JP2023049453A - 電子装置および電子装置の製造方法 - Google Patents

電子装置および電子装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電子装置における気密構造の信頼性を向上させること。【解決手段】電子部品２と、電子部品２が搭載される基材３と、一端開口が基材３に接合された状態で電子部品２を囲うガラスでなる枠材６と、枠材６の他端開口を閉塞するように枠材６と直接接合された蓋材７と、を備えた電子装置１を製造するための方法について、基材３と枠材６の一端開口との相互間に、ガラス材を含んだ封着材料層５を介在させる接合準備工程と、接合準備工程後に、封着材料層５にレーザーＬを照射して軟化変形させることにより基材３と枠材６の一端開口とを接合する接合本工程と、を備えるようにした。【選択図】図８

Description

本開示は、電子装置および電子装置の製造方法に関する。
ＬＥＤ等の電子部品を備えた電子装置の一種として、紫外線ＬＥＤが発する光線により殺菌を行う装置がある。この種の電子装置においては、紫外線ＬＥＤが気密構造内に配置される。特許文献１には気密構造を有する電子装置の一例が開示されている。
同文献に開示された電子装置（発光デバイス１）は、ＬＥＤ（光源２０）と、ＬＥＤが搭載される基材（第１の部材１１）と、一端開口が基材に接合された状態でＬＥＤを囲う枠材（第２の部材１２）と、枠材の他端開口を閉塞するように枠材と接合された蓋材（カバー部材４０）と、を備えている。
国際公開第２０１５／１９０２４２号
上記のような電子装置において、基材は、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場合が多い。一方、枠材は、紫外線を透過させるガラスで構成される場合がある。この場合、電子装置の製造に際し、基材とガラスでなる枠材との両者を接合するにあたっては、レーザー照射により両者を直接溶着させて接合することがある。しかしながら、溶着のための条件出しや加工に時間が掛かる等、接合の難易度が高いことに起因して、気密性が損なわれやすくなる問題が生じていた。
以上の事情に鑑みて解決すべき技術的課題は、電子装置における気密構造の信頼性を向上させることである。
上記の課題を解決するための電子装置の製造方法は、電子部品と、電子部品が搭載される基材と、一端開口が基材に接合された状態で電子部品を囲うガラスでなる枠材と、枠材の他端開口を閉塞するように枠材と直接接合された蓋材と、を備えた電子装置を製造するための方法であって、基材と枠材の一端開口との相互間に、ガラス材を含んだ封着材料を介在させる接合準備工程と、接合準備工程後に、封着材料にレーザーを照射して軟化変形させることにより基材と枠材の一端開口とを接合する接合本工程と、を備えることを特徴とする。
本方法では、接合準備工程および接合本工程により基材と枠材とを接合する。すなわち、基材とガラスでなる枠材との両者を接合するにあたり、両者を直接溶着させて接合するのではなく、両者の相互間に介在させたガラス材を含んだ封着材料にレーザーを照射し、封着材料を軟化変形させることで接合する。これにより、両者を直接溶着させる場合のごとく条件出しや加工に時間が掛かるような不具合が回避され、接合の難易度が易化するのに伴い、製造される電子装置の気密構造の信頼性を向上させることが可能となる。
上記の方法では、封着材料の軟化点が５５０℃以下であることが好ましい。
封着材料の軟化点が過度に高い場合には、接合本工程においてレーザーを照射し、その高い軟化点まで封着材料を加熱する必要が生じる。この封着材料の加熱に伴い、基材や枠材の破損を招いてしまう恐れがある。しかしながら、封着材料の軟化点が５５０℃以下であれば、上述のような恐れを的確に排除することができる。
上記の方法では、３０℃～２００℃の温度範囲での封着材料の熱膨張係数が、３５×１０－７／℃～９０×１０－７／℃であることが好ましい。
このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を基材や枠材の熱膨張係数に整合させやすくなるため、接合本工程後の封着材料に残留する応力を小さくする上で有利となる。
上記の方法では、ガラス材が、ガラス組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２８～６０％、Ｂ２Ｏ３ １５～３７％、ＺｎＯ ０～３０％、ＣｕＯ＋ＭｎＯ １～４０％を含有することが好ましい。
このようにすれば、封着材料による封着強度（基材と枠材との接合強度）を高めることが可能となる。
上記の方法では、封着材料が、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、β－ユークリプタイト、及び、β－石英固溶体から選ばれる少なくとも一種の耐火性フィラー粉末を更に含むことが好ましい。
このようにすれば、封着材料の熱膨張係数を基材や枠材の熱膨張係数に整合させやすくなり、その結果、接合本工程後の封着材料に不当な応力が残留し、破損が生じるような事態を防止する上で有利となる。
上記の方法では、接合本工程前に、基材を加熱することが好ましい。
このようにすれば、接合本工程におけるレーザーの照射時に基材側への熱伝導を阻害し得ることから、接合本工程において効率よく封着材料を軟化変形させることができる。
上記の方法では、接合本工程では、基材と枠材の一端開口とにより封着材料を押圧した状態でレーザーを照射することが好ましい。
このようにすれば、接合本工程におけるレーザーの照射時に封着材料の軟化変形を促進することが可能となる。
上記の方法では、枠材と蓋材とを接合した後に、接合準備工程および接合本工程を実行してもよい。一方で、接合本工程を実行した後に、枠材と蓋材とを接合してもよい。
上記の方法では、枠材と蓋材とを接合するに際し、枠材の他端開口と蓋材との両者を接触させた状態で、両者の接触部にレーザーを照射することにより、枠材と蓋材とを直接溶着することが好ましい。
このようにすれば、たとえば電子装置として発光装置を製造する場合に、枠材と蓋材との接合に伴って接合部に光を吸収する層が形成されてしまうような事態が回避されるため、発光装置における光の取出効率が悪化することを防止できる。
上記の課題を解決するための電子装置は、電子部品と、電子部品が搭載される基材と、一端開口が基材に接合された状態で電子部品を囲うガラスでなる枠材と、枠材の他端開口を閉塞するように枠材と直接接合された蓋材と、を備えた電子装置であって、ガラス材を含んだ封着材料を介して基材と枠材とが接合されていることを特徴とする。
本装置によれば、上記の電子装置の製造方法について既述の作用・効果を同様に得ることが可能である。
本開示に係る電子装置および電子装置の製造方法によれば、電子装置における気密構造の信頼性を向上させることが可能である。
電子装置を示す断面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 電子装置の製造方法を示す断面図である。 電子装置の製造方法を示す断面図である。 電子装置の製造方法を示す平面図である。 電子装置の製造方法における接合準備工程を示す断面図である。 電子装置の製造方法における接合準備工程を示す断面図である。 電子装置の製造方法における接合本工程を示す断面図である。
以下、実施形態に係る電子装置および電子装置の製造方法について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、電子装置１を例示している。
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の上に配置された保護キャップ４と、基材３と保護キャップ４とを接合している封着材料層５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、レーザーモジュール、ＬＥＤ、光センサー、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、基材３に接合された状態で電子部品２を囲う枠材６と、枠材６を上方から覆って閉塞する蓋材７と、枠材６と蓋材７とを接合する接合部８と、を備えている。接合部８は、枠材６と蓋材７とが直接溶着（直接接合）された溶着部９から形成されている。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、蓋材７の上下面７ａ，７ｂの少なくとも一方に反射防止膜を形成することが好ましい。反射防止膜は、蓋材７の上下面７ａ，７ｂにそれぞれ形成することが好ましい。反射防止膜は、蓋材７の上下面７ａ，７ｂの少なくとも一方のうち、枠材６の貫通孔Ｈに対応する部分のみに形成されていてもよいし、全面に形成されていてもよい。反射防止膜としては、例えば、相対的に屈折率が低い低屈折率層と、相対的に屈折率が高い高屈折率層と、が交互に積層された誘電体多層膜が好ましい。これにより、各波長における反射率を制御しやすくなる。反射防止膜は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などにより形成することができる。電子部品２から出射された光の波長帯（例えば、２５０～３５０ｎｍ）における反射防止膜の反射率は、例えば１％以下、０．５％以下、０．３％以下、特に０．１％以下であることが好ましい。
枠材６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。これにより、枠材６の上端および下端のそれぞれに開口が形成されている。枠材６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。枠材６の上端開口は、平面視で環状をなす上端面６ａにより形作られ、枠材６の下端開口は、同様に平面視で環状をなす下端面６ｂにより形作られている。図示例では、枠材６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、枠材６の内壁面６ｃは、蓋材７を通じた紫外線の取り出し効率を向上させるために、枠材６の下端面６ｂ側から上端面６ａ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６ｃは、非傾斜面（垂直面）であってもよい。貫通孔Ｈは、枠材６の元材に、エッチング加工、レーザー加工、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。
枠材６の内壁面６ｃには、電子部品２から出射した光を反射するための反射膜が形成されていてもよい。反射膜は、例えばアルミニウム、金などの金属や、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどのセラミックスを含有させた樹脂塗料やガラスペーストなどから構成されることが好ましい。
反射膜の厚みは、例えば０．１～１００μｍであることが好ましい。
電子部品２から出射した光の波長帯（例えば、２５０～３５０ｎｍ）における反射膜の反射率は、好ましくは１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上であることが好ましく、特に好ましいのは７０％以上である。ここで、反射率は、日立ハイテクサイエンス製ＵＨ－４１５０を用いて２５０～３５０ｎｍの波長範囲の各波長における透過率を測定することにより、算出できる。
反射膜を枠材６の内壁面６ｃに形成する方法としては、スプレーコート法を用いることが望ましい。スプレーコート法を用いる場合、枠材６の上下端面６ａ，６ｂ（上下端開口）の平坦部をマスクで保護した状態で枠材６の内壁面６ｃにスプレーコート液（反射膜となる液）を塗布し、その後にマスクを剥がすことで、枠材６の内壁面６ｃに反射膜を簡単に形成できる。なお、反射膜の形成方法は、これに限定されず、例えばディップコート法なども用いることができる。ディップコート法を用いる場合、貫通孔Ｈを有する枠材６をディップコート液（反射膜となる液）に浸漬し、その後に枠材６の表面の不要部分（上下端面６ａ，６ｂなど）に形成された反射膜を研磨などにより除去することで、枠材６の内壁面６ｃに反射膜を形成できる。この場合、不要部分の反射膜を除去する際に、枠材６の上端面６ａを研磨することで、蓋材７との接合時の面精度を整えることができる。
枠材６は、３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が３０×１０－７～１００×１０－７／℃であるガラスから構成されている。枠材６の熱膨張係数は、好ましくは４０×１０－７／℃以上、より好ましくは５０×１０－７／℃以上、更に好ましくは６０×１０－７／℃以上、特に好ましくは７０×１０－７／℃以上である。また、枠材６の熱膨張係数は、好ましくは９５×１０－７／℃以下、特に好ましくは９０×１０－７／℃以下である。このようにすれば、枠材６の熱膨張係数が、金属、金属窒化物セラミックスなどから構成される基材３の熱膨張係数と整合する。
枠材６を構成するガラスは、紫外線透過ガラスであることが好ましい。詳細には、枠材６を構成するガラスにおいて、光路長０．７ｍｍ、波長２００ｎｍにおける透過率は、好ましくは１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、特に好ましくは８０％以上である。また、枠材６を構成するガラスにおいて、光路長０．７ｍｍ、波長２５０ｎｍにおける透過率は、好ましくは５０％以上、６０％以上、７０％以上、特に好ましくは８０％以上である。さらに、枠材６を構成するガラスにおいて、光路長０．７ｍｍ、波長２５０ｎｍにおける透過率をＴ２５０とし、光路長０．７ｍｍ、波長３００ｎｍにおける透過率をＴ３００としたときに、Ｔ２５０／Ｔ３００の値は、好ましくは０．３以上、０．４以上、０．５以上、０．６以上、０．７以上、０．８以上、０．８５以上、特に好ましくは０．９以上である。このようにすれば、枠材６が例えば石英ガラスで構成されるような場合に比べて、紫外線の透過率が同等レベルになり、紫外線ＬＥＤからなる電子部品２から出射される光を問題なく透過させることができ、紫外線の取り出し効率を高いレベルで維持できる。
枠材６を構成するガラスにおいて、歪点は、好ましくは４３０℃以上、４６０℃以上、４８０℃以上、５００℃以上、５２０℃以上、５３０℃以上、特に好ましくは５５０℃以上である。
枠材６を構成するガラスにおいて、軟化点は、好ましくは１０００℃以下、９５０℃以下、９００℃以下、８５０℃以下、特に好ましくは８００℃以下である。このようにすれば、枠材６と蓋材７とをレーザー接合などにより直接溶着する場合に、枠材６が容易に軟化するため、接合時間を短くすることができる。
枠材６を構成するガラスにおいて、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１５８０℃以下、１５５０℃以下、１５２０℃以下、１５００℃以下、１４８０℃以下、特に好ましくは１４７０℃以下である。１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が高すぎると、溶融性が低下して、ガラスの製造コストが高騰しやすくなる。ここで、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定可能である。なお、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、溶融温度に相当し、この温度が低いほど溶融性が向上する。
枠材６を構成するガラスの液相温度は、好ましくは１１５０℃未満、１１２０℃以下、１１００℃以下、１０８０℃以下、１０５０℃以下、１０３０℃以下、９８０℃以下、９６０℃以下、９５０℃以下、特に好ましくは９４０℃以下である。また、枠材６を構成するガラスの液相粘度は、好ましくは１０４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０４．３ｄＰａ・ｓ以上、１０４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０４．８ｄＰａ・ｓ以上、１０５．１ｄＰａ・ｓ以上、１０５．３ｄＰａ・ｓ以上、特に好ましくは１０５．５ｄＰａ・ｓ以上である。このようにすれば、耐失透性が向上する。ここで、「液相温度」は、標準篩３０メッシュ（５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に２４時間保持した後、結晶が析出する温度を顕微鏡観察にて測定した値である。「液相粘度」は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
枠材６を構成するガラスのヤング率は、好ましくは５５ＧＰａ以上、６０ＧＰａ以上、６５ＧＰａ以上、特に好ましくは７０ＧＰａ以上である。ヤング率が低すぎると、枠材６の変形、反り、破損が発生しやすくなる。ここで、「ヤング率」は、共振法により測定した値を指す。
枠材６を構成するガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０～８０％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３ １～４５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０～２５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２５％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示す。なお、枠材６を構成するガラスについての各成分の含有量の説明において、％表示は、特に断りが無い限り、質量％を表す。
ＳｉＯ２は、ガラスの骨格を形成する主成分である。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは５０～８０％、５５～７５％、５８～７０％、特に好ましくは６０～６８％である。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、ヤング率、耐酸性が低下しやすくなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、高温粘度が高くなり、溶融性が低下しやすくなることに加えて、クリストバライト等の失透結晶が析出しやすくなって、液相温度が上昇しやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３は、耐失透性を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１～４０％、５～３５％、１０～３０％、特に好ましくは１５～２５％である。Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、ガラスが失透しやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、ガラスが失透しやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３は、ヤング率を高める成分であるとともに、分相、失透を抑制する成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１～２０％、３～１８％、特に好ましくは５～１６％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、ヤング率が低下しやすくなり、またガラスが分相、失透しやすくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、高温粘度が高くなり、溶融性が低下しやすくなる。
Ｂ２Ｏ３は、溶融性、耐失透性を高める成分であり、また傷の付きやすさを改善して強度を高める成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは３～２５％、５～２２％、７～１９％、特に好ましくは９～１６％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、溶融性、耐失透性が低下しやすくなり、またフッ酸系の薬液に対する耐性が低下しやすくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ヤング率、耐酸性が低下しやすくなる。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、高温粘性を下げて溶融性を顕著に高めるとともに、ガラス原料の初期の溶融に寄与する成分である。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量は、好ましくは０～２５％、１～２０％、４～１５％、特に好ましくは７～１３％である。Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が少なすぎると、溶融性が低下しやすくなる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、熱膨張係数が不当に高くなるおそれがある。
Ｌｉ２Ｏは、高温粘性を下げて溶融性を顕著に高めるとともに、ガラス原料の初期の溶融に寄与する成分である。Ｌｉ２Ｏの含有量は、好ましくは０～５％、０～３％、０～１％、特に好ましくは０～０．１％である。Ｌｉ２Ｏの含有量が少なすぎると、溶融性が低下しやすくなることに加えて、熱膨張係数が不当に低くなるおそれがある。一方、Ｌｉ２Ｏの含有量が多すぎると、ガラスが分相しやすくなる。
Ｎａ２Ｏは、高温粘性を下げて溶融性を顕著に高めるとともに、ガラス原料の初期の溶融に寄与する成分である。また熱膨張係数を調整するための成分である。Ｎａ２Ｏの含有量は、好ましくは０～２５％、１～２０％、３～１８％、５～１５％、特に好ましくは７～１３％である。Ｎａ２Ｏの含有量が少なすぎると、溶融性が低下しやすくなることに加えて、熱膨張係数が不当に低くなるおそれがある。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、熱膨張係数が不当に高くなるおそれがある。
Ｋ２Ｏは、高温粘性を下げて溶融性を顕著に高めるとともに、ガラス原料の初期の溶融に寄与する成分である。また熱膨張係数を調整するための成分である。Ｋ２Ｏの含有量は、好ましくは０～１５％、より好ましくは０．１～１０％、特に好ましくは１～５％である。Ｋ２Ｏの含有量が多すぎると、熱膨張係数が不当に高くなるおそれがある。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、高温粘性を下げて溶融性を高める成分である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０～２５％、０～１５％、０．１～１２％、１～５％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなる。
ＭｇＯは、高温粘性を下げて溶融性を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、ヤング率を顕著に高める成分である。ＭｇＯの含有量は、好ましくは０～１０％、０～８％、０～５％、特に好ましくは０～１％である。ＭｇＯの含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。
ＣａＯは、高温粘性を下げて溶融性を顕著に高める成分である。またアルカリ土類金属酸化物の中では、導入原料が比較的安価であるため、原料コストを低廉化する成分である。ＣａＯの含有量は、好ましくは０～１５％、より好ましくは０．５～１０％、特に好ましくは１～５％である。ＣａＯの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなる。なお、ＣａＯの含有量が少なすぎると、上記の溶融性を高める効果、及び、原料コストを低廉化する効果を享受しにくくなる。
ＳｒＯは、耐失透性を高める成分である。ＳｒＯの含有量は、好ましくは０～７％、０～５％、０～３％、特に好ましくは０～１％未満である。ＳｒＯの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなる。
ＢａＯは、耐失透性を高める成分である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０～７％、０～５％、０～３％、０～１％未満である。ＢａＯの含有量が多すぎると、ガラスが失透しやすくなる。
上記成分以外にも、任意成分として、以下に列挙する他の成分を導入してもよい。なお、上記成分以外の他の成分の含有量は、合量で１０％以下、５％以下、特に３％以下が好ましい。
ＺｎＯは、溶融性を高める成分であるが、ガラス組成中に多量に含有させると、ガラスが失透しやすくなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは０～５％、０～３％、０～１％、０～１％未満、特に好ましくは０～０．１％である。
ＺｒＯ２は、耐酸性を高める成分であるが、ガラス組成中に多量に含有させると、ガラスが失透しやすくなる。よって、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０～５％、０～３％、０～１％、０～０．５％、特に好ましくは０．００１～０．２％である。
Ｆｅ２Ｏ３とＴｉＯ２は、深紫外域での透過率を低下させる成分である。Ｆｅ２Ｏ３＋ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、０．１～４０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１～２０ｐｐｍである。Ｆｅ２Ｏ３＋ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して、深紫外域での透過率が低下しやすくなる。なお、Ｆｅ２Ｏ３＋ＴｉＯ２の含有量が少なすぎると、高純度のガラス原料を使用しなければならず、バッチコストの高騰を招く。
Ｆｅ２Ｏ３は、深紫外域での透過率を低下させる成分である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、４０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１～８ｐｐｍである。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラスが着色して、深紫外域での透過率が低下しやすくなる。なお、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、高純度のガラス原料を使用しなければならず、バッチコストの高騰を招く。
酸化鉄中のＦｅイオンは、Ｆｅ２＋又はＦｅ３＋の状態で存在する。Ｆｅ２＋の割合が少なすぎると、深紫外線での透過率が低下しやすくなる。よって、酸化鉄中のＦｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）の質量割合は、好ましくは０．１以上、０．２以上、０．３以上、０．４以上、特に好ましくは０．５以上である。
ＴｉＯ２は、深紫外域での透過率を低下させる成分である。ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは１００ｐｐｍ以下、８０ｐｐｍ以下、６０ｐｐｍ以下、４０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．５～５ｐｐｍである。ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、ガラスが着色して、深紫外域での透過率が低下しやすくなる。なお、ＴｉＯ２の含有量が少なすぎると、高純度のガラス原料を使用しなければならず、バッチコストの高騰を招く。
Ｓｂ２Ｏ３は、清澄剤として作用する成分である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、８００ｐｐｍ以下、６００ｐｐｍ以下、４００ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは５０ｐｐｍ未満である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、深紫外域での透過率が低下しやすくなる。
ＳｎＯ２は、清澄剤として作用する成分である。ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは２０００ｐｐｍ以下、１７００ｐｐｍ以下、１４００ｐｐｍ以下、１１００ｐｐｍ以下、８００ｐｐｍ以下、５００ｐｐｍ以下、２００ｐｐｍ以下、特に好ましくは１００ｐｐｍ以下である。ＳｎＯ２の含有量が多すぎると、深紫外域での透過率が低下しやすくなる。
Ｆ２、Ｃｌ２及びＳＯ３は、清澄剤として作用する成分である。Ｆ２＋Ｃｌ２＋ＳＯ３の含有量は１０～１００００ｐｐｍであることが好ましい。Ｆ２＋Ｃｌ２＋ＳＯ３の好適な下限範囲は１０ｐｐｍ以上、２０ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以上、３００ｐｐｍ以上、特に５００ｐｐｍ以上であり、好適な上限範囲は３０００ｐｐｍ以下、２０００ｐｐｍ以下、１０００ｐｐｍ以下、特に８００ｐｐｍ以下である。また、Ｆ２、Ｃｌ２、ＳＯ３の各々の好適な下限範囲は１０ｐｐｍ以上、２０ｐｐｍ以上、５０ｐｐｍ以上、１００ｐｐｍ以上、３００ｐｐｍ以上、特に５００ｐｐｍ以上であり、好適な上限範囲は３０００ｐｐｍ以下、２０００ｐｐｍ以下、１０００ｐｐｍ以下、特に８００ｐｐｍ以下である。これらの成分の含有量が少なすぎると、清澄効果を発揮しにくくなる。一方、これらの成分の含有量が多すぎると、清澄ガスがガラス中に泡として残存するおそれがある。
枠材６を構成するガラスは、例えば、各種ガラス原料を調合して、ガラスバッチを得た上で、このガラスバッチを溶融し、得られた溶融ガラスを清澄、均質化し、所定形状に成形することで作製することができる。
枠材６を構成するガラスの製造工程において、ガラス原料の一部として、還元剤を用いることが好ましい。このようにすれば、ガラス中に含まれるＦｅ３＋が還元されて、深紫外線での透過率が向上する。還元剤として、木粉、カーボン粉末、金属アルミニウム、金属シリコン、フッ化アルミニウム等の材料が使用可能であるが、その中でも金属シリコン、フッ化アルミニウムが好ましい。
枠材６を構成するガラスの製造工程において、ガラス原料の一部として、金属シリコンを用いることが好ましく、その添加量は、ガラスバッチの全質量に対して０．００１～３質量％、０．００５～２質量％、０．０１～１質量％、特に０．０３～０．１質量％が好ましい。金属シリコンの添加量が少なすぎると、ガラス中に含まれるＦｅ３＋が還元されず、深紫外線での透過率が低下しやすくなる。一方、金属シリコンの添加量が多すぎると、ガラスが茶色に着色する傾向がある。
ガラス原料の一部として、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）を用いることも好ましく、その添加量は、ガラスバッチの全質量に対して、Ｆ２換算で０．０１～５質量％、０．０５～４質量％、０．１～３質量％、０．２～２質量％、０．３～１質量％が好ましい。一方、フッ化アルミニウムの添加量が多すぎると、Ｆ２ガスがガラス中に泡として残存するおそれがある。フッ化アルミニウムの添加量が少なすぎると、ガラス中に含まれるＦｅ３＋が還元されず、深紫外線での透過率が低下しやすくなる。
枠材６を構成するガラスの製造工程において、ダウンドロー法、特にオーバーフローダウンドロー法で枠材６の元となるガラス板を成形することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法は、耐熱性を有する樋状構造物の両側から溶融ガラスを溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス板を成形する方法である。オーバーフローダウンドロー法では、ガラス板の表面となるべき面は樋状構造物に接触せず、自由表面の状態で成形される。このため、薄型のガラス板を作製しやすくなるとともに、表面を研磨しなくても、板厚ばらつきを低減することができる。結果として、ガラス板の製造コストを低廉化することができる。なお、樋状構造物の構造や材質は、所望の寸法や表面精度を実現できるものであれば、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行う際に、力を印加する方法も特に限定されない。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラスに接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールをガラスの端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。
枠材６を構成するガラスの成形方法として、オーバーフローダウンドロー法以外にも、例えば、スロットダウンドロー法、リドロー法、フロート法等を採択することもできる。
枠材６を構成するガラスとしては、具体的には、例えば、日本電気硝子株式会社製のＢＵ－４１を使用できる。ＢＵ－４１の３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、例えば４２×１０－７／℃である。なお、枠材６を構成するガラスとしては、上記ＢＵ－４１の他、石英ガラスを使用してもよい。
枠材６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。
蓋材７は、石英ガラスから構成される。本実施形態における「石英ガラス」には、溶融石英と合成石英とが含まれる。溶融石英ガラスの３０～３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は例えば６．３×１０－７／℃であり、合成石英ガラスの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。また、本実施形態では、蓋材７は、上面７ａ及び下面７ｂがともに平面から構成される板状体である。
蓋材７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。
溶着部９は、レーザー接合により形成される。詳細には、溶着部９は、レーザーの照射領域において、枠材６及び蓋材７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９は、例えば、枠材６及び蓋材７の少なくとも一方の材料から構成され、枠材６及び蓋材７以外の材料を実質的に含まないことが好ましい。
溶着部９は、貫通孔Ｈの周囲で同心環状に複数（図示例では二つ）形成されているが、一つのみが形成されていてもよい。複数の溶着部９は、互いに貫通孔Ｈの径方向に離間しているが、径方向で重なっていてもよい。各溶着部９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９は、厚み方向において、枠材６と蓋材７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９の内部において、枠材６と蓋材７との間には界面がない。もちろん、溶着部９の内部において、枠材６と蓋材７との間に界面が残っていてもよい。
溶着部９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９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９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、ここでは両者の絶対値を評価するものとする。
封着材料層５は、基材３の上面３ａと枠材６の下端開口（下端面６ｂ）との相互間に介在した状態で基材３と枠材６とを接合している。基材３と枠材６とが封着材料層５により接合されることで、基材３および保護キャップ４の両者により電子部品２を包囲する気密構造が形成される。封着材料層５は、ガラス材を含んだ封着材料で構成される。本実施形態における封着材料層５は、封着材料とビークルを混練して作製される封着材料ペーストを基材３に塗布、乾燥、脱バインダー、及び焼結することにより作製される。封着材料層５および封着材料の詳細については、以下の電子装置の製造方法で説明する。
図３～図８は、上記の電子装置１の製造方法を例示している。
電子装置１の製造方法は、保護キャップ４を得るために枠材６と蓋材７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。
第一接合工程では、まず、図３に示すように、枠材６と蓋材７とを準備する。次に、同図に二点鎖線で示すように、枠材６の上端面６ａと蓋材７の下面７ｂとを直接接触させる。その後、図４に示すように、レーザー照射装置１０により、枠材６と蓋材７との接触部に対してレーザーＬを集光して照射する。レーザーＬは、枠材６及び蓋材７の少なくとも一方側から照射される。本実施形態では、レーザーＬは、蓋材７側から照射される。これにより、接触部を溶着して溶着部９を形成すると共に、溶着部９により枠材６と蓋材７とを接合する。
枠材６の上端面６ａ及び蓋材７の下面７ｂ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、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１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、枠材６及び蓋材７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、レーザー接合前におけるハンドリング性が向上する。
レーザー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。
レーザー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。レーザー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。レーザー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以下であることが更に好ましい。
レーザーＬの繰り返し周波数は、連続的な熱蓄積を生じさせる程度であることが必要であり、具体的には１００ｋＨｚ以上であることが好ましく、２００ｋＨｚ以上であることがより好ましく、５００ｋＨｚ以上であることが更に好ましい。
また、１パルスを複数に分配させ、パルス間隔を更に短くして照射する手法（バーストモード）を利用することが好ましい。これにより、熱蓄積が生じやすくなり、溶着部９を安定して形成することができる。
図５に示すように、レーザーＬは、貫通孔Ｈの周囲で、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、レーザー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、レーザー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９を同心環状に複数形成する場合には、レーザーＬを走査する環状軌道Ｔも同心環状に複数設定される。
また、貫通孔Ｈを囲むように４本の直線を井桁状に交差させることにより、枠状に接合部を形成してもよい。このような形態を利用すれば、複数の保護キャップ４を一度に作製することも可能となるため、電子装置１の製造効率を高めることができる。
第二接合工程は、基材３と枠材６とを接合するための準備として、基材３と枠材６の下端開口（下端面６ｂ）との相互間に封着材料層５を介在させる接合準備工程（図６及び図７）と、接合準備工程後に、封着材料層５にレーザーＬを照射して軟化変形させることにより基材３と枠材６の下端開口とを接合する接合本工程（図８）と、を含んでいる。
接合準備工程では、はじめに基材３に封着材料ペーストを塗布する。封着材料ペーストは、基材３の上面３ａのうち、後に枠材６の下端面６ｂと重ね合わされる箇所に塗布する。本実施形態では、基材３の上面３ａの縁部に沿って封着材料ペーストを塗布している。基材３への封着材料ペーストの塗布は、周知の方法で行うことができる。例えば、スクリーン印刷、ディスペンサー塗布等で行うことができる。
封着材料ペーストの作製に際してビークルと混錬される封着材料は、一般的に、ガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを含む複合粉末であり、必要に応じて、着色顔料等のレーザー吸収材を添加する場合もある。また、ガラス粉末の熱膨張係数が低い場合（一例として、３０℃～３００℃の温度範囲における熱膨張係数が９０×１０－７／℃以下）は、ガラス粉末単独を封着材料として用いる場合もある。封着材料は、後の接合本工程でのレーザー照射によって軟化流動（軟化変形）し、これに伴って基材３と枠材６とを一体化する材料である。ビークルは、一般的に、有機樹脂と溶媒の混合物、つまり有機樹脂が溶解した粘稠液を指し、ビークル中に封着材料を分散させることで封着材料ペーストが得られる。なお、ビークル中に、必要に応じて、界面活性剤、増粘剤等を添加する場合もある。
封着材料として、上記のとおりガラス粉末単独を用いてもよいが、ガラス粉末と耐火性フィラー粉末とを含む複合粉末を用いることが好ましい。複合粉末として、６０～１００体積％のガラス粉末と０～４０体積％の耐火性フィラー粉末とを含有する複合粉末を用いることが好ましく、６５～９５体積％のガラス粉末と５～３５体積％の耐火性フィラー粉末とを含有する複合粉末を用いることが更に好ましい。耐火性フィラー粉末は、封着材料の熱膨張係数を基材３および枠材６の熱膨張係数と整合しやすくするために添加する。その結果、接合本工程後において、封着材料層５の周辺に不当な応力が残留し、電子装置１が破損してしまうような事態を防止することができる。一方、耐火性フィラー粉末の含有量が多すぎると、ガラス粉末の含有量が相対的に少なくなるため、封着材料層５の表面平滑性が低下して、基材３の上面３ａと封着材料層５との密着性が低下して、封着強度が低下しやすくなる。
封着材料の軟化点は、好ましくは５５０℃以下、より好ましくは５２０℃以下、特に好ましくは４８０℃以下である。封着材料の軟化点が高すぎると、封着材料層５の表面平滑性を高めにくくなる。また、接合本工程でのレーザーＬの照射時に過度に封着材料（封着材料層５）の温度を高める必要が生じるため、これに起因して基材３や枠材６が破損しやすくなる。封着材料の軟化点の下限は特に設定されないが、ガラス粉末の熱的安定性を考慮すると、封着材料の軟化点は３５０℃以上が好ましい。ここで、「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。
ガラス粉末は、封着材料層５による封着強度（基材３と枠材６との接合強度）を高める観点から、ビスマス系ガラスが好ましい。更に、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、ガラス粉末についての各成分の含有量の説明において、％表示は、特に断りが無い限り、モル％を表す。
Ｂｉ２Ｏ３は、軟化点を低下させるための主要成分である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、好ましくは２８～６０％、より好ましくは３３～５５％、特に好ましくは３５～４５％である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、軟化点が高くなりすぎて、軟化流動性が低下しやすくなる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が多すぎると、接合本工程でのレーザーＬの照射の際にガラスが失透しやすくなり、この失透に起因して、軟化流動性が低下しやすくなる。
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％、より好ましくは１９～３３％、特に好ましくは２２～３０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、ガラスネットワークが形成されにくくなるため、レーザーＬの照射の際にガラスが失透しやすくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、ガラスの粘性が高くなり、軟化流動性が低下しやすくなる。
ＺｎＯは、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％、より好ましくは３～２５％、更に好ましくは５～２２％、特に好ましくは５～２０％である。ＺｎＯの含有量が多すぎると、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やすくなる。
ＣｕＯとＭｎＯは、レーザー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％、より好ましくは３～３５％、更に好ましくは１０～３０％、特に好ましくは１５～３０％である。ＣｕＯとＭｎＯの合量が少なすぎると、レーザー吸収能が低下しやすくなる。一方、ＣｕＯとＭｎＯの合量が多すぎると、軟化点が高くなりすぎて、レーザーＬを照射しても、ガラスが軟化流動しにくくなる。またガラスが熱的に不安定になり、レーザーＬの照射時にガラスが失透しやすくなる。なお、ＣｕＯの含有量は、好ましくは１～３０％、特に好ましくは１０～２５％である。ＭｎＯの含有量は、好ましくは０～２５％、より好ましくは１～２５％、特に好ましくは３～１５％である。
上記成分以外にも、ガラス組成として、例えば以下に列挙する他の成分を添加してもよい。
ＳｉＯ２は、耐水性を高める成分である。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは０～５％、より好ましくは０～３％、更に好ましくは０～２％、特に好ましくは０～１％である。ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。また接合本工程でのレーザー照射の際にガラスが失透しやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０～１０％、０．１～５％、特に０．５～３％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、耐失透性を低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、それぞれ０～５％、０～３％、特に０～１％未満が好ましい。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、耐失透性を高める成分であるが、軟化点を上昇させる成分である。よって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は、それぞれ０～２０％、０～１０％、特に０～５％が好ましい。
Ｆｅ２Ｏ３は、耐失透性とレーザー吸収能を高める成分である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～１０％、より好ましくは０．１～５％、特に好ましくは０．４～２％である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多すぎると、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やすくなる。
Ｓｂ２Ｏ３は、耐失透性を高める成分である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～５％、特に好ましくは０～２％である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、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やすくなる。
また、封着材料に含まれるガラス粉末としては、上記ビスマス系ガラスだけでなく、亜鉛系ホウ酸系ガラス、銀リン酸系ガラスまたはテルル系ガラスの何れかを使用することもできる。亜鉛ホウ酸系ガラスは、ビスマス系ガラスに比べて、熱膨張係数が低いという特徴を有する。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、低温で軟化流動しやすく、レーザーＬの照射後に生じる熱歪みを低減し得るため、熱的信頼性及び機械的信頼性を高めることができるという特徴を有する。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を混合すると、封着材料層５の機械的強度を高めることができ、且つ封着材料層５の熱膨張係数を低下させることができる。
亜鉛ホウ酸系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ２＋ＺｎＯ ４０～８０％、Ｂ２Ｏ３ ５～２５％、Ａｌ２Ｏ３ ０～２０％、ＭｇＯ ０～２０％を含有することが好ましい。
ＳｉＯ２＋ＺｎＯの含有量（ＳｉＯ２とＺｎＯの合量）は、好ましくは４０～８０％、より好ましくは４５～７０％、特に好ましくは５０～６５％である。ＳｉＯ２＋ＺｎＯの含有量が少なすぎると、耐候性が低下しやすく、またガラス化しにくくなる。一方、ＳｉＯ２＋ＺｎＯの含有量が多すぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは１５～４５％、より好ましくは２０～４０％、特に好ましくは２２～３６％である。ＳｉＯ２の含有量が少なすぎると、耐候性が低下しやすく、またガラス化しにくくなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
ＺｎＯの含有量は、好ましくは２０～５５％、より好ましくは２５～５０％、特に好ましくは３０～４５％である。ＺｎＯの含有量が少なすぎると、溶融時の失透性が強くなり、均質なガラスを得にくくなる。一方、ＺｎＯの含有量が多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。
モル比ＳｉＯ２／ＺｎＯ（ＳｉＯ２の含有量をＺｎＯの含有量で除した値）は、好ましくは０．６～２．０、より好ましくは０．７～１．８、特に好ましくは０．８～１．７である。モル比ＳｉＯ２／ＺｎＯが小さすぎると、ガラスが分相しやすくなり、また耐候性が低下しやすくなる。一方、モル比ＳｉＯ２／ＺｎＯが大きすぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの網目形成成分であり、軟化流動性を高める成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは５～２５％、より好ましくは７～２３％、特に好ましくは８～２０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、結晶性が強くなるため、軟化流動性が損なわれて、封着強度を確保することが困難になる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、耐候性が低下する傾向がある。
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスを安定化する成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０～２０％であり、より好ましくは２～１８％、特に好ましくは５～１５％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
ＭｇＯは、ガラスの粘性を下げる成分である。ＭｇＯを所定量含有させることにより、ＳｉＯ２を多量に含有する場合であっても低温焼結が可能になる。ＭｇＯの含有量は、好ましくは０～２０％、より好ましくは３～１８％、特に好ましくは５～１５％である。ＭｇＯの含有量が少なすぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。一方、ＭｇＯの含有量が多すぎると、熱膨張係数が高くなりすぎる傾向がある。
上記成分以外にも、ガラス組成として、他の成分（例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ｓｂ２Ｏ３等）を７％まで（好ましくは３％まで）含有してもよい。
一方、環境面の観点から、ガラス組成として、実質的に鉛成分（例えばＰｂＯ等）を含有せず、実質的にＦ、Ｃｌも含有しないことが好ましい。
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。
Ａｇ２Ｏは、ガラスを低融点化させると共に、水に溶けにくいため、耐水性を高める成分である。Ａｇ２Ｏの含有量は１０～５０％、特に２０～４０％が好ましい。Ａｇ２Ｏの含有量が少なすぎると、ガラスの粘性が高くなって、流動性が低下しやすくなると共に、耐水性が低下しやすくなる。一方、Ａｇ２Ｏの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。
Ｐ２Ｏ５は、ガラスを低融点化させる成分である。その含有量は１０～３５％、特に１５～２５％が好ましい。Ｐ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、ガラス化が困難になる。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が多すぎると、耐候性、耐水性が低下しやすくなる。
ＺｎＯは、耐失透性を高める成分であり、その含有量は３～２５％、５～２２％、特に９～２０％が好ましい。ＺｎＯの含有量が上記範囲外になると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、耐失透性が低下しやすくなる。
遷移金属酸化物は、レーザー吸収特性を有する成分であり、その含有量は０～３０％、１～３０％、特に３～１５％が好ましい。遷移金属酸化物の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。
成分として、ＣｕＯを添加すれば、レーザー吸収特性を高めることができる。ＣｕＯの含有量は０～３０％、１～３０％、特に３～１５％が好ましい。ＣｕＯの含有量が多すぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、逆に耐失透性が低下しやすくなる。
上記成分以外にも、ガラス組成として、例えば以下に列挙する他の成分を添加してもよい。
ＴｅＯ２は、ガラス形成成分であり、ガラスを低融点化させる成分である。ＴｅＯ２の含有量は０～４０％、特に１０～３０％が好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５は、耐水性を高める成分である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０～２５％、特に１～１２％が好ましい。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多すぎると、ガラスの粘性が高くなって、流動性が低下しやすくなる。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、耐失透性を低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、それぞれ０～５％、０～３％、特に０～１％未満である。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、耐失透性を高める成分であるが、軟化点を上昇させる成分である。よって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は、それぞれ０～２０％、０～１０％、特に０～５％である。
テルル系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、ＴｅＯ２ ２０～８０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０～２５％、遷移金属酸化物 ０～４０％を含有することが好ましい。
ＴｅＯ２は、ガラス形成成分であり、ガラスを低融点化させる成分である。ＴｅＯ２の含有量は２０～８０％、特に４０～７５％が好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５は、耐水性を高める成分である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０～２５％、１～２０％、特に５～１５％が好ましい。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が多すぎると、ガラスの粘性が高くなって、流動性が低下しやすくなる。
遷移金属酸化物は、レーザー吸収特性を有する成分であり、その含有量は０～４０％、５～３０％、特に１５～２５％が好ましい。遷移金属酸化物の含有量が多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。
遷移金属酸化物の中では、ＣｕＯが、レーザー吸収特性を高める効果が高く、熱的安定性を高める効果も高い。ＣｕＯの含有量は０～４０％、５～３０％、特に１５～２５％が好ましい。ＣｕＯの含有量が多すぎると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、耐失透性が低下しやすくなる。
上記成分以外にも、ガラス組成として、例えば以下に列挙する他の成分を添加してもよい。
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、耐失透性を低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、それぞれ０～５％、０～３％、特に０～１％未満である。
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、耐失透性を高める成分であるが、軟化点を上昇させる成分である。よって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は、それぞれ０～２０％、０～１０％、特に０～５％である。
ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは１５μｍ未満、より好ましくは０．５～１０μｍ、特に好ましくは１～５μｍである。ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が小さい程、ガラス粉末の軟化点が低下する。ここで、「平均粒径Ｄ５０」は、レーザー回折法により体積基準で測定した値を指す。
耐火性フィラー粉末としては、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、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を含むことが好ましく、特にβ－ユークリプタイト又はコーディエライトを含むことが好ましい。これらの耐火性フィラー粉末は、熱膨張係数が低いことに加えて、機械的強度が高く、しかもガラス粉末との適合性が良好である。
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が大きすぎると、封着材料層５の表面平滑性が低下しやすくなると共に、封着材料層５の平均厚みが大きくなりやすく、結果として、接合本工程でのレーザーＬの照射精度が低下しやすくなる。
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が大きすぎると、封着材料層５の表面平滑性が低下しやすくなると共に、封着材料層５の平均厚みが大きくなりやすく、結果として、レーザーＬの照射精度が低下しやすくなる。ここで、「９９％粒径Ｄ９９」は、レーザー回折法により体積基準で測定した値を指す。
封着材料は、レーザー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、ガラスの失透を助長する作用を有する。更にレーザー吸収材を導入すると、封着材料のレーザー吸収特性が高くなりすぎて、基材３と封着材料層５のレーザー吸収特性の差が大きくなりやすい。よって、封着材料層５中のレーザー吸収材の含有量は、好ましくは１０体積％以下、５体積％以下、１体積％以下、０．５体積％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。なお、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る。
封着材料の熱膨張係数は、好ましくは３５×１０－７～９０×１０－７／℃、４０×１０－７～７０×１０－７／℃、特に４５×１０－７～６５×１０－７／℃である。このようにすれば、封着材料の熱膨張係数が基材３や枠材６の熱膨張係数に整合して、封着領域（封着材料層５の周辺）に残留する応力が小さくなる。なお、「熱膨張係数」は、３０～２００℃の温度範囲において、ＴＭＡ（押棒式熱膨張係数測定）装置で測定した値である。
ここで、封着材料の具体例を挙げる。第一例としては、ビスマス系ガラス粉末とβ―ユークリプタイトとの複合粉末材料（日本電気硝子社製ＢＦ－０９０１、３０～３８０℃における熱膨張係数４．９ｐｐｍ／℃）が挙げられる。第二例としては、亜鉛ホウ酸系ガラス粉末（日本電気硝子社製ＧＰ－０１４、３０～３８０℃における熱膨張係数４．３ｐｐｍ／℃）が挙げられる。
封着材料ペーストは、通常、三本ローラー等により、封着材料とビークルとを混練、分散することにより作製される。ビークルは、上記のとおり有機樹脂と溶媒とを含む。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。
ビークルに添加する有機樹脂として、アクリル酸エステル（アクリル有機樹脂）、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。ビークルに用いる溶剤として、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、テルペン、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。
基材３への封着材料ペーストの塗布が完了すると、次いで、塗布された封着材料ペーストでなる塗布膜を乾燥させる。塗布膜の乾燥は自然乾燥でもよいが、乾燥効率の観点から、電気炉、乾燥炉で行うことが好ましい。
次に、塗布膜を乾燥させてなる乾燥膜に対して、電気炉等を用いた基材３の全体加熱により脱バインダー処理を行い、且つガラス粉末の軟化点以上の温度で加熱して軟化流動させると、表面平滑性が高い封着材料層５が得られる。なお、乾燥膜に対して、レーザー光の照射によって焼結処理を行うこともできる。
封着材料層５の平均厚さは、好ましくは１０．０μｍ未満、特に好ましくは１．０μｍ以上、且つ７．０μｍ未満である。封着材料層５の平均厚みが小さい程、封着材料層５、基材３、及び枠材６の熱膨張係数が不整合であっても、レーザーＬの照射後（接合本工程後）に封着領域に残留する応力を低減することができる。また接合本工程でのレーザーＬの照射精度を高めることもできる。なお、上記のように封着材料層５の平均厚みを規制する方法としては、封着材料ペーストを薄く塗布する方法、封着材料層５の表面を研磨処理する方法が挙げられる。
封着材料層５の平均幅（図６に示す封着材料層５の左右方向における平均寸法）は、好ましくは３５００μｍ未満、１２００μｍ未満、特に１５０μｍ以上、且つ８００μｍ未満である。封着材料層５の平均幅を狭くすると、レーザーＬの照射後に封着領域に残留する応力を低減することができる。更に基材３の縁部（枠材６と重なり合う箇所）の幅を狭小化することができ、気密構造のデバイスとして機能する有効面積を拡大することができる。
以上のようにして、図６に示した封着材料層５が基材３上に形成されると、次に、図７に二点鎖線で示すように、基材３の上面３ａと枠材６の下端面６ａとを封着材料層５を介して重ね合わせる。これにより、接合準備工程が完了する。
接合準備工程が完了すると、次に、接合本工程を実行する。接合本工程では、はじめにレーザーＬの照射に先行して基材３を予備加熱する。予備加熱では、例えば２５０℃～４５０℃の温度となるまで基材３を加熱する。これにより、レーザーＬの照射時に基材３側への熱伝導を阻害し得るため、効率よく封着材料層５を軟化変形させることができる。ただし、基材３の予備加熱は必須ではなく、省略してもよい。
基材３の予備加熱が完了すると、次に、図８に示すように、レーザー照射装置１０により封着材料層５に対してレーザーＬを集光して照射する。レーザーＬは、基材３と枠材６とのうち、レーザーＬを透過する枠材６側から照射される。これにより、封着材料層５を軟化変形させて基材３と枠材６とを接合する。なお、レーザーＬを照射する際には、基材３と枠材６の下端開口との両者３，６により、両者３，６の相互間に挟まった封着材料層５を上下から押圧する。これにより、封着材料層５の軟化変形を促進することが可能となる。ただし、封着材料層５の押圧は必須ではなく、省略してもよい。
基材３の上面３ａ及び枠材６の下端面６ｂ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。
封着材料層５に照射するレーザーＬとしては、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、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、赤外レーザーは、取扱いが容易な点で好ましい。
レーザーＬの照射時におけるレーザー光のビーム形状は、特に限定されない。ビーム形状としては、円形、楕円形、矩形が一般的であるが、その他の形状でもよい。また、レーザーＬの照射時におけるレーザー光のビーム径は０．３～３．５ｍｍが好ましい。
レーザーＬの照射を行う雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気でもよく、窒素雰囲気等の不活性雰囲気でもよい。以上のようにして接合本工程が完了すると、電子装置１が製造される。この電子装置１に備わった封着材料層５には、元は封着材料に含まれたガラス粉末であったものがガラス材として含有されている。
ここで、上記の実施形態に対しては、以下のような変形例を適用することも可能である。上記の実施形態では、電子装置１の製造にあたり、枠材６と蓋材７とを接合した後、接合準備工程および接合本工程を実行して基材３と枠材６とを接合しているが、接合の順番は逆であってもよい。つまり、接合準備工程および接合本工程を実行して基材３と枠材６とを接合した後、枠材６と蓋材７とを接合するようにしてもよい。
１ 電子装置
２ 電子部品
３ 基材
５ 封着材料層
６ 枠材
７ 蓋材
Ｌ レーザー

Claims (11)

  1. 電子部品と、前記電子部品が搭載される基材と、一端開口が前記基材に接合された状態で前記電子部品を囲うガラスでなる枠材と、前記枠材の他端開口を閉塞するように前記枠材と直接接合された蓋材と、を備えた電子装置を製造するための方法であって、
    前記基材と前記枠材の一端開口との相互間に、ガラス材を含んだ封着材料を介在させる接合準備工程と、
    前記接合準備工程後に、前記封着材料にレーザーを照射して軟化変形させることにより前記基材と前記枠材の一端開口とを接合する接合本工程と、
    を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
  2. 前記封着材料の軟化点が５５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
  3. ３０℃～２００℃の温度範囲での前記封着材料の熱膨張係数が、３５×１０－７／℃～９０×１０－７／℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置の製造方法。
  4. 前記ガラス材が、ガラス組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３ ２８～６０％、Ｂ２Ｏ３ １５～３７％、ＺｎＯ ０～３０％、ＣｕＯ＋ＭｎＯ １～４０％を含有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  5. 前記封着材料が、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、β－ユークリプタイト、及び、β－石英固溶体から選ばれる少なくとも一種の耐火性フィラー粉末を更に含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  6. 前記接合本工程前に、前記基材を加熱することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  7. 前記接合本工程では、前記基材と前記枠材の一端開口とにより前記封着材料を押圧した状態でレーザーを照射することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  8. 前記枠材と前記蓋材とを接合した後に、前記接合準備工程および前記接合本工程を実行することを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  9. 前記接合本工程を実行した後に、前記枠材と前記蓋材とを接合することを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  10. 前記枠材と前記蓋材とを接合するに際し、前記枠材の他端開口と前記蓋材との両者を接触させた状態で、前記両者の接触部にレーザーを照射することにより、前記枠材と前記蓋材とを直接溶着することを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
  11. 電子部品と、前記電子部品が搭載される基材と、一端開口が前記基材に接合された状態で前記電子部品を囲うガラスでなる枠材と、前記枠材の他端開口を閉塞するように前記枠材と直接接合された蓋材と、を備えた電子装置であって、
    ガラス材を含んだ封着材料を介して前記基材と前記枠材とが接合されていることを特徴とする電子装置。
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