JP2014221695A - Sealed package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は封着パッケージに係り、特に1対のガラス基板が封着用ガラス材料で封止された封着パッケージに関する。 The present invention relates to a sealing package, and more particularly to a sealing package in which a pair of glass substrates are sealed with a sealing glass material.
有機ELディスプレイ(Organic Electro−Luminescence Display:OELD)、プラズマディスプレイパネル(PDP)等の平板型ディスプレイ装置(FPD)は、1対のガラス基板が封着されたガラスパッケージにより発光素子が封止された構造を有する。また、液晶表示装置(LCD)についても、1対のガラス基板間に液晶が封止された構造を有する。さらに、有機薄膜太陽電池や色素増感型太陽電池等の太陽電池においても、1対のガラス基板間に太陽電池素子(光電変換素子)が封止された構造を有する。 A flat panel display device (FPD) such as an organic electro-luminescence display (OELD) or a plasma display panel (PDP) has a light emitting element sealed by a glass package in which a pair of glass substrates are sealed. It has a structure. A liquid crystal display (LCD) also has a structure in which liquid crystal is sealed between a pair of glass substrates. Furthermore, solar cells such as organic thin film solar cells and dye-sensitized solar cells also have a structure in which a solar cell element (photoelectric conversion element) is sealed between a pair of glass substrates.
封着には、封着ガラスが好適に用いられる。封着ガラスによる封着は、例えば、1対のガラス基板間に封着ガラスを含む封着材料層を額縁状に配置してガラス組立体とし、この封着材料層を400〜600℃に加熱して行われる。この際、焼成炉を用いてガラス組立体全体を加熱すると、加熱により発光素子等が損傷しやすい。このため、封着材料層を仮焼成して仮焼成層としたのち、レーザ光(封着用レーザ光)を用いて、仮焼成層のみを加熱するレーザ封着の適用が検討されている。 Sealing glass is preferably used for sealing. For sealing with sealing glass, for example, a sealing material layer including sealing glass is arranged in a frame shape between a pair of glass substrates to form a glass assembly, and this sealing material layer is heated to 400 to 600 ° C. Done. At this time, if the entire glass assembly is heated using a baking furnace, the light emitting element or the like is easily damaged by the heating. For this reason, after the sealing material layer is temporarily fired to obtain a temporary fired layer, application of laser sealing in which only the temporarily fired layer is heated using laser light (sealing laser light) has been studied.
レーザ封着によれば、発光素子等の電子素子部への熱的影響を抑制できる反面、ガラス基板や封着層にクラックや割れ等が生じやすいという難点がある。さらに、FPDや太陽電池等を構成する封着ガラスパッケージは、薄型化に対応するために、ガラス基板の間隔(ギャップ)を例えば10μm以下というように狭くすることが求められているが、薄型化は、上記クラックや割れの発生を増長する傾向にある。 According to laser sealing, although the thermal influence on the electronic element part such as a light emitting element can be suppressed, there is a drawback that cracks and cracks are likely to occur in the glass substrate and the sealing layer. Furthermore, in order to cope with the reduction in thickness of the sealing glass package that constitutes an FPD, a solar cell, etc., it is required that the gap (gap) between the glass substrates be reduced to, for example, 10 μm or less. Tends to increase the occurrence of cracks and cracks.
そこで、特許文献1には封着ガラスパッケージが薄型化した場合にも、ガラス基板や封着層のクラックや割れ等の不具合の発生を抑制できる封着材料層付きガラス部材、さらにそのような封着材料層付きガラス部材を用いることによって、気密性やその信頼性を高めた電子デバイスとその製造方法が記載されている。
Therefore,
しかしながら、特許文献1による電子デバイスにおいては、製造時にガラス基板や封着層のクラックや割れ等の不具合の発生を抑制できても、使用に際して曲げ強度が十分とは言い難かった。
本発明は、1対のガラス基板が封着用ガラス材料で封止された封着パッケージにおいて、十分な気密性を有するとともに、曲げ強度に優れる封着パッケージの提供を目的とする。
However, in the electronic device according to
An object of the present invention is to provide a sealed package having a sufficient airtightness and an excellent bending strength in a sealed package in which a pair of glass substrates are sealed with a sealing glass material.
本発明は、以下の構成を有する封着パッケージを提供する。
互いに対向する1対のガラス基板と、
前記1対のガラス基板の間にその外周近傍を封着するように配設される、主として直線部からなる額縁形状、かつ厚さ10μm以下の封着層と、
前記ガラス基板および封着層のそれぞれ内側の面で囲まれた封止領域と、
を具備する封着パッケージであって、
前記封着層は封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料層を仮焼成して仮焼成層とした後、レーザ焼成して得られる層であり、
前記直線部における前記封着層の線幅は150μm以上450μm未満、厚さ方向の断面積は800μm2以上2000μm2未満であり、前記仮焼成層の線幅に対する前記封着層の線幅の割合は100%以上150%未満である封着パッケージ。
The present invention provides a sealing package having the following configuration.
A pair of glass substrates facing each other;
A frame shape mainly consisting of a straight portion, and a sealing layer having a thickness of 10 μm or less, disposed so as to seal the vicinity of the outer periphery between the pair of glass substrates;
A sealing region surrounded by inner surfaces of the glass substrate and the sealing layer, and
A sealing package comprising:
The sealing layer is a layer obtained by pre-baking a sealing material layer comprising a sealing glass and a laser absorber and a sealing material layer composed of a vehicle to obtain a pre-firing layer, followed by laser firing,
The line width of the sealing layer in the linear portion is 150 μm or more and less than 450 μm, the cross-sectional area in the thickness direction is 800 μm 2 or more and less than 2000 μm 2 , and the ratio of the line width of the sealing layer to the line width of the pre-fired layer Is a sealed package which is 100% or more and less than 150%.
本発明によれば、1対のガラス基板が封着用ガラス材料で封止された封着パッケージにおいて、十分な気密性を有するとともに、曲げ強度に優れる封着パッケージの提供できる。 According to the present invention, in a sealed package in which a pair of glass substrates is sealed with a sealing glass material, it is possible to provide a sealed package having sufficient airtightness and excellent bending strength.
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。ただし、本発明の封着パッケージはこれに限定されるものではない。図1および図2は本発明の実施形態による封着パッケージの構成を示す図、図3A、図3Bは本発明の実施形態による封着パッケージの製造過程を示す図である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the sealing package of the present invention is not limited to this. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a sealing package according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a manufacturing process of the sealing package according to an embodiment of the present invention.
図1および図2に示す封着パッケージ1は、OELD、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)、あるいは色素増感型太陽電池のような太陽電池等を構成するものである。封着パッケージ1は矩形状の同形、同寸の第1のガラス基板2と第2のガラス基板3、および、該第1、第2のガラス基板2、3の間にその外周近傍を封着するように配設された額縁形状の封着層6を具備する。
The
図1は封着パッケージ1を第2のガラス基板3側から見た正面図であり、図2は図1に示す封着パッケージのA−A線に沿った断面図である。図1に示すとおり封着層6は4辺が直線状に、および4隅が曲線状に形成された略矩形の額縁形状の層である。ここで、封着層6は、封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料層を仮焼成して仮焼成層とした後、レーザ焼成して得られる層である。封着パッケージの製造方法の詳細は後述するが、レーザ焼成は、仮焼成層の形状に沿って走査しながらレーザ照射することで行われる。レーザ照射の走査線がスムーズに描けるように、通常、仮焼成層は直線部と曲線部から構成される。したがって、封着パッケージ1においては、封着層6は主たる部分が直線部6aからなり直線部6aの間を曲線部6bが繋ぐ構成を有する。なお、本発明の封着パッケージにおける封着層の形状は、直線部を主体とする額縁形状であれば、この実施形態の封着パッケージ1における封着層6の形状に限定されない。また、封着層が直線部を主体とするとは、直線部の合計長さが封着層の全周(外周)の50%以上であることをいう。
FIG. 1 is a front view of the
図2に示される封着パッケージ1の断面図において、Tで示される封着層6の厚さは10μm以下であり、第1、第2のガラス基板2、3のそれぞれ内側の面、すなわち対向する表面2a、3aと封着層6の内壁面で囲まれる領域が、封止領域5である。本発明の封着パッケージにおける封着層の厚さは、封着パッケージの種類や用途により10μm以下に適宜設定される。封着層の厚さは、好ましくは8μm以下である。また、封着パッケージの構造にもよるが、封着層の厚さは実用的には2μm以上とすることが好ましい。
In the cross-sectional view of the
封止領域5には、封着パッケージ1に応じた電子素子部4が設けられている。電子素子部4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)を備えている。OEL素子のような発光素子や色素増感型太陽電池素子等を備える電子素子部4は各種公知の構造を有している。この実施形態の封着パッケージ1は電子素子部4の素子構造に限定されるものではない。
An
図1に示す封着パッケージ1において、第1のガラス基板2は素子用ガラス基板を構成しており、その表面にOEL素子やPDP素子等の素子構造体が電子素子部4として形成されている。第2のガラス基板3は第1のガラス基板2の表面に形成された電子素子部4の封止用ガラス基板を構成するものである。ただし、封着パッケージ1の構成はこれに限られるものではない。例えば、電子素子部4が色素増感型太陽電池素子等の場合には、第1および第2のガラス基板2、3の各表面2a、3aに素子構造を形成する配線膜や電極膜等の素子膜が形成される。電子素子部4を構成する素子膜やそれらに基づく素子構造体は、第1および第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る。
In the
電子素子部4としてOEL素子等を適用する場合、第1のガラス基板2と第2のガラス基板3との間には一部空間が残存する。そのような空間はそのままの状態であってもよいし、また透明な樹脂等が充填されていてもよい。透明樹脂はガラス基板2、3に接着されていてもよいし、単にガラス基板2、3と接触しているだけであってもよい。また、電子素子部4として色素増感型太陽電池素子等を適用した場合には、第1のガラス基板2と第2のガラス基板3との間の間隙全体に電子素子部4が配置される。
なお、本発明の封着パッケージがその内部に封止する対象は、電子素子部に限定されず、例えば、光電変換装置等であってもよい。あるいは、本発明の封着パッケージは、複層ガラスのような封止領域に電子素子部等を有しないガラス部材(建材等)であってもよい。
When an OEL element or the like is applied as the
In addition, the object which the sealing package of this invention seals in the inside is not limited to an electronic element part, For example, a photoelectric conversion apparatus etc. may be sufficient. Alternatively, the sealing package of the present invention may be a glass member (such as a building material) that does not have an electronic element portion or the like in a sealing region such as a multilayer glass.
図1および図2に示す封着パッケージ1において、封着層6の直線部6aにおける線幅をWaで示す。本発明の封着パッケージにおける封着層の直線部における線幅は150μm以上450μm未満であり、よって封着パッケージ1における封着層6の線幅Waは全ての直線部6aにおいてその範囲内である。このように、本明細書において、封着層の直線部における線幅が150μm以上450μm未満であるとは、全ての直線部において封着層の線幅が150μm以上でありかつ450μm未満であることをいう。すなわち、本発明の封着パッケージにおいては、封着層の直線部の線幅が最も小さい部分で150μm以上であり、最も大きい部分で450μm未満である。
In the
以下、封着層の直線部における厚さ方向の断面積の範囲および、仮焼成層の線幅に対する封着層の線幅の割合の範囲を規定する場合も同様に、封着層の全ての直線部においてその範囲が適用される。なお、仮焼成層および封着層のそれぞれ厚さ(膜厚)および線幅の計測方法については、封着パッケージに通常適用される計測方法が特に制限なく適用可能である。例えば、仮焼成層の膜厚は走査型電子顕微鏡、あるいは表面粗さ・輪郭形状測定器等により、仮焼成層の線幅は金属顕微鏡、レーザ顕微鏡、あるいは表面粗さ測定器・輪郭形状測定器等により計測可能である。また、封着層の膜厚は走査型電子顕微鏡等により、封着層の線幅は金属顕微鏡、レーザ顕微鏡等により計測可能である。 Hereinafter, when the range of the cross-sectional area in the thickness direction in the linear portion of the sealing layer and the range of the ratio of the line width of the sealing layer to the line width of the pre-fired layer are similarly defined, The range is applied at the straight portion. In addition, about the measuring method of the thickness (film thickness) and the line width of each of the pre-fired layer and the sealing layer, a measuring method usually applied to the sealing package can be applied without particular limitation. For example, the film thickness of the pre-fired layer is measured by a scanning electron microscope or a surface roughness / contour measuring instrument, and the line width of the pre-fired layer is measured by a metal microscope, a laser microscope, or a surface roughness measuring / contour measuring instrument. Etc. can be measured. The film thickness of the sealing layer can be measured by a scanning electron microscope or the like, and the line width of the sealing layer can be measured by a metal microscope, a laser microscope or the like.
本明細書において、仮焼成層および封着層の厚さ(膜厚)および線幅は特に断りのない限り、仮焼成層の膜厚については表面粗さ・輪郭形状測定器により、仮焼成層の線幅については金属顕微鏡により、封着層の膜厚については走査型電子顕微鏡により、および封着層の線幅については金属顕微鏡によりそれぞれ計測された値をいう。 In this specification, unless the thickness (film thickness) and the line width of the temporary fired layer and the sealing layer are otherwise specified, the thickness of the temporary fired layer is measured by a surface roughness / contour shape measuring instrument. The line width is a value measured by a metallographic microscope, the film thickness of the sealing layer is measured by a scanning electron microscope, and the line width of the sealing layer is a value measured by a metallographic microscope.
封着層の線幅が直線部のいずれかの部分で450μm以上であると、上記封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差による応力が増大し、封着パッケージにおいて十分な曲げ強度が得られない。封着層の直線部における線幅は、いずれの部分においても400μm未満であることが好ましい。 When the line width of the sealing layer is 450 μm or more in any part of the linear part, stress due to the difference in thermal expansion between the sealing glass material and the glass substrate including the sealing glass and the laser absorbing material increases, and sealing is performed. A sufficient bending strength cannot be obtained in the package. It is preferable that the line width in the straight part of the sealing layer is less than 400 μm in any part.
封着層の直線部における線幅がいずれかの部分で150μm未満となると、封着層の強度が弱く、封着パッケージにおいて十分な曲げ強度が得られない。封着層の直線部における線幅は、いずれの部分においても200μm以上であることが好ましく、より好ましくは250μm以上である。 When the line width in the straight part of the sealing layer is less than 150 μm at any part, the strength of the sealing layer is weak and sufficient bending strength cannot be obtained in the sealing package. The line width at the straight portion of the sealing layer is preferably 200 μm or more in any portion, and more preferably 250 μm or more.
封着パッケージ1において、封着層6の直線部6aにおける厚さ方向の断面積を図2にSで示す。厚さ方向の断面積Sは、図2に示すとおり封着層6の厚さT×線幅Waで算出できる。本発明の封着パッケージにおける封着層の直線部における厚さ方向の断面積は、800μm2以上2000μm2未満である。したがって、封着パッケージ1における封着層6の厚さ方向の断面積Sは全ての直線部6aにおいてその範囲内である。なお、封着パッケージにおける封着層の厚さは、封着パッケージの種類や用途により10μm以下に適宜設定される。したがって、封着層の厚さ方向の断面積の調整は設定された厚さにおいて上記範囲となるように、線幅を上記範囲内で調整することで行われる。
In the
封着層の厚さ方向の断面積が直線部のいずれかの部分で2000μm2以上であると、上記封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差による応力が増大し、封着パッケージにおいて十分な曲げ強度が得られない。封着層の直線部における厚さ方向の断面積は、いずれの部分においても1950μm2以下であることが好ましく、より好ましくは1900μm2以下である。 When the cross-sectional area in the thickness direction of the sealing layer is 2000 μm 2 or more in any part of the linear portion, the stress due to the difference in thermal expansion between the sealing glass material including the sealing glass and the laser absorbing material and the glass substrate is It increases, and sufficient bending strength cannot be obtained in the sealed package. Sectional area in the thickness direction of the linear portion of the sealing layer is preferably 1950Myuemu 2 or less in any of the portions, more preferably 1900Myuemu 2 or less.
封着層の直線部における厚さ方向の断面積がいずれかの部分で800μm2未満となると、封着層の強度が弱く、封着パッケージにおいて十分な曲げ強度が得られない。封着層の直線部における厚さ方向の断面積は、いずれの部分においても1000μm2以上であることが好ましい。 If the cross-sectional area in the thickness direction at the straight part of the sealing layer is less than 800 μm 2 at any part, the strength of the sealing layer is weak and sufficient bending strength cannot be obtained in the sealing package. The cross-sectional area in the thickness direction of the linear portion of the sealing layer is preferably 1000 μm 2 or more in any portion.
さらに、本発明の封着パッケージにおける封着層の直線部における、仮焼成層の線幅に対する封着層の線幅の割合は100%以上150%未満である。 Furthermore, the ratio of the line width of the sealing layer to the line width of the temporarily fired layer in the linear portion of the sealing layer in the sealing package of the present invention is 100% or more and less than 150%.
封着層は、封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料層を仮焼成して仮焼成層とした後、レーザ焼成して得られる層である。図3Aに封着パッケージ1の製造過程における仮焼成層7付き第2のガラス基板3と電子素子部4が配設された第1のガラス基板2との積層時の断面図を示す。また、図3Bに上記図3Aのようにして積層して得られた積層体における仮焼成層7をレーザ照射によりレーザ焼成する際の断面図を示す。
The sealing layer is a layer obtained by pre-baking a sealing material layer including a sealing glass and a laser absorber containing a sealing glass material and a vehicle to obtain a pre-sintered layer, followed by laser baking. FIG. 3A is a cross-sectional view of the
図3Aに示すとおり、封着パッケージ1の作製には、例えば、第2のガラス基板3の表面3aに額縁形状に形成された封着材料層を仮焼成して得られる仮焼成層7付き第2のガラス基板3と、表面2aに電子素子部4が配設された第1のガラス基板2が用いられる。
このような第1のガラス基板2と第2のガラス基板3をその表面2a、3aが互いに対向するように積層した後、図3Bに示すとおり、第2のガラス基板3を介して仮焼成層7にレーザ光10を照射することで、仮焼成層7をレーザ光の熱で溶融固化し封着層6とする。仮焼成層7は溶融固化する際に第1のガラス基板2に固着し、第2のガラス基板3と第1のガラス基板2は封着層6を介して封着され、気密封止される。
As shown in FIG. 3A, the sealing
After laminating the
図3Aおよび図3Bに示す断面図は、図1におけるA−A断面に相当する部分の断面図である。図3Aにおいて仮焼成層7の直線部における線幅をWbで示す。上記のとおり本発明の封着パッケージにおける封着層の直線部における、仮焼成層の線幅に対する封着層の線幅の割合は100%以上150%未満である。したがって、封着パッケージ1を製造する際の、仮焼成層7の線幅Wbに対する封着層6の線幅Waの割合は全ての直線部においてその範囲内である。以下、例えば、Wa/Wb×100で示される仮焼成層の線幅に対する封着層の線幅の割合(%)を必要に応じて封着層のシール割合という。
3A and 3B are cross-sectional views corresponding to the AA cross section in FIG. In FIG. 3A, the line width at the straight line portion of the
封着層のシール割合が直線部のいずれかの部分で100%未満であると、封着層とガラス基板の密着強度が不足し、封着パッケージを曲げたときに封着層とガラス基板の界面から剥離が生じる等、十分な曲げ強度が得られない。封着層の直線部におけるシール割合は、いずれの部分においても110%以上であることが好ましい。 When the sealing ratio of the sealing layer is less than 100% at any part of the linear portion, the adhesion strength between the sealing layer and the glass substrate is insufficient, and when the sealing package is bent, the sealing layer and the glass substrate Sufficient bending strength cannot be obtained, such as peeling from the interface. It is preferable that the sealing ratio in the straight part of the sealing layer is 110% or more in any part.
封着層のシール割合が直線部のいずれかの部分で150%以上であると、レーザ焼成時に熱応力によって封着層周辺のガラス基板や封着層にクラックが発生しやすく、十分な気密性や曲げ強度が得られなくい。封着層の直線部におけるシール割合は、いずれの部分においても140%以下であることが好ましく、より好ましくは130%以下である。 If the sealing ratio of the sealing layer is 150% or more in any part of the linear portion, cracks are likely to occur in the glass substrate and sealing layer around the sealing layer due to thermal stress during laser firing, and sufficient airtightness And bending strength cannot be obtained. The sealing ratio in the straight part of the sealing layer is preferably 140% or less in any part, more preferably 130% or less.
本発明の封着パッケージにおいては、封着層の直線部における線幅、厚さ方向の断面積およびシール割合を上記範囲とすることにより、封着層とガラス基板の間の密着強度を十分に保持しながら、レーザ焼成時に発生する封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差による熱応力を低減することで、封着パッケージの曲げ強度を十分なレベルに向上させることを可能にした。 In the sealing package of the present invention, the adhesive strength between the sealing layer and the glass substrate is sufficiently obtained by setting the line width, the cross-sectional area in the thickness direction, and the sealing ratio in the straight portion of the sealing layer within the above ranges. While holding, the bending stress of the sealing package can be improved to a sufficient level by reducing the thermal stress due to the difference in thermal expansion between the glass material for sealing and the glass substrate generated during laser firing.
なお、封着層の直線部が上記条件を満足する限り該直線部から連続的して形成される曲線部については、厚さは直線部と同じであるが線幅や断面積等は特に制限されない。ただし、封着層の直線部と曲線部は個々に形成されるのではなく連続的に形成されるため、線幅についても、直線部と曲線部で大きく異なることはない。好ましくは、曲線部についても直線部と同様の範囲の線幅、厚さ方向の断面積およびシール割合が適用される。 As long as the straight part of the sealing layer satisfies the above conditions, the curved part formed continuously from the straight part has the same thickness as the straight part, but the line width and cross-sectional area are particularly limited. Not. However, since the linear portion and the curved portion of the sealing layer are not formed individually but continuously, the line width is not greatly different between the linear portion and the curved portion. Preferably, the line width, the cross-sectional area in the thickness direction, and the sealing ratio in the same range as the straight line portion are also applied to the curved portion.
本発明の実施形態の封着パッケージにおける封止領域の大きさは、封止される電子素子等の部材の大きさに応じて適宜調整される。さらに、必要とされる封止領域の大きさに応じて封着パッケージの大きさが適宜調整される。本発明の封着パッケージにおいては、図1に示す封着パッケージ1と同様に、1対のガラス基板が矩形であり、その対角線の長さ(図1においてXで示す。)が4インチ以上である場合に、特に曲げ強度について顕著な効果が発揮される。また、封着パッケージの構造にもよるが、本発明を適用すれば、ガラス基板の対角線の長さが概ね最大55インチまでの封着パッケージに実用上十分な曲げ強度を付与することができる。さらに、封着パッケージの構造にもよるが、本発明を適用すれば、ガラス基板の対角線の長さが2インチ程度の小サイズの封着パッケージにも実用上十分な曲げ強度を付与することができる。
The size of the sealing region in the sealing package according to the embodiment of the present invention is appropriately adjusted according to the size of a member such as an electronic element to be sealed. Furthermore, the size of the sealing package is appropriately adjusted according to the required size of the sealing region. In the sealed package of the present invention, like the sealed
図1に示す封着パッケージ1において、第1および第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。なお、1つの封着パッケージ内においては、通常、第1のガラス基板と第2のガラス基板は同じ種類のガラスで構成される。無アルカリガラスは35〜40×10−7/℃(50〜250℃)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/℃(50〜250℃)程度の熱膨張係数を有している。なお、熱膨張係数の後ろの括弧内に示す温度範囲は、該熱膨張係数が測定される際の温度範囲である。本明細書において、特に断りのない限り熱膨張係数は、50〜250℃の温度範囲における熱膨張係数を示す。
In the
また、封着層6は、封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料層を仮焼成して図3Aに示される仮焼成層7とした後、図3Bに示されるようにレーザ焼成して得られる層である。
In addition, the
封着用ガラス材料は主成分としての封着ガラスと、レーザ焼成を行うための必須成分であるレーザ吸収材を含有する。封着用ガラス材料は通常、熱膨張係数を調整するためにさらに低膨張充填材を含有する。レーザ吸収材と低膨張充填材はともに充填材として機能する。以下これらを合わせて充填材ということもある。また、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。 The glass material for sealing contains sealing glass as a main component and a laser absorber which is an essential component for performing laser firing. Sealing glass materials usually further contain a low expansion filler to adjust the coefficient of thermal expansion. Both the laser absorber and the low expansion filler function as fillers. Hereinafter, these may be collectively referred to as a filler. Moreover, the glass material for sealing may contain additives other than these as needed.
封着ガラスは通常ガラスフリットとして用いられる。封着ガラスとして用いられるガラスフリットの粒径は平均粒径(D50)として、概ね0.1〜2.0μmが好ましい。
封着ガラスには、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に対する封着性(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性等を考慮して、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く、ビスマス系ガラスが特に好ましい。
Sealing glass is usually used as a glass frit. The average particle diameter (D50) of the glass frit used as the sealing glass is preferably about 0.1 to 2.0 μm.
As the sealing glass, for example, low-melting glass such as tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, and lead glass is used. Of these, tin-phosphate glass is used in consideration of sealing properties (adhesiveness) to the
封着ガラスとして用いられる錫−リン酸系ガラスは、20〜68質量%のSnO、0.5〜5質量%のSnO2、および20〜40質量%のP2O5(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。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20質量%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質量%を超えるとガラス化しなくなる。 Tin-phosphate glass used as sealing glass is 20 to 68% by mass of SnO, 0.5 to 5% by mass of SnO 2 , and 20 to 40% by mass of P 2 O 5 (basically total The composition is preferably 100% by mass. SnO is a component for lowering the melting point of glass. If the SnO content is less than 20% by mass, the viscosity of the glass becomes high and the sealing temperature becomes too high.
上記した3成分で形成される錫−リン酸系ガラスは、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、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。
なお、上記組成の錫−リン酸系ガラスの熱膨張係数は概ね110〜160×10−7/℃程度である。
The tin-phosphate glass formed with the above three components has a low glass transition point and is suitable for a low-temperature sealing material, but a component that forms a glass skeleton such as SiO 2 , ZnO, B 2 O 3, Al 2 O 3, WO 3,
In addition, the thermal expansion coefficient of the tin-phosphate glass having the above composition is approximately 110 to 160 × 10 −7 / ° C.
封着ガラスとして用いられるビスマス系ガラスは、70〜90質量%のBi2O3、1〜20質量%のZnO、および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。 The bismuth-based glass used as the sealing glass is 70 to 90% by mass of Bi 2 O 3 , 1 to 20% by mass of ZnO, and 2 to 12% by mass of B 2 O 3 (basically, the total amount is 100 It is preferable to have a composition of (mass%). Bi 2 O 3 is a component that forms a glass network. When the content of Bi 2 O 3 is less than 70% by mass, the softening point of the low-melting glass becomes high and sealing at a low temperature becomes difficult. When the content of Bi 2 O 3 exceeds 90% by mass, it becomes difficult to vitrify and the thermal expansion coefficient tends to be too high.
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。 ZnO is a component that lowers the thermal expansion coefficient and the like. Vitrification becomes difficult when the content of ZnO is less than 1% by mass. When the content of ZnO exceeds 20% by mass, stability during low-melting glass molding is lowered, and devitrification is likely to occur. B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and widens the range in which vitrification is possible. When the content of B 2 O 3 is less than 2% by mass, vitrification becomes difficult, and when it exceeds 12% by mass, the softening point becomes too high, and even if a load is applied during sealing, sealing is performed at a low temperature. It becomes difficult.
上記した3成分で形成されるビスマス系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、SnOx(xは1または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。
なお、上記組成のビスマス系ガラスの熱膨張係数は概ね85〜115×10−7/℃程度である。
The bismuth-based glass formed from the above three components has a low glass transition point and is suitable for a sealing material for low temperature. Al 2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 , Ag 2 O, MoO 3 , nb 2 O 3, Ta 2 O 5, Ga 2
The thermal expansion coefficient of the bismuth glass having the above composition is approximately 85 to 115 × 10 −7 / ° C.
封着用ガラス材料が必須成分として含有するレーザ吸収材としては、Fe、Cr、Mn、Co、NiおよびCuから選ばれる少なくとも1種の金属または該金属を含む酸化物等の化合物が用いられる。また、レーザ吸収材はこれら以外の顔料であってもよい。 As the laser absorber contained in the glass material for sealing as an essential component, at least one metal selected from Fe, Cr, Mn, Co, Ni and Cu or a compound such as an oxide containing the metal is used. The laser absorbing material may be a pigment other than these.
なお、レーザ吸収材の粒径については、最大粒径が少なくとも仮焼成層の厚さ未満であることが求められる。レーザ焼成により膜厚は減少するもののその減少率は小さいことから、仮焼成層の厚さは、得ようとする封着層の厚さの100〜120%程度であればよい。したがって、仮焼成層の厚さは概ね12μm以下に形成されることになる。このような厚さの仮焼成層を作製するためには、レーザ吸収材の粒径はDmaxとして概ね1〜10μmが好ましい。なお、レーザ吸収材の平均粒径(D50)としては、概ね0.1〜2.0μmが好ましい。 In addition, about the particle size of a laser absorber, it is calculated | required that the maximum particle size is at least less than the thickness of a temporary baking layer. Although the film thickness is reduced by laser firing, the reduction rate is small, so the thickness of the temporary fired layer may be about 100 to 120% of the thickness of the sealing layer to be obtained. Therefore, the thickness of the temporarily fired layer is approximately 12 μm or less. In order to produce a calcination layer having such a thickness, the particle diameter of the laser absorber is preferably about 1 to 10 μm as Dmax. In addition, as an average particle diameter (D50) of a laser absorber, 0.1-2.0 micrometers is preferable in general.
レーザ吸収材の含有量は封着用ガラス材料の全量に対して2〜10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2体積%未満であると、レーザ照射時に仮焼成層を十分に溶融させることができないおそれがある。これは接着不良の原因となる。一方、レーザ吸収材の含有量が10体積%を超えると、レーザ照射時に照射側のガラス基板、図3Bにおいては第2のガラス基板3と、仮焼成層との界面近傍で局所的に発熱して照射側のガラス基板(第2のガラス基板3)に割れが生じたりするおそれがある。また封着用ガラス材料の溶融時の流動性が劣化して、レーザ照射側と反対側のガラス基板、図3Bにおいては第1のガラス基板2と封着層との接着性が低下するおそれがある。
The content of the laser absorber is preferably in the range of 2 to 10% by volume with respect to the total amount of the glass material for sealing. If the content of the laser absorber is less than 2% by volume, the pre-fired layer may not be sufficiently melted during laser irradiation. This causes poor adhesion. On the other hand, when the content of the laser absorbing material exceeds 10% by volume, heat is locally generated near the interface between the glass substrate on the irradiation side during laser irradiation, in FIG. 3B, the
封着用ガラス材料が任意に含有す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、およ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、Ca0.5Zr2(PO4)3、NbZr(PO4)3、Zr2(WO3)(PO4)2、これらの複合化合物が挙げられる。
低膨張充填材の粒径については、上に記載したレーザ吸収材の粒径と同様とすることができる。
As the low expansion filler optionally contained in the sealing glass material, at least one selected from silica, alumina, zirconia, zirconium silicate, cordierite, zirconium phosphate compound, soda lime glass, and borosilicate glass is used. It is preferable. Examples of the zirconium phosphate-based compound include (ZrO) 2 P 2 O 7 , NaZr 2 (PO 4 ) 3 , KZr 2 (PO 4 ) 3 , Ca 0.5 Zr 2 (PO 4 ) 3 , and NbZr (PO 4 ). 3 , Zr 2 (WO 3 ) (PO 4 ) 2 , and composite compounds thereof.
The particle size of the low expansion filler can be the same as the particle size of the laser absorber described above.
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り、熱膨張係数は概ね−15〜45×10−7/℃程度である。封着用ガラス材料において低膨張充填材は、封着用ガラス材料全体の熱膨張係数を低下させる目的で含有される。なお、上記必須成分であるレーザ吸収材は、その種類によってさまざまな熱膨張係数を有する。そこで、封着用ガラス材料における低膨張充填材の含有量は、求められる封着用ガラス材料の熱膨張係数において、使用するレーザ吸収材の種類と配合も考慮して調整される。 The low expansion filler has a lower thermal expansion coefficient than that of the sealing glass, and the thermal expansion coefficient is about −15 to 45 × 10 −7 / ° C. In the glass material for sealing, the low expansion filler is contained for the purpose of reducing the thermal expansion coefficient of the entire glass material for sealing. The laser absorbing material, which is an essential component, has various thermal expansion coefficients depending on the type. Therefore, the content of the low expansion filler in the sealing glass material is adjusted in consideration of the type and composition of the laser absorber used in the required thermal expansion coefficient of the sealing glass material.
本発明の封着パッケージにおいて、封着層の形成に用いる封着用ガラス材料の熱膨張係数をα1としガラス基板の熱膨張係数をα2とした場合に、α1−α2で示される封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張係数の差は、15〜65×10−7/℃であることが好ましい。以下、該熱膨張係数の差を、必要に応じて熱膨張差(α1−α2)と示す。 In sealing packages of the present invention, the thermal expansion coefficient of the glass substrate and the thermal expansion coefficient of the sealing glass material as alpha 1 used for forming the sealing layer when the alpha 2, sealing represented by alpha 1-.alpha. 2 The difference in thermal expansion coefficient between the wearing glass material and the glass substrate is preferably 15 to 65 × 10 −7 / ° C. Hereinafter, the difference in the thermal expansion coefficient is referred to as a thermal expansion difference (α 1 −α 2 ) as necessary.
ここで、レーザ焼成時におけるガラス基板や封着層のクラックや割れは、仮焼成層の溶融固化に伴ってガラス基板に生じる残留応力σ(下記式(1)により求められる)に起因する。
σ=α・ΔT・E/(1−ν) …(1)
Here, cracks and cracks in the glass substrate and the sealing layer at the time of laser firing are caused by residual stress σ (determined by the following formula (1)) generated in the glass substrate as the temporary fired layer is melted and solidified.
σ = α · ΔT · E / (1-ν) (1)
ただし、式(1)において、αは封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差(α1−α2)、ΔTはレーザ焼成時の温度差(仮焼成層の溶融温度(焼成温度)から常温付近に冷却されるまでの温度差)を冷却時間で割った値、Eは封着用ガラス材料やガラス基板のヤング率、νはポアソン比である。レーザ焼成の場合、レーザ光の走査速度やスポット径が一定であれば冷却時間はほとんど一定となるため、ΔTは実質的にはレーザ焼成時の温度差となる。 However, in Formula (1), (alpha) is a thermal expansion difference ((alpha) 1- (alpha) 2 ) of the glass material and glass substrate for sealing, and (DELTA) T is a normal temperature from the temperature difference at the time of laser baking (melting temperature (baking temperature) of a temporary baking layer). (Temperature difference until cooling to the vicinity) divided by cooling time, E is the Young's modulus of the glass material or glass substrate for sealing, and ν is the Poisson's ratio. In the case of laser firing, if the scanning speed and spot diameter of the laser light are constant, the cooling time is almost constant, so ΔT is substantially the temperature difference during laser firing.
本発明の封着パッケージにおいては、仮焼成層の厚さが薄いために、式(1)の残留応力σを小さくするための要素であるαとΔTが競合する関係にある。すなわち、αを小さくするために封着用ガラス材料の充填材の含有量を増やすと、封着用ガラス材料の流動性が低下する。したがって、封着用ガラス材料の流動性を高めるためにレーザ焼成の温度(加熱温度)を高くせざるをえず、それに伴いΔTの値が増大し、残留応力σを引き上げる結果となる。そこで、本発明においては、αとΔTのバランスをとることで残留応力σの値を小さく抑えるように、α(封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差(α1−α2))として上記範囲を選択している。 In the sealed package of the present invention, since the temporary fired layer is thin, α and ΔT, which are elements for reducing the residual stress σ in Equation (1), are in a competing relationship. That is, if the content of the filler of the glass material for sealing is increased in order to reduce α, the fluidity of the glass material for sealing is lowered. Therefore, in order to increase the fluidity of the glass material for sealing, the temperature of laser firing (heating temperature) must be increased, and the value of ΔT increases accordingly, resulting in an increase in the residual stress σ. Therefore, in the present invention, α (difference in thermal expansion between sealing glass material and glass substrate (α 1 −α 2 )) is used as described above so as to keep the value of residual stress σ small by balancing α and ΔT. A range is selected.
封着用ガラス材料とガラス基板の熱膨張差(α1−α2)が上記範囲内であれば、封着用ガラス材料における低膨張充填材の含有量を低減して封着用ガラス材料の流動性を維持し、それに基づいてレーザ焼成温度(加熱温度)を低下させることによって、レーザ焼成時の残留応力が低減されるためガラス基板や封着層のクラックや割れ等を抑制することが可能となる。 If the difference in thermal expansion (α 1 −α 2 ) between the glass material for sealing and the glass substrate is within the above range, the content of the low expansion filler in the glass material for sealing is reduced to improve the fluidity of the glass material for sealing. By maintaining and lowering the laser firing temperature (heating temperature) based on this, the residual stress at the time of laser firing is reduced, so that it becomes possible to suppress cracks and cracks in the glass substrate and the sealing layer.
すなわち、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)が15×10−7/℃未満の場合、封着用ガラス材料が比較的多量の充填材を含有し、さらに充填材の粒径が仮焼成層の厚さに適用可能な微小粒径であることで、その流動性が低下するため、レーザ焼成温度の上昇が避けられない。 That is, when the difference in thermal expansion (α 1 −α 2 ) between the glass material for sealing and the glass substrate is less than 15 × 10 −7 / ° C., the glass material for sealing contains a relatively large amount of filler and further filled. When the particle size of the material is a fine particle size applicable to the thickness of the pre-baked layer, the fluidity of the material is lowered, so that an increase in the laser baking temperature is inevitable.
なお、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)を15×10−7/℃とする場合の、封着用ガラス材料における低膨張充填材とレーザ吸収材との合計含有量としては、44体積%程度が挙げられる。すなわち、低膨張充填材とレーザ吸収材との合計含有量が44体積%以下であれば、レーザ焼成温度(加熱温度)の低下効果を十分に得ることができる。ここで、上記のとおりレーザ吸収材の含有量は2〜10体積%が好ましいことから、低膨張充填材の含有量は封着用ガラス材料に対して42体積%以下とすることが好ましい。 The total of the low expansion filler and the laser absorber in the sealing glass material when the difference in thermal expansion (α 1 −α 2 ) between the sealing glass material and the glass substrate is 15 × 10 −7 / ° C. About 44 volume% is mentioned as content. That is, if the total content of the low expansion filler and the laser absorber is 44% by volume or less, the effect of lowering the laser firing temperature (heating temperature) can be sufficiently obtained. Here, since the content of the laser absorber is preferably 2 to 10% by volume as described above, the content of the low expansion filler is preferably 42% by volume or less with respect to the sealing glass material.
また、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)が65×10−7/℃を超えると、レーザ焼成温度の影響よりガラス基板と仮焼成層との収縮量の差の影響が大きくなるため、レーザ焼成温度を低下させてもガラス基板や封着層のクラックや割れ等が生じやすくなる。 Moreover, when the thermal expansion difference (α 1 −α 2 ) between the glass material for sealing and the glass substrate exceeds 65 × 10 −7 / ° C., the shrinkage amount between the glass substrate and the pre-fired layer is affected by the laser firing temperature. Since the influence of the difference becomes large, even if the laser firing temperature is lowered, the glass substrate or the sealing layer is likely to be cracked or broken.
このように、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)が65×10−7/℃以下の範囲であれば、封着用ガラス材料中の低膨張充填材の含有量を減らすことができる。さらに、封着用ガラス材料が低膨張充填材を含有しない場合であっても、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)が65×10−7/℃以下であればガラス基板や封着層のクラックや割れ等を抑制することが可能となる。封着用ガラス材料は少なくとも充填材としてレーザ吸収材を含有していればよく、低膨張充填材の含有量はゼロであってもよい。このため、低膨張充填材とレーザ吸収材との合計含有量はレーザ吸収材の含有量の下限値である2体積%以上であればよい。 Thus, if the thermal expansion difference (α 1 -α 2 ) between the sealing glass material and the glass substrate is in the range of 65 × 10 −7 / ° C. or less, the inclusion of the low expansion filler in the sealing glass material The amount can be reduced. Furthermore, even if the glass material for sealing does not contain a low expansion filler, the difference in thermal expansion (α 1 −α 2 ) between the glass material for sealing and the glass substrate may be 65 × 10 −7 / ° C. or less. For example, it becomes possible to suppress cracks and cracks in the glass substrate and the sealing layer. The glass material for sealing should just contain the laser absorber as a filler at least, and content of a low expansion | swelling filler may be zero. For this reason, the total content of the low expansion filler and the laser absorber may be 2% by volume or more which is the lower limit value of the content of the laser absorber.
ただし、レーザ焼成時におけるガラス基板と仮焼成層との収縮量の差を低減する上で、封着用ガラス材料とガラス基板との熱膨張差(α1−α2)は50×10−7/℃以下とすることが好ましく、さらには35×10−7/℃以下とすることがより好ましい。このような点から、封着用ガラス材料は低膨張充填材を10体積%以上の範囲で含有することが好ましい。レーザ吸収材を2〜10体積%、低膨張充填材を10〜42体積%、かつ両者の合計量として2〜44体積%の範囲で、これらの充填材を含有する封着用ガラス材料によれば、レーザ焼成時におけるガラス基板と仮焼成層との収縮量の差を低減しつつ、レーザ焼成温度を低下させることができることから、封着性のその信頼性の向上に寄与するものである。 However, in reducing the difference in shrinkage between the glass substrate and the temporary firing layer during laser firing, the difference in thermal expansion (α 1 −α 2 ) between the glass material for sealing and the glass substrate is 50 × 10 −7 / It is preferable to set it as ° C or less, and it is more preferable to set it as 35x10-7 / C or less. From such a point, it is preferable that the glass material for sealing contains a low expansion filler in the range of 10 volume% or more. According to the sealing glass material containing these fillers in the range of 2 to 10% by volume of the laser absorber, 10 to 42% by volume of the low expansion filler, and 2 to 44% by volume as the total amount of both. The laser firing temperature can be lowered while reducing the difference in shrinkage between the glass substrate and the pre-fired layer at the time of laser firing, which contributes to improving the reliability of the sealing property.
ここで、仮焼成層における封着用ガラス材料の流動性、およびそれに基づくレーザ焼成温度は、封着用ガラス材料中の充填材(レーザ吸収材や低膨張充填材)の含有量のみならず、充填材の粒子形状にも影響される。上述したように、充填材粒子は少なくとも最大粒径を仮焼成層の厚さ未満とする必要がある。その上で、充填材粒子の比表面積を減少させることが好ましい。具体的には、充填材は封着ガラスの単位体積当たりの表面積が0.5〜6m2/cm3の範囲であることが好ましい。 Here, the fluidity of the glass material for sealing in the pre-fired layer and the laser firing temperature based thereon are not only the content of the filler (laser absorber or low expansion filler) in the glass material for sealing, but also the filler. It is also affected by the particle shape. As described above, it is necessary that the filler particles have at least the maximum particle size less than the thickness of the pre-fired layer. In addition, it is preferable to reduce the specific surface area of the filler particles. Specifically, the filler preferably has a surface area per unit volume of the sealing glass in the range of 0.5 to 6 m 2 / cm 3 .
封着用ガラス材料内の充填材の表面積とは、[(充填材の比表面積)×(充填材の比重)×(充填材の含有量(体積%)]で表される値である。なお、充填材がレーザ吸収材と低膨張充填材からなる場合、レーザ吸収材と低膨張充填材のそれぞれについて求められる表面積を合計することで充填材の表面積とすることができる。 The surface area of the filler in the glass material for sealing is a value represented by [(specific surface area of filler) × (specific gravity of filler) × (content of filler (volume%)]. When a filler consists of a laser absorber and a low expansion filler, it can be set as the surface area of a filler by totaling the surface area calculated | required about each of a laser absorber and a low expansion filler.
封着ガラスの単位体積に対する充填材の表面積を0.5〜6m2/cm3の範囲とすることで、封着用ガラス材料の流動性がより向上し、レーザ焼成温度をさらに低下させることができる。上記した充填材粒子の表面積は、低膨張充填材やレーザ吸収材の粒度分布を制御することにより満足させることができる。具体的には、低膨張充填材やレーザ吸収材を調製する際に、各粉末を篩や風力分離等により分級することにより得ることができる。 By setting the surface area of the filler relative to the unit volume of the sealing glass to be in the range of 0.5 to 6 m 2 / cm 3 , the fluidity of the glass material for sealing can be further improved, and the laser firing temperature can be further reduced. . The surface area of the filler particles described above can be satisfied by controlling the particle size distribution of the low expansion filler or the laser absorber. Specifically, when preparing a low expansion filler or a laser absorbing material, each powder can be obtained by classification by sieving or wind separation.
以上、本発明の封着パッケージについて説明した。以下に、本発明の封着パッケージの製造方法について、上述した封着パッケージ1を例に説明する。
まず、図3Aに示すような、第2のガラス基板3の表面3aに額縁形状に形成された封着材料層を仮焼成して得られる仮焼成層7付き第2のガラス基板3と、表面2aに電子素子部4が配設された第1のガラス基板2を準備する。
The sealing package of the present invention has been described above. Below, the sealing
First, as shown in FIG. 3A, a
仮焼成層7付き第2のガラス基板3の準備にあたっては、まず、上に説明した封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料を用意する。
封着用ガラス材料は、上記のとおり、封着ガラスおよびレーザ吸収材の他に低膨張充填材を含有してもよく、封着用ガラス材料全量に対する低膨張充填材とレーザ吸収材との合計含有量は2〜44体積%の範囲が好ましい。また、それに基づいてガラス基板2、3との熱膨張差(α1−α2)が好ましくは15〜65×10−7/℃の範囲となる封着用ガラス材料を準備する。
In preparing the
As described above, the sealing glass material may contain a low expansion filler in addition to the sealing glass and the laser absorber, and the total content of the low expansion filler and the laser absorber relative to the total amount of the sealing glass material. Is preferably in the range of 2 to 44% by volume. Moreover, the glass material for sealing from which the thermal expansion difference ((alpha) 1- (alpha) 2 ) with the
次にこのような封着用ガラス材料をビヒクルと混合して封着材料を調製する。封着材料は通常ペースト状であり、以下、封着材料ペーストともいう。
ビヒクルとしては、例えば、溶剤にバインダ成分である樹脂を溶解したものが用いられる。具体的には、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挙げられる。
Next, such a sealing glass material is mixed with a vehicle to prepare a sealing material. The sealing material is usually in a paste form, and is hereinafter also referred to as a sealing material paste.
As the vehicle, for example, a solvent in which a resin as a binder component is dissolved in a solvent is used. Specifically, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, nitrocellulose or the like dissolved in a solvent such as terpineol, butyl carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, or methyl (meth) Acrylic resin such as acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, etc. dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone, terpineol, butyl carbitol acetate, ethyl carbitol acetate Is mentioned.
封着材料ペーストの粘度は、ガラス基板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。封着材料ペーストには、消泡剤や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。
The viscosity of the sealing material paste may be adjusted to the viscosity corresponding to the apparatus applied to the
上述した封着材料ペーストを第2のガラス基板3に額縁形状に塗布し封着材料層を形成する。封着材料ペーストはレーザ焼成後に得られる封着層の膜厚、直線部の線幅、厚さ方向の断面積が上記本発明の範囲となるように塗布する。封着材料ペーストの塗布には、例えばスクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法やあるいはディスペンサ等による塗布法が適用できる。封着材料ペーストを塗布して得られる封着材料層は、通常、例えば120℃以上の温度で10分以上の乾燥工程を経た後に、次の仮焼成工程に供される。乾燥工程は封着材料層から溶剤を除去するために実施するものである。乾燥して得られる封着材料の乾燥層に溶剤が残留しているとその後の仮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。
The sealing material paste described above is applied to the
上記した封着材料ペーストの封着材料層は、通常上記のような乾燥工程を経て、仮焼成されて仮焼成層7とされる。仮焼成工程は、封着材料の乾燥層を封着用ガラス材料の主成分である封着ガラスのガラス転移点以下の温度に加熱し、乾燥層内のバインダ成分を除去した後、封着ガラスの軟化点以上の温度に加熱し、封着用ガラス材料を溶融してガラス基板3に焼き付ける。このようにして、第2のガラス基板3上に、所定の額縁形状に封着用ガラス材料が焼き付けられた仮焼成層7を形成する。
The sealing material layer of the above-described sealing material paste is usually calcined through the drying process as described above to form a
一方、表面2aに電子素子部4が配設された第1のガラス基板2は、作製する封着パッケージ1、例えば、OELD、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等の仕様に合わせて、従来公知の方法で準備される。
On the other hand, the
次いで、上記で作製した仮焼成層7付き第2のガラス基板3と、それとは別に作製した電子素子部4付き第1のガラス基板2を用いて封着パッケージ1を作製する。すなわち、図3A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仮焼成層7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との間には、仮焼成層7の厚さに基づいて間隙が形成される。
Subsequently, the sealing
また、図3Bに上記図3Aのようにして積層して得られた積層体における仮焼成層7をレーザ照射によりレーザ焼成する際の断面図を示す。
FIG. 3B shows a cross-sectional view when the
次に、図3Bに示すように、第2のガラス基板3を通して仮焼成層7にレーザ光10を照射してレーザ焼成工程を実行する。なお、レーザ光10は第1のガラス基板2を通して仮焼成層7に照射してもよい。レーザ光10は額縁形状の仮焼成層7に沿って走査しながら照射される。そして、仮焼成層7の全周にわたってレーザ光10を照射することによって、図1および図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との間に、得られる封着層6で封止された領域を有するように、厚さ、直線部の線幅、厚さ方向の断面積、およびシール割合が本発明の範囲内となる封着層6を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the laser firing process is performed by irradiating the
レーザ光10の種類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10を照射する条件は、得られる封着層6の厚さ、直線部の線幅、厚さ方向の断面積、およびシール割合が本発明の範囲内となるように選択される。レーザ光10の出力は、例えば2〜150Wの範囲とすることが好ましい。レーザ出力が2W未満であると仮焼成層7を溶融できないおそれがあり、また150Wを超えるとガラス基板2、3にクラックや割れ等が生じやすくなる。レーザ光10の出力は5〜100Wの範囲であることがより好ましい。
The type of the
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の表面2a、3aと封着層6の内壁面で囲まれた封止領域5内に電子素子部4を気密封止した封着パッケージ1を作製する。このような実施形態の封着パッケージ1によれば、十分な気密性を有するとともに、曲げ強度に優れる封着パッケージが提供できる。
In this way, the
以上、本発明の封着パッケージの実施形態を、図1および図2に示される一例を挙げて説明したが、本発明の封着パッケージはこれらに限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない限度において、また必要に応じて、その構成を適宜変更できる。 As mentioned above, although the embodiment of the sealing package of this invention was mentioned giving the example shown by FIG. 1 and FIG. 2, the sealing package of this invention is not limited to these. As long as it does not contradict the spirit of the present invention, the configuration can be changed as necessary.
次に、本発明の具体的な実施例およ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。以下の実施例において、図1および図2に示されるのと構成が同様の封着パッケージ1を作製した。例1〜7が実施例であり、例8〜11が比較例である。
Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described. In addition, the following description does not limit this invention, The modification | change in the form along the meaning of this invention is possible. In the following examples, a sealed
(例1)
Bi2O381.8質量%、B2O36.0質量%、ZnO10.6質量%、Al2O30.9質量%、SiO20.7質量%の組成を有し、平均粒径(D50)が0.5μm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コージェライト粉末と、Fe2O3−CuO−MnO組成を有するレーザ吸収材とを用意した。低膨張充填材としてのコージェライト粉末は、D10が0.5μm、D50が0.9μm、D90が1.3μm、Dmaxが1.9μmの粒度分布を有し、かつ比表面積は13.2m2/gである。また、レーザ吸収材は、D10が0.4μm、D50が0.8μm、D90が1.2μm、Dmaxが2.8μmの粒度分布を有し、かつ比表面積は9.2m2/gである。
(Example 1)
Bi 2 O 3 81.8% by mass, B 2 O 3 6.0% by mass, ZnO 10.6% by mass, Al 2 O 3 0.9% by mass, SiO 2 0.7% by mass, average A bismuth glass frit (softening point: 410 ° C.) having a particle size (D50) of 0.5 μm, a cordierite powder as a low expansion filler, and a laser absorber having an Fe 2 O 3 —CuO—MnO composition are prepared did. The cordierite powder as a low expansion filler has a particle size distribution with D10 of 0.5 μm, D50 of 0.9 μm, D90 of 1.3 μm and Dmax of 1.9 μm, and a specific surface area of 13.2 m 2 / g. The laser absorber has a particle size distribution with D10 of 0.4 μm, D50 of 0.8 μm, D90 of 1.2 μm, and Dmax of 2.8 μm, and a specific surface area of 9.2 m 2 / g.
上述したビスマス系ガラスフリット69.5体積%とコージェライト粉末19.9体積%とレーザ吸収材10.6体積%とを混合して封着用ガラス材料(熱膨張係数α1(50〜250℃):80×10−7/℃)を作製した。上記した封着用ガラス材料80質量%をビヒクル20質量%と混合して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%)に溶解したものである。 Glass material (thermal expansion coefficient α 1 (50 to 250 ° C.)) for sealing by mixing 69.5% by volume of the bismuth-based glass frit described above, 19.9% by volume of cordierite powder, and 10.6% by volume of the laser absorber. : 80 × 10 −7 / ° C.). A sealing material paste was prepared by mixing 80% by mass of the sealing glass material with 20% by mass of the vehicle. The vehicle is obtained by dissolving ethyl cellulose (2.5% by mass) as a binder component in a solvent (97.5% by mass) made of terpineol.
次に、無アルカリガラス(熱膨張係数α2(50〜250℃):38×10−7/℃)からなる第2のガラス基板3(寸法:57.61×81.34×0.5mmt)を用意し、このガラス基板3の線中心79.29×56.06mm、コーナーのRが1mmの額縁形状の封着層形成領域に封着材料ペーストを線幅250μmパターンを有するスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷法で塗布して封着材料層を形成した。この封着材料層付き第2のガラス基板3を120℃×10分の条件に放置し封着材料層を乾燥した。
Next, the second glass substrate 3 (dimensions: 57.61 × 81.34 × 0.5 mmt) made of alkali-free glass (thermal expansion coefficient α 2 (50 to 250 ° C.): 38 × 10 −7 / ° C.) A screen mask having a pattern with a line width of 250 μm is used to form a sealing layer forming region in a frame shape having a line center of 79.29 × 56.06 mm and a corner R of 1 mm. Then, a sealing material layer was formed by coating by a screen printing method. The
第2のガラス基板3上の封着材料層を上記条件で乾燥させた後、500℃×10分の条件で仮焼成することによって、膜厚が4.0μm、線幅が280μmの仮焼成層7を形成した。仮焼成層7の形成に使用した封着用ガラス材料の熱膨張係数α1(80×10−7/℃)とガラス基板の熱膨張係数α2(38×10−7/℃)との差(α1−α2)は42×10−7/℃である。
The sealing material layer on the
上述した仮焼成層7を有する第2のガラス基板3と素子領域(OEL素子4を形成した領域)を有する第1のガラス基板2(第2のガラス基板3と同組成、同形状の無アルカリガラスからなる基板)とを積層した。次いで、第2のガラス基板3を通して仮焼成層7に対して、波長940nm、出力40W、スポット径1.6mmのレーザ光(半導体レーザ)を10mm/sの走査速度で照射し、仮焼成層7を溶融並びに急冷固化することによって封着層6として、第1のガラス基板2と第2のガラス基板3とを封着した。レーザ照射時の加工(焼成)温度(放射温度計で測定)は785℃であった。仮焼成層7をレーザ焼成して得られた層、すなわち封着層6において、膜厚は3.3μm、直線部の線幅は342μm、直線部における厚さ方向の断面積は1129μm2、直線部のシール割合は122%であった。このようにして、素子領域を1対のガラス基板と封着層で封止した電子デバイスとしての封着パッケージAを作製した。
The
なお、封着層6の膜厚、直線部の線幅は、図1に示すように直線部6aで構成される4辺の各中央部において測定した数値の平均値とした。仮焼成層7の膜厚、直線部の線幅についても、図1に示す封着層6の直線部6aに相当する直線部で同様に測定、算出した値である。ここで、仮焼成層7の膜厚は、表面粗さ・輪郭形状測定器(東京精密 サーフコム 1400D)により、仮焼成層7の直線部の線幅は金属顕微鏡(OLYMPUS BX51)によりそれぞれ測定した。また、封着層6の膜厚は、走査型電子顕微鏡(JEOL JSM−646OLA)により、封着層6の直線部の線幅は金属顕微鏡(OLYMPUS BX51)によりそれぞれ測定した。封着層6の直線部のシール割合は、上記で測定、算出された封着層6の線幅/仮焼成層7の線幅×100として算出した。
In addition, the film thickness of the
封着層6の直線部における厚さ方向の断面積は、シール割合が100%以上の場合は、上記で得られた封着層6の膜厚の平均値に封着層6の線幅の平均値を乗じて算出した値である。また、シール割合が100%未満の場合については、封着層6の直線部における厚さ方向の断面積は、仮焼成層7の膜厚の平均値に仮焼成層7の線幅の平均値を乗じて算出した値とした。
When the sealing ratio is 100% or more, the cross-sectional area in the thickness direction at the straight portion of the
表1に、用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。 Table 1 shows the glass materials used for sealing and the thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass substrate, and the manufacturing conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight part, and the thickness direction of the straight part. The cross-sectional area and the seal ratio of the straight portion are shown.
(例2)
レーザの出力を38Wとした以外は例1と同様にして、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた封着パッケージBを作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Example 2)
A sealing package in which the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight part, and the sealing ratio of the straight part are changed in the same manner as in Example 1 except that the laser output is 38 W B was produced. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例3)
スクリーン印刷条件を調整して表1に示すように仮焼成層の膜厚を調整し、さらにレーザの出力を調整して封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして封着パッケージCを作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Example 3)
Adjust the screen printing conditions to adjust the film thickness of the pre-fired layer as shown in Table 1, and further adjust the laser output to adjust the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight portion, and the thickness direction at the straight portion. A sealing package C was prepared in the same manner as in Example 1 except that the cross-sectional area of the film and the sealing ratio of the straight portion were changed. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例4)
スクリーンマスクのパターン線幅を300μmとし、スクリーン印刷条件を調整して表1に示すように仮焼成層の膜厚と線幅を調整し、さらにレーザの出力を調整して封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして封着パッケージDを作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Example 4)
The pattern line width of the screen mask is 300 μm, the screen printing conditions are adjusted, the film thickness and line width of the pre-fired layer are adjusted as shown in Table 1, and the laser output is further adjusted to adjust the film thickness of the sealing layer. A sealing package D was produced in the same manner as in Example 1 except that the line width of the straight line part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight line part, and the sealing ratio of the straight line part were changed. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例5)
スクリーンマスクのパターン線幅を350μmとし、スクリーン印刷条件を調整して表1に示すように仮焼成層の膜厚と線幅を調整し、さらにレーザの出力を調整して封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして封着パッケージEを作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Example 5)
The screen mask pattern line width is 350 μm, and the screen printing conditions are adjusted to adjust the film thickness and line width of the pre-fired layer as shown in Table 1, and the laser output is adjusted to adjust the film thickness of the sealing layer. A sealing package E was produced in the same manner as in Example 1 except that the line width of the straight part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight part, and the sealing ratio of the straight part were changed. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例6)
例1と同様のビスマス系ガラスフリット、低膨張充填剤、レーザ吸収材を用い、その比をビスマス系ガラスフリット63.7体積%とコージェライト粉末25.3体積%とレーザ吸収材11.0体積%として、封着用ガラス材料の熱膨張係数α1を74×10−7/℃とした。さらに、表1に示すようにレーザの出力を調整し、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして封着パッケージFをそれぞれ作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Example 6)
The same bismuth glass frit, low expansion filler and laser absorber as in Example 1 were used, and the ratio was 63.7 vol% bismuth glass frit, 25.3 vol% cordierite powder, and 11.0 vol laser absorber. percent, and the thermal expansion coefficient alpha 1 of the sealing glass material and 74 × 10 -7 / ℃. Furthermore, as shown in Table 1, the laser output was adjusted to change the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight line part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight line part, and the seal ratio of the straight line part. In the same manner as above, sealing packages F were produced. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例7)
例1と同様のビスマス系ガラスフリット、低膨張充填剤、レーザ吸収材を用い、その比をビスマス系ガラスフリット74.4体積%とコージェライト粉末14.9体積%とレーザ吸収材10.7体積%として、封着用ガラス材料の熱膨張係数α1を85×10−7/℃とした。さらに、表1に示すようにレーザの出力を調整し、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして封着パッケージGを作製した。表1に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
なお、例1〜7の封着パッケージA〜Gにおいて、直線部のいずれの箇所においても封着層の線幅は150μm以上450μm未満であり、厚さ方向の断面積は、800μm2以上2000μm2未満であり、シール割合は100%以上150%未満であった。
(Example 7)
The same bismuth glass frit, low expansion filler and laser absorber as in Example 1 were used, and the ratio was 74.4% by volume of bismuth glass frit, 14.9% by volume of cordierite powder and 10.7% of laser absorber. %, The thermal expansion coefficient α 1 of the sealing glass material was set to 85 × 10 −7 / ° C. Furthermore, as shown in Table 1, the laser output was adjusted to change the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight line part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight line part, and the seal ratio of the straight line part. A sealing package G was produced in the same manner as described above. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 1, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
In addition, in the sealing packages A to G of Examples 1 to 7, the line width of the sealing layer is 150 μm or more and less than 450 μm in any part of the linear portion, and the cross-sectional area in the thickness direction is 800 μm 2 or more and 2000 μm 2. The sealing ratio was 100% or more and less than 150%.
(例8〜10)
例8、9においてはスクリーンマスクのパターン線幅を500μmとし、例10においてはスクリーンマスクのパターン線幅を600μmとし、スクリーン印刷条件を調整して表2に示すように仮焼成層の膜厚と線幅を調整し、さらにレーザの出力を調整して封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた以外は例1と同様にして例8として封着パッケージHを、例9として封着パッケージIを、例10として封着パッケージJをそれぞれ作製した。表2に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を示す。
(Examples 8 to 10)
In Examples 8 and 9, the pattern line width of the screen mask was 500 μm, in Example 10, the pattern line width of the screen mask was 600 μm, and the screen printing conditions were adjusted, as shown in Table 2, Example 1 except that the line width was adjusted and the laser output was adjusted to change the film thickness of the sealing layer, the line width of the straight part, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight part, and the seal ratio of the straight part. Similarly, a sealed package H was produced as Example 8, a sealed package I was produced as Example 9, and a sealed package J was produced as Example 10. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 2, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
(例11)
レーザの出力を低出力側に調整した以外は例1と同様にして、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合を変えた封着パッケージKを作製した。表2に用いた封着用ガラス材料およびガラス基板の熱膨張係数α1、α2、および製造条件、仮焼成層、封着層の膜厚、直線部の線幅、直線部における厚さ方向の断面積、直線部のシール割合合を示す。
(Example 11)
The thickness of the sealing layer, the line width of the straight portion, the cross-sectional area in the thickness direction of the straight portion, and the seal ratio of the straight portion were changed in the same manner as in Example 1 except that the laser output was adjusted to the low output side. A sealing package K was produced. The thermal expansion coefficients α 1 and α 2 of the glass material used for sealing and the glass substrate used in Table 2, and the production conditions, the pre-fired layer, the film thickness of the sealing layer, the line width of the linear portion, and the thickness direction of the linear portion The cross-sectional area and the seal ratio of the straight part are shown.
[評価]
上記例1〜11で得られた封着パッケージA〜Kについて、以下の方法で曲げ強度試験を行い、曲げ強度を評価した。
[Evaluation]
About the sealing package AK obtained in the said Examples 1-11, the bending strength test was done with the following method and bending strength was evaluated.
(曲げ強度試験)
図4に概略断面図を示すとおり、4点曲げ試験ジグを用意し、上記で得られた封着パッケージを中央に設置して、下側支点間距離70mm、上側支点間距離35mmでミネベア社製、型番:TCM1000CRを用いて破壊時の荷重を測定した。これらの値から、4点曲げ強さσb4(MPa)を下記の式(2)を用いて算出した。
(Bending strength test)
As shown in the schematic cross-sectional view in FIG. 4, a four-point bending test jig is prepared, the sealing package obtained above is installed in the center, and the distance between the lower fulcrums is 70 mm and the distance between the upper fulcrums is 35 mm. , Model No .: The load at the time of breakage was measured using TCM1000CR. From these values, the four-point bending strength σ b4 (MPa) was calculated using the following formula (2).
結果を、例1〜7については表1に、例8〜11については表2に示す。なお、破壊した封着パッケージの割れの起点を光学顕微鏡で解析したところ、例1〜10は封着層近傍の第2のガラス基板から破壊されていた。このような破壊の状態を表1、表2の破壊モード欄に「応力」と示す。一方で、例11は封着層と第1のガラス基板との界面から破壊されていた。このような破壊の状態を表1、表2の破壊モード欄に「封着層」と示す。 The results are shown in Table 1 for Examples 1 to 7 and in Table 2 for Examples 8 to 11. In addition, when the origin of the crack of the broken sealing package was analyzed with an optical microscope, Examples 1 to 10 were broken from the second glass substrate in the vicinity of the sealing layer. Such a state of fracture is shown as “stress” in the fracture mode column of Tables 1 and 2. On the other hand, Example 11 was destroyed from the interface between the sealing layer and the first glass substrate. Such a state of destruction is shown as “sealing layer” in the destruction mode column of Tables 1 and 2.
表1、表2から明らかなように、例1〜例7の封着パッケージは、封着層の直線部における線幅、厚さ方向の断面積、およびシール割合がいずれも本発明の範囲内であることから、4点曲げ強度に優れている。一方、例8〜例11の封着パッケージは、封着層の直線部における線幅、厚さ方向の断面積、およびシール割合の少なくとも1つが本発明の範囲外であることから、十分な4点曲げ強度を有しない。 As is clear from Tables 1 and 2, the sealing packages of Examples 1 to 7 are all within the scope of the present invention in terms of the line width, the cross-sectional area in the thickness direction, and the sealing ratio in the straight part of the sealing layer. Therefore, it has excellent 4-point bending strength. On the other hand, the sealing packages of Examples 8 to 11 are sufficient because at least one of the line width, the cross-sectional area in the thickness direction, and the sealing ratio in the straight portion of the sealing layer is outside the scope of the present invention. Does not have point bending strength.
1…封着パッケージ、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…電子素子部、5…封止領域、6…封着層、7…仮焼成層、10…レーザ光。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記1対のガラス基板の間にその外周近傍を封着するように配設される、主として直線部からなる額縁形状、かつ厚さ10μm以下の封着層と、
前記ガラス基板および封着層のそれぞれ内側の面で囲まれた封止領域と、
を具備する封着パッケージであって、
前記封着層は封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着用ガラス材料とビヒクルからなる封着材料層を仮焼成して仮焼成層とした後、レーザ焼成して得られる層であり、
前記直線部における前記封着層の線幅は150μm以上450μm未満、厚さ方向の断面積は800μm2以上2000μm2未満であり、前記仮焼成層の線幅に対する前記封着層の線幅の割合は100%以上150%未満である封着パッケージ。 A pair of glass substrates facing each other;
A frame shape mainly consisting of a straight portion, and a sealing layer having a thickness of 10 μm or less, disposed so as to seal the vicinity of the outer periphery between the pair of glass substrates;
A sealing region surrounded by inner surfaces of the glass substrate and the sealing layer, and
A sealing package comprising:
The sealing layer is a layer obtained by pre-baking a sealing material layer comprising a sealing glass and a laser absorber and a sealing material layer composed of a vehicle to obtain a pre-firing layer, followed by laser firing,
The line width of the sealing layer in the linear portion is 150 μm or more and less than 450 μm, the cross-sectional area in the thickness direction is 800 μm 2 or more and less than 2000 μm 2 , and the ratio of the line width of the sealing layer to the line width of the pre-fired layer Is a sealed package which is 100% or more and less than 150%.
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