KR20220002121A - 패키징된 광전자 모듈 및 패키징된 광전자 모듈의 생산을 위한 방법 - Google Patents

패키징된 광전자 모듈 및 패키징된 광전자 모듈의 생산을 위한 방법 Download PDF

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크리스티안 라코브란트
알렉산더 노이마이어
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쇼오트 아게
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Abstract

본 발명의 목적은 광전자 컴포넌트를 보호하도록 사용하기 위한 안정적이고 밀봉된 부분적으로 광학적으로 투명한 패키지를 구성하는 것이며, 이 패키지를 사용해, 설치된 회로 요소에 대해 우수한 냉각이 얻어지고 온도 및 UV와 관련하여 가능한 한 안정적이다. 이 목적을 위해, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2)이 제공되고 이 캡(2)은,
- 개구부(7)를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임(5), 및
- 개구부를 밀폐하고, 질화물 세라믹 상에 융합되며, 프레임(5)의 질화물 세라믹과 접촉하여 고정된 유리 요소(8)를 포함한다.

Description

패키징된 광전자 모듈 및 패키징된 광전자 모듈의 생산을 위한 방법{PACKAGED OPTOELECTRONIC MODULE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}
본 발명은 일반적으로 광 또는 다른 전자기 방사선을 생성 또는 등록(register)하기 위한 특히 광전자 변환기와 같은 광전자 모듈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 모듈의 패키지 형성에 관한 것이다.
특히 UVB 및 UVC 범위의 특히 UV LED 모듈은 생성된 방사선과 관련하여 안정적이고 또한, 까다로운(demanding) 환경 조건을 견딜 수 있는 물질과 구성 및 연결 기술이 필요하다. 중합체 또는 플라스틱 오버몰딩된(plastic-overmolded) 금속 부품으로 제조된 일반적인 LED 모듈은 이러한 요건을 제한적으로만 충족한다. 예를 들어, UV 방사선에 의한 물질의 황변(yellowing)이 발생한다. 물질 안정성 외에도 기밀하지 않은 패키지의 경우 민감한 LED 칩이 대기 또는 오염에 의해 손상되거나 파괴될 위험이 발생한다. 따라서 기밀 패키지(hermetic package)가 LED 모듈의 안정성과 신뢰성을 크게 증가시킨다.
US 제2019/0122945 A1호는 유리층과 함께 알루미늄 질화물을 제공하기 위한 방법을 설명한다. 유리 커버도 마찬가지로 층과 함께 제공된다. 그런 다음 두 층이 접촉하게 되고 레이저를 사용하여 연결되면, 두 부품의 기밀 폐쇄(hermetic closure)가 발생한다. 이 프로세스는 먼저 정교하고 비용이 많이 든다.
JP 제2017/073489 A호는 LED 모듈의 캡이 전체적으로 유리로 구성되고 부분적으로 코팅된 UV LED를 위한 기밀 패키지를 설명한다. 캡에서 기판으로의 연결은 양극 본딩(anodic bonding)에 의해 수행된다.
US 제2006/180909호는 곡선형 코너부를 가진 직사각형 캡, 코바(Kovar) 또는 또 다른 금속으로 구성된 캡의 프레임을 설명한다.
본 발명의 목적은 광전자 컴포넌트를 보호하도록 사용하기 위한 안정적이고 밀봉(hermetically seal)되고 부분적으로 광학적으로 투명한 캡을 구성하는 것이며, 이 캡을 사용해, 설치된 회로 요소에 대해 우수한 냉각이 얻어지고 온도 및 UV와 관련하여 가능한 한 안정적이다.
이 목적은 독립 청구항들의 특허 대상에 의해 달성된다. 본 발명의 이로운 구성은 종속항들에서 명시된다.
따라서, 광전자 컴포넌트의 패키지를 위한 캡이 제공되며, 이 캡은,
- 개구부를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임, 및
- 개구부를 밀폐(hermetically close)하고, 질화물 세라믹 상에 융합되며, 프레임의 질화물 세라믹과 접촉하여 고정된 유리 요소를 포함한다. 따라서 유리에서 세라믹으로의 직접적인 연결이 존재한다. 유리 요소에 융합되어 형성된 알루미늄 질화물 세라믹으로의 연결은 현미경 이미지에서 쉽게 검증될 수 있다. 융합으로 인해, 유리는 질화물 세라믹의 면 미세 구조(surface fine structure)를 정확히 따른다. 이것은 전체 유리 요소의 연화(softening)에 의해 생성된 융합으로 인해 유리와 질화물 세라믹 사이의 전체 계면에 적용된다. 전체 계면을 따라 상보적인 면 형상으로 인해, 양호한 형태 핏(form fit) 및 그러므로 유리 요소와 세라믹의 매우 강력한 인터로킹(interlocking)이 달성된다.
특히 유리 요소가 프레임의 개구부에 융합되고 개구부의 내벽에 연결되어 있어 양호한 고정이 달성되어, 프레임의 내벽은 유리 요소를 환형으로 또는 프레임의 기하학적 구조(geometry)에 따라, 즉, 자신의 둘레(circumference)로 완전히 둘러싸고, 프레임과 유리 요소 사이의 전이(transition)를 밀봉한다. 특히, 캡으로 형성된 광전자 컴포넌트의 회로 요소 또는 요소를 둘러싸기 위해, 캡 내의 유리 요소의 내측부(inner side) 상에 개구 공동이 형성될 수 있다.
이 구성을 사용하면 중간층이나 추가 조치 없이 유리 요소에서 질화물 세라믹으로의 기밀 연결이 가능하다. 중간층이 존재할 필요가 없기 때문에, 유리와 질화물 세라믹 사이에 직접적인 계면이 형성된다. 그러면, 계면에서의 유리는 이 경우에도 유리 요소의 중간에 있거나 부피에 있는 유리와 동일하다.
특히 바람직하게 프레임은 알루미늄 질화물을 함유한다. 이 물질은 높은 열전도성을 갖지만, 반면에 전기적으로 전도성이 없다. 일반적으로 질화물 세라믹은 화학적으로 매우 불활성이므로 화학적 본딩이 예상되지 않기 때문에 유리와 세라믹 사이의 안정적인 연결을 달성하는 것은 놀랍다. 특히 유리와 AlN의 연관되거나 기대되는 낮은 습윤성은 놀랍다.
세라믹과 유리의 접촉각이 90°보다 큰 경우에도 연결이 이루어지는 것으로 밝혀졌다. 이 경우 세라믹은 유리 요소의 유리와 관련하여 초소수성 물질처럼 거동(behave)한다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 본 개시에 따른 캡으로 봉지(encapsulate)된 광전자 컴포넌트가 또한 제공된다. 컴포넌트는 캐리어 및 캐리어에 고정된 적어도 하나의 전자 회로 요소, 예를 들어, 감광성 또는 발광 구조물 및/또는 감광성 및/또는 발광 요소로 구성된 구조물을 포함하여 - 캡은 캐리어 상에 배치되고 이에 연결됨 -, 전자 회로 요소는 캡과 캐리어 사이에 형성된 공동에 둘러싸이고 밀봉지(hermetically encapsulate)된다. 이 경우 유리 요소는 광을 도입하거나 추출하기 위해 공동에 대한 반투명 윈도우(translucent window)를 형성한다.
캡의 프레임과 같은 캐리어가 질화물 세라믹을 포함하거나 질화물 세라믹으로 제조되는 것이 특히 유리하다. 이를 통해 부품에서 뛰어난 열 방출이 가능하고 동시에 프레임과 캐리어 사이의 열 응력을 방지할 수 있다. 이것은 물론 열팽창 계수의 매칭(matching)을 달성하기 위해 프레임과 캐리어가 동일한 물질로 제조될 때 특히 적용된다. 바람직하게, 프레임 및 캐리어는 알루미늄 질화물을 포함한다. 추가 실시예에 따르면, 세라믹-금속 구조물이 캐리어를 위해 구상된다. 예를 들어, 캐리어는 전자 회로 요소가 그 위에 배열된 질화물 세라믹 레벨 또는 층과, 금속 레벨 또는 층을 갖는 2개의 레벨 또는 층으로 구성될 수 있다. 금속 레벨 또는 층은 더 개선된 열 방출을 제공항 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 보다 정확하게 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1과 도 2는 각각 광전자 컴포넌트의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 광전자 컴포넌트의 평면도를 도시한다.
도 4, 도 5 및 도 6은 프레임과 유리 요소 사이의 계면 영역에 대한 전자 현미경 이미지를 도시한다.
도 7은 캡의 프레임과, 연결 전에 유리 프리폼(glass preform)을 성형하기 위한 몰드부(mold part)를 가진 유리 프리폼을 도시한다.
도 8은 도 7의 배열의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 9는 유리 요소를 프레임 상에 융합하기 위한 연속 오븐(continuous oven)을 도시한다.
도 1은 광전자 컴포넌트(1)를 단면도로 도시한다. 컴포넌트(1)는 개구부(7)를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임(5)과, 개구부(7)를 밀폐하고 질화물 세라믹 상에 융합되고 프레임(5)의 질화물 세라믹과 접촉하여 고정된 유리 요소(8)를 갖는 캡(2)을 포함한다. 도 2에 따르면, 프레임(5)은 유리 요소(8)가 자신의 내부에 배치될 수 있는 자신의 내부 둘레 상의 숄더(shoulder, 60)를 가지며, 숄더의 깊이는 또한 유리 요소의 두께보다 작게 구성될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 도 2의 예의 특정 구성에 제한 없이, 프레임은, 유리 요소(8)가 그 위에 배치될 수 있고 따라서 융합 후에 유리 요소(8)와 접촉하는 숄더(60) 또는 계단을 갖는 것이 제공된다.
도 1 및 도 3의 예시된 예에서와 같이, 개구 공동(11)이 유리 요소(8)의 내측부(17) 상에 캡(2) 내에 형성되는 것이 바람직하다. 그 후 전자 회로 요소(13)는 이 공동(11) 내로 돌출한다.
컴포넌트(1)는 또한 캐리어(10) 및 캐리어(10) 상에 고정된 적어도 하나의 전자 회로 요소(13)를 가지며, 캡(2)은 캐리어(10) 상에 배치되고 이에 연결되어, 전자 회로 요소(13)가 캡(2)과 캐리어(10) 사이에 형성된 공동(11)에 둘러싸이고 밀봉지된다. 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 전자 회로 요소(13)는 UV 발광 다이오드일 수 있다. 따라서, 이 경우 컴포넌트(1)는 UV 광을 방출하기 위한 패키징된 발광 다이오드이다. 여기에 설명된 구조물은 특히 UV 발광 다이오드의 경우에 유리한데, 그 이유는 발광 다이오드의 효율이 단지 낮아서(일반적으로 1% 내지 2 %) 발광 다이오드가 매우 뜨거워지기 때문이다.
프레임(5)과 유리 요소(8)의 양호한 연결은, 유리 요소(8)가 프레임(5)의 개구부(7)에 용융되고 개구부(7)의 내벽(9)에 연결될 때에 특히, 달성되어, 프레임(5)의 내벽(9)이 유리 요소(8)를 환형으로 둘러싸고, 프레임(5)과 유리 요소(8) 사이의 전이를 밀봉한다. 특히 중간 물질 없이 프레임과 유리 요소 사이의 연결을 생성하는 것도 가능하다. 따라서, 유리 요소(8)의 유리와 질화물 세라믹 사이에 직접 계면(57)이 형성되는 것이 제공된다.
이와 관련하여 도 4, 도 5 및 도 6은 상이한 배율로 프레임(5)과 유리 요소(8) 사이의 계면 영역의 전자 현미경 이미지를 도시한다. 바람직한 바와 같이, 이 예의 프레임(5)은 알루미늄 질화물로 구성된다. 스케일은 이미지 아래의 막대에 각각 표시된다. 알루미늄 질화물 세라믹의 입상 구조가 명확하게 보일 수 있다. 계면(57)에서는 전이 영역이 보이지 않는다. 이는 계면에서 프레임(5)의 질화물 세라믹과 유리 요소(8)의 유리 사이에 반응 또는 혼합이 일어나지 않아, 예리한(sharp) 계면이 형성되거나 유리와 알루미늄 질화물 세라믹이 전이 없이 서로 인접해 있음을 나타낸다. 놀랍게도, 이것은 유리 요소(8)의 유리의 조성에 의해 영향을 받을 수 있으며, 특히 비스무트를 함유하는 유리는 이 경우 유리 요소(8)와 프레임(5) 사이의 계면(57)에서의 긴밀한 인터로킹에 불리할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 유리 요소의 유리는 5 wt% 미만, 바람직하게 2 wt% 미만의 비스무트 함량을 가지거나, 적어도 프레임(5)과의 계면(57)에서 심지어 비스무트가 없는 것이 또한 제공된다. 이 도면들은 또한 전체 유리 요소의 연화의 결과로서 유리 요소의 융합으로 인해 전체 계면을 따라 유리와 질화물 세라믹이 서로를 향한다(bear on)는 것을 보여준다. 따라서, 일 실시예에서, 일반적으로 유리와 질화물 세라믹의 면이 서로를 향하고 유리 요소(8)의 유리와 프레임(5)의 질화물 세라믹 사이의 전체 계면(57)을 따라 상보적인 미세 구조물을 갖는 것이 또한 제공된다. 이것은 또한 예를 들어, 레이저 결합 연결(laser-joined connection)과 계면을 구별한다. 이러한 연결의 경우 물질은 예를 들어, 연결선을 따라 국부적으로만 융합된다. 질화물 세라믹은 바람하게는 적어도 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위 내의 평균 입경을 갖는 입도(granularity)를 갖는다. 이로 인해 유리 요소를 단단히 고정시키기 위해 충분히 거친 면이 생성된다. 다른 한편으로, 입자는 전자 회로 요소 또는 요소들의 기밀 인클로저(hermetic enclosure)를 위한 조밀한 구성을 제공하기에 여전히 충분히 작다.
일반적으로, 도 1 및 도 3에 도시된 예에 제한 없이, 여기에 설명된 광전자 컴포넌트의 한 개선에서, 캐리어(10)는 또한 전자 회로 요소(13)로부터의 우수한 열 방출을 달성하기 위해 질화물 세라믹을 포함하는 것이 제공된다.
프레임(5)과 유리 요소(8)의 기밀 연결을 위해, 일반적으로 프레임이 유리 요소(8)의 유리의 열팽창 계수보다 큰 선형 열팽창 계수를 갖는 것이 특히 선호된다. 이는 20℃로부터 유리 요소의 유리 전이 온도(Tg)까지의 온도 간격에서의 유리 요소의 열 팽창 계수의 평균값과 관련하여 프레임의 열 팽창 계수의 평균값에 특히 적용된다. 열팽창 계수의 차이(Δα)는 쉽게 최대 Δα=7·10-6K-1일 수 있다. 바람직하게 차이는 Δα<3·10-6K-1일 수 있다. 열팽창 계수의 차이는 프레임(5)에서 유리 요소(8)의 용융 및 응고 후 냉각 동안 압축 응력의 축적(buildup)을 돕는다. 따라서 열팽창 계수의 차이가 적어도 Δα=2·10-6K-1, 바람직하게 적어도 Δα=0.5·10-6K-1, 가장 바람직하게 적어도 Δα=0.1·10-6K-1인 것이 선호된다.
일반적으로, 하나의 특히 바람직한 실시예에서, 이 목적을 위해 그런 다음, 프레임(5)이 유리 요소(8)에 압축 응력을 가하는 것이 또한 제공된다. 놀랍게도, 열팽창 계수가 거의 같거나 같은 경우 - 즉, 매칭된 글레이징(matched glazing) - 에도 적절한 밀봉된 연결의 형성이 가능하다. 이 경우 대략 동일하거나 실질적으로 동일한 열팽창 계수(α)는 최대 |Δα=1.0·10-6K-1|, 바람직하게 최대 |Δα=0.1·10-6K-1|, 즉, 최대 1.0·10-6K-1의 상기 언급된 값, 바람직하게 최대 0.1·10-6K-1의 프레임과 유리 요소의 열팽창 계수의 크기 차이의 크기 범위를 또한 포함한다. 선택적으로, 이 크기 차이의 범위에서 유리의 열팽창 계수는 프레임의 열팽창 계수보다 크거나 작을 수도 있다.
압축 응력이 유리와 질화물 세라믹을 계면에서 서로에 대해 가압하기 위해서는 유리 요소가 측방향 치수에 비해 너무 얇지 않도록 선택하는 것이 선호된다. 그렇지 않으면, 압축 응력은 유리 요소의 탄성 굽힘에 의해 감소될 수 있다. 2 mm 내지 20 mm의 범위 내의 측방향 또는 측면 치수가 선호된다. 직사각형 또는 정사각형 유리 요소의 경우, 이러한 측정값은 최장 측부 길이이다. 대각선 측정은 그에 따라 더 길 수 있다. 유리 요소(8)의 평균 두께는 바람직하게 0.2 mm 내지 2 mm의 범위 내에 있다. 이러한 측정을 고려하면, 측방향 또는 측면 치수, 즉, 직경 또는 최장 측부 길이에 대한 유리 요소의 평균 두께의 비율은 바람직하게 1/20 미만, 바람직하게 1/15 미만이다. 예를 들어, 유리 요소가 두꺼운 렌즈 또는 광 가이드로 구성된 경우 비율이 1보다 큰 형상도 생각할 수 있다. 프레임(5)은 바람직하게 열 전달을 개선하기 위해 최소 두께를 갖는다. 최소 두께는 높은 압축 응력을 축적하는데도 유리하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임은 0.5 mm 내지 2 mm의 범위 내의 두께 또는 벽 두께를 갖는다. 일반적으로, 표현된 예에 대해 제한 없이, 본 개시에 따른 캡(2)은 치수 및 치수 비율과 관련하여 전술된 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다.
도 3에 도시된 예에서 개구부는 정사각형 형상을 갖는다. 질화물 세라믹으로의 유리의 기밀 연결은, 개구부(7)가 각이 진 또는 다각 형상의 경우 라운드형 코너부(14)를 갖는 경우에, 이 경우에서 일반적으로 이에 따라 또한 용이하게 된다. 이 경우, 라운드형 코너부의 반경이 0.05 mm보다 큰 것이 더욱 특히 선호된다. 유리하게는, 반경은 적어도 0.2 mm이다. 도 3에 도시된 정사각형 형상에 제한 없이, 개구부(7)는 또한 특히 광전자 컴포넌트(1)의 기하학적 구조 또는 기하학적 구조의 사양에 적합하도록 라운드 형상, 타원 형상 및/또는 다른 비라운드(nonround) 형상(즉, 각이 진 또는 다각 형상을 포함함)을 가질 수 있다.
광전자 컴포넌트(1)를 생산하기 위해 캡(2)과 캐리어(10)를 서로 연결하기 위해, 두 부품의 솔더링이 적절하다. 도 1은 금속 솔더(metal solder, 19)에 의한 캡(2)과 캐리어(10)의 연결을 나타낸다. 솔더는 질화물 세라믹에 잘 연결되고 또한 높은 열전도성을 가져서, 캐리어(10)와 캡(2) 사이의 전이에서 낮은 열 저항이 제공된다.
본 개시에 따른 캡(2)은 개구부(7)를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임(5)이 제공되는 방법에 의해 생산될 수 있고, 유리 부품 또는 유리 프리폼이 프레임(5)과 함께 결합되어 프레임(5) 내의 개구부(7)가 폐쇄되며, 유리 프리폼(6)은 유리 프리폼의 유리가 연화되고 프레임(5) 상에 융합되도록 프레임(5)과 함께 등온 가열(isothermally heat)된다.
특히 바람직하게, 개구부(7)를 폐쇄하는 유리 요소(8)를 형성하기 위한 유리 프리폼의 융합은 연속 오븐에서 수행된다. 바람직한 구성에 따른 방법 단계는 순전히 예시적인 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 이와 관련하여 도 7은 캡(2)을 형성하기 위해 프레임(5)에 융합되도록 의도된 프레임(5) 및 유리 프리폼(6)을 도시한다. 이를 위해, 프레임(5)은 몰드부(mold part, 20) 상에 배치되고 유리 프리폼(6)은 프레임(5)의 개구부(7) 내로 배치된다. 몰드부(20)의 상부 측부는 유리 프리폼(6)의 성형 면으로서 사용된다. 가장 간단한 경우, 성형 면은 유리 요소(8)의 평면 외부 면을 형성하기 위해 평면이다.
도 9는 도 8에 도시된 배열의 대안적인 실시예를 도시한다. 여기서, 몰드부(20)는 다이로 구성되고, 다이의 다이 면(22)은 프레임(5)이 배치될 때 프레임(5) 내로 돌출한다. 유리 프리폼(6)은 도 8의 배열에서와 같이 프레임(5)에 배치된다. 그러나, 유리 프리폼(6)은 이제 몰드부(20) 상의 내측부 상을 향한다.
방법의 한 개선에서, 프레임(5)으로의 유리 프리폼(6)의 융합은 연속 오븐에서 수행된다. 이와 관련하여 도 9는 하나 이상의 가열 요소(25)를 갖는 연속 오븐(23)을 도시한다. 특히 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이, 프레임(5)이 위에 배치된 몰드부(20)와 프레임(5)의 개구부(7) 내로 배치된 유리 프리폼(6)은 예를 들어, 컨베이어 벨트(27) 상의 연속 오븐(23)을 통해 운반된다. 연속 오븐은 특히 상이한 온도들, 온도 구배들, 속도들 및/또는 오븐 분위기들을 갖는 구역을 포함할 수 있다.
제어된 방식으로 유리 프리폼(6)으로부터 생산된 유리 요소(8)의 내측부(17)를 또한 성형하기 위해, 방법의 더 바람직한 구성에 따라, 유리가 연화될 때 다이(21)의 압력에 항복하고 개구부(7)의 벽 상으로 가압되도록 다이(21)가 유리 프리폼(6) 상으로 가압되는 것이 제공된다. 이 경우, 유리 요소(8)의 면은 다이(21) 및 몰드부(20)의 면을 따라 동시에 성형된다. 따라서 평면 디스크 형상의 유리 요소(8)만을 형성하는 것은 가능하지 않다. 도 1에 도시된 예는 약간 양면 볼록한 형상을 이미 도시한다. 이 방법으로, 캡(2)의 생산 동안, 예를 들어, 렌즈, 프리즘 또는 예를 들어, 광 가이드와 같은 커플링 요소와 같은 광학 요소로서 작용하는 유리 요소를 성형하는 것이 대응하게 가능하다. 더욱이, 압력의 인가는 전체적으로 긍정적인 효과를 갖지만, 유리 요소(8)와 프레임(5) 사이의 인터록(interlock)의 형성에 대해 유리 요소(8)와 프레임(5)의 열팽창 계수가 실질적으로 동일한 경우 특히 그렇다.
바람직하게 제공되는 바와 같이, 프레임(5)의 선형 열팽창 계수가 유리 요소(8)의 선형 열팽창 계수보다 크면, 프레임(5)이 유리 요소(8)보다 더 강하게 수축하기 때문에, 유리 요소(8)에 작용하는 압축 응력은 유리 요소의 유리 전이 온도 아래로 떨어진 후 결합 냉각(combined cooling) 동안 축적된다. 이러한 압축 응력은 계면(57)에서 질화물 세라믹과 유리를 서로 가압한다. 특히, 한편으로는, 이러한 메커니즘에 의해, 그리고 융합으로 인해 정확히 맞물리는(fitting) 면 구조물에 의해, 초소수성 물질 쌍의 경우에도 밀봉이 달성된다.
1: 광전자 컴포넌트 2: 캡
5: 프레임 6: 유리 프리폼
7: 5 내의 개구부 8: 유리 요소
10: 캐리어 11: 공동
13: 전자 회로 요소 14: 7의 코너부
17: 8의 내측 19: 솔더
20: 몰드부 21: 다이
22: 다이 면 23: 연속 오븐
25: 가열 요소 27: 컨베이어 벨트
57: 프레임(5)과 유리 요소(8) 사이의 계면
60: 숄더

Claims (18)

  1. 광전자 컴포넌트(optoelectronic component)(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2)에 있어서,
    - 개구부(7)를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임(5), 및
    - 상기 개구부(7)를 밀폐(hermetically close)하고, 상기 질화물 세라믹 상에 융합되며, 상기 프레임(5)의 질화물 세라믹과 접촉하여 고정된 유리 요소(8)
    를 포함하는, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  2. 제1항에 있어서, 유리와 질화물 세라믹의 면(surface)들이 서로를 향하고(bear on), 상기 유리 요소(8)의 유리와 상기 프레임(5)의 질화물 세라믹 사이의 전체 계면(57)을 따라 상보적인 미세 구조물(complementary fine structure)을 갖는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  3. 제2항에 있어서, 상기 유리 요소(8)가 상기 프레임(5)의 개구부(7) 내로 용융되고 상기 개구부(7)의 내벽(9)에 연결되어, 상기 프레임(5)의 내벽(9)이 자신의 둘레(circumference)로 상기 유리 요소(8)를 둘러싸고 상기 프레임(5)과 상기 유리 요소(8) 사이의 전이(transition)를 밀봉(hermetically seal)하는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 요소(8)의 내측부(inner side, 17) 상에 캡(2) 내에 개구 공동(open cavity, 11)이 형성되는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 요소의 유리와 상기 질화물 세라믹 사이에 직접 계면(57)이 형성되는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임(5)은 알루미늄 질화물을 함유하는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 요소(8)의 유리와 상기 프레임(5)의 질화물 세라믹 사이의 접촉각은 90°보다 큰 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임은 상기 유리 요소(8)의 유리의 열팽창 계수 이상인 선형 열팽창 계수를 갖고, 특히 20℃로부터 상기 유리의 유리 전이 온도(Tg)까지의 온도 간격에서의 상기 프레임의 열팽창 계수의 평균값이 상기 유리 요소의 열팽창 계수의 평균값 이상인 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  9. 제8항에 있어서, 상기 열팽창 계수의 차이는 적어도 Δα=0.1·10-6K-1이고, 바람직하게 적어도 Δα=0.5·10-6K-1이며, 가장 바람직하게 적어도 Δα=2·10-6K-1인 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리 요소(8)의 유리는 적어도 상기 프레임(5)과의 계면(57)에서 5 wt% 미만, 바람직하게 2 wt% 미만의 비스무트 함량을 갖는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부(7)는 라운드, 비라운드(nonround), 각이 진 또는 다각 형상을 갖고, 바람직하게 상기 개구부(7)는 각이 진 형상 또는 다각 형상의 경우 라운드형 코너부(14)를 갖는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임(5)은 상기 유리 요소(8)에 압축 응력을 가하는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 유리 요소(8)의 측방향 치수(lateral dimension)가 2 mm 내지 20 mm의 범위 내에 있는 특징,
    - 상기 유리 요소(8)의 평균 두께가 0.2 mm 내지 2 mm의 범위 내에 있는 특징,
    - 상기 측방향 치수에 대한 상기 유리 요소(8)의 평균 두께의 비율이 1/20인 특징,
    - 상기 프레임(5)이 0.5 mm 내지 2 mm의 범위 내의 벽 두께를 갖는 특징,
    - 상기 프레임(5)이 상기 유리 요소(8)와 접촉하는 상기 개구부(7) 내의 숄더(shoulder, 60)를 갖는 특징,
    - 상기 프레임(5)의 질화물 세라믹이 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위 내의 평균 입경을 갖는 입도(granularity)를 갖는 특징,
    - 상기 프레임(5)의 개구부(7)가 라운드형 코너부들(14)을 갖고, 상기 라운드형 코너부들(14)의 반경이 0.05 mm보다 긴 특징
    중 적어도 하나에 의해 특징되는 것인, 광전자 컴포넌트(1)의 패키지(3)를 위한 캡(2).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 캡을 갖는 광전자 컴포넌트(1)에 있어서,
    상기 컴포넌트(1)는 캐리어(10) 및 상기 캐리어(10) 상에 고정된 적어도 하나의 전자 회로 요소(13)를 갖고, 상기 캡(2)이 상기 캐리어(10) 상에 배치되고 상기 캐리어(10)에 연결되어, 상기 전자 회로 요소(13)가 상기 캡(2)과 상기 캐리어(10) 사이에 형성된 상기 공동(11) 내에 둘러싸이고 밀봉지(hermetically encapsulate)되며, 상기 유리 요소(8)는 상기 공동에 대한 반투명 윈도우(translucent window)를 형성하는 것인, 광전자 컴포넌트(1).
  15. 제14항에 있어서,
    - 상기 캐리어(10)가 질화물 세라믹을 포함하는 특징,
    - 상기 캐리어(10)가 솔더(solder, 19)로 상기 캡(2)에 연결되는 특징,
    - 상기 전자 회로 요소가 UV 발광 다이오드(13)인 특징
    중 적어도 하나에 의해 특징되는 것인, 광전자 컴포넌트(1).
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 캡(2)을 생산하기 위한 방법에 있어서,
    개구부(7)를 갖는, 질화물 세라믹으로 제조된 프레임(5)이 제공되고, 유리 프리폼(glass preform, 6)이 상기 프레임(5)과 함께 결합되어, 상기 프레임(5) 내의 상기 개구부(7)가 폐쇄되며, 상기 유리 프리폼(6)이 상기 프레임(5)과 함께 등온 가열(isothermally heat)되어, 상기 유리 프리폼(6)의 유리가 연화되고 상기 프레임(5) 상에 융합되는 것인, 캡(2)을 생산하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 유리 프리폼(6) 상으로 다이(21)가 가압되어, 상기 유리가 연화될 때 상기 다이(21)의 압력에 항복(yield)하고 상기 개구부(7)의 벽 상으로 가압되는 것인, 캡(2)을 생산하기 위한 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 프레임(5)의 선형 열팽창 계수가 상기 유리 요소(8)의 선형 열팽창 계수보다 크고, 상기 프레임(5)이 상기 유리 요소(8)보다 더 강하게 수축함으로써, 상기 유리 요소(8)의 유리 전이 온도 아래로 떨어진 후 상기 프레임(5)과 상기 유리 요소(8)의 결합된 냉각(combined cooling) 동안, 상기 유리 요소(8)에 작용하는 압축 응력이 축적(build up)되는 것인, 캡(2)을 생산하기 위한 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060180909A1 (en) 2005-02-14 2006-08-17 Irwin Kim Optical device package
TWM401210U (en) * 2010-09-29 2011-04-01 Forward Electronics Co Ltd Light-emitting diode packaging structure
KR20160147833A (ko) * 2014-04-21 2016-12-23 코닝 인코포레이티드 고 열팽창 유리 및 유리-세라믹의 레이저 용접
WO2017027676A1 (en) 2015-08-12 2017-02-16 Corning Incorporated Sealed devices and methods for making the same
JP2017073489A (ja) 2015-10-08 2017-04-13 エヌイーシー ショット コンポーネンツ株式会社 メタル−ガラスリッドおよびそれを利用したｄｕｖ−ｌｅｄ装置
CN205406561U (zh) * 2016-01-26 2016-07-27 易美芯光（北京）科技有限公司 一种紫外led器件封装装置
EP3408872A1 (en) 2016-01-28 2018-12-05 Corning Incorporated Methods for dispensing quantum dot materials
JP2017191805A (ja) 2016-04-11 2017-10-19 日本電気硝子株式会社 気密パッケージの製造方法及び気密パッケージ
JP6690607B2 (ja) 2016-08-03 2020-04-28 信越化学工業株式会社 合成石英ガラスリッド及び光学素子用パッケージ
US20190074416A1 (en) 2017-09-06 2019-03-07 Coorstek Kk Silica glass member, process for producing the same, and process for bonding ceramic and silica glass
EP3633431A1 (en) * 2018-10-05 2020-04-08 Indigo Diabetes N.V. Weld protection for hermetic wafer-level sealing

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