JP2023113388A - 複合体、及びこの複合体を備えた気密パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】蓋材の位置ずれを防止しつつ、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合する。【解決手段】複合体は、枠体５と、枠体５上に設けられた蓋体６とを備える。蓋体６は、赤外光Ｌを透過可能なガラスで形成され、蓋体６と枠体５との間に、はんだ部９と金属粒子結合部１０とが設けられ、はんだ部９と金属粒子接合部９とにより蓋体６と枠体５とが互いに接合されている。【選択図】図３

Description

本発明は、複合体、及びこの複合体を備えた気密パッケージに関し、特に赤外光を透過可能な蓋体と枠体との接合技術に関する。

例えばＬＥＤなどの素子を周囲の環境から保護する目的で、枠体と、枠体上に設けられた蓋体とを備え、蓋体と枠体とで区画される空間が気密状態とされる気密パッケージと呼ばれる構造体が知られている。この種の構造体においては、長期間にわたって気密性を維持するために、ガスバリア性の高いガラスで蓋体を形成することが望ましい（何れも、特許文献１を参照）。

特開２０２０－１９５８号公報 特許第６４１７１９９号公報 特開２０１１－１４１１５８号公報

ところで、上述した素子を備えた装置には、赤外光を出射するレーザ素子を備えたものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。この種の装置においてもレーザ素子が置かれた空間を気密状態に保つことは重要であることから、上述した気密パッケージを適用することが望ましいと考えられる。一方で、上述のように、赤外光を出射可能なレーザ素子を気密パッケージで保護する場合、赤外光が透過可能な素材で蓋体を形成し、この蓋体を枠体と結合してなる複合体が必要になる。しかしながら、この種の素材は、一般的に他の物質との密着性に乏しいため、通常の接合手段では、蓋体と枠体とを十分に密着させた状態で接合することが難しい。

ここで、例えば特許文献３には、低融点はんだを用いて、ガラス製の赤外線透過窓を枠体である金属製缶に接合する方法が提案されている。はんだであれば、ガラス製窓と金属製缶の接合部における気密性を担保できる。しかし、はんだを接合材として使用する場合、はんだの融解に伴う相転移が不可避的に生じるため、蓋体を枠体上の所定位置に載置した状態で加熱する場合、加熱中に蓋体の位置ずれを生じるおそれがある。

以上の事情に鑑み、本発明は、蓋材の位置ずれを防止しつつ、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合してなる複合体を得ることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係る複合体により達成される。すなわち、本発明に係る複合体は、枠体と、枠体上に設けられた蓋体とを備えた複合体であって、蓋体は、赤外光を透過可能なガラスで形成され、蓋体と枠体との間に、はんだ部と金属粒子結合部とが設けられ、はんだ部と金属粒子接合部とにより蓋体と枠体とが互いに接合される。

このように、本発明に係る複合体は、接合対象となる蓋体と枠体との間に、はんだ部と金属粒子結合部とを設けることにより、はんだ部の融解に伴う相転移が生じことによる位置ずれの影響を、金属粒子結合部により低減することができる。また、金属粒子結合部の内部空孔による気密性の低下を、はんだ部の高い気密性により回避できる。

また、本発明に係る複合体において、金属粒子結合部は、蓋体の周縁全域にわたって形成されてもよい。また、この場合、はんだ部は、金属粒子結合部の外側に設けられていてもよい。

蓋体が赤外光を透過可能なガラスで形成される場合、蓋体の周縁を除いた領域（中央側の領域）は、通常、赤外光の透過領域として用いられる。そのため、金属粒子結合部を蓋体の周縁全域にわたって形成し、かつはんだ部を金属粒子結合部の外側に設けることによって、はんだ部の内側（赤外光の透過領域側）への流動を金属粒子結合部で抑止することができる。よって、はんだ部が蓋体の赤外光透過領域に流れ込む事態を確実に防止して、赤外光の透過機能を担保することが可能となる。

また、本発明に係る複合体において、はんだ部は、金属粒子結合部と接していてもよい。

このようにはんだ部と金属粒子結合部とを接するように配置することによって、はんだ部を構成する金属と金属粒子を構成する金属との間で原子拡散が生じる。特にはんだ部が融解により液状化した状態では、金属粒子を構成する金属原子のはんだ部への拡散が促進される。そのため、はんだ部の融点上昇効果や延性上昇効果など金属粒子を構成する金属の特性をはんだ部に付与して、接合部としてのはんだ部に要求される特性を改善することが可能となる。

また、本発明に係る複合体において、はんだ部は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕの中から選択される１種以上の金属で形成されてもよい。

このように、はんだ部を構成する金属として適切な１種以上の金属を用いることで、所定の特性を蓋体と枠体との接合部（はんだ部）に付与することができる。また、相対的に融点の低い金属を用いることで、比較的低い温度ではんだ部を融解させることができる。よって、はんだ部により接合される蓋体と枠体、あるいはこれら蓋体と枠体とで区画される空間に配置される部材（光学素子又は光学素子を含む部品など）に及ぼす熱の影響を最小限に抑えて、蓋体と枠体とを接合させることが可能となる。

また、本発明に係る複合体において、金属粒子結合部の金属粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの中から選択される１種以上の金属で形成されてもよい。

このように金属粒子結合部の金属粒子を、上述した１種以上の金属で形成することによって、優れた特性を蓋体と枠体との接合部（金属粒子結合部）に付与することができる。また、配合次第で、上記金属の金属粒子を焼結作用により相互に結合させることもできる。よって、比較的低温でありながら強固な金属結合を得ることができ、これにより蓋体と枠体とを強固に接合することが可能となる。

また、本発明に係る複合体において、赤外光を透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率が９０％以上のガラスであってもよい。

このように赤外光を透過可能なガラスを選定することによって、赤外光を十分に透過させることができる。よって、蓋体に求められる所要の赤外光透過特性を担保することが可能となる。

また、本発明に係る複合体において、赤外光を透過可能なガラスは、カルコゲナイドガラスであってもよい。

この場合、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ ５０～８０％、Ｓｂ ０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ ０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ ０～２０％、Ｂｉ ０～２０％を含有するものであってもよい。

あるいは、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ ４～８０％、Ｇｅ ０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ ０～２０％を含有するものであってもよい。

このように赤外光を透過可能なガラスにカルコゲナイドガラスを採用することによって、良好な赤外光透過特性を実現することができる。また、カルコゲナイドガラスであれば、Ｇｅなど他の赤外光透過素材に比べて安価なため、低コストで蓋体と枠体との複合体を製造することが可能となる。

本発明は、位置ずれを防止すると共に、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合することを可能とするものであるから、例えば蓋体の少なくとも一部が、赤外光を透過可能な窓である複合体に好適である。

あるいは、本発明は、蓋体の少なくとも一部が、赤外光を透過可能なレンズである複合体にも好適である。

あるいは、本発明は、主面を有する基体と、基体の前記主面上に設けられた上記複合体とを備えた気密パッケージにも好適である。

以上より、本発明によれば、蓋材の位置ずれを防止しつつ、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る複合体を備えた気密パッケージにより構成される電子装置の断面図である。 図１に示す電子装置の平面図である。 図１中の矢印Ａで示した部分の拡大断面図である。 図３中の矢印Ｂで示した部分の拡大断面図である。 図１に示す複合体の製造工程を概念的に示す図で、（ａ）シリコン膜形成工程、（ｂ）メタライズ膜形成工程、（ｃ）はんだ材料及び金属ペースト素材の供給工程、及び（ｄ）セット工程をそれぞれ概念的に示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１～図５に基づいて説明する。なお、以下の説明における「上」「下」は、説明の理解を助けるために便宜的に規定したに過ぎず、実際の使用態様や載置態様を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る電子装置１の断面図である。この電子装置１は、電子部品２と、電子部品２を収容する気密パッケージ３とを備える。

電子部品２は、本実施形態では、例えば、赤外光Ｌを出射するレーザ素子である。レーザ素子としては、例えば量子カスケードレーザ素子が挙げられる。電子部品２が量子カスケードレーザ素子である場合、電子装置１は、例えばガス分析装置や精密加工装置として利用可能なように、図示しない他の必要な部品とともに構成される。また、電子部品２は赤外光Ｌを受光可能な受光素子であってもよい。受光素子としては、例えば、ボロメータ型、サーモパイル型、焦電型、量子型（Ｍｅｒｃｕｒｙ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ、ＩｎＳｂ、Ｔｙｐｅ III Ｓｕｐｅｒ－Ｌａｔｔｉｃｅ）など、用途に応じて適
切な素子を選択可能である。

気密パッケージ３は、電子部品２が主面４ａ上に設けられる基体４と、基体４の主面４ａ上に電子部品２を包囲するように配設された枠体５と、枠体５上に設けられた蓋体６と、枠体５と蓋体６との間に形成される接合部７とを備える。この場合、枠体５と蓋体６、及び接合部７が本発明に係る複合体８を構成する。

枠体５は、基体４の主面４ａ上に配設される筒状部５ａと、筒状部５ａの上端から中心側に向けて延びる内鍔部５ｂとを一体に有する。この場合、枠体５の上下方向下端側が基体４で閉塞されると共に、上下方向上端側が蓋体６で閉塞される。なお、枠体５（筒状部５ａ）は、本実施形態では、図２に示すように四角筒状をなしているが、円筒状や楕円筒状、または多角形筒状など他の形状をとることも可能である。

なお、筒状部５ａの上端面が、蓋体６の下面６ａとの間で十分な接合面積を確保可能な場合には、内鍔部５ｂを省略してもよい。この場合、筒状部５ａの上端面と蓋体６の下面６ａとの間に接合部７が形成される（図示は省略）。

基体４及び枠体５は、例えば、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックス、ガラス、ガラスセラミックス、シリコンなどのケイ素化合物、又はＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏなどを含む金属で形成される。本実施形態では、基体４と枠体５はともに金属で形成されている。なお、基体４及び枠体５を同じ材料で形成する場合、基体４及び枠体５を一体に形成してもよいし、別体に形成して一体化（接合）してもよい。基体４と枠体５（筒状部５ａ）とを接合する場合、レーザ接合、はんだ接合、ガラスフリット接合など任意の接合手段が採用可能である。

蓋体６は概して板状をなし、平坦な下面６ａを有する。この蓋体６は、平坦な下面６ａを枠体５の内鍔部５ｂの上面５ｃに載置した状態で接合されている。言い換えると、蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとの間に接合部７が形成されている。なお、蓋体６の形状は任意であり、蓋体６に要求される特性に応じて適宜設定される。例えば本実施形態では、蓋体６の中央側領域６ｃが赤外光透過用の窓として機能するように、下面６ａ及び上面６ｂの中央側領域６ａ２，６ｂ２が平坦状に形成されている。

蓋体６は、赤外光Ｌを透過可能なガラスで形成される。具体的に、赤外光Ｌを透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率が７０～９９％（好ましくは９０％以上）であり、かつ、０．４～０．８μｍ波長域での内部透過率が２％以下を示すガラスである。内部透過率は、例えば日立ハイテクサイエンス製ＵＨ－４１５０を用いて測定し得る。

上記特性を示すガラスの一例として、カルコゲナイドガラスを挙げることができる。この場合、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ ５０～８０％、Ｓｂ ０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ ０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ ０～２０％、Ｂｉ ０～２０％を含有していてもよい。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓの含有量は、モル百分率で、好ましくは５５％以上、より好ましくは６０％以上、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。ガラス中のＳの含有量が５０％未満になると、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＳの含有量が８０％を超えると、ガラスの耐候性が低下することにより、電子装置１の使用環境が制限される。これらの観点から、Ｓの含有量が適宜の数値範囲内に設定される。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓｂの含有量は、モル百分率で、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、好ましくは３５％以下、より好ましくは３３％以下である。ガラス中にＳｂを含有しない場合、または、その含有量が４０％を超えると、ガラス化し難くなる。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下である。ガラス中にＧｅを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＧｅの含有量が１８％を超えると、ガラス中からＧｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓｎの含有量は、モル百分率で、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。ガラス中のＳｎは、ガラス化を促進する成分である。しかし、ガラス中のＳｎの含有量が２０％を超えると、ガラス化し難くなる。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｂｉの含有量は、モル百分率で、好ましくは０．５％以上、より好ましくは２％以上、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。ガラス中のＢｉは、ガラスの溶融時に、原料がガラス化するのに必要なエネルギーを抑える成分である。一方、ガラス中のＢｉの含有量が２０％を超えると、ガラス中からＢｉ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。

上記の組成に限らず、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ ４～８０％、Ｇｅ ０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ ０～２０％を含有するものでもよい。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｔｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。ガラス中のＴｅの含有量が４％未満になると、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＴｅの含有量が８０％を超えると、ガラスからＴｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、好ましくは４０％以下、より好ましくは３０％以下である。ガラス中にＧｅを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＧｅの含有量が５０％を超えると、ガラスからＧｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。

カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇａの含有量は、モル百分率で、好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。ガラス中にＧａを含有することにより、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高めることができる。

蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとの間には、下面６ａと上面５ｃとを互いに接合する接合部７が形成される。ここで、接合部７は、図３に示すように、はんだ部９と金属粒子結合部１０とで構成される。すなわち、蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとは、はんだ部９を介して互いに接合されると共に、金属粒子結合部１０を介して互いに接合されている。本実施形態では、はんだ部９は、蓋体６の周縁全域にわたって設けられている。同様に、金属粒子結合部１０も、蓋体６の周縁全域にわたって設けられている。

また、本実施形態では、図３に示すように、はんだ部９が、金属粒子結合部１０の外側に設けられている。言い換えると、金属粒子結合部１０が蓋体６の中央側領域６ｃに対して相対的に近い側に設けられ、はんだ部９が蓋体６の中央側領域６ｃに対して相対的に遠い側に設けられている。

また、本実施形態では、はんだ部９と金属粒子結合部１０とが接している。図３に示すように、はんだ部９が金属粒子結合部１０の外側に設けられる場合、金属粒子結合部１０の外側部分とはんだ部９の内側部分とが互いに接している。これにより、後述する製造工程において、金属粒子結合部１０の金属原子が、はんだ部９に溶け込み拡散することが可能になるので、はんだ部９は融点上昇を起こし耐熱性が高まるだけでなく、延性が高くなることで耐衝撃性等の機械的特性が向上する。

はんだ部９の厚み寸法は、好ましくは１μｍ以上でかつ２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以上でかつ５０μｍ以下である。

同様に、金属粒子結合部１０の厚み寸法は、好ましくは１μｍ以上でかつ２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以上でかつ５０μｍ以下である。

はんだ部９の素材（はんだ材料）には、公知のはんだ材料が採用可能であり、例えばＩｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂの中から選択される１種以上の金属ではんだ部９を形成してもよい。また、比較的低温（例えば２５０℃未満）で使用（融解）可能なはんだ材料として、Ｓｎ－Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ－Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ－Ａｇ系はんだなどが好適である。

金属粒子結合部１０は、複数の金属粒子が相互に結合した構造をなす。この金属粒子には、任意の金属（合金を含む）で形成されたものが採用可能であり、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕの中から選択される１種以上の金属で形成される金属粒子が好適である。また、上記金属粒子の粒径についても原則として任意であり、マイクロレベル、又はナノレベルの金属粒子が採用可能である。

金属粒子結合部１０は、例えば上記構成の金属粒子と、溶剤とを含む素材（例えばペースト状の素材）を加熱し、溶剤を除去して金属粒子の焼結作用を促すことで得られる。この場合、加熱温度（金属粒子の焼結温度）は、金属粒子の組成、粒径、及びはんだ部９の融点を考慮して適宜設定される。すなわち、はんだ部９の融点（融解温度）よりも焼結温度が低くなるように、金属粒子の組成、粒径などを設定することが望ましい。

また、蓋体６の下面６ａは、本実施形態では、シリコン層１１を有する（図４を参照）。蓋体６を構成する赤外光透過ガラス（例えばカルコゲナイドガラス）は、他の物質との密着性や接合性に乏しいのに対し、シリコン層１１に対しては良好な密着性や接合性を示し得る。そのため、はんだ部９と蓋体６との間にシリコン層１１を介在させることで、蓋体６にはんだ部９を密着させることができる。

シリコン層１１は、例えば蒸着、スパッタにより、蓋体６の下面６ａのうち周縁領域６ａ１に形成される。この際、シリコン層１１は、周縁領域６ａ１の全域（全周）にわたって形成されるのがよい。シリコン層１１の厚み寸法は、好ましくは０．０１μｍ以上でかつ５μｍ以下、より好ましくは０．０３μｍ以上でかつ１μｍ以下、更に好ましくは０．０５μｍ以上でかつ０．５０μｍ以下である。

また、蓋体６の下面６ａは、本実施形態では、メタライズ層１２をさらに有する（図４を参照）。すなわち、この場合、蓋体６の下面６ａには、シリコン層１１が設けられ、かつシリコン層１１の表面にメタライズ層１２がさらに設けられた構造をなす。メタライズ層１２は、シリコン層１１（シリコン）に対して良好な密着性や接合性を示し得る。また、メタライズ層１２は、はんだ部９（はんだ）に対して良好な密着性や接合性を示し得る。よって、蓋体６の側から順に、シリコン層１１、メタライズ層１２、はんだ部９を設けることで、はんだ部９と接する枠体５と蓋体６とを強固に接合することができる。また、枠体５と蓋体６とで区画される空間（気密パッケージ３内の空間１３）の気密性を所要のレベルにまで高めることが可能となる。

メタライズ層１２は、例えば蒸着、スパッタにより、シリコン層１１の表面に形成される。この際、メタライズ層１２は、シリコン層１１表面の全域にわたって形成されるのがよい。メタライズ層１２の厚み寸法は、好ましくは０．１μｍ以上でかつ１０μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以上でかつ５μｍ以下、更に好ましくは０．５μｍ以上でかつ３μｍ以下である。

メタライズ層１２の素材には、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｏ及びこれらの合金が採用可能である。また、メタライズ層１２の構造についても特に制限はなく、上記素材からなる単層、又は異なる素材からなる多層構造を採用することが可能である。

なお、シリコン層１１を形成する前に、蓋体６の１つ以上の主面（下面６ａと上面６ｂの少なくとも一方）に反射防止膜を形成してもよい（図示は省略）。このことにより蓋体６を介する光の反射を抑制することが可能となる。反射防止膜としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、フッ化物、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びダイヤモンドライクカーボンの中から選択される少なくとも１種以上からなる膜が好ましい。反射防止膜は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。また、反射防止膜の厚みは、例えば、１．０μｍ以上でかつ５．０μｍ以下である。

次に、上記構成の複合体８、気密パッケージ３、及び電子装置１の製造方法の一例を、主に図５に基づいて説明する。

本実施形態に係る複合体８の製造方法は、蓋体６の表面にシリコン層１１を形成するシリコン層形成工程Ｓ１と、シリコン層１１の表面にメタライズ層１２を形成するメタライズ層形成工程Ｓ２と、枠体５の表面に接合部７の素材を供給する素材供給工程Ｓ３と、蓋体６を枠体５上の所定位置にセットするセット工程Ｓ４と、接合部７の素材を加熱して接合部７を形成する接合部形成工程Ｓ５とを具備する。また、気密パッケージ３及び電子装置１の製造方法は、上記工程Ｓ１～Ｓ５、及び基体４を枠体５に接合する接合工程Ｓ６をさらに具備する。以下、各工程Ｓ１～Ｓ６の詳細を順に説明する。

（Ｓ１）シリコン層形成工程
本工程Ｓ１では、所定の形状をなす蓋体６の表面、具体的には、下面６ａの周縁領域６ａ１に、シリコン層１１を形成する（図５（ａ）を参照）。例えば蒸着によりシリコン層１１を形成する場合、蒸着装置の真空容器内に蓋体６とシリコン素材を搬入し、真空雰囲気下でシリコン素材を加熱、蒸発させることで、蒸発したシリコン分子を蓋体６の下面６ａ（特に周縁領域６ａ１）に堆積させて、下面６ａ上に所定厚みのシリコン層１１を形成する。

（Ｓ２）メタライズ層形成工程
本工程Ｓ２では、工程Ｓ１で得た蓋体６の下面６ａに形成されたシリコン層１１の表面に、メタライズ層１２を形成する（図５（ｂ）を参照）。例えば蒸着によりメタライズ層１２を形成する場合、工程Ｓ１の場合と同様にして、シリコン層１１上に所定厚みのメタライズ層１２を形成する。これにより、下面６ａの周縁領域６ａ１に、シリコン層１１及びメタライズ層１２が重なり合った状態で形成された蓋体６が得られる。

（Ｓ３）素材供給工程
本工程Ｓ３では、接合対象となる枠体５の所定表面に、接合部７の素材を供給する。具体的には、まず図５（ｃ）に示すように、枠体５を用意する。そして、接合部７としてのはんだ部９の素材であるはんだ材料９ａを、枠体５の上面５ｃに供給する。この場合、上面５ｃの周方向全域にわたってはんだ材料９ａを供給する。また、接合部７としての金属粒子結合部１０の素材である金属ペースト素材１０ａを枠体５の上面５ｃに供給する。この場合も、上面５ｃの周方向全域にわたって金属ペースト素材１０ａを供給する。本実施形態では、はんだ材料９ａが金属ペースト素材１０ａの外側に位置し、かつはんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａとが接するように、はんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａの供給範囲を設定する。なお、本実施形態では、はんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａを、枠体５の上面５ｃに供給する場合を説明したが、はんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａを、工程Ｓ１又は工程Ｓ２で得た蓋体６の下面６ａに供給してもよい。

（Ｓ４）セット工程
本工程Ｓ４では、工程Ｓ２で作成された蓋体６を、工程Ｓ３で得られた枠体５上の所定位置にセットする。この際、蓋体６の下面６ａに設けたシリコン層１１及びメタライズ層１２の全域が、枠体５の上面５ｃに供給されたはんだ材料９ａ及び金属ペースト素材１０ａと接するように、蓋体６を水平方向に位置決めした状態で枠体５上の所定位置にセットする（図５（ｄ）を参照）。

（Ｓ５）接合部形成工程
上述のようにして蓋体６をセットした後、枠体５及び蓋体６を例えば加熱炉内に搬入し、所定の温度にまで加熱する。本実施形態では、まず枠体５上に供給された金属ペースト素材１０ａが接合力を発現可能な温度（すなわち焼結温度）にまで加熱する。これにより、金属ペースト素材１０ａ中の溶剤が除去されると共に、金属ペースト素材１０ａ中の金属粒子が凝集し、相互に焼結結合を生じる。この結果、金属粒子結合部（ここでは焼結金属部）１０が枠体５と蓋体６との間に形成される。

このようにして金属粒子結合部１０を形成した後、引き続き枠体５及び蓋体６をはんだ材料９ａが融解する温度にまで加熱昇温する。これにより、はんだ材料９ａが融解して、枠体５の上面５ｃと蓋体６の下面６ａ（ここではメタライズ層１２の表面）と密着した状態となる。然る後、加熱を停止し（又は降温し）、はんだ材料９ａを固化させる。この結果、枠体５及び蓋体６（ここではメタライズ層１２）と密着した状態のはんだ部９が、枠体５と蓋体６との間に形成され、枠体５と蓋体６、及び接合部７とで構成される複合体８が得られる。

なお、この際、はんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａとを接触させておくことで、金属ペースト素材１０ａが金属粒子結合部１０に形成される際に、金属粒子に含まれる金属原子が、液状化した状態のはんだ材料９ａ内に拡散する。これにより、はんだ部９の金属組織が変化し、例えば金属粒子を構成する金属の特性が寄与されることで、はんだ部９としての特性（融点、延性など）が改善する。具体的には、はんだ部９の融点が高くなることで耐熱性が向上し、また、延性が高くなることで耐衝撃性などの機械的特性が向上する。

（Ｓ６）接合工程
その後、電子部品２が実装された基体４の上に、複合体８の枠体５の筒状部５ａの下端面５ｄを設置する。この際、基体４と枠体５の下端面５ｄに、接合材としてのはんだ材料を塗布しておき、設置後、基体４と枠体５を、はんだ材料が融解する温度にまで加熱昇温する。これにより、はんだ材料が融解して、基体４と枠体５が密着した状態となる。然る後、加熱を停止し（又は降温し）、はんだ材料を固化させる。この結果、基体４と枠体５とに密着した状態のはんだ部９が、基体４と枠体５との間に形成され、基体４、枠体５、及び蓋体６から構成される気密パッケージ３、及び電子部品２が格納される気密パッケージ３である電子装置１が得られる（ともに図１を参照）。

あるいは、上述した手順以外にも、次のような工程を採用することも可能である。まず基体４と枠体５が一体化された構造物の基体４の上に電子部品２を準備しておく。そして、接合部７としてのはんだ部９の素材であるはんだ材料９ａを、枠体５の上面５ｃに供給し、接合部７としての金属粒子結合部１０の素材である金属ペースト素材１０ａを枠体５の上面５ｃに供給し、更に上面５ｃを覆うように蓋体６を設置する。その後、上記構造物と蓋体６を、例えば加熱炉内に搬入し、所定の温度にまで加熱し、その後、加熱を停止（又は降温）する。これにより、基体４、枠体５、及び蓋体６から構成される気密パッケージ３、及び電子部品２が格納される気密パッケージ３である電子装置１を得ることができる。これにより、中間体である複合体８を得る工程と、最終製品である気密パッケージ３（電子装置１）を得る工程を同時に行うことができる。なお、この場合にも、はんだ材料９ａと金属ペースト素材１０ａを、工程Ｓ１で得た蓋体６の下面６ａに供給してもよい。

以上述べたように、本実施形態に係る複合体８及び気密パッケージ３では、接合対象となる蓋体６と枠体５との間に、はんだ部９と金属粒子結合部１０とが設けられる。金属粒子結合部１０は融解に伴う相転移が生じないことから、接合時に実質的に位置ずれを生じるおそれがないので、セット工程Ｓ４において蓋体６の位置を保持した状態で、蓋体６を枠体５に接合することができる。また、蓋体６と枠体５との間にはんだ部９を設けることで、気密性の高いはんだ部９の効果により、蓋体６と枠体５とで区画される気密パッケージ３の内部空間１３を密封することができる。よって、本実施形態に係る複合体８及び気密パッケージ３では、蓋体６を枠体５上の所定位置に正確に固定することができると共に、気密パッケージ３の内部空間１３に優れた気密性を付与することができる。また、はんだ部９と金属粒子結合部１０とによって蓋体６と枠体５とを互いに接合しているので、蓋体６と枠体５との間で十分な大きさの接合力を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、金属粒子結合部１０を、蓋体６の周縁全域にわたって形成すると共に、はんだ部９を、金属粒子結合部１０の外側に設けるようにしたので、赤外光Ｌの透過領域となる蓋体６の中央側領域６ｃ側へのはんだ部９（はんだ材料９ａ）の流動を金属粒子結合部１０で抑止することができる。よって、はんだ部９が蓋体６の赤外光Ｌ透過領域に流れ込む事態を確実に防止して、赤外光Ｌの透過機能を担保することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る複合体とこの複合体を備えた気密パッケージ、並びに複合体の製造方法とこの複合体を備えた気密パッケージの製造方法は、上記実施形態には限定されることなく、本発明の範囲内で種々の形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、はんだ部９と金属粒子結合部１０をともに蓋体６の周縁全域にわたって形成した場合を例示したが、もちろんこの構成には限られない。例えばはんだ部９（はんだ材料９ａ）の赤外光Ｌ透過領域側への流れ込みを考慮しなくてよい場合、金属粒子結合部１０を蓋体６の周縁全域に設ける必要はなく、またはんだ部９よりも内側に設ける必要もない。すなわち、蓋体６の位置ずれ防止効果と枠体５との接合力発現効果を享受可能な限りにおいて、金属粒子結合部１０は任意の構成をとることが可能である。

また、上記実施形態では、接合部７側に配置される蓋体６の下面６ａを前面にわたって平坦な形状とした場合を例示したが、蓋体６の形態はこれには限られない。例えば図示は省略するが、接合部７の形成領域となる蓋体６の下面６ａの周縁領域６ａ１を、中央側領域６ａ２に比べて上面６ｂ側に近づけるように蓋体６を形成してもよい。言い換えると、蓋体６の周縁領域を中央側領域６ｃに比べて薄肉に形成してもよい。あるいは、蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃの少なくとも一方に環状溝を設けるなどして、はんだ部９（はんだ材料９ａ）の赤外光Ｌ透過領域側への流れ込みを防止可能な構成としてもよい。

また、以上の説明では、蓋体６の中央側領域６ｃが表裏ともに平坦で、赤外光Ｌをそのまま透過可能な窓として機能する場合を例示したが、これには限られない。例えば図示は省略するが、蓋体６の中央側領域６ｃがレンズとして機能するように、下面６ａ及び上面６ｂの中央側領域６ａ２，６ｂ２がそれぞれ所定の凹曲面又は凸曲面形状をなす場合に本発明を適用してもかまわない。

また、以上の説明では、電子部品２が、赤外光Ｌを出射するレーザ素子（例えば量子カスケードレーザ素子）である電子装置１に本発明を適用した場合を例示したが、もちろん本発明の適用対象はこれには限られない。例えば電子部品２が、赤外光Ｌを受光する受光素子である電子装置１にも本発明を適用することが可能である。

１ 電子装置
２ 電子部品
３ 気密パッケージ
４ 基体
４ａ 主面
５ 枠体
５ａ 筒状部
５ｂ 内鍔部
５ｃ 上面
５ｄ 下端面
６ 蓋体
６ａ 下面
６ａ１ 周縁領域
６ａ２，６ｂ２ 中央側領域
６ｂ 上面
６ｃ 中央側領域
７ 接合部
８ 複合体
９ はんだ部
９ａ はんだ材料
１０ 金属粒子結合部
１０ａ 金属ペースト素材
１１ シリコン層
１２ メタライズ層
１３ 内部空間
Ｌ 赤外光
Ｓ１ シリコン層形成工程
Ｓ２ メタライズ層形成工程
Ｓ３ 素材供給工程
Ｓ４ セット工程
Ｓ５ 接合部形成工程

Claims (12)

1. 枠体と、前記枠体上に設けられた蓋体とを備えた複合体であって、
   前記蓋体は、赤外光を透過可能なガラスで形成され、
   前記蓋体と前記枠体との間に、はんだ部と金属粒子結合部とが設けられ、前記はんだ部と前記金属粒子接合部とにより前記蓋体と前記枠体とが互いに接合されている複合体。
2. 前記金属粒子結合部は、前記蓋体の周縁全域にわたって形成されると共に、
   前記はんだ部は、前記金属粒子結合部の外側に設けられている請求項１に記載の複合体。
3. 前記はんだ部は、前記金属粒子結合部と接している請求項１又は２に記載の複合体。
4. 前記はんだ部は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕの中から選択される１種以上の金属で形成される請求項１～３の何れか一項に記載の複合体。
5. 前記金属粒子結合部の金属粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの中から選択される１種以上の金属で形成される請求項１～４の何れか一項に記載の複合体。
6. 前記赤外光を透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率が９０％以上のガラスである請求項１～５の何れか一項に記載の複合体。
7. 前記赤外光を透過可能なガラスは、カルコゲナイドガラスである請求項１～６の何れか一項に記載の複合部材。
8. 前記カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ ５０～８０％、Ｓｂ ０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ ０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ ０～２０％、Ｂｉ ０～２０％を含有する請求項７に記載の複合体。
9. 前記カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ ４～８０％、Ｇｅ ０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ ０～２０％を含有する請求項７に記載の複合体。
10. 前記蓋体の少なくとも一部は、赤外光を透過可能な窓である請求項１～９の何れか一項に記載の複合体。
11. 前記蓋体の少なくとも一部は、赤外光を透過可能なレンズである請求項１～１０の何れか一項に記載の複合体。
12. 主面を有する基体と、前記基体の前記主面上に設けられた請求項１～１１の何れか一項に記載の複合体とを備えた気密パッケージ。

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