CN115135595A

CN115135595A - 密封的玻璃封装件

Info

Publication number: CN115135595A
Application number: CN202180015597.5A
Authority: CN
Inventors: J·U·托马斯; T·达姆; T·泽特尔
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-09-30
Also published as: JP2023513958A; DE102020104613A1; EP4107119A1; AU2021223713A1; WO2021165478A1; US20220406672A1

Abstract

提出了一种用于针对环境封闭功能区的封装件，封装件包括基底基板和覆盖基板，其中基底基板和覆盖基板一起形成了封装件的至少一部分或封装件，还包括至少一个布置在封装件中的功能区以及用于减少环境和功能区之间的渗透的阻挡部件。封装件可以包括至少一条激光接合线，并且通过至少一条激光接合线封装件的基板可以彼此密封地接合，并且其中激光接合线具有垂直于其连接平面的高度(HL)。

Description

密封的玻璃封装件

技术领域

本发明尤其涉及一种多层的玻璃封装件以及一种用于提供这种玻璃封装件的方法。

背景技术

封装件，其尤其可以是密封的，可以例如用于保护如敏感性电子器件、电路、光学和光电组件(例如OLED)以及传感器。医疗植入物例如可以用在心脏区域中、视网膜中或用于生物处理器。已知并且使用由钛制成的生物处理器。另一方面，药物或其他物品也可以尤其密封地封装在封装件中。当植入体内时，这些植入物然后可以在较长时间段内以精确剂量的量递送药物。

通过根据本发明的封装件可以针对特别不利的环境条件保护传感器。该领域还包括例如MEMS(微机电系统)、气压计、血气传感器、葡萄糖传感器等。应用根据本发明的封装件的另一领域也可以在智能手机的外壳中、在虚拟现实眼镜和相似设备的领域中找到。例如在电动汽车的背景下，根据本发明的封装件也可以用于生产液流电池。然而，根据本发明的封装件也可以应用于航空航天飞行、高温应用和微光学元件领域。

上述应用目的的共同之处在于，不利的使用条件普遍存在，并且因此就组件的耐用性提出了很高的要求，如果它们在没有保护的情况下暴露于这样的环境。为了能够使用这些预期不能承受这种外部影响的组件，可以采用封装件来保护这些组件免受这种不利的环境影响。

此外，可能需要确保例如借助尤其是在可见光范围和/或微波辐射范围的电磁辐射与封装件的内部、即例如由封装件限定的空腔的内部交换，因此封装件对于某些波长范围应该是至少部分地、即至少局部地和/或至少透明的。这种透明性允许通信过程、数据或能量传输、对布置在空腔中的电子器件或传感器的测量以及通过其进行测量。特别地，可以实现光通信过程或光数据和能量传输。

原则上已知将多个部件接合并且将这些部件布置成使得在中间空间中产生容纳区域，在容纳区域中可以容纳组件。例如，EP 3 012 059B1公开了一种用于生产用于保护光学组件的透明件的方法，其通过引用并入本文。为此使用了一种新的激光工艺。

在根据本发明的封装件的当前进一步发展的背景下，用于形成封装件的材料表现出非零渗透性已经成为问题。因此，封闭在空腔中的气体或液体会逸出到封装件的外部，或者来自环境的这种物质或流体会渗入封装件中。例如，这可能是由浓度梯度、即渗透压增加或压力差导致的。封装件材料的防渗透性越强，相应的物质或流体穿过封装件的材料所需的渗透时间就越长。

虽然玻璃的预期时间常数为数年，但这对于使用寿命长的产品、例如植入物或医疗包装尤其重要。

例如，作为用于计算给定的材料、几何形状和环境条件的时间常数的量度是一定时间后空腔中最初纯的气体中杂质的浓度。例如，在简单电子器件的情况下，在密封的壳体中可能是低于5000ppm的值。这尤其可以是水蒸气。可以为其他应用和气体或流体限定要遵守的其他限制。

在选择用于封装件的材料时，成本、强度、CTE、成形性和对包封物的惰性等因素最初是最重要的。由于已经由申请人发现的优良材料逐渐用于其它应用领域、例如用于长效植入物，因此本发明的任务是提供一种改进的封装件，其不会显著影响上述重要的因素。

发明内容

因此，本发明涉及改进的封装件并且尤其是使它们更耐用。换句话说，因此本发明涉及提供一种改进的封装件，并且已经发现了实现这一点的方法，尤其是以改进封装件材料的渗透。

根据本发明的用于针对环境封闭功能区的封装件包括基底基板和覆盖基板，其中基底基板与覆盖基板一起形成包封件或封装件的至少一部分。此外，至少一个由封装件封闭的功能区布置在封装件中。功能区尤其由封装件密封。

根据本发明的封装件还包括阻挡部件，以减少环境和功能区之间的渗透。在一示例中，这种阻挡部件包括设置在功能区周围的阻挡层。

根据本发明的封装件可以通过已建立的新的接合方法密封。优选地，使用由肖特公司开发的激光接合工艺密封封装件。替代地，取决于应用要求，也可以使用其他方法用于玻璃与玻璃连接。这些方法是例如：阳极键合、玻璃焊料粘合或借助CO₂激光的熔合。下面以激光接合作为应用示例的代表。

封装件还可以具有至少一条激光接合线，使得封装件的基板通过至少一条激光接合线以密封的方式彼此接合。在此，每条激光接合线具有垂直于其连接平面的高度HL。优选地，激光接合线通过高度HL延伸到布置在激光接合线上方的基板的材料中。在相对侧，激光接合线延伸到布置在激光接合线下方的基板的材料中。换句话说，激光接合线延伸到待彼此接合或通过激光接合线彼此接合的两个基板中。

例如，覆盖基板熔接至基底基板。

换句话说，在接合步骤期间或在激光接合线中，一基板的材料熔化并与另一基板的材料混合，以在一基板和另一基板之间产生牢固且不可分开的密封结合。在另一示例中，至少一中间基板布置在基底基板和覆盖基板之间，其中在该示例中，基底基板在第一连接平面中通过至少一条第一激光接合线接合到中间基板，而覆盖基板在第二连接平面中通过至少一条第二激光接合线接合到中间基板。

因此，根据本发明的封装件还可以包括例如直接布置在空腔周围的阻挡部件，以减少封装件的渗透，使得布置在空腔中的组件或药物或容纳物可以实现甚至更长的寿命。

封装件优选地包括布置在基底基板和覆盖基板之间的中间基板；在这种情况下封装件具有三层，它们一层层地布置并且彼此接合或将彼此接合。封装件的功能区可以包括至少一空腔和/或至少一功能层。换句话说，可以在封装件中形成空腔，在空腔中可以布置容纳物，使得它们由封装件容纳和保护。替代地或附加地，功能区可以包括至少一功能层、例如电活性层或光阻层等，例如由适当的辐射照射时产生电的层、即光伏层。

封装件的阻挡部件优选地包括阻挡层。阻挡层可以至少部分地包围功能区。例如，如果第一基板与第二基板具有不同的材料，则仅针对两个基板中的一个保护或阻挡空腔或功能区可能就足够了。阻挡层可以包括涂层，换句话说，阻挡层可以以涂层的形式例如通过气相沉积施加到至少一个基板，使得阻挡层赋予该基板降低的渗透性。

因此，阻挡层尤其布置在基底基板和/或覆盖基板和/或中间基板中的至少一个上。此外，阻挡层优选地布置在面向功能区的内侧上。

阻挡层可以直接包围功能区，即阻挡层无论如何形成功能区或空腔的周围内表面的一部分。阻挡层可以例如朝至少一个基板包围功能区包围功能区或者可以在所有侧面上完全包围功能区。

封装件的基底基板优选地由具有低渗透性的材料制成。覆盖基板可以包括具有比基底基板更高的渗透性的材料。这可以代表封装件的结构的典型情况，其中在基底基板中引入或装入空腔，并且通过放上或放置覆盖基板来封闭空腔。放上或放置的覆盖基板可以是不同的材料，其尤其具有与基底基板不同的光学特性。例如，通常规定借助激光从基板的叠层(即堆叠布置的晶片，其稍后将形成封装件)上方照射产生激光接合线，以将激光接合线引入封装件。因此，激光必须能够穿过覆盖基板，但激光不必能够穿过基底基板。

因此，覆盖基板可以使用与基底基板不同的材料，其可以具有基底基板不具有的特性，反之亦然。在这样的布置中，仅覆盖基板可能需要通过阻挡部件来改善渗透性。

用于基板的材料可以例如是优选地生物相容的材料或具有良好的耐化学性的氧化物材料。因此，基板，即覆盖基板、中间基板和/或基底基板，可以包括硅基氧化物和/或氮化物、优选地SiO₂和/或Si₃N₄和/或铝基氧化物和/或氮化物、优选地Al₂O₃和/或AlN。因此，除玻璃外，还优选的是由Al₂O₃、结晶的氧化物或多晶硅制成的多晶晶片。这种材料已经具有高的阻挡功能。例如，覆盖基板可以包括至少一种上述材料，其中基底基板包括不同的基板材料或基本上由不同的基板材料制成。在这种情况下，通过阻挡部件就渗透性而言另外地改善基底基板是有意义的。

为此目的，阻挡部件也可以是例如优选地生物相容的材料或材料混合物或者具有良好的耐化学性的氧化物材料。例如，阻挡部件可以包括硅基氧化物和/或氮化物和/或氮氧化物、优选地SiO₂和/或Si₃N₄，和/或铝基氧化物和/或氮化物或氮氧化物，优选地Al₂O₃和/或AlN。此外，阻挡层还可以包含基于硅和铝的氧化物、氮化物或氧氮化物，即SiAl_xN_y、SiAl_xO_y或SiAl_xO_yN_z。与相邻基板密封地连接或接合的薄层也可以用作阻挡部件。阻挡部件可以包括金属材料和/或Si₃N₄或SiO_xN_y(氮氧化硅)，尤其是由其制成的层，其可以通过例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或溅射技术或原子层沉积(ALD)来沉积。阻挡部件可以具有1μm或更小、更优选地500nm或更小、更优选地100nm或更小、特别优选地50nm或更小的厚度。阻挡层或阻挡部件可以制成30nm或更薄以实现根据本发明的效果。

阻挡部件能够将功能区和环境之间的渗透性降低至少30％。换句话说，阻挡部件对其上布置或施加阻挡部件作为阻挡层的基板的基板材料的作用是将该基板的渗透性降低至少30％，即对其进行改善。

可以调整阻挡层以降低在通过封装件的两个渗透方向上的渗透性。这意味着阻挡层降低了封闭在空腔中的气体、物质或气体混合物逃逸到环境中的渗透性，以及环境中的气体、物质或气体混合物渗入空腔的渗透性。

阻挡部件还可以包括第二阻挡层。在这种情况下，功能区可以布置在第一阻挡层和第二阻挡层之间。例如，可以将第一阻挡层附着或施加于覆盖基板，然后可以将第二阻挡层布置或施加于基底基板，使得功能区在所有侧面都由第一和第二阻挡层包围。阻挡层优选地布置在面向功能区的侧面上。

第二阻挡层也可以布置或施加在第一阻挡层的顶部，使得两个阻挡层在相同的方向上互补它们的作用。取决于阻挡层材料的选择，就所选材料而言这可以实现差异化保护。因此，阻挡部件的一层可以包括SiO₂而第二层可以包括Si₃N₄，使得通过在空腔的同一侧施加两个阻挡层实现互补保护。

基底基板、一个或多个中间基板和/或覆盖基板可以包括玻璃质材料。这可以是例如玻璃或玻璃陶瓷、硅、氧化铝、蓝宝石或上述材料的组合。特别地，已经证明玻璃和玻璃质材料是特别有利的，因为它们与人体具有非常好的生物相容性、即化学相容性，已知与人有机体没有相互作用，同时玻璃提供了出色的绝缘性能。此外，玻璃可以制成对辐射是透明的，使得例如可以确保通过辐射或波信息的无线信息交换，或者对可以布置在封装件中的电子器件或电池进行非接触式充电。如果基板、尤其是覆盖基板是在光学波长范围透明的基板、例如光学透明基板，则可以光学地、例如借助布置在封装件中的光伏电池或用于提供电能的不同类型的光接收器向封装件供电。于是可以将封装件描述为自给自足的封装件。为了产生尤其是围绕功能区的密封，激光接合线之一可以尤其在距离DF处周向地包围功能区。在一示例中，功能区周围的距离DF是恒定的，使得激光接合线围绕功能区在所有侧是大致相同的距离。然而，取决于应用，距离DF也可以变化。如果在一个工作步骤中同时接合多个封装件并且例如在各个封装件的相应接触区域上引导直的接合线或激光接合线，则这在生产技术方面可能更有利。如果功能区域或封装件是例如圆形的或具有任意形状并且尤其密封地密封功能区的激光接合线以例如直线绘制，也可能是这种情况。在一示例中，功能区可以设计为空腔并且空腔进而具有光学特性，例如是透镜、如聚光透镜的形式，并且激光接合线围绕空腔以不同的图案绘制。

封装件的功能区例如适于容纳至少一容纳物、例如电子电路、传感器或MEMS，使得至少一容纳物布置在封装件内。容纳物可以是电子器件如功率半导体芯片、例如GaN LED、SiC功率晶体管、GaAs功率晶体管或GaN功率晶体管。容纳物也可以是药物或放置在此的流体，其旨在不与环境反应或至少在稍后或预定的时间点与环境反应。

容纳物优选地布置在空腔中，空腔在所有侧面或完全地由封装件包围。功能区或空腔可以例如通过研磨在基底基板挖出凹部而引入基底基板中，并且因此功能区和/或至少一个容纳物在底部和侧面由基底基板的材料包围。功能区或空腔也可以布置在基底基板上方、例如在基底基板上。

封装件还可以包括多个空腔，例如用于将容纳物容纳在不同的空腔中。例如，可能安装的电池或蓄电池可以与其他组件分开地容纳在封装件中。例如，药物可以布置在第一空腔中，而控制或递送电子器件、例如定时器电子器件可以布置在第二空腔中，并且药物以受控的方式、例如在特定的时间点或特定事件发生时释放到环境中。

封装件可以具有玻璃馈通件，例如在分隔至少两个空腔的中间基板中。玻璃馈通件可以电连接布置在不同空腔中的容纳物。玻璃馈通件可以是“通过玻璃的孔(TGV)”的形式，其中孔填充有导电材料。封装件还可以包括电连接层，其可以例如布置在中间基板上。然后特别容易的是，将组件或容纳物布置在相应的空腔中并且将它们电连接。电连接层布置在例如一个或多个空腔的底部上并且可以与玻璃馈通件接触。

没有设计为空腔形式的功能区的示例是在基板上施加电连接层，由此已经形成了没有空腔的功能区。这种电连接层可以例如将两个其他功能区、例如两个空腔彼此电连接。

基板也可以包括多个层，并且因此可以是多层的复合材料。然后可以通过激光接合工艺将作为封装件的层之一的这种多层的复合材料与一个或多个其它基板结合。因此，这可能意味着多层的复合材料是预先制备的，例如通过将涂层施加到基板并因此产生两层的复合材料，并且在封装件的制造过程中该两层或多层的复合材料作为整体结合到一层或多层以制造封装件。

通过在封装件中使用多层的复合材料，可以将进一步的材料特性加入到封装件，这在使用单层的基板时无法实现。例如，多层的复合材料可能已经具有内应力或预应力或预应力方向，使得在多层的复合材料与封装件的至少一另外的层激光接合期间，内应力的量可以提高。例如，当使用预强化的多层的复合材料时，这可以提高封装件的耐用性。这可以导致封装件作为整体具有强化的封装件的特性。

另外地或替代地，多层的复合材料可以包括一个或多个涂层、例如可能会导致复杂性的涂层，如果该层必须使用激光接合工艺接合。换句话说，以多层的复合材料提供的基板提供为具有已经粘合在一起的层的“包装”或“叠层”。

取决于应用要求，也可以使用激光接合工艺以外的其他方法用于玻璃与玻璃连接。这些方法是例如：阳极键合、玻璃焊料粘合或借助CO₂激光的熔合。下面以激光接合作为应用示例的代表。可以局部地控制激光接合工艺，使得由于接合过程只有少量或可忽略的热量进入功能区或进入一个或多个空腔。因此，激光接合工艺几乎在室温下进行，即封装件几乎在室温下接合。

激光接合线尤其以高度HL延伸到布置在激光接合线上方的基板的材料中。在激光接合线内的材料中发生局部熔化过程，使得当激光接合线部分地延伸到第一基板中并且部分地延伸到第二基板中时，两个基板通过熔合而彼此结合。换句话说，基底基板通过激光接合线与中间基板和覆盖基板彼此接合。

换句话说，激光接合线安排或布置成使得其在封装件的密封中能够桥接间隙，例如通过激光接合线将两个部件彼此熔合。在封装件仅包括基底基板和覆盖基板以完全封闭功能区的情况下，基底基板和覆盖基板之间的接触区域、即覆盖基板和基底基板彼此邻接的位点或区域或表面由激光接合线桥接或连接。结果，封装件形成为整体件，其中组件之间的分离点也由激光接合线密封。

封装件优选地对于某些波长范围是至少部分地和/或局部地透明的。在简单的示例中，封装件的覆盖基板在可见光波长范围是光学透明的，即透光的。然而，例如在UV或IR范围的透明度也可能是有利的。换句话说，例如，覆盖基板优选地包括非导电的例如氧化物或氮化物材料、例如玻璃质材料或者金属玻璃。因此，覆盖基板优选地对于至少一波长范围是透明的或透射的、例如光学透明的。取决于应用情况，也可能有利的是，例如覆盖基板是不透明的、即光学不透明的磨砂玻璃或多晶氧化物陶瓷的形式。降低的透明度或部分透射性也可能足以满足功能。

在优选的实施例中，覆盖基板是例如由来自申请人的产品系列的强化玻璃、特殊玻璃或耐高温玻璃制成的玻璃板。

封装件可以设计成使得封装件的至少一个功能区可以适于容纳至少一个容纳物。待容纳在至少一个功能区中的容纳物可以具有20mm×20mm或更小的尺寸，例如它们可以是具有15mm或更小的直径的圆形或椭圆形。容纳物也可以具有10mm×10mm或更小、优选地5mm×5mm或更小、更优选地2mm×2mm或更小、或者甚至1mm×1mm或更小的尺寸。封装件的尺寸取决于封装件的功能区或空腔中的容纳物的尺寸和数量。例如，如果在封装件的多个空腔中的每个中布置尺寸约5mm×5mm的单个容纳物，其中例如两个空腔并排布置并且两个空腔的一个在另一个之上，则封装件可以具有13mm×13mm或更大的尺寸，使得确保将物品容纳在空腔中。

基板可以具有约1mm、约0.7mm、约0.5mm、约0.1mm或更薄的厚度。换句话说，封装件的一个基板的厚度例如在小于或等于2mm、优选地小于或等于1mm、更优选地小于或等于0.5mm、或小于或等于0.1mm的范围。

由优选的制造方法确定但本身不应理解为尺寸限制的实际尺寸规格由待切割的晶片的尺寸给出。然而，将晶片用于生产仅认为是示例。完全可能的是，例如使用玻璃板来生产透明的封装件，玻璃板也可以具有比典型晶片尺寸更大或更小的尺寸。

在任何情况下，封装件的阻挡部件包括阻挡层、尤其是涂层，其至少部分地包围功能区。换句话说，阻挡部件可以是设置为布置在空腔和围绕空腔的封装件之间的阻挡层。

阻挡层优选地布置在基底基板、覆盖基板和中间基板中的至少一个上，具体地例如布置在面向功能区的内侧上。然后阻挡层也可以由封装件的材料保护。例如当阻挡层本身不具有与基底基板或覆盖基板的材料相同的耐机械性或耐化学性时，这是有利的。

因此，阻挡层可以直接地、尤其是朝至少一个基板或完全地包围功能区。

基底基板可以由具有相对低的渗透性的材料制成。覆盖基板可以包括具有比基底基板更高的渗透性的材料。在这种情况下，将阻挡部件布置在功能区和覆盖基板之间是有利的，在该示例中在空腔或功能区和基底基板之间使用阻挡部件不是必须的。

阻挡部件可以包括硅基氧化物和/或氮化物和/或氮氧化物，优选地SiO₂和/或Si₃N₄和/或铝基氧化物和/或氮化物和/或氮氧化物、优选地Al₂O₃和/或AlN。此外，阻挡层还可以包括基于硅和铝的氧化物、氮化物或氧氮化物，即SiAl_xN_y、SiAl_xO_y或SiAl_xO_yN_z。

例如，阻挡部件可以具有1μm或更小、更优选地500nm或更小、更优选地100nm或更小、特别优选地50nm或更小的厚度。阻挡层或阻挡部件也可以制成30nm或更薄以实现根据本发明的效果。

阻挡部件可以制备或设置成使得功能区和封装件周围的环境之间的渗透性降低至少30％。阻挡部件优选地设置成使得其将渗透降低至少50％、任选地至少75％。例如，阻挡部件能够降低水或水蒸气的渗透性。例如，阻挡部件能够降低通过封装件的两个渗透方向上的渗透性。这意味着不仅水蒸气或气体或流体或者通常倾向于从外部环境渗入功能区的物质将被阻挡部件阻挡，而且倾向于从功能区逃逸到外部环境的流体或物质也将被阻挡。“流体渗入的倾向”是例如由渗透压或由物理压差或这两种原因的组合引起的，其定义了渗透性。

如果阻挡部件包括第二阻挡层，则功能区可以布置在第一阻挡层和第二阻挡层之间。在本示例中，第一阻挡层可以布置在覆盖基板上或覆盖基板处，第二阻挡层可以布置在基底基板上。

另一方面，第二阻挡层也可以布置在第一阻挡层上，即与第一阻挡层在空腔的同一侧。因此，第一和第二阻挡层可以在它们实现的阻挡效果方面彼此互补。

本发明还涉及一种用于提供密封的封装件的方法，其中封装件封闭功能区域、尤其是空腔。该方法包括步骤：

·提供至少一个基底基板和一个覆盖基板，其中覆盖基板对至少一波长范围是至少部分地或局部地透明的并且因此是透明的覆盖基板；

·将覆盖基板布置在基底基板上以及功能区上方，其中在基底基板与覆盖基板之间形成至少一个接触区域，使得每个封装件具有至少一个接触区域；

·通过在每个封装件的至少一个接触区域上形成至少一条激光接合线来密封空腔，其中阻挡部件布置在功能区和覆盖基板之间和/或功能区和基底基板之间。

覆盖基板优选地通过激光接合线接合到基底基板。换句话说，覆盖基板放置在基底基板上或基底基板中而没有中间层，并且通过一条或多条共同的激光接合线直接彼此接合。在这种情况下，覆盖基板和基底基板一起形成完整的封装件。换句话说，不需要额外的或其它的部件以形成或封闭封装件，而是基底基板、至少一条激光接合线和覆盖基板共同完全地和密封地封闭功能区或空腔。另一方面，可以有利的是使用一个或多个中间基板，例如以将多个空腔彼此分开。

至少两个基板或基底基板和覆盖基板彼此布置或设置成使得它们贴靠在彼此上，而在至少两个基板之间或基底基板、覆盖基板之间和必要地中间基板之间没有其它叠层、层或夹杂物。出于技术原因，在接触区域中的层与层之间可能存在不可避免的微小气体夹杂物，这是由任何不均匀性导致的。例如，通过增加压力、尤其是通过挤压或通过基板层、尤其是接触区域的表面处理、例如研磨工艺，可以进一步减少平的接触区域中捕获的气体量。事先排除是有益的。取决于工艺参数和待使用的材料，填充一类气体或液体也可能是有利的。

特别优选的是，基板之间可能出现的间隙小于或等于5μm、更优选地小于或等于1μm。然后可以借助激光进行接合，使得接合区域的厚度在10至50μm之间并确保密封。

接触区域不需要是光学透明的。也有利的是，透明的基板在可见光波长范围是不透明的。只有激光穿过其以到达接触区域的基板具有至少一个光谱“窗口”，使得至少所使用的激光的波长可以至少部分地或至少局部地穿过基板。接触区域调整为使得激光可以在那里沉积能量。例如，两个相互贴靠的基板的面可以被破坏(angesprengt)并且还优选地具有纳米范围的粗糙度。激光在该区域至少部分地被吸收，使得可以在那里引入能量。通常，在本申请的意义上的接触区域通常理解为这样的面，入射激光束可以在此处沉积能量并且因此可以沿接触区域内的线进行接合工艺。

在将覆盖基板布置在基底基板上的步骤之前，该方法还可以包括进一步的步骤：将阻挡部件布置在覆盖基板和/或功能区上。

提供覆盖基板的步骤可以包括提供已经配备有阻挡部件的覆盖基板，和/或提供基底基板的步骤可以包括提供已经配备有阻挡部件的基底基板。

此外，通过上述方法制造或形成的封装件也在本发明的范围内。

为了形成激光接合线，尤其是在功能区周围引导激光束，使得功能区沿至少一个接触区域周向密封。可选地，激光束可以周向引导多次和/或可选地可以形成多条激光接合线。

本发明范围的还包括根据上述方法制造的具有密封的功能区或封闭在其中的空腔的封装件作为医疗植入物或生物植入物或传感器的用途。

下面通过示例性实施例并参考附图更详细地说明本发明，其中相同和相似的元件部分地用相同的附图标记表示，并且各个示例性实施例的特征可以相互组合。

附图说明

图1是封装件的俯视图；

图2是封装件的侧视截面图；

图3是接合区域的细节图；

图4是通过封装件的功能区的侧视截面图；

图4a是如图4的侧视截面图，但有两个容纳物；

图5是通过封装件的又一实施例的侧视截面图；

图5a是通过封装件的又一实施例的侧视截面图；

图6是通过封装件的又一实施例的侧视截面图；

图6a是根据图6顶视图；

图7是通过封装件的又一实施例的侧视截面图；

图8是制备封装件的步骤的示例。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的封装件1的俯视图，环绕的激光接合区域8包围功能区13。功能区13可以以不同的方式设置。功能区13的不同配置的示例也可以在图3至7中找到，图3至7示出了截面图并且因此能够说明功能区13的垂直结构。功能区13的不同配置可以在图3中以图形方式组合，因为所有俯视图都可以以相同的方式示意性表示。在图1的示例中功能区13是矩形的。取决于形成封装件的功能区13的方法，功能区13可以呈现不同的形状。例如，通过研磨方法产生的空腔可以是透镜状的。

功能区13可以满足各种任务，例如它可以设计为光接收器或者包括布置在功能区13中的技术、光学、机电和/或电子组件2。也可以在功能区13中执行若干这样的任务。封装件1在顶部由基板5覆盖。该或至少一个激光接合区域8延伸到上基板5中。

参考图2，其示出了封装件1的第一实施例的第一截面图，其包括基底基板3和覆盖基板5。换句话说，封装件1由两层、即基底层3和覆盖层5构成或组成。图2还示出了一系列多个激光脉冲冲击区域16形式的激光接合线8的结构，这些激光脉冲冲击区域16彼此如此近，使得基底基板3和覆盖基板5的材料彼此无缝地熔合，从而密封功能区13或空腔12(在该视图中位于激光接合线8后面)。

图3示出了接合区域的细节，其中示出了界面区域、即接触区域25和激光接合区域8。激光接合区域8设置在接触区域25中以将两个基板3、5彼此接合。

图4示出了封装件1的实施例沿图1所示的线C-D的截面图。因此，图4示出了通过功能区13、13a的截面，功能区例如以连续中空空间或空腔的形式在封装件1中延伸。换句话说，空腔从基底基板3延伸到覆盖基板5中，并且例如是基底基板3和/或覆盖基板5中的凹部的形式。在此，功能区13形成为覆盖基板5中的凹部，功能区13a形成为基底基板3中的凹部，例如通过研磨工艺、如喷砂工艺。换句话说，基底基板3具有凹部13a。

例如，功能区13a可以包括活性层、例如导电层34。功能区13a的活性层还可以是光接收器、例如光伏电池形式，使得其准备成产生电能。于是封装件1可以是自给自足的封装件1。

在功能区13a周围布置激光接合区域8，借助于激光接合区域在侧面完全地密封功能区13a。可以设想在激光接合区域8中留下间隙，使得没有完全地密封功能区域13a，例如以保持开放的通信通道或空间用于电连接，通过其例如也可以建立与环境的流体连通。换句话说，可以规定预定的位置或点没有通过聚焦的激光束9密封，而是在那里通过其他方式实现密封。然而，也如图1所示，优选的在所有侧面密封功能区13、13a并且没有间隙，以确保功能区13、13a的密封。

图4还示出了阻挡部件6的第一实施例，其中阻挡部件6布置在覆盖基板5的下侧并且因此直接邻接功能区13a。因此，图4的实施例的阻挡部件改善了穿过覆盖基板的渗透性。在该示例中，基底基板的材料具有比覆盖基板更低的渗透性，使得周围的阻挡部件6或阻挡部件6不需要在各处密封功能区13a。减少或改善从功能区13a向覆盖基板5方向的渗透就足够了。

图4a示出了图4的实施例，其中在空腔12中布置两个容纳物2。容纳物2可以是例如电子部件。这两个实施例也可以相互组合，如果活性层34是例如导电层34，则组件2可以布置在导电层34上并且彼此连接。

参见图5，示出了在功能区13、13a中通过封装件1的另一截面图。封装件1包括两个基板层、即基底基板3和覆盖基板5。功能层13a布置在基底基板3和覆盖基板5之间的整个表面区域上方，并且阻挡部件6布置在功能层13a上方。

虽然在此实施为功能层13a的功能区13a没有在两侧或周围的窄侧受到保护，然而，取决于应用和功能层13a的材料，例如如果功能层是光学频率滤波器或抗反射涂层，则这可以是可容忍的。

相比之下，图5a示出了类似于图5的实施例，在此情况下功能层13a在各处都由封装件包围。在这种情况下，如果基底基板3与覆盖基板5相比具有更低的渗透性，则阻挡部件6在覆盖基板5的方向上布置在功能层13a上方仍是足够的。功能区13设置为空腔12的形式，其中一个或多个组件2或任何容纳物2以及药物剂量2可以布置在空腔12中。

图6示出了根据本发明的变换方案的另一实施例，其中封装件包括三个基板层，即基底基板3、中间基板4和覆盖基板5。中间基板4可以是例如隔板或者它可以是连续的基板、即具有内部切口的板。其也称为间隔件4。

图6的实施例的封装件包括第一阻挡部件6，其布置在空腔12的顶部上并且因此在覆盖基板5的底部上。封装件1还包括在空腔12的底部上的第二阻挡部件6a，其布置在基底基板3的顶部上。当基底基板3和覆盖基板5都具有相当高的渗透性时，例如可以选择在待封闭的功能区域12、13、13a的两侧上的两个阻挡部件6、6a的这种布置。在这种情况下，两个基板都可以由阻挡部件6、6a阻挡，即减少通过相应基板的渗透性。在图6的示例中，阻挡部件6、6a没有包围中间基板4，因此这代表了简化的实施例，其在制造方面特别简单且易于实施。取决于中间基板的实施方式，在此可以省略中间基板上的阻挡部件，使得无需中间基板4上的任何复杂的施加或沉积工艺。然而，即使中间基板具有相当高的渗透性，仅用阻挡部件6、6a阻挡基底基板3和覆盖基板5可能就足够了，因为中间基板4与功能区12、13、13a接触的表面相当小。扩散尤其取决于物体、即气体或流体流过的物体的尺寸。然而，如果表面很小，则只有少量流体将通过中间基板4，使得根据应用可以省略中间基板4上的阻挡部件6、6a。另一方面，当然也可以设想功能区的完全封闭，参见图7。

图6a示出了图6旋转约90°的截面图。因此，该截面图通过中间基板4和空腔12形式的功能区13。

图7示出了本发明的又一实施例，其中功能区13再次设置为空腔并且具有非水平的底部。例如，在图7所示的平凸透镜情况下，空腔12具有透镜的形状。换句话说，空腔12设置成例如通过研磨工艺在基底基板3中挖出凸的凹部12，使得基底基板具有凹的上部。这可以导致封装件的光学特性并且对布置在空腔12内的容纳物2产生影响(参见例如图4a)。图7的封装件包括阻挡层形式的阻挡部件6。阻挡层可以视为或实施为围绕空腔12的均匀的外围阻挡层，这也可以通过两个单独的工艺步骤实施，例如在覆盖基板5的底部上施加第一阻挡层6并且在基底基板3的顶部上施加第二阻挡层6a。因此，这可以涉及施加到相应基板的涂层。另一方面，阻挡部件6也可以布置在相应的基板上，例如通过胶接在此或以其它方式布置。在图7的示例中，功能区13完全地、即在所有侧面由阻挡部件包围，使得在所有空间方向上的渗透减少。

参考图8，其示出了用于制备多个封装件1的方法的实施例。将解释例如如前图中所示的封装件1的制造。对本领域技术人员显而易见的是，取决于工艺要求，也可以用该方法仅制造单个封装件1。

在步骤A中，提供共同的基底基板3作为载体基板，其具有多个凹部12，其对应于随后的空腔12并且例如通过研磨工艺引入到基底基板3中。空腔12可以例如通过喷砂工艺(也就是说挖空基底基板3)、更通常地使用研磨工艺引入到基底基板3中。化学蚀刻也是可能的，以将空腔12引入基底层3中。可以将容纳物2、如传感器、致动器、处理器或药物布置在凹槽12中。

可以在基底基板3上以及覆盖基板上和/或可选地中间基板上布置例如涂层6形式的阻挡部件6、6a。例如，可以采用PVD或CVD或其他薄膜涂覆技术为基板3、4、5的至少一侧、优选地面向空腔的一侧提供薄阻挡层6、6a。该层可以包含SiO₂以优选地减少水或水蒸气的渗透。它还可以包括Si₃N₄或Al₂O₃或Al。另一方面，阻挡部件6、6a也可以布置在基板3、4、5上、优选地面向功能区13、13a的侧上。例如，可以将薄层或薄元件放置在此并且在步骤C中与其他基板3、5和可选地4接合。

在步骤B中，通过用覆盖基板5覆盖基底基板3然后在步骤C中密封地接合，将共同的覆盖基板5附接至基底基板3，即为每个凹部创建空腔12。可以在共同的空腔12中容纳若干容纳物2。

在步骤C中，基板通过相应的激光接合线8直接彼此接合。以这种方式，通过在每个空腔周围沿接触区域25或沿空腔12的外围引导激光9两次但不是在正好相同的路径上，可以形成两个封闭的周向激光接合区域8。相反，可以在空腔12周围的每一圈期间沿横向偏移路径引导激光9，从而产生两个相邻的激光接合区域8。微接合区域8可以具有例如5μm×10μm或更小、或10μm×50μm或更小的尺寸。

因此，使用激光将最终的基板叠层接合，使得密封各个容纳空腔12，即沿接触区域25在各处密封空腔12并且每个封装件引入至少一条激光接合线8。为此目的，激光单元15从覆盖基板5上方引导到覆盖基板5的表面上，并且聚焦的激光束9选择性地引导到待接合的区域、尤其是接触区域25。在完成制造过程的步骤C后，所有的空腔12都被密封。在步骤C后，可以通过切割工艺将各个封装件1分离，从而获得单独的分离的封装件件1。

在步骤D中，沿着分离线或切割线10将组件彼此分离。对此可选地可以使用与步骤C中的激光接合相同的激光。然而，如果这是有利的，则也可以采用传统的切割方法。

例如，由于渗透性在封装件1的基板3、4、5的方向上或在封装件1周围的环境条件的方向上在空腔12中形成的压力可以拟为：

其中D和K取决于温度，并且其中

-Δp是空腔内部与环境之间的分压差，

-K是渗透性，

-D是扩散系数，

-A是封装件1或相应基板3、4、5待渗透的表面积，单位为cm²，

-V是空腔12的体积，单位为cm³，

-d是基板3、4、5或封装件1的壁厚，单位为cm，

-t是时间，单位为秒。

对本领域技术人员而言显而易见的是，上述实施例理解为示例性的，并且本发明不限于此，而是可以在不脱离权利要求的范围的情况下以多种方式变化。此外，显然无论是否在说明书、权利要求书、附图中或其他公开的特征单独地限定本发明的基本部分，即使它们与其他特征一起描述。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的特征，使得可能仅在一个或至少不与所有附图结合提及的特征的描述也可以转移到该特征在说明书中没有明确描述涉及的这些附图。

参考数字列表：

1 封装件、尤其是密封的封装件

2 容纳物、功能组件

3 底部基板、层或晶片，基底基板或底部盖板

4 中间层

5 顶部基板、层或晶片，覆盖基板或顶部盖板

6、6a 阻挡部件

8 激光焊接区域

9 聚焦的激光束

10 分离线或切割线

12 容纳空腔

13 功能区

13a 第二功能区

14 边缘

15 用于接合和/或切割的激光单元

16 激光脉冲冲击区域

18 基板堆叠

21 空腔的边缘

22 空腔的底部

23 空腔的顶部

25 接触区域

Claims

1.一种用于针对环境封闭功能区(13、13a)的封装件(1)，所述封装件包括：

基底基板(3)；

覆盖基板(5)，其中所述基底基板与覆盖基板一起形成所述封装件的至少一部分或所述封装件；

布置在所述封装件中的至少一个功能区；

用于减少环境和功能区之间的渗透的阻挡部件(6、6a)。

2.根据权利要求1所述的封装件(1)，

其中，所述封装(1)包括至少一条激光接合线(8)，并且所述封装件的基板通过所述至少一条激光接合线尤其密封地彼此接合；并且其中所述激光接合线具有垂直于其连接平面的高度(HL)。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

还包括至少一个布置在基底基板(3)和覆盖基板(5)之间的中间基板(4)；和/或

其中所述功能区(13、13a)包括至少一个空腔(12)和/或至少一功能层(13a)。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)包括阻挡层、尤其是涂层或设置为阻挡层，其至少部分地包围功能区(13、13a)。

5.根据权利要求4所述的封装件(1)，

其中所述阻挡层(6、6a)布置在基底基板(3)和/或覆盖基板(5)和/或中间基板(4)的至少一个上、尤其是面向功能区(13、13a)的内侧上；和/或

其中所述阻挡层(6、6a)直接地包围、尤其是朝至少一个基板(3、4、5)包围或完全地包围功能区(13、13a)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述基底基板(3)由低渗透性的材料组成；和/或

其中所述覆盖基板(5)包括具有比基底基板更高的渗透性的材料。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)包括SiO₂或Si₃N₄或Al₂O₃或AlN；和/或

其中所述阻挡部件(6、6a)包括金属材料；和/或

其中所述阻挡部件(6、6a)包括SiO_xN_y或AlO_xN_y；和/或

其中所述阻挡部件(6、6a)包括SiAl_xN_y、SiAl_xO_y或SiAl_xO_yN_z。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)的厚度为1μm或更小、优选地1μm或更小、更优选地100nm或更小、更优选地50nm或更小。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)适应或调整为使得将功能区(13、13a)与环境之间的渗透性降低至少30％。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)降低对水和氢气的渗透性。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)降低在通过阻挡部件和通过封装件的基板(3、4、5)的两个渗透方向的渗透性。

12.根据前述权利要求4至11中任一项所述的封装件(1)，

其中所述阻挡部件(6、6a)包括第二阻挡层；和

其中所述功能区(13、13a)布置在第一阻挡层和第二阻挡层之间。

13.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述基底基板(3)、一个或多个中间基板(4)和/或覆盖基板(5)包括玻璃质或多晶材料，例如玻璃、玻璃陶瓷、硅、氧化铝、蓝宝石、氮化铝或上述材料的组合。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中至少一条激光接合线(8)在距离(DF)处周向地包围功能区(12、13、13a)。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中功能区域(12、13、13a)适应为容纳至少一个容纳物(2)，例如电子电路、传感器或MEMS，使得至少一个容纳物(2)布置在封装件(1)内。

16.根据权利要求15所述的封装件(1)，

其中至少一个容纳物(2)包括功率半导体芯片，例如GaN LED、SiC功率晶体管、GaAs功率晶体管和GaN功率晶体管。

17.根据权利要求15或16所述的封装件(1)，

其中所述容纳物(2)布置在空腔(12)中；和/或

其中所述封装件包括多个空腔(12)，用于在每个空腔中容纳至少一个容纳物(2)。

18.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中激光接合线(8)以高度(HL)延伸到布置在激光接合线上方的基板(3、4、5)的材料中，并且其中基底基板(3)、一个或多个中间基板(4)和覆盖基板(5)通过彼此熔接而接合在一起。

19.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述封装件(1)对波长范围是至少部分地和/或局部地透明的。

20.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件(1)，

其中所述封装件的至少一个功能区(13、13a)设置为容纳至少一个尺寸为10mm×10mm或更小、优选地5mm×5mm或更小、更优选地2mm×2mm或更小、或者甚至1mm×1mm或更小的容纳物(2)。

21.根据前述权利要求中至少一项所述的封装件，

其中所述封装件的基板通过阳极键合、借助有机粘合剂的连接、玻璃焊料粘合或借助CO₂激光的熔合而密封地彼此接合。

22.一种用于提供封装件(1)的方法，其中所述封装件(1)封闭功能区(13、13a)、尤其是空腔(12)，包括以下步骤：

-提供基底基板(3)和覆盖基板(5)，其中所述覆盖基板(5)对至少一波长范围是至少部分地或局部地透明的，并且因此是透明的覆盖基板；

-将覆盖基板(5)布置在基底基板(3)上以及功能区上方，其中在基底基板(3)与覆盖基板(5)之间形成至少一个接触区域(25)，使得每个封装件(1)具有至少一个接触区域；

-通过沿每个封装件(1)的至少一个接触区域形成至少一条激光接合线(8)来密封空腔；

其中阻挡部件布置在功能区和覆盖基板之间和/或功能区和基底基板之间。

23.根据权利要求22所述的方法，

还包括在将覆盖基板(5)布置在基底基板(3)上的步骤之前将阻挡部件(6、6a)布置在覆盖基板上和/或功能区上和/或基底基板(3)上的步骤。

24.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

其中提供覆盖基板(5)的步骤包括提供已经配备有阻挡部件(6、6a)的覆盖基板；和/或其中提供基础基板(3)的步骤包括提供已经配备有阻挡部件(6、6a)的基础基板。

25.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

其中通过该方法形成根据权利要求1至19中任一项所述的封装件(1)。

26.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，

其中在功能区(12、13、13a)周围引导激光束(9)以形成激光接合线(8)，使得功能区沿接触区域(25)周向地密封；可选地可以周向地引导激光束多次和/或可选地形成多条激光接合线(8)。

27.根据权利要求22至24中任一项所述的方法制造的具有封闭在其中的密封的容纳空腔(12)的封装件(1)。

28.根据前述方法制造的具有封闭在其中的密封的容纳空腔(12)的封装件(1)作为医疗植入物或传感器的用途。