KR101372691B1

KR101372691B1 - 진공유리 또는 그를 이용하는 반도체 소자의 진공 봉지 장치 및 진공 봉지 방법

Info

Publication number: KR101372691B1
Application number: KR1020130005250A
Authority: KR
Inventors: 최명운; 정승욱; 이규현; 정광호
Original assignee: 주식회사 야스
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-03-11

Abstract

본 발명은, 프릿이나 접착 수지로 합착 되는 진공 유리 패널에 인 렛과 아웃 렛 두 개의 실캡부를 설정하여 두고, 합착 된 진공유리 패널을 진공 챔버 안에 넣은 후, 상기 인 렛을 통해, 플라즈마 방전용 캐리어 가스를 진공 유리 패널의 내부 공간에 불어 넣고, 두 개의 전극을 진공유리 패널을 샌드위치 시키는 상태로 진공 챔버 안에 배열하여, 상기 전극들에 전력을 인가하여 진공 유리 패널 내부의 방전용 가스로부터 플라즈마를 방전시켜, 플라즈마의 에너지를 이용하여 내부 불순물이나 불순물 발생가능성이 있는 잔류물을 충분히 반응시켜 생성되는 가스를 다시 인 렛을 통해 비활성 가스나 질소가스를 퍼징하여 아웃 렛으로 배출시킨 후 진공 챔버 자체를 진공화시켜 진공 유리 패널을 진공화하고, 두 개의 실캡을 모두 밀폐함으로써 진공 유리 패널의 봉지공정을 완성하도록 하였다.

Description

진공유리 또는 그를 이용하는 반도체 소자의 진공 봉지 장치 및 진공 봉지 방법{VACUUM ENCAPSULATION SYSTEM AND VACUUM ENCAPSULATION METHOD OF VACUUM GLASSES OR SEMICONDUCTOR DEVICES THEREIN}

본 발명은 진공유리의 봉지 기술 또는 진공유리 안에 넣어 밀봉되는 태양전지, OLED 등의 각종 반도체소자들의 진공 봉지 기술에 관한 것이다.

진공 유리는 유리와 유리 사이를 진공화하여 초고단열성을 갖는 에너지 절약형 유리로 건물의 발코니 등에 사용되기도 하며, 태양전지나 OLED 조명 등의 반도체 소자를 그 안에 넣어 밀봉하는 데 사용되기도 한다. 이러한 진공 유리는, 두 장의 유리를 합착용 지지체를 이용하여 이격 되게 합착시키고 실리콘 합착 페이스트로 밀봉한 후, 주사 바늘로 실리콘 합착부에 침투하여 진공화하는 방식을 이용하고 있다(대한민국 등록특허 제10-0758498호 참조).

이와 같은 진공 유리 제조방법은 진공화가 미비 되기 쉽고 일일이 밀봉하고 주사바늘을 침투시키는 작업을 실시하여야 하므로 무엇보다 생산성이 매우 낮아 문제된다. 대한민국 등록특허 제10-1058170호는 도 1에서와 같이 진공 유리패널에 하나의 실링 캡 부재를 설치하여 대기 중에 진공유리 패널을 놓고 캡을 통해 진공 배기한 후 캡 부분을 접착페이스트로 밀봉하나 이 역시 진공화의 미비와 생산성 저하 문제를 그대로 지닌다.

또한, 상기와 같은 진공 유리의 제조 방법은 진공 유리 패널 안에 잔류하는 기체 분자 및 유기물 등에 의한 오염원의 완벽한 제거가 어렵고, 내부에 존재하게 되는 프릿의 융착 공정에서 추가적인 이물질 가스가 발생할 경우, 진공도가 나빠지는 점을 피할 수 없다. 이러한 문제는 특히 태양전지나 OLED 조명 소자 등의 반도체 소자를 넣고 진공 할 경우, 내부에서 발생 되는 가스들로 인한 문제가 더욱 부각될 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 진공유리 패널 내부에 잔류하는 불순물 내지는 내부 물체로부터 추가적으로 발생 되어 진공도를 해할 우려가 있는 불순물들을 깨끗이 제거하고 높은 진공도를 유지할 수 있는 진공 유리 봉지공정을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 프릿이나 접착 수지로 합착 되는 진공 유리 패널에 진공 배기 및 프로세스 가스 주입을 위한 인 렛과 진공 배기 및 프로세스 가스 방출을 위한 아웃 렛 두 개의 실캡부를 설정하여 두고, 합착 된 진공유리 패널을 진공 챔버 안에 넣은 후, 상기 인 렛을 통해, 플라즈마 방전용 프로세스 가스를 진공 유리 패널의 내부 공간에 불어 넣고, 두 개의 전극을 진공유리 패널을 샌드위치 시키는 상태로 진공 챔버 안에 배열하여, 상기 전극들에 전력을 인가하여 진공 유리 패널 내부의 방전용 가스로부터 플라즈마를 방전시켜, 플라즈마의 에너지를 이용하여 내부 불순물이나 불순물 발생가능성이 있는 잔류물을 충분히 반응시켜 생성되는 가스를 다시 인 렛을 통해 비활성 가스나 질소가스를 퍼징하여 아웃 렛으로 배출시킨 후 진공 챔버 자체를 진공화시켜 진공 유리 패널을 진공화하고, 두 개의 실캡을 모두 밀폐함으로써 진공 유리 패널의 봉지공정을 완성하도록 하였다.

본 발명에 따르면, 진공 유리 패널 내부로부터 발생한 불순물과 차후 발생될 수 있는 불순물을 플라즈마 처리와 퍼징으로 모두 깨끗하게 제거되어 진공 유리 패널의 진공도를 오랫동안 유지할 수 있으며, 이 모든 공정들이 동일 진공 챔버 안에서 이루어지므로, 진공 유리의 진공도를 높이면서도 생산성 면에서 유리하다는 장점을 갖는다.

도 1은 종래 실시되어 오던 하나의 실캡만을 구비한 진공 유리 패널의 평면도이다.
도 2는 프릿과 필라를 진공 유리에 적용하는 단계를 나타낸 것으로 합착 전후를 보여주는 단면도들이다.
도 3은 본 발명에 따라 두 개의 실캡을 구비한 진공 유리 패널의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 진공 챔버 안에서 진공 유리 패널 내부를 플라즈마로 불순물을 처리한 후 실링 하는 것을 설명하기 위한 단면구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 진공 유리 패널의 제조에 관하여 본 발명자들에 의해 발명되고 본 출원인에 의해 출원된 대한민국특허출원 제10-2012-0112914호의 내용이 참조되고 편입될 수 있다.

즉, 본 발명의 진공 유리의 합착에 사용되는 프릿, 자외선 수지, 합착 페이스트, 필라 등의 구성과 상판(710) 유리와 하판(720) 유리의 가접 및 합착 과정은 상기 출원에서 기재한 바와 동일하다.

먼저, 가운데 진공 공간을 갖는 진공 유리를 만들기 위한 하판(720)과 상판(710)을 이루는 두 장의 유리기판을 준비한다. 유리기판은 흔히 사용되는 소다라임 유리일 수 있고, 두께 3 내지 8 mm, 면적은 제한은 없으나 예를 들면, 400mmㅧ400mm 내지 2200mmㅧ2500mm인 것을 사용할 수 있다. 상판(710)에는 도 3과 같이 인렛과 아웃렛 두 개의 실캡부를 형성한다.

하판(720) 유리의 둘레를 따라 디스펜서를 이용하여 합착용 프릿 페이스트를 도포한다. 또한, 자외선 수지(자외선을 받으면 경화하는 수지를 의미함)를 디스펜서를 이용하여 프릿(200) 외측에 도포한다.

합착용의 프릿과 자외선 수지 외에 진공 유리의 내구성 및 형상성을 좋게 하기 위해, 도 2에 나타낸 필라(pillar)를 소정 간격으로 다수 배열하며, 이 작업은 그립용 로봇에 의해 실시할 수 있다. 필라(300)는 예를 들면, 직경 500 μm, 높이 250 μm의 금속, 단결정, 세라믹, 폴리머 등이 사용 가능하다. 바람직하게는 스테인레스스틸을 사용할 수 있고 서로 40mm 정도의 간격을 두고 다수 배열할 수 있다. 합착 전에는 필라(300)는 그 높이가 프릿(200)에 비해 낮게 보이나 합착 후에는 형상성을 좋게 할 수 있는 정도로 진공 유리 두께와 꼭 맞도록 설계되어 있다.

이와 같이 하판(720)에 두 가지 합착용 페이스트를 도포한 후, 롤러 등의 이송수단을 이용하여 하판(720)을 챔버 안으로 이송하고, 히터로 가열하여 프릿에 대해 건조, 경화 및 탈가스(out gassing) 공정을 실시한다. 대기중에 있던 유리의 진공 챔버 안으로의 반입은 저 진공도의 챔버(로딩 챔버)로 먼저 반입하여 버퍼 단계를 거친 후, 탈가스 공정을 위한 진공 챔버로 반입하는 것이 바람직하다.

탈가스 공정은 프릿에 포함되어 있는 용제를 휘발시키며, 챔버 내 온도를 300 내지 500℃ 정도로 유지함이 바람직하다. 이때 이송 수단은 모터에 의해 구동되는 롤러로 구성하고 디스펜서의 구동은 로봇에 의할 수 있다. 가열 시간은 기판 면적에 따라 달라질 수 있으나, 대략 수 분 내지 수십 분 정도 실시할 수 있다.

탈가스 공정을 마친 후, 합착용 진공 챔버(700)로 하판(720)을 이송하고, 진공 챔버 내 고정된 카세트 등의 위치 고정 수단에 하판(720)의 위치를 고정시킨 후, 이송 수단에 의해 상판(710)을 진공 챔버 안으로 반입시킨다.

이때 상판(710)은 기판 홀더(미 도시) 등을 이용하여 척킹 된 상태로 이송 수단에 의해 이송될 수 있고, 합착 전 상태에서 진공 펌프(미 도시)로 진공화한다. 진공도는 1 mtorr 내지 10^-7 torr 정도일 수 있으나 제한적인 수치는 아니다.

상판(710)과 하판(720)에는 미리 얼라인 용 마킹을 해 놓는 것이 바람직하며, 비젼 등의 얼라인 수단을 이용하여 상 하판의 위치를 바로 맞춘 후 상판(710)을 하판(720) 위에 탑재시킨다. 상기한 바와 같이, 합착 페이스트에 자외선 (경화)수지를 사용하였으므로, 자외선 램프를 진공 챔버 안에서 조사하면 자외선 수지가 경화되며 두 장의 유리가 일체화된다. 그러나 자외선 수지 경화에 의한 합착 유리는 합착 강도가 낮아 안전하게 사용되기 어려우므로, 미리 도포해 둔 프릿(200)에 의해 추가 합착을 할 필요가 있다. 그에 따라 가접 상태의 진공 유리를 진공 챔버에서 저 진공도의 버퍼 챔버(언로딩 챔버)를 통해 반출시켜 대기 중에서 레이저, RF 히터, 마이크로웨이브 히터 등으로 프릿(200) 부분을 조사하여 프릿(200)의 융착에 의해 합착한다.

본 발명은, 상판(710) 유리와 하판(720) 유리를 합착한 후 그대로 진공화하고 실링하는 것이 아니라 진공 유리 패널의 내부에 플라즈마를 발생시켜 불순물을 제거하는 처리를 하게 된다. 그에 따라 도 3에서와 같이 진공 유리 패널의 상판(710) 유리에는 실캡부가 하나가 아닌 두 개로 형성된다. 즉, 본 발명의 진공 유리 패널의 상판(710) 유리에는 가스를 주입하는 인렛(310)과 가스를 외부로 배출하게 하는 아웃렛(320)을 각각 형성한다.

상기에서와 같이 진공 유리를 합착하여 진공 유리 패널을 만든 후, 도 4에서와 같이 합착 된 패널을 진공 챔버(700) 안에 반입하여 핀 부재들(미 도시)에 의해 지지하여 둔다. 진공 유리 패널의 상면과 배면에서부터 약간의 틈을 두고 각각 상부 전극(740)과 하부 전극(750)을 배치한다. 상기 전극들은 패널 전면을 커버 할 필요는 없고, 일부를 커버 하는 플레이트 형이나 로드(rod) 형으로 만들어질 수 있다.

다음, 벨로우즈(730)와 같은 배관수단을 인렛(310)과 아웃렛(320)에 연결한다. 이때 실캡들은 각각의 실캡 피더에 의해 인렛(310)과 아웃렛(320) 주변에 예비상태로 놓여 진다.

인 렛(310) 쪽을 펌핑하여 진공 유리 패널 내부의 기압을 저 진공(1 mTorr 내외)으로 낮추고, 펌핑 벨브를 닫은 후, 인 렛(310)을 통해 플라즈마 발생용 가스를 주입한다. 상기 가스는 Ar과 같은 비활성 가스, 질소, 산소 중에서 하나 이상을 선택할 수 있다. 기압은 특별히 제한은 없으나 0.1Torr 정도로 하고, 각각 상부 전극(740)과 하부 전극(750)에 전압을 인가하여 진공 유리 패널의 내부에 플라즈마를 발생시킨다. 인가 전력은 DC, AC, 마이크로파, 펄스 등 제한 없이 적용될 수 있다. 발생 된 플라즈마는 기판의 수세 및 화학적 세척을 거친 상/하판 유리에 대해, 그리고 가소성단계에서 발생하는 고분자 물질(탄화물)에 대해 플라즈마로 인한 활성 산소(O-)와 OH기가 결합하여 H₂O가 되고, 탄소가 결합하여 일산화탄소(CO)의 형태로 되어, 이에 대한 퍼징으로 이들이 제거될 수 있다.

플라즈마 처리는 수분 내지 수십 분 정도 지속 될 수 있고, 전원을 끊어 종료시킬 수 있다. 다음, 인렛(310)을 통해 퍼징 가스를 흘려주며, 퍼징 가스는 불순물과 상기 H₂O와 CO를 배출해내게 된다. 퍼징 가스는 비활성가스 또는 질소가스를 사용하는 것이 바람직하다.

다음, 진공 유리 내부로부터 퍼징 가스를 뽑아낸다. 인 렛(310)의 펌핑 밸브가 열리고, 아웃렛(320)은 체크 밸브에 의해 잠김 상태가 되어 퍼징 가스를 제거하고 챔버 내의 진공도와 거의 비슷한 상태가 된다.

다음, 진공 유리 내부의 잔류 가스를 성분을 잔류가스분석장치에 의해 각각의 기체 분자의 분포 및 양을 분석하여 보고, 만족스런 상태가 아닐 경우이면, 플라즈마 처리와 퍼징 및 퍼징 가스 제거를 반복 실시한다. 잔류 가스 분석에서 충분히 만족스런 결과가 나타나면, 벨로우즈(730)를 제거하고, 진공 유리 내부를 고 진공화하여 인렛(310)과 아웃렛(320)을 실캡으로 막고 레이저로 융착, 밀봉한다. 실캡은 실캡 피더에 의해 인렛(310)과 아웃렛(320)으로 각각 이동 및 자리 잡게 되고, 레이저 소스(760, 755)는 벨로우즈(730)가 위치하던 경로를 통해 실캡에 조사되어 융착 밀봉하게 된다. 레이저 소스는 예시적인 것으로, 이를 대신하여 마이크로파 가열, 유도 가열, 저항 가열로도 융착 할 수 있다.

진공 유리의 고 진공화는 진공 챔버(700)를 고 진공화하면서 진공 유리 내부도 함께 고 진공화하는 방식을 채용할 수도 있고, 진공 챔버(700)의 진공화와 별도로 진공 유리 내부만 인렛(310)을 통해 고 진공도로 진공화할 수도 있다(아웃렛(320)은 체크 밸브로 잠금됨). 본 실시예에서는 진공 챔버(700) 전체를 고 진공화하는 방식을 채택하였으며, 이러한 방식은 진공 유리의 파손을 방지할 수 있어 좀 더 안전하다.

봉지 공정이 완료되면, 진공 챔버(700)를 벤트하고 진공 유리 패널을 반출시킨다.

상기 실시예에서, 필라(300)를 배열하는 단계에서 진공 유리 안에 내장시키고자 하는 태양전지나 OLED 등의 반도체 소자를 배치할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서, 상하판의 합착을 위한 수단으로 사용한 프릿과 자외선 수지는 다른 합착용 수지, 접착제로 대체될 수 있으며, 필러 역시 생략될 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서 상판에 형성한 인렛과 이웃렛의 실캡들은 하판에 형성할 수도 있으며, 이와 같은 변형은 당업자에게 자명한 사항이다.

이와 같이 하여, 진공 유리 또는 그 안에 내장되는 반도체 소자의 봉지 공정을 고 품위로 실시할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서, 퍼징 가스를 흘려 불순물과 H₂O와 CO를 배출해내는 단계는 생략할 수 있으며, 단지 진공화만으로 불순물 제거까지 함께 처리할 수 있다.

다음은 본 발명의 변형실시예로서, 상판(710)에는 도 3과 같이 인렛과 아웃렛 두 개의 실캡부를 형성하지 않고, 단지 하나의 실캡부만 형성하여 플라즈마 처리, 진공화 및 융착 밀봉하는 간략한 공정으로 진공 유리의 봉지공정을 실시할 수 있음을 설명한다.

즉, 도 1과 같이 상판에 하나의 실캡부(600)만 형성한 진공 유리 패널을 상술한 바와 같이 합착한 상태에서 합착 된 패널을 진공 챔버(700) 안에 반입하여 진공 유리 패널의 상면과 배면에서부터 약간의 틈을 두고 각각 상부 전극(740)과 하부 전극(750)을 배치하고, 벨로우즈(730)와 같은 배관수단을 실캡부(600)에 접속시키고, 플라즈마 방전용 가스를 주입하고, 각각 상부 전극(740)과 하부 전극(750)에 전압을 인가하여 진공 유리 패널의 내부에 플라즈마를 발생시켜 불순물 처리를 하고, 플라즈마 처리를 끝낸 다음, 상기 실캡부(600)와 벨로우즈(730)를 통해 진공 유리 패널 내부에 잔류하는 불순물은 진공흡입하여 밖으로 배출시킨다.

그 다음, 진공 챔버(700)를 진공화하여 진공 유리 패널 내부를 진공화하고, 실캡부(600)를 융착 밀봉하는 것이다.

변형 실시예에서도 세부 실시 조건들은 상술한 실시예에서와 동일하다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

200: 프릿
250: 자외선 수지
300: 필라
310: 인렛
320: 아웃렛
700: 챔버
710: 상판
720: 하판
730: 벨로우즈
740: 상부 전극
750: 하부 전극
755, 760: 레이저 소스

Claims

상판과 하판의 유리가 합착 된 진공 유리 패널에 실캡부가 상판 또는 하판 중 어느 한 면에 형성되어 있고, 상기 진공 유리 패널을 진공 챔버 안에 반입시키고, 상기 밀봉 전의 실캡부를 통해 상기 진공 유리 패널 내부로 플라즈마 방전용 가스를 주입하고, 상기 진공 유리 패널 주변에 플라즈마 방전용 전극을 배치하고, 전력을 인가하여 상기 진공 유리 패널 내부에서 플라즈마를 방전시켜 진공 유리 패널 내부를 플라즈마 처리한 다음, 진공 유리 패널 내부에 잔류하는 불순물을 진공 유리 패널 외부로 배출시키고, 상기 진공 유리 패널 내부를 진공화하고, 상기 실캡부를 융착시켜 밀봉하는 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지 방법.
제1항에 있어서, 상기 실캡부를 인렛과 아웃렛 두 개로 구성하고, 플라즈마 방전 이후, 상기 인렛을 통해 진공 유리 패널 내부에 잔류하는 불순물을 밀어내는 퍼징 가스를 공급하여 상기 아웃렛으로 퍼징 가스를 배출하게 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공 유리 패널 내부를 진공화는 상기 진공 유리 패널이 반입되어 있는 진공 챔버 전체를 진공화하여 실시되는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지 방법.
제3항에 있어서, 상기 진공 유리 패널 안에는 태양전지, OLED, 반도체소자가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지공정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 융착은 레이저 조사기, 저항가열기, 유도가열기, 마이크로파 조사기 중 하나 이상을 사용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지공정 방법.
합착 된 진공유리 패널을 반입하여 진공화하기 위한 진공 챔버;
상기 진공 챔버를 진공화하는 펌프;
상기 진공 챔버 안에 반입되어 놓여 지며, 상판 또는 하판 중 어느 한 면에 실캡부가 설정되어 있는 진공 유리 패널;
진공 챔버 안에 배치되며, 상기 진공유리 패널을 중심으로 그 상부와 하부에 이격 되어 배치되는 상부 전극과 하부 전극;
상기 실캡부에 연결되는 배관부;
상기 배관부에 연결되는 가스공급부;
상기 전극들에 인가되는 전원 공급부;및
실 캡을 융착 하는 융착 수단;을 포함하고,
상기 가스 공급부에서 상기 실캡부를 통해 진공 유리패널 내부로 플라즈마 방전용 가스를 공급하고,
상기 전원 공급부에서 상기 상부 전극과 하부 전극에 전원을 인가하여 상기 진공 유리 패널의 내부에서 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 처리를 실시하고,
상기 진공 펌프를 가동하여 진공 유리 패널 내부를 진공화하고,
상기 융착 수단으로 실 캡을 융착시켜 진공 유리 패널의 봉지공정을 완료하는 것을 특징으로 하는 진공 유리 패널의 봉지공정 장치.