(57)【要約】  気密性及び放熱性に優れる、気密パッケージを提供する。  素子６を搭載して封止するための気密パッケージ１であって、素子６が搭載される底部２ａ及び底部２ａ上に配置された枠状の側壁部２ｂを有し、かつ窒化アルミニウムにより構成されている、容器２と、容器２の側壁部２ｂの上部に配置されており、容器２内を封止するためのガラス蓋３と、容器２の側壁部２ｂと、ガラス蓋３との間に配置されている、封着材料層４と、を備え、容器２の側壁部２ｂにおいて、封着材料層４が配置される領域の少なくとも一部に、容器２に含まれる成分の酸化物層５が設けられており、容器２の底部２ａにおいて、素子６が搭載される領域に酸化物層５が設けられていない、気密パッケージ１。
2017203795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子を搭載して封止するための気密パッケージであって、
前記素子が搭載される底部及び該底部上に配置された枠状の側壁部を有し、かつ窒化アルミニウムにより構成されている、容器と、
前記容器の側壁部の上部に配置されており、前記容器内を封止するためのガラス蓋と、
前記容器の側壁部と、前記ガラス蓋との間に配置されている、封着材料層と、
を備え、
前記容器の側壁部において、前記封着材料層が配置される領域の少なくとも一部に、前記容器に含まれる成分の酸化物層が設けられており、
前記容器の底部において、前記素子が搭載される領域に前記酸化物層が設けられていない、気密パッケージ。
【請求項２】
前記酸化物層が、酸化アルミニウムを含む、請求項１に記載の気密パッケージ。
【請求項３】
前記封着材料層が、ビスマス系ガラスを含む、請求項１又は２に記載の気密パッケージ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気密パッケージの製造方法であって、
前記容器の側壁部において、前記封着材料層が配置される領域の少なくとも一部に大気圧プラズマを照射し、前記酸化物層を形成する工程と、
前記容器の側壁部において、前記酸化物層が形成されている部分の上に、封着材料を介して前記ガラス蓋を配置し、レーザーを照射することにより前記封着材料を軟化させ、前記容器の側壁部及び前記ガラス蓋を接合させる工程と、
を備える、気密パッケージの製造方法。
【請求項５】
前記酸化物層を形成する工程の前に、前記容器の底部に前記素子を搭載する、請求項４に記載の気密パッケージの製造方法。
【請求項６】
前記レーザーの波長が、６００ｎｍ〜１６００ｎｍである、請求項４又は５に記載の気密パッケージの製造方法。
【請求項７】
前記封着材料が、ビスマス系ガラス粉末を含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の気密パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子を搭載して封止するための気密パッケージ及び該気密パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤなど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、カバーガラスとが、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、低融点の封着ガラスが用いられている。また、特許文献１における気密パッケージは、上記封着材料にレーザーを照射して軟化させ、ガラスセラミックス基板とカバーガラスとを接合することにより作製される。【０００４】
また、下記の特許文献２には、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板と、セラミックスキャップとが封着ガラスにより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２では、セラミックス基板と封着ガラスの濡れ性を改善するために、セラミックス基板の表面全体を覆うように酸化物層が形成されている。上記酸化物層は、セラミックス基板に熱処理を施すことにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３６２０２号公報
【特許文献２】特開平１０−１５４７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、ガラスセラミックス基板を容器として用いる場合、素子から発生した熱を効率よく外部に放熱することが難しい。【０００７】
他方、特許文献２のようにセラミックス基板の表面全体が酸化物層によって覆われている場合、素子などから発生した熱を十分に放熱できない場合があった。【０００８】
本発明の目的は、気密性及び放熱性に優れる、気密パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る気密パッケージは、素子を搭載して封止するための気密パッケージであって、前記素子が搭載される底部及び該底部上に配置された枠状の側壁部を有し、かつ窒化アルミニウムにより構成されている、容器と、前記容器の側壁部の上部に配置されており、前記容器内を封止するためのガラス蓋と、前記容器の側壁部と、前記ガラス蓋との間に配置されている、封着材料層と、を備え、前記容器の側壁部において、前記封着材料層が配置される領域の少なくとも一部に、前記容器に含まれる成分の酸化物層が設けられており、前記容器の底部において、前記素子が搭載される領域に前記酸化物層が設けられていないことを特徴としている。【００１０】
本発明に係る気密パッケージは、好ましくは、前記酸化物層が、酸化アルミニウムを含む。【００１１】
本発明に係る気密パッケージは、好ましくは、前記封着材料層が、ビスマス系ガラスを含む。【００１２】
本発明に係る気密パッケージの製造方法は、本発明に従って構成される気密パッケージの製造方法であって、前記容器の側壁部において、前記封着材料層が配置される領域の少なくとも一部に大気圧プラズマを照射し、前記酸化物層を形成する工程と、前記容器の前記側壁部において、前記酸化物層が形成されている部分の上に、封着材料を介して前記ガラス蓋を配置し、レーザーを照射することにより前記封着材料を軟化させ、前記容器の側壁部及び前記ガラス蓋を接合させる工程と、を備える。【００１３】
本発明に係る気密パッケージの製造方法では、前記酸化物層を形成する工程の前に、前記容器の底部に前記素子を搭載してもよい。【００１４】
本発明に係る気密パッケージの製造方法では、前記レーザーの波長が、６００ｎｍ〜１６００ｎｍであってもよい。【００１５】
本発明に係る気密パッケージの製造方法では、前記封着材料が、ビスマス系ガラス粉末を含んでいることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、気密性及び放熱性に優れる、気密パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージを示す模式的平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法におけるレーザーの照射方法を説明するための模式的平面図である。
【図８】図８は、実施例１で得られた気密パッケージにおいて、封着材料層が設けられている部分の倍率５０倍における実体顕微鏡写真である。
【図９】図９は、比較例１で得られた気密パッケージにおいて、封着材料層が設けられている部分の倍率５０倍における実体顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１９】
（気密パッケージ）
図１は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージを示す模式的平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。図１及び図２に示すように、気密パッケージ１は、容器２、ガラス蓋３及び封着材料層４を備える。気密パッケージ１内には、素子６が搭載され、封止されている。なお、素子６としては、深紫外線ＬＥＤや、ＭＥＭＳなどを搭載することができる。
【００２０】
容器２は、窒化アルミニウムにより構成されている。容器２は、底部２ａ及び側壁部２ｂを有する。底部２ａは、容器２において素子６が搭載される部分である。底部２ａ上に、枠状の側壁部２ｂが配置されている。また、側壁部２ｂの上面２ｂ１上には、ガラス蓋３が配置されている。ガラス蓋３は、容器２内を封止するための部材である。なお、側壁部２ｂと、ガラス蓋３との間には、封着材料層４が設けられている。封着材料層４によって、側壁部２ｂと、ガラス蓋３とが、接合されている。なお、封着材料層４は、ビスマス系ガラスを含んでいる。もっとも、本発明において、封着材料層４は他のガラスを含んでいてもよく、特に限定されない。
【００２１】
本実施形態では、容器２の側壁部２ｂにおいて、封着材料層４が配置される領域に、容器２に含まれる成分の酸化物層５が設けられており、一方、容器２の底部２ａの素子６が搭載される領域には、酸化物層５が設けられていない。
【００２２】
気密パッケージ１では、容器２の側壁部２ｂにおいて、封着材料層４が配置される領域に酸化物層５が設けられているので、気密性が高められている。また、容器２は、窒化アルミニウムにより構成されており、しかも素子６が搭載される領域に酸化物層５が設けられていないので、素子６から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。従って、気密パッケージ１は、気密性及び放熱性に優れている。
【００２３】
なお、酸化物層５を設けることにより、気密性が高められる理由については以下のようにして説明することができる。
【００２４】
気密パッケージ１のように、容器２が窒化アルミニウムにより構成される場合、窒化アルミニウムとガラスとの濡れ性が十分でないことから、容器２とガラス蓋３との接合強度が十分でなく、気密性を十分に高めることが難しい。また、ビスマス系ガラスは非常に低温で軟化するため、レーザー照射を用いた封着の場合に好ましいものであるが、焼成時に容器２を構成する窒化アルミニウム表層を酸化して窒素ガスを発生させやすいという性質を有している。そのため、封着材料層４中に発泡が生じ、容器２とガラス蓋３の接合強度が低下し、気密性が低下することが考えられる。
【００２５】
これに対して、本実施形態では、封着材料層４が配置される領域に酸化物層５が設けられているので、容器２と封着ガラスの濡れ性が改善される。また、酸化物層５が設けられることにより、ビスマス系ガラスが窒化アルミニウムと直接接触し難くなるので、窒素ガスの発生を抑制することができる。そのため、容器２とガラス蓋３との接合強度が低下し難く、気密性も低下し難い。よって、気密パッケージ１は、気密性に優れている。
【００２６】
なお、本実施形態では、封着材料層４が配置される領域の全てに酸化物層５が設けられているが、封着材料層４が配置される領域の少なくとも一部に酸化物層５が設けられていればよい。もっとも、気密性をより一層高める観点からは、本実施形態のように封着材料層４が配置される領域の全てに酸化物層５が設けられていることが好ましい。
【００２７】
また、容器２の表面において、素子６が搭載される領域以外の他の部分に酸化物層５が設けられていてもよい。もっとも、放熱性をより一層高める観点からは、封着材料層４が配置される領域のみに酸化物層５が設けられていることが好ましい。
【００２８】
以下、図３〜図６を参照して、気密パッケージ１の製造方法について説明する。
【００２９】
（気密パッケージの製造方法）
図３〜図６は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【００３０】
まず、図３に示すように、底部２ａ及び側壁部２ｂを有する容器２を用意する。
【００３１】
次に、容器２における側壁部２ｂの上面２ｂ１に、大気圧下で発生させたプラズマである大気圧プラズマを照射し、図４に示す酸化物層５を形成する。この際、大気圧プラズマ処理は、容器２の側壁部２ｂにおいて、封着材料層４が配置される領域に酸化物層５が形成されるように行うものとする。また、容器２の底部２ａにおいて、素子６が搭載される領域には酸化物層５が形成されないように行うものとする。例えば、酸化物層を形成したくない領域（素子が搭載される領域等）に予めマスキングすることで、所望する領域のみに酸化物層を形成することができる。なお、大気圧プラズマの照射は、素子６を搭載してから行ってもよい。
【００３２】
次に、図５に示すように、容器２の側壁部２ｂにおける酸化物層５上に、封着材料を印刷する。さらに封着材料の印刷後、乾燥、熱処理して封着材料を焼結させ、封着材料層４を形成する。なお、封着材料層４は、ガラス蓋３側に形成してもよく、或いは容器２及びガラス蓋３の両方に形成してもよい。
【００３３】
次に、容器２の底部２ａ上に、素子６を搭載する。
【００３４】
続いて、図６に示すように、側壁部２ｂの上面２ｂ１上の封着材料層４が設けられている部分に、ガラス蓋３を配置する。なお、ガラス蓋３は、平面視において、封着材料層４が設けられている部分と少なくとも一部が重なるように配置すればよい。もっとも、ガラス蓋３は、平面視において、封着材料層４が設けられている部分と完全に重なるように配置することが好ましい。
【００３５】
次に、側壁部２ｂの上面２ｂ１上に封着材料層４を介してガラス蓋３を配置した状態で、レーザー光源からレーザーを照射し、封着材料層４を軟化させ、容器２の側壁部２ｂ及びガラス蓋３を接合させる。それによって、容器２の内部を気密封止して、図１及び図２に示す気密パッケージ１を得る。この方法によれば、封着材料層４のみを局所的に加熱することが可能であることから、深紫外線ＬＥＤや、ＭＥＭＳなどの耐熱性の低い素子を劣化させることなくパッケージを気密封止することができる。上記レーザーとしては、例えば、波長が、６００ｎｍ〜１６００ｎｍのレーザーを用いることができる。レーザーの照射方法については、以下、図７を参照して、より詳細に説明する。
【００３６】
図７は、本発明の一実施形態に係る気密パッケージの製造方法におけるレーザーの照射方法を説明するための模式的平面図である。
【００３７】
レーザーの照射に際しては、まず、レーザー光源７からレーザー８を始点９に照射する。続いて、矢印Ｂの方向に沿ってレーザーを走査して周回させる。周回させたレーザーは、始点９を超える位置まで照射する。それによって、容器２を封止する。本実施形態のように、レーザーの終点は、レーザーを周回させた後の始点９を超える位置であってもよいし、始点９と同じ位置であってもよい。
【００３８】
本実施形態の気密パッケージ１の製造方法では、容器２の側壁部２ｂにおいて、封着材料層４が配置される領域が大気圧プラズマにより処理されており、それによって酸化物層５が形成されているので、容器２とガラス蓋３との接合強度が高められている。また、酸化物層５が設けられることにより、容器２に含まれる窒化アルミニウムと封着材料が反応し難くなるので、窒素ガスの発生も抑制することができる。そのため、容器２とガラス蓋３の接合強度が低下し難く、気密性も低下し難い。また、容器２は、窒化アルミニウムにより構成されており、しかも素子６が搭載される領域に酸化物層５が設けられていないので、素子６から発生した熱を効率よく外部に放熱することができる。よって、本実施形態の製造方法により得られた気密パッケージ１は、気密性及び放熱性に優れている。
【００３９】
以下、本発明で用いられる各部材の詳細を説明する。
【００４０】
容器；
容器は、窒化アルミニウムにより構成されている。容器には、窒化アルミニウムを焼結する際の焼結助剤として、イットリウム化合物、タングステン化合物などが含まれていてもよい。
【００４１】
容器は、底部及び側壁部を有する。容器は、底部及び側壁部が一体成形されたものであってもよいし、底部及び側壁部がそれぞれ別々に成形されたものを接着剤などにより接合されたものであってもよい。
【００４２】
ガラス蓋；
ガラス蓋を構成するガラスとしては、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Ｋａ）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫａ）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＴｅＯ２系ガラス又はＢｉ２Ｏ３系ガラスなどを用いることができる。
【００４３】
封着材料層；
封着材料層を形成するための封着材料としては、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス粉末、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス粉末、Ｖ２Ｏ５−ＴｅＯ２系ガラス粉末等の低融点の封着ガラスを含んでいることが好ましい。特に、レーザーを照射して封着する場合、封着材料をより一層短時間の加熱で軟化させる必要性と接合強度の点から、封着ガラスには、非常に軟化点の低いビスマス系ガラス粉末を用いることがより好ましい。また、封着材料には、低膨張耐火性フィラーや、レーザー吸収材などが含まれていてもよい。低膨張耐火性フィラーとしては、例えば、コーディエライト、ウイレマイト、アルミナ、リン酸ジルコニウム系化合物、ジルコン、ジルコニア、酸化スズ、石英ガラス、β−石英固溶体、β−ユークリプタイト、スポジュメンが挙げられる。また、レーザー吸収材としては、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｕなどから選ばれる少なくとも１種の金属または該金属を含む酸化物等の化合物が挙げられる。
【００４４】
酸化物層；
酸化物層を構成する酸化物としては、例えば、酸化アルミニウムや、上述した焼結助剤の酸化物が挙げられる。焼結助剤の酸化物としては、例えば、酸化イットリウムや、酸化タングステンなどが挙げられる。
【００４５】
なお酸化物層を形成する方法は、前述した大気圧プラズマを照射する方法に限られるものではない。酸化物層を形成する別の方法として、例えば窒化アルミニウム容器における側壁部の上部にレーザーを照射し加熱する手法が挙げられる。このときのレーザー光の波長は３０００ｎｍ以上であることが好ましく、５０００〜１１０００ｎｍの範囲内であることがさらに好ましい。このような波長の範囲内とすることにより、効率良く窒化アルミニウム容器における側壁部の上部を加熱することができる。レーザー光を出射する光源としては、炭酸ガスレーザーが好ましく使用される。
【００４６】
また、窒化アルミニウム容器が黒色顔料を含んだ状態で焼結されている場合、波長が１６００ｎｍ以下のレーザー光により前記容器における側壁部の上部を加熱し酸化物層を形成することができる。この場合、封着材料層を加熱する波長６００ｎｍ〜１６００ｎｍのレーザー光を使用することができるため、効率良く生産することができる。
【００４７】
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く、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
まず、底部及び側壁部を有し、窒化アルミニウムにより構成されている容器を用意した。続いて、容器における側壁部に、窒素ガス雰囲気下で大気圧プラズマを２４時間照射し、酸化物層を形成した。なお、大気圧プラズマの出力は４５Ｗとし、照射範囲は直径０．５ｍｍの範囲とした。また、大気圧プラズマは、容器の側壁部の上面において、封着材料層を形成する領域にのみ照射した。また、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）により、得られた酸化物層には、酸化アルミニウムや、容器を構成する窒化アルミニウムの焼結助剤であるイットリウムやタングステンの酸化物が含まれていることを確認した。【００４９】
次に、容器の側壁部における酸化物層上に、封着材料を印刷した。印刷後、乾燥、熱処理して封着材料を焼結させ、封着材料層を形成した。封着材料は、ガラス粉末、低膨張耐火性フィラー粉末及びレーザー吸収材の混合粉末を使用した。なお、混合粉末の具体的な組成を、下記の表１に示す。【００５０】
【表１】
2017203795.tif 000003
【００５１】
次に、用意した容器の底部上に、素子としての深紫外線ＬＥＤを搭載した。【００５２】
次に、容器における側壁部において、封着材料が設けられている部分に、ガラス蓋を配置した。続いて、容器における側壁部において、封着材料を介してガラス蓋を配置した状態で、レーザー光源からレーザーを照射し、封着材料を軟化させ、容器の側壁部及びガラス蓋を接合させた。それによって、容器の内部を封止し、気密パッケージを得た。【００５３】
（比較例１）
大気圧プラズマを照射せず、酸化物層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして気密パッケージを得た。【００５４】
（評価）
実施例１及び比較例１で得られた気密パッケージについて、実体顕微鏡を用いて気泡の有無を観察した。【００５５】
図８は、実施例１で得られた気密パッケージにおいて、封着材料層が設けられている部分の倍率５０倍における実体顕微鏡写真である。また、図９は、比較例１で得られた気密パッケージにおいて、封着材料層が設けられている部分の倍率５０倍における実体顕微鏡写真である。なお、図８及び図９において、白色で示す部分が封着材料層が設けられている領域である。図８及び図９より、封着材料層が設けられている領域において、比較例１では多数の気泡が観察されたのに対し、実施例１では気泡の発生が抑制されていることがわかる。そのため、実施例１の気密パッケージでは、容器とガラス蓋との接合強度が低下することなく、高い気密性を有していた。他方、比較例１の気密パッケージでは、容器の側壁部とガラス蓋との接合強度が低下し、十分な気密性が得られなかった。
【符号の説明】
【００５６】
１…気密パッケージ
２…容器
２ａ…底部
２ｂ…側壁部
２ｂ１…上面
３…ガラス蓋
４…封着材料層
５…酸化物層
６…素子
７…レーザー光源
８…レーザー
９…始点
【図１】
2017203795.tif 000004
【図２】
2017203795.tif 000005
【図３】
2017203795.tif 000006
【図４】
2017203795.tif 000007
【図５】
2017203795.tif 000008
【図６】
2017203795.tif 000009
【図７】
2017203795.tif 000010
【図８】
2017203795.tif 000011
【図９】
2017203795.tif 000012
【国際調査報告】
2017203795.tif 000013
2017203795.tif 000014
2017203795.tif 000015
2017203795.tif 000016