WO2022004390A1 - 蓋部材、蓋部材の製造方法、パッケージ、及びパッケージの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a lid member used for a package and a method for manufacturing the same.
- the present invention relates to a package including a lid member and a method for manufacturing the same.
- Patent Document 1 discloses a package in which a substrate and a lid member (window member) on which a metal layer is formed are joined by a metal-based joining material, and a method for manufacturing the same.
- a lid member on which a metal layer is formed and a substrate in which electronic components are housed in a recess are prepared, and the lid member is superposed on this substrate.
- a metal-based joining material preform
- the metal-based bonding material is heated while applying a load between the substrate and the lid member to bring it into a molten state.
- the metal-based bonding material is cooled and solidified while applying a load between the substrate and the lid member to bond the substrate and the lid member (see paragraph 0039 of the same document).
- the step of joining the substrate and the lid member is simplified by joining the metal-based joining material to the lid member in advance. May be changed.
- the difference in the thermal expansion coefficient between the metal bonding material and the lid member, or the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the lid member was generated in the lid member, and there was a risk that the lid member would be damaged.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is a technical subject to reduce damage to the lid member used for the package.
- the present invention is for solving the above-mentioned problems, and is a lid member for covering the substrate of the package, and overlaps the main body portion, the buffer film formed on the surface of the main body portion, and the buffer film.
- the joint portion comprises a metal-based joint material, and the buffer film includes an oxide film.
- the cushioning film formed on the surface of the main body can relieve the stress generated in the lid member when the joint is formed on the main body. As a result, damage to the lid member can be reduced.
- the Young's modulus of the material constituting the buffer film is preferably 250 GPa or less. If it is defined in this way, the cushioning property of the cushioning membrane can be enhanced, and the stress generated in the lid member can be relaxed.
- the buffer membrane is preferably a laminated membrane.
- the laminated film it is possible to more effectively relieve the stress generated in the lid member when the joint portion is formed on the main body portion. As a result, damage to the lid member can be reduced. In addition, the antireflection effect can be effectively obtained, and the light emission characteristics of the electronic component elements inside the package are improved.
- the buffer film preferably contains a silicon oxide film and a hafnium oxide film.
- the main body portion may be made of quartz or quartz glass.
- the present invention is for solving the above-mentioned problems, and is a method for manufacturing a lid member for covering a substrate of a package.
- the lid member includes a main body portion, and a cushioning film is provided on the surface of the main body portion.
- the buffer film is characterized by comprising a buffer film forming step of forming the buffer film and a bonding portion forming step of forming a bonding portion so as to overlap the buffer film after the buffer film forming step. do.
- the stress generated in the lid member in the joint portion forming step can be alleviated by the buffer film formed on the surface of the main body portion of the lid member in the buffer film forming step. As a result, damage to the lid member can be reduced.
- two or more types of buffer films may be laminated in the buffer film forming step.
- a silicon oxide film and a hafnium oxide film may be laminated as the buffer film in the buffer film forming step.
- the buffer film may be formed on the surface of the main body by a sputtering method or a vapor deposition method.
- the package according to the present invention is for solving the above-mentioned problems, and is characterized by including a substrate for accommodating electronic parts and the above-mentioned lid member.
- the cushioning film formed on the surface of the main body portion of the lid member can alleviate the stress generated in the lid member when the lid member is joined to the substrate. As a result, damage to the lid member can be reduced.
- the electronic component may be an LED for ultraviolet irradiation, and in this case, the transmittance of ultraviolet rays (wavelength 280 nm) of the buffer film may be 90% or more.
- the buffer film makes it possible to prevent the reflection of the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet irradiation LED.
- the method for manufacturing a package according to the present invention is for solving the above-mentioned problems, and is characterized by comprising a joining step of joining the above-mentioned lid member to a substrate accommodating an electronic component.
- the stress generated in the lid member in the joining process can be relieved by the buffer film formed on the surface of the main body portion of the lid member. As a result, damage to the lid member can be reduced.
- FIG. 1 to 11 show an embodiment of a lid member, a package, and a method for manufacturing the same according to the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a package according to the present invention.
- the package 1 includes a substrate 2, an electronic component 3 housed in the substrate 2, a lid member 4 that covers the substrate 2 and the electronic component 3, and a sealing portion 5 that airtightly joins the substrate 2 and the lid member 4. To prepare for.
- the substrate 2 and 3 show the substrate 2 before the lid member 4 is joined.
- the substrate 2 has a recess 2a for accommodating the electronic component 3, an end surface 2b joined to the lid member 4 by the sealing portion 5, and a metal layer 6 formed on the end surface 2b.
- Examples of the material of the substrate 2 include ceramics such as aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, and silicon nitride, glass ceramics obtained by mixing and sintering these ceramics and glass powder, Fe—Ni—Co alloy, and Cu—W alloy. , Kovar® and other alloys.
- the metal layer 6 has a frame shape surrounding the opening of the recess 2a.
- the metal layer 6 has a rectangular shape, but is not limited to this shape.
- the metal layer 6 may be configured in a circular shape so as to correspond to the shape of the recess 2a.
- the metal layer 6 includes three layers, a base layer, an intermediate layer, and a surface layer, in this order from the end face 2b side.
- the metal used for the base layer include Cr, Ta, W, Ti, Mo, Ni, Pt and the like.
- the metal used for the intermediate layer include Ni, Pt, Pd and the like.
- the metal used for the surface layer include Au, Sn, Ag, Ni, Pt and the like.
- the metal used for the metal layer 6 may be a simple substance or an alloy.
- Examples of the method for forming the metal layer 6 on the end face 2b of the substrate 2 include a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method using ion assist or ion plating, and a film forming method such as a CVD method.
- the electronic component 3 is fixed to the bottom surface of the recess 2a in the substrate 2.
- Examples of the electronic component 3 include optical devices such as a laser module, an LED light source, an optical sensor, an image pickup element, and an optical switch.
- the electronic component 3 may be a vibration sensor, an acceleration sensor, or the like. In the present embodiment, the case where the electronic component 3 is an LED for ultraviolet irradiation will be described as an example.
- the lid member 4 includes a main body portion 7, a buffer film 8 formed on a part of the main body portion 7, a metal layer 9, and a joint portion 10.
- the main body 7 is composed of a substrate having light transmission.
- the main body 7 is composed of a quartz substrate, quartz glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, a glass substrate containing various other glasses, a sapphire substrate, a resin substrate, and the like.
- a quartz substrate or a quartz glass substrate having high ultraviolet transparency is used for the main body 7 will be described.
- the thickness of the main body 7 is preferably in the range of 0.1 mm or more and 1 mm or less, more preferably in the range of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.
- the coefficient of thermal expansion of the main body 7 is smaller than the coefficient of thermal expansion of the joint 10.
- the coefficient of thermal expansion of the main body 7 is smaller than the coefficient of thermal expansion of the substrate 2.
- the surface of the main body 7 includes a first main surface 7a and a second main surface 7b located on the opposite side of the first main surface 7a.
- the first main surface 7a and the second main surface 7b have an area larger than the opening area of the recess 2a of the substrate 2.
- the buffer film 8 is for relaxing the stress generated in the lid member 4 when the substrate 2 and the lid member 4 are joined by the joining portion 10.
- the buffer film 8 is composed of an oxide film.
- the Young's modulus of the oxide constituting the buffer film 8 is preferably 250 GPa or less, more preferably 200 GPa or less, still more preferably 150 GPa or less, and particularly preferably 100 GPa or less.
- the buffer membrane 8 has a frame shape.
- the cushioning membrane 8 is formed in a rectangular shape, but is not limited to this shape, and may have a circular shape or other shape.
- the buffer film 8 is formed on the first main surface 7a of the main body 7.
- the buffer film 8 may be formed on the entire surface of the first main surface 7a of the main body 7, or may be formed on a part of the first main surface 7a.
- the buffer film 8 is a multilayer including a silicon oxide film (SiO 2 ) 11a, 11b as a first film and a hafnium oxide film (HfO 2 ) 12a, 12b as a second film. It has a membrane structure.
- the material of the cushioning membrane 8 is not limited to this embodiment.
- the Young's modulus of silicon oxide constituting the silicon oxide films 11a and 11b in the buffer film 8 is 73 GPa.
- the Young's modulus of hafnium oxide constituting the hafnium oxide films 12a and 12b in the buffer film 8 is 55 GPa.
- a buffer film 8 laminated film in which two layers of silicon oxide films 11a and 11b and two layers of hafnium oxide films 12a and 12b are alternately laminated is exemplified.
- the structure of the membrane in the buffer film 8 (the number of each membrane and the order of stacking) is not limited to this embodiment.
- the total number of the silicon oxide films 11a and 11b and the hafnium oxide films 12a and 12b is 4 or more, preferably 16 or more.
- the thickness of the buffer membrane 8 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and more preferably 0.2 ⁇ m or more and 0.8 ⁇ m or less. If the lower limit is defined in this way, the cushioning property of the buffer film 8 can be further enhanced, and the effect of alleviating the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the joint portion 10 and the lid member 4 can be obtained. Further, if the upper limit is specified in this way, the manufacturing cost of the buffer membrane 8 can be reduced.
- the thickness of the silicon oxide films 11a and 11b is preferably 0.01 ⁇ m or more and 0.07 ⁇ m or less, and more preferably 0.015 ⁇ m or more and 0.065 ⁇ m or less.
- the thickness of the hafnium oxide films 12a and 12b is preferably 0.001 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and more preferably 0.002 ⁇ m or more and 0.8 ⁇ m or less.
- the cushioning film 8 also functions as an antireflection film for preventing the reflection of ultraviolet rays. That is, in the buffer film 8, low refractive index layers (silicon oxide films 11a and 11b in this embodiment) and high refractive index layers (hafnium oxide films 12a and 12b in this embodiment) are alternately laminated. It has a multi-layered structure.
- the transmittance of the ultraviolet rays (wavelength 280 nm) of the buffer film 8 is preferably 90% or more.
- the refractive index of ultraviolet rays (wavelength 280 nm) in the low refractive index layer is 1.4 or more and 1.7 or less.
- the refractive index of ultraviolet rays (wavelength 280 nm) in the high refractive index layer is 1.8 or more and 2.5 or less.
- the laminated buffer film 8 can enhance the effect as an antireflection film of ultraviolet rays.
- the refractive index of ultraviolet rays in the silicon oxide films 11a and 11b of the buffer film 8 exemplified in this embodiment is 1.5.
- the refractive index of ultraviolet rays in the hafnium oxide films 12a and 12b of the buffer film 8 is 2.1.
- the metal layer 9 has a quadrangular frame shape so as to correspond to the shape of the metal layer 6 of the substrate 2.
- the shape of the metal layer 9 is not limited to this embodiment.
- the metal layer 9 may have a circular shape or other various frame shapes. If an attempt is made to directly form a metal-based bonding material, which will be described later, on a buffer film 8 made of an oxide film formed on the main body 7 of the lid member 4, the metal-based bonding material has poor wettability. It is difficult to form the joint portion 10 well. Therefore, in order to improve the wettability of the metal-based bonding material, it is preferable to form the metal layer 9 on the buffer film 8 formed on the main body 7 of the lid member 4. By doing so, the joint portion 10 can be effectively formed on the lid member 4.
- the metal layer 9 is formed so as to overlap the buffer film 8.
- the metal layer 9 includes three layers of a base layer 13, an intermediate layer 14, and a surface layer 15 in this order from the buffer film 8 side of the main body 7.
- Examples of the metal used for the base layer 13 include Cr, Ta, W, Ti, Mo, Ni, Pt and the like. When Cr is used for the base layer 13, the Young's modulus of the base layer 13 is 279 GPa.
- Examples of the metal used for the intermediate layer 14 include Ni, Pt, Pd and the like.
- Examples of the metal used for the surface layer 15 include Au, Sn, Ag, Ni, Pt and the like.
- the metal used for the metal layer 9 may be a simple substance or an alloy.
- the joint portion 10 has a quadrangular frame shape so as to correspond to the shapes of the cushioning film 8 and the metal layer 9.
- the shape of the joint portion 10 is not limited to this embodiment, and may be a circular shape or other various frame shapes.
- the joint portion 10 is configured in a layered manner so as to overlap the surface layer 15 of the metal layer 9.
- the joint portion 10 is made of a metal-based joint material.
- the metal-based bonding material commercially available materials such as solder materials and brazing materials can be used.
- the metal-based bonding material include Au—Sn alloys, Pb—Sn alloys, Au—Ge alloys and the like. In this embodiment, a case where an Au—Sn alloy is used as a metal-based bonding material will be described.
- the sealing portion 5 is formed by integrally joining the metal layer 6 of the substrate 2 and the metal layer 9 of the lid member 4 at the joining portion 10.
- the method for manufacturing the lid member 4 includes a preparation step S1, a buffer film forming step S2, a metal layer forming step S3, a joint forming portion forming step S4, and a cutting step S5.
- a large substrate 16 capable of forming a plurality of lid members 4 is prepared.
- the substrate 16 capable of forming the four lid members 4 (main body portion 7) is exemplified, but the size of the substrate 16 is not limited to the present embodiment.
- the substrate 16 is a base material of the main body 7 of the lid member 4, and is made of the same material as the main body 7. Therefore, the substrate 16 can be regarded as having a plurality of main body portions 7 integrally configured.
- a plurality of buffer films 8 are formed on the substrate 16.
- the buffer film 8 is formed on one surface 16a (corresponding to the first main surface 7a of the main body 7) of the substrate 16.
- the plurality of buffer films 8 are formed on the substrate 16 at predetermined intervals.
- the buffer film 8 is formed by alternately laminating and forming the silicon oxide films 11a and 11b and the hafnium oxide films 12a and 12b.
- the method for forming the buffer film 8 include a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method using ion assist or ion plating, and a film formation method of the CVD method.
- the metal layer 9 is formed so as to overlap the buffer film 8.
- the method for forming the metal layer 9 include a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method using ion assist or ion plating, and a film formation method of a CVD method.
- the joint portion 10 is formed so as to overlap the metal layer 9.
- the joint portion 10 has, for example, a step of applying a paste-like metal-based joint material so as to be overlapped with the metal layer 9 (coating step).
- Specific examples of the coating process include a printing method using a mask (screen printing method), a coating method using a dispenser, and the like.
- the joint portion forming step S4 is not limited to this embodiment.
- a molded body of a metal-based joint material previously formed into a predetermined frame shape may be arranged so as to overlap the metal layer 9 of the first main surface 7a of the main body portion 7.
- the heat treatment step includes a heating step and a cooling step.
- the metal-based bonding material can be melted by heating the main body 7 using a heating device such as a reflow furnace.
- the heating step may be carried out, for example, in a state where the furnace is filled with nitrogen.
- the main body 7 is heated to a temperature of 300 ° C. or higher.
- the cooling step preferably includes slow cooling in which the temperature is maintained in a temperature range of 150 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for a time of 2 minutes or longer and 30 minutes or shorter.
- stress is generated in the lid member 4 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the main body portion 7 and the joint portion 10, and the buffer film 8 can relieve this stress.
- the package substrate 16 in which a plurality of buffer films 8, a plurality of metal layers 9, and a plurality of joint portions 10 are laminated is completed.
- the substrate 16 is cut along the planned cutting line CL shown in FIG. 10 by a known cutting method using a cutting blade, a laser, or the like. As a result, a plurality of lid members 4 are manufactured.
- This method includes a joining step of joining the lid member 4 manufactured as described above to the end face 2b of the substrate 2.
- the lid member 4 is superposed on the substrate 2. Specifically, the first main surface 7a of the main body 7 of the lid member 4 is opposed to the substrate 2, and the joint 10 is brought into contact with the metal layer 6 of the end surface 2b of the substrate 2. Then, the metal layer 6 and the joint portion 10 are pressed and heated (heating step). As a result, the metal-based joint material of the joint portion 10 is in a molten state.
- the molten metal-based joint material is solidified by cooling (cooling step).
- cooling step stress is generated in the lid member 4 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate 2 and the main body 7 of the lid member 4.
- the buffer membrane 8 is deformed so as to relieve this stress.
- the sealing portion 5 is formed in which the bonding portion 10 integrally joins the metal layer 6 of the substrate 2 and the metal layer 9 of the main body portion 7.
- the package 1 in which the airtightness of the recess 2a of the substrate 2 is maintained is completed.
- the joint portion forming step S4 is formed by forming the buffer film 8 on the first main surface 7a of the main body portion 7 of the lid member 4. , And the stress generated in the lid member 4 during cooling in the joining process can be relaxed. As a result, damage to the lid member 4 can be reduced.
- the difference in the coefficient of thermal expansion between the joint 10 and the main body 7 and the difference in the coefficient of thermal expansion between the base 2 and the main body 7 are large. It will be significantly larger. Even in such a case, it is possible to effectively reduce the damage of the lid member 4 by relaxing the stress generated in the lid member 4 by the buffer film 8 having a Young's modulus smaller than that of the metal layer 9. be.
- the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and is not limited to the above-mentioned action and effect.
- the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.
- the buffer film 8 that also functions as an antireflection film for ultraviolet rays is exemplified, but the present invention is not limited to this configuration.
- the buffer film 8 does not have to have an ultraviolet reflection antireflection function.
- the hafnium oxide films 12a and 12b are exemplified as the second film in the buffer film 8, but the present invention is not limited to this configuration.
- the second film (high refractive index layer) of the buffer film 8 may be composed of an oxide film containing, for example, any one of titanium, niobium, and tantalum.
- a step of forming a plurality of buffer films 8, a metal layer 9, and a joint portion 10 on a substrate 16 capable of manufacturing a plurality of lid members 4 has been shown, but the present invention is limited to this configuration. Not done.
- a buffer film 8 or the like may be formed on each main body portion 7.
- the cutting step S5 for cutting the substrate 16 along the planned cutting line CL has been exemplified, but the present invention is not limited to this configuration.
- the substrate 16 on which the plurality of buffer films 8, the metal layer 9, and the joint portion 10 are formed may be used as the lid member 4 without cutting.
- the substrate 16 itself becomes the main body 7 of the lid member 4.
- the buffer film 8 formed by laminating two types of films (silicon oxide films 11a and 11b and hafnium oxide films 12a and 12b) is exemplified, but the present invention is not limited to this configuration and other Seed membranes may be added. That is, the buffer film 8 may be a laminated film formed by laminating two or more kinds of films.
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Abstract
蓋部材4は、本体部7と、本体部7の表面7aに形成される緩衝膜8と、緩衝膜8に重なるように形成される接合部10と、を備える。接合部10は、金属系接合材を含む。緩衝膜8は、酸化膜を含む。
Description
本発明は、パッケージに用いられる蓋部材及びその製造方法に関する。本発明は、蓋部材を備えるパッケージ及びその製造方法に関する。
電子部品を収容するパッケージとして、凹部を有する基体と、凹部に収容された電子部品を覆うように基体に重ねられる蓋部材とを備えるものがある。一例として、特許文献1には、基体と金属層が形成された蓋部材(窓部材)とを金属系接合材によって接合してなるパッケージ及びその製造方法が開示されている。
パッケージを製造するには、まず、金属層が形成された蓋部材と凹部に電子部品が収容された基体を用意し、この基体に蓋部材を重ね合わせる。この場合において、基体と蓋部材との間に、金属系接合材(プリフォーム)を配置する。次に、基体と蓋部材の間で荷重をかけながら金属系接合材を加熱して溶融状態とする。その後、基体と蓋部材の間で荷重をかけながら金属系接合材を冷却して固化させることで、基体と蓋部材とを接合する(同文献の段落0039参照)。
上記の製造方法の他、金属系接合材を用いて基体に蓋部材を接合する場合、蓋部材に金属系接合材を予め接合しておくことで、基体と蓋部材とを接合する工程を簡略化してもよい。
従来のパッケージの製造方法では、金属系接合材を加熱して溶融させた後の冷却工程において、金属接合材と蓋部材の熱膨張係数の差、或いは基体と蓋部材との熱膨張係数の差に起因して、蓋部材に応力が発生し、蓋部材に破損が発生するおそれがあった。
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、パッケージに使用される蓋部材の破損を低減することを技術的課題とする。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、パッケージの基体を覆うための蓋部材であって、本体部と、前記本体部の表面に形成される緩衝膜と、前記緩衝膜に重なるように形成される接合部と、を備え、前記接合部は、金属系接合材を含み、前記緩衝膜は、酸化膜を含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、本体部の表面に形成された緩衝膜によって、接合部を本体部に形成する際に蓋部材に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材の破損を低減することができる。
前記緩衝膜を構成する材料のヤング率は、250GPa以下であることが好ましい。このように規定すれば、前記緩衝膜の緩衝性を高めることができ、蓋部材に発生する応力を緩和することができる。
前記緩衝膜は、積層膜であることが好ましい。積層した膜であれば、接合部を本体部に形成する際に、更に効果的に、蓋部材に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材の破損を低減することができる。また、効果的に反射防止効果を得ることができ、パッケージ内部の電子部品素子の発光特性が改善する。
上記構成の蓋部材において、前記緩衝膜は、酸化シリコン膜及び酸化ハフニウム膜を含むことが好ましい。
上記構成の蓋部材において、前記本体部は、石英又は石英ガラスにより構成されてもよい。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、パッケージの基体を覆うための蓋部材を製造する方法であって、前記蓋部材は、本体部を備え、前記本体部の表面に緩衝膜を形成する緩衝膜形成工程と、前記緩衝膜形成工程後に、前記緩衝膜に重なるように接合部を形成する接合部形成工程と、を備え、前記緩衝膜は、酸化膜を含むことを特徴とする。
かかる構成によれば、緩衝膜形成工程において蓋部材における本体部の表面に形成された緩衝膜によって、接合部形成工程において蓋部材に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材の破損を低減することができる。
上記の蓋部材の製造方法において、前記緩衝膜形成工程では、二種以上の緩衝膜を積層してもよい。
上記の蓋部材の製造方法において、前記緩衝膜形成工程では、前記緩衝膜として、酸化シリコン膜及び酸化ハフニウム膜を積層してもよい。
前記緩衝膜形成工程では、スパッタリング法又は蒸着法により前記緩衝膜を前記本体部の前記表面に形成してもよい。
本発明に係るパッケージは上記の課題を解決するためのものであり、電子部品を収容する基体と、上記した蓋部材と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、蓋部材における本体部の表面に形成された緩衝膜によって、蓋部材を基体に接合する際に蓋部材に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材の破損を低減することができる。
上記のパッケージにおいて、前記電子部品は、紫外線照射用LEDであってもよく、この場合、前記緩衝膜の紫外線(波長280nm)の透過率は、90%以上であってもよい。
かかる構成によれば、緩衝膜によって、紫外線照射用LEDから照射された紫外線の反射を防止することが可能となる。
本発明に係るパッケージの製造方法は、上記の課題を解決するためのものであり、電子部品を収容する基体に、上記の蓋部材を接合する接合工程を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、蓋部材の本体部の表面に形成された緩衝膜によって、接合工程において蓋部材に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材の破損を低減することができる。
本発明によれば、パッケージに使用される蓋部材の破損を低減することができる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図1乃至図11は、本発明に係る蓋部材、パッケージ及びその製造方法の一実施形態を示す。
図1は、本発明に係るパッケージの一例を示す断面図である。パッケージ1は、基体2と、基体2に収容される電子部品3と、基体2及び電子部品3を覆う蓋部材4と、基体2と蓋部材4とを気密に接合する封止部5と、を備える。
図2及び図3は、蓋部材4が接合される前の基体2を示す。基体2は、電子部品3を収容する凹部2aと、封止部5によって蓋部材4と接合される端面2bと、端面2bに形成される金属層6とを有する。
基体2の材質としては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、これらセラミックスとガラス粉末が混合焼結されて成るガラスセラミックス、Fe-Ni-Co合金、Cu-W合金、Kovar(登録商標)等の合金等が挙げられる。
後述する金属系の接合材を、基体2の端面2bに、直接、接合しようとすると、金属系接合材の濡れ性が悪いため、良好に接合部10を形成することが困難である。そこで、金属系接合材の濡れ性を改善するため、基体2の端面2bに、金属層6を形成することが好ましい。このようにすれば、基体2の端面2bに、接合部10を効果的に形成できる。
図2に示すように、金属層6は、凹部2aの開口部を囲む枠形状を有する。金属層6は、四角形状とされているが、この形状に限定されるものではない。例えば凹部2aの開口部が円形である場合、金属層6は、凹部2aの形状に対応するように、円形状に構成されてもよい。
金属層6は、端面2b側から順に下地層、中間層、及び表層の三層を含む。下地層に用いられる金属としては、例えば、Cr、Ta、W、Ti、Mo、Ni、Pt等が挙げられる。中間層に用いられる金属としては、例えば、Ni、Pt、Pd等が挙げられる。表層に用いられる金属としては、例えば、Au、Sn、Ag、Ni、Pt等が挙げられる。金属層6に用いられる金属は、単体であってもよいし、合金であってもよい。
金属層6を基体2の端面2bに形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びCVD法等の成膜法が挙げられる。
電子部品3は、基体2における凹部2aの底面に固定されている。電子部品3の例としては、レーザーモジュール、LED光源、光センサ、撮像素子、光スイッチ等の光学デバイスが挙げられる。電子部品3は、振動センサ、加速度センサ等であってもよい。本実施形態では、電子部品3が紫外線照射用LEDである場合を一例として説明する。
図4乃至図6は、基体2に接合される前の蓋部材4を示す。蓋部材4は、本体部7と、本体部7の一部に形成される緩衝膜8と、金属層9と、接合部10と、を備える。
本体部7は、光透過性を有する基板により構成される。具体的には、本体部7は、石英基板、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、その他の各種ガラスを含むガラス基板、サファイア基板、樹脂基板等により構成される。本実施形態では、高い紫外線透過性を有する石英基板又は石英ガラス基板が本体部7に用いられる場合について説明する。
本体部7の厚さは、0.1mm以上、1mm以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.2mm以上、0.5mm以下の範囲内である。本体部7の熱膨張係数は、接合部10の熱膨張係数よりも小さい。本体部7の熱膨張係数は、基体2の熱膨張係数よりも小さい。
図1、図4及び図5に示すように、本体部7の表面は、第一主面7aと、第一主面7aの反対側に位置する第二主面7bと、を含む。第一主面7a及び第二主面7bは、基体2の凹部2aの開口面積よりも大きな面積を有する。
緩衝膜8は、基体2と蓋部材4とを接合部10によって接合する際に、蓋部材4に発生する応力を緩和するためのものである。緩衝膜8は、酸化膜により構成される。
緩衝膜8を構成する酸化物のヤング率は、好ましくは250GPa以下、より好ましくは200GPa以下、更に好ましくは150GPa以下、特に好ましくは100GPa以下である。このように上限を規定すれば、緩衝膜8の緩衝性を高めることができ、接合部10と蓋部材4の熱膨張係数の違いに起因する応力を緩和する効果を得られる。
図4に示すように、緩衝膜8は、枠形状を有する。緩衝膜8は、四角形状に構成されるが、この形状に限定されず、円形状その他の形状であってもよい。図4及び図5に示すように、緩衝膜8は、本体部7の第一主面7aに形成されている。緩衝膜8は、本体部7の第一主面7aの全面に形成してもよく、第一主面7aの一部に形成してもよい。
図6に示すように、緩衝膜8は、第一の膜としての酸化シリコン膜(SiO2)11a,11bと、第二の膜としての酸化ハフニウム膜(HfO2)12a,12bとを含む多層膜構造を有する。緩衝膜8の材質は、本実施形態に限定されない。なお、緩衝膜8における酸化シリコン膜11a,11bを構成する酸化シリコンのヤング率は、73GPaである。緩衝膜8における酸化ハフニウム膜12a,12bを構成する酸化ハフニウムのヤング率は、55GPaである。
本実施形態では、二層の酸化シリコン膜11a,11bと、二層の酸化ハフニウム膜12a,12bとが交互に積層された緩衝膜8(積層膜)を例示する。緩衝膜8における膜の構成(各膜の数や積層順)は、本実施形態に限定されない。酸化シリコン膜11a,11bの数と、酸化ハフニウム膜12a,12bの数の合計は、4以上、好ましくは16以上である。
緩衝膜8の厚さは、好ましくは0.1μm以上1μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上0.8μm以下である。このように下限を規定すれば、緩衝膜8の緩衝性を更に高めることができ、接合部10と蓋部材4の熱膨張係数の違いに起因する応力を緩和する効果を得られる。また、このように上限を規定すれば、緩衝膜8の製造コストを下げることができる。酸化シリコン膜11a,11bの厚さは、好ましくは0.01μm以上0.07μm以下であり、より好ましくは、0.015μm以上0.065μm以下である。酸化ハフニウム膜12a,12bの厚さは、好ましくは0.001μm以上1μm以下であり、より好ましくは、0.002μm以上0.8μm以下である。
電子部品3が紫外線照射用LEDである場合、緩衝膜8は、紫外線の反射を防止する反射防止膜としても機能する。すなわち、緩衝膜8は、低屈折率層(本実施形態においては酸化シリコン膜11a,11b)と、高屈折率層(本実施形態においては酸化ハフニウム膜12a,12b)とを交互に積層してなる多層構造を有する。緩衝膜8の紫外線(波長280nm)の透過率は、90%以上であることが好ましい。
低屈折率層における紫外線(波長280nm)の屈折率は、1.4以上1.7以下である。高屈折率層における紫外線(波長280nm)の屈折率は、1.8以上2.5以下である。このように規定すると、積層された緩衝膜8は、紫外線の反射防止膜としての効果を高めることができる。なお、本実施形態で例示する緩衝膜8の酸化シリコン膜11a,11bにおける紫外線の屈折率は、1.5である。緩衝膜8の酸化ハフニウム膜12a,12bにおける紫外線の屈折率は、2.1である。
図4に示すように、金属層9は、基体2の金属層6の形状に対応するように、四角形の枠形状を有する。金属層9の形状は本実施形態に限定されない。金属層9は、円形状その他の各種枠形状を有してもよい。後述する金属系の接合材を、蓋部材4の本体部7に形成されている酸化膜からなる緩衝膜8の上に、直接、形成しようとすると、金属系接合材の濡れ性が悪いため、良好に接合部10を形成することが困難である。そこで、金属系接合材の濡れ性を改善するため、蓋部材4の本体部7に形成される緩衝膜8の上に、金属層9を形成することが好ましい。このようにすれば蓋部材4の上に、接合部10を効果的に形成できる。
図4及び図5に示すように、金属層9は、緩衝膜8に重なるように形成されている。図6に示すように、金属層9は、本体部7の緩衝膜8側から順に、下地層13、中間層14、及び表層15の三層を含む。
下地層13に用いられる金属としては、例えば、Cr、Ta、W、Ti、Mo、Ni、Pt等が挙げられる。下地層13にCrが用いられる場合、下地層13のヤング率は、279GPaである。中間層14に用いられる金属としては、例えば、Ni、Pt、Pd等が挙げられる。表層15に用いられる金属としては、例えば、Au、Sn、Ag、Ni、Pt等が挙げられる。金属層9に用いられる金属は、単体であってもよいし、合金であってもよい。
図4に示すように、接合部10は、緩衝膜8及び金属層9の形状に対応するように、四角形の枠形状を有する。接合部10の形状は本実施形態に限定されず、円形その他の各種枠形状であってもよい。図5及び図6に示すように、接合部10は、金属層9の表層15に重なるように層状に構成される。
接合部10は、金属系接合材により構成される。金属系接合材としては、半田材やろう材として市販されるものを用いることができる。金属系接合材としては、例えば、Au-Sn合金、Pb-Sn合金、Au-Ge合金等が挙げられる。本実施形態では、金属系接合材としてAu-Sn合金が使用される場合について説明する。
封止部5は、基体2の金属層6と蓋部材4の金属層9とを接合部10で一体に接合することにより形成される。
以下、蓋部材4を製造する方法について説明する。図7に示すように、蓋部材4の製造方法は、準備工程S1と、緩衝膜形成工程S2と、金属層形成工程S3と、接合部形成工程S4と、切断工程S5と、を備える。
図8に示すように、準備工程S1では、蓋部材4を複数形成することが可能な大型の基板16が用意される。本実施形態では、4枚の蓋部材4(本体部7)を形成することが可能な基板16を例示するが、基板16の大きさは本実施形態に限定されない。基板16は、蓋部材4の本体部7の母材であり、本体部7と同じ材料により構成される。このため、基板16は、複数の本体部7が一体に構成されたものと見做すことができる。
図8に示すように、緩衝膜形成工程S2では、基板16に複数の緩衝膜8が形成される。緩衝膜8は、基板16における一方の面16a(本体部7の第一主面7aに相当)に形成される。複数の緩衝膜8は所定の間隔をおいて基板16に形成される。
緩衝膜形成工程S2では、酸化シリコン膜11a,11bと酸化ハフニウム膜12a,12bとが交互に積層形成されることにより、緩衝膜8が形成される。緩衝膜8を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びCVD法の成膜法が挙げられる。
図9に示すように、金属層形成工程S3では、緩衝膜8に重なるように、金属層9が形成される。金属層9を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びCVD法の成膜法が挙げられる。
図10に示すように、接合部形成工程S4では、金属層9に重なるように、接合部10が形成される。接合部10は、例えばペースト状の金属系接合材を金属層9に重ねるように塗布する工程を有する(塗布工程)。塗布工程の具体例としては、マスクを用いた印刷法(スクリーン印刷法)、ディスペンサを用いた塗布法等が挙げられる。
接合部形成工程S4は、本実施形態に限定されない。接合部形成工程S4では、例えば、予め所定の枠形状に形成した金属系接合材の成形体を、本体部7の第一主面7aの金属層9に重なるように配置してもよい。
接合部10に係る金属系接合材が本体部7の第一主面7aに塗布されると、この金属系接合材を第一主面7aの金属層9に固定するための熱処理工程が実行される。熱処理工程は、加熱工程と、冷却工程とを備える。
加熱工程では、本体部7をリフロー炉等の加熱装置を用いて加熱することで、金属系接合材を溶融させることができる。加熱工程は、例えば炉内に窒素を充填した状態で実施してもよい。加熱工程において、本体部7は、300℃以上の温度に加熱される。
冷却工程において、本体部7の第一主面7a上で溶融した金属系接合材は、冷却されることで固化する。冷却工程は、150℃以上300℃以下の温度範囲、2分間以上30分間以下の時間の条件で温度を維持する徐冷を含むことが好ましい。冷却工程において、本体部7と接合部10との熱膨張係数の差により、蓋部材4に応力が発生するが、緩衝膜8は、この応力を緩和することができる。
以上により、複数の緩衝膜8、複数の金属層9及び複数の接合部10が積層されてなるパッケージ用基板16が完成する。切断工程S5において、この基板16は、切断刃や、レーザー等を用いた公知の切断法により、図10に示す切断予定線CLに沿って切断される。これにより、複数の蓋部材4が製造される。
次に、パッケージ1の製造方法について説明する。本方法は、上記のように製造された蓋部材4を基体2の端面2bに接合する接合工程を備える。
図11に示すように、接合工程では、蓋部材4が基体2に重ねられる。具体的には、蓋部材4の本体部7の第一主面7aを基体2に対向させ、接合部10を基体2の端面2bの金属層6に接触させる。その後、金属層6と接合部10とを圧接させた状態で加熱する(加熱工程)。これにより、接合部10の金属系接合材が溶融した状態となる。
その後、溶融した金属系接合材を冷却することにより固化させる(冷却工程)。冷却工程において、基体2と蓋部材4の本体部7との熱膨張係数の差に起因して、蓋部材4に応力が発生することとなる。この場合において、緩衝膜8は、この応力を緩和するように変形する。
冷却工程が終了すると、接合部10が基体2の金属層6と本体部7の金属層9とを一体に接合してなる封止部5が形成される。以上により、基体2の凹部2aの気密性が保たれたパッケージ1が完成する。
以上説明した本実施形態に係るパッケージ1、蓋部材4及びその製造方法によれば、蓋部材4における本体部7の第一主面7aに緩衝膜8を形成することで、接合部形成工程S4、及び接合工程における冷却時に蓋部材4に発生する応力を緩和することができる。これにより、蓋部材4の破損を低減することができる。
蓋部材4の本体部7に石英基板又は石英ガラス基板を用いた場合には、接合部10と本体部7の熱膨張係数の差、及び基体2と本体部7との熱膨張係数の差が顕著に大きくなる。このような場合であっても、金属層9よりもヤング率の小さな緩衝膜8によって蓋部材4に発生する応力を緩和することで、蓋部材4の破損を効果的に低減することが可能である。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記の実施形態では、紫外線の反射防止膜としても機能する緩衝膜8を例示したが、本発明は、この構成に限定されない。緩衝膜8は、紫外線の反射防止機能を有していなくてもよい。
上記の実施形態では、緩衝膜8における第二の膜として酸化ハフニウム膜12a,12bを例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。緩衝膜8の第二の膜(高屈折率層)は、例えばチタン、ニオブ、タンタルのいずれか一種を含む酸化膜により構成されてもよい。
上記の実施形態では、複数の蓋部材4を製造することが可能な基板16に複数の緩衝膜8、金属層9及び接合部10を形成する工程を示したが、本発明はこの構成に限定されない。本発明は、基板16を切断することによって複数の本体部7を形成した後に、各本体部7に緩衝膜8等を形成してもよい。
上記の実施形態では、基板16を切断予定線CLに沿って切断する切断工程S5を例示したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば複数の緩衝膜8、金属層9及び接合部10が形成された基板16を切断することなく蓋部材4として使用してもよい。この場合、基板16自体がこの蓋部材4の本体部7となる。この蓋部材4を複数の凹部2aを有する基体2に接合することで、複数の電子部品3を備えるパッケージを製造することができる。このパッケージは、接合工程後に、複数の電子部品を個別に分割するように切断されてもよい。
上記の実施形態では、二種(酸化シリコン膜11a,11b及び酸化ハフニウム膜12a,12b)の膜を積層してなる緩衝膜8を例示したが、本発明は、この構成に限定されず、他種の膜が追加されてもよい。すなわち、緩衝膜8は二種以上の膜を積層してなる積層膜であってもよい。
1 パッケージ
2 基体
3 電子部品
4 蓋部材
7 本体部
7a 第一主面
8 緩衝膜
10 接合部
11a 酸化シリコン膜
11b 酸化シリコン膜
12a 酸化ハフニウム膜
12b 酸化ハフニウム膜
S2 緩衝膜形成工程
S4 接合部形成工程
2 基体
3 電子部品
4 蓋部材
7 本体部
7a 第一主面
8 緩衝膜
10 接合部
11a 酸化シリコン膜
11b 酸化シリコン膜
12a 酸化ハフニウム膜
12b 酸化ハフニウム膜
S2 緩衝膜形成工程
S4 接合部形成工程
Claims (12)
- パッケージの基体を覆うための蓋部材であって、
本体部と、前記本体部の表面に形成される緩衝膜と、前記緩衝膜に重なるように形成される接合部と、を備え、
前記接合部は、金属系接合材を含み、
前記緩衝膜は、酸化膜を含むことを特徴とする蓋部材。 - 前記緩衝膜を構成する材料のヤング率は、250GPa以下である請求項1に記載の蓋部材。
- 前記緩衝膜は、積層膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓋部材。
- 前記緩衝膜は、酸化シリコン膜及び酸化ハフニウム膜を含む請求項1から3のいずれか一項に記載の蓋部材。
- 前記本体部は、石英又は石英ガラスにより構成される請求項1から4のいずれか一項に記載の蓋部材。
- パッケージの基体を覆うための蓋部材を製造する方法であって、
前記蓋部材は、本体部を備え、
前記本体部の表面に緩衝膜を形成する緩衝膜形成工程と、前記緩衝膜形成工程後に、前記緩衝膜に重なるように接合部を形成する接合部形成工程と、を備え、
前記接合部は、金属系接合材を含み、
前記緩衝膜は、酸化膜を含むことを特徴とする蓋部材の製造方法。 - 前記緩衝膜形成工程では、二種以上の緩衝膜を積層する請求項6に記載の蓋部材の製造方法。
- 前記緩衝膜形成工程では、前記緩衝膜として、酸化シリコン膜及び酸化ハフニウム膜を積層する請求項6又は7に記載の蓋部材の製造方法。
- 前記緩衝膜形成工程では、スパッタリング法又は蒸着法により前記緩衝膜を前記本体部の前記表面に形成する請求項6から8のいずれか一項に記載の蓋部材の製造方法。
- 電子部品を収容する基体と、請求項1から5のいずれか一項に記載の蓋部材と、を備えることを特徴とするパッケージ。
- 前記電子部品は、紫外線照射用LEDであり、
前記緩衝膜の紫外線透過率は、90%以上である請求項10に記載のパッケージ。 - 電子部品を収容する基体に、請求項1から5のいずれか一項に記載の蓋部材を接合する接合工程を備えることを特徴とするパッケージの製造方法。
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