TWI685067B - 封裝材料的塗布方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種封裝材料的塗布方法及其裝置，應用於基板的封裝工藝中，通過採用熔射工藝作為封裝工藝中的塗布的工序，使得封裝材料在塗布時就已經處於熔融的狀態，從而省去了傳統封裝工藝中的烘烤和燒結的工序，縮短了整個封裝工藝的時間週期；並且工序的減少使得工藝過程中的工藝設備數量也相應減少，從而降低了生產過程中的設備的投入成本以及維護保養成本。

Description

封裝材料的塗布方法及其裝置
本發明涉及一種封裝工藝及設備，尤其涉及一種封裝材料的塗布方法及其裝置。
如今，顯示幕技術已由LCD技術向OLED技術轉變，在業界對於顯示產品性能的提高一直以來都是工程師們孜孜不倦的努力方向，目前業界對於器件的設計和製造往往比較重視，但是對於器件的封裝工藝的重視程度則略顯不夠。
事實上，在光電器件的製造生產過程中，後段的封裝工藝與前段的製造工藝同樣重要，一個器件在製造完成後的封裝工藝是保證其在後續的使用過程中性能一直處於設計狀態中的一個重要的工藝。對一個製造完的器件進行封裝，能夠使器件被密閉在一個相對恒定的環境中，以阻隔水氣或者氧氣等污染物對於器件的侵蝕，從而保證器件性能的穩定性。
目前，在封裝工藝的整個過程中，現有的封裝步驟是先在玻璃基板上規劃好封裝區域，然後在封裝區域中的邊緣位置處塗布玻璃膠(Frit)，並繼續對玻璃膠進行烘烤乾燥和燒結成型，從而完成封裝工藝。
可見，在現有的技術中，光電器件的封裝至少需要經過塗布、烘烤和燒結這三道工序，即在實際的工業生產過程中，現有的封裝工藝步驟繁多，以至於加工產品的週期較長，使得其已經成為光電器件在生產過程中的一個瓶頸，再加之工藝步驟多而導致設備數量的繁多，使得加工設備在日常的生產過程中需要投入很大的人力和物力進行維護和保養，這些都進一步的增加了生產製造成本。
中國專利(公開號：CN102013446A)公開了一種光電器件的封裝方法，包括用粘結劑將晶片固定在金屬框架上；通過金線將晶片與金屬框架上的引腳連接；將密封膠塗布在預成形外框內的卡口處及上蓋與 預成形外框的連接處；將上蓋下壓，通過密封膠安裝在預成形外框上；在上蓋的上表面貼一層密封保護膜。該專利雖然將封裝過程中的點膠保護模式進行了改進，但其工藝步驟仍比較複雜，很難使用於大批量的工藝生產中。
美國專利(公開號：US2002170942A1)公開了一種倒裝式半導體封裝的方法，包括以下步驟：提供氧化的銅引線框和具有從晶片焊盤延伸的銅柱，並且，銅柱的自由端上具有焊料球的半導體晶片，焊料球用焊劑塗覆。將半導體晶片放在氧化的銅引線框上，焊料球臨近氧化物層上的部分，並且與引線框上的互連位置對準。當再流時，與氧化物層的部分臨近的焊劑從互連位置選擇性地清除了氧化物層的部分。此外，焊料球變為熔融態並粘結到互連位置的清除了氧化物層的表面上。沒有被清除的氧化物層的剩餘部分有利地提供了鈍化層，此鈍化層有利地包容熔融焊料，並防止熔融焊料從互連位置流走。該專利雖然公開了一種半導體封裝的方法，但是，其並沒有對傳統封裝工藝中的步驟進行改進。
可見，目前在光電器件的封裝工藝中仍存在著工藝複雜，工藝週期長、工藝的成本高等問題。
鑒於上述問題，本發明提供一種封裝方法和塗布裝置。
本發明解決技術問題所採用的技術方案為：一種封裝材料的塗布方法，包括：提供一表面具有封裝區域的基板；採用融射工藝，將該封裝材料塗布於該基板表面的封裝區域中；形成封裝材料層；其中，於一反應腔室內進行該熔射工藝，該熔射工藝包括：在該反應腔室內，將該封裝材料轉化為熔融態；將熔融態的封裝材料噴射至該封裝區域形成該封裝材料層；其中，噴射至該基板上的封裝材料的溫度低於該基板的熔點溫度；於該反應腔室內進行加溫操作和加壓操作，以將該封裝材料 轉化為熔融態；其中，於該反應腔室內進行該加壓操作後，該反應腔室內的壓強為0.2Mpa~1.2Mpa。
優選的，該塗布方法，其中，該封裝材料為玻璃粉末或者由玻璃和金屬氧化物共同構成的混合物。
優選的，該塗布方法，其中，當該封裝材料為玻璃粉末時，於該反應腔室內進行該加溫操作後，該反應腔室內的溫度為1800℃-2200℃。
優選的，該塗布方法，其中，當該封裝材料為由玻璃和金屬氧化物構成的混合物時，於該反應腔室內進行加溫操作後，該反應腔室內的溫度為700℃~1600℃。
優選的，該塗布方法，其中，該金屬氧化物採用MgO、CaO、BaO中的任意一種或多種。
優選的，該塗布方法，其中，該金屬氧化物採用Li2O、Na2O、K2O中的任意一種或多種。
優選的，該塗布方法，其中，該金屬氧化物採用B2O3、V2O5、ZnO、TeO2、Al2O3、SiO2、PbO、SnO、P2O5、Ru2O、Fe2O3、Rb2O、Rh2O、CuO、TiO2、WO3、Bi2O3、Sb2O3中的任意一種或多種。
優選的，該塗布方法，其中，該封裝材料層的厚度為3μm~6μm。
優選的，該塗布方法，其中，該基板為硬質基板。
一種塗布裝置，應用於基板的封裝工藝中，包括：一反應腔室，該反應腔室上設置有一噴嘴，該反應腔室內部盛放有封裝材料；一加熱裝置；以及一增壓裝置，該增壓裝置和該加熱裝置增大該反應腔室內的溫度和壓強，使得該封裝材料轉化為熔融態；其中，該噴嘴將該熔融狀態的封裝材料噴射至該基板上，用以形成封裝材料層；該塗布裝置用於實現封裝材料的塗布方法，該封裝材料的塗布方法包括：提供一表面具有封裝區域的基板； 採用融射工藝，將該封裝材料塗布於該基板表面的封裝區域中；形成封裝材料層；其中，於一反應腔室內進行該熔射工藝，該熔射工藝包括：在該反應腔室內，將該封裝材料轉化為熔融態；將熔融態的封裝材料噴射至該封裝區域形成該封裝材料層；其中，噴射至該基板上的封裝材料的溫度低於該基板的熔點溫度；於該反應腔室內進行加溫操作和加壓操作，以將該封裝材料轉化為熔融態；其中，於該反應腔室內進行該加壓操作後，該反應腔室內的壓強為0.2Mpa~1.2Mpa。
優選的，該塗布裝置，其中，該反應腔室上設置有進料孔和進氣孔；該增壓裝置為一氣體增壓泵；其中，該封裝材料通過該進料孔放入該反應腔室中；該氣體增壓泵通過該進氣孔將氣體吹入該反應腔室內，以增大該反應腔室內的壓強。
優選的，該塗布裝置，其中，該加熱裝置包括正電極、負電極、控制器和電源，且該電源通過該控制器分別與該正電極和負電極電連接，以構成一閉合的電路；該正電極和該負電極均設置於該反應腔室內；當該控制器控制該電源導電時，該正電極與該負電極之間形成電弧，以升高該反應腔室內的溫度。
上述技術方案具有如下優點或有益效果：本發明提供的塗布方法及其裝置，通過採用熔射工藝作為封裝工藝中的塗布的工序，使得封裝材料在塗布時就已經處於熔融的狀態，從而省去了傳統封裝工藝中的烘烤和燒結的工序，縮短了整個封裝工藝的時間週期；並且工序的減少使得工藝過程中的工藝設備數量也相應減少，從而降低了生產過程中的設備的投入成本以及維護保養成本。
1‧‧‧反應腔室
2‧‧‧冷卻室
3‧‧‧氣體管道
4‧‧‧應物管道
5‧‧‧負電極
6‧‧‧正電極
7‧‧‧噴嘴
8‧‧‧基板
9‧‧‧封裝材料層
步驟1-步驟3
第一圖是本發明中的封裝材料的塗布方法的步驟示意圖； 第二圖是使用實施例三中的塗布裝置對基板表面進行塗布的側面剖視結構圖。
本發明提供一種封裝方法，應用於光電器件的封裝工藝中。
第一圖是本發明中的封裝材料的塗布方法的步驟示意圖。
實施例一：
下面結合附圖對本實施例封裝材料的塗布方法進行詳細描述。
如第一圖所示，在本實施例中的封裝材料的塗布方法包括以下步驟：
步驟1、在一基板上確定該基板上的封裝區域。在本步驟中的基板可以是剛性的基板，也可以是柔性的基板，優選的，採用剛性的基板，剛性基板的材質可以為玻璃、金屬中的一種，或者其他剛性材料，對於基板材料的具體選擇可根據實際的工藝以及需求來確定。
步驟2、在基板表面的封裝區域塗布用於封裝的封裝材料。在該步驟中，採用熔射工藝對封裝材料進行塗布，具體包括以下步驟：
S1、在一反應腔室內對粘合材料進行加溫和加壓操作，使粘合材料在一定的壓力條件和溫度條件下從固態轉變為熔融狀態；
S2、在上述的反應腔室內通以一定氣壓的氣體，使熔融狀態下的封裝材料在氣壓的作用下噴塗於剛性基板表面上的封裝區域，從而在剛性基板表面上形成一層封裝材料薄膜，其中，需控制熔融狀態下的封裝材料被噴塗於基板表面時的溫度，該溫度應小於基板的熔點。
對於該步驟中的熔射工藝可採用火焰線材熔射工藝、火焰粉末熔射工藝、電弧熔射工藝、高速火焰熔射工藝、大氣電漿熔射工藝、針孔電漿熔射工藝中的任意一種；用於封裝的封裝材料可採用玻璃粉末或者玻璃粉末和金屬氧化物的混合物，在本實施例中的封裝材料為玻璃粉末。
由於本實施例中的粘合材料採用的是玻璃粉末，因此，在該步驟中對該玻璃粉末進行加溫的溫度控制在1800℃~2200℃，如1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃等，對於溫度的選擇中可優選採用2000℃；對玻璃粉末進行加壓的壓力控制在0.2Mpa~1.2Mpa，如0.2Mpa、0.3Mpa、 0.4Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、1.2Mpa等；對玻璃粉末內通入氣體的氣壓控制在0.2Mpa~1.2Mpa，如0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、1.2Mpa等；形成的粘合材料的厚度為3μm~6μm，如3μm、4μm、5μm、6μm等。
步驟3、待封裝材料塗布完成之後，將一蓋板與基板的封裝區域對準，通過熔融狀態下的玻璃使基板與蓋板進行粘結。
在本實施例中，由於對封裝材料的塗布採用了熔射工藝，因此，相較於傳統的工藝省去了烘乾和燒結的過程，使得原本三個工藝步驟合併為一個熔射工藝，不僅在工藝流程上得到了簡化，提高了工藝時間；並且，同時減少了工藝過程中的設備數量，減少了因設備保養而所需的大量人力物力成本；更為重要的是，使用熔射工藝將粘合材料塗布於基板的表面，能夠準確地地控制粘合材料薄膜的厚度，從而有效減少封裝後器件的厚度。
實施例二：
在本實施例中，封裝材料的選擇是玻璃粉末和金屬氧化物的混合物，相較於實施例一，在進行封裝工藝時的具體條件也有所區別，下面結合附圖對本實施例中的封裝方法進行詳細描述。
在本實施例中的封裝材料的塗布方法包括以下步驟：
步驟1、在一基板上確定該基板上的封裝區域。在本步驟中的基板可以是剛性的基板，也可以是柔性的基板，優選的，採用剛性的基板，剛性基板的材質可以為玻璃、金屬中的一種，或者其他剛性材料，對於基板材料的具體選擇可根據實際的工藝以及需求來確定。
步驟2、在基板表面的封裝區域塗布用於封裝的封裝材料。在該步驟中，採用熔射工藝對封裝材料進行塗布，具體包括以下步驟：
S1、在一反應腔室內對粘合材料進行加溫和加壓操作，即對玻璃粉末和金屬氧化物的混合物進行加溫和加壓操作，在該過程中，將溫度控制在700℃~1600℃，如700℃、800℃、900℃、1000℃、1200℃、1600℃等，同時，將壓力控制在0.2Mpa~1.2Mpa，如0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、1.2Mpa等，經過該加溫和加壓的過程後，玻璃粉末和金屬氧化物的混合物從固態轉變為熔融態。
S2、在上述的反應腔室內通以壓力在0.2Mpa~1.2Mpa範圍內 的氣體，該壓力可以為0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、1.2Mpa等，在該氣體的作用下熔融態的混合物被噴塗於基板表面的封裝區域，以在基板表面的封裝區域形成一層極薄且緻密的粘合材料薄膜，該薄膜的厚度可以是3μm~6μm，如3μm、4μm、5μm、6μm等等。
在本步驟中所使用的金屬氧化物採用MgO、CaO、BaO、Li2O、Na2O、K2O、B2O3、V2O5、ZnO、TeO2、Al2O3、SiO2、PbO、SnO、P2O5、Ru2O、Fe2O3、Rb2O、Rh2O、CuO、TiO2、WO3、Bi2O3、Sb2O3中的任意一種或多種，具體的，可根據實際生產狀況以及工藝條件進行相應的選擇。
步驟3、待封裝材料塗布完成之後，將一蓋板與基板的封裝區域對準，通過熔融狀態下的玻璃和金屬氧化物的混合物使基板與蓋板進行粘結。
實施例三：
第二圖是使用本實施例中的塗布裝置對基板表面進行塗布的側面剖視結構圖；如第二圖所示：本實施例中的塗布裝置包括一反應腔室1，在該反應腔室1的外部包覆有一冷卻室2，該冷卻室2用於對該反應腔室1進行冷卻，同時還起到將塗布裝置外部環境與反應腔室1隔離的作用。
反應腔室1上還設置有進料孔和進氣孔。
該塗布裝置還包括一氣體管道3，該氣體管道3位於冷卻室2內和反應腔室1外，且該氣體管道3的兩端設有兩個開口，其中一個開口與反應腔室1上設置的進氣孔連接，另一個開口與塗布裝置的外部連通，以使得外部的氣體通過該氣體管道3被送入反應腔室1內，在氣體管道3內設置有一氣體增壓泵(未在圖中示出)，氣體增壓泵用於將氣體進行增壓後通入反應腔室內1，該氣體增壓泵和氣體管道3一起構成本實施例中的增壓裝置，以增加反應腔室內1的壓強。
該塗布裝置還包括一反應物管道4，該反應物管道4用於向反應腔室1內輸送用於塗布的封裝材料，該反應物管道4位於冷卻室2和反應腔室1外，且該反應物管道4的兩端設有兩個開口，在兩個開口中，其中一個開口與反應腔室1上設置的進料孔連接，另一個開口與塗布裝置的外部連通，以使封裝材料通過該反應物管道4被送入反應腔室1內。
塗布裝置還包括一個加熱裝置，該加熱裝置由負電極5、正 電極6、控制器(未在圖中示出)和電源(未在圖中示出)組成，該電源通過控制器對負電極5和正電極6進行電路的連通和斷開，當控制器控制電源對正電極6和負電極5通電時，在正電極6上產生電流，同時負電極5上也產生電流，進而在帶有電流的正電極6和帶有電流的負電極5之間形成電弧，從而增大反應腔室1內的溫度。
在塗布裝置的底部還設有噴嘴7，噴嘴7用於噴出反應室中的熔融態的封裝材料，噴嘴7的大小和位置可根據實際情況進行設置，優選的，噴嘴7可設置於塗布裝置的底部的中央；通過改變噴嘴的朝向和形狀可以控制熔融狀態下的封裝材料的噴塗方向和噴塗範圍。
下面結合附圖對本實施例中的整個塗布裝置的工作原理進行說明。
如第二圖所示，在反應腔室1內設置的負電極5和正電極6在通電之後產生電弧，當在反應物管道4內加入封裝材料，如實施例一和實施例二中的封裝材料，封裝材料順著反應物管道4進入反應腔室1，在反應腔室1內產生的電弧的高溫作用下熔化成為熔融態，在裝置的氣體管道3內通入氣體，該氣體經過設置於氣體管道3內的氣體增壓泵增壓後，通過設置於反應腔室1上的進氣孔進入反應腔室1內部，使反應腔室1內的壓強增大，進而使得熔融態的封裝材料在氣體氣壓的作用下從塗布裝置的噴嘴7噴出，以塗布於基板8的表面上的需要進行塗布的區域，從而在基板8上形成緻密的熔融態的封裝材料層9。
本發明中的塗布裝置不僅限應用於封裝工藝中，也可適用於薄膜電晶體工藝(TFT side)或觸摸屏工藝(Cover/Touch panel side)中。
綜上該，本發明的塗布方法應用於封裝工藝中能夠替代傳統封裝工藝中的塗布、烘烤、燒結的步驟，使封裝過程中的塗布、烘烤和燒結的步驟簡化為一個工藝步驟，大大節省了封裝工藝的週期，從而能夠提高實際生產過程中的生產效率；另外，使用本發明中的塗布裝置進行封裝工藝中封裝材料的塗布，由於省去了烘烤和燒結兩個工藝的工序，因此，在整個封裝工藝中的工藝設備的數量也得到了降低，不僅使封裝工藝中的設備成本降低，同時也降低了對各種設備進行維護的成本。
對於本領域的技術人員而言，閱讀上述說明後，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真 實意圖和範圍的全部變化和修正。在權利要求書範圍內任何和所有等價的範圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和範圍內。
步驟1-步驟3

Claims (11)

  1. 一種封裝材料的塗布方法，應用於對光電器件進行封裝，該方法包括：提供一表面具有封裝區域的基板；採用一熔射工藝，將該封裝材料塗布於該基板表面的封裝區域中；形成封裝材料層；其中，於一反應腔室內進行該熔射工藝，該熔射工藝包括：在該反應腔室內，將該封裝材料轉化為熔融態；將熔融態的封裝材料噴射至該封裝區域形成該封裝材料層；其中，噴射至該基板上的封裝材料的溫度低於該基板的熔點溫度；於該反應腔室內進行加溫操作和加壓操作，以將該封裝材料轉化為熔融態；其中，於該反應腔室內進行該加壓操作後，該反應腔室內的壓強為0.2Mpa~1.2Mpa。
  2. 如申請專利範圍第1項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該封裝材料為玻璃粉末或者由玻璃和金屬氧化物共同構成的混合物。
  3. 如申請專利範圍第2項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，當該封裝材料為玻璃粉末時，於該反應腔室內進行該加溫操作後，該反應腔室內的溫度為1800℃-2200℃。
  4. 如申請專利範圍第3項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，當該封裝材料為由玻璃和金屬氧化物構成的混合物時，於該反應腔室內進行加溫操作後，該反應腔室內的溫度為700℃~1600℃。
  5. 如申請專利範圍第3項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該金屬氧化物採用MgO、CaO、BaO中的任意一種或多種。
  6. 如申請專利範圍第3項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該金屬氧化物採用Li2O、Na2O、K2O中的任意一種或多種。
  7. 如申請專利範圍第3項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該金屬氧化物採用B2O3、V2O5、ZnO、TeO2、Al2O3、SiO2、PbO、SnO、P2O5、Ru2O、Fe2O3、Rb2O、Rh2O、CuO、TiO2、WO3、Bi2O3、Sb2O3中的任意一種或多種。
  8. 如申請專利範圍第1項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該封裝材料層的厚度為3μm~6μm。
  9. 如申請專利範圍第1項之封裝材料的塗布方法，其特徵在於，該基板為硬質基板。
  10. 一種塗布裝置，應用於基板的封裝工藝中，包括：一反應腔室，該反應腔室上設置有一噴嘴，該反應腔室內部盛放有封裝材料；一加熱裝置；一冷卻室，包覆於該反應腔室的外部；一增壓裝置，該增壓裝置和該加熱裝置增大該反應腔室內的溫度和壓強，使得該封裝材料轉化為熔融態；其中，該噴嘴將該熔融狀態的封裝材料噴射至該基板上，用以形成封裝材料層；該反應腔室上設置有進料孔和進氣孔；該增壓裝置為一氣體增壓泵；其中，該封裝材料通過該進料孔放入該反應腔室中； 該氣體增壓泵通過該進氣孔將氣體吹入該反應腔室內，以增大該反應腔室內的壓強；該塗布裝置還包括一氣體管道，該氣體管道位於冷卻室內和反應腔室外，且該氣體管道的兩端設有兩個開口，其中一個開口與反應腔室上設置的進氣孔連接，另一個開口與塗布裝置的外部連通，以使得外部的氣體通過該氣體管道被送入反應腔室內，在氣體管道內設置有該氣體增壓泵；該塗布裝置還包括一反應物管道，該反應物管道用於向反應腔室內輸送用於塗布的封裝材料，該反應物管道位於冷卻室和反應腔室外，且該反應物管道的兩端設有兩個開口，在兩個開口中，其中一個開口與反應腔室上設置的進料孔連接，另一個開口與塗布裝置的外部連通，以使封裝材料通過該反應物管道被送入反應腔室內。
  11. 如申請專利範圍第10項之塗布裝置，其特徵在於，該加熱裝置包括正電極、負電極、控制器和電源，且該電源通過該控制器分別與該正電極和負電極電連接，以構成一閉合的電路；該正電極和該負電極均設置於該反應腔室內；當該控制器控制該電源導電時，該正電極與該負電極之間形成電弧，以升高該反應腔室內的溫度。
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