JP7119806B2 - Composite article manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、複合物品を製造する際に用いられる複合物品製造方法に関する。 The present invention relates to a composite article manufacturing method used in manufacturing a composite article.

従来、複合物品としての気密パッケージの製造方法が周知である（特許文献１等参照）。気密パッケージは、例えばＬＥＤ素子が実装された基材の開口部が、ガラス材によって蓋がされた部材である。 Conventionally, a method for manufacturing an airtight package as a composite article is well known (see Patent Document 1, etc.). An airtight package is a member in which, for example, an opening of a substrate on which an LED element is mounted is covered with a glass material.

特開２０１３－２３９６０９号公報JP 2013-239609 A 特開２０１４－２３６２０２号公報JP 2014-236202 A 特開２０１７－１９１８０５号公報JP 2017-191805 A

ところで、基材は、基板上の素子群のハイパワー化に伴う放熱の課題から、基材の材料として、一般的なアルミナから、例えば熱伝導率が大きい窒化アルミニウムの使用が検討されている。また、ガラス材は、ＬＥＤ素子の光の波長領域（紫外波長領域）の光の透過性の観点から、同領域の光を透過させる材料の使用が検討されている。 By the way, the use of aluminum nitride, which has a high thermal conductivity, is being studied as a material for the base material, instead of general alumina, because of the problem of heat dissipation accompanying the increase in power of the element group on the board. In addition, from the viewpoint of light transmittance in the wavelength region (ultraviolet wavelength region) of the light of the LED element, use of a material that transmits light in the same region is being studied as the glass material.

窒化アルミニウムは、ガラス材と比較して熱伝導率が非常に大きい。このため、例えばフリットをレーザによって直接加熱しつつ軟化流動させて接合する手法の場合、フリットの熱が窒化アルミニウムによって放熱されてしまうので、フリットと窒化アルミニウムとを封着するのに必要な熱量を確保することができず、これらを接合できなかった。 Aluminum nitride has a very high thermal conductivity compared to glass material. For this reason, for example, in the method of directly heating the frit by a laser and softening and flowing the frit, the heat of the frit is dissipated by the aluminum nitride. could not be secured and these could not be joined.

そのため、従来は、窒化アルミニウムとガラス材とを接合するにあたり、例えば窒化アルミニウムの基板表面に、熱伝導率が比較的小さいガラス材料をコーティングする手法が考案されていた（特許文献１～３等参照）。この手法では、レーザーシール用フリットを用いてガラス材を基材に接着し、気密性が確保された気密パッケージを作製している。 Therefore, conventionally, in joining aluminum nitride and a glass material, for example, a method of coating a glass material having a relatively low thermal conductivity on the surface of an aluminum nitride substrate has been devised (see Patent Documents 1 to 3, etc.). ). In this method, a laser-sealing frit is used to bond a glass material to a base material to create an airtight package.

しかし、この手法の場合、予めガラス材を窒化アルミニウムの基板上にコーティングする工程が必要となるので、製造工程が煩雑になる問題があった。また、異種の界面数が増えることにもなるので、気密性に影響が生じる可能性もあった。 However, in the case of this method, a step of coating the aluminum nitride substrate with the glass material in advance is required, which complicates the manufacturing process. In addition, since the number of different types of interfaces increases, there is a possibility that airtightness may be affected.

本発明の目的は、簡易な手法で基材及びガラス材を接合可能にした複合物品製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite article that enables bonding of a base material and a glass material by a simple technique.

前記問題点を解決する複合物品製造方法は、金属又は金属窒化物からなる基材にガラス材を接合することで複合物品が形成される方法であって、前記基材に前記ガラス材を接触させ、前記基材及び前記ガラス材の接触部に、前記ガラス材を透過させてレーザ光を照射することにより、前記基材と前記ガラス材とを接合する。 A method for manufacturing a composite article that solves the above problems is a method in which a composite article is formed by bonding a glass material to a base material made of metal or metal nitride, and the glass material is brought into contact with the base material. and bonding the base material and the glass material by irradiating the contact portion of the base material and the glass material with a laser beam that is transmitted through the glass material.

本構成によれば、レーザ光によってフリットレスでガラス材を基材に接合することが可能となる。これにより、フリットを使用しない簡易な手法により、ガラス材を基材に接合することが可能となる。また、基材とガラス材とを接合するにあたり、異種界面層が増えることもない。 According to this configuration, it is possible to join the glass material to the base material without frit by laser light. This makes it possible to bond the glass material to the substrate by a simple method that does not use frit. In addition, when the base material and the glass material are joined together, the heterogeneous interface layer does not increase.

前記複合物品製造方法において、前記レーザ光の焦点位置が、前記基材の内部に設定されていることが好ましい。この構成によれば、レーザ光を基材に届かせて溶融することにより、基材とガラス材とを強固に溶接することが可能となる。 In the composite article manufacturing method, it is preferable that the focal position of the laser beam is set inside the base material. According to this configuration, the base material and the glass material can be strongly welded together by causing the laser beam to reach the base material and melt the base material.

前記複合物品製造方法において、前記ガラス材は、前記基材に形成された開口部を気密状態で封着することが好ましい。この構成によれば、ガラス材を基材に隙間無く封着可能となるので、ガラス材によって閉じられる基材の開口部の気密性を確保することが可能となる。 In the composite article manufacturing method, it is preferable that the glass material hermetically seals the opening formed in the base material. According to this configuration, the glass material can be sealed to the base material without gaps, so that the airtightness of the opening of the base material closed by the glass material can be ensured.

前記複合物品製造方法において、前記レーザ光は、パルス幅が０．１～２０ｐｓに設定され、パルスエネルギーが０．１～５０μＪに設定され、ピークエネルギーが０．０１～１００ＭＷに設定されていることが好ましい。この構成によれば、レーザ光の各パラメータを好適な値に設定することが可能となる。よって、基材とガラス材との強固な接合を確保するのに一層有利となる。 In the composite article manufacturing method, the laser beam has a pulse width of 0.1 to 20 ps, a pulse energy of 0.1 to 50 μJ, and a peak energy of 0.01 to 100 MW. is preferred. According to this configuration, it is possible to set each parameter of the laser beam to a suitable value. Therefore, it is more advantageous for ensuring firm bonding between the base material and the glass material.

前記複合物品製造方法において、前記基材は、銅又は窒化アルミニウムからなることが好ましい。この構成によれば、銅又は窒化アルミニウムからなる基材に対し、ガラス材を強固に接合することが可能となる。 In the method for manufacturing a composite article, the substrate is preferably made of copper or aluminum nitride. According to this configuration, it is possible to firmly bond the glass material to the base material made of copper or aluminum nitride.

前記複合物品製造方法において、前記ガラス材は、組成の重量パーセントにおいて、ＳｉＯ２が４０～８０％、Ａｌ２Ｏ３が０～１５％、Ｂ２Ｏ３が３～３０％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの少なくとも１つからなる組成が０～２０％、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯの少なくとも１つからなる組成が０～３０％に設定されていることが好ましい。この構成によれば、ガラス材の組成を好適な組み合わせとすることが可能となる。 In the method of manufacturing a composite article, the glass material comprises, in weight percent composition, 40 to 80% SiO 2 , 0 to 15% Al 2 O 3 , 3 to 30% B 2 O 3 , Na 2 O, It is preferable that the composition of at least one of K 2 O and Li 2 O is set to 0 to 20%, and the composition of at least one of CaO, BaO and SrO is set to 0 to 30%. According to this configuration, it is possible to make a suitable combination of the compositions of the glass materials.

前記複合物品製造方法において、前記基材及び前記ガラス材の厚みは、０．１～３ｍｍに設定されていることが好ましい。この構成によれば、基材及びガラス材を好適な厚みとしたので、レーザ光による基材やガラス材の溶接が好適に行われる。よって、これらを強固に接合するのに一層有利となる。 In the composite article manufacturing method, it is preferable that the thickness of the substrate and the glass material is set to 0.1 to 3 mm. According to this configuration, since the base material and the glass material have suitable thicknesses, the base material and the glass material can be suitably welded by the laser beam. Therefore, it is more advantageous to join them firmly.

前記複合物品製造方法において、前記基材は、半導体素子が実装される半導体パッケージ用基材であり、前記ガラス材は、前記半導体パッケージ用基材に蓋をするパッケージカバーであることが好ましい。この構成によれば、パッケージカバーを半導体パッケージ用基材に対して強固に接合することが可能となる。 In the composite article manufacturing method, it is preferable that the base material is a semiconductor package base material on which a semiconductor element is mounted, and the glass material is a package cover that covers the semiconductor package base material. With this configuration, the package cover can be firmly joined to the semiconductor package substrate.

前記問題点を解決する複合物品は、金属又は金属窒化物からなる基材と、当該基材に接合されたガラス材とを備えた構成であって、前記基材と前記ガラス材とが接合された溶接面には、一方が他方に係止した溶接部が設けられ、当該溶接部は、前記基材及び前記ガラス材のうち被溶接側を主成分とした混合組成からなる。 A composite article that solves the above-mentioned problems comprises a base material made of a metal or a metal nitride and a glass material bonded to the base material, wherein the base material and the glass material are bonded together. The welded surface is provided with a welded portion in which one is engaged with the other, and the welded portion is composed of a mixed composition mainly composed of the welded side of the base material and the glass material.

本発明によれば、簡易な手法で基材及びガラス材を接合することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a base material and a glass material can be joined by a simple method.

一実施形態の複合物品の断面図。1 is a cross-sectional view of a composite article of one embodiment; FIG. 複合物品の平面図。1 is a plan view of a composite article; FIG. 超短パルスレーザで溶接部の形成するときの概略図。Schematic diagram of forming a weld with an ultrashort pulse laser. 超短パルスレーザの波形図。Waveform diagram of an ultrashort pulse laser. 超短パルスレーザの焦点位置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the focal position of an ultrashort pulse laser. （ａ）は、図２のII－II線断面におけるレーザ顕微鏡画像図、（ｂ）は、同線断面におけるＳＥＭ画像図。(a) is a laser microscope image view taken along the line II-II in FIG. 2, and (b) is a SEM image view taken along the same line. （ａ）～（ｃ）は、図２のII－II線断面における溶接部のＳＥＭ－ＥＤＸ画像図。(a) to (c) are SEM-EDX image views of the welded portion taken along the line II-II in FIG. （ａ）は、図２のIII－III線断面におけるレーザ顕微鏡画像図、（ｂ）は、同線断面におけるＳＥＭ画像図。(a) is a laser microscope image view taken along the line III-III in FIG. 2, and (b) is an SEM image view taken along the same line. （ａ）～（ｃ）は、図２のIII－III線断面における溶接部のＳＥＭ－ＥＤＸ画像図。(a) to (c) are SEM-EDX image diagrams of the welded portion in the III-III line cross section of FIG. 別例の複合物品の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of another example composite article;

以下、複合物品製造方法及び複合物品の一実施形態を図１～図９に従って説明する。
図１に示すように、複合物品１は、金属又は金属窒化物からなる基材２と、基材２に接合されたガラス材３とを備える。基材２は、例えば半導体素子（紫外ＬＥＤ素子等）が実装される半導体パッケージ用基材（基板）である。本例の基材２は、例えば片側の面に開口部４が形成されることにより、周縁に枠部５を有した形状をなしている。 An embodiment of a composite article manufacturing method and a composite article will be described below with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.
As shown in FIG. 1, a composite article 1 comprises a substrate 2 made of metal or metal nitride and a glass material 3 bonded to the substrate 2 . The substrate 2 is, for example, a semiconductor package substrate (substrate) on which a semiconductor element (ultraviolet LED element or the like) is mounted. The base member 2 of this example has a shape with a frame portion 5 on the peripheral edge thereof, for example, by forming an opening portion 4 on one side surface.

ガラス材３は、基材２に蓋をするパッケージカバーである。本例のガラス材３は、平板状に形成され、基材２の開口部４を封着するように接合されている。このように、本例の複合物品１は、基材２の開口部４を気密状態で封着することにより、内部の気密性がガラス材３によって確保された気密パッケージである。 The glass material 3 is a package cover that covers the substrate 2 . The glass material 3 of this example is formed in a flat plate shape and is joined so as to seal the opening 4 of the base material 2 . As described above, the composite article 1 of this example is an airtight package in which the airtightness of the inside is ensured by the glass material 3 by sealing the opening 4 of the base material 2 in an airtight state.

基材２の周縁の枠部５とガラス材３とが接する面を溶接面６とした場合、この溶接面６には、基材２及びガラス材３の一方が他方に係止した溶接部７が設けられている。溶接部７の組成は、基材２及びガラス材３のうち基材２を被溶接側とした場合、基材２を主成分としたガラス材３との混合組成からなる。 When the surface where the frame portion 5 on the periphery of the base material 2 and the glass material 3 are in contact with each other is defined as a welding surface 6, the welding surface 6 has a welded portion 7 where one of the base material 2 and the glass material 3 is locked to the other. is provided. When the base material 2 is the side to be welded between the base material 2 and the glass material 3, the composition of the welded portion 7 is a mixture of the base material 2 and the glass material 3 as the main component.

図２に示すように、溶接部７は、基材２の開口部４の周縁に沿って環状に形成されている。本例の溶接部７は、基材２の内周側と外周側との計２箇所に形成されている。本例の場合、内周側の溶接部７を「７ａ」とし、外周側の溶接部７を「７ｂ」として図示されている。 As shown in FIG. 2 , the welded portion 7 is annularly formed along the periphery of the opening 4 of the base material 2 . The welded portions 7 of this example are formed at a total of two locations on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the base material 2 . In the case of this example, the welded portion 7 on the inner peripheral side is indicated as "7a" and the welded portion 7 on the outer peripheral side is indicated as "7b".

図３に示すように、基材２及びガラス材３は、レーザ照射装置８のレーザ光Ｌｋによって溶接されている。本例のレーザ照射装置８は、レーザ光Ｌｋとして超短パルスレーザＬｋ１を照射する。超短パルスレーザＬｋ１は、１つのパルスの幅（時間幅）が例えば数ピコ秒から数フェムト秒の非常に短いパルスのレーザである。 As shown in FIG. 3, the base material 2 and the glass material 3 are welded by the laser beam Lk of the laser irradiation device 8. As shown in FIG. The laser irradiation device 8 of this example irradiates an ultrashort pulse laser Lk1 as the laser light Lk. The ultrashort pulse laser Lk1 is a very short pulse laser in which the width (time width) of one pulse is, for example, several picoseconds to several femtoseconds.

次に、図３～図９を用いて、本実施形態の複合物品製造方法及び複合物品１の作用及び効果について説明する。
図３に示すように、レーザ照射装置８は、開口部４を閉じるように枠部５に沿ってガラス材３がセットされた基材２に対し、ガラス材３の上方から超短パルスレーザＬｋ１を照射して、ガラス材３を基材２に溶接する。本例の場合、超短パルスレーザＬｋ１を基材２の枠部５に沿って走査しながら溶接していく加工を、枠部５の内周側と外周側とで各々行うことにより、基材２及びガラス材３の溶接面６に、内周側の溶接部７ａと外周側の溶接部７ｂとの２つを形成する。 Next, the operation and effect of the composite article manufacturing method and the composite article 1 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 9. FIG.
As shown in FIG. 3, the laser irradiation device 8 applies an ultrashort pulse laser Lk1 from above the glass material 3 to the substrate 2 on which the glass material 3 is set along the frame 5 so as to close the opening 4. to weld the glass material 3 to the base material 2 . In the case of this example, the processing of welding while scanning the frame portion 5 of the base material 2 with the ultrashort pulse laser Lk1 is performed on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the frame portion 5, respectively. 2 and the glass material 3, two welded portions 7a and 7b are formed on the welded surface 6 of the inner peripheral side and the outer peripheral side of the welded portion 7b.

図４に示すように、超短パルスレーザＬｋ１の波形のパラメータとしては、例えば「パルスエネルギーＥｐｌ」、「ピークエネルギーＥｐｋ」、「パルス幅Ｗｐ」などがある。パルスエネルギーＥｐｌは、１パルス分のエネルギーである。ピークエネルギーＥｐｋは、パルスエネルギーＥｐｌのピーク値である。パルス幅Ｗｐは、ピークエネルギーＥｐｋの半値におけるパルスの時間幅である。 As shown in FIG. 4, parameters of the waveform of the ultrashort pulse laser Lk1 include, for example, "pulse energy Epl", "peak energy Epk", and "pulse width Wp". The pulse energy Epl is energy for one pulse. The peak energy Epk is the peak value of the pulse energy Epl. The pulse width Wp is the time width of the pulse at half the peak energy Epk.

図５に示すように、レーザ照射装置８は、レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）の焦点位置Ｄｐが、基材２（枠部５）の内部に設定されている。すなわち、レーザ光Ｌｋの狙いの焦点が、界面（溶接面６）よりも下側（基材２側）にオフセットされている。これは、基材２側を主に溶かして、溶接部７の組成の主成分を基材２側の成分とするためである。 As shown in FIG. 5, in the laser irradiation device 8, the focal position Dp of the laser light Lk (ultrashort pulse laser Lk1) is set inside the base material 2 (frame portion 5). That is, the target focal point of the laser beam Lk is offset below (toward the base material 2) the interface (welding surface 6). This is because the base material 2 side is mainly melted so that the main component of the composition of the welded portion 7 is the component on the base material 2 side.

表１に、超短パルスレーザＬｋ１の照射パターンを変えて溶接を行ったときの比較例（サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．６）を示す。 Table 1 shows comparative examples (samples No. 1 to No. 6) in which welding was performed by changing the irradiation pattern of the ultrashort pulse laser Lk1.

Figure 0007119806000001
本例の場合、表１に示されるように、第１基材２ａと第１ガラス材３ａとを溶接するパターンと、第２基材２ｂと第２ガラス材３ｂとを溶接するパターンとを実施した。なお、第１基材２ａは、銅（厚さ１．０ｍｍ）であり、第１ガラス材３ａは、紫外線透過率が高いホウ珪酸ガラス（厚さ０．５ｍｍ）である。第２基材２ｂは、窒化アルミニウム（厚さ０．５ｍｍ）であり、第２ガラス材３ｂは、紫外線透過率がさらに高いホウ珪酸ガラス（厚さ０．５ｍｍ）である。
Figure 0007119806000001
In this example, as shown in Table 1, a pattern of welding the first base material 2a and the first glass material 3a and a pattern of welding the second base material 2b and the second glass material 3b are implemented. did. The first base material 2a is copper (thickness 1.0 mm), and the first glass material 3a is borosilicate glass (thickness 0.5 mm) having high ultraviolet transmittance. The second base material 2b is aluminum nitride (thickness 0.5 mm), and the second glass material 3b is borosilicate glass (thickness 0.5 mm) having a higher ultraviolet transmittance.

第１ガラス材３ａの概略組成は、ＳｉＯ２が６９ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が１２ｗｔ％、ＣａＯが３ｗｔ％、Ｎａ２Ｏが１１ｗｔ％である。第２ガラス材３ｂの概略組成は、ＳｉＯ２が６７ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が５ｗｔ％、Ｂ２Ｏ３が２２ｗｔ％、Ｎａ２Ｏが３ｗｔ％、Ｋ２Ｏが３ｗｔ％である。 The general composition of the first glass material 3a is 69 wt% SiO2 , 5 wt% Al2O3 , 12 wt% B2O3, 3 wt% CaO, and 11 wt% Na2O . The general composition of the second glass material 3b is 67 wt% SiO2 , 5 wt% Al2O3 , 22 wt% B2O3, 3 wt% Na2O , and 3 wt% K2O.

また、超短パルスレーザＬｋ１で比較するパラメータは、例えば「平均出力Ｐａｖｅ」、「パルス幅Ｗｐ」、「繰り返し周期ｆ」、「パルスエネルギーＥｐｌ」、「ピークエネルギーＥｐｋ」、「焦点レンズＬｅ」、「焦点位置Ｄｐ」、「走査速度Ｖｓ」とする。平均出力Ｐａｖｅは、超短パルスレーザＬｋ１を生成するのに必要な出力である。繰り返し周期ｆは、単位時間当たりのパルスの出現回数である。焦点レンズＬｅは、超短パルスレーザＬｋ１を照射する際のレンズの絞り量である。走査速度Ｖｓは、超短パルスレーザＬｋ１を照射していく速度である。 Parameters to be compared with the ultrashort pulse laser Lk1 are, for example, "average output Pave", "pulse width Wp", "repetition period f", "pulse energy Epl", "peak energy Epk", "focal lens Le", It is assumed that "focus position Dp" and "scanning speed Vs" are used. The average power Pave is the power required to generate the ultrashort pulse laser Lk1. The repetition period f is the number of times the pulse appears per unit time. The focal lens Le is the aperture amount of the lens when irradiating the ultrashort pulse laser Lk1. The scanning speed Vs is the speed at which the ultrashort pulse laser Lk1 is applied.

なお、表１の結果欄の「◎」、「○」、「△」の評価基準について、表２に示す。なお、接合の有無は、例えばレーザ照射直後の試験片にて基材２とガラス材３とを相対移動を確認した結果である。クラック、剥離の有無は、例えば光学顕微鏡下（×５０）にて目視確認した結果である。加速試験は、例えばＰＣＴ（Pressure Cooker Test）試験であり、温度１２１℃、湿度１００％、圧力２気圧にて２４時間保持した試験である。 Table 2 shows the evaluation criteria for "⊚", "○", and "Δ" in the result column of Table 1. The presence or absence of bonding is the result of confirming relative movement between the substrate 2 and the glass material 3 in a test piece immediately after laser irradiation, for example. The presence or absence of cracks and peeling is the result of visual confirmation under an optical microscope (×50), for example. The accelerated test is, for example, a PCT (Pressure Cooker Test) test, which is a test held at a temperature of 121° C., a humidity of 100%, and a pressure of 2 atm for 24 hours.

Figure 0007119806000002
第１基材２ａ及び第１ガラス材３ａの組み合わせの場合、サンプルＮｏ．４で最もよい結果（十分な溶接強度）を得ることができた（表１の結果欄の「◎」）。サンプルＮｏ．４は、平均出力Ｐａｖｅが「１．４Ｗ」、パルス幅Ｗｐが「１０ｐｓ」、繰り返し周期ｆが「１００ｋＨｚ」、パルスエネルギーＥｐｌが「１４μＪ」、ピークエネルギーＥｐｋが「１．４ＭＷ」、焦点レンズＬｅが「×２０」、焦点位置Ｄｐが「－５μｍ」、走査速度Ｖｓが「１ｍｍ／ｓ」のパラメータ組み合わせからなる。
Figure 0007119806000002
 In the case of the combination of the first base material 2a and the first glass material 3a, sample No. The best result (sufficient welding strength) was obtained with No. 4 ("A" in the result column of Table 1). Sample no. 4, the average output Pave is "1.4 W", the pulse width Wp is "10 ps", the repetition period f is "100 kHz", the pulse energy Epl is "14 μJ", the peak energy Epk is "1.4 MW", and the focus lens Le is “×20”, the focal position Dp is “−5 μm”, and the scanning speed Vs is “1 mm/s”.

また、第１基材２ａ及び第１ガラス材３ａの組み合わせの場合、サンプルＮｏ．４の次に良い結果が得られたのは、サンプルＮｏ．２及びＮｏ．３であった（表１の結果欄の「○」）。サンプルＮｏ．２は、平均出力Ｐａｖｅが「１．４Ｗ」、パルス幅Ｗｐが「３５０ｆｓ」、繰り返し周期ｆが「１００ｋＨｚ」、パルスエネルギーＥｐｌが「１４μＪ」、ピークエネルギーＥｐｋが「４０ＭＷ」、焦点レンズＬｅが「×２０」、焦点位置Ｄｐが「－５μｍ」、走査速度Ｖｓが「１ｍｍ／ｓ」のパラメータ組み合わせからなる。サンプルＮｏ．３は、平均出力Ｐａｖｅが「１．４Ｗ」、パルス幅Ｗｐが「１ｐｓ」、繰り返し周期ｆが「１００ｋＨｚ」、パルスエネルギーＥｐｌが「１４μＪ」、ピークエネルギーＥｐｋが「１４ＭＷ」、焦点レンズＬｅが「×２０」、焦点位置Ｄｐが「－５μｍ」、走査速度Ｖｓが「１ｍｍ／ｓ」のパラメータ組み合わせからなる。 Moreover, in the case of the combination of the first base material 2a and the first glass material 3a, sample No. Sample No. 4 gave the next best results after 4. 2 and No. 3 (“○” in the result column of Table 1). Sample no. 2, the average output Pave is "1.4 W", the pulse width Wp is "350 fs", the repetition period f is "100 kHz", the pulse energy Epl is "14 μJ", the peak energy Epk is "40 MW", and the focus lens Le is " ×20”, the focus position Dp is “−5 μm”, and the scanning speed Vs is “1 mm/s”. Sample no. 3, the average output Pave is "1.4 W", the pulse width Wp is "1 ps", the repetition period f is "100 kHz", the pulse energy Epl is "14 μJ", the peak energy Epk is "14 MW", and the focus lens Le is " ×20”, the focus position Dp is “−5 μm”, and the scanning speed Vs is “1 mm/s”.

第２基材２ｂ及び第２ガラス材３ｂの組み合わせの場合、サンプルＮｏ．６で最もよい結果（十分な溶接強度）を得ることができた（表１の結果欄の「◎」）。サンプルＮｏ．６は、平均出力Ｐａｖｅが「１．４５Ｗ」、パルス幅Ｗｐが「１０ｐｓ」、繰り返し周期ｆが「１００ｋＨｚ」、パルスエネルギーＥｐｌが「１４．５μＪ」、ピークエネルギーＥｐｋが「１．４５ＭＷ」、焦点レンズＬｅが「×２０」、焦点位置Ｄｐが「－１０μｍ」、走査速度Ｖｓが「１ｍｍ／ｓ」のパラメータ組み合わせからなる。 In the case of the combination of the second base material 2b and the second glass material 3b, sample No. The best result (sufficient welding strength) was obtained with No. 6 ("A" in the result column of Table 1). Sample no. 6, the average output Pave is "1.45 W", the pulse width Wp is "10 ps", the repetition period f is "100 kHz", the pulse energy Epl is "14.5 μJ", the peak energy Epk is "1.45 MW", the focus The parameter combination consists of a lens Le of “×20”, a focal position Dp of “−10 μm”, and a scanning speed Vs of “1 mm/s”.

また、第２基材２ｂ及び第２ガラス材３ｂの組み合わせの場合、サンプルＮｏ．６の次に良い結果が得られたのは、サンプルＮｏ．５であった（表１の結果欄の「○」）。サンプルＮｏ．５は、平均出力Ｐａｖｅが「１．４５Ｗ」、パルス幅Ｗｐが「１ｐｓ」、繰り返し周期ｆが「１００ｋＨｚ」、パルスエネルギーＥｐｌが「１４．５μＪ」、ピークエネルギーＥｐｋが「１４．５ＭＷ」、焦点レンズＬｅが「×２０」、焦点位置Ｄｐが「－１０μｍ」、走査速度Ｖｓが「１ｍｍ／ｓ」のパラメータ組み合わせからなる。 Moreover, in the case of the combination of the second base material 2b and the second glass material 3b, sample No. Sample No. 6 gave the next best results after 6. 5 (“○” in the result column of Table 1). Sample no. 5, the average output Pave is "1.45 W", the pulse width Wp is "1 ps", the repetition period f is "100 kHz", the pulse energy Epl is "14.5 μJ", the peak energy Epk is "14.5 MW", the focus The parameter combination consists of a lens Le of “×20”, a focal position Dp of “−10 μm”, and a scanning speed Vs of “1 mm/s”.

また、第２基材２ｂ及び第２ガラス材３ｂの組み合わせの場合、表１の傾向から、走査速度Ｖｓを低く設定しても、パルス幅Ｗｐを小さくし過ぎたり、ピークエネルギーＥｐｋを大きくし過ぎたりすると、十分な溶接強度を得られない可能性が高い。 In addition, in the case of the combination of the second base material 2b and the second glass material 3b, from the tendency of Table 1, even if the scanning speed Vs is set low, the pulse width Wp is too small or the peak energy Epk is too large. Otherwise, there is a high possibility that sufficient welding strength cannot be obtained.

図６（ａ）は、図２のII－II線断面におけるレーザ顕微鏡画像図であり、図６（ｂ）は、同線断面におけるＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像図である。また、図８（ａ）は、図２のIII－III線断面におけるレーザ顕微鏡画像図であり、図８（ｂ）は、同線断面におけるＳＥＭ画像図である。これら図から分かるように、溶接部７は、基材２側が溶け出してガラス材３の内部に入り込むことにより形成される。また、本例の溶接部７は、溶接面６の長手方向に対して直交する２方向において例えば５～２００μｍの長さで延び、かつ円又は楕円の形状をなしている。 FIG. 6(a) is a laser microscope image view taken along line II-II in FIG. 2, and FIG. 6(b) is a SEM (Scanning Electron Microscope) image view taken along line II-II. FIG. 8(a) is a laser microscope image view taken along line III--III in FIG. 2, and FIG. 8(b) is an SEM image view taken along line III-III. As can be seen from these figures, the welded portion 7 is formed by melting the base material 2 side and entering the interior of the glass material 3 . In addition, the welded portion 7 of this example extends in two directions perpendicular to the longitudinal direction of the welded surface 6, for example, with a length of 5 to 200 μm, and has a circular or elliptical shape.

図７は、図２のII－II線断面における溶接部７の組成分析（ＳＥＭ－ＥＤＸ：走査電子顕微鏡）の画像図である。また、図９は、図２のIII－III線断面における溶接部７の組成分析（ＳＥＭ－ＥＤＸ）の画像図である。また、図７（ａ）及び図９（ａ）がＡｌＮの成分であるＡｌのＳＥＭ－ＥＤＸ画像図であり、図７（ｂ）及び図９（ｂ）がホウ珪酸ガラスの成分であるＳｉのＳＥＭ－ＥＤＸ画像図であり、図７（ｃ）及び図９（ｃ）がＡｌＮの成分であるＮのＳＥＭ－ＥＤＸ画像図である。 FIG. 7 is an image diagram of composition analysis (SEM-EDX: scanning electron microscope) of the welded portion 7 in the II-II line cross section of FIG. 9 is an image diagram of composition analysis (SEM-EDX) of the welded portion 7 in the III-III line cross section of FIG. 7A and 9A are SEM-EDX images of Al, which is a component of AlN, and FIGS. 7B and 9B are SEM-EDX images of Si, which is a component of borosilicate glass. FIG. 7(c) and FIG. 9(c) are SEM-EDX image diagrams of N, which is a component of AlN.

これら図に示されるように、溶接部７の組成には、Ａｌ、Ｓｉ及びＮが含有されていることが分かる。よって、溶接部７は、被溶接側である基材２を主成分とし、さらにガラス材３との混合組成からなることが分かる。 As shown in these figures, it can be seen that the composition of the welded portion 7 contains Al, Si and N. Therefore, it can be seen that the welded portion 7 is composed mainly of the base material 2 on the side to be welded and further has a mixed composition with the glass material 3 .

さて、本例の場合、レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）によってフリットレスでガラス材３を基材２に接合することが可能となる。これにより、フリットを使用しない簡易な手法により、ガラス材３を基材２に接合することができる。また、基材２とガラス材３とを接合するにあたり、異種界面層が増えることもない。 Now, in the case of this example, it is possible to join the glass material 3 to the base material 2 without frit by using the laser light Lk (ultrashort pulse laser Lk1). As a result, the glass material 3 can be joined to the base material 2 by a simple method that does not use frit. Moreover, when the base material 2 and the glass material 3 are joined together, the heterogeneous interface layer does not increase.

レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）の焦点位置Ｄｐは、基材２の内部に設定されている。よって、レーザ光Ｌｋを基材２に届かせて溶融することにより、基材２とガラス材３とを強固に溶接することができる。 A focal position Dp of the laser light Lk (ultrashort pulse laser Lk1) is set inside the base material 2 . Therefore, the base material 2 and the glass material 3 can be strongly welded by making the base material 2 reach the laser beam Lk and melt it.

ガラス材３は、基材２に形成された開口部４を気密状態で封着する。よって、ガラス材３を基材２に隙間無く封着可能となるので、ガラス材３によって閉じられる基材２の開口部４の気密性を確保することができる。 The glass material 3 hermetically seals the opening 4 formed in the substrate 2 . Therefore, since the glass material 3 can be sealed to the base material 2 without a gap, the airtightness of the opening 4 of the base material 2 closed by the glass material 3 can be ensured.

レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）は、パルス幅Ｗｐが０．１～２０ｐｓに設定され、パルスエネルギーＥｐｌが０．１～５０μＪに設定され、ピークエネルギーＥｐｋが０．０１～１００ＭＷに設定されている。このため、レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）の各パラメータを好適な値に設定することができる。よって、基材２とガラス材３との強固な接合を確保するのに一層有利となる。 The laser light Lk (ultrashort pulse laser Lk1) has a pulse width Wp of 0.1 to 20 ps, a pulse energy Epl of 0.1 to 50 μJ, and a peak energy Epk of 0.01 to 100 MW. ing. Therefore, each parameter of the laser light Lk (ultrashort pulse laser Lk1) can be set to a suitable value. Therefore, it is more advantageous to ensure firm bonding between the base material 2 and the glass material 3 .

基材２は、銅又は窒化アルミニウムからなる。よって、銅又は窒化アルミニウムからなる基材２に対し、ガラス材３を強固に接合することができる。
ガラス材３は、組成の重量パーセントにおいて、ＳｉＯ２が４０～８０％、Ａｌ２Ｏ３が０～１５％、Ｂ２Ｏ３が０～３０％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの少なくとも１つからなる組成が０～２０％、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯの少なくとも１つからなる組成が０～３０％に設定されている。よって、ガラス材３の組成を好適な組み合わせをすることができる。 The substrate 2 is made of copper or aluminum nitride. Therefore, the glass material 3 can be strongly bonded to the base material 2 made of copper or aluminum nitride.
The glass material 3 is 40-80% SiO 2 , 0-15% Al 2 O 3 , 0-30% B 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O and Li 2 O in weight percent of the composition. and a composition of at least one of CaO, BaO and SrO is set to 0 to 30%. Therefore, the composition of the glass material 3 can be suitably combined.

基材２及びガラス材３の厚みは、０．１～３ｍｍに設定されている。このように、基材２及びガラス材３を好適な厚見としたので、レーザ光Ｌｋ（超短パルスレーザＬｋ１）による基材２やガラス材３の溶接が好適に行われる。よって、これらを強固に接合するのに一層有利となる。 The thickness of the base material 2 and glass material 3 is set to 0.1 to 3 mm. Since the base material 2 and the glass material 3 have a suitable thickness, the base material 2 and the glass material 3 can be suitably welded by the laser beam Lk (ultrashort pulse laser Lk1). Therefore, it is more advantageous to join them firmly.

基材２は、半導体素子が実装される半導体パッケージ用基材であり、ガラス材３は、半導体パッケージ用基材に蓋をするパッケージカバーである。よって、パッケージカバーを半導体パッケージ用基材に対して強固に接合することができる。 The base material 2 is a semiconductor package base material on which a semiconductor element is mounted, and the glass material 3 is a package cover that covers the semiconductor package base material. Therefore, the package cover can be firmly bonded to the semiconductor package substrate.

なお、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。
・レーザ光Ｌｋのパラメータは、実施例に挙げた種類に限定されず、他のパラメータを含んでもよいし、或いは実施例で挙げた中の特定のものに限定してもよい。 In addition, this embodiment can be changed and implemented as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
- The parameters of the laser light Lk are not limited to the types listed in the examples, and may include other parameters, or may be limited to specific ones listed in the examples.

・レーザ光Ｌｋの照射のパラメータ範囲は、十分な溶接強度が確保できることが確認できれば、種々の範囲に設定可能である。
・レーザ光Ｌｋの照射のパラメータは、十分な溶接の強度を確保できれば、実施例で示した範囲内の種々の値に設定可能である。 - The range of parameters for the irradiation of the laser light Lk can be set to various ranges if it can be confirmed that sufficient welding strength can be secured.
- The parameters for the irradiation of the laser light Lk can be set to various values within the ranges shown in the examples, as long as sufficient welding strength can be ensured.

・溶接部７は、２つ（７ａ，７ｂ）設けられることに限定されず、１つでもよいし、３つ以上としてもよい。
・溶接部７の形状は、断面が円形状や楕円形状に限定されず、例えば略三角形状などの他の形状でもよい。 - The number of welded parts 7 is not limited to two (7a, 7b), and may be one or three or more.
- The shape of the welded portion 7 is not limited to a circular or elliptical cross-section, and may be other shapes such as a substantially triangular shape.

・基材２に実装される半導体素子は、ＬＥＤ素子に限定されず、他の電子部品としてもよい。
・基材２は、開口部４を有する形状に限定されず、他の形状に変更してもよい。例えば、図１０に示すように、基材２を単なる平板状とし、いずれか一方の主面にガラス材３を積層した状態で、その一部又は前面を接合してもよい。さらに、基材２を複数のガラス材３で挟み、基材２の表裏両面においてガラス材３を接合してもよい。なお、このような形態において、基材２は、銅等の金属からなる回路パターン等であってもよい。 - The semiconductor element mounted on the base material 2 is not limited to an LED element, and may be another electronic component.
- The base material 2 is not limited to the shape having the opening 4, and may be changed to another shape. For example, as shown in FIG. 10, the base material 2 may be formed in a simple flat plate shape, and the glass material 3 may be laminated on one of the main surfaces, and then a part or the front surface thereof may be joined. Further, the base material 2 may be sandwiched between a plurality of glass materials 3 and the glass materials 3 may be joined on both front and back surfaces of the base material 2 . In such a form, the substrate 2 may be a circuit pattern or the like made of metal such as copper.

・ガラス材３の形状は、平板状に限定されず、他の形状に変更可能である。
・基材２及びガラス材３は、四角形状に限定されず、例えば円形等の他の形状に変更してもよい。 - The shape of the glass material 3 is not limited to a flat plate shape, and can be changed to other shapes.
- The base material 2 and the glass material 3 are not limited to square shapes, and may be changed to other shapes such as circular shapes.

・レーザ光Ｌｋは、超短パルスレーザＬｋ１以外の種類のレーザを使用してもよい。
・基材２の材料である金属は、銅以外の金属材を用いてもよい。
・基材２の材料である金属窒化物は、窒化アルミニウム以外の部材を用いてもよい。 - The laser light Lk may use a laser of a type other than the ultrashort pulse laser Lk1.
- A metal material other than copper may be used as the metal that is the material of the base material 2 .
- A member other than aluminum nitride may be used as the metal nitride that is the material of the base material 2 .

・基材２は、金属又は金属窒化物からなる部材であればよい。
・ガラス材３は、ホウ珪酸ガラスを主成分とするガラスに限定されず、どのような材料からなるガラスでもよい。 - The base material 2 should just be a member which consists of a metal or a metal nitride.
- The glass material 3 is not limited to glass containing borosilicate glass as a main component, and may be glass made of any material.

１…複合物品、２…基材、２ａ…第１基材、２ｂ…第２基材、３…ガラス材、３ａ…第１ガラス材、３ｂ…第２ガラス材、４…開口部、６…溶接面、７（７ａ，７ｂ）…溶接部、Ｌｋ…レーザ光、Ｌｋ１…超短パルスレーザ、Ｄｐ…焦点位置、Ｗｐ…パルス幅、Ｅｐｌ…パルスエネルギー、Ｅｐｋ…ピークエネルギー。 Reference Signs List 1 Composite article 2 Base material 2a First base material 2b Second base material 3 Glass material 3a First glass material 3b Second glass material 4 Opening 6 Welded surface 7 (7a, 7b) ... welded part Lk ... laser beam Lk1 ... ultrashort pulse laser Dp ... focus position Wp ... pulse width Epl ... pulse energy Epk ... peak energy.

Claims (6)

銅又は窒化アルミニウムからなる基材にガラス材を接合することで複合物品が形成される複合物品製造方法であって、
前記基材に前記ガラス材を接触させ、前記基材及び前記ガラス材の接触部に、前記ガラス材を透過させてレーザ光を照射することにより、前記基材と前記ガラス材とを接合する工程を備え、
前記レーザ光の焦点位置は、前記基材の内部に設定され、
前記レーザ光のパルス幅は、１～２０ｐｓに設定される複合物品製造方法。 A method for manufacturing a composite article, wherein the composite article is formed by bonding a glass material to a substrate made of copper or aluminum nitride ,
A step of bonding the base material and the glass material by bringing the glass material into contact with the base material and irradiating the contact portion between the base material and the glass material with a laser beam that is transmitted through the glass material. with
The focal position of the laser beam is set inside the base material,
The composite article manufacturing method , wherein the pulse width of the laser light is set to 1 to 20 ps . 前記ガラス材は、前記基材に形成された開口部を気密状態で封着する
請求項１に記載の複合物品製造方法。 2. The method of manufacturing a composite article according to claim 1 , wherein the glass material hermetically seals the opening formed in the base material. 前記レーザ光は、パルスエネルギーが０．１～５０μＪに設定され、ピークエネルギーが０．０１～１００ＭＷに設定されている請求項１又は２に記載の複合物品製造方法。 3. The method of manufacturing a composite article according to claim 1, wherein the laser beam has a pulse energy of 0.1 to 50 μJ and a peak energy of 0.01 to 100 MW. 前記ガラス材は、組成の重量パーセントにおいて、ＳｉＯ２が４０～８０％、Ａｌ２Ｏ３が０～１５％、Ｂ２Ｏ３が３～３０％、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＬｉ２Ｏの少なくとも１つからなる組成が０～２０％、ＣａＯ、ＢａＯ及びＳｒＯの少なくとも１つからなる組成が０～３０％に設定されている請求項１～３のうちいずれか一項に記載の複合物品製造方法。 Said glass material has, in weight percent of composition, 40-80% SiO 2 , 0-15% Al 2 O 3 , 3-30% B 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O and Li 2 O. The composite according to any one of claims 1 to 3 , wherein the composition consisting of at least one of is set to 0 to 20%, and the composition consisting of at least one of CaO, BaO and SrO is set to 0 to 30% Article manufacturing method. 前記基材及び前記ガラス材の厚みは、０．１～３ｍｍに設定されている
請求項１～４のうちいずれか一項に記載の複合物品製造方法。 The method for manufacturing a composite article according to any one of claims 1 to 4 , wherein thicknesses of the base material and the glass material are set to 0.1 to 3 mm. 前記基材は、半導体素子が実装される半導体パッケージ用基材であり、
前記ガラス材は、前記半導体パッケージ用基材に蓋をするパッケージカバーである
請求項１～５のうちいずれか一項に記載の複合物品製造方法。 The substrate is a semiconductor package substrate on which a semiconductor element is mounted,
The method of manufacturing a composite article according to any one of claims 1 to 5 , wherein the glass material is a package cover that covers the semiconductor package substrate.
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