TW202115930A - 發光裝置的蓋件、蓋件的製造方法及發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種發光裝置(10)，在陶瓷封裝體(11)的空室(111)內容納有ＬＥＤ晶片(13)，空室(111)的開口被水晶蓋(12)密封。密封前的蓋件(20)被構成為，以水晶蓋(12)為蓋主體，並在水晶蓋(12)的密封面上形成有第一金屬化膜(41)。第一金屬化膜(41)包括在水晶蓋(12)上直接形成的第一金屬層(411)和在第一金屬層(411)上形成的含焊接材料（金－錫）的合金層(43)。第一金屬層(411)具有由膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜構成的單層結構。

Description

發光裝置的蓋件、蓋件的製造方法及發光裝置
本發明係有關於具備ＬＥＤ（Light Emitting Diode，發光二極體）的發光裝置中使用的蓋件、蓋件的製造方法及發光裝置。
使用ＬＥＤ的發光裝置中，將ＬＥＤ封裝在封裝體的內部以提高可靠性的結構已廣為人知。作為具體的結構例，可列舉將ＬＥＤ容納在封裝體基台（例如陶瓷封裝體）的空室內，用蓋子將封裝體基台的空室的開口密封的結構。
這樣的結構中，需要蓋子相對於ＬＥＤ的照射光具有透光性。在ＬＥＤ是發射深紫外線的深紫外用ＬＥＤ的情況下，以往大都採用石英玻璃作為蓋子（例如，專利文獻１）。
然而，採用石英玻璃作為蓋子的情況下，發光裝置中的元件的製造工程的製程數量會增多。在此情況下，若採用水晶作為蓋子，則具有能夠減少製程數量的優點。
用水晶蓋將陶瓷封裝體密封時，可將金錫（Ａｕ－Ｓｎ）合金作為焊接材料使用。由於水晶與金錫合金之間的附著性較低，所以需要提高附著性用的基膜。而且，這樣的基膜在採用石英玻璃作為蓋子的情況下也需要。因此，用蓋子密封陶瓷封裝體時，一般是使用在蓋子的與封裝體接合的接合面上預先形成有基膜的蓋件（蓋子及基膜）。另外，這樣的蓋件中，也可以預先使焊接材料融著（藉由加熱而接合）在基膜上。
然而，本申請的發明人發現，在使用水晶蓋的蓋件中，存在因基膜的形成條件而出現蓋子剝離、氣密性不良等的問題。即，若以與採用石英玻璃作為蓋子的場合相同的條件來形成基膜，則附著性明顯降低，從而需要大幅度地改變條件。
另外，不言而喻，採用石英玻璃作為蓋子的情況下也是，如果能夠進一步提高與金錫合金之間的附著性，則能夠使發光裝置的可靠性提高。採用石英玻璃作為蓋子的現有技術中，一般使用鉻（Ｃｒ）膜作為用於獲得與金錫合金之間的附著性的基膜，但是，在此情況下，金錫合金容易向基膜擴散，基於膜剝離及附著性的觀點，仍有充分的改善餘地。
[專利文獻１]：日本專利第６２９４４１７號公報
鑒於上述技術問題，本發明的目的在於，對於將ＬＥＤ配置在封裝體的內部並用蓋件密封而構成的發光裝置，提供一種具有不會使蓋子剝離或氣密性不良發生的優良基膜的蓋件、蓋件的製造方法及發光裝置。
為了解決上述技術問題，作為本發明的第一形態的蓋件是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置所使用的蓋件，其特徵在於：包括相對於所述ＬＥＤ的照射光具有透光性的蓋主體及在所述蓋主體的密封面上形成的第一金屬化膜，所述第一金屬化膜包括在所述蓋主體上直接形成的第一層及在所述第一層上形成的第二層，所述第一層是包含膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜的層，所述第二層具有含鎳（Ｎｉ）、鈦（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及錫（Ｓｎ）的合金膜。
基於上述結構，在將ＬＥＤ配置在封裝體的內部並用蓋件密封的發光裝置中，能夠獲得具有不會使蓋子剝離或氣密性不良發生的優良基膜的蓋件。
另外，上述蓋件中，可以採用所述第一層中包含的所述鈦膜是膜厚為２００～３００ｎｍ的鈦膜的結構。
另外，上述蓋件中，可以採用所述第一層在表面具有由氧化鈦構成的氧化皮膜的結構。
另外，上述蓋件中，可以採用所述第一層具有由在所述鈦膜上從靠近所述鈦膜的一側起依次層疊的金膜及其它的鈦膜構成的緩衝膜的結構。
另外，上述蓋件中，可以採用所述第二層被構成為，在其內周緣側及外周緣側具有鎳合金膜，在這些鎳合金膜之間形成有含有鎳、鈦、金及錫的所述合金膜的結構。
另外，上述蓋件中，可以採用所述蓋主體為水晶的結構。
另外，為了解決上述技術問題，作為本發明的第二形態的蓋件的製造方法是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置所使用的蓋件的製造方法，其特徵在於：作為在相對於所述ＬＥＤ的照射光具有透光性的蓋主體的密封面上形成基膜的製程，包括在所述蓋主體的密封面上形成包含膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜的第一層的第一製程；使位於所述第一製程中形成的所述第一層的最上層的鈦膜氧化、而在表面形成由氧化鈦構成的氧化皮膜的第二製程；在所述第二製程後的所述第一層上形成包含從靠近所述第一層的一側起依次層疊的鎳合金膜及金膜的第二層的第三製程；使作為金－錫預製件而構成的焊接材料融著在所述第三製程中形成的所述金膜上的第四製程。
另外，上述蓋件的製造方法中，可以為，在所述第一製程中形成的所述鈦膜具有２００～３００ｎｍ的膜厚。
另外，上述蓋件的製造方法中，可以為，所述第一製程中，在所述鈦膜上形成由從靠近所述鈦膜的一側起依次層疊的金膜及其它的鈦膜構成的緩衝膜。
另外，上述蓋件的製造方法中，可以為，所述基膜中，在包含除最下層的膜以外的任何膜在內的上層部分具有退縮結構，所述退縮結構中，所述退縮結構所包含的膜的內周緣退縮到比其它的膜的內周緣更靠外側處，所述退縮結構所包含的膜的外周緣退縮到比其它的膜的外周緣更靠內側處。
另外，上述蓋件的製造方法中，可以為，所述蓋主體為水晶。
另外，為了解決上述技術問題，作為本發明的第三形態的發光裝置是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置，其特徵在於：具備所述ＬＥＤ、將所述ＬＥＤ容納在空室內的封裝體基台及將所述封裝體基台的空室開口密封的蓋件，所述蓋件是如上所述的蓋件。
另外，上述發光裝置中，可採用所述封裝體基台由氮化鋁構成的結構。
另外，上述發光裝置中，可採用所述ＬＥＤ是深紫外用ＬＥＤ的結構。
發明效果：
本發明具有在將ＬＥＤ配置在封裝體的內部並用蓋件密封的發光裝置中，能夠獲得具有不會使蓋子剝離或氣密性不良發生的優良基膜的蓋件這樣的效果。
＜第一實施方式＞
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。
〔發光裝置的基本結構〕
首先，參照圖１對採用本發明的發光裝置１０的基本結構進行說明。如圖１所示，發光裝置１０主要由陶瓷封裝體１１、水晶蓋（蓋主體）１２及ＬＥＤ晶片１３構成。即，發光裝置１０是藉由將ＬＥＤ晶片１３容納在陶瓷封裝體１１的空室１１１內，並用水晶蓋１２將空室１１１的開口密封而構成的。
陶瓷封裝體１１是大致長方體形狀的封裝體基台，頂面具有空室１１１的開口，該開口的周圍為與水晶蓋１２接合的密封面１１Ａ。另外，在空室１１１的內底面形成有用於安裝ＬＥＤ晶片１３的安裝墊１１２，在陶瓷封裝體１１的下底面形成有外部連接端子１１３。安裝墊１１２與外部連接端子１１３之間藉由未圖示的貫穿孔而電連接。另外，為了使ＬＥＤ晶片１３產生的熱量能夠釋放，較佳為，陶瓷封裝體１１由導熱性高的材料構成，使用氮化鋁較為合適。另外，在此，對用陶瓷基底作為發光裝置１０的封裝體基台的情形進行示例，但封裝體基台也可以是水晶基底。
水晶蓋１２是俯視時尺寸與陶瓷封裝體１１大致相同的矩形形狀的水晶板。水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１的密封面１１Ａ之間藉由接合層１４相接合。
圖１所示的發光裝置１０中，ＬＥＤ晶片１３藉由ＦＣＢ（Flip Chip Bonding，覆晶接合）而安裝在陶瓷封裝體１１上。然而，本發明不局限於此，ＬＥＤ晶片１３也可以藉由引線接合而安裝在陶瓷封裝體１１上。
較佳為，ＬＥＤ晶片１３為發射深紫外線的深紫外用ＬＥＤ。深紫外線是指紫外線中波長較短的紫外線，主要用於殺菌、消毒等用途。由於水晶蓋１２相對於深紫外線具有透光性，所以能夠在ＬＥＤ晶片１３是深紫外用ＬＥＤ的情況下使用。但是，只要ＬＥＤ晶片１３是發射水晶的透射波長範圍內的光的ＬＥＤ晶片，則不局限於深紫外用ＬＥＤ。
另外，作為相對於深紫外線具有透光性的材料，也有以往使用的石英玻璃，但如果使用石英玻璃作為發光裝置１０的蓋子，則氣密試驗中的試驗製程數量有可能會增加。在發光裝置１０中使用水晶蓋１２具有在進行氣密試驗時試驗製程數量變少、能夠更容易地進行氣密試驗這樣的優點。
〔發光裝置的製造方法〕
接下來，對圖１所示的發光裝置１０的製造方法進行說明。圖２是概要表示發光裝置１０的製造方法的截面圖。
如圖２所示，發光裝置１０是藉由使蓋件２０與封裝構件３０經由接合構件接合而製成的。在此，蓋件２０是藉由使第一金屬化膜４１在水晶蓋１２的底面（接合面）成膜而構成的。如圖３所示，第一金屬化膜４１被構成為在水晶蓋１２的底面與水晶蓋１２的外形形狀相對應的環形。第一金屬化膜４１是藉由使焊接材料４１Ｂ（參照圖５）融著在用於提高水晶蓋１２與接合層１４之間的附著性的基膜４１Ａ（參照圖４、圖５）上而構成的。另外，有關第一金屬化膜４１的具體結構將於後述。
另外，封裝構件３０是藉由在安裝有ＬＥＤ晶片１３的陶瓷封裝體１１的密封面１１Ａ上形成第二金屬化膜４２而構成的。第二金屬化膜４２被構成為與密封面１１Ａ形狀相對應的環形，從而在蓋件２０與封裝構件３０相向時能與第一金屬化膜４１相疊合。第二金屬化膜４２是用於提高陶瓷封裝體１１與接合層１４之間的附著性的基膜。作為第二金屬化膜４２，較佳為，在封裝體基台為陶瓷基底的情況下，使用在鎢或鉬等的金屬化材料的上部形成有鎳合金／金膜（或鎳／金膜）等的膜，另外，較佳為，第二金屬化膜４２的膜厚在１５０～７００ｎｍ的範圍。進一步，在封裝體基台為水晶基底的情況下，第二金屬化膜４２也可以是鈦合金／金膜（或鈦／金膜）。
發光裝置１０的製造如圖２所示那樣，將蓋件２０與封裝構件３０重疊配置，並在蓋件２０與封裝構件３０之間一邊施加載荷一邊進行加熱而實現上述構件之間的接合。即，對第一金屬化膜４１和第二金屬化膜４２進行加熱而使它們熔化，其後，一邊施加載荷一邊使它們冷卻。熔化後的第一金屬化膜４１和第二金屬化膜４２因冷卻而凝固後，形成圖１所示的接合層１４。
〔蓋件的結構及製造方法〕
接下來，對蓋件２０的結構及製造方法進行說明。
如上所述，蓋件２０是藉由在水晶蓋１２的底面形成第一金屬化膜４１而構成的，第一金屬化膜４１是藉由使焊接材料４１Ｂ融著在基膜４１Ａ上而形成的。第一金屬化膜４１是藉由基膜４１Ａ的成膜製程和焊接材料４１Ｂ的融著製程而形成的。首先，參照圖４，對藉由成膜製程而形成的基膜４１Ａ的結構進行說明。
如圖４所示，第一金屬化膜４１的基膜４１Ａ被構成為包含第一金屬層４１１及第二金屬層４１２。
在水晶蓋１２上直接形成的第一金屬層４１１具有由鈦膜構成的單層結構。第二金屬層４１２形成在第一金屬層４１１上，具有從靠近第一金屬層４１１的一側起依次包含鎳－鈦膜４１２１及金膜４１２２的層疊結構。另外，較佳為，第二金屬層４１２中的鎳－鈦膜４１２１的膜厚在５０～１０００ｎｍ的範圍。另外，鎳－鈦膜４１２１也可以被置換為其它的鎳合金膜。
作為蓋件２０中的基膜４１Ａ的製造方法，首先，在水晶蓋１２的一個面（面對著封裝構件３０的面）上藉由物理氣相沉積而形成作為第一金屬層４１１的鈦膜。鈦膜形成後，暫時將其從成膜裝置中取出，使鈦膜的表面暴露在空氣中。由此，在鈦膜的表面形成由氧化鈦構成的氧化皮膜。其後，在作為第一金屬層４１１的鈦膜上藉由物理氣相沉積而形成鎳－鈦膜４１２１，在該鎳－鈦膜４１２１上藉由物理氣相沉積而形成金膜４１２２。即，第二金屬層４１２具有鎳－鈦膜４１２１與金膜４１２２的層疊結構。
另外，使鈦膜氧化而在其表面形成氧化皮膜的方法不局限於上述使鈦膜的表面暴露在空氣中的方法。例如，也可以採用在藉由濺鍍而形成鈦膜時導入氧氣來進行氧化鈦膜的成膜的方法，或利用氧等離子體來促進成膜後的鈦膜表面的氧化的方法。
基膜４１Ａ形成後，接下來，藉由融著製程使焊接材料４１Ｂ融著在基膜４１Ａ上。該融著製程中，如圖５所示，將焊接材料４１Ｂ放置在基膜４１Ａ上進行熱處理（用加熱爐烘烤）。藉由該熱處理，基膜４１Ａ與焊接材料４１Ｂ一體化而成為第一金屬化膜４１。另外，融著前的焊接材料４１Ｂ是藉由將作為焊接材料使用的金錫（Ａｕ－Ｓｎ）預製成與基膜４１Ａ形狀大致相同的環形而構成的。較佳為，預製後的焊接材料４１Ｂ的厚度在１０～２０μｍ的範圍。
融著製程後的第一金屬化膜４１中，加熱前的基膜４１Ａ中的第二金屬層４１２的層疊結構（鎳－鈦膜４１２１與金膜４１２２的層疊結構）消失。具體而言，藉由融著製程的加熱，第二金屬層４１２和焊接材料４１Ｂ熔化而實現合金化（形成共晶接合），從而形成合金層４３（參照圖６）。另一方面，第一金屬層４１１在融著製程後仍維持層狀，未形成共晶接合。
圖６是對密封後的發光裝置１０中的接合層１４的一部分截面進行拍攝而獲得的ＳＥＭ（scanning electron microscope，掃描式電子顯微鏡）相片。如圖６所示，接合層１４從靠近水晶蓋１２的一側起依次具有第一金屬層４１１、合金層４３、鎳－錫合金層４２２及鍍鎳層４２１。另外，作為鈦膜的第一金屬層４１１表面的氧化皮膜由於其膜厚極其薄，所以無法在圖６的ＳＥＭ相片中被目視識別為明確的層。然而，作為鈦膜的第一金屬層４１１未形成共晶接合而維持著層狀是因為鈦膜表面的氧化皮膜作為阻隔膜存在。
合金層４３是加熱前的基膜４１Ａ中的第二金屬層４１２和焊接材料４１Ｂ熔化而形成了共晶接合後的層。合金層４３中，除了作為焊接材料４１Ｂ的金錫（Ａｕ－Ｓｎ）中的“金－錫δ’相”及“金－錫δ相”以外，還含有由第二金屬層４１２與焊接材料４１Ｂ混合而成的“鎳－錫合金”、“鈦－錫合金”。即，合金層４３是含有鎳、鈦、金及錫的合金層。
鍍鎳層４２１是封裝構件３０的第二金屬化膜４２中包含的層。另外，鎳－錫合金層４２２是第一金屬化膜４１與第二金屬化膜４２接合的接合部分被合金化而形成的層。即，鎳－錫合金層４２２與合金層４３一樣，成為含鎳、鈦、金及錫的合金層。更詳細而言，將蓋件２０焊接在封裝構件３０上而形成的鎳－錫合金層４２２中，封裝構件３０側的鍍鎳層與蓋件２０側的金錫合金的錫相結合而形成鎳－錫層。因此，金錫合金成為非共晶狀態。蓋件２０與封裝構件３０焊接後，這樣的金錫合金的非共晶狀態較佳。
另外，在發光裝置１０的封裝構件３０是水晶基底，第一金屬化膜４１為鈦／金膜的情況下，可取代鎳－錫合金層４２２而形成鈦－錫層。即，封裝構件３０側的鈦鍍層與蓋件２０側的金錫合金的錫相結合而形成鈦－錫層。
另外，圖６的ＳＥＭ相片是對密封後的發光裝置１０中的接合層１４的截面進行拍攝而獲得的，接合前的蓋件２０中的第一金屬化膜４１已經包含第一金屬層（第一層）４１１及合金層（第二層）４３。
〔第一金屬化膜的形成條件〕
上述蓋件２０中，為了獲得發光裝置１０中的水晶蓋１２的良好附著性，需要對第一金屬化膜４１進行膜厚控制這一事實已得到確認。特別是，有必要將作為第一金屬層４１１的鈦膜的膜厚控制在合適的範圍。以下，基於實驗進行考察。
在此，將第一金屬層４１１的膜厚作為參數使其變化，用上述製造方法製造發光裝置１０，對所製造的發光裝置１０進行了外觀評價及基於氣密試驗（氦氣洩漏試驗）的氣密評價。外觀評價中，藉由目視確認了從水晶蓋１２側看到的金屬化膜的變色及水晶蓋１２是否開裂。另外，所製造的各發光裝置１０中，第二金屬層４１２的鎳－鈦膜４１２１及金膜４１２２的膜厚分別被固定在３００ｎｍ及５０ｎｍ。另外，作為焊接材料４１Ｂ的金－錫預製件的厚度被固定在１５μｍ，第二金屬化膜４２採用鎳合金／金膜，其膜厚被固定在合計為５μｍ。實驗結果如以下的表１所示。
【表１】
有關變色，在條件１、２（膜厚７ｎｍ、１０ｎｍ）發生了較廣範圍的變色，評價為“×”。另外，在條件３～６、１０～１５（膜厚２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ），發生了少量變色，評價為“○”。另外，在條件７～９（膜厚２００ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ），幾乎沒有發生變色，評價為“◎”。
該變色表明，水晶蓋１２與作為接合層１４的金屬化膜之間發生了剝離。即，可以認為在第一金屬層４１１的膜厚不充分的情況下，金及錫從接合構件擴散到作為第一金屬層４１１的鈦膜中的與水晶蓋１２之間的接觸面上，使第一金屬層４１１與水晶蓋１２之間的附著性降低而發生剝離（即變色）。在第一金屬層４１１的膜厚較薄的條件１、２發生了大範圍的變色也說明了上述問題。實際上，在第一金屬層４１１的膜厚最薄的條件１，氣密評價為“×”（發生了氣密性不良）。另外，在條件２，雖然在氣密評價的階段未檢測出氣密性不良，評價為“○”，但由於變色範圍較廣，所以很難認為能夠長期維持氣密性。因此，在條件１、２，綜合評價為“×”。
若第一金屬層４１１的膜厚變厚，則作為第一金屬層４１１的鈦膜中的金及錫的擴散得到抑制，從而水晶蓋１２與作為接合層１４的金屬化膜之間的附著性提高。在條件３～６，有關變色的評價為“○”；在條件７～９，有關變色的評價為“◎”。在條件３～９，氣密評價也為“○”，因而綜合評價為，在條件３～６為“○”，在條件７～９為“◎”。
在條件１０～１５，第一金屬層４１１的膜厚進一步變厚，但有關變色的評價為“○”，低於條件７～９的評價。但是，這種情況並非意味著條件１０～１５的水晶蓋１２的附著性低於條件７～９的水晶蓋１２的附著性。可以認為，在條件１０～１５有關變色的評價為“○”是因為以下理由。
發光裝置１０中，由於陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２材質不同，所以熱膨脹率也不同。並且，可以認為在條件１０～１５，由於第一金屬層４１１的膜厚較厚而附著性高，所以因陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間的熱膨脹差而發生彎曲，因該彎曲而發生剝離。即，可以認為條件７～９與條件１０～１５相比附著性較低，所以即使陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間產生熱膨脹差，第一金屬層４１１與水晶蓋１２之間也會發生錯位而吸收熱膨脹差，從而能發揮抑制因彎曲而發生的剝離的作用。實際上，在條件１４、１５也發生了水晶蓋１２開裂，可以認為該水晶開裂是由熱膨脹差所引起的彎曲造成的。
另外，在陶瓷封裝體１１的材質為氮化鋁的情況下，水晶與氮化鋁之間的熱膨脹率的差大於石英玻璃與氮化鋁之間的熱膨脹率的差。因而，在使用水晶蓋１２的情況下，與使用石英玻璃蓋子的現有結構相比，更容易發生由熱膨脹差引起的彎曲，所以有必要考慮這樣的彎曲。
有關條件１０～１５的氣密評價，條件１０～１３為“○”，條件１４、１５為“×”。這是因為，在條件１４、１５，因水晶蓋１２開裂而破壞了氣密性。因此，在條件１０～１３，綜合評價為“○”；在條件１４、１５，綜合評價為“×”。
如上所述，本實施方式所相關的蓋件２０中，第一金屬層４１１的膜厚無論是太薄還是太厚，發光裝置１０都不能獲得可靠的氣密性。從上述表１的結果可知，第一金屬層４１１的膜厚較佳為在２０～７００ｎｍ的範圍，更佳為在２００～３００ｎｍ的範圍。
＜第二實施方式＞
〔蓋件的結構及製造方法〕
上述第一實施方式中，對於蓋件２０具有作為基膜的第一金屬化膜４１，該第一金屬化膜４１對水晶的附著度較高，使用水晶蓋１２的情況下是不會使蓋子剝離或氣密性不良發生的優良基膜的情況進行了說明。然而，第一實施方式中的第一金屬化膜４１有時會因附著度高反而使發光裝置１０中發生蓋子開裂的問題。特別是有在密封載荷較大的情況下（例如１００ｇｆ以上）或冷熱衝擊試驗等中容易發生蓋子開裂的傾向。本第二實施方式中，對於在密封載荷較大的情況下或冷熱衝擊試驗中也能防止蓋子開裂的蓋件進行說明。
如圖５所示，蓋件２０中的第一金屬化膜４１是藉由使焊接材料４１Ｂ融著在基膜４１Ａ上而形成的。對此，如圖７所示，本第二實施方式所相關的蓋件２１是藉由用第一金屬化膜５１取代蓋件２０的第一金屬化膜４１而構成的，第一金屬化膜５１是使焊接材料４１Ｂ融著在基膜５１Ａ上而形成。
圖８是表示本第二實施方式所相關的蓋件２１中的基膜５１Ａ的結構的局部截面圖。在此，如圖８所示，基膜５１Ａ被構成為包含第一金屬層（第一層）５１１及第二金屬層（第二層）４１２。即，蓋件２１中的基膜５１Ａ是將第一實施方式所相關的蓋件２０的基膜４１Ａ中的第一金屬層４１１變更為第一金屬層５１１而構成的。
第一實施方式的第一金屬層４１１具有只由鈦膜構成的單層結構，而第一金屬層５１１具有由鈦膜５１１１、金膜５１１２及鈦膜５１１３構成的層疊結構。在此，鈦膜５１１１相當於構成第一實施方式的第一金屬層４１１的鈦膜。即，鈦膜５１１１與第一金屬層４１１的鈦膜一樣，較佳為，膜厚為２０～７００ｎｍ；更佳為，膜厚為２００～３００ｎｍ。
第一金屬層５１１中的金膜５１１２及鈦膜５１１３被構成為，用於防止在密封載荷較大的情況下或冷熱衝擊試驗中蓋子開裂的緩衝膜。如在上述第一實施方式中也說明過那樣，由於發光裝置１０中的陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２材質不同，所以熱膨脹率也不同。由此，因陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間的熱膨脹差而發生彎曲，有時該彎曲成為水晶開裂的主要原因。對此，可以認為，使用了蓋件２１的發光裝置１０中，利用緩衝膜（即，金膜５１１２及鈦膜５１１３）的變形能夠吸收陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間的熱膨脹差，其結果，能夠減少彎曲而抑制水晶開裂。
作為蓋件２１的製造方法，在水晶蓋１２的一個面（面對著封裝構件３０的面）上藉由物理氣相沉積而依次形成作為第一金屬層５１１的鈦膜５１１１、金膜５１１２及鈦膜５１１３。第一金屬層５１１形成後，暫時將其從成膜裝置中取出，使位於最上層的鈦膜５１１３的表面暴露在空氣中。由此，在鈦膜５１１３的表面會形成由氧化鈦構成的氧化皮膜。
另外，第一實施方式中，在第一金屬層４１１的表面形成了由氧化鈦構成的氧化皮膜，本第二實施方式中，鈦膜５１１１相當於第一實施方式的第一金屬層４１１的鈦膜。然而，由於由氧化鈦構成的氧化皮膜成為第一金屬層與第二金屬層之間的界線，所以本第二實施方式所相關的蓋件２１中，由氧化鈦構成的氧化皮膜不是形成在鈦膜５１１１上，而是形成在位於第一金屬層５１１的最上層的鈦膜５１１３的表面。另外，在鈦膜５１１３的表面形成氧化皮膜的方法與第一實施方式一樣，也可以採用藉由濺鍍而形成鈦膜時導入氧氣來進行氧化鈦膜的成膜的方法，或藉由氧等離子體來促進成膜後的鈦膜表面的氧化的方法。第一金屬層５１１形成後，第二金屬層４１２的形成方法與在第一實施方式中說明過的方法一樣。藉由形成第一金屬層５１１及第二金屬層４１２，而在水晶蓋１２上形成基膜５１Ａ。
基膜５１Ａ形成後，藉由後續的融著製程，使焊接材料４１Ｂ融著在基膜５１Ａ上。該融著製程中，如圖７所示那樣，將焊接材料４１Ｂ放置在基膜５１Ａ上進行熱處理（用加熱爐烘烤）。藉由該熱處理，基膜５１Ａ及焊接材料４１Ｂ被一體化而成為第一金屬化膜５１。
〔第一金屬化膜的形成條件〕
上述蓋件２１中，為了獲得發光裝置１０中的水晶蓋１２的良好附著性及防止水晶開裂的效果，對基膜的膜厚進行控制較為有效這一事實得到確認。特別是，將第一金屬層５１１中的金膜５１１２的膜厚控制在合適的範圍較為有效。以下，基於實驗進行考察。
在此，將第一金屬層５１１中的鈦膜５１１１、金膜５１１２及鈦膜５１１３各自的膜厚作為參數使其變化，用上述製造方法製造發光裝置１０，對所製造的發光裝置１０進行了外觀評價及基於氣密試驗（氦氣洩漏試驗）的氣密評價。外觀評價中，藉由目視確認了從水晶蓋１２側看到的金屬化膜的變色及水晶蓋１２是否開裂。另外，所製造的各發光裝置１０中，第二金屬層４１２的鎳－鈦膜４１２１及金膜４１２２的膜厚分別被固定在３００ｎｍ及５０ｎｍ。另外，作為接合構件的金－錫預製件的厚度被固定在１５μｍ，第二金屬化膜４２採用鎳合金／金膜，其膜厚被固定在合計為５μｍ。實驗結果如以下的表２所示。表２的第一金屬層的膜厚中，左側欄的鈦膜厚示出鈦膜５１１１的膜厚，右側欄的鈦膜厚示出鈦膜５１１３的膜厚。
【表２】
表２的條件１６～１８沒有作為緩衝膜的金膜５１１２及鈦膜５１１３，但鈦膜５１１１的膜厚越厚結果越好。並且，對於第一實施方式中認為在合適範圍的鈦膜５１１１的膜厚２５０ｎｍ（條件３），綜合評價也為“○”。
另一方面，具有作為緩衝膜的金膜５１１２及鈦膜５１１３的條件１８～２５中的任一個的綜合評價也在“○”以上，特別是在條件２１～２４，綜合評價為“◎”。在條件２１～２４，得知由於變色評價為“◎”，所以發光裝置１０中的水晶蓋１２的附著性進一步提高。這可以認為是，在發光裝置１０中，緩衝膜（即，金膜５１１２及鈦膜５１１３）吸收了陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間的熱膨脹差而使彎曲減少，其結果，減少了蓋子剝離。另外，藉由恰當地控制金膜５１１２的膜厚，能夠提高該效果，金膜５１１２的膜厚較佳為在１００～７００ｎｍ的範圍，更佳為在３００～６００ｎｍ的範圍。
另外，表２的條件２６～２７具有緩衝膜，但氣密評價為“×”（綜合評價也為“×”）。另外，在條件２７，水晶開裂的評價也為“×”。這些結果是緩衝膜太厚的結果，可以認為是基膜的總膜厚變大，受到應力的影響而出現了問題。即，可以認為是，基膜的總膜厚變大，則基膜整體出現膜厚不均勻，因膜厚不均勻而使施加在水晶蓋１２上的應力增大，從而引起水晶開裂。由此表明，緩衝膜的膜厚存在上限。
＜第三實施方式＞
〔蓋件的結構〕
上述第一、第二實施方式中，第二金屬層４１２中包含的鎳－鈦膜４１２１及金膜４１２２被構成為，鎳－鈦膜４１２１及金膜４１２２的膜的形成寬度（金屬化寬度）相同（金膜４１２２完全重疊在鎳－鈦膜４１２１上）。然而，在此情況下，存在因發光裝置１０的製造條件等，在評價階段出現蓋子剝離、氣密性不良的技術問題。本第三實施方式中，對能夠更切實地防止蓋子剝離和氣密性不良的蓋件進行說明。
如圖９所示，本第三實施方式所相關的蓋件２２是藉由用第一金屬化膜６１取代蓋件２１的第一金屬化膜５１而構成的，第一金屬化膜６１是使焊接材料４１Ｂ融著在基膜６１Ａ上而形成的。
圖１０是表示本第三實施方式所相關的蓋件２２中的基膜６１Ａ的結構的局部截面圖。如圖１０所示，基膜６１Ａ被構成為包含第一金屬層（第一層）５１１及第二金屬層（第二層）６１２。但是，本第三實施方式所相關的蓋件２２的特徵在於第二金屬層的結構。因此，圖６的蓋件２２中，雖然第一金屬層具有與蓋件２１的第一金屬層５１１相同的結構，但第一金屬層也可以具有與蓋件２０的第一金屬層４１１相同的結構。
第二金屬層６１２具有包含在第一金屬層５１１上形成的鎳－鈦膜６１２１和在鎳－鈦膜６１２１上形成的金膜６１２２的層疊結構。鎳－鈦膜６１２１可以是與蓋件２０及２１中的鎳－鈦膜４１２１相同的膜。另外，金膜６１２２與蓋件２０及２１中的金膜４１２２相比，只是膜的形成寬度不同而言。
即，基膜６１Ａ中，金膜６１２２被構成為，其寬度比鎳－鈦膜６１２１的寬度窄。更具體而言，金膜６１２２具有，金膜６１２２的內周緣退縮到比鎳－鈦膜６１２１的內周緣更靠外側處、金膜６１２２的外周緣退縮到比鎳－鈦膜６１２１的外周緣更靠內側處的退縮結構（金膜６１２２的周緣部與鎳－鈦膜６１２１的周緣部之間存在間距的結構）。另外，此處的“內側”、“外側”是指從蓋件２２的中心看到的“內側”、“外側”。另外，在基膜６１Ａ的內側及外側，金膜６１２２的退縮寬度沒有必要相同，如圖１０所示，內側的退縮寬度［μｍ］為ｄ１，外側的退縮寬度為ｄ２。
如在第一實施方式中說明過那樣，使焊接材料４１Ｂ融著在基膜６１Ａ上時以及將蓋件２２與封裝構件３０接合而製造發光裝置１０時，原本是只使基膜６１Ａ的第二金屬層４１２熔化而形成與焊接材料４１Ｂ間的共晶接合。然而，在某些製造條件（例如，若接合時的密封載荷較大）下，藉由共晶接合而形成的合金（含有鎳、鈦、金和錫的合金）有可能從接合層１４的側面迂迴到第一金屬層４１１。在此情況下，可以認為到達第一金屬層４１１的合金的金或錫的成分滲透到第一金屬層４１１中使第一金屬層４１１與水晶蓋１２之間的附著性降低，成為蓋子剝離和氣密性不良的主要原因。同樣的問題在使蓋件２１與封裝構件３０相接合而製造發光裝置１０時也會發生。
對此，在將蓋件２２與封裝構件３０接合而製造發光裝置１０的情況下，共晶接合只形成在與金膜６１２２的形成區域大致重疊的區域中。這是因為在共晶接合的形成中不能缺少金。蓋件２２中，由於金膜６１２２具有相對於鎳－鈦膜６１２１退縮的結構，所以能夠防止藉由共晶接合而形成的合金從接合層１４的側面迂迴到第一金屬層５１１（或４１１），其結果，能夠防止蓋子剝離和氣密性不良。
更具體而言，使焊接材料４１Ｂ融著在基膜６１Ａ上時的共晶接合形成在與金膜６１２２的形成區域大致對應的區域，未形成在金膜６１２２退縮後的周邊區域。即，如圖１１所示，第二金屬層４１２和焊接材料４１Ｂ熔化而形成的合金層４３在其內周側及外周側的周緣部中具有鎳合金膜（未共晶接合地殘留下的鎳－鈦膜６１２１），在這些鎳合金膜之間形成含鎳、鈦、金及錫的合金膜（共晶接合後的合金膜）。如此，由於合金層４３的周緣部中存在未共晶接合地殘留下的鎳合金膜，所以能夠防止藉由共晶接合而形成的合金從接合層１４的側面迂迴到第一金屬層５１１（或４１１）。
〔第一金屬化膜的形成條件〕
上述蓋件２２中，為了獲得發光裝置１０中的水晶蓋１２的良好附著性，對第二金屬層６１２中的金膜６１２２的形成寬度進行控制較為有效這一事實得到確認。以下，基於實驗進行考察。
在此，第一金屬層５１１中的鈦膜５１１１、金膜５１１２及鈦膜５１１３各自的膜厚分別被固定在２５０ｎｍ、５００ｎｍ及５０ｎｍ。另外，第二金屬層６１２中的鎳－鈦膜６１２１及金膜６１２２各自的膜厚分別被固定在３００ｎ及５０ｎｍ。然後，將金膜６１２２的退縮寬度作為參數使其變化，用上述製造方法製造發光裝置１０，對所製造的發光裝置１０進行了外觀評價及基於氣密試驗（氦氣洩漏試驗）的氣密評價。外觀評價中，藉由目視確認了從水晶蓋１２側看到的金屬化膜的變色及水晶蓋１２是否開裂。另外，作為接合構件的金－錫預製件的厚度被固定在１５μｍ，第二金屬化膜４２採用鎳合金／金膜，其膜厚被固定在合計為５μｍ。實驗結果如以下的表３所示。
【表３】
基於表３的條件２８～３０的比較可知，在沒有退縮結構的條件２８發生了變色，氣密評價為“×”（綜合評價也為“×”），而在具有退縮結構的條件２９、３０，氣密評價為“○”（綜合評價也為“○”）。由此可知，蓋件２２中的金膜６１２２的退縮結構有效於減少藉由共晶接合而形成的合金的迂迴所引起的蓋子剝離和氣密性不良。另外，可知該退縮結構中的退縮寬度只要至少為２５μｍ以上，便能發揮其效果。
另外，基於表３的條件３０～３５的比較可知，變色的評價因金膜６１２２的金屬化寬度而異。即，在條件３１、３２，變色的外觀評價為“◎”（綜合評價也為“◎”），但在金膜６１２２的金屬化寬度比此更寬的條件３０，變色的外觀評價為“○”（綜合評價也為“○”）。可認為其原因是，金膜６１２２的金屬化寬度變寬使得基膜中的附著力較大的區域面積增大，從而直至發光裝置１０的更靠外側的區域為止，水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１以高附著力相接合。即，可以認為，發光裝置１０中，由於以高附著力接合的區域變廣，所以容易受到水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１之間的熱膨脹差產生的影響，其結果，條件３０比條件３１、３２更容易發生變色。
另外，在金膜６１２２的金屬化寬度比條件３１、３２的更窄的條件３３～３５，金屬化寬度越窄變色的外觀評價越低，綜合評價也越低。可認為其原因是，金膜６１２２的金屬化寬度太窄，則基膜中的附著力較大的區域面積變小，無法充分耐受水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１之間的熱膨脹差，從而容易發生蓋子剝離。
進一步，基於表３的條件３１～３４和條件３６～３９的比較可知，在使金膜６１２２的退縮寬度在內側與在外側不同的情況下，與使內側的退縮寬度比外側更大的外靠模式（條件３６～３９）相比，使外側的退縮寬度比內側更大的內靠模式（條件３１～３４）更佳。即，明確了外靠模式比內靠模式更容易發生由冷熱衝擊試驗引起的水晶開裂。可認為其原因是，若發光裝置１０的比較靠外側的區域中水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１以高附著力接合，則容易受到水晶蓋１２與陶瓷封裝體１１之間的熱膨脹差產生的影響，其結果，容易發生由冷熱衝擊試驗引起的水晶開裂。
另外，在本第三實施方式中的上述說明中，示例了只是位於基膜６１Ａ的最上層的金膜６１２２具有退縮結構的情形。然而，本發明不局限於此，可以在包含除基膜６１Ａ的最下層的膜（即鈦膜５１１１）以外的任何膜在內的上層部分採用退縮結構。例如，圖１２所示，也可以在包含金膜５１１２在內的上層部分採用退縮結構。
本次公開的實施方式是對各方面的示例，並非為限定性解釋的依據。因而，本發明的技術範圍不是僅根據上述實施方式來解釋，而是由請求項的記載來界定。另外，包含與請求項等同的意義及範圍內的所有變更。
例如，上述說明中，示例了發光裝置１０的蓋件２０～２２中用水晶蓋１２作為蓋主體的情形。然而，本發明不局限於此，也可以用石英玻璃作為蓋主體。即，在以往的使用石英玻璃的蓋件中，用鉻（Ｃｒ）膜作為基膜，但在用石英玻璃作為蓋主體的情況下，只要用上述基膜４１Ａ、５１Ａ或６１Ａ作為基膜，便能在膜剝離及附著性的方面獲得優良的性能這一事實得到確認。可以認為其原因是，藉由將基膜由鉻膜變更為基膜４１Ａ、５１Ａ或６１Ａ，能夠抑制作為焊接材料的金和錫的擴散。
另外，上述說明的發光裝置１０中，將陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２接合的接合層１４形成在陶瓷封裝體１１和水晶蓋１２的框形的接合面的幾乎整個面（相對於框的寬度方向沒有偏斜）上。然而，本發明不局限於此，如圖１３所示，接合層１４也可以形成在陶瓷封裝體１１和水晶蓋１２的框形的接合面的靠內周側的部分。如此，在將接合層１４形成在接合面的靠內周側的部分的情況下，能夠減輕由陶瓷封裝體１１與水晶蓋１２之間的熱膨脹差造成的應力的影響，從而不容易發生蓋子開裂等。
進一步，上述說明的發光裝置１０中，為了將ＬＥＤ１３封裝在封裝體內，陶瓷封裝體１１被構成為截面為”コ”字形狀，水晶蓋１２被構成為平板形狀。然而，本發明不局限於此，也可以如圖１４所示的發光裝置１０’那樣，將平板形狀的陶瓷基底１１’與截面為”コ”字形狀的水晶蓋１２’組合，而構成將ＬＥＤ１３封裝的封裝體。在此情況下，將陶瓷基底１１’與截面為”コ”字形狀的水晶蓋１２’接合的接合層１４可以採用與上述說明過的發光裝置１０中的相同的結構。
１０:發光裝置
１０’:發光裝置
１１:陶瓷封裝體
１１’:陶瓷基底
１１Ａ:密封面
１２:水晶蓋,蓋主體
１２’:水晶蓋
１３:ＬＥＤ晶片
１４:接合層
２０:蓋件
２１:蓋件
２２:蓋件
３０:封裝構件
４１:第一金屬化膜
４１Ａ:基膜
４１Ｂ:焊接材料
４２:第二金屬化膜
４３:合金層,第二層
５１:第一金屬化膜
５１Ａ:基膜
６１:第一金屬化膜
６１Ａ:基膜
１１１:空室
１１２:安裝墊
１１３:外部連接端子
４１１:第一金屬層,第一層
４１２:第二金屬層,第二層
４２１:鍍鎳層
４２２:鎳－錫合金層
５１１:第一金屬層,第一層
６１２:第二金屬層,第二層
４１２１:鎳－鈦膜
４１２２:金膜
５１１１:鈦膜
５１１２:金膜
５１１３:鈦膜
６１２１:鎳－鈦膜
６１２２:金膜
ｄ１:內側的退縮寬度
ｄ２:外側的退縮寬度
圖１是表示採用本發明的發光裝置的基本結構的一例的截面圖。
圖２是概要表示圖１的發光裝置的製造方法的截面圖。
圖３是蓋件的仰視圖。
圖４是表示在第一實施方式的蓋件的成膜製程中形成的基膜的結構的局部截面圖。
圖５是表示第一實施方式的蓋件的融著製程的截面圖。
圖６是對密封後的發光裝置中的接合層的一部分截面進行拍攝而獲得的ＳＥＭ相片。
圖７是表示第二實施方式的蓋件的融著製程的截面圖。
圖８是表示第二實施方式的蓋件的成膜製程中形成的基膜的結構的局部截面圖。
圖９是表示第三實施方式的蓋件的融著製程的截面圖。
圖１０是表示第三實施方式的蓋件的成膜製程中形成的基膜的結構的局部截面圖。
圖１１是表示第三實施方式的蓋件的第一金屬化膜的結構的局部截面圖。
圖１２是表示第三實施方式的蓋件中的基膜的其它結構的局部截面圖。
圖１３是表示採用本發明的發光裝置的基本結構的其它例的截面圖。
圖１４是表示採用本發明的發光裝置的基本結構的另外的其它例的截面圖。
12:水晶蓋，蓋主體
14:接合層
43:合金層，第二層
411:第一金屬層，第一層
421:鍍鎳層
422:鎳-錫合金層

Claims (16)

  1. 一種蓋件，是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置所使用的蓋件，其特徵在於： 包括相對於所述ＬＥＤ的照射光具有透光性的蓋主體、及在所述蓋主體的密封面上形成的第一金屬化膜， 所述第一金屬化膜包括在所述蓋主體上直接形成的第一層、及在所述第一層上形成的第二層， 所述第一層是包含膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜的層， 所述第二層具有含鎳、鈦、金、及錫的合金膜。
  2. 如請求項1所述的蓋件，其特徵在於： 所述第一層中包含的所述鈦膜是膜厚為２００～３００ｎｍ的鈦膜。
  3. 如請求項1或2所述的蓋件，其特徵在於： 所述第一層在表面具有由氧化鈦構成的氧化皮膜。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的蓋件，其特徵在於： 所述第一層具有由在所述鈦膜上從靠近所述鈦膜的一側起依次層疊的金膜及其它的鈦膜構成的緩衝膜。
  5. 如請求項1至４中任一項所述的蓋件，其特徵在於： 所述第二層被構成為，在其內周緣側及外周緣側具有鎳合金膜，在這些鎳合金膜之間形成有含有鎳、鈦、金、及錫的所述合金膜。
  6. 如請求項1至５中任一項所述的蓋件，其特徵在於： 所述蓋主體為水晶。
  7. 一種蓋件的製造方法，是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置所使用的蓋件的製造方法，其特徵在於： 作為在相對於所述ＬＥＤ的照射光具有透光性的蓋主體的密封面上形成基膜的製程，包括 在所述蓋主體的密封面上形成包含膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜的第一層的第一製程； 使位於所述第一製程中形成的所述第一層的最上層的鈦膜氧化、而在表面形成由氧化鈦構成的氧化皮膜的第二製程； 在所述第二製程後的所述第一層上形成包含從靠近所述第一層的一側起依次層疊的鎳合金膜及金膜的第二層的第三製程；及 使作為金－錫預製件而構成的焊接材料融著在所述第三製程中形成的所述金膜上的第四製程。
  8. 如請求項７所述的蓋件的製造方法，其特徵在於： 在所述第一製程中形成的所述鈦膜具有２００～３００ｎｍ的膜厚。
  9. 如請求項７或８所述的蓋件的製造方法，其特徵在於： 所述第一製程中，在所述鈦膜上形成由從靠近所述鈦膜的一側起依次層疊的金膜及其它的鈦膜構成的緩衝膜。
  10. 如請求項７至９中任一項所述的蓋件的製造方法，其特徵在於： 所述基膜中，在包含除最下層的膜以外的任何膜在內的上層部分具有退縮結構， 所述退縮結構中，所述退縮結構所包含的膜的內周緣退縮到比其它的膜的內周緣更靠外側處；所述退縮結構所包含的膜的外周緣退縮到比其它的膜的外周緣更靠內側處。
  11. 如請求項７至１０中任一項所述的蓋件的製造方法，其特徵在於：所述蓋主體為水晶。
  12. 一種發光裝置，是將ＬＥＤ密封在封裝體內而構成的發光裝置，其特徵在於： 具備所述ＬＥＤ、將所述ＬＥＤ容納在空室內的封裝體基台、及將所述封裝體基台的空室開口密封的蓋件， 所述蓋件是請求項１至６中任一項所述的蓋件。
  13. 如請求項１２所述的發光裝置，其特徵在於： 所述封裝體基台由氮化鋁構成。
  14. 如請求項１２或１３所述的發光裝置，其特徵在於： 所述ＬＥＤ是深紫外用ＬＥＤ。
  15. 如請求項１２至１４中任一項所述的發光裝置，其特徵在於： 所述封裝體基台與所述蓋件藉由接合層相接合， 所述接合層具有從靠近所述蓋主體的一側起依次形成的第一層、第二層、第三層、及第四層， 所述第一層是在所述蓋主體上直接形成的，包含膜厚為２０～７００ｎｍ的鈦膜的層； 所述第二層是含有鎳、鈦、金、及錫的合金層； 所述第三層是含有鎳、鈦、金及錫，但金的含有量少於所述第二層的合金層； 所述第四層是鍍鎳層。
  16. 如請求項１５所述的發光裝置，其特徵在於： 所述第二層是共晶狀態的合金層，所述第三層是非共晶狀態的合金層。
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