CN110475755A - 玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体 - Google Patents

玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体 Download PDF

Info

Publication number
CN110475755A
CN110475755A CN201880023372.2A CN201880023372A CN110475755A CN 110475755 A CN110475755 A CN 110475755A CN 201880023372 A CN201880023372 A CN 201880023372A CN 110475755 A CN110475755 A CN 110475755A
Authority
CN
China
Prior art keywords
material layer
sealing material
glass cover
glass
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880023372.2A
Other languages
English (en)
Inventor
广濑将行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Kyokai Glass Co Ltd
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Kyokai Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Kyokai Glass Co Ltd filed Critical Nippon Kyokai Glass Co Ltd
Publication of CN110475755A publication Critical patent/CN110475755A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/006—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with materials of composite character
    • C03C17/008—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with materials of composite character comprising a mixture of materials covered by two or more of the groups C03C17/02, C03C17/06, C03C17/22 and C03C17/28
    • C03C17/009—Mixtures of organic and inorganic materials, e.g. ormosils and ormocers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C03C8/04—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form containing zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass
    • C03C17/04—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass by fritting glass powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/04—Joining glass to metal by means of an interlayer
    • C03C27/048—Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of an adhesive specially adapted for that purpose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00—Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/06—Joining glass to glass by processes other than fusing
    • C03C27/10—Joining glass to glass by processes other than fusing with the aid of adhesive specially adapted for that purpose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/14—Silica-free oxide glass compositions containing boron
    • C03C3/145—Silica-free oxide glass compositions containing boron containing aluminium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/10—Containers; Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts, e.g. between cap and base of the container or between leads and walls of the container

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明的玻璃盖在其一个表面上具有密封材料层，其特征在于，在密封材料层形成有空隙。

Description

玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体
技术领域
本发明涉及玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体，具体而言，涉及具有规定形状的密封材料层的玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体。
背景技术
气密封装体通常具备封装基体、具有透光性的玻璃盖、以及收容在它们内部的内部元件。
安装于气密封装体的内部的MEMS(微机电***)元件等内部元件可能由于从周围环境浸入的水分而发生劣化。一直以来，为了使封装基体与玻璃盖形成为一体而使用了具有低温固化性的有机树脂系粘接剂。但是，有机树脂系粘接剂无法完全遮挡水分和气体，因此，可能使内部元件经时地劣化。
一方，当将包含玻璃粉末和耐火性填料粉末在内的复合粉末用于密封材料时，密封部分难以通过周围环境的水分而发生劣化，容易确保气密封装体的气密可靠性。
但是，玻璃粉末的软化温度比有机树脂系粘接剂高，因此，在密封时可能使内部元件发生热劣化。由于这样的情况，近年来，激光密封受到关注。
在激光密封中，通常向密封材料层照射具有近红外波段的波长的激光(以下为近红外激光)之后，密封材料层软化变形，使玻璃盖与封装基体气密性一体化。在激光密封中，能够仅对应密封的部分局部进行加热，能够在不使内部元件发生热劣化的状态下使封装基体与玻璃盖气密性一体化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-12634号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
为了提高激光密封效率，使密封材料层的近红外光的吸收能量高于玻璃盖的近红外光的吸收能量。而且，密封材料层在激光密封时被近红外激光直接加热，但玻璃盖几乎不吸收近红外光，因此，不被近红外激光直接加热。即，在玻璃盖的表面内，形成有密封材料层的区域在激光密封时被局部加热，但未形成密封材料层的区域未被局部加热。
源于该局部加热的有无，在玻璃盖的形成有密封材料层的区域与未形成密封材料层的区域之间产生膨胀/收缩差，在玻璃盖的面内发生热变形。该热变形大多会使玻璃盖破损，在确保气密可靠性的方面带来较大的问题。
针对该问题，虽然在扩宽密封材料层的宽度时能够缓和热变形，但当密封材料层的宽度过大时，在密封材料层的宽度方向的中央部与端缘部的温度差变大，产生热变形的分布不均匀，可能使气密可靠性下降。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其技术课题在于，提供一种在激光密封时能够降低玻璃盖的热变形的玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体。
用于解决技术问题的方案
本发明人反复进行了各种实验，其结果是，发现通过在密封材料层设置空隙，能够解决上述技术课题，从而作为本发明而提出。即，本发明的玻璃盖在其一个表面上具有密封材料层，所述玻璃盖的特征在于，在密封材料层形成有空隙。这里，“空隙”是指设置在密封材料层内且在俯视观察下未与外部连通的未形成密封材料层的部分。
本发明的玻璃盖在密封材料层形成有空隙。由此，在激光密封时，在密封材料层的宽度方向的中央部和端缘部，温度梯度得以缓和，因此，在玻璃盖的面内难以产生膨胀/收缩差，在玻璃盖的面内难以发生热变形，其结果是，玻璃盖难以破损。
另外，本发明的玻璃盖优选的是，密封材料层的空隙的宽度为密封材料层的平均宽度的2～60％。这里，“空隙的宽度”是指密封材料层的宽度方向上的空隙的长度尺寸。“密封材料层的平均宽度”是指假设不存在空隙时的密封材料层的平均宽度。
另外，本发明的玻璃盖优选的是，沿着密封材料层的中心线形成有空隙。
另外，本发明的玻璃盖优选的是，密封材料层沿着玻璃盖的外周端缘而形成为边框形状。
另外，本发明的玻璃盖优选的是，密封材料层的平均厚度小于8.0μm。这样，激光密封后的气密封装体内的残留应力变小，因此，能够提高气密封装体的气密可靠性。
图1中(a)是用于说明本发明的玻璃盖的一例的上方概要图。根据图1中(a)可知，在玻璃盖11的一个表面上，密封材料层15沿着玻璃盖11的外周端缘而形成为边框形状。而且，在密封材料层15，沿着密封材料层15的宽度方向的中心线在整周范围内形成有线状的空隙G，该空隙G的宽度成为密封材料层15的平均宽度的约10％(在图中夸大图示出空隙G的宽度)。图1中(b)是用于说明本发明的玻璃盖的一例的上方概要图。根据图1中(b)可知，在玻璃盖11的一个表面上，密封材料层15沿着玻璃盖11的外周端缘而形成为边框形状。而且，在密封材料层15，沿着密封材料层15的宽度方向的中心线以固定的间隔连续地形成有正圆状的空隙G，该空隙G的宽度成为密封材料层15的平均宽度的约15％(在图中夸大地图示出空隙G的宽度)。
本发明的气密封装体具有封装基体和玻璃盖，该气密封装体的特征在于，在封装基体与玻璃盖之间配置有密封材料层，在该密封材料层形成有空隙。
另外，本发明的气密封装体优选的是，密封材料层的空隙的宽度为密封材料层的平均宽度的2～60％。
另外，本发明的气密封装体优选的是，封装基体具有基部和设置在基部上的框部，在封装基体的框部内收容有内部元件，在封装基体的框部的顶部与玻璃盖之间配置有密封材料层。这样，容易在气密封装体内的空间收容内部元件。
另外，本发明的气密封装体优选的是，封装基体是玻璃、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铝中的任一种或者它们的复合材料。
以下，参照附图对本发明进行说明。图2是用于说明本发明的一实施方式的概要剖视图。根据图2可知，气密封装体1具备封装基体10和玻璃盖11。另外，封装基体10具有基部12和沿着基部12的外周端缘呈边框状的框部13。而且，在封装基体10的框部13内收容有内部元件14。需要说明的是，在封装基体10内形成有将内部元件14与外部电连接的电气布线(未图示)。
在密封材料层15，沿着密封材料层的宽度方向的中心线在整周范围内形成有空隙，该空隙的宽度成为密封材料层的平均宽度的约8％。此外，密封材料层15的平均厚度小于8.0μm。而且，密封材料层15在框部13的顶部的整周范围内配置在封装基体10的框部13的顶部与玻璃盖11的内部元件14侧的表面之间。另外，密封材料层15包含铋系玻璃和耐火性填料粉末，但实质上未包含激光吸收材料。而且，密封材料层15的宽度小于封装基体10的框部13的顶部的宽度，并且与玻璃盖11的端缘分离。
另外，上述气密封装体1能够通过如下方式来制作。首先，以密封材料层15与框部13的顶部相接的方式将预先形成有密封材料层15的玻璃盖11载置在封装基体10上。接着，从玻璃盖11侧沿着密封材料层15照射从激光照射装置射出的激光L。由此，密封材料层15软化流动，与封装基体10的框部13的顶部的表层发生反应，由此，使封装基体10与玻璃盖11气密性一体化，形成气密封装体1的气密结构。
附图说明
图1是用于说明本发明的玻璃盖的一例的上方概要图。
图2是用于说明本发明的一实施方式的概要剖视图。
图3是示出利用大型DTA装置测定时的复合粉末的软化点的示意图。
具体实施方式
本发明的玻璃盖在一个表面上具有密封材料层。密封材料层具有如下功能：在激光密封时软化变形，在封装基体的表层形成反应层，使封装基体与玻璃盖气密性一体化。
在密封材料层形成有空隙，该空隙的宽度优选为密封材料层的平均宽度的2～60％、3～40％、4～30％，尤其优选为5～20％。当空隙的宽度与密封材料层的平均宽度相比过小时，在密封材料层的宽度方向的中央区域与端缘部，温度差变大，产生热变形的分布不均匀，气密可靠性可能下降。另一方面，当空隙的宽度与密封材料层的平均宽度相比过大时，激光密封强度、激光密封精度下降，气密可靠性可能下降。
空隙的平均宽度优选为10～800μm，更优选为20～300μm，尤其优选为30～200μm。当空隙的平均宽度过小时，在密封材料层的宽度方向的中央区域与端缘部，温度差变大，产生热变形的分布不均匀，气密可靠性可能下降。一方，当空隙的平均宽度过大时，激光密封强度、激光密封精度下降，气密可靠性可能下降。
空隙的形状没有特别限定，但从降低密封材料层的宽度方向的中央区域与端缘部的温度差的观点出发，优选沿着密封材料层的宽度方向的中心线，在密封材料层的全部范围内形成有线状的空隙，也优选沿着密封材料层的宽度方向的中心线，隔开固定间隔连续地形成有正圆状的空隙。尤其优选沿着密封材料层的宽度方向的中心线，在密封材料层的全部范围内形成有线状的空隙。
密封材料层的平均宽度优选为100～3000μm，更优选为300～2000μm，尤其优选为500～1500μm。当密封材料层的平均宽度过小时，激光密封强度、激光密封精度下降，气密可靠性可能下降。另一方面，当密封材料层的平均宽度过大时，在密封材料层的宽度方向的中央区域与端缘部，温度差变大，产生热变形的分布不均匀，气密可靠性可能下降。
密封材料层优选为至少包含玻璃粉末和耐火性填料粉末在内的复合粉末的烧结体。这样，能够提高密封材料层的表面平滑性。其结果是，在激光密封时，能够降低玻璃盖的热变形，并且，能够提高气密封装体的气密可靠性。玻璃粉末是在激光密封时软化变形，使封装基体与玻璃盖气密性一体化的成分。耐火性填料粉末是用作骨料且在使密封材料层的热膨胀系数下降的同时提高机械强度的成分。需要说明的是，在密封材料层，除了包含玻璃粉末和耐火性填料粉末以外，为了提高光吸收特性，也可以包含激光吸收材料。
作为复合粉末，能够使用各种材料。其中，从提高激光密封强度的观点出发，优选使用包含铋系玻璃粉末和耐火性填料粉末在内的复合粉末。作为复合粉末，优选使用含有55～95体积％的铋系玻璃粉末和5～45体积％的耐火性填料粉末的复合粉末，更优选使用含有60～85体积％的铋系玻璃粉末和15～40体积％的耐火性填料粉末的复合粉末，尤其优选含有60～80体积％的铋系玻璃粉末和20～40体积％的耐火性填料粉末的复合粉末。若添加耐火性填料粉末，则密封材料层的热膨胀系数容易与玻璃盖和封装基体的热膨胀系数匹配。其结果是，容易防止在激光密封后在密封部分残留不当的应力的情况。另一方面，当耐火性填料粉末的含量过多时，铋系玻璃粉末的含量相对地变少，因此，密封材料层的表面平滑性下降，激光密封精度容易下降。
复合粉末的软化点优选为510℃以下、480℃以下，尤其优选为450℃以下。当复合粉末的软化点过高时，难以提高密封材料层的表面平滑性。复合粉末的软化点的下限没有特别设定，但当考虑玻璃粉末的热稳定性时，复合粉末的软化点优选为350℃以上。这里，“软化点”是由大型DTA装置测定时的第四拐点，相当于图3中的Ts。
作为铋系玻璃的玻璃组成，以摩尔％计，优选含有Bi2O3 28～60％、B2O3 15～37％、ZnO 0～30％、CuO+MnO 15～40％。以下说明如上述那样限定了各成分的含有范围的原因。需要说明的是，在玻璃组成范围的说明中，％显示是指摩尔％。
Bi2O3是用于使软化点下降的主要成分。Bi2O3的含量优选为28～60％、33～55％，尤其优选为35～45％。当Bi2O3的含量过少时，软化点过高，软化流动性容易下降。另一方面，当Bi2O3的含量过多时，在激光密封时玻璃容易失透，由于该失透而容易使软化流动性下降。
B2O3是作为玻璃形成成分而必须的成分。B2O3的含量优选为15～37％、19～33％，尤其优选为22～30％。当B2O3的含量过少时，难以形成玻璃网络，因此，在激光密封时玻璃容易失透。另一方面，当B2O3的含量过多时，玻璃的粘性变高，软化流动性容易下降。
ZnO是提高耐失透性的成分。ZnO的含量优选为0～30％、3～25％、5～22％，尤其优选为5～20％。当ZnO的含量过多时，玻璃组成的成分平衡被破坏，耐失透性反而容易下降。
CuO和MnO是能够大幅提高激光吸收能量的成分。CuO与MnO的合计量优选为15～40％、20～35％，尤其优选为25～30％。当CuO与MnO的合计量过少时，激光吸收能量容易下降。另一方面，当CuO与MnO的合计量过多时，软化点变得过高，即便照射激光，玻璃也难以软化流动。并且玻璃在热方面变得不稳定，在激光密封时，玻璃容易失透。需要说明的是，CuO的含量优选为8～30％，尤其优选为13～25％。MnO的含量优选为0～25％、3～25％，尤其优选为5～15％。
除了上述成分以外，例如也可以添加以下的成分。
SiO2是提高耐水性的成分。SiO2的含量优选为0～5％、0～3％、0～2％，尤其优选为0～1％。当SiO2的含量过多时，软化点可能会不当地上升。并且在激光密封时，玻璃容易失透。
Al2O3是提高耐水性的成分。Al2O3的含量优选为0～10％、0.1～5％，尤其优选为0.5～3％。当Al2O3的含量过多时，软化点可能会不当地上升。
Li2O、Na2O及K2O是使耐失透性下降的成分。因此，Li2O、Na2O及K2O的含量分别优选为0～5％、0～3％，尤其优选为0～1％(小于1％)。
MgO、CaO、SrO及BaO是提高耐失透性的成分，但是，是使软化点上升的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含量分别优选为0～20％、0～10％，尤其优选为0～5％。
Fe2O3是提高耐失透性和激光吸收能量的成分。Fe2O3的含量优选为0～10％、0.1～5％，尤其优选为0.4～2％。当Fe2O3的含量过多时，玻璃组成的成分平衡被破坏，耐失透性反而容易下降。
Sb2O3是提高耐失透性的成分。Sb2O3的含量优选为0～5％，尤其优选为0～2％。当Sb2O3的含量过多时，玻璃组成的成分平衡被破坏，耐失透性反而容易下降。
玻璃粉末的平均粒径D50优选为小于15μm，0.5～10μm，尤其优选为1～5μm。玻璃粉末的平均粒径D50越小，玻璃粉末的软化点越下降。这里，“平均粒径D50”是指通过激光衍射法以体积基准测定出的值。
作为耐火性填料粉末，优选为选自堇青石、锆石、氧化锡、氧化铌、磷酸锆系陶瓷、硅锌矿、β-锂霞石、β-石英固溶体中的一种或二种以上，尤其优选为β-锂霞石或堇青石。这些耐火性填料粉末除了热膨胀系数低之外，机械强度也高，而且与铋系玻璃的适应性良好。
耐火性填料粉末的平均粒径D50优选为小于2μm，尤其优选为0.1μm以上且小于1.5μm。当耐火性填料粉末的平均粒径D50过大时，密封材料层的表面平滑性容易下降，并且，密封材料层的平均厚度容易变大，其结果是，激光密封精度容易下降。
耐火性填料粉末的99％粒径D99优选为小于5μm，4μm以下，尤其优选为0.3μm以上且3μm以下。当耐火性填料粉末的99％粒径D99过大时，密封材料层的表面平滑性容易下降，并且，密封材料层的平均厚度容易变大，其结果是，激光密封精度容易下降。这里，“99％粒径D99”是指通过激光衍射法以体积基准测定出的值。
为了提高光吸收特性，密封材料层还可以优选包含激光吸收材料，但激光吸收材料具有助长铋系玻璃失透的作用。因此，密封材料层中的激光吸收材料的含量优选为10体积％以下、5体积％以下、1体积％以下、0.5体积％以下，尤其优选实质上不含有激光吸收材料。在铋系玻璃的耐失透性良好的情况下，为了提高激光吸收能量，也可以导入1体积％以上的激光吸收材料，尤其导入3体积％以上的激光吸收材料。需要说明的是，作为激光吸收材料，能够使用Cu系氧化物、Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物及它们的尖晶石型复合氧化物等。
密封材料层的热膨胀系数优选为55×10-7～100×10-7/℃、60×10-7～82×10-7/℃，尤其优选为65×10-7～76×10-7/℃。这样，通过使密封材料层的热膨胀系数与玻璃盖、封装基体的热膨胀系数匹配，从而残留于密封部分的应力变小。需要说明的是，“热膨胀系数”是在30～300℃的温度范围内由TMA(推杆式热膨胀系数测定)装置测定出的值。
密封材料层的平均厚度优选为小于8.0μm，尤其优选为1.0μm以上且小于6.0μm。密封材料层的平均厚度越小，在密封材料层与玻璃盖的热膨胀系数不匹配时，越能够降低在激光密封后残留于密封部分的应力。并且，也能够提高激光密封精度。需要说明的是，作为如上述那样限制密封材料层的平均厚度的方法，举出将复合粉末糊剂涂布得较薄的方法、对密封材料层的表面进行研磨处理的方法。
密封材料层的以波长808nm的单色光计测的光吸收率优选为60％以上，尤其优选为70％以上。当该光吸收率较低时，若不提高激光密封时的激光输出，则密封材料层不会软化变形。其结果是，可能在玻璃盖发生不当的热变形，也可能导致内部元件发生热损伤。这里，“以波长808nm的单色光计测的光吸收率”是指利用分光光度计对密封材料层的厚度方向的反射率和透射率进行测定并从100％减去它们的合计值而得到的值。
密封材料层的表面粗糙度Ra优选为小于0.5μm，0.2μm以下，尤其优选为0.01～0.15μm。另外，密封材料层的表面粗糙度RMS优选为小于1.0μm，0.5μm以下，尤其优选为0.05～0.3μm。这样，封装基体与密封材料层的密合性提高，激光密封精度提高。这里，“表面粗糙度Ra”和“表面粗糙度RMS”例如能够通过触针式或非接触式的激光膜厚计或表面粗糙度计来测定。需要说明的是，作为如上述那样限制密封材料层的表面粗糙度Ra、RMS的方法，举出对密封材料层的表面进行研磨处理的方法、减小耐火性填料粉末的粒度的方法。
密封材料层能够通过各种方法来形成，但其中优选通过复合粉末糊剂的涂布、烧结来形成。而且，复合粉末糊剂的涂布优选使用分配器或丝网印刷机等涂布机。这样，能够提高密封材料层的尺寸精度。这里，复合粉末糊剂是复合粉末与载体(vehicle)的混合物。而且，载体通常包含溶剂和树脂。为了调整糊剂的粘性而添加树脂。另外，根据需要，也能够添加表面活性剂、增粘剂等。
通常利用三辊磨等将复合粉末与载体混匀来制作复合粉末糊剂。载体通常包含树脂和溶剂。作为用于载体的树脂，能够使用丙烯酸酯(丙烯酸类树脂)、乙基纤维素、聚乙二醇衍生物、硝化纤维素、聚甲基苯乙烯、聚碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯、甲基丙烯酸酯等。作为用于载体的溶剂，能够使用N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)、α-松油醇、高级醇、γ-丁内酯(γ-BL)、四氢化萘、丁基卡必醇乙酸酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、二乙二醇单***、二乙二醇单乙基醚乙酸酯、苯甲醇、甲苯、3-甲氧基-3-甲基丁醇，三乙二醇单甲醚、三乙二醇二甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、三丙二醇单丁醚、碳酸丙烯酯、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮等。
复合粉末糊剂也可以涂布在封装基体上，尤其是涂布在封装基体的框部的顶部上，但优选沿着玻璃盖的外周端缘涂布成边框状。这样，无需进行密封材料层向封装基体的烧结，能够抑制MEMS元件等内部元件的热劣化。
作为玻璃盖，能够使用各种玻璃。例如能够使用无碱玻璃、碱性硼硅酸玻璃、钠钙玻璃。需要说明的是，玻璃盖也可以是将多张玻璃板贴合而成的层叠玻璃。
可以在玻璃盖的内部元件侧的表面形成功能膜，也可以在玻璃盖的外侧的表面形成功能膜。作为功能膜，尤其优选防反射膜。由此，能够降低被玻璃盖的表面反射的光。
玻璃盖的厚度优选为0.1mm以上，0.15～2.0mm，尤其优选为0.2～1.0mm。当玻璃盖的厚度较小时，气密封装体的强度容易下降。另一方面，当玻璃盖的厚度较大时，难以实现气密封装体的薄型化。
玻璃盖与密封材料层的热膨胀系数差优选小于50×10-7/℃、小于40×10-7/℃，尤其优选为30×10-7/℃以下。当该热膨胀系数差过大时，残留于密封部分的应力不当地变高，气密封装体的气密可靠性容易下降。
密封材料层优选形成为沿着玻璃盖的端缘从玻璃盖的端缘分离了50μm以上、60μm以上、70～1500μm、尤其是80～800μm。当玻璃盖的端缘与密封材料层的分离距离过短时，在激光密封时，在玻璃盖的端缘区域，玻璃盖的内部元件侧的表面与外侧的表面的表面温度差变大，玻璃盖容易发生破损。
本发明的气密封装体具有封装基体和玻璃盖，该气密封装体的特征在于，在封装基体与玻璃盖之间配置有密封材料层，在该密封材料层形成有空隙。本发明的气密封装体的技术特征的一部分已经记载在本发明的玻璃盖的说明栏中，关于其重复部分，为了方便而省略详细的说明。
在本发明的气密封装体中，封装基体优选具有基部和设置在基部上的框部。这样，容易在封装基体的框部内收容内部元件。封装基体的框部优选在封装基体的外周形成为边框状。这样，能够扩大作为器件发挥功能的有效面积。另外，容易在气密封装体内的空间收容内部元件，并且布线接合等也容易进行。
框部的顶部的配置有密封材料层的区域的表面的表面粗糙度Ra优选小于1.0μm。当该表面的表面粗糙度Ra变大时，激光密封精度容易下降。
框部的顶部的宽度优选为100～3000μm、200～1500μm，尤其优选为300～900μm。当框部的顶部的宽度过窄时，密封材料层与框部的顶部的对位变得困难。另一方面，当框部的顶部的宽度过宽时，作为器件发挥功能的有效面积变小。
密封材料层优选形成为与框部接触的接触位置从框部的顶部的内侧端缘分离，并且从框部的顶部的外侧端缘分离，更优选形成在从框部的顶部的内侧端缘分离了50μm以上、60μm以上、70～2000μm，尤其是80～1000μm的位置。当框部的顶部的内侧端缘与密封材料层的分离距离过短时，在激光密封时，因局部加热而产生的热量难以扩散，因此，在冷却过程中玻璃盖容易发生破损。另一方面，当框部的顶部的内侧端缘与密封材料层的分离距离过长时，难以实现气密封装体的小型化。另外，优选形成在与框部的顶部的外侧端缘分离了50μm以上、60μm以上、70～2000μm，尤其是80～1000μm的位置。当框部的顶部的外侧端缘与密封材料层的分离距离过短时，在激光密封时，因局部加热而产生的热量难以扩散，因此，在冷却过程中玻璃盖容易发生破损。另一方面，当框部的顶部的外侧端缘与密封材料层的分离距离过长时，难以实现气密封装体的小型化。
封装基体的基部的厚度优选为0.1～4.5mm，尤其优选为0.2～3.5mm。由此，能够实现气密封装体的薄型化。
封装基体的框部的高度、即从封装基体的高度减去基部的厚度后的高度优选为100～4000μm，尤其优选为200～3000μm。这样，在适当地收容内部元件的同时容易实现气密封装体的薄型化。
封装基体优选为玻璃、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铝中的任一种或者它们的复合材料(例如，将氮化铝与玻璃陶瓷形成为一体而得到的材料)。玻璃陶瓷容易与密封材料层形成反应层，因此，能够通过激光密封来确保牢固的密封强度。此外，能够容易形成热通道，因此，能够适当地防止气密封装体的温度过度上升的情况。氮化铝与氧化铝的散热性良好，因此，能够适当地防止气密封装体的温度过度上升的情况。
玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铝优选分散有黑色颜料(在分散有黑色颜料的状态下烧结而成)。这样，封装基体能够吸收透过了密封材料层的激光。其结果是，在激光密封时，封装基体的与密封材料层接触的部位被加热，因此，能够在密封材料层与封装基体的界面处促进反应层的形成。
作为制造本发明的气密封装体的方法，优选采用以下方法：从玻璃盖侧朝向密封材料层照射激光，使密封材料层软化变形，由此，使封装基体与玻璃盖气密性一体化，得到气密封装体。在该情况下，也可以将玻璃盖配置在封装基体的下方，但从激光密封效率的观点出发，优选将玻璃盖配置在封装基体的上方。
作为激光，能够使用各种激光。尤其是，近红外半导体激光从容易操作的方面出发是优选的。
进行激光密封的气氛没有特别限定，可以是大气气氛，也可以是氮气氛气等非活性气氛。
在进行激光密封之际，当以100℃以上且内部元件的耐热温度以下的温度对玻璃盖进行预备加热时，容易抑制在激光密封时因热冲击引起的玻璃盖的破损。另外，在刚刚进行激光密封之后，当从玻璃盖侧照射退火激光时，更加容易抑制因热冲击或残留应力引起的玻璃盖的破损。
优选在按压玻璃盖的状态下进行激光密封。由此，在激光密封时能够促进密封材料层的软化变形。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明。需要说明的是，以下的实施例仅仅是例示。本发明不受以下的实施例的任何限定。
表1示出本发明的实施例(试样No.1～5)。表2示出比较例(试样No.6～10)。
[表1]
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5
密封材料层的平均宽度[μm] 600 800 1000 1200 1500
空隙的宽度[μm] 60 60 60 100 100
气密可靠性 ○ ○ ○ ○ ○
[表2]
No.6 No.7 No.8 No.9 No.10
密封材料层的平均宽度[μm] 600 800 1000 1200 1500
空隙的宽度[μm] 0 0 0 0 0
气密可靠性 × × × × ×
首先，准备将各种氧化物、碳酸盐等原料调合而成的玻璃配合料，其中，作为玻璃组成，以摩尔％计而含有Bi2O3 39％、B2O3 23.7％、ZnO 14.1％、Al2O3 2.7％、CuO 20％、，Fe2O3 0.5％，将该玻璃配合料放入到铂坩埚中，以1200℃熔融了两小时。接着，利用水冷辊将得到的熔融玻璃成形为薄片状。最后，利用球磨机将薄片状的铋系玻璃粉碎之后，进行空气分级而得到铋系玻璃粉末。
此外，将铋系玻璃粉末按照70.0体积％的比例以及耐火性填料粉末按照30.0体积％的比例进行混合，制作出复合粉末。这里，将铋系玻璃粉末的平均粒径D50设为1.0μm，将99％粒径D99设为2.5μm，将耐火性填料粉末的平均粒径D50设为1.0μm，将99％粒径D99设为2.5μm。需要说明的是，耐火性填料粉末是β-锂霞石。
针对得到的复合粉末测定了热膨胀系数，此时，该热膨胀系数为71×10-7/℃。需要说明的是，热膨胀系数由推杆式TMA装置测定，其测定温度范围为30～300℃。
接着，沿着由硼硅酸盐玻璃构成的玻璃盖(日本电气硝子社制BDA，厚度0.3mm)的外周端缘，使用上述复合粉末而形成了边框状的密封材料层。详述的话，首先，以粘度成为约100Pa·s(25℃，Shear rate：4)的方式将上述的复合粉末、载体及溶剂混匀之后，进而利用三辊研磨机混匀至粉末均匀地分散，进行糊剂化，得到复合粉末糊剂。作为载体，使用了在三丙二醇单丁醚中溶解了乙基纤维素树脂的载体。然后，在从玻璃盖的外周端缘分离了100μm的位置处，沿着外周端缘，利用丝网印刷机将上述的复合粉末糊剂印刷成边框状。关于试样No.1～5所涉及的密封材料层，沿着中心线在整周范围内形成了线状的空隙，但关于试样No.6～10所涉及的密封材料层，未形成空隙。此外，在大气气氛下以120℃干燥了10分钟之后，在大气气氛下以500℃烧结10分钟(从室温起算的升温速度为5℃/分，降至室温的降温速度为5℃/分)，由此在玻璃盖的一个表面上形成了具有表中记载的尺寸的密封材料层。
接着，制作出具有大致矩形的基部和沿着基部的外周设置的大致边框状的框部的封装基体。详述的话，为了得到具有与玻璃盖同样的纵横尺寸且具有框部的宽度为2.5mm、框部的高度为2.5mm、基部的厚度为1.0mm的尺寸的封装基体，将生坯片(日本电气硝子社制MLB-26B)层叠、压接之后以870℃烧结20分钟，得到由玻璃陶瓷构成的封装基体。
最后，经由密封材料层而层叠配置了封装基体与玻璃盖。然后，一边使用按压夹具对玻璃盖进行按压，一边从玻璃盖侧朝向密封材料层以照射速度15mm/秒照射点径为0.8～2.3mm、波长为808nm的半导体激光，使密封材料层软化变形，由此使封装基体与玻璃盖气密性一体化，得到气密封装体。需要说明的是，以激光密封后的密封材料层的平均宽度成为激光密封前的密封材料层的平均宽度的120％的方式对激光照射直径和输出进行了调整。
接着，针对得到的气密封装体，对气密可靠性进行了评价。详述的话，针对得到的气密封装体，在进行了高温高湿高压试验(温度85℃、相对湿度85％、1000小时)之后，观察了密封材料层的附近，此时，将在玻璃盖上完全没有确认到裂纹、破损等的情况设为“○”，将在玻璃盖上确认到裂纹、破损等的情况设为“×”，据此对气密可靠性进行了评价。
根据表1可知，试样No.1～5在密封材料层设置有空隙，因此，气密可靠性的评价良好。另一方面，根据表2可知，试样No.6～10在密封材料层未设置空隙，因此，气密可靠性的评价不良。
产业利用性
本发明的气密封装体适合用作安装有MEMS(微机电***)元件等内部元件的气密封装体，但除此以外，也能够适合应用于收容压电振动元件或在树脂中分散有量子点的波长转换元件等的气密封装体等。

Claims (9)

1.一种玻璃盖，在其一个表面上具有密封材料层，
所述玻璃盖的特征在于，
在密封材料层形成有空隙。
2.根据权利要求1所述的玻璃盖，其特征在于，
密封材料层的空隙的宽度为密封材料层的平均宽度的2～60％。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃盖，其特征在于，
沿着密封材料层的中心线形成有空隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的玻璃盖，其特征在于，
密封材料层沿着玻璃盖的外周端缘而形成为边框形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃盖，其特征在于，
密封材料层的平均厚度小于8.0μm。
6.一种气密封装体，其具有封装基体和玻璃盖，
所述气密封装体的特征在于，
在封装基体与玻璃盖之间配置有密封材料层，
在该密封材料层形成有空隙。
7.根据权利要求6所述的气密封装体，其特征在于，
密封材料层的空隙的宽度是密封材料层的平均宽度的2～60％。
8.根据权利要求6或7所述的气密封装体，其特征在于，
封装基体具有基部和设置在基部上的框部，
在封装基体的框部内收容有内部元件，
在封装基体的框部的顶部与玻璃盖之间配置有密封材料层。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的气密封装体，其特征在于，
封装基体是玻璃、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铝中的任一种或者它们的复合材料。
CN201880023372.2A 2017-04-17 2018-03-15 玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体 Pending CN110475755A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-081147 2017-04-17
JP2017081147A JP2018177600A (ja) 2017-04-17 2017-04-17 カバーガラス及びこれを用いた気密パッケージ
PCT/JP2018/010197 WO2018193767A1 (ja) 2017-04-17 2018-03-15 カバーガラス及びこれを用いた気密パッケージ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110475755A true CN110475755A (zh) 2019-11-19

Family

ID=63855757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880023372.2A Pending CN110475755A (zh) 2017-04-17 2018-03-15 玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200135596A1 (zh)
JP (1) JP2018177600A (zh)
KR (1) KR20190134595A (zh)
CN (1) CN110475755A (zh)
TW (1) TW201842655A (zh)
WO (1) WO2018193767A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101176182A (zh) * 2005-12-06 2008-05-07 康宁股份有限公司 包封显示元件的方法
CN101256969A (zh) * 2007-02-28 2008-09-03 康宁股份有限公司 发光显示器件的密封及其方法
CN101952991A (zh) * 2007-11-30 2011-01-19 康宁股份有限公司 用于电子元件封装的方法和设备
JP2013239609A (ja) * 2012-05-16 2013-11-28 Asahi Glass Co Ltd 気密部材とその製造方法
TW201606885A (zh) * 2014-06-27 2016-02-16 旭硝子股份有限公司 封裝基板、封裝、及電子裝置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5458579B2 (ja) 2008-02-28 2014-04-02 日本電気硝子株式会社 有機ｅｌディスプレイ用封着材料
JP2012014971A (ja) * 2010-07-01 2012-01-19 Asahi Glass Co Ltd 電子デバイス及びその製造方法
WO2013031509A1 (en) * 2011-08-26 2013-03-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting device, electronic device, lighting device, and method for manufacturing the light-emitting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101176182A (zh) * 2005-12-06 2008-05-07 康宁股份有限公司 包封显示元件的方法
CN101256969A (zh) * 2007-02-28 2008-09-03 康宁股份有限公司 发光显示器件的密封及其方法
CN101952991A (zh) * 2007-11-30 2011-01-19 康宁股份有限公司 用于电子元件封装的方法和设备
JP2013239609A (ja) * 2012-05-16 2013-11-28 Asahi Glass Co Ltd 気密部材とその製造方法
TW201606885A (zh) * 2014-06-27 2016-02-16 旭硝子股份有限公司 封裝基板、封裝、及電子裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200135596A1 (en) 2020-04-30
KR20190134595A (ko) 2019-12-04
WO2018193767A1 (ja) 2018-10-25
TW201842655A (zh) 2018-12-01
JP2018177600A (ja) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109075128B (zh) 气密封装体的制造方法及气密封装体
CN108886026A (zh) 气密封装体的制造方法及气密封装体
KR102633353B1 (ko) 기밀 패키지
KR102380455B1 (ko) 기밀 패키지
CN108883971A (zh) 玻璃粉末及使用其的密封材料
KR102414498B1 (ko) 기밀 패키지
KR102400344B1 (ko) 패키지 기체 및 그것을 사용한 기밀 패키지
JPWO2018216587A1 (ja) 気密パッケージの製造方法及び気密パッケージ
CN110475755A (zh) 玻璃盖及使用了该玻璃盖的气密封装体
CN110402242A (zh) 盖玻璃和气密封装体
CN110248904A (zh) 铋系玻璃粉末、密封材料以及气密封装体
TW201911690A (zh) 氣密封裝的製造方法及氣密封裝
TW201908266A (zh) 附有密封材料層封裝基體之製造方法及氣密封裝之製造方法
TW202012336A (zh) 具密封材料層之玻璃蓋的製造方法以及氣密封裝體的製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20191119