JPWO2020012974A1

JPWO2020012974A1 - パッケージ、パッケージ製造方法、接合材付き蓋体、および接合材付き蓋体の製造方法

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Publication number: JPWO2020012974A1
Application number: JP2020530100A
Authority: JP
Inventors: 誠一伊澤; 亮太間嶌; 道幸中村; 佐々木　博; 博佐々木
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-08-02
Anticipated expiration: 2039-06-27
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Abstract

パッケージは、基材と、蓋体と、基材に蓋体を接合する接合層とを備え、前記接合層は、蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に形成された第一メタライズ層と、蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層されたろう材層と、を備え、蓋体との接合面における第一メタライズ層の帯幅が、ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とする。

Description

本発明は、パッケージ、パッケージ製造方法、接合材付き蓋体、および接合材付き蓋体の製造方法に関する。

従来、半導体等の素子を保護するべく、素子を封止したパッケージが開発されている。具体的には、セラミックス等から成る基材に素子を配置し、金属はんだやガラスペースト等の接合材を用いて蓋体を基材に接着することによりパッケージが構成される。

パッケージに用いられる基材、蓋体、および接合材の材料は、用途に応じたものが選択される。ここで、基材や蓋体と接合材との膨張係数の差が大きい場合、蓋体に過度の応力が作用し、各部材において破損、クラック、および剥離等が生じる場合があった。

このような問題を解決すべく、パッケージ基材と蓋体との間に複数の材料層を積層して接着を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１では、パッケージ基材と蓋体との間に高温封止材と接合層とが設けられ、接合層はメタライズ層および応力緩和層を備えている。

国際公開第２０１４／１４８４５７号

特許文献１では蓋体として金属蓋が用いられていたが、ＬＥＤ素子等の光学用途の素子をパッケージとして封止する場合、蓋体としては例えばガラス等の光透過性を有する基板が用いられる。

しかしながら、ガラスは脆性材料であるため、応力により破損し易く、従来技術のような多層構造を採用しただけでは、十分に破損を抑制できない場合があった。また、破損しないまでも、接合層と蓋体が剥離したり、封止の気密が破られる等の問題が生ずるおそれがあった。すなわち、従来の技術には改善の余地が残されていた。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ガラスを用いたパッケージにおいて破損等を抑制したパッケージ、パッケージ製造方法、接合材付き蓋体、および接合材付き蓋体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のパッケージは、基材と、蓋体と、基材に蓋体を接合する接合層とを備えたパッケージであって、接合層は、蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に形成された第一メタライズ層と、蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層されたろう材層と、を備え、第一メタライズ層の蓋体との接合面における帯幅が、ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とする。

このような構成によれば、蓋体に作用する応力を緩和し、破損等の発生を抑制可能である。
本発明のパッケージにおいて、第一メタライズ層の蓋体との接合面における帯幅が、ろう材層の帯幅の１．０２５〜２．０倍であることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、第一メタライズ層は、線熱膨張係数の異なる複数種の金属層を積層して備えてもよく、複数種の金属層は各々、積層位置が蓋体に近いほど、蓋体との２０〜４００℃における線熱膨張係数の差が小さいことが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、第一メタライズ層は複数種の金属層として、蓋体と接合する第一金属層と、第一金属層よりもろう材層側に設けられた第二金属層とを備え、第一金属層の帯幅が第二金属層の帯幅よりも大きいことが好ましい。

第一金属層の表面のうち第二金属層からはみ出した部分には濡れ防止層が設けられていてもよい。濡れ防止層は、第一金属層を構成する金属の酸化物であってもよい。
本発明のパッケージにおいて、第一メタライズ層は、複数の金属層として蓋体側から順に、Ｃｒ層、Ｎｉ層、Ａｕ層を備えることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、接合層は、基材に、所定帯幅を有する枠状に形成された第二メタライズ層をさらに備え、ろう材層が第一メタライズ層と第二メタライズ層との間に挟まれていることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、第二メタライズ層の基材との接合面における帯幅が、ろう材層の帯幅よりも大きいことが好ましい。
本発明のパッケージにおいて、第二メタライズ層の基材との接合面における帯幅が、第一メタライズ層の蓋体との接合面における帯幅の０．９〜１．１倍であることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、蓋体の第一メタライズ層が積層された主表面における最大引張応力が１０００ＭＰａ以下であることが好ましい。
本発明のパッケージにおいて、第一メタライズ層の厚みが１〜４μｍであり、ろう材層の厚みが５〜５０μｍであることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、蓋体は、ＳｉＯ_２を５５〜７５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３を１０〜３０質量％、ＣａＯを０〜５質量％、ＢａＯを０〜５質量％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏを１．０〜１５質量％含有するガラスから成り、厚みが３０〜５００μｍの平板状であることが好ましい。

本発明のパッケージにおいて、ろう材層が、Ａｕを１０〜８０質量％、Ｓｎを９０〜２０質量％含有する金属ろう材であることが好ましい。
本発明のパッケージにおいて、基材は、開口を構成する壁部を有する容器状を成し、蓋体は、開口を封鎖し、接合層は、壁部の頂端部と蓋体との間に設けられ、パッケージは、基材内に収容された電子素子をさらに備える、ことが好ましい。

本発明のパッケージ製造方法は、ガラス製の蓋体と基材とを接合する接合工程を備え、接合工程は、蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に第一メタライズ層を積層する工程と、ろう材層を蓋体とは逆側において第一メタライズ層に積層する工程と、を備え、第一メタライズ層の帯幅がろう材層の帯幅よりも大きくなるよう、第一メタライズ層およびろう材層を形成することを特徴とする。

本発明のパッケージは、換言すれば、基材と、蓋体と、ろう材層とを備えたパッケージであって、蓋体とろう材層との間、または、ろう材層と基材との間の少なくとも何れかに所定帯幅を有する枠状に形成されたメタライズ層を備え、メタライズ層の蓋体または基材との接合面における帯幅が、ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とし得る。

本発明の接合材付き蓋体は、蓋体と、蓋体を他部材に接合するための接合層とを備え、接合層は、蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に形成された第一メタライズ層と、蓋体とは逆側において第一メタライズ層に積層されたろう材層と、を備え、第一メタライズ層の蓋体との接合面における帯幅が、ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明の接合材付き蓋体の製造方法は、蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に第一メタライズ層を積層する工程と、ろう材層を蓋体とは逆側において第一メタライズ層に積層する工程と、を備え、第一メタライズ層の帯幅がろう材層の帯幅よりも大きくなるよう、第一メタライズ層およびろう材層を形成することを特徴とする。

本発明によれば、高い気密性を有しつつ、破損し難いパッケージ、パッケージ製造方法、接合材付き蓋体、および接合材付き蓋体の製造方法が得られる。

本発明の実施形態に係るパッケージの構成概要を示す断面図図１における接合層近傍の部分拡大図図２におけるメタライズ層近傍の部分拡大図本発明の実施形態に係るパッケージ製造方法の概略を示す断面図本発明の実施形態に係るパッケージ製造過程における基材の概要を示す平面図本発明の実施形態に係るパッケージ製造過程における蓋体の概要を示す平面図第１の変形例に係るメタライズ層近傍の部分拡大図第２の変形例に係るメタライズ層近傍の部分拡大図第３の変形例に係るメタライズ層近傍の部分拡大図

以下、本発明の実施形態に係るパッケージについて説明する。
本発明の実施形態に係るパッケージ１は、図１に示す通り基材２、蓋体３、および接合層４を備える。蓋体３は、接合層４を介して基材２と接合される。

基材２は、電子素子５を設置可能な部材である。本実施形態において、基材２は、電子素子５を収容可能な容器状を成す。基材２は、底部２Ｂおよび壁部２Ｓを備える。壁部２Ｓは、板状の底部２Ｂから立設した壁体である。壁部２Ｓの頂端部２Ｅにおいて接合層４が設けられ、基材２と蓋体３とが接合される。頂端部２Ｅは所定幅（図２に示す幅Ｗｓ）の平面を有するよう構成される。頂端部２Ｅの幅Ｗｓは例えば３００〜１０００μｍである。壁部２Ｓは、平面視（図１のＺ方向に視て）枠状に構成されている。基材２は、例えば窒化アルミニウムから成る。なお、基材２の材質としては、例えば、窒化ケイ素や、多層セラミックス焼結体等のパッケージ封止用途に用いられる任意の材料を選択或いは組み合わせて用いることができる。また、基材２には、電子素子５と接続される配線や回路を形成しても良い。

電子素子５としては、例えば、ＬＥＤ等の発光素子、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子、発振子、等の任意の素子を用いることができる。
蓋体３は、基材２と接合されるガラス製の部材である。本実施形態では、蓋体３は、基材２の開口を封止する平板状のガラス板である。蓋体３の厚みＴｇは、３０〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは２００〜５００μｍである。蓋体３の厚みが５００μｍ以下であれば、接合層４から受ける応力を緩和し易く、破損を抑制し易い。また、蓋体３の厚みが２００μｍ以上であれば、パッケージ用途として必要な機械的強度を確保できる。蓋体３の形状は、基材２の開口に応じた形状とすることが好ましい。本実施形態では、基材２の開口が矩形であるため、蓋体３も矩形板状である。なお、基材２の開口が、例えば円形である場合には、蓋体３の形状は円盤状とすることが好ましい。

蓋体３のガラス組成は任意に設定して良いが、例えば、電子素子５が紫外光を発光または受光する素子である場合、蓋体３は、ＳｉＯ_２を５５〜７５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３を１０〜３０％、ＣａＯを０〜５％、ＢａＯを０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏを１．０〜１５％含有するガラスであることが好ましい。このようなガラス組成であれば、高い紫外光透過性を得ることができる。

接合層４は、基材２と蓋体３とを接合する材料層である。接合層４は、頂端部２Ｅと蓋体３との間において、基材２の開口を囲うよう所定幅の帯枠状に形成される。本実施形態において、接合層４は、メタライズ層６およびろう材層７を備える。メタライズ層６としては、第一メタライズ層６ａ、および第二メタライズ層６ｂが含まれる。第一メタライズ層６ａ、および第二メタライズ層６ｂは各々、金属薄膜層である。ろう材層７は、例えば、ＡｕＳｎ合金ペースト等のろう材（接合材）を溶融および固化して成る層である。

接合層４は、蓋体３側から順に、第一メタライズ層６ａ、ろう材層７、第二メタライズ層６ｂを積層して構成される。換言すれば、ろう材層７は、蓋体３とは逆側において第一メタライズ層６ｂに積層されている。すなわち、ろう材層７は、蓋体３とは逆側において第一メタライズ層６ｂ上に形成されている。また、ろう材層７は、第一メタライズ層６ａと第二メタライズ層６ｂとの間に挟まれ形成されている。また、第二メタライズ層６ｂは、ろう材層７と頂端部２Ｅとの間に形成されている。

図２に示すように、蓋体３の主表面のうち、接合層４と接合する側の面、すなわち、第一メタライズ層６ａが積層された主表面近傍には、圧縮応力を有する圧縮応力領域３Ｃ、および引張応力を有する引張応力領域３Ｔが形成される。より詳細には、ろう材層７を形成する際に、ろう材を加熱および冷却することによって、ろう材が収縮し、隣接する第一メタライズ層６ａおよび蓋体３に圧縮応力が作用する。この際、蓋体３の主表面近傍には圧縮応力領域３Ｃが形成され、当該圧縮応力と応力バランスを取るように、圧縮応力領域３Ｃの両端（周囲）に引張応力領域３Ｔが形成される。なお、引張応力領域３Ｔの形成位置は、第一メタライズ層６ａの帯幅方向端部近傍と一致する。引張応力領域３Ｔの引張応力は、蓋体３の破損や、接合層３の剥離の原因となるため、小さいことが好ましい。具体的には、引張応力領域３Ｔの最大引張応力は１０００ＭＰａ以下であることが好ましく、より好ましくは８００ＭＰａ以下、さらに好ましくは５００ＭＰａ以下である。

第一メタライズ層６ａの蓋体３との接合面における帯幅Ｗｍａは、ろう材層７の帯幅Ｗｐよりも大きい。すなわち、第一メタライズ層６ａの帯幅の両端は各々、ろう材層７の帯幅の両端よりも外側にはみ出すよう形成されている。第一メタライズ層６ａの蓋体３との接合面における帯幅Ｗｍａは、ろう材層７の帯幅Ｗｐの１．０２５〜２．０倍であることが好ましい。このような構成とすることにより、接合層４から蓋体３へ作用する応力を緩和することができる。なお、第一メタライズ層６ａの蓋体３との接合面における帯幅Ｗｍａは、例えば１００μｍを超え５００μｍ未満である。また、ろう材層７の帯幅Ｗｐは、例えば１００〜５００μｍである。また、第一メタライズ層６ａの厚みＴｍａは１〜４μｍであることが好ましい。なお、ろう材層７の帯幅が厚さ方向に一定で無い場合には、厚さ方向の最大帯幅を、本発明におけるろう材層７の帯幅とするものとする。

第二メタライズ層６ｂの基材２（頂端部２Ｅ）との接合面における帯幅Ｗｍｂも、ろう材層７の帯幅Ｗｐよりも大きいことが好ましい。すなわち、第二メタライズ層６ｂの帯幅の両端は各々、ろう材層７の帯幅の両端よりも外側にはみ出すよう形成されていることが好ましい。より具体的には、第二メタライズ層６ｂの帯幅Ｗｍｂは、ろう材層７の帯幅Ｗｐの１．０２５〜２．０倍であることが好ましい。このような構成とすることにより、接合層４および基材２に生ずる応力を緩和し、接合層４にクラックが生じたり、剥離したりする等の不具合を抑制できる。なお、第二メタライズ層６ｂの帯幅Ｗｍｂは、第一メタライズ層６ａの帯幅Ｗｍａと同寸法であることが好ましい。具体的には、基材２（頂端部２Ｅ）との接合面における第二メタライズ層６ｂの帯幅Ｗｍｂは、蓋体３との接合面における第一メタライズ層６ａの帯幅Ｗｍａの０．９〜１．１倍であることが好ましく、より好ましくは０．９８〜１．０２倍であり、最も好ましくはＷｍｂ＝Ｗｍａである。

ろう材層７は、第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂに対して高い濡れ性を有する材質から成ることが好ましい。例えば、ろう材層７は、Ａｕを１０〜８０質量％、Ｓｎを９０〜２０質量％含有する金属ろう材であることが好ましい。なお、ろう材層７を構成する金属ろう材は、上記組成に限らず、任意の添加物やバインダー等を含んでもよく、あるいは、周知のクリーム半田や合金半田ペーストを用いることもできる。ろう材層７の厚みＴｐは、例えば、５〜５０μｍ、好ましくは１０〜４０μｍ、より好ましくは、１５〜２５μｍである。ろう材層７の厚みＴｐをこのように設定することによって、適度な封着作業性を確保しつつ、隣接する第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂおよび蓋体３および壁部２Ｓに作用する応力を低減することができる。

図３に示すように、第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂは各々、線熱膨張係数の異なる複数種の金属層を積層して備えることが好ましい。
第一メタライズ層６ａは、例えば、複数の金属層として蓋体３に近い方から順に、金属層６ａα、金属層６ａβ、金属層６ａγを備える。金属層６ａαの線熱膨張係数は金属層６ａβの線熱膨張係数よりも小さく、金属層６ａβの線熱膨張係数は金属層６ａγの線熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。このような構成によれば、蓋体３へ作用する応力を好適に緩和できる。金属層６ａαは、例えば、Ｃｒ層、或いはＴｉ層である。金属層６ａβは、例えば、Ｎｉ層、或いはＰｔ層である。金属層６ａγは、例えば、Ａｕ層、或いはＡｕＳｎ合金層である。なお、金属層６ａαの厚みは、０．０１〜０．３μｍであることが好ましい。また、金属層６ａβの厚みは、０．３〜３μｍであることが好ましい。また、金属層６ａγの厚みは、０．１〜１μｍであることが好ましい。

第二メタライズ層６ｂは、ろう材層７の厚み方向の中央部を基準として第一メタライズ層６ａと対称的に構成することが好ましい。具体的には、第二メタライズ層６ｂは、複数の金属層として基材２に近い側から順に、金属層６ｂα、金属層６ｂβ、金属層６ｂγを備える。金属層６ｂαの線熱膨張係数は金属層６ｂβの線熱膨張係数よりも小さく、金属層６ｂβの線熱膨張係数は金属層６ｂγの線熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。このような構成によれば、基材２或いは接合層４へ作用する応力を好適に緩和できる。金属層６ｂαは、例えば、Ｃｒ層、或いはＴｉ層である。金属層６ｂβは、例えば、Ｎｉ層、或いはＰｔ層である。金属層６ｂγは、例えば、Ａｕ層、或いはＡｕＳｎ合金層である。なお、金属層６ｂαの厚みは、０．０１〜０．３μｍであることが好ましい。また、金属層６ｂβの厚みは、０．３〜３μｍであることが好ましい。また、金属層６ｂγの厚みは、０．１〜１μｍであることが好ましい。

基材２の２０〜４００℃における線熱膨張係数は５〜７０×１０^−７／℃であることが好ましい。蓋体３の２０〜４００℃における線熱膨張係数は５〜７０×１０^−７／℃であることが好ましい。ろう材層７の２０〜４００℃における線熱膨張係数は１００〜２００×１０^−７／℃であることが好ましい。金属層６ａα、金属層６ａβ、金属層６ａγの２０〜４００℃における線熱膨張係数は各々、蓋体３のそれよりも大きく、且つ、ろう材層７のそれよりも小さいことが好ましい。また、金属層６ｂα、金属層６ｂβ、金属層６ｂγのろう材層７の２０〜４００℃における線熱膨張係数は各々、基材２のそれよりも大きく、且つ、ろう材層７のそれよりも小さいことが好ましい。

第一メタライズ層６ａを構成する複数の金属層（６ａα、６ａβ、６ａγ）は各々、積層位置が蓋体３に近いほど、蓋体３との２０〜４００℃における線熱膨張係数の差が小さいことが好ましい。例えば、蓋体３と金属層６ａαとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔａα、蓋体３と金属層６ａβとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔａβ、蓋体３と金属層６ａγとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔａγとした場合、Δａα＜Δａβ＜Δａγを満たすことが好ましい。このような構成によれば、各金属層間における分離（剥離）も抑制され、パッケージ１において高い気密性を得られる。

第二メタライズ層６ｂを構成する複数の金属層（６ｂα、６ｂβ、６ｂγ）は各々、積層位置が頂端部２Ｅに近いほど、基材２との２０〜４００℃における線熱膨張係数の差が小さいことが好ましい。例えば、基材２と金属層６ｂαとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔｂα、基材２と金属層６ｂβとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔｂβ、基材２と金属層６ｂγとの２０〜４００℃における線熱膨張係数の差をΔｂγとした場合、Δｂα＜Δｂβ＜Δｂγを満たすことが好ましい。このような構成によれば、各金属層間における分離（剥離）も抑制され、パッケージ１において高い気密性を得られる。

以下、上述した本発明のパッケージ１の製造方法について図４〜図６を用いて説明する。まず、基材２、および蓋体３を用意する。
基材２に対しては、図４、図５に示すように、まず、スパッタ法等を用いて基材２の頂端部２Ｅに第二メタライズ層６ｂを形成する。次いで、基材２内部へ電子素子５を設置する。

蓋体３に対しては、図４、図６に示すように、まず、スパッタ法等を用いて第一メタライズ層６ａを一方の主面に形成する。次いで、ろう材（接合材）をスクリーン印刷法により第一メタライズ層６ａの上に印刷（塗布）し、ろう材層７を形成する。これにより、接合材付き蓋体が得られる。この際、上述の通り、第一メタライズ層６ａの蓋体３との接合面における帯幅Ｗｍａが、ろう材層７の帯幅Ｗｐよりも大きくなるように第一メタライズ層６ａおよびろう材層７は形成される。なお、ろう材を塗布した後、熱処理により、ろう材を流動させたり溶媒を揮発させる処理等を施しても良い。

ろう材をスクリーン印刷する際の条件は、目標とするろう材層７の厚みＴｐおよび帯幅Ｗｐに応じて適宜設定してよい。例えば、線径２５〜４５μｍ、１８０〜２７０メッシュのメッシュマスクを使用してもよいし、硬度７０〜１００度のスキージをアタック角度５０〜７５°、速度１０〜２０ｍｍ／秒で移動させてもよい。

上記工程の後、図４に示すように、ろう材層７が第二メタライズ層６ｂに当接するように基材２と蓋体３とを当接させた状態でろう材層７を加熱および冷却して基材２と蓋体３とを接合する。ろう材の加熱方法としては、ヒーター加熱や、レーザー加熱等を用いることができる。

なお、メタライズ層６を形成する方法は上記に限られない。例えば、真空蒸着法等の周知の成膜方法を用いて形成しても良い。
また、ろう材層７を構成するろう材を塗布する方法は上記に限られない。例えば、ディスペンサ等の周知の塗布装置を用いて塗布しても良い。

また、上記実施形態では、基材２が一面において開口した直方体状の基材である場合を例示したが、基材２の形状は、例えば、有底円筒状の容器形状とすることも可能である。また、蓋体３と接合可能であれば基材２は容器状以外の形状であっても良い。例えば、基材２は、板状であっても良い。

また、上記実施形態では、蓋体３が平板状である場合を例示したが、基材２と接合可能であれば蓋体３は任意の形状として良い。例えば、蓋体３は、容器状であっても良く、ドーム状であっても良い。

（変形例）
上述の実施形態では、メタライズ層６を構成する各金属層の帯幅が同一である場合を一例として説明したが、メタライズ層６を構成する複数の金属層各々の帯幅が少なくとも一部、或いは全て異なる構成としても良い。

ろう材層７の流動性が高い場合、ろう材層７がメタライズ層６の帯幅方向端部を越えて過剰に濡れ広がってしまい、蓋体３あるいは基材２に過剰な応力が作用して破損したり、パッケージ１の寸法精度或いは気密性が損なわれる場合がある。このようなろう材層７の過剰な濡れ広がりを抑制するためには、例えば、図７〜図９に示すように、第一メタライズ層６ａにおいて、蓋体３と接合する金属層６ａαの帯幅が、金属層６ａαよりもろう材層７側に設けられた金属層６ａβおよび６ａγの少なくとも何れかの帯幅よりも大きくなるよう構成することが好ましい。特に、ろう材層７と接合する金属層６ａγの帯幅よりも金属層６ａαの帯幅が大きくなるよう構成することが好ましい。この場合、金属層６ａαの幅方向両端は、金属層６ａγの幅方向両端よりも外側にはみ出していることがさらに好ましい。このような構成によれば、ろう材層７の過剰な濡れ広がりを抑制し易くなり、応力破損の防止および寸法精度や気密性の向上効果を奏することができる。

ここで、第一メタライズ層６ａを構成する複数の金属層のうち蓋体３ともろう材層７とも接合しない中央部の金属層の帯幅は、隣接して積層される一方の金属層の帯幅と同一となるよう構成可能である。具体的には、図７に示すように、金属層６ａαの帯幅と金属層６ａβの帯幅とを同一とし、且つその双方を金属層６ａγの帯幅よりも大きくして良い。この場合、金属層６ａαおよび金属層６ａβの帯幅は、金属層６ａγの帯幅の１．０５〜２倍であることが好ましい。あるいは、図８に示すように、金属層６ａβの帯幅と金属層６ａγの帯幅とを同一とし、且つその双方よりも金属層６ａαの帯幅が大きくなる構成として良い。この場合、金属層６ａαの帯幅は、金属層６ａβの帯幅および金属層６ａγの帯幅の１．０５〜２倍であることが好ましい。このように、一部の金属層の帯幅を同一とすることにより、各金属層の成膜に用いるマスク等の部材を流用でき、パッケージ１の生産性を高めることができる。

さらに、図７に示す実施形態において、金属層６ａγよりも帯幅が大きい金属層６ａβの表面には、ろう材層７を構成するろう材に対する濡れ性の低い濡れ防止層Ｈａβが形成されていることが好ましい。濡れ防止層Ｈａβは、典型的には、金属層６ａβの表面のうち金属層６ａγからはみ出した部分の少なくとも一部が改質されて成る改質層により構成される。より詳細には、濡れ防止層Ｈａβは、金属層６ａβの表面のうち金属層６ａγからはみ出した部分の少なくとも一部が酸化されて成る金属酸化物により構成される。濡れ防止層Ｈａβは均一な層状に限らず、金属層６ａβの表面の所々に酸化されていない部分が残っていてもよい。濡れ防止層Ｈａβを設けることにより、ろう材層７の濡れ広がりをより一層抑制することができる。

同様に、金属層６ｂβの表面には、ろう材層７を構成するろう材に対する濡れ性の低い濡れ防止層Ｈｂβが形成されていることが好ましい。濡れ防止層Ｈｂβは、典型的には、金属層６ｂβの表面のうち金属層６ｂγからはみ出した部分の少なくとも一部が改質されて成る改質層により構成される。より詳細には、濡れ防止層Ｈｂβは、金属層６ｂβの表面のうち金属層６ｂγからはみ出した部分の少なくとも一部が酸化されて成る金属酸化物により構成される。濡れ防止層Ｈｂβは均一な層状に限らず、金属層６ｂβの表面の所々に酸化されていない部分が残っていてもよい。濡れ防止層Ｈｂβを設けることにより、ろう材層７の濡れ広がりをより一層抑制することができる。

濡れ防止層Ｈａβは、例えば、蓋体３に第一メタライズ層６ａを形成する工程の後、ろう材層７を形成する工程の前に、第一メタライズ層６ａを大気中で加熱することにより形成することができる。例えば、金属層６ａγがＡｕから成り、金属層６ａβがＮｉから成る場合、３３０〜３７０℃の大気中で１５〜４５分間加熱することにより、濡れ防止層Ｈａβとして酸化ニッケルから成る改質層が形成される。同様に、濡れ防止層Ｈｂβは、例えば、基材２に第二メタライズ層６ｂを形成する工程の後、ろう材層７と接合する工程の前に、第二メタライズ層６ｂを大気中で加熱することにより形成することができる。

なお、濡れ防止層Ｈａβ、Ｈｂβは、金属層６ａβ、６ｂβよりもろう材層７に対して濡れ難い膜材を金属層６ａβ、６ｂβの表面上に積層することにより構成しても良い。例えば、金属層６ａβ、６ｂβの表面のうち金属層６ａγ、６ｂγからはみ出した部分にそれぞれＦｅ等の金属膜を成膜することにより濡れ防止層Ｈａβ、Ｈｂβを構成しても良い。

同様に、図８に示す実施形態においては、金属層６ａα、６ｂαの表面のうち金属層６ａβ、６ｂβからはみ出した部分に濡れ防止層Ｈａα、Ｈｂαをそれぞれ形成することが好ましい。濡れ防止層Ｈａα、Ｈｂαの詳細は、上述の濡れ防止層Ｈａβ、Ｈｂβと同様である。

また、図９に示すように、第一メタライズ層６ａを構成する複数の金属層を各々、蓋体３に近いほど帯幅が大きく、ろう材層７に近いほど帯幅が小さくなるよう設定しても良い。このような構成によれば、ろう材層７の過剰な濡れ広がりをさらに好適に抑制できる。

なお、蓋体３と接合する金属層６ａαと、ろう材層７と接合する金属層６ａγとの間には、金属層６ａβ以外に１層以上の金属層をさらに設けても良い。金属層６ａαと金属層６ａγとの間に配される金属層の幅は、金属層６ａγの帯幅以上且つ金属層６ａα以下であることが好ましい。

同様に、第二メタライズ層６ｂにおいて、基材２（頂端部２Ｅ）と接合する金属層６ｂαの帯幅が、金属層６ｂαよりもろう材層７側に設けられた金属層６ｂβおよび６ｂγの少なくとも何れかの帯幅よりも大きくなるよう構成することが好ましい。特に、ろう材層７と接合する金属層６ｂγの帯幅より、金属層６ｂαの帯幅が大きくなるよう構成することが好ましい。このような構成によれば、ろう材層７の過剰な濡れ広がりを抑制し易くなり、応力破損の防止および寸法精度や気密性の向上効果を奏することができる。

さらに、第二メタライズ層６ｂを構成する複数の金属層のうち基材２ともろう材層７とも接合しない中央部の金属層の帯幅は、隣接して積層される一方の金属層の帯幅と同一となるよう構成可能である。具体的には、図７に示すように、金属層６ｂαの帯幅と金属層６ｂβの帯幅とを同一とし、且つその双方を金属層６ｂγの帯幅よりも大きくして良い。この場合、金属層６ｂαおよび金属層６ｂβの帯幅は金属層６ｂγの帯幅の１．０５〜２倍であることが好ましい。あるいは、図８に示すように、金属層６ｂβの帯幅と金属層６ｂγの帯幅とを同一とし、且つその双方よりも金属層６ｂαの帯幅が大きくなる構成として良い。この場合、金属層６ｂαの帯幅は、金属層６ｂβの帯幅および金属層６ｂγの帯幅の１．０５〜２倍であることが好ましい。このように、一部の金属層の寸法を同一とすることにより、成膜に用いるマスク等の部材を流用でき、パッケージ１の生産性を高めることができる。

また、図９に示すように、第二メタライズ層６ｂを構成する複数の金属層を各々、基材２（頂端部２Ｅ）に近いほど帯幅が大きく、ろう材層７に近いほど帯幅が小さくなるよう設定しても良い。このような構成によれば、ろう材層７の過剰な濡れ広がりをさらに好適に抑制できる。

なお、基材２（頂端部２Ｅ）と接合する金属層６ｂαと、ろう材層７と接合する金属層６ｂγとの間に設けられる金属層の幅は、金属層６ｂγの帯幅以上且つ金属層６ｂα以下であることが好ましい。

なお、金属層６ａγ、６ｂγの帯幅は各々、ろう材層７の帯幅Ｗｐ以上であることが好ましい。このような構成によれば、ろう材層７の過剰な濡れ広がりをさらに好適に抑制できる。

なお、図９に示す実施形態においても、金属層６ａβ、６ｂβの表面のうち金属層６ａγ、６ｂγからはみ出した部分および／または金属層６ａα、６ｂαの表面のうち金属層６ａβ、６ｂβからはみ出した部分に、上述の濡れ防止層Ｈａβ、Ｈｂβ、Ｈａα、Ｈｂαと同様の濡れ防止層がそれぞれ形成されていてもよい。

図３、図７〜図９に示す通り、第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂを構成する複数の金属層は各々、ろう材層７を中心として対称となるよう、寸法および／または材質が設定されることが好ましい。このような構成によれば、ろう材層７に基づく応力を第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂの各々にバランス良く分散させることが可能である。

なお、第一メタライズ層６ａおよび第二メタライズ層６ｂを構成する複数の金属層の各々は、寸法および／または材質が非対称となるよう設定することも可能である。例えば、第一メタライズ層６ａとして図７に記載の構成を採用し、第二メタライズ層６ｂとして図３の構成を採用しても良い。すなわち、金属層６ａγの帯幅のみをろう材層７と同一とし、他の金属層の帯幅は金属層６ａγよりも大きく且つ互いに同一として良い。

また、メタライズ層６を構成する金属層６ａα、６ａβ、６ａγ、６ｂα、６ｂβ、６ｂγは各々、積層位置がろう材層７から遠い金属層ほど、ろう材層７を構成するろう材に対する低い濡れ性を有することが好ましい。例えば、金属層６ａβのろう材に対する濡れ性は、金属層６ａγのろう材に対する濡れ性よりも低いことが好ましい。このような構成によれば、より一層、ろう材層７の過剰な濡れ広がりを抑制できる。

上記各実施形態においては蓋体３がガラス製である場合を例示したが、蓋体３は、例えば、セラミックス（特には単結晶セラミックス）や、樹脂（特には耐熱樹脂）などの他の任意の材質で構成して良い。
（実施例）
以下、本発明に係るパッケージのシミュレーション結果を実施例として説明する。なお、以下の実施例は単なる例示であって、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。

以下の通り、モデリングおよびシミュレーションを行った。なお、モデリングおよびシミュレーションはＡＮＳＹＳ社製ＡＮＳＹＳＭｅｃｈａｎｉｃａｌを用いて行った。まず、ＳｉＯ_２を６４質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を６．４質量％、Ｂ_２Ｏ_３を２１．５質量％、Ｎａ_２Ｏを６．２質量％、Ｋ_２Ｏを１．９質量％含有し、歪点が４２７℃であるガラスを蓋体３の弾性モデルとして用意し、それを使って表１に示す実施例１〜６及び比較例１の７つの試料（接合材付き蓋体）を作製した。具体的には、まず表１に記載の各寸法条件となるようメタライズ層６をモデリングした（ガラス製の蓋体上にメタライズ層を形成した）。なお、メタライズ層６は、金属層６ａαをＣｒ層、金属層６ａβをＮｉ層、金属層６ａγをＡｕ層としてモデリングした。次に、３０℃から３００℃にまで昇温した状態において、Ａｕを８０質量％、Ｓｎを２０質量％含むろう材をメタライズ層６の上に塗布し、その後、３０℃にまで降温することによりろう材層７を形成した態様をモデリングし、シミュレーションを行った。すなわち、このようにして得られたモデルにおける蓋体３の最大引張応力値を算出した。なお、蓋体３の２０〜４００℃における線熱膨張係数は４．２×１０^−６／℃、ろう材層７の２０〜４００℃における線熱膨張係数は１７．５×１０^−６／℃、Ｃｒ層の２０〜４００℃における線熱膨張係数は６．２×１０^−６／℃、Ｎｉ層の２０〜４００℃における線熱膨張係数は１３．３×１０^−６／℃、Ａｕ層の２０〜４００℃における線熱膨張係数は１４．２×１０^−６／℃であった。

実施例１〜６のシミュレーション結果は何れも、比較例１のシミュレーション結果よりも引張応力が小さく、蓋体の破損等を抑制可能と推定される。

本発明のパッケージおよびパッケージ製造方法は、例えば、各種素子を封止したパッケージおよびその製造方法等として利用可能である。

１パッケージ
２基材
２Ｓ壁部
２Ｅ頂端部
３蓋体
４接合層
５電子素子
６メタライズ層
６ａ第一メタライズ層
６ｂ第二メタライズ層
７ろう材層

Claims

基材と、蓋体と、前記基材に前記蓋体を接合する接合層とを備えたパッケージであって、
前記接合層は、
前記蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に形成された第一メタライズ層と、
前記蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層されたろう材層と、を備え、
前記第一メタライズ層の前記蓋体との接合面における帯幅が、前記ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とする、パッケージ。
前記蓋体はガラス製であり、
前記第一メタライズ層の前記蓋体との接合面における帯幅が、前記ろう材層の帯幅の１．０２５〜２．０倍である、請求項１に記載のパッケージ。
前記第一メタライズ層は、線熱膨張係数の異なる複数種の金属層を積層して備える、請求項１または２に記載のパッケージ。
前記複数種の金属層は各々、積層位置が前記蓋体に近いほど、前記蓋体との２０〜４００℃における線熱膨張係数の差が小さい、請求項３に記載のパッケージ。
前記第一メタライズ層は前記複数種の金属層として、
前記蓋体と接合する第一金属層と、
前記第一金属層よりもろう材層側に設けられた第二金属層とを備え、
前記第一金属層の帯幅が前記第二金属層の帯幅よりも大きい、請求項３または４に記載のパッケージ。
前記第一金属層の表面のうち前記第二金属層からはみ出した部分に濡れ防止層が設けられている、請求項５に記載のパッケージ。
前記濡れ防止層は、前記第一金属層を構成する金属の酸化物により構成される、請求項６に記載のパッケージ。
前記第一メタライズ層は、前記複数の金属層として前記蓋体側から順に、Ｃｒ層、Ｎｉ層、およびＡｕ層を備える、請求項３〜７の何れか一項に記載のパッケージ。
前記接合層は、前記基材に、所定帯幅を有する枠状に形成された第二メタライズ層をさらに備え、
前記ろう材層が前記第一メタライズ層と第二メタライズ層との間に挟まれている、請求項１〜８の何れか一項に記載のパッケージ。
前記第二メタライズ層の前記基材との接合面における帯幅が、前記ろう材層の帯幅よりも大きい、請求項９に記載のパッケージ。
前記第二メタライズ層の前記基材との接合面における帯幅が、前記第一メタライズ層の前記蓋体との接合面における帯幅の０．９〜１．１倍である、請求項９または１０に記載のパッケージ。
前記蓋体の前記第一メタライズ層が積層された主表面における最大引張応力が１０００ＭＰａ以下である、請求項１〜１１の何れか一項に記載のパッケージ。
前記第一メタライズ層の厚みが１〜４μｍであり、
前記ろう材層の厚みが５〜５０μｍである、請求項１〜１２の何れか一項に記載のパッケージ。
前記蓋体は、ＳｉＯ_２を５５〜７５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３を１０〜３０質量％、ＣａＯを０〜５質量％、ＢａＯを０〜５質量％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏを１．０〜１５質量％含有するガラスから成り、厚みが３０〜５００μｍの平板状である、請求項１〜１３の何れか一項に記載のパッケージ。
前記ろう材層が、Ａｕを１０〜８０質量％、Ｓｎを９０〜２０質量％含有する金属ろう材である、請求項１〜１４の何れか一項に記載のパッケージ。
前記基材は、開口を構成する壁部を有する容器状を成し、
前記蓋体は、前記開口を封鎖し、
前記接合層は、前記壁部の頂端部と前記蓋体との間に設けられ、
前記基材内に収容された電子素子をさらに備える、請求項１〜１５の何れか一項に記載のパッケージ。
ガラス製の蓋体と基材とを接合する接合工程を備えた、パッケージ製造方法であって、
前記接合工程は、
前記蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に第一メタライズ層を積層する工程と、
ろう材層を前記蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層する工程と、を備え、
前記蓋体との接合面における前記第一メタライズ層の帯幅が前記ろう材層の帯幅よりも大きくなるよう、前記第一メタライズ層および前記ろう材層を形成する、パッケージ製造方法。
蓋体と、前記蓋体を他部材に接合するための接合層とを備えた接合材付き蓋体であって、
前記接合層は、
前記蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に形成された第一メタライズ層と、
前記蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層されたろう材層と、を備え、
前記第一メタライズ層の前記蓋体との接合面における帯幅が、前記ろう材層の帯幅よりも大きいことを特徴とする、接合材付き蓋体。
ガラス製の蓋体と、前記蓋体を他部材に接合するための接合層とを備えた接合材付き蓋体の製造方法であって、
前記蓋体の主表面に、所定帯幅を有する枠状に第一メタライズ層を積層する工程と、
ろう材層を前記蓋体とは逆側において前記第一メタライズ層に積層する工程と、を備え、
前記蓋体との接合面における前記第一メタライズ層の帯幅が前記ろう材層の帯幅よりも大きくなるよう、前記第一メタライズ層および前記ろう材層を形成する、接合材付き蓋体の製造方法。