JP2016046232A - 電子デバイスとその製造方法、および電子デバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封着層を良好に、かつ効率的に形成できる電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】電子デバイスの製造方法は、積層工程と、封着工程とを有する。積層工程は、第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、この第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有する第２の基板とを、第１の表面と第２の表面とが対向するように、かつ第１の封止領域と第２の封止領域との間に封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着材料の焼成層である少なくとも一つの矩形形状の封着材料層を介して積層して組立体とする。封着工程は、封着材料層の少なくとも一つを覆う大きさを有するレーザ光を照射して、封着材料層の少なくとも一つを溶融させて第１の基板と第２の基板との間に封着層を形成する。【選択図】図６

Description

本発明は、電子デバイスとその製造方法、および電子デバイス製造装置に関する。

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着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着された構造を有する。さらに、発光ダイオード（ＬＥＤ）、高輝度光ダイオードバックライト、ディスプレイに使用する光源、自動車照明、装飾照明、標識、広告照明用途を含む照明デバイスでは、ガラス基板とセラミックス基板が封着された構造を有する。

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対のガラス基板を封着ガラスを含む封着材料層を介して積層してガラス組立体とした後、封着材料層を４００〜６００℃に加熱して行う。この際、焼成炉を用いてガラス組立体の全体を加熱すると、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。

レーザ封着は、例えば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枠状塗布層とし、この枠状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てガラス組立体とした後、ガラス基板を通して封着材料層に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。

従来、レーザ光として封着材料層の幅と同程度か僅かに大きい点状の照射形状を有するものを用いて、封着材料層に沿って１周するように走査しながら照射して封着層を形成している（例えば、特許文献１参照）。

また、封着材料層を１周するようにレーザ光を走査しながら照射した場合、照射開始位置付近または照射終了位置付近の残留応力により損傷等が発生することから、照射開始位置付近または照射終了位置付近でレーザ光の出力を低減することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、本出願人は封着材料層の１組の対辺の一方の対辺から他方の対辺にかけて、これらの対辺の長さ以上の長さを有する線状のレーザ光を走査しながら照射する技術の特許出願をしている。（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−５２４４１９号公報 特開２００８−５２７６５５号公報 特願２０１３−１０５９３９号明細書

しかしながら、封着材料層を1周するようにレーザ光を走査しながら照射する場合、照射開始位置付近または照射終了位置付近に繋ぎ目が発生しやすく、気密性、接着強度、信頼性、製造歩留等が低下しやすい。照射開始位置付近または照射終了位置付近でレーザ光の出力を低減することも知られているが、必ずしも調整が容易でなく、調整が適切に行われないと溶融状態の異なる領域が発生して、気密性、信頼性、製造歩留等が低下する。

また、封着材料層を1周するように点状のレーザ光を走査しながら照射する場合、封着層の形成に時間がかかる。特に、１対のガラス基板間に多数の封着材料層が形成される場合、多数の封着材料層について順次１周するようにレーザ光を走査しながら照射する必要があり、多くの時間を要する。

また、封着材料層の１組の対辺の１方の対辺から他方の対辺にかけて線状のレーザ光を走査しながら照射する場合は、繋ぎ目の発生のおそれは低減する。しかし、依然として照射開始位置付近および照射終了位置付近に残留応力が発生するものもあり、気密性、信頼性、製造歩留等を改善する余地のあるものであった。

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、封着層を良好に、かつ効率的に形成できる電子デバイスの製造方法の提供を目的とする。また、このような製造方法により製造された電子デバイス、このような製造方法に用いられる電子デバイス製造装置の提供を目的とする。

本発明の電子デバイスの製造方法は、積層工程と、封着工程とを有する。積層工程は、第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、この第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有する第２の基板とを、第１の表面と第２の表面とが対向するように、かつ第１の封止領域と第２の封止領域との間に封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着材料の焼成層である少なくとも一つの矩形形状の封着材料層を介して積層して組立体とする。封着工程は、封着材料層の少なくとも一つを覆う大きさ以上の大きさを有するレーザ光を照射して、封着材料層の少なくとも一つを溶融させて第１の基板と第２の基板との間に封着層を形成する。

本発明の電子デバイスは、第１の封止領域を有する第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の封止領域を有する第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の封止領域と第２の封止領域との間に配置された封着層とを有し、本発明の電子デバイスの製造方法により製造される。

本発明の電子デバイス製造装置は、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、組立体が載置される。組立体は、第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、この第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有する第２の基板とが、第１の表面と第２の表面とが対向するように、かつ第１の封止領域と第２の封止領域との間に封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着材料の焼成層である封着材料層を介して積層される。

レーザ光源は、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封着材料層の大きさ以上の大きさを有する形状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封着材料層に照射される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、上記した封着材料上まで照射位置を移動するための移動機構を制御する。

本発明によれば、封着層を良好に、かつ効率的に形成できる電子デバイスの製造方法を提供できる。また、このような製造方法により製造された電子デバイス、およびこのような製造方法に用いられる電子デバイス製造装置を提供できる。

電子デバイスの製造工程を示す断面図である。 電子素子部を有する第１の基板を示す平面図である。 図２に示す第１の基板のＡ−Ａ線断面図である。 封着材料層を有する第２の基板を示す平面図である。 図４に示す第２の基板のＢ−Ｂ線断面図である。 レーザ光の照射方法の一例を示す外観図である。 図６に示すレーザ光の照射方法の平面図である。 レーザ光の照射方法の第１の変形例を示す平面図である。 レーザ光の照射方法の第２の変形例を示す平面図である。 図９に示すレーザ光の照射方法の断面図である。 レーザ光の照射方法の第３の変形例を示す断面図である。 電子デバイス製造装置の一実施形態を示す平面図である。 図１２に示す製造装置の正面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１〜６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。

電子デバイスとしては、例えば、ＯＥＬＤ、ＦＥＤ、ＰＤＰ、ＬＣＤ等のＦＰＤ、ＬＥＤ素子等の発光素子を使用した照明装置が挙げられる。

電子デバイスは、例えば以下のようにして製造される。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。そして、第１の基板１に電子素子部４を搭載するとともに、第２の基板２に封着材料層７を形成した後、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１と第２の基板２とを、表面１ａ、２ａが対向するように封着材料層７を介して積層して組立体１０とする（積層工程）。

さらに、図１（ｃ）に示すように、組立体１０の第２の基板２を通して、封着材料層７にレーザ光１１を照射する。これにより、図１（ｄ）に示すように、第１の基板１と第２の基板２との間に封着層１２を形成して、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１３を製造する（封着工程）。

以下、電子デバイスの製造工程について具体的に説明する。
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等が用いられる。

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、ＳｉＯ_２ ５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ 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、ＳｉＯ_２ ５５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０．５〜１０％、ＣａＯ ２〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ １〜１０％、Ｋ_２Ｏ 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。

図２、３に示すように、第１の基板１は、素子形成領域３が設けられた表面１ａを有する。素子形成領域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、ＬＥＤであればＬＥＤ素子を備える。電子素子部４は、公知の素子構造を有し、その素子構造は特に限定されない。第１の基板１の表面１ａの周辺部には、素子形成領域３の外周に沿って矩形枠状または円形枠状の第１の封止領域５が設けられる。

本明細書で使用する「矩形枠状」とは、四角形を形成する４本の直線を交差して得られるものだけでなく、４本の直線の交差部（角部）に湾曲部が形成されるものも含む。また、長円形状のものや、対向する２本の直線の両端をそれぞれ湾曲部で接合したものも含む。

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の封止領域５および第２の封止領域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７の形成領域となる。

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との間に封止される。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に電子素子部４が設けられる素子用ガラス基板である。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を封止する封止用ガラス基板である。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。

例えば、電子素子部４がＯＥＬ素子等の場合、第１の基板１の表面１ａ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の基板１の表面１ａ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、必要に応じて、カラーフィルタ等の有機樹脂膜が形成される。

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み、さらにこれら以外の充填材や添加材を含む。

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。

錫−リン酸系ガラスは、５５〜６８モル％のＳｎＯ、０．５〜５モル％のＳｎＯ_２、および２０〜４０モル％のＰ_２Ｏ_５（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。

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、ＳｉＯ_２等のガラスの骨格を形成する成分やＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＭｏＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ、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。

ビスマス系ガラスは、７０〜９０質量％のＢｉ_２Ｏ_３、１〜２０質量％のＺｎＯ、および２〜１２質量％のＢ_２Ｏ_３（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。

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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｇ_２Ｏ、ＭｏＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＷＯ_３、Ｐ_２Ｏ_５、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。

封着材料はレーザ吸収材を含有する。レーザ吸収材として、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、ＩＴＯ、ドーパントを含む錫系酸化物（ＡＴＯやＦＴＯ）などの透明導電性酸化物やバナジウムの酸化物（具体的にはＶＯ、ＶＯ_２およびＶ_２Ｏ_５）でもよい。

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。

封着ガラス、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。

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）_２Ｐ_２Ｏ_７、ＮａＺｒ_２（ＰＯ_４）_３、ＫＺｒ_２（ＰＯ_４）_３、Ｃａ_０．５Ｚｒ_２（ＰＯ_４）_３、ＮｂＺｒ（ＰＯ_４）_３、Ｚｒ_２（ＷＯ_３）（ＰＯ_４）_２、またはこれらの複合化合物が挙げられる。

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％が好ましい。

封着ガラスにレーザ吸収材や低膨張充填材等を配合して封着材料とする。また、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。

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。

封着材料ペーストの粘度は、塗布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。

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、枠状塗布層を形成する。封着材料ペーストは、例えば、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法を適用して塗布し、またはディスペンサ等を用いて塗布する。枠状塗布層は、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、枠状塗布層内の溶剤を除去するために実施される。枠状塗布層内に溶剤が残留すると、その後の焼成で有機バインダを十分に除去できないおそれがある。

枠状塗布層の厚さは、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。このような厚さの場合、枠状塗布層の形成条件や焼成条件等の調整により、封着材料層７を良好に焼成できる。枠状塗布層の厚さは、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、枠状塗布層の厚さは、焼成後の厚さが２０μｍ以下となるものが特に好ましい。また厚さの分布は、レーザ照射時に封着材料層７の全体と第１の基板１が接触するように５μｍ以下であることが好ましい。また、枠状塗布層の幅は、焼成後の幅が０．１〜３．０ｍｍとなるものが好ましい。

その後、枠状塗布層中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７を形成する。焼成は、例えば、焼成炉を用いて、封着ガラスの軟化点以上の温度（例えば軟化点より１０〜１００℃高い温度）に加熱する。これにより、枠状塗布層内のバインダを除去するとともに、第２の基板２に枠状塗布層を焼き付けて封着材料層７を形成する。

さらに、図１（ｂ）に示すように、第１の基板１と第２の基板２とを表面１ａ、２ａが対向するように封着材料層７を介して積層して組立体１０とする（積層工程）。また、図１（ｃ）に示すように、封着材料層７にレーザ光１１を照射して、図１（ｄ）に示すように、第１の基板１と第２の基板２との間に封着層１２を形成して電子デバイス１３とする（封着工程）。

図６は、封着工程におけるレーザ光１１の照射方法の一例を示す外観図である。また、図７は、図６の照射方法を示す平面図である。本発明では、矩形枠状の封着材料層７の外周縁であるＬ_１×Ｌ_３で表される領域以上のＬ_２×Ｌ_４で示される領域を有する矩形形状のレーザ光１１を照射する。Ｌ_２×Ｌ_４の最大領域は、照射対象となるガラス基板の大きさとすることができる。本明細書で使用する「矩形形状」とは、長方形等の四角形だけでなく、角部が曲線になっているものや、長円形のものも含む。また上記で定義した矩形枠状も含む。

なお、ここでのレーザ光１１の大きさ（Ｌ_２×Ｌ_４）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。

本発明では、このような照射方法を採用することで、封着材料層７の全体の封着材料の溶融および急冷固化をレーザ光１１の照射により同時に行い、封着層１２を形成する。

本発明の照射方法によれば、封着材料層７の全体を同時に、封着材料層７の大きさ(Ｌ_１×Ｌ_３)以上の大きさ(Ｌ_２×Ｌ_４)を有する矩形形状のレーザ光１１で照射する。従って、照射開始位置付近または照射終了位置付近におけるレーザ光の繰り返しの照射がなくなり、これらの付近における繋ぎ目が発生しない。

また、本発明の照射方法によれば、レーザ光の照射開始位置付近または照射終了位置が無いことから、応力集中部が発生せず、また封着材料層７の溶融状態が全体として均一になることから、気密性、信頼性、製造歩留等が良好となる。

さらに、本発明の照射方法によれば、レーザ光１１の走査が不要となるので、従来の封着材料層に沿って１周させる照射方法に比べて、処理時間が半分以下と短くできる。

レーザ光１１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。

レーザ光１１の照射時間は、レーザ光１１の照射により封着材料層７の全体を溶融できればよく、０．３ｓ以上が好ましい。照射時間が０．３ｓ以上の場合、封着材料層７が十分に溶融して、第１の基板１と第２の基板２との接合強度が良好となる。また、照射時間は３ｓ以下が好ましい。照射時間が３ｓ以下の場合、電子素子部に熱の影響を与えることなく封着層１２を形成できる。

レーザ光１１の照射強度についても、レーザ光の照射により封着材料層７の全体を溶融できればよく、レーザ光１１の照射時間等によっても異なるが、１００〜１０００Ｗ/ｃｍ^２が好ましい。照射強度が１００Ｗ/ｃｍ^２以上の場合、レーザ光の照射により封着材料層７の全体を十分に溶融できる。また、照射強度が１０００Ｗ/ｃｍ^２以下の場合、第１の基板１および第２の基板２の過剰な加熱によるクラックや割れ等の発生を抑制できる。

なお、封着材料層７の形状は、必ずしも長方形状に限られず、正方形状であってもよい。

また、レーザ光１１の照射が行われる封着材料層７の大きさは、レーザ光の照射できる範囲内の大きさであればよい。通常、このような大きさは主としてレーザ光１１を出射するレーザ光源の出力により制限され、５００ｃｍ^２以下が好ましい。なお、本発明の照射方法は、小型の封着材料層７が多数設けられている場合に、特に処理時間が短くなり有効である。したがって、封着材料層７としては、１辺の長さが５０ｍｍ以下であるものが好ましく、３０ｍｍ以下であるものがより好ましい。

また、レーザ光１１は、一般的には封着材料層７が形成された第２の基板２を通して封着材料層７に照射することが好ましいが、これとは反対に第１の基板１を通して封着材料層７に照射してもよいし、または第１の基板１と第２の基板２との両側から照射してもよい。

次に、レーザ光１１の照射方法の変形例について説明する。

図８は、レーザ光１１の照射方法の第１の変形例を示す平面図である。
組立体１０としては、第１の基板１と第２の基板２との間に複数個の封着材料層７が並列して配置されてもよい。この場合、レーザ光１１として、並列する全ての封着材料層７を同時に照射する大きさ（Ｌ_２×Ｌ_４）を有するものを用い、これら９個の封着材料層７の全体にレーザ光１１を同時に照射する。

具体的には、９個の封着材料層７を完全に覆う大きさ（３Ｌ_１＋２Ｌ_５）×（３Ｌ_３＋２Ｌ_６）以上の大きさ（Ｌ_２×Ｌ_４）を有するレーザ光１１を用いて、組立体１０にレーザ光１１を照射する。

大きさ（Ｌ_２×Ｌ_４）以外のレーザ光１１の特性、例えば、照射時間、および照射強度等は、封着材料層７が１つの場合と同様にできる。すなわち、レーザ光１１の照射により９個の並列する封着材料層７を溶融できれば必ずしも限定されないが、走査時間は０．３〜３ｓ、および照射強度は１００〜１０００Ｗ/ｃｍ^２がそれぞれ好ましい。

また、第１の変形例（図８）では、複数の並列する封着材料層７の全てについてレーザ光１１を照射する例を図示したが、封着材料層７が複数並列する場合であっても個別にあるいは一部の個数毎にレーザ光１１を照射してもよい。

図９は、レーザ光１１の照射方法の第２の変形例を示す平面図である。また、図１０は、図９に示すレーザ光１１の照射方法のＣ−Ｃ線断面図である。

封着工程では、組立体１０に対してレーザ光１１の照射側に、組立体１０の第１の基板１と第２の基板２との間に荷重を印加し、かつレーザ光１１を透過する透光基板１４を配置したものである。透光基板１４としては、組立体１０の第１の基板１と第２の基板２との間に有効に荷重を印加でき、かつレーザ光１１を透過するものであれば特に制限されず、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等が用いられる。

また、透光基板１４には、レーザ光１１の照射による電子素子部４の損傷等を抑制するために、電子素子部４に対応する領域に、この電子素子部４へのレーザ光１１の照射を抑制する遮蔽材１５を配置してもよい。遮蔽材１５としては、電子素子部４へのレーザ光１１の照射を抑制するものであれば特に制限されず、例えば、吸収膜、反射膜等が挙げられるが、耐久性が良好なことから反射膜が好ましい。以下の図１１に示すようにレーザ光１１を斜め方向から照射する場合には、レーザ光１１の手前側の光を遮るためにも、レーザ光の入射角度と同じ角度の状態で、電子素子部４が遮蔽されるように遮蔽材１５は、形状、大きさおよび配置が決められる。

図１１は、レーザ光１１の照射方法の第３の変形例を示す断面図である。
レーザ光１１の照射方向は、組立体１０の表面に対して垂直方向の他、図１１に示すように、組立体１０の表面に対して斜め方向でもよい。この場合、電子デバイス１３の製造にかかわる作業者が安全に作業を行えるように、組立体１０の表面で反射されたレーザ光１１を遮蔽するために、レーザ光１１の反射先にレーザビームダンパーを配置してもよい。

レーザビームダンパーとしては、レーザ光１１の反射形状等に応じて、公知のレーザビームダンパーを適宜選択して使用できる。このようなレーザビームダンパーとしては、例えば、レーザ光１１が内部に入射する筒状部を有するものであって、その内面に無反射コーティングが施されたもの、さらにはレーザ光１１のビーム強度が高いときのための水冷部を有するものが挙げられる。

レーザ光１１を斜め方向から照射する場合、複数の方向からレーザ光１１を照射することも可能となる。このように複数のレーザ光１１で封着材料層７を同時に照射する場合には、一つのレーザ光１１の出力を低下させることが可能となる。

以上の説明では、封着材料層７の外形が矩形状の場合について説明したが、封着材料層７の外形は、円形状、長円形状等の対辺が明確に規定できない形状でもよい。本発明の封着工程は、封着材料層７の外形に関係なく、レーザ光１１を照射して封着材料層７の全体を照射する。従って、レーザ光１１の大きさ等は、このような封着材料層７の全体を同時に照射できればよい。

次に、電子デバイス１３の製造に用いられる電子デバイス製造装置について説明する。ここで、電子デバイス製造装置は、特に、レーザ光１１の照射により封着層１２を形成する封着工程に用いられる。

図１２、１３に電子デバイス製造装置の一実施形態を示す。電子デバイス製造装置２１は、例えば、組立体１０が載置される試料台２２と、レーザ光１１を出射するレーザ光源２３と、レーザ光源２３から出射されたレーザ光１１を封着材料層７に照射するレーザ照射ヘッド２４とを具備する。

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１１を所定のビーム形状に整形して封着材料層７に照射する光学系を有する。ビーム形状を成形する光学系として例えば、フライアイレンズを用いたビームホモジナイザー等が用いられる。レーザ光源２３から出射されたレーザ光１１は、レーザ照射ヘッド２４に送られる。このときのレーザ光１１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１１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１１の出力を制御する出力変調器を有していてもよい。

レーザ照射ヘッド２４から照射されるレーザ光１１は、封着材料層７の全体に照射される。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の上方を移動し、Ｘステージ２６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。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。

Ｘステージ２６とＹステージ２７Ａ、２７Ｂとは走査制御部２８により制御される。上記したように封着材料層７の全体にレーザ光を照射するようにＸステージ２６およびＹステージ２７Ａ、２７Ｂ（移動機構）により位置を調整する。

電子デバイス製造装置２１は、さらに出力制御部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。また、電子デバイス製造装置２１は、封着材料層７の加熱温度を測定する図示しない放射温度計を備える。また、電子デバイス製造装置２１は、図９、１０に示したように、第１の基板１と第２の基板２との間に荷重を印加し、かつレーザ光１１を透過する透光基板１４を備えてもよい。さらには、同図に示したように、レーザ光１１の照射による電子素子部４の損傷等を抑制するために、この電子素子部４へのレーザ光１１の照射を抑制する遮蔽材１５を備えてもよい。また、図１１に示したように、組立体１０の表面で反射されたレーザ光１１を遮蔽するためのレーザビームダンパーを備えてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態においては、封着材料層７を溶融させて封着層１２を形成するために矩形形状のレーザ光１１を用いることに加えて、枠状塗布層を焼成して封着材料層７を形成するために同様な矩形形状のレーザ光１１を用いてもよい。すなわち、上記した実施形態の説明では、焼成炉を用いて枠状塗布層を焼成して封着材料層７を形成する方法を示したが、このような焼成炉を用いる方法に代えて、枠状塗布層全体に矩形形状のレーザ光１１を照射して封着材料層７を形成してもよい。

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。

（実施例１）
Ｂｉ_２Ｏ_３ ８３質量％、Ｂ_２Ｏ_３ ５質量％、ＺｎＯ １１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３ １質量％の組成を有し、平均粒径が１μｍのビスマス系封着ガラス（軟化温度：４１０℃）と、低膨張充填材として平均粒径が４．３μｍのコージェライト粉末と、レーザ吸収材として平均粒径が１．０μｍのドーパントを含む錫系酸化物粉末としてＡＴＯ粉末を用意した。

コージェライト粉末およびレーザ吸収材の粒度分布は、粒度分析計（日機装社製、マイクロトラックＨＲＡ）を用いて測定した。測定条件は、測定モード：ＨＲＡ−ＦＲＡモード、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ：ｙｅｓ、Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ｎｏ、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ：１．７５、Ｆｌｕｉｄ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ：１．３３とした。測定は、測定対象を水に分散させたスラリーを超音波で分散させた後に測定した。

上記したビスマス系封着ガラス６１体積％とコージェライト粉末２６体積％とレーザ吸収材１３体積％とを混合して封着材料（熱膨張係数（５０〜３５０℃）：６６×１０^−７／Ｋ）を作製した。封着材料８３質量％を、バインダ成分としてエチルセルロース５質量％をジエチレングリコールモノ−２−エチルヘキシルエーテル９５質量％に溶解して作製したビヒクル１７質量％と混合して封着材料ペーストを調製した。

次に、ホウケイ酸ガラス（熱膨張係数：５１×１０^−７／Ｋ）からなるガラス基板（寸法：７ｍｍ×７ｍｍ×０．２ｍｍｔ、第２の基板）を用意し、メッシュサイズが１８０(目開き９１μｍ)、乳剤厚が１０μｍのスクリーン版を使用したスクリーン印刷法により封着材料ペーストを塗布して枠状塗布層を形成した。枠状塗布層は、外形が６ｍｍ×６ｍｍ、線幅が０．３ｍｍ、コーナー部の曲率半径Ｒが０．５ｍｍである。

このようにして枠状塗布層が形成されたガラス基板を１２０℃×１０分の条件で乾燥させた後、４８０℃×１０分の条件で焼成することによって、膜厚が１８μｍ、線幅が０．３ｍｍの封着材料層を形成した。

その後、他のガラス基板（寸法：７ｍｍ×７ｍｍ×０．５ｍｍｔ、第１の基板）と、封着材料層が形成されたガラス基板とを積層して組立体とした。次いで、封着材料層が形成されたガラス基板上に透光基板１４となる１５２ｍｍ角で厚み６ｍｍの合成石英基板を配置した状態で、合成石英基板および封着材料層が形成されたガラス基板を通して、封着材料層にレーザ光を照射して評価用ガラスパッケージを作製した。

レーザ光は、波長９４０ｎｍの半導体レーザー（レーザーライン社製、装置名：ＬＤＦ）を用い、照射光学系の内部に２軸のホモジナイザー（レーザーライン社製）を配置して、ビーム強度がピーク値の１３．５％となる１１×１１ｍｍで、強度分布が均一である矩形形状の照射形状に調整し、かつ照射強度を６００Ｗ／ｃｍ^２に調整した。

また、レーザ光の照射は、図６に示すように、組立体の上方から封着材料層の全体に同時に照射して、1対のガラス基板を封着層により封着して評価用ガラス-ガラスパッケージを作製した。この封着材料層を封着するのに要した時間は０．５秒であった。

その後、評価用ガラス-ガラスパッケージにおける各ガラス基板や封着層の状態を観察したところ、クラックや割れの発生は認められず、１対のガラス基板が良好に封着されていることが確認された。また、評価用ガラスパッケージの気密性をレッドチェック試験で評価したところ、良好な気密性を有することが確認された。

（実施例２）
表１に示すように、第１の基板を凹形状を有するセラミックスに変更する以外は、実施例１と同様に封着を行って評価用ガラス‐セラミックスパッケージを製造した。なお第１の基板を構成するセラミックスは、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼結体であるガラスセラミックスとした。その結果、いずれも、外観や気密性等が良好となることが確認された。

（比較例１および２）
比較例１および比較例２は、それぞれ実施例１および実施例２と同一構成の部材を用いた組立体とし、次いで、封着材料層が形成されたガラス基板上に合成石英基板を配置した状態で、波長８０８ｎｍ、スポット径１．５０ｍｍ、照射強度２６Ｗのレーザ光（ＬＩＭＯ製半導体レーザー）を４ｍｍ／ｓの走査速度で封着材料層に沿って周方向に１周するように走査しながら照射し封着材料層の溶融および急冷固化を行って、１対のガラス基板を封着して評価用ガラス-ガラスパッケージおよびガラス‐セラミックスパッケージを製造した。この封着に要した時間は５秒であった。

比較例１および２の評価用パッケージでは、封着材料層に沿って封着層に繋ぎ目が発生しないように周方向に１周するようにレーザ光を走査しながら照射することから、封止に要する時間が長くなる。また、レーザ光が複数回照射される領域、すなわち複数回加熱される領域がある。このような領域とそれ以外の領域とでは、封着幅が異なり封着状態が異なることから長期間信頼性を維持することが難しくなるおそれがある。一方、実施例の評価用パッケージでは、封着材料層の全体を一度のレーザ光の照射で加熱しているので、繋ぎ目がなく略均一な封着幅の封着層が得られる。したがって、短時間で良好な封着層を形成でき長期間信頼性を維持できるパッケージが得られる。さらに、実施例１、２および比較例１、２で製造した評価用パッケージの温度サイクル試験（５００サイクル、１サイクル：−４０〜１５０℃）を実施した。そして、この温度サイクル試験後のガラス基板と封着部との間またはセラミックス基板と封着部との間の割れや剥離の有無を観察した。これらの結果を表１に示す。実施例１および２では基板や封着部に異常はなく良好な封着が維持されていたが、比較例１および２では、封着部に割れが生じる結果となった。

１…第１の基板、１ａ…表面、２…第２の基板、２ａ…表面、３…素子形成領域、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、１０…組立体、１１…レーザ光、１３…電子デバイス、１４…透光基板、１５…遮蔽材、２１…電子デバイス製造装置、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、

Claims (15)

1. 第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有する第２の基板とを、前記第１の表面と前記第２の表面とが対向するように、かつ前記第１の封止領域と前記第２の封止領域との間に封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着材料の焼成層である少なくとも一つの矩形形状の封着材料層を介して積層して組立体とする積層工程と、
   前記封着材料層の少なくとも一つを覆う大きさを有するレーザ光を照射して、前記封着材料層の少なくとも一つを溶融させて前記第１の基板と前記第２の基板との間に封着層を形成する封着工程と
   を有する電子デバイスの製造方法。
2. 前記封着工程において、前記組立体に対して前記レーザ光の照射側に、前記第１の基板と前記第２の基板との間に荷重を印加し、かつ前記レーザ光を透過する透光基板を介して、前記レーザ光の照射を行う請求項１記載の電子デバイスの製造方法。
3. 前記透光基板は、前記封着材料層で囲まれる領域内で電子素子部に対応する領域に、前記電子素子部への前記レーザ光の照射を抑制する遮蔽材を有する請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記レーザ光の照射時間が０．３〜３ｓである請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記封着材料は、前記レーザ吸収材の含有量が０．１〜４０体積％、かつ前記レーザ吸収材と低膨張充填材との合計した含有量が０．１〜５０体積％である請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
6. 前記封着材料層は２０μｍ以下の厚さを有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
7. 前記封着材料層は５μｍ以下の厚さ分布を有する請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
8. 前記第１の基板および前記第２の基板はガラス基板である請求項１乃至７のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
9. 前記第１の基板と前記第２の基板とが異種材料からなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
10. 前記第２の基板がガラスからなり前記第1の基板がセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電子デバイスの製造方法。
11. 第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、
    前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有し、前記第１の表面と前記第２の表面とが対向するように配置された第２の基板と、
    前記第１の封止領域と前記第２の封止領域との間に配置された封着層と
    を有する電子デバイスであって、
    請求項１乃至１０のいずれか１項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。
12. 第１の封止領域を有する第１の表面を有する第１の基板と、前記第１の封止領域に対応する第２の封止領域を有する第２の表面を有する第２の基板とが、前記第１の表面と前記第２の表面とが対向するように、かつ前記第１の封止領域と前記第２の封止領域との間に封着ガラスおよびレーザ吸収材を含む封着材料の焼成層である少なくとも一つの矩形形状の封着材料層を介して積層された組立体が載置される試料台と、
    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封着材料層の少なくとも一つを覆う大きさを有する形状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封着材料層に照射される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調整するために移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する走査制御部と
    を具備する電子デバイス製造装置。
13. 前記組立体に対して前記レーザ光の照射側に配置され、前記第１の基板と前記第２の基板との間に荷重を印加し、かつ前記レーザ光を透過する透光基板を有する請求項１２記載の電子デバイス製造装置。
14. 前記透光基板は、前記封着材料層で囲まれる領域内で電子素子部に対応する領域に、前記電子素子部への前記レーザ光の照射を抑制する遮蔽材を有する請求項１３記載の電子デバイス製造装置。
15. 前記遮蔽材は、反射膜である請求項１４記載の電子デバイス製造装置。

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