(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップ本体の上部に光透過孔が形成され、キャップ本体に、めっきにより迷光を防止する黒色皮膜が形成された半導体装置用キャップであって、
前記キャップ本体に下地めっき皮膜が形成され、
該下地めっき皮膜上にＳｎ−Ｎｉめっきからなる第１の黒色皮膜が設けられ、
該第１の黒色皮膜上に、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成されたＺｎ−Ｎｉめっきからなる第２の黒色皮膜が設けられていることを特徴とする半導体装置用キャップ。
【請求項２】
下地めっき皮膜が、ニッケルめっきからなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用キャップ。
【請求項３】
ステムに搭載された光用半導体素子を覆って光透過孔を有する半導体装置用キャップがステム本体に接合された半導体装置において、
前記半導体装置用キャップのキャップ本体および前記ステム本体に、下地めっき皮膜が形成され、
該下地めっき皮膜上にＳｎ−Ｎｉめっきからなる第１の黒色皮膜が設けられ、
該第１の黒色皮膜上に、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成されたＺｎ−Ｎｉめっきからなる第２の黒色皮膜が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
光透過孔を有するキャップ本体の表面に黒色皮膜が形成された半導体装置用キャップの製造方法において、
前記キャップ本体に下地めっき皮膜を形成した後、該キャップ本体に低融点ガラスを用いて前記光透過孔を覆うように光透過窓を溶着し、
該光透過窓が溶着されたキャップ本体にＳｎ−Ｎｉめっきを施して、前記下地めっき皮膜の表面に第１の黒色皮膜を形成し、
次いで、キャップ本体にＺｎ−Ｎｉめっきを施して前記第１の黒色皮膜に重ねて、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成される第２の黒色皮膜を形成することを特徴とする半導体装置用キャップの製造方法。
【請求項５】
下地めっきとして、ニッケルめっきを施すことを特徴とする請求項４記載の半導体装置用キャップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用キャップ、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、キャップ本体内における迷光を防止した半導体装置用キャップ、半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光を利用する光学装置では、レーザ光の受発光用としてレーザダイオードを搭載した半導体装置が使用されている。図６は、発光用のレーザ素子１０とモニター素子１２とを搭載した半導体装置の構成を示す説明図である。１４はステム、１６はレーザ素子１０とモニター素子１２を収容するようにしてステム本体１４ａに接合した半導体装置用キャップである。このような半導体装置では光透過窓１８から半導体装置用キャップ１６の内部に入射したレーザ光、あるいは発光用のレーザ素子１０から光透過窓１８に向けて放射されたレーザ光が半導体装置用キャップ１６の内部で反射した迷光が、半導体装置のノイズや誤動作の原因になるという問題がある。
【０００３】
このような迷光によるノイズ等の問題を防止する方法として、半導体装置用キャップ１６の内面やステム１４の表面を黒色とすることにより光の乱反射を抑える方法は従来から行われてきた。たとえば、キャップ本体にコバルトまたはコバルト合金めっきを施し、酸化雰囲気中で加熱することによってめっき皮膜を黒化させることによる方法（特開平６−２５２２８１号公報）、キャップ本体に黒色ニッケルめっき皮膜を形成し大気中で加熱することによって黒化する方法（特開平７−７０９８号公報）等である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置用キャップ１６等の内面を黒色とするために、めっきして加熱するといった方法は煩雑であるため、簡便に黒化する方法として、キャップ本体に黒色系のめっきとして電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施す方法が行われている。しかしながら、従来の黒色系の電解Ｓｎ−Ｎｉめっきは、黒色の濃度が必ずしも十分とはいえず、レーザ素子が高出力になるとともに半導体装置用キャップ１６の内面でレーザ光が乱反射しやすくなり、迷光が生じやすくなるという問題がある。
【０００５】
また、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきによって形成した黒色皮膜は黒色度が低いため、キャップ本体の表面に析出しためっき皮膜にむらがあると、製品の外観に濃淡のむらとしてあらわれやすく、製品の見栄えが悪くなるという問題がある。
また、めっき皮膜の厚さにばらつきがあると、キャップとステム本体との接合部分での密着性が低下するという問題がある。
また、キャップにあらかじめ光透過窓を取り付けて提供する製品の場合には、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきのめっき浴にキャップを浸漬してめっきを施している際に、光透過窓を接合している低融点ガラスから鉛等の金属不純物がめっき液中に溶け出し、これによってめっき液の寿命が短くなるという問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、迷光を防止する黒色皮膜としてキャップ本体にＳｎ−Ｎｉめっきを施した半導体装置用キャップにおいて、黒色皮膜によるレーザ光の迷光を効果的に抑えることができ、キャップとステムとの密着性を良好にし、めっき液の長寿命化を図ることができて良品を提供することができる半導体装置用キャップ、半導体装置およびその好適な製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、キャップ本体の上部に光透過孔が形成され、キャップ本体に、めっきにより迷光を防止する黒色皮膜が形成された半導体装置用キャップであって、前記キャップ本体に下地めっき皮膜が形成され、該下地めっき皮膜上にＳｎ−Ｎｉめっきからなる第１の黒色皮膜が設けられ、該第１の黒色皮膜上に、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成されたＺｎ−Ｎｉめっきからなる第２の黒色皮膜が設けられていることを特徴とする。
また、前記下地めっき皮膜が、ニッケルめっきからなることを特徴とする。
【０００８】
また、ステムに搭載された光用半導体素子を覆って光透過孔を有する半導体装置用キャップがステム本体に接合された半導体装置において、前記半導体装置用キャップのキャップ本体および前記ステム本体に、下地めっき皮膜が形成され、該下地めっき皮膜上にＳｎ−Ｎｉめっきからなる第１の黒色皮膜が設けられ、該第１の黒色皮膜上に、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成されたＺｎ−Ｎｉめっきからなる第２の黒色皮膜が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、光透過孔を有するキャップ本体の表面に黒色皮膜が形成された半導体装置用キャップの製造方法において、前記キャップ本体に下地めっき皮膜を形成した後、該キャップ本体に低融点ガラスを用いて前記光透過孔を覆うように光透過窓を溶着し、該光透過窓が溶着されたキャップ本体にＳｎ−Ｎｉめっきを施して、前記下地めっき皮膜の表面に第１の黒色皮膜を形成し、次いで、キャップ本体にＺｎ−Ｎｉめっきを施して前記第１の黒色皮膜に重ねて、前記第１の黒色皮膜よりも大きな凹凸のある粗面に形成される第２の黒色皮膜を形成することを特徴とする。
また、前記下地めっきとして、ニッケルめっきを施すことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１(a)は本発明に係る半導体装置用キャップの構成を示す説明図、図１(b)は従来の半導体装置用キャップの構成を示す説明図である。図１で２０は半導体装置用キャップのキャップ本体である。キャップ本体２０は金属材をプレス成形してキャップ状に形成するとともに、キャップ本体２０の上部にレーザ光が通過する光透過孔２２を形成したものである。キャップ本体２０の材料には、鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金等が使用される。
【００１１】
本発明に係る半導体装置用キャップにおいて特徴的な構成は、キャップ本体２０の表面に形成する迷光を防止するための黒色皮膜の構成にある。図２はこれらのめっき層の構成を説明するため、キャップ本体２０の表面に形成しためっき層を拡大して示している。
キャップ本体２０に黒色皮膜を形成する前工程として、キャップ本体２０に対し、まず、キャップ本体２０の耐蝕性を向上させる下地めっきを施す。本実施形態では下地めっきとしてニッケルめっきを施した。ニッケルめっきは無電解めっきあるいは電解めっきにより、３μｍ程度の厚さに形成する。図２で、２４が下地めっき皮膜である。キャップ本体２０にニッケルめっき等による下地めっきを施すことは、図２(b)に示すように、従来の半導体装置用キャップにおいても同様に行っている。
【００１２】
次に、下地めっき皮膜２４の表面に、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施して第１の黒色皮膜２６を形成する。下地めっき皮膜２４の表面に、黒色皮膜として電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施すことも、図２(b)に示すように従来の半導体装置用キャップを製造する手段として行われる。電解Ｓｎ−Ｎｉめっきによって形成する第１の黒色皮膜２６の厚さは、従来例、本実施形態ともに０．３μｍ程度である。
【００１３】
本発明に係る半導体装置用キャップでは、さらに、第１の黒色皮膜２６の表面に電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施して第２の黒色皮膜２８を形成することを特徴とする。図２(a)は、第１の黒色皮膜２６の表面に第２の黒色皮膜２８を形成したことを示す。第２の黒色皮膜２８は第１の黒色皮膜２６の厚さの２分の１程度の厚さ（０．１５μｍ程度）に設けた。
本発明に係る半導体装置用キャップにおいて、第１の黒色皮膜２６の表面に第２の黒色皮膜２８を形成しているのは、迷光を防止する黒色皮膜を複数層とすることで、第１の黒色皮膜２６による吸光性の作用と第２の黒色皮膜２８による吸光性の作用を利用することによって、従来の半導体装置用キャップにくらべてレーザ光の乱反射を防止して、迷光をより効果的に抑制できるようにするためである。
【００１４】
従来の半導体装置用キャップでは下地めっき皮膜２４の表面にＳｎ−Ｎｉめっきによる第１の黒色皮膜２６を形成したことによって７８０ｎｍ付近のレーザ光の反射を好適に抑制することを可能にしているが、本実施形態の半導体装置用キャップでは、これに加えて、Ｚｎ−Ｎｉめっきによる第２の黒色皮膜２８を設けることによって６５０ｎｍ以下といった低波長帯でのレーザ光の乱反射にも有効に作用するという特徴がある。
【００１５】
図３は第１の黒色皮膜２６にさらに第２の黒色皮膜２８を形成した本実施形態の半導体装置用キャップでのキャップ本体２０の表面状態を観察した電子顕微鏡写真（２万倍）、図４は従来の第１の黒色皮膜２６のみを設けた半導体装置用キャップのキャップ本体の表面状態を観察した電子顕微鏡写真（２万倍）を示す。図３、４に示す電子顕微鏡写真を比較すると、図４に示す従来の半導体装置用キャップの場合は、キャップ本体２０の表面が平滑で平坦面に形成されているのに対して、図３に示す本実施形態の半導体装置用キャップの場合は、比較的大きな結晶粒がキャップ本体の表面に形成されており、キャップ本体の表面が凹凸の多い粗面に形成されていることがわかる。半導体半導体装置用キャップ１６のキャップ本体の表面が図３に示すような比較的大きな凹凸のある粗面に形成されたことにより、黒色皮膜の黒色度を増すことができ、キャップ本体２０に入射したレーザ光はキャップ本体２０の表面での吸光性が向上し、反射率が減少することによって迷光を抑制することが可能になる。
【００１６】
このように、本実施形態の半導体装置用キャップでは、キャップ本体２０の表面に第１の黒色皮膜２６と第２の黒色皮膜２８とを重ねて形成したことによって、第１の黒色皮膜２６のみを設けた従来の半導体装置用キャップにくらべて効果的に迷光を抑えることが可能になる。この迷光を抑制する作用は、単に第１の黒色皮膜２６と第２の黒色皮膜２８による吸光作用を加え合わせる作用のみではなく、キャップ本体２０の表面が粗面に形成されるという作用が付加されて得られた作用である。
【００１７】
なお、第２の黒色皮膜２８を形成する場合は、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施すめっき槽から被加工品を電解Ｚｎ−Ｎｉめっき用のめっき槽に移し、電解Ｚｎ−Ｎｉめっき浴を用いて電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施す。この電解Ｚｎ−Ｎｉめっきにおいては、キャップ本体２０の表面にめっき皮膜を安定させて均等に析出させ、外観のばらつきをなくすととともに、めっき皮膜の密着性を良好にすることが重要である。実際に電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施す場合、単にめっき電極間に直流電圧をかけたままめっきを施すと電極間電圧が徐々に上昇していき、良好な外観の製品が得られない。このため、本実施形態においては、めっき電極間の電圧を一定電圧に維持するように制御し、あるいは、めっき電極間の電圧が一定になるように電圧をパルス的に印加することによって好適な電解Ｚｎ−Ｎｉめっきが施されるようにした。
【００１８】
このようにしてキャップ本体２０の表面に第２の黒色皮膜２８を形成することにより、濃度の濃い第２の黒色皮膜２８によってキャップ本体２０の表面を被覆することができ、下層の第１の黒色皮膜２６に外観上のむらがあったとしても、これらのむらが製品の外観に表れないようにすることができ、最終製品の外観および見栄えを良好にすることができる。
【００１９】
上述した半導体装置用キャップは、図１(a)に示すように、キャップ本体２０の上部に光透過孔２２を設けた製品であり、この製品はキャップ本体２０に下地めっき皮膜２４、第１の黒色皮膜２６、第２の黒色皮膜２８を形成した後、光透過孔２２を覆うように光透過窓１８等を接合して使用する。
一方、半導体装置用キャップには、キャップ本体２０にあらかじめ光透過窓１８を接合して提供する製品もある。この製品の場合は、キャップ本体１０に下地めっき皮膜２４を形成した後、低融点ガラスを用いて光透過窓１８を溶着し、第１の黒色皮膜２６、第２の黒色皮膜２８を形成して製品とする。このキャップ本体２０に光透過窓１８を接合して提供する製品の場合は、製造上の課題として、低融点ガラスに含まれる鉛等の成分がめっき浴中に溶出して、めっき液を劣化させるという問題がある。
【００２０】
すなわち、光透過窓１８を低融点ガラスを用いてキャップ本体２０に溶着して提供する製品の場合は、キャップ本体２０に下地めっき皮膜２４を形成した後、低融点ガラスを用いて光透過窓１８を溶着し、次いで、電解Ｓｎ−Ｎｉめっき、および電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施す。この電解Ｓｎ−Ｎｉめっき、および電解Ｚｎ−Ｎｉめっきでは、電解Ｓｎ−Ｎｉめっき用のめっき浴と、電解Ｚｎ−Ｎｉめっき用のめっき浴に、順次キャップ本体２０を浸漬してめっきを施すのであるが、このめっきを施している際に、低融点ガラスに含まれている鉛等の金属不純物がめっき浴中に溶出し、これによってめっき液が劣化し、液寿命が短くなる。
【００２１】
めっき液の液寿命を長くするには、低融点ガラスに含まれている金属不純物がめっき液中に溶出しないようにする必要があるが、本発明に係る半導体装置用キャップでは、迷光を防止するための黒色皮膜を、第１の黒色皮膜２６と第２の黒色皮膜２８との２層構造としたことにより、第１の黒色皮膜２６の厚さを従来の半導体装置用キャップで使用している黒色皮膜よりも薄くしても十分な迷光防止作用を得ることができる。
第１の黒色皮膜２６は電解Ｓｎ−Ｎｉめっきによって形成するから、第１の黒色皮膜２６の厚さを薄くすることにより、被加工品が電解Ｓｎ−Ｎｉめっき浴中に浸漬されている時間を短縮することができ、これによって、めっき液中に金属不純物が溶出することを抑えて、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきに使用するめっき液を従来よりも長寿命にすることができる。
【００２２】
また、光透過窓１８を接合したキャップ本体２０に電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施すと、キャップ本体２０の表面が第１の黒色皮膜２６によって被覆されるとともに、光透過窓１８を溶着している低融点ガラスの表面も第１の黒色皮膜２６によって被覆される。この低融点ガラスの表面を被覆する第１の黒色皮膜２６は、次に電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施す際に、低融点ガラスに含まれている金属不純物がめっき液中に溶出することを防止するバリアとして作用する。
すなわち、キャップ本体２０の表面に第２の黒色皮膜２８を形成する電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施す際には、低融点ガラスの表面が第１の黒色皮膜２６によって被覆されているから、低融点ガラスに含まれている金属不純物がめっき浴中に溶出することが抑えられ、第２の黒色皮膜２８を形成する電解Ｚｎ−Ｎｉめっき用のめっき液についても劣化を抑え、めっき液を長寿命にすることができる。
【００２３】
図５は、上述した半導体装置用キャップ１６をステム１４に接合して半導体装置を組み立てた状態を示す。半導体装置用キャップ１６はキャップ本体２０に低融点ガラス１７により光透過窓１８が溶着されたものであり、レーザ溶接あるいは抵抗溶接によりステム１４に搭載されたレーザ素子を覆ってステム本体１４ａに接合されている。
ステム本体１４ａは、鉄、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金等からなり、ステム１４は、ステム本体１４ａを厚さ方向に貫通する貫通孔３２にリードピン３０を挿通し、リードピン３０をガラス３４によって封着して形成される。なお、ガラス３４にかえて樹脂によりリードピン３０を封着することも可能である。３６はステム本体１４ａの上面にステム本体１４ａと一体に形成した放熱体である。光用半導体素子であるレーザ素子１０は放熱体３６の側面に搭載され、レーザ素子１０とリードピン３０とが電気的に接続される。
【００２４】
本実施形態の光用半導体素子を搭載した半導体装置は、上述した半導体装置用キャップ１６と同様に、ステム本体１４ａについて下地めっきとしてニッケルめっきを施した後、電解Ｓｎ−Ｎｉめっきを施して第１の黒色皮膜２６を形成し、次いで、電解Ｚｎ−Ｎｉめっきを施して第２の黒色皮膜２８を形成したものである。
これにより、半導体装置用キャップ１６をステム本体１４ａに接合して形成されている半導体装置は、半導体装置用キャップ１６とステム本体１４ａとによって光用半導体素子を収納する半導体装置の内面全体が、第１の黒色皮膜２６と第２の黒色皮膜２８とを重ねて形成した黒色皮膜によって形成され、半導体装置の内面全体でレーザ光の反射を防止し、迷光を効果的に抑えることが可能になる。
【００２５】
また、本発明によれば、キャップ本体２０の表面およびステム本体１４ａの表面に黒色皮膜がむらなく形成されるから、レーザ溶接、抵抗溶接等によって半導体装置用キャップ１６とステム１４とを接合した際に、これらを確実に接合することができ、半導体装置用キャップ１６とステム１４との密着性を向上させ、半導体装置の密封度を良好にすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置用キャップ、半導体装置によれば、上述したように、キャップ本体および半導体装置の内面でのレーザ光の反射を効果的に抑えることができ、迷光によって生じる半導体装置のノイズや誤動作の発生を抑えることが可能になる。また、本発明に係る半導体装置用キャップの製造方法によれば、キャップ本体に第１の黒色皮膜と第２の黒色皮膜とを好適に形成することができ、めっき液の長寿命化を図ることができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置用キャップの構成を示す説明図である。
【図２】キャップ本体の表面に形成される黒色皮膜の構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係る半導体装置用キャップのキャップ本体の表面の性状を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】従来の半導体装置用キャップのキャップ本体の表面の性状を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明に係る半導体装置の構成を示す説明図である。
【図６】半導体装置の一般的な構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  レーザ素子
１２  モニター素子
１４  ステム
１４ａ  ステム本体
１６  半導体装置用キャップ
１８  光透過窓
２０  キャップ本体
２２  光透過孔
２４  下地めっき皮膜
２６  第１の黒色皮膜
２８  第２の黒色皮膜
３０  リードピン
【図１】
0003763785.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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