JP2013239609A - Airtight member and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気密部材とその製造方法に関する。 The present invention relates to an airtight member and a manufacturing method thereof.
水晶振動子、圧電素子、フィルタ素子、センサ素子、撮像素子、有機EL素子、太陽電池素子等の電子素子を気密封止するパッケージには、例えば電子素子を形成もしくは実装するベース基板にガラス基板を使用すると共に、電子素子を気密封止するカバー基板に放熱性に優れる金属材料やセラミックス材料等からなる高熱伝導性基板を使用したパッケージ構造が適用されている。撮像素子等の受光素子や有機EL素子等の発光素子を気密封止するパッケージにおいては、ベース基板に半導体基板等の高熱伝導性基板を使用すると共に、カバー基板に透明なガラス基板を使用したパッケージ構造等も適用されている。 For packages that hermetically seal electronic elements such as crystal resonators, piezoelectric elements, filter elements, sensor elements, imaging elements, organic EL elements, and solar cell elements, for example, a glass substrate is used as a base substrate on which electronic elements are formed or mounted. A package structure using a high thermal conductivity substrate made of a metal material, a ceramic material, or the like excellent in heat dissipation is applied to a cover substrate that is used and hermetically seals an electronic element. In a package that hermetically seals a light-receiving element such as an imaging element or a light-emitting element such as an organic EL element, a package that uses a high thermal conductivity substrate such as a semiconductor substrate as a base substrate and a transparent glass substrate as a cover substrate Structure etc. are also applied.
金属材料、セラミックス材料、半導体材料等からなる高熱伝導性基板とガラス基板との間を気密封止する封着材料としては、封着樹脂や封着ガラスが用いられている。封着樹脂は封着ガラスに比べて耐湿性や耐候性に劣るため、電子素子の気密封止性を高める必要があるような用途では、耐湿性等に優れる封着ガラスが適用されている。特許文献1には、低融点ガラスからなる封着材料を用いて、ガラス基板等からなるベース基板と金属製の蓋体とを封着することが記載されている。ここでは低融点ガラスからなる封着材料層にガラス基板を介してレーザ光等を照射し、封着材料層を局所的に加熱して溶融させることで、ベース基板と金属製蓋体とを封着材料の溶融固着層(封着層)を介して封着している。 As a sealing material that hermetically seals between a glass substrate and a high thermal conductivity substrate made of a metal material, a ceramic material, a semiconductor material, or the like, a sealing resin or a sealing glass is used. Since the sealing resin is inferior in moisture resistance and weather resistance compared to the sealing glass, sealing glass having excellent moisture resistance and the like is applied in applications where it is necessary to improve the hermetic sealing performance of the electronic element. Patent Document 1 describes sealing a base substrate made of a glass substrate or the like and a metal lid using a sealing material made of low-melting glass. Here, the base material and the metal lid are sealed by irradiating the sealing material layer made of low-melting glass with laser light or the like through the glass substrate and locally heating and melting the sealing material layer. It is sealed via a melted and fixed layer (sealing layer) of the adhesive material.
特許文献2には、ガラス材料や樹脂材料等からなる透光性基板とガラス材料、樹脂材料、金属材料等からなる支持基板との間隙を、樹脂材料やガラス材料からなる第1の封止部材とガラス材料からなる第2封止部材とで封止した光電変換装置が記載されている。また、第2封止部材の膜厚を薄くするために、支持基板の表面にガラス材料や金属材料からなる台部を設けることが記載されている。第2封止部材による封着工程には、例えばレーザ封着や紫外線封着等が適用される。この際、第2封止部材の光吸収係数を台部のそれにより大きくすることで、第2封止部材を選択的に加熱している。
In
ガラス基板と高熱伝導性基板との間の気密封止にレーザ光等による局所加熱を適用した場合、金属基板、セラミックス基板、半導体基板等の高熱伝導性基板はガラス基板に比べて熱伝導率が高いため、低融点ガラスを含む封着材料層にレーザ光等を照射した際に生じる熱が高熱伝導性基板側に逃げることによって、封着材料層を高熱伝導性基板に良好に接着することができない。封着材料層の溶融固着層(封着層)と高熱伝導性基板とを接着することができたとしても、ガラス基板や封着層に加わる応力が大きくなる。ガラス基板や封着層に加わる応力は、封着層やガラス基板にクラックや割れ等を生じさせたり、またガラス基板と高熱伝導性基板との封着部の強度や信頼性を低下させる要因となる。 When local heating with laser light or the like is applied to the hermetic sealing between the glass substrate and the high thermal conductivity substrate, the high thermal conductivity substrate such as a metal substrate, a ceramic substrate, or a semiconductor substrate has a higher thermal conductivity than the glass substrate. Since the heat generated when the sealing material layer including the low-melting glass is irradiated with laser light etc. escapes to the high thermal conductive substrate side, the sealing material layer can be favorably bonded to the high thermal conductive substrate. Can not. Even if the fusion fixing layer (sealing layer) of the sealing material layer and the high thermal conductive substrate can be bonded, the stress applied to the glass substrate and the sealing layer is increased. The stress applied to the glass substrate and the sealing layer is a factor causing cracks and cracks in the sealing layer and the glass substrate, and reducing the strength and reliability of the sealing portion between the glass substrate and the high thermal conductive substrate. Become.
本発明の目的は、レーザ光等による局所加熱を適用してガラス基板と高熱伝導性基板との間の間隙を気密封止した際に、封着層の高熱伝導性基板に対する接着性やその信頼性を向上させた気密部材とその製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to apply the local heating by laser light or the like to hermetically seal the gap between the glass substrate and the high thermal conductivity substrate, and to adhere the sealing layer to the high thermal conductivity substrate and its reliability. An object of the present invention is to provide an airtight member having improved properties and a method for manufacturing the same.
本発明の気密部材は、第1の封止領域を備える第1の表面を有するガラス基板と、前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域に形成されたガラス層とを備える第2の表面を有し、前記第2の表面が前記第1の表面と対向するように、前記ガラス基板上に所定の間隙を持って配置された高熱伝導性基板と、前記ガラス基板と前記高熱伝導性基板との間の間隙を気密封止するように、前記ガラス基板の前記第1の封止領域と前記ガラス層との間に形成され、電磁波吸収能を有する封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層とを具備し、前記ガラス層は電磁波吸収能を有し、かつ前記ガラス層の厚さが3μm以上20μm未満の範囲であることを特徴としている。 The hermetic member of the present invention includes a glass substrate having a first surface provided with a first sealing region, a second sealing region corresponding to the first sealing region, and the second sealing region. A high thermal conductivity disposed on the glass substrate with a predetermined gap so that the second surface is opposed to the first surface. An electromagnetic wave absorber formed between the first sealing region of the glass substrate and the glass layer so as to hermetically seal a gap between the conductive substrate and the glass substrate and the high thermal conductivity substrate. A sealing layer composed of a melt-fixed layer of a sealing glass material having a function, the glass layer has an electromagnetic wave absorption capability, and the thickness of the glass layer is in a range of 3 μm or more and less than 20 μm. It is a feature.
本発明の気密部材の製造方法は、第1の封止領域と、前記第1の封止領域に形成され、電磁波吸収能を有する封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層とを備える第1の表面を有するガラス基板を用意する工程と、前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域に形成され、電磁波吸収能を有するガラス層とを備える第2の表面を有する高熱伝導性基板を用意する工程と、前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させ、かつ前記封着材料層と前記ガラス層とを接触させつつ、前記ガラス基板と前記高熱伝導性基板とを積層する工程と、前記ガラス基板を通して前記封着材料層および前記ガラス層に電磁波を照射して局所的に加熱し、前記封着材料層を溶融して前記ガラス層に固着させることによって、前記ガラス基板と前記熱伝導性基板との間の間隙を気密に封止する封着層を形成する工程とを具備し、前記ガラス層の厚さが3μm以上20μm未満の範囲であることを特徴としている。 The manufacturing method of the airtight member of this invention is equipped with the 1st sealing area | region and the sealing material layer which consists of a baking layer of the glass material for sealing formed in the said 1st sealing area | region and which has electromagnetic wave absorption ability. A step of preparing a glass substrate having a first surface; a second sealing region corresponding to the first sealing region; and a glass layer formed in the second sealing region and having an electromagnetic wave absorbing ability A step of preparing a highly thermally conductive substrate having a second surface comprising: the first surface and the second surface facing each other, and the sealing material layer and the glass layer being in contact with each other , The step of laminating the glass substrate and the high thermal conductivity substrate, and locally heating the sealing material layer and the glass layer by irradiating electromagnetic waves through the glass substrate to melt the sealing material layer. By fixing the glass layer to the glass layer, And a step of forming a sealing layer that hermetically seals a gap between the substrate and the thermally conductive substrate, wherein the glass layer has a thickness in the range of 3 μm to less than 20 μm. .
本発明の気密部材とその製造方法によれば、電磁波による局所加熱を適用してガラス基板と高熱伝導性基板との間の間隙を気密封止した際に、封着層の高熱伝導性基板に対する接着性やその信頼性を高めることができる。従って、ガラス基板と高熱伝導性基板との間の気密封止した気密部材を再現性並びに信頼性よく提供することが可能となる。 According to the hermetic member of the present invention and the manufacturing method thereof, when the gap between the glass substrate and the high thermal conductive substrate is hermetically sealed by applying local heating by electromagnetic waves, the sealing layer is applied to the high thermal conductive substrate. Adhesion and its reliability can be improved. Therefore, it is possible to provide an airtight member hermetically sealed between the glass substrate and the high thermal conductivity substrate with good reproducibility and reliability.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態による気密部材の構成を示す図、図2は図1に示す気密部材の一部を拡大して示す図である。図3は本発明の実施形態による気密部材の製造工程を示す図、図4および図5は気密部材の製造工程で使用するガラス基板の構成を示す図、図6および図7は気密部材の製造工程で使用する高熱伝導性基板の構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a configuration of an airtight member according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the airtight member shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of an airtight member according to an embodiment of the present invention, FIGS. 4 and 5 are diagrams showing a configuration of a glass substrate used in the manufacturing process of the hermetic member, and FIGS. 6 and 7 are manufacturing of the hermetic member. It is a figure which shows the structure of the highly heat conductive board | substrate used at a process.
図1に示す気密部材1は、ガラス基板2と高熱伝導性基板3とを具備している。ガラス基板2の構成材料は特に限定されるものではなく、例えば各種公知の組成を有するソーダライムガラス、無アルカリガラス、ケイ酸塩ガラス、ホウ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス等を適用することができる。これらのガラス基板2は、例えば0.5〜1W/m・K程度の熱伝導率を有する。ソーダライムガラスは80〜90(×10-7/℃)程度の熱膨張係数(50〜250℃)を有し、無アルカリガラスは35〜40(×10-7/℃)程度の熱膨張係数(50〜250℃)を有している。
An airtight member 1 shown in FIG. 1 includes a
なお、数値範囲を示す記号「〜」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。特段の定めがない限り、本明細書における記号「〜」は同様の意味をもって使用される。熱膨張係数は特段の定めがない限り、50〜250℃における平均線膨張係数を示し、単に「熱膨張係数(50〜250℃)」とも表記する。 The symbol “˜” indicating a numerical range is used in the sense of including the numerical values described before and after the numerical value as a lower limit value and an upper limit value. Unless otherwise specified, the symbol “˜” in this specification has the same meaning. Unless otherwise specified, the thermal expansion coefficient indicates an average linear expansion coefficient at 50 to 250 ° C., and is simply expressed as “thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.)”.
高熱伝導性基板3としては、例えば半導体基板、金属基板、セラミックス基板等が挙げられる。高熱伝導性基板3は、熱伝導率がガラス基板2より高い基板である。高熱伝導性基板3には、気密部材1の用途等に応じて各種の金属基板を適用することができ、例えばアルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛等の単体金属やこれらのいずれか1種以上を含む組み合わせよりなる合金からなる基板が例示される。セラミックス基板や半導体基板も同様であり、特に構成材料に限定されるものではない。セラミックス基板としては、アルミナ焼結体、窒化ケイ素焼結体、窒化アルミニウム焼結体、炭化ケイ素焼結体、低温同時焼成セラミックス(LTCC)等からなる基板が例示される。半導体基板としては、シリコン基板、GaAsやGaN等からなる化合物半導体基板が例示される。
Examples of the high thermal
実施形態の気密部材1およびその製造方法は、熱伝導率が0.5〜1W/m・Kの範囲のガラス基板2と熱伝導率が1.2〜250W/m・Kの範囲の高熱伝導性基板3とを用いる場合に好適である。さらに、熱伝導率が2W/m・K以上の高熱伝導性基板3を用いる場合により効果的である。高熱伝導性基板3の熱伝導率が2W/m・K以上であると、封着材料層にレーザ光等の電磁波を照射した際に生じる熱が高熱伝導性基板3側に逃げやすく、これにより封着材料層の高熱伝導性基板3に対する接着性が低下しやすい。そのような場合においても、実施形態の気密部材1とその製造方法を適用することで、後述するように封着層の高熱伝導性基板3に対する接着性やその信頼性を高めることができる。
The airtight member 1 and the manufacturing method thereof according to the embodiment include a
ガラス基板2の表面2aの外周領域には、図4および図5に示すように、枠状の第1の封止領域4が設けられている。第1の封止領域4はガラス基板2の外周領域の全周に渡って形成されていることが好ましい。高熱伝導性基板3の表面3aの外周領域には、図6および図7に示すように、第1の封止領域4に対応する枠状の第2の封止領域5が設けられている。第2の封止領域5も高熱伝導性基板3の外周領域の全周に渡って形成されていることが好ましい。ガラス基板2と高熱伝導性基板3とは、第1の封止領域4を有する表面2aと第2の封止領域5を有する表面3aとが対向するように、所定の間隔を持って配置されている。ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隔は、気密部材1の用途等に応じて適宜に設定され、例えば10〜200μm程度の間隔を設けることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, a frame-shaped first sealing
ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙は、封着部6により封止されている。封着部6は、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙を気密封止するように、ガラス基板2の封止領域4と高熱伝導性基板3の封止領域5との間に形成されている。封着部6は、高熱伝導性基板3の封止領域5に予め設けられたガラス層7と、ガラス基板2の封止領域4とガラス層7との間に形成された封着層8とで、層状に構成されている。封着層8は後に詳述する封着用ガラス材料の溶融固着層からなり、ガラス基板2に対しては第1の封止領域4と直接接着(すなわち、固着)しており、高熱伝導性基板3に対しては第2の封止領域5に予め設けられたガラス層7と接着(すなわち、固着)している。
A gap between the
封着層8は、図3ないし図5に示すように、ガラス基板2の封止領域4に形成された封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層9に、レーザ光や赤外線等の電磁波を照射して局所的に加熱し、これにより封着材料層9を溶融させてガラス基板2の封止領域4およびガラス層7に固着させた溶融固着層からなる。封着層8は、ガラス基板2上に設けられた封着材料層9(図4および図5参照)と高熱伝導性基板3上に形成されたガラス層7(図6および図7参照)とが接するように、ガラス基板2と高熱伝導性基板3とを積層した後、封着材料層9にガラス基板2を通してレーザ光や赤外線等の電磁波を照射して局所的に加熱することにより形成されるものである。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
封着用ガラス材料は、低融点ガラスからなる封着ガラス(すなわち、ガラスフリット)に、電磁波吸収材(すなわち、レーザ光や赤外線等の電磁波を吸収して発熱する材料)および低膨張充填材のような充填材を添加したものである。封着ガラス自体が電磁波吸収能を有する場合には、電磁波吸収材の添加を省略することができる。封着用ガラス材料は、これら以外の添加材を必要に応じて含有していてもよい。 Glass materials for sealing are, for example, an electromagnetic wave absorbing material (that is, a material that generates heat by absorbing electromagnetic waves such as laser light and infrared rays) and a low expansion filler material in sealing glass (that is, glass frit) made of low melting point glass. A new filler is added. When the sealing glass itself has electromagnetic wave absorbing ability, the addition of the electromagnetic wave absorbing material can be omitted. The glass material for sealing may contain additives other than these as necessary.
封着ガラス(ガラスフリット)としては、例えば錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス、ホウ酸亜鉛アルカリガラス等の低融点ガラスが用いられる。これらのうち、ガラス基板2やガラス層7に対する接着性やその信頼性(接着信頼性や気密封止性)、さらには環境や人体に対する影響等を考慮して、錫−リン酸系ガラスやビスマス系ガラスからなる封着ガラスを使用することが好ましい。
As the sealing glass (glass frit), for example, low-melting glass such as tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, lead glass, zinc borate alkali glass or the like is used. Of these, tin-phosphate glass and bismuth are considered in consideration of the adhesiveness to the
錫−リン酸系ガラス(ガラスフリット)は、下記酸化物換算のモル%表示で、55〜68モル%のSnO、0.5〜5モル%のSnO2、および20〜40モル%のP2O5(基本的には合計量を100モル%とする)の組成を有することが好ましい。SnOはガラスを低融点化させるための成分である。SnOの含有量が55モル%未満であるとガラスの粘性が高くなって封着温度が高くなりすぎ、68モル%を超えるとガラス化しなくなる。 Tin-phosphate glass (glass frit) is expressed in mol% in terms of the following oxides: 55-68 mol% SnO, 0.5-5 mol% SnO 2 , and 20-40 mol% P 2. It is preferable to have a composition of O 5 (basically, the total amount is 100 mol%). SnO is a component for lowering the melting point of glass. If the SnO content is less than 55 mol%, the viscosity of the glass will be high and the sealing temperature will be too high, and if it exceeds 68 mol%, it will not vitrify.
SnO2はガラスを安定化するための成分である。SnO2の含有量が0.5モル%未満であると封着作業時に軟化溶融したガラス中にSnO2が分離、析出し、流動性が損なわれて封着作業性が低下する。SnO2の含有量が5モル%を超えると低融点ガラスの溶融中からSnO2が析出しやすくなる。P2O5はガラス骨格を形成するための成分である。P2O5の含有量が20モル%未満であるとガラス化せず、その含有量が40モル%を超えるとリン酸塩ガラス特有の欠点である耐候性の悪化を引き起こすおそれがある。 SnO 2 is a component for stabilizing the glass. If the content of SnO 2 is less than 0.5 mol%, SnO 2 is separated and precipitated in the glass that has been softened and melted during the sealing operation, the fluidity is impaired and the sealing workability is lowered. If the content of SnO 2 exceeds 5 mol%, SnO 2 is likely to precipitate during melting of the low-melting glass. P 2 O 5 is a component for forming a glass skeleton. If the content of P 2 O 5 is less than 20 mol%, the glass does not vitrify, and if the content exceeds 40 mol%, the weather resistance, which is a disadvantage specific to phosphate glass, may be deteriorated.
ここで、ガラスフリット中のSnOおよびSnO2の割合(モル%)は以下のようにして求めることができる。まず、ガラスフリット(低融点ガラス粉末)を酸分解した後、ICP発光分光分析によりガラスフリット中に含有されているSn原子の総量を測定する。次に、Sn2+(SnO)は酸分解したものをヨウ素滴定法により求められるので、そこで求められたSn2+の量をSn原子の総量から減じてSn4+(SnO2)を求める。 Here, the ratio (mol%) of SnO and SnO 2 in the glass frit can be determined as follows. First, after the glass frit (low melting point glass powder) is acid-decomposed, the total amount of Sn atoms contained in the glass frit is measured by ICP emission spectroscopic analysis. Next, since Sn 2+ (SnO) is obtained by acidimetric decomposition, Sn 4+ (SnO 2 ) is obtained by subtracting the obtained Sn 2+ from the total amount of Sn atoms.
上記した3成分で形成されるガラスはガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、SiO2等のガラスの骨格を形成する成分やZnO、B2O3、Al2O3、WO3、MoO3、Nb2O5、TiO2、ZrO2、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO等のガラスを安定化させる成分等を任意成分として含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は30モル%以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には100モル%となるように調整される。
The glass formed of the above three components has a low glass transition point and is suitable for a low-temperature sealing material. However, a component that forms a glass skeleton such as SiO 2 , ZnO, B 2 O 3 ,
ビスマス系ガラス(ガスフリット)は、下記酸化物換算のモル%表示で、70〜90質量%のBi2O3、1〜20質量%のZnO、および2〜12質量%のB2O3(基本的には合計量を100質量%とする)の組成を有することが好ましい。Bi2O3はガラスの網目を形成する成分である。Bi2O3の含有量が70質量%未満であると低融点ガラスの軟化点が高くなり、低温での封着が困難になる。Bi2O3の含有量が90質量%を超えるとガラス化しにくくなると共に、熱膨張係数が高くなりすぎる傾向がある。 Bismuth-based glass (gas frit) is expressed in terms of mol% in terms of the following oxides: 70 to 90 mass% Bi 2 O 3 , 1 to 20 mass% ZnO, and 2 to 12 mass% B 2 O 3 ( Basically, the total amount is preferably 100% by mass). Bi 2 O 3 is a component that forms a glass network. When the content of Bi 2 O 3 is less than 70% by mass, the softening point of the low-melting glass becomes high and sealing at a low temperature becomes difficult. When the content of Bi 2 O 3 exceeds 90% by mass, it becomes difficult to vitrify and the thermal expansion coefficient tends to be too high.
ZnOは熱膨張係数等を下げる成分である。ZnOの含有量が1質量%未満であるとガラス化が困難になる。ZnOの含有量が20質量%を超えると低融点ガラス成形時の安定性が低下し、失透が発生しやすくなる。B2O3はガラスの骨格を形成してガラス化が可能となる範囲を広げる成分である。B2O3の含有量が2質量%未満であるとガラス化が困難となり、12質量%を超えると軟化点が高くなりすぎて、封着時に荷重をかけたとしても低温で封着することが困難となる。 ZnO is a component that lowers the thermal expansion coefficient. Vitrification becomes difficult when the content of ZnO is less than 1% by mass. When the content of ZnO exceeds 20% by mass, stability during low-melting glass molding is lowered, and devitrification is likely to occur. B 2 O 3 is a component that increases the range in which vitrification is possible by forming a glass skeleton. If the content of B 2 O 3 is less than 2% by mass, vitrification becomes difficult, and if it exceeds 12% by mass, the softening point becomes too high, and even if a load is applied during sealing, sealing is performed at a low temperature. It becomes difficult.
上記した3成分で形成されるガラスはガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、Al2O3、CeO2、SiO2、Ag2O、MoO3、Nb2O3、Ta2O5、Ga2O3、Sb2O3、Li2O、Na2O、K2O、Cs2O、CaO、SrO、BaO、WO3、P2O5、SnOx(xは1または2である)等の任意成分を含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は30質量%以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には100質量%となるように調整される。 The glass formed of the above three components has a low glass transition point and is suitable for a sealing material for low temperature. Al 2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 , Ag 2 O, MoO 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ga 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, CaO, SrO, BaO, WO 3 , P 2 O 5 , SnO x (X is 1 or 2) etc. may be contained. However, if the content of any component is too large, the glass becomes unstable and devitrification may occur, and the glass transition point and softening point may increase. Therefore, the total content of any component is 30% by mass. The following is preferable. The glass composition in this case is adjusted so that the total amount of the basic component and the optional component is basically 100% by mass.
低膨張充填材としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、コージェライト、リン酸ジルコニウム系化合物、ソーダライムガラスおよび硼珪酸ガラスからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。リン酸ジルコニウム系化合物としては、(ZrO)2P2O7、NaZr2(PO4)3、KZr2(PO4)3、Ca0.5Zr2(PO4)3、NbZr(PO4)3、Zr2(WO3)(PO4)2、これらの複合化合物が挙げられる。低膨張充填材とは、封着ガラスより低い熱膨張係数を有するものである。低膨張充填材の含有量は、封着用ガラス材料の熱膨張係数がガラス基板2のそれに近づくように適宜に設定される。低膨張充填材は封着ガラスやガラス基板2の熱膨張係数にもよるが、封着用ガラス材料に対して0.1〜50体積%の範囲で含有させることが好ましい。
The low expansion filler is preferably at least one selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, zirconium silicate, cordierite, zirconium phosphate compound, soda lime glass, and borosilicate glass. Zirconium phosphate compounds include (ZrO) 2 P 2 O 7 , NaZr 2 (PO 4 ) 3 , KZr 2 (PO 4 ) 3 , Ca 0.5 Zr 2 (PO 4 ) 3 , NbZr (PO 4 ) 3 , Zr 2 (WO 3 ) (PO 4 ) 2 , and complex compounds thereof can be mentioned. The low expansion filler has a lower thermal expansion coefficient than the sealing glass. The content of the low expansion filler is appropriately set so that the thermal expansion coefficient of the sealing glass material approaches that of the
電磁波吸収材としては、Fe、Cr、Mn、Co、NiおよびCuからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属(合金を含む)、または前記金属を含む酸化物、例えばFeO、Fe2O3、CoO、Co2O3、Mn2O3、MnO、CuO等の化合物から選ばれる少なくとも1種が用いられる。これら以外の顔料であってもよい。電磁波吸収材の含有量は、封着用ガラス材料に対して0.1〜40体積%の範囲とすることが好ましい。電磁波吸収材の含有量が0.1体積%未満であると封着材料層9を十分に溶融させることができないおそれがある。電磁波吸収材の含有量が40体積%を超えると、封着用ガラス材料の溶融時の流動性が劣化してガラス層7との接着性が低下するおそれがある。
As the electromagnetic wave absorber, at least one metal (including an alloy) selected from the group consisting of Fe, Cr, Mn, Co, Ni and Cu, or an oxide containing the metal, such as FeO, Fe 2 O 3 , At least one selected from compounds such as CoO, Co 2 O 3 , Mn 2 O 3 , MnO, and CuO is used. Other pigments may be used. The content of the electromagnetic wave absorbing material is preferably in the range of 0.1 to 40% by volume with respect to the sealing glass material. If the content of the electromagnetic wave absorbing material is less than 0.1% by volume, the sealing
ガラス層7は、封着材料層9への電磁波の照射時に生じる熱が高熱伝導性基板3に逃げることを防止するものであって、高熱伝導性基板3に遮熱層として設けられるものである。すなわち、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙をレーザ光や赤外線等の電磁波による局所加熱を適用して気密封止するにあたって、封着材料層9が高熱伝導性基板3と接していると、電磁波の照射時に封着材料層9に生じた熱が高熱伝導性基板3に直接的に伝わることになる。このため、封着材料層9を十分に加熱することができず、封着材料層9を高熱伝導性基板3に良好に接着することが難しくなる。
The
そこで、この実施形態の気密部材1においては、高熱伝導性基板3の封止領域5に予め電磁波吸収能を有するガラス層7を形成している。封着材料層9の高熱伝導性基板3側の端部を、第2の封止領域5に予め形成されたガラス層7と接触させることによって、電磁波の照射時に封着材料層9に生じた熱が高熱伝導性基板3に直接伝わることなく、封着材料層9と同程度の熱伝導率を有するガラス層7で遮熱することができる。従って、封着材料層9の溶融固着層からなる封着層8を、ガラス層7を介して高熱伝導性基板3に良好に接着することができる。ガラス層7を遮熱層として機能させるにあたって、ガラス層7の厚さは厚くすることが好ましい。
Therefore, in the hermetic member 1 of this embodiment, the
一般に、封着部(この実施形態では封着層8とガラス層7とを合わせた部分6)の寸法が大きいほど、クラックが存在する箇所、封着部構成の材料組成が不均一になっている箇所、封着部の厚みや幅が不均一になっている箇所等が存在する確率が高くなる。クラックの存在は封着部の材料強度を低下させる要因となり、外的応力が加わったときに破壊しやすくなる。一方で、封着部構成の材料組成が不均一になっている箇所や封着部の厚みや幅が不均一になっている箇所は、応力が集中しやすくなるために、外的応力が加わったときに破壊しやすくなる。ガラス層7の厚さが厚すぎると、ガラス層7が封着部6の強度や信頼性を低下させる要因となる。一方、ガラス層7の厚さを薄くすることで、ガラス層7に生じるクラックや応力を低減できる反面、ガラス層7の遮熱層として機能が低下する。
In general, as the size of the sealing portion (the portion 6 in which the
そこで、この実施形態ではガラス層7の厚さを3μm以上20μm未満の範囲とすると共に、ガラス層7に電磁波吸収能を付与している。ガラス層7の厚さを20μm未満とすることで、ガラス層7に生じるクラックや応力を低減でき、封着部6の強度や信頼性を向上させることができる。さらに、ガラス層7が電磁波吸収能を有することで、封着材料層9への電磁波の照射時に封着材料層9を透過した電磁波や封着材料層9の形成領域以外を通過した電磁波が照射されてガラス層7自体が発熱する。従って、厚さが20μm未満のガラス層7であっても、封着材料層9を良好に加熱、溶融させることができる。このように、ガラス層7は高熱伝導性基板3への遮熱層並びに発熱層として機能するものである。
Therefore, in this embodiment, the thickness of the
ただし、電磁波吸収能を有するガラス層7であっても、ガラス層7の厚さが薄すぎると遮熱層並びに発熱層としての機能が低下し、封着材料層9を良好に加熱、溶融させることができない。このため、ガラス層7の厚さは3μm以上とする。電磁波吸収能を有するガラス層7の厚さが3μm以上であれば、ガラス層7を遮熱層並びに発熱層として良好に機能させることができる。封着部6の強度や信頼性を向上させる観点からは、ガラス層7の厚さは17μm以下であることがより好ましい。ガラス層7の遮熱層並びに発熱層として機能させる観点からは、ガラス層7の厚さは5μm以上であることがより好ましい。
However, even if the
上述したガラス層7による高熱伝導性基板3への伝熱を抑制する効果を得る上で、ガラス層7の幅(すなわち、枠状の封止領域5の線幅に対応する幅)W2は、封着層8の線幅W11(および後述する封着材料層9の線幅W12)より広いことが好ましい。また、封着層8(および封着材料層9)の幅方向の両端部は、ガラス層7の幅方向の両端部の内側に位置することが好ましい。これによって、高熱伝導性基板3への伝熱を抑制する効果を高めることができると共に、電磁波の照射時においてガラス層7に対する電磁波の照射量を増やすことができる。すなわち、ガラス基板2と封着材料層9の形成領域とを通過した電磁波だけでなく、ガラス基板2のみを通過した電磁波がガラス層7に照射されやすくなり、ガラス層7をより良好に発熱させることができる。
In obtaining the effect of suppressing the heat transfer to the high thermal
ガラス層7の線幅W2は、封着層8の線幅W11の1.1倍以上(1.1W11≦W2)であることがより好ましい。ガラス層7の線幅W2は、後述する封着材料層9の線幅W12の1.1倍以上(1.1W12≦W2)であることがより好ましい。これらによって、電磁波の照射時における高熱伝導性基板3への遮熱効果やガラス層7の発熱効果をより一層高めることができる。ガラス層7の線幅W2の上限値は特に限定されるものではなく、場合によっては高熱伝導性基板3の表面3a全体に形成してもよい。ただし、ガラス層7の線幅W2をあまり広くしても、それ以上の効果が期待できないだけでなく、製造コスト等を上昇させる要因となる。このような場合、ガラス層7の線幅W2は、封着層8の線幅W11の5倍以下(W2≦5W11)とすることが好ましく、また後述する封着材料層9の線幅W12の5倍以下(W2≦5W12)とすることが好ましい。
The line width W2 of the
電磁波吸収能を有するガラス層7は、例えば上述した錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス、ホウ酸亜鉛系アルカリガラス等の低融点ガラスフリット、あるいはSiO2−B2O3−REO(RE:アルカリ土類金属)系、SiO2−B2O3−PbO系、B2O3−ZnO−PbO系、SiO2−ZnO−REO系、SiO2−REO系、SiO2−PbO系、SiO2−B2O3−R2O(R:アルカリ金属)系、SiO2−B2O3−Bi2O3系、B2O3−ZnO−Bi2O3系、SiO2−ZnO−R2O系、B2O3−Bi2O3系等のガラスフリットに、上述した電磁波吸収材を添加したガラス材料を、高熱伝導性基板3の封止領域5に焼き付けることにより形成することができる。
The
電磁波吸収材の含有量は、ガラス層7の形成材料であるガラス材料に対して0.1〜40体積%の範囲とすることが好ましい。電磁波吸収材の含有量が0.1体積%未満であると、電磁波の照射時にガラス層9を十分に発熱させることができないおそれがある。電磁波吸収材の含有量が40体積%を超えると、電磁波による局所加熱を適用して気密封止する際にガラス層7の厚み方向の温度分布が大きくなるために発生応力が増大し、クラックや割れ等の封着不良が発生するおそれがある。ガラス層7の形成材料であるガラスフリット自体が電磁波吸収能を有する場合には、ガラスフリットへの電磁波吸収材の添加を省略することができる。電磁波吸収能を有するガラスフリットとしては、バナジウム系ガラスからなるものや、錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス等にガラス成分として、遷移金属酸化物を含ませたもの等が挙げられる。ガラス層7は、電磁波吸収材以外の添加材を必要に応じて含有していてもよい。
The content of the electromagnetic wave absorbing material is preferably in the range of 0.1 to 40% by volume with respect to the glass material that is the forming material of the
上述したように、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙(空間)を電磁波による局所加熱を適用して気密封止するにあたって、高熱伝導性基板3の封止領域5に予め電磁波吸収能を有し、かつ厚さが20μm未満のガラス層7を形成しておくことで、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙をガラス層7と封着層8とで構成された封着部6で再現性よく気密封止することが可能となる。さらに、ガラス層7や封着層8の形成時に生じるガラス層7のクラックや応力の増大、また封着層8の形成時に生じるガラス基板2や封着層8のクラックや割れ等を抑制することができる。従って、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙を気密封止した気密部材1の生産性を高めると共に、気密部材1の気密封止性やその信頼性を向上させることが可能となる。
As described above, when the gap (space) between the
また、ガラス層7の熱膨張係数が高熱伝導性基板3のそれより大きい場合、ガラス層7の形成時にガラス層7に引張りの残留応力が生じる。ガラス層7に生じる引張応力は、ガラス層7にクラックを発生させたり、またクラックが生じないとしてもガラス層7や封着部の信頼性を低下させる要因となる。このような点に対して、実施形態ではガラス層7の厚さを20μm未満と薄くしているため、ガラス層7に生じるクラックや応力を低減することができる。これらによって、ガラス層7および封着層8の接合強度やその信頼性、ひいては封着部6の強度や信頼性を高めることができる。実施形態の気密部材1は、ガラス層7の熱膨張係数が高熱伝導性基板3のそれより大きい場合により有効である。
Further, when the thermal expansion coefficient of the
図1に示す気密部材1において、ガラス基板2と高熱伝導性基板3と封止部6とで気密封止される空間、すなわち気密空間10には、例えば水晶振動子、圧電素子、フィルタ素子、センサ素子、撮像素子、有機EL素子、太陽電池素子等の電子素子、あるいは反射鏡を構成する反射膜等が配置される。気密空間10に電子素子を配置した場合、気密部材1は電子素子の気密パッケージとして機能するものであり、全体的には電子デバイスを構成するものである。また、ガラス基板2の表面2aに銀膜等の反射膜を形成して、これを気密空間10に配置した場合、気密部材1は反射膜の気密パッケージとして機能するものであり、全体的には反射鏡を構成するものである。なお、気密部材1は各種部材の気密パッケージに限られるものではなく、気密空間10を有する複層部品であってもよい。
In the airtight member 1 shown in FIG. 1, a space hermetically sealed by the
気密部材1を電子素子の気密パッケージとして使用する場合において、電子素子はそれ自体の構造や特性等に応じて、ガラス基板2および高熱伝導性基板3の少なくとも一方に設けられる。例えば、有機EL素子は発光面がガラス基板2側となるように高熱伝導性基板3上に形成される。また、太陽電池素子は受光面がガラス基板2側となるように、ガラス基板2または高熱伝導性基板3上に形成される。太陽電池素子の構造によっては、ガラス基板2および高熱伝導性基板3上にそれぞれ素子膜等が形成される。気密部材1内に配置される電子素子の構造は特に限定されるものではなく、各種公知の構造が適用される。
When the hermetic member 1 is used as an airtight package for an electronic element, the electronic element is provided on at least one of the
次に、実施形態の気密部材1の製造工程について、図3を参照して説明する。まず、封着材料層9の形成材料となる封着用ガラス材料をビヒクルと混合して封着材料ペーストを調製する。封着用ガラス材料は前述した通りである。
Next, the manufacturing process of the airtight member 1 of the embodiment will be described with reference to FIG. First, a sealing material paste is prepared by mixing a sealing glass material, which is a forming material of the sealing
ビヒクルは、バインダ成分である樹脂を溶剤に溶解したものである。ビヒクル用の樹脂としては、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、ニトロセルロース等のセルロース系樹脂、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル系モノマーの1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂等の有機樹脂が用いられる。溶剤としては、セルロース系樹脂の場合はターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤が、アクリル系樹脂の場合はメチルエチルケトン、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤が用いられる。 The vehicle is obtained by dissolving a resin as a binder component in a solvent. Examples of the resin for the vehicle include cellulose resins such as methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, nitrocellulose, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, butyl acrylate, An organic resin such as an acrylic resin obtained by polymerizing one or more acrylic monomers such as 2-hydroxyethyl acrylate is used. Solvents such as terpineol, butyl carbitol acetate, and ethyl carbitol acetate are used for cellulose resins, and solvents such as methyl ethyl ketone, terpineol, butyl carbitol acetate, and ethyl carbitol acetate are used for acrylic resins. It is done.
封着材料ペーストの粘度は、ガラス基板2に塗布する装置に対応した粘度に合わせればよく、樹脂(バインダ成分)と溶剤の割合や封着用ガラス材料の成分とビヒクルの割合により調整することができる。封着材料ペーストには、消泡剤や分散剤のようにガラスペーストで公知の添加物を加えてもよい。封着材料ペーストの調製には、撹拌翼を備えた回転式の混合機やロールミル、ボールミル等を用いた公知の方法を適用することができる。
The viscosity of the sealing material paste may be adjusted to the viscosity corresponding to the apparatus applied to the
図3(a)に示すように、封着材料ペーストをガラス基板2の封止領域4に塗布し、これを乾燥させて封着材料ペーストの塗布層を形成する。封着材料ペーストは、例えばスクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法を適用して封止領域4に塗布したり、あるいはディスペンサ等を用いて封止領域4に沿って塗布する。封着材料ペーストの塗布層は、例えば120℃以上の温度で10分以上乾燥させることが好ましい。乾燥工程は塗布層内の溶剤を除去するために実施するものである。塗布層内に溶剤が残留していると、焼成工程でバインダ成分を十分に除去できないおそれがある。
As shown in FIG. 3A, the sealing material paste is applied to the sealing
次いで、封着材料ペーストの塗布層を焼成して封着材料層9を形成する。焼成工程は、塗布層を封着ガラス(ガラスフリット)のガラス転移点以下の温度に加熱し、塗布層内のバインダ成分等を除去した後、封着ガラス(ガラスフリット)の軟化点以上の温度に加熱し、封着用ガラス材料を溶融してガラス基板3に焼き付ける。このようにして、ガラス基板2の封止領域4に封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層9を形成する。
Next, the sealing
次に、図3(b)に示すように、高熱伝導性基板3の封止領域5にガラス層7を形成する。ガラス層7の形成材料としてのガラス材料は前述した通りである。前述したガラス材料を、封着材料ペーストの作製工程と同様にビヒクルと混合してガラス材料ペーストを調製する。このようなガラス材料ペーストを高熱伝導性基板3の封止領域5に塗布し、これを乾燥させてガラス材料ペーストの塗布層を形成する。ガラス材料ペーストの塗布は、封着材料ペーストの塗布工程と同様にして実施する。また、塗布後に乾燥工程を実施することが好ましい。次いで、ガラス材料ペーストの塗布層をガラスフリットのガラス転移点以下の温度に加熱し、塗布層内のバインダ成分を除去した後、ガラスフリットの軟化点以上の温度に加熱し、ガラスフリットを溶融して高熱伝導性基板3に焼き付ける。このようにして、高熱伝導性基板3の封止領域5にガラス層7を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
高熱伝導性基板3がアルミナ基板等の耐熱性を有するセラミックス基板である場合には、ガラス材料ペーストの塗布層を焼き付ける際の焼成温度を高く設定することができる。例えば、アルミナ基板を使用した場合には、1000℃付近の温度で焼成することができる。このため、高融点のガラスフリットを使用することができる。一方、高熱伝導性基板3が金属基板である場合には、焼成時の反りを抑制するために、比較的低温で焼成することが好ましい。このため、ガラスフリットの軟化点は低い方が好ましい。ガラスフリットの軟化点は600℃以下が好ましく、さらに400℃以下がより好ましい。
When the high thermal
ガラス層7は、前述したように3μm以上20μm未満の範囲の厚さを有し、かつ電磁波吸収能を有するものである。また、ガラス層7の線幅W2は、封着材料層9の線幅W12より広い(W12<W2)ことが好ましく、さらに封着材料層9の線幅W12の1.1倍以上(1.1W12≦W2)であることがより好ましい。これらによって、電磁波を封着材料層9に照射した際に、封着材料層9に生じた熱が高熱伝導性基板3に伝わることを効果的に抑制することができると共に、ガラス層7を良好に加熱することができる。
As described above, the
次に、図3(c)に示すように、ガラス基板2と高熱伝導性基板3とを、それらの表面2a、3a同士が対向するように封着材料層9を介して積層する。封着材料層9はガラス層7と接触するように配置される。次いで、図3(d)に示すように、ガラス基板2の上方からガラス基板2を通して封着材料層9にレーザ光や赤外線等の電磁波11を照射する。電磁波11としてレーザ光を使用する場合、レーザ光は枠状の封着材料層9に沿って走査しながら照射される。レーザ光は特に限定されず、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、YAGレーザ、HeNeレーザ等からのレーザ光が使用される。電磁波11として赤外線を使用する場合、例えば封着材料層9の形成部位以外を赤外線反射膜等でマスキングすることで、封着材料層9に赤外線を選択的に照射することが好ましい。
Next, as shown in FIG.3 (c), the
電磁波11としてレーザ光を使用した場合、封着材料層9はそれに沿って走査されるレーザ光が照射された部分から順に溶融し、レーザ光の照射終了と共に急冷固化されてガラス層7に固着する。電磁波11として赤外線を使用した場合、封着材料層9は赤外線の照射に基づいて局所的に加熱されて溶融し、赤外線の照射終了と共に急冷固化されて高熱伝導性基板3に固着する。この際、封着材料層9を透過したレーザ光や赤外線、さらに封着材料層9の形成領域以外を通過したレーザ光や赤外線がガラス層7に照射されることで、ガラス層7も加熱される。従って、封着材料層9の加熱を促進して良好に溶融することができる。このようにして、図3(e)に示すようにガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙を気密封止する封着層8が封止領域の全周に渡って形成される。
When a laser beam is used as the electromagnetic wave 11, the sealing
この実施形態の気密部材1とその製造工程によれば、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙(すなわち、気密空間10)を、ガラス層7と封着層8とで構成した封着部6で良好に気密封止することができる。さらに、ガラス層7や封着層8の形成時に生じるガラス層7のクラックや応力の増大、また封着層8の形成時に生じるガラス基板2や封着層8のクラックや割れ等を抑制することができる。これらによって、ガラス基板2と高熱伝導性基板3との間の間隙を気密封止した気密部材の生産性を高めると共に、気密封止性やその信頼性を向上させることが可能となる。
According to the hermetic member 1 of this embodiment and its manufacturing process, the gap (that is, the hermetic space 10) between the
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。なお、以下の説明は本発明を限定するものではく、本発明の趣旨に沿った形での改変が可能である。 Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described. In addition, the following description does not limit this invention, The modification | change in the form along the meaning of this invention is possible.
(実施例1)
まず、酸化物換算表示で、Bi2O383質量%、B2O35質量%、ZnO11質量%、Al2O31質量%の組成を有し、平均粒径(D50)が1.0μmのビスマス系ガラスフリット(軟化点:410℃)と、低膨張充填材として平均粒径(D50)が4.3μmのコージェライト粉末と、Fe2O3−Al2O3−MnO−CuO組成を有し、平均粒径(D50)が1.2μmのレーザ吸収材とを用意した。平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒子径測定装置(日機装社製:マイクロトラックHRA)を用いて測定した。
Example 1
First, in terms of oxide, it has a composition of Bi 2 O 3 83% by mass, B 2 O 3 5% by mass, ZnO 11% by mass, Al 2 O 3 1% by mass and an average particle size (D50) of 1. Bismuth glass frit of 0 μm (softening point: 410 ° C.), cordierite powder having an average particle size (D50) of 4.3 μm as a low expansion filler, Fe 2 O 3 —Al 2 O 3 —MnO—CuO composition And an average particle diameter (D50) of 1.2 μm was prepared. The average particle size was measured using a laser diffraction / scattering particle size measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac HRA).
上述したビスマス系ガラスフリット66.8体積%とコージェライト粉末32.2体積%とレーザ吸収材1.0体積%とを混合することによって、封着用ガラス材料を作製した。次いで、この封着用ガラス材料83質量%をビヒクル17質量%と混合して封着材料ペースト(以下、電磁波吸収用ガラス材料ペースト1と記す場合がある。)を調製した。ビヒクルはバインダ成分としてのエチルセルロース(5質量%)をジエチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテルからなる溶剤(95質量%)に溶解したものである。 A glass material for sealing was produced by mixing 66.8% by volume of the bismuth-based glass frit described above, 32.2% by volume of cordierite powder, and 1.0% by volume of the laser absorber. Next, 83% by mass of this glass material for sealing was mixed with 17% by mass of a vehicle to prepare a sealing material paste (hereinafter sometimes referred to as electromagnetic wave absorbing glass material paste 1). The vehicle is obtained by dissolving ethyl cellulose (5% by mass) as a binder component in a solvent (95% by mass) composed of diethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether.
次に、無アルカリガラス(熱膨張係数(50〜250℃):38×10-7/℃)からなるガラス基板(寸法:外形50×50mm、厚さ0.7mm)を用意し、このガラス基板の封止領域に封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した。次いで、ガラス基板を焼成炉に入れ、120℃×10分の条件で乾燥させた。この後、封着材料ペーストの塗布層を480℃×10分の条件で焼成することによって、線幅が0.55mm、膜厚が15μmの封着材料層を形成した。封着材料層の熱膨張係数(50〜250℃)は66×10-7/℃である。 Next, a glass substrate (dimensions: outer shape 50 × 50 mm, thickness 0.7 mm) made of alkali-free glass (thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.): 38 × 10 −7 / ° C.) is prepared. The sealing material paste was applied to the sealing area of the film by a screen printing method. Next, the glass substrate was placed in a firing furnace and dried under conditions of 120 ° C. × 10 minutes. Thereafter, the sealing material paste coating layer was baked under conditions of 480 ° C. × 10 minutes to form a sealing material layer having a line width of 0.55 mm and a film thickness of 15 μm. The thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.) of the sealing material layer is 66 × 10 −7 / ° C.
上述した電磁波吸収用ガラス材料ペースト1を用いて、高熱伝導性基板としてのシリコン基板(熱膨張係数(50〜250℃):31×10-7/℃)の封止領域にガラス層を形成した。ガラス層は以下のようにして形成した。まず、電磁波吸収用ガラス材料ペースト1をシリコン基板の封止領域に、カレンダー加工325メッシュのスクリーン版を用いて印刷した。次いで、シリコン基板を焼成炉に入れ、120℃×10分の条件で乾燥させた。この後、ガラス材料ペースト1の塗布層を480℃×10分の条件で焼成することによって、線幅が1.5mm、膜厚が10μmのガラス層を形成した。ガラス層の熱膨張係数(50〜250℃)は66×10-7/℃である。 Using the electromagnetic wave absorbing glass material paste 1 described above, a glass layer was formed in a sealing region of a silicon substrate (thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.): 31 × 10 −7 / ° C.) as a high thermal conductivity substrate. . The glass layer was formed as follows. First, the glass material paste 1 for electromagnetic wave absorption was printed on the sealing area | region of a silicon substrate using the screen plate of the calendering 325 mesh. Next, the silicon substrate was placed in a firing furnace and dried under conditions of 120 ° C. × 10 minutes. After that, the glass material paste 1 coating layer was baked under conditions of 480 ° C. × 10 minutes to form a glass layer having a line width of 1.5 mm and a film thickness of 10 μm. The thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.) of the glass layer is 66 × 10 −7 / ° C.
上述した封着材料層を有するガラス基板とガラス層を有するシリコン基板とを、封着材料層とガラス層とが接するように積層した。次いで、ガラス基板上から0.05MPaの圧力を加えた状態で、ガラス基板の上方からガラス基板を通して、封着材料層に波長808nm、スポット径1.75mm、出力密度17.7W/mm2のレーザ光(半導体レーザ)を4mm/秒の走査速度で照射し、封着材料を溶融並びに急冷固化することによって、ガラス基板とシリコン基板とを封着する封着層を形成した。レーザ光の強度分布は一定に整形せず、突形状の強度分布を有するレーザ光を使用した。このときのスポット径は、レーザ強度が1/e2(e:自然数)となる等高線の半径を用いた。 The glass substrate having the sealing material layer described above and the silicon substrate having the glass layer were laminated so that the sealing material layer and the glass layer were in contact with each other. Next, a laser having a wavelength of 808 nm, a spot diameter of 1.75 mm, and an output density of 17.7 W / mm 2 is passed through the glass substrate from above the glass substrate with a pressure of 0.05 MPa applied from above the glass substrate. A sealing layer for sealing the glass substrate and the silicon substrate was formed by irradiating light (semiconductor laser) at a scanning speed of 4 mm / second to melt and rapidly solidify the sealing material. The intensity distribution of the laser beam was not shaped uniformly, and a laser beam having a protruding intensity distribution was used. As the spot diameter at this time, the radius of the contour line at which the laser intensity becomes 1 / e 2 (e: natural number) was used.
レーザ封着後にガラス基板や封着層の外観を観察したところ、封着層はガラス層に良好に接着しており、剥がれの発生等は認められなかった。また、ガラス層や封着層にクラックや割れ等の発生も認められなかった。ガラス基板とシリコン基板との間の間隙を封着部で封止した気密部材の気密性をヘリウムリークテストで評価したところ、良好な気密性が得られていることが確認された。 When the appearance of the glass substrate and the sealing layer was observed after laser sealing, the sealing layer was well adhered to the glass layer, and no occurrence of peeling or the like was observed. Moreover, generation | occurrence | production of the crack, a crack, etc. was not recognized by the glass layer or the sealing layer. When the airtightness of the airtight member in which the gap between the glass substrate and the silicon substrate was sealed with the sealing portion was evaluated by a helium leak test, it was confirmed that good airtightness was obtained.
(比較例1)
まず、電磁波吸収能を有しないガラス材料ペーストを以下のようにして調製した。前述したビスマス系ガラスフリット67.5体積%とコージェライト粉末32.5体積%とを混合してガラス材料(熱膨張係数(50〜250℃):66×10-7/℃)を作製した。このガラス材料83質量%を前述したビヒクル17質量%と混合してガラス材料ペーストを調製した。この電磁波吸収能を有しないガラス材料ペーストを用いてガラス層を形成する以外は、実施例1と同様にしてガラス基板とシリコン基板とを封着した。レーザ封着後にガラス基板や封着層の外観を観察したところ、封着層とガラス層との界面に剥離が認められ、気密封着することができなかった。
(Comparative Example 1)
First, a glass material paste having no electromagnetic wave absorbing ability was prepared as follows. A glass material (thermal expansion coefficient (50 to 250 ° C.): 66 × 10 −7 / ° C.) was prepared by mixing 67.5 vol% of the bismuth glass frit described above and 32.5 vol% of cordierite powder. A glass material paste was prepared by mixing 83% by mass of the glass material with 17% by mass of the vehicle. The glass substrate and the silicon substrate were sealed in the same manner as in Example 1 except that the glass layer was formed using the glass material paste having no electromagnetic wave absorbing ability. When the appearance of the glass substrate and the sealing layer was observed after laser sealing, peeling was observed at the interface between the sealing layer and the glass layer, and it was not possible to hermetically seal.
1…気密部材、2…ガラス基板、2a…表面、3…高熱伝導性基板、3a…表面、4…第1の封止領域、5…第2の封止領域、6…封着部、7…ガラス層、8…封着層、9…封着材料層、10…気密空間、11…電磁波。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Airtight member, 2 ... Glass substrate, 2a ... Surface, 3 ... High heat conductive substrate, 3a ... Surface, 4 ... 1st sealing area | region, 5 ... 2nd sealing area | region, 6 ... Sealing part, 7 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Glass layer, 8 ... Sealing layer, 9 ... Sealing material layer, 10 ... Airtight space, 11 ... Electromagnetic wave.
Claims (13)
前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域に形成されたガラス層とを備える第2の表面を有し、前記第2の表面が前記第1の表面と対向するように、前記ガラス基板上に所定の間隙を持って配置された高熱伝導性基板と、
前記ガラス基板と前記高熱伝導性基板との間の間隙を気密封止するように、前記ガラス基板の前記第1の封止領域と前記ガラス層との間に形成され、電磁波吸収能を有する封着用ガラス材料の溶融固着層からなる封着層とを具備し、
前記ガラス層は電磁波吸収能を有し、かつ前記ガラス層の厚さが3μm以上20μm未満の範囲であることを特徴とする気密部材。 A glass substrate having a first surface with a first sealing region;
A second surface comprising a second sealing region corresponding to the first sealing region; and a glass layer formed in the second sealing region, wherein the second surface is the first surface A highly thermally conductive substrate disposed on the glass substrate with a predetermined gap so as to face the surface of 1;
A seal formed between the first sealing region of the glass substrate and the glass layer so as to hermetically seal a gap between the glass substrate and the high thermal conductivity substrate, and having an electromagnetic wave absorption capability. Comprising a sealing layer composed of a melt-fixed layer of a wearing glass material,
The airtight member, wherein the glass layer has an electromagnetic wave absorbing ability, and the thickness of the glass layer is in a range of 3 μm or more and less than 20 μm.
前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域に形成され、電磁波吸収能を有するガラス層とを備える第2の表面を有する高熱伝導性基板を用意する工程と、
前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させ、かつ前記封着材料層と前記ガラス層とを接触させつつ、前記ガラス基板と前記高熱伝導性基板とを積層する工程と、
前記ガラス基板を通して前記封着材料層および前記ガラス層に電磁波を照射して局所的に加熱し、前記封着材料層を溶融して前記ガラス層に固着させることによって、前記ガラス基板と前記熱伝導性基板との間の間隙を気密に封止する封着層を形成する工程とを具備し、
前記ガラス層の厚さが3μm以上20μm未満の範囲であることを特徴とする気密部材の製造方法。 A glass substrate having a first surface provided with a first sealing region and a sealing material layer formed in the first sealing region and made of a fired layer of a sealing glass material having electromagnetic wave absorbing ability is prepared. And a process of
A highly thermally conductive substrate having a second surface comprising: a second sealing region corresponding to the first sealing region; and a glass layer formed in the second sealing region and having an electromagnetic wave absorption capability. A process to prepare;
Laminating the glass substrate and the high thermal conductivity substrate while facing the first surface and the second surface, and contacting the sealing material layer and the glass layer;
The sealing material layer and the glass layer are irradiated with electromagnetic waves through the glass substrate and locally heated, and the sealing material layer is melted and fixed to the glass layer. Forming a sealing layer that hermetically seals a gap between the conductive substrate and the substrate,
The method for producing an airtight member, wherein the glass layer has a thickness of 3 μm or more and less than 20 μm.
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