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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