JP2012014971A - 電子デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚のガラス基板間にスペーサを配置して封止する際に、レーザ封着によるスペーサやガラス基板のクラックや割れ等の発生を抑制することによって、封止性やその信頼性を高めた電子デバイスとその製造方法を提供する。
【解決手段】電子デバイスは、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とこれらガラス基板２、３間に設けられる電子素子部とを具備する。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間は、スペーサ６と第１の封着層７と第２の封着層８とで封着される。第２の封着層８はレーザ光を吸収する第２の封着用ガラス材料のレーザ光による溶融固着層からなる。第２の封着層８はガラス基板２、３の積層方向を含む断面において、第１の封着層７と該積層方向に重ならないように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は電子デバイス及びその製造方法に関する。

有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＥＬＤ）、電界放出ディスプレイ（Ｆｅｉｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｙｓｐｌａｙ：ＦＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の平板型ディスプレイ装置（ＦＰＤ）では、表示素子を形成した素子用ガラス基板と封止用ガラス基板とを対向配置し、これら２枚のガラス基板間を封着したガラスパッケージで表示素子を封止した構造が適用されている（特許文献１参照）。色素増感型太陽電池のような太陽電池においても、２枚のガラス基板で太陽電池素子（光電変換素子）を封止したガラスパッケージを適用することが検討されている（特許文献２参照）。

２枚のガラス基板間を封止する封着材料には、耐湿性等に優れる封着ガラスの適用が進められている。封着ガラスによる封着温度は４００〜６００℃程度であるため、焼成炉を用いて加熱した場合には、有機ＥＬ（ＯＥＬ）素子や色素増感型太陽電池素子等の電子素子部の特性が劣化するおそれがある。このような点に対して、２枚のガラス基板の周辺部に設けられた封止領域間にレーザ吸収材を含む封着材料層（封着用ガラス材料の焼成層）を配置し、これにレーザ光を照射し加熱、溶融させて封着層を形成することが試みられている（特許文献１，２参照）。

ＦＰＤや太陽電池を構成するガラスパッケージにおいて、表示素子や太陽電池素子の構造によっては２枚のガラス基板の間隔（ギャップ）を例えば２００μｍ以上というように広くする必要がある。このような広い間隔を封着層（封着材料層をレーザ光で加熱、溶融させてガラス基板に接着させた層）のみで封止することは困難であることから、２枚のガラス基板間にスペーサ（支持枠）を配置し、２枚のガラス基板とスペーサとの間をそれぞれ封着層で接着した構造を適用することが検討されている（特許文献３参照）。

スペーサを使用する場合、まず第１のガラス基板の封止領域にレーザ吸収材を含まない第１の封着用ガラス材料を焼き付けて第１の封着材料層を形成する。次いで、第１の封着材料層上に枠状のスペーサを配置し、これを焼成炉で加熱して第１のガラス基板とスペーサとを第１の封着層を介して接着する。これとは別に第２のガラス基板の封止領域にレーザ吸収材を含む第２の封着用ガラス材料を焼き付けて第２の封着材料層を形成する。次に、第１のガラス基板と第２のガラス基板とを、スペーサと第２の封着材料層とが接するように積層した後、第２のガラス基板を通してレーザ光を照射し第２の封着材料層を加熱、溶融させて、第２のガラス基板とスペーサとを第２の封着層を介して接着する。

上述したように、２枚のガラス基板の間隔を広くする必要がある場合においても、スペーサを使用することで構造的には封止が可能になるものの、第２のガラス基板を通して第２の封着材料層にレーザ光を照射する際に、スペーサや第１のガラス基板にクラックや割れ等が生じるおそれがある。すなわち、レーザ照射により第２の封着材料層に生じた熱はスペーサに伝わり、さらに第１の封着層を介して第１のガラス基板に伝熱される。第２の封着材料層で生じた熱が第１のガラス基板にまで伝わると、第２の封着材料層の形状によってはスペーサ内に温度勾配が生じる。

このようなスペーサ内の温度勾配はレーザ照射時におけるスペーサのクラックや割れ等の発生原因となる。また、第１のガラス基板への伝熱量が多いと第１のガラス基板にクラックや割れ等が発生しやすくなる。さらに、第１のガラス基板やスペーサに発生したクラックや割れが進展して、第２のガラス基板の割れにつながる場合もある。

特表２００６−５２４４１９号公報 特開２００８−１１５０５７号公報 特開２０００−２５１７２２号公報

本発明の目的は、２枚のガラス基板間にスペーサを配置して封止する際に、レーザ封着によるスペーサやガラス基板のクラックや割れ等の不具合の発生を抑制することによって、ガラス基板間の封止性やその信頼性を高めることを可能にした電子デバイスとその製造方法を提供することにある。

本発明の態様に係る電子デバイスは、第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有し、前記第２の表面が前記第１の表面と対向するように、前記第１のガラス基板上に所定の間隔を持って積層された第２のガラス基板と、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部と、前記電子素子部を囲うように、前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域と前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域との間に配置されたスペーサと、前記第１のガラス基板と前記スペーサとを接着するように形成され、第１の封着用ガラス材料の溶融固着層からなる第１の封着層と、前記第２のガラス基板と前記スペーサとを接着するように形成され、レーザ光を吸収する第２の封着用ガラス材料のレーザ光による溶融固着層からなる第２の封着層とを具備する電子デバイスであって、前記第２の封着層は、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との積層方向を含む断面において、前記第１の封着層と前記積層方向に重ならないように配置されていることを特徴としている。

本発明の態様に係る電子デバイスの製造方法は、第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板を用意する工程と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有する第２のガラス基板を用意する工程と、前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域上に、第１の封着用ガラス材料の溶融固着層からなる第１の封着層を介してスペーサを接着する工程と、前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域上、又は前記スペーサ上に、レーザ光を吸収する第２の封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層を形成する工程と、前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させつつ、前記スペーサ及び前記封着材料層を介して前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを積層する工程と、前記第１のガラス基板又は前記第２のガラス基板を通して前記封着材料層にレーザ光を照射して、前記封着材料層の溶融固着層からなる第２の封着層を介して前記スペーサと前記第２のガラス基板とを接着し、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部を封止する工程とを具備する電子デバイスの製造方法であって、前記封着材料層は、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との積層方向を含む断面において、前記第１の封着層と前記積層方向に重ならないように形成されることを特徴としている。

本発明の態様に係る電子デバイスとその製造方法によれば、２枚のガラス基板間にスペーサを配置してレーザ封着する際のスペーサやガラス基板のクラックや割れ等を抑制することができる。従って、ガラス基板間の封止性やその信頼性を高めた電子デバイスを再現性よく提供することが可能となる。

本発明の実施形態による電子デバイスを示す断面図である。 図１に示す電子デバイスの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態による電子デバイスの製造工程を示す断面図である。 図３に示す電子デバイスの製造工程で使用する第１のガラス基板を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３に示す電子デバイスの製造工程で使用する第２のガラス基板を示す平面図である。 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態による電子デバイスの構成を示す図、図２は図１に示す電子デバイスの一部を拡大して示す断面図、図３は本発明の実施形態による電子デバイスの製造工程を示す図、図４及び図５はそれに用いる第１のガラス基板の構成を示す図、図６及び図７はそれに用いる第２のガラス基板の構成を示す図である。

図１に示す電子デバイス１は、ＯＥＬＤ、ＦＥＤ、ＰＤＰ、ＬＣＤ等のＦＰＤ、ＯＥＬ素子等の発光素子を使用した照明装置（ＯＥＬ照明等）、色素増感型太陽電池のような太陽電池、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）のような電子部品等を構成するものである。電子デバイス１は第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを具備している。第１及び第２のガラス基板２、３は、例えば各種公知の組成を有する無アルカリガラスやソーダライムガラス等で構成される。無アルカリガラスは３５〜４０×１０^-7／℃程度の熱膨張係数を有している。ソーダライムガラスは８０〜９０×１０^-7／℃程度の熱膨張係数を有している。

第１のガラス基板２の表面２ａとそれと対向する第２のガラス基板３の表面３ａとの間には、電子デバイス１に応じた電子素子部（図示せず）が設けられる。電子素子部は、例えばＯＥＬＤやＯＥＬ照明であればＯＥＬ素子、ＰＤＰであればプラズマ発光素子、ＬＣＤであれば液晶表示素子、太陽電池であれば色素増感型太陽電池素子（色素増感型光電変換部素子）、ＭＥＭＳであればＭＥＭＳ素子等を備えている。表示素子、発光素子、色素増感型太陽電池素子等を備える電子素子部は各種公知の構造を有している。この実施形態の電子デバイス１は電子素子部の素子構造に限定されるものではない。

電子デバイス１における電子素子部は、第１及び第２のガラス基板２、３の表面２ａ、３ａの少なくとも一方に形成された素子膜、電極膜、配線膜等により構成される。ＯＥＬＤ、ＰＤＰ、ＭＥＭＳ等においては、一方のガラス基板３（２）の表面３ａ（２ａ）に形成された素子構造体により電子素子部が構成される。この場合、他方のガラス基板２（３）は封止用基板となる。また、ＬＣＤや色素増感型太陽電池素子等においては、ガラス基板２、３の各表面２ａ、３ａに素子構造を形成する素子膜、電極膜、配線膜等が形成され、これらにより電子素子部が構成される。

電子デバイス１の作製に用いられる第１のガラス基板２の表面２ａには、図４及び図５に示すように第１の封止領域４が設けられている。第２のガラス基板３の表面３ａには、図６及び図７に示すように第１の封止領域４に対応する第２の封止領域５が設けられている。封止領域４、５で囲われた部分が素子領域となり、この素子領域に電子素子部が設けられる。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とは、第１の封止領域４を有する表面２ａと第２の封止領域５を有する表面３ａとが対向するように、所定の間隔を持って配置されている。ここで、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とは、それらの間の間隔が例えば２００μｍ以上となるように配置されている。

前述したように、例えば２００μｍ以上というような間隙（ギャップ）を封着層のみで封止することは困難であるため、第１の封止領域４と第２の封止領域５との間には電子素子部を囲うように枠状のスペーサ６が配置されている。スペーサ６はガラス基板２、３と同様な無アルカリガラスやソーダライムガラス等で構成される。スペーサ６は第１のガラス基板２と第１の封着層７を介して接着されており、また第２のガラス基板２と第２の封着層８を介して接着されている。すなわち、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間の間隙は、スペーサ６と第１及び第２の封着層７、８とを有する封着構造部９で封止されている。電子素子部は第１のガラス基板２と第２のガラス基板３と封着構造部９とで構成されたガラスパネルで気密封止されている。

第１の封着層７は、第１のガラス基板２の封止領域４に形成された第１の封着材料層を焼成炉等で溶融させて第１の封止領域４及びスペーサ６に固着させた溶融固着層からなる。電子デバイス１の作製に用いられる第１のガラス基板２の封止領域４には、図４及び図５に示すように、第１の封着材料層を加熱・溶融することにより形成された枠状の第１の封着層７を介して枠状のスペーサ６が接着されている。第１の封着材料層は第１の封着用ガラス材料の焼成層である。第１の封着材料層は焼成炉等で加熱して溶融させるため、レーザ光の吸収能を有している必要はない。このため、第１の封着用ガラス材料は主成分としての封着ガラスに低膨張充填材のような充填材を必要に応じて配合したものである。

第２の封着層８は、第２のガラス基板３の封止領域５に形成された第２の封着材料層１０をレーザ光で溶融させて第２の封止領域５及びスペーサ６に固着させた溶融固着層からなる。電子デバイス１の作製に用いられる第２のガラス基板３の封止領域５には、図６及び図７に示すように、枠状の第２の封着材料層１０が形成されている。第２の封着材料層１０は第２の封着用ガラス材料の焼成層であり、レーザ光で溶融させるためにレーザ光を吸収する必要がある。このため、第２の封着用ガラス材料は主成分としての封着ガラスにレーザ吸収材や低膨張充填材のような充填材を必要に応じて配合したものである。なお、封着ガラス自体がレーザ光を吸収する場合には、レーザ吸収材の配合は不要である。

封着構造部９は、第１のガラス基板２上に接着されたスペーサ６（図４及び図５）と第２のガラス基板３上に設けられた第２の封着材料層１０（図６及び図７）とが接するように、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを積層した後、第２の封着材料層１０に例えば第２のガラス基板３を通してレーザ光を照射し、第２の封着材料層１０を加熱して溶融させることにより形成されるものである。なお、第２の封着材料層１０は場合によってはスペーサ６上に形成してもよい。

第２のガラス基板３とスペーサ６との間をレーザ封着するにあたって、レーザ光の照射時に第２の封着材料層１０に生じた熱はスペーサ６に伝わる。この際に、第１の封着層７が第２の封着材料層１０と重なるように配置されていると、さらに第１の封着層７を介して第１のガラス基板２にまで伝熱されることになる。スペーサ６内の熱が第１の封着層７を介して第１のガラス基板２にまで伝わると、スペーサ６内の温度勾配が大きくなる。

すなわち、スペーサ６内の第２の封着層８の近傍部分はレーザ光による加熱により温度上昇が大きくなるのに対し、スペーサ６内の第１の封着層７の近傍部分は第１の封着層７を介して第１のガラス基板２へ熱が伝わるので温度上昇が小さくなる。このため、スペーサ６内の温度差（温度勾配）が大きくなる。このように、スペーサ６内の温度勾配が大きくなると、スペーサ６にクラックや割れ等が生じやすくなる。また、第１の封着層７を介して第１のガラス基板２にまで伝わった熱は、第１のガラス基板２内に温度勾配を生じさせることになる。第１のガラス基板２内の温度勾配が大きくなると、第１のガラス基板２にクラックや割れ等が生じやすくなる。

そこで、この実施形態の電子デバイス１においては、図２に示すように第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との積層方向を含む断面において、第２の封着層８（レーザ光の照射工程前においては第２の封着材料層１０）を第１の封着層７と該積層方向に重ならないように配置している。このように、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７とを該積層方向に重ならないように配置することによって、レーザ照射時に第２の封着材料層１０に生じた熱が、スペーサ６から第１の封着層７を介して第１のガラス基板２にまで伝熱されることを抑制することが可能となる。

レーザ照射による熱をスペーサ６から第１のガラス基板２に伝わることを抑えることによって、スペーサ６内の温度勾配を小さくすることができる。このため、スペーサ６内の温度勾配によるスペーサ６のクラックや割れ等を抑制することが可能となる。さらに、第１のガラス基板２内の温度勾配も小さくすることができるため、第１のガラス基板２のクラックや割れ等を抑制することが可能となる。

従って、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との空間（例えば間隔が２００μｍ以上の空間）を、スペーサ６を介して封止するにあたって、レーザ封着に伴うスペーサ６や第１のガラス基板２のクラックや割れ、それらに基づく気密性の低下等を再現性よく抑制することが可能となる。すなわち、スペーサ６を適用したガラスパッケージ及びそれを用いた電子デバイス１の生産性や信頼性を向上させることができる。

図２に示す電子デバイス１においては、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７とが積層方向に重ならないようにするために、第１の封着層７を複数の帯状部７Ａ、７Ｂで構成すると共に、これら複数（２本）の帯状部７Ａ、７Ｂを隙間をあけて配置している。そして、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との積層方向を含む断面において、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）を帯状部７Ａ、７Ｂ間の隙間と対向するように配置している。これによって、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７とが積層方向に重なることを防いでいる。

スペーサ６を支持することが可能であれば、１つ（１本）の第１の封着層７で構成してもよい。この場合、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）を第１の封着層７と中心をずらして配置することによって、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７とが積層方向に重なることを防ぐことができる。また、場合によっては第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７をそれぞれ複数本とし、それぞれの中心をずらして配置することによって、第２の封着層８（第２の封着材料層１０）と第１の封着層７とが積層方向に重ならないようにしてもよい。

次に、実施形態の電子デバイス１の製造工程について、図３を参照して説明する。まず、第１の封着層７の形成材料となる第１の封着用ガラス材料と第２の封着層８の形成材料となる第２の封着用ガラス材料とを用意する。第１の封着用ガラス材料は封着ガラスに低膨張充填材のような充填材を配合したものであり、第２の封着用ガラス材料は封着ガラスにレーザ吸収材や低膨張充填材のような充填材を配合したものである。第１及び第２の封着用ガラス材料はこれら以外の添加材を必要に応じて含有していてもよい。

封着ガラス（ガラスフリット）としては、例えば錫−リン酸系ガラス、ビスマス系ガラス、バナジウム系ガラス、鉛系ガラス、ホウ酸亜鉛アルカリガラス等の低融点ガラスが用いられる。これらのうち、ガラス基板２、３やスペーサ６に対する接着性やその信頼性（接着信頼性や密閉性）、さらには環境や人体に対する影響等を考慮して、錫−リン酸系ガラスやビスマス系ガラスからなる封着ガラスを使用することが好ましい。

錫−リン酸系ガラス（ガラスフリット）は、５５〜６８モル％のＳｎＯ、０．５〜５モル％のＳｎＯ₂、及び２０〜４０モル％のＰ₂Ｏ₅（基本的には合計量を１００モル％とする）の組成を有することが好ましい。ＳｎＯはガラスを低融点化させるための成分である。ＳｎＯの含有量が５５モル％未満であるとガラスの粘性が高くなって封着温度が高くなりすぎ、６８モル％を超えるとガラス化しなくなる。

ＳｎＯ₂はガラスを安定化するための成分である。ＳｎＯ₂の含有量が０．５モル％未満であると封着作業時に軟化溶融したガラス中にＳｎＯ₂が分離、析出し、流動性が損なわれて封着作業性が低下する。ＳｎＯ₂の含有量が５モル％を超えると低融点ガラスの溶融中からＳｎＯ₂が析出しやすくなる。Ｐ₂Ｏ₅はガラス骨格を形成するための成分である。Ｐ₂Ｏ₅の含有量が２０モル％未満であるとガラス化せず、その含有量が４０モル％を超えるとリン酸塩ガラス特有の欠点である耐候性の悪化を引き起こすおそれがある。

ここで、ガラスフリット中のＳｎＯ及びＳｎＯ₂の割合（モル％）は以下のようにして求めることができる。まず、ガラスフリット（低融点ガラス粉末）を酸分解した後、ＩＣＰ発光分光分析によりガラスフリット中に含有されているＳｎ原子の総量を測定する。次に、Ｓｎ²⁺（ＳｎＯ）は酸分解したものをヨウ素滴定法により求められるので、そこで求められたＳｎ²⁺の量をＳｎ原子の総量から減じてＳｎ⁴⁺（ＳｎＯ₂）を求める。

上記した３成分で形成されるガラスはガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、ＳｉＯ₂等のガラスの骨格を形成する成分やＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、ＭｏＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等のガラスを安定化させる成分等を任意成分として含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は３０モル％以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には１００モル％となるように調整される。

ビスマス系ガラス（ガスフリット）は、７０〜９０質量％のＢｉ₂Ｏ₃、１〜２０質量％のＺｎＯ、及び２〜１２質量％のＢ₂Ｏ₃（基本的には合計量を１００質量％とする）の組成を有することが好ましい。Ｂｉ₂Ｏ₃はガラスの網目を形成する成分である。Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量が７０質量％未満であると低融点ガラスの軟化点が高くなり、低温での封着が困難になる。Ｂｉ₂Ｏ₃の含有量が９０質量％を超えるとガラス化しにくくなると共に、熱膨張係数が高くなりすぎる傾向がある。

ＺｎＯは熱膨張係数等を下げる成分である。ＺｎＯの含有量が１質量％未満であるとガラス化が困難になる。ＺｎＯの含有量が２０質量％を超えると低融点ガラス成形時の安定性が低下し、失透が発生しやすくなる。Ｂ₂Ｏ₃はガラスの骨格を形成してガラス化が可能となる範囲を広げる成分である。Ｂ₂Ｏ₃の含有量が２質量％未満であるとガラス化が困難となり、１２質量％を超えると軟化点が高くなりすぎて、封着時に荷重をかけたとしても低温で封着することが困難となる。

上記した３成分で形成されるガラスはガラス転移点が低く、低温用の封着材料に適したものであるが、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｇ₂Ｏ、ＭｏＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＷＯ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＯ_x（ｘは１又は２である）等の任意成分を含有していてもよい。ただし、任意成分の含有量が多すぎるとガラスが不安定となって失透が発生したり、またガラス転移点や軟化点が上昇するおそれがあるため、任意成分の合計含有量は３０質量％以下とすることが好ましい。この場合のガラス組成は基本成分と任意成分との合計量が基本的には１００質量％となるように調整される。

低膨張充填材としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、コージェライト、リン酸ジルコニウム系化合物、ソーダライムガラス、及び硼珪酸ガラスから選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。リン酸ジルコニウム系化合物としては、（ＺｒＯ）₂Ｐ₂Ｏ₇、ＮａＺｒ₂（ＰＯ₄）₃、ＫＺｒ₂（ＰＯ₄）₃、Ｃａ_0.5Ｚｒ₂（ＰＯ₄）₃、ＮｂＺｒ（ＰＯ₄）₃、Ｚｒ₂（ＷＯ₃）（ＰＯ₄）₂、これらの複合化合物が挙げられる。低膨張充填材とは封着ガラスより低い熱膨張係数を有するものである。低膨張充填材の含有量は、封着ガラスの熱膨張係数がガラス基板２、３のそれに近づくように適宜に設定される。低膨張充填材は封着ガラスやガラス基板２、３の熱膨張係数にもよるが、第１又は第２の封着用ガラス材料に対して１０〜５０体積％の範囲で含有させることが好ましい。

レーザ吸収材としては、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、及びＣｕから選ばれる少なくとも１種の金属又は前記金属を含む酸化物等の化合物が用いられる。これら以外の顔料であってもよい。レーザ吸収材の含有量は、第２の封着用ガラス材料に対して０．１〜１０体積％の範囲とすることが好ましい。レーザ吸収材の含有量が０．１体積％未満であると第２の封着材料層１０を十分に溶融させることができないおそれがある。レーザ吸収材の含有量が１０体積％を超えると第２のガラス基板３との界面近傍で局所的に発熱するおそれがあり、また封着用ガラス材料の溶融時の流動性が劣化してスペーサ６との接着性が低下するおそれがある。なお、前述したように封着ガラスがレーザ光を吸収する場合には、第２の封着用ガラス材料にレーザ吸収材を添加しなくてもよい。

次に、第１及び第２の封着用ガラス材料をそれぞれビヒクルと混合して第１及び第２の封着材料ペーストを調製する。ビヒクルとしては、例えばメチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、オキシエチルセルロース、ベンジルセルロース、プロピルセルロース、ニトロセルロース等の有機樹脂を、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤に溶解したもの、あるいはメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロオキシエチル（メタ）アクリレート等の有機樹脂（アクリル系樹脂）を、メチルエチルケトン、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート、エチルカルビトールアセテート等の溶剤に溶解したものが用いられる。

第１及び第２の封着材料ペーストの粘度は、ガラス基板２、３に塗布する装置に対応した粘度に合わせればよく、ビヒクルにおける有機樹脂（バインダ成分）と溶剤の割合や封着用ガラス材料とビヒクルの割合により調整することができる。第１及び第２の封着材料ペーストには、希釈用溶剤、消泡剤、分散剤のようにガラスペーストで公知の添加物を加えてもよい。封着材料ペーストの調製には、撹拌翼を備えた回転式の混合機やロールミル、ボールミル等を用いた公知の方法を適用することができる。

図３（ａ）に示すように、第１の封着材料ペーストを第１のガラス基板２の封止領域４に塗布し、これを乾燥させて第１の封着材料ペーストの塗布層を形成する。封着材料ペーストは、例えばスクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法を適用して第１の封止領域４に塗布したり、あるいはディスペンサ等を用いて第１の封止領域４に沿って塗布する。封着材料ペーストの塗布層は、例えば１２０℃以上の温度で１０分以上乾燥させることが好ましい。乾燥工程は塗布層内の溶剤を除去するために実施するものである。塗布層内に溶剤が残留していると、焼成工程でバインダ成分を十分に除去できないおそれがある。

第１の封着材料ペーストの塗布層を焼成して第１の封着材料層１１を形成する。焼成工程は、まず塗布層を封着用ガラス材料の主成分である封着ガラス（ガラスフリット）のガラス転移点以下の温度に加熱し、塗布層内のバインダ成分を除去した後、封着ガラス（ガラスフリット）の軟化点以上の温度に加熱し、第１の封着用ガラス材料を溶融してガラス基板２に焼き付ける。ここで、第１の封着材料ペーストは複数の帯状となるように塗布される。従って、第１のガラス基板２の封止領域４には、複数の帯状部１１Ａ、１１Ｂを有する第１の封着材料層（第１の封着用ガラス材料の焼成層）１１が形成される。

次いで、第１の封着材料層１１上にスペーサ６を配置した後、この積層物を焼成炉で封着ガラス（ガラスフリット）の軟化点以上の温度に加熱し、第１の封着材料層１１を溶融することによって、図３（ｂ）に示すように第１のガラス基板２とスペーサ６との間を封止する第１の封着層７を形成する。第１の封着層７は第１の封着材料層１１の形状に基づいて複数の帯状部７Ａ、７Ｂを有しており、これら複数の帯状部７Ａ、７Ｂの間には適当な幅の隙間が設けられている。スペーサ６は第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間隙（例えば２００μｍ以上）に応じた厚さを有している。

次に、第２の封着材料ペーストを第２のガラス基板３の封止領域５に塗布し、これを乾燥させて第２の封着材料ペーストの塗布層を形成する。続いて、第２の封着材料ペーストの塗布層を焼成することによって、図３（ｃ）に示すように第２のガラス基板３の封止領域５に第２の封着材料層（第２の封着用ガラス材料の焼成層）１０を形成する。第２の封着材料ペーストの塗布層は、第１の封着層７を構成する複数の帯状部７Ａ、７Ｂの隙間に対応する位置に形成される。第２の封着材料ペーストの塗布層の形成工程及び焼成工程は、第１の封着材料ペーストの塗布工程、乾燥工程、焼成工程と同様にして実施する。

上述したスペーサ６を有する第１のガラス基板２と第２の封着材料層１０を有する第２のガラス基板３とを用いて、ＯＥＬＤ、ＦＥＤ、ＰＤＰ、ＬＣＤ等のＦＰＤ、ＯＥＬ素子を用いた照明装置、色素増感型太陽電池のような太陽電池、ＭＥＭＳのような電子部品等の電子デバイス１を作製する。すなわち、図３（ｄ）に示すように、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを、それらの表面２ａ、３ａ同士が対向するようにスペーサ６及び第２の封着材料層１０を介して積層する。第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とは、スペーサ６と第２の封着材料層１０とが接するように積層される。

次いで、第２のガラス基板３を通して第２の封着材料層１０にレーザ光１２を照射する。レーザ光１２は第１のガラス基板２を通して第２の封着材料層１０に照射してもよい。レーザ光１２は枠状の第２の封着材料層１０に沿って走査しながら照射される。そして、第２の封着材料層１０の全周にわたってレーザ光１２を照射し、第２の封着材料層１０を加熱・溶融して第２の封着層８を形成することによって、図３（ｅ）に示すように第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間を封止する封着構造部９を形成する。

このようにして、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３と封着構造部９とで構成したガラスパネルで、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間に配置される電子素子部を気密封止した電子デバイス１を作製する。レーザ光１２は特に限定されるものではなく、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＨｅＮｅレーザ等からのレーザ光が使用される。レーザ光１２の出力密度や走査速度は、第２の封着材料層１０を溶融させることが可能な範囲内から適宜に設定される。

この実施形態の電子デバイス１とその製造工程によれば、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間隔を２００μｍ以上というように広くする必要がある場合においても、スペーサ６を用いた封着構造部９で良好に封止することができる。さらに、レーザ光１２を第２の封着材料層１０に照射して第２の封着層８を形成するにあたって、スペーサ６や第１のガラス基板２内の温度勾配が抑えられるため、スペーサ６や第１のガラス基板２のクラックや割れ等を抑制することができる。従って、ガラス基板２、３の間隙が広いガラスパッケージを適用した電子デバイス１の歩留りよく作製することができると共に、電子デバイス１の気密封止性やその信頼性を向上させることが可能となる。

なお、上記した実施形態の電子デバイス１とその製造工程においては、ガラス基板２、３の間に１つのスペーサ６を配置した構造を示したが、スペーサ６の数はこれに限られるものではない。例えば、第１及び第２のガラス基板２、３の双方に封着層を介してスペーサを接着すると共に、一方のスペーサ上に封着材料層を形成し、この封着材料層を介して第１のガラス基板２と第２のガラス基板３とを積層した後、２つのスペーサに挟まれた封着材料層にレーザ光を照射して加熱・溶融させることによって、第１のガラス基板２と第２のガラス基板３との間隙（ギャップ）を封止することも可能である。

次に、本発明の具体的な実施例及びその評価結果について述べる。なお、以下の説明は本発明を限定するものではく、本発明の趣旨に沿った形での改変が可能である。

（実施例１）
まず、Ｂｉ₂Ｏ₃８３質量％、Ｂ₂Ｏ₃５質量％、ＺｎＯ１１質量％、Ａｌ₂Ｏ₃１質量％の組成を有し、平均粒径（Ｄ50）が１．０μｍのビスマス系ガラスフリット（軟化点：４１０℃）と、低膨張充填材として平均粒径（Ｄ50）が４．３μｍのコージェライト粉末と、Ｆｅ₂Ｏ₃−ＭｎＯ−ＣｕＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂組成を有し、平均粒径（Ｄ50）が０．９μｍのレーザ吸収材とを用意した。平均粒径は、レーザ回折・散乱式粒子径測定装置（日機装社製：マイクロトラックＨＲＡ）を用いて測定した。

上述したビスマス系ガラスフリット７５．８体積％とコージェライト粉末２４．２体積％とを混合して第１の封着用ガラス材料（熱膨張係数（５０〜２５０℃）：７５×１０^-7／℃）を作製した。次いで、第１の封着用ガラス材料９０質量％をビヒクル１０質量％と混合して第１の封着材料ペーストを調製した。ビヒクルはバインダ成分としてのエチルセルロース（２．５質量％）をターピネオールからなる溶剤（９７．５質量％）に溶解して作製したものである。

一方、上述したビスマス系ガラスフリット６３．５体積％とコージェライト粉末３１．５体積％とレーザ吸収材５．０体積％とを混合して第２の封着用ガラス材料（熱膨張係数（５０〜２５０℃）：６５×１０^-7／℃）を作製した。次いで、第２の封着用ガラス材料９０質量％をビヒクル１０質量％と混合して第２の封着材料ペーストを調製した。ビヒクルはバインダ成分としてのエチルセルロース（２．５質量％）をターピネオールからなる溶剤（９７．５質量％）に溶解して作製したものである。

次に、ソーダライムガラス（熱膨張係数（５０〜２５０℃）：８３×１０^-7／℃）からなる第１のガラス基板（寸法：外形１００×１００ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ）を用意し、第１のガラス基板の封止領域に第１の封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１２０℃×１０分の条件で乾燥させた。第１の封着材料ペーストの印刷パターンは線幅１ｍｍのラインを２本有するパターンとした。２本のラインの間隔は、ラインの中心間距離が７ｍｍとなるようにした。第１の封着材料ペーストの塗布層を４８０℃×１０分の条件で焼成することによって、膜厚が３０μｍの第１の封着材料層を形成した。

次いで、ソーダライムガラス（熱膨張係数（５０〜２５０℃）：８３×１０^-7／℃）からなるスペーサ（寸法：外形８０×８０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍ）を、第１のガラス基板の表面に形成された第１の封着材料層上に配置した後、焼成炉で５２０℃×１０分の条件で加熱して第１の封着層を形成することによって、第１のガラス基板とスペーサとを接着した。第１の封着層は第１の封着材料ペーストの印刷パターンに応じた２本の帯状部を有しており、これらの帯状部の隙間は６ｍｍである。

一方、ソーダライムガラス（熱膨張係数（５０〜２５０℃）：８３×１０^-7／℃）からなる第２のガラス基板（寸法：外形１００×１００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）を用意し、第２のガラス基板の封止領域に第２の封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１２０℃×１０分の条件で乾燥させた。第２の封着材料ペーストの印刷パターンは線幅１ｍｍのラインを１本有するパターンとした。第２の封着材料ペーストの塗布層を４８０℃×１０分の条件で焼成することによって、膜厚が１３μｍの第２の封着材料層を形成した。第２の封着材料層はガラス基板の積層方向を含む断面内において、第１の封着層を構成する２本の帯状部の隙間と対応する位置に形成した。

上述したスペーサを有する第１のガラス基板と第２の封着材料層を有する第２のガラス基板とを、スペーサと第２の封着材料層とが接するように積層した。この際、第２の封着材料層が第１の封着層を構成する２本の帯状部の隙間の中心に位置するように、第１のガラス基板と第２のガラス基板とを積層した。次いで、第２のガラス基板を通して第２の封着材料層に対して、波長８０８ｎｍ、出力２４Ｗ、スポット径３ｍｍ（出力密度：３４０Ｗ／ｃｍ²）のレーザ光（半導体レーザ）を０．５ｍｍ／ｓの走査速度で照射し、第２の封着材料層を加熱して第２の封着層を形成することによって、スペーサと第２のガラス基板とを接着した。

レーザ照射時の第２の封着材料層の加熱温度（放射温度計で測定）は５００℃であった。レーザ封着後にスペーサや第１のガラス基板の状態を観察したところ、クラックや割れの発生は認められず、第１のガラス基板とスペーサとの間、及び第２のガラス基板とスペーサとの間が良好に封着されていることが確認された。また、スペーサを介して第１のガラス基板と第２のガラス基板との間を封止したガラスパネルの気密性をヘリウムリークテストで評価したところ、良好な気密性が得られていることが確認された。

（比較例１）
実施例１と同材料及び同形状の第１のガラス基板の封止領域に、実施例１と同一の第１の封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１２０℃×１０分の条件で乾燥させた。ただし、第１の封着材料ペーストの印刷パターンは線幅３ｍｍのラインを１本有するパターンとした。第１の封着材料ペーストの塗布層を４８０℃×１０分の条件で焼成することによって、膜厚が３０μｍの第１の封着材料層を形成した。

次いで、実施例１と同材料及び同形状のスペーサを、第１のガラス基板の表面に形成された第１の封着材料層上に配置した後、焼成炉で５２０℃×１０分の条件で加熱して第１の封着層を形成することによって、第１のガラス基板とスペーサとを接着した。

一方、実施例１と同材料及び同形状の第２のガラス基板の封止領域に、実施例１と同一の第２の封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、１２０℃×１０分の条件で乾燥させた。第２の封着材料ペーストの印刷パターンは線幅１ｍｍのラインを１本有するパターンとした。第２の封着材料ペーストの塗布層を４８０℃×１０分の条件で焼成することによって、膜厚が１３μｍの第２の封着材料層を形成した。

上述したスペーサを有する第１のガラス基板と第２の封着材料層を有する第２のガラス基板とを、スペーサと第２の封着材料層とが接するように積層した。この際、第２の封着材料層が第１の封着層と重なるように、第１のガラス基板と第２のガラス基板とを積層した。次いで、第２のガラス基板を通して第２の封着材料層に対して、実施例１と同一条件でレーザ光を照射し、第２の封着材料層を加熱して第２の封着層を形成することによって、スペーサと第２のガラス基板とを接着した。

レーザ封着後にスペーサや第１のガラス基板の状態を観察したところ、スペーサに割れが発生しており、また第１のガラス基板にもクラックの発生が認められた。このようなスペーサや第１のガラス基板のクラックや割れに基づいて、比較例１では気密なガラスパネルを作製することはできなかった。
上記実施例では加熱源としてレーザ光を用いているが、その他に赤外線等の電磁波を使用することも可能である。

１…電子デバイス、２…第１のガラス基板、２ａ…表面、３…第２のガラス基板、３ａ…表面、４…第１の封止領域、５…第２の封止領域、６…スペーサ、７…第１の封着層、８…第２の封着層、９…封着構造体、１０…第２の封着材料層、１１…第１の封着材料層、１２…レーザ光。

Claims (10)

1. 第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板と、
   前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有し、前記第２の表面が前記第１の表面と対向するように、前記第１のガラス基板上に所定の間隔を持って積層された第２のガラス基板と、
   前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部と、
   前記電子素子部を囲うように、前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域と前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域との間に配置されたスペーサと、
   前記第１のガラス基板と前記スペーサとを接着するように形成され、第１の封着用ガラス材料の溶融固着層からなる第１の封着層と、
   前記第２のガラス基板と前記スペーサとを接着するように形成され、レーザ光を吸収する第２の封着用ガラス材料のレーザ光による溶融固着層からなる第２の封着層とを具備する電子デバイスであって、
   前記第２の封着層は、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との積層方向を含む断面において、前記第１の封着層と前記積層方向に重ならないように配置されていることを特徴とする電子デバイス。
2. 前記第１の封着層は隙間をあけて配置された複数の帯状部を有し、前記第２の封着層は前記複数の帯状部間の前記隙間と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間の間隔が２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子デバイス。
4. 前記第２の封着用ガラス材料は、低融点ガラスからなる封着ガラスと、０．１〜１０体積％のレーザ吸収材とを含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子デバイス。
5. 前記第２の封着用ガラス材料は、さらに１０〜５０体積％の低膨張充填材を含有することを特徴とする請求項４記載の電子デバイス。
6. 第１の封止領域を備える第１の表面を有する第１のガラス基板を用意する工程と、
   前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を備える第２の表面を有する第２のガラス基板を用意する工程と、
   前記第１のガラス基板の前記第１の封止領域上に、第１の封着用ガラス材料の溶融固着層からなる第１の封着層を介してスペーサを接着する工程と、
   前記第２のガラス基板の前記第２の封止領域上、又は前記スペーサ上に、レーザ光を吸収する第２の封着用ガラス材料の焼成層からなる封着材料層を形成する工程と、
   前記第１の表面と前記第２の表面とを対向させつつ、前記スペーサ及び前記封着材料層を介して前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを積層する工程と、
   前記第１のガラス基板又は前記第２のガラス基板を通して前記封着材料層にレーザ光を照射して、前記封着材料層の溶融固着層からなる第２の封着層を介して前記スペーサと前記第２のガラス基板とを接着し、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間に設けられた電子素子部を封止する工程とを具備する電子デバイスの製造方法であって、
   前記封着材料層は、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との積層方向を含む断面において、前記第１の封着層と前記積層方向に重ならないように形成されることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 前記第１の封着層は隙間をあけて配置された複数の帯状部を有し、前記封着材料層は前記複数の帯状部間の前記隙間と対向するように形成されることを特徴とする請求項７記載の電子デバイスの製造方法。
8. 前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板との間の間隔が２００μｍ以上であることを特徴とする請求項６又は７記載の電子デバイスの製造方法。
9. 前記第２の封着用ガラス材料は、低融点ガラスからなる封着ガラスと、０．１〜１０体積％のレーザ吸収材とを含有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
10. 前記第２の封着用ガラス材料は、さらに１０〜５０体積％の低膨張充填材を含有することを特徴とする請求項９記載の電子デバイスの製造方法。

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