KR20180028464A - 금속 솔더 실을 사용하여 실링된 펌핑 아웃 포트를 구비한 진공 단열 유리(vig) 유닛 및/또는 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
특정한 예의 실시형태는 반응적으로 재유동되는 경우 사전 코팅된 금속성 코팅을 습윤(wetting)하는, 솔더 합금에 대해 형성된 펌핑 아웃 홀 실을 구비한 진공 단열 유리 유닛, 및/또는 관련 방법에 관한 것이다. 합금은 유리를 탈기질화(detemper)하지 않고 및/또는 적층체를 분해하지 않고 및/또는 밀봉을 유지하고 벌크 내에서 다공성 구조를 감소시키는 온도에서 실을 형성하는 물질을 기초로 할 수 있다. SAC, InAg, 및/또는 그 외의 프리폼 물질은 상이한 예의 실시형태에서 사용될 수 있다.
Description
관련 출원 상호 참조
본 출원은 2015년 7월 1일에 출원된 미국 출원 제62/187,797호 및 2016년 6월 1일에 출원된 미국 출원 제15/170,265호의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
본 출원은 2013년 12월 31일에 출원된 미국 출원 제14/145,462호 및 2015년 7월 1일에 출원된 미국 출원 제14/789,444호의 전체 내용을 참조로 포함한다.
기술분야
본 발명의 특정한 예의 실시형태는 진공 단열 유리 (VIG 또는 진공 IG) 유닛, 및/또는 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 특정한 예의 실시형태는, 반응적으로 재유동되는 경우, 사전 코팅된 금속성 코팅을 습윤(wetting)하고 접합하는 금속성 솔더 프리폼 합금에 관련하여 형성된 펌핑 아웃 홀 실(pump-out hole seal)을 구비한 VIG 유닛, 및/또는 관련 방법에 관한 것이다.
진공 또는 비활성 기체 환경을 형성하기 위한 유리 기판의 밀봉 실링은, 일반적으로 장치의 작동 수명보다 100 배 이상 긴, 장기간 동안 기체 주입구에, 일반적으로 불침투성인 유리질 물질 또는 금속성(예를 들면, 공융) 물질의 배리어를 사용해서 행해질 수 있다. 이해되는 바와 같이, 침투는 일반적으로 2 단계를 포함한다. 이러한 단계는 용해 및 확산을 포함한다. 밀봉 실링은, 예를 들면, 물, 기타 액체, 산소 및 기타 기체 오염 분자가, 예를 들면, 제한 없이, 진공(예를 들면, VIG 윈도우 유닛, 써모스플래스크, MEMS, 등) 또는 비활성 분위기에 유지되는, 민감한 물질, 예를 들면, 제한 없이, 유기 방출층(예를 들면, OLED 장치에서 사용되는 것), 반도체 칩, 센서, 광학 부품 등을 유지하는 패키지에 들어가지 않도록 하는 것을 돕는다. 이러한 어셈블리의 복합 시설 내부의 기밀 패키징은, 이러한 패키지 가공의 더 나중의 단계, 예를 들면, VIG 윈도우 유닛의 경우 펌핑 및 팁 융합(tip fusing) 단계 전, OLED 장치의 제조 중의 최종 가공 단계 전 등에 방해가 되었다.
일부 예시의 VIG 구성은, 예를 들면, 미국 특허 제5,657,607호, 제5,664,395호, 제5,657,607호, 제5,902,652호, 제6,506,472호 및 제6,383,580호에서 개시되어 있고, 전체 내용은 모두 본원에 참조로 포함되어 있다.
도 1 및 2는, 일반적인 VIG 윈도우 유닛(1) 및 VIG 윈도우 유닛(1)을 형성하는 요소를 도시한다. 예를 들면, VIG 유닛(1)은 2개의 이격된 실질적으로 평행한 유리 기판(2,3)을 포함하고, 유리 기판은 그 사이에 감압된 저압 공간/캐비티(6)를 포함한다. 유리 시트 또는 기판(2,3)은, 예를 들면, 융합된 솔더 유리 등으로 제조될 수 있는 주변 에지 실(4)에 의해서 서로 결합된다. 지지 필라/공간(5)의 어레이는, 유리 기판(2,3) 사이에 존재하는 저압 공간/갭(6)의 점에서 VIP 유닛(1)의 기판(2,3)의 간격을 유지하기 위해서 유리 기판(2,3) 사이에 포함될 수 있다.
펌핑 아웃 튜브(8)는, 예를 들면, 유리 기판(2) 중 하나의 내면으로부터 유리 기판(2)의 외면의 선택적 리세스(11)의 하부로 또는 선택적으로 유리 기판(2)의 외면으로 통과하는 개구/홀(10)에 솔더 유리(9) 등에 의해서 밀봉 실링될 수 있다. 내부 캐비티(6)를, 예를 들면, 순차적인 펌프 조작을 사용해서 대기압보다 낮은 저압으로 감압하기 위해서, 진공 장치를 펌핑 아웃 튜브(8)에 부착한다. 캐비티(6)의 감압 후, 낮은 압력의 캐비티/공간(6) 내의 진공 장치를 실링하기 위해, 튜브(8)의 일부분(예를 들면, 팁)을 용융한다. 실링된 펌핑 아웃 튜브(8)가 선택적 리세스(11) 내에 유지될 수 있다. 선택적으로, 화학적 게터(getter)(12)는, 유리 기판 중 하나(예를 들면, 유리 기판(2))의 내면에 배치되는 리세스(13) 내에 포함될 수 있다. 화학적 게터(12)는, 캐비티(6)가 감압되고 실링된 후에 유지될 수 있는 특정 잔류 불순물을 흡수하거나 결합하는 데에 사용될 수 있다. 게터(12)는 또한 유닛의 환경 풍화(environmental weathering) 중에 발생할 수 있는 기체 불순물을 "모프로 제거하도록(mop up)" 작용한다.
주변 밀봉 에지 실(4)(예를 들면, 솔더 유리)을 포함하는 VIG 유닛은, 일반적으로 기판(2)의 주변부 주위(또는 기판(3) 상)에, 유리 프릿(glass frit) 또는 기타 용액 상의 적합한 물질(예를 들면, 프릿 페이스트)을 증착함으로써 제조된다. 최종적으로, 이러한 유리 프릿 페이스트에 의해 에지 실(4)를 형성한다. 2개의 기판(2,3) 사이에 유리 프릿 용액 및 스페이서/필러(5)가 개재되도록, 기판(2) 상에 그 외의 기판(예를 들면, 3)을 배치한다. 유리 기판(2,3), 스페이서/필러(5) 및 실링재(예를 들면, 용액 상의 유리 프릿 또는 유리 프릿 페이스트)를 포함하는 전체 어셈블리를, 적어도 약 500℃의 온도까지 가열하고, 이 온도에서 유리 프릿을 용융시키고, 유리 기판(2,3)의 표면을 습윤한 후, 최종적으로 밀봉 주변/에지 실(4)을 형성한다.
기판 사이에 에지 실(4)을 형성한 후, 펌핑 아웃 튜브(8)를 통해 진공 상태를 만들고, 기판(2,3) 사이의 낮은 압력 공간/캐비티(6)를 형성한다. 공간/캐비티(6)의 압력은, 감압 공정에 의해 대기압 미만(예를 들면, 약 10-4 Torr 미만)으로 형성될 수 있다. 공간/캐비티(6) 내의 낮은 압력을 유지하기 위해, 기판(2,3)은 펌핑 아웃 튜브의 에지 실 및 실링 오프에 의해 밀봉 실링된다. 대기압 하에서, 거의 평행하게 유리 기판의 분리를 유지하기 위해, 투명한 유리 기판 사이에 고강도 작은 스페이서/필러(5)가 제공된다. 상기 기재된 바와 같이, 기판(2,3) 사이의 공간(6)이 감압되면, 예를 들면, 레이저 등을 사용해서 펌핑 아웃 튜브(8)의 팁을 용융함으로써 펌핑 아웃 튜브(8)를 실링할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 애노드 접합 및 유리 프릿 접합과 같은 고온 접합 기술은, 실리콘, 세라믹, 유리, 등으로 구성된 부품을 밀봉 실링(예를 들면, 에지 실을 형성) 하기 위한 방법 널리 사용되고 있다. 이러한 고온 공정에 필요한 가열은, 일반적으로 약 300℃ 내지 600℃의 범위 내에 있다. 이러한 종래의 접합 기술은, 일반적으로 전체 장치(유리 및 유리 하우징 내에 수용되는 임의의 부품을 포함)의 실을 형성하기 위해, 오븐을 이용해서 열평형에 가까운 상태로 만드는 오븐 벌크 가열이 필요하다. 따라서, 허용되는 실을 얻기 위해서는 비교적 긴 시간이 필요하다. 예를 들면, 장치 크기 L가 증가함에 따라, 일반적으로 실링 시간은 약 L3 정도 증가할 수 있다. 가장 온도에 민감한 부품이 전체 시스템의 최대 허용 가능한 온도를 결정하는 경우도 있다. 따라서, 상기 기재된 높은 온도의 실링 공정(예를 들면, 애노드 접합 및 유리 프릿 접합)은, 예를 들면, 강화된 VIG 유닛 및 봉입된 민감한 부품(예를 들면, OLED 장치)과 같은 감열 부품을 제작하는 데에 적합하지 않다. 강화된 VIG 유닛의 경우, VIG 유닛의 열-강화된 유리 기판은 고온 환경에서 기질 강도(temper strength)가 빠르게 손실한다. 예시의 OLED 패키지의 경우, 특정한 기능성 유기층은, 300℃ 내지 600℃(경우에 따라 100℃ 만큼 낮은 것)의 온도에서 파괴된다. 종래에, 고온 벌크 실링 공정을 사용해서 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법은, 벌크의 열평형 가열 공정을 사용해서 더 낮은 온도 프릿을 개발하는 것이었다.
배경기술에 따라, 유리 프릿 및/또는 솔더는 일반적으로 유리 물질과 금속성 산화물의 혼합물이다. 유리 조성물은, 접합 기판의 열팽창 계수(CTE)에 매칭하도록 조절될 수 있다. 납 기반 유리는, 음극선 튜브(CRT), 플라즈마 디스플레이, 및 VIG 윈도우 유닛에서 상업적으로 사용되는 가장 일반적인 접합/실링재/기술이다. 납 기반 유리 프릿은, 또한 최소 투과성 유리 실링재 중에서 하나이다. 일반적으로, 이러한 솔더는 유리질 물질에 기초하고 탈-유리질화가 억제된다.
유리 프릿 또는 솔더는, 일반적으로 베이스 유리, 내열성 충진제, 및 비히클로 구성된다. 베이스 유리는 프릿 또는 솔더의 벌크를 형성한다. 충진제는 접합될 유리 기판에 매칭하고 CTE를 감소시킨다. 이러한 매칭은 기계적 강도를 증가시키고, 계면응력을 감소시키며, 실의 균열 내성을 향상시킨다. 비히클은, 일반적으로 (예를 들면, 실링될 갭 내 및/또는 실링될 표면에 분산하기 위해)스크린 인쇄에 유동성을 제공하는 용매(계면활성제 포함) 및 유기 바인더로 구성된다.
이러한 형태의 유리 프릿 또는 솔더는, 대부분의 반도체 재료(유리, 실리콘, 실리콘 산화물, 대부분의 금속 및 세라믹을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다)에 부착될 비교적 낮은 융점(예를 들면, 약 480℃ 내지 520℃)의 유리를 포함하고, 이러한 형태의 재료를 사용하는 접합 방법이 다용도로 널리 허용될 수 있는 이점이 있다.
다양한 융점, CTE, 바인더, 및 스크린 인쇄 특성을 갖는 상이한 형태의 시판되는 유리 프릿 물질이 있다. 그러나, 거의 모두 낮은 융점 중에서 유리 프릿 또는 솔더의 제형은, 약간의 납을 함유한다. 이것은, 예를 들면, 수년 이내에 미국, 유럽 및 일본에서의 전자장치 제조 시 납의 사용이 금지되지는 않더라도 엄격하게 제한될 것이기 때문에, 잠재적으로 문제가 될 수 있다. 최근 몇 년간, 비스무트 산화물에 기반한 프릿 또는 솔더는, 납 기반 프릿을 대체하는 데에 약간의 성공을 거뒀지만, 이러한 형태의 프릿의 융점(Tg)은 일반적으로 약 450℃를 초과한다. 납 기반 프릿에 비해, 이러한 비스무트 산화물 기반 프릿은, 종래의 오븐 벌크 가열 공정을 사용하는 온도 민감 장치의 제작에 사용될 수 없다. 바나듐 바륨 아연 산화물(VBZ)에 기초한 낮은 Tg(예를 들면, 375℃ 내지 390℃)의 프릿이 개발되었고, 이는 VBaZn, V 포스페이트, SnZnPO4을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 그러나, 이러한 형태의 프릿의 광범위한 사용이 제한되었다. 또한, 이러한 유리 프릿은 종래의 접근 방법에 비해 개선되었지만, 경우에 따라 저온에서 모든 유리 주변 실의 엄격한 열-기계적 요건을 충족하는 데에 어려움이 있다. 이는, 부분적으로, 저온 유리 솔더가 일반적으로 큰 이온 반경 종으로 이루어지기 때문에, 낮은 가공 온도 및 시간에서 유리 표면으로 쉽게 확산하지 못하는 것에 기인한다.
물론, 예를 들면, 일반적으로 높은 조작 온도, 또한 충격 및 진동, 습도, 오염, 방사선 및/또는 기타에의 노출을 특징으로 하는 심각한 환경에서 견딜 수 있는 VIG 유닛을 제공하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 예를 들면, 글레이징 산업에서는, 물질이 각각 극도의 사용에 의해 심각한 환경에 있고, 문제를 일으킨다. 예를 들면, 반사광(skylight)에서 글레이징 시스템은 가장 높은 온도(150℃) 에 있고, 바람 부하에 관련된 충격 및 진동 로딩(loading)이 있다. 실제로, VIG 실(seal) 근처의 대기 온도는, 충격 및 진동 로딩에 의해 150℃를 초과할 수 있고, 건물 전면의 대기 온도는, 200℃ 만큼 높을 수 있다. 따라서, 장기간 밀봉, 기계적 강도, 및 낮은 가능성의 열 통로(low possible thermal pathways)를 제공하는 에지 실을 제공하는 것이 과제이다.
따라서, 실링하기 위해서 전체 제품을 높은 온도로 가열하는 단계를 포함하지 않는 실 가공 기술, 및/또는 이러한 예시 방법에 의해서 제조된 제품이 해당 기술분야에서 요구되는 것을 알 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 진공 단열 유리 (VIG) 유닛의 제조 방법이 제공된다. VIG 유닛 서브어셈블리는 제1 및 제2 유리 기판, 제1 및 제2 유리 기판을 서로 실질적으로 평행하게 이격되도록 유지하는 것을 돕는 복수의 스페이서, 및 에지 실을 포함한다. 제1 유리 기판은 그 안에 홀이 형성되고, 그 홀은 제1 및 제2 유리 기판 사이에 한정된 캐비티를 감압하도록 사용될 수 있다. 제1 다층 박막 코팅은 상기 홀의 내부 직경 주위에 및/또는 상에 있는 제1 기판의 일부 상에 형성되고, 제1 다층 박막 코팅은 금속을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다. 상기 홀의 내 및/또는 주위에 고체 솔더 합금 프리폼이 제공되고, 솔더 합금 프리폼은 제1 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉하고 금속을 포함한다. 실 부재의 적어도 일부가 고체 솔더 합금 프리폼과 물리적으로 접촉하도록 홀 위에 및/또는 내에 실 부재(member)가 제공된다. VIG 유닛 제조시 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시키기 위해 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동하여 밀봉 홀 실이 형성된다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, 실 부재는 그 위에 제2 다층 박막 코팅이 형성되고, 제1 및 제2층 박막 코팅이 적어도 초기에 동일한 박막층을 갖고 고체 솔더 합금 프리폼은 제2 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉한다. 밀봉 홀 실의 형성에 의해서 VIG 유닛 제조시 제2 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시킬 수 있다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, 실 부재는 홀 내에 삽입된 플러그, 홀을 덮는 플레이트, 상기 플레이트가 홀을 덮고 상기 플러그가 홀로 연장되는 돌출한 플러그를 구비한 플레이트 등일 수 있다. 실 부재는 금속, 금속 합금 및/또는 유리로부터 형성될 수 있다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, 다층 박막 코팅은 홀 주위 및/또는 홀 내의 기판 및/또는 실부재를 금속화할 수 있다. 이러한 다층 박막 코팅은 Ni 함유 층(예를 들면, Ni/Ag/Ni 층 스택, Ni/Ag 층 스택, Si/Ni/Ag 층 스택, 및/또는 기타)을 포함한다. Ni 함유 층은 NiCr-함유층일 수 있다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, 고체 솔더 합금 프리폼은, 인듐-은 합금, SAC, Sn-Pb, SnBiAg, SATi, SATiRE 등으로부터 형성될 수 있다. 그 외의 경우, 고체 솔더 합금 프리폼은 Sn에 기초하고, 포스트-전이금속 또는 준금속; 13, 14, 15, 또는 16족으로부터 진틀(Zintl) 음이온; 및 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 그 외의 물질을 포함한다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, VIG 유닛 서브어셈블리가 진공 하에서 유지되는 동안 홀 실이 실링될 수 있다. 일부 경우, VIG 유닛 서브어셈블리가 제1 진공압 하에서 유지되는 동안 에지 실이 형성되고, VIG 유닛 서브어셈블리가 제2 진공압 하에서 유지되는 동안 홀 실이 형성될 수 있고, 제2 진공압은 제1 진공압보다 낮을 수 있다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, 홀 실이 300℃ 이하, 바람직하게는 180℃ 이하, 경우에 따라 160℃ 이하의 온도에서 형성될 수 있다.
특정한 예의 실시형태에 따르면, VIG 유닛은 팁 오프되거나 달리 폐쇄할 필요가 있는 펌핑 아웃 튜브 없이 제조될 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, VIG는 본원에 기재된 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, VIG 유닛은 실질적으로 평행하게 이격된 제1 및 제2 유리 기판 - 제1 및 제2 기판의 적어도 하나는 열처리된 유리 기판임 - ; 제1 및 제2 기판 사이에 제공된 복수의 스페이서; 에지 실; 및 제1 및 제2 기판과 에지 실에 의해서 적어도 부분적으로 한정된 캐비티 - 캐비티는 대기압보다 낮은 압력으로 감압됨 -을 포함한다. 홀 실 부재는 캐비티를 감압하기 위해서 VIG 유닛 제조 중에 사용된 제1 기판에 형성된 홀 내 및/또는 상에 제공된다. 홀 실 부재 및 제1 기판은 금속을 포함하는 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동함으로써 형성된 홀 실을 통해 서로 밀봉 실링되고, 이는 (a) 제1 기판 상에 사전 제공된 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질이 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산되고, (b) 제1 다층 박막 코팅의 최상층과 반응적으로 재유동된 솔더 사이에 금속간 화합물(IMC)을 형성한다.
본원에 기재된 특성, 형태, 이점 및 예의 실시형태는 또 다른 추가의 실시형태를 실현하기 위해서 조합될 수 있다.
이러한 및 그 외의 특성 및 이점은 도면과 함께 예의 실시형태의 상세한 설명을 참조하여 더 완전하게 이해될 수 있다:
도 1은 종래의 진공 IG 유닛의 단면도이고;
도 2는 도 1에 도시된 단면에 따른 도 1 진공 단열 유리(VIG) 유닛의 하부 기판, 에지 실, 및 스페이서의 상면도이고;
도 3은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 단면도이고;
도 4는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 3의 단부의 확대도이고;
도 5는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 4에 도시된 제1기판 상에 형성된 금속성 층 스택의 확대도이고;
도 6은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 제조 공정을 도시하는 플로우차트이고;
도 7a는 특정한 예의 실시형태의 펌핑 다운(pump-down)에 관련해서 사용될 수 있는 예의 온도 및 압력 프로파일을 도시하는 그래프이고;
도 7b는 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 온도 및 고정 압력(clamp pressure)을 도시하는 그래프이고;
도 8a-8b는 예의 SnAgCu 금속 실 구조의 단면 현미경 사진이고;
도 9는 특정한 예의 실시형태에서 발생할 수 있는 예의 솔더 실 형성 공정을 도시하는 개략도이고;
도 10은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 고속 와이어 연소(HVWC) 장치(1000)의 개략도이고;
도 11은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 Oerlikon Metco에 의해 제공된 예의 HVWC 장치의 예의 확대된 팁 부분이고;
도 12는 예를 들면, 팁을 통해 기판을 향해 도 10의 장치를 방출할 때 와이어 피드로부터 생성된 용융된 분말이 가속되는 속도를 도시하는 시뮬레이션 개략도이고;
도 13은 특정한 예의 실시형태에 따라 도 3 및 4의 예에서 사용될 수 있는 제1 기판 상에 형성된 금속성 층 스택의 확대도이고;
도 14는 특정한 예의 실시형태에 따라 VIG 유닛을 제조하는 공정을 도시하는 또 다른 플로우차트이고;
도 15는 특정한 예의 실시형태에서 솔더 비드 상에서 작용하는 힘의 개략도이고;
도 16은 특정한 예의 실시형태에서 갭 높이에 따른 솔더의 이동을 도시하고;
도 17은 특정한 예의 실시형태에 따라 유리의 금속화된 표면 및 솔더 사이에서 반응적 재유동에 대한 순서를 도시하고;
도 18은 특정한 예의 실시형태에 따라 제조된 VIG의 90° 굽힘에서 조절된 습윤 프런트로 재유동된 솔더 프리폼의 x선이고;
도 19는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 재유동 공정에 대한 예의 온도 프로파일이고;
도 20은 특정한 예의 실시형태에 따라 금속화된 펌핑 아웃 홀의 개략도이고;
도 21은 특정한 예의 실시형태에 따라 솔더 프리폼을 유지하기 위한 도넛이고;
도 22는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 팁 오프 피스톤의 피드쓰루를 구비한 펌핑 아웃 툴을 도시하고;
도 23은 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 벨로우즈 보조 실링과 선형 진공 피드스루 시스템을 양립시키는 고온(200℃)의 기계적인 드로잉이고;
도 24는 특정한 예의 실시형태에 따라 기판의 금속화된 영역 근방에 펌핑 아웃 홀 위에 및 그 주위에 도넛형 솔더 프리폼이 배치되는 커버의 개략도이고;
도 25는 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방에 펌핑 아웃 홀에 삽입된 솔더의 프리폼의 개략도이고;
도 26은 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방에 펌핑 아웃 홀에 삽입된 솔더 프리폼의 개략도이고;
도 27은 진공 하에서 금속화된 홀을 통한 솔더 비드의 형성의 이미지를 도시하고;
도 28은 140℃에서 4분의 반응적 재유동 공정 동안 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 도시하는 단면도이고;
도 29는 150℃에서 8분의 반응적 재유동 공정 동안 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 도시하는 단면도이고;
도 30은 특정한 예의 실시형태에서 형성된 InAg IMC 층의 고해상도 XPS이고;
도 31은 접합 갭 두께에 따라 솔더링된 접합의 인장 강도가 변화하는 것에 대한 실험적 데이터를 도시하고;
도 32는 예의 동심원 관상 갭 솔더링 가능한 접합이 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 것을 도시하고;
도 33은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 지지 고정구이다.
도 1은 종래의 진공 IG 유닛의 단면도이고;
도 2는 도 1에 도시된 단면에 따른 도 1 진공 단열 유리(VIG) 유닛의 하부 기판, 에지 실, 및 스페이서의 상면도이고;
도 3은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 단면도이고;
도 4는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 3의 단부의 확대도이고;
도 5는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 4에 도시된 제1기판 상에 형성된 금속성 층 스택의 확대도이고;
도 6은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 제조 공정을 도시하는 플로우차트이고;
도 7a는 특정한 예의 실시형태의 펌핑 다운(pump-down)에 관련해서 사용될 수 있는 예의 온도 및 압력 프로파일을 도시하는 그래프이고;
도 7b는 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 온도 및 고정 압력(clamp pressure)을 도시하는 그래프이고;
도 8a-8b는 예의 SnAgCu 금속 실 구조의 단면 현미경 사진이고;
도 9는 특정한 예의 실시형태에서 발생할 수 있는 예의 솔더 실 형성 공정을 도시하는 개략도이고;
도 10은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 고속 와이어 연소(HVWC) 장치(1000)의 개략도이고;
도 11은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 Oerlikon Metco에 의해 제공된 예의 HVWC 장치의 예의 확대된 팁 부분이고;
도 12는 예를 들면, 팁을 통해 기판을 향해 도 10의 장치를 방출할 때 와이어 피드로부터 생성된 용융된 분말이 가속되는 속도를 도시하는 시뮬레이션 개략도이고;
도 13은 특정한 예의 실시형태에 따라 도 3 및 4의 예에서 사용될 수 있는 제1 기판 상에 형성된 금속성 층 스택의 확대도이고;
도 14는 특정한 예의 실시형태에 따라 VIG 유닛을 제조하는 공정을 도시하는 또 다른 플로우차트이고;
도 15는 특정한 예의 실시형태에서 솔더 비드 상에서 작용하는 힘의 개략도이고;
도 16은 특정한 예의 실시형태에서 갭 높이에 따른 솔더의 이동을 도시하고;
도 17은 특정한 예의 실시형태에 따라 유리의 금속화된 표면 및 솔더 사이에서 반응적 재유동에 대한 순서를 도시하고;
도 18은 특정한 예의 실시형태에 따라 제조된 VIG의 90° 굽힘에서 조절된 습윤 프런트로 재유동된 솔더 프리폼의 x선이고;
도 19는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 재유동 공정에 대한 예의 온도 프로파일이고;
도 20은 특정한 예의 실시형태에 따라 금속화된 펌핑 아웃 홀의 개략도이고;
도 21은 특정한 예의 실시형태에 따라 솔더 프리폼을 유지하기 위한 도넛이고;
도 22는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 팁 오프 피스톤의 피드쓰루를 구비한 펌핑 아웃 툴을 도시하고;
도 23은 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 벨로우즈 보조 실링과 선형 진공 피드스루 시스템을 양립시키는 고온(200℃)의 기계적인 드로잉이고;
도 24는 특정한 예의 실시형태에 따라 기판의 금속화된 영역 근방에 펌핑 아웃 홀 위에 및 그 주위에 도넛형 솔더 프리폼이 배치되는 커버의 개략도이고;
도 25는 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방에 펌핑 아웃 홀에 삽입된 솔더의 프리폼의 개략도이고;
도 26은 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방에 펌핑 아웃 홀에 삽입된 솔더 프리폼의 개략도이고;
도 27은 진공 하에서 금속화된 홀을 통한 솔더 비드의 형성의 이미지를 도시하고;
도 28은 140℃에서 4분의 반응적 재유동 공정 동안 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 도시하는 단면도이고;
도 29는 150℃에서 8분의 반응적 재유동 공정 동안 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 도시하는 단면도이고;
도 30은 특정한 예의 실시형태에서 형성된 InAg IMC 층의 고해상도 XPS이고;
도 31은 접합 갭 두께에 따라 솔더링된 접합의 인장 강도가 변화하는 것에 대한 실험적 데이터를 도시하고;
도 32는 예의 동심원 관상 갭 솔더링 가능한 접합이 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 것을 도시하고;
도 33은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 지지 고정구이다.
특정한 예의 실시형태는 금속 포함의 주변 에지 밀봉 실을 구비한 진공 단열 유리(VIG) 유닛, 및/또는 그 제조 방법에 관한 것이다. 에지 실은, 반응적으로 재유동되는 경우 유리 기판의 주변부 상에 사전 코팅된 금속성 코팅을 습윤한, 금속성 솔더 프리폼 합금에 관련해서 형성된다. 이러한 기술을 사용하면, 바람직하게 예를 들면, 솔더 코팅의 조합을 주의 깊게 선택해서 낮은 가공 온도를 가능하게 한다. 이는, 특정한 예의 실시형태에서, 열강화된 유리가 바람직하게 제작 공정 중에 유리의 기질 강도를 상당히 희생하지 않으면서 VIG 유닛에서 사용될 수 있고, 스퍼터링된 연질 낮은 방사율(저-E) 코팅이 사용될 수 있고, 박막 게터 물질 등이 제공될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 바람직하게 펌핑 아웃 튜브 등을 사용하지 않고 진공을 형성할 수 있다.
구체적으로, 특정한 예의 실시형태는, Sn, 13, 14, 15, 또는 16 족으로부터의 포스트-전이금속 또는 준금속, 및 진틀 음이온 또한 전이금속 도펀트에 기초한 합금을 사용하여 에지 실을 형성하고, (a) 코팅된 유리를 쉽게 습윤시키고, (b) 유리를 탈기질화(detemper)하지 않고 및/또는 적층체를 분해하지 않는 온도에서 실을 형성하는 점에서 바람직한 레올로지 특성을 갖고, 및/또는 (c)밀봉을 유지하고 벌크 내에서 다공성 구조를 감소시킨다. 유리 상의 박막 코팅은, 특정한 예의 실시형태에서, 견고하고 내구성이 있는 밀봉 계면을 형성하기 위해서, Sn-기반 금속간 솔더 물질과 함께 작용할 수 있다. 실을 적절하게 에너자이징(energizing)함으로써, 실 내의 버블(예를 들면, 미세 버블), 보이드 및/또는 기타 결함의 존재를 줄일 수 있다. 공정은 저온 공정이기 때문에, 특정한 예의 실시형태는 (예를 들면, 드 젠 부류(de Gennes class)의) 자연적으로 발생하는 층상 폴리머 구조에 기초한 유연한 점탄성 스페이서(예를 들면, 필라) 기술을 사용할 수 있다.
특정한 예의 실시형태의 일 형태는, 금속 및 준금속 솔더 물질에 기초한 새로운 부류의 합금의 개발 및 사용에 관한 것이며, 이는 형성된 실이 밀봉되고 벌크 내에서 다공성 구조를 결핍하면서, 적층체를 분해시키지 않고, 유리를 탈기질화 하지 않는 온도에서 실을 형성하는 데에 충분한 레올로지 특성을 갖고, 유리를 쉽게 습윤시킨다.
특정한 예의 실시형태의 또 다른 형태는, 솔더와 함께 밀봉된 견고하고 내구성이 있는 계면을 형성하는 유리 기판 상에 제공된 박막 코팅 또는 층 스택의 개발 및 사용에 관한 것이다. 박막 코팅 또는 층 스택은 바람직하게 금속 솔더에 의해서 매우 짧은 시간 내에서 반응적으로 습윤되고 혼합된다.
특정한 예의 실시형태의 또 다른 형태는, 버블 및 결함을 결합하는 균일한 실 구조체를 형성하기 위해서 잠재적으로 진공에서 실을 에너자이징하는 전기적 및/또는 방사성 수단(예를 들면, 방사선 열, 강제 대류 가열, 유도 가열 또한 저항 가열 등)의 개발 및 사용에 관한 것이다. 금속간 화합물(IMC)의 형성을 제한하는 시간 내에 실 형성을 에너자이징하는 이러한 수단의 조합은, 밀봉을 달성 및/또는 유지하는 데에 바람직한 것을 알 수 있었다.
특정한 예의 실시형태의 또 다른 형태는, 예를 들면, 자연적으로 발생하는 층상 구조(예를 들면, 드 젠 부류)에 기초해서 유연한 점탄성 스페이서/필라 기술의 개발 및 이용에 관한 것이다.
특정한 예의 실시형태에서, 이러한 예의 형태는 임의의 적합한 조합 또는 하위 조합으로 조합될 수 있다.
바람직하게, 특정한 예의 실시형태는, 현재 얻을 수 있는 것보다 R 값이 높거나 U 값이 낮을 수 있는데, 이는 저온 공정은 예를 들면, 더 이격될 수 있는 유연하고 단열의 스페이서/필라를 허용할 수 있기 때문이다.
특정한 예의 실시형태에서, 실링 공정을 포함하는 공정은, 바람직하게 350℃를 초과하지 않고, 더 바람직하게 300℃를 초과하지 않고, 더욱 더 바람직하게 250℃를 초과하지 않는다.
구체적으로 다수개의 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 부분을 나타내는 도면을 참조하고, 도 3은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 단면도이다. 도 3 예의 실시형태는 도 1 내지 2에 관련해서 도시된 것과 유사한 것을 알 수 있다. 예를 들면, 서로에 대해 실질적으로 평행하게 이격된 제1기판 및 제2기판 (예를 들면, 유리 기판)(2 및 3)이 제공된다. 복수의 스페이서(예를 들면, 필라 등)(5)는, 제1기판 및 제2기판(2 및 3)을 이러한 방향으로 유지하는 것을 돕는다. 펌핑 아웃 포트(8)는 이러한 예의 실시형태에서 제공되지만; 하기에 더 상세하게 기술된 바와 같이, 특정한 예의 실시형태는 이러한 포트(8) 없이 캐비티(17) 내에서 진공을 형성할 수 있다.
도 3 예의 실시형태는 개선된 에지 실(15)을 포함하는 점에서 도 1 내지 2에서 도시된 VIG 유닛과 상이하다. 구체적으로, 개선된 에지 실(15)은, 반응적으로 재유동되는 경우 유리 기판 상에, 예를 들면, 그 주변 에지에 사전에 코팅된 금속성 코팅을 습윤시키는 금속성 솔더 프리폼 합금에 관련해서 형성된다. 이에 대해, 도 4는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 3의 말단부의 확대도이다. 제1 및 제2 금속성 층 스택(19a 및 19b)은, 제1기판 및 제2기판(2 및 3) 상에 각각 제공된다. 솔더 프리폼은 용융되고, 적어도 부피의 점에서 벌크의 실을 포함하는 솔더(23)의 밴드를 형성한다. 솔더(23)는 제1 및 제2 금속간 화합물 (IMCs)(21a 및 21b)을 통해 제1 및 제2 금속성 층 스택(19a 및 19b) 각각에 의해서 접합된다. 하기 상세하게 기재된 바와 같이, 에지 실(15)은 진공 조건하에서 형성되고 우수한 밀봉 실을 제공할 수 있다.
도 5는 특정한 예의 실시형태에 따른 도 4에 도시된 제1기판(2) 상에 형성된 제1 금속성 층 스택(19a)의 확대도이다. 도 5의 실시예로부터 알 수 있듯이, 제1금속성 층 스택(19a)은, 은 기반층(29)이 개재된 제1 및 제2 니켈-함유 층(25 및 27)을 포함한다. 니켈-함유 층(25, 27)은 금속성 Ni, NiCr, NiTi, NiV, NiW, 및/또는 기타를 포함하거나 이들로 필수적으로 구성되거나 구성될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 제1 및 제2 니켈-함유 층(25 및 27)의 조성물은 동일할 수 있다. 제1 및 제2 니켈-함유 층(25 및 27)의 각각의 니켈의 양은, 바람직하게 적어도 약 60%, 더 바람직하게 적어도 약 70%, 더욱 더 바람직하게 적어도 약 80%이다. 예시의 조성물은 80/20 및 90/10 NiCr, NiTi 및 기타를 포함한다.
도 5에 도시된 박막층은, 예를 들면, e-빔 증착, 스퍼터링 및/또는 기타와 같은 임의의 적합한 기술을 통해서 형성될 수 있다. 예를 들면, NiCr/Ag/NiCr 층 스택은, 물리적 증착법(PVD)을 통해, 예를 들면, 질소, 아르곤, 및/또는 기타를 포함하는 비활성 분위기에서 형성될 수 있다. 또한, 이러한 예의 층 스택은, 선택적으로 기판의 주변부에서 (예를 들면, 미러 공정에서 사용된 것과 유사한) 전해기술을 사용해서 형성될 수 있는 것을 알 수 있다. Ni의 존재는, 특정한 예의 실시형태에서 우수한 습윤성을 제공하고, 또한 (예를 들면, 하부 기판으로부터 Si, Na, 및/또는 기타를 트랩핑하는) 확산 배리어로서 작용하고, 유리와의 매우 강한 Ni-실리사이드 결합을 형성하는 것을 도울 수 있다. 그 외의 금속성 층 스택은, 예를 들면, 솔더 물질의 함량을 매칭하기 위해서, 상이한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있고, 임의의 적합한 기술을 통해서 적용될 수 있는 것을 알 수 있다.
층(25 및 27)은, 두께가 바람직하게 10 nm 내지 5 마이크론, 더 바람직하게 20 nm 내지 3 마이크론, 더욱 더 바람직하게 50 nm 내지 1 마이크론이다. 층(29)은 두께가 바람직하게 10 nm 내지 2 마이크론, 더 바람직하게 50 nm 내지 1 마이크론, 더욱 더 바람직하게 100 nm 내지 500 nm 또는 1 마이크론이다. NiCr/Ag/NiCr 층 스택에서 층의 예시의 두께는 각각 50 nm, 100 nm, 및 50 nm이다.
층(25 및 27)은 니켈 함유된 것으로 기재되어 있지만, 특정한 예의 실시형태에서, 구리는, 니켈 대신에 또는 니켈과 함께 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 니켈-함유 및 구리-함유 금속성 층은 둘 다 유리에 잘 부착되고, 주석, 은, 및 구리의 합금에 기초한 솔더 프리폼에 의해서 잘 매칭되는 것을 알 수 있었다. 또한 특정한 예의 실시형태의 예시의 솔더 프리폼에 관한 상세는 하기에 제공된다. 특정한 예의 실시형태는 와이어 프리폼에 관련해서 기재되지만, 그 외의 프리폼(예를 들면, 테이프 프리폼)은 이러한 와이어 프리폼 대신에 또는 함께 사용될 수 있는 것을 알 있다.
도 6은 특정한 예의 실시형태에 따른 VIG 유닛의 제조 공정을 도시하는 플로우차트이다. 특정한 예의 실시형태에서 하나 이상의 사전 조작(도 6에 도시되지 않음)이 수행될 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 기판은 크기 및/또는 연결 에지(edge seamed)에 대해서 절단될 수 있다. 펌핑 아웃 포트, 게터 홀딩 포켓 및/또는 기타를 수용하는 홀이 드릴링될 수 있다. 유리 기판이 사용되면, 기판은 열처리(예를 들면, 반강화 및/또는 열강화), 화학적 강화될 수 있다. 열처리는 사이징, 드릴링 및/또는 그 외의 조작 후 수행될 수 있다. 기판 상에 박막 및/또는 그 외의 코팅이 또한 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판 상에 낮은 방사율(저-E), 반사방지 및/또는 그 외의 코팅이 형성될 수 있다. 장식 코팅은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅되고 및/또는 추가로 또는 대체로 달리 형성될 수 있다. 임의의 경우에, 이러한 코팅이 열처리 가능하고 기판이 열처리해야 하는 경우, 이들은 열처리 전에 스톡 기판 상에 블랭킷(blanket) 코팅될 수 있다. 이러한 코팅이 열처리 가능하지 않지만 기판이 열처리 되어야 하는 경우, 사이징(sizing) 및/또는 달리 가공된 기판 상에 형성될 수 있다. 기판이 열처리되지 않으면, 코팅은 임의의 적합 시간에 형성될 수 있고, 예를 들면, 이들은 사이징 및/또는 그 외의 조작 후 코팅에 적용되고 및/또는 블랭킷 코팅될 수 있다. 코팅이 기판 상에 형성되는 경우, 예를 들면, 에지 실이 형성될 근방 영역에서 에지 제거가 수행될 수 있다. (예를 들면, DI 수, 플라즈마 애싱 및/또는 기타를 사용해서)기판이 세정될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 실이 형성될 근방 영역에서 에지 제거 및/또는 유리의 사전-조면화(roughening)가 불필요하다.
기판이 적합하게 제조되고 적절하게 배향되면, (예를 들면, 도 5에 관련해서 도시되고 기재된 형태의) 금속성 코팅은 도 6의 단계 S31에 도시된 기판의 주변 에지 주위에 형성될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 임의의 적합한 기술은, "니켈라이징(nickelizing)" 하거나, 기판을 달리 처리하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 국소화 PVD는, Ni (예를 들면, NiCr), Cu, 및/또는 기타를 포함하는 층 사이에 개재된 Ag의 층 또는 이를 포함하는 층으로 3층 박막 코팅을 형성하기 위해서 사용될 수 있다. 코팅은, 용융되는 경우, 적어도 솔더 만큼 넓은 폭에서 기판의 주변 에지 주위에 제공될 수 있다.
단계 S33에 나타낸 바와 같이, 스페이서는 제1기판 상에 제공될 수 있다. 스페이서는 실질적으로 원주상 필라, 쿠션 형상 스페이서 및/또는 기타일 수 있다. 이들은 운모로 형성된 유리 필라, 폴리머, 층상 필라, 및/또는 임의의 그 외의 적합한 물질 또는 물질의 조합일 수 있다. 미국 특허 제6,946,171호 및/또는 미국 특허 제8,679,271호에 개시된 스페이서는 이러한 점에서 사용될 수 있다. 이러한 특허 문헌의 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다. 이에 대해, VIG 유닛의 제작에 저온 공정이 포함되어 있기 때문에, 스페이서의 잠재적으로 넓은 스펙트럼 물질이 이용될 수 있다. 연질 스페이서는, 경질 대응물보다 적게 유리 안으로 "디깅(dig into)"되어, 이러한 위치에서(예를 들면, Hertzian 압력에 기초한) 작은 응력을 생성한다. 따라서, 필라 또는 그 외의 구조체가 더 떨어져서 이동될 수 있다. 이들이 더 떨어져서 위치하도록 하기 위해서 스페이서에 상이한 물질을 사용하는 능력은, 유닛의 미관을 바람직하게 개선하고 및/또는 VIG 유닛을 통해 잠재적으로 열 전도성을 줄일 수 있다.
선택적으로, (예를 들면, 블랭킷 코팅으로서 이전에 형성된 포켓 등에서) 게터 물질이 적용될 수 있다. 게터 물질 및 활성화 기술은, 미국 특허 공개 제2014/0037869호, 제2014/0034218호, 및 제2014/0037870호에 개시되어 있고, 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다. 이러한 및/또는 그 외의 게터는 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 바륨 및/또는 지르코늄을 포함하는 게터 물질은, 예를 들면, e-빔 증발 및/또는 기타를 통해, 예를 들면, 기판 상에 블랭킷 코팅될 수 있다. 블랭킷된 게터가 대면적에 제공되기 때문에, 일반적인 게터의 화학적 게터 기능을 수행하기 위해서 수 옹스트롱의 물질이 요구될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 블랭킷은 두께가 20 옹스트롱 미만이고, 더 바람직하게 10 옹스트롱 미만이고, 경우에 따라 5 옹스트롱 이하일 수 있다. 이런 경우에, 게터는 기판 상에 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 블랭킷된 게터가 제공되는 경우, 단계 S31에 관련해서 언급된 금속성 코팅의 형성 전에 이러한 물질을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.
단계 S37에서, 와이어 프리폼 또는 기타는 기판의 주변 에지 주위에 제공된다. 특정한 예의 실시형태에서, 와이어 프리폼은 도시되지 않은 하나 이상의 단계에서 바람직한 구조로 구부릴 수 있다. 대체로 또는 추가로, 와이어 프리폼은 다수개의 작은 섹션을 이어 맞출 수 있다. 예를 들면, 와이어는, 말단 대 말단을 솔더링하고 및/또는 레이저 용접될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 솔더 프리폼은 주석, 은, 및 구리의 또는 이들을 포함하는 합금일 수 있다. 솔더 프리폼은 바람직하게 납-프리이다. 예를 들면, SAC305, SAC0307, 및/또는 기타는 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있다. SAC305 는 96.5% 주석, 3% 은, 및 0.5% 구리를 함유하는 납-프리 합금이고, SAC0307 는 99% 주석, 0.3% 은, 및 0.7% 구리를 함유하는 납-프리 합금이다. 특정한 예의 실시형태에서, 동일하거나 유사한 조성물의 솔더 페이스트는 와이어 프리폼 대신에 또는 함께 제공될 수 있다.
낮은 은 함량의 SAC 합금, 예를 들면, SAC105은, 충격 및 진동이 문제가 되는 적용에서 바람직할 수 있는 것이 기재되어 있다. 그러나, 일부 예에서, 은 함량을 증가시키면, SAC 솔더의 크리프 속도를 감소시켜서, 온도 에이징 및/또는 기타가 발생하는 경우에 신뢰성을 증가시키는 것을 도울 수 있다. 따라서, 높은 은 함량의 SAC 합금, 예를 들면, SAC405는, 고온 적용에서 바람직할 수 있다. SAC305, SAC0307, 등과 같은 합금은, 많은 고온 관련 적용에 대해 우수한 생존가능성을 제공하면서, 충격 및 진동에 대한 바람직한 내성을 제공하는 우수한 "절충안(compromise)"을 제공할 수 있다. 이러한 공융 합금 사이 및/또는 주위의 상 공간에서 그 외의 합금은 상이한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 것이 기재되어 있다.
라이트(lite)는 단계 S39에서 함께 부킹(booking)되고, 단계 S41에서 사전 드릴링된 홀 내에 그 위에 프릿 물질을 갖는 펌핑 아웃 튜브가 배치될 수 있다.
선택적으로, 추가의 가공 중에 이러한 서브어셈블리를 함께 유지하는 것을 돕기 위해서, 테이프 또는 기타 접착 물질이 사용될 수 있다. 임의의 폴리이미드, 폴리아미드, 아크릴, 및/또는 그 외의 테이프 또는 접착 물질이 사용되어 일시적인 실을 형성할 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 예를 들면, 캡톤(Kapton), 아크릴라이트(Acrylite), 및/또는 그 외의 테이프가 사용될 수 있다.
실링은 단계 S43에 나타낸 바와 같이 진공에서 발생할 수 있다. 실링은, 예를 들면, 솔더를 재유동하기 위한 가열, 결합 고화 중에 (예를 들면, 기계적 클램핑 및/또는 기타를 통해) 정압(static pressure) 적용, 및 서브어셈블리를 냉각하고 및/또는 냉각시키는 공정을 포함할 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 대체로 또는 추가로 동압(dynamic pressure)이 사용될 수 있다. 이러한 초기의 진공은, 바람직하게 1 Torr 미만, 더 바람직하게 0.5 Torr 미만, 경우에 따라 0.1 Torr 미만일 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 초기 비활성 기체 환경은 또한 이러한 조작에 관련해서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다.
가열은, 솔더를 재유동시키기 위해 충분한 피크 온도에서 수행될 수 있지만, 바람직하게 390℃를 초과하지 않고, 더 바람직하게 350℃를 초과하지 않고, 더욱 바람직하게 300℃를 초과하지 않고 경우에 따라 240℃ 내지 250℃를 초과하지 않는다. 특정한 예의 실시형태에서, 피크 온도는 솔더의 등치선(isopleth) 온도 바로 위에 있다. 예를 들면, 특정한 예의 실시형태에서, 피크 온도는 바람직하게 등치선 온도보다 50℃ 미만으로 높고, 더 바람직하게 등치선 온도보다 20-40℃ 높다. 일례로, 피크온도는 등치선 온도보다 약 40℃ 높을 수 있고, 이는 일부 예에서 약 240℃ 내지 250℃에 상응할 수 있다. 가열은, 수분 내지 수 시간 동안 수행될 수 있다. 바람직하게, 가열은 1분 내지 2 시간 동안 수행되고, 더 바람직하게 5-60 분, 경우에 따라 10-30분 동안 수행된다.
솔더의 재유동 단계에서는 버블을 형성한다. 버블은 에지 실 내에 트랩핑되고 예를 들면, 소성된 실 내에서 보이드 및/또는 기타를 남김으로써(예를 들면, 그 구조 완전성(integrity) 및 밀봉 실링 특성을 떨어뜨림으로써) 실 품질을 열화시킬 수 있다. 그러나, 진공 조건 하에서의 가열은, 바람직하게 이러한 문제를 해결하는 것을 돕는다. 예를 들면, 필수적으로 진공 조건 하에서의 가열은, 재유동 공정 중 버블을 흡인하는 것을 돕는다. 이에 대해, 도 8a-8b는 예의 SnAgCu 금속 실 구조의 단면 현미경사진이다. 구체적으로, 도 8a는 10-2 Torr의 부분 진공에 도달한 후의 보이드의 존재를 명확하게 도시한다. 반면, 도 8b는 실이 완전히 형성되고 VIG 유닛이 충분한 진공 하에 있는 경우 상당한 보이드가 결핍하는 것을 도시한다. 진공 가열이 바람직하지만, 재유동 공정 중 비활성 기체 분위기도 사용될 수 있다.
약 1 mm 폭의 와이어 프리폼이 (예를 들면, 일부 예에서 약 10 mm 또는 경우에 따라 그 이상) 팽창한다. 금속성 코팅으로부터의 니켈이 솔더로 및 그 반대로 확산한다. 이러한 재유동 공정은, 특정한 예의 실시형태에서 밀봉 실을 구성하는 다수개 물질의 층이 형성되는 점에서 반응성이 있고, 이러한 층은 매우 스무스한 것을 알 수 있었다. 니켈의 새로운 상이 형성된다. 금속성 층 스택에서 니켈에 가장 가까이에 있는 하부층 물질은, 일반적으로 (NixCu1 -x)3Sn4를 특징으로 하고, 재유동된 SAC 솔더에 가장 가까운 상부 층은, 일반적으로 (CuyNi1 -y)6Sn5를 특징으로 하였다. 도 4의 IMC 층(21a 및 21b)은, 특정한 예의 실시형태에서 적어도 이러한 2층을 포함할 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 예를 들면, 도 5에 도시되고 관련해서 기재된 유리/NiCr/Ag/NiCr/SnAg3%Cu0 .5%의 또는 이를 포함하는 층 스택은, 유리/NiCrOx:Si/(NixCu1 -x)3Sn4/(CuyNi1 -y)6Sn5/SAC의 또는 이를 포함하는 층 스택으로 변형된다. 즉, 특정한 예의 실시형태에서, 제1 및 제2 금속성 층 스택(19a 및 19b)은, NiCr/Ag/NiCr 층 스택으로부터 NiCrOx:Si의 또는 이를 포함하는 층으로 변형될 수 있고, 이는 펌핑 다운 중에 산소가 진입하고 및/또는 하부 기판으로부터 Si가 침출한다. 특정한 예의 실시형태에서, 실(seal)은, 유리 기판 사이에 개선된 열 균열을 제공하고, 따라서, 바람직하게 감소된 열 전도도로 이어지는 것을 알 수 있다.
펌핑 다운은, 단계 S45에서 예를 들면, 펌핑 다운 튜브를 사용해서 수행될 수 있다. 캐비티 내의 압력은, 특정한 예의 실시형태에서 10-6 Torr까지 펌핑될 수 있다. 다른 예의 실시형태에서, 펌핑 다운은 튜브를 사용하지 않고 달성될 수 있다. 도 7a는 예의 온도 및 압력 프로파일을 나타내는 그래프로서, 특정한 예의 실시형태의 펌핑 다운에 관련해서 사용될 수 있다. 압력은 도 7a 실시예에서 서브어셈블리 내측에서 측정된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 피크 온도는 등치선 온도 바로 위에 있다. 압력은, 매우 빠르게 감소할 수 있지만, 일부 예에서 버블이 형성되고 기체 발생을 일으키기 때문에, 느린 압력 증가 및 느린 압력 감소가 발생할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 섭동(perturbation)이 전개되고 매우 빠르게 테이퍼될 수 있다. 서브어셈블리 내측의 그 외의 온도 및/또는 압력 프로파일은 상이한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있고, 이는 도 7a 에 도시되어 있고 단지 일례인 것을 알 수 있다. 도 7b는 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 온도 및 고정 압력 순서 곡선을 도시한 그래프이다. 그 외의 온도 및/또는 고정 압력 프로파일은 상이한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다.
튜브는, 제공되는 경우, 단계 S47에서 실링될 수 있다. 미국 특허 제 8,794,033; 미국 특허 제8,742,287; 및/또는 미국 특허 공개 제2014/0087099호에 관련해서 기재된 펌핑 아웃 튜브 팁 오프 기술을 사용해서 수행될 수 있고, 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
게터가 포켓 내에 제공되는 경우, 게터는, 단계 S49에서 나타낸 바와 같이 활성화될 수 있다. 추가로 또는 대체로, 게터가 기판 상에 블랭킷 코팅되는 경우, 실링에 관련된 가열은 게터를 활성화하는 데에 충분할 수 있다.
예를 들면, 전체 내용이 본원에 참조로 포함되어 있는, 미국 공개 공보 제2012/0304696호에 기재된 바와 같이, 정적 플라즈마 그리드 또는 어레이 및 플라즈마 감압 기술에 의해서 캐비티가 세정될 수 있는 것이 기재되어 있다. 오존 세정 기술은, 또한, 예를 들면, 전체 내용이 본원에 참조로 포함되어 있는 미국 공개 공보 제2013/0292000호에 검토된 바와 같이, 사용될 수 있다.
펌핑 아웃 튜브는 단계 S51에 나타낸 바와 같이, 그 위에 적용된 선택적 보호 캡을 가질 수 있다. 펌핑 아웃 튜브를 보호하기 위해 사용될 수 있고 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 다양한 기술이 있다. 예를 들면, 미국 특허 제8,833,105호 및 미국 특허 공개 공보 제2013/0074445호, 제2013/0302542호, 제2013/0306222호, 및 제2013/0309425호를 참조하고, 전체 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 선택적 제2 비-밀봉 주변 실이 제공될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 실은 주변의 폴리머 실(polymer seal)일 수 있고, 예를 들면, 실리콘, 폴리아미드, PIB 및/또는 기타를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 적어도 부분적으로 봉입된 밀봉 에지 실을 보호하는 것을 돕는다.
강화 유리가 사용되는 경우, 바람직하게, 마감된 VIG 유닛에서 적어도 70%의 기질 강도가 유지되고, 더 바람직하게 마감된 VIG 유닛에서 적어도 75%의 기질 강도가 유지되고, 더욱 더 바람직하게 마감된 VIG 유닛에서 적어도 85%의 기질 강도가 유지되고, 더욱 더 바람직하게 마감된 VIG 유닛에서 적어도 95%의 기질 강도가 유지된다.
도 9는 특정한 예의 실시형태에서 발생할 수 있는 예시의 솔더 실 형성 공정을 도시한 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 대면하는 제1기판과 제2기판에 의해서 지지되는 박막코팅 사이에 개재된 고체 솔더 프리폼을 갖는 서브어셈블리는, 비활성 분위기 및/또는 낮은 진공 환경에서 삽입된다. 솔더 프리폼의 온도가 용융 온도 미만이기 때문에, 솔더 프리폼이 판매되고 있다. 그러나, 온도가 증가하고 온도가 거의 솔더 프리폼의 용융온도이기 때문에, 반응적 재유동이 시작한다. 액체 또는 액화 솔더에서 보이드, 버블 등이 형성하고, 박막 코팅은 솔더로 및 그 반대로 용해하기 시작한다. 서브어셈블리는 진공 조건에서 이동되고, 온도는 솔더의 용융온도를 초과한다. 액체 솔더 내의 버블은, 예를 들면, 진공 재유동 조작에서 솔더로부터 대부분 제거된다. 박막코팅의 솔더로 및 그 반대로 지속적으로 확산한다. 박막 코팅이 기판으로 및/또는 그 반대로 적어도 부분적으로 용해할 수 있다. 솔더를 냉각하고 및/또는 높은 진공에서 냉각시키고, 온도를 대기 온도로 되돌린 후 밀봉 실의 형성을 완료한다. 물론, 정압 및/또는 동압 적용은 도 9에서 도시되지 않지만, 이러한 예의 공정에서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이는 실링 조작이 발생할 수 있는 하나의 개략도이고, 다른 공정 흐름은 도 9의 실시예에 도시된 것 대신에 또는 함께 사용될 수 있는 것을 알 수 있다.
특정한 예의 실시형태로부터, 유리의 표면을 금속성 층 스택(MLS)으로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 알 수 있다. 특정한 예의 실시형태의 솔더 접합 형성 기술은, 강한 결합을 형성하기 위해서 MLS 및 벌크 솔더의 표면에서 금속간 화합물 반응을 포함하고, 솔더 재유동 중에 얇은 금속간 층을 형성하는 단계를 포함한다. 금속간 층은 벌크 솔더보다 강하지만 깨지기 쉽다. 따라서, 계면 IMC 층의 두께가 지나치게 증가하면, 기계적 응력 하에서 신뢰성에 악영향을 미치는 것으로 여겨질 수 있다. 높은 온도에서 빠르게 발생하는 확산에 의해, 계면에서 계면의 금속간 층이 시간에 따라 더 빠르게 성장할 수 있는 것이 관찰되었다. 그러나, 상승한 온도에서 솔더의 신뢰성은, 일부 예에서, 하부의 금속성 층 스택 계면에서 금속간 층의 성장을 억제함으로써 증가할 수 있다. IMC 층 성장을 특징으로 하고, IMC 층 성장을 조절하기 위해서 사용될 수 있는 팩터를 검토하는 것을 돕고, 따라서 특정한 예에서 고품질 실을 형성한다.
IMC 층의 두께는 예를 들면, 온도, 시간, 솔더의 부피, 솔더 합금의 특성, 증착의 모폴로지, 등과 같은 팩터에 의존할 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 금속간 층은 시간에 따라 성장하고, 또한 상승한 온도에서 빠르게 성장하는 경향이 있다. 긴 기간 동안 재유동 동안 피크 온도를 유지하면, 초기의 금속 간 층 두께가 증가하고 모폴로지가 변화할 수 있다. 따라서, 특정한 예에서 피크 온도가 낮아지면, 유리할 수 있다.
금속간 층은, 계면의 금속간 층으로 이동할 수 있는 고장 위치를 성장시키고, 이는, 일부 예에서, 금속간 층과 벌크 솔더 사이의 약한 계면에 기인할 수 있고, 또한 금속간 화합물의 높은 탄성률에 의해 이러한 층 내의 응력을 증가시킬 수 있다. 고온에서 에이징 동안 계면으로부터 떨어져서 Sn가 확산된 결과로부터 발생할 수 있는 보이드의 존재에 의해서, 결합 강도가 감소될 수 있다. 은 관련 금속간 층, 예를 들면, Ag3Sn은 벌크 솔더 내에서 형성할 수 있고, 시간 경과에 따라 계면을 향해 이동할 수 있다. 솔더 합금 내에서 은의 농도가 증가하면, 깨지기 쉬운 경향이 있고 깨지기 시작할 수 있는 벌크 솔더 내의 큰 니들 및 큰 Ag3Sn 플레이트릿(platelet)을 형성할 수 있다. 따라서, 은의 양은 우수한 장기간 실을 제공하기 위해 조절될 수 있다. 일부 예에서, 3.5 중량% 미만의 은을 갖는 솔더 접합은 큰 Ag3Sn 금속간 층의 형성을 줄일 수 있다. 일부 예에서, 1.2 중량% 미만의 은을 갖는 솔더 합금 조성물은 실 품질의 점에서 유리할 수 있다.
또한, 고체-액체 쌍에 대한 금속간 화합물의 성장 속도는 고체-고체 쌍에 대한 성장 속도에 비해 상당히 빠른 것으로 여겨진다. 따라서, 상기 기재된 바와 같이 예를 들면, 고체 프리폼을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 그 외의 특성, 예를 들면, 금속간 층 조도는 실 품질에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 금속간 층 두께가 증가하고, 조도가 또한 증가하는 경향이 있고, 이는 일부 예에서 절단 고장(cleaving failure)으로 이어질 수 있다. 표면 마감 조도가 감소하면, 금속간 층의 깨지기 쉬운 폼이 덜 형성되는 것을 알 수 있었다.
특정한 예의 실시형태에서, Sn 및 Cu를 포함하는 납-프리 솔더 프리폼에 대해 소량의 니켈을 도입하면, 유동성을 개선할 수 있다. Ni은 결정 구조에서 외란(disturbances)을 형성하기 위해서 사용되고, 솔더링 중에 금속간 상의 용이한 핵형성을 촉진할 수 있다. 이는, 양호한 유동성 및 밝은 솔더 필렛(fillet)를 제공하는 것을 도울 수 있다. 니켈로 개질된 SuCu 등은, 또한 계면 금속간 화합물 성장을 줄일 수 있다. 흔적량의 희토류 원소에 의한 도핑은, 이러한 및/또는 그 외의 점에서 유용할 수도 있다. 코발트, 니켈, 안티몬, 등은, 예를 들면, 확산 배리어로서 작용할 수 있지만, 금속간 층의 다음의 성장을 방해하는 재유동 후의 두꺼운 초기 금속간 층을 형성할 수 있다.
특정한 예의 실시형태는 SAC-관련 합금에 관련해서 기재되어 있지만, 진틀 물질이 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 진틀 물질은, 1족(알칼리 금속) 또는 2족(알칼리 토금속), 및 13, 14, 15, 또는 16족으로부터의 포스트-전이금속 또는 준금속을 포함한다. 또한, 특정한 예의 실시형태는 진틀 물질 및/또는 음이온을 포함하는 주석에 기초한 임의의 적합한 합금을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 특정한 예의 실시형태는 SAC 관련 합금에 관련해서 기재되어 있지만, 13, 14, 15, 또는 16족으로부터의 포스트-전이금속 또는 준금속 및 전이 원소에 기초한 그 외의 금속 합금이 또한 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 특정한 예의 실시형태는, Sn 및 포스트-전이금속 또는 준금속; 13, 14, 15 또는 16족으로부터의 진틀 음이온(예를 들면, In, Bi, 등); 및 전이 금속(예를 들면, Cu, Ag, Ni, 등)으로부터 선택된 하나 이상의 추가의 물질의 금속간 화합물(inter-metallics)에 기초한 금속성 합금 프리폼을 포함하고 Pb는 배제한다. 이는, 예를 들면, In, In 및 Ag, Bi 및 In, 등의 기타 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로, 임의의 Indalloy 합금 물질(예를 들면, Indium Corporation로부터 이용 가능한 것)은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있고, 납이 결핍된 것이 적어도 상기 제공된 이유에 대해서 바람직할 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, Sn-기반이 아닌 것(예를 들면, 일부 그 외의 금속성 물질에 기초한)인 기타 물질이 사용될 수 있다.
상기로부터 알 수 있듯이, 완전 강화 VIG 유닛은 밀봉 솔더/금속층/유리 접합의 형성에 기초한 금속 실링을 사용하여 제조될 수 있다. 일부 예에서 밀봉 실의 품질 및 실제로 존재하는 것은 유리의 주변 상에 사전 코팅된 금속층에 매우 의존할 수 있다. 전체 필름 스택은 MSVD 공정을 사용하여 형성될 수 있고, 이는 (i) 벌크 물질에 접근하는 초저 기공률 및 고밀도를 갖고, (ii) 유리에 단단히 부착하고, (iii) 낮은 응력으로부터 사실상 제로까지의 응력을 포함하고, (iv) 높은 에너지 방출률 문턱값을 갖는 스택을 구비하는 것을 도울 수 있다.
MSVD 공정은, 특정 예에서 상기 기재된 특성을 갖는 상기 기재된 스택을 제공할 수 있기 때문에 유리하다. 그럼에도 불구하고 증착률을 증가시키고 및/또는 달리 증착 공정을 간략하게 하는 것이 요구될 수 있다. 예를 들면, 밀봉 실이 기판의 주변 에지에만 제공되어야 하기 때문에, 유리의 중심이 코팅되지 않도록 증착 마스크가 요구될 수 있다. 불운하게도, 이러한 마스킹 공정은, 예를 들면, 마스크가 증착되고 제거될 때, 여러 증착, 세정 및/또는 그 외의 단계를 필요로 할 수 있어 성가시고, 전체 공정의 속도를 느리게 할 수 있다. 실제, 예를 들면, 초당 약 1m의 "선형 주사"가 되도록 "인-라인" 공정 속도를 달성하는 것이 요구될 수 있다.
따라서, 특정한 예의 실시형태는 유리의 선택적 영역 상에 금속성 스택을 형성하기 위해 또 다른 증착 공정을 수행한다. 이에 대해, 특정한 예의 실시형태는 활성화된 에너지 분무 증착 또는 활성화된 에너지 나노-분무 증착에 의해서 유리의 선택적 금속 표면 마감을 제공한다. 구체적으로, 특정한 예의 실시형태는 고속 와이어 연소(HVWC) 기술 또는 고속 옥시-연료 (HVOF) 기술을 수행한다. 와이어 플레임 분무는 비교적 오래된 열 분무 공정으로, 현대의 장비에 의해 예를 들면, 연소기체의 속도 증가에 의해서 입자 속도가 증가하기 때문에, 현저한 균일성, 고밀도 및 낮은 조도를 특징으로 하는 고품질 코팅이 생성될 수 있다. 예를 들면, 와이어가 HVWC 기술에 의해 적절하게 무화되는 경우, 분무 입자는, 예를 들면, 250 m/s를 초과하는 속도로 가속될 수 있다. HVOF에 대해, 기판을 타격하는 입자의 속도는, 음속을 초과하고, 바람직하게는 Mach 2 초과, 더 바람직하게는 Mach 4 이상이다. 특정한 예의 실시형태의 연소 와이어 열 분무 공정은 코팅을 제공하기 위해 기본적으로 용융된 금속을 표면에 분무하는 것을 포함한다. 와이어 형태의 물질은 매우 뜨거운 연소 존 캐비티에 연속적으로 공급되고 플레임 (예를 들면, 옥시-아세틸렌 플레임, 환원 분위기를 제공하는 수소 및 산소 혼합물, 및/또는 기타) 에서 용융되고, 미세한 분무를 형성하기 위해 압축 공기 또는 질소를 사용하여 무화된다. HVWC 및 HVOF 기술에 대해, 분무 물질로서 와이어 형태의 금속 및/또는 합금이 사용될 수 있고, 열원으로서 연소 플레임 또는 전기 아크가 사용될 수 있다. 다음 상세하게 설명된 바와 같이, Ni, NiCr, Ag, 및/또는 기타 와이어는 특정한 예의 실시형태의 금속성 코팅을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
HVWC 및 HVOF 기술에서 압축 공기 및/또는 비활성 기체가 플레임을 둘러싸고, 와이어의 용융된 팁을 무화한다. 용융된 팁은, 기판의 사전 세정된 표면을 향해 용융된 입자의 분무를 촉진하는 것을 돕고, 특정한 예의 실시형태에서 플레임의 말단으로부터 약 12-14 인치 떨어져서 위치할 수 있다. 분무를 가속하는 점에서, 공정 기체는 헬륨, 질소, 아르곤, 산소 및/또는 기타를 포함할 수 있다. 질소는, 금속을 증착하는 경우에 일반적으로 산화를 방지하는 역할을 하고 헬륨보다 저렴하기 때문에, 바람직하다. 그러나, 질소 기체가 일반적으로 질화물의 형성을 촉진할 때, 은 및/또는 NiCr 을 증착하기 위해 또 다른 기체가 사용될 수 있다. 헬륨은, 효율적인 공정의 문맥에서 고품질 코팅을 제조하는 점에서 우수한 작동 기체인 것을 알 수 있다. 이는 가장 빠른 기체 속도를 달성할 수 있는 헬륨에 의한 것으로 추측된다. 증착은 예를 들면, 비용을 절감을 촉진하기 위해 기체를 재활용할 수 있는 헬륨 함유 분위기에서 수행될 수 있다.
HVWC 및 HVOF 기술에서, 분무가 기판의 제조된 표면에 접촉하는 경우, 미세한 용융된 액적이 빠르게 고화하고 코팅을 형성한다. 고화가 빠르게 발생하기 때문에, 분무된 증착물은 초미세 입자로 된다. 기판은 특정한 예의 실시형태에서 80-150℃의 기본 온도까지 가열될 수 있다. 바람직하게 온도는 390℃ 미만, 바람직하게는 300℃ 미만, 일부 경우에 온도는 100℃ 이하일 수 있다. 일부 예에서, 이들 및/또는 기타 범위에서의 더 높은 온도는, 예를 들면, 기판 표면을 탈기하고 및/또는 기판에 물리흡착된 및/또는 화학흡착된 물을 제거하는 것을 돕는 점에서 요구될 수 있지만, 너무 높은 온도는 강화 유리 기판의 바람직하지 않은 탈기질화, 용융 또는 송풍을 일으킬 수 있어 온도 및/또는 온도 프로파일의 선택을 주의해야 한다. 이러한 온도 범위는 금속 분무 액적이 표면에 도달한 후 습윤된다. 또한, 치밀한 층에서 변형 및 결합하기 위해 분말 및 기판 조합에 비해 문턱값(임계) 속도를 초과하는 입자가 기판에 충돌한다. 공정이 지속함에 따라, 입자가 지속적으로 기판에 충돌하고, 이전에 증착된 물질과 결합하여 매우 작은 기공률 및 높은 결합 강도를 갖는 균일한 증착을 형성한다. 유리하게, 이러한 온도 범위는 금속 산화를 피하고, 상당한 탈기질화 등을 일으키지 않는다.
마찬가지로, 다음과 같은 상세한 설명으로부터 알 수 있듯이, 이러한 기술은 유리하게 다양한 금속을 증착시킬뿐 아니라 유리 완전성 및 강도에 악영향을 미치지 않는 온도에서 직접 금속의 스택을 직접 유리 상에 증착시킬 수 있다. 예를 들면, 피드스톡으로부터 생성된 무화된 물질에 대해, 분말-배치된 기체 제트의 온도 및 분말 물질의 온도가 증착물 및/또는 기판에서 축적으로부터 상변화 및 상당한 응력을 방지하기 위해 바람직하게 충분히 낮다. 원료, 기체 유속, 및/또는 기타의 유속을 변화시킴으로써 필름의 특성은 경사층을 형성하기 위해 변경될 수 있다. 솔더를 재유동하는 경우 경사층의 존재는, 기공의 존재가 재유동 범위를 국한하여 국한된 솔더의 습윤을 보조하기 때문에 유리할 수 있다.
HVWC 및 HVOF 기술에서, 유리에 충돌하고 코팅을 형성하는 입자는 예를 들면, 입자크기 분포가 500 nm 미만의 직경 또는 주요 길이, 바람직하게는 250nm 미만, 더 바람직하게는 100 nm 미만인 나노미터 분말의 형태일 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 40-100 nm 직경 또는 주요 거리 만큼 가능한 한 낮은 서브마이크론 크기 분포를 갖는 입자는 코팅을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
HVOF 기술에 대해, 금속 분말은 와이어 피드스톡 대신에 또는 이와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속 분말은 초기에 입자 크기의 범위일 수 있고, 이들의 직경 또는 주요 거리는 10 nm 로부터 10 마이크론 미만의 범위이고, 바람직하게는 25 nm 내지 1 마이크론 이하, 경우에 따라 40 또는 50 nm 내지 0.5 마이크론이다. 비활성 분위기에서 플라즈마 제트는 특정한 예의 실시형태에서 이들 입자를 기판에 고속으로 분무하기 위해 사용될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 이들 분말은 비활성 기체의 고속 스트림에 주사함으로써 가속될 수 있다. 후자의 경우, 고속 기체 스트림은 노즐을 통해 가압된 예열된 기체의 팽창을 통해 생성될 수 있다. 가압된 기체는 압력 및 온도의 수반한 감소와 함께 고속을 달성하기 위해 팽창될 수 있다. 초기에 개별 기체 스트림에 의해 운반된 분말 입자는 노즐 입구 또는 입구의 하부 압력점 다운스트림에서 노즐에 주입될 수 있다. 입자는 주요 노즐 기체 유동에 의해서 가속될 수 있고 노즐을 방출시킨 후에 기판 표면에 충돌할 수 있다.
HVOF 및 HVWC 기술에서 최대 목적 크기의 입자가 기판을 향해 방출되는 것을 보장하기 위해 필터가 사용될 수 있다. 필터는, 더 균일한 크기의 입자가 유리의 표면 상에서 응집되는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 이에 대해, 전자기 필터 또는 기타는 입자가 의도적으로 또는 사용된 증착 기술에 의해 주입되는 경우 사용될 수 있다. 예를 들면, 전자기 필터는 물질을 기화 및/또는 특정한 크기의 문턱값을 초과하는 큰 나노입자를 재기화하는 것을 도울 수 있다. 전자기 필터는 또한 입자를 적어도 부분적으로 이온화하는 것을 돕고, 이들이 기판의 표면에 부착하는 점에서 유리할 수 있다. 강한 자기장은 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 경우에 따라 수백 milliTesla (즉, 1000 milliTesla 미만)만큼 큰 적어도 5 milliTesla의 자기장을 사용하는 것이 요구될 수 있다.
특정한 예의 실시형태의 HVOF 및 HVWC 플레임 분무 공정은 특정한 예의 실시형태에서 수직으로 배치된 기판과 함께 실시될 수 있다. 예를 들면, 특정한 예의 실시형태는 건-유사 노즐 또는 기타를 사용하고, 이는 XY 플로터 플랫폼, 로보트 아암 또는 기타를 통해 자동화될 수 있는 동작으로 기판을 횡단할 수 있다. 다양한 개구를 갖는 노즐 슈라우드(shroud)가 사용될 수 있고, 노즐 슈라우드는 코팅이 다양한 크기의 목적 영역 상에 선택적으로 증착되도록 한다. 특정한 예의 실시형태에서 배플은 반사된 입자상 물질을 포획하기 위해 장치 내측에 사용될 수 있다.
도 10은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 HVWC 장치(1000)의 개략도이다. 도 10으로부터 알 수 있듯이, 장치(1000)는 와이어 소스(1004)로부터 와이어(1002)를 바디부에 수용한다. 제1 세트의 주입구(1006a 및 1006b)는 캐리어 기체를 수용하고, 제2 세트의 주입구(1008a 및 1008b)는 산소 및 연료 기체 혼합물을 수용한다. 쉴드(1010)는 장치(1000)를 포함하고, 쿨링을 제공하고, 바람직하지 않은 방향으로의 분무의 입사각을 감소시킨다. 용융된 입자(1012)는 기판 및 폼(1014)을 향해 가속화되고 그 위에 코팅(1016)을 형성한다. 도 11은 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 Oerlikon Metco에 의해서 제공되는 예의 HVWC 장치의 확대된 팁 부분이다. 이에 대해, MultiCoat™ Advanced Automated Wire 연소 분무 시스템은 또한 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있다. 도 12는 예를 들면, 팁을 통해 기판을 향해 도 10의 장치를 방출할 때 와이어 피드로부터 제조된 용융된 분말을 가속하는 속도를 도시하는 시뮬레이션 개략도이다.
HVWC 및 HVOF 기술에서, 용융된 물질은 대상의 표면에 분무되어 연속적인 핀홀 자유 코팅을 형성한다. 분무된 유리 기판은 뜨거운 금속성 입자의 프룸(plume)에 노출된다. 상기 기재된 바와 같이, 기판 및 증착물은 높은 온도에 의해 악영향을 받지 않는다. 이는 유리하게 치수 및 모폴로지 안정성을 제공하고, 균열을 거의 또는 전혀 일으키지 않고 부착 강도 감소 등을 일으키지 않는 것을 돕는다.
HVOF 및 HVWC 기술은 바람직한 두께 균일성, 기공률 및 그 외의 특성을 갖는 전체 층스택 및 개별층을 갖는 층 스택들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이 형성된 층은 치밀하고 강하기 때문에, 특정한 예의 실시형태에서 에지 실의 주변을 금속화하기 위해 2층 스택을 사용할 수 있다. 2층 스택은 선택적으로 대기 조건(예를 들면, 환원 분위기)에서 증착될 수 있고, 유리에 치밀하게 부착되고 낮은 산소 함량을 가질 수 있다. 본원에 개시된 타입의 솔더 프리폼은 인접한 유리 기판 상에 이러한 2개의 코팅 사이에서 재유동되는 경우, 밀봉 실은 대기 또는 진공 조건에서 형성될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 2층 코팅은 IMC를 형성하기 전에 (예를 들면, 상층에서)바람직하지 않은 산화 스케일을 제거하기 위해 초미세 탄화물 표면 연마기(ultrafine carbide surface abrader)를 사용하여 연마되거나 버니싱될 수 있다.
특정 예의 실시형태의 2층 스택은 기판 상에 직접 또는 간접적으로 형성된 니켈 함유 층을 포함한다. 니켈 함유 층은 금속성 Ni, NiCr, NiTi, NiV, NiW, 및/또는 기타를 포함하거나, 필수적으로 이들로 구성되거나 구성될 수 있다. 은-함유 층은 니켈 함유 층 위에 접촉해서 제공될 수 있다. 이들 층은 예를 들면, HVWC 또는 HVOF 기술에 의해서 형성될 수 있고, 이들은 선택적으로 증착되어 기판의 주변 에지를 금속화한다. HVWC 및 HVOF 기술의 임의의 조합을 사용하여 이들 층을 형성할 수 있다(예를 들면, HVWC 또는 HVOF 기술을 사용하여 2개의 층을 증착할 수 있고, HVOF 기술을 사용하여 일층을 증착할 수 있고 HVOF 기술을 사용하여 그 외의 층 등을 증착할 수 있다.)
상기 나타낸 바와 같이, 선택적 버니싱 공정을 사용하여 특정한 예의 실시형태에서 2층 스택으로부터 산화 스케일을 제거할 수 있다. 전체 스택 및/또는 층의 산화물 및/또는 질화물 함량은 바람직하게 10 wt. % 또는 at. % 미만, 더 바람직하게는 5 wt. % 또는 at. % 미만, 더 바람직하게는 1 또는 2 wt. % 또는 at. % 미만이다. 코팅은 또한 바람직하게 탄소를 포함하지 않거나 적어도 실질적으로 포함하지 않는다. 이는, 예를 들면, 연소 기체가 HVOF 기술에 관련해서 사용되는 경우 문제가 될 수 있다. 바람직하게, 탄소 함량은 (예를 들면, 선택적 버니싱 후)전체 층 스택 및/또는 개별 층에 대해 2% wt. % 미만, 바람직하게는 1 wt. % 미만, 일부 경우에 0.5 wt. % 미만이다.
니켈-함유층의 두께는 바람직하게는 5-20 마이크론, 바람직하게는 10-20 마이크론, 예의 공칭 두께는 15 마이크론이다. 은-함유 층의 두께는 15-25 마이크론, 예의 공칭 두께는 25 마이크론이다. 따라서, 전체 이층 스택은 두께는 20-45 마이크론, 예의 공칭 두께가 35 마이크론이다. 니켈 함유 층 및 은-함유 층의 각각의 두께는 바람직하게 15% 이하, 더 바람직하게는 10% 이하, 경우에 따라 5% 이하 정도 변화한다. 전체 이층 스택의 두께는 바람직하게 40% 이하, 더 바람직하게는 30% 이하 정도 변화한다.
니켈-함유 층의 RMS 조도 (Ra)는 바람직하게 2 마이크론 미만이고, 더 바람직하게는 1 마이크론 미만이다. 은-함유 층의 RMS 조도 (Ra)는 바람직하게는 2 마이크론 미만이고, 더 바람직하게는 1 마이크론이고, 더욱 더 바람직하게는 0.5 마이크론 미만이다. 버니싱 후, 이층 스택은 바람직하게 RMS 조도 (Ra)가 2 마이크론 미만, 더 바람직하게 1 마이크론 미만이다. HVWC 기술은 일부 예에서 우수한(즉, 낮은) RMS 조도(Ra) 값을 제공할 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 금속성 솔더 페이스트는 목적의 레벨 초과의 표면 조도를 구동하는 피크 및 밸리 "에 충진하기" 위해 사용될 수 있다. 페이스트는 사용된 솔더의 동일한 조성물 또는 유사한 조성물을 가질 수 있다. 대체로 또는 추가로, 솔더는 예를 들면, IMC 형성 전에 코팅의 표면에 용융되어, 잠재적인 유출 통로인 임의의 기공에 솔더가 충진되는 것을 보장하고, 이러한 기술을 사용하여 플러깅(plugging)될 수 있다.
전체 층 스택 및 층의 각각의 기공률은 vol.% 로서 바람직하게 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 경우에 따라 2% 미만이다. HVWC 기술은 일부 예에서 우수한(즉, 낮은) 기공률을 제공할 수 있다.
전체 층 스택 및 개개 층의 부착 또는 결합 강도는 일부 예에서 2-50 Mpa 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들면, 10 Mpa의 부착 또는 결합 강도를 갖는 니켈-함유 층 및 은-함유 층을 형성할 수 있고, 20 Mpa의 부착 및 결합 강도를 갖는 이층 스택을 형성할 수 있다. 일부 예에서, HVOF 기술이 사용되는 경우 결합 강도가 더 높을 수 있다. 바람직하게 접합이 충분히 강해서 고장 모드(failure mode)가 예를 들면, 실의 파손을 수반하는 것이 아니라 유리의 파손을 수반한다.
이층 스택의 하부에 제공된 니켈-함유 층은 특히 유리의 공기 측에 형성되는 경우 부착이 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 니켈-함유층은 유리와 실리사이드를 형성하고 부착을 촉진한다. 니켈-함유 층은 유리의 주석 측 상에 형성되는 경우, "과잉의 주석"의 존재는, 부착을 촉진하는 실리사이드의 형성을 방해하기 때문에 부착이 우수하지 않을 수 있다. 따라서 특정한 예의 실시형태는 유리의 주석 측이 코팅되는 경우 이층 스택의 증착 전에 기판의 주석 측 상에 실리콘-함유 층을 형성할 수 있다. 실리콘-함유 층이 기판 상에 블랭킷 코팅될 수 있거나(예를 들면, 스퍼터링 등을 통해), 적어도 금속화가 발생하는 영역에서 기판 상에 달리 형성될 수 있다. 실리콘-함유 층은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 및/또는 기타의 또는 이를 포함하는 층일 수 있다. 국부화된 이온 빔 세정은 이러한 선택적 실리콘 함유 층의 형성 대신에 또는 함께 사용되어, 예를 들면, 유리의 주석 측 표면을 전처리할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, HVWC 기술은 Ni, NiCr, Ag, 및/또는 기타의 와이어 피드를 수용할 수 있다. 기체는 수소 및/또는 산소를 수소-대 산소 비율 1:1 내지 2:1 또는 이상 범위이고, 일례로 1.2:1의 비로 포함할 수 있다. 플레임 온도가 2800-3500℃ 범위 내에서 작동하고 일례로 작동 온도는 3300℃이다. 입자 속도는 바람직하게 적어도 150 m/s, 더 바람직하게 적어도 약 200 m/s 또는 250 m/s이다. 입자 속도는 일부 예에서 400 m/s 이상으로 가속될 수 있다. 이들 공정 조건은 일부 예에서 동적 증착속도(DDR)가 유리하게 10 g/min 내지 1000 g/min 범위 (일례로 DDR가 100 g/min)일 수 있다.
도 13은 특정한 예의 실시형태에 따라 도 3 및 4 예에서 사용될 수 있는 제1 기판 상에 형성된 금속성 층 스택의 확대도이다. 이에 대해, 도 13은 개선된 에지 실에 관련해서 사용될 수 있는 금속성 층스택(19a')(예를 들면, 도 3-4에서 15)를 나타내는 점에서 도 5와 유사하다. 그러나, 도 13의 금속성 층스택(19a')은, 도 5와 달리, Ag 함유 층(29) 상에 제공된 니켈-함유 층이 결핍된다. 대신, 제1 니켈-함유층(25)은 기판(2)의 표면 상에 직접 또는 간접적으로 제공되고 Ag-함유층(29)은 제1 니켈 함유 층(25) 위에 접촉해서 제공된다. 도 13으로부터 알 수 있듯이, 선택적 Si-함유 층(26)은 제1 니켈-함유 층(25)과 기판(2)의 표면 사이에 부착을 촉진하기 위해 제공된다(예를 들면, 금속성 층 스택(19a')가 기판(2)의 주석 측 상에 제공된다). 이러한 Si-함유 층(26)은 선택적이고, 예를 들면, 제1 니켈-함유층(25)이 유리의 공기 측 상에 직접 제공되는 경우 요구되지 않을 수 있다.
이러한 층 스택(19a')이 제1 기판(2) 상에만 도시되어 있지만, 2개의 기판 상에 이러한 층 스택(19a')이 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 이 솔더 프리폼은 층 스택(19a') 상에 배치될 수 있고, IMC는 상기 기재된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 14는 특정한 예의 실시형태에 따라 VIG 유닛을 제조하기 위한 공정의 또 다른 플로우차트이다. 도 14는 도 6과 유사하다. 그러나 도 14는 단계 S31'에서 도 13의 금속성 코팅이 기판 상에 형성되고(예를 들면, HVOF 또는 HVWC 기술을 사용), 단계 S32에서 형성된 코팅이 선택적으로 버니싱되는 점에서 상이하다. 상기 나타낸 바와 같이, 코팅은 분위기 및/또는 부분적으로 환원 분위기에서 형성될 수 있다. 금속성 코팅은 예를 들면, 이를 형성하기 위해 사용된 HVOF 또는 HVWC 기술에 의해 목적의 기공률, 두께 균일성, 및 부착 강도를 갖는다.
특정한 예의 실시형태에서, HVOF/HVWC 증착은 VIG 기판이 390℃ 미만의 온도로 냉각된 직후(예를 들면, 초 또는 분 내, 경우에 따라 1 시간 이하, 바람직하게는 30분 이하, 더욱 바람직하게는 15분 이하) 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 나타낸 바와 같이, 이는 유리하게 유리 상 및 내에 물이 재흡수될 위험이 감소한다. 이에 대해, 2개는 열적으로 탈기된 유리 기판은 일반적으로 장기간에 걸쳐 우수한 진공을 제공할 것이다. 원칙적으로 이러한 접근방법은 시간경과에 따라 기체 발생이 적은 VIG를 생성할 수 있다(예를 들면, 모든 그 외의 인자는 동일하다).
특정한 예의 실시형태는 SAC 합금에 관련해서 기재되지만, 특정한 예의 실시형태는 InAg 솔더 합금 프리폼 및/또는 기타를 사용할 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 InAg 물질은, 에지 실 밀봉의 목적 수준을 제공하는 상이하지만 유리한 IMC의 형성을 촉진할 수 있다.
본원에 기재된 기술은 VIG 에지 대신에 또는 함께 펌핑 아웃 홀을 실링하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 특정한 예의 실시형태는 300℃ 미만, 바람직하게는 180℃ 미만의 온도에서 펌핑 아웃 홀 주위에 내구성 튜브가 없는 실을 제작하기 위해 상기 기재된 것과 유사한 기술을 사용할 수 있다. 온도는 350℃ 미만이기 때문에, 열처리(예를 들면, 열강화) 기판을 사용할 수 있고 탈기질화는 바람직하게 발생하지 않는다. 유닛은 미세한 유출 시험을 통과하고 대기에 노출 후 10-13 atm cc/s 미만의 유출 속도를 기록하는 것이 제조되었다. 펌핑 아웃 튜브의 실링은 바람직하게 밀봉되고 비교적 장기간 동안 신뢰 가능하다(예를 들면, 20년 이상). 제2 폴리머 실은 장수명을 돕기 위해 사용될 수 있다.
특정한 예의 실시형태는 열-압축 조건 하에서 금속 솔더(예를 들면, 인듐 및 인듐-은 합금, SAC, Sn-Pb, SnBiAg, SATi, SATiRE, 및/또는 기타의 또는 이를 포함)를 사용하여 내구성 밀봉 실을 달성한다. 상기 나타낸 바와 같이, 이러한 기술은, 예를 들면 상기 기재된 기술과 마찬가지로 표면 에너지, 이에 따라서 사용된 금속 솔더에 대한 유리의 습윤을 선택적으로 변경하는 고부착성 금속성 코팅을 갖는 펌핑 아웃 홀 주위에 유리 표면을 국부적으로 변경하는 것에 기초한다. 코팅되지 않은 영역(θs=θint)과 코팅된 영역(θs=θext) 사이의 솔더 접촉각의 큰 콘트래스트는 추가의 습윤 가능한 영역에 액체 솔더를 제한하는 것을 돕는다. 이러한 효과는 또한 반응적 재유동 공정에 의해서 일부 예에서 가속되어 솔더를 금속성 코팅으로 확산시켜 IMC를 형성한다.
특정한 예의 실시형태에서, 2개의 유리 시트 사이의 주변 실은 저온 유리 솔더 또는 금속 솔더 시스템을 사용하여 형성한 후, 펌핑 다운, 기체 퍼징, 플라즈마 스크러빙 및 최종으로 감압할 수 있다. VIG의 실링은 160℃ 이하의 재유동 온도에서 국부화된 팁 오프 실에 수행될 수 있다. 일부 예에서 2개의 상이한 온도를 수반할 수 있는 이러한 순서는 유리하게 제조를 간략화하고 주변 실을 먼저 주위 압력에서 완성되고(진공 또는 감압 산소 또는 비활성 분위기에 관계없이), 팁 오프 커버 실은 고 진공 하에서 수행될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 예를 들면, 에지 실 및 펌핑 아웃 홀은 금속 실을 사용하여 형성되는 경우, 상이한 재유동 공정 및/또는 공정 온도는 상이한 실에 대해 사용될 수 있다. 2단계 공정은 팁 오프 실의 형성 전에 주변 실의 헬륨 유출 점검을 가능하게 하는 것을 알 수 있다. 또한 동일한 솔더를 사용하고 예를 들면, 고 진공 하에서 주변 및 팁 오프 실을 거의 동시에 완료할 수 있다.
팁 오프 실은, VIG 등의 펌핑 아웃 영역에 금속화된 커버 플레이트(또는 금속성 시트, 스테인레스 스틸, Ni, Cu, 및/또는 기타)을 접합함으로써 금속화된 펌프 홀 내에서 금속 리벳 유사 플러그(metal rivet-like plug)를 통해 형성될 수 있다. 특정한 예의 실시형태는 플랫 유리 커버, 금속화된 또는 금속 커버, 및/또는 제2 금속 솔더를 사용할 수 있다.
유리하게, 이러한 예의 접근방법은 적층 공정과 양립 가능하고, 따라서 유닛의 어느 측으로부터 VIG가 적층될 수 있다.
특정한 예의 실시형태는 간단히 "가스킷"을 사용하기보다 "트루 실(true seal)"을 형성한다. 이에 대해, 트루 실은 메이팅 표면에서 화학 결합을 형성하는 반면, 가스킷은 단지 진공 기밀(vacuum-tight) 배리어만을 형성한다. 트루 실과 관련된 화학 결합은 합금 층 또는 금속간 층 또는 화합물(IML)을 생성하기 위해 금속 솔더 프리폼과 금속화된 유리 표면(또는 박막 금속 시트) 사이에 발생하는 반응에 의해서 및/또는 산화물 결합에 의해 달성될 수 있다. 산화물 결합은, 금속의 새로운, 산화되지 않은 표면이 유리 및 세라믹에서의 산화물과 같은 산화물과 접촉하는 경우 연질 금속의 매우 빠른 산화 경향 때문에 발생할 수 있는 것을 알 수 있다. 특정한 예의 실시형태는 전자의 타입의 실을 통합하고 장기간에 걸쳐 밀봉 유지시에 안정한 것을 알 수 있다. 이에 대해, 전자의 타입의 실이 형성되고, 바람직하지 않은 산화물의 형성 위험은, 진공 또는 비활성 또는 저부분압 산소 환경에서 가공하고 및/또는 산화물을 얻을 수 있는 방법을 제공함으로써 감소된다. 특정한 예의 실시형태는 주위 분위기에서 처리를 수반하지만, 예를 들면, 하기 기재된 바와 같이 얇은 산화물을 제거할 수 있는 스캐빈저 요소의 부류가 사용될 수 있다.
유리하게 특정한 예의 실시형태는 안정하고 신뢰 가능한 접합/실을 달성하기 위해 고화 결함의 형성을 피할 수 있다. 이에 대해, 특정한 예의 실시형태는 유리하게 예를 들면, 리프트-로프, 캐비티 수축, 거친 수지상 표면, 보이드 및/또는 그 외의 결함과 같은 결함의 가능성을 감소한다. 이러한 결함은 예를 들면, 고화에서 국부화된 지연, 과냉각, 미세상 분리, 기체의 발생, 고화 수축 등과 같은 다양한 결함에 의해서 발생될 수 있다. 이러한 결함은 솔더와 도금 물질 사이의 낮은 양립성 및 솔더와 유리와 같은 그 외의 물질 사이의 열 미스매치에 기인했다. 그러나, 특정한 예의 실시형태는 VIG의 스케일 상에서 밀봉 실을 형성하는 것을 돕는 양립 가능한 물질을 사용한다. 또한, 긴, 핑거 유사 고화 솔더 패치는 또한 일부 제조된 금속 실 VIG의 주변 근방에서 볼 수 있고, 이러한 결함은 내부 유리 영역을 향해 유동되고 고화된 용융된 솔더에 기인한다. 또한, 특정한 예의 실시형태는 VIG에서 발생하는 이러한 결함의 가능성을 감소할 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 균일하고 기밀의 갭은 솔더 프리폼이 재유동 전에 유리 시트들 사이에 개재된 바와 같이 유지된다. 프리폼의 초기의 두께 또는 높이는 (비용, 초기 강성, 재유동 파라미터, 점도, 습윤성, 질량 보존 등)산출되고 약 4 mm의 최소폭에서 약 600-700 마이크론에서 최적인 것을 알 수 있다. 최종 재유동은 평균 약 10 mm의 폭을 갖는 300 마이크론의 솔더 두께를 제공한다. 이들 치수에서, 솔더 프리폼의 강성은, 유연하도록 충분히 낮고 제조 중에 가스킷 실로서 작용한다. 이는, 2개의 목적, 즉 주위 가공에서 산화하고 기판 사이에서 균일한 갭을 유지하는 것으로부터 솔더를 방지한다. 후자는 예를 들면, 하기 기재된 바와 같이 재유동 중에 유용할 수 있다.
도 15는 특정한 예의 실시형태에서 솔더 비드에서 작용하는 힘의 개략도이다. 첨자 D 및 E는 동적접촉각 및 평형 접촉각을 의미한다. F는 동적 및 평형이 초기에 동일하지 않는 사실에 기초하는 순수 힘이다.
도 16은 특정한 예의 실시형태에서 갭 높이에 따른 솔더의 이동을 도시한다. 습윤 가능한 표면에 대해(예를 들면, 접촉각< 90°), 액체 솔더는 박막 갭 높이를 향해 이동한다. 반대측은 비-습윤 가능한 표면에 그러하다(예를 들면, 접촉각>90°).
솔더 재유동 단계에서, 라플라시안 압력 및 고정 압력의 합은 용융된 솔더 프런트(solder front)가 이동하는 구동력이다. 솔더 이동을 조절하고 가이드를 재유동 중에 유리 상에 특이적 영역으로 가이드하는 능력은 이 용도에 유용하다. 표면 금속화에 의해 열 모세관 유동을 가이드하고 패턴화하는 능력은 특정한 예의 실시형태에서 조절된 솔더 재유동에 강력한 접근방법을 제공한다. 특정한 예의 실시형태의 금속성 코팅은 반응적 재유동에 대한 매체를 제공하고, 또한 솔더 이동 조절시에서의 팩터일 수 있다.
다음은 유리의 2개의 평행 시트 사이에 용융된 두꺼운 솔더 층의 자발적인 분산의 설명이다. VIG 셀이 선형 온도 구배, 열-모세관 응력(도 15-16에 도시됨)을 받는 경우, 
가 전개하고 솔더 프런트 또는 접촉 라인이 이동한다. 반응적으로 습윤되지 않는 경우, 솔더 프런트는 뜨거운 영역으로부터 차가운 영역으로 이동해야 한다. 또한, 실 형성의 동역학에서 작용하는 그 외의 팩터가 있다. 용융된 솔더 두께 또는 셀 갭 변화는 전단응력을 규정한다. 물리적 클램핑은 셀갭이 VIG의 주변을 향해 얇아지게 하고, 솔더 유동을 외부로 유지시킨다. 또한, 중심에 대해 주변에서 온도 T를 증가하는 것은 반응성 확산을 증가시키고 솔더를 외부로 이동시킨다. 솔더 위치 근방에서 일정한 측면 온도 구배가 유지되는 경우, 솔더에 작용하는 탄젠트 전단압력τ을 산출할 수 있다. 솔더 접촉 라인의 초기 속도 U는 솔더 두께 h(t)를 생성하는 반응적 재유동에 의해서 조절되고, 최종적으로 평형 시에 h이다(예를 들면, 셀 갭은 필라 또는 스페이서 높이에 의해서 규정된다). 솔더 상의 관성력은 솔더의 점도에 의해서 보상된다.
제2식으로부터 갭 높이뿐 아니라 온도 구배 G가 솔더 프런트 이동에 대한 큰 효과가 있는 것을 알 수 있다. 이러한 힘들이 경우에 따라 서로 반대할 때에 동시에서 작용할 수 있다. 그러나, 적어도 부분적으로 솔더의 이동을 규정하는 인자가 식별되면, 이들이 조절될 수 있다. 상기 조건은 블랙 에나멜 프릿으로 코팅된 마이카 클램프 또는 어두운 금속성 클램프를 사용하여 금속 실 VIG의 제조에서 충족될 수 있다. 이는, 방사율을 공간적으로 선택적으로 조절하면, 유리 주면에 열의 우선적인 흡수를 가능하게 하고, 따라서 실을 형성하기 위해 요구되는 온도차를 제공하는 것을 돕는다.
비활성 습윤 시스템에서 접촉 라인(CL) 영역은 비교적 간단하다. 영역은 기하학적으로 동적 접촉 각도 θD 를 특징으로 한다. 임의 경우, 접촉 라인은 소정의 힘 세트 하에서 이동하고, 자발적 습윤 시스템에서 (변형하지 않은) 고체의 면에서 접촉 라인에 수직인 보상되지 않는 영 힘 F = γS /V - γ S/L - γ cos θD = γ (cos θE - cos θD)을 포함해야 한다. 계면 에너지는 평형값을 갖고 S > 0인 것이 암묵적으로 가정된다. 반응성 습윤에서의 실제의 CL 구성은 접촉 라인에서 S/L 계면에서 반응의 상태에 의존할 수 있다.
IMC 형성 시스템의 경우, 순수한 용융된 액체 L(원자 A를 갖는다)가 순수한 고체 기판 S(원자 B를 갖는다) 상에 배치된다. L은 S와 반응하여 AxBy를 형성하고, 또한 A 중의 B의 용해도는 B 중의 A의 용해도가 훨씬 더 크고 특정한 예에서 240℃에서 Ag-Sn 시스템이고 AgSn2 상을 형성한다. 금속간 AxBy는 CL에서 거리 r정도 지연된다. 신속한 내지 적당한 CL 속도에 상응하는 타임스케일에 대한 핵형성 배리어를 국부적으로 극복할 수 없기 때문에 CL에서 금속간 화합물이 형성될 수 없다는 것이 기재되어 있다. 제1 글랜스에서, CL 구성은 도 15에 나타나지만; 평형 상태가 동일하지 않다. 시스템이 평형에 접근하기 때문에, CL이 느려지고, x가 0에 접근함에 따라 속도가 느려지면 핵형성이 발생한다. 반응 생성물은 습윤의 타임스케일에 대한 효과적인 확산 배리어로 작용하면, 준 평형 상태 θ1 = θ1,E, θ2 = θ2,E 및 θP = θP,E가 발생할 수 있고, θP는 r에서 액체/생성물 계면 및 생성물/고체 계면 사이의 각도이다. CL의 단위길이당 구동력은 다음과 같이 이러한 평형의 점에서 기재될 수 있다.
F = γS/L(t)[γL/P/γS/L(t) cos θ2,E - cos θ2(t)] + γL/V(t)[γL/V/γL/V(t) cos θ1,E - cos θ1(t)] + γS/P(t)[γS/P/γS/P(t) cos θP,E - cos θP(t)] - G(t),
여기서 G(t)는 용해/화합물-형성 반응에 의해 방출된 단위면적당 깁스 자유 에너지의 변화이다. G가 대부분 IMC 형성에 대해서 음이기 때문에, 구동력은 반응적 재유동 공정에 의해서 조절된다.
재유동 중에, 솔더는 액상이고 금속화된 유리를 반응적으로 습윤한다. 라플라시안 압력은 셀을 붕괴시킨다. 주변 실이 생성되고 접합 신뢰성이 재유동 중에 공정 조건에 크게 의존하는 것이 관찰되었다. 예를 들면, 너무 짧은 액상선 초과하는 시간 및/또는 낮은 피크 온도는, 솔더 프리폼의 용융을 불완전하게 하고, 솔더 습윤의 동역학에 부정적으로 영향을 미치거나 냉각 접합이 잠재적으로 형성될 수 있다. 액상선 초과의 시간이 너무 길고 피크 온도가 너무 높으면 과량의 금속간 화합물이 형성되고 신뢰성이 낮은 약한 솔더 접합이 얻어진다. 또 다른 극값에서, 온도의 상승속도가 문턱값을 초과하지 않는 경우, IMC 형성이 방해된다. 따라서, 가공 관점으로부터, 솔더 습윤의 동역학은, 금속 실 VIG 공정 수율 및 솔더 접합 밀봉 신뢰성 점에서, 재유동 온도 프로파일을 최적화하는 데에 중요하다.
도 17은 특정한 예의 실시형태에 따라 유리의 금속화된 표면과 솔더 사이의 반응적 재유동의 순서를 도시한다. 도 17 개략에서 z축 스케일은 IMC 형성을 잘 설명하기 위해 x축에 비해 확대되었다.
도 18은 특정한 예의 실시형태에 따라 제조된 VIG 의 90° 굽힘에서 조절된 습윤성 프런트로 재유동된 솔더 프리폼의 x선이다. 도 18로부터 알 수 있듯이, 벌크의 솔더에서 상호 연결된 보이드가 없는 것이 유리하다.
도 19는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 재유동 공정에서 예시의 온도 프로파일이다. 2개의 라인은 2개의 상이한 탐침 위치에서 취해진 온도에 상응한다. 도 19에서 알 수 있듯이, 등치선 경사로 위 및 아래의 거의 대칭 또는 안정성이 있다. 비교적 짧은 온도 사이클은 (에지 실의 주위 분위기에서도)실을 달성하는 것을 돕는다. 이는 산화 위험을 낮게 하고 중심 라인에서 솔더 프런트의 우수한 조절을 가능하게 한다.
다음의 가이드라인은 밀봉 실을 형성하는 데 사용될 수 있다:
표면 온도는 Tfs = Tm + 30℃에 도달해야 하고, Tm은 솔더의 융점이다. 예를 들면, 217℃에서 연화하기 시작하는 Sn 기반 솔더에 대해, 열 평형에서 표면의 최소 온도는 적어도 247℃이어야 한다.
온도의 변화율 dT/dt는 약 0.5℃/s이어야 한다. 이것 및 충분히 높은 Tfs는 적절한 화학양론 및 두께의 IMC가 산화 위험이 적거나 거의 없는 것이 형성되는 것을 보장한다.
Tfs < 5 ℃의 조절에서 균일성이 제공되고, 예를 들면, 열-모세관력을 제한해서 비균일 재유동된 솔더 비드를 형성할 수 있다(예를 들면, Marangoni 효과에 따라).
열화 시간 τ는 Tfs 에서 ν(Dτ) > IMC 두께를 만족시킨다. IMC의 두께는 IMC의 응력 및 취약성에 직접 관계할 수 있다.
표면 코팅 및 솔더의 팽창 계수가 매칭되어야 한다.
냉각시, 압력은 솔더가 등치선 아래로 냉각되어 고화 솔더와 이러한 고화 솔더가 접합된 표면 사이의 균일한 접촉을 보장할 때까지 적용되어야 한다.
솔더가 외부로 유동되게 하고 냉각 중에 탈결합 위험을 최소화하기 위해 실 형성 중에 클램핑이 유지되어야 한다.
상기는 InAg와 같은 그 외의 실행 가능한 솔더 시스템에 적용되고, 150℃에서 더 낮은 Tm을 갖는다. 이들 조건은 그 자체가 기하학적 제약조건, 표면 세정도 및 조도뿐 아니라 재유동이 실행되는 분위기가 실 동역학에 관계될 수 있기 때문에 장기간 밀봉 실을 보장하는 것은 아니다. 실은 특정한 예의 실시형태에서 예를 들면, 실이 에지 또는 펌핑 아웃 홀에 있는지에 따라 진공 하 또는 공기 또는 비활성 분위기에서 형성될 수 있다. 진공 하의 실을 형성하는 하나의 이점은 솔더 접합 형태에서 적은 보이드를 달성하고 잠재적으로 밀봉 유닛에 대한 수율을 개선하는 능력이다. 재유동 솔더링에서, 솔더 및 플럭스(예를 들면, 솔더 페이스트)의 혼합물은 접합될 금속화된 2개의 부분 사이의 공간에 적용될 수 있다. 가열은 조절된 환경에서 방사, 전도 또는 대류에 의해서 적용될 수 있다. UV에 대한 노출은, 유리 중의 카보네이트에 기인해서 진공을 악화시킬 수 있다. 따라서, 게터는 잠재적으로 제품의 수명에 대해 R 값을 유지하는 것을 돕기 위해서 사용될 수 있다.
상기는 주변 실뿐 아니라 팁 오프 홀 실을 형성하는 데 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 후자에 대해, 도넛-형태 프리폼은 최초로 금속화된 영역에서 펌프 홀과 동심으로 배치될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 20 mm 직경 코팅은 코팅이 유리의 공기 측 상에 증착되는 경우, 프라이머가 없는 유리의 표면 상에 증착될 수 있다. 추가의 얇은 유리 또는 임의의 두께의 유리는 유리 공기 측 상에 상기 기재된 것(예를 들면, HVWC, HVOF, 또는 기타)과 동일한 기술로 분무될 수 있다. 이는 NiCr을 Ni과 반응시켜서 Ni-Si 결합을 형성하고 표준 인장 시험(standard pull test) 및 랩 전단 시험(lap shear test)에 의해서 300 PSI 초과로 되게 하고 솔더/코팅에서 또는 솔더 내에서 보다 유리 계면에서 부착이 파손한다. 그렇지 않으면 실리콘-함유 코팅이 부착을 증가하기 위해 형성될 수 있다. 이에 대해 도20-23 참조. 도 20은 특정한 예의 실시형태에 따라 금속화된 펌핑 아웃 홀의 개략도이고, 도21은 특정한 예의 실시형태에 따라 솔더 프리폼을 유지하기 위한 도넛이고, 도 22는 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 팁-오프 피스톤의 피드 스루를 구비하는 펌핑 아웃 툴을 도시한다. 도 22에서 팁 커버는 금속화된 유리 또는 금속 다이아프램이고, 선택적 제2 폴리머 실은 특정한 예의 실시형태에서 제공될 수 있다. 도 23은 특정한 예의 실시형태에서 사용될 수 있는 벨로우즈 보조 실링을 구비한 고온(200℃)에서 양립 가능한 선형 진공 피드스로우 시스템의 기계적 도면이다. VIG 유닛은 비활성 기체 또는 혼합물로 충전되고 압력 100-500 mTorr에서 솔더의 연화 온도로 가열된다. 에너지원은 국부화된 방사성 또는 저항성 가열, 탈이온화 대류, 및/또는 기타일 수 있다.
솔더가 융점에 도달하기 전에, 플라즈마가 방출되어 유닛의 감압 전에 VIG를 세정할 수 있다. 플라즈마는 유도적 기술을 사용하고, 전체 유닛이 10-5 Torr 미만의 압력으로 감압될 때 펌핑 아웃 홀 영역에 느리게 접촉하는 금속화된 커버 플레이트 또는 주변 실과 펌핑 아웃 툴 사이에 전압을 인가하여 타격할 수 있다.
Sn3Ag0.5Cu 및 InAg 솔더 프리폼은 팁-오프 실의 다양한 토폴로지를 달성하기 위해 금속화된 홀로 사용되었다. 공정은 일반적으로 솔더 용융, 초기 솔더 고화 및 포스트-솔더 고화를 수반한다. 인시츄 관찰의 여러 시도로부터, 솔더 볼의 고화는 유리 상에 금속화된 랜드 근처에서 시작하고 솔더 볼 상부를 향해 전파한다. 이들 인시츄 및 미세구조 관찰의 결과로부터, Sn3Ag0 . 5Cu 솔더 볼의 고화는 이들의 위치에 관계없이 불균일하고 국부적으로 시간에 의존하는 것을 알 수 있고, 칩 솔더 패키지(CSP) 상의 각각의 솔더 볼의 고화 개시가 랜덤인 것을 알 수 있었다. 이러한 사실은, 각각의 솔더 볼의 고화가 이러한 보이드, 봉입물, 산화 필름 및 계면 금속간 화합물과 같은 고화를 위해 일부 핵의 존재에 의해 영향을 받는 것을 제안한다.
도 24는 특정한 예의 실시형태에 따라 기판의 금속화된 영역 근방의 펌핑 아웃 홀 주위 및 위에 배치된 도넛 형상 솔더 프리폼을 구비한 커버의 개략도이다. 도 24에서, 홀의 에지로부터 캡의 우측단까지의 거리는 2r일 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서 튜브 및 상부 유리 플레이트가 금속화될 수 있다. 도 24와 마찬가지로, 도 25는 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방의 펌핑 아웃 홀로 삽입된 솔더 프리폼의 개략도이다. 도 24 및 25와 마찬가지로, 도 26은 특정한 예의 실시형태에 따라 펌핑 아웃 홀의 금속화된 내부 에지 근방의 펌핑 아웃 홀에 삽입된 솔더 프리폼의 개략도이다. 도 26에서, 프리폼은 비드 플러그로서 관통될 수 있고, 홀 및 커버 플레이트는 우선적으로 습윤될 수 있다.
도 27은 진공 하에서 금속화된 홀을 통한 솔더 비드의 형성의 이미지를 도시한다.
실 형성의 메카니즘의 점에서, 어셈블리는 솔더의 융점을 초과한 온도로 가열되고 유지된 후 냉각시킨다. 이 공정 중에 솔더가 용융하고 작용 피스 사이의 갭을 충진한다. 충진 공정은 라플라시안 압력 ΔP에 크게 의존하고, 
로 표현될 수 있고, Wm은 금속 코팅의 폭이고, We는 접합될 부품 사이의 갭이다. Wm >> We에 대해, 라플라시안 압력은 
에 의해서 제공된다.
매우 습윤 가능한 솔더(0 < θ < π/2)에 대해, 라플라시안 압력은 음이고, VIG 유리 시트 중의 2개의 시트 사이에서 작용하는 인력을 의미한다. θ> π/2에 대해, 힘은 반발력이다. 따라서, 접촉각(이어서 분자간 힘에 의해 조절됨)은 습윤 정도 WL를 조절하는 점에서 중요한 파라미터이다. WL~Wm. 델타 P는 표면 장력 의존성을 통해 T에 의존하는 것이 기재되어 있다. 이러한 사실은 유리의 나머지 부분보다 뜨거운 에지의 온도를 가짐으로써 선택적 주변 위치에 솔더를 유지하기 위해 사용될 수 있다.
주변 실의 부피 제약조건에 대해, 치수 Ws 및 ts의 초기 솔더 프리폼에 대해, 솔더의 단위 길이당 부피의 보존은 Wl × We < Ws × ts로 표현될 수 있다. 이는 보이드 프리 실에 대해 WL < Ws × ts/We이도록 제약조건을 설정한다.
펌핑 아웃 홀 실에 대한 부피 제약조건에 대해, 실린더 홀을 완전하게 충진하기 위해 솔더의 최소량 Vs은 식 V = πhr2에 의해 제공된다. 밀봉 플러그를 제조하기 위해, 이러한 부피의 분율이 요구된다. 부피 유동률 Q는 Q = (Vs × P)/μ에 의해 제공된다.
재유동 시간 τ는 τ= V/Q = (V/Vs) × P/ μ로 표현될 수 있다. 솔더의 부피 유동률은 재유동 시간에 반비례한다.
도 28은 140℃에서 4분의 반응적 재유동 공정 중에 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 나타내는 단면도이고, 도 29는 150℃에서 8분의 반성 재유동 공정 중에 AgIn 프리폼에 발생하는 것을 나타내는 단면도이다. 도 30은 특정한 예의 실시형태에서 형성된 InAg IMC 층의 고해상도 XPS이다.
솔더링 가능한 접합은 모세관 작용을 통해 자체 형성할 수 있고 접합에 충진제 금속 솔더를 분포하는 것을 보장하는 것을 돕는다. 접합의 적절한 형상 설계, 접합한 표면의 적절한 프라이밍, 또한 상기 기재된 원리의 적용은 밀봉의 요구된 수준을 달성하는 것을 돕는다. 이어질 추가의 가이드라인이 하기에 제공된다.
1. 우수한 피트감 및 균일한 클리어런스
상기로부터 알 수 있듯이, 솔더 재유동은 모세관 작용의 원리를 사용하여 금속화된 유리 표면들 사이에 용융된 충진제 금속을 분포시킨다. 따라서, 재유동 조작 동안, 모세관 작용이 가장 효과적으로 작동하도록 하기 위해 유리 베이스 금속화된 층들 사이에 클리어런스를 유지하는 것을 주의해야 한다. 따라서 대부분의 예에서 유사한 클리어런스가 요구될 수 있다. 도 31은 접합 갭 두께의 따라 솔더링된 접합의 인장 강도가 변화되는 것에 대한 실험적 데이터를 도시한다. 이에 대해, 도 31은 실의 강도 대 갭 치수를 플로팅한다. 데이터는 접합될 부품 사이의 클리어런스의 양에 따라 브레이징 접합의 인장 강도가 변화되는 것을 예측하는 보이드 형성과 모세관 압력에 대해 유도된 모델에 의해서 설명될 수 있다. 실의 영역은 거의 일정하게 유지하고 데이터의 분산은 접합 영역의 분산과 상관한다.
접합 클리어런스가 약 275 마이크론인 경우 가장 강한 접합(50 MPa)이 달성된다. 클리어런스가 이보다 좁아지는 경우, 융융된 솔더 충진제 금속이 전체의 접합을 통해 적절하게 분포하는 것이 곤란할 수 있고, 보이드 형성 때문에 결합 강도가 감소할 수 있다. 금속화된 코팅에 대한 결함이 없는 것이면, 예를 들면, 이러한 접합의 밀봉은 인장 강도와 상관하는 것을 추측할 수 있다. 반대로, 갭이 요구되는 것보다 더 넓은 경우, 접합 강도는 거의 충진제 금속까지 저하할 것이다. 또한, 모세관 작용이 감소하고, 충진제 금속이 접합을 완전하게 충진하는 역할을 하지 못할 수 있다. 이는 다시 접합 강도 및 밀봉 실을 형성할 가능성을 감소시키는 마이크로-버블 또는 보이드를 발생시킬 수 있다. 2개의 동심원 실린더(따라서 예의 VIG 펌핑 아웃 홀에 대한)의 솔더링된 접합의 유리한 클리어런스는 약 275 마이크론이다. 약 250-300 마이크론으로 세팅된 VIG 세트에서 갭은 VIG 주변 실의 강도에 대해 최적 범위 내에 있는 것이 기재되어 있다. 일반적인 매일매일의 재유동에서, 이러한 정밀도는 충분하게 강하고 밀봉 접합을 얻는 것이 필요로 되지 않을 수 있다.
플랫 캡 실의 경우, 솔더의 두께는 밀봉 및 수명에 대해 최적화될 수 있기 때문에 기계적 강도에 대해 최적화될 필요는 없다. 이는 실이 열압착을 통해 이루어지기 때문이다. 모세관 작용은 클리어런스의 범위에 걸쳐 작동하고, 공정 윈도우를 연다. 0.025 mm 내지 0.130 mm의 클리어런스는 여전히 10-30 Mpa의 인장 강도의 접합을 생성한다. 용이한 슬립 피트(easy slip fit)는 2개의 관상 부품 사이의 적절한 솔더링된 접합을 제공할 수 있다. 금속 대 금속 접촉 갭은 모두 필요로 되는 클리어런스일 수 있는데, 이는 용융된 충진제 금속의 유동에 모세관 "통로"를 형성하기 위해 코팅의 평균 "마감"이 충분한 표면 조도를 제공하기 때문이다. 그러나, IMC가 또한 반응적으로 형성되기 때문에, 실 형성 전에 최적인 표면 조도 윈도우가 충족될 수 있다. 표면이 너무 연마된 표면인 경우, 한편 솔더 금속 유동을 제한하는 경향이 있을 수 있다. 이는 인가된 추가의 외부 압력 및 활성 펌핑에 의해 보상될 수 있다. 솔더가 상을 변화하는 경우 실링된 접합이 Tm 온도에서 행해질 수 있다. 따라서, 접합될 금속의 열팽창 계수를 고려하는 것이 요구될 수 있다. 금속화된 유리 또는 금속 시트의 플랫 팁 오프 플레이트는 본원에 도시되고 기재된 펌핑 아웃 홀 영역 주위 및 내에 금속화된 표면에 접합될 수 있다. 열-압축이 실 형성에 사용되는데, 이는 실이 형성하는 부품의 불균일한 온도에 의해 발생할 수 있는 변형 또는 왜곡을 보상하기 때문이다.
도 32는 예의 동심원 관상 갭 솔더링된 접합이 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 것을 도시한다. 이종 금속의 동심원 관상 어셈블리(예를 들면, 금속화된 유리에 대한 금속 플러그 또는 플레이트)는 또한 반응적 재유동에 의해서 접합될 수 있다. 예시는 황동 부싱(bushing)을 스틸 슬리브에 브레이징(brazing)/재유동하는 것을 수반한다. 황동은 가열될 때 스틸보다 더 팽창한다. 따라서, 부품이 실온 클리어런스 0.002-0.003" (0.051-0.076 mm)를 갖도록 유지되는 경우, 부품이 브레이징 온도까지 가열될 때 갭이 완전히 폐쇄될 수 있다. 하나의 가능한 용액은 초기 클리어런스가 더 크게 되고, 재유동 온도에서의 갭은 약 80 마이크론이다. 또한, 금속 코팅이 유리에 증착되기 때문에, 가열 중에 압축 응력을 가하고 냉각 중에 인장된다.
팽창 및 수축을 위해 허용되어야 하는 허용치는 접합 자체의 구성 및 접합 될 금속의 성질 및 크기에 의존할 수 있다. 각 상황에 대해 핀 포인팅 정확한 클리어런스 공차와 수반된 많은 변수가 있지만, 금속의 상이한 팽창률의 설명은 가열시 추가의 조사를 위한 우수한 출발점을 제공하는 것을 알 수 있다.
2. 금속화된 표면의 세정
금속 표면이 세정되는 경우 모세관 작용은 예상 가능한 및 반복 가능한 방법으로 작동된다. 오일, 그리스(grease) 및 산화 스케일과 같은 오염물은 우수한 결과를 달성하기 위해 제거되어야 한다. 표면 오염물은 베이스 금속 표면과 브레이징 물질 사이의 배리어를 형성할 수 있다. 예를 들면, 오일 베이스 금속은 용융된 솔더를 밀어내고, 가열에 의해 산화되어 보이드를 형성하는 베어 스폿(bare spots)을 남긴다. 오일 및 그리스는 가열되는 경우 탄화되고, 충진된 금속이 습윤 및 유동되지 않는 필름을 형성한다. 금속화된 부품의 세정은 정확한 순서로 수행되어야 한다. 오일 및 그리스를 먼저 제거한 후 금속 산화물을 제거할 수 있다. 이는 부품을 적합한 탈그리징 용매에 침지하거나, 증기 탈그리징 등에 의해서 달성될 수 있다. 금속 표면이 산화물 또는 스케일로 코팅되는 경우, 화학적 및 기계적 연마가 사용될 수 있다. 화학적 제거에 대해, 약품이, 세정될 베이스 금속에 적합하고 크레비스(crevices) 또는 블라인드 홀 내에 산 흔적이 유지되는 않는 것을 보장하는 것이 유리할 수 있다.
기계적 제거는 연마제 세정을 요구할 수 있다. 세정 공정은 에메리 클로스(emery cloth)를 사용하여 진척시킨 후 공기 건 조작을 수행할 수 있다. 접합될 표면이 철저히 세정된 후에 재유동이 수행되어야 한다.
VIG 실 형성이 진공에서 달성될 수 있기 때문에, 표면의 또 다른 유리한 세정방법은 가열된 표면을 재유동하기 전에 감압 환경에 탈기하거나 부품을 플라즈마 글로우 방전에 노출하는 것이다.
3. 비활성 분위기 또는 진공에서의 재유동
양수인에 의해서 나타낸 바와 같이, 진공 가공은 매우 낮은 보이드 밀도를 갖는 실을 형성하는 유리한 효과를 갖는다. 상호 연결된 보이드 및/또는 기공률은 유출율과 직접 관계를 갖는다. 재유동이 공기 중에서 수행되는 경우 유출 가능성이 증가한다. 통상 플럭싱제(fluxing agents)는 금속성 코팅에 대한 부식 효과를 가지므로 회피되어야 한다. 진공 가공에 대한 또 다른 대안으로서 비활성 분위기 내의 재유동을 나타냈다. 이는 솔더의 산화 또는 상호연결 기공의 존재로 인해 유출 위험이 감소한다.
공기 중의 재유동 조작은 추천되지 않는다. 그러나, 예외가 있다. 예를 들면, 구리 대 구리는 예를 들면, 게터링제(gettering agent)를 갖는 충진제 금속 솔더를 사용하여 플럭스 없이 공기 중에서 시도될 수 있다(이들 합금 중의 인은 구리에 대한 "플럭싱제"로서 작용한다). 희토류 도펀트의 솔더에의 통합(상변화 없이)은 어셈블리가 분위기에 있는 경우 추천된다. 밀폐 공간, 일반적으로 브레이징 퍼니스에 포함된 기체 혼합물을 갖는 조절된 분위기가 요구될 수 있다. 분위기(예를 들면, 수소, 질소 또는 해리한 암모니아를 포함하는 분위기)는 완전히 어셈블리를 포함하고, 산소를 배제함으로써 산화를 방지하는 것을 돕는다. 조절된 분위기에서도, 그러나 소량의 솔더 페이스트(플러스를 갖는다)는 솔더 충진제 금속의 습윤 작용을 개선시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 최종적으로, 진공 환경은 팁 오프 전에 충진제로부터 임의의 유기물 흔적을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
4. 솔더의 클램핑 어셈블리
금속 실 VIG 어셈블리 또는 서브어셈블리의 세정된 부품은 주변에서 기계적 및/또는 전기기계적 클램핑에 의해서 재유동을 위한 위치에 유지될 수 있다. 요구된 선형 힘은 일부 경우 주변의 약 2-5 N/inch이다. 이는 가열 및 냉각 사이클 중에 정확한 배열을 보장해서 모세관 작용 및 반응적 재유동이 실을 제조하기 위해 이용될 수 있다. 균일한 클램핑은 또한 균일한 갭 높이를 유지하는 데 도움이 되고 웨징 효과가 없거나 거의 없다. 이는 금속화된 영역 내에서 솔더의 접촉 라인을 유지하는 것을 돕는다. 클램프는 특히 방사선 오븐이 이용되는 경우 유리에 열의 흡수를 최대화하는 높은 방사율 코팅으로 코팅될 수 있다.
이러한 구성이 자체 지지 또는 클램핑을 위해 너무 복잡한 경우, 지지 구조체를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 구조체가 가능한 작은 질량과, 어셈블리의 부품과의 접촉이 가능한 한 최소로 되도록 설계될 수 있다(어셈블리와 넓게 접촉하는 성가신 구조체는 접합 영역으로부터 열을 전달할 것이다). 접촉을 최소로 감소하기 위해 핀-포인트 및 나이프 에지 설계를 사용하는 것이 추천된다. 특정한 예의 실시형태에 관련해서 사용될 수 있는 예의 지지 구조체에 대해 도 33을 참조.
이러한 구조체에 사용되는 물질은 스테인레스 스틸, 인코넬, 세라믹 및 마이카와 같은 낮은 열 전도체이어야 한다. 이들이 낮은 전도체이기 때문에 이들은 실 형성의 빠른 시간 스케일 동안 접합으로부터 열을 최소한으로 인출한다. 유일한 기능은 재유동에 의해 영구적으로 접합하면서 부품을 함께 유지하기 때문에 간단한 기계적 홀딩 장치, 심지어 페이퍼 클립도 바람직하다.
5. VIG 캐비티의 플라즈마 세정
VIG 유닛은 일반적으로 UV 노출 시간에 따라 장기간 R 값 안정성을 갖는다. 주변 금속 실의 낮은 온도 공정은 최종 팁 오프 실링 전에 유닛을 탈기하는 것에 특별히 주의해야 하는 것을 의미한다. VIG의 플라즈마 스크러빙 또는 세정은 일반적으로 2단계 조작이고, 여러 기체 퍼지 사이클에 이어서 갭에서 고전압 방출을 타격한다. 작은 갭은 어두운 공간 시스(sheath)(조건 P × d 하)와 크기가 대략 동일하기 때문에, VIG 내측에 횡단 용량 결합된 플라즈마를 타격하고 유지하는 것이 곤란할 수 있다. 그러나, 플라즈마 방출은 200-400 mTorr 만큼 낮은 압력에서 유도 타격될 수 있다. 원격 오존화 플라즈마는 펌핑 아웃 툴을 통해 VIG 유닛을 탈기하기 위해서 사용될 수 있다. 플라즈마는 유리 기판 상의 화학흡착된 물뿐 아니라 유리로부터의 유기 잔류물을 용이하게 제거한다. 플라즈마 세정 공정은 실 형성의 팁 오프에 의해 동시에 발생할 수 있다.
6. 솔더 재유동 셀 어셈블리
실제로 밀봉 솔더 접합의 달성은, 어셈블리를 솔더의 Tm 초과의 적어도 30 K까지 가열하여, 금속화된 표면을 반응성 습윤하고, 동시에 접합 갭을 통해 솔더 충진제 금속의 모세관 유동을 가능하게 하는 것을 수반할 수 있다. 주변 실을 가공하기 위해, 열은 전체 VIG 셀에 적용하지만, 솔더 베이스 금속을 갖는 영역은 높은 온도를 유지해야 한다. 적어도 5K의 온도차가 충분하다. 예를 들면, 팁 오프 실과 같은 작은 어셈블리의 제작에서, 0.5℃/s 범위의 dT/dt를 용이하게 달성하고 유닛의 주변에서 솔더를 유지하는 것을 도울 수 있기 때문에 국부적 가열이 사용될 수 있다. 큰 VIG 어셈블리의 제작 동안, 열은 선택적으로 접합 주위에 적용될 수 있다. 진공에서 벌크 저항성 가열은 VIG 크기가 증가함에 따라 고전력 히터를 수반할 수 있다. 국부적 저항성 가열은 예를 들어 경우에 따라 적절할 수 있지만, 팁 오프 홀에 사용될 수 있다. 유리에 의해서 흡수된 열을 통해 국부적으로 솔더를 가열할 수 있기 때문에, 램프를 사용하는 적외선 가열도 또한 선택적이다. 일부 솔더는 우수한 전도체이고 따라서 냉각 영역에 빠르게 열을 전달한다. 그 외에는 낮은 전도체이고 열을 유지하고 쉽게 과열되는 경향이 있다. 우수한 전도체는 열을 빠르게 분산하기 때문에 낮은 전도체보다 많은 열을 필요로 할 수 있다.
3층 및 2층 금속성 스택은 펌핑 아웃 홀 실 관련 실시형태에서 사용될 수 있는 것을 알 수 있다. 이들 코팅은 HVOF, HVWC, 및/또는 임의의 그 외의 적합한 기술을 통해 형성될 수 있다.
본원에 사용된 "열처리" 및 "열처리하는 것"은 상기 제품을, 유리 포함 제품의 열 강화 및/또는 반강화를 달성하기 위해 충분한 온도까지 가열하는 것을 의미한다. 이 정의는, 코팅된 제품을, 예를 들면, 적어도 약 550℃, 바람직하게 적어도 약 580℃, 바람직하게 적어도 약 600℃, 바람직하게 적어도 약 620℃, 가장 바람직하게 적어도 약 650℃ 의 온도에서 오븐 또는 퍼니스에서 강화 및/또는 반강화를 가능하게 하기 위해 충분한 기간 동안 가열하는 것을 포함한다. 특정한 예의 실시형태에서, 열처리는 적어도 약 2분 이상, 약 10 분 이하, 15분 이하 등일 수 있다.
VIG 유닛은, 예를 들면, 주택 및/또는 상업적 윈도우 적용, 반사광, 판매점(merchandizers), OLED 및/또는 그 외의 디스플레이 패키지 등을 포함하는 상이한 수많은 적용에서 사용될 수 있는 것이 기재되어 있다. 상이한 예의 실시형태에서 VIG 유닛의 하나 또는 2개의 기판이 열처리될 수 있다(예를 들면, 반강화 및/또는 열강화)될 수 있다. 특정한 예의 실시형태에서, 유리의 적층체 (예를 들면, 유리/PVB 또는 유리/EVA) 는 펌핑 아웃 튜브 유무에 따라 VIG 유닛을 제조하기 위해서 그 자체 또는 모노리식 유리 라이트로 메이팅될 수 있다.
특정한 예의 실시형태는 VIG 유닛에 관련해서 기재되었지만, 본원에 기재된 예의 기술은 유리 이외의 물질로부터 형성된 하나 이상의 기판을 포함할 수 있다. 즉, 본원에 기재된 예의 기술은 낮은 가공 시간 및 온도에서 밀봉 실을 형성할 수 있기 때문에, 예를 들면, 플라스틱, Plexiglas 등과 같은 또 다른 기판 물질을 사용할 수 있다. 상기 기재된 바와 같이 이러한 물질은 진공 단열 패널(VIP) 유닛 또는 기타에서 하나 또는 2개의 기판으로서 사용될 수 있다. 상기 기재된 특징, 형태, 기술, 구성 등의 일부 또는 전부가 이러한 VIP 유닛에서 사용될 수 있다. 또한, 본원에 기재된 예시의 VIG 및 VIP 유닛은 특정한 예의 실시형태에서 또 다른 기판에 적층될 수 있다.
예를 들면, 실에 관련해서 본원에서 사용되는 "주변" 및 "에지" 는 실 및/또는 그 외의 요소가 유닛의 최외 주변 또는 에지에서 위치되는 것을 의미하지 않지만, 대신에 실 및/또는 그 외의 요소가 적어도 부분적으로 유닛의 적어도 하나의 기판의 에지 또는 그 근방(예를 들면, 약 2 인치 내)에 있는 것을 의미한다. 마찬가지로, 본원에 사용되는 "에지"는 유리 기판의 최외측 에지로 한정되지 않고, 기판 최외측 에지 또는 근방(예를 들면, 약 2 인치 내)를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "상에" 또는 "지지된" 등은 명백하게 기재되지 않는 한, 두 가지 요소가 서로 직접적으로 인접되어 있음을 의미하는 것으로 해석하지 않아야 한다. 다시 말해서, 제1층과 제2층 사이에 하나 이상의 층이 있더라도, 제1층은 제2층 "상에" 또는 제2층"에 의해 지지될" 것이라고 할 수도 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 진공 단열 유리 (VIG) 유닛의 제조 방법이 제공된다. VIG 유닛 서브어셈블리는 제1 및 제2 유리 기판, 제1 및 제2 유리 기판을 서로 실질적으로 평행하게 이격되도록 유지하는 것을 돕는 복수의 스페이서, 및 에지 실을 포함한다. 제1 유리 기판은 그 안에 홀이 형성되고, 그 홀은 제1 및 제2 유리 기판 사이에 한정된 캐비티를 감압하도록 사용될 수 있다. 제1 다층 박막 코팅은 상기 홀의 내부 직경 주위에 및/또는 그 위에 있는 제1 기판의 일부 상에 형성되고, 제1 다층 박막 코팅은 금속을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다. 상기 홀의 내 및/또는 주위에 고체 솔더 합금 프리폼이 제공되고, 고체 솔더 합금 프리폼은 제1 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉하고 금속을 포함한다. 실 부재의 적어도 일부가 고체 솔더 합금 프리폼과 물리적으로 접촉하도록 홀 위에 및/또는 내에 실 부재(member)가 제공된다. VIG 유닛 제조시 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시키기 위해 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동하여 밀봉 홀 실이 형성된다.
상기 기재된 단락의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 실부재는 그 외에 형성된 제2 다층 박막 코팅을 가질 수 있고, 제1 및 제2층 박막 코팅이 적어도 초기에 동일한 박막층을 갖고 고체 솔더 합금 프리폼은 제2 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉한다. 또한, 특정한 예의 실시형태에서, 밀봉 홀 실의 형성은 VIG 유닛 제조시 제2 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시킬 수 있다.
상기 기재된 2개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 실 부재는 홀 내에 삽입된 플러그, 홀을 덮는 플레이트, 상기 플레이트가 홀을 덮고 상기 플러그가 홀로 연장되는 돌출한 플러그를 구비한 플레이트 및/또는 기타일 수 있다.
상기 기재된 3개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 실 부재는 금속, 금속 합금 및/또는 유리로부터 형성될 수 있다.
상기 기재된 4개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1(및 선택적인 제2) 다층 박막 코팅은 Ni 함유 층을 포함할 수 있다.
상기 기재된 5개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1(및 선택적인 제2) 다층 박막 코팅은 Ni 함유 층들 사이에 개재된 Ag 함유 층을 포함할 수 있다.
상기 기재된 6개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1(및 선택적인 제2) 다층 박막 코팅은 형성될 표면으로부터 순서대로 제1 Si 함유층, 제2 Ni 함유층 및 제3 Ag 함유층을 포함할 수 있다.
상기 기재된 7개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1(및 선택적인 제2) 다층 박막 코팅은 형성될 표면으로부터 순서대로 제1 Ni 및/또는 Cr 함유층 및 제2 Ag 함유층을 포함할 수 있다.
상기 기재된 8개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 고체 솔더 합금 프리폼은, 인듐-은 합금, SAC, Sn-Pb, SnBiAg, SATi, 또는 SATiRE등으로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 기재된 8개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서 상기 고체 솔더 합금 프리폼은 (a) Sn, Ag, 및 Cu, 또는 (b) In 및 Ag 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 기재된 8개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서 상기 고체 솔더 합금 프리폼은 Sn에 기초하고, 포스트-전이금속 또는 준금속; 13, 14, 15, 또는 16족으로부터 진틀 음이온; 및 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 그 외의 물질을 포함할 수 있다.
상기 기재된 9개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제2 실은 홀 실 위에 및/또는 주위에 형성될 수 있다.
상기 기재된 10개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, VIG 유닛 서브어셈블리가 진공 하에서 유지되는 동안 홀 실이 형성될 수 있다.
상기 기재된 11개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 VIG 유닛 서브어셈블리가 제1 진공압에서 유지되는 동안 에지 실이 형성되고, VIG 유닛 서브어셈블리가 제2 진공압 하에서 유지되는 동안 홀 실이 형성될 수 있고, 제2 진공압은 제1 진공압보다 낮을 수 있다.
상기 기재된 12개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 홀 실은 300℃ 이하(예를 들면, 180℃ 이하)의 온도에서 형성될 수 있다.
상기 기재된 13개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 밀봉 홀 실을 형성하지만 상기 고체 솔더 합금 프리폼 용융 전에 상기 캐비티의 캐비티를 플라즈마 세정 및/또는 오존 세정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기재된 14개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 홀 실의 형성 동안 형성되는 게터링 산화물이 수행될 수 있다.
상기 기재된 15개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 VIG 유닛은 팁 오프되거나 달리 폐쇄할 필요가 있는 펌핑 아웃 튜브 없이 제조될 수 있다.
상기 기재된 16개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서 제1 다층 박막 코팅은 적어도 부분적으로 환원 분위기에서 형성될 수 있다.
상기 기재된 17개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1 다층 박막 코팅은 예를 들면, 홀 실의 형성 전에 목적하지 않는 산화물, 질화물, 및/또는 탄소 함량을 제거하기 위해 상기 제1 다층 박막 코팅을 버니싱할 수 있다.
상기 기재된 18개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 기공률이 2% 미만이고 부착 또는 결합 강도가 적어도 10 MPa이도록 상기 제1 다층 박막 코팅 중의 각각의 층이 형성되고, 및/또는 전체 상기 제1 다층 박막 코팅은 RMS 조도(Ra) 2 마이크론 미만이고, 부착 또는 결합 강도가 적어도 20 Mpa일 수 있다.
상기 기재된 19개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 밀봉 홀 실의 형성 동안, 기질 강도의 손실을 방지하기 위해 제1 및 제2 기판이 충분히 낮은 온도에 도달할 수 있다.
상기 기재된 20개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 기판 중 적어도 하나는 열 처리된 유리 기판일 수 있다.
상기 기재된 21개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 기판 중 적어도 하나는 열 강화된 유리 기판이고, 상기 열 강화된 유리 기판은 상기 VIG 유닛의 제조 중에 기질 강도가 10% 이하 손실될 수 있다.
상기 기재된 22개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 밀봉 홀 실은 고체 솔더 합금 프리폼으로부터의 물질을 포함하고 각 측 상에 적어도 하나의 금속간 화합물 (IMC)층, 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 은-함유층, 및 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 니켈-함유 층을 순서대로 포함할 수 있다.
특정한 예의 실시형태에서, 상기 기재된 23개의 단락 중 어느 하나의 방법을 사용하여 제조될 수 있는 진공 단열 유리(VIG) 유닛이 제공된다. 예를 들면, 특정한 예의 실시형태에서, VIG 유닛은 실질적으로 평행하게 이격된 제1 및 제2 기판 - 제1 및 제2 기판의 적어도 하나는 열처리된 유리 기판임; 제1 및 제2 기판 사이에 제공된 복수의 스페이서; 에지 실; 및 제1 및 제2 기판과 에지 실에 의해서 적어도 부분적으로 한정된 캐비티 - 캐비티는 대기압보다 낮은 압력으로 감압됨 - ;을 포함한다. 캐비티를 감압하기 위해서 VIG 유닛 제조 중에 사용된 제1 기판에 형성된 홀 내 및/또는 위에 홀 실 부재가 제공된다. 홀 실 부재 및 제1 기판은 금속을 포함하는 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동함으로써 형성된 홀 실을 통해 서로 밀봉 실링되고, 이는 (a) 제1 기판 상에 사전 제공된 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질이 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산되고, (b) 제1 다층 박막 코팅의 최상층과 반응적으로 재유동된 솔더 사이에 금속간 화합물(IMC)을 형성한다.
상기 기재된 단락의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 제1 다층 박막 코팅은 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 은 함유 층, 및 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 니켈 함유 층을 포함하고, 제1 다층 박막 코팅의 적어도 일부가 VIG 유닛 내에 유지할 수 있다.
상기 2개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 합금 물질은 (i) Sn, Ag, 및 Cu, 또는 (ii) In 및 Ag 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 3개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 홀 실은 홀 실이 적어도 고장을 일으키기 전에 또는 고장 대신에 상기 홀 실 부재로부터의 물질 및/또는 제1 기판으로부터의 유리가 파손되는 고장 모드에 의해 VIG 유닛을 젖게 하는 데 충분한 강도를 가질 수 있다.
상기 4개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 제1 및 제2 기판의 적어도 하나는 열 강화되고, 열 강화된 기판은 각각 VIG 유닛에서 기질 강도가 적어도 90% 유지될 수 있다.
상기 5개의 단락 중 어느 하나의 특징에 더해, 특정한 예의 실시형태에서, 상기 홀 실 부재는 사전 제공된 제2 다층 박막 코팅을 갖고, 제1 및 제2 다층 박막 코팅은 서로 동일한 층을 갖는다.
본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시형태로 고려되는 것에 관련해서 기재되지만, 본 발명은 개시된 실시형태로 한정되지는 않고, 첨부한 청구범위의 사상과 범위 내에서 포함된 다양한 변경 및 동등한 배열을 포함하는 것으로 이해된다.
Claims (36)
- 진공 단열 유리 (VIG) 윈도우 유닛의 제조 방법으로서, 상기 방법은,
VIG 유닛 서브어셈블리를 구비하는 단계로, 상기 VIG 유닛 서브어셈블리는 제1 및 제2 유리 기판, 상기 제1 및 제2 유리 기판을 서로 실질적으로 평행하게 이격되도록 유지하는 것을 돕는 복수의 스페이서, 및 에지 실을 포함하고, 상기 제1 유리 기판은 그 안에 홀이 형성되고, 상기 홀은 제1 및 제2 유리 기판 사이에 한정된 캐비티를 감압하기 위해 사용될 수 있는 단계;
상기 홀의 내부 직경 주위에 및/또는 상에 있는 상기 제1 기판의 일부 상에 제1 다층 박막 코팅을 형성하는 단계로, 상기 제1 다층 박막 코팅은 금속을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함하는 단계;
상기 홀의 내 및/또는 주위에 고체 솔더 합금 프리폼을 제공하는 단계로, 상기 고체 솔더 합금 프리폼은 상기 제1 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉하고 금속을 포함하는 단계;
상기 실 부재의 적어도 일부가 상기 고체 솔더 합금 프리폼과 물리적으로 접촉하도록 상기 홀 위에 및/또는 내에 실 부재를 제공하는 단계; 및
상기 VIG 유닛 제조시 상기 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 상기 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시키기 위해 상기 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동하여 밀봉 홀 실을 형성하는 단계; 를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 실 부재는 그 위에 제2 다층 박막 코팅이 형성되고, 상기 제1 및 제2층 박막 코팅이 적어도 초기에 동일한 박막층을 갖고
상기 고체 솔더 합금 프리폼은 상기 제2 다층 박막 코팅의 적어도 일부와 직접 물리적으로 접촉하는, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 밀봉 홀 실의 형성 단계는, 또한 상기 VIG 유닛 제조시 상기 제2 다층 박막 코팅으로부터의 물질을 상기 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산시키는, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실 부재는 상기 홀 내에 삽입된 플러그인, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실 부재는 상기 홀을 덮는 플레이트인, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실 부재는 돌출한 플러그를 구비한 플레이트이고, 상기 플레이트는 홀을 덮고 상기 플러그가 홀로 연장되는, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실 부재는 금속, 금속 합금 및/또는 유리로부터 형성된, 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 Ni 함유 층을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 Ni 함유 층들 사이에 개재된 Ag 함유 층을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 형성될 표면으로부터 순서대로 제1 Si 함유층, 제2 Ni 함유층 및 제3 Ag 함유층을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 형성될 표면으로부터 순서대로 제1 Ni 및/또는 Cr 함유층 및 제2 Ag 함유층을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 솔더 합금 프리폼은, 인듐-은 합금, SAC, Sn-Pb, SnBiAg, SATi, 또는 SATiRE 등으로부터 형성되는, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 솔더 합금 프리폼은 (a) Sn, Ag, 및 Cu, 또는 (b) In 및 Ag 중 어느 하나를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 솔더 합금 프리폼은 Sn에 기초하고, 포스트-전이금속 또는 준금속; 13, 14, 15, 또는 16족으로부터 진틀 음이온; 및 전이 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 그 외의 물질을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실 위에 및/또는 주위에 제2 실을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 VIG 유닛 서브어셈블리가 진공 하에서 유지되는 동안 상기 홀 실이 형성되는, 방법. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 VIG 유닛 서브어셈블리가 제1 진공압에서 유지되는 동안 상기 에지 실이 형성되고, 상기 VIG 유닛 서브어셈블리가 제2 진공압 하에서 유지되는 동안 상기 홀 실이 형성되고, 상기 제2 진공압은 상기 제1 진공압보다 낮은, 방법. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실은 300℃ 이하의 온도에서 형성되는, 방법. - 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실은 180℃ 이하의 온도에서 형성되는, 방법. - 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 홀 실을 형성하지만 상기 고체 솔더 합금 프리폼 용융 전에 상기 캐비티를 플라즈마 세정 및/또는 오존 세정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실의 형성 동안 형성되는 게터링 산화물을 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 VIG 유닛은 팁 오프되거나 달리 폐쇄할 필요가 있는 펌핑 아웃 튜브 없이 제조되는, 방법. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 적어도 부분적으로 환원 분위기에서 형성되는, 방법. - 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실의 형성 전에 목적하지 않는 산화물, 질화물, 및/또는 탄소 함량을 제거하기 위해 상기 제1 다층 박막 코팅을 버니싱하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
기공률이 2% 미만이고 부착 또는 결합 강도가 적어도 10 MPa이도록 상기 제1 다층 박막 코팅 중의 각각의 층이 형성되고, 및/또는
전체 상기 제1 다층 박막 코팅은 RMS 조도(Ra) 2 마이크론 미만이고, 부착 또는 결합 강도가 적어도 20 Mpa인, 방법. - 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 홀 실의 형성 동안, 기질 강도의 상당한 손실을 방지하기 위해 상기 제1 및 제2 기판이 충분히 낮은 온도에 도달하는, 방법. - 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 중 적어도 하나는 열 처리된 유리 기판인, 방법. - 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판 중 적어도 하나는 열 강화된 유리 기판이고, 상기 열 강화된 유리 기판은 각각 상기 VIG 유닛의 제조 중에 기질 강도가 10% 이하 손실되는, 방법. - 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 홀 실은 상기 고체 솔더 합금 프리폼으로부터의 물질을 포함하고, 각 측 상에 적어도 하나의 금속간 화합물 (IMC)층, 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 은-함유층, 및 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 니켈-함유 층을 순서대로 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여 제조된 진공 단열 유리(VIG) 유닛.
- 진공 단열 유리(VIG) 유닛으로서,
실질적으로 평행하게 이격된 제1 및 제2 기판 - 상기 제1 및 제2 기판의 적어도 하나는 열처리된 유리 기판임 - ;
상기 제1 및 제2 기판 사이에 제공된 복수의 스페이서;
에지 실;
상기 제1 및 제2 기판과 에지 실에 의해서 적어도 부분적으로 한정된 캐비티 - 상기 캐비티는 대기압보다 낮은 압력으로 감압됨 - ; 및
상기 캐비티를 감압하기 위해서 VIG 유닛 제조 중에 사용된 상기 제1 기판에 형성된 홀 내 및/또는 위에 제공된 홀 실 부재를 포함하고, 상기 홀 실 부재 및 상기 제1 기판은 금속을 포함하는 고체 솔더 합금 프리폼을 반응적으로 재유동함으로써 형성된 홀 실을 통해 서로 밀봉 실링되고, 이는 (a) 상기 제1 기판 상에 사전 제공된 제1 다층 박막 코팅으로부터의 물질이 상기 솔더 합금 물질로 및 그 반대로 확산되고, (b) 상기 제1 다층 박막 코팅의 최상층과 반응적으로 재유동된 솔더 사이에 금속간 화합물(IMC)을 형성하는, VIG 유닛. - 제31항에 있어서,
상기 제1 다층 박막 코팅은 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 은 함유 층, 및 활성화된 에너지 분무 증착물이 증착된 니켈 함유 층을 포함하고, 상기 제1 다층 박막 코팅의 적어도 일부는 상기 VIG 유닛 내에 유지하는, VIG 유닛. - 제31항 또는 제32항에 있어서,
상기 합금 물질은 (i) Sn, Ag, 및 Cu, 또는 (ii) In 및 Ag 중 어느 하나를 포함하는, VIG 유닛. - 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실은 홀 실이 적어도 고장을 일으키기 전에 또는 고장 대신에 상기 홀 실 부재로부터의 물질 및/또는 상기 제1 기판으로부터의 유리가 파손되는 고장 모드에 의해 상기 VIG 유닛을 젖게 하는 데 충분한 강도를 갖는, VIG 유닛. - 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 기판의 적어도 하나는 열 강화되고, 상기 열 강화된 기판은 각각 상기 VIG 유닛에서 기질 강도가 적어도 90% 유지되는, VIG 유닛. - 제31항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀 실 부재는 사전 제공된 제2 다층 박막 코팅을 갖고, 상기 제1 및 제2 다층 박막 코팅은 서로 동일한 층을 갖는, VIG 유닛.
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