KR20240031317A - 시일링 재료층 부착 유리 기판 및 기밀 패키지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은 유리 기판에 시일링 재료층이 형성된 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서, 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이며, 시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 시일링 재료층 부착 유리 기판 및 기밀 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
자외 LED 등의 전자 소자를 구비한 기밀 패키지는 장수명이나 에너지 절약 등의 이유로부터, 조명이나 통신 등의 다양한 분야에서 이용되는 것에 이르고 있다.
이 종류의 기밀 패키지에서는 전자 소자를 보호하기 위해서, 전자 소자가 탑재된 패키지 기체에, 전자 소자가 내부에 수용되도록 유리 기판(유리 뚜껑)을 씌우는 경우가 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 전자 소자가 탑재된 패키지 기체와, 전자 소자의 주위를 둘러싸는 프레임부와, 프레임부의 일단 개구를 덮는 유리 기판으로 이루어지는 뚜껑부를 구비한 기밀 패키지가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 패키지 기체에 전자 소자를 수납하기 위한 오목부를 형성하고, 그 오목부를 덮는 유리 기판으로 이루어지는 뚜껑부를 구비한 기밀 패키지도 개시되어 있다.
그런데, 석영은 자외 영역의 파장의 광을 흡수하기 어려운 특성을 갖는다. 이 때문에, 기밀 패키지가 자외선 LED 패키지의 경우 등에는, 자외선 투과성을 높이는 관점으로부터, 뚜껑부에 석영 기판을 사용하는 경우가 있다.
그러나, 석영 기판을 일반적인 금속 납재(예를 들면, 금 주석 땜납)를 사용하여 프레임부나 패키지 기체에 접합하고자 하면, 각 재료 사이에 있어서의 열팽창 계수의 정합이 문제가 된다. 즉, 석영 기판의 열팽창 계수(약 0.6ppm)는 일반적인 금속 납재의 열팽창 계수(약 12.0ppm)에 비해 매우 낮고, 재료 간의 열팽창 계수 차가 크다. 이 결과, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생해서 석영 기판에 파손(예를 들면, 크랙 등의 균열)이 생기기 쉬워진다. 이와 같이 석영 기판이 파손되면, 기밀 패키지의 수용 공간의 기밀성을 유지할 수 없게 된다.
본 발명은 높은 기밀성을 유지할 수 있는 유리 기판 및 기밀 패키지의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는 예의 검토한 결과, 자외선 투과율이 높은 유리 기판에 시일링 재료층을 형성하고, 또한 유리 기판과 시일링 재료층의 열팽창 계수차를 작게 함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명으로서 제안하는 것이다. 즉, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 유리 기판에 시일링 재료층이 형성된 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서, 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이고, 시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 한다. 또한, 「두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율」은 유리 기판의 두께가 0.2mm 이외의 경우, 두께 0.2mm 환산해서 평균 투과율을 산출하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은 유리 기판의 시일링 재료층이 형성된 측의 표면에 있어서, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율이 1∼50%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 시일링 재료층이 복수의 시일링 패턴을 갖고, 시일링 패턴이 폐 루프 형상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 시일링 패턴마다 기밀 패키지를 형성할 수 있기 때문에, 일련의 레이저 시일링에 의해, 1매의 시일링 재료층 부착 유리 기판을 사용해서 기밀 패키지군(복수의 기밀 패키지의 집합체)을 제작할 수 있다. 그리고, 이 기밀 패키지군을 분할, 절단하면, 다수의 기밀 패키지를 간편하게 제작하는 것이 가능하게 된다. 또한, 「폐 루프 형상」이란 곡선만에 의해 구성되는 형상뿐만 아니라, 곡선과 직선의 조합에 의해 구성되는 형상, 직선만에 의해 구성되는 형상(예를 들면, 사각 형상 그 외의 다각 형상)을 포함한다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 시일링 재료층이 적어도 비스무트계 유리 분말과 세라믹 분말을 포함하는 복합 분말의 소결체이고, 시일링 재료층 중의 비스무트계 유리의 함유량이 65∼95체적%, 세라믹의 함유량이 5∼35체적%인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 시일링 재료층이 실질적으로 레이저 흡수제를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 「시일링 재료층이 실질적으로 레이저 흡수제를 함유하지 않는다」란 시일링 재료층 중의 레이저 흡수 재의 함유량이 1체적% 미만인 경우를 나타낸다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 시일링 재료층의 평균 두께가 15㎛ 이하이고, 시일링 재료층의 평균 두께를 유리 기판의 두께로 나눈 값이 0.005∼0.5인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은, 시일링 재료층의 평균 폭이 1000㎛ 이하이고, 시일링 재료층의 평균 두께를 시일링 재료층의 평균 폭으로 나눈 값이 0.005∼0.1인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은 유리 기판이 직사각형, 원형 또는 오리엔테이션 플랫을 갖는 원형 중 어느 하나의 형상인 것이 바람직하다.
유리 기판의 어느 하나의 표면에 반사 방지막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 반사 손실이 저감되어서, LED 디바이스의 광인출 효율이 향상한다.
또한, 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은 레이저 광에 의한 시일링에 사용되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 시일링 시에 전자 소자의 열에 의한 열화를 방지하기 쉬워진다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 패키지 기체를 준비하는 공정과, 복수의 시일링 패턴을 갖는 시일링 재료층 부착 유리 기판을 준비하는 공정과, 시일링 재료층을 개재하여 패키지 기체와 시일링 재료층 부착 유리 기판을 적층 배치하는 공정과, 유리 기판측으로부터 레이저 광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써, 유리 기판과 패키지 기체를 기밀 시일링하여 기밀 패키지군을 얻는 공정과, 기밀 패키지군을 분할하여 복수의 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하고, 시일링 재료층 부착 유리 기판이, 상기의 시일링 재료층 부착 유리 기판인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기밀 패키지는 유리 기판과 패키지 기체가, 시일링 재료층에 의해 기밀 일체화된 기밀 패키지에 있어서, 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이고, 시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 높은 기밀성을 유지할 수 있는 시일링 재료층 부착 유리 기판 및 기밀 패키지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기밀 패키지의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는 실시예 2에 있어서의 시일링 재료층 부착 유리 기판을 나타내는 사진이다.
도 2는 실시예 2에 있어서의 시일링 재료층 부착 유리 기판을 나타내는 사진이다.
본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서, 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율은 85% 이상, 바람직하게는 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 특히 92% 이상이다. 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 너무 낮으면, 자외광이 투과하기 곤란해지고, 자외 LED 패키지 등의 기밀 패키지에 적용하기 곤란해진다.
유리 기판의 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율은 바람직하게는 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 특히 95% 이상이다. 유리 기판의 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 너무 낮으면, 가시광이 투과하기 곤란해지고, LED 패키지 등의 기밀 패키지에 적용하기 곤란해진다.
시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위 있어서의 열팽창 계수차는 5ppm/℃ 이하이고, 바람직하게는 4ppm/℃ 이하, 3.5ppm/℃ 이하, 3.2ppm/℃ 이하, 특히 3ppm/℃ 이하이다. 시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위 있어서의 열팽창 계수차가 지나치게 크면, 시일링 후에 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 유리 기판에 파손(예를 들면, 크랙 등의 균열)이 생기기 쉬워진다. 그리고, 유리 기판이 파손되면, 기밀 패키지의 수용 공간의 기밀성이 저하할 우려가 있다.
유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는 바람직하게는 11ppm/℃ 이하, 10ppm/℃ 이하, 9ppm/℃ 이하, 8ppm/℃ 이하, 7ppm/℃ 이하, 6ppm/℃ 이하, 특히 3ppm/℃∼5ppm/℃이다. 특히, 패키지 기체가 실리콘인 경우, 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는 바람직하게는 10ppm/℃ 이하, 9ppm/℃ 이하, 8ppm/℃ 이하, 7ppm/℃ 이하, 6ppm/℃ 이하, 특히 3ppm/℃∼5ppm/℃이다. 유리 기판의 열팽창 계수가 너무 낮으면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 유리 기판에 파손(예를 들면, 크랙 등의 균열)이 생기기 쉬워진다. 그리고, 유리 기판이 파손되면, 기밀 패키지의 수용 공간의 기밀성이 저하할 우려가 있다.
유리 기판은 유리 조성으로서, 질량%로, SiO2 50∼80%, Al2O3+B2O3(Al2O3와 B2O3의 합량) 1∼45%, Li2O+Na2O+K2O(Li2O, Na2O 및 K2O의 합량) 0∼25%, MgO+CaO+SrO+BaO(MgO, CaO, SrO 및 BaO의 합량) 0∼25%인 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 각 성분의 함유량을 한정한 이유를 이하에 나타낸다. 또한, 각 성분의 함유량의 설명에 있어서, %표시는 특별히 언급이 있는 경우를 제외하고, 질량%를 나타낸다.
SiO2는 유리의 골격을 형성하는 주성분이다. SiO2의 함유량은 바람직하게는 50∼80%, 55∼75%, 58∼70%, 특히 60∼68%이다. SiO2의 함유량이 지나치게 적으면, 영률, 내산성이 저하하기 쉬워진다. 한편, SiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 고온점도가 높아지고, 용융성이 저하하기 쉬워지는 것에 더해서, 크리스토발라이트 등의 실투 결정이 석출되기 쉬워져서, 액상 온도가 상승하기 쉬워진다.
Al2O3과 B2O3는 내실투성을 높이는 성분이다. Al2O3+B2O3의 함유량은 바람직하게는 1∼40%, 5∼35%, 10∼30%, 특히 15∼25%이다. Al2O3+B2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, Al2O3+B2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 반대로 유리가 실투되기 쉬워진다.
Al2O3는 영률을 높이는 성분임과 아울러, 분상, 실투를 억제하는 성분이다. Al2O3의 함유량은 바람직하게는 0∼20%, 1∼20%, 3∼18%, 특히 5∼16%이다. Al2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 영률이 저하하기 쉬워지고, 또한 유리가 분상, 실투되기 쉬워진다. 한편, Al2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 고온 점도가 높아지고, 용융성이 저하하기 쉬워진다.
B2O3은 용융성, 내실투성을 높이는 성분이고, 또한 상처가 생기기 쉬움을 개선하고, 강도를 높이는 성분이다. B2O3의 함유량은 바람직하게는 0∼25%, 1∼25%, 2∼25%, 3∼25%, 5∼22%, 7∼19%, 특히 9∼16%이다. B2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 용융성, 내실투성이 저하하기 쉬워지고, 또한 불산계의 약액에 대한 내성이 저하하기 쉬워진다. 한편, B2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 영률, 내산성이 저하하기 쉬워진다.
Li2O, Na2O 및 K2O는 고온 점성을 내리고, 용융성을 현저하게 높임과 아울러, 유리 원료의 초기의 용융에 기여하는 성분이다. Li2O+Na2O+K2O의 함유량은 바람직하게는 0∼25%, 1∼20%, 4∼15%, 특히 7∼13%이다. Li2O+Na2O+K2O의 함유량이 지나치게 적으면, 용융성이 저하하기 쉬워진다. 한편, Li2O+Na2O+K2O의 함유량이 지나치게 많으면, 열팽창 계수가 부당하게 높아질 우려가 있다.
Li2O는 고온 점성을 내리고, 용융성을 현저하게 높임과 아울러, 유리 원료의 초기의 용융에 기여하는 성분이다. Li2O의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 특히 0∼0.1%이다. Li2O의 함유량이 지나치게 적으면, 용융성이 저하하기 쉬워지는 것에 더해서, 열팽창 계수가 부당하게 낮아질 우려가 있다. 한편, Li2O의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 분상하기 쉬워진다.
Na2O는 고온 점성을 내리고, 용융성을 현저하게 높임과 아울러, 유리 원료의 초기의 용융에 기여하는 성분이다. 또한, 열팽창 계수를 조정하기 위한 성분이다. Na2O의 함유량은, 바람직하게는 0∼25%, 1∼20%, 3∼18%, 5∼15%, 특히 7∼13%이다. Na2O의 함유량이 지나치게 적으면, 용융성이 저하하기 쉬워지는 것에 더해서, 열팽창 계수가 부당하게 낮아질 우려가 있다. 한편, Na2O의 함유량이 지나치게 많으면, 열팽창 계수가 부당하게 높아질 우려가 있다.
K2O는 고온 점성을 내리고, 용융성을 현저하게 높임과 아울러, 유리 원료의 초기의 용융에 기여하는 성분이다. 또한, 열팽창 계수를 조정하기 위한 성분이다. K2O의 함유량은, 바람직하게는 0∼15%, 0.1∼10%, 1∼10%, 특히 3∼5%이다. K2O의 함유량이 지나치게 많으면, 열팽창 계수가 부당하게 높아질 우려가 있다.
MgO, CaO, SrO 및 BaO는 고온 점성을 내리고, 용융성을 높이는 성분이다. MgO+CaO+SrO+BaO의 함유량은, 바람직하게는 0∼25%, 0∼15%, 0.1∼12%, 1∼5%이다. MgO+CaO+SrO+BaO의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 실투되기 쉬워진다.
MgO는 고온 점성을 내리고, 용융성을 높이는 성분이며, 알칼리 토류 금속 산화물 중에서는 영률을 현저하게 높이는 성분이다. MgO의 함유량은 바람직하게는 0∼10%, 0∼8%, 0∼5%, 특히 0∼1%이다. MgO의 함유량이 지나치게 많으면, 내실투성이 저하하기 쉬워진다.
CaO는 고온 점성을 내리고, 용융성을 현저하게 높이는 성분이다. 또한, 알칼리 토류 금속 산화물 중에서는 도입 원료가 비교적 저렴하기 때문에, 원료 비용을 저렴화하는 성분이다. CaO의 함유량은 바람직하게는 0∼15%, 0.1∼12%, 0.5∼10%, 특히 1∼5%이다. CaO의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 실투되기 쉬워진다. 또한, CaO의 함유량이 지나치게 적으면, 상기 효과를 향수하기 어려워진다.
SrO는 내실투성을 높이는 성분이다. SrO의 함유량은, 바람직하게는 0∼7%, 0∼5%, 0∼3%, 특히 0∼1% 미만이다. SrO의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 오히려 유리가 실투되기 쉬워진다.
BaO는 내실투성을 높이는 성분이다. BaO의 함유량은 바람직하게는 0∼10%, 0∼7%, 0∼5%, 0∼3%, 0∼1% 미만이다. BaO의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 오히려 유리가 실투되기 쉬워진다.
상기 성분 이외에도, 임의 성분으로서, 다른 성분을 도입해도 된다. 또한, 상기 성분 이외의 다른 성분의 함유량은 본 발명의 효과를 정확하게 향수하는 관점에서, 합량으로 10% 이하, 5% 이하, 특히 3% 이하가 바람직하다.
ZnO는 용융성을 높이는 성분이지만, 유리 조성 중에 다량으로 함유시키면, 유리가 실투되기 쉬워진다. 따라서, ZnO의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 0∼1% 미만, 특히 0∼0.1%이다.
ZrO2는 내산성을 높이는 성분이지만, 유리 조성 중에 다량으로 함유시키면, 유리가 실투되기 쉬워진다. 따라서, ZrO2의 함유량은 바람직하게는 0∼5%, 0∼3%, 0∼1%, 0∼0.5%, 특히 0.001∼0.2%이다.
Fe2O3과 TiO2는 심자외 영역에서의 투과율을 저하시키는 성분이다. Fe2O3+TiO2(Fe2O3과 TiO2의 합량)의 함유량은 바람직하게는 100ppm 이하, 80ppm 이하, 0.1∼60ppm, 0.3∼40ppm, 0.5∼30ppm, 0.8∼20ppm, 1∼10ppm, 특히 2∼5ppm이다. Fe2O3+TiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 착색하고, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 또한, Fe2O3+TiO2의 함유량이 지나치게 적으면, 고순도의 유리 원료를 사용하지 않으면 안되어 배치 비용의 앙등을 초래한다.
Fe2O3는 심자외 영역에서의 투과율을 저하시키는 성분이다. Fe2O3의 함유량은 바람직하게는 100ppm 이하, 80ppm 이하, 0.05∼60ppm, 0.1∼40ppm, 0.5∼20ppm, 1∼10ppm, 특히 2∼8ppm 이다. Fe2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 착색하고, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 또한, Fe2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 고순도의 유리 원료를 사용하지 않으면 안되어 배치 비용의 앙등을 초래한다.
산화철 중의 Fe 이온은 Fe2+ 또는 Fe3+의 상태로 존재한다. Fe2+의 비율이 지나치게 적으면, 심자외선에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 따라서, 산화철 중의 Fe2+/(Fe2++Fe3+)의 질량 비율은, 바람직하게는 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.4 이상, 특히 0.5 이상이다.
TiO2는 심자외 영역에서의 투과율을 저하시키는 성분이다. TiO2의 함유량은, 바람직하게는 100ppm 이하, 80ppm 이하, 60ppm 이하, 40ppm 이하, 0.05∼20ppm, 0.1∼10ppm, 특히 0.5∼5ppm 이다. TiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 유리가 착색하고, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 또한, TiO2의 함유량이 지나치게 적으면, 고순도의 유리 원료를 사용하지 않으면 안되어 배치 비용의 앙등을 초래한다.
Sb2O3은 청징제로서 작용하는 성분이다. Sb2O3의 함유량은 바람직하게는 1000ppm 이하, 800ppm 이하, 600ppm 이하, 400ppm 이하, 200ppm 이하, 100ppm 이하, 특히 50ppm 미만이다. Sb2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다.
SnO2는 청징제로서 작용하는 성분이다. SnO2의 함유량은 바람직하게는 2000ppm 이하, 1700ppm 이하, 1400ppm 이하, 1100ppm 이하, 800ppm 이하, 500ppm 이하, 200ppm 이하, 특히 100ppm 이하이다. SnO2의 함유량이 지나치게 많으면, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다.
F2, Cl2 및 SO3는 청징제로서 작용하는 성분이다. F2+Cl2+SO3의 함유량은 10∼10000ppm인 것이 바람직하다. F2+Cl2+SO3의 바람직한 하한 범위는 10ppm 이상, 20ppm 이상, 50ppm 이상, 100ppm 이상, 300ppm 이상, 특히 500ppm 이상이며, 바람직한 상한 범위는 3000ppm 이하, 2000ppm 이하, 1000ppm 이하, 특히 800ppm 이하이다. 또한, F2, Cl2, SO3의 각각의 바람직한 하한 범위는 10ppm 이상, 20ppm 이상, 50ppm 이상, 100ppm 이상, 300ppm 이상, 특히 500ppm 이상이며, 바람직한 상한 범위는 3000ppm 이하, 2000ppm 이하, 1000ppm 이하, 특히 800ppm 이하이다. 이들 성분의 함유량이 지나치게 적으면, 청징 효과를 발휘하기 어려워진다. 한편, 이들의 성분의 함유량이 지나치게 많으면, 청징 가스가 유리 중에 기포로서 잔존할 우려가 있다.
유리 기판의 사이즈는 600mm2 이상, 5000mm2 이상, 특히 15000mm2 이상이 바람직하다. 사이즈가 클수록, 1매의 유리 기판으로부터 다수의 기밀 패키지를 채취할 수 있기 때문에, 기밀 패키지의 제조 비용을 저렴화하기 쉬워진다.
유리 기판의 판두께는 2.0mm 이하, 1.5mm 이하, 1.0mm 이하, 특히 0.1∼0.5mm가 바람직하다. 판두께가 지나치게 크면, 유리 기판의 질량이 커지고, 유리 기판을 취급하기 어려워짐과 아울러, 심자외 영역에서의 투과율이 저하하기 쉬워진다. 한편, 판두께가 지나치게 작으면, 반송 라인에서 유리 기판이 강성을 유지하기 어려워져, 유리 기판의 변형, 휘어짐, 파손이 발생하기 쉬워진다.
유리 기판의 표면의 표면 거칠기 Ra는 10nm 이하, 9nm 이하, 8nm 이하, 7nm 이하, 6nm 이하, 5nm 이하, 4nm 이하, 3nm 이하, 2nm 이하, 특히 1nm 이하가 바람직하다. 표면의 표면 거칠기 Ra가 지나치게 크면, 심자외선에서의 투과율이 감소하는 경향이 있다. 여기서, 「Ra」는 JIS B0601-1994에서 정의된 산술 평균 거칠기(arithmetical mean roughness)이다.
유리 기판은 직사각형, 원형 또는 오리엔테이션 플랫을 갖는 원형 중 어느 하나의 형상인 것이 바람직하다. 이러한 형상이면, 유리 기판의 표면에 복수의 시일링 패턴을 형성하기 쉬워지는, 특히 원형 또는 오리엔테이션 플랫을 갖는 원형이면, 반도체 제조 장치를 이용하여 레이저 시일링을 행할 수 있기 때문에 바람직하다.
유리 기판의 표면에 기능막을 형성해도 되고, 특히 기능막으로서 반사 방지막이 바람직하다. 이것에 의해, 유리 기판의 표면에서 반사하는 광을 저감할 수 있다.
본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서, 시일링 재료층은 시일링 재료를 소결시킨 것이다. 시일링 재료는 일반적으로, 유리 분말과 세라믹 분말을 포함하는 복합 분말이다. 유리 분말로서, 다양한 유리 분말을 사용할 수 있다. 예를 들면, Bi2O3계 유리, V2O5계 유리, SnO계 유리가 저융점 특성의 점에서 바람직하고, Bi2O3계 유리가 열적 안정성, 내수성의 점에서 특히 바람직하다. 여기서, 「∼계 유리」란 명시의 성분을 필수 성분으로서 함유하고, 또한 명시의 성분의 합량이 25몰% 이상, 바람직하게는 30몰% 이상, 보다 바람직하게는 35몰% 이상의 유리를 나타낸다. 또한, 유리 분말은 환경적 관점에서, 유리 조성 중에 실질적으로 PbO를 포함하지 않는 것(0.1몰% 미만)이 바람직하다.
Bi2O3계 유리는 유리 조성으로서, 몰%로, Bi2O3 28∼60%, B2O3 15∼37%, ZnO 1∼30% 함유하는 것이 바람직하다. 각 성분의 함유 범위를 상기한 바와 같이 한정한 이유를 이하에 설명한다. 또한, 유리 조성 범위의 설명에 있어서, %표시는 몰%를 나타낸다.
Bi2O3는 연화점을 저하시키기 위한 주요 성분이고, 그 함유량은 28∼60%, 33∼55%, 특히 35∼45%가 바람직하다. Bi2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 연화점이 지나치게 높아져서, 유동성이 저하하기 쉬워진다. 한편, Bi2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 소성 시에 유리가 실투되기 쉬워지고, 이 실투에서 기인하여 유동성이 저하하기 쉬워진다.
B2O3는 유리 형성 성분으로서 필수 성분이고, 그 함유량은 15∼37%, 20∼33%, 특히 25∼30%가 바람직하다. B2O3의 함유량이 지나치게 적으면, 유리 네트워크가 형성되기 어려워지기 때문에, 소성 시에 유리가 실투되기 쉬워진다. 한편, B2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리의 점성이 높아지고, 유동성이 저하하기 쉬워진다.
ZnO는 내실투성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 1∼30%, 3∼25%, 5∼22%, 특히 9∼20%가 바람직하다. 그 함유량이 1%보다 적고, 또는 30%보다 많으면 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 내실투성이 저하하기 쉬워진다.
상기 성분 이외에도, 예를 들면, 이하의 성분을 첨가해도 된다.
SiO2는 내수성을 높이는 성분이지만, 연화점을 상승시키는 작용을 갖는다. 이 때문에, SiO2의 함유량은 0∼5%, 0∼3%, 0∼2%, 특히 0∼1%가 바람직하다. 또한, SiO2의 함유량이 지나치게 많으면, 소성 시에 유리가 실투되기 쉬워진다.
Al2O3는 내수성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 0∼10%, 0∼5%, 특히 0.1∼2%가 바람직하다. Al2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 연화점이 부당하게 상승할 우려가 있다.
Li2O, Na2O 및 K2O는 내실투성을 저하시키는 성분이다. 따라서, Li2O, Na2O 및 K2O의 함유량은 각각 0∼5%, 0∼3%, 특히 0∼1% 미만이다.
MgO, CaO, SrO 및 BaO는 내실투성을 높이는 성분이지만, 연화점을 상승시키는 성분이다. 따라서, MgO, CaO, SrO 및 BaO의 함유량은, 각각 0∼20%, 0∼10%, 특히 0∼5%이다.
Bi2O3계 유리의 연화점을 내리기 위해서는, 유리 조성 중에 Bi2O3를 다량으로 도입할 필요가 있지만, Bi203의 함유량을 증가시키면, 소성 시에 유리가 실투되기 쉬워지고, 이 실투에 기인해서 유동성이 저하하기 쉬워진다. 특히, Bi2O3의 함유량이 30% 이상이 되면, 그 경향이 현저해진다. 이 대책으로서, CuO, MnO를 첨가하면, Bi2O3의 함유량이 30% 이상이어도, 유리의 실투를 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱 CuO를 첨가하면, 레이저 시일링 시의 레이저 흡수 특성을 높일 수 있다. CuO, MnO2의 개별 함유량은 0∼40%, 5∼35%, 10∼30%, 특히 15∼25%가 바람직하다. CuO, MnO2의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 반대로 내실투성이 저하하기 쉬워진다.
Fe2O3는 내실투성과 레이저 흡수 특성을 높이는 성분이며, 그 함유량은 0∼10%, 0.1∼5%, 특히 0.5∼3%가 바람직하다. Fe2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 반대로 내실투성이 저하하기 쉬워진다.
Sb2O3는 내실투성을 높이는 성분이고, 그 함유량은 0∼5%, 특히 0∼2%가 바람직하다. Sb2O3의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 조성의 성분 밸런스가 무너지고, 반대로 내실투성이 저하하기 쉬워진다.
유리 분말의 평균 입자 지름 D50은 15㎛ 미만, 0.5∼10㎛, 특히 1∼5㎛가 바람직하다. 유리 분말의 평균 입자 지름 D50이 작을수록 유리 분말의 연화점이 저하한다.
시일링 재료 중의 세라믹 분말의 함유량은 바람직하게는 5∼35체적%, 10∼33체적%, 15∼30체적%, 특히 20∼30체적%이다. 시일링 재료 중의 유리 분말의 함유량은, 바람직하게는 65∼95체적%, 67∼90체적%, 70∼85체적%, 특히 70∼80체적%이다. 세라믹 분말의 함유량이 지나치게 많으면, 유리 분말의 함유량이 상대적으로 적어지고, 소망의 유동성 및 열적 안정성을 확보하기 어려워진다. 또한, 세라믹 분말의 함유량이 지나치게 적으면, 세라믹 분말의 첨가 효과가 결핍된다.
세라믹 분말로서, β-유크립타이트, 코디어라이트, 지르콘, 알루미나, 뮬라이트, 윌레마이트, 인산 지르코늄, 인산 텅스텐산 지르코늄, 텅스텐산 지르코늄 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이 바람직하고, 특히 열팽창 계수를 저하시키는 효과가 높은 β-유크립타이트가 특히 바람직하다.
시일링 재료에는 유리 분말과 세라믹 분말 이외에도, 다른 분말 재료를 도입해도 된다. 또한, 유리 비즈, 스페이서 등을 도입해도 된다. 여기서, 유리 비즈나 스페이서는 시일링 후도 형상이 유지할 수 있도록 내열성이 높은 조성, 재료로 이루어지는 것이다. 또한, 레이저 흡수 특성을 높이기 위해서, Mn-Fe-Al계 산화물, 카본, Mn-Fe-Cr계 산화물 등의 레이저 흡수제를 1∼15체적% 포함하고 있어도 되지만, 시일링 재료의 열적 안정성을 고려하면, 레이저 흡수제를 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.
시일링 재료는 분말 상태로 사용에 제공해도 되지만, 비히클과 균일하게 혼련하고, 페이스트화하면 취급하기 쉬워져, 바람직하다. 비히클은 통상, 용매와 수지를 포함한다. 수지는 페이스트의 점성을 조정할 목적으로 첨가된다. 또한, 필요에 따라서, 계면 활성제, 증점제 등을 첨가할 수도 있다. 제작된 페이스트는 디스펜서나 스크린 인쇄기 등의 도포기를 사용하고, 유리 기판의 표면에 도포된다.
수지로서는 아크릴산 에스테르(아크릴 수지), 에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 유도체, 니트로셀룰로오스, 폴리메틸스티렌, 폴리에틸렌카보네이트, 메타크릴산 에스테르 등이 사용 가능하다. 특히, 아크릴산 에스테르, 니트로셀룰로오스는 열분해성이 양호하기 때문에, 바람직하다.
용매로서는 N,N'-디메틸포름아미드(DMF), α-터피네올, 고급 알콜, γ-부티로락톤(γ-BL), 테트라린, 부틸카르비톨아세테이트, 아세트산 에틸, 아세트산 이소아밀, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 벤질알콜, 톨루엔, 3-메톡시-3-메틸부탄올, 물, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노부틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌카보네이트, 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈 등이 사용 가능하다. 특히, α-터피네올은 고점성이며, 수지 등의 용해성도 양호하기 때문에 바람직하다.
시일링 재료층의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는 바람직하게는 50ppm/℃∼90ppm/℃, 55ppm/℃∼80ppm/℃, 특히 60ppm/℃∼75ppm/℃이다. 특히, 패키지 기체가 실리콘인 경우, 시일링 재료층의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는, 바람직하게는 60ppm/℃∼80ppm/℃, 65ppm/℃∼75ppm/℃, 특히 68ppm/℃∼73ppm/℃이다. 시일링 재료층의 열팽창 계수가 지나치게 높으면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 유리 기판에 파손(예를 들면 크랙 등의 균열)이 생기기 쉬워진다. 그리고, 유리 기판이 파손되면, 기밀 패키지의 수용 공간의 기밀성이 저하할 우려가 있다. 한편, 시일링 재료층의 열팽창 계수가 너무 낮은 경우, 내화성 필러의 비율이 많아지기 때문에, 시일링 재료의 연화 유동성이 저하하고, 기밀 패키지에 기밀 불량 등이 발생하기 쉬워진다.
패키지 기체의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는 바람직하게는 10ppm/℃ 이상, 20ppm/℃ 이상, 특히 30ppm/℃∼60ppm/℃이다. 패키지 기체의 열팽창 계수가 너무 낮으면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 기밀 패키지에 기밀 불량이 발생하기 쉬워진다.
시일링 재료층의 평균 두께가 15㎛ 이하인 경우, 유리 기판과 패키지 기체의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차는 바람직하게는 6.5ppm/℃ 이하, 4.5ppm/℃ 이하, 3.5ppm/℃ 이하, 2.0ppm/℃ 이하, 특히 1.0ppm/℃ 이하이다. 시일링 재료층의 평균 두께가 15㎛ 이하인 경우에, 유리 기판과 패키지 기체의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차가 지나치게 크면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 유리 기판에 파손(예를 들면, 크랙 등의 균열)이 생기기 쉬워진다. 그리고, 유리 기판이 파손하면, 기밀 패키지의 수용 공간의 기밀성이 저하할 우려가 있다.
시일링 재료층과 패키지 기체의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차는 바람직하게는 5.5ppm/℃ 이하, 4.0ppm/℃ 이하, 특히 3.5ppm/℃ 이하이다. 시일링 재료층과 패키지 기체의 30∼300℃의 온도 범위 있어서의 열팽창 계수차가 지나치게 크면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생하고, 기밀 패키지의 기밀 불량이 발생하기 쉬워진다.
패키지 기체는 전자 소자를 수용할 수 있는 오목부를 갖는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 패키지 기체의 오목부 내에 센서 소자 등의 전자 소자를 수용하기 쉬워진다. 패키지 기체의 오목부는 패키지 기체의 외측 끝 가장자리 영역에 따라, 액자 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 디바이스로서 기능하는 유효 면적을 확대할 수 있다. 또한, 전자 소자를 패키지 기체 내의 공간에 수용하기 쉬워지고, 또한 배선 접합 등도 행하기 쉬워진다.
패키지 기체는 실리콘 등의 금속, 유리 세라믹, 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 중 어느 하나 또는 이들의 복합 재료(예를 들면, 질화 알루미늄과 유리 세라믹을 일체화한 것)인 것이 바람직하다. 특히, 실리콘은 방열성이 양호하고, 또한 에칭 등으로 오목부가 형성되기 쉽기 때문에 바람직하다.
시일링 재료층의 평균 두께는 바람직하게는 15㎛ 이하, 8.0㎛ 미만, 특히 1.0㎛ 이상, 또한 7.0㎛ 미만이다. 시일링 재료층의 평균 두께를 시일링 재료층의 평균 폭으로 나눈 값은, 바람직하게는 0.005∼0.1, 특히 0.01∼0.05이다. 시일링 재료층의 평균 두께를 유리 기판의 두께로 나눈 값은, 바람직하게는 0.005∼0.5, 특히 0.01∼0.1이다. 시일링 재료층의 평균 두께, 시일링 재료층의 평균 두께를 시일링 재료층의 평균 폭으로 나눈 값, 시일링 재료층의 평균 두께를 유리 기판의 두께로 나눈 값이 상기 범위 외가 되면, 레이저 시일링의 정밀도가 저하하기 쉬워진다. 한편, 이들의 값이 상기 범위 내가 되면, 시일링 재료층과 유리 기판의 열팽창 계수가 부정합일 때에, 레이저 시일링 후에 시일링 부분에 잔류하는 응력을 저감할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이 시일링 재료층의 평균 두께를 규제하는 방법으로서는, 시일링 재료 페이스트를 얇게 도포하는 방법, 시일링 재료층의 표면을 연마 처리하는 방법이 열거된다.
시일링 재료층의 평균 폭은 바람직하게는 1㎛ 이상, 또한 1000㎛ 이하, 특히 100㎛ 이상, 또한 800㎛ 이하이다. 시일링 재료층의 평균 폭을 좁게 하면, 레이저 시일링 후에 시일링 부분에 잔류하는 응력을 저감하기 쉬워진다. 한편, 시일링 재료층의 최대폭이 지나치게 좁으면, 시일링 재료층에 큰 전단 응력이 가해졌을 때에, 시일링 재료층이 벌크 파괴되기 쉬워진다. 또한, 레이저 시일링의 정밀도가 저하하기 쉬워진다.
유리 기판의 시일링 재료층이 형성된 측의 표면에 있어서, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율은, 바람직하게는 1∼50%, 10∼48%, 20∼45%, 23∼43%, 특히 25∼40%이다. 시일링 재료층이 형성된 표면의 면적 비율을 크게 하면, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 잔류 응력이 발생해서 유리 기판에 파손(예를 들면 크랙 등의 균열)이 발생하기 쉬워진다. 한편, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율을 크게 하는 경우, 시일링 패턴을 다수 형성하는 것, 즉 1매의 기판으로부터 다수의 기밀 패키지를 제작하는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판은 시일링 재료층과 유리 기판의 열팽창 계수차를 엄밀하게 규정하고 있기 때문에, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율을 많게 해도, 시일링 후에, 접합부 또는 그 근방에 발생하는 잔류 응력을 저감할 수 있다.
본 발명의 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서, 시일링 재료층이 복수의 시일링 패턴을 갖고, 시일링 패턴이 폐 루프 형상인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 기밀 패키지군을 얻을 수 있고, 이 기밀 패키지군을 분할하면, 시일링 패턴의 수에 따른 기밀 패키지를 효율적으로 제작할 수 있다. 시일링 패턴의 수는 바람직하게는 50∼5000개, 80∼3000개, 특히 200∼2500개이다.
본 발명의 기밀 패키지의 제조 방법은 패키지 기체를 준비하는 공정과, 복수의 시일링 패턴을 갖는 시일링 재료층 부착 유리 기판을 준비하는 공정과, 시일링 재료층을 개재하고, 기체와 시일링 재료층 부착 유리 기판을 적층 배치하는 공정과, 유리 기판측으로부터 레이저 광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써, 유리 기판과 패키지 기체를 기밀 시일링하여 기밀 패키지군을 얻는 공정과, 기밀 패키지군을 분할하여 복수의 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하고, 시일링 재료층 부착 유리 기판이 상기의 시일링 재료층 부착 유리 기판인 것을 특징으로 한다.
패키지 기체와 유리 기판을 적층 배치하는 공정을 형성하는 공정에서는 유리 기판을 패키지 기체의 하방에 배치해도 되지만, 레이저 시일링의 효율의 관점에서, 유리 기판을 패키지 기체의 상방에 배치하는 것이 바람직하다.
유리 기판측으로부터 조사하는 레이저로서, 다양한 레이저를 사용할 수 있다. 특히, 반도체 레이저, YAG 레이저, CO2 레이저, 엑시머 레이저, 적외 레이저는 취급이 용이한 점에서 바람직하다.
레이저 시일링 시에 있어서의 레이저 광의 빔 형상은 특별히 한정되지 않는다. 빔 형상으로서는 원형, 타원형, 직사각형이 일반적이지만, 그 밖의 형상이어도 된다. 또한, 레이저 시일링 시에 있어서의 레이저 광의 빔 지름은 100∼1000mm가 바람직하다.
레이저 시일링을 행하는 분위기는 특별히 한정되지 않고, 대기 분위기이어도 되고, 질소 분위기 등의 불활성 분위기이어도 된다.
레이저 시일링을 행하기 전에, (100℃ 이상, 또한 전기 소자의 내열 온도 이하의 온도)에서 패키지 기체를 예비 가열하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 레이저 시일링 시에 패키지 기체측에의 열전도를 저해할 수 있기 때문에, 레이저 시일링을 좋은 효율로 행할 수 있다.
유리 기판을 압압한 상태로 레이저 시일링을 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 레이저 시일링 시에 시일링 재료층의 연화 변형을 촉진할 수 있다.
패키지 기체와 유리 기판을 적층 배치하기 전에, 더욱 패키지 기체의 오목부내에 전기 소자를 수용하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기밀 패키지는 유리 기판과 패키지 기체가, 시일링 재료층에 의해 기밀 일체화된 기밀 패키지에 있어서, 유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이고, 시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 기술 패키지의 기술적 특징은 상기에 이미 기재되어 있기 때문에, 여기에서는 상세한 기재를 생략한다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 기밀 패키지의 일례를 나타내는 단면 개략도이다. 기밀 패키지(1)는 유리 기판(10)과 패키지 기체(11)를 구비하고 있다. 패키지 기체(11)는 기부(12)를 갖고, 더욱 기부(12)의 외측 둘게 가장자리부 상에 프레임부를 갖고, 이들에 의해 오목부(13)가 형성되어 있다. 또한, 패키지 기체(11)의 오목부(13) 내에 전기 소자(14)가 수용되어 있다. 또한, 패키지 기체(11) 내에는 전기 소자(14)와 외부를 전기적으로 접속하는 전기 배선(도시되어 있지 않음)이 형성되어 있다.
유리 기판(10)의 표면에는 액자 형상의 시일링 재료층(15)이 형성되어 있다. 시일링 재료층(15)의 폭은 패키지 기체(11)의 프레임부의 정부(16)의 폭보다도 작아져 있다.
유리 기판(10)과 패키지 기체(11)는 유리 기판(10)의 시일링 재료층(15)과, 패키지 기체(11)의 프레임부의 정부(16)의 폭방향의 중심선이 일치하도록 적층 배치되어 있다. 그 후, 레이저 조사 장치(17)로부터 출사된 레이저 광(L)이 유리 기판(10)측으로부터 시일링 재료층(15)을 따라 조사된다. 이것에 의해, 시일링 재료층(15)이 연화 유동한 후, 유리 기판(10)과 패키지 기체(11)가 기밀 시일링되어서, 기밀 패키지(1)의 기밀 구조가 형성된다.
실시예 1
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 단순한 예시이다. 본 발명은 이하의 실시예에 전혀 한정되지 않는다.
(시료 No.1)
우선, 실리콘 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 3.8ppm/℃, □4mm)을 준비했다.
다음에, 알칼리 붕소 규산 유리로 이루어지는 유리 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 4.2ppm/℃, □4mm, 0.2mm 두께)을 준비했다. 이 유리 기판은 유리 조성으로서, 질량%로, SiO2 70%, Al2O3 5.9%, B2O3 18%, Li2O 1%, Na2O 2%, K2O 3%, Cl 0.1%, TiO2 0.0001%, Fe2O3 0.0001%을 함유하고, 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 91%이고, 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 92%이다.
또한, 비스무트계 유리 분말을 73체적%, 세라믹 분말을 27체적%의 비율로 혼합하고, 시일링 재료를 제작했다. 여기서, 비스무트계 유리 분말의 평균 입경 D50을 1.0㎛, 99% 입경 D99를 2.8㎛로 하고, 세라믹 분말의 평균 입경 D50을 1.0㎛, 99% 입경 D99를 2.8㎛로 했다. 또한, 비스무트계 유리는 유리 조성으로서, 몰%로, Bi2O3 36.5%, B2O3 28.5%, ZnO 9.5%, Al2O3 1.5%, MnO2 9.5%, CuO 13.6%, Fe2O3 0.9%를 함유하고 있다. 또한, 세라믹 분말은 β-유크립타이트이다.
얻어진 시일링 재료의 열팽창 계수를 측정한 바, 그 열팽창 계수는 7.1ppm/℃이었다. 또한, 열팽창 계수는 압봉식 TMA 장치로 측정한 것이고, 그 측정 온도 범위는 30∼300℃이다.
다음에, 유리 기판 상에 상기 시일링 재료를 도포, 건조, 탈바인더, 소결을 행하고, 폐 루프 형상의 시일링 재료층을 형성했다. 상술하면, 우선 점도가 90±20Pa·s(25℃, Shear rate:4)의 범위 내가 되도록 상기의 시일링 재료, 비히클 및 용제를 혼련한 후, 더욱 3본 롤밀로 분말이 균일 분산하기까지 혼련하고, 페이스트화하여 시일링 재료 페이스트를 얻었다. 비히클에는 글리콜에테르계 용제에 에틸 셀룰로오스 유기 수지를 용해시킨 것을 사용했다. 다음에, 유리 기판의 외부 둘레 가장자리부 상에 스크린 인쇄기에 의해 시일링 재료 페이스트를 액자 형상으로 인쇄했다. 또한, 대기 분위기 하에서, 110℃에서 10분간 건조해서 건조막을 얻은 후, 전기로에서 350℃ 15분간 ⇒ 500℃ 10분 간의 가열 처리를 행함으로써 건조막을 탈바인더, 소결시켜서, 평균 폭 약 400㎛, 평균 두께 약 5㎛를 갖는 시일링 재료층을 형성했다.
최후에, 시일링 재료층을 소결시킨 유리 기판과 실리콘 기판을 적층시켜서, 유리 기판측으로부터 레이저 광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 유동시켜서, 유리 기판과 실리콘 기판을 기밀 일체화시킴으로써 기밀 패키지를 얻었다. 또한, 레이저 출력은 10W, 주사 속도는 15mm/초, 빔 직경은 φ500㎛이다.
(시료 No.2)
시료 No.1에 따른 유리 기판을 대신하여 알칼리 붕소규산 유리로 이루어지는 유리 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 9.9ppm/℃, □4mm, 0.2mm 두께)을 사용한 것 이외는, 시료 No.1과 동일하게 해서 기밀 패키지를 얻었다. 이 유리 기판은 유리 조성으로서, 질량%로, SiO2 70.2%, Al2O3 1.6%, B2O3 2.3%, Na2O 9.6%, K2O 9.1%, BaO 7.0%, Cl 0.4%, SrO 0.1%, TiO2 0.0001%, Fe2O3 0.0001%를 함유하고, 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 89%이고, 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 92%이다.
(시료 No.3)
시료 No.1에 따른 유리 기판을 대신하여 석영 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 0.6ppm/℃, □4mm, 0.5mm 두께)을 사용한 것 이외는, 시료 No.1과 동일하게 해서 기밀 패키지를 얻었다.
(평가)
시료 No.1∼3에서 얻어진 기밀 패키지에 대해서, 크랙의 유무를 관찰함과 아울러, 온도 사이클 시험, 고온 고습 고압 시험을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
크랙의 유무는 얻어진 기밀 패키지에 대해서, 광학 현미경으로 시일링 재료층의 근방을 관찰하고, 평가한 것이다.
온도 사이클 시험은 얻어진 기밀 패키지에 대해서, 125℃⇔-55℃, 1000사이클의 조건으로 온도 사이클을 반복한 후, 시일링 재료층의 근방을 관찰하여 평가한 것이고, 변질, 크랙, 박리 등이 확인되지 않은 것을 「○」, 확인된 것을 「×」로서 평가했다.
고온 고습 고압 시험: PCT(Pressure Cooｋer Test)는 얻어진 기밀 패키지에 대해서, 121℃, 습도 100%, 2atm, 24시간의 조건에서, 고온 고습 고압 환경 하로 유지한 후, 시일링 재료층의 근방을 관찰하고, 평가한 것이며, 변질, 크랙, 박리 등이 확인되지 않은 것을 「○」, 확인된 것을 「×」로서 평가했다.
표 1로부터 명백한 바와 같이, 시료 No.1 및 시료 No.2에서 얻어진 기밀 패키지는 크랙의 유무, 온도 사이클 시험, 고온 고습 고압 시험의 평가가 양호했다. 한편, 시료 No.3에서 얻어진 기밀 패키지는 크랙의 유무, 온도 사이클 시험, 고온 고습 고압 시험의 평가가 불량했다.
실시예 2
알칼리 붕소 규산 유리로 이루어지는 유리 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 4.2ppm/℃, 0.2mm 두께, □44mm)을 준비했다. 이 유리 기판은 유리 조성으로서, 질량%로, SiO2 70%, Al2O3 5.9%, B2O3 18%, Li2O 1%, Na2O 2%, K2O 3%, Cl 0.1%, TiO2 0.0001%, Fe2O3 0.0001%를 함유하고, 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 91%이고, 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 92%이다. 이 유리 기판의 일방의 표면에, 실시예 1과 동일한 방법으로 □3.3mm의 폐 루프의 시일링 패턴(시일링 재료층의 평균 두께 5㎛, 시일링 재료층의 평균 폭 400㎛)을 100개 형성하고, 시일링 재료층 부착 유리 기판을 얻었다. 도 2는 이 시일링 재료층 부착 유리 기판을 나타내는 사진이다.
또한, 실리콘 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 3.8ppm/℃)을 준비했다. 여기서, 유리 기판의 시일링 재료층이 형성된 측의 표면에 있어서, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율은 27%이었다.
다음에, 시일링 재료층을 개재하여 실리콘 기판과 시일링 재료층 부착 유리 기판을 적층 배치했다. 그 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 기판측으로부터 레이저 광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써, 유리 기판과 실리콘 기판을 기밀 시일링하여 기밀 패키지군을 얻었다. 최후에, 시일링 패턴을 분단하지 않도록, 기밀 패키지군을 다이싱으로 분할하고, 100개의 기밀 패키지를 얻었다.
실시예 3
실시예 2에 따른 유리 기판을 대신하여 알칼리 붕소규산 유리로 이루어지는 유리 기판(30∼300℃에 있어서의 열팽창 계수 9.9ppm/℃, □4mm, 0.2mm 두께)을 사용한 것 이외는, 실시예 2와 동일하게 하여 시일링 재료층 부착 유리 기판 및 기밀 패키지를 얻었다. 이 유리 기판은 유리 조성으로서, 질량%로, SiO2 70.2%, Al2O3 1.6%, B2O3 2.3%, Na2O 9.6%, K2O 9.1%, BaO 7.0%, Cl 0.4%, SrO 0.1%, TiO2 0.0001%, Fe2O3 0.0001%를 함유하고, 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 89%이고, 두께 0.2mm, 300nm 이상 1000nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 92%이다.
본 발명의 기밀 패키지는 센서 칩, 자외 LED 등의 전기 소자가 실장된 기밀 패키지에 바람직하지만, 그 이외에도 압전 진동 소자나 유기 수지 중에 양자 도트를 분산시킨 파장 변환 소자 등을 수용하는 기밀 패키지 등에도 적합하게 적용 가능하다.
1 기밀 패키지
10 유리 기판
11 패키지 기체
12 기부
13 오목부
14 전기 소자
15 시일링 재료층
16 오목부의 정부
17 레이저 조사 장치
L 레이저 광
10 유리 기판
11 패키지 기체
12 기부
13 오목부
14 전기 소자
15 시일링 재료층
16 오목부의 정부
17 레이저 조사 장치
L 레이저 광
Claims (12)
- 유리 기판에 시일링 재료층이 형성된 시일링 재료층 부착 유리 기판에 있어서,
유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이고,
시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항에 있어서,
유리 기판의 시일링 재료층이 형성된 측의 표면에 있어서, 시일링 재료층이 형성된 면적의 비율이 1∼50%인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
시일링 재료층이 복수의 시일링 패턴을 갖고, 시일링 패턴이 폐 루프 형상인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
시일링 재료층이 적어도 비스무트계 유리 분말과 내화성 필러 분말을 포함하는 복합 분말의 소결체이고,
시일링 재료층 중의 비스무트계 유리의 함유량이 65∼95체적%, 내화성 필러의 함유량이 5∼35체적%인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
시일링 재료층이 실질적으로 레이저 흡수제를 함유하지 않는, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
시일링 재료층의 평균 두께가 15㎛ 이하이고, 시일링 재료층의 평균 두께를 유리 기판의 두께로 나눈 값이 0.005∼0.5인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
시일링 재료층의 평균 폭이 1000㎛ 이하이고, 시일링 재료층의 평균 두께를 시일링 재료층의 평균 폭으로 나눈 값이 0.005∼0.1인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
유리 기판이 직사각형, 원형 또는 오리엔테이션 플랫을 갖는 원형 중 어느 하나의 형상인, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
유리 기판의 어느 하나의 표면에 반사 방지막이 형성되어 있는, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 광에 의한 시일링에 사용되는, 시일링 재료층 부착 유리 기판. - 패키지 기체를 준비하는 공정과,
복수의 시일링 패턴을 갖는 시일링 재료층 부착 유리 기판을 준비하는 공정과,
시일링 재료층을 개재하여, 패키지 기체와 시일링 재료층 부착 유리 기판을 적층 배치하는 공정과,
유리 기판측으로부터 레이저 광을 조사하여 시일링 재료층을 연화 변형시킴으로써, 유리 기판과 패키지 기체를 기밀 시일링하여 기밀 패키지군을 얻는 공정과,
기밀 패키군을 분할하여 복수의 기밀 패키지를 얻는 공정을 구비하고,
시일링 재료층 부착 유리 기판이 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 시일링 재료층 부착 유리 기판인, 기밀 패키지의 제조 방법. - 유리 기판과 패키지 기체가 시일링 재료층에 의해 기밀 일체화된 기밀 패키지에 있어서,
유리 기판의 두께 0.2mm, 250nm 이상 300nm 미만에 있어서의 평균 투과율이 85% 이상이고,
시일링 재료층과 유리 기판의 30∼300℃의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수차가 5ppm/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 기밀 패키지.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2021-111479 | 2021-07-05 | ||
| JP2021111479 | 2021-07-05 | ||
| JP2022043654A JP2023008800A (ja) | 2021-07-05 | 2022-03-18 | 封着材料層付きガラス基板及び気密パッケージの製造方法 |
| JPJP-P-2022-043654 | 2022-03-18 | ||
| PCT/JP2022/022811 WO2023281961A1 (ja) | 2021-07-05 | 2022-06-06 | 封着材料層付きガラス基板及び気密パッケージの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240031317A true KR20240031317A (ko) | 2024-03-07 |
Family
ID=84800607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020247001815A KR20240031317A (ko) | 2021-07-05 | 2022-06-06 | 시일링 재료층 부착 유리 기판 및 기밀 패키지의 제조 방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20240031317A (ko) |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2015190242A1 (ja) | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 日本電気硝子株式会社 | 発光デバイス |
| JP2016027610A (ja) | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 旭硝子株式会社 | パッケージ基板、パッケージ、および電子デバイス |
Family Cites Families (3)
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| JP2017191805A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 日本電気硝子株式会社 | 気密パッケージの製造方法及び気密パッケージ |
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| JP2019091849A (ja) * | 2017-11-16 | 2019-06-13 | 日本電気硝子株式会社 | パッケージ及び波長変換部材の製造方法 |
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2022
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2015190242A1 (ja) | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 日本電気硝子株式会社 | 発光デバイス |
| JP2016027610A (ja) | 2014-06-27 | 2016-02-18 | 旭硝子株式会社 | パッケージ基板、パッケージ、および電子デバイス |
Also Published As
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| WO2023281961A1 (ja) | 2023-01-12 |
| US20240290916A1 (en) | 2024-08-29 |
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