CN106449439A - 一种玻璃芯片封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃芯片封装方法，通过在玻璃片的厚度方向预制贯穿导电金属极，采用超快激光对玻璃芯片进行激光焊接封装。本发明利用超短脉冲激光超强光强特性，在透明介质内会产生非线性吸收效应并在焦点处熔融，实现在透明材料空间内进行选择性微焊接。超短脉冲激光加工的结构尺寸可以突破光学衍射极限，实现小于激光波长的精密焊接。此外，激光和材料相互作用时间极短，能有效避免材料因不同热膨胀系数产生的裂纹和溅射物，有助于提高焊接封装的精度和质量。相比粘接等其它封装技术，本发明制作工艺简单，芯片厚度无限制，不需加入不同材质的填充物，可提高玻璃芯片封装的强度性能、稳定性、可靠性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于芯片封装应用技术领域，具体涉及一种玻璃芯片封装方法。
背景技术
玻璃材料是用于生产植入微电子、太阳能电池、有机发光二极管(OLED)、微型传感器和转换器及光电子器件等芯片封装优良材料，在电子半导体、生物医学、太阳能电池、航空航天等领域具有极广泛和潜在的应用价值和市场前景。这是由于玻璃材料具有许多优点：例如玻璃材料对生物体而言可看作一种“中性”物质，将其植入人体内部时与人体体液组织的生物相容性较好，不会发生免疫排斥反应。其次，玻璃材料不像许多胶粘剂或其它焊接过程中使用的额外的基材那样会被体液腐蚀或自发降解，本身使用寿命长。而且，玻璃材料不会干扰电磁波，这有利于带信号的电磁波穿透玻璃封装的元件。同时，玻璃对太阳光具有透射性，是钙钛矿型和染料敏化太阳能电池的优选封装材料。目前的玻璃材料芯片封装基本上是采用胶粘剂将两个玻璃材料表面粘连起来，达到封装目的。虽然胶粘剂可以连接不同材料，但是胶粘剂封装具有如下问题：胶粘剂释放气体会导致周围器件受到污染，导致芯片性能损坏；胶粘剂容易光致漂白导致过早老化，使得密封性能下降，导致芯片稳定性下降；在经受巨大的温度变化的情况下，胶粘剂热降解和热膨胀的应力积累会减少胶粘剂的使用寿命，导致芯片寿命下降；胶粘合强度性能低，无法用于强度要求高的航空航天等领域应用需求。
虽然激光焊接技术已被广泛应用到工业加工制造中，但是焊接玻璃材料却存在较大困难，原因在于能被玻璃吸收的激光波长，基本上是激光束在玻璃材料表面上发生相互作用，而无法透过玻璃材料，在两片玻璃材料之间发生相互作用，因而无法进行激光封装焊接。但能透射玻璃材料的激光束，激光能量又很难被玻璃材料吸收，发生相互作用。当增加激光能量使激光能量达到玻璃损伤阈值而发生相互作用时，过多的能量积累会使透射玻璃材料过热膨胀而破裂。此外热效应也会极大地影响脆性玻璃材料的透射率性能而导致激光封装焊接过程稳定性变差，以至于玻璃材料的焊接被广泛认为是一大难题。另一大难题是如何将激光熔化玻璃焊接封装在两片玻璃内的芯片导电引线引出。因为激光熔化焊接封装过程中，会将镀在玻璃表面上的导电引线膜烧损，切断与外界电路的连接，同时也因导电膜与玻璃材质不同，会降低玻璃封装的焊缝质量，导致密封性能破坏。
尽管目前公开的申请专利(CN 103785951 A)中提出一种“采用低熔融玻璃或薄吸收膜对透明玻璃片进行激光焊接”的方法来实现玻璃介质封装。但这种方法存在以下问题：
1.采用的脉冲宽度为1-40纳秒、波长为420-750nm和重复频率至少为1kHz的脉冲激光束，仅是用于熔化无机膜层材料，不是熔化玻璃基材，故仍然属粘接，而不是熔接，因而封接强度性能低，无法用于强度要求高的航空航天等领域应用需求；
2.需要在玻璃基材表面涂上一层厚度约为10nm至100微米的低熔融以及在420-750nm波段是可透射的无机膜，增加了封装成本和工艺流程；
3.由于无机膜层厚度限制，封装于两片玻璃基材之间的芯片厚度必须小于100微米，不能用于芯片厚度大于100微米封装，应用范围窄；
4.由于被封装的玻璃和加入无机膜材料的物理化学性能存在差异，会导致激光封装焊缝质量因成分不同而下降，影响封装的密封性能；
5.由于被封装的玻璃和加入低熔融无机膜材料的物理化学性能存在差异，也会导致激光封装后因材料热胀冷缩系数不同而存在残余应力，易于出现裂纹而影响封装的使用寿命；
此外，该方法仍然未解决如何将被封装在玻璃内的芯片导电引线无损引出来的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种玻璃芯片封装方法，通过超快激光直接熔化玻璃自身材料，来实现芯片封装，提高封装的强度、密封性、稳定性、可靠性和延长寿命，以解决现有玻璃封装技术中导电引线和玻璃容易被激光损坏、封装厚度有限、封装性能差等问题。
本发明提供的一种玻璃芯片封装方法，包括如下步骤：
(1)将第一平面玻璃基材均匀加温到玻璃的软化温度；
(2)将要封装的金属导电极完全插入被软化的第一平面玻璃基材，导电极两端表面与玻璃两个表面平齐，直至插入全部金属导电极；导电极距待激光扫描焊接的区域边缘保持合适距离，避免激光扫描焊接时损伤金属导电极；
(3)将穿有导电极的第一平面玻璃基材再次加热并保持软化温度，使玻璃片与各金属导电极充分紧密接触；
(4)将第一平面玻璃基材缓慢降到室温，恢复玻璃原来的物理化学特性，从而在该基材上完成密封性良好的导电极封装；
(5)将欲封装的芯片制备在封装有导电极的第一平面玻璃基材表面上，并将芯片导电引线与第一平面玻璃基材所封装的导电极相连；
(6)根据芯片厚度，贴合第二平面玻璃基材：其中：
当芯片厚度小于1微米时，将带有芯片的第一平面玻璃基材的芯片面与第二平面玻璃基材一面贴合，使芯片植入两片玻璃片之间，组成待激光封装的玻璃芯片；
当芯片厚度大于1微米时，在第一平面玻璃基材除去芯片之外的部分，加入一块厚度不小于芯片的同质玻璃片，然后与第二平面玻璃基材一面贴合，使芯片植入两片玻璃片之间，组成待激光封装的玻璃芯片；
当芯片厚度等于1微米时，采用上述二种方式中的任一种进行贴合；
(7)采用对所述玻璃基材透射性好的超快激光，对所述待激光封装的玻璃芯片进行焊接；焊接工艺根据不同芯片厚度决定：
当芯片厚度小于1微米时，将激光聚焦于玻璃接触面快速扫描，使第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装；
当芯片厚度大于1微米且小于500微米时，将激光聚焦于所述同质玻璃片厚度方向中间位置快速扫描，使其两面分别与第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装；
当芯片厚度等于1微米时，采用上述二种方式中的任一种进行焊接；
当芯片厚度大于或等于500微米时，先将激光聚焦于所述同质玻璃片下表面快速扫描，然后将激光聚焦于所述同质玻璃片上表面快速扫描，使其两面分别与第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装。
进一步的，所述激光器为超快脉冲激光器，脉冲宽度为皮秒或飞秒数量级；
进一步的，所述激光器波长满足对玻璃基材透射性好，波长范围为266nm-1200nm；
进一步的，玻璃焊接工艺所用激光输出功率范围为10-100W，激光频率范围为10k-20MHz，扫描速度范围为100-9000mm/s。
进一步的，步骤(2)中所述导电极距待激光扫描焊接的区域边缘不小于1mm。
进一步的，步骤(1)中是将第一平面玻璃基材放入耐高温模具，送入加热炉中进行加热；步骤(7)中是通过扫描振镜光路系统实现激光聚焦和快速扫描。
进一步的，步骤(3)中，保持软化温度3-5分钟。
上述玻璃芯片封装方法中，步骤(4)里是以每分钟降15-25度的速度降到室温。
本发明方法可用于包含但不限于钙钛矿太阳能电池芯片、生物芯片、有机发光二极管(OLED)玻璃芯片封装。
本发明方法所用的超短脉冲激光主要指激光脉冲小于纳秒的皮秒和飞秒脉冲激光。该类激光器在焊接透明材料方面具有很多优点：首先，由于超短脉冲激光峰值功率密度极高，具有超强光强特性，在透明介质内会产生非线性吸收效应并在焦点处熔融，获得固定的损伤阈值，使得超快激光不同于连续和长脉冲激光只能加工对其波长不透明的介质表面，因而可以实现在透明材料空间内进行选择性微焊接；其次，超短脉冲激光作用透明介质因多光子吸收的阈值效应和激光光束的高斯特性，使得超短脉冲激光加工的结构尺寸可以突破光学衍射极限，实现小于激光波长的精密焊接。最重要的是，超短脉冲和材料相互作用时间极短，消除了脆性玻璃材料在长脉冲加工过程出现明显的因热扩散和热积累效果，继而产生热冲击波对脆性玻璃材料的热损伤的问题，有效避免了材料因不同热膨胀系数导致热应力产生裂纹和溅射物，焊接区域边缘平滑，因而提高了焊接封装的精度和质量。
相比粘接等其它封装技术，本发明制作工艺简单，可方便无损地引出封装在玻璃内的芯片导电引线；且应用范围广，芯片厚度无限制，不需在焊接材料中间加入不同材质的填充物或中间层，可获得较高的焊缝强度和可靠性，具有密封性能优良和使用寿命长的优点。
附图说明
图1第一平面玻璃基材加温软化示意图；
图2在软化玻璃预制贯穿金属导电极示意图；
图3带有贯穿金属导电极的第一平面玻璃基材软化示意图；
图4芯片和芯片导电引线在带有贯穿金属导电极的第一平面玻璃基材制备示意图；
图5实施方法之一的待激光封装玻璃芯片组装示意图；
图6超短脉冲激光封装焊接实施方法之一的待激光封装玻璃芯片示意图；
图7实施方法之二的插入玻璃片结构示意图；
图8实施方法之二的待激光封装玻璃芯片组装示意图；
图9超短脉冲激光封装焊接实施方法之二的待激光封装玻璃芯片示意图；
图10实施方法之三的插入玻璃片结构示意图；
图11实施方法之三的待激光封装玻璃芯片组装示意图；
图12超短脉冲激光封装焊接实施方法之三的待激光封装玻璃芯片第一封装焊缝示意图；
图13超短脉冲激光封装焊接实施方法之三的待激光封装玻璃芯片第二封装焊缝示意图；
图14本发明工艺流程图
具体实施方式
本发明提供了一种能避免封装在玻璃内的芯片导电引线被激光损坏，影响封装激光焊缝质量，并通过超快脉冲激光直接熔化玻璃自身材料，来实现芯片封装的方法。
本发明的方法是在第一平面玻璃基材上先预制贯穿玻璃片厚度的导电金属极(即：贯穿导电引线)，并将芯片制作在第一平面玻璃基材表面上，芯片的导电引线与贯穿导电金属极连接。当封装芯片的厚度不大于1微米时，可将第二平面玻璃基材直接安放在第一平面玻璃基材的芯片制备面上，并与第一平面玻璃基材表面紧密接触，组成待激光封装的玻璃芯片；当封装芯片的厚度大于1微米时，在第一和第二平面玻璃基材之间加入一片不小于芯片厚度、并带有窗口大于芯片和芯片的导电引线面积之和的同质玻璃片，使芯片和芯片导电引线植入插入的玻璃片窗口内，组成待激光封装的玻璃芯片；利用玻璃对超短脉冲激光波长具有透射性和非线性吸收特性，根据芯片的不同厚度，将激光直接聚焦于第一和第二平面玻璃基材接触面或插入的同质玻璃片内部或插入的同质玻璃片与第一和第二平面玻璃基材相接触面，进行焊接，实现玻璃芯片封装。
本实施方式中激光器为超快脉冲激光器，脉冲宽度为皮秒或飞秒数量级，输出波长满足对玻璃材料具有透射性条件，玻璃焊接频率为10k-20MHz，输出功率10-100W，扫描速度100-9000mm/s。
本发明的具体实施方式如图1所示，将第一平面玻璃基材1放入耐高温模具2(如坩埚)中送入加热炉3，均匀加温到玻璃的软化温度(500-700℃)。当玻璃软化后，将金属导电极4(如铜棒或铜片)在与激光封装焊接处相距一段合适距离的位置(1毫米至数毫米)，插入被软化的第一平面玻璃基材1，使金属导电极4两头端面穿过第一平面玻璃基材1的两个表面，并与第一平面玻璃基材1的两个表面基本平行(如图2所示)。再将预制贯穿金属导电极4的第一平面玻璃基材1在加热炉3中保持软化温度(700℃)，停留3-5分钟，使第一平面玻璃基材1与金属导电极4充分紧密接触(如图3所示)。然后，缓慢降加热炉3的温度到室温，恢复第一平面玻璃基材1原来的物理化学特性。完成在第一平面玻璃基材1上预制穿透其厚度并密封性良好的贯穿金属导电极4。在带有贯穿金属导电极4的第一平面玻璃基材1表面制备芯片5和芯片导电引线6，并与贯穿金属导电极4的一端相连接(如图4所示)。
本发明提供玻璃芯片封装方法之一是当芯片5的厚度不大于1微米时，将第二平面玻璃基材7的放在带有芯片5的第一平面玻璃基材1的面上，并紧密接触，使芯片植入第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7之间(如图5所示)，组装成待激光封装玻璃芯片9。图6给出超短脉冲激光玻璃芯片封装焊接装置，它由超短脉冲激光器12、扩束准直镜13、反射导光镜14和15、2D扫描振镜16和远心扫描聚焦镜17组成。反射导光镜15、2D扫描振镜16和远心扫描聚焦镜17固定于沿z轴方向上下移动机构18上，可沿z轴方向上下移动来调节激光聚焦点位置。将待激光封装玻璃芯片9放入远心扫描聚焦镜17下方，通过移动机构18调节，使超短脉冲激光束聚焦在第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7之间位置，同时启动超短脉冲激光器12和2D扫描振镜16。超短脉冲激光器12发出的激光束经扩束准直镜13进行扩束准直，通过反射导光镜14和15，导入2D扫描振镜16和远心扫描聚焦镜17，并聚焦于第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7之间。2D扫描振镜驱动激光聚焦点沿距离芯片5一定的合适距离进行扫描封装焊接，利用非线性吸收效应使激光焦点处的第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7局部迅速熔化，并相互熔接在一起，形成封闭环密封焊缝8，完成玻璃芯片封装。
本发明提供玻璃芯片封装方法之二是当芯片10的厚度大于1微米但小于500微米时，在带有芯片10的第一平面玻璃基材1的表面与第二平面玻璃基材7的表面之间插入一片同材质玻璃片20(如图7所示)。该玻璃片20的厚度23不小于芯片10的厚度，并在中部开有大于芯片10和芯片导电引线24面积之和的窗口21。将玻璃片20放在带有芯片10的第一平面玻璃基材1的表面上，使芯片10和芯片导电引线24位于插入玻璃片20的窗口21内。再将第二平面玻璃基材7放在玻璃片20另一表面上，使芯片10植入第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7之间，组装成待激光封装玻璃芯片11(如图8所示)。将待玻璃芯片激光封装11放入远心扫描聚焦镜17下方，通过移动机构18调节，使超短脉冲激光束聚焦位于玻璃片20中间。同时启动超短脉冲激光器12和2D扫描振镜16，超短脉冲激光器12发出的激光束经扩束准直镜13进行扩束准直，通过反射导光镜14和15，导入2D扫描振镜16和远心扫描聚焦镜17，并聚焦位于玻璃片20中间位置。2D扫描振镜驱动激光聚焦点沿玻璃片20周边进行扫描封装焊接，利用非线性吸收效应使激光焦点处的插入玻璃片20、第一平面玻璃基材1和第二平面玻璃基材7局部迅速熔化，并相互熔接在一起，形成封闭环密封焊缝22，完成玻璃芯片封装。
本发明提供玻璃芯片封装方法之三是当芯片32的厚度大于500微米时，在带有芯片32的第一平面玻璃基材1的表面与第二平面玻璃基材7的表面之间插入一块同材质的玻璃片30(如图10所示)。该玻璃片30的厚度33不小于芯片32的厚度，并在中部开有大于芯片30和芯片导电引线24面积之和的窗口31。将玻璃片30放在带有芯片32的第一平面玻璃基材1的表面上，使芯片32和导电引线24位于插入玻璃片30的窗口31内。再将第二平面玻璃基材7放在插入玻璃片30另一表面上，使芯片30植入第一玻璃1和第二两块7之间，组装成待激光封装玻璃芯片36(如图11所示)。将待激光封装玻璃芯片36放入远心扫描聚焦镜17下方，通过移动机构18调节，使超短脉冲激光束聚焦位于插入玻璃片30与第一块玻璃1之间的接触面处。同时启动超短脉冲激光器12和2D扫描振镜16，超短脉冲激光器12发出的激光束经扩束准直镜13进行扩束准直，通过反射导光镜14和15，导入2D扫描振镜16和远心扫描聚焦镜17，并聚焦于插入玻璃片30与第一块玻璃1之间的接触面处，2D扫描振镜16驱动激光焦点沿插入玻璃片30与第一块玻璃1之间接触面处的周边进行扫描封装焊接，利用非线性吸收效应使激光焦点处的插入玻璃片30局部和第一平面玻璃基材1局部迅速熔化，并相互熔接在一起，形成封闭环密封焊缝34。然后，再通过移动机构18调节，使激光聚焦点位于插入玻璃片30与第二块玻璃7之间的接触面处，同时启动超短脉冲激光器12和2D扫描振镜16，使激光焦点沿插入玻璃片30与第二块玻璃7之间接触面处的周边进行扫描封装焊接，利用非线性吸收效应使激光焦点处的插入玻璃片30局部和第二平面玻璃基材7局部迅速熔化，并相互熔接在一起，形成封闭环密封焊缝35，完成玻璃芯片封装。
本发明可应用于所有玻璃芯片封装领域，包含但不限于钙钛矿太阳能电池芯片、生物芯片、有机发光二极管(OLED)玻璃芯片封装。
实例1：玻璃钙钛矿太阳能电池芯片封装制作
将坩埚模具装有厚度为1mm、长和宽分别为20mm和15mm的第一平面玻璃基材放入高温加热炉，将温度均匀上升到550℃，使第一平面玻璃基材软化，取出坩埚模具。将两根直径为1mm的铜丝迅速插入第一平面玻璃基材软化，让铜丝贯穿玻璃片软化。然后再将坩埚模具放入高温加热炉，并将温度升至700℃，停留3分钟，使玻璃片与铜线充分紧密接触，达到密封条件。缓慢下降高温加热炉到室温后，在第一平面玻璃基材上获得穿透其厚度并密封性良好的贯穿导电金属极。在带有贯穿导电金属极第一平面玻璃基材表面上制备厚度小于1微米、长和宽分别为10mm和6mm的钙钛矿太阳能电池芯片和厚度为0.5微米、长和宽分别为2mm和1mm的两个芯片导电引线，分别与两根贯穿导电金属极一端相连接，形成正负导电金属极。再将厚度为1mm、长和宽分别为20mm和15mm的第二平面玻璃基材安放在第一平面玻璃基材制备钙钛矿太阳能电池芯片和芯片导电引线面上，并紧密接触，组成待激光封装的玻璃芯片。采用脉宽为15皮秒和波长为355nm的超短秒冲激光器，输出功率和重复频率分别为20W和500kHz，振镜扫描速度200mm/s，激光聚焦点位于第一平面玻璃基材与第二平面玻璃基材之间位置，并距离一玻璃片与第二平面玻璃基材外部边缘1mm距离，进行封装焊接，获得密封性和强度良好的焊缝。满足玻璃钙钛矿太阳能电池芯片封装技术指标要求。
实例2：玻璃生物芯片封装制作
将坩埚模具装有厚度为1mm、长和宽分别为20mm和15mm的第一平面玻璃基材放入高温加热炉，将温度均匀上升到550℃，使第一平面玻璃基材软化，取出坩埚模具。将两根直径为1mm的铜丝迅速插入第一平面玻璃基材软化，让铜丝贯穿玻璃片软化。然后再将坩埚模具放入高温加热炉，并将温度升至700℃，停留3分钟，使玻璃片与铜线充分紧密接触，达到密封条件。将温度缓慢下降到室温后，在第一平面玻璃基材上获得穿透其厚度并密封性良好的贯穿导电金属极。在带有贯穿导电金属极第一平面玻璃基材表面上制备厚度为80微米、长和宽分别为10mm和8mm的生物芯片和厚度为10微米、长和宽分别为2mm和1mm的两条生物芯片导电引线，生物芯片导电引线分别与两根贯穿导电金属极一端相连接，形成正负导电金属极。采用厚度为100微米、长和宽分别为20mm和15mm的同质玻璃片，并在中部开有长和宽分别为14mm和10mm的窗口。将带有窗口的插入玻璃片安放在第一平面玻璃基材制备生物芯片的表面上，让生物芯片和两条生物芯片导电引线装入插入玻璃片的窗口内，并与第一玻璃紧密接触。再将厚度为1mm、长和宽分别为20mm和15mm的第二平面玻璃基材安放在带有窗口的插入玻璃片上面，并与插入玻璃片紧密接触，组成待激光封装的玻璃生物芯片。采用脉宽为15皮秒和波长为532nm的超短秒冲激光器，输出功率和重复频率分别为30W和1MHz，振镜扫描速度500mm/s，激光聚焦点位于插入玻璃片厚度中心位置，并距离外部边缘1mm距离，进行封装焊接，获得密封性和强度良好的焊缝。满足生物芯片封装技术指标要求。
实例3：玻璃有机发光二极管(OLED)芯片封装制作
将坩埚模具装有厚度为1mm、长和宽分别为10mm和8mm的第一平面玻璃基材放入高温加热炉，将温度均匀上升到500℃，使第一平面玻璃基材软化，取出坩埚模具。将两根直径为2mm的铜丝迅速插入第一平面玻璃基材软化，让铜丝贯穿玻璃片软化。然后再将坩埚模具放入高温加热炉，并将温度升至700℃，停留3分钟，使玻璃片与铜线充分紧密接触，达到密封条件。将温度缓慢下降到室温后，在第一平面玻璃基材上获得穿透其厚度并密封性良好的贯穿导电金属极。在带有贯穿导电金属极第一平面玻璃基材表面上制备厚度为2mm、长和宽分别为4mm和3mm的OLED芯片和厚度为1mm、长和宽分别为2mm和2mm的两条OLED芯片导电引线，两条OLED芯片导电引线分别与两根贯穿导电金属极一端相连接，形成正负导电金属极。采用厚度为2.5mm、长和宽分别为10mm和8mm的同质玻璃片，并在中部开有长和宽分别为8mm和5mm的窗口。将带有窗口的插入玻璃片安放在第一平面玻璃基材制备OLED芯片的表面上，让OLED芯片和两条OLED芯片导电引线装入插入玻璃片的窗口内，并与第一玻璃紧密接触。再将厚度为1mm、长和宽分别为10mm和8mm的第二平面玻璃基材安放在带有窗口的插入玻璃片上面，并与插入玻璃片紧密接触，组成待激光封装的玻璃生物芯片。采用脉宽为10皮秒和波长为1064nm的超短秒冲激光器，输出功率和重复频率分别为100W和210MHz，振镜扫描速度1000mm/s，激光聚焦点位于第一玻璃和插入玻璃片之间接触位置，并距离外部边缘1mm距离，进行封装焊接。然后，再将激光聚焦点移动到第二玻璃和插入玻璃片之间接触位置并距离外部边缘1mm距离，进行封装焊接。获得密封性和强度良好的焊缝。满足生物芯片封装技术指标要求。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种玻璃芯片封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将第一平面玻璃基材均匀加温到玻璃的软化温度；
(2)将要封装的金属导电极完全插入被软化的第一平面玻璃基材，导电极两端表面与玻璃两个表面平齐，直至插入全部金属导电极；导电极距待激光扫描焊接的区域边缘保持合适距离，避免激光扫描焊接时损伤金属导电极；
(3)将穿有导电极的第一平面玻璃基材再次加热并保持软化温度，使玻璃片与各金属导电极充分紧密接触；
(4)将第一平面玻璃基材缓慢降到室温，恢复玻璃原来的物理化学特性，从而在该基材上完成密封性良好的导电极封装；
(5)将欲封装的芯片制备在封装有导电极的第一平面玻璃基材表面上，并将芯片导电引线与第一平面玻璃基材所封装的导电极相连；
(6)根据芯片厚度，贴合第二平面玻璃基材：其中：
当芯片厚度小于1微米时，将带有芯片的第一平面玻璃基材的芯片面与第二平面玻璃基材一面贴合，使芯片植入两片玻璃片之间，组成待激光封装的玻璃芯片；
当芯片厚度大于1微米时，在第一平面玻璃基材除去芯片之外的部分，加入一块厚度不小于芯片的同质玻璃片，然后与第二平面玻璃基材一面贴合，使芯片植入两片玻璃片之间，组成待激光封装的玻璃芯片；
当芯片厚度等于1微米时，采用上述二种方式中的任一种进行贴合；
(7)采用对所述玻璃基材透射性好的超快激光，对所述待激光封装的玻璃芯片进行焊接；焊接工艺根据不同芯片厚度决定：
当芯片厚度小于1微米时，将激光聚焦于玻璃接触面快速扫描，使第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装；
当芯片厚度大于1微米且小于500微米时，将激光聚焦于所述同质玻璃片厚度方向中间位置快速扫描，使其两面分别与第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装；
当芯片厚度等于1微米时，采用上述二种方式中的任一种进行焊接；
当芯片厚度大于或等于500微米时，先将激光聚焦于所述同质玻璃片下表面快速扫描，然后将激光聚焦于所述同质玻璃片上表面快速扫描，使其两面分别与第一、第二平面玻璃基材接触面熔接，实现玻璃芯片封装。
2.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，所述激光器为超快脉冲激光器，脉冲宽度为皮秒或飞秒数量级。
3.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，所述激光器波长满足对玻璃基材透射性好，波长范围为266nm-1200nm。
4.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，玻璃焊接工艺所用激光输出功率范围为10-100W，激光频率范围为10k-20MHz，扫描速度范围为100-9000mm/s。
5.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，步骤(2)中所述导电极距待激光扫描焊接的区域边缘不小于1mm。
6.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，步骤(1)中是将第一平面玻璃基材放入耐高温模具，送入加热炉中进行加热；步骤(7)中是通过扫描振镜光路系统实现激光聚焦和快速扫描。
7.根据权利要求1所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，步骤(3)中，保持软化温度3-5分钟。
8.根据权利要求1至7中任一所述玻璃芯片封装方法，其特征在于，步骤(4)中，是以每分钟降15-25度的速度降到室温。
9.一种利用权利要求1至8中任一所述玻璃芯片封装方法的所制备的芯片，它包含但不限于钙钛矿太阳能电池芯片、生物芯片、有机发光二极管(OLED)玻璃芯片封装。
10.一种权利要求1-8中任一所述玻璃芯片封装方法的应用，包含但不限于钙钛矿太阳能电池芯片、生物芯片、有机发光二极管(OLED)玻璃芯片封装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |