(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー封着時にカバーガラスの熱歪みを低減されるガラス及びこれを用いた気密パッケージの提供【解決手段】パッケージ基体とカバーガラスと、を有する気密パッケージにおいて、パッケージガラスとカバーガラスの間に封着材料層が配されている気密パッケージ。一方の表面上に封着材料層を有するカバーガラスであって、封着材料層に空隙が形成されているカバーガラス。【効果】カバーガラスは、近赤外光を殆ど吸収しないため、近赤外レーザーにより直接加熱されない。つまりカバーガラスの表面内において、封着材料層が形成されている領域は、レーザー封着時に局所加熱されるが、封着材料層が形成されていない領域は局所加熱されない。レーザー封着時に、カバーガラスの熱歪みを低減し得るため、これを用いた気密パッケージが得らる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面上に封着材料層を有するカバーガラスであって、
封着材料層に空隙が形成されていることを特徴とするカバーガラス。
【請求項２】
封着材料層の空隙の幅が、封着材料層の平均幅の２〜６０％であることを特徴とする請求項１に記載のカバーガラス。
【請求項３】
空隙が、封着材料層の中心線に沿って形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカバーガラス。
【請求項４】
封着材料層が、カバーガラスの外周端縁に沿って額縁形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のカバーガラス。
【請求項５】
封着材料層の平均厚みが８．０μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のカバーガラス。
【請求項６】
パッケージ基体と、カバーガラスと、を有する気密パッケージにおいて、
パッケージ基体とカバーガラスの間に封着材料層が配されており、
該封着材料層に空隙が形成されていることを特徴とする気密パッケージ。
【請求項７】
封着材料層の空隙の幅が、封着材料層の平均幅の２〜６０％であることを特徴とする請求項６に記載の気密パッケージ。
【請求項８】
パッケージ基体が、基部と基部上に設けられた枠部とを有し、
パッケージ基体の枠部内に、内部素子が収容されており、
パッケージ基体の枠部の頂部とカバーガラスの間に封着材料層が配されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の気密パッケージ。
【請求項９】
パッケージ基体が、ガラス、ガラスセラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムの何れか、或いはこれらの複合材料であることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の気密パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カバーガラス及びこれを用いた気密パッケージに関し、具体的には、所定形状の封着材料層を有するカバーガラス及びこれを用いた気密パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
気密パッケージは、一般的に、パッケージ基体と、光透過性を有するカバーガラスと、それらの内部に収容される内部素子と、を備えている。
【０００３】
気密パッケージの内部に実装されるＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子等の内部素子は、周囲環境から浸入する水分により劣化する虞がある。従来まで、パッケージ基体とカバーガラスとを一体化するために、低温硬化性を有する有機樹脂系接着剤が使用されていた。しかし、有機樹脂系接着剤は、水分や気体を完全に遮蔽できないため、内部素子を経時的に劣化させる虞がある。
【０００４】
一方、ガラス粉末と耐火性フィラー粉末を含む複合粉末を封着材料に用いると、封着部分が周囲環境の水分で劣化し難くなり、気密パッケージの気密信頼性を確保し易くなる。
【０００５】
しかし、ガラス粉末は、有機樹脂系接着剤よりも軟化温度が高いため、封着時に内部素子を熱劣化させる虞がある。このような事情から、近年、レーザー封着が注目されている。
【０００６】
レーザー封着では、一般的に、近赤外域の波長を有するレーザー（以下、近赤外レーザー）が封着材料層に照射された後、封着材料層が軟化変形して、カバーガラスとパッケージ基体が気密一体化される。レーザー封着では、封着すべき部分のみを局所的に加熱することが可能であり、内部素子を熱劣化させることなく、パッケージ基体とカバーガラスとを気密一体化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１２６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
封着材料層の近赤外光の吸収能は、レーザー封着効率を高めるために、カバーガラスの近赤外光の吸収能よりも高くなっている。そして、封着材料層は、レーザー封着時に近赤外レーザーにより直接加熱されるが、カバーガラスは、近赤外光を殆ど吸収しないため、近赤外レーザーにより直接加熱されない。つまりカバーガラスの表面内において、封着材料層が形成されている領域は、レーザー封着時に局所加熱されるが、封着材料層が形成されていない領域は局所加熱されない。
【０００９】
この局所加熱の有無に起因して、カバーガラスの封着材料層が形成されている領域と封着材料層が形成されていない領域との間に膨張／収縮差が生じ、カバーガラスの面内に熱歪みが発生する。この熱歪みは、カバーガラスを破損させることが多く、気密信頼性を確保する上で大きな問題になる。
【００１０】
この問題に対して、封着材料層の幅を広げると、熱歪みを緩和し得るが、封着材料層の幅が大き過ぎると、封着材料層の幅方向の中央部と端縁部とで温度差が大きくなり、熱歪みの偏在化が生じて、気密信頼性が低下する虞がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、レーザー封着時に、カバーガラスの熱歪みを低減し得るカバーガラス及びこれを用いた気密パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、種々の実験を繰り返した結果、封着材料層に空隙を設けることにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のカバーガラスは、一方の表面上に封着材料層を有するカバーガラスであって、封着材料層に空隙が形成されていることを特徴とする。ここで、「空隙」とは、封着材料層内に設けられ、平面視で外部と連通していない封着材料層の未形成部分をいう。
【００１３】
本発明のカバーガラスは、封着材料層に空隙が形成されている。これにより、レーザー封着時に、封着材料層の幅方向の中央部と端縁部とで温度勾配が緩和されるため、カバーガラスの面内に膨張／収縮差が生じ難くなって、カバーガラスの面内に熱歪みが発生し難くなり、結果としてカバーガラスが破損し難くなる。
【００１４】
また、本発明のカバーガラスは、封着材料層の空隙の幅が、封着材料層の平均幅の２〜６０％であることが好ましい。ここで、「空隙の幅」は、封着材料層の幅方向における空隙の長さ寸法を指す。「封着材料層の平均幅」は、空隙がないと仮定した場合の封着材料層の平均幅を指す。
【００１５】
また、本発明のカバーガラスは、空隙が、封着材料層の中心線に沿って形成されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のカバーガラスは、封着材料層が、カバーガラスの外周端縁に沿って額縁形状に形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のカバーガラスは、封着材料層の平均厚みが８．０μｍ未満であることが好ましい。このようにすれば、レーザー封着後の気密パッケージ内での残留応力が小さくなるため、気密パッケージの気密信頼性を高めることができる。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明のカバーガラスの一例を説明するための上方概略図である。図１（ａ）から分かるように、カバーガラス１１の一方の表面には、封着材料層１５が、カバーガラス１１の外周端縁に沿って額縁形状に形成されている。そして、封着材料層１５には、封着材料層１５の幅方向の中心線に沿って、線状の空隙Ｇが全周に亘って形成されており、その空隙Ｇの幅は、封着材料層１５の平均幅の約１０％になっている（図中では、空隙Ｇの幅が誇張されて図示されている）。図１（ｂ）は、本発明のカバーガラスの一例を説明するための上方概略図である。図１（ｂ）から分かるように、カバーガラス１１の一方の表面には、封着材料層１５が、カバーガラス１１の外周端縁に沿って額縁形状に形成されている。そして、封着材料層１５には、封着材料層１５の幅方向の中心線に沿って、真円状の空隙Ｇが一定の間隔で連続的に形成されており、その空隙Ｇの幅は、封着材料層１５の平均幅の約１５％になっている（図中では、空隙Ｇの幅が誇張されて図示されている）。
【００１９】
本発明の気密パッケージは、パッケージ基体と、カバーガラスと、を有する気密パッケージにおいて、パッケージ基体とカバーガラスの間に封着材料層が配されており、該封着材料層に空隙が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の気密パッケージは、封着材料層の空隙の幅が、封着材料層の平均幅の２〜６０％であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の気密パッケージは、パッケージ基体が、基部と基部上に設けられた枠部とを有し、パッケージ基体の枠部内に、内部素子が収容されており、パッケージ基体の枠部の頂部とカバーガラスの間に封着材料層が配されていることが好ましい。このようにすれば、気密パッケージ内の空間に内部素子を収容し易くなる。
【００２２】
また、本発明の気密パッケージは、パッケージ基体が、ガラス、ガラスセラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムの何れか、或いはこれらの複合材料であることが好ましい。
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明を説明する。図２は、本発明の一実施形態を説明するための概略断面図である。図２から分かるように、気密パッケージ１は、パッケージ基体１０とカバーガラス１１とを備えている。また、パッケージ基体１０は、基部１２と、基部１２の外周端縁に沿って額縁状の枠部１３とを有している。そして、パッケージ基体１０の枠部１３内には、内部素子１４が収容されている。なお、パッケージ基体１０内には、内部素子１４と外部を電気的に接続する電気配線（図示されていない）が形成されている。
【００２４】
封着材料層１５は、封着材料層の幅方向の中心線に沿って、空隙が全周に亘って形成されており、その空隙の幅は、封着材料層の平均幅の約８％になっている。更に封着材料層１５の平均厚みは８．０μｍ未満になっている。そして、封着材料層１５は、パッケージ基体１０の枠部１３の頂部とカバーガラス１１の内部素子１４側の表面との間に、枠部１３の頂部の全周に亘って配されている。また、封着材料層１５は、ビスマス系ガラスと耐火性フィラー粉末とを含んでいるが、実質的にレーザー吸収材を含んでいない。そして、封着材料層１５の幅は、パッケージ基体１０の枠部１３の頂部の幅よりも小さく、更にカバーガラス１１の端縁から離間している。
【００２５】
また、上記気密パッケージ１は、次のようにして作製することができる。まず封着材料層１５と枠部１３の頂部が接するように、封着材料層１５が予め形成されたカバーガラス１１をパッケージ基体１０上に載置する。続いて、カバーガラス１１側から封着材料層１５に沿って、レーザー照射装置から出射したレーザー光Ｌを照射する。これにより、封着材料層１５が軟化流動し、パッケージ基体１０の枠部１３の頂部の表層と反応することで、パッケージ基体１０とカバーガラス１１が気密一体化されて、気密パッケージ１の気密構造が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のカバーガラスの一例を説明するための上方概略図である。
【図２】本発明の一実施形態を説明するための概略断面図である。
【図３】マクロ型ＤＴＡ装置で測定した時の複合粉末の軟化点を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のカバーガラスは、一方の表面上に封着材料層を有する。封着材料層は、レーザー封着の際に軟化変形して、パッケージ基体の表層に反応層を形成し、パッケージ基体とカバーガラスとを気密一体化する機能を有している。
【００２８】
封着材料層には、空隙が形成されており、その空隙の幅は、封着材料層の平均幅の２〜６０％が好ましく、３〜４０％、４〜３０％、特に５〜２０％が好ましい。空隙の幅が封着材料層の平均幅に比べて小さ過ぎると、封着材料層の幅方向の中央領域と端縁部とで温度差が大きくなり、熱歪みの偏在化が生じて、気密信頼性が低下する虞がある。一方、空隙の幅が封着材料層の平均幅に比べて大き過ぎると、レーザー封着強度やレーザー封着精度が低下して、気密信頼性が低下する虞がある。
【００２９】
空隙の平均幅は、好ましくは１０〜８００μｍ、より好ましくは２０〜３００μｍ、特に好ましくは３０〜２００μｍである。空隙の平均幅が小さ過ぎると、封着材料層の幅方向の中央領域と端縁部とで温度差が大きくなり、熱歪みの偏在化が生じて、気密信頼性が低下する虞がある。一方、空隙の平均幅が大き過ぎると、レーザー封着強度やレーザー封着精度が低下して、気密信頼性が低下する虞がある。
【００３０】
空隙の形状は、特に限定されないが、封着材料層の幅方向の中央領域と端縁部の温度差を低減する観点から、封着材料層の幅方向の中心線に沿って、線状の空隙が封着材料層の全部に亘って形成されていることが好ましく、封着材料層の幅方向の中心線に沿って、真円状の空隙が一定間隔で連続的に形成されていることも好ましい。特に、封着材料層の幅方向の中心線に沿って、線状の空隙が封着材料層の全部に亘って形成されていることが好ましい。
【００３１】
封着材料層の平均幅は、好ましくは１００〜３０００μｍ、より好ましくは３００〜２０００μｍ、特に好ましくは５００〜１５００μｍである。封着材料層の平均幅が小さ過ぎると、レーザー封着強度やレーザー封着精度が低下して、気密信頼性が低下する虞がある。一方、封着材料層の平均幅が大き過ぎると、封着材料層の幅方向の中央領域と端縁部とで温度差が大きくなり、熱歪みの偏在化が生じて、気密信頼性が低下する虞がある。
【００３２】
封着材料層は、少なくともガラス粉末と耐火性フィラー粉末を含む複合粉末の焼結体が好ましい。このようにすれば、封着材料層の表面平滑性を高めることができる。結果として、レーザー封着時に、カバーガラスの熱歪みが低減されると共に、気密パッケージの気密信頼性を高めることができる。ガラス粉末は、レーザー封着の際に軟化変形して、パッケージ基体とカバーガラスとを気密一体化する成分である。耐火性フィラー粉末は、骨材として作用し、封着材料層の熱膨張係数を低下させつつ、機械的強度を高める成分である。なお、封着材料層には、ガラス粉末と耐火性フィラー粉末以外にも、光吸収特性を高めるために、レーザー吸収材を含んでいてもよい。
【００３３】
複合粉末として、種々の材料が使用可能である。その中でも、レーザー封着強度を高める観点から、ビスマス系ガラス粉末と耐火性フィラー粉末を含む複合粉末を用いることが好ましい。複合粉末として、５５〜９５体積％のビスマス系ガラス粉末と５〜４５体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合粉末を用いることが好ましく、６０〜８５体積％のビスマス系ガラス粉末と１５〜４０体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合粉末を用いることが更に好ましく、６０〜８０体積％のビスマス系ガラス粉末と２０〜４０体積％の耐火性フィラー粉末を含有する複合粉末を用いることが特に好ましい。耐火性フィラー粉末を添加すれば、封着材料層の熱膨張係数が、カバーガラスとパッケージ基体の熱膨張係数に整合し易くなる。その結果、レーザー封着後に封着部分に不当な応力が残留する事態を防止し易くなる。一方、耐火性フィラー粉末の含有量が多過ぎると、ビスマス系ガラス粉末の含有量が相対的に少なくなるため、封着材料層の表面平滑性が低下して、レーザー封着精度が低下し易くなる。
【００３４】
複合粉末の軟化点は、好ましくは５１０℃以下、４８０℃以下、特に４５０℃以下である。複合粉末の軟化点が高過ぎると、封着材料層の表面平滑性を高め難くなる。複合粉末の軟化点の下限は特に設定されないが、ガラス粉末の熱的安定性を考慮すると、複合粉末の軟化点は３５０℃以上が好ましい。ここで、「軟化点」は、マクロ型ＤＴＡ装置で測定した際の第四変曲点であり、図３中のＴｓに相当する。
【００３５】
ビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  ２８〜６０％、Ｂ２Ｏ３  １５〜３７％、ＺｎＯ  ０〜３０％、ＣｕＯ＋ＭｎＯ  １５〜４０％を含有することが好ましい。各成分の含有範囲を上記のように限定した理由を以下に説明する。なお、ガラス組成範囲の説明において、％表示はモル％を指す。
【００３６】
Ｂｉ２Ｏ３は、軟化点を低下させるための主要成分である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量は、好ましくは２８〜６０％、３３〜５５％、特に３５〜４５％である。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、軟化流動性が低下し易くなる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、レーザー封着の際にガラスが失透し易くなり、この失透に起因して、軟化流動性が低下し易くなる。
【００３７】
Ｂ２Ｏ３は、ガラス形成成分として必須の成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１５〜３７％、１９〜３３％、特に２２〜３０％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、ガラスネットワークが形成され難くなるため、レーザー封着の際にガラスが失透し易くなる。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスの粘性が高くなり、軟化流動性が低下し易くなる。
【００３８】
ＺｎＯは、耐失透性を高める成分である。ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜３０％、３〜２５％、５〜２２％、特に５〜２０％である。ＺｎＯの含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが崩れて、かえって耐失透性が低下し易くなる。
【００３９】
ＣｕＯとＭｎＯは、レーザー吸収能を大幅に高める成分である。ＣｕＯとＭｎＯの合量は、好ましくは１５〜４０％、２０〜３５％、特に２５〜３０％である。ＣｕＯとＭｎＯの合量が少な過ぎると、レーザー吸収能が低下し易くなる。一方、ＣｕＯとＭｎＯの合量が多過ぎると、軟化点が高くなり過ぎて、レーザー光を照射しても、ガラスが軟化流動し難くなる。またガラスが熱的に不安定になり、レーザー封着時にガラスが失透し易くなる。なお、ＣｕＯの含有量は、好ましくは８〜３０％、特に１３〜２５％である。ＭｎＯの含有量は、好ましくは０〜２５％、３〜２５％、特に５〜１５％である。
【００４０】
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を添加してもよい。
【００４１】
ＳｉＯ２は、耐水性を高める成分である。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜５％、０〜３％、０〜２％、特に０〜１％である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。またレーザー封着の際にガラスが失透し易くなる。
【００４２】
Ａｌ２Ｏ３は、耐水性を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜１０％、０．１〜５％、特に０．５〜３％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、軟化点が不当に上昇する虞がある。
【００４３】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏは、耐失透性を低下させる成分である。よって、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量は、それぞれ０〜５％、０〜３％、特に０〜１％未満が好ましい。
【００４４】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは、耐失透性を高める成分であるが、軟化点を上昇させる成分である。よって、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は、それぞれ０〜２０％、０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。
【００４５】
Ｆｅ２Ｏ３は、耐失透性とレーザー吸収能を高める成分である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜１０％、０．１〜５％、特に０．４〜２％である。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが崩れて、かえって耐失透性が低下し易くなる。
【００４６】
Ｓｂ２Ｏ３は、耐失透性を高める成分である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜５％、特に０〜２％である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラス組成の成分バランスが崩れて、かえって耐失透性が低下し易くなる。
【００４７】
ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは１５μｍ未満、０．５〜１０μｍ、特に１〜５μｍである。ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が小さい程、ガラス粉末の軟化点が低下する。ここで、「平均粒径Ｄ５０」は、レーザー回折法により体積基準で測定した値を指す。
【００４８】
耐火性フィラー粉末として、コーディエライト、ジルコン、酸化錫、酸化ニオブ、リン酸ジルコニウム系セラミック、ウイレマイト、β−ユークリプタイト、β−石英固溶体から選ばれる一種又は二種以上が好ましく、特にβ−ユークリプタイト又はコーディエライトが好ましい。これらの耐火性フィラー粉末は、熱膨張係数が低いことに加えて、機械的強度が高く、しかもビスマス系ガラスとの適合性が良好である。
【００４９】
耐火性フィラー粉末の平均粒径Ｄ５０は、好ましくは２μｍ未満、特に０．１μｍ以上、且つ１．５μｍ未満である。耐火性フィラー粉末の平均粒径Ｄ５０が大き過ぎると、封着材料層の表面平滑性が低下し易くなると共に、封着材料層の平均厚みが大きくなり易く、結果として、レーザー封着精度が低下し易くなる。
【００５０】
耐火性フィラー粉末の９９％粒径Ｄ９９は、好ましくは５μｍ未満、４μｍ以下、特に０．３μｍ以上、且つ３μｍ以下である。耐火性フィラー粉末の９９％粒径Ｄ９９が大き過ぎると、封着材料層の表面平滑性が低下し易くなると共に、封着材料層の平均厚みが大きくなり易く、結果として、レーザー封着精度が低下し易くなる。ここで、「９９％粒径Ｄ９９」は、レーザー回折法により体積基準で測定した値を指す。
【００５１】
封着材料層は、光吸収特性を高めるために、更にレーザー吸収材を含んでもよいが、レーザー吸収材は、ビスマス系ガラスの失透を助長する作用を有する。よって、封着材料層中のレーザー吸収材の含有量は、好ましくは１０体積％以下、５体積％以下、１体積％以下、０．５体積％以下、特に実質的に含有しないことが好ましい。ビスマス系ガラスの耐失透性が良好である場合は、レーザー吸収能を高めるために、レーザー吸収材を１体積％以上、特に３体積％以上導入してもよい。なお、レーザー吸収材として、Ｃｕ系酸化物、Ｆｅ系酸化物、Ｃｒ系酸化物、Ｍｎ系酸化物及びこれらのスピネル型複合酸化物等が使用可能である。
【００５２】
封着材料層の熱膨張係数は、好ましくは５５×１０−７〜１００×１０−７／℃、６０×１０−７〜８２×１０−７／℃、特に６５×１０−７〜７６×１０−７／℃である。このようにすれば、封着材料層の熱膨張係数がカバーガラスやパッケージ基体の熱膨張係数に整合して、封着部分に残留する応力が小さくなる。なお、「熱膨張係数」は、３０〜３００℃の温度範囲において、ＴＭＡ（押棒式熱膨張係数測定）装置で測定した値である。
【００５３】
封着材料層の平均厚みは、好ましくは８．０μｍ未満、特に１．０μｍ以上、且つ６．０μｍ未満である。封着材料層の平均厚みが小さい程、封着材料層とカバーガラスの熱膨張係数が不整合である時に、レーザー封着後に封着部分に残留する応力を低減することができる。またレーザー封着精度を高めることもできる。なお、上記のように封着材料層の平均厚みを規制する方法としては、複合粉末ペーストを薄く塗布する方法、封着材料層の表面を研磨処理する方法が挙げられる。
【００５４】
封着材料層の波長８０８ｎｍの単色光での光吸収率は、好ましくは６０％以上、特に７０％以上である。この光吸収率が低いと、レーザー封着時のレーザー出力を高めなければ封着材料層が軟化変形しなくなる。結果として、カバーガラスに不当な熱歪みが発生する虞が生じ、内部素子が熱損傷する虞も生じる。ここで、「波長８０８ｎｍの単色光での光吸収率」は、封着材料層の厚み方向の反射率と透過率を分光光度計で測定し、その合計値を１００％から減じた値を指す。
【００５５】
封着材料層の表面粗さＲａは、好ましくは０．５μｍ未満、０．２μｍ以下、特に０．０１〜０．１５μｍである。また、封着材料層の表面粗さＲＭＳは、好ましくは１．０μｍ未満、０．５μｍ以下、特に０．０５〜０．３μｍである。このようにすれば、パッケージ基体と封着材料層の密着性が向上し、レーザー封着精度が向上する。ここで、「表面粗さＲａ」と「表面粗さＲＭＳ」は、例えば、触針式又は非接触式のレーザー膜厚計や表面粗さ計により測定することができる。なお、上記のように封着材料層の表面粗さＲａ、ＲＭＳを規制する方法としては、封着材料層の表面を研磨処理する方法、耐火性フィラー粉末の粒度を小さくする方法が挙げられる。
【００５６】
封着材料層は、種々の方法により形成可能であるが、その中でも、複合粉末ペーストの塗布、焼結により形成することが好ましい。そして、複合粉末ペーストの塗布は、ディスペンサーやスクリーン印刷機等の塗布機を用いることが好ましい。このようにすれば、封着材料層の寸法精度を高めることができる。ここで、複合粉末ペーストは、複合粉末とビークルの混合物である。そして、ビークルは、通常、溶媒と樹脂を含む。樹脂は、ペーストの粘性を調整する目的で添加される。また、必要に応じて、界面活性剤、増粘剤等を添加することもできる。
【００５７】
複合粉末ペーストは、通常、三本ローラー等により、複合粉末とビークルを混練することにより作製される。ビークルは、通常、樹脂と溶剤を含む。ビークルに用いる樹脂として、アクリル酸エステル（アクリル樹脂）、エチルセルロース、ポリエチレングリコール誘導体、ニトロセルロース、ポリメチルスチレン、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、メタクリル酸エステル等が使用可能である。ビークルに用いる溶剤として、Ｎ、Ｎ’−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、α−ターピネオール、高級アルコール、γ−ブチルラクトン（γ−ＢＬ）、テトラリン、ブチルカルビトールアセテート、酢酸エチル、酢酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ベンジルアルコール、トルエン、３−メトキシ−３−メチルブタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用可能である。
【００５８】
複合粉末ペーストは、パッケージ基体上、特にパッケージ基体の枠部の頂部上に塗布してもよいが、カバーガラスの外周端縁に沿って、額縁状に塗布することが好ましい。このようにすれば、パッケージ基体への封着材料層の焼き付けが不要になり、ＭＥＭＳ素子等の内部素子の熱劣化を抑制することができる。
【００５９】
カバーガラスとして、種々のガラスが使用可能である。例えば、無アルカリガラス、アルカリホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスが使用可能である。なお、カバーガラスは、複数枚のガラス板を貼り合わせた積層ガラスであってもよい。
【００６０】
カバーガラスの内部素子側の表面に機能膜を形成してもよく、カバーガラスの外側の表面に機能膜を形成してもよい。特に機能膜として反射防止膜が好ましい。これにより、カバーガラスの表面で反射する光を低減することができる。
【００６１】
カバーガラスの厚みは、好ましくは０．１ｍｍ以上、０．１５〜２．０ｍｍ、特に０．２〜１．０ｍｍである。カバーガラスの厚みが小さいと、気密パッケージの強度が低下し易くなる。一方、カバーガラスの厚みが大きいと、気密パッケージの薄型化を図り難くなる。
【００６２】
カバーガラスと封着材料層の熱膨張係数差は５０×１０−７／℃未満、４０×１０−７／℃未満、特に３０×１０−７／℃以下が好ましい。この熱膨張係数差が大き過ぎると、封着部分に残留する応力が不当に高くなり、気密パッケージの気密信頼性が低下し易くなる。
【００６３】
封着材料層は、カバーガラスの端縁に沿って、カバーガラスの端縁から５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０〜１５００μｍ、特に８０〜８００μｍ離間するように形成されていることが好ましい。カバーガラスの端縁と封着材料層の離間距離が短過ぎると、レーザー封着の際に、カバーガラスの端縁領域において、カバーガラスの内部素子側の表面と外側の表面の表面温度差が大きくなり、カバーガラスが破損し易くなる。
【００６４】
本発明の気密パッケージは、パッケージ基体と、カバーガラスと、を有する気密パッケージにおいて、パッケージ基体とカバーガラスの間に封着材料層が配されており、該封着材料層に空隙が形成されていることを特徴とする。本発明の気密パッケージの技術的特徴の一部は、本発明のカバーガラスの説明欄に既に記載済みであり、その重複部分については、便宜上、詳細な説明を省略する。
【００６５】
本発明の気密パッケージにおいて、パッケージ基体は、基部と基部上に設けられた枠部とを有することが好ましい。このようにすれば、パッケージ基体の枠部内に内部素子を収容し易くなる。パッケージ基体の枠部は、パッケージ基体の外周に額縁状に形成されていることが好ましい。このようにすれば、デバイスとして機能する有効面積を拡大することができる。また気密パッケージ内の空間に内部素子を収容し易くなり、且つ配線接合等も行い易くなる。
【００６６】
枠部の頂部における封着材料層が配される領域の表面の表面粗さＲａは１．０μｍ未満であることが好ましい。この表面の表面粗さＲａが大きくなると、レーザー封着精度が低下し易くなる。
【００６７】
枠部の頂部の幅は、好ましくは１００〜３０００μｍ、２００〜１５００μｍ、特に３００〜９００μｍである。枠部の頂部の幅が狭過ぎると、封着材料層と枠部の頂部との位置合わせが困難になる。一方、枠部の頂部の幅が広過ぎると、デバイスとして機能する有効面積が小さくなる。
【００６８】
封着材料層は、枠部との接触位置が枠部の頂部の内側端縁から離間するように形成されると共に、枠部の頂部の外側端縁から離間するように形成することが好ましく、枠部の頂部の内側端縁から５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０〜２０００μｍ、特に８０〜１０００μｍ離間した位置に形成されることが更に好ましい。枠部の頂部の内側端縁と封着材料層の離間距離が短過ぎると、レーザー封着の際に、局所加熱で発生した熱が逃げ難くなるため、冷却過程でカバーガラスが破損し易くなる。一方、枠部の頂部の内側端縁と封着材料層の離間距離が長過ぎると、気密パッケージの小型化が困難になる。また枠部の頂部の外側端縁から５０μｍ以上、６０μｍ以上、７０〜２０００μｍ、特に８０〜１０００μｍ離間した位置に形成されていることが好ましい。枠部の頂部の外側端縁と封着材料層の離間距離が短過ぎると、レーザー封着の際に、局所加熱で発生した熱が逃げ難くなるため、冷却過程でカバーガラスが破損し易くなる。一方、枠部の頂部の外側端縁と封着材料層の離間距離が長過ぎると、気密パッケージの小型化が困難になる。
【００６９】
パッケージ基体の基部の厚みは０．１〜４．５ｍｍ、特に０．２〜３．５ｍｍが好ましい。これにより、気密パッケージの薄型化を図ることができる。
【００７０】
パッケージ基体の枠部の高さ、つまりパッケージ基体から基部の厚みを引いた高さは、好ましくは１００〜４０００μｍ、特に２００〜３０００μｍである。このようにすれば、内部素子を適正に収容しつつ、気密パッケージの薄型化を図り易くなる。
【００７１】
パッケージ基体は、ガラス、ガラスセラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムの何れか、或いはこれらの複合材料（例えば、窒化アルミニウムとガラスセラミックを一体化したもの）であることが好ましい。ガラスセラミックは、封着材料層と反応層を形成し易いため、レーザー封着で強固な封着強度を確保することができる。更にサーマルビアを容易に形成し得るため、気密パッケージが過度に温度上昇する事態を適正に防止することができる。窒化アルミニウムと酸化アルミニウムは、放熱性が良好であるため、気密パッケージが過度に温度上昇する事態を適正に防止することができる。
【００７２】
ガラスセラミック、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムは、黒色顔料が分散されている（黒色顔料が分散された状態で焼結されてなる）ことが好ましい。このようにすれば、パッケージ基体が、封着材料層を透過したレーザー光を吸収することができる。その結果、レーザー封着の際にパッケージ基体の封着材料層と接触する箇所が加熱されるため、封着材料層とパッケージ基体の界面で反応層の形成を促進することができる。
【００７３】
本発明の気密パッケージを製造する方法としては、カバーガラス側から封着材料層に向けてレーザー光を照射し、封着材料層を軟化変形させることにより、パッケージ基体とカバーガラスとを気密一体化して、気密パッケージを得ることが好ましい。この場合、カバーガラスをパッケージ基体の下方に配置してもよいが、レーザー封着効率の観点から、カバーガラスをパッケージ基体の上方に配置することが好ましい。
【００７４】
レーザーとして、種々のレーザーを使用することができる。特に、近赤外半導体レーザーは、取扱いが容易な点で好ましい。
【００７５】
レーザー封着を行う雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気でもよく、窒素雰囲気等の不活性雰囲気でもよい。
【００７６】
レーザー封着を行う際に、１００℃以上、且つ内部素子の耐熱温度以下の温度でカバーガラスを予備加熱すると、レーザー封着の際にサーマルショックによるカバーガラスの破損を抑制し易くなる。またレーザー封着直後に、カバーガラス側からアニールレーザーを照射すると、サーマルショックや残留応力によるカバーガラスの破損を更に抑制し易くなる。
【００７７】
カバーガラスを押圧した状態でレーザー封着を行うことが好ましい。これにより、レーザー封着の際に封着材料層の軟化変形を促進することができる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００７９】
表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）を示している。表２は、比較例（試料Ｎｏ．６〜１０）を示している。
【００８０】
【表１】
2018177600.tif 000003
【００８１】
【表２】
2018177600.tif 000004
【００８２】
最初に、ガラス組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  ３９％、Ｂ２Ｏ３  ２３．７％、ＺｎＯ  １４．１％、Ａｌ２Ｏ３  ２．７％、ＣｕＯ  ２０％、Ｆｅ２Ｏ３  ０．５％を含有するように、各種酸化物、炭酸塩等の原料を調合したガラスバッチを準備し、これを白金坩堝に入れて１２００℃で２時間溶融した。次に、得られた溶融ガラスを水冷ローラーにより薄片状に成形した。最後に、薄片状のビスマス系ガラスをボールミルにて粉砕後、空気分級してビスマス系ガラス粉末を得た。
【００８３】
更に、ビスマス系ガラス粉末を７０．０体積％、耐火性フィラー粉末を３０．０体積％の割合で混合して、複合粉末を作製した。ここで、ビスマス系ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０を１．０μｍ、９９％粒径Ｄ９９を２．５μｍとし、耐火性フィラー粉末の平均粒径Ｄ５０を１．０μｍ、９９％粒径Ｄ９９を２．５μｍとした。なお、耐火性フィラー粉末はβ−ユークリプタイトである。
【００８４】
得られた複合粉末につき、熱膨張係数を測定したところ、その熱膨張係数は、７１×１０−７／℃であった。なお、熱膨張係数は、押棒式ＴＭＡ装置で測定したものであり、その測定温度範囲は３０〜３００℃である。
【００８５】
次に、ホウケイ酸ガラスからなるカバーガラス（日本電気硝子社製ＢＤＡ、厚み０．３ｍｍ）の外周端縁に沿って、上記複合粉末を用いて額縁状の封着材料層を形成した。詳述すると、まず粘度が約１００Ｐａ・ｓ（２５℃、Ｓｈｅａｒ  ｒａｔｅ：４）になるように、上記の複合粉末、ビークル及び溶剤を混練した後、更に三本ロールミルで粉末が均一に分散するまで混錬して、ペースト化し、複合粉末ペーストを得た。ビークルにはトリプロピレングリコールモノブチルエーテルにエチルセルロース樹脂を溶解させたものを使用した。その後、カバーガラスの外周端縁から１００μｍ離間した位置に、外周端縁に沿って、スクリーン印刷機により上記の複合粉末ペーストを額縁状に印刷した。試料Ｎｏ．１〜５に係る封着材料層については、中心線に沿って線状の空隙を全周に亘って形成したが、試料Ｎｏ．６〜１０に係る封着材料層については、空隙を形成しなかった。更に、大気雰囲気下にて、１２０℃で１０分間乾燥した後、大気雰囲気下にて、５００℃で１０分間焼成（室温からの昇温速度５℃／分、室温までの降温速度５℃／分）することにより、カバーガラスの一方の表面上に、表に記載の寸法を有する封着材料層を形成した。
【００８６】
続いて、略矩形の基部と、基部の外周に沿って設けられた略額縁状の枠部と、を有するパッケージ基体を作製した。詳述すると、カバーガラスと同様の縦横寸法を有し、更に枠部の幅２．５ｍｍ、枠部の高さ２．５ｍｍ、基部の厚み１．０ｍｍの寸法を有するパッケージ基体が得られるように、グリーンシート（日本電気硝子社製ＭＬＢ−２６Ｂ）を積層、圧着した後、８７０℃で２０分間焼成し、ガラスセラミックからなるパッケージ基体を得た。
【００８７】
最後に、封着材料層を介して、パッケージ基体とカバーガラスを積層配置した。その後、押圧治具を用いてカバーガラスを押圧しながら、カバーガラス側から封着材料層に向けて、スポット径０．８〜２．３ｍｍ、波長８０８ｎｍの半導体レーザーを照射速度１５ｍｍ／秒で照射して、封着材料層を軟化変形させることにより、パッケージ基体とカバーガラスとを気密一体化して、気密パッケージを得た。なお、レーザー封着後の封着材料層の平均幅は、レーザー封着前の封着材料層の平均幅の１２０％になるように、レーザー照射径と出力を調整した。
【００８８】
次に、得られた気密パッケージについて、気密信頼性を評価した。詳述すると、得られた気密パッケージに対して、高温高湿高圧試験（温度８５℃、相対湿度８５％、１０００時間）を行った後、封着材料層の近傍を観察したところ、カバーガラスにクラック、破損等が全く認められなかったものを「○」、カバーガラスにクラック、破損等が認められたものを「×」として気密信頼性を評価した。
【００８９】
表１から分かるように、試料Ｎｏ．１〜５は、封着材料層に空隙が設けられているため、気密信頼性の評価が良好であった。一方、表２から分かるように、試料Ｎｏ．６〜１０は、封着材料層に空隙が設けられていないため、気密信頼性の評価が不良であった。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の気密パッケージは、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）素子等の内部素子が実装された気密パッケージに好適であるが、それ以外にも圧電振動素子や樹脂中に量子ドットを分散させた波長変換素子等を収容する気密パッケージ等にも好適に適用可能である。
【図１】
2018177600.tif 000005
【図２】
2018177600.tif 000006
【図３】
2018177600.tif 000007