KR20210070279A - 창재, 광학 패키지 - Google Patents

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Abstract

광학 소자를 구비한 광학 패키지용의 창재로서, 무기 재료의 기체와, 상기 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에, 상기 무기 재료의 기체의 외주를 따라 배치된 접합층을 갖고, 상기 접합층의 폭이 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이며, 상기 접합층의 두께가 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하인 창재를 제공한다.

Description

창재, 광학 패키지
본 발명은 창재, 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 봉지하고, 광학 패키지로 사용하는 경우가 있었다.
이 경우, 창재는 수지제의 접착제 등에 의해 회로 기판과 접합되고 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 배치되어 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 투과하는 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 걸쳐 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 접합하는 것으로 되어 있는데, 접합 후, 커버에 균열을 일으키는 경우가 있었다.
상기 종래 기술이 갖는 문제를 감안하여, 본 발명의 일측면에서는 회로 기판과 접합했을 때에 균열이 생기는 것을 억제한 창재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 양태에서는 광학 소자를 구비한 광학 패키지용의 창재로서,
무기 재료의 기체와,
상기 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에, 상기 무기 재료의 기체의 외주를 따라 배치된 접합층을 갖고,
상기 접합층의 폭이 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이며,
상기 접합층의 두께가 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하인 창재를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 의하면 회로 기판과 접합했을 때에 균열이 생기는 것을 억제한 창재를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 창재의 구성 설명도.
도 2 는 무기 재료의 기체의 측면의 구성예의 설명도.
도 3 은 본 실시형태의 광학 패키지의 구성 설명도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명하겠지만, 본 발명은 하기 실시형태에 제한되는 경우는 없고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 하기 실시형태에 여러 가지의 변형 및 치환을 부가할 수 있다.
[창재]
본 실시형태의 창재에 대해 설명한다.
본 실시형태의 창재는, 광학 소자를 구비한 광학 패키지용의 창재로서, 무기 재료의 기체와, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에, 무기 재료의 기체의 외주를 따라 배치된 접합층을 가질 수 있다. 그리고, 접합층의 폭을 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하, 접합층의 두께를 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하로 할 수 있다.
본 실시형태의 창재의 구성예에 대해, 도 1(A), 도 1(B) 를 사용하면서 이하에 구체적으로 설명한다. 도 1(A) 는, 본 실시형태의 창재 (10) 의 무기 재료의 기체 (11) 와, 접합층 (12) 과의 적층 방향과 평행한 면에서의 단면도를 모식적으로 나타내고 있다. 또, 도 1(B) 는, 도 1(A) 중에 나타낸 블록 화살표 (A) 를 따라, 도 1(A) 에 나타낸 창재 (10) 를 본 경우의 구조를 나타내고 있다. 즉, 도 1(A) 에 나타낸 창재 (10) 의 저면도를 나타내고 있다.
본 실시형태의 창재 (10) 는 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 을 갖는다. 그리고, 접합층 (12) 은 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 상에 배치할 수 있다.
여기서, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이란, 후술하는 광학 패키지를 제조할 때에, 광학 소자를 구비한 회로 기판과 접합하는 측의 면에 해당된다. 즉, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 이란, 광학 소자와 대향하는 측의 면이라고도 할 수 있다.
그리고, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 과 반대측에 위치하는 타방의 면 (11b) 은, 광학 패키지로 했을 경우에, 외부로 노출하는 측의 면이 된다.
각 부재에 대해 이하에 설명한다.
(무기 재료의 기체)
무기 재료의 기체 (11) 는 특별히 한정되는 것이 아니고, 임의의 재료를 이용하여 임의의 형상으로 할 수 있다.
단, 무기 재료의 기체 (11) 는, 광학 패키지로 했을 경우에, 회로 기판이 구비하는 광학 소자에 관한 광 가운데, 특히 투과하는 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 ㎜ 이하인 범위의 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 영역인 광 (청 ~ 녹 ~ 적) 인 경우, 예를 들어 파장이 380 ㎚ 이상 800 ㎚ 이하인 범위의 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 ㎚ 이하인 범위의 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 ㎚ 이하인 범위의 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 ㎚ 이하인 범위의 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 ㎚ 이하인 범위의 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 준거하여 측정할 수 있다.
무기 재료의 기체 (11) 의 재료로는, 상기 서술한 바와 같이 임의로 선택할 수 있고, 특별히 한정되지는 않지만, 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 종류로 한정되지는 않고, 2 종류 이상의 재료를 조합하여 사용할 수도 있다. 따라서, 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 상한치에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 5 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 ㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 1 ㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 5 ㎜ 이하로 함으로써 원하는 파장 영역의 광의 투과율을 충분히 높게 할 수 있기 때문이다. 무기 재료의 기체 (11) 의 두께를 1 ㎜ 이하로 함으로써, 특히 광학 패키지의 저배화를 도모할 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.
또한, 도 1(A) 에 있어서, 무기 재료의 기체 (11) 로서 판상 형상 (평판 형상) 인 예를 나타내고 있지만, 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 무기 재료의 기체 (11) 의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 두께는 균일할 필요가 없다. 이 때문에, 무기 재료의 기체의 두께가 균일하지 않은 경우, 무기 재료의 기체 가운데, 적어도 광학 패키지로 했을 경우에 광학 소자에 관한 광의 광로 상에 있는 부분의 두께가 상기 범위에 있는 것이 바람직하고, 무기 재료의 기체의 두께가 어느 부분에서나 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 평탄면이며, 타방의 면 (11b) 이 볼록부나 오목부를 갖는 형태나, 일방의 면 (11a) 의 형상과 타방의 면 (11b) 의 형상이 이러한 형태와 역으로 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 역으로 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 접합층 (12) 을 배치하는 부분은, 예를 들어 복수의 창재를 제조했을 경우 등에, 창재간의 접합층 (12) 의 형상의 편차를 억제하기 위해서 평탄한 것이 바람직하다.
광학 패키지의 형태에 따라서는, 무기 재료의 기체의 사이즈가 매우 작아지는 경우가 있다. 그래서, 무기 재료의 기체의 절단 전 자재를 원하는 사이즈로 절단 할 때에, 레이저 광을 사용한 절단 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 방법에 의해 절단을 실시했을 경우, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 의 측면은, 레이저 광의 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 예로 한정되는 것이 아니고, 임의의 방법에 의해 절단할 수 있다. 상기 서술한 절단 방법 이외의 방법으로 절단을 실시했을 경우, 무기 재료의 기체 (11) 의 측면, 즉 절단면은, 상기 서술한 경우와 다른 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 했을 경우에, 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 있고, 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 조로 하고, 다층막은 제 1 층과 제 2 층의 조를 1 조 이상 갖는 것이 바람직하고, 2 조 이상 갖는 것이 보다 바람직하다. 이는 다층막이 제 1 층과 제 2 층을 1 조 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 조를 4 조 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, 같은 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, 접합층 (12) 과의 밀착성이 특히 높아져, 바람직하기 때문이다.
(접합층)
접합층 (12) 은, 광학 패키지로 하는 경우에, 무기 재료의 기체 (11) 와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합하는 부재에 해당된다.
접합층 (12) 의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이, 창재 (10) 의 접합층 (12) 을 형성한 측에서 본 경우의 도면, 즉 저면도에 있어서 땜납층 (122) 을 포함하는 접합층 (12) 이 무기 재료의 기체 (11) 의 외주를 따라 배치된 형상으로 할 수 있다. 즉, 접합층 (12) 은 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 의 외주를 따라 배치된 띠형상의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 접합층 (12) 은 중앙부에, 회로 기판의 광학 소자에 대응하여 개구부를 갖고, 그 개구부로부터 무기 재료의 기체 (11) 가 보이는 형상으로 할 수 있다. 도 1(B) 에서는, 무기 재료의 기체 (11) 가, 땜납층 (122) 을 포함하는 접합층 (12) 보다 크게 되어 있지만, 이러한 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 의 외주와, 땜납층 (122) 을 포함하는 접합층 (12) 의 외주가 일치하도록 구성할 수도 있다.
또한, 도 1(B) 에서는 접합층 (12) 가운데, 최표면에 위치하는 땜납층 (122) 을 나타내고 있지만, 접합층 (12) 의 각 층의 적층 방향 (도 1(A) 에 있어서의 상하 방향) 과 수직인 면에서의 접합층 (12) 의 단면 형상은, 층에 의하지 않고 같은 형상으로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 발명자들의 검토에 의하면, 관계되는 접합층 (12) 의 폭 (선폭) (W) 을 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하로 하고, 접합층 (12) 의 두께 (T) 를 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 접합층 (12) 의 폭 (W) 이란, 도 1(B) 에 나타낸 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 의 상면, 또는 하면에서 본 경우에, 띠형상의 형상을 하고 있는 접합층 (12) 의 폭을 의미하고 있다. 즉, 접합층 (12) 의 폭 (W) 이란, 접합층 (12) 의 내주측면 (12B) 에 수직으로 그은 선분을 따라 측정한, 외주측면 (12A) 과 내주측면 (12B) 사이의 거리를 의미한다. 또, 접합층 (12) 의 두께 (T) 란, 접합층 (12) 의, 무기 재료의 기체 (11) 와, 접합층 (12) 과의 적층 방향 (도 1(A) 의 상하 방향) 의 두께를 의미한다. 예를 들어 도 1(A) 에 나타낸 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 가 판상 형상을 갖는 경우, 이러한 두께 (T) 는 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 과 수직인 선분을 따라 측정한 접합층 (12) 의 두께를 의미한다.
접합층 (12) 의 폭 (W), 및 두께 (T) 는, 접합층 (12) 에 대해 임의의 위치에서 측정했을 경우에 상기 범위를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 즉 접합층 (12) 의 어느 장소에서 측정했을 경우여도 상기 범위를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
접합층 (12) 은, 후술하는 바와 같이, 하지 금속층 (121) 이나, 땜납층 (122) 을 가질 수 있고, 예를 들어 땜납층 (122) 을 형성할 때 등에 접합층 (12) 이나, 무기 재료의 기체 (11) 를 가열하고, 냉각하는 경우가 있다. 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 은 상이한 재료로 형성되어 있어, 가열, 냉각시의 팽창, 수축의 정도에 차이가 있다. 이 때문에, 접합층 (12) 을 형성했을 때에, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면에 잔류 응력이 생기는 경우가 있다. 그리고, 본 발명의 발명자들의 검토에 따르면, 이러한 잔류 응력이, 창재와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합할 때에 창재에 균열이 생기는 원인이 되는 것으로 추정된다.
그래서, 본 실시형태의 창재 (10) 에서는, 상기 서술한 바와 같이 접합층 (12) 의 폭 (W), 및 두께 (T) 를 소정의 범위로 함으로써, 상기 잔류 응력의 발생을 억제하고 있다.
구체적으로는, 접합층 (12) 의 폭 (W) 을 2 ㎜ 이하로 함으로써, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면을 적게 하여, 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있어, 광학 소자를 구비한 회로 기판과 접합했을 때에 창재 (10), 구체적으로는 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 생기는 것을 억제할 수 있다. 접합층 (12) 의 폭 (W) 은 0.6 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.4 ㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
단, 접합층 (12) 의 폭 (W) 을 과도하게 좁게 하면, 창재와 광학 소자를 구비한 회로 기판과의 접합 강도가 저하될 우려가 있기 때문에, 접합층 (12) 의 폭 (W) 은 0.2 ㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.25 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
또, 접합층 (12) 의 두께 (T) 를 100 ㎛ 이하로 함으로써, 접합층 (12) 의 형성시의 접합층 (12) 의 변형량을 억제하여, 접합층 (12) 으로부터 무기 재료의 기체 (11) 로 가해지는 힘을 억제할 수 있다. 이 때문에, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층의 계면에 잔류 응력이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 광학 소자를 구비한 회로 기판과 접합했을 때에 창재 (10), 구체적으로는 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 생기는 것을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 접합층 (12) 의 두께 (T) 는 50 ㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 30 ㎛ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
단, 접합층 (12) 의 두께 (T) 를 과도하게 얇게 하면, 광학 소자를 구비한 회로 기판과 접합할 때에, 그 회로 기판의 접합면의 요철을 흡수할 수 없어, 그 회로 기판과의 접합 강도가 저하하거나 그 회로 기판과의 접합부에 간극을 일으켜 기밀성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 상기 서술한 바와 같이 접합층 (12) 의 두께 (T) 는 15 ㎛ 보다 두꺼운 것이 바람직하다.
또, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 거리 (D) 는 특별히 한정되지 않지만, 접합층의 도포 후에 접합층 외주 단부에 발생하는 잔류 응력을 저감하기 위해, 0.5 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 거리 (D) 의 하한치는 특별히 한정되지 않는다. 상기 서술한 바와 같이, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주와 땜납층 (122) 을 포함하는 접합층 (12) 의 외주가 일치하도록 구성할 수도 있기 때문에, 예를 들어 이러한 거리 (D) 는 0 이상으로 할 수 있다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 거리 (D) 란, 예를 들어 도 1(B) 에 나타낸 바와 같이 저면도에 있어서의, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과, 그 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 을 따라 배치된 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 거리를 의미한다. 즉, 도 1(B) 에 나타낸 바와 같이 저면도에 있어서, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과 수직인 직선을 그었을 경우의, 그 직선상의 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면과 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 최단 거리를 의미한다.
그리고, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 과의 사이의 거리 (D) 는, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과, 이것에 대응한 위치에 있는 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 에 대해 임의의 위치에서 측정했을 경우에 상기 범위를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 무기 재료의 기체 (11) 의 외주측면 (11a) 과, 이것에 대응한 위치의 접합층 (12) 의 외주측면 (12A) 에 대해, 어느 장소에서 측정했을 경우에도 상기 범위를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
접합층 (12) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합할 수 있는 부재이면 되고, 접합층 (12) 을 구성하는 재료 등에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 예를 들어 이하의 식 (1) 에 의해 산출되는 파라미터 (Z) 가 130 이하가 되도록 접합층의 재료나 형상을 선택하는 것이 바람직하고, 100 이하가 되도록 접합층의 재료나 형상을 선택하는 것이 보다 바람직하다.
Figure pct00001
또한, 상기 식 (1) 중의 x0, x1, x2, x3, x4, x5 는 각각 이하의 파라미터를 나타내고 있다.
x0 : 무기 재료의 기체의 영률 (㎫)
x1 : 무기 재료의 기체의 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의 열팽창 계수 (ppm/℃)
x2 : 접합층의 영률 (㎫)
x3 : 접합층의 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의 열팽창 계수 (ppm/℃)
x4 : 접합층의 평균 높이 (㎜)
x5 : 접합층의 폭 (㎜)
또한,「x4 : 접합층의 평균 높이」란, 접합층에 대해, 임의의 5 개 지점 이상 8 개 지점 이하에서 그 높이를 측정했을 경우의 높이의 평균치를 의미한다. 또,「x5 : 접합층의 폭」에 대해서도, 창재 내에서 균일하지 않은 경우에는 임의의 4 개 지점 이상 12 개 지점 이하에서 그 폭을 측정했을 경우의 평균치로 할 수 있다.
영률은 JISZ2241 (2011)「금속 재료 인장 시험 방법」이나 JISR1602 (1995)「파인 세라믹스의 탄성률 시험 방법」등에 기초한 시험의 결과로부터 산출할 수 있다. 또, 열팽창 계수는 JISZ2285 (2003)「금속 재료의 선팽창 계수의 측정 방법」이나 JISR3102 (1995)「유리의 평균 선팽창 계수의 시험 방법」등에 의해 산출된다.
상기 서술한 파라미터 (Z) 를 130 이하로 함으로써, 회로 기판과 접합했을 때에 창재 (10), 구체적으로는 무기 재료의 기체 (11) 에 균열이 생기는 것을 특히 억제할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 파라미터 (Z) 의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 10 이상으로 하는 것이 바람직하다.
접합층 (12) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합할 수 있는 부재이면 되고, 구체적인 층의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 단, 광학 패키지로 했을 때의 기밀성을 높이는 관점에서 접합층 (12) 은 금속 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하고, 접합층 (12) 은, 예를 들어 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 하지 금속층 (121) 과 땜납층 (122) 을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 접합층 (12) 의 각 층의 구성예에 대해 설명한다.
먼저, 하지 금속층 (121) 에 대해 설명한다.
하지 금속층 (121) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 땜납층 (122) 의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 하지 금속층 (121) 의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이 복수의 층으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
하지 금속층 (121) 의 구성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2 층, 혹은 3 층으로 구성할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 측으로부터 차례로 제 1 하지 금속층 (121A) 과 제 2 하지 금속층 (121B) 을 가질 수 있다. 또, 제 2 하지 금속층 (121B) 과 땜납층 (122) 사이에 추가로 제 3 하지 금속층 (121C) 을 배치할 수도 있다.
제 1 하지 금속층 (121A) 은, 무기 재료의 기체 (11) 와 다른 층의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 제 1 하지 금속층 (121A) 의 재료는, 무기 재료의 기체 (11) 와 다른 층의 밀착성을 높일 수 있는 재료가 바람직하고, 기밀성도 높일 수 있는 재료가 보다 바람직하다. 제 1 하지 금속층 (121A) 은, 예를 들어 크롬 (Cr), 티탄 (Ti), 텅스텐 (W), 팔라듐 (Pd) 에서 선택된 1 종류 이상을 함유하는 층으로 하는 것이 바람직하다. 제 1 하지 금속층 (121A) 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 하지 금속층 (121A) 이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 1 하지 금속층 (121A) 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 하지 금속층 (121B) 은, 땜납층과 다른 층의 밀착성을 높이는 기능을 갖고 있고, 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 하지 금속층 (121B) 은 니켈 (Ni), 구리 (Cu) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속을 함유하는 층으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 제 2 하지 금속층 (121B) 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 하지 금속층 (121B) 은, 니켈 (Ni), 구리 (Cu) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 어느 경우에도, 제 2 하지 금속층 (121B) 이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또, 제 3 하지 금속층 (121C) 을 추가로 형성하는 경우, 제 3 하지 금속층 (121C) 은, 예를 들어 니켈 (Ni), 금 (Au) 에서 선택된 1 종류 이상을 함유하는 층으로 하는 것이 바람직하다. 특히 제 3 하지 금속층 (121C) 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 하지 금속층 (121C) 을 형성함으로써, 예를 들어 하지 금속층 (121) 과 땜납층 (122) 이 반응하는 것을 특히 억제할 수 있다. 제 3 하지 금속층은 니켈 (Ni), 금 (Au) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 이 경우에도, 제 3 하지 금속층이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
하지 금속층 (121) 을 구성하는 각 층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니고 임의로 선택할 수 있다.
예를 들어 제 1 하지 금속층 (121A) 의 두께는, 무기 재료의 기체 (11) 와의 밀착성을 특히 높이는 관점에서 0.03 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 1 하지 금속층 (121A) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 0.2 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 2 하지 금속층 (121B) 의 두께에 대해서는, 땜납층 (122) 과의 밀착성을 특히 높이는 관점에서 0.1 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 2 하지 금속층 (121B) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 2.0 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 3 하지 금속층 (121C) 도 형성하는 경우, 그 두께는 특별히 한정되지 않지만, 하지 금속층 (121) 과 땜납층 (122) 의 반응을 특히 억제하는 관점에서, 예를 들어 0.05 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 3 하지 금속층의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 1.0 ㎛ 이하가 바람직하다.
다음으로 땜납층 (122) 에 대해 설명한다.
땜납층 (122) 은, 광학 패키지를 제조할 때에, 무기 재료의 기체 (11) 와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합하는 기능을 갖고, 그 구성에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 땜납층 (122) 은 이하에 설명하는 바와 같이 땜납을 포함할 수 있지만, 여기서 말하는 땜납이란, 광학 소자를 구비한 회로 기판과 접합할 때에 가열함으로써 용융하고, 그 후, 냉각시킴으로써 고화하여 그 회로 기판과 접합할 수 있는 금속 재료를 의미한다. 특히 강고하게 접합하는 관점에서, 땜납은, 그 땜납을 용융 온도 이상으로 가열했을 때에, 광학 소자를 구비한 회로 기판의 접합면에 배치되어 있는 재료와 금속간 화합물을 형성하고, 접합할 수 있는 재료인 것이 바람직하다.
땜납층 (122) 의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 15 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 회로 기판이 갖는 절연성 기재는 후술하는 바와 같이 예를 들어 세라믹스 재료에 의해 형성할 수 있지만, 세라믹스 재료에 의해 제조하는 경우, 통상은 주물이기 때문에, 창재 (10) 와 접합하는 면을 완전하게 평탄하게 하는 것은 곤란한 경우가 많다. 그래서, 땜납층의 두께를 5 ㎛ 이상으로 하고, 절연성 기재의 창재 (10) 와 접합하는 면이 갖는 요철을 흡수할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 여기서 말하는 땜납층 (122) 의 두께란, 본 실시형태의 창재 (10) 의 임의의 위치에서의 땜납층 (122) 의 두께를 의미하고 있다. 따라서, 최박부에 있어서도 땜납층이 이러한 두께의 범위를 충족하는 것이 바람직하다.
땜납층의 두께의 상한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 50 ㎛ 이하로 할 수 있다.
또, 땜납층 (122) 의 두께의 평균치는 5 ㎛ 이상이 바람직하고, 15 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 이는 땜납층 (122) 의 두께의 평균치를 5 ㎛ 이상으로 함으로써, 예를 들어 접합하는 회로 기판의, 접합층 (12) 과의 접합면에 요철이 포함되어 있었다고 해도 그 오목부를 땜납층의 재료에 의해 충전하여, 특히 기밀 봉지성을 높일 수 있기 때문이다.
또한, 상기 평균치는 단순 평균 (산술 평균이나, 상가 평균으로 불리는 경우도 있다) 의 값을 의미한다. 이하, 간단히「평균」이라고 하는 경우에는 단순 평균을 의미한다.
또, 땜납층 (122) 의 두께의 평균치의 상한에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 50 ㎛ 이하가 바람직하고, 30 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 땜납층 (122) 의 두께의 평균치가 50 ㎛ 를 넘어 과도하게 두꺼워져도 기밀 봉지성의 효과에 대해 큰 변화는 생기지 않기 때문이다.
또한, 땜납층 (122) 의 두께의 평균치는, 땜납층 (122) 에 대해 임의의 복수의 측정점에서 두께를 레이저 현미경 (키엔스사 제조, 형식 VK-8510) 으로 측정하고, 평균치를 구함으로써 산출할 수 있다. 평균치를 산출하기 위해서 땜납층 (122) 의 두께를 측정하는 측정점의 수는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 2 점 이상이 바람직하고, 4 점 이상이 보다 바람직하다. 측정점의 수의 상한치에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 효율성의 관점에서 10 점 이하가 바람직하고, 8 점 이하가 보다 바람직하다.
땜납층 (122) 은, 두께의 편차, 즉 두께의 단순 평균치와의 편차는 ±20 ㎛ 이내가 바람직하고, ±10 ㎛ 이내가 보다 바람직하다.
이는 땜납층 (122) 의 두께의 편차를 ±20 ㎛ 이내로 함으로써, 광학 패키지를 제조할 때에, 창재와 광학 소자를 배치한 회로 기판과의 사이의 기밀 봉지성을 특히 높일 수 있어 바람직하기 때문이다.
땜납층 (122) 의 두께의 편차가 ±20 ㎛ 이내란, 편차가 ―20 ㎛ 이상 ＋20 ㎛ 이하인 범위에 분포하는 것을 의미한다.
땜납층 (122) 의 두께의 편차는, 상기 서술한 땜납층의 두께의 평균치와, 평균치를 산출할 때에 사용한 측정치로 산출할 수 있다.
땜납층 (122) 은 각종 땜납 (접합용 조성물) 을 포함할 수 있고, 각종 땜납에 의해 구성할 수도 있다.
땜납층 (122) 에 포함되는 땜납으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 영률이 50 GPa 이하인 재료가 바람직하고, 40 GPa 이하인 재료가 보다 바람직하고, 30 GPa 이하인 재료가 더욱 바람직하다.
광학 패키지로 한 후, 예를 들어 광학 소자를 발광하거나 소등했을 경우에, 땜납층에 온도 변화를 일으키는 경우가 있다. 그리고, 땜납층에 포함되는 땜납의 영률을 50 GPa 이하로 함으로써, 땜납층 부분에 온도 변화가 생겨 팽창, 수축했을 경우에도, 무기 재료의 기체 (11) 등의 다른 부재를 파괴하거나 하는 것을 특히 억제할 수 있어 바람직하기 때문이다.
또, 땜납의 영률이 50 GPa 이하인 경우, 광학 패키지로 했을 때에, 무기 재료의 기체 (11) 와, 광학 소자를 구비한 회로 기판과의 열팽창차에 의해 생기는 응력을, 양 부재를 접합하는 땜납층 (122) 내에서 흡수할 수 있어 바람직하기 때문이다.
땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 영률의 바람직한 범위의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0 보다 크면 되고, 기밀 봉지성을 높이는 관점에서 10 GPa 이상이 바람직하다.
땜납의 영률은, 땜납에 대해 인장 시험을 실시하고, 그 결과로부터 산출할 수 있다.
또, 땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 융점은 200 ℃ 이상이 바람직하고, 230 ℃ 이상이 보다 바람직하다. 이는 땜납의 융점이 200 ℃ 이상인 경우, 광학 패키지로 했을 때의 내열성을 충분히 높일 수 있기 때문이다. 단, 땜납층 (122) 에 사용하는 땜납의 융점은 280 ℃ 이하가 바람직하다. 이는, 광학 패키지를 제조할 때에 열처리를 실시하여 땜납층 (122) 의 적어도 일부를 용융시키게 되는데, 땜납의 융점이 280 ℃ 이하인 경우, 열처리의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 광학 소자 등에 데미지가 생기는 것을 특히 억제할 수 있기 때문이다. 또 열처리 온도를 낮게 억제함으로써, 무기 재료의 기체 (11) 의 재료와, 회로 기판의 절연 재료에서 열팽창 계수가 상이한 것에서 기인하는 수축의 정도 차이를 저감할 수 있기 때문이다.
땜납층 (122) 에 포함되는 땜납은 밀도가 6.0 g/㎤ 이상이 바람직하고, 7.0 g/㎤ 이상이 보다 바람직하다. 이는 땜납층 (122) 에 사용하는 땜납의 밀도를 6.0 g/㎤ 이상으로 함으로써, 특히 기밀 봉지성을 높일 수 있기 때문이다. 땜납층 (122) 에 사용하는 땜납의 밀도의 상한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10 g/㎤ 이하가 바람직하다.
또, 땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 열팽창 계수는, 무기 재료의 기체 (11) 의 열팽창 계수와 소정의 관계에 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 무기 재료의 기체의 열팽창 계수와 땜납층에 포함되는 땜납의 열팽창 계수의 차이가 작은 편이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의, 무기 재료의 기체 (11) 의 열팽창 계수와 땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 열팽창 계수의 차이가 30 ppm/℃ 이하인 것이 바람직하고, 10 ppm/℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이는, 무기 재료의 기체 (11) 의 열팽창 계수와 땜납층에 포함되는 땜납의 열팽창 계수의 차이가 작은 경우, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 사이에 생기는 잔류 응력을 억제할 수 있어, 회로 기판과 접합했을 경우에 특히 균열이 생기는 것을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 무기 재료의 기체의 열팽창 계수와 땜납층에 포함되는 땜납의 열팽창 계수의 차이는 0 이상으로 할 수 있다.
땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 열팽창 계수는 특별히 한정되지 않지만, 그 열팽창 계수는 30 ppm/℃ 이하가 바람직하고, 25 ppm/℃ 이하가 보다 바람직하다. 이는 땜납의 열팽창 계수가 30 ppm/℃ 이하인 경우, 광학 패키지로 하고, 광학 소자가 발광하거나 할 때에 생기는 열에 의한 형상 변화가 억제되어 광학 패키지가 파손되거나 하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있기 때문이다. 땜납층 (122) 에 포함되는 땜납의 열팽창 계수의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5 ppm/℃ 이상이 바람직하다.
땜납층 (122) 에 바람직하게 사용할 수 있는 땜납으로는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 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 주성분으로 함유할 수 있다. 주석을 주성분으로 함유한다란, 예를 들어 땜납 중에 가장 많이 포함되어 있는 성분인 것을 의미하고, 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.
이는 땜납 중의 주석의 함유량이 85.9 질량％ 이상인 경우, 피접합 부재와 땜납의 열팽창차의 완화, 및 땜납의 용융 온도의 저하에 대해, 특히 높은 효과를 나타내기 때문이다.
땜납 중의 주석의 함유량의 상한치는 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 작용이 있고, 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. 이는, 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 열팽창차를 완화할 수 있다. 또한, 주석을 땜납의 주성분으로 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 있고, 예를 들어 은 (Ag), 구리 (Cu) 등에서 선택된 1 종류 이상을 함유할 수도 있다. 은이나 구리는, 안티몬과 마찬가지로 땜납의 고상선 온도를 상승시키는 작용을 갖는다. 이 경우, 안티몬과 임의의 첨가 성분 이외의 잔부를 주석에 의해 구성할 수 있다.
땜납층 (122) 에 바람직하게 사용할 수 있는 땜납의 구성예에 대해 설명했지만, 땜납층 (122) 에 사용하는 땜납은 이러한 땜납으로 한정되는 것이 아님은 상기 기술한 바와 같다.
본 실시형태의 창재 (10) 에 있어서는, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면에 있어서의 잔류 응력이 100 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 50 ㎫ 이하인 것이 보다 바람직하다.
이는, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면에 있어서의 잔류 응력을 100 ㎫ 이하로 함으로써, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 사이에 생기는 잔류 응력이 충분히 작아, 회로 기판과 접합했을 때에, 균열 등이 생기는 것을 특히 억제할 수 있기 때문이다.
무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면에 있어서의 잔류 응력은 작은 것이 바람직한 점에서, 그 하한치는 예를 들어 0 으로 할 수 있다. 단, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합층 (12) 의 계면에 있어서의 잔류 응력을 완전하게 0 으로 하는 것은 곤란하기 때문에, 이러한 잔류 응력은 10 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.
이상으로 본 실시형태의 창재에 대해 설명했지만, 본 실시형태의 창재에 있어서는 접합층이 소정의 사이즈를 갖고 있다. 이 때문에, 무기 재료의 기체와 접합층의 계면에 있어서의 잔류 응력을 억제하여, 회로 기판과 접합했을 때에 창재, 구체적으로는 무기 재료의 기체에 균열이 생기는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 창재의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 이하의 공정을 가질 수 있다.
무기 재료의 기체를 준비하는 기체 준비 공정.
무기 재료의 기체의 일방의 면 상에 접합층을 형성하는 접합층 형성 공정.
기체 준비 공정의 구체적인 조작은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 무기 재료의 기체를 원하는 사이즈가 되도록 절단하거나 무기 재료의 기체의 형상이 원하는 형상이 되도록 가공할 수 있다. 또한, 무기 재료의 기체의 표면에 반사 방지막을 배치하는 경우에는, 본공정에서 반사 방지막을 형성할 수도 있다. 반사 방지막의 성막 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 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.
접합층 형성 공정은, 예를 들어 하지 금속층을 형성하는 하지 금속층 형성 스텝과 땜납층 형성 스텝을 가질 수 있다.
하지 금속층 형성 스텝은, 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에 하지 금속층을 형성할 수 있다. 하지 금속층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 성막하는 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, 상기 서술한 바와 같이 하지 금속층은 복수의 층으로 구성할 수도 있고, 층 마다 임의의 방법에 의해 성막할 수 있다.
땜납층 형성 스텝에서는, 무기 재료의 기체의 일방의 면 위, 혹은 하지 금속층 위에 땜납층을 형성할 수 있다. 땜납층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 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 놓고, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 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 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 용융한 땜납을 공급하여, 땜납층을 형성하는 방법이다.
인쇄법은, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대해 페이스트상으로 한 땜납을 인쇄하여, 땜납층을 형성하는 방법이다. 또한, 인쇄 후 필요에 따라 열처리를 실시할 수도 있다.
레이저 메탈 디포지션법은, 땜납층을 형성하는 부재, 예를 들어 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대해 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 하지 금속층을 배치한 무기 재료의 기체의 땜납층을 형성하는 부분에 대해 용융한 땜납을 공급하여, 땜납층을 형성하는 방법이다.
본 실시형태의 창재의 제조 방법은, 필요에 따라 추가로 임의의 스텝을 가질 수도 있다.
접합층은 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, 본 실시형태의 창재의 제조 방법은, 예를 들어 하지 금속층 형성 스텝과 땜납층 형성 스텝에 의해 접합층을 형성한 후, 그 접합층이 원하는 형상이 되도록 패턴화하는 패턴화 스텝을 가질 수도 있다. 패턴화 스텝에서는, 예를 들어, 땜납층이 노출한 면 상에, 형성하는 패턴에 대응한 레지스트를 배치하고, 에칭 등에 의해, 땜납층 및 하지 금속층 중 레지스트로 덮여 있지 않은 부분을 제거하여 패턴화할 수 있다. 패턴화 스텝 후에 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 실시할 수도 있다.
또한, 하지 금속층이 복수의 층을 포함하는 경우에 있어서, 하지 금속층에 포함되는 층의 일부를 성막 후, 패턴화 스텝을 실시하고, 그 성막한 하지 금속층에 포함되는 층의 일부를 패턴화할 수도 있다. 그리고, 그 패턴화 스텝의 후에, 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 실시한 후, 패턴화된 하지 금속층 위에, 추가로 나머지의 하지 금속층을 형성할 수도 있다.
또, 예를 들어 본 실시형태의 창재의 제조 방법은, 하지 금속층 형성 스텝과 땜납층 형성 스텝을 실시하기 전에, 하지 금속층, 및 땜납층을 형성하지 않는 부분에 레지스트를 배치하는 레지스트 배치 스텝을 가질 수도 있다. 레지스트 형성 후에, 하지 금속층, 및 땜납층을 형성함으로써, 형성하는 패턴에 대응한 부분에만 하지 금속층, 및 땜납층을 형성할 수 있다. 이 경우, 땜납층 형성 스텝의 후에 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 스텝을 가질 수도 있다.
또, 복수의 창재를 동시에 제조할 수 있도록, 복수 개 분량의 사이즈의 무기 재료의 기체 (절단 전 자재) 상에, 각 창재에 대응한 접합층을 복수 형성한 경우에는, 무기 재료의 기체를 절단하는 절단 공정을 가질 수도 있다. 절단 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 상기 서술한 레이저 광을 사용한 절단 방법 등, 무기 재료의 기체에 맞춘 절단 방법을 채용할 수 있다. 또한, 인접하는 창재에 있어서 접합층이 연속하여 형성되어 있는 경우, 즉 절단선 상에 접합층이 배치되어 있는 경우에는, 절단 공정에 있어서, 접합층도 함께 절단할 수도 있다.
또한, 광학 패키지로 한 다음에, 회로 기판과 함께 무기 재료의 기체 등의 절단도 실시하여 개편화할 수도 있다.
[광학 패키지]
다음으로, 본 실시형태의 광학 패키지의 일 구성예에 대해 설명한다.
본 실시형태의 광학 패키지는, 상기 서술한 창재와 광학 소자를 구비한 회로 기판을 가질 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 구성예에 대해, 도 3 을 사용하여 설명한다.
도 3 은, 본 실시형태의 광학 패키지의 창재와 광학 소자를 구비한 회로 기판의 적층 방향과 평행한 면에서의 단면도를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 3 중에서는 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 을 구별할 수 있도록 나누어 기재하고 있지만, 광학 패키지 (30) 에 있어서 양 부재는 접합되어 일체화되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 광학 패키지 (30) 는, 상기 서술한 창재 (10) 와 광학 소자 (32) 를 구비한 회로 기판 (31) 을 갖는다.
창재 (10) 에 대해서는 이미 설명했기 때문에, 도 1 의 경우와 같은 번호를 붙이고 설명을 생략한다.
회로 기판 (31) 에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 절연성 기재 (311) 와 광학 소자 (32) 에 대해 전력을 공급하는 도시되지 않은 배선을 구비한 각종 회로 기판을 사용할 수 있다.
단, 창재 (10) 를 접합했을 경우에, 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 으로 둘러싸인 공간 내의 기밀 봉지성을 높이기 위해, 회로 기판 (31) 은 세라믹스제의 절연성 기재 (311) 를 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 에 사용하는 세라믹스 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미나 (산화알루미늄, Al2O3) 나, 질화 알루미늄 (AlN), LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) 등에서 선택된 1 종류 이상을 들 수 있다.
회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 광학 패키지 (30) 로 했을 경우에, 무기 재료의 기체 (11) 와 절연성 기재 (311) 와, 후술하는 접합부에서, 광학 소자 (32) 를 배치하는 부분에 폐쇄된 공간을 형성할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 절연성 기재 (311) 는 그 상면 (311a) 의 중앙부에 개구부를 갖고, 그 개구부를 포함하는 비관통공인 오목부 (311A) 를 갖는 것이 바람직하다. 또, 절연성 기재 (311) 의 상면이란, 광학 패키지로 하는 경우에 창재 (10) 와 대향하는 면이고, 창재 (10) 와 접합하는 측의 면이라고도 할 수 있다.
이러한 오목부 (311A) 를 둘러싸는 벽부 (311B) 는, 광학 패키지로 했을 경우에, 창재 (10) 의 접합층 (12) 과, 후술하는 회로 기판용 하지 금속층을, 함께 지지하기 위해, 그 접합층 (12) 이나, 회로 기판용 하지 금속층에 대응한 형상을 가질 수 있다.
또한, 회로 기판 (31) 은, 절연성 기재 (311) 의 상면 (311a) 으로서, 벽부 (311B) 의 상면에 회로 기판용 하지 금속층 (312) 을 가질 수 있다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 은, 회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 와 창재 (10) 의 밀착성을 높이는 기능을 가질 수 있다. 회로 기판용 하지 금속층 (312) 의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 측으로부터, 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A), 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B), 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 의 순서로 적층한 층 구조를 가질 수 있다. 또한, 여기서는 회로 기판용 하지 금속층 (312) 이 3 층으로 구성되는 예를 나타냈지만, 이러한 형태로 한정되지 않고, 1 층, 또는 2 층, 또는 4 층 이상의 층으로 구성할 수도 있다.
상기 서술한 바와 같이 회로 기판용 하지 금속층 (312) 을 3 층으로 구성하는 경우, 예를 들어 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 은 회로 기판 (31) 에 있어서 배선 (회로) 을 형성하기 위해서 사용한 금속과 동일한 금속으로 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 은, 구리 (Cu), 은 (Ag), 텅스텐 (W) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속을 포함하는 층으로 할 수 있다. 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 은, 구리 (Cu), 은 (Ag), 텅스텐 (W) 에서 선택된 1 종류 이상의 금속으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 은, 후술하는 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 과, 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 이 합금화하는 것을 방지하는 층으로 할 수 있고, 예를 들어 니켈 (Ni) 을 포함하는 층으로 할 수 있다. 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 은, 니켈 (Ni) 로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 은, 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 이 산화하는 것을 방지하기 위한 층으로 할 수 있고, 예를 들어 금 (Au) 을 포함하는 층으로 할 수 있다. 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 은, 금 (Au) 으로 이루어지는 층으로 할 수도 있다. 또한, 이 경우에도 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 이 불가피 불순물을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 을 구성하는 각 층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니고 임의로 선택할 수 있다.
제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 의 두께는, 예를 들어 1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 20 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 의 두께에 대해서는, 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 과, 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 의 합금화를 특히 억제하는 관점에서 1 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 20 ㎛ 이하가 바람직하다.
제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 의 두께는, 다른 회로 기판용 하지 금속층의 산화를 특히 방지하는 관점에서 0.03 ㎛ 이상이 바람직하다. 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 의 두께의 상한에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 비용을 충분히 저감하는 관점에서 2.0 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.5 ㎛ 이하가 보다 바람직하다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 광학 패키지 (30) 로 했을 경우에, 창재 (10) 의 접합층 (12) 과 함께 후술하는 접합부 (33) 를 구성하기 위해, 창재 (10) 의 접합층 (12) 에 대응한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 창재 (10) 의 접합층 (12) 과 회로 기판용 하지 금속층 (312) 은, 광학 패키지로 할 때의 양 부재의 적층 방향 (도 3 에 있어서의 상하 방향) 과 수직인 면에 있어서의 단면 형상이 같은 형상인 것이 바람직하다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 의 성막 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 성막하는 회로 기판용 하지 금속층 (312) 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.
또한, 상기 서술한 바와 같이 회로 기판용 하지 금속층은 복수의 층으로 구성할 수도 있고, 층 마다 임의의 방법에 의해 성막할 수 있다.
회로 기판 (31) 에 배치하는 광학 소자 (32) 에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 발광 다이오드 등의 발광 소자나, 수광 소자 등을 사용할 수 있다.
또한, 광학 소자 (32) 가 발광 소자인 경우, 그 발광 소자가 발하는 광의 파장 영역은 특별히 한정되지 않는다. 이 때문에, 예를 들어 자외광으로부터 적외광의 범위 내에서 선택된 임의의 파장 영역의 광, 즉 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 1 ㎜ 이하인 범위 내에서 선택된 임의의 파장 영역의 광을 발하는 발광 소자를 사용할 수 있다.
단, 본 실시형태의 광학 패키지에 의하면, 발광 소자로부터의 광을 투과시키는 부재인 창재의 기체는, 투명 수지의 기체가 아니고, 무기 재료의 기체 (11) 이다. 이 때문에, 창재의 상기 기체에 투명 수지의 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 진행하기 쉬운 광을 발하는 발광 소자를 사용한 경우에, 특히 본 실시형태의 광학 패키지는 높은 효과를 발휘할 수 있어 바람직하다. 기밀성이 특히 요구되는 발광 소자로는, 예를 들어 파장이 200 ㎚ 이상 280 ㎚ 이하인 파장 영역의 광인 UV-C 를 발하는 발광 소자를 들 수 있다. 또, 수지의 열화가 진행하기 쉬운 광을 발하는 발광 소자로는, 레이저 등과 같이 출력이 높은 광을 발하는 발광 소자를 들 수 있다. 따라서, 광학 소자 (32) 가 발광 소자인 경우, 그 발광 소자로서 UV-C 를 발하는 발광 소자나, 레이저 등을, 특히 높은 효과를 발휘하는 관점에서 바람직하게 사용할 수 있다.
그리고, 창재 (10) 의 무기 재료의 기체 (11) 와 회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 는 접합부 (33) 에 의해 접합할 수 있다. 접합부 (33) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 창재 (10) 의 접합층 (12) 과 회로 기판 (31) 의 회로 기판용 하지 금속층 (312) 을 가질 수 있다. 또한, 접합부 (33) 는 접합층 (12) 과 회로 기판용 하지 금속층 (312) 으로 구성할 수도 있다.
이상으로 설명한 본 실시형태의 광학 패키지에 의하면, 상기 서술한 창재를 사용하고 있기 때문에, 창재와, 광학 소자를 구비한 회로 기판을 접합했을 때에, 창재, 구체적으로는 무기 재료의 기체에 균열이 생기는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 고수율로 생산할 수 있는 광학 패키지로 할 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 임의의 방법에 의해 제조할 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은, 예를 들어 이하의 공정을 가질 수 있다.
광학 소자를 구비한 회로 기판을 준비하는 회로 기판 준비 공정.
회로 기판 상에 창재를 배치하고, 창재와 회로 기판을 접합하는 접합 공정.
회로 기판 준비 공정에서는, 통상적인 방법에 의해 제조된 회로 기판 상에 광학 소자를 배치하여, 광학 소자를 구비한 회로 기판을 준비할 수 있다. 또한, 접합 공정 종료 후에 개편화하는 경우에는, 회로 기판 준비 공정에서는, 복수의 회로 기판이 일체화한, 절단 전의 회로 기판을 준비할 수 있다.
그리고, 접합 공정에서는 회로 기판 상에 창재를 배치하여, 창재와 회로 기판을 접합할 수 있다. 접합의 구체적인 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 먼저, 도 3 에 나타낸 광학 패키지 (30) 에 있어서, 접합층 (12) 이 노출한 하면 (12a) 과, 회로 기판용 하지 금속층 (312) 이 노출한 상면 (312a) 이 직접 접촉하도록 중첩할 수 있다. 그리고, 예를 들어 창재 (10) 의, 무기 재료의 기체 (11) 의 타방의 면 (11b) 상으로부터, 회로 기판 (31) 측으로 향하여, 즉 도면 중의 블록 화살표 B 를 따라 압압하면서 가열함으로써, 땜납층 (122) 의 적어도 일부를 용융시키고, 그 후 냉각함으로써, 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 을 접합할 수 있다.
접합 공정에 있어서, 접합층 (12) 의 하면 (12a) 의 표면에 존재하는 산화막은, 가열에 의해 용융한 땜납층 (122) 의 내부로 녹아들어, 회로 기판용 하지 금속층 (312) 의 상면 (312a) 에 대해, 용융한 땜납층 (122) 이 접할 수 있는 정도로 얇은 것이 바람직하다. 구체적인 산화막의 두께는 한정되지 않지만, 산화막의 두께는 10 ㎚ 이하가 바람직하고, 5 ㎚ 이하가 보다 바람직하다.
또한, 무기 재료의 기체 (11) 를 압압하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 무기 재료의 기체 (11) 와 접하는 압압 부재와, 압압 부재에 압력을 가하는 스프링 등의 탄성체를 갖는 압압 수단을 사용하는 방법이나, 추를 사용하는 방법 등을 들 수 있다.
접합 공정 후에 얻어지는 광학 패키지에 있어서, 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 으로 봉지된 영역 내에 대해, 소정의 분위기로 하는 경우에는, 열처리를 실시할 때의 분위기를 그 소정의 분위기로 해두는 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 것이 아니고, 예를 들어 땜납층의 땜납의 용융 온도 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 단, 급격하게 가열을 실시하면 무기 재료의 기체에 열응력이 가해져, 균열 등을 일으키는 경우가 있기 때문에, 예를 들어 먼저 50 ℃ 이상, 땜납층의 땜납의 융점 미만인 제 1 열처리 온도까지 승온 후, 제 1 열처리 온도로 일정시간 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 온도로 일정시간 유지 후, 나아가 승온을 실시하고, 땜납층의 땜납의 융점 이상의 온도인 제 2 열처리 온도까지 승온하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 열처리 온도는 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 을 충분히 접합하기 위해, 땜납의 융점 ＋20 ℃ 이상이 바람직하고, 또, 제 2 열처리 온도가 과도하게 고온인 경우, 회로 기판 상에 배치한 광학 소자가 열에 의해 파손되는 경우가 있기 때문에, 제 2 열처리 온도는 예를 들어 300 ℃ 이하가 바람직하다. 제 2 열처리 온도로 유지하는 시간은 특별히 한정되지 않지만, 창재 (10) 와 회로 기판 (31) 을 충분히 접합하기 위해, 20 초 이상이 바람직하다. 단, 광학 소자에 대한 열에 의한 악영향을 보다 확실하게 억제하기 위해, 제 2 열처리 온도로 유지하는 시간은 1 분 이하가 바람직하다.
제 2 열처리 온도에서의 열처리 후는, 실온, 예를 들어 23 ℃ 까지 냉각시켜, 접합 공정을 마칠 수 있다.
본 실시형태의 광학 패키지의 제조 방법은 필요에 따라 임의의 공정을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 회로 기판이 일체로 된 개편화하지 않은 회로 기판을 접합 공정에 제공한 경우에는, 절단 공정을 가질 수도 있다. 절단 공정에서 사용하는 절단 방법은 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법에 의해 절단할 수 있다. 창재에 관한 설명에서 상기 서술한 레이저 광을 사용한 절단 방법에 의해, 회로 기판과 창재를 동시에 절단하여 개편화할 수도 있다. 또, 복수의 절단 방법을 조합할 수도 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실시형태를 적절히 변경할 수 있다.
먼저, 이하의 실시예, 비교예에서 제작한 광학 패키지의 평가방법에 대해 설명한다.
＜평가방법＞
[균열 평가]
이하의 실시예, 비교예에서 제작한 광학 패키지에 대해, 광학 현미경 (니콘 제조 SMZ900) 을 사용하여 배율 10 배의 조건으로 무기 재료의 기체 (11) 를 통하여, 무기 재료의 기체 (11) 와 접합부 (33) 의 계면의 확대 관찰을 실시하고, 무기 재료의 기체 (11) 상태를 확인하여 이하의 조건으로 균열을 평가하였다.
○ : 무기 재료의 기체의 접합부와의 접촉부에 균열이나 크랙이 없다.
× : 무기 재료의 기체의 접합부와의 접촉면에 균열이나 크랙이 있다.
○ 을 합격으로 하였다.
[기밀성 평가]
이하의 실시예, 비교예에서 제작한 광학 패키지에 대해 JIS Z 2331 (2006) 에 기재된 조건으로 봄빙법에 의한 헬륨 리크 테스트를 실시하여 이하의 조건으로 기밀성을 평가하였다.
○ : 헬륨 리크 레이트가 4.9 × 10-9 Pa·㎥/sec 이하
× : 헬륨 리크 레이트가 4.9 × 10-9 Pa·㎥/sec 보다 크다
○ 을 합격으로 하였다.
[실시예 1]
도 3 에 나타낸 구조의 창재, 광학 패키지를 제작하여 상기 균열 평가와 기밀성 평가를 실시했다.
무기 재료의 기체 (11) 로서 석영의 판 (AGC 사 제조, AQ, 세로 8.5 ㎜ × 가로 8.5 ㎜ × 두께 0.5 ㎜) 을 준비하였다 (기체 준비 공정). 또한, 무기 재료의 기체 (11) 로서 준비한 석영의 판은, 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의 열팽창 계수가 0.6 ppm/℃ 였다.
무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 상에, 이하의 순서에 의해 접합층 (12) 을 형성하였다 (접합층 형성 공정).
제 1 하지 금속층 (121A) 으로는, 크롬 (Cr) 층을, 제 2 하지 금속층 (121B) 으로는 구리 (Cu) 층을 성막하였다 (하지 금속층 형성 스텝).
다음으로, 제 2 하지 금속층 (121B) 의 제 1 하지 금속층 (121A) 과 대향하는 면과는 반대측의 면, 즉 노출한 면 상의 전체면에 레지스트를 도포한 후, 자외선을 사용하여 레지스트를 노광하고, 나아가 현상함으로써, 패턴화된 레지스트를 배치하였다. 패턴화된 레지스트는, 무기 재료의 기체 (11) 의 일방의 면 (11a) 과 평행한 면에서의 단면에 있어서, 4 각 형상을 갖고 있고, 중앙에 4 각 형상의 개구부를 갖는 형상으로 하였다.
그리고, 제 1 하지 금속층 (121A), 및 제 2 하지 금속층 (121B) 가운데, 레지스트에 의해 덮여 있지 않은 부분을 에칭액에 의해 에칭하고, 패턴화를 실시하였다 (패턴화 스텝). 그 후, 레지스트를 제거하였다 (레지스트 제거 스텝).
다음으로, 패턴화된 제 1 하지 금속층 (121A), 및 제 2 하지 금속층 (121B) 상에, 무전해 Ni 도금에 의해 제 3 하지 금속층 (121C) 으로서 니켈 (Ni) 층을 성막하였다. 이로써, 제 1 하지 금속층 (121A), 제 2 하지 금속층 (121B), 및 제 3 하지 금속층 (121C) 을 포함하는, 패턴화된 하지 금속층 (121) 을 형성하였다. 또한, 제 1 하지 금속층 (121A) 의 두께는 0.2 ㎛, 제 2 하지 금속층 (121B) 의 두께는 0.6 ㎛, 제 3 하지 금속층 (121C) 의 두께는 0.8 ㎛ 로 하였다.
다음으로, 하지 금속층 (121) 상에, 땜납층 (122) 을 형성하였다 (땜납층 형성 스텝). 땜납층 (122) 에 사용하는 땜납은 이하의 순서에 의해 미리 제조해 두었다.
땜납에 포함되는 성분에 대해, Sn 이 97 질량％, Ge 가 2 질량％, Ni 가 1 질량％ 가 되도록 칭량, 혼합하고, 용융을 하여 일단 원료 합금을 제작한다. 그리고, 이 원료 합금을 용융 후, 주형에 흘려 넣어, 땜납을 제작하였다.
얻어진 상기 땜납에 대해, 영률을 인장 시험 결과로부터 산출한 결과, 20 GPa 인 것을 확인할 수 있었다. 인장 시험에 대해서는, 인장 시험기 (시마즈 제작소 제조 오토 그래프 AGX-100 kN) 를 사용하여 JIS14A호의 시험편을 인장 속도 3 ㎜/min 로 시험을 실시하였다.
또한, 20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의, 무기 재료의 기체 (11) 의 열팽창 계수와, 땜납층에 사용한 땜납의 열팽창 계수와의 차이는 7.0 ppm/℃ 였다.
땜납 용융 조내에서 땜납층 (122) 의 원료가 되는 상기 땜납을 용융시켜 두고, 상기 서술한 하지 금속층 (121) 을 배치한 무기 재료의 기체 (11) 의 땜납층 (122) 을 형성하는 부분을, 땜납 용융 조 내에 용융시킨 땜납에 딥한 후, 냉각함으로써 땜납층 (122) 를 형성하였다 (땜납층 형성 스텝). 또한, 땜납층 (122) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 3 하지 금속층 (121C) 의 제 2 하지 금속층 (121B) 과 대향하는 면과는 반대측의 면 상에 형성하였다.
땜납층 (122) 은, 접합층 (12) 의 두께 (T) 가 30 ㎛ 가 되도록 형성하였다. 또, 이상에 의해 얻어진 접합층 (12) 은 폭 (W) 이 0.3 ㎜ 였다.
다음으로, 이하의 순서에 의해 회로 기판을 준비하였다 (회로 기판 준비 공정).
또, 회로 기판 (31) 의 절연성 기재 (311) 로서 알루미나 (Al2O3) 의 기체 (세로 8.5 ㎜ × 가로 8.5 ㎜ × 두께 0.8 ㎜) 를 준비하였다.
절연성 기재 (311) 의 상면 (311a) 중앙부에는, 사각형의 개구부를 구비하고, 그 개구부를 포함하는 비관통공인 오목부 (311A) 를 갖고 있다. 오목부 (311A) 의 사이즈는, 세로 2.5 ㎜ × 가로 2.5 ㎜ × 깊이 0.4 ㎜ 로 하였다. 오목부 (311A) 에는 광학 소자 (32) 를 배치할 수 있지만, 본 실시예의 평가에서는 광학 소자는 필요하지 않기 때문에 설치하지 않고 패키지를 제작하였다. 단, 발광 다이오드 등의 광학 소자를 배치했을 경우에도 동일한 평가 결과가 되는 것을 확인하였다.
그리고, 회로 기판 (31) 은, 절연성 기재 (311) 의 상면 (311a) 에, 상기 오목부 (311A) 의 개구부를 둘러싸도록, 또한 절연성 기재 (311) 의 상면 (311a) 의 외주를 따르도록 회로 기판용 하지 금속층 (312) 을 갖고 있다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 으로는, 절연성 기재 (311) 측으로부터, 제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A), 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B), 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 의 순서로 적층한 층 구조로 하였다.
제 1 회로 기판용 하지 금속층 (312A) 으로는 두께가 1.0 ㎛ 인 구리 (Cu) 층을, 제 2 회로 기판용 하지 금속층 (312B) 으로는 두께가 2 ㎛ 인 니켈 (Ni) 층을, 제 3 회로 기판용 하지 금속층 (312C) 으로는 두께가 0.3 ㎛ 인 금 (Au) 층을 각각 형성하였다.
회로 기판용 하지 금속층 (312) 은, 무기 재료의 기체 (11) 에 형성한 하지 금속층 (121) 에 대응한 형상으로 하였다. 구체적으로는, 무기 재료의 기체 (11) 에 형성한 접합층 (12) 과 회로 기판용 하지 금속층 (312) 과의 적층 방향 (도 3 에 있어서의 상하 방향) 과 수직인 면에 있어서의 단면 형상이, 접합층 (12) 과, 회로 기판용 하지 금속층 (312) 에서 같은 형상이 되도록 구성하였다 (접합 공정).
무기 재료의 기체 (11) 에 형성한 접합층 (12) 의 땜납층 (122) 의 하면과, 회로 기판용 하지 금속층 (312) 의 상면이 직접 접촉하도록, 회로 기판 (31) 과 창재 (10) 를 중첩하였다. 그리고, 무기 재료의 기체 (11) 의 타방의 면 (11b) 상에 추를 배치하여 90 gf 의 하중을 가하고, 도 3 의 블록 화살표 B 를 따라 압압 하면서, 대기 분위기 하, 280 ℃ 에서 1 분간 가열하여 땜납층 (122) 의 적어도 일부를 용융시키고, 그 후 냉각함으로써 접합하였다 (접합 공정).
이상의 공정에 의해, 창재와 회로 기판 (31) 을 접합하여 광학 패키지를 제작하였다.
얻어진 접합체인 광학 패키지에 대해 상기 서술한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
[실시예 2 ~ 실시예 5, 비교예 1 ~ 비교예 4]
접합층 형성 공정에 있어서, 접합층 (12) 의 폭 (W), 및 두께 (T) 가 표 1 에 나타낸 값이 되도록 한 점 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 실험을 실시하였다. 평가 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00002
표 1 에 나타낸 결과에 의하면, 접합층의 폭이 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이며, 두께가 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하인 실시예 1 ~ 실시예 5 의 창재를 사용한 광학 패키지에 있어서는, 균열 평가, 및 기밀성 평가의 결과가 ○ 로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 커버에 균열이 생기는 것을 억제한 창재, 광학 패키지로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
이에 비하여, 접합층의 폭, 두께가 상기 요건을 충족하지 않는 비교예 1 ~ 비교예 4 에 있어서는, 균열이 생겨 기밀성이 충분하지 않은 것도 확인할 수 있었다.
이상으로 창재, 광학 패키지를 실시형태 등으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태 등으로 한정되지 않는다. 청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변형, 변경이 가능하다.
본 출원은 2018년 10월 5일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 2018-190370호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허출원 2018-190370호의 전체 내용을 본 국제 출원에 원용한다.
10 : 창재
11 : 무기 재료의 기체
12 : 접합층
122 : 땜납층
30 : 광학 패키지
31 : 회로 기판
311 : 절연성 기재
32 : 광학 소자

Claims (6)

  1. 광학 소자를 구비한 광학 패키지용의 창재로서,
    무기 재료의 기체와,
    상기 무기 재료의 기체의 일방의 면 상에, 상기 무기 재료의 기체의 외주를 따라 배치된 접합층을 갖고,
    상기 접합층의 폭이 0.2 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하이며,
    상기 접합층의 두께가 15 ㎛ 보다 두껍고 100 ㎛ 이하인 창재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합층은 땜납층을 갖고 있고, 상기 땜납층에 포함되는 땜납의 영률 (E) 이 50 GPa 이하인 창재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    20 ℃ 이상 200 ℃ 이하에 있어서의, 상기 무기 재료의 기체의 열팽창 계수와 상기 땜납의 열팽창 계수의 차이가 30 ppm/℃ 이하인 창재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 재료의 기체와 상기 접합층의 계면에 있어서의 잔류 응력이 100 ㎫ 이하인 창재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 창재와, 광학 소자를 구비한 회로 기판을 갖는 광학 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 세라믹스제의 절연성 기재를 갖는 광학 패키지.
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