JP2006324374A - 透光窓付き蓋体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窓板ガラス端面と、はんだガラスとの接着面積を十分に確保した透光窓付き蓋体と、窓板ガラス端面のチッピングを抑え、はんだガラスとの接着面積を十分に確保した透光窓付き蓋体の製造方法を提供すること。
【解決手段】透光窓を有した天板部と、天板部の外周部に隣接する円筒部と、円筒部の開口部に隣接するフランジ部と、天板部に接着材を介して接着された窓板ガラスとからなり、窓板ガラスの端面に傾斜角度が４５°〜８０°の傾斜部を形成することで、窓板ガラスとはんだガラスとの接触面積が向上し、金属蓋体と窓板ガラスとの接着強度および気密性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザーダイオードやフォトダイオードなどの受発光素子を気密に封入し保護する透光窓付き蓋体とその製造方法に関する。

従来の透光窓付き蓋体としては、金属蓋体の天板部に透光窓を有し、天板部内側にはんだガラスを介して窓板ガラスを封着しているものがあり、その製造方法としては、プレス加工により形成した金属蓋体の天板部内側にはんだガラスを配置し、その上に窓板ガラスを載置した状態で加熱処理を行い金属蓋体と窓板ガラスとを封着して透光窓付き蓋体を構成しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図３は、前記特許文献１に記載された従来の透光窓付き蓋体を示した断面図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は従来の透光窓付き蓋体の製造方法を示す工程フローに沿った断面図である。

図３において、鉄−ニッケル−コバルト合金からなる金属板にプレス加工を施し形成された金属蓋体１０１は、天板部１０２に透光窓１０３を有し、天板部１０２の外周から延在する円筒部１０４と、円筒部１０４の開口部１０５から延在するフランジ部１０６とを有している。天板部内側１０７にははんだガラス１０８を介して反射防止膜が蒸着された窓板ガラス１０９を封着して透光窓付き蓋体１１０を構成していた。

図４（ａ）〜（ｄ）において、鉄−ニッケル−コバルト合金からなる金属板（図示せず）にプレス加工を施し、天板部１０２に透光窓１０３を有し、天板部１０２の外周から延在する円筒部１０４と、円筒部１０４の開口部１０５から延在するフランジ部１０６とを有した金属蓋体１０１を形成する（図４（ａ））。

パウダー状のはんだガラス（図示せず）にプレス加工を施し、中央部に貫通孔を有した薄い円盤状に押し固めた後、仮焼成を行ったはんだガラス１０８を金属蓋体１０１の天板部内側１０７に配置する（図４（ｂ））。

光透光性を有し、少なくとも一主面に反射防止膜が蒸着されたガラス板（図示せず）を外形が円形若しくは多角形で外径が透光窓１０３よりも大きく、円筒部１０４内径よりも小さく切断加工して形成した窓板ガラス１０９をはんだガラス１０８上に載置する（図４（ｃ））。

全体を加熱してはんだガラス１０８を溶融し、窓板ガラス１０９を金属蓋体１０１の天板部１０２の内面に全周にわたり溶着し金属蓋体１０１に窓板ガラス１０９を封着していた（図４（ｄ））。
特開２０００−１８３４４２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、窓板ガラスは一枚の大きいサイズの板ガラスを円形或いは多角形に切断加工したものを用いることとなり、切断加工された窓板ガラスの端面が略直角に形成される。そのため、比較的厚い窓板ガラスを用いる場合には、窓板ガラス端面と、はんだガラスとが接着する面積を十分確保することができる。しかし、薄い窓板ガラスの場合、窓板ガラス端面とはんだガラスとが接着する面積を十分に確保することができずに、接着強度不足および気密性不足が発生するという問題があった。

さらに、一枚の大きいサイズの板ガラスをダイシング加工により多角形の窓板ガラスに切断加工するとき、窓板ガラス端面にチッピングと称される微小な欠けや亀裂が生じ、そのチッピングに起因する窓板ガラスの強度不足および気密性不足が発生するという問題があった。

本発明は前記従来技術の課題を解決するもので、窓板ガラス端面と、はんだガラスとの接着面積を十分に確保した透光窓付き蓋体と、窓板ガラス端面のチッピングを抑え、はんだガラスとの接着面積を十分に確保した透光窓付き蓋体の製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の透光窓付き蓋体は、透光窓を有した天板部と、天板部の外周部に隣接する円筒部と、円筒部の開口部に隣接するフランジ部と、天板部に接着材を介して接着された窓板ガラスとからなり、窓板ガラスの端面に傾斜部を有するものであり、さらに、傾斜部の傾斜角度が天板部に対して４５°〜８０°である。これによれば、窓板ガラスとはんだガラスとの接触面積が向上し、金属蓋体と窓板ガラスとの接着強度および気密性が向上するものである。

また、その製造方法は、透光窓を設けた天板部の外周から延在した円筒部の開口部から延在したフランジ部を有した金属蓋体の天板部内側にはんだガラスを配置するはんだガラス配置工程と、シート状の板ガラスの一主面に、ダイシング加工によりＶ字溝を形成し、Ｖ字溝の略中央部に沿って切断して窓板ガラスを成形する窓板ガラス成形工程と、はんだガラス上に前記透光窓を塞ぐ窓板ガラスを載置する窓板ガラス載置工程と、金属蓋体をはんだガラスが溶融する温度に加熱して、金属蓋体と前記窓板ガラスとを封止する工程とを備えたものである。これによれば、窓板ガラス切断時のチッピングを抑えることができ、窓板ガラス端面に傾斜角度を設けることができ、封着強度が向上するのに有用である。

以上のように、本発明の透光窓付き蓋体とその製造方法によれば、表面から連続した４５℃〜８０℃の傾斜角を設けることで、窓板ガラスとはんだガラスとの接触面積が向上し、金属蓋体と窓板ガラスとの接着強度および気密性が向上する。

窓板ガラスを切断する際にＶ字溝を設け工程と切断加工を行う工程とに分けることにより、ダイシング時に加わる応力を和らげることができ、ダイシングカットの際に発生するチッピングの発生を抑えることができる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における透光窓付き蓋体の断面図である。

図１において、１は鉄または鉄合金からなる金属板にプレス加工が施された金属蓋体であり、天板部２に透光窓３が形成され、天板部２の外周から延在した円筒部４が形成され、円筒部４の開口部５から延在したフランジ部６が形成されている。

天板部内側７には鉛系ガラス、錫−燐酸系ガラス、ビスマス系ガラスなどからなるはんだガラス８を介してＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＴａＯ₅、ＭｇＦ₂などからなる反射防止膜が施された窓板ガラス９が封着され、透光窓付き蓋体１１が構成されている。はんだガラス８は、環境負荷物質である鉛などを含まない構成が好ましい。

以下に詳細な構成を説明する。

金属蓋体１は鉄−ニッケル−コバルト合金（以下、コバールと称す）からなり、天板部２には光半導体素子（図示せず）の受発光の経路となる透光窓３が形成されている。

天板部２の外周から垂直方向に延在した円筒部４が形成されている。円筒部４内部には光半導体素子（図示せず）の実装部が内包されている。

天板部２の外周から延在した円筒部４の開口部５から外側に向かい延出したフランジ部６が形成されている。フランジ部６は光半導体素子（図示せず）が実装された端子部（図示せず）と抵抗溶接される際の溶接部として用いられる。

天板部内側７には、硼珪酸系ガラスからなる窓板ガラス９が鉛系ガラスからなるはんだガラス８を介して封着されている。

このとき、窓板ガラス９の表面には、少なくとも透光窓３に対応する領域にＳｉＯ₂およびＴｉＯ₂からなる反射防止膜が選択的に真空蒸着されており、窓板ガラス９とはんだガラス８との間に反射防止膜が介在することなく密着性に優れる。さらに、表面から連続した端面に４５℃〜８０℃の傾斜角度を有した傾斜部１０設けることで、従来に比べ、窓板ガラス９の端面とはんだガラス８との接触面積が４４．１％〜１．５％向上する。

これによれば、金属蓋体１と窓板ガラス９との接着強度および気密性が向上するものである。

このとき、傾斜角度が８０°以上の場合、接合強度を向上するのに要する接着面積を大きくすることができない。また、４５°以下の場合、接着面積を大きくすることは可能であるが、光を透過させる透光窓の領域を確保することができないため、傾斜部１０の傾斜角度は４５°〜８０°で選択することが好ましい。

また、コバールからなる金属蓋体１は熱膨張係数が５４×１０^-7／℃であり、鉛系ガラスからなるはんだガラス８は熱膨張係数が５０×１０^-7／℃であり、硼珪酸ガラスからなる窓板ガラス９は熱膨張係数が７２×１０^-7／℃であり、それぞれの熱膨張係数が近似の構成であるため、熱膨張差に起因するガラス割れは発生しない。

（実施の形態２）
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態２における透光窓付き蓋体の製造工程フローに沿った断面図である。

図２（ａ）〜（ｄ）において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

鉄または鉄合金からなる金属板にプレス加工を施し、天板部２に透光窓３を形成し、天板部２の外周から延在した円筒部４を形成し、円筒部４の開口部５から延在したフランジ部６を有した金属蓋体１を形成する（図２（ａ））。

このとき、金属蓋体１の内面側になる金属板表面をサンドブラストなどの物理的手段やエッチングなどの化学的手段により、予め粗面化処理を施す場合もある。

これによれば、後述するはんだガラスと金属蓋体１との接触面積を大きくすることができ、封着強度に優れる。

つぎに、金属蓋体１の天板部内側７に、鉛系ガラス、錫−燐酸系ガラス、ビスマス系ガラスなどからなるパウダー状のはんだガラス８をプレス加工により、透光窓３の窓径よりもやや大きく、円筒部４の内径よりも小さく押し固めた後、仮焼成を行い成形したはんだガラス８を載置する（図２（ｂ））。

はんだガラス８は、パウダー状のはんだガラス８をプレス加工により押し固めた後、仮焼成を行い成形する方法の他に、薄板状のはんだガラス板を切断する場合や、ペースト状のはんだガラスを塗布する場合もある。

つぎに、天板部内側７に載置したはんだガラス８の上に硼珪酸系ガラスからなる窓板ガラス９を載置する（図２（ｃ））。

このとき、窓板ガラス９は透光面から連続した端面には傾斜角度を有した傾斜部１０を有しており、この傾斜角は、シート状の板ガラスの一主面に所望の形状となるようにダイシングブレード先端の角度を約４５°〜８０°としたダイシング加工を行い４５°〜８０°のＶ字溝を形成し、つぎにＶ字溝の略中央部をダイシングプレートを用いてダイシングカットして窓板ガラス９を形成している。このＶ字溝の傾斜角が窓板ガラス９端面の傾斜角となり、Ｖ字溝はガラス厚の５０％程度の溝深さにすることが好ましく、これによれば、傾斜角度を設け、２の工程で切断することによりダイシング時に加わる応力を和らげることができ、ダイシングカットの際に発生するチッピングの発生を抑えることができる。

これによれば、窓板ガラス９の端面とはんだガラス８との接着する面積が拡大し、接着強度および気密性に優れる。

さらに、薄い窓板ガラスにおいても窓板ガラス端面とはんだガラスとが接着する面積を十分に確保することができ、接着強度および気密性が向上する。

また、窓板ガラス９の傾斜部１０の傾斜角度は、窓板ガラス９の透光面領域、外径寸法および接着強度、気密性を考慮すれば４５°〜８０°が好適である。

つぎに、はんだガラス８と、窓板ガラス９とを載置した金属蓋体１を５００℃に加熱してはんだガラス８を溶融して窓板ガラス９を金属蓋体１に封着し透光窓付き蓋体１１を成形している（図２（ｄ））。

なお、窓板ガラス９には用途に応じてＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＴａＯ₅、ＭｇＦ₂からなる反射防止膜を真空蒸着や塗布などの方法を用いて形成する場合もある。

レーザーダイオードやフォトダイオードなどの受発光素子を気密に封入し保護する透光窓付き蓋体とその製造方法として有用であり、特に窓板ガラスの接着性と、気密性に優れた透光窓付き蓋体に適している。

本発明の実施の形態１における透光窓付き蓋体の断面図 本発明の実施の形態２における透光窓付き蓋体の製造工程フローに沿った断面図 従来の透光窓付き蓋体の断面図 従来の透光窓付き蓋体の製造工程フローに沿った断面図

符号の説明

１ 金属蓋体
２ 天板部
３ 透光窓
４ 円筒部
５ 開口部
６ フランジ部
７ 天板部内側
８ はんだガラス
９ 窓板ガラス
１０ 傾斜部
１１ 透光窓付き蓋体
１０１ 金属蓋体
１０２ 天板部
１０３ 透光窓
１０４ 円筒部
１０５ 開口部
１０６ フランジ部
１０７ 天板部内側
１０８ はんだガラス
１０９ 窓板ガラス
１１０ 透光窓付き蓋体

Claims (4)

1. 透光窓部を有した天板部と、前記天板部の外周部に隣接する円筒部と、前記円筒部の開口部に隣接するフランジ部と、前記天板部に接着材を介して接着された窓板ガラスとからなり、前記窓板ガラスの端面に傾斜部を有することを特徴とする透光窓付き蓋体。
2. 前記傾斜部の傾斜角度が前記天板部に対して４５°〜８０°であることを特徴とする請求項１記載の透光窓付き蓋体。
3. 透光窓を設けた天板部の外周から延在した円筒部の開口部から延在したフランジ部を有した金属蓋体の天板部内側にはんだガラスを配置するはんだガラス配置工程と、
   前記はんだガラス上に前記透光窓を塞ぐ窓板ガラスを載置する窓板ガラス載置工程と、
   前記金属蓋体をはんだガラスが溶融する温度に加熱して、前記金属蓋体と前記窓板ガラスとを封止する工程とを備えたことを特徴とする透光窓付き蓋体の製造方法。
4. 透光窓を設けた天板部の外周から延在した円筒部の開口部から延在したフランジ部を有した金属蓋体の天板部内側にはんだガラスを配置するはんだガラス配置工程と、
   ダイシング加工によりＶ字溝を形成し、Ｖ字溝の略中央部に沿って切断して窓板ガラスを成形する窓板ガラス成形工程と、
   前記はんだガラス上に前記透光窓を塞ぐ窓板ガラスを載置する窓板ガラス載置工程と、
   前記金属蓋体をはんだガラスが溶融する温度に加熱して、前記金属蓋体と前記窓板ガラスとを封止する工程とを備えたことを特徴とする透光窓付き蓋体の製造方法。

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