WO2023149251A1 - 複合体、及びこの複合体を備えた気密パッケージ - Google Patents

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WO2023149251A1
WO2023149251A1 PCT/JP2023/001810 JP2023001810W WO2023149251A1 WO 2023149251 A1 WO2023149251 A1 WO 2023149251A1 JP 2023001810 W JP2023001810 W JP 2023001810W WO 2023149251 A1 WO2023149251 A1 WO 2023149251A1
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WO
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lid
frame
fitting
glass
composite
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PCT/JP2023/001810
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English (en)
French (fr)
Inventor
充 富田
浩輝 藤田
Original Assignee
日本電気硝子株式会社
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a composite and an airtight package provided with this composite, and more particularly to a technology for joining a lid and a frame that are permeable to infrared light.
  • the frame for the purpose of protecting an element such as an LED from the surrounding environment, it comprises a frame and a lid provided on the frame, and is airtight in that the space defined by the lid and the frame is in an airtight state.
  • a structure called a package is known.
  • Patent Document 3 proposes a method of joining an infrared transmitting window made of glass to a metal can that is a frame using low-melting-point solder. Solder can ensure airtightness at the joint between the glass window and the metal can. However, when solder is used as a bonding material, a phase transition inevitably occurs due to the melting of the solder. Positional deviation may occur.
  • the present invention provides a cover member that is joined to a frame so as to prevent the positional displacement of the cover member and to impart excellent airtightness to the space defined by the cover member and the frame.
  • the technical problem to be solved is to obtain a complex that is
  • a composite according to the present invention is a composite comprising a frame and a lid provided on the frame, wherein the lid is made of glass capable of transmitting infrared light, and the lid A solder portion and a fitting portion are provided between the body and the frame, and the fitting portions are a fitting protrusion provided on one of the lid and the frame and a fitting protrusion provided on the other of the lid and the frame.
  • the lid body and the frame body are joined to each other by the solder part and the fitting part.
  • the solder portion and the fitting portion between the lid and the frame to be joined, relative movement between the lid and the frame is restricted by the fitting portion. Therefore, it is possible to reliably prevent misalignment when the cover and the frame are joined together by soldering. Further, by providing the solder portion between the lid and the frame, the space defined by the lid and the frame can be sealed. Therefore, the lid can be accurately fixed at a predetermined position on the frame, and the airtightness of the space defined by the lid and the frame can be ensured.
  • the fitting portion may be formed over the entire peripheral edge of the lid. Also, in this case, the solder portion may be provided outside the fitting portion.
  • the area of the lid excluding the peripheral edge is usually used as the infrared light transmission area. Therefore, by forming the fitting portion over the entire peripheral edge of the lid and providing the solder portion on the outside of the fitting portion, the flow of the solder portion to the inside (infrared light transmission region side) can be prevented by the fitting portion ( fitting projection and fitting recess). Therefore, it is possible to reliably prevent the solder portion from flowing into the infrared light transmitting region of the cover, and to secure the infrared light transmitting function.
  • the fitting protrusion and the fitting recess are fitted to each other in a state where the top surface of the fitting protrusion and the bottom surface of the fitting recess are in contact with each other.
  • the height dimension of the portion may be set larger than the depth dimension of the fitting recess.
  • the size of the gap between the lid and the frame can be changed from the height dimension of the fitting protrusion to the depth dimension of the fitting recess. can be easily set as a value subtracted from Therefore, by providing the solder portion so as to fill this gap, it is possible to easily manage the thickness dimension of the solder portion.
  • the solder portion and the fitting portion are provided between the first surface of the frame and the second surface of the lid facing each other, and the fitting recess is formed on the first surface.
  • the fitting convex portion may be molded on the second surface by press working of the lid.
  • the lid is made of glass that can transmit infrared light, while the frame is usually made of metal.
  • a member (cover) made of glass can be formed by molding with a high degree of freedom in shape, for example, by press working accompanied by heating. Therefore, the fitting protrusion can be easily formed by press-molding the fitting protrusion on the second surface of the lid body. Further, if the fitting recess is provided on the first surface of the metal frame, it can be easily formed by general-purpose cutting.
  • the solder portion may be made of one or more metals selected from In, Sn, Bi, Ag, Au, and Pb.
  • solder portion By using one or more metals suitable for forming the solder portion in this way, it is possible to impart predetermined characteristics to the joint portion (solder portion) between the lid and the frame. Also, by using a metal with a relatively low melting point, the solder can be melted at a relatively low temperature. Therefore, the influence of heat on the lid and frame bonded by the solder part, or on members (such as optical elements or parts including optical elements) arranged in the space partitioned by these lids and frames can be minimized. It is possible to join the lid body and the frame body by limiting the amount of contact.
  • the glass that can transmit infrared light may be a glass having a thickness of 2 mm and an internal transmittance of 90% or more in the 3 to 14 ⁇ m wavelength range.
  • the glass capable of transmitting infrared light may be chalcogenide glass.
  • the chalcogenide glass is composed of 50 to 80% S, 0 to 40% Sb (but not including 0%), 0 to 18% Ge (but not including 0%), and 0 to 20% Sn, in terms of molar percentages.
  • Bi may contain 0 to 20%.
  • the chalcogenide glass may contain 4 to 80% Te, 0 to 50% Ge (but not including 0%), and 0 to 20% Ga in molar percentage.
  • chalcogenide glass As the glass that can transmit infrared light in this way, it is possible to achieve good infrared light transmission characteristics.
  • chalcogenide glass is less expensive than other infrared light transmitting materials such as Ge, it is possible to manufacture a composite of the lid and the frame at low cost.
  • the present invention prevents misalignment and makes it possible to join the lid to the frame so as to impart excellent airtightness to the space defined by the lid and the frame.
  • it is suitable for composites in which at least part of the lid is a window that can transmit infrared light.
  • the present invention is also suitable for a composite body in which at least part of the lid is a lens capable of transmitting infrared light.
  • the present invention is also suitable for an airtight package comprising a substrate having a main surface and the composite provided on the main surface of the substrate.
  • the lid can be joined to the frame so as to provide excellent airtightness to the space defined by the lid and the frame while preventing displacement of the lid. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic device configured by a hermetic package with a composite according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a plan view of the electronic device shown in FIG. 1
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by an arrow A in FIG. 1
  • 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by an arrow B in FIG. 3
  • FIG. It is a figure which shows notionally the manufacturing process of the composite body shown in FIG. 1, and is sectional drawing which shows notionally a silicon film formation process. 1.
  • It is a figure which shows notionally the manufacturing process of the composite body shown in FIG. 1, and is sectional drawing which shows notionally a metallized-film formation process. 1.
  • FIGS. 1 to 5D An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5D. It should be noted that “upper” and “lower” in the following description are merely defined for the sake of convenience in order to facilitate understanding of the description, and do not limit the actual usage and placement modes.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic device 1 according to this embodiment.
  • This electronic device 1 includes an electronic component 2 and an airtight package 3 that houses the electronic component 2 .
  • the electronic component 2 is, for example, a laser element that emits infrared light L in this embodiment.
  • laser devices include quantum cascade laser devices.
  • the electronic device 1 is configured with other necessary components (not shown) so that it can be used as, for example, a gas analyzer or a precision processing device.
  • the electronic component 2 may be a light receiving element capable of receiving the infrared light L.
  • FIG. As the light-receiving element, for example, a bolometer type, a thermopile type, a pyroelectric type, a quantum type (Mercury Cadmium Telluride, InSb, Type II Super-Lattice), etc., can be selected according to the application.
  • the airtight package 3 includes a base 4 on which the electronic component 2 is provided on the main surface 4a, a frame 5 arranged on the main surface 4a of the base 4 so as to surround the electronic component 2, and a A lid body 6 provided and a joint portion 7 formed between the frame body 5 and the lid body 6 are provided.
  • the frame 5, the lid 6, and the joint 7 constitute a composite 8 according to the present invention.
  • the frame 5 integrally has a tubular portion 5a arranged on the main surface 4a of the base 4 and an inner flange portion 5b extending from the upper end of the tubular portion 5a toward the center.
  • the frame body 5 (cylindrical portion 5a) has a square tubular shape as shown in FIG. It is also possible to take the form of
  • the inner flange portion 5b may be omitted.
  • a joint portion 7 is formed between the upper end surface of the cylindrical portion 5a and the lower surface 6a of the lid 6 (not shown).
  • the base 4 and frame 5 are made of, for example, ceramics such as aluminum nitride and aluminum oxide, glass, glass ceramics, silicon compounds such as silicon, or metals containing Co, Ni, Fe, Ag, and Cu. In this embodiment, both the base 4 and the frame 5 are made of metal.
  • the base body 4 and the frame body 5 are made of the same material, the base body 4 and the frame body 5 may be formed integrally, or may be formed separately and integrated (bonded).
  • any known joining means such as laser joining, soldering, or glass frit joining can be employed.
  • the lid body 6 has a plate shape and mainly has a flat lower surface 6a.
  • the lid 6 is joined with the flat lower surface 6a placed on the upper surface 5c of the inner flange 5b of the frame 5.
  • the joint 7 is formed between the lower surface 6 a of the lid 6 and the upper surface 5 c of the frame 5 .
  • the shape of the lid body 6 is arbitrary, and is appropriately set according to the characteristics required for the lid body 6 .
  • the central regions 6a2 and 6b2 of the lower surface 6a and the upper surface 6b are flat so that the central region 6c of the lid 6 functions as a window for transmitting infrared light.
  • the lid 6 is made of glass that allows infrared light L to pass through.
  • the glass that can transmit the infrared light L has an internal transmittance of 70 to 99% (preferably 90% or more) in the 3 to 14 ⁇ m wavelength range at a thickness of 2 mm, and 0.4 to This glass exhibits an internal transmittance of 2% or less in the 0.8 ⁇ m wavelength region.
  • the internal transmittance can be measured using, for example, UH-4150 manufactured by Hitachi High-Tech Science.
  • Chalcogenide glass can be cited as an example of glass exhibiting the above properties.
  • the chalcogenide glass is composed of 50 to 80% S, 0 to 40% Sb (but not including 0%), 0 to 18% Ge (but not including 0%), and 0 to 20% Sn, in terms of molar percentages.
  • Bi may contain 0 to 20%.
  • the S content is preferably 55% or more, more preferably 60% or more, preferably 75% or less, more preferably 70% or less in terms of molar percentage.
  • the S content in the glass is less than 50%, vitrification becomes difficult.
  • the content of S in the glass exceeds 80%, the weather resistance of the glass is lowered, and the operating environment of the electronic device 1 is restricted. From these points of view, the content of S is set within an appropriate numerical range.
  • the Sb content is preferably 5% or more, more preferably 10% or more, preferably 35% or less, more preferably 33% or less in terms of molar percentage.
  • the glass does not contain Sb, or when the content exceeds 40%, vitrification becomes difficult.
  • the Ge content is preferably 2% or more, more preferably 4% or more, preferably 20% or less, more preferably 15% or less in terms of molar percentage. If the glass does not contain Ge, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, when the Ge content in the glass exceeds 18%, Ge-based crystals precipitate out of the glass, making it difficult to achieve the internal transmittance described above.
  • the Sn content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, preferably 15% or less, more preferably 10% or less in terms of molar percentage.
  • Sn in the glass is a component that promotes vitrification. However, when the Sn content in the glass exceeds 20%, vitrification becomes difficult.
  • the molar percentage of Bi content is preferably 0.5% or more, more preferably 2% or more, preferably 10% or less, and more preferably 8% or less.
  • Bi in the glass is a component that suppresses the energy required for vitrification of raw materials when the glass is melted.
  • the content of Bi in the glass exceeds 20%, Bi-based crystals precipitate out of the glass, making it difficult to achieve the internal transmittance described above.
  • the chalcogenide glass is not limited to the above composition, and may contain 4 to 80% Te, 0 to 50% Ge (but not including 0%), and 0 to 20% Ga in molar percentage.
  • the content of Te in the chalcogenide glass is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, preferably 75% or less, and more preferably 70% or less in terms of molar percentage.
  • Te content in the glass is less than 4%, vitrification becomes difficult.
  • Te content in the glass exceeds 80%, Te-based crystals are precipitated from the glass, making it difficult to develop the internal transmittance described above.
  • the Ge content is preferably 1% or more, more preferably 5% or more, preferably 40% or less, more preferably 30% or less in terms of molar percentage. If the glass does not contain Ge, it becomes difficult to vitrify. On the other hand, when the Ge content in the glass exceeds 50%, Ge-based crystals are precipitated from the glass, making it difficult to develop the internal transmittance described above.
  • the content of Ga in the chalcogenide glass is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, preferably 15% or less, and more preferably 10% or less in terms of molar percentage.
  • the vitrification range can be widened and the thermal stability (vitrification stability) of the glass can be enhanced.
  • a joining portion 7 is formed to join the lower surface 6a and the upper surface 5c to each other.
  • the joint portion 7 is composed of a solder portion 9 and a fitting portion 10, as shown in FIG. That is, the lower surface 6a of the lid 6 and the upper surface 5c of the frame 5 are joined to each other through the solder portions 9 and also joined to each other through the fitting portions 10.
  • the solder portion 9 is provided over the entire peripheral edge of the lid 6 .
  • the fitting portion 10 is also provided over the entire peripheral edge of the lid 6 .
  • the solder portion 9 is provided outside the fitting portion 10 .
  • the fitting portion 10 is provided relatively close to the central region 6c of the lid 6, and the solder portion 9 is provided relatively far from the central region 6c of the lid 6. It is
  • the thickness dimension of the solder portion 9 is preferably 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and still more preferably 20 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • solder material 9a A known solder material can be adopted as the material (solder material 9a) of the solder portion 9.
  • the solder portion 9 is made of one or more metals selected from In, Sn, Bi, Ag, Au, and Pb. may be formed.
  • Sn--Bi based solder, Sn--In based solder, Sn--Ag based solder, etc. are suitable as solder materials that can be used (melted) at relatively low temperatures (for example, less than 250.degree. C.).
  • the fitting portion 10 includes a fitting protrusion 11 provided on one of the frame 5 and the lid 6 and a fitting recess 12 provided on the other of the frame 5 and the lid 6 and fitted with the fitting protrusion 11 .
  • the lid 6 is provided with a fitting protrusion 11 so as to protrude from the lower surface 6a of the lid 6, and a fitting recess 12 is provided in the frame 5 so that the upper surface 5c of the frame 5 is recessed. be done.
  • both the fitting convex portion 11 and the fitting concave portion 12 form a rectangular annular shape and are fitted to each other over the entire circumference (see FIG. 2). Therefore, when the fitting projection 11 and the fitting recess 12 are fitted to each other, the fitting portion 10 restricts the movement of the lid 6 with respect to the frame 5 in any direction along the lower surface 6a. is in good condition.
  • the fitting margin between the fitting convex portion 11 and the fitting concave portion 12 can be set arbitrarily. It is preferable to set so that there is a slight interference between the fitting convex portion 11 and the fitting concave portion 12, or to the extent that a slight gap 13 is created as illustrated in FIG.
  • either the corners 11a of the fitting protrusions 11 or the opening edges 12a of the fitting recesses 12 may be chamfered in order to realize a smooth fitting operation.
  • the height dimension T1 and the depth dimension T2 are set so as to be larger than the depth dimension T2 of the fitting recess 12, which is the distance in the thickness direction to the upper surface 5c of the frame 5.
  • the thickness dimension t of the solder portion 9 formed adjacent to the fitting portion 10 can be controlled by the difference T1-T2 between the height dimension T1 and the depth dimension T2.
  • the thickness direction dimension t of the solder portion 9 can be controlled by controlling the size of the facing distance G with the height dimension T1 and the depth dimension T2.
  • the value of the difference T1-T2 is preferably 3 ⁇ m to 300 ⁇ m, more preferably 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. If the value of T1-T2 is too small, the dimension t in the thickness direction of the solder portion 9 becomes small, thereby degrading the airtightness of the airtight package. On the other hand, if the value of the difference T1-T2 is too large, a large amount of solder material 9a is required, increasing production costs.
  • the fitting projection 11 having the above configuration may be formed integrally with the lid 6 or may be formed separately from the lid 6 and then attached to the lid 6 .
  • the means for forming the fitting convex portion 11 is arbitrary.
  • the lid 6 and the fitting convex portion 11 are integrally and simultaneously molded by press working. Molding is possible. This pressing may be accompanied by heating.
  • the means for forming the fitting recess 12 is also arbitrary. For example, after the frame 5 shown in FIGS. Is possible.
  • At least a region (peripheral region 6a1) of the lower surface 6a of the lid 6 closer to the periphery of the frame 5 than the fitting projection 11 has a silicon layer 14 in this embodiment (see FIG. 4).
  • the infrared light-transmitting glass (for example, chalcogenide glass) forming the lid 6 has poor adhesiveness and bondability with other substances, but exhibits good adhesion and bondability with the silicon layer 14 . obtain. Therefore, by interposing the silicon layer 14 between the solder portion 9 and the lid 6 , the solder portion 9 can be brought into close contact with the lid 6 .
  • the silicon layer 14 is formed on the peripheral edge region 6a1 of the lower surface 6a of the lid 6 by vapor deposition or sputtering, for example. At this time, the silicon layer 14 is preferably formed over the entire area (entire circumference) of the peripheral region 6a1.
  • the thickness dimension of the silicon layer 14 is preferably 0.01 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, more preferably 0.03 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and still more preferably 0.05 ⁇ m or more and 0.50 ⁇ m or less.
  • the lower surface 6a of the lid 6 further has a metallized layer 15 in this embodiment (see FIG. 4). That is, in this case, a silicon layer 14 is provided on the lower surface 6a of the lid 6, and a metallized layer 15 is further provided on the surface of the silicon layer 14. As shown in FIG.
  • the metallized layer 15 can exhibit good adhesion and bondability to the silicon layer 14 (silicon). Also, the metallized layer 15 can exhibit good adhesion and bondability to the solder portion 9 (solder). Therefore, by providing the silicon layer 14, the metallized layer 15, and the solder portion 9 in order from the lid 6 side, the lid 6 and the frame 5 in contact with the solder portion 9 can be firmly joined. In addition, the airtightness of the space defined by the frame 5 and the lid 6 (internal space 16 of the airtight package 3) can be increased to a required level.
  • the metallized layer 15 is formed on the surface of the silicon layer 14 by vapor deposition or sputtering, for example. At this time, the metallized layer 15 is preferably formed over the entire surface of the silicon layer 14 .
  • the thickness dimension of the metallized layer 15 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 0.3 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, and still more preferably 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the metallized layer 15 can be used as materials for the metallized layer 15 .
  • the structure of the metallized layer 15 is not particularly limited, and it is possible to employ a single layer made of the above materials or a multi-layered structure made of different materials.
  • an antireflection film may be formed on one or more main surfaces (at least one of the lower surface 6a and the upper surface 6b) of the lid 6 (not shown). This makes it possible to suppress the reflection of light through the lid 6 .
  • the antireflection film for example, a film made of at least one selected from Ge, Si, fluoride, ZnSe, ZnS, and diamond-like carbon is preferable.
  • the antireflection film can be formed, for example, by a vapor deposition method or a sputtering method. Also, the thickness of the antireflection film is, for example, 1.0 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less.
  • the method for manufacturing the composite 8 includes a silicon layer forming step S1 for forming the silicon layer 14 on the surface of the lid 6 and a metallized layer forming step S2 for forming the metallized layer 15 on the surface of the silicon layer 14. a material supply step S3 of supplying the material of the joint portion 7 to the surface of the frame 5; a setting step S4 of setting the lid 6 at a predetermined position on the frame 5; and a joining portion forming step S5 for forming the portion 7 . Further, the method of manufacturing the airtight package 3 and the electronic device 1 further includes the steps S1 to S5 and the bonding step S6 of bonding the base 4 to the frame 5 . The details of each step S1 to S6 will be described below in order.
  • step S1 Silicon Layer Forming Step
  • the surface of the lid body 6 having a predetermined shape, specifically, the peripheral edge region of the lower surface 6a located outside the fitting protrusions 11 formed on the lower surface 6a.
  • a silicon layer 14 is formed (see FIG. 5A).
  • the lid 6 and the silicon material are carried into the vacuum chamber of the vapor deposition apparatus, and the silicon material is heated and evaporated in a vacuum atmosphere. is deposited on the lower surface 6a (especially the peripheral edge region 6a1) of the lower surface 6a to form a silicon layer 14 having a predetermined thickness on the lower surface 6a.
  • step S2 a metallized layer 15 is formed on the surface of the silicon layer 14 formed on the lower surface 6a of the lid 6 obtained in step S1 (see FIG. 5B).
  • the metallized layer 15 having a predetermined thickness is formed on the silicon layer 14 in the same manner as in step S1.
  • the lid body 6 is obtained in which the silicon layer 14 and the metallized layer 15 are overlapped on the peripheral region 6a1 of the lower surface 6a.
  • (S3) Material supply process In this process S3, the material of the joint part 7 is supplied to the predetermined surface of the frame 5 to be joined. Specifically, first, as shown in FIG. 5C, the frame 5 is prepared. At this point, the fitting recess 12 is formed in the upper surface 5c of the frame 5. As shown in FIG. Then, the solder material 9a, which is the material of the solder portion 9 as the joint portion 7, is supplied to the region of the upper surface 5c of the frame 5 outside the fitting recess 12. As shown in FIG. In this case, it is preferable to supply the solder material 9a over the entire circumference of the upper surface 5c. In this embodiment, the solder material 9a is supplied to the upper surface 5c of the frame 5, but the solder material 9a is supplied to the lower surface 6a of the lid 6 obtained in step S1 or step S2. may
  • step S4 the lid 6 produced in step S2 is set at a predetermined position on the frame 5 obtained in step S3. More precisely, the lid 6 is placed on the frame 5 at a predetermined position so that the fitting projection 11 formed on the lower surface 6a of the lid 6 fits into the fitting recess 12 formed on the upper surface 5c of the frame 5. Place in position. By this operation, the fitting portion 10 is formed between the lid 6 and the frame 5, and the lid 6 is horizontally positioned and set at a predetermined position on the frame 5. As shown in FIG. Further, the silicon layer 14 and the metallized layer 15 provided on the lower surface 6a of the lid 6 are in contact with the solder material 9a supplied to the upper surface 5c of the frame 5 (see FIG. 5D).
  • the frame 5 and the lid 6 are carried into, for example, a heating furnace and heated to a predetermined temperature.
  • the fitting portion 10 frame 5 and lid 6 are heated to a temperature at which the solder material 9a melts.
  • the solder material 9a is melted and brought into close contact with the upper surface 5c of the frame 5 and the lower surface 6a of the lid 6 (here, the surface of the metallized layer 15).
  • the heating is stopped (or the temperature is lowered) to solidify the solder material 9a.
  • the solder portion 9 in close contact with the frame 5 and the lid 6 (here, the metallized layer 15) is formed between the frame 5 and the lid 6, and the frame 5, the lid 6, and A composite 8 composed of the joint 7 is obtained.
  • solder material 9a (see FIG. 5D) as a bonding material is applied to the lower end surface 5d of the frame 5, and after installation, the base 4 and the frame 5 are heated to a temperature at which the solder material 9a melts. Heat up to As a result, the solder material 9a is melted, and the substrate 4 and the frame 5 are brought into close contact with each other. After that, the heating is stopped (or the temperature is lowered) to solidify the solder material 9a.
  • the solder portion 9 is formed between the base 4 and the frame 5 and is in close contact with both the base 4 and the frame 5.
  • the base 4, the frame 5, and the lid 6 are formed.
  • An electronic device 1 is obtained, which is an airtight package 3 in which the electronic component 2 is stored, and an airtight package 3 in which the electronic component 2 is stored (both see FIG. 1).
  • a structure is prepared in which the base 4 and the frame 5 are integrated and the electronic component 2 is mounted on the base 4 .
  • a solder material 9a which is the material of the solder portion 9 as the joint portion 7, is supplied to the upper surface 5c of the frame 5, and the lid 6 is installed so as to cover the upper surface 5c of the frame 5.
  • the structure and the lid body 6 are carried into, for example, a heating furnace, heated to a predetermined temperature, and then the heating is stopped (or the temperature is lowered).
  • the electronic device 1 which is the airtight package 3 composed of the base 4, the frame 5, and the lid 6, and the airtight package 3 in which the electronic component 2 is stored, can be obtained.
  • the step of obtaining the composite 8 as the intermediate and the step of obtaining the airtight package 3 (electronic device 1) as the final product can be performed simultaneously.
  • the solder material 9a may be supplied to the lower surface 6a of the lid 6 obtained in step S1.
  • the solder portion 9 and the fitting portion 10 are provided between the lid 6 and the frame 5 to be joined.
  • the fitting portion 10 having the structure described above, since the relative movement between the lid 6 and the frame 5 can be restricted, positional displacement when the lid 6 and the frame 5 are joined together by the solder portion 9 is prevented. can be reliably prevented. Further, by providing the solder portion 9 between the lid 6 and the frame 5, the solder portion 9 can hermetically seal the internal space 15 of the airtight package 3 defined by the lid 6 and the frame 5. can be done.
  • the lid 6 can be accurately fixed at a predetermined position on the frame 5, and the internal space 16 of the airtight package 3 is excellently airtight. You can give it character. Further, since the lid 6 and the frame 5 are joined to each other by the solder portion 9 and the fitting portion 10, a sufficient bonding force can be obtained between the lid 6 and the frame 5. It becomes possible.
  • the fitting portion 10 is formed over the entire peripheral edge of the lid 6, and the solder portion 9 is provided outside the fitting portion 10.
  • the fitting portion 10 can prevent the solder portion 9 (solder material 9a) from flowing toward the central region 6c of the lid 6. As shown in FIG. Therefore, it is possible to reliably prevent the solder portion 9 from flowing into the infrared light L transmission region of the lid 6, and to secure the infrared light L transmission function.
  • the case where both the solder portion 9 and the fitting portion 10 are formed over the entire peripheral edge of the lid body 6 was exemplified, but it is of course not limited to this configuration.
  • the fitting portion 10 can have any configuration as long as the effect of preventing the positional deviation of the lid 6 and the effect of exhibiting the bonding force with the frame 5 can be enjoyed.
  • the central region 6c of the lid 6 is flat on both the front and back sides, and functions as a window through which the infrared light L can pass as it is, but it is not limited to this.
  • the central regions 6a2 and 6b2 of the lower surface 6a and the upper surface 6b respectively form a predetermined concave or convex shape so that the central region 6c of the lid 6 functions as a lens
  • the present invention can be applied. The invention may be applied.
  • the present invention is applied to the electronic device 1 in which the electronic component 2 is a laser element (for example, a quantum cascade laser element) that emits infrared light L was exemplified. is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to the electronic device 1 in which the electronic component 2 is a light receiving element that receives the infrared light L.

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Abstract

複合体８は、枠体５と、枠体５上に設けられた蓋体６とを備える。蓋体６は、赤外光を透過可能なガラスで形成され、蓋体６と枠体５との間に、はんだ部９と嵌合部１０とが設けられ、嵌合部１０は、蓋体６と枠体５の一方に設けられる嵌合凸部１１と、蓋体６と枠体５の他方に設けられ嵌合凸部１１と嵌り合う嵌合凹部１２とで構成され、はんだ部９と嵌合部１０とで蓋体６と枠体５とが互いに接合されている。

Description

複合体、及びこの複合体を備えた気密パッケージ
　本発明は、複合体、及びこの複合体を備えた気密パッケージに関し、特に赤外光を透過可能な蓋体と枠体との接合技術に関する。
　例えばＬＥＤなどの素子を周囲の環境から保護する目的で、枠体と、枠体上に設けられた蓋体とを備え、蓋体と枠体とで区画される空間が気密状態とされる気密パッケージと呼ばれる構造体が知られている。この種の構造体においては、長期間にわたって気密性を維持するために、ガスバリア性の高いガラスで蓋体を形成することが望ましい（何れも、特許文献１を参照）。
特開２０２０－１９５８号公報 特許第６４１７１９９号公報 特開２０１１－１４１１５８号公報
　ところで、上述した素子を備えた装置には、赤外光を出射するレーザ素子を備えたものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。この種の装置においてもレーザ素子が置かれた空間を気密状態に保つことは重要であることから、上述した気密パッケージを適用することが望ましいと考えられる。一方で、上述のように、赤外光を出射可能なレーザ素子を気密パッケージで保護する場合、赤外光が透過可能な素材で蓋体を形成し、この形成した蓋体を枠体と結合してなる複合体が必要になる。しかしながら、この種の素材は、一般的に他の物質との密着性に乏しいため、通常の接合手段では、蓋体と枠体とを十分に密着させた状態で接合することが難しい。
　ここで、例えば特許文献３には、低融点はんだを用いて、ガラス製の赤外線透過窓を枠体である金属製缶に接合する方法が提案されている。はんだであれば、ガラス製窓と金属製缶の接合部における気密性を担保できる。しかし、はんだを接合材として使用する場合、はんだの融解に伴う相転移が不可避的に生じるため、蓋体を枠体上の所定位置に載置した状態で加熱する場合、加熱中に蓋体の位置ずれを生じるおそれがある。
　以上の事情に鑑み、本発明は、蓋材の位置ずれを防止しつつ、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合してなる複合体を得ることを、解決すべき技術課題とする。
　前記課題の解決は、本発明に係る複合体により達成される。すなわち、本発明に係る複合体は、枠体と、枠体上に設けられた蓋体とを備えた複合体であって、蓋体は、赤外光を透過可能なガラスで形成され、蓋体と枠体との間に、はんだ部と嵌合部とが設けられ、嵌合部は、蓋体と枠体の一方に設けられる嵌合凸部と、蓋体と枠体の他方に設けられ嵌合凸部と嵌り合う嵌合凹部とで構成され、はんだ部と嵌合部とで蓋体と枠体とが互いに接合される。
　上述したように、接合対象となる蓋体と枠体との間に、はんだ部と嵌合部とを設けることで、蓋体と枠体との相対移動が嵌合部により規制される。そのため、はんだ部で蓋体と枠体とを接合する際の位置ずれを確実に防止することができる。また、蓋体と枠体との間にはんだ部を設けることで、蓋体と枠体とで区画される空間を密封することができる。よって、蓋体を枠体上の所定位置に正確に固定することができると共に、蓋体と枠体とで区画される空間の気密性を担保することができる。
　また、本発明に係る複合体において、嵌合部は、蓋体の周縁全域にわたって形成されてもよい。また、この場合、はんだ部は、嵌合部の外側に設けられていてもよい。
　蓋体が赤外光を透過可能なガラスで形成される場合、蓋体の周縁を除いた領域（中央側の領域）は、通常、赤外光の透過領域として用いられる。そのため、嵌合部を蓋体の周縁全域にわたって形成し、かつはんだ部を嵌合部の外側に設けることによって、はんだ部の内側（赤外光の透過領域側）への流動を嵌合部（嵌合凸部と嵌合凹部）で抑止することができる。よって、はんだ部が蓋体の赤外光透過領域に流れ込む事態を確実に防止して、赤外光の透過機能を担保することが可能となる。
　また、本発明に係る複合体において、嵌合凸部の頂面と嵌合凹部の底面とが当接した状態で嵌合凸部と嵌合凹部とが互いに嵌合しており、嵌合凸部の高さ寸法が嵌合凹部の深さ寸法よりも大きく設定されていてもよい。
　このように嵌合凸部と嵌合凹部の形態及び寸法を規定することにより、蓋体と枠体との隙間の大きさを、嵌合凸部の高さ寸法から嵌合凹部の深さ寸法を減じた値として容易に設定することができる。従って、この隙間を満たすようにはんだ部を設けることで、はんだ部の厚み寸法を容易に管理することが可能となる。
　また、本発明に係る複合体において、はんだ部と嵌合部は、互いに向かい合う枠体の第一表面と蓋体の第二表面との間に設けられており、第一表面に嵌合凹部が設けられると共に、第二表面に嵌合凸部が蓋体のプレス加工により型成形されていてもよい。
　蓋体は、赤外光を透過可能なガラスで形成される一方、枠体は、通常、金属で形成される。ガラスを素材とする部材（蓋体）については、例えば加熱を伴うプレス加工により形状自由度の高い型成形が可能となる。よって、蓋体の第二表面に嵌合凸部をプレス加工で型成形することにより、嵌合凸部を無理なく容易に形成することができる。また、金属製枠体の第一表面に嵌合凹部を設けるのであれば、汎用の切削加工で容易に形成することができる。
　また、本発明に係る複合体において、はんだ部は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂの中から選択される１種以上の金属で形成されてもよい。
　このようにはんだ部を構成する金属として適切な１種以上の金属を用いることで、所定の特性を蓋体と枠体との接合部（はんだ部）に付与することができる。また、相対的に融点の低い金属を用いることで、比較的低い温度ではんだ部を融解させることができる。よって、はんだ部により接合される蓋体と枠体、あるいはこれら蓋体と枠体とで区画される空間に配置される部材（光学素子又は光学素子を含む部品など）に及ぼす熱の影響を最小限に抑えて、蓋体と枠体とを接合させることが可能となる。
　また、本発明に係る複合体において、赤外光を透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率が９０％以上のガラスであってもよい。
　このように赤外光を透過可能なガラスを選定することによって、赤外光を十分に透過させることができる。よって、蓋体に求められる所要の赤外光透過特性を担保することが可能となる。
　また、本発明に係る複合体において、赤外光を透過可能なガラスは、カルコゲナイドガラスであってもよい。
　この場合、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ　５０～８０％、Ｓｂ　０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ　０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ　０～２０％、Ｂｉ　０～２０％を含有するものであってもよい。
　あるいは、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ　４～８０％、Ｇｅ　０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ　０～２０％を含有するものであってもよい。
　このように赤外光を透過可能なガラスにカルコゲナイドガラスを採用することによって、良好な赤外光透過特性を実現することができる。また、カルコゲナイドガラスであれば、Ｇｅなど他の赤外光透過素材に比べて安価なため、低コストで蓋体と枠体との複合体を製造することが可能となる。
　本発明は、位置ずれを防止すると共に、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合することを可能とするものであるから、例えば蓋体の少なくとも一部が、赤外光を透過可能な窓である複合体に好適である。
　あるいは、本発明は、蓋体の少なくとも一部が、赤外光を透過可能なレンズである複合体にも好適である。
　あるいは、本発明は、主面を有する基体と、基体の前記主面上に設けられた上記複合体とを備えた気密パッケージにも好適である。
　以上より、本発明によれば、蓋材の位置ずれを防止しつつ、蓋体と枠体とで区画される空間に優れた気密性を付与できるように蓋体を枠体に接合することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る複合体を備えた気密パッケージにより構成される電子装置の断面図である。 図１に示す電子装置の平面図である。 図１中の矢印Ａで示した部分の拡大断面図である。 図３中の矢印Ｂで示した部分の拡大断面図である。 図１に示す複合体の製造工程を概念的に示す図で、シリコン膜形成工程を概念的に示す断面図である。 図１に示す複合体の製造工程を概念的に示す図で、メタライズ膜形成工程を概念的に示す断面図である。 図１に示す複合体の製造工程を概念的に示す図で、はんだ材料の供給工程を概念的に示す断面図である。 図１に示す複合体の製造工程を概念的に示す図で、セット工程を概念的に示す断面図である。
　以下、本発明の一実施形態を図１～図５Ｄに基づいて説明する。なお、以下の説明における「上」「下」は、説明の理解を助けるために便宜的に規定したに過ぎず、実際の使用態様や載置態様を限定するものではない。
　図１は、本実施形態に係る電子装置１の断面図である。この電子装置１は、電子部品２と、電子部品２を収容する気密パッケージ３とを備える。
　電子部品２は、本実施形態では、例えば、赤外光Ｌを出射するレーザ素子である。レーザ素子としては、例えば量子カスケードレーザ素子が挙げられる。電子部品２が量子カスケードレーザ素子である場合、電子装置１は、例えばガス分析装置や精密加工装置として利用可能なように、図示しない他の必要な部品とともに構成される。また、電子部品２は赤外光Ｌを受光可能な受光素子であってもよい。受光素子としては、例えば、ボロメータ型、サーモパイル型、焦電型、量子型（Ｍｅｒｃｕｒｙ　Ｃａｄｍｉｕｍ　Ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ、ＩｎＳｂ、Ｔｙｐｅ II  Ｓｕｐｅｒ－Ｌａｔｔｉｃｅ）など、用途に応じて適切な素子を選択可能である。
　気密パッケージ３は、電子部品２が主面４ａ上に設けられる基体４と、基体４の主面４ａ上に電子部品２を包囲するように配設された枠体５と、枠体５上に設けられた蓋体６と、枠体５と蓋体６との間に形成される接合部７とを備える。この場合、枠体５と蓋体６、及び接合部７が本発明に係る複合体８を構成する。
　枠体５は、基体４の主面４ａ上に配設される筒状部５ａと、筒状部５ａの上端から中心側に向けて延びる内鍔部５ｂとを一体に有する。この場合、枠体５の上下方向下端側が基体４で閉塞されると共に、上下方向上端側が蓋体６で閉塞される。なお、枠体５（筒状部５ａ）は、本実施形態では、図２に示すように四角筒状をなしているが、円筒状や楕円筒状、もしくは四角形以外の多角形筒状など他の形状をとることも可能である。
　なお、筒状部５ａの上端面が、蓋体６の下面６ａとの間で十分な接合面積を確保可能な場合には、内鍔部５ｂを省略してもよい。この場合、筒状部５ａの上端面と蓋体６の下面６ａとの間に接合部７が形成される（図示は省略）。
　基体４及び枠体５は、例えば、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックス、ガラス、ガラスセラミックス、シリコンなどのケイ素化合物、又はＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｃｕを含む金属で形成される。本実施形態では、基体４と枠体５はともに金属で形成されている。なお、基体４及び枠体５を同じ材料で形成する場合、基体４及び枠体５を一体に形成してもよいし、別体に形成して一体化（接合）してもよい。基体４と枠体５（筒状部５ａ）とを接合する場合、レーザ接合、はんだ接合、ガラスフリット接合など公知の接合手段が任意に採用可能である。
　蓋体６は板状をなし、平坦な下面６ａを主に有する。この蓋体６は、平坦な下面６ａを枠体５の内鍔部５ｂの上面５ｃに載置した状態で接合されている。言い換えると、蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとの間に接合部７が形成されている。なお、蓋体６の形状は任意であり、蓋体６に要求される特性に応じて適宜設定される。例えば本実施形態では、蓋体６の中央側領域６ｃが赤外光透過用の窓として機能するように、下面６ａ及び上面６ｂの中央側領域６ａ２，６ｂ２が平坦状に形成されている。
　蓋体６は、赤外光Ｌを透過可能なガラスで形成される。具体的に、赤外光Ｌを透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率が７０～９９％（好ましくは９０％以上）であり、かつ、０．４～０．８μｍ波長域での内部透過率が２％以下を示すガラスである。内部透過率は、例えば日立ハイテクサイエンス製ＵＨ－４１５０を用いて測定し得る。
　上記特性を示すガラスの一例として、カルコゲナイドガラスを挙げることができる。この場合、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ　５０～８０％、Ｓｂ　０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ　０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ　０～２０％、Ｂｉ　０～２０％を含有していてもよい。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓの含有量は、モル百分率で、好ましくは５５％以上、より好ましくは６０％以上、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。ガラス中のＳの含有量が５０％未満になると、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＳの含有量が８０％を超えると、ガラスの耐候性が低下することにより、電子装置１の使用環境が制限される。これらの観点から、Ｓの含有量が適宜の数値範囲内に設定される。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓｂの含有量は、モル百分率で、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、好ましくは３５％以下、より好ましくは３３％以下である。ガラス中にＳｂを含有しない場合、または、その含有量が４０％を超えると、ガラス化し難くなる。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下である。ガラス中にＧｅを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＧｅの含有量が１８％を超えると、ガラス中からＧｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｓｎの含有量は、モル百分率で、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。ガラス中のＳｎは、ガラス化を促進する成分である。しかし、ガラス中のＳｎの含有量が２０％を超えると、ガラス化し難くなる。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｂｉの含有量は、モル百分率で、好ましくは０．５％以上、より好ましくは２％以上、好ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。ガラス中のＢｉは、ガラスの溶融時に、原料がガラス化するのに必要なエネルギーを抑える成分である。一方、ガラス中のＢｉの含有量が２０％を超えると、ガラス中からＢｉ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。
　上記の組成に限らず、カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ　４～８０％、Ｇｅ　０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ　０～２０％を含有するものでもよい。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｔｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上、好ましくは７５％以下、より好ましくは７０％以下である。ガラス中のＴｅの含有量が４％未満になると、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＴｅの含有量が８０％を超えると、ガラスからＴｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇｅの含有量は、モル百分率で、好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、好ましくは４０％以下、より好ましくは３０％以下である。ガラス中にＧｅを含有しない場合、ガラス化し難くなる。一方、ガラス中のＧｅの含有量が５０％を超えると、ガラスからＧｅ系の結晶が析出することにより、上述した内部透過率を発現し難くなる。
　カルコゲナイドガラスにおいて、Ｇａの含有量は、モル百分率で、好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。ガラス中にＧａを含有することにより、ガラス化範囲を広げ、ガラスの熱的安定性（ガラス化の安定性）を高めることができる。
　蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとの間には、下面６ａと上面５ｃとを互いに接合する接合部７が形成される。ここで、接合部７は、図３に示すように、はんだ部９と嵌合部１０とで構成される。すなわち、蓋体６の下面６ａと枠体５の上面５ｃとは、はんだ部９を介して互いに接合されると共に、嵌合部１０を介して互いに接合されている。本実施形態では、はんだ部９は、蓋体６の周縁全域にわたって設けられている。同様に、嵌合部１０も、蓋体６の周縁全域にわたって設けられている。
　また、本実施形態では、はんだ部９が、嵌合部１０の外側に設けられている。言い換えると、嵌合部１０が蓋体６の中央側領域６ｃに対して相対的に近い側に設けられ、はんだ部９が蓋体６の中央側領域６ｃに対して相対的に遠い側に設けられている。
　はんだ部９の厚み寸法は、好ましくは１μｍ以上でかつ２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以上でかつ５０μｍ以下である。
　はんだ部９の素材（はんだ材料９ａ）には、公知のはんだ材料が採用可能であり、例えばＩｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂの中から選択される１種以上の金属ではんだ部９を形成してもよい。また、比較的低温（例えば２５０℃未満）で使用（融解）可能なはんだ材料として、Ｓｎ－Ｂｉ系はんだ、Ｓｎ－Ｉｎ系はんだ、Ｓｎ－Ａｇ系はんだなどが好適である。
　嵌合部１０は、枠体５と蓋体６の一方に設けられる嵌合凸部１１と、枠体５と蓋体６の他方に設けられ嵌合凸部１１と嵌り合う嵌合凹部１２とで構成される。本実施形態では、蓋体６の下面６ａから突出するように嵌合凸部１１が蓋体６に設けられると共に、枠体５の上面５ｃが凹むように嵌合凹部１２が枠体５に設けられる。また、本実施形態では、嵌合凸部１１と嵌合凹部１２はともに矩形環状をなし、全周にわたって相互に嵌り合っている（図２を参照）。そのため、嵌合凸部１１と嵌合凹部１２とが互いに嵌り合った状態では、蓋体６は枠体５に対して下面６ａに沿った何れの方向に対する移動についても嵌合部１０により規制された状態にある。
　なお、嵌合凸部１１と嵌合凹部１２との嵌合代は任意に設定でき、例えば蓋体６を枠体５上に載置することによる円滑な嵌合動作を実現可能な観点から、嵌合凸部１１と嵌合凹部１２との間にわずかな締め代が生じるように、又は図３に例示の如くわずかな隙間１３が生じる程度に設定するのがよい。
　なお、図示は省略するが、円滑な嵌合動作の実現のために、嵌合凸部１１の角部１１ａ又は嵌合凹部１２の開口縁部１２ａの何れかに面取りを施してもよい。
　また、本実施形態では、嵌合凸部１１の頂面１１ｂから蓋体６の下面６ａまでの厚み方向距離である嵌合凸部１１の高さ寸法Ｔ１が、嵌合凹部１２の底面１２ｂから枠体５の上面５ｃまでの厚み方向距離である嵌合凹部１２の深さ寸法Ｔ２よりも大きくなるように、高さ寸法Ｔ１と深さ寸法Ｔ２が設定されている。この場合、嵌合部１０に隣接して形成されるはんだ部９の厚み方向寸法ｔが、高さ寸法Ｔ１と深さ寸法Ｔ２の差Ｔ１－Ｔ２で管理され得る。すなわち、上面５ｃ又は下面６ａに対するはんだ材料９aの供給量が所定量以上であれば、枠体５と蓋体６との間に形成されるはんだ部９の厚み方向寸法ｔは、上面５ｃと下面６ａとの対向間隔Ｇに等しくなるため、この対向間隔Ｇの大きさを高さ寸法Ｔ１と深さ寸法Ｔ２とで管理することにより、はんだ部９の厚み方向寸法ｔを管理し得る。なお、差Ｔ１－Ｔ２の値は、好ましくは３ｕｍ～３００ｕｍ、より好ましくは１０ｕｍ～１００ｕｍである。Ｔ１－Ｔ２の値があまりに小さいと、はんだ部９の厚み方向寸法ｔが小さくなり、これにより気密パッケージの気密性が低下する。一方、差Ｔ１－Ｔ２の値があまりに大きいと、多量のはんだ材料９ａが必要になり生産コストが上がる。
　上記構成の嵌合凸部１１は蓋体６と一体に形成してもよく、又は蓋体６と別体に形成した後、蓋体６に取付けてもよい。
　嵌合凸部１１の形成手段は原則として任意であり、例えば蓋体６に嵌合凸部１１が形成される場合、プレス加工により蓋体６と嵌合凸部１１とを一体にかつ同時に型成形することが可能である。このプレス加工は加熱を伴うものであってもよい。嵌合凹部１２の形成手段も原則として任意であり、例えば図１及び図２に示す枠体５を作成した後、枠体５の上面５ｃに切削加工を施すことによって嵌合凹部１２を形成することが可能である。
　また、蓋体６の下面６ａのうち少なくとも嵌合凸部１１よりも枠体５の周縁側の領域（周縁領域６ａ１）は、本実施形態では、シリコン層１４を有する（図４を参照）。蓋体６を構成する赤外光透過ガラス（例えばカルコゲナイドガラス）は、他の物質との密着性や接合性に乏しいのに対し、シリコン層１４に対しては良好な密着性や接合性を示し得る。そのため、はんだ部９と蓋体６との間にシリコン層１４を介在させることで、蓋体６にはんだ部９を密着させることができる。
　シリコン層１４は、例えば蒸着、スパッタにより、蓋体６の下面６ａの周縁領域６ａ１に形成される。この際、シリコン層１４は、周縁領域６ａ１の全域（全周）にわたって形成されるのがよい。シリコン層１４の厚み寸法は、好ましくは０．０１μｍ以上でかつ５μｍ以下、より好ましくは０．０３μｍ以上でかつ１μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ以上でかつ０．５０μｍ以下である。
　また、蓋体６の下面６ａは、本実施形態では、メタライズ層１５をさらに有する（図４を参照）。すなわち、この場合、蓋体６の下面６ａには、シリコン層１４が設けられ、かつシリコン層１４の表面にメタライズ層１５がさらに設けられた構造をなす。メタライズ層１５は、シリコン層１４（シリコン）に対して良好な密着性や接合性を示し得る。また、メタライズ層１５は、はんだ部９（はんだ）に対して良好な密着性や接合性を示し得る。よって、蓋体６の側から順に、シリコン層１４、メタライズ層１５、はんだ部９を設けることで、はんだ部９と接する枠体５と蓋体６とを強固に接合することができる。また、枠体５と蓋体６とで区画される空間（気密パッケージ３の内部空間１６）の気密性を所要のレベルにまで高めることが可能となる。
　メタライズ層１５は、例えば蒸着、スパッタにより、シリコン層１４の表面に形成される。この際、メタライズ層１５は、シリコン層１４表面の全域にわたって形成されるのがよい。メタライズ層１５の厚み寸法は、好ましくは０．１μｍ以上でかつ１０μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以上でかつ５μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以上でかつ３μｍ以下である。
　メタライズ層１５の素材には、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｏ及びこれらの合金が採用可能である。また、メタライズ層１５の構造についても特に制限はなく、上記素材からなる単層、又は異なる素材からなる多層構造を採用することが可能である。
　なお、シリコン層１４を形成する前に、蓋体６の１つ以上の主面（下面６ａと上面６ｂの少なくとも一方）に反射防止膜を形成してもよい（図示は省略）。このことにより蓋体６を介する光の反射を抑制することが可能となる。反射防止膜としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、フッ化物、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びダイヤモンドライクカーボンの中から選択される少なくとも１種以上からなる膜が好ましい。反射防止膜は、例えば、蒸着法又はスパッタリング法により形成することができる。また、反射防止膜の厚みは、例えば、１．０μｍ以上でかつ５．０μｍ以下である。
　次に、上記構成の複合体８、気密パッケージ３、及び電子装置１の製造方法の一例を、主に図５Ａ～図５Ｄに基づいて説明する。なお、図５Ａ～図５Ｄ中におけるはんだ部９、嵌合凸部１１、嵌合凹部１２、シリコン層１４、及びメタライズ層１５の厚み方向寸法は何れも実際の寸法よりも誇張して大きく描かれている。
　本実施形態に係る複合体８の製造方法は、蓋体６の表面にシリコン層１４を形成するシリコン層形成工程Ｓ１と、シリコン層１４の表面にメタライズ層１５を形成するメタライズ層形成工程Ｓ２と、枠体５の表面に接合部７の素材を供給する素材供給工程Ｓ３と、蓋体６を枠体５上の所定位置にセットするセット工程Ｓ４と、接合部７の素材を加熱して接合部７を形成する接合部形成工程Ｓ５とを具備する。また、気密パッケージ３及び電子装置１の製造方法は、上記工程Ｓ１～Ｓ５、及び基体４を枠体５に接合する接合工程Ｓ６をさらに具備する。以下、各工程Ｓ１～Ｓ６の詳細を順に説明する。
（Ｓ１）シリコン層形成工程
　本工程Ｓ１では、所定の形状をなす蓋体６の表面、具体的には、下面６ａに形成された嵌合凸部１１よりも外側に位置する下面６ａの周縁領域６ａ１に、シリコン層１４を形成する（図５Ａを参照）。例えば蒸着によりシリコン層１４を形成する場合、蒸着装置の真空容器内に蓋体６とシリコン素材を搬入し、真空雰囲気下でシリコン素材を加熱、蒸発させることで、蒸発したシリコン原子を蓋体６の下面６ａ（特に周縁領域６ａ１）に堆積させて、下面６ａ上に所定厚みのシリコン層１４を形成する。
（Ｓ２）メタライズ層形成工程
　本工程Ｓ２では、工程Ｓ１で得た蓋体６の下面６ａに形成されたシリコン層１４の表面に、メタライズ層１５を形成する（図５Ｂを参照）。例えば蒸着によりメタライズ層１５を形成する場合、工程Ｓ１の場合と同様にして、シリコン層１４上に所定厚みのメタライズ層１５を形成する。これにより、下面６ａの周縁領域６ａ１に、シリコン層１４及びメタライズ層１５が重なり合った状態で形成された蓋体６が得られる。
（Ｓ３）素材供給工程
　本工程Ｓ３では、接合対象となる枠体５の所定表面に、接合部７の素材を供給する。具体的には、まず図５Ｃに示すように、枠体５を用意する。この時点で、枠体５の上面５ｃには、嵌合凹部１２が形成されている。そして、接合部７としてのはんだ部９の素材であるはんだ材料９ａを、枠体５の上面５ｃのうち嵌合凹部１２より外側の領域に供給する。この場合、上面５ｃの周方向全域にわたってはんだ材料９ａを供給するのがよい。なお、本実施形態では、はんだ材料９ａを、枠体５の上面５ｃに供給する場合を説明したが、はんだ材料９ａを、工程Ｓ１又は工程Ｓ２で得た蓋体６の下面６ａ側に供給してもよい。
（Ｓ４）セット工程
　本工程Ｓ４では、工程Ｓ２で作成された蓋体６を、工程Ｓ３で得られた枠体５上の所定位置にセットする。正確には、蓋体６の下面６ａに形成された嵌合凸部１１が枠体５の上面５ｃに形成された嵌合凹部１２と嵌り合うように、蓋体６を枠体５上の所定位置に載置する。この動作により、蓋体６と枠体５との間に嵌合部１０が形成されると共に、蓋体６が水平方向に位置決めされた状態で枠体５上の所定位置にセットされる。また、蓋体６の下面６ａに設けたシリコン層１４及びメタライズ層１５の全域が、枠体５の上面５ｃに供給されたはんだ材料９ａと接した状態となる（何れも図５Ｄを参照）。
（Ｓ５）接合部形成工程
　上述のようにして蓋体６をセットした後、枠体５及び蓋体６を例えば加熱炉内に搬入し、所定の温度にまで加熱する。本実施形態では、嵌合部１０枠体５及び蓋体６をはんだ材料９ａが融解する温度にまで加熱昇温する。これにより、はんだ材料９ａが融解して枠体５の上面５ｃと蓋体６の下面６ａ（ここではメタライズ層１５の表面）とにそれぞれ密着した状態となる。然る後、加熱を停止し（又は降温し）、はんだ材料９ａを固化させる。この結果、枠体５及び蓋体６（ここではメタライズ層１５）と密着した状態のはんだ部９が、枠体５と蓋体６との間に形成され、枠体５と蓋体６、及び接合部７とで構成される複合体８が得られる。
　なお、この際、はんだ材料９ａの内側には、嵌合凸部１１と嵌合凹部１２とが互いに嵌り合ってなる嵌合部１０が形成されているので、はんだ材料９ａの嵌合部１０よりも内側への流れ込みは規制される。
（Ｓ６）接合工程
　その後、電子部品２が実装された基体４の上に、複合体８の枠体５を構成する筒状部５ａの下端面５ｄを設置する。この際、枠体５の下端面５ｄに、接合材としてのはんだ材料９ａ（図５Ｄを参照）を塗布しておき、設置後、基体４と枠体５を、はんだ材料９ａが融解する温度にまで加熱昇温する。これにより、はんだ材料９ａが融解して、基体４と枠体５が密着した状態となる。然る後、加熱を停止し（又は降温し）、はんだ材料９ａを固化させる。この結果、基体４と枠体５の両方に密着した状態のはんだ部９が、基体４と枠体５との間に形成され、以上により、基体４、枠体５、及び蓋体６から構成される気密パッケージ３、及び電子部品２が格納される気密パッケージ３である電子装置１が得られる（ともに図１を参照）。
　あるいは、上述した手順以外にも、次のような工程（図示は省略）を採用することも可能である。まず基体４と枠体５が一体化されると共に基体４の上に電子部品２が実装された構造物を準備しておく。そして、接合部７としてのはんだ部９の素材であるはんだ材料９ａを、枠体５の上面５ｃに供給し、枠体５の上面５ｃを覆うように蓋体６を設置する。その後、上記構造物と蓋体６を、例えば加熱炉内に搬入し、所定の温度にまで加熱し、その後、加熱を停止（又は降温）する。これにより、基体４、枠体５、及び蓋体６から構成される気密パッケージ３、及び電子部品２が格納される気密パッケージ３である電子装置１を得ることができる。上記手順によれば、中間体である複合体８を得る工程と、最終製品である気密パッケージ３（電子装置１）を得る工程を同時に行うことができる。なお、この場合にも、はんだ材料９ａを、工程Ｓ１で得た蓋体６の下面６ａに供給してもよい。
　以上述べたように、本実施形態に係る複合体８及び気密パッケージ３では、接合対象となる蓋体６と枠体５との間に、はんだ部９と嵌合部１０とを設けた。上述した構造の嵌合部１０によれば、蓋体６と枠体５との相対移動を規制することができるので、はんだ部９で蓋体６と枠体５とを接合する際の位置ずれを確実に防止することができる。また、蓋体６と枠体５との間にはんだ部９を設けることで、はんだ部９により蓋体６と枠体５とで区画される気密パッケージ３の内部空間１５を気密封止することができる。そのため、本実施形態に係る複合体８及び気密パッケージ３によれば、蓋体６を枠体５上の所定位置に正確に固定することができると共に、気密パッケージ３の内部空間１６に優れた気密性を付与することができる。また、はんだ部９と嵌合部１０とによって蓋体６と枠体５とを互いに接合しているので、蓋体６と枠体５との間で十分な大きさの接合力を得ることが可能となる。
　また、本実施形態では、嵌合部１０を、蓋体６の周縁全域にわたって形成すると共に、はんだ部９を、嵌合部１０の外側に設けるようにしたので、赤外光Ｌの透過領域となる蓋体６の中央側領域６ｃ側へのはんだ部９（はんだ材料９ａ）の流動を嵌合部１０で抑止することができる。よって、はんだ部９が蓋体６の赤外光Ｌ透過領域に流れ込む事態を確実に防止して、赤外光Ｌの透過機能を担保することが可能となる。
　以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る複合体とこの複合体を備えた気密パッケージ、並びに複合体の製造方法とこの複合体を備えた気密パッケージの製造方法は、上記実施形態には限定されることなく、本発明の範囲内で種々の形態を採ることが可能である。
　例えば、上記実施形態では、はんだ部９と嵌合部１０をともに蓋体６の周縁全域にわたって形成した場合を例示したが、もちろんこの構成には限られない。例えばはんだ部９（はんだ材料９ａ）の赤外光Ｌ透過領域側への流れ込みを考慮しなくてよい場合、嵌合部１０を蓋体６の周縁全域に設ける必要はなく、またはんだ部９よりも内側に設ける必要もない。すなわち、蓋体６の位置ずれ防止効果と枠体５との接合力発現効果を享受可能な限りにおいて、嵌合部１０は任意の構成をとることが可能である。
　また、以上の説明では、蓋体６の中央側領域６ｃが表裏ともに平坦で、赤外光Ｌをそのまま透過可能な窓として機能する場合を例示したが、これには限られない。例えば図示は省略するが、蓋体６の中央側領域６ｃがレンズとして機能するように、下面６ａ及び上面６ｂの中央側領域６ａ２，６ｂ２がそれぞれ所定の凹曲面又は凸曲面形状をなす場合に本発明を適用してもかまわない。
　また、以上の説明では、電子部品２が、赤外光Ｌを出射するレーザ素子（例えば量子カスケードレーザ素子）である電子装置１に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の適用対象はこれには限られない。例えば電子部品２が、赤外光Ｌを受光する受光素子である電子装置１にも本発明を適用することが可能である。
１　　　電子装置
２　　　電子部品
３　　　気密パッケージ
４　　　基体
４ａ　　主面
５　　　枠体
５ａ　　筒状部
５ｂ　　内鍔部
５ｃ　　上面
６　　　蓋体
６ａ　　下面
６ａ１　周縁領域
６ａ２，６ｂ２　中央側領域
６ｂ　　上面
６ｃ　　中央側領域
７　　　接合部
８　　　複合体
９　　　はんだ部
９ａ　　はんだ材料
１０　　嵌合部
１１　　嵌合凸部
１１ａ　角部
１１ｂ　頂面
１２　　嵌合凹部
１２ａ　開口縁部
１２ｂ　底面
１３　　隙間
１４　　シリコン層
１５　　メタライズ層
１６　　内部空間
Ｇ　　　対向間隔
Ｌ　　　赤外光
Ｓ１　　シリコン層形成工程
Ｓ２　　メタライズ層形成工程
Ｓ３　　素材供給工程
Ｓ４　　セット工程
Ｓ５　　接合部形成工程
Ｓ６　　接合工程
ｔ　　　厚み方向寸法
Ｔ１　　高さ寸法
Ｔ２　　深さ寸法

Claims (13)

  1. 　枠体と、前記枠体上に設けられた蓋体とを備えた複合体であって、
    　前記蓋体は、赤外光を透過可能なガラスで形成され、
    　前記蓋体と前記枠体との間に、はんだ部と嵌合部とが設けられ、
    　前記嵌合部は、前記蓋体と前記枠体の一方に設けられる嵌合凸部と、前記蓋体と前記枠体の他方に設けられ前記嵌合凸部と嵌り合う嵌合凹部とで構成され、
    　前記はんだ部と前記嵌合部とで前記蓋体と前記枠体とが互いに接合されている複合体。
  2. 　前記嵌合部は、前記蓋体の周縁全域にわたって形成されると共に、
    　前記はんだ部は、前記金属粒子結合部の外側に設けられている請求項１に記載の複合体。
  3. 　前記嵌合凸部の頂面と前記嵌合凹部の底面とが当接した状態で前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが互いに嵌合しており、
    　前記嵌合凸部の高さ寸法が前記嵌合凹部の深さ寸法よりも大きく設定されている請求項１又は２に記載の複合体。
  4. 　前記嵌合凸部の高さ寸法と前記嵌合凹部の深さ寸法の差が３μｍ以上でかつ３００μｍ以下である請求項３に記載の複合体。
  5. 　前記はんだ部と前記嵌合部は、互いに向かい合う前記枠体の第一表面と前記蓋体の第二表面との間に設けられており、
    　前記第一表面に前記嵌合凹部が設けられると共に、
    　前記第二表面に前記嵌合凸部が前記蓋体のプレス加工により型成形されている請求項１～４の何れか一項に記載の複合体。
  6. 　前記はんだ部は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂの中から選択される１種以上の金属で形成される請求項１～５の何れか一項に記載の複合体。
  7. 　前記赤外光を透過可能なガラスは、肉厚２ｍｍにおいて３～１４μｍ波長域での内部透過率９０％以上を示すガラスである請求項１～６の何れか一項に記載の複合体。
  8. 　前記赤外光を透過可能なガラスは、カルコゲナイドガラスである請求項１～７の何れか一項に記載の複合部材。
  9. 　前記カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｓ　５０～８０％、Ｓｂ　０～４０％（ただし０％を含まない）、Ｇｅ　０～１８％（ただし０％を含まない）、Ｓｎ　０～２０％、Ｂｉ　０～２０％を含有する請求項８に記載の複合体。
  10. 　前記カルコゲナイドガラスは、モル百分率で、Ｔｅ　４～８０％、Ｇｅ　０～５０％（ただし０％を含まない）、Ｇａ　０～２０％を含有する請求項８に記載の複合体。
  11. 　前記蓋体の少なくとも一部は、赤外光を透過可能な窓である請求項１～１０の何れか一項に記載の複合体。
  12. 　前記蓋体の少なくとも一部は、赤外光を透過可能なレンズである請求項１～１１の何れか一項に記載の複合体。
  13. 　主面を有する基体と、前記基体の前記主面上に設けられた請求項１～１２の何れか一項に記載の複合体とを備えた気密パッケージ。
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