KR20210031467A - 광학 패키지 - Google Patents

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KR20210031467A
KR20210031467A KR1020217001635A KR20217001635A KR20210031467A KR 20210031467 A KR20210031467 A KR 20210031467A KR 1020217001635 A KR1020217001635 A KR 1020217001635A KR 20217001635 A KR20217001635 A KR 20217001635A KR 20210031467 A KR20210031467 A KR 20210031467A
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solder
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KR1020217001635A
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줌페이 다키카와
신야 기쿠가와
마코토 히라모토
고타로 에노모토
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에이지씨 가부시키가이샤
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Abstract

상면에 오목부를 갖고, 오목부에 광학 소자를 구비한 회로 기판과, 회로 기판 상에 오목부의 개구부를 덮도록 배치된 무기 재료의 기체와, 무기 재료의 기체와 회로 기판을 접합하는 금속층을 구비하고 있고, 회로 기판과 무기 재료의 기체의 적층 방향과 평행으로서, 오목부를 통과하는 단면에 있어서, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L1 과, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L2 와, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L3 과, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L4 가, L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 의 관계를 만족하는 광학 패키지.

Description

광학 패키지
본 발명은, 광학 패키지에 관한 것이다.
종래부터 발광 다이오드 등의 광학 소자를 회로 기판의 오목부 내에 배치 후, 그 오목부의 개구부를, 투명 수지 기재 등을 구비한 창재에 의해 봉지하여, 광학 패키지로서 사용하는 경우가 있었다.
이 경우, 창재는 수지제의 접착제 등에 의해 회로 기판과 접합되어 있었지만, 광학 소자의 종류 등에 따라서는 기밀 봉지성의 향상이 요구되고 있었다. 이 때문에, 회로 기판과 창재를 수지제의 접착제 대신에, 금속 재료에 의해 접합하는 것이 검토되어 왔다.
예를 들어 특허문헌 1 에는, 실장 기판과, 상기 실장 기판에 실장된 자외선 발광 소자와, 상기 실장 기판 상에 배치되고 상기 자외선 발광 소자를 노출시키는 관통공이 형성된 스페이서와, 상기 스페이서의 상기 관통공을 막도록 상기 스페이서 상에 배치된 커버를 구비하고, 상기 자외선 발광 소자는, 자외선의 파장역에 발광 피크 파장을 갖고, 상기 실장 기판은, 지지체와, 상기 지지체에 지지된 제 1 접합용 금속층을 구비하고, 상기 스페이서는, Si 에 의해 형성된 스페이서 본체와, 상기 스페이서 본체에 있어서의 상기 실장 기판과의 대향면측에서 상기 실장 기판의 상기 제 1 접합용 금속층에 대향하고 있고 상기 대향면에 있어서의 외주 가장자리의 전체 둘레를 따라 형성되어 있는 제 2 접합용 금속층을 구비하고, 상기 관통공은, 상기 스페이서 본체에 형성되어 있고, 상기 관통공은, 상기 실장 기판으로부터 멀어짐에 따라 개구 면적이 점차 증가하고 있고, 상기 커버는, 상기 자외선 발광 소자로부터 방사되는 자외선을 투과시키는 유리에 의해 형성되고, 상기 스페이서와 상기 커버가 직접 접합되어 있고, 상기 스페이서의 제 2 접합용 금속층과 상기 실장 기판의 상기 제 1 접합용 금속층이 상기 제 2 접합용 금속층의 전체 둘레에 걸쳐서 AuSn 에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치가 개시되어 있다.
일본 특허공보 제5877487호
특허문헌 1 에 개시된 발광 장치에서는, 커버와 스페이서를 양극 접합에 의해 직접 접합한다고 되어 있지만, 접합 후, 커버에 균열을 발생시키는 경우가 있었다.
상기 종래 기술이 갖는 문제를 감안하여, 본 발명의 일 측면에서는, 커버에 균열이 발생하는 것을 억제한 광학 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 양태에서는, 상면에 오목부를 갖고, 상기 오목부에 광학 소자를 구비한 회로 기판과,
상기 회로 기판 상에 상기 오목부의 개구부를 덮도록 배치된 무기 재료의 기체와,
상기 무기 재료의 기체와 상기 회로 기판을 접합하는 금속층을 구비하고 있고,
상기 회로 기판과 상기 무기 재료의 기체의 적층 방향과 평행으로서, 상기 오목부를 통과하는 단면에 있어서,
상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 상기 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L1 과,
상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 상기 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L2 와,
상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 상기 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L3 과,
상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 상기 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L4 가,
L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 의 관계를 만족하는 광학 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 커버에 균열이 발생하는 것을 억제한 광학 패키지를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 실시형태의 광학 패키지의 구성 설명도이다.
도 2 는, 무기 재료의 기체의 측면의 구성예의 설명도이다.
도 3 은, 본 실시형태의 광학 패키지의 커버와 무기 재료의 기체의 접합부 주변의 두께 방향과 평행한 면에서의 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명하는데, 본 발명은, 하기의 실시형태에 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 하기의 실시형태에 다양한 변형 및 치환을 부가할 수 있다.
[광학 패키지]
본 실시형태의 광학 패키지에 대해 설명한다.
본 실시형태의 광학 패키지는, 상면에 오목부를 갖고, 오목부에 광학 소자를 구비한 회로 기판과, 회로 기판 상에 오목부의 개구부를 덮도록 배치된 무기 재료의 기체와, 무기 재료의 기체와 회로 기판을 접합하는 금속층을 가질 수 있다.
그리고, 회로 기판의 절연 재료의 열 팽창률이, 무기 재료의 기체의 재료의 열 팽창률 이상인 경우, 회로 기판과 무기 재료의 기체의 적층 방향과 평행으로서, 오목부를 통과하는 단면에 있어서, 금속층이 소정의 형상을 가질 수 있다.
구체적으로는, 이러한 단면에 있어서, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L1 과, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L2 가, L1 ＜ L2 의 관계를 만족할 수 있다.
또, 본 실시형태의 광학 패키지는 다른 구성예에서는, 상면에 오목부를 갖고, 오목부에 광학 소자를 구비한 회로 기판과, 회로 기판 상에 오목부의 개구부를 덮도록 배치된 무기 재료의 기체와, 무기 재료의 기체와 회로 기판을 접합하는 금속층을 가질 수 있다.
그리고, 회로 기판의 절연 재료의 열 팽창률이, 무기 재료의 기체의 재료의 열 팽창률 미만인 경우, 회로 기판과 무기 재료의 기체의 적층 방향과 평행으로서, 오목부를 통과하는 단면에 있어서, 금속층이 소정의 형상을 가질 수 있다.
구체적으로는, 이러한 단면에 있어서, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L3 과, 회로 기판의 외주 측의 단부와, 금속층과 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L4 가, L3 ＜ L4 의 관계를 만족할 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 구성예에 대해, 도 1(A), 도 1(B) 를 사용하여 설명한다.
도 1(A) 는, 본 실시형태의 광학 패키지의 무기 재료의 기체와, 광학 소자를 구비한 회로 기판의 적층 방향과 평행으로서, 후술하는 오목부를 통과하는 면에서의 단면도를 모식적으로 나타낸 것이다. 금속층의 구성의 설명을 위해, 실제의 광학 패키지와 비교하여, 다른 부재에 대하여 금속층의 두께가 두껍게 되어 있다.
본 실시형태의 광학 패키지 (10) 는, 커버인 무기 재료의 기체 (11) 와, 상면에 오목부 (121A) 를 갖고, 오목부 (121A) 에 광학 소자 (122) 를 구비한 회로 기판 (12) 을 갖는다. 무기 재료의 기체 (11) 는 회로 기판 (12) 상에 오목부 (121A) 의 개구부를 덮도록 배치되어 있다.
그리고, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 을 접합하는 금속층 (13) 을 가질 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 상기 서술한 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 와, 회로 기판 (12) 과, 금속층 (13) 을 갖고, 금속층 (13) 에 의해, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 이 접합되도록 구성되어 있으면 된다.
도 1(B) 에 도 1(A) 의 상면도, 즉 도 1(A) 에 있어서 블록 화살표 (A) 를 따라 본 도면을 나타낸다. 또한, 도 1(B) 중, 무기 재료의 기체 (11) 를 투과하여 보이는 부재도 함께 나타내고 있다. 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 는, 상면측에서 본 경우, 예를 들어 사각형 등의 다각형상으로 할 수 있다. 상면측에서 본 경우의 무기 재료의 기체 (11) 는, 이러한 형태에 한정되지 않으며, 예를 들어 원형 형상 등으로 할 수도 있다. 그리고, 금속층 (13) 은, 중앙에 회로 기판 (12) 의 오목부 (121A) 에 대응한 개구부를 갖고, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주를 따라, 그 개구부를 둘러싸는 띠상의 형상을 가질 수 있다. 또, 회로 기판 (12) 에 대해서도 그 외형 형상을 무기 재료의 기체 (11) 에 대응한 형상으로 할 수 있다.
또한, 도 1(A), 도 1(B) 에서는, 무기 재료의 기체 (11) 의 쪽이 금속층 (13) 보다 크게 되어 있지만, 이러한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 의 외주와 금속층 (13) 의 외주가 일치하도록 구성할 수도 있다.
각 부재에 대해 이하에 설명한다.
(무기 재료의 기체)
무기 재료의 기체 (11) 는 특별히 한정되는 것은 아니며, 임의의 재료를 사용하여, 임의의 형상으로 할 수 있다.
단, 무기 재료의 기체 (11) 는, 광학 패키지로 한 경우, 회로 기판이 구비하는 광학 소자에 관한 광 중, 특히 투과될 것이 요구되는 파장 영역의 광 (이하,「원하는 파장 영역의 광」이라고 기재한다) 에 대해, 투과율이 충분히 높아지도록, 재료나, 그 두께 등을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어 원하는 파장 영역의 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 적외 영역의 광인 경우, 예를 들어 파장이 0.7 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
또, 무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 가시 영역의 광 (청색 ∼ 녹색 ∼ 적색) 인 경우, 예를 들어 파장이 380 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 자외 영역의 광인 경우, 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 380 ㎚ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 자외 영역의 UV-A 의 광인 경우, 예를 들어 파장이 315 ㎚ 이상 380 ㎚ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 자외 영역의 UV-B 의 광인 경우, 예를 들어 파장이 280 ㎚ 이상 315 ㎚ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 는, 원하는 파장 영역의 광이 자외 영역의 UV-C 의 광인 경우, 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 280 ㎚ 이하의 범위인 광에 대해, 투과율은 50 ％ 이상이 바람직하고, 70 ％ 이상이 보다 바람직하고, 80 ％ 이상이 더욱 바람직하고, 90 ％ 이상이 특히 바람직하다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 투과율은, JIS K 7361-1 (1997) 에 준하여 측정을 실시할 수 있다.
무기 재료의 기체 (11) 의 재료로는, 이미 서술한 바와 같이 임의로 선택할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기밀 봉지성이나, 내구성을 특히 높이는 관점에서, 예를 들어 석영이나, 유리 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 석영에는, 석영 유리나, SiO2 를 90 질량％ 이상 함유한 것이 포함된다. 유리로는, 예를 들어 소다라임 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 무알칼리 유리, 결정화 유리, 및 고굴절률 유리 (nd ≥ 1.5) 를 들 수 있다. 또한, 무기 재료의 기체의 재료로는 1 종류에 한정되는 것은 아니며, 2 종류 이상의 재료를 조합하여 사용할 수도 있다. 이 때문에, 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 의 재료로는, 예를 들어 석영, 소다라임 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 무알칼리 유리, 결정화 유리 및 고굴절률 유리 (nd ≥ 1.5) 에서 선택된 1 종류 이상의 재료를 바람직하게 사용할 수 있다.
무기 재료의 기체 (11) 의 재료로서 유리를 사용하는 경우, 그 무기 재료의 기체 (11) 는 화학 강화 처리가 실시되어 있어도 된다.
무기 재료의 기체 (11) 의 두께에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 0.03 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.05 ㎜ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.1 ㎜ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.3 ㎜ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 0.03 ㎜ 이상으로 함으로써, 광학 패키지에 요구되는 강도를 충분히 발휘하면서, 창재의 무기 재료의 기체 (11) 의 면을 통하여 수분 등이 광학 소자를 배치한 측으로까지 투과하는 것을 특히 억제할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이 무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 0.3 ㎜ 이상으로 함으로써, 광학 패키지에 대해 특히 강도를 높일 수 있어 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 두께의 상한값에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 ㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1 ㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이것은 무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 5 ㎜ 이하로 함으로써 원하는 파장 영역의 광의 투과율을 충분히 높일 수 있기 때문이다. 무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 1 ㎜ 이하로 함으로써, 특히 광학 패키지의 저배화 (低背化) 를 도모할 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 두께는 균일할 필요는 없다. 이 때문에, 무기 재료의 기체의 두께가 균일하지 않은 경우, 무기 재료의 기체 중, 적어도 광학 패키지로 한 경우에 광학 소자에 관한 광의 광로 상에 있는 부분의 두께가 상기 범위에 있는 것이 바람직하고, 무기 재료의 기체의 두께가 어느 부분에서도 상기 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 형상은 상기 서술한 바와 같이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 판상 형상이나, 렌즈가 일체로 된 형상, 즉 렌즈에서 유래하는 오목부나 볼록부를 포함하는 형상으로 할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이 평탄면이고, 타방의 면 (11b) 이 볼록부나 오목부를 갖는 형태나, 일방의 면 (11a) 의 형상과 타방의 면 (11b) 의 형상이 이러한 형태와 반대로 된 형태를 들 수 있다. 또, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이 볼록부를 갖고, 타방의 면 (11b) 이 오목부를 갖는 형태나, 일방의 면 (11a) 의 형상과 타방의 면 (11b) 의 형상이 이러한 형태와 반대로 된 형태를 들 수 있다. 또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 과 타방의 면 (11b) 의 각각이, 볼록부 또는 오목부를 갖는 형태를 들 수 있다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이 볼록부나 오목부를 갖는 경우여도, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 의 금속층 (13) 을 배치하는 부분은, 예를 들어 복수의 창재를 제조한 경우 등에, 창재 간의 금속층 (13) 의 형상의 편차를 억제하기 위해 평탄한 것이 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이란, 도 1(A) 에 나타낸 바와 같이, 광학 패키지로 한 경우에 광학 소자 (122) 와 대향하는 측의 면이 된다. 무기 재료의 기체 (11) 의 타방의 면 (11b) 이란, 광학 패키지로 한 경우에 외부에 노출되는 측의 면이 된다.
광학 패키지의 형태에 따라서는, 무기 재료의 기체의 사이즈가 매우 작아지는 경우가 있다. 그래서, 무기 재료의 기체의 절단 전 자재를 원하는 사이즈로 절단할 때, 레이저광을 사용한 절단 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 방법에 의해 절단을 실시한 경우, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 의 측면은, 레이저광의 초점 위치에 대응하여, 일방의 면 (11a) 의 외주를 따른 선상의 모양 (111) 을 가질 수 있다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 절단 방법은 상기 서술한 예에 한정되는 것은 아니며, 임의의 방법에 의해 절단할 수 있다. 상기 서술한 절단 방법 이외의 방법으로 절단을 실시한 경우, 무기 재료의 기체 (11) 의 측면, 즉 절단면은, 상기 서술한 경우와 상이한 단면 형상을 갖고 있어도 된다. 다른 절단 방법으로는, 예를 들어, 다이싱 소나 와이어 소를 들 수 있다. 이들 절단 방법은 무기 재료의 기체의 절단 전 자재의 두께가 1 ㎜ 이상인 경우에 유효하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 표면에는 반사 방지막을 배치해 둘 수도 있다. 반사 방지막을 배치함으로써, 광학 패키지로 한 경우, 광학 소자, 혹은 외부로부터의 광이 무기 재료의 기체 (11) 의 표면에서 반사되는 것을 억제하여, 광학 소자, 혹은 외부로부터의 광의 투과율을 높일 수 있어 바람직하다. 반사 방지막으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 다층막을 사용할 수 있다. 다층막은, 알루미나 (산화알루미늄, Al2O3), 산화하프늄 (HfO2), 산화티탄 (TiO2) 등에서 선택되는 1 종류 이상의 재료의 층인 제 1 층과, 실리카 (산화규소, SiO2) 의 층인 제 2 층을 교대로 적층한 막으로 할 수 있다. 다층막을 구성하는 층의 수는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상기 제 1 층과 제 2 층을 1 세트로 하여, 다층막은 제 1 층과 제 2 층의 세트를 1 세트 이상 갖는 것이 바람직하고, 2 세트 이상 갖는 것이 보다 바람직하다. 이것은 다층막이 제 1 층과 제 2 층을 1 세트 이상 가짐으로써, 무기 재료의 기체 (11) 의 표면에서 광이 반사되는 것을 특히 억제할 수 있기 때문이다.
다층막을 구성하는 층의 수의 상한에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 생산성 등의 관점에서, 상기 제 1 층과 제 2 층의 세트를 4 세트 이하 갖는 것이 바람직하다.
반사 방지막을 갖는 경우, 반사 방지막은 무기 재료의 기체 (11) 의 적어도 일방의 면 (11a) 상에 배치하는 것이 바람직하고, 일방의 면 (11a) 및 타방의 면 (11b) 의 양면에 배치하는 것이 보다 바람직하다. 일방의 면 (11a) 및 타방의 면 (11b) 의 양면에 반사 방지막을 배치하는 경우, 양 반사 방지막의 구성은 상이해도 되지만, 생산성 등의 관점에서, 동일한 구성의 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하다.
반사 방지막으로서, 상기 서술한 다층막을 사용하는 경우, 최표면에 실리카의 제 2 층이 위치하는 것이 바람직하다. 반사 방지막의 최표면에 실리카의 제 2 층이 위치함으로써, 반사 방지막의 표면이 유리 기판의 표면과 유사한 조성이 되어, 내구성이나, 금속층 (13) 과의 밀착성이 특히 높아져 바람직하기 때문이다.
(회로 기판)
회로 기판 (12) 에 대해서는 특별히 한정되지 않으며, 절연성 기재 (121) 와, 광학 소자 (122) 에 대하여 전력을 공급하는 도시되지 않은 배선을 구비한 각종 회로 기판을 사용할 수 있다. 또한, 회로 기판 (12) 의 절연 재료란, 절연성 기재 (121) 의 재료를 의미하고 있다.
절연성 기재 (121) 의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 금속층 (13) 을 개재하여 무기 재료의 기체 (11) 를 접합한 경우, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 과 금속층 (13) 으로 둘러싸인 공간 내의 기밀 봉지성을 높이기 위해, 회로 기판 (12) 은 세라믹스제의 절연성 기재 (121) 를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 회로 기판 (12) 의 절연 재료는 세라믹스인 것이 바람직하다.
회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 에 사용하는 세라믹스 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미나 (산화알루미늄, Al2O3) 나, 질화알루미늄 (AlN), LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) 등에서 선택된 1 종류 이상을 들 수 있다.
회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 는, 광학 패키지 (10) 로 한 경우, 무기 재료의 기체 (11) 와 절연성 기재 (121) 와 금속층 (13) 으로, 광학 소자 (122) 를 배치하는 부분에 폐쇄된 공간을 형성할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 절연성 기재 (121) 는, 그 상면 (1211) 의 중앙부에 개구부를 갖고, 그 개구부를 포함하는 비관통공인 오목부 (121A) 를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 절연성 기재 (121) 의 상면 (1211) 이란, 광학 패키지 (10) 로 하는 경우에 무기 재료의 기체 (11) 와 대향하는 면으로서, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합하는 측의 면이라고도 할 수 있다.
이러한 오목부 (121A) 를 둘러싸는 벽부 (121B) 는, 광학 패키지로 한 경우에 금속층 (13) 을 지지하기 위해, 그 금속층 (13) 에 대응한 형상을 가질 수 있다.
회로 기판 (12) 에 배치하는 광학 소자 (122) 에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 발광 다이오드 등의 발광 소자나, 수광 소자 등을 사용할 수 있다.
또한, 광학 소자 (122) 가 발광 소자인 경우, 그 발광 소자가 발하는 광의 파장 영역은 특별히 한정되지 않는다. 이 때문에, 예를 들어 자외광 내지 적외광의 범위 내에서 선택된 임의의 파장 영역의 광, 즉 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 1 ㎜ 이하의 범위 내에서 선택된 임의의 파장 영역의 광을 발하는 발광 소자를 사용할 수 있다.
단, 본 실시형태의 광학 패키지에 의하면, 발광 소자로부터의 광을 투과시키는 부재인 무기 재료의 기체는, 투명 수지가 아니라, 무기 재료로 형성되어 있다. 이 때문에, 투명 수지제의 기체를 사용한 경우와 비교하여, 기밀 봉지성을 높일 수 있고, 나아가서는 그 발광 소자로부터의 광에 의한 창재의 열화를 억제할 수 있다. 이 때문에, 광학 소자가 발광 소자인 경우, 기밀성이 특히 요구되는 발광 소자나, 수지의 열화가 진행되기 쉬운 광을 발하는 발광 소자를 사용한 경우, 특히 본 실시형태의 광학 패키지는 높은 효과를 발휘할 수 있어 바람직하다. 기밀성이 특히 요구되는 발광 소자로는, 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 280 ㎚ 이하의 파장 영역의 광인 UV-C 를 발하는 발광 소자를 들 수 있다. 또, 수지의 열화가 진행되기 쉬운 광을 발하는 발광 소자로는, 레이저 등의 출력이 높은 광을 발하는 발광 소자를 들 수 있다. 따라서, 광학 소자 (122) 가 발광 소자인 경우, 그 발광 소자로서, UV-C 를 발하는 발광 소자나, 레이저 등을, 특히 높은 효과를 발휘하는 관점에서 바람직하게 사용할 수 있다.
(금속층)
금속층 (13) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 사이에 배치되고, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 을 접합할 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 무기 재료의 기체와 회로 기판을 접합하여, 광학 패키지로 하였을 때, 무기 재료의 기체에 균열 (크랙) 이 발생하는 경우가 있는 원인에 대해 예의 검토를 실시하였다.
금속층 (13) 은 후술하는 바와 같이 예를 들어 땜납층을 포함할 수 있고, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 은, 양 부재가 금속층 (13) 에 접하고 있는 상태에서, 그 땜납층의 땜납의 융점 이상으로 가열하고, 냉각시킴으로써 접합할 수 있다.
본 발명의 발명자들의 검토에 의하면, 무기 재료의 기체 (11) 의 재료와 회로 기판 (12) 의 절연 재료에서 열 팽창률이 상이한 경우, 양 부재를 접합하기 위해 가열 후, 냉각시킬 때, 양 부재 간에서 수축의 정도에 차이가 발생한다. 그리고, 무기 재료의 기체 (11) 와 금속층 (13) 의 접합부의 일부에 인장 응력이 가해지기 때문에, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 발생하는 경우가 있었다.
그래서, 추가로 검토를 실시한 결과, 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률과 회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률에 따라, 무기 재료의 기체와 회로 기판을 접합하는 금속층의 형상을 소정의 형상으로 함으로써, 균열의 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.
바람직한 금속층의 형상을 설명하기 위해, 도 1(A) 의 점선 (B) 으로 둘러싸인 영역을 확대하여, 모식적으로 나타낸 것을 도 3 에 나타낸다. 즉, 도 3 은 회로 기판 (12) 과 무기 재료의 기체 (11) 의 적층 방향과 평행으로서, 오목부 (121A) 를 통과하는 단면을 나타내고 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 금속층 (13) 은 복수의 층으로 구성할 수도 있지만, 도 3 에 있어서는 금속층 (13) 의 전체로서의 형상을 나타내기 때문에, 각 층은 구별하지 않고, 일체의 것으로서 나타내고 있다.
본 발명의 발명자들의 검토에 의하면, 회로 기판의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체의 재료의 열 팽창률 이상인 경우, 도 3 에 나타낸 회로 기판 (12) 과 무기 재료의 기체 (11) 의 적층 방향과 평행으로서, 오목부 (121A) 를 통과하는 단면에 있어서, 도면 중의 L1 과 L2 가 L1 ＜ L2 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, L1 은, 회로 기판 (12) 의 외주 측의 단부 (1212) 와, 금속층 (13) 과 회로 기판 (12) 이 접하고 있는 부분 중 회로 기판 (12) 의 외주 측에 위치하는 단부인 점 (13A) 사이의 거리이다. 또, L2 는, 회로 기판 (12) 의 외주 측의 단부 (1212) 와, 금속층 (13) 과 무기 재료의 기체 (11) 가 접하고 있는 부분 중 회로 기판 (12) 의 외주 측에 위치하는 단부인 점 (13B) 사이의 거리이다.
회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률보다 큰 경우, 양 부재를 접합하기 위해 가열 후, 냉각시키면, 회로 기판 (12) 의 쪽이 무기 재료의 기체 (11) 보다 변위량이 커진다. 그리고, 금속층의 형상이 L2 ＜ L1 인 경우, 금속층 (13) 과 무기 재료의 기체 (11) 가 접하고 있는 부분 중 회로 기판 (12) 의 외주 측에 위치하는 단부인 점 (13B) 에 선분 (13B-13A) 을 따라 무기 재료의 기체 (11) 로부터 금속층 (13) 을 박리시키도록 인장 응력이 발생한다. 이 때문에, 이러한 경우, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열을 발생시킬 우려가 있다.
한편, 회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률보다 큰 경우, L1 ＜ L2 의 관계를 만족하도록 금속층 (13) 의 형상을 선택함으로써, 가열, 냉각시켰을 때에 점 (13B) 에 상기 인장 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률과 동등한 경우에는, 양 부재를 가열, 냉각시켰을 때에 수축의 정도에 차이가 없다. 그러나, 이 경우에도 동일하게 L1 ＜ L2 의 관계를 만족하도록 금속층 (13) 의 형상을 선택함으로써, 가열, 냉각시켰을 때에 점 (13B) 에 상기 인장 응력이 발생하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 이미 서술한 바와 같이, 회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률 이상인 경우에는, L1 ＜ L2 의 관계를 만족하도록 금속층 (13) 의 형상을 선택하는 것이 바람직하다.
또, 바람직한 L1 및 L2 의 범위는, 0.05 ㎜ ≤ L1 ≤ 0.15 ㎜, 0.15 m ≤ L2 ≤ 0.50 ㎜ 의 범위이다.
또한, 이 경우, 금속층 (13) 의 단면 형상에 있어서의 타방의 측면의 형상인 점 (13C), 점 (13D) 측의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 임의의 형상으로 할 수 있다.
또, 회로 기판 (12) 의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률 미만인 경우, 도 3 에 나타낸 회로 기판 (12) 과 무기 재료의 기체 (11) 의 적층 방향과 평행으로서, 오목부 (121A) 를 통과하는 단면에 있어서, 도면 중의 L3 과 L4 가 L3 ＜ L4 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, L3 은, 회로 기판 (12) 의 외주 측의 단부 (1212) 와, 금속층 (13) 과 무기 재료의 기체 (11) 가 접하고 있는 부분 중 오목부 (121A) 측에 위치하는 단부인 점 (13C) 사이의 거리이다. 또, L4 는, 회로 기판 (12) 의 외주 측의 단부 (1212) 와, 금속층 (13) 과 회로 기판 (12) 이 접하고 있는 부분 중 오목부 (121A) 측에 위치하는 단부인 점 (13D) 사이의 거리이다.
회로 기판의 절연 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체의 재료의 열 팽창률 미만인 경우, 양 부재를 접합하기 위해 가열 후, 냉각시키면, 무기 재료의 기체 (11) 의 쪽이 회로 기판 (12) 보다 변위량이 커진다. 그리고, 금속층의 형상이 L4 ＜ L3 인 경우, 금속층 (13) 과 무기 재료의 기체 (11) 가 접하고 있는 부분 중 오목부 (121A) 측의 단부인 점 (13C) 에 선분 (13C-13D) 을 따라 무기 재료의 기체 (11) 로부터 금속층 (13) 을 박리시키도록 인장 응력이 발생한다. 이 때문에, 이러한 경우, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열을 발생시킬 우려가 있다.
한편, 이미 서술한 바와 같이, 회로 기판 (12) 의 재료의 열 팽창률이 무기 재료의 기체 (11) 의 재료의 열 팽창률 미만인 경우, L3 ＜ L4 의 관계를 만족하도록 금속층의 형상을 선택함으로써, 가열, 냉각시켰을 때에 점 (13C) 에 상기 인장 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또, 바람직한 L3 및 L4 의 범위는, 0.40 ㎜ ≤ L3 ≤ 0.55 ㎜, 0.45 ㎜ ≤ L4 ≤ 1.00 ㎜ 의 범위이다.
또한, 이 경우, 금속층 (13) 의 단면 형상에 있어서의 다른 일방의 측면의 형상인 점 (13A), 점 (13B) 측의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 임의의 형상으로 할 수 있다.
단, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 의 열 팽창률의 관계에 상관없이, 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 점에서, 도 3 에 나타낸 단면에 있어서, 금속층 (13) 의 형상은, L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
또, 가열시에 무기 재료의 기체 (11), 및 회로 기판 (12) 에 균일하게 열이 가해진다고는 할 수 없으며, 열이 가해지는 방식에 따라서는, 무기 재료의 기체, 회로 기판의 열 팽창률과 가열, 냉각시의 각 부재의 변위량의 관계가 상기 서술한 바와 같이 되지 않는 경우도 있다. 그래서, 무기 재료의 기체에 균열이 발생하는 것을 보다 확실하게 방지하는 관점에서, 도 3 에 나타낸 단면에 있어서, 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (12) 의 열 팽창률의 관계에 상관없이, 금속층 (13) 의 형상은, L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
회로 기판 (12) 과 무기 재료의 기체 (11) 를 접합할 때, 금속층 (13) 의 접합부의 측면 형상이 필릿상인 경우, 무기 재료의 기체 (11) 에 발생하는 인장 응력을 크게 저감시킬 수 있는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그러나, 금속층의 측면 형상을 필릿상으로 하려면, 회로 기판 (12) 과 무기 재료의 기체 (11) 사이에 스페이서 등의 부재가 필요해져, 광학 패키지를 제조하는 데에 있어서, 접합 공정의 번잡화나 비용 상승의 요인이 된다. 이 때문에, 회로 기판의 절연 재료의 열팽창 계수와 무기 재료의 기체의 재료의 열팽창 계수에 따라 상기 L1, L2, 혹은 L3, L4 가 이미 서술한 범위를 만족하고 있으면 충분하며, 금속층 (13) 의 구체적인 측면 형상은 특별히 한정되지 않는다.
금속층 (13) 은 이미 서술한 바와 같이 복수의 층을 가질 수 있다. 이러한 복수의 층의 구성예에 대해 이하에 설명한다.
금속층 (13) 은, 예를 들어 하지 금속층과 땜납층을 가질 수 있고, 이하에 설명하는 바와 같이, 예를 들어 땜납층 (1312) 을 사이에 두고 무기 재료의 기체 (11) 측에 배치된 기체측 하지 금속층 (1311) 과, 회로 기판 (12) 측에 배치된 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 2 종류의 하지 금속층을 가질 수 있다.
먼저, 무기 재료의 기체측에 배치된 기체측 하지 금속층에 대해 설명한다.
기체측 하지 금속층 (1311) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 땜납층 (1312) 의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 기체측 하지 금속층 (1311) 의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이 복수의 층으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
기체측 하지 금속층 (1311) 의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2 층, 혹은 3 층으로 구성할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 측에서부터 순서대로 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 과, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 을 가질 수 있다. 또, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 과 땜납층 (1312) 사이에 추가로 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 을 배치할 수도 있다.
제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 다른 층의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 의 재료는, 무기 재료의 기체 (11) 와 다른 층의 밀착성을 높일 수 있는 재료가 바람직하고, 기밀성도 높일 수 있는 재료가 보다 바람직하다. 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 은, 예를 들어 크롬 (Cr), 티탄 (Ti), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 에서 선택된 1 종류 이상을 함유하는 층으로 하는 것이 바람직하다. 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 은, 예를 들어 크롬 (Cr), 티탄 (Ti), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 에서 선택된 1 종류 이상의 재료로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 은, 크롬 (Cr), 티탄 (Ti), 및 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속의 금속막 또는 금속 산화물막으로 하는 것이 보다 바람직하다.
제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 은, 땜납층 (1312) 과 다른 층의 밀착성을 높이는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 백금 (Pt), 은 (Ag) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속을 함유하는 층으로 하는 것이 바람직하다. 비용을 특히 억제하는 관점에서는, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 은 니켈 (Ni), 구리 (Cu) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속을 함유하는 층으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 은, 예를 들어 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 백금 (Pt), 은 (Ag) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 이 경우에도 비용의 관점에서는, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 은, 니켈 (Ni), 구리 (Cu) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 어느 경우에도, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또, 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 을 추가로 형성하는 경우, 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 은, 예를 들어 니켈 (Ni), 금 (Au) 에서 선택된 1 종류 이상을 함유하는 층으로 하는 것이 바람직하다. 특히 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 을 니켈 (Ni) 을 함유하는 층으로 하는 경우에는, 땜납의 젖음성을 향상시키기 위해 니켈-붕소 합금 (Ni-B) 을 함유하는 층, 혹은 Ni-B 로 이루어지는 층으로 하는 것이 바람직하다. 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 을 형성함으로써, 예를 들어 기체측 하지 금속층 (1311) 과 땜납층 (1312) 이 반응하는 것을 특히 억제할 수 있다. 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 은 니켈 (Ni), 금 (Au) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 이 경우에도, 제 3 기체측 하지 금속층이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
기체측 하지 금속층 (1311) 을 구성하는 각 층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니며 임의로 선택할 수 있다.
예를 들어 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 의 두께는, 무기 재료의 기체 (11) 와의 밀착성을 특히 높이는 관점에서 0.03 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 0.2 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 의 두께에 대해서는, 땜납층 (1312) 과의 밀착성을 특히 높이는 관점에서 0.1 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 2.0 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 도 형성하는 경우, 그 두께는 특별히 한정되지 않지만, 기체측 하지 금속층 (1311) 과 땜납층 (1312) 의 반응을 특히 억제하는 관점에서, 예를 들어 0.05 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 1.0 ㎛ 이하가 바람직하다.
다음으로 땜납층 (1312) 에 대해 설명한다.
땜납층 (1312) 은, 광학 패키지를 제조할 때, 무기 재료의 기체 (11) 와, 광학 소자를 구비한 회로 기판 (12) 을 접합하는 기능을 갖고, 그 구성에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.
단, 땜납층 (1312) 의 두께는 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 15 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 회로 기판 (12) 이 갖는 절연성 기재 (121) 는 이미 서술한 바와 같이 예를 들어 세라믹스 재료에 의해 형성할 수 있지만, 세라믹스 재료에 의해 제조하는 경우, 통상적으로는 주물이기 때문에, 금속층 (13) 을 배치하는 면을 완전히 평탄하게 하기는 곤란한 경우가 많다. 그래서, 땜납층의 두께를 5 ㎛ 이상으로 하고, 절연성 기재 (121) 의 금속층 (13) 을 배치하는 면이 갖는 요철을 흡수할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 여기서 말하는 땜납층 (1312) 의 두께란, 본 실시형태의 광학 패키지 (10) 의 임의의 위치에서의 땜납층 (1312) 의 두께를 의미하고 있다. 따라서, 최박부에 있어서도 땜납층이 이러한 두께의 범위를 충족하는 것을 의미한다.
땜납층의 두께의 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 50 ㎛ 이하로 할 수 있다.
또, 땜납층 (1312) 의 두께의 평균값은 5 ㎛ 이상이 바람직하고, 15 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 이것은 땜납층 (1312) 의 두께의 평균값을 5 ㎛ 이상으로 함으로써, 예를 들어 접합하는 회로 기판의 금속층 (13) 과의 접합면에 요철이 포함되어 있었다고 하더라도 그 오목부를 땜납층의 재료에 의해 충전하여, 특히 기밀 봉지성을 높일 수 있기 때문이다.
또한, 상기 평균값은 단순 평균 (산술 평균이나, 상가 평균으로 불리는 경우도 있다) 의 값을 의미한다. 이하, 간단히「평균」이라고 하는 경우에는 단순 평균을 의미한다.
또, 땜납층 (1312) 의 두께의 평균값의 상한에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 50 ㎛ 이하가 바람직하고, 30 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 땜납층 (1312) 의 두께의 평균값이 50 ㎛ 를 초과하여 과도하게 두꺼워져도 기밀 봉지성의 효과에 대해 큰 변화는 발생하지 않기 때문이다.
또한, 땜납층 (1312) 의 두께의 평균값은, 땜납층 (1312) 에 대해 임의의 복수의 측정점에서 두께를 레이저 현미경 (키엔스사 제조, 형식 VK-8510) 으로 측정하고, 평균값을 구함으로써 산출할 수 있다. 평균값을 산출하기 위해 땜납층 (1312) 의 두께를 측정하는 측정점의 수는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2 점 이상이 바람직하고, 4 점 이상이 보다 바람직하다. 측정점의 수의 상한값에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 효율성의 관점에서 10 점 이하가 바람직하고, 8 점 이하가 보다 바람직하다.
땜납층 (1312) 은, 두께의 편차, 즉 두께의 단순 평균값과의 편차는 ± 20 ㎛ 이내가 바람직하고, ± 10 ㎛ 이내가 보다 바람직하다.
이것은 땜납층 (1312) 의 두께의 편차를 ± 20 ㎛ 이내로 함으로써, 광학 패키지를 제조할 때, 창재와, 광학 소자를 배치한 회로 기판 사이의 기밀 봉지성을 특히 높일 수 있어 바람직하기 때문이다.
땜납층 (1312) 의 두께의 편차가 ± 20 ㎛ 이내란, 편차가 － 20 ㎛ 이상 ＋ 20 ㎛ 이하의 범위에 분포하는 것을 의미한다.
땜납층 (1312) 의 두께의 편차는, 상기 서술한 땜납층의 두께의 평균값과, 평균값을 산출할 때에 사용한 측정값으로부터 산출할 수 있다.
땜납층 (1312) 은 각종 땜납 (접합용 조성물) 에 의해 구성할 수 있다.
땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 영률이 50 ㎬ 이하인 재료가 바람직하고, 40 ㎬ 이하인 재료가 보다 바람직하고, 30 ㎬ 이하인 재료가 더욱 바람직하다.
광학 패키지로 한 후, 예를 들어 광학 소자를 발광, 소등하거나 한 경우, 땜납층에 온도 변화를 발생시키는 경우가 있다. 그리고, 땜납층에 사용하는 땜납의 영률을 50 ㎬ 이하로 함으로써, 땜납층 부분에 온도 변화가 발생하여, 팽창, 수축된 경우에도, 다른 부재를 파괴하거나 하는 것을 특히 억제할 수 있어 바람직하기 때문이다.
또, 땜납의 영률이 50 ㎬ 이하인 경우, 광학 패키지로 하였을 때, 무기 재료의 기체 (11) 와, 광학 소자를 구비한 회로 기판 (12) 의 열 팽창차에 의해 발생하는 응력을, 양 부재를 접합하는 땜납층 (1312) 내에서 흡수할 수 있어 바람직하기 때문이다.
땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 영률의 바람직한 범위의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0 보다 크면 되고, 기밀 봉지성을 높이는 관점에서 10 ㎬ 이상이 바람직하다.
땜납의 영률은, 땜납에 대해 인장 시험을 실시하고, 그 결과로부터 산출할 수 있다.
또, 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 융점은 200 ℃ 이상이 바람직하고, 230 ℃ 이상이 보다 바람직하다. 이것은 땜납의 융점이 200 ℃ 이상인 경우, 광학 패키지로 하였을 때의 내열성을 충분히 높일 수 있기 때문이다. 단, 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 융점은 280 ℃ 이하가 바람직하다. 광학 패키지를 제조할 때에 열처리를 실시하여, 땜납층 (1312) 의 적어도 일부를 용융시키게 되는데, 땜납의 융점이 280 ℃ 이하인 경우, 열처리의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 광학 소자 등에 데미지가 발생하는 것을 특히 억제할 수 있다. 또 열처리 온도를 낮게 억제함으로써, 무기 재료의 기체 (11) 의 재료와 회로 기판 (12) 의 절연 재료에서 열 팽창률이 상이한 것에서 기인하는 수축 정도의 차이를 저감시킬 수 있기 때문이다.
땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납은 밀도가 6.0 g/㎤ 이상이 바람직하고, 7.0 g/㎤ 이상이 보다 바람직하다. 이것은 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 밀도를 6.0 g/㎤ 이상으로 함으로써, 특히 기밀 봉지성을 높일 수 있기 때문이다. 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 밀도의 상한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10 g/㎤ 이하가 바람직하다.
땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 열 팽창률은 30 ppm 이하가 바람직하고, 25 ppm 이하가 보다 바람직하다. 이것은 땜납의 열 팽창률이 30 ppm 이하인 경우, 광학 패키지로 하고, 광학 소자의 발광 등의 때에 발생하는 열에 의한 형상 변화가 억제되어, 광학 패키지가 파손되거나 하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있기 때문이다. 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납의 열 팽창률의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5 ppm 이상이 바람직하다.
땜납층 (1312) 에 바람직하게 사용할 수 있는 땜납으로는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 주석 (Sn)-게르마늄 (Ge)-니켈 (Ni) 계의 땜납이나, 주석 (Sn)-안티몬 (Sb) 계의 땜납, 금 (Au)-주석 (Sn) 계의 땜납, 주석 (Sn)-은 (Ag)-구리 (Cu) 계의 땜납 등에서 선택된 1 종류 이상을 들 수 있다.
또한, 예를 들어 주석-게르마늄-니켈계의 땜납의 경우, 주석을 주성분으로서 함유할 수 있다. 주석을 주성분으로서 함유한다란, 예를 들어 땜납 중에 가장 많이 함유되어 있는 성분인 것을 의미하고 있고, 땜납 중에 주석이 60 질량％ 이상 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 땜납의 주석의 함유량은, 예를 들어, 85.9 질량％ 이상이 보다 바람직하고, 87.0 질량％ 이상이 더욱 바람직하고, 88.0 질량％ 이상이 특히 바람직하다.
이것은 땜납 중의 주석의 함유량이 85.9 질량％ 이상인 경우, 피접합 부재와 땜납의 열 팽창차의 완화, 및 땜납의 용융 온도의 저하에 대해, 특히 높은 효과를 나타내기 때문이다.
땜납 중의 주석의 함유량의 상한값은 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들어, 99.9 질량％ 이하가 바람직하고, 99.5 질량％ 이하가 보다 바람직하고, 99.3 질량％ 이하가 더욱 바람직하다. 또, 주석-게르마늄-니켈계의 땜납은, 주석, 게르마늄, 니켈 이외에 이리듐이나, 아연 등에서 선택된 1 종 이상의 성분을 추가로 함유할 수도 있다.
주석-안티몬계의 땜납의 각 성분의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 안티몬의 함유량이 1 질량％ 이상인 것이 바람직하다. 안티몬은, 주석-안티몬계 땜납에 있어서 고상선 온도를 상승시키는 기능이 있으며, 안티몬의 함유량을 1 질량％ 이상으로 함으로써, 이러한 효과를 특히 발휘할 수 있어 바람직하기 때문이다.
안티몬의 함유량의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 40 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 안티몬의 함유량을 40 질량％ 이하로 함으로써, 고상선 온도가 과도하게 높아지는 것을 방지하여, 전자 부품의 실장에 적합한 땜납으로 할 수 있기 때문이다.
주석-안티몬계의 땜납은, 주석을 함유할 수 있다. 주석은, 회로 기판이나 하지 금속층 등의 피접합 부재와 땜납의 열 팽창차를 완화시킬 수 있다. 또한, 주석을 땜납의 주성분으로서 함유함으로써, 땜납의 융점 온도를 주석의 융점 온도인 230 ℃ 정도로 할 수 있다.
주석-안티몬계의 땜납은, 안티몬과 주석으로 구성할 수도 있고, 이 경우, 안티몬을 제외한 잔부를 주석에 의해 구성할 수 있다.
주석-안티몬계의 땜납은, 안티몬과 주석 이외에도 임의의 첨가 성분을 함유할 수 있으며, 예를 들어 은 (Ag), 구리 (Cu) 등에서 선택된 1 종류 이상을 함유할 수도 있다. 은이나 구리는, 안티몬과 동일하게 땜납의 고상선 온도를 상승시키는 기능을 갖는다. 이 경우, 안티몬과 임의의 첨가 성분 이외의 잔부를 주석에 의해 구성할 수 있다.
땜납층 (1312) 에 바람직하게 사용할 수 있는 땜납의 구성예에 대해 설명하였지만, 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납은 이러한 땜납에 한정되는 것은 아닌 것은 이미 서술한 바와 같다.
다음으로, 회로 기판측에 배치된 회로 기판측 하지 금속층에 대해 설명한다.
회로 기판 (12) 은, 절연성 기재 (121) 의 상면 (1211) 으로서, 벽부 (121B) 의 상면에 회로 기판측 하지 금속층 (132) 을 가질 수 있다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 은, 회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 와 땜납층 (1312) 등의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 측에서부터, 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A), 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B), 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 의 순서로 적층한 층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서는 회로 기판측 하지 금속층 (132) 이 3 층으로 구성되는 예를 나타냈지만, 이러한 형태에 한정되지 않으며, 1 층 혹은, 2 층, 혹은 4 층 이상의 층으로 구성할 수도 있다.
상기 서술한 바와 같이 회로 기판측 하지 금속층 (132) 을 3 층으로 구성하는 경우, 예를 들어 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 은 회로 기판 (12) 에 있어서 배선 (회로) 을 형성하기 위해 사용한 금속과 동일한 금속으로 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 은, 구리 (Cu), 은 (Ag), 텅스텐 (W) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속을 함유하는 층으로 할 수 있다. 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 은, 구리 (Cu), 은 (Ag), 텅스텐 (W) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 은, 후술하는 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 과 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 이 합금화되는 것을 방지하는 층으로 할 수 있으며, 예를 들어 니켈 (Ni) 을 함유하는 층으로 할 수 있다. 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 은, 니켈 (Ni) 로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 은, 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 이 산화되는 것을 방지하기 위한 층으로 할 수 있으며, 예를 들어 금 (Au) 을 함유하는 층으로 할 수 있다. 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 은, 금 (Au) 으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 이 불가피 불순물을 함유하는 것을 배제하는 것은 아니다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 을 구성하는 각 층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니며 임의로 선택할 수 있다.
제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 의 두께는, 예를 들어 1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 20 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 의 두께에 대해서는, 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 과 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 의 합금화를 특히 억제하는 관점에서 1 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 20 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 의 두께는, 다른 회로 기판측 하지 금속층의 산화를 특히 방지하는 관점에서 0.03 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감시키는 관점에서 2.0 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.5 ㎛ 이하가 보다 바람직하다.
이상에 설명한 본 실시형태의 광학 패키지에 의하면, 금속층이 소정의 형상을 갖고 있기 때문에, 커버인 무기 재료의 기체와, 광학 소자를 구비한 회로 기판을 금속층을 접합하였을 때, 커버에 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[광학 패키지의 제조 방법]
다음으로 본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법의 일 구성예에 대해 설명한다. 또한, 본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법에 의해, 이미 서술한 광학 패키지를 제조할 수 있다. 이 때문에, 이미 설명한 사항의 일부는 설명을 생략한다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 임의의 방법, 순서에 의해 제조할 수 있다. 광학 패키지를 제조하는 경우, 무기 재료의 기체 (11) 와, 기체측 하지 금속층 (1311) 및 땜납층 (1312) 을 포함하는 기체측 금속층 (131) 을 갖는 창재를 제조하고, 그 창재를 회로 기판 (12) 에 접합하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법에 있어서도 동일한 순서로 제조하는 경우를 예로 설명한다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은, 예를 들어 이하의 공정을 가질 수 있다.
창재를 제조하는 창재 제조 공정.
광학 소자를 구비한 회로 기판을 준비하는 회로 기판 준비 공정.
회로 기판 상에 창재를 배치하고, 창재와 회로 기판을 접합하는 접합 공정.
이하에 공정마다 설명한다.
창재 제조 공정에서는, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에, 기체측 금속층을 갖는 창재를 제조할 수 있다.
거기에서 먼저, 창재 제조 공정에 공급하는 무기 재료의 기체를 준비하는 기체 준비 스텝을 가질 수 있다.
기체 준비 스텝의 구체적인 조작은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 무기 재료의 기체를 원하는 사이즈가 되도록 절단하거나, 무기 재료의 기체의 형상이 원하는 형상이 되도록 가공하거나 할 수 있다. 또한, 무기 재료의 기체의 표면에 반사 방지막을 배치하는 경우에는, 본 스텝에서 반사 방지막을 형성할 수도 있다. 반사 방지막의 성막 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 건식법이나, 습식법에 의해 성막할 수 있고, 건식법의 경우이면, 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다. 습식법의 경우이면, 침지법이나, 스프레이 도포법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다.
다음으로, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에 기체측 하지 금속층을 형성하는 기체측 하지 금속층 형성 스텝, 및 기체측 하지 금속층 상에 땜납층을 형성하는 땜납층 형성 스텝을 가질 수 있다.
기체측 하지 금속층 형성 스텝은, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에 기체측 하지 금속층을 형성할 수 있다. 기체측 하지 금속층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 성막하는 기체측 하지 금속층의 종류 등에 따라 임의로 선택할 수 있다. 예를 들어 건식법이나, 습식법에 의해 성막할 수 있고, 건식법의 경우이면, 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다. 습식법의 경우이면, 전해 도금법이나, 무전해 도금법, 인쇄법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다.
또한, 이미 서술한 바와 같이 기체측 하지 금속층은 복수의 층으로 구성할 수도 있고, 층마다 임의의 방법에 의해 성막할 수 있다.
땜납층 형성 스텝에서는, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상, 혹은 기체측 하지 금속층 상에 땜납층을 형성할 수 있다. 땜납층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 딥법이나, 디스펜서를 사용한 도포법, 인쇄법, 레이저 메탈 디포지션법, 땜납 와이어를 사용한 방법 등에서 선택된 1 종류 이상을 들 수 있다.
딥법은, 땜납 용융조 내에서 땜납층의 원료가 되는 땜납을 용융시켜 두고, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 기체측 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분을, 땜납 용융조 내의 용융 땜납에 딥하여, 땜납층을 형성하는 방법이다.
디스펜서를 사용한 도포법은, 예를 들어 시린지가 접속된 디스펜서로부터, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 기체측 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 용융된 땜납을 공급하여, 땜납층을 형성하는 방법이다.
인쇄법은, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 기체측 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대하여 페이스트상으로 한 땜납을 인쇄하여, 땜납층을 형성하는 방법이다. 또한, 인쇄 후 필요에 따라 열처리를 실시할 수도 있다.
레이저 메탈 디포지션법은, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 기체측 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대하여 분체상의 땜납을 공급하고, 레이저로 땜납을 용융 후, 냉각시킴으로써 땜납층을 형성하는 방법이다.
땜납 와이어를 사용한 방법은, 와이어상, 즉 선상으로 가공한 땜납을 사용하여, 예를 들어 자동 납땜 로봇 등에 의해, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 기체측 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대하여 용융된 땜납을 공급하여, 땜납층을 형성하는 방법이다.
창재 제조 공정은, 필요에 따라 추가로 임의의 스텝을 가질 수도 있다.
기체측 하지 금속층이나 땜납층은 도 1(A), 도 1(B) 를 사용하여 설명한 바와 같이 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 상에 원하는 형상이 되도록 형성할 수 있다.
이 때문에, 창재 제조 공정은, 예를 들어 기체측 하지 금속층 형성 스텝과 땜납층 형성 스텝에 의해 기체측 하지 금속층, 및 땜납층을 형성한 후, 그 기체측 하지 금속층 등이 원하는 형상이 되도록 패턴화하는 패턴화 스텝을 가질 수도 있다. 패턴화 스텝에서는, 예를 들어, 땜납층의 노출된 면 상에, 형성하는 패턴에 대응한 레지스트를 배치하고, 에칭 등에 의해, 기체측 하지 금속층 및 땜납층 중 레지스트에 덮여져 있지 않은 부분을 제거하여 패턴화할 수 있다. 패턴화 스텝 후에 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 실시할 수도 있다.
또한, 기체측 하지 금속층이 복수의 층을 포함하는 경우에 있어서, 기체측 하지 금속층에 포함되는 층의 일부를 성막 후, 패턴화 스텝을 실시하여, 그 성막된 기체측 하지 금속층에 포함되는 층의 일부를 패턴화할 수도 있다. 그리고, 그 패턴화 스텝 후에 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 실시한 후, 패턴화된 기체측 하지 금속층 상에, 추가로 나머지의 기체측 하지 금속층을 형성할 수도 있다.
또, 창재 제조 공정은, 기체측 하지 금속층 형성 스텝과 땜납층 형성 스텝을 실시하기 전에, 기체측 하지 금속층, 및 땜납층을 형성하지 않는 부분에 레지스트를 배치하는 레지스트 배치 스텝을 가질 수도 있다. 레지스트 형성 후, 기체측 하지 금속층, 및 땜납층을 형성함으로써, 형성하는 패턴에 대응한 부분에만 기체측 하지 금속층, 및 땜납층을 형성할 수 있다. 이 경우, 땜납층 형성 스텝 후에 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 가질 수도 있다.
또, 복수의 창재를 동시에 제조할 수 있도록, 복수 개 분의 사이즈의 무기 재료의 기체 (절단 전 자재) 상에, 각 창재에 대응한 접합층, 즉 기체측 금속층을 복수 형성한 경우에는, 무기 재료의 기체를 절단하는 절단 스텝을 가질 수도 있다. 절단 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 이미 서술한 레이저광을 사용한 절단 방법 등, 무기 재료의 기체에 맞춘 절단 방법을 채용할 수 있다. 또한, 인접하는 창재에 있어서 기체측 하지 금속층 등이 연속하여 형성되어 있는 경우, 즉 절단선 상에 기체측 하지 금속층 등이 배치되어 있는 경우에는, 절단 스텝에 있어서, 기체측 하지 금속층 등도 함께 절단할 수도 있다.
또한, 광학 패키지로 하고 나서, 회로 기판과 함께 무기 재료의 기체 등의 절단도 실시하여, 개편화할 수도 있다.
다음으로 회로 기판 준비 공정에 대해 설명한다.
회로 기판 준비 공정에서는, 통상적인 방법에 의해 제조된 회로 기판 상에 광학 소자를 배치하여, 광학 소자를 구비한 회로 기판을 준비할 수 있다. 회로 기판에는 이미 서술한 회로 기판측 하지 금속층을 형성할 수도 있다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 성막 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 성막하는 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 종류 등에 따라 임의로 선택할 수 있다. 예를 들어 건식법이나, 습식법에 의해 성막할 수 있고, 건식법의 경우이면, 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다. 습식법의 경우이면, 전해 도금법이나, 무전해 도금법, 인쇄법 등에서 선택된 1 종류 이상의 방법에 의해 성막할 수 있다.
이미 서술한 바와 같이 회로 기판측 하지 금속층은 복수의 층으로 구성할 수도 있고, 층마다 임의의 방법에 의해 성막할 수 있다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 은, 금속층 (13) 을 구성하기 때문에, 그 단면 형상이 도 3 을 사용하여 설명한 소정의 형상이 되도록, 필요에 따라 에칭 등을 실시해 둘 수도 있다.
접합 공정 종료 후에 회로 기판 등을 개편화하는 경우에는, 회로 기판 준비 공정에서는, 복수의 회로 기판이 일체화된, 절단 전의 회로 기판을 준비할 수 있다.
그리고, 접합 공정에서는 회로 기판 상에 창재를 배치하고, 창재와 회로 기판을 접합할 수 있다. 접합의 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 먼저, 창재의 땜납층 (1312) 의 하면과 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 노출된 상면이 직접 접촉하도록 중첩시킬 수 있다. 그리고, 예를 들어 창재의, 무기 재료의 기체 (11) 의 타방의 면 (11b) 상으로부터, 회로 기판 (12) 측을 향하여 가압하면서 가열함으로써, 땜납층 (1312) 의 적어도 일부를 용융시키고, 그 후 냉각시킴으로써, 창재와 회로 기판 (12) 을 접합할 수 있다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 를 가압하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 와 접하는 가압 부재와, 가압 부재에 압력을 가하는 스프링 등의 탄성체를 갖는 가압 수단을 사용하는 방법이나, 추를 사용하는 방법 등을 들 수 있다.
접합 공정 후에 얻어지는 광학 패키지에 있어서, 무기 재료의 기체 (11) 와 금속층 (13), 회로 기판 (12) 으로 봉지된 영역 내에 대해, 소정의 분위기로 하는 경우에는, 열처리를 실시할 때의 분위기를 그 소정의 분위기로 해 두는 것이 바람직하다. 예를 들어 대기 분위기나, 진공 분위기, 불활성 분위기 등에서 선택된 분위기로 할 수 있다. 불활성 분위기로는, 질소, 헬륨, 아르곤 등에서 선택된 1 종류 이상의 가스를 함유하는 분위기로 할 수 있다.
접합 공정에 있어서, 열처리를 실시할 때의 조건은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 땜납층의 땜납의 용융 온도 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 단, 급격하게 가열을 실시하면 무기 재료의 기체에 열응력이 가해져, 균열 등을 발생시키는 경우가 있기 때문에, 예를 들어 먼저 50 ℃ 이상, 땜납층의 땜납의 융점 미만인 제 1 열처리 온도까지 승온 후, 제 1 열처리 온도에서 일정 시간 유지하는 것이 바람직하다. 제 1 열처리 온도에서의 유지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 30 초 이상이 바람직하고, 60 초 이상이 보다 바람직하다. 단, 생산성의 관점에서, 제 1 열처리 온도에서의 유지 시간은 600 초 이하가 바람직하다.
제 1 열처리 온도에서 일정 시간 유지 후, 추가로 승온을 실시하여, 땜납층의 땜납의 융점 이상의 온도인 제 2 열처리 온도까지 승온하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 열처리 온도는 창재와 회로 기판을 충분히 접합하기 위해, 땜납의 융점 ＋ 20 ℃ 이상이 바람직하고, 또, 제 2 열처리 온도가 과도하게 고온인 경우, 회로 기판 상에 배치된 광학 소자가 열에 의해 파손되는 경우가 있는 점에서, 제 2 열처리 온도는 예를 들어 300 ℃ 이하가 바람직하다. 제 2 열처리 온도에서 유지하는 시간은 특별히 한정되지 않지만, 창재와 회로 기판을 충분히 접합하기 위해, 20 초 이상이 바람직하다. 단, 광학 소자에 대한 열에 의한 악영향을 보다 확실하게 억제하기 위해, 제 2 열처리 온도에서 유지하는 시간은 1 분 이하가 바람직하다.
제 2 열처리 온도에서의 열처리 후에는, 실온, 예를 들어 23 ℃ 까지 냉각시켜, 접합 공정을 종료할 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은 필요에 따라 임의의 공정을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 회로 기판이 일체로 된 개편화되어 있지 않은 회로 기판을 접합 공정에 제공한 경우에는, 절단 공정을 가질 수도 있다. 절단 공정에서 사용하는 절단 방법은 특별히 한정되지 않으며, 임의의 방법에 의해 절단할 수 있다. 이미 서술한 레이저광을 사용한 절단 방법에 의해, 회로 기판과, 무기 재료의 기체를 동시에 절단하여, 개편화할 수도 있다. 또, 복수의 절단 방법을 조합할 수도 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 효과를 발휘하는 한에 있어서 실시형태를 적절히 변경할 수 있다.
먼저, 이하의 실시예, 비교예에서 제조한 광학 패키지의 평가 방법에 대해 설명한다.
＜평가 방법＞
[균열 평가]
이하의 실시예, 비교예에서 제조한 광학 패키지에 대하여, 광학 현미경 (니콘 제조의 SMZ900) 을 사용하여 배율 10 배의 조건에서 무기 재료의 기체를 통하여, 무기 재료의 기체와 금속층의 계면의 확대 관찰을 실시하고, 무기 재료의 기체의 상태를 확인하여, 이하의 조건에서 균열을 평가하였다.
○ : 무기 재료의 기체의 금속층과의 접촉부에 균열이나 크랙이 없다.
× : 무기 재료의 기체의 금속층과의 접촉면에 균열이나 크랙이 있다.
○ 를 합격으로 하였다.
[기밀성]
이하의 실시예, 비교예에서 제조한 광학 패키지에 대하여 JIS Z 2331 (2006) 에 기재된 조건에서 헬륨 리크 테스트를 실시하고, 이하의 조건에서 기밀성을 평가하였다.
○ : 헬륨 리크 레이트가 4.9 × 10-9 ㎩·㎥/sec 이하
× : 헬륨 리크 레이트가 4.9 × 10-9 ㎩·㎥/sec 보다 크다
○ 를 합격으로 하였다.
[실시예 1]
회로 기판측 하지 금속층이 Ni-Cr 층을 추가로 갖는 점 이외에는, 도 1(A), 도 1(B) 에 나타낸 구조의 광학 패키지를 제조하고, 상기 균열 평가와 기밀성에 대한 평가를 실시하였다.
(창재 제조 공정)
무기 재료의 기체 (11) 로서 석영의 판 (AGC 사 제조, AQ, 세로 3.4 ㎜ × 가로 3.4 ㎜ × 두께 0.5 ㎜, 열 팽창 계수 0.6 ppm) 을 준비하였다 (기체 준비 스텝).
무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 상에, 이하의 순서에 의해 기체측 하지 금속층 (1311) 을 형성하였다 (기체측 하지 금속층 형성 스텝).
제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 으로는 크롬 (Cr) 층을, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 으로는 구리 (Cu) 층을 성막하였다.
다음으로, 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 의 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A) 과 대향하는 면과는 반대측의 면, 즉 노출된 면 상의 전체면에 레지스트를 도포한 후, 자외선을 사용하여 레지스트를 노광하고, 추가로 현상함으로써, 패턴화된 레지스트를 배치하였다 (레지스트 배치 스텝). 패턴화된 레지스트는, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 과 평행한 면에서의 단면에 있어서, 사각형상을 갖고 있고, 중앙에 사각형상의 개구부를 갖는 형상으로 하였다.
그리고, 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A), 및 제 2 기체측 하지 금속층 중, 레지스트에 의해 덮여져 있지 않은 부분을 에칭액에 의해 에칭하고, 패턴화를 실시하였다 (패턴화 스텝). 그 후, 레지스트를 제거하였다 (레지스트 제거 스텝).
다음으로, 패턴화된 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A), 및 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 상에, 무전해 Ni 도금에 의해 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 으로서 니켈 (Ni) 층을 성막하였다. 이로써, 제 1 기체측 하지 금속층 (1311A), 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B), 및 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 을 포함하는, 패턴화된 기체측 하지 금속층 (1311) 을 형성하였다.
다음으로, 기체측 하지 금속층 (1311) 상에 땜납층 (1312) 을 형성하였다 (땜납층 형성 스텝). 땜납층 (1312) 에 사용하는 땜납은 이하의 순서에 의해 미리 제조해 두었다.
땜납에 함유되는 성분에 대해, Sn 이 97.499 질량％, Ge 가 1.5 질량％, Ni 가 1.0 질량％, Ir 이 0.001 질량％ 가 되도록 칭량, 혼합하고, 용융을 하여 일단 원료 합금을 제조한다. 그리고, 이 원료 합금을 용융 후, 주형에 흘려 넣어, 땜납을 제조하였다.
얻어진 상기 땜납에 대해, 영률을 인장 시험 결과로부터 산출한 결과, 20 ㎬인 것을 확인할 수 있었다. 인장 시험에 대해서는, 인장 시험기 (시마즈 제작소 제조의 오토그래프 AGX-100kN) 를 사용하여, JIS14A 호의 시험편을 인장 속도 3 ㎜/min 으로 시험을 실시하였다.
땜납 용융조 내에서 땜납층 (1312) 의 원료가 되는 상기 땜납을 용융시켜 두고, 상기 서술한 기체측 하지 금속층 (1311) 을 배치한 무기 재료의 기체 (11) 의 땜납층 (1312) 을 형성하는 부분을, 땜납 용융조 내에 용융시킨 땜납에 딥한 후, 냉각시킴으로써 땜납층 (1312) 을 형성하였다 (땜납층 형성 스텝). 또한, 땜납층 (1312) 은, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 제 3 기체측 하지 금속층 (1311C) 의 제 2 기체측 하지 금속층 (1311B) 과 대향하는 면과는 반대측의 면 상에 형성하였다. 땜납층 (1312) 의 두께는 16 ㎛ 로 하였다.
(회로 기판 준비 공정)
또, 회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 로서 질화알루미늄 (AlN) 의 기체 (쿄세라사 제조, KD-LB7248, 세로 3.45 ㎜ × 가로 3.45 ㎜ × 두께 0.8 ㎜, 열 팽창 계수 4.6 ppm) 를 준비하였다. 상기 서술한 바와 같이, 회로 기판의 절연 재료는, 질화알루미늄으로 하였다. 절연성 기재 (121) 는, 상면 중앙부에 사각형의 개구부를 구비하고, 그 개구부를 포함하는 비관통공인 오목부 (121A) 를 갖고 있다. 오목부 (121A) 에는 광학 소자 (122) 를 배치할 수 있지만, 본 실시예의 평가에서는 광학 소자는 필요 없기 때문에, 설치하지 않고 패키지를 제조하였다. 단, 발광 다이오드 등의 광학 소자를 배치한 경우에도 동일한 평가 결과가 되는 것을 확인하고 있다.
그리고, 회로 기판 (12) 은, 절연성 기재 (121) 의 상면 (1211) 에, 상기 오목부 (121A) 의 개구부를 둘러싸도록, 또한 절연성 기재 (121) 의 상면 (1211) 의 외주를 따르도록 회로 기판측 하지 금속층 (132) 을 갖고 있다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 으로는, 절연성 기재 (121) 측에서부터, Ni-Cr 층, 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A), 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B), 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 의 순서로 적층한 층 구조로 하였다.
제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 으로는 두께가 1.0 ㎛ 인 구리 (Cu) 층을, 제 2 회로 기판측 하지 금속층 (132B) 으로는 두께가 2 ㎛ 인 니켈 (Ni) 층을, 제 3 회로 기판측 하지 금속층 (132C) 으로는 두께가 0.3 ㎛ 인 금 (Au) 층을 각각 형성하였다. 또, 절연성 기재 (121) 와 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 사이에는, 제 1 회로 기판측 하지 금속층 (132A) 과 절연성 기재 (121) 의 밀착성을 높이는 것을 목적으로 하여, 상기 서술한 바와 같이 두께가 0.2 ㎛ 인 Ni-Cr 층을 형성하였다.
회로 기판측 하지 금속층 (132) 은, 무기 재료의 기체 (11) 에 형성된 기체측 금속층 (131) 에 대응한 형상으로 하였다. 구체적으로는, 무기 재료의 기체 (11) 에 형성된 기체측 금속층 (131) 과 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 적층 방향 (도 3 에 있어서의 상하 방향) 과 수직인 면에 있어서의 단면 형상이, 기체측 금속층 (131) 과 회로 기판측 하지 금속층 (132) 에서 동일한 형상이 되도록 구성하였다.
(접합 공정)
무기 재료의 기체 (11) 에 형성된 기체측 금속층 (131) 의 땜납층 (1312) 의 하면과, 회로 기판측 하지 금속층 (132) 의 상면이 직접 접촉하도록, 회로 기판 (12) 과 창재를 중첩시켰다. 그리고, 무기 재료의 기체 (11) 의 타방의 면 (11b) 상에 추를 배치하고, 가압하면서, 땜납층 (1312) 의 적어도 일부를 용융시키고, 그 후 냉각시켰다.
이상의 공정에 의해, 창재와 회로 기판 (12) 을 접합하여, 광학 패키지를 제조하였다.
또한, 미리 실시해 둔 예비 시험의 결과에 기초하여, 기체측 하지 금속층을 형성할 때의 패턴과, 접합 공정에서의 가압하는 힘을 조정함으로써, 표 1 에 나타낸 L1 ∼ L4 가 소정의 값이 되도록 조정하였다.
얻어진 접합체인 광학 패키지에 대하여 이미 서술한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 2 ∼ 실시예 4, 비교예 1 ∼ 비교예 3]
미리 실시해 둔 예비 시험의 결과에 기초하여, 기체측 하지 금속층을 형성할 때의 패턴과, 접합 공정에서의 가압하는 힘을 조정함으로써, 표 1 에 나타낸 L1 ∼ L4 가 표 1 에 나타내는 소정의 값이 되도록 조정하였다. 또, 실시예 4 에서는, 회로 기판 (12) 의 절연성 기재 (121) 의 재료, 즉 회로 기판의 절연 재료를 알루미나 (Al2O3) 로 하였다. 또한, 기체측 금속층 (131) 을 형성할 때, 실시예 2, 3, 비교예 2, 3 에서는 땜납층 (1312) 의 두께를 16 ㎛ 로 하고, 실시예 4, 비교예 1 에서는 땜납층 (1312) 의 두께를 26 ㎛ 로 하였다.
이상의 점 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 실험을 실시하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 에 나타낸 결과에 의하면, 금속층의 형상이 L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 를 만족하는 실시예 1 ∼ 실시예 4 에 있어서는, 균열 평가, 및 기밀성의 평가의 결과가 ○ 로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 커버에 균열이 발생하는 것을 억제한 광학 패키지로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반하여, 금속층의 형상이 L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 를 만족하지 않는 비교예 1 ∼ 비교예 3 에 있어서는, 균열이 발생하고, 기밀성이 충분하지 않은 것도 확인할 수 있었다.
이상에 광학 패키지를 실시형태 및 실시예 등으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태 및 실시예 등에 한정되지 않는다. 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형, 변경이 가능하다.
본 출원은, 2018년 7월 27일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 2018-141777호에 기초한 우선권을 주장하는 것으로서, 일본 특허출원 2018-141777호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.
10 : 광학 패키지
11 : 무기 재료의 기체
12 : 회로 기판
121A : 오목부
122 : 광학 소자
13 : 금속층
1311 : 기체측 하지 금속층
1312 : 땜납층
132 : 회로 기판측 하지 금속층

Claims (5)

  1. 상면에 오목부를 갖고, 상기 오목부에 광학 소자를 구비한 회로 기판과,
    상기 회로 기판 상에 상기 오목부의 개구부를 덮도록 배치된 무기 재료의 기체와,
    상기 무기 재료의 기체와 상기 회로 기판을 접합하는 금속층을 구비하고 있고,
    상기 회로 기판과 상기 무기 재료의 기체의 적층 방향과 평행으로서, 상기 오목부를 통과하는 단면에 있어서,
    상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 상기 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L1 과,
    상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 상기 회로 기판의 외주 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L2 와,
    상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 무기 재료의 기체가 접하고 있는 부분 중 상기 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L3 과,
    상기 회로 기판의 외주 측의 단부와, 상기 금속층과 상기 회로 기판이 접하고 있는 부분 중 상기 오목부 측에 위치하는 단부 사이의 거리인 L4 가,
    L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4 의 관계를 만족하는 광학 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 L1, 및 상기 L2 가 각각 0.05 ㎜ ≤ L1 ≤ 0.15 ㎜, 0.15 m ≤ L2 ≤ 0.50 ㎜ 의 범위에 있는 광학 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 L3, 및 상기 L4 가 각각 0.40 ㎜ ≤ L3 ≤ 0.55 ㎜, 0.45 ㎜ ≤ L4 ≤ 1.00 ㎜ 의 범위에 있는 광학 패키지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속층은 하지 금속층과 땜납층을 갖고 있고,
    상기 땜납층의 두께가 5 ㎛ 이상인 광학 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 땜납층에 사용하는 땜납의 영률이 50 ㎬ 이하인 광학 패키지.
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