TWI835845B - 氣密封裝體 - Google Patents

氣密封裝體 Download PDF

Info

Publication number
TWI835845B
TWI835845B TW108131937A TW108131937A TWI835845B TW I835845 B TWI835845 B TW I835845B TW 108131937 A TW108131937 A TW 108131937A TW 108131937 A TW108131937 A TW 108131937A TW I835845 B TWI835845 B TW I835845B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
glass
sealing material
material layer
laser
airtight package
Prior art date
Application number
TW108131937A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202020101A (zh
Inventor
白神徹
Original Assignee
日商日本電氣硝子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本電氣硝子股份有限公司 filed Critical 日商日本電氣硝子股份有限公司
Publication of TW202020101A publication Critical patent/TW202020101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI835845B publication Critical patent/TWI835845B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/06—Containers; Seals characterised by the material of the container or its electrical properties
    • H01L23/08—Containers; Seals characterised by the material of the container or its electrical properties the material being an electrical insulator, e.g. glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本發明的氣密封裝體是將陶瓷基體與玻璃蓋藉由密封材料層加以氣密一體化而成，所述氣密封裝體的特徵在於：陶瓷基體包含0.1質量%～10質量%的黑色顏料，陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率與密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率之差為30%以下。

Description

氣密封裝體
本發明是有關於一種氣密封裝體，特別是有關於一種能夠收納發光二極體（light emitting diode，LED）或感測器晶片等內部元件的氣密封裝體。
氣密封裝體一般而言包括：具有透光性的玻璃蓋、具有基部與設於基部上的框部的陶瓷基體、以及由該些所包圍的內部空間中所收納的內部元件。
安裝於氣密封裝體的內部的感測器等內部元件或其周邊構件存在因自周圍環境浸入的水分而劣化之虞。
至今，為了將陶瓷基體與玻璃蓋一體化而使用具有低溫硬化性或紫外線硬化性的有機樹脂系接著劑。但是，有機樹脂系接著劑難以完全遮蔽水分或氣體，因此存在使內部元件經時劣化之虞。
另一方面，若將包含玻璃粉末的複合粉末用於密封材料，則內部元件不易因周圍環境的水分而劣化。
但是，玻璃粉末的軟化溫度高於有機樹脂系接著劑，因此存在於密封時使內部元件發生熱劣化之虞。
就此種情況而言，雷射密封受到關注。於雷射密封中，一般而言藉由對密封材料層照射具有近紅外區域的波長的雷射光，使密封材料層軟化變形，並將陶瓷基體與玻璃蓋氣密一體化。而且，於雷射密封中，能夠僅將應密封的部分進行局部加熱，且可於不使內部元件發生熱劣化的情況下將陶瓷基體與玻璃蓋氣密一體化。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-239609號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-236202號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，於對陶瓷基體與玻璃蓋進行雷射密封的情況下，陶瓷基體的導熱率高，於雷射密封時陶瓷基體的溫度難以上昇，因此存在陶瓷基體與密封材料層難以反應而難以確保雷射密封強度的問題。
另一方面，若提高雷射光的輸出或者減慢雷射光的掃描速度，則可提高密封材料層與陶瓷基體的反應性，但於所述情況下，於玻璃蓋中局部被加熱的區域與局部未被加熱的區域產生大的溫度差，因此產生玻璃蓋容易因熱衝擊而破損從而無法確保氣密封裝體內的氣密可靠性的問題。
因此，本發明是鑑於所述情況而成，其技術課題在於提供一種氣密可靠性與密封強度高的氣密封裝體。 [解決課題之手段]
本發明者反覆進行各種實驗，結果發現，藉由減少陶瓷基體與密封材料層的雷射吸收特性的差，可解決所述技術課題，並作為本發明而提出。即，本發明的氣密封裝體是將陶瓷基體與玻璃蓋藉由密封材料層加以氣密一體化而成，所述氣密封裝體的特徵在於：陶瓷基體包含0.1質量%～10質量%的雷射吸收材，陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率與密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率之差為30%以下。此處，所謂「0.5 mm換算的光吸收率」是指將測定光路長設為0.5 mm時的光吸收率，例如即便於陶瓷基體的厚度為1.0 mm的情況下，亦將測定光路長換算為0.5 mm，求出光吸收率。另外，所謂「0.005 mm換算的光吸收率」是指將測定光路長設為0.005 mm時的光吸收率，例如即便於密封材料層的厚度為0.01 mm的情況下，亦將測定光路長換算為0.005 mm，求出光吸收率。
再者，光吸收率是求出規定的波長區域的總光線透過率與總光線反射率，並基於式1來算出。
[式1] 光吸收率（%）={100-（總光線透過率+總光線反射率）}（%）
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的總光線反射率為60%以下。此處，所謂「0.5 mm換算的總光線反射率」是指將測定光路長設為0.5 mm時的總光線反射率，例如即便於陶瓷基體的厚度為1.0 mm的情況下，亦將測定光路長換算為0.5 mm，求出總光線反射率。
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為陶瓷基體中所含的雷射吸收材包括選自Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物、Cu系氧化物及該些的尖晶石型複合氧化物中的至少一種。
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為陶瓷基體為玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化鋁的任一者、或該些的複合材料。
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部，於該框部的頂部與玻璃蓋之間具有密封材料層。
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為密封材料層包含在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃與耐火性填料，且實質上不含雷射吸收材。
另外，於本發明的氣密封裝體中，較佳為於陶瓷基體的框部內收納有內部元件。
以下，參照圖式對本發明的形態進行說明。圖1是本發明的氣密封裝體的剖面概略圖。氣密封裝體1包括玻璃蓋10與陶瓷基體11。陶瓷基體11具有基部12，進而於基部12的外周緣部上具有框部13。另外，於陶瓷基體11的框部13內收納有內部元件14。再者，於陶瓷基體11內形成有將內部元件14與外部電性連接的電氣配線（未圖示）。
於玻璃蓋10的表面形成有框緣狀的密封材料層15。密封材料層15的寬度比陶瓷基體11的框部13的頂部16的寬度小。
玻璃蓋10與陶瓷基體11是以玻璃蓋10的密封材料層15與陶瓷基體11的框部13的頂部16的寬度方向的中心線一致的方式進行積層配置。之後，自雷射照射裝置17出射的雷射光L自玻璃蓋10側沿著密封材料層15而照射。藉此，於密封材料層15軟化流動後，玻璃蓋10與陶瓷基體11被氣密密封，形成氣密封裝體1的氣密結構。
本發明的氣密封裝體較佳為具有陶瓷基體，陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部。若如此，則容易將感測器晶片或LED等內部元件收納於框部內。陶瓷基體的框部較佳為沿著陶瓷基體的外周緣部以框緣狀形成。若如此，則可擴大作為器件發揮功能的有效面積。進而容易將感測器晶片或LED等內部元件收納於陶瓷基體的框部內，且亦容易進行配線接合等。
陶瓷基體以0.1質量%～10質量%的比例包含雷射吸收材，較佳為以0.2質量%～5質量%的比例包含雷射吸收材。若如此，則於雷射密封時陶瓷基體可吸收透過密封材料層的雷射光。其結果，密封材料層與陶瓷基體的界面的溫度上昇，陶瓷基體與密封材料層的反應性提昇，並且向陶瓷基體側的熱流動降低，因此可高效地進行雷射密封。
就雷射吸收特性的觀點而言，雷射吸收材包括選自Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物、Cu系氧化物及該些的尖晶石型複合氧化物中的至少一種。
陶瓷基體較佳為玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化鋁的任一者、或該些的複合材料（例如，將氮化鋁與玻璃陶瓷一體化而成者）。玻璃陶瓷可容易地形成熱通孔，因此於內部元件運作時，可適當地防止氣密封裝體過度發熱的情況。氮化鋁與氧化鋁的散熱性良好，因此於內部元件運作時，可適當地防止氣密封裝體過度發熱的情況。
陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率較佳為55%～95%、60%～90%、特別是65%～80%。若陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率過低，則於雷射密封時難以吸收透過密封材料層的雷射光。另一方面，若陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率過高，則由於雷射吸收材的含量過量而導致陶瓷基體的散熱性容易降低，且陶瓷基體的製造成本容易高漲。
陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率與密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率之差為30%以下，較佳為25%以下、20%以下、15%以下、10%以下、特別是5%以下。若陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率與密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率之差過大，則於雷射密封時雷射光被密封材料層過度吸收，陶瓷基體的溫度難以上昇。結果，陶瓷基體與密封材料層無法充分反應而難以確保雷射密封強度。或者於雷射密封時密封材料層不太吸收雷射光，密封材料層難以軟化流動。結果，難以確保雷射密封強度。
陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的總光線反射率較佳為60%以下、55%以下、特別是50%以下。若陶瓷基體的波長808 nm、0.5 mm換算的總光線反射率過高，則於雷射密封時難以吸收透過密封材料層的雷射光。
陶瓷基體的基部的厚度較佳為0.1 mm～5.0 mm、特別是0.2 mm～1.5 mm。藉此，可實現氣密封裝體的薄型化。
陶瓷基體的框部的厚度較佳為0.2 mm～5.0 mm、特別是0.5 mm～2.0 mm。藉此，容易使氣密封裝體薄型化。進而容易收納感測器晶片或LED等內部元件，且亦可容易進行配線接合等。
陶瓷基體的框部的寬度較佳為0.3 mm～5.0 mm、特別是0.5 mm～4.0 mm。藉此，容易收納內部元件，並且容易使氣密封裝體小型化。
本發明的氣密封裝體具有玻璃蓋。作為玻璃蓋，可使用各種玻璃。例如可使用無鹼玻璃、硼矽酸玻璃、鈉鈣玻璃。
玻璃蓋的板厚較佳為0.01 mm～2.0 mm、0.1 mm～1.2 mm、特別是0.3 mm～1.0 mm。藉此，可實現氣密封裝體的薄型化。
可於玻璃蓋的內部元件側的表面形成功能膜，亦可於玻璃蓋外側的表面形成功能膜。作為功能膜，特佳為抗反射膜。藉此，可減少於玻璃蓋的表面反射的光。
玻璃蓋可為將第一玻璃板與第二玻璃板經由接著劑進行積層一體化而成的玻璃板積層體。第一玻璃板與第二玻璃板可使用各種玻璃。例如可使用無鹼玻璃、鹼硼矽酸玻璃、鈉鈣玻璃。再者，玻璃板積層體較佳為包括兩片玻璃板，但視需要亦可進而積層其他板狀體。
第一玻璃板與第二玻璃板可使用相同的玻璃。即，亦可具有相同的玻璃組成。若如此，則兩者的折射率、熱膨脹係數等各種特性一致，因此可抑制玻璃蓋的翹曲或於貼合面的反射等。
另外，第一玻璃板與第二玻璃板可使用不同種類的玻璃。即，亦可具有不同種類的玻璃組成。若如此，則第二玻璃板的熱膨脹係數不受陶瓷基體的熱膨脹係數制約，因此可嚴格匹配陶瓷基體與第一玻璃板的熱膨脹係數，同時將廉價的玻璃板用於第二玻璃板。結果，容易兼顧氣密封裝體的氣密可靠性與製造成本。
本發明的氣密封裝體具有密封材料層。密封材料層是藉由對將密封材料與媒劑混練而製作的密封材料糊劑進行塗佈、乾燥、脫脂（debinding）、及燒結來製作。密封材料一般而言為包含玻璃粉末與耐火性填料粉末的複合粉末，視需要有時添加有著色顏料等雷射吸收材。而且，密封材料為於雷射密封時軟化流動而將陶瓷基體與玻璃蓋加以氣密一體化的材料。媒劑一般而言是指有機樹脂與溶媒的混合物、即將有機樹脂溶解的黏稠液，藉由使密封材料分散於媒劑中而獲得密封材料糊劑。再者，亦有時於媒劑中視需要添加界面活性劑、增黏劑等。
作為密封材料，較佳為使用包含玻璃粉末與耐火性填料粉末的複合粉末。作為複合粉末，較佳為使用含有60體積%～100體積%的玻璃粉末與0體積%～40體積%的耐火性填料粉末的複合粉末，進而佳為使用含有65體積%～95體積%的鉍系玻璃粉末與5體積%～35體積%的耐火性填料粉末的複合粉末。耐火性填料粉末用於容易將陶瓷基體與玻璃蓋的熱膨脹係數匹配而添加。其結果，可防止於雷射密封後於密封區域殘留不合理的應力而導致破損的情況。另一方面，若耐火性填料粉末的含量過多，則玻璃粉末的含量相對性變少，因此密封材料層的表面平滑性降低，陶瓷基體的框部的頂部與密封材料層的密接性降低，雷射密封強度容易降低。
密封材料的軟化點較佳為530℃以下、510℃以下、特別是480℃以下。若密封材料的軟化點過高，則難以提高密封材料層的表面平滑性。進而於雷射密封時需要過度提高溫度，玻璃蓋容易破損。密封材料的軟化點的下限並未特別設定，若考慮玻璃粉末的熱穩定性，則密封材料的軟化點較佳為350℃以上。此處，「軟化點」相當於藉由大型DTA裝置測定時的第四反曲點。
就提高雷射密封強度的觀點而言，玻璃粉末較佳為鉍系玻璃。鉍系玻璃較佳為以莫耳%計而含有28%～60%的Bi2 O3 、15%～37%的B2 O3 、0%～30%的ZnO、1%～40%的CuO+MnO（CuO與MnO的合計量）作為玻璃組成。以下說明如所述般限定各成分的含有範圍的理由。再者，於玻璃組成範圍的說明中，%的表達是指莫耳%。
Bi2 O3 是用以使軟化點降低的主要成分。Bi2 O3 的含量較佳為28%～60%、33%～55%、特別是35%～45%。若Bi2 O3 的含量過少，則軟化點過高，軟化流動性變得容易降低。另一方面，若Bi2 O3 的含量過多，則於雷射密封時玻璃變得容易失透，由於該失透而造成軟化流動性變得容易降低。
B2 O3 是作為玻璃形成成分而必需的成分。B2 O3 的含量較佳為15%～37%、19%～33%、特別是22%～30%。若B2 O3 的含量過少，則變得難以形成玻璃網狀物，因此於雷射密封時玻璃變得容易失透。另一方面，若B2 O3 的含量過多，則玻璃的黏性變高，軟化流動性變得容易降低。
ZnO是提高耐失透性的成分。ZnO的含量較佳為0%～30%、3%～25%、5%～22%、特別是5%～20%。若ZnO的含量過多，則玻璃組成的成分平衡崩潰，耐失透性反而變得容易降低。
CuO與MnO是大幅提高雷射吸收能的成分。CuO與MnO的合計量較佳為1%～40%、3%～35%、10%～30%、特別是15%～30%。若CuO與MnO的合計量過少，則雷射吸收能變得容易降低。另一方面，若CuO與MnO的合計量過多，則軟化點變得過高，即便照射雷射光，玻璃亦難以軟化流動。另外，玻璃變得熱不穩定，於雷射密封時玻璃變得容易失透。再者，CuO的含量較佳為1%～30%、特別是10%～25%。MnO的含量較佳為0%～25%、1%～25%、特別是3%～15%。
除所述成分以外，例如亦可添加以下的成分。
SiO2 是提高耐水性的成分。SiO2 的含量較佳為0%～5%、0%～3%、0%～2%、特別是0%～1%。若SiO2 的含量過多，則存在軟化點不合理地上昇之虞。另外，於雷射密封時，玻璃變得容易失透。
Al2 O3 是提高耐水性的成分。Al2 O3 的含量較佳為0%～10%、0.1%～5%、特別是0.5%～3%。若Al2 O3 的含量過多，則存在軟化點不合理地上昇之虞。
Li2 O、Na2 O及K2 O是使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含量較佳為分別為0%～5%、0%～3%、特別是0%～未滿1%。
MgO、CaO、SrO及BaO是提高耐失透性的成分，卻是使軟化點上昇的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含量較佳為分別為0%～20%、0%～10%、特別是0%～5%。
Fe2 O3 是提高耐失透性與雷射吸收能的成分。Fe2 O3 的含量較佳為0%～10%、0.1%～5%、特別是0.4%～2%。若Fe2 O3 的含量過多，則玻璃組成的成分平衡崩潰，耐失透性反而變得容易降低。
Sb2 O3 是提高耐失透性的成分。Sb2 O3 的含量較佳為0%～5%、特別是0%～2%。若Sb2 O3 的含量過多，則玻璃組成的成分平衡崩潰，耐失透性反而變得容易降低。
另外，作為密封材料，不僅可使用鉍系玻璃，而且亦可使用銀磷酸系玻璃或碲系玻璃中的任一種。與鉍系玻璃相比，銀磷酸系玻璃與碲系玻璃容易於低溫下軟化流動，可減少雷射密封後產生的熱應變，因此具有可提高熱可靠性及機械可靠性的特徵。進而，銀磷酸系玻璃和碲系玻璃與鉍系玻璃同樣地，混合耐火性填料粉末時，可提高密封材料層的機械強度，且可降低密封材料層的熱膨脹係數。
銀磷酸系玻璃較佳為以莫耳%計而含有10%～50%的Ag2 O、10%～35%的P2 O5 、3%～25%的ZnO、0%～30%的過渡金屬氧化物作為玻璃組成。再者，於銀磷酸系玻璃的玻璃組成範圍的說明中，%的表達是指莫耳%。
Ag2 O是使玻璃低熔點化的同時，由於難溶於水故提高耐水性的成分。Ag2 O的含量較佳為10%～50%、特別是20%～40%。若Ag2 O的含量過少，則玻璃的黏性變高，流動性變得容易降低，並且耐水性變得容易降低。另一方面，若Ag2 O的含量過多，則難以進行玻璃化。
P2 O5 是使玻璃低熔點化的成分。其含量較佳為10%～35%、特別是15%～25%。若P2 O5 的含量過少，則難以進行玻璃化。另一方面，若P2 O5 的含量過多，則耐候性、耐水性變得容易降低。
ZnO是提高耐失透性的成分，其含量較佳為3%～25%、5%～22%、特別是9%～20%。若ZnO的含量為所述範圍外，則有損玻璃組成的成分平衡，耐失透性變得容易降低。
過渡金屬氧化物是具有雷射吸收特性的成分，其含量較佳為0%～30%、1%～30%、特別是3%～15%。若過渡金屬氧化物的含量過多，則耐失透性變得容易降低。
若添加CuO，則可提高雷射吸收特性。CuO的含量較佳為0%～30%、1%～30%、特別是3%～15%。若CuO的含量過多，則有損玻璃組成的成分平衡，耐失透性反而變得容易降低。
除所述成分以外，例如亦可添加以下的成分。
TeO2 是玻璃形成成分，且是使玻璃低熔點化的成分。TeO2 的含量較佳為0%～40%、特別是10%～30%。
Nb2 O5 是提高耐水性的成分。Nb2 O5 的含量較佳為0%～25%、特別是1%～12%。若Nb2 O5 的含量過多，則玻璃的黏性變高，流動性變得容易降低。
Li2 O、Na2 O及K2 O是使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含量分別為0%～5%、0%～3%、特別是0%～未滿1%。
MgO、CaO、SrO及BaO是提高耐失透性的成分，卻是使軟化點上昇的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含量分別為0%～20%、0%～10%、特別是0%～5%。
碲系玻璃較佳為以莫耳%計而含有20%～80%的TeO2 、0%～25%的Nb2 O5 、0%～40%的過渡金屬氧化物作為玻璃組成。再者，於碲系玻璃的玻璃組成範圍的說明中，%的表達是指莫耳%。
TeO2 是玻璃形成成分，且是使玻璃低熔點化的成分。TeO2 的含量較佳為20%～80%、特別是40%～75%。
Nb2 O5 是提高耐水性的成分。Nb2 O5 的含量較佳為0%～25%、1%～20%、特別是5%～15%。若Nb2 O5 的含量過多，則玻璃的黏性變高，流動性變得容易降低。
過渡金屬氧化物是具有雷射吸收特性的成分，其含量較佳為0%～40%、5%～30%、特別是15%～25%。若過渡金屬氧化物的含量過多，則耐失透性變得容易降低。
過渡金屬氧化物中，CuO提高雷射吸收特性的效果高，提高熱穩定性的效果亦高。CuO的含量較佳為0%～40%、5%～30%、特別是15%～25%。若CuO的含量過多，則有損玻璃組成的成分平衡，耐失透性反而變得容易降低。
除所述成分以外，例如亦可添加以下的成分。
Li2 O、Na2 O及K2 O是使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含量分別為0%～5%、0%～3%、特別是0%～未滿1%。
MgO、CaO、SrO及BaO是提高耐失透性的成分，卻是使軟化點上昇的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含量分別為0%～20%、0%～10%、特別是0%～5%。
玻璃粉末的平均粒徑D50 較佳為未滿15 μm、0.5 μm～10 μm、特別是1 μm～5 μm。玻璃粉末的平均粒徑D50 越小，則玻璃粉末的軟化點越降低。此處，「平均粒徑D50 」是指藉由雷射繞射法以體積基準而測定的值。
作為耐火性填料粉末，較佳為選自堇青石、鋯英石、氧化錫、氧化鈮、磷酸鋯系陶瓷、矽鋅礦、β-鋰霞石、β-石英固溶體中的一種或兩種以上，特佳為β-鋰霞石或堇青石。該些耐火性填料粉末除熱膨脹係數低以外，機械強度高，而且與鉍系玻璃、銀磷酸系玻璃、碲系玻璃等的適合性良好。
耐火性填料粉末的平均粒徑D50 較佳為未滿2 μm、特別是0.1 μm以上且未滿1.5 μm。若耐火性填料粉末的平均粒徑D50 過大，則密封材料層的表面平滑性容易降低，並且密封材料層的平均厚度容易變大，結果，雷射密封精度容易降低。
耐火性填料粉末的99%粒徑D99 較佳為未滿5 μm、4 μm以下、特別是0.3 μm以上且3 μm以下。若耐火性填料粉末的99%粒徑D99 過大，則密封材料層的表面平滑性容易降低，並且密封材料層的平均厚度容易變大，結果，雷射密封精度容易降低。此處，「99%粒徑D99 」是指藉由雷射繞射法以體積基準而測定的值。
為了提高雷射吸收特性，密封材料層可進而包含雷射吸收材，雷射吸收材具有助長玻璃的失透的作用。若進而導入雷射吸收材，則密封材料層的雷射吸收特性過高，陶瓷基體與密封材料層的雷射吸收特性之差容易變大。因此，密封材料層中的雷射吸收材的含量較佳為10體積%以下、5體積%以下、1體積%以下、0.5體積%以下，特佳為實質上不含有。再者，作為雷射吸收材，可使用Cu系氧化物、Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物及該些的尖晶石型複合氧化物等。
密封材料層的熱膨脹係數較佳為55×10-7 /℃～110×10-7 /℃、60×10-7 /℃～100×10-7 /℃、特別是65×10-7 /℃～90×10-7 /℃。若如此，則密封材料層的熱膨脹係數與玻璃蓋或陶瓷基體的熱膨脹係數匹配，殘留於密封區域中的應力變小。再者，「熱膨脹係數」是於30℃～200℃的溫度範圍內，藉由推桿式熱膨脹係數測定（TMA）裝置而測定的值。
密封材料糊劑通常藉由利用三輥等將密封材料與媒劑加以混練並分散而製作。如所述般，媒劑包含有機樹脂與溶劑。有機樹脂是出於調整糊劑的黏性的目的而添加。
作為添加至媒劑中的有機樹脂，可使用丙烯酸酯（丙烯酸有機樹脂）、乙基纖維素、聚乙二醇衍生物、硝化纖維素、聚甲基苯乙烯、聚碳酸伸乙酯、聚碳酸伸丙酯、甲基丙烯酸酯等。作為用於媒劑中的溶劑，可使用N,N'-二甲基甲醯胺（dimethyl formamide，DMF）、α-萜品醇、高級醇、γ-丁內酯（γ-BL）、四氫萘、萜烯、丁基卡必醇乙酸酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單乙醚乙酸酯、苄醇、甲苯、3-甲氧基-3-甲基丁醇、三乙二醇單甲醚、三乙二醇二甲醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單丁醚、三丙二醇單甲醚、三丙二醇單丁醚、碳酸伸丙酯、二甲基亞碸（dimethyl sulfoxide，DMSO）、N-甲基-2-吡咯啶酮等。
密封材料糊劑於玻璃蓋上的塗佈可利用眾所周知的方法進行。例如可利用網版印刷、分配器塗佈等進行。塗佈膜的乾燥可為自然乾燥，但就乾燥效率的觀點而言，較佳為利用電爐、乾燥爐進行。
若藉由電爐等的整體加熱對乾燥膜進行脫脂處理，且於玻璃粉末的軟化點以上的溫度下加熱使其軟化流動，則可獲得表面平滑性高的密封材料層。
亦可藉由照射雷射光來對乾燥膜進行燒結處理。此時，較佳為對乾燥膜照射雷射光而形成密封材料層後，於（100℃以上且玻璃蓋的應變點以下）的溫度下對玻璃蓋進行熱處理。若如此，則可抑制玻璃蓋的熱衝擊，因此容易防止玻璃蓋的破裂。
密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率較佳為50%以上、65%以上、70%～95%、特別是75%～85%。若密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率過低，則密封材料層難以吸收雷射光，於雷射密封時密封材料層難以軟化流動。另一方面，若密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率過高，則於雷射密封時難以對陶瓷基體進行局部加熱，因此陶瓷基體與密封材料層的反應無法充分進行，雷射密封強度容易降低。
密封材料層的平均厚度較佳為未滿10.0 μm、特別是1.0 μm以上且未滿7.0 μm。密封材料層的平均厚度越小，則即便密封材料層、陶瓷基體及玻璃蓋的熱膨脹係數不匹配，亦可於雷射密封後減少殘留於密封區域的應力。另外，亦可提高雷射密封的精度。再者，作為如所述般地限制密封材料層的平均厚度的方法，可列舉將密封材料糊劑塗佈為薄的方法、對密封材料層的表面進行研磨處理的方法。
密封材料層的平均寬度較佳為未滿3500 μm、未滿1200 μm、特別是150 μm以上且未滿800 μm。若使密封材料層的平均寬度變窄，則於雷射密封後可減少殘留於密封區域的應力。進而可使陶瓷基體的框部的寬度變窄小，可擴大作為氣密封裝體的器件發揮功能的有效面積。
氣密封裝體的製造方法較佳為包括：準備具有基部與設於基部上的框部的陶瓷基體的步驟；準備玻璃蓋的步驟；以陶瓷基體的框部的頂部與玻璃蓋和密封材料層接觸的方式積層配置陶瓷基體與玻璃蓋的步驟；以及自玻璃蓋側照射雷射光，使密封材料層軟化變形，藉此對陶瓷基體與玻璃蓋進行氣密一體化來獲得氣密封裝體的步驟。
於設置積層配置陶瓷基體與玻璃蓋的步驟的步驟中，可將玻璃蓋配置於陶瓷基體的下方，但就雷射密封的效率的觀點而言，較佳為將玻璃蓋配置於陶瓷基體的上方。
於積層配置陶瓷基體與玻璃蓋時，較佳為以密封材料層於陶瓷基體的框部的頂部中位於寬度方向的中心線上的方式，接觸配置密封材料層與陶瓷基體的框部的頂部。若如此，則可提高雷射密封的精度。
作為自玻璃蓋側照射的雷射，可使用各種雷射。就容易操作的方面而言，特佳為半導體雷射、釔鋁石榴石（Yttrium-Aluminum-Garnet，YAG）雷射、CO2 雷射、準分子雷射、紅外雷射。
雷射密封時的雷射光的光束形狀並無特別限定。作為光束形狀，一般而言為圓形、橢圓形、矩形，但亦可為其他形狀。另外，雷射密封時的雷射光的光束直徑較佳為0.3 mm～3.5 mm。
進行雷射密封的環境並無特別限定，可為大氣環境，亦可為氮氣環境等惰性環境。
較佳為於進行雷射密封之前，於（100℃以上且內部元件的耐熱溫度以下的溫度）下對陶瓷基體進行預熱。藉此，可於雷射密封時阻礙朝陶瓷基體側的熱傳導，因此可高效地進行雷射密封。
較佳為以按壓玻璃蓋的狀態進行雷射密封。藉此可於雷射密封時促進密封材料層的軟化變形。
較佳為於積層配置陶瓷基體與玻璃蓋之前，進而包括將內部元件收納於陶瓷基體的框部內的步驟。藉此，可抑制內部元件的熱劣化。 [實施例]
以下，基於實施例而對本發明進行詳細說明。再者，以下的實施例僅為例示。本發明並不受以下的實施例任何限定。
（實施例1） 首先，準備具有基部與設於基部上的框部、且包含3質量%雷射吸收材的玻璃陶瓷基體（縱15 mm×橫15 mm，基部厚度0.5 mm，框部厚度1.0 mm，熱膨脹係數60×10-7 /℃，波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率為73%）。再者，「玻璃陶瓷」是使包含玻璃粉末與耐火性填料粉末的生片（green sheet）的積層片進行燒結而成。
其次，準備包含鹼硼矽酸玻璃的玻璃蓋（縱15 mm×橫15 mm×厚度0.3 mm，日本電氣硝子公司製造的BDA）。
另外，以鉍系玻璃粉末為68體積%、耐火性填料粉末為32體積%的比例加以混合而製作密封材料。此處，將鉍系玻璃粉末的平均粒徑D50 設為1.0 μm，將99%粒徑D99 設為2.8 μm，將耐火性填料粉末的平均粒徑D50 設為1.0 μm，將99%粒徑D99 設為2.8 μm。再者，鉍系玻璃以莫耳%計含有39%的Bi2 O3 、24.5%的B2 O3 、14.5%的ZnO、1.0%的Al2 O3 、20.5%的CuO、0.5%的Fe2 O3 作為玻璃組成。另外，耐火性填料粉末為β-鋰霞石。
測定所獲得的密封材料的熱膨脹係數，結果，其熱膨脹係數為66×10-7 /℃。再者，熱膨脹係數為藉由推桿式TMA裝置而測定者，其測定溫度範圍為30℃～200℃。
其次，沿著玻璃蓋的外周緣部，於玻璃蓋上對所述密封材料進行塗佈、乾燥、脫脂、燒結而形成密封材料層。若詳述，則首先以黏度成為90±20 Pa·s（25℃、剪切速率（Shear rate）：4）的範圍內的方式將所述的密封材料、媒劑及溶劑加以混練後，進一步藉由三輥研磨機進行混練直至粉末均勻分散，進行糊劑化而獲得密封材料糊劑。媒劑使用在二醇醚系溶劑中溶解有乙基纖維素有機樹脂者。其次，於玻璃蓋的外周緣部上，利用網版印刷機以框緣狀印刷密封材料糊劑。進而，於大氣環境下，以120℃乾燥10分鐘而獲得乾燥膜後，利用電爐進行加熱處理，藉此使乾燥膜進行脫脂、燒結，從而形成具有平均寬度約300 μm、平均厚度約5 μm的密封材料層。該密封材料層的波長808 nm、0.005 mm換算的光吸收率為75%。
最後，將使密封材料層燒結而成的玻璃蓋、與使雷射吸收材分散而成的玻璃陶瓷基體積層，自玻璃蓋側照射雷射光，使密封材料層軟化流動，並使玻璃蓋與玻璃陶瓷基體進行氣密一體化，藉此獲得氣密封裝體。再者，雷射輸出為10 W，掃描速度為15 mm/sec，光束直徑為ψ500 μm。
（實施例2） 除使用具有基部與設於基部上的框部、且包含3質量%雷射吸收材的氧化鋁陶瓷基體（縱15 mm×橫15 mm，基部厚度0.5 mm，框部厚度1.0 mm，熱膨脹係數70×10-7 /℃，波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率為75%）的方面，將雷射輸出設定為16 W的方面以外，與實施例1同樣地獲得氣密封裝體。
（比較例1） 除使用具有基部與設於基部上的框部、且不包含雷射吸收材的玻璃陶瓷基體（縱15 mm×橫15 mm，基部厚度0.5 mm，框部厚度1.0 mm，熱膨脹係數58×10-7 /℃，波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率為15%）的方面，將雷射輸出設定為14 W的方面以外，與實施例1同樣地獲得氣密封裝體。
（比較例2） 除使用具有基部與設於基部上的框部、且包含0.05質量%的雷射吸收材的氧化鋁陶瓷基體（縱15 mm×橫15 mm，基部厚度0.5 mm，框部厚度1.0 mm，熱膨脹係數69×10-7 /℃，波長808 nm、0.5 mm換算的光吸收率為34%）的方面，將雷射輸出設定為19 W的方面以外，與實施例1同樣地獲得氣密封裝體。
（評價） 對於實施例1、實施例2及比較例1、比較例2中獲得的氣密封裝體，觀察裂紋的有無，並且進行溫度循環試驗、高溫高濕高壓試驗。將其結果示於表1中。
[表1]
關於裂紋的有無，利用光學顯微鏡對所獲得的氣密封裝體，觀察密封材料層的附近，並進行評價。
關於溫度循環試驗，對於所獲得的氣密封裝體，於125℃⇔-55℃、1000個循環的條件下反覆進行溫度循環後，觀察密封材料層的附近並進行評價，將未觀察到變質、裂紋、剝離等者評價為「○」，將觀察到變質、裂紋、剝離等者評價為「×」。
關於高溫高濕高壓試驗：PCT（Pressure Cooker Test，壓力鍋試驗），對於所獲得的氣密封裝體，以121℃、濕度100%、2 atm、24小時的條件，並於高溫高濕高壓環境下保持後，觀察密封材料層的附近並進行評價，將未觀察到變質、裂紋、剝離等者評價為「○」，將觀察到變質、裂紋、剝離等者評價為「×」。
由表1可知，實施例1及實施例2中獲得的氣密封裝體中裂紋的有無、溫度循環試驗、高溫高濕高壓試驗的評價良好。另一方面，比較例1及比較例2中獲得的氣密封裝體中裂紋的有無、溫度循環試驗、高溫高濕高壓試驗的評價為不良。 [產業上之可利用性]
本發明的氣密封裝體適合於安裝有感測器晶片、LED等內部元件的氣密封裝體，除此以外亦可適合地適用於收納壓電振動元件或於有機樹脂中分散有量子點的波長轉換元件等的氣密封裝體等中。
1:氣密封裝體 10:玻璃蓋 11:陶瓷基體 12:基部 13:框部 14:內部元件 15:密封材料層 16:框部的頂部 17:雷射照射裝置 L:雷射光
圖1是用以說明本發明的氣密封裝體的形態的剖面概略圖。
1:氣密封裝體
10:玻璃蓋
11:陶瓷基體
12:基部
13:框部
14:內部元件
15:密封材料層
16:框部的頂部
17:雷射照射裝置
L:雷射光

Claims (5)

  1. 一種氣密封裝體，是將陶瓷基體與玻璃蓋藉由密封材料層加以氣密一體化而成，所述氣密封裝體的特徵在於：陶瓷基體為玻璃陶瓷、氧化鋁、氮化鋁的任一者、或該些的複合材料，陶瓷基體包含3質量%~10質量%的雷射吸收材，所述雷射吸收材包括選自Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物、Cu系氧化物及該些的尖晶石型複合氧化物中的至少一種，所述密封材料層含有65體積%~95體積%的鉍系玻璃粉末與5體積%~35體積%的耐火性填料粉末，陶瓷基體的波長808nm、0.5mm換算的光吸收率與密封材料層的波長808nm、0.005mm換算的光吸收率之差為30%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣密封裝體，其中陶瓷基體的波長808nm、0.5mm換算的總光線反射率為60%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣密封裝體，其中陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部，於所述框部的頂部與玻璃蓋之間具有密封材料層。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣密封裝體，其中密封材料層包含在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃與耐火性填料，且實質上不含雷射吸收材。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣密封裝體，於陶瓷基體的框部內收納有內部元件。
TW108131937A 2018-09-06 2019-09-04 氣密封裝體 TWI835845B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018166669A JP7168903B2 (ja) 2018-09-06 2018-09-06 気密パッケージ
JP2018-166669 2018-09-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202020101A TW202020101A (zh) 2020-06-01
TWI835845B true TWI835845B (zh) 2024-03-21

Family

ID=69721708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108131937A TWI835845B (zh) 2018-09-06 2019-09-04 氣密封裝體

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11398585B2 (zh)
JP (1) JP7168903B2 (zh)
KR (1) KR102633353B1 (zh)
CN (1) CN112640093A (zh)
TW (1) TWI835845B (zh)
WO (1) WO2020050031A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021199613A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 日本電気硝子株式会社 接合体の製造方法及び接合体
JP7487601B2 (ja) 2020-03-31 2024-05-21 日本電気硝子株式会社 接合体の製造方法
CN114300576A (zh) * 2021-12-27 2022-04-08 东莞先导先进科技有限公司 一种探测器的封装方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201810446A (zh) * 2016-06-10 2018-03-16 日本電氣硝子股份有限公司 氣密封裝體的製造方法及氣密封裝體
JP2018135246A (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 日本電気硝子株式会社 ビスマス系ガラス粉末、封着材料及び気密パッケージ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102471137B (zh) * 2009-07-31 2014-07-02 旭硝子株式会社 半导体器件用密封玻璃、密封材料、密封材料糊料以及半导体器件及其制造方法
EP2558426B1 (en) * 2010-04-15 2020-04-08 Ferro Corporation Low-melting lead-free bismuth sealing glasses
JP5516194B2 (ja) * 2010-07-29 2014-06-11 旭硝子株式会社 光加熱封着用ガラス、封着材料層付きガラス部材、及び電子デバイスとその製造方法
CN102893700A (zh) * 2010-10-01 2013-01-23 日本电气硝子株式会社 电气元件封装体
JP2013239609A (ja) 2012-05-16 2013-11-28 Asahi Glass Co Ltd 気密部材とその製造方法
JP2014027219A (ja) 2012-07-30 2014-02-06 Kyocera Corp 多数個取り配線基板、配線基板および多数個取り配線基板の製造方法
WO2014092013A1 (ja) * 2012-12-10 2014-06-19 旭硝子株式会社 封着材料、封着材料層付き基板、積層体および電子デバイス
JP2014236202A (ja) 2013-06-05 2014-12-15 旭硝子株式会社 発光装置
WO2015087812A1 (ja) * 2013-12-11 2015-06-18 旭硝子株式会社 発光ダイオードパッケージ用カバーガラス、封着構造体および発光装置
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
TWI686968B (zh) * 2015-02-26 2020-03-01 日商日本電氣硝子股份有限公司 氣密封裝及其製造方法
WO2017099022A1 (ja) 2015-12-10 2017-06-15 京セラ株式会社 センサ用基板およびセンサ装置
JP6690607B2 (ja) * 2016-08-03 2020-04-28 信越化学工業株式会社 合成石英ガラスリッド及び光学素子用パッケージ
JP6819933B2 (ja) * 2016-10-07 2021-01-27 日本電気硝子株式会社 気密パッケージ及びその製造方法
JP6913276B2 (ja) * 2017-01-26 2021-08-04 日本電気硝子株式会社 気密パッケージ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201810446A (zh) * 2016-06-10 2018-03-16 日本電氣硝子股份有限公司 氣密封裝體的製造方法及氣密封裝體
JP2018135246A (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 日本電気硝子株式会社 ビスマス系ガラス粉末、封着材料及び気密パッケージ

Also Published As

Publication number Publication date
CN112640093A (zh) 2021-04-09
KR20210049773A (ko) 2021-05-06
JP7168903B2 (ja) 2022-11-10
US11398585B2 (en) 2022-07-26
KR102633353B1 (ko) 2024-02-06
US20210328109A1 (en) 2021-10-21
JP2020043097A (ja) 2020-03-19
TW202020101A (zh) 2020-06-01
WO2020050031A1 (ja) 2020-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI726102B (zh) 氣密封裝體的製造方法及氣密封裝體
TWI835845B (zh) 氣密封裝體
WO2020071047A1 (ja) 気密パッケージ
JP6963214B2 (ja) ガラス粉末及びそれを用いた封着材料
TWI769209B (zh) 氣密封裝體
CN110249421B (zh) 气密封装体
WO2018216587A1 (ja) 気密パッケージの製造方法及び気密パッケージ
TWI790223B (zh) 氣密封裝體
TWI762584B (zh) 鉍系玻璃粉末、密封材料以及氣密封裝體
TWI750347B (zh) 覆蓋玻璃及氣密封裝
JP6944642B2 (ja) 気密パッケージの製造方法及び気密パッケージ
WO2020003989A1 (ja) 封着材料層付きガラス蓋の製造方法及び気密パッケージの製造方法
JP6922253B2 (ja) ガラス蓋
TW201908266A (zh) 附有密封材料層封裝基體之製造方法及氣密封裝之製造方法
TW202308061A (zh) 具密封材料層的玻璃基板、氣密封裝以及氣密封裝的製造方法
WO2018131471A1 (ja) 気密パッケージ及びガラス蓋
JP2023008800A (ja) 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
TW201842655A (zh) 覆蓋玻璃及使用此之氣密封裝