JPWO2011115266A1 - 電子デバイスとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の態様に係る電子デバイスの製造方法は、第1の封止領域を備える表面を有する第1のガラス基板を用意する工程と、前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域上に形成され、質量割合で70〜90%のBi2O3、1〜20%のZnO、2〜12%のB2O3、及び10〜380ppmのアルカリ金属酸化物を含むビスマス系ガラスからなる封着ガラスと低膨張充填材と電磁波吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなる封着材料層とを備える表面を有する第2のガラス基板を用意する工程と、前記第1のガラス基板の前記表面と前記第2のガラス基板の前記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のガラス基板と前記第2のガラス基板とを積層する工程と、前記封着ガラスの軟化点温度T(℃)に対して前記封着材料層の加熱温度が(T+200℃)以上で(T+800℃)以下の範囲となるように、前記第1のガラス基板および/または前記第2のガラス基板を通して前記封着材料層に電磁波を照射して局所的に加熱し、前記封着材料層を溶融させて前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に設けられた電子素子部を封止する封着層を形成する工程とを具備することを特徴としている。
なお、上記した電子デバイスの製造方法において、第1のガラス基板を用意する工程と、第2のガラス基板を用意する工程の順番は、どちらが先に行なわれても、同時進行に行なわれてもよい。上記した第1のガラス基板を用意する工程と、第2のガラス基板を用意する工程とが、終了した後、第1のガラス基板と前記第2のガラス基板とを積層する工程と封着層を形成する工程とが順次行なわれる。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、以下本明細書においても「〜」を同様の意味をもって使用される。
さらに、以下に示す封着材料層9の加熱条件を適用することによって、反応層11の生成効率を高めることができる。
質量割合でBi2O3 83%、B2O3 5.5%、ZnO11%、Al2O3 0.5%の組成を有し、さらに質量割合で12ppmのNa2Oを含むビスマス系ガラスフリット(軟化点:420℃)、低膨張充填材としてコージェライト粉末、電磁波吸収材として質量割合でFe2O324%、CuO22%、Al2O320%、MnO34%の組成を有するレーザ吸収材を用意した。Na2Oの含有量はICPにより分析した。ビスマス系ガラスフリットの組成比は便宜的に主要成分の合計量を100質量%として示したが、微量成分であるNa2O量も封着ガラスの成分合計(100質量%)に含まれるものである。
Na2Oの含有量が質量割合で100ppmであるビスマス系ガラスフリット(軟化点:420℃)を用いる以外は、実施例1と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は、実施例1と同様に650℃であった。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
出力が28W(出力密度:1393W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例2と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は730℃であった。この加熱温度は(T+310℃)に相当する。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
出力が32W(出力密度:1592W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例2と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は790℃であった。この加熱温度は(T+370℃)に相当する。このようにして、素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを後述する特性評価に供した。
出力が37W(出力密度:1847W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例2と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は900℃であった。この加熱温度は(T+480℃)に相当する。このようにして、素子領域をガラスパネルで封止した電子デバイスを後述する特性評価に供した。
封着材料層の線幅を0.75mm、出力が28W(出力密度:1393W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例4と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は、実施例4と同様に790℃であった。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
封着材料層の線幅を1mmとすると共に、出力が25W(出力密度:1244W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例3と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は740℃であった。加熱温度は(T+320℃)に相当する。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
Na2Oの含有量が質量割合で350ppmであるビスマス系ガラスフリット(軟化点:420℃)を用いる以外は、実施例1と同様にして封着材料ペーストを調製した。このビスマス系ガラスフリットを含む封着材料ペーストを、ソーダライムガラス(旭硝子株式会社製、(熱膨張係数:84×10−7/℃))からなる第2のガラス基板(板厚:0.7mm、寸法:90mm×90mm)の封止領域にスクリーン印刷法で塗布した後、120℃×10分の条件で乾燥させた。この塗布層を480℃×10分の条件で焼成することによって、膜厚が10μm、線幅が1mmの封着材料層を形成した。
ビスマス系ガラスフリット中のNa2Oの含有量は実施例2と、その他の条件については実施例1と同様にして、無アルカリガラスからなる第2のガラス基板の封止領域に膜厚が10μm、線幅が0.5mmの封着材料層を形成した。次に、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からなる基板)とを積層した。出力が10〜20kWの赤外線加熱装置内に配置して封着材料層を溶融並びに急冷固化することによって、第1のガラス基板と第2のガラス基板とを封着した。
なお、実施例1〜9において得られた封着材料層に電磁波を照射して加熱して形成された封着層の厚みと線幅は、封着層材料層の厚みと線幅と同様であり、変化がなかった。
出力が13W(出力密度:647W/cm2)のレーザ光を用いる以外は、実施例1と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は540℃であった。この加熱温度は(T+120℃)に相当する。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
Na2Oの含有量が質量割合で4ppmであるビスマス系ガラスフリット(軟化点:420℃)を用いる以外は、実施例1と同様にして封着材料層の形成、及びレーザ光による第1のガラス基板と第2のガラス基板との封着を実施した。レーザ光を照射した際の封着材料層の温度は、実施例1と同様に650℃であった。このようにして作製したガラスパネルを有する電子デバイスを後述する特性評価に供した。
質量割合でBi2O3 79.3%、B2O3 7.1%、ZnO7.6%、BaO5.6%、Al2O3 0.4%の組成を有し、さらに質量割合で22ppmのNa2Oを含むビスマス系ガラスフリット(軟化点:430℃)を用い、他の条件は実施例1と同様にガラスパネルを有する電子デバイスを作製した。接着強度の測定結果は6.0Nで、しっかりと接着されていることを確認した。この実施例では反応層の確認は行わなかったが、ガラスフリット成分のZnOの一部をBaOに置換することにより、ガラスフリットの結晶化ポテンシャルが下がり、ガラスの流動性が向上して、良好な反応層が形成されたことと推定できる。
実施例1と同様のビスマス系ガラスフリット、低膨張充填材、レーザ吸収材を用意し、ビスマス系ガラスフリット74体積%とコージェライト粉末11体積%と電磁波吸収材(レーザ吸収材)15体積%とを混合して封着材料(熱膨張係数:90×10−7/℃)を作製した。この封着材料84質量%を、バインダ成分としてエチルセルロース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95質量%に溶解して作製したビヒクル16質量%と混合して封着材料ペーストを調製した。次いで、無アルカリガラス(旭硝子株式会社製、AN100(熱膨張係数:38×10−7/℃))からなる第2のガラス基板(板厚:0.7mm、寸法:90mm×90mm)を用意し、このガラス基板の封止領域に封着材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、120℃×10分の条件で乾燥させた。この塗布層を480℃×10分の条件で焼成することによって、膜厚が4μm、線幅が0.5mmの封着材料層を形成した。次に、実施例3と同様の条件でガラスパネルを有する電子デバイスを作製した、接着強度の測定結果は7.0Nで、しっかりと接着されていることを確認した。反応層を確認したところ、突形状、最大深さが150nm、断面積が54μm2、D1/D2が6.0の反応層を確認した。
なお、2010年3月19日に出願された日本特許出願2010−063839号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
Claims (16)
- 第1の封止領域を備える表面を有する第1のガラス基板と、
前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域を備える表面を有し、前記表面が前記第1のガラス基板の前記表面と対向するように配置された第2のガラス基板と、
前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に設けられた電子素子部と、
前記電子素子部を封止するように、前記第1のガラス基板の前記第1の封止領域と前記第2のガラス基板の前記第2の封止領域との間に形成された封着層とを具備する電子デバイスであって、
前記封着層は封着ガラスと低膨張充填材と電磁波吸収材とを含有する封着材料を電磁波で局所加熱した溶融固着層からなり、かつ前記第1及び第2のガラス基板の内部に前記封着層との界面から最大深さが30nm以上の前記封着層との反応層が生成していることを特徴とする電子デバイス。 - 前記反応層は前記封着層の端部付近より中心部付近が前記第1及び第2のガラス基板の内部に向けて突出した形状を有することを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
- 前記反応層の断面積が50μm2以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子デバイス。
- 前記封着ガラスは、質量割合で70〜90%のBi2O3、1〜20%のZnO、2〜12%のB2O3、及び10〜380ppmのNa2Oを含むビスマス系ガラスからなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記電磁波吸収材はFe、Cr、Mn、Co、Ni、及びCuからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属または前記金属を含む化合物からなり、かつ前記封着材料は前記電磁波吸収材を体積割合で0.1〜40%の範囲で含有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記電磁波吸収材を体積割合で0.1〜10%の範囲で含有することを特徴とする請求項5に記載の電子デバイス。
- 前記低膨張充填材は、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、酸化錫系化合物、及び石英固溶体からなる群から選ばれる少なくとも1種からなり、かつ前記封着材料は前記低膨張充填材を体積割合で1〜50%の範囲で含有することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 前記低膨張充填材を体積割合で10〜50%の範囲で含有することを特徴とする請求項7に記載の電子デバイス。
- 前記封着層の厚さが2〜15μmであり、幅が0.2〜1.5mmであることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の電子デバイス。
- 第1の封止領域を備える表面を有する第1のガラス基板を用意する工程と、
前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域上に形成され、質量割合で70〜90%のBi2O3、1〜20%のZnO、2〜12%のB2O3、及び10〜380ppmのアルカリ金属酸化物含むビスマス系ガラスからなる封着ガラスと低膨張充填材と電磁波吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなる封着材料層とを備える表面を有する第2のガラス基板を用意する工程と、
前記第1のガラス基板の前記表面と前記第2のガラス基板の前記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のガラス基板と前記第2のガラス基板とを積層する工程と、
前記封着ガラスの軟化点温度T(℃)に対して前記封着材料層の加熱温度が(T+200℃)以上で(T+800℃)以下の範囲となるように、前記第1のガラス基板および/または前記第2のガラス基板を通して前記封着材料層に電磁波を照射して局所的に加熱し、前記封着材料層を溶融させて前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に設けられた電子素子部を封止する封着層を形成する工程と
を具備することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 第1の封止領域を備える表面を有する第1のガラス基板を用意する工程と、
前記第1の封止領域に対応する第2の封止領域と、前記第2の封止領域上に形成され、質量割合で70〜90%のBi2O3、1〜20%のZnO、2〜12%のB2O3、及び10〜380ppmのNa2Oを含むビスマス系ガラスからなる封着ガラスと低膨張充填材と電磁波吸収材とを含有する封着材料の焼成層からなる封着材料層とを備える表面を有する第2のガラス基板を用意する工程と、
前記第1のガラス基板の前記表面と前記第2のガラス基板の前記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のガラス基板と前記第2のガラス基板とを積層する工程と、
前記封着ガラスの軟化点温度T(℃)に対して前記封着材料層の加熱温度が(T+200℃)以上で(T+800℃)以下の範囲となるように、前記第1のガラス基板および/または前記第2のガラス基板を通して前記封着材料層に電磁波を照射して局所的に加熱し、前記封着材料層を溶融させて前記第1のガラス基板と前記第2のガラス基板との間に設けられた電子素子部を封止する封着層を形成する工程と
を具備することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記封着層の形成工程で、前記第1及び第2のガラス基板の内部に前記封着層との界面から最大深さが30nm以上の前記封着層との反応層を生成することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記反応層を前記封着層の端部付近より中心部付近が前記第1及び第2のガラス基板の内部に向けて突出するように生成することを特徴とする請求項12に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記電磁波として出力密度が250〜10000W/cm2の範囲のレーザ光を前記封着材料層に照射することを特徴とする請求項10ないし請求項13のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記電磁波として出力が1〜30kWの範囲の赤外線を前記封着材料層に照射することを特徴とする請求項10ないし請求項14のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記Na2Oの含有量が100〜350ppmの範囲の前記ビスマス系ガラスからなる封着ガラスを用いると共に、前記封着材料層の加熱温度が(T+300℃)以上で(T+500℃)以下の範囲となるように、前記封着材料層に電磁波を照射することを特徴とする請求項10ないし請求項15のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。
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