(57)【要約】【課題】光学窓を有するような脆弱な構造であっても、破損することなく気密封止接合に必要な荷重を与えることが可能な気密封止装置を提供すること。【解決手段】光学窓１０を有するリッド７とパッケージ１とを接合してリッド７とパッケージ１とによって形成される空間を気密封止する気密封止装置において、リッド７の枠体１３の外周に光学窓１０を保持する保持部よりも容易に変形する変形可能部１１を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リッドとパッケージとを接合して前記リッドと前記パッケージとによって形成される空間を気密封止する気密封止装置であって、
前記リッドは、
光信号を入出力するための光学窓と、
前記光学窓を保持する保持部と、
前記保持部の外周に形成され、前記保持部よりも小さな荷重で変形する変形可能部と、
を有することを特徴とする気密封止装置。
【請求項２】
前記変形可能部は、全周に渡って前記保持部よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気密封止装置。
【請求項３】
前記変形可能部は、前記保持部の外周の少なくとも片側に設けられた溝であることを特徴とする請求項１に記載の気密封止装置。
【請求項４】
前記変形可能部は、前記光学窓を中心に対称に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の気密封止装置。
【請求項５】
前記変形可能部は、前記パッケージに成膜される金属膜と相似形に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の気密封止装置。
【請求項６】
前記リッドには、前記パッケージに成膜される金属膜と当接する位置に金属膜が成膜されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の気密封止装置。
【請求項７】
前記リッドに成膜される金属膜は、少なくとも母材にＮｉ膜が成膜され、更に前記Ｎｉ膜上にＡｕ膜が成膜されて構成されることを特徴とする請求項６に記載の気密封止装置。
【請求項８】
前記パッケージに成膜される金属膜と前記リッドに成膜される金属膜との間に、接合材としてロウ材が介在されることを特徴とする請求項６に記載の気密封止装置。
【請求項９】
前記パッケージに成膜される金属膜と前記リッドに成膜される金属膜とは、表面に付着する異物が除去されてから直接金属接合されることを特徴とする請求項６に記載の気密封止装置。
【請求項１０】
前記異物は、前記パッケージに成膜される金属膜と前記リッドに成膜される金属膜とにエネルギー波を照射することにより除去されることを特徴とする請求項９に記載の気密封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学窓を有するリッドとパッケージによって、その内部に実装された電子デバイス部品を気密封止する気密封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信装置や顕微鏡などの光学製品に搭載されるチップ若しくは基板に、例えばレンズやミラー等の光学的機能を付加することにより、使用する部品点数の削減や製品の小型化、若しくは高機能化を目論んだ開発が盛んに行われている。これらのデバイスには、その機能を有効に発揮するために、また、信頼性を確保するために、不活性ガスを封入した気密封止や、真空気密封止を要求されるものも多い。気密封止接合する際には、その接合材としてロウ材、特に軟ロウ材であるはんだが用いられる場合があるが、アウトガスの発生要因となるため、フラックスを使用することは好ましくない。フラックスを用いない場合、はんだと被着体の濡れ性が十分に確保されず、良好な合金層が形成され難くなるため、十分な気密性を確保した気密封止を得ることが困難になる。そのため、はんだの濡れ性を向上させて十分な気密封止を行うことができるはんだ封止接合技術が求められている。
【０００３】
ここで、はんだの濡れ性を向上させる気密封止接合技術に関しては、例えば特許文献１に示される技術がある。図７を用いて、特許文献１の技術について簡単に説明する。  
図７において、基板１０１とキャップ１０３とによって、基板１０１上に実装されたＧセンサ１０５を内蔵可能な空間が形成されている。キャップ１０３にははんだ１０４が塗布され、基板１０１上には配線１０２が設けられている。このような構成において、ヒータツール１０６によってキャップ１０３を加熱及び加圧することにより、キャップ１０３と基板１０１との間のはんだ１０４を溶融させ、キャップ１０３と基板１０１を、はんだ１０４によって気密封止接合する。ここで、特許文献１において、ヒータツール１０６によりキャップ１０３に与える荷重は、はんだ１０４と配線１０２とに存在する酸化膜を突き破る程度の荷重である。このような荷重を与えることにより、はんだ１０４と配線１０２とに存在する酸化膜を突き破った状態ではんだ接合を行うことができる。したがって、酸化膜によりはんだの濡れ性を悪化させずに気密封止接合を行うことが可能になり、封止の気密性を向上させることが可能になる。
【特許文献１】特許第３３９１１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、配線１０２及びはんだ１０４に存在する酸化膜を打ち破るためには、特許文献１の段落［００１５］及び［００１６］に記載されるように、２０Ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力が得られるような、大きな荷重を与える必要がある。しかしながら、キャップ１０３が脆弱な構造である場合、そのような大きな荷重を与えると、キャップ１０３が破損する恐れがあり、気密封止を行うことが困難になる。特にキャップ１０３が光学窓を有する構造の場合、光学窓とキャップ１０３の接合部が破損しやすいため、キャップ１０３に大きな荷重を与えることが困難であり、酸化膜を打ち破って濡れ性を確保しようとして大きな荷重を与えた場合に、キャップ１０３が破損して気密性を確保した接合が行えない可能性がある。この場合、製品の歩留まりが低下し、気密封止装置を安価に提供できないことにも繋がる恐れがある。
【０００５】
本発明は、この点に着目してなされたものであり、光学窓を有するような脆弱な構造であっても、破損することなく気密封止接合に必要な荷重を与えることが可能な気密封止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の気密封止装置は、リッドとパッケージとを接合して前記リッドと前記パッケージとによって形成される空間を気密封止する気密封止装置であって、前記リッドは、光信号を入出力するための光学窓と、前記光学窓を保持する保持部と、前記保持部の外周に形成され、前記保持部よりも小さな荷重で変形する変形可能部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光学窓を有するような脆弱な構造であっても、破損することなく気密封止接合に必要な荷重を与えることが可能な気密封止装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。  
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る気密封止装置の構成を示す図である。ここで、図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る気密封止装置の構成を示す断面図である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ線断面から見た図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面から見た図である。図１（ａ）に示すように、気密封止装置は、パッケージ１とリッド７とから構成されている。リッド７とパッケージ１とは互いに対向する位置に位置決めされ、接合材８を介して封止接合される。ここで、リッド７の枠体１３とパッケージ１とには接合材８を溶融させ合金を形成せしめるためにそれぞれ金属膜９ａ、９ｂが成膜されており、リッド７とパッケージ１との接合時には、金属膜９ａ、９ｂによって接合材８が溶融して合金が形成されることにより、リッド７とパッケージ１とが接合される。ここで、接合材８としては、例えばＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＺｎ、ＳｎＢｉ、ＳｎＩｎはんだ等の軟ロウ材を用いることができる。また、金属膜９ａ、９ｂは、はんだによって合金を形成することが可能な組成であれば良く、例えばメッキ若しくはスパッタによって成膜されるＮｉ/Ａｕ（接合材８に接触する側がＡｕ、パッケージ１若しくはリッド７に接触する側がＮｉ）膜を用いることができる。
【０００９】
また、パッケージ１にはデバイス２を実装可能な空間（キャビティ）３が設けられている。そして、キャビティ３内には、パッケージ１の外側（封止されない側）との電気的接続を行うためのパッド４が設けられており、さらにパッケージ１の外側には、パッド４と電気的に接続されるリード５が設けられている。また、デバイス２は、ボンディングワイヤ６によってパッド４に電気的に接続され、更に、リード５を介して気密封止装置の外部に設けられた図示しない電気回路に接続されている。このような構成により、パッケージ１内のデバイス２に電力を供給してデバイス２を駆動可能である。
【００１０】
リッド７は、光信号を入出力させるための透明部材で構成された光学窓１０と、この光学窓１０を保持するための保持部１３ａを有する枠体１３とから構成されている。そして、枠体１３の保持部１３ａの外周には、保持部１３ａよりも板圧が薄く、保持部１３ａよりも容易に変形可能、即ち保持部１３ａよりも小さな荷重で変形する変形可能部１１が形成されている。ここで、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、リッド７の枠体１３に形成される変形可能部１１の形状は、変形可能部１１と対向するように配されるパッケージ１側の金属膜９ｂの形状と相似形（形状は同じで倍率が異なる）であることが望ましい。
【００１１】
また、リッド７とパッケージ１との接合時には、リッド７の上部（光学窓１０が設けられる側）に、接合材８を溶融可能な所定の温度に昇温可能であり、更にリッド７に所定の荷重を与えるように接触可能なヒータツール１２が昇降可能に配置される。
【００１２】
ここで、パッケージ１の少なくとも金属膜９ｂが成膜されている部位の平面度は、可能な限り小さいことが望ましいが、製造工程上の理由により平面度が悪化する場合がある。例えば、パッケージ１をセラミックスで作製した場合、焼結工程において高温にさらされた後で冷却されるため、反り等が生じることがある。
【００１３】
なお、図１（ａ）においてはパッケージ１にキャビティ３を設ける構造を示したが、キャビティ３は、リッド７に設けるようにしても良いし、パッケージ１とリッド７の両方に設けるようにしても良い。
【００１４】
また、パッケージ１に配置されるデバイス２は、ワイヤボンディングではなくフリップチップボンディングによりリード５に電気的に接続するようにしても良い。
【００１５】
更に、変形可能部１１は、枠体１３の表面側若しくは裏面側の何れか一方を薄くすることで形成しても良いし、両面を薄くすることで形成しても良い。
【００１６】
次に、第１の実施形態の気密封止装置における接合方法について図２〜図４を参照して説明する。ここで、図２〜図４は何れも図１と同一の断面を示した図であるが、図１に示す一部の図示を省略している。
【００１７】
（１）  まず、パッケージ１に成膜された金属膜９ｂ上の所定の位置に、接合材８を供給する。  
（２）  次に、図２に示すようにして、リッド７をパッケージ１上の所定の位置に設置する。これにより、接合材８はパッケージ１に成膜された金属膜９ｂとリッド７に成膜された金属膜９ａとの間で矜持される。  
（３）  次に、図３（ａ）に示すようにして、図示しない昇降機構によりヒータツール１２を下降させ所定の荷重をリッド７に与える。ここで、上述したように、パッケージ１は、製造工程上の理由により平面度が悪化している場合がある。図３（ａ）は、平面度が悪化してしまった場合の例としてパッケージ１の中央部から周辺部にかけて凸状の反り（凸形状１４）が生じてしまった例を示している。第１の実施形態においては、図３（ａ）に示すような平面度の悪化が生じていた場合であっても、ヒータツール１２による荷重によって、図３（ｂ）に示すように、リッド７の枠体１３に形成された変形可能部１１が、パッケージ１の凸形状１４に倣う形状で変形する。このように、変形可能部１１は、枠体１３の保持部１３ａよりも薄く、容易に変形するため、ヒータツール１２を介して光学窓１０に加わる応力が緩和され、リッド７が破損しないように荷重を与えることが可能である。更に、変形可能部１１が容易に変形するため、パッケージ１とリッド７の間に介在する接合材８と金属膜９ａ、９ｂとに対して、それぞれの表面に存在する酸化膜を打ち破るのに十分な荷重を得ることが可能になる。
【００１８】
（４）  次に、図４に示すように、図示しない制御回路により、ヒータツール１２を所望の温度に昇温する。ヒータツール１２とリッド７とは、所望の荷重が与えられつつ当接しているため、ヒータツール１２によってリッド７が加熱され、結果としてリッド７と当接している接合材８も加熱され溶融する。また、この際、荷重によって酸化膜が打ち破られているので、溶融される接合材８の濡れ性が確保されてボイド等が少ない良好な合金層を得られ、パッケージ１とリッド７とで形成される空間を十分に気密して接合することが可能である。  
（５）  所望の温度と時間でヒータツール１２による加熱を継続した後、ヒータツール１２の駆動を停止しリッド７を冷却することにより、溶融していた接合材８を所望の温度まで冷却して固化させる。なお、必要に応じて、図示しない冷却機構を用いて冷却することにより、冷却プロファイルを変更しても良い。  
（６）  最後に、図示しない昇降機構を用いてヒータツール１２を上昇させ、リッド７とパッケージ１を接合させた気密封止装置を取り出して接合を終了する。
【００１９】
ここで、第１の実施形態の（１）の工程において、接合材８をパッケージ１の金属膜９ｂ上に設置するようにしているが、予めパッケージ１に成膜された金属膜９ｂに供給しておいても良い。また、接合材８は、パッケージ１側ではなく、リッド７に成膜された金属膜９ａに供給するようにしても良く、両方に供給するようにしも良い。
【００２０】
以上説明したように、第１の実施形態においては、リッド７の枠体１３に形成された変形可能部１１が、ヒータツール１２から与えられる荷重によって、パッケージ１に生じた凸形状１４に倣うように容易に変形する。したがって、ヒータツール１２からの荷重が枠体１３の保持部１３ａに加わりにくく、光学窓１０を有するような脆弱なリッド７であっても、リッド７を破損せずにリッド７とパッケージ１との接合部に十分な荷重を与えることが可能である。また、金属膜９ｂの平面度がパッケージ１の反り等の影響によって悪くなっている場合でも、接合材８若しくは金属膜９ｂの表面に存在する酸化膜を荷重によって打ち破り、接合材８の濡れ性を確保することが可能になる。このため、ボイド等の少ない良好な合金接合層を得ることができ、気密性を向上させた気密封止装置を、歩留まり良く、即ち安価に提供することが可能である。
【００２１】
更に、変形可能部１１は、保持部１３ａよりも小さい荷重で変形し、また変形させた後に元の形状に戻ろうとする弾性変形力も小さい。したがって、リッド７とパッケージ１との接合の信頼性を高めることができる。また、接合時に変形可能部１１がパッケージ１に生じた凸形状１４に倣うように容易に変形するが、光学窓１０の付近には荷重が加わりにくく、光学窓１０付近の変形量を抑えて気密封止装置の光学特性を向上させることも可能である。
【００２２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る気密封止装置の構成を示す断面図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）をＥ−Ｅ線断面から見た図である。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００２３】
第２の実施形態においては、第１の実施形態におけるリッド７に相当する部品がリッド２０である。リッド２０は、保持部２１ａを有する枠体２１と保持部２１ａによって保持される光学窓２２とにより構成されている。更に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、枠体２１には、溝形状の変形可能部２３が形成されている。ここで、図５（ａ）及び図５（ｂ）においては、変形可能部２３は、枠体２１の表面のみに形成されている例を示しているが、変形可能部２３は枠体２１の少なくとも表面と裏面の何れかに形成すれば良い。
【００２４】
また、変形可能部２３は必ずしも連続した溝形状である必要はなく、複数の溝が配置される形状であっても構わない。ただし、変形可能部２３は、光学窓２２を中心に対称で変形可能部２３と対向するように配されるパッケージ１側の金属膜９ｂの形状と相似形（形状は同じで倍率が異なる）に配置されていることが望ましい。
【００２５】
なお、第２の実施形態における気密封止装置の接合方法は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２６】
以上説明したように、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様の効果に加えて、変形可能部２３を溝形状で構成することにより、変形可能部２３の加工を機械加工によって切削して行う場合に、その加工時間を短縮することが可能である。更に、加工時間を短縮することにより、部品の価格を低減することが可能になり、より安価な気密封止装置を提供することが可能である。
【００２７】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。なお、第１又は第２の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００２８】
図６（ｃ）に示すように、第３の実施形態においては、パッケージ１とリッド２０との間に接合材８を介在させずに、パッケージ１にリッド２０が位置決めされる。そして、パッケージ１とリッド２０とには、例えばメッキ若しくはスパッタによって例えばＮｉ/Ａｕ（パッケージ１若しくはリッド２０に接触する側がＮｉ、Ｎｉの上にＡｕ）の金属膜９ｂ、９ａが成膜されている。
【００２９】
次に、第３の実施形態の気密封止装置における接合方法について説明する。  
（１）  まず、図６（ａ）に示すように、パッケージ１とリッド２０とを、図示しないプラズマ洗浄装置に投入し、所望の時間及び出力で、リッド２０とパッケージ１とにそれぞれ成膜された金属膜９ａ、９ｂに、エネルギー波、例えばＡｒプラズマを照射して金属膜の表面を洗浄する。これにより金属膜９ａ、９ｂの表面に付着している酸化物や有機物などの異物が除去され、金属膜９ａ、９ｂの原子が表面に露出される。  
（２）  次に、パッケージ１とリッド２０とをプラズマ洗浄装置から取り出し、図６（ｂ）に示すように、パッケージ１に成膜された金属膜９ｂとリッド２０に成膜された金属膜９ａとを対向させるように、パッケージ１とリッド２０とを位置決めする。  
（３）  次に、図示しない昇降機構により、図６（ｃ）に示すようにして、ヒータツール１２を下降させ、所定の荷重をリッド２０に与える。この荷重によって変形可能部２３が変形する。即ち、変形可能部２３は、保持部２１ａよりも容易に変形するため、光学窓２２にかかる応力が緩和され、リッド２０を破損することなく荷重を加えることができる。また、変形可能部２３が容易に変形するため、リッド２０に成膜された金属膜９ａとパッケージ１に成膜された金属膜９ｂとを互いに十分密着させることが可能である。これにより、リッド２０とパッケージ１とにそれぞれ成膜された金属膜９ａ、９ｂの表面に露出した原子の原子間力により、金属膜同士の金属接合が可能である。
【００３０】
（４）  （３）の後、必要があれば、図示しない制御回路によりヒータツール１２を駆動して、所望の温度に昇温させる。加熱することにより金属膜９ａ、９ｂの原子間結合力が活性化され、より強固な原子間力による金属接合を行うことができる。
【００３１】
（５）  所望の温度と時間でヒータツール１２による加熱を継続した後、ヒータツール１２の駆動を停止しリッド２０を冷却する。なお、必要に応じて、図示しない冷却機構を用いて冷却することにより、冷却プロファイルを変更しても良い。  
（６）  最後に、図示しない昇降機構を用いてヒータツール１２を上昇させ、リッド２０とパッケージ１を接合させた気密封止装置を取り出して接合を終了する。
【００３２】
以上説明したように、第３の実施形態においては、第２の実施形態と同様の効果に加え、パッケージ１とリッド２０とを直接金属接合することが可能である。即ち、接合材８のような異種金属を用いる必要がないため、より信頼性に優れた気密封止接合を実現できる。したがって、気密封止の歩留まりを向上させることが可能になり、より安価な気密封止装置を提供することができる。
【００３３】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００３４】
さらに、前記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る気密封止装置の構成を示す図である。
【図２】気密封止装置における接合方法の流れを示した第１の図である。
【図３】気密封止装置における接合方法の流れを示した第２の図である。
【図４】気密封止装置における接合方法の流れを示した第３の図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る気密封止装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る気密封止装置について説明するための図である。
【図７】従来の気密封止装置の構成について示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…パッケージ、２…デバイス、３…キャビティ、４…パッド、５…リード、６…ボンディングワイヤ、７，２０…リッド、８…接合材、９ａ，９ｂ…金属膜、１０，２２…光学窓、１１，２３…変形可能部、１２…ヒータツール、１３，２１…枠体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008147243.tif 000008
【図７】
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