特許 7168455 部材を封止する方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】部材を封止する方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/02 20060101AFI20221101BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20221101BHJP

   H05B 33/04 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

H01L23/02 Z

H05B33/14 A

H05B33/04

H01L23/02 F

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018566344

(86)(22)【出願日】2017-06-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-07-11

(86)【国際出願番号】 EP2017064615

(87)【国際公開番号】W WO2017216261

(87)【国際公開日】2017-12-21

【審査請求日】2020-06-01

(31)【優先権主張番号】102016110868.5

(32)【優先日】2016-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】518442952

【氏名又は名称】グロース・レアンダー・キリアン

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(73)【特許権者】

【識別番号】518442963

【氏名又は名称】グロース・マシャ・エリー

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(72)【発明者】

【氏名】グロース・ハーラルト

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２５６５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１５８８７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５１３１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２０１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２４３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３０８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５２４４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／５４

Ｈ０１Ｌ ２３／００－２３／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／０６－２３／１０

Ｈ０１Ｌ ２３／１６－２３／２６

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無機性の光透過性の材料を用いて、及び無機性の光吸収性の媒体を用いて、部材を封止する方法において、
・前記部材上方で前記光透過性の材料と少なくとも１つの気体放電ランプの間にマスクを配置すること、
・前記無機性の光吸収性の媒体に結合されるべき前記部材の範囲に光の入射を限定するために前記マスクを用いること、
・前記少なくとも１つの気体放電ランプから、前記マスク全体にわたって、及び前記部材の範囲にわたって位置決めされた前記マスクの開口部を通して光を照射すること、及び
・前記光吸収性の媒体を、前記光透過性の材料と前記部材とを密封的に結合するために、１秒より短い継続時間にわたって少なくとも１つの気体放電ランプを用いて加熱すること
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記無機性の光透過性の材料がケイ酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記無機性の光吸収性の材料が、ガラスはんだ、金属合金から成るはんだ又は金属層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記部材が、少なくとも１つのセンサ、ディスプレイ、光起電用の半導体、マイクロ電子部品を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記部材の平均温度が、封止プロセスによって８０℃未満だけ上昇することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記気体放電ランプが、フラッシュランプとして、又は連続的な出力で動作されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項7】

無機性の光透過性の材料（１３０）を用いて、及び無機性の光吸収性の媒体（１４０）を用いて、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法により部材（１１０）を封止するために形成された装置（１００）において、
・前記光透過性の材料との部材の密封された結合のために前記無機性の光吸収性の媒体を加熱するための少なくとも１つの気体放電ランプ（１５０）と、
・前記光透過性の材料と、前記少なくとも１つの気体放電ランプの間に挿入されているマスク（１７０）と
を含み、
前記マスクが、透過性の支持材料と、前記無機性の光吸収性の媒体にわたる開口部を含む非透過性の光反射性の層とを含んでおり、前記無機性の光吸収性の媒体と結合されるべき前記部材の範囲への光の入射（１６０）を制限するように、前記非透過性の光反射性の層が配置されている
ことを特徴とする装置。

【請求項8】

前記気体放電ランプ（１５０）が、フラッシュ動作及び／又は連続的な動作のために構成されていることを特徴とする請求項７に記載の、部材（１１０）を封止する装置（１００）。

【請求項9】

封止プロセス中に前記部材（１１０）へ前記光透過性の材料（１３０）を押圧するためにマスク（１７０）が用いられることを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記部材が１つ又は複数の温度に敏感な範囲を含んでおり、露光が該温度に敏感な範囲へ制限されるように、前記マスクの前記非透過性の光反射性の層が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。

【請求項11】

前記無機性の光吸収性の媒体と結合するための前記部材の範囲を加熱するために、非透過性の光反射性の層における、前記部材の範囲の上方に配置された開口部を通して光の入射を案内することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記部材の、前記無機性の光吸収性の媒体と結合されるべき全ての範囲が同時に露光されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、部材を密封的に封止する方法及び装置に関するものである。部材により、水蒸気、酸素又は反応性ガスのような環境影響から保護される必要がある、例えばセンサ、ディスプレイ、光起電モジュール又はマイクロ電子部品が意図されている。

【背景技術】

【0002】

例えばＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）ディスプレイのような多くの場合には、部材は、同一面のガラスプレートによって覆われるとともに、面の縁部において部材によって接着される。このとき用いられる接着剤は、ＵＶ光を用いて重合のために活性化されるエポキシ樹脂であってよい。エポキシ樹脂は、ガラスプレートとは異なり、わずかであるものの、無視できない、水蒸気又は酸素についての透過性を有しているため、ＯＬＥＤディスプレイの場合には、部材を複数年にわたって酸素又は湿気から保護するために、更にゲッタを封止部へ入れる必要がある。

【0003】

自動車又は航空機のためのケイ素から成る回転率センサにおいては、特に良好な真空が、部材の表面における小さな質量の振動及びこれにより達成可能な位置変化の測定精度の高い質についての前提である。このとき、エポキシ樹脂は、ゲッタの使用の下では不十分であるため、例えば有機性の接着剤がガラスはんだによって置き換えられる。ガラスはんだは、ホウ素、酸化鉛及び他の材料の添加により、例えば４００℃の特に低い軟化温度を有するガラスである。封止のために、まずは、スクリーン印刷によってガラスプレートの縁部へガラスはんだを有するペーストが塗布され、つづいて、例えば３００℃の温度における乾燥によってペーストの有機性の結合材及び溶媒が除去される。その後、ガラスプレートは、真空チャンバにおいて部材の振動する質量によって表面へ押圧され、その間に位置するガラスはんだが赤外線照射器を用いて溶融される。真空における冷却後、部材とガラスプレートの間に空間が残り、したがって、振動する質量の直接的な周囲も、真空炉の換気後にも真空化される。この方法の欠点は、部材も、またガラスプレートもガラスはんだと同じ温度に達することにある。さらに、加熱時間及び冷却時間は、典型的には複数分であり、したがって高い処理能力を有する生産にとって支障となる。

【0004】

高い溶融温度により、ガラスはんだは、従来の炉におけるＯＬＥＤディスプレイの封止に適していない。なぜなら、有機体が約１００℃を超える温度を許容しないためである。特に部材が有機性の材料を含んでいる場合には、多くの種類の部材にとって、ガラスハンドの溶融温度を大きく下回る温度制限が存在する。

【0005】

特許文献１「フリットにより密封されたガラスパッケージ及び製造方法」には、パルス化されたレーザ光によってガラスハンドを溶融点まで一時的に加熱する方法が記載されている。ここで、基層の加熱及び冷却は、封止のための、部材も、またガラスプレートも大きく加熱されないほど迅速になされる。この方法の欠点はガラスはんだの連続的な加熱であり、すなわち特に点状のレーザビームにより、ガラスはんだの点状の加熱に至ってしまう。完全な封止のために、レーザビームは、ガラスはんだの表面全体にわたって走査される必要がある。このとき、熱化学的な応力を用いられる材料及び部材の破壊限界未満に維持するために、適当なレーザ出力において所定の走査速度が順守される必要があることが分かった。特に、光起電モジュールのような大きな部材又は回転率センサにおけるような大きな部品点数である場合には、生産における処理能力が大きく制限されてしまう。

【0006】

レーザに代えて、上記文献では赤外線ランプが言及されている。当該ランプによって、例えば複数の規模が同一の波長におけるレーザ未満である、面ごとの光出力のみを達成することができる。これにより、ガラスはんだの溶融に必要な露光時間が、対応して少なくとも複数秒まで延長される。したがって、この場合において応用に依存した最大温度を超過しないように、伝熱に基づき、ガラスはんだと部材の温度に敏感な範囲の間の複数ミリメートルから数センチメートルまで間隔が順守される必要がある。これにより、赤外線ランプは、ＯＬＥＤにおけるような大きな温度感受性と良好な空間活用あるいは高い生産収率の組合せがあらかじめ設定されている用途に対して除外される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許出願公開第２００４／２０７３１４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、ガラスプレート又は他の透光性の有機性の材料を用いて、ガラスはんだ又は部材の密封性の封止のための光吸収性の有機性の媒体を加熱する方法である。このとき、部材の温度に敏感な範囲は、上述の特許文献１におけるレーザによる封止により、本質的に室温を超えずに加熱されるべきである。レーザによる封止とは異なり、生産における処理能力は複数倍となるべきである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

光により、一般的には人間の目で把握することが可能な、したがって３００～７８０ｎｍの波長範囲の、スペクトル範囲における電磁波が意図されている。このスペクトル範囲は、光吸収性の材料、光反射性の材料及び透明な材料についても意図されている。いくつかの場合には、このスペクトル範囲をこれに直接隣接する電磁波範囲へ拡張することが有意義であり得る。例えば、ハロゲンランプの発出最大値は約９２０ｎｍにあり、発出スペクトルにおけるわずかなＵＶ割合、すなわち３８０ｎｍを下回る波長も含まれている。ケイ酸塩ガラスは、特に人間の目にとって視認可能な範囲にわたって透明である。

【0010】

光透過性の有機材の材料には、サファイア、すなわち窒化アルミニウム又はオキシ窒化アルミニウムのような酸化アルミニウム及びセラミックの結晶形状も含まれる。光吸収性の媒体により、一連のガラスはんだのほかに、金属合金又は純粋な金属層から成るはんだも意図されている。例えば、アルミニウム又は金から成る２００ナノメートルの薄い層は、ガラスプレートに設けられることができ、この層は、５８０℃あるいは３７０℃への加熱時に、ケイ素から成る部材と共に共融混合結合へ至る。このとき、上述のプロセス温度は、アルミニウム又は金の融点を下回っている。

【0011】

本発明の上述の目的は、高い光強度における約０．１ミリ秒（フラッシュランプとしての動作）から約１０００ミリ秒（連続的な出力による動作）の加熱時間を可能とする少なくとも１つの気体放電ランプの使用によって達成される。例えば、大きなＯＬＥＤテレビ又は光起電モジュールを個別に封止するために、例えば２メートルのアーク長を有する、複数の軸方向のフラッシュランプは、１つの平面において互いに並行に配置されることができる。全てのセンサを同時に封止するために、フラッシュランプのフィールドに対して平行に向けられた１つの平面において多数の回転率センサを配置することも可能である。これにより、レーザによる封止又は従来の炉における封止に比べて、生産における複数倍の処理能力が可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の装置によるシステムの縮尺に従わない断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１には、本発明の装置によるシステム（１００）の縮尺に従わない断面が示されており、このシステムは、部材（１１０）全体の露光を防止するか、あるいは気体放電ランプ（１５０）から発出される光（１６０）を光吸収性の無機性の媒体（１４０）を有する範囲へ制限するものである。光吸収性の媒体（１４０）である例えば５０μｍの厚さのガラスはんだは、先行する不図示のプロセスステップにおいて、光について透過性の無機性の材料（１３０）、例えば封止（Ｖｅｒｋａｐｓｅｌｕｎｇ）のためのガラスプレートへ設けられる。部材（１１０）を影で覆うことが、支持材料、例えば石英ガラスから成る透明なマスク（１７０）によってなされる。マスク（１７０）は、不透明で光反射性の層（１８０）を備えており、この層は、少ない箇所（１９０）で中断されているか、開放されているため、発出された光（１６０）は、この箇所で、光吸収性の媒体（１４０）へ、その加熱のために入射することができる。したがって、部材の温度に敏感な範囲（１２０）、例えばＯＬＥＤディスプレイが露光されないか、あるいは本質的でないようにのみ加熱される。光起電モジュールのような大面積の部材においては、開口部（１９０）から離れた気体放電ランプ（１５０）を削減することが可能である。理想的には、カプセル化プロセス中に部材（１１０）へ材料（１３０）を押圧するマスク（１７０）が用いられる。このとき、部材（１１０）は、不図示の基礎に位置している。実験では、部材（１１０）への材料の重力により生じる押圧力が十分でない場合に、密閉されたカプセル化にとって押圧が有利であることが分かった。このことは、特にセンサのような小さな部材において当てはまる。マスクの光反射性の層（１８０）に代えて、光吸収性の層を用いることも可能である。光吸収性の層は、気体放電ランプの光効率を高めることができるものの、マスク（１７０）は、特に生産における大きな処理能力において本質的により良好に冷却される必要がある。
なお、本発明は、以下の態様も包含し得る：
１．無機性の光透過性の材料を用いて、及び無機性の光吸収性の媒体を用いて、部材を封止する方法において、
前記光吸収性の媒体が、前記光透過性の材料と前記部材とを密封的に結合するために、１秒より短い継続時間にわたって少なくとも１つの気体放電ランプを用いて加熱されることを特徴とする方法。
２．前記無機性の光透過性の材料がケイ酸塩ガラスであることを特徴とする上記１．に記載の方法。
３．前記無機性の光吸収性の材料がガラスはんだであることを特徴とする上記１．に記載の方法。
４．前記部材が、少なくとも１つのセンサ、ディスプレイ、光起電用の半導体、マイクロ電子部品を含んでいることを特徴とする上記１．に記載の方法。
５．前記部材の平均温度が、封止プロセスによって８０℃以下だけ上昇することを特徴とする上記１．に記載の方法。
６．前記気体放電ランプがフラッシュランプとして動作されることを特徴とする上記１．に記載の方法。
７．無機性の光透過性の材料（１３０）を用いて、無機性の光吸収性の媒体（１４０）を用いて、及び前記光透過性の材料と部材とを密封的に結合するために前記媒体を加熱する少なくとも１つの気体放電ランプ（１５０）を用いて、部材（１１０）を封止する装置（１００）において、
前記部材における、前記光吸収性の媒体と結合されるべき範囲への光の入射（１６０）を制限するために、前記光透過性の材料と、少なくとも前記気体放電ランプとの間にマスク（１７０）が挿入されていることを特徴とする装置。
８．前記マスクが、前記気体放電ランプの光について透過性の支持材料で構成されており、該支持材料には、開口部（１９０）を有する光反射性の層（１８０）が設けられていることを特徴とする上記７．に記載の装置。
９．封止プロセス中に前記部材（１１０）へ前記光透過性の材料（１３０）を押圧するためにマスク（１７０）が用いられることを特徴とする上記８．に記載の装置。

【符号の説明】

【0014】

１００ 本発明による装置
１１０ 部材
１２０ 部材の温度に敏感な範囲
１３０ 無機性の光透過性の材料
１４０ 光吸収性の無機性の媒体
１５０ 気体放電ランプ
１６０ 気体放電ランプから発出される光
１７０ マスク
１８０ マスクにおける光反射性の層
１９０ マスクの光反射性の層における開口部

【図1】