JP2020004770A - 気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カバー部材及びパッケージ基材を接合する際に、パッケージ基材の凹部に接合層がはみ出ることを抑制できる気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法を提供する。【解決手段】気密パッケージ１２は、底壁２１及び底壁２１から延びる周壁２２を有し、底壁２１及び周壁２２に囲まれる凹部２４に光電素子１１を収容可能なパッケージ基材２０と、透光性を有し、凹部２４を塞ぐカバー部材３０と、パッケージ基材２０及びカバー部材３０を接合する接合層４０と、を備え、カバー部材３０は、凹部２４に面する透光部３１と、周壁２２の先端面２３と対向する接合層４０と、を有し、周壁２２の先端面２３において、凹部２４に近い内側部分を第１先端面２５とし、凹部２４から遠い外側部分を第２先端面２６としたとき、接合部３２は、第１先端面２５に接触する第１接合部３３と、第２先端面２６に接合層４０を介して接合される第２接合部３４と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法に関する。

特許文献１には、光電素子を収容する気密パッケージの一例として、開口部を有する容器部（パッケージ基材）と、開口部を塞ぐように容器部に接合される蓋部（カバー部材）と、容器部及び蓋部を接合する接合材（接合層）と、を備えるパッケージが記載されている。このパッケージにおいて、接合材は、容器部に塗布したガラスペーストなどが硬化処理されて形成される。

特開２０１５−８８５７９号公報

上記のようなパッケージにおいて、容器部及び蓋部が接合される際には、例えば、ガラスペーストが軟化する程度に加熱された状態で、ガラスペーストに圧縮荷重が加えられる。このため、ガラスペーストの塗布量及びガラスペーストに加えられる圧縮荷重などにばらつきがあると、軟化したガラスペーストが容器部の内部に流入するおそれがある。そして、このような流入が生じると、容器部内に配置された光電素子に悪影響を及ぼしたり、パッケージの気密性が低下したりするおそれがある。

本発明の目的は、カバー部材及びパッケージ基材を接合する際に、パッケージ基材の凹部に接合層がはみ出ることを抑制できる気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する気密パッケージは、底壁及び前記底壁から延びる周壁を有し、前記底壁及び前記周壁に囲まれる凹部に光電素子を収容可能なパッケージ基材と、透光性を有し、前記凹部を塞ぐカバー部材と、前記パッケージ基材及び前記カバー部材を接合する接合層と、を備え、前記カバー部材は、前記凹部に面する透光部と、前記周壁の先端面と対向する接合層と、を有し、前記周壁の前記先端面において、前記凹部に近い内側部分を第１先端面とし、前記凹部から遠い外側部分を第２先端面としたとき、前記接合部は、前記第１先端面に接触する第１接合部と、前記第２先端面に前記接合層を介して接合される第２接合部と、を含む。

上記構成によれば、カバー部材の第１接合部がパッケージ基材の周壁の第１先端面に接触する。このため、光電素子が収容される凹部は、接合層が設けられる空間、すなわち、カバー部材の第２接合部及びパッケージ基材の第２先端面の間の空間に接続しにくくなる。したがって、カバー部材及びパッケージ基材を接合するために、接合層の元となる接合材料に圧縮荷重が作用しても、接合材料が凹部の内部に流れにくい。よって、気密パッケージは、パッケージ基材の凹部に接合層がはみ出ることを抑制できる。

前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面としたとき、前記透光部の内面及び前記第１接合部の内面は、同一平面上に存在することが好ましい。
上記構成の気密パッケージは、カバー部材の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、透光部の内面及び第１接合部の内面を一度に作り込むことが可能となる。

前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面とし、前記内面と逆側の面を外面としたとき、前記透光部の外面及び前記接合部の外面は、同一平面上に存在することが好ましい。

上記構成の気密パッケージは、カバー部材の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、透光部の外面及び接合部の外面を一度に作り込むことが可能となる。
上記気密パッケージにおいて、前記透光部は、平板状をなすことが好ましい。

上記構成によれば、透光部に入射した光は、そのまま透光部を通過する。このため、気密パッケージは、透光部を、凹部を覆うだけの単なるカバーとして機能させることができる。

上記気密パッケージにおいて、前記透光部は、光学素子を有することが好ましい。
上記構成によれば、気密パッケージは、透光部に、入射した光を集光、分散、回折又は屈折させるなどの光学機能を持たせることができる。

上記気密パッケージにおいて、前記カバー部材は、ガラスであることが好ましい。
上記構成によれば、モールドプレスなどの製造方法により、透光部及び接合部のカバー部材の形状を作り込むことが容易となる。

上記課題を解決する気密パッケージの製造方法は、上述した何れかの気密パッケージの製造方法であって、前記カバー部材の前記接合部が前記パッケージ基材の前記周壁の先端面に対向するように、前記カバー部材を前記パッケージ基材の前記周壁上に配置する配置工程と、前記カバー部材の前記第１接合部が前記パッケージ基材の前記周壁の前記第１先端面に接触した状態で、前記カバー部材の前記第２接合部を前記パッケージ基材の前記周壁の前記第２先端面に前記接合層を介して接合する接合工程と、を備える。

上記構成によれば、気密パッケージの製造方法において、上述した気密パッケージが奏する作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、カバー部材及びパッケージ基材を接合する際に、パッケージ基材の凹部に接合層がはみ出ることを抑制できる。

（ａ）は電子デバイスの平面図、（ｂ）は１ｂ−１ｂ線矢視端面図。 （ａ）〜（ｃ）は電子デバイスの製造方法を説明する端面図。 （ａ）は、第１の変更例に係る電子デバイスの端面図、（ｂ）は第２の変更例に係る電子デバイスの端面図。

以下、気密パッケージ（電子デバイス）の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、電子デバイス１０は、光電素子１１と、光電素子１１を封止する気密パッケージ１２と、を備える。気密パッケージ１２は、光電素子１１を収容するパッケージ基材２０と、パッケージ基材２０とともに光電素子１１を封止するカバー部材３０と、パッケージ基材２０及びカバー部材３０を接合する接合層４０と、を備える。本実施形態において、電子デバイス１０は、１辺が数ｍｍ〜数ｃｍ程度の箱状をなす。

光電素子１１は、発光ダイオード又は半導体レーザなどの発光素子としてもよいし、フォトダイオード、フォトトランジスタ又は光電管などの受光素子としてもよい。光電素子１１は、例えば、深紫外線などの波長の光を扱う。気密パッケージ１２には、１以上の光電素子１１を封止してもよいし、発光素子及び受光素子の組を封止してもよい。

パッケージ基材２０は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア或いはムライトなどのセラミック、低温同時焼成セラミックスなどのガラスセラミック又はガラスなどで構成される。低温同時焼成セラミックスは、例えば、酸化チタン又は酸化ニオブなどの無機粉末及びガラス粉末の焼結体である。

パッケージ基材２０は、平面視矩形状をなす底壁２１と、底壁２１から延びる周壁２２と、を有する。底壁２１に対して周壁２２が延びる方向（延設方向）において、周壁２２の高さは一定である。つまり、周壁２２の先端面２３は、平面状をなしている。また、パッケージ基材２０には、底壁２１及び周壁２２に囲われる空間として、凹部２４が形成される。凹部２４は、光電素子１１を収容するための空間である。

以降の説明では、図１（ｂ）に示すように、周壁２２の先端面２３において、前記凹部２４に近い内側部分を第１先端面２５とし、凹部２４から遠い外側部分を第２先端面２６とする。第１先端面２５は周壁２２の内側面に接続する面であり、第２先端面２６は周壁２２の外側面に接続する面である。第１先端面２５及び第２先端面２６は、同一平面上に存在する連続する面である。

カバー部材３０は、例えば、深紫外線など、光電素子１１が扱う光の波長に対し透過性を有する透明材料で構成される。一例として、カバー部材３０は、厚さが０．５ｍｍの板状に形成したときに、光電素子１１が扱う波長の光の透過率が７０％以上となる透明材料で構成されることが好ましい。透明材料は、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ又はＫａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラス又はＢｉ_２Ｏ_３系ガラスなどで構成される。

カバー部材３０は、平面視矩形の板状部材であり、凹部２４を塞ぐことのできる大きさを有する。カバー部材３０は、光を通す透光部３１と、気密パッケージ１２の周壁２２の先端面２３に接合する接合部３２と、を有する。透光部３１は、カバー部材３０の中央部分であって、凹部２４に面する。接合部３２は、カバー部材３０の周縁部分であって、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３に対向する。カバー部材３０は、例えば、モールドプレス、研削、研磨又はエッチング等により形成される。以降の説明では、カバー部材３０において、パッケージ基材２０に対向する面を「内面」とも言い、内面と逆側の面を「外面」とも言う。

透光部３１は、平板状をなしている。透光部３１は、透光性が低下しないように、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の厚さとすることが好ましい。
接合部３２は、第１先端面２５に接触する第１接合部３３と、第２先端面２６に接合層４０を介して接合される第２接合部３４と、を含む。カバー部材３０の内面において、第１接合部３３は、第２接合部３４よりも突出する。すなわち、第１接合部３３及び第２接合部３４の間には段差が設けられる。第１接合部３３及び第２接合部３４の外面及び内面は、平面状をなしている。つまり、接合部３２において、第２接合部３４は、第１接合部３３よりも薄くなっている。

また、透光部３１及び接合部３２（第１接合部３３及び第２接合部３４）の外面は同一平面上に存在するように連続し、透光部３１及び第１接合部３３の内面は同一平面上に存在するように連続する。つまり、透光部３１及び第１接合部３３は、厚さが等しくなっている。一例として、第１接合部３３は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の厚さとし、第２接合部３４は、第１接合部３３よりもわずかに薄くすることが好ましい。

接合層４０は、例えば、低融点ガラス粉末を含むガラスペーストを加熱することで形成される。低融点ガラス粉末は、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラス粉末、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス粉末又はＶ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２系ガラス粉末などであればよい。ガラスペーストは、低融点ガラス粉末に加え、低膨張耐火性フィラー及びレーザー光吸収材などを含んでもよい。

接合層４０は、パッケージ基材２０の先端面２３及びカバー部材３０の接合部３２の間に、周壁２２の全周に亘って形成される。気密パッケージ１２の平面視において、接合層４０の形成範囲は、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３に重なるとともに、カバー部材３０の接合部３２の形成範囲に重なる。詳しくは、接合層４０の形成範囲は、周壁２２の先端面２３よりも狭く、接合部３２の形成範囲よりも狭い。このため、図１（ａ）に示すように、接合層４０の幅Ｗ１は、周壁２２及び接合部３２の幅Ｗ２未満となる。なお、接合層４０は、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとすることが好ましい。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）の製造方法について説明する。なお、光電素子１１、パッケージ基材２０及びカバー部材３０は、既に準備されているものとする。

図２（ａ）に示すように、カバー部材３０の第２接合部３４の内面にガラスペースト４１が環状（本実施形態では額縁状）に塗布される（塗布工程）。ガラスペースト４１は、例えば、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷又はインクジェット印刷などにより、カバー部材３０に塗布すればよい。

なお、カバー部材３０にガラスペースト４１を塗布した後、いわゆる仮焼処理を施してもよい。具体的には、ガラスペースト４１を塗布したカバー部材３０を加熱炉内に投入する等して加熱し、ガラスペースト４１に含まれるバインダーを除去しつつ、ガラスペースト４１を一旦固化する処理を施してもよい。

そして、図２（ｂ）に示すように、パッケージ基材２０の凹部２４に光電素子１１が収容された後に、カバー部材３０がパッケージ基材２０上に配置される（配置工程）。配置工程では、第１接合部３３が周壁２２の第１先端面２５に対向するとともに、第２接合部３４が周壁２２の第２先端面２６に対向するように、カバー部材３０がパッケージ基材２０上に配置される。すると、カバー部材３０の第２接合部３４に塗布したガラスペースト４１が、パッケージ基材２０の周壁２２の第２先端面２６に接触する。その後、ガラスペースト４１を加熱し、ガラスペースト４１を軟化させる（加熱工程）。ガラスペースト４１の加熱は、例えば、ガラスペースト４１にレーザー光を照射することにより行われる。なお、ガラスペースト４１は、流動可能な程度の粘度まで軟化させてもよいし、濡れ広がる程度の粘度まで軟化させてもよい。

最後に、図２（ｃ）に示すように、カバー部材３０がパッケージ基材２０に押し付けられる（接合工程）。接合工程では、接合層４０に圧縮荷重が作用することで、接合層４０が荷重方向と交差する方向に広がろうとする。この点、本実施形態では、カバー部材３０の第１接合部３３及びパッケージ基材２０の周壁２２の第１先端面２５が接触するため、接合層４０が凹部２４に向かって流動しにくい。言い換えれば、接合層４０は、凹部２４とは逆方向に向かって流動しやすい。このため、接合層４０が凹部２４にはみ出ることが抑制される。

その後、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）が徐冷され、軟化した接合層４０が固化する。その結果、カバー部材３０の第２接合部３４が、パッケージ基材２０の周壁２２の第２先端面２６に接合層４０を介して接合され、光電素子１１が凹部２４内に封止される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）気密パッケージ１２において、カバー部材３０の第１接合部３３は、パッケージ基材２０の周壁２２の第１先端面２５に接触する。このため、カバー部材３０及びパッケージ基材２０を接合するために、接合層４０に圧縮荷重が作用しても、接合層４０が凹部２４の内部に流れにくい。よって、気密パッケージ１２は、パッケージ基材２０の凹部２４に接合層４０がはみ出ることを抑制できる。

（２）気密パッケージ１２は、透光部３１の内面及び第１接合部３３の内面が同一平面上に存在するため、カバー部材３０の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、透光部３１の内面及び第１接合部３３の内面を一度に作り込むことが可能となる。

（３）気密パッケージ１２は、前記透光部３１の外面及び前記接合部３２の外面が同一平面上に存在するため、カバー部材３０の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、透光部３１の外面及び接合部３２の外面を一度に作り込むことが可能となる。

（４）気密パッケージ１２において、カバー部材３０の透光部３１は、平板状をなすため、透光部３１に入射した光は、そのまま透光部３１を通過する。このため、気密パッケージ１２は、透光部３１を、凹部２４を覆うだけの単なるガラスカバーとして機能させることができる。

（５）カバー部材３０は、ガラスにより構成されるため、モールドプレスなどの製造方法により、透光部３１及び接合部３２のカバー部材３０の形状を作り込むことが容易となる。

（６）カバー部材３０は、第１接合部３３の側面及び第２接合部３４の底面の互いに交差する２つの面で接合層４０と接合される。このため、気密パッケージ１２は、カバー部材３０及び接合層４０との接合強度を高めることができる。

（７）塗布工程において、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３にガラスペースト４１を塗布する場合には、第１先端面２５及び第２先端面２６の境界が明確でない点で、第１先端面２５にガラスペースト４１が塗布される可能性がある。この場合、カバー部材３０の第１接合部３３がパッケージ基材２０の周壁２２の第１先端面２５に接触しなくなり、接合層４０が凹部２４にはみ出すおそれがある。この点、本実施形態では、塗布工程において、カバー部材３０の第１接合部３３と段差のある第２接合部３４にガラスペースト４１を塗布する。このため、上記事態の発生を回避できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図３（ａ）に示すように、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、第１の変更例に係る電子デバイス１０Ａ（気密パッケージ１２Ａ）としてもよい。気密パッケージ１２Ａのカバー部材３０Ａは、透光部３１Ａに回折格子又はモスアイ構造などの光学素子３５を有する。これによれば、気密パッケージ１２は、透光部３１Ａに、入射した光を分散、屈折又は回折させるなどの光学機能を持たせることができる。

また、気密パッケージ１２Ａは、上記実施形態と同様に、カバー部材３０の第１接合部３３及びパッケージ基材２０の周壁２２の第１先端面２５が接触する点で、底壁２１に配置される光電素子１１から、カバー部材３０の透光部３１（光学素子）までの距離が一定に定まりやすい。よって、気密パッケージ１２Ａは、電子デバイス１０Ａの性能に影響を与える光電素子１１及び光学素子３５の距離を管理しやすい。

・図３（ａ）に示す第１の変更例において、光学素子３５は、レンズとしてもよい。この場合、カバー部材３０の接合部３２の突出量を抑えるために、レンズは、フレネルレンズなどの薄型レンズとすることが好ましい。さらに、この場合には、透光部３１の厚さが接合部３２の厚さ以上となってもよい。なお、光学素子３５は、一体成形や後加工によりカバー部材３０Ａと一体的に構成されてもよく、透光部３１Ａに別体部品を取り付けることにより構成されてもよい。

・図３（ｂ）に示すように、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、第２の変更例に係る電子デバイス１０Ｂ（気密パッケージ１２Ｂ）としてもよい。パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３において、第１先端面２５及び第２先端面２６よりも、凹部２４から遠い外側部分を第３先端面２７としたとき、気密パッケージ１２Ｂのカバー部材３０Ｂの接合部３２Ｂは、第１接合部３３と、第２接合部３４と、第３先端面２７と接触する第３接合部３６と、を有する。これによれば、気密パッケージ１２Ｂは、凹部２４だけでなく、気密パッケージ１２Ｂの外部に対する接合層４０のはみ出しを抑制できる。ただし、接合層４０を形成するガラスペースト４１の塗布量及び塗布位置は、接合層４０が形成される空間の容積に応じて詳細に決定することが好ましい。

・上記実施形態において、平面は、表面に凹凸のない完全な平面のみを言うものではなく、加工等の関係で適宜の凹凸を有してもよい。
・カバー部材３０の形状は適宜に変更してもよい。例えば、透光部３１の外面及び接合部３２の外面は同一平面上になくてもよいし、透光部３１の内面及び第１接合部３３の内面は同一平面上になくてもよい。

・電子デバイス１０（気密パッケージ１２）の大きさ及び形状は、適宜に変更してもよい。例えば、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、平面視円形に形成してもよい。

・カバー部材３０は、樹脂又はセラミックなどの透明材料で構成してもよい。この場合、接合層４０は、接着剤又はハンダなどにより形成してもよい。
・加熱工程は、ガラスペースト４１の加熱にレーザー光を用いなくてもよい。例えば、加熱工程は、ガラスペースト４１の加熱に電熱ヒーター等を用いてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…電子デバイス、１１…光電素子、１２，１２Ａ，１２Ｂ…気密パッケージ、２０…パッケージ基材、２１…底壁、２２…周壁、２３…先端面、２４…凹部、２５…第１先端面、２６…第２先端面、２７…第３先端面、３０…カバー部材、３１…透光部、３２…接合部、３３…第１接合部、３４…第２接合部、３５…光学素子、３６…第３接合部、４０…接合層、４１…ガラスペースト，Ｗ１，Ｗ２…幅。

Claims (7)

1. 底壁及び前記底壁から延びる周壁を有し、前記底壁及び前記周壁に囲まれる凹部に光電素子を収容可能なパッケージ基材と、
   透光性を有し、前記凹部を塞ぐカバー部材と、
   前記パッケージ基材及び前記カバー部材を接合する接合層と、を備え、
   前記カバー部材は、前記凹部に面する透光部と、前記周壁の先端面と対向する接合部と、を有し、
   前記周壁の前記先端面において、前記凹部に近い内側部分を第１先端面とし、前記凹部から遠い外側部分を第２先端面としたとき、
   前記接合部は、前記第１先端面に接触する第１接合部と、前記第２先端面に前記接合層を介して接合される第２接合部と、を含む
   気密パッケージ。
2. 前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面としたとき、
   前記透光部の内面及び前記第１接合部の内面は、同一平面上に存在する
   請求項１に記載の気密パッケージ。
3. 前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面とし、前記内面と逆側の面を外面としたとき、
   前記透光部の外面及び前記接合部の外面は、同一平面上に存在する
   請求項１又は請求項２に記載の気密パッケージ。
4. 前記透光部は、平板状をなす
   請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の気密パッケージ。
5. 前記透光部は、光学素子を有する
   請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の気密パッケージ。
6. 前記カバー部材は、ガラスである
   請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の気密パッケージ。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の気密パッケージの製造方法であって、
   前記カバー部材の前記接合部が前記パッケージ基材の前記周壁の先端面に対向するように、前記カバー部材を前記パッケージ基材の前記周壁上に配置する配置工程と、
   前記カバー部材の前記第１接合部が前記パッケージ基材の前記周壁の前記第１先端面に接触した状態で、前記カバー部材の前記第２接合部を前記パッケージ基材の前記周壁の前記第２先端面に前記接合層を介して接合する接合工程と、を備える
   気密パッケージの製造方法。