KR20190017989A - 컴포넌트들을 캡슐화하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 가스 방전 램프, 광을 투과하는 무기 재료 및 광-흡수 무기 매체를 사용하여 컴포넌트들을 밀폐식으로 캡슐화하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 적합한 선택으로, 무기 재료들 또는 무기 매체들은, 유기 재료들 또는 유기 매체들과는 대조적으로, 산소, 수증기 및 반응성 가스들에 대해 매우 낮은 레벨의 투과도를 보장한다. 캡슐화는 1초 미만의 시간 기간에 발생한다. 또한, 컴포넌트의 평균 온도는 단지 약간 증가하여, 심지어 감온성 영역들을 갖는 컴포넌트들이 캡슐화될 수 있다.
Description
본 발명은 컴포넌트들을 밀폐식으로 캡슐화하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 컴포넌트들은, 예를 들어, 환경 영향들, 예컨대 수증기, 산소 또는 또한 반응성 가스들로부터 보호되어야 하는 센서들, 디스플레이 스크린들, 태양광 모듈들(photovoltaic modules), 또는 마이크로일렉트로닉스(microelectronics)를 의미한다.
많은 경우들에서, 예를 들어 OLED 디스플레이 스크린들에서, 컴포넌트는 동일 면적의 판유리(glass pane)에 의해 커버링되고 그리고 면적의 에지에서 컴포넌트에 접착식으로 접합된다. 이러한 경우에 사용되는 접착제는 에폭시 수지일 수 있으며, 이 에폭시 수지는 중합을 위해 UV 광에 의해 활성화된다. 에폭시 수지는 판유리와는 대조적으로, 수증기 또는 산소에 대한 낮지만, 무시할 수 없는 투과도(permeability)를 가져서, OLED 디스플레이 스크린들의 경우에, 게터(getter)는 또한 산소 또는 주위 습도로부터 다년간 컴포넌트를 보호하기 위해 캡슐화로 도입되어야 한다.
특히, 자동차들 또는 항공기를 위해 규소(silicon)로 제조되는 회전 속도 센서들에서, 양호한 진공은 컴포넌트의 표면 상의 작은 질량체들의 고품질의 진동 그리고 이에 따라 포지션 변경들에 대해 달성가능한 측정 정확도를 위한 조건이다. 이러한 목적을 위해, 게터를 사용하는 에폭시 수지들은 충분하지 않아서, 예를 들어, 유기 접착제는 유리 솔더로 대체된다. 유리 솔더는, 붕소, 산화 납, 및 또한 다른 재료들의 추가로 인해, 예를 들어, 400℃의 특히 매우 낮은 연화 온도를 가지는 유리이다. 캡슐화를 위해, 우선적으로, 유리 솔더를 가지는 페이스트(paste)가 스크린 인쇄(screen printing)를 통해 판유리의 에지에 적용되며, 그리고 후속하여, 페이스트의 유기 결합제들 및 용제들은, 예를 들어, 300℃의 온도들에서 건조함으로써 제거된다. 판유리는 이후 진공 챔버에서 컴포넌트의 진동 질량체를 가지는 표면 상으로 가압되며, 그리고 그 사이에 위치되는 유리 솔더는 적외선 조사기들(infrared radiators)에 의해 용융되게 된다. 진공 냉각 후에, 컴포넌트와 판유리 사이의 공간 및 이에 따라 또한 진동 질량체의 즉각적인 둘러쌈들(surroundings)은, 심지어 진공 노의 폭기(aerating) 후에도, 진공배기된 채 유지한다. 이러한 방법의 단점은, 컴포넌트 및 판유리 양자 모두가 유리 솔더와 동일한 온도들에 도달한다는 점이다. 또한, 가열 및 냉각 시간은 통상적으로 수분 동안 지속하고 그리고 이에 따라 높은 처리량(throughput)을 가지는 제조에 대해 방해가 된다(obstructive).
높은 용융 온도들 때문에, 유리 솔더는 종래의 노들(furnaces)에서 OLED 디스플레이 스크린들의 캡슐화에 적합하지 않는데, 왜냐하면 유기 재료는 대략 100℃ 초과의 온도들을 견디지 못하기 때문이다. 많은 유형들의 컴포넌트들에 대해, 특히, 유리 솔더들이 유기 재료들을 함유한다면, 유리 솔더들의 용융 온도에 대해 상당히 아래에 있는 온도 제한이 존재한다.
발명의 명칭이 “Glass Package that is Hermetically Sealed with a Frit and Method of Fabrication”인 특허 출원 US 2004/207314 A1에서, 펄스형 레이저 광에 의해 용융점까지 유리 솔더를 간단히 가열하는 방법이 설명된다. 이러한 경우에, 기판의 가열 및 냉각은, 캡슐화를 위한 컴포넌트 또는 판유리가 상당히 가열되지 않을 정도로 신속하게 일어난다. 이러한 방법의 단점은, 유리 솔더의 연속적인 가열이며, 즉 일반적으로 점 모양 레이저 빔(punctiform laser beam)은 유리 솔더의 점 모양 가열을 초래한다. 완전한 캡슐화를 위해, 레이저 빔은 유리 솔더의 전체 표면 위에서 스캐닝되어야 한다. 이 경우에는, 특정 스캐닝 속도가 열기계적 장력들(thermomechanical tensions)을 사용되는 재료들 및 컴포넌트들의 균열 한계 아래로 유지하도록 대응하는 레이지 파워로 유지되어야 하는 것이 판명되었다. 특히, 이는 태양광 모듈들과 같은 대형 컴포넌트들 또는 회전 속도 센서들의 경우와 같은 많은 수의 피스(high piece counts)를 수반한다면, 이는 제조시의 처리량을 실질적으로 제한한다.
적외선 램프들은 이 특허 출원에서 레이저들에 대한 대안으로서 언급된다. 단지, 예를 들어, 동등한 파장의 레이저들의 수십 배(multiple orders of magnitude) 미만인 면적의 유닛 당 광 파워들만이 이러한 램프들을 사용하여 달성될 수 있다. 따라서, 유리 솔더를 용융하기 위해 요구되는 노출 시간은, 이에 따라, 적어도 1초 내지 수초 상승한다. 그 결과, 열 전도 때문에, 컴포넌트의 적용-특정 최대 온도(application-specific maximum temperature)를 초과하지 않도록, 유리 솔더와 컴포넌트의 감온성 영역 사이에서 수밀리미터 내지 수센티미터의 거리가 유지되어야 한다. 따라서, 적외선 램프들은 OLED들과 마찬가지로, 큰 온도 민감성 및 양호한 면적 활용 및/또는 높은 제조 수율의 조합이 특정되는 적용들로부터 제외된다.
본 발명의 목적은 유리 플레이트 또는 또한 다른 광-투과 무기 재료들의 보조로, 컴포넌트의 밀폐식 캡슐화를 위해 유리 솔더 또는 또한 다른 광-흡수 무기 수단을 가열하기 위한 방법이다. 이러한 경우에, 컴포넌트의 감온성 영역들은 위에서 언급된 특허 출원 US 2004/207314 A1에서 레이저를 사용하는 캡슐화에 따라 실질적으로 실온을 초과하여 가열되지 않을 수 있다. 제조시의 처리량은 레이저를 사용하는 캡슐화보다 수배 더 클 수 있다.
일반적으로, 광은, 사람의 눈에 인식될 수 있는 스펙트럼 범위, 즉, 대략 380 nm 내지 780 nm의 파장 범위의 전자기파들을 의미한다. 이러한 스펙트럼 범위는 또한, 광-흡수, 광-반사, 및 투명한 재료들을 위한 것으로 의미된다. 일부 경우들에서, 이러한 스펙트럼 범위를 그 위에 바로 접하는 전자기 파장 범위들로 확장하는 것은 합리적일 수 있다. 예를 들어, 할로겐 램프들의 방출 최대는 대략 920 nm이며, 여기서 작은 UV 컴포넌트들은 또한, 방출 스펙트럼, 즉 380 nm 미만의 파장들에 포함된다. 규산염 유리들은 일반적으로 사람 눈에 보이는 범위를 넘어 투과된다.
광-투과 무기 재료들은 또한, 사파이어, 즉 산화 알루미늄의 결정 형태, 및 세라믹, 예컨대 질화 알루미늄 또는 산질화 알루미늄을 포함한다. 광-흡수 수단들은, 유리 솔더들의 전체 어레이(array) 이외에도, 또한 금속 합금들 또는 순수 금속 층들로 제조되는 솔더들을 포함한다. 예를 들어, 알루미늄 또는 금의 200 nm의 얇은 층이 유리 플레이트에 적용될 수 있으며, 이는 각각, 580℃ 또는 370℃로 가열할 때, 규소로 제조되는 컴포넌트와 공융 접합(eutectic bond)을 형성한다. 특정된 처리 온도들은, 이러한 경우에, 알루미늄 또는 금의 용융점들 미만이다.
본 발명의 전술된 목적은 적어도 하나의 가스 방전 램프의 사용에 의해 달성되며, 이는 높은 광 강도들에서 대략 0.1 ms(플래쉬 램프로서의 작동) 내지 대략 1000 ms(연속 파워를 사용하는 작동)의 가열 시간들을 가능하게 한다. 예를 들어, 다축 플래쉬 램프들(multiple axial flash lamps)(예를 들어, 2m의 전기 아크 길이(electric arc length)를 가짐)은, 대면적의 OLED 텔레비전들 또는 태양광 모듈들을 개별적으로 캡슐화하기 위해, 평면에서 서로 평행하게 배열될 수 있다. 복수의 회전 속도 센서들은 또한, 모든 센서들을 동시에 캡슐화하기 위해, 플래쉬 램프들의 현장(field)에 대해 평행하게 정렬되는 평면에 배열될 수 있다. 따라서, 레이저들을 사용하는 또는 또한 종래 노들에서의 캡슐화와 비교하여 제조시의 다수의 처리량이 가능하다.
도 1은 본 발명의 디바이스에 따른 배열체(100)의 단면도(축척이 아님)를 도시하며, 이 배열체는 전체 컴포넌트(110)의 노출을 방지하고 그리고/또는 광-흡수 무기 수단(light-absorbing inorganic means)(140)을 가지는 영역들 상에서 가스 방전 램프들(gas discharge lamps)(150)에 의해 방출되는 광(160)을 제한한다.
도 1은 본 발명의 디바이스에 따른 배열체(100)의 단면도(축척이 아님)를 도시하며, 이 배열체는 전체 컴포넌트(110)의 노출을 방지하고 그리고/또는 광-흡수 무기 수단(140)을 가지는 영역들 상의 가스 방전 램프들(150)에 의해 방출되는 광(160)을 제한한다. 광-흡수 수단(140), 예를 들어, 50-μm 두께의 유리 솔더는 종래의 공정 단계(미도시)에서 광을 투과하는 무기 재료(130), 예를 들어 캡슐화를 위한 판유리에 적용된다. 컴포넌트(110)의 쉐이딩(shading)은 캐리어 재료, 예를 들어 석영 유리로 제조되는 투명한 마스크(170)에 의해 수행된다. 마스크(170)에는, 단지 차단되거나 몇몇의 지점들(190)에서 개방되는, 불투명한 그리고 광-반사 층(180)이 설비되어서, 방출된 광(160)이 이의 가열을 위해 광-흡수 수단(140) 상에서 이러한 지점들에 입사될(incident) 수 있다. 따라서, 컴포넌트의 감온성 영역(temperature-sensitive region)(120), 예를 들어, OLED 디스플레이 스크린은 노출되지 않거나 단지 아주 약간만(insignificantly) 가열된다. 대면적의 컴포넌트들, 예컨대 태양광 모듈들의 경우에, 개구들(190)로부터 매우 멀리 있는 가스 방전 램프들(150)이 절약될 수 있다. 이상적으로, 마스크(170)는 캡슐화 공정 동안 재료(130)를 컴포넌트(110) 상으로 가압하는 데 사용된다. 이러한 경우에, 컴포넌트(110)는 언더레이(underlay)(미도시) 상에 놓인다. 컴포넌트(110) 상의 재료(130)의 중량 힘에 의해 유도되는 가압력이 충분하지 않다면, 가압(pressing)은 실험들에서의 밀폐 캡슐화에 대해 유리한 것으로 판명되었다. 이는, 특히, 작은 컴포넌트들, 예컨대, 센서들의 경우에 적용된다. 마스크(170)의 광-반사 층(180)에 대한 대안으로, 광-흡수 층이 또한 사용될 수 있다. 광-흡수 층은 가스 방전 램프들의 광 효율을 증가시킬 수 있지만, 이 때 마스크(170)는, 특히 제조 시에 높은 처리량과 함께, 실질적으로 더 양호하게 냉각되어야 한다.
100:
본 발명에 따른 디바이스
110: 컴포넌트
120: 컴포넌트의 감온성 영역
130: 무기 광-투과 재료
140: 광-흡수 무기 수단
150: 가스 방전 램프들
160: 가스 방전 램프들에 의해 방출되는 광
170: 마스크
180: 마스크 상의 광-반사 층
190: 마스크의 광-반사 층의 개구들
110: 컴포넌트
120: 컴포넌트의 감온성 영역
130: 무기 광-투과 재료
140: 광-흡수 무기 수단
150: 가스 방전 램프들
160: 가스 방전 램프들에 의해 방출되는 광
170: 마스크
180: 마스크 상의 광-반사 층
190: 마스크의 광-반사 층의 개구들
Claims (9)
- 무기 광-투과 재료(inorganic light-transparent material)를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단(inorganic light-absorbing means)을 사용하여 컴포넌트(component)를 캡슐화하기(encapsulating) 위한 방법으로서,
상기 광-흡수 수단은, 상기 컴포넌트를 상기 광-투과 재료에 밀폐식으로 접합하기 위해, 적어도 하나의 가스 방전 램프의 보조로 1초 미만의 지속 기간 동안 가열되는 것을 특징으로 하는,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 무기 광-투과 재료는 규산염 유리인,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 무기 광-흡수 수단은 유리 솔더(glass solder)인,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 컴포넌트는 적어도 하나의 센서(sensor), 하나의 디스플레이 스크린(display screen), 또는 태양광들을 위한 하나의 반도체 또는 마이크로일렉트로닉스(microelectronics)를 포함하는,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 컴포넌트의 평균 온도는 캡슐화 공정으로 인해 80°C 미만만큼 상승하는,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 가스 방전 램프는 플래쉬 램프(flash lamp)로서 작동되는,
무기 광-투과 재료를 사용하고 그리고 무기 광-흡수 수단을 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 방법. - 무기 광-투과 재료(130)를 사용하여, 무기 광-흡수 수단(140)을 사용하여, 그리고 적어도 하나의 가스 방전 램프(gas discharge lamp)(150)를 사용하여 컴포넌트(110)를 캡슐화하기 위한 디바이스(100)로서,
상기 가스 방전 램프는 상기 광-투과 재료에 대한 상기 컴포넌트의 밀폐식 접합(hermetic bond)을 위한 수단을 가열시키기 위한 것이며,
상기 마스크(170)는 상기 광-흡수 수단과 접합될 상기 컴포넌트의 영역들 상에서 광 입사(light incidence)(160)를 제한하기 위해 상기 광-투과 재료와 상기 적어도 하나의 가스 방전 램프 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는,
무기 광-투과 재료를 사용하여, 무기 광-흡수 수단을 사용하여, 그리고 적어도 하나의 가스 방전 램프를 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 디바이스. - 제7 항에 있어서,
상기 마스크는 상기 가스 방전 램프의 광에 대해 투명한 캐리어 재료(carrier material)로 구성되며, 상기 캐리어 재료 상에, 개구들(190)을 가지는 광-반사 층(180)이 적용되는,
무기 광-투과 재료를 사용하여, 무기 광-흡수 수단을 사용하여, 그리고 적어도 하나의 가스 방전 램프를 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 디바이스. - 제8 항에 있어서,
상기 마스크(170)는 상기 캡슐화 공정 동안 상기 광-투과 재료(130)를 상기 컴포넌트(110) 상으로 가압하는 데 사용되는,
무기 광-투과 재료를 사용하여, 무기 광-흡수 수단을 사용하여, 그리고 적어도 하나의 가스 방전 램프를 사용하여 컴포넌트를 캡슐화하기 위한 디바이스.
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