KR102421332B1

KR102421332B1 - 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드, 그리고 그것들의 제조 방법

Info

Publication number: KR102421332B1
Application number: KR1020180009787A
Authority: KR
Inventors: 하루노부 마츠이; 다이지츠 하라다; 마사키 다케우치
Original assignee: 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2022-07-18
Also published as: JP2018125379A; DK3354633T3; CN108376673A; EP3354633B1; US10865141B2; US20180215662A1; JP6702213B2; EP3354633A1; CN108376673B; TWI743301B; TW201840489A; KR20200067249A; EP3354633B8

Abstract

[해결 수단] 합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 금속막 또는 금속 화합물막을 갖고, 금속막 또는 금속 화합물막이 은 및 비스무트를 포함하고, 또한 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 합성 석영 유리 리드용 기재를 제조하고, 또한 금속막 또는 금속 화합물막 위에, 금속계 접착층을 형성함으로써 합성 석영 유리 리드를 제조한다.
[효과] 본 발명에 따르면, 자외선 영역 등 단파장 영역의 광학 소자를 수용하는 수용 부재와 접착한 경우라도, 장기간 안정적으로 접착 상태를 유지할 수 있고, 또한 응력이 가해지는 환경 하에 있어도 접착부가 파괴되는 일 없이, 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 광학 소자 패키지를 얻을 수 있는 합성 석영 유리 리드 및 그의 기재인 합성 석영 유리 리드용 기재를 제공할 수 있다.

Description

합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드, 그리고 그것들의 제조 방법 {MATERIAL FOR SYNTHETIC QUARTZ GLASS LID, SYNTHETIC QUARTZ GLASS LID, AND METHOD FOR PREPARING THEREOF}

본 발명은 광학 소자용 패키지, 예를 들어 UV-LED나, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, YAG FHG 레이저 등의 단파장에서 출력이 강한 레이저 광원 등의 광학 소자, 특히 자외선 영역의 광을 발광하는 광학 소자에 사용되는 광학 소자용 패키지에 바람직하고, 광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재를 메탈 시일할 때에 사용되는 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드, 그리고 그것들의 제조 방법에 관한 것이다.

수은 램프의 규제에 수반하여, 대체로서 짧은 파장, 특히 자외선 영역의 광을 낼 수 있는 UV-LED가 주목받고 있다. LED는 임의의 파장을 취출할 수 있고, 용도에 따른 파장의 LED가 개발되고 있다. 예를 들어, UV 영역인 265㎚의 파장은 세균의 DNA를 파괴하는 데 유효한 파장인 것이 알려져 있어, 265㎚의 파장의 광을 내는 UV-LED가 살균 용도로서 개발되고 있다. 그러나, 265㎚의 광학 소자가 안정적으로 공급되었다고 해도, 광학 소자를 밀봉하지 않고 사용하는 것은 어렵다.

LED를 포함하고, 적외 영역 등의 장파장의 광을 내는 광학 소자를 패키징할 때에는, 유리 등의 리드용 기재와 광학 소자가 배치되어 있는 수용체를 접합하는 접착제 또는 수지 몰드가 필요하다. 접착제 또는 수지 몰드로서는, 에폭시 수지계나 아크릴 수지계 등의 수지, 유리 프릿 등을 들 수 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 제2008-219854호 공보(특허문헌 1)에서는 마이크로렌즈를 접착할 때에 자외선 경화형 아크릴계 액상 수지 또는 열경화형의 수지를 접착제로서 사용하는 것이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2015-216322호 공보(특허문헌 2)에서는 유리 프릿을 사용하여, 세라믹스-유리의 이종 재료를 접착함으로써, 복합 패키지를 제조하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2015-018872호 공보(특허문헌 3)에서는 창 부재의 주면의 외주부 및 측면의 양쪽에 금속층을 형성함으로써, 밀봉성을 높이고, 창 부재의 코너에 가해지는 응력을 완화시키는 방법이 제안되어 있다. 이 방법을 사용하면, 기밀성이 높은 패키징을 행할 수 있다.

일본 특허 공개 제2008-219854호 공보 일본 특허 공개 제2015-216322호 공보 일본 특허 공개 제2015-018872호 공보

그러나, 일본 특허 공개 제2008-219854호 공보(특허문헌 1)에 기재된 방법에서는, 자외선 경화형 접착제이기 때문에, 자외선이 계속해서 닿으면, 접착제를 구성하고 있는 수지 내부의 가교가 지나치게 증가해 버려, 접착제가 취화된다. 그로 인해, 자외선 영역의 광학 소자의 패키징으로서는, 신뢰성이 낮다고 생각된다. 또한, 일본 특허 공개 제2015-216322호 공보(특허문헌 2)에 기재된 방법에서는, 접착 시에, 레이저를 사용하여 유리 프릿층을 소성하여 용착시키는 고온의 프로세스가 필요해지고 있고, 패키징되는 광학 소자를 파괴하는 것이 생각된다. 또한, 일본 특허 공개 제2015-018872호 공보(특허문헌 3)에 기재된 방법에서는, 충격에 의해 금속층이 박리된 경우, 주면의 외주부 및 측면의 어떤 금속층이 파괴되면, 응력을 완전히 억제할 수 없게 되고, 시일 전체가 붕괴되는 문제가 생각된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 자외선 영역의 광학 소자를 수용하는 수용 부재와 접착한 경우라도, 장기간 안정적으로 접착 상태를 유지할 수 있고, 또한 응력이 가해지는 환경 하에 있어서도 접착부가 파괴되는 일 없이, 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 광학 소자 패키지를 부여하는 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드, 그리고 그것들의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 은 및 비스무트를 포함하고, 또한 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 금속막 또는 금속 화합물막이, 합성 석영 유리에 대하여 높은 밀착성을 갖는 것을 알아냈다. 또한, 이와 같은 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 또한 금속계 접착층을 형성한 합성 석영 유리 리드를 사용하면, 자외선 영역의 광학 소자를 수용하는 수용 부재를 용이하게 메탈 시일할 수 있고, 폭넓은 종류의 금속계 접착제에 대하여 장기간 안정적으로 접착 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 응력이 가해지는 환경 하에 있어도, 금속막 또는 금속 화합물막이 응력을 흡수 또는 완화하고, 접착부가 박리되지 않는 것을 알아내고, 본 발명을 이루는 데 이르렀다.

따라서, 본 발명은 하기의 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드, 그리고 그것들의 제조 방법을 제공한다.

〔1〕 합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 금속막 또는 금속 화합물막을 갖고, 해당 금속막 또는 금속 화합물막이 은 및 비스무트를 포함하고, 또한 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔2〕 상기 금속막 또는 금속 화합물막이 상기 합성 석영 유리 기판의 주표면의 외주연부에 형성되어 있는 〔1〕에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔3〕 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 두께가 1 내지 20㎛인 〔1〕 또는 〔2〕에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔4〕 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 거칠기(Ra)가 2㎚ 이하인 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔5〕 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 평탄도가 10㎛ 이하인 〔1〕 내지 〔4〕 중 어느 하나에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔6〕 광학 소자 패키지용인 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔5〕 중 어느 하나에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재.

〔7〕〔1〕 내지 〔6〕 중 어느 하나에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재의 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 금속계 접착층을 더 갖는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드.

〔8〕 상기 금속계 접착층이, 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 〔7〕에 기재된 합성 석영 유리 리드.

〔9〕〔1〕 내지 〔6〕 중 어느 하나에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재를 제조하는 방법이며,

합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 은 및 비스무트와, 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 분산매를 포함하는 금속 페이스트를 도포하는 공정 및

도포된 금속 페이스트를 가열하고, 소결시킴으로써, 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법.

〔10〕 상기 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하기 위한 금속 페이스트 중의 은의 함유율이 65 내지 95질량％인 〔9〕에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법.

〔11〕〔9〕 또는 〔10〕에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법에 의해 형성된 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 금속계 접착층을 형성하기 위한 금속 페이스트를 도포하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드의 제조 방법.

〔12〕 상기 금속계 접착층을 형성하기 위한 금속 페이스트가, 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 분산매를 포함하는 〔11〕에 기재된 합성 석영 유리 리드의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 자외선 영역 등 단파장 영역의 광학 소자를 수용하는 수용 부재와 접착한 경우라도, 장기간 안정적으로 접착 상태를 유지할 수 있고, 또한 응력이 가해지는 환경 하에 있어도 접착부가 파괴되는 일 없이, 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 광학 소자 패키지를 얻을 수 있는 합성 석영 유리 리드용 기재를 제공할 수 있다. 본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재는 특히, 수은 램프 대체의 유력한 광학 소자인 UV-LED나 심자외 LED(DUV-LED) 등의 패키징재로서 유용하다. 또한, 본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재는 합성 석영 유리와는 이종 소재의 수용 부재와의 접착에 있어서, 폭넓은 종류의 금속계 접착제를 적용할 수 있고, 그 접착도 용이하다.

도 1은 본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재의 일례를 나타내고, (A)는 단면도, (B)는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 합성 석영 유리 리드의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 합성 석영 유리 리드를 사용하여 수용 부재에 광학 소자를 수용한 광학 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재는, 예를 들어 도 1의 (A) 및 (B)에, 각각, 단면도 및 평면도로서 나타낸 바와 같이, 합성 석영 유리 기판(1)의 표면 위, 예를 들어 합성 석영 유리 기판(1)의 주표면의 외주연부에, 금속막 또는 금속 화합물막(2)이 형성된 것이다. 이 금속막 또는 금속 화합물막은 합성 석영 유리 기판의 주표면 이외에 측면에 형성되어 있어도 되지만, 주표면만, 특히, 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재와 접하는 한쪽의 주표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 금속막 또는 금속 화합물막은, 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 합성 석영 유리 기판의 중앙부로부터 광을 취출할 수 있도록, 합성 석영 유리 기판의 주표면의 외주연부에 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 합성 석영 유리 기판의 외주연까지 형성되어 있을 필요는 없다. 또한, 금속막 또는 금속 화합물막은 합성 석영 유리 기판의 중앙부에, 광을 취출할 수 있는 상응의 범위가 확보되는 위치에, 기밀 밀봉하는 데 충분한 형상 및 면적으로 형성되어 있으면 된다.

합성 석영 유리 기판의 형상은 평판상, 요철 형상을 갖는 구면상, 요철 형상을 갖는 비구면상의 어느 것이어도 된다. 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재를 단순하게 밀봉할 목적이라면, 비용면 및 취급의 간편함의 관점에서, 평판상의 것이 바람직하다. 한편, 광학 소자로부터 발해지는 광을 효율적으로 취출하고자 하는 경우는, 광학 계산에 기초하여 설계된 요철 형상을 갖는 단순한 평볼록 렌즈 형상, 평오목 렌즈 형상, 볼록 메니스커스 렌즈 형상 등의 구면상이나 비구면상의 것이 바람직하다. 합성 석영 유리 기판의 두께는 적절히 선택할 수 있지만, 접착 시에 발생하는 응력 등의 관점에서, 바람직하게는 0.1㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.2㎜ 이상이고, 바람직하게는 5㎜ 이하, 보다 바람직하게는 4㎜ 이하이다.

합성 석영 유리 기판의 표면 위에 형성되는 금속막 또는 금속 화합물막은 자외선에 대하여 내성이 높은 물질이고, 통상, 금속에 대하여 습윤성이 나쁜 합성 석영 유리에 대하여, 후술하는 금속계 접착층을 형성 가능한 견고한 하지층으로서 기능한다. 그 결과, 이종 소재인 수용 부재와 접합한 경우라도, 금속막 또는 금속 화합물막과 다른 열팽창 계수를 갖는 합성 석영 유리 기판으로부터 발생하는 응력을 흡수 또는 완화하고, 합성 석영 유리 기판의 표면으로부터 금속막 또는 금속 화합물막이 박리되지 않고, 기밀 밀봉이 우수한 메탈 시일을 구축할 수 있다. 이에 의해, 자외선 등의 단파장의 광학 소자에 대하여 장기간 안정된 패키지를 얻을 수 있다.

일반적으로, 유리와 금속의 접합에 있어서의, 접합 강도는 습윤성에 의존하는 것이 알려져 있다. 여기서, 공유 결합인 유리와, 금속 결합의 금속에서는 애당초 결합 방식이 다르고, 상성이 나쁘다. 소다석회 유리나 붕규산 유리 등의 금속 원소를 결정 구조 내에 포함하는 유리종이라면, 양극 접합에 의해, 유리 표면 위에 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 방법이 생각된다. 그러나, 합성 석영 유리는 금속 원소 등의 불순물을 포함하지 않는 SiO₂를 포함하는 비정질이기 때문에, 양극 접합을 할 수 없고, 합성 석영 유리의 표면 위에, 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 것은 통상 곤란하다. 한편, 일반적인 땜납이나 납땜재의 금속계 접착제에 의해, 합성 석영 유리의 표면 위에 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하고자 하면, 고온 또는 고습 환경 하에서, 계면으로부터 금속막 또는 금속 화합물막이 박리되는 것이 생각된다.

이와 같은 관점에서, 본 발명의 금속막 또는 금속 화합물막의 금속종으로서는, 합성 석영 유리 기판의 표면에 대하여 습윤성이 높고, 합성 석영 유리 기판의 표면에 간극 없이, 얼룩 없이 부착되고, 계면의 인장 강도가 강해지는 금속이 바람직하고, 본 발명에 있어서는, 금속막 또는 금속 화합물막으로서, 은 및 비스무트를 포함하고, 또한 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것이 사용된다.

본 발명의 금속막 또는 금속 화합물막은 은 및 비스무트를 필수 성분으로서 포함한다. 은은 큰 연성을 갖기 때문에, 열팽창 계수가 다른 이종의 재료의 접합 시에 발생하는 응력을 흡수 또는 완화하는 것이 가능하다. 또한, 은은 환경 부하 물질이 아니고, 공급량이 풍부하고, 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 점에 있어서도 유리하다. 비스무트는 단체이고 융점이 271.3℃로 낮고, 산화물 생성 자유 에너지가 -494kJ/mol로 비교적 낮아 산화되기 쉽기 때문에, 합성 석영 유리와는 산화물끼리의 접합이 되고, 밀착성이 높아지기 쉽다. 이 관점에서, 금속 화합물막으로서는, 금속 산화물막이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 금속의 결정 구조 내에 공극을 만드는 것에 의해 유연성을 갖게 하고, 합성 석영 유리를 다른 부재에 접합했을 때에 발생하는 응력을 보다 흡수 또는 완화할 수 있는 관점에서, 금속막 또는 금속 화합물막이, 은 및 비스무트 외에, 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함한다. 금속막 또는 금속 화합물막 중의 다른 성분으로서는, 금속막의 경우는, 다른 금속 원소를 포함하고 있어도 되지만, 인 및 불순물을 제외하고, 은 및 비스무트를 포함하는 상기 5종의 원소만을 포함하는 것(즉, 은과, 비스무트와, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소만을 포함하는 것)이 바람직하다. 한편, 금속 화합물막의 경우도, 다른 금속 원소를 포함하고 있어도 되고, 또한 후술하는 소성 시의 분위기 가스 유래의, 예를 들어 탄소, 산소, 질소, 수소 등의 경원소를 포함하고 있어도 되지만, 금속 화합물막이 금속 산화물막인 경우는, 산소를 필수로 한다.

금속막 또는 금속 화합물막의 두께는 형성 시, 구체적으로는, 후술하는 금속 페이스트의 가열, 소결 시의 금속막 또는 금속 화합물막의 수축을 균일하게 하는 관점에서, 바람직하게는 1㎛ 이상, 보다 바람직하게는 5㎛ 이상이고, 바람직하게는 30㎛ 이하, 보다 바람직하게는 25㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 두께는 레이저 표면 변위계(예를 들어, KS-1100(키엔스 가부시키가이샤제)) 등에 의해 측정할 수 있다.

금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 거칠기(Ra)는 충분한 접착 능력이 얻어지도록 하는 관점에서, 바람직하게는 2㎚ 이하, 보다 바람직하게는 1.5㎚ 이하이다. 표면의 거칠기는 표면 조도 측정기(예를 들어, 서프콤 480A(도쿄 세이미츠 가부시키가이샤제)) 등에 의해 측정할 수 있다.

금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 평탄도는 금속계 접착제를 적층했을 때에, 금속계 접착제가 유출되지 않도록 하는 관점에서, 바람직하게는 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 6㎛ 이하이다. 평탄도는 촉진식 프로파일러(예를 들어, Alpha-Step D-600(KLA 텐코르사제)) 등에 의해 측정할 수 있다.

금속막 또는 금속 화합물막은, 예를 들어 은 및 비스무트와, 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 또한 분산매를 포함하는 금속 페이스트를, 합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 예를 들어 디스펜서, 스크린 인쇄 등의 방법에 의해 도포한 후, 도포된 금속 페이스트를 가열하고, 소결시킴으로써 형성할 수 있다. 이 가열 시, 분산매는 증발, 연소 등에 의해 제거된다.

금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 금속 페이스트 중의 은의 비율(함유율)은 합성 석영 유리 리드를 다른 부재에 접합했을 때에 발생하는 응력을 흡수 또는 완화하는 관점에서, 바람직하게는 65질량％ 이상, 보다 바람직하게는 70질량％ 이상이고, 바람직하게는 95질량％ 이하, 보다 바람직하게는 85질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 80질량％ 이하이다. 또한, 금속 페이스트 중의 비스무트의 비율(함유율)은 금속계 접착층을 형성 가능한 견고한 하지층으로서, 밀착성을 높이는 관점에서, 바람직하게는 1질량％ 이상, 보다 바람직하게는 5질량％ 이상이고, 바람직하게는 30질량％ 이하, 보다 바람직하게는 25질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 20질량％ 이하이다. 한편, 금속 페이스트 중에 있어서의 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로부터 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소의 비율(함유율)은 바람직하게는 0.5질량％ 이상, 보다 바람직하게는 1질량％ 이상이고, 바람직하게는 10질량％ 이하, 보다 바람직하게는 5질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 3질량％ 이하이다.

분산매로서는, 유기 용매가 바람직하고, 유기 용매로서는, 금속 페이스트 중에서, 금속 입자끼리가 결합하지 않도록 하는 것에 더하여, 가열, 소결 시에 균일한 막을 형성할 수 있도록 하는 관점에서, 입체적 구조가 크고, 극성이 적은, 나프텐계 탄화수소, 탄소수 8 내지 12의 장쇄 알킬의 알코올 등이 바람직하다. 또한, 금속 페이스트의 점도를 고려하면, 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 금속 페이스트 중의 분산매의 함유율은 통상, 바람직하게는 3질량％ 이상, 보다 바람직하게는 5질량％ 이상이고, 바람직하게는 25질량％ 이하, 보다 바람직하게는 20질량％ 이하이다.

또한, 금속 페이스트로부터, 가열, 소결에 의해, 구성 금속 입자가 균일하게 분산된 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하기 위해, 금속 페이스트 중의 각 금속 입자의 1차 입자 직경은, 바람직하게는 5㎚ 이상, 보다 바람직하게는 10㎚ 이상이고, 바람직하게는 80㎚ 이하, 보다 바람직하게는 60㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 40㎚ 이하이다. 금속 입자의 1차 입자 직경은 입자 직경 측정기(예를 들어, ELSZ-1000ZS(오츠카 덴시 가부시키가이샤제)) 등에 의해 측정할 수 있다.

금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 금속 페이스트의 20℃에 있어서의 점도는 디스펜서, 스크린 인쇄 등으로 도포하는 관점에서, 바람직하게는 100㎩ㆍs 이상, 보다 바람직하게는 120㎩ㆍs 이상이고, 바람직하게는 270㎩ㆍs 이하, 보다 바람직하게는 200㎩ㆍs 이하, 더욱 바람직하게는 160㎩ㆍs 이하이다. 점도는 점도계(예를 들어, 디지털 핸디 점도계 TVC-7(도키 산교 가부시키가이샤제)) 등에 의해 측정할 수 있다.

도포된 금속 페이스트를 가열하고, 소결시키는 처리의 온도는 바람직하게는 400℃ 이상, 보다 바람직하게는 430℃ 이상이고, 바람직하게는 550℃ 이하, 보다 바람직하게는 500℃ 이하이다. 또한, 이 처리의 시간은 통상 45 내지 90분이다. 또한, 이 처리에 있어서의 분위기는 대기 분위기, 불활성 가스 분위기, 질소 가스 분위기 등을 들 수 있고, 특히 금속 산화물막을 형성하는 경우는, 대기 분위기 등의 산소 가스를 포함하는 분위기가 적용된다.

본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재는 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 금속계 접착층을 더 형성하고, 합성 석영 유리 리드로 할 수 있다. 합성 석영 유리 리드로서 구체적으로는, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 합성 석영 유리 기판(1)의 표면 위, 예를 들어 합성 석영 유리 기판(1)의 주표면의 외주연부에 형성된 금속막 또는 금속 화합물막(2)의 표면 위에, 금속계 접착층(3)을 갖는 것을 들 수 있다. 이와 같은 합성 석영 유리 리드를 사용하면, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 합성 석영 유리 기판(1)과, 광학 소자(5)가 수용되어 있는 수용 부재(4) 사이에서, 광학 소자용 패키지를 구성하고, 금속막 또는 금속 화합물막(2) 및 금속계 접착층(3)을 통한 메탈 시일에 의한 기밀 밀봉을 실현한 광학 소자 패키지로 할 수 있다. 또한, 도 3 중, 6은 반사판이다.

금속계 접착층은 하지층인 금속막 또는 금속 화합물막에 대하여 습윤성이 양호하고, 금속 결합을 형성하는 것이 바람직하다. 금속막 또는 금속 화합물막과의 상성, 접착하는 수용 부재나, 금속막 또는 금속 화합물막과의 열팽창 계수의 차 등을 고려하면, 금속계 접착층은 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 하지층인 금속막 또는 금속 화합물막을 구성하고 있는 금속과의 상성을 생각하면, 은, 주석, 텔루륨이 바람직하고, 특히 은을 필수 성분으로서 포함하는 것이 바람직하다.

금속계 접착층은, 예를 들어 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 또한 분산매를 포함하는 금속 페이스트를, 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 예를 들어 디스펜서, 스크린 인쇄 등의 방법에 의해 도포함으로써 형성할 수 있다.

금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트 중의 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소의 합계의 비율(함유율)은 바람직하게는 80질량％ 이상, 보다 바람직하게는 85질량％ 이상이고, 바람직하게는 95질량％ 이하, 보다 바람직하게는 90질량％ 이하이다. 특히, 하지층인 금속막 또는 금속 화합물막과의 상성, 금속 원소의 열팽창률차를 고려하면, 금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트 중의 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소의 합계에 대한 은의 비율은 바람직하게는 50질량％ 이상, 보다 바람직하게는 70질량％ 이상이고, 바람직하게는 100질량％ 이하, 보다 바람직하게는 85질량％ 이하이다.

분산매로서는, 유기 용매가 바람직하고, 유기 용매로서는, 금속 페이스트 중에서, 금속 입자끼리가 결합하지 않도록 함으로써, 가열 시에 균일한 층을 형성할 수 있도록 하는 관점에서, 입체적 구조가 크고, 극성이 적은, 나프텐계 탄화수소, 탄소수 8 내지 12의 장쇄 알킬의 알코올 등이 바람직하다. 또한, 금속 페이스트의 점도를 고려하면, 금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트 중의 분산매의 함유율은, 통상, 바람직하게는 3질량％ 이상, 보다 바람직하게는 5질량％ 이상이고, 바람직하게는 20질량％ 이하, 보다 바람직하게는 15질량％ 이하이다.

또한, 금속막 또는 금속 화합물막과 밀하게 접착시키는 것을 생각하면, 금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트 중의 금속 입자는 나노 입자의 상태로 존재하고 있는 것이 바람직하다. 구체적인 1차 입자 직경은 바람직하게는 5㎚ 이상, 보다 바람직하게는 10㎚ 이상이고, 바람직하게는 80㎚ 이하, 보다 바람직하게는 60㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 40㎚ 이하이다. 금속 입자의 1차 입자 직경은 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하기 위한 금속 페이스트 중의 금속 입자와 동일한 방법으로 측정할 수 있다.

금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트의 20℃에 있어서의 점도는 디스펜서, 스크린 인쇄 등으로 도포하는 관점, 또한 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위로부터 유출되지 않도록 하는 관점에서, 바람직하게는 80㎩ㆍs 이상, 보다 바람직하게는 120㎩ㆍs 이상, 더욱 바람직하게는 150㎩ㆍs이상이고, 바람직하게는 300㎩ㆍs 이하, 보다 바람직하게는 250㎩ㆍs 이하이다. 점도는 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하기 위한 금속 페이스트와 동일한 방법으로 측정할 수 있다. 특히, 점도가 낮은 경우는, 틱소트로픽성을 갖는 것이면 더 좋다.

금속계 접착층의 두께는 접착하는 수용 부재의 재질이나, 광학 소자 패키지의 형태에 따라 적절히 설정되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상, 바람직하게는 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상이고, 바람직하게는 70㎛ 이하, 보다 바람직하게는 60㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 두께는 금속막 또는 금속 화합물막과 동일한 방법으로 측정할 수 있다.

금속계 접착층의 폭은 금속막 또는 금속 화합물막의 폭과 동일해도 되지만, 합성 석영 유리 리드는 수용 부재와의 접합의 위치 결정을 위해, 접착 시에 가압하는 경우가 많은 것을 고려하면, 금속계 접착층의 폭은 금속막 또는 금속 화합물막의 폭보다 좁은 것이 바람직하고, 금속계 접착층의 폭은 바람직하게는 금속막 또는 금속 화합물막의 80 내지 95％, 보다 바람직하게는 85 내지 95％, 더욱 바람직하게는 90 내지 95％이다.

금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트는 합성 석영 유리 리드와, 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재를 접착하기 직전에, 금속막 또는 금속 화합물막이 형성되어 있는 합성 석영 유리 기판의 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에 형성해도 되지만, 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에 금속계 접착층을 미리 형성해 두는 경우는, 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에 도포된 금속 페이스트를, 페이스트가 유출되지 않을 정도로, 바람직하게는 100 내지 150℃이고, 바람직하게는 5분 내지 30분 가열하여, 반경화 상태(B-Stage)로 해 두어도 된다.

LED에 보이는 바와 같이, 광학 소자로부터 발해지는 열이 패키징 내에 가득 차 고온 상태가 되면, 광학 소자의 발광 효율의 퍼포먼스가 저하된다. 따라서, 고출력을 목표로 하고 있는 광학 소자용 패키지에 있어서의 수용 부재는, 예를 들어 방열성이 양호한 알루미나계 세라믹스, 질화알루미나계 세라믹스 또는 그것들에 금이나 구리 등의 금속 도금을 한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

금속계 접착층을 형성한 합성 석영 유리 리드는 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재와 금속계 접착층을 접촉시키고, 접착 위치를 정한 후, 합성 석영 유리 리드와 수용 부재를 가열함으로써, 양자를 접착할 수 있다. 이 가열 처리의 온도(본 경화 온도)는 수용 부재에 수용되어 있는 광학 소자의 내열성의 관점에서, 바람직하게는 150 내지 280℃이고, 가열 처리의 시간은 바람직하게는 10 내지 60분간이다. 이때, 가압도 동시에 행하는 것이 바람직하고, 이 처리에 있어서의 분위기는 대기 분위기, 불활성 가스 분위기, 질소 가스 분위기 등이 적용된다. 또한, 금속계 접착층을 형성하는 금속 페이스트가 반경화 상태(B-Stage)의 합성 석영 유리 리드인 경우, 금속계 접착층이 가열에 의해 접착층 부분이 찌부러지고, 금속계 접착층에 포함되어 있는 금속 입자가 밀하게 결합함으로써, 기밀성이 높은 시일을 구축하는 것이 가능해진다.

본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드는 광학 소자 패키지용으로서 바람직하고, 본 발명의 합성 석영 유리 리드용 기재 및 합성 석영 유리 리드는 바람직하게는 400㎚ 이하, 보다 바람직하게는 350㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하의 파장의 광, 구체적으로는, UV-A 영역, UV-B 영역, UV-C 영역 등의 자외광을 발광 가능한 광학 소자를 수용하는 광학 소자 패키지에 사용할 수 있다. 400㎚ 이하의 파장의 광을 발광 가능한 소자의 예로서는, UV-LED, DUV-LED, ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, YAG FHG 레이저 등을 들 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼(4인치φ(약 101.6㎜φ), 두께 0.2㎜)를, 유성 운동하는 양면 랩 연마기로 랩 연마한 후, 유성 운동을 하는 양면 폴리쉬 연마기로 경면 연마하여, 합성 석영 유리 기판을 얻었다.

1차 입자 직경이 5 내지 20㎚인 은을 70질량％, 1차 입자 직경이 15 내지 40㎚인 비스무트를 10질량％, 1차 입자 직경이 20 내지 40㎚인 주석을 2질량％ 및 분산매로서 1-데칸올을 18질량％ 포함하고, 금속 입자가 나노 입자로 분산되어 있는 금속 페이스트(20℃에 있어서의 점도 140㎩ㆍs)를 제조했다. 얻어진 금속 페이스트를, 합성 석영 유리 기판의 주표면의 외주연부 위에 창틀 형상으로 도포할 수 있도록 제작한 스크린 마스크를 사용하여, 스크린 인쇄에 의해, 선 폭 400㎛, 막 두께가 10㎛가 되도록 도포했다. 이어서, 금속 페이스트가 도포된 합성 석영 유리 기판을, 대기 분위기, 450℃의 전기로 내에 60분간 넣고, 도포한 금속 페이스트를 가열하고, 소결시키고, 금속 산화물막으로 하여 합성 석영 유리 리드용 기재를 얻었다. 금속 산화물막의 표면의 거칠기(Ra)는 1.4㎚, 평탄도는 4.8㎛였다.

계속해서, 1차 입자 직경이 5 내지 15㎚인 은을 80질량％, 1차 입자 직경이 20 내지 35㎚인 주석을 10질량％, 분산매로서 1-옥탄올을 10질량％ 포함하고, 금속 입자가 나노 입자로 분산되어 있는 금속 페이스트(20℃에 있어서의 점도 100㎩ㆍs)를 상기에서 얻어진 금속 산화물막 위에, 스크린 인쇄에 의해, 선 폭 350㎛, 막 두께가 30㎛가 되도록 도포하여, 금속계 접착층을 형성했다. 이어서, 금속계 접착층이 형성된 합성 석영 유리 기판을, 대기 분위기, 130℃의 핫 플레이트 위에서 20분간 데우고, 금속계 접착층을 반경화 상태(B-Stage)로 하고, 다이싱 커트함으로써, 한 변이 3.5㎜인 정사각형의 합성 석영 유리 리드를 얻었다.

265㎚의 파장의 광을 낼 수 있는 LED 발광 소자가 내부에 수용된 질화알루미늄계 세라믹스의 수용 부재에 대하여, 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를, 그 금속계 접착층을 수용 부재에 접촉시키고, 250℃에서 3.5kgf/㎠(약 0.34㎫)의 하중으로 40분간 가압함으로써, 수용 부재와 합성 석영 유리 리드를 접합하여, 메탈 시일된 광학 소자 패키지를 얻었다.

얻어진 광학 소자 패키지를, 노 내를 300℃로 한 오븐에서 20분간 가열하고, 그 후, 85℃-85％RH의 조건이 되어 있는 항온 항습조 내에서 1주일 방치하는 공정을 1사이클로 하는 내열ㆍ내습 테스트를 5사이클 행한바, 질화알루미늄계 세라믹스 또는 합성 석영 유리의 응력에 의한 금속계 접착층의 박리는 없고, 또한 패키지 내에 결로는 보이지 않고, 메탈 시일의 기밀성은 유지되어 있었다. 또한, LED 발광 소자로부터 265㎚의 파장의 광을 3,000시간 이상 발광시켜도 금속계 접착층에 대미지는 보이지 않고, 메탈 시일에 의한 기밀성은 유지되고, 본 발명의 합성 석영 유리 리드를 사용한 광학 소자용 패키지가, 단파장의 광학 소자에 대하여 안정되어 있는 것이 나타났다.

[실시예 2]

슬라이스된 합성 석영 유리 웨이퍼(6인치φ(약 152.4㎜φ), 두께 0.5㎜)를, 유성 운동하는 양면 랩 연마기로 랩 연마한 후, 유성 운동을 하는 양면 폴리쉬 연마기로 경면 연마하여, 합성 석영 유리 기판을 얻었다.

1차 입자 직경이 10 내지 25㎚인 은을 85질량％, 1차 입자 직경이 15 내지 30㎚인 비스무트를 5질량％, 1차 입자 직경이 20 내지 40㎚인 안티몬을 3질량％ 및 분산매로서 나프텐계 탄화수소 용매인 AF솔벤트4호(JX 에너지 가부시키가이샤제)를 7질량％ 포함하고, 금속 입자가 나노 입자로 분산되어 있는 금속 페이스트(20℃에 있어서의 점도 250㎩ㆍs)를 제조했다. 얻어진 금속 페이스트를, 합성 석영 유리 기판의 주표면의 외주연부 위에 창틀 형상으로 도포할 수 있도록 제작한 스크린 마스크를 사용하여, 디스펜서에 의해, 선 폭 300㎛, 막 두께가 20㎛가 되도록 도포했다. 이어서, 금속 페이스트가 도포된 합성 석영 유리 기판을, 불활성 가스 분위기, 450℃의 전기로 내에 60분간 넣고, 도포한 금속 페이스트를 가열하고, 소결시키고, 금속막으로 했다. 금속막의 표면의 거칠기(Ra)는 1.3㎚, 평탄도는 5.4㎛였다.

계속해서, 1차 입자 직경이 10 내지 30㎚인 은을 70질량％, 1차 입자 직경이 15 내지 35㎚인 구리를 15질량％, 1차 입자 직경이 25 내지 40㎚인 텔루륨을 10질량％, 분산매로서 1-데칸올을 5질량％ 포함하고, 금속 입자가 나노 입자로 분산되어 있는 금속 페이스트(20℃에 있어서의 점도 120㎩ㆍs)를, 상기에서 얻어진 금속막 위에, 디스펜서에 의해, 선 폭 280㎛, 막 두께가 25㎛가 되도록 도포하여, 금속계 접착층을 형성했다. 이어서, 금속계 접착층이 형성된 합성 석영 유리 기판을, 대기 분위기, 150℃의 핫 플레이트 위에서 10분간 데우고, 금속계 접착층을 반경화 상태로 하고, 다이싱 커트함으로써, 한 변이 3.4㎜인 정사각형의 합성 석영 유리 리드를 얻었다.

280㎚의 파장의 광을 낼 수 있는 LED 발광 소자가 내부에 수용된 알루미나계 세라믹스의 수용 부재에 대하여, 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를, 그 금속계 접착층을 수용 부재에 접촉시키고, 270℃에서 3.0kgf/㎠(약 0.29㎫)의 하중으로 60분간 가압함으로써, 수용 부재와 합성 석영 유리 리드를 접합하여, 메탈 시일된 광학 소자 패키지를 얻었다.

얻어진 광학 소자 패키지를, 노 내를 300℃로 한 오븐에서 20분간 가열하고, 그 후, 85℃-85％RH의 조건이 되어 있는 항온 항습조 내에서 1주일 방치하는 공정을 1사이클로 하는 내열ㆍ내습 테스트를 5사이클 행한바, 알루미나계 세라믹스 또는 합성 석영 유리의 응력에 의한 금속계 접착층의 박리는 없고, 또한 패키지 내에 결로는 보이지 않고, 메탈 시일의 기밀성은 유지되어 있었다. 또한, LED 발광 소자로부터 280㎚의 파장의 광을 3,000시간 이상 발광시켜도 금속계 접착층에 대미지는 보이지 않고, 메탈 시일에 의한 기밀성은 유지되고, 본 발명의 합성 석영 유리 리드를 사용한 광학 소자용 패키지가, 단파장의 광학 소자에 대하여 안정되어 있는 것이 나타났다.

1 : 합성 석영 유리 기판
2 : 금속막 또는 금속 화합물막
3 : 금속계 접착층
4 : 수용 부재
5 : 광학 소자
6 : 반사판

Claims

합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 금속막 또는 금속 화합물막을 갖고, 해당 금속막 또는 금속 화합물막이 은 및 비스무트를 포함하고, 또한 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하고, 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 거칠기(Ra)가 2㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드용 기재.
제1항에 있어서, 상기 금속막 또는 금속 화합물막이 상기 합성 석영 유리 기판의 주표면의 외주연부에 형성되어 있는, 합성 석영 유리 리드용 기재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 두께가 1 내지 20㎛인, 합성 석영 유리 리드용 기재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면의 평탄도가 10㎛ 이하인, 합성 석영 유리 리드용 기재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 광학 소자 패키지용인 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드용 기재.
제1항 또는 제2항에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재의 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 금속계 접착층을 더 갖는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드.
제6항에 있어서, 상기 금속계 접착층이, 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는, 합성 석영 유리 리드.
제1항 또는 제2항에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재를 제조하는 방법이며,
합성 석영 유리 기판의 표면 위에, 은 및 비스무트와, 인, 안티몬, 주석 및 인듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 분산매를 포함하는 금속 페이스트를 도포하는 공정 및
도포된 금속 페이스트를 가열하고, 소결시킴으로써, 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 금속막 또는 금속 화합물막을 형성하기 위한 금속 페이스트 중의 은의 함유율이 65 내지 95질량％인, 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법.
제8항에 기재된 합성 석영 유리 리드용 기재의 제조 방법에 의해 형성된 상기 금속막 또는 금속 화합물막의 표면 위에, 금속계 접착층을 형성하기 위한 금속 페이스트를 도포하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성 석영 유리 리드의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 금속계 접착층을 형성하기 위한 금속 페이스트가, 금, 은, 구리, 팔라듐, 주석, 텅스텐 및 텔루륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소와, 분산매를 포함하는, 합성 석영 유리 리드의 제조 방법.
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