KR20160111044A - 밀폐 실링 응용을 위한 낮은 Tg 유리 가스켓 - Google Patents

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Abstract

유리-코팅된 가스켓은 내부 홀을 한정하고 제1 접촉 표면 및 제1 접촉 표면의 반대편의 제2 접촉 표면을 가지는 유리 메인 바디, 및 제1 접촉 표면 및 제2 접촉 표면 중 하나의 적어도 일부분 위에 형성된 유리 층을 포함한다. 상기 유리 층은 녹는 점이 낮은 유리를 포함한다. 밀폐 패키지는 열-압축 실링 단계를 사용하여 실링될 수 있는 기판/유리-코팅된 가스켓/기판 구조를 포함한다.

Description

밀폐 실링 응용을 위한 낮은 Tg 유리 가스켓 {LOW Tg GLASS GASKET FOR HERMETIC SEALING APPLICATIONS}
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 참고문헌으로서 본 명세서에 병합된 2012년 2월 27일에 제출된 U.S. 가출원 일련번호 제61/603,531호 및 2012년 5월 31일에 제출된 U.S. 가출원 일련번호 제61/653,690호의 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 밀폐 (hermetic) 장벽 층 (barrier layers), 및 더 구체적으로는 녹는 점이 낮은 유리를 사용한 견고한 구조물을 실링하기 위해 사용되는 방법 및 조성물에 관한 것이다.
최근 연구는 단층의 박막 무기 산화물은 상온 또는 그 부근 온도에서 전형적으로 나노 스케일의 기공, 핀 홀, 및/또는 결점을 포함하여 밀폐 장벽 층으로서의 성공적인 사용을 불가능하게 하거나 어렵게 하는 것으로 나타났다. 단층 필름과 관련된 외관상의 결점을 해결하기 위하여, 다층 캡슐화 스킴 (encapsulation schemes)이 개발되었다. 상기 다층의 사용은 결함을 일으킬 수 있는 확산을 최소화하거나 감소시킬 수 있고, 주위 수분 및 산소의 침투를 실질적으로 막을 수 있다. 이러한 다층 처리 방법은 일반적으로 교차하는 무기층 및 폴리머 층을 포함하고, 여기서 무기층은 보호될 기판 또는 워크피스 (workpiece)에 직접적으로 인접하고, 상기 다층 스택 (stack)에서 말단 또는 최상층으로 형성된다.
비록 다층 또는 심지어 단층 캡슐화 기술이 최적화될 수 있어도, 이러한 블랭킷 캡슐화 접근 방법은 일반적으로 전용의 인-라인 시스템 내에서의 실행에 국한된다. 종래의 단층 및 다층 처리 방법은 복잡한 공정과 전형적으로 높은 비용을 포함하기 때문에, 간단하고 경제적인 밀폐 층 및 그것들을 형성하기 위한 방법이 매우 바람직할 수 있다. 예를 들면, 대기 상태 하에 밀폐 캡슐화의 생성을 위해 밀폐 물질 및 수반되는 공정을 개발하는 것이 바람직할 수 있다.
유리-대-유리 결합 기술은 인접한 기판들 사이에 워크피스를 샌드위치시켜 사용될 수 있고 일반적으로 어느 정도의 캡슐화를 제공할 수 있다. 전통적으로, 판-대-판 실링 기술과 같은 유리-대-유리 기판 결합은 유기 접착제 또는 무기 유리 프릿 (frit)과 함께 수행된다. 유기 접착제 (폴리머 또는 다른)가 일반적으로 무기 옵션보다 10의 다승 배 큰 수준의 물 및 산소가 침투할 수 있는 장벽을 형성하기 때문에 장기간 작동을 위해 철저히 밀폐 상태를 요구하는 시스템의 장치 제작자는 일반적으로 무기 금속, 땜납 (solder), 또는 프릿-기반 실링 물질을 더 선호한다. 반면에, 무기 금속, 땜납, 또는 프릿-기반 실런트 (sealant)는 불침투성 실링을 형성하기 위해 사용될 수 있지만, 최종 실링 인터페이스 (interface)는 가스 기포 형성으로부터 산란되는 금속 양이온 조성물 및 분포된 세라믹-상 구성성분의 결과로 일반적으로 불투명하다.
예를 들면, 프릿-기반 실런트는 약 2 내지 150 마이크론 범위의 입자 크기로 분쇄된 유리 물질을 포함한다. 프릿-실링 응용을 위해, 유리 프릿 물질은 비슷한 입자 크기를 가지는 음의 CTE 물질 (negative CTE material)과 혼합하고, 최종 혼합물은 유기용매를 사용한 페이스트 (paste) 속으로 혼합된다. 실시예의 음의 CTE 무기 필러 (filler)는 코디어라이트 (cordierite) 입자 (예를 들면, Mg2Al3[AlSi5O18]) 또는 바륨 실리케이트 (barium silicate)를 포함한다. 상기 용매는 상기 혼합물의 점도를 조절하기 위해 사용된다.
두 기판을 연결하기 위하여, 유리 프릿 층은 하나 또는 둘 모두의 기판 상에서의 표면을 실링하기 위해서 스핀-코팅 (spin-coating) 또는 스크린 프린팅 (screen printing)에 의해 도포될 수 있다. 프릿-코팅된 기판은 초기에 상대적으로 낮은 온도 (예를 들면, 250℃로 30분동안)에서 유기 번-아웃 (burn-out) 단계를 수행하여 유기 비히클 (vehicle)를 제거한다. 그 후 연결된 두 기판은 각각 실링 표면들 사이에 조립되거나/짝을 이루고 (assembled/mated), 그 쌍 (pair)은 웨이퍼 본더 (wafer bonder) 위에 위치한다. 열-압축 사이클은 컴팩트한 유리 실링을 형성하기 위해 유리 프릿이 용융될 때까지의 명확한 온도 및 압력 하에 실행된다.
어떤 납-함유 조성물를 제외한 유리 프릿 물질은 450℃ 이상의 유리 전이 온도를 가지고, 따라서, 장벽 층을 가진 물질을 형성하기 위해 높은 온도에서의 공정이 요구된다.
추가적으로, 전형적인 기판 및 유리 프릿 사이에 열 팽창 계수 부조화를 낮추기 위해 사용되는, 음의 CTE 무기 필러는 결합 조인트 (bonding joint)로 병합될 것이며, 그 결과 투명하지도, 반투명하지도 않는 프릿-기반 장벽 층이 될 것이다. 추가적으로, 본 발명의 방법과 달리, 프릿 실링의 실현은 상대적으로 높은 온도와 압력에서 달성된다.
상술한 내용을 기초로 하건대, 낮은 온도에서 밀폐적이고 투명한 낮은 온도에서의 실링을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
본 명세서는 낮은 온도에서 투명 및/또는 반투명 밀폐 장벽 층에 사용될 수 있는 물질 및 시스템을 개시한다. 상기 장벽 층은 얇고, 불침투성이고, 기계적으로 견고하다. 예를 들면, 장벽 물질 및 협력 (cooperating) 실링 구조물 (기판) 사이에 실링 강도는 인접한 구성성분들 사이에서 열 팽창 계수의 큰 차이를 수용할 정도로 충분히 강할 수 있다.
일 구체예에 따르면, 유리-코팅된 가스켓은 장벽 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 유리-코팅된 가스켓은 내부 홀을 한정하고, 제1 접촉 표면 및 제1 접촉 표면 반대편의 제2 접촉 표면을 가지는 가스켓 메인 바디를 포함한다. 유리 층은 제1 접촉 표면 및 제2 접촉 표면 중 하나의 적어도 일부분 위에 형성된다. 유리 층을 위한 물질은 녹는 점이 낮은 유리를 포함한다.
유리-코팅된 가스켓은 반대의 유리판과 같은 협력 (cooperating) 기판들 사이에 밀폐 장벽 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 기판 및 장벽 층은 보호될 워크피스에 위치할 수 있는 내부 공간을 한정할 수 있다. 따라서, 본 명세서는 또한 워크피스를 캡슐화하는 방법을 개시한다. 일 실시예의 방법에서, 상기 워크피스는 두 기판의 제1 기판 상에 위치하거나 제1 기판에 인접할 수 있다. 제1 기판을 제2 기판과 짝을 이루는 단계 전에, 유리-코팅된 가스켓은 워크시트 주변 (peripheral)에 위치시켜, 상기 가스켓의 유리-코팅된 표면 각각이 기판의 개별적인 실링 표면과 물리적인 접촉할 수 있도록 배열한다. 압력 및 온도를 어셈블리 (assembly)에 응용함으로써, 유리 층에서 유리 물질은 용융되고, 가스켓-기판 인터페이스를 따라 컨포멀 (conformal) 밀폐 실링을 제공할 수 있다.
본 발명의 구체예는 녹는 점이 낮은 유리-코팅된 가스켓을 사용한 기판-대-기판의 결합에 관한 것이다. 녹는 점이 낮은 유리 물질은 접착제 및 실런트로서 실링 표면 사이에 배치된다. 본 명세서에 개시된 녹는 점이 낮은 유리 물질은 투명하고 밀폐적인 실링을 제공하기 위해 열적으로 활성화될 수 있다. 구체예에서, 열적 활성은 실링 구조물/유리-코팅된 가스켓 어셈블리으로 워크피스의 결합 후에 수행될 수 있다. 추가적인 구체예에서, 열적 활성화는 적절한 압력의 적용과 함께, 즉 열-압력 활성화 상태로 수행될 수 있다.
추가적인 구체예에 따르면, 워크피스는 초기에 제1 기판의 주변 실링 표면상에 유리 층을 형성함으로써 반대 기판들 사이에서 캡슐화될 수 있다. 그 후, 상기 유리 층이 워크피스에서 주변부에 있도록, 보호될 상기 워크피스는 제1 기판 및 제2 기판 사이에 위치시킬 수 있다. 실링 단계에서, 상기 유리 층은 가열되어 유리 층을 용융시키고, 제1 및 제2 기판 사이에 유리 실링을 형성한다. 예를 들면, 상기 유리 층은 레이저 흡수에 의해 가열될 수 있다.
개시된 구조물 및 방법은 워크피스를 실링하기 위해 고가의 진공 장치를 필요로 하지 않기 때문에 경제적으로 매력적이다. 또한, 캡슐화 속도가 증착 챔버 (deposition chamber) 또는 불활성 기체 어셈블리 라인 내에서 유리 층의 증착 속도보다는 열적 활성화 및 결합 형성에 의해 결정되기 때문에, 더 높은 제조 효율이 달성될 수 있다.
기판 결합 방법은 제1 기판의 실링 표면상에 제1 유리 층을 형성하는 단계, 제2 기판의 실링 표면상에 제2 유리 층을 형성하는 단계, 제1 유리 층의 적어도 일부분을 제2 유리 층의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉하도록 위치시키는 단계, 및 유리 층을 가열하여 유리 층을 용융시키는 단계를 포함하고, 제1 및 제2 기판 사이에 유리결합을 형성한다.
추가적인 기판 결합 방법은 제1 기판의 실링 표면상에 제1 유리 층을 형성하는 단계, 제2 기판을 제공하는 단계, 제1 유리 층의 적어도 일부분을 제2 기판의 실링 표면의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉하도록 위치시키는 단계, 및 유리 층을 가열하여 유리 층을 용융시키는 단계를 포함하고, 제1 및 제2 기판 사이에 유리 결합을 형성한다.
부가적인 본 발명의 특징 및 장점은 하기 상세한 설명에서 설명될 것이고, 부분적으로 상기 설명으로부터 그 분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명확화될 것이며, 이하 상세한 설명, 청구항, 뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함한 본 명세서에 기재된 본 발명을 실시함으로써 쉽게 인식될 것이다.
상술한 일반적인 명세서 및 후술한 상세한 설명은 본 발명의 구체예를 제시하고, 본 발명이 청구하고 있는 것으로서 본 발명의 성질 및 특성을 이해하기 위해서 개요 또는 체계를 제공하기 위해 의도된 것으로 이해될 것이다. 첨부된 도면은 본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서의 일부분에 혼입되거나 본 명세서의 일부분을 구성한다. 상기 도면은 본 발명의 다양한 구체예를 나타내고, 상세한 설명과 함께 다양한 구체 예의 작동 및 원리를 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 일 구체예에 따른 밀폐적으로 실링된 패키지를 형성하기 위한 일 실시예의 공정의 개략도이다.
도 2는 유리-코팅된 가스켓 형성을 위한 싱글 챔버 스퍼터 장치 (single chamber sputter tool)의 개략도이다.
도 3은 다양한 구체예에 따른 일 실시예의 유리-코팅된 가스켓의 도면이다.
도 4는 밀폐성의 가속화 평가 (accelerated evaluation)를 위해 칼슘-패치 (calcium-patch) 테스트 샘플의 도면이다.
도 5는 가속화 테스트에 따른 밀폐되지 않게 실링된 칼슘 패치 (좌측) 및 밀폐적으로 실링된 칼슘 패치 (우측)에 대한 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 구체예에 따른 레이저-실링에 관한 밀폐적으로 실링된 장치의 형성을 도식화한 개략도이다.
도 7은 레이저 실링된 밀폐 구조물의 사진이다.
도 8은 평면 및 주변 실링 표면의 사진이다.
도 9a - 9b는 녹는 점이 낮은 유리 층을 포함하는 LED 어셈블리의 일 실시예이다.
도 10a - 10c는 녹는 점이 낮은 유리 층을 포함하는 LED 어셈블리의 추가적인 실시예이다.
도 11은 녹는 점이 낮은 유리 층을 포함하는 일 실시예의 진공-절연된 유리 윈도우이다.
밀폐적으로 실링된 패키지를 형성하기 위한 예시적인 공정의 개략도는 도 1에서 나타난다. 예시적인 실시예에서 중앙 홀 (114)를 가지는 정사각형 가스켓 (112)는 가스켓 메인 바디 (116)을 한정하기 위해 CO2 레이저를 사용해서 100마이크론 두께 시트의 변형된 (redrawn) Eagle XG® 유리로부터 커팅 되었다.
가스켓의 각각의 주요 표면 (118, 119)는 선택적으로 세척되고 그 후 녹는 점이 낮은 유리의 500nm 두께 유리 층으로 코팅된다. 상기 유리 층은 적절한 물리 증착법 (physical vapor deposition) (예를 들면, 스퍼터 증착 (sputter deposition) 또는 레이저 식각 (laser ablation)) 또는 적절한 출발 물질의 가열 증발 (thermal evaporation)을 포함하는, 임의의 적절한 기술에 의해 가스켓 상에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 유리 층은 대응되는 조성물의 타겟을 포함하는 증발 고정장치 (fixture) (180)로부터 스퍼터 증착을 통해 가스켓의 각각 표면상에 연속적으로 형성된다.
유리 층의 증착 후에, 유리-코팅된 가스켓 (212)는 반대 기판 (302, 304) 사이에서 샌드위치 구조물로 조립된다. 상기 기판은 유리 또는 세라믹 기판 물질을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예의 기판은 금속, 금속 합금 또는 박막-코팅된 기판과 같은 복합 기판을 포함할 수 있다. 일 실시예의 기판은 인듐 주석 산화물 (indium tin oxide)-코팅된 유리 기판이다. 추가적인 실시예의 기판은 몰리브덴 (molybdenum)-코팅된 유리 기판이다. 더 추가적인 실시예의 기판은 저온 동시-소성된 세라믹 (low temperature co-fired ceramic) 기판이다. 선택적으로, 조립 이전에, 워크피스 (330) 주변에 위치한 기판의 실링 표면 (303, 305)은 또한 녹는 점이 낮은 유리의 층으로 코팅될 수 있다. 조립된 구조물 내부에서, 워크피스 (330)은 가스켓 메인 바디 (116)에 의해 한정된 내부 공간 내의 기판 (302, 304)사이에 위치된다.
도 1에서 설명된 최종 단계에서 나타나듯이, 샌드위치 구조물 (317)은 수스 SB-6 (Suss SB-6) 웨이퍼 본더의 진공 챔버 내의 엔빌 (anvil) (322, 324)사이에 놓인다. 챔버 내부에서, 단축 (uniaxial) 압력 (예를 들면, 10-3000 psi)은 조립된 구조물 (317)의 두께를 가로질러 적용되고, 상기 챔버는 약 10-4 토르의 기본 압력에 이를 때까지 펌핑된다. 그 후 상기 진공 챔버는 질소로 다시 채워지고, 내부 압력은 대기 압력으로 증가된다. 압축된 구조물은 분당 20℃의 온도 경사 비율로 약 290℃의 실링 온도로 가열되며, 30분 동안 290℃에서 유지된다. 그 후 상기 구조물은 상온으로 냉각된다.
택일적으로, 압축된 구조물은 가열 소스로서 적절한 레이저를 사용하여 실링될 수 있다. 레이저의 초점은 유리 층을 부분적으로 용융하기 위해 상기 구조물의 실링 표면을 가로질러 지나갈 수 있다. 355nm 레이저를 사용하는 실시예의 레이저 공정 조건은 30kHz 반복속도 (준 연속성 웨이브), 또는 6W의 평균 전력, 약 1mm의 빔 직경, 및 약 1 mm/s의 운반 속도를 포함한다. 실링에 영향을 미치는 평균 온도는 T~KP/(vD)1/ 2 이고, 여기서 K는 치수 파리미터, P는 레이저 전력, v는 운반 속도, 및 D는 빔 직경이다.
실시예의 레이저 (예를 들면, 다이오드 레이저)는 CO2 레이저와 같은IR 레이저, 아르곤 (argon) 이온 빔 레이저 또는 헬륨 (helium)-카드뮴 (cadmium) 레이저와 같은 가시 레이저, 및 제3- 조파 발생 레이저 (third-harmonic generating laser)와 같은 UV 레이저를 포함한다.
적절한 UV 레이저 전력 밀도는 유리 물질의 마모를 실질적으로 방지하거나 최소화하기 위해 선택될 수 있고, 입사 레이저 파장에 따라 0 내지 400 MW/㎠ 범위일 수 있다. 적절한 레이저 반복 속도는 약 10Hz 내지 약 100kHz 범위일 수 있다.
당업자는 실링-형성 조건은 예를 들면, 가스켓 기하구조, 기판 타입, 워크피스 선택 및/또는 유리 층을 형성하기 위해 사용된 유리물질의 조성물를 포함하는 구조물의 세부 사항에 기초하여 조절될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
녹는 점이 낮은 유리물질을 용융하기 위해 사용되는 가열 온도는 유리 전이 온도에서 유리의 제1 결정화 온도까지의 범위일 수 있다. 그러한 범위 내의 용융 등온선은 좋은 실링 접착력을 촉진하는 흐름 (flow) 조건을 가능하게 할 수 있다. 구체예에서, 유리 물질을 용융하는데 사용되는 온도는 400℃ 미만 (예를 들면, 400미만, 350, 300, 250 또는 200℃)일 수 있고, 특정 기간의 시간 동안 400, 350, 300, 250, 200 또는 180 ℃에서의 가열을 포함할 수 있다. 가열/용융 동안 적용되는 압력은 10 psi 내지 3000 psi의 범위 (예를 들면, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 1500, 2000, 2500 또는 3000 psi)일 수 있다. 임의의 적절한 가열 시간은 유리 실링을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 가열 시간은 10분 내지 4시간의 범위 (예를 들면, 10, 30, 60, 120, 180 또는 240분)일 수 있다. 레이저-기반 가열을 사용할 때, 1밀리 초 내지 5분 범위 (예를 들면, 0.001, 0.01, 0.1 또는 1초)의 레이저 노출 시간이 사용될 수 있다.
가스켓 (및 선택적으로 기판의 실링 표면) 상에 유리 층을 형성하기 위한 싱글 챔버 스퍼터 증착 장치 (100)는 도 2에서 도식으로 설명된다. 상기 장치 (100)은 하나 이상의 가스켓 (112)을 올려놓을 수 있는 가스켓 스테이지 (110), 및 가스켓 위에 다른 층의 패턴화된 증착을 위한 쉐도우 마스크 (shadow mask) (122)를 올려놓기 위해 사용되는 선택적인 마스크 스테이지 (120)을 가지는 진공 챔버 (105)를 포함한다. 상기 챔버 (105)는 내부 압력을 조절하기 위한 진공 포트 (140), 뿐만 아니라 워터 쿨링 포트 (150) 및 가스 주입구 포트 (160)을 갖추고 있다. 상기 진공 챔버는 크라이오펌프 (cryopump, CTI-8200/Helix; MA, USA)될 수 있고, 증발 공정 (~ 10-6 토르 (Torr)) 및 RF 스퍼터 증착 공정 (~ 10-3 토르) 모두에 적절한 압력에서 작동할 수 있다.
도 2에서 나타나듯이, 가스켓 (112) 상에 물질을 증발시키기 위한 선택적인 대응되는 쉐도우 마스크 (122)를 각각 가지는 멀티 증발 고정장치 (180)는 전도성 납 (182)에 의해 개별 전력 공급 장치 (190)에 연결된다. 증발되는 출발 물질 (200)은 각각의 고정 장치 (180) 속에 위치될 수 있다. 두께 측정기 (186)은 증착된 물질의 양 제어에 영향을 주기 위해 제어기 (controller) (193) 및 제어 스테이션 (control station) (193)을 포함하는 피드백 제어 루프에 통합된다.
일 실시예의 시스템에서, 각각의 증발 고정장치 (180)은 약 80-180 Watts 의 작동 전력에서 DC 전류를 제공하기 위해 한 쌍의 구리 납 (182)이 갖춰져 있다. 효과적인 고정 장치 저항은 일반적으로 정확한 전류 및 전력량을 결정하는 고정 장치의 기하학적 구조물의 함수가 될 것이다.
스퍼터 타겟 (310)을 가지는 RF 스퍼터 건 (300)은 또한 가스켓 상에 유리 층을 형성하기 위해 제공된다. 상기 RF 스퍼터 건 (300)은 RF 전력 공급장치 (390) 및 피드백 제어기 (393)에 의해 제어 스테이션 (395)에 연결된다. 가스켓 위에 유리 물질을 스퍼터링하기 위해, 워터-쿨링의 원통형 RF 스퍼터 건 (Onyx-3TM, Angstrom Science, PA)는 챔버 (105) 내부에 위치될 수 있다. 적절한 RF 증착 조건은 약 ~ 5Å/초의 전형적인 증착 속도에 상응하는 50-150 W 전송 전력 (< 1W 반사 전력)을 포함한다 (Advanced Energy, Co, USA). 구체예에서, 유리 층의 두께 (즉, 증착된 두께)는 약 200nm 내지 50 마이크론의 범위 (예를 들면, 약 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20 또는 50 마이크론)일 수 있다.
상기 유리 층은 다른 박막 증착 기술이 사용될 수도 있지만 하나 이상의 녹는 점이 낮은 적절한 유리 물질 또는 이러한 물질의 전구체의 상온 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 다양한 가스켓 구조물을 수용하기 위해서, 쉐도우 마스크 (122)는 인 시츄 (in situ)에서 적절하게 패턴화된 유리 층을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 택일적으로, 종래의 리소그래피 (lithography) 및 에칭 (etching) 기술은 상기 가스켓의 표면 상에 블랭킷 증착 후에 패턴화된 유리 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 밀폐 실링을 형성하기 위해 녹는 점이 낮은 유리의 사용에 관한 것이다. 본 명세서에 사용된 것으로써, 녹는 점이 낮은 유리는 500℃ 미만, 예를 들면, 500 미만, 400, 350, 300, 250 또는 200℃의 녹는 점을 가진다.
구체예에 따르면, 유리 물질의 선택 및 장벽 층으로 유리 물질을 통합하기 위한 공정 조건은 가스켓 또는 워크피스가 실링된 구조물의 형성에 의해 불리하게 영향을 받지 않도록 충분히 융통성이 있다.
예시적인 녹는 점이 낮은 유리 물질은 구리 산화물 (copper oxides), 주석 산화물 (tin oxides), 실리콘 산화물 (silicon oxides), 주석 포스페이트 (tin phosphates), 주석 플루오로포스페이트 (tin fluorophosphates), 찰코게나이트 유리 (chalcogenide glasses), 텔루라이트 유리 (tellurite glasses), 붕산염 유리 (borate glasses), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 유리 층은 세륨 (cerium), 텅스텐 (tungsten) 및 니오븀 (niobium)을 포함하지만 이에 한정되지는 않은 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 도펀트의 선택적 첨가는 용융 및 실링에 대한 레이저-기반 방법의 사용을 가능하게 할 수 있는 레이저 공정 파장에서 유리 물질의 흡수를 증가시킬 수 있다. 실시예의 도핑된 유리 물질은 레이저 공정 파장에서 적어도 10%의 흡수 (예를 들면, 적어도 20%, 50% 또는 80%)를 한다.
적절한 주석 플루오로포스페이트 유리의 실시예 조성물은 20-75 중량% 주석, 2-20 중량% 인, 10-46 중량% 산소, 10-36 중량% 플루오린, 및 0-5 중량% 니오븀을 포함한다. 실시예 주석 플루오로포스페이트 유리는 22.42 중량% 주석, 11.48 중량% 인, 42.41 중량% 산소, 22.64 중량% 플루오린 및 1.05 중량% 니오븀을 포함한다. 실시예의 텅스텐-도핑된 주석 플루오로포스페이트 유리는 55-75 중량% 주석, 4-14 중량% 인, 6-24 중량% 산소, 4-22 중량% 플루오린, 및 0.15-15 중량% 텅스텐을 포함한다. 이러한 물질로부터 유리 층을 형성하기 위해 사용되는 녹는 점이 낮은 유리 조성물 및 방법의 추가적인 측면은 그 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 병합된, 일반적으로 부여된 U.S. 특허 번호 제5,089,446호 및 U.S. 특허 출원 일련 번호 제11/207,691호, 제11/544,262호, 제11/820,855호, 제12/072,784호, 제12/362,063호, 제12/763,541호 및 제12/879,578호에 개시되어 있다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 장벽 층은 투명 및/또는 반투명하고, 얇고, "녹색"이며, 그리고 장벽 물질 및 실링 구조물 (기판)사이에서 CTE에 큰 차이를 수용하기 위해 충분한 실링 강도를 가지고, 낮은 온도에서 밀폐 실링을 형성하기 위해 배치된다. 구체예에서, 상기 유리 층은 충전제가 없다. 추가적인 구체예에서, 상기 유리 층은 바인더가 없다. 더 추가적인 구체예에서, 상기 유리 층은 필러 및 바인더가 없다. 추가적으로, 유기 첨가제는 밀폐 실링을 형성하기 위해 사용되지 않는다. 위에서 언급하였듯이, 상기 유리 층을 형성하는 유리 물질은 프릿-기반 또는 그라운드 (ground) 유리로부터 형성된 파우더가 아니다.
상기 가스켓 물질은 내구성이 있고 수분 및 공기에 밀폐된 무기 산화물 유리 또는 세라믹일 수 있다. 그것은 투명하거나 반투명할 수 있다. 실시예의 가스켓은 보로실리케이트 유리 (borosilicate glass), 소다 라임 유리 (soda lime glass), 또는 알루미노실리케이트 유리 (aluminosilicate glass)로부터 형성될 수 있다.
유리-코팅된 가스켓을 사용하여 함께 결합될 수 있는 기판은 무기 산화물 유리 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 상기 물질은 내구성이 있을 수 있고, 수분 및 공기에 밀폐될 수 있다. 상기 기판은 그 자체로 투명하거나 반투명할 수 있다. 유리 또는 세라믹 기판에 더하여, 투명한 유기 기판이 사용될 수 있다. 만약 사용된다면, 유기 기판은 밀폐 무기 물질로 코팅될 수 있다. 실시예의 유리 기판은 보로실리케이트 유리, 소다 라임 유리, 및 알루미노실리케이트 유리를 포함한다. 실시예의 유기 기판은 유리 층으로 코팅될 수 있는 폴리아크릴레이트 프랙시글라스 기판 (polyacrylate Plexiglas substrates)을 포함한다.
다양한 구체예에 따르면, 본 발명은 워크피스를 밀폐적으로 캡슐화하는 방법에 관한 것이다. 그러한 한가지 방법으로서, 한쌍의 기판은 각각의 실링 표면을 따라 함께 실링된다. 유리-코팅된 가스켓은 실링 표면을 따라 제공되고, 후-조립 열-기계적 처리가 밀폐 장벽 층을 형성하기 위해 실링 표면에서 유리 층을 용융시키기 위해 사용된다. 결합된 상기 유리-코팅된 가스켓 및 결합된 기판은 보호될 워크피스가 위치할 수 있는 내부 볼륨을 형성하는데 함께 작용할 수 있다.
임의의 적절한 가열 소스는 장벽 층을 형성하기 위해 유리 층을 전체적으로 또는 부분적으로 가열하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 가열 소스는 평행 가열 판, 오븐, 레이저 등을 포함한다.
구체예에서, 유리-코팅된 가스켓은 기계적으로 단단하고, 밀폐적인 실링의 형성을 촉진하기 위해, 반대의 기판의 각각의 개별적인 실링 표면에 컨포멀 또는 실질적으로 컨포멀하게 배열된다. 완전히 밀폐 구조물이 본 발명의 다양한 구체예에 의해 고려되지만 "준-밀폐 (semi-hermetic)" 구조물 또한 형성될 수 있다. 준-밀폐 구조물은 특정 응용를 위한 와이어, 케이블, 또는 다른 물질의 수송을 위해 배치된 의도적인 갭 또는 관통 홀 (through-holes)을 포함할 수 있다.
두가지 실시예의 가스킷 기하구조는 도 3에서 설명된다. 각각의 가스켓 (112a, 112b)는 홀 (114)를 한정하는 가스켓 메인 바디 (116)을 포함한다. 가스켓 (112a)는 연속적인 메인 바디를 포함하지만, 가스켓 (112b)는 실링된 구조물에서 고체, 액체 또는 기체 원소가 통과할 수 있는 갭 (113)을 포함한다.
유리 층 및 반대의 기판 사이에 형성된 실링 강도는 두 실링된 기판 사이에 표준 레이져 블레이드 (razor blade)를 삽입하는 단계 및 안정적이고 전개된 시간-독립한 오픈 크랙 (crack)의 길이를 측정하는 단계를 포함하는, 종래의 웨이퍼 결합 테스트를 사용하여 측정될 수 있다. 상기 실링 강도 γ (J/㎡ 에서)는 박리 (delamination)의 정도로부터 결정될 수 있고,
Figure pat00001
으로 표현될 수 있으며, 여기서 E는 기판의 영의 모듈러스이고, δ는 레이져 블레이드의 두께로 부터 유도되고, t는 기판의 두께이고, 그리고 L은 평형상태 크랙 길이이다.
구체예에 따르면, 실링 후에, 실링 구조물 및 가스켓 사이에 실링 강도는 0.05 J/㎡보다 크다 (예를 들면, 약 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5J/㎡).
목적된 유리 조성물의 밀폐성을 평가하기 위해, 칼슘 패치 테스트 샘플이 싱글-챔버 스퍼터 증착 장치 (100)을 사용하여 제조되었다. 제1 단계에서, 칼슘 샷 (Stock #10127; Alfa Aesar)은 2.5인치 정사각형 유리 기판 상에 5×5 배열로 분포된 25 칼슘 점 (0.25 인치 직경, 100nm 두께)을 형성하기 위해 쉐도우 마스크 (122)를 통해 증발되었다. 칼슘 증발을 위해, 상기 챔버 압력은 약 10-6 토르로 감소되었다. 초기에 미리 세제에 담그는 단계 동안, 증발 고정장치 (180)에서 전력은 대략적으로 10분 동안 약 20W로 제어되었고, 그 후 각각 기판 상에 약 100nm 두께의 칼슘 패턴을 증착하기 위해 전력은 80-125W로 증가시키는 증착 단계가 진행되었다.
칼슘의 증착 다음에, 패턴화된 칼슘 패치는 비교 예의 무기 산화 물질 뿐만 아니라 다양한 구체예에 따른 밀폐적인 녹는 점이 낮은 유리를 사용하여 캡슐화 되었다. 상기 유리 물질은 압축한 파우더 스퍼터 타겟의 상온 RF 스퍼터를 사용하여 증착되었다. 상기 압축한 파우더 타겟은 개별적으로 수동 가열된 벤치-탑 유압 압축 (Carver Press, Model 4386, Wabash, IN, USA)을 사용하여 제조되었다. 상기 압축은 전형적으로 2시간 동안 200℃ 및 20,000psi에서 작동되었다.
RF 전력 공급 장치 (390) 및 피드백 컨트롤 (393) (Advanced Energy, Co, USA)은 약 2 마이크로 미터의 두께를 가지는 칼슘 바로 위에 유리 층을 형성하기 위해 사용되었다. 이 후 증착 가열 처리는 사용되지 않았다. RF 스퍼팅 동안 챔버 압력은 약 1 밀리 토르였다.
도 4는 유리 기판 (400), 패턴화된 칼슘 패치 (~100nm) (402), 및 유리 층 (~2 μm) (404)를 포함하는 테스트 샘플의 횡 단면도이다. 상기 유리 층의 밀폐성을 평가하기 위해, 칼슘 패치 테스트 샘플은 오븐 속에 위치하였고, 전형적으로 85℃ 및 85%의 상대 습도 ("85/85 테스트")인 고정된 온도 및 습도에서 가속 환경 에이징 (accelerated environmental aging)을 실시하였다.
상기 밀폐성 테스트는 선택적으로 진공-증착된 칼슘층의 외관을 관찰한다. 증착된 것으로써, 각각의 칼슘 패치는 높은 반사성 금속 외관을 가진다. 물 및/또는 산소에 노출 중에, 상기 칼슘은 반응하고, 반응 생성물은 불투명하고, 흰색이며 얇은 조각 모양 (flaky)이다. 1000시간 동안 85/85 오븐에서의 칼슘 패치의 잔존물은 5-10년의 주변 온도로부터 살아남은 캡슐화된 필름과 등가이다. 테스트의 검출한계는 60℃ 및 90% 상대 습도에서 대략 1일 당 10-7g/㎡이다.
*도 5는 85/85 가속 에이징 테스트에 노출 후에 밀폐되지 않게 실링된 및 밀폐적으로 실링된 칼슘 패치를 대표하는 거동을 설명한다. 도 5에서, 좌측 칼럼은 패치 바로 위에 형성된 Cu2O 필름의 밀폐되지 않은 캡슐화 거동을 나타낸다. Cu2O층을 통해 수분 침투를 입증하는 칼슘 점 패치의 대단원의 (catastrophic)박리로 모든 Cu2O-코팅된 샘플은 가속화 테스트에 실패했다. 우측 칼럼은 CuO-증착된 밀폐 층을 포함하는 거의 50%의 샘플에 대한 긍정적인 테스트 결과를 나타낸다. 우측 칼럼의 샘플에서, (75개의 테스트 샘플 중) 34개의 온전한 칼슘 점에서 금속성 마감 (metallic finish)이 분명하다.
본 명세서에 개시된 장벽 층의 침투 계수 (permeability coefficient)는 유기 물질-기반 실링을 사용하여 달성될 수 있는 값보다 10의 몇 승 배 이상일 수 있다. 개시된 물질 및 방법을 사용하여 실링된 장치는 장기간 작동을 가능하게 하는 10-6g/㎡/day 미만의 수증기 전달 (water vapor transmission, WVTR) 조건을 보일 수 있다.
밀폐 층은 현실적인 목적을 위한 실질적으로 공기에 밀폐되고 실질적으로 수분이 침투하지 않는 층이다. 실시예의 방법에 의해, 밀폐 장벽 층은 약 10-2㎤/㎡/day 미만 (예를 들면, 약 10-2㎤/㎡/day 미만)에서 산소의 증발 (확산)을 제한하고, 약 10-2g/㎡/day 미만 (예를 들면, 약 10-3 미만, 10-4,10-5, 또는 10-6 g/㎡/day 미만)에서 물의 증발 (확산)을 제한하기 위해 배열될 수 있다. 구체예에서, 밀폐 박막은 실질적으로 공기 및 물이 아래 놓인 워크피스와 접촉하는 것을 방지한다.
일 구체예에 따른 캡슐화된 워크피스의 형성 방법은 도 6에 도식적으로 설명된다. 초기 단계에서, 패턴화된 유리 층 (380)은 제1 평면 유리 기판 (302)의 실링 표면을 따라 형성된다. 상기 유리 층은 제2 유리 기판 (304)의 실링 표면과 맞물리게 조정된 주위의 실링 표면에 따라 형성된다. 제1 및 제2 기판이 짝을 이루는 배열이 될 때, 제1 및 제2 기판은 유리 층과 협력하여 보호될 워크피스 (330)를 함유하는 내부 볼륨 (342)를 한정한다. 어셈블리의 분해 조립도의 이미지를 나타내는 예시적인 실시예에서, 제2 기판은 워크피스 (330)가 위치하는 오목한 (recessed) 부분을 포함한다.
레이저 (500)으로부터 초점을 맞춘 레이저 빔 (501)은 녹는 점이 낮은 유리를 용융시키고 장벽 층을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일 접근 방식에서, 상기 레이저는 제1 기판 (302)을 통해 초점이 맞춰질 수 있고, 그 후 유리 물질을 부분적으로 가열하고 장벽 층을 형성하기 위해, 실링 표면을 가로질러 옮겨진다 (스캔된다). 유리 층의 부분적 용융에 영향을 미치기 위해, 상기 기판은 레이저 공정 파장에서 투명하지만 (예를 들면, 적어도 50%, 70% 또는 90% 투명), 상기 유리 층은 레이저 공정 파장에서 바람직하게 흡수한다. 레이저-실링된 밀폐 구조물의 사진은 도 7에서 나타난다. 도시되지 않은 구체예에서, 유리 층은 첫째로 적절한 가스켓 상에 형성될 수 있고, 상기 유리-코팅된 가스켓은 제1 및 제2 기판의 실링 표면 사이에 배치될 수 있다.
레이저 실링 접근 방법은 용접 공정 및/또는 납땜 공정을 포함할 수 있다. 용접 공정에서, 예를 들면, 부분적인 용융은 유리 층 및 유리 층의 적어도 일 부분에서 또는 유리 기판의 실링 표면 양쪽 모두에서 발생한다. 반대로, 납땜 공정에서, 용융은 유리기판에서 실질적으로 방지되지만, 부분적인 용융은 유리 층에서 발생한다.
기판의 평면 실링 및 주변 실링을 나타낸 사진은 도 8에서 나타난다. 각각의 실시예에서, 500nm두께의 유리 층은 초기에 각각의 접촉 표면에 증착되었고, 그 후 높은 온도에서 압력을 적용하여 접촉하고 결합되었다. 도 8에서 가장 윗 줄은 카버 프레스 (Carver press)의 1132psi 압력으로 공기 중에서 1시간 동안 180℃에서 유지되어 압축 결합된 두 마그네슘 플루오라이드 유리 윈도우 (magnesium fluoride glass window)을 나타낸다. 가운데 줄에서 나타난 실링된 샌드위치 구조물은 수스 SB-6 (Suss SB-6) 웨이퍼 본더로 10psi에서 압축 결합되었고, 30분 동안 290℃ (좌측) 또는 350℃ (우측)에서 유지되었다. 이들 각각의 실시예에서, 레이져 블레이드는 실링 인터페이스의 강도를 평가하기 위해 반대 유리 시트 사이에 삽입되었다. 아래 줄에서 실링된 유리 가스켓 구조물은 수스 SB-6 (Suss SB-6) 웨이퍼 본더로 10psi에서 압축 결합되었고, 약 30분 동안 350℃로 유지되었다.
앞서 언급한 실시예에서, 마그네슘 플루오라이드 윈도우는 도핑되지 않은 주석 플루오로포스페이트 유리 (왼쪽 위) 및 텅스텐-도핑된 주석 플루오로포스페이트 유리 (오른쪽 위)를 사용하여 실링되었다. 도 8에서 나타난 중간 줄 및 아래 줄 샘플은 니오븀-도핑된 주석 플루오로포스페이트 조성물를 사용하여 실링되었다. 출발 물질의 중량 퍼센트로서 표현된, 실시예의 도핑되지 않은, 텅스텐-도핑된 및 니오븀-도핑된 구성요소는 표 1에서 요약한다.
구체예에서, 유리 층은 유리 가스켓의 접촉 표면상에 형성될 수 있다. 추가적인 구체예에서, 유리 층은 유리 기판의 접촉 표면상에 형성될 수 있다.
녹는 점이 낮은 유리 조성물
도핑되지 않은 W-도핑된 Nb-도핑된
SnF 2 38.1 37.7 37.5
SnO 33.5 31.7 31.5
NH 4 H 2 PO 4 28.4 27.9 27.9
Nb 2 O 5 -- -- 3.0
WO 3 -- 2.7 --
녹는 점이 낮은 유리는 다른 타입의 기판들을 실링하거나 결합하기 위해 사용될 수 있다. 실링 및/또는 결합할 수 있는 기판은 유리, 유리-유리 라미네이트 (laminates), 유리-폴리머 라미네이트, 또는 갈륨 나이트라이드 (gallium nitride), 석영 (quartz), 실리카 (silica), 칼슘 플루오라이드 (calcium fluoride), 마그네슘 플루오라이드 (magnesium fluoride) 또는 사파이어 (sapphire) 기판을 포함하는 세라믹을 포함한다. 구체예에서, 하나의 기판은 예를 들면, 빛 방출 장치의 어셈블리에서 사용될 수 있는, 인광물질-함유 유리판일 수 있다. 기판은 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 기판은 독립적으로 1cm 내지 5m 범위 (예를 들면, 0.1, 1, 2, 3, 4 또는 5 m)를 가지는 면적 (길이 및 너비) 치수 및 약 0.5mm 내지 2mm의 범위 (예를 들면, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.5 또는 2mm)를 가지는 두께 치수를 가질 수 있다. 추가적인 구체예에서, 기판 두께는 약 0.05mm 내지 0.5mm 범위 (예를 들면, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 또는 0.5 mm)를 가질 수 있다. 더 추가적인 구체예에서, 기판 두께는 2mm 내지 10mm 범위 (예를 들면, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 mm)일 수 있다.
하나 이상의 금속 설파이드 (metal sulfide), 금속 실리케이트 (metal silicate), 금속 알루미네이트 (metal aluminate) 또는 다른 적절한 인광물질을 포함하는 인광물질-함유 유리 판은 화이트 LED 램프에서 파장-변환 판으로서 사용될 수 있다. 화이트 LED 램프는 전형적으로 블루 빛 방출을 위하여 그룹 III 나이트라이드-기반 화합물 반도체를 사용하여 형성된 블루 LED 칩을 포함한다. 화이트 LED 램프는 예를 들면, 조명 시스템에서, 또는 액정 디스플레이를 위한 후면광으로서 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 녹는 점이 낮은 유리는 LED 칩을 실링 또는 캡슐화하기 위해 사용될 수 있다.
개시된 물질 및 방법을 사용한 워크피스의 밀폐 캡슐화는 산소 및/또는 수분의 공격에 의해 분해 민감성이 높은 장치의 오랜 작동을 촉진할 수 있다. 실시예의 워크피스, 장치 또는 응용은 유연하고, 강성 또는 준-강성 (semi-rigid)의 유기 LED, OLED 조명, OLED 텔레비전, 광전지, MEMs 디스플레이, 전기 변색 윈도우 (electrochromic windows), 형광체 (fluorophore), 알카리 금속 전극, 투명 전도 산화물, 양자점 (quantum dots)등을 포함한다.
LED 어셈블리의 일 부분을 나타내는 간략한 도면은 도 9a 및 도 9b에서 표현된다. 다양한 구체예에 따른 어셈블리의 구성성분은 도 9a에 나타냈고, 조립된 구조물의 실시예는 도 9b에 나타냈다. LED 어셈블리 (900)은 이미터 (emitter, 920), 파장-변환 판 (940), 및 양자점 하위-어셈블리 (quantum dot sub-assembly, 960)을 포함한다. 추가적인 상세한 설명이 아래에서 설명되듯이, 유리 층은 LED 어셈블리의 다양한 구성성분을 결합 및/또는 실링하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 구체예에서, 상기 파장-변환 판 (940)에서 이미터 (920) 바로 위에 배치되고, 상기 양자점 하위-어셈블리 (960)는 파장-변환 판 (940) 바로 위에 배치된다.
LED 어셈블리 (900)의 일 구성성분은 다양한 구체예에서 상 판 (962a, 962b) 및 하 판 (964) 사이에 배치된 다수의 양자점들 (950)을 포함하는 양자점 하위-어셈블리 (960)이다. 일 구체예에서, 상기 양자점은 상 판 (962a), 하 판 (964) 및 유리-코팅된 가스켓 (980)에 의해 한정된 캐비티 (cavity) (966a) 내부에 위치한다. 택일적 구체예에서, 상기 양자점은 상 판 (962b)에서 형성되고, 상 판 (962b) 및 하 판 (964)에 의해 한정된 캐비티 (966b) 내부에 위치한다. 제1 구체예에서, 상 판 (962a) 및 하 판 (964)는 각각의 유리 층 (970)을 가지는 유리-코팅된 가스켓 (980)에 의해 각각의 접촉 표면을 따라 실링될 수 있다. 제2 구체예에서, 상 판 (962b) 및 하 판 (964)는 유리 층 (970)에 의해 각각 접촉 표면을 따라 직접적으로 실링될 수 있다. 도시되지 않은 구체예에서, 양자점은 캐비티 (966a, 966b)내에서 녹는 점이 낮은 유리에 의해 캡슐화될 수 있다.
열-압축 응력 (stress)이 상 판 및 하 판 사이에 실링에 영향을 미치기 위해 응용될 수 있거나, 인터페이스가 상 판 또는 하 판을 통해 유리 층 상에 또는 근처에 적절한 레이저를 초점을 맞추어 레이저 실링될 수 있다.
LED 어셈블리 (900)의 추가적인 구성성분은 이미터 (920)의 출력 (output) 위에 형성된 파장-변환 판 (940)을 가진 이미터 (920)이다. 상기 이미터 (920)은 갈륨 나이트라이드 웨이퍼와 같은 반도체를 포함할 수 있고, 파장-변환 판 (940)은 유리 또는 그곳에 임베딩되거나 (embeded) 침투되어 있는 인광물질의 입자를 가지는 세라믹을 포함할 수 있다. 구체예에서, 녹는 점이 낮은 유리는 이미터의 실링 표면에 파장-변환 판의 실링 표면을 직접적으로 결합하기 위해 사용될 수 있다.
*실시예의 광전지 (PV) 또는 유기 발광 다이오드 (OLED) 장치 구조물을 포함하는 택일적 구체예가 도 10에서 도시된다. 도 10a에 나타나듯이, 활성 구성성분 (951)은 상 판 (962a), 하 판 (964) 및 유리-코팅된 가스켓 (980)에 의해 한정된 캐비티 내에 위치한다. 유리 층 (970)은 상 판 및 유리-코팅된 가스켓에서, 그리고 유리-코팅된 가스켓 및 하판에서 각각 반대 실링 표면 사이에 형성될 수 있다. 도 10a에 설명된 기하 구조는 도 10a에서 상부 유리 층이 가스켓 (980)과 접촉 표면을 넘어 확장되는 점을 제외하면 도 9a의 기하 구조와 유사하다. 그러한 접근방식은 상부 유리 층의 패턴화 단계가 생략될 수 있을 정도로 이로울 수 있다. OLED 디스플레이의 실시예에서, 활성 구성성분 (951)은 양극 및 음극 사이에 샌드위치된 유기 이미터 스택을 포함할 수 있다. 예를 들면, 음극은 반사 전극 또는 투명 전극일 수 있다.
활성 구성요소 (951)이 컨포멀 유리 층 (970)을 사용하여 상 판 (962a) 및 하 판 (964) 사이에 캡슐화된 기하구조를 도 10b에서 설명한다. 활성 구성요소 (951)이 상 판 (962a) 및 하 판 (964)에 의해 한정된 캐비티 내에 위치한 구조물을 도 10c에서 설명한다. 도 10c에서 도시된 기하 구조는 도 10c에서 유리 층이 상 판 및 하 판 사이에 접촉 표면을 넘어 확장되는 점을 제외하면, 도 9b의 기하구조와 유사하다.
각각의 실링 표면 사이에 실링 또는 결합을 형성하기 위해, 초기에 유리 층은 표면의 한쪽 또는 양쪽에 형성될 수 있다. 일 구체예에서, 유리 층은 결합되는 각각의 표면 위에 형성되고, 상기 표면들이 합쳐진 후, 열 압축 응력이 상기 유리 층을 용융시키고 실링을 만들기 위해 열-압축 응력이 사용된다. 추가적인 일 구체예에서, 유리 층은 결합되는 표면 중 단지 하나의 표면 위에 형성되고, 유리-코팅된 표면 및 유리-코팅되지 않은 표면이 합쳐진 후, 초점을 맞춘 레이저가 유리 층을 용융하고 실링을 만들기 위해 사용된다.
두 기판을 결합하는 방법은 제1 기판의 실링 표면상에 제1 유리 층을 형성하는 단계, 제2 기판의 실링 표면 상에 제2 유리 층을 형성하는 단계, 제1 유리 층의 적어도 일부분을 제2 유리 층의 적어도 일부분과 물리적으로 접촉하게 위치시키는 단계, 상기 유리 층을 가열하여 유리 층을 용융시키고 제1 및 제2 기판 사이에 유리 결합을 형성하는 단계를 포함한다.
택일적 구체예에서, 본 명세서에 개시된 실링 접근방법은 진공 절연된 유리 (VIG) 윈도우을 형성하기 위해 사용될 수 있고, 여기서 이전에-언급된 활성 구성성분 (이미터, 수집 장치 (collector) 또는 양자점 구조와 같은)은 구조물로부터 생략되며, 그리고 선택적으로 유리-코팅된 가스켓과 결합되는, 녹는 점이 낮은 유리는 멀티-판유리 (pane) 윈도우에 반대의 판유리 사이에 각각의 결합 인터페이스를 실링하기 위해 사용된다. 단순화된 VIG 윈도우 구조는 도 11에서 나타내는 데, 여기서 반대 판유리 (962a, 964)가 각각의 주변 실링 표면을 따라 위치된 유리-코팅된 가스켓 (980)에 의해 분리된다.
본 명세서에 개시된 각각의 실링 구조에서, 녹는 점이 낮은 유리 층을 이용하는 실링은 각각의 실링 표면 사이에 유리 층을 부분적으로 처리하기 위해, 예를 들면, 레이저 에너지 또는 부분적인 종래의 가열을 사용한 상기 유리 층의 가열, 용융 및 그 후 냉각에 의해 달성될 수 있거나, 실링을 만들기 위해 전체 어셈블리를 가열 및 냉각에 의해 달성될 수 있다.
개시된 녹는 점이 낮은 유리, 유리-코팅된 가스켓 및 각각의 기판 또는 워크피스 사이에 결합 또는 실링된 표면을 형성하는 수반된 방법은 배치 (batch) 공정 뿐만 아니라 연속 또는 롤-대-롤 (roll-to-roll) 공정에 적합할 수 있다.
본 명세서에 사용된 것으로, 만약 문맥이 분명하게 달리 지시하지 않았다면, 단수 표현은 복수의 대상을 포함한다. 그러므로, 예를 들면 "층"이란 용어는 문맥에서 분명하게 달리 지시하지 않았다면, 둘 이상의 그러한 "층들"을 가지는 실시예를 포함한다.
범위는 "약" 하나의 특정값부터 및/또는 "약" 다른 특정값까지 본 명세서에 표현될 수 있다. 그러한 범위로 표현될 때, 실시예는 하나의 특정 값부터 및/또는 다른 특정한 값까지를 포함한다. 유사하게, 값이 앞에 "약"을 사용함으로써 근사치로 표현될 때, 특정 값은 또 다른 측면을 형성하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 각각 범위의 끝점은 나머지 끝점에 관련한 모두가 중요할 뿐만 아니라 다른 끝점과 독립적으로도 중요하다는 것을 추가적으로 이해될 수 있을 것이다.
만약 분명하게 달리 언급되지 않았다면, 여기에 열거된 모든 방법이 그들의 단계가 특정 순서로 수행되어야 하는 것을 의도하는 것은 아니다. 따라서, 어떤 방법 청구항이 단계별 순서를 실제로 기재하지 않은 경우, 또는 청구항이나 명세서에서 단계가 특정 순서로 한정되도록 특정적으로 기재되지 않은 경우, 임의의 특정 순서가 되도록 추론되는 것을 의도하는 것은 아니다.
본 명세서에서 설명은 특정 방법에서 "설정" (confiqured)되거나 "맞춰진" (adapted to) 기능을 가진 구성 성분을 나타내는 것은 또한 주목된다. 이러한 관점에서, 그러한 구성성분이 "설정"되거나 특정 성질, 또는 특정한 방식에서 기능을 구현하는 것에 "맞춰"지고, 여기서 그러한 설명은 의도된 사용의 설명과 반대되는 것으로 구조적인 설명이다. 더 구체적으로, 구성성분이 "설정"되거나 "맞춰"진 상태에서 본 명세서의 참조는 구성성분의 존재하는 물리적 조건을 나타내고, 그런 것으로서, 구성성분의 구조적 특성의 명확한 설명으로서 받아들여질 수 있다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 본 발명에 다양한 변형 및 변경을 할 수 있음은 당업자에게 명확할 것이다. 변형 조합, 하위-조합 및 본 발명의 사상 및 실질이 반영된 개시된 구체예의 다양한 변형이 당업자에게 일어날 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물 내의 모든 것을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 제1 기판의 실링 표면상에 유리 층을 형성하는 단계;
    상기 유리 층의 적어도 일부분을 제2 기판의 실링 표면의 적어도 일부분에 물리적으로 접촉하도록 위치시키는 단계; 및
    상기 유리 층을 가열하여 유리 층을 용융시키고 제1 및 제2 기판 사이에 유리 실링을 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    여기서, 상기 유리 층은 주석 플루오로포스페이트 유리, 텅스텐-도핑된 주석 플루오르포스페이트 유리, 찰코게나이트 유리 (chalcogenide glasses), 텔루라이트 유리 (tellurite glasses), 붕산염 유리 및 포스페이트 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 유리 물질을 포함하는 밀폐 실링하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판 사이에 보호될 워크피스를 배열하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 층은 주변 실링 표면상에 형성되는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유리 층은 레이저 흡수에 의해 가열되는 방법.
  5. 밀폐 실링된 장치로서,
    상기 장치는 제1 기판과 제2 기판 중간에 존재하는 중간 유리 층에 의해 제2기판에 결합된 제1기판을 포함하고, 여기서 상기 유리 층은 주석 플루오로포스페이트 유리, 텅스텐-도핑된 주석 플루오르포스페이트 유리, 찰코게나이트 유리, 텔루라이트 유리, 붕산염 유리 및 포스페이트 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 유리 물질을 포함하는 밀폐 실링된 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중간 유리 층은 필러 및 바인더를 함유하지 않는 장치.
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