KR20140001556A - 전자소자의 봉지방법 및 봉지된 전자소자 - Google Patents
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Abstract
금속기판, 상기 금속기판 위에 형성된 SiO2 층, 상기 SiO2 층 상에 위치한 전자소자, 상기 전자소자 상에 위치한 유리박판, 및 상기 전자소자를 봉지하며 상기 SiO2 층과 상기 유리박판을 연결하는 유리프릿을 포함하는 봉지된 전자소자 및 그의 봉지방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 가스 및 수분 침투에 따른 전자소자의 열화를 방지하고 유연성을 가지는 전자소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 및 수분 침투에 따른 전자소자의 열화를 방지하고 유연성을 가지는 전자소자를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 전자소자의 봉지방법 및 봉지된 전자소자에 관한 것이다.
전자소자는 대기 조건에서 수분이나 산소 분자와 반응하여 쉽게 열화될 수 있다는 문제점이 있다. 공기 중의 분자들로부터 이러한 종류의 열화를 방지하기 위해, 보통 고분자 계열의 필름을 열압착하는 봉지공정을 거친다. 상기 봉지 공정은 소자의 내구성 향상을 위해 반드시 필요한 과정이나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 바와 같이 고분자층 또는 고분자 필름으로 봉지하게 되면 고분자층 또는 고분자 필름이 수분 및 가스에 대한 높은 투과성을 가지고 있어서 전자소자의 수명을 확보하기 어렵다는 치명적인 단점을 가지고 있다.
본 발명의 일 측면은 유연성을 가지면서도 유리기판의 경우와 유사한 봉지 특성을 가지는 봉지기술을 제시하고자 한다.
본 발명의 다른 측면은 금속기판과의 밀착력이 향상되어 수분과 가스의 침투율을 최소화한 봉지된 전자소자를 제시하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 금속기판의 일 표면에 SiO2 층을 형성하는 단계, 상기 SiO2 층 표면에 전자소자를 위치시킨 후 상기 SiO2 층 일부 표면에 유리프릿을 도포하는 단계, 상기 전자소자 및 상기 유리프릿 위에 유리박판을 위치시키는 단계, 및 상기 유리프릿을 용융시켜 상기 금속기판과 상기 유리박판을 접합하는 단계를 포함하는 전자소자의 봉지방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 금속기판, 상기 금속기판 위에 형성된 SiO2 층, 상기 SiO2 층 상에 위치한 전자소자, 상기 전자소자 상에 위치한 유리박판, 및 상기 전자소자를 봉지하며 상기 SiO2 층과 상기 유리박판을 연결하는 유리프릿을 포함하는 봉지된 전자소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 가스 및 수분 침투에 따른 전자소자의 열화를 방지하고 유연성을 가지는 전자소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 봉지된 전자소자의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자소자의 봉지방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자소자의 봉지방법의 공정도이다.
이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 전자소자의 봉지방법 및 봉지된 전자소자에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다.
전자소자는 수분이나 공기 등 외부환경에 노출되면 소자의 열화를 가져와서 수명이 짧아지는 경향이 있으므로 봉지에 의하여 외부환경을 차단할 필요가 있다. 이를 위하여, 종래에는 유리기판 위에 유리로 봉지를 진행하는 것이 기본이었고, 유연한 전자소자의 경우는 고분자로 봉지를 진행하였다. 전자소자의 안정적인 수명을 확보하기 위해서는 일반적으로 10-6g/m2/day의 수분투과도 및 10-3cc/m2/day 의 산소투과도를 만족해야 하나, 봉지재료로서 흔히 사용하는 고분자 필름은 이보다 수분투과도 및 산소투과도가 현저히 크다. 또한, 유리기판 위에 유리로 봉지하는 기술은 유연성이 떨어져서 연속적인 생산이 가능한 롤투롤 공정 적용이 어려워 생산성 측면에서 불리한 면이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 유연한 금속기판과 유연한 유리박판을 사용하고, 유리프릿을 전자소자의 봉지재료로 사용하고자 한다.
즉, 본 발명의 일 측면은 금속기판의 일 표면에 SiO2 층을 형성하는 단계, 상기 SiO2 층 표면에 전자소자를 위치시킨 후 상기 SiO2 층 일부 표면에 유리프릿을 도포하는 단계, 상기 전자소자 및 상기 유리프릿 위에 유리박판을 위치시키는 단계, 및 상기 유리프릿을 용융시켜 상기 금속기판과 상기 유리박판을 접합하는 단계를 포함하는 전자소자의 봉지방법을 제공하고자 한다.
먼저 하부기판으로 사용할 금속기판(15)을 준비한다. 금속기판의 재료로는 특별히 제한하지 않으나, 철강, 탄소강, 특수강, 스테인리스강(Stainless Steel), 주철(cast iron), 또는 주강(steel casting)을 사용할 수 있다.
본 공정을 롤투롤로 진행할 경우 상기 금속기판의 두께는 0.01~2mm 정도가 적당하다.
준비된 금속기판의 일 표면에 SiO2 층(14)을 형성한다. SiO2는 유리와 금속기판과의 밀착력 향상을 위해 사용한다. SiO2 층은 전기화학적 증착, 증기증착, 스퍼터링, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 증착법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, PECVD을 사용하는 경우 200W의 파워를 인가하여, 800mTorr의 압력하에서 N2O 700sccm, SiH4 45sccm, Ar 700sccm의 유량으로 증착한다.
상기 SiO2 층의 두께는 100~1000㎚이 적당하다. 그 이유는 100nm 이하인 경우는 얇은 두께로 인하여 기판 표면에 균일한 코팅 및 충분한 밀착력 향상에 기여하기 어려우며, 1000nm 이상인 경우는 과도한 두께로 인한 증착 비용 및 시간 상승으로 좋지 않다.
상기 SiO2 층 표면에 전자소자(13)를 위치시킨다. 본 발명의 봉지방법을 적용할 수 있는 전자소자로는 CIGS 또는 a-Si 형의 태양전지, 유기발광다이오드 디스플레이, 센서, 및 기타 광학 디바이스를 예로 들 수 있다.
그 다음으로는, 유리프릿(12) 분말을 도포한다.
유리프릿의 연화온도는 바람직하게는 200~400℃이고, 더욱 바람직하게는 200~300℃인 것이 좋다. 상기 범위를 만족하게 되면 비교적 약한 열을 이용하여 가공할 수 있고, 열에 약한 전자소자의 봉지에도 안정적으로 적용할 수 있다.
또한, 상기 유리프릿은 레이저 빔의 특정한 파장에서의 흡수 특성을 강화하기 위해 철, 구리, 바나듐 및 네오디뮴으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 이온을 함유할 수 있다.
상기 유리프릿은 단독으로 도포할 수도 있으나, 유기 바인더 및 유기 용매를 포함하여 페이스트 형태로 도포할 수도 있다. 이때, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 유리프릿 60~90 중량부, 유기 바인더 0.1~5 중량부, 유기 용매 5~35 중량부를 포함할 수 있다. 상기 유기 바인더로는 예를 들어, 에틸 셀룰로우스 계열 또는 아크릴계 공중합체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 용매로는 예를 들어, 부틸카비톨아세테이트, 터피네올, 및 디부틸프탈레이트를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용 가능하다.
유리프릿의 도포 방법은 닥터 블레이드법, 스크린 프린팅법 등을 이용하여 도포될 수 있다. 이 때, 원활한 작업성을 위하여 유리프릿 페이스트의 점도는 500~50000 cps인 것이 바람직하여, 더욱 바람직하게는 2000~35000 cps인 것이다.
프릿 분말의 입자크기가 0.1 내지 20 ㎛ 범위를 사용하는 것이 도포의 용이성 및 효율성 측면에서 바람직하다.
상기 유리프릿 분말은 전자소자가 위치하지 않은 상기 SiO2 층 일부표면에 도포하며 상기 전자소자의 가장자리와 접해서 도포될 수도 있다. 유리프릿은 유리 재질이기 때문에 유리박판을 접합하는 경우 완벽한 실링효과를 구현할 수 있다.
이어서, 상기 전자소자(13) 및 상기 유리프릿(12) 위에 유리박판(11)을 위치시킨다.
유리박판은 유리재질이면서도 통상적인 유리판에 비하여 유연성을 가지고 있어서 롤투롤 공정에 적용할 수 있다.
상기 도포된 유리프릿을 용융시켜 상기 금속기판(15)과 상기 유리박판(11)을 접합한다. 이 때, 레이저 및 UV 등을 이용하여 유리프릿이 도포된 지역만 약 200~300℃로 가열하며 유리프릿이 용융되어 상부의 유리박판과 하부의 금속기판을 접합하여 그 사이에 위치한 전자소자(13)를 봉지하게 된다.
상기 유리프릿의 도포 공정은 정지한 상태에서 공정 또는 연속적인 공정 모두에 적용 가능하다. 유리프릿의 도포가 정지 상태에서 이루어지는 경우 원하는 크기로 소자를 절단한 후에 그 크기에 막제 봉지용 유리박판을 사용하고 유리프릿을 도포한 후에 용융하여 접합한다. 또한, 유리프릿의 도포가 연속적으로 이루어지는 경우 모듈의 크기를 정해서 수행할 수 있는데, 예를 들어 폭은 기판의 폭으로 결정될 수 있고, 길이는 모듈의 파워로 결정될 수 있다.
특히, 연속적으로 공정이 수행되는 경우는 롤투롤 방식을 적용할 수 있는데, 도 2에 이의 공정도가 도시되어 있다. 금속기판을 롤형태로 공급하고(21), 그 위에 SiO2 층을 증착하며(22), 전자소자를 위치시킨 후 유리프릿을 도포한다.(23) 이어서, 유리박판을 공급하면서 유리프릿과 전자소자를 봉지하고(24), 연속적으로 레이저 또는 UV 등의 방사광으로 유리프릿이 도포된 지점을 가열하여 유리프릿을 용융시켜 상기 금속기판과 상기 유리박판이 접합하도록 한다.(25)
본 발명의 봉지방법에 의하여 봉지된 전자소자의 단면 구성도는 도 1을 통해 확인할 수 있다.
금속기판(15), 상기 금속기판 위에 형성된 SiO2 층(14), 상기 SiO2 층 상에 위치한 전자소자(13), 상기 전자소자 상에 위치한 유리박판(11), 및 상기 전자소자를 봉지하며 상기 SiO2 층과 상기 유리박판을 연결하는 유리프릿(12)을 포함하는 구성을 가지는 봉지된 전자소자이다.
11: 유리박판 12: 유리프릿 13: 전자소자
14: SiO2 층 15: 금속기판 21: 금속기판 롤
22: SiO2 층 도포 23: 유리프릿 도포 24: 유리박판 롤
25: 레이저 또는 UV로 가열
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Claims (7)
- 금속기판의 일 표면에 SiO2 층을 형성하는 단계;
상기 SiO2 층 표면에 전자소자를 위치시킨 후 상기 SiO2 층 일부 표면에 유리프릿을 도포하는 단계;
상기 전자소자 및 상기 유리프릿 위에 유리박판을 위치시키는 단계; 및
상기 유리프릿을 용융시켜 상기 금속기판과 상기 유리박판을 접합하는 단계를 포함하는, 전자소자의 봉지방법. - 제 1항에 있어서,
상기 유리프릿의 입자크기는 0.1~20㎛인, 전자소자의 봉지방법. - 제 1항에 있어서,
상기 유리프릿을 용융시키는 것은 레이저 또는 자외선 조사를 통하여 이루어지는 것인, 전자소자의 봉지방법. - 제 1항에 있어서,
상기 유리프릿을 도포하는 것은 스크린 프린팅법에 의하여 이루어지는 것인, 전자소자의 봉지방법. - 금속기판;
상기 금속기판 위에 형성된 SiO2 층;
상기 SiO2 층 상에 위치한 전자소자;
상기 전자소자 상에 위치한 유리박판; 및
상기 전자소자를 봉지하며 상기 SiO2 층과 상기 유리박판을 연결하는 유리프릿을 포함하는, 봉지된 전자소자. - 제 5항에 있어서,
상기 SiO2 층의 두께는 100~1000㎚인, 봉지된 전자소자. - 제 5항에 있어서,
상기 금속기판의 재료는 철강, 탄소강, 특수강, 스테인리스강(Stainless Steel), 주철(cast iron), 또는 주강(steel casting)인, 봉지된 전자소자.
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