JP2009001754A - 接着構造、封止構造及びそれを用いた電子部品、接着方法並びに封止方法 - Google Patents

接着構造、封止構造及びそれを用いた電子部品、接着方法並びに封止方法 Download PDF

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Abstract

【課題】両接合面の材質が異なっている場合や、接合面の接着剤に対する濡れ性が低い場合にも、接着剤を用いて気密に接着することが可能な接着構造、封止構造及びそれを用いた電子部品、接着方法並びに封止方法を提供する。
【解決手段】電子部品等に用いられる封止構造２１は、第１の被接着物１１上の第１の接合面１７と第２の被接着物１６上の第２の接合面１８とが接着剤の層２４を介して接着され、第１及び第２の接合面１７、１８の一方又は双方の表面には膜化合物の被膜２２、２３が形成され、膜化合物は分子の一端で表面１７、１８に結合し、分子の他端に有する官能基で接着剤の分子と結合している。
【選択図】図１

Description

本発明は、接着構造、封止構造及びそれを用いた電子部品、接着方法並びに封止方法に関する。
対向する一対の接合面を、瞬間接着剤、光硬化接着剤、ホットメルト等の接着剤を用いて接着する技術は一般によく知られている。接着は、圧着された接合面の一方又は双方に塗布され、両接合面を濡らした接着剤が硬化することによって進行する。
接着剤に対するそれぞれの接合面の濡れ性は、接合面及び接着剤の化学的性質（親水性、疎水性、表面エネルギー等）に依存するため、両接合面の材質がそれぞれ異なっている場合や、接合面がフッ化炭素系材料よりなる場合等は、接合面の接着剤に対する濡れ性が不十分になる。したがって、このような場合には、接着剤を用いて気密に接着するのが困難になる。
パッケージに封止された半導体素子、イメージセンサー、ラインセンサー、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ等の電子部品は、水の浸入により特性が劣化するため、封止が必要であるが、これらの電子部品においては、異種材料よりなる接合面同士を封止しなければならない。上述したように、このような場合には接着剤を用いて十分な気密性を確保することができないので、溶接（例えば、特許文献１参照）、半田封止（例えば、特許文献２参照）、低融点ガラス封止法（例えば、特許文献３参照）が用いられてきた。
特開平５−１７４７３３号公報 特表２００５−５３４０４８号公報 特開２００７−１３０２６号公報
しかし、溶接法、半田封止法、及び低融点ガラス封止法のいずれにおいても、接着や封止に高温を要するので、製造コストが高くなると共に、熱による接合面の変形や被接着物の劣化等の問題が生じうる。更に、これらの方法は、樹脂材料よりなる接合面には適用が困難である。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、両接合面の材質が異なっている場合や、接合面の接着剤に対する濡れ性が低い場合にも、接着剤を用いて気密に接着することが可能な接着構造、封止構造及びそれを用いた電子部品、接着方法並びに封止方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う第１の発明に係る接着構造は、第１の被接着物上の第１の接合面と第２の被接着物上の第２の接合面とが接着剤の層を介して接着された接着構造であって、前記第１及び第２の接合面の一方又は双方の表面には膜化合物の被膜が形成され、該膜化合物は分子の一端で該表面に結合し、該分子の他端に有する官能基で前記接着剤の分子と結合している。
第２の発明に係る封止構造は、第１の被接着物上の第１の接合面と第２の被接着物上の第２の接合面とが接着剤の層を介して気密接着された封止構造であって、前記第１及び第２の接合面の一方又は双方の表面には膜化合物の被膜が形成され、該膜化合物は分子の一端で該表面に結合し、該分子の他端に有する官能基で前記接着剤の分子と結合している。
第２の発明に係る封止構造において、前記第１及び第２の被接着物の一方又は双方が、金属、セラミックス、ガラス、及びプラスチックのいずれかであってもよい。
第２の発明に係る封止構造において、前記膜化合物の被膜が単分子膜であることが好ましい。
第３の発明に係る電子部品は、第２の発明に係る封止構造を有する。
第３の発明に係る電子部品は、パッケージに封止された半導体素子、イメージセンサー、ラインセンサー、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、及びエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイのいずれかであってもよい。
第４の発明に係る接着方法は、第１の被接着物の第１の接合面上に、接着剤の分子と結合を形成する第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基とを結合させて、該第１の接合面の表面に前記第１の膜化合物の被膜を形成する工程Ａと、第２の被接着物の第２の接合面上に、前記接着剤の分子と結合を形成する第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基とを結合させて、該第２の接合面の表面に前記第２の膜化合物の被膜を形成する工程Ｂと、前記接着剤と前記第１及び第２の官能基とを接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１及び前記第２の官能基と前記接着剤の分子とを結合させる工程Ｃとを有する。
第５の発明に係る封止方法は、第１の被接着物周端部の第１の接合面に、接着剤の分子と結合を形成する第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基とを結合させて、該第１の接合面の表面に前記第１の膜化合物の被膜を選択的に形成する工程Ａと、第２の被接着物周端部の第２の接合面上に、前記接着剤の分子と結合を形成する第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基とを結合させて、該第２の接合面の表面に前記第２の膜化合物の被膜を選択的に形成する工程Ｂと、前記接着剤と前記第１及び第２の官能基とを接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１及び前記第２の官能基と前記接着剤の分子とを結合させる工程Ｃとを有する。
第５の発明に係る封止方法において、前記第１及び第２の官能基がアミノ基又はイミノ基のいずれかであり、前記接着剤の分子がエポキシ基を有していてもよい。
第５の発明に係る封止方法において、前記第１及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であってもよい。
第５の発明に係る封止方法において、前記工程Ｃでは、前記第１及び第２の被接着物のうち線膨張係数のより大きな被接着物の温度を、線膨張係数のより小さな被接着物の温度よりも低くしておくことが好ましい。
第５の発明に係る封止方法において、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることが好ましい。
請求項１記載の接着構造においては、接合面の表面に結合した膜化合物の官能基と接着剤の分子とを結合させることによって、接合面の接着剤に対する濡れ性のいかんに拘わらず高い接合強度を確保することができる。そのため、両接合面の接着剤に対する濡れ性がそれぞれ異なる場合や、両接合面の接着剤に対する濡れ性が共に不十分な場合についても、より高い接着強度を確保することが可能になる。
請求項２〜４記載の封止構造においては、接合面の表面に結合した膜化合物の官能基と接着剤の分子とを結合させることによって、接合面の接着剤に対する濡れ性のいかんに拘わらず高い封止強度及び気密性を確保することができる。そのため、両接合面の接着剤に対する濡れ性がそれぞれ異なる場合や、両接合面の接着剤に対する濡れ性が共に不十分な場合についても、接着剤を用いて高強度でより高い信頼性を有する封止を行うことが可能になる。
請求項３記載の封止構造においては、第１及び第２の被接着物の一方又は双方が、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックのいずれかであるので、気密性の高い封止体を製造する上で都合がよい。
請求項４記載の封止構造においては、膜化合物の被膜が単分子膜であるので、強度及び信頼性に優れている。
請求項５及び６記載の電子部品においては、請求項２〜４記載の封止構造を有するので、安価に製造することができる上に、水分の浸入による劣化が起こりにくく、信頼性に優れている。
請求項７記載の接着方法においては、まず両接合面の表面に結合した膜化合物の被膜を形成し、次いで膜化合物の有する第１及び第２の官能基と接着剤の分子とを結合させることによって、接合面の接着剤に対する濡れ性のいかんに拘わらず高い接合強度を確保することができる。そのため、両接合面の接着剤に対する濡れ性がそれぞれ異なる場合や、両接合面の接着剤に対する濡れ性が共に不十分な場合についても、より高い接着強度を確保することが可能になる。
請求項８〜１２記載の封止方法においては、まず両接合面の表面に結合した膜化合物の被膜を形成し、次いで膜化合物の有する第１及び第２の官能基と接着剤の分子とを結合させることによって、接合面の接着剤に対する濡れ性のいかんに拘わらず高い封止強度及び気密性を確保することができる。そのため、両接合面の接着剤に対する濡れ性がそれぞれ異なる場合や、両接合面の接着剤に対する濡れ性が共に不十分な場合についても、接着剤を用いて高強度でより高い信頼性を有する封止を行うことが可能になる。
請求項９記載の封止方法においては、第１及び第２の官能基がアミノ基又はイミノ基のいずれかであり、接着剤の分子がエポキシ基を有するので、耐剥離性や気密性の高い封止を行うことができる。
請求項１０記載の封止方法においては、第１及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であるので、耐剥離性や気密性の高い封止を行うことができる。
請求項１１記載の封止方法においては、工程Ｃでは、第１及び第２の被接着物のうち線膨張係数のより大きな被接着物の温度を、線膨張係数のより小さな被接着物の温度よりも低くしておくので、両接合面の線膨張係数の違いによるひずみの発生を抑制でき、実使用時に耐剥離性や気密性の高い封止を行うことができる。
請求項１２記載の封止方法においては、第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であるので、接着剤の分子との化学結合数を大きくすることができ、耐剥離性や気密性の高い封止を行うことができる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る封止構造を有するイメージセンサーの断面を模式的に表した説明図、図２は同イメージセンサーの封止構造の部分を分子レベルまで拡大した概念図、図３は同イメージセンサーの封止方法において、セラミックス製パッケージの第１の接合面の表面に第１の膜化合物の単分子膜を形成する工程を説明するために、分子レベルまで拡大した概念図であり、図３（ａ）は反応前のセラミックス製パッケージの断面構造、図３（ｂ）は第１の膜化合物の単分子膜が形成されたセラミックス製パッケージの断面構造をそれぞれ表す。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る封止構造２１を含むイメージセンサー（電子部品の一例）１０は、セラミックス製パッケージ（第１の被接着物の一例）１１に装着されたセンサーチップ１２を有する。セラミックス製パッケージ１１には、リード１３が配設されている。リード１３は、センサーチップ１２を外部回路と電気的に接続するための電極パッド１４と、導電性ワイヤー１５を介して電気的に接続されている。
イメージセンサー１０は、光の入射を確保しつつセンサーチップ１２を保護するための透明な窓板ガラス１６（第２の被接着物の一例）を有している。センサーチップ１２が水分等と接触して劣化するのを防止するために、セラミックス製パッケージ１１上の第１の接合面１７と、窓板ガラス１６上の第２の接合面１８とがエポキシ系接着剤（接着剤の一例）の層（接着剤層）２４を介して気密接着された封止構造２１（図１中の円で囲んだ部分）が形成されている。
図２に示すように、セラミックス製パッケージ１１周端部の第１の接合面１７の表面には、分子の一端で第１の接合面１７の表面に結合し、エポキシ系接着剤の分子と結合を形成するエポキシ基（第１の官能基の一例）を分子の他端に有する第１の膜化合物の単分子膜（被膜の一例）２２が形成され、窓板ガラス１６周端部の第２の接合面１８の表面には、分子の一端で第２の接合面１８の表面に結合し、エポキシ系接着剤の分子と結合するエポキシ基（第２の官能基の一例）を分子の他端に有する第２の膜化合物の単分子膜（被膜の一例）２３が形成され、接着剤層２４を形成している接着剤の分子は、第１及び第２の膜化合物のエポキシ基と結合を形成している。
封止構造２１は、第１の接合面１７に、エポキシ基及びアルコキシシリル基（第１の表面結合基の一例）を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、アルコキシシリル基と第１の接合面１７表面の水酸基（表面官能基の一例）２５とを結合させて、第１の接合面１７の表面に第１の膜化合物の単分子膜２２を選択的に形成する工程Ａ（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）と、エポキシ基及びアルコキシシリル基（第２の表面結合基の一例）を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を第２の接合面１８に接触させ、アルコキシシリル基と第２の接合面１８表面の水酸基（表面官能基の一例）とを結合させて、第２の接合面１８の表面に第２の膜化合物の単分子膜２３を選択的に形成する工程Ｂ（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）と、エポキシ系接着剤と第１及び第２の膜化合物上のエポキシ基とを接触させた状態で、第１の膜化合物の単分子膜２２が形成された第１の接合面１７と第２の膜化合物の単分子膜２３が形成された第２の接合面１８とを圧着させ、第１及び第２の膜化合物上のエポキシ基と接着剤層２４を形成するエポキシ系接着剤の分子とを結合させる工程Ｃ（図２参照）とを有する封止方法により形成される。
以下、工程Ａ〜Ｃについて詳細に説明する。
工程Ａでは、セラミックス製パッケージ１１周縁部の第１の接合面１７に、エポキシ基及びアルコキシシリル基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、アルコキシシリル基と第１の接合面１７表面の水酸基２５とを結合させて、第１の接合面１７の表面に第１の膜化合物の単分子膜２２を選択的に形成する（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。
エポキシ基を有する第１の膜化合物としては、セラミックス製パッケージ１１の表面に吸着又は結合し、自己組織化により単分子膜を形成することのできる任意の化合物を用いることができるが、直鎖状アルキレン基の一方の末端にエポキシ基（オキシラン環）を含む官能基を、他方の末端にアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式（化１）で表されるアルコキシシラン化合物が好ましい。
Figure 2009001754
上式において、Ｅはエポキシ基を有する官能基を、ｍは３〜２０の整数を、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基をそれぞれ表す。
用いることのできるエポキシ基を有する第１の膜化合物の具体例としては、下記（１）〜（１２）に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
(１) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)３Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(２) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)７Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(３) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)１１Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(４) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)２Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(５) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)４Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(６) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)６Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(７) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)３Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(８) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)７Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(９) （ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ2Ｏ(ＣＨ2)１１Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(１０) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)２Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(１１) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)４Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(１２) （ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ(ＣＨ2)６Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
ここで、（ＣＨ２ＯＣＨ）ＣＨ２−基は、化２で表される官能基（グリシジル基）を表し、（ＣＨ２ＣＨＯＣＨ（ＣＨ２）２）ＣＨ−基は、化３で表される官能基（３，４−エポキシシクロヘキシル基）を表す。
Figure 2009001754
Figure 2009001754
第１の膜化合物の単分子膜２２の形成は、エポキシ基を含むアルコキシシラン化合物と、アルコキシシリル基とセラミックス製パッケージ１１の表面の水酸基２５との縮合反応を促進するための縮合触媒と、非水系の有機溶媒とを混合した反応液をセラミックス製パッケージ１１周端部の第１の接合面１７の表面に塗布し、室温の空気中で反応させることにより行われる。塗布は、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の方法により行うことができる。
縮合触媒としては、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレート等の金属塩が利用可能である。
縮合触媒の添加量は、好ましくはアルコキシシラン化合物の０．２〜５質量％であり、より好ましくは０．５〜１質量％である。
カルボン酸金属塩の具体例としては、酢酸第１スズ、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクテート、ジブチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジオクテート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクタン酸第１スズ、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、２−エチルヘキセン酸鉄が挙げられる。
カルボン酸エステル金属塩の具体例としては、ジオクチルスズビスオクチルチオグリコール酸エステル塩、ジオクチルスズマレイン酸エステル塩が挙げられる。
カルボン酸金属塩ポリマーの具体例としては、ジブチルスズマレイン酸塩ポリマー、ジメチルスズメルカプトプロピオン酸塩ポリマーが挙げられる。
カルボン酸金属塩キレートの具体例としては、ジブチルスズビスアセチルアセテート、ジオクチルスズビスアセチルラウレートが挙げられる。
チタン酸エステルの具体例としては、テトラブチルチタネート、テトラノニルチタネートが挙げられる。
チタン酸エステルキレート類の具体例としては、ビス（アセチルアセトニル）ジ−プロピルチタネートが挙げられる。
アルコキシシリル基とセラミックス製パッケージ１１の表面の水酸基２５とが縮合反応を起こし、下記の化４で示されるような構造を有するエポキシ基を有する第１の膜化合物の単分子膜２２を生成する。なお、酸素原子から延びた３本の単結合はセラミックス製パッケージ１１の表面又は隣接するシラン化合物のケイ素（Ｓｉ）原子と結合しており、そのうち少なくとも１本はセラミックス製パッケージ１１の表面（例えば、アルミナ製パッケージの場合にはアルミニウム原子）と結合している。
Figure 2009001754
アルコキシシリル基は、水分の存在下で分解するので、反応は相対湿度４５％以下の空気中で行うことが好ましい。なお、縮合反応は、セラミックス製パッケージ１１の表面に付着した油脂分や水分により阻害されるので、セラミックス製パッケージ１１をよく洗浄して乾燥することにより、これらの不純物を予め除去しておくことが好ましい。
縮合触媒として上述の金属塩のいずれかを用いた場合、縮合反応の完了までに要する時間は２時間程度である。
上述の金属塩の代わりに、ケチミン化合物、有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物からなる群より選択される１又は２以上の化合物を縮合触媒として用いた場合、反応時間を１／２〜２／３程度まで短縮できる。
あるいは、これらの化合物を助触媒として、上述の金属塩と混合（質量比１：９〜９：１の範囲で使用可能だが、１：１前後が好ましい）して用いると、反応時間を更に短縮できる。
例えば、縮合触媒として、カルボン酸金属塩キレートであるジブチルスズビスアセチルアセテートの代わりにケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のＨ３を用い、その他の条件は同一にして第１の膜化合物の単分子膜２２の形成を行うと、セラミックス製パッケージ１１の品質を損なうことなく反応時間を１時間程度にまで短縮できる。
更に、縮合触媒として、ジャパンエポキシレジン社のＨ３とジブチルスズビスアセチルアセトネートとの混合物（混合比は１：１）を用い、その他の条件は同一にして第１の膜化合物の単分子膜２２の形成を行うと、反応時間を２０分程度に短縮できる。
なお、ここで用いることができるケチミン化合物は特に限定されるものではないが、例えば、２，５，８−トリアザ−１，８−ノナジエン、３，１１−ジメチル−４，７，１０−トリアザ−３，１０−トリデカジエン、２，１０−ジメチル−３，６，９−トリアザ−２，９−ウンデカジエン、２，４，１２，１４−テトラメチル−５，８，１１−トリアザ−４，１１−ペンタデカジエン、２，４，１５，１７−テトラメチル−５，８，１１，１４−テトラアザ−４，１４−オクタデカジエン、２，４，２０，２２−テトラメチル−５，１２，１９−トリアザ−４，１９−トリエイコサジエン等が挙げられる。
また、用いることができる有機酸としても特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、マロン酸等が挙げられる。
反応液の製造には、有機塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、フッ化炭素系溶媒、シリコーン系溶媒、及びこれらの混合溶媒を用いることができる。アルコキシシラン化合物の加水分解を防止するために、乾燥剤又は蒸留により使用する溶媒から水分を除去しておくことが好ましい。また、溶媒の沸点は５０〜２５０℃であることが好ましい。
具体的に使用可能な溶媒としては、非水系の石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、ノナン、デカン、灯油、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。
更に、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれらの混合物を用いることもできる。
また、用いることができるフッ化炭素系溶媒としては、フロン系溶媒、フロリナート（米国３Ｍ社製）、アフルード（旭硝子株式会社製）等がある。なお、これらは１種単独で用いても良いし、良く混ざるものなら２種以上を組み合わせてもよい。更に、ジクロロメタン、クロロホルム等の有機塩素系溶媒を添加してもよい。
反応液におけるアルコキシシラン化合物の好ましい濃度は、０．５〜３質量％である。
反応後、溶媒で洗浄し、未反応物として表面に残った過剰なアルコキシシラン化合物及び縮合触媒を除去すると、第１の接合面１７の表面に第１の膜化合物の単分子膜２２が形成される。このようにして表面に第１の膜化合物の単分子膜２２が形成された第１の接合面１７の表面付近の模式図を図３（ｂ）に示す。
洗浄溶媒としては、アルコキシシラン化合物を溶解できる任意の溶媒を用いることができるが、安価であり、溶解性が高く、風乾により容易に除去することのできるジクロロメタン、クロロホルム、Ｎ−メチルピロリドン等が好ましい。
反応後、溶媒で洗浄せずに空気中に放置すると、表面に残ったアルコキシシラン化合物の一部が空気中の水分により加水分解を受け、生成したシラノール基がアルコキシシリル基と縮合反応を起こす。その結果、第１の接合面１７の表面にポリシロキサンよりなる極薄のポリマー膜が形成される。このポリマー膜は、第１の接合面１７の表面に共有結合により全てが必ずしも完全に固定されているわけではないが、エポキシ基を含んでいるため、第１の膜化合物の単分子膜２２と同様の反応性を有している。そのため、洗浄を行わなくても、以降の製造工程に特に支障をきたすことはない。
なお、本実施の形態においては、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物を用いたが、直鎖状アルキレン基の一方の末端にアミノ基を、他方の末端にアルコキシシリル基をそれぞれ有し、下記の一般式（化５）で表されるアルコキシシラン化合物を用いてもよい。
Figure 2009001754
上式において、ｍは３〜２０の整数を、Ｒは炭素数１〜４のアルキル基をそれぞれ表す。
用いることのできるアミノ基を有する膜化合物の具体例としては、下記（２１）〜（２８）に示したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
(２１) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)３Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(２２) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)５Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(２３) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)７Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(２４) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)９Ｓｉ(ＯＣＨ３)3
(２５) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)５Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(２６) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)５Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(２７) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)７Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
(２８) Ｈ2Ｎ(ＣＨ2)９Ｓｉ(ＯＣ２Ｈ５)3
反応液において用いることのできる縮合触媒のうち、スズ（Ｓｎ）塩を含む化合物は、アミノ基と反応して沈殿を生成するため、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物に対しては縮合触媒として用いることができない。
したがって、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物を用いる場合には、カルボン酸スズ塩、カルボン酸エステルスズ塩、カルボン酸スズ塩ポリマー、カルボン酸スズ塩キレートを除き、エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様の化合物を単独で又は２種類以上を混合して縮合触媒として用いることができる。
用いることのできる助触媒の種類及びそれらの組み合わせ、溶媒の種類、アルコキシシラン化合物、縮合触媒、及び助触媒の濃度、反応条件並びに反応時間についてはエポキシ基を有するアルコキシシラン化合物の場合と同様であるので、説明を省略する。
アルコキシシリル基を有するピロール誘導体やイミダゾール誘導体等のイミノ基を有する膜化合物も、アミノ基を有する膜化合物と同様に用いることができる。また、加水分解によりアミノ基を生成するケチミン誘導体を用いてもよい。
なお、本実施の形態では、第１の被接着物としてセラミックス製パッケージを用いたが、アルミニウム等の金属、ガラス及びガラスセラミックス、アクリル系樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等の合成樹脂を用いることも可能である。
第１の接合面の表面に水酸基、アミノ基等の活性水素基を有する場合には、セラミックス製パッケージの場合と同様に、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる。被接着物として合成樹脂を用いる場合には、コロナ放電処理、又はプラズマ処理等により活性水素基を有する化合物をグラフトする等の処理を行うことにより、膜化合物としてアルコキシシラン化合物を用いることができる場合がある。
（以上工程Ａ）
工程Ｂでは、エポキシ基及びアルコキシシリル基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を、イメージセンサー１０の窓材として用いられる窓板ガラス１６周端部の第２の接合面１８と接触させ、アルコキシシリル基と第２の接合面表面の水酸基とを結合させて、第２の接合面１８の表面に第２の膜化合物の単分子膜２３を選択的に形成する（図３（ａ）、図３（ｂ）参照）。
工程Ｂにおいて用いることができる膜化合物、反応条件等については工程Ａと同様であるので、詳しい説明を省略する。
なお、本実施の形態において、窓板ガラスを使用したが、接合面をコロナ放電処理等によって接合面を親水化処理したアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明な樹脂基材を用いることも可能である。
（以上工程Ｂ）
工程Ｃでは、エポキシ系接着剤と第１及び第２の膜化合物の単分子膜２２、２３上のエポキシ基とを接触させた状態で、第１の膜化合物の単分子膜２２が形成された第１の接合面１７と第２の膜化合物の単分子膜２３が形成された第２の接合面１８とを圧着させ、第１及び第２の膜化合物の単分子膜２２、２３上のエポキシ基と接着剤層２４を形成するエポキシ系接着剤の分子とを結合させる（図２参照）。
例えば、第１及び第２の膜化合物の単分子膜２２、２３上のエポキシ基とエポキシ系接着剤に含まれる硬化剤中のアミノ基との反応によって結合が形成される場合、結合形成反応は下記の化６で表される。なお、化６において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して、水素原子及び任意のアルキル基、アリール基、置換アルキル基及び置換アリール基を表す。
Figure 2009001754
封止構造の形成に用いることができるエポキシ系接着剤に特に制限はなく、１液式及び２液混合式、室温効果型及び加熱効果型等の任意のエポキシ系接着剤を用いることができる。また、ウレタン、ニトリルゴム等で変性したものでもよい。
まず、第１の接合面１７及び第２の接合面１８の表面にそれぞれ形成された第１の膜化合物の単分子膜２２及び第２の膜化合物の単分子膜２３の一方又は双方にエポキシ系接着剤を塗布する。エポキシ系接着剤の塗布は、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の方法によって行うことができる。
次いで、第１の膜化合物の単分子膜２２が形成された第１の接合面１７と第２の膜化合物の単分子膜２３が形成された第２の接合面１８とを圧着させ、エポキシ系接着剤の硬化反応により、第１及び第２の膜化合物の単分子膜２２、２３上のエポキシ基と、接着剤層２４を形成するエポキシ系接着剤の分子とを結合させる。
硬化反応の条件（温度、圧力等）は、用いられるエポキシ系接着剤の種類、セラミック製パッケージ１１及び窓板ガラス１６の大きさ等により適宜調節される。
第１及び第２の膜化合物としてアミノ基を有する膜化合物を用いた場合にも、アミノ基とエポキシ系接着剤中のエポキシ基とが、化６に示すような反応により結合を形成するので、エポキシ系接着剤を用いることができる。
なお、本実施の形態ではエポキシ系接着剤を用いたが、ウレタン系接着剤等の他の反応硬化型接着剤を用いることもできる。
また、高温でエポキシ系接着剤を硬化させる場合、第１の被接着物と第２の被接着物の線膨張係数の差が大きな場合、冷却時の収縮率の違いにより封止構造部分に内部応力が発生し、破損する場合があるので、ヒートブロック等を用いて、第１及び第２の被接着物をそれぞれ異なる温度に加熱してもよい。この場合において、第１及び第２の被接着物のうち線膨張係数のより大きな被接着物の温度を、線膨張係数のより小さな被接着物の温度よりも低くすることが好ましい。第１及び第２の被接着物の加熱温度は、それぞれの線膨張係数及び大きさに基づき、冷却時の変形量が互いに等しくなるように設定すればよい。
本実施の形態では、封止構造及び封止方法について説明したが、被接着物の接合面同士が接着剤の層を介して接着された構造及びその形成方法という点において同様である接着構造及び接着方法に対しても本発明を適用することができることは勿論である。
また、本実施の形態ではイメージセンサーを例にとって説明したが、ＥＰＲＯＭ、ＣＰＬＤ（プログラム可能複合論理デバイス）、ＣｄＳセル、フォトレーザーダイオード等のパッケージに封止された半導体素子、ラインセンサー、液晶（ＬＣＤ）ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等の電子部品に対しても、本発明に係る封止構造を適用することができる。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明は、これら実施例によって何ら制限されるものではない。
実施例１：イメージセンサーの製造
（１）膜化合物の単分子膜の形成（工程Ａ、Ｂ）
イメージセンサーチップを装着し、リードとイメージセンサーチップ上の電極パッドとをワイヤボンドしたセラミック製パッケージ、及び窓板ガラスを用意し、それぞれよく洗浄して乾燥した。
次に、３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン（化７、信越化学工業株式会社製）０．９９重量部、及びジブチルスズビスアセチルアセトナート（縮合触媒）０．０１重量部を秤量し、これを１００重量部のヘキサメチルジシロキサンに溶解し、反応液を調製した。
Figure 2009001754
このようにして得られた反応液をスクリーン印刷法を用いて、セラミックス製パッケージ及び窓板ガラスの接合面に反応液を塗布し、室温の空気中で（相対湿度４５％）で２時間程度反応させた。その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物及びジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去すると、接合面の全面に亘り、エポキシ基を有する膜化合物の単分子膜（厚さ約１ナノメートル）が形成された（図３（ｂ）参照）。
このようにして形成された単分子膜は、ナノメートルレベルの膜厚で極めて薄いため、セラミック製パッケージや窓板ガラスの形状を損なうことはなかった。このとき、洗浄せずに空気中に放置すると、溶媒が完全に蒸発し、反応液中の３−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシランが空気中の水分と反応して、その表面に共有結合した反応性のエポキシ基を含む極薄のシロキサンポリマー膜が接合面上に形成されたセラミック製パッケージ及び窓板ガラスをそれぞれ作成できた。なお、このシロキサンポリマー膜も、単分子膜に比べて膜厚は多少厚くなったが、接合面に対する結合力や工程Ｃにおける接着剤との反応性は、単分子膜とほとんど変わらなかった。
（２）封止構造の形成（工程Ｃ）
エポキシ基を有する膜化合物の単分子膜が選択的に形成されたセラミック製パッケージ及び窓板ガラスの接合面に、エポキシ系の接着剤（マスターボンド社製セラミックス接着用２液式エポキシ系接着剤ＥＰ５１ＡＯ）を塗布し、接合面同士を圧着して加熱オーブンに入れ１００〜１５０℃で１時間加熱すると、イメージセンサーを封止できた（図１）。
このとき、セラミック製パッケージ及び窓板ガラスの接合面上に共有結合した膜化合物の単分子膜のエポキシ基は、接着剤に含まれる硬化剤分子中のアミノ基と反応して結合を形成し、両接合面の表面に選択的に化学結合した膜化合物の単分子膜と、接着剤の硬化により形成された接着剤層が一体になるため（図２）、極めて気密シール性能の高いイメージセンサーが得られた。
実施例２：エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造
（１）膜化合物の単分子膜の形成（工程Ａ、Ｂ）
エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）アレイが形成されたガラス基材、及び背面カバー用の樹脂フィルムを用意し、それぞれよく洗浄して乾燥した。なお、樹脂フィルムの周縁部はあらかじめコロナ放電処理して、親水性にしておいた。
次に、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（化８、信越化学工業株式会社製）０．９９重量部、及び酢酸（縮合触媒）０．０１重量部を秤量し、これを１００重量部のヘキサメチルジシロキサンに溶解し、反応液を調製した。
Figure 2009001754
このようにして得られた反応液をスクリーン印刷法を用いて、ガラス基材及び樹脂フィルムの接合面に塗布し、室温の空気中で（相対湿度４５％）で２時間程度反応させると、接合面の全面に亘り、それぞれの基材に結合したアミノ基を有する膜化合物よりなるポリマー薄膜（厚さ約５０ナノメートル）が形成された。
（２）封止構造の形成（工程Ｃ）
前記アミノ基を有する膜化合物よりなるポリマー薄膜が選択的に形成されたガラス基材及び樹脂フィルムの接合面に、エポキシ系の接着剤（マスターボンド社製セラミックス接着用２液式エポキシ系接着剤ＥＰ５１ＡＯ）を塗布し、接合面同士を圧着して加熱オーブンに入れ７０〜９０℃で２時間加熱すると、ＥＬアレイを封止できた。
このとき、ガラス基材及び樹脂フィルムの接合面上に共有結合したポリマー薄膜のアミノ基は、接着剤の分子中のエポキシ基とそれぞれ反応して結合を形成し、両接合面の表面に選択的に化学結合したポリマー薄膜と接着剤の硬化により形成された接着剤層が一体になるため、極めて気密シール性能の高いＥＬディスプレイが得られた。
本発明の一実施の形態に係る封止構造を有するイメージセンサーの断面を模式的に表した説明図である。 同イメージセンサーの封止構造の部分を分子レベルまで拡大した概念図である。 同イメージセンサーの封止方法において、セラミックス製パッケージの第１の接合面の表面に第１の膜化合物の単分子膜を形成する工程を説明するために、分子レベルまで拡大した概念図であり、（ａ）は反応前のセラミックス製パッケージの断面構造、（ｂ）は第１の膜化合物の単分子膜が形成されたセラミックス製パッケージの断面構造をそれぞれ表す。
符号の説明
１０：イメージセンサー、１１：セラミックス製パッケージ、１２：センサーチップ、１３：リード、１４：電極パッド、１５：導電性ワイヤー、１６：窓板ガラス、１７：第1の接合面、１８：第２の接合面、２１：封止構造、２２：第1の膜化合物の単分子膜、２３：第２の膜化合物の単分子膜、２４：接着剤層、２５：水酸基

Claims (12)

  1. 第１の被接着物上の第１の接合面と第２の被接着物上の第２の接合面とが接着剤の層を介して接着された接着構造であって、
    前記第１及び第２の接合面の一方又は双方の表面には膜化合物の被膜が形成され、該膜化合物は分子の一端で該表面に結合し、該分子の他端に有する官能基で前記接着剤の分子と結合していることを特徴とする接着構造。
  2. 第１の被接着物上の第１の接合面と第２の被接着物上の第２の接合面とが接着剤の層を介して気密接着された封止構造であって、
    前記第１及び第２の接合面の一方又は双方の表面には膜化合物の被膜が形成され、該膜化合物は分子の一端で該表面に結合し、該分子の他端に有する官能基で前記接着剤の分子と結合していることを特徴とする封止構造。
  3. 請求項２記載の封止構造において、前記第１及び第２の被接着物の一方又は双方が、金属、セラミックス、ガラス、及びプラスチックのいずれかであることを特徴とする封止構造。
  4. 請求項２及び３のいずれか１項に記載の封止構造において、前記膜化合物の被膜が単分子膜であることを特徴とする封止構造。
  5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の封止構造を有することを特徴とする電子部品。
  6. 請求項５記載の電子部品において、前記電子部品がパッケージに封止された半導体素子、イメージセンサー、ラインセンサー、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、及びエレクトロルミネッセンスディスプレイのいずれかであることを特徴とする電子部品。
  7. 第１の被接着物の第１の接合面上に、接着剤の分子と結合を形成する第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基とを結合させて、該第１の接合面の表面に前記第１の膜化合物の被膜を形成する工程Ａと、
    第２の被接着物の第２の接合面上に、前記接着剤の分子と結合を形成する第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基とを結合させて、該第２の接合面の表面に前記第２の膜化合物の被膜を形成する工程Ｂと、
    前記接着剤と前記第１及び第２の官能基とを接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１及び前記第２の官能基と前記接着剤の分子とを結合させる工程Ｃとを有することを特徴とする接着方法。
  8. 第１の被接着物周端部の第１の接合面に、接着剤の分子と結合を形成する第１の官能基及び第１の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第１の膜化合物を接触させ、前記第１の表面結合基と前記第１の接合面の表面官能基とを結合させて、該第１の接合面の表面に前記第１の膜化合物の被膜を選択的に形成する工程Ａと、
    第２の被接着物周端部の第２の接合面上に、前記接着剤の分子と結合を形成する第２の官能基及び第２の表面結合基を分子の両端にそれぞれ有する第２の膜化合物を接触させ、前記第２の表面結合基と前記第２の接合面の表面官能基とを結合させて、該第２の接合面の表面に前記第２の膜化合物の被膜を選択的に形成する工程Ｂと、
    前記接着剤と前記第１及び第２の官能基とを接触させた状態で、前記第１の膜化合物の被膜が形成された第１の接合面と前記第２の膜化合物の被膜が形成された前記第２の接合面とを圧着させ、前記第１及び前記第２の官能基と前記接着剤の分子とを結合させる工程Ｃとを有することを特徴とする封止方法。
  9. 請求項８記載の封止方法において、前記第１及び第２の官能基がアミノ基又はイミノ基のいずれかであり、前記接着剤の分子がエポキシ基を有することを特徴とする封止方法。
  10. 請求項８及び９のいずれか１項に記載の封止方法において、前記第１及び第２の表面結合基がアルコキシシリル基であることを特徴とする封止方法。
  11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の封止方法において、前記工程Ｃでは、前記第１及び第２の被接着物のうち線膨張係数のより大きな被接着物の温度を、線膨張係数のより小さな被接着物の温度よりも低くしておくことを特徴とする封止方法。
  12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載の封止方法において、前記第１及び第２の膜化合物の被膜がいずれも単分子膜であることを特徴とする封止方法。
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