JP2014224006A - Member with sealing material layer, and method and apparatus for producing the member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、封着材料層付き部材とその製造方法、および封着材料層付き部材の製造装置に関する。 The present invention relates to a member with a sealing material layer, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus for a member with a sealing material layer.
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枠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の電子素子部が損傷しやすい。このため、レーザ光(封着用レーザ光)を用いて、封着材料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. Sealing with sealing glass is performed by, for example, arranging a sealing material layer containing sealing glass between a pair of glass substrates in a frame shape to form a glass assembly, and heating the sealing material layer to 400 to 600 ° C. Done. At this time, if the entire glass assembly is heated using a baking furnace, the electronic element portion such as the light emitting element is easily damaged by the heating. For this reason, the application of the laser sealing which heats only the sealing material layer using a laser beam (sealing laser beam) is examined.
レーザ封着は、具体的には以下のように行われる。まず、封着ガラスをビヒクルと混合して封着材料ペーストを調製する。この封着材料ペーストを電子素子部が搭載されない一方のガラス基板の枠状の封止領域に塗布して塗布層とし、この塗布層を封着ガラスの焼成温度(封着ガラスの軟化温度以上の温度)まで加熱する。これにより、封着ガラスが溶融し、ガラス基板に焼き付けられて封着材料層が形成される。次いで、この封着材料層を有するガラス基板と、電子素子部が搭載された他方のガラス基板とを封着材料層を介して積層した後、ガラス基板を通して封着材料層に封着用レーザ光を照射して、封着材料層を加熱および溶融させる。これにより、1対のガラス基板が封着ガラスからなる封着層により接合される。 Specifically, laser sealing is performed as follows. First, a sealing material paste is prepared by mixing sealing glass with a vehicle. This sealing material paste is applied to a frame-shaped sealing region of one glass substrate on which the electronic element portion is not mounted to form a coating layer, and this coating layer is heated to the firing temperature of the sealing glass (above the softening temperature of the sealing glass). Temperature). As a result, the sealing glass is melted and baked on the glass substrate to form a sealing material layer. Next, after laminating the glass substrate having the sealing material layer and the other glass substrate on which the electronic element portion is mounted via the sealing material layer, the sealing material layer is irradiated with laser light for sealing through the glass substrate. Irradiation heats and melts the sealing material layer. Thereby, a pair of glass substrates are joined by the sealing layer which consists of sealing glass.
従来、封着材料層の形成、すなわち塗布層の焼成は、加熱炉を用いて塗布層を含めたガラス基板全体を加熱して行われている。しかし、FPD用パッケージでは、発光素子等が搭載されないガラス基板にもカラーフィルタ等の有機樹脂膜が形成されることから、ガラス基板全体を加熱すると有機樹脂膜が損傷する。同様に、色素増感型太陽電池でも、封着材料層が形成されるガラス基板に素子膜等が形成されることから、ガラス基板全体を加熱すると素子膜等が損傷する。また、加熱炉を用いた場合、封着材料層の形成に時間を要するとともに、エネルギー消費量が多くなる。 Conventionally, the formation of the sealing material layer, that is, the firing of the coating layer, is performed by heating the entire glass substrate including the coating layer using a heating furnace. However, in the FPD package, an organic resin film such as a color filter is formed on a glass substrate on which a light emitting element or the like is not mounted. Therefore, when the entire glass substrate is heated, the organic resin film is damaged. Similarly, even in a dye-sensitized solar cell, an element film or the like is formed on a glass substrate on which a sealing material layer is formed. Therefore, when the entire glass substrate is heated, the element film or the like is damaged. In addition, when a heating furnace is used, it takes time to form the sealing material layer and the energy consumption increases.
このようなことから、封着材料層の形成にレーザ光(焼成用レーザ光)を用いることが検討されている。焼成用レーザ光を用いた場合、塗布層のみが加熱されることから有機樹脂膜等の損傷が抑制され、またエネルギー消費量が抑制される。 For these reasons, the use of laser light (firing laser light) for the formation of the sealing material layer has been studied. When the firing laser beam is used, only the coating layer is heated, so that damage to the organic resin film and the like is suppressed, and energy consumption is suppressed.
しかし、焼成用レーザ光を塗布層に直接照射する場合、塗布層全体が均一に加熱される前に表面部分のみが溶融されてガラス化することから、ビヒクル中に含まれる有機バインダの熱分解により発生するガスの外部への放出性が低下する。これにより、封着材料層の内部に気泡が発生し、または表面に気泡による変形が発生して、気密性、接合性等が低下する。 However, when the laser beam for firing is directly irradiated onto the coating layer, only the surface portion is melted and vitrified before the entire coating layer is uniformly heated, so that the organic binder contained in the vehicle is thermally decomposed. Release of the generated gas to the outside is reduced. Thereby, bubbles are generated inside the sealing material layer, or deformation due to the bubbles is generated on the surface, and the airtightness, the bonding property and the like are lowered.
このため、塗布層に直接照射する代わりに、反対側のガラス基板を介して照射することで、塗布層の表面からガスを逃すことが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、第1の焼成用レーザ光を照射して有機バインダを除去した後、第2の焼成用レーザ光を照射することが知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、塗布層が形成されたガラス基板を塗布層が下側となるようにして表面が研磨された試料台上に配置して、ガラス基板を介して塗布層に照射することで、封着材料層の表面を平坦化することが知られている(例えば、特許文献3参照)。また、塗布層が形成されたガラス基板を塗布層が上側となるようにして試料台上に配置して、試料台の下側からガラス基板を介して照射することが知られている(例えば、特許文献4参照)。 For this reason, it is known that gas is released from the surface of the coating layer by irradiating through the glass substrate on the opposite side instead of directly irradiating the coating layer (see, for example, Patent Document 1). In addition, it is known to irradiate the second firing laser light after irradiating the first firing laser light to remove the organic binder (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, the sealing material is formed by placing the glass substrate on which the coating layer is formed on a sample table whose surface is polished so that the coating layer is on the lower side, and irradiating the coating layer through the glass substrate. It is known to flatten the surface of a layer (see, for example, Patent Document 3). Further, it is known that a glass substrate on which a coating layer is formed is arranged on a sample stage so that the coating layer is on the upper side, and irradiation is performed from the lower side of the sample stage through the glass substrate (for example, (See Patent Document 4).
しかしながら、塗布層が形成されたガラス基板を塗布層が下側となるようにして試料台上に配置して、ガラス基板を介して照射する場合、試料台との接触により塗布層が損傷しやすく、また試料台との接着により封着材料層が損傷しやすい。 However, when the glass substrate on which the coating layer is formed is placed on the sample stage with the coating layer on the lower side and irradiated through the glass substrate, the coating layer is easily damaged by contact with the sample stage. In addition, the sealing material layer is easily damaged by adhesion to the sample stage.
一方、塗布層が形成されたガラス基板を塗布層が上側となるようにして試料台上に配置して、試料台の下側からガラス基板を介して照射する場合、一般に試料台の下側にはその支持等に用いられる支持材等が配置されることから、さらにレーザ照射ヘッドやその移動機構を配置すると製造装置が複雑化するおそれがある。また、ガラス基板が大型の場合、たわみによって面内の照射状況が一定とならないおそれがあり、たわみを解消するために梁を設けた場合、梁の影となって照射できない部分が発生して、塗布層の形状、配置等の変更が必要となるおそれがある。また、焼成用レーザ光を下側から上側に向かって照射する場合、作業者等に焼成用レーザ光が照射されやすく、安全上の観点から好ましくない。 On the other hand, when a glass substrate on which a coating layer is formed is arranged on the sample stage so that the coating layer is on the upper side and irradiated through the glass substrate from the lower side of the sample stage, generally the lower side of the sample stage Since a support material and the like used for the support are disposed, if the laser irradiation head and its moving mechanism are further disposed, the manufacturing apparatus may be complicated. In addition, if the glass substrate is large, there is a risk that the in-plane irradiation status may not be constant due to deflection, and when a beam is provided to eliminate deflection, a part that cannot be irradiated as a shadow of the beam occurs, There is a possibility that the shape and arrangement of the coating layer may need to be changed. In addition, when the firing laser light is irradiated from the lower side to the upper side, the firing laser light is easily irradiated to the operator or the like, which is not preferable from the viewpoint of safety.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、封着材料層を良好かつ効率的に形成する方法の提供を目的とする。また、本発明は、このような方法により形成される封着材料層を有する部材、およびこのような方法に用いられる製造装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for forming a sealing material layer in a good and efficient manner. Moreover, this invention aims at provision of the manufacturing apparatus used for the member which has the sealing material layer formed by such a method, and such a method.
本発明の封着材料層付き部材の製造方法は、基板準備工程と、焼成工程とを具備する。基板準備工程は、封止領域を有する基板を準備する。塗布工程は、封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料と有機バインダを含むビヒクルとを混合して調製した封着材料ペーストを、基板の封止領域上に塗布して塗布層を形成する。焼成工程は、塗布層に沿って焼成用レーザ光を走査しながら照射して塗布層全体を加熱することにより、塗布層内の有機バインダを除去しつつ、封着材料を焼成して封着材料層を形成する。焼成工程では、基板に対して塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ塗布層の周囲に空間を設けるように基板を支持し、基板を介して塗布層に焼成用レーザ光を照射する。 The manufacturing method of the member with a sealing material layer of the present invention includes a substrate preparation step and a firing step. In the substrate preparation step, a substrate having a sealing region is prepared. The coating process forms a coating layer by applying a sealing material paste prepared by mixing a sealing material containing a sealing glass and a laser absorber and a vehicle containing an organic binder onto the sealing region of the substrate. To do. The firing process involves firing the sealing material by firing the laser beam for firing along the coating layer and heating the entire coating layer, thereby removing the organic binder in the coating layer and firing the sealing material. Form a layer. In the firing step, the substrate is supported so that the coating layer is vertically below the substrate and a space is provided around the coating layer, and the coating layer is irradiated with the laser beam for firing through the substrate. To do.
本発明の封着材料層付き部材は、封止領域を有する基板と、この基板の封止領域に設けられた封着材料層とを有し、本発明の封着材料層付き部材の製造方法により製造される。 The member with a sealing material layer of the present invention includes a substrate having a sealing region and a sealing material layer provided in the sealing region of the substrate, and the method for producing a member with a sealing material layer of the present invention Manufactured by.
本発明の電子デバイスの製造方法は、基板準備工程と、塗布工程と、焼成工程と、積層工程と、封着工程とを具備する。基板準備工程は、第1の封止領域が設けられた第1の表面を有する第1の基板、および第1の封止領域に対応する第2の封止領域が設けられた第2の表面を有する第2の基板を準備する。塗布工程は、封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料と有機バインダを含むビヒクルとを混合して調製した封着材料ペーストを第2の基板の第2の封止領域上に塗布して塗布層を形成する。焼成工程は、焼成用レーザ光を塗布層に沿って走査しながら照射して塗布層全体を加熱することにより、塗布層内の有機バインダを除去しつつ、封着材料を焼成して封着材料層を形成する。積層工程は、第1の表面と第2の表面とを対向させつつ、封着材料層を介して第1の基板と第2の基板とを積層する。封着工程は、第1の基板または第2の基板を通して封着材料層に封着用レーザ光を照射して、封着材料層を溶融させて第1の基板と第2の基板との間に電子素子部を封止する封着層を形成する。焼成工程では、第2の基板に対して塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ塗布層の周囲に空間を設けるように第2の基板を支持し、第2の基板を介して塗布層に焼成用レーザ光を照射する。 The electronic device manufacturing method of the present invention includes a substrate preparation step, a coating step, a firing step, a laminating step, and a sealing step. The substrate preparing step includes a first substrate having a first surface provided with a first sealing region, and a second surface provided with a second sealing region corresponding to the first sealing region. A second substrate having is prepared. In the coating step, a sealing material paste prepared by mixing a sealing material including a sealing glass and a laser absorbing material and a vehicle including an organic binder is applied onto the second sealing region of the second substrate. To form a coating layer. In the firing step, the sealing material is fired by firing the sealing material while removing the organic binder in the coating layer by irradiating a laser beam for firing while scanning the coating layer and heating the entire coating layer. Form a layer. In the stacking step, the first substrate and the second substrate are stacked via the sealing material layer while the first surface and the second surface are opposed to each other. In the sealing step, the sealing material layer is irradiated with a sealing laser beam through the first substrate or the second substrate, and the sealing material layer is melted to be interposed between the first substrate and the second substrate. A sealing layer for sealing the electronic element portion is formed. In the firing step, the second substrate is supported so that the coating layer is on the lower side in the vertical direction with respect to the second substrate, and a space is provided around the coating layer, and the second substrate is interposed through the second substrate. The coating layer is irradiated with a firing laser beam.
本発明の電子デバイスは、第1の封止領域が設けられた第1の表面を有する第1の基板と、第1の封止領域に対応する第2の封止領域が設けられた第2の表面を有し、第1の表面と第2の表面とが対向するように配置された第2の基板と、第1の基板と第2の基板との間に電子素子部を封止する封着層とを有し、本発明の電子デバイスの製造方法により製造される。 The electronic device according to the present invention includes a first substrate having a first surface provided with a first sealing region, and a second substrate provided with a second sealing region corresponding to the first sealing region. And the electronic element portion is sealed between the first substrate and the second substrate. The second substrate is disposed so that the first surface and the second surface face each other. It has a sealing layer and is manufactured by the method for manufacturing an electronic device of the present invention.
本発明の封着材料層付き部材の製造装置は、試料台と、レーザ光源と、レーザ照射ヘッドと、出力制御部と、移動機構と、走査制御部とを有する。試料台は、封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料と有機バインダを含むビヒクルとを混合して調製した封着材料ペーストの塗布層を有する基板を、この基板に対して塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ塗布層の周囲に空間を設けるように支持する。レーザ光源は、焼成用レーザ光を出射する。レーザ照射ヘッドは、レーザ光源から出射されたレーザ光を基板を介して塗布層に照射する光学系を有する。出力制御部は、レーザ照射ヘッドから塗布層に照射される焼成用レーザ光の出力を制御する。移動機構は、試料台とレーザ照射ヘッドとの位置を相対的に移動させる。走査制御部は、焼成用レーザ光を塗布層に沿って走査しながら照射するように移動機構を制御する。 The manufacturing apparatus for a member with a sealing material layer according to the present invention includes a sample stage, a laser light source, a laser irradiation head, an output control unit, a moving mechanism, and a scanning control unit. The sample stage includes a substrate having a coating layer of a sealing material paste prepared by mixing a sealing material containing a sealing glass and a laser absorber and a vehicle containing an organic binder, and the coating layer is applied to the substrate. It supports so that it may become the lower side of a perpendicular direction, and a space may be provided around a coating layer. The laser light source emits firing laser light. The laser irradiation head has an optical system that irradiates a coating layer with laser light emitted from a laser light source via a substrate. The output control unit controls the output of the firing laser light irradiated on the coating layer from the laser irradiation head. The moving mechanism relatively moves the position of the sample stage and the laser irradiation head. The scanning control unit controls the moving mechanism so as to irradiate the firing laser light while scanning along the coating layer.
本発明は、基板に対して塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ塗布層の周囲に空間を設けるように基板を支持して、基板を介して焼成用レーザ光を照射することで、封着材料層を良好かつ効率的に形成できる。 The present invention supports the substrate so that the coating layer is vertically below the substrate and provides a space around the coating layer, and irradiates the laser beam for firing through the substrate. Thus, the sealing material layer can be formed satisfactorily and efficiently.
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1〜6は、電子デバイスの製造工程の一実施形態を示す図である。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
1-6 is a figure which shows one Embodiment of the manufacturing process of an electronic device.
電子デバイスとしては、例えば、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、色素増感型太陽電池、薄膜シリコン太陽電池、化合物半導体系太陽電池等の封止型の太陽電池が挙げられる。 Electronic devices include, for example, lighting devices using light emitting elements such as FPDs such as OELD, FED, PDP and LCD, and OEL elements, dye-sensitized solar cells, thin film silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and the like. A stationary solar cell can be mentioned.
まず、図1(a)に示すように、第1の基板1と第2の基板2とを用意する(基板準備工程)。第1および第2の基板1、2には、例えば、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からなるガラス基板が用いられる。また、第1および第2の基板1、2には、必要に応じて、ガラス中にセラミックス粉末が分散されたガラスセラミックスからなるガラスセラミックス基板が用いられる。
First, as shown to Fig.1 (a), the 1st board |
無アルカリガラスは30〜50×10−7/K程度の熱膨張係数を有する。ソーダライムガラスは80〜90×10−7/K程度の熱膨張係数を有する。無アルカリガラスの代表的なガラス組成としては、質量%表示で、SiO2 50〜70%、Al2O3 1〜20%、B2O3 0〜15、MgO 0〜30%、CaO 0〜30%、SrO 0〜30%、BaO 0〜30%を含有するものが挙げられる。ソーダライムガラスの代表的なガラス組成としては、質量%表示で、SiO2 55〜75%、Al2O3 0.5〜10%、CaO 2〜10%、SrO 0〜10%、Na2O 1〜10%、K2O 0〜10%を含有するものが挙げられる。なお、ガラス組成は、これらに限定されない。また、第1および第2の基板1、2の少なくとも一方は化学強化ガラス等でもよい。
The alkali-free glass has a thermal expansion coefficient of about 30 to 50 × 10 −7 / K. Soda lime glass has a thermal expansion coefficient of about 80 to 90 × 10 −7 / K. As a typical glass composition of non-alkali glass, it is expressed by mass%, SiO 2 50-70%, Al 2 O 3 1-20%, B 2 O 3 0-15, MgO 0-30%, CaO 0 The thing containing 30%, SrO 0-30%, BaO 0-30% is mentioned. As a typical glass composition of soda lime glass, it is expressed by mass%, SiO 2 55 to 75%, Al 2 O 3 0.5 to 10%,
図2、3に示すように、第1の基板1は、素子領域3が設けられた表面1aを有する。素子領域3には対象物である電子デバイスに応じた電子素子部4が設けられる。電子素子部4は、例えば、OELDやOEL照明であればOEL素子、FEDであれば電子放出素子、PDPであればプラズマ発光素子、LCDであれば液晶表示素子、太陽電池であれば太陽電池素子を備える。電子素子部4の素子構造は特に限定されず、各種公知の構造を有する。第1の基板1の表面1aの周辺部には、素子領域3の外周に沿って枠状の第1の封止領域5が設けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図4、5に示すように、第2の基板2は、第1の基板1の表面1aと対向する表面2aを有する。表面2aの周辺部には、第1の封止領域5に対応する枠状の第2の封止領域6が設けられる。第1および第2の封止領域5、6は、封着層の形成領域となる。第2の封止領域6は、さらに封着材料層の形成領域となる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
電子素子部4は、第1の基板1の表面1aと第2の基板2の表面2aとの間に設けられる。図1に示す電子デバイスの製造工程では、第1の基板1は、その表面1aにOEL素子やPDP素子等の素子構造体が電子素子部4として設けられる素子用基板となる。第2の基板2は、第1の基板1の表面1aに形成された電子素子部4を封止する封止用基板となる。ただし、電子素子部4の構成はこれに限られるものではない。
The
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、第1および第2の基板1、2の各表面1a、2aに素子構造体を構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の基板1、2の表面1a、2aの少なくとも一方に形成される。さらに、封止用ガラス基板を構成する第2の基板2の表面2aには、前述したようにカラーフィルタ等の有機樹脂膜が形成される場合がある。
For example, when the
第2の基板2の封止領域6には、図1(a)、図4、および図5に示すように、第2の基板2の周辺部の全周に封着材料層7が形成される。封着材料層7は、封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料の焼成層である。封着材料は、必要に応じて低膨張充填材等の無機充填材を含むことができ、さらにこれら以外の充填材や添加材を含むことができる。
In the sealing
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、第1および第2の基板1、2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低融点の封着ガラスが好ましい。
As the sealing glass, for example, low-melting glass such as tin-phosphate glass, bismuth glass, vanadium glass, and lead glass is used. Among these, in consideration of the sealing property (adhesiveness) to the first and
錫−リン酸系ガラスは、55〜68モル%のSnO、0.5〜5モル%のSnO2、および20〜40モル%のP2O5(基本的には合計量を100モル%とする)を含む組成が好ましい。 Tin - phosphate glass is 55 to 68 mol% of SnO, and from 0.5 to 5 mol% of SnO 2, and 20 to 40 mol% of P 2 O 5 (the total amount of essentially 100 mol% Are preferred.
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、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。 The glass formed of 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 , Stable glass such as Al 2 O 3 , WO 3 , MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , ZrO 2 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO A component to be converted may be contained as an optional component. However, if the content of any component is too large, the glass becomes unstable and devitrification occurs, and the glass transition point and softening point may increase. Therefore, the total content of any component is 30 mol%. The following is preferred. The glass composition in this case is adjusted so that the total amount of the basic component and the optional component is basically 100 mol%.
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。 Bismuth-based glass is composed of 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 (the total amount is basically 100% by mass). It preferably has a composition.
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、SnOx(xは1または2である)等の任意成分を含有してもよい。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。 The glass formed of the above three components has a low glass transition point and is suitable for a low-temperature sealing material, but Al 2 O 3 , CeO 2 , SiO 2 , Ag 2 O, MoO 3 , Nb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Ga 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, CaO, SrO, BaO, WO 3 , P 2 O 5 , SnOx ( and x may be any component such as 1 or 2. However, if the content of the optional component is too large, the glass becomes unstable and devitrification occurs, and the glass transition point and softening point may increase. Therefore, the total content of the optional component is 30% by mass or less. Is preferred. The glass composition in this case is adjusted so that the total amount of the basic component and the optional component is basically 100% by mass.
レーザ吸収材には、例えば、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、および/または上記金属を含む酸化物等の金属化合物の少なくとも1種が用いられる。また、これら以外の顔料、例えば、バナジウムの酸化物(具体的にはVO、VO2およびV2O5)でもよい。 As the laser absorber, for example, at least one metal selected from Fe, Cr, Mn, Co, Ni, and Cu and / or at least one metal compound such as an oxide containing the metal is used. In addition, pigments other than these, for example, oxides of vanadium (specifically, VO, VO 2 and V 2 O 5 ) may be used.
レーザ吸収材の含有量は、封着材料に対して0.1〜40体積%の範囲が好ましい。レーザ吸収材の含有量が0.1体積%未満であると封着材料層7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40体積%を超えると第2の基板2との界面近傍で局所的に発熱するおそれがあり、また封着材料の溶融時の流動性が劣化して第1の基板1との接着性が低下するおそれがある。レーザ吸収材の含有量は、好ましくは37体積%以下である。
The content of the laser absorber is preferably in the range of 0.1 to 40% by volume with respect to the sealing material. If the content of the laser absorber is less than 0.1% by volume, the sealing
封着ガラスまたはガラスフリット、レーザ吸収材、および低膨張充填材は、それぞれ粉末状、または粒子状である。以下、封着ガラス粉末を単に封着ガラスと、レーザ吸収材粒子またはレーザ吸収材粉末を単にレーザ吸収材と、また低膨張充填材粒子または低膨張充填材粉末を単に低膨張充填材と記す場合がある。 The sealing glass or glass frit, the laser absorbing material, and the low expansion filler are each in the form of powder or particles. Hereinafter, when the sealing glass powder is simply referred to as sealing glass, the laser absorber particles or laser absorber powder is simply referred to as laser absorber, and the low expansion filler particles or low expansion filler powder is simply referred to as low expansion filler. There is.
封着材料は、必要に応じて、封着ガラスより低い熱膨張係数を有する低膨張充填材を含有する。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、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージェライト、ユークリプタイト、スポジュメン、リン酸ジルコニウム系化合物、石英固溶体、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、またはこれらの複合化合物が挙げられる。 The sealing material contains a low expansion filler having a lower thermal expansion coefficient than that of the sealing glass, if necessary. Low expansion filler selected from silica, alumina, zirconia, zirconium silicate, aluminum titanate, mullite, cordierite, eucryptite, spodumene, zirconium phosphate compounds, quartz solid solution, soda lime glass, and borosilicate glass At least one selected from the above is preferred. 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 , or a composite compound thereof.
低膨張充填材の含有量は、封着ガラスの熱膨張係数が第1および第2の基板1、2の熱膨張係数に近づくように設定することが好ましい。具体的には、封着ガラス、第1および第2の基板1、2の熱膨張係数にもよるが、封着材料に対して0.1〜50体積%の範囲が好ましい。含有量は、封着材料層7の厚さ等によっても適宜変更できる。ただし、含有量が50体積%を超えると、封着材料の溶融時の流動性が劣化して第1の基板1との接着性が低下するおそれがある。好ましくは45体積%以下である。レーザ吸収材との合計含有量として封着材料の特性に影響するため、これらの合計含有量は0.1〜50体積%の範囲が好ましい。
The content of the low expansion filler is preferably set so that the thermal expansion coefficient of the sealing glass approaches the thermal expansion coefficient of the first and
封着ガラスには、レーザ吸収材、低膨張充填材等を配合して封着材料を調製する。さらに、封着材料をビヒクルと混合して封着材料ペーストを調製する。 A sealing material is prepared by blending the sealing glass with a laser absorbing material, a low expansion filler and the like. Further, a sealing material paste is prepared by mixing the sealing material with a vehicle.
ビヒクルは、有機バインダを溶剤に溶解して調製する。有機バインダとしては、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セルロース系樹脂;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート等のアクリル系モノマーの1種以上を重合して得られるアクリル系樹脂等の有機樹脂が用いられる。溶剤としては、セルロース系樹脂の場合は、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が、アクリル系樹脂の場合は、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が用いられる。 The vehicle is prepared by dissolving an organic binder in a solvent. Examples of the organic binder include cellulose resins such as methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, oxyethyl cellulose, benzyl cellulose, propyl cellulose, and nitrocellulose; methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, butyl acrylate, 2 An organic resin such as an acrylic resin obtained by polymerizing at least one acrylic monomer such as hydroxyethyl acrylate is used. Solvents such as terpineol, butyl carbitol acetate, and ethyl carbitol acetate are used in the case of cellulose resins, and solvents such as methyl ethyl ketone, terpineol, butyl carbitol acetate, and ethyl carbitol acetate are used in the case of acrylic resins. Is used.
封着材料ペーストの粘度は、第2の基板2に塗布する装置に対応した粘度に合わせればよく、有機バインダと溶剤との割合や、封着材料とビヒクルとの割合により調整できる。封着材料ペーストには、消泡剤や分散剤のように公知のガラスペーストにおける添加物を加えてもよい。封着材料ペーストの調製には、攪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できる。
The viscosity of the sealing material paste may be adjusted to the viscosity corresponding to the apparatus applied to the
その後、第2の基板2の周辺部に設けられた枠状の封止領域6の全周に渡って封着材料ペーストを塗布し、乾燥させて塗布層を形成する(塗布工程)。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塗布し、またはディスペンサ等を用いて塗布する。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。乾燥は、塗布層内の溶剤を除去するために実施される。塗布層内に溶剤が残留すると、その後の焼成工程で有機バインダを十分に除去できないおそれがある。
Thereafter, a sealing material paste is applied over the entire periphery of the frame-shaped
塗布層の厚さは、焼成後の厚さが1μm以上となるもの、すなわち封着材料層7の厚さが1μm以上となるものが好ましい。このような場合、塗布層の形成条件や焼成用レーザ光9の照射条件等を調整することで、塗布層を良好に焼成できる。塗布層の厚さは、焼成後の厚さが150μm以下となるものがより好ましい。均一な焼成の観点から、塗布層の厚さは焼成後の厚さが20μm以下となるものがさらに好ましい。塗布層の幅は、焼成後の幅が0.1〜5.0mmとなるものが好ましく、0.2〜3.0mmとなるものがより好ましく、0.5〜2.0mmとなるものがさらに好ましい。
The thickness of the coating layer is preferably such that the thickness after firing is 1 μm or more, that is, the thickness of the sealing
次に、塗布層8に沿って焼成用レーザ光9を走査しながら照射する(焼成工程)。焼成工程では、図6(a)に示すように、まず第2の基板2に対して塗布層8が鉛直方向の下側となるように、かつ塗布層8の周囲に空間を設けるように第2の基板2を支持する。第2の基板2の支持は、例えば、第2の基板2の縁部を支持するような枠状形状を有する縁部支持部12を試料台22に取り付けて行われる。その後、図6(b)に示すように、第2の基板2を介して塗布層8に焼成用レーザ光9を照射する。これにより、塗布層8中の有機バインダを除去しつつ、封着材料を焼成して、図6(c)に示すように封着材料層7を形成する。
Next, irradiation is performed while scanning the
第2の基板2に対して塗布層8が下側となるように、かつ塗布層8の周囲に空間を設けるように第2の基板2を支持して、第2の基板2を介して塗布層8に焼成用レーザ光9を照射することで、有機バインダの熱分解により発生したガスを塗布層8の表面から効果的に排出でき、特に塗布層8の昇温速度が高い場合でもガスを効果的に排出できる。これにより、封着材料層7における気泡の発生を抑制して、気密性、接合性等を良好にできる。
Application is performed via the
また、塗布層8の周囲に空間を設けることで、試料台22との接触による塗布層8の損傷、および試料台22との接着による封着材料層7の損傷等を抑制できる。また、塗布層8の周囲に空間を設けることで、塗布層8から試料台22への伝熱が抑制され、塗布層8の冷却時間が長くなることから、残留応力の低減が期待できる。
Further, by providing a space around the
さらに、上側から下側に向かって焼成用レーザ光9を照射することで、焼成用レーザ光9を照射するためのレーザ照射ヘッドやこれを移動させるための移動機構を試料台22の上側に配置して製造装置の複雑化を抑制でき、また作業者等への焼成用レーザ光9の照射を抑制して安全性を向上できる。また、第2の基板2が大型でたわみやすい場合でも、下側から適切に支持でき、面内の照射状況を一定にできる。
Further, by irradiating the firing
縁部支持部12の形状は、第2の基板2を有効に支持できれば特に制限されず、必ずしも周方向の全体に連続した枠状形状に限られない。第2の基板2を有効に支持できれば、一部に不連続部を有してもよい。また、縁部支持部12は、複数の柱状体であってもよい。この場合、複数の柱状体の配置は、第2の基板2を有効に支持できれば特に制限されない。なお、塗布層8の内側にはカラーフィルタ等が形成されることがあり、このような部分を支持に利用するとカラーフィルタ等が損傷することから、塗布層8の内側は支持に利用しないことが好ましい。
The shape of the edge
図7は、第2の基板2の他の支持方法を示す平面図である。また、図8は、図7に示す第2の基板2の支持方法のC−C線断面図である。
FIG. 7 is a plan view showing another method for supporting the
支持方法としては、図6に示すような第2の基板2の縁部を縁部支持部12によって支持する方法の他、図7、8に示すように塗布層8が複数配置される場合には、第2の基板2の縁部を縁部支持部12によって支持するとともに、縁部以外の部分を柱状形状の内部支持部13によって支持してもよい。このような支持に利用される部分としては、例えば、塗布層8が形成されていない格子状の非形成部における直線部やこれらの直線部が交差する交差部が挙げられ、これらの中から必要に応じて適宜選択できる。
As a support method, in addition to the method of supporting the edge of the
なお、図示しないが、塗布層8が複数配置される場合、第2の基板2の縁部以外の部分を内部支持部13によって支持するのみとし、縁部を支持しないものとしてもよい。また、
内部支持部13の形状は、第2の基板2を有効に支持できれば特に制限されず、円柱状、四角柱状、その他の形状とできる。
Although not shown, when a plurality of the coating layers 8 are arranged, a portion other than the edge portion of the
The shape of the
焼成用レーザ光9は、特に限定されるものではないが、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レーザ等から所望のレーザ光が使用される。後述する封着用レーザ光も同様である。
The firing
塗布層8の焼成温度T1は、封着ガラスの軟化温度をT0[℃]としたとき、(T0+80)〜(T0+550)[℃]の範囲内が好ましい。ここで、封着ガラスの軟化温度T0は、軟化流動するが結晶化しない温度を示す。また、焼成用レーザ光9を照射したときの塗布層8の焼成温度T1は、放射温度計で測定した値とする。
The firing temperature T 1 of the
塗布層8の焼成温度T1が(T0+80)〜(T0+550)[℃]の範囲内となるように焼成用レーザ光9を照射することで、封着材料中の封着ガラスが良好に溶融し、これにより封着材料が第2の基板2に焼き付けられて封着材料層7が形成される。塗布層8の焼成温度T1が(T0+80)[℃]に達しない場合、塗布層8の全体が均一に溶融しないおそれがある。塗布層8の焼成温度T1が(T0+550)[℃]を超える場合、第2の基板2や封着材料層7にクラックや割れ等が生じやすくなる。また、上記温度範囲内とすることで、有機バインダが効果的に熱分解されて封着材料層7から除去される。
By irradiating the firing
焼成用レーザ光9の走査速度は、3〜30mm/sの範囲内が好ましい。走査速度が3mm/s未満の場合、焼成速度が低下することから封着材料層7を効率的に形成できない。一方、走査速度が30mm/sを超える場合、有機バインダの熱分解により生じたガスの外部への放出性が低下する。これにより、封着材料層7の内部に気泡が生じたり、表面に気泡による変形が生じたりすることがあり、また残留カーボン量も増大しやすい。有機バインダの除去状態が悪い封着材料層7を用いて第1および第2の基板1、2間を封止すると、第1および第2の基板1、2と封着層との接合強度が低下し、また気密性が低下するおそれがある。焼成用レーザ光9の走査速度は、5〜25mm/sの範囲内がより好ましく、7〜23mm/sの範囲内がより好ましい。
The scanning speed of the firing
なお、焼成用レーザ光9の走査は、第2の基板2の位置を固定して焼成用レーザ光9を移動させてもよいし、焼成用レーザ光9の位置を固定して第2の基板2を移動させてもよいし、両者を互いに移動させてもよい。
In the scanning of the firing
焼成用レーザ光9の出力密度は、100〜1100W/cm2の範囲内が好ましい。出力密度が100W/cm2未満であると、塗布層8の全体を均一に加熱できないおそれがある。出力密度が1100W/cm2を超えると、第2の基板2が過剰に加熱されてクラックや割れ等が生じやすくなる。
The output density of the
焼成用レーザ光9のビーム形状(すなわち、照射スポットの形状)は、特に限定されない。焼成用レーザ光9のビーム形状は一般的には円形であるが、円形に限られない。焼成用レーザ光9のビーム形状は、塗布層8の幅方向が短径となる楕円形としてもよい。ビーム形状を楕円形に整形した焼成用レーザ光9によれば、塗布層8に対する焼成用レーザ光9の照射面積を拡大でき、さらに焼成用レーザ光9の走査速度を速くできる。これらにより、塗布層8の焼成時間を短縮できる。
The beam shape (that is, the shape of the irradiation spot) of the firing
焼成用レーザ光9のビーム径は、0.5〜3mmが好ましい。なお、焼成用レーザ光9のビーム径は、ビーム強度がビーム最大強度の13.5%となる領域で定義する。ビーム形状が円形状以外の場合、ビーム径は、走査方向においてビーム強度がビーム最大強度の13.5%となる大きさとする。
The beam diameter of the
焼成用レーザ光9による焼成は、塗布層8を選択的に加熱することから、第2の基板2の表面2aにカラーフィルタ等の有機樹脂膜、また素子膜等を有する場合においても、有機樹脂膜や素子膜等に熱ダメージを与えることなく、封着材料層7を良好に形成できる。さらに、有機バインダの除去性にも優れることから、封着性や信頼性等に優れる封着材料層7を得ることができる。
Baking with the
また当然ながら、焼成用レーザ光9による焼成は、第2の基板2の表面2aに有機樹脂膜や素子膜等が形成されていない場合でも適用でき、このような場合にも封着性や信頼性等に優れる封着材料層7を得ることができる。さらに、焼成用レーザ光9による焼成は、従来の加熱炉による焼成工程に比べてエネルギー消費量が少なく、また製造工数や製造コストの削減に寄与する。従って、省エネやコスト削減等の観点からも、焼成用レーザ光9による焼成は有効である。
Of course, the firing by the firing
ここで、封着材料層付き部材の製造装置としてのレーザ焼成装置について説明する。
図9、10にレーザ焼成装置の一実施形態を示す。
Here, a laser baking apparatus as a manufacturing apparatus for a member with a sealing material layer will be described.
9 and 10 show an embodiment of a laser baking apparatus.
レーザ焼成装置21は、例えば、塗布層8を有する第2の基板2が載置される試料台22と、レーザ光源23と、レーザ光源23から出射されたレーザ光を塗布層8に照射するレーザ照射ヘッド24とを具備する。
The
試料台22は、第2の基板2に対して塗布層8が下側となるように、かつ塗布層8の周囲に空間を設けるように第2の基板2を支持するものであればよい。試料台22としては、例えば、図6に示すように第2の基板2の縁部を支持する枠状形状等を有する縁部支持部12を有するものが挙げられる。また、試料台22としては、例えば、図7、8に示すように、第2の基板2の縁部を支持する枠状部221を有するとともに、縁部以外の部分を支持する柱状形状等を有する内部支持部13を有するものでもよい。
The
図示を省略したが、レーザ照射ヘッド24はレーザ光源23から出射されたレーザ光を集光し、所定のビーム形状に整形して塗布層8に照射する光学系を有する。特に、レーザ照射ヘッド24は、試料台22の上側に配置され、第2の基板2を介して塗布層8に照射する。光学系については後述する。レーザ光源23から出射されたレーザ光は、レーザ照射ヘッド24に送られる。レーザ光の出力は、出力制御部25により制御される。出力制御部25は、例えばレーザ光源23に入力される電流を制御することによりレーザ光の出力を制御する。また、出力制御部25はレーザ光源23から出射されたレーザ光の出力を制御する出力変調器を有していてもよい。
Although not shown, the
レーザ照射ヘッド24から照射される焼成用レーザ光9は、塗布層8に沿って走査しながら照射される。すなわち、レーザ照射ヘッド24は、Xステージ26によりX方向(すなわち、図10の紙面において水平方向)に移動する。Xステージ26は2個のYステージ27A、27BによりY方向に移動する。Xステージ26は固定された試料台22の上方をY方向(すなわち、図10の紙面に対し垂直方向)に移動する。レーザ照射ヘッド24と試料台22との位置関係は、Xステージ26とYステージ27A、27Bとにより調整される。Xステージ26とYステージ27A、27Bとにより移動機構が構成される。なお、移動機構は、例えば、レーザ照射ヘッド24をX方向に移動させるXステージ26と、試料台22をY方向に移動させるYステージとで構成してもよい。
The firing
Xステージ26とYステージ27A、27Bは走査制御部28により制御される。レーザ焼成装置21は、出力制御部25や走査制御部28を総合的に制御する主制御系29を具備する。さらに、レーザ焼成装置21は塗布層8の焼成温度(加熱温度)を測定する図示しない放射温度計を備える。レーザ焼成装置21は、塗布層8から除去された有機バインダが光学系や第2の基板2に付着することを防止する吸引ノズルや送風ノズル等を備えることが好ましい。
The
レーザ照射ヘッド24は、例えば図11に示すように、レーザ光源23から出射されたレーザ光を伝送する光ファイバ31と、レーザ光を集光して所望のビーム形状に整形する集光レンズ32と、焼成用レーザ光9の照射部分を観察するための撮像レンズ33およびCCD撮像素子34と、焼成用レーザ光9の照射部分からのレーザ光以外の光を反射(レーザ光は透過)してCCD撮像素子34へ導くダイクロイックミラー35および反射ミラー36とで構成される。また、焼成用レーザ光9の照射部分の温度を測定する放射温度計37が設置される。
For example, as shown in FIG. 11, the
次に、図1(b)に示すように、第1の基板1と、封着材料層7がその周辺部に形成された第2の基板2とを、表面1a、2a同士が対向するように封着材料層7を介して積層する(積層工程)。その後、図1(c)に示すように、第2の基板2の上方から、第2の基板2を通して封着材料層7に封着用レーザ光10を照射して、電子素子部4を封止する封着層11を形成する(封着工程)。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the
封着用レーザ光10は、第2の基板2と反対側の第1の基板1の下方から、第1の基板1を通して封着材料層7に照射してもよい。また、第2の基板2の上方からと、積層されたガラス組立体の第2の基板2と反対側の第1の基板1の下方からとの両側から封着用レーザ光10を照射してもよい。
The sealing
封着用レーザ光10は封着材料層7に沿って走査しながら照射する。封着材料層7はレーザ光10が照射された部分から順に溶融し、封着用レーザ光10の照射終了とともに急冷固化されて第1の基板1に固着する。そして、封着材料層7の全周にわたって封着用レーザ光10を照射することによって、図1(d)に示すように第1の基板1と第2の基板2との間を封止する封着層11が形成される。このようにして、第1の基板1と第2の基板2との間に電子素子部4が気密封止された電子デバイス12が作製される。
The sealing
実施形態の電子デバイス12の製造工程によれば、第2の基板2の表面2aに有機樹脂膜や素子膜等が形成されている場合においても、これらに熱ダメージを与えることなく、封着材料層7ならびに封着層11を良好に形成できる。従って、電子デバイス12の機能やその信頼性を低下させることなく、気密封止性や信頼性に優れる電子デバイス12を再現性よく作製することが可能となる。
According to the manufacturing process of the
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。 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.
(実施例1)
Bi2O3 83質量%、B2O3 5質量%、ZnO 11質量%、Al2O3 1質量%の組成を有し、平均粒径が1μmのビスマス系ガラスフリット(軟化温度:410℃)と、低膨張充填材として平均粒径が0.9μm、比表面積が12.4m2/gのコージェライト粉末と、Fe2O3−Al2O3−MnO−CuO組成を有し、平均粒径が0.6μm、比表面積が8.3m2/gのレーザ吸収材とを用意した。
Example 1
Bismuth glass frit having a composition of 83% by weight of Bi 2 O 3, 5% by weight of B 2 O 3 , 11% by weight of ZnO and 1% by weight of Al 2 O 3 and having an average particle diameter of 1 μm (softening temperature: 410 ° C. ), Cordierite powder having an average particle size of 0.9 μm and a specific surface area of 12.4 m 2 / g as a low expansion filler, Fe 2 O 3 —Al 2 O 3 —MnO—CuO composition, A laser absorber having a particle size of 0.6 μm and a specific surface area of 8.3 m 2 / g was prepared.
コージェライト粉末及びレーザ吸収材の比表面積は、BET比表面積測定装置(マウンテック社製、装置名:Macsorb HM model−1201)を用いて測定した。測定条件は、吸着質:窒素、キャリアガス:ヘリウム、測定方法:流動法(BET1点式)、脱気温度:200℃、脱気時間:20分、脱気圧力:N2ガスフロー/大気圧、サンプル質量:1gとした。以下の例も同様である。 The specific surface areas of the cordierite powder and the laser absorbing material were measured using a BET specific surface area measuring device (manufactured by Mountec, device name: Macsorb HM model-1201). Measurement conditions are adsorbate: nitrogen, carrier gas: helium, measurement method: flow method (BET one-point method), degassing temperature: 200 ° C., degassing time: 20 minutes, degassing pressure: N 2 gas flow / atmospheric pressure The sample mass was 1 g. The same applies to the following examples.
上記したビスマス系ガラスフリット85.0質量%とコージェライト粉末6.6質量%とレーザ吸収材8.4質量%とを混合して封着材料を作製した。この封着材料90質量%をビヒクル10質量%と混合して封着材料ペーストを調製した。ビヒクルは有機バインダとしてのエチルセルロース(5質量%)を2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレートからなる溶剤(95質量%)に溶解したものである。 The above-mentioned bismuth-based glass frit 85.0% by mass, cordierite powder 6.6% by mass, and laser absorber 8.4% by mass were mixed to prepare a sealing material. 90% by mass of this sealing material was mixed with 10% by mass of a vehicle to prepare a sealing material paste. The vehicle is obtained by dissolving ethyl cellulose (5% by mass) as an organic binder in a solvent (95% by mass) composed of 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate.
次に、無アルカリガラス(熱膨張係数:38×10-7/K)からなる第2のガラス基板(寸法:90mm×90mm×0.7mmt)を用意し、ディスペンス印刷法で塗布した。印刷パターンは、線幅が0.5mmで80mm×56mm、コーナー部の曲率半径は0.7mmの枠状パターンとした。この枠状パターンを120℃×10分の条件で乾燥させて塗付層を形成した後(塗布工程)、この塗付層に沿って焼成用レーザ光を走査しながら照射して、膜厚が8μm、線幅が0.5mmの封着材料層を形成した(焼成工程)。 Next, a second glass substrate (dimensions: 90 mm × 90 mm × 0.7 mmt) made of alkali-free glass (thermal expansion coefficient: 38 × 10 −7 / K) was prepared and applied by a dispense printing method. The print pattern was a frame-like pattern with a line width of 0.5 mm, 80 mm × 56 mm, and a corner radius of curvature of 0.7 mm. After drying this frame-like pattern under the conditions of 120 ° C. × 10 minutes to form a coating layer (coating step), irradiation is performed while scanning the firing laser light along the coating layer, and the film thickness is reduced. A sealing material layer having a thickness of 8 μm and a line width of 0.5 mm was formed (firing step).
以下、焼成工程について具体的に説明する。
まず、図6(a)に示すように、塗付層が下側となるように、かつ塗布層と試料台との間に3mmの空気層が介在するように、第2のガラス基板の縁部を縁部支持部によって支持して、レーザ焼成装置の試料台上に塗付層が形成された第2のガラス基板を固定した。なお、焼成用レーザ光の照射面は、塗付層が形成された第2のガラス基板の基板面とした。すなわち、試料台上に塗付層が下側となるように固定された第2のガラス基板に対して上側より焼成用レーザ光を照射して、第2のガラス基板を介して塗付層に焼成用レーザ光を照射するものとした。
Hereinafter, the firing process will be specifically described.
First, as shown in FIG. 6 (a), the edge of the second glass substrate so that the coating layer is on the lower side and a 3 mm air layer is interposed between the coating layer and the sample stage. The second glass substrate on which the coating layer was formed was fixed on the sample stage of the laser baking apparatus with the part supported by the edge support part. Note that the irradiation surface of the firing laser light was the substrate surface of the second glass substrate on which the coating layer was formed. That is, a laser beam for baking is irradiated from the upper side to the second glass substrate fixed so that the coating layer is on the lower side on the sample stage, and the coating layer is applied to the coating layer through the second glass substrate. The laser beam for firing was irradiated.
このようにして、波長808nm、出力密度589W/cm2、ビーム形状が直径1.5mmの円形の焼成用レーザ光を、第2のガラス基板を介して塗付層に沿って10mm/sの速度で走査しながら照射した。ビームの形状は、レーザビームプロファイラ(オフィール社製、装置名:BS−USB−SP620)を用いて測定し、ビーム強度がピーク値の13.5%となる径をビーム径とした。レーザ出力は、パワーメータ(コヒーレント社製、装置名:FieldMaxll−TO)およびヘッド(コヒーレント社製、装置名:PM100−19C)を用いて測定した。この際の塗布層の焼成温度T1は800℃であった。温度測定には2色式放射温度計(チノー製、装置名:IR−FAQI)を用い、封着材料層をホットプレートで加熱しK熱電対で450℃を確認した状態で2色式放射温度計の校正(放射率比の決定)を行った。このようにして、焼成用レーザ光で塗布層全体を焼成して封着材料層を形成した。 In this way, a circular firing laser beam having a wavelength of 808 nm, an output density of 589 W / cm 2 , and a beam shape of 1.5 mm in diameter is passed through the second glass substrate along the coating layer at a speed of 10 mm / s. Irradiated while scanning. The shape of the beam was measured using a laser beam profiler (manufactured by OFIR, device name: BS-USB-SP620), and the diameter at which the beam intensity was 13.5% of the peak value was defined as the beam diameter. The laser output was measured using a power meter (manufactured by Coherent, device name: FieldMaxll-TO) and a head (manufactured by Coherent, device name: PM100-19C). Sintering temperature T 1 of the coating layer at this time was 800 ° C.. A two-color radiation thermometer (manufactured by Chino, device name: IR-FAQI) is used for temperature measurement, and the sealing material layer is heated with a hot plate, and the two-color radiation temperature is confirmed at 450 ° C. with a K thermocouple. Calibration of the meter (determining the emissivity ratio) was performed. Thus, the whole coating layer was baked with the laser beam for baking, and the sealing material layer was formed.
封着材料層の断面状態をSEMで観察したところ、封着材料層全体が良好にガラス化していることが確認され、有機バインダに起因する気泡も認められなかった。また、光学式顕微鏡にて封着材料層の表面状態を確認したところ、開放泡の発生は認められず、均質な封着材料層が得られることが認められた。なお、開放泡とは、第2のガラス基板を露出させるものであって、封着材料層の側面に接触しないものである。さらに、封着材料層の残留カーボン量を測定したところ、同一の封着材料ペーストの塗布層を電気炉で焼成(480℃×10分)した際の残留カーボン量と同等であることが確認された。 When the cross-sectional state of the sealing material layer was observed with an SEM, it was confirmed that the entire sealing material layer was vitrified well, and no bubbles due to the organic binder were observed. Moreover, when the surface state of the sealing material layer was confirmed with an optical microscope, no generation of open bubbles was observed, and it was confirmed that a uniform sealing material layer was obtained. In addition, an open bubble is what exposes a 2nd glass substrate, Comprising: It does not contact the side surface of a sealing material layer. Furthermore, when the amount of residual carbon in the sealing material layer was measured, it was confirmed that it was the same as the amount of residual carbon when the coating layer of the same sealing material paste was baked in an electric furnace (480 ° C. × 10 minutes). It was.
次に、上述した封着材料層を有する第2のガラス基板と第1のガラス基板(第2のガラス基板と同組成、同形状の無アルカリガラス基板)とを積層した。その後、第2のガラス基板を通して、封着材料層に沿って封着用レーザ光を走査しながら照射して、封着材料層を溶融ならびに急冷固化させて、第1のガラス基板と第2のガラス基板とを封着して気密容器を作製した。得られた気密容器は外観や接合強度等に優れ、また気密性にも優れることが確認された。 Next, the second glass substrate having the sealing material layer described above and a first glass substrate (an alkali-free glass substrate having the same composition and shape as the second glass substrate) were stacked. Thereafter, irradiation is performed while scanning the sealing material layer along the sealing material layer through the second glass substrate to melt and rapidly solidify the sealing material layer, and the first glass substrate and the second glass An airtight container was produced by sealing the substrate. It was confirmed that the obtained airtight container was excellent in appearance, bonding strength and the like, and excellent in airtightness.
(実施例2〜5)
焼成用レーザ光の走査速度、ビーム径、出力密度、塗布層の膜厚、焼成温度を表1に示す条件に変更する以外は、実施例1と同様に焼成用レーザ光で塗布層を焼成して封着材料層を形成した後、第1のガラス基板と封着して気密容器を作製した。実施例1と同様の評価を行ったところ、評価結果は表1に示すように良好であった。
(Examples 2 to 5)
The coating layer was fired with the firing laser light in the same manner as in Example 1 except that the scanning speed, beam diameter, output density, coating layer thickness, and firing temperature of the firing laser light were changed to the conditions shown in Table 1. After forming the sealing material layer, it was sealed with the first glass substrate to produce an airtight container. When the same evaluation as in Example 1 was performed, the evaluation result was good as shown in Table 1.
(比較例1)
塗付層が形成された第2のガラス基板を、塗付層が上側となるようにしてレーザ焼成装置の試料台上に固定した。なお、焼成用レーザ光の照射面は、塗付層が形成された第2のガラス基板の塗付層面とした。すなわち、試料台上に塗付層が上側となるように固定された第2のガラス基板に対して上側より焼成用レーザ光を照射して、塗付層に焼成用レーザ光を直接照射するものとした。その後、表1に示すように焼成用レーザ光の照射強度を変更する以外は、実施例1と同様に封着材料層を形成した後、第1のガラス基板と封着して気密容器を作製した。実施例1と同様の評価を行ったところ、評価結果は表に示すように良好であった。
(Comparative Example 1)
The 2nd glass substrate in which the coating layer was formed was fixed on the sample stand of a laser baking apparatus so that a coating layer might become an upper side. Note that the irradiation surface of the firing laser beam was the coating layer surface of the second glass substrate on which the coating layer was formed. That is, the second glass substrate fixed on the sample stage so that the coating layer is on the upper side is irradiated with the firing laser light from the upper side, and the coating layer is directly irradiated with the firing laser light It was. Thereafter, as shown in Table 1, except that the irradiation intensity of the laser beam for firing was changed, a sealing material layer was formed in the same manner as in Example 1, and then sealed with the first glass substrate to produce an airtight container. did. When the same evaluation as in Example 1 was performed, the evaluation result was good as shown in the table.
(比較例2〜6)
焼成用レーザ光の走査速度、ビーム径、出力密度、塗布層の膜厚、焼成温度を表1に示す条件に変更する以外は、比較例1と同様に封着材料層を形成した後、第1のガラス基板と封着して気密容器を作製した。実施例1と同様の評価を行ったところ、いずれの封着材料層にも気泡および開放泡の発生が認められ、気密容器の接合強度が脆弱になるとともに気密性も劣化することが認められた。
(Comparative Examples 2-6)
After forming the sealing material layer in the same manner as in Comparative Example 1 except that the scanning speed, beam diameter, power density, coating layer thickness, and firing temperature of the firing laser light were changed to the conditions shown in Table 1, 1 was sealed with a glass substrate to prepare an airtight container. When the same evaluation as in Example 1 was performed, bubbles and open bubbles were observed in any sealing material layer, and it was recognized that the bonding strength of the airtight container became weak and the airtightness deteriorated. .
比較例2〜6については、例えば図12に示すように、第2のガラス基板2に形成された封着材料層7に、第2のガラス基板2を露出させ、かつ側面71に接触しない非接触開放泡41が発生しており、これが第1のガラス基板との封着時にクラックや割れの起点となって気密容器の接着強度が脆弱となるとともに気密性が劣化する。封着材料層7の側面71に接触した接触開放泡42の場合、封着時に封着材料が流れ込むことから接着強度や気密性は良好となる。一方、非接触開放泡41の場合、第1のガラス基板との積層時に空気が滞留するだけでなく、空気の断熱効果によりその周辺の温度が局所的に上昇するために残留応力が増加してクラックや割れの原因となる。
For Comparative Examples 2 to 6, for example, as shown in FIG. 12, the
開放泡41、42の発生機構は、以下のように考えられる。すなわち、基板に対して塗布層が上側となるようにして、この塗布層に焼成用レーザ光を走査しながら照射した場合(照射面を塗布層面とした場合)、走査方向の先端側となる照射初期段階にある部分では、封着材料層の表面付近は軟化流動によりガラス粉末の粒界が消失するが、基板と封着材料層との界面付近は十分に軟化流動せずにガラス粉末の粒界が残った状態となり、このような状態のときに有機バインダの熱分解により発生したガスが上昇して封着材料層の表面に向かうとガラス粉末が吹き飛ばされて基板の表面が露出するような開放泡41、42が発生する。
The generation mechanism of the
一方、基板に対して塗布層が下側となるようにして、基板を介して塗布層に焼成用レーザ光を走査しながら照射した場合(照射面を基板面とした場合)、封着材料層の表面付近はガラス粉末の粒界が残るが、基板と封着材料層との界面付近は十分に軟化流動してガラス粉末の粒界が消失することから、ガスが上昇しても基板と封着材料層との界面付近の軟化流動した部分に入るためにガラス粉末が吹き飛ばされることがない。この軟化流動した部分に入ったガスは、焼成用レーザ光の照射が進んで封着材料層の全体が軟化流動したときに封着材料層の表面から放出される。これにより、開放泡41、42の発生が抑制される。
On the other hand, when the coating layer is irradiated to the coating layer while scanning the laser beam for firing through the substrate with the coating layer on the lower side (when the irradiated surface is the substrate surface), the sealing material layer Although the glass powder grain boundaries remain near the surface of the glass, the vicinity of the interface between the substrate and the sealing material layer sufficiently softens and flows, and the glass powder grain boundaries disappear. The glass powder is not blown away because it enters the softened and fluidized portion near the interface with the adhesive material layer. The gas that has entered the softened and fluidized portion is released from the surface of the sealing material layer when irradiation of the laser beam for firing proceeds and the entire sealing material layer softens and flows. Thereby, generation | occurrence | production of the
なお、比較例1のように、基板に対して塗布層が上側となるようにして、この塗布層に焼成用レーザ光を走査しながら照射しても、塗布層の膜厚をH[mm]、焼成用レーザ光の走査速度をV[mm/s]、ビーム径をD[mm]、焼成温度をT1[℃]としたとき、昇温速度(H・V・T1/D)が41℃/s・mm未満となる場合には、封着材料層の状態、接着強度および気密性は良好となる。従って、顕著な効果が得られる観点から、昇温速度(H・V・T1/D)が41℃/s・mm以上となる場合に、基板に対して塗布層が下側となるようにして、この塗布層に基板を介して焼成用レーザ光を走査しながら照射することが好ましい。 As in Comparative Example 1, even when the coating layer is on the upper side of the substrate and this coating layer is irradiated with scanning laser light while scanning, the thickness of the coating layer is H [mm]. When the scanning speed of the laser beam for firing is V [mm / s], the beam diameter is D [mm], and the firing temperature is T 1 [° C.], the heating rate (H · V · T 1 / D) is When it is less than 41 ° C./s·mm, the state of the sealing material layer, the adhesive strength, and the airtightness are good. Therefore, from the viewpoint of obtaining a remarkable effect, when the rate of temperature increase (H · V · T 1 / D) is 41 ° C./s·mm or more, the coating layer should be on the lower side with respect to the substrate. Thus, it is preferable to irradiate the coating layer while scanning the laser beam for firing through the substrate.
1…第1の基板、1a…表面、2…第2の基板、2a…表面、3…素子領域、4…電子素子部、5…第1の封止領域、6…第2の封止領域、7…封着材料層、8…塗布層、9…焼成用レーザ光、10…封着用レーザ光、11…封着層、12…縁部支持部、13…内部支持部、21…レーザ焼成装置、22…試料台、23…レーザ光源、24…レーザ照射ヘッド、25…出力制御部、26…Xステージ、27A,27B…Yステージ、31…光ファイバ、32…集光レンズ、33…撮像レンズ、34…CCD撮像素子、35…ダイクロイックミラー、36…反射ミラー、37…放射温度計、41…非接触開放泡、42…接触開放泡
DESCRIPTION OF
Claims (8)
封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料と有機バインダを含むビヒクルとを混合して調製した封着材料ペーストを、前記基板の前記封止領域上に塗布して塗布層を形成する塗布工程と、
前記塗布層に沿って焼成用レーザ光を走査しながら照射して前記塗布層全体を加熱することにより、前記塗布層内の前記有機バインダを除去しつつ、前記封着材料を焼成して封着材料層を形成する焼成工程とを具備し、
前記焼成工程において、前記基板に対して前記塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ前記塗布層の周囲に空間を設けるように前記基板を支持し、前記基板を介して前記塗布層に前記焼成用レーザ光を照射する封着材料層付き部材の製造方法。 A substrate preparation step of preparing a substrate having a sealing region;
Application that forms a coating layer by applying a sealing material paste prepared by mixing a sealing material containing a sealing glass and a laser absorber and a vehicle containing an organic binder onto the sealing region of the substrate. Process,
The sealing material is baked and sealed while removing the organic binder in the coating layer by irradiating while scanning the laser beam for firing along the coating layer and heating the entire coating layer. A firing step of forming a material layer,
In the firing step, the substrate is supported so that the coating layer is vertically below the substrate and a space is provided around the coating layer, and the coating layer is interposed through the substrate. The manufacturing method of the member with the sealing material layer which irradiates to the said laser beam for baking.
請求項1乃至4のいずれか1項記載の封着材料層付き部材の製造方法により製造された封着材料層付き部材。 A member with a sealing material layer having a substrate having a sealing region and a sealing material layer provided in the sealing region of the substrate,
The member with the sealing material layer manufactured by the manufacturing method of the member with the sealing material layer of any one of Claims 1 thru | or 4.
封着ガラスとレーザ吸収材とを含む封着材料と有機バインダを含むビヒクルとを混合して調製した封着材料ペーストを前記第2の基板の前記第2の封止領域上に塗布して塗布層を形成する塗布工程と、
焼成用レーザ光を前記塗布層に沿って走査しながら照射して前記塗布層全体を加熱することにより、前記塗布層内の前記有機バインダを除去しつつ、前記封着材料を焼成して封着材料層を形成する焼成工程と、
前記第1の表面と前記第2の表面とを対向させつつ、前記封着材料層を介して前記第1の基板と前記第2の基板とを積層する積層工程と、
前記第1の基板または前記第2の基板を通して前記封着材料層に封着用レーザ光を照射して、前記封着材料層を溶融させて前記第1の基板と前記第2の基板との間に電子素子部を封止する封着層を形成する封着工程とを具備し、
前記焼成工程において、前記第2の基板に対して前記塗布層が鉛直方向の下側となるように、かつ前記塗布層の周囲に空間を設けるように前記第2の基板を支持し、前記第2の基板を介して前記塗布層に前記焼成用レーザ光を照射する電子デバイスの製造方法。 A first substrate having a first surface provided with a first sealing region, and a second substrate having a second surface provided with a second sealing region corresponding to the first sealing region A substrate preparation step of preparing a substrate of
A sealing material paste prepared by mixing a sealing material containing a sealing glass and a laser absorber and a vehicle containing an organic binder is applied onto the second sealing region of the second substrate and applied. A coating process for forming a layer;
The sealing material is baked and sealed while removing the organic binder in the coating layer by irradiating a laser beam for firing while scanning the coating layer to heat the entire coating layer. A firing step for forming a material layer;
A laminating step of laminating the first substrate and the second substrate through the sealing material layer while facing the first surface and the second surface;
The sealing material layer is irradiated with sealing laser light through the first substrate or the second substrate, and the sealing material layer is melted to be between the first substrate and the second substrate. And a sealing step of forming a sealing layer for sealing the electronic element part,
In the firing step, the second substrate is supported so that the coating layer is on the lower side in the vertical direction with respect to the second substrate, and a space is provided around the coating layer, A method for manufacturing an electronic device, comprising: irradiating the coating layer with the laser beam for firing through a substrate of 2;
請求項6記載の電子デバイスの製造方法により製造された電子デバイス。 A first substrate having a first surface provided with a first sealing region, and a second surface provided with a second sealing region corresponding to the first sealing region; A second substrate disposed so that the first surface and the second surface face each other; and sealing for sealing an electronic element portion between the first substrate and the second substrate An electronic device having a layer,
An electronic device manufactured by the method for manufacturing an electronic device according to claim 6.
焼成用レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記基板を介して前記塗布層に照射する光学系を有するレーザ照射ヘッドと、
前記レーザ照射ヘッドから前記塗布層に照射される焼成用レーザ光の出力を制御する出力制御部と、
前記試料台と前記レーザ照射ヘッドとの位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記焼成用レーザ光を前記塗布層に沿って走査しながら照射するように前記移動機構を制御する走査制御部と
を具備する封着材料層付き部材の製造装置。 A substrate having a coating layer of a sealing material paste prepared by mixing a sealing material containing a sealing glass and a laser absorber and a vehicle containing an organic binder, the coating layer being perpendicular to the substrate. A sample stage for supporting the lower side and providing a space around the coating layer;
A laser light source that emits a laser beam for firing;
A laser irradiation head having an optical system for irradiating the coating layer with the laser light emitted from the laser light source through the substrate;
An output controller for controlling the output of the laser beam for firing irradiated from the laser irradiation head to the coating layer;
A moving mechanism for relatively moving the position of the sample stage and the laser irradiation head;
An apparatus for manufacturing a member with a sealing material layer, comprising: a scanning control unit that controls the moving mechanism so as to irradiate the firing laser light while scanning along the coating layer.
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