KR20080030557A - 단열 유리 유닛 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리는 투명한 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 창유리 시트를 포함한다. 제 1 밀봉 부재는 내부 모서리 및 외부 모서리를 갖으며, 내부 모서리는 확산 결합에 의해 제 1 창유리의 주변부 주변에 기밀적으로 부착된다. 제 2 밀봉 부재는 내부 모서리 및 외부 모서리를 갖으며, 내부 모서리는 확산 결합에 의해 제 2 창유리의 주변부 주변에 기밀적으로 부착되고, 외부 모서리는 제 1 밀봉 부재의 외부 모서리에 기밀적으로 부착된다. 스페이서 어셈블리는 제 1 창유리 시트와 제 2 창유리 시트 사이의 갭을 유지시키기 위하여 이들 사이에 배치되며, 이에 의해 기밀적으로 밀봉된 공동은 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이에 규정된다.
창유리 시트, 밀봉 부재, 스페이서 어셈블리, 다중-판유리 창 어셈블리.
Description
관련 출원들에 대한
크로스
레퍼런스
본원은 2006년 5월 4일에 출원된 미국 특허출원 제 11/381,733호(Atty. Dkt. No. STRK-27,637), 2006년 5월 4일에 출원된 미국 특허출원 제 11/381,742(Atty. Dkt. No. STRK-27663)호, 2005년 5월 6일에 출원된 미국 특허 가출원 제 60/678,570호(Atty. Dkt. No. STRK-27,067), 및 2005년 8월 11일에 출원된 미국 특허 가출원 제 60/707,367호(Atty. Dkt. No. STRK-27,275)의 우선권 주장 이익을 향유한다.
2006년 5월 4일에 출원된 미국 특허출원 제 11/381,733호(Atty. Dkt. No. STRK-27,637), 2006년 5월 4일에 출원된 미국 특허출원 제 11/381,742호(Atty. Dkt. No. STRK-27663)는 2004년 1월 27일에 출원된 미국 특허출원 제 10/766,493호(Atty. Dkt. No. STRK- 26,581)의 일부계속출원인데, 상기 특허출원 제 10/766,493호는 2003년 12월 14일에 출원되어 현재 미국 특허 제 6,962,834호로 등록된 미국 특허출원 제 10/766,493호(Atty. Dkt. No. STRK- 26,581)의 일부계속출원이고, 2002년 4월 26일에 출원되어 현재 미국 특허 제 6,723,379호로 등록된 미국 특허출원 제 10/133,049호(Atty. Dkt. No. STRK-26,033)의 일부계속출원이며, 2002년 3월 22일에 출원되어 현재 미국 특허 제 6,627,814호로 등록된 미국 특허출 원 제 10/104,315호(Atty. Dkt. No. STRK-25,911)의 일부계속출원이다.
발명의 기술분야
본 발명은 열적으로 단열된 건물 창(windows)에 관한 것이며, 보다 바람직하게는 창유리(windowpanes) 사이의 공간에 배치된 진공(vaccum) 또는 열적으로 단열시키는 재료를 지니는 다중창유리유닛(multi-pane glazing units)에 관한 것이다.
발명의 배경기술
광, 광전지, 광학 및 마이크로-기계 장치들은 대개 패키징되는데 활성 엘리먼트(active elements)(즉, 에미터, 리시버, 마이크로-미러, 등)가 밀봉된 챔버내에 배치되어 상기 엘리먼트들이 조작 및 다른 환경적 위험으로부터 보호되도록 하는 그러한 방식이다. 많은 경우에 있어서, 상기 챔버가 기밀적으로 밀봉되어 챔버와 주위환경 사이에 기체의 유입, 배기 또는 교환이 차단되는 것이 바람직하다. 물론, 창은 요망되는 파장의 빛 또는 다른 전자기적 에너지가 상기 패키지 내로 들어오고/오거나 나갈수 있도록 장치되어야 한다. 일부 경우, 예컨대, 가시광선이 관여되면, 상기 창은 시각적으로 투명하게 보일 것이나, 다른 경우 상기 창은 요망되는 파장의 전자기 에너지를 "광학적으로" 투과시키는 한편 그럼에도 불구하고 시각적으로 불투명할 수 있다. 많은 경우, 상기 창은 장치의 성능을 향상시키기 위해 특정 광학적 성질을 부여받게 된다. 예를 들어, 유리 창이 소정 곡선 또는 평 면 명세(specifications)를 달성하기 위해 그라인딩(grinding)되고 연마(polishing)될 수 있는데, 이는 상기 유리 창을 통해 지나가는 빛이 특정 패턴으로 분산되게 하고/거나 왜곡되는 것을 피하기 위함이다. 다른 경우, 창을 통한 광 투과를 개선하기 위해 무-반사(anti-reflective) 또는 무-굴절(anti-refractive) 코팅을 상기 창에 적용할 수 있다.
그러므로 창을 가지고 있는 기밀적으로 밀봉된 마이크로-장치 패키지는 일반적으로 금속 프레임(frames) 및 유리재질 창유리(glass windowpanes)를 지니는 커버 어셈블리를 사용하여 생산되어 왔다. 따라서 요망되는 기밀 밀봉을 달성하기 위해, 지금까지 유리재질 창유리(또는 다른 투명 창 재료)는 몇몇 방법들 중 어느 한 방법에 의해 그의 금속성 프레임에 융합되어 왔다. 상기 방법들 중 첫번째 방법은 상기 창유리를 로(furnace)내에서 상기 창의 유리 전이 온도, TG 및/또는 상기 창의 연화 온도 Ts(일반적으로 900℃ 또는 그 이상)를 초과하는 온도로 가열하는 것이다. 그러나, 융합 온도가 TG 또는 Ts 이상이기 때문에, 일반적으로 상기 유리재질 창유리의 본래 표면 마감(finish)은 못쓰게 되고, 이는 필요한 광학적 특성을 획득하기 위해 융합 후 상기 창유리의 양 표면들을 마감 또는 재-마감(예를 들어, 그라인딩 및 연마)할 필요가 있게 된다. 창유리의 이러한 연마는 상기 커버 어셈블리의 제조 공정이 진행되는 동안 부가적인 공정 단계들을 요하는데, 상기 단계들은 비교적 시간 및 노동의 집중을 요하는 경향이 있으며, 그로 인해 상기 커버 어셈블리의 가격이 상당히 올라가게 되며, 결국 전체 패키지의 가격이 상승하게 된 다. 게다가, 부착된 프레임의 위 및 아래로 유리를 돌출시키기 위하여 상기 유리의 양 측면을 연마하여야 할 필요가 있다. 이것은 유리 두께, 치수(dimentions), 등의 측면에서 상기 커버 어셈블리의 디자인 옵션을 제한하게 되며, 또한 재료비가 증가하는 결과를 초래할 수 있다.
투명 창을 프레임에 용접으로 부착되도록 하는 두번째 방법은 금속 또는 금속-합금 땜납(solder) 재료 물질로 만들어진 별개의 예비성형품(preform)을 사용하여 상기 두 물체(items)을 함께 납땜하는 것이다. 상기 땜납 예비성형품은 미리-도금된(pre-metallized) 창 및 금속 또는 도금된 프레임 사이에 놓이며, 상기 납땜(soldering)은 로내에서 수행된다. 납땜이 일어나는 동안, 아주 큰 압력을 가하지는 않는데, 즉, 부품들이 그들의 제위치에 유지될 수 있을 정도의 압력만이 가해지게 된다. 이러한 유형의 납땜의 경우, 가장 일반적인 납땜 예비성형물은 공융 금-주석(eutectic gold-tin)이다.
공융 금-주석 땜납은 280℃에서 용융되고 납땜된다. 20℃에서 상기 납땜의 저열팽창계수(CTE)는 16 ppm/℃이다. 상기 두가지 특성들은 조립된 창의 신뢰성에 세 가지 결점을 초래한다. 첫째, 280℃에서 실온(ambient)까지의 온도에서 밀-스펙 코바(Mil-Spec kovar)의 CTE는 대략 5.15 +/- 0.2 ppm/℃이고, 한편 코바와의 밀봉이 의도된 대부분의 창 유리는 동일 온도 범위 전반에 걸쳐 더 높은 평균 CTE를 갖는다. 설정 온도 280℃에서 실온으로 냉각되는 동안, 상기 유리는 그것이 부착된 코바 프레임보다 더 큰 비율로 수축하게 된다. 냉각된 유리는 장력(tension)을 받는 상태일 것이고, 이러한 이유로 균열(cracking)되기 쉽다. 균열을 피하기 위해, 냉각후 장력이 상쇄되거나 압축이 조금만 일어나도록 하기 위해서 상기 유리는 평균적으로 상기 코바 보다 동일하거나 조금 더 낮은 CTE를 가져야 한다. 액상(liquidus)/고상(solidus) 온도가 더 낮은 땜납을 사용하는 것은 코바가, 유리의 평균 CTE와 더 상당히 근접한, 더 높은 평균 CTE에 놓이게 한다. 그러나, 이것은 금속-합금 땝납 밀봉의 두 번째 결점을 악화시킨다.
유리를 코바 프레임과 납땜하는 것에 대한 두 번째 결점은 상기 창 어셈블리가 채용된 땜납의 액상 온도 이상의 온도에서 층간분리(delamination)될 것이라는 것이다. 액상/고상 온도가 더 낮은 땝납을 사용하는 것이, 코바 및 유리 간의 CTE 불일치를 감소시키기는 하지만, 상기 창 어셈블리의 응용을 더 제한한다. 대부분의 무연(lead-free) 땝납들은 공융 Sn/Pb의 183℃보다 더 높은 액상/고상 온도를 갖는다. 표면실장기술(Surface-Mount Technology, SMT) 리플로우(reflow) 오븐은 인쇄회로기판(Printed- Wiring Board, PWB) 어셈블리들을 땝납의 액상/고상 온도보다 15-20도 이상 가열할 수 있는 프로필을 갖추고 있다. 그래서 저 융점 땝납 예비성형품을 사용하여 장치의 창이 제조되는, MOEMS 장치의 PWB에 대한 SMT 리플로우-납땜 부착은 창 어셈블리의 땝납을 리플로우시키는 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있으며, 상기 리플로우는 창 층간분리를 초래하게 된다.
세번째 결점은 유리와 코바 프레임 사이의 중간층에 존재하는 땜납이 결합되는 상기 두 재료들의 CTE를 3배까지 초과하는 CTE를 갖는다는 것이다. 이상적으로는 상기 중간 결합재료가 결합되는 상기 두 물질 중간에서 보완하는 CTE를 가질 것이다.
유리재질 창을 프레임에 기밀적으로 부착하기 위한 세번째 방법은 땜납-유리(solder-glass) 재료를 사용하여 상기 두 재료들을 함께 납땜하는 것이다. 땜납-유리는 특히 낮은 용융점을 갖는 특별한 유리이다. 상기 유리는 결합되어야 하는 재료들을 열적으로 손상시키지 않으면서 유리를 다른 유리, 세라믹, 또는 금속에 결합하는데 사용된다. 납땜은 점도 범위 h내에서 수행되는데, 땜납-유리의 경우 상기 h는 그 범위가 104 내지 106 dPas(포이즈)이며; 이는 일반적으로 350℃ 내지 700℃ 범위 이내의 온도 범위 T(유리재질 땜납 또는 땜납-유리의 경우)에 해당한다.
일단 기밀적으로 밀봉된 창을 가지는 커버 어셈블리가 제조되면, 기밀적으로 밀봉된 마감된 패키기를 생산하기 위하여 상기 커퍼 어셈블리가 일반적으로 기재(즉, 기판)에 심용접(seam welding)된다. 심용접은 프레임/기재 접합부(junction)에서 국소적으로 약 1,100℃의 온도를 생성하기 위해 정밀하게 인가되는 AC 전류를 사용하며, 그로 인하여 금속제 커버 어셈블리가 패키지 기재에 용접되며 기밀 밀봉(hermetic seal)이 이루어지게 된다. 유리재질 창유리 또는 패키지의 뒤틀림을 방지하기 위해, 상기 커버 어셈블리의 금속 프레임은 투명한 창 재료 및 상기 패키지 기재의 CTE와 유사한 CTE(즉, 열팽창계수)를 갖는 금속 또는 금속 합금으로 제조되어야 한다.
밀봉된 마이크로-장치 패키지를 위한 알맞은 창 어셈블리가 상기 기술한 방법들에 의해 지금까지 생산되어 왔으나, 창 어셈블리의 비교적 높은 비용은 이들의 광범위한 응용에 중대한 장애요인이 된다. 그러므로, 각각의 패키지 생산과 관련 된 노동 비용을 절감시키는 패키지 및 구성요소 디자인 및 조립 방법에 대한, 요구가 존재한다.
더 나아가서 완성된 패키지를 생산하기 위해 소요되는 제조 순환 시간을 최소화할 패키지 및 구성요소 디자인 및 조립 방법에 대한, 요구가 여전히 존재한다.
각각의 패키지 생산을 위해 요구되는 공정 단계의 수를 줄일 수 있는 패키지 및 구성요소 디자인 및 조립 방법에 대한, 요구가 여전히 존재한다. 공정 단계 수의 감소가 장치 생산에 요구되는 오버헤드(overhead)/플로어(floor) 공간, 제조를 위해 필수적인 중요 장비의 수량, 및 다양한 공정 단계들 간에 작업 대상물들(work pieces)의 이동과 연관된 조작 비용을 줄일 수 있다고 이해될 것이다. 결과적으로 노동 비용의 절감도 초래할 수 있다. 물론, 더 나아가서 상기 절감이 기밀성 패키지를 생산하는 비용을 감소시킬 것이다.
초기 재료 비용을 줄이거나, 생산과정에서의 폐기물 양 또는 손실을 줄임으로써, 또는 상기 둘 모두를 줄임으로써, 각각의 패키지와 관련된 전반적인 재료 비용을 줄이게 될 패키지 및 구성요소 디자인 및 조립 방법에 대한, 요구가 여전히 존재한다.
많은 유형의 다중-판유리 단열창 어셈블리가 공지되어 있다. 일반적인 다중-판유리 단열창 어셈블리는 최소한 프레임에 의해 결합된 두개의 창유리들로 구성되는데, 상기 프레임은 상기 창유리 사이의 공간을 유지한다. 상기 공간은 공기 또는 또 다른 열 단열 재료, 일반적으로 기체로 채워진다. 다중-판유리 단열창 어셈블리는 대개 단일-판유리 창(single-pane windows)보다 열 단열 특성이 우수하 나, 흔히 단열 성능의 추가 개선이 요망된다.
진공-창 유닛(vacumm-glazing unit, VGU)은, 진공 또는 부분 진공이 상기 창유리 사이에 유지되는 것을 제외하고는, 다중-판유리 단열창 어셈블리와 유사한 창 어셈블리이다. 상기 유형의 구조물의 목적은 공기- 또는 기체-충진 단열창 어셈블리로부터 얻을 수 있는 높은 수준의 열 단열을 갖는 단열 창 유닛을 생산하는 것이다. 그러나, 현재까지의 경험으로는, 내구력있고 신뢰할 수 있는 VGU를 생산하는데에는 많은 문제점들이 있다. 예를 들어, 연장된 기간 동안 진공(또는 부분 진공)을 유지하기 위해 요구되는 기밀성(hermeticity)을 갖는 창유리 및 프레임 사이의 밀봉을 획득하기에는 어려움이 있다는 것이 입증된 바 있다. 더 나아가, 최종적으로 누출 및 균열 없이 (예컨대, 외부 온도에서의 변형 및/또는 고-성능 HVAC 시스템의 사용으로 초래되는) 대규모적이고/이거나 급속한 열 순환에 견딜 수 있는 외벽 설비(즉, 건물의 외부와 접하고 있는(옥외의) 벽과 문)를 생산하는 것은 어렵다는 것이 입증된 바 있다. 그러므로 옥외의 벽과 문에, 또한 그외에 다른 용도로 사용하기 적당한 개선된 VGU 및 내구력있고 신뢰할 수 있는 VGU에 대한, 요구가 존재한다.
2005년 6월 10일자 미국에너지국(Department of Energy, DOE)의 진술서(solicitation)는 하기와 같은 고 단열 차광 제품(fenestration products)과 연관된 기술적 도전과제들을 제시한 바 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다: 큰 크기(~25 sq. ft. 및 이보다 더 큰 크기), 개선된 내구성, 과도한 중량, 밀봉 내구성 및 고 비용. 따라서 건축물에서 에너지와 관련된 창의 역할을 바꾸려는 획기적인 프로그램이 없는 한, 제로 에너지 건축물(Zero Energy Buildings) 목표를 달성하는 것은 사실상 불가능할 것이다. 개선이 필요한 일부 창 기술 부문을 목록화한 후, 건물 기술, 지역 사회 프로그램 사무국(Office of Building Technology, State and Community Programs, BTS)에 의해 출간된, 미국에너지국의 창 기술 산업 로드맵(Window Technology Industry Roadmap, Roadmap)은 하기의 요소들로 인하여 상기 개선이 현실화되지 못하고 있음을 제시한 바 있다: 개선된 제품들의 극도로 높은 가격(High-first-cost); 기존의 고-단열 창 기술들의 비용 및 의심쩍은 내구성; 단열 기술 및 제조 방법을 개선하기 위한 산업적 협력의 결여; 및 기술 개선에 대한 투자 대비 추정되는 고-위험 저-수익률.
사실상, 창(window) 산업은 수십년 동안 단열 창의 기초 기술 또는 신뢰성을 개선하지 못하고 있다. 제조업자들은 창유리 사이에 밀봉된 공동(airtight cavity)을 획득하기 위해 중간 스페이서에 여러쌍의 창유리를 결합시키는 접착제를 사용한다. 오늘날 사용되고 있는 에폭시, 아교 또는 다른 접착제는 기밀이 이루어 지게 하지 못한다. 상기 모두는 일정한 양의 기체 교환이 일어나게 한다. 밀폐 단열 유리 제조업 협회(The Sealed Insulated Glass Manufacturers Association, SIGMA)에 의해 2002년에 공개된 데이터에 따르면, 밀봉 하자로 인한 설치된 단열 유리(insulated glass, IG)에 대한 품질보증에 근거한 클레임은 상기 단열유리 설치 후 10년 동안 4% 이며, 설치 후 15년 동안 거의 10% 에 달하고 있다. 대부분의 창 유닛은 제조업자를 식별시켜 주지 못한다. 많은 자택소유자들이 의식적으로 또는 무심코 에너지 효율을 감소시키는 하자있는 창 밀봉 및 IG 창유리 사이의 수분 응결과 함께 사는 것을 택한다. SIGMA 데이터에서 대부분의 IG 유닛(IGU) 밀봉 하자가 고려되지 아니하고 있다. 설치후 15년간의 실질적인 IGU 밀봉 하자 수치는 알려진 바 없으나 매우 높을 것으로 여겨지고 있다. 상기 모든 조건들이 우리들로부터 에너지가 새어나가도록 하고 있다.
몇몇 대학 학회, 기업 및 정부 연구소들이 밀봉 유출에 관한 문제를 해결하기 위한 시도와 함께 더 높은 단열 값(높은 R-값; 낮은 U-값)을 얻기 위하여 애써왔다. 그들의 해결책은 모두 공통적으로 하기 4가지를 포함한다: 유닛들은 충진 기체보다 더 높은 단열을 제공하기 위해 창 #1 과 #2 사이에 진공을 포함한다; 기계적인 스페이서가 상기 창 라이트(lites, 즉, panes) #1 과 #2의 분리를 유지하기 위해 사용된다(만일 상기 라이트가 서로 물리적으로 접촉하게 되면, 이는 실질적으로 IG 유닛의 단열 값을 감소시키는 바람직하지 못한 열경로(thermal path)를 생성시키게 된다); 상기 라이트는 그들 주위에서 기밀적으로 밀봉된다(가장 일반적으로, 2개의 이격거리가 가까운 라이트를 밀봉하기 위해 리플로우된 땜납 유리를 사용하며, 좀더 덜 일반적으로, 상기 2개의 라이트를 함께 용융시키기 위해 레이져를 사용한다); 현재 생산되거나 개시된 모든 진공 유리 유닛은 IG 유닛을 진공상태로 만들기 위해 튜브(즉, "핀치-튜브")를 채용하고 있는데, 이후 상기 튜브가 밀봉되어 폐쇄된다.
상기 실험적 해결책들은 미국에서는 상업적으로 활용되지 못하고 있는데, 그 이유는 상기 해결책들이 실패하였거나 신뢰할만하다는 것이 입증되지 못하고 있기 때문이다. 다음과 같은 문제점들을 포함하고 있다: 상기 스페이서들은 불투명하거 나 미적으로 매력적이지 않아 산업적 요구를 충족시키지 못하며; 레이저를 이용한 밀봉 시도는 유리에 대한 열적 충격으로 인해 라이트가 깨지는 결과를 초래하고; 유리 라이트 내부의 주변부 표면들 간의 높은 열 전도성이 상기 표면들이 같이 밀봉되게 하며; 상기 밀봉 방법이 유연(felxible)하지 않기 때문에 스트레스가 결국 밀봉 또는 라이트 둘 중 어느 하나에 균열이 발생하는 것을 초래하고; 상승된 납땜 온도가 일부 소프트-코트(soft-coat) 로우-이(e) 코팅을 사용하기 위한 여건(ability)을 제거하고/거나; 진공 튜브가 덧붙여 질 때, 유닛의 조밀도(complexity)는 증가되고 유닛의 신뢰성은 감소한다.
그러므로, 현재 기술을 이용하여 이전에 언급한 몇 가지 문제점들을 겨냥하여 개선된 디자인을 갖는 진공 유리 유닛(vacumm glass units, VGUs) 및 단열 유리 유닛(insulated glass units, IGUs)에 대한, 요구가 존재한다.
발명의 개요
여기에 기술된 본 발명은, 이의 일 양태에서, 기밀적으로 밀봉된 다중창 어셈블리를 포함한다. 상기 창 어셈블리는 투명한 재료로 만들어진 제 1 및 제 2 창유리 시트를 포함한다. 제 1 밀봉부재(sealing member)는 내부 모서리(inner edge) 및 외부 모서리(outer edge)를 지니는데, 상기 내부 모서리는 확산 결합(diffusion bonding)에 의해 상기 제 1 창유리 시트의 주변부에 기밀적으로 부착된다. 제 2 밀봉부재는 내부 모서리 및 외부 모서리를 지니는데, 상기 내부 모서리는 확산 결합에 의해 상기 제 2 창유리 시트의 주변부에 기밀적으로 부착되고 상기 외부 모서리는 제 1 밀봉부재의 외부 모서리에 기밀적으로 부착된다. 스페이서 어셈블리가 상기 제 1 및 제 2 창유리 시트에 배치되어 이들 사이의 갭이 유지되도록 하며, 이에 따라 밀봉된 공동이 상기 제 1 및 제 2 창유리 사이에 형성된다.
여기에 기술된 본 발명은, 이의 또다른 양태에서, 밀봉된 다중 창 어셈블리를 제조하는 방법을 포함한다. 내부 모서리 및 외부 모서리를 지니는 제 1 밀봉부재에서와 마찬가지로, 투명한 재료로 제작되고 주변부를 지니는 제 1 창유리 시트가 제공된다. 상기 제 1 밀봉부재의 내부 모서리는 상기 제 1 창유리 시트에 대향하여 자리잡게 된다. 상기 제 1 밀봉부재의 내부 모서리는 제 1 접합 영역을 따라 상기 내부 모서리와 상기 창유리 시트 사이에 사전결정된 제 1 접촉압력을 생성시킬 수 있을 정도의 충분한 힘으로 상기 제 1 창유리 시트에 대하여 압력을 가하게 된다. 상기 제 1 접합 영역은 이를 따라 사전결정된 제 1 온도에 이르도록 가열된다. 상기 사전결정된 제 1 접촉 압력 및 상승된 온도는 상기 제 1 창유리 시트 주변부의 상기 제 1 밀봉부재 및 상기 제 1 창유리 시트 사이에 확산 결합(diffusion bond)이 형성될 때까지 유지된다. 내부 모서리 및 외부 모서리를 지니는 제 2 밀봉부재에서와 마찬가지로, 투명한 재료로 제작되고 주변부를 지니는 제 2 창유리 시트가 제공된다. 상기 제 2 밀봉부재의 내부 모서리는 상기 제 2 창유리 시트에 대향하여 자리잡게 된다. 상기 제 2 밀봉부재의 내부 모서리는 제 2 접합 영역을 따라 상기 내부 모서리와 상기 창유리 시트 사이에 사전결정된 제 2 접촉압력을 생성시킬 수 있을 정도의 충분한 힘으로 상기 제 2 창유리 시트에 대하여 압력을 가하게 된다. 상기 제 2 접합 영역은 이를 따라 사전결정된 제 2 온도에 이르도록 가열된다. 상기 사전결정된 제 2 접촉 압력 및 상승된 온도는 상기 제 2 창유리 시트 주변부의 상기 제 2 밀봉부재 및 상기 제 2 창유리 시트 사이에 확산 결합이 형성될 때까지 유지된다. 스페이서 어셈블리는 상기 제 1 및 제 2 창유리 시트 사이에 위치하여 상기 시트들간의 갭이 유지되도록 한다. 상기 제 1 밀봉부재의 외부 말단은 상기 제 2 밀봉부재의 외부 말단에 기밀적으로 연결되는데, 이에 따라 밀봉된 공동이 상기 제 1 및 제 2 창유리 사이에 형성된다.
여기에 기술된 본 발명은, 이의 추가 양태에서, 투명한 제료로 제작되고 주변부를 지니는 제 1 창유리를 지니는 밀봉된 다중창 어셈블리를 포함한다. 제 1 밀봉부재는 내부 모서리 및 외부 모서리를 지닌다. 상기 내부 모서리는 상기 제 1 창유리 주변부에 기밀적으로 밀봉된다. 제 2 창유리는 투명한 재료로 제작되고 주변부를 지닌다. 상기 제 2 창유리는 상기 제 1 창유리으로부터 공간적으로 이격되어 있다. 제 2 밀봉부재는 내부 모서리 및 외부 모서리를 지닌다. 상기 내부 모서리는 상기 제 2 창유리 주변부에 기밀적으로 밀봉되고, 상기 외부 모서리는 상기 제 1 밀봉부재의 외부 모서리에 기밀적으로 부착된다. 상기 제 1 및 제 2 밀봉부재들 중 하나 이상이 유연(compliance)하여 상기 제 1 및 제 2 창유리 사이에서 상대적으로 움직일 수 있다. 이러한 방식으로, 기밀적으로 밀봉된 공동이 상기 제 1 및 제 2 창유리 사이에 형성된다.
다양한 구체예에서, 본 발명은 당해 기술분야의 많은 제약에 초점을 맞추어, 하기 이점들 중 일부 또는 전부를 갖는 VGU 및 IGU를 제공한다: 영구적인 유리-대-금속(glass-to-metal), 유리-대-유리(glass-to-glass) 및/또는 금속-대-금속(metal-to-metal) 접합을 이루기 위해 확산 결합이 사용되며, 즉, 상기 접합은 임의의 공지된 수단에 의해 분리될 수 없어서 밀봉이 80년에 달하는 기간동안 유지될 수 있다; 기밀 밀봉 시스템은 스프링으로 역할을 하는 유연한(즉, 플렉서블) 슬리브/프레임 유닛("벨로스"로도 칭해짐)을 포함하며, 온도 변화에 의존적인 내측-외장 라이트(inside-facing lite)(창 #2)으로 인한 외측-외장(outside-facing) 창 라이트(창 #1)의 팽창 및 수축이 가능하게 한다; 금속 슬리브는 유리-대-금속 확산 결합 공정을 이용하여 상기 유리 라이트에 결합되며, 그리하여 공지의 다른 유리-대-유리 밀봉보다 더 기밀(gas-tight)하게 된다; 얇고, 유연한 금속 슬리브는 높은 열 저항력을 보유하여 전반적인 단열 값에 악영향을 미치지 않는다; 본 발명의 창유리는 현재 사용되고 있는 임의의 광택가공(glazing) 및 코팅(로우-이 및 자외선-차단 코팅을 포함)을 사용할 수 있으며, 또한 전자발색단(electrochromeric) 코팅을 호환적으로 사용할 수 있다; 본원이 시판용 창 월(wall) 이건 창문 제품(fenestration products)이건 간에, 본 발명의 유닛은 더 얇게 제작할 수 있기에 제품의 중량 및 깊이(depth)를 줄일 수 있다; 임의의 시야각에서 거의 육안으로 확인불가능한 스페이서 시스템.
본 발명의 추가 구체예들은 대부분의 미국 건물에서 여전히 사용되고 있는 단일-창 유리 유닛에 대한 드롭-인 대체 시스템의 요구에 초점을 맞추고 있다. 본 발명의 IGU은 충분히 얇아서 대부분의 미국 건물들에서 현재 사용되는 6㎜(1/4") 두께 단일-판유리 창을 대체할 수 있으며, 저렴하게 설치될 수 있으므로 수많은 소유주들이 상당한 창 대체 비용 부담없이 난방 및 냉방 에너지 절약을 충분히 달성할 수 있다.
게다가, 본 발명의 추가 구체예들은 DOE의 모든 문제점 및 요구를 해소시키는 단열 창을 생산한다. 그러한 일 구체예에서, 본 발명은 단열 값을 향상시키기 위해 충진 기체 대신에 부분 진공을 채용한 IGU을 제공한다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 창유리 쌍들 사이의 공동내에 진공을 내포하는 IGU를 포함한다. 진공은 궁극의 열 단열재이다. 진공의 수준이 높아지면 높아질 수록, 창유리 쌍들 사이에 열을 전달하기 위해 가용한 분자들의 수는 적어지게 된다. 따라서, 기체 대신에 진공을 내포하는 창 어셈블리들은 유리 또는 다른 물질로 제조된 둘 이상의 판유리(panes)로 이루어진 임의의 창 유닛에 관하여 이론적으로 가장 높은 단열지수(U-값)를 가지게 될 것이다.
추가 구체예에서, 본 발명은 IG 유닛을 기밀적으로 밀봉하는 유연한(플렉서블) 금속 슬리브/프레임("벨로스"로도 공지됨)을 가지고 있는 IGU를 포함하는데, 상기 IGU은 신뢰도가 가장 높으며 동시에 높은 열 저항성(낮은 열 전도성)도 보유하여 상기 유닛의 전반적인 열 성능에 대한 상기 슬리브/프레임의 영향은 최소화된다.
여전히 추가 구체예에서, 본 발명은 유연한 금속 슬리브들을 유리 라이트(창 #1 및 #2)에 접합시키는 유리-대-금속 확산 결합을 채택한 IGU를 포함한다. 상기 접합은 분자의 타고난 특성 때문에 영구적이며 임의의 다른 공지된 부착 방법보다 기밀도가 더 높다. 상기 IGU는 진공을 포함할 수 있으며 이를 80년 이상 유지할 수 있다.
아직 또 다른 구체예에서, 본 발명은 상부 및 하부 기재(substate) 표면상에 유리 스탠드오프(standoffs)와 함께 유리 기재의 특유한 유리 스페이서 시스템을 채택한 IGU를 포함한다. 공지된 IGU의 표면 #2 또는 #3에 적용될 수 있는 임의의 코팅은 그 대신 유리 스페이서 기재의 어느 한쪽 표면에 적용될 수 있다. IGU 표면 #2 및 #3은 다이아몬드성 코팅(diamond-like cotinags, DLC)와 같은 내스크래치성 박막 재료로 코팅될 수 있으므로, 이들이 지지하는 상기 유리 스페이서 및 라이트의 차동(differential movement)은 상기 라이터 내부 표면상에 스크래치를 생성시키지 않는다.
또 다른 구체예에서, 본 발명은 더 얇은 창을 갖는 IGU를 포함하는데, 이는 창문 제품(fenestration product)의 중량 및 깊이를 감소시킨다. 프레임 및 관련된 구성 재료를 줄이는 것도 또한 중량을 감소시킬 것이다.
추가 구체예에서, 본 발명은 현재 대다수의 가정에 설치된 6㎜(1/4") 두께 단일-판유리 창 정도로 얇거나 이보다 더 얇게 제조될 수 있는 주거 및 소규모 상업용 IGU를 포함하는데, 상기 IGU로 인해 기존 창문 제품을 고 단열 IG 유닛으로 업그레이드하는 것이 간편해 지고/거나 상기 업그레이드에 드는 비용이 줄어든다.
여전히 추가 구체예에서, 본 발명은 높은 고도에서의 벌지(bulge)로 인한 파열이 없는 IGU를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 여기에 기술 및 청구된 본 발명은 어셈블리상에 형성된 복수의 창 개구 영역을 구비한 투명한 재료로 제조된 시트의 일 측면에 기밀적으로 부착된 프레임 어셈블리를 포함하며, 상기 각각의 창 개구 영역은 사전결정된 평면(plan)을 지니는 프레임 부착 영역에 의해 둘러싸이게 된다. 상기 프레임 어셈블리는 복수의 프레임 개구로 둘러싸인 복수의 연속된 격벽을 포함하는데, 상기 격벽의 일부는 두개의 인접 프레임 개구 사이에 배치된다. 상기 격벽은 상기 시트의 프레임 부착 영역의 사전결정된 평면과 대체로 일치하도록 배열된 상부 평면(upper side plan)을 포함한다. 인접한 프레임 개구들 사이에 배치된 격벽들은 대개 전반적인 수직 두께(overall vertical thickness)를 갖는 2개의 평행한 격벽부재 및 이들 사이에 신장된 제 1 연결 탭을 가진다. 평면도에 수직으로 절단된 단면에서 바라볼 때, 인접한 프레임 개구들 사이에 배치된 상기 격벽들의 배열(configuration)은 인접 격벽부재들의 전반적인 수직 두께 보다 상당히 더 좁은 비교적 일정한 수직 두께를 지닌 상기 제 1 연결 탭에 의해 특징지워진다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 여기에 기술되고 청구된 본 발명은 투명한 재료로 제작된 시트의 일 측면에 대한 기밀 부착용 프레임 어셈블리를 포함하는데, 상기 시트 상의 규정된 위치에는 다수의 창 개구 영역이 존재하며, 각각의 창 개구 영역은 사전결정된 평면을 지니는 프레임 부착 영역에 의해 둘러싸이게 된다. 프레임 어셈블리는 일부 격벽이 두개의 인접 프레임 개구들 사이에 배열되는 그러한 다수의 프레임 개구로 둘러싸인 다수의 연속 격벽들을 포함하는 평면을 가진 제 1 층을 포함한다. 상기 격벽들은 상기 시트의 프레임 부착 영역의 사전결정된 평면들과 대체로 일치하도록 배열된 상부측 평면을 갖는다. 제 2 층은 다수의 연속 격벽들을 포함하는 평면을 갖는다. 상기 제 2 층의 격벽들은 각각의 프레임 개구 주변의 영역 내의 상기 제 1 층의 격벽들의 평면과 적어도 부분적으로 중첩되도록 배열된 상부측 평면을 갖는다. 상기 제 1 및 제 2 층들은 각각의 프레임 개구 주위에 기밀적으로 밀봉된 프레임을 제조하기 위해 서로 접합된다.
본 발명의 아직 또 다른 양태에서, 여기서 기술되고 청구된 본 발명은 기밀적으로 밀봉된 다중창 어셈블리를 포함한다. 상기 창 어셈블리는 개구를 둘러싸는 연속된 격벽을 갖는 스페이서를 포함하며, 상기 연속 격벽이 개구를 둘러싸므로 인하여 개구가 형성된다. 격벽은 상부 밀봉 표면 및 하부 밀봉 표면을 갖는다. 상기 상부 밀봉 표면은 상기 격벽의 상부측면 상에 배치되며 연속적으로 개구를 둘러싸며, 상기 하부 밀봉 표면은 상기 격벽의 하부면 상에 배치되고 연속적으로 개구를 에워싼다. 상기 창 어셈블리는 투명한 제 1 및 제 2 창유리 시트들을 더 포함한다. 상기 제 1 시트는 상기 개구 주위에 연속하는 상부 밀봉 표면의 적어도 일부분을 초과하여 배치되고, 그로 인하여 상기 격벽 및 상기 창유리 시트들에 의해서 둘러싸이는 공동이 형성된다. 상기 투명한 제 1 및 제 2 창유리 시트들은 비-기밀 접착제 없이도 각각 스페이서에 기밀적으로 접합되어 개구 주위에 연속적인 기밀 접합부(joint)를 형성하게 된다.
도 1은 기밀적으로 밀봉된 마이크로-장치 패키지의 투시도이고;
도 2는 상기 도 1의 마이크로-장치 패키지의 횡-단면도이며;
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따라 제조된 커버 어셈블리의 분해전개도이 고;
도 4a 및 4b는 콘투어된 측면(contoured sides)을 갖는 투명 시트를 도시한 도면이며, 구체적으로;
도 4a는 콘투어된 양 측면을 갖는 시트를 도시하고 있고;
도 4b는 콘투어된 일 측면을 갖는 시트를 도시하고 있으며;
도 5는 도금층형성(metallization) 이전의 시트 밀봉-링 영역의 확대도이고;
도 6은 도금층형성 이후의 시트 밀봉-링 영역의 확대도이며;
도 7은 조립식(pre-fabricated) 프레임의 횡단면도이고;
도 8은 접착 전에 도금층형성된 시트에 대한 프레임의 위치이며;
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른 조립식 프레임을 사용한 커버 어셈블리 제조 공정의 블록 다이어그램이고;
도 10은 땝납 예비성형품을 사용하여 제조된 커버 어셈블리의 분해전개도이며;
도 11은 잉크제트 방식으로 적용된 땝남을 사용한 또 다른 구체예의 부분 투시도이고;
도 12a-c 및 도 13a-c는 여전히 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 커버 어셈블리 제조 공정을 도시한 도면들인데, 구체적으로;
도 12a는 최초 투명 시트이고;
도 12b는 최초 도금층형성 후의 투명 시트이며;
도 12c는 통합 프레임/방열판(heat spreader) 배치 후의 투명 시트이고;
도 13a는 도 12a의 시트의 부분 횡단면도이며;
도 13b는 도 12b의 시트의 부분 횡단면도이고;
도 13c는 도 12c의 시트의 부분 횡단면도이며;
도 14는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 저온 기체 역동 분사 기술(cold gas dynamic spray technology)을 사용한 커버 어셈블리 제조 공정의 블록 다이어그램이고;
도 15a-15b는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 제조된 다중-유닛 어셈블리이고; 구체적으로:
도 15a는 다중-유닛 어셈블리의 분해전개도이고;
도 15b는 상기 도 15a의 프레임의 하단도(bottom view)이며;
도 16a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 제작된 유연한 부품(compliant tooling)이고;
도 16b는 분리 방법을 설명하는 다중-유닛 어셈블리의 측면도(side view)이고;
도 17a 및 17b는 여전히 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 다중 커버 어셈블리 제조품을 도시한 도면들인데, 구체적으로:
도 17a는 상기 투명 시트의 본래 상태를 도시하고 있으며;
도 17b는 다수-개구 프레임/방열판의 설치후 상기 시트를 도시하고 있고;
도 18a-18c은 전기저항열(electrical resistance heating)을 이용하기에 적당한 어셈블리 구조를 도시하고 도면들인데; 구체적으로:
도 18a는 상기 시트의 구조를 도시하고 있고;
도 18b는 상기 프레임의 구조를 도시하고 있으며;
도 18c는 결합된 시트 및 프레임에 대해 도시하고 있고;
도 19a-19f는 전기저항열을 이용하여 가열하기에 적당한 다중-유닛 어셈블리 구조를 도시한 도면들이며;
도 20a는 확산접합용 중간층(interlayers)을 포함하는 창 어셈블리의 분해 전개도이고;
도 20b는 확산접합 후의 상기 도 20a의 창 어셈블리를 도시하고 있으며;
도 20c 및 2Od는 내부 및 외부 프레임을 가진 본 발명의 추가 구체예를 도시한 도면들인데; 구체적으로:
도 20c는 접합 전 "샌드위치형(sandwiched)" 창 어셈블리의 분해 전개도이고;
도 2Od는 접합 후 완성된 도 20c의 어셈블리이며;
도 20e, 2Of 및 20g는 확산접합이 일어나는 도중에 상기 창 어셈블리들을 정렬 및 압착하기 위한 고정부재(fixtures)를 도시한 것인데; 구체적으로:
도 2Oe는 속이빈 고정부재 및 클램프를 도시하고 있으며;
도 2Of는 접합을 위해 고정부재 안에 설치된 창 어셈블리와 도 20e의 고정부재를 도시하고 있고;
도 20g는 창 어셈블리에 대하여 더 큰 축압(axial pressure)을 생성하도록 디자인된 대안적인 고정부재를 도시한 것이며;
도 21a-21b는 본 발명의 다른 구체예에 따른 웨어퍼-레벨 기밀성(wafer-level hermetic) 마이크로-장치 패키지의 횡단면도를 도시한 도면들인데; 구체적으로:
도 21a는 반대쪽면 전기 접속부(reverse-side electrical connections)를 구비한 웨어퍼 레벨 기밀성 마이크로 장치 패키지를 도시하고 있고;
도 21b는 동일면 전기 접속부를 구비한 웨어퍼 레벨 기밀성 마이크로 장치 패키지를 도시하고 있으며;
도 21c는 도 21b의 패키지를 조립하는 방법을 설명하는 분해 전개도이고;
도 22는 다수의 마이크로-장치를 구비한 반도체 웨이퍼를 도시한 것인데, 다중 동시 웨이퍼-레벨 패키징에 적합하게 상기 반도체 웨이퍼상에 상기 마이크로-장치가 형성됨을 보여주며;
도 23은 웨이퍼 표면의 도금층형성 후 상기 도 22의 반도체 웨이퍼를 도시한 것이고;
도 24는 기밀성 패키지의 웨이퍼 표면 및 창 시트 사이에 부착을 위한 금속제 프레임을 도시한 것이며;
도 25a-25d는 도 24의 프레임 구성요소들에 대한 확대도를 도시한 것인데; 구체적으로:
도 25a는 개별화(singulation) 전 이중 프레임 부재 일부분의 정면도(top view)이고;
도 25b는 도 25a의 이중 프레임 부재의 단면도(end view)이며;
도 25c는 프레임의 주변부(perimeter)로부터의 또는 장치 개별화 후의 단일 프레임 부재의 일부분에 대한 정면도이고;
도 25d는 도 25c의 단일 프레임 부재의 단면도이며;
도 26은 도 24의 프레임 부착을 위한 도금된 창 시트를 도시한 것이고;
도 27은 개별화 전의 다수-패키지 어셈블리의 횡단 측면도(cross-sectional side view)이며;
도 28은 도 27의 다수-패키지 어셈블리의 개별화를 위한 한가지 옵션을 보여주고 있으며;
도 29는 도 27의 다수-패키지 어셈블리의 개별화를 위한 또 다른 옵션을 보여주고 있고;
도 30은 전극부착부(electrode placement portion)를 구비한 또 다른 구체예에 따른 웨이퍼 표면의 도금층형성후의 반도체 웨이퍼를 도시하고 있고;
도 31은 전극부착부를 구비한 또 다른 구체예에 따른 도금된 창 시트를 도시하고 있으며;
도 32는 직접 액세스 전극(direct electrode access)을 가지고 있는 또 다른 구체예에 따른 개별화 전 다수-패키지 어셈블리의 횡단면 측면도이고;
도 33은 동일면 패드에 관한 정면도이며;
도 34는 웨이퍼 상에 형성된 도 33의 마이크로-장치를 다수 구비한 반도체 웨이퍼를 도시하고 있고;
도 35는 웨이퍼 표면의 도금층형성 후 도 34의 반도체 웨이퍼를 도시하고 있 으며;
도 36은 도 35의 웨이퍼 표면에 부착을 위한 금속제 프레임을 도시하고 있고;
도 37은 도 36의 프레임에 부착을 위한 도금된 창 시트를 도시하고 있으며;
도 38은 완전한 다수-패키지 어셈블리의 정면도이고;
도 39는 도 38의 다수-패키지 어셈블리의 컬럽 분리 후 다수-패키지 스트립에 대해 도시하고 있으며;
도 40은 도 39의 다수-패키지 스트립의 개별화 후 단일 패키징된 마이크로-장치를 도시하고 있고;
도 41은 개별화 이전의 대안적인 프레임 디자인을 구비한 다수-패키지 어셈블리의 부분 횡으로 자른 측면도이며;
도 42a-42e는 대안적인 프레임 디자인을 횡으로 자른 측면도를 도시한 것인데, 각 측면도는 연결 탭에 의해 결합된 한쌍의 인접 프레임 측면부재들을 보여주고 있으며;
도 43a-43e는 추가의 대안적인 프레임 디자인을 횡으로 자른 측면도를 도시한 것인데, 각 측면도는 하나 이상의 연결 탭들로 결합된 한 쌍의 인접 프레임 측면부재들을 보여주고 있으며;
도 44a-44e는 또 다른 대안적인 프레임 디자인을 횡으로 자른 측면도를 도시한 것인데, 각 측면도는 연결 탭에 의해 결합된 한 쌍의 인접 프레임 측면부재들을 보여주고 있으며;
도 45a-45f는 여전히 다른 대안적인 프레임 디자인의 횡-단편 측면도를 도시한 것인데, 각 측면도는 하나 이상의 연결 탭들로 결합된 한 쌍의 인접 프레임 측면부재들을 보여주고 있으며;
도 46a-46d는 대안적인 프레임 디자인의 평면의 일부분을 도시한 것인데, 각각의 도면은 연결 탭에 의해 결합된 한 쌍의 인접 프레임 측면부재들을 보여주고 있으며;
도 47은 광화학적 기계가공(photo-chemical machining, PCM)에 의해 조립된 프레임 어셈블리의 평면도이며;
도 48은 도 47의 프레임 어셈블리의 횡으로 자른 측면도이고;
도 49는 개별화 이전의 PCM-조립 다중-프레임 어레이를 도시하고 있으며;
도 50은 이중-창 기밀성 창 어셈블리의 분해 전개도이고;
도 51은 도 50의 조립된 이중-창 기밀성 창 어셈블리의 투시도이며;
도 52는 2개의 이중-창 기밀성 창 어셈블리들을 포함하는 건물 창 유닛의 분해 전개도이고;
도 53은 도 52의 조립된 건물 창 유닛의 투시도이며;
도 54는 3중-창 기밀성 창 어셈블리의 분해 전개도이고;
도 55는 도 54의 조립된 3중-창 기밀성 창 어셈블리의 투시도이며;
도 56은 고정된 복수의 기밀성 창 어셈블리 세트를 동시에 접합시키기 위한 장치를 도시하고 있고;
도 57은 종래 기술에 따른 2중-창 진공 유리 유닛("VGU")을 도시하고 있으 며;
도 58a는 일 구체예에 따른 진공 유리 유닛 구성요소들에 대한 분해전개도이고;
도 58b는 도 58a에 도시된 진공 유리 유닛(VGU)의 조립도이며;
도 58c, 58d 및 58e는 상부 프레임부재와 하부 프레임 부재의 결합/접합에 대해 도시하고 있으며;
도 58f는 또 다른 구체예에 따른 유연형 프레임의 투시도이며;
도 59a는 또 다른 구체예에 따른 직물 스페이서(woven 스페이서)를 포함하는 진공유리유닛의 구성요소들에 대한 분해전개도이고;
도 59b는 도 59a에 도시된 VGU의 조립도이며;
도 60a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 임의의 중간층을 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 관한 분해전개도이고;
도 60b는 도 60a에 도시된 VGU의 조립도이며;
도 61a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 하부 창유리 어셈블리(fabrication)에 통합된 스페이서들을 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 대한 분해전개도이고;
도 61b는 도 61a에 도시된 VGU의 조립도이며;
도 62a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 창유리의 표면들 중 한 표면상에 창유리 어셈블리에 통합된 스페이서들을 가지고 있는 창유리에 대한 측면도이고;
도 62b는 도 62a의 스페이서들을 구비한 창유리에 대한 제1 투시도이고;
도 62c는 도 62a의 스페이서들을 구비한 창유리에 대한 제2 투시도이며;
도 63a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 시트의 위쪽 및 바닥부(의 일부로서) 상에 스탠드-오프로 조립된 투명한 시트 중앙 스페이서 유닛을 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 관한 분해전개도이며;
도 63b는 도 63a에 도시된 VGU의 조립도이고;
도 64a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 밀봉된 프레임부재 및 windowpnae 사이에 임의의 부재를 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 관한 분해전개도이며;
도 64b는 도 64a에 도시된 VGU의 조립도이고;
도 65a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 유사한 형상 및 크기의 상부 및 하부 프레임부재들을 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 관한 분해전개도이며;
도 65b는 도 65a에 도시된 VGU의 조립도이고;
도 66a, 66b 및 66c는 프레임 부재의 "갈매기날개형(gull-wing)" 횡단 프로파일에 대한 3가지 변형예를 도시하고 있으며;
도 67a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 수평 및 수직 창살(muntin bars) 어셈블리의 투시도이고;
도 67b는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스탠드오프를 가지고 있는 수평 및 수직 창살(muntin bars) 어셈블리의 투시도이며;
도 67c는 도 67b에 도시된 창살 어셈블리의 측면도이고;
도 67d는 부-조립(sub-assembly)을 이루기 위해 상부 창유리와 하부 창유리 사이에 위치하게 되는 상기 도 67b에 도시된 창살 어셈블리의 분해전개도이며;
도 67e는 도 67d에 도시된 보조-조립이 이루어진 어셈블리에 관한 투시도이고;
도 67f는 도 67d에 도시된 보조-조립이 이루어진 어셈블리에 관한 측면도이며;
도 67g는 창살 및 도 67f의 창살 보조-조립을 이용한 VGU의 구성요소들을 보여주는 분해전개도이고 ;
도 67h는 도 67g에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이며;
도 68a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 창유리의 내부(안쪽) 표면에 결합된 프레임부재를 가지고 있는 VGU에 대한 분해전개도이고;
도 68b는 도 68a에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이며;
도 69a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 상부 및 하부 창유리의 외부 표면들을 지나 신장된 내부-창유리 결합 프레임부재 및 내부 프레임부재를 가지고 있는 VGU에 대한 분해전개도이고;
도 69b는 도 69a에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이며;
도 70a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 프레임부재 및 창유리 사이에 임의의 중간층 및 내부-창유리 결합 프레임부재를 가지고 있는 VGU에 대한 분해전개도이며;
도 70b는 도 69a에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이고;
도 71a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 중앙 스페이서 유닛을 가지고 있 는 VGU을 도시한 도면이며;
도 71b는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 중앙 스페이서 유닛 및 상기 중앙 스페이서 유닛에 부착된 중간 프레임 부재를 가지고 있는 VGU을 도시한 도면이고;
도 71c는 여전이 본 발명의 추가 구체예에 따른 중앙 스페이서 유닛 및 상기 중앙 스페이서 유닛에 부착된 중간 프레임 부재를 가지고 있는 VGU을 도시한 도면이며;
도 72a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 빌트-온 스페이서들을 갖는 상부 및 하부 창유리 및 평평한 중앙 스페이서를 가지고 있는 VGU의 구성요소들에 대한 분해전개도이고;
도 72b는 도 72a에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이며;
도 73a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 진공유리유닛의 구성요소들에 대한 분해전개도이며;
도 73b는 도 73a에 도시된 VGU가 조립된 모습을 보여주는 조립도이며;
도 73c는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 유연형 프레임의 투시도이고;
도 74는 본 발명의 일 구체예에 따른 진공유리유닛용 스페이서 유닛의 측면도이며;
도 75는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 진공유리유닛용 스페이서 유닛의 측면도이고;
도 76은 "적층형(laminated)" 또는 "샌드위치형" 구조를 지닌 추가 구체예에 따른 진공유리유닛용 스페이서 유닛의 측면도이며;
도 77은 십자가-형상 스탠드-오프를 지닌 스페이서 유닛 일부분에 대한 확대 측면도(enlarged elevation view)이고;
도 78은 십자가-형상 스탠드-오프를 지닌 스페이서 유닛 일부분에 대한 또 다른 확대 측면도이며;
도 79는 "C자"-형상 스탠드-오프를 지닌 스페이서 유닛 일부분에 대한 확대 측면도이며;
도 80은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스페이서를 지닌 2-라이트 IGU에 대한 횡-단면도이고;
도 81은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 3-라이트 기체-충진 IGU에 대한 횡-단면도이며;
도 82는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스페이서를 지닌 3-라이트 IGU에 대한 횡-단면도이며;
도 83은, 일부분이 깨어져 이탈된, 도 80에 도시된 IGU의 정면도이고;
도 84는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스페이서를 지닌 2-라이트 IGU에 대한 횡-단면도이고;
도 85는 도 84에 도시된 스페이서 및 리테이너 바에 대한 확대된 횡단 투시도이며;
도 86은 도 84에 도시된 스페이서 및 리테이너 바의 연결된 상태를 도시한 도면이고;
도 87은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 내부 프레임 마운팅 및 스페이서를 갖는 3-라이트 IGU의 횡단면도이며;
도 88은 도 87에 도시된 IGU의 일부분을 확대도시한 도면이고;
도 89는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스페이서를 갖는 2-라이트 IGU의 횡단면도이며;
도 90은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 마운팅 블록에 의해 지지되는 도 89에 도시된 IGU를 도시한 도면이고;
도 91a는 프레임내에 올려진 도 90의 IGU 및 마운팅 블록을 도시한 도면이며;
도 91b는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 일체화된(unitary combined) 프레임을 도시한 도면이고;
도 92는 도 90에 도시된 마운팅 블록의 일부분에 대한 투시도이며;
도 93은 도 92에 도시된 마운팅 블록의 일부분에 대한 정면도이고;
도 94a는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 고정 스페이서(anchored 스페이서)을 갖는 2중-창 IGU를 도시한 도면이며;
도 94b는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스페이서를 갖지 않는 2중-창 IGU를 도시한 도면이고;
도 95는 여전히 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 스플릿형(split) 고정 스페이서를 갖는 3중-창 IGU를 도시한 도면이며;
도 96a, 96b 및 96c는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 유연한 스페이서를 갖는 어셈블리를 보여주는 투시도이다.
본 발명은 하기에 수반된 도면에 도시된 바람직한 특정 구체예들을 참조하여 보다 더 상세히 기술된다.
이제 도 1 및 2를 살펴보면, 상기 도면들에는 하나 이상의 마이크로-장치들을 수용하기 위한 기밀적으로 밀봉된 전형적인 마이크로-장치 패키지가 도시되어 있다. 본 발명의 목적을 위해, 용어 "마이크로-장치"는 광결정 장치, 태양광(photovoltaic) 장치, 광학 장치(즉, 반사, 굴적 및 회절형 장치 포함), 전자-광학식(electro-optial) 및 전자광학(electro-optics) 장치(EO 장치), 발광장치(LEDs), 액정 디스플레이(LCDs), 직접 구동 영상광증폭기(D-ILA)를 포함하는 실리콘액정표시장치(liquid crystal on silicon, LCOS), 광학-기계식 장치, 미세-광전자기계식 시스템(micro-optoelectromechanical systems)(즉, MOEMS) 장치 및 미세-전자기계식 시스템(micro-electromechanical systems)(즉, MEMS) 장치를 포함한다. 패키지 102는 프레임 108 및 투명한 창 110을 포함하는 커버 어셈블리 106에 기밀적으로 밀봉된 기재 또는 기판 104을 포함한다. 상기 기재 104 상에 설치된 마이크로-장치 112는 상기 커버 어셈블리 106가 상기 기재 104에 결합될 때 공동 114내에 캡슐화(encapsulation)된다. 하나 이상의 전기 땜납(electrical leads) 116이 상기 기재 104를 거쳐 상기 패키지 102 내부에 있는 마이크로-장치 112까지 왕복하여 힘, 접지(ground), 및 신호를 전달할 수 있다. 상기 전기 땜납 116은 또 한 상기 패키지 102의 신뢰성을 유지하기 위해 기밀적으로 밀봉되어야만 한다는 것이 이해될 것이다. 창 110은 광학적으로 또는 전자기적으로 투명한 재료로 만들어 진다. 본원의 목적을 위해, 용어 "투명한"은 가시광선, 적외선, 자외선, 마이크로파, 라디오파, 또는 X-선을 포함하나, 이에만 한정되는 것은 아닌, 사전결정된 파장을 갖는 전자기 방사선의 투과를 허용하는 물질을 의미한다. 프레임 108은 창 110 및 패키지 기재 104 둘 모두의 CTE에 가까운 CTE를 갖는 물질로 제작되는 것이 바람직한데, 일반적으로 금속 합금이다.
이제 도 3을 살펴보면, 본 발명의 일 구체예에 따라 제조된 커버 어셈블리의 분해전개도가 도시되어 있다. 상기 커버 어셈블리 300은 프레임 302 및 투명한 재료로 제작된 시트 304를 포함한다. 상기 프레임 302는 연속된 격벽 306을 가지는데, 상기 격벽은 이를 통해 지나가는 프레임 개구 308을 형성한다. 상기 프레임 격벽 306은 상기 프레임 개구 308을 둘러싸는 프레임 밀봉-고리(seal-ring) 영역 310(크로스해칭으로 표기됨)를 포함한다. 상기 프레임 302는 최종적으로 패키지 기재 104(도 1 및 2로부터)에 용접되므로, 대개 용접가능한 금속 또는 합금, 바람직하게는 마이크로-장치 패키지 기재 104의 CTE에 매우 가까운 CTE를 갖는 금속 또는 합금으로 제작된다. 그러나, 일부 구체예들에서, 상기 커버 어셈블리 프레임 304는 세라믹 또는 알루미나와 같은 비-금속성 물질로 제작될 수 있다. 상기 프레임 302이 금속성 또는 비금속성 재료로 제작되든지 관계없이, 상기 프레임 밀봉-고리 영역 310의 표면은 시트 304의 프레임에 대한 기밀성 밀봉을 용이하게 하도록 하기 위해 금속성(예를 들어, 고체 금속이 아니라면 도금된 금속)인 것이 바람직하 다. 바람직한 구체예에서, 상기 프레임은 주로 54% 철(Fe), 29% 니켈(Ni) 및 17% 코발트(Co)의 명목상 화학 조성을 갖는 합금으로 제작된다. 이러한 합금은 ASTM F-15 합금이라는 명칭으로 알려져 있으며 코바 합금(Kovar alloy)이라는 상품명으로도 알려져 있다. 본원에서 사용된 것과 같은, 용어 "코바 합금"은 상기 기술된 화학 조성을 갖는 합금을 의미하는 것으로 이해될 것이다. 코바 합금 프레임 302가 사용되는 구체예들에서, 상기 프레임 밀봉-고리 영역 310의 표면은 니켈층이 덧붙여진(ovelaying) 금(Au) 표면층, 또는 덧붙여진 금 없이 니켈(Ni)층을 가지는 것이 바람직하다. 상기 프레임 302는 패키지 기재 104로의 최종 접합을 위해 (일반적으로 용접에 의해) 개조되는 기재 밀봉 영역 320을 포함한다. 상기 기재 밀봉 영역 320은 흔히 패키지 기재와의 심 용접(seam welding)을 용이하게 하기 위해 금층으로 덧붙여진 니켈층을 포함한다. 니켈 표면 층 위의 금이 상기 기재 밀봉-고리 영역 320을 따라서만 요구될 지라도, 많은 경우에 있어서, 예를 들어, 표면 재료들을 적용하기 위해 도금용액욕 도금(solution bath plating)을 사용하는 경우, 니켈층 위의 금은 상기 프레임 302의 전체 표면에 적용될 수 있다. 상기 시트 304는 임의 유형의 투명한 재료로 만들어 질 수 있는데, 예를 들어, 연질 유리(예컨대, 소다-라임 유리), 경질 유리(예컨대, 붕규산염 유리), 석영 및 사파이어와 같은 결정성 재료, 또는 폴리카보네이트 플라스틱과 같은 폴리머 재료로 제작될 수 있다. 광학적으로 투명한 재료 이외에, 상기 시트 304는 가시적으로 불투명하지만 에너지의 불-가시 파장에 대해서는 투명할 수 있다. 이전에 논의한 바와 같이, 시트 304의 재료는 상기 커버 어셈블리에 최종적으로 부착될 상기 프레임 304 및 패 키지 기재 104의 CTE와 유사한 CTE를 갖는다. 다수의 반도체 광결정, 태양광, MEMS 또는 MOEMS 응용에 있어서, 붕규산염 유리가 시트 304의 재료로 잘 어울린다. 적당한 유리의 예로 코닝(Corning) 7052, 7050, 7055, 7056, 7058, 7062, 킴블(Kimble)(Owens Corning) EN-I, 및 킴블 K650 및 K704를 들 수 있다. 앱리사(Abrisa) 소다-라임 유리, 스코트(Schott) 8245 및 오하라 코포레이션(Ohara Corporation) S-LAM60가 다른 적당한 유리로서 포함된다.
시트 304는 그 위에 형성된 창 부분 312를 가지는데, 즉, 상기 창 부분은 캡슐화, 즉 패키징된, 마이크로-장치 112의 적절한 기능이 발휘되도록 하기 위해 투명한 상태로 유지되어야만 하는 시트 302의 부분이다. 상기 시트의 창 부분 312는 상단표면(top surface) 314 및 하단표면(bottom surface) 316을 갖는데, 상기 표면들은 바람직한 구체예에서 선택적으로 마감된다. 상기 시트 304는 창 부분 312의 상단표면 314 및 하단표면 316이 즉석에서 사용가능한 형태(ready to use form)로 제작되는 것이 바람직하나, 필요하다면 상기 시트는 그라인딩 및 연마되거나 달리 제조 공정의 예비 단계로서 요망되는 표면 콘투어(contour) 및 마감을 위한 형상을 갖출 수 있다. 많은 경우 상기 창 부분 312이 서로에 대해 선택적으로 평평하고 평행한 상단표면 314 및 하단표면 316을 가질 것이나, 또 다른 구체예들에서 상기 창 부분의 마감된 표면들 중 적어도 한 표면은 콘투어를 나타낼 것이다. 시트 밀봉-고리 영역 318(크로스해칭으로 표기됨)은 시트 304의 창 부분 312을 둘러싸고, 전방 밀봉-고리 영역 310과의 접합을 위한 적당한 표면을 제공한다.
이제 도 4a 및 4b를 살펴보면, 콘투어된 측면을 갖는 투명한 시트들이 도시 되어 있다. 도 4a에서, 투명한 시트 304'는 일정한 두께를 갖는 커브형 콘투어(curved contour)를 지닌 창 부분 312를 생성하는 커브형 상단면(top side) 314' 및 커브형 하단면(bottom side) 316'을 구비한다. 도 4b에서, 시트 304"은 커브형 상단면 314" 및 평평한 하단면 316"을 갖는데, 그로 인하여 결과적으로 창 부분 312는 평볼록렌즈(planoconvex lens) 배열을 갖게 된다. 유사한 방식으로(도시하지 아니함) 창 부분 312의 마감된 표면 314 및 316은 상기 설명한 바와 같은 평볼록 렌즈, 이중볼록렌즈 또는 평오목렌즈 또는 이중오목렌즈를 포함하는 굴절렌즈의 배열을 가질 수 있다. 다른 표면 콘투어는 상기 창 부분 312의 마감된 표면에 프레넬(Fresnel) 렌즈 또는 회절 격자, 즉, "회절 렌즈"의 배열을 갖도록 할 수 있다.
다수의 응용에서, 상기 시트 304의 창 부분 312는 향상된 광학 또는 물리적 특성을 갖는 것이 요망될 수 있다. 상기 특성들을 갖추기 위해, 표면 처리 또는 코팅이 조립 공정 진행 이전 또는 도중에 상기 시트 304에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 시트 304는 창 재료 위에 더 경화된 표면을 제공하기 위해 실리콘옥시나이트라이드(siliconoxynitride, SiOn)로 처리될 수 있다. SiOn 처리 여부에 관계없이, 시트 304는 상품명 Diamond Shield®로, 다이아모넥스(Diamonex, Inc.)사에 의해 판매되는 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon, DLC)와 같은 내스크래치성/내마멸성 재료로 코팅될 수 있다. 상기 SiOn 또는 다이아몬드성 탄소 이외에 또는 이를 대신하여 적용될 수 있는 다른 코팅들이 있는데, 렌즈, 창 및 다른 광학 엘리먼트용으로 공지된 유형의, 광학 필터, 태양에너지 필터 또는 반사기, 전자기 간섭(EMI) 및 라디오 주파수(RF) 필터를 위한, 광학 코팅, 반-반사 코팅, 굴절 코팅, 무색(achromatic) 코팅이 포함되나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 광학 코팅 및/또는 표면 처리는 상기 창 부분 312의 상단표면 314 또는 하단표면 316 중 어느 한 표면, 또는 상기 두 표면 모두에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더 나아가 기술된 상기 광학 코팅 및 표면 처리는 이들의 투명한 특성으로 인하여 도면들에 도시되지 못한다는 것이 이해될 것이다.
일부 응용에 있어서, 불-투명한 재료(예컨대, 크롬(Cr))로 만들어진 층을 제일 먼저 증착(depositing)시키고, 때로는 시트의 전체 표면 상에 상기 재료를 코팅시키고, 이후 요망되는 개구 영역으로부터 불투명한 재료를 긁어냄으로써 가시형 개구(visible aperture)가 시트 304의 창 부분 312 주위에 형성된다. 상기 절차는 일부 응용에 있어서 바람직할 수 있는 창 부분 312에 날카롭게 형성된 경계를 제공한다. 이러한 작업은 적합성 및 가공의 경제적인 측면에 따라 다른 처리를 적용하기 전 또는 후에 수행될 수 있다.
커버 어셈블리 300 제조 공정의 다음 단계는 도금층형성을 위하여 시트 밀봉-고리 영역 318을 준비하는 것이다. 상기 시트 밀봉-고리 영역 318은 시트 304의 창 부분 312의 주위를 둘러싸는데, 단일 개구 커버의 경우 일반적으로 대략 하단표면 316의 주변부에 배치된다. 그러나, 일부 구체예들에 있어서, 예를 들어, 다중 커버 어셈블리를 만들기 위해 시트가 잘려질 경우(즉, 본원에서 이후에 기술되는 바와 같이), 상기 시트 밀봉-고리 영역 318은 시트의 안쪽 부분에 위치될 수 있음이 이해될 것이다. 상기 시트 밀봉-고리 영역 318은 일반적으로 그것이 최종적으 로 접합되게 될 프레임 밀봉-고리 영역 310의 배열에 꼭 맞게 일치되는 배열을 취하게 된다. 시트 밀봉-고리 영역 318을 준비하는 단계는 상기 표면에서 임의의 그리스, 오일 또는 다른 오염물질을 제거하는 완전 세척 단계를 포함할 수 있고/거나 화학적 에칭, 레이저 절제, 기계적 그라인딩 또는 샌드블래스팅에 의해 상기 밀봉-고리 영역을 거칠거칠하게 만드는(roughening) 단계를 포함할 수 있다. 만일 시트 밀봉-고리가 프레임 밀봉-고리 영역 310 또는 다른 기재 또는 장치 패키지 기재에 접합되기 전에 도금(metallization)되어야 한다면, 상기 거칠거칠하게 만드는 단계는 시트 밀봉-고리의 표면적을 증가시키고, 그로 인하여 연이어 증착되는 도금층형성 재료와의 부착을 증가시키는 결과를 제공한다.
이제 도 5를 살펴보면, 시트 304의 일부분이 도시되어 있는데, 이는 시트 밀봉-고리 영역 318의 제조공정을 더 잘 설명하기 위하여 바닥부를 위로 올려 도시한 것이다. 본 실시예에서, 상기 밀봉-고리 영역 318은 적용될 도금층(metallic layer)과의 부착을 개선하기 위하여 거칠거칠하게 만들어진 표면 501을 구비하게 된다. 유리 및 유사한 투명 재료를 거칠게 하기 위한 화학적 에칭이 공지되어 있다. 대안적으로, 레이저 절제, 통상적인 기계적 그라인딩 또는 샌드블래스팅이 사용될 수 있다. 325 숯돌(grit)을 갖는 그라인딩 휠이 대부분의 유리 재료에 적당한 것으로 여겨지며, 한편 다이아몬드 그라인딩 휠이 사파이어 및 다른 경화재에 사용될 수 있다. 시트 밀봉-고리 영역 318의 거칠거칠하게 만들어진 표면 501이 시트 304에 대해 뚫고 들어간 깊이 502는 적어도 하기 두가지 요인들에 의존적이다: 첫째, 패키지 바닥 및/또는 패키지 내부에 장착된 마이크로-장치 112와 대비한 창의 바닥부 316의 요망되는 장착(mounting) 높이; 및 둘째, 증착된 금속층 모두를 포함하는 프레임 306의 요구되는 두께(아래에 설명됨). 시트 밀봉-고리 영역 318을 에칭 또는 그라인딩하여 깊이 502가 약 0 인치 to 약 0.05 인치 범위 이내로 형성되도록 하는 것이 도금층에 대한 만족할 만한 접착 뿐만 아니라 연이은 접착 작업이 진행되는 동안 프레임 306에 대하여 적당한 위치로 시트 304가 자리잡게 하기 위한 용이하게 탐지가능한 "립(lip)"을 제공할 것으로 여겨진다.
거칠거칠게 만드는 공정이 진행되는 동안 손상으로부터 시트의 창 부분 312의 마감된 표면들 314 및/또는 316(예컨대, 마감된 커버 어셈블리에서 광학적으로 반응성이 있는 부분들)을 보호할 필요가 있거나 보호가 요망될 수 있음이 이해될 것이다. 만일 그렇다면, 상기 표면들 314 및/또는 316은 거칠거칠하게 만들기 전에 반도체-급(semiconductor-grade) "점착성 테이프(tacky tape)" 또는 다른 공지된 마스킹 재료로 씌어질 것이다. 물론, 상기 마스크 재료는 에칭/그라인딩이 일어나는 영역에서는 제거되어야 한다. 샌드블라스팅은 아마도 거칠거칠하게 만들어질 지역내의 테이프 또는 마스킹 재료 조각을 선택적으로 제거하는 가장 경제적인 방법일 것이다. 샌드블라스팅을 사용하는 경우에는, 테이프 제거 작업 및 아래에 놓인 시트에 대한 거칠거칠하게 만드는 공정을 동시에 수행할 수 있다.
이제 도 6을 살펴보면, 도금층형성 후 시트 304의 밀봉-고리 영역 318이 도시되어 있다. 제조 공정의 다음 단계는 제조된 시트 밀봉-고리 영역 318에 하나 이상의 도금층이 형성되도록 하는 것일 수 있다. 본 발명은 상기 도금층형성을 달성하기 위한 몇가지 옵션을 강구하고 있다. 첫번째 옵션은 통상적인 화학기상증 착(chemical vapor deposition, CVD) 기술을 사용하여 도금층을 시트 밀봉-고리 영역 318에 형성시키는 것이다. CVD 기술은 대기압 화학기상증착(APCVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 플라즈마 보조(강화) 화학기상증착(PACVD, PECVD), 광화학기상증착(PCVD), 레이저 화학기상증착(LCVD), 금속-유기 화학기상증착(MOCVD) 및 화학빔 에피탁시(chemical beam epitaxy, CBE)를 포함한다. 거칠거칠하게 만들어진 밀봉-고리 영역 318에 도금층을 형성하기 위한 두번째 옵션은 물리적 증착(PVD) 기술을 사용하는 것이다. PVD 기술은 스퍼터링(sputtering), 이온 플라즈마 도움, 열증착, 진공증착, 및 분자빔 에피탁시(MBE)을 포함한다. 거칠게 형성된 밀봉-고리 영역 318에 도금층을 형성하기 위한 세번째 옵션은 도금용액욕 도금 기술(SBP)을 사용하는 것이다. 상기 도금용액욕 도금은 전기도금(electroplating), 무전해도금(electroless plating) 및 전해 도금(electrolytic plating) 기술을 포함한다. 유리 또는 플라스틱과 같은 비금속성 표면상에 최초의 금속층을 증착시키는데 도금용액욕 도금을 사용할 수는 없으나, 제 1 층에 연이은 금속 또는 금속 합금층들을 증착하는데에는 사용할 수 있다. 더 나아가, 많은 경우에 있어서, 도금용액욕 도금은 가장 비용 효과적인 금속 증착 기술일 것이다. 금속 및 금속 합금을 증착시키기 위한 화학증착, 물리증착 및 도금용액욕 도금이 잘 알려져 있기 때문에, 본원에서 상기 기술들에 대해 더 기술하지는 아니할 것이다.
시트 304의 시트 밀봉-고리 영역 318에 도금층을 형성하기 위한 네번째 옵션은 소위 저온-기체 동적 분사(cold-gas dynamic spray) 기술, 또한 "콜드-스프레이"로도 알려져 있는 기술을 사용하는 것이다. 상기 기술은 분말화된 재료의 융점 보다 훨씬 더 아래의 온도에서 연속 금속 코팅이 이루어 지도록 하기 위해 고점도 기체 분사를 사용하여 상기 분말화된 금속, 합금, 또는 금속과 합금의 혼합물을 물품상에 분사하는 것을 포함한다. 상기 저온-기체 동적 분사 증착 기술에 관한 상세한 내용은 미국 특허 제 5,302,414(Alkhimov 등)호에 개시되어 있다. 상기 저온-기체 동적 분사 증착을 사용하여 알루미늄을 유리에 적용할 때 좋은 결과가 획득된다는 것이 확인된 바 있다. 알루미늄 층은 유리에 극도로 잘 증착되며 알루미늄 실리케이트 형태로 화학결합을 형성할 수 있다. 그러나, 주석, 아연, 은 및 금을 포함한, 다른 금속들도 상기 콜드-스프레이를 사용하여 첫번째 층에 적용될 수 있다. 저온-기체 동적 분사 기술은 저온(예컨대, 실온 근처의 온도)에서 사용할 수 있기 때문에, 폴리카보네이트 또는 다른 플라스틱과 같은, 비교적 낮은 녹는점을 갖는 물질 뿐만 아니라, 유리, 알루미나, 및 세라믹과 같은 통상적인 물질을 이용하여 도금층을 형성하는데 적합하다.
시트 304 상에 적층된 최초 금속층의 경우, 크롬, 니켈, 알루미늄, 주석, 주석-비스무트 합금, 금, 금-주석 합금 중 임의의 물질이 사용될 수 있는 것으로 여겨지며, 상기 목록은 유리에 대한 접합력이 증가하는 순서로 여겨지는 순서로 나열한 것이다. 다른 물질들이 또한 적절할 수 있다. 상기 물질들 중 임의의 물질이 상기 기술된 CVD 또는 PVD 기술(예컨대, 스퍼터링) 중 임의의 기술을 사용하여 시트 밀봉-고리 영역 318상에 적층될 수 있다. 제 1층 602이 비금속성 시트 304의 시트 밀봉-고리 영역 318상에 적층된 후, 추가의 금속층, 예컨대, 제 2층 604, 제 3층 606 및 제 4층 608(적용된 바와 같이)이, 도금용액욕 도금을 포함하는 상기 기 술된 적층 방법들 중 임의의 방법을 사용하여 부가될 수 있다. 하기 규칙들을 적용하는 것이 만족할 만한 두께를 지닌 다양한 도금층들을 생성시키는 결과를 가져올 것으로 여겨진다. 규칙 1: 금-도금 코바 합금 프레임에 결합될 알루미늄 또는 주석-기반 금속 또는 합금을 제외한, 최소 두께: 0.002 마이크론. 규칙 2: 금-도금 코바 합금 프레임에 결합될, 시트 상에 또는 마직막 층으로써 적층된 알루미늄 또는 주석-기반 금속 또는 합금의 경우의 최소 두께: 0.8 마이크론. 규칙 3: 금-도금 코바 합금 프레임에 결합될, 시트 바로 위에 또는 마직막 층으로써 적층된 알루미늄 또는 주석-기반 금속 또는 합금의 경우의 최대 두께: 63.5 마이크론. 규칙 4: 상기 제 1층으로써 시트 바로 위에 적층되며, 그들의 상부에 적층되는 다른 금속 또는 합금을 지니게 될, 크롬 이외의 금속의 경우의 최대 두께: 25마이크론. 규칙 5 : 중간층으로써 다른 금속 또는 합금 바로 위에 적층되는, 크롬 이외의 금속의 경우의 최대 두께: 6.35 마이크론. 규칙 6: 금-도금 코바 합금에 대한 부착용 땜납으로 역할을 할, 시트 바로 위에 또는 마직막 층으로써 적층되는 금속 또는 합금의 경우의 최소 두께: 7.62 마이크론. 규칙 7: 금-도금 코바 합금에 대한 부착용 땜납으로 역할을 할, 시트 바로 위에 또는 마지막 층으로써 적층되는 금속 또는 합금의 경우의 최대 두께: 101.6 마이크론. 규칙 8: 크롬의 경우의 최대 두께: 0.25 마이크론. 규칙 9: 잉크젯을 통해 적용되거나 땜납 사전성형품으로 제공되는, 금-주석 땜납의 경우에 최소 두께: 6 마이크론. 규칙 10: 잉크젯을 통해 적용되거나 땜납 사전성형품으로 제공되는, 금-주석 땜납의 경우에 최대 두께: 101.6 마이크론. 규칙 11: 이머젼(immersion) 아연의 경우의 최소 두께: 0.889 마이크 론. 상기 규칙들은 저온-기체 동적 분사 적층법 이외의 모든 적층법을 사용하여 적층되는 금속에 적용되는 규칙임을 주목하라.
콜드 스프레이를 응용하는 경우, 하기 규칙들을 적용한다: 규칙 1: 임의의 금속 층의 경우의 최소 실제 두께: 2.54 마이크론. 규칙 2: 상기 제 1층, 및 마직막 코바 합금 층을 포함하지 않는, 모든 추가 층들의 최대 실제 두께: 127 마이크론. 규칙 3: 마지막 코바 합금 층에 대한 최대 실제 두께: 12,700 마이크론, 즉, 0.5 인치.
이에만 제한되는 것으로 고려되어서는 아니되는, 실시예로서, 열압착(TC) 접합, 또는 음파, 초음파 또는 열음파 접합을 사용하여 제작된 시트 304를 코바 합금-니켈-금 프레임 302(즉, 제일 처음 니켈로 그 다음에 금으로 도금한 코바 합금 코어)에 결합시킬 때, 하기 금속 조합물이 밀봉-고리 영역 318에 적합한 것으로 여겨진다.
또한 조립 순서는 기밀적으로 밀봉된 창 유닛을 제작하기 위해 제일 처음 상기 프레임/스페이서 및 창 시트를 같이 결합시키고, 그 이후에 상기 창 유닛을 상기 기재에 결합시키는 순서를 따를 수 있다. 또한 세번째 조립 순서는 우선 상기 프레임/스페이서 및 기재를 같이 결합시키고, 그 이후에 상기 기재/프레임/스페이서 유닛을 상기 창에 결합시키는 순서를 따를 수 있다. 일부 경우에 있어서, 중간 재료(중간층 재료로도 칭해짐)가 상기 기재와 상기 프레임/스페이서 사이에 사용되고/거나 상기 프레임/스페이서와 상기 창 시트 사이에 사용될 수 있다. 도금층형성이 사용되는 응용에 있어서, 접합 이전에 시트 또는 렌즈의 밀봉-고리 표면에 도 금층을 형성하는 것이 적합한 것으로 여겨지고, 확산 결합(즉, 열압착 접합)을 채용한 일부 다른 구체예들에서는, 시트 또는 렌즈 상의 밀봉-고리 영역의 도금층형성이 시트/렌즈를 프레임 또는 장치 패키지 기재의 또 다른 기재에 결합시킬 때 함께 생략될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
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이에만 제한되는 것으로 고려되어서는 아니되는, 추가의 실시예로서, 열압 착(TC) 접합, 또는 음파, 초음파 또는 열음파 접합을 사용하여 제작된 시트 304를 코바 합금-니켈-금 프레임 302에 결합시킬 때, 밀봉-고리 영역 318에 대하여 하기 금속 조성물 및 두께가 바람직하다.
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위에서 지적한 바와 같이, 상기 실시예들은 다른 공정들 중, 열압착 접합에 적당한 것으로 여겨진다. TC 접합은 제조된 2개의 표면들이 긴밀한 접촉을 형성하도록 하는 확산 결합의 일 공정이고, 플라스틱 변형이 압력 및 온도의 복합된 영향에 의해 유발되며, 이는 차례로 마주보는 표면들 사이의 갭을 연결하는 결정 격자의 발달을 초래하여 결국 접합이 일어나도록 한다. TC 접합은 브레이즈 납땜과 같은 다른 많은 유형의 접합 보다 대체로 더 낮은 온도에서 일어날 수 있다.
이제 도 7을 살펴보면, 본 발명의 구체예에서 사용하기 적합한 조립식 프레임 302의 횡-단면도가 도시되어 있다. 도시된 프레임 302는 코바 합금 코어 702, 또는 다른 금속 또는 합금 코어을 포함하는데, 상기 코어은 니켈로 된 제 1 금속층 704이 도금되고, 차례로 금으로 된 외층 706이 도금된다. 경질 유리, 예컨대, 코닝 7056 또는 7058가 시트 304로 사용되는 경우 및 코바 합금 또는 유사 재료가 패키지 기재 104로 사용되는 경우에 프레임 302의 코어 702를 위하여 코바 합금을 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 30℃ 내지 300℃의 온도 범위에서 상기 재료들이 약 5.0·10-6/°K 내지 약 5.6·10-6/°K (예컨대, 약 5.0 내지 약 5.6 ppm/°K) 범위 내에 속하는 CTE를 갖기 때문이다.
여전히 도 7를 살펴보면, 제조 공정의 또 다른 단계는 조립식 프레임 302를 시트 304에 결합시키는 단계이다. 이전에 기술한 바와 같이, 상기 프레임 302는 그것을 통해서 개구 308을 특정하는 연속 격벽 306을 포함한다. 상기 격벽 306은 그의 상부 표면상에 프레임 밀봉-고리 영역 310 및 이의 하부 표면상에 기재 밀봉-고리 영역 320를 포함한다. 상기 프레임 밀봉-고리 영역 310은 일반적으로 투명한 시트 304의 시트 밀봉-고리 영역 318과 정합되는 치수로 만들어 지며, 한편 상기 기재 밀봉-고리 영역 320는 일반적으로 상기 패키지 기재 상의 대응되는 밀봉 영역에 대하여 정합되는 치수로 제작된다. 상기 프레임 302는 스탬핑, 캐스팅, 다이캐스팅, 압출(extrusion)/파팅(parting), 및 기계가공(machining)을 포함하는 다양한 통상적인 금속 성형 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 프레임 302를 생산하기 위한 가장 비용 효과적인 방법은 스탬핑 또는 다이캐스팅일 것으로 예상된다. 그러나, 일부 경우에 있어서, 화학적 에칭으로도 알려져 있는, 광-화학 기계가공(photo-chemical machining, PCM)을 사용하여 상기 프레임 302를 제작하는 것이 가장 경제적인 방법이 될 것이다. 일부 경우에 있어서, 광-화학 기계가공된(즉, 에칭된) 금속 및/또는 합금으로 만든 몇몇 시트들이 상기 프레임 302를 형성하기 위해 함께 접합될 수도 있다. 상기 접합 방법들 중 한 방법이, 확산 결합으로도 알려져 있는, TC 접합인데, 상기 광-화학 기계가공된 층들을 함께 접합시켜 상기 프레임 302를 만들어 낸다. 고려된 접합 절차에서 요구되는 평탄도(degree of flatness) 및 특정 프레임 제조 방법에 의해 달성되는 정도에 따라, 표면 그라인딩, 및 아마도 심지어 래핑(lapping) 또는 연마가 성공적인 기밀 밀봉을 위해 필요한 최종 평탄도를 제공하기 위해 상기 프레임 밀봉-고리 영역 310 또는 기재 밀봉-고리 영역 320에 요구될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 기재 밀봉-고리 영역 320은 프레임 밀봉-고리 영역 310과 대향되는 프레임 면상에 위치하게 되고, 상기 패키지 기재 104에 대한 최종 용접을 용이하게 하기 위해 금 706으로 덧붙여진 동일한 니켈 층 704를 사용할 수 있 다.
일부 구체예에서, 프레임 302는 커버 어셈블리 300이 최종적으로 패키지 기재 104에 용접될 때, "열발산판(heat sink)" 및/또는 "방열판(heat spreader)"으로서 역할할 것이다. 통상적인 고온 용접 공정(예컨대, 수동 또는 자동 전기저항 심 용접 또는 레이저 용접)이 본 작업에 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 상기 용접 공정을 사용하여 도금된 유리 시트 304가 직접 패키지 기재 104에 용접되게 되면, 응축된 열이 열 스트레스를 야기시킬 수 있어 상기 유리 시트에 균열이 생기게 하거나 이의 광학 특성을 왜곡시킬 가능성이 있다. 그러나, 금속 프레임이 투명한 시트에 부착될 때, 상기 프레임은, 용접 열의 일부를 흡수하는 열발산판 및 넓은 지역으로 열을 분산시키는 방열판 둘 모두로 역할하여 상기 투명한 시트 304에 가해지는 열 스트레스가 감소되어 균열 또는 광학적 왜곡이 발생할 가능성이 최소화된다. 코바 합금의 열 전도도, 0.0395에 의해 설명되는 바와 같이, 코바 합금이 상기 열발산 및 방열 역할을 위해 특히 유용한데, 상기 열 전도도는 코닝 7052 유리의 열 전도도, 0.0028의 대략 14배이다.
프레임 302의 또 다른 중요한 양상은 투명한 시트 304의 CTE 및 패키지 기재 104의 CTE와 유사한 CTE를 갖는 재료로 제작되어야만 한다는 것이다. 프레임 302, 투명한 시트 304 및 패키지 기재 104 CTE 간의 이러한 매칭은 열 순환 및/또는 열 충격 환경 하에서 그들 사이의 기밀 밀봉에 대한 장기간의 신뢰도를 보장하기 위해 상기 구성요소들이 서로 결합된 후 그들 간의 스트레스를 최소화시키는데 유리하다.
세라믹, 알루미나 또는 코바 합금으로 제작된 패키지 기재에 부착될 창 어셈블리에 있어서, 코바 합금을 상기 프레임 304를 위한 재료로 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 상세히 논의된 많은 구체예에서 코바 합금이 상기 프레임용으로 사용될지라도, 모든 투명한 시트 재료와 함께 사용하는데 코바 합금이 반드시 적합하지는 않다는 것이 이해될 것이다. 또한, 코바 합금 이외에 다른 프레임 재료가 유리와 함께 사용되는데 적당할 수 있다. 적합성은 투명한 시트 304의 재료, 프레임 302의 재료 및 패키지 기재 104의 재료 모두가 기밀 밀봉의 장기간의 신뢰도를 최대한 보장하기 위해 가까이 매칭되는 CTE를 가져야 한다는 요구에 의해 결정된다.
이제 도 8을 살펴보면, 제조 공정의 다음 단계는 시트 304에 대한 상기 프레임 302의 위치를 결정하는 것인데, 프레임 밀봉-고리 영역 310의 적어도 일부분 및 시트 밀봉-고리 영역 318의 적어도 일부분이 창 부분 312의 주위를 둘러싸는 연속된 접합 영역 804를 따라 서로 접촉하게 된다. 사실상, 일부 경우에서, 접점의 신뢰도를 최대한 보장하기 위해 상기 구성요소들을 접합하기 바로 전에 밀봉-고리 영역 및 임의의 다른 밀봉 표면상에서 플라즈마-세척 작업 및/또는 용매 또는 계면 활성제 세척 작업이 수행된다. 도 8에서, 시트 304는 그것이 프레임 302와 접촉할 때까지 그의 원래 위치(파선으로 표기됨)에서 이동하게 된다. 물론, 마스크를 시트에 접착시키기 위해 접착제를 사용하는 경우, 마스크 재료 및/또는 그의 접착제를 없애지 않고서는 접착 공정에서 직면하게 되는 상승된 온도를 견딜 수 없다면, 시트 밀봉-고리 영역 318을 마련하기 위해 이용된 작업의 결과 남겨진 임의의 잔여 점착성 테이프 또는 다른 마스킹 재료를 제거하는 것이 제일 먼저 요구된다. 시트 밀봉-고리 영역 318 및 프레임 밀봉-고리 영역 310이 그들 전 영역에 있어서 정확히 일치할 필요는 없으나, 다소, 창 부분 312 주위를 둘러싸는 연속 접합 영역 804를 형성하는 두개의 밀봉-고리 영역 사이에서 부분적으로 일치될 필요가 있다는 것만은 이해될 것이다. 도 8에 도시된 구체예에서, 시트 밀봉-고리 영역 318내의 도금된 층 610은 프레임 밀봉-고리 영역 310의 도금된 외층 706보다 훨씬 더 넓다. 더욱이, 시트 304의 창 부분 312는 프레임 개구 308을 통해 어느 정도까지 신장되는데, 이는 프레임 302 상의 시트 304를 중심에 위치하도록 조정하는 수단을 제공한다.
제조 공정의 다음 단계는 접점(joint)이 모든 접합 영역을 따라 프레임 302 및 시트 304 사이에 형성될 때까지 접합 영역 804를 가열하는 것인데, 이에 따라 창 부분 312를 에워싸는 기밀 밀봉이 형성된다. 접합 영역 804를 가열하는 단계를 진행하는 동안, 마감된 표면 314 및 316가 손상되는 것을 막기 위해서, 시트 304의 창 부분 312의 온도는 그의 유리 전이 온도, TG이하로 뿐만 아니라 시트 304의 연화 온도 이하로 유지될 필요가 있다. 유리의 연화점은 유리가 107.6 dPa 또는 107.6 포이즈의 점도를 갖는 온도로 정의된다(측정 방법: ISO 7884-3). 본 발명은 상기 가열을 수행하기 위한 몇가지 옵션을 고려하고 있다. 첫번째 옵션은, 확산 결합이라고도 알려져 있는, 열 압착(TC) 접합을 이용하는 것인데, 통상적인 고열 가압 접합(hot press bonding) 뿐만 아니라, 열간등방가압소결(Hot Isostatic Press 또는 Hot Isostatic Processing, HIP) 확산 결합이 포함된다. 이전에 기술한 바와 같이, 확산 결합이라고도 알려져 있는, TC 접합은 필요한 확산 결합이 생 성되도록 하기 위해 감소된 온도가 요구되는 그렇게 접합되는 재료들에 대하여 높은 압력을 적용하는 것을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 예컨대, 코바 합금, 니켈 또는 금 프레임에 대한 TC 접합의 경우, 시트 304상의 도금된 층 610의 두께 및 조성을 결정하기 위한 규칙들이 상기에 기술되었다. 대략 380℃의 온도와 대략 95,500 프사이(6713.65 kg/㎠)의 적용 압력이 코바 합금/니켈/금 프레임 302를 최종 층으로 알루미늄을 지닌 도금된 시트 304에 TC 접합하기 위한 평가된 공정 파라미터가 될 것이다. 상기 조건하에서, 코바 합금 프레임 302 상에 금 도금 706은 알루미늄 층(예컨대, 실시예 7에서 층 4)으로/과 함께 확산된다. TC 접합을 위해 필요한 380℃의 온도는 코닝 7056과 같은 경질 유리에 요구되는 온도인 대략 500℃ 내지 900℃ TG 이하이므로, TC 접합 공정은 커버 어셈블리 구성요소들 302, 304를 함께 압축하여 고정(fixturing)시키고 대략 380℃에서 로(또는 오븐 등) 내에 압축된 어셈블리를 위치시킴으로써 단일 또는 회분 방식으로 수행될 수 있다. 기밀 접합이 창 부분 312의 마감된 표면 314 및 316에 위험부담없이 획득될 것이다. TC 접합 공정을 촉진하기 위해 로 내에서 진공(때로는 일부 소량의 특정 기체들이 함께 포함됨), 또는 감압 또는 가압을 수반하는 다른 기압이 필요할 수 있다.
대안으로, TC 접합과 더불어 추가적인 열을 부가하기 위하여 접합영역 804에 저항 용접을 채택하는 것은 380℃ 이하로 창 어셈블리를 예열(preheating)하는 것을 가능하게 하고, 이는 아마도 전체적인 접합 공정 시간을 감소시킬 수 있을 것이다. 또 다른 방법으로, 열전도에 의해 접합영역 304에 열을 가하게 되는 가열 기계(heated tooling)를 이용하여 커버 어셈블리 구성요소 302와 304를 고정시킴으로써 TC 접합이 이루어지게 할 수 있다. 아직 또 다른 대안적 방법에서, 전기저항용접은 TC 접합에 필요한 온도에 도달하는데 필요한 100%의 열을 공급하는데 사용될 수 있으며, 그로 인하여 로, 오븐, 등 또는 특수한 열 전도성 기계에 대한 요구가 해소된다.
TC 접합 또는 다른 용접 공정이 완료된 후에, 창 어셈블리 300은 최종 가공, 예를 들어, 커버 어셈블리의 모서리를 매끄럽게 하고 치핑(chipping), 스크래칭, 마킹 등을 방지하기 위한 상기 커버 어셈블리 모서리에 대한 챔퍼링(champering), 조립후(past-assembly) 공정이 진행되는 동안의, 세척, 마킹 또는 다른 작업을 위해 준비된다. 일부 경우에 있어서, 상기 최종 가공은 창 및/또는 프레임에 적용되는 다양한 코팅들을 포함할 수 있다.
도 9를 살펴보면, 방금 기술한 본 발명의 일 구체예에 따른 제조 공정의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 블록 902는 투명한 재료(예컨대, 유리 또는 다른 물질)로 제조된 시트를 획득하는 단계를 나타내는데, 상기 시트는 이전에 기술한 바와 같이 마감된 상부 및 하부 표면을 지닌다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 904를 진행한다.
이전에 기술한 바와 같이, 블록 904는 예컨대, 내스크래치 또는 무반사 코팅과 같은, 시트에 표면 처리를 적용하는 단계를 나타낸다. 상기 영구 표면 처리 이외에, 블록 904는 또한 차후의 공정 단계들이 진행되는 동안에 표면을 보호하기 위해 시트 표면에 테이프 또는 다른 일시적 마스트를 적용하는 부-단계를 나타낸다. 블록 904에 의해 나타내어진 단계들은 선택적이고 상기 단계들 중 하나 이상의 단계가 본 발명의 모든 구체예에서 존재하지 아니할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 906를 진행한다.
블록 906는, 만일 그러한 도금층이 사용된다면, 상기 도금층에 더 나은 접착을 제공하기 위하여 시트 상에 밀봉-고리 영역을 마련하는 단계를 나타낸다. 상기 단계는 일반적으로 이전에 기술한 바와 같이 화학적 에칭, 기계적 그라인딩, 레이저 절삭 또는 샌드블라스팅을 사용하여 밀봉-고리 영역을 거칠거칠하게 만드는 것을 포함한다. 필요한 범위 내에서, 블록 906은 또한 밀봉-고리 영역으로부터 임의의 마스킹 재료를 제거하는 부-단계를 나타낸다. 블록 906은 시트의 표면으로부터 임의의 그리스, 오일 또는 다른 오염물질을 제거하기 위하여 시트(또는 적어도 시트의 밀봉-고리 영역)을 세척하는 임의의 단계를 추가로 나타낸다. 이전에 논의한 바와 같이, 이러한 세척 단계는 상기 밀봉-고리 영역이 도금되거나(즉, 도금 층의 더 나은 접착을 촉진하기 위해) 비도금된 상태로 남겨지거나(즉, 비도금된 시트의 더 나은 확산 결합을 촉진하기 위해) 상관없이 수행될 수 있다. 블록 906에 의해 나타내어진 단계들은 선택적이고 상기 단계들 중 하나 이상의 단계가 본 발명의 모든 구체예에서 존재하지 아니할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 908를 진행한다.
블록 908은 시트의 밀봉-고리 영역을 도금하는 단계를 나타낸다. 블록 908에 의해 나타내어지는 단계는 하나 이상의 도금층이 시트의 밀봉-고리 영역에 적용되어야만 하기 때문에 프레임 302에 대한 시트 304의 요망되는 접합이 금속-대-금 속 접합일 때에만 필수적이다. 확산 결합 공정을 사용하는 경우에, 제 1 도금 시트 304 없이 프레임 302에 시트 304를 접합시키는 것이 가능하다. 대부분의 구체예에서, 블록 908은 시트에 연속적인 도금층을 적용하는 다수의 부-단계들을 나타낼 것인데, 여기서 각각의 부-단계의 층들이 이전에 기술한 바와 같이 CVD, PVD, 콜드-스프레이 또는 도금용액욕 도금을 포함하는 공정에 의해 적용될 수 있다. 블록 908에 의해 나타내어진 단계들 이후에, 프레임과의 결합을 위한 시트가 준비된다. 그러나, 상기 결합 단계(즉, 블록 916)를 진행하기 전에, 제일 먼저 적당한 프레임이 준비되어야만 한다.
블록 910은 조립식 프레임을 획득하는 단계를 나타내는데, 상기 프레임은 블록 902로부터의 투명한 시트의 CTE 및 패키지 기재의 CTE와 가까이 매칭되는 CTE를 갖는 것이 바람직하다. 기재가 알루미나 또는 코바 합금인 대부분의 경우에서, 코바 합금으로 제조된 프레임이 적합할 것이다. 이전에 기술한 바와 같이, 상기 프레임은 예컨대, 스탬핑, 다이-캐스팅 또는 다른 공지의 금속-성형 공정을 사용하여 제작될 수 있다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 912를 진행한다.
블록 912는 그라인딩, 연마 및/또는 달리 투명한 시트의 밀봉-고리 영역에 꼭 들어 맞게 프레임의 평탄성을 증가시키는 것이 필요로 한 경우에는 프레임의 밀봉-고리 영역을 평탄화하는(flattening) 단계를 나타낸다. 블록 912에 의해 나타내어진 단계들은 선택적이고 상기 단계들 중 하나 이상의 단계가 본 발명의 모든 구체예에서 존재하지 아니할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 914를 진행한다.
블록 914는 프레임의 밀봉-고리 영역에 추가의 도금 층을 적용하는 단계를 나타낸다. 상기 도금 층들은 때때로 투명한 시트의 도금된 밀봉-고리 영역과 접합을 위해 호환될 수 있는 화학을 달성하는 것이 필요하다. 대부분의 구체예에서, 블록 914는 프레임에 연속된 도금 층들을 적용하기 위한 다수의 부-단계들을 나타낼 것이다. 블록 914는 시트의 표면으로부터 임의의 그리스, 오일 또는 다른 오염물질을 제거하기 위하여 시트(또는 적어도 시트의 밀봉-고리 영역)를 세척하는 임의의 단계를 추가로 나타낸다. 이전에 논의한 바와 같이, 상기 세척은 프레임의 밀봉-고리 영역이 추가의 금속 층으로 도금되거나 추가적인 도금층형성없이 사용되든지 관계없이 수행될 수 있다. 일단 블록 914에 의해 나타내어진 단계들이 완료되면, 상기 프레임은 투명한 시트와 결합되기 위해 준비된다. 그리하여, 블록 908 및 블록 914 두 공정의 결과 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 916를 진행한다.
블록 916은 준비된 프레임을 준비된 투명한 시트와 함께 클램핑(clamping)하는 단계를 나타내는데, 상기 클램핑에 의해 창 부분을 둘러싸고 있는 접합 영역에서 사전결정된 접촉 압력이 생성되게 하는 조건하에서 상기 프레임 및 시트 각각의 도금된 밀봉-고리 영역들은 서로 접촉하게 된다. 밀봉-고리 표면 사이에 사전결정된 접촉 압력은 통상적인 용접(대부분의 납땜 및 브레이징 공정 포함)에서 요구될 온도보다 더 낮은 온도에서 도금된 표면들의 열 압착(TC) 접합이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 918을 진행한다.
블록 918은 열 압착 접합의 발생을 초래할 정도로 충분한 온도가 될 때 까지 사전결정된 접촉 압력을 유지하면서 프레임과 투명한 시트 사이의 접합부에 열을 적용하는 단계를 나타낸다. 일부 구체예에서, 블록 918은 단일 가열 단계(예컨대, 로내에서 맞춰진 어셈블리를 가열하는 단계)를 나타낼 것이다. 다른 구체예에서, 블록 918은 접합 영역에 열을 적용하는 몇몇 부-단계를 나타낼 것인데, 예를 들면, 제일 처음 맞춰진 어셈블리를(예컨대, 로 내에서) 중간 온도로 예열하고 난 다음, 나머지 도금 층의 국소 영역의 온도를 상승시켜 열 압착 접합이 일어나게 될 온도에 도달되도록 하는 방식으로 상기 접합 영역을 따라 저항 용접 기술을 사용하는 것이다. 열 압착 접합은 투명한 시트 재료 및 프레임 사이에 기밀 밀봉이 이루어지게 한다. 이후 공정은 화살표로 지적한 바와 같이 블록 920을 진행한다.
예시된 실시예에서, 금속화된 밀봉-고리 영역을 확산 결합/열적 압축 결합을 사용하여 결합하였으며, 여기서 미리 정해진 압력이 첫 번째로 적용되고(블록 916), 열이 두 번째로 적용되었다(블록 918). 그러나, 확산 결합의 사용은 이 특정된 조건들에 제한되지 않는다는 것으로 인식될 것이다. 몇몇 다른 구체예에서, 시트 및/또는 프레임은 결합 이전에 금속화되지 않을 수 있다. 몇몇 다른 구체예에서, 열을 요구되는 결합 온도에 도달될 때까지 우선 적용할 수 있고, 미리 정해진 압력을 확산 결합이 형성될 때까지 그 다음에 적용될 수 있다. 그러나 추가 구체예에서, 열 및 압력을 동시에 확산 결합이 형성될 때까지 적용할 수 있다.
블록 920은 창 어셈블리를 열 압축 결합 후 단지 냉각하는 것을 나타낼 수 있거나, 이는 추가 마무리 공정을 나타낼 수 있으며, 마무리 공정은 칩핑(chipping), 크래킹(cracking) 등을 막기 위해 어셈블리의 모서리의 모떼 기(chamfer), 어셈블리의 마킹, 하나 이상의 물질을 가진 창 및/또는 프레임의 코팅, 또는 다른 포스트-어셈블리 절차를 포함한다. 이 구체예의 공정은 따라서 기재되어 있다.
본 발명의 대안적 구체예에서, 통상적 용접 기술(땜납 및/또는 경땜납(brazing))을 포함함)을 열 압축 결합 대신에 사용하여 투명한 시트에 프레임을 결합할 수 있는 것으로 인식될 것이다. 이러한 대안적 구체예에서, 도 9의 블록 916 및 918에 의해 나타내어지는 단계는 프레임과 투명 시트를 함께 정착시키는 단계에 의해 교체될 것이며, 그래서 금속화된 밀봉-고리 영역은 서로 접촉해 있고 (그러나 연결부에 따른 미리 정해진 접촉 압력을 만들 필요가 없고) 그 다음에 열을 연결 영역에 통상적 수단을 사용하여 온도가 금속 층의 용융 및 확산을 일으킬 정도로 충분할 때까지 적용하여 용접 결합을 달성한다.
대안적인 구체예에서, 경땜납-땜납을 사용하여 프레임(302)을 금속화된 시트 (304)에 결합한다. 이 구체예에서, 땜납 금속 또는 땜납 합금을 금속 층(610)의 최종 층으로서 금속화된 시트(304) 위에 활용할 수 있고, 미리 정해진 높은 접촉 압력에서 프레임(302)에 시트(304)를 클램핑(clamping)하는 것이 요구되지 않는다. 땜납 금속 또는 땜납 합금 예비형태를 땜납 금속 또는 땜납 합금을 금속화된 시트(304) 위에 금속 층(610)의 최종 층으로서 가지는 것 대신에 별도의 중간 아이템으로서 프레임(302) 및 시트(304) 사이에 활용할 수 있다. 낮거나 중간 정도의 클램핑 압력을 사용하여 1) 땜납의 용융된 상 중에 정열(alignment)을 보장하고; 2) 개개의 밀봉-고리 영역 사이에 연결 영역을 따라 용융된 땜납의 균등한 분배를 조장하여; 이로써 기밀 밀봉을 보장하는 것을 도와, 그러나, 이 클램핑 압력은 TC 결합에서와 같이 결합 공정 그 자체에 기여하지 않는다. 대부분 다른 측면에서, 그러나, 이 구체예는 이전에 기재되어 있는 것과 실질적으로 유사하다.
도 7에서 예시된 것과 같이 코바(Kovar) 합금/니켈/금 프레임(302)에 경땜납-땜납에 적합한 시트 밀봉-고리 영역(318)에서 금속 층(610)의 상세한 설명을 예시하도록 하기 실시예를 제공하며, 이는 제한하려는 의도는 아니다.
실시예 33:
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 127 |
실시예 34:
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | 공융 Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
실시예 35:
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 127 |
실시예 36
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | 공융 Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
실시예 37
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 127 |
실시예 38
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 127 |
실시예 39
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
실시예 40
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
실시예 41
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
실시예 42
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 응력해방된 Sn 땜납 | CVD, PVD | 1.27 | 152.4 |
실시예 43
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD | 1.27 | 152.4 |
실시예 44
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD | 1.27 | 127 |
실시예 45
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.002 | 152.4 |
| 2 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 127 |
실시예 46
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.002 | 152.4 |
| 2 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 1.27 | 152.4 |
본원에 많은 실시예가 공융(eutectic) Au-Sn의 사용을 보여주지만, 다른 적용은 창을 부착하기 위해 비-공용 Au-Sn 또는 다른 공융 또는 비-공융 땜납을 활용할 수 있다. 이는 더 높은 용융 온도 땜납의 계속적 사용이 창 결합을 융해함 없이 더 높은 수준 어셈블리에 유닛을 부착하는 것을 가능하게 한다.
추가 실시예에 의해, 하기 조합은 도 7에서 예시된 것과 같이 코바(Kovar) 합금/니켈/금 프레임(302)에 경땜납-땜납을 위한 시트 밀봉-고리 영역(318)에서 금속 층(610)을 위해 바람직하며, 이는 제한하려는 의도는 아니다.
실시예 47
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.25 | 2.54 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 47a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.25 | 2.54 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 48
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.25 | 2.54 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
실시예 49
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 49a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 50
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
실시예 51
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 51a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 52
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 3 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 52a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 3 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 53
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
실시예 54:
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 3 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
실시예 55
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
실시예 56
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 응력해방된 Sn 땜납 | CVD, PVD | 2.54 | 127 |
실시예 57
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD | 2.54 | 127 |
실시예 58
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD | 2.54 | 63.5 |
실시예 58a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD | 2.54 | 63.5 |
실시예 59
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | 공융 Au-Sn 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 59a
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | Sn-Cu-Ag 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 63.5 |
실시예 60
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | Sn-Bi 땜납 | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 127 |
도 10을 참조하여, 본 발명의 또 다른 구체예를 예시한다. 이 구체예에서, 커버 어셈블리(300)는 사각형이라기보다 배열에서 원형임을 보여주고 있다. 본 발명에 따라 제조되는 커버 어셈블리를 위한 간단한 또 다른 바람직한 배열이 있고, 이 구체예는 임의의 특정 모양의 배열에 제한되지 않는 것으로 인식될 것이다. 이전에 기재된 구체예에서와 같이 이 구체예는 또한 투명한 시트(304)를 기밀성으로 프레임(302)에 결합하도록 경납-땜납을 또한 사용한다. 그러나, 이 구체예에서, 경납 땜납을 위한 땜납을 시트 밀봉-고리 영역(318) 또는 프레임 밀봉-고리 영역(310)의 모양을 가지는 별도의 땜납 예비형태(1000)의 형태로 제공한다. 또한 이 구체예에서, 예비형태(1000)은 투명 시트(304) 및 프레임(302) 사이의 내부 층 또는 중간층 물질로서의 사용을 위한 땜납과 다른 물질일 수 있다. TC 결합을 위한 내부 층 또는 외부 층으로서 사용되는 경우에, 예비형태(1000)의 하나 이상의 요소는 시트(304) 및 프레임(302)의 하나 이상의 요소로 확산된다.
이 구체예에서, 프레임 및 시트를 직접적으로 서로에 대항하여 위치시킴에 대신하여, 예비형태 땜납(1000)을 사용하여 경납-땜납을 위해 기밀적으로 투명한 시트(304)를 프레임(302)에 결합시키는 경우에, 프레임(302) 및 시트(304)를 땜납 예비형태(1000)의 반대 측에 대항하게 대신하여 위치시켜, 창 부분(312)을 한정하는 연속적 연결 영역에 따라 프레임 밀봉-고리 영역(310)과 시트 밀봉-고리(318) 사이에 땜납 예비형태를 개재시킨다. 프레임(302)과 시트(304)를 땜납 예비형태(1000)에 대항하여 위치시킨 후에, 연결 영역을 땜납 예비형태이 용합될 때까지 가열시켜 연결 영역을 따라 프레임과 시트 사이에 땜납 연결을 형성한다. 연결 영역의 가열은 임의의 이전에 기재된 방법에 의해 수행될 수 있으며, 저항 용접을 포함하는 다른 가열 방법과 조합하거나 단독으로 로, 오븐 등에서 가열 또는 예열을 포함한다. 연결 영역을 가열하는 단계 중에 시트(304)의 창 부분(312)의 온도는 유리 전이 온도 Tg 및 연성 온도 이하로서 시트 상에 최종 표면(314 및 316)이 해로운 영향을 받지 않는 것이 요구된다.
땜납 예비형태(1000)을 사용하는 현 구체예는 도 7에서 예시되는 것과 같은 코바 합금/니켈/금 프레임에 금속화된 시트(304)를 결합하기 위해 사용될 수 있다. 바람직한 구체예에 따라, 땜납 예비형태(1000)는 금-주석(Au-Sn) 합금 형태이고, 더욱 바람직한 구체예에서, 금-주석 합금은 공융 조성물이다. 예비형태(1000)를 위한 대안적 합금 중 하나는 주석-구리-은(Sn-Cu-Ag)이다. 금-주석 예비형태(1000)의 두께는 약 6 마이크론 내지 약 101.2 마이크론의 범위 내일 것이다. 예비형태(1000)를 위한 다른 합금의 두께는 또한 약 6 마이크론 내지 약 101.2 마이크론의 범위 내일 것이다.
하기 예는 제한되는 의도는 아니고, 이에 제한되지 않는 주석-구리-은 합금을 포함하는 다른 적합한 땜납 합금 예비형태 또는 금-주석 땜납 예비형태와 조합 하여 코바 합금/니켈/금 프레임에 경납-땜납을 위해 적합한 금속 층(610) 및 시트 밀봉-고리 영역(318)의 상세한 설명을 예시하기 위해 제공된다.
실시예 61
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.0508 | 0.508 |
실시예 62
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 63
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.0508 | 0.508 |
실시예 64
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.002 | 25 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 65
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.0508 | 0.508 |
실시예 66
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.0508 | 0.508 |
실시예 67
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 4 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 68
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 0.002 | 6.35 |
| 3 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 69
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
| 2 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 70
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.002 | 0.15 |
실시예 71
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 응력해방된 Sn 또는 Sn-Bi | CVD, PVD | 0.635 | 12.7 |
실시예 72
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Au | CVD, PVD | 0.0508 | 0.508 |
실시예 73
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.002 | 152.4 |
| 2 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.0508 | 0.508 |
실시예 74
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.002 | 152.4 |
| 2 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
실시예 75
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.002 | 152.4 |
| 2 | Sn(증착 후 응력해방) | CVD, PVD, SBP | 0.635 | 12.7 |
추가 실시예에 의해서, 제한하려는 것은 아니며, 하기 조합은 금-주석 땜납 예비형태과 조합하여 코바 합금/니켈/금 프레임에 경납-땜납을 위해 금속 층(610) 및 시트 밀봉-고리 영역(318)을 위해 바람직하다. 코바 합금/니켈/금의 프레임을 가지는 것에 추가로, 코바와 다른 물질은 프레임의 기초 물질로서 사용될 수 있고 오버레잉 층 또는 층은 금 없이 니켈 또는 제한되지는 않지만 니켈 및 금을 포함하는 둘 이상의 금속의 조합일 수 있다.
실시예 76
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.25 | 2.54 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.127 | 0.381 |
실시예 77
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Cu | CVD, PVD, SBP | 0.25 | 2.54 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 78
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.127 | 0.381 |
실시예 79
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | CVD, PVD | 0.1 | 2.54 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 80
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.127 | 0.381 |
실시예 81
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 3 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.127 | 0.381 |
실시예 82
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Zn | CVD, PVD, SBP | 0.3175 | 5.08 |
| 3 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 4 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 83
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Ni | CVD, PVD, SBP | 1 | 5.08 |
| 3 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 84
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
| 2 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 85
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | CVD, PVD | 0.05 | 0.12 |
실시예 86
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 탈호보된 Sn 또는 Sn-Bi | CVD, PVD | 2.54 | 7.62 |
실시예 87
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Au | CVD, PVD | 0.127 | 0.381 |
실시예 88
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | Au | CVD, PVD, SBP | 0.127 | 0.381 |
실시예 89
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | Sn-Bi | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
실시예 90
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | CVD, PVD | 0.1 | 5.08 |
| 2 | Sn(증착 후 응력해방됨) | CVD, PVD, SBP | 2.54 | 7.62 |
도 11과 관련하여, 본 발명의 또 다른 구체예를 예시한다. 이 구체예는 또한 땜납을 사용하지만, 이 구체예에서 땜납을 잉크젯 기술을 통해 프레임 어셈블리의 시트 밀봉-고리 영역(318) 또는 시트 밀봉-고리(310)에서 금속화된 영역(610)에 적용한다. 도 11은 프레임 밀봉-고리 영역(310) 위에 땜납(1104)의 오버래핑 드롭을 분배하는 잉크젯 분배 헤드(1102) 및 코바 합금/니켈/금 프레임(302) (또는 다른 프레임 합끔 및 오베레이어 조합)의 부분을 보여주며, 상기 분배 헤드는 프레임 천공(308) 주위를 움직이거나 프레임 천공가 분배 헤드 아래에서 움직여지고, 이는 화살표(1106)로 표시되어 있다. 바람직하게는, 잉크젯 분배된 땜납은 금-주석(Au-Sn) 합금이고, 더욱 바람직하게는 공융 조성물이다. 이 구체예에서 분배 헤드(1102)에 의해 적용되는 금-주석 땜납의 바람직한 두께는 약 6 마이크론 내지 약 101.2 마이크론의 범위 내이다. 도 11에 예시되어 있는 실시예가 프레임(302) 위에 땜납 드롭렛(1104)을 침적시키는 분배 헤드(1102)를 보여주지만, 다른 구체예에 서, 잉크젯 침적된 땜납은 시트 밀봉-고리 영역(318)에 프레임 밀봉-고리 영역(310) 위에 적용물과 함께 또는 단독으로 적용될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 잉크젯 침적된 땜납을 사용하여 본원의 이전 실시예에 기재된 바와 같이 사용되는 분리된 땜납 예비형태를 만들 수 있다. 또 다른 구체예에서, 땜납일 수 있거나 아닐 수 있는 잉크젯 침적된 물질을 사용하여 TC 결합 또는 HIP 확산 결합에서 사용을 위해 사용되는 내부 층 또는 중간층 예비형태를 만들 수 있으며, 이는 본원의 실시예에서 이전에 기재하였다. 잉크젯 적용되는 땜납을 사용하는 도 7에서 예시된 바와 같은 코바 합금/니켓/금 프레임(302)에 땝납을 위해 적합한 시트 밀봉-고리 영역(318)에 금속 층(610)의 상세한 설명은 이전 실시예 21 내지 32에 예시된 이 층들과 실질적으로 동일하다.
도 12a 내지 12c 및 도 13a 내지 13b와 관련하여, 본 발명의 또 다른 구체예를 구성하는 커버 어셈블리를 제조하기 위한 또 다른 대안적 방법을 예시한다. 반면에 이전 구체예에서, 별도의 사전에 제작된 금속 프레임을 투명 시트에 결합시켜 후차적 용접에 필요한 방열체/열소멸체로서 역할하고, 이 구체예에서, 저온 가스 동적 스프레이 증착 공정을 사용하여 투명 시트 물질 위에 직접적으로 금속성 프레임/방열체를 제조한다. 다시 말해, 이 구체예에서 프레임을 통합 부분으로서 투명 시트 위에 직접적으로 제조하였고, 후차적 연결 작업을 요구하지 않는다. 추가로 저온 가스 동적 스프레이 증착이 상온 근처에서 달성될 수 있기 때문에, 이 방법은 특히 유용하며 여기서 투명 시트 물질 및/또는 이의 표면 처리는 상대적으로 낮은 Tg 용융 온도 또는 다른 열 내성 파라미터를 가진다.
특이적으로 도 12a와 관련하여, 여기서 규정된 창(312)을 가지는 투명 물질(304)의 시트를 예시한다. 창 부분(312)은 마무리된 상단 및 하단 표면(314 및 316)을 가진다(시트(304)는 도 12a 내지 12c에서 아래가 위로 되어있는 것을 보여줌). 프레임 부착 영역(1200)은 시트(304) 위에서 정의되고, 상기 프레임 부착 영역은 창 부분(312)을 한정한다. 도 12a-c에서 예시된 구체예에서, 프레임 부착 영역(1200)은 상기 프레임 부착 영역(1200)이 완전히 창 부분을 한정 짓는 한, 창(312)(즉, 이 경우에 원형)의 특정 경계를 따를 필요가 없는 것으로 인식될 것이다.
달리 특이적으로 언급되지 않았다면, 마무리된 상단 및 하단 표면을 가지는 창 부분을 가지는 투명 시트를 얻고, 시트의 밀봉-고리 영역을 제조하고, 시트의 밀봉-고리 영역을 금속화하는 초기 단계는 이전 구체예를 위해 기재되어 있는 것과 실질적으로 동일하고, 상세히 다시 기재될 필요가 없음을 인식할 것이다.
도 13a와 관련하여, 시트(304)의 모서리에 대한 부분적인 단면도를 예시한다. 이 실시예에서, 시트(304) 위에 프레임 부착 영역(1200)을 제조하는 단계는 연마기(roughening)에 의해 프레임 부착 영역을 연마하고/거나 이의 초기 수준(점선으로 도시됨)으로부터 표면을 연삭(grinding)하는 선택적 단계로 오목형 영역(1302)을 생산하는 것을 포함한다. 프레임 부착 영역(1200)이 제조된 후, 금속 층은 저온 가스 동적 스프레이 증착을 사용하여 시트의 프레임 부착 영역 속으로 침적된다. 도 12b에서, 초기 금속 층(1202)은 저온 가스 동적 스프레이 증착을 사용하여 프레임 부착 영역(1200)으로 적용된다.
도 13b와 관련하여, 저온 가스 동적 스프레이 노즐(1304)는 프레임 부착 영역(1200) 위에 금속 입자(1306)의 스트림을 증착하는 것을 보여주고 있다. 초기 층(1202)은 보조 층(1204)으로 오버랩되고, 스프레이 노즐(1304)은 도시되어 있는데 이는 최종 코바 합금 층(1206)을 증착시키기 시작한다. 층(1206)은 코바일 필요가 없다.
도 12c 및 13c와 관련하여, 완성된 커버 어셈블리(1210)가 통합 프레임/방열체(1212)를 포함하여 예시되어 있고, 이는 시트의 마무리된 표면 위에 참조 번호(1308)에 의해 지시된 층(1206)으로부터 사전에 정해진 높이로 구조화된다. 바람직한 구체예에서, 프레임 부착 영역(1200) 위에 세워진 금속 프레임의 미리 정해진 높이(1308)는 프레임 부착 영역 아래 시트(304)의 참조 번호(1310)에 의해 지시된 두께의 약 5% 내지 약 100% 범위 내이다. 이 구체예에서, 저온 가스 동적 스프레이를 사용하여 금속을 증착시키는 단계는 세워진 프레임/방열체(1212)를 제조하기 위해 시트 위에 코바 합금의 층을 증착하는 것을 포함했다. 저온 가스 동적 스프레이 증착의 사용은 이 코바 합금 층을 위한 두께의 넓은 범위를 가능하게 하며, 이 두께는 약 2.54 마아크론 내지 약 12,700 마이크론 범위 내일 수 있다. 물론, 프레임/방열체(1212)는 코바 합금과 다른 물질의 증착을 통해 제조될 수 있고, 이는 투명한 시트(304) 및 패키지 베이스(104)의 특성, 특히 이의 개개의 CTE에 의존한다.
하기 실시예들은 제한하려는 의도가 아니며 경유리 투명한 시트 및 코바 합금 또는 세라믹 페키지 베이스에 적합성이 있는 프레임/방열체를 형성하기 위한 참 조 번호(1207)에 의해 공통적으로 지시된, 금속 층의 상세한 설명을 예시하려는 목적으로 제공되었다. 코바 합금과 다른 물질의 증착은 코바 합금이 최종 층으로서 나타내어질 때마다, 최종 층으로서 사용될 수 있고 투명한 시트(304) 및 페키지 베이스(104)의 특성, 특히 이의 각각의 CTE에 의존한다.
실시예 91
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Cu | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 92
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 93
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 94
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 95
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 96
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 97
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 98
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 99
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 100
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 101
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn 또는 Sn-Bi | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
실시예 102
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn 또는 Sn-Bi | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 2.54 | 127 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 127 | 12,700 |
추가 실시예에 의해, 제한하려는 의도는 아니며, 하기 조합은 경유리 투명한 시트 및 코바 또는 다른 합금 또는 세라믹 페키지 베이스에 적합한 프레임/방열체를 형성하기 위한 금속 층(1207)을 위해 바람직하다. 코바 합금과 다른 물질의 증착은 코바 합금이 최종 층으로서 나타내어질 때마다, 최종 층으로서 사용될 수 있고 투명한 시트(304) 및 페키지 베이스(104)의 특성, 특히 이의 각각의 CTE에 의존한다.
실시예 103
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Cu | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 104
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 105
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 106
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 107
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 108
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 109
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 110
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Cr | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 111
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Al | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 112
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 113
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn 또는 Sn-Bi | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Zn | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 4 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
실시예 114
| 층 | 금속 | 증착 | 최소(마이크론) | 최대(마이크론) |
| 1 | Sn 또는 Sn-Bi | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 2 | Ni | 저온 가스 스프레이 | 12.7 | 76.2 |
| 3 | 코바 합금 | 저온 가스 스프레이 | 635 | 2,540 |
저온 가스 동적 스프레이 증착을 사용하는 금속 층의 증착 후, 세워진 프레임(1212)의 상단 표면을 미리 정해진 평평도로 연마하거나 성형할 필요가 있을 수 있으며, 이는 추가 단계를 수행하기 전에 이뤄져 양호한 접촉이 후 결합에서 이뤄지는 것을 보장한다. 사용될 수 있는 또 다른 방법은 세워진 프레임의 상단 표면을 성형하는 것과 조합하여 또는 단독으로, 용액 바스 도금을 사용하여, 세워진 프레임/방열체(1212) 위에 추가 금속 층을 증착하는 것이다. 이러한 플레이트된 층을 위한 가장 일반적인 이유는 프레임/방열체가 페키지 베이스(104)에 결합되는 경우 양호한 결합을 조장하기 위함이다. 바람직한 구체예에서, 세워진 프레임(1212)에 적용되는 추가 금속 층은 약 0.002 마이크론 내지 약 25 마이크론 범위 내의 두께를 가지는 저온 가스 동적 스프레이 증착된 금속 바로 위에 니켈의 층, 몇몇의 예에서, 그 다음에 용액 바스 도금으로, 약 0.0508 마이크론 내지 약 0.508 마이크론 범위 내 두께를 금 층이 가질 때까지, 니켈 층 위 금의 층을 포함한다.
도 14와 관련하여, 저온 가스 동적 스프레이 증착을 활용하는 대안적 구체예의 블록 다이아그램을 예시한다. 달리 특이적으로 지시하지 않는다면, 마무리된 표면을 가지는 투명한 시트를 얻고, 시트에 표면 처리를 적용하고, 세척, 연마 또는 다르게는 시트의 프레임 부착 영역을 제조하는 초기 단계는 이전 구체예에서 기재된 것과 실질적으로 동일함을 인식할 것이며, 다시 상세히 기재되지 않을 것이 다. 예를 들어, 도 14의 블록(1402)은 마무리된 표면을 가지는 투명 물질의 시트를 얻는 단계를 나타내며, 블록(902)과 직접적으로 그리고 적합한 투명 물질의 기재와 대응된다. 유사하게는, 지적된 바를 제외하고, 도 14의 블록 1404, 1406 및 1408은 각각 도 9의 블록 904, 906 및 908에 직접적으로 그리고 본원에서 제공되는 단계 및 하부 단계의 이전 기재와 대응된다. 따라서, 이전 (즉 미리 제조되는 프레임) 구체예에서 블록 902-908에 의해 나타내어지는 여러 단계 및 서브 단계를 수행하기 위해 기재되어 있는 모든 선택 사항은 현재 (즉 차가운 스프레이) 구체예에서 블록 1402-1408에 적용가능함을 이해할 것이다.
공정의 다음 단계는 저온 가스 동적 스프레이 증착을 사용하여 프레임/방열체 금속을 프레임 부착 영역(1200) 내 임의의 이전 증착된 금속 층 위에 증착시키는 것이다. 이 단계는 블록(1410)에 의해 나타내어진다. 도 13b 및 13c와 함께 이전에 기재되어 있는 바와 같이, 가스 노즐(1304)로부터 높은 속도 입자(1306)는 이전 금속성 층 위에 새로운 층을 형성하고, 프레임 부착 영역(1200)을 가로질러 차가운 스프레이 제트를 반복적으로 향하게 함에 의해, 새로운 물질은 프레임 부착 영역의 전체 주변 주위에 연속적인 금속성 층이 될 수 있다, 즉, 이는 투명한 시트(304)의 창 부분(312)을 한정할 것이다. (커버 어셈블리(1210)가 궁극적으로 결합될) 페키지 베이스(104)의 물질이 코바 합금 또는 적절히 금속화된 알루미나인 경우에, 코바 합금은 물질(1206)을 위해 바람직하며, 상기 물질은 냉 스프레이되어 통합 프레임을 형성한다. 다른 경우에 방열체 물질은 페키지 베이스(104)의 CTE에 근접하게 매칭되는 CTE를 가지는 것으로 선택되어야 한다. 물론 이 물질은 저온 가스 동적 스프레이 공정에 적합해야 한다.
분말화된 방열체 물질의 냉 스프레이는 새로운 층(1206)이 방열체/통합 프레임으로서 제공되는데 요구되는 두께에 도달될 때까지 계속된다. 이는 블록(1410)에 의해 나타내어지는 공정의 끝을 나타낸다. 몇몇 적용을 위해, 상기 세워진 방열체/프레임(1212)은 완전하고 사용할 준비가 되어 있다. 그러나, 다른 적용을 위해 방열체/프레임(1212) 위에 추가 마무리 작업을 수행하는 것은 바람직할 수 있다.
예를 들어, 중요한 잉여 응력은 저온 가스 동적 스프레이 기술을 사용하여 증착된 금속 구조에서 상기 스프레이 공정의 기계학적 결과로서 발생될 수 있다. 이 응력의 결과로서 생기는 구조가 후에 사용 중 차원적 변화 크래킹 또는 다른 응력 관련 문제를 만드는 경향이 있을 수 있다. 조절된 가열 및 냉각에 의한 단련은 잉여 응력을 제거하거나 줄이는 것으로 알려져 있다. 따라서, 몇몇 적용에서, 통합 방열체/프레임(1212)은 시트(304) 위에서 이의 증착을 후속하여 단련된다. 이 선택적 단계는 도 14에서 블록(1411)에 의해 나타내어진다. 몇몇 구체예에서, 단련 단계(1411)는 방열체/프레임(1212)을 구성하는 스프레이된 금속 및 합금의 전체를 단련하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구체예에서 단련 단계(1411)는 통합 세워진 방열체/프레임(1212)의 최외각 부분을 단지 단련하는 것을 포함하며, 한편 내부 층은 단련되지 않게 남겨진다.
(시트의 하단 표면(316)으로부터 실질적으로 돌출되어 있는) 방열체의 "상단"에서 밀봉 표면을 위한 평평도 요구사항이 존재함을 인식할 것이다. 이 평평도 요구사항이 냉 스프레이 공정에 의해 방열체 물질의 적용을 통해 충족되지 않는다면, 공정의 마지막 단계에서 밀봉 표면을 평평하게 하는 것이 필요할 것이다. 이 단계는 도 14에 블록(1412)에 의해 나타내어져 있다. 요구되는 표면 평평도를 달성하기 위한 많은 선택사항이 있다. 첫째로, 요구되는 평평도를 달성하기 위해 방열체로부터 표면 물질을 제거하는 것이 가능하다. 이는 통상적 표면 연마, 다른 전통적 기계적 수단에 의해 달성될 수 있거나, 이는 높은 지점의 레이저 제거에 의해 달성될 수 있다. 물질 제거가 사용되는 경우에, 물질 제거 작업 중 마무리된 창 표면(314 및 316)을 손상시키는 것을 피하도록 주위를 기울여야 한다. 창 부분(312)의 특별한 고정 및/또는 마스킹은 요구될 수 있다. 대안적으로는, 냉 스프레이 증착된 방열체(1212)가 충분히 연성이라면, 표면은 압축 작업, 즉 플랫(flat) 패턴에 대항하여 프레임을 압착하는 것을 사용하고, 롤링 작업을 사용함에 의해 평평화될 수 있다. 이는 표면 그라인더 또는 레이저 작업을 사용하는 것에 비교되어 취급 주의사항을 줄일 수 있다.
마지막으로, 이전에 기재된 바와 같이, 몇몇 구체예에서 추가 금속 층은 통합 프레임/방열체(1212) 위에 도금된다. 이 선택적 도금 작업, 예를 들어 니켈 및 금의 코바 합금 프레임 위에 용액 바스 도금 층은 도 14에서 블록(1414)에 의해 나타내어진다. 도 14에 구체예에서, 선택적 도금 작업(1414)은 선택적 평탄화 작업(1412) 후에 수행되며, 이는 차례로 선택적 풀림 작업(1411) 후에 수행된다. 이러한 순서가 바람직하지만 다른 구체예에서 선택적 마무리 단계(1411, 1412 및 1414)의 순서는 재배열될 수 있음을 인식할 것이다. 이 마무리 단계의 순서를 정 하기 위한 주된 고려사항은 레이저 단계가 더 초기 단계의 결과에 해를 줄 것 인지 여부이다. 예를 들어, 평탄화가 연마에 의해 수행된다면 평탄화 단계(1412) 전에 도금 단계(1414)를 수행하는 것은 비실용적이고, 한편 평탄화가 압축에 의해 수행된다면 허용될 수 있다.
도 15a 및 15b와 관련하여, 본 발명의 또 다른 구체예에 따라 동시에 다중 커버 어셈블리를 제조하는 방법을 예시한다. 도 15a에 도시된 것은 다중 유닛 어셈블리의 전개도이며, 이는 개개 커버 어셈블리를 생산하는 제조 후 하부단위로 나눠질 수 있다. 다중 유닛 어셈블리(1500)는 투명 물질의 시트(1504) 및 프레임(1502)을 포함한다. 프레임(1502)은 측벽(1506)을 가지며, 측벽은 이를 통하는 다수의 프레임 천공(1508)을 한정한다. 각 프레임 천공(1508)은 연속적 측벽 섹션에 의해 한정되며, 상기 섹션은 프레임 밀봉-고리 영역(1510)(음영으로 표시됨)을 가진다. 각 프레임 밀봉-고리 영역(1510)은 금속 표면을 가지며, 이는 프레임(1502)의 타고난 물질로부터의 결과일 수 있거나, 이는 프레임의 표면에 적용되는 금속 층으로부터의 결과일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 프레임(1502)은 감소된 단면적의 두께 영역(1509)을 포함하며, 이 영역은 인접한 프레임 천공(1508) 사이에 프레임 측벽(1506)에 형성되어 있다. 도 15b는 프레임(1502)의 하단 측면을 보여주며, 각 천공(1508) 사이에 형성되어 있는 감소된 단면적의 두께 영역(1509)을 더욱 잘 예시한다. 또한, 예시하고 있는 것은 베이스 밀봉-고리 영역(1520)(음영으로 표시됨)이며, 이는 각 천공(1508)을 둘러싸서 페키지 베이스(104)에 결합을 가능하게 한다.
추가로 도 15a 및 15b에서 예시하는 다중 천공 프레임에 관하여, 프레임(1502)은 도시된 바와 같이 시트로부터 떨어져 있는 V-모양의 노치(notch)의 열린 말단과 또는 대안적으로 시트를 향해 있는 V-모양의 노치의 열린 말단과 부착될 수 있다.
막 기재된 상세한 설명에 대한 예외로, 이 구체예의 다중 천공 프레임(1502)은 이전에 기재된 단일 천공 프레임(302)의 물질, 제조 및 고안에 대한 상세한 설명을 공유한다. 이에 대해서, 프레임(1502)의 바람직한 구체예는 주로 코바 합금 또는 유사한 물질로 주로 형성되며, 더욱 바람직하게는 이전에 기재된 바와 같이 니켈의 중간층을 오버래잉하는 금의 표면 층을 가지는 코바 합금 코어를 가질 것이다.
다중 유닛 어셈블리를 위한 투명한 시트(1504)는 시트(304)를 위해 이전에 기재된 바와 같이 투명 물질의 임의의 타입으로부터 형성될 수 있다. 그러나, 이 구체예에서, 시트(1504)는 다수의 창 부분(1512)을 가지는데, 이는 여기서 정의되고 있고, 각 창 부분은 각각 마무리된 상단 및 하단 표면(1514 및 1516)을 가진다. 다수의 시트 밀봉-고리 영역(1518)은 음영으로 표시되어 있고, 도 15a에서 각 창 부분을 둘러싸고 있다. 시트(1504)의 물질에 대하여, 각 창(1512)의 각각 상단 및 하단 표면(1514 및 1516)의 마무리된 배열에 대하여, 표면 처리 및/또는 코팅에 관하여, 시트(1504)는 이전에 논의된 단일 창 부분 시트(304)와 실질적으로 동일하다.
다중 유닛 어셈블리(1500)를 제조하는 공정의 다음 단계는 금속화를 위한 시 트 밀봉-고리 영역(1518)을 제조하는 것이다. 이미 언급한 바와 같이, 각 시트 밀봉-고리 영역(1518)은 시트(1504)의 창 부분을 한정한다. 시트 밀봉-고리 영역(1518)은 전형적으로 이들이 궁극적으로 결합될 프레임 밀봉-고리 영역(1510)의 배열에 근접하게 매칭되는 배열을 가진다. 그러나, 몇몇의 경우에, 다른 고려사항이 프레임 격자의 배열에 영향을 미칠 것임을 이해할 것이다. 예를 들어 전기적 저항 가열을 사용하여 결합을 생성하는 경우에, 밀봉-고리 영역(1518)은 적당한 서킷을 형성하기 위해 연결되어야 한다. 금속화를 위한 시트 밀봉-고리 영역(1518)을 만드는 단계는 단일 천공 프레임(302) 상에 프레임 밀봉-고리 영역을 만드는 논의에서 표현된 단계 및 선택사항과 실질적으로 동일하다. 따라서, 최소한의 요건으로, 시트 밀봉-고리 영역(1518)을 제조하는 것은 표면으로부터의 임의의 오염원을 제거하는 완전한 (예를 들어, 플라스카, 용매 또는 세제) 세척을 전형적으로 포함하고, 이 영역을 화학적 에칭, 레이저 흡열(ablating), 기계적 그라인딩 또는 샌드블래스팅(sandblasting)에 의해 밀봉-고리 영역을 러핑(roughening)하는 것을 포함한다.
시트(1502)의 제조된 시트 밀봉-고리 영역(1510)을 금속화하는 단계는 단일 천공 프레임(302) 위에 프레임 밀봉-고리 영역(310)을 금속화하기 위해 기재되어 있는 단계와 실질적으로 동일하다. 예를 들어, 실시예 1 내지 120에 있는 금속 층은, 땜납 물질이 최종 금속 층으로서 시트 상에 플레이트되는 땜납을 위해 열적 압축 결합과 함께 사용될 수 있고, 땜납 예비형태의 별도의 금-주석과 조합하여 땜납과 함께 사용될 수 있고, 잉크젯 기술을 사용하여 형성되거나 증착되는 땜납과 함 께 땜납을 위해 사용될 수 있다.
공정의 다음 단계는 프레임(1502)을 시트(1504)에 대항하여 위치시키는 것이며(이는 경땜납이 시트(1504)에 프레임(1502)을 결합시키기 위해 사용된다면, 땜납 예비형태 또는 땜납 층이 프레임과 시트 사이에 개재되는 것으로 이해된다), 이로써 각 창 부분(1512)이 프레임 천공(1508) 중 하나를 오버레이하고, 각 이러한 창 부분/프레임 천공 조합을 위해 적어도 합쳐진 프레임 밀봉-고리 영역(1510)의 부분 및 합쳐진 시트 밀봉-고리 영역(1518)의 부분이 서로 관련된 창 부분을 한정하는 연속 연결 영역을 따라 접촉한다. 이 작업은 기재되어 있는 단일 천공 구체예에서 시트에 대항하여 프레임을 위치시키는 단계와 일반적으로 유사하다. 확산 결합은 시트(1504)에 프레임(1502)을 결합하기 위해 사용된다면, 프레임(1502)와 시트(1504) 사이에 내부층 또는 개재층은 사용될 수 있거나 사용되지 않을 수 있다.
도 16a에 참조하여, 또 다른 구체예와 함께 (윤곽이 있는 표면을 가진 창 부분(1512)을 가지는 경우에) 순응 공구(compliant tooling)를 사용하여 다중 천공 프레임(1502)에 대항하여 다중 창 시트(1504)를 위치시키는 것을 예시하고 있다. 상기 순응 공구는 순응 요소(1650) 및 각각 상부 및 하부 지지 플레이트(1652, 1654)를 포함한다. 지지 플레이트(1652 및 1654)는 (도시되어 있지 않은) 공구 고정부로부터 분리된 위치에서 화살표(1656)에 의해 지시된 압축력을 가진다. 순응 부재(1650)는 지지 플레이트 중 하나와 커버 어셈블리 프리패브(pre-fab) (즉, 프레임(1502)와 시트(1504)) 사이에 위치되어 있다. 순응 부재(1650)는 힘이 적용되는 경우에 탄성적으로 되고, 그래서 불규칙한 표면에 일치될 수 있고, 한편 동시에 불규칙한 표면에 대항하여 분배된 힘을 적용하여 요구된 접촉 압력이 프레임/시트 연결을 따라 달성되는 것을 보장한다. 이러한 순응 공구는 또한 두 부재들이 완전하게 평평하지 않은 경우에, 모든 물질에 존재하는 타고난 탄성력을 이용하여, 시트 또는 프레임을 다른 부재에 대항하여 압축할 수 있게 사용된다. 예시된 실시예에서, 순응 부재(1650)는 탄성 물질, 예를 들어, 고무의 고체 블록으로부터 형성되지만, 다른 구체예에서, 순응 부재는 또한 별도의 요소, 예를 들어 스프링으로부터 제조될 수 있다. 순응 부재는 결합 작업 중에 생기는 증가된 온도에 대항할 수 있어야 한다.
공정의 다음 단계는 금속 대 금속 연결부가 프레임(1502)과 시트(1504) 사이에서 각 연결 영역에 따라 형성될 때까지 모든 연결 영역을 가열하는 것이며, 따라서 창 부분(1512)을 한정하는 기밀 프레임/시트 밀봉을 가지는 다중 유닛 어셈블리(1500)를 만든다. 확산 결합이 사용되어 프레임(1502) 및 시트(1504)를 결합한다면, 상기 결합은 프레임의 최외각 금속 층과 비금속화된 시트(1504) 사이에 있을 수 있다. 단일 천공 프레임(302)을 단일 시트(304)에 결합하기 위해 이전에 기재되어 있는 임의의 가열 기술은 대응하는 다중 창 시트(1504)에 다중 천공 프레임(1502)의 결합에 적용가능할 수 있다.
도 16b와 관련하여, 현재 공정의 최종 단계는 각 창 부분을 한정하는 기밀 밀봉을 유지하고 보존하는데 주의를 기울여, 두 창 부분(1512) 사이에 일반적으로 있는 각 연결 영역을 따라 다중 유닛 어셈블리(1500)를 나누는 것이다. 다수의 개개의 커버 어셈블리는 이로써 생산된다. 도 16b는 프레임(1502)에 시트(1504)의 기밀 결합에 후속하여, 다중 유닛 어셈블리(1500)의 측면도를 보여준다. 상기 프레임(1502)이 감소된 단면적 두께 영역(1509)을 포함하는 경우에, 다중 유닛 어셈블리를 나누는 단계는 화살표(1602)에 의해 지시된 위치에서 감소된 단면적 두께 영역의 뒷면을 따라 프레임을 스코링(scoring)하는 것을 포함하고, 바람직하게는 영역(1509) 아래에 남아있는 프레임 물질을 실질적으로 약하게 하거나 붕괴시키는 것을 포함하며, 또한 동시에 영역(1509)에 수직으로 인접한 라인을 따라, 즉 화살표(1604)에 의해 지시된 위치에서, 시트(1504)를 동시에 스코링하는 것을 포함하고, 후속적으로 예를 들어 화살표(1606)에 의해 지시된 방향으로 어셈블리(1500)를 구부리는 것을 포함하며, 이로써 분열은 라인(1608)을 따라 스코어로부터 멀리 나아갈 것이고, 이로써 어셈블리는 두 조각으로 분리된다. 이 공정은 다중 유닛 어셈블리(1500)가 본원에서 이미 기재된 방법에 의해 생산되는 것들과 실질적으로 동일한 단일 천공 커버 어셈블리로 완전하게 하부 나뉨될 때까지 감소된 단면적 두께(1509)의 각 영역을 따라 반복될 수 있다. 다른 구체예에서, 스코어-및-브레이크 방법을 사용하는 대신에, 커버 어셈블리는 바람직하게는 프레임 측면으로부터, 화살표(1602)에 의해 지시된 경로를 따라(즉, 창 부분(1512) 사이), 기계적 커팅, 다이싱 휠(dicing wheel), 레이저, 워터 제트 또는 다른 파팅 기술을 사용하여, 절단할 수 있다.
도 17a 및 17b와 관련하여, 다중 커버 어셈블리를 동시에 제조하기 위한 또 다른 방법을 기재하고 있다. 이 방법은 도 12a 내지 12c 및 도 13a 내지 13c와 함께 이전에 예시되어 있는 투명한 시트 물질에 직접적으로 통합 프레임/방열체를 세 우는데 사용되는 저온 가스 동적 스프레이 기술에서 연장된다. 도 17a에 도시되어 있는 바와 같이, 방법은 여기서 규정된 다수의 창 부분(1712)을 가지는 비금속성 투명 물질(1704)의 시트에서 출발하고, 각 창 부분은 마무리된 상단 및 하단 표면 각각(1714 및 1716)을 가진다. 투명한 시트(1704)의 특성 및 성질은 이전에 논의된 구체예에서의 것들과 실질적으로 동일하다. 다음 단계의 방법은 다수의 프레임 부착 영역(1720)을 제조하는 것을 포함하고, 각 프레임 부착 영역(1720)은 창 부분(1712) 중 하나를 한정한다. 이전 구체예에서와 같이, 프레임 부착 영역을 제조하는 단계는 금속화를 위한 준비에서 프레임 부착 영역을 세척, 러핑, 연마 또는 다른 개조 방법을 포함할 수 있다.
이 방법에서 다음 단계는 시트 상에 제조된 프레임 부착 영역을 금속화하는 것이다. 다시 말해 이 금속화는 저온 가스 동적 스프레이를 사용하여 수행될 수 있거나 층이 상대적으로 얇은 경우에, CVD, 물리적 증기 증착 또는 다른 전통적 금속 증착 기술을 사용한다. 이 단계의 주된 목적은 금속층을 적용하여 필요적으로 투명한 시트(1704)에 양호한 부착을 얻고/거나 부식 방지 등을 위한 야금학적 요구사항을 만족하게 하는 것임을 인식할 것이다.
도 17b와 관련하여, 공정의 다음 단계는 세워진 금속 프레임(1722)이 프레임 부착 영역 위에 이미 정해진 수직 두께인 밀봉-고리 영역(1726)을 가지는 시트에 형성될 때까지 금속을 저온 가스 동적 스프레이 증착 기술을 사용하여 시트(1704)의 준비된/금속화된 프레임 부착 영역 상에 증착시키는 것이고, 따라서, 각 창 부분(1712)을 한정하는 시트(1704)와 프레임(1722) 사이에 고유의 기밀 밀봉을 가지 는 다중 어셈블리를 만든다. 몇몇 구체예에서, 감소된 단면적 두께 영역(1724)은 냉 스프레이 증착 중 금속을 선택적으로 증착시키는 것에 의해 형성된다. 다른 구체예에서, 감소된 단면적 섹션(1724)은 연마, 절단 또는 레이저 융삭 및 워터 제트와 같은 다른 기술의 사용을 통해 프레임/방열체(1722)의 증착에 후속하여 형성될 수 있다. 추가로, 감소된 단면적 섹션(1724)은 광-화학적 가공(photo-chemical machining : PCM)의 사용을 통해 프레임/방열체(1722)의 증착에 후속하여 형성될 수 있다.
요구되지는 않지만 강하게 바람직한 공정의 다음 단계는 필요하다면 페키지 베이스(104)에 이를 결합시키기 위한 평탄화 요구사항을 만족하도록 스프레이드-온(sprayed-on) 프레임(1722)의 밀봉-고리 영역(1726)을 평탄화하는 것이다. 이 평탄화는 기계적 수단 예를 들어 분쇄, 랩핑(lapping), 연마 등, 또는 레이저 융삭과 같은 다른 기술에 의해 달성될 수 있다. 이 금속성 층은 비록 다른 기술이 사용될 수 있지만, 바람직하게 용액 바스 도금 공정, 예를 들어 용액 바스 도금을 사용하여 첨가될 수 있다.
요구되지는 않지만, 매우 바람직한 공정의 다음 단계는 패키지 베이스(104)에 커버 어셈블리의 용접을 촉진시키기 위해 부가 금속층, 예를 들어 니켈층 및 바람직하게는 금 층을 스프레이드-온 프레임(1722)의 밀봉-고리 영역(1726)에 첨가하는 것이다. 이러한 금속층은 바람직하게는 용액 바스 도금 공정, 예를 들어 용액 바스 도금을 사용하여 첨가되지만 다른 기술들도 사용될 수 있다.
공정의 다음 단계는 두 창 부분(1712) 사이에 각 프레임 벽 섹션 공통부를 따라 다중 유닛 어셈블리(1700)를 나누고, 한편, 동시에 각 창 부분을 한정하는 기밀 밀봉을 보존 및 유지한다. 다중 유닛(1700)을 나눈 후, 다수의 단일 천공 커버 어셈블리(1728)(점선으로 도시됨)는 생산될 것이고, 각각은 도 12a 내지 12c 및 도 13a 내지 13c에 기재되어 있는 방법을 사용하여 생산된 단일 천공 커버 어셈블리와 실질적으로 동일하다. 저온 가스 동적 스프레이 기술을 사용하여 생산되는 단일 유닛 커버 어셈블리에서 사용을 위해 기재되어 있는 모든 선택사항 특성 및 기술들은 이 구체예에서 적용될 수 있다. 예를 들어 특정 작업, 예를 들어 프레임의 평탕화 및 추가 금속화 층을 가진 프레임의 도금은 개별적 유닛의 분리 이전에 다중 유닛 어셈블리(1700)에서 또는 분리 후 개별적 유닛에서 수행될 수 있다.
상기에서 기재되어 있는 바와 같이, 투명한 시트의 금속화된 밀봉-고리 영역과 프레임의 밀봉-고리 영역 사이에 연결 영역을 가열하는 것은 이 사이에 기밀 밀봉을 형성하기 위해 요구된다. 또한 이전에 기재되어 있는 바와 같이, 이 가열은 로, 오븐 또는 여러 전기적 가열 기술, 예를 들어 전기적 저항 가열(electrical resistance heating : ERH)을 사용하여 달성될 수 있다. 도 18a 내지 18c와 관련하여, 다중 커버 어셈블리를 동시에 제조하기 위해 전기적 저항 가열을 활용하는 방법을 예시한다.
도 18a를 우선 참조하여, 다수의 창 부분(1812)의 주위에 직사각형 배열로 꾸며져 있는 다수의 밀봉-고리 영역(1818)을 가지는 투명한 시트(1804)를 예시한다. 이 밀봉-고리 영역(1818)은 우선적으로 제조되고, 그 다음에 하나 이상의 금속 또는 금속 합금 층으로 금속화된다. 이는 이전에 기재되어 있다. 투명한 시 트(1804)는 금속화되어 있는 전극 부분(1830)을 추가로 포함하지만, 임의의 창 부분(1812)을 한정하지 않는다. 이 전극 부분은 시트의 금속화된 밀봉-고리 영역(1818)에 전기적으로 연결되어 있다. 하나 이상의 전극 패드(1832)는 전극 부분(1830)에 공급되어 연속적 ERH 과정 중 전극으로부터 전기적 에너지를 받을 수 있다.
도 18b와 관련하여, 다수의 프레임 천공(1808)의 주위에 직사각형 배열로 짜여진 다수의 측벽(1806)을 가지는 프레임(1802)을 예시한다. 천공(1808)을 시트(1804)의 창 부분(1812)의 위치에 상응하게 배치하고, 상기 측벽(1806)을 시트의 시트 밀봉-고리 영역(1818)의 부분과 프레임 밀봉-고리 영역(1810)(여기에 배치됨)이 상응하도록 배치한다. 프레임은 본원에서 이전에 기재되어 있는 바와 같이 결합을 용이하게 하기 위해 금속성이거나 금속화되어 있다. 프레임(1802)은 임의의 프레임 천공(1808)을 규정하지 않는 전극 부분(1834)을 추가로 포함한다. 이 프레임 전극 부분(1834)을 시트 전극 부분(1830)의 위치에 상응하지 않도록 위치시키고, 바람직하게는 시트-창/프레임-격자 어셈블리의 반대 측에 배치된다(다시 말해, 시트가 프레임에 대항하게 조립되는 경우). 프레임 전극 부분(1834)이 금속화된 프레임 밀봉-고리 영역(1810)에 전기적으로 연결되어 있다. 하나 이상의 전극 패드(1836)는 전극 부분(1834)에 제공되어 후속적 ERH 과정 중 전극으로부터 전기적 에너지를 받을 수 있다.
도 18c와 관련하여, 시트(1804)가 프레임(1802)에 대항하여 보이는 바와 같이 위치되어 있는데, 이 사이에 기밀 밀봉을 생산하도록 하는 가열에 대비한다. 적용가능하다면, 땜납 또는 땜납 예비형태는 이들 사이에 위치되어 있고 이는 이전에 기재되어 있다. 투명한 시트(1804)를 프레임(1802)에 대항하여 가져오는 경우에, 시트의 더 낮은 표면 위에 금속화된 밀봉-고리 영역(1818)은 프레임의 더 높은 표면 위에 금속화된 밀봉-고리 영역(1810)과 전기적으로 접촉될 것임을 인식할 것이다. 그러나, 시트 전극 부분(1830) 및 프레임 전극 부분(1834)은 서로 직접 접촉하지 않을 것이지만, 대신에 이들이 각각 전기적으로 연결되어 있는 금속화된 밀봉-고리 영역(1818 및 1810)을 통해 전기적으로 단지 연결될 것이다. 전기적 위치 에너지가 전극 패드(1832)로부터 전극 패드(1836)로 적용되는 경우에(전극에 인접한 "+" 및 "-" 기호에 의해 지시됨), 전류는 전체 시트-창/프레임-격자 어셈블리의 연결 영역을 통해 흐른다. 이 전류 흐름은 금속성 층에의 고유의 저항 때문에 전기적 저항 가열(ERH)을 생산한다. 몇몇 구체예에서, 이 전기적 저항 가열은 다중 유닛 어셈블리를 형성하기 위해, 필요한 열을 공급하여, 저절로 및 그 자체로, 시트(1804)와 프레임(1802) 사이에 TC 결합, 땜납 또는 다른 기밀 밀봉 형성을 일으키기에 충분할 수 있다. 다른 구체예에서, 그러나 전기적 저항 가열은 다중 유닛 어셈블리를 형성하는 결합에 요구되는 필요한 열을 제공하기 위해, 다른 열 형태 예를 들어 로 또는 오븐 예열과 통합될 수 있다. 다른 구체예에서, 그러나 전기적 저항 가열은 멀티 유닛 어셈블리를 형성하는 결합을 위해 요구되는 필요한 가열을 공급하기 위해 다른 가열 형태 예를 들어 로 또는 오븐 예열과 통합될 수 있다.
다중 유닛 어셈블리를 형성하기 위해 프레임(1802)에 시트(1804)를 결합한 후, 시트 전극 부분(1830) 및 프레임 전극 부분(1834)을 잘라버릴 수 있고, 각각 시트 및 프레임의 금속화된 밀봉-고리 영역에 외부적 전극(또는 다른 전기적 공급원)을 위한 전기적 접근을 제공하는 이들의 기능을 제공한다. 이 "희생적" 전극 부분(1830 및 1834)의 제거는 "다이싱" 공정 단계, 다시 말해 개별적 커버 어셈블리로 다중 유닛 어셈블리의 분리, 중 또는 전에 발생할 수 있다. 개별적 커버 어셈블리로 다중 유닛 어셈블리를 분리하기 위한 이전에 본원에 기재되어 있는 임의의 기술은 ERH 가열을 사용하여 제조된 다중 유닛 어셈블리를 분리하는 다이싱 단계를 위해 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
ERH가 동시에 다중 커버 어셈블리를 제조하기 위해 사용되는 경우에, 시트-창/프레임-격자 배열 및/또는 시트 창/프레임 격자 배열 내 전극 부분의 배치는 가열 중 연결 영역을 통해 전류의 흐름을 변경하도록 선택될 수 있다. 변경의 우선적 타입은 더욱 높은 온도를 생산하기 위해, 다시 말해 "뜨거운 지점" 또는 "차가운 지점"을 피하기 위해 가열 중 시트-창/프레임-격자의 여러 부분을 통해 전류의 흐름을 균일하게 하는 것이다.
도 19a-19f와 관련하여, ERH 중 더욱 균일한 온도를 생산하기 위한 적합한 여러 시트-창/프레임-격자를 예시하고 있다. 도 19a-19f의 각각에서, 준비된 금속성/금속화된 프레임(1902)을 오버레잉하는 준비된, 금속화된 투명한 시트(1904)를 포함하는 시트-창/프레임-격자 배열(1900)을 도시하고 있다. 시트(1904)의 창 부분은 프레임(1902)의 프레임 천공을 직접적으로 오버레이(overlie)하고, 시트의 금속화된 밀봉-고리 영역은 프레임의 밀봉-고리 영역을 직접적으로 오버레이한다(시트(1904) 및 프레임(1902)의 금속화된 부분이 이 도면들에 일치하게 나타남을 인식 할 것이다). 투명한 시트(1904)에 형성되어 있는 금속화된 전극 부분은 도면 부호 A, B, C 및 D에 의해 지시된다. 이 전극 부분 A, B, C 및 D는 시트의 결합되어 있는 시트 밀봉-고리 영역에 전기적으로 연결되지만, 시트의 비금속화된 영역(1906)에 의해 서로로부터 전기적으로 단열되어 있다. 외부 전극은 도면 부호 E에 의해 지시된 영역을 가로질러 금속성/금속화된 프레임(시트의 반대 쪽)의 상부에 적용된다. 결합 또는 땜납을 위해, 전력은 전극에, 예를 들어 전극 A, B, C 및 D에 동시에 하나의 라인 및 전극 E에 다른 라인에, 또는 대안적으로는 전극 A, B, C 및 D의 각각에 순차적으로 한 라인 및 전극 E에 다른 라인에 적용된다. 전극 파워의 많이 다른 조합은 본 발명의 범위 내일 것임을 인식할 것이다.
도 19f와 관련하여, 이 구체예는 "지붕(shingle)" 배열을 가지는 시트-창/프레임-격자(1900), 다시 말해 창 부분/프레임 천공 사이 밀봉-고리 영역이 어셈블리 배열을 가로질러 연속 직선형 라인을 형성하지 않는 경우를 예시하고 있다. 지붕-배열 프레임 어셈블리는 스크라이브(scribe)-및-브레이크 사용하거나 절차를 절단하여 분리하는데 더욱 노동 집약적이다. 이러한 어셈블리를 분리하는 것은 각 열(row)이 우선적으로 전체 격자로부터 분리되어야하고, 그 다음에 개별적 커버 어셈블리가 스크라이브-및-브레이크 또는 절단 작업에 의해 열로부터 분리되어야 함을 요구한다. 그럼에도 불구하고, 지붕-배열 어셈블리의 사용은 ERH 기술을 사용하는 가열에 관련하여 이점을 가질 수 있다.
금속 또는 금속 합금 층에 제한되는 것은 아니지만, 이를 포함하는 이의 외부에 하나 이상의 추가된 층을 포함할 수 있는 1802 또는 1902와 같은 금속 프레임 은 프레밍에 열을 공급하는 ERH 기술을 사용하여 비금속화된 시트에 확산 결합될 수 있음을 인식할 것이다. 비금속화된 시트의 두께를 통하는 온도 상승 정도는 프레임에 전력(전압 또는 전류)의 인가 기간 및 세기 뿐만 아니라 다른 요소에 의존할 것이다. 내부 층 또는 중간층 물질은 이전에 논의된 바와 같이 확산 결합 공정 중에 프레임과 시트 사이에서 사용될 수 있다.
용어 "열적 압축 결합"(및 이의 약어 "TC 결합") 및 "확산 결합"은 이 출원을 통해 상호교환가능하게 사용됨을 추가로 인식할 것이다. 용어 "확산 결합"은 야금학자에 의해 바람직하지만, 용어 "열적 압축 결합"이 많은 산업(예를 들어 반도체 제조)에서 반도체 장치를 만들기 위해 사용되는 "확산" 공정의 다른 타입과 가능한 혼동을 피하기 위해 바람직하다. 이전에 논의된 바와 같이, 이 용어가 사용됨에도 불구하고, 확산 결합은 메이팅 표면 사이에 한 메이팅(mating) 표면의 정상적 융합 아래 온도에서 결합을 만들기 위해 가열, 압력, 특정 포지티브 또는 네가티브 압력 기압 및 시간을 사용하는 결합 방법의 그룹을 지칭한다. 다시 말해, 메이팅 표면은 의도적으로 용융되지 않고, 용융된 충전제 물질이 첨가되지도 않고, 화학 첨가제가 사용되지도 않는다.
이전에 기재되어 있듯이, 확산 결합은 증가된 열 및 압력의 조합을 활용하여 연결 표면의 하나 또는 둘이 용융되도록 하는 것 없이(통상적 땜납, 경납 및 용접에서 흔히 있듯이) 밀봉적으로 두 표면을 결합한다. 광학적 커버 어셈블리, 웨이퍼 수준 어셈블리 또는 다른 온도 민감성 물품을 만드는 경우에, 몇몇 상부 제한 아래에서 결합 온도를 유지하는 것이 거의 항상 요구된다. 예를 들어, 광학적 커 버 어셈블리에서, 결합 온도는 시트의 이전에 존재하는 광학적 특성에 영향을 미치지 않도록 시트 물질의 Tg 및 연성 온도 Ts 이하이어야 한다. 또 다른 예로서, 웨이퍼 수준 어셈블리에서, 결합 온도는 음각된 마이크로 장치 및/또는 이의 작업 대기(다시 말해, 밀봉된 페키지 내부 가스 환경)를 위해 상부 온도 제한 아래이어야 한다. 그러나, 기밀 확산 결합을 만드는데 요구되는 특정 온도 및 압력 파라미터는 결합되는 두 메이팅 표면의 특성 및 조성물에 따라 다양할 수 있다. 그래서, 투명한 시트 물질(예를 들어, 유리) 및 프레임 물질(예를 들어, 금속 또는 금속화된 비 금속)의 몇몇 조합 또는 프레임 물질 및 기재 물질(예를 들어, 실리콘, 알루미나 또는 금속)의 몇몇 조합은 시트 물질의 Tg 및/또는 Ts를 넘는 확산 결합 온도 또는 몇몇 다른 온도 제한을 넘는 확산 결합 온도를 가지게 되는 것이 가능하다. 몇몇의 경우에, 온도 제한이 뒤따라야 한다면 확산 결합은 성분들을 함께 밀봉적으로 결합하는데 사용하기 적합하지 않음을 것이다. 사실, 그러나, 시트 물질 및 프레임 사이에 배치되어 있는, 또는 프레임 물질과 기재 물질 사이에 배치되어 있는, "중간층", 즉 특별히 선택된 물질의 중간층의 사용은 동일한 시트 물질이 동일한 프레임 물질에 직접적으로 결합된다면, 또는 동일한 프레임 물질이 동일한 기재 물질에 직접적으로 결합되어 있다면 이보다 밀봉적 확산 결합이 실질적으로 더 낮은 온도에서 발생할 수 있도록 함을 발견하였다. 용어 "중간층" 및 "내부층"이 두 용어가 동일한 것을 위해 당업에서 사용될 수 있는 것과 같이, 이 출원을 통해 서로 변경가능하게 사용될 수 있음을 인식해야 한다.
적당히 매치된 중간층은 강도와 확산 결합의 밀봉(다시 말해 가스 밀봉 또는 진공 밀봉)을 개선한다. 추가로 이는 양립가능한 결합의 형성을 조장하고, 더 낮은 결합 온도에서 모놀리식(monolithic) 결합을 생산하고, 결합 영역 내에서 내부 응력을 줄이고, 확산을 방해하는 극도로 안정한 산화물, 특별히 Al, Ti 및 침전-경화되는 합금의 표면에의 형성을 막을 수 있다. 중간층은 모재(parent material)로 확산되며, 이로써 전체로서 결합의 용융점을 증가시킨다. 확산 결합에 의해 결합되는 물질에 의존하여, 중간층 물질은 금속, 금속 합금, 유리 물질, 땜납 유리 물질, 예를 들어 테입 또는 시트 폼에서 땜납 유리 또는 다른 물질로 구성될 수 있다. BT5-1 합금의 Armco iron에의 확산 결합에서, 몰리브덴 포일 0.3 두께의 중간층이 사용된다. 믿을 수 있는 유리 대 유리 및 유리 대 금속 결합은 포일 형태로 Al, Cu, 코바, 니오브(Niobium) 및 Ti와 같은 금속 중간층으로 달성되고, 일반적으로 0.2 두께 이상은 아니다. 중간층은 전형적으로 결합될 메이팅 표면의 밀봉 고리 영역과 같은 모양의 얇은 예비형태로 형성된다.
통상적 땜납 예비형태의 사용 및 이전에 기재된 다른 방법으로부터 확산 결합의 사용을 구별하는 것은 중요하다. 이 출원의 목적을 위해, 중간층은 서로에 대해 직접적이라기 보다는 각 메이팅 표면이 중간층에 확산 결합이 되도록 함에 의해 표면의 확산 결합을 조장하려고 밀봉 표면 사이에 사용되는 물질이다. 예를 들어, 적당한 중간층 물질을 가지고, 시트 물질과 중간층 물질 사이에 결합을 위한 확산 결합 온도 및 중간층 물질과 프레임 물질 사이에 결합을 위한 확산 결합 온도는 시트 물질과 프레임 물질 사이에 직접적으로 형성되는 결합의 확산 결합 온도를 실질적으로 낮출 수 있다. 따라서, 중간층의 사용은 시트 물질 및 프레임 물질을 직접적으로 결합하는데 필요한 확산 접한 온도 아래에 실질적으로 존재하는 온도에서 프레임에 시트의 확산 결합을 가능하게 한다. 밀봉 결합은 확산 결합 공정에 의해 형성된다. 다시 말해 관련된 물질(시트 물질, 중간층 물질 및 프레임 물질)의 어떤 것도 결합 공정 중 용융되지 않는다. 이는 중간층을 사용하는 확산 결합을 땜납 예비형태의 사용과 같은 다른 공정과 구별시켜준다. 여기서 땜납 물질은 실질적으로 결합되는 물질들 사이에 결합을 형성하기 위해 용융된다. 전통적으로 땜납을 위해 사용되는 물질, 예를 들어, Au-Sn 땜납 예비형태를 확산 결합을 위한 중간층으로서 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 중간층으로서 사용되는 경우, 이들은 이들의 확산 결합 특성을 위해 사용되고, (이들이 녹이는) 통상적 땜납으로서는 아니다.
창 어셈블리 또는 다른 패키징의 생산에서 중간층의 사용은 확산 결합을 조장하는 이들의 사용을 넘어서는 추가 이점을 제공할 수 있다. 이 이점들은 메이팅 표면을 위한 활성제로 제공하는 중간층을 포함한다. 때로는 중간층 물질은 베이스 물질과 비교하여 더 높은 유연성을 가질 것이다. 중간층은 밀봉이 상이한 열팽창 계수 또는 다른 열 팽창 특성을 가지는 물질을 포함하는 경우에 발생되는 응력을 또한 보상할 수 있다. 중간층은 층 사이에 화학적 반응 또는 물질 전달을 또한 가속할 수 있다. 마지막으로, 중간층은 성분들 사이에서의 연결에 있어서 바라지 않는 화학적 또는 금속성 상의 형성을 막는데 버퍼로서 제공될 수 있다.
도 20a 및 20b와 관련하여, 확산 결합에 의해 결합되는 것을 조장하기 위해 중간층을 포함하는 창 커버 어셈블리를 예시한다. 이 구체예에서, 창 어셈블 리(2050)는 투명 유리 시트(2052), 중간층(2054) 및 금속 또는 금속 합금 베이스(2056)를 포함한다. 베이스(2056)는 세워진 밀봉 고리 영역(2058) 및 페키지 베이스 또는 다른 더 높은 수준 영역의 최종 성분에 마무리된 창 어셈블리의 후속적 전기 저항 심(seam) 용접을 용이하게 하는 플랜지(2060)를 포함한다. 이 구체예에서 중간층(2054)은 프레임의 밀봉 고리 영역(2058)을 매치시키기 위해 선택된 배열을 가지는 금속성 예비형태의 형태를 취한다. 기밀 창 어셈블리를 형성하기 위해, 시트(2052), 중간층(2054) 및 프레임(2056)은 각 성분의 밀봉 고리 영역들 사이에 요구되는 미리 정해진 결합 압력을 제공할 수 있는 기계적 장치(도시되지 않음) 또는 고정물(즉 툴링(tooling))에 배치된다. 몇몇 경우에, 고정물은 결합 중 성분들을 정열하기 위해 단지 제공될 수 있고, 한편 증가된 결합 압력은 램과 같은 기계적 장치로부터 적용된다. 그러나, 다른 경우에, 고정물은 가열 중 (다시 말해, 적층 축을 따라) 적층된 성분들의 팽창을 조이도록 고안될 수 있으며, 이로써 고정물을 향한 어셈블리 성분들의 열적 팽창 및 성분들을 향한 고정물 자체의 열적 팽창은 온도가 증가하면서 성분들 사이에 필요한 결합 압력의 일부 또는 전부를 "자가-발생(self-generate)" 것이다.
도 20e 및 20f와 관련하여, 고정물 어셈블리를 "자가-압축(self-compressing)"시키는 것의 예가 도시되어 있다. 도 20e에 도시되어 있듯이, 고정물(2085)은 상부 고정 부재(2086) 및 하부 고정 부재(2087)를 포함하며, 이들은 함께 공동(2088)을 규정하고, 이 공동은 결합될 창 어셈블리 성분을 수용한다. 클램프(2089)는 제공되고 이는 축 방향(2090으로 지시됨)으로 고정 부재(2086 및 2087) 의 외부 움직임을 억제한다. 일반적으로, 클램프(2089)를 형성하는 물질의 CTE는 고정 부재(2086 및 2087)를 형성하는 물질의 CTE보다 낮을 것이다. 도 20f는 결합을 제조하여 고정물(2085)의 공동(2088) 속에 채워지는 창 어셈블리(2070)(도 20c 및 20d)를 위한 성분들을 도시하고 있다. 고정 부재(2086 및 2087)이 창 성분들의 상단 및 하단 표면에 접촉하여 있지만, 작은 갭(2097)은 고정 부재들 그 자체 사이에 남아있어 상기 부재들이 가열되는 경우에 서로를 향해 축으로 팽창하게 한다(왜냐하면, 이들은 클램프에 의해 조여져 있기 때문이다). 또한, 작은 갭(2098)은 창 어셈블리 성분의 측면과 고정 부재(2086 및 2087) 사이에 일반적으로 남아있어 가열 중 고정 부재에 의한 성분에서 가해지는 측방향 힘(lateral force)을 최소화한다. 고정물(2085)이 가열되는 경우에, 고정 부재(2086 및 2087)의 내부 표면(즉, 공동(2088)을 향하는)은 창 성분에 대항하여 서로를 향해 축으로 (열 팽창 때문에) 팽창할 것이고, 상기 창 성분은 고정물에 대하여 외부 방향으로 팽창할 것이다. 이 열 팽창은 확산 결합을 용이하게 하기 위해 축 방향으로 더 큰 힘으로 서로에 대하여 창 성분을 압착할 수 있다. 고정 부재(2086 및 2087)의 열 팽창은 측 방향(화살표 2091)에서 또한 발생할 것임을 인식할 것이다. 이 측 방향 팽창은 일반적으로 요구되지 않지만, 대부분의 경우에 고정물을 자가 압축의 사용에 대한 장애를 제공하지 않을 것이다.
도 20g와 관련하여, 측 방향(2091)에서 과도한 열 팽창을 일으키는 것 없이 축 방향(2090)에서 열 팽창(및 경우에 따라 압축)을 높이기에 적합한 고정물의 대안적 스스로 압축을 예시하고 있다. 이전 실시예에서와 같이, 대안적 고정 물(2092)은 상부 고정 부재(2086) 및 하부 고정 부재(2087) 및 클램프(2089)를 포함하고, 상부 고정 부재 및 하부 고정 부재는 결합될 창 어셈블리 성분을 수용하기 위한 공동(2088)를 규정하고, 상기 클램프는 축 방향(2090)에서 고정 부재의 외부 방향 운동을 고정하고, 이들 중 단지 하나는 예시의 목적을 위해 도시되어 있다. 또한 이전 구체예에서와 같이, 제 1 작은 갭(2097)은 고정 부재(2086 및 2087) 그 자체 사이에 존재하고, 제 2 작은 갭(2098)은 창 성분의 측면과 고정 부재 사이에 존재한다. 이전 구체예와 같지 않게, 대안적 고정물(2092)의 각 고정 부재(2086 및 2087)는 두 개의 하부 부재, 즉, 창 어셈블리 성분(도시되어 있지 않음)에 대항하여 주로 축으로 지지하기에 적합한 각각 제 1 하부 부재(2093 및 2094) 및 공동에 창 어셈블리 성분을 지지하고 정렬하는데 적합한 각각 제 2 하부 부재(2095 및 2096)를 포함한다. 더 높은 CTE를 가지는 제 1 하부 부재(2093 및 2094)를 위한 물질을 선택함에 의해, 가열 중 축 팽창(및 때로는 압축)은 상응하게 높을 것이다. 그러나, 측 팽창 및 제 2 하부 부재(2095 및 2096)와 창 성분들 사이에 상대적 측 운동은 제 2 하부 부재, 즉 더 낮은 CTE(다시 말해, 제 1 하부 부재을 위한 CTE 보다 낮은)를 가지는 물질을 위한 상이한 물질 선택함에 의해 최소화될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 하부 부재(2095 및 2096)의 CTE는 인접한 창 성분을 위한 CTE에 가까울 것이다.
도 20a 및 20b를 다시 참조하여, 창 어셈블리(2050)의 조립된(그러나 결합(bond)되지 않은) 성분들은 그 다음에 확산 결합 압력/온도 조건에 이를때까지 가열될 것이고, 이 조건들은 제 1 확산 결합이 시트(2052) 및 중간층(2054) 사이에 형성될 때까지 유지되고, 제 2 확산 결합은 중간층(2054)과 프레임(2056)의 밀봉 고리 영역(2058) 사이에 형성된다. 시트와 중간층 사이에 제 1 결합이 중간층과 프레임 사이의 제 2 결합과 동시에, 전에 또는 후에 실제로 발생할 수 있음을 이해할 것이다. 이전에 설명한 바와 같이, 확산 결합을 형성하는 열 및 압력을 적용하는 순서는 중요한 것으로 간주되지 않음을, 다시 말해 미리 정해진 압력이 적용되고 그 다음에 열이 적용되거나 열이 적용되고 그 다음에 미리 정해진 압력이 정해지는지, 또는 열 및 압력이 동시에 증가되는지는 중요한 것으로 간주되지 않음을, 오히려 확산 결합이 미리 선택된 압력 및 온도가 충분한 양의 시간 동안 결합 영역에 존재하는 때 발생할 것임을 또한 이해할 것이다. 확산 결합이 형성된 후, 시트(2052)는 기밀적으로 프레임(2056)에 결합되어 도 20b에 도시된 바와 같이 완성된 창 어셈블리(2050)를 형성할 것이다.
본 발명의 추가 구체예에서, 투명한, 다시 말해 비금속화된 유리창은 코바 또는 다른 금속성 물질에 확산 결합을 사용하여 직접적으로 결합할 수 있음을 기재하고 있다. 이는 이전에 기재되어 있는 바와 같이 코바 프레임에 금속화된 유리창의 확산 결합에 추가로, 금속성 프레임에 비금속화된 유리창의 직접적 확산 결합은 프레임 상에 특정 화합물, 예를 들어 몰리브덴-망간의 사용을 통해 높아질 수 있다. 유리가 금속화 또는 비금속화되던지, 확산 결합은 진공에서 가장 일반적으로 수행되지만, 이는 여러 다른 대기에서 수행될 수 있다. 대기의 산화의 사용은 전형적으로 요구되지 않지만, 임의의 결과로 생기는 산화물은 결합 작업에서 생기는 압력에 의해 분산되는 경향이 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 확산 결합은 실 리콘 및 갈륨 비화물을 포함하는 반도체 물질의 시트 또는 웨이퍼에 직접적으로 코바 및 다른 금속성 물질로 만들어진 프레임의 결합을 위해 사용될 수 있다.
성공적인 확산 결합이 서로와 친밀한 접촉으로 이끌도록 결합되는 메이팅 표면을 요구하기 때문에, 메이팅 표면의 표면 마무리 특성은 본 발명의 중요한 파라미터일 수 있다. 하기 메이팅 표면 파라미터가 코바 프레임 및 얇은 시트 물질의 메이팅 표면 사이에 성공적인 확산 결합, 예를 들어 이에 제한되지는 않지만 금속화된 유리에 대한 코바, 투명(즉, 비금속화된) 유리에 대한 코바, 금속화된 실리콘에 대한 코바, 투명(즉, 비금속화된) 실리콘에 대한 코바, 금속화된 갈륨 비화물(GaAs)에 대한 코바 및 투명한(즉 비금속화된) GaAs에 대한 코바를 가능하게 할 것이다: ± 약 12.7 마이크론의 범위 내 시트 물질(즉, 두께의 균일성)의 평행; 약 5 mil/인치 내지 약 10 mil/인치 범위 내 표면 평행(즉, 이상적 평평한 표면에 배치되는 경우에 단위 당 높에 대한 편차); 약 16 마이크론-인치(0.4064 마이크론) 이하의 표면 거칠기. 이 표면 파라미터들은 예를 들어 세워진 금속성 프레임을 제조하기 위해 코바에 대한 직접적으로 코바의 확산 결합을 위해 또한 사용될 수 있다.
코바 프레임의 메이팅 표면과 상기 기재된 얇은 시트 물질 사이에 확산 결합을 위한 온도 파라미터는 더 낮은 융융점을 가지는 모물질의 켈빈 온도에서의 절대 용융 온도의 약 40 내지 약 70%의 범위 내로 간주된다. 확산 결합이 광학적으로 마무리된 유리 또는 다른 투명 물질을 결합하기 위해 사용되는 경우에, 결합 온도는 Tg 및/또는 다른 유리 투명 물질의 연성 온도 아래로 선택될 수 있고, 이로써, 광학적 마무리에 손상을 피할 수 있다. 선택되는 결합 온도에 의존하여, 몇몇 구체예에서 투명 시트(즉, 창이 되는)에 광학적 및/또는 보호적 코팅의 적용은 결합 전에 비해 프레임에 대한 시트의 결합 후 수행될 수 있다. 다른 구체예에서, 몇몇 광학적 및/또는 보호적 코팅은 결합 전에 유리 시트에 적용될 수 있으며, 한편 다른 코팅은 결합에 후속적으로 적용될 수 있다. 압력 파라미터에 관하여, 105.5 kg/cm2(500 psi)의 압력은 이전에 기재된 얇은 시트 물질 및 확산 결합 코바 프레임에 적합한 것으로 간주된다.
확산 결합이 높은 온도에서 발생되기 때문에, 유리 시트의 CTE는 금속성 프레임의 CTE에 매칭되어야 함을 인식할 것이다. 그 다음에, CTE가 완전히 매치될 수 없는 정도로, 바람직한 것은 유리 시트의 CTE가 금속성 프레임의 CTE보다 낮아야 한다는 것이다. 이는 통합된 창/프레임 어셈블리가 이의 증가된 결합 온도(또는 증가된 작동성 온도)로부터 다시 상온으로 냉각되면서 유리 시트보다 수축하는 금속성 프레임을 야기할 것이다. 그래서 유리는 인장에 비해 압축 응력을 우선적으로 받을 것이며, 이는 분열(cracking)의 경향을 줄인다.
도 20c 및 20d와 관련하여, 본 발명의 추가 구체예, 내부 및 외부 프레임을 가지는 창 어셈블리를 예시하고 있다. 도 20c는 어셈블리 전에 창 어셈블리의 성분을 예시하며, 한편 도 20d은 완성된 어셈블리를 예시하고 있다. 창 어셈블리(2070)는 별도의 프레임 부재(2072 및 2074)를 포함하고, 이들은 (확산 결합, 땜납, 경납 및 다른 본원에 기재되어 있는 기술을 사용하여) 투명한 시트(2080)의 내 부 및 외부 표면(각각 2076 및 2074)에 결합된다. 다시 말해, 투명 창 물질은 창의 상부 상의 프레임 물질의 층과 창의 하부 상의 프레임 물질의 층 사이에 "샌드위치"된다. 중간층(2082 및 2084)은 이전에 기재되어 있듯이 확산 결합을 위해 제공될 수 있거나, 대안적으로 땜납 예비형태(또는 2082 및 2084에 도시됨)은 이전에 기재되어 있듯이 땜납에 의한 결합을 위해 제공될 수 있다.
전형적으로, 동일한 결합 기술은 내부 및 외부 프레임을 창에 결합하기 위해 사용될 것이지만, 이는 요구되지 않는다. 유사하게는, 내부 및 외부 결합은 통상적으로 동시에 형성될 것이지만, 이는 요구되지 않는다. 그러나, 내부 프레임(2072)은 기밀 창 어셈블리를 만들기 위해 창(2080)에 기밀적으로 결합되어야 한다. 기밀적 결합은 창(2080)에 외부 프레임(2074)을 결합하기 위해 전형적으로 요구되지 않지만, 이는 다수의 이유를 위해 바람직할 수 있다.
이른바 "샌드위치"된 프레임 배열을 가지는 창 어셈블리의 한 이점은 예를 들어 결합 후 냉각 중, 또는 열적 사이클링 중 프레임(2072 및 2074) 및 시트의 상이한 열적 팽창(동일하지 않은 CTE 때문에)에 의해 야기되는 투명한 시트(2080)의 내부 및 외부 표면(각각 2076 및 2078) 상의 응력을 균일하게 하는 것이다. 달리 말하자면, 창 어셈블리가 단지 하나의 표면에 결합되는 프레임을 가지는 경우에, 프레임 및 시트 사이에 불균등한 팽창과 압축은 시트 내 중요한 전단 응력을 만들 수 있다. 이 전단 응력은 비록 창-대-프레임 결합 그 자체가 온전히 남아있지만, 투명한 시트 내 전단 실패(예를 들어, 균일 또는 플라킹(flaking))에 충분히 강할 수 있다. 그러나 프레임이 창의 내부 및 외부 표면에 결합되는 경우에, 유리(또는 다른 투명 물질) 내 전단 응력이 크게 감소될 수 있다. 이는 동일한 물질 또는 유사한 CTE를 가지는 물질이 내부 및 외부 프레임을 위해 사용된다면 특히 사실이다. 창의 두께를 통한 이 응력-평형은 연속적 열 사이클링 및/또는 물리적 쇼크 중 조립된 창의 신뢰성 및 내구성을 증가시킨다.
샌드위치된 구조는 창 어셈블리에 또는 WLP 어셈블리에 사용될 수 있다. 내부 및 외부 프레임을 가지는 샌드위치된 구조는 특히 이점이 있으며, 시트 및 프레임 물질이 크게 상이한 CTE를 가지는 곳에서 이점이 있다. 샌드위치된 구조의 응력 균형 특징에 추가로, 시트 상에 외부 프레임의 사용은 추가적 이점을 가질 수 있다; 예를 들어, 창을 가로지리는 열적 퍼짐(spreading)을 높이고; 어셈블리로부터 열 소실을 높이고; 광학적 천공으로서 제공되고; 더 높은 수준 어셈블리에 결합 또는 어셈블리 중 장치의 정열/고정 또는 클램핑을 용이하게 하고; 실시 기호를 전시하는 것이다.
도 21a 및 21b와 관련하여, 본 발명의 다른 구체예를 따라 마이크로-장치를 위한 기밀적으로 밀봉된 웨이퍼-수준 패키지(또는 WLP(wafer-level packages)로 알려짐)의 두 예를 예시하고 있다. 이 구체예는 웨이퍼-수준 패키지(2002)(도 21a)가 역-측면 외부 전기적 연결을 가지며, 한편 웨이퍼 수준 패키지(2024)(도 21)가 동일한 측면 외부 전기적 연결을 가진다는 점을 제외하고, 서로 실질적으로 유사하다. 본원에 이전에 기재된 분별된 장치 패키지에서 많은 관점과 유사하지만, 웨이퍼-수준 패키지는 패키지의 기밀 봉투의 부분으로서 마이크로 장치 그 자체의 기재, 전형적으로 반도체 기재를 활용한다. 이러한 웨이퍼-수준 패키지는 웨이퍼-제 조된 마이크로-장치를 기밀적으로 캡슐화하는 매우 경제적인 방법을 제공하며, 특별히 더 높은 생산 크기를 포함한다. 아래에 기재될 것과 같이, 본원 발명의 여러 측면에 따라, 단일 마이크로 장치는 WLP 기술을 사용하여 패키지될 수 있거나 본래의 생산 웨이퍼 상에 다중 마이크로-장치는 WLP 기술을 사용하여 동시에 패키지될 수 있다.
도 21a에 특이적으로 참조하여, 웨이퍼-수준 패키지(2002)는 하나 이상의 마이크로-장치(2004), 예를 들어 기재(2006) 상에 제조되는 MEMS 장치 또는 MOEMS 장치를 포함한다. 기재(2006)은 전형적으로 실리콘(Si) 및 갈륨 비화물(GaAs)의 웨이퍼이며, 이 위에 마이크로-장치(2004)와 연합된 전기적 회로(2008)는 알려진 반도체 제조 방법을 사용하여 형성된다. 전기적 비아스(2010)(점선으로 도시)는 기재의 역 측면(즉 장치의 관점에서) 상에 배치된 외부적으로 접근가능한 연결 패드(2012)에 회로(2008)를 연결하는 알려진 방법을 사용하여 기재(2006)에 형성될 수 있다. 도 20에 도시되어 있는 비아스(2010)의 경로는 예시의 목적을 위해 간단하게 되었음을 인식할 것이다. 코바 또는 다른 금속성 물질로 만들어진 프레임(2012)의 한 말단은 기재(2006)에 기밀적으로 결합되어 있고, 투명 창(2016)는 교대로 프레임의 다른 말단에 기밀적으로 결합되어 공동(2018) 내 마이크로-장치를 밀봉하는 기밀 봉투를 완성한다. 기재(2006)의 프레임-메이팅 표면은 하나 이상의 층(2020)으로 제조되거나 금속화되어 프레임에 결합을 용이하게 하고, 유사하게는 창(2016)의 프레임-메이팅 표면은 동일 목적을 위해 하나 이상의 층(2022)으로 제조되거나 금속화될 수 있다.
도 21b를 특이적으로 참조하여, 웨이퍼-수준 패키지(2024)는 이 경우에 비아스(2026)가 기재(2006)의 동일 측면에 배치되어 있는 외부 연결 패드(2028)에 루트(routed)되는 것을 제외하고 이전에 기재된 패키지(2002)과 실질적으로 동일하다. 분명하게는, 이러한 구체예에서, 프레임(2014) 및 창(2016)은 기재의 상단 표면의 커버되지 않은 부분을 남기도록 특정된 치수를 갖는다.
도 21c와 관련하여, 제조의 하나의 가능한 방법을 예시하는 WLP(2100)의 전개도를 보여준다. WLP 방법을 사용하여 개개 또는 다중 마이크로-장치를 패키지하기 위해, 하기 성분들은 필요하다: 마이크로-장치(2004)를 가지는 기재(2006); 연속적 측벽(2015)을 가지는 그리고 (투명성을 제공하기 위해) 캡슐화되는 장치보다 "더 큰(taller)" 프레임/스페이서(2014); 및 투명한 시트 또는 창(2016). 사용될 결합 방법에 의존하여, 금속 합금 또는 유리 조성물의 땜납 예비형태, 또는 확산 결합(2102 및 2103)을 위한 중간층은 또한 요구될 수 있다. (창(2106)과 프레임(2014) 사이에) 상부 예비형태(2102)는 (프레임(2014)와 기재(2006) 사이에) 하부 예비형태(2103)보다 상이한 물질일 수 있음을 인식할 것이다.
간략하게, 패키지(2100)를 형성하는 단계는 하기와 같다: 제 1 프레임-부착 영역(2104)을 대상 마이크로-장치의 웨이퍼 기재(2006)의 표면 상에 제조된다. 이 제 1 프레임-부착 영역(2104)은 기재(2006) 위에 하나의 마이크로-장치(2004) 또는 다수의 마이크로-장치를 한정하는 플랜(다시 말해, 상부로부터 보이는 경우의 배열)을 가진다. 제 2 프레임-부착 영역(2106)은 창(2016)의 표면 위에 제조된다. 제 2 프레임-부착 영역(2106)은 전형적으로 제 1 프레임-부착 영역(2104)의 플랜에 실질적으로 상응하는 플랜을 가진다. 이전 두 단계의 실행 순서는 중요하지 않다. 다음에, 상기 프레임/스페이서(2014)는 기재(2006)과 창(2016) 사이에 위치된다. 프레임/스페이서(2014)는 제 1 및 제 2 프레임-부착 영역(각각 2104 및 2106)의 플랜에 실질적으로 상응하고 대응하는 플랜을 가진다. 적용가능하다면, 땜납 예비형태(2102 및 2103) 또는 확산 결합 중간층(2102 및 2103)은 프레임/스페이서(2104)와 프레임-부착 영역(2104 및/또는 2106) 사이에 항상 개재된다. 마지막으로, 기재(2006), 레임/스페이서(2014) 및 창(2016)은 서로 결합되어 (땜납 또는 유리 예비형태(2102 및 2103) 또는 적용가능하다면 확산 결합 중간층(2102 및 2103)에 의해 용이하게됨) 창의 투명 천공 영역(2108)을 통해 마이크로-장치로부터 및/또는 장치로 빛이 투과하는 것이 가능한, 마이크로-장치(2004)를 캡슐화하는 기밀적으로 밀봉된 패키지을 형성한다.
패키지(2100)의 확산 결합은 다수의 서브-단계에 또는 단일 (통합된) 단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 모든 5개의 성분(시트(2016), 제 1 중간층(2102), 프레임(2014), 제 2 중간층(2103) 및 기재(2006))은 단일 고정물에 스택될 수 있고, 동시에 가열되고 함께 가압되어 확산 결합이 밀봉 표면의 각각에 형성되도록 한다. 대안적으로는, 창 시트(2016)는 (제 1 서브어셈블리를 만드는) 제 1 중간층(2102)을 사용하여 프레임(2014)에 결합되는 제 1 확산일 수 있고, 그리고, 이 제 1 서브어셈블리는 제 2 중간층(2103)을 사용하여 기재(2006)에 후속적으로 결합되는 확산일 수 있다. 또 다른 대안으로서, 프레임(2014)은 제 2 중간층(2103)을 사용하여 기재(2006)에 결합되는 확산일 수 있고, 그 다음에 투명한 시트(2016)는 제 1 중간 층(2102)을 사용하여 서브어셈블리에 후속적으로 결합될 수 있다. 사용될 이 결합 순서의 선택은 물론 사용될 정확한 물질, 시트(2016)에 투명 물질의 열 민감도, 마이크로 장치(2004)의 열 민감도 및 아마도 다른 파라미터 예를 들어 프레임(2014) 및 중간층 물질의 팽창 특성에 의존한다.
본 발명은 이전에 기재되어 있는 "고립(stand-alone)" 기밀 창 어셈블리의 제조와 여러 측면에서 유사하다. 창(2016)의 프레임-부착 영역(2106)의 제조는 이전 실시예 1-96에 기재된 하나 이상의 금속성 층을 가지는 금속화, 클리닝, 러핑을 포함하는 시트 밀봉-고리 영역(318)을 제조에서 사용하기 위해 이전에 기재된 동일 기술을 사용하여 수행될 수 있다.
투명 창유리(2016)가 (예를 들어, 프레임-부착 영역(2106)을 제조함에 있어서) 이 위에 증착되어 있는 제 1 금속성 층의 접착을 증진시키기 위해 거칠 수 있는 반면에(예를 들어 CVD 또는 PVD에 의해), 웨이퍼 기재(2006)은 동일한 방법으로 전형적으로 거칠게 되지 않을 것이다. 대신에, 웨이퍼 기재(2006) 상에 있는 초기 금속성 층은 통상적 웨이퍼 제조 기술을 사용하여 전형적으로 증착될 것이다. 웨이퍼 제조의 통상적 방법이 금속의 증착의 접착을 증진시키기 위해 실시콘 또는 GaAs 웨이퍼를 에칭하는 요구사항 또는 선택사항을 포함하는 경우에, 그 다음에 동일한 실행이 WLP 장치를 세울때 웨이퍼 기재 상에 프레임 부착 영역(2104)을 제조함에 있어서 후속될 수 있다.
다른 웨이퍼 또는 기재 물질은 제한되는 것은 아니지만 유리, 다이아몬드 및 세라믹 물질을 포함한다. 몇몇 세라믹 웨이퍼는 알루미나 웨이퍼로 알려져 있다. 이 알루미나 웨이퍼 또는 기재은 다중 층 기재일 수 있고, 저온 Co-Fired(LTCC) 또는 고온 Co-Fired(HTCC) 물질 및 공정을 사용하여 제조될 수 있다. LTCC 및 HTCC 기재은 종종 상호연결된다. 이 회로는 함께 층을 코파이어링(co-firing) 이전에 세라믹 또는 알루미나 물질 층 상에 전형적으로 스크린 프린트된다.
또한, 창 어셈블리에 사용을 위해 이전에 기재되어 있는 임의의 결합 기술 및 파라미터는 서로에 대해 WLP 성분을 기밀적으로 결합하는데 사용될 수 있고, 중간층의 사용을 사용하거나 하지 않는 확산 결합/TC 결합, 땜납 예비형태를 사용하는 땜납 및 잉크젯 분산 땜납을 사용하는 땜납을 포함한다. 주된 차이는 "고립" 어셈블리를 제조하는 경우에, 단지 두 개의 주된 성분(즉, 투명한 시트/창(304) 및 프레임(302))은 함께 결합되고, 단지 WLP를 제조하는 경우에, 세 개의 주된 성분(즉, 창(2016), 프레임(2014) 및 기재(2006))은 함께 결합된다. 물론, 땜납 기술을 사용하여 WLP를 생산하는 경우에, 추가 성분은 요구될 수 있다. 예를 들어 하나 이상의 땜납 예비형태(2102) 또는 많은 양의 잉크젯-분배 땜납이다. 땜납 예비형태, 만약 사용된다면, 이는 프레임(2014)의 상부 및/또는 하부에 그 아이템의 제조에서 하나의 단계로서 부착될 수 있다. 이는 WLP 어셈블리의 세 개의 주된 성분의 배열을 간단히 할 것이다. 물론, 프레임에 땜납 예비형태의 사전 부착이 이전에 기재되어 있는 "고립" 창 어셈블리에 또한 적용될 수 있다. 창(2016), 프레임(2014) 및/또는 기재(2006)에 땜납 예비형태를 부착하기 위한 하나의 방법은 국소화된 가열 공급원을 사용하여 제 위치에 예비형태를 부착하는 것이다.
성분들을 함께 땜납 하기 전에, 땜납 예비형태의 표면 및/또는 창(2016), 프 레임(2014) 및/또는 기재(2006)의 금속화된 표면을 세척하는 것은 표면 산화물을 제거하기 위해 필요할 수 있다. 포스트-땜납(post-soldering) 또는 디플럭싱(defluxing)을 위한 필요성을 제거하기 위한 땜납 공정 중 플럭스(flux)를 사용하는 것을 피하는 것이 바람직하다. 여러 표면 제조 기술은 플럭스 없는 땜납을 위해 금속 및 땜납 표면을 제조하는데 유용할 수 있다.
여러 다른 공정은 땜납 후 플럭스들을 제거할 필요성을 피하기 위해 땜납을 위한 WLP 성분들 또는 창 어셈블리의 표면을 제조하는데 사용될 수 있다. 제 1 선택사항은 깨끗하지 않은 플럭스로서 상업에 알려져 있는 것을 사용하는 것이다. 플럭스의 이 타입은 땜납 후 제 위치에 남겨지도록 의도된다. 제 2 선택사항은 플럭스 없이 땜납능력을 개선하기 위한 가스 플라스마 처리의 사용이다. 예를 들어, 비 독성 플루오르 함유 가스는 도입될 수 있고, 이는 땜납의 표면에서 반응된다. 이 반응은 땜납 상에 크러스트를 형성하고, 재용융시 용해된다. 형성된 용접 및 조인트는 플럭스를 사용하는 경우에 형성되는 것과 동일하거나 또는 낫다. 이러한 플라스마는 땜납능력 및 와이어 결합능력에서의 개선을 조장하는 산화물 및 유리의 축소에 의한 제거를 포함하는 이점을 제공한다. 이러한 처리는 두꺼운 필름 구리, 금 및 팔라듐 상에 되어진다. 깨끗한 산화물 없는 표면을 남기기 위해 추가 후보 가스는 산소 및 일산화탄소 플라스마를 포함한다. 추가 후보 가스는 산소, 아르곤 및 프레온 가스 조합을 포함한다. 플라스마 처리의 하나의 버전은 "Plasma-Assisted Dry Soldering(PADS)"으로서 알려져 있다. 상기 PADS 공정은 주석 산화물(공기에 노출시 불안정한 환원된 주석 산화물이 재산화하는 경우에 플럭스 없는 땜납에 존재)을 습윤을 증진하는 옥시플루오라이드로 전환한다. 전환 필름은 땜납이 녹고 재흐름을 허락하는 경우에 브레이크 업(breaks up) 된다. 필름은 공기 중에 일주일 이상 동안 안정적이고 질소에 저장되어 있는 경우에 2 주 이상 동안 안정적이다.
별개의 마이크로 장치를 기밀적으로 패키지하기 위한 개개의 및 다중 창 어셈블리의 제조를 위한 이전에 기재되어 있는 방법에서와 같이, WLP의 제조를 위한 여러 성분을 위한 상용성 물질의 선택은 본 발명의 또 다른 측면이다. 예를 들어, WLP의 각 주성분들(예를 들어, 창, 프레임/스페이서 및 웨이퍼 기재)은 기밀 밀봉의 최대 긴 기간의 내구성을 보장하기 위해 긴밀히 매치된 CTE를 바람직하게 가질 것이다. 프레임/스페이서(2014)는 금속성 물질 또는 비금속성 물질로 형성될 수 있다. 최대 CTE 매치는 웨이퍼 기재(2006) 또는 창(2016)과 동일한 물질로부터 프레임/스페이서(2014)를 형성함에 의해 달성될 것이다. 그러나, 갈륨 비화물(GaAs) 및 실리콘(Si)(다시 말해, 웨이퍼 기재에 전형적으로 사용되는 물질) 및 대부분의 유리(다시 말해, 창을 위해 전형적으로 사용되는 물질)는 적어도 대부분의 금속 및 금속 합금에 비교하여 상대적으로 깨지기 쉽다. 이 비 금속성 물질은 그래서 금속 또는 다른 금속 합금과 같이 프레임/스페이서(2014)를 형성하는데 바람직하지 않으며, 이는 금속 및 금속 합금은 전형적으로 크래킹에 더 나은 저항성을 보여주기 때문이다. 사실, 프레임/스페이서(2014)를 위한 금속 또는 금속 합금의 사용은 결합 후 웨이퍼 기재(2006), 창(2016) 및 완전한 WLP(2002)의 우연적 크래킹 또는 브레이킹에 추가적 저항성을 제공한다. 금속성 프레임/스페이서(2014)가 사용되는 경 우에, 바람직하게는 금 단독, 또는 니켈 및 그 다음에 금과 함께 배치되어 때로는 확산 결합 또는 땜납을 용이하게 하고, 그러나 더욱 자주 패키지 내부 대기와 프레임/스페이서 사이에 여러 종류의 보호를 제공하는 프레임/스페이서 상 표면을 제공할 것이다. 그러나, 비 금속성 프레임/스페이서(2014)가 사용된다면, 확산 결합 또는 땜납을 용이하게 하기 위해 금속화될 수 있다. 프레임/스페이서(2014) 상에 사용되는 금속 층은 창 어셈블리의 제조를 위한 창유리(304) 상에 사용되는 것과 동일할 수 있고 예를 들어 최종 층은 크롬, 니켈, 주석, 주석비스무트 및 금 중 하나일 수 있다.
WLP의 성분을 위한 상용성 물질을 선택함에 있어서, 실리콘(Si)이 293°K에서 약 2.6 PPM/°K로부터 1400°K에서 약 4.1 PPM/°K까지의 범위 CTE를 가짐을 인식한다. MEMS 및 MOEMS와 같은 마이크로-장치를 위한 작동 온도 약 -55℃ 내지 약 125℃ 범위 내일 것이고, 기대되는 확산 결합 또는 땜납 온도가 약 250℃ 내지 약 500℃ 범위 내일 것임이 가정된다면, WLP 기재를 위해 사용되는 타입의 실리콘 웨이퍼가 약 2.3 PPM/°K 내지 약 2.7 PPM/°K 범위 내의 CTE를 가질 것임이 삽입될 수 있다. 실리콘(Si) 기재에 결합될 프레임/스페이서(2014)에서 사용에 적합하다고 간주되는 하나의 금속성 재료는 'Carpenter Specialty Alloys'에 의해 개발된 "Low Expansion 39 Alloy"로서 알려진 합금이다. "Low Expansion 39 Alloy"은 하기와 같은 조성물(중량%; 공칭 분석(nominal analysis))을 가지는 것으로 이해된다: 약 0.05% C, 약 0.40% Mn, 약 0.25% Si, 약 39.0% Ni, 및 균형 Fe. 'Low Expansion 39 Alloy'은 25℃ 내지 93℃의 간격에 걸쳐 약 2.3 PPM/°K 으로부터 149℃에서 약 2.7 PPM/°K, 260℃에서 약 3.2 PPM/°K 및 371℃에서 약 5.8 PPM/°K로의 범위로 이해되는 CTE를 가진다.
유사하게는 WLP 웨이퍼 기재를 위해 사용되는 타입의 갈륨 비화물(GaAs)이 약 5.8 PPM/°K의 공칭 CTE를 가지는 것으로 이해된다. 물질 제공자의 데이터에 기초하여, 코바 합금은 20℃에서 약 5.86 PPM/°K로부터 250℃에서 약 5.12 PPM/°K까지의 범위를 가지는 CTE를 가지는 것으로 이해된다. 따라서, 코바 합금은 GaAs 기재에 결합될 프레임/스페이서(2014)를 위한 좋은 선택일 것이다. GaAs 기재에 결합될 프레임/스페이서(2014)에 적합한 것으로 간주되는 또 다른 물질은 'Attleboro, Mass.'의 Texas Instruments Inc.'s Metallurgical Materials Division에 의해 개발된 SilvarTM으로서 알려진 합금이다. SilvarTM은 GaAs 장치에 근접하게 매칭되는 CTE 특성을 가지는 코바의 유도체이다.
WLP를 위한 창/렌즈에 관하여, 코바 프레임, 예를 들어 Corning 7052, 7050, 7055, 7056, 7058 및 7062, Kimble (Owens Corning) EN-1, Kimble K650 및 K704, Abrisa soda-lime glass, Schott 8245 및 Ohara Corporation S-LAM60을 가지는 개개의 및 다중 창 어셈블리에서 사용을 위해 이전에 기재되어 있는 모든 유리가 GaAs 기재(2006)을 가지는 WLP의 창/렌즈(2016)에 적합할 것이다. 파이렉스(Pyrex) 유리 및 유사한 제형은 실리콘 기재(2006)을 가지는 WLP의 창/렌즈(2016)에 적합한 것으로 간주된다. 코닝(Corning) 웹사이트에 따른 파이렉스의 특성은 연성점 : 약 821℃, 단련(annealing)점 : 약 560℃, 스트레인점(strain point) : 약 510℃, 실시점(working point) : 약 1252℃, 팽창(0-300℃) : 약 32.5 X 10-7/℃, 밀도 : 2.23 g/cm3, Knoop 경도 : 약 418 및 굴절지수(589.3 nm에서) : 약 1.474이다.
도 22와 관련하여, 반도체 웨이퍼(2202)로서 이에 형성되어 있는 다수의 마이크로 장치(2204)를 가지는 반도체 웨이퍼(2202)를 예시하고 있다. 단일 반도체 상에 다중 마이크로 장치의 생산을 위한 방법은 통상적임을 인식할 것이다. 그러나, 여기서 마이크로 장치(2204)가 예를 들어 MEMS, MOEMS, 광전자 또는 광학 장치를 사용하기 전에 기밀적으로 패키지되어야 하는 타입인 경우에, 우선 마이크로 장치를 "개별화" 또는 "단품화"하는 것이 산업에 표준 수행이다, 예를 들어 웨이퍼(2202)를 전형적으로 단지 단일 마이크로 장치를 각각에 가지는 섹션으로 자르고(cutting-apart), 다이싱(별개로(apart)) 또는 별개로 브레이킹(breaking-apart)하고, 그 다음에 별도의 패키지에서 개별적 마이크로 장치를 패키지함에 의한다. 현재, 본원 발명의 추가적 구체예에 따라, 다중 마이크로 장치는 기재 웨이퍼의 개별화 또는 단품화 전에 WLP에 개별적으로 기밀적으로 패키지될 수 있거나, 기밀적으로 다중으로 포잘될 수 있다. 이 방법은 다중 동시성 웨이퍼-수준 패키지 또는 "MS-WLP"로서 지칭된다.
도 23 내지 29와 관련하여, 마이크로-장치의 MS-WLP를 위한 하나의 방법을 예시하고 있다. 간략하게, 이 방법은 a) 다수의 마이크로 장치를 가지는 반도체 웨이퍼 기재의 표면 상 제 1 프레임 부착 영역을 제조하는 단계로서, 상기 제 1 프 레임-부착 영역이 기재 상에 개별적(또는 다중적) 마이크로-장치를 한정하는 플랜(plan)을 가지는 단계; b) 창(즉, 투명 물질의 시트)의 표면 상에 제 2 프레임-부착 영역을 제조하는 단계로서, 상기 제 2 프레임-부착 영역이 상기 제 1 프레임-부착 영역의 플랜에 실질적으로 상응하는 플랜을 가지는 단계; c) 기재과 창 사이에 프레임/스페이서를 위치시키는 단계로서, 상기 프레임/스페이서가 각각 상기 제 1 및 제 2 프레임-부착 영역의 플랜에 실질적으로 상응하고 일치하는 플랜을 가지는 단계; 및 d) 마이크로 장치를 캡슐화하기 위해 함께 기재, 프레임/스페이서 및 창을 기밀적으로 결합하는 단계를 포함한다. 적용가능하다면, 제항되지는 않지만, 확산 결합을 위한 중간층의 내부층을 포함하는 땜납 예비형태 또는 다른 물질은 결합 전에 프레임/스페이서와 창 및/또는 기재 사이에 또한 위치된다.
상세하게는 도 23와 관련하여, 반도체 웨이퍼(2202)의 프레임-부착 영역(2302)은 완전히 각 마이크로 장치(2204)의 주위(즉, 이를 한정하는) 웨이퍼 기재의 표면 상에 금속화된 층을 증착함에 의해 제조된다. 도시된 구체예에서, 바람직한 프레임-부착 영역(2302)은 단일 너비 외부 열(2308) 및 칼럼(2310)에 의해 둘러싸여진 (마이크로-장치(2204) 사이에 개재된) 이중 너비금속화된 열(2304) 및 칼럼(2306)으로 구성되는 직사각형 격자를 포함한다. 프레임-부착 영역(2302) 내 금속화된 층의 조성 및 두께는 실시예 1-96에서와 같이 시트 밀봉-고리 영역(318)을 제조하는데 있어서 사용을 위해 이전에 기재되어 있는 임의의 것일 수 있다.
도 24와 관련하여, MS-WLP 어셈블리의 웨이퍼 (2202)와 창 시트 (2602) 사이에 부착시키기 위한 MS-WLP 프레임/스페이서 (2402)가 도시되어 있다. 이러한 구 체예에서, MS-WLP 프레임/스페이서 (2402)는 단일폭 외부 열 (row) 부재 (2408) 및 컬럼 부재 (2410)에 의해 둘러싸인 이중폭 열 부재 (2404) 및 컬럼 부재 (2406)를 지녀, 웨이퍼 기재 (2202) 상의 프레임-부착 영역 (2302)의 평면과 실질적으로 일치하는 평면을 발생시키는 것으로 인식될 것이다. 하기에 추가로 기술되는 바와 같이, 이중폭 열 및 컬럼 부재 (2404 및 2406)의 목적은 결합 후의 MS-WLP 어셈블리의 싱귤레이션 (singulation) 동안 프레임을 절단하기 위한 공간을 허용하기 위한 것이다. 다른 구체예에서, MS-WLP 프레임/스페이서가 다양한 배열을 지닐 수 있는 것으로 인식될 것이다. 이러한 구체예에서, MS-WLP 프레임/스페이서 (2402)는 웨이퍼 기재의 CTE와 실질적으로 매칭되는 CTE를 지니는 금속 합금으로 형성되나, 기타 구체예에서 프레임/스페이서는 상기 기술된 바와 같은 비금속 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기술된 바와 같이, 프레임/스페이서 (2402)는 바람직하게는 결합 과정을 촉진시키기 위해 도금되거나 금속화될 것이다.
도 25a-25d와 관련하여, 프레임/스페이서 (2402)에 대한 바람직한 형태가 상세하게 도시되어 있다. 도 25a는 이중폭 컬럼 부재 (2406) 부분의 확대된 평면도를 도시하고, 도 25b는 동일한 부분의 말단 도면을 도시한다. 프레임/스페이서 (2402)의 열 부재 (2404)는 바람직하게는 유사한 배열을 지니는 것으로 인식될 것이다. 부재 (2406)는 각각의 부재의 중심부, 즉 완전한 MS-WLP 어셈블리 내의 인접한 마이크로-디바이스 (micro-device) 사이를 따라 지나가는 "홈(groove)" (2502), 또는 감소된 두께의 영역을 지니도록 형성된다. 하기에 추가로 기술되는 바와 같이, 홈(2502)은 패키징된 마이크로-디바이스의 싱귤레이션 동안 MS-WLP 어 셈블리를 절단시키는 것을 촉진시킨다. 홈(2502)을 따라 절단된 후, 프레임 부재 (2406)는 각각 도 25c 및 25d에 나타낸 형태를 지니는 두개의 단일폭 부재 (2504)로 나누어질 것이다. 어셈블리 동안, 프레임 부재의 홈이 형성된 측면 (2505)은 바람직하게는 웨이퍼 기재 (2202)에 대해 위치되는 반면, 홈이 형성되지 않은 측면 (2505)은 창 시트에 대해 위치된다.
도 26와 관련하여, MS-WLP 프레임/스페이서 (2402)로의 부착을 위한 MS-WLP 창 시트 (2600)가 도시되어 있다. 창 시트 (2600)는 상기 기술된 바와 같이 어셈블리의 기타 주요 구성요소와 양립되는 CTE를 지니는 유리 또는 기타 투명 물질로 형성된다. 적어도 시트 (2600)의 내부 측면 (즉, 기밀 덮개 내부에 위치되는 측면), 바람직하게는 양쪽 측면은 광학적으로 마감처리되어야 한다. 임의의 요망되는 광학 또는 보호 코팅이 바람직하게는 이 시점에서 시트 (2600)의 적어도 내부측면, 바람직하게는 양쪽 측면에 존재한다. 그러나, 시트 (2600)가 두개의 결합 작업중 첫번째에서 프레임/스페이서 (2402)에만 부착되는 경우, 광학 또는 보호 코팅은 두번째 작업 전, 창 어셈블리를 웨이퍼에 부착시키는 결합 단계 후에 적용될 수 있다. 프레임 부착 영역 (2602)은 최종 MS-WLP 어셈블리에서 궁극적으로 마이크로-디바이스 (2204)와 함께 정렬되는 다수의 창 천공 (2603)의 경계를 정하기 위해 MS-WLP 창 시트 (2600)에서 제조된다. 상기 나타낸 구체예에서, 제조된 프레임-부착 영역 (2602)은 단일폭 외부 열 (2608) 및 컬럼 (2610)에 의해 둘러싸인 이중폭 열 (2604) 및 컬럼 (2606)으로 구성된 직사각형 격자 내의 시트 (2600)에 위치된 금속층의 형태를 취한다. 이는 프레임/스페이서 (2402)의 평면과 실질적으로 일치 하는 프레임-부착 영역 (2602)에 대한 평면을 초래한다. 프레임-부착 영역 (2602) 내의 금속층 (2604, 2606, 2608 및 2610)의 조성 및 두께는 실시예 1 내지 96에 기술된 "고립 (stand-alone)" 창의 시트 밀봉-고리 영역 (318)을 제조하는데 사용하기 위해 상기 기술된 것중 임의의 것일 수 있다.
일부 구체예에서, 창 시트 (2600)의 내부 표면은 싱귤레이션 동안 MS-WLP 어셈블리를 따로 분리시키는 것을 촉진시키기 위해 프레임-부착 영역 (2602)의 각각의 부분을 통해 예를 들어 다이아몬드 첨필을 이용하여 선이 새겨질 수 있다. 창 시트 (2600)에 선을 새기는 것은 명확하게는 상기 창 시트를 프레임/스페이서 (2402)에 결합시키거나 연결시키기 전에 수행될 것이다. 프레임/스페이서 (2402)가 도 25a 내지 25b에 예시된 것과 같은 홈이 형성된 부재를 포함하는 경우, 시트 (2600) 상에 새겨진 선은 바람직하게는 MS-WLP 어셈블리 내의 프레임 부재의 홈(2502)과 함께 표시된 상태로 존재할 것이다.
도 27과 관련하여, 완전한 MS-WLP 어셈블리 (2700)의 측면도가 도시되어 있다. 도 27에 나타낸 구성요소의 일부 크기 (예를들어, 금속층의 두께)는 예시의 목적을 위해 과장된 것일 수 있다. 프레임/스페이서 (2402)는 웨이퍼 기재 (2202) (마이크로-디바이스 (2204)와 회합됨)과 창 시트 (2600) 사이에 위치되고, 프레임-부착 영역 (2302 및 2602)의 평면은 프레임/스페이서 (2402)의 평면과 함께 실질적으로 표시되어 있어, 각각의 마이크로-디바이스 (2204) 또는 마이크로-디바이스 세트는 창 시트의 창 천공 영역 (2603) 아래에 위치된다. 물론, 어셈블리 (2700)가 납땜 기술을 이용하여 결합되는 경우, 실질적으로 프레임-부착 영역 (2302 및 2602)과 일치하는 평면을 지니는 납땜 예비형성물 (나타내지 않음)이 또한 결합 전에 프레임/스페이서 (2402)와 프레임-부착 영역 사이에 위치된다. 또한, 확산 결합과 함께 내층 (innerlayer) 또는 중간층 (interlayer)이 사용되는 경우, 실질적으로 프레임-부착 영역 (2302 및 2602)과 일치하는 평면을 지니는 이들 중간층 (나타내지 않음)이 또한 결합 전에 프레임/스페이서 (2402)와 프레임-부착 영역 사이에 위치된다. 임의의 상기 기술된 결합 기술이 구성요소 사이의 결합을 수행하기 위해 사용될 수 있다. MS-WLP 어셈블리 (2700)는 결합 전 및 결합 후에 본질적으로 동일하게 보일 것이다 (임의의 납땜 예비형성물이 결합 영역으로 포함된 것을 제외함).
결합 후, MS-WLP 어셈블리 (2700)는 절단되거나 싱귤레이션되어 각각 하나 이상의 마이크로-디바이스를 포함하는 다수의 기밀적으로 밀봉된 패키지를 형성한다. 싱귤레이션 과정을 수행하는 여러 옵션이 존재한다. 그러나, 창 시트 (2600), 프레임 (2402) 및 웨이퍼 기재 (2202)은 함께 결합되므로, 단순히 창 시트에 선을 새겨 분리시키는 것 (다중 고립 창 어셈블리에 대해 수행되는 바와 같음)은 실질적이지 않다. 대신, 적어도 창 시트 (2600) 또는 웨이퍼 기재 (2202)은 절단되어야 한다. 이후, 남아있는 부분은 절단되거나, 선이 새겨지고 분리될 수 있다. 최선의 결과는 웨이퍼-다이싱 소우 (dicing saw)를 이용하여 웨이퍼 기재 (2202)을 절단한 후, 창 시트 (2600)에 선을 새겨 분리시키거나, 유사한 다이싱 소우를 이용하여 창 시트를 절단시킴으로써 수득될 것으로 여겨진다.
도 28과 관련하여, MS-WLP 어셈블리의 싱귤레이션을 위한 하나의 옵션이 도 시되어 있다. 도 28에 나타낸 MS-WLP 어셈블리 (2800)는 도 27에 나타낸 어셈블리 (2700)와 대부분 유사하나, 이 경우에 금속층 (2406)의 이용시 (또한 이에 수직으로 지나가는 층 (2404)의 이용시) 내부 프레임-부착 영역의 금속층 (2406)을 통해 창 시트 (2600)에 예비로 선이 새겨진다 (참조 번호 (2802)로 나타냄). 결합 후, 어셈블리 (2800)는 기재 전체를 통해 웨이퍼 기재 (2202) (화살표 (2804)로 나타냄)의 외부 측면으로부터 내부 프레임/스페이서 부재 (2606)의 홈 (2502) (및 이에 수직으로 지나가는 부재 (2604))까지 절단된다. 그러나, 절단 (2804)은 창 시트 (2600)까지 이어지지 않는다. 대신, 웨이퍼 기재 (2202) 및 프레임 (2402)가 절단된 후, 창 시트 (2600)는 예비로 새겨진 선 (2802)을 따라 접혀짐으로써 분리된다. 어셈블리 (2800)는 열까지 절단될 수 있고, 이후 각각의 열은 컬럼 선을 따라 개별적 패키지로 분리되거나, 이에 반대로 될 수 있다. 본 방법의 한 변형에서, 창 시트 (2600)는 예비로 선이 새겨지지 않지만, 대신 웨이퍼 기재 (2202) 및 프레임 (2402)을 통해 절단됨으로써 형성된 절단면 (2806)을 통해 선이 새겨진다. 이러한 선의 새김은 홈 (2502) 아래에 프레임 부재 (2406) 및 금속층 (2606)의 남아있는 부분을 통해 절단되기에 충분히 효과적이어야 한다는 것으로 인식될 것이다. 이후, 어셈블리는 상기와 같이 새겨진 선을 따라 개별적 패키지로 분리될 수 있다.
또 다른 변형인 도 29와 관련하여, MS-WLP 어셈블리 (2900)는 화살표 (2902)로 나타낸 바와 같이 각각의 마이크로-디바이스 (2204) 사이의 웨이퍼 기재 (2202), 프레임/스페이서 (2402) 및 창 시트 (2600)까지 완전히 절단됨으로써 개별화된다. 결과적으로 다수의 개별적인 WLP 마이크로-디바이스 (2904)가 생성된다. 개별화 절단은 창 측면 또는 기재 측면으로부터 이루어질 수 있으나, 소우잉 작업 동안의 손상으로부터 창 시트를 보호하기 위해 창 시트의 외부 표면을 보호 (예를들어, 마스킹 (masking) 테이프 등을 이용함)하는 것이 필요할 수 있다.
전기 저항 가열 ("ERH")이 MS-WLP 어셈블리의 구성요소의 확산 결합 또는 납땜을 촉진시키기 위해 사용되는 경우, 통상적으로 전류가 창/프레임 접합 및 프레임/기재 접합 둘 모두를 통해 동시에 흐르도록 적용된다. ERH 가열을 촉진시키기 위해, MS-WLP 어셈블리의 형태는 ERH 전극의 배치를 위해 창 시트 및 웨이퍼 기재 상에 "희생" 금속 영역 (즉, 후에 폐기되는 영역)을 제공하도록 변형될 수 있다. 바람직하게는, 기재 및 창 상의 전극 배치 영역은 웨이퍼에 대해 실질적으로 수직을 이루는 방향으로부터 접근될 것이다.
도 30과 관련하여, 도 23의 웨이퍼 (2002)와 대부분 유사한 웨이퍼 (3000), 즉 웨이퍼 상에 형성된 다수의 마이크로-디바이스 (2204) 및 마이크로-디바이스를 둘러싸기 위해 웨이퍼 상에 형성된 금속화된 프레임-부착 영역 (3002)를 지니는 웨이퍼가 도시되어 있다. 그러나, 이 경우에, 웨이퍼 (3000)은 웨이퍼의 한쪽 말단에 위치된 금속화된 전극 배치 패드 (3004)를 추가로 포함한다. 전극 배치 패드 (3004)는 프레임-부착 영역 (3002)의 금속화된 층 (2304, 2306, 2308 및 2310)과 전기적으로 접촉된다.
도 31과 관련하여, 도 26의 시트 (2600)와 대부분 유사한 창 시트 (3100), 즉 시트 상의 창 천공 영역 (2603)을 둘러싸기 위해 시트 상에 형성된 금속화된 프레임-부착 영역 (3102)을 지니는 창 시트가 도시되어 있다. 그러나, 이 경우에, 시트 (3100)는 시트의 한쪽 말단에 위치된 금속화된 전극 배치 패드 (3104)를 추가로 포함한다. 전극 배치 패드 (3104)는 프레임-부착 영역 (3102)의 금속화된 층 (2604, 2606, 2608 및 2610)과 전기적으로 접촉된다.
도 32와 관련하여, 또 다른 구체예에 따른 MS-WLP 어셈블리 (3200)가 도시되어 있다. 어셈블리 (3200)의 구성요소는 웨이퍼 기재 (3000) 및 창 시트 (3100)가 프레임/스페이서 (2402)에 인접되도록 위치되어 있으나, 각각의 금속화된 전극 배치 패드 (3004 및 3104)는 어셈블리의 반대측에 돌출되어 있다. 이러한 형태는 웨이퍼에 대해 수직 방향 (화살표 (3202)로 나타냄)으로 패드 (3004 및 3104)로의 차단되지 않은 접근을 제공하고, 이는 ERH 과정 동안 전극의 용이한 부착을 가능케 한다.
WLP 어셈블리의 결합 동안, 통상적으로 동시에 발생하는 하기의 두개의 결합이 존재한다: 프레임/스페이서와 창 시트 사이의 접합 및 프레임/스페이서와 웨이퍼 기재 사이의 접합. 그러나, 상기 기술된 바와 같이, 창은 먼저 프레임에 결합될 수 있고, 이후 ERH를 이용하여 창/프레임 어셈블리는 디바이스의 기재에 부착될 수 있다. 상기에 고립 창 어셈블리를 제조하기 위한 방법에 기술된 바와 같이, 금속 프레임의 형태 및 ERH 전극의 배치는 ERH 가열 기술을 이용하는 가열에 매우 중요할 수 있다. 유사하게, MS-WLP 디바이스에 대해, 금속화 패턴 및 웨이퍼 기재 및 창 시트 상의 ERH 전극-배치 위치는 가열을 달성하기 위해 중요할 수 있다. 따라서, 과량 또는 희생 특성을 포함할 수 있는 프레임의 크기/형태, 및 창 시트 및 웨이퍼 기재 상에서의 금속화 패턴은 결합되는 표면/형태의 가열을 보장하기 위해 공동으로 고안되고, 모델링 (예를들어, 소프트웨어 시뮬레이션을 이용함)되고, 원형화 (prototyping)되어야 한다.
상기 구체예에는 반대측의 전기 연결 패드를 지니는 마이크로-디바이스에 적합한 MS-WLP 어셈블리를 제조하기 위한 방법이 기술되어 있는 것으로 인식될 것이다. 도 33과 관련하여, 동일측의 전기 연결을 지니는 마이크로-디바이스가 도시되어 있다. 마이크로-디바이스 (3300)은 반도체 기재 (3302)의 한쪽 면에 배치되어 있다. 다수의 바이어스 (3304)가 마이크로-디바이스의 활성 영역으로부터 기재를 통해 기재의 동일한 측면에 위치된 다수의 연결 패드 (3306)로 이어진다. 명백하게, 전기 연결 패드 (3306)는 마이크로-디바이스 (3300)가 이의 밀봉 패키지 내에 밀봉된 후에 접근될 수 있어야 한다. 하기 구체예에서, 동일면에 연결부를 지니는 마이크로-디바이스와 함께 사용하기에 적합한 MS-WLP 어셈블리를 제조하는 또 다른 방법이 제시되어 있다.
도 34와 관련하여, 웨이퍼 상에 형성된 다수의 마이크로-디바이스 (3300)를 지니는 웨이퍼 (3402)가 도시되어 있고, 각각의 마이크로-디바이스는 관련된 동일면의 연결 패드 (3306)의 하나 이상의 세트 (3403)를 지닌다. 이러한 구체예에 따르면, 기재 웨이퍼 (3402)의 개별화 전에 다중 마이크로-디바이스 (3300)는 개별적으로 기밀적으로 패키징되나, 동일면의 전기 연결부 패드 (3306)는 접근가능하게 남아있다. 이러한 구체예의 단계는 하기 기술되는 변화를 제외하고는 이전의 구체예에 기술된 것과 많이 유사하다.
도 35와 관련하여, 반도체 웨이퍼 (3402)의 프레임-부착 영역 (3502)은 우선 금속화된 층을 각각의 마이크로-디바이스 (3300)의 경계를 정하는 웨이퍼 기재의 표면에 증착시킴으로써 제조된다. 나타낸 구체예에서, 제조된 프레임-부착 영역 (3502)은 세개의 "래더-형태(ladder-shaped)" 격자 (3503)을 포함하고, 이들 각각은 각각의 말단에서 버스 (buss) 스트립 (3508)에 의해 연결된 이중폭 금속화 열 (3504) (즉, 래더의 "가로대") 및 단일폭 컬럼 (3506) (래더의 "모서리")으로 구성된다. 프레임-부착 영역 (3502) 내의 금속화된 층의 조성 및 두께는 시트 밀봉-고리 영역 또는 프레임 부착 영역의 제조에 사용하기 위해 상기 기술된 것중 임의의 것일 수 있다.
도 36과 관련하여, MS-WLP 어셈블리의 웨이퍼 (3402)와 창 시트 (3702) (도 37) 사이의 부착을 위한 MS-WLP 프레임/스페이서 (3602)가 도시되어 있다. 이러한 구체예에서, MS-WLP 프레임/스페이서 (3602)는 다중 래터 형태 부분 (3603)으로 배열되고, 각각의 부분은 웨이퍼 기재 (3402) 상의 프레임-부착 영역 (3502)의 래터-형태 평면 (3503)과 실질적으로 일치하는 평면을 지니도록 배열되는 이중폭 가로대 부재 (3604) 및 단일폭 측면 부재 (3606)를 지니는 것으로 인식될 것이다. 래더 형태 부분 (3603)은 프레임/스페이서 (3602)의 반대편 말단에 위치된 연결 부재 (3608)에 부착되고, 이에 의해 서로 상대적 위치로 고정된다. 상기 구체예에서와 마찬가지로, 이중폭 부재 (3604)는 MS-WLP 어셈블리의 싱귤레이션 동안 (즉, 결합후) 마이크로-디바이스 사이의 프레임 (3602)을 절단하기 위한 공간을 허용한다. 한 바람직한 구체예에서, 이중폭 부재는 이들의 절단을 촉진시키기 위해 홈이 형성된 단면 (예를들어, 도 25a 및 25b에 나타낸 것과 유사함)을 지닐 수 있다. 그러 나, 다른 구체예에서 MS-WLP 프레임/스페이서가 다양한 형태를 지닐 수 있다는 것으로 인식될 것이다. 이러한 구체예에서, MS-WLP 프레임/스페이서 (3602)는 웨이퍼 기재의 CTE에 실질적으로 매칭되는 CTE를 지니는 금속 합금으로 형성되나, 기타 구체예에서 프레임/스페이서는 상기 기술된 바와 같이 비금속 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기술된 바와 같이, 프레임/스페이서 (3602)는 바람직하게는 이후의 결합 과정을 촉진하기 위해 도금되거나 금속화될 것이다.
도 37과 관련하여, MS-WLP 프레임/스페이서 (3602)로의 부착을 위한 MS-WLP 창 시트 (3700)가 도시되어 있다. 창 시트 (3700)는 상기 기술된 바와 같은 어셈블리의 기타 주요 구성요소와 양립되는 CTE를 지니는 유리 또는 기타 투명 물질로 형성된다. 적어도 시트 (3700)의 내부 측면 (즉, 기밀 덮개의 내부가 되는 측면) (바람직하게는, 양쪽 측면 모두)은 광학 마감처리되고, 임의의 요망되는 광학 또는 보호 코팅이 내부 측면에 적절하게 위치된다. 임의의 요망되는 광학 또는 보호 코팅이 시트 (3700)의 내부 표면 (바람직하게는, 양쪽 측면 모두)에 적절하게 위치되기 전 또는 후에, 궁극적으로 최종 MS-WLP 어셈블리 내에서 마이크로-디바이스 (3300)와 함께 정렬되는 다수의 창 천공 (3705)의 경계를 정하기 위해 프레임-부착 영역 (3702)이 MS-WLP 창 시트 (3700)에서 제조된다. 나타낸 구체예에서, 제조된 프레임-부착 영역 (3702)은 다중 래더-형태 부분 (3703)에서 시트 (3700) 상에 부착된 금속층을 포함하고, 각각의 부분은 이중폭 가로대 부재 (3704) 및 단일폭 측면 부재 (3706)를 포함한다. 각각의 래더 부분 (3703)은 프레임/스페이서 (3602)의 래더 부분 (3603)의 평면과 실질적으로 일치하는 평면을 지닌다. 프레임-부착 영역 (3702) 내에서의 금속화된 층 (3704 및 3706)의 조성 및 두께를 포함하여 창 시트 (3700)를 제조하기 위한 방법 및 과정은 "고립" 창 어셈블리의 시트 밀봉-고리 영역 (318) 또는 MS-WLP의 창 시트 (2600)의 프레임 부착 영역 (2602)의 제조에 사용하기 위해 상기 기술된 것중 임의의 것일 수 있다.
도 37에 예시된 구체예에서, 창 시트 (3700)의 금속화된 층은 래더-형태 부분 (3703)을 넘어서 연장되고, 전기 저항 가열 (ERH)을 촉진하기 위해 배열된 추가 부분을 포함한다. 이러한 추가 부분은 전극 부착 부분 (3708) 및 브릿지 부분 (3710)을 포함하고, 이들 둘 모두는 래더 부분 (3703)의 금속화된 층 (3704) 및 3706)에 전기적으로 연결된다. 이들 전극 부착 부분 (3708) 및 브릿지 부분 (3710)의 형태, 예를들어 배치 및 두께는 창 시트 (3700)의 금속화된 부분과 프레임/스페이서 (3602) 사이의 계면, 및 프레임/스페이서 (3602)와 기재의 금속화된 부분 (3402) 사이의 계면을 통해 ERH 전류의 흐름을 조종하도록 선택됨으로써 ERH-촉진된 결합 작업 동안 상기 계면들에서의 가열을 조절한다.
상기 구체예에서와 같이, 창 시트 (3700)의 내부 표면은 싱귤레이션 동안 MS-WLP 어셈블리의 분리를 촉진시키기 위해 프레임-부착 영역 (3702)의 각각의 부분까지, 예를들어 레이저 또는 다이아몬드 첨필을 이용하여 선이 새겨질 수 있다. 프레임/스페이서 (3602)가 도 25a 내지 25b에 예시된 것과 같은 홈이 형성된 부재를 포함하는 경우, 창 시트 (3700) 상에 새겨진 선은 바람직하게는 MS-WLP 어셈블리 내의 프레임 부재의 홈 (2502)과 함께 표시될 것이다.
도 38과 관련하여, 각각의 구성요소의 래더-형태 영역 (3503, 3603 및 3703) 이 실질적으로 서로 표시되고, 각각의 마이크로-디바이스 (3300)가 창 시트의 창 천공 영역 (3705) 아래에 위치되도록, 서로 겹쳐진 웨이퍼 기재 (3402), 프레임/스페이서 (3602) 및 창 시트 (3700)을 포함하는 완전한 MS-WLP 어셈블리 (3800)의 평면도가 도시되어 있다. 이러한 구체예에서, 웨이퍼 (3402) 및 창 시트 (3700)의 형태는 ERH 전극의 배치를 돕기 위해 상보적임이 인지될 것이다. 특히, 금속화된 버스 스트립 (3508)은 시트 (3700)의 모서리를 지나 돌출되어 (위로부터 관찰하는 경우), ERH 전극의 하나의 세트를 위로부터 수직적으로 접촉하게 만드는 반면, 금속화된 접촉 부분 (3708)을 지니는 시트의 부분은 웨이퍼의 모서리를 지나 돌출되어 (위로부터 관찰하는 경우), ERH 전극의 또 다른 세트를 아래로부터 수직적으로 접촉하게 만든다.
물론, 어셈블리 (3800)가 납땜 기술을 이용하여 결합되는 경우, 프레임-부착 영역과 실질적으로 일치하는 평면을 지니는 납땜 예비형태 (나타내지 않음)가 또한 결합 전에 프레임/스페이서 (3602)와 창 시트 (3700) 및 기재 (3402)의 프레임-부착 영역 사이에 위치된다. 임의의 상기 기술된 결합 기술이 구성요소 사이의 결합을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 어셈블리 (3800)가 확산 결합 기술, 및 이후에 중간층 예비형태 (나타내지 않음)을 이용하여 결합되는 경우, 이들 예비형태는 실질적으로 프레임-부착 영역과 일치하는 평면을 지닐 것이며, 결합 전에 프레임/스페이서 (3602)와 창 시트 (3700)의 프레임-부착 영역의 사이 및/또는 프레임/스페이서 (3602)와 기재 (3402)의 사이에 위치된다. MS-WLP 어셈블리 (3800)는 결합 전 및 결합 후에 본질적으로 동일하게 보일 것이다 (임의의 납땜 예비형태의 결합 영역 또는 확산 결합을 위한 중간층이 포함되는 경우는 제외함).
결합 후, 어셈블리 (3800)의 창 시트 (3700)는 다수의 캡슐화된 마이크로-디바이스 (3300) 상에 위치하는 첫번째 스트립 부분 (3802), 첫번째 스트립과 캡슐화되지 않은 접촉 패드 (3403) 상에 위치한 열 사이에 삽입된 두번째 스트립 부분 (3804), 및 창 시트의 각각의 말단에 배치되고, 또한 캡슐화되지 않은 접촉 패드 (3403) 상에 위치하는 열에 배치되는 마지막 스트립 부분 (3806)을 포함하는 것으로 관찰될 수 있다. 어셈블리 (3800)의 싱귤레이션 동안, 창 시트의 두번째 및 마지막 스트립 부분 각각 (3804 및 3806)은 절단되고, 폐기되며, 이들 부분이 본질적으로 "희생" 부분이다. 추가로, 싱귤레이션 동안, 기재 (3402)은 마이크로-디바이스 (3300)의 컬럼과 접촉 패드 (3403) 사이의 절단선 (화살표 3808로 나타냄)을 따라 나누어져, 다중유닛 스트립을 형성한다. 창 시트의 분리는 소우, 레이저 또는 기타 통상적인 수단을 이용하여 수행될 수 있는 반면, 기재의 분리는 소우, 레이저를 이용하거나, 스코어선을 따라 꺽임으로써 수행될 수 있다.
도 39 및 40과 관련하여, MS-WLP 어셈블리 (3800)의 싱귤레이션이 도시되어 있다. 도 39에는 MS-WLP 어셈블리 (3800)로부터 분리된 다중-유닛 스트립 (3900)이 도시되어 있다. 다중-유닛 스트립 (3900)은 본래의 웨이퍼 기재 (3402)의 부분 (3902) 상에 다수의 마이크로-디바이스 (3300)를 포함하고, 이러한 마이크로-디바이스는 본래의 창 시트의 각각의 창 부분 (3705) 아래에 하나 이상의 마이크로-디바이스를 지니는 인접한 기밀 덮개 내에 캡슐화되나, 이들의 관련된 전기 접촉 패드 (3403)은 캡슐화되지 않는다. 다중-유닛 스트립 (3900)은 이러한 구체예에서 인접한 기밀 덮개를 분리시키는 프레임 부재 (3604)의 중심에 해당하는 절단선 (3904)을 따라 추가로 분리되거나, 싱귤레이션된다. 결과는 각각의 창 부분 (3705) 아래에 하나 이상의 마이크로-디바이스를 포함하는 다수의 기밀적으로 밀봉된 WLP 패키지를 생성시킨다. 이러한 방법에 의해 생성된 개별적 WLP 패키지 (4000)의 예는 도 40에 도시되어 있다.
다중-유닛 스트립 (3900)의 싱귤레이션 동안, 적어도 창 시트 (3700) 또는 웨이퍼 기재 부분 (3902)은 절단되어야 한다. 이후, 남아있는 부분은 절단되거나, 선이 새겨져 분리된다. 최선의 결과는 웨이퍼-다이싱 소우를 이용하여 웨이퍼 기재 부분 (3902)을 절단한 후, 창 시트 (3700)에 선을 새겨 분리시키거나, 유사한 다이싱 소우를 이용하여 창 시트를 절단시킴으로써 수득될 것으로 생각된다.
상기 기술되고 예시 (예를들어, 도 15a 내지 19f)된 바와 같이 다중 커버 어셈블리를 동시에 제조하거나, 상기 기술되고 예시 (예를들어, 도 22-40)된 바와 같이 다중 웨이퍼-수준 패키지를 동시에 제조하는 경우, 인접한 프레임 천공 사이의 프레임 측벽은 연결된 다중-유닛 어셈블리의 개별적 창 어셈블리 또는 개별적 웨이퍼-수준 패키지로의 싱귤레이션 (즉, 분리)을 촉진시키기 위해 감소된 단면 두께를 포함할 수 있다. 도 15a-16b, 17b, 25a-25b, 27 및 32에서 최적으로 나타나는 바와 같이, 이러한 감소된 단면 두께 영역은 인접한 프레임 천공 사이의 프레임 측벽에서 형성된 V-형태 새김눈의 형태를 취할 수 있다. 그러나, 대안적 프레임 디자인은 보다 용이한 프레임 제작 및/또는 연결된 다중-유닛 어셈블리의 개별적 창 어셈블리 또는 개별적 웨이퍼-수준 패키지로의 보다 용이한 싱귤레이션을 제공하기 위해 상기 예시된 것으로 대체될 수 있다는 것으로 인식될 것이다.
도 41과 관련하여, 하나의 대안적 프레임 디자인으로 통합되는 다중 동시 웨이퍼-수준 패키징 어셈블리 (4100)의 부분이 예시 (측면도)되어 있다. 상기 어셈블리 (4100)가 개별적 패키지로의 싱귤레이션 전에 나타나는 것으로 인식될 것이다. 어셈블리 (4100)가 상기 기술되고 도 27-29에 예시된 MS-WLP 어셈블리와 대부분 유사한 것으로 추가로 인식될 것이다. 어셈블리 (4100)는 웨이퍼 기재 (4104) 상에 형성 (및/또는 마운팅)된 마이크로-디바이스 (4106)을 지니는 웨이퍼 기재, 및 투명 창 시트 (4108)에 기밀적으로 연결되어, 인접한 프레임 천공 (4114) 사이에서 싱귤레이션 (예를들어 선 (4112)를 따라)될 수 있는 다수의 개별적인 기밀적으로 밀봉된 유닛 (4110)을 형성함으로써 분리된 기밀적으로 밀봉된 패키지를 형성시키는 프레임 (4102)를 포함한다. 확산 결합, 또는 임의의 기타 상기 기술된 결합 기술이 프레임 (4102), 기재 (4104) 및 시트 (4108) 사이에 기밀적 밀봉을 수행하는데 사용될 수 있다. 상기 디자인에서와 같이, 평면에서 관찰하는 경우 (즉, 도 24에서와 같이 위로부터 관찰하는 경우), 프레임 (4102)의 측벽은 프레임 천공 (4114)의 경계를 정하고, 시트 (4108)의 소정의 프레임 부착 영역의 평면과 실질적으로 일치하는 상부측 평면을 지닌다. 또한, 상기 디자인에서와 같이, 정면에서 관찰하는 경우, 인접한 프레임 천공 (4114) 사이에 배치된 측벽은 감소된 단면 두께 영역을 포함한다. 그러나, 이러한 구체예에서, 프레임 (4102)의 감소된 단면 두께 영역은 두개의 비교적 두꺼운 측벽 부재 (4118) 사이에 연장된 비교적 얇은 연결 탭 (4116)의 형태를 취한다. 도 41에서, 분리되지 않은 내부 프레임 측벽은 참조 번호 (4120)으로 표시된다.
측벽 (4120)의 연결 탭 (4116)은 인접한 측벽 부재 (4118)의 전체 수직 두께 TSW 보다 현저하게 작은, 비교적 일정한 수직 두께 TCT를 특징으로 한다. 바람직하게는, 연결 탭 두께 TCT의 값은 전체 측벽 부재 두께 TSW의 값의 25% 미만이다. 더욱 바람직하게는, 연결 탭 두께 TCT의 값은 측벽 부재 두께 TSW의 값의 10% 미만이고, 몇몇 경우에 TCT의 값은 TSW의 값의 5% 미만이다. 다중-유닛 어셈블리의 제작 동안, 상기 디자인의 비교적 얇은 연결 탭 (4116)은 전체 프레임 (4102)의 구조 완전성을 유지하게에 충분히 강하다. 그러나, 싱귤레이션 동안, 비교적 얇은 연결 탭 (4116)은 인접한 비교적 두꺼운 측벽 부재 (4118)를 손상시키거나 비틀거나, 유닛의 기밀적 밀봉에 손상을 줄 기회가 거의 없이 절단될 수 있다. 또한, 비교적 얇은 연결 탭 (4116)은 싱귤레이션 장치, 예를들어 다이싱 소우, 레이저 등이 프레임의 감소된 단면 영역, 또는 때때로 동일 작업에서 기재 (4104) 및/또는 창 시트 (4108)를 통해 절단하는 것을 용이하게 만든다.
도 42a-42e에는 다중 커버 어셈블리를 동시에 또는 다중 웨이퍼-수준 패키지를 동시에 제조하기 위해 사용될 수 있는 여러 대안적 프레임 디자인이 도시되어 있다. 각각의 도면에서, 두개의 비교적 두꺼운 측벽 부재 (4118) 사이에 연장된 비교적 얇은 연결 탭 (4116)을 포함하는 감소된 단면 두께 영역을 지니는 분리되지 않은 내부 측벽 (4120)의 단면도가 제시되어 있다. 측벽 (4120)은 화살표 S로 나타낸 선을 따라 싱귤레이션되도록 고안된다. 전체 프레임 (4102)이 분리된 천공을 형성하기 위해 격자 패턴에 배열된 다수의 상기 측벽을 포함하는 것이 이해될 것이다. 연결 탭 (4116)은 비제한적인 예로 상단 (도 42a), 중간 (도 42c), 하단 (도 42e), 상부 또는 하부 중간 위치 (도 42b 및 42d)를 포함하여, 측벽 부재 (4118) 사이에 임의의 요망되는 수직 위치에 위치될 수 있다. 연결 탭 (4116)에 대한 모든 가능한 수직 위치를 예시하는 것은 실시불가능하나, 연결 탭이 인접한 측벽 부재 (4118)의 전체 수직 두께 TSW 보다 현저하게 적은, 바람직하게는 TSW의 25% 미만, 더욱 바람직하게는 TSW의 10% 미만, 때때로 TSW의 5% 미만의 비교적 일정한 수직 두께 TCT를 지니는 디자인이 본 발명의 범위에 해당하는 것으로 인식될 것이다.
도 43a-43e에는 도 42a-42e의 것과 유사한 형태의 나누어지지 않은 측벽 (4120)을 나타냄으로써 추가 프레임 디자인이 도시되어 있다. 측벽 (4120)은 측벽 부재 (4118) 사이에 연장된 단일 연결 탭 (4116)만을 지닐 수 있으나 (도 43a), 이는 또한 측벽 부재 사이에 연장된 두개 (도 43b 및 43c), 세개 (도 43d), 네개 (도 43e), 또는 이 이상의 연결 탭을 지닐 수 있다. 더욱이, 이들 다중 연결 탭 (4116)은 비제한적인 예로 상단 및 하단 (도 43b) 또는 중간위치 (도 43c)를 포함하여, 측벽 부재 (4118) 사이에 임의의 요망되는 수직 위치에 위치될 수 있다. 연결 탭 (4116)의 모든 가능한 수 및 연결 탭에 대한 모든 가능한 수직 위치를 예시하는 것은 실시불가능하나, 각각의 연결 탭이 인접한 측벽 부재 (4118)의 전체 수직 두께 TSW 보다 현저하게 적은, 바람직하게는 TSW의 25% 미만, 더욱 바람직하게는 TSW의 10% 미만, 때때로 TSW의 5% 미만의 비교적 일정한 수직 두께 TCT를 지니는 디자인이 본 발명의 범위에 해당하는 것이 인지될 것이다.
도 44a-44e에는 도 42a-43e의 것과 동일한 형태의 분리되지 않은 측벽 (4120)을 나타냄으로써 추가의 프레임 디자인이 도시되어 있다. 측벽 부재 (4118)는 일반적으로 단면 형태로 직각일 수 있으나 (도 42a-43e에 나타낸 바와 같음), 이러한 것이 요구되지는 않는다. 오히려, 측벽 부재 (4118)는 연결 탭 (4116)의 위치로부터 수직적으로 더 멀어질수록 점점 더 가늘어 지는 (즉, 협소해지는) 단면 형태를 지닐 수 있다. 연결 탭 (4116)은 비제한적인 예로 상단 (도 44a), 중간 (도 44c), 하단 (도 44e), 상부 또는 하부 중간 위치 (도 44b 및 44d)를 포함하여, 측벽 부재 (4118) 사이에 임의의 요망되는 수직 위치에 위치될 수 있다. 이는 단일한 방향으로 가늘어지는 몇몇 디자인 (예를들어, 도 44a 및 44e) 및 두 방향으로 가늘어지는 몇몇 디자인 (도 44b-44d)을 발생시킨다. 이러한 디자인의 가늘어지는 측벽 (4118)은 예를들어 프레임이 성형되거나 압형되고, 압형으로부터 깔끔하게 방출되어야 하는 개선된 제조 특성을 발생시킬 수 있다. 연결 탭 (4116)에 대한 모든 가능한 수직 위치 및 측벽 부재 (4118)의 가늘어지는 형태를 예시하는 것은 실시불가능하나, 측벽 부재의 하나 이상이 가늘어지는 단면 형태를 지니고, 연결 탭이 인접한 측벽 부재의 전체 수직 두께 TSW 보다 현저하게 적은, 바람직하게는 TSW의 25% 미만, 더욱 바람직하게는 TSW의 10% 미만, 때때로 TSW의 5% 미만의 비교적 일정한 수직 두께 TCT를 지니는 디자인이 본 발명의 범위에 해당하는 것이 인지될 것이 다.
도 45a-45f와 관련하여, 도 42a-44e의 것과 동일한 형태의 분리되지 않은 측벽 (4120)을 나타냄으로써 추가의 프레임 디자인이 도시되어 있다. 이러한 디자인에서, 단일, 이중 또는 다중 연결 탭 (4116)은 단일, 이중 또는 다중으로 가늘어지는 단면 형태를 지니는 측벽 부재 (4118) 사이에 걸쳐 있다. 예를들어, 도 45a의 측벽 (4120)은 단일 연결 탭을 지니고 단일 방향으로 가늘어지는 반면, 도 45f의 디자인은 다중 (즉, 세개) 연결 탭을 지니고 다중 (즉, 여섯개)으로 가늘어진다. 보다 복잡한 형태중 일부는 통상적인 압형 또는 성형에 의한 제조에 적합하지 않을 수 있고, 대신 기타 방법, 예를들어 압출 또는 광-화학 기계가공 (하기 추가로 기술됨)을 이용하여 형성되어야 한다. 측벽 (4120)에 대한 모든 가능한 단면 형태를 예시하는 것은 실시불가능하나, 측벽 부재의 하나 이상이 가늘어지는 단면 형태를 지니고, 각각의 연결 탭이 인접한 측벽 부재의 전체 수직 두께 TSW 보다 현저하게 적은, 바람직하게는 TSW의 25% 미만, 더욱 바람직하게는 TSW의 10% 미만, 때때로 TSW의 5% 미만의 비교적 일정한 수직 두께 TCT를 지니는 디자인이 본 발명의 범위에 해당하는 것이 인지될 것이다.
도 46a-46d와 관련하여, 여러 내부 측벽 (4120) 부분이 연결 탭 (4116)의 형태를 보다 잘 예시하기 위해 평면 (즉, 위로부터의 관찰)으로 제시되어 있다. 측벽 (4120)이 완전한 프레임 격자를 형성하기 위해 상기 도면에서 나타난 것을 지나서 연장되어 있다는 것이 이해될 것이다. 평면으로 관찰하는 경우, 내부 측벽 (4120)의 쌍을 이룬 측벽 부재 (4118)가 통상적으로 서로 평행하게 위치되어 있으나, 연결 탭 (4116)은 측벽 부재 사이에 연속적으로 걸쳐 있거나, 이들은 간헐적으로 존재할 수 있다. 또한, 연결 탭 (4116)은 경선 또는 측면 천공을 이용하여 천공될 수 있다. 예를들어, 도 46a에서, 내부 측벽 (4120'로 나타냄)은 두개의 측벽 부재 (4118) 사이에 걸쳐있는 고형 단편인 연결 탭 (4116)을 지닌다. 이러한 구체예에서, 탭 (4116)은 측벽 부재 (4118) 사이 모두에서 연속적이지 않지만, 고정된 길이 L을 지닌다. 추가의 유사한 불연속 연결 탭 (4116)이 필요시 측벽 부재 (4118) 사이에 다른 위치에서 간헐적으로 제공될 수 있다. 대조적으로, 도 46b의 또 다른 내부 측벽 (4120"으로 나타냄)은 두개의 측벽 부재 (4118) 사이에 연속적으로 걸쳐있는 연결 탭 (4116)을 지닌다. 이러한 구체예에서, 경선 청공 (4602)이 싱귤레이션 동안 측벽 부재의 분리를 촉진하기 위해 각각의 측벽 부재를 따라 연결 탭에서 형성된다. 도 46c에서, 세번째 내부 측벽 (4120"'로 나타냄)이 제시되어 있다. 측벽 (4120"')의 연결 탭 (4116)은 고정된 길이 L을 지니고, 이는 또한 싱귤레이션 동안 측벽 부재 (4118)의 분리를 촉진시키기 위해 탭의 중앙을 따라 형성된 경선 천공 (4604)을 지닌다. 도 46d에는 네번째 내부 측벽 (4120""로 나타냄)이 제시되어 있다. 측벽 (4120"")의 연결 탭 (4116)은 고정 길이 L 및 하나의 측벽 부재로부터 다른 부재로 탭을 측면으로 가로질러 형성된 천공 (4606)을 지닌다. 고형 탭은 바람직하게는 레이저 또는 기계적 (예를들어, 소우잉, 전단 등) 수단으로 절단될 수 있다. 천공된 탭은 유사한 방식으로 절단될 수 있으나, 또한 천공을 따라 비틀거나 반복적으로 구부림으로써 분리될 수 있다.
개별적 유닛이거나 다중 유닛이건 간에 커버 어셈블리 또는 웨이퍼-수준 패키지를 위한 프레임은 광-화학 기계가공 ("PCM"으로도 공지됨)을 이용하여 제조될 수 있다. 광-화학 기계가공은 절단 없이 "기계" 정밀부에 대해 부식액 (예를들어, 산)을 사용하는 물질 제거 방법이다. PCM은 통상적으로 금속부를 형성하는데 사용되나, 이는 또한 적절한 부식액을 이용하여 비금속 물질 (예를들어, 유리, 반도체, 세라믹 등)에 사용될 수 있다. 간단히, 요망되는 부분의 실루엣이 먼저 광감성 저항 물질로 처리된 금속 또는 기타 물질의 시트 상에 사진과 같이 영상화된다. 처리후, 원치 않는 물질 (즉, 저항 물질에 의해 보호되지 않는 물질)이 에칭 제거되어, 본래의 실루엣이 복제되고, 압력이 존재하지 않고 버(burr)가 존재하지 않고, 에칭된 것으로부터의 투명 시트만큼 편평한 최종부가 남겨진다. 에칭 과정의 특정한 특성으로 인해, PCM을 이용하여 만족스럽게 처리될 수 있는 최대 시트 두께가 제한된다. 그러나, 이러한 최대 시트 두께 보다 두꺼운 프레임 두께가 요망되는 경우, 다층 프레임 어셈블리가 하기 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 다층 프레임 어셈블리 (박층화된 프레임으로도 공지됨)는 서로 겹쳐저 단일 유닛 프레임으로 결합되는 다수의 얇은 예비-형태의 시트로부터 제조된다. 각각의 시트는 완성된 프레임 내에 각각의 위치에 대해 요망되는 단면의 실루엣을 지니는 예비-형태를 지녀, 결합 후의 추가 가공의 필요를 감소시키거나 배제할 수 있다. 시트는 PCM, 압형, 절단, 성형 또는 기타 공지된 처리 방법에 의해 형성될 수 있다. 다층 프레임 내의 시트는 본원에 기술된 임의의 프레임 물질로 제조될 수 있다. 시트를 함께 박층화시키기 위해 확산 결합 (즉, 열 압축 결 합) 뿐만 아니라 기타 방법, 예를들어 통상적인 납땜, 납착 등이 이용될 수 있다. 다층 프레임 어셈블리가 또한 다양한 층에 대해 다양한 실루엣을 이용함으로써 보다 복잡한 구조를 지니는 프레임, 예를들어 도 20a에 나타낸 플랜지가 부착된 프레임을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
다층 프레임의 다양한 층이 동일한 물질을 제조하기 위해 반드시 필요한 것이 아닌 것으로 인식될 것이다. 직접적으로 인접한 시트의 물질이 서로 기밀적으로 결합가능한 것 만이 필요하다. 따라서, 다양한 금속, 비금속, 또는 금속과 비금속의 조합물이 함께 박층화되어 다층 프레임을 형성할 수 있다. 이러한 "혼합-물질" 박층화 프레임은 프레임의 기계적, 열적, 전기적 및/또는 화학적 특성이 맞춤화되도록 한다. 예를들어, 다층 프레임은 다양한 창 및 기재 물질에 대한 결합을 촉진시키기 위해 상부 및 하부 표면 상에서 다양한 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 다양한 CTE를 지니는 물질의 시트를 박층화시킴으로써, 생성된 다층 프레임의 전체 CTE가 맞춤화될 수 있다.
도 47 및 48과 관련하여, 광-화학 기계가공 (PCM)에 의해 제조된 시트로부터 제조된 다층 프레임 어셈블리가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 PCM이 사용되고 있으나, 시트가 상기 기술된 대안적 방법을 이용하여 제조되는 경우 단지 약간의 변화를 지니는 동일한 일반 방법이 사용될 수 있다. 도 47은 어셈블리 (4700)의 평면도를 나타내는 반면, 도 48은 단면도를 나타낸다. 이러한 구체예의 어셈블리 (4700)는 4701, 4702, 4703 및 4704로 나타낸 네개의 층을 포함한다. 각각의 층은 PCM에 의해 제조되고, 이는 다수의 개별적 프레임 (4705)을 포함하고, 각각의 프레 임은 프레임 천공 (4708)의 경계를 정하고 한정하는 연속 측벽 (4706)을 지닌다. 어셈블리 (4700)의 각각의 층 (4701, 4702, 4703 및 4704) 상의 측벽 (4706)의 평면이 각각의 프레임 천공 (4708) 주위에 멀리 인접한 층의 측벽의 평면과 적어도 부분적으로 중첩되고, 최상부층 (4701)의 평면은 또한 프레임 어셈블리가 연결되는 창 시트 (나타내지 않음) 상의 프레임 부착 영역의 평면과 실질적으로 일치할 것이라는 것이 이해될 것이다. 예시된 구체예에서, 각각의 층 (4701, 4702, 4703 및 4704) 상의 측벽 (4706)의 평면은 실질적으로 동일하나, 이러한 구조의 동일성이 모든 구체예에서 요구되지는 않는다 (예를들어, 플랜지가 부착된 프레임은 적어도 동일하지 않은 평면을 지니는 일부 층을 지닐 것임). 각각의 시트 내의 두개의 프레임 천공 (4708) 사이에 배치된 프레임 측벽 (4706)은 도 46a 및 46c에 나타낸 것과 유사한 탭 (4710)을 연결시킴으로써 그 자리에 고정된다. 그러나, 이러한 경우, 연결 탭 (4710)은 보통 (그러나, 항상은 아님) 본래 시트의 두께와 동일한 수직 두께를 지닐 것이다. 이후의 싱귤레이션을 촉진하기 위해, 다양한 층 (4701, 4702, 4703 및 4704)에 대한 연결 탭 (4710)은 각각의 층의 다양한 위치에 "엇갈리게(stagger)"될 수 있고, 이에 따라 절단되어야 하는 임의의 단일 탭의 두께가 최소화된다. 또한, 이들 연결 탭 (4710)은 요망되는 바에 따라 고형일 수 있거나 천공될 수 있다. 추가 연결 탭 (4712)은 각각의 층의 프레임 측벽 (4706)을 외부 프레임 (4714)에 연결시키기 위해 사용될 수 있다.
PCM 기계가공후, 네개의 층 (4701, 4702, 4703 및 4704)은 상기 기술된 바와 같이 서로 겹쳐지고 연결된다. 이후, 완성된 프레임 어셈블리 (4700)은 단일 창 시트 및/또는 상기 기술된 기재에 기밀적으로 연결되어 다중-유닛 커버 어셈블리 또는 다중-유닛 웨이퍼-수준 패키지 어셈블리를 생성할 수 있다. 완성된 다중-유닛 어셈블리는 이후 개별적 프레임 유닛 (4705) 사이의 창 시트, 연결 탭 및 기재 (요망시)을 절단하여, 다수의 분리 유닛을 형성시킴으로써 싱귤레이션된다. 대안적으로, 완성된 프레임 어셈블리 (4700)는 단일 창 시트에 결합하지 않고, 다수의 작은 개별적 창 시트가 각각의 개별적 프레임 유닛 (4705)의 상단에 위치되어 (즉, 프레임 유닛당 하나의 창 시트), 적절한 압형을 이용하여 그 자리에 고정되고, 일괄적으로 기밀 결합될 수 있다. 이는 결합 후의 싱귤레이션 동안 창 시트를 통한 절단의 필요를 배제시킨다. 유사한 방식에서, 완성된 프레임 어셈블리 (4700)를 단일 기재으로 결합시키는 것 대신, 다수의 작은 개별적 기재 (즉, 프레임 유닛 (4705)당 하나의 기재)이 일괄적으로 프레임 어셈블리 (4700)에 기밀적으로 결합될 수 있다. 이러한 제작 방법이 이용될 수 이용될 수 있는 반면, 창 어셈블리 및 웨이퍼-수준 패키지의 기밀 결합과 관련하여 본원에 상기 기술된 다수의 기타 제작 방법 및 압형 장치가 PCM 프레임 어셈블리에 적용될 수 있다.
도 49와 관련하여, 저항-심용접 (seamwelding)에 적합한 PCM-제조 프레임의 다중-유닛 어셈블리 (4900)의 사시도가 제시된다. 개별적 프레임 (4902)이 하단 PCM 층 (4904)에 대한 플랜지가 부착된 프로파일 및 상단 PCM 층(들) (4906)에 대한 플랜지가 부착되지 않은 프로파일을 이용한 플랜지가 부착된 디자인으로 인식될 것이다. 상기 기술된 바와 같이, 일시적 연결 탭 (4908)은 프레임 어셈블리를 거대한 단일 창 시트, 또는 작은 다중 창 시트 (즉, 프레임 유닛 (4902)당 하나)에 연결시키는 과정 동안 보다 용이한 물질 취급 및 보다 간단한 압형 요구조건을 위해 개별적 프레임 유닛 (4902)와 함께 고정된다.
이러한 발견의 또 다른 적용에서, 투명 창유리가 주거 및 상업 건물, 가사 적용 및 산업적 장비, 및 항공기 및 기타 수송수단의 창에 대해 기밀적으로 밀봉된 다중-창인 단열 창 어셈블리를 생성시키기 위해 금속 또는 비금속 스페이서의 반대측에 기밀적으로 연결될 수 있다. 통상적으로 단열된 창에서와 같이, 스페이서는 인접한 쌍의 창유리 사이에 갭을 유지한다. 이러한 갭 내의 공간 (즉, "갭 공동")은 가스, 예를들어 대기, 질소 또는 아르곤을 함유할 수 있거나, 부분적으로 진공일 수 있다. 갭 공동의 내용물은 창를 통한 열의 유동을 감소시켜, 단열을 제공한다. 그러나, 통상적인 단열된 창는 스페이서에 창유리를 마운팅하기 위해 비-기밀성 기계 수단 (예를들어, 클램핑, 개스킷) 또는 비-기밀성 접착제, 예를들어 고무, 아교, 에폭시 및 수지를 이용한다. 결과로서, 통상적인 단열된 창은 이들이 노화됨에 따라 갭 공동과 외부 환경 사이에 누설이 발달하는 것으로 널리 공지되어 있다. 대조적으로, 충실한 기밀적으로 밀봉된 다중창 단열 창 어셈블리는 무기한적으로 이들의 가스가 새지 않는 본래의 모습을 유지할 수 있다.
도 50 및 51과 관련하여, 기본적인 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리, 즉 기밀적으로 밀봉된 이중창 창 어셈블리 (5000)가 도시되어 있다. 어셈블리 (5000)의 상대 크기는 예시의 목적을 위해 과장되었음이 이해될 것이다. 밀봉 창 어셈블리 (5000)는 투명한 상부 창유리 (5002), 투명 하부 창유리 (5004), 및 갭 공동 (5010)의 경계를 정하는 연속 측벽 (5008)을 지니는 스페이서 (5006)를 포 함한다. 상부 창유리 (5002) 및 스페이서 (5006)는 하부 창유리 (5004) 상에 겹쳐진 (도 50에서 화살표로 나타냄) 후, 연결되거나 결합되어 각각의 창유리와 스페이서 사이에 기밀 밀봉이 형성된다. 특정 가스 혼합물, 압력 또는 기타 조건이 갭 공동 (5010)에 요망되는 경우, 어셈블리의 결합 단계 전 또는 결합 단계 동안 도입될 수 있다. 결합 후, 갭 공동 (5010)은 환경으로의 또는 환경으로부터의 가스의 임의의 이동에 대해 기밀적으로 밀봉된다. 완전한 어셈블리 (5000) (도 51)은 "그대로(as is)" 사용될 수 있거나, 하기 기술되는 바와 같이 보다 높은 수준의 어셈블리로 통합될 수 있다.
몇몇 예에서, 요망되는 가스 또는 부분적 진공이 창유리의 스페이서 (5006)로의 결합 후에 창유리 (5002)와 창유리 (5004) 사이의 갭 공동 (5010)으로 도입되는 것이 요망되거나 필요하다. 이를 위해, 스페이서 (5006)의 벽 (5008)을 통해 통로가 형성되고, 스페이서의 외부 상에 밸브 또는 핀치-오프 (pinch-off) 튜브가 장치될 수 있다. 이는 결합 전 또는 후에 수행될 수 있다. 결합 후에, 요망되는 대기 (진공 또는 부분적 진공을 포함함)가 밸브 또는 핀치-오프 튜브를 통해 갭 공동 (5010)으로 도입될 수 있다. 명백하게, 임의의 요망되지 않는 가스가 결합 과정의 부산물로서 갭 공동에 존재하는 경우, 밸브 또는 핀치-오프 튜브가 우선 갭 공동으로부터 상기 가스를 배출시킨 후, 요망되는 가스 또는 대기를 도입시키기 위해 사용될 수 있다. 일단, 갭 공동 대기가 요망되는 경우, 밸브 또는 핀치-오프 튜브는 창 어셈블리의 요망되는 장기간의 기밀성을 보존하기 위해 밸브 또는 핀치-오프 튜브가 예를들어 납땜 또는 용접에 의해 폐쇄될 수 있다.
창유리 (5002 및 5004) 및/또는 스페이서 (5006)의 짝을 이룬 표면 (즉, "밀봉 고리 영역")은 연결 작업 전에 다양한 준비 또는 마무리 작업을 필요로 할 수 있다. 적절한 준비 및 마무리 작업은 창 어셈블리 및 웨이퍼-수준 패키지와 관련하여 본원에 상세히 기술되어 있으므로, 반복하지 않는다. 그러나, 이러한 준비 및 마무리 작업이 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리의 제작에 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
기밀 창 어셈블리 (5000)의 창유리 (5002 및 5004)는 통상적으로 유리로 형성될 것이나, 기타 투명한 물질이 또한 사용될 수 있다. 예를들어, 석영, 실리콘, 사파이어 및 기타 투명한 광물이 사용될 수 있다. 특정 방사성 적용에서, 특정 금속, 금속 합금 및 세라믹이 "투명"한 것 (예를들어, X-선에 대해)으로 간주되므로, 상기 적용에서 이들 물질이 또한 창유리 (5002 및 5004)에 사용될 수 있다. 투명한 플라스틱, 예를들어 폴리카르보네이트가 또한 사용될 수 있으나, 이들 물질은 창유리 자체를 통한 가스의 확산을 가능케 하여 (스페이서와의 기밀 결합과는 대조적으로), 진정한 "기밀적으로 밀봉된" 어셈블리가 무기한적으로 유지될 수 없다.
추가로, 기밀 창 어셈블리 (5000)의 창유리 (5002 및 5004)는 통상적으로 측면 (즉, 옆에서 관찰)에서 보아 편평할 것이고, 직사각형의 형태 (즉, 시트에 대해 수직으로 관찰)일 것이나, 이것이 요구되지는 않는다. 창유리 (5002 및 5004)는 측면에서 보아 오목하거나, 볼록하거나 달리 곡선을 이룰 수 있고, 각각의 창유리가 이의 전체 상부 또는 하부 (경우에 따라) 주위 주변에서 연속적으로 스페이서 (5006)와 짝을 이루는 동안은 각각의 창유리는 다양한 프로파일을 지닐 수 있다. 다시 말하면, 결합 과정 동안, 창유리 (5002 및 5004)의 각각의 표면은 이들이 연결되는 스페이서 (5006)의 각각의 표면과 밀접하게 접촉되어 있어야 한다. 유사하게, 창유리 (5002 및 5004)는 원형, 타원형 및 삼각형을 포함하는 임의의 형태를 지닐 수 있고, 상응하는 형태의 스페이서 (5006)가 사용된다.
기밀 창 어셈블리 (5000)의 스페이서 (5006)는 통상적으로 금속 또는 금속 합금 압형물, 사출물, 주조물 또는 기타 제조 부분일 것이고, 갭 공동 주위에 연속적으로 함께 (필요시) 연결될 것이다 (스페이서 자체는 스페이서에서 갭 공동으로 및 갭 공동으로부터 스페이서로의 가스 확산에 기밀적으로 견뎌야되는 것으로 이해됨). 특히 비용을 크게 고려하는 경우, 거대한 창 어셈블리에 대해서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 스페이서 (5006)에 대해 사용될 수 있다. 그러나, 스페이서 (5006)에 대한 금속 또는 금속 합금의 사용은 필요하지 않고, 몇몇 적용에서 바람직하지 않을 수 있다. 스페이서 (5006)를 형성하는데 적절한 것으로 생각되는 기타 물질은 유리, 세라믹, 복합 물질, 복합 물질에 캡슐화된 직물, 및 상기 나열된 물질의 조합물을 포함하는 물질 (금속 및 금속 합금 포함)을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 스페이서 (5006)의 표면의 일부 또는 전부는 창유리에 대한 결합을 촉진시키기 위해 코팅되거나 도금될 수 있다. 적절한 코팅은 유리, 금속, 금속 합금, 세라믹, 복합 물질, 및 복합 물질에 캡슐화된 직물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
투명한 창유리 (5002 및 5004)를 스페이서 (5006)에 기밀적으로 연결시키기 위한 바람직한 방법은 확산 결합인 것으로 현재 생각된다. 상기 기술된 바와 같 이, 확산 결합은 표면 계면을 가로지르는 원자의 확산을 야기시킴으로써 유사하거나 유사하지 않은 금속, 합금, 및/또는 비금속 사이에 연결이 이루어질 수 있는 방법이다. 이러한 확산은 특정한 길이의 시간 동안 표면 계면에 압력 및 열을 적용시킴으로써 발생된다. 결합 변수, 예를들어 온도, 하중 (즉, 압력) 및 시간은 연결되는 물질의 종류, 표면 마무리, 및 예상 공급 조건에 따라 다양하다.
상기 기술된 바와 같이, 확산 결합의 매우 중요한 특징은 생성되는 연결부의 우수한 품질이다. 확산 결합은 금속-금속 연결부 및 비금속을 포함하는 연결부 둘 모두에서 모놀리식 (monolithic) 물질의 고유의 특성을 보존하는 것으로 공지된 유일한 방법이다. 적절하게 선택된 처리에서, 변수, 즉 온도, 압력 하중, 및 시간을 이용하여, 연결부 (및 이에 인접한 부분)의 물질은 모재(들) (parent material)의 벌크와 동일한 강도 및 가소성을 지닐 것이다. 상기 처리가 진공에서 수행되는 경우, 짝을 이룬 표면은 추가의 오염, 예를들어 산화에 대해 보호될 뿐만 아니라, 청결하게 될 수 있는데, 이는 산화물이 상기 물질의 벌크로 분리되거나, 승화되거나, 용해되고 확산되기 때문이다. 우수한 확산 결합 (종종 "확산 용접"으로도 공지됨)은 불완전한 결합, 산화물 함유물, 저온 및 고온 균열, 갭, 워페이지 (warpage), 합금 성분의 손실 등이 존재하지 않는다. 접촉하는 표면은 확실하게 밀접한 접촉을 발생시켜, 용제, 전극, 납땜, 충전 물질 등을 필요로 하지 않는다. 확산 결합된 부분은 통상적으로 인장 강도, 만곡부의 각도, 충돌 인성, 진공 긴장 등의 본래의 값을 보유한다.
몇몇 예에서, 창유리 (5002 및 5004)를 스페이서 (5006)에 연결시키기 위한 결합 과정은 진공 또는 부분적 진공 (즉, 공기가 배출된 챔버), 산화물 (예를들어 수소를 포함하나, 이에 제한되지는 않음)의 환원을 증가시키거나 가속화시키기 위해 하나 이상의 가스가 첨가된 부분적 진공, 또는 하나 이상의 비활성 가스, 예를들어 아르곤이 첨가된 부분적 진공에서 수행될 것이다. 기타 예에서, 결합 과정은 프레임 물질 및/또는 유리의 산화를 증가시키기 위해 특정 대기에서 수행될 것이다. 이러한 특정 대기는 프레임 물질 및/또는 유리의 산화를 촉진 (감소 대신)시키기 위해 첨가되는 하나 이상의 가스를 이용한, 마이너스 압력, 주위 압력 또는 플러스 압력일 수 있다. 산화를 촉진시키기 위해 첨가되는 기체는 산소를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
몇몇 예에서, 창유리 (5002 및 5004)와 스페이서 (5006) 사이의 연결부는 스페이서 물질과 창유리 물질 사이의 화학적 결합을 포함할 수 있음이 예견된다. 이러한 화학적 결합은 확산 결합 (즉, 원자 확산)의 흔적에 추가될 수 있다. 기타 예에서, 화학적 결합은 원자 확산의 흔적을 거의 나타내지 않거나, 아예 나타내지 않을 수 있다.
물질, 표면 마무리 및 처리 조건의 몇몇 조합에서, 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리에서의 창유리와 스페이서 사이의 확산 결합 과정은 확산 결합 과정 동안 창유리와 스페이서 사이에 위치된 유사하지 않은 물질의 중간층 ("중간층"으로도 공지됨)의 사용에 의해 촉진될 수 있다. 중간층은 하기중 하나 이상으로 작용하는 것으로 생각된다: 짝을 이룬 표면에 대한 활성제; 두개의 덜 유연한 베이스 물질 사이의 고 연성 계면; 연결부가 열 팽창 특성을 지니지 않은 물질을 포함하는 경우 발생하는 응력에 대한 보상체; 물질 전달 및/또는 화학 반응에 대한 촉진제; 연결부에서의 요망되지 않는 상의 형성을 방지하기 위한 완충제. 상기 기술된 바와 같이, 중간층은 금속, 금속 합금, 유리 물질, 납땜-유리 물질, 테이프 형태의 납땜-유리, 시트 형태의 납땜-유리, 페이스트 형태의 납땜-유리, 창유리 또는 스페이서 상으로 분배되거나 스크린-프린팅됨으로써 적용되는 페이스트, 분말 형태의 납땜-유리, 스페이서의 계면 영역 또는 창유리의 계면 영역 상으로 스프레이되거나, 브러싱되거나 달리 적용되는 물, 알코올 또는 기타 용매와 혼합된 유리 분말, 세라믹, 복합 물질, 복합 물질에 캡슐화된 직물, 또는 유리와 금속 및/또는 금속 합금의 조합물로 구성된 물질을 포함할 수 있다.
결합 후, 완전하게 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리는 통상적인 단열 유리 창이 사용되는 거의 모든 적용에 사용될 수 있다. 그러나, 통상적인 창과는 달리, 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리는 이들의 가스가 새지 않는 온전성을 손실하지 않을 것이다. 이는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리를 오븐과 같은 장치에서와 같이 주거 및 상업 건물에서 고급 설비 (예를들어, 창 사이의 안개법 또는 압축으로 인해 보증 요구를 감소시킴), 또는 가혹하고 위험한 환경 (예를들어, 화학 공장, 핵 발전소, 우주 등)에 적합하게 만든다.
도 52 및 53과 관련하여, 도 50 및 51에 나타낸 것과 유사한 한 쌍의 기밀적으로 밀봉된 이중창 창 어셈블리가 장비된 이중-헝(hung) 창이 도시되어 있다. 이중-헝 유닛 (5200)은 상부 및 하부 창 프레임 (5202 및 5204) 각각을 포함하고, 이들은 프레임/레일 어셈블리 (5206) 내에서 미끄러지게 마운팅되어 있다. 기밀적으 로 밀봉된 이중창 창 어셈블리 (5000)는 각각의 창 프레임 (5202 및 5204)에 마운팅되어 있다. 완전한 이중-헝 창 유닛 (5200) (도 53)은 통상적인 창 유닛에서와 같이 건물의 미완성 (rough-in) 프레임에 설비될 수 있다. 이중-헝 창 유닛은 단지 하나의 예로, 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리는 또한 비제한적인 예로 고정 프레임 창, 진입문 창, 슬라이딩 유리문, 두짝의 여닫이 창 창 어셈블리 및 다수의 기타 건물 및 건축물 제품에 사용될 수 있음이 인지될 것이다.
도 54 및 55와 관련하여, 또 다른 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리, 즉 기밀적으로 밀봉된 삼중창 창 어셈블리 (5400)가 도시되어 있다. 어셈블리 (5400)의 상대 크기는 예시의 목적을 위해 과장되었음이 이해될 것이다. 상기 기술된 이중창 어셈블리 (5000)와 유사하게, 삼중창 어셈블리 (5400)는 투명 창유리 (5402) 및 갭 공동 (5410)의 경계를 정하는 연속적인 측벽 (5408)을 지니는 스페이서 (5406)를 포함한다. 그러나, 이러한 구체예에서, 두개의 스페이서 (5406) 사이에 끼워진 세개의 창유리 (5402)가 존재한다. 또한, 이러한 구체예에서, 스페이서 (5406)에는 스페이서 벽을 통한 통로 (5409)와 연결된 핀치-오프 튜브 (5407)가 장치되어 있다. 상기 기술된 바와 같이, 핀치-오프 튜브는 갭 공동 (5410)의 대기가 결합 후에 조정되도록 할 것이다. 상부 창유리 (5402) 및 스페이서 (5406)은 하부 창유리 (5402) 상에 겹쳐진다 (도 54에서 화살표로 나타냄). 이후, 이러한 겹쳐짐은 상기 기술된 바와 같이 연결되어 각각의 창유리와 스페이서 사이에 기밀 밀봉을 형성한다. 본원에 기술된 기밀적으로 밀봉된 이중창 및 삼중창 창 어셈블리의 제작 방법 및 원리는 3, 4, 5 ... (n-1)개의 스페이서에 끼워진 4, 5, 6 ... n개의 창유리를 각각 지니는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리의 제작을 가능케 하는 것으로 용이하게 확장될 수 있다.
도 56과 관련하여, 동시적 확산 결합을 위한 다중 세트의 창 구성요소를 정착시킴으로써 동시적으로 다중의 기밀적으로 밀봉된 다중창 단열 창 어셈블리를 생성시키는 하나의 장치가 도시되어 있다. 정착 기구 (5600)는 도 50-51에 기술된 것과 유사한 창유리 (5602) 및 스페이서 (5606)의 세개의 세트가 겹쳐지는 기부 (5601)를 포함한다. 수압 또는 공기 램 (5608)이 결합 동안 창유리 및 스페이서 구성요소를 함께 (기부에 대해) 압축시키기 위해 겹쳐진 부분의 상부에 압력 (즉, 로드)을 공급한다. 인접한 창유리 (즉, 다양한 어셈블리에 속하는 것)를 분리시키는 것은 예상 결합 조건하에서 창유리 (5602), 기부 (5601) 또는 램 (5608)에 결합하지 않는 물질로 형성된 디바이더 (5610)이다. 전체 정착 장치는 확산 결합 챔버 내에 배치된다 (나타내지 않음). 확산 결합 챔버는 정착물 (5600) 및 이의 겹쳐진 구성요소를 결합 온도로 가열하고, 램 (5608)으로 하여금 겹쳐진 구성요소에 결합 하중 (압력)을 적용시킨다. 결합 온도 및 압력은 모든 창유리 (5602) 및 이들의 각각의 스페이서 (5606) 사이에 완전한 기밀 밀봉을 생성시키기에 필요한 결합 시간 동안 유지된다. 결합 과정 동안, 확산 결합 챔버는 어셈블리의 갭 공동이 요망되는 성분을 지니도록 보장하고/하거나 성분의 결합을 촉진하기 위해 필요한 하나 이상의 가스가 배출되고/되거나, 이로 가압되고/되거나, 이로 충전될 수 있다. 결합 후, 세개의 기밀적으로 밀봉된 이중창 단열 창 어셈블리가 완성된다. 물론, 어셈블리에 상기 기술된 바와 같이 스페이서를 통해 밸브 또는 핀치-오프 튜브가 장 치되는 경우, 갭 공동의 대기는 어셈블리가 최종적으로 기밀적으로 밀봉되기 전에 요망되는 바에 따라 조정될 수 있다. 다수의 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 단열 창 어셈블리를 동시에 생성하기 위해 유사한 장치 및 방법이 사용될 수 있음이 인지될 것이다.
확산 결합이 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리에서 창유리를 시트에 연결시키는 바람직한 방법으로 생각되나, 열간 등방압 성형기 (Hot Isostatic Press, "HIP")로 공지된 또 다른 결합 장치가 도 56에 예시된 내부 램을 지닌 통상적인 확산 결합 챔버 대신 사용될 수 있다. 열간 등방압 성형기 (HIP) 유닛은 열 및 고압의 동시 적용을 제공한다. HIP 유닛에서, 고온의 로(furnace)는 압력 용기 내에서 밀폐된다. 작업 조각 (예를들어, 창 어셈블리 구성요소)이 가열되고, 비활성 가스, 일반적으로 아르곤이 균일 압력을 제공한다. 온도, 압력 및 처리 시간은 모두 최적의 물질 특성을 달성하기 위해 조절된다.
추가로, 확산 결합이 바람직하다고 생각되나, 다수의 창-프레임 연결/결합 방법이 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리에서 창유리를 시트에 연결시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기타 방법은 납땜, 납착, 용접, 전기 저항 가열 (ERH), 금속화, 납땜 예비형태 사용 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 기밀 창 어셈블리 및 웨이퍼-수준 패키지와 관련하여 다수의 적절한 방법이 본원에 상세히 기재되어 있으므로, 반복하지는 않는다. 그러나, 이러한 창-프레임 연결/결합 과정이 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리의 제작에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
바람직하게는, 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 단열 창 어셈블리의 제작시, 스페이서 물질(들)의 (선형) 열 팽창 계수 (CTE)는 관련된 유리 창유리의 CTE와 가능한 한 매칭된다. 대부분의 유리의 CTE는 약 273°K (섭씨 0℃)로부터 유리의 연화 온도 이하까지 상당히 일정하다. 그러나, 몇몇 금속 및 합금은 다양한 온도에서 매우 다양한 CTE를 지닌다. 따라서, 상승된 유리-스페이서 결합 온도에서 스페이서 물질(들)의 평균 CTE는 동일한 온도 범위에 걸쳐 유리의 평균 CTE에 가능한 한 밀접하게 매칭되어야 한다. 두개의 물질의 평균 CTE가 보다 밀접할수록, 상승된 결합 온도에서 주위 온도 (실온)로의 어셈블리 냉각 후에 스페이서와 유리 창유리에서 잔류하는 응력이 적어질 것이다.
스페이서-유리 밀봉의 장기간의 신뢰성은 예상되는 최종 용도 환경에 대한 스페이서 물질 및 유리의 CTE의 매칭의 정도에 의해 영향을 받는다. 예를들어, 창 어셈블리가 -40℃ 내지 100℃ (-40℉ 내지 212℉)의 온도에 노출되는 경우, 스페이서 물질 및 유리 물질은 이러한 온도 범위에 걸쳐 밀접하게 매칭되는 CTE를 지녀야 한다. 스페이서 물질의 CTE가 유리 물질의 CTE와 정확하게 매칭될 수 없는 경우, 스페이서 물질의 CTE는 유리의 CTE 보다 약간 더 높은 것이 바람직하다. 이러한 경우 (즉, 스페이서 물질의 CTE가 유리의 CTE를 초과하는 경우), 스페이서는 상승된 결합 온도로부터 주위 온도로의 냉각 동안 유리 보다 더욱 수축하여, 약간 압축된 유리를 발생시켜야 한다. 이는 장력 상태의 유리에 바람직한데, 장력 상태의 유리는 부서지기 쉬운 경향이 있기 때문이다.
따라서, 스페이서-유리 밀봉의 결합후 최소 응력, 장기간의 최대 신뢰성, 및 유리 창유리의 부서짐의 방지를 보장하기 위해, 유리 및 기타 창유리 물질의 CTE 값에 대한 데이터와 함께, 금속, 금속 합금 및 기타 스페이서 물질의 선형 열 팽창 계수 (CTE)의 범위에 대한 데이터를 고려하여 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 단열 창 어셈블리를 고안하고 제작하는 것이 요망된다.
이러한 기재는 주거 및 상업 건물 건축물 및 기타 적용을 위한 기밀된 단열 창 어셈블리를 제조하기 위해 두개 이상의 투명 창유리를 금속 또는 비금속 스페이서에 부착시키는 것을 추가로 기술한다. 스페이서는 창유리 쌍들의 사이에 갭 또는 공간을 유지한다. 이러한 공간은 가스, 예를들어 질소 또는 아르곤을 함유할 수 있거나, 부분적 또는 고도로 진공일 수 있다.
진공창 유닛 (VGU)는 단열 유리 유닛 (IGU) 내부에 부분적 진공을 포함하고 유지하는 단열 유리 (IG) 창 유닛이다. 완전 진공은 제한된 공간 내에 임의의 원자 또는 분자가 완전히 존재하지 않는 것이다. 완전 진공은 현재 생성을 위해 사용되지 않으므로, 용어 "부분적 진공"이 소정의 부피의 공간에서의 진공 또는 현저하게 감소된 양의 원자 및 분자의 달성가능한 수준을 나타내기 위해 사용된다.
진공창 유닛 (VGU)은 창유리와 창유리에 연결되고 창유리와 함께 진공의 실제 수준을 유지시키는 공간의 부피를 규정하고, 함유하고, 유지하는 밀봉 프레임 어셈블리 사이에 공간을 지니는 적어도 두개의 창유리로 구성되는 창 어셈블리이다. 이러한 유형의 제작의 목적은 발명자의 IG 유닛 (IGU)의 대부분의 기타 제작물에서 수득될 수 있는 보다 높은 수준의 단열에 대해 잠재성을 지니는 IG 창 유닛을 생성하는 것이다. 가스가 충전된 IGU에 비해 VGU의 보다 높은 수준의 단열 능 력은 충전 가스에 대한 부분적 진공의 대체로부터 발생하는데, 이는 진공이 궁극적인 단열재로 공지되어 있기 때문이다. 이의 궁극적 단열 값은 원자 및/또는 분자의 분재 또는 매우 낮은 양으로부터 유래되므로, 상기 진공 부피는 열 에너지를 기계적으로 전달하거나 이동시키는 물질을 매우 소량으로 지닌다.
건물의 외부를 마주하는 (외부) 벽 및 문에 설비하기에 신뢰성 있고 실용적인 VGU를 제조하기 위해, VGU는 온도 및 기압에서의 변화, 및 건물의 내부 및 외부의 온도 및 기압에서의 차이에 견딜 수 있어야 한다. VGF의 장기간의 단열 성능, 신뢰성 및 내구성에 중요한 인자는 구성요소 및 어셈블리된 VGU의 기밀성, VGF의 전체 구조를 형성하는 구성요소의 기밀 부착의 강도 및 온전성, 및 VGF의 내부를 마주하는 창유리 및 외부를 마주하는 창유리의 실제 분리를 유지시키는 것을 포함한다. 내부를 마주하는 면은 건물 구조의 내부 (내부 표면)을 마주하거나 이에 노출된 VGU의 면을 의미하고, 외부를 마주하는 면은 건물 구조의 외부 (바깥면)을 마주하거나 이에 노출된 VGU의 면을 의미한다.
도 57과 관련하여, 이중창 VGU의 창유리에 대해 건물 창 산업에서 통상적으로 사용되고, 본원에서도 때때로 사용되는 어휘를 설명하기 위한 목적으로, 종래 분야에 따른 통상적인 이중창 VGU가 도시되어 있다. VGU (5750)는 내부 및 외부 창유리 (5752 및 5754) ("창" 또는 "라이트(lite)"로도 언급됨)을 각각 포함한다. 상기 산업에서, 외부창 (5754)은 때때로 창 #1로 언급되고, 내부창 (5754)는 때때로 창 #2로 언급된다. 프레임 (5756)은 건물의 내벽 및 외벽 (5758 및 5760) 내의 VGU에 각각 마운팅되고, 또한 창 (5752)와 창 (5754) 사이의 분리를 유지시켜, 단 열 갭 ("공동"으로도 언급됨) (5762)를 형성한다. 상기 산업에서, 외부 창유리 (5754)의 외부를 마주하는 표면은 때때로 표면 #1로 언급되고, 외부 창유리의 내부를 마주하는 표면은 때때로 표면 #2로 언급되고, 내부 창유리 (5752)의 외부를 마주하는 표면 (5752)는 때때로 표면 #3으로 언급되고, 내부 창유리의 내부를 마주하는 표면은 때때로 표면 #4로 언급된다.
온도 변화 정도에 대한 물질의 팽창 및 수축률은 열 팽창 계수 (CTE) 또는 팽창의 열 계수 (TCE)로 언급된다. CTE 및 TCE는 통상적으로 섭씨 또는 화씨 온도 변화당 100만분의 1 (PPM)의 크기 변화, 또는 PPM/℃ 또는 PPM/℉의 약어로 표현된다.
일반적으로, 대부분의 건물의 외부는 매일의 외부의 기후 변화로 인해 건물의 내부 보다 큰 온도 변화가 관찰될 것이다. 이 때문에, VGU의 외부를 마주하는 표면 (표면 #1)은 내부를 마주하는 표면 (표면 #4) 보다 더 큰 온도 변화에 노출될 것이다. 내부 및 외부를 마주하는 창유리 둘 모두가 동일한 평균 CTE를 지니는 경우, 이들 사이의 온도차는 외부를 마주하는 창유리를 내부를 마주하는 창유리에 비해 더욱 팽창시키고 수축시킬 것이다. VGU를 함께 유지시키는 임의의 프레임 또는 밀봉 메커니즘은 내부를 마주하는 창유리 및 외부를 마주하는 창유리의 상대 크기 위치를 상쇄해야 할 것이다. 프레임 또는 밀봉 메커니즘이 순응적이지 않은 경우, 즉 두개의 창유리의 경계 사이의 위치의 차이가 상쇄될 수 없는 경우, 두개의 창유리에 프레임 또는 밀봉 메커니즘을 부착시키는 결합은 VGU의 내부를 마주하는 표면과 외부를 마주하는 표면 사이의 온도의 상대 변화의 결과로서 응력이 발생하게 될 것이다. 상기 이유로, 프레임 메커니즘은 특별한 특성을 지니도록 디자인되고 제조되어야 한다. 이러한 특징은 부착되는 창유리 또는 기타 항목(들)과 밀접하게 매칭되거나 유사한 프레임 부재의 CTE를 지니고, 이의 디자인에서 순응되고, 이의 제작에서 연성 물질을 사용하는 것을 포함한다. 이러한 특성을 포함시킴으로써, 프레임 부재는 팽창되고 수축될 수 있고, 이에 따라 프레임 부재가 부착되는 항목이 차지하는 위치에서의 차이를 상쇄하기 위해 스프링과 같이 작용한다.
VGU의 프레임 부재의 또 다른 특성은 비교적 낮은 열 전도성 물질(들)로 제조되는 것이다. 이는 프레임 부재가 부착 (결합, 연결)되는 보다 고온의 표면으로부터 부착 (결합, 연결)된 보다 저온의 표면으로 열을 전도할 것이기 때문이다. 따라서, 이러한 프레임 부재의 열 전도성을 최소화시키는 것은 VGU의 하나의 창유리로부터 기타 창유리로의 열의 전달을 최소화시킨다.
프레임 부재를 창유리로 기밀적으로 부착시키는 바람직한 방법은 확산 결합으로 불리는 방법인 고상 연결 방법에 의해서이다. 이러한 방법은 열-압축 결합 (TC 결합)으로 공지되어 있다. 확산 결합은 특정 기간의 시간 동안 적용되는 결합 압력 및 열에 의해 발생되는, 계면을 가로지르는 원자의 확산 작용을 통해 유사 및 유사하지 않은 금속, 합금, 및 비금속 사이에 연결이 이루어지는 방법이다. 결합 변수 (온도, 로드 및 시간)은 연결되는 물질의 종류, 표면 마무리, 및 예상 공급 조건에 따라 다양하다.
확산 결합의 가장 중요한 특징은 연결부의 우수한 품질이다. 이는 금속-금속 및 비금속 연결 둘 모두에서 모놀리식 물질에 고유한 특성을 유지하는 것으로 공지된 유일한 방법이다. 적절하게 선택된 처리 변수 (온도, 압력 하중, 및 시간)를 이용하여, 연결부의 물질 및 이에 인접한 물질은 모재(들)의 벌크와 동일한 강도 및 가소성을 지닐 것이다. 상기 처리가 진공에서 수행되는 경우, 짝을 이룬 표면은 추가의 오염, 예를들어 산화에 대해 보호될 뿐만 아니라, 청결하게 될 수 있는데, 이는 산화물이 상기 물질의 벌크로 분리되거나, 승화되거나, 용해되고 확산되기 때문이다. 확산 결합된 연결부는 불완전한 결합, 산화물 함유물, 저온 및 고온 균열, 갭, 워페이지, 합금 성분의 손실 등이 존재하지 않는다. 모서리는 밀접한 접촉을 발생시키므로, 용제, 전극, 납땜, 충전 물질 등을 필요로 하지 않는다. 확산 결합된 부분은 통상적으로 인장 강도, 만곡부의 각도, 충돌 인성, 진공 긴장 등의 본래의 값을 보유한다.
유리 및 기타 투명 및 반투명 물질을 프레임 물질에 연결시키기 위한 결합 방법은 진공 또는 부분적 진공 (공기가 배기된 챔버), 산화물 (예를들어 수소를 포함하나, 이에 제한되지 않음)의 환원을 증가시키거나 가속화시키기 위해 하나 이상의 가스가 첨가된 진공, 및 하나 이상의 비활성 가스, 예를들어 아르곤이 첨가된 진공에서 수행될 수 있다.
유리를 프레임 물질에 연결시키기 위한 결합 방법은 프레임 물질 및/또는 유리의 산화를 증가시키기 위해 특정 대기에서 수행될 수 있다. 이러한 특정 대기는 프레임 물질 및/또는 유리의 산화를 촉진 (감소 대신)시키기 위해 첨가되는 하나 이상의 가스를 이용한, 마이너스 압력, 주위 압력 또는 플러스 압력일 수 있다.
몇몇 예에서, 결합 과정으로부터 발생한 결합 (연결)은 프레임/스페이서 물 질과 유리 사이의 화학 결합을 나타낼 것이다. 이러한 화학 결합은 확산 결합 (원자 확산)의 흔적에 추가될 수 있다. 또 다른 예에서, 결합 (연결)은 원자 확산의 흔적을 거의 나타내지 않거나, 아예 나타내지 않을 것이다.
프레임 부재의 조성물은 창유리 및/또는 내부 스페이서 어셈블리에 연결된다. 프레임 부재는 하나 이상의 물질로 구성된 기밀 구조이다. 이들 물질은 유리 물질; 금속 물질; 금속 합금 물질; 세라믹 물질; 복합 물질; 복합 물질에 캡슐화된 직물; 및 상기 나열된 두개 이상의 항목의 조합물로 구성된 물질을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
프레임 부재는 두개 이상의 프레임 물질의 서로에 대한 결합 (기밀 부착)을 촉진하기 위해 코팅되거나 도금될 수 있다. 이러한 물질은 유리 물질; 금속 물질; 금속 합금 물질; 세라믹; 및 복합 물질을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
프레임 부재는 유리 창유리로의 결합을 촉진하기 위해 코팅되거나 도금될 수 있다. 이러한 물질은 유리 물질; 금속 물질; 금속 합금 물질; 세라믹 물질; 복합 물질; 복합 물질로 캡슐화된 직물; 및 상기 나열된 두개 이상의 항목의 조합물로 구성된 물질을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
통상적인 확산 결합 방법은 특정 기간의 시간 동안 상승된 온도에서 하중 (즉, 결합 압력) 하에서 표면 제조 구성요소를 함께 유지시키는 것을 포함한다. 확산 결합 파라미터의 특정 값 (즉, 압력, 온도 및 시간)은 연결되는 물질의 종류, 이들의 표면 마무리, 및 예상 공급 조건에 따라 다양할 수 있다. 그러나, 일반적으로 말하면, 사용되는 결합 압력은 통상적으로 모재의 매크로디포메이션 (macrodeformation)을 야기시키는 압력 보다 아래이고, 사용되는 온도는 통상적으로 모재의 용융 온도 (°K)의 80% 미만이다. 상기 기술된 바와 같이, 다수의 경우에서, 확산 결합은 보호 대기 또는 진공에서 수행되나, 이러한 것이 항상 필요한 것은 아니다.
중간층 (중간층)을 이용하는 VGU의 어셈블리는 이제 추가로 상세하게 기술된다. 유리-프레임 밀봉은 확산 결합 과정 동안 창와 프레임 어셈블리 사이의 하나 이상의 중간층을 이용하여 제조될 수 있다. 이들 중간층은 이후 중간층으로 언급한다. 중간층은 하기 특징중 하나 이상의 제공할 수 있다: 짝을 이룬 표면에 대한 활성제; 때때로 기부 물질과 비교시 보다 높은 연성을 지니는 중간층 물질; 밀봉이 열 팽창이 다른 물질을 포함하는 경우 발생하는 응력에 대한 보상체; 물질 전달 및/또는 화학 반응에 대한 촉진제; 요망되지 않는 상의 형성을 방지하기 위한 완충제; 또는 본원에 언급되지 않은 기타 목적. 중간층은 하기를 포함할 수 있다: 유리 물질; 납땜-유리 물질; 테이프 형태의 납땜-유리; 시트 형태의 납땜-유리; 페이스트 형태의 납땜-유리 (예를들어, 창 성분 또는 프레임 성분 상으로의 분산 또는 스크린-프린팅에 의해 적용되는 페이스트); 분말 형태의 납땜-유리 (예를들어, 유리 분말은 물, 또는 알코올 또는 기타 용매와 혼합되거나, 프레임의 밀봉 영역 또는 창유리의 밀봉 영역 상으로 스프레이되거나 브러싱 (페인팅)됨); 금속 물질; 금속 합금 물질; 세라믹을 포함하나 이에 제한되지 않는 유리, 유리-납땜, 금속 또는 금속 합금이 아닌 물질; 복합 물질; 복합 물질에 캡슐화된 직물; 또는 유리와 금속 및/또는 금속 합금의 조합물을 포함하는 물질.
통상적인 납땜 합금 (예비 형태로, 페이스트 및 기타 형태) 또는 납땜 유리 (예비 형태로, 페이스트 및 기타 형태) 및 기타 방법의 사용으로부터 확산 결합 중간층의 용도를 구별하는 것은 중요하다. 이러한 적용의 목적을 위해, 중간층은 각각의 짝을 이룬 표면이 중간층으로의 확산 결합 또는 서로에 대한 직접적인 확산 결합을 가능케 함으로써 표면의 확산 결합을 촉진시키기 위해 짝을 이룬 표면 사이에서 사용되는 물질이다. 예를들어, 적절한 중간층 물질과 함께, 프레임 부재와 중간층 물질 사이의 연결, 및 중간층 물질과 창유리 사이의 연결을 위한 확산 결합 온도는 프레임 부재 물질과 창유리 물질 사이에 직접적으로 형성된 연결부의 확산 결합 온도 보다 실질적으로 아래일 수 있다. 따라서, 중간층의 사용은 두개 또는 세개 구성요소의 층 물질의 직접적인 결합에 필요한 확산 결합 온도 보다 실질적으로 아래인 온도에서 두개 또는 세개의 어셈블리 구성요소 층과 함께 확산 결합을 가능케 한다. 바람직하게는 기밀성인 연결부는 확산 결합 과정에 의해 형성되며, 모재중 어느 것도 결합 과정 동안 용해되지 않고, 중간층 물질은 원자적으로 모재로 확산된다. 이는 납땜 물질이 연결되는 물질 사이에 표면 결합만을 형성하는 납땜 합금 (다양한 형태) 또는 납땜 유리 예비형태 또는 페이스트의 사용과 같은 기타 방법으로부터 중간층을 이용하는 확산 결합을 구별되도록 한다. 확산 결합을 위한 중간층으로서 예를들어 납땜에 통상적으로 사용되는 물질을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 중간층으로서 사용되는 경우, 이들은 이들의 확산 결합 특성으로 사용되고, 통상적인 납땜으로 사용되지 않는다.
VGU 또는 기타 장치의 생성에서 중간층의 사용은 확산 결합을 촉진시키기는 것과 같은 이들의 용도를 초과하는 추가의 장점을 제공할 수 있다. 이러한 장점은 짝을 이룬 표면에 대한 활성제로 제공되는 중간층을 포함한다. 때때로, 중간층 물질은 베이스 물질과 비교시 보다 높은 연성을 지닐 것이다. 중간층은 또한 밀봉이 다양한 열 팽창 계수 또는 기타 열 팽창 특성을 지니는 물질을 포함하는 경우 발생하는 응력을 상쇄시킬 수 있다. 중간층은 또한 층 사이의 물질 이동 또는 화학 반응을 가속화시킬 수 있다. 최종적으로, 중간층은 구성요소 사이의 연결부에서 요망되지 않는 화학적 또는 금속 상의 형성을 방지하는 완충제로 작용할 수 있다.
몇몇 구체예에서, 액체상 확산 결합 또는 때때로 일시적 액체상 확산 결합 (즉, "TLP 확산 결합")으로 공지된 확산 결합의 변형이 결합되는 어셈블리에 필요한 몇몇 또는 모든 결합에 사용될 수 있다. TLP 확산 결합에서, 결합 과정의 상승된 압력 (즉, 하중) 및 열에 의해 야기된 고상 확산 과정은 결합 계면에서 물질 조성을 변화 (예를들어, 새로운 물질 상)시킬 수 있고, 최초 결합 온도는 이러한 새로운 상이 용융되는 온도로 선택된다. 대안적으로, 모재 보다 낮은 용융 온도를 지니는 물질의 중간층은 연결되는 층 사이에 위치될 수 있고, 최초 결합 온도는 중간층이 용해되는 온도로 선택된다. 따라서, 액체의 박층이 계면을 따라 살포되어 모재의 용융점 보다 낮은 온도에서 일시적 연결부가 형성된다. 이후, 최초 결합 온도는 용융물의 고체화를 가능케 하는 제 2 온도로 약간 감소된다. 이러한 상승된 온도 (즉, 제 2 온도) 및 상승된 압력(즉, 하중)은 고형-상태 확산에 의해 고형화된 일시적 연결부 물질이 모재로 확산되어, 모재 사이에 접합점에서 확산 결합을 형성할 때까지 유지된다.
때때로, 중간층은 연결되는 두개의 항목으로부터의 별개의 항목이 아니라, 함께 연결되는 항목의 짝을 이루게 되는 표면의 표면중 하나 또는 둘 모두에 적용된 물질일 것이다. 중간층이 짝을 이룬 표면중 하나 또는 둘 모두에 예비 적용되는 경우, 중간층은 비제한적인 예로 스프레이 부착, 증착, 용액 수조 도금을 포함하는 도금, 짝을 이루게 되는 항목의 표면으로의 중간층 물질의 발달, 브러시 또는 롤러에 의한 페인팅, 및 다수의 기타 수단을 포함하는 다양한 방법중 하나에 의해 예비 적용될 수 있다.
용어 "확산 결합" 및 "열 압축 결합" (및 이의 약어 "TC 결합")은 종종 본 출원 및 당 분야를 통해 상호 교환적으로 사용되는 것이 인지될 것이다. 야금가들은 용어 "확산 결합"을 선호하는 반면, 다수의 산업 (예를들어, 반도체 제조)에서는 반도체 제조에 사용되는 "확산" 과정의 기타 유형과 있을 수 있는 혼돈을 피하기 위해 "열 압축 결합"을 선호한다. 어떠한 용어가 사용하던지 관계 없이, 상기 논의된 바와 같이, 확산 결합은 짝을 이룬 표면의 일반적인 융합 온도 아래의 온도에서 짝을 이룬 표면 사이에 결합을 생성시키는 열, 압력, 대기 및 시간을 이용하는 결합 방법의 일원을 의미하는 것이다. 다시 말하면, 짝을 이룬 표면은 고의로 용융되지 않고, 어떠한 화학적 접착제도 사용되지 않는다.
VGU (및 IGU)에 사용되는 디자인 및 물질은 다양할 수 있다. 몇몇 변형이 도 58a 내지 96c에 제시되어 있다. 이러한 도면의 설명의 목적을 위해, "상부" 및 "하부"가 VGU의 구성요소의 상대 위치를 기술하기 위해 "내부", "내부를 마주함", "실내", "외부", "외부를 마주함", "실외" 등과 같은 용어 대신 사용된다. 더욱 이, 수직 벽 및 문에 설비되는 경우와 같이 VGU는 대부분의 위치에서 수직으로 설비되나, VGU를 평면도로 예시하여 나타내었다. 평면 설비는, VGU가 천장 또는 바닥의 수평 부분인 평면 상의 스카이라이트 단위의 일부인 경우를 포함한다. 도면에서 항목 및 세부사항에 대한 기재가 항목 및 세부사항의 위치 관계를 기술하기 위해 용어 "상부", "하부", "상단" 및 "하단"을 사용하나, 다수의 항목의 상대 관계는 종종 전환될 수 있어, "상부" 및 "하부" 항목이 상호교환될 수 있다. 따라서, 도면은 VGU의 어떤 측면이 실외를 마주하고 어떠한 측면이 실내를 마주하거나, VGU의 다음의 보다 높은 어셈블리로 설비된 후 특정 방향을 향하는 것을 암시하고자 하는 바는 아니다.
도 58a 및 58b는 진공창 유닛 (VGU)의 기본 개념 및 성분을 예시한다. VGU (5800)은 상부 창유리 (5830)의 상단 표면 (5831)에 결합된 상부 프레임 부재 (5810)를 포함한다. 하부 프레임 부재 (5890)는 하부 창유리 (5870)의 하단 표면 (5873)에 결합된다. 스페이서/스탠드-오프 (5840)는 하부 창유리 (5870)의 상단 표면 (5871)에 적용된다. 이들 스페이서는 하부 창유리 (5870)와의 접촉으로부터 상부 창유리 (5830)을 유지시려는 목적이다.
프레임 부재 (5810)는 단면 형태인 측면도로 나타내었다. 이의 수직 형태에서, 이는 상부에 내부 대칭면 (5815) 및 하부에 외부 대칭면 (5817)으로 나타낸 두개 이상의 대칭면을 함유한다. 이러한 대칭면은 프레임 부재에 순응성을 제공한다.
스페이서/스탠드-오프 (5840)은 다양한 물질로 구성될 수 있고, 다양한 수단 에 의해 창유리 표면에 적용될 수 있다. 이러한 스페이서는 바람직하게는 낮은 열 전도성 물질로 제조 (구성)되어야 하는데, 이는 이들이 두개의 창유리의 인접한 표면 사이에 열 전도 통로를 형성하기 때문이다. 이들은 어셈블리되고 밀봉된 VGU에 포함된 후 매우 소량의 가스가 없어져야 한다. 이들은 관찰자가 VGU에 매우 가까이 존재하지 않는 한 거의 모든 임의의 환경하에서 눈에 띄지 않을 만큼 충분히 작아야 한다. 이들의 수 및 분포는 모든 의도된 VGU 설비하에서 서로 창유리의 표면 (5833 및 5871)의 기계적 분리를 유지하기에 충분해야 한다.
스페이서/스탠드-오프 (5840)은 비제한적인 예로 잉크-젯 분배, 스텐실 프린팅 또는 스크린 프린팅, 표면 (5871)으로의 부착후 적어도 VGU가 어셈블링되고 밀봉될 때까지 스페이서/스탠드-오프 (5840)을 그 자리에 고정시키기 위해 부착제가 사용될 수 있는 자동화된 픽-앤드-플레이스 (pick-and-place) 장치를 포함하는 방법, 또는 기타 수단에 의해 창유리 (5870)의 표면 (5871)에 적용될 수 있다. 잉크-젯 분배가 스페이서/스탠드-오프 (5840)을 생성시키기 위해 사용되는 경우, 각각의 스페이서/스탠드-오프는 물질의 하나 이상의 드롭 (drop)의 적용에 의해 형성될 수 있다. 분출된 물질의 다수의 드롭이 창유리의 표면 (5871) 상의 스페이서 표면 (5843)의 요망되는 영역을 이루기 위해 사용될 수 있다. 분출된 물질의 다수의 드롭이 스페이서 (5840)의 요망되는 높이를 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 스페이서의 상단 표면 (5841)은 편평한 반면, 기타 구체예에서 상단 표면은 편평하지 않을 것이고, 오히려 상부 표면과 창유리 표면 (5833) 사이의 접촉 영역을 최소화시키기 위한 대칭면 (원형 또는 돔형)을 지닌다.
두개의 창유리의 분리를 유지하기 위해 스페이서가 사용될 때마다, 창유리의 표면은 크기 변화를 야기시키는 온도 변화의 결과로서 창유리에 대한 스페이서의 상대 이동, 및 이에 따른 창유리의 표면에 대한 스페이서(들)의 상대 위치로부터 발생할 수 있는 임의의 마찰을 감소시키기 위한 물질로 처리되거나 코팅될 수 있다. 스페이서(들) 표면 (5841)이 창유리의 표면 (5833)에 대해 이동되는 곳에서의 마찰은 물리적 손상 (스크래치를 포함함)을 야기시키고/거나, 하나 또는 둘 모두의 항목의 시각적 외관에 영향을 주고/주거나, 스페이서(들) 및 창유리중 하나 또는 이들 둘 모두의 투명성에 영향을 준다. 마찰을 감소시키고/거나 상기 기술된 임의의 손상의 가능성을 감소시키거나 배제시키기 위한 코팅은 화학 증착된 다이아몬드 (CVD 다이아몬드)를 포함한다. 추가로, 시트 필름과 같은 물질은 하나의 표면 또는 양 표면 (5833 및/또는 5841)에 적용될 수 있다.
종종, IG 창는 IGU의 특정한 특성을 향상시키는 물질로 내부 표면 #2 및/또는 #3에 코팅된다. 이는 낮은-방사율 (저-e) 코팅, 및 색채 또는 크로머릭(chromeric) 코팅, 예를들어 전기변색 및 다염성 코팅을 포함한다. 오늘날 사용되는 상기 코팅 및 기타 코팅이 또한 상기 기술된 VGU의 내부 표면 #2 및/또는 #3에 적용될 수 있다.
몇몇 IGU는 현재 외부 표면 #1 및/또는 #4에 적용되는 특정 코팅이 권고된다. 이러한 코팅은 창를 보다 용이하게 청결하게 만드는 것을 포함하는 특징 및 기능을 제공한다. 본원에 기술된 VGU는 또한 외부를 마주하는 표면 #1 및 #4에 적용된 상기 코팅 및 기타 코팅을 지닌 창를 지닐 수 있다.
임의의 코팅이 표면 #1, #2, #3 또는 #4에 적용되는지의 여부와 관계없이, 코팅이 프레임 부재를 창유리에 부착시키기 위해 사용되는 확산 결합 온도(들)에 견딜 수 있는 경우, 코팅은 확산 결합 과정 전에 창유리에 적용될 수 있다. 코팅(들)이 프레임 부재를 창유리에 부착시키기 위해 사용되는 확산 결합 온도(들)에 견딜 수 없는 경우, 코팅(들)은 확산 결합 과정을 수행한 후에 창유리가 표면(들)에 적용되어야 한다. 동일한 내용이 창유리의 임의의 표면에 적용된 임이의 필름에 적용될 수 있다.
중간층을 이용하거나 이를 이용하지 않은, 프레임 부재와 창유리의 결합 전에, 두개의 항목이 연결되는 창유리의 표면 상에 임의의 예비 적용된 코팅을 제거하는 것이 필요할 수 있다. 코팅 제거 방법은 화학적 제거, 샌딩 (sanding) 또는 연마, 및/또는 레이저 제거를 포함하는 기계적 마멸을 포함할 수 있다.
실제 확산 결합 과정 동안, 상부 프레임 부재 (5810)의 상부 결합 표면 (5811)은 상부 창유리 (5830)의 상단 표면 (5831)에 대해 위치된다. 결합 표면 (5811) 및 창유리 (5830)는 첫번째 접합 영역을 따라 결합 표면과 창유리 사이에 소정의 접촉 압력을 생성하기에 충분한 힘으로 함께 프레스되고, 상기 접합 영역은 첫번째 접합 영역을 따라 소정의 온도를 생성시키기 위해 가열된다. 상기 두 단계는 동시에 수행되거나, 순서대로 수행될 수 있고, 추가로 진공 또는 특정 대기에서 수행될 수 있다. 소정의 접촉 압력 및 상승된 온도는 창유리 주위 주변에서 상부 프레임 부재 (5810)와 상부 창유리 (5830) 사이에 확산 결합이 형성될 때까지 유지된다.
유사하게, 하부 프레임 부재 (5890)의 상단 결합 표면 (5891)은 하부 창유리 (5870)의 하단 표면 (5873)에 대해 위치된다. 결합 표면 (5891) 및 창유리 (5870)은 두번째 접합 영역을 따라 결합 표면과 창유리 사이에 소정의 접촉 압력을 생성하기에 충분한 힘으로 함께 프레스되고, 상기 접합 영역은 두번째 접합 영역을 따라 소정의 온도를 생성시키기 위해 가열된다. 상기 두 단계는 동시에 수행되거나 순서대로 수행될 수 있고, 추가로 진공 또는 특정 대기에서 수행될 수 있다. 소정의 접촉 압력 및 상승된 온도는 창유리 주위 주변에서 하부 프레임 부재 (5890)와 하부 창유리 (5870) 사이에 확산 결합이 형성될 때까지 유지된다.
도 58a 및 58b로 돌아가면, 프레임 부재가 창유리에 부착되고, 스페이서가 하부 창유리에 적용된 후, 유닛은 최종 어셈블리에 대해 준비가 된다. 이는 상부 프레임 부재 (5810)의 하부 표면 (5813)의, 하부 프레임 부재 (5893)의 상부 표면 (5891)로의 기밀 결합을 수반한다.
도 58c는 상부 프레임의 바닥 모서리/플랜지/풋(foot)의 상단 표면 (5819) 및 하부 프레임 부재의 하단 표면 (5893)을 나타낸다. 표면 (5819) 및 표면 (5893) 둘 모두에 동시에 열이 적용되어, 상부 프레임 부재를 하부 프레임 부재로 연결시키는 기밀 결합 또는 연결이 형성될 수 있다. 열 적용 방법은 전기 저항 심 용접, 캔 용접, 및 레이저 용접을 포함한다. 종종, 추가 물질이 두개의 프레임 부재의 서로에 대한 결합 전에 상부 프레임 부재 (5810)의 바닥 상의 표면 (5813), 및 하부 프레임 부재의 상부의 표면 (5891)중 하나 또는 두 표면 모두에 예비 적용된다. 하나의 상기 통상적인 물질은 니켈이다. 니켈이 하나 또는 둘 모두의 물질 에 예비적용되는 경우, 연결 영역은 니켈 코팅을 용해시키기에 충분히 높은 온도로 가열되고, 생성된 연결부는 니켈 납땜 연결부이다. 프레임이 금속 또는 금속 합금 물질로 제조되는 경우, 니켈을 프레임 부재에 적용시키는 통상적인 방법은 용액 수조에서 니켈을 프레임 부재 상으로 도금시키는 것이다. 때때로, 추가의 매우 얇은 금속 또는 금속 합금이 이후에 상부 또는 니켈 또는 기타 납땜 물질에 도금되거나 달리 적용될 수 있다. 이는 보통 화장품을 목적으로 수행되거나, 두개의 프레임 부재가 함께 연결되는 납땜 또는 납착 방법 전에 납땜 물질의 산화를 방지하는 것을 돕기 위해 수행된다.
도 58d는 상부 및 하부 프레임 부재 사이의 접촉 (5899)의 접합부에 존재하는 열 적용점을 도시한다. 열 적용 방법은 레이저 및 강제 대류 (forced air convection)를 포함한다.
도 58e는 도 58c 및 도 58d의 두 위치에 존재하는 열 적용점을 도시한다. 이는 레이저, 강제 대류, 히터 바(bar) (예를들어, 전기공학의 핫-바 (hot-bar) 납땜에 사용됨), 및 전극이 모든 세개의 표면과 접촉하는 심 용접중 하나, 또는 이들의 조합에 의해 달성될 수 있다.
바람직한 구체예에서, VGU의 프레임 부재들은 진공 환경에서 함께 밀봉되며, 이에 따라 틈 내에 요망되는 진공을 "자동적으로" 형성시키며, 조립되고 밀봉된 후 VGU 틈의 배기를 위한 핀치-튜브, 밸브 등에 대한 필요를 고려하지 않는다. 그러나, 다른 구체예에서, 핀치-튜브 또는 밸브가 사용될 수 있으며, VGU 틈은 조립 후에 배기될 수 있다.
진공이 다중-절연 유리창 어셈블리를 위해 가장 양호한 절연 성질을 제공하는 한, 본 발명의 VGU의 물리적 배열은 또한 창유리들 사이에 충진 가스 또는 다른 절연 물질, 예를 들어 에어로졸을 함유하는 다중-절연 유리창 어셈블리에 유익할 것이다. 또한 기밀 밀봉된 순응(compliant) 프레임 어셈블리는 이들 타입(즉, 비진공) 창의 유용한 절연 수명을 연장시킬 것으로 예상된다. 일부 충진 가스, 예를 들어 크세논은 크립톤 보다 더욱 절연성이지만 대부분의 소비자에 대해 현재 너무 비싸다. 다중-절연 유리창 어셈블리가 20 내지 50년 동안 외래 충진 가스를 고정시킬 것으로 예상되는 경우, 대체 충진 가스는 사용하기에 실용적일 것으로 이해된다. 다른 한편으로, 비-가스 절연 대체물, 예를 들어 에어로졸은 기밀 캡슐화 유사 진공 및 가스-충진된 창에 필요로 하거나 필요로 하지 않을 수 있다.
도 58f는 도 58a 내지 58e와 관련하여 기술된 것과 같은 VGU 또는 IGU에서 사용하기에 적절한 순응 프레임 부재의 일 구체예의 사시도이다. 프레임(5808)은 상단 플랜지(5812) 및 하단 플랜지(5814) 아래의 측면 영역(5811)의 모두 세개의 축에 순응한다. 상단 플랜지(5812)는 상부 창유리의 상단 표면(예를 들어 도 58a의 표면(5831))에 결합시키기 위해 개조되고, 하단 플랜지(5814)는 하부 프레임 부재의 상단 표면(예를 들어 도 58a의 표면(5891))에 결합시키기 위해 개조된다. 측면 영역(5811)은 필수적인 다중-치수 순응성을 제공하기 위해 순응 형태의 결합물을 도입할 수 있다. 기술된 구체예에서, 측면 영역(5811)은 물결 주름(5816), 볼록한 재귀(recurve)(5818) 및 오목한 재귀(5820)를 포함하지만, 다른 배열은 본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 이해될 것이다. 도 58a 내지 58e에서 프레임 부 재(5810)의 외형은 하기와 같이 구체예(5808)의 외형과 상응할 수 있다: 상단 결합 표면(5811)(도 58a)은 상단 플랜지(5812)(도 58f)의 반대 측면일 수 있으며; 상부 대칭면(radius)(5815)(도 58a)은 상부 재귀(5818)(도 58f)의 반대 측면일 수 있으며; 하부 대칭면(5817)(도 58a)은 하부 재귀(5820)(도 58f)일 수 있으며; 하단 결합 표면(5813)(도 58a)은 하단 플랜지(5814)(도 58f)의 반대 측면일 수 있다.
도 59a 및 59b 각각은 다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(5900)는 대개 전술된 VGU와 유사하지만, 하기에 추가로 기술되는 바와 같이 직조된 스페이서(5950)을 포함한다. VGU(5900)는 상단 표면(5931)과 하단 표면(5933)을 갖는 상부 창유리(5930), 및 상단 표면(5971)과 하단 표면(5973)을 갖는 하부 창유리(5970)를 추가로 포함한다. 직조된 스페이서(5950)는 날실에 대해 대개 수직으로 진행하는 제 2의 섬유/필라멘트의 대개 평행한 가닥들을 포함하는 씨실 섬유(5955)로 짜넣은 제 1 섬유/필라멘트의 대개 평행한 가닥을 포함하는 날실 섬유(5953)을 포함한다. 스페이서는 창유리의 내부 표면들((5933)과 (5971)) 사이의 간격을 유지시킨다. VGU(5900)는 상부 프레임 부재(5910) 및 하부 프레임 부재(5990)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(5910)는 상부 창유리(5930)의 상단 표면(5931)에 기밀 결합하기 위한 상단 결합 표면(5911), 상부 내측 대칭면(5915), 하부 외측 대칭면(5917) 및 하단 결합 표면(5913)을 갖는다. 하부 프레임 부재(5990)는 상부 프레임 부재(5910)의 하단 결합 표면(5913)에 기밀 결합시키기 위하고, 하부 창유리(5970)의 하단 표면(5973)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(5991)을 포함한다.
날실 섬유/필라멘트(5953) 및 씨실 섬유/필라멘트(5955)를 위한 하나의 가능한 물질은 광학 섬유용으로 사용되는 유리 섬유일 수 있다. 이러한 타입의 섬유는 풍부한 공급, 매우 작은 직경에서의 이용가능성, 및 적당한 수준의 광학적 투명도를 포함하는 여러개의 장점을 갖는다. 날실 및 씨실 섬유가 서로 접촉하는 점은 각각의 날실 또는 씨실 섬유의 직경에 비해 높고, 크고, 두껍다. 이들 겹침 영역은 하부 창유리(5970)로부터 상부 창유리(5930)를 분리시키는 스탠드-오프(stand-off)를 제공한다. 창유리 표면(5933)과 (5971) 사이에 단지 평행한 날실 또는 씨실의 사용은 두개의 창유리의 분리를 유지할 수 있으나, 표면 접촉면적은 적절한 메시(mesh) 간격을 갖는 직조된 스페이서를 사용하는 경우 보다 매우 클 수 있을 것으로 이해될 것이다.
도 60a 및 60b는 각각 다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6000)는 대개 전술된 VGU와 유사하지만, 프레임 부재와 창유리의 확산 결합을 촉진시키기 위해 하나 이상의 중간층(6020,6080, 및/또는 6086)을 포함한다. 중간층을 사용한 이유는 본원에서 추가로 기술될 것이다.
VGU(6000)는 상단 표면(6031)과 하단 표면(6033)을 갖는 상부 창유리(6030), 및 상단 표면(6071)과 하단 표면(6073)을 갖는 하부 창유리(6070)를 포함한다. 상단 표면(6041)과 하단 표면(6043)을 각각 갖는 다수의 스페이서(6040)는 이들의 간격을 유지시키기 위해 창유리의 내부 표면(6033)과 (6071) 사이에 배치된다. VGU(6000)는 상부 프레임 부재(6010) 및 하부 프레임 부재(6090)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(6010)는 상부 창유리(6030)의 상단 표면(6031)에 기밀 결 합시키기 위한 상단 결합 표면(6011), 상부 내측 대칭면(6015), 하부 외측 대칭면(6017) 및 하단 결합 표면(6013)을 포함한다. 하부 프레임 부재(6090)는 상부 프레임 부재(6010)의 하단 결합 표면(6013)에 기밀 결합시키고, 하부 창유리(6070)의 하단 표면(6073)에 기밀 결합하기 위한 상단 표면(6091)을 포함한다. 상단 표면(6021)과 하단 표면(6023)을 갖는 제 1 중간층(6020)은 상부 프레임 부재(6010) 및 상부 창유리(6030) 각각의 결합 표면들(6011 및 6031) 사이에 확산 결합 목적을 위하여 사용될 수 있다. 상단 표면(6081)과 하단 표면(6083)을 갖는 제 2 중간층(6080)은 하부 창유리(6070) 및 하부 프레임 부재(6090) 각각의 결합 영역들(6073 및 6091) 사이에 확산 결합 목적을 위하여 사용될 수 있다. 상단 표면(6087)과 하단 표면(6089)을 갖는 제 3 중간층(6086)은 하부 프레임 부재(6010) 및 하부 프레임 부재(6090) 각각의 결합 표면들(6013 및 6091) 사이에 확산 결합 목적을 위하여 사용될 수 있다. 중간층의 사용은 임의적이다.
도 61a 및 61b는 각각 다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6100)는 대개 전술된 VGU와 유사하지만, 두개의 창유리의 분리를 유지하기 위해 사용되는 통합 스페이서/스탠드오프를 포함시키도록 제작된 창유리를 포함한다. 통합된 스페이서와 함께 생산된 창유리는 창유리 중 하나에 개개의 스페이서를 적용할 필요를 완화시킨다. VGU(6100)는 상단 표면(6131)과 하단 표면(6133)을 갖는 상부 창유리(6130), 및 통합 스탠드-오프(6161)를 갖는 상단 표면과 하단 표면(6163)을 갖는 하부 창유리(6160)를 포함한다. 통합 스탠드-오프(6161)는 창유리들 사이의 분리를 유지시킨다. VGU(6100)는 상부 프레임 부재(6110) 및 하부 프 레임 부재(6190)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(6110)는 상부 창유리(6130)의 상단 표면(6131)에 기밀 결합시키기 위한 상단 결합 표면(6111), 상부 내측 대칭면(6115), 하부 외측 대칭면(6117) 및 하단 결합 표면(6113)을 갖는다. 하부 프레임 부재(6190)는 상부 프레임 부재(6110)의 하단 결합 표면(6113)에 기밀 결합시키고, 하부 창유리(6160)의 하단 표면(6163)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(6191)을 포함한다. 도 61a 및 61b가 하부 창유리(6160)의 구조물에 도입된 스페이서/스탠드-오프를 구비한 VGU를 나타내지만, 스탠드-오프는 상부 창유리에, 또는 다른 구체예에서 둘모두의 창유리에 제작될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 62a, 62b, 및 62c는 창유리의 구조물에 도입된 이의 표면들 중 하나의 표면상에 스페이서를 갖는, 도 61a 및 61b와 관련하여 기술된 하부 창유리(6160)와 유사한 창유리의 구체예를 기술한 것이다. 스탠드-오프는 반드시 일정한 비율로 도식화되지 않았으며, 이에 따라 스탠드-오프의 비율 및 상대적 간격은 기술된 것과 상이할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 창유리 시트(6260)는 실질적으로 평평한 상단 측면(6261) 및 하단 측면(6263)을 갖는 기재를 포함하며, 다수의 스탠드-오프 외형(6265)은 상단 표면으로부터 위쪽으로 연장한다. 기술된 구체예에서, 스탠드-오프(6265)는 절단된 원뿔 배열 및 평탄하게 배열된 분포를 갖지만, 다른 구체예에서, 스탠드-오프는 다른 배열 및/또는 분포를 갖을 수 있다.
도 63a 및 63b는 각각 다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6300)는 대개 전술된 VGU와 유사하지만, VGU의 열적 성능(즉, 절연 성질)을 향상시키기 위해 스페이서 시트의 상단 및 하단 측면의 일부로서 스페이서/스탠드-오 프와 함께 제작된 투명한 시트 중심 스페이서 유닛(6350)을 포함한다. 통합된 스페이서를 구비한 스페이서 시트는 창유리 중 하나에 개개의 스페이서를 적용할 필요성을 고려하지 않는다.
VGU(6300)는 상단 표면(6331)과 하단 표면(6333)을 갖는 상부 창유리(6330), 및 상단 표면(6371)과 하단 표면(6373)을 갖는 하부 창유리(6370)를 포함한다. 스페이서 유닛(6350)은 상단 표면 상에 통합 스탠드-오프(6351), 및 하단 표면 상에 스탠드-오프(6353)를 포함한다. 스페이서 유닛(6350)은 창유리(6330)와 (6370) 사이의 간격을 유지하기 위해 이들 사이에 배치된다. VGU(6300)는 상부 프레임 부재(6310) 및 하부 프레임 부재(6390)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(6310)는 상부 창유리(6330)의 상단 표면(6331)에 기밀 결합시키기 위한 상단 결합 표면(6311), 상부 내측 대칭면(6315), 하부 외측 대칭면(6317) 및 하단 결합 표면(6313)을 갖는다. 하부 프레임 부재(6390)는 상부 프레임 부재(6310)의 하단 결합 표면(6313)에 기밀 결합시키고, 하부 창유리(6370)의 하단 표면(6373)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(6391)을 포함한다. 도 63a 및 63b가 스페이서 유닛(6350)의 양쪽 측면의 구조물에 도입된 스페이서/스탠드-오프를 구비한 VGU를 나타내지만, 다른 구체예에서, 스탠드-오프는 스페이서 유닛의 상단 및 하단 표면에만 도입될 수 있다.
스페이서 유닛(6350)은 두개의 창유리를 분리시키는 전술되고 사용되는 방법과 비교하는 경우, 상부 창유리(6330)와 하부 창유리(6370) 사이에 열적 전도 경로를 증가시킨다. 이러한 스페이서의 시트 물질은 유리, 플라스틱 시트 또는 필름으 로 이루어질 수 있다. 스페이서 스탠드-오프(6351 및 6353)는 다수의 물질로부터 이루어질 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 스페이서는 바람직하게는 낮은 열전도성 물질로부터 이루어진다. 이러한 스페이서 유닛(6350)은 단일 조각으로 제조될 수 있거나 도 58a 및 58b에 대해 스페이서(5840) 부착의 설명에서 상기에서 언급된 것을 포함하는 수단에 의해 이에 후적용된 스탠드-오프를 구비한 시트 또는 필름 물질로 이루어질 수 있다.
도 64a 및 64b는 각각 또다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6400)는 대개 전술된 VGU(6300)와 유사하지만, 밀봉된 프레임 부재와 창유리 사이에 배치된 측면 차단 부재를 포함한다. VGU(6400)는 상단 표면(6431)과 하단 표면(6433)을 갖는 상부 창유리(6430), 및 상단 표면(6471)과 하단 표면(6473)을 갖는 하부 창유리(6470)을 포함한다. 스페이서 유닛(6450)은 상단 표면 상에 스탠드-오프(6451)를 포함하고 하단 표면 상에 스탠드-오프(6453)를 포함한다. 스페이서 유닛(6450)은 창유리(6430)와 (6470)의 간격을 유지하기 위해 이들 사이에 배치된다. 측면 차단 부재(6402)는 창유리의 측면 및 스페이서를 따라 배치된다. 측면 차단 부재(6402)는 바람직하게는 낮은 열전도성을 갖는다. 일부 구체예에서, 차단 부재는 예를 들어 창유리를 통한 관찰로부터 내부 프레임 부분을 감추기 위한 성형(cosmetic) 목적을 위해 포함될 수 있다. 다른 구체예에서, 차단 부재(6402)는 VGU내의 진공 공간에 떠도는 원자 또는 분자를 흡수하거나 그밖에 고정시키는 "획득체"(즉, 획득 물질)을 포함한다. 비록 VGU가 기밀 밀봉되지만, 이러한 원자 또는 분자는 VGU 상 또는 내부에 사용되는 하나 이상의 물질의 가스 배 출로 인해 진공 중에서 나타날 수 있다. 이러한 원자 또는 분자는 외측 표면(예를 들어 창유리 및 프레임 부재)을 통해, 프레임 부재와 창유리 간의 결합/조인트를 통해, 및/또는 상부 및 하부 프레임 부재의 조인트 영역을 통해 느린 침투에 의해 VGU내에 함유된 공간으로 들어올 수 있다.
VGU(6400)는 상부 프레임 부재(6410) 및 하부 프레임 부재(6490)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(6410)는 상부 창유리(6430)의 상단 표면(6431)에 기밀 결합시키기 위한 상단 결합 표면(6411), 상부 내측 대칭면(6415), 하부 외측 대칭면(6417), 및 하단 결합 표면(6413)을 갖는다. 하부 프레임 부재(6490)는 상부 프레임 부재(6410)의 하단 결합 표면(6413)에 기밀 결합시키고 하부 창유리(6470)의 하단 표면(6473)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(6491)을 포함한다.
도 65a 및 65b는 각각 또다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6500)는 대개 전술된 VGU(6400)와 유사하지만, 유사한 외형 및 크기를 갖는 상부 및 하부 프레임을 포함한다. VGU(6500)는 상부 창유리(6530) 및 하부 창유리(6570)를 포함한다. 스페이서 유닛(6550)은 상단 표면 상에 스탠드-오프(6551)를 포함하고, 하단 표면 상에 스탠드-오프(6553)를 포함한다. 스페이서 유닛(6550)은 창유리(6530)와 (6570) 사이의 간격을 유지하기 위하여 이들 사이에 배치된다. 임의적인 측면 차단 부재(6502)는 창유리의 측면 및 스페이서를 따라 사용될 수 있지만 이들이 요구되지는 않는다. VGU(6500)는 상부 프레임 부재(6510) 및 하부 프레임 부재(6590)에 의해 함께 고정된다. 바람직하게는, 상부 및 하부 프레임 부재(6510 및 6590)는 동일한 외형을 갖는다. 이는 카운트 및 공 정 단계의 일부 감소를 포함하는 여러개의 잇점을 초래한다. 상부 프레임 부재(6510)는 상부 창유리(6530)의 상단 표면(6531)에 기밀 결합시키기 위한 상단 결합 표면(6511) 및 하단 결합 표면(6513)을 갖는다. 하부 프레임 부재(6590)는 상부 프레임 부재(6510)의 하단 결합 표면(6513)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(6591), 및 하부 창유리(6570)의 하단 표면(6573)에 기밀 결합시키기 위한 하단 결합 표면(6593)을 포함한다.
도 66a, 66b 및 66c는 프레임 부재의 단면 형태에 대한 세가지 변형체이다. 이러한 프레임 부재는 도 58a-5a, 63a 및 64a에 기술된 바와 같이 상부 프레임 부재를 위해 사용될 수 있거나, 대칭적 프레임 부재가 도 65a에 기술된 바와 같이 사용될 때 상부 및 하부 프레임 모두로서 사용될 수 있다. 도 66a는 전술된 바와 같이, 두개의 대칭면(6621 및 6622로 표시됨)을 갖는 프레임 부재(6620)이다. 프레임 부재의 수직 성분에 두개 초과의 대칭면을 가짐은 프레임 부재가 더욱 순응되도록 할 수 있다. 도 66b는 4개의 대칭면(6641, 6642, 6643 및 6644로 표시됨)을 갖는 프레임 부재(6640)이며, 도 66c는 6개의 대칭면(6661, 6662, 6663, 6664, 6665 및 6666으로 표시됨)을 갖는 프레임 부재(6660)이다.
도 67a 내지 도 67f는 VGU에서 창유리 간격을 유지시키고 표면적 외관을 위해 스페이서 어셈블리로서 사용하기에 적절한 창살 어셈블리를 나타낸 것이다. 먼저 도 67a와 관련하여, 제 2의 다수의 평행한 창살 바(6754)에 수직으로 배치된 제 1의 다수의 평행한 창살 바(6752)를 포함하는 창살 격자 유닛(6751)이 도시되어 있다. 도 67b는 창살 격자 유닛(6751) 및 창살 격자 유닛의 적어도 한 측면 표면 상 에 배치된 다수의 스페이서/스탠드-오프(6753 및 6755)(도 67c 참조)를 포함하는 창살 어셈블리(6750)를 나타낸 것이다. 도 67c는 양쪽 측면에 스탠드-오프(6753) 및 (6755)를 갖는 창살 어셈블리(6750)의 측면도를 나타낸 것이다. 도 67d는 상부 VGU 창유리(6730)와 하부 VGU 창유리(6770) 사이에 배치된 창살 바 어셈블리(6750)의 사시 분해도이다. 도 67e는 상부 창유리(6730)와 하부 창유리(6770) 사이에 배치되고, 이와 접촉한 창살 바 어셈블리(6750)의 사시도이다. 도 67f는 상부 창유리(6730)와 하부 창유리(6770) 사이에 배치된 창살 바 어셈블리(6750)의 측면도이다.
도 67g 및 67h는 각각 또다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도이다. VGU(6700)는 상단 표면(6731)을 갖는 상부 창유리(6730) 및 하단 표면(6773)을 갖는 하부 창유리(6770)를 포함한다. 상단 표면 및 하단 표면 상에 스탠드-오프를 갖는 창살 어셈블리(6750)는 창유리(6730) 및 (6770) 사이의 간격을 유지시키기 위해 이들 사이에 배치된다. VGU(6700)는 상부 프레임 부재(6710) 및 하부 프레임 부재(6790)에 의해 함께 고정된다. 상부 프레임 부재(6710)는 상부 창유리(6730)의 상단 표면(6731)에 기밀 결합하기 위한 상단 결합 표면(6711) 및 하단 결합 표면(6713)을 갖는다. 하부 프레임 부재(6790)는 하단 결합 표면(6713)에 기밀 결합하기 위하고, 하부 창유리(6770)의 하단 표면(6773)에 기밀 결합시키기 위한 상단 표면(6791)을 포함한다. 임의적으로, 중간층 (6720) 및 (6780)은 개개 창유리에 상부 및 하부 프레임 부재의 결합을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다.
도 68a 및 68b는 내부 창살 어셈블리(6850), 및 상부 및 하부 창유리(6830 및 6870) 각각의 내부(내측) 표면에 결합된 프레임 부재(6810 및 6890)를 지닌 VGU(6800)이다. 상부 및 하부 창유리(6830 및 6870)의 내부(내측) 표면에 프레임 부재(6810 및 6890)의 마운팅은 두개의 프레임 부재의 두께를 수용하기 위해 두개의 창유리 사이가 충분히 이격된 경우에 이루어질 수 있다. 본 구체예에서 도시화된 창살 어셈블리(6850)는 필수적인 공간을 제공한다. 도 68a는 창유리(6830 및 6870)의 내부(내측) 표면에 결합된 상부 및 하부 프레임 부재(6810 및 6890)를 갖는 VGU의 분해전개도이다. 도 68b는 창유리의 내부(내측) 표면에 결합된 이의 프레임 부재를 갖는 조립된 VGU이다.
도 69a 및 69b는 내부 창살 어셈블리(6950), 및 상부 및 하부 창유리(6930 및 6970)의 외부 표면을 지나서 연장하는(즉, 위 및 아래로) 내측-창유리 결합된 프레임 부재(6910 및 6990)을 지닌 VGU(6900)이다. 이는 도 68a 및 68b와 대비되게, 내측-창유리 결합된 프레임 부재(6810 및 6890)가 개개의 상부 및 하부 창유리(6830 및 6870)의 외부 표면의 위 또는 아래로 연장되지 않는다.
도 70a 및 70b는 도 68a 및 68b와 유사하게, 창유리 내측-결합된 프레임 부재(7010 및 7090)를 지닌 VGU(7000)이다. VGU(7000)는 결합을 촉진하고/거나 강화시키기 위해 개개의 상부 및 하부 프레임 부재(7010 및 7090)와 개개의 상부 및 하부 창유리(7030 및 7070) 사이에 배치된 임의적 상부 및 하부 중간층(7020 및 7040)을 포함한다. 도 70a는 창유리 내측-결합된 프레임 부재, 및 프레임 부재와 창유리 사이의 임의적 중간층을 지닌 VGU(7000)의 분해전개도이다. 도 70b는 VGU의 조립도이다. 중간층(7020 및 7040)은, 중간층 물질이 완전하게 결합에 도입되 었는지 여부에 따라 결합 후에 실제로 시각적으로 보여지거나 보여지지 않을 수 있다.
도 71a, 71b 및 71c는 중심 스페이서 어셈블리에 결합된 부가적인 중간 프레임 부재를 사용한 VGU의 예를 도식화한 것이다. 일부 경우에서, 이들 부가적인 프레임 부재의 사용은 VGU에 부가된 이익을 제공한다. 상세하게는, 도 71a는 도 63a 및 63b와 유사하게, 상부 및 하부 창유리(7130 및 7170), 중심 스페이서 유닛(7150), 및 상부 및 하부 프레임 부재(7110 및 7190)를 포함하는 VGU(7101)를 도식화한 것이다.
도 71b는 스페이서 유닛(7150a로 기재됨)이 상부 창유리(7130) 및 하부 창유리(7170)의 측면을 지나 연장하며 하부 프레임 부재(7190a로 기재됨)가 또한 연장되는 것을 제외하고 VGU(7101)와 유사한 VGU(7102)를 나타낸 것이다. 이러한 배열은 각 표면 상에 중심 프레임 부재(7140)를 부착시키기 위해 스페이서 유닛(7150a)의 상단 및 하단 모두에 노출된 표면 영역을 제공하고, 연장된 상부 프레임 부재(7120) 및 중심 프레임 부재 모두를 결합시키기 위해 하부 프레임 부재(7190a) 상에 부가적인 공간을 제공한다. 도식화된 구체예에서, 중심 프레임 부재(7140)는 스페이서 유닛(7150a)의 상단 표면에 부착된 것으로 나타나지만, 다른 구체예에서 하단 표면에 부착될 수 있다.
도 71c는 스페이서 유닛(7150a) 및 하부 창유리(7170a로 기재됨) 모두가 상부 창 유닛(7130)의 측면을 지난 연장하는 것을 제외하고 VGU(7102)와 유사한 VGU(7103)를 나타낸 것이다. 또한, 중간 프레임 부재(71040)는 스페이서 유 닛(7150a)의 상단 표면에 부착된다.
도 72a 및 72b는 또다른 구체예에 따른 VGU의 분해전개도 및 조립도를 각각 나타낸 것이다. VGU(7200)는 본 구체예에서 투명한 물질의 평평한 스페이서 시트(7250)가 창유리 시트들(7230 및 7270) 사이에 위치되며, 스탠드-오프(7255)가 창유리 시트의 내부 표면에 세워지는 것을 제외하고, 도 65a 및 65b와 관련하여 기술된 것과 유사하다. 스탠드-오프(7255)는 창유리(7230 및 7270)의 통합 부분으로서 형성될 수 있거나(예를 들어, 제작하는 동안 몰딩되거나 엠보싱됨), 이는 창유리의 제작 후에 별개로(예를 들어 접착제에 의해) 창유리에 적용될 수 있다. 후자의 선택, 즉 제작 후 스탠드-오프의 부착은 창유리(7230 및 7270)의 내부 표면이 (예를 들어 낮은 방사율 또는 다른 코팅으로) 코팅될 수 있으며, 평평하는 한 스탠드-오프(7255)가 코팅 후에 적용된다. 스페이서 시트(7250)는 유리, 플라스틱 시트 또는 필름, 또는 다른 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 스페이서 시트(7250)는 본래 특정 방사율, 절연성 또는 다른 물리학적 성질(예를 들어 내파손성)을 갖는 물질로 이루어질 수 있거나, 요망된 성질을 제공하기 위해 다른 물질로 코팅될 수 있다. 상부 및 하부 프레임 부재(7210 및 7290)는 전술된 바와 같이 창유리(7230 및 7270)에 확산 결합된다. 임의적 밀봉/획득체 부재(7202)는 전술된 패키지내에 제공될 수 있다.
대체 창유리 외형이 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 한쌍의 창유리는 평평하지 않아도 된다. 이는 외형이 오목하거나 볼록할 수 있다. 각각의 창유리가 예를 들어 결합 공정 동안 프레임 부재로 직접적으로 짝지어지고, 유리 표면 이 결합되는 프레임 부재의 표면과 직접 접촉하는 한, 창유리 각각은 상이한 형태를 가질 수 있다.
또한 대체 창유리 물질이 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 창유리 물질은 유리가 아니어도 된다. 이는 상이한 투명 또는 불투명, 예를 들어 석영, 사파이어, 실리콘 및 심지어 금속, 금속 합금 및 세라믹일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
내부 램(ram)을 구비한 통상적인 확산 결합 챔버에 대한 대체물로서, 적층된 강도-보강된 창 어셈블리를 형성시키기 위해 강도-보강 층에 창유리를 확산 결합시키기에 적절한 다른 장치는 열간등압성형기(Hot Isostatic Press("HIP"))로서 공지되어 있다. HIP 유닛은 열 및 고압의 동시 적용을 제공한다. HIP 유닛에서, 작업 조각(예를 들어 창 어셈블리 성분)은 통상적으로 진공-밀폐 가방 내측에서 밀봉되고, 이후 배기된다. 내측에 작업 조각을 지닌 가방은 압력 억제 용기 또는 장치내에 밀봉되고, 이는 고온로의 일부이거나 고온로내에 함유된다. 가스, 통상적으로 아르곤은 용기의 확보된 부분 주변으로 도입되고 로는 작동한다. 로가 압력 용기를 가열시키므로써, 내부 가스의 온도 및 압력은 동시에 증가한다. 가스 압력은 확복된 부분을 함께 가압하는 큰 힘을 제공하고, 가스 온도는 결합을 발생시키기에 필수적인 온도를 제공한다. HIP 유닛은 온도, 압력 및 공정 시간이 최적의 물질 성질을 달성하도록 모두 조절될 수 있다.
일부 구체예에서, 함께 결합된 물질의 CTE는 매칭될 수 있다. 프레임 물질의 선형 열팽창상수(CTE)는 프레임이 결합되는 유리 창유리에 적절하게 매칭되어야 한다. 대부분의 유리의 CTE는 대략 273℉(섭씨 0℃) 내지 유리 연화점에서 상당히 일정하다. 그러나, 일부 금속 및 합금은 상이한 온도에서 상이한 CTE를 갖는다.
상승된 유리 대 프레임 결합 온도로부터 프레임 물질의 평균 CTE는 동일한 온도 범위에 걸쳐 유리의 평균 CTE의 것과 밀접하게 매칭될 것이다. 두개의 물질의 평균 CTE가 밀접할수록, 어셈블리가 상승된 결합 온도에서 주변(실온)온도로 냉각된 후 프레임 및 유리 창유리의 잔류 응력이 더욱 감소할 것이다.
또한, 일부 구체예에서 프레임 대 유리 밀봉의 장기간 신뢰도에 대한 임계값은 예상되는 최종용도 환경에 대해 유리에 대한 프레임 물질의 CTE와 밀접하게 매칭된다. 예를 들어, 창 어셈블리가 최소 40℃ 내지 플러스 100℃(최소 40℉ 내지 플러스 212℉)의 온도에 노출될 것으로 예상되는 경우, 프레임 물질 및 유리 물질은 이러한 온도 범위에 걸쳐 밀접하게 매칭된 CTE를 가져야 한다.
수많은 구체예에서, 프레임 물질의 CTE가 유리 물질의 CTE와 정확하게 매칭되지 않는 경우, 프레임 물질의 CTE는 유리의 CTE 보다 약간 큰 것이 바람직하다. 이러한 상황에서, 프레임 물질의 CTE가 유리의 CTE를 초과하는 경우, 프레임은 상승된 결합 온도에서 주변온도로 냉각되는 동안 유리 보다 더욱 접촉하고, 유리는 약간 압축되게 된다. 이는 팽팽한 유리가 바람직한데, 이는 팽팽한 유리가 부서지기 쉽기 때문이다.
확산 결합 이외에, VGU의 창유리에 프레임 부재를 기밀적으로 부착시키기 위해 사용될 수 있는 다른 방법이 있다. 이들은 땜납 유리를 사용하여 두개가 결합되는 경우 프레임 부재와 창유리 사이에 주로 이용되고, 두개의 부분을 국소화하거 나 전체적으로 가열하여 납땜 조인트를 형성하고, 두개의 부분을 국소화하거나 전체적으로 가열하여 융합 조인트를 형성하는 것을 포함한다. 이들 및 다른 방법이 기술되고 도식화된 VGU의 구조에서 창유리에 프레임 부재를 부착하기 위해 사용될 수 있지만, 바람직한 부착 방법으로는 확산 결합 및/또는 지속성 액체상 확산 결합이 있다.
본 발명은 이들의 순응(스프링-유사) 금속 또는 금속 합금 슬리브/프레임 성분에 유리 창유리를 직접적으로 기밀 결합시키기 위한 독점적 특허출원에서 확산 결합이라 불리우는 입증된 상업적으로 입수가능한 기술을 사용한다. 아교, 접착제 또는 에폭시 물질은 유리와 프레임 성분 사이에 사용되지 않을 것이다. 부착은 영속적이고 임의의 다른 부착 방법 보다 기밀(가스-채움)적일 것이다.
도 73a 및 도 73b와 관련하여, 진공-억제 IG 유닛의 일 구체예의 성분이 도시된 것으로, 도 73a는 분해전개도이며, 도 73b는 조립도이다. IGU(7300)는 상부 창유리와 하부 창유리 사이에 배치된 투명한 스페이서 유닛(7350)에 의해 분리된 상부 창유리(즉, 라이트)(7330) 및 하부 창유리(7370)를 포함한다. 창유리(7330 및 7370)의 모서리는 하기에 추가로 기술되는 바와 같이 금속 또는 금속 합금 프레임 성분(7310 및 7390)을 사용하여 함께 기밀적으로 밀봉된다. 창유리들(7330 및 7370) 사이의 공동은 진공 또는 부분적으로 배기된 분위기를 함유한다.
도 73c와 관련하여, 순응 금속 프레임/슬리브 부재(7310 및 7390)의 일 구체예가 기재되어 있다. 모두 세개의 축에서 식축적이도록 고안되어 유리 라이트(7330 및 7390)가 이들 없이 또는 임의의 현저한 응력을 나타내는 슬리브-대 라 이트 결합 영역과 서로 각각 독립적으로 팽창하고 수축하도록 한다. 따라서, 아코디온 주름상자와 유사하게 작동하여, 당기고 밀치므로써 팽창하고 수축한다. 이러한 슬리브 유닛은 상부 및 하부 창유리의 측면으로부터 매우 조금 팽창하도록 이루어질 수 있다.
아이템(7302)은 IGU(7300)의 임의적 외형으로서 나타낸 것이다. 이는 획득 물질, 예를 들어 SAES 획득체에 의해 이루어진 획득 물질이다. 획득체는 물질로부터 탈가스화된 원자 또는 분자를 흡수하거나, 최대로 긴 시간에 걸쳐 패키지에 누출될 수 있는 임의의 가스를 흡수하기 위해 고신뢰도 기밀 패키지에서 사용된다.
스페이서 유닛(7350)은 바람직하게는 투명 유리로 이루어지지만, 또한 플라스틱 또는 수지와 같은 투명한 중합체 물질로 형성될 수 있다. 본원에 기술된 특정 구체예에서, 다른 투명한 물질이 사용될 수 있다. 스페이서 유닛(7350)은 기재 부분의 한쪽 측면 및/또는 양쪽 측면으로부터 돌출된 통합적으로 형성된 스탠드 오프(또한 "기둥"으로서 공지됨)를 갖는 시트-유사 기재 부분(7352)을 포함한다. 구조는 상단 표면 및 하단 표면 모두에 스탠드-오프를 갖을 수 있는 것을 제외하고 사무실의 카페트 상의 롤러 의자 아래에서 플라스틱 의자 매트와 유사할 수 있다. 스탠드-오프(7354)는 인접한 창유리에 대개 평평한 지지체를 제공하기 위해 기재 부분(7352)의 표면을 가로질러 대개 평평하게 배치된다. 상기에서 알 수 있는 바와 같이, 스탠드-오프(7354)는 바람직하게는 규칙적인 배열로 배치되지만(도 77 내지 79 참조), 이는 깨짐으로부터 창유리를 보호하기 위해 적절한 지지체를 제공하는 한 요구되지 않는다.
본 출원의 목적을 위하여, 용어 "통합적으로 형성된"은 스탠드-오프(7354)가 먼저 기재 부분으로부터 별개로 스탠드-오프를 형성한 후 기재 부분에 이를 부착하는 것 보다 주조, 엠보싱, 스탬핑, 에칭 등에 의해 기재 부분(7352)의 몸체를 조작하므로써 형성됨을 의미하는데 사용된다. 스탠드-오프(7354) 및 기재 부분(7352)가 대개 형성될 때 동일한 물질로 이루어지며, 스탠드-오프 및/또는 기재 부분은 형성 후 이들의 특성을 개질시키기 위해 열처리, 화학적 처리, 연마 등에 의해 추가 가공될 수 있다.
도 74와 관련하여, 일 구체예에 따른 스페이서 유닛(7450)이 기술된다. 스페이서 유닛(7450)은 한쪽 측면으로부터 돌출된 통합적으로 형성된 스탠드-오프(7454)를 갖는 투명한 시트-유사 기재 부분(7452)을 포함한다. 본 구체예에서, 유닛(7450)은 투명한 유리로 이루어지지만, 다른 구체예에서 다른 물질이 사용될 수 있다.
도 75와 관련하여, 다른 구체예에 따른 스페이서 유닛(7550)이 기술된다. 스페이서 유닛(7550)은 기재 부분의 양쪽 측면으로부터 돌출된 통합적으로 형성된 스탠드-오프(7554)를 갖는 투명한 시트-유사 기재 부분(7552)을 포함한다. 본 구체예에서 유닛(7550)은 또한 투명한 유리로 이루어지지만, 다른 구체예에서 다른 물질이 사용될 수 있다.
도 76과 관련하여, 또다른 구체예에 따른 스페이서 유닛(7650)이 기술된다. 본 구체예에서, 스페이서 유닛(7650)은 다중의 별개 층으로 이루어진 기재 부분을 갖는다. 상단층(7655)은 도 74에서 전술된 것과 유사하게, 통합 상부 스탠드-오 프(7657)를 갖는 상부 기재 부분(7656)을 포함한다. 하단층(7658)은 전술된 것과 유사하게 통합 하부 스탠드-오프(7660)를 갖는 하부 기재 부분(7659)을 포함하지만, 상단층(7655) 및 하단층(7658)이 필수적으로 동일한 물질로 이루어지지 않는다. 상부 및 하부 기재 부분(7656 및 7659) 사이에 배치된 "샌드위치형" 배열은 별개 물질(7661)의 층이다. 본 구체예에서, 상단층 및 하단층(7655 및 7658)은 투명한 유리로 이루어지며, 중간층(7661)은 렉산(Lexan)과 같은 투명한 플라스틱 물질로 이루어진다. 별개 물질층(7661)은 인접한 층과 상이한 열전도성, 소리 투과성, 내파열성 또는 다른 성질을 갖을 수 있다. 별개 물질은 유리, 플라스틱, 중합체, 수지, 접착제 또는 다른 물질일 수 있다. 이의 형태는 자유-고정(free-standing) 시트 또는 필름의 형태일 수 있거나, 기재 부분 중 하나의 자유 표면(즉, 스탠드-오프가 없는 표면)에 분무되거나 달리 도포되는 물질일 수 있다. 기술된 본 구체예가 3개 층을 포함하는 한, 다른 구체예는 단지 두개의 층, 즉 단지 상단층(7655) 및 별개 층(7661), 또는 단지 하단층(7658) 및 별개 층(7661), 또는 단지 상단층(7655) 및 하단층(7658)을 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 유사하게는, 다중 별개 내부층(즉, 스탠드-오프 없음)은 총 4개 이상의 층을 갖는 스페이서-유닛(7650)을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 성능-향상 코팅은 다층 적층된 스페이서(7650)내에 "끼워질" 수 있다. 예를 들어, 코팅은 상부 기재 부분(7656) 및/또는 하부 기재 부분(7659)의 내부 표면에, 또는 중심층(7661)의 표면에 도포될 수 있다. 이들 코팅은 낮은-방사율 코팅, U-V 흡수 또는 반사 코팅, 칼라 색조, 전자색채 코팅, 전자 크로머(electrochromeric) 코팅, 반사방지 코팅 및/또는 다른 성능-향상 코팅을 포함할 수 있다. 코팅이 요망되는 표면에 도포된 후에, 스페이서(7650)의 층들이 함께 적층된다. 이러한 방식으로, 종종 매우 얇은 필름인 코팅은 창유리와 스페이서 사이에 상대적 운동에 의해 야기되는 물리적 손상으로부터 보호된다. 동일한 코팅이 창유리의 내측 표면에 도포되는 경우, 스페이서 유닛 상에서 스탠드-오프의 접촉 및/또는 운동에 의해 손상될 수 있다.
도 74, 75, 및 76과 관련하여, 성능-향상 코팅은 창유리의 내측 표면(즉 표면 #2 및 #3) 대신에 스페이서 유닛, 예를 들어 스페이서-유닛(7450, 7550 및 7650)의 각 측면에 도포될 수 있다. 스페이서 유닛 상의 이들 코팅은 낮은-방사율 코팅, U-V 흡수 또는 반사 코팅, 칼라 색조, 전자색채 코팅, 반사방지 코팅 및/또는 다른 성능-향상 코팅을 포함할 수 있다. 일부 경우에서, 모든 코팅은 스페이서 유닛의 단일 측면에 도포될 것이며, 다른 경우에 선택된 코팅은 스페이서 유닛의 제 1 측면상에 코팅될 수 있고 다른 코팅은 스페이서 유닛의 다른 한 측면에 도포될 수 있다. 다층 스페이서 유닛(7650)(예를 들어 도 76)의 경우에, 코팅은 기재 부분의 자유 측면 및/또는 중간층에 배치될 수 있다.
스페이서 유닛(7450, 7550 및 7650) 상에 성능-향상 코팅의 배치가 유리할 수 있는데, 이는 스페이서 시스템(즉, 스페이서 유닛)이 종종 창 #1 또는 창 #2의 벌크와 상이한 온도를 지닐 것이고, 이에 따라 이의 중심으로부터 창 #1 미만 및 창 #2 초과로 팽창하고 수축할 것이기 때문이다. IG 유닛의 표면 #2 및/또는 #3 대신에 스페이서 기재 표면 상에 코팅, 예를 들어 낮은-e를 가짐은 코팅이 IG 유닛 의 성분의 차별적인 운동에 의해 마모되고 손상될 수 있는 가능성을 제거할 것이다. 또한, 특정 코팅은 스페이서 스탠드-오프의 운동에 의한 마모를 감소시키기 위해, 표면 #2 및 #3의 내구성을 향상시키는데 사용될 수 있다. 코팅, 예를 들어 다이아몬드-유사 코팅(DLC)은 유리 표면이 장시간 동안 마모-부재를 유지시키는데 사용될 것이다. DLC 및 다른 코팅은 이미 내마모성 및 다른 손상에 대한 내성을 제공하기 위해 사용되고 있다. 제안된 스페이서 시스템의 다른 잇점은 스페이서의 기재가 두꺼울수록 유닛의 내열성이 더욱 커질 것이며, 이에 따라 얻어진 IG 유닛의 전체 절연값이 더욱 커질 것이라는 것이다.
스페이서 유닛, 예를 들어 스페이서(7450, 7550 또는 7650)의 스탠드-오프는 원형, 가는 또는 다른 형태인 단면(위에서 보는 경우)을 갖을 수 있다. 도 77 및 78과 관련하여, 일부 구체예에서, 스탠드-오프는 IG 유닛의 창유리의 내측 표면(표면 #2 및 #3)과 스페이서 유닛의 기재 부분 사이에 물리적 간격을 제공하기 위해 십자 또는 "플러스" 표시(+)를 닮은 단면(위에서 보는 경우)을 갖을 수 있다. 도 77에 나타낸 구체예에서, 스페이서 유닛(7750)은 기재(7752) 및 다수의 스탠드-오프(7754)를 포함하며, 이들 모두는 유리로 이루어지고 통합적으로 형성된다. "+" 모양의 스탠드-오프(7754)는 약 0.5" 길이의 수평 및 수직 부재를 갖으며, 이들의 벽 두께 및 높이는 약 25 마이크론 내지 약 50 마이크론(0.001" 내지 0.002")의 범위이다. 평균 인간 머리카락은 약 75 마이크론(0.003") 두께이다. 이의 투명도를 따라 유리 스탠드-오프의 매우 작은 폭 및 높이는 실제적으로 보이지 않을 것이다. 도 78에 나타난 구체예에서, 스페이서 유닛(7850)은 또한 기재(7852) 및 다수의 "+" 모양의 스탠드-오프(7854)를 포함한다. 이들 모두는 유리로 이루어지지만, 본 구체예에서, 기재(7852)는 평평한 시트로서 형성되고 스탠드-오프(7854)는 후에 기재 상에 부착된다.
도 79와 관련하여, 대안적인 구체예에서, 스페이서 유닛(7950)은 기재 부분(7952)의 표면을 가로질러 어레이로 배열된 문자 "C"와 닮은 단면을 갖는 스탠드-오프(7954)를 포함한다. 스탠드-오프는 이들 두개의 창유리의 외측에 대기압의 힘으로 인해 안쪽으로 가압하는 IGU의 창유리의 힘을 지지하기에 충분히 강력하는 한 임의의 외형 및 크기를 가질 수 있다.
스탠드오프는 또한 스페이서 유닛의 기재와 접촉하여 들어오는 것으로부터 두개의 창유리를 유지하기 위해 요구되는 기능을 지속하기에 충분히 큰 이의 크기를 유지하고 이에 따라 직접 열통로를 제공하기 위해 충분히 강력해야 한다(적절한 물질의 조성 및 치수). 또한, 스탠드오프는 이들이 지지하는 창유리 상의 정적 하중이 창유리를 깨뜨리거나, 파열시키거나 그밖에 파손시키지 않도록 충분한 표면적을 갖도록 고안되어야 한다.
스페이서 시스템을 통한 전도성 통로를 최소화하고 IG 유닛의 절연값을 최대화하기 위해 스페이서 유닛과 창유리 사이의 전체 접촉 면적을 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, IG 유닛의 외측이 14.7 psi(주변 또는 1 대기압)이기 때문에 스페이서는 이의 표면 상에 창 #2 및 #3으로부터 최대로 높은 하중(압력)을 경험할 수 있으며, 이의 진공을 지닌 유닛의 내측은 거의 0 psi이다. 따라서, 각 스탠드-오프에 대한 표면적은 창 #1 및 #2 상의 이의 면적 하중이 창을 미세 깨짐 또는 파 열을 생성하지 않거나 의도된 간격을 유지하지 않는 포인트로 가압하도록 선택되어야 한다.
일 구체예에서, IGU는 하기와 같이 조립될 수 있다: 먼저, 가요성(즉, 순응성) 금속 슬리브(또한 "주름상자"라 칭함)는 창 #1 및 #2에 기밀적으로 결합하여 창 서브-어셈블리를 제조한다. 다음, 스페이서 시스템(요망되는 경우)은 두개의 창 서브-어셈블리 사이에 배치된다. 다음, 슬리브는 진공중에서 함께 기밀적으로 결합되어 전체 IG 유닛이 이러한 진공에서 밀봉되고 배기 튜브 및 어셈블리후 배기 단계를 요구하지 않도록 한다. 확산 결합이 기밀 결합에 대해 바람직하며, 다른 방법, 예를 들어 땜납 유리 결합은 일부 구체예에서 사용될 수 있다.
전기 저항 봉합성 용접 또는 레이저 용접은 서로 슬리브를 기밀적으로 밀봉하기 위한 대체물 중 하나이다. 이러한 단계에 대한 주요한 고려사항은 유리 라이트가 갈라지고 열적 쇼크를 갖지 않도록 열-영향 구역을 최소화시켜야 한다. 각 공정의 중간정도의 가열 속도는 이러한 가능성을 경감시킬 것이다. 또한, 구리 플레이트 또는 다른 물질은 밀봉 공정 동안 열 소멸로서 작용하기 위해 유닛의 상단 표면 및 하단 표면에 배치될 수 있다.
도 80과 관련하여, 라이트(즉, 창유리)의 간격을 유지하는 유동 스페이서(floating spacer) 유닛을 갖는 절연된 유리 유닛(IGU)이 도식화된다. IGU(8000)는 라이트(8002 및 8004)를 포함하며, 이는 스페이서(8006)에 의해 서로 이격된다. 라이트(8002)와 (8004) 사이의 갭 또는 공간(8008)은 가스 또는 가스 혼합물로 채워질 수 있거나 진공 또는 부분 진공을 함유하여 요망되는 절연 성질을 얻을 수 있다. 가요성 슬리브(8010 및 8012)는 라이트(8002 및 8004) 각각의 한쪽 말단에 기밀적으로 결합되고, 다른 말단에 서로 기밀적으로 결합되어 IGU 공간(8008)의 내측에 충진-가스 또는 가스 혼합물(또는 진공)을 유지시킨다. 스페이서(8006)는 유동가능하며, 즉 라이트 모두에 결합되지 않지만, 두개의 라이트 중 하나에 접착제 또는 다른 수단에 의해 결합될 수 있다. 두개의 라이트(8002 및 8004) 사이의 스페이서(8006) 위치는 유지 봉, 또는 바(8014)에 의해 유지되어 두개의 라이트 사이의 중심 위치에 머물도록 한다. 각 유지 바(8014)의 한쪽 말단은 스페이서(8006)에 부착되고 다른 한쪽 말단은 가요성 슬리브(8010) 및/또는 (8012)에 부착된다. 바람직하게는, 유지 바(8014)는 가요성 슬리브 사이에 주름을 잡으므로써 또는 다른 기계적 수단에 의해 가요성 슬리브에 부착되고,이는 슬리브 사이에 기밀 결합에 영향을 미치지 않을 것이다.
도 81과 관련하여, 다른 구체예에 따른 세개-판유리 IGU가 도식화된다. IGU(8100)는 라이트(8102, 8104 및 8106)를 포함한다. 바람직하게는, IGU(8100)는 가스-충진된다. 순응 프레임(즉, 벨로우)(8108, 8110 및 8112)은 우선 하나의 라이트에 기밀적으로 결합되고 이후 다른 말단이 다른 프레임 중 하나 또는 모두에 결합되어 라이트 사이의 밀봉된 공간(8114 및 8116)에 충진-가스를 유지시키기 위해 기밀 밀봉을 제공한다. IGU(8100)는 라이트 사이에 요망되는 간격을 유지하기 위하여 프레임(8108, 8110 및 8112)(스페이서 이외)의 기계적 강도에 따른다. 따라서, 이러한 배열은 공간(8114 및 8116)의 진공 수준 및/또는 유닛 상에 가압 하중이 높은 경우, 사용하기에 덜 적합할 수 있다.
도 82와 관련하여, 도 81에 나타난 구체예에 비해 보다 높은 진공 수준 및/또는 압축 하중을 지닌 사용하기에 적합한 다른 구체예에 따른 세개-판유리 IGU를 나타낸 것이다. IGU(8200)는 개개 순응 프레임(8208, 8210 및 8212)에 각각 부착된 라이트(8202, 8204 및 8206)를 포함한다. 프레임의 제 1 말단은 라이트에 기밀적으로 결합되고 제 2 말단은 라이트 사이에 기밀적으로 밀봉된 공간(8214 및 8216)을 유지하기 위해 서로 기밀적으로 결합된다. 도 80과 관련하여 기술된 구체예에와 같이 스페이서(8218 및 8220)가 유동하고, 즉 이는 인접한 라이트 모두에 결합되지 않지만, 이는 두개의 인접한 라이트 중 하나에 결합될 수 있다. 도 82에 기술된 구체예에서, 스페이서(8218)는 실제로 순응 슬리브(8210)의 내부 말단에 배치되고, 따라서 라이트 사이의 간격이 동일한 경우 스페이서(8218)의 높이는 스페이서(8220)의 높이 보다 약간 작아야한다. 다른 구체예에서(예를 들어, 도 87), 스페이서는 두개의 스페이서가 동일한 두께를 갖을 수 있도록 슬리브 결합 영역 내측에 마운팅될 수 있다. 스페이서(8218 및 8220)는 유지 바(8222 및 8224)에 의해 각각 제위치에 고정되며, 이는 전술된 바와 같이 스페이서에서 순응 프레임으로 연장한다. 유지 바(8222 및 8224)는 바람직하게는 라이트와 상대적 운동을 허용하기 위해 순응하는 것으로 이해될 것이다.
도 83과 관련하여, 도 80의 두개의-라이트 IGU(8000)는 추가 설명을 기술하기 위해 상기로부터 나타낸 것이다. 설명을 목적으로, 프레임 영역에 대한 창-영역의 크기는 매우 작지만, 이는 프레임의 상세한 설명을 더욱 기술하기 위한 것으로 이해될 것이며, 이는 본 발명을 제한하려는 것으로 고려되지 않는다. 도 83은 라이트(8002, 8004) 및 스페이서(8006)가 순응 프레임 또는 슬리브(8010)와 (8012) 사이에 어떻게 위치되었는지를 나타낸 것이다. 순응 프레임은 내부 결합 표면(8310)에 따라 유리 라이트에 기밀적으로 결합되고 외부 결합 표면(8312)에 따라 서로 결합된다. 유동 스페이서(8006)는 유지 바(8014)에 의해 제위치에 유지되며, 이들 중 하나 이상은 스페이서의 각 모서리에 따라 마운팅될 수 있다. 유지 바 내측 말단(8314)은 스페이서에 부착되며, 유지 바 외측 말단(8316)은 순응 프레임(8010 및/또는 8012)에 주름지거나 그밖에 연결될 수 있는 바깥쪽으로 연장한다.
도 84와 관련하여, 다른 구체예에 따른 두개-판유리 IGU를 도식화한 것이다. IGU(8400)는 실질적으로 도 80 및 83에 나타난 것과 유사하다. 이는 내부 공간(8008)을 규정하기 위해 스페이서(8406)의 한 측면 상에 배치된 라이트(8002 및 8004)를 포함한다. 순응 프레임 또는 슬리브(8010 및 8012)는 공간(8008)에 충진-가스를 기밀적으로 밀봉하기 위해 한쪽 말단이 라이트의 외측 표면에 기밀적으로 결합되고 다른 한쪽 말단이 서로 기밀적으로 결합된다. 스페이서 유닛(8406)은 본 구체예의 스페이서가 내부 보강제(8408)를 포함하는 도 80에 나타난 스페이서(8006)와 상이하다. 기술된 구체예에서, 강화제(8408)는 X-모양 내부 웹을 포함하지만, 다른 배열이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 스페이서(8406)는 통합적으로 형성된 부분으로서 보강제(8408)를 갖는 압출된 물품이다. 본 구체예의 유지 바(8014)는 스페이서(8406)가 라이트(8002 및 8004)와 관련하여 유동할 수 있도록 이들을 순응시키게 고안된 외형을 갖는다. 유지 바(8014)는 내부 말단에 위치된 연결체 외형(8410)을 추가로 포함하며 본원에 추가로 기술된 스페이서(8406)에 연 결되도록 개조된다.
도 85 및 86과 관련하여, 스페이서 유닛(8406)의 부분의 확장된 단면도는 본 발명의 내부 강화제 및 연결 양태를 더욱 기술하기 위해 나타낸 것이다. 스페이서의 외부 벽(8506)은 유지 바(8014)의 연결체 외형(8410)과 협력하도록 하기 위해 개조된다. 기술된 구체예에서, 스페이서 연결체 외형(8504)은 벽(8506)에 형성된 폭 "w"의 슬롯(8508)을 포함하고, 유지 바 연결체 외형(8410)은 유지 바(8014)의 말단에 형성된 이격된-별개 디스크(8510 및 8512)의 쌍을 포함한다. 폭 "w"는 바(8014)를 수용하기에 충분하도록 선택되지만, 디스크(8510 및 8512) 모두는 직경 d>w를 갖는다. 도 85에서 가장 잘 나타낸 바와 같이, 유지 바(8014) 상의 연결체 외형(8410)은 화살표(8514)에 의해 지시된 바와 같이 스페이서 상의 연결체 외형(8508)으로 이동될 수 있다. 도 86에 나타난 연결된 배열에서, 유지 바(8014)는 각 방향으로 이동하는 것으로 방지하기 위해 스페이서(8406)에 부착된다.
도 87 및 88과 관련하여, 다른 구체예에 따른 내부적으로 결합된 프레임을 갖는 세개-라이트 IGU가 기술된다. IGU(8700)는 공간(8712 및 8714)를 형성하기 위해 스페이서(8708 및 8710)에 의해 분리된 라이트(8702, 8704 및 8706)를 포함한다. 순응 프레임(8716, 8718 및 8720)은 공간(8712 및 8714)에 충진-가스 또는 진공을 기밀적으로 밀봉하기 위해 한쪽 말단이 라이트(8702, 8704 및 8706)의 내부 표면에 각각 기밀적으로 결합되고, 다른 한쪽 말단이 서로 결합된다. 스페이서와 프레임 사이에 연결된 유지 바(8722)는 라이트와 관련하여 적소에 스페이서를 고정하기 위해 사용된다.
도 87에 기술된 구체예에서, 스페이서(8708 및 8710)는 IGU(8700)의 내부적으로 결합된 프레임을 조절하기 위해 개조된다. 상부 스페이서(8708)는 라이트의 너비 보다 약간 작게 하도록 치수화되며, 이에 따라 내부 프레임 말단을 안쪽으로 배치되고 결합된 프레임 말단과 접촉을 방지한다. 도 88에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 하부 스페이서(8710)는 스페이서가 라이트(8704 및 8706)의 인접한 내부 표면에 결합된 프레임 말단과의 접촉을 방지할 수 있는 말단 상에 삽입 부분(8724) 내에 계단형 배열을 갖는다. 기술된 배열은 단지 예로서, 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 내부적으로 및 외부적으로 마운팅하는 순응 프레임에 대한 수많은 다른 배열은 본 발명의 범위내에 있는 것으로 이해될 것이다.
도 89 내지 93과 관련하여, 부가적인 구체예에 따른 고정 블록을 갖는 IGU가 도식화된다. 고정 블록은 IGU가 창 또는 문 프레임 시스템에 수직으로 마운팅될 때 가요성 슬리브(즉, 프레임)를 갖는 IGU의 현저한 분율의 중량을 지지하기 위해 개조된다. 바람직하게는, 고정 블록은 슬리브들 사이의 열전도를 감소시키기 위해 가요성 슬리브와의 접촉을 최소화하도록 배열될 것이다. 이는 창 라이트의 상대적 운동을 수용하기 위해 필수적으로 슬리브를 이동시킬 수 있다.
도 89와 관련하여, 고정 블록과 함께 사용하기에 적합한 두개의 라이트 IGU가 도식화된다. IGU(8900)는 스페이서 유닛(8906)에 의해 분리된 라이트(8902 및 8904)를 포함한다. 본 구체예에서, 스페이서 유닛(8906)은 각 측면으로부터 돌출된 다수의 스탠드-오프(8910)를 갖는 투명한 시트(8908)를 포함한다. 순응 프레임 부재(8912 및 8914)는 라이트 사이에 기밀적으로 밀봉된 공동(8920)을 형성하기 위 해 제 1 말단(8916)이 라이트(8902 및 8904)의 내측 표면에 기밀적으로 결합되고 제 2 말단(8918)이 서로 기밀적으로 결합된다. 스페이서 유닛(8906)은 전술된 바와 같이 유지 바(도시되지 않음)를 사용하거나 본원에 기술된 다른 수단을 사용하여 제위치에 고정될 수 있다.
도 90과 관련하여, 고정 블록 상에 설치된 IGU(8900)가 도식화된다. 말단에서 보는 경우, 고정 블록(9000)은 베이스 부분(9001), 및 슬리브 공동(9008)을 규정하기 위해 베이스 부분으로부터 바깥쪽으로 돌출된 보다 높은 부분(9002 및 9004)을 포함하는 것으로 나타낸다. 고정 블록(9000)은 IGU(8900)가 블록에 위치될 때 라이트(8902 및 8904)의 모서리가 이들 각각의 보다 높은 부분(9002 및 9004)의 베어링 표면(9010) 상에 지지하고 순응 슬리브(8912 및 8914)(함께 기밀적으로 결합됨)가 슬리브 공동(9008)내에 위치하도록 특정치수로 만든다. 바람직하게는 결합된 슬리브(8912 및 8914)는 이들의 운동이 억지로 이루어지지 않도록 및 열 전달을 최소화하기 위해 공동(9008)의 벽과 접촉하지 않을 것이다. 그러나, 상당한 분율(모두가 아닌 경우)의 IGU의 중량은 블록의 보다 높은 부분 및 베이스 부분에 의해 지지될 것이다. 고정 블록(9000)은 금속, 예를 들어 강철 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 낮은 열전도성을 갖는 비금속 물질, 예를 들어 나무, 비닐, PVC, 유리섬유, 폴리에틸렌 등으로 이루어진다. 요구되지는 않지만, 바람직한 구체예에서, 고정 블록(9000)은 압출에 의해 형성될 것이다. 다른 구체예에서, 롤링, 분쇄, 루팅(routing) 또는 다른 형성 공정이 고정 블록을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 91a와 관련하여, 채널 프레임, 예를 들어 빌딩 창 프레임 또는 문 프레임에 설치한 후의 IGU(8900) 및 고정 블록(9000)이 기술된 것이다. 채널 프레임(9100)은 베이스 부분(9101) 및 채널(9108)을 규정하기 위한 베이스로부터 위쪽으로 돌출된 보다 높은 부분(9102 및 9104)을 포함한다. 채널 프레임(9100)은 전체 고정 블록(9000) 및 IGU(8900)의 부분이 채널(9108) 내에 고정되도록 특정 치수로 만들어진다. 이러한 방식으로, 채널 프레임(9100)은 IGU(8900)에 대해 수직 및 수평 지지체 모두를 제공한다. 채널 프레임(9100)은 금속, 예를 들어 강철 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 낮은 열전도성을 갖는 비금속 물질, 예를 들어 나무, 비닐, PVC, 유리섬유, 폴리에틸렌 등으로 이루어진다.
채널 프레임(9100)은 통상적인 U-자형 창 프레임 또는 문 프레임일 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이러한 경우에, 고정 블록(9000)은 외부 순응 밀봉 프레임(예를 들어 프레임(8912 및 8914))을 갖는 IGU(8900)가 새로운 구조물 또는 존재하는 구조물에 설치되도록 어댑터로서 작용한다.
도 91b와 관련하여, 일부 구체예에서, 고정 블록 및 채널 프레임은 단일 조합 프레임에 조합될 수 있다. 조합된 프레임(9150)은 단일 프레임 및 고정 블록의 일예이다. 조합된 프레임은 별개의 고정 블록을 요구하지 않으면서 외부 순응 프레임과 함께 IGU(예를 들어, IGU(8900))의 지지체에 대해 신규한 구조물에서 사용될 수 있다.
도 92와 관련하여, 일 구체예의 고정 블록의 사시도가 기술된 것이다. 고정 블록(9200)은 실질적으로 전술된 블록(9000)의 단면도와 유사하다. 블록(9200)은 바람직하게는 압출에 의해 형성되지만, 다른 공지된 제작 방법이 사용될 수 있다. 블록(9200)은 L로 표시된 길이를 갖으며, 일부 경우에서 관련된 IGU의 길이와 동일할 수 있다. 그러나, 다른 경우에, 길이 L은 IGU의 길이의 단지 일부일 수 있으며, 다중 블록(9200)은 지지체용 IGU의 모서리를 따라 배치될 수 있다.
도 93과 관련하여, 부가적인 절연 효과를 제공하기 위하여, 열 파열 슬롯(9202)은 고정 블록(9200)의 베이스 부분(9001)을 통해 형성될 수 있다. 이들 슬롯은 블록의 한쪽 면에서 다른 면으로의 열전달을 감소시키기 위해 블록(9200)의 측면들을 연결하는 물질의 단면적을 감소시킨다.
도 94a와 관련하여, 다른 구체예에 따른 고정체 스페이서를 도입하는 두개의-판유리 IGU가 기술되어 있다. IGU(9400)는 갭 공동(9408)을 형성하기 위해 스페이서 유닛(9406)에 의해 분리된 판유리(즉, "라이트")(9402 및 9404)을 포함한다. 순응 프레임(9410 및 9412)은 한쪽 말단이 판유리(9402 및 9404)의 내부 표면에 기밀적으로 결합되고, 다른 말단이 함께 기밀적으로 결합된다. 스페이서 고정체(9414)는 스페이서(9406)의 각 말단에 제공되어 프레임 부재(9410) 및 (9412) 사이에 공동(9416)으로 연장한다. 스페이서 고정체(9414)는 IGU가 조립될 때 순응 프레임 공동(9416)내에 고정체의 부분을 가두는 프로파일 외형을 갖는다.
기술된 구체예에서, 프로파일 외형은 프레임 부재(9410 및 9412)의 내측 말단의 폭을 수용하는 노치된-근위 말단(9418), 및 이들이 내부 결합점으로부터 연장함에 따라 프레임 부재간의 폭을 실질적으로 채우는 팽창된 프로파일을 갖는 나팔 모양의 원위 말단(9420)을 포함한다. 수많은 다른 프로파일 외형은 프레임 부재의 프로파일에 따라 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.
IGU(9400)를 조립하는 동안, 프레임 부재(9410 및 9412)는 이들 개개의 판유리(9402 및 9404)에 먼저 기밀적으로 결합된다. 다음, 고정체(9414)를 갖는 스페이서(9406)는 두개의 서브-어셈블리 사이에 적절하게 배치된다. 두개의 창 서브-어셈블리는 이후 외측 프레인 조인트에 따라 함께 기밀적으로 결합되고, 이에 따라 프레임 부재(9410) 및 (9412) 사이에 제위치에 고정체(9414)를 가둔다. 가두어진 스페이서 고정체(9414)는 두개의 창유리 사이에서 각 방향으로 임의의 현저한 거리를 이동하는 것으로부터 스페이서(9406)을 보호한다.
도 94a에 기술된 배열은 "개방" 스페이서 유닛(9406)(예를 들어 도 83 참조)을 갖는 통상적인 가스-충진된 IGU이다. 이러한 IGU에서, 창유리를 가로지르는 차등한 압력은 직접 지지체가 창유리의 내부 부분에 대해 요구되지 않지 않도록 충분히 낮다. 그러나, 저압 IGU 또는 진공 IGU(즉, VGU)를 포함하는 다른 구체예에서, 창유리의 내부 부분의 직접 지지체가 요구된다. 이러한 구체예에서, IGU(9400)과 실질적으로 유사한 IGU는, 스페이서 고정체(9414)를 갖는 개방 스페이서 유닛(9406)이 스페이서 고정체(9414)를 갖는 스탠드-오프 타입 스페이서 유닛(예를 들어, 도 63a-65a, 74-76 또는 89-91a에 나타냄)으로 대체될 수 있음을 제외하고, 사용될 수 있다. 스탠드-오프 타입 스페이서는 이들 간격을 유지하기 위해 창유리 사이에 배치되며, 구분선을 갖는 스페이서 고정체(9414)는 전술된 바와 같이 프레임 부재 사이의 공동으로 고정되어 창유리 사이의 스페이서의 위치를 유지시키기 위해 스페이서의 모서리에 부착된다.
도 94b와 관련하여, 다른 구체예에 따른 스페이서를 갖지 않은 IGU가 기술되어 있다. IGU(9450)는 판유리(9452 및 9454)를 포함하며, 이는 갭 공동(9458)을 형성하기 위해 서로 떨어져 이격된다. 순응 프레임(즉, 벨로우)(9460 및 9462)은 한쪽 말단에서 판유리(9452 및 9454)의 내부 표면에 기밀적으로 결합되며, 다른 한쪽 말단에서 서로 기밀적으로 결합된다. 순응적이지만, IGU의 측면에 따라 프레임(9460 및 9462)은 기계적 스페이서를 요구하지 않으면서 판유리(9452 및 9454)의 간격을 유지하기 위하여 충분한 기계적 강성도를 제공할 수 있다. 이러한 경우에서, 개방 유닛이 판유리들 사이에 배치된 공동 또는 스탠드-오프 유닛의 주변부 주변에 배치되든지, 별개의 스페이서 유닛은 요구되지 않을 수 있다. 통상적으로, 내부 스페이서 유닛을 갖지 않는 IGU는 가스- 또는 공기-충진된 절연 유리 유닛인데, 이는 공동(9458)내의 가스 압력이 판유리를 가로지르는 차등한 압력을 감소시키고, 이에 따라 간격을 유지하기 위해 프레임(9460 및 9462)에서 요구되는 강성도를 감소시킬 수 있기 때문이다.
도 95와 관련하여, 또다른 구체예에 따른 스플릿 고정체 스페이서를 도입한 세개-판유리 IGU가 기술되어 있다. IGU(9500)는 갭 공동(9508 및 9509)을 형성하기 위해 스페이서 유닛(9506 및 9507)에 의해 분리된 판유리(즉, "라이트")(9502, 9503 및 9504)을 포함한다. 순응 프레임(9510 및 9512)은 한쪽 말단에 외측 판유리(9502 및 9504)의 내부 표면에 기밀적으로 결합되고, 다른 한쪽 말단에 함께 기밀적으로 결합된다. 스페이서 고정체(9514)는 스페이서(9506 및 9507)의 각 말단에 제공되어, 프레임 부재(9510) 및 (9512) 사이의 공동(9516)으로 연장한다. 본 구체예의 스페이서 고정체(9514)는 대부분의 방식에서 전술된 두개-판유리 고정체(9414)와 유사하다. 그러나, 본 구체예의 스페이서 고정체(9514)는 각 측면 상에 상이한 프로파일 외형을 갖는다. 특히, IGU가 조립될 때, 바깥쪽으로 접하는 표면은 순응 프레임 공동(9516)내에 고정체의 부분을 가두는 외형(9517 및 9518)을 가지며, 안쪽으로 접하는 표면은 중심 판유리(9503)를 지지하는 외형(9520)을 갖는다.
IGU(9500)를 조립하는 동안, 프레임 부재(9510 및 9512)는 먼저 외측 창 서브-어셈블리를 형성하기 위해 이들 개개 외측 판유리(9502 및 9504)에 기밀적으로 결합된다. 다음, 스플리트 고정체(9514)를 갖는 스페이서(9506 및 9507)는 중심 서브-어셈블리를 형성하기 위해 중심 판유리(9503)의 각 측면 상에 배치된다. 중심 서브-어셈블리는 두개의 외측 창 서브-어셈블리 사이에 배치된다. 두개의 외측 창 서브-어셈블리는 이후 외부 프레임 조인트에 따라 기밀적으로 결합되고, 이에 따라 프레임 부재(8510) 및 (9512) 사이에 적절한 위치에 고정체(9514)(관련된 스페이서 및 중심 판을 지님)를 가둔다. 가두어진 스페이서 고정체(9514)는 두개의 외부 창유리 사이에 각 방향으로 임의의 현저한 거리를 이동하는 것으로부터 스페이서(9506 및 9507), 및 중심 판유리(9503)를 보호한다.
도 96a, 96b 및 96c와 관련하여, 또다른 구체예에 따른 유리 창유리의 외측-접하거나 내측-접하는 표면에 부착된 가요성 금속 슬리브를 포함하는 IGU가 기술되어 있다. 본원에서 전술된 가요성 슬리브 시스템이 이들이 부착되는 창유리의 외측 경계선을 지나 연장하는 가요성 부분을 갖으므로, 본 구체예에서 IGU의 가요성 성분은 두개의 창유리(즉, 산업적 명칭 표면 #2 및 #3)의 내측에 접하는 표면에 기밀적으로 부착되고, 가요성 부분은 외측 경계선과 "동일 평면(flush)"이며, 즉 IGU의 외측 경계선내에 실질적으로 배치된다. 기밀 부착은 확산 결합에 의해 또는 땜납 유리의 사용을 통해 이루어질 수 있다. 이러한 배열은 내측 경계선을 따라 스페이서를 사용하는 공지된 가스-충진된 IGU와 유사하게 보일 수 있지만, 본 구체예는 상당히 상이하다. 먼저, 가요성 금속 스페이서는 두개의 창유리 각각의 내부에 접하는 표면에 기밀 부착을 형성하기 위해 확산 결합되거나 땜납 유리를 통해 부착된다. 공지된 IGU 시스템은 창유리의 내부에 스페이서 유닛을 결합시키기 위해 비-기밀 접착제 또는 에폭시를 사용한다. 둘째로, 이러한 개념의 스페이서는 IGU의 양면 상(즉, 내부벽 및 외부벽을 함유한 IGU)에서의 온도 변화의 효과로 인해 두개의 창유리가 팽창 및 수축할 수 있도록 모두 세개의 축, X, Y 및 Z에 대해 가요성이다. IGU의 내부면과 외부면 사이에 압력이 현저하게 차등될 때(예를 들어, IGU가 진공 또는 감소된-압력 가스를 함유할 때), 투명한 스페이서 시스템은 기계적으로 분리된 판을 유지하기 위해 IGU에서 사용되어야만 한다. 스페이서 시스템은 또한 창유리 사이에 가요성 슬리브가 존재하기 위해 요구되는 깊이를 제공한다.
상세하게는 도 96a와 관련하여, 기술된 구체예에서 IGU(9600)는 상부 라이트(9602), 상부 가요성 프레임 부재(9604), 하부 가요성 프레임 부재(9606) 및 하부 라이트(9608)를 포함한다. 프레임 부재(9604) 및 (9606)는 라이트의 외부 경계선내에 고정되도록 특정 치수로 이루어지며, 각 프레임 부재는 상부 및 하단 결합 표면을 갖는 것으로 이해될 것이다. 가요성 프레임 부재(9604 및 9606) 각각의 외 부 결합 표면은 창 서브-어셈블리(9612 및 9614)의 쌍을 형성하기 위해, 바람직하게는 확산 결합을 사용하거나 땜납 유리를 사용한 납땜을 사용하여 개개 라이트(9602 및 9608)에 기밀적으로 부착된다.
도 96b와 관련하여, 투명한 스페이서 유닛(9610)은 창 서브-어셈블리(9612 및 9614) 사이에 배치된다. 기술된 구체예에서, 스페이서 유닛(9610)은 각 면 상에 스탠드-오프의 배열을 갖는 투명한 시트를 포함하지만, 다른 구체예의 스페이서 유닛은 전술된 다른 배열을 사용할 수 있다. 두개의 서브-어셈블리(9612 및 9614)의 내부 결합 표면은 바람직하게는 확산 결합 또는 땜납 유리를 사용하여 서로 기밀적으로 부착되며, 이에 따라이들 사이에 기밀 공동이 형성되고 여기내에 스페이서(9610)을 가둔다.
도 96c와 관련하여, 완전한 IGU(9600)이 기술되어 있다. 프레임 부재(9604 및 9606)는 라이트의 주변부를 지나서 연장하지 않는 것으로 이해될 것이다. 또한 IGU의 공동 중 요망되는 대기, 예를 들어 진공, 감압된 대기 또는 충진-가스는 다양한 방법으로 IGU에 배치될 수 있다. 먼저, 두개의 서브-어셈블리(9612 및 9614)의 결합은, 요망되는 충진이 결합에서 공동에 "가두어"지도록 적절한 대기(예를 들어, 진공, 감압 등)에 직접적으로 수행될 수 있다. 대안적으로는, 핀치-튜브 또는 다른 이러한 포트(미기재됨)는 플레임 부재 중 하나에 도입될 수 있다. 이러한 경우에, 공동은 배기되고/되거나 결합 후에 핀치-튜브를 통해 적절한 충진-가스로 충진될 수 있다. 핀치-튜브는 이후 공지된 수단에 의해 기밀적으로 밀봉될 수 있다.
본 발명의 일부 구체예는 창유리의 하나 이상의 내부 표면 상에 금속 슬리브 및 전자색채 또는 전자크로머 코팅을 갖는 절연된 유리 유닛일 수 있는 것으로 예상된다. 유닛의 내부 상에 기밀적으로 밀봉된 유닛의 외측으로부터 코팅으로의 전기적 연결은 코팅을 제어하기 위해 요구될 수 있으며, 이러한 경우 금속 슬리브를 통한 연결은 또한 기밀적이어야만 한다. 기밀도, 및 단자(feedthrough) 와이어와 금속 프레임 간의 전기 절연성을 유지하기 위하여, 유리-대-금속 밀봉재가 사용될 수 있다. 유리-대-금속 밀봉재를 사용한 단자의 사용은 전자 패키징 산업에서 공지된 것이다. 선택된 물질은 바람직하게는 유리에 의한 습윤성, 매칭된 팽창의 온도 상수, 및 관련된 온도에서 낮은 배기 속도의 성질을 가지며, 이에 따라 진공 시스템에서 사용하기에 적절하게 된다.
또다른 구체예에서, VGU는 요망된 진공 또는 감압 대기가 VGU의 내부판 공동내에 함유되는지의 여부를 지시하기 위한 지시제를 포함하며, 즉 VGU는 유출을 나타내지 않는다. 이러한 일 구체예는 VGU의 내부 공동에 배치된 지시제를 포함하며, 지시제는 진공 수준이 감소하고/거나 외부 공기가 공동에 진입하는 경우 색을 변화시킨다. 지시제는, 내부 창유리를 통해 볼 수 있도록 VGU의 경계선에 따라 배치된 라벨 또는 다른 물품 상에 도입될 수 있다.
또다른 구체예에서, 가스-충진된 IGU는 IGU의 밀봉의 보전성, 즉 요망되는 충진-가스가 유출되고/되거나 가스가 IGU의 내부와 외부 간에 교환되는지의 여부를 지시하기 위한 지시제를 포함할 것이다. 바람직하게는, 지시제는 내부 창유리를 통해 볼 수 있는 변색 물품, 예를 들어 라벨을 포함할 것이다. 더욱 바람직하게는, 색의 외형, 예를 들어 세기 또는 빛깔은 유출의 상대적 크기 및/또는 절연 성 질의 손실을 지시한다.
본 발명이 추가의 다양한 이의 형태로 나타내거나 기술되는 한, 이들 구체예로 제한되지 않는다는 것이 당업자에게 자명하지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 추가로 변경시키기 용이하다.
특히, 본 발명은 진공 대신에 창유리 사이의 갭을 채우기 위해 다양한 가스, 예를 들어 공기, 질소, 아르곤, 크립톤, 크세논 및 이러한 가스의 혼합물을 사용하여 실행될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 갭내의 가스는 감소된 또는 부분적 압력일 수 있으며, 이러한 경우에, 본원에 기술된 스페이서 어셈블리는 필수적일 수 있거나, 이들은 주변 또는 보다 높은 압력일 수 있으며, 이러한 경우에 본원에 기술된 스페이서 어셈블리는 생략될 수 있다. 다른 구체예에서, 본원에 기술된 스페이서 어셈블리는 창유리의 주변부 주변에만 배치된 단순화된 스페이서 어셈블리에 의해 대체될 수 있다.
Claims (56)
- 투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 1 창유리 시트;제 1 창유리의 주변부 주변에 확산 결합되어 이들 사이에 기밀 밀봉을 형성시키는 내부 모서리 및 외부 모서리를 갖는 제 1 밀봉 부재;투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 2 창유리 시트;제 2 창유리의 주변부 주변에 확산 결합되어 이들 사이에 기밀 밀봉을 형성시키는 내부 모서리 및 외부 모서리를 갖는 제 2 밀봉 부재;제 1 및 제 2 창유리 시트 사이의 간격을 유지하기 위한 제 1 및 제 2 창유리 시트 사이에 배치되고, 제 1 및 제 2 창유리 시트 중 하나 이상과 관련하여 미끄러지게 이동가능한 스페이서 어셈블리; 및제 2 밀봉 부재의 외부 모서리에 기밀적으로 부착된 제 1 밀봉 부재의 외부 모서리를 포함하며,이에 따라 기밀적으로 밀봉된 공동 함유 스페이서 어셈블리가 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이에 형성된 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이의 기밀적으로 밀봉된 공동이 진공인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 2항에 있어서, 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이의 기밀적으로 밀봉된 공 동 내의 진공이 부분 진공인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이의 기밀적으로 밀봉된 공동이 가스를 함유하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 4항에 있어서, 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이의 기밀적으로 밀봉된 공동 내의 가스가 공기, 질소, 아르곤, 크립톤 및 크세논 중 하나인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이의 기밀적으로 밀봉된 공동이 에어로겔을 함유하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재 중 하나 이상이 부착된 창유리 시트의 측면 확장 및 수축에 순응되도록 개조된 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재 중 하나 이상이 금속으로 형성된 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 창유리 시트 중 하나의 내부 표면에 부착된 다수의 별개 스탠드-오프(stand-off) 부재를 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 9항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 다른 창유리 시트의 내부 표면에 부착된 다수의 별개 스탠드-오프 부재 및 두개의 창유리 시트의 스탠드-오프 부재들 사이에 배치된 스페이서 시트를 추가로 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 창유리 시트의 제작 동안 창유리 시트 중 하나의 내부 표면 상에 형성된 다수의 스탠드-오프 부재를 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 1항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 창유리 시트의 내부 표면에 접한 이의 반대 측면 상에 형성된 다수의 스탠드-오프 부재를 갖는 시트를 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 1 창유리 시트;투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 2 창유리 시트;제 1 창유리 시트와 제 2 창유리 시트 사이의 간격을 유지하기 위해 이들 사이에 배치되고, 투명한 물질로 이루어진 제 1 시트-유사 기재 부분 및 기재 부분과 통합적으로 형성된 기재 부분의 하나 이상의 표면을 가로질러 배치되고 이로부터 바깥쪽으로 돌출된 다수의 제 1의 스탠드-오프(stand-off)를 갖는 제 1 층을 포함 하는 스페이서 어셈블리; 및확산 결합에 의해 제 1 창유리 시트의 주변부 주변에 기밀적으로 부착되고, 확산 결합에 의해 제 2 창유리 시트의 주변부 주변에 기밀적으로 부착되어 창유리 시트 사이에 기밀 밀봉을 생성시키므로써, 기밀적으로 밀봉된 공동이 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이에 규정되는 밀봉 어셈블리를 포함하는 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 스탠드-오프를 포함하는 스페이서 어셈블리의 제 1 층이 투명한 유리로 이루어진 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 스탠드-오프를 포함하는 스페이서 어셈블리의 제 1 층이 투명한 플라스틱으로 이루어진 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 스페이서 어셈블리의 제 1층의 기재 부분이 성능-향상 코팅을 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 16항에 있어서, 성능 향상 코팅이 낮은 방사율 코팅인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 16항에 있어서, 성능 향상 코팅이 U-V 차단 코팅인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 16항에 있어서, 성능 향상 코팅이 착색된 염색제(tint)인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 16항에 있어서, 성능 향상 코팅이 전자-색채 코팅인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 스탠드-오프가 기재 부분의 상단 및 하단 표면 모두를 가로질러 배치되고 이로부터 바깥쪽으로 돌출된 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 제 1층과 별개의 제 2 층을 추가로 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 22항에 있어서, 스페이서 어셈블리의 제 2 층이 제 2 기재 부분 및 제 2 기재 부분과 통합적으로 형성된 다수의 제 2 스탠드-오프를 포함하며, 다수의 제 2 스탠드-오프가 제 2 기재 부분의 한 표면을 가로질러 배치되고 이로부터 바깥쪽으로 돌출되며, 다수의 제 1 스탠드-오프 및 다수의 제 2 스탠드-오프가 대개 반대쪽 방향의 바깥쪽으로 돌출하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 23항에 있어서, 제 1 층과 제 2층 사이에 배치된 하나 이상의 추가적인 별개의 물질층을 추가로 포함하는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 13항에 있어서, 기밀적으로 밀봉된 공동내의 분위기가 일부 또는 전부 배기되는 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 25항에 있어서, 기밀적으로 밀봉된 공동내의 분위기가 진공인 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 1 창유리;제 1 창유리의 주변부 주변에 기밀적으로 밀봉된 내부 모서리 및 외부 모서리를 갖는 제 1 밀봉 부재;투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는, 제 1 창유리로부터 이격된 제 2 창유리;제 2 창유리의 주변부 주변에 기밀적으로 밀봉된 내부 모서리 및 제 1 밀봉 부재의 외부 모서리에 기밀적으로 부착된 외부 모서리를 갖는 제 2 밀봉 부재를 포함하며;제 1 및 제 2 밀봉 부재 중 하나 이상이 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이에 상대적 운동을 가능하도록 순응하며,이에 따라 기밀적으로 밀봉된 공동이 제 1 창유리와 제 2 창유리 사이에 형 성되는 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리.
- 제 27항에 있어서, 제 1 창유리가 확산 결합 공정을 사용하여 제 1 밀봉 부재에 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 28항에 있어서, 확산 결합 공정이 특정된 상승된 온도에서 특정된 시간 동안 특정된 표면 압력으로 창유리와 밀봉 부재를 함께 고정시킴을 포함하는 고체-상태 확산 결합 공정을 포함하며, 상승된 온도가 창유리 및 밀봉 부재 중 하나의 융점 보다 낮은 창 어셈블리.
- 제 29항에 있어서, 확산 결합 전에 제 1 창유리와 제 1 밀봉 부재 사이에 위치된 중간층 물질을 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 제 28항에 있어서, 확산 결합 공정이 창유리 및 밀봉 부재 중 하나 상에 결합 물질을 용융시키기에 충분한 최초 상승된 온도, 및 결합 물질을 고체화시킬 수 있는 최초 온도 보다 낮은 후속 상승된 온도를 갖는 일시적 액체상 확산 결합을 포함하며, 후속 상승된 온도가 결합 물질이 고체 상태 확산에 의해 모재에 확산될 때까지 유지되는 창 어셈블리.
- 제 31항에 있어서, 확산 결합 전에 제 1 창유리와 제 1 밀봉 부재 사이에 위 치된 중간층 물질을 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 제 27항에 있어서, 제 1 창유리가 납땜 공정을 사용하여 제 1 밀봉 부재에 기밀적으로 밀봉되는 창 어셈블리.
- 제 33항에 있어서, 납땜 공정이 땜납 유리 물질을 사용하는 창 어셈블리.
- 제 27항에 있어서, 밀봉된 공동이 제 1과 제 3 창유리 사이의 제 1 공동 및 제 2와 제 3 창유리 사이에 배치된 제 2 공동으로 세분화되도록 제 1과 제 2 창유리 사이에 배치된 제 3 창유리를 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 제 35항에 있어서, 제 1 공동이 제 2 공동으로부터 기밀적으로 밀봉된 창 어셈블리.
- 제 27항에 있어서,제 1과 제 2 창유리 시트 간의 간격을 유지시키기 위한 이들 사이에 배치된 스페이서 어셈블리; 및제 1 및 제 2 창유리 중 하나 이상에 대하여 유동하는 스페이서 어셈블리를 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 제 37항에 있어서,창 어셈블리를 통한 가시도가 밀봉 부재에 의해 차단되지 않는 창유리의 중심을 가로질러 규정된 조망 영역을 추가로 포함하고;스페이서 어셈블리가 창유리의 주변부 주변에 배치되고 조망 영역의 10% 미만을 차지하는 창 어셈블리.
- 제 37항에 있어서, 창 어셈블리를 통한 가시도가 밀봉 부재에 의해 차단되지 않는 창유리의 중심을 가로질러 규정된 조망 영역을 추가로 포함하고;스페이서가 창유리들 사이에 배치되고 조망 영역의 10% 초과를 차지하는 창 어셈블리.
- 제 37항에 있어서, 스페이서 어셈블리가 다수의 수평 및 수직 창살 바를 포함하는 창살 어셈블리를 포함하는 창 어셈블리.
- 제 27항에 있어서,제 1 및 제 2 밀봉 부재의 내부 모서리가 개개의 제 1 및 제 2 창유리의 안쪽을 접하는 표면에 각각 밀봉되며;밀봉 부재의 외부 모서리가 내부 공동을 갖는 밀봉 부재 프로파일을 규정하기 위해 창유리의 주변부를 지나 바깥쪽으로 연장되는 창 어셈블리.
- 제 41항에 있어서,스페이서 어셈블리의 주변부에 배치되고 고정장치 프로파일을 갖는 스페이서 고정장치;스페이서 어셈블리의 측면 운동이 실질적으로 스페이서 고정장치에 의해 제한되도록 밀봉 부재 프로파일내에 고정되도록 개조된 고정장치 프로파일을 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 제 41항에 있어서,베이스 부분, 이들 사이에 밀봉 공동을 규정하기 위한 베이스 부분으로부터 위쪽으로 돌출된 보다 상승된(riser) 부분, 및 보다 상승된 부분의 상단에 배치된 지지 표면을 포함한 고정 블록;제 1 및 제 2 창유리의 모서리가 지지 표면에 대해 지지하는 경우, 밀봉 부재의 바깥쪽 연장 부분이 밀봉 공동내에 고정되도록 창 에셈블리의 모서리에 대해 고정되는 치수를 갖는 고정 블록을 추가로 포함하는 창 어셈블리.
- 투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 1 창유리 시트 및 내부 모서리와 외부 모서리를 갖는 제 1 밀봉 부재를 제공하는 단계;제 1 창유리 시트의 주변부 주변에 제 1 밀봉 부재의 내부 모서리를 위치시키는 단계;제 1 접합 영역을 따라 내부 모서리와 창유리 시트 사이에 제 1의 사전결정 된 접촉 압력을 생성시키기에 충분한 힘으로 제 1 창유리 시트에 대해 제 1 밀봉 부재의 내부 모서리를 가압하는 단계;제 1 접합 영역을 가열하여 제 1 접합 영역을 따라 제 1의 사전결정된 온도를 형성시키는 단계;제 1 창유리 시트의 주변부 주변에서 제 1 밀봉 부재와 제 1 창유리 시트 사이에 확산 결합이 형성될 때까지 제 1의 사전결정된 접촉 압력 및 상승된 온도를 유지시키는 단계;투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 2 창유리 시트 및 내부 모서리와 외부 모서리를 갖는 제 2 밀봉 부재를 제공하는 단계;제 2 창유리 시트의 주변부 주변에 제 2 밀봉 부재의 내부 모서리를 위치시키는 단계;제 2 접합 영역을 따라 내부 모서리와 창유리 시트 사이에 제 2의 사전결정된 접촉 압력을 생성시키기에 충분한 힘으로 제 2 창유리 시트에 대해 제 2 밀봉 부재의 내부 모서리를 가압하는 단계;제 2 접합 영역을 가열하여 제 2 접합 영역을 따라 제 2의 사전결정된 온도를 형성시키는 단계;제 2 창유리 시트의 주변부 주변에서 제 2 밀봉 부재와 제 2 창유리 시트 사이에 확산 결합이 형성될 때까지 제 2의 사전결정된 접촉 압력 및 상승된 온도를 유지시키는 단계; 및제 2 밀봉 부재의 외부 모서리에 제 1 밀봉 부재의 외부 모서리를 기밀적으 로 연결시켜, 제 1 및 제 2 창유리 사이에 기밀적으로 밀봉된 공동을 한정하는 단계를 포함하여, 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 제 44항에 있어서, 제 2 밀봉 부재의 바깥 모서리에 제 1 밀봉 부재의 바깥 모서리를 기밀적으로 연결하는 단계 전에, 제 1 및 제 2 창유리 사이의 간격을 유지시키기 위해 이들 사이에 스페이서 어셈블리를 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 제 44항에 있어서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재가 진공 환경에서 함께 밀봉되는 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 제 44항에 있어서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재를 함께 밀봉시킨 후 진공을 형성시키기 위해 제 1 및 제 2 창유리 사이에 기밀 밀봉된 공동을 배기시키는 단계를 추가로 포함하는 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 제 44항에 있어서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재를 함께 밀봉시킨 후 제 1 및 제 2 창유리 사이에 기밀적으로 밀봉된 공동을 충진시키는 단계를 추가로 포함하는 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 투명한 물질로 이루어지고 주변부를 갖는 제 1 창유리를 제공하는 단계;내부 모서리 및 외부 모서리를 갖는 제 1 밀봉 부재를 제공하는 단계;제 1 창유리의 주변부 주변에 제 1 밀봉 부재의 내부 모서리를 기밀적으로 밀봉시키는 단계;투명한 물질로 이루어지고 주변부를 지니고 제 1 창유리로부터 이격된 제 2 창유리를 제공하는 단계;내부 모서리 및 외부 모서리를 갖는 제 2 밀봉 부재를 제공하는 단계;제 2 창유리의 주변부 주변에 제 2 밀봉 부재의 내부 모서리를 기밀적으로 밀봉시키는 단계;제 1 밀봉 부재의 외부 모서리에 제 2 밀봉 부재의 외부 모서리를 기밀적으로 밀봉시키는 단계; 및제 1 및 제 2 창유리 사이에 상대적 운동을 가능하도록 순응되는 제 1 및 제 2 밀봉 부재 중 하나 이상을 제공하는 단계를 포함하며,이에 의해 기밀적으로 밀봉된 공동이 제 1 및 제 2 창유리 사이에 형성되는 기밀적으로 밀봉된 다중-판유리 창 어셈블리를 제작하는 방법.
- 제 49항에 있어서, 기밀적으로 밀봉하는 단계들 중 하나 이상이 확산 결합 공정을 포함하는 방법.
- 제 50항에 있어서, 확산 결합 공정이 특정된 상승된 온도에서 특정된 시간 동안 특정된 표면 압력으로 창유리와 밀봉 부재를 함께 고정시킴을 포함하는 고체- 상태 확산 결합 공정을 포함하며, 상승된 온도가 창유리 및 밀봉 부재 중 하나의 융점 보다 낮은 방법.
- 제 51항에 있어서, 확산 결합 전에 제 1 창유리와 제 1 밀봉 부재 사이에 중간층 물질을 위치시킴을 추가로 포함하는 방법.
- 제 50항에 있어서, 확산 결합 공정이 창유리 및 밀봉 부재 중 하나 상에 결합 물질을 용융시키기에 충분한 최초 상승된 온도, 및 결합 물질을 고체화시킬 수 있는 최초 온도 보다 낮은 후속 상승된 온도를 갖는 일시적 액체상 확산 결합을 포함하며, 후속 상승된 온도가 결합 물질이 고체 상태 확산에 의해 모재에 확산될 때까지 유지되는 방법.
- 제 53항에 있어서, 확산 결합 전에 제 1 창유리와 제 1 밀봉 부재 사이에 중간층 물질을 위치시킴을 추가로 포함하는 방법.
- 제 49항에 있어서, 기밀적으로 밀봉하는 단계 중 하나 이상이 납땜 공정을 포함하는 방법.
- 제 55항에 있어서, 납땜 공정이 땜납 유리 물질을 사용하는 방법.
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