(57)【要約】【課題】金属封止電子素子を封止プロセスの時間を短縮して製造効率を上げることが可能であって、電子素子の劣化などの悪影響を最小限に抑えて製造する。【解決手段】一方の基板１に電子素子２が形成された、一対の基板１，７のそれぞれの周縁部に下地金属層４、４’を設け、この下地金属層４、４’の上にレーザに対して吸収率が高い光吸収層５，５’を設け、光吸収層５の上に電子素子２を封止するための低融点金属層６を設ける。この低融点金属層６に電流を流して低融点金属層６を予熱し、基板７および下地金属層４’を通してレーザを光吸収層５，５’に照射して低融点金属層６を加熱、融解させ、低融点金属層６と光吸収層５’とを接合して電子素子２を封止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の基板に電子素子が形成された一対の基板のそれぞれの周縁部に下地金属層を設け、該下地金属層の少なくとも一方の上にレーザに対して吸収率が高い光吸収層を設け、該光吸収層の上に前記電子素子を封止するための低融点金属層を設け、少なくとも該低融点金属層に電流を流して該低融点金属層を予熱し、少なくとも一方の前記基板および前記下地金属層を通してレーザを前記光吸収層に照射して前記低融点金属層を加熱、融解させ、前記低融点金属層と前記光吸収層とを接合して前記電子素子を封止することを特徴とする金属封止電子素子の製造方法。
【請求項２】
前記低融点金属層の温度測定結果に基づいて、前記低融点金属層に電流を流すことを特徴とする請求項１記載の金属封止電子素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板を冷却しながら、前記予熱および／または前記加熱を行うことを特徴とする請求項１または２記載の金属封止電子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶等の表示媒体、有機ＥＬ等の発光媒体に代表される電子素子を封止した金属封止電子素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機や音楽プレーヤーといった電子機器や家電機器には有機ＥＬ素子等の発光媒体が用いられ、典型的には一対の基板の間に電子素子が封入された構造を持っている。有機ＥＬ素子は水分や酸化に弱く、その稼動時間を延ばすためには、製造過程において素子を空気中の酸素や水分から隔離して封止を行い、製造後においては水分等に起因する劣化を抑制するために十分な防湿性を確保する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には有機ＥＬ素子の上にＳｉＯで形成された無機保護膜を設け、封止樹脂により被覆する方法が記載されている。しかし、ここで用いられている封止樹脂は長期の経時によって水分を透過させるものであるため、有機ＥＬ素子の寿命の減衰を本質的に避けることができるものではない。
【０００４】
出願人は、樹脂基板間に設けられた有機ＥＬ素子等の電子素子の防湿性を向上させることができ、電子素子の水分等に起因する劣化を抑制することができるとともに、樹脂基板や電子素子に影響を与えることなく電子デバイスを製造する方法として、ロウ材として低融点金属を用いるとともに光吸収層を設けることにより、レーザ加熱を利用して電子素子の封止を行う方法を提案している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３５４４４４号公報
【特許文献２】特開２００８−２５１２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に記載されている方法は、長期の経時によっても水分の透過を遮断することができるため、有機ＥＬ素子の劣化を効果的に抑制することが可能である。しかし、低融点金属を融解させるための熱を全てレーザ光で与えているために、プロセスの速度は２ｍｍ／秒程度であるため、製造効率上は改善が期待される。単純に、封止プロセスの速度を速くすれば製造効率を上げることはできるが、封止精度は低下する。一方、封止精度を現状のままとして封止プロセス速度を上昇させるためには、レーザの照射パワーを上げる等の方法が考えられるが、耐熱性が高くない電子素子を封止する場合、これには限界がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、封止プロセスの時間を短縮して製造効率を上げることが可能であって、電子素子の劣化などの悪影響を最小限に抑えることが可能な金属封止電子素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の金属封止電子素子の製造方法は、一方の基板に電子素子が形成された一対の基板のそれぞれの周縁部に下地金属層を設け、該下地金属層の少なくとも一方の上にレーザに対して吸収率が高い光吸収層を設け、該光吸収層の上に前記電子素子を封止するための低融点金属層を設け、少なくとも該低融点金属層に電流を流して該低融点金属層を予熱し、少なくとも一方の前記基板および前記下地金属層を通してレーザを前記光吸収層に照射して前記低融点金属層を加熱、融解させ、前記低融点金属層と前記光吸収層とを接合して前記電子素子を封止することを特徴とするものである。
【０００９】
前記低融点金属層は、前記下地金属層のいずれか一方に前記光吸収層が設けられている場合にはその光吸収層の上に、前記下地金属層の両方に前記光吸収層が設けられている場合には、いずれか一方の光吸収層の上に設けられる。
【００１０】
前記低融点金属層に電流を流す際には、前記低融点金属層の温度測定結果に基づいて、前記下地金属層に電流を流すことが好ましい。  
前記基板を冷却しながら、前記予熱および／または前記加熱を行うことがより好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の金属封止電子素子の製造方法は、一方の基板に電子素子が形成された一対の基板のそれぞれの周縁部に下地金属層を設け、この下地金属層の少なくとも一方の上にレーザに対して吸収率が高い光吸収層を設け、この光吸収層の上に電子素子を封止するための低融点金属層を設け、少なくともこの低融点金属層に電流を流して低融点金属層を予熱し、少なくとも一方の基板および下地金属層を通してレーザを光吸収層に照射して低融点金属層を加熱、融解させ、低融点金属層と光吸収層とを接合して電子素子を封止するので、レーザのみで低融点金属層を加熱、溶融する場合に比べて、低融点金属層が予め加熱されているため、低融点金属層を加熱、融解させるためのレーザの必要供給熱量が減少するので、レーザ光の照射プロセス時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一の実施形態による有機ＥＬ素子の製造過程を示す模式図である。
【図２】図１(c)の平面図である。
【図３】図１(c)の斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態による有機ＥＬ素子の製造過程の一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の金属封止電子素子の製造方法を、有機ＥＬ素子を例にとって説明する。図１は、本発明の第一の実施形態による有機ＥＬ素子の製造過程を示す模式図である。まず、有機ＥＬ素子２が形成された素子形成基板１に、有機ＥＬ素子２に電流を供給するための有機ＥＬ用配線８を形成するとともに、後に素子形成基板１の周縁部に形成される下地金属層４、光吸収層５および低融点金属層６（以下、下地金属層４と光吸収層５と低融点金属層６をまとめて封止層３ともいう）によって短絡されないように有機ＥＬ用配線８を絶縁層９によって覆う（図１(a)）。絶縁層９は有機ＥＬ素子用配線８が形成されている部分にのみ設けてもよいし、素子形成基板１の周縁部の全周に亘って設けてもよい。
【００１４】
素子形成基板１は後述する封止基板７と同素材のものを用いることができ、具体的には、ガラス、水分透過防止処理を行ったＰＥＮ、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＣ等の樹脂を用いることができる。本実施の形態においては、素子形成基板１は、２１インチ液晶ディスプレイ用として、４４７ｍｍ×３４０ｍｍ×０．７ｍｍのガラス基板を用い、封止基板７は素子形成基板１よりも全体的に５ｍｍ程度小さいものを用いている（なお、図面では説明のために大きさは実際の大きさの相違よりも大きく示している）。
【００１５】
絶縁層９は、例えばＳｉＯ2，ＳｉＯＮ，ＳｉＯｘ，ＳｉＯ，ＣｅＯ2，アルミナ等の絶縁性酸化物、窒化物等が好ましくあげられ、本実施の形態においては１μｍ厚のＳｉＯ2層をプラズマＣＶＤ法により設けている。
【００１６】
素子が熱に弱い場合には素子形成基板１および封止基板７は冷却しながら下記工程（電流による予熱、レーザによる加熱）を行うことが好ましく、例えば本実施の形態で説明する有機ＥＬ素子の場合、素子形成基板１および封止基板７は８０℃以下の温度となるように冷却しながら行うことが好ましい。なお、基板の冷却は絶縁層を設ける工程以降、全ての工程で行ってもよい。
【００１７】
次いで、絶縁層９上に下地金属層４を形成し、形成した下地金属層４上に光吸収層５を、さらにその上に低融点金属層６を形成する（図１(b)）。同様に、素子形成基板１の封止層３を設けた位置に対向させて、封止基板７上にも下地金属層４’および光吸収層５’を順に形成する。なお、図１(b)では、素子形成基板１の封止層３に光吸収層５が、封止基板７側にも光吸収層５’がそれぞれ設けられている態様を示しているが、素子形成基板１の封止層３、封止基板７のいずれか一方に光吸収層が設けられた態様としてもよい。いずれか一方に光吸収層を設ける場合には、低融点金属層６は設けられた光吸収層上に設けられる。
【００１８】
下地金属層４および４’は素子形成基板１（絶縁層９が周縁部全周に設けられている場合には絶縁層９）との密着性を高めて接合するための層であり、基板の材質にもよるが、例えばＣｒ，Ｔｉ, Ｎｉ等が好ましくあげられ、本実施の形態においては幅０．５ｍｍ、厚さ５ｎｍのＣｒ膜とし、真空蒸着で設けている。なお、下地金属層の形成方法は真空蒸着に限らず、レーザ転写法やイオンスパッタ法を用いてもよい。
【００１９】
光吸収層５および５’は、素子形成基板１及び封止基板７の温度上昇を低く抑えながら光吸収層の温度を、予熱された低融点金属層が融解する程度にまで高めるために、照射するレーザ光の波長に対して吸収率が充分高い層（レーザの波長に対して極大吸収を有する層）であって、例えばＡｕ，Ｎｉ，Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等が好ましくあげられ、本実施の形態においては幅０．５ｍｍ、厚さ２００ｎｍでＡｕ膜を真空蒸着により設けている。
【００２０】
低融点金属層６は電流を通す金属であって、低融点（２５０℃以下の融点のもの）の金属（合金を含む）からなる層であって、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ，Ｉｎ・Ｓｎ合金、Ｓｎ・Ｂｉ・Ａｇ合金、Ｓｎ・Ａｇ合金、Ｓｎ・Ａｇ・Ｃｕ合金、Ｓｎ・Ａｇ・Ｃｕ・Ｂｉ合金等の低融点金属が好ましくあげられ、本実施の形態においては２μｍ厚のＩｎ層を真空蒸着により設けている。封止プロセスとの兼ね合いにより、低融点金属層の厚さは最大１０μｍ厚程度になる可能性もある。
【００２１】
続いて、封止層３の上面、低融点金属層６に電流が流れるようにプローブ状の電極１０を接触させて電圧を印加して、封止層３に電流を流して低融点金属層６の予熱を行う（図１(c)）。なお、図１(c)では、素子形成基板１の低融点金属層６と、封止基板７上の光吸収層５’を重ね合わせる前に電流を流している態様を示しているが、素子形成基板１の低融点金属層６と、封止基板７上の光吸収層５’を重ね合わせた状態（図１(d)に示す状態）にしてから、電流を流してもよい。
【００２２】
この電極１０を接触させた状態の平面図を図２に、斜視図を図３に示す。なお、図２および図３では封止層３の位置（パターン）を破線で示している。図２および図３に示すように封止層３は一筆書き状のパターンで形成する。このとき、図２に示すように封止層３のパターンの両端に電圧を印加した際に、封止層３に予熱されない部分ができないようにするため、パターンの隙間を最小となるように、電極に接続する部分にスペースを取りながら封止層３のパターンにくびれを設け、最もパターン間隔が小さいところで０．３ｍｍとなるようにしている。
【００２３】
電流による予熱はレーザ加熱プロセスの待ち時間を利用することによって、電子素子封止プロセス全体のタクトタイムを短縮することができる。なお、時間当たりの発熱効率は予熱温度、素子温度、配線の抵抗値、冷却条件により変動するが、電流による予熱の発熱効率は後述するレーザによる加熱に比べて、発熱効率が高いことが好ましい。電極１０は、低融点金属層６の温度を測定することが可能な、例えば非接触温度計のような温度測定装置に接続され、ここで測定された温度測定結果に基づいて封止層３に流す電流量を制御する電流制御装置に接続されている。これにより低融点金属層６の温度が低い場合には電流制御装置により電流量が増量され、低融点金属層６の温度が高い場合には電流量が減量されるといった制御がなされる。
【００２４】
封止層３は素子形成基板１の周縁部に設けられているので、有機ＥＬ素子２が形成された部分の加熱を避けて予熱を行うことが可能である。基板の断熱性能と放熱性能が高ければ、封止層３の温度を有機ＥＬ素子２の破壊温度以上にまで予熱することも可能である。また、上記で説明したように素子形成基板１および封止基板７を冷却すれば、さらに低融点金属層６の温度を高くすることもできる。
【００２５】
次ぎに、素子形成基板１の低融点金属層６と、封止基板７上の光吸収層５’を重ね合わせてレーザを照射する（図１(d)）。なお、上述した電流は、この段階で止めてもよいし、光吸収層５’と低融点金属層６とのレーザによる封止が終了するまで流し続けてもよい。低融点金属層６は電流を流すことによって予熱されているため、低融点金属層６の融解までの時間はレーザのみの加熱に比べて短縮することができる。
【００２６】
レーザの照射は例えば特開２００８−２５１２４２号の図３に記載されているような照射装置を用いて行うことができ、封止基板７及び下地金属層４’を通してレーザを周縁部の光吸収層５および５’を走査するように照射する。このように、レーザを周縁部の光吸収層に照射することにより、有機ＥＬ素子２が配置されている部分の加熱を避けることができる。なお、レーザの照射は素子形成基板１側から下地金属層４を通して行ってもよい。
【００２７】
レーザの波長は光吸収層の材質にもよるが、封止基板を透過し、光吸収層で吸収されるような波長が好ましく、例えば封止基板がガラスで光吸収層がＡｕの場合には４０５ｎｍ、封止基板がＳｉで光吸収層がＣｒの場合には１５５０ｎｍの波長を有するレーザを用いる。これによって上記電流を流すことによって予熱されている低融点金属層６を加熱、融解させることができ、低融点金属層６と光吸収層５’を接合して有機ＥＬ素子２を封止することができる。
【００２８】
以上のような本発明の金属封止電子素子の製造によれば、低融点金属層をレーザのみで加熱、溶融する場合に比べて、低融点金属層が予め加熱されているため、低融点金属層を加熱、融解させるためのレーザの必要供給熱量を減少させて、レーザ光の照射プロセス時間を短縮することができる。
【００２９】
なお、本発明の金属封止電子素子の製造は、低融点金属層に電流を流して低融点金属層を予熱してからレーザで低融点金属層を加熱、溶融するものであるが、電流を流す手段を低融点金属層を加熱する主たる手段とし、レーザを予備的な加熱として使用する場合には（つまり本発明とは逆）、電子素子部分の温度が上昇してしまうという問題が生じることが懸念されるが、レーザ加熱は与えた熱が熱拡散する前に多くの熱を与えることができるので、電流加熱だけでは素子部分の温度が上がってしまうような状況でも、本発明のように電流を予熱手段、レーザを加熱溶融手段とすることにより、素子部分の温度を上げることなしに低融点金属層の温度を融点以上まで上げることができる。
【００３０】
具体的に説明する。上記第一の実施の形態に示す製造工程において、図２に示すように封止層を形成したパターンの抵抗値は９５Ωとなる。この封止層のパターンに４００ｍＡの電流を流すと、１５Ｗの発熱をする。ここで、ガラスの熱伝導率を０．９Ｗ／ｍ・Ｋ、ガラスと空気の熱伝達率を４Ｗ／ｍ2・Ｋとすると、低融点金属層が８０℃の状態では、空気への熱伝達による放熱は９Ｗであるため、多くとも４００ｍＡの電流を流せば十分に予熱が可能である。このとき電流値の制御は温度測定装置で低融点金属層の温度を測定し、望みの温度、ここでは８０℃となるように行う。封止層のパターンから５ｍｍ離れた点の温度は６２℃であり、例えば封止層のパターンから１０ｍｍ離れた点の温度は５０℃である。従って、封止層のパターンから少なくとも５ｍｍの範囲を下地金属層のハンダ付けスペースとして封止層を形成すれば、有機ＥＬ素子の耐熱温度を上回ることなく封止層のパターンの予熱を行うことができる。
【００３１】
そして、上記で例示した低融点金属層Ｉｎの融点は１５６．３℃であるので、８０℃まで予熱を行った場合、低融点金属層の融点までレーザで加熱するのに必要な熱量は、予熱を行わない場合に比べて１／２となる。従ってレーザ照射の時間を短縮でき、封止プロセス速度は４ｍｍ／分、つまりレーザ加熱のみの場合の２倍の速さにすることができる。２ｍｍ／分の速度でレーザ加熱のみの場合のプロセス時間は、２１インチ液晶ディスプレイ用の場合１３分であるから、予熱を行えばプロセス時間を６分３０秒にまで短縮することが可能である。
【００３２】
図４に第一の実施形態において、電極の位置を変えた別の実施形態による製造工程の一部を平面図にして示す。図４は電極の接続位置を対角線上に設けた態様を示しており、対角にプローブ状の電極を接触させることで電圧を印加するようにパターンをとった以外は上記第一の実施形態で説明したものと同じ構成である。このように形成した配線パターンの抵抗値は２０Ωとなる。このパターンに例えば１Ａの電流を流すと、２０Ｗの発熱をする。ガラスの熱伝導率を０．９Ｗ／ｍ・Ｋ、２５℃の空気を送風してガラスと空気の熱伝達率を２０Ｗ／ｍ2・Ｋとなるようにすると、低融点金属層が８０℃の状態では空気への熱伝達による放熱は１５Ｗとなるため、多くとも１Ａの電流を流せば十分である。電流値の制御は上記の同様に、温度測定装置で低融点金属層の温度を測定し、望みの温度、ここでは８０℃となるように行えばよい。封止層のパターンから３ｍｍ離れた点の温度は５５℃であり、封止層のパターンから５ｍｍ離れた点の温度は４５℃である。従って、封止層のパターンから少なくとも３ｍｍの範囲を下地金属層のハンダ付けスペースとして封止層を形成すれば、有機ＥＬ素子の耐熱温度を上回ることなくパターンの予熱を行うことができる。
【００３３】
上述のように低融点金属層Ｉｎの融点は１５６．３℃であるので、８０℃まで予熱を行った場合、低融点金属層の融点までレーザで加熱するのに必要な熱量は、予熱を行わない場合に比べて１／２となる。従ってレーザ照射の時間を短縮でき封止プロセス速度は４ｍｍ／分、つまりレーザ加熱のみの場合の２倍の速さにすることができ、２１インチ液晶ディスプレイ用の場合、レーザ加熱のみのプロセス時間１３分を、６分３０秒にまで短縮することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１    素子形成基板
２    有機ＥＬ素子
３    封止層
４，４’  下地金属層
５，５’  光吸収層
６    低融点金属層
７    封止基板
８    有機ＥＬ素子用配線
９    絶縁層
１０  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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