JP2022055918A - 接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合体の接合部分における不良の発生を低減する。【解決手段】接合体の製造方法における接合工程は、内側グループＩＧに属する封着材料６にレーザ光Ｌを照射して封着層４を形成する第一接合工程と、第一接合工程後に外側グループＯＧに属する封着材料６にレーザ光Ｌを照射して封着層４を形成する第二接合工程と、を含む。【選択図】図６
Description
本発明は、基板を接合することによって接合体を製造する方法に関する。
周知のように、ＬＥＤ素子その他の電子素子は、劣化防止のために気密パーケージ内に収容される。気密パッケージは、例えば第一基板（基材）に第二基板（ガラス基板）を接合することによる接合体として構成される。
例えば特許文献１には、第一基板としての複数の容器と、第二基板としての複数のガラス蓋とを用意し、容器とガラス蓋との間に封着材料としてのガラスフリットを介在させ、このガラスフリットにレーザ光を照射することで封着層を形成し、容器とガラス蓋とを接合する気密パッケージの製造方法が開示されている。
この製造方法では、まず、容器とガラス蓋とを重ね合わせ、第一の治具と第二の治具とによってこれらを保持する。第二の治具は、容器をガラス蓋に押し付けるプランジャを備えている。第二の治具のプランジャによって容器をガラス蓋に押し付けた状態で、その間に介在するガラスフリットにレーザ光を照射することで、容器とガラス蓋とを気密に封止する気密パッケージが製造される。
上記の製造方法では、複数の容器と複数のガラス蓋とを重ねてなる複数の積層体を第一の治具及び第二の治具により保持し、各積層体を個別に接合しているが、気密パッケージを効率良く量産するには、例えば、多数の容器を切り出すことが可能な第一基板と、多数のガラス蓋を切り出すことが可能な第二基板とを用意し、第一基板と第二基板とを接合した後に、その接合体を気密パッケージごとに切断する方法が考えられる。
この場合、第一基板と第二基板との間には、多数の封着材料が介在することとなり、各封着材料に対して順番にレーザ光を照射する。図１２は、積層体ＬＭにおいて、所定の配列パターンによって配列された封着材料６を、符号Ｂで示す矢印の順番で加熱する例を示す。
積層体ＬＭは、九行（Ｍ１～Ｍ９）九列（Ｎ１～Ｎ９）に配列された封着材料６を有する。この例では、複数の封着材料６のうち、最も外側に位置する封着材料６からレーザ光による加熱を開始する。すなわち、図１２において、第一行Ｍ１、第一列Ｎ１に位置する封着材料６を加熱した後、第一行Ｍ１に配列される他の封着材料６を第二列Ｎ２から第九列Ｎ９まで順次加熱する。その後、第二行Ｍ２に配列された封着材料６を、最も外側（第一列Ｎ１）に位置するものから順番に加熱する。第三行Ｍ３から第九行Ｍ９に配列される封着材料６についても同様に加熱する。全ての封着材料６を加熱することで接合体が完成する。
封着材料は、レーザ光によって加熱されることで収縮する。本発明者は、上記のように接合体を製造する場合において、複数の封着材料を加熱していく間に、この収縮によって、既に接合している部分における第一基板と第二基板との間隔と、まだ接合していない部分における第一基板と第二基板との間隔とに違いが生じ、封着材料と各基板との間に位置ずれが生じることを見出した。この位置ずれが大きくなると、封着材料による接合部分に不良が発生することが判明した。
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、接合体の接合部分における不良の発生を低減することを技術的課題とする。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、第一基板と、第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する複数の封着層と、を備える接合体を製造する方法であって、前記第一基板と前記第二基板との間に複数の封着材料を介在させるとともに、前記第一基板と前記第二基板とを重ね合わせることにより積層体を形成する積層工程と、前記積層体における前記複数の前記封着材料にレーザ光を照射することにより前記複数の前記封着層を形成する接合工程と、を備え、前記積層体における前記複数の前記封着材料は、所定の配列パターンによって前記第一基板と前記第二基板との間に介在しており、前記配列パターンは、前記複数の前記封着材料のうち、最も外側に位置する前記封着材料が属する外側グループと、前記外側グループに属する前記封着材料よりも内側に位置する前記封着材料が属する内側グループと、を含み、前記接合工程は、前記内側グループに属する前記封着材料に前記レーザ光を照射して前記封着層を形成する第一接合工程と、前記第一接合工程後に、前記外側グループに属する前記封着材料に前記レーザ光を照射して前記封着層を形成する第二接合工程と、を含むことを特徴とする。
本方法によれば、第一接合工程において、外側グループに属する封着材料よりも先に、内側グループに属する封着材料にレーザ光を照射することで、この第一接合工程の実行中における封着材料の収縮による各基板の位置ずれを低減することができる。さらに、第一接合工程後の第二接合工程において、内側グループにおいて形成された封着層の収縮の影響を受けることなく、外側グループに属する封着材料を加熱することができる。これにより、内側グループに属する封着層及び外側グループに属する封着層のいずれにおいても、接合不良の発生を低減することが可能となる。
本方法において、前記第一接合工程では、前記内側グループに属する前記封着材料のうち、前記配列パターンの中心に最も近い位置にある前記封着材料に対して最初に前記レーザ光を照射することが好ましい。
このように、配列パターンの中心に最も近い封着材料から第一接合工程（レーザ光の照射）を開始することで、その後に行われる他の封着材料の加熱時においても、各基板の位置ずれの発生を好適に低減することができる。
本方法において、前記配列パターンは、前記複数の封着材料を三行以上かつ三列以上で配列するものであってもよい。
本方法において、前記第二基板は、ガラス基板であってもよい。
本方法における前記接合工程では、前記積層体は、前記第一基板と前記第二基板とを押圧する支持装置によって支持されてもよい。これにより、封着材料を第一基板と第二基板とに密着させることができ、封着層における接合不良の発生をより効果的に低減することが可能となる。
更に、前記支持装置は、前記第一基板を前記第二基板に押し付ける押圧部材と、前記第一基板と前記押圧部材との間に配置される支持プレートと、を備えてもよい。
かかる構成によれば、支持装置は、押圧部材及び支持プレートによって第一基板を均等な力で押圧することができる。これにより第一基板及び第二基板の位置ずれによる封着層の接合不良の発生をより効果的に低減することが可能となる。
本発明によれば、接合体の接合部分における不良の発生を低減することができる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図１１は、本発明に係る接合体の製造方法の一実施形態を示す。
図１及び図２は、本発明によって製造される接合体として、気密パッケージを例示する。接合体１は、基材となる第一基板２と、第一基板２に重ねられる第二基板３と、第一基板２と第二基板３とを接合する複数の封着層４と、第一基板２と第二基板３との間に収容される素子５と、を備える。
第一基板２は、矩形状に構成されるが、この形状に限定されるものではない。第一基板２の他の形状としては、例えば多角形、円状などがあり得る。第一基板２は、素子５が設置される第一主面２ａと、第一主面２ａの反対側に位置する第二主面２ｂとを有する。第一主面２ａは、素子５を収容可能な凹部を有していてもよい。
第一基板２は、高熱伝導性基板、例えばシリコン基板により構成されるが、これらに限定されず、他の金属基板、セラミックス基板、半導体基板その他の各種基板により構成されてもよい。なお、第一基板２の厚みは、０．１～５．０ｍｍの範囲内であるが、この範囲に限定されない。
第一基板２の熱伝導率は、第二基板３の熱伝導率よりも高くてもよい。第一基板２の２０℃における熱伝導率は、好ましくは１０～５００Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは３０～３００Ｗ／ｍ・Ｋ、更に好ましくは７０～２５０Ｗ／ｍ・Ｋ、特に好ましくは１００～２００Ｗ／ｍ・Ｋであるが、この範囲に限定されるものではない。
第二基板３は、例えば矩形状の透明なガラス基板により構成されるが、この形状に限定されるものではない。第二基板３の他の形状としては、例えば、多角形、円状などがあり得る。第二基板３は、第一主面３ａと、第一主面３ａの反対側に位置する第二主面３ｂとを有する。
第二基板３を構成するガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、石英ガラス、低熱膨張係数を有する結晶化ガラスなどを用いることができる。第二基板３の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば０．０１～２．０ｍｍの範囲内のものが用いられる。第二基板３の２０℃における熱伝導率は、好ましくは０．５～５Ｗ／ｍ・Ｋであるが、この範囲に限定されない。
複数の封着層４は、所定の配列パターンによって接合体１に形成されている。本実施形態では、三行三列の配列パターンにより、合計九個の封着層４が形成された接合体１を例示するが、封着層４の数及び配列パターンは、本実施形態に限定されない。図１において、封着層４の配列パターン（行列配置）に関し、行番号Ｍ１～Ｍ３及び列番号Ｎ１～Ｎ３を記している。
図１に示すように、封着層４の配列パターンは、複数の封着層４のうち、最も外側に位置する封着層４が属する外側グループＯＧと、この外側グループＯＧに属する封着層４よりも内側に位置する封着層４が属する内側グループＩＧとに分けられる。
封着層４は、複数の封着材料を第一基板２と第二基板３との間に介在させ、当該封着材料にレーザ光を照射し、加熱により軟化流動させることによって形成される。
封着材料として、種々の材料が使用可能である。その中でも、封着強度を高める観点から、ビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラー粉末を含む複合材料（ガラスフリット）を用いることが好ましい。一般的に、ビスマス系ガラスの熱膨張係数は大きいため、耐火性フィラー粉末と混合すれば、封着層４の熱膨張係数が、第一基板２と第二基板３との熱膨張係数に整合し易くなる。その結果、第一基板２と第二基板３とを接合した後に、封着層４の領域に不当な応力が残留する事態が発生し難くなる。
複合材料に占める耐火性フィラー粉末の含有割合が少なすぎると、前述の通り、封着層４の熱膨張係数が、第一基板２と第二基板３との熱膨張係数に整合し難くなることに加え、接合の際にガラスフリットの粘度が顕著に低くなり、既に接合している第一基板と第二基板との間隔と、まだ接合していない第一基板と第二基板との間隔に違いを生じさせ、封着材料と各基板との間に位置ずれが生じ得る原因となる。一方、複合材料に占める耐火性フィラー粉末の含有割合が多過ぎると、ビスマス系ガラス粉末の含有量が相対的に少なくなるため、レーザ封着前の封着材料の表面平滑性が低下して、接合精度が低下し易くなる。従って、複合材料として、５５～１００体積％のビスマス系ガラス粉末と０～４５体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合材料を用いることが好ましく、６０～９９体積％のビスマス系ガラス粉末と１～４０体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合材料を用いることがより好ましく、６０～９５体積％のビスマス系ガラス粉末と５～４０体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合材料を用いることが更に好ましく、６０～８５体積％のビスマス系ガラス粉末と１５～４０体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合材料を用いることが特に好ましい。
ビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２８～６０％、Ｂ２Ｏ３ １５～３７％、ＺｎＯ ０～３０％、ＣｕＯ＋ＭｎＯ（ＣｕＯとＭｎＯの合量） １～４０％を含有することが好ましい。各成分の含有範囲を上記のように限定した理由を以下に説明する。なお、ガラス組成範囲の説明において、％表示はモル％を指す。
Ｂｉ２Ｏ３は、ガラスの軟化点を低下させるための主要成分であり、レーザ光を複合材料に照射することで、ガラスが軟化流動する際の粘度を調整する成分でもある。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、好ましくは２８～６０％、３３～５５％、特に３５～４５％である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、ガラスの軟化流動性が低下し易くなる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、接合の際のガラスの粘度が顕著に低くなり、既に接合している第一基板と第二基板との間隔と、まだ接合していない第一基板と第二基板との間隔に違いを生じさせ、封着材料と各基板との間に位置ずれが生じ得る原因となる。また、接合の際にガラスが失透し易くなり、この失透に起因して、軟化流動性が低下し易くなる。
Ｂ２Ｏ３は、ガラス形成成分として必須の成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１５～３７％、１９～３３％、特に２２～３０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、ガラスネットワークが形成され難くなるため、ガラスが失透し易くなる。また、接合の際のガラスの粘度が低くなり、既に接合している第一基板と第二基板との間隔と、まだ接合していない第一基板と第二基板との間隔に違いを生じさせ、封着材料と各基板との間に位置ずれが生じ得る原因となる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスの粘性が高くなり、軟化流動性が低下し易くなる。
ＺｎＯは、ガラスの耐失透性を高める成分である。ＺｎＯの含有量は、好ましくは０～３０％、３～２５％、５～２２％、特に５～２０％である。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが崩れて、かえって耐失透性が低下し易くなる。
ＣｕＯとＭｎＯは、ガラスのレーザ吸収能を大幅に高める成分である。ＣｕＯとＭｎＯの合量は、好ましくは１～４０％、３～３５％、１０～３０％、特に１５～３０％である。ＣｕＯとＭｎＯの合量が少な過ぎると、レーザ吸収能が低下し易くなる。一方、ＣｕＯとＭｎＯの合量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、レーザ光を照射しても、ガラスが軟化流動し難くなる。またガラスが熱的に不安定になり、ガラスが失透し易くなる。なお、ＣｕＯの含有量は、好ましくは１～３０％、特に１０～２５％である。ＭｎＯの含有量は、好ましくは０～２５％、１～２５％、特に３～１５％である。
また、ビスマス系ガラスだけでなく、銀リン酸系ガラス、テルル系ガラス等のガラス粉末を封着材料として使用することもできる。銀リン酸系ガラスとテルル系ガラスは、ビスマス系ガラスと比較して、低温で軟化流動し易く、レーザ光による加熱後に生じる熱歪みを低減することができる。更に、銀リン酸系ガラスとテルル系ガラスは、ビスマス系ガラスと同様に、耐火性フィラー粉末と混合すると、封着層４の機械的強度を高めることができ、且つ封着層４の熱膨張係数を低下させることができる。
銀リン酸系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、Ａｇ２Ｏ １０～５０％、Ｐ２Ｏ５ １０～３５％、ＺｎＯ ３～２５％、遷移金属酸化物 ０～３０％を含有することが好ましい。
テルル系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＴｅＯ２ ３０～８０％、ＭｏＯ３ ５～５０％、Ｐ２Ｏ５ ０～１５％、遷移金属酸化物（但し、ＭｏＯ３を除く） ０～４０％を含有することが好ましい。
耐火性フィラー粉末としては、種々の材料が使用可能であるが、その中でも、コーディライト、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、β－ユークリプタイト、β－石英固溶体から選ばれる一種又は二種以上の材料により構成されることが好ましい。
耐火性フィラー粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは２μｍ未満、特に０．１μｍ以上、且つ１．５μｍ未満である。耐火性フィラー粉末の平均粒径Ｄ５０が大き過ぎると、封着層４の表面平滑性が低下し易くなると共に、封着層４の平均厚みが大きくなり易く、結果として、接合の精度が低下し易くなる。ここで、平均粒径Ｄ５０は、レーザ回折法で測定した値であって、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％である粒径を意味する。
耐火性フィラー粉末の９９％粒径Ｄ９９は、好ましくは５μｍ未満、４μｍ以下、特に０．３μｍ以上、且つ３μｍ以下である。耐火性フィラー粉末の９９％粒径Ｄ９９が大き過ぎると、封着層４の表面平滑性が低下し易くなると共に、封着層４の平均厚みが大きくなり易く、結果として、レーザ接合精度が低下し易くなる。ここで、９９％粒径Ｄ９９は、レーザ回折法で測定した値であって、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９９％である粒径を意味する。
封着材料の軟化点は、３００℃以上５５０℃以下であることが好ましい。封着材料の軟化点は、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した際の第四変曲点に相当する。
図１に示すように、封着層４は、素子５を収容する空間を接合するように、閉曲線状に構成されている。本発明において、「閉曲線」の用語は、曲線のみによって構成される形状のみならず、曲線と直線との組み合わせにより構成される形状、直線のみによって構成される形状（例えば四角形状その他の多角形状）を含む。
封着層４の厚さは、１μｍ～２０μｍであることが好ましく、より好ましくは、３～８μｍである。封着層４の幅寸法Ｗ１は、５０～２０００μｍであることが好ましく、より好ましく１００～１０００μｍである。
素子５は、第一基板２の第一主面２ａに搭載される。また、素子５は、第一基板２の第一主面２ａ、第二基板３の第一主面３ａ及び封着層４によって区画される空間（キャビティ）に配置される。素子５としては、深紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子、ＣＣＤ(Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ)素子などの各種素子が使用され得る。
以下、上記構成の接合体１を製造する方法について、図３乃至図６を参照しながら説明する。本方法は、第一基板２と第二基板３とを重ね合わせて積層体を形成する準備工程と、準備工程後に積層体における封着材料を加熱して第一基板２と第二基板３とを接合する接合工程と、を備える。
準備工程において、複数の封着層４を形成するための複数の封着材料は、封着層４の配列パターンに対応するように、外側グループＯＧ及び内側グループＩＧを含む配列パターンによって第二基板３の第一主面３ａに形成される。
図３において、第二基板３に形成される九個の封着材料６ａ～６ｉの配列パターンに関し、行番号Ｍ１～Ｍ３、列番号Ｎ１～Ｎ３を記している。以下の説明では、特定の封着材料６（６ａ～６ｉ）の位置を、この行番号及び列番号を用いて説明する場合がある。
準備工程は、第二基板３の第一主面３ａに封着材料６ａ～６ｉを固定する固定工程と、固定工程後に第一基板２と第二基板３とを重ね合わせて積層体を形成する積層工程と、を備える。
固定工程は、封着材料を第二基板３の第一主面３ａに塗布する工程（塗布工程）と、塗布工程後に、封着材料を加熱する工程（加熱工程）とを備える。
塗布工程では、例えばスクリーン印刷、ディスペンサ等により、ペースト状の封着材料を例えば四角形状の閉曲線を構成するように、第二基板３の第一主面３ａに塗布する。封着材料は、通常、三本ローラー等により、上記の複合材料とビークルを混練することによりペースト状に構成される。ビークルは、通常、有機樹脂と溶剤を含む。有機樹脂は、ペーストの粘性を調整する目的で添加される。
加熱工程では、電気炉等によって、第二基板３に塗布された封着材料を軟化温度以上に加熱する。この加熱工程により、有機樹脂を分解し、かつ封着材料に含まれるガラス粉末を軟化流動させることで、封着材料を第二基板３の第一主面３ａに固着させることができる。この加熱工程では、電気炉等を使用することなく、レーザ光によって封着材料を加熱（焼成）してもよい。これにより、図３に示すように、九個の封着材料６ａ～６ｉが第二基板３の第一主面３ａに固定される。
積層工程では、図４に示す支持装置８を使用し、第一基板２と第二基板３とを重ね合わせることで積層体ＬＭを構成する。
支持装置８は、第一基板２及び第二基板３を保持する枠体９と、第一基板２を支持する第一支持具１０と、第二基板３を支持する第二支持具１１と、第一支持具１０と第一基板２との間に介在する支持プレート１２と、第一支持具１０と第二支持具１１との間に介在する中間部材１３と、を主に備える。
枠体９は、所定の厚さを有する矩形状の板部材により構成されるが、この形状に限定されるものではない。枠体９は、第一基板２及び第二基板３を収容することが可能な開口部９ａを有する。
第一支持具１０は、支持プレート１２を介して第一基板２を押圧する押圧部材１４と、押圧部材１４を保持する保持プレート１５と、保持プレート１５を支持する支持部材（以下「第一支持部材」という）１６と、を備える。
押圧部材１４は、例えば複数のプランジャにより構成されるが、この構成に限定されるものではない。プランジャは、ばね部材を有するが、この構成に限定されない。押圧部材１４は、例えば、空圧式のプランジャであってもよい。押圧部材１４は、ばね部材により付勢されるロッド部１４ａと、ロッド部１４ａ及びばね部材を支持する本体部１４ｂと、を備える。
保持プレート１５は、押圧部材１４の本体部１４ｂを保持する保持孔１５ａと、ねじ部材等の固定部材１７を挿通する孔１５ｂとを有する。第一支持部材１６は、開口部１６ａと、固定部材１７を挿入するためのねじ孔１６ｂと、第一支持部材１６に中間部材１３を固定するための固定部材１８を挿通するための孔１６ｃと、を備える。保持プレート１５は、孔１５ｂと、第一支持部材１６のねじ孔１６ｂとを一致させ、これらの孔１５ｂ，１６ｂに固定部材１７を挿入することにより、第一支持部材１６に固定されている。
支持プレート１２は、第一基板２と押圧部材１４のロッド部１４ａとの間に介在することで、第一基板２を支持する。支持プレート１２は、第一基板２の第二主面２ｂに接触するように、この第二主面２ｂよりも大きな面積を有することが好ましい。支持プレート１２は、ステンレス鋼その他の金属プレートにより構成されるが、支持プレート１２の材質は、本実施形態に限定されない。
第二支持具１１は、第二基板３及び枠体９を支持する支持基板１９と、支持基板１９を支持する支持部材（以下「第二支持部材」という）２０と、を備える。
支持基板１９は、接合工程においてレーザ光を透過させるために、例えば透明なガラス基板により構成される。第二支持部材２０は、支持基板１９を収容する凹部２０ａと、レーザ光を通過させるための開口部２０ｂと、固定部材２１を挿通するための孔２０ｃと、を有する。
中間部材１３は、所定の厚さを有する矩形状の板部材により構成されるが、この形状に限定されない。中間部材１３は、第二支持具１１の支持基板１９及び枠体９を収容可能な開口部１３ａと、固定部材１８，２１と係合するねじ孔１３ｂと、を有する。開口部１３ａは、中間部材１３の厚さ方向に貫通している。また、ねじ孔１３ｂは、中間部材１３の厚さ方向に貫通している。
図４に示すように、積層工程では、まず、第一基板２の第一主面２ａと、第二基板３の第一主面３ａとが対向するように、第一基板２と第二基板３とを重ね合わせる。なお、第一基板２の第一主面２ａには、予め素子５が設置されている。
その後、第一基板２及び第二基板３を枠体９の開口部９ａに挿入する。これにより、枠体９は、第一基板２及び第二基板３を保持する。なお、中間部材１３は、固定部材２１によって第二支持具１１の第二支持部材２０に固定されている。
次に、第二支持具１１に係る第二支持部材２０の凹部２０ａに枠体９を挿入する。これにより、枠体９及び第二基板３は、支持基板１９によって支持される。その後、支持プレート１２を第二支持部材２０の凹部２０ａに挿入する。これにより、支持プレート１２は、枠体９に保持されている第一基板２の第二主面２ｂに接触する。
その後、第一支持具１０を第二支持具１１に重ね合わせ、固定部材１８によって第一支持部材１６の孔１６ｃと中間部材１３のねじ孔１３ｂとに挿入し、第一支持具１０と中間部材１３とを連結する。
この場合において、押圧部材１４のロッド部１４ａが支持プレート１２に接触する。これにより、支持プレート１２はロッド部１４ａによって押圧される。支持プレート１２は、押圧部材１４の押圧力によって第一基板２の第二主面２ｂを押圧し、第一基板２を第二基板３に押し付ける。
このように、積層工程では、支持装置８の第一支持具１０及び第二支持具１１によって、第一基板２及び第二基板３を重ねてなる積層体ＬＭを挟んだ状態となる。しかも、支持装置８は、押圧部材１４の押圧力によって、第一基板２と第二基板３との間に介在する封着材料６ａ～６ｉを第一基板２及び第二基板３に密着させた状態で、積層体ＬＭを支持することなる。
図５に示すように、接合工程では、レーザ照射装置７からレーザ光Ｌを積層体ＬＭの封着材料６ａ～６ｉに照射することにより、この封着材料６ａ～６ｉを加熱する（加熱工程）。レーザ光Ｌは、第二支持具１１の支持基板１９及び第二基板３を透過して封着材料６ａ～６ｉに照射される。接合工程では、レーザ光Ｌの照射により封着材料６ａ～６ｉの軟化点以上の温度又は封着材料６ａ～６ｉが軟化流動する温度で封着材料６ａ～６ｉを加熱する。
レーザ光Ｌの波長は、６００～１６００ｎｍであることが好ましい。使用されるレーザとしては、半導体レーザが好適に使用されるが、これに限らず、ＹＡＧレーザ、グリーンレーザ、超短パルスレーザ等の各種レーザを使用してもよい。
接合工程は、内側グループＩＧに属する封着材料６ａにレーザ光Ｌを照射して封着層４を形成する第一接合工程と、第一接合工程後に外側グループＯＧに属する封着材料６ｂ～６ｉにレーザ光Ｌを照射して封着層を形成する第二接合工程と、を含む。
第一接合工程では、配列パターンの内側グループＩＧにおいて、中心Ｏと重なる位置（第二行Ｍ２、第二列Ｎ２の位置）にある封着材料６ａに対してレーザ光Ｌを照射する。図６において矢印Ａで示すように、レーザ光Ｌは、封着材料６ａの閉曲線形状の周方向に沿って周回するように走査される。この場合におけるレーザ光Ｌの周回数は、２～５００であることが好ましい。
第一接合工程においてレーザ光Ｌによって加熱されることで、封着材料６ａは、そのガラス成分が軟化流動し、第一基板２に融着する。レーザ光Ｌの照射が終了し、冷却される過程で、封着材料６ａが固着することで、第一基板２と第二基板３とを接合するとともに、素子５を気密に封着する閉曲線状の封着層４が形成される。
封着材料６ａに係る封着層４が形成されると、図６において矢印Ｂによって示す順番で、第二接合工程が実行される。
すなわち、第二接合工程では、配列パターンの外側グループＯＧにおいて、内側グループＩＧに属していた封着材料６ａと隣り合う（直近の）位置（第一行Ｍ１、第二列Ｎ２の位置）にある封着材料６ｂに対してレーザ光Ｌが照射される。この封着材料６ｂの加熱が終了すると、次に、この封着材料６ｂと隣り合う位置（第一行Ｍ１、第三列Ｎ３の位置）にある封着材料６ｃにレーザ光Ｌが照射される。その後、残りの封着材料６ｄ～６ｉに対して順番に、レーザ光Ｌが照射される。外側グループＯＧに属する全ての封着材料６ｂ～６ｉを加熱し、封着層４を形成することで、第二接合工程が終了する。以上により、複数の封着層４を有する接合体１が製造される。
図７乃至図１０は、接合工程の他の例を示す。図６に示した例では、九個の封着材料６ａ～６ｉを三行三列で配列した積層体ＬＭを示したが、封着材料６の数は、この例より多くてもよい。
図７では、七行（Ｍ１～Ｍ７）七列（Ｎ１～Ｎ７）に配列された合計四十九個の封着材料６の配列パターンを示している。この場合において、外側グループＯＧには二十四個の封着材料６が属し、内側グループＩＧ１～ＩＧ３には二十五個の封着材料６が属している。本例において、内側グループＩＧ１～ＩＧ３は、配列パターンの中心Ｏに重なるように配置される封着材料６ａが属する第一内側グループＩＧ１と、第一内側グループＩＧ１を囲むように外側に設定される第二内側グループＩＧ２と、第二内側グループＩＧ２を囲むように外側に設定される第三内側グループＩＧ３と、を含む。
この例において接合体１を製造する場合、第一接合工程では、第一内側グループＩＧ１において、配列パターンの中心Ｏに重なる位置（第四行Ｍ４、第四列Ｎ４の位置）にある一個の封着材料６ａに対して最初にレーザ光Ｌを照射する。この封着材料６ａの加熱が終了すると、第二内側グループＩＧ２に属し、かつ第一内側グループＩＧ１の封着材料６ａと隣り合う位置（第三行Ｍ３、第四列Ｎ４の位置）にある封着材料６にレーザ光Ｌが照射される。その後、この封着材料６と隣り合う位置（第三行Ｍ３、第五列Ｎ５の位置）にある封着材料６にレーザ光Ｌが照射される。その後、第二内側グループＩＧ２に属する残りの封着材料６に対して順番にレーザ光Ｌが照射される。
第二内側グループＩＧ２に属する封着材料６の加熱が終了すると、第三内側グループＩＧ３に属する封着材料６が加熱される。この場合において、第三内側グループＩＧ３において最初に加熱される封着材料６（第二行Ｍ２、第三列Ｎ３に位置する封着材料）は、第二内側グループＩＧ２において最後に加熱された封着材料６（第三行Ｍ３、第三列Ｎ３に位置する封着材料）と隣り合う位置にある。
第三内側グループＩＧ３に属する封着材料６の加熱が終了すると、第二接合工程が実行される。この場合において、第二接合工程で最初に加熱される封着材料６（第一行Ｍ１、第二列Ｎ２の位置にある封着材料）は、第三内側グループＩＧ３において最後に加熱された封着材料６（第二行Ｍ２、第二列Ｎ２に位置する封着材料）と隣り合う位置にある。外側グループＯＧに属する封着材料６を順番に加熱し、全ての封着材料６の加熱が終了すると、第二接合工程が終了する。
図８に示す例では、第一接合工程において、配列パターンの中心Ｏに重なる位置(第四行Ｍ４、第四列Ｎ４)にある一個の封着材料６ａ（第一内側グループＩＧ１に属する封着材料）に対して最初にレーザ光Ｌを照射した後、この封着材料６ａを囲むように外側に配置されている八個の封着材料６（第二内側グループＩＧ２に属する封着材料）をレーザ光Ｌによって順番に加熱する。
その後、この八個の封着材料６の囲むように外側に配置されている十六個の封着材料６（第三内側グループＩＧ３に属する封着材料）をレーザ光Ｌによって順番に加熱する。
この場合において、第三内側グループＩＧ３において最初に加熱される封着材料６ｘ（第六行Ｍ６、第六列Ｎ６の位置にある封着材料）は、第二内側グループＩＧ２において最後に加熱された封着材料６ｉ（第三行Ｍ３、第三列Ｎ３の位置にある封着材料）と隣り合っておらず、離れた位置にある。このことにより、第一基板２と第二基板３の間隔の違いが発生することを緩和することができる。
また、第三内側グループＩＧ３において最後に加熱される封着材料６ｙ（第五行Ｍ５、第六列Ｎ６の位置にある封着材料）は、第二接合工程の実行時に外側グループＯＧにおいて最初に加熱される封着材料６ｚ（第一行Ｍ１、第一列Ｎ１の位置にある封着材料）と隣り合っておらず、離れた位置にある。このことにより、第一基板２と第二基板３の間隔の違いが発生することを緩和することができる。
図９に示す配列パターンは、八行（Ｍ１～Ｍ８）八列（Ｎ１～Ｎ８）で、合計六十四個の封着材料６が配列されたものである。上記の図７の例では、配列パターンは、その中心Ｏに重なる一個の封着材料６ａを有していたが、本例に係る配列パターンは、その中心Ｏに最も近い位置に四個の封着材料６ｊ～６ｍを有する。
配列パターンは、これら四個の封着材料６ｊ～６ｍが属する第一内側グループＩＧ１と、この第一内側グループＩＧ１を囲むように外側に配置される十二個の封着材料６が属する第二内側グループＩＧ２と、第二内側グループＩＧ２を囲むように外側に配置される二十個の封着材料６が属する第三内側グループＩＧ３と、二十八個の封着材料６が属する外側グループＯＧと、を含む。
本例のように、配列パターンの中心Ｏに最も近い位置にある封着材料６ｊ～６ｍが複数存在する場合には、そのうちの任意の一個の封着材料６ｊに、第一接合工程において最初にレーザ光Ｌを照射すればよい。
図１０に示す配列パターンの例（八行八列の行列配置）では、内側グループを、四つのグループ（第一内側グループ乃至第四内側グループ）ＩＧ１～ＩＧ４に区分けしている。各内側グループＩＧ１～ＩＧ４は、配列パターンの中心Ｏに対して対称となるように設定されている。各内側グループＩＧ１～ＩＧ４は、それぞれ九個の封着材料６を含む。
この場合において、第一接合工程では、各内側グループＩＧ１～ＩＧ４に属する任意の一個の封着材料６に対して最初にレーザ光Ｌを照射すればよい。あるいは、複数のレーザ照射装置７を使用することにより、各内側グループＩＧ１～ＩＧ４に属する封着材料６に対して同時にレーザ光Ｌを照射してもよい。
図１１は、支持装置の他の例を示す。この例における支持装置８は、支持プレート１２の構成が図４及び図５に例示したものと異なる。図４及び図５に示した支持装置８は、一枚の支持プレート１２を備えていたが、本実施形態に係る支持装置８は、複数の支持プレート１２ａ～１２ｃを備えている。
このように複数の支持プレート１２ａ～１２ｃによって第一基板２を押圧することにより、各封着材料６の加熱時の収縮による基板２，３の位置ずれを効果的に低減することができる。
以上説明した本実施形態に係る接合体１の製造方法によれば、第一接合工程において、外側グループＯＧに属する封着材料６よりも先に、内側グループＩＧ（ＩＧ１～ＩＧ４）に属する封着材料６にレーザ光Ｌを照射することで、この第一接合工程中における封着材料６の収縮による各基板２，３の位置ずれを低減することができる。
さらに、第一接合工程後の第二接合工程において、外側グループＯＧに属する封着材料６にレーザ光Ｌを照射することで、内側グループＩＧ（ＩＧ１～ＩＧ４）において形成された封着層４の収縮の影響を受けることなく、外側グループＯＧに属する封着材料６を加熱することができる。これにより、内側グループＩＧ（ＩＧ１～ＩＧ４）に属する封着層４及び外側グループＯＧに属する封着層４のいずれにおいても接合不良の発生を低減することが可能となる。
なお、本発明は、上記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、三行以上、三列以上で配列された複数の封着層４を含む接合体１を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば二行であり、かつ三列以上に配列された封着層４を接合体１に形成する場合にも本発明を適用できる。
この場合において、最も外側の列に位置する封着材料６を外側グループＯＧに配属し、この外側グループＯＧよりも内側に位置する封着材料６を内側グループＩＧに配属することで、接合不良のない接合体１を製造することが可能である。同様に、三行以上であり、かつ二列に配列された封着層４を接合体１に形成する場合にも、本発明を適用することができる。
上記の実施形態では、接合体１の一例として素子５を含む気密パッケージを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、例えば第一基板２と第二基板３との間に機能性膜等を有する接合体や、第二基板３がダイヤフラムとして機能するマイクロポンプ等を製造する場合にも適用可能である。
上記の実施形態では、第一基板２として高熱伝導性基板を例示したが、本発明はこの構成に限定されない。第一基板２は、ガラス基板その他の基板により構成されてもよい。
以下、本発明に係る実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
本発明者は、本発明の効果を確認するための試験を行った。この試験では、第一基板と第二基板との間に複数の封着材料を介在させ、複数の積層体（実施例及び比較例）を用意し、各封着材料をレーザ光によって加熱することで、第一基板と第二基板とを接合した。
実施例及び比較例に使用された第一基板は、矩形状のシリコン基板である。この第一基板の厚さは、０．４ｍｍである。実施例及び比較例に使用された第二基板は、ホウケイ酸ガラスにより構成される矩形状のガラス基板である。この第二基板の厚さは、０．２ｍｍである。
実施例及び比較例に使用された封着材料は、ビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを含む複合材料（ガラスフリット）である。なお、実施例及び比較例に使用した封着材料は同一である。封着材料の構成と特性を表１に示す。
封着材料は、以下のようにして第二基板に形成した。まず、封着材料とビークル（樹脂はエチルセルロース、溶剤はターピネオール、により構成されたもの）を、重量比６０％対４０％で混合し、三本ローラーを用いて混錬し、ペーストを得た。その後、スクリーン印刷法により、実施例及び比較例に係る四角形の閉曲線状のペーストを塗布した第二基板を得た。なお、実施例及び比較例で第二基板上に塗布したペーストの形状（幅、厚み）は同一であった。
その後、ペーストを塗布した第二基板を、電気炉で４８０℃２０分間加熱して、ガラス基板上に四角形の閉曲線状の封着材料を形成した。実施例及び比較例に係る第二基板には、九行九列の配列パターンで、合計八十一個の封着材料を形成した。その後、封着材料が形成された第二基板を第一基板の所定の位置に被せて積層体を構成し、この積層体を上記の支持装置に取り付けた。なお、実施例及び比較例で第二基板上に形成した封着材料の形状（幅、厚み）は同一であった。
その後、支持装置に支持されている積層体の封着材料に対し、波長８０８ｎｍの近赤外線半導体レーザによるレーザ光を封着材料の周方向に沿って２回周回（走査）させて当該封着材料を加熱することで封着層を形成し、第一基板と第二基板とを接合した。
実施例に係る封着材料へのレーザ光の照射の順番は、図７の例と同じ態様とした。
比較例に係る封着材料については、図１２に示す矢印Ｂの順番でレーザ光を照射した。すなわち、比較例に係る積層体ＬＭに配列される九行九列の封着材料６のうち、最も外側の位置、すなわち第一行Ｍ１、第一列Ｎ１の位置にある封着材料６に対して最初にレーザ光を照射し、加熱を行った。その後、第一行Ｍ１に配列されている封着材料６を第二列Ｎ２から第九列Ｎ９まで順番に加熱した。第一行Ｍ１に位置する封着材料６の加熱が終了すると、第二行Ｍ２、第一列Ｎ１の位置にある封着材料６にレーザ光を照射して加熱した。その後、第二行Ｍ２に位置する封着材料６に対して、第二列Ｎ２から第九列Ｎ９まで順番にレーザ光を照射した。同様に、第三行Ｍ３から第九行Ｍ９に配列される封着材料６についても、第一列Ｎ１から第九列Ｎ９に向かって順番にレーザ光を照射した。全ての封着材料６を加熱し、比較例に係る接合体を作製した。
作製した実施例及び比較例の接合体の気密信頼性を、ＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｏｋｅｒ Ｔｅｓｔ）による加速劣化試験で評価した。具体的には、上記で製造した接合体を、１２１℃、２気圧、相対湿度１００％の環境下で２４時間保持した後、光学顕微鏡（１００倍）を用いて接合体の封着層の近傍を観察した。この観察により、封着層による接合不良の有無についての評価を行った。
試験の結果、実施例に係る接合体では、全ての封着層について、接合不良は発生していなかった。一方、比較例に係る接合体については、約３０％の封着層に接合不良が発生した。
１ 接合体
２ 第一基板
３ 第二基板
４ 封着層
６ 封着材料
６ａ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｊ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｋ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｌ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｍ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
８ 支持装置
１１ 支持プレート
ＩＧ 内側グループ
ＩＧ１ 第一内側グループ
ＩＧ２ 第二内側グループ
ＩＧ３ 第三内側グループ
ＩＧ４ 第四内側グループ
Ｌ レーザ光
ＬＭ 積層体
Ｏ 配列パターンの中心
ＯＧ 外側グループ
２ 第一基板
３ 第二基板
４ 封着層
６ 封着材料
６ａ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｊ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｋ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｌ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
６ｍ 配列パターン中心に最も近い位置にある封着材料
８ 支持装置
１１ 支持プレート
ＩＧ 内側グループ
ＩＧ１ 第一内側グループ
ＩＧ２ 第二内側グループ
ＩＧ３ 第三内側グループ
ＩＧ４ 第四内側グループ
Ｌ レーザ光
ＬＭ 積層体
Ｏ 配列パターンの中心
ＯＧ 外側グループ
Claims (6)
- 第一基板と、第二基板と、前記第一基板と前記第二基板とを接合する複数の封着層と、を備える接合体を製造する方法であって、
前記第一基板と前記第二基板との間に複数の封着材料を介在させるとともに、前記第一基板と前記第二基板とを重ね合わせることにより積層体を形成する積層工程と、前記積層体における前記複数の前記封着材料にレーザ光を照射することにより前記複数の前記封着層を形成する接合工程と、を備え、
前記積層体における前記複数の前記封着材料は、所定の配列パターンによって前記第一基板と前記第二基板との間に介在しており、
前記配列パターンは、前記複数の前記封着材料のうち、最も外側に位置する前記封着材料が属する外側グループと、前記外側グループに属する前記封着材料よりも内側に位置する前記封着材料が属する内側グループと、を含み、
前記接合工程は、前記内側グループに属する前記封着材料に前記レーザ光を照射して前記封着層を形成する第一接合工程と、前記第一接合工程後に、前記外側グループに属する前記封着材料に前記レーザ光を照射して前記封着層を形成する第二接合工程と、を含むことを特徴とする接合体の製造方法。 - 前記第一接合工程では、前記内側グループに属する前記封着材料のうち、前記配列パターンの中心に最も近い位置にある前記封着材料に対して最初に前記レーザ光を照射する請求項１に記載の接合体の製造方法。
- 前記配列パターンは、前記複数の封着材料を三行以上かつ三列以上で配列する請求項１又は２に記載の接合体の製造方法。
- 前記第二基板は、ガラス基板である請求項１から３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
- 前記接合工程では、前記積層体は、前記第一基板と前記第二基板とを押圧する支持装置によって支持される請求項１から４のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
- 前記支持装置は、前記第一基板を前記第二基板に押し付ける押圧部材と、前記第一基板と前記押圧部材との間に配置される支持プレートと、を備える請求項５に記載の接合体の製造方法。
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