(57)【要約】【課題】光通信に使用される金属性通信パッケージに近い熱膨張係数を有し、機械的、化学的強度に優れ、実用上十分な安定性を持つ通信パッケージウィンドウ用ガラスを提供すること。【解決手段】ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスでＴａ２Ｏ５を必須とし、アルカリ土類酸化物や希土類酸化物を多量に含む通信パッケージウィンドウ用ガラスであって、Ｉ．６５０℃以上のガラス転移温度（Ｔｇ）を有し、ＩＩ．ｄ線の屈折率（ｎｄ）が１．５８５以上であり、ＩＩＩ．熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）が４５〜５５×１０−７／℃で、ＩＶ．７０ＧＰａ以上のヤング率（Ｅ）を持ち、さらにＶ．５５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上のビッカース硬度（Ｈｖ）を持つことを特徴とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉ．ガラス転移温度（Ｔｇ）が６５０℃以上であり、ＩＩ．屈折率（ｎｄ）が１．５８５以上で、ＩＩＩ．熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）が４５〜５５×１０−７／℃で、ＩＶ．ヤング率（Ｅ）が７０ＧＰａ以上であり、さらにＶ．ビッカース硬度（Ｈｖ）が５５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるような通信パッケージウィンドウ用ガラス。
【請求項２】
ｍｏｌ％でＳｉＯ２が１０〜６０％、Ｂ２Ｏ３が５〜３０％、Ａｌ２Ｏ３が５〜３０％、さらにＴａ２Ｏ５が０．５〜７％、ＭｇＯが０〜５５％、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯがそれぞれ０〜２０％、ＺｎＯが０〜２５％、ＺｒＯ２が０〜８％、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３がそれぞれ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏがそれぞれ０〜８％、ただしＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＝０〜５５％、Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＝０〜３０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＝６〜５５％からなる組成を有する事を特徴とする請求項１に記載の通信パッケージウィンドウ用ガラス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に使用される金属製通信パッケージに近い熱膨張係数を有し、機械的、化学的強度に優れ、実用上十分な安定性を持つ通信パッケージウィンドウ用ガラスに関するものである。ここで、通信パッケージとは、本体が金属からなる光通信用の半導体素子を収容するためのパッケージで、例えばＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）や４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の金属からなる粋体と、Ｃｕ−ＷやＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕ等の金属からなる底体とをろう付け接合して、内部に光通信用の半導体素子を搭載するためのキャビティ部を有するようなものをいう。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用光ファイバの光を透過する透光性材料は、高い絶縁特性、優れた光透過性、良好なメタライズ性、優れた機械的強度、耐磨耗性を有し、電子部品材料として用いられる以外に光学材料、機械部品材料等の幅広い応用分野を持っている。この代表的なものはサファイアである。パッケージウィンドウでは、ウィンドウガラスとパッケージとなる金属性固定材料をろう付けするため、ガラスのろう付け部分に金属薄膜を形成させることが必要であるが、この金属薄膜形成性をここではメタライズ性という。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サファイアはα−アルミナ（α−Ａｌ２Ｏ３）の単結晶体であるため、屈折率や光透過性、機械的化学的強度等において優れた特性を有している反面、軸方向によって熱膨張に違いがある上、材料コストが高く、また抗折強度等の機械的強度が必要以上に高いので加工コストが高いため、低コストが要求される電子部品材料への適用には不向きである。
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するため、電子部品材料、光学材料及び機械部品材料に適した物理的特性、熱的特性及び光学的特性を有し、特に機械的強度、化学的強度に優れ、ガラス作製時の結晶化のし難さ、優れた対環境性と言った、実用上十分な安定性を持つ通信パッケージウィンドウ用ガラスを、安価にかつ経済的に提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記のような従来技術の課題は、下記のような物性をもつ安価な通信パッケージウィンドウ用ガラスが提供されることによって解決される。その必要な物性は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が６５０℃以上であり、屈折率（ｎｄ）がサファイアの屈折率（ｎｄ）の±１０％以内で、さらに、ウィンドウ用ガラスに形成したメタライズ層を介して接合する金属製固定部材との熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）の差が±１０％以内で、ヤング率（Ｅ）が７０ＧＰａ以上で、ビッカース硬度（Ｈｖ）が５５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である。ここで、ウィンドウ用ガラスには金属薄膜スパッタ処理等がなされるため、ガラス転移温度はできるだけ高い方がよく６５０℃以上が好ましい。また、サファイアの屈折率は１．７６であるが、ウィンドウガラスとサファイアの屈折率差がサファイアの屈折率の±１０％を超えると、光の進行方向が大きくずれその修正が容易でなくなる。したがって、ウィンドウガラスの屈折率は１．５８４〜１．９３６の範囲内が好ましい。さらに、ウィンドウ用ガラスに形成したメタライズ層を介して封着接合する金属製固定部材である、ＫＯＶＡＲの熱膨張係数は約５０×１０−７／℃であるが、封着後の応力を緩和させるためには、ウィンドウ用ガラスの熱膨張係数はＫＯＶＡＲの±１０％であることが好ましい。したがってその範囲は、４５〜５５×１０−７／℃である。そして、地球環境を想定した極端に過酷な信頼性試験においてガラスに亀裂等が発生する危険性を考慮すれば、ヤング率やビッカース硬度はなるべく大きいほうがよく、少なくともヤング率が７０ＧＰａ以上、ビッカース硬度は５５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上が好ましい。
本発明は、Ｉ．ガラス転移温度（Ｔｇ）が６５０℃以上であり、ＩＩ．屈折率（ｎｄ）が１．５８５以上で、ＩＩＩ．熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）が４５〜５５×１０−７／℃であり、ＩＶ．ヤング率（Ｅ）が７０ＧＰａ以上で、Ｖ．さらにビッカース硬度（Ｈｖ）が５５０ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるような通信パッケージウィンドウ用ガラスを提供するものである。本発明者らはこれら５つの特性Ｉ〜Ｖを同時に満足するガラスを未だ知らない。
【０００５】
本発明者らは鋭意研究の結果、本発明が目的とする光通信に使用される通信パッケージウィンドウ用ガラスを得るためにはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスをベースに、Ｔａ２Ｏ５を必須とし、アルカリ土類酸化物や希土類酸化物を多量に含有させたガラス組成系が最も適切であることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち本発明は下記組成を有することで達成される。特に好ましい範囲を右側に記載してある。
2004244226.tif 000002
【０００７】
本発明の通信パッケージウィンドウ用ガラスの特に好ましい組成範囲は下記のとおりである。ｍｏｌ％でＳｉＯ２が１５〜５５％、Ｂ２Ｏ３が７〜２５％、Ａｌ２Ｏ３が８〜２５％、さらにＴａ２Ｏ５が０．５〜５％、またＭｇＯが０〜５０％、ＣａＯが０〜１５％、ＳｒＯが０〜１５％、ＢａＯが０〜１５％（ただしＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＝０〜５０％）、ＺｎＯが０〜２０％、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３がそれぞれ０〜２５％（ただしＹ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＝０〜２５％）からなり、ＺｒＯ２が０〜５％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏがそれぞれ０〜６％、ただしＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋Ｙ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＝８〜５０％である。
【０００８】
ここでＳｉＯ２は１０％よりも少ないとガラス化が困難で、６０％を超えると溶融温度が高くなり作業が困難になる。好ましくは１５〜５５％の範囲である。Ｂ２Ｏ３は５％よりも少ないとガラス化が困難になり、３０％を超えるとガラスとしての安定性が低下する。好ましい範囲は７〜２５％である。Ａｌ２Ｏ３は５％よりも少ないとガラスの安定性が低下し、３０％を超えると溶融温度が高くなる。好ましくは８〜２５％の範囲である。Ｔａ２Ｏ５は０．５％よりも少ないと十分なヤング率が得られず、７％を超えるとガラス化が困難になる。好ましい範囲は０．５〜５％である。
【０００９】
アルカリ土類金属酸化物はガラスの溶融温度を低下させ、よりガラス化し易くさせる成分であるが、ＭｇＯは５５％を超えるとガラス化が困難になり、必要な範囲の膨張係数を得られない。好ましい範囲は５０％以下である。ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯはそれぞれ２０％を超えると必要な範囲の膨張係数を得られない。好ましい範囲は１５％以下である。アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）は、一種または二種以上の合量が５５％を超えるとガラス化が困難になり、必要な範囲の膨張係数を得られない。好ましい範囲は５０％以下である。ＺｎＯは２５％を超えるとガラス化が困難になり、かつ必要な範囲の膨張係数を得られない。好ましい範囲は０〜２０％である。
【００１０】
Ｙ２Ｏ３やＬａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３などの希土類酸化物Ｒ２Ｏ３は、屈折率やガラス転移温度、ヤング率、ビッカース硬度を高める成分であるが、一種または二種以上の合量が３０％を超えると溶融温度が高くなり、結果的にガラス化が困難となる。好ましくは２５％以下である。ＺｒＯ２はガラスの耐環境性に寄与する。しかし８％を超えると溶融温度が高くなり、同時にガラスの安定性を損ねるためガラス化が困難になる。好ましくは０〜５％の範囲である。Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物Ｒ’２Ｏは、溶融温度を低下させガラス溶融が容易になる成分であるが、一種または二種以上の合量が８％を超えると必要な範囲の膨張係数を得られない上、ガラス転移温度も低下させる。好ましくは６％以下である。
【００１１】
本発明は、金属製通信パッケージに使用される金属製固定部材（ＫＯＶＡＲ）に近い熱膨張係数を有し、機械的強度や化学的強度に優れたガラスに関するもので、フッ素化合物などの低溶融化合物の添加は特性に大きな影響を与えない範囲で使用可能である。
【００１２】
本発明の重要な特徴はＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスを基本としてＴａ２Ｏ５を必須とし、アルカリ土類酸化物や希土類酸化物を高濃度で含むことである。
【００１３】
本発明の通信パッケージウィンドウ用ガラスは、各成分の原料としてそれぞれ相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等を、所定の割合で秤量し充分混合したものをガラス調合原料としている。このガラス調合原料を白金製坩堝に投入して、１３００〜１５００℃に加熱したガラス溶融炉で溶融する。高温で溶融されたガラス融液は白金製攪拌棒で攪拌して清澄・均質化した後、適切な温度に予熱した金型に流し込んで成形される。この後、適切な温度スケジュールで徐冷を行いガラスブロックを得る。なお、ガラスの着色を防ぎ脱泡のため還元効果をもつ添加物、例えばＳｂ２Ｏ３等の添加物を少量添加するのは好ましく、本発明の効果に影響を与えない。
なお、本発明のパッケージウィンドウ用ガラスには上記成分の他に、溶融性の改善及びガラスの安定性拡大のため、本発明の目的をはずれない限り通常のガラスで使用されて本明細書に記載されていない他の成分も、数ｍｏｌ％の範囲内で含有させることができる。
【００１４】
【実施例】
以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において、ガラス転移温度（Ｔｇ）および膨張係数（α３０℃〜４００℃）については、日本光学硝子工業会規格中の「光学ガラスの熱膨張の測定方法」（石英ガラス製標準試料支持具を持つ示差熱膨張計（ＴＭＡ）使用）を用いた。ヤング率（Ｅ）は、ＪＩＳ規格「ファインセラミックスの弾性率試験方法」中の超音波パルス法（パルスエコーオーバーラップ法）を用い、ビッカース硬度（Ｈｖ）はＪＩＳ規格「ファインセラミックスのビッカース硬さ試験方法」中のビッカース硬さ試験方法を用い、屈折率（ｎｄ）は日本光学硝子工業会規格中の光学ガラスの屈折率測定法を用いてそれぞれ測定した。
【００１５】
（実施例１）
表１に示した実施例１の組成物を通常の方法でガラス化した。すなわち、それぞれの原料化合物として、ＳｉＯ２、Ｈ３ＢＯ３、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、Ｎａ２ＣＯ３を所定の割合で秤量し、混合後白金製坩堝を用い１４５０℃のガラス溶融炉中で約２時間溶融した。溶融中適時攪拌を行い融液を均質化した。その後金型に流し込んで成形し、さらにガラス転移温度より１０℃程度低い温度に設定した電気炉中で徐冷しガラスを得た。ここでＳｂ２Ｏ３を脱泡剤として０．３重量％添加した。得られたガラスの機械的強度、熱的性質、光学的性質を確認するためガラス転移温度（Ｔｇ）、熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）、ヤング率（Ｅ）、ビッカース硬度（Ｈｖ）、屈折率（ｎｄ）の測定を行った。その結果も表１に示した。それぞれの単位は、・Ｔｇ（ガラス転移温度）：℃、・α（熱膨張係数）：×１０−７／℃、・Ｅ（ヤング率）：ＧＰａ、・Ｈｖ（ビッカース硬度）：ｋｇｆ／ｍｍ２  である。
【００１６】
【表１】
2004244226.tif 000003
【００１７】
【表２】
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【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
2004244226.tif 000006
【００２０】
（実施例２〜２７）
表１〜４に示した実施例２〜２７までのガラスを実施例１と同様の方法にて作製した。得られたガラスはガラス転移温度（Ｔｇ）、熱膨張係数（α３０℃〜４００℃）、ヤング率（Ｅ）、ビッカース硬度（Ｈｖ）及び屈折率（ｎｄ）を測定した。その結果も表１〜４に示した。
【００２１】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスをベースにＴａ２Ｏ５を必須とし、高濃度のアルカリ土類酸化物や希土類酸化物を含有させることで、コバールとの接着に適した熱膨張係数と高いヤング率及び硬度を持つガラスが作製できる。このガラスは実用上十分な安定性、対環境性を持ち、通信パッケージウィンドウに好ましく用いることができる。