(57)【要約】【課題】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、内周の搭載部同士の間に位置する部位に突部２ａが設けられている。【選択図】  図１
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【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、内周の前記搭載部同士の間に位置する部位に突部が設けら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】
前記突部はその上面が前記金属枠体の上面と面一とされていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
前記突部はその上面が前記金属枠体の上面よりも低くされていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記金属枠体の下面に複数個の凸部を有するとともに、前記絶縁基体の前記金属枠体が接合される領域に前記凸部に対応する複数個の凹部を有し、前記金属枠体が前記凸部を前記凹部に挿入して前記絶縁基体に接合されていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに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、内周の前記搭載部同士の間に位置する部位に突部が設けら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、金属枠体は内周の搭載部同士の間に位置する部位に突部が設けられていることから、金属枠体の突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。
【００１４】
本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記突部はその上面が前記金属枠体の上面と面一とされていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体素子収納用は、好ましくは突部はその上面が金属枠体の上面と面一と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。
【００１６】
本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記突部はその上面が前記金属枠体の上面よりも低くされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、好ましくは突部はその上面が金属枠体の上面よりも低くされていることから、金属枠体の上面に蓋体をロウ付けで接合して半導体装置と成す際に、余分なロウ材が突部の上面と蓋体との間の隙間に入り込んで金属枠体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と蓋体との接合強度が大幅に高くなる。
【００１８】
また本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記金属枠体の下面に複数個の凸部を有するとともに、前記絶縁基体の前記金属枠体が接合される領域に前記凸部に対応する複数個の凹部を有し、前記金属枠体が前記凸部を前記凹部に挿入して前記絶縁基体に接合されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、好ましくは金属枠体の下面に複数個の凸部を有するとともに、絶縁基体の金属枠体が接合される領域に凸部に対応する複数個の凹部を有し、金属枠体が凸部を凹部に挿入して絶縁基体に接合されていることから、絶縁基体と金属枠体との位置ずれを効果的に抑えることができるとともに両者の接合強度が増大したものとなる。
【００２０】
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。
【００２１】
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、金属枠体と絶縁基体との接合強度が増大したものとなる。
【００２２】
【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は突部、３は半導体素子、４は蓋体である。
【００２３】
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、内周の搭載部同士の間に位置する部位に突部２ａが設けられている。
【００２４】
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。
【００２５】
金属枠体２は、Ｆｅを主成分とする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。
【００２６】
この金属枠体２は、図２に示すように、下面に複数個の凸部２ｂを有するとともに、絶縁基体１の金属枠体２が接合される領域に凸部２ｂに対応する複数個の凹部を有し、金属枠体２の凸部２ｂを絶縁基体１の凹部に挿入して接合されることが好ましい。
【００２７】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、絶縁基体１と金属枠体２の位置ずれを抑えるとともに両者の接合強度が増大したものとなる。
【００２８】
金属枠体２の下面の複数個の凸部２ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属の母材から圧延、エッチング等の加工により金属枠体２を成形する際、金属枠体２の下面の一部が下方に凸状になるように加工することにより形成される。
【００２９】
このような金属枠体２の下面の凸部２ｂは、複数個を配列形成することにより、金属枠体２の絶縁基体１に対する位置ずれを防止するとともに、接合強度を増大させることができる。この場合、凸部２ａの配列は、金属枠体１の下面の全周にわたって一定の間隔で形成することが好ましい。配列の間隔は、金属枠体１の全周の長さにより異なるが、例えば金属枠体１の平面視形状が長方形でその長辺の長さが３〜２０ｍｍ程度であれば、１〜３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
本発明において、金属枠体２はその内周に搭載部同士の間に位置する部位に突部２ａが設けられている。これにより、金属枠体２の突部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。
【００３６】
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、突部２ａに嵌合可能な凹部を下端面に有する突部、位置合わせされた際に各突部２ａの側面に当接する側面をそれぞれ有する複数の突部、または突部２ａ間に嵌着されるように形成された帯状の突部などを設けることができる。
【００３７】
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の接合面の外縁部を段状として、相手側の外縁部の段状部が嵌まり込むような互いに噛み合う構造としておくと、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。したがって、金属枠体２および／または蓋体４は、接合面の外縁部を段状として相手側の外縁部の段状部が嵌まり込むような構造とすることが好ましい。
【００３８】
突部２ａは、各半導体素子３の対角線の延長線上に１個ずつあり、位置合わせのための画像検出器でその画像が取り込める形状であることが好ましい。よって、突部２ａの寸法および形状は、平面視における金属枠体２内周に平行な方向の幅が０．１〜３ｍｍ、金属枠体２内周に直交する方向の長さが０．３〜３ｍｍである長方形が好ましい。また、突部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略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略同じであると、金属枠体２の強度が向上することとなる。
【００３９】
本発明において、突部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。
【００４０】
また、突部２ａはその上面が金属枠体２の上面よりも低くされているのがよく、より好ましくは突部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。
【００４１】
【実施例】
本発明の実施例について以下に説明する。
【００４２】
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略四角形の絶縁基板１の上面の外周部に複数の略四角形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の内周には搭載部同士の間で搭載部の対角線上にほぼ位置する部位に、幅１ｍｍ程度、長さが０．５ｍｍ程度、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略同じである略四角形の突部２ａが設けられている。さらに、突部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）。
【００４３】
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の突部２ａと蓋体４との接合面を断面観察するとともに、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。
【００４４】
【表１】
2004228098.tif 000003
【００４５】
表１より、金属枠体２上面と突部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上下方向に長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。
【００４６】
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、上記実施の形態では突部２ａの平面視形状は長方形としていたが、金属枠体２および突部２ａの成型が困難とならない範囲かつ金属枠体２が不必要に大きくならない範囲であれば、蓋体４側の突部と嵌合が容易な十字状やＬ字状であってもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、金属枠体は内周の搭載部同士の間に位置する部位に突部が設けられていることにより、金属枠体の突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。
【００４８】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、好ましくは突部はその上面が金属枠体の上面と面一とされていることにより、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。
【００４９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、好ましくは突部はその上面が金属枠体の上面よりも低くされていることにより、金属枠体の上面に蓋体をロウ付けで接合して半導体装置と成す際に、余分なロウ材が突部の上面と蓋体との間の隙間に入り込んで金属枠体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と蓋体との接合強度が大幅に高くなる。
【００５０】
また本発明の半導体素子収納用パッケージは、好ましくは金属枠体の下面に複数個の凸部を有するとともに、絶縁基体の金属枠体が接合される領域に凸部に対応する複数個の凹部を有し、金属枠体が凸部を凹部に挿入して絶縁基体に接合されていることにより、絶縁基体と金属枠体の位置ずれを抑えるとともに両者の接合強度が増大したものとなる。
【００５１】
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の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の一例を示し、（ａ）は半導体素子収納用パッケージの平面図、（ｂ）は（ａ）のものの断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基板
２：金属枠体
２ａ：突部
２ｂ：凸部
３：半導体素子
４：蓋体
【図１】
2004228098.tif 000004
【図２】
2004228098.tif 000005