(57)【要約】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。【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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、Ａｌ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。
【請求項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。
【請求項４】
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１〜３のいずれか１項に記載の光透過用窓部材。
【請求項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、鏡面加工されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光透過用窓部材。
【請求項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１〜５のいずれか１項に記載の光透過用窓部材。
【請求項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・ニッケル・コバルト合金からなる、請求項６に記載の光透過用窓部材。
【請求項８】
前記ガラス部材は、アルカリイオンを含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光透過用窓部材。
【請求項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（２０）に、前記ハウジングを密閉するように接合される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光透過用窓部材。
【請求項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。
【請求項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）。
【請求項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、Ａｌ層（５、５ａ）を介して接合されている、請求項１１に記載の半導体パッケージ。
【請求項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１１または１２に記載の半導体パッケージ。
【請求項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１１〜１３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項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１１〜１４のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項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。
【請求項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・コバルト合金からなる、請求項１６に記載の半導体パッケージ。
【請求項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ジ。
【請求項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。
【請求項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Ａｌ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。
【請求項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Ａｌ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。
【請求項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１９〜２１のいずれか１項に記載の光透過用窓部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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９−１４８４６９号公報に開示されている。【０００３】  上記特開平９−１４８４６９号公報には、ガラス部材（ガラス窓）に金属メッ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、外周部よりも大きい厚み（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い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が構成されている。【０００６】  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���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℃）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は軟化するので、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、金メッキ層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２２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】  しかしながら、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２１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２１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の構造を簡略化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を設けることに加えて、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、構造および製造工程を簡略化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化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、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いる。
【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化することができる。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化することができる。
【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、Ａｌ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Ａｌ層を介して接合する場合に、Ａｌ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、Ａｌ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化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化することができる。
【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化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化することができる。
【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って、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いる。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化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いる。
【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化することができる。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化することができる。
【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、Ａｌ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Ａｌ層を介して接合する場合に、Ａｌ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、Ａｌ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化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化することができる。
【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化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化することができる。
【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、同一の材料からなる。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ハウジング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ハウジングの熱膨張係数との差によっ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から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制することができる。
【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化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。
【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化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化することができる。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化することができる。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化することができる。
【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Ａｌ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Ａｌ層を介して接合する場合に、Ａｌ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、Ａｌ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Ａｌ層を介して陽極接合する工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Ａｌ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Ａｌ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〜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〜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〜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−１６Ｃｏ−Ｆｅ））製のフレーム２と、金メッキ層３とを備えている。【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５．１５×１０−６／Ｋ〜約５．４５×１０−６／Ｋの熱膨張係数を有する。また、ガラス部材１は、約２μｍ以下の平面度と約１０μｍ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０．１μｍ以下の表面粗さ（Ｒｍａｘ）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く、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４．６×１０−６／Ｋ〜約５．２×１０−６／Ｋ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５．１５×１０−６／Ｋ〜約５．４５×１０−６／Ｋ）の近傍の熱膨張係数（約４．６×１０−６／Ｋ〜約５．２×１０−６／Ｋ）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のすべ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いる。【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、２９Ｎｉ−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が構成されている。【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０．１μｍ以下の表面粗さ（Ｒｍａｘ）の接合面（下面）を有するとともに、約２μｍ以下の平面度と約１０μｍ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）を鏡面加工する。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の軟化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℃〜約５００℃、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）が収納されたハウジング２０の外周部の上面２０ａに抵抗溶接によってハウジング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１０００Ａ、通電時間：約５ｍｓｅｃ以下、圧力：約１ｋｇ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とからなるＤＭＤ素子用の半導体パッケージ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の構造を簡略化することができる。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の製造工程を簡略化することができる。【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の軟化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の表面が軟化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の研磨工程を簡略化することができる。【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０．１μｍ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）を鏡面加工することによって、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によって、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の軟化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の表面が軟化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パ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、Ａｌ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Ａｌ層５を介して、陽極接合されている。このＡｌ層５は、約０．０５μｍ〜約１００μｍの厚みを有している。なお、Ａｌ層５の厚みが約０．０５μｍよりも小さい場合には、Ａｌがコバールからなるフレーム２内に拡散してＡｌ層５が無くなる場合がある。また、Ａｌ層５の厚みが約１００μｍよりも大きい場合には、Ａｌ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、Ａｌ層５の厚みは、約０．０５μｍ〜約１００μｍに設定するのが好ましい。また、Ａｌ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、ＤＭＤ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０．１μｍ以下の表面粗さ（Ｒｍａｘ）の接合面（下面）を有するとともに、約２μｍ以下の平面度と約１０μｍ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）を鏡面加工する。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Ａｌを蒸着することにより、約０．０５μｍ〜約１００μｍの厚みを有するＡｌ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Ａｌ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Ａｌ層５を、約４００℃〜約５００℃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、Ａｌ層５の上面にガラス部材１の軟化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℃〜約５００℃、印加電圧：約５００Ｖ以上である。このとき、Ａｌ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Ａｌ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、Ａｌ層５を介して陽極接合することによって、Ａｌ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、Ａｌ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べ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が、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っ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い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４．５×１０−６／Ｋ〜約５．３×１０−６／Ｋ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Ａｌ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、フレームとガラス部材とをＡｌ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℃〜約５００℃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Ａｌ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Ａｌ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Ａｌを蒸着するとともに、フレームとガラス部材とをＡｌ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Ａｌを蒸着するとともに、フレーム２とガラス部材１とをＡｌ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Ａｌを蒸着する例を示したが、本発明はこれに限らず、マスクを用いることなく、フレーム全面にＡｌ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Ａｌ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Ａｌ層を形成するために、たとえば、メッキやクラッドなどの蒸着法以外の方法によりＡｌ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Ａｌ層とを圧接接合することにより、コバール層からなるフレームにＡｌ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。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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