TW201901866A - 氣密封裝體之製造方法及氣密封裝體 - Google Patents

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Abstract

本發明的氣密封裝體之製造方法具備以下程序：準備陶瓷基體，並在陶瓷基體上形成第一密封材料層；準備玻璃蓋，並在玻璃蓋上形成第二密封材料層；以第一密封材料層與第二密封材料層接觸方式，將陶瓷基體與玻璃蓋進行層積配置；從玻璃蓋側照射雷射光，使第一密封材料層與第二密封材料層軟化變形，從而將第一密封材料層與第二密封材料層進行氣密密封，獲得氣密封裝體。

Description

氣密封裝體之製造方法及氣密封裝體
本發明涉及氣密封裝體之製造方法及氣密封裝體，具體而言涉及透過利用雷射光之下的密封處理(以下稱為雷射密封)從而將陶瓷基體與玻璃蓋進行氣密密封的氣密封裝體之製造方法及以該方法製作的氣密封裝體。
氣密封裝體一般而言具備：陶瓷基體、透光性的玻璃蓋、收容於該等之內部的內部元件。
安裝於氣密封裝體的內部的感測器晶片等的內部元件存在因從周圍環境浸入的水分而劣化之虞。迄今為止，為了將陶瓷基體與玻璃蓋一體化，使用具有低溫硬化性的有機樹脂系黏合劑。然而，有機樹脂系黏合劑無法完全遮蔽水分、氣體，故存在歷時使內部元件劣化之虞。
另一方面，使用包含玻璃粉末與耐火性填料粉末的密封材料時，密封部分不易因周圍環境的水分而劣化，易於確保氣密封裝體的氣密可靠性。
然而，玻璃粉末軟化溫度比有機樹脂系黏合劑高，故存在於密封時使內部元件熱劣化之虞。基於此等情事，近年來，雷射密封受到注目。依雷射密封時，可僅局部加熱應密封的部分，可在不會使內部元件熱劣化之下，將陶瓷基體與玻璃蓋氣密一體化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-239609號公報 　　[專利文獻2]日本特開2014-236202號公報
[發明所欲解決之問題]
另外，將陶瓷基體與玻璃蓋進行雷射密封的情況下，比起將玻璃基體與玻璃蓋進行雷射密封的情況，陶瓷基體的熱導度高，雷射密封時陶瓷基體的溫度不易上升，故密封材料層與陶瓷基體不易反應，存在不易確保雷射密封強度如此的問題。
另一方面，提高雷射光的輸出時，雖可提高密封材料層與陶瓷基體的反應性，惟此情況下，於玻璃蓋在與局部加熱的密封材料層相接的部分與局部未加熱的部分產生大的溫度差，故玻璃蓋容易因熱衝擊而破損，產生無法確保氣密封裝體內的氣密可靠性如此的問題。
所以，本發明係鑒於上述情況而創作者，其技術課題係發明一種氣密封裝體之製造方法，可在將陶瓷基體與玻璃蓋進行雷射密封的情況下，使雷射密封強度與氣密可靠性以高水平同時成立。 [解決問題之技術手段]
本發明人銳意檢討的結果，發現在以下情況下可解決上述技術課題因而提出本發明：在陶瓷基體上形成第一密封材料層，在玻璃蓋上形成第二密封材料層後，在使第一密封材料層與第二密封材料層接觸的狀態進行雷射密封。亦即，本發明的氣密封裝體之製造方法具備以下程序：準備陶瓷基體，並在陶瓷基體上形成第一密封材料層；準備玻璃蓋，並在玻璃蓋上形成第二密封材料層；以第一密封材料層與第二密封材料層接觸方式，將陶瓷基體與玻璃蓋進行層積配置；從玻璃蓋側照射雷射光，使第一密封材料層與第二密封材料層軟化變形，從而將第一密封材料層與第二密封材料層進行氣密密封，獲得氣密封裝體。
本發明的氣密封裝體之製造方法係在陶瓷基體上形成第一密封材料層，在玻璃蓋上形成第二密封材料層後，在使第一密封材料層與第二密封材料層接觸的狀態進行雷射密封。作成如此時，在雷射密封前，透過電爐燒成等在陶瓷基體與玻璃蓋上形成密封材料層，故可於陶瓷基體的表層形成強固的反應層，並可於玻璃蓋的表層亦形成強固的反應層。此外在雷射密封時第一密封材料層與第二密封材料層雙方軟化流動而熔合，故可易於將陶瓷基體與玻璃蓋氣密一體化。再者可將雷射密封時的局部加熱溫度低溫化，故不僅玻璃蓋不易因熱衝擊而破損，亦可減輕對內部元件因熱導而傳播的熱。結果方面，可同時提高氣密封裝體的雷射密封強度與氣密可靠性，且可防止內部元件的熱劣化。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，第一密封材料層含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上，且第二密封材料層含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上。鉍系玻璃，尤其在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃係比起其他玻璃系，具有在雷射密封之際容易於陶瓷基體的表層形成反應層如此的特點。此外，將耐火性填料粉末導入時，可提高密封材料層的機械強度，且可使密封材料層的熱脹係數降低。磷酸銀系玻璃及碲系玻璃係與鉍系玻璃比較下，易於在低溫下軟化流動，可減低在雷射密封後發生的熱應變，故具有提高熱可靠性及機械可靠性如此的特點。再者，磷酸銀系玻璃與碲系玻璃係如同鉍系玻璃，混合耐火性填料粉末時，可提高密封材料層的機械強度，且可使密封材料層的熱脹係數降低。於此，「鉍系玻璃」指以Bi2 O3 為主成分的玻璃，具體而言指在玻璃組成中包含25莫耳%以下的Bi2 O3 的玻璃。「磷酸銀系玻璃」指以Ag2 O與P2 O5 為主成分的玻璃，具體而言指在玻璃組成中合量下包含25莫耳%以上的Ag2 O與P2 O5 的玻璃。「碲系玻璃」指以TeO2 為主成分的玻璃，具體而言指玻璃組成中含有20莫耳%以上的TeO2 的玻璃。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，將第一密封材料層的平均厚度限制為不足8.0μm，將第二密封材料層的平均厚度限制為不足8.0μm，且將第一密封材料層的平均厚度與第二密封材料層的平均厚度的合計限制為不足15.0μm。作成如此時，可減小在雷射密封後的氣密封裝體內的殘留應力，故可提高氣密封裝體的氣密可靠性。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，將第一密封材料層的平均寬度限制為不足2000μm，且將第二密封材料層的平均寬度限制為不足2000μm。作成如此時，可減小在雷射密封後的氣密封裝體內的殘留應力，故可提高氣密封裝體的氣密可靠性。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，使用具有基部與設於基部上的框部的陶瓷基體，在框部的頂部形成第一密封材料層。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，進一步具備將第一密封材料層的表面進行研磨的程序。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，陶瓷基體為玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁中的任一者或此等之複合材料。
此外，本發明的氣密封裝體之製造方法係優選上，在陶瓷基體的框部內收容感測器元件或LED元件。
本發明的氣密封裝體係一種氣密封裝體，具有陶瓷基體與玻璃蓋，陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部，在陶瓷基體的框部的頂部上，形成含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上的第一密封材料層，於玻璃蓋上形成含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上的第二密封材料層，且被在第一密封材料層與第二密封材料層被接觸配置的狀態下氣密一體化。
此外，本發明的氣密封裝體係優選上，第一密封材料層含有在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃，且第二密封材料層含有在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃。
此外，本發明的氣密封裝體係優選上，第一密封材料層的平均厚度不足8.0μm，第二密封材料層的平均厚度不足8.0μm，且第一密封材料層的平均厚度與第二密封材料層的平均厚度的合計不足15.0μm。
此外，本發明的氣密封裝體係優選上，第一密封材料層的平均寬度不足2000μm，且第二密封材料層的平均寬度不足2000μm。
此外，本發明的氣密封裝體係優選上，陶瓷基體為玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁中的任一者或此等之複合材料。
此外，本發明的氣密封裝體係優選上，在陶瓷基體的框部內收容感測器元件或LED元件。
本發明的氣密封裝體之製造方法具有以下程序：準備陶瓷基體，並在陶瓷基體上形成第一密封材料層；準備玻璃蓋，並在玻璃蓋上形成第二密封材料層。
陶瓷基體優選上具有基部與設於基部上的框部。作成如此時，易於將感測器晶片等的內部元件收容於陶瓷基體內的空間。優選上陶瓷基體的框部沿著陶瓷基體的外周端緣區域而形成為框狀。作成如此時，可增加作為裝置而發揮功能的有效面積。更易於將感測器晶片等的內部元件收容於陶瓷基體的框部內，且亦易於進行配線接合等。
優選上在框部的頂部的配置密封材料層的區域的表面的表面粗糙度Ra不足1.0μm。此表面的表面粗糙度Ra變大時，雷射密封的精度容易降低。於此，「表面粗糙度Ra」例如可透過觸針式或非接觸式的雷射膜厚計、表面粗糙度計進行測定。
陶瓷基體優選上係玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁中的任一者或此等之複合材料(例如，將氮化鋁與玻璃陶瓷一體化者)。玻璃陶瓷可易於形成熱導孔，故可恰當地防止在內部元件的動作時氣密封裝體過度發熱的事態。氮化鋁與氧化鋁散熱性良好，故可恰當地防止在內部元件的動作時氣密封裝體過度發熱的事態。
玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁亦可被分散黑色顔料。作成如此時，陶瓷基體可吸收穿透密封材料層的雷射光。此結果，在雷射密封之際可使往熱導度高的陶瓷基體側的熱流動降低，故可效率佳地進行雷射密封。
被分散黑色顔料的陶瓷基體的情況下，優選上具有吸收應照射的雷射光的性質，亦即厚度0.5mm、應照射的雷射光的波長(例如808nm)下的全透光率為10%以下(更優選上5%以下)。作成如此時，可效率佳地加熱陶瓷基體。
陶瓷基體的基部的厚度優選上係0.1～2.5mm，尤其0.2～1.5mm。藉此，可謀求氣密封裝體的薄型化。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)的平均厚度優選上不足8.0μm，尤其1.0μm以上且不足6.0μm。再者第一密封材料層的平均厚度與第二密封材料層的平均厚度的合計優選上不足15.0μm，尤其不足12.0μm。密封材料層的平均厚度越小，即使密封材料層、陶瓷基體及玻璃蓋的熱脹係數不整合，仍可減低在雷射密封後殘留於密封部分的應力。此外亦可提高雷射密封的精度。另外，如上述般限制密封材料層的平均厚度的方法方面，舉例塗佈薄的密封材料膏的方法、將密封材料層的表面進行研磨處理的方法。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)的平均寬度優選上不足2000μm，不足1200μm，尤其200μm以上且不足800μm。使密封材料層的平均寬度為窄時，可減低在雷射密封後殘留於密封部分的應力。再者亦可使陶瓷基體的框部的寬度窄小化，可增加氣密封裝體的作為裝置而發揮功能的有效面積。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)的表面粗糙度Ra優選上不足0.5μm，0.2μm以下，尤其0.01～0.15μm。作成如此時，第一密封材料層與第二密封材料層的密接性提升，雷射密封的精度提升。於此，「表面粗糙度Ra」例如可透過觸針式或非接觸式的雷射膜厚計、表面粗糙度計進行測定。另外，如上述般限制密封材料層的表面粗糙度Ra的方法方面，舉例就密封材料層的表面進行研磨處理的方法、將在密封材料層所含的耐火性填料粉末的粒度減少的方法。
第一密封材料層與第二密封材料層可作成相同的材料構成，亦可含有玻璃組成相同的玻璃粉末。作成如此時，第一密封材料層與第二密封材料層的流動性、熱脹係數等的對於熱的舉動成為相同，故易於控制雷射密封程序。
第一密封材料層與第二密封材料層可作成不同的材料構成，亦可含有玻璃組成不同的玻璃粉末。作成如此時，可個別調整第一密封材料層與第二密封材料層的熱脹係數，故易於使第一密封材料層、第二密封材料層、陶瓷基體及玻璃蓋間的熱脹係數恰當化。結果方面，易於防止在雷射密封後玻璃蓋等的破損。
密封材料層係密封材料的燒結體，為在雷射密封時軟化變形者。密封材料方面，可使用各種玻璃(例如，鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃、磷酸錫系玻璃、釩系玻璃等)，尤其從確保雷射密封強度的觀點言之，優選上使用在玻璃組成中含有過渡金屬氧化物的玻璃。玻璃中的過渡金屬氧化物的含有量，為了提高雷射吸收特性優選上為1莫耳%以上，3莫耳%以上，5莫耳%以上，10莫耳%以上，尤其15～30莫耳%。
鉍系玻璃係玻璃組成方面，優選上在莫耳%下含有28～60%之Bi2 O3 、15～37%之B2 O3 、1～30%之ZnO、0～40%之過渡金屬氧化物。另外，於鉍系玻璃的玻璃組成範圍的說明，%的表示指莫耳%。
在以下說明將各成分的含有範圍如上述般限定的理由。
Bi2 O3 係用於使軟化點降低的主要成分，其含有量優選上係28～60%，33～55%，尤其35～45%。Bi2 O3 的含有量過少時，軟化點變過高，流動性容易降低。另一方面，Bi2 O3 的含有量過多時，在雷射密封時玻璃容易失透，流動性容易因此失透而降低。
B2 O3 係在玻璃形成成分方面為必須的成分，其含有量優選上係15～37%，20～33%，尤其25～30%。B2 O3 的含有量過少時，不易形成玻璃網絡，故在雷射密封時玻璃容易失透。另一方面，B2 O3 的含有量過多時，玻璃的黏性變高，流動性容易降低。
ZnO係提高耐失透性的成分，其含有量優選上係1～30%，3～25%，5～22%，尤其9～20%。ZnO的含有量在上述範圍外時，玻璃組成的成分平衡受損，耐失透性容易降低。
過渡金屬氧化物具有雷射吸收特性的成分，其含有量優選上係0～40%，1～40%，3～40%，5～40%，12～40%，尤其15～30莫耳%。過渡金屬氧化物的含有量過多時，耐失透性容易降低。
添加CuO時，可提高雷射吸收特性。CuO的含有量優選上係0～40%，5～35%，10～30%，尤其15～25%。CuO的含有量過多時，玻璃組成的成分平衡受損，反而耐失透性容易降低。另外，要降低鉍系玻璃的軟化點需要在玻璃組成中導入量多的Bi2 O3 ，惟使Bi2 O3 的含有量增加時，在雷射密封時玻璃容易失透，流動性容易因此失透而降低。尤其，Bi2 O3 的含有量成為30%以上時，該傾向變顯著。此對策方面，添加CuO時，即使Bi2 O3 的含有量為30%以上，仍可有效抑制玻璃的失透。
Fe2 O3 係提高耐失透性與雷射吸收特性的成分，其含有量優選上係0～10%，0.1～5%，尤其0.5～3%。Fe2 O3 的含有量過多時，玻璃組成的成分平衡受損，反而耐失透性容易降低。
MnO係提高雷射吸收特性的成分。MnO的含有量優選上係0～25%，尤其5～15%。MnO的含有量過多時，耐失透性容易降低。
MoO3 係提高雷射吸收特性的成分。MoO3 的含有量優選上係0～25%，尤其5～15%。MoO3 的含有量過多時，耐失透性容易降低。
上述成分以外，亦可例如添加以下的成分。
SiO2 係提高耐水性的成分，惟具有使軟化點上升的作用。為此，SiO2 的含有量優選上係0～5%，0～3%，0～2%，尤其0～1%。此外，SiO2 的含有量過多時，在雷射密封時玻璃容易失透。
Al2 O3 係提高耐水性的成分，其含有量優選上係0～10%，0～5%，尤其0.1～2%。Al2 O3 的含有量過多時，恐軟化點會不當地上升。
Li2 O、Na2 O及K2 O係使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含有量分別係0～5%，0～3%，尤其不足0～1%。
MgO、CaO、SrO及BaO係提高耐失透性的成分，亦為使軟化點上升的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含有量分別係0～20%，0～10%，尤其0～5%。
Sb2 O3 係提高耐失透性的成分，其含有量優選上係0～5%，尤其0～2%。Sb2 O3 的含有量過多時，玻璃組成的成分平衡受損，反而耐失透性容易降低。
磷酸銀系玻璃係玻璃組成方面，優選上在莫耳%下，含有10～50%的Ag2 O、10～35%的P2 O5 、3～25%的ZnO、0～30%的過渡金屬氧化物。另外，於磷酸銀系玻璃的玻璃組成範圍的說明，%的表示指莫耳%。
Ag2 O係使玻璃低熔點化且難溶於水，故為提高耐水性的成分。Ag2 O的含有量優選上係10～50%，尤其20～40%。Ag2 O的含有量過少時，玻璃的黏性變高，流動性容易降低，且耐水性容易降低。另一方面，Ag2 O的含有量過多時，玻璃化變困難。
P2 O5 係使玻璃低熔點化的成分。其含有量係10～35%，優選上尤其15～25%。P2 O5 的含有量過少時，玻璃化變困難。另一方面，P2 O5 的含有量過多時，耐候性、耐水性容易降低。
ZnO係提高耐失透性的成分，其含有量優選上係3～25%，5～22%，尤其9～20%。ZnO的含有量在上述範圍外時，玻璃組成的成分平衡受損，耐失透性容易降低。
過渡金屬氧化物係具有雷射吸收特性的成分，其含有量優選上係0～30%，1～30%，尤其3～15%。過渡金屬氧化物的含有量過多時，耐失透性容易降低。
添加CuO時，可提高雷射吸收特性。CuO的含有量優選上係0～30%，1～30%，尤其3～15%。CuO的含有量過多時，玻璃組成的成分平衡受損，反而耐失透性容易降低。
上述成分以外，例如亦可添加以下的成分。
TeO2 係玻璃形成成分，為使玻璃低熔點化的成分。TeO2 的含有量優選上係0～40%，尤其10～30%。
Nb2 O5 係提高耐水性的成分。Nb2 O5 的含有量優選上係0～25%，尤其1～12%。Nb2 O5 的含有量過多時，玻璃的黏性變高，流動性容易降低。
Li2 O、Na2 O及K2 O係使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含有量分別係0～5%，0～3%，尤其不足0～1%。
MgO、CaO、SrO及BaO係提高耐失透性的成分，惟亦為使軟化點上升的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含有量分別係0～20%，0～10%，尤其0～5%。
碲系玻璃係在玻璃組成方面，在莫耳%下，優選上含有20～80%的TeO2 、0～25%的Nb2 O5 、0～40%的過渡金屬氧化物。另外，於碲系玻璃的玻璃組成範圍的說明，%的表示指莫耳%。
TeO2 係玻璃形成成分，為使玻璃低熔點化的成分。TeO2 的含有量優選上係20～80%，尤其40～75%。
Nb2 O5 係提高耐水性的成分。Nb2 O5 的含有量優選上係0～25%，1～20%，尤其5～15%。Nb2 O5 的含有量過多時，玻璃的黏性變高，流動性容易降低。
過渡金屬氧化物係具有雷射吸收特性的成分，其含有量優選上係0～40%，5～30%，尤其15～25%。過渡金屬氧化物的含有量過多時，耐失透性容易降低。
添加CuO時，可提高雷射吸收特性。CuO的含有量優選上係0～40%，5～30%，尤其15～25%。CuO的含有量過多時，玻璃組成的成分平衡受損，反而耐失透性容易降低。
上述成分以外，亦可例如添加以下的成分。
Li2 O、Na2 O及K2 O係使耐失透性降低的成分。因此，Li2 O、Na2 O及K2 O的含有量分別係0～5%，0～3%，尤其不足0～1%。
MgO、CaO、SrO及BaO係提高耐失透性的成分，惟亦為使軟化點上升的成分。因此，MgO、CaO、SrO及BaO的含有量分別係0～20%，0～10%，尤其0～5%。
玻璃粉末的平均粒徑D50 優選上不足15μm，0.5～10μm，尤其0.8～5μm。玻璃粉末的平均粒徑D50 越小，玻璃粉末的軟化點降越低。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)亦可含有耐火性填料粉末。密封材料層優選上含有50～100體積%的玻璃與0～50體積%的耐火性填料粉末，更優選上含有55～85體積%的玻璃與15～45體積%的耐火性填料粉末，特優選上含有60～80體積%的玻璃與20～40體積%的耐火性填料粉末。添加耐火性填料粉末時，密封材料的熱脹係數容易與陶瓷基體及玻璃蓋的熱脹係數整合。此結果，容易防止在雷射密封後於密封部分殘留不當的應力的事態。另一方面，耐火性填料粉末的含有量過多時，玻璃的含有量相對變少，故密封材料層的表面平滑性降低，雷射密封的精度容易降低。
耐火性填料粉末方面，優選上使用從堇青石、鋯石、氧化錫、氧化鈮、磷酸鋯系陶瓷、矽鋅礦、β-鋰霞石、β-石英固溶體中選擇的一種或二種以上。此等耐火性填料粉末係除了熱脹係數低以外，機械強度高，且與鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃等的適應性良好。
耐火性填料粉末的平均粒徑D50 優選上不足2μm，尤其0.1μm以上且不足1.5μm。耐火性填料粉末的平均粒徑D50 過大時，密封材料層的表面平滑性容易降低，且密封材料層的平均厚度容易變大，結果方面，雷射密封的精度容易降低。
耐火性填料粉末的99%粒徑D99 優選上不足5μm，4μm以下，尤其0.3μm以上且3μm以下。耐火性填料粉末的99%粒徑D99 過大時，密封材料層的表面平滑性容易降低，且密封材料層的平均厚度容易變大，結果方面，雷射密封的精度容易降低。於此，「99%粒徑D99 」指透過雷射繞射法以體積基準進行測定之值。於此，「平均粒徑D50 」與「99%粒徑D99 」指透過雷射繞射法以體積基準進行測定之值。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)為了提高雷射吸收特性，可進一步包含雷射吸收材，惟雷射吸收材具有助長玻璃的失透的作用。因此，密封材料中的雷射吸收材的含有量優選上係10體積%以下，5體積%以下，1體積%以下，0.5體積%以下，優選上不實質上含有。玻璃的耐失透性良好的情況下，為了提高雷射吸收特性，亦可將雷射吸收材導入1體積%以上，尤其導入3體積%以上。另外，雷射吸收材方面，可使用Cu系氧化物、Fe系氧化物、Cr系氧化物、Mn系氧化物及此等尖晶石型複合氧化物等。
密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)的熱脹係數優選上係55×10- 7 ～105×10- 7 /℃，60×10- 7 ～82×10- 7 /℃，尤其65×10- 7 ～76×10- 7 /℃。作成如此時，密封材料層的熱脹係數與陶瓷基體、玻璃蓋的熱脹係數整合，殘留於密封部分的應力變小。
密封材料層與陶瓷基體的熱脹係數差優選上不足65×10- 7 /℃，尤其25×10- 7 /℃以下，此外密封材料層與玻璃蓋的熱脹係數差優選上不足75×10- 7 /℃，尤其25× 10- 7 /℃以下，再者第一密封材料層與第二密封材料層的熱脹係數差優選上不足30×10- 7 /℃，不足10×10- 7 /℃，尤其5×10- 7 /℃以下。此等熱脹係數差過大時，殘留於密封部分的應力不當地變高，氣密封裝體的長期可靠性恐降低。
於本發明的氣密封裝體之製造方法，密封材料層(第一密封材料層及/或第二密封材料層)優選上透過密封材料膏的塗佈、燒結而形成。作成如此時，可提高密封材料層的尺寸精度。於此，密封材料膏係密封材料與接合劑的混合物。然後，接合劑一般而言包含溶劑與樹脂。樹脂係為了調整膏體的黏性而添加。此外，亦可酌情添加界面活性劑、增黏劑等。所製作的密封材料膏係利用分注器、絲網印刷機等的塗佈機，塗佈於陶瓷基體、玻璃蓋的表面。
密封材料膏優選上沿著陶瓷基體的框部的頂部而塗佈為框狀，此外優選上沿著玻璃蓋的外周端緣區域塗佈為框狀。作成如此時，可增加將內部元件收容於氣密封裝體內的空間。
密封材料膏係優選上於陶瓷基體的框部的頂部塗佈於寬度方向之中心線上。作成如此時，可將雷射密封時的往陶瓷基體側的熱導均勻化。
密封材料膏一般而言透過三個輥子等將密封材料與接合劑進行混煉從而製作。接合劑一般而言包含樹脂與溶劑。使用於接合劑的樹脂方面可使用：丙烯酸酯(丙烯酸樹脂)、乙基纖維素、聚乙二醇衍生物、硝基纖維素、聚甲基苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚碳酸丙烯酯、甲基丙烯酸酯等。使用於接合劑的溶劑方面可使用：N、N’-二甲基甲醯胺(DMF)、α-松油醇、高級醇、γ-丁內酯(γ-BL)、四氫化萘、二甘醇丁醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、二乙二醇單***、二甘醇單***乙酸酯、苄基醇、甲苯、3-甲氧基-3-甲基丁醇、三甘醇單甲醚、三甘醇二甲醚、二丙二醇單甲醚、二丙二醇單丁醚、三丙二醇單甲醚、三丙二醇單丁醚、碳酸丙烯酯、二甲基亞碸(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮等。
玻璃蓋方面，可使用各種的玻璃。例如，可使用無鹼玻璃、硼矽玻璃、鈉鈣玻璃。
玻璃蓋的板厚優選上係0.01～2.0mm，0.1～1mm，尤其0.2～0.7mm。藉此，可謀求氣密封裝體的薄型化。
可在玻璃蓋的內部元件側的表面形成功能膜，亦可在玻璃蓋的外側的表面形成功能膜。尤其功能膜方面抗反射膜為優選。藉此，可減低在玻璃蓋的表面反射的光。
此外玻璃蓋優選上為第一玻璃板與第二玻璃板經由黏合劑而層積一體化的玻璃板層積體。
第一玻璃板與第二玻璃板可使用各種的玻璃。例如可使用：無鹼玻璃、鹼硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃。另外，玻璃板層積體雖優選上以二個玻璃板而構成，惟亦可酌情進一步將別的板狀體予以層積。
第一玻璃板與第二玻璃板可使用相同的玻璃。亦即可具有相同的玻璃組成。作成如此時，兩者的折射率、熱脹係數等的各種特性一致，故可抑制玻璃蓋的彎曲、在貼合面的反射等。
此外，第一玻璃板與第二玻璃板亦可使用不同種類的玻璃。亦即可具有不同種類的玻璃組成。作成如此時，第二玻璃板的熱脹係數不受陶瓷基體的熱脹係數制約，故可一面嚴密地使陶瓷基體與第一玻璃板的熱脹係數整合，一面使用生產性佳的玻璃板於第二玻璃板。結果方面，容易使氣密封裝體的氣密可靠性與生產成本同時成立。
用於將第一玻璃板與第二玻璃板貼合的黏合劑可使用各種的材料，惟優選上使用透光性方面優異的光硬化型黏合劑、熱硬化型黏合劑。然後，黏合劑的厚度優選上不足500μm，尤其不足100μm。黏合劑的厚度過厚時，玻璃蓋的透明性容易降低。
黏合劑的折射率nd優選上為第一玻璃板的折射率nd±0.1的範圍內，優選上為第二玻璃板的折射率nd±0.1的範圍內。黏合劑的折射率nd與第一玻璃板的折射率nd及第二玻璃板的折射率nd不整合時，光容易在黏合劑與第一玻璃板的界面及黏合劑與第二玻璃板的界面反射。基於同樣的理由，第一玻璃板的折射率nd優選上為第二玻璃板的折射率nd±0.1的範圍內。
本發明的氣密封裝體之製造方法具有以第一密封材料層與第二密封材料層接觸方式將陶瓷基體與玻璃蓋進行層積配置的程序。此情況下，可將玻璃蓋配置於陶瓷基體的下方，惟從雷射密封的效率的觀點言之，優選上將玻璃蓋配置於陶瓷基體之上方。
在將陶瓷基體與玻璃蓋進行層積配置之際，優選上以第一密封材料層與第二密封材料層的寬度方向之中心線彼此重疊的方式將第一密封材料層與第二密封材料層進行接觸配置。作成如此時，可提高雷射密封的精度。
本發明的氣密封裝體之製造方法具有以下程序：從玻璃蓋側照射雷射光，使第一密封材料層與第二密封材料層軟化變形，從而將第一密封材料層與第二密封材料層進行氣密密封而獲得氣密封裝體。
雷射方面，可使用各種的雷射。尤其，半導體雷射、YAG雷射、CO2 雷射、準分子雷射、紅外線雷射係從處理容易的點言之為優選。
進行雷射密封的環境不特別限定，可為大氣環境，亦可氮氣環境等的惰性氣體環境。
在進行雷射密封之際，以(100℃以上且基體內部的發光元件的耐熱溫度以下)的溫度將玻璃蓋預熱時，可抑制熱衝擊所致的玻璃蓋的破裂。此外在緊接著雷射密封後，從玻璃蓋側照射退火雷射時，可抑制熱衝擊所致的玻璃蓋的破裂。
在進行雷射密封之際，以(100℃以上且基體內部的發光元件的耐熱溫度以下)的溫度將陶瓷基體內預熱時，為了可在雷射密封時阻礙往陶瓷基體側的熱導，可效率佳地進行雷射密封。
優選上在按壓玻璃蓋的狀態下進行雷射密封。藉此，可在雷射密封時促進密封材料層的軟化變形。
本發明的氣密封裝體係於具有陶瓷基體與玻璃蓋的氣密封裝體，陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部，在陶瓷基體的框部的頂部上，形成至少包含鉍系玻璃的第一密封材料層，於玻璃蓋上，形成至少包含鉍系玻璃的第二密封材料層，且被在第一密封材料層與第二密封材料層被接觸配置的狀態下氣密一體化。本發明的氣密封裝體的技術特徵已記載於本發明的氣密封裝體之製造方法的說明欄，故就該部分係方便起見，省略詳細的說明。
以下，一面參照圖式一面說明本發明。圖1係供於說明本發明的一實施方式用的剖面概念圖。氣密封裝體1具備陶瓷基體10與玻璃蓋11。陶瓷基體10具有基部12，進一步在基部12的外周端緣上具有框部13。此外，內部元件14收容於陶瓷基體10的框部13內。然後，在此框部13的頂部15形成第一密封材料層16。第一密封材料層16的表面係預先進行研磨處理，其表面粗糙度Ra為0.15μm以下。然後，第一密封材料層16的寬度比框部13的寬度略小。再者，第一密封材料層16係將密封材料予以燒結者，該密封材料含有在玻璃組成中含有過渡金屬氧化物的鉍系玻璃與耐火性填料粉末。另外，於陶瓷基體10內形成將內部元件14與外部電性連接的電氣配線(未圖示)。
於玻璃蓋11的表面形成框狀的第二密封材料層17。第二密封材料層17係將密封材料予以燒結者，與第一密封材料層16略同樣的材料構成，該密封材料含有在玻璃組成中含有過渡金屬氧化物的鉍系玻璃與耐火性填料粉末。然後，第二密封材料層17的寬度與第一密封材料層16的寬度略相同。再者，第二密封材料層17的厚度比第一密封材料層16的厚度略小。
陶瓷基體10與玻璃蓋11層積配置為，玻璃蓋11為上方且第一密封材料層16與第二密封材料層17的寬度方向之中心線彼此接觸。之後，從雷射照射裝置18射出的雷射光L從玻璃蓋11側沿著第一密封材料層16與第二密封材料層17照射。藉此，第一密封材料層16與第二密封材料層17軟化流動後，陶瓷基體10與玻璃蓋11被氣密密封，形成氣密封裝體1的氣密構造。 [實施例]
以下，基於實施例，詳細說明本發明。另外，以下的實施例僅為例示。本發明完全不限定於以下的實施例。
首先，以鉍系玻璃粉末為73體積%、耐火性填料粉末為27體積%的比例進行混合，製作密封材料A。於此，使鉍系玻璃粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm，使耐火性填料粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm。另外，鉍系玻璃在玻璃組成方面，在莫耳%下，含有39%的Bi2 O3 、23.7%的B2 O3 、14.1%的ZnO、2.7%的Al2 O3 、20%的CuO、0.6%的Fe2 O3 。此外耐火性填料粉末係β-鋰霞石。
測定所獲得的密封材料A的熱脹係數時，該熱脹係數係70×10- 7 /℃。另外，熱脹係數係以推桿式TMA裝置進行測定者，其測定溫度範圍係30～300℃。
接著，以磷酸銀系玻璃粉末為65體積%、耐火性填料粉末為35體積%的比例進行混合，製作密封材料B。於此，使磷酸銀系玻璃粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm，使耐火性填料粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm。另外，磷酸銀系玻璃在玻璃組成方面，在莫耳%下，含有32%的Ag2 O、22%的P2 O5 、27%的TeO2 、11%的ZnO、3%的Nb2 O5 、5%的CuO。此外耐火性填料粉末係NbZr(PO4 )3 。
測定所獲得的密封材料B的熱脹係數時，該熱脹係數係77×10- 7 /℃。另外，熱脹係數係以推桿式TMA裝置進行測定者，其測定溫度範圍係30～150℃。
再者，以碲系玻璃粉末為69體積%、耐火性填料粉末為31體積%的比例進行混合，製作密封材料C。於此，使碲系玻璃粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm，使耐火性填料粉末的平均粒徑D50 為1.0μm、99%粒徑D99 為2.5μm。另外，碲系玻璃在玻璃組成方面，在莫耳%下，含有72%的TeO­2 、8%的Nb2 O5 、20%的CuO。此外耐火性填料粉末係Zr2 (WO4 )(PO4 )2 。
測定所獲得的密封材料C的熱脹係數時，該熱脹係數係74×10- 7 /℃。另外，熱脹係數係以推桿式TMA裝置進行測定者，其測定溫度範圍係30～250℃。
接著，利用記載於表中的密封材料，在具有如示於圖1的框部的陶瓷基體(縱30mm×橫30mm×基部厚度0.8mm，熱脹係數70×10- 7 /℃)的框部的頂部上形成第一密封材料層。另外，陶瓷基體係以示於表中的材料而構成，此外框部係寬度2mm、高度1.0mm的框狀。同時，利用記載於表中的密封材料，沿著記載於表中的玻璃蓋(縱30mm×橫30mm)的外周端緣上形成第二密封材料層。另外，表中的「鹼硼矽酸鹽玻璃」係日本電氣硝子株式會社製BDA，「無鹼玻璃」係日本電氣硝子株式會社製OA-10G，「鈉鈣玻璃」係市售的門窗玻璃。「玻璃陶瓷」係將包含玻璃粉末與耐火性填料粉末的生胚(green sheet)的層積片予以燒結者。
詳述之，首先以黏度成為約120Pa・s(25℃，剪率：4)的方式，將記載於表中的的密封材料、接合劑及溶劑進行混煉後，進一步以三個輥磨機進行混煉直到粉末分散為均勻，進行膏體化，獲得密封材料膏。接著，在陶瓷基體的框部的頂部上，透過絲網印刷機將上述的密封材料膏印刷為框狀。同樣，沿著玻璃蓋的外周端緣上透過絲網印刷機將密封材料膏印刷為框狀。再者，在大氣環境下，以120℃乾燥10分鐘後，在大氣環境下，以500℃燒成10分鐘，形成平均厚度6.0μm、平均寬度500μm的第一密封材料層及第二密封材料層。
最後，配置為形成於陶瓷基體的框部的頂部的第一密封材料層與形成於玻璃蓋的第二密封材料層進行接觸後，從玻璃蓋側照射波長808nm、輸出8～32W的半導體雷射，使第一密封材料層及第二密封材料層軟化變形，從而將陶瓷基體與玻璃蓋進行氣密密封，獲得各氣密封裝體。
就獲得的氣密封裝體，評價雷射密封後的裂痕與氣密可靠性。雷射密封後的裂痕係在以光學顯微鏡就密封部分進行觀察時，無裂痕的情況評價為「○」，有裂痕的情況評價為「×」。
接著，就獲得的氣密封裝體，評價依溫度循環試驗之下的氣密可靠性。詳述之，對獲得的氣密封裝體，進行溫度循環試驗後，觀察密封材料層的附近時，就氣密可靠性將完全未確認到變質、裂痕剝離等者評價為「○」，將確認到變質、裂痕、剝離等者評價為「×」。另外，溫度循環試驗的條件係125℃⇔-55℃、1000循環。
接著，就獲得的氣密封裝體，評價依高溫高濕高壓試驗：HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress test)之下的氣密可靠性。詳述之，對獲得的氣密封裝體，進行HAST後，觀察密封材料層的附近時，就氣密可靠性將完全未確認到變質、裂痕、剝離等者評價為「○」，將確認到變質、裂痕、剝離等者評價為「×」。另外，HAST的試驗條件係121℃、濕度100%、2atm、24小時。
如可從表1～3知悉，樣品No.1～4、8、9、12及13係雷射密封後的裂痕的評價與氣密可靠性的評價為良好。另一方面，樣品No.5～7、10、11、14及15係於陶瓷基體未形成第一密封材料層，故需要使雷射輸出上升至表中的值，使陶瓷基體的表層與第二密封材料層發生反應。此結果，樣品No.5～7、10、11、14及15係在雷射密封後產生裂痕，氣密封裝體的氣密可靠性亦低。另外，關於樣品No.5～7、10、11、14及15，在雷射密封之際使雷射輸出降低時，雷射密封強度降低，氣密可靠性的評價變為不良。 [產業上之可利用性]
本發明的氣密封裝體係適於安裝感測器晶片、LED等的內部元件的氣密封裝體，而除此以外亦可適用於就壓電振動元件、使量子點分散於樹脂中的波長轉換元件等進行收容的氣密封裝體等。
1‧‧‧氣密封裝體
10‧‧‧陶瓷基體
11‧‧‧玻璃蓋
12‧‧‧基部
13‧‧‧框部
14‧‧‧內部元件
15‧‧‧框部的頂部
16‧‧‧第一密封材料層
17‧‧‧第二密封材料層
18‧‧‧雷射照射裝置
L‧‧‧雷射光
[圖1]供於說明本發明的一實施方式用的剖面概念圖。

Claims (14)

  1. 一種氣密封裝體之製造方法，具備以下程序： 　　準備陶瓷基體，並在陶瓷基體上形成第一密封材料層； 　　準備玻璃蓋，並在玻璃蓋上形成第二密封材料層； 　　以第一密封材料層與第二密封材料層接觸方式，將陶瓷基體與玻璃蓋進行層積配置； 　　從玻璃蓋側照射雷射光，使第一密封材料層與第二密封材料層軟化變形，從而將第一密封材料層與第二密封材料層進行氣密密封，獲得氣密封裝體。
  2. 如第1項的氣密封裝體之製造方法，其中，第一密封材料層含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上，且第二密封材料層含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上。
  3. 如第1或2項的氣密封裝體之製造方法，其中，將第一密封材料層的平均厚度限制為不足8.0μm，將第二密封材料層的平均厚度限制為不足8.0μm，且將第一密封材料層的平均厚度與第二密封材料層的平均厚度的合計限制為不足15.0μm。
  4. 如第1～3項中任一項的氣密封裝體之製造方法，其中，將第一密封材料層的平均寬度限制為不足2000μm，且將第二密封材料層的平均寬度限制為不足2000μm。
  5. 如第1～4項中任一項的氣密封裝體之製造方法，其係使用具有基部與設於基部上的框部的陶瓷基體，在框部的頂部形成第一密封材料層。
  6. 如第1～5項中任一項的氣密封裝體之製造方法，其進一步具備將第一密封材料層的表面進行研磨的程序。
  7. 如第1～6項中任一項的氣密封裝體之製造方法，其中，陶瓷基體為玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁中的任一者或此等之複合材料。
  8. 如第1～7項中任一項的氣密封裝體之製造方法，其中，在陶瓷基體的框部內，收容感測器元件或LED元件。
  9. 一種氣密封裝體，具有陶瓷基體與玻璃蓋， 　　陶瓷基體具有基部與設於基部上的框部， 　　在陶瓷基體的框部的頂部上，形成含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上的第一密封材料層， 　　於玻璃蓋上，形成含有鉍系玻璃、磷酸銀系玻璃、碲系玻璃中的任一種以上的第二密封材料層， 　　且在第一密封材料層與第二密封材料層被接觸配置的狀態下被氣密一體化。
  10. 如第10項的氣密封裝體，其中，第一密封材料層含有在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃，且第二密封材料層含有在玻璃組成中包含過渡金屬氧化物的鉍系玻璃。
  11. 如第9或10項的氣密封裝體，其中，第一密封材料層的平均厚度不足8.0μm，第二密封材料層的平均厚度不足8.0μm，且第一密封材料層的平均厚度與第二密封材料層的平均厚度的合計不足15.0μm。
  12. 如第9～11項中任一項的氣密封裝體，其中，第一密封材料層的平均寬度不足2000μm，且第二密封材料層的平均寬度不足2000μm。
  13. 如第9～12項中任一項的氣密封裝體，其中，陶瓷基體為玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鋁中的任一者或此等之複合材料。
  14. 如第9～13項中任一項的氣密封裝體，其中，在陶瓷基體的框部內，收容感測器元件或LED元件。
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