KR20180015610A - 기밀 패키지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 (1) 제 1 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 1 유리 기판 상에 제 1 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (2) 상부에 개구부를 갖는 프레임체를 준비함과 아울러, 프레임체의 저부와 제 1 봉착 재료층이 접촉하도록 프레임체와 제 1 유리 기판을 배치한 후, 제 1 봉착 재료층을 개재해 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 공정과, (3) 프레임체의 상측 가장자리부에 제 2 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (4) 프레임체 내에 수용부재를 수용하는 공정과, (5)제 2 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층이 접촉하도록 제 2 유리 기판을 배치한 후, 레이저광을 제 2 유리 기판측으로부터 제 2 봉착 재료층을 향하여 조사하고, 제 2 봉착 재료층을 개재해 제 2 유리 기판과 프레임체를 봉착하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저광을 사용한 봉착 처리(이하, 레이저 봉착)에 의해 기밀 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
기밀 패키지의 특성 유지 및 장기 수명화를 도모하는 것이 예의 검토되어 있다. 예를 들면, 압전 진동자 소자는 주위 환경의 산소나 수분에 폭로됨으로써 용이하게 열화되는 민감한 소자이다. 그래서, 압전 진동자 패키지 내에 압전 진동자 소자를 기밀 상태로 장착하여 압전 진동자 패키지의 특성 유지 및 장기 수명화를 도모하는 것이 검토되어 있다.
압전 진동자 패키지의 기밀 구조로서 압전 진동자 소자가 배치된 소자 기체 상에 간격을 두고 유리 기판을 대향 배치시킨 상태에서 압전 진동자 소자 주위를 둘러싸도록 유리 기판과 소자 기체 사이의 간극을 봉착 재료층으로 봉착하는 기밀 구조가 검토되어 있다. 또한, 소자 기체로서 세라믹, 예를 들면 알루미나가 일반적으로 사용된다.
그러나, 압전 진동자 소자는 내열성이 낮은 것이 알려져 있다. 따라서, 봉착 재료층의 연화 유동 온도 영역에서 소성하여 소자 기체와 유리 기판을 봉착하면 압전 진동자 소자의 특성이 열열화될 우려가 있다.
최근, 기밀 패키지의 봉착 방법으로서 레이저 봉착이 검토되어 있다. 레이저 봉착에서는 봉착해야 할 부분만을 국소 가열할 수 있기 때문에 내열성이 낮은 소자 등의 열열화를 방지한 후에 소자 기체와 유리 기판을 봉착할 수 있다.
그 반면에 레이저 봉착에서는 소자 기체와 유리 기판의 봉착 강도를 높이는 것이 곤란하다. 그리고, 소자 기체가 세라믹인 경우, 소자 기체와 유리 기판의 봉착 강도를 높이는 것이 더욱 곤란하다.
상세하게 설명하면, 레이저 봉착은 봉착 재료층을 국소 가열하여 봉착 재료층을 연화 유동시키는 방법이기 때문에 봉착에 요하는 시간이 짧고, 그것에 부수하여 봉착 재료층이 반응하는 시간도 짧아진다. 결과적으로, 봉착 재료층의 계면에서 반응층이 충분히 생성되지 않아 소자 기체와 유리 기판의 봉착 강도가 저하되어버린다.
본 발명은 이상의 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 기술적 과제는 수용부재의 열열화를 방지하면서 기밀 패키지 전체의 봉착 강도를 높일 수 있는 방법을 창안함으로써 기밀 패키지의 장기 신뢰성을 높이는 것이다.
본 발명자는 예의 검토한 결과, 한쌍의 유리 기판을 준비하고, 한쪽 유리 기판과 프레임체를 봉착하고, 또한 프레임체의 상측 가장자리부에 미리 봉착 재료층을 형성한 후에 프레임체 내에 수용부재를 수용하고, 다른쪽 유리 기판과 프레임체를 또한 레이저 봉착함으로써 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 (1) 제 1 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 1 유리 기판 상에 제 1 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (2) 상부에 개구부를 갖는 프레임체를 준비함과 아울러, 프레임체의 저부와 제 1 봉착 재료층이 접촉하도록 프레임체와 제 1 유리 기판을 배치한 후, 제 1 봉착 재료층을 개재해 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 공정과, (3) 프레임체의 상측 가장자리부에 제 2 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (4) 프레임체 내에 수용부재를 수용하는 공정과, (5) 제 2 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층이 접촉하도록 제 2 유리 기판을 배치한 후, 레이저광을 제 2 유리 기판측으로부터 제 2 봉착 재료층을 향하여 조사하고, 제 2 봉착 재료층을 개재해 제 2 유리 기판과 프레임체를 봉착하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
봉착 재료는 통상 저융점 유리를 포함한다. 이 저융점 유리가 레이저 봉착 시에 피봉착물의 표층을 침식하여 반응층이 생성하게 된다. 피봉착물이 유리인 경우에는 레이저 봉착에 의해 반응층이 어느 정도 생성하여 고착 강도를 확보할 수 있다. 그러나, 피봉착물이 세라믹일 경우, 저융점 유리가 레이저 봉착 시에 세라믹의 표층을 침식하기 어려워 반응층이 충분히 생성되지 않는다. 즉, 피봉착물이 유리인 경우에는 레이저 봉착에 의해 반응층을 생성할 수 있지만, 세라믹의 경우에는 레이저 봉착에 의해 반응층을 생성시키는 것이 곤란하다. 그래서, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 우선 소성 등에 의해 프레임체 상에 제 2 봉착 재료층을 형성한 후에 제 2 봉착 재료층과 제 2 유리 기판을 레이저 봉착한다. 이에 따라 프레임체와 제 2 봉착 재료층 사이에서 반응층이 충분히 생성하여 제 2 봉착 재료층이 프레임체 상에 강고하게 고착한다. 또한, 레이저 봉착을 행할 경우에 피봉착물이 유리가 되기 때문에 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층 사이에서 반응층이 생성하여 제 2 봉착 재료층이 유리 기판에도 강고하게 고착한다.
제 2로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 1 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 제 1 유리 기판 상에 도포, 소성하여 제 1 봉착 재료의 소결체로 이루어지는 제 1 봉착 재료층을 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 제 1 유리 기판과 제 1 봉착 재료층의 고착 강도를 높일 수 있고, 또한 제 1 봉착 재료층의 두께를 저감할 수 있다.
제 3으로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 1 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95질량%, 내화성 필러 분말 5~45질량%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비스무트계 유리는 다른 계의 유리와 비교하여 피봉착물, 특히 세라믹과의 반응성이 양호하다. 이에 따라 제 1 유리 기판과 제 1 봉착 재료층의 고착 강도를 높일 수 있다. 또한, 내화성 필러 분말을 도입하면 제 1 유리 기판과 제 1 봉착 재료층의 열팽창계수를 정합시킬 수 있다. 또한, 「비스무트계 유리」란 Bi2O3를 주성분으로 하는 유리를 가리키고, 구체적으로는 유리 조성 중에 Bi2O3를 40질량% 이상 포함하는 유리를 가리킨다.
제 4로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 프레임체로서 그린 시트의 소결체를 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 프레임체의 치수 정밀도와 내열성을 높일 수 있다.
제 5로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 1 봉착 재료층을 소성하여 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 프레임체와 제 1 유리 기판의 봉착 강도를 높일 수 있다.
제 6으로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 2 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 프레임체의 상측 가장자리부에 도포, 소성하여 제 2 봉착 재료의 소결체로 이루어지는 제 2 봉착 재료층을 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 제 2 봉착 재료층과 프레임체의 고착 강도를 높일 수 있고, 또한 제 2 봉착 재료층의 두께를 저감할 수 있다.
제 7로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 2 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95질량%, 내화성 필러 분말 5~45질량%, 내열 안료 1~15질량%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비스무트계 유리는 저융점이지만, 열적 안정성(내실투성)이 높다. 이에 따라 레이저 봉착 시에 양호하게 연화 유동하여 레이저 봉착의 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 내화성 필러 분말을 도입하면 제 2 봉착 재료층과 프레임체의 열팽창계수를 정합시킬 수 있다. 또한, 내열 안료를 도입하면 레이저광의 광흡수 특성을 높일 수 있다.
제 8로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 2 봉착 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 레이저 봉착에 의해 제 2 봉착 재료층 전체를 국소 가열하기 쉬워지기 때문에 프레임체와 제 2 봉착 재료층의 고착 강도를 높일 수 있다.
제 9로, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 수용부재로서 압전 진동자 소자 또는 형광체 입자(바람직하게는 양자 도트)를 분산시킨 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
제 10으로, 본 발명의 기밀 패키지는 상기 기밀 패키지의 제조 방법에 의해 제작되어 이루어지는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 개념 사시도이다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 1 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 1 유리 기판 상에 제 1 봉착 재료층을 형성하는 공정을 갖는다. 제 1 유리 기판으로서 여러 가지 유리 기판이 사용 가능하며, 예를 들면 무알칼리 유리, 붕규산유리, 알루미노규산염 유리 등이 사용 가능하다. 제 1 유리 기판의 판두께는 0.01~0.7㎜, 특히 0.05~0.5㎜가 바람직하다. 이에 따라 기밀 패키지의 초박형화를 도모할 수 있다. 또한, 유리 기판은 두께를 저감하기 쉽고, 광 투과성을 갖고, 표면 평활성이 높다는 특징을 갖는다.
제 1 봉착 재료층을 형성하는 방법으로서 제 1 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 제 1 유리 기판 상에 도포, 소성하는 방법이 바람직하다. 이렇게 하면, 제 1 유리 기판과 제 1 봉착 재료층의 고착 강도를 높일 수 있고, 또한 제 1 봉착 재료층의 두께를 저감할 수 있다. 여기에서, 생산성의 관점으로부터 페이스트의 도포는 스크린 인쇄를 행하는 것이 바람직하고, 소성은 전기로에서 행하는 것이 바람직하다. 소성 온도는 제 1 유리 기판의 내열 온도 이하, 예를 들면 650℃ 이하가 바람직하고, 제 1 봉착 재료층의 반응 깊이를 크게 하는 관점으로부터, 예를 들면 480℃ 이상이 바람직하다.
제 1 봉착 재료를 포함하는 페이스트는 제 1 유리 기판의 외측 둘레 가장자리를 따라 도포하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 프레임체 내에 수용할 수 있는 수용 체적을 크게 할 수 있다.
제 1 봉착 재료로서 여러 가지 재료가 사용 가능하며, 예를 들면 유리 분말과 내화성 필러 분말의 복합 분말이 사용 가능하다. 유리 분말로서 여러 가지 재료가 사용 가능하며, 예를 들면 비스무트계 유리, 인산주석계 유리, 바나듐계 유리 등을 사용할 수 있고, 열적 안정성과 반응층의 깊이의 관점으로부터 비스무트계 유리가 적합하다. 또한, 「인산주석계 유리」란 SnO와 P2O5를 주성분으로 하는 유리를 가리키고, 구체적으로는 유리 조성 중에 SnO와 P2O5를 합량으로 40질량% 이상 포함하는 유리를 가리킨다. 「바나듐계 유리」란 V2O5를 주성분으로 하는 유리를 가리키고, 구체적으로는 유리 조성 중에 V2O5를 합량으로 25질량% 이상 포함하는 유리를 가리킨다.
특히, 제 1 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95체적%, 내화성 필러 분말 5~45체적%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 비스무트계 유리 분말 70~90체적%, 내화성 필러 분말 10~30체적%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 내화성 필러 분말을 도입하면 제 1 봉착 재료의 열팽창계수가 저하되기 때문에 제 1 봉착 재료층, 프레임체 및 제 1 유리 기판의 열팽창계수가 정합하기 쉬워진다.
제 1 봉착 재료에 포함되는 비스무트계 유리 분말은 유리 조성으로서 질량% 표시로 Bi2O3 55~74%, B2O3 5~25%, ZnO 5~20%, SiO2 0~10%, Al2O3 0~5%를 함유하는 것이 바람직하고, Bi2O3 55~69%, B2O3 10~22%, ZnO 5~20%, SiO2 1 초과~10%, Al2O3 1~3.7%, CuO 0~5%를 함유하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 하면, 비스무트계 유리의 열적 안정성이 향상되고, 또한 비스무트계 유리의 열팽창계수가 저하되기 때문에 제 1 봉착 재료층, 프레임체 및 제 1 유리 기판의 열팽창계수가 정합하기 쉬워진다.
내화성 필러 분말로서 코어디어라이트, 지르콘, 산화주석, 산화니오브, 인산지르코늄계 세라믹, 윌레마이트로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 내화성 필러 분말은 열팽창계수가 낮은 것에 추가하여 기계적 강도가 높고, 게다가 비스무트계 유리와의 적합성이 양호하다. 상기 내화성 필러 분말 중 코어디어라이트가 가장 바람직하다. 코어디어라이트는 입경이 작아도 레이저 봉착 시에 비스무트계 유리를 실투시키기 어려운 성질을 갖고 있다. 또한, 상기 내화성 필러 분말 이외에도 β-유크립타이트, 석영유리 등을 첨가해도 좋다.
내화성 필러 분말의 평균 입경 D50은 바람직하게는 2㎛ 미만, 특히 1.5㎛ 미만이다. 내화성 필러 분말의 평균 입경 D50이 2㎛ 미만이면 봉착 재료층의 표면 평활성이 향상함과 아울러, 봉착 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 규제하기 쉬워진다.
내화성 필러 분말의 최대 입경 D99는 바람직하게는 5㎛ 미만, 4㎛ 이하, 특히 3㎛ 이하이다. 내화성 필러 분말의 최대 입경 D99가 5㎛ 미만이면, 봉착 재료층의 표면 평활성이 향상함과 아울러, 봉착 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 규제하기 쉬워진다. 여기에서, 「평균 입경 D50」과 「최대 입경 D99」는 레이저 회절법에 의해 체적 기준으로 측정한 값을 가리킨다.
페이스트는 통상 3개 롤러 등에 의해 봉착 재료와 비이클을 혼련함으로써 제작된다. 비이클은 통상 수지와 용제를 포함한다. 비이클에 사용하는 수지로서 아크릴산에스테르(아크릴 수지), 에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 니트로셀룰로오스, 폴리메틸스티렌, 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 메타크릴산에스테르 등을 사용할 수 있다. 비이클에 사용하는 용제로서 N,N'-디메틸포름아미드(DMF), α-터피네올, 고급 알코올, γ-부틸락톤(γ-BL), 테트랄린, 부틸카르비톨아세테이트, 아세트산에틸, 아세트산이소아밀, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 벤질알코올, 톨루엔, 3-메톡시-3-메틸부탄올, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌카보네이트, 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈 등이 사용 가능하다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 상부에 개구부를 갖는 프레임체를 준비함과 아울러, 프레임체의 저부와 제 1 봉착 재료층이 접촉하도록 프레임체와 제 1 유리 기판을 배치한 후, 제 1 봉착 재료층을 개재해 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 공정을 갖는다.
프레임체의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 재료 비용과 소결 강도의 관점으로부터 알루미나, 지르코니아, 뮬라이트 등이 바람직하고, 또한 그린 시트의 소결체도 바람직하고, 특히 결정성 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 복합 분말의 그린 시트 적층체의 소결체가 바람직하다. 그린 시트의 소결체를 사용하면 치수 정밀도가 높은 프레임체를 제작하기 쉽다는 이점을 갖는다.
프레임체와 제 1 유리 기판의 봉착은 전기로 등의 소성으로 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라 프레임체와 제 1 유리 기판의 봉착 강도를 높일 수 있다. 소성 온도는 프레임체와 제 1 유리 기판의 내열 온도 이하, 예를 들면 650℃ 이하가 바람직하고, 제 1 봉착 재료층의 반응 깊이를 크게 하는 관점으로부터, 예를 들면 480℃ 이상이 바람직하다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 프레임체의 상측 가장자리부에 제 2 봉착 재료층을 형성하는 공정을 갖는다. 이 경우, 프레임부의 상측 가장자리부를 연마 처리하는 것이 바람직하고, 프레임체의 상측 가장자리부의 표면 거칠기 Ra는 바람직하게는 0.5㎛ 미만, 0.2㎛ 이하, 특히 0.01~0.15㎛이며, 프레임체의 상측 가장자리부의 표면 거칠기 RMS는 바람직하게는 1.0㎛ 미만, 0.5㎛ 이하, 특히 0.05~0.3㎛이다. 이렇게 하면, 제 2 봉착 재료층의 표면 평활성이 향상되어 레이저 봉착의 정밀도를 높일 수 있다. 결과적으로 기밀 패키지 전체의 봉착 강도를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 「표면 거칠기 Ra」 및 「표면 거칠기 RMS」는, 예를 들면 촉침식 또는 비접촉식의 레이저 막두께 측정기나 표면 조도계에 의해 측정할 수 있다.
제 2 봉착 재료층을 형성하는 방법으로서 제 2 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 프레임체 상에 도포, 소성하는 방법이 바람직하다. 이렇게 하면, 프레임체와 제 2 봉착 재료층의 고착 강도를 높일 수 있고, 또한 제 2 봉착 재료층의 두께를 저감할 수 있다. 여기에서, 생산성의 관점으로부터 페이스트의 도포는 스크린 인쇄를 행하는 것이 바람직하고, 소성은 전기로에서 행하는 것이 바람직하다. 소성 온도는 제 2 유리 기판의 내열 온도 이하, 예를 들면 550℃ 이하가 바람직하고, 제 2 봉착 재료층의 반응 깊이를 크게 하는 관점으로부터, 예를 들면 460℃ 이상이 바람직하다.
제 2 봉착 재료로서 여러 가지 재료가 사용 가능하며, 예를 들면 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하고, 또한 내열 안료를 포함하는 복합 분말이 사용 가능하다. 유리 분말로서 여러 가지 재료가 사용 가능하며, 예를 들면 비스무트계 유리, 인산주석계 유리, 바나듐계 유리 등이 사용 가능하며, 열적 안정성과 반응층의 깊이의 관점으로부터 비스무트계 유리가 적합하다.
특히, 제 2 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95체적%, 내화성 필러 분말 5~45체적%, 내열 안료 1~15질량%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 비스무트계 유리 분말 65~80체적%, 내화성 필러 분말 20~35체적%, 내열 안료 3~10질량%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 내화성 필러 분말을 도입하면 제 1 봉착 재료의 열팽창계수가 저하되기 때문에 제 1 봉착 재료층, 프레임체 및 제 1 유리 기판의 열팽창계수가 정합하기 쉬워진다. 또한, 내열 안료를 도입하면 레이저광의 광흡수 특성을 높일 수 있다.
제 2 봉착 재료에 포함되는 비스무트계 유리 분말은 유리 조성으로서 질량% 표시로 Bi2O3 70~85%, B2O3 5~15%, ZnO 0~15%, BaO 0~10%, Al2O3 0~3%, CuO 3~15%, Fe2O3 0~5%를 함유하는 것이 바람직하고, Bi2O3 74~85%, B2O3 5~15%, ZnO 0~10%, BaO 1~10%, Al2O3 0~3%, CuO 5~15%, Fe2O3 0.1~5%를 함유하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 하면, 비스무트계 유리의 열적 안정성이 향상되고, 또한 레이저광의 광흡수 특성이 향상된다.
내화성 필러 분말로서 상기 내화성 필러 분말이 적합하다.
내열 안료로서 Cu계 산화물, Fe계 산화물, Cr계 산화물, Mn계 산화물 및 이들의 스피넬형 복합 산화물 등이 적합하며, 특히 비스무트계 유리와의 적합성의 관점으로부터 Mn계 산화물이 바람직하다.
프레임체의 상측 가장자리부 상에 형성된 제 2 봉착 재료층을 형성한 후의 제 2 봉착 재료층의 표면 거칠기 Ra를 0.5㎛ 미만, 0.2㎛ 이하, 특히 0.01~0.15㎛로 규제하는 것이 바람직하고, 표면 거칠기 RMS를 1.0㎛ 미만, 0.5㎛ 이하, 특히 0.05~0.3㎛로 규제하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층의 밀착성이 향상되고, 레이저 봉착의 정밀도가 향상된다. 또한, 제 2 봉착 재료층의 표면 거칠기 Ra는 프레임체의 상측 가장자리부나 제 2 봉착 재료층의 표면을 연마함으로써 저감 가능하다.
제 2 봉착 재료층의 평균 두께는 10㎛ 미만, 7㎛ 미만, 특히 6㎛ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 제 2 봉착 재료층의 평균 두께가 작을수록 제 2 봉착 재료층, 프레임체 및 제 2 유리 기판의 열팽창계수가 충분히 정합되어 있지 않아도 레이저 봉착 후에 봉착 부분에 잔류하는 응력이 저감된다. 또한, 레이저 봉착의 정밀도를 높일 수도 있다.
제 2 봉착 재료층의 폭은 0.05~1㎜, 특히 0.1~0.5㎜로 규제하는 것이 바람직하다. 제 2 봉착 재료층의 폭이 지나치게 작으면 레이저 봉착의 정밀도가 저하되기 쉬워진다. 한편, 제 2 봉착 재료층의 폭이 지나치게 크면 프레임체 내에 수용할 수 있는 수용부재의 치수가 작아져 결과적으로 기밀 패키지의 성능이 저하되기 쉬워진다.
제 1 봉착 재료(제 1 봉착 재료층)와 제 2 봉착 재료(제 2 봉착 재료층)는 동종의 재료를 사용해도 좋지만, 이종의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 제 1 봉착 재료의 열팽창계수는 제 2 봉착 재료의 열팽창계수보다 낮은 것이 바람직하고, 5×10-7／℃ 이상 낮은 것이 보다 바람직하고, 10×10-7／℃ 이상 낮은 것이 더욱 바람직하고, 15×10-7／℃ 이상 낮은 것이 특히 바람직하다. 제 1 봉착 재료의 열팽창계수가 제 2 봉착 재료의 열팽창계수보다 높으면 기밀 패키지 전체에 부당한 응력이 잔류하기 쉬워진다.
제 2 봉착 재료의 연화점은 제 1 봉착 재료의 연화점보다 낮은 것이 바람직하고, 30℃ 이상 낮은 것이 보다 바람직하고, 50℃ 이상 낮은 것이 더욱 바람직하고, 80℃ 이상 낮은 것이 특히 바람직하다. 제 2 봉착 재료의 연화점이 제 1 봉착 재료의 연화점보다 높으면 레이저 봉착 시에 반응층이 생성되기 어려워진다.
제 2 봉착 재료층의 평균 두께는 제 1 봉착 재료층의 평균 두께보다 작은 것이 바람직하고, 1㎛ 이상 작은 것이 보다 바람직하고, 2㎛ 이상 작은 것이 더욱 바람직하고, 3㎛ 이상 작은 것이 특히 바람직하다. 제 2 봉착 재료층의 평균 두께가 제 1 봉착 재료층의 평균 두께보다 크면 소성 등에 의해 제 1 봉착 재료층을 형성하기 어려워짐과 아울러, 레이저 봉착의 정밀도를 높이기 어려워진다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 프레임체 내에 수용부재를 수용하는 공정을 갖는다. 수용부재로서 내열성이 낮은 부재가 바람직하고, 특히 압전 진동자 소자 또는 양자 도트 등의 형광체 입자를 분산시킨 수지가 바람직하다. 양자 도트를 분산시킨 수지를 사용할 경우, 수지는 프레임체 내에 수용한 후에 경화시켜도 좋고, 이미 경화시킨 것을 수용해도 좋다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 제 2 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층이 접촉하도록 제 2 유리 기판을 배치한 후, 레이저광을 제 2 유리 기판측으로부터 제 2 봉착 재료층을 향하여 조사하고, 제 2 봉착 재료층을 개재해 제 2 유리 기판과 프레임체를 봉착하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 갖는다.
제 2 유리 기판으로서 여러 가지 유리 기판이 사용 가능하며, 예를 들면 무알칼리 유리, 붕규산유리, 알루미노규산염 유리 등이 사용 가능하다. 제 2 유리 기판의 판두께는 0.01~0.7㎜, 특히 0.05~0.5㎜가 바람직하다. 이에 따라 기밀 패키지의 초박형화를 도모할 수 있다.
레이저로서 여러 가지 레이저를 사용할 수 있다. 특히, 반도체 레이저, YAG 레이저, CO2 레이저, 엑시머 레이저, 적외 레이저 등은 취급이 용이한 점에서 바람직하다.
레이저광의 출력은 바람직하게는 5~20W, 특히 8~15W이다. 레이저광의 출력이 너무 낮으면 프레임체와 제 2 유리 기판의 봉착 강도가 저하되기 쉬워진다. 한편, 레이저광의 출력이 지나치게 높으면 레이저 봉착 후에 제 2 유리 기판이 깨지기 쉬워진다.
레이저광의 주사 속도는 바람직하게는 5~20㎜/s, 특히 8~15㎜/s이다. 레이저광의 주사 속도가 지나치게 느리면 기밀 패키지의 생산성이 저하되기 쉬워진다. 한편, 레이저광의 주사 속도가 지나치게 빠르면 프레임체와 제 2 유리 기판의 봉착 강도가 저하되기 쉬워진다.
레이저 봉착을 행하는 분위기는 특별히 한정되지 않고, 대기 분위기이어도 좋고, 질소 분위기 등의 불활성 분위기이어도 좋다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 기밀 패키지의 일실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 기밀 패키지(1)의 제조 방법의 일실시형태를 설명하기 위한 개념 사시도이다. 최초에 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 제 1 유리 기판(10)을 준비한 후, 제 1 유리 기판(10)의 외측 둘레 가장자리를 따라 액자형상으로 제 1 봉착 재료층(11)을 형성한다. 여기에서, 제 1 봉착 재료층(11)의 형성은 전기로 등의 소성으로 행하는 것이 바람직하다. 이어서, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 상부에 개구부를 갖는 프레임체(12)를 준비하고, 이 프레임체(12)의 저부(12a)와 제 1 봉착 재료층(11)이 접촉하도록 프레임체(12)와 제 1 유리 기판(10)을 배치한 후, 제 1 봉착 재료층(11)을 개재해 프레임체(12)와 제 1 유리 기판(10)을 봉착한다. 여기에서, 프레임체(12)는 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 복합 분말의 그린 시트 적층체의 소결체인 것이 바람직하다. 또한, 프레임체(12)와 제 1 유리 기판(10)의 봉착은 전기로 등의 소성으로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 도 1(c)에 나타내는 바와 같이 프레임체(12)의 상측 가장자리부(12b)에 제 2 봉착 재료층(13)를 형성한다. 여기에서, 프레임체(12)의 상측 가장자리부(12b)의 표면 거칠기 Ra를 연마 처리 등에 의해 0.15㎛ 이하까지 평활화하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 봉착 재료층(13)의 형성은 전기로 등의 소성으로 행하는 것이 바람직하고, 또 제 2 봉착 재료층(13)의 표면 거칠기 Ra를 0.15㎛ 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 1(d)에 나타내는 바와 같이 프레임체(12) 내에 수용부재(14)를 수용한다. 여기에서, 수용부재(14)는 내열성이 낮은 부재가 바람직하고, 특히 압전 진동자 소자 또는 양자 도트를 분산시킨 수지가 바람직하다. 최후에 도 1(e)에 나타내는 바와 같이 제 2 유리 기판(15)을 준비하고, 제 2 유리 기판(15)과 제 2 봉착 재료층(13)이 접촉하도록 제 2 유리 기판(15)을 배치한 후, 레이저광(16)을 제 2 유리 기판(15)측으로부터 제 2 봉착 재료층(13)을 향하여 조사하여 제 2 봉착 재료층(13)을 개재해 제 2 유리 기판(15)과 프레임체(12)를 봉착한다. 이렇게 하여 기밀 패키지(1)를 얻을 수 있다.
실시예 1
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 이하 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되지 않는다.
최초로 제 1 봉착 재료를 제작했다. 표 1은 제 1 봉착 재료의 재료 구성을 나타내고 있다. 비스무트계 유리는 유리 조성으로서 질량%로 Bi2O3 56.4%, B2O3 17.9%, ZnO 15.7%, SiO 26.4%, Al2O3 6.4%를 함유하며, 또한 표 1에 기재된 입도를 갖고 있다. 내화성 필러 분말은 코어디어라이트 분말이며, 또한 표 1에 기재된 입도를 갖고 있다.
상기 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 표 1에 나타내는 비율로 혼합하여 제 1 봉착 재료를 제작했다. 제 1 봉착 재료에 대하여 유리 전이점, 연화점, 열팽창계수를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
유리 전이점은 압봉식 TMA 장치로 측정한 값이다.
연화점은 매크로형 DTA 장치로 측정한 제 4 변곡점의 온도이다. 측정은 대기 분위기하에서 온도 상승 속도 10℃/분으로 행하고, 실온으로부터 600℃까지 측정을 행했다.
열팽창계수는 압봉식 TMA 장치로 측정한 값이다. 측정 온도 범위는 30~300℃이다.
이어서, 제 2 봉착 재료를 제작했다. 표 2는 제 2 봉착 재료의 재료 구성을 나타내고 있다. 비스무트계 유리는 유리 조성으로서 질량%로 Bi2O3 77.7%, B2O3 8.3%, ZnO 1.8%, BaO 2.7%, CuO 8.5%, Fe2O3 0.5%, Al2O3 0.5%를 함유하고, 또한 표 2에 기재된 입도를 갖고 있다. 내화성 필러 분말은 코어디어라이트 분말이며, 또한 표 2에 기재된 입도를 갖고 있다. 내열 안료는 MnO2 54질량, Fe2O3 44질량%, Al2O3 2질량%의 비율로 포함하는 복합 산화물이며, 또한 표 2에 기재된 입도를 갖고 있다.
상기 비스무트계 유리, 내화성 필러 분말 및 내열 안료를 표 2에 나타내는 비율로 혼합하여 제 2 봉착 재료를 제작했다. 제 2 봉착 재료에 대하여 상기 방법에 의해 유리 전이점, 연화점, 열팽창계수를 측정했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
이어서, 제 1 유리 기판(NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 OA-10G)을 준비했다. 제 1 유리 기판의 치수는 6.0㎜×1.7㎜×0.1㎜ 두께이다. 또한, 표 1에 기재된 제 1 봉착 재료와 비이클을 약 100Pa·s(25℃, Shear rate: 4)의 점도가 되도록 혼련한 후, 3개 롤밀로 분말이 균일하게 분산될 때까지 더 혼련하여 페이스트화했다. 비이클에는 글리콜에테르계 용제에 에틸셀룰로오스 수지를 용해시킨 것을 사용했다. 얻어진 제 1 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 제 1 유리 기판의 외측 둘레 가장자리를 따라 약 0.2㎜ 폭이 되도록 스크린 인쇄기로 액자형상으로 인쇄했다. 그리고, 대기 분위기하에서 120℃에서 10분간 건조한 후, 대기 분위기하에서 620℃에서 10분간 소성하고, 페이스트 중의 수지 성분의 소각(탈바인더 처리) 및 제 1 봉착 재료의 소결을 행하여 제 1 유리 기판 상에 제 1 봉착 재료층을 형성했다. 또한, 제 1 봉착 재료층의 평균 두께를 비접촉식 레이저 막두께 측정기로 측정한 결과, 약 10㎛이었다.
계속해서, 그린 시트 적층체의 소결체로 이루어지는 상부에 개구부를 갖는 프레임체(재질: NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 MLS-26A)를 준비했다. 프레임체의 치수는 외측 치수 6.0㎜×1.7㎜, 내측 치수 5.4㎜×1.1㎜, 두께 0.6㎜이다. 그리고, 프레임체의 저부와 제 1 봉착 재료층이 접촉하도록 프레임체와 제 1 유리 기판을 배치한 후, 620℃에서 10분간 소성하여 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착 했다. 또한, 표 2에 기재된 제 2 봉착 재료와 비이클을 약 100Pa·s(25℃, Shear rate: 4)의 점도가 되도록 혼련한 후, 3개 롤밀로 분말이 균일하게 분산될 때까지 더 혼련하여 페이스트화했다. 비이클에는 글리콜에테르계 용제에 에틸셀룰로오스 수지를 용해시킨 것을 사용했다. 얻어진 제 2 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄기로 약 0.2㎜ 폭이 되도록 프레임체의 상측 가장자리부에 인쇄했다. 그리고, 대기 분위기하에서 120℃에서 10분간 건조한 후, 대기 분위기하에서 510℃에서 10분간 소성하고, 페이스트 중의 수지 성분의 소각(탈바인더 처리) 및 제 2 봉착 재료의 소결을 행하여 프레임체의 상측 가장자리부에 제 2 봉착 재료층을 형성했다. 또한, 제 2 봉착 재료층의 평균 두께를 비접촉식 레이저 막두께 측정기로 측정한 결과, 약 6㎛이었다.
또한, 프레임체 내에 양자 도트를 분산시킨 수지를 포팅하고, 경화시켰다.
또한, 제 2 유리 기판(NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 OA-10G)을 준비했다. 제 2 유리 기판의 치수는 6.0㎜×1.7㎜×0.1㎜ 두께이다.
그 후, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층이 접촉하도록 제 2 유리 기판을 배치한 후, 파장 808㎚의 레이저광을 제 2 유리 기판측으로부터 제 2 봉착 재료층을 향하여 조사함으로써 제 2 봉착 재료층을 개재해 제 2 유리 기판과 프레임체를 봉착하여 기밀 패키지를 얻었다. 또한, 레이저광의 조사 속도를 10㎜/s, 출력을 10W로 했다.
얻어진 기밀 패키지에 대하여 제 2 봉착 재료층의 부근을 현미경으로 관찰한 결과, 박리나 깨짐은 확인되지 않았다(접착성의 평가). 또한, 얻어진 기밀 패키지에 대하여 고온 고습 고압 시험: HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress test)를 행한 후, 프레임체와 제 2 유리 기판에 대해서 관찰한 결과, 박리는 확인되지 않았다. 이 결과는 프레임체와 제 2 유리 기판의 봉착 강도가 높은 것을 나타내고 있다. 또한, HAST의 조건은 121℃, 습도 100%, 2atm, 24시간이다.
실시예 2
제 2 유리 기판과 프레임체의 재질, 레이저 봉착의 조건 이외의 조건을 [실시예 1]과 마찬가지로 하여 표 3에 기재된 기밀 패키지를 제작했다(시료 No.1~6). 또한, 시료 No.1~6에 대해서 상기 접착성과 HAST의 평가를 행했다. 그 결과, 시료 No.1~6은 접착성과 HAST의 평가가 양호했다. 또한, 표 3 중의 무알칼리 유리는 NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 OA-10G, 알칼리붕규산 유리는 NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 BLC, LTCC는 그린 시트 적층체의 소결체(재질: NIPPON ELECTRIC GLASS CO., LTD.제 MLS-26A)를 가리키고 있다.
[비교예]
또한, 제 2 봉착 재료층을 프레임체의 상측 가장자리부가 아니라 전기로의 소성에 의해 제 2 유리 기판 상에 형성한 것 이외의 조건을 [실시예 1]과 마찬가지로 하여 기밀 패키지를 제작했다(시료 No.7). 또한, 시료 No.7에 대하여 상기 접착성의 평가를 행했다. 그 결과, 시료 No.7은 접착성의 평가에서 박리가 확인되었다.
1 : 기밀 패키지
10 : 제 1 유리 기판
11 : 제 1 봉착 재료층 12 : 프레임체
12a : 프레임체의 저부 12b : 프레임체의 상측 가장자리부
13 : 제 2 봉착 재료층 14 : 수용부재
15 : 제 2 유리 기판 16 : 레이저광
11 : 제 1 봉착 재료층 12 : 프레임체
12a : 프레임체의 저부 12b : 프레임체의 상측 가장자리부
13 : 제 2 봉착 재료층 14 : 수용부재
15 : 제 2 유리 기판 16 : 레이저광
Claims (10)
- (1) 제 1 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 1 유리 기판 상에 제 1 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (2) 상부에 개구부를 갖는 프레임체를 준비함과 아울러, 프레임체의 저부와 제 1 봉착 재료층이 접촉하도록 프레임체와 제 1 유리 기판을 배치한 후, 제 1 봉착 재료층을 개재해 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 공정과, (3) 프레임체의 상측 가장자리부에 제 2 봉착 재료층을 형성하는 공정과, (4) 프레임체 내에 수용부재를 수용하는 공정과, (5) 제 2 유리 기판을 준비함과 아울러, 제 2 유리 기판과 제 2 봉착 재료층이 접촉하도록 제 2 유리 기판을 배치한 후, 레이저광을 제 2 유리 기판측으로부터 제 2 봉착 재료층을 향하여 조사하고, 제 2 봉착 재료층을 개재해 제 2 유리 기판과 프레임체를 봉착하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
제 1 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 제 1 유리 기판 상에 도포, 소성하여 제 1 봉착 재료의 소결체로 이루어지는 제 1 봉착 재료층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제 1 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95체적%, 내화성 필러 분말 5~45체적%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
프레임체로서 그린 시트의 소결체를 사용하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 봉착 재료층을 소성하고, 프레임체와 제 1 유리 기판을 봉착하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 봉착 재료를 포함하는 페이스트를 프레임체의 상측 가장자리부에 도포, 소성하여 제 2 봉착 재료의 소결체로 이루어지는 제 2 봉착 재료층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
제 2 봉착 재료로서 비스무트계 유리 분말 55~95체적%, 내화성 필러 분말 5~45체적%, 내열 안료 1~15체적%를 함유하는 봉착 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 봉착 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
수용부재로서 압전 진동자 소자 또는 형광체 입자를 분산시킨 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 기밀 패키지의 제조 방법에 의해 제작되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지.
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