JP2015023263A - Method for manufacturing electric element package and electric element package - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reliability of an electric element package by providing a method for increasing adhesive strength between an element substrate and a sealing material layer without causing deterioration of element characteristics even when an element substrate is metal or ceramic.SOLUTION: A method for manufacturing an electric element package comprises the steps of: preparing a glass substrate and forming a sealing material layer on the glass substrate; preparing an element substrate composed of metal or ceramic and forming a reaction film on the element substrate; arranging the glass substrate and the element substrate so that the sealing material layer comes into contact with the reaction film; and sealing the glass substrate and the element substrate by reacting the sealing material layer and the reaction film by irradiating the sealing material layer with a laser beam from the glass substrate side.

Description

本発明は、電気素子パッケージの製造方法及び電気素子パッケージに関し、具体的にはレーザー光による封着処理(以下、レーザー封着)を行うことにより、有機EL素子、圧電振動素子等の周囲環境に過敏な電気素子を気密封着するための電気素子パッケージの製造方法及び電気素子パッケージに関する。   The present invention relates to an electrical element package manufacturing method and an electrical element package. Specifically, by performing sealing treatment with laser light (hereinafter referred to as laser sealing), an ambient environment such as an organic EL element and a piezoelectric vibration element is provided. The present invention relates to a method of manufacturing an electric element package for hermetically sealing a sensitive electric element and the electric element package.

周知のように、有機EL照明は、種々の研究、開発がなされており、一部では、既に実用化されるに至っている。   As is well known, various studies and developments have been made on organic EL lighting, and some have already been put into practical use.

この有機EL照明に使用される有機EL素子(有機EL層)は、周囲環境の酸素や水分に暴露されることで、容易に劣化する敏感な素子である。そこで、有機EL照明内に有機EL素子を気密状態で組み込み、有機EL照明の特性維持及び長寿命化を図ることが検討されている。   The organic EL element (organic EL layer) used for this organic EL illumination is a sensitive element that easily deteriorates when exposed to oxygen and moisture in the surrounding environment. Therefore, it has been studied to incorporate an organic EL element in an organic EL illumination in an airtight state so as to maintain the characteristics and extend the life of the organic EL illumination.

有機EL素子を気密封着した有機EL照明の構造として、有機EL素子が配置された素子基板の上に、間隔を置いてガラス基板を対向配置させて、この状態で、素子基板に配置された有機EL素子の周囲を囲むようにガラス基板と素子基板との間の隙間を封着材料層で気密封着する構造が一般的である。なお、素子基板として、ガラスが一般的に使用されるが、セラミック又は金属が使用される場合もある。   As a structure of organic EL lighting in which an organic EL element is hermetically sealed, a glass substrate is disposed oppositely on an element substrate on which the organic EL element is disposed, and in this state, the organic EL element is disposed on the element substrate. A structure in which a gap between a glass substrate and an element substrate is hermetically sealed with a sealing material layer so as to surround the periphery of the organic EL element. Glass is generally used as the element substrate, but ceramic or metal may be used in some cases.

また、圧電振動子素子も、周囲環境の酸素や水分に暴露されることで、容易に劣化する敏感な素子である。そこで、圧電振動子パッケージ内に圧電振動子素子を気密状態で組み込み、圧電振動子パッケージの特性維持及び長寿命化を図ることが検討されている。   The piezoelectric vibrator element is also a sensitive element that easily deteriorates when exposed to oxygen and moisture in the surrounding environment. Therefore, it has been studied to incorporate the piezoelectric vibrator element into the piezoelectric vibrator package in an airtight state so as to maintain the characteristics of the piezoelectric vibrator package and extend its life.

圧電振動子素子を気密封着した圧電振動子パッケージの構造として、圧電振動子素子が配置された素子基板の上に、間隔を置いてガラス基板を対向配置させて、この状態で、素子基板に配置された圧電振動子素子の周囲を囲むようにガラス基板と素子基板との間の隙間を封着材料層で気密封着する構造が検討されている。なお、素子基板として、セラミック、例えばアルミナが一般的に使用される。   As a structure of the piezoelectric vibrator package in which the piezoelectric vibrator elements are hermetically sealed, a glass substrate is disposed oppositely on the element substrate on which the piezoelectric vibrator elements are arranged, and in this state, on the element substrate. A structure in which a gap between a glass substrate and an element substrate is hermetically sealed with a sealing material layer so as to surround the periphery of the arranged piezoelectric vibrator element has been studied. Note that ceramic, for example, alumina is generally used as the element substrate.

有機EL素子、圧電振動素子は、耐熱性が低いことが知られている。よって、封着材料層の軟化流動温度域で焼成して、ガラス基板と素子基板を封着すると、素子の特性が熱劣化する虞がある。   Organic EL elements and piezoelectric vibration elements are known to have low heat resistance. Therefore, if the glass substrate and the element substrate are sealed by firing in the softening flow temperature range of the sealing material layer, the characteristics of the element may be thermally deteriorated.

そこで、近年、封着方法として、レーザー封着が検討されている。レーザー封着によれば、封着すべき部分のみを局所加熱し得るため、素子等の熱劣化を防止した上で、ガラス基板と素子基板を封着することができる。   Therefore, in recent years, laser sealing has been studied as a sealing method. According to laser sealing, only the portion to be sealed can be locally heated, so that the glass substrate and the element substrate can be sealed while preventing thermal degradation of the element and the like.

特開2008−186697号公報JP 2008-186697 A

ガラス基板上に封着材料層を形成する方法として、封着材料ペーストをガラス基板上に塗布して、封着材料膜を形成した後、封着材料膜を乾燥し、溶剤を揮発させて、更に封着材料の軟化点より高い温度で焼成して、封着材料ペースト中の樹脂成分の焼却(脱バインダー処理)及び封着材料の焼結(固着)を行う方法が一般的である。この焼成工程により、ガラス基板と封着材料層の接着強度は十分に高くなる。しかし、上記の通り、この方法では、素子の特性が熱劣化する虞がある。   As a method for forming a sealing material layer on a glass substrate, a sealing material paste is applied on the glass substrate to form a sealing material film, and then the sealing material film is dried and the solvent is volatilized. Further, a method is generally used in which the resin component in the sealing material paste is incinerated (debinding treatment) and the sealing material is sintered (fixed) by firing at a temperature higher than the softening point of the sealing material. By this firing step, the adhesive strength between the glass substrate and the sealing material layer is sufficiently increased. However, as described above, in this method, there is a possibility that the characteristics of the element are thermally deteriorated.

その一方で、レーザー封着を行う場合、封着時に素子の熱劣化を抑制し得るが、素子基板と封着材料層の接着強度を高めることが困難になる。そして、素子基板が金属又はセラミックである場合、素子基板と封着材料層の接着強度を高めることは更に困難である。   On the other hand, when laser sealing is performed, thermal degradation of the element can be suppressed during sealing, but it is difficult to increase the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer. And when an element substrate is a metal or a ceramic, it is still more difficult to raise the adhesive strength of an element substrate and a sealing material layer.

レーザー封着は、封着材料層を局所加熱して封着材料層を軟化流動させる方法であるため、封着に要する時間が短くなり、それに付随して、素子基板と封着材料層が反応する時間も短時間になる。結果として、素子基板と封着材料層の界面で、反応層が十分に生成せず、素子基板と封着材料層の接着強度が低下する。   Laser sealing is a method in which the sealing material layer is locally heated to soften and flow the sealing material layer, so that the time required for sealing is shortened and the element substrate and the sealing material layer react with each other. The time to do is also short. As a result, the reaction layer is not sufficiently generated at the interface between the element substrate and the sealing material layer, and the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer is lowered.

また、封着材料は、通常、低融点ガラスを含む。この低融点ガラスが、レーザー封着時に素子基板の表層を侵食して、反応層が生成することになる。素子基板がガラスである場合は、レーザー封着により反応層がある程度生成して、接着強度を確保することができる。しかし、素子基板が金属又はセラミックである場合、低融点ガラスが、レーザー封着時に素子基板の表層を侵食し難く、反応層が十分に生成しない。結果として、接着強度が低下して、電気素子パッケージの気密性を確保し難くなる。   Further, the sealing material usually contains a low melting point glass. This low melting point glass erodes the surface layer of the element substrate at the time of laser sealing, and a reaction layer is generated. When the element substrate is made of glass, a reaction layer is generated to some extent by laser sealing, and the adhesive strength can be ensured. However, when the element substrate is made of metal or ceramic, the low melting point glass hardly erodes the surface layer of the element substrate at the time of laser sealing, and the reaction layer is not sufficiently formed. As a result, the adhesive strength decreases, and it becomes difficult to ensure the airtightness of the electric element package.

本発明は、以上の実情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、素子基板が金属又はセラミックの場合でも、素子の熱劣化を招くことなく、素子基板と封着材料層の接着強度を高め得る方法を創案することにより、電気素子パッケージの信頼性を高めることである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the technical problem thereof is that the element substrate and the sealing material layer are bonded without causing thermal degradation of the element even when the element substrate is a metal or ceramic. The idea is to improve the reliability of the electrical device package by creating a method that can increase the strength.

本発明者等は、鋭意検討の結果、素子基板上に、予め反応膜を形成した上で、レーザー封着時に、この反応膜と封着材料層を反応させると、素子基板と封着材料層の封着強度が向上することを見出し、本発明として提案するものである。   As a result of intensive studies, the inventors have formed a reaction film on the element substrate in advance, and then reacting the reaction film with the sealing material layer at the time of laser sealing, the element substrate and the sealing material layer It is found that the sealing strength is improved and is proposed as the present invention.

すなわち、本発明の電気素子パッケージの製造方法は、ガラス基板を用意すると共に、ガラス基板上に封着材料層を形成する工程と、金属又はセラミックからなる素子基板を用意すると共に、素子基板上に反応膜を形成する工程と、封着材料層と反応膜が接触するように、ガラス基板と素子基板を配置する工程と、ガラス基板側からレーザー光を封着材料層に向けて照射し、封着材料層と反応膜を反応させて、ガラス基板と素子基板を封着する工程と、を備えることを特徴とする。ここで、ガラス基板を用意すると共に、ガラス基板上に封着材料層を形成する工程と、金属又はセラミックからなる素子基板を用意すると共に、素子基板上に反応膜を形成する工程について、両者の工程順序は問わない。すなわち、ガラス基板を用意すると共に、ガラス基板上に封着材料層を形成する工程を先に行ってもよいし、金属又はセラミックからなる素子基板を用意すると共に、素子基板上に反応膜を形成する工程を先に行ってもよい。   That is, the electrical element package manufacturing method of the present invention provides a glass substrate, a step of forming a sealing material layer on the glass substrate, an element substrate made of metal or ceramic, and an element substrate. The step of forming the reaction film, the step of arranging the glass substrate and the element substrate so that the sealing material layer and the reaction film are in contact, and irradiating the sealing material layer with laser light from the glass substrate side And a step of reacting the adhesion material layer and the reaction film to seal the glass substrate and the element substrate. Here, both the steps of preparing a glass substrate, forming a sealing material layer on the glass substrate, and preparing an element substrate made of metal or ceramic, and forming a reaction film on the element substrate, The process order does not matter. That is, while preparing a glass substrate, the process of forming a sealing material layer on a glass substrate may be performed first, and an element substrate made of metal or ceramic is prepared, and a reaction film is formed on the element substrate. The step of performing may be performed first.

本発明の電気素子パッケージの製造方法は、反応膜が酸化物膜又は窒化物膜であることが好ましい。これらの膜は、封着材料層との反応性が良好であり、レーザー封着後に素子基板と封着材料層の接着強度を高めることができる。   In the method for manufacturing an electric element package of the present invention, the reaction film is preferably an oxide film or a nitride film. These films have good reactivity with the sealing material layer, and can increase the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer after laser sealing.

本発明の電気素子パッケージの製造方法は、反応膜がSiO、SiN、ガラスの何れかであることが好ましい。これらの膜は、封着材料層との反応性が良好であり、レーザー封着後に素子基板と封着材料層の接着強度を高めることができる。 In the method for manufacturing an electric element package of the present invention, the reaction film is preferably any one of SiO 2 , SiN, and glass. These films have good reactivity with the sealing material layer, and can increase the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer after laser sealing.

本発明の電気素子パッケージの製造方法は、反応膜の厚みが10μm未満であることが好ましい。   In the manufacturing method of the electric element package of the present invention, the thickness of the reaction film is preferably less than 10 μm.

本発明の電気素子パッケージの製造方法は、封着材料層が封着材料の焼結体であることが好ましい。これにより、封着材料層の機械的強度が向上すると共に、封着材料層の厚みが薄い場合でも、封着材料層を適正に形成することができる。   In the method for manufacturing an electrical element package of the present invention, the sealing material layer is preferably a sintered body of a sealing material. As a result, the mechanical strength of the sealing material layer is improved, and the sealing material layer can be appropriately formed even when the thickness of the sealing material layer is thin.

本発明の電気素子パッケージの製造方法は、電気素子パッケージが、圧電振動子パッケージ又は有機EL照明の何れかであることが好ましい。   In the electrical element package manufacturing method of the present invention, the electrical element package is preferably a piezoelectric vibrator package or organic EL lighting.

本発明の電気素子パッケージは、素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向するガラス基板と、素子基板とガラス基板の間の隙間を封着する封着材料層とを有する電気素子パッケージにおいて、素子基板と封着材料層の間に反応膜が配置されていることを特徴とする。   An electrical element package of the present invention includes an element substrate, a glass substrate facing the surface of the element substrate on the electrical element side with a space therebetween, and a sealing material layer that seals a gap between the element substrate and the glass substrate. The electric element package includes a reaction film disposed between the element substrate and the sealing material layer.

本発明の電気素子パッケージは、素子基板とガラス基板が、レーザー光による封着処理により封着されてなることが好ましい。   In the electric element package of the present invention, the element substrate and the glass substrate are preferably sealed by a sealing process using a laser beam.

本発明の電気素子パッケージは、反応膜が酸化物膜又は窒化物膜であることが好ましい。   In the electric element package of the present invention, the reaction film is preferably an oxide film or a nitride film.

本発明の電気素子パッケージは、反応膜がSiO、SiN、ガラスの何れかであることが好ましい。 In the electric element package of the present invention, the reaction film is preferably any one of SiO 2 , SiN, and glass.

本発明の電気素子パッケージは、反応膜の厚みが10μm未満であることが好ましい。   In the electric element package of the present invention, the thickness of the reaction film is preferably less than 10 μm.

本発明の電気素子パッケージは、反応膜の耐熱温度が、(封着材料の軟化点+50)℃より高いことが好ましい。ここで、「耐熱温度」とは、軟化変形しない最高温度を指す。「軟化点」とは、大気雰囲気下において、マクロ型示差熱分析(DTA)装置で測定した値を指し、DTAは室温から測定を開始し、昇温速度は10℃/分とする。なお、マクロ型DTA装置で測定した軟化点は、図1に示す第四屈曲点の温度(Ts)を指す。   In the electric element package of the present invention, the heat resistance temperature of the reaction film is preferably higher than (softening point of sealing material + 50) ° C. Here, “heat-resistant temperature” refers to the maximum temperature at which softening deformation does not occur. The “softening point” refers to a value measured with a macro-type differential thermal analysis (DTA) apparatus in an air atmosphere. DTA starts measurement from room temperature, and the rate of temperature rise is 10 ° C./min. In addition, the softening point measured with the macro type | mold DTA apparatus points out the temperature (Ts) of the 4th bending point shown in FIG.

本発明の電気素子パッケージは、封着材料層の平均厚みが20μm未満であることが好ましい。封着材料層の平均厚みが小さい程、レーザー封着後に封着部分やガラス基板に残留する応力が低減される。結果として、ガラス基板と封着材料層の熱膨張係数差や素子基板と封着材料層の熱膨張係数差が大きくても、レーザー封着の精度を高めることができる。ここで、「封着材料層の平均厚み」は、例えば非接触型レーザー膜厚計で測定することができる。   In the electrical element package of the present invention, the average thickness of the sealing material layer is preferably less than 20 μm. The smaller the average thickness of the sealing material layer, the lower the stress remaining on the sealed portion and the glass substrate after laser sealing. As a result, even if the difference in thermal expansion coefficient between the glass substrate and the sealing material layer or the difference in thermal expansion coefficient between the element substrate and the sealing material layer is large, the accuracy of laser sealing can be improved. Here, the “average thickness of the sealing material layer” can be measured by, for example, a non-contact type laser film thickness meter.

本発明の電気素子パッケージは、封着材料層が封着材料の焼結体であることが好ましい。   In the electric element package of the present invention, the sealing material layer is preferably a sintered body of a sealing material.

本発明の電気素子パッケージは、封着材料が、55〜95体積%のビスマス系ガラスと5〜45体積%の耐火性フィラーを含有することが好ましい。ビスマス系ガラスは、一般的に、被封着物との反応性が良好である。これにより、封着強度を高めることができる。更に、ビスマス系ガラスは、低融点であるが、熱的安定性(耐失透性)が高い。これにより、レーザー封着時に良好に軟化流動し、レーザー封着の精度を高めることができる。なお、「ビスマス系ガラス」とは、Biを主成分とするガラスを指し、具体的にはガラス組成中にBiを50質量%以上含むガラスを指す。 In the electric element package of the present invention, the sealing material preferably contains 55 to 95% by volume of bismuth glass and 5 to 45% by volume of a refractory filler. Bismuth glass generally has good reactivity with an object to be sealed. Thereby, sealing strength can be raised. Furthermore, bismuth-based glass has a low melting point but high thermal stability (devitrification resistance). Thereby, it can soften and flow well at the time of laser sealing, and the accuracy of laser sealing can be increased. The “bismuth-based glass” refers to glass containing Bi 2 O 3 as a main component, and specifically refers to glass containing 50% by mass or more of Bi 2 O 3 in the glass composition.

本発明の電気素子パッケージは、圧電振動子パッケージ又は有機EL照明の何れかであることが好ましい。   The electrical element package of the present invention is preferably either a piezoelectric vibrator package or organic EL lighting.

本発明の電気素子パッケージの構成例を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating the structural example of the electric element package of this invention. マクロ型DTA装置で測定した時の封着材料の軟化点を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the softening point of the sealing material when it measures with a macro type | mold DTA apparatus.

本発明の電気素子パッケージの製造方法では、ガラス基板を用意すると共に、ガラス基板上に封着材料層を形成する工程を有する。ガラス基板上に封着材料層を形成する方法として、封着材料ペーストをガラス基板上に塗布して、封着材料膜を形成した後、封着材料膜を乾燥し、溶剤を揮発させて、更に封着材料の軟化点より高い温度で焼成して、封着材料ペースト中の樹脂成分の焼却(脱バインダー処理)及び封着材料の焼結(固着)を行う方法が好ましい。このようにすれば、封着材料層を容易に形成し得ると共に、ガラス基板と封着材料層の接着強度を高めることができる。   In the manufacturing method of the electrical element package of this invention, it has the process of forming a sealing material layer on a glass substrate while preparing a glass substrate. As a method for forming a sealing material layer on a glass substrate, a sealing material paste is applied on the glass substrate to form a sealing material film, and then the sealing material film is dried and the solvent is volatilized. Further, a method of firing at a temperature higher than the softening point of the sealing material to incinerate the resin component in the sealing material paste (debinding treatment) and sinter (fixing) the sealing material is preferable. If it does in this way, while being able to form a sealing material layer easily, the adhesive strength of a glass substrate and a sealing material layer can be raised.

封着材料ペーストは、ガラス基板の外周端縁領域に沿って、額縁状に塗布されることが好ましい。このようにすれば、デバイスとして機能する有効面積を広げることができる。   The sealing material paste is preferably applied in a frame shape along the outer peripheral edge region of the glass substrate. In this way, the effective area that functions as a device can be expanded.

封着材料ペーストは、封着材料とビークルを含むものが一般的である。封着材料として、種々の材料が使用可能であるが、ガラスと耐火性フィラーを含む複合粉末が好ましい。これにより、低融点特性と機械的強度が両立し、更に封着材料の熱膨張係数がガラス基板の熱膨張係数に整合し易くなる。   The sealing material paste generally includes a sealing material and a vehicle. Although various materials can be used as the sealing material, a composite powder containing glass and a refractory filler is preferable. Thereby, the low melting point characteristics and the mechanical strength are compatible, and the thermal expansion coefficient of the sealing material easily matches the thermal expansion coefficient of the glass substrate.

封着材料は、55〜95体積%のガラス(特にビスマス系ガラス)と5〜45体積%の耐火性フィラーを含有することが好ましく、60〜90体積%のガラスと10〜40体積%の耐火性フィラーを含有することが更に好ましく、60〜85体積%のガラスと15〜40体積%の耐火性フィラーを含有することが特に好ましい。ガラスに耐火性フィラーを所定量添加すれば、封着材料の熱膨張係数が、ガラス基板の熱膨張係数に整合し易くなる。その結果、レーザー封着後に封着部分やガラス基板に不当な応力が残留する事態を防止し易くなる。一方、耐火性フィラーの含有量が多過ぎると、ガラスの含有量が相対的に少なくなるため、封着材料層の表面平滑性が低下して、レーザー封着の精度が低下し易くなる。   The sealing material preferably contains 55 to 95 volume% glass (especially bismuth glass) and 5 to 45 volume% refractory filler, 60 to 90 volume% glass and 10 to 40 volume% refractory. It is more preferable to contain a flammable filler, and it is particularly preferable to contain 60 to 85% by volume of glass and 15 to 40% by volume of a refractory filler. If a predetermined amount of refractory filler is added to the glass, the thermal expansion coefficient of the sealing material can easily match the thermal expansion coefficient of the glass substrate. As a result, it becomes easy to prevent a situation in which undue stress remains on the sealed portion or the glass substrate after laser sealing. On the other hand, when the content of the refractory filler is too large, the glass content is relatively decreased, so that the surface smoothness of the sealing material layer is lowered, and the accuracy of laser sealing is easily lowered.

ガラスとして、種々のガラスが使用可能であり、その中でもリン酸錫系ガラス、バナジウム系ガラス、ビスマス系ガラスが、耐水性と熱的安定性の観点から好適であり、特にビスマス系ガラスが好適である。ここで、「リン酸錫系ガラス」とは、SnOとPを主成分とするガラスを指し、具体的にはガラス組成中にSnOとPを合量で40質量%以上含むガラスを指す。「バナジウム系ガラス」とは、Vを主成分とするガラスを指し、具体的にはガラス組成中にVを合量で25質量%以上含むガラスを指す。 Various glasses can be used as the glass. Among them, tin phosphate glass, vanadium glass, and bismuth glass are preferable from the viewpoint of water resistance and thermal stability, and bismuth glass is particularly preferable. is there. Here, the “tin phosphate glass” refers to a glass mainly composed of SnO and P 2 O 5 , specifically, SnO and P 2 O 5 in a total amount of 40% by mass or more in the glass composition. Refers to glass containing. “Vanadium-based glass” refers to glass mainly composed of V 2 O 5 , and specifically refers to glass containing 25% by mass or more of V 2 O 5 in the total amount in the glass composition.

ビスマス系ガラスは、ガラス組成として、遷移金属酸化物を0.5質量%以上(好ましくは2〜18質量%、より好ましくは3〜15質量%、更に好ましくは4〜12質量%、特に好ましくは5〜10質量%)含むことが望ましい。このようにすれば、熱的安定性の低下を抑制しつつ、光吸収特性を高めることができる。   The bismuth-based glass has a transition metal oxide content of 0.5% by mass or more (preferably 2 to 18% by mass, more preferably 3 to 15% by mass, still more preferably 4 to 12% by mass, particularly preferably glass composition). 5-10% by mass) is desirable. If it does in this way, light absorption characteristics can be improved, suppressing a fall of thermal stability.

ビスマス系ガラスは、ガラス組成として、質量%で、Bi 67〜90%、B 2〜12%、ZnO 1〜20%、CuO+Fe 0.5〜18%を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有量を限定した理由を以下に説明する。 Bismuth glass contains, as a glass composition, mass%, Bi 2 O 3 67 to 90%, B 2 O 3 2 to 12%, ZnO 1 to 20%, CuO + Fe 2 O 3 0.5 to 18%. It is preferable. The reason for limiting the content of each component as described above will be described below.

Biは、反応層を形成する主要成分であると共に、軟化点を下げるための主要成分であり、その含有量は67〜87%、好ましくは70〜85%、より好ましくは72〜83%である。Biの含有量が67%より少ないと、反応層が生成し難くなることに加えて、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、Biの含有量が90%より多いと、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時にガラスが失透し易くなる。 Bi 2 O 3 is a main component for forming the reaction layer and a main component for lowering the softening point, and its content is 67 to 87%, preferably 70 to 85%, more preferably 72 to 83. %. When the content of Bi 2 O 3 is less than 67%, the reaction layer is difficult to be generated, and the softening point becomes too high, and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light. On the other hand, when the content of Bi 2 O 3 is more than 90%, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to devitrify when melted, sintered (fixed), or sealed with laser.

は、ビスマス系ガラスのガラスネットワークを形成する成分であり、その含有量は2〜12%、好ましくは3〜10%、より好ましくは4〜10%、更に好ましくは5〜9%である。Bの含有量が2%より少ないと、ガラスが熱的に不安定になり、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時にガラスが失透し易くなる。一方、Bの含有量が12%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。 B 2 O 3 is a component that forms a glass network of bismuth-based glass, and its content is 2 to 12%, preferably 3 to 10%, more preferably 4 to 10%, still more preferably 5 to 9%. It is. When the content of B 2 O 3 is less than 2%, the glass becomes thermally unstable, and the glass tends to be devitrified during melting, sintering (adhering), or laser sealing. On the other hand, if the content of B 2 O 3 is more than 12%, the softening point becomes too high and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

ZnOは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制すると共に、熱膨張係数を低下させる成分であり、その含有量は1〜20%、好ましくは2〜15%、より好ましくは3〜11%、更に好ましくは3〜9%である。ZnOの含有量が1%より少ないと、上記効果を得難くなる。一方、ZnOの含有量が20%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。   ZnO is a component that suppresses devitrification at the time of melting, sintering (adhering), or laser sealing, and lowers the thermal expansion coefficient, and its content is 1 to 20%, preferably 2 to 15 %, More preferably 3 to 11%, still more preferably 3 to 9%. If the ZnO content is less than 1%, it is difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the ZnO content is more than 20%, the component balance in the glass composition is impaired, and conversely, the glass tends to devitrify.

CuO及びFeは、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザー光を照射すると、レーザー光を吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分である。また、CuO及びFeは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。CuO+Feの含有量は0.5〜18%、好ましくは3〜15%、より好ましくは3.5〜15%、更に好ましくは4〜12%、特に好ましくは5〜10%である。CuO+Feの含有量が0.5%より少ないと、光吸収特性が乏しくなり、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。一方、CuO+Feの含有量が18%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。なお、「CuO+Fe」は、CuOとFeの合量である。 CuO and Fe 2 O 3 are components having light absorption characteristics, and when irradiated with laser light having a predetermined emission center wavelength, CuO and Fe 2 O 3 are components that make the glass easy to soften. CuO and Fe 2 O 3 are components that suppress devitrification at the time of melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of CuO + Fe 2 O 3 is 0.5 to 18%, preferably 3 to 15%, more preferably 3.5 to 15%, still more preferably 4 to 12%, and particularly preferably 5 to 10%. If the content of CuO + Fe 2 O 3 is less than 0.5%, the light absorption characteristics are poor, and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light. On the other hand, when the content of CuO + Fe 2 O 3 is more than 18 percent, is impaired balance of components in the glass composition, the glass is liable to devitrify reversed. “CuO + Fe 2 O 3 ” is the total amount of CuO and Fe 2 O 3 .

CuOは、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザー光を照射すると、レーザー光を吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分であると共に、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。CuOの含有量は、好ましくは0〜15%、1〜15%、2〜12%、3〜10%、特に4.5〜10%である。CuOの含有量が15%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。なお、CuOの含有量を1%以上に規制すれば、光吸収特性が向上して、レーザー封着時にガラスが軟化し易くなる。   CuO is a component having light absorption characteristics. When irradiated with a laser beam having a predetermined emission center wavelength, CuO is a component that absorbs the laser beam and softens the glass. ) Or a component that suppresses devitrification at the time of laser sealing. The content of CuO is preferably 0 to 15%, 1 to 15%, 2 to 12%, 3 to 10%, particularly 4.5 to 10%. When there is more content of CuO than 15%, the component balance in a glass composition will be impaired and it will become easy to devitrify glass conversely. If the CuO content is restricted to 1% or more, the light absorption characteristics are improved, and the glass is easily softened during laser sealing.

Feも、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザー光を照射すると、レーザー光を吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分であると共に、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。Feの含有量は、好ましくは0〜7%、0.05〜7%、0.1〜4%、特に0.2〜3%である。Feの含有量が7%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。なお、Feの含有量を0.05%以上に規制すれば、光吸収特性が向上して、レーザー封着時にガラスが軟化し易くなる。 Fe 2 O 3 is also a component having light absorption characteristics. When irradiated with laser light having a predetermined emission center wavelength, it is a component that absorbs laser light and softens the glass easily. It is a component that suppresses devitrification at the time of bonding (fixing) or laser sealing. The content of Fe 2 O 3 is preferably 0 to 7%, 0.05 to 7%, 0.1 to 4%, particularly 0.2 to 3%. When the content of Fe 2 O 3 is more than 7%, is impaired balance of components in the glass composition, the glass is liable to devitrify reversed. If the content of Fe 2 O 3 is regulated to 0.05% or more, the light absorption characteristics are improved, and the glass is easily softened during laser sealing.

酸化鉄中のFeイオンは、Fe2+又はFe3+の状態で存在する。本発明において、酸化鉄中のFeイオンは、Fe2+又はFe3+の何れかに限定されるものではなく、何れであっても構わない。よって、本発明では、Fe2+の場合でも、Feに換算した上で取り扱うこととする。特に、照射光として赤外レーザーを使用する場合、Fe2+が赤外域に吸収ピークを有するため、Fe2+の割合は大きい方が好ましく、例えば、酸化鉄中のFe2+/Fe3+の割合を0.03以上(望ましくは0.08以上)に規制することが好ましい。 Fe ions in iron oxide exist in the state of Fe 2+ or Fe 3+ . In the present invention, Fe ions in iron oxide are not limited to either Fe 2+ or Fe 3+ , and may be any. Therefore, in the present invention, even Fe 2+ is handled after being converted to Fe 2 O 3 . In particular, when an infrared laser is used as the irradiation light, since Fe 2+ has an absorption peak in the infrared region, the ratio of Fe 2+ is preferably large. For example, the ratio of Fe 2+ / Fe 3+ in iron oxide is 0. It is preferable to regulate to 0.03 or more (preferably 0.08 or more).

上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。   In addition to the above components, for example, the following components may be added.

SiOは、耐水性を高める成分である。SiOの含有量は、好ましくは0〜10%、0〜3%、特に0〜1%未満である。SiOの含有量が10%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。 SiO 2 is a component that improves water resistance. The content of SiO 2 is preferably 0 to 10%, 0 to 3%, especially 0 to less than 1%. If the content of SiO 2 is more than 10%, the softening point becomes too high, and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

Alは、耐水性を高める成分である。Alの含有量は、好ましくは0〜5%、0〜2%、特に0〜0.5%未満である。Alの含有量が5%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。 Al 2 O 3 is a component that improves water resistance. The content of Al 2 O 3 is preferably 0 to 5%, 0 to 2%, particularly 0 to less than 0.5%. When the content of Al 2 O 3 is more than 5%, the softening point becomes too high and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

MgO、CaO、SrO及びBaOは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分であり、MgO+CaO+SrO+BaOの含有量(MgO、CaO、SrO及びBaOの合量)は、好ましくは0〜15%、特に0〜10%である。MgO+CaO+SrO+BaOの含有量が15%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。   MgO, CaO, SrO and BaO are components that suppress devitrification at the time of melting, sintering (adhering), or laser sealing, and the content of MgO + CaO + SrO + BaO (total amount of MgO, CaO, SrO and BaO) Is preferably 0 to 15%, in particular 0 to 10%. If the content of MgO + CaO + SrO + BaO is more than 15%, the softening point becomes too high, and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

MgO、CaO及びSrOは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。各成分の含有量は、好ましくは0〜5%、特に0〜2%である。各成分の含有量が5%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。   MgO, CaO, and SrO are components that suppress devitrification during melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of each component is preferably 0 to 5%, particularly 0 to 2%. When the content of each component is more than 5%, the softening point becomes too high, and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

BaOは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。BaOの含有量は、好ましくは0〜10%、特に0〜8%である。BaOの含有量が10%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。   BaO is a component that suppresses devitrification during melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of BaO is preferably 0 to 10%, in particular 0 to 8%. When the content of BaO is more than 10%, the softening point becomes too high and the glass is difficult to soften even when irradiated with laser light.

CeO及びSbは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。各成分の含有量は、好ましくは0〜5%、0〜2%、特に0〜1%である。各成分の含有量が5%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。なお、熱的安定性を高める観点から、Sbの微量添加が好ましく、具体的にはSbを0.05%以上添加することが好ましい。 CeO 2 and Sb 2 O 3 are components that suppress devitrification during melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of each component is preferably 0 to 5%, 0 to 2%, particularly 0 to 1%. When there is more content of each component than 5%, the component balance in a glass composition will be impaired, and conversely, it will become easy to devitrify glass. From the viewpoint of enhancing the thermal stability, it is preferable to add a small amount of Sb 2 O 3 , and specifically, it is preferable to add 0.05% or more of Sb 2 O 3 .

WOは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。WOの含有量は、好ましくは0〜10%、特に0〜2%である。WOの含有量が10%より多いと、ガラス組成内の成分バランスが損なわれて、逆にガラスが失透し易くなる。 WO 3 is a component that suppresses devitrification at the time of melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of WO 3 is preferably 0 to 10%, in particular 0 to 2%. When the content of WO 3 is more than 10%, the component balance in the glass composition is impaired, and conversely, the glass is easily devitrified.

In及びGaは、溶融時、焼結(固着)時、又はレーザー封着時の失透を抑制する成分である。In+Gaの含有量(InとGaの合量)は、好ましくは0〜5%、特に0〜3%である。In+Gaの含有量が5%より多いと、バッチコストが高騰する。なお、Inの含有量は0〜1%がより好ましく、Gaの含有量は0〜0.5%がより好ましい。 In 2 O 3 and Ga 2 O 3 are components that suppress devitrification during melting, sintering (adhering), or laser sealing. The content of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 (total amount of In 2 O 3 and Ga 2 O 3 ) is preferably 0 to 5%, particularly 0 to 3%. If the content of In 2 O 3 + Ga 2 O 3 is more than 5%, the batch cost increases. In addition, the content of In 2 O 3 is more preferably 0 to 1%, and the content of Ga 2 O 3 is more preferably 0 to 0.5%.

Li、Na、K及びCsの酸化物は、軟化点を低下させる成分であるが、溶融時に失透を助長する作用を有するため、合量で1%未満に規制することが好ましい。   The oxides of Li, Na, K, and Cs are components that lower the softening point. However, since they have an action of promoting devitrification at the time of melting, the total amount is preferably regulated to less than 1%.

は、溶融時の失透を抑制する成分である。しかし、Pの含有量が1%より多いと、溶融時にガラスが分相し易くなる。 P 2 O 5 is a component that suppresses devitrification at the time of melting. However, if the content of P 2 O 5 is more than 1%, the glass tends to undergo phase separation during melting.

La、Y及びGdは、溶融時の分相を抑制する成分であるが、これらの合量が3%より多いと、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化し難くなる。 La 2 O 3, Y 2 O 3 and Gd 2 O 3 is a component to suppress phase separation during melting, when these total amount is more than 3%, the softening point becomes too high, the laser beam Even when irradiated, the glass becomes difficult to soften.

NiO、V、CoO、MoO、TiO及びMnOは、光吸収特性を有する成分であり、所定の発光中心波長を有するレーザー光を照射すると、レーザー光を吸収して、ガラスを軟化させ易くする成分である。各成分の含有量は、好ましくは0〜7%、特に0〜3%である。各成分の含有量が7%より多いと、レーザー封着時にガラスが失透し易くなる。 NiO, V 2 O 5 , CoO, MoO 3 , TiO 2, and MnO 2 are components having light absorption characteristics. When irradiated with laser light having a predetermined emission center wavelength, the laser light is absorbed and glass is absorbed. It is a component that facilitates softening. The content of each component is preferably 0 to 7%, particularly 0 to 3%. If the content of each component is more than 7%, the glass tends to be devitrified during laser sealing.

PbOは、軟化点を低下させる成分であるが、環境的影響が懸念される成分である。よって、PbOの含有量は、好ましくは0.1%未満である。   PbO is a component that lowers the softening point, but it is a component that is concerned about environmental effects. Therefore, the content of PbO is preferably less than 0.1%.

上記以外の成分であっても、ガラス特性を損なわない範囲で、例えば5%まで添加してもよい。   Even if it is a component other than the above, you may add to 5%, for example in the range which does not impair a glass characteristic.

耐火性フィラーとして、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム系セラミック、ウイレマイトから選ばれる一種又は二種以上を用いることが好ましい。これらの耐火性フィラーは、熱膨張係数が低いことに加えて、機械的強度が高く、しかもビスマス系ガラスとの適合性が良好である。上記の耐火性フィラーの内、コーディエライトが最も好ましい。コーディエライトは、粒径が小さくても、レーザー封着時にビスマス系ガラスを失透させ難い性質を有している。なお、上記の耐火性フィラー以外にも、β−ユークリプタイト、石英ガラス等を添加してもよい。   As the refractory filler, it is preferable to use one or more selected from cordierite, zircon, tin oxide, niobium oxide, zirconium phosphate ceramic, and willemite. These refractory fillers have a low thermal expansion coefficient, a high mechanical strength, and a good compatibility with bismuth glass. Of the above refractory fillers, cordierite is most preferred. Cordierite has a property that it is difficult to devitrify the bismuth glass even when the particle size is small, even when laser sealing. In addition to the above refractory filler, β-eucryptite, quartz glass and the like may be added.

耐火性フィラーの平均粒径D50は、好ましくは2μm未満、特に1.8μm未満である。耐火性フィラーの平均粒径D50が2μm未満であると、封着材料層の表面平滑性が向上すると共に、封着材料層の平均厚みを10μm未満に規制し易くなり、結果として、レーザー封着の精度を高めることができる。 The average particle size D 50 of the refractory filler is preferably less than 2 μm, in particular less than 1.8 μm. When the average particle diameter D 50 of the refractory filler is less than 2 μm, the surface smoothness of the sealing material layer is improved and the average thickness of the sealing material layer is easily regulated to less than 10 μm. The accuracy of wearing can be increased.

耐火性フィラーの最大粒径D99は、好ましくは5μm未満、4μm以下、特に3μm以下である。耐火性フィラーの最大粒径D99を5μm未満であると、封着材料層の表面平滑性が向上すると共に、封着材料層の平均厚みを10μm未満に規制し易くなり、結果として、レーザー封着の精度を高めることができる。 Maximum particle diameter D 99 of the refractory filler is preferably less than 5 [mu] m, 4 [mu] m or less, particularly 3μm or less. When the maximum particle diameter D 99 of the refractory filler is less than 5 [mu] m, together with the surface smoothness of the sealing material layer is improved, easily regulate the average thickness of the sealing material layer less than 10 [mu] m, as a result, the laser sealing The accuracy of wearing can be increased.

封着材料の熱膨張係数は、好ましくは60×10−7〜95×10−7/℃、66×10−7〜90×10−7/℃、特に70×10−7〜88×10−7/℃である。このようにすれば、封着材料層の熱膨張係数を素子基板の熱膨張係数に整合させ易くなると共に、耐火性フィラーの含有量を低減できるため、レーザー封着時に封着材料層が軟化流動し易くなる。 The thermal expansion coefficient of the sealing material is preferably 60 × 10 −7 to 95 × 10 −7 / ° C., 66 × 10 −7 to 90 × 10 −7 / ° C., particularly 70 × 10 −7 to 88 × 10 − 7 / ° C. In this way, the thermal expansion coefficient of the sealing material layer can be easily matched with the thermal expansion coefficient of the element substrate, and the content of the refractory filler can be reduced, so that the sealing material layer softens and flows during laser sealing. It becomes easy to do.

封着材料の軟化点は、好ましくは460℃以下、450℃以下、特に430℃以下である。軟化点が460℃より高いと、レーザー封着時に封着材料が軟化流動し難くなる。軟化点の下限は特に設定されないが、ガラスの熱的安定性を考慮すれば、軟化点は350℃以上が好ましい。   The softening point of the sealing material is preferably 460 ° C. or lower, 450 ° C. or lower, particularly 430 ° C. or lower. When the softening point is higher than 460 ° C., the sealing material is softened and hardly flows during laser sealing. The lower limit of the softening point is not particularly set, but considering the thermal stability of the glass, the softening point is preferably 350 ° C. or higher.

封着材料は、光吸収特性を高めるために、更にレーザー吸収材を含んでもよいが、レーザー吸収材は、ビスマス系ガラスの失透を助長する作用を有する。よって、レーザー吸収材の含有量は、好ましくは0〜10体積%、0〜5体積%、特に0〜3体積%である。レーザー吸収材の含有量が10体積%より多いと、レーザー封着時にガラスが失透し易くなる。レーザー吸収材として、Cu系酸化物、Fe系酸化物、Cr系酸化物、Mn系酸化物及びこれらのスピネル型複合酸化物等が使用可能であり、特に、ビスマス系ガラスとの適合性の観点から、Mn系酸化物(例えば、東罐マテリアル株式会社製42−343B)が好ましい。なお、レーザー吸収材を添加する場合、その含有量は0.1体積%以上、0.5体積%以上、1体積%以上、1.5体積%以上、特に2体積%以上が好ましい。   The sealing material may further contain a laser absorbing material in order to enhance the light absorption property, but the laser absorbing material has an action of promoting devitrification of the bismuth-based glass. Therefore, the content of the laser absorber is preferably 0 to 10% by volume, 0 to 5% by volume, particularly 0 to 3% by volume. When the content of the laser absorbing material is more than 10% by volume, the glass tends to be devitrified at the time of laser sealing. Cu-based oxides, Fe-based oxides, Cr-based oxides, Mn-based oxides and spinel complex oxides thereof can be used as the laser absorber, and in particular, from the viewpoint of compatibility with bismuth-based glass. Therefore, a Mn-based oxide (for example, 42-343B manufactured by Toago Material Co., Ltd.) is preferable. In addition, when adding a laser absorber, the content is 0.1 volume% or more, 0.5 volume% or more, 1 volume% or more, 1.5 volume% or more, and especially 2 volume% or more is preferable.

ビークルは、通常、樹脂と溶剤を含む。ビークルに用いる樹脂としては、アクリル酸エステル(アクリル樹脂)、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。   A vehicle usually includes a resin and a solvent. As the resin used for the vehicle, acrylic ester (acrylic resin), ethyl cellulose, polyethylene glycol derivative, nitrocellulose, polymethylstyrene, polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, methacrylic ester and the like can be used.

ビークルに用いる溶剤としては、N、N’−ジメチルホルムアミド(DMF)、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン(γ−BL)、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、3−メトキシ−3−メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン等が使用可能である。特に、α−ターピネオールは、高粘性であり、樹脂等の溶解性も良好であるため、好ましい。   Solvents used in the vehicle include N, N′-dimethylformamide (DMF), α-terpineol, higher alcohol, γ-butyllactone (γ-BL), tetralin, butyl carbitol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, diethylene glycol mono Ethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether acetate, benzyl alcohol, toluene, 3-methoxy-3-methylbutanol, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monomethyl Ether, tripropylene glycol monobutyl ether, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide (D SO), N-methyl-2-pyrrolidone and the like can be used. In particular, α-terpineol is preferable because it is highly viscous and has good solubility in resins and the like.

ガラス基板上に封着材料層を形成した後の封着材料層の平均厚みを20μm未満、15μm未満、12μm未満、10μm未満、特に8μm未満に規制することが好ましい。同様にして、レーザー封着後の封着材料層の平均厚みも20μm未満、15μm未満、12μm未満、10μm未満、特に8μm未満に規制することが好ましい。封着材料層の平均厚みが小さい程、レーザー封着後に封着部分やガラス基板に残留する応力が低減される。結果として、ガラス基板の熱膨張係数が高くても、レーザー封着の精度を高めることができる。   It is preferable to regulate the average thickness of the sealing material layer after forming the sealing material layer on the glass substrate to be less than 20 μm, less than 15 μm, less than 12 μm, less than 10 μm, and particularly less than 8 μm. Similarly, the average thickness of the sealing material layer after laser sealing is preferably regulated to less than 20 μm, less than 15 μm, less than 12 μm, less than 10 μm, and particularly less than 8 μm. The smaller the average thickness of the sealing material layer, the lower the stress remaining on the sealed portion and the glass substrate after laser sealing. As a result, even if the thermal expansion coefficient of the glass substrate is high, the accuracy of laser sealing can be increased.

ガラス基板上に封着材料層を形成した後の封着材料層の表面粗さRaを0.5μm未満、0.3μm以下、0.2μm以下、特に0.01〜0.15μmに規制することが好ましい。このようにすれば、ガラス基板と素子基板の密着性が向上し、レーザー封着の精度が向上する。「表面粗さRa」は、例えば非接触型レーザー膜厚計、表面粗さ計で測定することができる。   The surface roughness Ra of the sealing material layer after forming the sealing material layer on the glass substrate is regulated to less than 0.5 μm, 0.3 μm or less, 0.2 μm or less, particularly 0.01 to 0.15 μm. Is preferred. In this way, the adhesion between the glass substrate and the element substrate is improved, and the accuracy of laser sealing is improved. “Surface roughness Ra” can be measured by, for example, a non-contact type laser film thickness meter or a surface roughness meter.

ガラス基板上に封着材料層を形成した後の封着材料層の表面粗さRMSを1.0μm未満、0.7μm以下、0.5μm以下、特に0.05〜0.3μmに規制することが好ましい。このようにすれば、ガラス基板と素子基板の密着性が向上し、レーザー封着の精度が向上する。ここで、「表面粗さRMS」は、例えば非接触型レーザー膜厚計、表面粗さ計で測定することができる。   The surface roughness RMS of the sealing material layer after forming the sealing material layer on the glass substrate is restricted to less than 1.0 μm, 0.7 μm or less, 0.5 μm or less, particularly 0.05 to 0.3 μm. Is preferred. In this way, the adhesion between the glass substrate and the element substrate is improved, and the accuracy of laser sealing is improved. Here, the “surface roughness RMS” can be measured by, for example, a non-contact type laser film thickness meter or a surface roughness meter.

本発明の電気素子パッケージでは、金属又はセラミックからなる素子基板を用意すると共に、素子基板上に反応膜を形成する工程を有する。   The electrical element package of the present invention includes a step of preparing an element substrate made of metal or ceramic and forming a reaction film on the element substrate.

素子基板は、金属又はセラミックからなる。金属として、コバール、アルミニウム等を例示することができる。セラミックとして、コスト、焼結性の観点から、ジルコニア、アルミナ、ムライト等が好ましい。   The element substrate is made of metal or ceramic. Examples of the metal include kovar and aluminum. As the ceramic, zirconia, alumina, mullite and the like are preferable from the viewpoints of cost and sinterability.

反応膜は、素子基板上に素子を実装する前に形成されることが好ましい。これにより、反応膜の形成に際し、素子の熱劣化を防止することができる。   The reaction film is preferably formed before mounting the element on the element substrate. Thereby, the thermal degradation of the element can be prevented when forming the reaction film.

反応膜は、素子基板上の全面に亘り形成してもよいが、製造効率の観点から部分的に形成することが好ましく、封着材料層に対応する部分に形成することが好ましい。よって、封着材料層をガラス基板の外周端縁領域に額縁状に形成する場合、反応膜も素子基板の外周端縁領域に額縁状に形成することが好ましい。   The reaction film may be formed over the entire surface of the element substrate, but is preferably formed partially from the viewpoint of manufacturing efficiency, and is preferably formed in a part corresponding to the sealing material layer. Therefore, when the sealing material layer is formed in a frame shape in the outer peripheral edge region of the glass substrate, the reaction film is also preferably formed in a frame shape in the outer peripheral edge region of the element substrate.

反応膜として、種々の材料が使用可能であるが、酸化物膜又は窒化物膜が好ましく、特に酸化物膜が好ましい。これらの膜は、封着材料層との反応性が良好であり、レーザー封着後に素子基板と封着材料層の接着強度を高めることができる。   Although various materials can be used as the reaction film, an oxide film or a nitride film is preferable, and an oxide film is particularly preferable. These films have good reactivity with the sealing material layer, and can increase the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer after laser sealing.

酸化物膜として、SiO、ガラスが好適であり、窒化物膜として、SiNが好適である。これらの膜は、成膜が容易であると共に、封着材料層との反応性が良好であり、レーザー封着後に素子基板と封着材料層の接着強度を高めることができる。 As the oxide film, SiO 2 and glass are suitable, and as the nitride film, SiN is suitable. These films can be easily formed, have good reactivity with the sealing material layer, and can increase the adhesive strength between the element substrate and the sealing material layer after laser sealing.

反応膜の形成方法として、種々の方法が使用可能であり、成膜効率、薄膜化の観点から、CVD法、スパッタ法、真空蒸着法等が好適である。反応膜がガラスである場合、ガラス粉末とビークルを含むガラスペーストを素子基板(素子形成前の素子基板)に塗布した後、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより作製することも好ましい。この場合、ビークルとして上記のものが好適である。   Various methods can be used as a method for forming the reaction film, and from the viewpoint of film formation efficiency and thinning, a CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method and the like are preferable. In the case where the reaction film is glass, it is also preferable that the glass paste containing glass powder and a vehicle is applied to an element substrate (element substrate before element formation) and then fired at a temperature equal to or higher than the softening point of the glass powder. . In this case, the above-mentioned vehicle is preferable.

反応膜の厚みは、好ましくは10μm未満、5μm未満、3μm未満、特に1μm以下が好ましい。特に、反応膜がガラスの場合、反応膜の厚みは、好ましくは10μm未満、7μm未満、特に4μm未満が好ましい。反応膜の厚みが大き過ぎると、反応膜の作製に時間を要し、電気素子パッケージの製造効率が低下し易くなる。   The thickness of the reaction film is preferably less than 10 μm, less than 5 μm, less than 3 μm, particularly preferably 1 μm or less. In particular, when the reaction film is glass, the thickness of the reaction film is preferably less than 10 μm, less than 7 μm, and particularly preferably less than 4 μm. If the thickness of the reaction film is too large, it takes time to produce the reaction film, and the manufacturing efficiency of the electric element package tends to be lowered.

反応膜の耐熱温度は、(封着材料の軟化点+50)℃より高く、特に(封着材料の軟化点+70)℃より高いことが好ましい。このようにすれば、レーザー封着時に反応膜が電極等を侵食する事態を防止することができる。   The heat resistant temperature of the reaction film is higher than (softening point of sealing material + 50) ° C., and particularly preferably higher than (softening point of sealing material + 70) ° C. By doing so, it is possible to prevent the reaction film from eroding the electrode or the like during laser sealing.

本発明の電気素子パッケージの製造方法では、ガラス基板側からレーザー光を封着材料層に向けて照射し、封着材料層と反応膜を反応させて、ガラス基板と素子基板を封着する工程を有する。   In the method for manufacturing an electrical element package of the present invention, a step of sealing the glass substrate and the element substrate by irradiating the sealing material layer with laser light from the glass substrate side, causing the sealing material layer and the reaction film to react with each other. Have

レーザーとして、種々のレーザーを使用することができる。特に、半導体レーザー、YAGレーザー、COレーザー、エキシマレーザー、赤外レーザー等は、取扱いが容易な点で好ましい。 Various lasers can be used as the laser. In particular, a semiconductor laser, a YAG laser, a CO 2 laser, an excimer laser, an infrared laser, and the like are preferable in terms of easy handling.

本発明の電気素子パッケージは、素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向するガラス基板と、素子基板とガラス基板の間の隙間を封着する封着材料層とを有する電気素子パッケージにおいて、素子基板と封着材料層の間に反応膜が配置されていることを特徴とする。本発明の電気素子パッケージの技術的特徴(好適な構成、効果等)は、本発明の電気素子パッケージの製造方法の説明欄に記載済みであり、ここでは、その重複部分について説明を省略する。   An electrical element package of the present invention includes an element substrate, a glass substrate facing the surface of the element substrate on the electrical element side with a space therebetween, and a sealing material layer that seals a gap between the element substrate and the glass substrate. The electric element package includes a reaction film disposed between the element substrate and the sealing material layer. The technical features (preferable configuration, effects, etc.) of the electric element package of the present invention have already been described in the explanation column of the method of manufacturing the electric element package of the present invention, and the description of the overlapping parts is omitted here.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の電気素子パッケージの構成例を説明するための縦断面図である。電気素子パッケージ1は、中央領域に素子2が形成されており、且つ外周端縁領域に反応膜3が形成された素子基板4と、この素子基板4の素子2側の表面に間隔を置いて対向するガラス基板5と、素子2の周囲を額縁状に囲みながら、素子基板4及びガラス基板5の間の隙間を気密封着する封着材料層6とを基本的な構成として備えている。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view for explaining a configuration example of an electric element package of the present invention. The electric element package 1 has an element substrate 4 in which an element 2 is formed in a central region and a reaction film 3 is formed in an outer peripheral edge region, and a surface of the element substrate 4 on the element 2 side with a space therebetween. The glass substrate 5 which opposes and the sealing material layer 6 which airtightly seals the clearance gap between the element substrate 4 and the glass substrate 5 are provided as a basic structure, surrounding the element 2 in the shape of a frame.

素子基板4は、例えば0.05〜2mmのアルミナ、金属で構成されている。そして、素子基板には、外部へと誘導される電極膜(図示されていない)が形成される。   The element substrate 4 is made of, for example, 0.05 to 2 mm of alumina or metal. An electrode film (not shown) that is guided to the outside is formed on the element substrate.

ガラス基板5は、例えば0.05〜2mmのガラスで構成されている。なお、ガラス基板4には、素子2との接触を避けるため、或いは吸湿材を設置するために、一定厚みの掘りこみが形成される場合がある   The glass substrate 5 is made of, for example, 0.05 to 2 mm glass. In addition, in order to avoid contact with the element 2 or to install a hygroscopic material, the glass substrate 4 may be formed with a certain thickness of digging.

そして、図1に示すように、レーザーLから出射されるレーザー光をガラス基板4側から封着材料層5に照射し、封着材料層5を反応膜3と反応させて、ガラス基板4と素子基板5を封着することにより、電気素子パッケージ1の気密封着構造が形成される。なお、レーザーLとしては、例えば近赤外半導体レーザー(波長800〜1100nm)が使用される。   And as shown in FIG. 1, the laser beam radiate | emitted from the laser L is irradiated to the sealing material layer 5 from the glass substrate 4 side, the sealing material layer 5 is made to react with the reaction film 3, and the glass substrate 4 and By sealing the element substrate 5, the hermetic sealing structure of the electric element package 1 is formed. As the laser L, for example, a near infrared semiconductor laser (wavelength 800 to 1100 nm) is used.

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail. The following examples are merely illustrative. The present invention is not limited to the following examples.

表1は、封着材料の材料構成を示している。ビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル%で、Bi 76.5%、B 8.0%、ZnO 6.0%、CuO 5.0%、Fe 0.5%、BaO 4.0%を含有し、且つ表1に記載の粒度を有している。 Table 1 shows the material structure of the sealing material. Bismuth-based glass has a glass composition of mol%, Bi 2 O 3 76.5%, B 2 O 3 8.0%, ZnO 6.0%, CuO 5.0%, Fe 2 O 3 0.5. %, BaO 4.0%, and have the particle sizes listed in Table 1.

上記のビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラーとを表1に示す割合で混合して、封着材料を作製した。耐火物フィラーとして、表1に示す粒度を有するコーディエライトを用いた。この封着材料につき、ガラス転移点、軟化点、熱膨張係数を測定した。その結果を表1に示す。   The above-mentioned bismuth-based glass powder and refractory filler were mixed at a ratio shown in Table 1 to prepare a sealing material. Cordierite having the particle size shown in Table 1 was used as the refractory filler. About this sealing material, the glass transition point, the softening point, and the thermal expansion coefficient were measured. The results are shown in Table 1.

ガラス転移点は、押棒式TMA装置で測定した値である。   The glass transition point is a value measured with a push rod TMA apparatus.

軟化点は、マクロ型DTA装置で測定した値である。測定は、大気雰囲気下において、昇温速度10℃/分で行い、室温から600℃まで測定を行った。   The softening point is a value measured with a macro DTA apparatus. The measurement was performed in an air atmosphere at a temperature rising rate of 10 ° C./min, and the measurement was performed from room temperature to 600 ° C.

熱膨張係数は、押棒式TMA装置で測定した値である。測定温度範囲は30〜300℃である。   The thermal expansion coefficient is a value measured by a push rod type TMA apparatus. The measurement temperature range is 30 to 300 ° C.

次のようにして、ガラス基板上に封着材料層を形成した。まず粘度が約70Pa・s(25℃、Shear rate:4)になるように、表1に記載の封着材料とビークルを混練した後、更に三本ロールミルで均一になるまで混錬し、ペースト化した。ビークルとして、エチルセルロースを含むα−ターピネオールを用いた。次に、縦50mm×横50mm×厚み1.0mmの無アルカリガラス基板(日本電気硝子株式会社製OA−10G)又はアルカリホウケイ酸ガラス(日本電気硝子株式会社製BDA)の外周端縁領域に沿って、上記の封着材料ペーストを厚み:約5μm、幅:約0.6mmになるように、スクリーン印刷機で額縁状に印刷した上で、大気雰囲気下にて、125℃で10分間乾燥した後、大気雰囲気下にて、500℃で10分間焼成して、封着材料ペースト中の樹脂成分の焼却(脱バインダー処理)及び封着材料の焼結(固着)を行い、ガラス基板上に封着材料層を形成した。   A sealing material layer was formed on the glass substrate as follows. First, the sealing material shown in Table 1 and the vehicle were kneaded so that the viscosity was about 70 Pa · s (25 ° C., Shear rate: 4), and then kneaded until it became uniform with a three-roll mill. Turned into. As the vehicle, α-terpineol containing ethyl cellulose was used. Next, along the outer peripheral edge region of a non-alkali glass substrate (OA-10G manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) or alkali borosilicate glass (BDA manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) having a length of 50 mm × width of 50 mm × thickness of 1.0 mm. The sealing material paste was printed in a frame shape with a screen printer so that the thickness was about 5 μm and the width was about 0.6 mm, and then dried at 125 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere. Then, it is baked at 500 ° C. for 10 minutes in an air atmosphere to incinerate the resin component in the sealing material paste (debinder treatment) and sinter (fix) the sealing material, and seal it on the glass substrate. A dressing material layer was formed.

封着材料層の平均厚みは、非接触型レーザー膜厚計で測定した値である。   The average thickness of the sealing material layer is a value measured with a non-contact type laser film thickness meter.

縦50mm×横50mm×厚み1.0mmの素子基板(アルミナ又はコバール)上に、外周端縁領域に額縁状になるように、表2に記載の反応膜を形成した後、素子基板の中央領域に素子を形成した。なお、試料No.1に係る反応膜は、アルカリホウケイ酸ガラス(軟化点560℃)であり、本願明細書の段落[0098]に記載の方法と同様にして、ガラス粉末ペーストの焼成、焼結により形成されている。このガラス粉末は、ガラス組成として、モル%で、B 45.0%、ZnO 30.0%、SiO 12.0%、Al 0.7%、LiO 4.7%、NaO 7.6%を含有している。 After forming the reaction film shown in Table 2 on the element substrate (alumina or kovar) having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 1.0 mm so that the outer peripheral edge region has a frame shape, the central region of the element substrate An element was formed. Sample No. 1 is an alkali borosilicate glass (softening point 560 ° C.), and is formed by firing and sintering a glass powder paste in the same manner as the method described in paragraph [0098] of the present specification. . This glass powder has a glass composition of mol%, B 2 O 3 45.0%, ZnO 30.0%, SiO 2 12.0%, Al 2 O 3 0.7%, Li 2 O 4.7. %, Na 2 O 7.6%.

続いて、封着材料層と反応膜が接触するように、ガラス基板上に素子基板を大気雰囲気下で配置した後、ガラス基板側から封着材料層に沿って、表2に記載の出力、走査速度にて、波長808nmのレーザー光を照射することにより、封着材料層を軟化流動させて、ガラス基板と素子基板を封着し、表2に示す試料No.1〜5の電気素子パッケージを得た。   Subsequently, after placing the element substrate on the glass substrate in an air atmosphere so that the sealing material layer and the reaction film are in contact with each other, the output described in Table 2 along the sealing material layer from the glass substrate side, By irradiating a laser beam having a wavelength of 808 nm at a scanning speed, the sealing material layer is softened and fluidized to seal the glass substrate and the element substrate. 1 to 5 electrical element packages were obtained.

各試料に対して、高温高湿高圧試験:HAST試験(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress test)を行った後、ガラス基板と素子基板について剥離の有無を観察し、剥離がなかったものを「○」、剥離が認められたものを「×」として、耐剥離性を評価した。なお、HAST試験の条件は、121℃、湿度100%、2atmの、24時間である。   Each sample was subjected to a high temperature, high humidity, and high pressure test: HAST test (Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress test), and then the presence or absence of peeling was observed for the glass substrate and the element substrate. The peel resistance was evaluated with “x” indicating that peeling was observed. The conditions of the HAST test are 121 ° C., humidity 100%, 2 atm, 24 hours.

表2から明らかなように、試料No.1〜4は、素子基板に反応膜を有するため、耐剥離性が良好であった。このことは、封着材料層と反応膜の界面で反応層が十分に形成されたことを意味している。一方、試料No.5は、素子基板に反応膜を有しないため、耐剥離性が不良であった。   As apparent from Table 2, the sample No. Since 1-4 had a reaction film on the element substrate, the peel resistance was good. This means that the reaction layer is sufficiently formed at the interface between the sealing material layer and the reaction film. On the other hand, sample No. No. 5 did not have a reaction film on the element substrate, so the peel resistance was poor.

本発明の電気素子パッケージは、例えば、有機EL照明、水晶振動子パッケージ等の圧電振動パッケージとして好適である。   The electric element package of the present invention is suitable as a piezoelectric vibration package such as an organic EL illumination or a crystal resonator package.

1 電機素子パッケージ
2 素子
3 素子基板
4 反応膜
5 ガラス基板
6 封着材料層
L レーザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric element package 2 Element 3 Element substrate 4 Reaction film 5 Glass substrate 6 Sealing material layer L Laser

Claims (16)

ガラス基板を用意すると共に、ガラス基板上に封着材料層を形成する工程と、
金属又はセラミックからなる素子基板を用意すると共に、素子基板上に反応膜を形成する工程と、
封着材料層と反応膜が接触するように、ガラス基板と素子基板を配置する工程と、
ガラス基板側からレーザー光を封着材料層に向けて照射し、封着材料層と反応膜を反応させて、ガラス基板と素子基板を封着する工程と、を備えることを特徴とする電気素子パッケージの製造方法。
Preparing a glass substrate and forming a sealing material layer on the glass substrate;
Preparing an element substrate made of metal or ceramic and forming a reaction film on the element substrate;
Placing the glass substrate and the element substrate so that the sealing material layer and the reaction film are in contact with each other;
An electric element comprising: a step of irradiating a sealing material layer with a laser beam from the glass substrate side, causing the sealing material layer and the reaction film to react, and sealing the glass substrate and the element substrate. Package manufacturing method.
反応膜が酸化物膜又は窒化物膜であることを特徴とする請求項1に記載の電気素子パッケージの製造方法。   2. The method of manufacturing an electric element package according to claim 1, wherein the reaction film is an oxide film or a nitride film. 反応膜がSiO、SiN、ガラスの何れかであることを特徴とする請求項1に記載の電気素子パッケージの製造方法。 The method for manufacturing an electric element package according to claim 1, wherein the reaction film is any one of SiO 2 , SiN, and glass. 反応膜の厚みが10μm未満であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の電気素子パッケージの製造方法。   The method of manufacturing an electric element package according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the reaction film is less than 10 µm. 封着材料層が封着材料の焼結体であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の電気素子パッケージの製造方法。   The method for manufacturing an electrical element package according to claim 1, wherein the sealing material layer is a sintered body of a sealing material. 電気素子パッケージが、圧電振動子パッケージ又は有機EL照明の何れかであることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の電気素子パッケージの製造方法。   The method of manufacturing an electric element package according to claim 1, wherein the electric element package is any one of a piezoelectric vibrator package and organic EL lighting. 素子基板と、素子基板の電気素子側の表面に間隔を置いて対向するガラス基板と、素子基板とガラス基板の間の隙間を封着する封着材料層とを有する電気素子パッケージにおいて、
素子基板と封着材料層の間に反応膜が配置されていることを特徴とする電気素子パッケージ。
In an electric element package having an element substrate, a glass substrate facing the surface on the electric element side of the element substrate with a gap, and a sealing material layer that seals a gap between the element substrate and the glass substrate,
An electric element package, wherein a reaction film is disposed between an element substrate and a sealing material layer.
素子基板とガラス基板が、レーザー光による封着処理により封着されてなることを特徴とする請求項7に記載の電気素子パッケージ。   8. The electric element package according to claim 7, wherein the element substrate and the glass substrate are sealed by a sealing process using a laser beam. 反応膜が酸化物膜又は窒化物膜であることを特徴とする請求項7又は8に記載の電気素子パッケージ。   9. The electric element package according to claim 7, wherein the reaction film is an oxide film or a nitride film. 反応膜がSiO、SiN、ガラスの何れかであることを特徴とする請求項7又は8に記載の電気素子パッケージ。 Electrical device package according to claim 7 or 8 reaction film is characterized in that SiO 2, SiN, is any of glass. 反応膜の厚みが10μm未満であることを特徴とする請求項7〜10の何れかに記載の電気素子パッケージ。   The electric element package according to claim 7, wherein a thickness of the reaction film is less than 10 μm. 反応膜の耐熱温度が、(封着材料の軟化点+50)℃より高いことを特徴とする請求項7〜11の何れかに記載の電気素子パッケージ。   The electric element package according to claim 7, wherein the heat resistant temperature of the reaction film is higher than (softening point of sealing material + 50) ° C. 封着材料層の平均厚みが20μm未満であることを特徴とする請求項7〜12の何れかに記載の電気素子パッケージ。   The electrical element package according to any one of claims 7 to 12, wherein an average thickness of the sealing material layer is less than 20 µm. 封着材料層が封着材料の焼結体であることを特徴とする請求項7〜13の何れかに記載の電気素子パッケージ。   The electrical element package according to claim 7, wherein the sealing material layer is a sintered body of a sealing material. 封着材料が、55〜95体積%のビスマス系ガラスと5〜45体積%の耐火性フィラーを含有することを特徴とする請求項14に記載の電気素子パッケージ。   The electrical element package according to claim 14, wherein the sealing material contains 55 to 95% by volume of bismuth glass and 5 to 45% by volume of a refractory filler. 電気素子パッケージが、圧電振動子パッケージ又は有機EL照明の何れかであることを特徴とする請求項7〜15の何れかに記載の電気素子パッケージ。   16. The electric element package according to claim 7, wherein the electric element package is any one of a piezoelectric vibrator package and organic EL lighting.
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