JP2017518946A - 高熱膨張ガラス及びガラス−セラミックのレーザ溶接 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ガラス基板、セラミック基板、ガラス−セラミック基板及び/またはその他の基板の封着、例えば、溶接または気密封着、に関する。いくつかの実施形態において、第1の基板及び第2の基板はガラス及びガラス−セラミックから選ぶことができる。非限定例として、第1の基板及び第2の基板は、ソーダ石灰ケイ酸、アルミノケイ酸、アルカリアルミノケイ酸、ホウケイ酸、アルカリホウケイ酸、アルミノホウケイ酸及びアルカリアルミノホウケイ酸のガラス及びセラミックから選ぶことができる。これらの基板は、様々な実施形態において、イオン強化、化学強化及び/または熱強化することができる。適する市販の基板の非限定例には、コーニング(Corning Incorporated)社からの、EAGLE XG(登録商標)ガラス、Lotus(商標)ガラス、Willow(登録商標)ガラス及びGorilla(登録商標)ガラス並びにこれらのガラスから作製されたガラス−セラミックがあり、またこれらのガラスの、イオン強化版、化学強化版及び/または熱強化版もある。イオン交換によりイオン強化されているガラス及びガラス−セラミックが、いくつかの非限定実施例にしたがう基板として適し得る。別の実施形態において、第1の基板及び/または第2の基板はプレストレストラミネートとすることができる。
本明細書に開示される方法にしたがえば、第1の基板と第2の基板が接触させられて、基板界面を形成する。基板界面は、本明細書において、第1の基板と第2の基板の表面、例えば、溶接または封着によって接合されるべき表面の間の接触点を指す。基板は技術上既知のいずれかの手段によって接触させることができ、いくつかの実施形態において、力、例えば印加圧縮力を用いて接触させることができる。別の非限定例として、基板を2枚のプレートの間に配置して押し合わせることができる。いくつかの実施形態において、基板界面における良好な接触を確実にするように圧縮力を印加するため、クランプ、ブラケット及び/またはその他の締結具を用いることができる。様々な非限定実施形態にしたがえば、2枚のシリカプレートを用いることができるが、他の材料を含むプレートも思い描かれる。プレートが用いられる場合、レーザビーム光が基板界面に確実に集中するように、第2の基板に隣接するプレートは透明であるべきであり、及び/またはレーザ波長において光を吸収するべきではないことが有利である。第1の基板に隣接するプレートはいくつかの実施形態において透明とすることができるが、適するいずれかの材料で構成することもできる。
透明Gorilla(登録商標)ガラス(第2の基板)と黒色Gorilla(登録商標)ガラス−セラミック(第1の基板)を融着するため、周波数1MHz及び2MHz(波長335nm、パルス幅1ns)で動作する、Coherent社のDaytona UVレーザを用いた。パルス間のかなりのビーム重なり及び短いインターバルは、高溶接速度においてさえ、パルス間の基板冷却を減じるかまたは妨げるから、レーザ出力は準連続であると見なされ得る。アブレーション効果を減じ、基板加熱を最大化するため、6Wと13Wの間の範囲にある低い平均パワーでレーザを動作させた。53mmテレセントリック対物レンズを備えるガルバノメータを用いてレーザビームをスキャンさせ、焦点径は約3μmと評価した。
第1の基板と第2の基板を溶接するための方法において、
(a)基板界面を形成するために、前記第1の基板と前記第2の基板を接触させる工程、及び
(b)あらかじめ定められた波長において動作しているレーザビームを前記第2の基板を通して前記基板界面上に向ける工程、
を含み、
前記第1の基板が前記第1の基板と前記第2の基板の間に溶接部を形成するに十分な量の光を前記レーザビームから吸収する、
前記第1の基板が前記あらかじめ定められた波長において約10cm−1より大きい吸収を有し、前記第2の基板が前記あらかじめ定められた波長において約1cm−1より小さい吸収を有する、及び
前記第1の基板及び前記第2の基板の内の少なくとも一方が約5ppm/℃より大きい熱膨張係数を有する、
方法。
前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、ガラス、セラミック及びガラス−セラミックから選ばれる、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、ソーダ石灰ケイ酸、アルミノケイ酸、アルカリアルミノケイ酸、ホウケイ酸、アルカリホウケイ酸、アルミノホウケイ酸及びアルカリアルミノホウケイ酸の、ガラス及びガラス−セラミックから選ばれる、実施形態2に記載の方法。
前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、プレストレストラミネート及び、イオン強化及び/または熱強化された、ガラス及びガラス−セラミックから選ばれる、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、約100MPaより大きい圧縮応力及び約10μmより大きい圧縮応力の層深さを有する、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板が、約0.05〜10モル%の、鉄、銅、バナジウム、マンガン、コバルト、ニッケル及びクロムの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つの酸化物を含有する、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板が、約30〜75モル%のSiO2、約0〜40モル%のAl2O3、約0〜15モル%のB2O3、約0〜20モル%のNa2O、約0〜10モル%のK2O、約0〜20モル%のLi2O、約0〜10モル%のMgO、約0〜10モル%のCaO、約0〜1モル%のSnO2、約0〜5モル%のZrO2、約0〜10モル%のTiO2及び約0.05〜10モル%の少なくとも1つの遷移金属酸化物及び/または希土類酸化物を含有する、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板が約5〜35モル%の(Li2O+Na2O+K2O)及び約5〜35モル%の(MgO+CaO)を含有する、実施形態7に記載の方法。
前記第1の基板及び/または前記第2の基板の前記熱膨張係数が約6ppm/℃〜約10ppm/℃の範囲にある、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板が前記あらかじめ定められた波長において約50cm−1より大きい吸収を有する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが、UV波長、可視波長及び近赤外波長において動作する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが約300nm〜約1600nmの範囲にあるあらかじめ定められた波長を有する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが約10mm/秒〜約1000mm/秒の範囲にある平行移動速度において動作する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが約3Wより大きいパワーレベル及び約1MHzより高い繰返し率において動作する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが約6W〜約13Wの範囲にあるパワーレベル及び約1MHz〜約3MHzの範囲にある繰返し率において動作する、実施形態1に記載の方法。
前記基板界面における前記レーザビームの直径が約100〜約200μmの範囲にある、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが、前記基板界面における前記レーザビームの直径と前記レーザビームの繰返し率との積以下の、平行移動速度において動作する、実施形態1に記載の方法。
前記レーザビームが前記第1の基板及び/または前記第2の基板の損傷閾値より小さいフルーエンスを有する、実施形態1に記載の方法。
前記溶接部が約70〜約200μmの範囲にある幅を有する、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板及び前記第2の基板が印加圧縮力によって接触させられる、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板と前記第2の基板の間に気密封着が形成される、実施形態1に記載の方法。
前記第1の基板と前記第2の基板の間に少なくとも1枚の第3の基板を入れる工程をさらに含む、実施形態1に記載の方法。
前記少なくとも1枚の第3の基板が、有機層、カソード、アノードまたはこれらの組合せである、実施形態22に記載の方法。
前記少なくとも1枚の第3の基板が有機発光ダイオードを含む、実施形態22に記載の方法。
実施形態1の方法によって作製された、ガラス及び/またはガラス−セラミックのパッケージ。
実施形態24の方法によって作成された、有機発光ダイオードディスプレイ。
115,215 第2の基板
120,125 プレート
130 力
140,240 基板界面
150,250 レーザビーム
160 経路
170 融着線
255 集束レンズ
Claims (15)
- 第1の基板と第2の基板を溶接するための方法において、
(a)基板界面を形成するために、前記第1の基板と前記第2の基板とを接触させる工程、及び
(b)あらかじめ定められた波長において動作しているレーザビームを前記第2の基板を通して前記基板界面上に向ける工程、
を含み、
前記第1の基板が前記第1の基板と前記第2の基板との間に溶接部を形成するに十分な量の光を前記レーザビームから吸収し、
前記第1の基板が前記あらかじめ定められた波長において約10cm−1より大きい吸収を有し、前記第2の基板が前記あらかじめ定められた波長において約1cm−1より小さい吸収を有し、
前記第1の基板及び前記第2の基板の内の少なくとも一方が約5ppm/℃より大きい熱膨張係数を有する、
ことを特徴とする方法。 - 前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、ガラス、セラミック及びガラス−セラミックから選ばれるか、あるいは、前記第1の基板及び/または前記第2の基板が、プレストレストラミネート及び、イオン強化及び/または熱強化された、ガラス及びガラス−セラミックから選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1の基板が、約0.05〜10モル%の、鉄、銅、バナジウム、マンガン、コバルト、ニッケル及びクロムの酸化物からなる群から選ばれる少なくとも1つの酸化物を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記第1の基板が、約30〜75モル%のSiO2、約0〜40モル%のAl2O3、約0〜15モル%のB2O3、約0〜20モル%のNa2O、約0〜10モル%のK2O、約0〜20モル%のLi2O、約0〜10モル%のMgO、約0〜10モル%のCaO、約0〜1モル%のSnO2、約0〜5モル%のZrO2、約0〜10モル%のTiO2及び約0.05〜10モル%の少なくとも1つの遷移金属酸化物及び/または希土類酸化物を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の基板が約5〜35モル%の(Li2O+Na2O+K2O)及び約5〜35モル%の(MgO+CaO)を含有することを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記第1の基板及び/または前記第2の基板の前記熱膨張係数が約6ppm/℃〜約10ppm/℃の範囲にあることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 前記第1の基板が前記あらかじめ定められた波長において約50cm−1より大きい吸収を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザビームが、UV波長、可視波長及び近赤外波長において動作するか、あるいは、前記レーザビームが約300nm〜約1600nmの範囲にあるあらかじめ定められた波長を有することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザビームが約10mm/秒〜約1000mm/秒の範囲にある平行移動速度において動作するか、あるいは、前記レーザビームが約3Wより大きいパワーレベル及び約1MHzより高い繰返し率において動作する、前記レーザビームが約3Wより大きいパワーレベル及び約1MHzより高い繰返し率において動作する、あるいは、前記レーザビームが約6W〜約13Wの範囲にあるパワーレベル及び約1MHz〜約3MHzの範囲にある繰返し率において動作することを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 前記基板界面における前記レーザビームの直径が約100〜約200μmの範囲にあることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザビームが、前記基板界面における前記レーザビームの直径と前記レーザビームの繰返し率との積以下の平行移動速度において動作することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザビームが前記第1の基板及び/または前記第2の基板の損傷閾値より小さいフルーエンスを有することを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 前記溶接部が約70〜約200μmの範囲にある幅を有することを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の方法。
- ガラス及び/またはガラス−セラミックのパッケージにおいて、請求項1から13のいずれかに記載の方法によって作製されたことを特徴とするパッケージ。
- 有機発光ダイオードディスプレイにおいて、請求項1から13のいずれかに記載の方法によって作製されたことを特徴とするディスプレイ。
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