KR20210060532A - 광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법 - Google Patents

광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법 Download PDF

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다이지츠 하라다
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Abstract

광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재의 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 윈도우재와, 윈도우재가 수용 부재와 접하는 부분에 형성된 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드로서, 금속계 접착층이 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매를 포함하는 접착 조성물로 형성되어 있는 광학 소자 패키지용 리드. 단파장의 광에 의한 열화나 균열, 발광 소자의 발열에 의한 접착제의 일그러짐이나 붕괴, 이것들에 수반되는 장기적 신뢰성의 문제를 해결할 수 있다. 즉 내열성, 내자외선성 등이 우수한 광학 소자 패키지용 리드 및 광학 소자 패키지를 제공할 수 있다.

Description

광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법
본 발명은 광학 소자 패키지, 예를 들면, UV-LED, 단파장이며 출력이 강한 레이저광원 등, 특히, 자외선 영역의 광을 발광 또는 수광하는 광학 소자에 사용되는 광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법에 관한 것이다.
LED를 패키징할 때에는, 광학 소자가 발광하는 광에 대하여, 높은 투과성을 가지는 소재를 윈도우재로서 사용하는 것이 필요하다. 종래, LED용 윈도우재로서는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 변성 아크릴 수지, 불포화 폴리에스테르 등의 투광성 수지가 사용되고 있다(특허문헌 1: 일본 특개 2001-196644호 공보).
최근, 수은 램프의 규제에 따라, 그 대체로서, 짧은 파장, 특히 자외선 영역의 광을 발광하는 UV-LED가 주목받고 있다. LED는 임의의 파장을 취출할 수 있으므로, 용도에 따른 파장의 LED가 개발되고 있다. 예를 들면, 살균에 유효한 파장인 UV 영역의 265nm 파장의 광을 발광하는 UV-LED가 살균 용도로서 개발되고 있다. 그러나, 265nm의 광학 소자가 안정적으로 공급되었다고 해도, 광학 소자를 패키징 없이 사용하기는 어려워, UV-LED로부터의 광의 취출 효율을 가능한 한 높여, 패키징하는 것이 요구되고 있다.
그 때문에, UV-LED의 경우, 패키지용의 윈도우재로서, 일반적으로, 붕규산 유리 또는 석영 유리가 사용되고 있다(특허문헌 2: 일본 특개 2006-269678호 공보). 그러나, 윈도우재로서 투광성 수지나 붕규산 유리를 사용하는 경우, 가공은 하기 쉽지만, 자외선 투과성이 낮다고 하는 결점이 있다. 한편, 윈도우재로서 석영 유리를 사용하는 경우, 자외선 투과성은 우수하지만, 석영 유리의 높은 연화점에 의해, 가공성이 나쁘다고 하는 결점이 있다. 또, 어느 재료에서도, 광의 취출 효율을 향상시키기 위해서는, 표면의 경면 가공이 유효하지만, 경면 가공에 의해, 광의 지향성이 높은 광학 소자로부터의 광을 윈도우재에 의해 산란시킬 수 없기 때문에, 광을 산란시키기 위해서는, 별도로, 광을 산란시키기 위한 확산판 필터 등의 부재가 필요했다.
또, UV-LED 등의 광학 소자는 세라믹제 등의 수용 부재에 수용되고, 접착층을 통하여 윈도우재로 기밀 밀봉하는 것이 요구된다. 그러나, UV-LED가 발하는 단파장의 광은 에폭시 수지나 실리콘 수지와 같은 수지계 접착제를 열화시키기 때문에, 기밀 밀봉을 할 수 없게 되는 문제가 생기므로, 수용 부재와 윈도우재를 레이저로 접합하는 방법이 제안되었다(특허문헌 3: 일본 특개 2017-191805호 공보).
일본 특개 2001-196644호 공보 일본 특개 2006-269678호 공보 일본 특개 2017-191805호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 광학 소자 패키지용 윈도우재로서 고투과율이며, 작금의 고출력 LED 등의 발열량이 큰 발광 소자나, UV광을 발하는 UV-LED나, UV광 등의 수광 소자를 밀봉함에 있어서, 열이나 단파장의 광에 의해 영향을 받지 않고 장시간 안정하게 사용할 수 있는, 광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재의 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 윈도우재의 수용 부재와 접하는 부분에 형성되는 금속계 접착층으로서, 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매를 포함하는 접착 조성물로 형성된 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드에 의해, 광학 소자에 관계되는 열이나 단파장의 광에 의한 데미지를 받기 어렵고, 장시간 안정한 광학 소자 패키지를 구축할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 이루게 되었다.
따라서, 본 발명은 하기의 광학 소자 패키지용 리드, 광학 소자 패키지 및 그것들의 제조 방법을 제공한다.
1. 광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재의 상기 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 윈도우재와, 이 윈도우재가 상기 수용 부재와 접하는 부분에 형성된 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드로서, 상기 금속계 접착층이 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매를 포함하는 접착 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
2. 상기 금속 나노 입자를 구성하는 금속이 금, 은 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 금속, 이 금속을 함유하는 합금, 또는 상기 금속과 다른 금속의 혼합물인 것을 특징으로 하는 1 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
3. 상기 금속 나노 입자의 동적 광산란법에 의한 평균 1차입자 직경이 20∼90nm인 것을 특징으로 하는 1 또는 2 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
4. 상기 피복제의 상기 금속 나노 입자로부터의 분리 온도가 상기 금속 나노 입자의 소결 온도 이상의 온도인 것을 특징으로 하는 1∼3 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드.
5. 상기 피복제가 아민, 지방족 카르복실산 및 알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 4 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
6. 상기 피복제가 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 4 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
7. 상기 금속 나노 입자의 소결 온도가 110∼180℃인 것을 특징으로 하는 1∼6 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드.
8. 상기 땜납 분말의 융점이 상기 금속 나노 입자의 소결 온도보다 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 1∼7 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드.
9. 상기 땜납 분말이 Sn-Bi 땜납, Sn-Zn-Bi 땜납 및 Sn-Zn 땜납으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 8 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
10. 상기 분산매의 휘발 개시 온도가 상기 금속 나노 입자의 소결 온도보다 높고, 또한 땜납 분말의 융점보다 높은 온도인 것을 특징으로 하는 1∼9 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드.
11. 상기 분산매가 테르펜류, 모노테르펜 알코올류, 알킬알코올, 나프텐계 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 10 기재의 광학 소자 패키지용 리드.
12. 상기 금속계 접착층이 반경화 상태(B-Stage)인 것을 특징으로 하는 1∼11 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드.
13. 1∼12 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드를 제조하는 방법으로서,
상기 윈도우재의 상기 수용 부재와 접하는 부분에, 상기 접착 조성물을 도포하여 상기 금속계 접착층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드의 제조 방법.
14. 광학 소자와, 이 광학 소자를 내부에 수용한 수용 부재를 갖추고, 1∼12 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드의 상기 금속계 접착층에 의해 상기 윈도우재와 상기 수용 부재가 접착되어, 상기 광학 소자가 상기 수용 부재의 내부에 기밀 밀봉되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
15. 상기 광학 소자가 발광 소자 또는 수광 소자인 것을 특징으로 하는 14 기재의 광학 소자 패키지.
16. 상기 광학 소자가 파장 300nm 이하의 광을 발광 또는 수광 가능한 광학 소자인 것을 특징으로 하는 15 기재의 광학 소자 패키지.
17. 14∼16 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지를 제조하는 방법으로서,
수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정, 및
1∼12 중 어느 하나에 기재된 광학 소자 패키지용 리드의 윈도우재와, 광학 소자를 내부에 수용한 상기 수용 부재를, 광학 소자 패키지용 리드의 상기 금속계 접착층에 의해 접착하여 일체화하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 단파장의 광에 의한 열화나 분열, 발광 소자의 발열에 의한 접착제의 일그러짐이나 붕괴, 이것들에 수반되는 장기적 신뢰성의 문제를 해결할 수 있다. 즉 내열성, 내자외선성 등이 우수한 광학 소자 패키지용 리드 및 광학 소자 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광학 소자 패키지용 리드의 1 예를 도시하며, (a)는 단면도, (b)는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 광학 소자 패키지용 리드를 사용하여 수용 부재에 광학 소자를 수용한 광학 소자 패키지의 1 예를 도시하는 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 광학 소자 패키지용 리드는 광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재의 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 윈도우재와, 이 윈도우재가 수용 부재와 접하는 부분에 형성된 금속계 접착층을 갖춘다. 광학 소자 패키지용 리드는 광학 소자를 수용하는 수용 부재와 함께 사용되어, 광학 소자를 보호함과 아울러, 광학 소자의 취급을 용이하게 하기 위해 사용된다.
광학 소자 패키지용 리드는, 예를 들면, 도 1(a) 및 (b)에, 각각 단면도 및 평면도로서 도시되는 바와 같이, 윈도우재(1)의 표면 위, 예를 들면, 윈도우재가 수용 부재와 접하는 부분인 윈도우재(1)의 주표면의 외주 가장자리부에, 금속계 접착층(2)이 형성된 것이다. 이 금속계 접착층은 윈도우재의 주표면 이외에 측면에 형성되어 있어도 되지만, 주표면만, 특히, 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재와 접하는 일방의 주표면에만 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또, 금속계 접착층은, 도 1(a) 및 (b)에 도시되는 바와 같이, 윈도우재의 중앙부로부터 광을 취출할 수 있도록, 윈도우재의 주표면의 외주 가장자리부에 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 윈도우재의 외주 가장자리까지 형성되어 있을 필요는 없다. 또, 금속계 접착층은, 윈도우재의 중앙부에, 광을 취출할 수 있는 상응의 범위가 확보되는 위치에, 기밀 밀봉하는데 충분한 형상 및 면적으로 형성되어 있으면 된다.
윈도우재는 합성 석영 유리, 사파이어, 붕규산 유리, 무알칼리 유리 등의 어느 것이어도 되지만, 광의 투과율, 내열성, UV 내성 등의 관점에서, 합성 석영 유리가 바람직하다.
윈도우재의 형상으로서는, 예를 들면, 도 1(a)에 도시되는 바와 같은 편평 형상의 윈도우재(1) 외에, 요철 형상(오목 형성, 볼록 형상, 오목 및 볼록 쌍방을 가지는 형상을 포함한다. 이하 동일.)을 가지는 구면 형상, 요철 형상을 가지는 비구면 형상의 어느 것이어도 된다. 광학 소자가 수용되어 있는 수용 부재를 단순하게 밀봉할 목적이면, 비용면 및 취급의 간편함의 관점에서, 평판 형상의 것이 바람직하다. 한편, 광학 소자로부터 발생하는 광을 효율적으로 취출하고자 하는 경우에는, 광학 계산에 기초하여 설계된 요철 형상을 갖는 단순한 평볼록 렌즈 형상, 평오목 렌즈 형상, 볼록 메니스커스 렌즈 형상 등의 구면 형상이나 비구면 형상의 것이 바람직하다. 윈도우재의 두께는 적당히 선택할 수 있지만, 접착 시에 발생하는 응력 등의 관점에서, 바람직하게는 0.1mm 이상, 보다 바람직하게는 0.2mm 이상이며, 바람직하게는 5mm 이하, 보다 바람직하게는 4mm 이하이다.
윈도우재는 수용 부재 내부를 밀폐할 수 있는 것이 바람직하고, 그 크기는 광학 소자의 용도, 수용된 광학 소자, 수용 부재의 사이즈 등에 따라 적당하게 선택되지만, 밀폐성 확보의 관점에서, 수용 부재의 광학 소자 수용부의 개구부의 사이즈와 동등 또는 약간 큰 것이 사용된다. 수평 형상이 사각인 경우에는 대각의 길이가, 수평 형상이 원형 또는 타원형인 경우에는 각각 직경 또는 최대 직경이 바람직하게는 1mm 이상, 보다 바람직하게는 2mm 이상이며, 바람직하게는 3cm 이하, 보다 바람직하게는 2cm 이하이다.
또, 윈도우재는, 광의 취출 효율의 관점에서, 대향하는 기판면(주표면)의 적어도 일방의 면(즉 표면만 또는 이면만)이 경면인 것이 바람직하고, 표면 및 이면의 양면이 경면인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 대향하는 기판면의 표면 및 이면의 2면은, 예를 들면, 광학 소자로부터 발광 또는 광학 소자가 수광하는 광이 윈도우재를 투과할 때에 광이 교차하는 2면으로 할 수 있다. 경면은 산술평균 거칠기(Ra)가 바람직하게는 0.1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하의 면으로 할 수 있다.
윈도우재의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 원료 기판의 표면 및 이면으로부터 선택되는 일방 또는 쌍방의 면을 래핑 가공함으로써 편평 형상의 윈도우재를, 샌드 블라스트 가공함으로써 요철 형상을 가지는 구면 형상의 윈도우재, 요철 형상을 가지는 비구면 형상의 윈도우재를 제조할 수 있다. 원료 기판으로서는 평판의 기판, 예를 들면, 대각 길이 100∼300mm의 직사각형 또는 직경 100∼300mm의 원형, 두께 0.2∼10mm의 평판의 기판이 적합하게 사용된다. 래핑 가공의 경우에는, 예를 들면, 알루미나를 주성분으로 하는 연마용 입자(연마재)를 사용하여, 편면 연마 장치 또는 양면 연마 장치에 의해 편면 또는 양면 연마한다. 한편, 샌드 블라스트 가공의 경우에는, 산화세륨, 산화규소, 산화알루미늄, 탄화규소 등의 연마용 입자를 사용하여 연마한다. 또한, 경면화하는 경우에는, 래핑 가공 또는 샌드 블라스트 가공의 후에, 편평 형상의 윈도우재의 경우에는, 산화세륨이나 산화지르코늄과 같은 연마용 입자와 발포 폴리우레탄계 연마천 등을 조합한 공지의 연마재를 사용하여, 양면 연마 또는 편면 연마법에 의해 연마하는 것, 요철 형상을 가지는 구면 형상의 윈도우재, 요철 형상을 가지는 비구면 형상의 윈도우재의 경우에는, 불화수소산 수용액 등에 의해 공지의 에칭 가공에 의해 경면화할 수 있다.
금속계 접착층은 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매를 포함하는 접착 조성물에 의해 형성된다.
[피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자]
금속계 접착층에 포함되는 금속 나노 입자는 대단히 미세한 입자이기 때문에, 1차입자 상호의 연결을 방지할 수 있는 물질로 피복해 두지 않으면, 금속 나노 입자가 가지는 자연 소결성에 의해 연결되어 버려, 1차입자가 분산된 상태를 유지할 수 없게 되기 때문에, 금속 나노 입자는 피복제로 표면이 피복된 상태(예를 들면, 표면 위에 액상 물질 또는 고체상 물질이 박층 형상으로 부착된 상태)로 사용한다.
금속 나노 입자를 구성하는 금속으로서는 금, 은 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 금속, 이 금속을 함유하는 합금, 또는 이 금속과 다른 금속의 혼합물인 것이 바람직하다. 합금 또는 혼합물인 경우, 금, 은 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 금속이 금속 나노 입자 전체의 80질량% 이상인 것이 바람직하다.
금속 나노 입자의 1차입자의 평균 입자 직경(평균 1차입자 직경) D50(체적평균 메디안 직경)은 금속 나노 입자와 땜납 분말의 반응점을 많게 하는 관점이나, 취급을 쉽게 하는 관점에서, 바람직하게는 20nm 이상, 보다 바람직하게는 30nm 이상이며, 바람직하게는 90nm 이하, 보다 바람직하게는 80nm 이하이다. 이 입자 직경은 동적 광산란법에 의해 측정되는 값을 적용할 수 있다.
피복제는 금속계 접착층에 의한 윈도우재와 수용 부재와의 접착에 있어서, 저온(예를 들면, 150∼330℃)에서의 접착을 달성하는 관점에서, 온도 응답성을 가지고 금속 나노 입자 표면으로부터 분리하는 것이 바람직하다. 피복제가 금속 나노 입자로부터 분리하는 온도(분리 온도)는 바람직하게는 금속 나노 입자의 소결 온도 이상의 온도, 보다 바람직하게는 금속 나노 입자의 소결 온도보다 10℃ 이상 높은 온도, 더욱 바람직하게는 금속 나노 입자의 소결 온도보다 25℃ 이상 높은 온도이다. 한편, 피복제의 분리 온도는 금속 나노 입자의 소결 온도보다 50℃ 높은 온도 이하((금속 나노 입자의 소결 온도＋50℃) 이하)인 것이 바람직하다. 여기에서, 피복제가 금속 나노 입자로부터 분리되는 온도(분리 온도)란 금속 나노 입자끼리 네킹(necking)하기 시작하는 온도라고 할 수 있다. 여기에서, 금속 나노 입자의 네킹이란 피복제가 금속 나노 입자 표면으로부터 분리됨으로써, 금속 나노 입자끼리가 결합하는 것을 말한다. 네킹이 일어나면, 금속 나노 입자 표면으로부터의 피복제의 소실에 따른 중량 변화가 일어나므로, 이 중량 변화를 TG-DTA 측정(열중량 측정·시차 열분석)에 의해 구하고, TG-DTA 측정에 의해 얻어진 TG 곡선의 중량 변화가 일어나기 시작하는 온도를 분리 온도라고 할 수 있다. 또한, TG-DTA 측정의 측정 조건으로서는, 예를 들면, 시료 10mg을 50℃부터 매분 5℃의 승온 속도로 가열하여 측정하는 조건이 바람직하다. 금속 나노 입자의 소결 온도에 대해서는, 후술한다.
피복제는, 비점이 100℃ 이상이며, 300℃ 이하의 것이 바람직하다. 피복제의 비점은 120℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 또, 200℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 피복제로서는, 예를 들면, 아민, 지방족 카르복실산 및 알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 헥실아민, 시클로헥실아민, 옥틸아민 등의 탄소수가 6∼12의 아민, 헥산산, 옥탄산, 데칸산, 도데칸산, 헥사데칸산 등의 탄소수가 6∼16의 지방족 카르복실산(포화 지방산), 1-헥산올, 1-옥탄올, 1-데칸올, 1-도데칸올 등의 탄소수가 6∼12의 알코올을 들 수 있다. 또, 피복제는 바람직하게는 중량평균 분자량이 200∼500의 폴리에틸렌글리콜(바람직하게는 다분산도가 1.00∼1.50의 것) 등의 고분자 화합물 등이어도 된다. 피복제는 시간차로 금속 나노 입자 표면로부터 분리되어, 금속 나노 입자끼리 폭발적으로 소결되지 않고, 땜납 분말과 반응하여 합금화할 때의 반응률을 높이도록 하기 위해서는, 2종류 이상 사용하는 것이 유효하다.
피복제가 분리된 후의 금속 나노 입자는, 금속계 접착층에 의한 윈도우재와 수용 부재와의 접착에 있어서, 금속 나노 입자끼리 또는 땜납 분말과 반응할 필요가 있다. 이 경우, 저온(예를 들면, 150∼330℃)에서의 접착을 달성하는 관점에서, 금속 나노 입자의 소결 온도는 바람직하게는 110℃ 이상이며, 바람직하게는 180℃ 이하, 보다 바람직하게는 160℃ 이하이다. 여기에서, 금속 나노 입자의 소결 온도란 금속 나노 입자가 1차입자로서의 형태를 유지할 수 없게 되는 온도라고 할 수 있다.
접착 조성물 중, 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자의 함유율은 바람직하게는 20질량% 이상, 보다 바람직하게는 25질량% 이상이며, 바람직하게는 70질량% 이하, 보다 바람직하게는 50질량% 이하이다. 이 경우, 피복제와 금속 나노 입자의 합계에 대한 금속 나노 입자의 비율은 바람직하게는 80질량% 이상, 보다 바람직하게는 85질량% 이상이며, 100질량% 미만, 바람직하게는 98질량% 이하, 보다 바람직하게는 95질량% 이하이다.
[땜납 분말]
금속 재료로서 금속 나노 입자만을 사용한 금속계 접착층의 경우, 접착 시에, 가압에 의해 금속 나노 입자 간의 거리를 줄여도, 얻어진 접착층은 공극을 가지는 구조체가 되어, 충분한 기밀성을 제공하는 접착층으로는 되지 않는다. 본 발명에서는, 얻어진 접착층을 충분한 기밀성을 제공할 수 있는 것으로 하기 위해, 바꾸어 말하면, 상기한 공극을 메우기 위해, 접착 시에 유동성을 가지고, 또한 바람직하게는 금속 나노 입자와의 합금을 형성할 수 있는 재료로서, 땜납 분말을 접착 조성물 중에 함유시킨다.
땜납 분말의 융점은, 금속계 접착층에 의한 윈도우재와 수용 부재와의 접착에 있어서, 저온(예를 들면, 150∼330℃)에서의 접착을 달성하는 관점에서, 금속 나노 입자의 소결 온도보다 낮은 온도인 것이 바람직하다. 이러한 융점으로서는, 구체적으로는, 바람직하게는 180℃ 이하, 보다 바람직하게는 170℃ 이하, 더욱 바람직하게는 160℃ 이하이다. 또한, 땜납 분말의 융점의 하한은 통상 100℃ 이상이다. 당해 온도 영역을 달성하기 위해서는, Sn을 땜납의 성분에 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 윈도우재로서 합성 석영 유리를 사용하는 경우, 이것과의 확실한 밀착성을 얻기 위해, 합성 석영 유리에 대해 젖음성이 좋은 Bi를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 땜납 분말로서는 Sn-Bi 땜납, Sn-Zn-Bi 땜납 및 Sn-Zn 땜납으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
땜납 분말의 1차입자의 평균 입자 직경(평균 1차입자 직경) D50(체적평균 메디안 직경)은, 접착 이전에는 금속 나노 입자끼리의 소결을 막는 관점에서, 또한 접착 시에는 효율적으로 금속 나노 입자와 반응시키는 관점에서, 바람직하게는 1∼100㎛, 보다 바람직하게는 1∼50㎛이다. 또, 접착 조성물 중, 땜납 분말의 함유율은 바람직하게는 30질량% 이상, 보다 바람직하게는 45질량% 이상이며, 바람직하게는 80질량% 이하, 보다 바람직하게는 70질량% 이하이다.
[분산매]
금속계 접착층을 구성하는 접착 조성물은 피복제가 분리되어 표면이 노출된 금속 나노 입자와 땜납 분말이 반응하여 합금화함으로써, 윈도우재와 수용 부재와의 접착이 이루어지지만, 이 반응은 금속 나노 입자와 땜납 분말이 유동하는 상태에서 진행하는 것, 즉 액체로서 분산매의 존재하에서 진행하는 것이 유효하며, 이 관점에서, 액상의 분산매를 접착 조성물 중에 함유시킨다.
분산매의 휘발 개시 온도는, 금속 나노 입자와 땜납 분말의 반응을 액상에서 완결시키는 관점에서, 금속 나노 입자의 소결 온도보다 높은 것이 바람직하다. 또, 동일한 관점에서, 분산매의 휘발 개시 온도는 땜납 분말의 융점보다 높은 것이 바람직하고, 땜납 분말의 융점보다 10℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하고, 또, 땜납 분말의 융점보다 50℃ 높은 온도 이하((땜납 분말의 융점＋50℃) 이하)인 것이 바람직하고, 땜납 분말의 융점보다 30℃ 높은 온도 이하((땜납 분말의 융점＋30℃) 이하)인 것이 보다 바람직하다. 여기에서, 분산매의 휘발 개시 온도란 분산매가 25℃, 1 기압하에서 열을 받은 경우에 기화가 시작되는 온도라고 할 수 있다.
분산매로서는, 예를 들면, 테르펜류, 모노테르펜알코올류, 알킬알코올, 나프텐계 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 테르펜류로서 구체적으로는 프레놀, 리모넨, 3-메틸부탄산을 들 수 있고, 테루솔브 THA-90, 테루솔브 THA-70(모두 닛폰테르펜카가쿠(주)제)이 바람직하다. 또, 모노테르펜 알코올류로서 구체적으로는 테르피네올, 디히드로테르피네올을 들 수 있다. 알킬알코올로서 구체적으로는 1-헥산올, 1-옥탄올, 1-데칸올, 라우릴알코올 등의 탄소수가 6 이상, 바람직하게는 탄소수가 8 이상이며, 탄소수가 12 이하의 알킬알코올이 바람직하고, 장쇄(직쇄)의 알킬알코올이 보다 바람직하다. 나프텐계 탄화수소로서 구체적으로는 시클로펜탄, 시클로헥산을 들 수 있다.
또한, 접착 조성물 중의 분산매의 함유율은 바람직하게는 3질량% 이상, 보다 바람직하게는 5질량% 이상이며, 바람직하게는 15질량% 이하, 보다 바람직하게는 12질량% 이하이다. 또, 접착 조성물 중, 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매는 그것들의 합계로서 99질량% 이상 함유되어 있는 것이 바람직하고, 접착 조성물이 실질적으로 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매만으로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
분산매는 윈도우재와 수용 부재와 금속계 접착층에 의해 접착하는 공정에서 휘발하지만, 윈도우재와 수용 부재를 접착한 상태에서, 강고한 접착력을 발휘시키기 위해서는, 접착 조성물에 포함되는 각 성분의 특성이나, 접착 조건에 따라, 그것들의 양을 조정하고, 금속계 접착층에 의해 윈도우재와 수용 부재가 접착된 상태에서, 거의 모든 분산매가 휘발해 있도록 하는 것이 유효하다.
금속계 접착층은, 수용 부재에 수용되는 광학 소자의 내열성을 고려하면, 50∼500gf/패키지(0.49∼4.9N/패키지)의 하중을 걸면서, 저온(예를 들면, 150∼330℃)에서 접착할 수 있는 것이 바람직하다. 또, 금속계 접착층은 접착 조성물이 흘러 나가지 않을 정도로, 반경화 상태(B-Stage)로 한 것이어도 된다.
금속계 접착층의 두께는, 수용 부재의 윈도우재와의 접합 부분에, 굴곡 등의 형상이 있었다고 해도, 그것을 흡수할 수 있는 두께로 하는 관점에서, 바람직하게는 20㎛ 이상, 보다 바람직하게는 30㎛ 이상이며, 바람직하게는 70㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 두께는 레이저 표면 변위계(예를 들면, KS-1100((주)키엔스제)) 등에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 광학 소자 패키지용 리드는 윈도우재의 수용 부재와 접하는 부분에, 접착 조성물을 도포하여 금속계 접착층을 형성하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 또, 금속계 접착층을 반경화 상태(B-Stage)로 하는 경우에는, 접착 조성물을 도포하여 형성한 금속계 접착층을, 바람직하게는 100∼180℃로, 바람직하게는 5분∼60분 가열하여, 반경화 상태(B-Stage)로 할 수 있다.
이러한 광학 소자 패키지용 리드를 사용하면, 광학 소자와, 광학 소자를 내부에 수용한 수용 부재를 갖추고, 광학 소자 패키지용 리드의 금속계 접착층에 의해 윈도우재와 수용 부재가 접착되어, 광학 소자가 수용 부재의 내부에 기밀 밀봉된 광학 소자 패키지를 구성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 2에 도시되는 바와 같이, 윈도우재(1)와, 광학 소자(4)가 수용된 수용 부재(3)와의 사이에서, 광학 소자 패키지를 구성하고, 금속계 접착층(2)을 통한 메탈 씨일에 의한 기밀 밀봉을 실현한 광학 소자 패키지로 할 수 있다. 또한, 도 2 중, 5는 반사판이다.
수용 부재는, 광학 소자 패키지에 있어서, 광학 소자를 수용하는 부재로서 공지의 것을 사용할 수 있고, 금속, 세라믹스 등의 무기 재료, 또는 고무, 엘라스토머, 수지 등의 유기 재료로 형성된, 광학 소자의 수용부로서의 오목부를 가지는 것이 사용되고, 그 사이즈는 광학 소자의 용도, 수용되는 광학 소자, 윈도우재의 사이즈 등에 의해 적당히 선택된다. 또, 특히 UV-LED에서 현저하지만, 현재 알려져 있는 것은 광학 소자가 발하는 광의 대부분이 광이 아니고 열이 되어 방출되기 때문에, 수용 부재는 방열성이 좋은 알루미나계 세라믹스, 질화알루미늄계 세라믹스 등으로 형성된 것, 그것들에 금이나 구리 등의 금속 도금 등을 부가 가공한 것 등이 적합하다.
수용 부재 내부에 배치되는 광학 소자는 발광 소자이어도, 수광 소자이어도 된다. 본 발명의 광학 소자 패키지는, 특히, 파장 300nm 이하의 광을 발광 또는 수광 가능한 광학 소자에 있어서 적합하며, 발광 소자로서 구체적으로는 UV-LED(예를 들면, 피크 파장이 250∼290nm이며, 또한 파장 300nm 이하의 광을 포함하는 것), ArF 엑시머 레이저(파장 193nm), KrF 엑시머 레이저(파장 248nm), YAG FHG(제4 고주파) 레이저(파장 266nm) 등을 들 수 있다. 수광 소자로서는 자외선을 검지할 수 있는 포토다이오드 등이 예시된다.
수용 부재와 윈도우재로 둘러싸인 범위에는, 광학 소자 이외에, 광학 소자와 광학 소자 패키지의 외부와의 전기적인 도통을 위한 리드나 광의 취출 효율을 높이기 위한 리플렉터 등의 다른 부재를 설치할 수 있고, 이들 광학 소자 및 다른 부재 이외의 부분은 진공 상태, 공기나 불활성 가스의 질소 등의 기체가 충전된 상태, 투명한 고무, 엘라스토머, 수지 등의 고체의 밀봉재로 밀봉된 상태의 어느 것이어도 되지만, 광학 소자가 발하는 열의 방열성 등의 관점에서는, 고체의 밀봉재로 밀봉되어 있지 않은 상태, 예를 들면, 진공 상태, 또는 공기나 불활성 가스의 질소 등의 기체가 충전된 상태인 것이 적합하다.
본 발명의 광학 소자 패키지는 수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정, 및 광학 소자 패키지용 리드의 윈도우재와, 광학 소자를 내부에 수용한 수용 부재를, 광학 소자 패키지용 리드의 금속계 접착층에 의해 접착하여 일체화하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
금속계 접착층을 형성한 광학 소자 패키지용 리드는, 광학 소자가 수용된 수용 부재와 금속계 접착층을 접촉시키고, 접착 위치를 정한 후, 광학 소자 패키지용 리드와 수용 부재를 가열 처리함으로써, 양자를 접착할 수 있다. 이 가열 처리의 온도(경화 온도)는 광학 소자 패키지 내에 밀봉되는 광학 소자의 내열성의 관점에서, 바람직하게는 150 이상, 보다 바람직하게는 170℃ 이상이고, 바람직하게는 330℃ 이하, 보다 바람직하게는 300℃ 이하, 더욱 바람직하게는 280℃ 이하이며, 가열 처리의 시간은 바람직하게는 10초∼60분간이다. 이때, 가압도 동시에 행하는 것이 바람직하고, 이 처리에 있어서의 분위기는 대기 분위기, 불활성 가스 분위기, 질소 가스 분위기 등이 적용된다. 또, 금속계 접착층을 형성하는 접착 조성물이 반경화 상태(B-Stage)의 광학 소자 패키지용 리드인 경우, 금속계 접착층이 가열에 의해 눌려 찌그러져, 접착 조성물에 포함되어 있는 금속 나노 입자가 조밀하게 결합함으로써, 기밀성이 높은 씨일을 구축하는 것이 가능하게 된다.
또, 윈도우재와, 광학 소자를 내부에 수용한 수용 부재를, 광학 소자 패키지용 리드의 금속계 접착층에 의해 접착하여 일체화한 후에, 열 에이징 공정을 마련할 수 있다. 열 에이징 공정에 의해, 금속계 접착층 중의 금속 나노 입자 사이, 및 금속 나노 입자와 도금 분말 사이의 결합이 보다 강고하게 되어, 접착 강도가 증가하기 때문에 바람직하다. 열 에이징의 온도는 경화 온도(상기 가열 처리의 온도)보다 20℃ 이상 높은 온도가 바람직하고, 경화 온도보다 100℃ 높은 온도 이하((경화 온도+100℃) 이하)인 것이 보다 바람직하다. 또한, 열 에이징의 온도의 상한은 특별히 제한은 없지만, 광학 소자 패키지 내에 밀봉된 광학 소자의 열내성의 관점에서, 350℃ 이하가 바람직하다. 열 에이징의 시간은, 광학 소자에의 열의 축적이나, 생산성의 관점에서, 바람직하게는 10∼180분간이다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 제시하여, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
대향하는 기판면(주표면)의 양면이 경면화되어 있는 합성 석영 유리 웨이퍼 기판(4인치φ, 두께 0.5mm)에, 피복제인 1-헥산올과 1-옥탄올의 혼합액(1-헥산올:1-옥탄올=1:1(질량비))으로 표면을 피복한 평균 1차입자 직경 D50이 53nm의 은 나노 입자(피복제와 은 나노 입자의 합계에 대한 은 나노 입자의 비율은 90질량%) 25질량%, 평균 1차입자 직경 D50이 3.1㎛의 Sn-Bi 땜납 분말(미츠이킨조쿠코교(주)제) 67질량%, 분산매로서 라우릴알코올 8질량%로 구성된 접착 조성물을 스크린 인쇄에 의해, 기판면의 일방의 면 위에, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양으로 선폭 250㎛, 두께 35㎛로 도포하고, 금속계 접착층을 형성했다.
다음에 140℃에서 20분간, 접착층이 형성된 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을 가열함으로써, 금속계 접착층을 반경화 상태로 했다. 그 후, 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양의 접착층의 외주를 따라 다이싱 컷함으로써, 합성 석영 유리의 윈도우재와, 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드(합성 석영 유리 리드)를 얻었다.
다음에 수용부로서의 오목부를 가지는 금 도금된 질화알루미늄으로 이루어지는 SMD 패키지를 수용 부재로서 사용하고, 그 오목부에, 광학 소자로서 265nm의 광을 발하는 UV-LED를 수용하고, UV-LED가 수용된 오목부를 덮도록, 수용 부재 위에 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를 재치하고, 230℃, 200gf/패키지(1.96N/패키지)의 조건으로, 3분간 가열·가압하고, 윈도우재와 수용 부재를 접착하여, 광학 소자 패키지를 얻었다. 얻어진 광학 소자 패키지에 대하여, 이하의 시험에 의해 기밀성을 평가했다.
<레드 체크>
광학 소자 패키지를 마이크로 체크 침투액 JIP143((주)이치넨케미컬즈제)에 24시간 침지하고, 그 후에 아세톤으로 세정하고, 현미경으로 관찰했다. 이 레드 체크는 후술하는 자외선에 대한 내성 평가 전과 후에 실시했다.
<파인 리크 테스트>
미국 군용 규격 MIL-STD-883 Method 1014에 따라, 헬륨을 사용한 파인 리크 테스트를 실시했다. 우선, 광학 소자 패키지를 진공 상태에 1시간 정치하고, 이어서, 0.3MPa의 헬륨 가스 분위기하에 6시간 정치한 후, 헬륨 리크 시험기로, 헬륨의 리크율을 측정했다.
<자외선에 대한 내성 평가>
광학 소자가 UV-LED인 경우에는, 광학 소자 패키지 중의 UV-LED를 5,000시간 점등시킨 후, 접착 상태를 관찰하고, 레드 체크를 실시했다. 한편, 광학 소자가 포토다이오드인 경우에는, 광학 소자 패키지의 윈도우재의 상방으로부터, 265nm의 광을 발하는 UV-LED로부터 자외선을 5,000시간 조사한 후, 접착 상태를 관찰하고, 레드 체크를 실시했다.
자외선에 대한 내성 평가 전과 후의 어느 레드 체크에서도, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤은 보이지 않아, 충분한 기밀성을 유지하고 있는 것이 확인되었다. 또, 파인 리크 테스트에 있어서의 헬륨의 리크율은 5.4×10-9Pa·m3/s로, 충분한 기밀성이 있는 것이 나타났다. 또한, 자외선에 대한 내성 평가에서는, 윈도우재와 수용 부재와의 분리는 없었고, 현미경에 의한 접착부의 관찰에서도, 금속계 접착층이 경화한 부분에 크랙 등의 균열은 없었다.
[실시예 2]
대향하는 기판면(주표면)의 양면이 경면화되어 있는 합성 석영 유리 웨이퍼 기판(6인치φ, 두께 0.3mm)에, 피복제인 1-헥산올과 헥실아민의 혼합액(1-헥산올:헥실아민=1:1(질량비))으로 표면을 피복한 평균 1차입자 직경 D50이 78nm의 은 나노 입자(피복제와 은 나노 입자의 합계에 대한 은 나노 입자의 비율은 83질량%) 60질량%, 평균 1차입자 직경 D50이 3.9㎛의 Sn-Zn 땜납 분말(사사키한다고교(주)제) 33질량%, 분산매로서 테루솔브 THA-90(닛폰테르펜카가쿠(주)제) 7질량%로 구성된 접착 조성물을 스크린 인쇄에 의해, 기판면의 일방의 면 위에, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양으로 선폭 350㎛, 두께 40㎛로 도포하여, 금속계 접착층을 형성했다.
다음에, 170℃로 45분간, 접착층이 형성된 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을 가열함으로써, 금속계 접착층을 반경화 상태로 했다. 그 후, 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양의 접착층의 외주를 따라 다이싱 컷함으로써, 합성 석영 유리의 윈도우재와, 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드(합성 석영 유리 리드)를 얻었다.
다음에 수용부로서의 오목부를 가지는 금 도금된 알루미나로 이루어지는 SMD 패키지를 수용 부재로서 사용하고, 그 오목부에, 광학 소자로서 280nm의 광을 발하는 UV-LED를 수용하고, UV-LED가 수용된 오목부를 덮도록, 수용 부재 위에 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를 재치하고, 270℃, 50gf/패키지(0.49N/패키지)의 조건으로, 2분간 가열·가압하여, 윈도우재와 수용 부재를 접착하여, 광학 소자 패키지를 얻었다. 얻어진 광학 소자 패키지에 대해, 실시예 1과 동일하게 하여 기밀성을 평가했다.
자외선에 대한 내성 평가 전과 후의 어느 레드 체크에서도, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤은 보이지 않아, 충분한 기밀성을 유지하고 있는 것이 확인되었다. 또, 파인 리크 테스트에 있어서의 헬륨의 리크율은 5.2×10-9Pa·m3/s로, 충분한 기밀성이 있는 것이 나타났다. 또한, 자외선에 대한 내성 평가에서는, 윈도우재와 수용 부재의 분리는 없었고, 현미경에 의한 접착부의 관찰에서도, 금속계 접착층이 경화한 부분에 크랙 등의 균열은 없었다.
[실시예 3]
대향하는 기판면(주표면)의 양면이 경면화되어 있는 사파이어 기판(3인치φ, 두께 0.5mm)에, 피복제인 헥산산과 데칸산의 혼합액(헥산산:데칸산=1:1(질량비))으로 표면을 피복한 평균 1차입자 직경 D50이 32nm의 은 나노 입자(피복제와 은 나노 입자의 합계에 대한 은 나노 입자의 비율은 93질량%) 23질량%, 평균 1차입자 직경 D50이 2.9㎛의 Sn-Bi 땜납 분말(미츠이킨조쿠코교(주)제) 67질량%, 분산매로서 테루솔브 THA-70(닛폰테르펜카가쿠(주)제) 10질량%로 구성된 접착 조성물을 스크린 인쇄에 의해, 기판면의 일방의 면 위에, 가로세로 5.9mm의 윈도우 틀 모양으로 선폭 200㎛, 두께 30㎛로 도포하여, 금속계 접착층을 형성했다.
다음에 120℃로 30분간, 접착층이 형성된 사파이어 기판을 가열함으로써, 금속계 접착층을 반경화 상태로 했다. 그 후, 사파이어 기판을, 가로세로 5.9mm의 윈도우 틀 모양의 접착층의 외주를 따라 다이싱 컷함으로써, 사파이어의 윈도우재와, 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드(사파이어 리드)를 얻었다.
다음에, 수용부로서의 오목부를 가지는 도금된 질화알루미늄으로 이루어지는 SMD 패키지를 수용 부재로서 사용하고, 그 오목부에, 광학 소자로서 200∼300nm의 광을 수광하는 포토다이오드를 수용하고, 포토다이오드가 수용된 오목부를 덮도록, 수용 부재 위에 상기에서 얻어진 사파이어 리드를 재치하고, 300℃, 300gf/패키지(2.94N/패키지)의 조건으로, 30초간 가열·가압하여, 윈도우재와 수용 부재를 접착하고, 광학 소자 패키지를 얻었다. 얻어진 광학 소자 패키지에 대해, 실시예 1과 동일하게 하여 기밀성을 평가했다.
자외선에 대한 내성 평가 전과 후의 어느 레드 체크에서도, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤은 보이지 않아, 충분한 기밀성을 유지하고 있는 것이 확인되었다. 또, 파인 리크 테스트에 있어서의 헬륨의 리크율은 4.7×10-9Pa·m3/s로, 충분한 기밀성이 있는 것이 나타났다. 또한, 자외선에 대한 내성 평가에서는, 윈도우재와 수용 부재와의 분리는 없었고, 현미경에 의한 접착부의 관찰에서도, 금속계 접착층이 경화한 부분에 크랙 등의 균열은 없었다.
[실시예 4]
대향하는 기판면(주표면)의 양면이 경면화되어 있는 합성 석영 유리 웨이퍼 기판(4인치φ, 두께 0.25mm)에, 피복제인 다분산도가 1.05의 폴리에틸렌글리콜#400(나카라이테스크(주)제, 평균 분자량 380∼420)으로 표면을 피복한 평균 1차입자 직경 D50이 45nm의 은 나노 입자 A(피복제와 은 나노 입자의 합계에 대한 은 나노 입자의 비율은 87질량%) 22.5질량%, 동 피복제로 표면을 피복한 평균 1차입자 직경 D50이 53nm의 은 나노 입자 B(피복제와 은 나노 입자의 합계에 대한 은 나노 입자의 비율은 91질량%) 7.5질량%(은 나노 입자 A:은 나노 입자 B=3:1(질량비)이며, 합계로 30질량%), 평균 1차입자 직경 D50이 2.2㎛의 Sn-Bi 땜납 분말(미츠이킨조쿠코교(주)제) 62질량%, 분산매로서 테루솔브 THA-90(닛폰테르펜카가쿠(주)제) 8질량%로 구성된 접착 조성물을 스크린 인쇄에 의해, 기판면의 일방의 면 위에, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양으로 선폭 280㎛, 두께 40㎛로 도포하여, 금속계 접착층을 형성했다.
다음에 150℃로 20분간, 접착층이 형성된 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을 가열함으로써, 금속계 접착층을 반경화 상태로 했다. 그 후, 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양의 접착층의 외주를 따라 다이싱 컷함으로써, 합성 석영 유리의 윈도우재와, 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드(합성 석영 유리 리드)를 얻었다.
다음에 수용부로서의 오목부를 가지는 도금된 질화알루미늄으로 이루어지는 SMD 패키지를 수용 부재로서 사용하고, 그 오목부에, 광학 소자로서 285nm의 광을 발하는 UV-LED를 수용하고, UV-LED가 수용된 오목부를 덮도록, 수용 부재 위에 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를 재치하고, 180℃, 200gf/패키지(1.96N/패키지)의 조건으로, 2분간 가열·가압하여, 윈도우재와 수용 부재를 접착하고, 이어서, 무하중으로 250℃, 10분간의 열 에이징을 실시하여, 광학 소자 패키지를 얻었다. 얻어진 광학 소자 패키지에 대해, 실시예 1과 동일하게 하여 기밀성을 평가했다.
자외선에 대한 내성 평가 전과 후의 어느 레드 체크에서도, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤은 보이지 않아, 충분한 기밀성을 유지하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 파인 리크 테스트에 있어서의 헬륨의 리크율은 5.0×10-9Pa·m3/s로, 충분한 기밀성이 있는 것이 나타났다. 또, 자외선에 대한 내성 평가에서는, 윈도우재와 수용 부재의 분리는 없고, 현미경에 의한 접착부의 관찰에서도, 금속계 접착층이 경화한 부분에 크랙 등의 균열은 없었다.
[비교예 1]
대향하는 기판면(주표면)의 양면이 경면화되어 있는 합성 석영 유리 웨이퍼 기판(4인치φ, 두께 0.5mm)에, 열경화형의 에폭시계 접착제 엘레판 CS((주)토모에가와세이시쇼제)을 스크린 인쇄에 의해, 기판면의 일방의 면 위에, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양으로 선폭 250㎛, 접착층의 두께 35㎛로 도포하고, 에폭시계 접착제로 이루어지는 접착층을 형성했다.
다음에, 100℃로 20분간, 접착층이 형성된 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을 가열함으로써, 에폭시계 접착제로 이루어지는 접착층을 반경화 상태로 했다. 그 후, 합성 석영 유리 웨이퍼 기판을, 가로세로 3.4mm의 윈도우 틀 모양의 접착층의 외주를 따라 다이싱 컷함으로써, 합성 석영 유리의 윈도우재와, 에폭시계 접착제로 이루어지는 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드(합성 석영 유리 리드)를 얻었다.
다음에 수용부로서의 오목부를 가지는 도금된 질화알루미늄으로 이루어지는 SMD 패키지를 수용 부재로서 사용하고, 그 오목부에, 광학 소자로서 265nm의 광을 발하는 UV-LED를 수용하고, UV-LED가 수용된 오목부를 덮도록, 수용 부재 위에 상기에서 얻어진 합성 석영 유리 리드를 재치하고, 180℃, 400gf/패키지(3.92N/패키지)의 조건으로, 15분간 가열·가압하여, 윈도우재와 수용 부재를 접착하고, 광학 소자 패키지를 얻었다. 얻어진 광학 소자 패키지에 대해, 실시예 1과 동일하게 하여 기밀성을 평가했다.
자외선에 대한 내성 평가 전의 레드 체크에서는, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤은 보이지 않아, 충분한 기밀성을 유지하고 있는 것이 확인되었다. 또, 파인 리크 테스트에서의 헬륨의 리크율은 5.0×10-9Pa·m3/s로, 충분한 기밀성이 있는 것이 나타났다. 그러나, 자외선에 대한 내성 평가의 후는, 레드 체크에서는, 광학 소자 패키지 내로의 침투액의 침윤이 보였고, 또, 현미경에 의한 접착부의 관찰에서도, 에폭시계 접착제로 이루어지는 접착층이 경화한 부분에, 자외선에 의한 데미지에 의해 생긴 크랙이 보여, 윈도우재와 수용 부재가 부분적으로 분리되어 있었다.
1 윈도우재
2 금속계 접착층
3 수용 부재
4 광학 소자
5 반사판

Claims (17)

  1. 광학 소자가 내부에 수용된 수용 부재의 상기 광학 소자의 발광 방향 전방에 설치되는 윈도우재와, 이 윈도우재가 상기 수용 부재와 접하는 부분에 형성된 금속계 접착층을 갖추는 광학 소자 패키지용 리드로서, 상기 금속계 접착층이 피복제에 의해 피복된 금속 나노 입자, 땜납 분말 및 분산매를 포함하는 접착 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 나노 입자를 구성하는 금속이 금, 은 및 구리로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 금속, 이 금속을 함유하는 합금, 또는 상기 금속과 다른 금속과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 동적 광산란법에 의한 평균 1차입자 직경이 20∼90nm인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피복제의 상기 금속 나노 입자로부터의 분리 온도가 상기 금속 나노 입자의 소결 온도 이상의 온도인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피복제가 아민, 지방족 카르복실산 및 알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  6. 제4항에 있어서, 상기 피복제가 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 소결 온도가 110∼180℃인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 땜납 분말의 융점이 상기 금속 나노 입자의 소결 온도보다 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 땜납 분말이 Sn-Bi 땜납, Sn-Zn-Bi 땜납 및 Sn-Zn 땜납으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산매의 휘발 개시 온도가 상기 금속 나노 입자의 소결 온도보다 높고, 또한 땜납 분말의 융점보다 높은 온도인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 분산매가 테르펜류, 모노테르펜알코올류, 알킬알코올, 나프텐계 탄화수소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속계 접착층이 반경화 상태(B-Stage)인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 패키지용 리드를 제조하는 방법으로서,
    상기 윈도우재의 상기 수용 부재와 접하는 부분에, 상기 접착 조성물을 도포하여 상기 금속계 접착층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지용 리드의 제조 방법.
  14. 광학 소자와, 이 광학 소자를 내부에 수용한 수용 부재를 갖추고, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 패키지용 리드의 상기 금속계 접착층에 의해 상기 윈도우재와 상기 수용 부재가 접착되어, 상기 광학 소자가 상기 수용 부재의 내부에 기밀 밀봉되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
  15. 제14항에 있어서, 상기 광학 소자가 발광 소자 또는 수광 소자인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광학 소자가 파장 300nm 이하의 광을 발광 또는 수광 가능한 광학 소자인 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 패키지를 제조하는 방법으로서,
    수용 부재의 내부에 광학 소자를 실장하는 공정, 및
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 소자 패키지용 리드의 윈도우재와, 광학 소자를 내부에 수용한 상기 수용 부재를, 광학 소자 패키지용 리드의 상기 금속계 접착층에 의해 접착하여 일체화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자 패키지의 제조 방법.
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