CN108376673B - 合成石英玻璃盖前体、合成石英玻璃盖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合成石英玻璃盖前体、合成石英玻璃盖及其制备方法。通过以下方法制备用于光学器件封装的合成石英玻璃盖：配置包括合成石英玻璃基底(1)和金属膜或金属化合物膜(2)的合成石英玻璃盖前体，和在金属膜或金属化合物膜(2)上形成金属系粘结层(3)。该金属膜或金属化合物膜含有Ag、Bi和选自P、Sb、Sn和In中的至少一种元素。

Description

合成石英玻璃盖前体、合成石英玻璃盖及其制备方法

交叉引用相关申请

依据35U.S.C.§119(a)，这个非临时申请要求于2017年1月31日在日本提交的专利申请NO.2017-015449的优先权，其全部内容通过引用结合入本文中。

技术领域

这个发明涉及用于光学器件封装中的合成石英玻璃盖、合成石英玻璃盖前体及其制备方法。玻璃盖用于光学器件(例如UV-LED和具有增大的短波光输出的激光器光源(诸如ArF准分子激光器、KrF准分子激光器和YAG FHG激光器)，特别是能发射UV带光的光学器件)的封装中，并且特别用于向其中安装有光学器件的容器提供金属密封。

背景技术

随着汞灯的使用近来受到管制，能够发射短波长光(特别是UV带光)的UV-LED被认为是有希望的替代品。由于LED可以产生任意波长的光，因此开发了用于特定应用的波长的LED。例如，UV区域中的波长265nm对于破坏细菌的DNA已知是有效的。开发了适合于发射265nm波长的UV-LED以用于杀菌应用。即使当持续供应265nm的光学器件时，也难以在没有封装的情况下使用这些器件。

在包括LED在内的能够发射红外波段的长波光的光学器件的封装中，为了将玻璃盖粘合到其中安装有光学装置的容器，需要粘结剂或树脂模制品。典型的粘结剂或树脂模制品包括环氧树脂、丙烯酸系树脂和玻璃料。

例如，专利文献1公开了使用UV可固化液态丙烯酸系树脂或热固性树脂粘结剂来粘合微透镜。专利文献2描述了通过使用玻璃料粘合异质材料(即陶瓷和玻璃材料)来制备复合封装的方法。专利文献3提出了在窗构件的主表面的外围和侧表面提供金属层，以增强密封能力，从而减轻施加到窗构件的角部的应力。使用这种技术，获得了气密封装。

引用文献列表

专利文件1：JP-A 2008-219854(USP 8,013,350)

专利文件2：JP-A 2015-216322

专利文件3：JP-A 2015-018872

发明内容

然而，使用UV固化树脂粘结剂的专利文献1的方法存在如下问题：连续暴露于UV时，组成粘结剂的树脂过度交联，粘结剂变脆。因此，当在UV带光学器件封装中使用该粘结剂时，其被认为可靠性低。专利文献2的方法需要使用激光烧结用于形成熔合的玻璃料层的高温步骤，这会损坏封装中的光学器件。专利文献3的方法存在以下问题：如果金属层因冲击而剥离，即如果主表面周边和侧表面中的任一处的金属层被破坏，则应力不能被完全抑制，使得整体密封失效。

本发明的一个目的是提供一种合成石英玻璃盖，其被粘合到其中容纳有UV带光学器件的容器中以构成光学器件封装，其中该盖长期保持稳定的粘合，该粘合即使在施加应力环境下也不易破损，且该封装确保了长期稳定的使用。另一个目的是提供合成石英玻璃盖前体，以及制备盖前体和盖的方法。

本发明人已经发现，含有银、铋和选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素的金属膜或金属化合物膜可有效地粘合至合成石英玻璃。在金属膜或金属化合物膜的表面上形成了金属系粘结层，以产生合成石英玻璃盖。合成石英玻璃盖被接合到其中容纳有UV带光学器件的容器中，以形成金属粘合，从而构成光学器件封装。金属膜或金属化合物膜对于多种金属系粘结剂保持粘合，该粘合长期稳定。即使在施加应力的环境下，金属膜或金属化合物膜也能吸收或减轻应力，防止粘合被损坏或剥离。

因此，一方面，本发明提供了一种合成石英玻璃盖前体，包括合成石英玻璃基底和在其一个主表面上的金属膜或金属化合物膜，该金属膜或金属化合物膜含有银、铋和选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素。

在优选实施方案中，金属膜或金属化合物膜形成在基底的主表面的外周部分上。

在优选实施方案中，金属膜或金属化合物膜具有1至20μm的厚度、2nm以下的表面粗糙度(Ra)、和/或其表面上10μm以下的平坦度。

通常，盖前体被用在光学器件封装中。

另一方面，本发明提供了一种合成石英玻璃盖，其包括上述定义的盖前体和在金属膜或金属化合物膜表面上的金属系粘结层。

优选金属系粘结层含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素。

另一方面，本发明提供一种用于制备上述限定的合成石英玻璃盖前体的方法，包括如下步骤：用在分散介质中包含银、铋和选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素的金属糊涂覆合成石英玻璃基底的一个主表面；加热和烧结该金属糊涂层，以在基底上形成金属膜或金属化合物膜。

优选地，金属糊具有65重量％至95重量％的银含量。

另一方面，本发明提供了一种由通过上述方法制备的合成石英玻璃盖前体来制备合成石英玻璃盖的方法，该方法包括如下步骤：用另一种金属糊涂覆金属膜或金属化合物膜的表面，以在其上形成金属系粘结层。

优选地，该另一金属糊含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素和分散介质。

发明有益效果

合成石英玻璃盖被接合到其中容纳有短波带(通常为UV带)的光学器件的容器中，以形成金属粘合，从而构成光学器件封装。该粘合长期稳定。即使在施加应力的环境下，该粘合也不易损坏。该盖确保了封装的长期稳定使用。该合成石英玻璃盖前体在有望替代汞灯的UV-LED和DUV-LED等光学器件的封装中是有用的。当合成石英玻璃盖前体与不同于合成石英玻璃的材料的容器粘合时，它与多种金属系粘结剂相容。粘合操作是简单的。

附图说明

图1A和1B分别是本发明的一个实施方案中的合成石英玻璃盖前体的横截面图和平面图。

图2是本发明的一个实施方案中的合成石英玻璃盖的横截面图。

图3是使用本发明的合成石英玻璃盖的示例性光学器件封装的横截面图。

具体实施方式

如图1A和1B的横截面图和平面图所示，将本发明的合成石英玻璃盖前体定义为包括合成石英玻璃基底1和在其一个主表面上、优选在基底1的主表面的外周部分上的金属膜或金属化合物膜2。尽管金属膜或金属化合物膜2也可以形成在基底1的侧表面以及主表面上，但是优选的是金属膜或金属化合物膜2仅形成在基底1的一个主表面上，尤其是基底1的邻接容器的主表面上。如图1A和1B所示，金属膜或金属化合物膜2优选形成在基底1的主表面的外周部分上，使得可以从基底1的中心区域提取光，但是也不一定要形成在基底1的最外围。只要以足以形成气密密封并在基底1的中心处留下充足的光提取区域的形状和范围在基底1的主表面上形成金属膜或金属化合物膜2即可。

合成石英玻璃基底可以是板状、限定凹面和凸面的球面状、或者限定凹面和凸面的非球面状。如果单纯是为了密封其中容纳有光学器件的容器的目的而使用，则从成本和易于处理的观点来看，板状基底是优选的。在需要更高效地从光学器件提取光的情况下，基于光学分析设计的限定凹面和凸面诸如简单的平凸透镜状、平凹透镜状或凸弯月透镜状的球面状或非球面状是优选的。尽管合成石英玻璃基底可以具有任何合适的厚度，但从粘合时产生的应力的观点来看，优选厚度为0.1mm以上、更优选0.2mm以上，并且优选5mm以下、更优选4mm以下。

合成石英玻璃基底表面上的金属膜或金属化合物膜由高度抗紫外的材料形成，并且通常用作坚韧的下层，上述下层有助于在对金属可润湿性极差的合成石英玻璃上形成金属基底粘结层。结果，当玻璃盖被粘合到异质材料的容器上时，金属膜或金属化合物膜起到吸收或减轻由具有不同于该金属膜或金属化合物膜的热膨胀系数的合成石英玻璃基底所生成的应力的作用，由此构成具有金属膜或金属化合物膜不会从玻璃基底的表面剥离的改进的气密性的金属密封件。已经获得了适用于短波(典型的是UV)的光学器件的封装，其长期稳定。

关于玻璃和金属之间的粘合，通常已知粘合强度取决于可润湿性。更具体地说，基于共价键的玻璃和基于金属键的金属由于本质上不同的键模式而不相容。在其晶体结构中含金属元素的玻璃类型(诸如钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃)的情况中，预期通过阳极键合在玻璃表面形成金属膜或金属化合物膜。然而，阳极键合不适用于合成石英玻璃，因为它是一种没有金属元素等杂质的无定形SiO₂材料。因此，在大多数情况下难以在合成石英玻璃表面上形成金属膜或金属化合物膜。另一方面，当使用传统的金属系粘结剂(诸如焊料或蜡)在合成石英玻璃表面上形成金属膜或金属化合物膜时，在热或潮湿的环境中，金属膜或金属化合物膜将从界面剥离。

考虑到上述讨论，金属膜或金属化合物膜中的金属种类优选是可完全润湿合成石英玻璃基底表面并均匀粘合到合成石英玻璃基底表面而不留下间隙的金属，以增加界面处的拉伸强度。从这个意义上讲，金属膜或金属化合物膜应该含有银(Ag)、铋(Bi)和选自磷(P)、锑(Sb)、锡(Sn)和铟(In)中的至少一种元素。

金属膜或金属化合物膜含有银和铋作为必需组分。由于其高延展性，银能够吸收或减轻在粘合到具有不同热膨胀系数的异质材料期间引起的应力。另外，银的优点在于其不是环境负荷物质，供应充足，而且成本相对较低。铋自身具有271.3℃的低熔点，并具有相对较低的-494kJ/mol的氧化物形成自由能，因此其易于氧化。当它与合成石英玻璃粘合时，会形成氧化物之间的结合，显示更紧密的粘结力。从这个观点出发，金属化合物膜优选为金属氧化物膜。

由于如果金属材料通过在其晶体结构中产生空隙而使其变得柔性，则金属材料在吸收或减轻将合成石英玻璃粘合到不同构件上所引起的应力方面变得更为有效，因此除了银和铋以外，金属膜或金属化合物膜还应含有选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素。金属膜或金属化合物膜可以含有或可以不含有其他成分。在金属膜的情况下，其也可以含有其他金属元素，但优选由包含银和铋、且除磷和杂质以外的上述5种元素构成(即，由银、铋和选自锑、锡和铟中的至少一种元素构成)。在金属化合物膜的情况下，其可以含有其他的金属元素和来自烧制气氛(诸如碳、氧、氮和氢)的轻元素。在金属化合物膜是金属氧化物膜的情况下，氧是必需的。

从金属膜或金属化合物膜在其形成期间(特别是金属糊的加热和烧结期间)均匀收缩的观点来看，金属膜或金属化合物膜的厚度优选为1μm以上，更优选5μm以上，且优选30μm以下，更优选25μm以下，甚至更优选20μm以下。值得注意的是，可以通过激光位移传感器(例如Keyence Corp.的KS 1100)来测量厚度。

为了提供足够的粘合力，金属膜或金属化合物膜应优选具有2nm以下、更优选1.5nm以下的表面粗糙度(Ra)。值得注意的是，可以通过表面粗糙度仪(例如，TokyoSeimitsu Co.，Ltd的Surfcom 480A)来测量表面粗糙度。

金属膜或金属化合物膜在其表面应优选具有10μm以下、更优选6μm以下的表面平坦度，这是因为当在其上施加金属系粘结剂时，这个平坦度范围足以防止金属系粘结剂从膜表面流走。值得注意的是，可以通过触针表面轮廓测量仪(例如KLA Tencor Corp.的Alpha-Step D-600)来测量平坦度。

金属膜或金属化合物膜可以通过如下方式来形成：在分散介质中配制包括银、铋和选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素的金属糊，通过分配器的方式或通过丝网印刷将该金属糊施加到合成石英玻璃基底的表面，以及加热并烧结金属糊涂层。在加热步骤期间，将通过蒸发或燃烧除去分散介质。

为了吸收或减轻在将合成石英玻璃盖粘合至其他构件时所引起的应力，制造金属膜或金属化合物膜的金属糊优选应具有65重量％以上、更优选70重量％以上、且95重量％以下、更优选85重量％以下、甚至更优选80重量％以下的银含量。为了使金属膜或金属化合物膜成为坚韧的下层(其上可形成金属系粘结层)以增强粘结性，金属糊应优选具有1重量％以上、更优选5重量％以上、且30重量％以下、更优选25重量％以下、甚至更优选20重量％以下的铋含量。此外，金属糊应优选以0.5重量％以上、更优选1重量％以上且10重量％以下、更优选5重量％以下、甚至更优选3重量％以下的含量含有选自磷、锑、锡和铟中的至少一种的元素。

分散介质优选是有机溶剂。为了防止金属颗粒在金属糊中聚集且为了通过加热和烧结形成均匀的膜，溶剂优选选自具有大立体结构和低极性的有机溶剂，诸如8至12个碳原子的长链烷基醇和环烷烃。考虑到金属糊的粘度，制造金属膜或金属化合物膜的金属糊应优选以3重量％以上、更优选5重量％以上且25重量％以下、更优选20重量％以下的含量含有分散介质。

为了通过加热和烧结金属糊来形成具有均匀分散的金属颗粒的金属膜或金属化合物膜，金属糊中的金属颗粒应优选具有5nm以上、更优选10nm以上且80nm以下、更优选60nm以下、甚至更优选40nm以下的一次粒径。值得注意的是，可以通过粒度分析仪(例如，Otsuka Electronics Co.，Ltd.的ELSZ-1000ZS)来测量金属颗粒的一次粒径。

由于通过分配器的方式或通过丝网印刷来施加金属糊，因此制造金属膜或金属化合物膜的金属糊优选在20℃下具有100Pa·s以上、更优选120Pa·s以上且270Pa·s以下、更优选200Pa·s以下、甚至更优选160Pa·s以下的粘度。值得注意的是，可以通过粘度计(例如Toki Sangyo Co.，Ltd.的数字便携式粘度计TVC-7)来测量粘度。

加热金属糊涂层，以在优选400℃以上、更优选430℃以上且优选550℃以下、更优选500℃以下的温度下烧结。热处理时间通常为45至90分钟。热处理的气氛可以是空气、惰性气体或氮气。特别是当形成金属氧化物膜时，可以适用含有氧气的气氛，典型的是空气。

可以通过在金属膜或金属化合物膜的表面上形成金属系粘结层来将合成石英玻璃盖前体加工成合成石英玻璃盖。如图2所示，本发明的合成石英玻璃盖被定义为包括在合成石英玻璃基底1的表面上、具体在形成在合成石英玻璃基底1的主表面的外周部分上的金属膜或金属化合物膜2的表面上的金属系粘结层3。如图3所示，在合成石英玻璃盖的使用中，将合成石英玻璃盖粘合到其中容纳有光学器件5的容器4中，以构成光学器件封装，在该光学器件封装中，用于容纳光学器件5的空腔被限定在基底1和容器4之间。由金属膜或金属化合物膜2和金属系粘结层3形成的金属密封建立了气密密封。图3中也图示了反射板6。

优选地，金属系粘结层3对下膜(即金属膜或金属化合物膜)是完全可润湿的并且与其形成金属粘合。当考虑到与金属膜或金属化合物膜的相容性以及与容器或者金属膜或金属化合物膜的热膨胀系数差异时，金属系粘结层应优选含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素。特别是当考虑到与金属膜或金属化合物膜的金属的相容性时，优选含有银、锡和碲中的一种或多种。最优选地，银是必需组分。

可以通过以下方式来形成金属系粘结层：在分散介质中配制包含选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素的金属糊，并且通过分配器的方式或通过丝网印刷将该金属糊施加到金属膜或金属化合物膜表面。

制造金属系粘结层的金属糊应优选以80重量％以上、更优选85重量％以上、且95重量％以下、更优选90重量％以下的含量含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素。当考虑到与下层(即金属膜或金属化合物膜)的相容性和金属元素之间的热膨胀系数的差异时，基于选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素的总重量，金属糊应优选以优选50重量％以上、更优选70重量％以上、且100重量％以下、更优选85重量％以下的比例含有银。

分散介质优选是有机溶剂。为了防止金属颗粒在金属糊中聚集且为了通过加热形成均匀的层，溶剂优选选自具有大立体结构和低极性的有机溶剂，诸如8至12个碳原子的长链烷基醇和环烷烃。考虑到金属糊的粘度，制造金属系粘结层的金属糊应优选以3重量％以上、更优选5重量％以上、且20重量％以下、更优选15重量％以下的含量含有分散介质。

为了在粘结层和金属膜或金属化合物膜之间建立紧密粘合，用于形成粘结层的金属糊中的金属颗粒应优选是纳米颗粒，具体具有5nm以上、更优选10nm以上、且80nm以下、更优选60nm以下、甚至更优选40nm以下的一次粒径。值得注意的是，可以通过与测量形成金属膜或金属化合物膜的金属糊中的金属颗粒相同的方法来测量金属颗粒的一次粒径。

制造金属系粘结层的金属糊优选在20℃下具有80Pa·s以上、更优选120Pa·s以上、甚至更优选150Pa·s以上、且300Pa·s以下、更优选250Pa·s以下的粘度，以便通过分配器的方式或通过丝网印刷施加金属糊，并且防止金属糊从金属膜或金属化合物膜的表面流走。值得注意的是，可以通过与测量形成金属膜或金属化合物膜的金属糊相同的方法来测量粘度。推荐的是，当金属糊具有低粘度时，其是触变性的。

取决于要被粘合的容器的材料和光学器件封装的类型，金属系粘结层可以具有任何合适的厚度，但是该厚度优选为10μm以上，更优选20μm以上，并且70μm以下，更优选60μm以下，甚至更优选50μm以下。可以通过与测量金属膜或金属化合物膜相同的方法来测量厚度。

金属系粘结层具有可以等于金属膜或金属化合物膜的宽度的宽度。由于在将玻璃盖粘合到容器的步骤中，经常施加压力以实现它们之间的适当对准和粘合，所以优选金属系粘结层的宽度小于金属膜或金属化合物膜的宽度，具体地，金属系粘结层的宽度是在金属膜或金属化合物膜的宽度的80-95％、更优选85-95％、甚至更优选90-95％的范围内。

在一个实施方案中，在即将将玻璃盖粘合到其中容纳有光学器件的容器之前，可以将金属糊施加到合成石英玻璃基底上的金属膜或金属化合物膜的表面上以在金属膜或金属化合物膜的表面上形成金属系粘结层。在金属系粘结层预先形成在金属膜或金属化合物膜的表面上的另一个实施方案中，可以将金属糊施加到金属膜或金属化合物膜的表面，并且优选在100至150℃的温度下加热5至30分钟至半固化状态(B-stage)。

通常LED的情况下，光学器件生成的热量在封装内累积或持续，使得封装内部变热，由此光学器件降低了其性能或发射效率。因此，当意图将光学器件封装用于更高的输出时，容器优选由具有良好散热的氧化铝基陶瓷或氮化铝基陶瓷制成，其可以用金或铜进行表面金属化。

如下制备光学器件封装。将其上形成有金属系粘结层的合成石英玻璃盖与其中容纳有光学器件的容器接触并对准。在这种状态下，施加热量以将构件结合在一起。从光学器件的耐热性的观点来看，这个热处理(或固化)优选在150至280℃的温度下进行10至60分钟的时间。可以在热处理的同时施加压力。热处理的气氛可以是空气、惰性气体或氮气。在其中用于形成金属系粘结层的金属糊处于半固化状态(B-stage)的合成石英玻璃盖的情况下，在加热和任选压力下粘结层被压缩或挤压，使得在粘合层中的金属颗粒紧密接合，建立完全气密密封。

合成石英玻璃盖前体和合成石英玻璃盖适用于光学器件封装。具体地，该前体和盖适用于安装能够发射波长范围优选400nm以下、更优选350nm以下、且甚至更优选300nm以下的光(例如UV-A、UV-B和UV-C范围内的UV光)的光学器件的封装。能够发射波长范围400nm以下的光的光学器件的实例包括UV-LED、DUV-LED、ArF准分子激光器、KrF准分子激光器和YAG FHG激光器。

实施例

下面通过说明而非限制的方式给出本发明的实施例。

实施例1

将经切片的合成石英玻璃晶片(直径4英寸＝约101.6mm，厚度0.2mm)在行星运动的双面研磨机上进行研磨，并在行星运动的双面抛光机上进行镜面抛光，得到合成石英玻璃基底。

将70重量％的具有5-20nm的一次粒径的银、10重量％的具有15-40nm的一次粒径的铋和2重量％的具有20-40nm的一次粒径的锡分散在18重量％的作为分散介质的1-癸醇中，来制备金属糊。其中分散有纳米尺寸的金属颗粒的金属糊在20℃下具有140Pa·s的粘度。藉由设计成窗框图案的丝网掩模，通过丝网印刷将该金属糊施加到合成石英玻璃基底的主表面的外周部分，由此形成具有400μm的线宽和10μm的厚度的金属糊涂层。在空气气氛下的电炉中，将该涂覆有金属糊的玻璃基底在450℃下保持60分钟，由此将金属糊涂层加热并烧结成金属氧化物膜，得到合成石英玻璃盖前体。该前体上的金属氧化物膜具有1.4nm的表面粗糙度(Ra)和4.8μm的平坦度。

将80重量％的具有5-15nm的一次粒径的银和10重量％的具有20-35nm的一次粒径的锡分散在10重量％的作为分散介质的1-辛醇中，来制备另一金属糊。其中分散有纳米尺寸的金属颗粒的另一金属糊在20℃下的粘度为100Pa·s。通过丝网印刷将该另一金属糊涂覆到金属氧化物膜上，以形成具有350μm线宽和30μm厚度的金属系粘结层。将其上形成有金属系粘结层的合成石英玻璃基底在空气气氛中在热板上在130℃下加热20分钟，使金属系粘结层成为半固化状态(B-stage)。通过切割将基底切开，获得3.5mm见方的合成石英玻璃盖。

在氮化铝陶瓷的容器中安装能够发射265nm波长光的LED光学器件。玻璃盖以其金属系粘结层与容器匹配。将它们在250℃下加热，并在3.5kgf/cm²(约0.34MPa)的载荷下压制40分钟，以将盖粘合到容器上，获得金属密封的光学器件封装。

通过重复热湿测试5个循环检查光学器件封装，该测试包括在炉中在300℃下将封装加热20分钟，并将封装保持在85℃/85％RH的恒温/恒湿箱1周。没有发现金属系粘结层的剥离(由于氮化铝陶瓷或石英玻璃的应力)，也没有发现封装内的结露(dewcondensation)，表明金属密封保持气密性。操作LED光学器件发射波长265nm的光超过3000小时，这之后金属系粘结层完全没有损坏。这证明了金属密封保持气密性，并且对于短波长的光学器件，使用合成石英玻璃盖的封装保持稳定。

实施例2

将经切片的合成石英玻璃晶片(直径6英寸＝约152.4mm，厚度0.5mm)在行星运动的双面研磨机上进行研磨，并在行星运动的双面抛光机上进行镜面抛光，得到合成石英玻璃基底。

将85重量％的具有10-25nm的一次粒径的银、5重量％的具有15-30nm的一次粒径的铋和3重量％的具有20-40nm的一次粒径的锑分散在7重量％的作为分散介质的环烷烃(JX Oil&Energy Corp.的AF Solvent#4)中，来制备金属糊。其中分散有纳米尺寸的金属颗粒的金属糊在20℃下具有250Pa·s的粘度。藉由设计成窗框图案的丝网掩模，通过分散器的方式将该金属糊施加到合成石英玻璃基底的主表面的外周部分，由此形成具有300μm的线宽和20μm的厚度的金属糊涂层。在惰性气体气氛下的电炉中，将该涂覆有金属糊的玻璃基底在450℃下保持60分钟，由此将金属糊涂层加热并烧结成金属膜，得到合成石英玻璃盖前体。该前体上的金属膜具有1.3nm的表面粗糙度(Ra)和5.4μm的平坦度。

将70重量％的具有10-30nm的一次粒径的银、15重量％的具有15-35nm的一次粒径的铜和10重量％的具有25-40nm的一次粒径的碲分散在5重量％的作为分散介质的1-癸醇中，来制备另一金属糊。其中分散有纳米尺寸的金属颗粒的另一金属糊在20℃下的粘度为120Pa·s。通过分散器的方式将该另一金属糊涂覆到金属膜上，以形成具有280μm线宽和25μm厚度的金属系粘结层。将其上形成有金属系粘结层的合成石英玻璃基底在空气气氛中在热板上在150℃下加热10分钟，使金属系粘结层成为半固化状态。通过切割将基底切开，获得3.4mm见方的合成石英玻璃盖。

在氧化铝陶瓷的容器中安装能够发射280nm波长光的LED光学器件。玻璃盖以其金属系粘结层与容器匹配。将它们在270℃下加热，并在3.0kgf/cm²(约0.29MPa)的载荷下压制60分钟，以将盖粘合到容器上，获得金属密封的光学器件封装。

通过重复热湿测试5个循环检查光学器件封装，该测试包括在炉中在300℃下将封装加热20分钟，并将封装保持在85℃/85％RH的恒温/恒湿箱1周。没有发现金属系粘结层的剥离(由于氧化铝陶瓷或石英玻璃的应力)，也没有发现封装内的结露，表明金属密封保持气密性。操作LED光学器件发射波长280nm的光超过3000小时，这之后金属系粘结层完全没有损坏。这证明了金属密封保持气密性，并且对于短波长的光学器件，使用合成石英玻璃盖的封装保持稳定。

Claims (12)

1.合成石英玻璃盖前体，包括合成石英玻璃基底和在其一个主表面上的金属膜或金属化合物膜，所述金属膜或金属化合物膜含有65重量％以上的银、1重量％以上的铋和0.5重量％以上的选自磷、锑、锡和铟中的至少一种元素，所述主表面是盖的邻接于容器的表面。

2.如权利要求1所述的盖前体，其中所述金属膜或金属化合物膜形成在所述基底的主表面的外周部分上。

3.如权利要求1所述的盖前体，其中所述金属膜或金属化合物膜具有1至20μm的厚度。

4.如权利要求1所述的盖前体，其中所述金属膜或金属化合物膜具有2nm以下的表面粗糙度Ra。

5.如权利要求1所述的盖前体，其中所述金属膜或金属化合物膜在其表面上具有10μm以下的平坦度。

6.如权利要求1所述的盖前体，其用于光学器件封装。

7.合成石英玻璃盖，包括如权利要求1所述的盖前体和在所述金属膜或金属化合物膜表面上的金属系粘结层。

8.如权利要求7所述的盖，其中所述金属系粘结层含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素。

9.用于制备权利要求1至6中任一项所述的合成石英玻璃盖前体的方法，包括如下步骤：

用金属糊涂覆合成石英玻璃基底的一个主表面，所述金属糊包括在分散介质中的具有5nm以上且80nm以下的一次粒径并且包括65重量％以上的银、1重量％以上的铋和0.5重量％以上的选自磷、锑、锡、铟中的至少一种元素的金属颗粒；和

加热和烧结所述金属糊涂层，以在所述基底上形成所述金属膜或金属化合物膜。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述金属糊具有65重量％至95重量％的银含量。

11.由权利要求9的方法所制备的合成石英玻璃盖前体来制备合成石英玻璃盖的方法，

所述方法包括用另一金属糊涂覆所述金属膜或金属化合物膜的表面以在其上形成金属系粘结层的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述另一金属糊含有选自金、银、铜、钯、锡、钨和碲中的至少一种元素和分散介质。

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