CN102403466B - 一种用于光电器件封装的激光键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光电器件封装的激光键合方法。本发明激光键合方法包括使待焊接元件的精确对位和固定，向待焊接元件施加初始夹持力，使待焊接元件与玻璃密封料紧密键合，在键合过程当中，将采用分光方法得到的双光束激光移动加热玻璃料，前束激光对玻璃密封料预热，后束激光熔化玻璃密封料，在玻璃基板平面上形成一层密封体，提供气密式密封。本发明显著地减少玻璃料冷却后的残余应力分布状态，对提高封装质量和光电器件的使用寿命具有显著的效果。这种玻璃封装体的一些例子是有机发光二极管（OLED）显示器及其他光学器件。本发明以OLED器件为例进行阐述。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光电器件封装的激光键合方法，适合用于有机发光二极管（OLED）显示器、太阳能电池及其它光电器件的封装，属于光电器件封装工艺和设备技术领域。
背景技术
传统的OLED器件封装技术包括：采用无机填料和/或有机填料的环氧树脂封装和金属键合。环氧树脂封装虽然能提供有效的机械强度，但是价格昂贵限制了其使用，并且不能完全保护玻璃密封体。金属键合则由于金属和玻璃CTE的差异比较大，不能在较大的温度范围内持久使用。目前，采用激光键合玻璃密封料方法运用到了OLED器件密封体上，由于其采用激光束移动加热玻璃密封料先后熔化形成气密式封装，温度场随着热源移动而不断变化，瞬间高温带来的热应力容易产生玻璃基板裂纹，影响玻璃密封料的机械强度。
将OLED器件中的有机发光层和电极与周围环境通过气密式密封的方式分隔开，可显著的延长该器件的寿命。对OLED器件气密式密封的具体要求如下：
1. 气密式密封应提供针对氧（10-3厘米3/米2/天）和水（10-6克/米2/天）的阻挡层。
2. 气密式密封材料层的宽度应尽可能达到最小（如，<2mm），从而使其不会对发光显示器的尺寸造成不利的影响。
3. 密封过程中产生的温度应该尽可能低，不应破坏OLED器件的材料，例如电极和有机层。在密封过程中，OLED器件中距密封体约1-2毫米处的OLED的第一像素不应被加热到高于100°C的温度。
4. 密封过程中释放的气体应该与OLED器件中的材料相容。
5. 气密式密封应能使电连接部件（如薄膜电极）能够进入发光显示器中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的缺点与不足，由于加热玻璃料的激光束快速移动，玻璃料吸收激光能量并迅速从室温上升到熔融温度后又迅速冷却到室温，本发明将在玻璃料激光加热之前提供一定的预热，降低温升幅度，减少瞬间高温对玻璃基板裂纹的产生，从而提高光电器件封装的强度。
为解决上述技术问题，本发明的构思是：
在键合过程当中，将采用分光方法得到的双光束激光移动加热玻璃料。前后激光移动，前束激光单位面积功率低于后束激光，提供预热作用。玻璃料经后束激光作用熔化形成气密式封装，在玻璃基板平面上形成一层密封体，提供气密式密封。
为实现发明构思，本发明采用下述技术方案：
本发明一种用于光电器件封装的激光键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 利用夹具将预烧结有玻璃密封料的玻璃盖板和沉积有光电器件的玻璃基板进行精确对位和固定；所述玻璃密封料通过丝网印刷沉积在玻璃盖板的边缘内部，并构成玻璃封条；玻璃封条的宽度小于激光光斑直径，玻璃封条的厚度高于光电器件的高度；所述光电器件位于玻璃封条的内部；
b. 向步骤a中的玻璃盖板和玻璃基板施加初始压力，使玻璃盖板和玻璃基板能与玻璃封条键合紧密；
c．激光束经过平面全反射镜片和反射分光后，再经过聚焦镜和聚焦，形成的两束激光束和分别射出在玻璃封条上；激光移动方向为箭头所示，激光束所形成的光斑大于激光束的光斑，玻璃料经能量密度低的激光束的作用预热，经能量密度高的激光束的作用键合；
d.所述的玻璃封条、玻璃盖板和玻璃基板共同形成玻璃密封体，步骤c中所述的玻璃料在两束不同能量密度的激光束作用下熔融，冷却后固化形成玻璃封条的密封边界，将光电器件封装于内部。
在步骤d中，所述的不同能量密度的激光束是通过聚焦镜和的曲率差异实现的，曲率大的聚焦镜和曲率小的聚焦镜分别对激光束聚焦，激光束射出面积小而功率密度大的光斑，激光束射出面积大而功率密度低的光斑。
在步骤c中，所述的激光移动方向为能量密度低的激光束在前，能量密度高的激光束在后， 实现对玻璃料键合的预热。
预热发生时所需温度不应高于玻璃密封料的材料转化温度，激光束的键合作用发生时所需温度应高于玻璃密封料的材料转换温度，并高于玻璃盖板和玻璃基板的材料转化温度。
附图说明
图1 采用本发明激光键合方法的光电器件封装流程图。
图2 采用本发明封装光电器件的激光键合示意图。
图3是本发明实现的光电器件的电连接部件部位键合结构的局部截面侧视图。
具体实施方式
结合附图，对本发明的优选实施例详述如下。
实施例参见图1～图3，本发明用于光电器件封装的激光键合方法包括如下步骤：
a. 利用夹具将预烧结有玻璃密封料的玻璃盖板12和沉积有光电器件9的玻璃基板11进行精确对位和固定；所述玻璃密封料通过丝网印刷沉积在玻璃盖板11的边缘内部，并构成玻璃封条8，玻璃盖板12和玻璃基板11在激光能量作用下分别与玻璃封条8形成直接接触的键合作用表面区域13；所述光电器件9位于玻璃封条8的内部；
b. 向步骤a中的玻璃盖板12和玻璃基板11施加初始压力，使玻璃盖板12和玻璃基板11能与玻璃封条8键合紧密；
c. 激光束1经过平面全反射镜片3和4反射分光后，再经过聚焦镜2和5聚焦，形成的两束激光束6和7分别射出在玻璃封条8上；激光移动方向为箭头14所示，激光束6所形成的光斑大于激光束7的光斑，玻璃料经能量密度低的激光束6的作用预热，经能量密度高的激光束7的作用键合；
d. 玻璃封条8、玻璃盖板12和玻璃基板11共同形成玻璃密封体，步骤c中的玻璃料在两束不能能量密度的激光束作用下熔融，冷却后固化形成玻璃封条的密封边界，将光电器件9封装于内部。
在本发明中，不同能量密度的激光束是通过聚焦镜2和5的曲率差异实现的，曲率大的聚焦镜2和曲率小的聚焦镜5分别对激光束7和6聚焦，激光束7射出面积小而功率密度大的光斑，激光束6射出面积大而功率密度低的光斑。在步骤c中，玻璃料要经过激光束6的预热，该键合作用发生时所需温度不应高于玻璃密封料的材料转化温度，为使玻璃料温度上升的幅度更加均匀，该键合温度可控制为玻璃密封料转化温度的一半；玻璃料在激光束6的预热后，经过激光束7的键合作用，该键合作用发生时所需温度应高于玻璃密封料的材料转换温度，并高于玻璃盖板12和玻璃基板11的材料转化温度，则玻璃盖板12和玻璃基板11分别与玻璃料发生微量熔融，最后冷却形成玻璃密封体。该工艺中，玻璃料预热温度的增加降低温度上升速率，显著减少玻璃料冷却后的应力集中或残余应力的产生，对提高封装质量和光电器件的使用寿命具有显著的效果。
参见图3，玻璃料通过丝网印刷沉积在靠近玻璃盖板12外缘的四周并形成玻璃封条8，玻璃封条8的宽度小于激光光斑直径，玻璃封条的厚度高于光电器件的高度；光电器件9（如OLED）沉积在玻璃基板11上，其外边缘连接电连接部件10，电连接部件10紧密贴合在玻璃基板11上，并在激光作用下与玻璃料键合。
本发明运用于OLED器件的封装具有显著优势，达到OLED器件封装中对水汽和氧的阻挡要求，并提高键合强度。
Claims (3)
1.一种用于光电器件封装的激光键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
a．利用夹具将预烧结有玻璃密封料的玻璃盖板（12）和沉积有光电器件（9）的玻璃基板（11）进行精确对位和固定；所述玻璃密封料通过丝网印刷沉积在玻璃盖板（11）的边缘内部，并构成玻璃封条（8）；玻璃封条（8）的宽度小于激光光斑直径，玻璃封条的厚度高于光电器件（9）的高度；所述光电器件（9）位于玻璃封条（8）的内部；
b．向步骤a中的玻璃盖板（12）和玻璃基板（11）施加初始压力，使玻璃盖板（12）和玻璃基板（11）能与玻璃封条（8）键合紧密；
c．激光束（1）经过平面全反射镜片（3）和（4）反射分光后，再经过聚焦镜（2）和（5）聚焦，形成的两束激光束（6）和（7）分别射出在玻璃封条（8）上；激光束（6）所形成的光斑大于激光束（7）的光斑，激光移动方向为能量密度低的激光束在前，能量密度高的激光束在后，玻璃料经能量密度低的激光束（6）的作用预热，经能量密度高的激光束（7）的作用键合；
d．所述的玻璃封条（8）、玻璃盖板（12）和玻璃基板（11）共同形成玻璃密封体，步骤c中所述的玻璃料在两束不同能量密度的激光束作用下熔融，冷却后固化形成玻璃封条的密封边界，将光电器件（9）封装于内部。
2.根据权利要求1所述的用于光电器件封装的激光键合方法，其特征在于：在步骤d中，所述的不同能量密度的激光束是通过聚焦镜（2）和（5）的曲率差异实现的，曲率大的聚焦镜（2）和曲率小的聚焦镜（5）分别对激光束（7）和（6）聚焦，激光束（7）射出面积小而功率密度大的光斑，激光束（6）射出面积大而功率密度低的光斑。
3.根据权利要求1所述的用于光电器件封装的激光键合方法，其特征在于：预热发生时所需温度不应高于玻璃密封料的材料转化温度，激光束（7）的键合作用发生时所需温度应高于玻璃密封料的材料转换温度，并高于玻璃盖板（12）和玻璃基板（11）的材料转化温度。
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