JP2000277648A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 基板２にはＣＣＤチップ４が固着されて
いる。基板２の上面２ｃには、シールリング８がキャビ
ティ３を囲む状態で固着されている。シールリング８に
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とを有したキャップ９がシー
ムウェルド封止されている。キャップ９には、開口部１
１を覆うように窓部１２が固着されている。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、窓部１２が固着される第２フランジ部
１５と、第１及び第２フランジ部１４，１５との中間部
に設けられる補強部１６とを有している。第１及び第２
フランジ部１４，１５は、薄肉状に形成されている。補
強部１６の厚さは、第１及び第２フランジ部１４，１５
の厚さよりも厚く設定されている。

Description

【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１
０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 ^-6
Ｔｏｒｒ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１
４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１
２ａ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（ＣＣ
Ｄ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４
００℃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１
２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１
４、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１
６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１
２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１
２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１
２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１
４、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１
２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１
２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１
２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１
４、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１
２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１
４、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１
２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１
２ａを第２フランジ部１５に当接させた状態で、窓部１
２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８
４ａとは反対側に位置するペルチェ素子８４の吸熱部８
４ｂ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１
４、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１
２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１
２ｂを第２フランジ部１５に当接させた状態で、窓部１
２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８
４ａ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１
６）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ＣＣ
Ｄ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。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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、を有していることを特
   徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記キャップは、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
   する請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 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２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 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１〜３のいずれか
   一項に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 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１〜３のいずれか
   一項に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 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１〜３のいずれか一項に
   記載の半導体装置。