(57)【要約】【課題】ガラス等の基材を介して封着材にレーザー光を照射して封着を行うに際し、レーザー光の照射によって生じる熱応力を低減し、基材にクラック等が発生するのを抑制することができる封着材、及びそれを用いた接合体の製造方法を提供する。【解決手段】熱により軟化流動する無機粉末、及び、蛍光体粉末を含有することを特徴とする封着材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱により軟化流動する無機粉末、及び、蛍光体粉末を含有することを特徴とする封着材。
【請求項２】
無機粉末がガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の封着材。
【請求項３】
無機粉末の最大粒子径Ｄｍａｘが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の封着材。
【請求項４】
蛍光体粉末を０．０１体積％以上含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の封着材。
【請求項５】
蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体及びガーネット系化合物蛍光体から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の封着材。
【請求項６】
レーザーシール用であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の封着材。
【請求項７】
第１の基材及び第２の基材が封着層を介して接合されてなる接合体の製造方法であって、
第１の基材上に、請求項１〜６のいずれかに記載の封着材からなる封着材層を形成する工程、
封着材層に接するように第２の基材を配置する工程、及び、
第１の基材または第２の基材を介して、蛍光体粉末の励起光を封着材層に対して照射することにより、蛍光体粉末から発生する熱を利用して無機粉末を焼結または溶融固化させ、封着層を形成する工程、
を備えることを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項８】
励起光の波長が２５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項７に記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
励起光がレーザー光であることを特徴とする請求項７または８に記載の接合体の製造方法。
【請求項１０】
励起光を封着材層に対して走査して照射することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の接合体の製造方法。
【請求項１１】
励起光の照射により、無機粉末及び蛍光体粉末を溶融一体化させることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の接合体の製造方法。
【請求項１２】
封着層が透明であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の接合体の製造方法。
【請求項１３】
第１の基材及び／または第２の基材がガラスまたはセラミックからなることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封着材、及びそれを用いた接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の素子を搭載して封止するために、気密パッケージが用いられている。このような気密パッケージは、素子を搭載することができる容器と、容器内を封止するためのカバー部材が接合されることにより構成されている。
【０００３】
下記の特許文献１には、ガラスセラミックス基板と、ガラス蓋が、封着材料を介して接合されてなる気密パッケージが開示されている。特許文献１では、上記封着材料として、低融点ガラスからなるガラスフリットが用いられている。また、特許文献１では、上記ガラスフリットを焼成して、溶融させることにより、ガラスセラミックス基板とガラス蓋が接合されている。
【０００４】
しかしながら、耐熱性の低い素子が搭載される場合、特許文献１のようにガラスフリットを焼成して溶融させると、焼成の際の加熱により素子特性が熱劣化するおそれがある。これを解消する方法として、ガラスフリットにレーザーを照射し局所的に加熱することでガラスフリットを溶融する方法（レーザーシール）が考えられる。上記のレーザー照射による封着を採用することにより、搭載される素子の熱劣化を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー照射による封着を行う場合、通常、ガラス等のレーザー光を透過させる基材を介してガラスフリットにレーザー光が照射される。従来の封着材は、概ね１０００ｎｍより大きい波長の赤外線レーザーを用いて封着が行われるが、当該波長域のレーザー光を照射すると、基材がレーザー光により加熱され、熱応力によりガラス基材にクラックが発生するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、ガラス等の基材を介して封着材にレーザー光を照射して封着を行うに際し、レーザー光の照射によって生じる熱応力を低減し、基材にクラック等が発生するのを抑制することができる封着材、及びそれを用いた接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の封着材は、熱により軟化流動する無機粉末、及び、蛍光体粉末を含有することを特徴とする。本発明の封着材は、蛍光体粉末の励起光を照射することにより蛍光体粉末から熱が発生し、この熱により無機粉末が軟化流動し、封着材として機能するものである。ここで、蛍光体粉末は例えば１０００ｎｍ以下という比較的低波長域で励起される。例えばガラスからなる基材は当該波長域の光に対する透過率が高く、励起光が基材に吸収される割合が小さい。その結果、基材を介して封着材に励起光を照射しても、基材が加熱されにくく、クラックの発生を抑制することができる。
【０００９】
本発明の封着材において、無機粉末がガラスからなることが好ましい。ガラスは軟化点が比較的低く、軟化流動しやすいため、封着材として好適である。
【００１０】
本発明の封着材において、無機粉末の最大粒子径Ｄｍａｘが２００μｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、焼結または溶融固化しやすく、緻密な封着層が得やすくなる。
【００１１】
本発明の封着材は、蛍光体粉末を０．０１体積％以上含有することが好ましい。このようにすれば、励起光を照射した際に発生する熱量が大きくなり、無機粉末が十分に軟化流動しやすくなる。
【００１２】
本発明の封着材において、蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体及びガーネット系化合物蛍光体から選択される少なくとも１種を使用することができる。
【００１３】
本発明の封着材は、レーザーシール用として好適である。
【００１４】
本発明の接合体の製造方法は、第一の基材及び第二の基材が封着層を介して接合されてなる接合体の製造方法であって、第一の基材上に、上記の封着材からなる封着材層を形成する工程、封着材層に接するように第二の基材を配置する工程、及び、第一の基材または第二の基材を介して、蛍光体粉末の励起光を封着材層に対して照射することにより、蛍光体粉末から発生する熱を利用して無機粉末を焼結または溶融固化させ、封着層を形成する工程、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の接合体の製造方法において、励起光の波長が２５０〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の接合体の製造方法において、励起光がレーザー光であることが好ましい。
【００１７】
本発明の接合体の製造方法において、励起光を封着材層に対して走査して照射することが好ましい。このようにすれば、封着材層全体に励起光を照射することができる。
【００１８】
本発明の接合体の製造方法において、励起光の照射により、無機粉末及び蛍光体粉末を溶融一体化させてもよい。このようにすれば、封着部における光散乱が低減され、透明性が高くなる。
【００１９】
本発明の接合体の製造方法において、封着層が透明であることが好ましい。このようにすれば、封着層が目立ちにくくなり、接合体の意匠性を高めることができる。
【００２０】
本発明の接合体の製造方法において、第一の基材及び／または第二の基材がガラスまたはセラミックからなることが好ましい。このようにすれば、励起光が透過しやすくなり、封着材層に対して励起光が十分に照射されやすくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ガラス等の基材を介して封着材にレーザー光を照射して封着を行うに際し、レーザー光の照射によって生じる熱応力を低減し、基材にクラック等が発生するのを抑制することができる封着材、及びそれを用いた接合体の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合体の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の封着材は、熱により軟化流動する無機粉末、及び、蛍光体粉末を含有することを特徴とする。
【００２４】
無機粉末としてはガラスやセラミックからなるものを使用することができる。特にガラスは軟化点が比較的低く、軟化流動しやすいため、封着材として好適である。ガラスとしては、ケイ酸塩ガラス、シリカガラス、ホウケイ酸塩ガラス、スズリン酸塩ガラス、ビスマス酸塩ガラス、ホウケイ酸亜鉛ガラス及びホウケイ酸鉛ガラスからなるものが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用しても良い。なかでも、ケイ酸塩ガラス及びホウケイ酸塩ガラスは耐候性や耐熱性に優れているため好ましい。
【００２５】
無機粉末の軟化点は、軟化流動性を高める観点から、１０００℃以下、９５０℃以下、特に９００℃以下であることが好ましい。なお、無機粉末の軟化点が低すぎると、封着層の機械的強度、化学的耐久性、耐熱性に劣る傾向がある。そのため、無機粉末の軟化点は２５０℃以上、３００℃以上、特に５００℃以上であることが好ましい。
【００２６】
無機粉末の粒度は特に限定されないが、例えば、最大粒子径Ｄｍａｘは２００μｍ以下、１５０μｍ以下、特に１０５μｍ以下であることが好ましい。また、無機粉末の平均粒子径Ｄ５０は５０μｍ以下、特に２０μｍ以下であることが好ましい。最大粒子径Ｄｍａｘまたは平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、焼結や溶融固化が不十分になり、緻密な封着層が得にくくなる。平均粒子径Ｄ５０の下限は特に限定されないが、現実的には１μｍ以上である。
【００２７】
なお、本発明において、最大粒子径Ｄｍａｘ及び平均粒子径Ｄ５０はレーザー回折法により測定した値を指す。
【００２８】
蛍光体粉末としては、例えば酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体及びガーネット系化合物蛍光体等からなる無機蛍光体粉末および量子ドット蛍光体が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２９】
上記の蛍光体粉末は、概ね波長２５０〜１０００ｎｍに励起帯を有する。具体例としては以下のものが挙げられる。
【００３０】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起帯を有する蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ２Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋（略称：ＬＳＮ）、ＭｇＳｒ３Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋等が挙げられる。
【００３１】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起帯を有する蛍光体としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯＮ：Ｅｕ２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋（略称ＣＡＳＮ）、ＣａＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
【００３２】
蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は１００μｍ以下、５０μｍ以下、特に３０μｍであることが好ましい。蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、緻密な封着層が得にくくなる。平均粒子径Ｄ５０の下限は特に限定されないが、現実的には０．１μｍ以上、さらには１μｍ以上である。
【００３３】
封着材中における蛍光体粉末の含有量は０．０１体積％以上、特に０．０５体積％以上であることが好ましい。蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、励起光を照射した際に発生する熱量が小さくなり、無機粉末が十分に軟化流動しにくくなる。一方、蛍光体粉末の含有量が多すぎると、無機粉末の焼結や溶融固化が不十分になるおそれがある。また、得られる封着層の気孔率が大きくなって、機械的強度が低下しやすくなる等の問題が生じるおそれがある。よって、蛍光体粉末の含有量は３０体積％以下、２０体積％以下、１０体積％以下、５体積％以下、特に３体積％以下であることが好ましい。
【００３４】
以下に、上記の封着材を用いた本発明の接合体の製造方法について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係る接合体の製造方法を示す断面図である。まず、接合体を構成する第一の基材１及び第二の基材２を準備する。次に、第一の基材１上に、上記の封着材からなる封着材層３を形成する。封着材層３は、例えば封着材に樹脂と溶剤を含むビークルを添加してペースト化した後、得られたペーストを第一の基材１表面に塗布することにより形成することができる。さらに、第一の基材１上に形成された封着材層３に接するように第二の基材２を配置する。続いて、第一の基材１または第二の基材２を介して、光源４から蛍光体粉末の励起光Ｅを封着材層３に対して照射することにより、蛍光体粉末から発生する熱を利用して無機粉末を焼結または溶融固化させ、封着層３’を形成する。必要に応じて、励起光Ｅを封着材層３に対して走査して照射することにより、封着材層３全体に励起光Ｅを照射する。このようにして、第一の基材１及び第二の基材２が封着層３’を介して接合されてなる接合体５を得る。
【００３６】
励起光Ｅを照射する光源４としてはレーザー光源を使用することが好ましい。レーザー光源はハイパワーであるため、蛍光体粉末から発生する熱量を大きくすることができ、無機粉末を短時間で焼結または溶融固化することができる。また、レーザー光はスポット径を小さくすることができ、封着材層３に対して局所的に励起光Ｅを照射することができるため、線幅の小さい封着材層３に対しても精度よく照射することが可能となる。なお、必要に応じて励起光Ｅをレンズ等を用いて集光して封着材層３に照射してもよい。このようにすれば、封着材層３に照射される励起光Ｅのエネルギーを大きくできるため、単時間で接合体５を形成することができる。
【００３７】
励起光Ｅの波長は使用する蛍光体粉末に応じて適宜選択すればよく、例えば２５０〜１０００ｎｍ（特に３００〜４４０ｎｍまたは４４０〜４８０ｎｍ）の範囲のものを使用することができる。
【００３８】
励起光Ｅの走査速度は、励起光Ｅの出力や封着材層３の厚み等に応じて適宜選択すればよく、例えば０．０１〜５０ｍｍ／ｓ、さらには０．１〜１０ｍｍ／ｓとすることができる。
【００３９】
第一の基材１及び第二の基材２の材質としては、ガラス及びセラミック（透明セラミック）が挙げられる。第一の基材１及び／または第二の基材２がガラスまたはセラミックからなることにより、励起光Ｅが透過しやすくなり、封着材層３に対して励起光Ｅが十分に照射されやすくなる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラスまたはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ系ガラス等が挙げられる。セラミックとしては、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミック等が挙げられる。
【００４０】
なお、励起光Ｅの照射により、無機粉末及び蛍光体粉末を溶融一体化させてもよい。このようにすれば、得られる封着層３’の均質性が高まり透明（可視域に対して透明）にすることができる。封着層３’が透明になると目立ちにくくなり、接合体５の意匠性を高めることができる。
【００４１】
接合体５の具体例としては、ＬＥＤ等の素子を搭載して封止してなる気密パッケージが挙げられる。このような気密パッケージは、素子を搭載することができる容器と、容器内を封止するためのカバー部材が、上記の封着材で接合されることにより構成されている。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００４３】
表１は実施例１〜５を示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
（実施例１）
ホウケイ酸塩系ガラス粉末（軟化点８５０℃、最大粒子径Ｄｍａｘ＝１０μｍ、平均粒子径Ｄ５０＝３μｍ）とＹＡＧ蛍光体粉末（平均粒子径Ｄ５０＝１７μｍ）を混合し、封着材を得た。封着材中のＹＡＧ蛍光体粉末の含有量は０．１体積％とした。封着材１ｇを２枚のホウケイ酸系ガラス基板で挟み、ガラス基板を介して、封着材に対して励起光である青色レーザー光（波長４４５ｎｍ）を出力１Ｗで０．１秒間照射した。これにより、封着材が溶融固化し、２枚のガラス板が封着層により接合されてなる接合体を得た。封着層はガラス粉末と蛍光体粉末の両者が溶融一体化して均質な透明層となっていた。
【００４６】
（実施例２）
ホウケイ酸塩系ガラス粉末（軟化点７００℃、最大粒子径Ｄｍａｘ＝１５μｍ、平均粒子径Ｄ５０＝５μｍ）とＹＡＧ蛍光体粉末（平均粒子径Ｄ５０＝１７μｍ）を混合し、封着材を得た。封着材中のＹＡＧ蛍光体粉末の含有量は０．１体積％とした。封着材１ｇを２枚のホウケイ酸系ガラス基板で挟み、ガラス基板を介して、封着材に対して励起光である青色レーザー光（波長４４５ｎｍ）を出力０．８Ｗで０．１秒間照射した。これにより、封着材が溶融固化し、２枚のガラス板が封着層により接合されてなる接合体を得た。封着層はガラス粉末と蛍光体粉末の両者が溶融一体化して均質な透明層となっていた。
【００４７】
（実施例３）
スズリン酸塩系ガラス粉末（軟化点３３０℃、最大粒子径Ｄｍａｘ＝２０μｍ、平均粒子径Ｄ５０＝８μｍ）とＹＡＧ蛍光体粉末（平均粒子径Ｄ５０＝１７μｍ）を混合し、封着材を得た。封着材中のＹＡＧ蛍光体粉末の含有量は０．１体積％とした。封着材１ｇを２枚のホウケイ酸系ガラス基板で挟み、ガラス基板を介して、封着材に対して励起光である青色レーザー光（波長４４５ｎｍ）を出力０．４Ｗで０．１秒間照射した。これにより、封着材が溶融固化し、２枚のガラス板が封着層により接合されてなる接合体を得た。封着層はガラス粉末と蛍光体粉末の両者が溶融一体化して均質な透明層となっていた。
【００４８】
（実施例４）
ホウケイ酸塩系ガラス粉末（軟化点８５０℃、最大粒子径Ｄｍａｘ＝１０μｍ、平均粒子径Ｄ５０＝３μｍ）とＬＳＮ蛍光体粉末（平均粒子径Ｄ５０＝１２μｍ）を混合し、封着材を得た。封着材中のＬＳＮ蛍光体粉末の含有量は０．１体積％とした。封着材１ｇを２枚のホウケイ酸系ガラス基板で挟み、ガラス基板を介して、封着材に対して励起光である青色レーザー光（波長４４５ｎｍ）を出力１Ｗで０．１秒間照射した。これにより、封着材が溶融固化し、２枚のガラス板が封着層により接合されてなる接合体を得た。封着層はガラス粉末と蛍光体粉末の両者が溶融一体化して均質な透明層となっていた。
【００４９】
（実施例５）
ホウケイ酸塩系ガラス粉末（軟化点８５０℃、最大粒子径Ｄｍａｘ＝１０μｍ、平均粒子径Ｄ５０＝３μｍ）とＣＡＳＮ蛍光体粉末（平均粒子径Ｄ５０＝１５μｍ）を混合し、封着材を得た。封着材中のＣＡＳＮ蛍光体粉末の含有量は０．１体積％とした。封着材１ｇを２枚のホウケイ酸系ガラス基板で挟み、ガラス基板を介して、封着材に対して励起光である青色レーザー光（波長４４５ｎｍ）を出力１Ｗで０．１秒間照射した。これにより、封着材が溶融固化し、２枚のガラス板が封着層により接合されてなる接合体を得た。封着層はガラス粉末と蛍光体粉末の両者が溶融一体化して均質な透明層となっていた。
【符号の説明】
【００５０】
１  第一の基材
２  第二の基材
３  封着材層
３’  封着層
４  光源
５  接合体
Ｅ  励起光
【図１】
2018193283.tif 000004