WO1999005073A1

WO1999005073A1 - Procede permettant de coller des elements en verre

Info

Publication number: WO1999005073A1
Application number: PCT/JP1998/003105
Authority: WO
Inventors: Tokuaki Nihashi
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 1999-02-04
Also published as: DE69812971D1; DE69812971T2; EP1008567A1; EP1008567B1; JP4108790B2; EP1008567A4; US6314759B1; AU8128398A; JPH1143354A

Description

明糸田書

ガラス部材の接合方法

技術分野

本発明は、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に、他のガラス部材を接合するための、ガラス部材の接合方法に関するものである。従来から、ガラス部材を接合する方法として、ガラス間の融着により接合する方法、低融ガラスを介して接合する方法、有機接着剤を用いて接合する方法などが知られている。ガラス間の融着により接合する方法は、ガラス部材の接合面を鏡面研磨後、適切な温度で密接圧着保持し、ガラス部材を相互融着させる方法である。また、低融ガラスを介して接合する方法は、接合しょうとするガラス部材と比較して粘度の小さぃ低融ガラスを、特定の接着温度のもとでガラス部材の接合面に介在させ、徐冷することによりガラス部材を接着させる方法である。また、有機接着剤を用いて接合する方法は、ガラス部材の接合面にポリビニルプチラールなどの有機接着剤を介在させ、ガラス部材を接着させる方法である。これらの方法を用いることにより、ガラス部材を強固に接合することが可能である。

発明の開示

一方、昨今の薄膜形成技術の進歩はめざましく、ガラス部材の表面に金属膜を形成することが可能となった。表面に金属膜が形成されたガラス部材は、その金属膜が反射層として作用することから、様々な光学部品として利用されるものとなった。例えば、図 2 4に示すような、表面に金属膜 3が形成されたガラス部材 1を複数個並べて接合することにより、図 2 5に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓 2が形成できる。この、ストライプ状反射面を有する光学窓 2は、例えば光電子増倍管の光入射面に接続され、光の各入射位置における光強度を検出するために用いられる。しかし、表面に金属膜が形成されているガラス部材に他のガラス部材を接合する場合、上記従来技術に示した方法を用いると、接合面が容易に剥離してしまう、又は金属膜が破壊されて反射面をなさないという現象が認められる。そのため、上記従来の方法を用いて製造された光学窓あるいは電子管などの光学部品は耐久性に劣り、実用上問題であった。

そこで、本発明は上記課題を解決し、接合面に金属膜が形成されているガラス等の部材の接合面に他のガラス部材を接合する場合において、接合面が容易に剥離せず、金属膜が破壊されることのない、ガラス部材の接合方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のガラス部材の接合方法は、接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第 1のガラス等の部材の接合面の少なくとも一部に、 S i〇₂からなる膜を形成した後、所定の圧力および所定の温度のもとで、上記接合面に第 2のガラス部材を熱圧着することを特徴としている。

接合面に金属膜が形成されている第 1のガラス等の部材の接合面に、 S i 0₂膜を介して第 2のガラス部材を熱圧着することにより、 2つのガラス部材が強固に接合され、接合面が剥離しにくくなるとともに、金属膜が破壊されることが無くなる。

また、本発明のガラス部材の接合方法は、 S i〇₂からなる膜を、 C V D法（ィ匕学気相成長法）によって形成することを特徴としても良い。

さらに、本発明のガラス部材の接合方法は、第 2のガラス部材が少なくとも 1 種以上のアル力リ元素を含むガラスから成り、第 1のガラス等の部材の熱膨張係数と第 2のガラスの熱膨張係数との差が— 1 . 0 X 1 0— ⁶〜十 1 . O x 1 0 /°Cの範囲であることを特徴としても良い。

また、本発明のガラス部材の接合方法は、第 1のガラス等の部材が、ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及び I I I— V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されていることを特徴とすることが好適である。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法によって接合された面状のガラス部材の状態を表した図である。

図 2は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法において用いられる面状のガラス部材を表した図である。

図 3は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第 1の工程を表した図である。

図 4は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法の第 2の工程を表した図である。

図 5は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。

図 6は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。

図 7は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。

図 8は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。

図 9は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。

図 1 0は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の製造工程を表す図である。

図 1 1は、本発明の第 1の具体例に係るストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。

図 1 2は、本発明の第 2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造ェ程を表す図である。図 1 3は、本発明の第 2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造ェ程を表す図である。

図 1 4は、本発明の第 2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の製造ェ程を表す図である。

図 1 5は、本発明の第 2の具体例に係る格子状反射面を有する光学窓の完成図である。

図 1 6は、本発明の第 3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 1 7は、本発明の第 3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 1 8は、本発明の第 3の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 1 9は、本発明の第 3の具体例に係る電子管の完成図である。

図 2 0は、本発明の第 4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 2 1は、本発明の第 4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 2 2は、本発明の第 4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 2 3は、本発明の第 4の具体例に係る電子管の製造工程を表す図である。図 2 4は、ストライプ反射面を有する光学窓を構成するガラス部材を表す図である。

図 2 5は、ストライプ反射面を有する光学窓の完成図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を図面を参照して説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法は、金属膜が形成されている第 1のガラス部材の接合面に S i 0₂からなる膜を形成する第 1の工程と、上記第 1の工程において接合面に S i 0₂膜が形成された第 1のガラス部材の接合面上に、第 2のガラス部材を重ねて熱圧着する第 2の工程から成っている。以下、順を追って各工程を説明する。

まず、第 1の工程について説明する。本実施形態に係るガラス部材の接合方法で用いる第 1のガラス部材 1 0は、少なくとも 1種以上のアルカリ元素を含むガラスからなっており、図 2に示されるような形状のものである。すなわち、接合面に金属膜、例えば C r膜 1 2が形成されている面状のガラス部材である。 C r 膜 1 2は、 1 0 0 O A程度の一様な厚さを持って形成されている。

本工程では、上記第 1のガラス部材 1 0の接合面に形成された C r膜 1 2の上に、 C V D法を用いて S i〇₂を蒸着し、厚さが 1 0 0 O A程度の S i〇₂膜 1 4 を形成する。その結果、第 1のガラス部材 1 0は、図 3に示すような構造になる。次に、第 2の工程について説明する。本工程ではまず、第 1の工程で接合面に S i 0₂膜 1 4が形成された第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0を図 4 のように上下に配置し、真空熱処理炉に挿入する。この際、第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0を重ねてもよいが、接合面に付着したガスを脱離させるために、ガス抜き処理が終了するまでは、図 4に示すように第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0との間隔を開けておく方が好ましい。また、材質の面においては、第 1のガラス部材 1 0の熱膨張係数と第 2のガラス部材の熱膨張係数との差が— 1 . 0 x 1 0— ⁶〜十 1 . 0 X 1 0— ⁶/°Cの範囲であることが好ましい。

ガス抜き処理終了後、第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0を、それらの接合面が密着するように重ね、炉内温度を第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0の屈服点温度付近にし、加重圧力を 1 0 0〜2 0 0 g/ c m²にした状態で 3 0分〜 1時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された第 1のガラス部材 1 0と第 2のガラス部材 2 0は、図 1に示すように相互に接合され、接合体が形成される。

この方法によって接合された 2つのガラス部材の接合面は、容易に剥離することがなく、よって、金属の反射膜あるいは電極等を有する様々な光学部品を製造する場合に用いることができる。以下、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて光学部品を製造する具体例について説明する。

(第 1の具体例）第 1の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた、ストライプ状反射面を有する光学窓の製造方法である。ストライプ状反射面を有する光学窓を製造するためには、まず、面状のガラス部材 1 0を洗浄し、その後、その一方の主面に C V D法にを用いて C rを蒸着し、 1 0 0 O A程度の厚みを持った C r膜 1 2を形成する。その結果、面状のガラス部材 1 0は、図 2に示すような形状となる。

次に、 C r膜 1 2上に S i 0₂膜 1 4を形成する。 S i〇₂膜 1 4は、上記実施形態における第 1の工程の欄で説明したように、 C V D法を用いて、 C r膜 1 4 上に S i 0₂を蒸着させることにより形成される。 S i 0₂膜 1 4を形成した面状のガラス部材 1 0は図 3に示すような構造になる。

続いて、〇膜1 2及び S i 0₂膜 1 4が形成された面状のガラス部材 1 0を、図 5のように多数枚重ねて配置する。重ねて配置する面状のガラス部材 1 0の枚数は、光学窓を接合して用いる電子管の画素数によって決定され、使用する面状のガラス部材 1 0の厚みは、電子管の解像度によって決定される。また、使用する面状のガラス部材 1 0の面積は、製造する光学窓の大きさ、および枚数などによって決定される。

更に、図 5のように配置された多数枚の面状のガラス部材 1 0を真空熱処理炉内に挿入し、熱圧着する。具体的には、上記実施形態における第 2の工程で説明したように、上記多数枚の面状のガラス部材 1 0を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材 1 0の屈服点温度付近にし、加重圧力を 1 0 0〜2 0 0 g/ c m²にした状態で 3 0分〜 1時間密着保持することにより熱圧着する。熱圧着された多数枚の面状のガラス部材 1 0は図 6に示すような接合体となる。

次に、この熱圧着されたガラス部材 1 0の接合体を、図 7に示すように圧着面に垂直に切断する。切断された一片は、図 8に示すような形状のストライプ状反射面を有する光学窓 3 0となり、電子管の光学窓として用いられる。第 1の具体例のストライプ状反射面を有する光学窓 3 0を形成する場合、図 2 に示すように接合面全面に C r膜 1 2を設けたガラス部材 1 0を用いていたが、これは図 9に示すように、 C r膜 1 2を接合面の全面ではなく、長方形の部分に分割して形成したガラス部材 1 0を用いてもよい。このようなガラス部材 1 0の上面に S i〇₂膜を形成すると、ガラス部材 1 0は図 1 0に示すような形状となり、これを重ねて接合し、接合面に垂直、かつ、 C r膜 1 2と切断面が交差しないように切断することにより、図 1 1に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓 3 0が形成される。図 1 1に示すようなストライプ状反射面を有する光学窓 3 0は、金属反射膜（C r膜 1 2 ) が光入射面あるいはその反対側の面に露出していないため、電子管などに接着して使用する場合、反射層による電気的な短絡への配慮が不要となる。

(第 2の具体例）

第 2の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いた格子状反射面を有する光学窓の製造方法である。格子状反射面を有する光学窓を形成するには、上記第 1の具体例において作成したストライプ状反射面を有する光学窓 3 0を用いる。ストライプ状反射面を有する光学窓 3 0の一方の主面に、 C V D法を用いて、 C r膜 1 2、 S i〇₂膜 1 4を順次形成する。 C r膜 1 2、 S i 0 ₂膜 1 4の厚みは、双方とも 1 0 0 O A程度である。一方の主面に C r膜 1 2、 S i〇₂膜 1 4を形成したストライプ状反射面を有する光学窓 3 0は、図 1 2のような形状になる。

次に、 C r膜 1 2、 S i 0₂膜 1 4を形成したストライプ状反射面を有する光学窓 3 0を多数枚重ねて熱圧着する。具体的には、上記実施形態の第 2の工程で説明したように、真空熱処理炉内で上記多数枚の面状のガラス部材 1 0を、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材 1 0の屈服点温度付近にし、加重圧力を 1 0 0〜2 0 0 g/ c m²にした状態で 3 0分〜 1時間密着保持することにより熱圧着する。その結果、多数枚のストライプ状反射面を有する光学窓 30は相互に接合され、図 13に示すような接合体を形成する。上記の接合体を、図 14に示すように、ガラス部材 10の接合面およびストラィプ状反射面を有する光学窓 30の接合面の双方に垂直な切断面を有するように切断すると、図 15に示すような格子状反射面を有する光学窓 40となる。格子状反射面を有する光学窓 40は、 Crによる格子状の反射層を持ち、電子管の光学窓として用いられる。

(第 3の具体例）

第 3の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。面状のガラス部材 10に Cr膜 12、 S i0₂膜 14を形成する所までは、上記第 1の具体例と同様である。

次に、リソグラフィ技術を用いて、 Cr膜 12、 S i〇₂膜 14が所定の形状になるようにエッチング処理をする。 S i 0₂をエッチング処理するためには HFなどを、また、 C rをエッチング処理するためには、硝酸第 2セリウム ·アンモニゥムと過塩素酸と水の混合物、または、赤血塩と NaOH (もしくは KOH) と水の混合物を用いればよい。エッチング処理をした結果、面状のガラス部材 10 の形状は図 16に示すようになる。

エッチング処理後、力ソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料 16を CVD法、あるいは他の蒸着法によって所定の形状に形成する。ここで電極用金属材料 16としては、 N i、 Mg、 Ag、 Sn、 Auなどが挙げられる。その結果、面状のガラス部材 10は図 17に示すような形状になる。

続いて、力ソード用、あるいはアノード用の電極用金属材料 16をそれそれ蒸着した面状のガラス部材 10を、支持ガラス 18を用いて、図 18のように配置する。

その後、上記実施形態における第 2の工程にて説明したように、真空熱処理炉内で 2枚の面状のガラス部材 10と支持ガラス 18とを、それぞれの接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材 10の屈服点温度付近にし、加重圧力を 100〜200 g/cm²にした状態で 30分〜 1時間密着保持することにより熱圧着する。

最後に Cr膜 12部分に外部電極 19を引き出し、図 19に示すように電子管 50が形成できる。

(第 4の具体例）

第 4の具体例は、本発明の実施形態に係るガラス部材の接合方法を利用した電子管の製造方法である。

本方法では、まず、図 20に示すように、力ソード用材料となる GaAs半導体結晶から成る面状部材 52の接合面に S i〇₂膜 14を形成する。 S i0₂膜 1 4の形成は、第 1の具体例と同様に、 CVD法を用いて面状部材 52の接合面に S iO ₂を蒸着する方法で行う。

次に、図 21に示すように、真空熱処理炉内で面状部材 52の接合面とガラス部材 10の接合面が密着するように重ね、炉内温度をガラス部材 10の屈服点温度付近にし、加重圧力を 100〜200 g/cm²にした状態で 30分〜 1時間密着保持することにより熱圧着する。

続いて、図 22に示すように、ガラス部材 10上に電極となる Cr膜 12を蒸着し、さらに、図 23に示すように、所定の位置に S i 0₂膜 14を形成する。以降の処理は、具体例 3と同様で、 2つのガラス部材 10を、支持ガラス 18 を用いて熱圧着し、外部電極 19を引き出すことにより、電子管 50を形成する。上記第 1〜第 4の具体例に示すように、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いて、ガラス部材を接合することにより、接合面が容易に剥離せず、かつ金属膜が破壊されないため、耐久性能が高く、良好な反射面あるいは電極を持つた光学窓、あるいは電子管を製造することが可能となる。

また、上記実施形態において、第 1のガラス部材 10の接合面に形成されている金属膜は Crから形成されていたが、これは Crでなくても良い。例えば、 A 1、 N i、 T i、 Mo、 T aからなる膜が形成されていても、本実施形態に係るガラス部材の接合方法を用いることにより、 2つのガラス部材を効果的に接合することができる。

また、上記実施形態において、第 1のガラス部材の接合面に S i〇₂を蒸着させる方法として、 C VD法を用いていたが、これは P V D法など、別の蒸着方法であっても良い。

また、上記実施形態においては、接合面の全面に S i〇₂を蒸着し、 S i〇₂膜 1 4を形成していたが、接合強度が所望の強度を満たすのであれば、接合面の全面ではなく一部に S i 0₂膜 1 4を形成し、熱圧着を行っても良い。

さらに、上記実施形態において、ガラス部材を接合させる対象であるガラス等の部材として、ガラス、 II I— V族化合物半導体についての具体例を示したが、本方法においてガラス部材を接合することがすることができるガラス等の部材としては、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコンからなる部材などが考えられる。これらの部材に、ガラス部材を接合するときも、上記実施形態に係る方法において、 2つの部材を強固に接合することが可能となる。

産業上の利用の可能性

本発明のガラス部材の接合方法は、例えば上記実施形態に示すような電子管や光学窓などを製造する際などに広く利用することが可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 接合面の一部あるいは全面に金属膜が形成されている第 1のガラス等の部材の接合面の少なくとも一部に、 S i〇₂からなる膜を形成した後、所定の圧力および所定の温度のもとで、前記接合面に第 2のガラス部材を熱圧着することを特徴とするガラス部材の接合方法。

2 . 前記 S i 0₂からなる膜を、 C VD法（化学気相成長法）によって形成することを特徴とする請求項 1に記載のガラス部材の接合方法。

3 . 前記第 2のガラス部材は、

少なくとも 1種以上のアルカリ元素を含むガラスから成り、

前記第 1のガラス等の部材の熱膨張係数と前記第 2のガラス部材の熱膨張係数との差が一 1 . 0 x 1 0— ⁶〜十 1 . 0 X 1 0— ⁶/°Cの範囲であることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のガラス部材の接合方法。

4 . 前記第 1のガラス等の部材は、ガラス、サファイア、スピネル、セラミックス、シリコン及び III— V族化合物半導体からなる群から選択されるいずれかの材料から形成されていることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載のガラス部材の接合方法。