用於氣密密封應用的低Tg玻璃襯墊的製作方法

2023-05-19 20:16:51

用於氣密密封應用的低Tg玻璃襯墊的製作方法
【專利摘要】玻璃塗覆的襯墊(212)包括襯墊主體(116)，所述襯墊主體(116)限定了內孔(114)並具有第一接觸表面(118)和與第一接觸表面(118)相對的第二接觸表面(119)，以及形成在第一接觸表面(118)和第二接觸表面(119)的一個的至少一部分上的玻璃層。玻璃層包括低熔融溫度玻璃。氣密封裝包括基材/玻璃塗覆的襯墊/基材結構，其可採用熱壓縮密封步驟進行密封。
【專利說明】用於氣密密封應用的低Tg玻璃襯墊
[0001] 相關申請交叉參考
[0002] 本申請根據35U.S.C. § 119要求2012年2月27日提交的美國臨時申請序列第 61/603, 531號以及2012年5月31日提交的美國臨時申請序列第61/653, 690號的優先權， 這兩個申請通過引用全文結合入本文。
[0003] 背景
[0004] 本發明一般地涉及氣密阻隔層，更具體地涉及使用低熔融溫度玻璃來密封固體結 構的方法和組合物。
[0005] 近來的研究顯示，單層薄膜無機氧化物，在室溫或接近室溫下，通常含有納米規格 的孔隙度、針孔和/或缺陷，這排除了將它們成功用作氣密阻隔層，或者對將它們成功用作 氣密阻隔層是具有挑戰性的。為了解決與單層膜相關的明顯缺陷，已經建立了多層封裝方 案。使用多層可以使得缺陷引起的擴散最小化或者減輕該缺陷引起的擴散，並顯著地抑制 環境水分和氧滲透。此類多層方法通常涉及交替的無機和聚合物層，其中緊鄰要保護的基 材或工件形成無機層，並作為多層堆疊中的端層或最頂層。
[0006] 雖然可以對多層或者甚至單層封裝技術進行優化，但是此類毯式封裝方法通常被 限制專用於在線式真空系統。因為常規單層和多層方法涉及複雜加工並且通常成本高，因 此簡單、經濟的氣密層及其形成方法是高度希望的。例如，會希望建立氣密材料和在大氣條 件下產生氣密包封的相關工藝。
[0007] 玻璃-玻璃粘結技術可用於在相鄰基材之間夾住工件，並且通常提供一定程度的 包封。常規地，使用有機膠或無機玻璃玻璃料進行玻璃-玻璃基材粘結（例如板-板密封技 術）。需要完全氣密條件用於長期操作的系統的裝置製造商通常優選無機金屬、焊料或者玻 璃料基密封材料，因為有機膠（聚合物或其他）形成的阻隔通常比無機選項對於水和氧的 可滲透性高許多個數量級的水平。另一方面，雖然無機金屬、焊料或者玻璃料基密封劑可用 於形成不可滲透的密封，但是金屬陽離子組成、形成的氣泡的散射以及分布的陶瓷相組分， 導致所得到的密封界面通常是不透明的。
[0008] 例如，玻璃料基密封劑包含被研磨成粒度通常約為2-150微米的玻璃材料。對於 玻璃料密封應用，將玻璃玻璃料材料與具有相似粒度的負CTE材料混合，並使用有機溶劑 將所得混合物摻混成糊料。示例性負CTE無機填料包括堇青石顆粒（例如Mg2Al3 [AlSi5O18]) 或矽酸鋇。溶劑用於調節混合物的粘度。
[0009] 為了接合兩個基材，可以通過旋塗或絲網印刷，將玻璃玻璃料層施塗到一個或兩 個基材的密封表面上。玻璃料塗覆的基材初始地在較低溫度經受有機燒盡步驟（例如， 250°C，30分鐘），以去除有機載體。然後，沿著各自的密封表面，對將要接合的兩個基材進 行組裝/匹配，然後將該對基材放入晶片粘結器中。在很好限定的溫度和壓力下進行熱壓 縮循環，從而使得玻璃玻璃料熔融形成緊密的玻璃密封。
[0010] 玻璃玻璃料材料，除了具有一定鉛負載組成的玻璃玻璃料材料，具有大於450°C的 玻璃轉化溫度，從而需要在提升的溫度下進行加工，以形成阻隔層。
[0011] 此外，負CTE無機填料（其用於降低典型基材和玻璃玻璃料之間的熱膨脹係數的 失配）會結合到粘結接合件中，並導致既不透明也非半透明的玻璃料基阻隔層。此外，不同 於本發明的方法，在較高的溫度和壓力下實現玻璃料密封。
[0012] 基於上述內容，會希望在低溫下形成氣密和透明的密封。


【發明內容】

[0013] 本文所揭示的是可用於在低溫下形成透明和/或半透明氣密阻隔層的材料和系 統。阻隔層是薄、不可滲透且機械牢固的。例如，阻隔材料與合作密封結構（基材）之間的 密封強度可以是足夠強，以適應相鄰組件之間的大的熱膨脹係數（CTE)差。
[0014] 根據一個實施方式，玻璃塗覆的襯墊可用於形成阻隔層。玻璃塗覆的襯墊包括襯 墊主體，其限定內孔，並具有第一接觸表面和與第一接觸表面相對的第二接觸表面。在第一 接觸表面和第二接觸表面的一個的至少一部分上形成玻璃層。玻璃層的材料包括低熔融溫 度玻璃。
[0015] 玻璃塗覆的襯墊可用於在合作基材（例如相對的玻璃板）之間形成氣密阻隔層。 基材和阻隔層可限定一個內部空間，其中可以放入要保護的工件。因而，本文還揭示了對工 件進行包封的方法。在一個示例性方法中，可以將工件設置在兩個基材的第一個上，或者與 兩個基材的第一個相鄰。在將第一基材與第二基材配對之前，可以將玻璃塗覆的襯墊放置 在工件的外周，使得襯墊的各個玻璃塗覆的表面配置成與各個基材的相應密封表面發生物 理接觸。通過向組件施加壓力和溫度，玻璃層中的玻璃材料會熔化，並沿著襯墊-基材界面 提供共形、氣密密封。
[0016] 本發明的實施方式涉及使用低熔融溫度玻璃塗覆的襯墊的基材-基材粘結。沿著 密封表面設置低熔融溫度玻璃材料作為粘合劑和密封劑。可以熱活化本文所揭示的低熔融 溫度玻璃材料，以提供透明和氣密密封。在一些實施方式中，可以在將工件結合到密封結構 /玻璃塗覆的襯墊組件中之後，進行熱活化。在其他實施方式中，可以結合施加合適的壓力 進行熱活化，即熱-壓縮活化。
[0017] 根據另一個實施方式，可以通過如下方式將工件包封在相對的基材之間：初始在 第一基材的外周密封表面上形成玻璃層。然後可以將待保護的工件放置在第一基材和第二 基材之間，使得玻璃層在工件的外周。在密封步驟中，對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層，並 在第一和第二基材之間形成玻璃密封。例如，可以通過雷射吸收來加熱玻璃層。
[0018] 所揭示的結構和方法在經濟上是有吸引力的，因為它們消除了對工件進行密封所 需的昂貴的真空設備。此外，還可實現較高的製造效率，因為包封速率是由熱活化和粘結形 成所決定的，而不是沉積室或惰性氣體組裝線中的玻璃層的沉積速率。
[0019] 基材粘結方法包括在第一基材的密封表面上形成第一玻璃層，在第二基材的密封 表面上形成第二玻璃層，放置使得至少一部分的第一玻璃層與至少一部分的第二玻璃層物 理接觸，以及對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層並在第一和第二基材之間形成玻璃粘結。
[0020] 另一種基材粘結方法包括在第一基材的密封表面上形成第一玻璃層，提供第二基 材，放置使得至少一部分的第一玻璃層與至少一部分的第二基材的密封表面物理接觸，以 及對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層並在第一和第二基材之間形成玻璃粘結。
[0021] 在以下的詳細描述中給出了本發明的其他特徵和優點，其中的部分特徵和優點對 本領域的技術人員而言，根據所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權利 要求書以及附圖在內的本文所述的本發明而被認識。
[0022] 應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都提出了本發明的實施方式，目的 是提供理解要求保護的本發明的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發 明的進一步的理解，附圖被結合在本說明書中並構成說明書的一部分。附圖舉例說明了本 發明的各種實施方式，並與描述一起用來解釋本發明的原理和操作。
[0023] 附圖簡要說明
[0024] 圖1是根據一個實施方式用於形成氣密密封的封裝的示例性過程的示意圖；
[0025] 圖2是用於形成玻璃塗覆的襯墊的單室噴濺工具的示意圖；
[0026] 圖3是根據各個實施方式的示例性玻璃塗覆的襯墊的示意圖；
[0027] 圖4是用於氣密性加速評估的鈣小片測試樣品的示意圖；
[0028] 圖5顯示根據加速測試的非氣密密封鈣小片（左側）和氣密密封鈣小片（右側） 的測試結果；
[0029] 圖6是根據一個實施方式的通過雷射密封形成氣密密封的裝置的示意圖；
[0030] 圖7是雷射密封的氣密結構的照片；
[0031] 圖8是平面密封表面和外周密封表面的照片；
[0032] 圖9a_9b是包含低熔融溫度玻璃層的LED組件的一個例子；
[0033] 圖IOa-IOc是包含低熔融溫度玻璃層的LED組件的另一個例子；以及
[0034] 圖11是包含低熔融溫度玻璃層的示例性真空隔絕的玻璃窗。
[0035] 詳細描述
[0036] 如圖1所示是用於形成氣密密封的封裝的示例性過程的示意圖。在所示例子中， 使用CO2雷射器，從100微米厚的再拉制的Eagle又汀8；玻璃板切割具有中心孔114的正方 形襯墊112,以形成襯墊主體116。
[0037] 任選地對襯墊的各個主表面118和119進行清潔，然後塗覆500nm厚的低熔融溫 度玻璃的玻璃層。可以通過任意合適的技術在襯墊上形成玻璃層，包括合適的起始材料的 物理氣相沉積（例如噴濺沉積或雷射燒蝕）或者熱蒸發。在所示例子中，通過從包含相應 組合物的靶的蒸發固定裝置180經由噴濺沉積，在襯墊的各個表面上依次地形成玻璃層。
[0038] 在玻璃層沉積之後，將玻璃塗覆的襯墊212組裝到相對的基材302和304之間的 夾層結構中。所述基材可以包括玻璃或者陶瓷基材材料。其他示例性基材可以包括金屬、 金屬合金或者複合基材，例如薄膜塗覆的基材。一種示例性基材是氧化銦錫塗覆的玻璃基 材。另一種示例性基材是鑰塗覆的玻璃基材。另一種示例性基材是低溫、共燒制的陶瓷基 材。任選地，在組裝前，基材的密封表面303和305 (其位於工件330的外周），也可塗覆一 層低熔融溫度玻璃。在組裝的結構內，工件330位於基材302和304之間，在由襯墊主體 116限定的內部空間內。
[0039] 如圖1的最終步驟所示，夾層結構317位於砧322和324之間，在SussSB-6晶 片粘結器的真空室內。在所述室內，在組裝的結構317的厚度上施加單軸壓力（例如， 10-3000psi)，將室抽氣至約10_4託的基礎壓力。真空室然後回充氮氣，內部壓力增加至大 氣壓。以20°C/分鐘的加熱升溫速率將壓制的結構加熱至約290°C的密封溫度，並在290°C 保持30分鐘。然後結構冷卻至室溫。
[0040]或者，可以使用合適的雷射作為加熱源，對壓制的結構進行密封。雷射的焦點可以 掃過結構的密封表面，以使得玻璃層局部熔化。採用355nm雷射的示例性雷射加工條件包 括：重複頻率30kHz(準連續波），平均功率6W，束直徑約1mm，移動速度約lmm/s。影響密封 的平均溫度為T?KPAvD)1/2,其中K是放大參數，P是雷射功率，V是移動速度，D是束直 徑。
[0041] 示例性雷射（例如二極體雷射）包括IR雷射（如CO2雷射）、可見雷射（如氬離 子束雷射或氦-鎘雷射）和UV雷射（如三次諧波產生的雷射）。
[0042] 可以選擇合適的UV雷射功率密度，以明顯地最小化或避免玻璃材料的燒蝕，範圍 可以約為0_400MW/cm2,取決於入射雷射波長。合適的雷射重複頻率可以是約IOHz至約 IOOkHz。
[0043] 本領域技術人員應理解的是，可以基於結構的細節調節形成密封的條件，包括例 如，襯墊幾何形貌、基材類型、工件的選擇和/或用於形成玻璃層的玻璃材料的組成。
[0044] 用於熔化低熔融溫度玻璃材料的加熱溫度的範圍可以是玻璃轉化溫度到玻璃的 第一結晶溫度。該範圍內的熔化等溫線可有助於促進良好密封粘合的流動條件。在一些 實施方式中，用於熔化玻璃材料的溫度可以小於400°C(例如，小於400、350、300、250或 者200°C)，並且可以包括在400、350、300、250、200或者180°C加熱一段規定的時間。在加 熱/熔化過程中施加的壓力範圍可以是10_300psi(例如，5、10、20、50、100、200、500、1000、 1500、2000、2500或3000psi)。可以使用任意合適的加熱時間來形成玻璃密封。加熱時間 可以是10分鐘至4小時（例如，10、30、60、120、180或者240分鐘）。當使用基於雷射的加 熱時，可以使用1毫秒至5分鐘（例如，0. 001、0. 01、0. 1或者1秒）的雷射暴露時間。
[0045] 如圖2示意性所示是用於在襯墊（以及可任選的基材的密封表面）上形成玻璃層 的單室噴濺沉積設備100。所述設備100包括真空室105,其具有襯墊平臺110和任選的掩 模平臺120,所述襯墊平臺110上可以安裝一個或多個襯墊112,所述掩模平臺120可用於 安裝遮光掩模122,用於將不同層圖案化沉積到襯墊上。室105裝有用於控制內部壓力的真 空口 140,以及水冷卻口 150和氣體進口 160。真空室可以是低溫泵送的（CTI-8200/Helix; MA，USA)，並且能夠以適於蒸汽過程（約KT6託）和RF噴濺沉積過程（約KT3託）的壓力 進行操作。
[0046] 如圖2所示，將多個蒸發固定裝置180通過導電導線182與各個電源190相連，所 述蒸發固定裝置180分別具有任選的對應遮光掩模122以用於將材料蒸發到襯墊112上。 可以將待蒸發的起始材料200放入各個固定裝置180中。可以將厚度檢測器186整合到包 括控制器193和控制站195的反饋控制迴路中，從而對沉積的材料的量的控制進行影響。
[0047] 在一個示例性系統中，各個蒸發固定裝置180配備有一對銅導線182以提供操作 功率約為80-120瓦的DC電流。有效的固定裝置電阻通常會與其幾何形貌相關，這會決定 精確的電流和瓦特數。
[0048] 還提供具有噴濺靶310的RF噴濺槍300,用於在襯墊上形成玻璃層。RF噴濺槍300 通過RF電源390和反饋控制器393與控制站395相連。對於將玻璃材料噴濺到襯墊上，可 以將水冷卻的圓柱形RF噴溉槍（0nyx-3?，埃科學公司（AngstromSciences) ,PA州）放置 在室105中。合適的RF沉積條件包括50-150W的正向功率（〈1W的反射功率），其對應約 5A/s的典型沉積速率（美國先進能源公司（AdvancedEnergy,Co,USA))。在一些實施方式 中，玻璃層的厚度（即剛沉積的厚度）可以約為200nm至50微米（例如，約0.2、0.5、1、2、 5、10、20 或 50 微米）。
[0049] 可以通過室溫噴濺一種或多種合適的低熔融溫度玻璃材料或者這些材料的前體， 來形成玻璃層，但是也可以使用其他薄膜沉積技術。為了適應各種襯墊構造，可以使用遮光 掩模122以原位產生合適的圖案化的玻璃層。或者，可以使用常規的光刻和蝕刻技術，在毯 沉積到襯墊表面上之後，來形成圖案化的玻璃層。
[0050] 本發明涉及使用低熔融溫度玻璃來形成氣密密封。如本文所述，低熔融溫度玻璃 的熔化溫度小於500°C，例如小於500、400、350、300、250或200°C。
[0051] 根據一些實施方式，玻璃材料的選擇和將玻璃材料結合到阻隔層中的加工條件是 足夠靈活的，使得襯墊或工件都不受到形成密封的結構的負面影響。
[0052] 示例性低熔融溫度玻璃材料可以包括銅氧化物、錫氧化物、矽氧化物、磷酸錫、氟 磷酸錫、硫屬化物玻璃、亞碲酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃，及其組合。玻璃層可包含一種或多種摻 雜劑，包括但不限於，鈰、鎢和鈮。任選地加入一種或多種摻雜劑可增加玻璃材料在雷射加 工波長的吸收，這使得能夠用基於雷射的方法來進行熔化和密封。示例性的摻雜玻璃材料 在雷射加工波長處具有至少10% (例如，至少20%、50%或80% )的吸收。
[0053] 合適的氟磷酸錫玻璃的示例性組成包含：20-75重量％的錫、2-20重量％的磷、 10-46重量％的氧、10-36重量％的氟和0-5重量％的鈮。示例性氟磷酸錫玻璃包含：22. 42 重量％的Sn、ll. 48重量％的P、42. 41重量％的0、22. 64重量％的F和1. 05重量％的Nb。 示例性的鶴摻雜的氟磷酸錫玻璃包含：55-75重量％的錫、4-14重量％的磷、6-24重量％的 氧、4-22重量％的氟和0. 15-15重量％的鎢。合適的低熔融溫度玻璃組合物的額外方面以 及用於從這些材料形成玻璃層的方法見共同轉讓的美國專利第5, 089, 446號以及美國專 利申請系列第 11/207, 691 號、第 11/544, 262 號、第 11/820, 855 號、第 12/072, 784 號、第 12/362, 063號、第12/763, 541號和第12/879, 578號所述，其全文通過引用結合入本文。
[0054] 在本發明的各個實施方式中，阻隔層是透明和/或半透明的、薄的、不可滲透的、 "綠色的（green) "，並且配置成在低的溫度下形成氣密密封，並且具有足夠的密封強度以適 應阻隔材料和密封結構（基材）之間的大的CTE差。在一些實施方式中，玻璃層不含填料。 在其他一些實施方式中，玻璃層不含粘合劑。在其他一些實施方式中，玻璃層不含填料和粘 合劑。此外，沒有使用有機添加劑來形成氣密密封。如上所述，用於形成玻璃層的玻璃材料 不是基於玻璃料的或者從研磨的玻璃形成的粉末。
[0055] 襯墊材料可以是耐用、且對於水分和空氣是氣密性的無機氧化物玻璃或陶瓷。其 可以是透明的或者半透明的。可以從硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃或者鋁矽酸鹽玻璃形成示例 性襯墊。
[0056] 可以使用玻璃塗覆的襯墊進行粘結的基材可以包括無機氧化物玻璃或陶瓷。此類 材料可以是耐用的，並且對於水分和空氣是氣密性的。基材自身可以是透明或者半透明的。 除了玻璃或陶瓷基材，還可以使用透明有機基材。如果使用有機基材的話，可以用氣密無機 材料進行塗覆。示例性玻璃基材包括硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃和鋁矽酸鹽玻璃。示例性有 機基材包括聚丙烯酸酯Plexiglas基材，其可以塗覆有玻璃層。
[0057] 根據各個實施方式，本發明涉及對工件進行氣密包封的方法。在一個此類方法中， 沿著各自的密封表面將一對基材密封在一起。沿著密封表面提供玻璃塗覆的襯墊，並且使 用組裝後熱機械處理來熔化密封表面的玻璃層，以形成氣密阻隔層。玻璃塗覆的襯墊和粘 結的基材可以合作形成內部體積，可以將待保護的工件放在其中。
[0058] 可以使用任意合適的熱源對玻璃層進行整體或局部加熱，以形成阻隔層。此類熱 源包括平行加熱板、烘箱、雷射等。
[0059] 在一些實施方式中，玻璃塗覆的襯墊配置成與相對基材的各密封表面是共形或基 本共形的，從而有助於形成機械牢固的氣密密封。雖然本發明的各個實施方式考慮完全氣 密的結構，但是也可形成"半氣密"結構。半氣密結構可包括構造成用於具體應用的運輸線、 纜線或其他材料的故意的間隙或通孔。
[0060] 兩個示例性襯墊幾何形貌如圖3所示。各個襯墊112a和112b包括襯墊主體116， 其限定了孔114。襯墊112a包括連續主體，而襯墊112b包括間隙113,在密封結構中，固態、 液態或氣態元素可通過該間隙113。
[0061] 可以使用常規晶片粘結測試，測定在玻璃層和相對的基材之間形成的密封強度， 其包括在兩個密封的基材間插入標準剃刀片，並測量建立穩定的、時間獨立的開口裂紋的 長度。可以通過分層程度確定密封強度Y(單位J/m2)，可以表述為r=If其中E是 基材的楊氏模量，S源自剃刀片的厚度，t是基材厚度，L是平衡裂紋長度。
[0062] 根據一些實施方式，在密封后，密封結構和襯墊之間的密封強度大於0. 05J/m2 (例 如，約為 〇· 05、0· 1、0· 2、0· 3、0· 4 或 0· 5J/m2)。
[0063] 為了評估所提出的玻璃組合物的氣密性，使用單室噴濺沉積設備100來製備鈣小 片測試樣品。在第一步驟中，將鈣彈（st〇ck#10127;阿法埃莎公司（AlfaAesar))蒸發通過 遮光掩模122,形成以5x5陣列分布在2. 5平方英寸的玻璃基材上的25個鈣點（直徑0. 25 英寸，厚100nm)。為了鈣蒸發，將室壓降低至約KT6託。在初始預浸步驟中，將蒸發固定裝 置180的功率控制在約20W，持續約10分鐘，之後為沉積步驟，其中功率增加至80-150W，在 各個基材上沉積約IOOnm厚的鈣圖案。
[0064] 在鈣蒸發之後，圖案化的鈣小片使用對比無機氧化物材料以及根據各個實施方式 的氣密性低熔融溫度玻璃材料進行包封。使用室溫RF噴濺壓制粉末噴濺靶沉積玻璃材料。 使用手動加熱臺式水壓機（卡福壓制公司（CarverPress)，型號4386,美國印第安納州沃 巴什市（Wabash,IN,USA))來分開地製備壓制粉末靶。壓制通常在約200°C下以20,OOOpsi 操作2小時。
[0065]RF電源390和反饋控制393 (美國先進能源公司）用於在鈣上直接形成厚度約為 2微米的玻璃層。沒有採用後沉積熱處理。RF噴濺過程中的室壓約為1毫託。
[0066] 圖4是測試樣品的截面圖，所述測試樣品包含玻璃基材400、圖案化鈣小片（約 100nm)402以及玻璃層（約2um)404。為了評估玻璃層的氣密性，將鈣小片測試樣品放入烘 箱中，並以固定的溫度和溼度（通常85°C和85%相對溼度（"85/85測試"））經受加速環 境老化。
[0067] 氣密性測試光學地監測真空沉積的鈣層的外觀。剛沉積的各個鈣小片具有高度反 射性金屬外觀。在暴露於水和/或氧之後，鈣發生反應，並且反應產物是不透明的、白色且 片狀的。鈣小片在85/85烘箱中存活1000小時相當於包封膜在環境操作下存活5-10年。 在60°C和90%相對溼度下，測試的檢測限約為l(T7g/m2/天。
[0068] 圖5顯示非氣密密封和氣密密封的鈣小片在暴露於85/85加速老化測試後的通常 性質。在圖5中，左列顯示直接在小片上形成的Cu2O膜的非氣密性包封性質。所有的Cu2O塗覆的樣品都沒有通過加速測試，鈣點小片的災難性的分層證實了水分滲透通過Cu2O層。 右列顯示接近50%的樣品包含CuO沉積的氣密層的積極測試結果。在右列樣品中，34個完 好的鈣點的金屬質感（總計75個測試樣品）即是證據。
[0069] 本文所揭示的阻隔層的滲透係數可以比採用基於有機材料密封所能實現的值高 數個數量級。採用所揭示的材料和方法密封的裝置可以展現小於l〇_6g/m2/天的水蒸氣透 過率（WVTR)，這實現了長期操作。
[0070] 從實用性目的來說，氣密層是被認為是這樣的一種層，它基本不透氣並且基本不 透水分。舉例來說，氣密阻隔層可配置成將氧流逸（擴散）限制到小於約l〇_2cm3/m2/天 (例如，小於約l〇_3cm3/m2/天），並且將水流逸（擴散）限制到約l(T2g/m2/天（例如，小於 約l(T3g/m2/天、l(T4g/m2/天、l(T5g/m2/天或者l(T6g/m2/天）。在一些實施方式中,氣密薄膜 基本抑制空氣和水與下方工件發生接觸。
[0071] 如圖6示意性顯示了根據一個實施方式形成包封工件的方法。在初始步驟中，沿 著第一平面玻璃基材302的密封表面形成圖案化的玻璃層380。沿著適於嚙合第二玻璃基 材304的密封表面的外周密封表面形成玻璃層。當第一和第二基材進入匹配配置時，它們 與玻璃層合作限定了內部體積342,所述內部體積342裝納待保護的工件330。在所示的例 子中（其顯示組件的分解圖），第二基材包括凹陷部分，工件330位於所述凹陷部分中。
[0072] 可以使用雷射器500的聚焦雷射束501來熔化低溫度玻璃，並形成阻隔層。在一 個方法中，雷射可以聚焦通過第一基材302,然後移動（掃描）跨過密封表面，以局部地加熱 玻璃材料並形成阻隔層。為了影響玻璃層的局部熔融，玻璃層優選地以雷射加工波長進行 吸收，同時基材在雷射加工波長是透明的（例如，至少50%、70%或90%透明）。如圖7所 示是雷射密封的氣密結構的照片。在一個非所示的實施方式中，可以首先在合適的襯墊上 形成玻璃層，然後可以將玻璃塗覆的襯墊設置在第一和第二基材的密封表面之間。
[0073] 雷射密封方法可涉及烙接過程（weldingprocess)和/或焊接過程（soldering process)。例如，在烙接過程（weldingprocess)中，在玻璃層和玻璃基材的一個或兩個密 封表面的至少一部分中發生局部烙融。另一方面，在焊接過程（solderingprocess)中，在 玻璃層中發生局部熔融，但是基本避免玻璃基材中的熔融。
[0074] 如圖8所示是展現玻璃基材的平面密封和外周密封的照片。在各個例子中，將 500nm厚的玻璃層初始地沉積到各接觸表面上，然後通過在升高的溫度下施加壓力，使得它 們接觸並粘結。圖8中的第一排顯示兩個氟化鎂玻璃窗，使用Carver壓製機，在空氣中，在 180°C，1132psi，對其進行壓力粘結。中間排中顯示的密封的玻璃夾層結構是用SussSB-6 晶片粘結器，以IOpsi進行壓力粘結，並在290°C(左）或350°C(右）保持30分鐘。在每 個此類例子中，將剃刀片插入相對的玻璃板之間，以評估密封界面的強度。底排的密封玻璃 襯墊結構在IOpsi用SussSB-6晶片粘結器壓力粘結，並在350°C保持30分鐘。
[0075] 在前述例子中，使用未摻雜的氟磷酸錫玻璃（上左）和鎢摻雜的氟磷酸錫玻璃 (上右）密封氟化鎂窗。圖8的中間排和底排所顯示的樣品採用鈮摻雜的氟磷酸錫組合物 進行密封。示例性未摻雜的、鎢摻雜的和鈮摻雜的組合物（表述為起始材料的重量百分比） 總結見表1。
[0076] 在一些實施方式中，可以在玻璃襯墊的接觸表面上形成玻璃層。在其他實施方式 中，可以在玻璃基材的接觸表面上形成玻璃層。
[0077] 表1.低熔融溫度玻璃組合物
[0078]

【權利要求】
1. 一種玻璃塗覆的襯墊，其包括襯墊主體，所述襯墊主體限定內孔，並具有第一接觸表 面和與第一接觸表面相對的第二接觸表面，以及 玻璃層，其形成在所述第一接觸表面和第二接觸表面的一個的至少一部分上。
2. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層包括選自下組的玻璃材料：氟磷 酸錫玻璃、鎢摻雜的氟磷酸錫玻璃、硫屬化物玻璃、亞碲酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻 3? 〇
3. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層包括玻璃材料，所述玻璃材料包 含： 20-75重量％的Sn， 2-20重量％的卩， 10-36重量％的0， 10-36重量％的？，以及 0-5重量％的Nb。
4. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層包括玻璃材料，所述玻璃材料包 含： 55-75重量％的Sn， 4-14重量％的卩， 6-24重量％的0， 4-22重量％的？，以及 0. 15-15 重量％ 的 W。
5. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層包括玻璃轉化溫度小於400°C的 玻璃材料。
6. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層形成在第一接觸表面和第二接 觸表面的至少一個的基本全部的上面。
7. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述襯墊主體包括選自下組的材料：玻璃、 陶瓷、玻璃陶瓷、金屬和聚合物。
8. 如權利要求1所述的襯墊，其特徵在於，所述玻璃層是光學透明的。
9. 一種對工件進行氣密密封的方法，所述方法包括： 提供玻璃塗覆的襯墊，所述玻璃塗覆的襯墊具有襯墊主體，所述襯墊主體限定了內孔、 第一接觸表面和與第一接觸表面相對的第二接觸表面，其中在第一接觸表面和第二接觸表 面的一個的至少一部分上形成玻璃層； 將玻璃塗覆的襯墊和待保護的工件放置在第一基材和第二基材之間，其中所述玻璃塗 覆的襯墊位於工件的外周；以及 對玻璃塗覆的襯墊進行加熱，以熔化玻璃層並在襯墊主體和基材之間形成玻璃密封。
10. -種對工件進行氣密密封的方法，所述方法包括： 在第一基材的外周密封表面上形成玻璃層； 將待保護的工件放置在第一基材和第二基材之間，其中所述玻璃層位於工件的外周； 以及 對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層，並在第一和第二基材之間形成玻璃密封。
11. 一種基材粘結方法，所述方法包括： 在第一基材的密封表面上形成第一玻璃層； 在第二基材的密封表面上形成第二玻璃層； 放置使得至少一部分的第一玻璃層與至少一部分的第二玻璃層物理接觸；以及 對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層，並在第一和第二基材之間形成玻璃粘結。
12. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述第一基材是滲透了磷光體的玻璃板。
13. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述第二基材包含氮化鎵。
14. 一種粘結結構，其包括通過中間玻璃層與第二基材粘結的第一基材，其中，玻璃層 包含選自下組的玻璃材料：氟磷酸錫玻璃、鎢摻雜的氟磷酸錫玻璃、硫屬化物玻璃、亞碲酸 鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和磷酸鹽玻璃。
15. 如權利要求14所述的粘結結構，其特徵在於，所述第一基材是滲透了磷光體的玻 璃板。
16. 如權利要求14所述的粘結結構，其特徵在於，所述第二基材包含氮化鎵。
17. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述加熱包括雷射加熱。
18. -種基材粘結方法，所述方法包括： 在第一基材的密封表面上形成第一玻璃層； 提供第二基材； 放置使得至少一部分的第一玻璃層與第二玻璃基材的至少一部分的密封表面物理接 觸；以及 對玻璃層進行加熱以熔化玻璃層，並在第一和第二基材之間形成玻璃粘結。
19. 如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述加熱包括雷射加熱。
20. -種玻璃塗覆的基材，其具有第一接觸表面和與第一接觸表面相對的第二接觸表 面，以及 玻璃層，其形成在所述第一接觸表面和第二接觸表面的一個的至少一部分上。
【文檔編號】H01L51/52GK104364927SQ201380020609
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年2月25日 優先權日:2012年2月27日
【發明者】S·E·科瓦, X·李, S·L·洛谷諾夫, M·A·凱斯達, W·R·特魯特納 申請人:康寧股份有限公司