全体構成を示した底面図である。

[図 19]図 15に示した従来の光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。

[図 20]図 15に示した従来の光透過用窓部材の製造工程を説明するための下面方向からの斜視図である。

[図 21]従来の半導体パッケージの全体構成を示した斜視図である。

[図 22]図 21に示した従来の半導体パッケージの製造工程を説明するための斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0037] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

[0038] (第 1実施形態）

図 1一図 4は、本発明の第 1実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した図である。図 5は、本発明の第 1実施形態による光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。図 6は、図 1に示した光透過用窓部材を備えた半導体パッケージの全体構成を示した斜視図であり、図 ₇は、図 6に示した半導体パッケージの製造工程を説明するための斜視図である。まず、図 1一図 4および図 6を参照して、本発明の第 1実施形態による光透過用窓部材 10および光透過用窓部材 10を備えた半導体パッケージ 30の構造について説明する。

[0039] 本発明の第 1実施形態による光透過用窓部材 10は、図 1一図 4に示すように、光を透過可能なガラス部材 1と、コバール (鉄 'ニッケル 'コバルト合金（たとえば、 29Ni— 1 6Co-Fe) )製のフレーム 2と、金メッキ層 3とを備えて!/、る。

[0040] ガラス部材 1は、フレーム 2の外周部よりも小さい外周部を有するとともに、約 3mm 以上の厚みを有する。また、ガラス部材 1には、 Naなどのアルカリイオンが含有されている。また、ガラス部材 1は、約 5. 15 X 10— ⁶ZK—約 5. 45 Χ 10— ⁶ΖΚの熱膨張係数を有する。また、ガラス部材 1は、約 2 m以下の平面度と約 10 m以下の平行度とを有するとともに、ガラス部材 1の下面 (接合面）は、約 0. 1 μ m以下の表面粗さ (R max)を有する。このガラス部材 1の下面は、接合領域 4において、平板状のフレーム 2の上面に接着材を介することなぐ陽極接合されている。フレーム 2は、約 0. 2mm の小さい厚みを有する平板状に形成されているとともに、中央部に光の通過領域を規定するための開口部 2aを有する。また、コバール（29Ni— 16Co— Fe)製のフレーム 2は、約 4. 6 X 10— ⁶ZK—約 5. 2 X 10— ⁶ΖΚの熱膨張係数を有する。つまり、フレーム 2は、ガラス部材 1の熱膨張係数（約 5. 15 X 10— ⁶ΖΚ—約 5. 45 X 10— ⁶ΖΚ)の近傍の熱膨張係数 (約 4. 6 X 10— ⁶ΖΚ—約 5. 2 X 10— ⁶ΖΚ)を有する。また、フレーム 2の上面 (接合面）は、鏡面加工されている。金メッキ層 3は、接合領域 4を除くフレーム 2のすベての領域を覆うように形成されている。この金メッキ層 3は、フレーム 2の表面の腐食を防止するために設けられて、る。

[0041] また、光透過用窓部材 10は、図 6に示すように、たとえば、プロジェクタに使用される表示素子としての DMD素子（図示せず）が収納されたコバール（たとえば、 29ΝΪ- 16Co— Fe)製のハウジング 20に、ハウジング 20を密閉するように、抵抗溶接により接合されている。光透過用窓部材 10とハウジング 20とによって、 DMD素子用の半導体パッケージ 30が構成されて!、る。

[0042] 次に、図 1および図 5—図 7を参照して、第 1実施形態による光透過用窓部材 10の製造方法および光透過用窓部材 10を備えた半導体パッケージ 30の製造方法について説明する。まず、図 5に示すように、光を透過可能なガラス部材 1の上面および下面 (接合面）を研磨することによって、約 0. 1 μ m以下の表面粗さ (Rmax)の接合面（下面）を有するとともに、約 2 μ m以下の平面度と約 10 μ m以下の平行度とを有するガラス部材 1を形成する。また、プレス力卩ェを用いて、平板状のフレーム 2に、光の通過領域を規定するための開口部 2aを形成するとともに、フレーム 2の上面 (接合面）を鏡面カ卩ェする。次に、ガラス部材 1の下面を、フレーム 2の開口部 2aを覆うように、フレーム 2の上面にガラス部材 1の軟ィ匕点以下で陽極接合する。この場合の陽極接合の条件は、温度:約 400°C—約 500°C、印加電圧:約 500V以上である。なお、ガラス部材 1には、 Naなどのアルカリイオンが含有されているので、容易に、ガラス部材 1とコバール製のフレーム 2とを陽極接合することが可能である。ガラス部材 1とフレーム 2とを陽極接合した後、電解メツキ法を用いて、フレーム 2の外面全体を覆うように、金メッキ層 3を形成する。このようにして、図 1に示した第 1実施形態による光透過用窓部材 10が形成される。

[0043] また、上記のように形成された光透過用窓部材 10のフレーム 2の下面を、 DMD素子（図示せず）が収納されたノヽウジング 20の外周部の上面 20aに抵抗溶接によってノ、ウジング 20を密閉するように接合する。抵抗溶接による接合条件は、電流:約 100 OA、通電時間：約 5msec以下、圧力：約 lkg以上である。これにより、図 6に示したような、光透過用窓部材 10とハウジング 20と力もなる DMD素子用の半導体パッケ一ジ 30が形成される。

[0044] 第 1実施形態では、上記のように、光の通過領域を規定するための開口部 2aを有するコバール製の平板状のフレーム 2の上面に、光を透過可能なガラス部材 1を接着材を介することなく陽極接合することによって、図 17に示した従来のフレーム 22の開口部 22aの内側面にガラス部材 21を接合する場合と異なり、フレーム 2の厚みを大きくする必要がないとともに、フレーム 2の開口部 2aとは別にガラス部材 1に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がない。これにより、フレーム 2の厚みを小さくすることができるとともに、光透過用窓部材 10の構造を簡略ィ匕することができる。また、フレーム 2の開口部 2aとは別にガラス部材 1側に光の入射領域を規定するための開口領域を設ける必要がないので、ガラス部材 1に開口領域を設ける場合に必要なクロムなどの遮光膜を蒸着する工程が不要になる。その結果、光透過用窓部材 1の製造工程を簡略ィ匕することができる。

[0045] また、第 1実施形態では、ガラス部材 1を、平板状のフレーム 2の上面に陽極接合することによって、平板状のフレーム 2の上面とガラス部材 1との接合温度をガラス部材 1 の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、平板状のフレーム 2とガラス部材 1との接合時の温度によって、ガラス部材 1の表面が軟ィ匕するのが抑制される。これにより、ガラス部材 1の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、平板状のフレーム 2の上面とガラス部材 1との接合後に、ガラス部材 1の表面を研磨する必要がない。その結果、ガラス部材 1とフレーム 2との接合前のガラス部材 1の単体の状態で研磨を行うことができるので、ガラス部材 1とフレーム 2との接合後にフレーム 2と接合されたガラス部材 1を研磨する場合に比べて、ガラス部材 1の研磨がより容易になる。これにより、ガラス部材 1の研磨工程を簡略ィ匕することができる。

[0046] また、第 1実施形態では、ガラス部材 1の下面 (接合面)を約 0. 1 μ m以下の表面粗さ (Rmax)を有するように形成するとともに、平板状のフレーム 2の上面 (接合面）を鏡面カ卩ェすることによって、平板状のフレーム 2の上面とガラス部材 1の下面との接合面に隙間が発生するのが抑制されるので、平板状のフレーム 2の上面とガラス部材 1の下面との接合面を空気が通過するのを抑制することができる。これにより、フレーム 2 とガラス部材 1とが陽極接合された光透過用窓部材 10を、半導体パッケージ 30のハウジング 20に抵抗溶接により接合した場合に、ハウジング 20を光透過用窓部材 10 により密閉状態に保持することができる。

[0047] また、第 1実施形態では、コバール製のフレーム 2を、ガラス部材 1の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有するように構成することによって、接合後にコバール製のフレーム 2およびガラス部材 1の温度が常温まで下がった場合に、コバール製のフレーム 2の熱膨張係数とガラス部材 1の熱膨張係数との差によってガラス部材に反りやひずみが発生するのを抑制することができる。

[0048] また、第 1実施形態では、コバール製のフレーム 2の下面を、 DMD素子（図示せず )が収納されたコバール製のハウジング 20の外周部の上面 20aに抵抗溶接により接合すること〖こよって、抵抗溶接は、溶接部分に瞬間的に電流を流し、その抵抗発熱によって溶接するので、コバール製のフレーム 2の下面とハウジング 20との接合は、局所的な加熱によって接合することができる。これにより、コバール製のフレーム 2とハウジング 20との接合時のガラス部材 1の温度をガラス部材 1の軟ィ匕点よりも低くすることができるので、コバール製のフレーム 2とハウジング 20との接合時の温度によって、ガラス部材 1の表面が軟ィ匕するのが抑制される。これにより、ガラス部材 1の平面度や平行度が低下するのを抑制することができるので、ガラス部材 1の光透過特性が低下するのを抑制することができる。また、コバール製のフレーム 2とハウジング 20との接合時にハウジング 20に収納された DMD素子（図示せず)の温度が上昇するのを抑制することができるので、コバール製のフレーム 2とハウジング 20との接合時の温度上昇に起因してハウジング 20に収納された DMD素子（図示せず）が破壊されるのを防止することができる。

[0049] (第 2実施形態）

図 8—図 11は、本発明の第 2実施形態による光透過用窓部材の全体構成を示した図である。図 12は、本発明の第 2実施形態による光透過用窓部材の製造工程を説明するための斜視図である。図 13は、図 8に示した光透過用窓部材を備えた半導体ノッケージの全体構成を示した斜視図である。この第 2実施形態では、上記第 1実施形態と異なり、ガラス部材 1とコバール製のフレーム 2とは、 A1層 5を介して陽極接合されている。まず、図 8—図 11および図 13を参照して、本発明の第 2実施形態による光透過用窓部材 10aおよび光透過用窓部材 10aを備えた半導体パッケージ 30aの構造について説明する。

[0050] 本発明の第 2実施形態による光透過用窓部材 10aでは、図 8—図 11に示すように、ガラス部材 1の下面は、接合領域 4 (図 10および図 11参照）において、平板状のフレーム 2の上面に A1層 5を介して、陽極接合されている。この A1層 5は、約 0. 05 /z m— 約 100 /z mの厚みを有している。なお、 A1層 5の厚みが約 0. 05 /z mよりも小さい場合には、 A1がコバール力もなるフレーム 2内に拡散して A1層 5が無くなる場合がある。また、 A1層 5の厚みが約 100 mよりも大きい場合には、 A1層 5とガラス部材 1との熱膨張係数の差に起因してガラス部材 1に引張り応力が残留することにより、ガラス部材 1が破損する場合がある。このため、 A1層 5の厚みは、約 0. 05 μ m—約 100 μ m に設定するのが好ましい。また、 A1層 5は、フレーム 2の接合領域 4のみに形成されている。また、図 13に示すように、光透過用窓部材 10aとハウジング 20とによって、 DM D素子用の半導体パッケージ 30aが構成されている。

[0051] なお、第 2実施形態のその他の構造は、上記第 1実施形態と同様である。 [0052] 次に、図 8および図 12を参照して、第 2実施形態による光透過用窓部材 10aの製造方法について説明する。まず、図 12に示すように、光を透過可能なガラス部材 1の上面および下面 (接合面）を研磨することによって、約 0. 1 μ m以下の表面粗さ (Rm ax)の接合面（下面）を有するとともに、約 2 μ m以下の平面度と約 10 μ m以下の平行度とを有するガラス部材 1を形成する。また、プレス加工を用いて、平板状のフレーム 2に、光の通過領域を規定するための開口部 2aを形成するとともに、フレーム 2の上面 (接合面）を鏡面カ卩ェする。そして、フレーム 2の上面を純水またはアルコールなどを用いて洗浄する。その後、マスクを用いてフレーム 2の接合領域 4のみに A1を蒸着することにより、約 0. 05 m—約 100 mの厚みを有する A1層 5を形成する。なお、フレーム 2の上面は鏡面加工されているので、フレーム 2の上面に蒸着された A1層 5の上面も鏡面に形成される。そして、フレーム 2および A1層 5を、約 400°C—約 500 °Cの温度で約 1分間拡散焼鈍を行う。次に、ガラス部材 1の下面を、フレーム 2の開口部 2aを覆うように、 A1層 5の上面にガラス部材 1の軟ィ匕点以下で陽極接合する。この場合の陽極接合の条件は、温度:約 400°C—約 500°C、印加電圧:約 500V以上である。このとき、 A1層 5の一部（ γ—アルミナ）は、ガラス部材 1の界面内部に櫛状に延びるように形成される。なお、ガラス部材 1には、 Naなどのアルカリイオンが含有されているので、容易に、ガラス部材 1とコバール製のフレーム 2とを陽極接合することが可能である。ガラス部材 1とフレーム 2とを A1層 5を介して陽極接合した後、電解メッキ法を用いて、フレーム 2の外面全体を覆うように、金メッキ層 3を形成する。このようにして、図 8に示した第 2実施形態による光透過用窓部材 10aが形成される。

[0053] なお、第 2実施形態による半導体パッケージ 30a (図 13参照）の製造方法は、上記第 1実施形態による半導体パッケージ 30の製造方法と同様である。

[0054] 第 2実施形態では、上記のように、コバール製の平板状のフレーム 2とガラス部材 1 とを、 A1層 5を介して陽極接合することによって、 A1層 5の一部（ γ—アルミナ）をガラス部材 1の界面内部に櫛状に延びるように形成することができるので、 A1層 5とガラス部材 1との接合強度を大きくすることができる。これにより、コバール製のフレーム 2とガラス部材 1との接合強度を大きくすることができる。

[0055] なお、第 2実施形態のその他の効果は、上記第 1実施形態と同様である。 [0056] なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすベての変更が含まれる。

[0057] たとえば、上記第 1および第 2実施形態では、 DMD素子用の半導体パッケージに用いられる光透過用窓部材について説明した力本発明はこれに限らず、 DMD素子以外の他の半導体素子用の半導体パッケージに用いられる光透過用窓部材にも適用可能である。

[0058] また、上記第 1および第 2実施形態では、ガラス部材をフレームに陽極接合によつて接合する例を示したが、本発明はこれに限らず、ガラス部材とフレームとを接着材を介さな、で接合することが可能な方法であれば、陽極接合以外の接合方法を用いてもよい。この場合の陽極接合以外の接合法としては、ガラスの軟化点以下の温度で接着材を介さずにガラス部材とフレームとを接合することが可能な接合法を用いるのが好ましい。

[0059] また、上記第 1および第 2実施形態では、フレームをコバール (鉄 'ニッケル'コバルト合金）により形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、他の金属によりフレームを形成してもよい。この場合、フレームは、ガラス部材の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有する金属により形成するのが好ましい。このような金属としては、たとえば、約 4. 5 X 10— ⁶ZK—約 5. 3 X 10— ⁶ΖΚの熱膨張係数を有する 42Ni— Feなどの鉄 •ニッケル合金などが考えられる。

[0060] また、上記第 2実施形態では、フレームとガラス部材とを A1層を介して陽極接合する例を示した力本発明はこれに限らず、フレームとガラス部材とを A1層以外の金属層を介して陽極接合してもよい。

[0061] また、上記第 2実施形態では、フレームおよびガラス部材を約 400°C—約 500°Cの温度で約 1分間拡散焼鈍を行った後に、フレームとガラス部材とを A1層を介して陽極接合する例を示したが、本発明はこれに限らず、フレームおよびガラス部材を拡散焼鈍することなくフレームとガラス部材とを A1層を介して陽極接合してもよい。この場合、陽極接合しながら、フレームおよびガラス部材を拡散焼鈍することができる。 [0062] また、上記第 2実施形態では、フレームの接合領域に A1を蒸着するとともに、フレームとガラス部材とを A1層を介して陽極接合する例を示したが、本発明はこれに限らず、図 14に示した第 2実施形態の変形例のように、ガラス部材 1の下面に A1を蒸着するとともに、フレーム 2とガラス部材 1とを A1層 5aを介して陽極接合してもよい。

[0063] また、上記第 2実施形態では、マスクを用いてフレームの接合領域のみに A1を蒸着する例を示した力本発明はこれに限らず、マスクを用いることなぐフレーム全面に A1を蒸着してもよい。

[0064] また、上記第 2実施形態では、フレームに A1層を形成するために蒸着法を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、フレームに A1層を形成するために、たとえば、メツキゃクラッドなどの蒸着法以外の方法により A1層を形成してもよい。すなわち、フレームとなるコバール層と A1層とを圧接接合することにより、コバール層カゝらなるフレームに A1層が接合されたクラッド材を形成するようにしてもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体パッケージ（30、 30a)に用いられる光透過用窓部材（10、 10a)であって、光の通過領域を規定するための開口部（2a)を有する金属製の平板状のフレーム（ 2)と、

前記開口部を有する平板状のフレームの上面に、前記開口部を覆うように、接着材を介することなく接合された光を透過可能なガラス部材（1)とを備えた、光透過用窓部材。

[2] 前記光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、前記ガラス部材とは、 A1層（5、 5a)を介して接合されている、請求項 1に記載の光透過用窓部材。

[3] 前記ガラス部材は、前記光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に陽極接合されている、請求項 1または 2に記載の光透過用窓部材。

[4] 前記ガラス部材は、前記ガラス部材の軟ィ匕点以下の温度で、前記光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に接合されている、請求項 1一 3 のいずれか 1項に記載の光透過用窓部材。

[5] 前記光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの前記ガラス部材が接合される側の上面は、鏡面カ卩ェされている、請求項 1一 4のいずれ力 1項に記載の光透過用窓部材。

[6] 前記光の透過領域を規定する開口部を有する金属製のフレームは、前記ガラス部材の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有している、請求項 1一 5のいずれか 1項に記載の光透過用窓部材。

[7] 前記光の透過領域を規定する開口部を有するフレームは、鉄 ·-ッケル 'コバルト合金力もなる、請求項 6に記載の光透過用窓部材。

[8] 前記ガラス部材は、アルカリイオンを含有する、請求項 1一 7のいずれか 1項に記載の光透過用窓部材。

[9] 前記金属製のフレームの下面は、前記半導体パッケージの金属製のハウジング（2 0)に、前記ハウジングを密閉するように接合される、請求項 1一 8のいずれ力 1項に記載の光透過用窓部材。

[10] 前記金属製のフレームの下面は、前記半導体パッケージの金属製のハウジングに抵抗溶接により接合されている、請求項 9に記載の光透過用窓部材。

[11] 光の通過領域を規定するための開口部（2a)を有する金属製の平板状のフレーム（ 2)と、

前記開口部を有する平板状のフレームの上面に、前記開口部を覆うように、接着材を介することなく接合された光を透過可能なガラス部材（1)とを含む光透過用窓部材 (10、 10a)を備えた、半導体パッケージ（30、 30a)。

[12] 前記光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、前記ガラス部材とは、 A1層（5、 5a)を介して接合されている、請求項 11に記載の半導体ノッケ^ ~"シ。

[13] 前記ガラス部材は、前記平板状のフレームの上面に陽極接合されている、請求項 1

1または 12に記載の半導体パッケージ。

[14] 前記ガラス部材は、前記ガラス部材の軟化点以下の温度で、前記光の透過領域を規定する開口部を有する平板状のフレームの上面に接合されている、請求項 11一 1

3の!、ずれ力 1項に記載の半導体パッケージ。

[15] 前記金属製のフレームの下面により密閉されるように前記金属製のフレームの下面と接合され、半導体素子が収納されたハウジング (20)をさらに備える、請求項 11一 1

4の!、ずれ力 1項に記載の半導体パッケージ。

[16] 前記金属製のフレームと前記ハウジングとは、同一の材料からなる、請求項 15に記載の半導体パッケージ。

[17] 前記金属製のフレームと前記ハウジングとは、鉄'ニッケル'コバルト合金力なる、請求項 16に記載の半導体パッケージ。

[18] 前記金属製のフレームの下面は、前記半導体パッケージの金属製のハウジングに抵抗溶接により接合されている、請求項 15— 17のいずれか 1項に記載の半導体パッケーン。

[19] 半導体パッケージ（30、 30a)に用いられる光透過用窓部材（10、 10a)の製造方法であって、

光の通過領域を規定するための開口部（2a)を有する金属製の平板状のフレーム（ 2)を準備する工程と、

光を透過可能なガラス部材（1)を前記開口部を有する平板状のフレームの上面に、前記開口部を覆うように、陽極接合する工程とを備えた、光透過用窓部材の製造方法。

[20] 前記陽極接合する工程は、前記光の透過領域を規定する開口部を有する金属製の平板状のフレームと、前記ガラス部材とを A1層（5、 5a)を介して陽極接合する工程を含む、請求項 19に記載の光透過用窓部材の製造方法。

[21] 前記陽極接合する工程に先立って、

前記フレームの前記ガラス部材に対する接合面に前記 A1層を形成する工程をさらに備える、請求項 20に記載の光透過用窓部材の製造方法。

[22] 前記陽極接合する工程に先立って、

前記ガラス部材の前記フレームに対する接合面を研磨する工程をさらに備える、請求項 19一 21のいずれか 1項に記載の光透過用窓部材の製造方法。