(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に載置される半導体受光素子と、
前記半導体受光素子を囲んで、前記基板に固着されるシールフレームと、
前記半導体受光素子の受光面と対向する位置に開口部を有し、前記シールフレームにシームウェルド封止されるキャップと、
石英ガラスからなり、前記開口部を覆うように前記キャップに固着される窓部と、を備えた半導体装置であって、
前記キャップは、
薄肉状に形成され、前記シールフレームにシームウェルド封止される第１フランジ部と、
前記開口部に臨む部分が薄肉状に形成され、前記窓部が固着される第２フランジ部と、
前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との中間部に設けられ、前記第１フランジ部及び前記第２フランジ部より高い剛性を有する補強部と、を有し、
前記第１フランジ部、前記第２フランジ部及び前記補強部が一体形成され、
前記補強部の厚さは、前記第１フランジ部及び前記第２フランジ部の厚さより厚く設定されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ペルチェ素子からなる冷却器が更に設けられ、
前記冷却器は、前記ペルチェ素子の冷却側に前記半導体受光素子が位置されると共に、前記ペルチェ素子の発熱側に前記基板が位置されるように、前記半導体受光素子と前記基板との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記窓部は、前記窓部の光入射面が前記第２フランジ部に接着されることにより、前記キャップに固着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記窓部は、前記窓部の光出射面が前記第２フランジ部に接着されることにより、前記キャップに固着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記窓部は、前記窓部を前記第２フランジ部に当接させた状態で、前記窓部の端部が前記第２フランジ部に接着されることにより、前記キャップに固着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の半導体受光素子を備えた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置として、例えば特開昭６１−１２０４８号公報に開示されたようなものが知られている。この半導体装置は、基板上に載置される半導体受光素子と、半導体受光素子を囲んで、基板に固着されるシールフレームと、半導体受光素子の受光面と対向する位置に開口部を有し、シールフレームにシームウェルド封止されるキャップと、石英ガラスからなり、開口部を覆うようにキャップに固着される窓部とを備えている。更に、特開昭６１−１２０４８号公報に開示された半導体装置では、上述したキャップに対して、開口部の外周側の位置に２段深絞り加工部が設けられており、石英ガラスからなる窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力の緩和を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＣＤ等のように受光面の面積が大きい半導体受光素子を用いる場合、受光面の面積に対応して、窓部及びキャップの開口部の面積も大きくせざるを得なくなる。窓部及びキャップの開口部の面積が大きくなればなる程、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力の影響は大きくなるため、上述した従来の半導体装置においても、発生した応力を緩和しきれずに、キャップによじれ（反り）が発生してしまう虞がある。しかも、基板とキャップとで画成される空間の面積が大きく設定される場合には、２段深絞り加工部の長さが長くなり、２段深絞り加工部の機械的強度が十分に得られず、窓部の支持強度が低下してしまうことも考えられる。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、窓部及びキャップの開口部の面積が大きく設定される場合においても、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部の支持強度を確保することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、調査研究の結果、以下のような事実を見出した。キャップのシールフレームにシームウェルド封止される部分は、シームウェルド時の変形（歪みの発生）を整形（サイズ合わせ）し易くするために、剛性を小さくする必要がある。大きな面積の窓部をキャップに接着させる際に、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いによる応力の発生を抑制するためには、キャップの窓部が固着される部分の剛性を小さくする必要がある。但し、キャップ全体の剛性を小さくした場合（例えば、キャップの厚さを薄くした場合）には、キャップによる窓部の支持強度が低下し、キャップ自体に撓み、よじれ（反り）等が発生してしまう。
【０００６】
このため、請求項１においては、基板上に載置される半導体受光素子と、半導体受光素子を囲んで、基板に固着されるシールフレームと、半導体受光素子の受光面と対向する位置に開口部を有し、シールフレームにシームウェルド封止されるキャップと、石英ガラスからなり、開口部を覆うようにキャップに固着される窓部と、を備えた半導体装置であって、キャップは、薄肉状に形成され、シールフレームにシームウェルド封止される第１フランジ部と、開口部に臨む部分が薄肉状に形成され、窓部が固着される第２フランジ部と、第１フランジ部と第２フランジ部との中間部に設けられ、第１フランジ部及び第２フランジ部より高い剛性を有する補強部と、を有していることを特徴としている。
【０００７】
このような構成を採用した場合、シールフレームにシームウェルド封止される第１フランジ部は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられている。このため、第１フランジ部はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、窓部が固着される第２フランジ部は、開口部に臨む部分が薄肉状に形成されており、この開口部に臨む部分の剛性が低い。このため、大きな面積の窓部をキャップに接着させる場合においても、キャップの熱膨張による変位を第２フランジ部の弾性変形により吸収し、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いによる応力の発生を抑制することができる。更に、第１フランジ部及び第２フランジ部より高い剛性を有する補強部が、第１フランジ部と第２フランジ部との中間部に設けられていることから、第１フランジ部及び第２フランジ部に薄肉状に形成された部分を有するにも拘わらず、キャップ全体にて所定の剛性を確保している。このため、キャップによる窓部の支持強度の低下が抑制され、キャップ自体に撓み、よじれ（反り）等が発生することを防止できる。従って、キャップを、薄肉状に形成された第１フランジ部と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部と、第１フランジ部及び第２フランジ部より高い剛性を有する補強部とで構成したことにより、窓部及びキャップの開口部の面積が大きく設定される場合においても、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部の支持強度を確保することが可能となる。
【０００８】
また、キャップは、第１フランジ部、第２フランジ部及び補強部が一体形成され、補強部の厚さは、第１フランジ部及び第２フランジ部の厚さより厚く設定されていることが好ましい。このような構成を採用した場合、窓部及びキャップの開口部の面積が大きく設定される場合においても、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。
【０００９】
また、ペルチェ素子からなる冷却器が更に設けられ、冷却器は、ペルチェ素子の冷却側に半導体受光素子が位置されると共に、ペルチェ素子の発熱側に基板が位置されるように、半導体受光素子と基板との間に設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、第１フランジ部及び第２フランジ部の厚さより厚く設定されている補強部が設けられているため、キャップにおいて熱が伝導し易く、上述された２段深絞り加工部が設けられた従来の技術よりも、ペルチェ素子の発熱側から基板及びシールフレームを介して伝達された熱が窓部に伝達され易くなり、窓部での結露の発生を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、窓部は、窓部の光入射面が第２フランジ部に接着されることにより、キャップに固着されることが好ましい。通常、窓部の光入射面は研磨されており、このような構成を採用した場合、窓部の研磨された光入射面と第２フランジ部とが接着されることになり、窓部の第２フランジ部への密着性が向上する。これにより、基板、シールフレーム、キャップ及び窓部とにより画成される空間の気密性を保持することが可能となる。また、窓部の第２フランジ部への接着面積を広く設定することができ、窓部の第２フランジ部への密着性をより向上させることも可能となる。
【００１１】
また、窓部は、窓部の光出射面が第２フランジ部に接着されることにより、キャップに固着されることが好ましい。通常、窓部の光出射面は研磨されており、このような構成を採用した場合、窓部の研磨された光出射面と第２フランジ部とが接着されることになり、窓部の第２フランジ部への密着性が向上する。これにより、基板、シールフレーム、キャップ及び窓部とにより画成される空間の気密性を保持することが可能となる。また、窓部の第２フランジ部への接着面積を広く設定することができ、窓部の第２フランジ部への密着性をより向上させることも可能となる。また、基板、シールフレーム、キャップ及び窓部とにより画成される空間内に発生する対流による熱流出を小さくするために、この空間を大気圧よりも減圧した場合には、窓部を挟んだ圧力差により窓部に対して空間内側から応力が作用することになり、窓部の第２フランジ部への接着性及び密着性をより向上させることが可能となる。
【００１２】
また、窓部は、窓部を第２フランジ部に当接させた状態で、窓部の端部が第２フランジ部に接着されることにより、キャップに固着されることが好ましい。このような構成を採用した場合、窓部をその端部にて第２フランジ部に接着させることになり、窓部を端部にて確実に支持することができ、特に、外部からの振動、衝撃に対して窓部を保護することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は本発明による半導体装置の第１実施形態を示す斜視図であり、図２は同じく第１実施形態を示す断面図である。第１実施形態においては、半導体受光素子としてＣＣＤを備えた半導体装置に適用した例を示している。
【００１５】
半導体装置１はセラミック製の基板２を有し、この基板２の中央部には、基板２の長手方向に伸びるキャビティ３が形成されている。キャビティ３の底部には、半導体受光素子が載置される載置部２ａが設けられている。本実施形態においては、半導体受光素子としてのＣＣＤチップ４が載置部２ａに載置され、この載置部２ａ（基板２）に固着されている。載置部２ａより所定高さを有して形成された段部２ｂには、ＣＣＤチップ４の電極を外部に取り出すためのボンディングパッド５が設けられている。ボンディングパッド５は基板２の中間部に形成される金属層を通って、基板２の外部に導出されており、この基板２の外部に導出された部分にはリード６がろう付け等により固着されている。ＣＣＤチップ４の電極とボンディングパッド５とは、ボンディングワイヤ７を介して、結線されている。
【００１６】
キャビティ３の周囲の基板２の上面２ｃには、シールフレームとしてのシールリング８が、キャビティ３（ＣＣＤチップ４）を囲む状態でろう付け等により固着されている。シールリング８には、キャップ９がシームウェルド封止されている。キャップ９は、枠部１０と、ＣＣＤチップ４の受光面と対向する位置に設けられる開口部１１とを有している。キャップ９には、窓部１２が、開口部１１を覆うように固着されている。窓部１２は、板状の石英（コルツ）ガラスの基材からなり、紫外線を透過するように構成されている。基板２とシールリング８との固着、シールリング８とキャップ９とのシームウェルド封止、及び、キャップ９と窓部１２との固着による構成により、基板２（キャビティ３）、シールリング８、キャップ９及び窓部１２により画成される空間１３は外部から密封される。この基板２（キャビティ３）、シールリング８、キャップ９及び窓部１２により画成される空間１３は、この空間１３内に発生する対流による熱流出を小さくするために、真空引きが行われ、大気圧よりも減圧され、実質的に真空状態（１０-6Ｔｏｒｒ程度）とされている。
【００１７】
枠部１０は、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４と、開口部１１に臨んで設けられ且つ窓部１２が固着される第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４と第２フランジ部１５との中間部に設けられる補強部１６とを有している。この第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６とは、コバール（フェルニコ）にて一体に形成されており、その表面には金メッキが施されている。第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５は、薄肉状（本実施形態においては、厚さ略０．１ｍｍ）に形成されている。補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さよりも厚く（本実施形態においては、厚さ略１．０ｍｍ）設定されており、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有するように構成されている。
【００１８】
キャップ９は、図２に示されるように、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部（第１フランジ部１４に連続して形成された部分）が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止される。
【００１９】
窓部１２は、光入射面１２ａ及び光出射面１２ｂが研磨されている。窓部１２は、この光入射面１２ａが、光入射面１２ａの端部が全周にわたって、接着層１７を介して第２フランジ部１５の下面１５ａ（ＣＣＤチップ４に対向する面）に固着されることにより、キャップ９に固着されている。接着層１７は、融点が略４００℃の低融点ガラスを用いることにより構成されている。
【００２０】
以上のことから、第１実施形態においては、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられている。このため、第１フランジ部１４はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、窓部１２が固着される第２フランジ部１５も薄肉状に形成されており、剛性が低い。このため、大きな面積の窓部１２をキャップ９に接着させる場合においても、キャップ９の熱膨張による変位を第２フランジ部１５（特に、補強部１６と窓部１２が接着された部分との間）の弾性変形により吸収し、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いによる応力の発生を抑制することができる。更に、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６が、第１フランジ部１４と第２フランジ部１５との中間部に設けられていることから、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５に薄肉状に形成された部分を有するにも拘わらず、キャップ９全体にて所定の剛性を確保している。このため、キャップ９による窓部１２の支持強度の低下が抑制され、キャップ９自体に撓み、よじれ（反り）等が発生することを防止できる。従って、キャップ９を、薄肉状に形成された第１フランジ部１４と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６とで構成したことにより、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保することが可能となる。
【００２１】
また、窓部１２とキャップ９との接着が低融点ガラスにより行われている。このような構成の採用により、低融点ガラスの溶融が４００〜４５０℃程度に加熱することで行えるため、１０００℃まで加熱していた上述された公報のものに比して、低融点ガラスの溶融のための加熱により生じる熱変位が小さくなり、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力自体を小さくすることができる。
【００２２】
また、キャップ９には、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成され、補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されている。このような構成の採用により、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成される場合、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の形成に際しては、コバール製の母材を切削することで第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５を形成することになるが、同じ切削プロセスにて、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５を形成することができるので、製造工程が簡略化され、量産性を向上させることが可能となる。
【００２３】
また、窓部１２は、窓部１２の研磨された光入射面１２ａが第２フランジ部１５に接着されることにより、キャップ９に固着されている。このような構成の採用により、窓部１２の研磨された光入射面１２ａと第２フランジ部１５とが接着されることになり、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性が向上し、基板２、シールリング８、キャップ９及び窓部１２とにより画成される空間１３の気密性を保持することが可能となる。また、窓部１２の第２フランジ部１５への接着面積を広く設定することができ、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性をより向上させることも可能となる。
【００２４】
また、キャップ９は、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止される。このような構成の採用により、キャップ９に窓部１２を固着させた際の、キャップ９による窓部１２の支持強度を向上させることが可能となる。
【００２５】
また、接着層１７としての低融点ガラスを窓部１２に塗布する手法として、スクリーン印刷技術が適用でき、量産性を向上させることが可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
図３は本発明による半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、半導体受光素子としてＣＣＤを備えた半導体装置に適用した例を示している。第１実施形態における半導体装置１とは、窓部１２とキャップ９（第２フランジ部１５）との接着構造に関して相違する。
【００２７】
半導体装置２１において、窓部１２は、この光出射面１２ｂが、光出射面１２ｂの端部が全周にわたって、接着層１７を介して第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に固着されることにより、キャップ９に固着されている。接着層１７は、第１実施形態と同様に、融点が略４００℃の低融点ガラスを用いることにより構成されている。
【００２８】
上述した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられているため、第１フランジ部１４はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、キャップ９を、薄肉状に形成された第１フランジ部１４と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６とで構成したことにより、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保することが可能となる。また、キャップ９は、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止されており、キャップ９に窓部１２を固着させた際の、キャップ９による窓部１２の支持強度を向上させることが可能となる。
【００２９】
また、窓部１２とキャップ９との接着が低融点ガラスにより行われているため、低融点ガラスの溶融のための加熱により生じる熱変位が小さくなり、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力自体を小さくすることができる。
【００３０】
また、キャップ９には、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成され、補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されており、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５とを、同じ切削プロセスにて形成することができるので、製造工程が簡略化され、量産性を向上させることも可能となる。また、接着剤としての低融点ガラスを塗布する手法として、スクリーン印刷技術が適用でき、量産性を向上させることも可能となる。
【００３１】
更に、第２実施形態においては、窓部１２は、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂが第２フランジ部１５に接着されることにより、キャップ９に固着されている。このような構成の採用により、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂと第２フランジ部１５とが接着されることになり、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性が向上し、基板２（キャビティ３）、シールフレーム、キャップ９及び窓部１２とにより画成される空間１３の気密性を保持することが可能となる。また、窓部１２の第２フランジ部１５への接着面積を広く設定することができ、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性をより向上させることも可能となる。また、基板２（キャビティ３）、シールフレーム、キャップ９及び窓部１２とにより画成される空間１３内に発生する対流による熱流出を小さくするために、この空間１３を大気圧よりも減圧し、実質的に真空状態とされているので、窓部１２を挟んだ圧力差により窓部１２に対して空間１３外側から内側に向けて応力が作用することになり、窓部１２の第２フランジ部１５への接着性及び密着性をより向上させることが可能となる。
【００３２】
更に、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置した状態でキャップ９への固着を行うことができるので、新たに固定ジグ等を用意する必要が無く、固着工程の簡素化及び作業性向上を図ることが可能となる。
【００３３】
（第３実施形態）
図４は本発明による半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。第３実施形態においては、第１及び第２実施形態と同様に、半導体受光素子としてＣＣＤを備えた半導体装置に適用した例を示している。第１及び第２実施形態における半導体装置１，２１とは、窓部１２とキャップ９（第２フランジ部１５）との接着構造に関して相違する。
【００３４】
半導体装置４１において、窓部１２は、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置され、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを第２フランジ部１５の上面１５ｂと当接させた状態で、窓部１２の端部が全周にわたって、低融点ガラスから成る接着層１７を介して第２フランジ部１５及び補強部１６に接着されることにより、キャップ９に固着されている。
【００３５】
上述した第３実施形態によれば、第１及び第２実施形態と同様に、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられているため、第１フランジ部１４はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、キャップ９を、薄肉状に形成された第１フランジ部１４と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６とで構成したことにより、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保することが可能となる。また、キャップ９は、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止されており、キャップ９に窓部１２を固着させた際の、キャップ９による窓部１２の支持強度を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、窓部１２とキャップ９との接着が低融点ガラスにより行われているため、低融点ガラスの溶融のための加熱により生じる熱変位が小さくなり、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力自体を小さくすることができる。
【００３７】
また、キャップ９には、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成され、補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されており、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５とを、同じ切削プロセスにて形成することができるので、製造工程が簡略化され、量産性を向上させることも可能となる。
【００３８】
また、窓部１２は、第２フランジ部１５の上面１５ｂに載置され、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを第２フランジ部１５の上面１５ｂと当接させた状態でキャップ９に固着されており、基板２（キャビティ３）、シールフレーム、キャップ９及び窓部１２とにより画成される空間１３を大気圧よりも減圧し、実質的に真空状態とした場合に、窓部１２を挟んだ圧力差により窓部１２に対して空間１３内側に向けて応力が作用することになり、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性を向上させることが可能となる。
【００３９】
更に、第３実施形態においては、窓部１２は、窓部１２の光出射面１２ｂを第２フランジ部１５に当接させた状態で、窓部１２の端部が窓部１２の全周にわたって、第２フランジ部１５に接着されることにより、キャップ９に固着されている。このような構成の採用により、窓部１２をその端部の全周にわたって第２フランジ部１５に接着させることになり、窓部１２を端部にて確実に支持することができ、特に、外部からの振動、衝撃に対して窓部１２を保護することが可能となる。
【００４０】
更に、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置した状態で接着層１７を形成することができるので、新たに固定ジグ等を用意することなく、キャップ９への固着を行うことができ、固着工程の簡素化及び作業性向上を図ることが可能となる。
【００４１】
（第４実施形態）
図５は本発明による半導体装置の第４実施形態を示す断面図である。第４実施形態においては、第１〜第３実施形態と同様に、半導体受光素子としてＣＣＤを備えた半導体装置に適用した例を示している。第１〜第３実施形態における半導体装置１，２１，４１とは、窓部１２とキャップ９（第２フランジ部１５）との接着構造に関して相違する。
【００４２】
半導体装置６１において、キャップ９には、ＣＣＤチップ４に対向する面に、ＣＣＤチップ４に向けて突出する突出部１８が一体に形成されている。窓部１２は、第２フランジ部１５の下面１５ａ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを当接させた状態で、窓部１２の端部が全周にわたって、低融点ガラスから成る接着層１７を介して第２フランジ部１５及び突出部１８に接着されることにより、キャップ９に固着されている。
【００４３】
上述した第４実施形態によれば、第１〜第３実施形態と同様に、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられているため、第１フランジ部１４はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、キャップ９を、薄肉状に形成された第１フランジ部１４と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６とで構成したことにより、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保することが可能となる。また、キャップ９は、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止されており、キャップ９に窓部１２を固着させた際の、キャップ９による窓部１２の支持強度を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、窓部１２とキャップ９との接着が低融点ガラスにより行われているため、低融点ガラスの溶融のための加熱により生じる熱変位が小さくなり、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力自体を小さくすることができる。
【００４５】
また、キャップ９には、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成され、補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されており、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５とを、同じ切削プロセスにて形成することができるので、製造工程が簡略化され、量産性を向上させることも可能となる。
【００４６】
また、窓部１２は、窓部１２の光入射面１２ａを第２フランジ部１５に当接させた状態で、窓部１２の端部が窓部１２の全周にわたって、第２フランジ部１５に接着されることにより、キャップ９に固着されている。このような構成の採用により、窓部１２をその端部の全周にわたって第２フランジ部１５に接着させることになり、窓部１２を端部にて確実に支持することができ、特に、外部からの振動、衝撃に対して窓部１２を保護することが可能となる。
【００４７】
（第５実施形態）
図６は本発明による半導体装置の第５実施形態を示す断面図である。第５実施形態においては、第１〜第４実施形態と同様に、半導体受光素子としてＣＣＤを備えた半導体装置に適用した例を示している。第１〜第４実施形態における半導体装置１，２１，４１，６１とは、半導体受光素子を冷却するためのペルチェ素子が設けられている点に関して相違する。
【００４８】
半導体装置８１はセラミック製の基板８２を有し、この基板２の中央部には、基板８２の長手方向に伸びるキャビティ８３が形成されている。キャビティ８３の底部には、半導体受光素子を冷却する冷却器としてのペルチェ素子８４が載置される載置部８２ａが設けられている。ペルチェ素子８４は、載置部８２ａにペルチェ素子８４の発熱部８４ａが載置された状態で、この載置部８２ａ（基板８２）に固着されている。発熱部８４ａとは反対側に位置するペルチェ素子８４の吸熱部８４ｂの上面には、半導体受光素子としてのＣＣＤチップ４が載置され、この吸熱部８４ｂの上面に固着されている。ペルチェ素子８４の発熱部８４ａ側がペルチェ素子８４に電源を供給するための電源供給部（図示せず）に接続されている。載置部８２ａより所定高さを有して形成された段部８２ｂには、ＣＣＤチップ４の電極を外部に取り出すためのボンディングパッド５が設けられている。ボンディングパッド５は基板２の中間部に形成される金属層を通って、基板２の外部に導出されており、この基板２の外部に導出された部分にはリード６がろう付け等により固着されている。ＣＣＤチップ４の電極とボンディングパッド５とは、ボンディングワイヤ７を介して、結線されている。
【００４９】
窓部１２は、第３実施形態と同様に、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置され、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを第２フランジ部１５の上面１５ｂと当接させた状態で、窓部１２の端部が全周にわたって、低融点ガラスから成る接着層１７を介して第２フランジ部１５及び補強部１６に接着されることにより、キャップ９に固着されている。
【００５０】
上述した第５実施形態によれば、第１〜第４実施形態と同様に、シールリング８にシームウェルド封止される第１フランジ部１４は、薄肉状に形成されており、剛性が低く抑えられているため、第１フランジ部１４はシームウェルド時の変形を整形し易くなる。また、キャップ９を、薄肉状に形成された第１フランジ部１４と、同じく薄肉状に形成された第２フランジ部１５と、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５より高い剛性を有する補強部１６とで構成したことにより、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保することが可能となる。また、キャップ９は、シールリング８上に第１フランジ部１４と補強部１６の一部が載置された状態で、シールリング８に対してシームウェルド封止されており、キャップ９に窓部１２を固着させた際の、キャップ９による窓部１２の支持強度を向上させることが可能となる。
【００５１】
また、窓部１２とキャップ９との接着が低融点ガラスにより行われているため、低融点ガラスの溶融のための加熱により生じる熱変位が小さくなり、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力自体を小さくすることができる。
【００５２】
また、キャップ９には、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体形成され、補強部１６の厚さは、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されており、窓部１２及びキャップ９の開口部１１の面積が大きく設定される場合においても、窓部１２とキャップ９との間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和し、且つ、十分な窓部１２の支持強度を確保し得る構造を簡易且つ低コストで実現可能となる。第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５とを、同じ切削プロセスにて形成することができるので、製造工程が簡略化され、量産性を向上させることも可能となる。
【００５３】
また、窓部１２は、第２フランジ部１５の上面１５ｂに載置され、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを第２フランジ部１５の上面１５ｂと当接させた状態でキャップ９に固着されており、基板８２（キャビティ８３）、シールリング８、キャップ９及び窓部１２とにより画成される空間９１を大気圧よりも減圧し、実質的に真空状態とした場合に、窓部１２を挟んだ圧力差により窓部１２に対して空間９１内側に向けて応力が作用することになり、窓部１２の第２フランジ部１５への密着性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、窓部１２は、窓部１２の光出射面１２ｂを第２フランジ部１５に当接させた状態で、窓部１２の端部が窓部１２の全周にわたって、第２フランジ部１５に接着されることにより、キャップ９に固着されており、窓部１２をその端部の全周にわたって第２フランジ部１５に接着されることになり、窓部１２を端部にて確実に支持することができ、特に、外部からの振動、衝撃に対して窓部１２を保護することが可能となる。また、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置した状態で接着層１７を形成することができるので、新たに固定ジグ等を用意することなく、キャップ９への固着を行うことができ、固着工程の簡素化及び作業性向上を図ることが可能となる。
【００５５】
更に、第５実施形態においては、ペルチェ素子８４は、ペルチェ素子８４の吸熱部８４ｂにＣＣＤチップ４が載置されると共に、ペルチェ素子８４の発熱部８４ａが基板８２に載置されるように、ＣＣＤチップ４と基板８２との間に設けられている。このような構成の採用により、第１フランジ部１４及び第２フランジ部１５の厚さより厚く設定されている補強部１６が設けられているため、キャップ９において熱が伝導し易く、上述された２段深絞り加工部が設けられた従来の技術よりも、ペルチェ素子８４の発熱部８４ａから基板２及びシールリング８を介して伝達された熱が窓部１２に伝達され易くなり、窓部１２での結露の発生を抑制することが可能となる。また、窓部１２は、第２フランジ部１５の上面１５ｂ（ＣＣＤチップ４に対向する面の裏面）に載置され、窓部１２の研磨された光出射面１２ｂを第２フランジ部１５の上面１５ｂと当接させた状態で、キャップ９に固着されているので、第１及び第２実施形態のように、窓部１２とキャップ９とが接着層１７を介して固着される構成のものより、ペルチェ素子８４の発熱部８４ａから基板８２及びシールリング８を介して伝達された熱が窓部１２により伝達され易く、窓部１２での結露の発生をより抑制することが可能となる。
【００５６】
なお、第１〜第５実施形態においては、キャップ９は、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６が一体に形成されることにより構成されているが、コバール製の薄板に対して別体のコバール製の部材を固着することにより、キャップ９（補強部１６）を構成するようにしても良い。また、キャップ９を構成する材料もコバールに限られるものでもない。更に、第１フランジ部１４、第２フランジ部１５及び補強部１６の厚さも、上述された厚さに限られるものではなく、開口部１１あるいは窓部１２の面積等に応じて適宜選択され、設定され得る。
【００５７】
また、第１〜第５実施形態においては、窓部１２とキャップ９との接着を低融点ガラスを用いて行っているが、これに限られるものではなく、エポキシ樹脂系接着剤等の他の接着剤を用いてもよい。ただし、窓部１２とキャップ９との固着をエポキシ樹脂系接着剤により行うものでは、照射される紫外線により、エポキシ樹脂系接着剤の成分が分解され、エポキシ樹脂成分のガスが放出され、窓部１２の光出射面１２ｂあるいはＣＣＤチップ４の受光面に付着することにより、ＣＣＤチップ４の受光感度が劣化していく虞があるが、窓部１２とキャップ９（第２フランジ部１５）とが低融点ガラスにて接着される本実施形態においては、上述したようなガスが発生することはなく、ＣＣＤチップ４の受光感度が劣化するような問題が発生する虞はない。
【００５８】
また、第１〜第５実施形態においては、基板２，８２にＣＣＤチップ４が設けられた半導体装置１，２１，４１，６１，８１としているが、半導体受光素子はＣＣＤに限られることなく、他のものであっても良い。
【００５９】
また、基板２，８２、シールリング８、キャップ９及び窓部１２により画成される空間１３，９１には、場合によって、不活性ガスが大気圧以上の圧力で封止されるように構成されることもあり、この場合には、第１及び第４実施形態のように、窓部１２の光入射面１２ａが第２フランジ部１５の下面１５ａ側に固着される構成の方が望ましい。このような構成の採用により、窓部１２を挟んだ圧力差により窓部１２に対して空間１３内側から外側に向けて応力が作用することになり、窓部１２の第２フランジ部１５への接着性及び密着性をより向上させることが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、窓部及びキャップの開口部の面積が大きく設定される場合においても、窓部とキャップとの間の熱膨張係数の違いにより発生する応力を緩和することが可能で、且つ、十分な窓部の支持強度を確保することが可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明による半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明による半導体装置の第４実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明による半導体装置の第５実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２１，４１，６１，８１…半導体装置、２，８２…基板、２ａ，８２ａ…載置部、３，８３…キャビティ、４…ＣＣＤチップ、８…シールリング、９…キャップ、１０…枠部、１１…開口部、１２…窓部、１２ａ…光入射面、１２ｂ…光出射面、１３，９１…空間、１４…第１フランジ部、１５…第２フランジ部、１６…補強部、１７…接着層、８４…ペルチェ素子、８４ａ…発熱部、８４ｂ…吸熱部。
【図１】
0004077108.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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