KR20050030898A - 광학 구성 부재를 밀폐 수용하는 방법 및 그러한 방법에의하여 제조된 광학 구성 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징 본체 또는 적어도 하우징 본체의 부품을 제조하는, 특히 광전자(optoelectronic) 구성 부재를 캡슐화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 하우징 요소가 바람직하게는 금속으로 된 하우징 구조물에 결합되고 하우징 요소와 하우징 구조물은 유리 솔더(glass solder)에 의하여 접촉된다. 본 발명의 목적은 금속 슬리브와 유리판 사이에 신뢰성 있고 비용이 저렴하며 바람직하게는 밀폐되는 결합이 형성되도록 하는 것이다. 이를 위하여, 유리 솔더는 하우징 요소와 하우징 구조물이 결합되기 전에, 성형 가능한 덩어리, 특히 페이스트로서 도포된다. 그리고, 유리 솔더는 예비-유리화되고, 적어도 한번의 에너지 공급에 의하여 특히 유기 구성성분의 연소에 의하여 형상이 고정된다. 하우징 요소가 하우징 구조물에 삽입되면, 가열에 의하여 유리판과 하우징 구조물 사이에 적어도 부분적으로 밀폐되는 결합이 형성된다.

Description

광학 구성 부재를 밀폐 수용하는 방법 및 그러한 방법에 의하여 제조된 광학 구성 부재{METHOD FOR HERMETICALLY HOUSING OPTICAL COMPONENTS, AND OPTICAL COMPONENTS PRODUCED ACCORDING TO SAID METHOD}

본 발명은 광학 구성 부재를 밀폐 수용하는 방법 특히, 바람직하게는 광전자 구성 부재를 캡슐로 싸거나 포장하는 광학 구성 부재의 하우징 본체 또는 부품을 제조하는 방법에 관한 것이고, 또한 그러한 방법에 의하여 제조된 광학 구성 부재에 관한 것이다.

밀폐 포장 하우징 또는 캡슐화 하우징은 일반적으로 레이저나 광다이오드(photodiode)와 같은 섬세한 구성 부재를 주위의 영향으로부터 보호하고 충분한 사용 수명을 보장하기 위하여 사용된다.

이러한 형태의 하우징/광학 캡(cap)을 제조하는 데에는, 지금까지 당해 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있는 유리-금속 결합 기술, 즉 하우징이 금속 구성 부재와 창(window)으로서 기능하는 유리 구성 부재를 포함하고, 상기 금속 구성 부재와 유리 구성 부재는 밀폐 결합되는 유리-금속 결합 기술이 사용되어 왔다.

이러한 형태의 하우징은 보통 슬리브형 금속 본체와, 그러한 슬리브에 수용되고 창의 기능을 하는 창유리(glass pane)를 포함한다. 이러한 형태의 하우징/광학 캡의 공지된 제조 방법에서는, 금속 및 유리 구성 부재는 소결된 성형 부품(sintered shaped part)으로서 사용되는 링 형태로 배치된 유리 솔더(glass solder)에 의하여 결합되었다. 이 경우, 구성 부재들이 실제로 함께 결합되기 전에 유리 솔더 성형 부품은 소결 기술을 이용한 별도의 작업에 의하여 제조해야만 하였다. 그 다음에는 유리 솔더 성형 부품이 슬리브형 금속 구성 부재에 정확하게 맞도록 삽입되고 둥근 창유리에 덮이게 된다. 이어서, 슬리브와 창유리를 서로 밀봉되게 억지 끼워맞춤(force-fitting) 방식으로 결합시키는 융해 작업을 실시한다. 하우징의 원하는 밀폐 실링(hermetic sealing)을 확실히 하기 위하여, 금속 슬리브와 창유리 사이의 유리 솔더의 위치 및 형상은 각 경우마다 적절한 방식으로 조정되어야 한다. 하우징 요소와 유리 솔더 모두에 대하여 엄격한 공차가 적용되어야 한다. 따라서, 유리 솔더 성형 부품을 제조하고 삽입할 때에 많은 주의를 기울여야만 하였고, 이는 시간과 비용이 많이 들었다. 특히 경사진 결합면의 경우, 유리 솔더 성형 부품이 조금이라도 움직이면 도포가 부정확해지므로, 높은 스크랩 비율(scrap rate)을 피할 수가 없게 된다.

또한, 이러한 기술은 창유리가 더 이상 둥근 디스크의 형태로 요구되지 않고 다각형 윤곽, 특히 직각이나 단순한 둥근 형상에서 벗어나는 다른 형상인 경우 또는 유리 솔더로 덮이게 되는 면이 수평이나 볼록한 형상이 아닌 경우에는 익히 알려진 적용의 제한에 직면하게 된다. 형상의 문제로 인하여, 소결 기술을 이용하여 제조될 수 있는 유리 솔더 성형 부품에는 매우 큰 제한이 존재하고, 특히 일정 수준의 정밀도가 요구되는 경우에는 더욱 그러하다.

종래의 방법도 광학 캡에 적용하기에는 부적합한데, 과도한 솔더 양과 융해되기 전 또는 솔더링(soldering) 작업 중의 솔더 고리(solder ring)의 미끄러짐으로 인하여, 광학 캡의 창이 금속 슬리브에 비스듬하게 설치될 수 있기 때문이다.

도 1은 반도체 레이저인 광전자 구성 부재의 광학 캡을 포함하는 하우징 본체의 부분을 광학 캡의 길이방향 축(X) 평면에 따른 단면형태로 도시한다.

도 2는 도 1에서 화살표(Y)로 표시된 방향으로 도 1에 도시된 광학 캡을 바라본 도면이다.

도 3은 도 4에서 그 전체의 단면이 도시되는 직사각형 광학 캡의 단면의 상세도이다.

도 4는 직사각형 광학 캡 전체의 단면도이고, 도 3에서 상세하게 도시된 위치가 표시되어 있다.

도 5는 도 3 및 도 4에서 도시된 직사각형 광학 캡의 평면도이다.

도 6은 직사각형 광학 캡의 다른 실시예의 평면도이다.

도 7은 도 6에 도시된 직사각형 광학 캡의, 도 6에 표시된 BB 평면에 따른 단면을 도시하는 단면도이다.

도 8은 도 7에서 V로 표시한 부분의 확대도이다.

도 9는 도 6에서 W로 표시한 부분의 확대도이다.

도 10은 광학 캡의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이며, 부분적으로는 이 광학 캡의 길이방향 축(X')을 통과하는 평면에 따른 단면으로 도시하고 있다.

도 11은 따로 설치될 수 있는 개별적인 창을 형성하도록 각각 분리될 수 있는 다수의 창을 포함한 모 창유리를 도시하는 도면이다.

도 12는 유리 솔더를 도포한 후의 도 11의 모 창유리를 상세하게 도시하는 도면이다.

도 13은 평면 CC를 따라서 도 12에 도시된 부분을 도시하는 단면도이다.

도 14는 유리 솔더 페이스트를 도포하기 전과 후에 광학 캡과 환형 또는 직사각형 노즐을 구비하는 디스펜서를 도시하는 단면도이다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 서술된 형태이고 다양한 하우징 형상에 사용될 수 있으며 금속 슬리브와 창유리 사이에 신뢰성 있고 저렴하고 바람직하게는 밀봉의 결합을 형성할 수 있는 정밀 프로세스를 개발한다는 목적에 기초하고 있다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 프로세스와 청구항 19의 특징을 가지는 구성요소에 의하여 달성된다.

유리 솔더가 성형가능한 재료, 특히 페이스트로서 하우징 요소와 하우징 장치가 결합되기 전에 도포되고, 유리 솔더가 예비-유리화(pre-vitrified)되고, 적어도 한번 가하여진 에너지에 의하여, 특히 유기 구성성분이 연소된 결과로서 유리 솔더의 형상이 고정된다면, 2차원 평면 형상 및 볼록 형상 등 사실상 어떠한 형상도 국부적으로 정확하게 정하여진 방식으로 유리 솔더를 제공받을 수 있으므로, 상당한 이점이 있게 된다. 하우징 요소가 하우징 장치에 삽입된 후에, 가열에 의하여 창유리와 하우징 장치 사이의 적어도 일부 영역에 밀봉 결합을 생성할 수 있게 된다.

특히 바람직한 실시예에서, 하우징 요소는 유리로 이루어진 창을 포함하고, 하우징 장치는 하우징 캡을 포함한다.

유리 솔더 페이스트는 유리하게는 창유리 및/또는 하우징 캡에 적어도 부분적으로 도포될 수 있고, 도포되는 유리 솔더의 높이와 한번 이상 도포되는 유리 솔더에 의해 도포되는 유리 솔더의 양을 정확하게 설정하는 것이 가능하다.

유리 솔더 페이스트가 하우징 캡의 주변 영역에 위치한 지지면(bearing surface)에 가하여지면, 유리 솔더가 연속적으로 배치될 때 완전한 밀폐 결합을 형성할 수 있다.

특히 비교적 많은 양의 유리 솔더가 사용되는 경우에, 유리 솔더는 하우징 캡의 지지면의 솔더 구역에 도포되도록 하고 상기 솔더 구역은 비드(bead)에 의하여 지지면의 기타 부분으로부터 경계가 정하여지도록 하는 것이 유용할 것이다.

놀랍게도, 유리 솔더 페이스트는 하우징 요소, 특히 창의 표면에 설치된 반사 방지 코팅이나 긁힘 방지층에 도포될 수도 있어서, 예를 들어 렌즈, 구형 렌즈, 원통형 렌즈와 같은 고품질 광학 요소나 DWDM 필터나 격자와 같은 광학 필터를 설치할 수 있다.

유리 솔더 페이스트의 성형, 특히 도포되는 부분의 단면이나 두께가 페이스트의 유변학적 특성(rheological properties)의 설정에 의하여 영향을 받고 그리고/또는 정하여지는 것이 유리한데, 이는 이 경우 유리 솔더 페이스트의 점성이, 솔더의 얇은 띠는 낮은 점성에서 제조될 수 있고 솔더의 두꺼운 띠는 높은 점성에서 제조될 수 있다는 특정 설치 조건에 맞게 조절될 수 있기 때문이다. 또한, 도포된 솔더 띠의 흐름은 그 점성에 의하여 영향을 받거나 설치 프로세스에 맞추어질 수 있다.

유리 솔더 페이스트가 계량 기구(metering apparatus), 특히 디스펜서와 바람직하게는 니들 디스펜서(needle dispenser)에 의하여 계량된 형태로 도포된다면, 경사지게 뻗는 면 또는 복잡한 3차원 윤곽을 가진 면도 정확하게 사전에 정하여진 방식으로 확실히 유리 솔더를 제공받을 수 있다. 그 결과, 예로서, x 및/또는 y 방향으로 스캔하는 광학 레코딩 또는 광학 라이팅(writing) 시스템 등에서 하우징의 원통형 면 또는 원통형 렌즈가 서로 결합될 수 있다. 상기 계량 기구가 노즐을 구비한 환형 또는 직사각형 디스펜서이면 매우 유리한데, 이는 적절한 도포 형상이 주어졌을 때, 계량되고 바람직하게는 시간-제어 및 압력-제어가 된 한번의 도포에 의하여 필요한 유리 솔더 전체의 양을 도포할 수 있기 때문이다.

대안으로서 또는 부가적으로, 페이스트 형태로 도포되는 유리 솔더의 띠의 두께가 노즐의 크기나 디스펜서 니들을 적절하게 선택함으로써 유리하게 영향을 받고 그리고/또는 정하여질 수도 있다.

유리 솔더 페이스트가 스텐실 인쇄(stencil printing)에 의하여, 특히 스크린 인쇄(screen printing)에 의하여 창유리에 도포된다면, 비교적 넓은 영역이 마찬가지로 유리하게 한번의 도포 작용으로 유리 솔더로 코팅될 수 있다.

동일하거나 유사한 요소가 다수 개 있다면, 우선 표면 형상이 사전에 정해지도록 하여 유리 솔더를 다수의 개별 창유리를 형성하거나 포함하는 모 창유리(mother pane)에 도포하고, 유리는 예비-유리화되고 그 형상은 에너지의 공급에 의하여, 특히 유기 구성성분 연소의 결과로 고정되고, 개별 창유리는 모 창유리로부터 분리되고, 예비-유리화된 유리 솔더를 가진 개별 창유리가 하우징 캡에 삽입되고, 열작용에 의하여 창유리와 하우징 캡 사이에 밀봉 결합이 생성되도록 함으로써, 제조가 저렴하게 될 수 있다.

개별 창유리는 금을 내고 쪼개거나 레이저 절단에 의하여 모 창유리로부터 분리시키는 것이 유리하다.

간단한 구조와 보다 복잡한 구조를 포함한 형상의 경우에, 특히 종래 프로세스의 이점을 포함하여 모든 이점을 얻기 위해서는, 소결된 유리 성형체(shaped body)와 페이스트형 유리 솔더는, 보다 많은 양의 유리 솔더가 소결된 유리 성형체에 의하여 도포되고 복잡한 구조는 페이스트형 유리 솔더에 의하여 도포되는 방식으로 하우징 본체 및/또는 하우징 요소에 도포될 수도 있다.

또한, 일부의 예비-유리화된 유리 솔더를 구비한 하우징 본체도 별도로 판매될 수 있는데, 이는 구매자들은 이러한 하우징 본체에 예를 들어 창, 렌즈 또는 필터와 같이 구매자들 자신의 하우징 요소를 설치하고, 가열하거나 에너지를 가함으로써 그러한 하우징 요소를 하우징 본체 안에 밀봉 고정시킬 수 있기 때문이다.

특히 바람직한 하우징 본체는 금속으로 된 슬리브형 캡, 하우징 요소를 포함하고, 상기 하우징 요소는 바람직하게는 창의 기능을 하는 창유리와 창과 금속 캡 사이에 배치된 유리 솔더를 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하고 바람직한 실시예에 근거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

일반적으로 본 발명은, 예를 들어 하우징 본체를 형성하는 금속 슬리브와 예를 들어 하우징 요소를 형성하는 창유리 사이를 결합시키기 위하여, 성형 가능한 재료로서 도포될 수 있는 유리 솔더, 바람직하게는 유리 솔더 페이스트를 사용한다. 페이스트 형태의 유리 솔더를 사용함으로써, 유리 솔더의 형상이 상응하는 개별 구성 부재의 형상에 매우 정확하게 맞도록 할 수 있다.

이런 식으로, 사실상 어떠한 원하는 형상의 유리 솔더도 만들어 낼 수 있고, 상응하는 도포 기술을 적절하게 선택함으로써 복잡한 표면 형상을 매우 정확한 형태로 신뢰성 있게 실현할 수 있다.

페이스트가 도포된 후에도 페이스트의 형상을 변경할 수 있으므로, 페이스트는 이미 존재하고 있던 치수의 부정확성을 보상할 수 있다. 따라서, 금속 슬리브와 창은 개별 구성 부재들만이 제공하는 것보다 더 정확한 맞춤으로 함께 결합될 수 있다.

유리 솔더 페이스트의 위치와 형상은, 예를 들어 유기 구성성분이 연소된 후와 같이 이후의 열적 프로세스 중에만 고정된다. 일반적으로, 더 이상 추가적인 작업으로 별도의 유리 솔더 성형체를 만들 필요가 없다. 이 프로세스는 유리창이 경사지게 설치되는 광학 캡을 실현하는 데에도 유리하게 사용될 수 있다.

페이스트의 접착력 때문에, 페이스트의 형상은 창유리나 바람직하게는 금속 슬리브에 도포된 후에도 유지된다. 도포된 유리 솔더의 각각의 국부적인 양은 매우 정확하게 계량될 수 있고, 예를 들어 소결된 유리 솔더 구성 부재에 요구되는 최소 두께에 의하여 상기 구성 부재의 형상에 의한 악영향을 받지 않으므로, 융해 작업 전에 솔더의 띠가 원치 않게 미끄러질 가능성은 없다.

이하에서는, TO52, TO05 베이스를 위한 표준 광학 캡 또는 TO52 베이스를 위한 경사진 광학 캡과 같은 다양한 하우징 본체와 하우징 요소에 기초하여 본 발명의 구체적이고 바람직한 실시예를 설명한다.

이하의 설명에서, 동일한 도면부호는 서로 다른 각각의 실시예들의 동일하거나 유사한 구성 부재를 나타내는 데에 사용된다. 또한, 본 발명의 요체의 명확성과 이해도를 떨어뜨리지 않기 위하여, 다양한 도면은 반드시 일정 비례로 나타내지는 않았다.

도 1은 제조 작업 중에 전체적으로 도면부호 1로 표시된 광학 캡을 도시한다. 이 광학 캡(1)은 저부면(4)에 관통구멍(3)을 구비한 원통형 또는 원뿔대형 금속 슬리브(2)를 포함한다.

관통구멍(3)은 레이저 빔 광선이나 예를 들어 렌즈나 필터와 같은 광학 요소의 영향을 받는 광선이 통과하기에 적합하게 되어 있다.

본 발명에 의하면 페이스트형 유리 솔더 층(5)이 저부면(4)의 내측에 도포되며, 본 실시예에서는 니들 디스펜서를 이용하여 페이스트형 유리 솔더 층(5)이 솔더의 띠로서 관통구멍(3)을 완전히 둘러싸게 한다.

결과로서 형성된 완전히 연속적인 원이 도 2에 도시되는데, 이는 도 1의 화살표(Y)에 의해 표시되는 방향으로부터 도 1에 도시된 광학 캡을 바라본 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 니들 디스펜서의 니들(6)은 금속 슬리브(3)의 내부로 이동하여 그 하측 단부(7)로 폐이스트형 유리 솔더 층(5)을 도포한다. 이러한 형태의 니들 디스펜서는, 예를 들어 독일 소넨부엘에 소재하는 지그하르트 쉴러 게엠베하 운트 콤파니 카게.(Sieghard Schiller GmbH & Co. Kg.)사에 의하여 인라인 디스펜서(Inline Dispenser)라는 상품명으로 판매된다.

이와 같이 하면 도포된 유리 솔더 층의 ±10 ㎛의 측면 공차를 달성할 수 있고, 이러한 공차 내에서는 추가로 니들을 조정하여 다수의 코팅 작업을 동일한 수준의 정밀도로 서로의 옆에 또는 서로의 위에 수행할 수 있다.

피에조-병진운동(piezo-translational) 조절 시스템을 이용하여 높은 수준의 정밀도를 얻을 수 있고, 상기 시스템의 조절이나 전진 이동은 필요하다면 간섭측정(interferometry)에 의하여 제어할 수 있다. 이에 의하여 1㎛ 미만 범위의 정밀도를 얻는다. 도포된 유리 솔더 페이스트의 바람직한 두께는 대략 도포된 라인의 폭에 해당하는 약 500㎛의 솔더 띠 두께로부터 시작하며, 본 발명에 의하면 페이스트의 폭에 대한 제한은 없다.

도포 작업은 적어도 유리 솔더 페이스트를 도포하는 중에 디스펜서 니들의 이동 속도와, 유리 솔더 페이스트가 나오는 압력과, 유리 솔더 페이스트가 나오는 시간을 제어하고 설정하는 것을 포함하며, 따라서, 이와 같은 방식으로 특정된 한번의 도포시의 층 두께를 설정할 수 있다.

도 1에 도시된 도포 작업의 경우, 니들(6)은 광학 캡(1)의 길이방향 축(X)에 대하여 약 30°±3°의 각(α) 만큼 경사져 있고 축(X)에 대하여 기울어진 타원을 따라 저부면(4)에 평행하게 이동한다. 저부면(4)의 기울기는 길이방향 축(X)에 대하여 약 30°이다.

선택적으로, 니들(6)은 도 1에 도시된 광학 캡의 길이방향 축(Y)에 평행하게 안내될 수도 있다.

보다 두꺼운 층 또는 두께가 단계적으로 증가하는 층을 얻기 위하여, 구역에 따라 또는 전체 둘레에 걸쳐 도포를 반복적으로 할 수 있다.

유리 솔더가 도포된 후에는 금속 슬리브(2)가 유리 솔더 층(5)과 함께 가열되고, 그 결과 페이스트형 유리 솔더 층(5)이 유리화되고 위치가 고정된다. 이러한 과정 중에 페이스트형 유리 솔더의 유기 구성성분은 제거된다.

이러한 프로세스 단계를 거친 결과물이 따로 판매될 수 있는 금속 슬리브이고, 예로서 최종 사용자는 상기 금속 슬리브에 추가적인 요소를 삽입할 수 있고 가열함으로써 그 요소의 위치를 고정시킬 수 있다.

일반적으로, 쇼트 글라스(Schott Glas)사에서 판매되는 모든 유리 솔더가 본 발명에 사용될 수 있으며, 예를 들면 품명 8465, 8467, 8468, 8470, 8471, 8472, 8474의 유리 솔더, G017-002, G017-344, G017-339, G017-340, G017-383, G017-393, G017-334로 표시되는 복합 유리 솔더, 및 유리 솔더 8587, 8593, 8596, 8597과 같은 결정 유리 솔더(crystallizing glass solder)가 있고, 유리 창은 바람직하게는 하우징 요소로서 내부에 접합되고, 이 유리창은 각각 더 높은 열적 안정성, 즉 사용되는 유리 솔더의 상응하는 솔더링(soldering) 온도보다 더 높은 온도(Tg)를 가진다.

바람직한 유리로는 독일 마인쯔 소재 쇼트 글라스사에서 제조되는 D263, AF37, AF45, B270, 보로플로우트33(Borofloat™33), 보로플로우트40 으로 표시되는 특수 유리들이 있다.

슬리브형 하우징 캡은, 예를 들어 NiFe47 합금과 같이 일정량의 니켈을 함유한 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.

단순화를 위하여 도면에 도시되지는 않지만 다수의 광학 캡도 다수-니들 디스펜서(multi-needle dispenser)를 이용하여 동시에 코팅될 수 있다. 이 경우, 동일하게 배향된 금속 슬리브들이 다수의 운반체 내에 배열되고 다수-니들 시스템을 이용하여 한번의 작업으로 코팅될 수 있다.

금속 슬리브(3) 내의 함몰부(7)는 운반체에 상응하게 성형된 돌출부(lug)와 함께 작용하여 모든 광학 캡이 동시에 정확한 각도의 위치에 배치될 수 있게 한다. 수백 개의 광학 캡이 이러한 형태의 운반체에 수용되어, 스테퍼(stepper)로서 작동하는 다수-니들 디스펜서를 사용하여 유리 솔더를 공급받을 수 있다.

유리 솔더가 유리화된 후에는, 예를 들어 도 10에 장착된 상태로 도시되는 창유리(8)와 같은 하우징 요소들이 슬리브(2)에 설치될 수 있다. 창유리(8)는 독일 마인쯔 소재 쇼트 글라스사에서 생산되는 상기 언급한 유리들 중 하나로 되어 있다.

창유리가 삽입된 후에, 금속 슬리브(2)와 창유리(8)를 포함하는 설비가 가열되고, 그 결과 유리 솔더 층(5)이 연화되고 창유리(8)와 슬리브(2) 사이에 밀봉된 솔더링 결합(soldered join)이 생성된다. 창유리(8)는 독일 마인쯔 소재 쇼트 글라스사에서 생산되는 상기 언급한 D263 유리로 되어 있다.

다수-니들 시스템을 사용하는 유리 솔더의 공급은 바람직하게는 2, 4 또는 8개의 니들을 구비한 디스펜서를 사용하여 수행되고, 상기 니들의 개수는 도포의 생산성을 증가시킨다.

디스펜서 니들의 서로에 대한 오프셋 제어(offset control)는 니들 제어 스테이션에 의하여 수행될 수 있다. 그에 따른 니들 위치 교정은 서로 독립적인 조절 축에 의하여 이루어지고, 각 니들은 그것의 독립적인 축 시스템을 구비한다.

다른 바람직한 실시예에서, 예비-유리화 작업은, 유기 구성성분을 연소시키기 위하여 상응하는 더 긴 지속시간을 가지는 1회의 가열 단계의 일부로서 솔더링(soldering-in)과 함께 수행될 수 있다. 이후의 형성된 조립체의 청소 작업은 일반적으로 필요하지는 않지만 유기 구성성분의 찌꺼기를 제거해준다.

또한, 둥근 관통구멍(3) 및 창유리(8)에 대한 대안으로서, 직사각형, 타원형, 달걀형 또는 다각형의 구멍(3) 및 창유리(8)나, 특정 용도 또는 하우징 요소(2)에 고정되는 광학 요소(8)를 위하여 구체적으로 성형된 구멍(3) 및 창유리(8)를 사용할 수도 있다.

도 3은 창유리(10)가 유리 솔더 층(5)에 의하여 고정된 직사각형의 금속 운반체(9)를 도시한다.

본 발명은, 종래의 프로세스에서는 지금까지 이러한 형태의 직사각형 창유리를 금속 운반체에 고정시키기 위하여 금속 층이 유리에 도포되어야 했고 그 다음으로 유리는 금속 솔더를 이용하여 운반체에 접합되었다는 점에서 종래의 프로세스와 다르다. 본 발명에 의한 프로세스는 더 이상 이러한 형태의 금속 코팅을 필요로 하지 않으며, 따라서 접착 형태가 매우 저렴하고 시간적으로 효율적이다.

그렇지만, 예를 들어 광학 CCD 센서용 하우징의 경우 창유리(10)는 그 주 표면의 하나 또는 양쪽에 반사 방지 코팅(11, 12)을 구비할 수 있다.

긁힘 방지층이 반사 방지 코팅과 함께 창유리(10)에 도포될 수도 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 직사각형 광학 캡의 평면을 도시하는 도 5에서 보여지는 바와 같이, 하우징이 완성되면 창유리(10)는 예를 들어 CCD 어레이(CCD array)(13)의 전방에 배치될 수 있다.

CCD 어레이(13)와는 다른 선택으로서, 예를 들어 텔레비전과 비디오 프로젝션 장치의 조정가능한 미세기계적 미러 시스템(micromechanical mirror system)이나 다른 요소들이 직사각형의 입력 또는 출력 창에 둘러싸일 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 하우징 설비의 또 다른 실시예를 도시하며, 여기서는 창유리(10)가 금속 운반체(9)와 동일한 측면 치수를 갖지는 않는다.

이 실시예에서, 금속 운반체(9)는 비드(bead)(15)를 형성하는 웨브(web)(14)를 구비하고, 상기 비드에서 유리 솔더 층(5)이 운반체(9)에 의하여 한정되는 지지대 상에 배치된다. 유리 솔더는 웨브(14)와 비드(15)에 의하여 측방향으로 경계가 정해지며, 더 유연하고 더 자유롭게 유동하는 점성이 낮은 유리 솔더를 사용할 수도 있다.

도 6 내지 도 9에서 도시된 실시예에서, 금속 모서리 영역(16)이 예를 들어 외부 조립체(17)에 대한 추가적인 지지의 목적으로 사용될 수 있다. 모서리 영역(16)은, 예를 들어 재밀폐가능한 하우징 또는 창의 경우에 봉인을 설치하는 데에 사용되거나, 예를 들어 접착 결합이나 솔더링(soldering)과 같은 추가적인 고정 기술에 의하여 외부 하우징에 적용될 수 있다. 따라서 금속 운반체는 복잡한 하우징 구조물, 특히 더 큰 하우징 캡의 일부를 형성할 수 있다.

금속 운반체나 금속 슬리브에 도포되는 대신에, 유리 솔더 층(5)이 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이 유리에 도포될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일반적인 범위를 한정하지 않고, 유리 솔더가 금속 슬리브(2)나 운반체(9) 그리고 창유리나 다른 하우징 요소 모두에 도포될 수도 있다.

종래의 소결된 성형 부품을 페이스트형 유리 솔더와 함께 사용할 수도 있는데, 이 경우 예로서, 더 복잡한 형상이 니들 디스펜서를 이용하여 소결된 성형 부품 근방에 도포되거나 아래에서 설명되는 기술을 이용할 때에는 인쇄될 수 있다.

도 11은 마더 플레이트(mother plate)(18)를 도시하는데, 상기 마더 플레이트 상에는 바람직하게는 동일하게 성형된 다수의 창 표면(19 내지 24)이 유리 솔더 층(5)의 도포에 의하여 한정되어 있다.

이 실시예에서도 유리 솔더 층(5)은 다수-니들 디스펜서를 이용하여 도포될 수 있지만, 스텐실 인쇄, 특히 스크린 인쇄 기술을 이용하는 것이 그 목적을 위하여 보다 바람직하다.

스크린 인쇄가 사용된다면, 마찬가지로 유리 솔더 페이스트의 유변학적 특성을 설정함과 함께 스크린을 적절하게 선택함으로써 유리 솔더 층(5)의 두께에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명에 따르면, 유리 솔더 층(5)이 사전 설정된 형태로 단일품 마더 플레이트(18)에 인쇄될 수 있고, 가열에 의하여 예비-유리화를 수행할 수 있으며, 개별 창유리 또는 창 표면(19 내지 24)은 예를 들어 마더 플레이트(18)에 금을 내고 쪼갬으로써 파단 모서리(25, 26 및 27)를 따라 분할될 수 있다.

금을 내고 쪼개는 대신에, 예를 들어 레이저 절단이나 초음파 절단과 같은 다른 절단 또는 분할 작업 수단을 사용할 수도 있다.

선택적으로, 이미 분할된 다수의 창 표면(19 내지 24)이 직사각형 프레임으로 설계된 마더 플레이트(18)에 의해 함께 수용되어 있을 수도 있으며, 이러한 설비는 적절하게 인쇄되고 예비-유리화될 수 있다.

예비-유리화는 각각의 창 표면(19 내지 24)이 개별 창 표면으로 분할되기 전 또는 후에 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 형태에서는, 예를 들어 도 10에 도시된 광학 캡에 대하여 도 14에서 도식적으로 나타낸 바와 같이, 한번의 도포 작업에 의하여 완전히 연속적인 솔더 띠(26)가 도포될 수 있다. 이는 환형 노즐(28)을 구비하고 바람직하게는 도포 작업을 위한 시간 및 압력 제어 장치를 포함하는 디스펜서(27)의 보조에 의하여 이루어진다.

또한, 도 11에 도시된 마더 플레이트(18)는, 각 경우에 바람직하게는 창(19 내지 24)의 하나의 창 표면의 폭 또는 길이에 의하여 편차를 발생시키는 스테퍼 기구와 함께, 상응하게 성형된 직사각형의 단일 또는 다수 노즐을 이용하여 단계적으로 인쇄될 수도 있다.

전술된 프로세스에 의하여 극도로 작고 복잡한 유리 형상에도 필요한 수준의 정밀도로 유리 솔더를 공급할 수 있으므로, 전술한 프로세스는 미세전자기계 요소(MEMs)와 같은 개별적인 미세기계적 요소를 포함하여 극도로 작은 조립체의 하우징에도 적절하게 사용될 수 있다.

Claims (28)

1. 하우징 본체(housing body) 또는 적어도 하우징 본체의 부분을 제조하는, 특히 광전자(optoelectronic) 구성 부재를 위한 캡슐 장치 또는 포장을 제조하는 방법으로서,

   하우징 요소와 바람직하게는 금속으로 된 하우징 장치를 함께 결합하는 단계와, 하우징 요소와 하우징 장치를 유리 솔더(glass solder)에 접촉시키는 단계를 포함하고,

   상기 하우징 요소와 하우징 장치가 결합되기 전에, 상기 유리 솔더가 성형 가능한 재료, 특히 페이스트(paste)로서 도포되고,

   상기 유리 솔더는 예비-유리화(pre-vitrification)되고, 상기 유리 솔더의 형상은 한번 이상 가하여진 에너지에 의하여, 특히 유기 구성성분이 연소된 결과로서 고정되고,

   상기 하우징 요소가 상기 하우징 장치에 삽입된 후에, 창유리(pane)와 하우징 장치 사이에 적어도 부분적으로 밀폐되는 결합이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징 요소는 창(window)을 포함하고, 상기 하우징 장치는 하우징 캡(cap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 적어도 상기 창유리 및/또는 상기 하우징 캡의 부분들에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 상기 하우징 캡의 주변 구역에 배치된 지지면(bearing surface)에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 비드(bead)에 의하여 상기 하우징 캡의 지지면의 기타 부분과의 경계가 정하여지는, 상기 하우징 캡의 지지면의 솔더 구역으로 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 다각형, 바람직하게는 직사각형의 창유리나 하우징 캡에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 상기 하우징 요소의 표면, 특히 상기 창의 표면에 설치된 반사 방지 코팅이나 긁힘 방지층에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트의 성형(shaping), 특히 도포된 부분의 단면이나 두께는 상기 유리 솔더 페이스트의 유변학적 특성(rheological properties)의 설정에 의하여 영향을 받고 그리고/또는 정하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 계량 기구, 특히 디스펜서, 바람직하게는 니들 디스펜서(needle dispenser)에 의하여 계량된 형태로 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 계량 기구는 노즐을 구비한 환형 또는 직사각형의 디스펜서인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 페이스트 형태로 도포된 상기 유리 솔더 띠의 두께는 상기 노즐의 크기나 디스펜서 니들의 선택에 의하여 영향을 받고 그리고/또는 정하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더는 압력 및 시간제어를 받아서 상기 니들을 통하여 압출되고, 그리고/또는 적어도 상기 유리 솔더 페이스트가 도포되는 동안에는 상기 디스펜서 니들의 이동 속도가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트는 바람직하게는 스크린 인쇄(screen-printing) 기술에 의하여 상기 창유리에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트의 성형, 특히 솔더 띠의 두께는 한번 이상 도포되는 상기 유리 솔더 페이스트에 의하여 영향을 받고 그리고/또는 정하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제13항 및 제14항에 있어서, 상기 유리 솔더 페이스트의 성형은 스크린의 형상 및/또는 인쇄 스텐실(printing stencil)의 형상에 의하여 영향을 받고 그리고/또는 정하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

    먼저 사전에 정하여진 표면 형상을 갖는 유리 솔더가 다수의 개별 창유리를 형성하거나 포함하는 모 창유리(mother pane)에 도포되고,

    상기 유리 솔더는 예비-유리화되고, 에너지를 가함으로써, 특히 유기 구성성분이 연소되는 결과로 상기 유리 솔더의 형상이 고정되고,

    개별 창유리가 모 창유리로부터 분할되고, 예비-유리화된 유리 솔더를 가진 상기 개별 창유리는 상기 하우징 캡으로 삽입되고,

    열작용에 의하여 창유리와 하우징 캡 사이에 밀폐 결합이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개별 창유리는 금 내기(scoring) 및 쪼개기에 의하여 또는 레이저 절단에 의하여 상기 모 창유리로부터 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 소결된 유리 성형체(sintered glass shaped body)와 페이스트형 유리 솔더가 상기 하우징 본체 및/또는 상기 하우징 요소에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조 가능하거나 제조된 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
20. 제19항에 있어서, 예비-유리화된 유리 솔더를 일부 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 금속으로 된 슬리브(sleeve)형 캡과, 바람직하게는 창으로서의 기능을 하는 창유리를 포함하는 하우징 요소와, 창과 금속 캡 사이에 배치된 유리 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
22. 제21항에 있어서, 레이저나 광다이오드(photodiode)와 같은 광학 구성 부재를 캡슐화하기 위한 광학 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
23. 제22항에 있어서,

    둥글거나 직사각형의 금속 슬리브와,

    상기 금속 슬리브의 내부 단부면과 본질적으로 합치하고 그 단부측이 상기 금속 슬리브의 내측과 접촉하는 둥글거나 직사각형의 창유리와,

    투여(dispensing) 또는 스크린 인쇄에 의하여 창 유리 및/또는 금속 슬리브에 도포된 유리 솔더를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
24. 제23항에 있어서, 상기 금속 슬리브는 그 내부에 단부 측면 주변으로 뻗어 있는 지지부를 포함하고, 상기 유리 솔더 페이스트는 상기 지지부 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
25. 제24항에 있어서, 상기 단부 측면 주변으로 뻗어 있는 지지부는, 상기 유리 솔더를 위한 솔더 구역과 상기 지지부의 기타 표면과의 경계를 정하는 비드(bead)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
26. 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부의 평면은 하우징 본체의 길이방향 축에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
27. 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 창유리는 반사 방지 코팅 및/또는 긁힘 방지층을 구비하고 상기 경사져 있는 지지부로 솔더에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.
28. 제21항에 있어서, 상기 하우징 요소는 렌즈, 원통형 렌즈 또는 구형 렌즈인 광학 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징 본체.