(57)【要約】【課題】  プラスチック製の半導体パッケージに好適に装着できる窓用のガラス、並びに種々の機能を有する前記半導体パッケージ用のガラス窓を提供する。【解決手段】  （１）プラスチック製の半導体パッケージの窓材に供され、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃である、あるいは（２）前記平均線膨張係数を有し、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ以下である、半導体パッケージの窓用ガラス、並びに、（ａ）前記窓用ガラスからなる、（ｂ）レンズ機能を備え、前記平均線膨張係数を有する、あるいは（ｃ）前記平均線膨張係数を有し、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ以下であって、Ｃｕ及び燐酸を含むガラスからなり、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満である、半導体パッケージ用ガラス窓である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック製の半導体パッケージの窓材に供され、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃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。
【請求項２】
１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ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。
【請求項３】
Ｃｕ及び燐酸を含有するガラスからなる請求項１または２に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
【請求項４】
厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満である請求項３に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
【請求項５】
カチオン％表示で、Ｐ５＋  ２３〜４１％、Ａｌ３＋  ４〜１６％、Ｌｉ＋  １１〜４０％、Ｎａ＋  ３〜１３％、Ｒ２＋  １２〜５３％（Ｒ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋）、Ｃｕ２＋  ２．６〜４．７％を含むとともに、アニオン成分としてＦ−およびＯ２−を含む請求項３または４に記載の半導体パッケージの窓用ガラス。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窓用ガラスからなる半導体パッケージ用ガラス窓。
【請求項７】
レンズ機能を備え、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃であ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】
１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ以下であって、Ｃｕ及び燐酸を含有するガラスからなり、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満であり、かつ平板形状を有す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９】
精密プレス成形品である請求項６〜８のいずれか１項に記載の半導体パッケージ用ガラス窓。
【請求項１０】
１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃のガラスからなるレンズ形状の窓材ガラスを精密プレス成形することを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓の製造方法。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体パッケージ用ガラス窓または請求項１０に記載の製造方法により作製された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。
【請求項１２】
半導体素子が撮像素子である請求項１１に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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その製造方法、ならびに半導体パッケージに関する。さらに詳しくは、本発明は、デジタルカメラやＶＴＲカメラ等の固体撮像素子を内蔵するプラスチック製半導体パッケージの窓用として供されるガラス、前記半導体パッケージ用のガラス窓、例えばＣＣＤなどの撮像素子の色感度を補正する近赤外線吸収フィルター機能などを有する半導体パッケージ用ガラス窓およびその製造方法、並びに前記ガラス窓と、半導体素子と、該半導体素子を収容するパッケージを備えた半導体パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤなどの半導体は、パッケージ用窓材ガラスから放出されるα線によりソフトエラーを生じるため、パッケージ用窓材ガラスに含有されるα線を放出する放射性同位元素の量を低減させなければならない。そして、α線の放出を抑制した半導体パッケージ用窓材ガラスとして、例えばＵおよびＴｈの含有量を５ｐｐｂ以下に抑えた半導体パッケージ用窓材ガラスが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
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った。レンズ、フィルター、パッケージなど全ての部品の小型化、薄型化が進んでいる。さらに小型化・薄型化だけではなく複合化も提案されている。例えば前記特許文献１では、透明な半導体パッケージ用窓材ガラスの他、ＣｕＯを含み近赤外波長を吸収する半導体用パッケージの窓用ガラスが開示されている。
【０００４】
ところで、従来の半導体パッケージの窓用ガラスは、アルミナなどのセラミックパッケージの熱膨張特性に合わされており膨張係数が比較的小さい。そのため、プラスチック製パッケージと接着すると、熱膨張差のためパッケージの反り・変形やガラスの割れなどが生じ、プラスチック材料を使用してパッケージを軽量化する際の障害になっていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０６８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで、プラスチック製の半導体パッケージに好適に装着できる窓用のガラス、種々の機能を有する前記半導体パッケージ用のガラス窓及びその製造方法、並びに前記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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定の平均線膨張係数を有するガラス、特定の平均線膨張係数を有すると共に、Ｕ及びＴｈの含有量がある値以下のガラスが、プラスチック製の半導体パッケージの窓用ガラスとして、その目的に適合し得ること、そして、これらのガラスからなる半導体パッケージ用ガラス窓、あるいはさらにレンズ機能や特定の分光透過率を有する半導体パッケージ用ガラス窓が、前記目的に適合し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、
（１）プラスチック製の半導体パッケージの窓材に供され、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃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１という。）、
（２）１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ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）Ｃｕ及び燐酸を含有するガラスからなる上記（１）項または（２）項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
（４）厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満である上記（３）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＋  ２３〜４１％、Ａｌ３＋  ４〜１６％、Ｌｉ＋  １１〜４０％、Ｎａ＋  ３〜１３％、Ｒ２＋  １２〜５３％（Ｒ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋）、Ｃｕ２＋  ２．６〜４．７％を含むとともに、アニオン成分としてＦ−およびＯ２−を含む上記（３）項または（４）項に記載の半導体パッケージの窓用ガラス、
（６）上記（１）項〜（５）項のいずれか１項に記載の窓用ガラスからなる半導体パッケージ用ガラス窓（以下、ガラス窓１という。）、
（７）レンズ機能を備え、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃であることを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓（以下、ガラス窓２という。）、
（８）１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ以下であって、Ｃｕ及び燐酸を含有するガラスからなり、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満であり、かつ平板形状を有することを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓（以下、ガラス窓３という。）、
（９）精密プレス成形品である上記（６）項〜（８）項のいずれか１項に記載の半導体パッケージ用ガラス窓、
（１０）１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃のガラスからなるレンズ形状の窓材ガラスを精密プレス成形することを特徴とする半導体パッケージ用ガラス窓の製造方法、
（１１）上記（６）項〜（９）項のいずれか１項に記載の半導体パッケージ用ガラス窓または上記（１０）項に記載の製造方法により作製された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
（１２）半導体素子が撮像素子である上記（１１）項に記載の半導体パッケージ、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラスチック製パッケージへ良好に装着できる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その製造方法、ならびに前記ガラス窓を備えた半導体パッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において、窓用ガラスとは半導体パッケージに取付けられる窓の材料に使用されるガラスを意味し、ガラス窓とは半導体パッケージに取付けられるガラス製の窓を意味する。窓用ガラスは以下のようにガラス１とガラス２に大別される。
［ガラス１］
ガラス１は、プラスチック製の半導体パッケージの窓材に供され、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０×１０−７〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃のガラスである。
ガラス１によれば、平均線膨張係数を上記範囲にすることにより、プラスチック製パッケージと接着してもパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。また、プラスチック製の窓と比べて耐久性、均質性に優れた窓を提供することもできる。
上記パッケージは、半導体素子を収容するパッケージ全体、あるいは窓を半導体素子に対して固定するための枠体、または半導体素子の受光面を窓を用いて密閉する機能を備えた前記の枠体も含む。以下、パッケージという場合は、上記パッケージを意味するものとする。
【００１１】
［ガラス２］
ガラス２は、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃であり、ＵおよびＴｈの含有量が、それぞれ５ｐｐｂ以下の窓用ガラスである。
ガラス２によれば、平均線膨張係数を上記範囲にすることにより、プラスチック製パッケージと接着してもパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。さらにＵおよびＴｈの含有量がともに５ｐｐｂ以下であるので、ガラス窓からのα線放出によるソフトエラーのない半導体パッケージを提供することができる。それにより、ガラス窓を半導体素子に近接して配置でき、パッケージを小型、軽量化することもできる。
本発明の半導体パッケージの窓用ガラスとしては、上記ガラス１とガラス２の特徴を兼備するものが好ましい。
【００１２】
窓用ガラスに１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃という高膨張特性を付与するためには、アルカリ金属酸化物またはフッ素、あるいはアルカリ金属酸化物とフッ素の両方を導入することが好ましい。アルカリ金属酸化物、フッ素の導入量は上記膨張係数、耐候性の良否などを考慮して決めることができる。
【００１３】
耐候性の良否については、表面を研磨したガラス試料を温度６０℃、湿度８０％ＲＨの条件で１０００時間保持した後、試料の研磨表面にヤケなどの変質があるかどうかによって判定することができる。つまり、耐候性が良好なガラスでは上記耐候性試験後も表面変質は認められず、窓用ガラスとして十分に使用することができる。一方、それ以外のガラス試料では表面が変質し、窓用ガラスとしては使用できない状態になる。耐候性の良否を上記耐候性試験前後における分光透過率の変化によって判定することもできる。波長４００〜７００ｎｍにおける分光透過率の最大値を試験前後で比較し、試験後の分光透過率の最大値が、試験前の分光透過率の最大値の９０％以上になっていれば良好な耐候性を示すものと言える。なお分光透過率を測定する場合は、両面が互いに平行になるように研磨した試料を使用する。分光透過率は試料表面における光損失も含むため、試験前後における試料表面状態を比較することができる。
【００１４】
窓用ガラスとしては、ガラス転移温度が５５０℃以下のものが好ましい。このような低転移温度のガラスによれば、精密プレス成形によってガラス窓を作製することもできる。精密プレス成形によってガラス窓の光入出射面をレンズ形状にしたり、前記光入出射面に回折格子としての機能を付与するためのパターンやオプティカルローパスフィルターとしての機能を付与するためのパターンなどを生産性よく形成することができる。
【００１５】
ガラス組成の面から見て、上記窓用ガラスとしては、燐酸含有ガラス（例えば、フツ燐酸ガラス、燐酸ガラス）、ＳｉＯ２及びアルカリ金属酸化物を含有するガラスが適している。これらのガラスによれば、均質なガラスを得やすい。窓用ガラスとしては、特にフツ燐酸ガラスが好ましい。
燐酸含有ガラス（フツ燐酸ガラス、燐酸ガラス）は燐酸を主成分として含有するガラスであり、その具体的な説明は後述する。
【００１６】
ＳｉＯ２及びアルカリ金属酸化物含有ガラスとしては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物を含むガラスが好ましい。具体的な組成としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、アルカリ金属酸化物を必須成分とし、前記必須成分の合計量が６０モル％以上であるガラスが好ましく、モル％表示で、ＳｉＯ２  ３８〜５８％、ＴｉＯ２  ７〜３０％、アルカリ金属酸化物を合計で１５〜４０％、Ａｌ２Ｏ３  ０〜１２％含むガラスがより好ましい。中でも、Ｎａ２Ｏ  １０〜２５％、Ｋ２Ｏ  ４〜１５％、ＭｇＯ  ０〜１３％、ＣａＯ  ０〜１０％、ＳｒＯ  ０〜８％、ＢａＯ  ０〜６％、ＺｎＯ  ０〜１０％、Ｓｂ２Ｏ３  ０〜１％を含むものがさらに好ましく、ＭｇＯ含有量が１〜１３％、ＺｎＯ含有量が０．５〜１０％であるものが特に好ましい。上記組成範囲においては、屈折率（ｎｄ）が１．６付近、アッベ数（νｄ）が３６〜３７付近の光学恒数を得ることができる。
なお、アルカリ金属酸化物、フッ素とも膨張係数を大きくする働きをもつが、耐候性に悪影響を与えにくい点から見て、燐酸含有ガラス（フツ燐酸ガラスおよび燐酸ガラス）がより好ましい。このようなガラスについては後に詳しく説明する。
【００１７】
窓用ガラスに半導体撮像素子の色補正フィルター機能を付与するには、ガラスにＣｕを導入して近赤外線吸収特性をもたせるのがよい。このような色補正フィルター機能付き窓用ガラスとしては、Ｃｕ及び燐酸を含有するガラス（フツ燐酸ガラスまたは燐酸ガラス）を使用することが好ましく、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満であるガラスを使用することがより好ましい。
【００１８】
さらに、窓用ガラスは半導体撮像素子に近接して配置する上から、ガラス中の白金異物の大きさ及びその混入量とも通常の光学ガラスよりも低レベルに抑えることが肝要である。その理由は窓用ガラス中に白金粒などの異物があると、その影が撮像素子に写り込んだり、異物による回折などによって像がぼやけるなどの悪影響が出るからである。一般に使用されるレンズなどのガラス製光学素子でも異物の管理は行われるが、これらの光学素子は撮像素子から離して使用するので窓材ガラスほど異物の写り込みや回折による画質低下は引き起こさない。本発明の窓用ガラスでは、粒子径が２μｍ以上の白金異物の数が１０個／１００ｍｌ以下であることが好ましく、粒子径が２μｍ以上の白金異物を含まないことがより好ましい。なお、白金異物の混入を防止することは、Ｕ、Ｔｈなどの放射性物質の混入量を低減する上からも好ましい。
また、白金異物だけでなく、Ｃｕを導入する場合にはＣｕ金属粒子あるいはＣｕ化合物粒子を析出させないことが望ましい。また窓用ガラスは非晶質相からなるものが好ましい。
【００１９】
次にＣｕ含有ガラスとして特に適しているガラスの組成を説明する。その組成は、カチオン％表示で、Ｐ５＋  ２３〜４１％、Ａｌ３＋  ４〜１６％、Ｌｉ＋  １１〜４０％、Ｎａ＋  ３〜１３％、Ｒ２＋  １２〜５３％（Ｒ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋）、Ｃｕ２＋  ２．６〜４．７％を含むとともに、アニオン成分としてＦ−およびＯ２−を含むものを挙げることができる。以下、カチオンの割合はカチオン％で、アニオンの割合はアニオン％で表示する。
【００２０】
Ｐ５＋はフツ燐酸ガラスの基本成分であり、赤外域の吸収をもたらす重要な成分である。２３%未満では色が悪化して緑色を帯びる場合があり、逆に４１％を超えると耐候性、耐失透性が悪化する傾向がある。したがってＰ５＋の含有量は２３〜４１％が好ましい。
【００２１】
Ａｌ３＋はフツ燐酸ガラスの耐失透性を向上させる重要な成分である。４％未満では耐失透性が悪く、液相温度が高くなり高品質なガラスの溶解成形が困難になるおそれがある。逆に１６％を超えても耐失透性が悪化する場合がある。したがってＡｌ３＋の含有量は４〜１６％が好ましい。
【００２２】
Ｌｉ＋はガラスの耐失透性を改善させる有用な成分であるが、１１％未満ではその効果が不十分で、逆に４０％を超えるとガラスの耐久性、加工性が悪化する場合がある。したがってＬｉ＋の含有量は１１〜４０％が好ましい。
【００２３】
Ｎａ＋もガラスの耐失透性を改善させる有用な成分であるが、３％未満ではその効果が不十分で、逆に１３％を超えるとガラスの耐久性、加工性が悪化する場合がある。したがってＮａ＋の含有量は３〜１３％が好ましい。
【００２４】
Ｒ２＋（Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋）はフツ燐酸ガラスにおいてガラスの耐失透性、耐久性、加工性を向上させる有用な成分である。Ｒ２＋の合計が１２％未満ではガラスの耐失透性、耐久性が劣化しやすく、逆に５３％を超えると耐失透性が悪化する場合がある。したがってＲ２＋の含有量は１２〜５３％が好ましい。
【００２５】
なお、Ｍｇ２＋の好ましい範囲は３〜５％、Ｃａ２＋の好ましい範囲は６〜９％、Ｓｒ２＋の好ましい範囲は５〜８％、Ｂａ２＋の好ましい範囲は３〜６％、Ｚｎ２＋の好ましい範囲は０〜３％である。
【００２６】
Ｃｕ２＋は２．６％未満では赤外線吸収が小さく、厚さ０．５ｍｍに換算した透過率が４００〜７００ｎｍの範囲において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍよりも長波長となるおそれがある。逆に４．７％を超えると耐失透性が悪化する原因となる。したがってＣｕ２＋の含有量は２．６〜４．７％が好ましい。
【００２７】
Ｏ２−は上記窓材ガラスにおいて特に重要なアニオン成分である。５２％未満では２価のＣｕ２＋が還元され１価のＣｕ＋となるため短波長域、特に４００ｎｍ付近の吸収が大きくなる傾向が生じ、緑色を呈するようになる。したがってＯ２−の含有量は５２〜７５％が好ましい。
【００２８】
Ｆ−はガラスの融点を下げ、耐候性を向上させる重要なアニオン成分である。上記窓材ガラスはＦ−を含有することによって、ガラスの溶融温度を下げ、溶解中に炉壁や耐火物、耐熱容器から侵入するＵ、Ｔｈおよび白金異物の量を容易に抑えることができる。２５％未満では耐候性が不十分であり、逆に４８％を超えるとＯ２−の含有量が減少するため、１価のＣｕ＋による４００ｎｍ付近の着色を生じる原因となる。したがってＦ−の含有量は２５〜４８％が好ましい。
【００２９】
Ｋ＋、Ｚｒ４＋、Ｌａ３＋、Ｇｄ３＋、Ｙ３＋、Ｓｉ４＋、Ｂ３＋、Ｓｂ3＋、Ｃｅ4＋は耐失透性の向上、ガラス粘度の調整、透過率の調整、清澄の目的で適宜用いることができるが、上記カチオンの合計量を５％未満とすることが好ましく、１％未満とすることがより好ましく、導入しないことがさらに好ましい。
【００３０】
なお、上記組成範囲における好ましい組成範囲を以下に示す。
（好ましい範囲１）
アニオン成分として、Ｐ５＋  ２３〜４１％、Ａｌ３＋  ４〜１６％、Ｌｉ＋  １１〜４０％、Ｎａ＋  ３〜１３％、Ｒ２＋  １２〜５３％（Ｒ２＋はＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋）、Ｃｕ２＋  ２．６〜４．７％、アニオン成分としてＦ−  ２５〜４８％およびＯ２−  ５２〜７５％を含むフツ燐酸ガラス。
（好ましい範囲２）
Ｐ５＋、Ａｌ３＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃｕ２＋、Ｓｂ３＋の合計量が９９カチオン％以上、より好ましくは１００カチオン％のフツ燐酸ガラス。
（好ましい範囲３）
Ｆ−、Ｏ２−の合計量が１００アニオン％のフツ燐酸ガラス。
（好ましい組成範囲４）
Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄを含まないフツ燐酸ガラス。なお、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄを含まないガラスはフツ燐酸ガラスに限らず、窓材ガラス１〜３のいずれにおいても好ましい。
【００３１】
上記フツ燐酸ガラスによれば、屈折率（ｎｄ）が１．５付近、アッベ数（νｄ）が７４．５付近の光学恒数を得ることができる。そのため、レンズ形状の設計にあたっては、前記光学恒数を参考にすればよい。
燐酸ガラスあるいはフツ燐酸ガラスなどの燐酸含有ガラスは、一般に化学的耐久性に乏しく、例えば６０℃、８０％ＲＨの環境下で１０００時間の耐候性試験などには耐えることができず、ガラスの表面が浸食され、白濁や荒れが生じるが、上記のガラスは、化学的耐久性に優れ、６０℃、８０％ＲＨの環境下で１０００時間保持する耐候性試験にも耐え、窓材ガラスとして十分使用可能な表面状態を保ち得る。
【００３２】
次に窓用ガラスの製造方法について説明する。
窓用ガラスのガラス原料には、Ｕ、Ｔｈの含有量が１ｐｐｂ以下の原料を使用することが望ましい。例えば、燐酸塩、フッ化物、炭酸塩、硝酸塩、酸化物などの原料を適宜用いて、所望の組成になるよう原料を秤量し、混合した後、耐熱坩堝を用いて、例えば８００〜９００℃にて溶解する。耐熱坩堝の材質はＵ，Ｔｈ含有量の極めて少ない石英または白金が好ましく、特に好ましくは石英坩堝で原料を粗溶解した後、白金坩堝で本溶解することである。これにより、白金異物の発生が抑制される。また、フッ素含有ガラスを溶解する場合、フッ素成分の揮発を抑制するために、石英や白金等の耐熱蓋を用いることが望ましい。さらに、溶解雰囲気は大気中で問題ないが、Ｃｕ含有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。溶融状態のガラスを攪拌、清澄を行った後、ガラスを流し出して窓用ガラスを成形する。
【００３３】
窓用ガラスの成形方法は、キャスト、パイプ流出、ロール、プレスなど従来から用いられている方法を使用することができるが、大判で厚いガラス成形が特に好ましい。成形されたガラス材料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。
得られたガラス材料は精度のよいスライス、研削、研磨加工が施され、ガラス窓となる。
【００３４】
次に半導体パッケージ用のガラス窓について説明すると、本発明のガラス窓はガラス窓１〜ガラス窓３に大別される。
［ガラス窓１］
ガラス窓１は上記各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パッケージへの良好な取付け、放射線の影響防止、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できる。
【００３５】
［ガラス窓２］
ガラス窓２は、レンズ機能を備え、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０×１０−７〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃であることを特徴とする。
ガラス窓２によれば、プラスチック製パッケージと接着してもパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。さらにレンズ機能を備えているので、ガラス窓を透過する光をパッケージ内に収容する半導体撮像素子の受光面に結像する結像光学系の一部または全部をガラス窓により構成することもできる。したがって、部品点数を少なくすることができるとともに、半導体撮像素子の受光面で検出すべき光量の減少を防ぐこともできる。
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。
【００３６】
［ガラス窓３］
ガラス窓３は、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃、ＵおよびＴｈの含有量がともに５ｐｐｂ以下であって、Ｃｕ及び燐酸を含むガラスからなり、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長が６３０ｎｍ未満である平板形状の半導体パッケージ用ガラス窓である。Ｃｕ及び燐酸を含有するガラスとしては、Ｃｕ含有フツ燐酸ガラスやＣｕ含有燐酸ガラスなどがあるが、Ｃｕ含有フツ燐酸ガラスがより適している。
【００３７】
このガラス窓３は、Ｃｕを含有することにより、近赤外線吸収特性と上記分光透過率特性を付与し、半導体撮像素子の色補正フィルター機能を発現させている。また、平板形状であることも一つの特徴になっている。上記分光透過率特性のため、薄板化しても十分な半導体撮像素子の色補正フィルターとしての機能を示す。さらに、上記熱膨張特性を備えているので、薄板でプラスチックパッケージと接着しても反り・変形やガラスの割れが発生しないため、ガラス窓の薄板化、小型軽量化に好適である。
【００３８】
ガラス窓３、ならびにガラス窓１、ガラス窓２の平板形状のものでは板厚を０．１〜０．８ｍｍにすることが好ましく、０．３〜０．６ｍｍにすることがより好ましい。
本発明の半導体パッケージ用ガラス窓としては、ガラス窓１とガラス窓２の特徴を兼備するもの、ガラス窓１とガラス窓３の特徴を兼備するもの、ガラス窓２とガラス窓３の特徴を兼備するもの、ガラス窓１〜３の特徴を兼備するものが好ましい。
【００３９】
次に、ガラス窓１〜３の共通点について説明する。
上記ガラス窓としては、精密プレス成形品であることが好ましい。精密プレス成形品とは、塑性変形可能な状態のガラスを精密プレス成形して作製されたガラス成形品のことであり、精密プレス成形とは、プレス成形型の成形面を上記ガラスに精密に転写して光学機能面を作製する成形方法である。なお光学機能面とは、制御対照となる光線を反射したり、屈折したり、回折したり、透過したりするために使用する面のことであり、ガラス窓の光入出射面に相当する。精密プレス成形によれば、光学機能面に研削や研磨などの機械加工を施さなくても十分な機能を得ることができる。精密プレス成形品としては、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの非球面レンズ兼用のガラス窓、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、平凸レンズ、平凹レンズなどの球面レンズ兼用のガラス窓、フレネルレンズ兼用のガラス窓、表面にローパスフィルター機能を有するパターンが形成されたガラス窓を例示することができるほか、平板形状のガラス窓であってもよい。
【００４０】
各ガラス窓ともプラスチックパッケージのガラス窓として好適である。プラスチックパッケージの材料としては特に制限はないが、良好なパッケージングが可能なものとしてガラスフィラーを含有したエポキシ系樹脂などを例示することができる。パッケージ材料の詳細については後述する。
ガラス窓１〜３に好適なガラス組成は、上記窓用ガラスに好適なものと共通する。近赤外線吸収特性を付与する場合はＣｕを導入する点、Ｃｕを導入する場合は燐酸ガラスあるいはフツ燐酸ガラスが好適である点も同様である。
【００４１】
ガラス窓３においては、前述のように、ＵおよびＴｈの含有量が５ｐｐｂ以下であり、好ましくは３ｐｐｂ以下であるが、ガラス窓１および２においてもＵおよびＴｈの含有量を５ｐｐｂ以下にすることが好ましく、３ｐｐｂ以下にすることがより好ましい。このようなガラス窓を使用することにより、ガラス窓からのα線放出によるソフトエラーのない半導体パッケージを提供することができる。それにより、ガラス窓を半導体素子に近接して配置することが可能となり、パッケージを小型、軽量化することもできる。ＵおよびＴｈの含有量を上記のように極めて低レベルにすることで、高画素数の半導体撮像素子を用いてもソフトエラーの発生を防止することができる。上記パッケージは、画素数が１００万画素以上の撮像素子を内蔵する半導体パッケージに好適であり、１５０万画素以上の撮像素子を内蔵する半導体パッケージにより好適であり、２００万画素以上の撮像素子を内蔵する半導体パッケージにさらに好適である。
【００４２】
次に、本発明の精密プレス成形による半導体パッケージ用ガラス窓の製造方法について説明する。上記方法は、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０×１０−７〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃のガラスからなるレンズ形状の窓材ガラスを精密プレス成形することを特徴とするものである。
【００４３】
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。次にプリフォームを再加熱してプレス成形型を用いて精密プレス成形する。プレス成形型の成形面はレンズ表面の形状を反転した形状に精密に加工されており、プレス成形によって成形面の形状がガラスに精密に転写され、レンズ形状の精密プレス成形品ができる。精密プレス成形は、窒素あるいは窒素と水素の混合ガスなどの非酸化性雰囲気下で行うことが望ましい。プレス成形型には超硬合金やＳｉＣなどの型、あるいは成形面に炭素膜や貴金属合金膜などの離型膜が設けられた型などを使用することができる。再加熱、プレス、精密プレス成形品の冷却は公知の方法を用いればよく、各工程の条件も精密プレス成形品の形状や大きさなどに合わせて適宜設定すればよい。
このようにして上記ガラス窓を成形することができる。なお、精密プレス成形品には必要に応じて芯取り加工を行ったり、光学機能面に反射防止膜を設けてもよい。また、レンズ形状とともに、ガラス窓の表面にオプティカルローパスフィルター機能を発現するパターンを精密プレス成形により設けてもよい。
【００４４】
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、上記ガラス窓または上記精密プレス成形を用いた製造方法により作製されたガラス窓と、前記ガラス窓から入射する光を受光する半導体素子と、半導体素子を収容するプラスチック製パッケージを備えることを特徴とするものである。半導体素子としてはＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子であることが好ましい。上記パッケージは全体がプラスチック製のものであってもよいが、少なくともガラス窓の取付け部分がプラスチック製素材からなるものである。
上記パッケージは、半導体素子を収容するパッケージ全体、半導体素子の受光部をガラス窓とともに覆う部材、あるいはガラス窓を半導体素子に対して固定するための枠体、または半導体素子の受光部をガラス窓とともに密閉する機能を備えた前記の枠体も含む。
【００４５】
プラスチック製パッケージの材料としては特に制限はなく、各種の材料を用いることができる。具体的には、エポキシ系樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂など）、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂などの熱硬化性樹脂、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリスルホン系樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、これらの樹脂には、硬化剤、硬化促進剤、吸湿剤、充填剤、難燃剤、顔料、離型剤、さらには無機質フィラーなどを配合することができる。これらの中で、良好なパッケージングが可能なものとして、特にガラスフィラーを含有したエポキシ系樹脂を挙げることができる。また、ガラス窓のパッケージへの取付け方法としては特に制限はないが、紫外線硬化樹脂を用いた接着などを例示することができる。
上記半導体パッケージによれば、ガラス窓とパッケージあるいはパッケージのガラス窓取付け部分の熱膨張特性のマッチングにより、パッケージとガラス窓を接着してもパッケージの反り・変形やガラスの割れを防止することができる。
【００４６】
さらに、ガラス窓を薄板化した場合でもガラスの反りや破損を防止することができる。また。レンズ機能を有するガラス窓を使用してもガラス窓が歪むことがないので、良好な結像性能を得ることもできる。
さらに、ガラス窓にＣｕ含有ガラスを使用することにより、ガラス窓が色補正フィルター機能を果たすので、部品点数を減らすことができる。同様に、ガラス窓にレンズ機能を付与することによっても、あるいは、レンズ機能と色補正フィルター機能を付与することによっても部品点数を減らすことができ、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００４７】
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。
パッケージには、上記ガラス窓に加え、半導体撮像素子の受光部に被写体の像を結像するための光学系を取付けることもできる。これらの光学系は１枚または複数枚のレンズによって構成され、ガラス窓がレンズ機能を有するか否かによって公知の光学設計法により、所望の光学特性を備える材料を用いた場合のレンズ形状、各レンズの配置を決めるのがよい。なお、上記の光学系には必要に応じて絞りを追加することもできる。また、上記光学系を構成するレンズとしては窓材と同じくガラス材料を使用することが好ましい。また、１００〜３００℃における平均線膨張係数が１２０×１０−７〜１８０×１０−７／℃、好ましくは１３５×１０−７〜１８０×１０−７／℃、より好ましくは１４０×１０−７〜１８０×１０−７／℃のガラスが好ましい。さらに、燐酸含有ガラス（燐酸ガラス、フツ燐酸ガラス）、ＳｉＯ２及びアルカリ金属酸化物を含有するガラスであって、ガラス転移温度が６００℃以下のガラスが好ましい。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４９】
実施例１〜６
表１、表２の組成になるように、燐酸塩、フッ化物、炭酸塩、硝酸塩、酸化物などの原料を適宜用いて秤量し、混合した後、白金坩堝中にて溶解した。実施例１〜５のガラスは８００〜９００℃、実施例６のガラスは１３００℃で溶解した。なお、実施例６のガラスにはＣｕを導入していない。
ガラスの攪拌・清澄を行った後、鉄板状に流し出し表１、表２に示す組成を有するガラスブロックを成形した。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、室温までアニール処理した。得られたガラスブロックより各種測定用のサンプルを切り出し、下記のように諸特性を求めた。結果を表１および表２に示す。
（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）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。
（３）Ｕ、Ｔｈ含有量
Ｕ、Ｔｈの含有量を、ＩＣＰ質量分析装置を用いて測定した。
（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時間保持して行った後に、表面の観察を行い、耐候性を評価した。
（５）白金異物の数密度
光学顕微鏡を用いてサンプルを拡大観察し、粒子径が２μｍ以上の混入粒子の数をカウントし、カウントした異物の数と観察領域の体積から数密度を求めた。
【００５０】
【表１】
2004327978.tif 000002
【００５１】
【表２】
2004327978.tif 000003
各実施例のガラスとも、１００〜３００℃における平均線膨張係数は１４０〜１８０×１０−７／℃の範囲にあり、ＵおよびＴｈの含有量はともに５ｐｐｂ未満である。また、白金異物を含め、粒子径２μｍ以上の異物は認められなかった。さらに、Ｃｕ金属粒子、Ｃｕ化合物粒子、結晶相なども認められなかった。
耐候性試験の結果、各実施例のガラスともヤケなどの表面変質は認められなかった。また、試験後の分光透過率の最大値は、試験前における分光透過率の最大値の９０％よりも大きい値を保っていた。
実施例１〜５のガラスについては、厚さ０．５ｍｍに換算した波長４００〜７００ｎｍの分光透過率において、透過率５０％を示す波長は６３０ｎｍ未満であった。
【００５２】
実施例７
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、窓材ガラス、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２〜５の窓材ガラスを用いても同様に良好な結果が得られた。また、実施例６の窓材ガラスはＣｕを含まないため色補正フィルター機能はないが、半導体パッケージ用ガラス窓としては良好なものであった。
さらに、実施例１〜６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。  
【００５３】
実施例８
実施例１〜６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６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１〜５の各ガラスを用いた場合は、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１〜６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７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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の半導体パッケージ用ガラス窓は、α線放出によるソフトエラーを低減させ、プラスチック製パッケージとの熱膨張差によるパッケージの反り・変形やガラスの割れを有効に防止できることから、例えばプラスチック製の半導体パッケージに好適に用いることができる。