專利名稱：Methods and apparatus for packaging electronic components的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子元件，例如用于顯示器的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的封裝的 方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前正在考慮將基于OLED的顯示器用于許多目前使用液晶顯示器(LCD)的應(yīng)用。 基于OLED的顯示器提供的圖像比液晶顯示器更亮更清晰，而且所需功率較少。但是，OLED 容易因接觸氧氣和水分而受到破壞。這種接觸會(huì)導(dǎo)致發(fā)光器件的使用壽命縮短。因此，為 了 OLED的長(zhǎng)期性能，氣密密封是基本要求之一。人們已經(jīng)進(jìn)行了努力，使用環(huán)氧樹脂之類的有機(jī)材料對(duì)基于OLED的顯示器進(jìn)行 氣密密封?？祵幱邢薰?本申請(qǐng)的受讓者)已經(jīng)開發(fā)出了性能顯著提高的替代技術(shù)。根 據(jù)這項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)將玻璃顆粒、填料顆粒(例如晶體顆粒)和媒介物(例如包括一種或多種 溶劑以及一種或多種粘合劑和/或分散助劑的媒介物)混合起來(lái)，制備含玻璃料的糊料。將 該糊料分散在第一基板(如第一玻璃基板)上，利用例如高溫加熱爐進(jìn)行燒結(jié)，產(chǎn)生燒結(jié)的 玻璃料圖案。所得的組合件被稱為玻璃料覆蓋玻璃，或者簡(jiǎn)稱覆蓋件，將該組合件與承載著一 個(gè)或多個(gè)OLED器件的基板(如第二玻璃基板)合并起來(lái)。通過(guò)使燒結(jié)的玻璃料圖案接受 激光能量處理，將覆蓋件和第二基板密封在一起。特別地，激光束在燒結(jié)的玻璃料圖案上掃 描，局部升高燒結(jié)的玻璃料的溫度至超過(guò)其軟化點(diǎn)。通過(guò)這種方式，燒結(jié)的玻璃料粘著于第 二基板上，在覆蓋件和第二基板之間形成強(qiáng)力密封。因?yàn)闊Y(jié)的玻璃料是玻璃和陶瓷材料， 與有機(jī)材料相對(duì)比，氧氣和水分滲透過(guò)玻璃料密封的速度遠(yuǎn)低于之前用來(lái)包封OLED器件 的環(huán)氧樹脂密封。諸如對(duì)角線大于或等于14英寸的全尺寸TV等較大尺寸OLED器件的密封比諸如 用在移動(dòng)電話、PDA和其他移動(dòng)電子器件中的較小OLED器件的密封面臨更大的挑戰(zhàn)。對(duì) 于常規(guī)的小型OLED器件，事實(shí)證明，密封寬度約0. 7-1. 0毫米的燒結(jié)玻璃料已經(jīng)足夠。具 體地，發(fā)現(xiàn)這些密封寬度提供了對(duì)水分和氧氣的充足屏障，使常規(guī)的顯示器能成功運(yùn)行1-3 年。此外，這樣的密封寬度對(duì)這些小型器件提供充分的機(jī)械強(qiáng)度。較小密封寬度與待密封 的小型OLED器件上能利用的有限空間相符合。例如，對(duì)常規(guī)的小型OLED器件，可用于密封 的邊緣區(qū)域的寬度僅1. 0-1. 5毫米。與小型器件相比，較大尺寸OLED器件如TV要求更長(zhǎng)的使用時(shí)間，機(jī)械要求也更 高。因此，需要用于敏感電子元件如OLED的大尺寸封裝，這種封裝的密封強(qiáng)度要更高和/ 或要提高更好的保護(hù)防止水和氧的流入。本發(fā)明要解決這一需要。發(fā)明概述
本發(fā)明的第一方面提供一種封裝方法，該方法包括(A)提供第一基板(12)、第二基板(16)、將第一和第二基板(12，16)隔開的壁 (14)、設(shè)置在第一和第二基板(12，16)之間的至少一個(gè)溫度敏感元件(18，28，36)，所述壁 (14)包含熔化溫度為的燒結(jié)玻璃料，所述至少一個(gè)溫度敏感元件(18，28，36)的 退化溫度Tiaft,所述壁(14)與所述第一基板(12)結(jié)合并與第二基板(16)接觸；(B)將直徑D束的激光束投射在壁(14)上；和(C)使激光束以速度S沿壁(14)的長(zhǎng)度移動(dòng)，將壁(14)的寬度的至少一部分密封 于第二基板(16)；其中(i)在沿壁的任何位置處，所述至少一個(gè)溫度敏感元件(18，28，36)的邊緣與壁 (14)密封于第二基板(16)的部分的邊緣之間的最小距離是L·、；(ii)在沿壁的任何位置處，壁(14)密封于第二基板(16)的部分的最小寬度是W
密封-最??；禾口(iii)D束、L最小、W密封-最小、T玻璃料_熔化、T退化及Sii足以下關(guān)系式W 密封-最小0束>1密封-最小，S彡(11毫米/秒)· (D束/2毫米)· (0.2毫米/L最小)· (65°C/T退化)2，和S彡(130毫米/秒)·(D束/2毫米)· (450°C /T玻璃料-格化)2。本發(fā)明的第二方面提供一種封裝，其包括第一玻璃基板(12)、第二玻璃基板 (16)、將第一和第二基板(12，16)隔開的壁(14)、對(duì)氧和水分敏感且通過(guò)壁(14)氣密密封 在第一和第二基板(12，16)之間的至少一個(gè)元件(18，28，36)，所述壁(14)包含熔化溫度為
的燒結(jié)玻璃料，所述至少一個(gè)元件(18，28，36)退化溫度為Tiaft，其中壁(14)的寬度(42)的至少一部分激光密封于第二基板(16)；在沿壁的任何位置處，壁(14)密封于第二基板(16)的部分的最小寬度是Wssi
??；在沿壁的任何位置處，所述至少一個(gè)元件(18，28，36)的邊緣與壁(14)密封于第 二基板(16)的部分的邊緣之間的距離是L·、；和W密封-最小，L最小和T玻璃料_格化滿足以下關(guān)系式W密封-最小>2毫米；0. 2毫米彡L最小彡2. 0毫米；和T玻璃料-熔化> 6. 0 · T退化。在本發(fā)明第一及第二方面的一些實(shí)施方式中，W密小于或等于7毫米。較佳 地，WSSi_ed、小于或等于6毫米但大于或等于3毫米，例如WSSi_ed、約等于5毫米。本發(fā)明的第三方面提供一種封裝，其包括第一玻璃基板(12)、第二玻璃基板 (16)、包含燒結(jié)的玻璃料并將第一和第二基板(12，16)隔開的壁(14)、對(duì)氧和/或水分敏感 并通過(guò)壁(14)氣密密封在第一和第二基板(12，16)之間的至少一個(gè)元件(18，28，36)，所述 壁(14)包含多個(gè)隔離的小室(32)，各小室(32)包含多個(gè)子壁(30)，子壁的排列方式是只 有在子壁(30)中的至少兩個(gè)被打破時(shí)才能使氧和/水分易于通過(guò)小室。
本發(fā)明的第四方面提供一種封裝，其包括第一玻璃基板(12)、第二玻璃基板 (16)、將第一和第二基板(12，16)隔開的壁(14)、對(duì)氧和水分敏感并通過(guò)壁(14)氣密密封 在第一和第二基板(12，16)之間的至少一個(gè)元件(18，28，36)，所述壁(14)包括多個(gè)包含燒 結(jié)玻璃料的子壁(30)和子壁(34)，該子壁(34)⑴包含有機(jī)材料，如環(huán)氧樹脂，且( )位 于包含燒結(jié)玻璃料的兩個(gè)子壁之間。在一些實(shí)施方式中，包含有機(jī)材料的子壁不與包含燒 結(jié)的玻璃料的子壁接觸。在對(duì)本發(fā)明的各方面的概述中使用的附圖標(biāo)記只是為能方便讀者，并未意在限制 本發(fā)明的范圍，也不應(yīng)被理解為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。一般而言，應(yīng)理解前面的一般性描 述和以下的詳細(xì)描述都只是對(duì)本發(fā)明的示例，用來(lái)提供理解本發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng) 述或框架。在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而 言，由所述內(nèi)容或通過(guò)按照本文所述實(shí)施本發(fā)明而了解，其中的部分特性和優(yōu)點(diǎn)將是顯而 易見(jiàn)的。包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō) 明書的一部分。應(yīng)理解，在本說(shuō)明書和附圖中揭示的本發(fā)明的各種特征可以以任意和所有 的組合使用。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的顯示器件的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，其上結(jié)合有燒結(jié)的玻璃料圖案的玻璃板的截面 側(cè)視圖。圖3是圖2的玻璃板的俯視圖，圖中顯示了燒結(jié)的玻璃料圖案，其具有框形狀。圖4是顯示本發(fā)明的各種幾何關(guān)系的示意圖。圖5A顯示三種不同燒結(jié)玻璃料寬度的激光功率和激光掃描速度間的關(guān)系。該圖 中縱軸是以瓦為單位的激光功率，橫軸是以毫米/秒為單位的掃描速率。圖5B顯示四種不同激光掃描速度的激光功率和燒結(jié)玻璃料寬度間的關(guān)系。該圖 中縱軸是以瓦為單位的激光功率，橫軸是以毫米為單位的燒結(jié)玻璃料寬度。圖6是說(shuō)明與可用于本發(fā)明的一些實(shí)施方式的熱控制系統(tǒng)的示意圖。圖7是本發(fā)明使用單一燒結(jié)玻璃料壁的實(shí)施方式的示意圖。圖8是本發(fā)明使用由嵌套子壁組成的燒結(jié)玻璃料壁的實(shí)施方式的示意圖。圖9是使用包括由燒結(jié)玻璃料構(gòu)成的嵌套子壁和由有機(jī)材料構(gòu)成的子壁的壁的 實(shí)施方式的示意圖。圖10是本發(fā)明使用具有隔離小室的壁的實(shí)施方式的示意圖，所述隔離小室可以 減少因局部缺陷產(chǎn)生的泄漏。本發(fā)明和其優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述如上面所述，根據(jù)本發(fā)明的一些方面，本發(fā)明涉及通過(guò)激光密封對(duì)溫度敏感元件 如OLED進(jìn)行封裝，其中所產(chǎn)生的密封具有較寬的寬度(即，較大WSSi_·、)，以便提供強(qiáng)度 更高、使用壽命更長(zhǎng)的封裝。圖1是氣密密封的OLED顯示器件的截面?zhèn)纫暿疽鈭D，所述器件總地用附圖標(biāo)記10 表示，其包括第一基板12、燒結(jié)玻璃料圖案14、第二基板16、至少一個(gè)OLED元件18、以及至 少一個(gè)與所述OLED元件電接觸的電極20。通常，OLED元件18與陽(yáng)極電極和陰極電極電接觸。圖1中的電極20用來(lái)表示任一種電極。盡管為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖中僅僅顯示了單個(gè)OLED 元件，但是顯示器件10可以包括設(shè)置在其中的許多個(gè)OLED元件。常規(guī)的OLED元件18包括 一個(gè)或多個(gè)有機(jī)層(未示出)以及陽(yáng)極/陰極電極。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地 理解，任何已知的OLED元件18或者未來(lái)的OLED元件18均可用于顯示器件10中。另外， 應(yīng)當(dāng)理解，除了 OLED元件以外，可以將另一類型的薄膜器件容納在本發(fā)明的封裝內(nèi)。例如， 可以使用本發(fā)明制造薄膜傳感器、光生伏打電池等。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一基板12是使用熔融法制造的透明的玻璃薄板，例如康寧 有限公司(Corning Incorporated)的編號(hào)為 Code 1737、EAGLE2000 或 EAGLEXG 玻璃， 或者由日本電氣玻璃公司(Nippon Electric Glass Co. )、NHT科技公司(NHTechno)和三 星康寧精密玻璃公司(Samsung Corning Precision Glass Co.)制造的熔融玻璃?；蛘?， 第一基板12可以通過(guò)其它方法制造，例如旭硝子玻璃公司(Asahi Glass Co.)用來(lái)制造 0A10玻璃和0A21玻璃所用的浮法工藝。第二基板16可以使用與第一基板12相同的玻璃 制成，或者可以是不透明的基板。在將第一基板12密封至第二基板16之前，以預(yù)定的圖案將包含玻璃料的糊料沉 積于第一基板12的主表面上，通常是以一條線或多條相連接的線的形式施加在與第一基 板12的自由邊緣13相距約1毫米的位置，通常以閉合的框或壁的形式沉積。在本發(fā)明中， “壁”這個(gè)字用來(lái)表示在封裝的內(nèi)部與外部氛圍之間的壁壘。這樣，壁可以具有各種形狀，例 如，圓形、四方形、矩形、三角形等。如下面將討論的，在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，壁可由子 壁構(gòu)成(參見(jiàn)圖8-10)。較佳的是，在將含玻璃料的糊料沉積在第一基板12上之后，在將第一基板密封至 第二基板16之前，對(duì)所述含玻璃料的糊料進(jìn)行燒結(jié)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以例如對(duì)沉積的 糊料進(jìn)行加熱，使其接合于第一基板12，然后可以將該基板/加熱后糊料的組合置于加熱 爐中，對(duì)糊料進(jìn)行燒結(jié)(本領(lǐng)域中也稱為對(duì)糊料進(jìn)行"燒制"或"固結(jié)")，形成所需的燒 結(jié)玻璃料圖案14結(jié)合于第一基板12的組合件。或者，可以省去初始加熱步驟，直接將基板 /糊料圖案的組合置于加熱爐中進(jìn)行燒結(jié)。再或者，可以僅僅對(duì)糊料圖案以及周圍的基板進(jìn) 行燒結(jié)，而不是對(duì)整個(gè)玻璃板進(jìn)行燒結(jié)。所述局部加熱可以同時(shí)對(duì)整個(gè)糊料圖案進(jìn)行，或者 依次對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)選采用帶在初始加熱步驟的加熱爐加熱方案，這時(shí)因?yàn)?在初始加熱中，媒介物的有機(jī)組分燒掉了，例如有機(jī)粘合劑材料。當(dāng)然燒結(jié)溫度和時(shí)間取決 于糊料的組成，具體來(lái)說(shuō)是取決于糊料的玻璃顆粒的組成。在燒結(jié)的玻璃料圖案14形成之后，如果必需和必要，可以對(duì)其進(jìn)行研磨，使得沿 玻璃料線的高度變化不會(huì)超過(guò)大約2-4微米，通常目標(biāo)高度H為10微米至大約20微米，這 取決于器件10的應(yīng)用；但是更優(yōu)選高度H約為14-16微米。如果高度變化更大些，則當(dāng)將 玻璃板12和基板16結(jié)合起來(lái)的時(shí)候可能在燒結(jié)的玻璃料圖案和第二基板16之間形成的 間隙，就可能不會(huì)在激光密封過(guò)程中通過(guò)燒結(jié)玻璃料圖案14的熔融而閉合(見(jiàn)下文)，或者 所述間隙會(huì)引入應(yīng)力，會(huì)使得一個(gè)基板或兩個(gè)基板出現(xiàn)裂紋，特別是在冷卻過(guò)程中。如果玻 璃料高度H足夠厚，但是并非過(guò)厚，則可以從第一基板12的背面進(jìn)行激光密封。如果燒結(jié) 的玻璃料圖案14過(guò)薄，則沒(méi)有留下足夠的材料來(lái)吸收激光輻射，導(dǎo)致失敗。如果圖案過(guò)厚， 則其能夠在第一基板表面吸收足夠的能量使其熔化，但是會(huì)阻礙使燒結(jié)玻璃料熔化所必需 的能量到達(dá)基板16附近的玻璃料區(qū)域。這通常會(huì)導(dǎo)致第一基板和第二基板較差的或者質(zhì)量不均的結(jié)合。如果對(duì)燒結(jié)玻璃料圖案14進(jìn)行研磨，第一基板12和其接合的燒結(jié)玻璃料圖案14 的組合件可以通過(guò)一個(gè)溫和的超聲波清洗環(huán)境，以除去累積的所有碎屑。在清潔過(guò)程中，可 以保持低溫，以避免燒結(jié)的玻璃料圖案14發(fā)生退化。進(jìn)行清潔(如果實(shí)施了清潔)之后， 可以進(jìn)行最終加工步驟以除去殘余的水分。例如，可以將組合件放置在100°C真空烘箱中保 持6個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。從烘箱中取出之后，可以將該組合件放入無(wú)塵室箱中，以防止灰塵 和碎屑的累積。密封過(guò)程包括將第一基板12與燒結(jié)的玻璃料圖案14的組合件放置在基板16頂 上，而在基板16上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)OLED 18以及一個(gè)或多個(gè)電極20，使得燒結(jié)的玻璃料 圖案、所述一個(gè)或多個(gè)OLED以及電極都被夾在以玻璃料圖案的厚度分開的第一基板12和 第二基板16之間。在密封過(guò)程中，可以對(duì)第一基板12和第二基板16施加輕柔的壓力，保 持它們接觸。然后透過(guò)第一基板12將激光束射到玻璃料圖案14上。或者，如果基板16在密封 波長(zhǎng)下是透明的，可以透過(guò)基板16進(jìn)行密封，或者同時(shí)透過(guò)兩個(gè)基板進(jìn)行密封。在每種情 況下，所述一束或多束光束在燒結(jié)的玻璃料圖案上通過(guò)，局部加熱該圖案，使得燒結(jié)玻璃料 的玻璃組分熔化，形成氣密密封，將局部12與基板16連接并結(jié)合起來(lái)。由于存在燒結(jié)的玻 璃料密封14而在基板12和16之間存在的間隙，形成了 OLED元件18的氣密外套或封裝。 特別地，該封裝包括形成封裝的表面的兩個(gè)基板和形成封裝的壁的燒結(jié)玻璃料14。封裝的 氣密密封可以防止周圍環(huán)境中的氧氣和水分進(jìn)入OLED顯示器10中，從而保護(hù)OLED 18。在結(jié)合過(guò)程中使用的一股或多股激光束可以是散焦束，使例如燒結(jié)玻璃料圖案內(nèi) 的溫度梯度更和緩。應(yīng)當(dāng)注意，如果梯度過(guò)陡(聚焦過(guò)度)，OLED顯示器10可能會(huì)產(chǎn)生裂 紋，最終造成破壞。在熔化過(guò)程中，燒結(jié)的玻璃料圖案通常需要升溫階段和冷卻階段。另外， 在使用之前，所述第一基板12和燒結(jié)玻璃料圖案14的組合件優(yōu)選貯存在惰性氣氛中，以防 在熔融之前重新吸附O2和H20。關(guān)于通過(guò)使激光束通過(guò)燒結(jié)玻璃料圖案而形成氣密密封的封裝的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，可 以參見(jiàn)共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2006/0082298、2007/0128965、2007/0128966和 2007/0128967號(hào)，這些文獻(xiàn)的內(nèi)容全部參考結(jié)合入本文中。類似地，適合形成封裝的壁的燒結(jié)玻璃料的組成在以下文獻(xiàn)中描述，共同受讓的 美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2005/0001545號(hào)，標(biāo)題為“用玻璃料進(jìn)行氣密密封的玻璃封裝和制造 方法”，該申請(qǐng)是美國(guó)專利6，998，776的部分繼續(xù)申請(qǐng)，這兩個(gè)文獻(xiàn)通過(guò)參考結(jié)合于本文。目 前優(yōu)選用于燒結(jié)玻璃料的玻璃組分的玻璃包含以下組分22. 92摩爾％ Sb2O3，46. 10摩爾％ V2O5，0. 97 摩爾 % TiO2, 0. 97 摩爾 % Al2O3，2. 61 摩爾 % Fe2O3 和 26. 43 摩爾 P2O5 ；目前用于燒 結(jié)玻璃料作為填充顆粒的優(yōu)選陶瓷包含以下組分50摩爾％ SiO2, 25摩爾％ Al2O3和25摩 爾％ Li20。當(dāng)然，目前已知或以后開發(fā)的其它燒結(jié)玻璃料可用于實(shí)施本發(fā)明。如上所述，大尺寸顯示器，即對(duì)角線至少為14英寸的顯示器對(duì)現(xiàn)有密封OLED的方 法提出挑戰(zhàn)。較大顯示器具有較長(zhǎng)的密封長(zhǎng)度，這意味著有更多機(jī)會(huì)使水和氧透過(guò)該密封 提供的壁壘。重要的是，OLED顯示器的退化并不是在所有顯示區(qū)域都一致，而是主要靠近 泄漏位置。因此，OLED顯示器的退化速度與靠近泄漏位置的區(qū)域大致相同，這個(gè)區(qū)域就是 密封的周邊。較大OLED器件具有較大的密封周邊。特別地，對(duì)典型的顯示器長(zhǎng)寬比，顯示器面積與其周長(zhǎng)的比值與顯示器的尺寸成正比。降低水和氧滲透速率的一種方式是增大密封的寬度。概括地說(shuō)，對(duì)于由燒結(jié)玻璃 料構(gòu)成的密封，滲透速率與密封寬度成指數(shù)比例關(guān)系(scales exponentially).因此，假 設(shè)小型0LED，如用于移動(dòng)電話的0LED，使用0. 7-1. 0毫米的密封寬度，使用壽命在1_2年范 圍，則用最小5毫米的燒結(jié)玻璃料的器件的使用壽命將在約50年范圍。而且，較大密封寬 度也提高了器件的總體機(jī)械強(qiáng)度。提高燒結(jié)玻璃料密封的有效寬度的一種方式是使用由相互嵌套的多個(gè)子壁組成 的壁(參見(jiàn)，例如，8-10，其中，附圖標(biāo)記14表示壁，附圖標(biāo)記30表示燒結(jié)玻璃料的子壁)。 子壁的寬度可以例如在前面使用的0. 7-1. 0毫米范圍。存在多個(gè)子壁可同時(shí)提高氣密性和 強(qiáng)度。不幸的是，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，多個(gè)燒結(jié)玻璃料子壁本身就造成重大的密封問(wèn)題。具體 地，發(fā)現(xiàn)雖然子壁之一可以使用對(duì)小型OLED封裝采用的技術(shù)進(jìn)行激光密封，但是，當(dāng)在另 一個(gè)子壁上進(jìn)行激光密封時(shí)，激光產(chǎn)生的熱會(huì)破壞第一子壁的密封。特別是發(fā)現(xiàn)，可能是因 為熱膨脹，對(duì)第二子壁的密封使相鄰的第一子壁發(fā)生剝離。因此，就激光密封而言，發(fā)現(xiàn)嵌 套的一組燒結(jié)玻璃料子壁需要作為一個(gè)厚的壁處理，一次性地將待密封的所有子壁一起密 封。圖4是顯示本發(fā)明的各種幾何關(guān)系的示意圖。在該圖中，附圖標(biāo)記36表示溫度敏 感元件如0LED，附圖標(biāo)記14表示該溫度敏感元件的組合封裝的壁。壁14可以是1)單一的 燒結(jié)玻璃料(參見(jiàn)，例如圖1和圖7)，2)多個(gè)燒結(jié)玻璃料的子壁(參見(jiàn)，例如圖8和圖10， 其中，燒結(jié)玻璃料子壁用附圖標(biāo)記30表示)，或者3)燒結(jié)玻璃料子壁和由有機(jī)材料如環(huán)氧 樹脂構(gòu)成的子壁的組合(參見(jiàn)，例如圖9，其中，燒結(jié)玻璃料子壁用附圖標(biāo)記30表示，由有機(jī) 材料構(gòu)成的子壁用附圖標(biāo)記34表示)。在圖4中，壁14的總寬度由線段42表示，密封寬度由線段40表示，其中，密封寬 度是壁寬度中通過(guò)激光密封于第二基板的部分。如圖4所示，壁14不包括子壁。如果使用 子壁，總寬度就是最內(nèi)子壁的最內(nèi)邊緣與最外子壁的最外邊緣之間的距離，密封寬度是壁 上通過(guò)激光密封于第二基板的最內(nèi)位置和最外位置之間的距離。密封寬度40可等于總寬度42，或者如圖4所示，小于總寬度，留下未密封的部分 38。如圖4所示，密封寬度可以是均一的，或者可以沿壁的長(zhǎng)度變化。在任一情況下，密封 寬度由最小值WSSi_·、表征。對(duì)圖4所示的均一密封寬度情況，Wssi _■、等于線段40的長(zhǎng) 度；而一般情況，■、是在沿壁長(zhǎng)度的任何點(diǎn)處壁的密封部分的橫向最小寬度。圖4還顯示了溫度敏感元件36與壁14的空間關(guān)系。具體地，附圖標(biāo)記44顯示溫 度敏感元件邊緣與密封于第二基板的壁的部分的邊緣之間的最小距離L·、。如圖4所示， 溫度敏感元件與壁的密封部分之間的間距是恒定的，應(yīng)理解，根據(jù)壁的構(gòu)形和處在壁所限 定的封裝內(nèi)的溫度敏感元件的布局，上述間距在沿壁的不同位置處可以不同。對(duì)于間距發(fā) 生變化的情況，L·、是沿壁長(zhǎng)度的任何點(diǎn)處的最小間距。關(guān)于寬度在0. 7-1. 0毫米范圍的燒結(jié)玻璃料的激光密封，已發(fā)現(xiàn)一些合理的激光 功率與密封間距的組合。例如，發(fā)現(xiàn)均勻高斯強(qiáng)度分布的激光束是合適的，只要激光束的直 徑是燒結(jié)玻璃料寬度的1. 8倍。對(duì)于0. 7-1. 0毫米的燒結(jié)玻璃料，這種關(guān)系提供在燒結(jié)玻 璃料上的均勻溫度分布以及沿?zé)Y(jié)玻璃料的有效加熱/冷卻速率。(應(yīng)注意，在此使用的光束直徑(Ds)是采用IS011146標(biāo)準(zhǔn)的Ι/e2光束尺寸定義確定的。即，激光束的邊界定義為 光束強(qiáng)度下降至其峰值I 的Ι/e2處的位置。)對(duì)較大光束直徑和較大燒結(jié)玻璃料寬度，縱向方向上各點(diǎn)的加熱時(shí)間量明顯變 化。特別地，對(duì)于相同的線性加熱速率，較大的激光斑點(diǎn)尺寸需要較高的掃描速度。換另一 種角度看，以相同掃描速度對(duì)1. 8毫米光束尺寸和9毫米光束尺寸的密封意味著將線性加 熱速率有效降低5倍。這些考慮事項(xiàng)表明，5毫米的燒結(jié)玻璃料寬度需要9毫米的激光斑 點(diǎn)尺寸有明顯較高的功率和比對(duì)1毫米玻璃料用1. 8毫米激光斑點(diǎn)尺寸高約5倍的密封速 率。—般而言，密封的壁寬度的變化改變了對(duì)激光的功率、掃描速度，最重要的是對(duì)熱 控制的要求，因?yàn)榕c較薄的壁相比，供給封裝的熱量就高得多了。此外，光束形狀的變化也 會(huì)與降低密封過(guò)程對(duì)進(jìn)行封裝的溫度敏感元件的不利影響相關(guān)。—般而言，因?yàn)槿刍療Y(jié)玻璃料并形成與第二基板密封所需的溫度是相同的，與 功率和速度無(wú)關(guān)，因此速度和功率是關(guān)聯(lián)的。但是，速度較低就發(fā)生較大的熱擴(kuò)散，導(dǎo)致玻 璃中受熱區(qū)較寬，因此損害被封裝的溫度敏感元件的可能性增大。圖5A和5B顯示用不同光束尺寸和燒結(jié)玻璃料寬度進(jìn)行的確定激光功率和激光掃 描速度之間關(guān)系的試驗(yàn)和計(jì)算的結(jié)果。在圖5A中，橫軸是以毫米/秒為單位的掃描速度，縱 軸是加熱玻璃料至其熔化溫度所需的以瓦為單位的激光功率在圖5B中，橫軸是以毫米為 單位的燒結(jié)玻璃料寬度，縱軸是加熱玻璃料至其熔化溫度所需的以瓦為單位的激光功率。 在圖5B中，燒結(jié)玻璃料寬度大于5毫米和功率大于800瓦的繪圖值是根據(jù)對(duì)較小寬度和較 低功率獲得的測(cè)量值計(jì)算得出的。圖5B還包括水平線段22和垂直線段24。水平線段22代表根據(jù)目前市售激光器 功率的實(shí)際上限，即激光功率在3000-4000瓦范圍。雖然能夠買到這類高功率激光器，但是 這類激光器價(jià)格很高，因此，從成本效益出發(fā)，優(yōu)選功率小于或等于1000瓦的激光器。垂直 線段24顯示當(dāng)適用該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將用激光密封的燒結(jié)玻璃料的寬度優(yōu)選小于約7毫米。考慮到上述內(nèi)容，可以知道較大的燒結(jié)玻璃料寬度需要較高的激光功率和較快的 掃描速度。特別地，對(duì)較大燒結(jié)玻璃料寬度需要較快的掃描速度，以避免玻璃中的熱應(yīng)力， 以及對(duì)封裝內(nèi)的溫度敏感元件的損害。概括地說(shuō)，在激光密封期間，局部溫度與功率密度成線性比例，與速度成0. 5冪的 比例。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，直徑比燒結(jié)玻璃料寬度大至少1. 5倍(優(yōu)選至少1. 8倍)的高斯形光束 能夠產(chǎn)生高品質(zhì)的均勻密封，只要在燒結(jié)玻璃料的中心和邊緣達(dá)到的溫度足夠高，能夠熔 化燒結(jié)玻璃料的玻璃組分。對(duì)5毫米玻璃料，導(dǎo)致9毫米高斯光束。對(duì)于其他光束形狀，可 類似地確定光束的寬度。例如，使用光束成形設(shè)備，例如Newport折射光束成形器，目錄編號(hào)GBS-NIR-H (加 利福尼亞州歐文市新港口公司(Newport Corporation，Irvine，California))，可將高斯光 束轉(zhuǎn)換為平頂光束。對(duì)9毫米高斯光束和5毫米燒結(jié)的玻璃料，燒結(jié)玻璃料中心溫度與其 邊緣溫度的比值可按以下關(guān)系式估算τ邊緣/τ中心 ρ邊緣/P邊緣* (已中心/a邊緣)“15。對(duì)于以上的參數(shù)，高斯光束的Ia緣/T Φ心等于0.48，發(fā)現(xiàn)該比值能得到高品質(zhì)密 封。在平頂光束情況下，Ρ_=Ρ_。因此，光束直徑可以顯著減小，例如，a&、/aas可以約為1. 15。這表明對(duì)于圓形平頂光束而言，光束直徑只需要比燒結(jié)玻璃料寬度大1.05倍 (優(yōu)選1. 15-1. 2倍)。對(duì)于和高斯光束相同的功率密度，這能明顯節(jié)省功率。使用以下更為通用的關(guān)系式也可以得到上述關(guān)系式T邊緣/T中心 (P邊緣/P邊緣)(0束/&)0.5爾(08，0乜1!))，其中，如上所示，P是功率密度，Ds是光束直徑，a是在玻璃料邊緣光束直徑部分的 長(zhǎng)度，F(xiàn) (Dg, Df, h)是擴(kuò)散函數(shù)，其中Dg是玻璃基板的熱擴(kuò)散率，Df是燒結(jié)玻璃料的熱擴(kuò)散 率，h是玻璃料寬度。在直徑9毫米高斯光束和5毫米燒結(jié)玻璃料寬度的情況下，由上面關(guān) 系式可以得出對(duì)T邊緣的估算值為T中心的0. 6-0. 7。在平頂光束情況下，F(xiàn)(Df，Dg，h)和高斯光束情況大致相同。Ds/a必須約為2，表 明對(duì)平頂部光束的直徑可減小到Ds/h = 1. 05(優(yōu)選1. 15)，而不是對(duì)高斯光束而言的Ds /h = 1.5(優(yōu)選 1.8)。如上面所示，對(duì)于較寬的燒結(jié)玻璃料，需要較大光束直徑和相同的玻璃料曝光線 性速度表明需要使用較高功率密度和較快的平移速度?？色@得平移速度(掃描速度)和系 統(tǒng)中其他參數(shù)的關(guān)系如下。為了獲得良好密封同時(shí)又不產(chǎn)生過(guò)度的熱破壞，優(yōu)選滿足以下關(guān)系式K1*T 玻璃料(邊緣)< τ0.5 < Κ2*Τ 玻璃(χ)，其中，τ是曝光時(shí)間，Kl和Κ2是比例系數(shù)，該比例系數(shù)取決于激光功率密度和其 分布，Tssjgfi (邊緣)是燒結(jié)玻璃料在其邊緣達(dá)到熔化所需的溫度，Tsjg (χ)是玻璃基材在距 燒結(jié)玻璃料邊緣的X距離處低到足以不至損害封裝的溫度敏感元件時(shí)的溫度。如該關(guān)系式 中表示的，玻璃料被激光的曝光時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，能夠使玻璃料在其整個(gè)厚度上熔化，但又 應(yīng)足夠短，從而使距燒結(jié)玻璃料邊緣X距離的玻璃料不會(huì)太熱。典型的值是T玻璃料(邊緣)> 4501，11玻璃(1 = 0.2毫米)< 85°C (即，與室溫的 溫差ΔΤ等于65°C)。曝光時(shí)間與光束直徑簡(jiǎn)單相關(guān)，τ = D s/S，Ds是光束直徑，S是激 光束在燒結(jié)玻璃料上的掃描速度。為使15微米玻璃板在其整個(gè)高度上熔化，τ必須大于 約15毫秒(優(yōu)選，25毫秒，這相應(yīng)于對(duì)直徑2毫米的光束為75毫米/秒的掃描速度)。為 保持比例在x> 0.2毫米處足夠冷卻，τ必須小于180毫秒。該τ值給出對(duì)速度要求的 任何指定光束直徑的范圍。該范圍可應(yīng)用于各種系統(tǒng)，因?yàn)榈湫蜔Y(jié)玻璃料和典型玻璃基 板的熱擴(kuò)散率在相同量級(jí)，且預(yù)期玻璃料厚度例如15-20微米小于熱敏元件距燒結(jié)玻璃料 邊緣的距離(例如，200微米)。采用上述關(guān)系式，可以確定用9毫米光束直徑密封5毫米的玻璃料，速度必須低于 360毫米/秒，但必須大于50毫米/秒，而對(duì)于3毫米玻璃料必須用5. 4毫米光點(diǎn)尺寸，速 度范圍為216-30毫米/秒。掃描速度S和系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系可通過(guò)以下方式進(jìn)一步定量評(píng)價(jià)明確地在確 定速度時(shí)引入玻璃料的密封部分與溫度敏感元件之間的距離、元件的退化溫度和燒結(jié)玻璃 料的熔化溫度。這樣可獲得以下關(guān)系式S彡(11毫米/秒)· (D束/2毫米)· (0.2毫米/L最小)· (65°C/T退化)2，S彡(130毫米/秒)·(D束/2毫米)· (450°C /T玻璃料-格化)2。優(yōu)選范圍S彡(80毫米/秒)·(D束Λ毫米)·(450 V /T玻璃料-格化)2。
如圖5所示，較高速度需要較高的激光功率以達(dá)到在燒結(jié)玻璃料上的相同溫度。 在同樣光束斑點(diǎn)尺寸下，功率密度P和掃描速度S的關(guān)系如下P/⑶ α 5 =常數(shù)。由該關(guān)系式可以看到，速度增加4倍要求P增加2倍。如上可知，上述對(duì)S的關(guān)系式考慮到了被封裝的一個(gè)或多個(gè)元件如OLED的退化溫 度。為進(jìn)一步減少熱損害，在第一和第二基板使用散熱器是有益的。圖6示出這種散熱器 的例子，其中，板26可由鋁構(gòu)成，板24可由二氧化硅構(gòu)成。類似地，優(yōu)選掩蔽激光束，只使 加熱壁14所需的部分到達(dá)該封裝。參見(jiàn)圖7-10，這些示說(shuō)明封裝壁的各種結(jié)構(gòu)。這些圖中，附圖標(biāo)記28表示容 納在封裝中的一個(gè)或多個(gè)溫度敏感元件如0LED。圖7顯示使用單一厚壁提供熱密封的方式。圖8顯示另一種方式，其中壁的總體寬 度仍較大，但不是通過(guò)使用單個(gè)壁，而是用多個(gè)子壁如兩個(gè)子壁達(dá)到該厚度，如圖8所示。圖9顯示另一個(gè)方式，其中，由燒結(jié)玻璃料構(gòu)成的子壁與有機(jī)材料構(gòu)成的子壁組 合使用。有機(jī)材料優(yōu)選是環(huán)氧樹脂，但是在實(shí)施本發(fā)明的該方面時(shí)可以使用其他材料，例如 可UV固化的丙烯酸樹脂。由有機(jī)材料構(gòu)成的子壁優(yōu)選夾在由燒結(jié)玻璃料構(gòu)成的子壁之間， 如圖9所示，但是，在需要時(shí)可以使用其他排列，如由有機(jī)材料構(gòu)成的子壁可以是最內(nèi)子壁 或最外子壁。雖然在圖9示出使用了由有機(jī)材料構(gòu)成的單一子壁，但是需要時(shí)可以使用這 種類型的多個(gè)子壁。當(dāng)使用有機(jī)材料構(gòu)成的子壁時(shí)，應(yīng)掩蔽用于密封燒結(jié)玻璃料構(gòu)成的子 壁的激光束，使其不會(huì)投射到有機(jī)材料上。圖10示出的壁包括多個(gè)子壁30，排列形成隔離的小室32。這樣，氧和/或水分只 有打破小室的至少兩個(gè)子壁才能夠易于通過(guò)小室之一。除了圖10所示的一種構(gòu)形外還可 以使用其他構(gòu)形實(shí)施本發(fā)明的這一方面。例如，成角度的子壁可以90°與平行的子壁交叉， 因此沿壁長(zhǎng)度形成梯狀物或蜂窩體形結(jié)構(gòu)。除了單層隔離小室外，可以使用多層，為壁提供 更好的保護(hù)，防止發(fā)生局部破壞。此前面所述內(nèi)容可以知道，本發(fā)明各方面的優(yōu)選實(shí)施方式提供了如下許多益處 由于低的水分和氧滲透速率而使產(chǎn)品具有較長(zhǎng)壽命，因?yàn)閺?qiáng)度與密封的玻璃料寬度有關(guān)而 具有較高強(qiáng)度，和/或燒結(jié)玻璃料和有機(jī)材料密封的組合提供氣密壁壘和高機(jī)械強(qiáng)度。由本文揭示的內(nèi)容，不偏離本發(fā)明的精神和范圍下而做的各種其他修改對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員而言將是明顯的。僅舉一例，雖然以對(duì)基于大型OLED的顯示器使用的封裝的 密封方面描述了本發(fā)明，但是需要時(shí)本發(fā)明還可用于小型顯示器或者其他類型的溫度敏感 元件。下面的權(quán)利要求書的目的是覆蓋本文中提出的具體實(shí)施方式
以及這類修改、變化和 等同方案。
權(quán)利要求
一種封裝方法，其包括(A)提供第一基板、第二基板、將第一和第二基板隔開的壁、設(shè)置在第一和第二基板之間的至少一個(gè)溫度敏感元件，所述壁包含熔化溫度T玻璃料 熔化的燒結(jié)玻璃料，所述至少一個(gè)溫度敏感元件具有退化溫度T退化，所述壁與所述第一基板結(jié)合并與第二基板接觸；(B)將直徑D束的激光束投射在壁上；和(C)使激光束以速度S沿壁的長(zhǎng)度移動(dòng)，將壁寬度的至少一部分密封于第二基板；其中(i)在沿壁的任何位置處，所述至少一個(gè)溫度敏感元件的邊緣與密封于第二基板的壁的部分的邊緣之間的最小距離是L最?。?ii)在沿壁的任何位置處，密封于第二基板的壁的部分的最小寬度是W密封 最?。缓?iii)D束、L最小、W密封 最小、T玻璃料 熔化、T退化和S滿足以下關(guān)系式(a)W密封 最小≥2毫米，(b)D束＞W(wǎng)密封 最小，(c)S≥(11毫米/秒)·(D束/2毫米)·(0.2毫米/L最小)·(65℃/T退化)2，(d)S≤(130毫米/秒)·(D束/2毫米)·(450℃/T玻璃料 熔化)2。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于S彡(80毫米/秒)·(D束/2毫米)·(450°C/T玻璃料-格化)2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Wssi_■、彡7毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，3毫米彡■、彡6毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Wssi_■、約等于5毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壁包括多個(gè)嵌套子壁，每個(gè)子壁包含燒 結(jié)玻璃料。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述壁包含嵌套的子壁，所述子壁包含環(huán)氧 樹脂。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壁包括多個(gè)隔離的小室。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壁包括嵌埋在燒結(jié)玻璃料中的填充顆粒。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，5毫米/秒<S ( 100毫米/秒。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束是高斯光束，Ds/wssi_■、大于1. 5。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束是平頂光束，Ds/Wssi_■、大于 1. 05。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)溫度敏感元件是有機(jī)發(fā)光二極管。
14.一種封裝，其包括第一玻璃基板、第二玻璃基板、將第一和第二基板隔開的壁、對(duì) 氧和/或水分敏感并且通過(guò)壁氣密密封在第一和第二基板之間的至少一個(gè)元件，所述壁包 含熔化溫度的燒結(jié)玻璃料，所述至少一個(gè)元件具有退化溫度Tiaft,其中(i)所述壁的寬度的至少一部分通過(guò)激光密封于第二基板上； ( )在沿壁的任何位置處，密封于第二基板的壁的部分的最小寬度是Wssi _■、；和(iii)在沿壁的任何位置處，所述至少一個(gè)元件的邊緣與密封于第二基板的壁的部分 的邊緣之間的距離是L·、；和(iν) W密封-最小、L最小禾口 T玻璃料-恪化iii足以下關(guān)系式(a)W密封-最小>2(b)0.2毫米彡L最小<2.0毫米；和(c)T玻璃料-恪化> 6. 0 · T退化。
15.如權(quán)利要求15所述的封裝，其特征在于，所述至少一個(gè)溫度敏感元件是OLED基顯 示器，其對(duì)角線大于或等于14英寸。
16.一種封裝，其包括第一玻璃基板、第二玻璃基板、包含燒結(jié)的玻璃料并將第一和第 二基板隔開的壁、對(duì)氧和/或水分敏感并且通過(guò)壁氣密密封在被第一和第二基板之間的至 少一個(gè)元件，所述壁包含多個(gè)隔離的小室，各小室包含多個(gè)子壁，諸子壁的排列方式使氧和 /水分只有在至少兩個(gè)子壁破裂時(shí)才易于通過(guò)小室。
17.如權(quán)利要求16所述的封裝，其特征在于，所述元件是有機(jī)發(fā)光二極管。
18.一種封裝，包括第一玻璃基板、第二玻璃基板、將第一和第二基板隔開的壁、對(duì)氧和 /或水分敏感并且通過(guò)壁氣密密封在第一和第二基板之間的至少一個(gè)元件，所述壁包括多 個(gè)子壁，所述子壁包括兩個(gè)由燒結(jié)玻璃料構(gòu)成的子壁和以下特性的子壁(i)包含有機(jī)材 料，和(ii)位于包含燒結(jié)玻璃料的兩個(gè)子壁之間。
19.如權(quán)利要求18所述的封裝，其特征在于，所述有機(jī)材料是環(huán)氧樹脂。
20.如權(quán)利要求18所述的封裝，其特征在于，所述元件是有機(jī)發(fā)光二極管。
全文摘要
文檔編號(hào)H01L51/52GK101952991SQ20088012602
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者Stephan L Logunov, John D Lorey, Vitor M Schneider 申請(qǐng)人:Corning Inc