JP2005251935A - 気密部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アウトガスの発生や接着剤の亀裂を生じさせることなく、環境負荷物質を用いることなく、封止工程を煩雑にさせることのない気密部品とその製造方法を提供する。
【解決手段】貫通孔３を有する基体２と、貫通孔を気密封止したガラス板１とを備え、基体の一部により形成された内周面とガラス板とが当接し、ガラス板に内在した外周方向への延伸力により、基体にガラス板が気密保持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属あるいはセラミックからなる基体とガラスとが当接する部分における気密性を確保した気密部品、およびその製造方法に関する。

従来、例えば半導体装置用のキャップのような、金属基体に設けられた孔をガラスが覆った構造体において、金属基体とガラスの当接部における気密性を確保するために、種々の気密構造が用いられている。その一例として、特許文献１に記載された構造を図４に示す。

図４において、１０２は金属製のキャップ本体であり、天板部１０４と筒状部１０５を有し、天板部１０４には透光用の窓孔１０３が設けられている。窓孔１０３の内側に、窓板ガラス１０８が固定されている。窓板ガラス１０８は、ガラス板１０１に、光学異方性により光源波長λに対してλ／４の位相差を有する樹脂製の位相差フィルム１０７が、樹脂製の透明な接着剤１０６を介して貼付けられたものである。窓板ガラス１０８は、キャップ本体１０２に、樹脂製の接着剤１０６を介して接着されている。また、樹脂製の接着剤１０６に代えて、低融点ガラスを用いる方法も広く知られている。

接着剤を用いないで気密部品を構成する方法としては、金属外環に形成した酸化膜を介してガラスとの接着を行い気密性を保持する整合封止方法や、金属外環とガラスとの収縮差により気密性を保持する圧縮封止方法が、従来から広く知られている。

前者の方法によれば、金属外環とガラスの熱膨張係数の差が略等しい材料を選定し、ガラスが流動性を有し金属外環を濡らすのに十分な温度に加熱し、内部に熱歪みを残留させない様に封着する。一方後者の方法によれば、金属外環とガラスの熱膨張係数に差が有る材料を選定し、ガラスの外側に当接する金属外環の熱膨張係数をガラスの熱膨張係数より大きくとり、ガラスを溶融させた後、冷却することで金属外環とガラスとの熱収縮差によりガラスを締め付ける力で封着する。

ガラスを溶融させることが出来ない場合に、特許文献１のように、金属外環とガラスとを樹脂製の接着剤を介して接着する。
特開２００３−３７３２６号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来の構成では、キャップ本体と窓板ガラスとをＵＶ硬化樹脂製や熱硬化樹脂製の接着剤により接着しているため、硬化後接着剤からアウトガスが発生したり、後に加わる熱により接着剤に亀裂が発生し、内包される電子部品の性能に悪影響を及ぼす。さらに樹脂製の接着剤は多孔質であり、気密性、耐湿性に劣る。また、低融点ガラスを用いる場合は、低融点ガラスに含まれる鉛やビスマスが環境負荷物質であるという課題を有していた。

また、整合封止方法、および圧縮封止方法の何れも、ガラスが溶融する温度９００℃〜１１００℃に加熱する必要があり、窓板ガラスの反射防止膜のコーティング、すなわちＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｏｎ）コートや、めっき前処理などの作業を封止後行う必要があるため、作業が煩雑になる。

本発明は、従来の課題を解決するもので、アウトガスの発生や接着剤の亀裂を生じさせることなく、環境負荷物質を用いることがなく、また封止工程を煩雑にさせることのない気密部品とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の気密部品は、貫通孔を有する基体と、前記貫通孔を気密封止したガラス板とを備え、前記基体の一部により形成された内周面と前記ガラス板とが当接し、前記ガラス板に内在した外周方向への延伸力により、前記基体に前記ガラス板が気密保持されたことを特徴とする。

本発明の気密部品の製造方法は、上記構成の気密部品を製造する方法であって、上金型と下金型とを含む金型に前記基体を載置し、前記ガラス板を前記基体内に、前記基体の一部により形成された内周面に外周面を対向させて載置し、前記金型近傍の温度を前記ガラス板の軟化点温度付近に加熱し、前記上金型と下金型とにより、前記ガラス板、または前記基体と前記ガラス板とを、前記ガラス板の厚み方向に挟圧し、挟圧した状態で冷却することを特徴とする。

上記の気密部品の構成によれば、封止工程を煩雑にさせることなく、アウトガスの発生や接着剤の亀裂を生じさせることなく、環境負荷物質を用いることがない気密部品が得られる。

また、上記の気密部品の製造方法によれば、反射防止膜などの処理が施されたガラス板を、比較的低温で金属外環に直接封止することができる。

本発明の気密部品において、前記基体と前記ガラス板の熱膨張係数を実質的に同一とすることができる。また、前記基体は、前記貫通孔に隣接した筒状部を有し、前記筒状部の内周面に前記ガラス板が気密保持された構成とすることができる。

本発明の気密部品の製造方法において、好ましくは前記挟圧する工程を複数の段階に分けて行い、後の段階になるに従い、前記金型近傍の温度を、前記ガラス板の軟化点温度付近から下降させる。

また、好ましくは、前記挟圧する工程を複数の段階に分けて行い、後の段階になるに従い、前記金型に加える加圧力を増大させる。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における気密部品の断面図である。１は硼珪酸系硬質ガラスからなる円板形に形成されたガラス板、２はアルミナを９０％程度含有したアルミナ系セラミックからなる円盤状の基体である。基体２には窓孔部３が設けられ、ガラス板１は窓孔部３内に嵌め込まれている。それにより、窓孔部３の内周面とガラス板１の外周面の間に、垂直方向に延在した封止部４が形成されている。

各部の寸法の一例は次のとおりである。基体２の厚みは０．１７ｍｍであり、窓孔部３の内径は１．６３ｍｍである。ガラス板１は、直径１．５９ｍｍ、厚さ０．１９ｍｍの円板形に形成されており、熱膨張係数は３０×１０^-7／℃〜８０×１０^-7／℃である。好適には、ガラス板１の熱膨張係数は５７×１０^-7／℃で、少なくとも一面に反射防止膜としてＡＲコート（図示せず）が施されている。基体２はアルミナ系セラミックで形成されており、熱膨張係数は６７×１０^-7／℃である。

ガラス板１の外周面と基体２とは、他の接着剤等を介在させることなく、封止部４において直接封止されている。これによれば、従来の技術の課題であった硬化後接着剤からアウトガスが発生したり、後に加わる熱により接着剤に亀裂が発生することがない。

なお、基体２としては、アルミナ系セラミックに限らず、鉄や鉄合金を用いることも可能である。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２における気密部品の断面図である。６は硼珪酸系硬質ガラスからなる円板形に形成されたガラス板である。７は鉄−ニッケル合金からなるキャップ本体であり、基体を構成する。キャップ本体７は、天板部８、および天板部８から垂直方向に延在した筒状部９を有する。天板部８には、窓孔部１０が設けられている。ガラス板６は、窓孔部１０に密接させて、筒上部９に嵌め込まれ、ガラス板６の外周面と筒上部９の内周面の間に、封止部１１が形成されている。

各部の寸法の一例は次のとおりである。筒状部９の内径は３．３ｍｍであり、ガラス板６は直径３．２５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの円板形に形成され、熱膨張係数は３０×１０^-7／℃〜８０×１０^-7／℃である。好適には、ガラス板の熱膨張係数は６５７×１０^-7／℃で、少なくとも一面に反射防止膜としてＡＲコート（図示せず）が施されている。キャップ本体７は鉄−ニッケル合金で形成されており、熱膨張係数は９７×１０^-7／℃である。

ガラス板６の外周面とキャップ本体７とは、筒状部９の封止部１１において直接封止されている。これによれば、従来の技術の課題であった硬化後接着剤からアウトガスが発生したり、後に加わる熱により接着剤に亀裂が発生することがない。

なお、基体７としては、鉄−ニッケル合金に限らずアルミナ系セラミックを用いることも可能である。

（実施の形態３）
図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３における気密部品の製造方法の工程を示す断面図である。この製造方法は、実施の形態２の気密部品を製造する方法であり、半導体装置用キャップの製造工程を示す。図３において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３において、１２は上金型であり、Ｒｍｓ０．０３μｍ以下の平坦度を備えた非磁性耐食性の超硬合金に、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）をコーティングしたものである。１３は下金型であり、凹形状を備えた非磁性耐食性の超硬合金にＤＬＣコーティングしたものである。下金型１３の周縁部には、ガラス板６に直接圧力を加える押さえ部１４が形成され、その内側領域には、ガラス板６に直接圧力が加わることを防ぐ空隙部１５が形成されている。

ＤＬＣコーティングは、上下金型１２、１３とガラス板６との離型性、および上下金型１２、１３の寿命向上に有効である。

まず、図３（ａ）に示すように、キャップ本体７の天板部８の内側にガラス板６を装着して下金型１３の上に載置し、上金型１２をキャップ本体７の上部に配置する。このとき、上下金型１２、１３およびその近傍は、ガラス板６の軟化点近傍の温度に加熱する。例えば、軟化点が７３６℃の硼珪酸系硬質ガラスを用いる場合、６００℃から７３６℃に加熱する。

次に、図３（ｂ）に示すように、キャップ本体７の天板部８を上金型１２で、ガラス板６を下金型１３の押さえ部１４で挟持し押圧する。その挟持・押圧は、（表１）に示した条件により、加熱・除冷を伴って行う。すなわち、この工程を複数の段階に分けて行い、後の段階になるに従い、金型近傍の温度を、ガラス板６の軟化点温度付近から下降させる。また、後の段階になるに従い、上下金型１２、１３に加える加圧力を増大させる。その結果、図３（ｃ）に示す半導体装置用キャップが得られる。

このような工程によれば、軟化したガラス板６の周縁部は、挟持・押圧により封止部１１へ広がる。さらに、圧力を加えた状態で冷却するので、ガラス板６は筒状部９へ向かって押し広げる力を保った状態で封止部９で支持されることになる。さらに、ガラス板６とキャップ本体７との熱膨張係数の差により、ガラス板６はキャップ本体７により締め付けられて封止が強固なものとなる。

この方法によれば、従来の整合封止や圧縮封止のように、ガラス溶融温度まで加熱する必要が無く、ガラス板６の少なくとも一面に形成したＡＲコート（図示せず）に及ぼす影響も少ない。

実施の形態１における気密部品の製造にも、本実施の形態と同様、ガラス板を上下金型で挟持・押圧して、基体の内周面との間に封止部を形成する方法を適用することができる。

なお、本実施の形態の製造方法を適用する半導体装置用キャップ等の材質としては、硼珪酸系硬質ガラスと鉄−ニッケルとの組み合わせに限らず、金属またはセラミックとガラスとの気密封止に適用する事が出来る。

本発明の気密部品の構成によれば、ガラスと、金属あるいはセラミックとの気密封止を、ガラスを溶融させることなし行うことができるので、半導体装置用のキャップ等に有用である。

実施の形態１における気密部品の断面図 実施の形態２における気密部品の断面図 実施の形態３における気密部品の製造方法の工程を示す断面図 従来の気密部品の断面図

符号の説明

１ ガラス板
２ 基体
３ 窓孔
４ 封止部
６ ガラス板
７ キャップ本体
８ 天板部
９ 筒状部
１０ 窓孔部
１１ 封止部
１２ 上金型
１３ 下金型
１４ 押さえ部
１５ 空隙部
１０１ ガラス板
１０２ キャップ本体
１０３ 窓孔
１０４ 天板部
１０５ 筒状部
１０６ 接着剤
１０７ 位相差フィルム
１０８ 窓板ガラス

Claims (6)

1. 貫通孔を有する基体と、前記貫通孔を気密封止したガラス板とを備えた気密部品において、
   前記基体の一部により形成された内周面と前記ガラス板とが当接し、前記ガラス板に内在した外周方向への延伸力により、前記基体に前記ガラス板が気密保持されたことを特徴とする気密部品。
2. 前記基体と前記ガラス板の熱膨張係数が実質的に同一である請求項１記載の気密部品。
3. 前記基体は、前記貫通孔に隣接した筒状部を有し、前記筒状部の内周面に前記ガラス板が気密保持された請求項１記載の気密部品。
4. 貫通孔を有する基体と、前記貫通孔を気密封止したガラス板とを備えた気密部品を製造する方法において、
   上金型と下金型とを含む金型に前記基体を載置し、
   前記ガラス板を前記基体内に、前記基体の一部により形成された内周面に外周面を対向させて載置し、
   前記金型近傍の温度を前記ガラス板の軟化点温度付近に加熱し、
   前記上金型と下金型とにより、前記ガラス板、または前記基体と前記ガラス板とを、前記ガラス板の厚み方向に挟圧し、
   挟圧した状態で冷却することを特徴とする気密部品の製造方法。
5. 前記挟圧する工程を複数の段階に分けて行い、後の段階になるに従い、前記金型近傍の温度を、前記ガラス板の軟化点温度付近から下降させる請求項４に記載の気密部品の製造方法。
6. 前記挟圧する工程を複数の段階に分けて行い、後の段階になるに従い、前記金型に加える加圧力を増大させる請求項４または５に記載の気密部品の製造方法。

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