(57)【要約】【課題】複数の半導体素子が搭載部および蓋体に対して高精度に位置合わせされて絶縁基板上に搭載されているものとすることにより、例えば光半導体素子の受光部と蓋体とが高精度に位置合わせされて光半導体素子の受光部にノイズとなる乱反射光等が混入するのを抑えることができるものとすること。【解決手段】半導体素子収納用パッケージは、上面に導体層から成る半導体素子３の搭載部が複数並ぶように形成された絶縁基板１と、絶縁基板１の上面の外周部に複数の搭載部を囲繞するように接合された金属枠体２とを具備し、金属枠体２は、搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部２ａが設けられている。【選択図】  図１
2004228530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に導体層から成る半導体素子の搭載部が複数並ぶように形成された絶縁基板と、該絶縁基板の上面の外周部に前記複数の搭載部を囲繞するように接合された金属枠体とを具備しており、前記金属枠体は、内周面の前記搭載部同士の間に位置する部位に前記搭載部よりも内側に突出した突出部が形成されていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体素子収納用パッケージと、前記複数の搭載部のそれぞれに搭載された半導体素子と、前記金属枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージセンサ、フォトトランジスタ（ＰＴ）アレイ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ等の光電変換機能を有する複数ビットの光半導体素子等の半導体素子を複数収納するための半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、イメージセンサ、ＰＴアレイ、ＰＤアレイ等の複数ビットの光電変換機能を有する光半導体素子は、近年のビデオカメラ，デジタルカメラ等の各種映像機器の普及に伴い、その需要が増大している。これらの光半導体素子等の半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）のうち、特にＣＣＤ型，ＭＯＳ型等のイメージセンサ用のものは、信頼性を確保するため、一般に耐湿性に優れたセラミック製のパッケージが用いられてきた。また、需要が増大するにつれてイメージセンサの用途も多岐にわたるようになり、その結果小型軽量化の要望も強くなってきている。
【０００３】
なお、イメージセンサ、ＰＴアレイ、ＰＤアレイ等の光半導体素子は、入射光を光電変換するものであるから、受光部に略可視光の波長範囲の光や所望波長の光が効率良く入射するように光学的に透明な蓋体や光学フィルタとしての蓋体を有するパッケージが用いられている。
【０００４】
すなわち、セラミックス等から成る絶縁基板の上面の中央部（半導体素子の搭載部）に半導体素子を受光部が上方を向くようにして搭載し、絶縁基板の上面の外周部に搭載部を取り囲むように金属枠体をロウ付け等により取着し、金属枠体の上面にガラス等の透光性材料から成る蓋体をその下面の外周部を溶接やロウ付け等の手段で接合して、絶縁基板と金属枠体と蓋体とから成る容器内に半導体素子を気密封止することにより、半導体装置が作製される。このような半導体装置、特に光半導体素子を収納する光半導体装置においては、光半導体素子と蓋体との位置決め、特に光半導体素子の受光部と蓋体との位置決めが重要になる。
【０００５】
また、近年、このような光半導体装置においては、気密封止について高い信頼性の要求が高まり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る枠部材の開口にガラス等から成る窓部材を嵌着した蓋体を用いて光半導体素子を気密封止するという構成が採られるようになってきている。この構成の場合、光半導体装置を小型化しようとすると、蓋体の窓部材が小さくなるため、窓部材と光半導体素子の受光部とをきわめて正確に位置合わせすることが求められる。
【０００６】
このような要求に対し、従来、例えば絶縁基板の上面に光半導体素子の位置合わせ用のマークを設け、このマークを基準に光半導体素子を絶縁基板の上面の搭載部に搭載するという手法が採られていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２０１９６１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置においては、絶縁基板の上面に形成したマークを基準として光半導体素子を搭載した場合、光半導体素子は絶縁基板に対しては正確に位置決めされるものの、蓋体に対しては必ずしも所定の位置に正確に位置合わせされるとは限らない。すなわち、絶縁基体と枠体の取り付け精度および枠体と蓋体との接合精度により、光半導体素子と蓋体との位置精度が大きく影響されるためである。
【０００９】
したがって、従来の光半導体装置では、光半導体素子と蓋体との位置ずれが発生するおそれがあり、特に蓋体の窓部材と光半導体素子の受光部との位置合わせ精度が要求される近時の光半導体装置において上記の位置ずれが発生すると、受光部への入射光にノイズとなる乱反射光が混ざり、光半導体装置の受光特性を劣化させるという問題があった。
【００１０】
また、光半導体装置において、光スイッチおよび多チャンネルコネクタを内蔵する場合や光電変換型の光半導体素子を２つ並べて焦点距離を測る装置等に用いる場合には、絶縁基板上に複数の光半導体素子を搭載する必要があり、光半導体素子と蓋体との位置合わせはより高精度なものとすることが必要となってきている。
【００１１】
従って、本発明は上記問題に鑑みて完成されたものであり、その目的は、複数の半導体素子が蓋体に対して高精度に位置合わせされて絶縁基板上に搭載されているものとすることにより、例えば光半導体素子の受光部と蓋体とが高精度に位置合わせされて光半導体素子の受光部にノイズとなる乱反射光等が混入するのを抑えることができる半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に導体層から成る半導体素子の搭載部が複数並ぶように形成された絶縁基板と、該絶縁基板の上面の外周部に前記複数の搭載部を囲繞するように接合された金属枠体とを具備しており、前記金属枠体は、内周面の前記搭載部同士の間に位置する部位に前記搭載部よりも内側に突出した突出部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージには、金属枠体は、内周面の搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部が形成されていることから、金属枠体の内周面の搭載部同士の間に位置する部位に形成した突出部を基準として半導体素子を絶縁基体上の搭載部に位置決めして搭載することができるとともに、突出部を基準として蓋体を取着することができ、その結果、半導体素子と蓋体とを高精度で位置合わせすることが可能となる。従って、光半導体素子の受光部と蓋体の窓部材とが高精度に位置合わせされて、受光特性の良好な光半導体装置とすることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、金属枠体は、内周面の搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部が形成されていることから、金属枠体の上面に蓋体を接合して半導体装置と成す際に、金属枠体の上面の接合面積が増大して金属枠体と蓋体との接合強度が高くなる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記複数の搭載部のそれぞれに搭載された半導体素子と、前記金属枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、光半導体素子を収納して光半導体装置と成した場合に受光特性の良好なものとなり、また金属枠体と蓋体との接合強度が増大したものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージの平面図である。図１において、１は絶縁基板、２は金属枠体、２ａは突出部、３は半導体素子、４は蓋体である。
【００１８】
本発明のパッケージは、上面に導体層から成る半導体素子３の搭載部が複数並ぶように形成された絶縁基板１と、絶縁基板１の上面の外周部に複数の搭載部を囲繞するように接合された金属枠体２とを具備し、金属枠体２は、内周面の搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部２ａが形成されている。
【００１９】
本発明の絶縁基板１は、アルミナ質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスからなる。この絶縁基板１の上面には、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等のメタライズ層などから成る導体層から成る半導体素子３の搭載部が複数並ぶように設けられ、絶縁基板１の上面の外周部にこれらの搭載部を囲繞するようにして金属枠体２が接合されている。
【００２０】
金属枠体２は、Ｆｅを主成分とするＦｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、上面に蓋体４がロウ付け等の手段により取着される。この金属枠体２は、例えば、絶縁基板１の上面の外周部に予め枠状のメタライズ層を被着しておき、この枠状のメタライズ層に金属枠体２を銀ロウ等のロウ材を介して接合する方法等により絶縁基板１の上面に接合される。
【００２１】
半導体素子３は、上面に受光部を有し、受光部で受光した光信号を電気信号に変換する光電変換機能を有するＰＤ，ＰＴ，ラインセンサ，イメージセンサ，ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の光半導体素子、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体集積回路素子などの半導体素子である。この半導体素子３は、高機能化された半導体装置、例えば光スイッチおよび多チャンネルコネクタを内蔵する装置や光電変換型の光半導体素子を２つならべて焦点距離を測る装置等に用いられる場合等に対応して、複数が絶縁基板１の上面に並んで搭載されている。
【００２２】
蓋体４は、金属枠体２の上面にロウ材や樹脂接着剤等により接合され、半導体素子３を気密封止するためのものである。この蓋体４は、半導体素子３が光半導体素子である場合、気密封止された半導体素子３に受光させるために、透光性部材から成る必要があり、透光性部材としては、高い光透過率、製造のし易さ、化学的安定性、強度等の点で、ソーダガラス等のガラス、プラスチック、サファイア（アルミナの単結晶）、石英等が好ましい。
【００２３】
また蓋体４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る枠部材の開口に上記の透光性部材から成る窓部材を嵌着しロウ材や樹脂接着剤で接合したものであってもよい。この場合、蓋体４は枠部材が金属枠体２の上面にロウ付けや溶接により接合される。
【００２４】
そして、絶縁基板１の上面の外周部に金属枠体２をロウ材等で接合し、絶縁基板１上面の中央部の搭載部に複数の半導体素子３を突出部２ａにより位置決めして載置するとともにロウ材等で固定し、金属枠体２の上面に蓋体４をロウ材や樹脂接着剤等を介して接合することにより、複数の半導体素子３が絶縁基板１と金属枠体２と蓋体４とにより気密封止された半導体装置となる。
【００２５】
なお、絶縁基板１の表面および内部には、半導体素子３の搭載部から下面にかけて配線導体が形成されており、この配線導体の絶縁基板１上面の露出表面（電極等）に半導体素子３の電極をボンディングワイヤや金属バンプ等の導電性接続材を介して接続し、絶縁基板１の下面に導出された部位（電極パッド等）を半田等を介して外部の電気回路に接続することにより、半導体素子３と外部の電気回路とが電気的に接続される。そして、半導体素子３の受光部で受光された光信号は半導体素子３で電気信号に変換された後、配線導体を介して外部の電気回路に伝送される。
【００２６】
本発明において、金属枠体２は内周面の搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部２ａが設けられている。これにより、金属枠体２の突出部２ａを位置決めの基準として半導体素子３を絶縁基板１上に高精度に位置決めし搭載することができる。また、突出部２ａを基準として、金属枠体２に蓋体４を高精度に位置合わせして取着することができる。その結果、半導体素子３と蓋体４とを高精度に位置合わせして絶縁基板１に搭載することが可能となり、例えば半導体素子３が光半導体素子である場合、光半導体装置の受光特性を良好なものとすることができる。
【００２７】
金属枠体２に蓋体４を高精度に位置合わせするために、蓋体４の下面に、位置合わせされた際に各突出部２ａの搭載部内側に面した側面に当接する側面を有する突部を設けることができる。例えば、突出部２ａ間の凹部に嵌着するような突部である。
【００２８】
また、金属枠体２と蓋体４との接合部分に沿って、金属枠体２または蓋体４の接合面の外周部を段状として、相手側の外周部の段状部が嵌まり込むような互いに噛み合う構造とするのがよく、金属枠体２と蓋体４との位置合わせをより一層高精度かつ容易なものとすることができ、より一層高精度に半導体素子３と蓋体４とが位置合わせされた半導体装置となる。
【００２９】
本発明において、突出部２ａは、金属枠体２の内周面の搭載部同士の間に位置する部位に、搭載部よりも内側に突出するようにして形成されていることから、突出部２ａの搭載部に近接している角部を、搭載しようとする半導体素子３の角部に対して画像検出器等で位置合わせすることにより、容易かつ確実に半導体素子３を金属枠体２に対して高精度に位置決めして搭載することができる。
【００３０】
この突出部２ａは、半導体素子３の搭載時の位置決めを高精度とするうえでは、内側への突出幅が大きいほど好ましいが、半導体素子３を搭載部に搭載する際、半導体素子３を保持しているチャック等の保持部材が搭載部上に進入することを妨げない程度の突出幅、例えば、ＣＣＤ等の光半導体素子であれば３ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３１】
また突出部２ａは、各半導体素子３を搭載部に搭載する際の位置決め、例えば突出部２ａの搭載部に近接している角部と搭載しようとする半導体素子３の角部とを画像検出器で取り込むことによる位置決めを、より容易かつ確実とするため、搭載しようとする半導体素子３の側辺と平行なまたは直交する直線状の外周縁を有する四角形状等の形状であることが好ましい。
【００３２】
また、突出部２ａの上下方向の長さは金属枠体２の内面の上下方向の長さと同じであってもよいし、金属枠体２の内面の上下方向の長さよりも短くてもよい。ただし、突出部２ａの上下方向の長さが金属枠体２の内面の上下方向の長さと同じであると、金属枠体２の強度が向上することとなり、より好ましい。
【００３３】
本発明において、突出部２ａはその上面が金属枠体２の上面と面一とされていることがよく、この場合、金属枠体２の上面に蓋体４をロウ材や樹脂接着剤、溶接で接合して半導体装置と成す際に、金属枠体２の上面の接合面積が増大して金属枠体２と蓋体４との接合強度が高くなる。
【００３４】
また、突出部２ａはその上面が金属枠体２の上面よりも低くされていてもよく、より好ましくは突出部２ａの上面と金属枠体２の上面との高さの差が０．７５ｍｍ以下であることがよい。この場合、金属枠体２の上面に蓋体４をロウ付けして半導体装置と成す際に、余分なロウ材が突出部２ａの上面と蓋体４との間の隙間に入り込んで金属枠体２の内外面に垂れにくくなるとともに、上記隙間においてロウ材のメニスカスが形成されて金属枠体２と蓋体４との接合強度が大幅に高くなる。なお、突出部２ａの上面と金属枠体２の上面との高さの差は、溶融したロウ材が侵入できる程度の隙間以上の大きさがあればよく、０．１ｍｍ程度以上であればよい。
【００３５】
【実施例】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００３６】
（実施例）
図１のパッケージを以下のように構成した。アルミナセラミックスから成る四角形状の絶縁基板１の上面の外周部に、複数の四角形状の搭載部の全体を囲繞するように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る金属枠体２を接合した。このとき、絶縁基板１の上面の外周部に予め枠状のＷのメタライズ層を被着しておき、この枠状のメタライズ層に金属枠体２を銀ロウを介して接合した。また、金属枠体２の内周面で搭載部同士の間に位置する部位で四角形状の半導体素子３の対角線上にほぼ位置するような部位に、搭載部よりも内側に突出する四角形状の突出部２ａを設けた。この突出部２ａは、幅１ｍｍ程度、奥行きが０．５ｍｍ程度、上下方向の長さが金属枠体２の内面の上下方向の長さと同じである。さらに、突出部２ａ上面と金属枠体２上面の高低差を種々に変えたものを作製した（表１参照）。
【００３７】
そして、金属枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体４をＡｕ−Ｓｎろう材を介して接合し、その後、金属枠体２の突出部２ａと蓋体４との接合面を側方より観察するとともに、金属枠体２と蓋体４との接合強度を、蓋体４を上方に引っ張る引っ張り試験を行なって測定した。その結果を表１に示す。
【００３８】
なお、表１において、接合性の欄で○印は、試験個数１０個において金属枠体２と蓋体４との接合部に一部剥離等の異常が発生したものが全くない場合、△印は、試験個数１０個において金属枠体２と蓋体４との接合部に上記異常が発生したものが１個であった場合、×は、試験個数１０個において金属枠体２と蓋体４との接合部に上記異常が発生したものが２個以上であった場合を示すものである。
【００３９】
【表１】
2004228530.tif 000003
【００４０】
表１より、金属枠体２上面と突出部２ａ上面との間の高低差は０．７５ｍｍ以下がよいことが判った。即ち、高低差が０．７５ｍｍを超えると、突出部２ａと蓋体４との間の金属枠体２や蓋体４よりも軟性のろう材が、メニスカス形状はよいが上下方向に厚くなりすぎて接合強度が低下する傾向があることが判った。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、突出部２ａのうち、搭載部よりも内側に面した側面に切り欠きや突起を設けて、その切り欠きや突起をマーカとして複数の半導体素子３をそれぞれ所定の搭載部に搭載することをより一層容易かつ確実とするようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、金属枠体は搭載部同士の間に位置する部位に搭載部よりも内側に突出した突出部が設けられていることにより、金属枠体の突出部を基準として半導体素子を絶縁基体上の搭載部に位置決めして搭載することができるとともに、突出部を基準として蓋体を取着することができ、その結果、半導体素子と蓋体とを高精度で位置合わせすることが可能となる。従って、例えば光半導体素子の受光部と蓋体の窓部材とが高精度に位置合わせされて、受光特性の良好な光半導体装置とすることができる。
【００４３】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、複数の搭載部のそれぞれに搭載された半導体素子と、金属枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、光半導体素子を収納して光半導体装置と成した場合に受光特性の良好なものとなり、また金属枠体と蓋体との接合強度が増大した、高性能および高信頼性のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：金属枠体
２ａ：突出部
３：半導体素子
４：蓋体
【図１】
2004228530.tif 000004