JP2025166034A - 蓋部材、パッケージ及びガラス基板 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を含むパッケージに用いられるガラス製の蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させる。
【解決手段】蓋部材４は、板状の枠部７と、枠部７から突出する突出部８とを備える。突出部８は、基部１０と、頂部１２とを備える。頂部１２の厚さは、基部１０の厚さよりも薄い。
【選択図】図２

Description

本発明は、パッケージ用の蓋部材、及び蓋部材を有するパッケージ並びに蓋部材を形成するためのガラス基板に関する。

例えば特許文献１には、発光素子（ＬＥＤ素子）が実装される基体（基板）と、発光素子を覆うように基体に固定されるドーム状の蓋部材（透光性カバー）と、基体と蓋部材とを接合する接着材とを備えるパッケージが開示されている。このパッケージでは、蓋部材をドーム状に構成することで、蓋部材と基体との間に発光素子を収容する空間を確保している。

特開２０１１－６６１６９号公報

従来のパッケージにおいて、蓋部材の透過率を高めるためには、その厚さを可能な限り薄くすることが好ましい。しかしながら、蓋部材の厚さが薄すぎると、その強度が低下し、破損するおそれがある。

そこで本発明は、蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させることを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、発光素子を含むパッケージに用いられるガラス製の蓋部材であって、板状の枠部と、前記枠部から突出する突出部とを備え、前記突出部は、基部と、頂部とを備え、前記頂部の厚さは、前記基部の厚さよりも薄いことを特徴とする。

かかる構成によれば、蓋部材の突出部における頂部の厚さを基部の厚さよりも薄くすることで、この突出部の透過率を高めることが可能となる。加えて、突出部の基部の厚さは、頂部の厚さよりも厚くなることから、この基部における強度を頂部よりも高めることができる。したがって、蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させることが可能となる。

上記の蓋部材において、前記頂部の厚さ（Ｔｍｉｎ）と、前記基部の厚さ（Ｔｍａｘ）との比（Ｔｍｉｎ／Ｔｍａｘ）は、０．０８以上０．９以下であることが好ましい。前記比（Ｔｍｉｎ／Ｔｍａｘ）の値が、０．９より大きくなると、前記頂部における透過率が小さくなり、０．０８より小さくなると、前記頂部におけるガラスの強度を担保できなくなる。従って、蓋部材の透過率の向上と頂部の強度の確保とを両立させることができなくなる。

本発明に係る蓋部材において、前記突出部は、内面及び外面を有し、前記内面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下であることが好ましい。前記内面の表面粗さＲａの上限を１ｎｍ以下に規定することで、パッケージ内部の発光素子が発光する光が、ガラス内表面で乱反射することを抑制することが可能になり、透過率の低減を抑制することができる。また、前記外面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下であることが好ましい。前記外面の表面粗さＲａの上限を前記のように規定することにより、パッケージ内部の発光素子が発光する光が、ガラス外表面で乱反射することを抑制することが可能になり、透過率の低減を抑制することができる。なお、前記内面と前記外面の表面粗さＲａは、０．０１ｎｍ以上あれば、パッケージ内部の発光素子が発光する光が、ガラス内表面や外表面での乱反射が透過率に影響する虞はなくなるため、これ未満の表面粗さは、ガラス表面の加工の面からコストがかかるため、必ずしも必要ではない。

本発明に係る蓋部材は、前記基部と前記枠部とを連結する湾曲形状の連結部を備えてもよい。これにより、蓋部材における突出部の基部と枠部との間の部分の強度を可及的に高めることができる。

前記連結部は、前記基部と前記枠部とを繋ぐ第一曲面及び第二曲面を有し、前記第一曲面の曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、前記第二曲面の曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。

前記枠部は、第一主面及び第二主面を有し、前記第一主面に、金属層が形成されることが好ましい。蓋部材に接合材を形成する際に、この金属層を使用することで、接合材が金属層に良好になじみ、結果として、蓋部材と基体を接合することができる。

前記枠部の前記第一主面と、前記金属層との間に、緩衝膜が形成されてもよい。この緩衝膜を使用することで、蓋部材と基体を接合した状態において、蓋部材と接合材の熱膨張係数の差により、蓋部材内部に発生する残留応力を緩和することができ、前記残留応力に起因する蓋部材の破損を抑制できる。

前記金属層において前記緩衝膜と接触する部位とは反対側の部位に、接合部が形成されてもよい。接合部を介在させることで、蓋部材と基体を気密に接合することができる。

本発明に係るパッケージは、発光素子を支持する基体と、上記の蓋部材とを備えることで、蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させることが可能となる。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、発光素子を含むパッケージに用いられ蓋部材を製造するためのガラス基板であって、板状の枠部と、前記枠部から突出する複数の突出部とを備え、前記突出部は、基部と、頂部とを備え、前記頂部の厚さは、前記基部の厚さよりも薄いことを特徴とする。

かかる構成によれば、突出部における頂部の厚さを基部の厚さよりも薄くすることで、この突出部の透過率を高めることが可能となる。加えて、突出部の基部の厚さは、頂部の厚さよりも厚くなることから、この基部における強度を頂部よりも高めることができる。したがって、このガラス基板から製造される蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させることが可能となる。

本発明によれば、蓋部材の透過率の向上と強度の確保とを両立させることができる。

パッケージの斜視図である。 パッケージの断面図である。 基体の断面図である。 基体の平面図である。 蓋部材の断面図である 蓋部材の底面図である。 パッケージの製造方法の準備工程を示す断面図である。 パッケージの製造方法の準備工程を示す断面図である。 パッケージの製造方法の接合工程を示す断面図である。 パッケージの製造方法の接合工程を示す断面図である。 パッケージ用の蓋部材を製造するためのガラス基板を示す断面図である。 蓋部材の他の例を示す断面図である。 蓋部材の他の例を示す平面図である。 蓋部材の他の例を示す平面図である。 パッケージの製造方法の準備工程における他の例を示す断面図である。 パッケージの他の例を示す断面図である。 パッケージの他の例を示す断面図である。 パッケージの破壊強度試験機を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図１７は、本発明に係る蓋部材、パッケージ及びガラス基板の一実施形態を示す。

図１及び図２に示すように、パッケージ１は、基体２と、基体２に支持される発光素子３と、基体２及び発光素子３を覆う蓋部材４と、基体２と蓋部材４とを気密に接合する封止部５と、を備える。

図３及び図４は、蓋部材４が接合される前の基体２を示す。基体２は、発光素子３を支持する第一主面２ａと、第一主面２ａの反対側に位置する第二主面２ｂと、第一主面２ａに形成される金属層６とを有する。

基体２の材質としては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、これらセラミックスとガラス粉末が混合焼結されて成るガラスセラミックス、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、Ｃｕ－Ｗ合金、Ｋｏｖａｒ（登録商標）等の合金等が挙げられる。

図４に示すように、金属層６は、発光素子３を囲む枠形状を有する。金属層６は、四角形状とされているが、この形状に限定されるものではない。金属層６は、例えば発光素子３を囲むように、円形状に構成されてもよい。

金属層６は、第一主面２ａ側から順に下地層、中間層、及び表層の三層を含む。下地層に用いられる金属としては、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ等が挙げられる。中間層に用いられる金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等が挙げられる。表層に用いられる金属としては、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ等が挙げられる。金属層６に用いられる金属は、単体であってもよいし、合金であってもよい。

金属層６を基体２の第一主面２ａに形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法等の成膜法が挙げられる。

発光素子３は、基体２の第一主面２ａに固定されている。本実施形態において、発光素子３として紫外線照射用ＬＥＤを用いたパッケージ１を例示するが、本発明に係る発光素子３は本実施形態に限定されるものではなく、赤外線ＬＥＤや可視光ＬＥＤを採用することができる。

図５及び図６は、基体２に接合される前の蓋部材４を示す。蓋部材４は、板ガラスの一部を成形することによって製造される。蓋部材４に使用されるガラスは、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、石英ガラス、結晶化ガラスが好ましい。無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスであれば、高い透過率と、成型時における高い加工性の両立が可能になる。また、石英ガラスであれば、成型時の加工性を維持しつつ、紫外域において、顕著に高い透過率を有することが可能になる。また、結晶化ガラスであれば、高い透過率と高い破壊強度の両立が可能になる。

ガラスが、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、又は無アルカリガラスの場合、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ₂：５０～７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１～２５％、Ｂ₂Ｏ₃：０～３０％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０～２０％を含有することが好ましい。ガラスの組成が上記の組成範囲内であれば、これらのガラス系に該当する。

結晶化ガラスの場合、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ₂：６０～８０％、Ａｌ₂Ｏ₃：３～３０％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：１～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：５～２０％を含有し、β石英固溶体又はβスポジュメンがガラス内部から結晶として析出している低熱膨張結晶化ガラスであることが好ましい。ここで、低熱膨張とは、３０～３００℃の温度範囲において、熱膨張係数の値が、－１０×１０^-7～２０×１０^-7/℃であることを指す。

図２及び図５に示すように、蓋部材４は、板状の枠部７と、枠部７から突出するドーム状の突出部８と、枠部７と突出部８とを連結する連結部９と、を備える。

枠部７は、例えば一定の厚さを有するが、この態様に限定されない。枠部７の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。枠部７は、第一主面７ａと、第一主面７ａの反対側に位置する第二主面７ｂとを有する。第一主面７ａの表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは、好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。第二主面７ｂの表面粗さＲａは、好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。

突出部８は、基体２の第一主面２ａとともに発光素子３の収容空間を形成するためのものである。突出部８は、枠部７の中央位置に形成されているが、この態様に限定されない。突出部８は、凹状の曲面として構成される内面８ａと、凸状に曲面として構成される外面８ｂとを有する。また、突出部８は、基部１０と、中途部１１と、頂部１２と、を備える。基部１０は、連結部９と一体に構成されている。中途部１１は、基部１０と頂部１２との間に位置する。なお、基部１０とは、頂部１２に対して法線（以下「第一線」という）Ｌ１を描き、この第一線Ｌ１と、枠部７の第二主面７ｂに沿うように描かれた直線（以下「第二線」という）Ｌ２との交点Ｐから、第二線Ｌ２に対して５°の角度を為す直線（以下「第三線」という）Ｌ３を描いたとき、この第三線Ｌ３が突出部８と交わる部分である。

突出部８（基部１０）の外径Ｄは、例えば２ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である。突出部８の高さＨ（枠部７の第二主面７ｂから頂部１２までの距離）は、例えば０．５ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。図５に示すように、突出部８の厚さは、基部１０から頂部１２に向かうにつれて徐々に薄くなっている。このため、頂部１２の厚さＴｍｉｎは、基部１０の厚さＴｍａｘよりも薄い。

基部１０の厚さＴｍａｘは、例えば０．１９ｍｍ以上１．９ｍｍ以下である。頂部１２の厚さＴｍｉｎは、例えば０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。基部１０の厚さＴｍａｘと頂部１２の厚さＴｍｉｎとの比Ｔｍｉｎ／Ｔｍａｘは、好ましくは０．０８以上０．９以下、より好ましくは０．１以上０．８以下、更に好ましくは０．２以上０．５以下である。

内面８ａ及び外面８ｂは、基部１０から頂部１２にわたって連続的な曲面として構成される。内面８ａの表面粗さＲａは、１ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。外面８ｂの表面粗さＲａは、１ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。

図２及び図５に示すように、連結部９は、基部１０と枠部７とを連結するために、湾曲形状を有する。連結部９は、枠部７の第一主面７ａと突出部８の内面８ａとを繋ぐ第一曲面９ａと、突出部８の外面８ｂと枠部７の第二主面７ｂとを繋ぐ第二曲面９ｂとを有する。

第一曲面９ａの曲率半径は、第二曲面９ｂの曲率半径よりも大きい。第一曲面９ａの曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。第二曲面９ｂの曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上４ｍｍ以下である。第一曲面９ａの表面粗さＲａは、好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。第二曲面９ｂの表面粗さＲａは、好ましくは１ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、更に好ましくは０．３ｎｍ以下である。

図２、図５及び図６に示すように、枠部７の第一主面７ａには、緩衝膜１３と、金属層１４と、接合部１５とが形成されている。蓋部材４は、平板状の枠部７を有していることにより、第一主面７ａ上に、緩衝膜１３、金属層１４、接合部１５を形成するための領域（面積）を大きく確保することができる。また、蓋部材４は、平板状の枠部７を有していることにより、パッケージ１を製造する工程において、把持具等によって、その光学特性に影響を与える突出部８や基部１０に触れることなく、枠部７を把持することができる。これにより、パッケージ１の製造工程におけるハンドリング性が向上し、パッケージ１の製造効率を高めることができる。

緩衝膜１３は、基体２と蓋部材４とを接合部１５によって接合する際に、蓋部材４の枠部７に発生する応力を緩和するためのものである。緩衝膜１３は、酸化膜により構成される。

緩衝膜１３を構成する酸化物のヤング率は、好ましくは２５０ＧＰａ以下、より好ましくは２００ＧＰａ以下、更に好ましくは１５０ＧＰａ以下、特に好ましくは１００ＧＰａ以下である。このように上限を規定すれば、緩衝膜１３の緩衝性を高めることができ、接合部１５と蓋部材４（枠部７）の熱膨張係数の違いに起因する応力を緩和する効果を得られる。なお、枠部７の熱膨張係数は、接合部１５の熱膨張係数よりも小さい。また、枠部７の熱膨張係数は、基体２の熱膨張係数よりも小さい。

図５及び図６に示すように、緩衝膜１３は、蓋部材４における枠部７の第一主面７ａに形成されている。図６に示すように、緩衝膜１３は、枠形状を有する。緩衝膜１３は、四角形状に構成されるが、この形状に限定されず、円形状その他の形状であってもよい。緩衝膜１３は、例えば第一の膜としての酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）と、第二の膜としての酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ₂）とを交互に含む多層膜構造を有する。緩衝膜１３の材質は、本実施形態に限定されない。

緩衝膜１３の厚さは、好ましくは０．１μｍ以上１μｍ以下であり、より好ましくは０．２μｍ以上０．８μｍ以下である。このように下限を規定すれば、緩衝膜１３の緩衝性を更に高めることができ、接合部１５と蓋部材４（枠部７）の熱膨張係数の違いに起因する応力を緩和する効果を得られる。また、このように上限を規定すれば、緩衝膜１３の製造コストを下げることができる。

発光素子３が紫外線照射用ＬＥＤである場合、緩衝膜１３は、紫外線の反射を防止する反射防止膜としても機能する。すなわち、緩衝膜１３は、低屈折率層（本実施形態においては酸化シリコン膜）と、高屈折率層（本実施形態においては酸化ハフニウム膜）とを交互に積層してなる多層構造を有する。緩衝膜１３の紫外線（波長２８０ｎｍ）の透過率は、９０％以上であることが好ましい。

図５及び図６に示すように、金属層１４は、緩衝膜１３に重なるように形成されている。図６に示すように、金属層１４は、基体２の金属層６の形状に対応するように、四角形の枠形状を有する。金属層１４の形状は本実施形態に限定されない。金属層１４は、円形状その他の各種枠形状を有してもよい。金属層１４は、緩衝膜１３側から順に、下地層、中間層、及び表層の三層を含む。なお、金属層１４の幅を緩衝膜１３の幅より狭くすることで、接合部１５と蓋部材４の熱膨張係数の差による応力の影響を低減できる。

下地層に用いられる金属としては、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ等が挙げられる。下地層にＣｒが用いられる場合、下地層のヤング率は、２７９ＧＰａである。中間層に用いられる金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等が挙げられる。表層に用いられる金属としては、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ等が挙げられる。金属層１４に用いられる金属は、単体であってもよいし、合金であってもよい。

図５及び図６に示すように、接合部１５は、金属層１４に重なるように層状に構成される。図５に示すように、接合部１５は、金属層１４において緩衝膜１３と接触している部位とは反対側の部位に接触している。図６に示すように、接合部１５は、緩衝膜１３及び金属層１４の形状に対応するように、四角形の枠形状を有する。接合部１５の形状は本実施形態に限定されず、円形その他の各種枠形状であってもよい。

接合部１５は、金属系接合材により構成される。金属系接合材としては、半田材やろう材として市販されるものを用いることができる。金属系接合材としては、例えば、Ａｕ－Ｓｎ合金、Ｐｂ－Ｓｎ合金、Ａｕ－Ｇｅ合金、Ｓｎ－Ｎｉ合金等が挙げられる。なお、接合部１５の幅を緩衝膜１３の幅より狭くすることで、接合部１５と蓋部材４の熱膨張係数の差による応力の影響を低減できる。本実施形態では、金属系接合材としてＡｕ－Ｓｎ合金が使用される場合について説明する。

例えば、スクリーン印刷法を用いて枠部７の第一主面７ａに接合部１５を形成する場合には、第一主面７ａが平坦面状に構成されることから、この第一主面７ａに形成される接合部１５の幅や位置の自由度を高めることができる。

封止部５は、基体２の金属層６と蓋部材４の金属層１４とを接合部１５で一体に接合することにより形成される。

次に、パッケージ１の製造方法について説明する。本方法は、基体２及び蓋部材４を用意する準備工程と、基体２と蓋部材４とを接合する接合工程と、を備える。

準備工程では、基体２の第一主面２ａに金属層６を形成した後に、この第一主面２ａに発光素子３を搭載する。

また、準備工程では、板ガラスに突出部８を成形することによって蓋部材４を製造した後に、枠部７の第一主面７ａ側に緩衝膜１３、金属層１４及び接合部１５を形成する。

以下、蓋部材４に突出部８を形成する方法（蓋部材４の製造方法）について図７及び図８を参照しながら説明する。

図７は、蓋部材４の製造装置を示す。製造装置１６は、板ガラスＧＳを支持する支持台１７と、支持台１７に支持した板ガラスＧＳに重ねて配置されるマスク部材１８と、蓋部材４の突出部８を成形するために板ガラスＧＳの一部を熱変形させる加熱源１９と、を備える。さらに、製造装置１６は、支持台１７とマスク部材１８とを互いに接近させる方向に押圧する押圧部材２０と、板ガラスＧＳの一部に外力を加えるための外力発生装置２１とを備える。

支持台１７は、板ガラスＧＳを支持する支持部１７ａと、支持部１７ａに囲まれる開口を有するとともに板ガラスＧＳの一部の熱変形を許容する空間部１７ｂと、を有する。支持台１７の支持部１７ａは、板ガラスＧＳの主面を支持する支持面を有する。本実施形態の開口は、円形状の開口縁Ｅ１を有するが、例えば、三角形状、四角形状等の多角形状、楕円形状等の形状の開口縁を有していてもよい。

なお、支持台１７の空間部１７ｂは、貫通孔により形成されてもよいし、内底部を有する凹部により形成されてもよい。支持台１７の空間部１７ｂは、蓋部材４の突出部８の全体を非接触の状態で成形可能に構成されている。支持台１７を構成する材料としては、例えば、金属、セラミックス等が挙げられる。

上記の構成に限らず、蓋部材４の形状を精度良く成形するために、空間部１７ｂに、板ガラスＧＳを受ける下受け治具を設けてもよい。下受け治具は、金属やセラミックスから構成される。前述のように、蓋部材４の突出部８の全体を非接触の状態で成形することが好ましいが、板ガラスＧＳと接触する下受け治具の面の品位を高める（表面粗さ、面うねりを小さくする）ことで、下受け治具を使用した場合であっても、蓋部材４を精度良く成形することができる。

図７に示すように、マスク部材１８は、貫通孔１８ａを有する。本実施形態のマスク部材１８の貫通孔１８ａは、円形状の内周縁Ｅ２を有しているが、例えば、三角形状、四角形状等の多角形状、楕円形状等の形状の内周縁を有していてもよい。

支持台１７及びマスク部材１８は、支持台１７の開口縁Ｅ１よりも内側に、マスク部材１８における貫通孔１８ａの内周縁Ｅ２の少なくとも一部が配置されるように構成されている。具体的には、支持台１７及びマスク部材１８は、支持台１７の開口縁Ｅ１よりも内側に、マスク部材１８の貫通孔１８ａにおける内周縁Ｅ２の全体が配置されるように構成されている。

支持台１７の開口部の開口面積を１００％とした場合、マスク部材１８の貫通孔１８ａの断面積は、９５％以下であることが好ましく、より好ましくは８０％である。マスク部材１８における貫通孔１８ａの内周縁Ｅ２の少なくとも一部は、支持台１７の開口縁Ｅ１よりも１ｍｍ以上内側となるように配置されることが好ましく、３ｍｍ以上内側となるように配置されることがより好ましい。

マスク部材１８は、６００℃において１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下の熱伝導率を有する材料から構成されることが好ましい。マスク部材１８を構成する材料としては、例えば、セラミックスが好適である。マスク部材１８の厚さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。本実施形態のマスク部材１８は、板ガラスＧＳの外周縁の全体を覆う外形を有している。

加熱源１９は、マスク部材１８側から板ガラスＧＳを加熱するように配置されている。本実施形態の加熱源１９は、板ガラスＧＳに向けて火炎ＦＬを噴射するバーナーである。バーナーを用いることで、板ガラスＧＳを比較的速やかに軟化させることができる。なお、加熱源１９の加熱方式は、例えば、抵抗加熱であってもよいし、レーザー加熱であってもよい。また、加熱源１９は、異なる加熱方式の加熱源を組み合わせて構成してもよい。

押圧部材２０は、例えば、マスク部材１８を支持台１７に向けて押圧する。押圧部材２０を押圧する押圧機構としては、例えば、流体シリンダ、直動アクチュエータ等が挙げられる。なお、押圧部材２０は、固定されたマスク部材１８に対して支持台１７を押圧するように構成することもできる。

外力発生装置２１としては、例えば、排気装置を用いることができる。排気装置は、支持台１７の空間部１７ｂ内に存在する気体を排出することで、支持台１７の空間部１７ｂ内を負圧にする。これにより、板ガラスＧＳの一部が支持台１７の空間部１７ｂ内に吸引されることで、板ガラスＧＳの一部の熱変形を促進することができる。排気装置としては、例えば、ベンチュリー機構を用いたポンプが好適である。

なお、外力発生装置２１は、排気装置に限らず、マスク部材１８側から板ガラスＧＳの一部に向けて高圧ガスを噴射する高圧ガス発生装置であってもよい。これにより、板ガラスＧＳの一部が支持台１７の空間部１７ｂに向けて加圧されることで、板ガラスＧＳの一部の熱変形を促進することができる。また、ポンプと高圧ガス発生装置とを併用して、板ガラスＧＳの一部の熱変形を促進してもよい。

上記構成の製造装置１６による蓋部材４の製造方法は、板ガラスＧＳの一部を熱変形させる成形工程を備える。

図７及び図８に示すように、成形工程では、まず支持台１７に支持した板ガラスＧＳにマスク部材１８を重ねて配置する。この場合において、支持台１７及びマスク部材１８は、支持台１７の開口縁Ｅ１よりも内側に、マスク部材１８の貫通孔１８ａにおける内周縁Ｅ２の少なくとも一部が配置される。その後、押圧部材２０は、支持台１７とマスク部材１８とを互いに接近させる方向に押圧する。これにより、支持台１７とマスク部材１８との間で挟まれた板ガラスＧＳの位置ずれを抑えることができる。

次に、成形工程では、加熱源１９によりマスク部材１８側から板ガラスＧＳを加熱する。これにより、板ガラスＧＳの一部が熱変形することで、突出部８が成形される。

上記の成形工程では、支持台１７の開口縁Ｅ１を、マスク部材１８で覆うことができる。これにより、蓋部材４における連結部９を、マスク部材１８の貫通孔１８ａの内周縁Ｅ２に沿った板ガラスＧＳの熱変形により形成することができる。すなわち、蓋部材４の連結部９は、支持台１７に接触することなく成形される。この成形工程により、枠部７、突出部８及び連結部９を有する蓋部材４が形成される。

なお、蓋部材４に突出部８を形成する方法（蓋部材４の製造方法）は、上記以外にも、凹部を有する金属製やセラミックス製の型の上に板ガラスＧＳを載せ、前記凹部と嵌合する凸部を有する金属製やセラミックス製の型を用いて、板ガラスＧＳを加熱プレスする方法を採用することができる。この加熱プレスにおける加熱温度は、好ましくは板ガラスＧＳの屈伏点以上であり、より好ましくは板ガラスＧＳの軟化点以上である。

成形工程が終了すると、枠部７の第一主面７ａに対して緩衝膜１３、金属層１４及び接合部１５がこの順に形成される。

まず、枠部７の第一主面７ａに対し、酸化シリコン膜と酸化ハフニウム膜とが交互に積層形成されることにより、緩衝膜１３が形成される。緩衝膜１３を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法の成膜法が挙げられる。

次に、緩衝膜１３に重なるように、金属層１４が形成される。金属層１４を形成する方法としては、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト又はイオンプレーティングを用いた真空蒸着法、及びＣＶＤ法の成膜法が挙げられる。

その後、金属層１４に重なるように、接合部１５が形成される。接合部１５は、例えばペースト状の金属系接合材を金属層１４に重ねるように塗布する工程を有する（塗布工程）。塗布工程の具体例としては、マスクを用いた印刷法（スクリーン印刷法）、ディスペンサを用いた塗布法等が挙げられる。

接合部１５は、上記の方法に限らず、例えば、予め所定の枠形状に形成した金属系接合材の成形体を、枠部７の第一主面７ａの金属層１４に重なるように配置してもよい。

接合部１５に係る金属系接合材が枠部７の第一主面７ａに塗布されると、この金属系接合材を第一主面７ａの金属層１４に固定するための熱処理工程が実行される。熱処理工程は、加熱工程と、冷却工程とを備える。

加熱工程では、蓋部材４をリフロー炉等の加熱装置を用いて加熱することで、金属系接合材を溶融させることができる。加熱工程は、例えば、炉内に窒素を充填した状態で実施してもよい。加熱工程において、蓋部材４は、３００℃以上の温度に加熱される。

冷却工程において、枠部７の第一主面７ａ上で溶融した金属系接合材は、冷却されることで固化する。冷却工程は、１５０℃以上３００℃以下の温度範囲、２分間以上３０分間以下の時間の条件で温度を維持する徐冷を含むことが好ましい。冷却工程において、枠部７と接合部１５との熱膨張係数の差により、蓋部材４に応力が発生するが、緩衝膜１３は、この応力を緩和することができる。

図９に示すように、接合工程では、蓋部材４が基体２に重ねられる。具体的には、蓋部材４の枠部７の第一主面７ａを基体２に対向させ、接合部１５を基体２の第一主面２ａに形成されている金属層６に接触させる。

次に、図１０に示すように、蓋部材４の枠部７に押圧部材２２を載置する。押圧部材２２は、錘２３と、錘２３を支持する支持部材２４とを有する。錘２３及び支持部材２４としては、例えば金属製又はセラミック製のものが使用される。

支持部材２４は、錘２３を支持する第一支持部２４ａと、第一支持部２４ａを支持する第二支持部２４ｂとを有する。

第一支持部２４ａは、錘２３が載置される支持面（上面）を有する。第二支持部２４ｂは、複数の棒状部材を含む。第二支持部２４ｂは、第一支持部２４ａの下面から下方に突出している。

第二支持部２４ｂは、蓋部材４の枠部７に接触する接触部２５を有する。接触部２５は、尖端状に構成される。接触部２５は、枠部７の緩衝膜１３の位置に対応するように、枠部７の第二主面７ｂに接触する。

押圧部材２２は、複数の第二支持部２４ｂの各接触部２５が枠部７に接触することで、蓋部材４上で自立した状態でこの蓋部材４を押圧する。押圧部材２２によって蓋部材４を押圧することで、蓋部材４の枠部７に形成されている接合部１５と、基体２の第一主面２ａに形成されている金属層６とを密着させることができる。

その後、金属層６と接合部１５とを圧接させた状態で加熱する（加熱工程）。これにより、接合部１５の金属系接合材が溶融した状態となる。なお、この加熱工程において、第二支持部２４ｂの尖端状の接触部２５が蓋部材４の枠部７に接触することから、接触部２５と枠部７との接触面積を可及的に小さくすることができる。これにより、枠部７から押圧部材２２の第二支持部２４ｂへの熱伝達を最小限に抑えることができる。

その後、溶融した金属系接合材を冷却することにより固化させる（冷却工程）。冷却工程において、基体２と蓋部材４の枠部７との熱膨張係数の差に起因して、枠部７に応力が発生することとなる。この場合において、緩衝膜１３は、この応力を緩和するように変形する。これにより、枠部７の破損を低減することができる。

冷却工程が終了すると、接合部１５が基体２の金属層６と蓋部材４の金属層１４とを一体に接合してなる封止部５が形成される。以上により、気密性が保たれたパッケージ１が完成する。

図１１は、蓋部材４を製造するためのガラス基板の例を示す。ガラス基板Ｇは、枠部７と、枠部７から突出する複数の突出部８とを備える。各突出部８は、上記の実施形態における蓋部材４の突出部８と同じ構成を有する。各突出部８は、上記の製造装置１６によって大型の板ガラスＧＳの複数箇所を熱変形させることによって形成される。このガラス基板Ｇを切断線ＣＬに沿って切断すれば、突出部８及び枠部７を有する複数の蓋部材を効率よく製造できる。

図１２は、蓋部材の他の例を示す。この例において、蓋部材４は、枠部７と、枠部７から突出する複数の突出部８と、枠部７の第一主面７ａに形成される緩衝膜１３、金属層１４及び接合部１５と、を備える。蓋部材４の各構成要素は、上記の実施形態における蓋部材４と同じ構成を有する。この蓋部材４は、基体２に複数の発光素子３が搭載される場合に、各発光素子３を複数の突出部８及び各緩衝膜１３等によって個別に封止することができる。

図１３及び図１４は、蓋部材の他の例を示す平面図である。この例において、蓋部材４は、複行複列に配された複数の突出部８を有する。図１３に示す蓋部材４は、平面視円形状に構成される複数の突出部８を有する。一方、図１４に示す蓋部材４は、平面視四角形状に構成される複数の突出部８を有する。なお、複行複列に配された複数の突出部８を有する蓋部材４については、隣り合う突出部８同士の間の平滑面に、スクライブ線を入れ、このスクライブ線に沿って蓋部材４を割断し、或いは、ブレードダイシング方式やレーザアブレーション方式でダイシングすることで、複数の蓋部材を得ることができ、また、任意の形状の蓋部材を得ることができる。

図１５は、蓋部材の製造方法（パッケージの製造方法における準備工程）における他の例を示す。この例では、緩衝膜１３及び金属層１４が形成されたガラス基板Ｇに接合部１５を形成する工程を示す。具体的には、スクリーン印刷法により接合部１５を形成する際に、ガラス基板Ｇを支持装置２６に固定する場合について説明する。

支持装置２６は、ガラス基板Ｇを支持する支持板２７と、支持板２７を支持する吸引台２９とを備える。

支持板２７は、吸引台２９に対して着脱自在に構成される。支持板２７は、ガラス基板Ｇの突出部８及び連結部９を挿入することが可能な開口部２８を有する。支持板２７は、ガラス基板Ｇの突出部８を下方に向けた状態で、突出部８及び連結部９を開口部２８に挿入することで、突出部８及び連結部９に接触することなく、ガラス基板Ｇの枠部７のみを支持することができる。

吸引台２９は、支持板２７を支持する支持部３０と、ガラス基板Ｇを支持板２７に固定するための吸引口３１とを備える。支持部３０は、支持板２７の周縁部を支持する支持面３０ａを有する。

吸引台２９は、支持部３０に支持された支持板２７と吸引口３１との間に、空間部２９ａを有する。吸引口３１は、図示しないポンプ等の吸引装置（排気装置）に接続されている。

吸引台２９は、ガラス基板Ｇが載置された支持板２７を支持部３０によって支持した状態で、空間部２９ａ内に存在する気体を吸引口３１から排出することで、空間部２９ａ内を負圧にする。これにより、ガラス基板Ｇは、支持板２７の開口部２８を介して空間部２９ａ側に吸引されることで、支持板２７に固定される。その後、スクリーン印刷法により、ガラス基板Ｇの金属層１４に重なるように、接合部１５に係るペースト状の金属系接合材が塗布される。

上記のように支持装置２６によってガラス基板Ｇを支持することで、接合部１５を精度良く形成することが可能となる。

図１６は、パッケージの他の例を示す。この例におけるパッケージ１は、複数の発光素子３が搭載された基体２と、図１２に例示した蓋部材４とを備える。この蓋部材４は、基体２に搭載された各発光素子３を、複数の突出部８及び封止部５によって個別に封止している。

図１７は、パッケージの他の例を示す。この例におけるパッケージ１は、蓋部材４の構成が図１及び図２の例と異なる。蓋部材４は、その内面（枠部７の第一主面７ａ、突出部８の内面８ａ及び連結部９の第一曲面９ａ）及び外面（枠部７の第二主面７ｂ、突出部８の外面８ｂ及び連結部９の第二曲面９ｂ）の全面を被覆する反射防止膜３２ａ，３２ｂを有する。反射防止膜３２ａ，３２ｂは、蓋部材４の内面を被覆する第一反射防止膜３２ａと、蓋部材４の外面を被覆する第二反射防止膜３２ｂとを含む。

各反射防止膜３２ａ，３２ｂは、スパッタリング法、真空蒸着法等の成膜法、又はスプレーコート法などの種々の方法により形成される。

各反射防止膜３２ａ，３２は、例えば第一の膜としての酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂）と、第二の膜としての酸化ハフニウム膜（ＨｆＯ₂）とを交互に含む多層膜構造を有する。各反射防止膜３２ａ，３２ｂの厚さは、好ましくは０．１μｍ以上１μｍ以下であり、より好ましくは０．２μｍ以上０．８μｍ以下である。

第一反射防止膜３２ａの一部は、枠部７と接合部１５との熱膨張係数の違いに起因する応力を緩和するための緩衝膜１３として機能する。換言すると、第一反射防止膜３２ａは、図１及び図２で例示したパッケージ１における緩衝膜１３を一体に有する膜である。

本例のパッケージ１では、蓋部材４の内面及び外面に形成された各反射防止膜３２ａ,３２ｂによって、発光素子３における光の取出し効率を可及的に向上させることができる。

以上説明した本実施形態に係るパッケージ１（蓋部材４）及びガラス基板Ｇによれば、蓋部材４の突出部８における頂部１２の厚さＴｍｉｎを基部１０の厚さＴｍａｘよりも薄くすることで、その透過率を高めることが可能となる。さらに、突出部８における基部１０の厚さＴｍａｘを頂部１２の厚さＴｍｉｎよりも厚くすることで、この突出部８における蓋部材４の強度を高めることが可能となる。したがって、本発明によれば、蓋部材４の透過率の向上と強度の確保とを両立させることが可能となる。

上記に加え、本実施形態に係る蓋部材４では、湾曲形状を有する連結部９によって枠部７と突出部８とを連結することで、この連結部９における蓋部材４の強度を高めることが可能となる。また、蓋部材４の突出部８は、製造装置１６の支持台１７及びマスク部材１８のいずれにも接触することなく成形されるため、内面８ａ及び外面８ｂの表面粗さＲａを可及的に小さくすることが可能である。同様に、蓋部材４の連結部９についても、非接触の成形により、その第一曲面９ａ及び第二曲面９ｂの表面粗さＲａを可及的に小さくすることが可能となる。このため、蓋部材４を透過率が高く、かつ損傷し難いものとすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

以下、本発明に係る実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

本発明者は、本発明に係る蓋部材の効果を確認するため、突出部の外径５０ｍｍ、突出部の高さ２５ｍｍの形状を有する実施例１及び比較例１、２に係る蓋部材と、突出部の外径１０ｍｍ、突出部の高さ５ｍｍの形状を有する実施例２及び比較例３、４に係る蓋部材を作製し、各例における試験を行った。なお、試験に用いたガラスは全て、質量％表記で、ＳｉＯ₂ ７０％、Ｂ₂Ｏ₃ ２０％、Ａｌ₂Ｏ₃ ５％、ＣａＯ １％、ＢａＯ １％、Ｎａ₂Ｏ ２％、Ｋ₂Ｏ １％のホウケイ酸ガラスであった。

実施例１～３に係る蓋部材は、上記実施形態の製造方法によって製造されており、突出部における頂部の厚さが基部の厚さより薄く構成された。一方、比較例１～４に係る蓋部材は、ガラス基板を加熱し、プレス成形することで、基部から頂部までの厚さが一定となる突出部を有した。具体的には、比較例１の蓋部材に係る突出部の厚さは、実施例１の蓋部材に係る突出部の基部の厚さと同じであった。また、比較例２の蓋部材に係る突出部の厚さは、実施例１の蓋部材に係る突出部の頂部の厚さと同じであった。比較例３の蓋部材に係る突出部の厚さは、実施例２の蓋部材に係る突出部の基部の厚さと同じであった。また、比較例４の蓋部材に係る突出部の厚さは、実施例２の蓋部材に係る突出部の頂部の厚さと同じであった。

実施例１～３及び比較例１～４について、分光光度計を用い、蓋部材の頂部における波長２５０ｎｍの光の透過率を測定した。また、破壊強度試験機を用い、実施例１、２及び比較例１～４の蓋部材の基部の破壊強度を測定した。

図１８に破壊強度試験機の概要を示す。破壊強度試験機３３は、蓋部材４を支持する支持台３５と、蓋部材４の基部１０を押圧する押圧部材３４とを有する。破壊強度試験では、蓋部材４を支持台３５によって支持した状態で、押圧部材３４によって蓋部材４における突出部８の基部１０を押圧し、その破壊強度（押圧部材３４の押圧力）を測定した。各例において、２０個の蓋部材を用いて破壊強度試験を行い、その平均値が、基準値（実施例１及び比較例１、２の場合は５０ＭＰａ、実施例２及び比較例３、４の場合は３ＭＰａ）以上のものを「良」、基準値未満のものを「不良」とした。

実施例１～３及び比較例１～４における蓋部材の要部の寸法及び試験結果を表１に示す。なお、表１において、破壊強度の評価結果は、良を「○」、不良を「×」で示している。

表１に示すように、実施例１に係るパッケージの蓋部材は、比較例１に係るパッケージの蓋部材よりも透過率が高く、比較例２のパッケージの蓋部材と比較して強度に優れていた。また、実施例２に係るパッケージの蓋部材は、比較例３に係るパッケージの蓋部材よりも透過率が高く、比較例４のパッケージの蓋部材と比較して強度に優れていた。また、実施例３に係るパッケージの蓋部材は、高い透過率を示した。以上の結果から、本発明によって、透過率の向上と強度の確保を両立するパッケージを実現することが可能となることが示された。

１ パッケージ
３ 発光素子
４ 蓋部材
７ 枠部
７ａ 第一主面
７ｂ 第二主面
８ 突出部
８ａ 内面
８ｂ 外面
９ 連結部
９ａ 第一曲面
９ｂ 第二曲面
１０ 基部
１２ 頂部
１３ 緩衝膜
１４ 金属層
１５ 接合部
Ｇ ガラス基板
Ｔｍａｘ 突出部の基部の厚さ
Ｔｍｉｎ 突出部の頂部の厚さ

Claims (11)

1. 発光素子を含むパッケージに用いられるガラス製の蓋部材であって、
   板状の枠部と、前記枠部から突出する突出部とを備え、
   前記突出部は、基部と、頂部とを備え、
   前記頂部の厚さは、前記基部の厚さよりも薄いことを特徴とする蓋部材。
2. 前記頂部の厚さ（Ｔｍｉｎ）と、前記基部の厚さ（Ｔｍａｘ）との比（Ｔｍｉｎ／Ｔｍａｘ）は、０．０８以上０．９以下である請求項１に記載の蓋部材。
3. 前記突出部は、内面及び外面を有し、
   前記内面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下である請求項１又は２に記載の蓋部材。
4. 前記突出部は、内面及び外面を有し、
   前記外面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の蓋部材。
5. 前記基部と前記枠部とを連結する湾曲形状の連結部を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の蓋部材。
6. 前記連結部は、前記基部と前記枠部とを繋ぐ第一曲面及び第二曲面を有し、
   前記第一曲面の曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
   前記第二曲面の曲率半径は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項５に記載の蓋部材。
7. 前記枠部は、第一主面及び第二主面を有し、
   前記第一主面に、金属層が形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載の蓋部材。
8. 前記枠部の前記第一主面と、前記金属層との間に、緩衝膜が形成されている請求項７に記載の蓋部材。
9. 前記金属層において前記緩衝膜と接触する部位とは反対側の部位に、接合部が形成されている請求項８に記載の蓋部材。
10. 発光素子を支持する基体と、請求項１から９のいずれか一項に記載の蓋部材と、を備えることを特徴とするパッケージ。
11. 発光素子を含むパッケージに用いられ蓋部材を製造するためのガラス基板であって、
    板状の枠部と、前記枠部から突出する複数の突出部とを備え、
    前記突出部は、基部と、頂部とを備え、
    前記頂部の厚さは、前記基部の厚さよりも薄いことを特徴とするガラス基板。