セラミックス封止用
レーザーガラスフリットの技術と特徴
白神徹（しらがみ・とおる）

日本電気硝子㈱電子部品事業部 第一製造部

はじめに光の透過性を要求される半導体素子のセラミックパッケージとして，イメージセンサや LED が挙げられる。これらのセラミックパッケージには透明性に優れるガラスリッド（ふた）が使用され，ガラスリッドとセラミックス製キャビティ（容器部）の封止には，樹脂製の封止材料が使用されるのが一般的である。樹脂製の封止材料は，材料が第1図封止したパッケージの外観

安価で低温封止が可能であるという理由から使用されている。しかしながら，樹脂による封止は，ラミックス製キャビティとの封止に適したレー封止強度や気密性，耐久性に課題を抱えており，ザーガラスフリットの開発に着手・成功した。

高い信頼性が必要とされる用途では使用が困難である。その場合の代替材料には，非常に高価な金スズハンダが封止材料として使われている。
また，封止強度や気密性，耐久性に優れる封止

本稿ではこのレーザーガラスフリットについて紹介する。

１.

レーザーガラスフリットの特徴

材料としてガラスフリットがあるが，低温での封レーザーガラスフリットは，低温で軟化するガ止が難しいため，実装した素子に熱ダメージを与ラス粉末とセラミックスフィラー，顔料などからえてしまう。

構成される。当社では，レーザーガラスフリットその課題を解決するために，ガラス同士の封止を構成する各材料を新たに開発し，更にそれらをにおいてはレーザー光でガラスフリット（以下，混合する比率や粒度などを最適化することで，こレーザーガラスフリット）を局所加熱することにれまで困難であったガラスリッドとセラミックスより封止する技術が存在する。この封止技術によ製キャビティとの封止を実現した。

り，実装した素子に熱ダメージを与えることなく開発したレーザーガラスフリットを使用して封封止できるというメリットがあるが，セラミック止したパッケージの外観を第１図に示す。写真のパッケージ（またはガラスとセラミックスとの）下段左から窒化アルミニウム製キャビティ，アルの封止においては熱膨張係数の差や濡れ性（部材ミ ナ 製 キ ャ ビ テ ィ， 上 段 に LTCC（Low

表面に均質に広がり強固に固着・反応する性質）

Temperature Co-fired Ceramics，低温同時焼成の悪さに起因する封止温度アップの必要性によりセラミックス）製キャビティを封止した気密パッ

ガラスリッドが熱衝撃で割れやすくなるなど種々ケージである。の問題があった。
上記の背景のもと，当社ではガラスリッドとセ146

JETI開発したレーザーガラスフリットはガラス同士の封止に使用されている従来品と同様に実装した
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第1表素子への熱ダメージの軽減が可能で，樹脂封止材

レーザーガラスフリットの熱膨張係数料に勝る封止強度や気密性，耐久性を有している。加えて，新たに下記のような特徴を有する。
＜特徴＞①セラミックス製キャビティに近い熱膨張係数を有する
従来品はガラスリッドおよびセラミックス製②セラミックス製キャビティとの濡れ性に優れキャビティとの熱膨張係数差が大きいため，レーる

ザー光照射によりレーザーガラスフリットが溶け従来品は，セラミックス製キャビティとの濡れて封止した後の降温過程においてガラスリッド，セ性が悪いので，気密封止するためには照射するラミックス製キャビティ，およびレーザーガラスフ

レーザー光の出力を高くし，高温まで加熱しなけリットの収縮差が大きく，部材が破損し易かった。

ればならなかった。しかしながら，瞬間的に過度そこでレーザーガラスフリットの熱膨張係数をに高温まで加熱されるので，熱衝撃によるガラス低減させるために，レーザーガラスフリットを構リッドの割れが生じていた。

成するガラスやセラミックスフィラーを新たに開レーザー光による過度な加熱を抑制するため発した。新たな組成のガラスを開発することで，に，レーザーガラスフリットがより低温でセラ従来品を構成していたガラスに比べ，軟化流動性ミックス製キャビティ上において軟化流動するよを維持したまま，より低い熱膨張係数にすることうに設計した。具体的には，ガラスとセラミックに成功した。さらに，熱膨張係数の調整に使用さスフィラーとの混合比と，軟化した際に流動を阻れるセラミックスフィラーは，従来品を構成して害するセラミックスフィラーの粒度を最適化しいたセラミックスフィラーに比べより低い熱膨張た。その結果，従来品に比べ熱膨張係数を低減さ係数の材質を新たに開発，採用することで，レーせた上で，より軟化流動性に優れるレーザーガラザーガラスフリットの熱膨張係数を低減させるこスフリットを得ることができた。とに成功した。(1) 式に混合材料の熱膨張係数を求レーザーガラスフリットの軟化流動性を比較すめる式を示す。ガラスおよびセラミックスフィるため，ボタン状の圧粉体（φ 10mm）を作製し，ラーの熱膨張係数が低くなったことで，レーザーアルミナ基板上で 510℃に電気炉で加熱した後のガラスフリットの熱膨張係数を低減させることが流動径を第 2 表に示す。また，レーザー封止した可能となった。

後のレーザーガラスフリットの外観，照射したレーザー光の出力，およびレーザー封止後の封止

α F = αg・Vg + αf・Vf…

(1)

αF：レーザーガラスフリットの熱膨張係数，
α g：

第２表

ガラスの熱膨張係数

レーザー光出力と封止後外観
レーザーガラスフリットの流動性

αf：セラミックスフィラーの熱膨張係数，Vg,Vf：体積分率
開発したレーザーガラスフリットの熱膨張係数を第１表に示す。
開発したレーザーガラスフリットは，従来品に比べ 10% 程度熱膨張係数が低く，したがってセラミックス製キャビティとの熱膨張係数差が小さくなり，部材の破損を抑制することが可能となった。例えば熱膨張係数 7.0ppm/℃のアルミナをレーザー波長：808nm、スポット径：φ 0.5mmキャビティとして使用した場合，熱膨張係数差はアルミナキャビティと当社製ガラスリッドをレーザー封止80％削減されることになる。

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当社設備によるレーザー出力値

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第２図

深紫外 LED パッケージの組合せ例

幅を同表に示す。

車載用セラミックスパッケージなどで信頼性向上開発したレーザーガラスフリットは同温度におや長寿命化に貢献できると考えている。また，2ける流動径が従来品に比べ大きいことから，軟化枚のガラス基板で発光素子を封止する有機 EL パ

流動性に優れていることがわかる。また，開発しネルに使用することで，レーザー封止工程のタクたレーザーガラスフリットは従来品に比べ 10％トタイム短縮や歩留まり向上が期待できる。

程度低いレーザー光出力に関わらず，同程度の封当社からは，今回開発したレーザーガラスフ止状態（封止幅）が得られた。これは，従来品にリットを塗布し焼結させたガラスリッドと，新た比べ低出力（低温）でレーザー封止することがでに開発したレーザー封止に好適な LTCC 製キャビきることを示しており，その結果，熱衝撃によるティとを組み合わせて供給することが可能であ

ガラスリッドの割れを抑制することが可能となっる。なお，LTCC 製キャビティのデザインはユーた。

ザーからの要望に対応することができ，ガラスこのようにレーザーガラスフリットの熱膨張係リッドも様々な熱膨張係数に対応することが可能

数をセラミックス製キャビティに近づけ，さらにである。また，レーザーガラスフリットと有機溶濡れ性を改善することで，従来では実現困難で剤を均一に分散させたペースト形態での供給にもあったガラスリッドとセラミックス製キャビティ対応する。の封止を実現することができた。

２.

例として深紫外 LED パッケージの組み合わせを第 2 図に示す。

今後の課題と用途展開

３.

＜課題＞

まとめ

今後，当製品の展開のためには，レーザーガラ

当製品は 2016 年 5 月にプレスリリースを行い，スフリットと様々なキャビティ材料の熱膨張係数展示会へも出展した。多くの反響を頂き，サンプを整合させ，さらなる低温化という改善が必要にル供給を開始した。今回紹介したセラミックスなってくる。またレーザーガラスフリットの開発

パッケージ用途に限らず，ユーザーからは様々なだけでなく，封止プロセスとの両面から改善を進

部材構成におけるレーザー封止の要望が多く，樹めることで，様々な要求に応えていく。

脂封止などの従来技術では解決できない課題を抱＜用途展開＞

える用途は非常に多いと考えている。今後は，当殺菌装置などで用途拡大が期待される深紫外社の技術・知見を活かし，市場の要求に素早く対LED や，過酷な環境での長期信頼性が求められる応していくことで新たな用途展開を図りたい。

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