JP2022018818A

JP2022018818A - 保護キャップ及び電子装置

Info

Publication number: JP2022018818A
Application number: JP2020122192A
Authority: JP
Inventors: 隆史西宮; Takashi Nishimiya
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-27

Abstract

【課題】高い気密性が維持できる保護キャップ及び電子装置を提供する。【解決手段】保護キャップ４は、枠部５と、枠部５の一端開口を覆う蓋部６と、枠部５と蓋部６とを接着する接着層７とを備えている。枠部５及び蓋部６のそれぞれは、石英ガラスからなり、接着層７は、３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が－２５×１０－７～２３×１０－７／℃である。【選択図】図１

Description

本発明は、保護キャップ及び電子装置に関する。

ＬＥＤなどの電子部品を備えた電子装置は、長寿命や省エネルギーなどの理由から、照明や通信などの種々の分野で利用されるに至っている。

この種の電子装置では、電子部品を保護するために、電子部品が搭載された基材に、電子部品が内部に収容されるように保護キャップを被せる場合がある。

例えば特許文献１に開示されているように、保護キャップは、電子部品の周囲を取り囲む枠部（第２の部材）と、枠部の一端開口を覆う蓋部（カバー部材）とを備えている。

国際公開第２０１５／１９０２４２号

ところで、石英ガラスは、紫外域の波長の光を吸収しにくい特性を有する。このため、電子部品が紫外線ＬＥＤの場合などには、保護キャップの紫外線透過性を向上させる観点から、枠部及び蓋部のそれぞれを石英ガラスから構成することが考えられる。

しかしながら、石英ガラスから構成される枠部及び蓋部を、一般的なガラス接着材を用いて接合しようとすると、各材料間における熱膨張係数の整合が問題となる。つまり、石英ガラスの熱膨張係数は一般的なガラス接着材の熱膨張係数に比べて非常に低く、枠部及び接着材の熱膨張係数差が大きくなるとともに、蓋部及び接着材の熱膨張係数差が大きくなる。この結果、一般的なガラス接着材を用いて接合すると、接合部又はその近傍に残留応力が発生して保護キャップに破損（例えばクラックなどの割れ）が生じやすくなる。このように保護キャップが破損すると、電子部品の収容空間の気密性が低下し、電子部品が劣化するおそれがある。

本発明は、高い気密性が維持できる保護キャップ及び電子装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明に係る保護キャップは、枠部と、枠部の一端開口を覆う蓋部と、枠部と蓋部とを接着する接着層とを備え、枠部及び蓋部のそれぞれが、石英ガラスからなり、接着層の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が、－２５×１０^－７～２３×１０^－７／℃であることを特徴とする。このようにすれば、石英ガラスから構成される枠部と、接着層との熱膨張係数差を小さくできるとともに、石英ガラスから構成される蓋部と、接着層との熱膨張係数差を小さくできる。結果として、接着層又はその近傍に生じる残留応力が小さくなり、保護キャップの破損を抑制できる。ここで、「石英ガラス」とは、合成石英、溶融石英等を含み、ＳｉＯ_２を９０質量％以上含む非結晶体を指す。「３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数」は、焼結体を所定形状に加工したものを測定試料とし、市販の熱機械分析装置（例えば、リガク製ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓＴＭＡ８３１０）を用いて測定可能である。

上記の構成において、接着層は、ガラスを含むことが好ましい。このようにすれば、接着層の気密性や耐熱性を高めることができる。なお、ここでの「ガラス」には、非晶質ガラスだけでなく、結晶化ガラスも含まれるものとする。

上記の構成において、接着層が、結晶化ガラスを含むことが好ましい。このようにすれば、接着層の低膨張化が容易になり、枠部及び蓋部の熱膨張係数と整合させやすくなる。

上記の構成において、結晶化ガラスが、主結晶として、β－石英固溶体を含むことが好ましい。このようにすれば、β－石英固溶体は負膨張特性を有するため、接着層の低膨張化が容易になる。ここで、主結晶とは、最も析出量が多い結晶を意味する。

上記の構成において、接着層が、組成として、モル％で、ＳｉＯ_２４８～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３５～２５％、Ｌｉ_２Ｏ５～３０％、Ｂ_２Ｏ_３１０～２３％（ただし１０％を含まない）、ＺｎＯ０～２．５％（ただし２．５％を含まない）を含有するガラスを含むことが好ましい。このようにすれば、接合時の熱処理によりβ－石英固溶体を析出させやすくなる。

上記の課題を解決するために創案された本発明に係る電子装置は、電子部品と、前記電子部品が搭載された基材と、前記電子部品を内部に収容するように、前記基材に接合された上記の構成の保護キャップとを備えていることを特徴とする。このようにすれば、既に説明した保護キャップの対応する構成と同様の作用効果を享受できる。ここで、「接合」には、接着と溶着とが含まれる。

上記の構成において、電子部品が、紫外線ＬＥＤであることが好ましい。このようにすれば、高い紫外線の取出効率を実現できる電子装置（発光装置）を提供できる。

本発明によれば、高い気密性が維持できる保護キャップ及び電子装置を提供できる。

第一実施形態に係る電子装置を示す断面図である。図１のＡ－Ａ断面図である。第一実施形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。第一実施形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。第二実施形態に係る電子装置を示す断面図である。図５のＢ－Ｂ断面図である。第二実施形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。第二実施形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。第二実施形態に係る電子装置の製造工程を示す断面図である。第二実施形態に係る電子装置の製造工程を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。

（第一実施形態）
図１及び図２は、本発明の第一実施形態に係る電子装置１を例示している。

本実施形態に係る電子装置１は、電子部品２と、電子部品２が搭載された基材３と、電子部品２を内部に収容するように、基材３に接合された保護キャップ４とを備えている。なお、以下の説明では、便宜上、基材３側を下、保護キャップ４側を上として説明するが、上下方向はこれに限定されない。

電子部品２は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザモジュール、ＬＥＤ、光センサ、撮像素子、光スイッチ等の光学デバイスが挙げられる。本実施形態では、電子部品２は紫外線ＬＥＤ（発光素子）であり、電子装置１は発光装置である。

基材３は、例えば、金属、金属酸化物セラミックス、ＬＴＣＣ又は金属窒化物セラミックスから構成される。金属としては、例えば銅、金属シリコンなどが挙げられる。金属酸化物セラミックスとしては、例えば酸化アルミニウムなどが挙げられる。ＬＴＣＣとしては、例えば結晶性ガラスと耐火性フィラーを含む複合粉末を焼結させたものなどが挙げられる。金属窒化物セラミックスとしては、例えば窒化アルミニウムなどが挙げられる。本実施形態では、基材３は、窒化アルミニウムから構成されている。窒化アルミニウムの３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、例えば４６×１０^－７／℃である。また、本実施形態では、基材３は、上面３ａ及び下面３ｂがともに平面から構成される板状体である。なお、基材３は、上面３ａのうち、電子部品２が搭載される部分に凹部が設けられていてもよい。

保護キャップ４は、枠部５と、枠部５の一端開口を覆う蓋部６と、枠部５及び蓋部６を接着する接着層７とを備えている。なお、保護キャップ４の表面には各種機能膜を形成することが好ましく、例えば、光反射ロスを低減するために、反射防止膜を形成することが好ましい。

枠部５は、石英ガラスから構成される。枠部５は、中心に厚み方向（上下方向）に延びる貫通孔Ｈを有する筒状体である。枠部５は、貫通孔Ｈに対応する空間に収容された電子部品２の周囲を取り囲む。図示例では、枠部５は、四角筒で構成されているが、円筒などの他の形状であってもよい。なお、枠部５の内壁面５ｃは、蓋部６を通じた紫外線の取出効率を向上させるために、枠部５の下端面５ｂ側から上端面５ａ側に向かうに連れて内側から外側に移行する傾斜面で構成されている。内壁面５ｃは、非傾斜面（垂直面）であってもよい。貫通孔Ｈは、枠部５の元材に、エッチング加工、レーザ加工、サンドブラスト加工などを施すことにより形成することができる。

枠部５の厚み（上下方向寸法）は、電子部品２よりも大きいことが好ましく、電子部品２よりも０．０１～１ｍｍ大きいことが好ましく、０．０５～０．５ｍｍ大きいことがより好ましく、０．１～０．２ｍｍ大きいことが最も好ましい。

蓋部６は、石英ガラスから構成される。また、本実施形態では、蓋部６は、上面６ａ及び下面６ｂがともに平面から構成される板状体である。

蓋部６の厚み（上下方向寸法）は、０．１～１．０ｍｍであることが好ましく、０．２～０．８ｍｍであることがより好ましく、０．３～０．６ｍｍであることが最も好ましい。

図２に示すように、接着層７は、平面視で、枠部５の上端面５ａに沿った額縁状に形成されている。平面視における接着層７の形状は、枠部５の上端面５ａの形状に応じて適宜変更できる。

接着層７の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、－２５×１０^－７～２３×１０^－７／℃であり、－２０×１０^－７～２０×１０^－７／℃であることが好ましく、－１５×１０^－７～１５×１０^－７／℃であることがより好ましく、－１０×１０^－７～１０×１０^－７／℃であることが最も好ましい。石英の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は例えば６．３×１０^－７／℃であり、石英ガラスの３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は例えば４．０×１０^－７／℃である。したがって、上記の熱膨張係数を有する接着層７を用いれば、石英ガラスで構成される枠部５及び蓋部６の熱膨張係数と、接着層７の熱膨張係数とを整合させることができる。この結果、接着層７又はその近傍に生じる残留応力を小さくして、保護キャップ４の破損（クラックなど）を抑制できる。

接着層７の厚みは特に限定されないが、接着層７の厚みが小さすぎると、電子装置1の気密性を確保しにくくなる。一方、接着層７の厚みが大きすぎると、接着層７における残留応力が大きくなって機械的強度が低下するおそれがある。さらには、保護キャップ４や電子装置１のサイズが大きくなる傾向がある。このため、接着層７の厚みは、１０μｍ～１００μｍであることが好ましく、２０μｍ～８０μｍであることがより好ましく、３０μｍ～６０μｍであることが最も好ましい。

接着層７は、ガラスを含むことが好ましい。このようにすれば、接着層７の耐熱性や気密性を向上させることができる。特に、接着層７が結晶化ガラスを含むものであると、低膨張化が容易になり、石英ガラスから構成される枠部５及び蓋部６との熱膨張係数を整合させやすくなる。具体的には、接着層７は、低膨張結晶であるβ－石英固溶体を含有することが好ましい。接着層７におけるβ－石英固溶体の含有量は、７５～９９質量％、８０～９７質量％、特に８５～９５質量％であることが好ましい。β－石英固溶体の含有量が少なすぎると、接着層７の低膨張化が困難になる傾向がある。一方、β－石英固溶体の含有量が多すぎると、接合時における流動性が低下しやすくなる。なお、結晶化ガラスを含む接着層７は、結晶性ガラスを含む接着材（封止材）を熱処理することにより得られる。

接着層７の具体例としては、組成として、モル％で、ＳｉＯ_２４８～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３５～２５％、Ｌｉ_２Ｏ５～３０％、Ｂ_２Ｏ_３５～２３％、ＺｎＯ０～１０％を含有するガラスを含むものが挙げられる。特に、モル％で、ＳｉＯ_２４８～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３５～２５％、Ｌｉ_２Ｏ５～３０％、Ｂ_２Ｏ_３１０～２３％（ただし１０％を含まない）、ＺｎＯ０～２．５％（ただし２．５％を含まない）を含有するガラスを含むものが好ましい。このような組成にした理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を意味する。

ＳｉＯ_２はガラス骨格を形成する成分であり、またβ－石英固溶体の構成成分である。ＳｉＯ_２の含有量は４８～７５％、５３～７０％、特に５８～６５％であることが好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなり、低熱膨張特性が得にくくなる。一方、ＳｉＯ_２が多すぎると、軟化点が上昇するため、接合時（封止時）の熱処理による軟化流動性が低下しやすくなる。

Ａｌ_２Ｏ_３はβ－石英固溶体の構成成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は５～２５％、７～１５％、特に７～１３％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなり、低熱膨張特性が得にくくなる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３が多すぎると、軟化点が上昇するため、接合時の熱処理による軟化流動性が低下しやすくなる。

Ｌｉ_２Ｏはβ－石英固溶体の構成成分であり、また軟化点を低下させる成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は５～３０％、１０～２５％、特に１０～２０％であることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏの含有量が少なすぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなり、低熱膨張特性が得にくくなる。また軟化点が上昇するため、接合時の熱処理による軟化流動性が低下しやすくなる。一方、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多すぎると、熱処理後の残留ガラス中におけるＬｉ_２Ｏの含有量が多くなり、残留ガラスの熱膨張係数が高くなることから、結果として低熱膨張特性が得にくくなる。

Ｂ_２Ｏ_３はガラス骨格を形成する成分であり、軟化点を低下させる成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は５～２３％、１０～２３％（ただし１０％を含まない）、１２～１６％、特に１３～１５％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、軟化点が上昇して、軟化点と結晶化温度の差が小さくなる。そのため、接合時の熱処理による軟化流動前に結晶が析出する傾向があり、流動性が低下しやすくなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、熱処理後の残留ガラス相の割合が増加する（β－石英固溶体の析出量が低下する）ため、また残留ガラス相の熱膨張係数が増大するため、結果として低熱膨張特性が得にくくなる。

なお、Ｂ_２Ｏ_３とＬｉ_２Ｏの各含有量の割合を適宜調整することにより、低熱膨張特性が得やすくなる。具体的には、Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｉ_２Ｏの値を０．５～１、０．７～１、特に０．８～１に調整することが好ましい。なお、「Ｂ_２Ｏ_３／Ｌｉ_２Ｏ」はＢ_２Ｏ_３とＬｉ_２Ｏの各含有量のモル比を意味する。

ＺｎＯは耐候性を向上させる成分である。また、接合時の熱処理による軟化流動性を向上させる効果がある。ＺｎＯの含有量は０～１０％、０～２．５％（ただし２．５％を含まない）、特に０～２％であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなったり、Ｚｎ－Ａｌ系結晶等の低膨張化に寄与しない異種結晶が析出しやすくなる。また、熱処理後の残留ガラスの熱膨張係数が高くなる傾向がある。結果として、熱膨張係数が大きくなる傾向がある。

なお、耐候性を向上させる成分としてＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯを含有させてもよい。これらの成分は接合時の熱処理による軟化流動性を向上させる効果もある。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は０～１０％、０～５％、特に０．１～２％であることが好ましい。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多すぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなったり、熱処理後の残留ガラス相の熱膨張係数が高くなる傾向がある。その結果、熱膨張係数が高くなる傾向がある。なお、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量を意味する。

また、同じく耐候性を向上させる成分としてＬａ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２またはＢｉ_２Ｏ_３を含有させてもよい。これらのうちＺｒＯ_２及びＢｉ_２Ｏ_３は、接合時の熱処理による軟化流動性を向上させる効果もある。Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量は０～１０％、０～５％、特に０．１～２％であることが好ましい。Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、β－石英固溶体の析出量が少なくなったり、熱処理後の残留ガラス相の熱膨張係数が高くなる傾向がある。特に、Ｌａ_２Ｏ_３に関してはその含有量が多すぎると、Ｌａ－Ｂ系結晶等の低膨張化に寄与しない異種結晶が析出しやすい。その結果、熱膨張係数が大きくなる傾向がある。なお、「Ｌａ_２Ｏ_３＋ＺｒＯ_２＋Ｂｉ_２Ｏ_３」は、Ｌａ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２及びＢｉ_２Ｏ_３の合量を意味する。

上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｎＯ、Ｐ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５等を合量で３０％以下、２０％以下、さらには１０％以下の範囲で含有させることが可能である。

なお、接着層７には、熱膨張係数調整のため耐火性フィラー粉末が含まれていてもよい。耐火性フィラーの含有量は、０～３０質量％、０．１～２０質量％、特に１～１０質量％であることが好ましい。耐火性フィラー粉末の含有量が多すぎると、被接合部材に対する接合性が低下しやすくなる。

耐火性フィラー粉末としては、コーディエライト、ウイレマイト、アルミナ、リン酸ジルコニウム、ジルコン、ジルコニア、酸化スズ、ムライト、シリカ、β－ユークリプタイト、β－スポジュメン、β－石英固溶体、リン酸タングステン酸ジルコニウムなどが使用できる。

保護キャップ４及び基材３を接合する接合部８は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、保護キャップ４の枠部５の下端面５ｂ側から順に、メタライズ層９と、はんだ層１０とを備えている。メタライズ層９は、蒸着やスパッタなどにより、保護キャップ４の枠部５の下端面５ｂに形成された金属膜であり、はんだ層１０との密着性を向上させる役割を有する。メタライズ層９としては、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｏ及びこれらを含む合金層、或いはこれら金属、合金の多層膜等が使用できる。はんだ層（ろう材）１０としては、例えばＡｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、及びこれら金属を含む合金、すなわち、Ａｕ－Ｓｎ系はんだ、Ｓｎ－Ａｇ系はんだ、Ｐｂ系はんだ等の層が使用できる。Ａｕ－Ｓｎ系はんだの３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、例えば１７５×１０^－７／℃である。

図３及び図４は、本発明の第一実施形態に係る電子装置１の製造方法を例示している。

本実施形態に係る電子装置１の製造方法は、保護キャップ４を得るために、蓋部６と枠部５とを接合する第一接合工程と、電子部品２が搭載された基材３と保護キャップ４とを接合する第二接合工程とを備えている。

図３に示すように、第一接合工程では、まず、接着層７となる接着材１１が配置された蓋部６と、メタライズ層９及びはんだ層１０が形成された枠部５とを準備する。次に、接着材１１を介して蓋部６と枠部５とを接触させる。この状態で焼成することにより、接着材１１から接着層７を形成するとともに、接着層７により蓋部６と枠部５とを接合する。

接着材１１は、粉体、圧粉体、ペースト等の形態で、蓋部６上に配置される。接着材１１をペーストとする場合、例えば、例えば、結晶性ガラスの粉末、樹脂及び溶媒を含むペーストを、蓋部６に塗布する。ペーストの塗布は、例えばディスペンサーを用いることができる。

ペーストの樹脂としては、アクリル酸エステル（アクリル系樹脂）、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、ポリメチレンスチレン、ポリエチレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用できる。特に、アクリル酸エステル、エチルセルロースは、熱分解性が良好であるため好ましい。

ペーストの溶媒としては、α－ターピオネール、パインオイル、Ｎ，Ｎ’－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、高級アルコール、γ－ブチロラクトン（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、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等を用いることができる。特に、α－ターピオネールは、高粘性かつ樹脂等の溶解性も良好であるため好ましい。

焼成温度は、接着材１１の軟化点±１００℃、特に軟化点±５０℃の範囲内とすることが好ましい。具体的には、焼成温度は、例えば５００℃～８００℃、特に６００℃～７５０℃の範囲内とすることが好ましい。焼成温度が低すぎると軟化流動が不十分となり、接着強度に劣る傾向がある。一方、焼成温度が高すぎると、流動性が過剰になって接合が困難になる傾向がある。また、接着材１１が結晶性ガラスを含む場合、結晶転移（例えばβ－石英固溶体からβ－スポジュメン固溶体への結晶転移）が生じて接着層７が高膨張化するおそれがある。なお、接着材１１の焼成は、加熱炉を用いた加熱でもよいし、レーザを用いた加熱でもよい。

接着材１１の平均粒子径Ｄ_５０は１５μｍ以下、０．５～１０μｍ、特に０．７～５μｍが好ましい。平均粒子径Ｄ_５０の粒度が大きすぎると、焼成後に得られる接着層７において気孔が多くなりすぎて接合強度が低下するおそれがある。ここで、「平均粒子径Ｄ_５０」とは、レーザ回折装置で測定した値を指し、レーザ回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を表す。

なお、上記の第一接合工程において、蓋部６と枠部５との間に接着材１１を配置する方法は特に限定されない。例えば、接着材１１は、枠部５上に予め配置してもよい。また、上記の第一接合工程では、メタライズ層９及びはんだ層１０が、枠部５に予め形成された場合を説明したが、第一接合工程の後（蓋部６及び枠部５を接合した後）に、これらの層９，１０が枠部５に形成されてもよい。

図４に示すように、第二接合工程では、まず、第一接合工程で得られた保護キャップ４と、電子部品２が搭載された基材３とを準備する。次に、枠部５の下端面５ｂと基材３の上面３ａとを、メタライズ層９及びはんだ層１０を介して接触させる。この状態で加熱することにより、はんだ層１０を軟化流動（リフロー）させ、はんだ層１０により枠部５と基材３とを接合する。なお、はんだ層１０は、加熱炉を用いて加熱してもよいし、レーザを用いて加熱してもよい。

（第二実施形態）
図５及び図６は、本発明の第二実施形態に係る電子装置１を例示している。第二実施形態では、枠部５及び基材３を接合する接合部の構成が、第一実施形態と相違する。

本実施形態では、枠部５は、基材３に直接溶着されている。換言すれば、枠部５と基材３とは、枠部５の下端面５ｂと基材３の上面３ａとを直接接触させた状態で、溶着部２１により接合されている。溶着部２１は、レーザ接合により形成される。詳細には、溶着部２１は、レーザの照射領域において、枠部５及び基材３の少なくとも一方を溶融した後に、その溶融部を固化させることにより形成される。つまり、溶着部２１は、例えば、枠部５及び基材３の少なくとも一方の材料から構成され、枠部５及び基材３以外の材料を実質的に含まないことが好ましい。

溶着部２１は、貫通孔Ｈに沿って同心環状に複数（図例では二つ）形成されるが、一つであってもよい。複数の溶着部２１は、互いに半径方向に離間しているが、半径方向で部分的に重なっていてもよい。各溶着部２１は、平面視で四角環状に構成されるが、これに限らず、円環状その他の環形状に構成され得る。

溶着部２１は、厚み方向において、枠部５と基材３とに連続して跨って形成されている。なお、本実施形態では、溶着部２１の内部において、枠部５と基材３との間には界面がない。もちろん、溶着部２１の内部において、枠部５と基材３との間に界面が残っていてもよい。

溶着部２１の幅Ｓ１は、１０～２００μｍであることが好ましく、１０～１００μｍであることがより好ましく、１０～５０μｍであることが最も好ましい。溶着部２１の厚みＳ２は、１０～２００μｍであることが好ましく、１０～１５０μｍであることがより好ましく、１０～１００μｍであることが最も好ましい。

溶着部２１の平面方向の残留応力の最大値は、１０ＭＰａ以下であることが好ましく、７ＭＰａ以下であることがより好ましく、５ＭＰａ以下であることが最も好ましい。平面方向の残留応力の最大値は、１０ｍｍ×１０ｍｍ以上の寸法を有するガラス板において、ユニオプト社製複屈折測定機：ＡＢＲ－１０Ａを用いて、接合部付近の複屈折（単位：ｎｍ）を計測し、平面方向の残留応力に換算した場合の最大値である。また、光学的な複屈折の測定、すなわち直交する直線偏光波の光路差の測定により、ガラス板中の残留応力値を見積ることが可能であり、残留応力により発生する偏差応力Ｆ（ＭＰａ）は、Ｆ＝Ｄ／ＣＷの式で表記される。「Ｄ」は光路差（ｎｍ）であり、「Ｗ」は偏光波が通過した距離（ｃｍ）であり、「Ｃ」は光弾性定数（比例定数）であり、通常、２０～４０（ｎｍ／ｃｍ）／（ＭＰａ）の値になる。なお、平面方向の残留応力には、引張応力と圧縮応力が存在するが、上記では、両者の絶対値を評価するものとする。

図７～図１０は、本発明の第二実施形態に係る電子装置１の製造方法を例示している。

図７に示すように、第一接合工程は、第一実施形態で説明した第一接合工程と同様であり、低膨張の接着材１１（接着層７）を用いて、蓋部６と枠部５を接合する工程である。なお、枠部５には、メタライズ層９及びはんだ層１０が形成されておらず、枠部５の下端面５ｂは露出している。

図８～図１０に示すように、第二接合工程では、まず、第一接合工程で得られた保護キャップ４の枠部５の下端面５ｂと、基材３の上面３ａとを直接接触させる。この状態で、レーザ照射装置２２により、枠部５と基材３との接触部に対してレーザＬを集光して照射する。レーザＬは、枠部５及び基材３のうち、レーザＬを透過する枠部５側から照射される。これにより、接触部を溶着して溶着部２１を形成するとともに、溶着部２１により枠部５と基材３とを接合する。

枠部５の下端面５ｂ及び基材３の上面３ａのそれぞれの算術平均粗さＲａは、２．０ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以下であることがより好ましく、０．５ｎｍ以下であることが更に好ましく、０．２ｎｍ以下であることが最も好ましい。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠した方法で測定した値を意味する。このようすれば、枠部５及び基材３が互いに接合面間の分子間力（オプティカルコンタクト）により密着するため、レーザ接合前のハンドリング性が向上する。

レーザＬとしては、ピコ秒オーダーやフェムト秒オーダーのパルス幅を有する超短パルスレーザが好適に使用される。

レーザＬの波長は、ガラス部材を透過する波長であれば特に限定されるものではないが、例えば、４００～１６００ｎｍであることが好ましく、５００～１３００ｎｍであることがより好ましい。レーザＬのパルス幅は、１０ｐｓ以下であることが好ましく、５ｐｓ以下であることがより好ましく、２００ｆｓ～３ｐｓであることが最も好ましい。レーザＬの集光径は、５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることが好ましい。

図１０に示すように、レーザＬは、貫通孔Ｈの外側で、貫通孔Ｈに沿った環状軌道Ｔを描くように走査される。この場合において、レーザＬは、その照射領域Ｒが環状軌道Ｔ上で重なりながら環状軌道Ｔを一周するように走査される。あるいは、レーザＬは、その環状軌道Ｔを複数回にわたって周回するように走査される。なお、溶着部２１を同心環状に複数形成する場合には、レーザＬを走査する環状軌道Ｔも同心環状に複数設定される。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態において、枠部５と基材３とを接合した後に、枠部５に蓋部６を接合してもよい。この場合、枠部５と基材３とを接合した後に基材３に電子部品２を搭載し、その後に、枠部５に蓋部６を接合してもよい。ただし、作業性を考慮した場合、枠部５と基材３とを接合する前に、基材３に電子部品２を搭載することが好ましい。

上記の実施形態において、紫外線の取出効率を向上させるために、枠部５の内周面に反射膜を形成してもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１は、実施例で使用する第１の接着材、及び比較例で使用する第２の接着材のそれぞれの組成及び特性を示す。

（１）第１及び第２の接着材の作製
表１に記載のガラス組成となるように原料粉末を調合し、均一に混合することにより原料バッチを作製した。原料バッチを白金坩堝に入れて、１４００～１６００℃で均質になるまで溶融した。得られた溶融ガラスを一対の成形ローラー間に流し込み、急冷しながら成形することによりフィルム状ガラスを得た。ボールミルを用いてフィルム状ガラスを１２～１４時間乾式粉砕した後、目開き１００μｍの金属製篩で分級を行うことにより、平均粒子径Ｄ_５０が８μｍのガラス粉末からなる第１及び第２の接着材を得た。

（２）熱膨張係数の測定
第１の接着材の熱膨張係数（第１の接着層の熱膨張係数）は以下のようにして測定した。ガラス粉末をステンレス製金型（内寸：１０ｍｍ×１０ｍｍ×５０ｍｍ）に投入し、０．４ＭＰａの圧力でプレスすることにより圧粉体を作製した。箱型電気炉内で７００℃、３０分間（昇温速度：１０℃／分）の焼成条件にて圧粉体を焼成して焼結体を得た。得られた焼結体を所定形状に加工することにより測定用試料を作製した。得られた測定用試料について、熱機械分析装置（リガク製ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓＴＭＡ８３１０）を用いて３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数を測定した。

なお、アルミナ乳鉢を用いて第１の接着材の測定用試料を平均粒子径Ｄ_５０が約２０μｍとなるよう粉砕し、得られた粉末試料を用いて粉末Ｘ線回折法により測定を行ったところ、主結晶としてβ－石英固溶体結晶が析出していることが確認された。

第２の接着材の熱膨張係数は、溶融ガラスを鋳型成形し所定形状に加工することにより得られた測定用試料を用いて、第１の接着材と同様にして測定した。

（３）保護キャップの作製
石英ガラスから構成された蓋部と、石英ガラスから構成された枠部とを、以下の手順に従って表２に記載の各接着材層により接合することにより保護キャップを作製した。表２のＮｏ．１は実施例、Ｎｏ．２は比較例を示す。なお、石英の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、６．３×１０^－７／℃である。

（３－１）Ｎｏ．１
第１の接着材を含むペーストをスクリーン印刷機で枠部に印刷した後、乾燥、脱バインダーを行うことにより、枠部に第１の接着層を形成した。
枠部上に形成した第１の接着層の上に蓋部を配置した状態で、箱型電気炉内で７００℃、２時間（昇温速度：１０℃／分）の条件で焼成した。これにより、第１の接着層を介して蓋部及び枠部が接合された。以上のようにして、第１の接着層により蓋部及び枠部を接合してなる保護キャップが得られた。

得られた保護キャップにおいて、蓋部と接着層との界面、及び枠部と接着層との界面を観察したところ、クラックは確認されなかった。

（３－２）Ｎｏ．２
第２の接着材を含むペーストをスクリーン印刷機で枠部に印刷した後、乾燥、脱バインダーを行うことにより、枠部に第２の接着層を形成した。
枠部上に形成した第２の接着層の上に蓋部を配置した状態で、箱型電気炉内で７００℃、２時間（昇温速度：１０℃／分）の条件で焼成した。これにより、第２の接着層を介して蓋部及び枠部が接合された。以上のようにして、第２の接着層により蓋部及び枠部を接合してなる保護キャップが得られた。

得られた保護キャップにおいて、蓋部と接着層との界面、及び枠部と接着層との界面を観察したところ、クラックが確認された。

１電子装置
２電子部品
３基材
４保護キャップ
５枠部
６蓋部
７接着層
８接合部
９メタライズ層
１０はんだ層
１１接着材
２１溶着部

Claims

電子部品を保護するための保護キャップであって、
枠部と、前記枠部の一端開口を覆う蓋部と、前記枠部と前記蓋部とを接着する接着層とを備え、
前記枠部及び前記蓋部のそれぞれが、石英ガラスからなり、
前記接着層の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が、－２５×１０^－７～２３×１０^－７／℃であることを特徴とする保護キャップ。
前記接着層は、ガラスを含む請求項１に記載の保護キャップ。
前記接着層が、結晶化ガラスを含む請求項１又は２に記載の保護キャップ。
前記結晶化ガラスが、主結晶として、β－石英固溶体を含む請求項３に記載の保護キャップ。
前記接着層が、組成として、モル％で、ＳｉＯ_２４８～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３５～２５％、Ｌｉ_２Ｏ５～３０％、Ｂ_２Ｏ_３１０～２３％（ただし１０％を含まない）、ＺｎＯ０～２．５％（ただし２．５％を含まない）を含有するガラスを含む請求項１～４のいずれか１項に記載の保護キャップ。
電子部品と、前記電子部品が搭載された基材と、前記電子部品を内部に収容するように、前記基材に接合された請求項１～５のいずれか１項に記載の保護キャップとを備えていることを特徴とする電子装置。
前記電子部品が、紫外線ＬＥＤである請求項６に記載の電子装置。