JP2020004769A - 気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時及び取扱時において、カバー部材の透光部に物体が接触しにくい気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法を提供する。【解決手段】気密パッケージ１２は、底壁２１及び底壁２１から延びる周壁２２を有し、底壁２１及び周壁２２に囲まれる凹部２４に光電素子１１を収容可能なパッケージ基材２０と、透光性を有し、凹部２４を塞ぐカバー部材３０と、を備え、カバー部材３０は、凹部２４に面する透光部３１と、周壁２２に接合される接合部３２と、を有し、接合部３２は、透光部３１よりも延設方向Ｄｙに突出する突出部３３を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法に関する。

従来から、ＬＥＤなどの素子（光電素子）の信頼性を高める目的で、素子を内部に搭載する気密パッケージが知られている。例えば、特許文献１には、素子を収容する凹部を有する容器（パッケージ基材）と、凹部を封止するガラス蓋（カバー部材）と、容器及びガラス蓋を封着する封着材料層（接合層）と、を備える気密パッケージが記載されている。

国際公開第２０１７／１９９４９１号

上記のような気密パッケージにおいて、素子に入射する光及び素子から出射する光は、ガラス蓋の中央部（透光部）を通過する。このため、気密パッケージの製造時及び取扱時において、人の手や工具などの物体がガラス蓋の中央部に接触しないようにすることが好ましい。本発明の目的は、製造時及び取扱時において、カバー部材の透光部に物体が接触しにくい気密パッケージ及び気密パッケージの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する気密パッケージは、底壁及び前記底壁から延びる周壁を有し、前記底壁及び前記周壁に囲まれる凹部に光電素子を収容可能なパッケージ基材と、透光性を有し、前記凹部を塞ぐカバー部材と、を備え、前記カバー部材は、前記凹部に面する透光部と、前記周壁に接合される接合部と、を有し、前記底壁に対して前記周壁が延びる方向を延設方向としたとき、前記接合部は、前記透光部よりも前記延設方向に突出する突出部を有する。

上記構成の気密パッケージは、カバー部材の接合部が突出部を有するため、人の手や工具などの物体が突出部に接触することがあっても、当該物体が透光部に接触しにくい。このため、気密パッケージは、カバー部材の透光部に物体が接触することを抑制できる。

上記気密パッケージにおいて、前記透光部の厚さは、前記接合部の厚さ未満であることが好ましい。
透光部の厚さを接合部の厚さ以上とする場合、透光部が厚くなる点で透光部の透過率が低下しやすく、接合部が薄くなる点で接合部の強度を確保しにくい。この点、上記構成の気密パッケージは、透光部の厚さを接合部の厚さ未満とするため、上述した問題を回避できる。

前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面としたとき、前記透光部の内面及び前記接合部の内面は、同一平面上に存在することが好ましい。
上記構成の気密パッケージは、カバー部材の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、透光部及び接合部の内面を一度に作り込むことができる。

上記気密パッケージは、前記パッケージ基材の前記周壁及び前記カバー部材を接合する接合層を備え、前記カバー部材及び前記接合層を前記延設方向から見たとき、前記接合層の形成範囲は、前記突出部の形成範囲に重なることが好ましい。

上記構成によれば、気密パッケージは、突出部に物体が接触するときの接合部及び周壁の接合強度を高めることができる。
上記気密パッケージにおいて、前記透光部は、平板状をなすことが好ましい。

上記構成によれば、透光部に入射した光は、そのまま透光部を通過する。このため、気密パッケージは、透光部を、凹部を覆う単なるカバーとして機能させることができる。
上記気密パッケージにおいて、前記透光部は、光学素子を有することが好ましい。

上記構成によれば、気密パッケージは、透光部に、入射した光を集光、分散又は屈折させるなどの光学機能を持たせることができる。
上記気密パッケージにおいて、前記カバー部材は、ガラスであって、前記透光部の厚さは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

上記構成によれば、カバー部材をガラスとしたときに、透光部の透光性を良好にできる。
上記課題を解決する気密パッケージの製造方法は、上述した気密パッケージの製造方法であって、前記突出部が前記延設方向を向くように、前記カバー部材を前記パッケージ基材の前記周壁上に配置する配置工程と、前記突出部を介して、前記カバー部材を前記パッケージ基材に押し付ける押圧工程と、を備える。

上記構成の製造方法によれば、押圧工程において、カバー部材の透光部を介して、カバー部材をパッケージ基材に押し付ける必要がない。このため、上記製造方法は、気密パッケージの製造時において、カバー部材の透光部に物体が接触することを抑制できる。

上記気密パッケージの製造方法において、前記押圧工程は、板状体を前記突出部に押し当てることによって、前記カバー部材を前記パッケージ基材に押し付けることが好ましい。

上記構成の製造方法によれば、透光部に触れることなくカバー部材をパッケージ基材に押し付けるために、特殊な形状の部材を準備する必要がない。よって、上記製造方法は、製造が煩雑化することを抑制できる。

本発明によれば、製造時及び取扱時において、人の手や工具などの物体がカバー部材の透光部に接触することを抑制できる。

（ａ）は電子デバイスの平面図、（ｂ）は１ｂ−１ｂ線矢視端面図。 （ａ）〜（ｃ）は電子デバイスの製造方法を説明する端面図。 （ａ）は、第１の変更例に係る電子デバイスの端面図、（ｂ）は第２の変更例に係る電子デバイスの端面図。

以下、気密パッケージ（電子デバイス）の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、電子デバイス１０は、光電素子１１と、光電素子１１を封止する気密パッケージ１２と、を備える。気密パッケージ１２は、光電素子１１を収容するパッケージ基材２０と、パッケージ基材２０とともに光電素子１１を封止するカバー部材３０と、パッケージ基材２０及びカバー部材３０を接合する接合層４０と、を備える。本実施形態において、電子デバイス１０は、１辺が数ｍｍ〜数ｃｍ程度の箱状をなす。

光電素子１１は、発光ダイオード又は半導体レーザなどの発光素子としてもよいし、フォトダイオード、フォトトランジスタ又は光電管などの受光素子としてもよい。光電素子１１は、例えば、深紫外線などの波長の光を扱う。気密パッケージ１２には、１以上の光電素子１１を封止してもよいし、発光素子及び受光素子の組を封止してもよい。

パッケージ基材２０は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア或いはムライトなどのセラミック、低温同時焼成セラミックスなどのガラスセラミック又はガラスなどで構成される。低温同時焼成セラミックスは、例えば、酸化チタン又は酸化ニオブなどの無機粉末及びガラス粉末の焼結体である。

パッケージ基材２０は、平面視矩形状をなす底壁２１と、底壁２１から延びる周壁２２と、を有する。底壁２１に対して周壁２２が延びる方向（延設方向Ｄｙ）において、周壁２２の高さは一定である。つまり、周壁２２の先端面２３は、平面状をなしている。また、パッケージ基材２０には、底壁２１及び周壁２２に囲われる空間として、凹部２４が形成される。凹部２４は、光電素子１１を収容するための空間である。

カバー部材３０は、例えば、深紫外線など、光電素子１１が扱う光の波長に対し透過性を有する透明材料で構成される。一例として、カバー部材３０は、厚さが０．５ｍｍの板状に形成したときに、光電素子１１が扱う波長の光の透過率が７０％以上となる透明材料で構成されることが好ましい。透明材料は、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ又はＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ又はＫａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラス又はＢｉ_２Ｏ_３系ガラスなどで構成される。

カバー部材３０は、平面視矩形の板状部材であり、凹部２４を塞ぐことのできる大きさを有する。カバー部材３０は、光を通す透光部３１と、気密パッケージ１２の周壁２２に接合する接合部３２と、を有する。透光部３１は、カバー部材３０の中央部分であって、凹部２４に面する。接合部３２は、カバー部材３０の周縁部分であって、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３に面する。カバー部材３０において、パッケージ基材２０に対向する面を内面とし、内面と逆側の面を外面としたとき、透光部３１の内面及び接合部３２の内面は、同一平面上に存在すると言える。カバー部材３０は、例えば、モールドプレス、研削、研磨又はエッチング等により形状が作り込まれる。

透光部３１は、平板状をなしている。透光部３１は、透光性が低下しないように、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の厚さとすることが好ましい。接合部３２は、平面視矩形枠状をなし、パッケージ基材２０の周壁２２に対応した形状を有する。

接合部３２は、延設方向Ｄｙに向けて突出する突出部３３を有する。突出部３３は、先端面が平面状をなし、延設方向Ｄｙにおいて、透光部３１よりも突出する。接合部３２には突出部３３が設けられる点で、透光部３１の厚さＴ１は、接合部３２の厚さＴ２未満となる。一例として、接合部３２は、０．３ｍｍ〜３．０ｍｍ程度の厚さとすることが好ましい。

接合層４０は、例えば、低融点ガラス粉末を含むガラスペーストを加熱することで形成される。低融点ガラス粉末は、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラス粉末、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス粉末又はＶ_２Ｏ_５−ＴｅＯ_２系ガラス粉末などであればよい。ガラスペーストは、低融点ガラス粉末に加え、低膨張耐火性フィラー及びレーザー光吸収材などを含んでもよい。

接合層４０は、パッケージ基材２０の先端面２３及びカバー部材３０の接合部３２の間に、周壁２２の全周に亘って形成される。気密パッケージ１２の平面視において、接合層４０の形成範囲は、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３に重なるとともに、カバー部材３０の接合部３２（突出部３３）の形成範囲に重なる。詳しくは、接合層４０の形成範囲は、周壁２２の先端面２３よりも狭く、接合部３２（突出部３３）の形成範囲よりも狭い。このため、図１（ａ）に示すように、接合層４０の幅Ｗ１は、周壁２２及び突出部３３の幅Ｗ２未満となる。なお、接合層４０は、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さとすることが好ましい。

次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）の製造方法について説明する。なお、光電素子１１、パッケージ基材２０及びカバー部材３０は、既に準備されているものとする。

図２（ａ）に示すように、カバー部材３０の接合部３２の内面にガラスペースト４１が環状（本実施形態では額縁状）に塗布される（塗布工程）。ガラスペースト４１は、例えば、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷又はインクジェット印刷などにより、カバー部材３０に塗布すればよい。

なお、カバー部材３０にガラスペースト４１を塗布した後、いわゆる仮焼処理を施してもよい。具体的には、ガラスペースト４１を塗布したカバー部材３０を加熱炉内に投入する等して加熱し、ガラスペースト４１に含まれるバインダーを除去しつつ、ガラスペースト４１を一旦固化する処理を施してもよい。

そして、図２（ｂ）に示すように、光電素子１１がパッケージ基材２０の凹部２４に収容される。その後、突出部３３が延設方向Ｄｙを向くように、カバー部材３０がパッケージ基材２０の周壁２２上に配置される（配置工程）。このとき、パッケージ基材２０の周壁２２の先端面２３にガラスペースト４１が接するように、カバー部材３０が配置される。その後、ガラスペースト４１が加熱されることで、ガラスペースト４１が軟化する（加熱工程）。ガラスペースト４１の加熱は、例えば、ガラスペースト４１にレーザー光を照射することにより行われる。なお、ガラスペースト４１は、流動可能な程度の粘度まで軟化させてもよいし、濡れ広がる程度の粘度まで軟化させてもよい。

最後に、図２（ｃ）に示すように、カバー部材３０が板状体１００でパッケージ基材２０に押し付けられる（押圧工程）。ここで、本実施形態のカバー部材３０は、接合部３２が透光部３１よりも延設方向Ｄｙに突出する突出部３３を有する。このため、押圧工程において、板状体１００は、カバー部材３０の接合部３２に接する一方で、カバー部材３０の透光部３１に接しない。つまり、板状体１００は、突出部３３を介して、カバー部材３０をパッケージ基材２０に押し付ける。

その後、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）が徐冷され、軟化した接合層４０が固化する。その結果、パッケージ基材２０及びカバー部材３０が接合層４０を介して接合され、光電素子１１が凹部２４内に封止される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）気密パッケージ１２は、カバー部材３０の透光部３１の周囲が接合部３２から延びる突出部３３によって囲まれる。このため、人の手や工具などの物体が突出部３３に接触することがあっても、当該物体が透光部３１に接触しにくい。したがって、気密パッケージ１２は、製造時及び取扱時において、カバー部材３０の透光部３１に物体が接触することを抑制できる。

（２）透光部３１の厚さを、強度を確保できる厚さに設定した接合部３２と同等とする場合、透光部３１が厚くなる点で、透光部３１の透過率が低下しやすい。一方、接合部３２の厚さを、透光性を確保できる厚さに設定した透光部３１と同等とする場合、接合部３２が薄くなる点で、接合部３２の強度を確保しにくい。この点、気密パッケージ１２は、透光部３１の厚さを接合部３２の厚さ未満とするため、上述した問題を回避できる。言い換えれば、気密パッケージ１２は、透光部３１における透過率の向上及び接合部３２における強度の向上の両立を図ることができる。

（３）カバー部材３０において、透光部３１の内面及び接合部３２の内面は、同一平面上に存在するため、カバー部材３０の製造が容易となる。例えば、研磨工程などを経て、カバー部材３０の透光部３１の内面及び接合部３２の内面を一度に作り込むことができる。

（４）カバー部材３０及び接合層４０を延設方向Ｄｙから見たとき、接合層４０の形成範囲は、突出部３３の形成範囲と重なる。このため、気密パッケージ１２は、突出部３３に物体が接触するときの接合部３２及び周壁２２の接合強度を高めることができる。

（５）透光部３１は、平板状をなすため、透光部３１に入射した光は、そのまま透光部３１を通過する。このため、気密パッケージ１２は、透光部３１を、凹部２４を覆うだけの単なるガラスカバーとして機能させることができる。

（６）カバー部材３０の透光部３１の厚さを、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度としたため、気密パッケージ１２は、透光部３１の透光性を良好にできる。
（７）本実施形態の気密パッケージ１２の製造方法は、押圧工程において、カバー部材３０の透光部３１を介して、カバー部材３０をパッケージ基材２０に押し付ける必要がない。このため、上記製造方法は、気密パッケージ１２の製造時において、カバー部材３０の透光部３１に物体が接触することを抑制できる。

（８）詳しくは、上記製造方法は、押圧工程において、板状体１００をカバー部材３０の突出部３３に押し当てることによって、カバー部材３０をパッケージ基材２０に押し付ける。このため、上記製造方法は、カバー部材３０をパッケージ基材２０に押し付けるために、特殊な形状の部材を準備する必要がない。この点で、上記製造方法は、気密パッケージ１２の製造が煩雑化することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図３（ａ）に示すように、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、第１の変更例に係る電子デバイス１０Ａ（気密パッケージ１２Ａ）としてもよい。気密パッケージ１２Ａのカバー部材３０Ａは、透光部３１Ａに回折格子又はモスアイ構造などの光学素子３４を有する。これによれば、気密パッケージ１２は、透光部３１Ａに、入射した光を分散、屈折又は回折させるなどの光学機能を持たせることができる。なお、この場合には、カバー部材３０の透光部３１Ａに光学素子３４が形成される点で、透光部３１Ａが平板状に形成されなくなる。

・図３（ａ）に示す第１の変更例において、光学素子３４は、レンズとしてもよい。この場合、カバー部材３０の接合部３２の突出量を抑えるために、レンズは、フレネルレンズなどの薄型レンズとすることが好ましい。さらに、この場合には、延設方向Ｄｙにおいて、透光部３１Ａが突出部３３よりも突出していないのであれば、透光部３１Ａの厚さＴ１が接合部３２の厚さＴ２以上となってもよい。なお、光学素子３４は、一体成形や後加工によりカバー部材３０Ａと一体的に構成されてもよく、透光部３１Ａに別体部品を取り付けることにより構成されてもよい。

・図３（ｂ）に示すように、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、第２の変更例に係る電子デバイス１０Ｂ（気密パッケージ１２Ｂ）としてもよい。気密パッケージ１２Ｂのカバー部材３０Ｂの接合部３２Ｂは、上記実施形態の突出部３３に相当する第１突出部３５と、延設方向Ｄｙとは逆方向に突出する第２突出部３６と、を有する。この構成によっても、上記実施形態の効果を得ることができる。

・図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、気密パッケージ１２の平面視において、パッケージ基材２０の周壁２２及びカバー部材３０の接合部３２（突出部３３）が、同等の大きさに形成されるが、異なる大きさに形成してもよい。

・例えば、気密パッケージ１２の平面視において、カバー部材３０の突出部３３の大きさは、パッケージ基材２０の周壁２２の大きさ未満であってもよい。つまり、カバー部材３０の突出部３３の幅は、パッケージ基材２０の周壁２２の幅未満であってもよい。

・また、気密パッケージ１２の平面視において、カバー部材３０の突出部３３の大きさは、パッケージ基材２０の周壁２２の大きさ以上であってもよい。つまり、カバー部材３０の突出部３３の幅は、パッケージ基材２０の周壁２２の幅よりも大きくてもよい。

・また、カバー部材３０の突出部３３は、接合部３２の周方向に所定の間隔をおいて複数形成してもよい。
・電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、板状体１００でカバー部材３０をパッケージ基材２０に押し付けることにより製造しなくてもよい。

・電子デバイス１０（気密パッケージ１２）の大きさ及び形状は、適宜に変更してもよい。例えば、電子デバイス１０（気密パッケージ１２）は、平面視円形に形成してもよい。

・カバー部材３０は、樹脂又はセラミックなどの透明材料で構成してもよい。この場合、接合層４０は、接着剤又はハンダなどにより形成してもよい。
・加熱工程は、ガラスペースト４１の加熱にレーザー光を用いなくてもよい。例えば、加熱工程は、ガラスペースト４１の加熱に電熱ヒーター等を用いてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ…電子デバイス、１１…光電素子、１２，１２Ａ，１２Ｂ…気密パッケージ、２０…パッケージ基材、２１…底壁、２２…周壁、２３…先端面、２４…凹部、３０，３０Ａ，３０Ｂ…カバー部材、３１，３１Ａ…透光部、３２，３２Ｂ…接合部、３３…突出部、３４…光学素子、３５…第１突出部、３６…第２突出部、４０…接合層、４１…ガラスペースト、１００…板状体、Ｄｙ…延設方向、Ｔ１，Ｔ２…厚さ、Ｗ１，Ｗ２…幅。

Claims (9)

1. 底壁及び前記底壁から延びる周壁を有し、前記底壁及び前記周壁に囲まれる凹部に光電素子を収容可能なパッケージ基材と、
   透光性を有し、前記凹部を塞ぐカバー部材と、を備え、
   前記カバー部材は、前記凹部に面する透光部と、前記周壁に接合される接合部と、を有し、
   前記底壁に対して前記周壁が延びる方向を延設方向としたとき、
   前記接合部は、前記透光部よりも前記延設方向に突出する突出部を有する
   気密パッケージ。
2. 前記透光部の厚さは、前記接合部の厚さ未満である
   請求項１に記載の気密パッケージ。
3. 前記カバー部材において、前記パッケージ基材に対向する面を内面としたとき、
   前記透光部の内面及び前記接合部の内面は、同一平面上に存在する
   請求項１又は請求項２に記載の気密パッケージ。
4. 前記パッケージ基材の前記周壁及び前記カバー部材を接合する接合層を備え、
   前記カバー部材及び前記接合層を前記延設方向から見たとき、前記接合層の形成範囲は、前記突出部の形成範囲に重なる
   請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の気密パッケージ。
5. 前記透光部は、平板状をなす
   請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の気密パッケージ。
6. 前記透光部は、光学素子を有する
   請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の気密パッケージ。
7. 前記カバー部材は、ガラスであって、
   前記透光部の厚さは、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である
   請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の気密パッケージ。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の気密パッケージの製造方法であって、
   前記突出部が前記延設方向を向くように、前記カバー部材を前記パッケージ基材の前記周壁上に配置する配置工程と、
   前記突出部を介して、前記カバー部材を前記パッケージ基材に押し付ける押圧工程と、を備える
   気密パッケージの製造方法。
9. 前記押圧工程は、板状体を前記突出部に押し当てることによって、前記カバー部材を前記パッケージ基材に押し付ける
   請求項８に記載の気密パッケージの製造方法。