KR20080004397A - 광학 구성부품 또는 광전자 구성부품을 패키지하는 방법 및상기 방법에 의해 생산가능한 광학 또는 광전자 패키지요소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 또는 광전자 구성부품을 위한 패키지 부분들을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 목적을 위해서 금속 패키지 요소가 유리 솔더 링에 의해 투명 패키지 요소에 접착되며, 상기 유리 솔더는 금속 패키지 요소 및 투명 패키지 요소에 접촉되게 되며, 상기 유리 솔더가 상기 금속 패키지 요소와의 접촉을 통해 가열되고 융해되며, 상기 유리 솔더를 융해 및 후속 응고시킴으로써 상기 금속 패키지 요소 및 상기 투명 패키지 요소 사이에서 밀봉된 바람직하게는 링 형상의 접착이 생성되도록, 상기 금속 패키지 요소가 유도 코일에 의해 생성된 교번하는 전자기 장에 의해 유도적으로 가열된다.
광전자 구성부품, 유도 가열, 유도 코일, 투명 패키지, 금속 패키지
Description
본 발명은 광학 구성부품 또는 광전자 구성부품을 패키지하는 방법 및 상기 방법에 의해 생산가능한 광학 또는 광전자 패키지 요소에 관한 것이다.
종래기술에 따르면 광전자(optoelectronic) 구성부품들(components)은 종종 금속 패키지들로 캡슐화(encapsulate) 되어 왔다. 이러한 패키지들은 금속 패키지 요소(element)를 포함하여 구성되며, 뿐만 아니라 빛의 입출력을 위해서 투명 패키지 요소를 포함하여 구성된다. 투명 패키지 요소와 금속 패키지 요소 간의 밀봉된 접착(hermetic bond)을 얻기 위해서, 유리 솔더(glass solder)가 점점 더 많이 사용되고 있다. 유리 솔더는 페이스트(paste) 형태로 적용되거나 또는 솔더 링의 용량(capacity) 내에서 소결된 성형 부품(sintered shaped part)으로서 사용된다. 융해 그 자체(fusion per se)는 일반적으로 튜브 오븐(tube oven) 또는 배치 오븐(batch oven)에서 수행된다. 이러한 오븐 공정은, 특히 대량 생산의 경우에 있 어, 제어하기가 매우 어려운바, 그 이유는 구성부품들 자체에서 열 분포를 제어하기가 힘든 정교한 매거진(magazine)이 사용되기 때문이다. 이러한 점은 융해 재현성(reproducibility)을 더욱 어렵게 한다.
더 나아가, 가열(heating) 및 냉각(cooling) 경사도(gradient)는 매우 편평하며 결과적으로 상기 공정 기간은 매우 길어진다. 특히, 모든 패키지 부품들이 신뢰성 있게 서로 접착되기 위해서는, 소정 범위의 유리 솔더 프로세싱 온도가 오래동안 유지되어야 하는데, 이에 따라 상기 유리 솔더가 패키지 벽(package wall)을 따라서 제어 불가능하게 상승하게 되며, 따라서 응용제품에 있어 매우 중요한 유리 구성부품이 광학 기능과 관련된 영역(optically relevant region)에서 적셔지게(wetted) 된다.
종래 기술의 또 다른 단점중 하나는, 복합 유리 솔더들이 사용되는 경우에, 기본 유리질과 충진재들(fillers) 간의 분리(demixing)가 종종 이곳에서 발생한다는 점이다. 이러한 분리(demixing)는 열 팽창 계수에 바람직하지 못한 영향을 미치며 결과적으로 융해 품질에 나쁜 영향을 미친다. 특히, 이러한 분리는 밀봉되지 않은 접착(non-heretic bond)을 야기할 수도 있으며, 따라서 완성된 제품 내로 습기 또는 공기(가스)가 유입되게 할 수도 있다. 종래기술의 또 다른 문제는, 높아진 결정화 감수성(elevated crystallization susceptibility)을 갖는 유리 솔더들은 프로세싱이 매우 어렵다는 점이다. 특히, 결정화 온도가 솔더링 온도 영역내에 있을 때, 상기 오랜 기간동안 요구되는 유리 솔더 프로세싱 온도는, 결정들의 침전(precipitation of crystals)을 증가시키게 된다. 이에, 상기 솔더는 접착 부재 들(bonding partners)을 더 이상 충분히 적셔주지 못하며, 밀착된 접착을 더 이상 제공하지 못한다. 더 나아가, 열 팽창 계수의 변화는 오접합(mismatch)을 야기하며, 따라서 구성부품들에 스트레스를 야기하는바, 이에 의해 야기될 수 있는 영향들은 전술한 바와같다. 또한, 충진재의 부가는 융해 제어 가능성(contollability of fusion)에 손상을 가할 수 있다. 전형적으로 사용되는 유리 솔더들은 가령, 이온 형태의 납(Ⅱ/Ⅳ) 또는 비스무스(Ⅲ)와 같은, 환원되기 쉬운 양이온들(cations)을 매우 높은 비율로 내포하고 있는 것이 일반적이다. 금속성 침전(metallic precipitation)을 방지하기 위해서는, 이러한 원소들의 융해가 산화 분위기(oxidizing atmosphere)하에서 수행되어야 한다. 하지만, 이번에는 이러한 산화 분위기로 인해 금속 부분들의 산화가 야기되는바, 이러한 산화는 유리 솔더의 변이 온도(transition temperature) 아래에서 상기 금속의 환원을 위한 추가적인 공정, 예를 들면, 수소 가스의 추가와 같은 공정을 더 필요로 한다. 사용되는 금속 부분들은 종종, NiFeCo 또는 NiFe합금 또는 절삭강(cutting steel)의 그룹으로부터 선택된다. 용접성(weldability)을 향상시키고 부식(corrosion) 방지를 위해서, 이러한 금속 부분들은, 가령, 금, 니켈, 은 등등의 전해질 층들(electrolytic layers)과 함께 제공되어야만 한다. 이러한 층들의 열적 안정성은 제한적이며, 더 높은 융점(higher-melting)을 갖는 유리 솔더의 사용을 막는다.
또한, 구성부품 상에 야기된 온도에 대한 제어는, 경험에 의해서만 가능한 것이 일반적이다. 이러한 것에 대한 이유는, 사용되는 매거진의 다량(mass) 및 매거진의 물질로 인한 강력한 영향 때문이다. 결정화되기 쉬운 모든 솔더들의 경우에 있어서, 무엇보다도 특정한 물질의 성질에 있어서 변화가 발생할 수도 있는바, 이는 심지어 궁극적으로 불합격품을 야기할 수도 있다.
종래에 알려진 생산 기술의 또 다른 문제점 중 하나는, 제품 변화(product change) 및 패턴 로딩(pattern loading)에 대한 유연성 부족인바, 이러한 문제점은 증가된 비용지출을 수반하기 때문이다.
광학적으로 코팅된 창들(windows), 렌즈들(lenses), 및 이와 유사한 구성부품들을 융해한다는 것은, 이들 구성부품들이, 공정 온도 구간에서 상(phase)이 변이되는(즉, 광학 성질이 변형되는) 금속 산화물로 구성되거나 또는 금속 산화물 코팅을 포함하여 이루어지는 경우, 특히나 온도에 크리티컬(critical) 하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유리 솔더를 이용하여 광학 또는 광전자 구성부품들을 위한 패키지 요소들을 접착함에 있어서의 앞서 언급된 단점들을 회피하는 것이다. 이러한 목적은, 독립항들의 기술적 사상에 의해서 극히 놀라울 정도로 간단한 방식으로 달성된다. 본 발명의 유용한 구성 및 상세한 내용은 각각의 종속항들에서 특정된다.
따라서, 본 발명에 따르면 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법이 제공되는바, 상기 방법에서는, 유리 솔더 링(glass solder ring)에 의해 금속 패키지 요소가 투명 패키지 요소에 접착되고(bond), 유리 솔더는 금속 패키지 요소 및 투명 패키지 요소에 접촉(contact)되게 되며, 금속 패키지 요소와 접촉하고 있는 유리 솔더가 가열 및 융해되도록 상기 금속 패키지 요소는 유도 코일(induction coil)에 의해 발생된 교번하는(alternating) 전자기장에 의해 유도적으로 가열되며(inductively heated), 융해 및 후속 응고(solidification)에 의해서 금속 패키지 요소 및 투명 패키지 요소 사이에 밀봉된 접착이 만들어지며, 바람직하게는 링 형상(ring-shaped)의 접착이 만들어진다. 본 명세서에서 사용된 "투명(transparent)" 이라는 용어는, 가시광선 영역에서 투명한 패키지 요소들만을 의미하는 것은 아니다. 이러한 제한적인 의미라기 보다는, 빛의 적어도 하나의 스펙트럼 영역에 대해서 투과성이 있는(transmissive) 패키지 요소가 투명 패키지 요소를 의미하는 것이라고 이해되어야만 한다. 따라서, 상기 패키지 요소는, 가시 스펙트럼 영역에서의 투명성 이외에도, 적외선 스펙트럼 영역 및/또는 자외선 스펙트럼 영역에서도 대안적으로 또는 추가적으로 투명할 수도 있다.
더 나아가, 링 형상의 접착은 예를 들어 고리 모양의 접착(annular bond)만을 의미하도록 의도된 것은 아니다. 오히려, 링 형상의 접착은, 내부 영역을 둘러싸는 연속적인 원주형 구조(circumferential structure)를 의미하는 것으로 일반적으로 의도된다. 예를 들면, 이러한 링 형상의 접착은 직사각형, 정사각형 또는 일반적인 다각형 형상을 가질 수도 있다.
이에 따라, 광학 또는 광전자 구성부품의 밀봉 패키징을 위한 광학 캡(optocap)이 제공되며, 상기 광학 캡은 패키지로부터 및/또는 패키지 내부로의 빛의 입출력을 위한 투명 패키지 요소 및 금속 패키지 요소를 포함하여 이루어진 다. 상기 금속 패키지 요소 및 투명 패키지 요소는, 바람직하게는 링 형상의 유리 솔더 본딩에 의하여 접착되며, 상기 유리 솔더 본딩은, 유도적으로 가열된 금속 패키지 요소를 통한 가열에 의해서만 본질적으로(essentially) 수행된다.
본 발명에 따른 가열에 의하면, 가열을 위한 입력 에너지는 직접적으로(directly) 제어될 수 있다. 이러한 방식을 사용하게 되면, 유리 솔더에 의해 패키지 요소들을 접착할 때에 매우 우수한 재현가능성이 획득된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 성형된(shaped) 유리 솔더 부분이 마련되고, 금속 패키지 요소 및 투명 패키지 요소 사이에서 융해된다. 사전제조된 성형된(prefabricated shaped) 유리 솔더 부분들의 사용으로 인하여, 매우 높은 생산성이 획득될 수도 있는바, 이는 전처리 공정들이 생략될 수 있기 때문이다.
본 발명의 또 다른 실시예 또는 부가적인 실시예에 따르면, 솔더 비드(solder bead)가 패키지 요소들 중 적어도 하나에 페이스트(paste)로서 적용될 수도 있다. 이는 예를 들면, 적절한 디스펜서(dispenser)와 함께 수행될 수도 있다. 상기 페이스트는 후속으로 건조되며, 패키지 요소들이 서로 결합되기 전에 유기 구성성분들(organic constituents)은 선택적으로 연소된다(burn out). 본 발명의 이러한 실시예는, 가열할 때에 이미 유리 솔더와 패키지 요소들의 우수한 접촉이 제공될 수 있다는 점에서 유용하다. 이러한 실시예는, 유리 솔더가 금속 패키지 요소상에 적용될 때에 특히 적합하다. 이러한 경우, 가열할 때에, 금속 패키지 요소와의 매우 우수한 열 접촉(thermal contact)이 이미 존재하기 때문에, 융해 프로세스가 더 빨라진다.
종래의 오븐 가열 공정과 비교해 보면, 본 발명에서는 금속 패키지 요소를 직접 가열함으로써, 전체적으로 보면 실질적으로 더 짧아진 공정 시간이 획득되는바, 이는 오븐내에서의 가열은 가열된 공기를 통해서만 직접적으로 수행되기 때문이며 결과적으로, 상대적으로 더 적은 에너지가 전달되기 때문이다. 이와는 반대로, 본 발명에 따른 유도 가열로 인해, 상기 금속 패키지 요소는 기껏해야 2분 정도의 총 솔더링 시간내에 투명 패키지 요소에 솔더링 될 수 있으며, 바람직하게는 기껏해야 90초, 더욱 바람직하게는 기껏해야 60초 또는 심지어 30초 이내에 유도장의 작용에 의해 솔더링 될 수 있다.
가속화된 솔더링으로 인하여, 유해한 확산 공정들 및 반응들이, 유리 내에서 또는 광학 캡의 구성 성분들 사이에서 방지된다. 이러한 특정한 일례들은, 특히 공정 가스들(포밍가스, 아르곤, 등등)을 사용할 때 또는 진공에서의 결정화, 유리 솔더의 환원, 및/또는 금속 패키지 요소의 산화를 포함한다. 레이져 또는 IR 소스들에 의한 프로세스들과 대조적으로, 본 발명에 따른 솔더링은 또한, 입사 파장에 관한 솔더의 흡수성(absorptivity)에 의존적이지 않다.
본 발명의 방식에 따르면, 예를 들면, 유리 솔더내에서의 원치 않는 분리(demixing) 역시 방지될 수 있다. 본 발명에 따르면, 무연(lead-free) 유리 솔더들 역시 사용될 수 있는바, 이들 무연 유리 솔더들은 납을 함유하는 유리 솔더들과 비교하여 대개 상대적으로 더 높은 공정 온도 및/또는 변이 온도를 갖기 때문에, 광전자 구성부품들을 패키징하는 응용범위에는 적합하지 않지만, 본 발명에 따르면 이들 무연 유리 솔더들 역시 사용가능하다. 하지만, 밀봉되지 못하게 실링된(non- heretically sealed) 유리 솔더 접착들의 형성을 야기할 수도 있는, 분리(demixing)에 취약한 것들은, 납을 함유하는 정교한 복합 솔더들이다.
본 발명의 다른 상세 내용에 따르면, 금속 패키지 요소에 대한 직접 가열 및 이로서 얻을 수 있는 가파른 가열 경사도들 때문에, 적어도 400℃ 이상의 변이 온도, 바람직하게는 적어도 450℃ 이상의 변이온도를 갖는 유리 솔더가 사용될 수도 있다.
금속 패키지 요소에 대한 유도기 가열(inductor heating)은 또한, 그렇지 않다면 난해한 물질 조합들을 가능케 한다. 예를 들어, 본 발명에 따르면, 가령, 고 팽창성의 스테인레스 스틸과 같이, 열 팽창 계수가 13＊10-6 k-1 에서 20＊10-6 k-1 인 팽창성이 매우 우수한 금속을 포함하여 구성된 금속 패키지 요소, 바람직한 실시예서는 심지어 오스테나이트(austenitic) 스테인레스 스틸을 포함하여 구성된 금속 패키지 요소 역시, 유리 솔더 접착제에 의해서 투명 패키지 요소에 손쉽게 본딩될 수 있었다. 특히, 오스테나이트(austenitic) 스테인레스 스틸로 만들어진 패키지 요소들 역시, 유리 솔더 패키지 요소들에 본딩될 수도 있다.
유리 패키지 요소들은 투명 패키지 요소들로서 선호되어 사용된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에서는 다른 물질들도 적용가능한바, 예를 들면, 결정질(crystalline) 투명 패키지 요소들도 적용가능하다. 더 나아가, 투명 패키지 요소는 또한 광학 코팅을 가질 수도 있다. 이러한 코팅은 필터 코팅일 수도 있으며, 예를 들어 이 경우, 상기 필터 코팅은 하나 이상의 층들을 갖는 간 섭(interference) 코팅을 특히 포함할 수도 있다. 이러한 간섭 코팅은 매우 다양한 기능들을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 간섭 코팅은 반사방지(antireflection), 블루밍(blooming) 기능을 포함할 수도 있으며, 또는 빔 분배기(beam splitter) 또는 이색성 미러(dichroic mirror)로 작용할 수도 있으며, 광대역(broadband) 필터 또는 대역통과(bandpass) 필터로서 작용할 수도 있다. 이러한 광학 요소들은 하나 이상의 금속 산화물(metal oxide) 층들을 종종 포함하는바, 이들은 이들의 조직(morphology)면에서 열에 민감하다. 몇몇 금속 산화물 층들에서는 예를 들면, 충분히 높은 온도에서 상 변이(phase transition)가 일어날 수도 있다.
이러한 것은 층 두께 또는 투과(transmission)에 있어서 변화를 수반한다. 하지만, 본 발명에 의해서 가열시간이 획기적으로 감소했기 때문에, 600℃ 아래에서 상 변이를 경험하는 물질을 포함하여 이루어진 광학 코팅을 갖는 투명 패키지 요소들을 접착하는 것이 가능하다.
상기 금속 패키지 요소는 본 발명에 따른 유도 가열에 의해서만 본질적으로 가열되기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서 투명한 패키지 요소의 온도는 유리 솔더의 처리 온도 이하에서 유지될 수도 있으며, 특히 융해 동안에 유리 솔더 링의 아래 영역에서 그 자신의 상 변이 온도 아래에서 유지될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 투명 패키지 요소의 광학 코팅 특성들에 해로운 영향을 끼치는 이러한 상 변이가 또한 억제될 수 있다.
가장 간단한 일례로서, 유리 웨이퍼 형태의 유리 윈도우가 투명 패키지 요소 로서 사용된다. 이러한 유리 윈도우 이외에도, 유리-세라믹 윈도우, 사파이어 윈도우, 석영(quartz) 윈도우 또는 실리콘 윈도우가 투명 패키지 요소로서 사용될 수도 있다. 이 경우, 실리콘 윈도우는 적외선에만 투명한 패키지 요소의 일례이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 렌즈가 투명 패키지 요소로서 금속 패키지 요소에 접착된다. 투명 패키지 요소의 구성에 관계없이, 상기 투명 패키지 요소는 캡-형상(cap-shaped)의 금속 패키지 요소에 끼워질 수도 있는바, 따라서 유리 솔더에 의한 접착 이후에, 투명 패키지 요소가 금속 패키지 요소의 슬리브(sleeve) 안으로 내부적으로 배치된다.
투명 패키지 요소를 금속 패키지 요소 상에 외부적으로 배치하고 접착하는 것도 또한 가능하며, 이는 응용예에 따라서 유용할 수도 있다.
더 나아가, 복수개의 금속 패키지 요소들은, 옆으로 및/또는 위쪽으로 서로 배치되어, 유리 솔더의 융해에 의해 투명 패키지 요소들에 동시에 접착될 수도 있다. 이를 위해서는, 상응하는 치수의 하나의 유도 코일 또는 복수개의 유도 코일의 배치가 사용될 수도 있다.
본 발명에 따라 투명 패키지 요소를 금속 패키지 요소에 접착함으로서 생산가능한 광학 캡은, 예를 들면, 레이져 또는 포토다이오드(특히, 데이터 전송 또는 광학 디스크 드라이브를 위한)를 캡슐화하기 위해 사용될 수도 있다. 또한, 광학 액상 렌즈(optical liquid lense) 역시, 본 발명에 따라 생산가능한 광학 캡에 의해 캡슐화될 수도 있다. 이러한 광학 액상 렌즈는, 예를 들면, 이동 전화기의 카메라, 의학기술용, 매체(media) 기술용 디지털 텔레그램(telegram)을 위해 사용될 수 도 있으며 또는, 자동차 분야의 응용에 사용될 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면들 및 실시예들을 참조로 하여 하기에서 좀더 상세히 설명될 것이다. 동일한 참조번호들은 동일하거나 유사한 부분들을 나타낸다.
도1은 접착되어질 광학 캡의 부분들 뿐만 아니라, 유리 솔더에 의해 광학 캡의 패키지 요소들을 접착하는 장치를 도시한 도면이다. 광학 캡은, 안쪽으로 돌출된 가장자리(6)에 의해 범위가 정해지는 개구(opening)(5)를 구비한 슬리브 형태의 금속 패키지 요소(3)를 포함하여 이루어진다. 도1에 도시된 실시예에서는, 내부적으로 배치되도록 상기 슬리브 안으로 끼워넣어진 유리 웨이퍼 형태의 윈도우(7)가 투명 패키지 요소로서 제공된다. 투명 윈도우(7)를 끼워 맞추기 전에, 안쪽으로 돌출한 가장자리(6) 상에 자리잡은 성형된 유리 솔더 부분(9)이, 금속 패키지 요소(3)의 슬리브 안으로 끼워넣어진다. 따라서, 상기 윈도우(7)를 끼워 맞춘 이후에는, 성형된 유리 솔더 부분(9)이 금속 패키지 요소(3) 및 상기 윈도우(7) 사이에 배치된다. 상기 유리 윈도우가 유리 솔더의 융해 동안 또는 그 이전에 비틀어지는 것(falling out)을 방지하기 위해서는, 상기 금속 패키지 요소(3)는 개구(5)가 아래쪽을 향하도록 고정되거나 또는 마운트되는 것이 바람직하다.
도1에 따른 예시적인 일실시예에서, 윈도우(7)는 또한, 광학 간섭 코팅(11)을 갖는다. 이러한 간섭 코팅(11)은 심지어 이런 물질들, 예를 들면, 600℃ 아래에서 상 변이를 경험하는 금속 산화물(metal oxide)을 포함할 수도 있다. 이러한 물질들의 일례로는 티타늄 산화물(titanium oxide)을 들 수 있는바, 티타늄 산화물은 조직(morphology)에 따라, 비정질(amorphous)에서 결정질 상으로 변할 수도 있으며 또는, 하나의 결정질 상에서 다른 하나의 결정질 상으로 변할 수도 있다. 티타늄 산화물은 높은 지표의 광학적 성질들(high-index optical properties)을 갖고 있기 때문에, 그 자체로서 간섭층들 또는 간섭층 시스템들에 특히나 적합하다. 하지만, 만일, 낮은 융점(low-melting)의 유리 솔더들이 사용되지 않는다면, 이러한 티타늄 산화물 층의 조직상의 변화가 통상적인 오븐 프로세스에서 발생할 수도 있을 것이다.
이와는 반대로 도1에 도시된 바와같이, 무선 주파수(radio frequency) 전류를 공급받는 유도 코일(20)에 의해, 가열이 유도적으로 수행되는바, 유도 코일은 금속 패키지 요소(3)의 전기적으로 전도성인 물질내에서 에디 전류들(eddy currents)을 생성하며 이에 의해 금속 패키지 요소(3)가 직접적으로(directly) 가열된다. 하지만, 절연성인 투명 패키지 요소(7)는 유도 코일의 교번하는 장(alternating field)에 의해 가열되지 않거나 또는 적어도 본질적(essentially)으로는 가열되지 않는다. 따라서, 간섭 코팅(11)을 구비한 투명 패키지 요소에 대한 가열은, 이제 유리 솔더를 통해서 간접적으로만 수행된다. 따라서, 윈도우(7) 특히 상기 윈도우 상에 형성된 간섭 코팅(11)은, 금속 패키지 요소(3)의 개구 안쪽인 광학적으로 관련된 영역내에서 성형된 유리 솔더 부분들(9)의 유리 솔더를 융해하기 위해 필요한 온도 보다 낮은 온도에서 유지될 수 있다. 특히, 투명 패키지 요소 또는 투명 패키지 요소에 적용된 코팅은 그 자신의 상 변이 온도 아래에서 유지된다.
다른 한편으로, 성형된 유리 솔더 부분(9)은 금속 패키지 요소(3)와의 접촉 을 통해 유리 솔더 처리 온도까지 또는 그 이상으로 가열되는바, 이에 따라 상기 유리 솔더가 융해하며, 개구(5) 주위에서 상기 가장자리(6)를 따라 연장된 링 형상의 밀봉된 유리 솔더 접착을 제공한다. 금속 패키지 요소(3)를 통해 유리 솔더를 가열하는 것이 매우 빠르게 수행되기 때문에, 상기 유리 솔더가 패키지 벽을 따라서 제어불능하게 상승하는 것을 방지할 수 있으며, 광학적으로 관련된 영역내에서 응용제품에 매우 중요한 요소인 윈도우를 적실 수도 있는 가능성을 방지할 수 있다.
유리 솔더를 융해하기 위해, 상기 유리 솔더는 유도적으로 가열된 금속 패키지 요소(3)를 통해서 연화 온도(softening temperature)(EW) 이상으로 가열되며, 바람직하게는 상기 처리 온도까지 또는 그 이상으로 가열된다. 유도 가열에 사용가능한 유리 솔더들은 400℃ 이상의 변이 온도를 가질 수도 있으며, 심지어 450℃ 이상의 변이 온도를 가질 수도 있다.
본 명세서에서 솔더링 온도라는 것은, 점성(viscosity)이 107.6 에서 102 dPa·s 의 범위에 있는, 바람직하게는 106 에서 104 dPa·s 의 범위에 있는 유리 솔더의 온도를 의미하도록 의도된다. 유도 가열 덕분에 가능한 이들의 짧은 가열 시간때문에, 심지어 무연(lead-free) 유리 솔더를 사용하는 것도 가능한바, 납을 함유한 유리 솔더에 비교하면 상기 무연 유리 솔더는 일반적으로 더 높은 처리 온도를 갖는다.
금속 패키지 요소(3)를 통한 유도성 가열에 의해 유리 솔더를 융해 또는 연 화시키는 것은, 오븐내에서 수행되는 통상적인 가열보다 훨씬 더 많은 잇점을 갖는다. 예를 들어, 복합 유리 솔더의 경우에, 유리 솔더의 분리(demixing)가 방지될 수 있으며, 또한 금속 패키지 요소(3)의 벽들 및 특히 투명 패키지 요소를 제어불능하게 적시는 것도 방지될 수 있는바, 이는 유도 가열에 의해 얻어질 수 있는 좀더 가파른 가열 경사도 및 이에 수반되는 더 짧은 공정시간 때문이다. 복합 유리 솔더들이란, 열 팽창 계수에 영향을 미치기 위해, 활성이 없는(inert) 즉, 반응성이 없는(unreactive) 충진재들(fillers)이 부가된 유리 솔더들이다. 적절한 충진재들로는 예를 들면, 전체 구조의 열 팽창을 감소시키는 지르코니아(zirconia), 근청석(cordierite) 또는 a-eukryptite 등이 있다.
만일, 유리 솔더를 가열하는 시간이 너무 오래 걸리면, 이러한 충진재들의 분리가 일어날 수도 있으며, 결과적으로 이러한 분리는 유리 솔더 물질의 비균질한(inhomogeneous) 열 팽창을 야기한다.
유리 솔더에 대한 후속 응고(solidification) 동안에, 열적으로 유도된 스트레스가 발생할 수도 있는바, 이들 스트레스는 크랙(crack)을 유발하며 따라서 상기 유리 솔더 접착은 더이상 밀봉적으로 실링되지 못한다.
유도 코일(20)은, 무선 주파수의 교류 전류로 유도 가열을 위한 것이다. 교류 전류의 바람직한 주파수들은 일반적으로 50㎑ 에서 750㎑ 범위내에 있다. 코일 자체가 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위해서, 상기 코일은 액체로 냉각될 수도 있으며, 특히 물로 냉각될 수 있다. 이를 위해서, 냉각제(coolant)가 흐르는 관 모양의(tubular) 도전체가 코일에 사용된다.
도1에 도시된 도면과는 달리, 복수개의 금속 패키지 요소들(3)이 옆으로 및/또는 위쪽으로 서로 배열되어, 유도장 내에서 유리 솔더를 융해함으로써 투명 패키지 요소들(7)에 동시에 공정처리될 수도 있다. 이러한 예시적인 실시예가 도2에 도시되어 있다. 도1에 도시된 구성과 유사하게, 금속 패키지 요소들(3)은 금속 패키지 요소들의 개구(5)가 아래쪽을 향하도록 배치되어 있다. 홀들(holes)(27)을 구비한 절연성의 지지 평판(25)이 금속 패키지 요소들(3)을 고정하기 위해 제공된다. 상기 절연성의 지지 평판(25)은 홀들(27)이 상기 코일(20)의 정면에 위치하도록 배치되거나 또는 도2에서 일례로서 도시된 바와같이 그 내부(indside it)에 배치된다. 형상을 갖춘 유리 솔더 부분들(9) 및 투명 패키지 요소들(7)이 그 내부에 배치된 금속 패키지 요소들(3)이, 절연성 지지 평판(25)의 홀들(27) 안으로 끼워넣어지며, 이후에, 코일(20)의 유도장에 의해 상기 유리 솔더를 융해하거나 또는 연화함으로써 병렬적으로 처리된다.
도3은 도1 또는 도2에 도시된 바와같은 배치에 의해 금속 패키지 요소(3)를 투명 패키지 요소(7)에 접착함으로써 생산될 수도 있는 광학 캡(1)을 도시한 도면이다. 유리 솔더를 융해함으로써, 금속 패키지 요소(3)의 개구(5) 주위에서 가장자리(6)를 따라 연장된 링 형상의 밀봉된 유리 솔더 접착이, 두개의 패키지 요소들(3, 7) 사이에서 생성된다.
도4는 도1에 도시된 배치의 변형을 도시한 도면이다. 도1에 도시된 배치와는 달리, 성형된 유리 솔더 부분(9) 대신에, 개구(5) 주위의 가장자리(6) 상에 놓여진 링 형상의 유리 솔더 비드(bead)(10) 형태의 페이스트로서 유리 솔더가 적용되었 다. 상기 페이스트가 건조된 이후에, 유리 솔더를 융해함으로써 2개의 패키지 요소들(3, 7)은 서로 밀봉되어 접착될 수 있는바, 이는 도1 또는 도2의 도움을 받아 개시된 바를 준용한다. 이러한 케이스에서, 유리 솔더가 융해되기 전에 유리 솔더 비드(10)의 유기 구성성분들(organic constituents)이 연소되도록, 가열 프로세스가 조정된다. 이러한 유리 솔더 비드(10)는 디스펜서(dispenser)와 함께 적용되는 것이 바람직한바, 디스펜서는 디스펜서 바늘(dispenser needle)의 개구부를 통해 금속 패키지 요소(3)의 가장자리(6)의 안쪽 위에 놓여진다.
도5는 도3에 도시된 광학 캡(1)의 변형예를 도시한 도면이다. 도5에 도시된 광학 캡(1)에 대한 예시적인 일실시예에서는, 윈도우(7) 대신에, 소정의 광학 요소(element)가 투명 패키지 요소로서 사용되었다. 특히, 도시된 예시적인 실시예에서, 투명 패키지 요소로서의 구형(spherical) 렌즈(17)는, 링 형상의 밀봉된 유리 솔더 본딩(15)에 의해 투명 패키지 요소(3)에 접착된다.
도1 내지 도5에 도시된 바와 달리, 투명 패키지 요소(7)가 금속 패키지 요소(3) 상에 외부적으로 배치되어 솔더링되는 것도 또한 가능하다. 도5에 도시된 실시예에서 이러한 점은, 소정의 사이즈를 갖는 금속 패키지 요소(3)에 대해서, 광학 캡(1)의 증가된 내부 공간을 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명이 앞서 설명된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다라는 것은 해당 기술분야의 당업자들에게 자명하다. 이와 달리, 예시적인 실시예들의 개별적인 특징들은 또한, 매우 다양한 방식들로 서로 결합될 수도 있다.
도1은 광학 캡의 일부분들을 구비한 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도2는 접착된 패키지 요소들을 구비한 광학 캡을 도시한 도면이다.
도3은 도1에 도시된 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.
도4는 도1에 도시된 실시예의 변형예를 도시한 도면이다.
도5는 투명 패키지 요소로서 렌즈를 구비한 도2에 도시된 광학 캡의 변형예를 도시한 도면이다.
Claims (24)
- 유리 솔더 링에 의해 금속 패키지 요소가 투명 패키지 요소에 접착되는, 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법에 있어서,상기 유리 솔더는 상기 금속 패키지 요소 및 상기 투명 패키지 요소에 접촉되도록 하며, 그리고상기 유리 솔더가 상기 금속 패키지 요소와의 접촉을 통해 가열되고 융해되며, 그리고 상기 유리 솔더를 융해 및 후속 응고시킴으로써 상기 금속 패키지 요소 및 상기 투명 패키지 요소 사이에서 밀봉된 바람직하게는 링 형상의 접착이 생성되도록, 상기 금속 패키지 요소가 유도 코일에 의해 생성된 교번하는 전자기 장에 의해 유도적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,성형된 유리 솔더 부분이, 상기 금속 패키지 요소 및 상기 투명 패키지 요소 사이에 배치되고 융해되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,솔더 비드(bead)가 페이스트로서, 상기 패키지 요소들 중 적어도 어느 하나 의 위에 적용되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소 및 상기 금속 패키지 요소는, 기껏해야 2분 정도의 총 솔더링 시간내에, 바람직하게는 기껏해야 90초, 더욱 바람직하게는 기껏해야 60초 또는 심지어 30초 이내에 유도장의 작용에 의해 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,무연(lead-free) 유리 솔더가 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,적어도 400℃, 바람직하게는 적어도 450℃ 의 변이 온도를 갖는 유리 솔더가 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,오스테나이트(austenitic) 스테인레스 스틸을 포함하여 이루어진 금속 패키지 요소가 상기 유리 솔더 접착에 의해서 투명 패키지 요소에 접착되는 것을 특징 으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,유리 패키지 요소가 상기 유리 솔더 접착에 의해서 상기 금속 패키지 요소에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,광학 코팅이 제공된 투명 패키지 요소가 상기 유리 솔더 접착에 의해서 상기 금속 패키지 요소에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,간섭 코팅이 제공된 투명 패키지 요소가 상기 금속 패키지 요소에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 2개의 항들 중 어느 한 항에 있어서,광학 코팅이 제공된 투명 패키지 요소가 상기 유리 솔더에 의해서 접착되며, 상기 광학 코팅을 위한 물질은 600℃ 아래에서 상 변이를 경험하는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,광학 구성부품들이 상기 투명 패키지 요소의 일부로서 상기 금속 패키지 요소에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,렌즈 또는 빔 분배기가 상기 금속 패키지 요소에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는, 상기 융해 동안에 유리 솔더 링의 아래 영역에서 그 자신의 변이 온도 아래에 남아있는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는 캡 형상의 금속 패키지 요소, 특히 상기 금속 패키지 요소의 안쪽으로 돌출한 가장자리 상에 끼워 넣어지며, 이에 따라 상기 투명 패키지 요소가 상기 유리 솔더의 접착이후에 상기 금속 패키지 요소의 슬리브 안에 내부적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는 상기 금속 패키지 요소에 외부적으로 배치되고 솔더링되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,복수개의 금속 패키지 요소들이 옆으로 및/또는 위쪽으로 서로 배치되어, 상기 유리 솔더의 융해에 의해 상기 투명 패키지 요소들에 동시에 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지하는 방법.
- 유리 솔더에 의해 광학 또는 광전자 구성부품들을 패키지 하는 패키지 요소들을 접착하는 전기적으로 전도성인 물질내에서 전자기장에 의해 생성된 에디 전류에 의한 유도 가열을 사용하는 방법.
- 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡에 있어서,금속 패키지 요소; 및패키지로부터 및/또는 패키지 안으로의 빛의 출력 및/또는 입력을 위한 투명 패키지 요소를 포함하여 이루어지며,상기 금속 패키지 요소 및 상기 투명 패키지 요소는,선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생산가능한 바람직하게는 링 형상의 유리 솔더 접착에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡.
- 제 19 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는 유리 윈도우, 유리-세라믹 윈도우, 사파이어 윈도우, 석영 윈도우 또는 실리콘 윈도우 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡.
- 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는 필터 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡.
- 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 투명 패키지 요소는 렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡.
- 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 광학 캡은,레이져(특히, 데이터 전송 또는 광학 디스크 드라이브들을 위한)또는포토다이오드(특히, 데이터 전송 또는 광학 디스크 드라이브들을 위한)를 캡슐화하는 것을 특징으로 하는 광학 또는 광전자 구성부품를 밀봉 패키지하는 광학 캡.
- 제 19 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 광학 캡에 의해 캡슐화된 광학 액상 렌즈.
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