專利名稱：一種用于光電器件封裝的激光鍵合方法
技術領域：
本發明涉及一種用于光電器件封裝的激光鍵合方法，適合用于有機發光二極管 (OLED)顯示器、太陽能電池及其它光電器件的封裝，屬于光電器件封裝工藝和設備技術領域。
背景技術：
傳統的OLED器件封裝技術包括采用無機填料和/或有機填料的環氧樹脂封裝和金屬鍵合。環氧樹脂封裝雖然能提供有效的機械強度，但是價格昂貴限制了其使用，并且不能完全保護玻璃密封體。金屬鍵合則由于金屬和玻璃CTE的差異比較大，不能在較大的溫度范圍內持久使用。目前，采用激光鍵合玻璃密封料方法運用到了 OLED器件密封體上，由于其采用激光束移動加熱玻璃密封料先后熔化形成氣密式封裝，溫度場隨著熱源移動而不斷變化，瞬間高溫帶來的熱應力容易產生玻璃基板裂紋，影響玻璃密封料的機械強度。將OLED器件中的有機發光層和電極與周圍環境通過氣密式密封的方式分隔開， 可顯著的延長該器件的壽命。對OLED器件氣密式密封的具體要求如下
ι.氣密式密封應提供針對氧(IO-3厘米7米7天)和水(IO-6克/米7天)的阻擋層。2.氣密式密封材料層的寬度應盡可能達到最小(如，<2mm)，從而使其不會對發光顯示器的尺寸造成不利的影響。3.密封過程中產生的溫度應該盡可能低，不應破壞OLED器件的材料，例如電極和有機層。在密封過程中，OLED器件中距密封體約1-2毫米處的OLED的第一像素不應被加熱到高于100° C的溫度。4.密封過程中釋放的氣體應該與OLED器件中的材料相容。5.氣密式密封應能使電連接部件(如薄膜電極)能夠進入發光顯示器中。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中的缺點與不足，由于加熱玻璃料的激光束快速移動，玻璃料吸收激光能量并迅速從室溫上升到熔融溫度后又迅速冷卻到室溫，本發明將在玻璃料激光加熱之前提供一定的預熱，降低溫升幅度，減少瞬間高溫對玻璃基板裂紋的產生，從而提高光電器件封裝的強度。為解決上述技術問題，本發明的構思是
在鍵合過程當中，將采用分光方法得到的雙光束激光移動加熱玻璃料。前后激光移動， 前束激光單位面積功率低于后束激光，提供預熱作用。玻璃料經后束激光作用熔化形成氣密式封裝，在玻璃基板平面上形成一層密封體，提供氣密式密封。為實現發明構思，本發明采用下述技術方案
本發明一種用于光電器件封裝的激光鍵合方法，其特征在于，包括如下步驟 a.利用夾具將預燒結有玻璃密封料的玻璃蓋板和沉積有光電器件的玻璃基板進行精確對位和固定；所述玻璃密封料通過絲網印刷沉積在玻璃蓋板的邊緣內部，并構成玻璃封條；玻璃封條的寬度小于激光光斑直徑，玻璃封條的厚度高于光電器件的高度；所述光電器件位于玻璃封條的內部；
b.向步驟a中的玻璃蓋板和玻璃基板施加初始壓力，使玻璃蓋板和玻璃基板能與玻璃封條鍵合緊密；
c.激光束經過平面全反射鏡片和反射分光后，再經過聚焦鏡和聚焦，形成的兩束激光束和分別射出在玻璃封條上；激光移動方向為箭頭所示，激光束所形成的光斑大于激光束的光斑，玻璃料經能量密度低的激光束的作用預熱，經能量密度高的激光束的作用鍵合；
d.所述的玻璃封條、玻璃蓋板和玻璃基板共同形成玻璃密封體，步驟c中所述的玻璃料在兩束不同能量密度的激光束作用下熔融，冷卻后固化形成玻璃封條的密封邊界，將光電器件封裝于內部。在步驟d中，所述的不同能量密度的激光束是通過聚焦鏡和的曲率差異實現的， 曲率大的聚焦鏡和曲率小的聚焦鏡分別對激光束聚焦，激光束射出面積小而功率密度大的光斑，激光束射出面積大而功率密度低的光斑。在步驟c中，所述的激光移動方向為能量密度低的激光束在前，能量密度高的激光束在后，實現對玻璃料鍵合的預熱。預熱發生時所需溫度不應高于玻璃密封料的材料轉化溫度，激光束的鍵合作用發生時所需溫度應高于玻璃密封料的材料轉換溫度，并高于玻璃蓋板和玻璃基板的材料轉化溫度。
圖1采用本發明激光鍵合方法的光電器件封裝流程圖。圖2采用本發明封裝光電器件的激光鍵合示意圖。圖3是本發明實現的光電器件的電連接部件部位鍵合結構的局部截面側視圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下。實施例參見圖1 圖3，本發明用于光電器件封裝的激光鍵合方法包括如下步驟
a.利用夾具將預燒結有玻璃密封料的玻璃蓋板12和沉積有光電器件9的玻璃基板11 進行精確對位和固定；所述玻璃密封料通過絲網印刷沉積在玻璃蓋板11的邊緣內部，并構成玻璃封條8，玻璃蓋板12和玻璃基板11在激光能量作用下分別與玻璃封條8形成直接接觸的鍵合作用表面區域13 ；所述光電器件9位于玻璃封條8的內部；
b.向步驟a中的玻璃蓋板12和玻璃基板11施加初始壓力，使玻璃蓋板12和玻璃基板11能與玻璃封條8鍵合緊密；
c.激光束1經過平面全反射鏡片3和4反射分光后，再經過聚焦鏡2和5聚焦，形成的兩束激光束6和7分別射出在玻璃封條8上；激光移動方向為箭頭14所示，激光束6所形成的光斑大于激光束7的光斑，玻璃料經能量密度低的激光束6的作用預熱，經能量密度高的激光束7的作用鍵合；
d.玻璃封條8、玻璃蓋板12和玻璃基板11共同形成玻璃密封體，步驟c中的玻璃料在兩束不能能量密度的激光束作用下熔融，冷卻后固化形成玻璃封條的密封邊界，將光電器件9封裝于內部。在本發明中，不同能量密度的激光束是通過聚焦鏡2和5的曲率差異實現的，曲率大的聚焦鏡2和曲率小的聚焦鏡5分別對激光束7和6聚焦，激光束7射出面積小而功率密度大的光斑，激光束6射出面積大而功率密度低的光斑。在步驟c中，玻璃料要經過激光束 6的預熱，該鍵合作用發生時所需溫度不應高于玻璃密封料的材料轉化溫度，為使玻璃料溫度上升的幅度更加均勻，該鍵合溫度可控制為玻璃密封料轉化溫度的一半；玻璃料在激光束6的預熱后，經過激光束7的鍵合作用，該鍵合作用發生時所需溫度應高于玻璃密封料的材料轉換溫度，并高于玻璃蓋板12和玻璃基板11的材料轉化溫度，則玻璃蓋板12和玻璃基板11分別與玻璃料發生微量熔融，最后冷卻形成玻璃密封體。該工藝中，玻璃料預熱溫度的增加降低溫度上升速率，顯著減少玻璃料冷卻后的應力集中或殘余應力的產生，對提高封裝質量和光電器件的使用壽命具有顯著的效果。參見圖3，玻璃料通過絲網印刷沉積在靠近玻璃蓋板12外緣的四周并形成玻璃封條8，玻璃封條8的寬度小于激光光斑直徑，玻璃封條的厚度高于光電器件的高度；光電器件9 (如0LED)沉積在玻璃基板11上，其外邊緣連接電連接部件10，電連接部件10緊密貼合在玻璃基板11上，并在激光作用下與玻璃料鍵合。本發明運用于OLED器件的封裝具有顯著優勢，達到OLED器件封裝中對水汽和氧的阻擋要求，并提高鍵合強度。
權利要求
1.一種用于光電器件封裝的激光鍵合方法，其特征在于，包括如下步驟a.利用夾具將預燒結有玻璃密封料的玻璃蓋板(12)和沉積有光電器件(9)的玻璃基板(11)進行精確對位和固定；所述玻璃密封料通過絲網印刷沉積在玻璃蓋板(11)的邊緣內部，并構成玻璃封條(8);玻璃封條(8)的寬度小于激光光斑直徑，玻璃封條的厚度高于光電器件(9)的高度；所述光電器件(9)位于玻璃封條(8)的內部；b.向步驟a中的玻璃蓋板(12)和玻璃基板(11)施加初始壓力，使玻璃蓋板(12 )和玻璃基板(11)能與玻璃封條(8 )鍵合緊密；c.激光束(1)經過平面全反射鏡片(3)和(4 )反射分光后，再經過聚焦鏡(2 )和(5 )聚焦，形成的兩束激光束(6)和(7)分別射出在玻璃封條(8)上；激光移動方向為箭頭(14)所示，激光束(6)所形成的光斑大于激光束(7)的光斑，玻璃料經能量密度低的激光束(6)的作用預熱，經能量密度高的激光束(7)的作用鍵合；d.所述的玻璃封條(8)、玻璃蓋板(12)和玻璃基板(11)共同形成玻璃密封體，步驟c 中所述的玻璃料在兩束不同能量密度的激光束作用下熔融，冷卻后固化形成玻璃封條的密封邊界，將光電器件(9 )封裝于內部。
2.根據權利要求1所述的用于光電器件封裝的激光鍵合方法，其特征在于 在步驟d中，所述的不同能量密度的激光束是通過聚焦鏡(2)和(5)的曲率差異實現的，曲率大的聚焦鏡(2)和曲率小的聚焦鏡(5)分別對激光束(7)和(6)聚焦，激光束(7)射出面積小而功率密度大的光斑，激光束(6)射出面積大而功率密度低的光斑。
3.根據權利要求1所述的用于光電器件封裝的激光鍵合方法，其特征在于 在步驟c中，所述的激光移動方向為能量密度低的激光束在前，能量密度高的激光束在后，實現對玻璃料鍵合的預熱。
4.根據權利要求3所述的用于光電器件封裝的激光鍵合方法，其特征在于預熱發生時所需溫度不應高于玻璃密封料的材料轉化溫度，激光束(7)的鍵合作用發生時所需溫度應高于玻璃密封料的材料轉換溫度，并高于玻璃蓋板(12)和玻璃基板(11)的材料轉化溫度。
全文摘要
本發明公開了一種用于光電器件封裝的激光鍵合方法。本發明激光鍵合方法包括使待焊接元件的精確對位和固定，向待焊接元件施加初始夾持力，使待焊接元件與玻璃密封料緊密鍵合，在鍵合過程當中，將采用分光方法得到的雙光束激光移動加熱玻璃料，前束激光對玻璃密封料預熱，后束激光熔化玻璃密封料，在玻璃基板平面上形成一層密封體，提供氣密式密封。本發明顯著地減少玻璃料冷卻后的殘余應力分布狀態，對提高封裝質量和光電器件的使用壽命具有顯著的效果。這種玻璃封裝體的一些例子是有機發光二極管(OLED)顯示器及其他光學器件。本發明以OLED器件為例進行闡述。
文檔編號H01L51/56GK102403466SQ20111036679
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者張建華, 李懋瑜, 賴禹能, 陳遵淼, 黃元昊 申請人:上海大學