KR20180131527A - 기밀 패키지의 제조 방법 및 기밀 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 질화알루미늄 기체를 준비함과 아울러 질화알루미늄 기체 상에 소결 유리 함유층을 형성하는 공정과, 유리 덮개를 준비함과 아울러 유리 덮개 상에 시일링 재료층을 형성하는 공정과, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉하도록 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 배치하는 공정과, 유리 덮개측으로부터 시일링 재료층을 향해서 레이저광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써 소결 유리 함유층과 시일링 재료층을 기밀 시일링하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 레이저광을 이용한 시일링 처리(이하, 레이저 시일링)에 의해 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 기밀 시일링 한 기밀 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
자외 LED 소자가 실장된 기밀 패키지에는, 열전도성의 관점에서 기체로서 질화알루미늄이 사용됨과 아울러, 자외 파장 영역의 광투과성의 관점에서 덮개재로서 유리가 사용된다.
종래까지, 자외 LED 패키지의 접착 재료로서 저온 경화성을 갖는 유기 수지계 접착제가 사용되고 있었다. 그러나, 유기 수지계 접착제는 자외 파장 영역의 광으로 열화되기 쉬워 자외 LED 패키지의 기밀성을 경시적으로 열화시킬 우려가 있다. 또한, 유기 수지계 접착제 대신에 금-주석 땜납을 사용하면 자외 파장 영역의 광에 의한 열화를 방지할 수 있다. 그러나, 금-주석 땜납은 재료 비용이 높다고 하는 문제가 있다.
한편, 유리 분말을 포함하는 시일링 재료는 자외 파장 영역의 광에 의해 열화되기 어렵고, 재료 비용이 낮다고 하는 특징을 갖고 있다.
그러나, 유리 분말은 유기 수지계 접착제보다 연화 온도가 높기 때문에 시일링시에 자외 LED 소자를 열화시킬 우려가 있다. 이러한 사정으로부터, 레이저 시일링이 주목되고 있다. 레이저 시일링에 의하면, 시일링해야 할 부분만을 국소적으로 가열하는 것이 가능하여 자외 LED 소자를 열화시키는 일 없이 질화알루미늄과 유리 덮개를 기밀 시일링할 수 있다.
본 발명자들의 조사에 의하면, 비스무트계 유리를 포함하는 시일링 재료는 레이저 시일링시에 피시일링물과 충분히 반응하기 때문에 레이저 시일링 강도를 높일 수 있다. 또한, 다른 유리를 포함하는 시일링 재료는 레이저 시일링시에 피시일링물과 충분히 반응하지 않아 레이저 시일링 강도를 확보하기 어렵다.
한편, 비스무트계 유리를 포함하는 시일링 재료는 질화알루미늄과 반응하여 질화알루미늄과의 계면에서 기포를 생성시키는 경향이 있다. 이 때문에, 비스무트계 유리를 포함하는 시일링 재료를 이용하여 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 레이저 시일링하면 시일링 재료층 내의 기포에 의해 기밀성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 또한, 이 기포에 의해 기밀 패키지의 기계적 강도도 확보할 수 없을 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 기술적 과제는 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 레이저 시일링하는 경우에 시일링 재료층 내의 발포를 억제하면서 레이저 시일링 강도를 높이는 방법을 창안하는 것이다.
본 발명자들은 예의 검토의 결과 질화알루미늄 기체와 시일링 재료층 사이에 소결 유리 함유층을 개재시킨 후에 레이저 시일링을 행하면, 상기 기술적 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 질화알루미늄 기체를 준비함과 아울러 질화알루미늄 기체 상에 소결 유리 함유층을 형성하는 공정과, 유리 덮개를 준비함과 아울러 유리 덮개 상에 시일링 재료층을 형성하는 공정과, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉하도록 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 배치하는 공정과, 유리 덮개측으로부터 시일링 재료층을 향해서 레이저광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써 소결 유리 함유층과 시일링 재료층을 기밀 시일링해서 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은, 질화알루미늄 상에 소결 유리 함유층을 형성한 후, 이 소결 유리 함유층을 유리 덮개 상의 시일링 재료층과 접촉 배치시킨 후에 레이저 시일링하는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같이 하면, 시일링 재료층이 질화알루미늄 기체에 접촉하기 어려워지기 때문에 레이저 시일링시에 시일링 재료층 내에 기포가 발생되기 어려워진다. 또한, 시일링 재료층과 소결 유리 함유층 양쪽은 저융점 유리를 포함하기 때문에 레이저 시일링시에 양호하게 반응하여 레이저 시일링 강도를 높일 수 있다.
제2에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 소결 유리 함유층의 폭을 시일링 재료층의 폭보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 시일링 재료층이 질화알루미늄 기체 상에 접촉하기 어려워지기 때문에 시일링 재료층 내의 발포를 방지하기 쉬워진다.
제3에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 (소결 유리 함유층의 두께)/(시일링 재료층의 두께)를 0.5 이상으로 규제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 레이저 시일링시에 열이 질화알루미늄 기체를 통과해서 방산되기 어려워져서 레이저 시일링의 효율을 높일 수 있다.
제4에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 (소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)를 0.6 이상 또한 1.4 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층과 질화알루미늄 기체의 계면에서 크랙 등이 발생되기 어려워진다. 여기서, 「열팽창계수」는 30~300℃의 온도 범위에 있어서, TMA(압봉식 열팽창계수 측정) 장치로 측정한 값이다.
제5에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 질화알루미늄 기체 상에 유리 함유막을 형성한 후에 유리 함유막을 향해서 레이저광을 조사함으로써 유리 함유막을 소결시켜 소결 유리 함유층을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질화알루미늄 기체 내의 전기 배선이나 발광 소자의 열 열화를 방지하기 쉬워진다.
제6에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖는 질화알루미늄 기체를 이용하여 프레임부의 최상부에 소결 유리 함유층을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 자외 LED 소자 등의 발광 소자를 기밀 패키지 내에 수용하기 쉬워진다.
제7에, 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 소결 유리 함유층의 표면을 연마하는 공정을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층의 밀착성이 향상되기 때문에 레이저 시일링의 정밀도를 높일 수 있다.
제8에, 본 발명의 기밀 패키지는 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 갖는 기밀 패키지에 있어서, 질화알루미늄이 베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖고, 질화알루미늄의 프레임부의 최상부 상에 실질적으로 비스무트계 유리를 포함하지 않는 소결 유리 함유층이 형성되어 있으며, 유리 덮개 상에 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 포함하는 시일링 재료층이 형성되어 있고, 또한 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉 배치된 상태에서 기밀 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기밀 패키지는 질화알루미늄의 프레임부의 최상부 상에 실질적으로 비스무트계 유리를 포함하지 않는 소결 유리 함유층이 형성되어 있음과 아울러 유리 덮개 상에 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 포함하는 시일링 재료층이 형성되어 있다. 비스무트계 유리는 다른 계의 유리와 비교해서 레이저 시일링시에 피시일링물의 표층에 반응층을 형성하기 쉽다고 하는 특징을 갖지만, 질화알루미늄과 과잉으로 반응하여 시일링 재료층 내에 발포를 발생시킨다고 하는 결점을 갖는다. 그래서, 본 발명의 기밀 패키지는 질화알루미늄 기체와 시일링 재료층 사이에 소결 유리 함유층을 형성하고 있다. 이것에 의해, 레이저 시일링시에 시일링 재료층과 소결 유리 함유층의 반응성을 높이면서 시일링 재료층 내에 발포가 발생하는 사태를 방지할 수 있다. 또한, 소결 유리 함유층의 개재에 의해 레이저 시일링시에 열이 질화알루미늄 기체를 통과해서 방산하기 어려워져서 레이저 시일링의 효율을 높일 수도 있다. 또한, 「비스무트계 유리」란 Bi2O3을 주성분으로 하는 유리를 가리키고, 구체적으로는 유리 조성 중에 Bi2O3을 25몰% 이상 포함하는 유리를 가리킨다. 「실질적으로 비스무트계 유리를 포함하지 않는 소결 유리 함유층」이란 소결 유리층 중의 Bi2O3의 함유량이 5몰% 미만의 경우를 가리킨다.
제9에, 본 발명의 기밀 패키지는 소결 유리 함유층의 폭이 시일링 재료층의 폭보다 큰 것이 바람직하다.
제10에, 본 발명의 기밀 패키지는 (소결 유리 함유층의 두께)/(시일링 재료층의 두께)가 0.5 이상인 것이 바람직하다.
제11에, 본 발명의 기밀 패키지는 (소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)가 0.6 이상 또한 1.4 이하인 것이 바람직하다.
제12에, 본 발명의 기밀 패키지는 질화알루미늄의 프레임부 내에 자외 LED 소자가 수용되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 「자외 LED 소자」에는 심자외 LED 소자를 포함하는 것으로 한다.
도 1은 매크로형 DTA 장치에 의해 측정했을 때의 시일링 재료의 연화점을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태를 설명하기 위한 단면 개념도이다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법에서는 질화알루미늄 기체를 준비함과 아울러 질화알루미늄 기체 상에 소결 유리 함유층을 형성하는 공정을 갖는다. 질화알루미늄 기체 상에 소결 유리 함유층을 형성하는 방법으로서, 유리 함유 페이스트를 질화알루미늄 기체 상에 도포하여 유리 함유막을 형성한 후, 유리 함유막을 건조하여 용제를 휘발키고, 유리 함유막에 레이저광을 더 조사하여 유리 함유막의 소결(고착)을 행하는 방법이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질화알루미늄 기체 내에 형성된 전기 배선이나 발광 소자를 열화시키지 않고 소결 유리 함유층을 형성할 수 있다.
레이저광의 조사에 의해 소결 유리 함유층을 형성하는 경우, 레이저 조사 폭이 유리 함유막의 폭보다 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층 내에 미소결 부분이 잔존하기 어려워지기 때문에 소결 유리 함유층의 표면 평활성을 확보하기 쉬워진다.
유리 함유막의 소성에 의해 소결 유리 함유층을 형성해도 좋지만, 이 경우 발광 소자 등의 열 열화를 방지하는 관점에서 질화알루미늄 기체 내에 발광 소자 등을 실장하기 전에 유리 함유막을 소성하는 것이 바람직하다.
소결 유리 함유층은 표면 평활성을 높이는 관점에서 유리 분말 단체의 소결체가 바람직하지만, 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 복합 분말의 소결체여도 좋다. 여기서, 유리 분말은 질화알루미늄 기체와 반응성이 낮은 유리가 바람직하고, 아연계 유리 분말(유리 조성 중에 ZnO를 25몰% 이상 포함하는 유리 분말), 알칼리 붕규산계 유리 분말 등이 바람직하다. 또한, 유리 분말로서 질화알루미늄 기체와 반응성이 높은 비스무트계 유리를 이용하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법에 있어서, 소결 유리 함유층의 두께를 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 특히 15㎛ 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층과 질화알루미늄 기체의 열팽창계수 차에 의거한 크랙 등을 방지하기 쉬워진다.
소결 유리 함유층의 폭은 시일링 재료층의 폭보다 큰 것이 바람직하고, 시일링 재료층의 폭보다 0.1㎜ 이상 큰 것이 바람직하다. 소결 유리 함유층의 폭이 시일링 재료층의 폭보다 작으면 시일링 재료층이 질화알루미늄 기체 상에 접촉되기 쉬워지기 때문에 레이저 시일링시에 시일링 재료층 내에 발포가 발생되기 쉬워진다.
소결 유리 함유층의 표면을 연마 처리하는 것이 바람직하고, 그 경우 소결 유리 함유층의 표면의 표면 조도 Ra는 바람직하게는 0.5㎛ 미만, 0.2㎛ 이하, 특히 0.01~0.15㎛이고, 소결 유리 함유층의 표면의 표면 조도 RMS는 바람직하게는 1.0㎛ 미만, 0.5㎛ 이하, 특히 0.05~0.3㎛이다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층의 밀착성이 향상되어 레이저 시일링의 정밀도를 높일 수 있다. 결과적으로, 기밀 패키지의 시일링 강도를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 「표면 조도 Ra」 및 「표면 조도 RMS」는, 예를 들면 촉침식 또는 비접촉식의 레이저 막두께계나 표면 조도계에 의해 측정할 수 있다.
질화알루미늄 기체의 두께는 0.1~1.5㎜, 특히 0.5~1.2㎜가 바람직하다. 이것에 의해, 기밀 패키지의 박형화를 도모할 수 있다.
또한, 질화알루미늄 기체로서 베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖는 질화알루미늄 기체를 이용하여 프레임부의 최상부에 소결 유리 함유층을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 질화알루미늄 기체의 프레임부 내에 자외 LED 소자 등의 발광 소자를 수용하기 쉬워진다.
레이저광의 조사에 의해 질화알루미늄 기체의 프레임부의 최상부에 소결 유리 함유층을 형성하는 경우, 레이저광의 조사 폭을 프레임부의 폭보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 레이저 조사시에 유리 함유막이 적정하게 소결함과 아울러 프레임부 내의 발광 소자 등이 손상되기 어려워진다.
질화알루미늄 기체가 프레임부를 갖는 경우, 질화알루미늄 기체의 외주단 가장자리 영역을 따라서 프레임부를 액자 테두리 형상으로 설치함과 아울러, 그 프레임부의 최상부에 유리 함유막을 도포하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 디바이스로서 기능하는 유효 면적을 넓힐 수 있다. 또한, 자외 LED 소자 등의 발광 소자를 질화알루미늄 기체의 프레임부 내에 수용하기 쉬워진다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 유리 덮개를 준비함과 아울러 유리 덮개 상에 시일링 재료층을 형성하는 공정을 갖는다.
시일링 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만, 7㎛ 미만, 특히 5㎛ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 해서, 레이저 시일링 후의 시일링 재료층의 평균 두께도 10㎛ 미만, 7㎛ 미만, 특히 5㎛ 미만으로 규제하는 것이 바람직하다. 시일링 재료층의 평균 두께가 작을수록 시일링 재료층과 유리 덮개의 열팽창계수가 충분히 정합하고 있지 않아도 레이저 시일링 후에 시일링 부분에 잔류하는 응력이 저감된다. 또한, 레이저 시일링의 정밀도를 높일 수도 있다. 또한, 상기와 같이 시일링 재료층의 평균 두께를 규제하는 방법으로서는 시일링 재료 페이스트를 얇게 도포하는 방법, 시일링 재료층의 표면을 연마 처리하는 방법이 예시된다.
시일링 재료층의 표면 조도 Ra를 0.5㎛ 미만, 0.2㎛ 이하, 특히 0.01~0.15㎛로 규제하는 것이 바람직하다. 또한, 시일링 재료층의 표면 조도 RMS를 1.0㎛ 미만, 0.5㎛ 이하, 특히 0.05~0.3㎛로 규제하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층의 밀착성이 향상되어 레이저 시일링의 정밀도가 향상된다. 또한, 상기와 같이 시일링 재료층의 표면 조도 Ra, RMS를 규제하는 방법으로서는 시일링 재료층의 표면을 연마 처리하는 방법, 내화성 필러 분말의 입도를 규제하는 방법이 예시된다.
시일링 재료층은 시일링 재료의 소결체이고, 레이저 시일링시에 연화 변형하여 유리 함유층을 반응하는 것이다. 시일링 재료로서, 여러가지 재료가 사용 가능하다. 그 중에서도, 레이저 시일링 강도를 확보하는 관점에서 비스무트계 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 복합 분말을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 시일링 재료로서 55~95체적%의 비스무트계 유리와 5~45체적%의 내화성 필러 분말을 함유하는 시일링 재료를 이용하는 것이 바람직하고, 60~85체적%의 비스무트계 유리와 15~40체적%의 내화성 필러 분말을 함유하는 시일링 재료를 이용하는 것이 더욱 바람직하고, 60~80체적%의 비스무트계 유리와 20~40체적%의 내화성 필러 분말을 함유하는 시일링 재료를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 내화성 필러 분말을 첨가하면 시일링 재료의 열팽창계수가 유리 덮개와 소결 유리 함유층의 열팽창계수에 정합하기 쉬워진다. 그 결과, 레이저 시일링 후에 시일링 부분에 부당한 응력이 잔류하는 사태를 방지하기 쉬워진다. 한편, 내화성 필러 분말의 함유량이 지나치게 많으면, 비스무트계 유리의 함유량이 상대적으로 적어지기 때문에 시일링 재료층의 표면 평활성이 저하되어 레이저 시일링의 정밀도가 저하되기 쉬워진다.
비스무트계 유리는 유리 조성으로서 몰%로 Bi2O3 28~60%, B2O3 15~37%, ZnO 1~30% 함유하는 것이 바람직하다. 각 성분의 함유 범위를 상기와 같이 한정한 이유를 이하에 설명한다. 또한, 유리 조성 범위의 설명에 있어서 %표시는 몰%를 가리킨다.
Bi2O3은 연화점을 저하시키기 위한 주요 성분이며, 그 함유량은 28~60%, 33~55%, 특히 35~45%가 바람직하다. Bi2O3의 함유량이 지나치게 적으면 연화점이 지나치게 높아져서 유동성이 저하되기 쉬워진다. 한편, Bi2O3의 함유량이 지나치게 많으면 레이저 시일링시에 유리가 실투하기 쉬워지고, 이 실투에 기인하여 유동성이 저하되기 쉬워진다.
B2O3은 유리 형성 성분으로서 필수 성분이고, 그 함유량은 15~37%, 20~33%, 특히 25~30%가 바람직하다. B2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 유리 네트워크가 형성되기 어려워지기 때문에 레이저 시일링시에 유리가 실투하기 쉬워진다. 한편, B2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리의 점성이 높아져서 유동성이 저하되기 쉬워진다.
ZnO는 내실투성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 1~30%, 3~25%, 5~22%, 특히 9~20%가 바람직하다. 그 함유량이 1%보다 적거나 또는 30%보다 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 손상되어서 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
상기 성분 이외에도, 예를 들면 이하의 성분을 첨가해도 좋다.
SiO2는 내수성을 높이는 성분이지만, 연화점을 상승시키는 작용을 갖는다. 이 때문에, SiO2의 함유량은 0~5%, 0~3%, 0~2%, 특히 0~1%가 바람직하다. 또한, SiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 레이저 시일링시에 유리가 실투하기 쉬워진다.
Al2O3은 내수성을 높이는 성분이고, 그 함유량은 0~10%, 0~5%, 특히 0.1~2%가 바람직하다. Al2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 연화점이 부당하게 상승할 우려가 있다.
Li2O, Na2O 및 K2O는 내실투성을 저하시키는 성분이다. 따라서, Li2O, Na2O 및 K2O의 함유량은 각각 0~5%, 0~3%, 특히 0~1% 미만이다.
MgO, CaO, SrO 및 BaO는 내실투성을 높이는 성분이지만, 연화점을 상승시키는 성분이다. 따라서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 함유량은 각각 0~20%, 0~10%, 특히 0~5%이다.
Bi2O3계 유리의 연화점을 낮추기 위해서는 유리 조성 중에 Bi2O3을 다량으로 도입할 필요가 있지만, Bi2O3의 함유량을 증가시키면 레이저 시일링시에 유리가 실투하기 쉬워지고, 이 실투에 기인하여 유동성이 저하되기 쉬워진다. 특히, Bi2O3의 함유량이 30% 이상이 되면 그 경향이 현저해진다. 이 대책으로서, CuO를 첨가하면 Bi2O3의 함유량이 30% 이상이어도 유리의 실투를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, CuO를 첨가하면 레이저 시일링시의 레이저 흡수 특성을 높일 수 있다. CuO의 함유량은 0~40%, 5~35%, 10~30%, 특히 15~25%가 바람직하다. CuO의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 손상되어서, 반대로 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
Fe2O3은 내실투성과 레이저 흡수 특성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 0~10%, 0.1~5%, 특히 0.5~3%가 바람직하다. Fe2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 손상되어서, 반대로 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
Sb2O3은 내실투성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 0~5%, 특히 0~2%가 바람직하다. Sb2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 손상되어서, 반대로 내실투성이 저하되기 쉬워진다.
유리 분말의 평균 입자지름(D50)은 15㎛ 미만, 0.5~10㎛, 특히 1~5㎛가 바람직하다. 유리 분말의 평균 입자지름(D50)이 작을수록 유리 분말의 연화점이 저하된다.
내화성 필러 분말로서 코디어라이트, 지르콘, 산화주석, 산화니오브, 인산지르코늄계 세라믹, 윌레마이트, β-유크립타이트, β-석영 고용체로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 내화성 필러 분말은 열팽창계수가 낮은 것에 추가하여 기계적 강도가 높고, 또한 비스무트계 유리와의 적합성이 양호하다.
내화성 필러 분말의 평균 입자지름(D50)은 바람직하게는 2㎛ 미만, 특히 1.5㎛ 미만이다. 내화성 필러 분말의 평균 입자지름(D50)이 2㎛ 미만이면 시일링 재료층의 표면 평활성이 향상됨과 아울러 시일링 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 규제하기 쉬워져서, 결과적으로 레이저 시일링의 정밀도를 높일 수 있다.
내화성 필러 분말의 99% 입자지름(D99)은 바람직하게는 5㎛ 미만, 4㎛ 이하, 특히 3㎛ 이하이다. 내화성 필러 분말의 99% 입자지름(D99)이 5㎛ 미만이면 시일링 재료층의 표면 평활성이 향상됨과 아울러 시일링 재료층의 평균 두께를 10㎛ 미만으로 규제하기 쉬워져서, 결과적으로 레이저 시일링의 정밀도를 높일 수 있다. 여기서, 「평균 입자지름(D50)」과 「99% 입자지름(D99)」은 레이저 회절법에 의해 체적 기준으로 측정한 값을 가리킨다.
시일링 재료는 광흡수 특성을 높이기 위해서 레이저 흡수재를 더 포함해도 좋지만, 레이저 흡수재는 비스무트계 유리의 실투를 조장하는 작용을 갖는다. 따라서, 레이저 흡수재의 함유량은 바람직하게는 1~15체적%, 3~12체적%, 특히 5~10체적%이다. 레이저 흡수재의 함유량이 지나치게 많으면, 레이저 시일링시에 유리가 실투하기 용이해진다. 레이저 흡수제로서, Cu계 산화물, Fe계 산화물, Cr계 산화물, Mn계 산화물 및 이것들의 스피넬형 복합 산화물 등이 사용 가능하며, 특히 비스무트계 유리와의 적합성의 관점에서 Mn계 산화물이 바람직하다.
시일링 재료의 연화점은 바람직하게는 500℃ 이하, 480℃ 이하, 특히 450℃ 이하이다. 연화점이 지나치게 높으면, 시일링 재료층의 표면 평활성을 높이기 어려워진다. 연화점의 하한은 특별히 설정되지 않지만, 유리의 열적 안정성을 고려하면 연화점은 350℃ 이상이 바람직하다. 여기서, 「연화점」은 매크로형 DTA 장치에 의해 측정했을 때의 제4변곡점이며, 도 1 중의 Ts에 상당한다.
시일링 재료층의 열팽창계수는 바람직하게는 60×10-7~95×10-7/℃, 65×10-7~82×10-7/℃, 특히 70×10-7~76×10-7/℃이다. 이와 같이 하면, 시일링 재료층의 열팽창계수가 유리 덮개나 소결 유리 함유층의 열팽창계수에 정합하여 시일링 부분에 잔류하는 응력이 작아진다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법에 있어서, (소결 유리 함유층의 두께)/(시일링 재료층의 두께)를 0.5 이상, 1.0 초과, 특히 1.5 초과로 규제하는 것이 바람직하다. 소결 유리 함유층의 두께가 시일링 재료층의 두께에 비해서 지나치게 작으면, 레이저 시일링시에 열이 질화알루미늄 기체를 통과해서 방산되기 쉬워져서 레이저 시일링의 효율이 저하되기 쉬워진다.
또한, (소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)를 0.6~1.4, 0.8~1.2, 특히 0.9~1.1로 규제하는 것이 바람직하다. (소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)가 상기 범위 밖으로 되면, 소결 유리 함유층에 부당한 응력이 잔존하기 쉬워져서 소결 유리 함유층에 크랙이 발생되기 쉬워진다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법에 있어서, 시일링 재료층은 시일링 재료 페이스트의 도포, 소결에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 시일링 재료층의 치수 정밀도를 높일 수 있다. 여기서, 시일링 재료 페이스트는 시일링 재료와 비이클의 혼합물이다. 그리고, 비이클은 통상 용매와 수지를 포함한다. 수지는 페이스트의 점도를 조정할 목적으로 첨가된다. 또한, 필요에 따라서 계면활성제, 증점제 등을 첨가할 수도 있다. 제작된 시일링 재료 페이스트는 디스펜서나 스크린 인쇄기 등의 도포기를 이용하여 유리 덮개의 표면에 도포된다.
시일링 재료 페이스트는 유리 덮개의 외주단 가장자리 영역을 따라서 액자 테두리 형상으로 도포되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 자외광 등이 투과하는 면적을 넓힐 수 있다.
시일링 재료 페이스트는 통상 삼단 롤러 등에 의해 시일링 재료와 비이클을 혼련함으로써 제작된다. 비이클은 통상 수지와 용제를 포함한다. 비이클에 사용되는 수지로서 아크릴산 에스테르(아크릴 수지), 에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 니트로셀룰로오스, 폴리메틸스티렌, 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 메타크릴산 에스테르 등이 사용 가능하다. 비이클에 사용하는 용제로서, N,N'-디메틸포름아미드(DMF), α-테르피네올, 고급 알코올, γ-부틸락톤(γ-BL), 테트랄린, 부틸카르비톨아세테이트, 아세트산 에틸, 아세트산 이소아밀, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 벤질알코올, 톨루엔, 3-메톡시-3-메틸부탄올, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌카보네이트, 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈 등이 사용 가능하다.
유리 덮개로서 여러가지 유리가 사용 가능하다. 예를 들면, 무알칼리 유리, 붕규산 유리, 소다 석회 유리가 사용 가능하다. 특히, 자외 파장 영역의 광투과성을 높이기 위해서 저 철함유 유리 덮개(유리 조성 중의 Fe2O3의 함유량이 0.015질량% 이하, 특히 0.010질량% 미만)를 사용하는 것이 바람직하다.
유리 덮개의 판두께는 0.01~2.0㎜, 0.1~1㎜, 특히 0.2~0.7㎜가 바람직하다. 이것에 의해, 기밀 패키지의 박형화를 도모할 수 있다. 또한, 자외 파장 영역의 광투과성을 높일 수 있다.
시일링 재료층과 유리 덮개의 열팽창계수 차는 40×10-7/℃ 미만, 특히 25×10-7/℃ 이하가 바람직하고, 시일링 재료층과 소결 유리 함유층의 열팽창계수 차는 40×10-7/℃ 미만, 특히 25×10-7/℃ 이하가 바람직하다. 이들 열팽창계수 차가 지나치게 크면, 시일링 부분에 잔류하는 응력이 부당하게 높아져서 기밀 패키지의 장기 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉하도록 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 배치하는 공정을 갖는다. 이 경우, 유리 덮개를 질화알루미늄 기체의 하방에 배치해도 좋지만, 레이저 시일링의 효율의 관점에서 유리 덮개를 질화알루미늄 기체의 상방에 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 유리 덮개측으로부터 시일링 재료층을 향해서 레이저광을 조사하고, 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써 소결 유리 함유층과 시일링 재료층을 기밀 시일링하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 갖는다.
레이저로서, 여러가지 레이저를 사용할 수 있다. 특히, 반도체 레이저, YAG 레이저, CO2 레이저, 엑시머 레이저, 적외 레이저는 취급이 용이한 점에서 바람직하다.
레이저 시일링을 행하는 분위기는 특별히 한정되지 않고, 대기 분위기여도 좋고, 질소 분위기 등의 불활성 분위기여도 좋다.
레이저 시일링을 행할 때에, (100℃ 이상, 또한 질화알루미늄 기체 내의 발광 소자 등의 내열 온도 이하)의 온도에서 유리 덮개를 예비 가열하면 서멀 쇼크에 의한 유리 덮개의 균열을 억제할 수 있다. 또한, 레이저 시일링 직후에 유리 덮개측으로부터 어닐링 레이저를 조사하면 서멀 쇼크에 의한 유리 덮개의 균열을 억제할 수 있다.
유리 덮개를 압박한 상태에서 레이저 시일링을 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 레이저 시일링시에 시일링 재료층의 연화 변형을 촉진할 수 있다.
본 발명의 기밀 패키지는 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 갖는 기밀 패키지에 있어서, 질화알루미늄이 베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖고, 질화알루미늄의 프레임부의 최상부 상에 실질적으로 비스무트계 유리를 포함하지 않는 소결 유리 함유층이 형성되어 있고, 유리 덮개 상에 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 포함하는 시일링 재료층이 형성되어 있고, 또한 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉 배치된 상태에서 기밀 일체화되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 기밀 패키지의 기술적 특징은 본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법의 설명란에 기재되어 있다. 따라서, 여기서는 편의상 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태를 설명하기 위한 단면 개념도이다. 기밀 패키지(자외 LED 패키지)(1)는 질화알루미늄 기체(10)와 유리 덮개(11)를 구비하고 있다. 질화알루미늄 기체(10)는 베이스부(12)를 갖고, 또한 베이스부(12)의 외주단 가장자리에 상에 프레임부(13)를 갖고 있다. 또한, 질화알루미늄 기체(10)의 프레임부(13) 내에 자외 LED 소자(14)가 수용되어 있다. 그리고, 이 프레임부(13)의 최상부(15)에는 소결 유리 함유층(16)이 형성되어 있다. 소결 유리 함유층(16)의 표면은 미리 연마 처리되어 있고, 그 표면 조도 Ra가 0.15㎛ 이하로 되어 있다. 그리고, 소결 유리 함유층(16)의 폭은 프레임부(13)의 폭보다 약간 작게 되어 있다. 또한, 소결 유리 함유층(16)은 레이저광을 조사함으로써 ZnO계 유리 분말로 이루어지는 유리 함유막을 소결시킨 것이다. 또한, 질화알루미늄 기체(10) 내에는 자외 LED 소자(14)와 외부를 전기적으로 접속하는 전기 배선(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
유리 덮개(11)의 표면에는 액자 테두리 형상의 시일링 재료층(17)이 형성되어 있다. 시일링 재료층(17)은 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 포함하고 있다. 그리고, 시일링 재료층(17)의 폭은 소결 유리 함유층(16)의 폭보다 약간 작게 되어 있다. 또한, 시일링 재료층(17)의 두께는 소결 유리 함유층(16)의 두께보다 약간 작게 되어 있다.
레이저 조사 장치(18)로부터 출사된 레이저광(L)은 유리 덮개(11)측으로부터 시일링 재료층(17)을 따라서 조사된다. 이것에 의해, 시일링 재료층(17)이 연화 유동하여 소결 유리 함유층(16)과 반응한 후, 질화알루미늄 기체(10)와 유리 덮개(11)가 기밀 시일링되어 기밀 패키지(1)의 기밀 구조가 형성된다.
실시예
이하, 실시예에 의거해서 본 발명을 상세히 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 다음의 실시예에 조금도 한정되지 않는다.
우선, 시일링 재료를 제작했다. 표 1은 시일링 재료의 재료 구성을 나타내고 있다. 비스무트계 유리는 유리 조성으로서 몰%로 Bi2O3 36.9%, B2O3 25.8%, ZnO 16.6%, CuO 14.1%, Fe2O3 0.7%, BaO 5.9%를 함유하고, 또한 표 1에 기재된 입도를 갖고 있다.
상기 비스무트계 유리, 내화성 필러 분말 및 레이저 흡수재를 표 1에 나타내는 비율로 혼합하여 시일링 재료를 제작했다. 내화물 필러 분말로서, 표 1에 나타내는 입도를 갖는 코디어라이트를 이용했다. 레이저 흡수재로서 Mn-Fe-Al계 안료를 사용했다. 또한, Mn-Fe-Al계 복합 산화물의 평균 입자지름(D50)은 1.0㎛, 99% 입자지름(D99)은 2.5㎛였다. 이 시일링 재료에 대해, 유리 전이점, 연화점, 열팽창계수를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
유리 전이점은 압봉식 TMA 장치에 의해 측정한 값이다.
연화점은 매크로형 DTA 장치에 의해 측정한 값이다. 측정은 대기 분위기 하에 있어서 승온 속도 10℃/분으로 행하고, 실온부터 600℃까지 측정을 행했다.
열팽창계수는 압봉식 TMA 장치에 의해 측정한 값이다. 측정 온도 범위는 30~300℃이다.
이어서, 상기 시일링 재료를 이용하여 유리 덮개(세로 3㎜×가로 3㎜×두께 0.2㎜, 알칼리 붕규산 유리 기판, 열팽창계수 41×10-7/℃)의 외주단 가장자리 상에 액자 테두리 형상의 시일링 재료층을 형성했다. 상술하면, 우선 점도가 약 100Pa·s(25℃, Shear rate : 4)로 되도록, 표 1에 기재된 시일링 재료와 비이클 및 용제를 혼련한 후, 삼단 롤밀에 의해 분말이 균일하게 분산될 때까지 더 혼련하여 페이스트화했다. 비이클에는 글리콜에테르계 용제에 에틸셀룰로오스 수지를 용해시킨 것을 사용했다. 이어서, 유리 덮개의 외주단 가장자리를 따라서 스크린 인쇄기에 의해 상기 시일링 재료 페이스트를 액자 테두리 형상으로 인쇄했다. 또한, 대기 분위기 하에서 120℃에서 10분간 건조시킨 후, 대기 분위기 하에서 500℃에서 10분간 소성하여 5㎛ 두께, 폭 300㎛의 시일링 재료층을 유리 덮개 상에 형성했다.
또한, 질화알루미늄 기체(세로 3㎜×가로 3㎜×베이스부 두께 0.7㎜, 열팽창계수 46×10-7/℃)를 준비하고, 질화알루미늄 기체의 프레임부 내에 심자외 LED 소자를 수용했다. 또한, 프레임부는 폭 600㎛, 높이 400㎛의 액자 테두리 형상이며, 질화알루미늄 기체의 베이스부의 외주단 가장자리 위를 따라서 형성되어 있다.
계속해서, ZnO계 유리 분말(닛폰덴키가라스사제 GP-014, 열팽창계수 43×10-7/℃)을 사용하여 질화알루미늄 기체의 프레임부 상에 소결 유리 함유층을 형성했다. 상술하면, 우선 점도가 약 100Pa·s(25℃, Shear rate : 4)로 되도록 ZnO계 유리 분말과 비이클 및 용제를 혼련한 후, 삼단 롤밀에 의해 분말이 균일하게 분산될 때까지 더 혼련하여 페이스트화했다. 비이클에는 글리콜에테르계 용제에 에틸셀룰로오스 수지를 용해시킨 것을 사용했다. 이어서, 스크린 인쇄기에 의해 상기 유리 함유 페이스트를 질화알루미늄 기체의 프레임부 상을 인쇄했다. 또한, 얻어진 유리 함유막에 파장 10.6㎛, 7W의 CO2 레이저를 조사하여 20㎛ 두께, 폭 500㎛의 소결 유리 함유층을 질화알루미늄 기체의 프레임 상에 형성했다.
최후로, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉하도록 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 배치한 후, 유리 덮개측으로부터 시일링 재료층을 향해서 파장 808㎚, 5W의 반도체 레이저를 조사하여 시일링 재료층를 연화 변형시킴으로써 소결 유리 함유층과 시일링 재료층을 기밀 일체화해서 기밀 패키지를 얻었다.
얻어진 기밀 패키지에 대하여, 고온 고습 고압 시험 : HAST 시험(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress test)을 행한 후, 시일링 재료층의 근방을 관찰한 결과, 변질, 크랙, 박리 등이 전혀 확인되지 않았다. 또한, HAST 시험의 조건은 121℃, 습도 100%, 2atm, 24시간이다.
(산업상 이용가능성)
본 발명의 기밀 패키지는 자외 LED 소자가 실장된 기밀 패키지에 적합하지만, 그것 이외에도 양자 도트를 분산시킨 수지 등을 수용하는 기밀 패키지 등에도 적합하게 적용 가능하다.
1 : 기밀 패키지(자외 LED 패키지) 10 : 질화알루미늄 기체
11 : 유리 덮개 12 : 베이스부
13 : 프레임부 14 : 자외 LED 소자
15 : 프레임부의 최상부 16 : 소결 유리 함유층
17 : 시일링 재료층 18 : 레이저 조사 장치
L : 레이저광
11 : 유리 덮개 12 : 베이스부
13 : 프레임부 14 : 자외 LED 소자
15 : 프레임부의 최상부 16 : 소결 유리 함유층
17 : 시일링 재료층 18 : 레이저 조사 장치
L : 레이저광
Claims (12)
- 질화알루미늄 기체를 준비함과 아울러 질화알루미늄 기체 상에 소결 유리 함유층을 형성하는 공정과,
유리 덮개를 준비함과 아울러 유리 덮개 상에 시일링 재료층을 형성하는 공정과,
소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉하도록 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 배치하는 공정과,
유리 덮개측으로부터 시일링 재료층을 향해서 레이저광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층을 기밀 시일링하여 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
소결 유리 함유층의 폭을 시일링 재료층의 폭보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
(소결 유리 함유층의 두께)/(시일링 재료층의 두께)를 0.5 이상으로 규제하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
(소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)를 0.6 이상 또한 1.4 이하로 규제하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
질화알루미늄 기체 상에 유리 함유막을 형성한 후에 유리 함유막을 향해서 레이저광을 조사함으로써 유리 함유막을 소결시켜 소결 유리 함유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖는 질화알루미늄 기체를 사용하여 프레임부의 최상부에 소결 유리 함유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
소결 유리 함유층의 표면을 연마하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지의 제조 방법. - 질화알루미늄 기체와 유리 덮개를 갖는 기밀 패키지에 있어서,
질화알루미늄이 베이스부와 베이스부 상에 설치된 프레임부를 갖고,
질화알루미늄의 프레임부의 최상부 상에 실질적으로 비스무트계 유리를 포함하지 않는 소결 유리 함유층이 형성되어 있고,
유리 덮개 상에 비스무트계 유리와 내화성 필러 분말을 포함하는 시일링 재료층이 형성되어 있고,
또한, 소결 유리 함유층과 시일링 재료층이 접촉 배치된 상태에서 기밀 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지. - 제 8 항에 있어서,
소결 유리 함유층의 폭이 시일링 재료층의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 기밀 패키지. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
(소결 유리 함유층의 두께)/(시일링 재료층의 두께)가 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 기밀 패키지. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
(소결 유리 함유층의 열팽창계수)/(질화알루미늄 기체의 열팽창계수)가 0.6 이상 또한 1.4 이하인 것을 특징으로 하는 기밀 패키지. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
질화알루미늄의 프레임부 내에 자외 LED 소자가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 기밀 패키지.
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