TWI660927B - 氣密封裝及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可提高密封材料層與容器之接合強度之氣密封裝及其製造方法。 本發明係一種氣密封裝1，其具備：容器2，其具有框部3；玻璃蓋4，其配置於框部3之上，密封容器2；及密封材料層5，其配置於框部3與玻璃蓋4之間，將玻璃蓋4與容器2接合；且該氣密封裝1之特徵在於：於密封材料層5中，密封材料層5與容器2之接合面5b大於密封材料層5與玻璃蓋4之接合面5a。
Description
本發明係關於一種用以搭載並密封元件之氣密封裝及其製造方法。
為了搭載並密封LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等元件，而使用氣密封裝。此種氣密封裝係藉由將可搭載元件之容器與用以將容器內密封之罩蓋構件利用密封材料加以接合而構成。 於下述之專利文獻1中揭示有一種包含玻璃陶瓷之容器與玻璃蓋經由密封材料接合而成之氣密封裝。於專利文獻1中，使用包含低熔點玻璃之玻璃料作為上述密封材料。又，於專利文獻1中，藉由將上述密封材料燒成，使之熔融，而將玻璃陶瓷基板與玻璃蓋接合。 然而，於搭載如深紫外線LED元件般之低耐熱性之元件之情形時，若如專利文獻1般將玻璃料燒成使之熔融，則有元件特性因燒成時之加熱而熱劣化之虞。 作為消除該問題之方法，可考慮藉由對包含雷射吸收材之密封材料照射雷射光以局部地進行加熱而將玻璃料熔融之方法(專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2014-236202號公報 [專利文獻2]日本專利特開2016-86049號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，本發明者們發現由於密封材料層包含雷射吸收材，故而存在如下問題：雷射光會被密封材料層吸收，無法充分加熱容器與密封材料層之界面，從而雖玻璃蓋與密封材料層之接合強度較高，但密封材料層與容器之接合強度較低。 本發明之目的在於提供一種可提高密封材料層與容器之接合強度之氣密封裝及其製造方法。 [解決之問題技術手段] 本發明之氣密封裝具備：容器，其具有框部；玻璃蓋，其配置於框部之上，密封容器；及密封材料層，其配置於框部與玻璃蓋之間，將玻璃蓋與容器接合；且該氣密封裝之特徵在於：於密封材料層中，密封材料層與容器之接合面大於密封材料層與玻璃蓋之接合面。 較佳為密封材料層之厚度係1～100 μm之範圍內。 較佳為密封材料層中選自Fe、Mn、及Cu之至少1種金屬或該金屬之氧化物之含量係5質量%以下。 較佳為容器由氮化鋁所構成。 本發明之電子裝置之特徵在於具備：上述本發明之氣密封裝；及元件，其收容於氣密封裝內。 本發明之氣密封裝之製造方法之特徵在於具備如下步驟：準備具有框部之容器、密封容器之玻璃蓋、及將玻璃蓋與容器接合之密封材料層；於框部與玻璃蓋之間配置密封材料層，使玻璃蓋重疊於容器之上；及以於框部與密封材料層之界面附近對焦之方式，自玻璃蓋側照射雷射光，而藉由密封材料層將玻璃蓋與容器接合。 於本發明之製造方法中，較佳為密封材料層對於雷射光之波長具有10%以上之透過率。 於本發明之製造方法中，較佳為藉由使形成有密封材料層之玻璃蓋重疊於容器之上，而於框部與玻璃蓋之間配置密封材料層。 於本發明之製造方法中，較佳為於使玻璃蓋重疊於容器之上之狀態下，密封材料層係以收納於框部之內側之方式配置。 [發明之效果] 根據本發明，可提高密封材料層與容器之接合強度。
以下，對較佳之實施形態進行說明。但以下之實施形態為單純之例示，本發明並不限定於以下之實施形態。又，於各圖式中，有實質上具有相同功能之構件以相同之符號加以參照之情形。 圖1係表示本發明之一實施形態之氣密封裝之模式性剖視圖。如圖1所示，本實施形態之氣密封裝1具備：容器2，其具有框部3；玻璃蓋4，其配置於框部3之上，密封容器2；及密封材料層5，其配置於框部3與玻璃蓋4之間，將玻璃蓋4與容器2接合。於容器2內，收容有元件6。 於本實施形態中，密封材料層5係以與容器2之接合面5b大於與玻璃蓋4之接合面5a之方式將玻璃蓋4與容器2接合。密封材料層5一般而言包含玻璃，故而與玻璃蓋4之接著性良好。因此，即便與玻璃蓋4之接合面5a相對性地較小亦可獲得所需之接合強度。於本實施形態中，藉由使與容器2之接合面5b相對性地較大，而提高容器2與密封材料層5之接合強度。 與密封材料層5沿著框部3而延伸之方向垂直之方向上的密封材料層5之剖面形狀如圖1所示，具有自接合面5a朝向接合面5b擴展之楔形形狀。就密封材料層5之上述剖面形狀而言，具體為具有梯形之形狀。因此，接合面5b中之密封材料層5之寬度W2大於接合面5a中之密封材料層5之寬度W1。較佳為密封材料層5之寬度W2係密封材料層5之寬度W1之1.05倍以上。藉此，可更確實地提高密封材料層5與容器2之接合強度。進而較佳為密封材料層5之寬度W2係密封材料層5之寬度W1之1.05～1.5倍之範圍內。若密封材料層5之寬度W2相對於密封材料層5之寬度W1之比率變得過大，則存在玻璃蓋4與密封材料層5之接合強度變得過低之情形。 密封材料層5之厚度較佳為1～100 μm之範圍內。若密封材料層5之厚度過薄，則存在無法獲得充分之接合強度之情形。若密封材料層5之厚度過厚，則存在密封材料層5之容許剪斷應力降低，從而無法獲得充分之接合強度之情形。密封材料層5厚度進而較佳為3～20 μm之範圍內。 作為用以形成密封材料層5之密封材料，較佳為使用包含低熔點玻璃粉末之玻璃料。於包含低熔點玻璃粉末之情形時，能以更低溫度使密封材料軟化，從而可進一步抑制元件之熱劣化。作為低熔點玻璃粉末，例如，可使用Bi2
O3
系玻璃粉末、SnO-P2
O5
系玻璃粉末、或V2
O5
-TeO2
系玻璃粉末等。 就密封材料層5而言，較佳可使用於下述製造步驟中，對用以加熱密封材料層5而使之軟化之雷射光具有透過性者。密封材料層5之對於雷射光之波長之透過率較佳為10%以上，更佳為20%以上，進而較佳為30%以上。藉由提高對於雷射光之波長之透過率，可有效率地加熱框部3與密封材料層5之界面附近，從而可提高密封材料層5與容器2之接合強度。密封材料層5之對於雷射光之波長之透過率的上限值並不特別限定，但最高為80%左右。 自提高對雷射光之透過性之觀點而言，較佳為密封材料層5中實質上不含雷射光吸收材。作為雷射光吸收材，一般而言，已知有選自Fe、Mn、及Cu之至少1種金屬或該金屬之氧化物。因此，密封材料層5中選自Fe、Mn、及Cu之至少1種金屬或該金屬之氧化物之含量較佳為5質量%以下，進而較佳為3質量%以下。 於密封材料層5中，亦可於對於雷射光之波長能獲得所期望之透過率之範圍內，含有低膨脹耐火性填料。作為低膨脹耐火性填料，例如可列舉堇青石、矽鋅礦、礬土、磷酸鋯系化合物、鋯英石、氧化鋯、氧化錫、石英玻璃、β-石英固溶體、β-鋰霞石、鋰輝石。 作為構成玻璃蓋4之玻璃，較理想為對雷射光具有透過性，對於雷射光之波長之透過率較佳為80%以上。作為此種玻璃，例如存在SiO2
-B2
O3
-RO(R係Mg、Ca、Sr或Ba)系玻璃、SiO2
-B2
O3
-R'2
O(R'係Li、Na或Ka)系玻璃、SiO2
-B2
O3
-RO-R'2
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O5
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系玻璃或Bi2
O3
系玻璃等，作為玻璃蓋4可使用該等玻璃。 容器2例如由陶瓷、玻璃陶瓷、或玻璃等所構成。作為陶瓷，可列舉氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、富鋁紅柱石等。作為玻璃陶瓷，可列舉LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics，低溫共燒陶瓷)等。作為LTCC之具體例，可列舉氧化鈦或氧化鈮等無機粉末與玻璃粉末之燒結體等。作為玻璃粉末，例如可使用與玻璃蓋4相同之玻璃。 已知氮化鋁為與玻璃材之潤濕性較差之材料，於使用包含玻璃之密封材料層之情形時，存在無法充分獲得容器與密封材料層之接合強度之問題。根據本發明，因為以與容器2之接合面5b相對性地變大之方式形成密封材料層5，故而可改善容器2與密封材料層5之接合強度。 先前，為了改善與玻璃材之潤濕性，研究了於包含氮化鋁之容器之表面藉由加熱處理等而形成氧化物層等。然而，若於搭載元件之氮化鋁之表面形成氧化物層，則會產生散熱性降低等問題，從而散熱性優異之氮化鋁之特性受損。根據本發明，即便不於表面形成氧化物層，亦可提高容器與密封材料層之接合強度。但於本發明中，亦可於包含氮化鋁之框部3之表面形成氧化物層，由密封材料層5加以密封。 元件6於本發明中並不特別限定。然而，如上所述，根據本發明，可使用散熱性優異之氮化鋁等，故而可將低耐熱性之元件、即使用上限溫度較低之元件用作元件6。例如，可將使用上限溫度為350℃以下之元件收容於本發明之氣密封裝。作為此種元件，可列舉MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微機電系統)、深紫外線LED(Light Emitting Diode)等。 然而，元件6並不限定於上述者，亦可使用除了上述以外之LED、LD(Laser Diode，雷射二極體)等發光元件、CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)等受光元件或其他元件。 圖2係表示製造圖1所示之實施形態之氣密封裝之步驟的模式性剖視圖。 如圖2(a)所示，於玻璃蓋4之背面，塗佈玻璃料等密封材料而形成密封材料層5。其次，如圖2(b)所示，以密封材料層5位於收容有元件6之容器2之框部3之上之方式，將玻璃蓋4載置於容器2之上。 其次，如圖2(c)所示，自玻璃蓋4側照射雷射光10，加熱密封材料層5，使之軟化，而藉由密封材料層5將玻璃蓋4與容器2接合。此時，以於框部3與密封材料層5之界面附近對焦之方式照射雷射光10。由於密封材料層5對雷射光10具有較高之透過性，故而雷射光10可到達框部3與密封材料層5之界面附近，而於框部3與密封材料層5之界面附近對焦。藉此，密封材料層5及框部3以框部3與密封材料層5之界面附近為中心得到加熱，故而可提高框部3與密封材料層5之接合強度。又，密封材料層5成為接近框部3之部分容易軟化而流動者，故而其剖面形狀如圖1所示，成為朝向框部3擴展之楔形形狀。 再者，雷射光之波長較理想為600～1600 nm之範圍內，作為出射此種雷射光之光源，例如，可使用半導體雷射。 如圖2(c)所示，於使玻璃蓋4重疊於容器2之上之狀態下，密封材料層5係以收納於框部3之內側之方式配置。藉此，可抑制加熱軟化後之密封材料層5向周圍溢出。 再者，於本實施形態中，使用包含氮化鋁之容器2。氮化鋁如上所述，與玻璃材之潤濕性不佳，故而並非於框部3之上塗佈密封材料以形成密封材料層5，而是於玻璃蓋4形成有密封材料層5。 以如上方式，可製造圖1所示之、具有與容器2之接合面5b大於與玻璃蓋4之接合面5a之密封材料層5之氣密封裝1。 圖3係表示比較例之氣密封裝之模式性剖視圖。該比較例之氣密封裝11如專利文獻2般係使用包含雷射吸收材之密封材料將玻璃蓋4接合於容器2。因此，密封材料層5之剖面形狀如圖3所示，具有自接合面5b朝向接合面5a擴展之、與本發明相反之楔形形狀。因此，接合面5b中之密封材料層5之寬度W2變得小於接合面5a中之密封材料層5之寬度W1。因此，無法於容器2與密封材料層5之間獲得充分之接合強度。 圖4係表示製造圖3所示之比較例之氣密封裝之步驟的模式性剖視圖。 如圖4(a)所示，於收容有元件6之容器2之框部3之上，塗佈包含雷射吸收材之密封材料而形成密封材料層5。其次，如圖4(b)所示，以密封材料層5位於收容有元件6之容器2之框部3之上之方式，將玻璃蓋4載置於容器2之上。 其次，如圖4(c)所示，自玻璃蓋4側照射雷射光10，加熱密封材料層5，使之軟化，而藉由密封材料層5將玻璃蓋4與容器2接合。再者，由於密封材料層5包含雷射吸收材，故而雷射光10無法到達框部3與密封材料層5之界面附近，故而係以於玻璃蓋4與密封材料層5之界面附近對焦之方式照射雷射光10。因此，密封材料層5接近玻璃蓋4之部分容易軟化而流動。其結果，密封材料層5之剖面形狀如圖3所示，成為朝向玻璃蓋4擴展之倒楔形形狀。 因此，於比較例之氣密封裝11中，無法於容器2與密封材料層5之間獲得充分之接合強度，可靠性較差。又，於使用氮化鋁作為容器2之材質之情形時，容器2與密封材料層5之間之接合強度會更低。 根據本發明，藉由以與容器2之接合面5b大於與玻璃蓋4之接合面5a之方式形成密封材料層5，可提高玻璃蓋4與容器2之接合強度，從而可形成高可靠性之氣密封裝。
1‧‧‧氣密封裝
2‧‧‧容器
3‧‧‧框部
4‧‧‧玻璃蓋
5‧‧‧密封材料層
5a‧‧‧與玻璃蓋之接合面
5b‧‧‧與容器之接合面
6‧‧‧元件
10‧‧‧雷射光
11‧‧‧氣密封裝
W1‧‧‧與玻璃蓋之接合面中之密封材料層之寬度
W2‧‧‧與容器之接合面中之密封材料層之寬度
圖1係表示本發明之一實施形態之氣密封裝之模式性剖視圖。 圖2(a)～(c)係表示製造圖1所示之實施形態之氣密封裝之步驟的模式性剖視圖。 圖3係表示比較例之氣密封裝之模式性剖視圖。 圖4(a)～(c)係表示製造圖3所示之比較例之氣密封裝之步驟的模式性剖視圖。
Claims (9)
- 一種氣密封裝，其具備：容器，其具有框部；玻璃蓋，其配置於上述框部之上，密封上述容器；及密封材料層，其配置於上述框部與上述玻璃蓋之間，將上述玻璃蓋與上述容器接合；於上述密封材料層中，上述密封材料層與上述容器之接合面大於上述密封材料層與上述玻璃蓋之接合面；且上述密封材料層具有自與上述玻璃蓋之接合面朝向與上述容器之接合面擴展之楔形形狀。
- 如請求項1之氣密封裝，其中上述密封材料層之厚度為1~100μm之範圍內。
- 如請求項2之氣密封裝，其中上述密封材料層中選自Fe、Mn、及Cu之至少1種金屬或該金屬之氧化物之含量為5質量%以下。
- 如請求項3之氣密封裝，其中上述容器由氮化鋁所構成。
- 一種電子裝置，其具備：如請求項1至4中任一項之氣密封裝；及元件，其收容於上述氣密封裝內。
- 一種氣密封裝之製造方法，其具備如下步驟：準備具有框部之容器、密封上述容器之玻璃蓋、及將上述玻璃蓋與上述容器接合之密封材料層；於上述框部與上述玻璃蓋之間配置上述密封材料層，使上述玻璃蓋重疊於上述容器之上；及以於上述框部與上述密封材料層之界面附近對焦之方式，自上述玻璃蓋側照射雷射光，而藉由上述密封材料層將上述玻璃蓋與上述容器接合。
- 如請求項6之氣密封裝之製造方法，其中上述密封材料層對於上述雷射光之波長具有10%以上之透過率。
- 如請求項7之氣密封裝之製造方法，其中藉由使形成有上述密封材料層之上述玻璃蓋重疊於上述容器之上，而於上述框部與上述玻璃蓋之間配置上述密封材料層。
- 如請求項6至8中任一項之氣密封裝之製造方法，其中於使上述玻璃蓋重疊於上述容器之上之狀態下，上述密封材料層係以收納於上述框部之內側之方式配置。
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