JP2008542578A - Insulating glass unit and method - Google Patents
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Abstract
密封された複数ガラス窓アセンブリは、透明材から形成される第一および第二窓ガラスシートから成る。第一シール部材は内端および外端を有し、前記内端は第一窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられる。第二シール部材は内端および外端を有し、前記内端は第二窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられ、前記外端は第一シール部材の外端に密封して取り付けられる。スペーサーアセンブリは第一および第二窓ガラスシートの間に配置され、その間隔を維持することによって、第一および第二窓枠間の密封された空洞が定義される。 The sealed multiple glazing window assembly consists of first and second glazing sheets formed from a transparent material. The first sealing member has an inner end and an outer end, and the inner end is sealed and attached to the peripheral portion of the first window glass sheet by diffusion bonding. The second seal member has an inner end and an outer end, and the inner end is sealed and attached to the periphery of the second window glass sheet by diffusion bonding, and the outer end is sealed to the outer end of the first seal member. Attached. The spacer assembly is disposed between the first and second window glass sheets, and maintaining the spacing defines a sealed cavity between the first and second window frames.
Description
本発明は、熱的に絶縁されるビルの窓に関し、より具体的には、窓ガラスの間のスペースに位置する真空または熱的な絶縁材を有する多重窓枠ガラスユニットに関する。 The present invention relates to a thermally insulated building window, and more particularly to a multiple pane frame unit having a vacuum or thermal insulation located in the space between the panes.
[関連出願の相互参照]
本出願は、2006年5月4日に出願された米国出願11/381,733号(代理人整理番号STRK−27,637)、2006年5月4日に出願された米国出願11/381,742号(代理人整理番号STRK−27663)、2005年5月6日に出願された米国仮出願60/678,570号(代理人整理番号STRK−27,067)、および2005年8月11日に出願された米国仮出願60/707,367号(代理人整理番号STRK−27,275)から優先権の利益を要求する。
[Cross-reference of related applications]
This application includes US application 11 / 381,733 filed May 4, 2006 (Attorney Docket No. STRK-27,637), US application 11/381, filed May 4, 2006. 742 (Attorney Docket No. STRK-27663), US Provisional Application 60 / 678,570 (Attorney Docket No. STRK-27,067) filed on May 6, 2005, and August 11, 2005 Claiming priority benefits from US Provisional Application No. 60 / 707,367 (Attorney Docket No. STRK-27,275).
2006年5月4日に出願された米国出願11/381,733号(代理人整理番号STRK−27,637)、2006年5月4日に出願された米国出願11/381,742号(代理人整理番号STRK−27663)は、現在米国特許6,627,814の、2002年3月22日に出願された米国出願10/104,315号(代理人整理番号STRK−25,911)の一部継続である、現在米国特許6,723,379の、2002年4月26日に出願された米国出願10/133,049号(代理人整理番号STRK−26,033)の一部継続である、現在米国特許6,962,834の、2003年11月14日に出願された、米国出願10/713,475号(代理人整理番号STRK−26,032)の一部継続である、2004年1月27日に出願された係属中の米国出願10/766,493号(代理人整理番号STRK−26,581)の一部継続である。 US application 11 / 381,733 filed on May 4, 2006 (Attorney Docket STRK-27,637), US application 11 / 381,742 filed May 4, 2006 (agent) Person Reference Number STRK-27663) is currently one of US Patent No. 6,627,814, US Application No. 10 / 104,315 (Attorney Reference Number STRK-25,911) filed on March 22, 2002. Continuation of a part of US Application No. 10 / 133,049 (Attorney Docket No. STRK-26,033) filed on April 26, 2002, currently US Pat. No. 6,723,379 US Patent No. 6,962,834, which is a continuation of US Application No. 10 / 713,475 (Attorney Docket No. STRK-26,032) filed on November 14, 2003. , Which is a continuation-in-part of January 2004 pending which was filed on 27 days US application Ser. No. 10 / 766,493 (Attorney Docket No. STRK-26,581).
[発明の背景]
光通信、光電池、光学およびマイクロメカニカルデバイスは通常、能動素子(すなわち、エミッター、受信機、マイクロミラーなど)が、取り扱いおよび他の周囲の危険からそれらを保護するために密閉室内に配置されるように、パッケージ化される。多くの場合、室と周囲との間のガスの流入、流出または交換を防止するために、室が密封状態になることが好ましい。もちろん、光または望ましい波長の他の電磁エネルギーが、パッケージに入る、および/またはそこから出ることができるように窓を提供する必要がある。ある場合には、窓は、例えば、可視光線が関与する場合、視覚的に透明であるであろうが、他の場合には、窓は、視覚的には不透明であっても、望ましい波長の電磁エネルギーに対して「光学的に」透明である場合がある。多くの場合、窓は、デバイスの性能を強化するために特定の光学特性を与えられる。例えば、ガラス張りの窓は、特定パターンに分散する、および/またはそこを通る光の湾曲を回避するために、特定の曲線および平面性の仕様を得るよう研削および研磨してもよい。他の場合は、窓を通る光透過率を向上させるよう反射防止用または屈折防止用コーティングを窓に適用してもよい。
[Background of the invention]
Optical communications, photovoltaic cells, optical and micromechanical devices typically have active elements (ie, emitters, receivers, micromirrors, etc.) placed in sealed chambers to protect them from handling and other ambient hazards. To be packaged. In many cases, it is preferred that the chamber be sealed to prevent inflow, outflow or exchange of gas between the chamber and the surroundings. Of course, it is necessary to provide a window so that light or other electromagnetic energy of the desired wavelength can enter and / or exit the package. In some cases, the window will be visually transparent, eg, when visible light is involved, while in other cases the window may be visually opaque, even though it is visually opaque. It may be “optically” transparent to electromagnetic energy. In many cases, the window is given specific optical properties to enhance the performance of the device. For example, a glazed window may be ground and polished to obtain specific curve and planarity specifications in order to disperse in a specific pattern and / or avoid light curvature through it. In other cases, an anti-reflective or anti-reflective coating may be applied to the window to improve light transmission through the window.
窓の密封マイクロデバイスパッケージは、従来、一般に金属フレームおよびガラス張りの窓ガラスを有するカバーアセンブリを使用して生産されてきた。必要な密封を得るために、ガラス張りの窓ガラス(または他の透明な窓の材料)の金属フレームへの融合は、従来、いくつかの方法のうちの1つによって行われてきた。これらの方法のうちの第一は、窓のガラス転移温度、TGおよび/または窓の軟化温度Ts(通常900℃以上)を超える温度で、加熱炉で加熱することである。しかしながら、融合温度がTGまたはTsを超えるので、ガラス枠の元の表面仕上げは通常、壊滅的なダメージを与えられ、必要な光学的特性を得るために、融合の後で窓ガラスの両面を仕上げまたは再仕上げ(例えば、研削および研磨)することが必要となる。窓ガラスのこの研磨は、カバーアセンブリの製造の間に追加工程のステップを必要とし、前記ステップは、比較的時間および労働集約型となる傾向があり、したがって、カバーアセンブリの費用が大幅に上昇し、その結果、パッケージ全体の費用が上昇する。さらに、融合の後、ガラスの両面を研磨するには、ガラスが、取り付けられたフレームの上および下の両方に突出することが必要となる。これは、ガラスの厚さ、寸法などに関してカバーアセンブリの設計の選択肢を制限し、材料費の上昇ももたらす可能性がある。 Window sealed microdevice packages have traditionally been produced using cover assemblies that typically have a metal frame and a glass pane. In order to obtain the necessary seal, the fusion of a glass pane (or other transparent window material) to a metal frame has traditionally been done by one of several methods. The first of these methods is heating in a furnace at a temperature that exceeds the glass transition temperature of the window, TG, and / or the softening temperature Ts of the window (usually 900 ° C. or higher). However, since the fusing temperature exceeds TG or Ts, the original surface finish of the glass frame is usually devastatingly damaged and both sides of the glazing are finished after fusing to obtain the required optical properties. Or it may be necessary to refinish (eg grinding and polishing). This polishing of the window glass requires additional process steps during the manufacture of the cover assembly, which tend to be relatively time and labor intensive, thus significantly increasing the cost of the cover assembly. As a result, the cost of the entire package increases. Furthermore, after fusing, polishing both sides of the glass requires that the glass protrude both above and below the attached frame. This limits cover assembly design options with respect to glass thickness, dimensions, etc., and can also lead to increased material costs.
透明な窓をフレームに密封して取り付けるための第二方法は、金属または金属合金のはんだ材料から作られた、別個のプレフォームを使用して、2つの品目をはんだ付けすることである。はんだのプレフォームは、事前に金属化された窓と金属または金属化フレームとの間に配置され、加熱炉ではんだ付けが実行される。はんだ付けの間、大きな圧力が適用されることはなく、すなわち、部品は、それらを適当な位置に留めておくのに十分な力だけで連結される。このタイプのはんだ付け用で、最も一般的なはんだのプレフォームの材料は、共晶金スズである。 A second method for sealingly attaching the transparent window to the frame is to solder the two items using separate preforms made from a metal or metal alloy solder material. The solder preform is placed between a pre-metallized window and a metal or metallized frame, and soldering is performed in a furnace. During soldering, no great pressure is applied, i.e. the parts are connected with only enough force to keep them in place. For this type of soldering, the most common solder preform material is eutectic gold tin.
共晶金スズのはんだは、280℃で溶解および凝固する。それの20℃での熱膨張係数は16ppm/℃である。これらの2つの物性は、組み立てられた窓の信頼性に対して3つの難点をもたらす。第一に、280℃から周囲温度までの軍規格のコバールの熱膨張係数は、約5.15+/−0.2ppm/0Cであるが、コバールに密封することを目的としたほとんどの窓ガラスは、同じ温度範囲ではそれより高い平均熱膨張係数を有する。280℃の定値から周囲温度まで下げて冷却する間、ガラスは、それが取り付けられるコバールのフレームよりも比較的大きな率で縮小する。冷却されたガラスには、張力がかかるであろうから、亀裂する傾向がある。亀裂を回避するために、ガラスは、冷却後、応力がかかっていないかまたは極わずかに圧縮されるように、コバールと同一であるか、またはそれよりわずかに低い平均の熱膨張係数を有するべきである。比較的低い液相線/固相線温度を有するはんだを使用すると、コバールを比較的高い平均熱膨張係数を持つようにすることになり、ガラスの平均の熱膨張係数により近づく。しかしながら、これは、金属を使用したはんだ密封の第二の難点を悪化させる。 The eutectic gold tin solder melts and solidifies at 280 ° C. Its coefficient of thermal expansion at 20 ° C. is 16 ppm / ° C. These two physical properties pose three difficulties for the reliability of the assembled window. First, the coefficient of thermal expansion of military standard Kovar from 280 ° C. to ambient temperature is about 5.15 +/− 0.2 ppm / 0 C, but most windowpanes intended to be sealed to Kovar are In the same temperature range, it has a higher average coefficient of thermal expansion. While cooling from a constant value of 280 ° C. to ambient temperature, the glass shrinks at a relatively higher rate than the Kovar frame to which it is attached. The cooled glass tends to crack because it will be under tension. To avoid cracking, the glass should have an average coefficient of thermal expansion that is identical to or slightly lower than Kovar so that after cooling it is unstressed or very slightly compressed It is. Using a solder with a relatively low liquidus / solidus temperature will cause the Kovar to have a relatively high average coefficient of thermal expansion, closer to the average coefficient of thermal expansion of the glass. However, this exacerbates the second difficulty of solder sealing using metals.
コバールフレームに対するガラスのはんだ付けの第二の難点は、窓アセンブリが、使用したはんだの液相線温度より上の温度で層間剥離してしまうということである。比較的低い液相線/固相線温度のはんだを使用することは、コバールとガラスとの間の熱膨張係数の不一致を削減する一方で、窓アセンブリに対する適用をさらに限定する。ほとんどの無鉛はんだは、共晶Sn/Pbの183℃よりも比較的高い液相線/固相線温度を有する。表面実装技術(SMT)のリフローの炉は、はんだの液相線/固相線温度より15〜20度上でプリント基板(PWB)アセンブリを加熱するようになっている。そこで、比較的低い融点のはんだのプレフォームを使用して製造された窓のMOEMSデバイスのPWBへのSMTリフローはんだ付けは、窓アセンブリのはんだをリフローする際に窓の層間剥離を引き起こす、望ましくない影響がある可能性がある。 A second difficulty in soldering glass to the Kovar frame is that the window assembly delaminates above the liquidus temperature of the solder used. Using a relatively low liquidus / solidus temperature solder further reduces application to window assemblies while reducing the coefficient of thermal expansion mismatch between Kovar and glass. Most lead-free solders have a liquidus / solidus temperature that is relatively higher than 183 ° C. for eutectic Sn / Pb. Surface mount technology (SMT) reflow ovens are designed to heat printed circuit board (PWB) assemblies 15-20 degrees above the liquidus / solidus temperature of the solder. Thus, SMT reflow soldering to PWB of a window MOEMS device manufactured using a relatively low melting point solder preform would cause window delamination when reflowing the solder of the window assembly. There may be an impact.
第三の難点は、ガラスとコバールフレームとの中間層であるはんだは、それが接着する2つの材料よりも最大3倍大きな熱膨張係数を有することである。中間接着材料としては、接合する2つの材料の間の補償熱膨張係数を有することが理想的であろう。 A third difficulty is that the solder, which is an intermediate layer between glass and Kovar frame, has a coefficient of thermal expansion that is up to three times greater than the two materials to which it adheres. Ideally, the intermediate adhesive material will have a compensated coefficient of thermal expansion between the two materials to be joined.
ガラス張りの窓をフレームに密封して取り付ける第三の方法は、はんだガラス材料を使用して2つの品目をはんだ付けすることである。はんだガラスは、とりわけ低い軟化点を有する特別なガラスである。それらは、接着される材料に熱的に損傷を与えることなく、ガラスを他のガラス、セラミック、または金属に接着するのに使用される。はんだ付けは粘度範囲hで行われるが、ここでhは、はんだガラスでは104から106dPa s(ポアズ)までの範囲であり、これは一般に、350℃から700℃の範囲内の温度範囲T(ガラスはんだ、またははんだガラスに対する)に相当する。 A third way to seal and attach the glass window to the frame is to solder two items using a solder glass material. Solder glass is a special glass with a particularly low softening point. They are used to bond glass to other glasses, ceramics, or metals without thermally damaging the material to be bonded. Soldering takes place in the viscosity range h, where h is in the range from 104 to 106 dPa s (Poise) for solder glass, which is generally in the temperature range T (glass Equivalent to solder or solder glass).
密封窓を有するカバーアセンブリが作成されると、それは通常、完成した密封パッケージを生産するために、デバイスベース(すなわち、基材)にシーム溶接される。シーム溶接は、フレーム/ベース接合点で約1,100℃の局部的な温度を生成するために正確に印加されたAC電流を使用することにより、パッケージベースに金属カバーアセンブリを溶接し、溶接密閉を形成する。ガラス張りの窓ガラスまたはパッケージ湾曲を防止するために、カバーアセンブリの金属フレームは、透明な窓の材料の熱膨張係数およびパッケージベースの熱膨張係数と類似している熱膨張係数(すなわち、熱膨張の係数)を有する金属または金属合金から加工されるべきである。 Once a cover assembly having a sealed window is created, it is typically seam welded to the device base (ie, the substrate) to produce a finished sealed package. Seam welding welds the metal cover assembly to the package base by using an accurately applied AC current to produce a local temperature of about 1,100 ° C. at the frame / base junction and weld seal Form. To prevent glazing or package bowing, the metal frame of the cover assembly has a coefficient of thermal expansion (i.e., thermal expansion coefficient similar to that of the transparent window material and the package base. Should be machined from a metal or metal alloy having a modulus).
上述の方法により、従来、密封マイクロデバイスパッケージのための、使用するのに適した窓アセンブリが生産されてきたが、これらの窓アセンブリの比較的高費用は、広範囲に及ぶ適用には大きな障害となる。したがって、それぞれのパッケージの生産に附随する人件費を削減する、パッケージおよび構成材の設計ならびに組立方法が必要となっている。 Although the methods described above have traditionally produced suitable window assemblies for hermetically sealed microdevice packages, the relatively high cost of these window assemblies is a major obstacle for a wide range of applications. Become. Accordingly, there is a need for a package and component design and assembly method that reduces the labor costs associated with the production of each package.
完成したパッケージを生産するために必要な製造サイクルの時間を最小化する、パッケージおよび構成材の設計ならびに組立方法がさらに必要である。 There is a further need for package and component design and assembly methods that minimize the manufacturing cycle time required to produce a finished package.
それぞれのパッケージを生産するために必要な工程のステップの数を削減する、パッケージおよび構成材の設計ならびに組立方法がさらに必要である。工程のステップを削減することは、生産施設にて必要とされる頭上/床面積、製造に必要な資本設備額、および工程における様々なステップの間の加工製品の輸送に附随する取扱費を削減することであることが理解されるであろう。労働費の削減効果もあり得る。当然の成り行きとして、かかる削減はさらに、これらの密封パッケージの生産費用を削減することであろう。 There is a further need for package and component design and assembly methods that reduce the number of process steps required to produce each package. Reducing process steps reduces overhead / floor area required at production facilities, capital equipment required for manufacturing, and handling costs associated with transporting processed products between various steps in the process It will be understood that There may also be a reduction in labor costs. Naturally, such a reduction would further reduce the production costs of these sealed packages.
初期材料費の削減によって、もしくは生産中の浪費または損失額の削減によって、またはその両方によって、それぞれのパッケージに附随する全体の材料費を削減する、パッケージおよび構成材の設計ならびに組立方法がさらに必要である。 There is a further need for package and component design and assembly methods that reduce the overall material costs associated with each package by reducing initial material costs and / or by reducing waste or losses during production. It is.
多くのタイプの多重窓枠の絶縁窓アセンブリが知られている。従来の多重窓枠の絶縁窓アセンブリは、それらの間のスペースを確保するフレームによって接着される、最少でも2つの窓ガラスから成る。前記スペースは、空気または通常は別の熱的絶縁物質であるガスで満たされている。多重窓枠の絶縁窓アセンブリは通常、単一ガラス窓より効率的な熱的な絶縁性を有するが、しかしながら、絶縁性能をより向上させることは多くの場合望ましい。 Many types of multiple window frame insulation window assemblies are known. A conventional multiple window frame insulating window assembly consists of at least two panes bonded together by a frame that secures the space between them. The space is filled with air or a gas that is usually another thermal insulating material. Multiple window frame insulation window assemblies typically have more efficient thermal insulation than single glass windows, however, it is often desirable to improve insulation performance.
真空ガラスユニット(VGU)は、真空または不完全真空が窓ガラスの間のスペース内に確保されることを除き、多重窓枠の絶縁窓アセンブリと類似している窓アセンブリである。このタイプの構造の目的は、空気またはガスが満たされている絶縁窓アセンブリから得ることができる、比較的高いレベルの熱的絶縁を有する絶縁窓ユニットを生産することである。しかしながら、今まで、耐久性があり、また信頼性があるVGUを生産する際に、多くの問題に悩まされてきた。例えば、長期間、真空(または不完全真空)を維持するのに必要な密閉性を有する窓ガラスとフレームとの間のシールを獲得することが困難であることは実証済みである。さらに、最終的に漏れる、または亀裂することなく、大きな、および/または急速な温度サイクル(例えば、外部温度の変化および/または高性能な冷暖房空調設備システムの使用に起因する)に耐えることができる、外壁取り付け用(すなわち、ビルの外側に対向する(外装)壁およびドア用)のVGUを生産することが困難であることは実証済みである。したがって、改良されたVGU、および、外壁およびドア用および他の適用に適切な、耐久性があり、また信頼性があるVGUを生産する方法が必要である。 A vacuum glass unit (VGU) is a window assembly that is similar to the insulating window assembly of a multiple window frame, except that a vacuum or incomplete vacuum is ensured in the space between the window panes. The purpose of this type of construction is to produce an insulating window unit having a relatively high level of thermal insulation that can be obtained from an insulating window assembly filled with air or gas. Until now, however, many problems have been plagued in producing durable and reliable VGUs. For example, it has proven difficult to obtain a seal between a glazing and a frame that has the necessary sealing properties to maintain a vacuum (or incomplete vacuum) for an extended period of time. Furthermore, it can withstand large and / or rapid temperature cycles (eg due to external temperature changes and / or use of high performance air conditioning systems) without eventually leaking or cracking , It has proven difficult to produce VGUs for external wall mounting (ie, for (exterior) walls and doors facing the outside of the building). Accordingly, there is a need for improved VGUs and methods for producing durable and reliable VGUs suitable for exterior walls and doors and other applications.
2005年6月10日付けエネルギー省(DOE)の提案書は、高絶縁開窓製品に関連する主要技術課題は、比較的大きなサイズ(〜25平方フィートおよびそれ以上)、耐久性の向上、過度の重量、シール耐久性および高費用を含むが、それらに限定されないと述べている。ビルの窓のエネルギー関連の役割変化に対する積極的なプログラムがなければ、ひいては、ゼロエネルギービルの目標を満たすことは、実質的に不可能である。建築技術局、国家地域社会プログラム(BTS)によって刊行されている、DOEの窓技術産業予定表(ロードマップ)は、改良が必要な窓技術のいくつかの領域を記載した後に、かかる改良は、改良品の高い原価、既存の高絶縁窓技術の費用および不確かな耐久性、絶縁技術および製造方法の改良に対する業界の協力の欠如、および改良技術では投資については確実視されている高リスク低収益率を含む要因のために実現されていないと述べている。 The Department of Energy (DOE) proposal dated 10 June 2005 shows that the main technical challenges associated with high insulation fenestration products are relatively large sizes (~ 25 square feet and above), increased durability, excessive Including, but not limited to, weight, seal durability and high cost. Without an active program for changing the energy-related role of building windows, it is virtually impossible to meet the goals of zero-energy buildings. After the DOE Window Technology Industry Schedule (Roadmap), published by the Building Technology Authority, National Community Program (BTS), describes several areas of window technology that need improvement, such improvements High cost of improved products, cost and uncertain durability of existing high-insulation window technology, lack of industry cooperation in improving insulation technology and manufacturing methods, and high-risk, low-revenue investments for improved technology States that it is not realized due to factors including rate.
現に、窓産業は、数十年間、絶縁窓の基本的な技術または信頼性を向上できていない。製造業者は、窓ガラスの間の気密の空洞を獲得するために、接着剤を使用して窓ガラスの組を中間スペーサーに接合する。エポキシ、のり、または今日使用されている他のもので気密性のものはない。すべてにおいて若干のガス交換発生の可能性がある。シール絶縁ガラス製造業者協会(SIGMA)によって2002年に刊行されたデータによると、シール欠陥による絶縁ガラス(IG)窓ユニットの取り付けに対する保証要求は、取り付け後10年間で4%、また取り付け後15年間でほぼ10%となっている。ほとんどの窓ユットは製造業者を特定していない。多くの住宅所有者は、エネルギー効率を低下させるIG窓ガラスの間の窓シールの欠陥および水分凝縮を意識しながら、または気づかずに住むことを選んでいる。IGユニット(IGU)シール欠陥のほとんどは、SIGMAのデータには含まれていないと考えられている。取り付け後15年後のIGUのシール欠陥の実際の数は不明であり、非常に高いと考えられている。これらの状況は、エネルギーに関して我々を搾取する。 In fact, the window industry has not been able to improve the basic technology or reliability of insulated windows for decades. The manufacturer uses an adhesive to join the window pane set to the intermediate spacer to obtain an airtight cavity between the panes. There is no airtightness of epoxy, glue, or anything else used today. There is a possibility of some gas exchange occurring in all. According to data published in 2002 by the Sealed Insulating Glass Manufacturers Association (SIGMA), the warranty requirement for installation of insulating glass (IG) window units due to seal defects is 4% after installation and 15 years after installation. It is almost 10%. Most window units do not specify a manufacturer. Many homeowners have chosen to live with or without being aware of window seal defects and moisture condensation between IG glazings that reduce energy efficiency. It is believed that most of the IG unit (IGU) seal defects are not included in the SIGMA data. The actual number of IGU seal defects 15 years after installation is unknown and is considered very high. These situations exploit us for energy.
いくつかの学術機関、企業および政府の研究所は、漏れシールの問題を解決するよう試みると同時に、比較的高い絶縁値(比較的高いR値、比較的低いU値)を獲得するよう努めてきた。それらの解決策は、ユニットが充填ガスよりも高い絶縁を提供するよう窓#1および#2との間に真空を含有する;機械スペーサーが窓の桟(すなわち、窓枠)#1および#2の分離を確保するために使用される(桟がお互い物理的に接触する場合、これにより、IGユニットの絶縁値を実質上低下させる望ましくない熱経路が発生する);桟が周囲部で密封される(通常、厳密には分離している2つの桟を密封するために、リフローされたはんだガラスを使用する、さらに、一般的ではないが、2つの桟を溶解して合わせるためにレーザーを使用する);目下生産している、または説明している真空ガラスユニットのすべては、チューブ(すなわち、ピンチチューブ)を使用し、チューブを密封して閉じた後に、IGユニットを空にする;の共通する4つの事項のすべてを有する。
Several academic, corporate and government laboratories have tried to solve the leak seal problem while at the same time trying to achieve relatively high insulation values (relatively high R values, relatively low U values). It was. Those solutions contain a vacuum between
これらの実験的な解決策は、不成功に終わっているか、または信頼性があると実証されていないので、米国では商業化されていない。問題は、スペーサーが不透明であり、審美的に魅力的ではないので、産業ニーズを満たさないこと;シール時のレーザーによる試みは、ガラスの熱衝撃により桟の破損をもたらしたこと;接合される場合のガラスの桟の内側の周辺表面の間の熱伝導率が高いこと;シール方法が適合していない(曲がりやすい)ので、応力により最終的にシールまたは桟が破損すること;高温のはんだにより、一部のソフトコート低放射率コーティングが使用できなくなること;および/または真空チューブを加える場合に、ユニットの複雑性を増大させ、またその信頼性を減少させることを含む。 These experimental solutions have not been commercialized in the United States because they have been unsuccessful or have not proven to be reliable. The problem is that spacers are opaque and not aesthetically appealing, so they do not meet industrial needs; laser attempts at sealing have resulted in breakage of the beam due to thermal shock of the glass; High thermal conductivity between the inner peripheral surfaces of the glass bars; the sealing method is not suitable (easy to bend), and eventually the seals or bars are damaged due to stress; Inability to use some soft coat low emissivity coatings; and / or increasing the complexity of the unit and reducing its reliability when adding vacuum tubes.
したがって、本技術によって前述の問題の一部に対処する、改良された設計を有する真空ガラスユニット(VGU)および絶縁ガラスユニット(IGU)が必要である。 Therefore, there is a need for a vacuum glass unit (VGU) and an insulating glass unit (IGU) having an improved design that addresses some of the aforementioned problems with the present technology.
[発明の開示]
本明細書に開示されている本発明は、その一側面では、密封された複数ガラス窓アセンブリから成る。前記窓アセンブリは、透明材から形成される第一および第二窓ガラスシートから成る。第一シール部材は内端および外端を有し、前記内端は前記第一窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられる。前記第二シール部材は内端および外端を有し、前記内端は前記第二窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられ、前記外端は前記第一シール部材の前記外端に密封して取り付けられる。スペーサーアセンブリは前記第一および前記第二窓ガラスシートの間に配置され、その間隔を維持することによって、前記第一窓枠と前記第二窓枠との間の密封された空洞を定義する。
[Disclosure of the Invention]
The invention disclosed herein comprises, in one aspect, a sealed multiple glass window assembly. The window assembly comprises first and second window glass sheets formed from a transparent material. The first sealing member has an inner end and an outer end, and the inner end is sealed and attached to the peripheral portion of the first window glass sheet by diffusion bonding. The second seal member has an inner end and an outer end, and the inner end is sealed and attached to the periphery of the second window glass sheet by diffusion bonding, and the outer end is the outer end of the first seal member. Sealed and attached to the end. A spacer assembly is disposed between the first and second glazing sheets and maintains a gap thereby defining a sealed cavity between the first window frame and the second window frame.
本明細書に開示されている本発明は、その別の側面では、密封された複数ガラス窓アセンブリを製造するための方法から成る。透明材から形成され、周辺部を持つ第一窓ガラスシートと、内端および外端を有する第一シール部材を提供する。前記第一シール部材の前記内端を前記第一窓ガラスシートに対して配置する。前記第一シール部材の前記内端を前記第一窓ガラスシートに対して十分な力でプレスして、前記内端および前記窓ガラスシートの間の第一接合部に沿って所定の第一接触圧力を生成する。前記第一接合部を加熱して、前記第一接合部に沿って所定の第一温度を生成する。前記第一シール部材および前記第一窓ガラスシートの間に前記第一窓ガラスシートの周辺部に沿って拡散接合が形成されるまで、所定の前記第一接触圧力および高温を維持する。透明材から形成される周辺部を持つ第二窓ガラスシートおよび内端と外端を持つ第二シール部材を提供する。前記第二シール部材の前記内端を前記第二窓ガラスシートの周辺部に沿って配置する。前記第二シール部材の前記内端を前記第二窓ガラスシートに対して十分な力でプレスして、前記内端および前記窓ガラスシートの間の第二接合部に沿って所定の第二接触圧力を生成する。前記第二接合部を加熱して、前記第二接合部に沿って所定の第二温度を生成する。前記第二シール部材および前記第二窓ガラスシートの間に前記第二窓ガラスシートの前記周辺部に沿って拡散接合が形成されるまで、所定の前記第二接触圧力および高温を維持する。スペーサーアセンブリは前記第一および前記第二窓ガラスシートの間に配置され、その間隔を維持する。前記第一シール部材の前記外端を前記第二シール部材の前記外端に密封状態で取り付けることによって、前記第一および前記第二窓枠間に密封された空洞を定義する。 The invention disclosed herein, in another aspect thereof, comprises a method for manufacturing a sealed multiple glass window assembly. A first glazing sheet made of a transparent material and having a peripheral portion, and a first seal member having an inner end and an outer end are provided. The inner end of the first seal member is disposed with respect to the first window glass sheet. The inner end of the first sealing member is pressed with sufficient force against the first window glass sheet, and a predetermined first contact is made along a first joint between the inner end and the window glass sheet. Generate pressure. The first joint is heated to generate a predetermined first temperature along the first joint. The predetermined first contact pressure and high temperature are maintained until diffusion bonding is formed along the periphery of the first window glass sheet between the first seal member and the first window glass sheet. A second window glass sheet having a peripheral portion formed of a transparent material and a second sealing member having an inner end and an outer end are provided. The inner end of the second seal member is disposed along the periphery of the second window glass sheet. The inner end of the second seal member is pressed with sufficient force against the second window glass sheet, and a predetermined second contact is made along a second joint between the inner end and the window glass sheet. Generate pressure. The second joint is heated to generate a predetermined second temperature along the second joint. The predetermined second contact pressure and high temperature are maintained until diffusion bonding is formed between the second seal member and the second window glass sheet along the peripheral portion of the second window glass sheet. A spacer assembly is disposed between the first and second glazing sheets to maintain the spacing. A sealed cavity is defined between the first and second window frames by attaching the outer end of the first seal member to the outer end of the second seal member in a sealed state.
本明細書に開示されている本発明は、そのさらに別の側面では、透明材から形成され、周辺部を持つ第一窓ガラスを備える密封された複数ガラス窓アセンブリから成る。第一シール部材は内端および外端を有する。前記内端を周辺部に沿って前記第一窓ガラスに密封する。第二窓ガラスは透明材から形成され、周辺部を有する。第二窓ガラスは第一窓ガラスから間隔を介している。第二シール部材は内端および外端を有する。前記内端は前記第二窓ガラスシートの周辺部に密封して取り付けられ、前記外端は前記第一シール部材の前記外端に密封して取り付けられる。前記第一および第二シール部材のうちの少なくとも1つは、前記第一窓ガラスおよび前記第二窓ガラスとの間の相対運動を可能にするよう適合させる。このように、密封された空洞を前記第一および第二窓ガラス間に形成する。 The invention disclosed herein, in yet another aspect thereof, comprises a sealed multiple glass window assembly comprising a first window glass formed of a transparent material and having a perimeter. The first seal member has an inner end and an outer end. The inner end is sealed to the first window glass along the periphery. The second window glass is formed of a transparent material and has a peripheral portion. The second glazing is spaced from the first glazing. The second seal member has an inner end and an outer end. The inner end is hermetically attached to the periphery of the second window glass sheet, and the outer end is hermetically attached to the outer end of the first seal member. At least one of the first and second seal members is adapted to allow relative movement between the first glazing and the second glazing. Thus, a sealed cavity is formed between the first and second panes.
本発明は、従来技術の多くの制限に対応し、様々な実施態様では、以下の利点、ガラスと金属、ガラスとガラスおよび/または金属と金属の接合を永続させる、すなわち、前記シールが最大80年持続できるように、知られているどんな手段によってもそれらを分解することができないような拡散接合を使用すること;密封システムは、スプリングの役目をする、適合している(すなわち、曲がりやすい)スリーブ/フレームユニット(蛇腹とも呼ばれる)を組み込み、前記外側に対向する窓の桟(窓#1)は、前記内側に対向する桟(窓#2)と無関係に、温度変化により膨張および収縮することができること;ガラスと金属の拡散接合工程を使用して前記金属スリーブを前記ガラスの桟に接合し、その結果、知られている他のガラスと金属のシールよりも密封されている(気密である)こと;薄く、曲がりやすい前記金属スリーブの耐熱性は高いので、それらは全体的な前記絶縁値に悪影響を与えないこと;本発明の前記窓ガラスは、低放射率コーティングおよびUVブロックコーティングを含む、現在使用されているどんなガラス取り付け工事およびコーティングにも使用することができ、またエレクトロクロミックコーティングにも適合すること;前記適用が市販用窓壁であろうと、開窓製品であろうと、本発明のユニットをより薄くして前記製品の重量および深さを縮小することができること;どんな視角からでもほとんど目に見えないスペーサーシステム、のうちのいくつか、またはすべてを有するVGUおよび/またはIGUを提供する。 The present invention addresses many of the limitations of the prior art, and in various embodiments, the following advantages are perpetuated: glass to metal, glass to glass and / or metal to metal bonding, i. Use diffusion bonding so that they cannot be disassembled by any known means so that they can last for years; the sealing system acts as a spring and is adapted (ie flexible) Incorporating a sleeve / frame unit (also called bellows), the window bars facing the outside (window # 1) will expand and contract due to temperature changes, independent of the bars facing the inside (window # 2) The glass sleeve is bonded to the glass beam using a diffusion bonding process of glass and metal, so that other known glass and gold can be bonded. The metal sleeve is thin and easy to bend, because the heat resistance of the metal sleeve is high, so that they do not adversely affect the overall insulation value; Can be used for any currently used glass installation and coating, including low emissivity coatings and UV block coatings, and is compatible with electrochromic coatings; Whether it is a fenestration product or a fenestration product, the unit of the present invention can be made thinner to reduce the weight and depth of the product; some of the spacer systems that are almost invisible from any viewing angle Or VGU and / or IGU with all.
本発明のさらなる実施態様は、米国のビルのほとんどにおいてまだ使用されている前記単一ガラス窓ユニット用のドロップイン交換システムの必要性に対応する。本発明のIGUは、膨大な数の所有者が、窓交換の高費用を被ることなく、冷暖房エネルギーを大幅に節約することができるように、ほとんどの米国のビル内の、現在は6mm(1/4インチ)の厚さの単一ガラス窓を交換するのに十分薄く、また経済的に取り付けることができる。 Further embodiments of the present invention address the need for a drop-in replacement system for the single glass window unit that is still in use in most US buildings. The IGU of the present invention is currently 6 mm (1 mm) in most US buildings so that a vast number of owners can save significant heating and cooling energy without incurring the high cost of replacing windows. / 4 inch) thick single glass window is thin enough to replace and can be economically installed.
本発明のさらなる実施態様は、絶縁窓を生成し、DOEの関心事および必要性のすべてに対応する。かかる実施態様の1つでは、本発明のIGUは、絶縁値を増大させるため、充填ガスの代わりに不完全真空を使用する。 A further embodiment of the present invention creates an insulating window and addresses all of the DOE concerns and needs. In one such embodiment, the IGU of the present invention uses an incomplete vacuum instead of a fill gas to increase the insulation value.
別の実施態様では、本発明は、前記組の窓ガラス間の前記空洞に真空を含有するIGUから成る。真空は究極の熱絶縁である。真空度が高くなるほど、前記組の窓ガラス間で熱を伝導するのに利用できる前記分子は減少する。したがって、ガスの代わりに真空を含有する窓アセンブリは、ガラスまたは他の材料から成る2つ以上の窓枠から成る任意の窓ユニットの最も高い理論熱絶縁値(U値)を有するであろう。 In another embodiment, the invention comprises an IGU containing a vacuum in the cavity between the set of panes. Vacuum is the ultimate thermal insulation. The higher the degree of vacuum, the fewer the molecules available to conduct heat between the set of panes. Thus, a window assembly containing a vacuum instead of gas will have the highest theoretical thermal insulation value (U value) of any window unit consisting of two or more window frames made of glass or other material.
さらなる実施態様では、本発明は、前記IGユニットを密封する、適合している(曲がりやすい)金属スリーブ/フレーム(「ベロウ」としても知られている)を有するIGUから成り、高耐熱性(低熱伝導)をさらに有すると同時に、高い信頼性を提供し、前記ユニットの全体的な熱性能に対する影響を最小化する。 In a further embodiment, the present invention consists of an IGU having a fitted (flexible) metal sleeve / frame (also known as “bellow”) that seals the IG unit, and has high heat resistance (low heat) And at the same time provide high reliability and minimize the impact on the overall thermal performance of the unit.
さらなる実施態様では、本発明は、ガラスと金属の拡散接合を使用するIGUから成り、曲がりやすい金属スリーブを前記ガラスの桟(窓#1および#2)に接合する。この接合は、実際には分子的であるので永続的で、他に知られているどんな取り付け方法より密封性がある。IGUは、80年より長く真空を含有および維持する場合がある。
In a further embodiment, the present invention consists of an IGU using glass-to-metal diffusion bonding, and a flexible metal sleeve is bonded to the glass bar (
さらに別の実施態様では、本発明は、上端および下端の基材の表面上にガラスがスタンドオフとなっている、独自のガラス基材のガラススペーサーシステムを使用するIGUから成る。知られているIGUの表面#2または#3に適用することができるどんなコーティングも、前記ガラススペーサーの基材のどちらの表面にも代わりに適用することができる。IGUの表面#2および#3は、ダイヤモンドライクコーティング(DLC)などの、傷防止薄膜材料でコーティングすることができるので、それらが支持する前記ガラススペーサーおよび前記桟の異なる動きが、前記桟の内面に傷を付けない。
In yet another embodiment, the present invention consists of an IGU that uses a unique glass-based glass spacer system in which the glass is standoff on the top and bottom substrate surfaces. Any coating that can be applied to the known
別の実施態様では、本発明は、前記開窓製品の前記重量および深さを縮小する比較的薄い窓を有するIGUから成る。フレームおよび関連する構造材料はまた、重量を軽減するであろう。 In another embodiment, the present invention comprises an IGU having a relatively thin window that reduces the weight and depth of the fenestration product. The frame and associated structural material will also reduce weight.
さらなる実施態様では、本発明は、薄く、または現在では住宅のほとんどに設置されている前記6mm(1/4インチ)の厚さの単一ガラス窓と同じ薄さに、あるいは、より薄くなるよう作ることにより、既存の開窓製品に対する超絶縁IGユニットの修繕費を簡略化および/または削減する可能性のある住宅用および小企業用のIGUから成る。 In a further embodiment, the present invention is thin or as thin as or thinner than the 6 mm (1/4 inch) thick single glass window currently installed in most homes. It consists of residential and small business IGUs that may simplify and / or reduce the cost of repairing super-insulated IG units for existing fenestration products.
さらなる実施態様では、本発明は、高地における膨張による破損を解消するIGUから成る。 In a further embodiment, the present invention comprises an IGU that eliminates breakage due to expansion at high altitudes.
本明細書で開示および要求する本発明は、その別の側面では、そこに定義される複数の窓開口領域を有する透明材のシートのうちの片面に密封取り付け用のフレームアセンブリから成り、それぞれの窓開口領域は、所定の平面図を有するフレーム取り付け領域によって囲まれている。前記フレームアセンブリは、隣接する2つのフレーム開口の間に一部の側壁を配置するように、複数のフレーム開口を囲んでいる複数の連続的な側壁から成る。前記側壁は、前記シートの前記フレームの取り付け領域の前記所定の平面図に実質上相当するよう構成される上側平面図を有する。前記隣接するフレーム開口の間に配置される前記側壁は、全体的な垂直の厚さおよびその間に伸びている第一接続つまみを有する概ね平行な2つの側壁部材を含む。前記平面図に対して垂直となる横断面で見た場合に、隣接するフレーム開口の間に配置される前記側壁の前記構成は、前記隣接する側面部材の前記全体的な垂直の厚さより大幅に薄い、比較的一定な厚さを有する前記第一接続つまみによって特徴付けられる。 The invention disclosed and required herein, in another aspect thereof, comprises a frame assembly for hermetically mounting on one side of a sheet of transparent material having a plurality of window opening regions defined therein, The window opening area is surrounded by a frame attachment area having a predetermined plan view. The frame assembly is composed of a plurality of continuous side walls surrounding a plurality of frame openings such that a part of the side walls is disposed between two adjacent frame openings. The side wall has an upper plan view configured to substantially correspond to the predetermined plan view of the frame mounting region of the seat. The side wall disposed between the adjacent frame openings includes two generally parallel side wall members having an overall vertical thickness and a first connection tab extending therebetween. When viewed in a cross-section perpendicular to the plan view, the configuration of the sidewalls disposed between adjacent frame openings is significantly greater than the overall vertical thickness of the adjacent side members. Characterized by the first connection knob having a thin, relatively constant thickness.
本明細書で開示および要求する本発明は、その別の側面では、そこに定義される複数の窓開口領域を有する透明材のシートのうちの片面に密封取り付け用のフレームアセンブリから成り、それぞれの窓開口領域は、所定の平面図を有するフレーム取り付け領域によって囲まれている。前記フレームアセンブリは、隣接する2つのフレーム開口の間に一部の側壁を配置するように、複数のフレーム開口を囲んでいる複数の連続的な側壁を含む平面図を有する第一層から成る。前記側壁は、前記シートの前記フレームの取り付け領域の前記所定の平面図に実質上相当するよう構成される上側平面図を有する。第二層は、複数の連続的な側壁を含む平面図を有する。前記第二層の前記側壁は、それぞれのフレーム開口の周囲の最後まで、前記第一層の前記側壁の前記平面図の少なくとも一部が重なるよう上側平面図を有する。前記第一および第二層は、お互い接着して、それぞれのフレーム開口の周囲に密閉した気密フレームを作成する。 The invention disclosed and required herein, in another aspect thereof, comprises a frame assembly for hermetically mounting on one side of a sheet of transparent material having a plurality of window opening regions defined therein, The window opening area is surrounded by a frame attachment area having a predetermined plan view. The frame assembly comprises a first layer having a plan view including a plurality of continuous side walls surrounding a plurality of frame openings so as to place a portion of the side walls between two adjacent frame openings. The side wall has an upper plan view configured to substantially correspond to the predetermined plan view of the frame mounting region of the seat. The second layer has a plan view that includes a plurality of continuous sidewalls. The sidewalls of the second layer have an upper plan view so that at least a portion of the plan view of the sidewalls of the first layer overlaps to the end of the periphery of each frame opening. The first and second layers are bonded together to create a hermetic frame that is hermetically sealed around each frame opening.
本明細書で開示および要求する本発明は、さらにその別の側面では、密封複数ガラス窓アセンブリから成る。前記窓アセンブリは、囲むことにより、そこに開口を定義する、連続的な側壁を有するスペーサーから成る。前記側壁は、上位シール面および下位シール面を有する。前記上位シール面は、前記側壁の前記上側に配置され、前記開口を連続的に囲み、また前記下位シール面は、前記側壁の前記下側に配置され、前記開口を連続的に囲む。前記窓アセンブリはさらに、第一および第二透明な窓ガラスシ−トから成る。前記第一シ−トを前記開口の連続的な周囲にある前記上位シール表面の少なくとも一部の真上に配置し、また前記第二シ−トを前記開口の連続的な周囲にある前記下位シール面の少なくとも一部の真上に配置することにより、前記側壁および前記窓ガラスシ−トによって取り囲まれる空洞を定義する。前記第一および第二透明な窓ガラスシ−トをそれぞれ、非密封接着剤を使用することなく、前記スペーサーに密封して接合し、前記開口の周辺の連続的な密封接合部を形成する。 The invention disclosed and required herein further comprises, in another aspect thereof, a sealed multiple glass window assembly. The window assembly consists of a spacer having continuous sidewalls that encloses and defines an opening therein. The side wall has an upper seal surface and a lower seal surface. The upper sealing surface is disposed on the upper side of the side wall and continuously surrounds the opening, and the lower sealing surface is disposed on the lower side of the side wall and continuously surrounds the opening. The window assembly further comprises first and second transparent glazing sheets. Placing the first sheet directly over at least a portion of the upper sealing surface in a continuous perimeter of the opening, and placing the second sheet in the subordinate in a continuous perimeter of the opening Positioning directly over at least a portion of the sealing surface defines a cavity surrounded by the side walls and the glazing sheet. Each of the first and second transparent glazing sheets is hermetically bonded to the spacer without using an unsealed adhesive to form a continuous sealed joint around the opening.
添付図面に示される、ある好ましい実施態様を参照しながら、本発明の詳細を以下に示す。 The details of the present invention are set forth below with reference to certain preferred embodiments illustrated in the accompanying drawings.
[本発明の詳細な説明]
図1および2を参照すると、1つ以上のマイクロデバイスを格納するための標準的な密封包装されたマイクロデバイスが図解されている。本出願の目的では、「マイクロデバイス」という用語は、光素子、光起電装置、光学装置(すなわち、反射、屈折および回折型装置を含む)、電気光学および電気光学装置(EO装置)、発光素子(LED)、液晶表示(LCD)、直結画像レーザー増幅器(D−ILA)を含む液晶シリコン(LCOS)技術、光機械装置、微小光電気機械システム(MOEMS)装置および微小電気機械システム(すなわち、MEMS)装置を含む。前記パッケージ102は、フレーム108および透明窓110を備えるカバーアセンブリ106に密封されたベースまたは基板104を備える。ベース104に実装されたマイクロデバイス112は、カバーアセンブリ106をベース104に接合する場合、空洞114内に封入されている。1つ以上の導電線116は、ベース104を通過して、パッケージ102内のマイクロデバイス112へ、またはマイクロデバイス112から電力を運び、接地し、信号を伝えることができる。導電線116はまた、パッケージ102の完全性を保持するために密封されなければならないことが理解される。窓110は、光学的または電磁的に透明な材料から形成される。本出願の目的では、「透明」という用語は、可視光線、赤外線、紫外線、マイクロ波、電磁波、またはX線を含むがそれらに限定されない、既定の波長を有する電磁気放射の伝達を可能にする材質を指す。フレーム108は、標準的には金属合金である材料から形成され、それは、前記窓110および前記パッケージベース104の双方の材料に近い熱膨張係数を有することが好ましい。
[Detailed Description of the Invention]
With reference to FIGS. 1 and 2, a standard hermetically packaged microdevice for storing one or more microdevices is illustrated. For the purposes of this application, the term “microdevice” refers to an optical element, a photovoltaic device, an optical device (ie, including reflective, refractive and diffractive devices), electro-optic and electro-optical devices (EO devices), light emission. Device (LED), liquid crystal display (LCD), liquid crystal silicon (LCOS) technology including direct image laser amplifier (D-ILA), opto-mechanical device, micro-electro-electro-mechanical system (MOEMS) device and micro-electro-mechanical system (ie MEMS) device. The
図3を参照すると、本発明のある実施態様に従って製造されたカバーアセンブリの分解図が示されている。前記カバーアセンブリ300は、フレーム302および透明な材料のシート304を含む。前記フレーム302は、それを通過するフレーム開口308を既定する連続側壁306を有する。前記フレーム側壁306は、フレーム開口308を囲む、フレームシールリング領域310(クロスハッチングで示される)を含む。前記フレーム302は、最終的にはパッケージベース104(図1および2から)に溶接されるため、通常、溶接可能な金属または合金から形成され、マイクロデバイス・パッケージベース104の熱膨張係数に非常に近い熱膨張係数を有することが好ましい。しかしながら、実施態様のいくつかでは、カバーアセンブリフレーム304は、セラミックまたはアルミナなどの非金属材料から形成することができる。前記フレーム302が金属材料または非金属材料から形成されるか否かに関わらず、フレームシールリング領域310の表面は、フレームにシート304を密封しやすくするために、金属(例えば、固体金属でない場合は、メッキした金属)であることが好ましい。好ましい実施態様では、前記フレームは、主として、54%の鉄(Fe)、29%のニッケル(Ni)および17%のコバルト(Co)の化学組成を有する合金から形成される。また、前記合金は、ASTM F−15の合金の記号表示およびコバール合金の商号で知られている。本出願で使用される場合、「コバール合金」という用語は、上記のような化学組成を有する合金を意味すると理解される。コバール合金フレーム302が使用される実施態様では、フレームシールリング領域310の表面は、ニッケル(Ni)層に重層する金(Au)の表面層、または金を重層しないニッケル層を有することが好ましい。前記フレーム302には、通常は溶接することでパッケージベース104に最終的に接合するために適応させるベースシール領域320も含む。前記ベースシール領域320は、しばしば、前記パッケージベースへのシーム溶接を容易にするために、金層を重層したニッケル層を含む。ニッケル面層上の金は、ベースシールリング領域320に沿ってのみ必要とされるが、多くの場合において、例えば、表面材料を塗るために溶液浸漬メッキを使用するような場合において、ニッケル層上の金は、フレーム302の全面に塗られてもよいことが理解されるであろう。前記シート304は、透明な材料のいずれかのタイプであり、例えば、軟質ガラス(例、ソーダ石灰ガラス)、硬質ガラス(例、ホウケイ酸ガラス)、水晶およびサファイヤなどの結晶性物質、またはポリカーボネート・プラスチックなどのポリマー材料などである。光学的に透明な材料に加えて、前記シート304は、可視的には不透明であるが、エネルギーの不可視的な波長に対しては透明であってもよい。すでに議論されているように、シート304の材料は、フレーム304の材料および最終的にカバーアセンブリを溶接するパッケージベース104の材料に類似した熱膨張係数を有する。多くの半導体光子、光電池、MEMSまたはMOEMSの適用のために、ホウケイ酸ガラスがシート304の材料としては適切である。適切なガラスの実施例は、Corning7052、7050、7055、7056、7058、7062、Kimble(Owens Corning)EN−1、およびKimble K650およびK704を含む。その他の適切なガラスは、Abrisaソーダ石灰ガラス、Schott8245およびOhara社製のS−LAM60を含む。
Referring to FIG. 3, an exploded view of a cover assembly manufactured in accordance with an embodiment of the present invention is shown. The
シート304には、その上に画定される窓部312があり、これはすなわち、封入された、つまりパッケージ化されたマイクロデバイス112の適切な機能を可能にするために、透明を維持しなければならないシート302の一部である。シートの窓部312には、それぞれ頂面314および底面316があり、好ましい実施態様において光学的に仕上げられている。シート304は、窓部312の頂面314および底面316がすぐに使用可能な形で調達されることが好ましいが、必要であれば、前記材料は、研削および研磨されるか、またはそれ以外の方法で、製造工程の予備段階として、望ましい表面の形に形成し、仕上げることができる。多くの場合、窓部312は、頂面314および底面316を有し、光学的に平面で互いに平行であるが、その他の実施態様において、窓部の仕上げ面の少なくとも1つは曲面にされることが理解されるであろう。シートシールリング領域318(クロスハッチングで示される)は、シート304の窓部312を囲み、シールリング領域310の前部に接合するために適切な表面を提供する。
ここで図4aおよび図4bを参照すると、曲面を有する透明シートが図解されている。図4aにおいて、透明シート304’は、一定の厚みのある湾曲した輪郭を有する窓部312を形成する湾曲頂面314’および湾曲底面316’を有する。4bにおいて、シート304”は、湾曲した上側314”および平面のある底側316”を有し、それにより、平凸レンズの配置のある窓部312をもたらす。類似の方法(図解されていない)において、窓部312の仕上げ面314および316は、前に示したように平凸レンズ、両凸レンズ、平凹レンズまたは両凹レンズを含む、屈折レンズの構成を有することができる。その他の表面の輪郭には、窓部312の仕上げ面にフレネルレンズの構成または回折格子の構成、すなわち「回折レンズ」を与えることができる。
Referring now to FIGS. 4a and 4b, a transparent sheet having a curved surface is illustrated. In FIG. 4a, the transparent sheet 304 'has a curved top surface 314' and a curved bottom surface 316 'that form a
多くの適用において、シート304の窓部312は、光学的および物理的性質を強化するものであることが望ましい。これらの性質を得るために、表面処理またはコーティングは、組立工程前または組立工程中にシート304に適用することができる。例えば、シート304は、窓材にさらに硬い塗装面を提供するために、シリコンオキシナイトライド(SiOn)で処理することができる。SiOnで処理されているか否かに関わらず、シート304は、Diamond Shield(登録商標)の名称のもとで、Diamonex社で販売されているような非晶質ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)などの傷防止材/摩耗抵抗材でコーティングされてもよい。SiOnまたはダイヤモンド・ライク・カーボンに加えて、またはその代わりに適用することができるその他のコーティングは、レンズ、窓およびその他の光学的要素における使用として既知のタイプの光学コーティング、反射防止膜、屈折コーティング、無彩色コーティング、光学フィルター、太陽エネルギーフィルターまたは反射体、電磁妨害(EMI)およびラジオ周波数(RF)フィルターを含むがそれらに限定されない。光学コーティングおよび/または表面処理は、窓部312の頂面314または底面316のどちらか、または両面に組み合わせて適用できることが理解されるであろう。上記光学コーティングおよび処理は透明の性質を持つため図に示されないことがさらに理解されるであろう。
In many applications, it is desirable for the
いくつかの適用において、不透明な材料である、クロム(Cr)などの層をまず溶着し、時にはシートの全面上に材料をコーティングし、望ましい開口領域から不透明な材料をエッチングすることにより、可視開口がシート304の窓部312の周りに形成される。この手順は、いくつかの適用において望ましい明確な境界を窓部312へ提供する。この作業は、互換性および処理の経済性により、その他の処理の適用前または後に実施することができる。
In some applications, a visible aperture is obtained by first depositing a layer of opaque material, such as chromium (Cr), and sometimes coating the material over the entire surface of the sheet and etching the opaque material from the desired aperture area. Is formed around the
カバーアセンブリ300を製造する次のステップは、金属化のためにシートシールリング領域318を前処理することである。シートシールリング領域318は、シート304の窓部312を囲み、単一開口カバーに対しては、一般的に底面316の周囲に配置される。しかしながら、いくつかの実施態様においては、シートシールリング領域318は、シートの内部にあり、例えば、シートが複数のカバーアセンブリを形成するために(すなわち、ここに後で説明されるように)四角に切ることができる。一般に、シートシールリング領域318は、最終的に接合するフレームシールリング領域310に密接に適合する構成を有する。シートシールリング領域318の形成には、表面からグリース、油またはその他の混入物質のいずれかを除去するため徹底的に洗浄することが含まれてもよく、および/または、この領域を化学エッチング、レーザー切断、機械研削またはサンドブラストすることにより、シールリング領域を粗面化することが含まれてもよい。この粗面化は、シートシールリングをフレームシールリング領域310またはその他の基板またはデバイスのパッケージベースに接合する前に金属化する場合、シートシールリングの表面積を増加し、それにより、後で金属化材を溶着するための接着を増加させることができる。
The next step in manufacturing the
図5を参照すると、シートシールリング領域318の形成をさらに示すために底側に置かれたシート304の一部が図解されている。この実施例では、シールリング領域318には、適用する金属層の接着を改善するために粗面501が施されている。ガラスおよび類似の透明な材料を粗面化するための化学エッチングは既知である。別法として、レーザー切断、従来の機械研削またはサンドブラストを使用できる。サファイヤやその他の金属化物にはダイヤモンド研削砥石が使用されるが、ほとんどのガラス材に対しては325番グリットの砥石車が適切であると考えられる。シートシールリング領域318の粗面501がシート304を貫通する深部502は、少なくとも2つの要因によるものであり、一つは、パッケージ底部および/またはパッケージ内に取り付けられているマイクロデバイス112に対する窓の底面316の望ましい取り付け高さ、もう一つは、すべての蒸着された金属層を含む、フレーム306の必要とされる厚みによるものである(下記に記載)。後続の接合作業中、約0インチから約0.05インチまでの範囲内で502の深部へシートシールリング領域318をエッチングまたは研削することは、フレーム306に対して適切な位置にシート304を設置するために容易に検出できる「へり」を提供するのと同様に、金属化した層に対する十分な接着を提供することが考えられるであろう。
Referring to FIG. 5, a portion of the
シートの窓部312にある仕上げ面314および/または316(例えば、仕上げカバーアセンブリにおいて光学活性を有する面)を粗面化の工程中、損傷から保護するために必要または望ましいことが理解されるであろう。その場合、前記面314および/または316は、粗面化する前に、半導体グレードの「粘着テープ」またはその他既知の保護材で覆うことができる。もちろん、前記保護材は、エッチングまたは研削が行われる領域では除去しなければならない。サンドブラスティングは、おそらく、粗面化される領域でテープまたは保護材の端を選択して除去する最も経済的な方法である。サンドブラスティングを使用する場合、テープ除去作業およびその下にあるシートの粗面化を同時に行うことが可能である。
It will be appreciated that finishing
図6を参照すると、金属化後のシート304のシールリング領域318の図が示されている。製造工程の次のステップは、1つ以上の金属層を加工済みのシートシールリング領域318へ塗布することができる。本発明では、金属化を達成するためにいくつかのオプションを検討する。第一のオプションは、従来の化学気相成長法(CVD)技術を使用して、金属層をシートシールリング領域318に塗布することである。CVD技術は、大気圧化学気相成長法(APCVD)、低気圧化学気相成長法(LPCVD)、プラズマアシスト(助長)化学気相成長法(PACVD、PECVD)、光化学気相成長法(PCVD)、レーザー化学気相成長法(LCVD)、有機金属化学気相成長法(MOCVD)および化学ビーム成長法(CBE)を含む。粗面化されたシールリング領域318を金属化するための第二のオプションは、物理的気相成長法(PVD)技術を使用することである。PVD技術は、スパッタリング、イオン・プラズマアシスト法、熱蒸発、真空蒸着、および分子線エピタキシー法(MBE)を含む。粗面化されたシートシールリング領域318を金属化するための第三のオプションは、溶液浸漬メッキ技術(SBP)を利用することである。溶液浸漬メッキは、電気メッキ法、化学メッキ法、電解メッキ法を含む。溶液浸漬メッキは、最初の金属層をガラスまたはプラスチックなどの非金属面に蒸着するために使用できないが、後続の金属または金属合金を最初の層へ蒸着するためには使用することができる。さらにまた、多くの場合において、溶液浸漬メッキは、最も費用効率が高い金属蒸着技術であることが想定される。金属および金属合金を蒸着するために化学気相成長法、物理的気相成長法および溶液浸漬メッキの使用は既知であるため、これらの技術は、これ以上ここに記載しないこととする。
Referring to FIG. 6, a view of the
シート304のシートシールリング領域318を金属化するための第四のオプションは、コールドガス動的溶射法と言われており、また「コールドスプレー」として既知である。本技術は、粉末材の溶融温度をはるかに下回った温度で、持続的な金属被膜を形成するために、高速度ガスの噴出を使用して、対象に粉末金属、合金、または金属と合金の混合物を噴射することを含む。コールドガス動的溶射法の詳細は、米国特許第5,302,414号のAlkhimovらに公開されている。コールドガス動的溶射蒸着を使用してガラスに塗布する場合、アルミニウムは良い結果を与えることが分かっている。アルミニウム層は、ガラスへかなりよく接着し、ケイ酸アルミニウムの形成において、化学結合を生成することができる。しかしながら、スズ、亜鉛、銀および金を含む、その他の材料もまた、コールドスプレーを使用して第一層として塗布することができる。コールドガス動的溶射法は、低温(例、ほぼ室温)で使用できるため、ガラス、アルミナ、およびセラミックなど従来の材料を金属化するのと同様に、ポリカーボネートまたはその他のプラスチックなどの比較的低融点を有する材料を金属化するために適する。
A fourth option for metallizing the seat
シート304に蒸着した最初の金属層に対して、クロム、ニッケル、アルミニウム、スズ、スズビスマス合金、金、金メッキ合金のいずれかを使用可能であることが考えられ、このリストは、後のものほどガラスへの接着度が高い順を示すものである。その他の材料もまた、適切である。これらの材料のいずれかは、前述で記載されたCVD法またはPVD(例、スパッタリング)技術のいずれかを使用してシートシールリング領域318に適用することが可能である。最初の層602を非金属シート304のシートシールリング領域318に蒸着した後、追加の金属層、例えば、第二層604、第三層606および第四層608(該当する場合)は、溶液浸漬メッキを含む、前述の蒸着法のいずれかにより追加することが可能である。以下の規定の適用は、様々な金属層に対する満足のいく厚みをもたらすことが考えられる。規定1:金メッキしたコバール合金フレームに結合するアルミニウムまたはスズベースの金属または合金を除き、最小厚さは、0.002ミクロンである。規定2:アルミニウムまたはスズベースの金属または合金をシートに、または最終層として蒸着し、金メッキしたコバール合金フレームに結合する最小厚さは、0.8ミクロンである。規定3:アルミニウムまたはスズベースの金属または合金をシートに、または最終層として蒸着し、金メッキしたコバール合金フレームに結合する最大厚さは、63.5ミクロンである。規定4:金属、クロム以外のものを最初の層としてシートに蒸着させ、その後その他の金属または合金を上に蒸着させる層の最大厚さは、25ミクロンである。規定5:金属、クロム以外のものを中間層としてその他の金属または合金に蒸着させる最大厚さは、6.35ミクロンである。規定6:金属または合金をシートに、または最終層として蒸着させ、金メッキしたコバール合金フレームに接着するためのはんだとして作用する最小厚さは、7.62ミクロンである。規定7:金属または合金をシートに、または最終層として蒸着させ、金メッキしたコバール合金フレームに接着するためのはんだとして作用する最大厚さは、101.6ミクロンである。規定8:クロムに対する最大厚さは、0.25ミクロンである。規定9:インクジェットで適用される、または予成形されたはんだとして提供される金メッキのはんだに対する最小厚さは、6ミクロンである。規定10:インクジェットで適用される、または予成形されたはんだとして提供される金メッキのはんだに対する最大厚さは、101.6ミクロンである。規定11:無電解亜鉛仕上げに対する最小厚さは、0.889ミクロンである。ここで留意すべきは、上記の規定は、コールドガス動的溶射蒸着以外のすべての蒸着法を使用して蒸着された金属に適用するものである。
It is conceivable that any of the first metal layers deposited on the
コールドスプレーの適用に対して、次の規定が適用される。規定1:いずれの金属層に対する最小実用的厚さは、2.54ミクロンである。規定2:最初の層、および最終コバール合金層を含まないすべての追加層に対する最大実用的厚さは、127ミクロンである。規定3:最終コバール合金層の最大実用的厚さは、12,700ミクロン、すなわち、0.5インチである。 The following provisions apply for cold spray applications: Rule 1: The minimum practical thickness for any metal layer is 2.54 microns. Rule 2: The maximum practical thickness for the first layer and all additional layers not including the final Kovar alloy layer is 127 microns. Rule 3: The maximum practical thickness of the final Kovar alloy layer is 12,700 microns, ie 0.5 inches.
限定するわけではないが、例として、熱圧縮(TC)結合、または音波、超音波または熱圧着を使用して、加工済みのシート304をコバール合金−ニッケル−金フレーム302に結合(すなわち、初めにニッケルで、次に金を使用してメッキされたコバール合金コア)する場合、以下の金属の組み合わせがシールリング領域318に対しては適切であると考えられる。
By way of example, but not by way of example, thermal processed (TC) bonding or sonic, ultrasonic or thermocompression bonding is used to bond processed
組立順序はまた、初めにフレーム/スペーサと窓シートを一緒に結合し、密閉された窓ユニットを形成し、その後、この窓ユニットを基板に結合することができる。第三の組立順序もまた、初めにフレーム/スペーサと窓シートを一緒に結合し、その後、この基板/フレーム/スペーサユニットを窓へ結合することができる。いくつかの例では、層間材として参照される中間材はまた、基板とフレーム/スペーサとの間および/またはフレーム/スペーサと窓シートとの間で使用することが可能である。ここに記述された実施例は、金属化を使用する適用において結合する前に、シートまたはレンズのシールリング面を金属化するのに適していると理解されるが、拡散接合(すなわち、熱圧着)を使用するいくつかのその他の実施態様では、シートまたはレンズのシールリング領域の金属化は、シート/レンズをフレームに、またはデバイス・パッケージ・ベースのその他の基板に接着する場合に全て除外することができる。 The assembly sequence can also initially bond the frame / spacer and window sheet together to form a sealed window unit, which can then be bonded to the substrate. A third assembly sequence can also first bond the frame / spacer and window sheet together, and then bond this substrate / frame / spacer unit to the window. In some examples, an intermediate material referred to as an interlayer material can also be used between the substrate and the frame / spacer and / or between the frame / spacer and the window sheet. Although the embodiments described herein are understood to be suitable for metallizing the seal ring surface of a sheet or lens prior to bonding in applications using metallization, diffusion bonding (ie, thermocompression bonding) In some other embodiments that use), all metallization of the seal ring area of the sheet or lens is excluded when the sheet / lens is bonded to the frame or to other substrates of the device package base be able to.
限定するわけではないが、例として、熱圧縮(TC)結合、または音波、超音波または熱圧着を使用して、加工済みのシート304をコバール合金−ニッケル−金フレーム302に結合する場合、以下の金属の組み合わせおよび厚さがシールリング領域318に対しては適切であると考えられる。
By way of example and not limitation, if the processed
上記に示されているように、前述の実施例は、その他の工程のうちでも、熱圧着の使用に適切であると理解される。TC結合は、2つの加工表面を密着に至らせる拡散接合の工程であり、塑性変形は、圧力および温度の複合効果により導入され、結晶格子の進行を起こし、接面間のすき間をつなぎ、結合を生じる原子運動を順々に引き起こす。TC結合は、ろうのはんだ付けなどのその他の多くの種類の形態よりもはるかに低温で実行することができる。 As indicated above, the above-described embodiments are understood to be suitable for use in thermocompression bonding, among other steps. TC bonding is a diffusion bonding process that brings two processed surfaces into close contact, and plastic deformation is introduced by the combined effect of pressure and temperature, causing the crystal lattice to advance, and connecting the gaps between the contact surfaces. In turn cause atomic motion. TC bonding can be performed at a much lower temperature than many other types of forms such as soldering solder.
図7を参照すると、本実施態様に使用するのに適切な作成済みのフレーム302の断面図が示されている。図解されているフレーム302は、コバール合金コア702、または異なる金属または合金のコアを含み、それは、ニッケルの第一金属層704を重層され、順に、金の外層706により重層される。約5.0・10−6/Kから約5.6・10−6/Kまでの範囲内(例えば、約5.0から約5.6ppm/K)である、30℃から300℃の温度範囲に対して熱膨張係数を有するため、フレーム302のコア702に対するコバール合金の使用は、コーニング7056または7058などの硬質ガラスがシート304に使用され、コバール合金または類似の材料がパッケージベース104に使用されることが好ましい。
Referring to FIG. 7, a cross-sectional view of a
さらに図7を参照すると、製造工程の次のステップは、シート304を接合するための作成済みフレーム302の形成である。前述のように、フレーム302は、開口308を明確にし、通過する連続側壁306を含む。側壁306は、その上部面にあるフレームシールリング領域310およびその下部面にあるベースシールリング領域320を含む。フレームシールリング領域310は、一般に透明シート304のシートシールリング領域318と一致するような大きさであるが、ベースシールリング領域320は、一般にパッケージベースにある対応するシール領域に対して一致するような大きさである。フレーム302は、スタンピング、鋳造、ダイカスト、押し出し/分割、および機械加工を含む、様々な従来の金属形成技術を使用して、製造することができる。スタンピングまたはダイカストは、フレーム302の生産に対して最も費用効率の高い方法であることを考慮する。しかしながら、光化学加工(PCM)を使用してフレーム302を加工することはまた、化学エッチングとして既知の方法であり、いくつかの実施例において、最も経済的な方法である。いくつかの実施例において、光化学加工(すなわち、エッチング)された金属および/または合金の数枚のシートは、一緒に結合し、フレーム302を形成することができる。結合方法の一つは、拡散接合としてまた既知であるTC結合であり、複数のPCMされた層を一緒にして、フレーム302を生成することができる。予定された結合手順が必要とする平面度および特定のフレーム製造法により達成された度合いにより、表面研削、およびあるいは、ラップ仕上げまたは研磨は、うまく密封包装するために必要となる最終平面性を提供するため、フレームシールリング領域310またはベースシールリング領域320に必要となる可能性がある。
Still referring to FIG. 7, the next step in the manufacturing process is the formation of a
本実施例において、ベースシールリング領域320は、フレームシールリング領域310に向かい合ったフレーム面にあり、金706により重層されたニッケル704の同一層を使用し、最終的にパッケージベース104への溶着を促進することができる。いくつかの実施例において、金706は、ニッケル704に重層されないこともある。
In this embodiment, the base
いくつかの実施態様において、フレーム302は、カバーアセンブリ300を最終的にはパッケージベース104に溶接する場合、「ヒートシンク」および/または「ヒートスプレッダ」としての役割を果たす。従来の高温溶接工程(例えば、手動または自動電気抵抗シーム溶接またはレーザー溶接)が、この作業に使用できることが考慮される。これらの溶接工程を使用して、金属化されたガラスシート304を直接パッケージベース104に溶接した場合、集中熱は、ガラスシートにひびを入れるか、その光的特性をゆがめる可能性のある熱応力を引き起こしかねない。しかしながら、金属フレームを透明シートに接合する場合、金属フレームは、溶接熱を吸収するヒートシンク、および透明シート304の熱応力を減少させ、ひび割れまたは光学的ひずみの可能性を最小化するようなより広い領域で熱を分散するヒートスプレッダの双方として作用する。コーニング7052ガラスの熱伝導率の0.0028よりも約14倍高いコバール合金の熱伝導率の0.0395で説明されるように、コバール合金は、このヒートシンクおよびヒートスプレッダで特に役立つ。
In some embodiments, the
フレーム302のもう一つの重要な側面は、透明シート304の熱膨張係数およびパッケージベース104の熱膨張係数に類似する熱膨張係数を有する材料から形成されるべきことである。フレーム302、透明シート304およびパッケージベース104の間の熱膨張係数の一致は、温度サイクリングの状況および/または熱衝撃環境のもとで、これらの構成材間での密閉包装の長期信頼性を確保するためにお互いに接続した後、その間の応力を最小化するのに有益である。
Another important aspect of the
セラミック、アルミナまたはコバール合金で形成されたパッケージベースに接合される窓アセンブリに対して、コバール合金は、フレーム304用の材料としての使用が好ましい。ここで詳論される多くの実施態様において、コバール合金は前記フレームに使用されるが、必ずしも、すべての透明シート材での使用に適切であるとは言えないことを理解するであろう。さらに、コバール合金の他のその他のフレーム材が、ガラスとの使用が適切である場合がある。その適性は、密閉包装の長期信頼性を最大限保証するために、透明シート304の材料、フレーム302の材料およびパッケージベース104の材料がすべて、ほぼ一致する熱膨張係数を有するという要件により決定される。
For window assemblies that are joined to a package base formed of ceramic, alumina, or Kovar alloy, Kovar alloy is preferably used as the material for
図8を参照すると、製造工程の次のステップは、少なくともフレームシールリング領域310と少なくともシートシールリング領域318の一部が窓部312を囲む連続接続領域804に沿って互いに接合するように、フレーム302をシート304に対して位置づけることである。実質的には、いくつかの例において、プラズマ清浄作業および/または溶媒または洗浄清浄作業は、最大の接合の信頼性を確保するために構成要素を接合する直前にシールリング領域および任意の他の密閉面に実施される。図8では、フレーム302と接合するまでにシート304は、元の位置(破線で表示)から移動する。もちろん、はじめに、シートシールリング領域318を前処理するために使用される作業からいずれの残った粘着テープまたはその他の保護材は、それらが保護材および/またはその粘着剤の劣化なく、接合工程において直面する高温に耐えられない場合で、粘着が覆面をシートに接着するために使用される場合、取り除く必要がある。シートシールリング領域318およびフレームシールリング領域310は、全領域に関して正確な一致を有することは必要なく、むしろ、窓部312を囲む連続接続領域804を形成する2つのシールリング領域間でいくつかの一致があることのみ必要であることを理解されるであろう。図8に示される実施態様において、シートシールリング領域318にある金属層610は、フレームシールリング領域310にあるメッキ外層706よりもはるかに幅広い。さらに、シート304の窓部312は、フレーム開口308を通じて、部分的に拡張し、フレーム302にあるシート304を中央にするための手段を提供する。
Referring to FIG. 8, the next step in the manufacturing process is to ensure that at least the frame
製造工程の次のステップは、窓部312を囲む溶接密閉を形成するために、接続領域のすべてに沿って、フレーム302およびシート304との間で接合が形成されるまで、接続領域804を加熱することである。接続領域804の加熱ステップ中、シート304の窓部312の温度は、仕上げ面314および316への損傷を防ぐために、シート304軟化温度より低いと同時に、そのガラスの遷移温度である、TGより低く維持する。ガラスの軟化点は、107.6dPa sまたは107.6ポイズ(測定方法:ISO 7884−3)の粘着性を有する温度として定義される。本発明は、この加熱を達成するためにいくつかのオプションを検討する。第一のオプションは、熱間静水圧プレスまたは熱間等静圧圧縮成形(HIP)の拡散接合と同様に従来の熱圧縮結合を含む、拡散接合としても知られる熱圧縮(TC)結合を利用することである。前述のように、拡散接合としても知られるTC結合は、必須の拡散接合を生成するのに、材料への高圧の適用を伴い、必要とされる温度がより低くてよい。接合した。シート304上の金属層610の厚みおよび組成を決定するための規定は、例えば、図7に示されるようなコバール合金、ニッケルまたは金フレームなどに対するTC結合のために、前に示されている。最終層としてアルミニウムを有する金属化シート304へコバール合金/ニッケル/金フレーム302のTC結合するための推定される工程変数は、約95,500psi(6713.65kg/cm2)の適用圧力で約380℃の温度である。これらの状況下で、コバール合金フレーム302にある金メッキ706は、アルミニウム層である、例えば、実施例7における層4に/ともに拡散する。TC結合に必要とされる380℃の熱膨張係数は、Corning7056などの硬質ガラスに対する、TGが約500℃から900℃の間よりも低くなるため、TC結合は圧縮状態で一緒にカバーアセンブリ構成要素302、304を固定し、約380℃で圧縮したアセンブリを加熱炉(または、オーブンなど)に置くことにより単一モードまたはバッチモードにおいて実施することができる。密封接着は、窓部312の仕上げ面314および316へのリスクなく、獲得することが可能である。真空、時には、特定の少量のガスを含む環境、または陰圧、陽圧を有するその他の環境は、TC結合工程を促進するため加熱炉内に必要とされる。
The next step in the manufacturing process is to heat the
別法として、TC結合に加えて、追加熱を加えるために接続領域804で抵抗溶接を使用することは、窓アセンブリを380℃未満で予熱し、全体の結合工程時間を削減することを可能にする。別の方法で、TC結合は、伝導により接続領域304を加熱する加熱された工具を使用してカバーアセンブリ構成要素302および304を固定することにより達成することができる。さらにもう一つの別の方法において、電気抵抗溶接が、必須のTC結合温度を達成するために必要とされる、100%の熱を供給することが可能であり、それによって、加熱炉、オーブンなど、または専用の熱伝導性の工具に対する必要性を排除することができる。
Alternatively, using resistance welding at the
TC結合またはその他の溶接工程を完了後、アセンブリ後、清掃、マーキング、またはその他の作業中、窓アセンブリ300は最終工程である、例えば、端を滑らかにする、およびチッピング、スクラッチング、マーキングなどを避けるためのカバーアセンブリの端の面取りの前処理に進むことができる。いくつかの実施例において、最終工程は、窓および/またはフレームへの様々なコーティングの使用を含むことができる。
After completing the TC bonding or other welding process, after assembly, during cleaning, marking, or other operations, the
図9を参照すると、本発明のある実施態様に従って先に記述された製造工程の構成図を図解している。ブロック902は、前述のような仕上げ面の上面および底面を有する透明な材料、例えば、ガラスまたはその他の材料のシートを得るステップを示す。矢印で示されるように、工程はブロック904へ進む。
Referring to FIG. 9, a block diagram of the manufacturing process described above according to an embodiment of the present invention is illustrated.
ブロック904は、前述のように、シートの表面処理、例えば、傷防止コーティングまたは反射防止コーティングのステップを示す。さらに、これらの永久表面処理に加えて、ブロック904は、その後のステップで、シートの面を保護するために、そこにテープまたはその他の一時的な保護の使用するサブステップを示す。ブロック904により示されたステップは任意であり、これらのステップの1つ以上が本発明のすべての実施態様に示されるわけではないことを理解されるであろう。その後、矢印で示されるように、工程はブロック906へ進む。
ブロック906は、当該の金属層が使用される場合、金属層に対してよりよい接着を提供するためにシートにあるシールリング領域を前処理するステップを示す。このステップは、通常、前述のように、化学エッチング、機械研削、レーザー切断、またはサンドブラストを使用して、シールリング領域を粗面化することを伴う。必要となる程度に、ブロック906はまた、シールリング領域からいずれの保護材を除去するサブステップを示す。さらに、ブロック906は、シートの表面からグリース、油またはその他の混入物質のいずれかを除去するために、シート(またはシートの少なくともシールリング領域)を清浄する任意のステップを示す。以前に論じたように、当該の清浄ステップは、シールリング領域が金属化される(すなわち、金属層のよりよい接着を促進するため)または金属化されないままであるか(すなわち、金属化されないシートのよりよい拡散接合を促進するため)に関わらず実施してもよい。ブロック906により示されるステップは任意であり、これらのステップのいくつかまたはすべてが本発明のすべての実施態様に示されるわけではないことを理解されるであろう。その後、矢印で示されるように、工程はブロック908へ進む。
ブロック908は、シートのシールリング領域を金属化するステップを示す。ブロック908により示されるステップは、フレーム302へのシート304の望ましい接合が金属間接合である場合のみ必須となる。それは、少なくとも1つの金属層がシートのシールリング領域に使用されなければならないためである。拡散接合工程の使用例として、初めにシート304を金属化しないでシート304をフレーム302に接合することが可能である。ほとんどの実施態様において、ブロック908は連続金属層をシートに使用するために多数のサブステップを示し、各サブステップの層は、前述のようにCVD、PVD、コールドスプレーまたは溶液浸漬メッキを含む、工程に使用することができる。ブロック908より示されるステップに従い、前記シートは、フレームを接合する準備ができる。しかしながら、前記工程は、本接合ステップ(すなわち、ブロック916)へ進むことが可能である前に、適切なフレームを初めに形成しなければならない。
ブロック910は、ブロック902からの透明シートの熱膨張係数とパッケージベースの熱膨張係数をほぼ一致させる熱膨張係数を好ましくは有する作成済みのフレームを獲得するステップを示す。前記ベースがアルミナまたはコバール合金である、ほとんどの場合において、コバール合金で形成されたフレームが適切である。前述のように、前記フレームをスタンピング、ダイカストまたはその他の既知の金属形成工程などを使用して形成することができる。その後、矢印で示されるように、工程はブロック912へ進む。
ブロック912は、研削、研磨および/またはその他の方法で、透明シートのシールリング領域に対して、必要に応じて、密接に適合できるように、その平坦化を増加するための、フレームのシールリング領域を平坦化するステップを示す。ブロック912により示されるステップは任意であり、本発明のすべての実施態様に必要であるわけではない、または示されないことを理解されるであろう。その後、矢印で示されるように、工程はブロック914へ進む。
ブロック914は、追加の金属層をフレームのシールリング領域に使用するステップを示す。これらの金属層は、時々、透明シートの金属化されたシールリング領域で接合するために互換性のある化学反応を達成するために必要である。ほとんどの実施態様において、ブロック914は、連続金属層をフレームに使用するための多数のサブステップを示す。さらに、ブロック914は、フレームの表面からグリース、油またはその他の混入物質のいずれかを除去するために、フレーム(またはフレームの少なくともシールリング領域)を清浄する任意のステップを示す。以前に論じたように、当該の清浄ステップは、フレームのシールリング領域が追加の金属層で金属化されるかまたは追加の金属層なしで使用されるかに関わらず実施してもよい。ブロック914により示されるステップが完了したら、前記フレームは、透明シートに接続する準備ができている。このようにして、ブロック908およびブロック914の双方の工程の結果、矢印で示されるように、ブロック916へ進む。
ブロック916は、窓部を囲む接続領域で既定の接触圧力を起こす状況下で、それぞれの金属化されたシールリング領域が互いに接触できるように、作成済みのフレームを作成済みの透明シートとともに固定するステップを示す。シールリング面の間での既定の接触圧力は、従来の溶接(ほとんどのはんだ付けおよびろう付け工程を含む)に必要とされる温度よりも低温で、金属化された表面の熱圧縮(TC)接合が起こることを可能にする。その後、矢印で示されるように、工程はブロック918へ進む。
ブロック918は、熱圧縮接合を引き起こすのに十分な温度になるまで既定の接触圧力を維持しながら、フレームおよび透明シートの間の接合への加熱を適用するステップを示す。いくつかの実施態様において、ブロック918は、加熱炉内で固定されたアセンブリを過熱するなどの単一加熱ステップを示す。その他の実施態様において、ブロック918は、例えば、初めに中間温度まで固定されたアセンブリ(例えば、加熱炉内)を予熱するステップ、およびその後、熱圧縮接合が起こる温度まで金属層の局部領域の温度を上げるために接合により抵抗溶接技術を使用するステップなどの接合エリアへの加熱を適用するいくつかのサブステップを示す。熱圧縮接合は、透明シート材とフレームとの間で溶接密閉を創出する。その後、矢印で示されるように、工程はブロック920へ進む。
図解された実施例において、既定の圧力が初めに適用され(ブロック916)、次に熱が適用(ブロック918)される拡散接合/熱圧縮接合を使用して、金属化されたシールリング領域を接合する。しかしながら、拡散接合の使用が、これらの特定の状況に限定されないことを理解されるであろう。いくつかのその他の実施態様において、シートおよび/またはフレームは、接合前に金属化することがないであろう。さらにその他の実施態様において、前記加熱は、望ましい接合温度に到達するまで初めに適用され、既定の圧力は、その後拡散接合を形成するまで適用することができる。さらにさらなる実施態様において、前記加熱および圧力は、拡散接合を形成するまで同時に適用することができる。 In the illustrated embodiment, the metallized seal ring region is removed using diffusion bonding / thermocompression bonding where a predetermined pressure is first applied (block 916) and then heat is applied (block 918). Join. However, it will be understood that the use of diffusion bonding is not limited to these particular situations. In some other embodiments, the sheet and / or frame will not be metallized prior to joining. In yet other embodiments, the heating is initially applied until a desired bonding temperature is reached, and a predetermined pressure can then be applied until a diffusion bond is formed. In still further embodiments, the heating and pressure can be applied simultaneously until a diffusion bond is formed.
ブロック920は、窓アセンブリを完了するステップを示す。ブロック920は、熱圧縮接合後の単なる窓アセンブリの冷却ステップを示すか、あるいは、チッピング、クラッキングなどを避けるためのアセンブリの端の面取り、アセンブリのマーキング、1つ以上の材料を使用した窓および/またはフレームのコーティング、またはその他のアセンブリ後の手順を含む、追加の最終工程を示すことができる。本実施態様の工程は、このように説明される。
本発明の別の実施態様において、従来の溶接技術(はんだ付けおよび/またはろう付けを含む)は、フレームを透明シートに接合するために熱圧縮接合の代わりに使用することができることが理解されるであろう。当該の別の実施態様において、図9のブロック916および918に示されるステップは、金属化されたシールリング領域が互いに接触できるように(接合による既定の接触圧力を起こす必要はない)フレームおよび透明シートをともに固定するステップ、およびその後、溶接接合を達成するために必要な金属層の融解および拡散を引き起こすのに十分な温度になるまで従来の手段を使用して、接合領域への加熱を適用するステップで置換することができる。
In another embodiment of the present invention, it is understood that conventional welding techniques (including soldering and / or brazing) can be used instead of hot compression bonding to join the frame to the transparent sheet. Will. In such an alternative embodiment, the steps shown in
別の実施態様において、ろう付けのはんだは、フレーム302を金属化されたシート304に接合するために使用される。本実施態様において、はんだ付け用金属またははんだ付け用合金は、金属化されたシート304に金属層610の最終層として利用でき、高い既定の接触圧力で、シート304をフレーム302に固定するステップを必要としない。はんだ付け用金属またははんだ付け用合金のプレフォームは、金属化されたシート304に金属層610の最終層としてはんだ付け用金属またははんだ付け用合金を有する代わりに、フレーム302およびシート304の間で別々の中間品として利用できる。軽度から中度の固定する圧力は、1)はんだの融解相の間、配置を保証するため、および2)それぞれのシールリング領域の間で接続領域に沿ってすべての融解のはんだの分配をさらに促進するために使用でき、それによって、溶接密閉を保証するのに役立つが、この固定する圧力は、TC結合においてそれ自身を接合する工程に貢献しない。しかしながら、ほとんどのその他の観点において、本実施態様は、前述のものと大いに類似する。
In another embodiment, brazed solder is used to join the
限定するわけではないが、次の実施例は、図7に図解されるようなコバール合金/ニッケル/金フレーム302にろう付けはんだするのに適するシートシールリング領域318にある金属層610の詳細を示すために提供される。
Without being limited, the following example details the
ここにある多数の実施例は、共晶Au−Sn系の使用を示しているが、その他の適用は、窓を接着するために非共晶Au−Sn系、またはその他の共晶または非共晶はんだを利用することができる。これは、窓接合を融解することなく、より高いレベルのアセンブリを接着することを可能にするため、それ以降、より融解温度の高いはんだの連続使用が可能となる。 Many examples here show the use of eutectic Au-Sn systems, but other applications include non-eutectic Au-Sn systems, or other eutectic or non-eutectic systems for bonding windows. Crystal solder can be used. This makes it possible to bond higher level assemblies without melting the window joints, allowing subsequent use of solder with higher melting temperatures thereafter.
限定するわけではないが、例として、図7に図解されるようなコバール合金/ニッケル/金フレーム302にろう付けはんだするために、シートシールリング領域318の金属層610に対して、以下の組み合わせが好まれる。
By way of example, and not by way of limitation, for the
図10を参照すると、本発明はさらにもう一つの実施態様を示している。ここで留意すべきは、本実施態様において、カバーアセンブリ300は、構成において長方形よりもむしろ円であることである。これは、本発明に従って製造されるカバーアセンブリのための単にもう一つの構成であり、本実施態様がいずれの特定の形の構成に限定されないことを理解されるであろう。前述の実施態様にあるように、本実施態様はまた、透明シート304をフレーム302に密閉して接合するためにろう付けはんだを使用する。しかしながら、本実施態様において、ろう付けはんだ用のはんだは、シートシールリング領域318またはフレームシールリング領域310の形を有する、別々のはんだプレフォーム1000の形態で提供される。さらに、本実施態様において、プレフォーム1000は、透明シート304およびフレーム302との間の内層または中間層の材料として使用するためにはんだ以外の材料であることができる。TC接合のための内層または中間層として使用される場合、プレフォーム1000の1つ以上の構成要素は、シート304およびフレーム302の1つ以上の構成要素で拡散する。
Referring to FIG. 10, the present invention shows yet another embodiment. Note that in this embodiment, the
本実施態様において、はんだプレフォーム1000がフレームとシートを直接お互いに位置付ける代わりに、透明シート304をフレーム302に密閉して接合するためにろう付けはんだのために使用される場合、フレーム302およびシート304は、窓部312を囲む連続接続領域に沿って、はんだプレフォームがフレームシールリング領域310とシートシールリング領域318との間に介入できるように、はんだプレフォーム1000の反対側に対して位置付けられる。フレーム302およびシート304がはんだプレフォーム1000に対して位置付けられた後、接続領域に沿ってすべてのフレームとシートとの間で、はんだプレフォームがはんだ接合を形成するために融合するまで、接続領域は加熱される。接続領域の加熱は、加熱炉、オーブンにおいてなどで加熱または予熱することを含む、前述の手順のいずれかで、単独に、あるいは、抵抗溶接を含むその他の加熱方法と組み合わせで実行される。接続領域を加熱するステップの間、シート304の窓部312の温度は、シートにある仕上げ面314および316に悪影響を与えないようにガラス遷移温度TGおよび軟化温度より低く保持することを必要とする。
In this embodiment, if the
はんだプレフォーム1000を使用する本実施態様は、図7に示されたように、金属化されたシート304をコバール合金/ニッケル/金フレームに接合するために使用することができる。好ましい実施態様に従って、はんだプレフォーム1000は、金スズ(Au−Sn)合金を形成し、さらに好ましい実施態様において、金スズ合金は、共晶複合である。プレフォーム1000用の別の合金の一つは、スズ−銅−銀(Sn−Cu−Ag)である。金スズのプレフォーム1000の厚みは、おそらく約6ミクロンから約101.2ミクロンの範囲内である。プレフォーム1000用のその他の合金の厚みは、おそらく約6ミクロンから約101.2ミクロンの範囲内である。
This embodiment using a
限定とみなすべきではない、以下の実施例は、金属層610およびシートシールリング領域318の詳細を示すために提供され、それは、スズ−銅−銀の合金を含まれるがそれらに限定されない、金スズのプレフォームまたはその他の適切なはんだ用の合金のプレフォームと組み合わせて、コバール合金/ニッケル/金フレームへろう付けはんだのために適切である。
The following examples, which should not be considered limiting, are provided to show details of the
限定するわけではないが、例として、以下の組み合わせは、金スズのはんだプレフォームと組み合わせて、コバール合金/ニッケル/金フレームへろう付け用のはんだ付けをするために、金属層610およびシートシールリング領域318用として好ましい。コバール合金/ニッケル/金のフレームを有するのに加えて、コバール以外の材料が、フレームのべース材として使用することができ、前記重層または複数の重層は、金を使用しないニッケル、またはニッケルおよび金を含むがそれらに限定されない、2つ以上の金属の組み合わせであってよい。
By way of example, and not limitation, the following combinations are combined with a gold-tin solder preform to braze to a Kovar alloy / nickel / gold frame for brazing and a
図11を参照すると、本発明のさらにもう一つの実施態様が図解されている。本実施態様はまた、はんだを使用するが、本実施態様において、シートシールリング領域318にある金属化された領域610かフレームアセンブリのシートシールリング310のどちらかにインクジェット技術を通じてはんだ付けを適用する。図11は、コバール合金/ニッケル/金フレーム302(またはその他のフレーム合金および重層の組み合わせ)およびインクジェット式分注装置先端1102の一部を示し、分注装置先端が矢印1106で示されるように、フレーム開口308の周辺を移動またはフレーム開口が分注装置先端の下を移動する際、フレームシールリング領域310の上にはんだの液滴1104を分注する。好ましくは、インクジェット式の分注はんだは、金スズ(Au−Sn)合金であり、さらに好ましくは、共晶組立である。本実施態様において、分注装置先端1102に適用される金スズはんだの好ましい厚さは、約6ミクロンから約101.2ミクロンの範囲内である。図11に示される実施例は、フレーム302の上にはんだ液滴1104を蒸着する分注装置先端1102を示すが、その他の実施態様においては、インクジェット式の蒸着済みのはんだをフレームシールリング領域310に単独か適用の組み合わせのどちらかで、シートシールリング領域318に適用してもよいことを理解されるであろう。さらにその他の実施態様において、インクジェット式の蒸着済みはんだは、前記の実施例でここに記載されるように使用する離散型はんだ用のプレフォームを作成するために使用してもよい。さらにその他の実施態様において、はんだであるかどうかわからない、インクジェット式の蒸着材は、内層または中間層プレフォームを作成するために使用でき、前記の実施例でここに記載されるようにTC接合またはHIP拡散接合において使用目的で使用する。インクジェット式を供給するはんだに使用するための図7に示されるようなコバール合金/ニッケル/金フレーム302へのはんだ付けに適切である、シートシールリング領域318にある金属層610の細部は、前記実施例21から32に示される層に実質的には類似である。
Referring to FIG. 11, yet another embodiment of the present invention is illustrated. This embodiment also uses solder, but in this embodiment, soldering is applied through inkjet technology to either the metallized
図12aから12cおよび図13aから13cを参照すると、本発明のもう一つの実施態様を構成するためのカバーアセンブリを製造するためにさらにもう一つの別の方法が図示されている。前記の実施態様において、別々の作成済みの金属フレームがその後の溶接に必要となるヒートスプレッダ/ヒートシンクとしての役目を果たすために透明シートに接合したのに対して、本実施態様において、コールドガス動的溶射蒸着工程は、透明シート材に金属フレーム/ヒートスプレッダを直接加工するために使用される。言い換えれば、本実施態様において、フレームは、不可欠な部分として透明シートに直接加工され、その後の接合作業を必要としない。さらに、コールドガス動的溶射蒸着は、ほぼ室温で達成できるため、この方法は、比較的低いTG、溶解温度、またはその他の耐熱性条件を有する透明シート材および/または表面処理に特に有用である。 With reference to FIGS. 12a to 12c and FIGS. 13a to 13c, yet another alternative method for fabricating a cover assembly for constructing another embodiment of the present invention is illustrated. In the above embodiment, separate prefabricated metal frames were joined to the transparent sheet to serve as a heat spreader / heat sink required for subsequent welding, whereas in this embodiment, cold gas dynamic The thermal spray deposition process is used to directly process a metal frame / heat spreader on a transparent sheet material. In other words, in this embodiment, the frame is processed directly into the transparent sheet as an indispensable part and does not require a subsequent joining operation. Further, since cold gas dynamic spray deposition can be achieved at about room temperature, this method is particularly useful for transparent sheet materials and / or surface treatments having relatively low TG, melting temperature, or other heat resistant conditions. .
特に図12aを参照すると、上記に定義された窓部312を有する透明材304のシートが図示されている。窓部312は、仕上がった頂面314および底面316を有する(ここで留意すべきは、シート304が、図12aから12cにおいて底部を上に示していることである。)。窓部312を囲むフレーム接着領域である、フレーム接着領域1200は、シート304に画定される。図12aからcに示される実施態様において、フレーム接着領域1200は、フレーム接着領域1200が窓部を完全に囲む限り、窓部領域312(すなわち、この場合においては円状)の特定の境界線に従う必要のないことを理解されるであろう。
With particular reference to FIG. 12a, a sheet of
特別に表記されていない場合、仕上げ頂面および底面のある窓部を有する透明シートを獲得する最初のステップである、シートのシールリング領域を前処理するステップおよびシートのシールリング領域を金属化するステップは、前記の実施態様に記述されたステップに実質的には類似であり、再度詳細を記載されないことを理解されるであろう。 Unless otherwise noted, the first step of obtaining a transparent sheet with a finished top and bottom window is to pre-treat the seal ring area of the sheet and metallize the seal ring area of the sheet It will be appreciated that the steps are substantially similar to those described in the previous embodiments and will not be described in detail again.
また、図13aを参照すると、シート304の端に一部の断面図を示している。本実施例において、シート304にあるフレーム接着領域1200を前処理するステップは、粗面化によりフレーム接着領域を粗面化する任意のステップおよび/または陥凹部1302を形成するためにその元のレベル(破線で示す)から表面を研削するステップを備える。フレーム接着領域1200が前処理された後、金属層は、コールドガス動的溶射蒸着を使用して、シートのフレーム接着領域に蒸着される。図12bにおいて、最初の金属層1202は、コールドガス動的溶射蒸着を使用して、フレーム接着領域1200に適用される。
Also, referring to FIG. 13 a, a partial cross-sectional view is shown at the end of the
また、図13bを参照すると、コールドガス動的スプレーノズル1304は、フレーム接着領域1200に金属粒子1306の噴出を蒸着するステップを示している。ここで、最初の層1202は、第二層1204で重層し、スプレーノズル1304は、最終コバール合金層1206に蒸着を開始する場合に示される。層1206は、コバールである必要はない。
Referring also to FIG. 13 b, the cold gas
図12cおよび13cを参照すると、完成したカバーアセンブリ1210が一体形フレーム/ヒートスプレッダ1212を含み、それは層1206から既定の高さへ組み立てられたものであり、参照番号1308で表示され、シートの仕上げ面上に示されている。好ましい実施態様において、フレーム接着領域1200上の組立金属フレームの既定の高さ1308は、フレーム接着領域の真下にあるシート304の参照番号1310によって表示された厚さの約5%から約100%の範囲内である。ここで示される実施態様では、コールドガス動的スプレーを使用して金属を蒸着するステップは、組立フレーム/ヒートスプレッダ1212を加工するためにシート上にコバール合金の層を蒸着するステップを含んだ。コールドガス動的溶射蒸着の使用は、コバール合金層の厚さのとてつもない範囲を可能にし、その厚さは、約2.54ミクロンから約12,700ミクロンの範囲内である。もちろん、フレーム/ヒートスプレッダ1212は、透明シート304およびパッケージベース104の特質、特に各熱膨張係数に従って、コバール合金より他の材料の蒸着を通じて加工することができることを理解されるであろう。
Referring to FIGS. 12c and 13c, the completed
限定とみなすべきではない、以下の実施例は、硬質ガラス透明シートおよびコバール合金またはセラミックパッケージベースに適合するフレーム/ヒートスプレッダを形成するために、参照番号1207でまとめて表示される金属層の詳細を示すために提供される。透明シート304およびパッケージベース104の特質、特に各熱膨張係数に従って、コバール合金が最終層として示されるときはいつでも、コバール合金より他の材料の蒸着ステップは、最終層として使用してもよいことを理解されるであろう。
The following examples, which should not be considered as limiting, show details of the metal layers collectively denoted by
限定するわけではないが、さらに例として、以下の組み合わせは、硬質ガラス透明シートおよびコバールまたはその他の合金またはセラミックパッケージベースに適合するフレーム/ヒートスプレッダを形成するために、金属層1207のために好ましい。透明シート304およびパッケージベース104の特質、特に各熱膨張係数に従って、コバール合金が最終層として示されるときはいつでも、コバール合金より他の材料の蒸着ステップは、最終層として使用してもよいことを理解されるであろう。
By way of example but not limitation, the following combinations are preferred for the
コールドガス動的溶射蒸着を使用して金属層の蒸着した後、後の接合において望ましい接合がなされることを確実にするために、追加のステップを実施する前に、組立フレーム1212の頂面を既定の平面に研削するまたは成形する必要がある可能性がある。単独か、組立フレームの頂面の成形との組み合わせのどちらかで使用することができるもう一つの工程が、溶液浸漬メッキを使用して組立フレーム/ヒートスプレッダ1212に追加の金属層を蒸着するステップである。当該のメッキ層をもちいる最も一般的な理由は。フレーム/ヒートスプレッダがパッケージベース104に隣接する時に、望ましい接合を促すためである。好ましい実施態様において、組立フレーム1212に適用する追加の金属層は、約0.002ミクロンから、場合によっては約25ミクロンの範囲内の厚さがある、コールドガス動的スプレーで直接蒸着した金属上のニッケル層を含み、その後、金属層が約0.0508ミクロンから約0.508ミクロンの範囲内の厚さを有するまで、金層をニッケル層上にメッキする溶液浸漬を含む。
After the deposition of the metal layer using cold gas dynamic spray deposition, the top surface of the
図14を参照すると、コールドガス動的溶射蒸着を利用して、別の実施態様の構成図が示されている。特別に表記されていない場合、理解されるであろう、仕上げ面を有する透明シートを獲得する最初のステップである、表面処理をシートに適用するステップ、清浄ステップ、粗面化するステップまたは、それ以外の方法でシートのフレーム接着領域を前処理するステップは、前記の実施態様に記述されたステップに実質的には類似であり、再度詳細を記載されないことを理解されるであろう。例えば、図14のブロック1402は、仕上げ面を有する透明な材料のシートを獲得するステップを示し、ブロック902および適切な透明な材料の説明で直接対応する。同様に、記述されている場合を除き、図14のブロック1404、1406および1408は、ここに提供されたステップおよびサブステップの先の説明とともに図9の各ブロック904、906および908に対応する。故に、先の(すなわち、前処理されたフレーム)実施態様において、ブロック902から908より示されたさまざまなステップおよびサブステップを実施するために記述されたすべての選択肢は、現行の(すなわち、コールドスプレー)実施態様においてブロック1402から1408に適用可能であることを理解されるであろう。
Referring to FIG. 14, a block diagram of another embodiment using cold gas dynamic spray deposition is shown. If not specified otherwise, it will be understood that the first step of obtaining a transparent sheet with a finished surface is the step of applying a surface treatment to the sheet, the cleaning step, the roughening step or it It will be appreciated that pre-treating the frame-bonded area of the sheet in a manner other than is substantially similar to the steps described in the previous embodiments and will not be described in detail again. For example, block 1402 of FIG. 14 shows the steps of obtaining a sheet of transparent material having a finished surface and corresponds directly with
工程の次のステップは、フレーム接着領域1200にあるいずれかの先の蒸着された金属層の上にフレーム/ヒートスプレッダ金属を蒸着するためにコールドガス動的溶着蒸着を使用するステップである。本ステップは、ブロック1410により示される。図13bおよび13cに関連して前述されたように、ガスノズル1304から出る高速度粒子1306は、先の金属層に新しい層を形成し、フレーム接着領域1200を通じて繰り返してコールドスプレー噴射をあてることにより、新しい材料は、フレーム接着領域の全表面の周りの連続金属層になることが可能であり、すなわち、透明シート304の窓部312を囲むことができる。パッケージベース104の材料(カバーアセンブリ1210が最終的には接合されるパッケージベース)がコバール合金または適切に金属化されたアルミナである場合には、コバール合金は、一体フレームを形成するためにコールドスプレーするには、材料1206のために適切である。その他の場合において、は、パッケージベース104の熱膨張係数にほぼ一致する熱膨張係数を有するヒートスプレッダ材を選択すべきである。もちろん、その材料はまた、コールドガス溶着工程に適合しなければならない。
The next step in the process is the use of cold gas dynamic deposition deposition to deposit the frame / heat spreader metal on any previously deposited metal layer in the
粉末のヒートスプレッダ材のコールドガス溶着は、新層1206がヒートスプレッダ/一体フレームとして役目を果たすのに必要とされる厚さに到達するまで継続される。これは、ブロック1410に示される工程の終了を示す。いくつかの適用に対して、組立ヒートスプレッダ/フレーム1212は、ここで完成し、使える状態になる。しかしながら、その他の適用に対して、ヒートスプレッダ/フレーム1212にさらに完了作業を実施することが望ましい。
Cold gas welding of the powder heat spreader material is continued until the
例えば、スプレー工程の仕組みの結果として、コールドガス動的溶着法を使用して、蒸着した金属構造において、大きな残留応力を受ける恐れがあることが知られている。これらの応力は、寸法変化、クラッキング、または後の使用中にその他の応力関連の問題を生じる構造傾向がある恐れがある。制御した加熱および冷却による焼きなましは、残留応力を削減または解除する方法として知られている。故に、いくつかの適用において、一体ヒートスプレッダ/フレーム1212は、シート304への蒸着に従い焼きなまされている。この任意のステップは、図14にあるブロック1411に示されている。いくつかの実施態様において、焼きなましステップ1411は、ヒートスプレッダ/フレーム1212を構成するスプレーされた金属の全体の焼きなましおよび合金を含むことができる。しかしながら、その他の実施態様において、焼きなましステップ1411は、内層が焼きなましされていないが、一体組立ヒートスプレッダ/フレーム1212の最外部分のみ焼きなますことを含む。
For example, it is known that as a result of the spraying process mechanism, there may be a large residual stress in the metal structure deposited using the cold gas dynamic welding process. These stresses can be structurally prone to dimensional changes, cracking, or other stress related problems during later use. Annealing by controlled heating and cooling is known as a method of reducing or eliminating residual stress. Thus, in some applications, the integral heat spreader /
ヒートスプレッダの「頂面」(実質的には、シートの底面316から突出している)で、シール面のために平面が必要であることが理解されるであろう。これらの平面要求が、コールドスプレー工程によりヒートスプレッダ材の適用を介して満たされない場合、工程の次のステップでシール面を平面化する必要がある。このステップは、図14にあるブロック1412により示される。必要とされる表面の平面化を達成するために多数の選択肢がある。まず、必要とされる平面化を達成するために、ヒートスプレッダから表面材を除去することが可能である。これは、従来の表面研削、その他の従来の機械的手段により達成することができ、または盛り上がっている点のレーザー切除により達成することもできる。材料除去が行われる場合、材料除去作業中、仕上げ窓面314および316の損傷をさけるように、注意しなければならない。特別な窓部312を固定するステップおよび/または保護するステップを必要とする可能性がある。別法として、コールドスプレーを蒸着したヒートスプレッダ1212が十分な延性を持つ場合、表面は、応力作業、すなわち、平面型に対してフレームを押圧する、または圧延作業の使用による作業を使用して、平面化することがあってもよい。これは、表面研削またはレーザー作業を使用するのに比べて、取扱いの事前注意を削減するであろう。
It will be appreciated that a flat surface is required for the sealing surface at the “top surface” (substantially protruding from the
最後に、前述のように、いくつかの実施態様において、追加の金属層が一体フレーム/ヒートスプレッダ1212にメッキされる。ニッケルおよび金の層をコバール合金フレームにメッキする溶液浸漬など、これらの任意のメッキ作業は、図14にあるブロック1414に示される。図14に示される実施態様において、任意のメッキ作業1414は、任意の平面化作業1412後に実施され、それは、任意の焼きなまし作業1411の後に続いて実施される。当該の順序が好ましいが、その他の実施態様において、任意の仕上げステップ1411、1412および1414の順序は再度配置することができることを理解されるであろう。これらの完成ステップの順序に対する主要な考慮点は、後続のステップが前のステップの結果に損害を与えるか否かである。例えば、平坦化が加圧成形により実行される場合は、許容できるが、平坦化ステップ1412前に平坦化が研削により実行される場合、メッキ付けステップ1414を実行することは、実用的ではないであろう。
Finally, as described above, in some embodiments, an additional metal layer is plated onto the integral frame /
図15aおよび15bを参照すると、現行の発明のもう一つの実施態様に従って、同時にカバーアセンブリを製造する方法が図解されている。カバーアセンブリを生産するための製造後に、再分割することが可能な複合アセンブリの分解図が図15に示されている。複合アセンブリ1500は、フレーム1502および透明な材料のシート1504を含む。フレーム1502は、それを通る複数のフレーム開口1508の輪郭を示す側壁1506を有する。各フレーム開口1508は、フレームシールリング領域1510(クロスハッチングで示される)を有する連続側壁セクションにより囲まれている。各フレームシールリング領域1510は、金属面を有し、フレーム1502の特有の金属によって生じるか、もしくは、フレームの表面に適用する金属層から生じるものであってよい。いくつかの実施態様において、フレーム1502は、隣接したフレーム開口1508の間にフレーム側壁1506を形成する縮小された断面の厚さ領域1509を含む。図15bは、フレーム1502の底側を示し、各開口1508の間に形成された軽減した断面の厚さ領域1509をさらに示す。また、パッケージベース104に接合を可能にするための各開口1508を囲むベースシールリング領域1520(クロスハッチングで示される)が示されている。
Referring to FIGS. 15a and 15b, a method of simultaneously manufacturing a cover assembly is illustrated, according to another embodiment of the current invention. An exploded view of a composite assembly that can be subdivided after manufacture to produce a cover assembly is shown in FIG.
さらに、図15aおよび15bに示される複数の開口フレームに関して、フレーム1502が示されているように、シートから見て外方に向いてV字型の刻み目の開口端を有するか、または別法として、シートに面してV字型の刻み目の開口端を有するかで接合することが可能であることが理解されるであろう。
Further, with respect to the plurality of aperture frames shown in FIGS. 15a and 15b, the
上記で記述された詳細を除いて、本実施態様の複数の開口フレーム1502は、前述した単一開口フレーム302を有する材料、製造、および設計詳細を共有する。この点において、フレーム1502の好ましい実施態様は、主としてコバール合金または類似の材料で形成されたものであり、さらに好ましくは、前述のように、ニッケルの中間層に金の表面層が重層されたコバール合金コアを有するものである。
Except for the details described above, the plurality of
複合アセンブリに対する透明シート1504は、シート304に対して前述で議論されたような透明な材料のいずれのタイプから形成することができる。しかしながら、本実施態様において、シート1504は、それぞれの仕上げ面の頂面1514および底面1516がある各窓部を有し、その結果明確化された複数の窓部1512を有する。複数のシートシールリング領域1518は、図15aにおいて、各窓部を取り囲むクロスハッチングにより示される。シート1504の材料について、また各窓部1512の頂面1514および底面1516の仕上げ構造それぞれについて、表面処理および/またはコーティングについて、シート1504は、前述で議論されたように、単一窓部シート304に実質的には類似である。
The
複合アセンブリ1500を製造する工程の次のステップは、金属化に対してシートシールリング領域1518を前処理することである。前に述べたように、各シートシールリング領域1518は、シート1504の窓部を囲む。シートシールリング領域1518は、通常は、最終的には接合するフレームシールリング領域1510の構造にほぼ一致する構造を有する。しかしながら、いくつかの場合において、例えば、電気抵抗加熱が接合を生じるために使用される場合には、適切な回路を形成するためにシールリング領域1518を接続しなければならないなど、その他の考慮がフレーム格子の構造に影響を及ぼすことを理解されるであろう。金属化に対するシートシールリング領域1518を前処理するステップは、単一開口フレーム302にあるフレームシールリング領域310の前処理の説明の中で示されたステップおよびオプションに実質的には類似である。従って、最低限で、シートシールリング領域1518の前処理のステップは、通常は、表面からいずれの混入物質を除去するために徹底的な(例えば、プラズマ、溶媒または浄化剤)清浄を含み、また、通常、この領域を化学エッチング、レーザー切断、機械研削またはサンドブラスティングすることによるシールリング領域の粗面化を含む。
The next step in the process of manufacturing the
シート1502の前処理したシートシールリング領域1510を金属化するステップは、単一開口フレーム302にあるフレームシールリング領域310を金属化するために記載されたステップに実質的には類似である。例えば、実施例1から120に示された金属層は、はんだ材が最終金属層としてシートにメッキされるはんだ付けのために、熱圧縮接合と関連して使用され、別々のはんだプレフォームの金スズとの組み合わせではんだ付けと関連して使用され、インクジェット式技術を使用して、蒸着または形成されたはんだと関連してはんだ付けするために使用することができる。
The step of metallizing the pretreated seat
工程の次のステップは、窓部1512のそれぞれが、フレーム開口1508の一つに重層され、各当該の窓部/フレーム開口の組み合わせに対して、少なくとも関連したフレームシールリング領域1510の一部および少なくとも関連したシートシールリング領域1518の一部が関連した窓部を囲む連続接続領域に沿って互いに接合するなどのシート1504に対してフレーム1502を位置付けることである(ろう付けはんだがフレーム1502をシート1504に接合するために使用される場合、フレームとシートの間にはんだプレフォームまたははんだ層を介入することを理解される)。この作業は、一般に前述された実施態様のように、単一開口において、シートに対してフレームを位置付けるためのステップに類似している。拡散接合がシート1504にフレーム1502を接合するために使用される場合、フレーム1502からシート1504の間の中間層または内層は、使用される、または使用されないことがあってもよい。
The next step in the process is that each of the
図16aを参照すると、もう一つの実施態様に従って、対応工具を使用して複数の開口フレーム1502に対して複数の窓シート1504(この場合において、輪郭面がある窓部1512を有する)の位置付けをするステップが図示されている。対応工具は、対応要素1650および下部支持板1652、1654のそれぞれを含む。支持板1652および1654は、矢印1656で示されたように、工具の備品からの離散位置(示されていない)で圧縮力を受ける。対応部分1650は、支持板の一つとカバーアセンブリのプレハブ(すなわち、フレーム1502およびシート1504)の間に位置付けられている。対応部分1650は、力が適用された場合、弾性的に変形し、従って、必要とされる接触圧力がフレーム/シート接合に沿って達成されることを保証するためにでこぼこした面に対して分散した力を同時に適用しながら、でこぼこした面(シート1504など)に適合することができる。当該の対応工具はまた、2つの部分を完璧に平坦化しない場合、すべての材料に存在する固有の柔軟性(小さい場合であっても)をうまく利用しながら、その他の部分に対してシートまたはフレームを押圧するために使用することができる。説明された当該実施例において、対応部分1650は、例えば、ゴムなどのエラストマー材からの固形ブロックから形成されるが、その他の実施態様において、対応部分はまた、例えば、バネなどの離散要素から製造することがあってもよい。対応材は、接合作業中に加えられる高温に耐えることが可能でなければならない。
Referring to FIG. 16a, in accordance with another embodiment, a corresponding tool is used to position a plurality of window sheets 1504 (in this case having
工程の次のステップは、金属間接合が各接続領域に沿ってすべてのフレーム1502とシート1504の間で形成されるまで、接続領域のすべてを加熱するものであり、従って、各窓部1512を囲む密封したフレーム/シートシールを有する複合アセンブリ1500を生成される。拡散接合がフレーム1502およびシート1504を接合するために使用される場合、接合は、フレームの最外部の金属層と金属化されないシート1504の間で可能である。単一開口フレーム302を単一シート304に接合するための前述されたような加熱技術のいずれかが複数の開口フレーム1502を対応する複数の窓シート1504に接合することが適用可能であることが理解されるであろう。
The next step in the process is to heat all of the connection areas until an intermetallic bond is formed between all the
図16bを参照すると、現行の工程の最終ステップは、2つの窓部1512の間で共通の各接続領域に沿って複合アセンブリ1500を分けるステップであり、各窓部を囲む溶接密閉を保存および保持するようにするステップである。複数の個別のカバーアセンブリは、それによって製造される。図16bは、フレーム1502にシート1504の密封接着に続く複合アセンブリ1500の側面図を示している。フレーム1502が、軽減した断面の厚さ領域1509を含む場合、複合アセンブリを分割するステップは、矢印1602で示された位置で、軽減した断面の厚さ領域の裏側に沿ってフレームに折れ線をつけるステップを含めることができ、好ましくは、突破するステップまたは実質的には残留フレーム材の下部領域1509を弱化するステップ、およびまた同時に領域1509に垂直に隣接した直線に沿ってシート1504に折り線をつけるステップ、すなわち、矢印1604で示された時点で、例えば、矢印1606で示された方向にアセンブリ1500を曲げ、例えば、割れ目が直線沿いの折り線1608から離れて広め、それにより、アセンブリを2つの部分に分けることができる。この工程は、複合アセンブリ1500がここに上記で記載されたような方法で製造されたものに実質的には類似である単一開口カバーアセンブリに完全に再分割されるまで、軽減した断面の厚さ1509の各領域に沿って繰り返すことができる。その他の実施態様において、折れ線を付けて割く方法を使用する代わりに、カバーアセンブリは、機械的切断、ダイシングホイール、レーザー、水ジェット、またはその他の分離技術を使用して、好ましくは、矢印1602に示された経路に沿ってフレーム側から(すなわち、窓部1512の間)切り離すことができる。
Referring to FIG. 16b, the final step in the current process is to divide the
図17aおよび17bを参照すると、多数のカバーアセンブリを同時に製造するためのさらにもう一つの方法が図解されている。この方法は、図12aから12cおよび図13aから13cに関連して上で説明したように、透明シート材に直接、一体フレーム/ヒートスプレッダを構築するために使用されたコールドガス動的溶射法に拡張する。図17aに示されるように、工程は、その後に定義される複数の窓部1712を有する金属化されていない透明な材料1704のシートおよび仕上げ面の頂面1714および底面1716のそれぞれを有する各窓部で開始される。透明シート1704の性能および特質は、上記で議論された実施態様においてと、実質的には類似である。工程の次のステップは、複数のフレーム接着領域1720(各窓部1712を囲む破線の経路により示される)、窓部1712の一つを囲む各フレーム接着領域1720を前処理するステップを含む。上記の実施態様にあるように、フレーム接着領域を前処理するステップは、金属化するための前処理において、清浄、粗面化、研削またはそれ以外の方法でフレーム接着領域を修正するステップを備えることがあってもよい。
Referring to FIGS. 17a and 17b, yet another method for manufacturing multiple cover assemblies simultaneously is illustrated. This method extends to the cold gas dynamic spraying method used to build an integral frame / heat spreader directly on the transparent sheet material, as described above in connection with FIGS. 12a to 12c and 13a to 13c. To do. As shown in FIG. 17a, the process consists of a sheet of unmetallized
本工程の次のステップは、シートで前処理したフレーム接着領域を金属化するステップであり、すなわち、この金属化は、コールドガス動的溶射法を使用し実施することができ、または層が比較的薄い箇所において、CVD、物理的気相成長法またはその他の従来の金属蒸着法を使用して実施することができる。本ステップの主要目的は、透明シート1704へのうまい接着を獲得する必要のある金属層を適用および/または防食などに対する冶金要求に合うようにすることであることを理解されるであろう。
The next step in the process is to metallize the pre-treated frame adhesion area with the sheet, i.e. this metallization can be performed using cold gas dynamic spraying or the layers are compared. Can be carried out using CVD, physical vapor deposition or other conventional metal deposition techniques at thin spots. It will be appreciated that the main purpose of this step is to meet the metallurgical requirements for applying and / or anticorrosion with a metal layer that needs to achieve good adhesion to the
図17bを参照すると、工程の次のステップは、組立金属フレーム1722がシールリング領域1726を有するシートに形成されるまで、コールドガス動的溶着蒸着法を使用してシート1704の前処理された/金属化されたフレーム接着領域に金属を蒸着させるステップであり、フレーム接着領域上の既定の垂直厚さであり、従って、各窓部1712を囲むフレーム1722とシート1704の間で溶接密閉を有する複合アセンブリを製造するステップである。いくつかの実施態様において、縮小した断面の厚さ領域1724は、コールドスプレー蒸着中、金属を選択的に蒸着することにより、形成される。その他の実施態様において、縮小した断面の厚さ領域セクション1724は、研削、切断またはレーザー切断および水ジェットなどのその他の機械的技法の使用を通じて、フレーム/ヒートスプレッダ1722の蒸着に続き形成することができる。さらに、縮小した断面の厚さ領域セクション1724は、光化学加工(PCM)の使用を通じてフレーム/ヒートスプレッダ1722の蒸着に続き形成することができる。
Referring to FIG. 17b, the next step in the process is the pre-treatment of the
必須ではないが強く好まれるステップである、工程の次のステップは、必要であれば、パッケージベース104に接合するために平坦化の要求に合うために、溶射されたフレーム1722にシールリング領域1726を平坦化するステップである。この平坦化は、例えば、研削、ラップ仕上げ、研磨などの機械的手段、またはレーザー切断などのその他の技術により達成することができる。
The next step in the process, which is a non-essential but highly preferred step, is that if necessary, the
必須ではないが強く好まれるステップである、工程の次のステップは、パッケージベース104にカバーアセンブリの溶接を促進するために溶射されたフレーム1722のシールリング領域1726に、例えば、ニッケル層、および好ましくは金層などの追加の金属層を追加するステップである。これらの金属層は、その他の技術を使用することができるが、例えば、溶液浸漬メッキなどの溶液浸漬メッキ工程を使用して追加されるのが好ましい。
The next step in the process, which is a non-essential but strongly preferred step, is to
工程の次のステップは、同時に各窓部を囲む溶接密閉を保存および保持しながら、2つの窓部1712間で共通の各フレーム壁セクションに沿って複合アセンブリ1700を分割するステップである。複合1700を分割後、複数の単一開口カバーアセンブリ1728(破線で示される)は、図12aから12cおよび図13aから13cにおいて記載された方法を使用して製造される単一開口カバーアセンブリに実質的には類似であるそれぞれを製造する。コールドガス動的溶射法を使用して製造された単一カバーアセンブリにおける使用のために記述された選択肢、特質および技術のすべては、本実施態様に適用可能である。例えば、フレームの平坦化および追加の金属層でフレームのメッキ化するなどの作業は、個別のユニットの分離前の複合アセンブリ1700、または分離後個別のユニットに実施することができることが理解されるであろう。
The next step in the process is to divide the
前述のように、透明シートの金属化されたシールリング領域とフレームのシールリング領域との間で接続領域を加熱するステップは、その間で溶接密閉を形成するために必要とされる。また前述のように、この加熱するステップは、加熱炉、オーブン、または電気抵抗加熱(ERH)を含む様々な電気加熱技術を使用して達成することができる。図18aから18cを参照すると、多数のカバーアセンブリを同時に製造するための電気抵抗加熱の利用法が図解されている。 As mentioned above, the step of heating the connection area between the metallized seal ring area of the transparent sheet and the seal ring area of the frame is required to form a weld seal therebetween. Also as described above, this heating step can be accomplished using a variety of electrical heating techniques including furnaces, ovens, or electrical resistance heating (ERH). Referring to FIGS. 18a to 18c, the use of electrical resistance heating to simultaneously manufacture multiple cover assemblies is illustrated.
図18aをまず参照すると、複数の窓部1812の周辺に碁盤目配列で配置された複数のシールリング領域1818を有する透明シート1804が図示されている。これらのシールリング領域1818は、まず前処理され、それから、ここに前述されたように、1つ以上の金属または金属合金で金属化される。さらに、透明シート1804は、金属化された電極部分1830を含むが、いずれの窓部1812を囲まない。この電極部分は、シートの金属化されたシールリング領域1818に電極的に接続される。1つ以上の電極パッド1832は、その後のERH手順中、電極から電気エネルギーを受け取るために電極部分1830に提供することができる。
Referring first to FIG. 18a, a
図18bを参照すると、複数のフレーム開口1808の周辺に碁盤目配列で配置された複数の側壁1806を有するフレーム1802を例証する。開口1808は、シート1804の窓部1812の位置に相当するために配置され、側壁1806は、フレームシールリング領域1810(その上に位置付けされる)がシートのシートシールリング領域1818の位置に相当できるように、配置されている。フレームは、ここに前述のように接合を促進するために、金属製または金属化されている。さらに、フレーム1802は、いずれのフレーム開口1808を囲まない電極部分1834を含む。フレーム電極部分1834は、シート電極部分1830の位置に相当しないように配置され、好ましくはシート窓/フレーム格子アセンブリ(すなわち、シートがフレームに組み立てられる場合)の反対側に配置される。フレーム電極部分1834は、シートの金属化されたフレームシールリング領域1810に電極的に接続される。1つ以上の電極パッド1836は、その後のERH手順中、電極から電気エネルギーを受け取るために電極部分1834に提供することができる。
Referring to FIG. 18b, a
図18cを参照すると、シート1804は、その間で溶接密閉を生成するために加熱するための前処理における、フレーム1802に対する位置付けを図示する。該当する場合、はんだまたははんだプレフォームは、前述にあるようにその間で配置される。透明シート1804は、フレーム1802に対して獲得され、シートの下面にある金属化されたシールリング領域1818は、フレームの上面に金属化されたシールリング領域1810との電気接触があることを理解されるであろう。しかしながら、シート電極部分1830およびフレーム電極部分1834は、互いに直接接触しないが、その代わり、それぞれが電気的に接続する金属化されたシールリング領域1818および1810を通じてのみ電気的に接続される。電位が電極パッド1832から電極パッド1836に適用される場合(電極に隣接する+および−のシンボルで示される)、電流は、全体のシート窓/フレーム格子アセンブリの接続領域を通じて流れる。この電流の流れは、金属層における、固有の抵抗のため、電気抵抗加熱(ERH)を生成する。いくつかの実施態様において、この電気抵抗加熱は、複合アセンブリを形成するために、それ自体、シート1804とフレーム1802の間でTC結合、はんだ付け、またはその他の溶接密閉形成を生じるために必要な加熱を供給するには十分であることが可能である。しかしながら、その他の実施態様において、電気抵抗加熱は、複合アセンブリを形成するための接合に必要とされる必要な加熱を供給するために加熱炉またはオーブンの予熱などのその他の加熱形成と組み合わせることができる。
Referring to FIG. 18c, the
複合アセンブリを形成するために、シート1804をフレーム1802に接合した後、シート電極部分1830およびフレーム電極部分1834は、シートおよびフレームのそれぞれの金属化されたシールリング領域に外部電極(またはその他の電気供給部分)に対する電気アクセスを提供する機能の役目を果たした後、切除し、廃棄することができる。これらの「犠牲」電極部分1830および1834の切除は、「ダイシング」工程ステップ、すなわち、複合アセンブリを個別のカバーアセンブリに分離するステップ前、またはステップ中に生じてもよい。ここに前述されるように、複合アセンブリを個別のカバーアセンブリに分離するステップに対するいずれの技術がERH加熱を使用して製造された複合アセンブリの分離のダイシングステップとして使用することができることを理解されるであろう。
After joining the
ERHが同時に多数のカバーアセンブリを製造するために使用される場合、シート窓/フレーム格子アレイの構造および/またはシート窓/フレーム格子アレイ内の電極部分の配置は、加熱中、接続領域を通じて電流の流れを加減するために選択することがあってもよい。加減の主要なタイプは、さらに均一な温度を生成するため、すなわち「温点」または「冷点」を避けるために、シート窓/フレーム格子の様々な部分にわたって、加熱ステップ中、電流の流れを一様にする。 If ERH is used to manufacture multiple cover assemblies at the same time, the structure of the seat window / frame grid array and / or the placement of the electrode portions within the sheet window / frame grid array will allow current to flow through the connection area during heating. There may be choices to moderate the flow. The main type of moderation is to create a more uniform temperature, i.e. to avoid "hot spots" or "cold spots", to reduce the current flow during the heating step over various parts of the seat window / frame grid. Make uniform.
図19aから19fを参照すると、ERH中、さらに均一な温度を発出するために適合した様々なシート窓/フレーム格子構成が図示されている。各図19aから19fにおいて、前処理済みの、金属製/金属化されたフレーム1902に重層する前処理済みの、金属化された透明シート1904を備えるシート窓/フレーム格子アレイ1900を示している。シート1904の窓部は、フレーム1902のフレーム開口に直接重層し、シートの金属化されたシールリング領域は、フレームのシールリング領域に直接重層する(これらの図において、シート1904およびフレーム1902の金属化された部分は、同時に示されることが理解されるであろう)。透明シート1904に形成された金属化された電極部分は、A、B、CおよびDの参照文字で示される。これらの電極部分のA、B、CおよびDは、隣接するシートのシールリング領域に電気的に接続されるが、シートの金属化されていない領域1906により電気的にお互いに絶縁されている。外部電極は、参照文字Eにより示されている領域を通って、金属製/金属化されたフレーム(シートの反対側にある)の頂面に適用される。接合またははんだ付けに対して、電力は、例えば、同時に電極A、B、CおよびDへの1本の回線、および電極Eへのその他の回線、または、それぞれの電極A、B、CおよびDへ順次1本の回線、電極Eへのその他の回線などの電極で適用される。多くのその他の電極力の組み合わせが本発明の範囲内であることが理解されるであろう。
Referring to FIGS. 19a to 19f, various seat window / frame grid configurations adapted to emit a more uniform temperature during ERH are illustrated. In each of FIGS. 19a to 19f, a sheet window /
図19fを参照すると、本実施態様は、すなわち、窓部/フレーム開口の間のシールリング領域がアセンブリアレイを通って連続の直線を形成しない場合における、「そぎ」構成を有するシート窓/フレーム格子1900を図示している。そぎ配列フレームアセンブリは、スクライブ・ブレーク法または切断法を使用して分離するために、さらに大きな労働力を要する。当該のアセンブリの分離ステップは、まず各列を全体の格子から分離し、個別のカバーアセンブリをスクライブ・ブレーク法または切断法の作業により列から分離することを必要とする。しかしながら、そぎ配列アセンブリの使用は、ERH法を使用して加熱するステップに関連する利点を有するものであってよい。 Referring to FIG. 19f, this embodiment provides a seat window / frame grid having a “saw” configuration, ie, when the seal ring area between the window / frame openings does not form a continuous straight line through the assembly array. 1900 is illustrated. The saw array frame assembly requires even more labor to separate using a scribe break method or a cutting method. The assembly separation step requires that each row is first separated from the entire grid and the individual cover assemblies are separated from the rows by scribe-breaking or cutting operations. However, the use of the saw array assembly may have the advantages associated with heating using the ERH method.
1802または1902などの金属フレームは、金属または金属合金層を含むがそれらに限定されない、その外部に1つ以上の追加された層を含むことがでるが、フレームへの加熱を適用するためのERH法を使用して、金属化されていないシートへ拡散接合することができる。金属化されていないシートの厚さを通して温度上昇の量は、その他の因子と同様に、フレームに対して電力(ボルト数およびアンペア数)の適用の強度および継続時間に依存する。上記で議論されたように、拡散接合工程中、フレームとシートとの間で内層材または中間層材を使用することができる。 A metal frame, such as 1802 or 1902, may include one or more additional layers on its exterior, including but not limited to a metal or metal alloy layer, but ERH for applying heating to the frame Can be used to diffusion bond to non-metallized sheets. The amount of temperature rise through the thickness of the unmetalized sheet depends on the strength and duration of the application of power (volts and amperes) to the frame, as well as other factors. As discussed above, an inner layer material or an intermediate layer material can be used between the frame and the sheet during the diffusion bonding process.
「熱圧縮接合」(およびその略語「TC結合」)および「拡散接合」という用語は、本適用を通して、どちらを使っても変わりなく使用されることをさらに理解されるだろう。「拡散接合」という用語は、冶金家により好まれるが、半導体装置を製造するために使用されるほかのタイプの「拡散」工程との起こり得る混同を避けるために、多くの工業(例えば、半導体製造)においては、「熱圧縮接合」という用語が好まれる。上記で議論されたように、どちらの用語を使用するかにかかわらず、拡散接合は、どちらかのあわせ面の正常溶融温度より低い温度で、あわせ面の間の接合を形成するためにのみ、加熱、圧力、特定の陽圧または陰圧の気圧および時間のみを使用する一群の接合方法を参照する。言い換えれば、あわせ面を意図的に融解せず、溶かした埋め金を追加せず、いかなる化学的接着を使用しない。 It will be further understood that the terms “thermal compression bonding” (and its abbreviation “TC bonding”) and “diffusion bonding” are used interchangeably throughout this application. The term “diffusion bonding” is preferred by metallurgists, but in many industries (eg, semiconductors) to avoid possible confusion with other types of “diffusion” processes used to manufacture semiconductor devices. In manufacturing, the term “thermal compression bonding” is preferred. As discussed above, regardless of which term is used, diffusion bonding is only to form a bond between mating surfaces at a temperature below the normal melting temperature of either mating surface. Reference is made to a group of joining methods using only heating, pressure, specific positive or negative pressure and time. In other words, the mating surfaces are not intentionally melted, no melted padding is added, and no chemical bonding is used.
前述のように、拡散接合は、1つまたは双方の隣接する面を初めに(従来のはんだ付け、ろう付けおよび溶接工程のように)融解させることなく、ともに2つの面を密閉接合するために高熱および高圧の組み合わせを利用する。光学カバーアセンブリ、ウエハーレベルアセンブリまたはその他の温度感受性品を作成する場合、接合温度は、ある上限より低く維持することをほぼ常に必要とする。例えば、光学カバーアセンブリにおいて、シートの既存の光学特質に影響を及ぼさないように、シート材の接合温度は、TGおよび軟化温度TSより低くするべきである。他の実施例として、ウエハーレベルアセンブリにおいて、接合温度は、埋め込みマイクロデバイスに対する上限温度および/またはその作業気圧(すなわち、密封パッケージ内のガス環境)よりも低くするべきである。しかしながら、密封拡散接合を生成するために必要とされる特定の温度および圧力パラメーターは、2つのあわせ面を接合するための性質および構成により広く変わることが可能である。従って、透明シート材(例えば、ガラス)とフレーム材(例えば、金属または金属化された非金属)のいくつかの組み合わせ、またはフレーム材と基質材(例えば、シリコン、アルミナまたは金属)のいくつかの組み合わせは、シート材のTGおよび/またはTSを越える、またはその他の温度限界を越える拡散接合温度を有することが可能である。当該の場合において、温度限界を守らなければならない場合、ともに構成要素を密閉接合するステップに使用するには、不適当であると思われる。しかしながら、事実、シート材とフレームとの間、またはフレーム材と基質材との間に置かれた、「中間層」すなわち、特別に選択された材料の中間層の使用は、同一シート材を同一のフレーム材に直接接合した場合、または同一のフレーム材を同一の基質材に直接接合した場合よりも大幅な低温で、密閉拡散接合を引き起こすことが可能である。ここで留意すべきは、「中間層」および「内層」という用語は、技術内で、同一のことを意味する双方の用語に遭遇することがあるため、本出願全体を通じて、同じように使用されることである。 As mentioned above, diffusion bonding is used to hermetically bond two surfaces together without first melting one or both adjacent surfaces (as in conventional soldering, brazing and welding processes). Use a combination of high heat and high pressure. When making optical cover assemblies, wafer level assemblies or other temperature sensitive products, the bonding temperature almost always needs to be kept below a certain upper limit. For example, in an optical cover assembly, the bonding temperature of the sheet material should be lower than the TG and softening temperature TS so as not to affect the existing optical properties of the sheet. As another example, in a wafer level assembly, the bonding temperature should be lower than the upper temperature limit for the embedded microdevice and / or its working pressure (ie, the gas environment within the sealed package). However, the specific temperature and pressure parameters required to create a sealed diffusion bond can vary widely depending on the nature and configuration for joining the two mating surfaces. Thus, some combination of transparent sheet material (eg glass) and frame material (eg metal or metallized non-metal), or some of frame material and substrate material (eg silicon, alumina or metal) The combination can have a diffusion bonding temperature that exceeds the TG and / or TS of the sheet material or exceeds other temperature limits. In such cases, if temperature limits must be observed, it may be inappropriate for use in the step of hermetically joining the components together. However, in fact, the use of an “intermediate layer”, ie an intermediate layer of a specially selected material, placed between the sheet material and the frame or between the frame material and the substrate material makes the same sheet material identical. It is possible to cause hermetic diffusion bonding at a significantly lower temperature than when directly bonded to the same frame material or when the same frame material is directly bonded to the same substrate material. It should be noted here that the terms “intermediate layer” and “inner layer” are used interchangeably throughout this application as they may encounter both terms within the technology that mean the same thing. Is Rukoto.
適切に一致した中間層は、拡散接合の強度および密封(すなわち、ガスの気密または真空気密)を向上する。さらに、互換接合の形成を促進し、より低い接合温度で、一体接合を生じ、接合域内で内部応力を軽減し、特に、アルミニウム、チタンおよび析出硬化合金の表面で、拡散を妨害する非常に安定した酸化物の形成を妨げることがあってもよい。中間層は、母材に拡散すると考えられ、それによって、全体としては接合の融点を上昇する。拡散接合により接合される材料次第で、中間層材は、金属、金属合金、ガラス材、テープ型またはシート型のはんだガラスを含むはんだガラス材、またはその他の材料から構成することができる。アームコ鉄へのBT5−1チタン合金の拡散接合において、モリブデンホイル0.3mmの厚さの中間層を使用している。信頼性のある、ガラス間およびガラス金属接合は、通常、0.2mmの厚さを越えない、ホイルの型において、アルミニウム、銅、コバール、ニオブおよびチタンなどの金属中間層で達成される。内層は、通常は、接合されるあわせ面のシールリング領域のような薄いプレフォームに形成される。 A properly matched intermediate layer improves the strength and sealing (ie, gas or vacuum tightness) of the diffusion bond. In addition, it promotes the formation of interchangeable joints, produces a single joint at lower joint temperatures, reduces internal stresses in the joint zone, and is extremely stable preventing diffusion, especially on the surface of aluminum, titanium and precipitation hardened alloys The formation of the oxidized oxide may be hindered. The intermediate layer is believed to diffuse into the matrix, thereby increasing the melting point of the joint as a whole. Depending on the material to be joined by diffusion bonding, the intermediate layer material can be composed of metal, metal alloy, glass material, solder glass material including tape-type or sheet-type solder glass, or other materials. In diffusion bonding of BT5-1 titanium alloy to Armco iron, an intermediate layer with a thickness of 0.3 mm molybdenum foil is used. Reliable, glass-to-glass and glass-metal bonding is usually achieved with metal interlayers such as aluminum, copper, kovar, niobium and titanium in foil molds that do not exceed 0.2 mm thickness. The inner layer is usually formed into a thin preform such as a seal ring region of the mating surfaces to be joined.
中間層を拡散接合するための使用を従来のはんだプレフォームの使用および上記で公開されたようなその他の工程とは区別することは大切なことである。本出願の目的として、中間層は、各あわせ面を直接お互いにするようにむしろ中間層への拡散接合させることにより、表面の拡散接合を促進するために、密閉面の間で使用される材料である。例えば、適切な中間層材を使用して、シート材と中間層材の間の接合、および中間層材とフレーム材の間を接合に対する適切な拡散接合温度は、シート材とフレーム材の間で直接形成される接合の拡散接合温度より大幅に低いものであってもよい。従って、中間層の使用は、そのシート材とそのフレーム材を直接接合するために必要とされる拡散接合温度より大幅に低い温度で、フレームへのシートの拡散接合を可能にする。密閉接合は、それでも、拡散接合工程、すなわち、接合工程中、融解を伴わない材料(シート材、中間層材でもフレーム材でもない)により形成されている。これが、中間層を使用する拡散接合と、接合する材料間で接合を形成するために、はんだ材が実際に融解するはんだプレフォームの使用などのその他の工程との大きな違いである。例えば、拡散接合のための中間層として、Au−Sn系はんだプレフォームなどのはんだとして従来は使用された材料を使用することが可能である。しかしながら、中間層として使用される場合、従来の(それらが融解する)はんだとしてではなく、拡散接合の特性に使用される。 It is important to distinguish the use for diffusion bonding of the intermediate layer from the use of conventional solder preforms and other processes as disclosed above. For the purposes of this application, the intermediate layer is a material used between the sealing surfaces to facilitate surface diffusion bonding by diffusion bonding to the intermediate layer so that each mating surface is directly with each other. It is. For example, using an appropriate intermediate layer material, the appropriate diffusion bonding temperature for bonding between the sheet material and the intermediate layer material and between the intermediate layer material and the frame material is between the sheet material and the frame material. It may be much lower than the diffusion bonding temperature of the directly formed bond. Thus, the use of the intermediate layer allows diffusion bonding of the sheet to the frame at a temperature significantly lower than the diffusion bonding temperature required to directly bond the sheet material and the frame material. The hermetic bond is still formed by a diffusion bonding process, i.e., a material that does not melt during the bonding process (not a sheet material, intermediate layer material or frame material). This is a major difference between diffusion bonding using an intermediate layer and other processes such as using a solder preform that actually melts the solder material to form a bond between the materials to be bonded. For example, as the intermediate layer for diffusion bonding, it is possible to use a material conventionally used as solder such as Au—Sn solder preform. However, when used as an intermediate layer, it is used for diffusion bonding properties, not as conventional (they melt) solder.
窓アセンブリまたはその他のパッケージの製造における中間層の使用は、拡散接合を促進するための使用以上の、さらなる利点を提供する可能性がある。これらの利点は、あわせ面に対する活性剤としての役目を果たす中間層を含む。時々、基材と比較してより高い延性を有する。中間層はまた、シールが熱膨張の異なる係数またはその他の熱膨張の特性を有する材料を伴う場合に生じる応力に対して補正することができる。中間層はまた、層の間で物質移動または化学反応を促進するものであってもよい。最終的に、中間層は、構成要素間で接合において望ましくない化学相または金属相の形成を妨げるバッファとしての役目を果たすものであってもよい。 The use of intermediate layers in the manufacture of window assemblies or other packages may provide additional advantages over the use to promote diffusion bonding. These advantages include an intermediate layer that serves as an activator for the mating surfaces. Sometimes it has a higher ductility compared to the substrate. The intermediate layer can also be compensated for stresses that occur when the seal is accompanied by materials having different coefficients of thermal expansion or other thermal expansion characteristics. The intermediate layer may also promote mass transfer or chemical reaction between the layers. Finally, the intermediate layer may serve as a buffer that prevents the formation of undesirable chemical or metal phases at the joint between the components.
図20aおよび20bを参照すると、拡散接合により接合を促進するために中間層を含む窓カバーアセンブリが図解されている。本実施態様において、窓アセンブリ2050は、透明ガラスシート2052、中間層2054および金属または金属合金ベース2056を含む。ベース2056は、その後の仕上げ窓アセンブリのパッケージベースまたはその他のより高レベルの最終構成要素の部分への電気抵抗シーム溶接を促進する組立シールリング領域2058およびフランジ2060を含む。本実施態様において、中間層2054は、フレームのシールリング領域2058に一致させるために選択した構造を有する金属プレフォームの形態をとる。密閉窓アセンブリを形成するために、各構成要素のシールリング領域の間で必要とされる既定の接合圧力を提供できる材料固定具(すなわち、工具)または機械装置(示されない)において、シート2052、中間層2054およびフレーム2056を設置する。いくつかの場合において、材料固定具は、高い接合圧力は、ラムなどの機械装置から適用されるが、接合中、構成要素を配置するためのみ役に立つことがあってもよい。しかしながら、その他の場合において、加熱中、積層構成要素の拡張(すなわち、積層軸に沿って)を抑圧するために材料固定具を設計することができ、そのため、材料固定具に向けてのアセンブリ構成要素の熱膨張および材料固定具自体の構成要素に向けての熱膨張は、温度上昇する場合、構成要素の間で必要な接合圧力のいくつかまたはすべてを「自然発生」する。
Referring to FIGS. 20a and 20b, a window cover assembly that includes an intermediate layer to facilitate bonding by diffusion bonding is illustrated. In this embodiment, the
図20eおよび20fを参照すると、「自己圧縮する」取り付けアセンブリの実施例を示している。図20eに最もよく見られるように、材料固定具2085は、接合する窓アセンブリ構成要素を受け入れるための空洞2088を一緒に明示する頂部取り付け部分2086および底部取り付け部分2087を含む。軸方向(矢印2090により示される)に、取り付け部分2086および2087の外側への動きを抑制する締め具2089を提供する。一般に、締め具2089を形成する材料の熱膨張係数は、取り付け部分2086および2087を形成する材料の熱膨張係数よりも低い。図20fは、接合するための前処理において材料固定具2085の空洞2088を積む窓アセンブリ2070(図20cおよび20d)のための構成要素を示している。ここで留意すべきは、取り付け部分2086および2087は、窓構成要素の頂部面および底部面に接続するが、小さいすき間2097が材料固定具の間にあり、加熱した場合、お互いに軸方向に向かって部分を拡張することを可能にする(締め具により抑制されているため)。さらに、ここで留意すべきは、小さいすき間2098は、一般に窓アセンブリ構成要素と取り付け部分2086および2087との側面の間にあり、加熱中、取り付け部分により構成要素に働かせた横力を最小限にすることである。材料固定具2085が加熱される場合、取り付け部分2086および2087の内面(すなわち、空洞2088に直面する)は、窓構成要素に対してお互いに軸方向に拡張し(熱膨張のため)、窓構成要素は、材料固定具に対して拡張する。これらの熱膨張は、拡散接合を促進するために軸方向に大きな力を持ちお互いに窓構成要素を押圧することができる。取り付け部分2086および2087の熱膨張はまた、横方向(矢印2091により示される)に生じることを理解されるであろう。この横拡張は、一般に望ましくはないが、ほとんどの場合において、自己圧縮の取り付けの使用に障害にはならない。
Referring to FIGS. 20e and 20f, an example of a “self-compressing” mounting assembly is shown. As best seen in FIG. 20e, the
図20gを参照すると、横方向2091において必要以上の熱膨張を起こすことなく、軸方向2090において、熱膨張(および従って圧縮)を強化するために適用された別の自己圧縮の材料固定具が図示されている。上記の実施例が有するように、代替の材料固定具2092は、接合する窓アセンブリを受け入れるための空洞2088を明示する頂部取り付け部分2086および底部取り付け部分2087、および軸方向2090において、取り付け部分の外側への動きを抑制する締め具2089(例証の目的として一つだけ示される)を含む。また、上記の実施態様にあるように、第一の小さなすき間2097は、取り付け部分2086と2087との間で示され、第二の小さなすき間2098は、窓構成要素と取り付け部分の側面の間に示される。しかしながら、上記の実施態様とは違い、代替の材料固定具2092の各取り付け部分2086および2087は、2つのサブ部分である、すなわち、窓アセンブリ構成要素(示されない)に対して軸方向に主に進むために適用された、それぞれ第一サブ部分2093および第一サブ部分2094、および空洞において窓アセンブリに適用し、配列するために適用された、それぞれ第二サブ部分2095および第二サブ部分2096を備える。熱膨張係数の高い、第一サブ部分2093および第一サブ部分2094のための材料を選択することにより、加熱中、軸方向の拡張(および従って圧縮)は、対応して高くなる。しかしながら、第二サブ部分2095と第二サブ部分2096と窓構成要素との間の横膨張および関連のある横への動きは、第二サブ部分の異なる材料すなわち、より低い熱膨張係数(すなわち、第一サブ部分の熱膨張係数より低い)を有する材料を選択することにより最小化することができる。好ましくは、第二サブ部分2095および第二サブ部分2096の熱膨張係数は、窓構成要素の熱膨張係数にほぼ近い。
Referring to FIG. 20g, another self-compressing material fixture applied to enhance thermal expansion (and thus compression) in the
図20aおよび20bを再度参照すると、窓アセンブリ2050の組立(まだ接合されていない)構成要素は、拡散接合圧力/温度状況が到達するまで加熱され、これらの状況は、第一拡散接合がシート2052と中間層2054の間で形成され、第二拡散接合がフレーム2056の中間層2054とシールリング領域2058との間で形成されるまで維持される。シートと中間層の間の第一接合は、実質的には、中間層とフレームの間の第二接合の前、後、または同時に起こることが理解されるであろう。上記で説明されたように、拡散接合を形成するための熱および圧力を適用するステップの順序は、重要であるとは考えられず、すなわち、言い換えれば、既定の圧力が適用され、その後加熱が適用されるか否か、または加熱が適用され、その後既定の圧力が適用されるか否か、または加熱および圧力の双方を同時に増加するか否かは、重要であるとは考えられず、むしろ、拡散接合は、事前に選択された圧力および温度が十分な時間に対して接合領域に示される場合、起こる。拡散接合が形成された後、シート2052は、図20bに示されるように、完成した窓アセンブリ2050を形成するためにフレーム2056に密閉接合される。
Referring again to FIGS. 20a and 20b, the assembled (unjoined) components of the
本発明のさらなる実施態様では、きれいな、すなわち、非金属化ガラス張りの窓は、拡散接合を使用して、コバールまたは他の金属材料のフレームに直接接合してもよいことを発見してきた。すでに説明したように、これは、金属化ガラス張りの窓をコバールフレームに拡散接合するステップへの追加である。任意に、非金属化ガラス張りの窓を金属フレームに直接拡散接合することは、例えばモリブデンマンガンなどの特定の化合物をフレームに使用することによって強化してもよい。ガラスが金属化されていても、金属化されていなくても、拡散接合は、最も一般的には真空圧で実行されるが、しかしながら、他に様々な雰囲気下で実行してもよい。しかしながら、結果として生じるどんな酸化物も接合の動作において遭遇する圧力によって分散する傾向があるので、酸化性雰囲気の使用は通常必要ではない。本発明のさらに他の実施態様では、拡散接合は、コバールおよび他の金属材料から作られたフレームの接合を、シリコンおよびガリウムヒ素(GaAs)を含む半導体のシートまたはウエハーに直接接着するために使用することができる。 In further embodiments of the present invention, it has been discovered that clean, i.e., non-metalized, glazed windows may be joined directly to a frame of Kovar or other metallic material using diffusion bonding. As already explained, this is in addition to the step of diffusion bonding the metallized glass window to the Kovar frame. Optionally, direct diffusion bonding of a non-metalized glazed window to a metal frame may be enhanced by using certain compounds, such as molybdenum manganese, for example in the frame. Whether the glass is metallized or not, diffusion bonding is most commonly performed at vacuum pressure, however, it may be performed under various other atmospheres. However, the use of an oxidizing atmosphere is usually not necessary because any resulting oxide tends to disperse with the pressures encountered in the operation of the junction. In yet another embodiment of the present invention, a diffusion bond is used to directly bond a frame bond made of Kovar and other metallic materials to a semiconductor sheet or wafer comprising silicon and gallium arsenide (GaAs). can do.
拡散接合を成功させるには、対になる表面がお互い親密に接触するよう接合することが必要なので、対になる表面の表面仕上げの物性は、本発明の重要なパラメーターとなり得る。以下の対になる表面パラメーターは、コバールと金属化ガラス、コバールときれいな(すなわち、非金属化)ガラス、コバールと金属化シリコン、コバールときれいな(すなわち、非金属化)シリコン、コバールと金属化ガリウムヒ素(GaAs)およびコバールときれいな(すなわち、非金属化)GaAsを含むが、それらに限定されない、コバールフレームと薄いシート材料の対になる表面の間の拡散接合を成功させることができると考えられている:±約12.7ミクロンの範囲内のシート材料の並行度(すなわち、厚さの均一性);5ミル/インチから約10ミル/インチの範囲の表面の平面性(すなわち、理想的な平面に置いた場合の単位長さ当たりの高さにおける偏差);多くて約16ミクロインチ(0.4064ミクロン)の表面粗度である。これらの表面パラメーターはまた、コバールとコバールの直接的な拡散接合、例えば、製造者組み立てによる金属フレーム用に使用することもできる。 The physical properties of the surface finish of the mating surfaces can be an important parameter of the present invention because the mating surfaces need to be joined in intimate contact with each other for successful diffusion bonding. The following paired surface parameters are: Kovar and metallized glass, Kovar and clean (ie, nonmetallized) glass, Kovar and metallized silicon, Kovar and clean (ie, nonmetallized) silicon, Kovar and metallized gallium It is believed that diffusion bonding between the Kovar frame and the mating surface of the thin sheet material can be successful, including but not limited to arsenic (GaAs) and Kovar and clean (ie non-metallized) GaAs. Sheet material parallelism (ie, thickness uniformity) in the range of about 12.7 microns; surface flatness in the range of 5 mils / inch to about 10 mils / inch (ie, ideal) Deviation in height per unit length when placed on a flat surface); at most about 16 microinches (0.4064 microns) A surface roughness. These surface parameters can also be used for direct diffusion bonding of Kovar and Kovar, for example, metal frames by manufacturer assembly.
上述のコバールフレームと薄いシート材料の対になる表面の間の拡散接合のための温度パラメーターは、ケルビン度において、比較的低い溶解温度を有する母材の約40%から約70%の絶対溶解温度の範囲にあると考えられている。拡散接合が光学的に仕上がったガラスまたは他の透明材を接合するのに使用される場合に、接合温度は、ガラスの他の透明材のTGおよび/または軟化温度より下回るように選択してもよく、それにより光学的仕上がりへの破損を回避してもよい。選択した接合温度によって、いくつかの実施態様では、透明シート(すなわち、窓となる)に対する光学的および/または保護用コーティングの適用は、接合の前よりもむしろ、シートをフレームに接合した後に実行してもよい。他の実施態様では、光学的および/または保護用のコーティングのうち、いくつかは、接合に先立ってガラスシートに適用してもよいが、他のコーティングが接合の後に続いて適用してもよい。圧力パラメーターに関しては、105.5kg/cm2(500psi)の圧力は、前述のコバールフレームと薄いシート材料との拡散接合に適切であると考えられている。 The temperature parameter for diffusion bonding between the above-mentioned Kovar frame and the mating surface of the thin sheet material is an absolute melting temperature of about 40% to about 70% of the base material having a relatively low melting temperature in Kelvin degrees. It is considered to be in the range of When diffusion bonding is used to bond optically finished glass or other transparent material, the bonding temperature may be selected to be below the TG and / or softening temperature of the other glass transparent material. Well, thereby avoiding damage to the optical finish. Depending on the selected bonding temperature, in some embodiments, application of the optical and / or protective coating to the transparent sheet (ie, the window) is performed after the sheet is bonded to the frame, rather than before bonding. May be. In other embodiments, some of the optical and / or protective coatings may be applied to the glass sheet prior to bonding, although other coatings may be applied subsequent to bonding. . With respect to pressure parameters, a pressure of 105.5 kg / cm 2 (500 psi) is considered appropriate for diffusion bonding of the aforementioned Kovar frame and thin sheet material.
拡散接合は高温で生じるので、ガラスシートの熱膨張係数は、金属フレームの熱膨張係数と一致させるべきであることが留意されるであろう。熱膨張係数が完全に一致できない範囲内においては(例えば、予期された温度の範囲を越える熱膨張係数における非線形性のため)、ガラスシートの熱膨張係数は金属フレームの熱膨張係数より低くなることが好ましい。結合された窓/フレームのアセンブリは、接合高温度から(または動作高温度から)もとの室温に冷却するので、これにより、金属フレームは結果的にガラスシートよりも縮む。したがって、ガラスは、張力よりもむしろ圧縮応力から主に影響を受け、亀裂が入る傾向を軽減する。 It will be noted that because the diffusion bonding occurs at high temperatures, the thermal expansion coefficient of the glass sheet should match the thermal expansion coefficient of the metal frame. Within a range where the coefficients of thermal expansion cannot be perfectly matched (for example, due to non-linearities in the coefficients of thermal expansion beyond the expected temperature range), the coefficient of thermal expansion of the glass sheet will be lower than that of the metal frame. Is preferred. This results in the metal frame shrinking more than the glass sheet as the combined window / frame assembly cools from the bonded high temperature (or from the operating high temperature) to the original room temperature. Thus, glass is primarily affected by compressive stress rather than tension, reducing the tendency to crack.
図20cおよび図20dを今から参照すると、本発明の追加の実施態様の内部および外部のフレームを有する窓アセンブリが図解されている。図20cは、アセンブリ前の窓アセンブリ2070の構成材を図解するが、図20dは、完成したアセンブリを図解する。窓アセンブリ2070は、透明シート2080の、内面および外面2076と2078にそれぞれ接合される(拡散接合、はんだ付け、ろう付けまたは本明細書に開示されている他の技術を使用して)個々のフレーム部材2072および2074を含む。言い換えれば、透明な窓の材料は、窓の上端のフレーム材料の層と窓の下端のフレーム材料の層との間に「挟まれた」状態である。中間層2082および2084を、前述の拡散接合に施してもよく、あるいは、はんだのプレフォーム(2082および2084としても図示する)を、前述のはんだ付けによる接合に施してもよい。
Referring now to FIGS. 20c and 20d, a window assembly having inner and outer frames of an additional embodiment of the present invention is illustrated. FIG. 20c illustrates the components of the
通常、同じ接合の技術は、窓に対して内部および外部のフレームの両方を接合するのに使用されるであろうが、しかしながら、これは必須ではない。同様に、内部および外部の接合は通常、同時に形成されるであろうが、これは必須ではない。しかしながら、密封した窓アセンブリを生成するために、内部のフレーム2072を窓2080に密封接合することは必要である。密封接合は通常、窓2080に外部のフレーム2074を接合する場合に必要ではないが、しかしながら、多くの理由のために好ましい場合がある。
Usually, the same joining technique will be used to join both the inner and outer frames to the window, however this is not required. Similarly, internal and external junctions will usually be formed simultaneously, but this is not essential. However, it is necessary to hermetically bond the
いわゆる「挟まれた」フレーム構成を有する窓アセンブリの1つの利点は、例えば、接合後の冷却の間、または温度サイクルの間、フレーム2072および2074ならびにシートの異なる熱膨張特性(同等でない熱膨張係数のため)に起因する透明シート2080の、それぞれの内面2076および外面2078にかかる応力を均一にすることである。言い換えれば、窓アセンブリが、1つの表面だけに接合されたフレームを有する場合に、フレームとシートとの間の不均等な膨張および収縮は、シート内に著しいせん断応力を生成する場合がある。これらのせん断応力は、窓とフレームの接合自体が無傷の状態を維持したとしても、透明シート内でのせん断破壊(例えば、亀裂が入る、または剥がれる落ちる)を引き起こすのに十分強くなる可能性がある。しかしながら、フレームが窓の内面および外面の両方に接合される場合に、ガラス(または他の透明材)内のせん断応力は大幅に軽減される場合がある。これは、同じ材料または類似した熱膨張係数を有する材料が、内部および外部のフレームの両方に使用される場合に特に当てはまる。窓の厚さによるこの応力の等化は、それに続く温度サイクルおよび/または物理的衝撃の間、組み立てられた窓の信頼性および耐久性を向上させる。
One advantage of a window assembly having a so-called “sandwiched” frame configuration is that, for example, during post-join cooling or during temperature cycling, the
挟まれた構造は、窓アセンブリまたはWLPアセンブリにおいて使用してもよい。内部および外部のフレームを有する挟まれた構造は、シートおよびフレーム材料が大幅に異なる熱膨張係数を有する場合に、殊さら有利となる。挟まれた構造の応力の平衡を保たせる特長に加えて、シート上の外部のフレームを使用することは、窓全体の熱的拡散を強化する;アセンブリからの放熱を強化する;光学的開口として役立つ;より高水準のアセンブリに対する接合またはアセンブリの間、デバイスの位置合わせ/固定またはクランプでの締めを容易にする;作業象徴化を表示することを含む、さらなる利点を有する場合がある。 The sandwiched structure may be used in a window assembly or a WLP assembly. The sandwiched structure with inner and outer frames is particularly advantageous when the sheet and frame material have significantly different coefficients of thermal expansion. In addition to the stress balancing feature of the sandwiched structure, the use of an external frame on the sheet enhances thermal diffusion across the window; enhances heat dissipation from the assembly; as an optical aperture Useful; facilitates alignment / fixing or clamping of the device during joining or assembly to a higher level assembly; may have additional advantages, including displaying work symbolization.
図21aおよび図21bを今から参照すると、本発明の他の実施態様によるマイクロデバイス用に密封されたウエハーレベルのパッケージ(「WLP」としても知られている)の2つの実例が図解されている。これらの実施態様は、ウエハーレベルのパッケージ2002(図21a)は、逆側の外部の電気的接続を有するが、ウエハーレベルのパッケージ2024(図21b)は同側の外部の電気的接続を有するということを除き、実質上お互い類似している。ウエハーレベルのパッケージは、本明細書ですでに開示している別個のデバイスパッケージに多くの点で類似しているが、パッケージの密封したエンベロープの部分として、マイクロデバイス自身の基板、通常半導体基板を使用する。かかるウエハーレベルのパッケージ化は、特に高生産量が関与する場合、ウエハー加工のマイクロデバイスを密封するために非常に経済的な方法を提供する。以下に説明するように、単一のマイクロデバイスはWLP技術を使用してパッケージ化してもよく、または元の生産ウエハーに関連する複数マイクロデバイスは、本発明の様々な側面に従い、WLP技術を使用して同時にパッケージ化してもよい。 Referring now to FIGS. 21a and 21b, two illustrations of a sealed wafer level package (also known as “WLP”) for a microdevice according to another embodiment of the present invention are illustrated. . These embodiments show that the wafer level package 2002 (FIG. 21a) has an external electrical connection on the opposite side, whereas the wafer level package 2024 (FIG. 21b) has an external electrical connection on the same side. Except that, they are substantially similar to each other. The wafer level package is similar in many respects to the separate device package already disclosed herein, but the microdevice's own substrate, usually a semiconductor substrate, is used as part of the package's sealed envelope. use. Such wafer level packaging provides a very economical way to seal wafer processing microdevices, especially when high production volumes are involved. As described below, a single microdevice may be packaged using WLP technology, or multiple microdevices associated with the original production wafer may use WLP technology in accordance with various aspects of the invention. And may be packaged at the same time.
今から特に図21aを参照すると、ウエハーレベルのパッケージ2002は、1つ以上のマイクロデバイス2004、例えば、基板2006に加工されたMEMSデバイスまたはMOEMSデバイスを取り囲んでいる。基板2006は通常、知られている半導体加工方法を使用して、マイクロデバイス2004に関連している電子回路2008が形成されるシリコン(Si)またはガリウムヒ素(GaAs)のウエハーである。電気ビア2010(破線で示す)は、回路2008を、基板の逆側(すなわち、デバイスに対して)に配置される外部からアクセス可能な接続パッド2012に接続する知られている方法を使用して、基板2006に形成してもよい。図20に示すビア2010の経路は、説明の目的のために簡易化されていることが理解されるであろう。コバールまたは他の金属材料から作られるフレーム2014の一端は、基板2006に密封接合され、また透明な窓2016は次に、空洞2018内のマイクロデバイスを密封する密封したエンベロープを完成するよう、フレームのもう一方の端に密封接合される。基板2006のフレームの対になる表面は、フレームへの接合を容易にするよう1つ以上の金属層2020によって処理または金属化してもよく、同様に、窓2016のフレームの対になる表面は、同じ目的のために1つ以上の金属層2022によって処理または金属化してもよい。
Referring now specifically to FIG. 21a, a
今から特に図21bを参照すると、ウエハーレベルのパッケージ2024は、この場合は、ビア2026が、基板2006の同じ側に配置される外部の接続パッド2028に送られることを除き、前述されたパッケージ2002と実質上同一である。明らかに、かかる実施態様では、フレーム2014および窓2016は、基板の上面の部分を覆いのない状態を維持するよう寸法を取る。
Referring now specifically to FIG. 21b, the
今から図21cを参照すると、製造の可能性のある1つの方法を説明するWLP2100の分解図が示されている。WLP方法を使用して単一または複数のマイクロデバイスをパッケージ化するために、以下の構成材、上にマイクロデバイス2004を有する基板2006;連続的な側壁2015を有し、封入する(間隔を提供するために)べきデバイスよりも「背の高い」フレーム/スペーサー2014;透明シートまたは窓2016が必要となる。使用する接合方法に応じて、拡散接合2102および2103のために、金属合金もしくはガラス組成、または中間層のはんだのプレフォームがさらに必要となる場合がある。上端のプレフォーム2102(窓2106とフレーム2014との間)は、下端のプレフォーム2103(フレーム2014と基板2006との間)と異なる材料であってもよいことが理解されるであろう。
Referring now to FIG. 21c, there is shown an exploded view of
手短に言えば、パッケージ2100を形成するための方法は以下のとおりである。第一フレームの取り付け領域2104は、対象のマイクロデバイスのウエハー基板2006の表面上に作成する。この第一フレームの取り付け領域2104は、基板2006上のマイクロデバイスまたはマイクロデバイス2004を囲む平面図(すなわち、上から見た場合の構成)を有する。第二フレームの取り付け領域2106は、窓2016の表面上に作成される。第二フレームの取り付け領域2106は通常、第一フレームの取り付け領域2104の平面図に実質上相当する平面図を有する。前の2つのステップの実行順序は重要ではない。次に、基板2006と窓2016との間にフレーム/スペーサー2014を配置する。フレーム/スペーサー2014は、第一および第二フレームの取り付け領域2104および2106のそれぞれの平面図に実質上相当し、またそれらに対応する平面図を有する。妥当な場合、はんだのプレフォーム2102および2103または拡散接合中間層2102および2103は、この時フレーム/スペーサー2014とフレームの取り付け領域2104および/または2106との間に置かれる。最後に、基板2006、フレーム/スペーサー2014および窓2016は、マイクロデバイス2004を封入するが、窓の透明な開口範囲2108を通してマイクロデバイスへ、および/またはマイクロデバイスから光が通ることができる密封されたパッケージを形成するために接合される(妥当な場合、はんだまたはガラスでプレフォーム2102および2103または拡散接合中間層2102および2103によって容易にされる)。
In short, the method for forming the
パッケージ2100の拡散接合は、単一の(組み合わせた)ステップまたは多くのサブステップにおいて実行することができることが理解されるであろう。例えば、5つのすべての構成材(シート2016、第一中間層2102、フレーム2014、第二中間層2103および基板2006)は、単一の固定物に積み重ね、それぞれの密封表面に形成するために、拡散接合を得るために同時に加熱および押圧することもあり得る。あるいは、窓のシート2016は、第一中間層2102を使用してフレーム2014に最初に拡散接合してもよく(第一サブアセンブリを作って)、その後この第一サブアセンブリは、第二中間層2103を使用して基板2006に続いて拡散接合してもよい。別の代わりの方法では、フレーム2014は、第二中間層2103を使用して基板2006に拡散接合することもあり得、その後透明シート2016は、第一中間層2102を使用してサブアセンブリに続いて接合してもよい。どの接合順序を使用するかの選択は、もちろん、使用する実際の材料、シート2016における透明材の熱感度、マイクロデバイス2004の熱感度、ことによると、フレーム2014および中間層材料の膨張特性などのほかのパラメーターによって決まることもある。
It will be appreciated that diffusion bonding of the
本発明は、すでに開示している「独立型」密封された窓アセンブリの製造と幾つかの点で類似していることがさらに理解されるであろう。窓2016のフレームの取り付け領域2106の作成は、前述の実施例1〜実施例96に説明している1つ以上の金属層による洗浄、粗面化および/または金属化を含む、シートシールリング領域318の作成に使用するための、すでに開示している同じ方法を使用して実行してもよい。
It will be further understood that the present invention is similar in some respects to the manufacture of the “stand alone” sealed window assembly previously disclosed. The creation of the
透明な窓ガラス2016は、それに蒸着している第一金属層の接着を促進するよう粗面化(例えば、フレームの取り付け領域2106を作成する際に)してもよいが(例えば、CVDまたはPVDによって)、ウエハー基板2006は通常同じ方法で粗面化されることはない。代わりに、ウエハー基板2006上の最初の金属層は通常、従来のウエハー加工技術を使用して蒸着される。ウエハー加工の従来の方法は、金属の蒸着の接着を促進するようシリコンまたはGaAsのウエハーをエッチングする必要性または選択肢を含み、その後、WLPデバイスを構築する場合には、ウエハー基板2006上のフレームの取り付け領域2104を作成する際に、同じ実践方法が続く。
The
他のウエハーまたは基板材料は、ガラス,ダイヤモンドおよびセラミック材料を含むが、それらに限定されない。いくつかのセラミックウエハーは、アルミナウエハーとして知られている。これらのアルミナウエハーまたは基板は、多層基板であってもよく、また低温同時焼成セラミック(LTCC)または高温同時焼成セラミック(HTCC)材料および製法を使用して製造してもよい。LTCCおよびHTCC基板はしばしば、内部および外部の電気回路または相互接続を有する。この回路は通常、層を一緒に同時焼成するのに先立って、セラミックまたはアルミナ材料層の上にスクリーン印刷される。 Other wafer or substrate materials include, but are not limited to glass, diamond and ceramic materials. Some ceramic wafers are known as alumina wafers. These alumina wafers or substrates may be multilayer substrates and may be manufactured using low temperature cofired ceramic (LTCC) or high temperature cofired ceramic (HTCC) materials and processes. LTCC and HTCC substrates often have internal and external electrical circuits or interconnections. This circuit is usually screen printed onto a ceramic or alumina material layer prior to co-firing the layers together.
さらに、窓アセンブリに使用するためにすでに説明した接合の技術およびパラメーターのうちのどれも、中間層を使用する、または使用しない拡散接合/TC接合、はんだのプレフォームを使用するはんだ付け、およびインクジェット方式で分注するはんだを使用するはんだ付けを含み、お互いWLP構成材を密封接合するために使用してもよい。主な差異は、「独立型」の窓アセンブリを作る場合は、たった2つの構成材(すなわち、透明シート/窓304およびフレーム302)が接合されるが、WLPを作る場合には、3つの主な構成材(すなわち、窓2016、フレーム2014および基板2006)を接合する(時折同時に)。もちろん、はんだ付け技術を使用してWLPを生産する場合は、追加の構成材、例えば、1つ以上のはんだのプレフォーム2102または複数のインクジェット方式で分注するはんだを必要とする場合がある。使用するならば、はんだのプレフォームは、その品物の製造における1つのステップとして、フレーム2014の上端および/または下端に取り付けてもよい。これは、WLPアセンブリの3つの主な構成材の位置合わせを平易にするであろう。もちろん、フレームに対するはんだのプレフォームの事前のこの取り付けはまた、すでに説明した「独立型」の窓アセンブリに適用できることが理解されるであろう。はんだのプレフォームを窓2016、フレーム2014および/または基板2006に取り付けるための方法のうち1つは、部分熱源を使用してプレフォームを適当な位置に連結することである。
In addition, any of the bonding techniques and parameters already described for use in window assemblies include diffusion bonding / TC bonding with or without an intermediate layer, soldering with a solder preform, and inkjet. It may include soldering using solder dispensed in a manner and may be used to hermetically join the WLP components together. The main difference is that when making a “stand alone” window assembly, only two components (ie, transparent sheet /
構成材を一緒にはんだ付けするのに先立って、はんだのプレフォームの表面および/または窓2016、フレーム2014および/または基板2006の金属化表面を洗浄することは、表面の酸化物を取り除くために必要となる場合がある。後のはんだ付けまたは脱フラックスの必要性を除去するために、はんだ付け工程の間、フラックスの使用を回避することが望ましい。いくつかの表面作成技術は、フラックスを使用しないはんだ付け用の金属およびはんだ面の作成に利用することができる。
Prior to soldering the components together, cleaning the surface of the solder preform and / or the metalized surface of the
いくつかの他の工程は、はんだ付けの後、フラックスを除去する必要性を回避するために、はんだ付け用の窓アセンブリまたはWLP構成材の表面作成のために使用してもよい。第一選択肢は、無洗浄フラックスとして商業の場において知られているものを使用することである。このタイプのフラックスは、はんだ付けの後、適当な位置に残るよう意図されている。第二選択肢は、フラックスを使用しないで、はんだぬれ性を向上させるためにガスプラズマ処理を使用することである。例えば、はんだの表面で反応する非毒性のフッ素含有のガスを取り込んでもよい。この反応は、はんだで堅くなった表面を形成し、再び溶解すると分解する。形成された溶接部および接合部は、フラックスを使用する場合に形成されるものと相当であるか、またはそれよりも良い。かかるプラズマは、はんだぬれ性およびワイヤー接合能力における改良を促進するために、酸化物およびガラスの減少による除去を含む利点を提供する。かかる処理は、厚膜の銅、金およびパラジウムにおいて示されてきた。酸化物が含まれていないきれいな表面を残すためのさらなる候補となるガスは、水素および一酸化炭素プラズマを含む。もっとさらなる候補となるガスは、水素、アルゴンおよびフロンガスの組み合わせを含む。プラズマ処理の1つのバージョンは、プラズマ補助による乾式はんだ付け(PADS)として知られている。PADS工程は、湿潤を促進するために、酸化スズ(空気にさらすと不安定な還元酸化スズが再酸素化する場合、フラックスを使用しないはんだに出現する)をオキシフロライドに変換する。変換フィルムは、はんだが溶解するときに破れ、またリフローが可能になる。前記フィルムは、空気中で1週間以上にわたり、また部品を窒素内に保存する場合には2週間以上にわたり、安定していると理解されている。 Some other processes may be used for surface preparation of soldering window assemblies or WLP components to avoid the need to remove the flux after soldering. The first option is to use what is known in the commercial field as no-clean flux. This type of flux is intended to remain in place after soldering. The second option is to use gas plasma treatment to improve solder wettability without using flux. For example, a non-toxic fluorine-containing gas that reacts on the solder surface may be incorporated. This reaction forms a hardened surface with solder and decomposes when dissolved again. The welds and joints formed are comparable to or better than those formed when using flux. Such a plasma offers advantages including removal by reduction of oxides and glass to facilitate improvements in solder wettability and wire bondability. Such treatment has been demonstrated in thick film copper, gold and palladium. Further candidate gases for leaving a clean surface free of oxides include hydrogen and carbon monoxide plasma. Still further candidate gases include a combination of hydrogen, argon and flon gases. One version of plasma processing is known as plasma assisted dry soldering (PADS). The PADS process converts tin oxide (which appears in solder that does not use flux when the unstable reduced tin oxide is reoxygenated when exposed to air) to oxyfluoride to promote wetting. The conversion film is torn and reflowable when the solder melts. The film is understood to be stable for over a week in air and for over 2 weeks if the part is stored in nitrogen.
密封パッケージ化の別個のマイクロデバイス用の単一および複数窓アセンブリを製造するための、前述の方法のように、WLPを製造するための様々な構成材の相性が良い材料の選択は、本発明の別の側面である。例えば、WLPの主な構成材(例えば、窓、フレーム/スペーサーおよびウエハー基板)のそれぞれは、好ましくは密封状態の長期にわたる信頼性の最大化を保証するために、近い熱膨張係数を有する。フレーム/スペーサー2014は、金属材料または非金属材料のうちどちらから形成してもよい。最良の熱膨張係数の一致は、ウエハー基板2006または窓2016のどちらかと同じ材料からフレーム/スペーサー2014を形成することによって達成されるであろう。しかしながら、ガリウムヒ素(GaAs)およびシリコン(Si)(すなわち、ウエハー基板のために通常使用される材料)およびほとんどのガラス(すなわち、窓に通常使用される材料)は、少なくともほとんどの金属および金属合金と比較すると、比較的脆弱である。したがって、金属および金属合金は通常、亀裂に対してより高度な抵抗性を示すので、これらの非金属材料は通常、フレーム/スペーサー2014を形成するために、金属または金属合金ほど好ましくない。現に、フレーム/スペーサー2014用に金属または金属合金を使用することは、接合後のウエハー基板2006、窓2016および完成したWLP2002の偶発的な亀裂または細分に対してさらなる対抗性を提供すると考えられている。金属フレーム/スペーサー2014を使用するとき、それは好ましくは、時に拡散接合またははんだ付けを容易するためだが、より多くの場合、フレーム/スペーサーとパッケージの内部の雰囲気との間の様々な種類の保護を提供するフレーム/スペーサー上の表面を提供するために、単に金を使用、またはニッケルその後金を使用のどちらかによってメッキされるであろう。しかしながら、非金属フレーム/スペーサー2014を使用する場合、その結果それは、拡散接合またははんだ付けを容易にするために金属化される場合がある。フレーム/スペーサー2014上に使用する金属層は、窓アセンブリを製造するために窓ガラス304上に使用するものと同じであってもよく、例えば、最終層は、クロム、ニッケル、スズ、スズビスマスおよび金のうちの1つである可能性がある。
The selection of materials that are compatible with the various components for manufacturing WLP, such as the method described above, for manufacturing single and multiple window assemblies for hermetically packaged separate microdevices is the invention. Is another aspect of. For example, each of the main components of WLP (eg, windows, frames / spacers, and wafer substrates) preferably have close thermal expansion coefficients to ensure long-term reliability maximization of the sealed state. The frame /
WLPの構成材のために相性が良い材料を選択する際は、シリコン(Si)は、293°Kで約2.6PPM/°Kから1400°Kで約4.1PPM/°Kの範囲にある熱膨張係数を有することが認識されている。MEMSおよびMOEMSなどのマイクロデバイスの動作温度が約−55℃から約+125℃の範囲内にあり、また拡散接合またははんだ付けの予想温度が、約+250℃から約+500℃の範囲内にあると見なされる場合、WLP基板のために使用するタイプのシリコンウエハーは、 補間により約2.3PPM/°Kから約2.7PPM/°Kの範囲内の熱膨張係数を有するとされる。シリコン(Si)基板に接合されるであろうフレーム/スペーサー2014に使用するのに適切だと考えられている1つの金属材料は、Carpenter Specialty Alloysによって開発された、「低膨張39合金」として知られている合金である。低膨張39合金は、以下のように、約0.05%のC、約0.40%のMn、約0.25%のSi、約39.0%のNi、および差引率はFeの組成(重量パーセント;名目分析)を有すると理解されている。低膨張39合金は、25℃から93℃の合間での約2.3PPM/°Kから、149℃での約2.7PPM/°K、260℃での約3.2PPM/°K、371℃での約5.8PPM/°Kまで及ぶと理解されている熱膨張係数を有する。
When selecting compatible materials for the WLP components, silicon (Si) is in the range of about 2.6 PPM / ° K at 293 ° K to about 4.1 PPM / ° K at 1400 ° K. It has been recognized that it has a coefficient of thermal expansion. The operating temperature of microdevices such as MEMS and MOEMS is considered to be in the range of about −55 ° C. to about + 125 ° C. and the expected temperature for diffusion bonding or soldering is considered to be in the range of about + 250 ° C. to about + 500 ° C. In this case, the type of silicon wafer used for the WLP substrate is said to have a coefficient of thermal expansion in the range of about 2.3 PPM / ° K to about 2.7 PPM / ° K by interpolation. One metal material that is considered suitable for use in the frame /
同様に、WLPウエハー基板に使用されるタイプのガリウムヒ素(GaAs)は、約5.8PPM/°Kの名目熱膨張係数を有すると考えられている。材料供給者のデータに基づいて、コバール合金は、20℃での約5.86PPM/°Kから、250℃での約5.12PPM/°Kまでの範囲の熱膨張係数を有すると理解されている。したがって、コバール合金は、GaAs基板に接合されるフレーム/スペーサー2014の良い選択であるように見える。GaAs基板に接合されるフレーム/スペーサー2014のために適切であると考えられている別の材料は、マサチューセッツ州アトルバロの、Texas Instruments IncのMetallurgical Materials Divisionによって開発されたSilvar(商標)として知られている合金である。Silvar(商標)は、GaAsデバイスに近い熱膨張係数特性を有するコバールの誘導体であると理解されている。
Similarly, the type of gallium arsenide (GaAs) used in WLP wafer substrates is believed to have a nominal coefficient of thermal expansion of about 5.8 PPM / ° K. Based on material supplier data, Kovar alloys are understood to have a coefficient of thermal expansion ranging from about 5.86 PPM / ° K at 20 ° C. to about 5.12 PPM / ° K at 250 ° C. Yes. Thus, Kovar alloy appears to be a good choice of frame /
WLP用の窓/レンズに関しては、コバールフレーム、例えば、Corning7052、7050、7055、7056、7058および7062、Kimble(Owens Corning)EN−I、Kimble K650およびK704、Abrisaソーダ石灰ガラス、Schott8245およびOhara Corporation S−LAM60を有する、単一および複数窓アセンブリを製造するのに使用するための、前述のガラスのすべては、GaAs基板2006を有するWLPの窓/レンズ2016のために適切であろうことが考えられている。パイレックス(登録商標)ガラスおよび類似した形成は、シリコン基板2006を有するWLPの窓/レンズ2016のために適切であると考えられている。Corningのウェブサイトによると、パイレックス(登録商標)の性質は、約821℃の軟化点、約560℃の焼きなまし点、約510℃のひずみ点、約1252℃の作用点、約32.5×10−7/℃の膨張(0〜300℃)、約2.23g/cm3の密度、約418のヌープ硬度および約1.474の屈折率(589.3nmにおいて)である。
For windows / lenses for WLP, Kovar frames such as
今から図22を参照すると、その上に形成される複数のマイクロデバイス2204を有する半導体ウエハー2202が図解されている。単一の半導体ウエハー上の複数のマイクロデバイスを生産するための方法標準となっていることが理解されるであろう。しかしながら、従来、マイクロデバイス2204が、例えば、MEMS、MOEMSなどの、光電子または光学装置を使用する前に、密封してパッケージ化される必要のあるタイプである場合、それぞれの上に単一のマイクロデバイスだけを通常有するセクションまで、ウエハー2202を、例えば、ばらばらに切断する、(ばらばらの)さいの目に切断する、またはばらばらに細分し、その後個々のパッケージ内の別個化されたマイクロデバイスをパッケージ化することによって、まず「別個化」または「単一化」することが、マイクロデバイスに対する業界標準的技法となってきた。今から、本発明のさらなる実施態様に従い、複数マイクロデバイスは、複数のままで、基板ウエハーの別個化または唯一化に先立ちWLPにおいて、別個に密封してパッケージ化する、または多数で密封してパッケージ化してもよい。この工程は、同時に存在する複数ウエハーレベルのパッケージ、または「MS−WLP」と称される。
Referring now to FIG. 22, a
今から図23から図29を参照すると、マイクロデバイスのMS−WLPのための1つの方法が図解されている。手短に言えば、この方法はa)複数のマイクロデバイスを有する半導体ウエハー基板の表面上の第一フレームの取り付け領域を作成するステップであって、第一フレームの取り付け領域は、基板上の単一(または複数)マイクロデバイスを囲む平面図を有するステップと、b)窓(すなわち、透明材のシート)の表面上の第二フレームの取り付け領域を作成するステップであって、第二フレームの取り付け領域は、第一フレームの取り付け領域の平面図に実質上相当する平面図を有するステップと、c)フレーム/スペーサーと基板と窓との間にフレーム/スペーサーを配置するステップであって、フレーム/スペーサーは、第一および第二フレームの取り付け領域それぞれの平面図に実質上相当し、またそれらに対応する平面図を有するステップと、d)マイクロデバイスを封入するために、基板、フレーム/スペーサーおよび窓を密封接合するステップとを含む。妥当な場合、はんだのプレフォームまたは拡散接合のための中間層の内層を含むがそれに限定されない他の材料はまた、接合の前に、フレーム/スペーサーと窓および/または基板との間に配置される。 Referring now to FIGS. 23-29, one method for MS-WLP of a microdevice is illustrated. Briefly, the method includes a) creating a first frame attachment region on a surface of a semiconductor wafer substrate having a plurality of microdevices, wherein the first frame attachment region is a single region on the substrate. (B) having a plan view surrounding the microdevice; and b) creating a second frame attachment area on the surface of the window (ie, a sheet of transparent material), the second frame attachment area. Comprises a plan view substantially corresponding to the plan view of the mounting area of the first frame, and c) placing the frame / spacer between the frame / spacer, the substrate and the window, the frame / spacer Substantially corresponds to a plan view of each of the attachment regions of the first and second frames and has a plan view corresponding thereto. And-up, d) to encapsulate microdevices, and a step of sealing bonded substrate, the frame / spacer and the window. Where appropriate, other materials, including but not limited to solder preforms or intermediate layers for diffusion bonding, are also placed between the frame / spacer and the window and / or substrate prior to bonding. The
今から特に図23を参照すると、半導体ウエハー2202のフレームの取り付け領域2302は、それぞれのマイクロデバイス2204の全面的に周りの(例えば、囲んでいる)ウエハー基板の表面上の金属化する層を蒸着することによって作成してきた。ここで示す実施態様では、作成されたフレームの取り付け領域2302は、単一の幅の外側の行2308および列2310によって包囲されている二倍幅の金属化した行2304および列2306(マイクロデバイス2204間に置かれる)から構成される長方形格子を含む。フレームの取り付け領域2302における金属化層の組成および厚さは、実施例1〜実施例96に説明しているように、シートシールリング領域318を作成する際に使用するために前述しているもののうちいずれであってもよい。
With particular reference now to FIG. 23, the
ここで図24を参照すると、MS−WLPアセンブリのウエハー2202と窓シート2602との間の取り付け用MS−WLPフレーム/スペーサー2402が図解されている。この実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサー2402は、単一幅の外側の行部材2408および列部材2410によって囲まれる、二倍幅の行部材2404および列部材2406を有し、ウエハー基板2202上のフレームの取り付け領域2302の平面図に実質上相当する平面図をもたらすことが理解されるであろう。以下にさらに説明するように、二倍幅行部材2404および列部材2406の目的は、接合後、MS−WLPアセンブリの唯一化の間、フレームを切断するための余裕を持たせるためである。他の実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサーは、異なる構成を有してもよい。この実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサー2402は、ウエハー基板の熱膨張係数と実質上一致する熱膨張係数を有する金属合金から形成されるが、しかしながら、他の実施態様では、フレーム/スペーサーは、前述の非金属材料から形成してもよいことが理解されるであろう。またすでに説明したように、フレーム/スペーサー2402は好ましくは、接合工程を容易にするためにメッキまたは金属化されるであろう。
Referring now to FIG. 24, a mounting MS-WLP frame / spacer 2402 between the
ここで図25a〜25dを参照すると、フレーム/スペーサー2402用の好ましい構成の詳細が図解されている。図25aは、ダブル幅の列部材2406の一部の拡大平面図を示し、また図25bは、同じ部分の端面図を示す。フレーム/スペーサー2402の行部材2404は好ましくは、同様の構成を有することが理解されるであろう。部材2406は、「開先」2502を有するか、またはそれぞれの部材の中央部に沿って、すなわち、完成したMS−WLPアセンブリ内の隣接するマイクロデバイス間に渡る、厚さが減少した領域を有するように形成される。以下にさらに説明するように、開先2502は、パッケージ化されたマイクロデバイスの唯一化の間、MS−WLPアセンブリをばらばらに切断することを容易にする。開先2502に沿ってばらばらに切断した後、フレーム部材2406は、2つのシングル幅の部材2504に分割され、それぞれは、図25cおよび図25dに示す構成を有する。アセンブリの間、フレーム部材の開先側面2505は好ましくは、ウエハー基板2202に対して配置されるが、非開先側面2505が窓シートに対して配置される。
Referring now to FIGS. 25a-25d, details of a preferred configuration for the frame /
今から図26を参照すると、MS−WLPフレーム/スペーサー2402に取り付けるためのMS−WLP窓シート2600が図解されている。窓シート2600は、前述のアセンブリの他の主な構成材と相性が良い熱膨張係数を有するガラスまたは他の透明材から形成してもよい。シート2600の少なくとも内側(すなわち、密封したエンベロープの内側になる側)、および好ましくは両側は、光学的に仕上がる必要がある。望ましい光学的または保護用のどんなコーティングも、好ましくは、シート2600の少なくとも内側、および好ましくは両側にこの時点でされている。しかしながら、シート2600が2つの接合作動うちの第一回において、フレーム/スペーサー2402だけに取り付けられる場合、その結果、光学的または保護用のコーティングは、第二回の、窓アセンブリをウエハーに取り付ける、その後の接合ステップに先立って適用してもよい。フレームの取り付け領域2602は、最終MS−WLPアセンブリにおいてマイクロデバイス2204と最終的に位置合わせをされる複数の窓開口2603を囲むために、MS−WLP窓シート2600に作成する。ここに示す実施態様では、作成されたフレームの取り付け領域2602は、単一幅の外側の行2608および列2610によって囲まれる二倍幅の行2604および列2606から成る長方形格子でのシート2600に蒸着される金属層となる。これは、フレーム/スペーサー2402の平面図に実質上相当するフレームの取り付け領域2602用の平面図をもたらす。フレームの取り付け領域2602での金属化層2604、2606、2608および2610の組成および厚さは、実施例1〜実施例96に説明した「独立型」窓のシートシールリング領域318を作成する際に使用するよう前述したもののうちのいずれであってもよい。
Referring now to FIG. 26, an MS-
いくつかの実施態様では、窓シート2600の内部表面は、例えば、ダイヤモンド針を使用して、フレームの取り付け領域2602のそれぞれの部分をスクライビングし、唯一化の間、MS−WLPアセンブリをばらばらに切断することを容易にしてもよい。窓シート2600のスクライビングは、当然のことながら、それをフレーム/スペーサー2402に接合または接着するのに先立って、実行されるであろう。フレーム/スペーサー2402が、図25a〜25bで例証したような開先部材を含む場合には、シート2600上のスクライビングの線は好ましくは、MS−WLPアセンブリでのフレーム部材の開先2502に対応する。
In some embodiments, the interior surface of the
今から図27を参照すると、完成したMS−WLPアセンブリ2700の側面図が図解されている。図27に示すいくつかの構成材の比率(例えば、金属層の厚さ)は、説明の目的のために誇張してもよいことが理解されるであろう。フレーム/スペーサー2402は、それぞれのマイクロデバイスまたはマイクロデバイス2204のセットが、窓シートの窓開口領域2603の真下に配置されるように、フレーム/スペーサー2402の平面図に実質上対応するフレーム取り付け領域2302および2602の平面図により、ウエハー基板2202(マイクロデバイス2204に関連した)と窓シート2600との間に配置される。もちろん、アセンブリ2700がはんだ技術を使用して接合される場合、フレームの取り付け領域2302および2602と実質上相当する平面図を有する、はんだのプレフォーム(図示せず)はまた、接合に先立って、フレーム/スペーサー2402とフレームの取り付け領域との間に配置される。さらに、内部層または中間層が、拡散接合とともに使用される場合、フレームの取り付け領域2302および2602に実質上相当する平面図を有するこれらの中間層(図示せず)はまた、接合に先立って、フレーム/スペーサー2402およびフレームの取り付け領域との間に配置される。前述の接合技術のいずれも、構成材の間の接合を達成するのに使用してもよい。MS−WLPアセンブリ2700は、接合前および接合後は、基本的に同じに見えるであろう(任意のはんだプレフォームの形態の接合領域への組み込みは除く)。
Referring now to FIG. 27, a side view of the completed MS-
接合後、MS−WLPアセンブリ2700はばらばらに切断される、または唯一化され、1つ以上のマイクロデバイスをそれぞれ含有する密封されたパッケージを形成する。単一化工程を遂行するのにいくつかの選択肢がある。しかしながら、窓シート2600、フレーム2402およびウエハー基板2202が接合されるので、窓シートの単なるスクライビングまたは細分(多数独立型窓アセンブリ用に行われたように)は実用的ではない。代わりに、少なくとも窓シート2600またはウエハー基板2202を切断する必要がある。残りの部分はその後、切断、スクライビングまたは細分のいずれかを行ってもよい。最良の結果は、ウエハーダイシングソー、を使用してウエハー基板2202を切断し、その後窓シート2600をスクライビングして細分するか、または同様のダイシングソーを使用して窓シートを切断するかのどちらかによって得られるであろうと考えられている。
After bonding, the MS-
今から図28を参照すると、MS−WLPアセンブリの唯一化のための1つの選択肢が図解されている。図28に示すMS−WLPアセンブリ2800は、図27に示すアセンブリ2700とほとんどの点で類似しているが、しかしながら、この場合は、窓シート2600は、内部フレームの取り付け領域(さらに使用する場合、さらにそれに対して垂直に渡る層2404)を使用する場合、金属層2406を通って事前にスクライビングされる(参照番号2802によって表示する)。接合後、アセンブリ2800は、ウエハー基板2202(矢印2804によって表示するように)の外側から、基板を完全に通して、内部フレーム/スペーサー部材2606(さらにそれに対して垂直に渡る部材2604)の開先2502に切断される。しかしながら、切断2804は、窓シート2600までは継続しない。代わりに、ウエハー基板2202およびフレーム2402が切断された後、窓シート2600は、事前にスクライビングされた線2802に沿ってそれを曲げることによって細分する。アセンブリ2800は、最初に行に細分し、その後行は列に沿って別個のパッケージに細分してもよく、または逆の場合の同様である。この方法の別の形態では、窓シート2600は、事前にスクライビングされないが、ウエハー基板2202およびフレーム2402を通って切断することにより形成される切り口2806を通ってスクライビングされる。このスクライビングは、開先2502の下のフレーム部材2406および金属層2606の残りを通って切断するのに十分強力である必要があることが理解されるであろう。アセンブリはその後、以前のとおりスクライビングの線に沿って別個のパッケージに細分される。
Referring now to FIG. 28, one option for the uniqueization of the MS-WLP assembly is illustrated. The MS-
今から図29を参照すると、別の形態では、MS−WLPアセンブリ2900は、矢印2902によって表示するように、それぞれのマイクロデバイス2204の間のウエハー基板2202、フレーム/スペーサー2402および窓シート2600を完全に通って単に切断することによって別個化される。得られたものは、複数の別個なWLPマイクロデバイス2904である。別個化切断は、窓側または基板側のどちらかから行われてもよいが、しかしながら、のこ引き動作の間、破損から保護するために、窓シートの外面を(例えば、保護テープなどを用いて)保護することが必要の場合がある。
Referring now to FIG. 29, in another form, the MS-WLP assembly 2900 fully assembles the
MS−WLPアセンブリの構成材の拡散接合またははんだ付けを容易にするよう電気抵抗加熱(「ERH」)を使用する場合、電流は通常、窓/フレーム接合点およびフレーム/基板接合点の両方に同時に流れるよう印加する。このERH加熱を容易にするために、MS−WLPアセンブリの構成は、ERH電極を配置するために、「犠牲的な」金属化領域(すなわち、後に不要となる領域)を窓シートおよびウエハー基板に提供するよう修正してもよい。好ましくは、基板および窓における電極配置は、実質上垂直な方向からウエハーへアクセス可能となるであろう。 When using electrical resistance heating (“ERH”) to facilitate diffusion bonding or soldering of components of an MS-WLP assembly, current is typically simultaneously applied to both the window / frame junction and the frame / substrate junction. Apply to flow. In order to facilitate this ERH heating, the MS-WLP assembly configuration allows the “sacrificial” metallized areas (ie, areas that are no longer needed) to be placed on the window sheet and wafer substrate to place the ERH electrodes. It may be modified to provide. Preferably, the electrode arrangement in the substrate and window will be accessible to the wafer from a substantially vertical orientation.
今から図30を参照すると、図23のウエハー2002、すなわち、マイクロデバイスを囲むために、そこに形成される複数のマイクロデバイス2204およびそこに形成される金属化フレームの取り付け領域3002を有することでウエハー2002とほとんどの点で類似しているウエハー3000が図解されている。しかしながら、この場合は、ウエハー3000は、ウエハーの一端に配置される金属化電極配置パッド3004をさらに含む。電極配置パッド3004は、フレームの取り付け領域3002の金属化層2304、2306、2308および2310と電気的に接触している。
Referring now to FIG. 30, having a plurality of
今から図31を参照して、図26のシート2600、すなわち、シート上の窓の開口領域2603を囲むために、そこに形成される金属化フレームの取り付け領域3102を有することでシート2600とほとんどの点で類似している窓シート3100を例証する。しかしながら、この場合は、シート3100は、シートの一端に配置される金属化電極配置パッド3104をさらに含む。電極配置パッド3104は、フレームの取り付け領域3102の金属化層2604、2606、2608および2610に電気的に接触している。
Referring now to FIG. 31, the
今から図32を参照すると、別の実施態様による、MS−WLPアセンブリ3200が図解されている。アセンブリ3200の構成材は、ウエハー基板3000および窓シート3100がフレーム/スペーサー2402を隣接するが、対応する金属化電極配置パット3004および3104はアセンブリの対側に突出するように配置される。この構成は、ウエハーに対して垂直の方向において、パッド3004および3104への遮るもののないアクセスを提供し、(矢印3202で表示するように)、ERHの手順のために電極の取り付けを容易にすることができる。
Referring now to FIG. 32, an MS-
WLPアセンブリの接合の間、通常同時に発生すべき2つの接合があり、フレーム/スペーサーと窓シートとの間の接合点およびフレーム/スペーサーとウエハー基板との間の接合点である。しかしながら、前述のとおり、窓は、フレームだけに最初に接合されてもよく、後に、ERHを使用して、窓/フレームアセンブリをデバイスの基板に取り付けることができる。独立型窓アセンブリの製造のための工程において前述したように、金属フレームの構成およびERH電極の配置は、ERH加熱技術を使用して加熱することにおいても重大である。同様に、MS−WLPデバイスのために、金属化パターンおよびウエハー基板および窓シート上のERH電極配置位置は、均一な加熱を得るのに重要な場合がある。したがって、場合により過剰な、または犠牲的な特長を含む、フレームのサイズ/形状、および窓シートおよびウエハー基板の両方の金属化パターンは、接合表面/外観の均一加熱を確実にするために、設計、模型作成(例えば、ソフトウェアシミュレーションを使用して)、プロトタイプ製造を同時に行うべきである。 During the bonding of the WLP assembly, there are usually two bonds that should occur simultaneously, the bond point between the frame / spacer and the window sheet and the bond point between the frame / spacer and the wafer substrate. However, as described above, the window may be initially joined only to the frame, and later the ERH can be used to attach the window / frame assembly to the device substrate. As described above in the process for manufacturing a stand-alone window assembly, the construction of the metal frame and the placement of the ERH electrodes are also critical in heating using ERH heating techniques. Similarly, for MS-WLP devices, the metallization pattern and the ERH electrode placement location on the wafer substrate and window sheet may be important to obtain uniform heating. Thus, the frame size / shape, possibly including excessive or sacrificial features, and the metallization pattern of both the window sheet and wafer substrate are designed to ensure uniform heating of the bonding surface / appearance Modeling (eg, using software simulation) and prototyping should be done simultaneously.
前の実施態様は、対側電気接続パッドを有するマイクロデバイスに適しているMS−WLPアセンブリを製造するための方法を説明していることが理解されるであろう。今から図33を参照すると、同側電気接続を有するマイクロデバイスが図解されている。マイクロデバイス3300は、半導体基板3302の片側に配置される。複数のビア3304は、マイクロデバイスの活動的な領域から、基板を通って、基板の同側に配置される複数の接続パッド3306へ達する。明らかに、電気接続パッド3306は、マイクロデバイス3300が密封パッケージ内にシールされた後でさえもアクセス可能である必要がある。以下の実施態様では、同側接続を有するかかるマイクロデバイスとともに使用するのに適切なMS−WLPアセンブリを製造するための別の方法を提示している。
It will be appreciated that the previous embodiments describe a method for manufacturing an MS-WLP assembly suitable for microdevices having opposite electrical connection pads. Referring now to FIG. 33, a microdevice having ipsilateral electrical connections is illustrated. The
図34を参照すると、ウエハー3402に形成される複数マイクロデバイス3300を有し、それぞれのマイクロデバイスは、関連する同側の接続パッド3306の1つ以上のセット3403を有するウエハー3402が図解されている。この実施態様によると、複数のマイクロデバイス3300は、基板ウエハー3402の別個化に先立ってWLPでの別個に密封パッケージ化されるが、しかしながら、同側の電気接続パッド3306はアクセス可能な状態を維持する。この実施態様のステップは、以下の説明する変更を除いては、前の実施態様と多くの点で類似している。
Referring to FIG. 34, there is illustrated a
今から図35を参照すると、半導体ウエハー3402のフレームの取り付け領域3502は、この場合は、金属化層を、それぞれのマイクロデバイス3300を囲むウエハー基板の表面に蒸着することによって最初に作成する。ここで示す実施態様では、作成されたフレームの取り付け領域3502は、3つの「はしご形」格子3503を含み、それぞれは、二倍幅の金属化行3504(すなわち、はしごの「横桟」)および各端でバスストリップ3508によって接続される単一幅の列3506(はしごの「側」)から成る。フレームの取り付け領域3502での金属化層の組成および厚さは、シートシールリング領域またはフレームの取り付け領域を作成する際に使用するのにすでに説明したもののうちいずれであってもよい。
Referring now to FIG. 35, the
今から図36を参照すると、ウエハー3402と窓シート3702(図37)との間にMS−WLPアセンブリを取り付けるためのMS−WLPフレーム/スペーサー3602が図解されている。この実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサー3602は、複数のはしご形部分3603に構成され、それぞれは、ウエハー基板3402上のフレームの取り付け領域3502のはしご形の平面図3503に実質上相当する平面図を有するよう構成される、二倍幅の横桟部材3604および単一幅の側部材3606を有することが理解されるであろう。はしご形部分3603は、フレーム/スペーサー3602の対端に配置される部材3608を接続することによって、お互い相対位置に取り付けられ、保持される。前の実施態様のように、二倍幅の部材3604がMS−WLPアセンブリの唯一化の間(すなわち、接合後)、マイクロデバイスの間のフレーム3602を切断するために余裕を持たせる。好ましい実施態様では、二倍幅の部材は、ばらばらに切断するのを容易にするために、開先横断面(例えば、図25aおよび図25bに示すものと類似している)を有する。しかしながら、他の実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサーは、異なる構成を有してもよい。この実施態様では、MS−WLPフレーム/スペーサー3602は、ウエハー基板の熱膨張係数に実質上一致している熱膨張係数を有する金属合金から形成されるが、しかしながら、他の実施態様では、フレーム/スペーサーは、前述の非金属材料から形成してもよいことが理解されるであろう。さらに前述のように、フレーム/スペーサー3602は好ましくは、次の接合工程を容易にするようメッキまたは金属化される。
Referring now to FIG. 36, an MS-WLP frame / spacer 3602 for mounting the MS-WLP assembly between the
今から図37を参照すると、MS−WLPフレーム/スペーサー3602を取り付けるためのMS−WLP窓シート3700が図解されている。窓シート3700は、ガラス、または前述のアセンブリの他の主な構成材と相性が良い熱膨張係数を有する他の透明材から形成される。シート3700の少なくとも内側(すなわち、密封したエンベロープの内側となる側)(また、好ましくは両側)は、光学的に仕上がり、またどんな望ましい光学的または保護用のコーティングも内側の適所に配置される。任意の望ましい光学的または保護用のコーティングもシート3700の内側(また、好ましくは両側)の適所に配置される前後に、最終MS−WLPアセンブリにおいてマイクロデバイス3300と最終的に位置合わせをする複数の窓開口3705を囲むために、フレームの取り付け領域3702をMS−WLP窓シート3700上に作成する。ここで示す実施態様では、作成されたフレームの取り付け領域3702は、複数のはしご形部分3703でのシート3700に蒸着される金属層を含み、それぞれの部分は、二倍幅の横桟部材3704および単一幅の側部材3706を含む。それぞれのはしご部分3703は、フレーム/スペーサー3602のはしご部分3603の平面図と実質上相当する平面図を有する。フレームの取り付け領域3702での金属化層3704および3706の組成および厚さを含む、窓シート3700のための方法および手順は、「独立型」窓アセンブリのシートシールリング領域318およびMS−WLPの窓シート2600のフレームの取り付け領域2602を作成する際に使用する前述のもののうちいずれであってもよい。
Referring now to FIG. 37, an MS-
図37で図解した実施態様では、窓シート3700の金属化層は、はしご形部分3703を越えて伸び、抵抗加熱(ERH)を容易するよう構成される追加部分を含んだ。これらの追加部分は、電極取り付け部分3708およびブリッジ部分3710を含み、その両方は、はしご部分3703の金属化層3704および3706に電気的に接続される。これらの電極取り付け部分3708およびブリッジ部分3710の構成、たとえば、配置および厚さは、ERH電流の流れが、窓シート3700の金属化部分とフレーム/スペーサー3602との間の接触面を通り、またフレーム/スペーサー3602と基板3402の金属化部分との間の接触面を通るようにさせることによって、ERHによって促進される接合動作の間、これらの接触面での加熱を調節する。
In the embodiment illustrated in FIG. 37, the metallization layer of
前の実施態様のように、窓シート3700の内部表面は、唯一化の間、MS−WLPアセンブリを離して細分することを容易にするために、例えば、レーザーまたはダイヤモンド針などを使用して、フレームの取り付け領域3702のそれぞれの部分を通してスクライビングしてもよい。フレーム/スペーサー3602が、図25a〜25bで図解するような開先部材を含む場合には、窓シート3700上のスクライビングの線は好ましくは、MS−WLPアセンブリでのフレーム部材の開先2502に対応する。
As in the previous embodiment, the internal surface of the
今から図38を参照すると、それぞれ各構成材のはしご形領域3503、3603および3703が実質上お互いに対応するように、またマイクロデバイス3300が窓シートの窓開口領域3705の真下に配置されるように、お互いに積み重ねたウエハー基板3402、フレーム/スペーサー3602および窓シート3700を含む、完成したMS−WLPアセンブリ3800の頂面図を図解している。この実施態様では、ウエハー3402および窓シート3700の構成は、ERH電極の配置を容易するよう相補的であることが理解される。特に、金属化バスストリップ3508を有するウエハー3402の部分は、シート3700の端(上から見たとき)を越えて突出し、ERH電極のうち1つのセットが垂直の上から接続できるようにするが、金属化接触部分3708を有するシートの部分は、ウエハーの端(下から見たとき)を越えて突出し、ERH電極のうち1つのセットが垂直の下から接続できるようにする。
Referring now to FIG. 38, each
もちろん、アセンブリ3800がはんだ技術を使用して接合されるものである場合、その結果、フレームの取り付け領域に実質上相当する平面図を有するはんだのプレフォーム(図示せず)はまた、接合に先立って、窓シート3700および基板3402のフレーム/スペーサー3602とフレームの取り付け領域との間に配置される。前述の接合技術のいずれも、構成材の間の接合を達成するのに使用してもよい。アセンブリ3800が、拡散接合技術を使用して接合されるものである場合、中間層のプレフォーム(図示せず)を使用するとき、これらのプレフォームは、フレームの取り付け領域と実質上相当する平面図を有し、接合に先立って、フレーム/スペーサー3602と窓シート3700のフレーム取り付け領域との間、および/またはフレーム/スペーサー3602と基板3402との間に配置される。MS−WLPアセンブリ3800は、接合前および接合後は、基本的に同じに見えるであろう(拡散接合のためのはんだで前もって形成したどんなものまたは中間層への組み込みを除く)。
Of course, if the
接合後、アセンブリ3800の窓シート3700は、複数の封入マイクロデバイス3300の上に横たわる主な細片部分3802、前記細片間に置かれ、または非封入接触パッド3403に横たわる第二細片部分3804、および窓シートのそれぞれの端に配置され、また非封入接触パッド3403の行に横たわる端細片部分3806を含むと見なしてもよい。アセンブリ3800の唯一化の間、窓シートの第二細片部分3804および端細片部分3806はそれぞれ、切り取られ、不要とされ、これらの部分は基本的に「犠牲」である。さらに、唯一化の間、基板3402は、複数ユニットの細片を形成するために、マイクロデバイス3300の列と接触パッド3403との間の切断線(矢印3808によって表示される)に沿って分割される。窓シートの分離は、のこぎり、レーザーまたは他の従来の手段を使用して実行してもよいが、基板の分割はのこぎり、レーザー、またはスコア線に沿ってポキッと折ることにより実行してもよい。
After bonding, the
今から図39および図40を参照すると、MS−WLPアセンブリ3800の唯一化が図解されている。最初に図39を参照すると、MS−WLPアセンブリ3800から分離された複数ユニット細片3900が示されている。複数ユニット細片3900は、元のウエハー基板3402の部分3902上の複数のマイクロデバイス3300を含み、マイクロデバイスは、元の窓シートのそれぞれの窓部分3705の下の1つ以上のマイクロデバイスを有する隣接した密封エンベロープ内に封入されるが、関連するそれらの電気接触パット3403は封入されない。この実施態様では、隣接する密封エンベロープを分離するフレーム部材3604の中心に対応する、複数ユニット細片3900はさらに、切断線3904に沿ってばらばらに切断される、または唯一化される。この結果は、それぞれの窓部分3705の下の1つ以上のマイクロデバイスを含有する、複数の分離した密封WLPパッケージである。この方法によって生産した別個のWLPパッケージ4000の実施例を図40に示す。
Referring now to FIGS. 39 and 40, the singularization of the MS-
複数ユニット細片3900の唯一化の間、少なくとも窓シート3700またはウエハー基板部分3902は、切断する必要がある。残りの部分はその後、切断、スクライビングおよび細分のいずれかを行ってもよい。最良な結果は、ウエハーダイシングソーを使用してウエハー基板部分3902を切断し、その後窓シート3700をスクライビングして細分する、または同様のダイシングソーを使用して窓シートを切断するかのどちらかによって得られるであろうと考えられている。
During the singulation of the
すでに説明および例証したように(例えば、図15a〜図19fにて)、複数のカバーアセンブリを同時に作るとき、またはすでに説明および例証したように(例えば、図22〜図40にて)、複数のウエハーレベルのパッケージを同時に作るとき、隣接するフレーム開口の間のフレーム側壁は、縮小された横断面の厚さ領域を含み、接着された多数ユニットアセンブリを別個の窓アセンブリまたは別個のウエハーレベルのパッケージに唯一化(すなわち、分割)するのを容易にする。図15a〜図16b、図17b、図25a〜25b、27および32に最もよく見られるように、この縮小された横断面の厚さ領域は、隣接するフレーム開口の間のフレーム側壁に形成されるV字型の刻み目の形になる。しかしながら、代替のフレーム設計は、接着複数ユニットアセンブリのフレーム加工をより容易にし、および/または唯一化をより容易にし、別個の窓アセンブリまたは別個のウエハーレベルのパッケージにするために、すでに説明したものの代用となってもよいことが理解されるであろう。 As already described and illustrated (eg, in FIGS. 15a-19f), when making multiple cover assemblies simultaneously, or as already described and illustrated (eg, in FIGS. 22-40), When making wafer level packages at the same time, the frame sidewalls between adjacent frame openings include a reduced cross-sectional thickness area, and bonded multi-unit assemblies can be separated into separate window assemblies or separate wafer level packages. To make it easy to singulate (ie split). As best seen in FIGS. 15a-16b, 17b, 25a-25b, 27 and 32, this reduced cross-sectional thickness region is formed in the frame sidewall between adjacent frame openings. V-shaped indentation. However, alternative frame designs are those already described to make frame processing of bonded multi-unit assemblies easier and / or easier to simplify and into separate window assemblies or separate wafer level packages. It will be understood that a substitution may be made.
今から図41を参照すると、1つの代替のフレーム設計を組み込む複数の同時ウエハーレベルのパッケージアセンブリ4100の一部が(側面図にて)図解さている。アセンブリ4100は別個のパッケージへの唯一化に先立って示していることが理解されるであろう。アセンブリ4100は、図27〜図29においてすでに説明および図解されたMS−WLPアセンブリとほとんどの点で類似していることがさらに理解されるであろう。アセンブリ4100は、ウエハー基板4104上に形成(および/またははめ込む)されるマイクロデバイス4106を有するウエハー基板4104、および透明窓シート4108に密封接合されるフレーム4102を含むことにより、隣接するフレーム開口4114間で唯一化(例えば、線4112に沿って)することができる複数の別個の密封ユニット4110を形成し、分離した密封パッケージを形成する。拡散接合、またはすでに説明した接合技術のどれでも、フレーム4102と基板4104とシート4108との間の密封を達成するため使用してもよい。前の設計のように、平面図(すなわち、図24のように上から)で見ると、フレーム4102の側壁は、フレーム開口4114を囲み、またシート4108の所定のフレームの取り付け領域の平面図に実質上相当する上側平面図を有する。さらに前の設計のように、正面図で見ると、隣接するフレーム開口4114間に配置される側壁は、縮小された横断面の厚さ領域を含む。しかしながら、この実施態様では、フレーム4102の縮小された横断面の厚さの領域は、比較的厚い2つの側壁部材4118間に伸びる比較的薄い接続つまみ4116の形になる。図41では、未分割の内部フレーム側壁は、参照番号4120によって表示される。
Referring now to FIG. 41, a portion (in side view) of a plurality of simultaneous wafer
側壁4120の接続つまみ4116は、隣接する側壁部材4118の全体的な垂直的厚さTswより大幅に小さな、比較的一定な垂直的厚さTcτによって特徴付けられる。好ましくは、接続つまみの厚さTcτの値は、全体的な側壁部材の厚さTswの値の25%より少ない。より好ましくは、接続つまみの厚さTcτは、側壁部材の厚さTswの値の10%より少なく、またある場合には、Tcτの値は、Tswの値の5%より少ない。複数ユニットアセンブリの加工の間、この設計の比較的薄い接続つまみ4116は、全体的なフレーム4102の構造上の完全性を維持するのに十分強力である。しかしながら、唯一化の間、比較的薄い接続つまみ4116は、隣接する、比較的厚い側壁部材4118を破損またはゆがめる、またはユニットの密封を破損する可能性がほとんど無しに、切断されうる。さらに、比較的薄い接続つまみ4116は、唯一化デバイス、例えば、ダイシングソー、レーザーなどが、フレームの縮小された横断面領域、および時によっては同じ動作での基板4104および/または窓シート4108もまた切り開くのをより容易にする。
The
今から図42a〜42eを参照すると、複数カバーアセンブリを同時に作る、または複数ウエハーレベルのパッケージを同時に作るかのどちらかのために使用することができる、いくつかの代替のフレーム設計が図解されている。それぞれの図では、比較的厚い2つの側壁部材4118間に伸びる比較的薄い接続つまみ4116から成る縮小された横断面の厚さの領域を有する未分割の内部側壁4120の断面図を示す。側壁4120は、矢印Sによって表示される線に沿って唯一化されるよう設計する。フレーム4102全体は、分離開口を形成するために、格子パターンに配列されるかかる多くの側壁から成るであろうことが理解されるであろう。接続つまみ4116は、上端(図42a)、中央(図42c)、下端(図42e)、上位中間または下位中間位置(図42bおよび42d)を含むが、それらに限定されない、側壁部材4118の間の望ましい垂直のどんな位置に配置してもよい。接続つまみ4116の可能性のあるすべての垂直の位置を示すことは実用的でないであろうが、とはいえ、接続つまみが、隣接する側壁部材4118の全体的な垂直的厚さTswより大幅に小さく、好ましくはTswの25%より少なく、より好ましくはTswの10%より少なく、また時折Tswの5%より少ない、比較的一定な垂直的厚さTcτを有するならば、かかる設計は本発明の範囲内に含まれることが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 42a-42e, there are illustrated several alternative frame designs that can be used for either making multiple cover assemblies at the same time or making multiple wafer level packages at the same time. Yes. Each figure shows a cross-sectional view of an undivided
今から図43a〜43eを参照すると、図42a〜42eと同じ方法で、未分割の側壁4120を示すことにより、さらなるフレーム設計が図解されている。側壁4120は、側壁部材4118(図43a)間に伸びる単一の接続つまみ4116だけを有する一方で、それはまた、側壁部材間に伸びる2つ(図43bおよび43c)、3つ(図43d)、4つ(図43e)、またはさらに多くの接続つまみを有する。さらに、これら複数の接続つまみ4116は、上端および下端(図43b)または中間の位置(図43c)を含むが、それらに限定されない、側壁部材4118の間の望ましい垂直のどんな位置に配置してもよい。接続つまみ4116の可能性のあるすべての数および接続つまみの可能性のあるすべての垂直の位置を示すことは実用的でないであろうが、とはいえ、それぞれの接続つまみが、隣接する側壁部材4118の全体的な垂直的厚さTswより大幅に小さく、好ましくはTswの25%より少なく、より好ましくはTswの10%より少なく、また時折Tswの5%より少ない、比較的一定な垂直的厚さTcτを有するならば、かかる設計は本発明の範囲内に含まれることが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 43a-43e, further frame designs are illustrated by showing
今から図44a〜44eを参照すると、図42a〜43eと同じ方法で、未分割の側壁4120を示すことにより、さらなるフレーム設計が図解されている。側壁部材4118は一般に、横断面の構成では長方形であってもよいとはいえ(図42a〜43eに示すように)、これは必須ではない。むしろ、側壁部材4118は、それらが接続つまみ4116の位置から垂直に進むにつれて先細りになる(すなわち、狭く)横断面の構成を有してもよい。接続つまみ4116はさらに、上端(図44a)、中央(図44c)、下端(図44e)、上位中間または下位中間の位置(図44bおよび44d)を含むが、それらに限定されない側壁部材4118の間の望ましい垂直のどんな位置に配置してもよい。これは、単一方向における先細りになっているいくつかの設計(例えば、図44aおよび44e)および双方向における先細りになっているいくつかの設計(例えば、図44b〜44d)をもたらす。これらの設計の先細りになっている側壁4118は、例えば、フレームが鋳造、または型押しされ、工具からきれいに取り外す必要がある場合、製造品質を向上させる場合がある。接続つまみ4116の可能性のあるすべての垂直の位置および側壁部材4118の先細りの構成を例証することは実用的でないであろうが、とはいえ、側壁部材のうち少なくとも1つが先細りになっている横断面の構成を有し、また接続つまみが、隣接する側壁部材の全体的な垂直的厚さTswより大幅に小さく、好ましくはTswの25%より少なく、より好ましくはTswの10%より少なく、また時折Tswの5%より少ない、比較的一定な垂直的厚さTcτを有するならば、かかる設計は本発明の範囲内に含まれることが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 44a-44e, further frame designs are illustrated by showing
今から図45a〜45fを参照すると、図42a〜44eと同じ方法で、未分割の側壁4120を示すことにより、さらなるフレーム設計が図解されている。これらの設計では、単一、二重、または複数の接続つまみ4116は、単一、二重、複数に先細りになっている横断面の構成を有する側壁部材4118間に伸びる。例えば、図45aの側壁4120は、単一の接続つまみおよび単一方向の先細りを有するが、図45fの設計は、複数(すなわち、3つ)の接続つまみおよび複数(すなわち、6つ)の先細りを有する。いくつかのより複雑な構成は、従来の型押しまたは鋳造による製造には不適当である場合があり、代わりに、押し出し成形または光化学作用の機械加工(以下にさらに説明する)などの他の製法を使用して形成する必要がある。これらの側壁4120のための可能性のあるすべて横断面の構成を例証することは実用的でないであろうが、とはいえ、側壁部材のうち少なくとも1つが先細りになっている横断面の構成を有し、それぞれの接続つまみが、隣接する側壁部材の全体的な垂直的厚さTswより大幅に小さく、好ましくはTswの25%より少なく、より好ましくはTswの10%より少なく、また時折Tswの5%より少ない、比較的一定な垂直的厚さTcτを有するならば、かかる設計は本発明の範囲内に含まれることが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 45a-45f, further frame designs are illustrated by showing
今から図46a〜46dを参照すると、いくつかの内部側壁4120の部分を平面図にて(すなわち、上から)示し、接続つまみ4116の構成をより有効に図解されている。側壁4120が、図に示しているものを越えて伸び、完成したフレーム格子を形成することが理解されるであろう。平面図に見られるように、内部側壁4120の対になった側壁部材4118は通常、お互い平行に位置するが、接続つまみ4116は、側壁部材間に連続的に伸びてもよく、またはそれらは間欠的であってもよい。さらに、接続つまみ4116は、長手または側方の目打ちにより目打ちしてもよい。例えば、図46aでは、内部側壁(4120’で表示)は、2つの側壁部材4118間に伸びる非中空の片である接続つまみ4116を有する。この実施態様では、つまみ4116は、側壁部材4118の間のどこでも連続的ではないが、むしろ固定長Lを有する。類似したさらなる分離接続つまみ4116は、必要に応じて、側壁部材4118の間の他の位置に間欠的に提供してもよい。対照的に、図46bの別の内部側壁(4120”で表示)は、2つの側壁部材4118間に連続的に伸びる接続つまみ4116を有する。この実施態様では、長手の目打ち4602は、それぞれの側壁部材に沿う接続つまみに形成され、唯一化の間、側壁部材の分離を容易にする。図46cでは、第三の内部側壁(4120’’’で表示)を示す。側壁4120’’’の接続つまみ4116は固定長Lを有し、またそれは、今回はつまみの中心に沿って形成される長手の目打ち4604を有し、唯一化の間、側壁部材4118の分離を容易にする。図46dでは、第四内部側壁(4120’’’で表示)を示す。側壁4120””の接続つまみ4116は、固定長L、および一方の側壁部材から他方までのつまみを横断して横方向に形成される目打ち4606を有する。非空中のつまみは好ましくは、レーザーまたは機械的(例えば、のこ引き、せん断など)手段によってばらばらに切断されるであろう。目打ちされたつまみは、同様の方法でばらばらに切断してもよいが、さらに目打ちに沿って、ひねる、または反復して折り曲げることにより分離してもよい。
Referring now to FIGS. 46a-46d, some
別個ユニットのためであろうと、複数ユニットのためであろうと、カバーアセンブリまたはウエハーレベルのパッケージのフレームは、光化学作用の機械加工(PCMとしても知られている)を使用して加工してもよい。光化学作用の機械加工は、切断することなく、「機械」精密部分に対してエッチャント(例えば、酸)を使用する材料除去の工程である。PCMは、適切なエッチャントを使用して非金属材料(例えば、ガラス、半導体、セラミックなど)に対して使用することもできるが、それは通常、金属部品を形成するのに使用される。手短に言えば、望ましい部品の輪郭は最初に、金属のシート、または耐感光性の材料を使用して処理された他の材料に写真のように画像化される。加工後、不要な材料(すなわち、レジスト材料によって保護されてない材料)は、エッチングにより取り除かれ、元の輪郭を再現し、応力がなく、刻み目もなく、エッチングされた親シートと同様に均一となる。エッチング加工の特定の物性にために、PCMを使用して満足できる加工を行うことができるシートの厚さの最大値には限りがある。しかしながら、シートの厚さのこの最大値よりも厚いフレームが望ましい場合には、以下に説明するように多層フレームアセンブリを使用してもよい。 Whether for separate units or multiple units, the cover assembly or the frame of the wafer level package may be processed using photochemical machining (also known as PCM). . Photochemical machining is a material removal process that uses an etchant (eg, acid) to the “machine” precision part without cutting. PCM can also be used for non-metallic materials (eg, glass, semiconductor, ceramic, etc.) using a suitable etchant, but it is typically used to form metal parts. Briefly, the desired component outline is first imaged as a photograph on a sheet of metal or other material processed using a light-resistant material. After processing, unwanted material (ie, material that is not protected by the resist material) is removed by etching, recreating the original contour, free of stress, nicks, and as uniform as the etched parent sheet. Become. Due to the specific physical properties of the etching process, the maximum sheet thickness that can be satisfactorily processed using PCM is limited. However, if a frame that is thicker than this maximum thickness of the sheet is desired, a multi-layer frame assembly may be used as described below.
さらに別の側面では、多層フレームアセンブリ(積層フレームとしても知られている)は、合わせ積み重ねて、単一のユニットフレームに接合される、複数の薄く、事前に成形した複数のシートから加工してもよい。それぞれのシートは、完成したフレームにおけるそれぞれの位置に対して望ましい横断面の輪郭を有するよう事前に形成することにより、接合後のさらなる加工の必要性を削減または除去してもよい。シートは、PCM、型押し、切断、鋳造または知られている他の加工方法によって形成してもよい。多層フレームでのシートは、本発明に開示されているフレーム材料のうちのどんなものからでも作ってもよい。拡散接合(すなわち、熱圧縮接合)は、従来のはんだ付け、ろう付けなどのような他の製法と同様に、シートを合わせ薄板状にするために使用してもよい。多層フレームアセンブリはまた、異なる層に対して異なる輪郭を用いて、比較的複雑な構造、例えば、図20aに示すフランジフレームを有するフレームを加工するために使用することもできる。 In yet another aspect, a multi-layer frame assembly (also known as a laminate frame) is fabricated from multiple thin, pre-formed sheets that are stacked and joined to a single unit frame. Also good. Each sheet may be pre-formed to have the desired cross-sectional profile for each location in the finished frame, thereby reducing or eliminating the need for further processing after joining. The sheet may be formed by PCM, stamping, cutting, casting or other known processing methods. The sheet in the multilayer frame may be made from any of the frame materials disclosed in the present invention. Diffusion bonding (i.e., thermocompression bonding) may be used to laminate the sheets together, as with other manufacturing methods such as conventional soldering, brazing, and the like. The multi-layer frame assembly can also be used to fabricate a relatively complex structure, eg, a frame having a flange frame as shown in FIG. 20a, with different contours for different layers.
多層フレームの様々な層は、必ずしも同じ材料から作られる必要はないことが理解されるであろう。直接隣接するシートの材料がお互い密封接合できることが必要なだけである。したがって、様々な金属、非金属、または金属および非金属の組み合わせは、合わせて薄板状にして、多層フレームを形成してもよい。「混合材料」を使用した薄板状のかかるフレームにより、フレームの機械的、熱的、電気的および/または科学的特性がカスタマイズ化できる。例えば、多層フレームは、上面および下面に異なる材料から作り、異なる窓および基板材料への接合を促進することができる。別の実施例では、異なる熱膨張係数を有する材料のシートを薄板状にすることにより、結果として生じる多層フレームの全体的な熱膨張係数をカスタマイズ化してもよい。 It will be appreciated that the various layers of the multilayer frame need not necessarily be made of the same material. It is only necessary that the materials of the directly adjacent sheets can be sealed together. Thus, various metals, non-metals, or combinations of metals and non-metals may be combined together to form a multilayer frame. Such a lamellar frame using “mixed material” allows the mechanical, thermal, electrical and / or scientific properties of the frame to be customized. For example, the multilayer frame can be made from different materials on the top and bottom surfaces to facilitate bonding to different window and substrate materials. In another example, the overall coefficient of thermal expansion of the resulting multilayer frame may be customized by laminating sheets of material having different coefficients of thermal expansion.
今から図47および図48を参照すると、光化学作用の機械加工(PCM)によって作られるシートから加工される多層フレームのアセンブリ図解している。この実施例ではPCMを使用するが、シートを前述の代替方法を用いて加工するならば、比較的小さな変更のみを有する同様の一般的製法を使用することができる。図47は、アセンブリ4700の平面図を示すが、図48は横断正面図を示す。この実施態様のアセンブリ4700は、4701、4702、4703および4704の4つ層を含む。それぞれの層は、PCMによって加工され、複数の別個のフレーム4705を含み、それぞれのフレームは、フレーム開口4708を囲み定義する連続的な側壁4706を含む。アセンブリ4700のそれぞれの層4701、4702、4703および4704上の側壁4706の平面図は、それぞれのフレーム開口4708の全周辺にわたり隣接する層の側壁の平面図と少なくとも一部が重なり、また最上位の層4701の平面図はまた、フレームアセンブリが接続されるであろう窓シート(図示せず)上のフレーム取り付け領域の平面図に実質上相当するであろうことが理解されるであろう。例証する実施態様では、それぞれの層40701、4702、4703および4704上の側壁4706の平面図は実質上同一であるが、しかしながら、構造のかかる同一性は、すべての実施態様で必要ではない(すなわち、フランジフレームは、非同一の平面図を有する少なくともいくつかの層を有するであろう)。それぞれのシートでの2つのフレーム開口4708の間に配置されたフレーム側壁4706は、図46aおよび図46cに示すものと類似している接続つまみ4710によって適当な位置に保持される。しかしながら、この場合は、接続つまみ4710は通常(必ずとは限らないが)、元のシートの厚さと同じ垂直的厚さを有する。後の唯一化を容易にするために、異なる層4701、4702、4703および4704の接続つまみ4710は、それぞれの層上の異なる位置に対して「交互に重なる」ことにより、切断が必要な任意の単一のつまみの厚さを最小化にする。さらに、これらの接続つまみ4710は、望ましい非中空または目打ちがされていてもよい。追加の接続つまみ4712は、それぞれの層のフレーム側壁4706を外側のフレーム4714に接続するのに使用される。
Referring now to FIGS. 47 and 48, an assembly diagram of a multilayer frame fabricated from a sheet made by photochemical machining (PCM) is illustrated. Although this example uses PCM, a similar general recipe with only relatively minor modifications can be used if the sheet is processed using the alternative method described above. FIG. 47 shows a plan view of
PCM機械加工の後、4つの層4701、4702、4703および4704は、前述のように積み重ねられ、お互い接合される。完成したフレームアセンブリ4700はその後、前述のように単一の窓シートおよび/または基板に密封接合され、複数ユニットカバーアセンブリまたは複数ユニットウエハーレベルのパッケージアセンブリを作成する。完成した複数ユニットアセンブリは後に、窓シートを切り開き、別個のフレームユニット4705の間の接続つまみおよび基板(妥当な場合)を接続することによって唯一化され、複数の分離ユニットを形成する。あるいは、完成したフレームアセンブリ4700を単一の窓シートに接合するよりむしろ、複数の比較的小さな個別の窓シートは、それぞれ個別のフレームユニット4705(すなわち、フレームユニットにつき1つの窓シート)の上端に配置し、適切な工具を使用して適所に保持し、ひとまとめに密封接合してもよい。これにより、接合後の唯一化の間、窓シートを切り開く必要性はなくなり、同じように、完成したフレームアセンブリ4700を単一の基板に接合する代わりに、複数の比較的小さな個別の基板(すなわち、フレームユニット4705につき1つの基板)は、ひとまとめにフレームアセンブリ4700に密封接してもよい。これらの加工方法を使用してよいとはいえ、窓アセンブリおよびウエハーレベルのパッケージの密封接合に関して本明細書にすでに開示している他の多くの加工方法および工用器具もまた、PCMフレームアセンブリに適用してもよいことが理解されるであろう。
After PCM machining, the four
今から図49を参照すると、抵抗性シーム溶接に適切なPCM加工のフレームの複数ユニットアセンブリ4900の斜視図が図解されている。別個のフレーム4902は、下端PCM層4904のフランジ形および上位PCM層(複数の)4906の非フランジ形を用いたフランジ設計から成ることが留意されるであろう。前述のように、暫定的な接続つまみ4908は、フレームアセンブリを単一の大きな窓シート、または複数の比較的小さな窓シート(すなわち、フレームユニット4902につき1つ)に接着する工程の間に、比較的容易に材料を取り扱うため、および必要なのは比較的単純な工具であるように、個別のフレームユニット4902をまとめておく。
Referring now to FIG. 49, a perspective view of a
この発見のさらに別の用途では、透明窓ガラスは、金属または非金属スペーサーの反対側に密封接合して、住居および商業ビル用に、家庭用品および工業設備用に、航空機および他の車両の窓用に、密封された複数ガラス熱絶縁窓アセンブリを作成する。従来の絶縁窓のように、スペーサーは窓ガラスの隣接する組の間隙を維持する。この間隙(すなわち、間隙空洞)内の空間は、空気、窒素またはアルゴンなどのガスを含有する場合があり、または不完全真空の場合がある。前記間隙空洞の中身は、窓を通して熱の流れを緩和することにより、熱絶縁性をもたらす。しかしながら、従来の絶縁窓は、非密封機械的手段(例えば、クランプ、ガスケット)またはゴム、のり、エポキシ、樹脂などの非密封接着剤のどちらかを使用し、窓ガラスをスペーサーに取り付ける。その結果、従来の絶縁窓は、年月が経つにつれて、間隙空洞と外部周囲との間に漏れを生じさせることがよく知られている。対照的に、真の密封多重窓枠の絶縁窓アセンブリは、気密完全性を永久に維持することができる。 In yet another application of this discovery, the transparent glazing is hermetically bonded to the opposite side of a metal or non-metal spacer, for residential and commercial buildings, for household goods and industrial equipment, and for aircraft and other vehicle windows. For this purpose, a sealed multiple glass thermally insulated window assembly is made. Like conventional insulating windows, the spacers maintain adjacent sets of gaps in the glazing. The space within this gap (ie, the gap cavity) may contain a gas such as air, nitrogen or argon, or may be incomplete vacuum. The contents of the gap cavity provide thermal insulation by reducing the flow of heat through the window. However, conventional insulating windows use either non-sealing mechanical means (eg, clamps, gaskets) or non-sealing adhesives such as rubber, glue, epoxy, resin, etc., and attach the glazing to the spacer. As a result, it is well known that conventional insulating windows cause leakage between the gap cavity and the external perimeter over time. In contrast, a true hermetic multiple window frame insulating window assembly can maintain hermetic integrity permanently.
今から図50および51を参照すると、基本の密封された複数ガラス窓アセンブリ、すなわち密封された二重ガラス窓アセンブリ5000が図解されている。アセンブリ5000の相対寸法が、説明の目的のために誇張されていることが理解されるであろう。密封された窓アセンブリ5000には、上位透明窓ガラス5002、下位透明窓ガラス5004、および側壁内の間隙空洞5010を定義する連続的な側壁5008を有するスペーサー5006が含まれる。上位窓ガラス5002およびスペーサー5006は、下位窓ガラス5004(図50に矢印によって表示される)で積み重ねられ、その後接着または接合され、それぞれの窓ガラスおよびスペーサーとの間に密封状態を作る。間隙空洞5010の特定のガス混合、圧力または他の条件が望まれるならば、アセンブリの接合段階に先立って、またはその間に取り込んでもよい。接合後、間隙空洞5010は、周囲へ、または周囲からガスのどんな移動に対しても密封状態である。完成したアセンブリ5000(図51)は、「そのまま」使用でき、または以下に説明する、より高度なアセンブリに組み込むこともできる。
Referring now to FIGS. 50 and 51, a basic sealed multiple glass window assembly, ie, a sealed double
いくつかの事例では、窓ガラスをスペーサー5006に接合した後、望ましいガスまたは不完全真空を窓ガラス5002と5004との間の間隙空洞5010に取り込むことは望ましいか、または必要である。これを行うために、スペーサー5006の壁5008に通路を形成してもよく、またバルブまたはピンチオフチューブをスペーサーの外側に設けてもよい。これは接合前または接合後に行ってもよい。次に、接合後、望ましい雰囲気(真空または不完全真空を含む)は、バルブまたはピンチオフチューブを通して間隙空洞5010に取り込んでもよい。明らかに、望ましくないガスが接合工程の副生成物として間隙空洞に残留するならば、最初にそれらを間隙空洞から排出し、その後望ましいガスまたは雰囲気を取り込むために、バルブまたはピンチオフチューブを使用してもよい。間隙空洞雰囲気が望ましい状態になると、バルブまたはピンチオフチューブは、例えば、それを閉じるはんだ付けまたは溶接によって密封してもよく、窓アセンブリの長期にわたる望ましい密封性を保つ。
In some cases, it may be desirable or necessary to incorporate the desired gas or incomplete vacuum into the
窓ガラス5002,5004および/またはスペーサー5006の対になる表面(すなわち、「シールリング領域」)は、接合作業に先立ち、様々な前処理または仕上げ作業が必要な場合がある。窓アセンブリおよびウエハーレベルのパッケージに関連して、適切な前処理および仕上げ作業を本明細書に説明しているので、反復しない。しかしながら、かかる前処理および仕上げ作業は、密封された複数ガラス窓アセンブリの加工に適用できることが理解されるであろう。
The mating surfaces of
密封された窓アセンブリ5000の窓ガラス5002および5004は通常ガラスから形成されるが、しかしながら、他の透明材もまた使用してもよい。例えば,石英、シリコン、サファイアおよび他の透明な鉱物を使用してもよい。特定の放射線学に適用される場合は、特定の金属、金属合金およびセラミックは、「透明」(例えば、X線に対して)と見なされ、したがって、かかる用途では、これらの材料はまた、窓ガラス5002および5004に使用してもよい。ポリカーボネートなどの透明な樹脂もまた使用してもよいが、しかしながら、これらの材料は、真の「密封状態」のアセンブリが永久に維持することができないように、窓ガラス自体に(スペーサーを使用する密封接合とは対照的に)ガスの拡散を許容する。
The
さらに、密封された窓アセンブリ5000の窓ガラス5002および5004は通常、側面(すなわち、側から見ると)は扁平であり、また形状(すなわち、シートに対して垂直に見ると)は長方形であるが、これは必須ではない。窓ガラス5002および5004は、側面は凹面、凸面またそれ以外の曲線であってもよく、またそれぞれの窓ガラスが上位または下位(場合によっては)周辺部全体の周りに連続的にスペーサー5006を対であるならば、それぞれの窓ガラスは、異なる側面を有してもよい。言い換えれば、接合工程の間、窓ガラス5002および5004のそれぞれの表面は、接合されるべきスペーサー5006のそれぞれの表面に密に接触している必要がある。同様に、窓ガラス5002および5004は、相当する形状のスペーサー5006を使用するならば、円形、楕円形および三角形を含むどんな形状であってもよい。
Further, the
密封された窓アセンブリ5000のスペーサー5006は通常、金属または金属合金型押し、押し出し成形、鋳造または他の部品加工または接合(必要ならば)が行われ、間隙空洞を継続的に取り囲むことが想定される(スペーサー自体は、それを通して間隙空洞へ、および間隙空洞からのガス拡散に密封して抵抗する必要があることが理解されている)。大きな窓アセンブリについては、特に費用が重要な検討事項である場合には、スペーサー5006にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用してもよい。しかしながら、スペーサー5006に金属または金属合金を使用することは必要ではなく、いくつかの用途では、好ましくさえない場合もある。スペーサー5006を形成するのに適切と考えられている他の材料には、ガラス、セラミック、複合材料、複合材料に封入された織布、および上記の材料の組み合わせからなる材料(金属および金属合金を含む)が含まれるが、それらに限定されない。さらに、スペーサー5006の表面の一部または全部は、窓ガラスへの接合を促進するためにコーティングまたはメッキされてもよい。適切なコーティングには、ガラス、金属、金属合金、セラミック、複合材料、および複合材料に封入された織布が含まれるが、それらに限定されないと考えられている。
The
透明窓ガラス5002および5004をスペーサー5006に密封接着する好ましい工程は拡散接合であると目下考えられている。前述のように、拡散接合は、表面接触面全域で原子の拡散を引き起こすことによって、接合部が類似している、または異なる金属、合金、および/または非金属の間に作ることができる工程である。この拡散は、指定の時間、表面接触面に圧力および熱を加えることによりもたらされる。接合の際の変数、例えば、温度、荷重(すなわち、圧力)および時間は、接合されるべき材料の種類、表面の仕上がり、および予想される使用条件により異なる。
A preferred process for sealingly bonding the
前述のように、拡散接合の非常に重要な物性は、産生される接合部の質の高さである。拡散接合は、金属と金属の接合部および非金属を含む接合部の両方において、モノリシック構造の材料に内在する特性を保つ唯一の工程であると知られている。適切に選択された工程の変数、すなわち、温度、押し付け荷重、および時間であれば、接合部(またそれに隣接している)での材料は、大部分の母材(複数)と同じ強度および可塑性を有するであろう。真空下で処理を実行する場合は、対になる表面は、酸化などさらに汚染されないよう保護されるだけでなく、酸化物は、解離、昇華または溶解を示し、大部分の母材へ拡散するのできれいになる場合がある。優れた拡散接合(時折「拡散溶接」として知られている)は、不完全な接合、酸化物含有、低温および高温割れ、空隙、反り、合金化元素の損失などがない。接着表面が真に密に接着するならば、その結果、フラックス、電極、はんだ、充填材などの必要はない。拡散接合された部品は通常、元の値の最大抗張力、曲げ角度、衝撃靱性、真空気密性などを保持する。 As mentioned above, a very important physical property of diffusion bonding is the quality of the joint produced. Diffusion bonding is known to be the only process that preserves the inherent properties of monolithic materials in both metal-to-metal and non-metal containing joints. With appropriately selected process variables, ie temperature, indentation load, and time, the material at the joint (and adjacent to it) will have the same strength and plasticity as most of the matrix (s) Would have. When processing under vacuum, the mating surfaces are not only protected from further contamination, such as oxidation, but also oxides exhibit dissociation, sublimation or dissolution and diffuse into most of the matrix. May be cleaned. Excellent diffusion bonding (sometimes known as “diffusion welding”) is free of incomplete bonding, oxide content, low and high temperature cracks, voids, warping, loss of alloying elements, and the like. As a result, there is no need for flux, electrodes, solder, fillers, etc. if the bonding surface is truly tightly bonded. Diffusion bonded parts usually retain their original maximum tensile strength, bending angle, impact toughness, vacuum tightness, etc.
いくつかの事例では、窓ガラス5002および5004をスペーサー5006に接着する接合工程は、真空下または不完全真空下(すなわち、排出室)、酸化物を増加または減少を促進する1つ以上のガス(限定されないが水素など)を加えた不完全真空下、またはアルゴンなどの1つ以上の不活性ガスを加えた不完全真空下で行われるであろうと想定される。他の事例では、接合工程は、フレーム材料および/またはガラスの酸化を増加させる特別な雰囲気化で行われるであろう。この特別な雰囲気は、1つ以上のガスを加えて、陰圧、周囲圧力、陽圧であり、フレーム材料および/またはガラスの酸化を促進(減少の代わりに)することもあり得る。酸化を促進するために追加されるガスには、酸素が含まれるが限定されない。
In some cases, the bonding process of bonding the
いくつかの事例では、窓ガラス5002および5004とスペーサー5006との間の接合部は、スペーサーの材料と窓ガラスの材料との間に化学接合材を含む場合があることが想定される。この化学接合材は、真の拡散接合(すなわち、原子拡散)に追加することができる。別の事例では、化学接合材は、原子拡散の痕跡をほとんど示さないこともある。
In some cases, it is envisioned that the joint between
材料のいくつかの組み合わせについては、表面仕上げおよび処理条件、密封された複数ガラス窓アセンブリでの窓ガラスとスペーサーと拡散接合処理は、拡散接合処理の間、窓ガラスとスペーサーの間に配置される異なる材料の中間の層(「中間層」としても知られている)を用いて容易にしてもよい。中間層は、以下、対になる表面の活性化因子;延性の低い2つの基材の間の高延性の接触面;接合部が熱膨張特性の異なる材料を含む場合に生じる応力の補償因子;物質移動および/または化学反応の促進因子;接合部での望ましくない相の形成を防止する緩衝因子のうちの1つ以上の役目をすると考えられている。前述のように、中間層は、金属、金属合金、ガラス材料、はんだガラス材料、テープ状のはんだガラス、シート状のガラス、ペースト状のはんだガラス、分注または窓ガラスもしくはスペーサーのどちらかにスクリーン印刷することにより塗布するペースト、粉末状のはんだガラス、水と混合したガラス粉末、スペーサーの接触面または窓ガラスの接触面のどちらかに溶射、ブラシかけまたはそうでなければ塗布されるアルコールまたは別の溶媒、セラミック、複合材料、複合材料に封入された織布、またはガラスならびに金属および/または金属合金の組み合わせから成る材料から構成されてもよい。 For some combinations of materials, the surface finish and processing conditions, the glazing and spacer and diffusion bonding process in a sealed multiple glazing window assembly are placed between the glazing and spacer during the diffusion bonding process It may be facilitated by using intermediate layers of different materials (also known as “intermediate layers”). The intermediate layer is hereinafter referred to as a mating surface activator; a highly ductile contact surface between two substrates with low ductility; a compensation factor for stresses that occur when the joint includes materials with different thermal expansion properties; Mass transfer and / or chemical reaction facilitators; believed to serve one or more of buffering factors that prevent the formation of undesirable phases at the junction. As mentioned above, the intermediate layer can be screened on metal, metal alloy, glass material, solder glass material, tape-like solder glass, sheet-like glass, paste-like solder glass, dispensing or window glass or spacer Paste to be applied by printing, powdered solder glass, glass powder mixed with water, sprayed, brushed or otherwise applied to spacer contact surface or window glass contact surface or otherwise Or a material composed of a combination of glass and metal and / or metal alloy.
接合後、完成した密封された複合ガラス窓アセンブリは、従来の絶縁ガラス張りの窓が使用されるほぼすべての用途に使用してもよい。しかしながら、従来の窓と異なり、密封された窓アセンブリは、気密完全性を失うことはない。これにより、密封された窓アセンブリは、住居および商業ビルでの上等な取り付け(例えば、窓ガラスの間の曇りまたは凝結による保証要求を削減するよう)、オーブンなどの電気製品、または厳しい、もしくは危険な環境(例えば、化学プラント、原子力発電所、宇宙空間など)での使用に適切となる。 After joining, the finished sealed composite glass window assembly may be used in almost any application where a conventional insulated glass window is used. However, unlike conventional windows, the sealed window assembly does not lose hermetic integrity. This allows sealed window assemblies to be installed in residential and commercial buildings (for example, to reduce warranty requirements due to fogging or condensation between panes), appliances such as ovens, or harsh, or Suitable for use in hazardous environments (eg, chemical plants, nuclear power plants, outer space, etc.).
今から図52および53を参照すると、図50および51に示したものと類似している一対の密封された二重ガラス窓アセンブリを備えている上げ下げ窓ユニットが図解されている。上げ下げ窓ユニット5200は、フレーム/レールアセンブリ5206内に滑動するようはめ込まれる、それぞれの上位窓フレーム5202および下位窓フレーム5204を含む。密封された二重ガラス窓アセンブリ5000は、それぞれの窓フレーム5202および5204にはめ込まれる。完成した上げ下げ窓ユニット5200(図53)は、従来の窓ユニットのような、ビルの未加工フレーム(図示せず)に取り付けることができる。上げ下げ窓ユニットは一例にすぎず、密封された複数ガラス窓アセンブリはまた、固定フレーム窓、出入口窓、ガラスの引き戸、開き窓アセンブリならびに他の多くのビルおよび建造物に使用してもよいが、それらに限定されないことが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 52 and 53, a raising and lowering window unit comprising a pair of sealed double glass window assemblies similar to that shown in FIGS. 50 and 51 is illustrated. Raising and lowering
今から図54および55を参照すると、別の密封された複数ガラス窓アセンブリ、すなわち、密封された三重ガラス窓アセンブリ5400が図解されている。アセンブリ5400の相対寸法が、説明の目的のために誇張されていることが理解されるであろう。前述の二重窓枠アセンブリ5000と同様に、三重窓枠アセンブリ5400には、透明窓ガラス5402、および、側壁内に間隙空洞5410を定義する連続的な側壁5408を有するスペーサー5406が含まれる。この実施態様では、しかしながら、2つのスペーサー5406によって挟まれる3つの窓ガラス5402がある。さらにこの実施態様では、スペーサー5406は、スペーサー壁を通して通路5409に接続されるピンチオフチューブ5407が備わっている。前述のように、ピンチオフチューブにより、間隙空洞5410の雰囲気が接合後に調整可能になる。上位窓ガラス5402およびスペーサー5406は、下位窓ガラス5402に積み重ねられる(図54で矢印により表示される)。積み重ねはその後前述のように接合され、それぞれの窓ガラスとスペーサーとの間に密封状態を形成する。本明細書に開示している密封された二重および三重ガラス窓アセンブリの加工の方法および原理は容易に拡張してもよく、それぞれ3、4、5...(n−1)個のスペーサーで挟まれた4、5、6...n枚の窓ガラスを有する密封された窓アセンブリの加工が可能となることが理解されるであろう。
Referring now to FIGS. 54 and 55, another sealed multiple glass window assembly, ie, a sealed triple
今から図56を参照すると、同時拡散接合用の複数のセットの窓構成材を固定することによって、複数の密封された多重窓枠の絶縁窓アセンブリを同時に産生するための1つの器具が図解されている。固定物器具5600は、図50〜図51に説明したものと類似している3組の窓ガラス5602およびスペーサー5606が上に積み重ねられるベース5601を含む。水圧または圧空ラム5608は、積層物の上端に対して圧力(すなわち、荷重)をかけ、接合の間、窓ガラスおよびスペーサー要素を合わせて押圧する(ベースに対して)。予期される接合の条件下で、窓ガラス5602、ベース5601またはラム5608に接合されない材料から形成される仕切り5610が隣接する窓ガラス(すなわち、異なるアセンブリに属しているもの)を分離する。全体の固定物の器具は、拡散接合室(図示せず)の内側に配置される。拡散接合室は、固定物5600およびその積み重ねられた構成材を接合温度まで加熱し、またそれによりラム5608は積み重ねられた構成材に接合荷重(圧力)を印加する。接合温度および圧力は、窓ガラス5602のすべてとそれらのそれぞれのスペーサー5606との間に完全なる密封状態を生成するのに必要な所要接合時間まで維持される。接合処理の間、拡散接合室は、アセンブリの間隙空洞が望ましい中身を有することを確信するのに、および/または構成材の接合を促進するのに必要な1つ以上のガスを排出、加圧、および/または充填してもよい。接合後、3つの密封された二重窓枠絶縁窓アセンブリは完成する。言うまでもなく、アセンブリが前述のスペーサーを通るバルブまたはピンチオフチューブを備えている場合は、その結果、間隙空洞の雰囲気は、アセンブリが最終的に密封される前に要望どおりまだ調整してもよい。類似した器具および工程は、多数の密封された多重窓枠の絶縁窓アセンブリを同時に産生するのに使用することができることが理解されるであろう。
Referring now to FIG. 56, there is illustrated one instrument for simultaneously producing multiple sealed multi-window frame insulated window assemblies by securing multiple sets of window components for simultaneous diffusion bonding. ing. Fixed
拡散接合は密封された複数ガラス窓アセンブリにおいて窓ガラスをシートに接合するための好ましい方法であると考えられているが、熱間静水圧プレス(「HIP」)として知られている別の接合器具を、図56に示した内部ラムを有する従来の拡散接合室の代わりに使用してもよい。熱間静水圧プレス(「HIP」)ユニットは、加熱および高圧力を同時に適用できる。HIPユニットでは、高温加熱炉が圧力容器内に入れられている。加工中の製品(例えば、窓アセンブリ構成材)は加熱され、不活性ガス、通常はアルゴンは、均一な圧力をかける。最適の材料特性が得られるように温度、圧力および処理時間はすべて制御される。 Diffusion bonding is considered to be the preferred method for bonding glazing to sheets in a sealed multiple glazing window assembly, but is another bonding tool known as hot isostatic pressing ("HIP"). May be used in place of a conventional diffusion bonding chamber having an internal ram shown in FIG. A hot isostatic press (“HIP”) unit can apply heating and high pressure simultaneously. In the HIP unit, a high temperature heating furnace is placed in a pressure vessel. The product being processed (eg, the window assembly component) is heated and an inert gas, usually argon, applies a uniform pressure. Temperature, pressure and processing time are all controlled to obtain optimal material properties.
さらに、拡散接合が好ましいと考えられているが、多くの窓とフレームの接着/接合方法は、密封された複数ガラス窓アセンブリにおいて窓ガラスをシートに接合するのに使用してもよい。これらの他の方法には、はんだ付け、ろう付け、溶接、電気抵抗加熱(ERH)、金属化の利用、はんだのプレフォームなどが含まれるが、それらに限定されない。多数の適切な方法は、密封された窓アセンブリおよびウエハーレベルのパッケージに関連して本明細書に詳細に説明しているので、反復しない。しかしながら、かかる窓とフレームの接着/接合の工程は、密封された複数のガラス窓アセンブリの加工に適用できる可能性があることが理解されるであろう。 Furthermore, although diffusion bonding is considered preferred, many window and frame bonding / bonding methods may be used to bond the window glass to the sheet in a sealed multiple glass window assembly. These other methods include, but are not limited to, soldering, brazing, welding, electrical resistance heating (ERH), utilization of metallization, solder preforms, and the like. A number of suitable methods are not repeated because they are described in detail herein in connection with sealed window assemblies and wafer level packages. However, it will be appreciated that such a window / frame bonding / joining process may be applicable to the processing of sealed glass window assemblies.
好ましくは、密封された多重窓枠の絶縁窓アセンブリを加工する場合、スペーサー材料の(線形の)熱膨張の係数(熱膨張係数)は、関連するガラス張りの窓ガラスの熱膨張係数に可能な限り十分近づく。ほとんどのガラスの熱膨張係数は、約273°K(摂氏0度)から最大ガラスの軟化温度までほぼ一定である。しかしながら、いくつかの金属および合金は、異なる温度で非常に異なる熱膨張係数を有する。したがって、ガラスとスペーサーの接合高温度でのスペーサー材料(複数)の平均熱膨張係数は、同じ温度範囲にわたりガラスの平均熱膨張係数に可能な限り近づくべきである。2つの材料の平均熱膨張係数に近づくにつれて、アセンブリが接合高温度から周囲温度(室温)まで戻り冷却された後、スペーサーおよびガラス張りの窓ガラスでの残留応力は低下する。 Preferably, when processing a sealed multi-window frame insulating window assembly, the (linear) coefficient of thermal expansion (thermal expansion coefficient) of the spacer material is as much as possible to the coefficient of thermal expansion of the associated glass pane. Get close enough. The coefficient of thermal expansion of most glasses is approximately constant from about 273 ° K (0 degrees Celsius) to the maximum glass softening temperature. However, some metals and alloys have very different coefficients of thermal expansion at different temperatures. Therefore, the average coefficient of thermal expansion of the spacer material (s) at the high glass / spacer joint temperature should be as close as possible to the average coefficient of thermal expansion of the glass over the same temperature range. As the average coefficient of thermal expansion of the two materials is approached, the residual stresses in the spacers and glazed panes decrease after the assembly is cooled back from the joint high temperature to ambient temperature (room temperature).
スペーサーとガラスシールの長期にわたる信頼性は、予測される最終用途の環境のスペーサー材料およびガラスの熱膨張係数の一致度により影響を受ける。例えば、窓アセンブリが−40℃から100℃(−40°Fから212°F)の温度にさらされると予期されるならば、スペーサー材料およびガラス材料は、この温度範囲にわたり非常に近い熱膨張係数を有するべきである。スペーサー材料の熱膨張係数がガラス材料の熱膨張係数と正確に一致させることができなければ、スペーサー材料の熱膨張係数はガラスの熱膨張係数よりわずかに高くなるべきである。そのような場合には(すなわち、スペーサー材料の熱膨張係数がガラスの熱膨張係数を超える場合)、スペーサーは、接合高温度から周囲温度に戻り冷却される間、ガラスよりさらに収縮することになり、結果としてガラスはわずかに圧縮状態になる。張力がかかっているガラスは亀裂する傾向があるので、これは張力がかかっているガラスには好ましい。 The long-term reliability of spacers and glass seals is affected by the degree of agreement between the predicted end-use environment spacer material and the thermal expansion coefficient of the glass. For example, if the window assembly is expected to be exposed to temperatures of -40 ° C to 100 ° C (-40 ° F to 212 ° F), the spacer material and glass material will have a very close thermal expansion coefficient over this temperature range. Should have. If the thermal expansion coefficient of the spacer material cannot exactly match the thermal expansion coefficient of the glass material, the thermal expansion coefficient of the spacer material should be slightly higher than the thermal expansion coefficient of the glass. In such cases (ie, when the thermal expansion coefficient of the spacer material exceeds the thermal expansion coefficient of the glass), the spacer will shrink further than the glass while it is cooled back to high ambient temperature. As a result, the glass is slightly compressed. This is preferred for glass under tension, as glass under tension tends to crack.
したがって、密封された複数ガラスの絶縁窓アセンブリを設計および加工する場合、接合後の応力の最小化、スペーサーとガラスシールの長期にわたる最大限の信頼性、およびガラス張りの窓ガラスの亀裂防止を確実にするために、ガラスおよび他の窓ガラス材料の熱膨張係数値に関するデータとともに、金属、合金の金属および他のスペーサー材料の線形の熱膨張係数(CTE)の範囲に関するデータを考慮に入れることは望ましい。 Therefore, when designing and processing sealed multi-glazed insulating window assemblies, ensure post-bonding stress minimization, maximum long-term reliability of spacers and glass seals, and prevention of cracks in glass windows In order to do so, it is desirable to take into account data on the linear coefficient of thermal expansion (CTE) range of metals, metal alloys and other spacer materials, as well as data on the coefficients of thermal expansion of glass and other glazing materials .
この開示はさらに、住居および商業ビル構造ならびに他の用途の密封された熱的絶縁窓アセンブリを作成するために、2つ以上の透明窓ガラスを金属または非金属スペーサーに取り付ける方法を説明している。スペーサーは窓ガラスの組の間の空隙または空間を維持する。この空間は、窒素もしくはアルゴンなどのガスを含有してもよく、または不完全真空もしくは高真空であってもよい。 This disclosure further describes a method of attaching two or more transparent glazings to a metal or non-metal spacer to create sealed and thermally insulated window assemblies for residential and commercial building structures and other applications. . The spacer maintains a gap or space between the pane sets. This space may contain a gas such as nitrogen or argon, or may be incomplete or high vacuum.
真空ガラスユニット(VGU)は、絶縁ガラスユニット(IGU)の内部に不完全真空を含有および維持する絶縁ガラス(IG)窓ユニットである。完全真空では、密封空間の内部にどんな原子または分子も全く存在しないであろう。完全真空は目下生成するのに現実的ではないので、「不完全真空」という用語は、獲得可能なレベルの真空、または所定の体積の空間において原子および分子の量が大幅に減少した状態を意味するのに使用する。 A vacuum glass unit (VGU) is an insulating glass (IG) window unit that contains and maintains an incomplete vacuum inside an insulating glass unit (IGU). In a full vacuum, there will be no atoms or molecules at all inside the sealed space. The term “incomplete vacuum” means a level of obtainable vacuum, or a state where the amount of atoms and molecules is significantly reduced in a given volume of space, since a complete vacuum is not practical to create at the moment. Use to do.
真空ガラスユニット(VGU)は、窓ガラスと、窓ガラスに接合され、窓ガラスとともに、実用的なレベルの真空を保つ空間の体積を定義、含有および維持する密封フレームアセンブリとの間の空間を有する、最低でも、2つの窓ガラスから成る窓アセンブリである。このタイプの構造の目的は、IGユニット(IGU)の他のほとんどの構造により得られる比較的高度な熱的絶縁の可能性を有するIG窓ユニットを産生することである。ガス充填のIGUと比較した場合の、VGUの比較的高度な熱的絶縁の性能は、真空が最高の熱的絶縁になると知られているので、充填ガスの代わりに不完全真空を用いることに起因する。最高の絶縁値は、全く存在しない、または非常に少ない量の原子および/または分子に由来するので、真空の体積内には熱エネルギーを機械的に伝導または移動させる物質がほとんどない。 A vacuum glass unit (VGU) has a space between a window glass and a sealed frame assembly joined to the window glass and with the window glass defining, containing and maintaining a volume of space that maintains a practical level of vacuum. A window assembly consisting of at least two panes. The purpose of this type of structure is to produce an IG window unit that has a relatively high degree of thermal isolation potential obtained by most other structures of the IG unit (IGU). The relatively high thermal insulation performance of VGUs when compared to gas-filled IGUs is known to be the best thermal insulation of vacuum, so use incomplete vacuum instead of fill gas. to cause. Since the highest insulation values are not present at all or are derived from very low amounts of atoms and / or molecules, there is little material in the vacuum volume that conducts or transfers thermal energy mechanically.
ビルの外部に対向する(外装)壁およびドアに取り付けるためのVGUを信頼性があり、実用的にするために、VGUは、温度および気圧の変化、ビルの内部および外部の温度および気圧の差異に抵抗できることが必要となる。VGUの長期にわたる絶縁性能、信頼性および耐久性の重要な要素は、構成材および組み立てられたVGUの密封性のレベル、VGUの全体的な構造を形成する構成材の密封取り付けの強度および完全性、VGUの内部対向および外部対向窓ガラスの実用的な分離を維持することを含む。内部対向は、ビル構造の内部(内装)に対向し触れるVGUの側を指し、外部対向は、ビル構造の外部(外装)に対向し触れるVGUの側を指す。 In order to make a VGU for mounting on exterior (exterior) walls and doors facing the exterior of the building reliable and practical, the VGU can vary in temperature and pressure, and differences in temperature and pressure inside and outside the building. It is necessary to be able to resist. The key elements of VGU's long-term insulation performance, reliability and durability are the level of sealability of the components and the assembled VGU, the strength and integrity of the seal mounting of the components that form the overall structure of the VGU Maintaining a practical separation of the VGU's internal and external facing panes. The internal facing refers to the VGU side facing and touching the interior (interior) of the building structure, and the external facing refers to the VGU side facing and touching the exterior (exterior) of the building structure.
今から図57を参照すると、二重ガラスVGUの窓ガラス用に建築窓業界で一般に使用され、本明細書においても時折使用する語彙を説明する目的で、先行技術による従来の二重ガラスVGUが図解されている。VGU5750には、内部および外部窓ガラス(「ガラス」または「桟」とも称される)それぞれ5752および5754が含まれる。業界では、外部ガラス5754は時折、窓#1と称され、また内部ガラス5754は時折、窓#2と称される。フレーム5756は、ビルの内壁および外壁それぞれ5758および5760にVGUを取り付け、またさらにガラス5752と5754との間に分離を維持し、絶縁間隙(「空洞」とも称す)5762を形成する。業界では、外部窓ガラス5754の外部に対向する表面を時折表面#1と称し、内部窓ガラスの内部に対向する表面を時折表面#2と称し、外部窓ガラス5752の外部に対向する表面を時折表面#3と称し、内部窓ガラスの内部に対向する表面を時折表面#4と称す。
Referring now to FIG. 57, for the purpose of explaining the vocabulary commonly used in the architectural window industry for the double glazing VGU glazing and sometimes used herein, a conventional double glazing VGU according to the prior art is shown. Illustrated.
温度が1度変化するごとの、材料の膨張率および収縮率を、熱膨張係数(CTE)または膨張熱係数(TCE)と称す。CTEおよびTCEは通常、温度が摂氏度または華氏度で1度変化することの寸法における変化として百万分率で表され、またはPPM/℃もしくはPPM/°Fと略される。 The rate of expansion and contraction of the material each time the temperature changes is called the coefficient of thermal expansion (CTE) or the coefficient of thermal expansion (TCE). CTE and TCE are usually expressed in parts per million as a change in the dimension of the temperature changing once in degrees Celsius or Fahrenheit, or abbreviated as PPM / ° C. or PPM / ° F.
一般に、ほとんどのビルに外部は、毎日変化する外の天候により、ビルの内部より温度差が激しくなる。これにより、VGUの外側に対向する表面(表面#1)は、内側に対向する表面(表面#4)より大きな温度差にさらされることになる。内側および外側に対向する窓ガラスがどちらも同じ平均熱膨張係数を有するならば、それらの温度差により、外側に対向する窓ガラスは、内側に対向する窓ガラスより膨張および収縮する。VGUを合わせて保つどんなフレームまたはシール機構も、内側に対向するおよび外側に対向する窓ガラスの相対寸法の位置を補償する必要があるであろう。フレームまたはシール機構が適合しないのであれば、すなわち、2つの窓ガラスの周囲の間の位置の差を補償できないならば、その結果、フレームまたはシール機構を2つの窓ガラスに取り付ける接合は、VGUの内側に対向する表面と外側に対向する表面との間の温度の相対的変化による効果により応力を受けることになる。フレーム機構が特殊機能を用いて設計および構成する必要があるのはこの理由による。これらの機能には、フレーム部材の熱膨張係数が、取り付けられ、構造内の延性材料の設計および使用に適合すべき窓ガラスまたは他の品目と正確に一致または類似することが含まれる。これらの属性を組み込むことにより、フレーム部材は膨張および収縮でき、したがって、スプリングのように動くことができ、フレーム部材を取り付ける品目が占めようとする位置の差異を補償する。 In general, the temperature difference on the exterior of most buildings is greater than the interior of the building due to external weather that changes daily. Thereby, the surface (surface # 1) facing the outside of the VGU is exposed to a larger temperature difference than the surface facing the inside (surface # 4). If both the inner and outer facing glazings have the same average coefficient of thermal expansion, their temperature difference causes the outer facing glazing to expand and contract more than the inner facing glazing. Any frame or seal mechanism that keeps the VGUs together will need to compensate for the relative size position of the inwardly facing and outwardly facing panes. If the frame or seal mechanism does not fit, i.e. if the position difference between the perimeters of the two panes cannot be compensated, then the joint that attaches the frame or seal mechanism to the two panes will be It will be stressed by the effect of the relative change in temperature between the inner facing surface and the outer facing surface. This is why the frame mechanism needs to be designed and configured with special functions. These functions include that the coefficient of thermal expansion of the frame member exactly matches or resembles the glazing or other item to be attached and adapted to the design and use of the ductile material in the structure. By incorporating these attributes, the frame member can expand and contract, and thus can move like a spring, compensating for the difference in position that the item to which the frame member is attached will occupy.
VGUのフレーム部材が有すべき別の属性は、比較的低い熱伝導率材料から構成されることである。これは、フレーム部材が、それが取り付け(接合、接着)られるより熱い表面から、それが取り付け(接合、接着)られているより冷たい表面へ熱を伝導することによる。したがって、このフレーム部材の熱伝導率を最小化することは、VGUの一方の窓ガラスから他方の窓ガラスへの熱の伝導を最小化する。 Another attribute that a VGU frame member should have is that it is composed of a relatively low thermal conductivity material. This is because the frame member conducts heat from the hotter surface to which it is attached (bonded, glued) to the cooler surface to which it is attached (bonded, glued). Therefore, minimizing the thermal conductivity of this frame member minimizes the conduction of heat from one window pane of the VGU to the other window pane.
フレーム部材を窓ガラスに密封取り付ける好ましい方法は、拡散接合、固体の接着工程と称される工程によるものである。この工程は、熱圧接合(TC接合)としても知られている。拡散接合は、接触面全域での原子の拡散作用により、接合部が類似している、または異なる金属、合金、および/または非金属間で作ることができ、指定の時間、接合圧力および熱を加えることによりもたらされる工程である。接合の際の変数(温度、荷重および時間)は、接合されるべき材料の種類、表面の仕上がり、および予想される使用条件により異なる。 A preferred method for hermetically attaching the frame member to the window glass is by a process called diffusion bonding, a solid bonding process. This process is also known as hot-pressure bonding (TC bonding). Diffusion bonding can be made between metals, alloys, and / or non-metals where the joints are similar or different due to the diffusive action of atoms across the contact surface, and the specified time, bonding pressure and heat can be applied. It is a process brought about by adding. The variables during bonding (temperature, load and time) depend on the type of material to be joined, the surface finish and the expected use conditions.
拡散接合の非常に重要な特質は、接合部の質の高さである。それは、金属と金属および金属と非金属の接合部の両方において、モノリシック構造の材料に内在する特性を保つ唯一の工程であると知られている。適切に選択された工程の変数(温度、押し付け荷重、および時間)であれば、接合部での、およびそれに隣接している材料は、大部分の母材と同じ強度および可塑性を有するであろう。真空下で処理を実行する場合は、対になる表面は、酸化などさらに汚染されないよう保護されるだけでなく、酸化物は、解離、昇華または溶解を示し、大部分の母材へ拡散するので、きれいになる場合がある。拡散接合は、不完全な接合、酸化物含有、低温および高温割れ、空隙、反り、合金化元素の損失などがない。端が密に接着するならば、フラックス、電極、はんだ、充填材などの必要はない。拡散接合された部品は通常、元の値の最大抗張力、曲げ角度、衝撃靱性、真空気密性などを保持する。 A very important attribute of diffusion bonding is the high quality of the joint. It is known to be the only process that retains the inherent properties of monolithic materials at both metal-to-metal and metal-to-nonmetal joints. If properly selected process variables (temperature, indentation load, and time), the material at and adjacent to the joint will have the same strength and plasticity as most preforms . When processing under vacuum, the mating surfaces are not only protected from further contamination, such as oxidation, but also oxides exhibit dissociation, sublimation or dissolution and diffuse into most of the matrix. May be beautiful. Diffusion bonding is free of incomplete bonding, oxide content, low and high temperature cracks, voids, warping, loss of alloying elements, and the like. If the ends are tightly bonded, there is no need for flux, electrodes, solder, fillers, etc. Diffusion bonded parts usually retain their original maximum tensile strength, bending angle, impact toughness, vacuum tightness, etc.
ガラスならびに他の透明材および半透明材をフレーム材料に接着する接合工程は、真空下または不完全真空下(排出室)、酸化物を増加または減少を促進する1つ以上のガス(限定されないが水素など)を加えた真空下、またはアルゴンなどの1つ以上の不活性ガスを加えた真空下で行ってもよい。 The bonding process of adhering glass and other transparent and translucent materials to the frame material may include one or more gases (but not limited to) that promote or reduce oxides under vacuum or incomplete vacuum (evacuation chamber). Hydrogen or the like) or one or more inert gases such as argon may be performed.
ガラスをフレーム材料に接着するための接合工程は、フレーム材料および/またはガラスの酸化を増加させる特別な雰囲気化で行ってもよい。この特別な雰囲気は、陰圧、周囲圧力または陽圧であることもあり、1つ以上のガスを加えて、フレーム材料および/またはガラスの酸化を促進(減少の代わりに)することもあり得る。酸化を促進するために追加されるガスには、酸素が含まれるが限定されない。 The bonding process for bonding the glass to the frame material may be performed in a special atmosphere that increases oxidation of the frame material and / or glass. This special atmosphere can be negative, ambient or positive, and one or more gases can be added to promote (instead of reducing) oxidation of the frame material and / or glass. . Gases added to promote oxidation include, but are not limited to oxygen.
いくつかの事例では、接合工程から得られる接合(接合部)は、フレーム/スペーサーの材料とガラスとの間に化学接合を示すであろう。この化学接合は、拡散接合(原子拡散)の痕跡に追加してもよい。別の事例では、化学接合(接合部)は、原子拡散の痕跡をほとんど示さないであろう。 In some cases, the bond (bond) resulting from the bonding process will show a chemical bond between the frame / spacer material and the glass. This chemical bonding may be added to the trace of diffusion bonding (atomic diffusion). In another case, a chemical bond (junction) will show little evidence of atomic diffusion.
窓ガラスおよび/または内部のスペーサーアセンブリに接着されるフレーム部材の組成。フレーム部材は、1つ以上材料から成る密封構造である。これらの材料には、ガラス材料、金属材料、金属合金材料、セラミック材料、複合材料、複合材料に封入された織布、および上記の品目の2つ以上の組み合わせからなる材料が含まれるが、それらに限定されない。 Composition of the frame member to be bonded to the window glass and / or the internal spacer assembly. The frame member is a sealed structure made of one or more materials. These materials include glass materials, metal materials, metal alloy materials, ceramic materials, composite materials, woven fabrics encapsulated in composite materials, and materials composed of combinations of two or more of the above items, It is not limited to.
フレーム部材は、コーティングまたはメッキして、2つ以上のフレーム材料をお互いに接合(密封取り付け)することを促進してもよい。これらの材料には、ガラス材料、金属材料、金属合金材料、セラミックおよび複合材料が含まれるが、それらに限定されない。 The frame member may be coated or plated to facilitate joining (sealing mounting) two or more frame materials together. These materials include, but are not limited to glass materials, metal materials, metal alloy materials, ceramics and composite materials.
フレーム部材は、コーティングまたはメッキして、ガラス張りの窓ガラスへの接合を促進してもよい。これらの材料には、ガラス材料、金属材料、金属合金材料、セラミック材料、複合材料、複合材料に封入された織布、および上記の品目の2つ以上の組み合わせからなる材料が含まれるが、それらに限定されない。 The frame member may be coated or plated to facilitate bonding to the glass pane. These materials include glass materials, metal materials, metal alloy materials, ceramic materials, composite materials, woven fabrics encapsulated in composite materials, and materials composed of combinations of two or more of the above items, It is not limited to.
典型的な拡散接合の工程は、荷重(すなわち、接合圧力)下で高温にて指定の時間、表面処理した構成材をまとめることを伴う。拡散接合パラメーター(すなわち、圧力、温度および時間)の特定の値は、接合されるべき材料の種類、表面の仕上がり、および予期される使用条件により異なる。しかしながら、一般的に言えば、使用する接合圧力は通常、母材の大きな変形をもたらすであろうものを下回り、また使用する温度は通常、母材の溶解温度(°Kにて)の80%より低い。前述のように、多くの場合、拡散接合は保護雰囲気または真空化で行うが、しかしながら、これは必ずしも必要ではない。 A typical diffusion bonding process involves bringing together surface treated components for a specified time at high temperature under load (ie, bonding pressure). The specific values of the diffusion bonding parameters (ie pressure, temperature and time) depend on the type of material to be bonded, the surface finish and the expected use conditions. However, generally speaking, the joining pressure used is usually below that which would cause large deformation of the matrix, and the temperature used is usually 80% of the melting temperature of the matrix (in ° K). Lower. As described above, in many cases, diffusion bonding is performed in a protective atmosphere or a vacuum, but this is not always necessary.
中間の層(中間層)を用いたVGUのアセンブリを今からさらに詳細に説明する。ガラスとフレームのシールは、窓とフレームアセンブリとの間の1つ以上の中間の層を使用して、拡散接合の工程の間に作ってもよい。これらの中間の層は、以後中間層と称す。中間層は、以下の機能、すなわち、対になる表面の活性化因子;基材に比べ時折延性の高い中間層の材料;シールが熱膨張において異なる材料を含む場合に生じる応力の補償因子;物質移動および/または化学反応の促進因子;望ましくない相の形成を防止する緩衝因子;またはここに言及されていない他の目的のうちの1つ以上の役目をしてもよい。中間層は、ガラス材料;はんだガラス材料;テープ状のはんだガラス;シート状のはんだガラス;ペースト状のはんだガラス(例えば、ペーストは、分注または窓の構成材もしくはフレームの構成材のどちらかにスクリーン印刷することにより塗布される場合がある);粉末状のはんだガラス(例えば、ガラス粉末は、水、またはアルコールもしくは別の溶媒と混合し、フレームのシール領域または窓ガラスのシール領域のどちらかに噴霧またはブラシかけ(塗り)される場合がある);金属材料;金属合金材料;それらに限定されないが、セラミック、複合材料、複合材料に封入された織布を含む、ガラス、ガラスはんだ、金属または金属合金以外の材料;またはガラスならびに金属および/または金属合金の組み合わせから成る材料を含む。 The assembly of the VGU using the intermediate layer (intermediate layer) will now be described in more detail. Glass and frame seals may be made during the diffusion bonding process using one or more intermediate layers between the window and the frame assembly. These intermediate layers are hereinafter referred to as intermediate layers. The intermediate layer has the following functions: mating surface activator; intermediate layer material that is sometimes more ductile than the substrate; stress compensation factor that occurs when the seal contains different materials in thermal expansion; It may serve one or more of the following: migration and / or chemical reaction facilitators; buffering factors that prevent the formation of undesirable phases; or other purposes not mentioned here. The intermediate layer is made of a glass material; a solder glass material; a tape-like solder glass; a sheet-like solder glass; a paste-like solder glass (for example, the paste is either a dispensing or window component or a frame component) May be applied by screen printing); powdered solder glass (eg glass powder is mixed with water or alcohol or another solvent, either frame sealing area or window sealing area) Glass, glass solder, metal, including but not limited to ceramics, composites, woven fabrics encapsulated in composites; metal materials; metal alloy materials; Or materials other than metal alloys; or materials composed of glass and a combination of metals and / or metal alloys. .
拡散接合中間層の使用を、従来のはんだ合金(プレフォーム、ペーストおよび他の形態)、またははんだガラス(プレフォーム、ペーストおよび他の形態)の使用、およびその他のプロセスと区別するのが重要である。本出願において、中間層は、表面の拡散接合を促進するために、対になる表面間で使用される材料であり、それぞれの対になる表面を中間層に又は直接お互いに拡散接合させる。例えば、適切な中間層材を用いれば、接合フレーム部材と中間層材の拡散接合温度、および中間層材と窓ガラス間の接合部の拡散接合温度は、フレーム部材の材料と窓ガラスの材料の間に直接形成された接合部の拡散接合温度を大幅に下回ることができる。従って、中間層の使用により、2枚または3枚のアセンブリ構成材層を直接接合するに必要な拡散接合温度を大幅に下回る温度にて、当該構成材層を拡散接合することが可能になる。密封されることが望ましい接合部は、拡散接合プロセスにおいても形成される。すなわち、母材は接合プロセス中の溶解を伴わず、中間層の材料は原子レベルで母材へと拡散される。これにより、はんだ合金(多様な形態)や、プレフォーム及びペーストのはんだガラスの使用といった、結合される材料間の表面をはんだ材料が接合するだけのその他のプロセスから、中間層を用いた拡散接合が区別される。拡散結合のための中間層などに、従来はんだに使用されてきた材料を用いることは可能である。しかしながら、中間層として使用される場合には、従来のはんだの役目として利用するのではなく、拡散接合特性を利用する。 It is important to distinguish the use of diffusion bonding interlayers from conventional solder alloys (preforms, pastes and other forms), or the use of solder glass (preforms, pastes and other forms), and other processes is there. In this application, an intermediate layer is a material used between paired surfaces to facilitate surface diffusion bonding, and each paired surface is diffusion bonded to the intermediate layer or directly to each other. For example, if an appropriate intermediate layer material is used, the diffusion bonding temperature between the bonding frame member and the intermediate layer material, and the diffusion bonding temperature at the junction between the intermediate layer material and the window glass are the same as those of the frame member material and the window glass material. The diffusion bonding temperature of the joint portion directly formed therebetween can be greatly reduced. Therefore, the use of the intermediate layer makes it possible to perform diffusion bonding of the component layers at a temperature that is significantly lower than the diffusion bonding temperature necessary for directly bonding the two or three assembly component layers. Joints that are desired to be sealed are also formed in a diffusion bonding process. That is, the base material is not melted during the joining process, and the intermediate layer material is diffused into the base material at the atomic level. This allows diffusion bonding using intermediate layers from other processes where the solder material only joins the surface between the materials to be joined, such as the use of solder alloys (various forms) and solder glass of preforms and pastes. Are distinguished. It is possible to use a material conventionally used for solder for an intermediate layer for diffusion bonding. However, when it is used as an intermediate layer, it is not used as a role of a conventional solder, but uses diffusion bonding characteristics.
VGU及びその他デバイスの生産過程における中間層の使用は、拡散結合を促進する際に使用される場合と比べ、さらなる利点が生まれることもある。当該利点には、対になる表面の活性剤として中間層が使用されることも含まれる。中間層材は、ベース材料と比べ高延性を有することがある。また、中間層は、熱膨張係数またはその他の熱的膨張特性の異なる材料をもシールする場合に生じる応力を相殺することができる。中間層はまた、層の間の物質移動や化学反応を促進することもできる。そして、中間層は緩衝物としての役割を果たすこともあり、構成材間の接合部における有害な化学相及び金属層の形成を防ぐ。 The use of an intermediate layer in the production process of VGUs and other devices may provide additional advantages compared to those used in promoting diffusion bonding. The advantages also include the use of an intermediate layer as a mating surface activator. The intermediate layer material may have higher ductility than the base material. The intermediate layer can also offset stresses that occur when sealing materials with different coefficients of thermal expansion or other thermal expansion properties. The intermediate layer can also facilitate mass transfer and chemical reaction between the layers. The intermediate layer can also serve as a buffer, preventing the formation of harmful chemical phases and metal layers at the joints between the components.
ある実施形態においては、液相拡散接合、または、時として、過渡液相拡散接合(すなわち、TLP接合)として知られる、異なった形態の拡散接合が、接合されるアセンブリにおいて用いられる接合のいくつか、又は全てに、使用される。液相拡散接合においては、増大した圧力(すなわち負荷)及び接合プロセスで帯びる熱によって生じた固体拡散過程が接合部の材料組成(例えば、材料相)を変化させ、また最初の接合温度はこの新たな相の溶解温度で決定される。また、母材より溶解温度の低い材料の中間層が結合される層の間に置かれ、最初の接合温度は中間層が溶解する温度で決定される。従って、薄い液相は接合部の接触面に広がり、母材の融点よりも低い温度で一時的に接合する。最初の接合温度はその後第二温度へとわずかに低下し、溶解物が凝固する。この上昇した温度(すなわち、第二温度)及び増大した圧力(すなわち、負荷)は一時的に凝固した接合部材が固体拡散により母材へと拡散されるまで維持され、その結果母材間の接合部において拡散結合を起こす。 In some embodiments, some of the junctions used in assemblies to which different forms of diffusion bonding, known as liquid phase diffusion bonding, or sometimes transient liquid phase diffusion bonding (ie, TLP bonding), are bonded. Or all. In liquid phase diffusion bonding, the solid diffusion process caused by increased pressure (ie, load) and heat generated during the bonding process changes the material composition (eg, material phase) of the joint, and the initial bonding temperature is Determined by the melting temperature of the active phase. Also, an intermediate layer of a material having a lower melting temperature than the base material is placed between the layers to be bonded, and the initial bonding temperature is determined by the temperature at which the intermediate layer is dissolved. Accordingly, the thin liquid phase spreads on the contact surface of the joint and is temporarily joined at a temperature lower than the melting point of the base material. The initial joining temperature then decreases slightly to the second temperature and the melt solidifies. This elevated temperature (ie, the second temperature) and increased pressure (ie, load) are maintained until the temporarily solidified joint member is diffused into the base material by solid diffusion, resulting in joining between the base materials. Causes diffusion bonding in the part.
中間層は結合される2つの品目とは別個の品目として構成されるとは限らず、むしろ結合される品目の接合表面部の一方、又は両方に塗布される材料である。中間層が対になる表面部の一方又は両方にあらかじめ用いられる場合、多様な手段の1つを用いて使用することができる。それらは、噴霧析出、蒸着、溶液浸漬メッキ、結合される品目表面部上への中間層材料の成長、ブラシ又はローラーによるペイント、その他多様な手段を含むがこれに限定されるものではない。 The intermediate layer is not necessarily configured as a separate item from the two items to be joined, but rather is a material that is applied to one or both of the joining surfaces of the items to be joined. If the intermediate layer is pre-used on one or both of the paired surfaces, it can be used with one of a variety of means. They include, but are not limited to, spray deposition, vapor deposition, solution dip plating, growth of interlayer material on the surface of the item to be bonded, painting with a brush or roller, and various other means.
「拡散接合」及び「熱的圧縮接合」(略してTC接合)はしばしば本明細書及び当技術分野において同義的に使用されることに留意する。冶金学者が「拡散結合」を好んで使用するのに対し、業界の多くは(例えば半導体製造業)半導体製造業に存在するその他の「拡散」プロセスとの混同を回避する為に、「熱的圧縮接合」の使用を好む。前述したように、どちらの用語を使用するに問わず、拡散接合は熱、圧力、気圧、時間のみを利用した接合方法の種類に言及し、対となる表面の通常溶解温度を下回る温度で、対となる表面を結合する。つまり、対となる表面は意図的に溶解されることがなく、化学接着剤は使用されない。 Note that “diffusion bonding” and “thermal compression bonding” (TC bonding for short) are often used interchangeably herein and in the art. While metallurgists prefer to use “diffusion bonding”, many in the industry (eg, the semiconductor manufacturing industry) use “thermal” to avoid confusion with other “diffusion” processes that exist in the semiconductor manufacturing industry. Prefers to use "compression bonding". As mentioned above, regardless of which term is used, diffusion bonding refers to the type of bonding method that utilizes only heat, pressure, pressure, and time, at a temperature below the normal melting temperature of the mating surface, Join the mating surfaces. That is, the paired surfaces are not intentionally dissolved and no chemical adhesive is used.
VGU及びIGUに使用されるデザイン及び材料は多岐に渡る。そのバリエーションは図58aから96cにいくつか記載されている。これらの図を解説するにあたり、「上部」及び「下部」は、「内部」「内部内側」「室内」「外部」「外部内側」「室外」などの代替として、VGUの構成材の相対位置を説明する為に用いられる。さらに、VGUは多くの場合、垂直の壁やドアなど垂直方向に取り付けられるが、水平方向に描写されている。VGUが屋根や床の水平部位といった平らな明り取り部分の一部を構成する場合に、水平方向の取り付けが可能である。品目の解説及び図の詳細で、品目や解説の位置的関係を説明する際に、「上部」「下部」「上端」「下端」が使用されている場合でも、品目の相対的関係はしばしば逆になり、「上部」と「下部」品目が互換可能なことを留意する。従って、VGUの高位アセンブリに取り付けが完了した後は、これらの図はVGUのどちら側が外部に面し、どちら側が内部に面するか、又は特定方向に面するかを含意して作成されていない。 There are a wide variety of designs and materials used for VGU and IGU. Some variations are described in FIGS. 58a to 96c. In explaining these figures, “upper” and “lower” are used as an alternative to “inside”, “inside inside”, “indoor”, “outside”, “outside inside”, “outside”, etc. Used to explain. Furthermore, VGUs are often mounted vertically, such as vertical walls and doors, but are depicted horizontally. When the VGU constitutes a part of a flat light portion such as a horizontal part of a roof or a floor, horizontal mounting is possible. When explaining the positional relationship of an item or description in the item description and diagram details, the relative relationship of the item is often reversed even when “upper”, “lower”, “upper” and “lower” are used. Note that the “upper” and “lower” items are interchangeable. Thus, after installation on the high-level assembly of the VGU, these figures have not been made to imply which side of the VGU faces the outside, which side faces the inside, or faces in a specific direction .
図58a、58bは、真空ガラスユニット(VGU)の基本的構造及び構成材を示す。VGU5800は、上端窓ガラス5830の上端表面部5831に接合される上端フレーム部材5810から構成される。下端フレーム部材5890は、下端窓ガラス5870の下端表面部5873に接合される。スペーサー/スタンドオフ5840は、下端窓ガラス5870の上端表面部5871に取り付けられる。当該スペーサーは、上端窓ガラス5830が下端窓ガラス5870と接触するのを防ぐ。
58a and 58b show the basic structure and components of a vacuum glass unit (VGU). The
フレーム部材5810の側面が横断面図の形で示されている。垂直方向では、上部内側半径5815及び下部外側半径5817の少なくとも2種の半径を有する。当該半径は当該フレーム部材に整合する。
The side of the
当該スペーサー/スタンドオフ5840は、多様な材料で構成され、多様な手段を用いて窓ガラス表面部への装着が可能である。当該スペーサーは、近接した2枚の窓ガラス表面部の間で熱伝導の経路を構築する為、熱伝導の低い材料で構成されることが望ましい。VGUの組立て密封が完了すると、当該スペーサーは気体を逃すことがほとんどないようにしなければならない。VGUによほど接近しない限り、どのような状況においても、当該スペーサーに気づくことがないほど小さくするべきである。予定されたVGU取り付けに関し、当該スペーサーの数量及び配置は、窓ガラス表面部5833及び5871の機械的分離を維持するに十分であるべきである。
The spacer /
当該スペーサー/スタンドオフ5840は、インクジェット印刷、型紙捺染又はスクリーン印刷、及び表面部5871に取り付けられた後、又は少なくともVGUが組立て密封されるまで、スペーサー/スタンドオフ5840を固定させる為に接着剤が使用される自動ピックアンドプレース機、その他の手法を含むがこれに限らない手段によって、窓ガラス5870の表面部5871に取り付けが可能である。インクジェット印刷がスペーサー/スタンドオフ5840の形成に使用された場合、各スペーサー/スタンドオフは1滴以上の材料を用いて形成されることもある。望ましい窓ガラス表面部5871上のスペーサー表面部5843の形成にはインクジェット材料複数滴が使用される。スペーサー5840の望ましい高さを形成するには、インクジット材料複数滴が使用される。ある実施形態において、スペーサー上端表面部5841は平面であるが、その他実施形態においては、上端表面部5841は平面ではなく、スペーサーと窓ガラス表面部5833間の接触部位を最小に抑える為、半径を有する(曲線を有する又はドーム型をしている)。
The spacer /
2枚の窓ガラスを切り離す為にスペーサーが使用される場合、窓ガラス表面部は窓ガラスに対するスペーサーの相対的運動から生じる摩擦を減少させる物質で処理又はコーティングすることができる。寸法の変化を生じさせる温度の変動が、スペーサーの相対的位置を変化させる。窓ガラス表面部5833に対してしてスペーサー表面部5841が移動する時に生じる摩擦は、破損を与え(引っかき傷など)および/またはスペーサー及び窓ガラスのいずれか及び両方の光学的外観に影響を及ぼし、および/またはスペーサー及び窓ガラスのいずれか又は両方の透明性に影響を及ぼすこともある。摩擦を減少させ、および/または減少又は上記記載された破損の可能性を排除するコーティングには、化学蒸着ダイヤモンド(CVDダイヤモンド)がある。さらに、シートフィルムのような材料は、スペーサー又は窓ガラス表面部、あるいは双方(5833および/または5841)に装着が可能である。
If a spacer is used to separate the two panes, the pane surface can be treated or coated with a material that reduces friction resulting from the relative movement of the spacer relative to the pane. Variations in temperature that cause a change in dimensions change the relative position of the spacer. Friction that occurs when the
IG窓は内部表面部#2および/または#3上に、IGUの特徴を強化する材料でコーティングされることが多い。低放射率コーティングや、エレクトロクロミック及び多色コーティングなどの有彩色又はクロメリックコーティングがある。現在使用されている上記及びその他コーティングはまた、本明細書に記載されているVGUの内部表面部#2および/または#3への使用も可能である。
The IG window is often coated on the
外部表面#1および/または#4に特別なコーティングが施されたIGUが、流通している。これらのコーティングは、窓の清掃を容易にするなどの特性及び機能を付する。本明細書で記載されているVGUは、表面部#1及び#4に面する外部にこれらの及びその他のコーティングを施された窓も含む。
IGUs with a special coating on the
コーティングが表面部#1、#2、#3、又は#4に施されるか、されないかに関わらず、コーティングがフレーム部材を窓ガラスに接着する際の拡散接合温度に耐えられる場合、拡散接合プロセス前にコーティングを窓ガラスに施すことが可能である。コーティングが、フレーム部材を窓ガラスに接着する際の拡散接合温度に耐えられない場合、窓ガラスの表面にコーティングは、拡散接合プロセスの実施後に施される必要がある。窓ガラスの表面に施されるフィルムも同様に施工される。
Diffusion bonding if the coating can withstand the diffusion bonding temperature when bonding the frame member to the window glass, whether or not the coating is applied to the
中間層が使用される場合又は使用されない場合も、フレーム部材と窓ガラスを接合する前に、フレーム部材と窓ガラスが接合された窓ガラス表面部上に事前に施されたコーティングを除去する必要があることもある。コーティング除去法には、化学的除去、研磨又は研削、および/またはレーザー切断などの機械摩耗がある。 Even when the intermediate layer is used or not used, it is necessary to remove the pre-applied coating on the surface of the window glass where the frame member and the window glass are bonded before bonding the frame member and the window glass. Sometimes there are. Coating removal methods include chemical wear, polishing or grinding, and / or mechanical wear such as laser cutting.
実際の拡散接合プロセス中、上部フレーム部材5810の上端接合表面部5811は、上端窓ガラス5830の上端表面部5831に接触する。接合表面部5811と窓ガラス5830は、十分な負荷を伴いプレスされ、第一接合部位に沿って接合表面部と窓ガラスの間に予め設定された接触圧力がかかる。そして、当該接合部位は第一接合部位にそって予め設定された温度まで加熱される。前記2つの手順は同時に又は順番(どちらが先でもよい)に行なうことができ、さらに真空又は特別な気圧で行なうことができる。予め設定された接触圧力及び上昇した温度は、窓ガラス外辺の上部フレーム部材5810及び上端窓ガラス5830が拡散結合されるまで、維持される。
During the actual diffusion bonding process, the upper end
同様に、下部フレーム部材5890の上端接合表面部5891は、下端窓ガラス5870の下端表面部5873に接触する。接合表面部5891と窓ガラス5870は、十分な圧力を伴いプレスされ、第二接合部位に沿って接合表面部と窓ガラスの間に予め設定された接触圧力がかかる。そして、当該接合部位は第ニ接合部位にそって予め設定された温度まで加熱される。前記2つの手順は同時に又は順番(どちらが先でもよい)に行うことができ、さらに真空又は特別な気圧で行なうことできる。予め設定された接触圧力及び上昇した温度は、窓ガラス外辺の下部フレーム部材5890及び下端窓ガラス5870が拡散結合されるまで、維持される。
Similarly, the upper end
図58a及び58bでは、フレーム部材が窓ガラスに、そしてスペーサーが下端窓ガラスに取り付けられると、製品は最終アセンブリの工程に入る。上部フレーム部材5810の下端表面部5813と、下部フレーム部材5893の上端表面部5891の密封接合もその工程に含まれる。
In FIGS. 58a and 58b, when the frame member is attached to the glazing and the spacer is attached to the bottom glazing, the product enters the final assembly process. The process also includes hermetically bonding the lower
図58cは、上部フレーム底縁/フランジ/最低部の最表面部5819と、下部フレーム部材の最下表面部5893を示す。上部フレーム部材と下部フレーム部材を密封接合及び接着する為、5819及び5893双方の表面部に同時に熱が加えることができる。電気抵抗シーム溶接、カン溶接及びレーザー溶接などの手法で熱が加えられる。補助材料は、2種のフレーム部材を接合する前に、上部フレーム部材5810の下端部にある表面部5813、及び下部フレーム部材5810の上端部にある表面部5819のいずれか又は双方に、使用されることが多い。補助材料としてニッケルがよく使用される。ニッケルがいずれか、又は双方の材料に予め使用される時、ニッケルコーティングが溶解するに足りる温度まで接合部に熱が加えられ、ニッケルはんだ接合が施される。ニッケルをフレーム部材に使用する一般的な手法は、フレームが金属又は金属合金で構成されている場合、フレーム部材上に溶液浸漬メッキ加工する方法である。補完的に、薄い金属又は金属合金がその後メッキ加工されるか、ほかの方法で上端部やニッケル又ははんだ材料に取り付けられることもある。これは、通常美観的な理由、又は、2種のフレーム部材を接合するはんだ付け又はろう付けプロセスの前に、はんだ材料の酸化を防止する目的で施される。
FIG. 58c shows the upper frame bottom edge / flange /
図58dはフレーム部材の上部と下部の接触部5899の接合点になる部位への加熱場所を示す。加熱手法は、レーザー及び強制空気対流がある。
FIG. 58d shows a heating place to a portion to be a junction of the upper and
図58aは図58c及び58d双方の部位への加熱場所を示す。レーザー、強制空気対流、ヒーターバー(電子機器の熱棒はんだ付けに使用されるものなど)及び電極が3表面すべてに接触するシーム溶接のいずれか又は組み合わせを用いて加熱される。 Figure 58a shows the heating location for both parts of Figures 58c and 58d. Heat is applied using any or a combination of laser, forced air convection, heater bars (such as those used for hot rod soldering of electronic equipment) and seam welding where the electrode contacts all three surfaces.
望ましい実施形態では、VGUのフレーム部材は真空で接着される。ここで「自動的」にギャップに望ましい真空状態を作り出し、組立て密封された後、VGUギャップを真空化する為のピンチ管、バルブなどを使用する必要性を除去する。しかしながら、その他の実施形態においては、ピンチ管又はバルブが使用され、組立て後VGUギャップが取り除かれる場合もある。 In a preferred embodiment, the frame member of the VGU is bonded in a vacuum. Here “automatically” creating the desired vacuum in the gap, and after assembly and sealing, eliminates the need to use pinch tubes, valves, etc. to evacuate the VGU gap. However, in other embodiments, pinch tubes or valves may be used and the VGU gap may be removed after assembly.
真空状態は、複数枚の断熱窓において、最良の断熱特性を与えるが、本発明品のVGUの物理構成は、充填ガス及びエーロゲルなどの断熱物質を含有する複数枚の断熱窓アセンブリに有用である。密封して接合された適合するフレームアセンブリもまた、当該種の窓(非真空)の断熱時間を延長できるよう期待される。キセノンなどの充填ガスは、クリプトンよりも断熱効果があるが、今のところ多くの消費者にはまだ高額である。複数枚の断熱窓ガラスアセンブリが、20〜25年間新種の充填ガスを保持すると仮定した場合、代替の充填ガスの使用が実用的となる。一方、エーロゲルなどの非ガスの断熱代替ガスが、真空やガス充満窓などの密封したカプセル充填を必要とする可能性も、しない可能性もある。 While vacuum conditions provide the best thermal insulation properties in multiple insulated windows, the physical configuration of the inventive VGU is useful for multiple insulated window assemblies containing insulating materials such as fill gas and airgel. . A matching frame assembly sealed and bonded is also expected to extend the insulation time of such windows (non-vacuum). Filling gases such as xenon are more insulating than krypton but are still expensive for many consumers so far. Assuming that multiple insulating glazing assemblies hold a new type of fill gas for 20-25 years, the use of alternative fill gases becomes practical. On the other hand, non-gas adiabatic alternatives such as airgel may or may not require sealed capsule filling such as vacuum or gas-filled windows.
図58fは、図58aから58eに関連して解説されたVGU及びIGUでの使用に適するフレーム部材の1つの実施形態の斜視図である。フレーム5808は、上端フランジ5812及び下端フランジ5814の下部に位置する側部位5811において、3軸に適合する。上端フランジ5812は上端窓ガラス(例、図58aの表面部5831)の上端表面部への接合に適合し、下端フランジ5814は、下部フレーム部材(例、図58aの表面部5891)の上端表面部への接合に適する。側部5811は、必須な多次元適合を有する為に複数の適合する型を組み入れることができる。明示された実施形態では、側部5811は段繰り5816、及び凸反曲線5818、凹反曲線5820で構成されるが、その他の構成は本発明範囲内であると理解される。図58aから58eのフレーム部材5810の特性は、次の通り、実施形態5808の特性に応ずることができる:上端接合表面部5811(図58a)は上端フランジ5812(図58f)の逆側であり、上半径5815(図58a)は上部反曲5818(図58f)の逆側であり、下半径5817(図58a)は下部反曲5820(図58f)であり、下端接合表面部5813(図58a)は下端フランジ5814(図58f)の逆側であることもある。
FIG. 58f is a perspective view of one embodiment of a frame member suitable for use with the VGU and IGU described in connection with FIGS. 58a-58e. The
図59a及び59bはそれぞれ、別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU5900は本明細書で前述されたVGUと広く類似しているが、下記に記述される通り、編み合わさったスペーサー5950を有する。VGU5900は、さらに、上端表面5931及び下端表面5933で構成される上端窓ガラス5930と、上端表面5971及び下端表面5973で構成される下端窓ガラス5970からなる。編み合わさったスペーサー5950は、第一ファイバー/フィラメントがほぼ並行によってある縦編みファイバー5953と、それが織りあわされる第二ファイバー/フィラメントがほぼ並行によってあり、縦編とほぼ直角に走る横編みファイバー5955からなる。スペーサーは、窓ガラスの内部表面5933と5971の間隔を維持する。VGU5900は、上部フレーム部材5910と下部フレーム部材5990によって結合される。上部フレーム部材5910は、上端窓ガラス5930の上端表面5931へ密封結合された上端結合表面5911、上部内半径5915、下部外半径5917、及び下端結合表面5913で構成される。下部フレーム部材5990は、上部フレーム部材5910の下端結合表面5913、及び下端窓ガラス5970の下端表面5973に、密封結合された上端表面5991から構成される。
59a and 59b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment.
縦編みファイバー/フィラメント5953及び横編みファイバー/フィラメント5955の製造に適する材料には、光ファイバーに利用されるようなグラスファイバーがある。この種のファイバーには、供給量が過分にあること、直径が極小なものも入手可能であること、視覚的透明度が十分にあることなどの利点がある。縦編みと横編みファイバーが織り合わさる部位は、縦編み及び横編みファイバーのみの直径に比べ、高く、長く、そして太い。織り合わさる部位が、下端窓ガラス5970から上端窓ガラス5930を切り離すスタンドオフの役割を果たす。窓ガラス表面5933及び5971の間に、並行に編まれた縦編み又は横編みだけを使用した場合でも、2枚の窓ガラスを切り離すことは可能であるが、適切な網目上のスペースを有する編みこまれたスペーサーを利用した場合では表面接触部が増大することを考慮する。
Suitable materials for the production of warp knitted fibers /
図60a及び60bはそれぞれ、別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6000は、本明細書で前述されたVGUに広く類似しているが、フレーム部材及び窓ガラスとの拡散接合を促進する中間層6020、6080および/または6086のいずれか1種以上を有する。中間層の使用目的に関しては、本明細書で後記する。
60a and 60b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment. The
VGU6000は、上端表面6031及び下端表面6033を有する上端窓ガラス6030と、上端表面6071及び下端表面6073を有する下端窓ガラス6073で構成される。複数のスペーサー6040は、それぞれ上端表面6041及び下端表面6043を有し、窓ガラスの内部表面6033及び6071の間隔を維持する為に設置される。VGU6000は、上部フレーム部材6010及び下部フレーム部材6090によって結合される。上部フレーム部材6010は、上端窓ガラス6030の上端表面6031へ密封結合された上端結合表面6011、上部内半径6015、下部外半径6017、及び下端結合表面6013で構成される。下部フレーム部材6090は、上部フレーム部材6010の下端結合表面6013に、及び下端窓ガラス6070の下端表面6073へ密封接合した上端表面6091で構成される。上端表面6021及び下端表面6023を有する第一中間層6020は、上部フレーム部材6010及び上端窓ガラス6030それぞれの結合表面6011及び6031を拡散結合する為、使用される。上端表面6081及び下端表面6083を有する第二中間層6080は、下端窓ガラス6070及び下部フレーム部材6090それぞれの結合部位6073及び6091を拡散結合する為、使用される。上端表面6087及び下端表面6089を有する第三中間層6086は、上部フレーム部材6010及び下部フレーム部材6090それぞれの結合表面6013及び6091を拡散結合する為、使用される。中間層の使用は任意である。
The
図61a及び61bはそれぞれ別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6100は、本明細書に前述されたVGUに広く類似しているが、2枚の窓ガラスの間隔を維持する為に使用される一体化したスペーサー/スタンドオフを含んで製造された窓ガラスを有する。一体化したスペーサーを付する窓ガラスは、窓ガラスに個別にスペーサーを取り付ける必要性を省く。VGU6100は上端表面6131及び下端表面6133を有する上端窓ガラス6130と、一体化したスタンドオフ6161及び上端表面及び下端表面6163を有する下端窓ガラス6160で構成される。一体化したスタンドオフは2枚の窓ガラスの間隔を維持する。VGU6100は、上部フレーム部材6110及び下部フレーム部材6190により結合する。上部フレーム部材6110は、上端窓ガラス6130の上端表面6131へ密封結合した上端結合表面6111、上部内半径6115、下部外半径6117、及び下端結合表面6113で構成される。下部フレーム部材6190は、上部フレーム部材6110の下部結合表面6113に、及び下端窓ガラス6160の下端表面6163に密封結合した上端表面6191を構成する。図61a及び61bは、下端窓ガラス6160の製造で組み込まれたスペーサー/スタンドオフを有するVGUを示しているが、別の実施形態において、スタンドオフは上端窓ガラスへの組み込み、又は両上端下端窓ガラスへの組み込みも可能であることを考慮する。
61a and 61b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment. The
図62a、62b、及び62cは、図61a及び61bで記述された下端窓ガラス6160に類似している窓ガラスの実施形態を示しており、窓ガラスの片面に取り付けられたスペーサーは窓ガラス製造加工に組み入れられている。スタンドオフは必ずしも縮図に描かれることはない為、スタンドオフの比率及び関連するスペースは図と異なることを考慮に入れる。窓ガラスシート6260は、実質上平らな上端6261と下端6263を有する基板、及び上端表面から上方へ伸びる複数のスタンドオフフィーチャー6265から構成される。記述されている実施形態において、スタンドオフ6265は、先端を切った円錐形の構成で均等に配列されているが、別の実施形態においてはまた別の構成/配列を成す。
FIGS. 62a, 62b, and 62c show an embodiment of a glazing that is similar to the
図63a及び63bはそれぞれ、別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6300は、本明細書に前述されているVGUに広く類似しているが、VGUの熱的性能(すなわち、絶縁特性)を強化する為にスペーサーシートの上端及び下端の一部としてスペーサー/スタンドオフに加工された透明シートセンタースペーサーユニット6350を有する。一体化したスペーサーを有するスペーサーシートにより、窓に個別にスペーサーを取り付ける必要性が省かれる。
63a and 63b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment. The
VGU6300は、上端表面6331及び下端表面6333を有する上端窓ガラス6330と、上端表面6371及び下端表面6373を有する下端窓ガラス6370から構成される。スペーサーユニット6350は、上端表面に一体化したスタンドオフ6351、及び下端表面に一体化したスタンドオフ6353を有する。スペーサーユニット6350は、間隔を維持する為、窓ガラス6330及び6370の間に取り付けられる。VGU6300は、上部フレーム部材6310及び下部フレーム部材6390によって結合される。上部フレーム部材6310は、上端窓ガラス6330の上端表面6331に密封結合する上端結合表面6311、上部内半径6315、下部外半径6317及び下端結合表面6313から構成される。下部フレーム部材6390は、上部フレーム部材6310の下端結合表面6313に、及び下端窓ガラス6370の下端表面6373に密封結合した上端表面6391を有する。図63a及び63bは、スペーサーユニット6350の両端へ組み込まれたスペーサー/スタンドオフを有するVGUを示しているが、別の実施形態において、スペーサーユニットの上端又は下端いずれか一方に組み込まれることもある。
The
スペーサーユニット6350は、前に記述及び適用された2枚の窓の分離方法と比べた時、上端窓ガラス6330及び下端窓ガラス6370の間の熱伝導経路を増大する。スペーサーシートを構成する材料として、ガラス、プラスチックシート又はフィルムが使用可能である。スペーサー/スタンドオフ6351及び6353は、多数の材料から製造可能である。前述の通り、スペーサーは熱伝導の低い材料から製造されることが望ましい。スペーサーユニット6350は、単一で製造されるか、又は図58a及び58bのスペーサー5840取り付け説明において前述された手段を用いて、後にスタンドオフを取り付けたシート又はフィルムから構成されることもできる。
The
図64a及び64bはそれぞれ、別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6400は、本明細書に前述されているVGU6300に広く類似しているが、密封されたフレーム部材及び窓ガラスの間に配置されるサイドシールド部材を有する。VGU6400は、上端表面6431及び下端表面6433を有する上端窓ガラス6430と、上端表面6471及び下端表面6473を有する下端窓ガラス6470から構成される。スペーサーユニット6450は、上端表面に配置されたスタンドオフ6451、及び下端表面に設置されたスタンドオフ6453を含む。スペーサーユニット6450は間隔を維持する為、窓ガラス6430と6470の間に設置される。サイドシールド部材6402は窓ガラス及びスペーサーの側面に沿って設置される。サイドシールド部材6402は熱伝導性が低いことが望ましい。ある実施形態において、シールド部材は、例えば窓ガラスから見た場合に内部のフレーム部品を隠すなどの美観的な理由から、包含されることもある。別の実施形態において、シールド部材6402は、VGU内の真空スペースに残留する原子又は分子を吸着又は固定する「ゲッター」(すなわち、除去する物質)を有する。VGUが密封されていても、VGU上部又は内部で使用されている材料の1種以上を除去する時に、原子又は分子が真空スペース内に現れることもある。この原子又は分子は、外部表面(例えば、窓ガラスやフレーム部材)、フレーム部材と窓ガラスの接合部/結合部、および/または上部と下部フレーム部材の接合部位を通じてゆっくりと透過し、VGU内で密閉されたスペースに現れることもある。
64a and 64b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment. The
VGU6400は、上部フレーム部材6410及び下部フレーム部材6490によって結合される。上部フレーム部材6410は、上端窓ガラス6430の上端表面6431に密封結合された結合表面6411、上部内半径6415、下部外半径6417、及び下端結合表面6413から構成される。下部フレーム部材6490は、上部フレーム部材6410の下端結合表面6413に、及び下端窓ガラス6470の下端表面6473に、それぞれ密封接合した上端表面6491を含む。
図65a及び65bはそれぞれ、別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6500は、本明細書で前述されたVGU6400に広く類似しているが、類似した形状と大きさを有する上部及び下部フレーム部材を有する。VGU6500は、上端窓ガラス6530及び下端窓ガラス6570を構成する。スペーサーユニット6550は、上端表面にスタンドオフ6551を、下端表面にスタンドオフ6553を構成する。スペーサーユニット6550は間隔を維持する為、窓ガラス6530と6570の間に設置される。任意のサイドシールド部材6502は、窓ガラス及びスペーサーの側面に沿って取り付けられるが、必須ではない。VGU6500は、上部フレーム部材6510と下部フレーム部材6590によって結合される。上部フレーム部材6510と下部フレーム部材6590の形状は完全に一致することが望ましい。形状の一致によって、部品の計算やプロセスの手順を短縮するなどの利点が生まれる。上部フレーム部材6510は、上端窓ガラス6530の上端表面6531に密封結合した上端結合表面6511及び下端結合表面6513を有する。下部フレーム部材6590は、上部フレーム部材6510の下端結合表面6513に密封結合した上端表面6591と、下端窓ガラス6570の下端表面6573に密封結合した下端結合表面6593を構成する。
Figures 65a and 65b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to another embodiment. The
図66a、66b及び66cは、フレーム部材の3種類の横断面図である。当該フレーム部材は、図58aから5a、63a及び64aで記述されている上部フレーム部材に使用可能であり、又は、図65aで記述されているように左右相称的なフレーム部材が使用された場合、上部又は下部フレーム部材に使用できる。図66aは、前述されている通り、2種の半径(表示6621と6622)を有するフレーム部材6620を示す。フレーム部材の垂直の構成材が2種以上の半径を有することにより、フレーム部材はより柔軟性を持つことができる。図66bは、4種の半径(表示6641、6642、6643及び6644)を有するフレーム部材6640を示し、図66cは、6種の半径(表示6661、6662、6663、6664、6665及び6666)を有するフレーム部材6660を示す。
66a, 66b and 66c are three cross-sectional views of the frame member. The frame member can be used for the upper frame member described in FIGS. 58a to 5a, 63a and 64a, or when a bilateral frame member is used as described in FIG. 65a, Can be used for upper or lower frame members. FIG. 66a shows a
図67aから67fは、VGUの窓ガラスの間隔を維持するスペーサーアセンブリとしての使用に、また美観を保つ用途に使用に適する桟アセンブリを示す。まず図67aを見てみると、第二並行桟バー6754に垂直に配置される第一並行桟バー6752を有する桟格子ユニット6751が示されている。図67bは、桟格子ユニット6751、及び桟格子ユニットの少なくとも片側に配置されている複数のスペーサー/スタンドオフ6753及び6755(図67c参照)を備える桟アセンブリを示す。図67cは、両側にスタンドオフ6753及び6755を有する桟アセンブリ6750の側面図である。図67dは、VGU上端窓ガラス6730とVGU下端窓ガラス6770の間に設置される桟アセンブリ6750の全体的な分解図である。図67eは、上端窓ガラス6730と下端窓ガラス6770の間に設置され、両窓に接触する桟バーアセンブリ6750の斜視図である。図67fは、上端窓ガラス6730と下端窓ガラス6770の間に設置される桟バーアセンブリ6750の側面図である。
Figures 67a to 67f show a crosspiece assembly suitable for use as a spacer assembly to maintain the window spacing of the VGU and for aesthetic applications. Looking first at FIG. 67a, there is shown a
図67g及び67hはそれぞれ、また別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組立て図である。VGU6700は、上端表面6731を有する上端窓ガラス6730と、下端表面6773を有する下端窓ガラス6770を構成する。上端及び下端表面にスタンドオフを有する桟アセンブリ6750は、間隔を維持する為に窓ガラス6730と6770の間に設置される。VGU6700は、上部フレーム部材6710及下部フレーム部材6790によって結合される。上部フレーム部材6710は、上端窓ガラス6730の上端表面6731に密封結合した上端結合表面6711及び下端結合表面6713を有する。下部フレーム部材6790は、上部フレーム部材6710の下端結合表面6713に、また下端窓ガラス6770の下端表面6773に密封結合した上端表面6791を有する。各窓ガラスへの上部及び下部フレーム部材の結合を強化する為に任意で、中間層6720及び6780を、使用することも可能である。
67g and 67h are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to yet another embodiment. The
図68a及び68bは、内部桟アセンブリ6850、上端窓ガラス6830及び下端窓ガラス6870の内部表面にそれぞれ結合するフレーム部材6810及び6890を有するVGU6800を示す。フレーム部材6810及び6890を上端下端窓ガラス6830と6870の内部表面へ取り付ける工程は、2枚のフレーム部材の厚みが2枚の窓の間に十分確保できる場合に、行われる。この実施形態において図示される桟アセンブリ6850では、十分なスペースを確保している。図68aは、窓ガラス6830と6870の内部表面に接合された上部下部フレーム部材6810と6890を有するVGUの分解図である。図68bは、窓ガラスの内部表面に結合したフレーム部材を有する組み立て後のVGUである。
FIGS. 68a and 68b show a
図69a及び69bは、内部桟アセンブリ6950、及び上端下端窓ガラス6930と6970の外部表面を超えて(すなわち、上と下へ)伸び、窓ガラス内部に結合したフレーム部材6910及び6990を有するVGU6900を示す。これは、上端下端窓ガラス6830と6870それぞれの外部表面の上または下を越えて伸びることのない窓ガラス内部に結合したフレーム部材6810及び6890を示す図68a及び68bと比べて異なる。
FIGS. 69a and 69b show a
図70a及び70bは、図68a及び68bと類似して、窓ガラス内部に結合したフレーム部材7010及び7090を有するVGU7000を示す。VGU7000は、結合を促進および/または強化する為、上部下部各フレーム部材7010及び7090の間や、上端下端各窓ガラス7030及び7070の間に任意で、設置される上端下端中間層7020及び7040を含む。図70aは、内部窓ガラスに結合したフレーム部材及びフレーム部材間、窓ガラス間に設置される任意の中間層を有するVGU7000の分解図である。図70bは、当該VGUの組み立図である。中間層材が完全に接合に組み込まれるか否かによって、当該中間層7020及び7040が実際結合後に見えるか、見えなくなることを考慮する。
FIGS. 70a and 70b show a
図71a、71b及び71cは、センタースペーサーアセンブリに結合した追加の中間フレーム部材を使用したVGUの例を図示する。ある場合には、当該の追加フレーム部材の使用により、VGUへさらなる利点を付加する。具体的には、図71aは、図63a及び63bに類似して、上端下端窓ガラス7130と7170、センタースペーサーユニット7150、及び上部下部フレーム部材7110と7190を有するVGU7101を示す。
71a, 71b and 71c illustrate examples of VGUs using an additional intermediate frame member coupled to the center spacer assembly. In some cases, the use of such additional frame members adds further advantages to the VGU. Specifically, FIG. 71a shows a
図71bは、上端窓ガラス7130及び下端窓ガラス7170の側面を越えるスペーサーユニット(表示7150a)及び、同様に越える下部フレーム部材(表示7190a)を除き、VGU7101に類似するVGU7102を示す。この形態により、センターフレーム部材7140両面に付着するスペーサーユニット7150aの上端下端部表面に露出部位を作り、拡張した上部フレーム部材7120及びセンターフレーム部材を結合させる為に、下部フレーム部材7190a表面部に付加的なスペースが生まれる。図示された形態において、センターフレーム部材7140はスペーサーユニット7150aの上端表面に取り付けられているが、別の形態においては、下端表面に取り付けられることもある。
FIG. 71b shows a
図71cは、スペーサーユニット7150a及び下端窓ガラス(表示7170a)が上端窓ユニット7130の側面を越えることを除き、VGU7102に類似するVGU7103を図示する。ここでも同様に、中間フレーム部材7140は、スペーサーユニット7150aの上端表面に取り付けられる。
FIG. 71c illustrates a
図72a及び72bはそれぞれ、また別の実施形態に従ったVGUの分解図及び組み立図である。VGU7200は、この形態において、透明な材料で作られた平らなスペーサーシート7250が窓ガラスシート7230と7270の間に取り付けられ、スタンドオフ7255が窓ガラスシートの内部表面に備え付けられていることを除き、図65a及び65bで前述した内容に類似する。スタンドオフ7255は、窓ガラス7230及び7270の一体化した部位として形成されるか(例えば、製造中に鋳型を作る又はエンボス加工する)、又は窓ガラス製造後、個別に窓ガラスへ取り付けられる(例えば、接着剤)。後者、すなわちスタンドオフが製造後装着の場合、窓ガラスの内部表面7230及び7270がコーティングされることを可能にし(例えば、低放射率を備えるコーティング又はその他コーティング)、一方窓ガラスの内部表面が平らな状態のままで、スタンドオフ7255はコーティングの後に取り付けられる。スペーサーシート7250は、ガラス、プラスチックシート、フィルム、その他透明の材料から構成することができる。スペーサーシート7250は、本質的に特別な放射率、断熱性その他物理的特性(例:破損抵抗)を有し、又は望ましい特性を所有するためにその他の材料でコーティングすることができる。上部下部フレーム部材7210及び7290は、前述の通り、窓ガラス7230及び7270に拡散接合される。追加のシール/ゲッター部材7202は、前述の通り、パッケージの中で提供される。
72a and 72b are an exploded view and an assembled view, respectively, of a VGU according to yet another embodiment. The
代替の窓ガラスの形状が使用されてもよいことが理解される。窓ガラスの組み合わせは平らである必要はない。凹面もしくは凸面になっている場合がある。例えば、接合処理の間、ガラスの表面が接着されたフレーム部材の表面と密接に接触しているといったように、各窓ガラスがフレーム部材と密接に接合する限り、それぞれの窓ガラスは異なった形状であってもよい。 It will be appreciated that alternative glazing shapes may be used. The window glass combination need not be flat. It may be concave or convex. As long as each window glass is intimately bonded to the frame member, for example, the glass surface is in intimate contact with the surface of the bonded frame member during the bonding process, each window glass has a different shape. It may be.
代替の窓ガラスの材質が使用されてもよいこともまた理解される。窓ガラスの材質はガラスである必要はない。別の透明もしくは不透明な材料であってもよく、水晶、サファイヤ、シリコン、および金属、金属合金、およびセラミックも含むがこれに限定されるものではない。 It will also be appreciated that alternative glazing materials may be used. The material of the window glass need not be glass. Other transparent or opaque materials may be used, including but not limited to quartz, sapphire, silicon, and metals, metal alloys, and ceramics.
従来の内部ラムの付いた拡散接合チャンバーの代替として、窓ガラスを強度補強層へと拡散接合して、層状の強度補強窓のアセンブリを形成するのに適している別の装置は、熱間静水圧プレス(「HIP」)として知られている。HIPユニットでは熱および高圧の同時使用が可能である。HIPユニットでは、材料(例:窓アセンブリ構成部品)は通常真空バッグの中に密封され、そこで真空にする。中に部品を入れたバッグは圧力格納容器もしくは装置の中に密封され、次にそれは高熱の加熱炉の一部となるか、またはその中に格納される。通常アルゴンであるガスを、バッグに入れた部品の周りの容器に導入し、加熱炉をつける。加熱炉が圧力容器を加熱するため、中の温度とガスの圧力は同時に上昇する。ガス圧力は強度の力を与えると同時にバッグに入れた部品に圧力をかけ、ガス温度は接合するのに必要な分の加熱を与える。HIPユニットは、最適な材料特性になるように、温度、圧力、処理時間を制御することを可能にする。 As an alternative to conventional diffusion bonding chambers with internal rams, another device suitable for diffusion bonding glass panes to strength reinforcement layers to form a layered strength reinforcement window assembly is Known as a hydraulic press ("HIP"). The HIP unit can be used simultaneously with heat and high pressure. In a HIP unit, the material (eg, window assembly component) is usually sealed in a vacuum bag where it is evacuated. The bag with the parts inside is sealed in a pressure containment vessel or device, which then becomes part of or stored in a high temperature furnace. A gas, usually argon, is introduced into a container around the parts in the bag and the furnace is turned on. Since the heating furnace heats the pressure vessel, the temperature inside and the gas pressure rise simultaneously. The gas pressure provides a strong force and simultaneously applies pressure to the parts in the bag, and the gas temperature provides the necessary amount of heating to join. The HIP unit makes it possible to control the temperature, pressure and processing time for optimum material properties.
ある実施例において、一緒に接合される材料のCTEが適合するものもある。フレーム材料の線膨張率(CTE)はフレームが接合される窓ガラスに正確に適合しなければならない。多くのガラスのCTEは、約273°K(摂氏0℃)からガラスの軟化温度まで極めて安定している。しかしながら、金属や合金の中には異なる温度で異なるCTEを持つものもある。 In some embodiments, the CTEs of the materials that are joined together are compatible. The coefficient of linear expansion (CTE) of the frame material must accurately match the glazing to which the frame is joined. The CTE of many glasses is extremely stable from about 273 ° K (0 ° C) to the softening temperature of the glass. However, some metals and alloys have different CTEs at different temperatures.
ガラスフレーム接合温度が高いフレーム材料の平均CTEは、同様の温度範囲にわたって、ガラスの平均CTEのものとほぼ適合するべきである。2つの材料の平均CTEが近いほど、アセンブリが高い接合温度から大気気温(室温)に冷却された後に、フレームおよびガラスの窓ガラス内の残留応力は低くなる。 The average CTE of the frame material with a high glass frame bonding temperature should approximately match that of the average CTE of the glass over a similar temperature range. The closer the average CTE of the two materials, the lower the residual stresses in the frame and glass pane after the assembly is cooled from high bonding temperature to ambient temperature (room temperature).
ある実施例において、フレーム−ガラス密封の長期間にわたる信頼性にとって重要なのは、予測される最終用途環境に対して、フレーム材料のCTEとガラスがほぼ適合していることである。例えば、窓アセンブリが、マイナス400℃から1000℃(マイナス400°Fから212°Fまで)の温度にさらされると考えた場合、フレーム材料とガラス材料はこの温度範囲にわたってCTEがほぼ適合していなければならないということである。 In one embodiment, what is important for the long term reliability of the frame-glass seal is that the CTE of the frame material and the glass are nearly compatible with the expected end use environment. For example, if the window assembly is considered to be exposed to temperatures of minus 400 ° C. to 1000 ° C. (from minus 400 ° F. to 212 ° F.), the frame material and glass material should have a CTE that is approximately compatible over this temperature range. It must be.
多くの実施例において、フレーム材料のCTEがガラス材料のCTEと正確に適合しない場合、フレーム材料のCTEが多少ガラスのものよりも大きいことが望ましい。フレーム材料のCTEがガラスのそれを超える状況においては、接合温度から大気温度に下がる冷却期間に、フレームはガラスよりも収縮する。その結果ガラスに多少の圧迫がかかる。張力がかかっているガラスは亀裂を起こす傾向があるため、張力がかかっているガラスにとっては好ましい。 In many embodiments, if the CTE of the frame material does not exactly match the CTE of the glass material, it is desirable that the CTE of the frame material be somewhat larger than that of the glass. In situations where the CTE of the frame material exceeds that of the glass, the frame shrinks more than the glass during the cooling period when it drops from the bonding temperature to ambient temperature. As a result, some pressure is applied to the glass. Tensioned glass tends to crack and is therefore preferred for tensioned glass.
拡散接合以外にも、VGUの窓ガラスにフレーム材料を密封して接着するために使用できる方法がある。その中には、はんだガラスを用いて、接合されるフレーム材料と窓ガラスの2つの間に使用し、その2つに部分的もしくは全体的に加熱してはんだ接合および融合接合を形成するという方法も含まれる。説明され図示されたVGUの構成でフレーム材料を窓ガラスに接着するのに、これらの方法および他の方法が使用されるが、好ましい接着方法は拡散接合および/または過渡液相拡散接合である。 In addition to diffusion bonding, there are methods that can be used to seal and bond the frame material to the window glass of the VGU. Among them, solder glass is used between the frame material to be joined and the window glass, and the two are partially or wholly heated to form a solder joint and a fusion joint. Is also included. Although these and other methods are used to bond the frame material to the glazing in the VGU configuration described and illustrated, the preferred bonding method is diffusion bonding and / or transient liquid phase diffusion bonding.
本発明は、登録商標権、係属中の特許出願のために、ガラスの窓ガラスを密封して弾性(バネのようなもの)金属もしくは金属合金スリーブ/フレーム構成部品に直接接合する拡散接合と呼ばれる従来の商業化された技術を使用している。ガラスとフレーム構成部品の間には一切粘着材やエポキシ材料は使用されない。接着は永久的であり、他の接着方法に比べてさらに密閉(気密)される。 The present invention is referred to as diffusion bonding in which a glass pane is sealed and bonded directly to an elastic (such as a spring) metal or metal alloy sleeve / frame component for registered trademark and pending patent applications. Using conventional commercial technology. No adhesive or epoxy material is used between the glass and frame components. Bonding is permanent and is further sealed (airtight) compared to other bonding methods.
図73aおよびbを参照すると、真空格納容器IGユニットの一実施例の構成部品が描かれており、図73aは分解図となっており、図73bは組立図となっている。IGU7300は上部の窓ガラス(例:材料)7330および下部の窓ガラス7370より成っており、透明スペーサユニット7350がそれらの間に配置されることによって隔てられている。下記に詳細記述されるように、窓ガラス7330および7370の端部は金属もしくは金属合金フレーム構成部品7310および7390を使用して、密閉して一緒にふさがれている。窓ガラス7330および7370間の空洞は真空もしくは部分的に真空にされた大気を含む。
73a and b, the components of one embodiment of the vacuum containment IG unit are depicted, FIG. 73a is an exploded view, and FIG. 73b is an assembly view. The
図73cを参照すると、弾性金属フレーム/スリーブ材料7310および7390の一実施例が示されている。3つのすべての軸で柔軟性があるように設計されており、それによってガラス7330および7390は、それ自体、あるいは、スリーブとガラスの接着部分に大きな圧力がからなくても、互いに独立して膨張し、収縮する。引かれたり押されたりすると、膨張したり収縮したりするといった、蛇腹のような動作を示す。このスリーブユニットは窓ガラスの上部および下部側から膨張することがほとんどないように作られている。
Referring to FIG. 73c, one embodiment of an elastic metal frame /
品目7302はIGU7300のオプショナル機能として示されている。SAES Getterによって作られているようなゲッター(残留ガス除去材料)である。ゲッターは高信頼性密閉包装に使用されており、材料からガス放出された原子および分子を吸収、もしくは極度の長期間にわたってパッケージに漏洩したガスを吸収する。
スペーサユニット7350は、透明ガラスから形成されることが好ましいが、多くはプラスチックや樹脂といった透明ポリマー材料からも形成されている。ここで説明されている特定の実施例においては、その他の透明な材料が使用されていることもある。スペーサユニット7350は、一体化形成されたスタンドオフ(「柱」としても知られている)7354を有したシートのような基板部7352からなり、そのスタンドオフは、基板部の片側および/または両側から突き出ている。その構成は、表面および底面の両方にスタンドオフがあるかもしれないということを除いて、オフィスにあるキャスターの付いた椅子の下のカーペット上に見られるプラスチック椅子のマットの備品と類似していることもある。スタンドオフ7354は通常、隣接した窓ガラスに対しての均等なサポートを提供するために基板部7352の表面にわたって平らに配置される。上から見ると、スタンドオフ7354は順序正しい配列で配置されるのが好ましいが(図77〜79参照)、窓ガラスに亀裂が入らないようにするための適当なサポートを提供する限りは、その必要はない。
The
当出願の目的として、「一体化形成」という言葉は、基板部から分離してスタンドオフを最初に形成し、後に基板部にそれらを接着するというよりもスタンドオフ7354が基板部7352の本体を加工する(例:鋳造、エンボス加工、掘削、エッチング処理など)ことによって形成されることを意味する為に使用されている。スタンドオフ7354および基板部7352が形成時において通常同じ材料から構成されるが、スタンドオフおよび/または基板部はさらに加工され(例:熱処理、化学処理、研磨等)、形成後の特性を変える。
For the purposes of this application, the term “integrated formation” means that the
図74を参照すると、スペーサユニット7450が一実施例に従って示されている。スペーサユニット7450は、一体化形成された透明シ−トのような基板部7452を構成および片側から突き出たスタンドオフ7454で構成されている。この実施例では、ユニット7450は透明ガラスで形成されているが、他の材料が他の実施例で使用されている場合がある。
Referring to FIG. 74, a
図75を参照すると、スペーサユニット7550が一実施例に従って示されている。スペーサユニット7550は、一体化形成された透明シ−トのような基板部7552を構成および片側から突き出たスタンドオフ7554で構成されている。この実施例では、ユニット7550は透明ガラスで形成されているが、他の材料が他の実施例で使用されている場合がある。
Referring to FIG. 75, a
図76を参照すると、スペーサユニット7650がさらにもう一つの実施例に従って示されている。この実施例では、スペーサユニット7650は複数の離散層から形成された基板部を有している。最上層7655は一体化された上部スタンドオフ765の付いた上部基板部7656を含んでおり、前述の図74のそれと類似している。最下層7658は一体化された上部スタンドオフ7660の付いた上部基板部7659を含んでおり、それもまた前述のものと類似しているが、必ずしも最上層7655および最下層7658が同じ材料で形成されている必要はない。上部および下部の基板部の間に「挟まれた」構成で配置された7656および7659は離散材料7661の層である。この実施例では、最上および最下層7655および7658は透明ガラスで形成されており、一方で中間層7661はLexanのような透明プラスチック材料で形成されている。離散材料層7661は異なる熱伝導性、音響伝送、破損抵抗、または隣接層以外の性質を有している。離散材料はガラス、プラスチック、ポリマー、樹脂、粘着材もしくはその他の材料である。独立シートおよびフィルムの形成であることもあるし、または基板部のひとつである自由表面(例:スタンドオフが付いていないもの)のうえにスプレーで付けたり、または別の方法で塗布される材料であることもある。示されている実施例に3つの層があるのに対し、他の実施例は2つの層しかないことが理解される。(例:最上層7655および離散層7661のみ、もしくは最下層7658および離散層7661のみ、もしくは最上層7655および最下層7658のみ。)同様に、複数の離散内部層(例:スタンドオフが付いていないもの)が4層以上あるスペーサユニット7650を提供する為に使用される。
Referring to FIG. 76, a
ある実施例において、性能向上コーティングが複数層ラミネート加工されたスペーサ7650の中に「導入」されることもある。例えば、コーティングは上部基板部7656および/または下部基板部7659の内部表面または心材7661の表面に適用されることがある。これらのコーティングには、低放射率コーティング、U−V吸収、もしくは反射コーティング、色合い、電気色コーティング、反射防止コーティングおよび/またはその他の性能向上コーティングが含まれる。目的となる表面にコーティングを施した後、スペーサ7650の層は一緒にラミネート加工される。このように、非常に薄いフィルムであることの多いコーティングは、窓ガラスとスペーサの間の相対運動によって発生する物的損害から保護される。同じコーティングが窓ガラスの内側の表面に施された場合、接触および/またはスペーサユニット上のスタンドオフの動きによって損傷を受けることがある。
In certain embodiments, a performance enhancing coating may be “introduced” into the multi-layer
図74、75、76を参照すると、性能向上コーティングは、窓ガラス自体の内部の表面(例:表面#2および#3)ではなく、例えばスペーサユニット7450、7550、7650といったスペーサユニットのどちらかの側面に施される。スペーサユニット上のこれらのコーティングには低放射率コーティング、U−V吸収、もしくは反射コーティング、色合い、電気色コーティング、反射防止コーティングおよび/またはその他の性能向上コーティングが含まれる。場合によっては、すべてのコーティングがスペーサユニットの片側に施されるのに対し、他の場合においては特級コーティングがスペーサユニットの表側に、そして他のコーティングがスペーサユニットのもう一方の側面に施される。複数層のスペーサユニット7650(例:図76)の場合においては、基板部および/または中間層の自由側面に施される。
Referring to FIGS. 74, 75, and 76, the performance enhancing coating is not a surface inside the glazing itself (eg, surfaces # 2 and # 3), but is one of the spacer units such as
スペーサシステム(つまりスペーサユニット)は、窓#1または窓#2の全体に比べてどちらとも異なる温度にさらされることが多く、その中心部から窓#1に比べて小さく、窓#2に比べて大きく、膨張、接触するようになるため、スペーサユニット7450、7550もしくは7650上の性能向上コーティングを施すと好都合な場合がある。IGユニットの表面#2および/または#3の代わりにスペーサの素地上に低放射率といったコーティングを施すと、IGユニットの構成部品の差動によるスクラッチや損傷の可能性を除外できる。さらに、特別なコーティングはスペーサスタンドオフの動きによる摩耗を減らすために表面#2および#3の耐性を強化する為に使用される。ダイヤモンド状コーティング(DLC)のようなコーティングはスクラッチのないガラスの表面を長期間維持するために使用される。DLCおよびその他のコーティングはすでに耐スクラッチ性およびその他の耐久性を与えるために使用されている。提案されたスペーサシステムにおける別の利点は、スペーサの基板が厚いほど、ユニットの耐熱性があがり、よって結果として生じたIGユニットの全体の絶縁値もあがる。
The spacer system (i.e., the spacer unit) is often exposed to a temperature different from both the
スペーサ7450、7550、7650といったスペーサユニットのスタンドオフは円形であったり、コーン状であったり、他の形をしている断面(上から見た場合)を持つことができる。図77および78を参照すると、ある実施例において、スタンドオフは十字や「プラス」記号(「+」)と似ている断面(上から見る)があり、IGユニットの窓ガラスの内部表面(表面#2および#3)とスペーサユニットの基板部の間で物理的分離を与える。図77に示されている実施例において、スペーサユニット7750の中には、基板7752および複数のスタンドオフ7754が含まれ、すべてガラス製で一体化形成されている。「+」の形をしたスタンドオフ7754は縦横約0.5"の材料であり、その壁の厚さと高さは約25ミクロンから約50ミクロン(0.001"から0.002")以内の範囲である。平均の人間の髪の毛の厚さは約70ミクロン(0.003")である。透明性に加えて、ガラススタンドオフの極度に小さい幅と高さによって、実質目に見えなくなる。図78で示されている実施例において、スペーサユニット7850もまた、基板7852と複数の「+」の形をしたスタンドオフ7854から構成されている。両方ともガラス製であるが、この実施例では、基板7852は平らなシートとして形成されており、後にスタンドオフ7854は基板に加えられる。
The standoffs of spacer units such as
図79を参照すると、代替実施例では、スペーサユニット7950は、基板部7952の表面にわたった配列で配置されている「C」という文字に似ている断面を持つスタンドオフ7954で構成されている。スタンドオフは、これら2つの窓ガラスの外側にかかる大気圧によって内側に押すことによって、IGUの窓ガラスの力をサポートできるだけの強度があれば、いかなる形やサイズでも問題ない。
Referring to FIG. 79, in an alternative embodiment, the
スタンドオフは、(適切な材料構成部品および寸法の)2つの窓ガラスがスペーサユニットの基板と接触しないようにするという要求に応じ、機能し続けるのに十分なサイズを保持するための強度が必要とされ、それによって直接の熱経路が与えられる。また、スタンドオフは、それがサポートしている窓ガラスが、その静荷重によって亀裂、損傷、その他の障害を起こすことはないように十分な表面面積をもつように設計されなければいけない。 The standoffs need to be strong enough to remain large enough to continue functioning in response to the requirement that the two panes (of the appropriate material components and dimensions) not contact the spacer unit substrate. Thereby providing a direct heat path. The standoff must also be designed with a sufficient surface area so that the window glass it supports will not crack, damage or otherwise interfere with its static load.
スペーサシステムを通る伝導経路を最小化するため、そしてIGユニットの絶縁値を最大化するためには、スペーサユニットと窓ガラスの間の全体の接触面積を最小化することが好ましい。しかしながら、ユニットの内側は、真空の中ほぼゼロpsiであるのに対し、IGユニットの外側は14.7psi(大気もしくは1大気圧)であるため、スペーサは窓#2および#3から表面からの極度に高い荷重(圧力)がかかる。したがって、各スタンドオフの表面面積は窓#1および#2の面積は、荷重によって窓に極小の亀裂が生じたり、窓に損傷を起こしたり、意図された分離を保持できない程度までそれを圧縮するようなことのないように選択しなければならない。
In order to minimize the conduction path through the spacer system and to maximize the insulation value of the IG unit, it is preferable to minimize the overall contact area between the spacer unit and the windowpane. However, because the inside of the unit is near zero psi in a vacuum, while the outside of the IG unit is 14.7 psi (atmospheric or 1 atmospheric pressure), the spacers are exposed from the surface through
実施例において、IGUは以下のように組み立てられる:まず初めに、柔軟な(例:弾性)金属スリーブ(「蛇腹」とも呼ばれる)は密閉して窓#1および#2に接着され、窓のサブアセンブリを作る。次に、スペーサシステム(使用する場合)は2つの窓のサブアセンブリの間に置かれる。次に、スリーブは密閉して真空で一緒に接着され、それによってすべてのIGユニットはこの真空で密閉され、真空チューブおよび後の組立て真空ステップの必要性がなくなる。拡散接合が密封接着に適しているが、はんだガラス接合といった他の方法を行う実施例もある。
In an embodiment, the IGU is assembled as follows: First, a flexible (eg elastic) metal sleeve (also called “bellows”) is hermetically sealed and glued to
スリーブを互いに密封する代替案のなかには、電気抵抗シーム溶接もしくはレーザー溶接がある。このステップにおける重要事項は、熱影響部を最小化して熱衝撃およびガラスの亀裂を防ぐことである。どちらの処理においても発熱率を抑えることにより、この可能性を軽減することができる。さらに、銅板または他の材料がユニットの表面および底面に置くことができ、それは、密封処理の間のヒートシンクとしての機能を果たす。 Among the alternatives for sealing the sleeves together are electrical resistance seam welding or laser welding. The key to this step is to minimize the heat affected zone to prevent thermal shock and glass cracking. In both processes, this possibility can be reduced by reducing the heat generation rate. In addition, a copper plate or other material can be placed on the surface and bottom of the unit, which serves as a heat sink during the sealing process.
図80を参照すると、分離を持続させる浮遊スペーサユニットを有する絶縁ガラスユニット(IGU)が描かれている(例:窓ガラス)。IGU8000には、窓ガラス8002および8004が含まれており、スペーサ8006によって互いに間隙を介している。窓ガラス8002と8004の間の差および隙間8008はガスもしくはガス混合物で充填することで、または真空か部分的な真空を含むことで理想的絶縁特性をもたらす。柔軟なスリーブ8010および8012は密閉して窓ガラス8002および8004に接着され、それぞれが、一端から互いに密閉して反対側の端に接着して、IGUスペース8008内部においてガスまたはガス混合物(または真空)で充填される状態にする。スペーサ8006は浮くことがきる、すなわち、2つのうち1つに対する接着剤や他の手段で接着されるけれども、両方には接着してない。8002および8004間のスペーサ8006の位置は保持ロッドまたは棒8014によって維持され、それによって2つの中心の位置にいることができる。各保持棒8014はスペーサ8006の1つの先端に接着し、柔軟なスリーブ8010および8012がもう一方の先端に接着する。好ましくは、保持棒8014はその間で引っ張られることによって、あるいはほかの機械的方法で柔軟なスリーブに接着しており、それは、スリーブの間の密封接着に影響しない。
Referring to FIG. 80, an insulating glass unit (IGU) having a floating spacer unit that maintains separation is depicted (eg, window glass). The
図81を参照すると、別の実施例に従って、3つの窓ガラスIGUが描かれている。IGU8100には8102、8104、8106が含まれている。IGU8100のガスが満たされていることが好ましい。弾性フレーム(例:蛇腹)8108、8110、8112は密閉して最初の一端で接着され、その後反対側の一端でもう片方のフレームの片側または両側が接着され、窓ガラス間の密封スペース8114および8116の中でガスが満たされ続けるように溶接密閉を提供する。IGU8100は、材料間の理想的スペースを維持する為に(スペーサよりも)フレーム8108、8110、8112の機械的強度に依存している。したがって、この構成は、スペース8114および8116の真空レベルおよび/またはユニットの圧縮荷重が高いところでの使用にはあまり適していない。
Referring to FIG. 81, three window panes IGU are depicted according to another embodiment. The
図82を参照すると、図81に示されている実施例よりもより高い真空レベルおよび/または圧縮荷重の使用に適している別の実施例に従って、三重窓ガラスIGUが描かれている。IGU8200には、窓ガラス8202、8204、8206が含まれ、それぞれの弾性フレーム8208、8210、8212に接着する。フレームは最初の先端で窓ガラスに密封接着され、2番目の先端で互いに窓ガラス間で密閉されたスペース8214と8216を維持する。図80に関連して説明した実施例でのように、スペーサ8218および8220は浮いている、すなわち、2つのうち1つの隣接材料には接着することはあっても、隣接材料双方に接着することはない。図82に描かれている実施例において、スペーサ8218は、実質的には、弾性スリーブ8210の内部の端に配置され、したがって、窓ガラス間のスペースが同一の場合はスペーサ8218の高さはスペーサ8220の高さよりも少し低くなければいけない。他の実施例では(例:図87)、2つのスペーサが同じ厚みになるように、スペーサがスリーブ接合域の内側に取り付けられることもある。スペーサ8218および8220は保持棒8222および8224によって適所に保たれており、以前に論じたようにそれぞれがスペーサから弾性フレームまで広がっている。材料と相対運動をするように保持棒8222および8224は弾性であることが好ましいということが後に注記される。
Referring to FIG. 82, a triple pane IGU is depicted in accordance with another embodiment suitable for use with higher vacuum levels and / or compressive loads than the embodiment shown in FIG. The
図83を参照すると、図80の2つの窓ガラスを有するIGU8000は上方から示され、詳細を説明している。説明のために、フレーム域に対する窓域のサイズが非常に小さいことが理解される。しかしながら、フレームの詳細をよりよく説明するためのものであり、発明の限界とは見なされない。図83では、窓ガラス8002、8004、およびスペーサ8006が弾性フレームの間、もしくはスリーブ8010と8012の間にどのように配置されているかを示している。弾性フレームは、接合表面8310の内部に沿ったガラス材と、外部の接合表面8312に沿った別のガラス材に密閉して接着されている。浮遊スペーサ8006は保持棒8014によって適所が維持されており、そのうちの1つ以上がスペーサの両端に沿って取り付けられる。保持棒の内側の先端8314はスペーサに接着され、保持棒の外側の先端8316は外側に伸び、両端が引っ張られ、あるいは弾性フレーム8010および/または8012に接合される。
Referring to FIG. 83, the
図84を参照すると、別の実施例に従って2つの窓ガラスIGUが描かれている。IGU8400は、図80および83に示したものと非常に類似している。そこにはスペーサ8406の両端に配置された窓ガラス8002および8004が含まれ、内部スペース8008を定義している。弾性フレームまたはスリーブ8010および8012は一端で窓ガラスの外側の表面に密閉して接着され、反対側の一端では、スペース8008の中はガスで充填され密封されている。スペーサユニット8406は、図80に示されたスペーサ8006とは異なっており、そこではこの実施例のスペーサが内部強化材8408を含んでいる。説明された実施例では、強化材8408はXの形をした内部ウェブから構成されているが、他の構成も使用できる。できれば、スペーサ8406は一体化形成の一部として強化材8408を有する押し出し品目であることが好ましい。この実施例における保持棒8014は弾性になるように設計された外形を持ち、それによってスペーサ8406は、8002および8004に対して浮くようになる。保持棒8014はさらに内部の端に配置されたコネクタ部8410を含み、ここに詳細を説明したように、スペーサ8406に接合するように構成されている。
Referring to FIG. 84, two panes IGU are depicted according to another embodiment. The
図85および86を参照すると、一部のスペーサユニット8406の拡大した断面図が示されており、内部の強化材および本発明の接合態様をよりよく説明することができる。スペーサの外壁8506には、保持棒8014のコネクタ機能8410と連携するために適合されたコネクタ機能8504が含まれる。説明された実施例において、スペーサコネクタ機能8504は壁8506に「w」の形で形成された幅のスロット8508で構成され、保持棒コネクタ機能8410は保持棒8014の端に形成された相隔たるディスク8510および8512の一対から構成されている。幅「w」は棒8014を十分に受け入れられるように選択されているが、ディスク8510および8512の直径dはd>wの状態になる。図85に最もよく見ることができるように、矢印8514によって指し示されたように、保持棒8014上のコネクタ機能8410はスペーサ上のコネクタ機能8508へと移る場合がある。図86に示された接合構成において、保持棒8014はスペーサ8406に取り付けられており、どちらの方向へも移動しないようにする。
Referring to FIGS. 85 and 86, enlarged cross-sectional views of some
図87および88を参照すると、別の実施例に従って内部でフレームに接着した3枚の窓ガラスを有するIGUが描かれている。IGU8700には、窓ガラス8702、8704、8706が含まれており、スペーサ8708および8710によって分離され、スペース8712および8714を形成する。弾性フレーム8716、8718、8720は密閉して8702、8704、8706の内部表面の端に接着され、それぞれ相互に外部の端で密閉して、スペース8712および8714内で充填されたガスを密封するか真空状態にする。スペーサ間、およびフレーム間に接合された保持棒8722はスペーサを窓ガラスに対して適所に保つために使用される。
Referring to FIGS. 87 and 88, an IGU having three panes internally bonded to a frame is depicted in accordance with another embodiment.
図87に描かれた実施例において、スペーサ8708および8710は、IGU8700の内部接着されたフレームに合うように適合されている。上部スペーサ8708は窓ガラスの幅よりも少し小さい程度に寸法が取られ、それによって内部フレームの端に取り付けられ、接着されたフレームの端と接触しないようにしている。図88に最もよく見られるように、下部スペーサ8710には、先端部のはめ込み部分8724に段階的な構成があり、そこではスペーサが窓ガラス8704および8706の隣接する内部表面に接着しているフレームと接触しないようにしている。説明された構成はただの例にすぎず、それだけに限定されるものではないことが理解できるであろう。弾性フレームを内部および外部に取り付ける他の多数の構成は発明の範囲内で理解されるものである。
In the embodiment depicted in FIG. 87,
図89から93までを参照すると、追加実施例に従って支持ブロックを保有しているIGUが説明されている。IGUが窓またはドアのフレームシステムにおいて垂直に取り付けられるとき、支持ブロックは柔軟なスリーブを有したIGUの重量のうちのかなりの割合をサポートするために接合される(例:フレーム)。その間での熱転写を減らす為に、支持ブロックは柔軟なスリーブとの接触を最小化するように構成されることが好ましい。それによってまたスリーブは必要に応じて窓ガラスの相対運動に適応するようになる。 Referring to FIGS. 89-93, an IGU having a support block according to an additional embodiment is illustrated. When the IGU is mounted vertically in a window or door frame system, the support block is joined to support a significant percentage of the weight of the IGU with a flexible sleeve (eg, frame). In order to reduce thermal transfer therebetween, the support block is preferably configured to minimize contact with the flexible sleeve. This also allows the sleeve to adapt to the relative movement of the glazing as required.
はじめに図89を参照すると、支持ブロックの使用に適している二重IGUが描かれている。IGU8900は、スペーサユニット8906によって分離された窓ガラス8902および8904から構成されている。この実施例において、スペーサユニット8906は、両側から突き出ている複数のスタンドオフ8910を有する透明シ−ト8908で構成されている。弾性フレーム材料8912および8914は、最初の一端である8916で、窓ガラス8902および8904の内部表面に密閉して接着され、2番目の一端である8918で、窓ガラスの間に密封空洞8920を形成して密閉して接着する。スペーサユニット8906は前述した保持棒(図示せず)を使用して、またここに説明されている他の手段によって適所を保つことができる。
Referring initially to FIG. 89, a dual IGU suitable for use with a support block is depicted. The
図90を参照すると、支持ブロックに組み込まれたIGU8900が描かれている。端の部分で見ると、支持ブロック9000は、基底部分9001と基底部分から上方へ突き出ているライザー部分9002および9004を含んだ状態で見え、スリーブ空洞9008を定義する。各ライザー部分9002および9004は、上部先端に取り付けられた支持面9010を有している。支持ブロック9000は、IGU8900がブロック上に配置されたときに、窓ガラス8902および8904の先端がそれぞれのライザー9002および9004の支持面の表面9010でサポートされ、弾性スリーブ8912および8914(密閉して一緒に接着したもの)がスリーブ空洞9008の中で配置されるように寸法が取られる。熱転写を最小化するため、接着されたスリーブ8912および8914は空洞9008に接触しないほうが好ましく、それによってその動きが制約されることがなくなる。しかしながら、(すべてではなくても)IGU重量のかなりの割合がライザーおよびブロックの基底部分によってサポートされることになる。支持ブロック9000は鋼やアルミニウムといった金属で形成され得るが、できれば、木、ビニール、PVC、繊維ガラス、ポリエチレンなどといった熱伝導の低い非金属で形成されることが好ましい。必須というわけではないが、好ましい実施例においては、支持ブロック9000は押し出しによって形成される。他の実施例においては、支持ブロックを形成するのに、ローリング、フライス加工、ルーティングといった他の成形過程が用いることもできる。
Referring to FIG. 90, an
図91aを参照すると、IGU8900および支持ブロック9000が、ビルの窓またはドアフレームのようなチャネルフレームへの取り付けの後に説明されている。チャネルフレーム9100には、基底部分9101と基底から上方に突き出たライザー部分9102および9104があり、チャネル9108を定義している。チャネルフレーム9100はすべての支持ブロック9000およびIGU8900の一部がチャネル9108に適合するように寸法が取られる。このようにして、チャネルフレーム9100はIGU8900に対して、垂直方向および水平方向双方にサポートする。チャネルフレーム9100は金属やアルミニウムといった金属から形成され得るが、できれば木、ビニール、PVC、繊維ガラス、ポリエチレンなどといった熱伝導の低い非金属で形成されることが好ましい。
Referring to FIG. 91a,
チャネルフレーム9100は従来のU字型の窓もしくはドアフレームであり得ることが理解される。その場合、支持ブロック9000はアダプタの役割をし、それによって外部弾性密封フレーム(例:フレーム8912および8914)を有したIGU8900は新規もしくは既存の構造の中に組み込まれることが可能になる。
It will be appreciated that the
図91bを参照すると、いくつかの実施例において支持ブロックおよびチャネルフレームを合体して、単一結合フレームとすることができることがさらに理解される。結合フレーム9150は単一フレームおよび支持ブロックの一例である。結合フレームは、別の支持ブロックを使わずに、外部弾性フレームのみを用いたIGU(例:IGU8900)のサポートのための新規構成において使用され得る。
Referring to FIG. 91b, it is further understood that in some embodiments the support block and channel frame can be combined into a single combined frame. The
図92を参照すると、一実施例の支持ブロックの透視図が描かれている。支持ブロック9200は前述したブロック9000の断面図と非常に類似している。ブロック9200は他の製造方法も用いられるが、押し出しによる形成が好ましい。ブロック9200はLで示された長さで、関連するIGUの長さと同等の場合もある。しかしながら、他の場合においては、長さLはIGUの長さの一部にすぎず、複数のブロック9200はサポートのためにIGUの端に沿って取り付けられる。
Referring to FIG. 92, a perspective view of an example support block is depicted.
図93を参照すると、追加絶縁効果を提供するため、熱破壊スロット9202が支持ブロック9200の基底部分9001を介して形成される。これらのスロットは、ひとつのブロックからもう一方のブロックへの熱転写を減らす為にブロック9200の側面に接合している材料の断面域を小さくする。
Referring to FIG. 93, a
図94aを参照すると、別の実施例に従ってアンカースペーサに組み込まれた二重窓ガラスIGUが描かれている。IGU9400には、スペーサユニット9406によって分離された窓材(つまり窓ガラス)9402および9404が含まれ、ギャップ空洞9408を形成する。弾性フレーム9410および9412は、一端で窓ガラス9402および9404の内部表面に密閉して接着され、反対側の一端で一緒に密閉して接着される。スペーサアンカー9414は、スペーサ9406の各先端に備えられ、フレーム材料9410および9412の間の空洞9416まで延びる。スペーサアンカー9414には、IGUが組み立てられるときに、弾性フレーム空洞9416の中でアンカーの一部をとらえる外形機能がある。
Referring to FIG. 94a, a double pane IGU incorporated in an anchor spacer according to another embodiment is depicted.
説明された実施例において、外形機能には、フレーム材料9410および9412の内側の先端幅に適応する切り欠き隣接面の先端9418、および内側の接合地点から延びるため、フレーム材料の間の幅をしっかりと埋める拡張外形を有する張り出し遠心端9420が含まれる。フレーム材料の外形によって、その他多くの外形機能が用いられていることが理解される。
In the described embodiment, the profile feature includes a notch
IGU9400の組み立ての間、フレーム材料9410および9412は、初めにそれぞれの窓ガラス9402および9404に密閉して接着される。次に、アンカー9414の付いたスペーサ9406が2つのサブアセンブリの間の適所に配置される。2つの窓サブアセンブリは、外側のフレーム接合部に沿って一緒に密閉して接着され、それによって、フレーム材料9410および9412の間の適所にアンカー9414を捕らえる。捕らえられたスペーサアンカー9414によって、2つの窓ガラスの間において、どちらの方向にもスペーサ9406が大幅な距離の移動が起こさないようにする。
During assembly of the
図94aに描かれた構成は、「開放した」スペーサユニット9406(図83を参照)を有するガスで充填されたIGUの典型である。そのようなIGUにおいては、窓ガラス全域の圧力差が低いため、窓ガラスの内部には直接のサポートは必要ではない。しかしながら低圧IGUまたは真空IGU(例:VGU)を含む他の実施例においては、窓ガラスの内部への直接のサポートが必要とされる。そのような実施例において、スペーサアンカー9414を有した開放スペーサユニット9406がスペーサアンカー9414を有するスタンドオフ型のスペーサユニット(例:図63aから65a、74から76、または89から91aに示されたような)に置き換えられることがある以外は、IGU9400に非常に類似しているIGUが使用される。スタンドオフ型のスペーサは、窓ガラスの間に置かれることで距離間隔を維持し、成形スペーサアンカー9414はスペーサの先端に接着され、前述したフレーム材料の間の空洞に固定することで、窓ガラスの間のスペーサの位置を維持する。
The configuration depicted in FIG. 94a is typical of a gas filled IGU having an “open” spacer unit 9406 (see FIG. 83). In such an IGU, since the pressure difference across the window glass is low, no direct support is required inside the window glass. However, in other embodiments, including low pressure IGUs or vacuum IGUs (eg, VGU), direct support to the interior of the glazing is required. In such embodiments, an
図94bを参照すると、別の実施例に従ってスペーサを一切有しないIGUが描かれている。IGU9450には、窓ガラス9452および9454が含まれ、ギャップ空洞9458を形成するためにお互いに相隔てられている。弾性フレーム(例:蛇腹)9460および9462は、一端で窓ガラス9452および9454の内部表面に密閉して接着され、反対側の一端でお互い密閉して接着される。弾性ではあるものの、IGUの側面に沿ったフレーム9460および9462は、機械的スペーサなしに十分な機械的剛性(または「バネ」)を提供して窓ガラス9452および9454の間隔を維持する。その場合、別個のスペーサユニットは、空洞の周辺あたりに取り付けられた開放ユニットであれ、窓ガラスの間に取り付けられたスタンドオフユニットであれ、必要とされない。通常、内部スペーサを有しないIGUは、空洞9458内の気圧が窓ガラス全域の気圧差を下げるため、ガスもしくは空気が充填された絶縁ガラスユニットとなり、それによって、フレーム9460および9462で必要とされる剛性を減らして間隔を維持する。
Referring to FIG. 94b, an IGU is depicted that does not have any spacers according to another embodiment.
図95を参照すると、さらにもう一つの実施例に従って分裂アンカースペーサを組み込んだ3枚の窓ガラスを有するIGUが描かれている。IGU9500には、スペーサユニット9506および9507によって分離された窓材(つまり窓ガラス)9502、9503、9504を含み、ギャップ空洞9508および9509を形成する。弾性フレーム9510および9512は、一端にて外側の窓ガラス9502および9504の内部表面で密閉して接着され、反対側の一端で一緒に密閉して接着される。スペーサアンカー9514は、フレーム材料9510および9512の間の空洞9516へと拡張され、スペーサ9506および9507の両端で提供される。この実施例におけるスペーサアンカー9514は、前述した二重窓ガラスアンカー9414にほぼ類似している。しかしながら、この実施例におけるスペーサアンカー9514は各先端に様々な外形機能を有している。特に、IGUが組み立てられるとき、外側の表面には、弾性フレーム空洞9516の中にあるアンカーの一部を捕らえる機能9517および9518があり、内側の表面には中心窓ガラス9503をサポートする機能9520がある。
Referring to FIG. 95, an IGU having three panes incorporating split anchor spacers is depicted in accordance with yet another embodiment. IGU 9500 includes window members (ie, window glasses) 9502, 9503, 9504 separated by
IGU9500の組み立ての間、フレーム材料9510および9512はまずそれぞれの外側の窓ガラス9502および9504に密閉して接着され、外側窓ガラスサブアセンブリを形成する。次に、分離アンカー9514の付いたスペーサ9506および9507が中心窓ガラス9503の各側に配置され、中心サブアセンブリを形成する。中心サブアセンブリは次に2つの外側窓サブアセンブリの間に配置される。2つの外側窓サブアセンブリは外側のフレーム接合部に沿って、密閉して一緒に接着され、それによってアンカー9514(関連スペーサおよび中心窓ガラス付き)を捕らえ、フレーム材料9510および9512の間に配置する。捕らえられたスペーサアンカー9514によって、スペーサ9506および9507、さらに中心窓ガラス9503が2つの外側窓ガラスの間でどちらの方向にも大幅に移動しないように防ぐ。
During assembly of the IGU 9500, the
図96a、96b、96cを参照すると、さらにもう一つの実施例に従って、窓ガラスの外面または内面に接着された弾力性のある金属スリーブを含んだIGUが描かれている。ここで前述した柔軟なスリーブシステムが、それが接着されている窓ガラスの外側の周辺の側を通って延長する弾力部を有するが、この実施例においては、IGUの弾力性のある構成部品は、2つの窓ガラス(つまり業界用語では#2および#3)の内部表面に密閉して接着し、弾力部は外側の周辺と「ぴったり重なって」いる、すなわち、IGUの外側周辺の中で大体配置される。密封接着は、拡散接合もしくははんだガラスの使用によるものである。この構成はスペーサ内側の周辺に沿ってスペーサを使用する既知のガスで充填されたIGUと類似しているように見えるが、この実施例には大きな相違点がある。まず、弾力性金属スペーサは拡散接合またははんだガラスによって接着されて、2つの窓ガラスそれぞれの内部表面に対して密封接着を形成している。既知のIGUシステムは、スペーサユニットを窓ガラスの内側に接着するために非密封接着もしくはエポキシを採用している。2つめに、この概念におけるスペーサはX、Y、Zの3軸において弾力性があり、それによって2つの窓ガラスがIGUの両側(つまりIGUに含まれる内壁および外壁)の温度変化の影響により膨張および収縮することを可能にする。IGUの内壁および外壁の間に大幅な気圧差がある場合(例:IGUが真空であったり、減圧された圧力ガスを含む場合)、透明スペーサシステムは窓ガラスを機械的に隔てるために、IGUで使用されなければならない。スペーサシステムはまた、弾力性スリーブが窓ガラスの間に位置するための必要な深さを提供する。 Referring to FIGS. 96a, 96b, 96c, in accordance with yet another embodiment, an IGU is depicted that includes a resilient metal sleeve bonded to the exterior or interior surface of the glazing. Although the flexible sleeve system described herein has a resilient portion that extends through the outer peripheral side of the window pane to which it is bonded, in this embodiment, the resilient component of the IGU is Hermetically seals and adheres to the inner surface of the two panes (i.e., # 2 and # 3 in industry terms), and the resilience is "just in line" with the outer periphery, i.e. roughly within the outer periphery of the IGU Be placed. Seal adhesion is by diffusion bonding or the use of solder glass. While this arrangement appears to be similar to known gas filled IGUs that use spacers along the inner periphery of the spacer, there are significant differences in this embodiment. First, the resilient metal spacer is bonded by diffusion bonding or solder glass to form a hermetic bond to the inner surface of each of the two panes. Known IGU systems employ non-hermetic bonding or epoxy to bond the spacer unit to the inside of the glazing. Secondly, the spacer in this concept is elastic in the three axes of X, Y, and Z, so that the two panes expand due to the effect of temperature changes on both sides of the IGU (that is, the inner and outer walls included in the IGU). And allows you to contract. If there is a significant pressure difference between the inner and outer walls of the IGU (eg, if the IGU is vacuum or contains depressurized pressure gas), the transparent spacer system mechanically separates the window glass, Must be used in. The spacer system also provides the necessary depth for the resilient sleeve to be located between the panes.
図96aを具体的に参照すると、描かれた実施例において、IGU9600は上部窓ガラス9602、上部弾力性フレーム材料9604、下部弾力性フレーム材料9606、および下部窓ガラス9608から構成されている。フレーム材料9604および9606は、外側の周辺内に適合するように寸法が取られ、各フレーム材料は、上部および下部接合表面を有していることが理解される。各弾力性フレーム材料9604および9606の外部接合表面は、それぞれ窓ガラス9602および9608に密閉して接着され、拡散接合もしくははんだガラスを使用して、窓サブアセンブリ9612および9614の一対を形成するのが好ましい。
Referring specifically to FIG. 96a, in the depicted example, the
図96bを参照すると、透明スペーサユニット9610は窓サブアセンブリ9612および9614の間に配置される。描かれた実施例において、スペーサユニット9610は、両側に一連のスタンドオフをつけた透明シートで構成されているが、他の実施例におけるスペーサユニットは、ここに前述した他の構成を使用している。次に、2つのサブアセンブリ9612および9614の内側接合表面は、好ましくは拡散接合もしくははんだガラスを利用して互いに密閉して接着され、それによってその間に密封空洞を形成し、その中にスペーサ9610を捕らえる。
Referring to FIG. 96b, the
図96cを参照すると、完成したIGU9600が示されている。フレーム材料9604および9606が周囲を越えて存在していないことが理解される。IGUの空洞における理想的な大気(例:真空、減圧した圧力大気、もしくは充填されたガス)は様々な方法によってIGUの中に配置されるということもさらに理解される。初めに、2つのサブアセンブリ9612および9614の接合は適切な大気(例:真空、減圧した圧力大気など)において直接行われ、よって理想の充填量が接合の空洞で「捕らえ」られる。また、ピンチ管もしくは他のそのようなポート(図示せず)はフレーム材料のひとつに組み込まれている。その場合、空洞は、接合後に、ピンチ管を介して、真空にされ、および/または適度な充填ガスを補充される。その後ピンチ管は既知の方法により密閉して封をすることができる。
Referring to FIG. 96c, a completed
発明のある実施例において、金属スリーブ、およびエレクトロクロミックもしくはエレクトロクロミックコーティングを1つ以上の窓ガラスの内部表面に有した絶縁ガラスユニットが想定される。密封ユニット外側からユニット内側のコーティングまでの電気接合は、コーティングの制御に必要となり、そのような場合において金属スリーブを介する接合もまた密封されていないといけない。密封および貫通接続線と金属フレームの間の電気絶縁を維持するために、ガラス金属封じが使用されている。ガラス金属封じを利用した貫通接続の使用は、電子部品実装業界で知られている。好んで選ばれた材料には、ガラスによる湿潤性、適応する温度膨張率、および相対温度における低い気体放出速度の特性があり、それによって真空システムの中で使用しやすい状態にしている。 In one embodiment of the invention, an insulating glass unit having a metal sleeve and an electrochromic or electrochromic coating on the inner surface of one or more panes is envisioned. Electrical bonding from the outside of the sealed unit to the coating inside the unit is necessary for control of the coating, and in such cases the bond through the metal sleeve must also be sealed. Glass metal seals have been used to maintain the seal and electrical insulation between the feedthrough and the metal frame. The use of feedthroughs utilizing glass metal seals is known in the electronic component mounting industry. Preferred materials have the characteristics of wettability by glass, adaptive temperature expansion, and low outgassing rates at relative temperatures, thereby making them easy to use in vacuum systems.
さらなる実施例において、VGUは理想的真空もしくは減圧された圧力大気が、まだVGUの窓ガラス間の空洞の中に含まれているかどうか(つまりVGUが漏れていないかどうか)を表示する表示計から構成されることになる。そのような実施例のひとつにはVGUの内部空洞に取り付けられている表示器があり、真空レベルが下がるおよび/または外気が空洞に進入した場合に当該表示器の色が変化する。当該表示器はラベルもしくはVGUの周辺にそって取り付けられた他のもので組み込まれ、それによって窓ガラスの内側を通して見える状態になる。 In a further embodiment, the VGU is from an indicator that indicates whether an ideal vacuum or reduced pressure atmosphere is still contained within the cavity between the VGU windowpanes (ie, whether the VGU is not leaking). Will be composed. One such embodiment is a display mounted in the internal cavity of the VGU, where the color of the display changes when the vacuum level drops and / or outside air enters the cavity. The indicator is incorporated with a label or other attached along the periphery of the VGU so that it is visible through the inside of the glazing.
さらにもう一つの実施例において、ガスが充填されたIGUは、IGU密封の完全性、つまり、所望の充填ガスが漏れたかどうかおよび/またはガスがIGUの外側と内側の間で交換されているかといったようなことを示す表示器で構成されることになる。当該表示器はラベルや窓ガラスの内側を通して見えるような色が変化するもので構成されることが好ましい。強度や色合いといった色の特性が絶縁特性の漏洩および/または損失を表示することができればさらに好ましい。 In yet another embodiment, the IGU filled with gas is the integrity of the IGU seal, i.e. whether the desired fill gas has leaked and / or whether the gas is being exchanged between the outside and inside of the IGU. It is comprised with the indicator which shows such a thing. It is preferable that the indicator is composed of a color that changes through the inside of the label or the window glass. More preferably, the color characteristics such as intensity and tint can indicate leakage and / or loss of insulation characteristics.
より様々な形状で本発明が示され、説明されてきたが、これらの実施例に限定されず、本発明の範囲を越えることなくさらなる追加変更を行うことができることが、当業者には明白である。 While the invention has been shown and described in more various forms, it will be apparent to those skilled in the art that further and further modifications can be made without departing from the scope of the invention without being limited to these examples. is there.
特に、本発明は、真空の代わりに窓ガラスの間の空隙を埋めるために空気、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびそれらのガスの混合物を含んだ様々なガスを使用して行われることが理解される。空隙内のガスは減圧された、もしくは部分的な圧力であってもよく、その場合でもここで説明されたスペーサアセンブリは必要になるかもしれないし、大気または高い圧力においては、ここで説明されたスペーサアセンブリは除去されるかもしれない。他の実施例においては、ここで説明されたスペーサアセンブリは窓ガラスの周辺にのみ配置された簡易スペーサアセンブリと置き換えることができる。 In particular, it is understood that the present invention is performed using a variety of gases including air, nitrogen, argon, krypton, xenon and mixtures of these gases to fill the gaps between the panes instead of vacuum. Is done. The gas in the void may be depressurized or at partial pressure, in which case the spacer assembly described herein may be required and may be described here at atmospheric or high pressure. The spacer assembly may be removed. In other embodiments, the spacer assembly described herein can be replaced with a simple spacer assembly located only around the pane.
Claims (56)
内端および外端を有し、前記内端が前記第一窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられ、その間に密封状態を作る第一シール部材と、
透明材から形成され、周辺部を持つ第二窓ガラスシートと、
内端および外端を有し、前記内端が前記第二窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封して取り付けられ、その間に密封状態を作る第二シール部材と、
前記第一および第二窓ガラスシートの間隔を維持するため間に配置され、スペーサーが前記第一および第二窓ガラスシートのうち少なくとも一つに対してスライド移動可能なスペーサーアセンブリと
前記第二シール部材の外端に密封状態で取り付けた前記第一シール部材の外端と
を含み、
それによって、前記スペーサーアセンブリを含む密封された空洞が前記第一および第二窓枠間に形成される、密封マルチ窓アセンブリ。 A first window glass sheet formed from a transparent material and having a peripheral portion;
A first seal member having an inner end and an outer end, wherein the inner end is sealed and attached to the periphery of the first window glass sheet by diffusion bonding, and creates a sealed state therebetween;
A second window glass sheet formed from a transparent material and having a peripheral part;
A second seal member having an inner end and an outer end, the inner end being sealed and attached to the periphery of the second window glass sheet by diffusion bonding, and creating a sealed state therebetween,
A spacer assembly disposed between the first and second glazing sheets to maintain a distance between them, and a spacer is slidable relative to at least one of the first and second glazing sheets; and the second seal. An outer end of the first seal member attached in a sealed state to the outer end of the member,
A sealed multi-window assembly whereby a sealed cavity containing the spacer assembly is formed between the first and second window frames.
透明材から形成され、周辺部を持つ第二窓ガラスシートと、
前記第一および第二窓ガラスシートの間隔を維持するため間に配置されるスペーサーアセンブリであって、前記スペーサーアセンブリは透明材から形成された板状の第一基板部を持つ第一層、および前記基板部と一体となって形成された第一の複数スタンドオフを含み、前記スタンドオフは前記基板部の少なくとも一つの表面に配置され、そこから外側に突出しているスペーサーアセンブリと、
前記第一および第二窓ガラスシートの周辺部に拡散接合により密封状態で取り付けられたシーリングアセンブリであって、前記窓ガラスシートの間に密封状態を作ることにより、前記第一および第二窓枠間の密封された空洞が定義されるシーリングアセンブリと
を含む密封された複数ガラス窓アセンブリ。 A first window glass sheet formed from a transparent material and having a peripheral portion;
A second window glass sheet formed from a transparent material and having a peripheral part;
A spacer assembly disposed between the first and second glazing sheets to maintain a distance between the first layer and the first layer having a plate-like first substrate portion made of a transparent material; and A first assembly of standoffs formed integrally with the substrate portion, the standoff being disposed on at least one surface of the substrate portion and projecting outward therefrom;
A sealing assembly attached in a sealed state to the periphery of the first and second window glass sheets by diffusion bonding, wherein the first and second window frames are formed by creating a sealed state between the window glass sheets. A sealed multiple glass window assembly including a sealing assembly between which a sealed cavity is defined.
内端および外端を有し、前記内端が前記第一窓ガラスシートの周辺部に密封状態で取り付けられる第一シール部材と、
透明材から形成され、周辺部を持ち、前記第一窓ガラスから離れて配置された第二窓ガラスと、
内端および外端を有し、前記内端は前記第二窓ガラスの周辺部に密封状態で取り付けられ、前記外端は前記第一シール部材の外端に密封状態で取り付けられた第二シール部材と、
前記第一および第二窓ガラスの間の関連移動を可能にする前記第一および第二シール部材の少なくとも一つと
を含む、密封された複数ガラス窓アセンブリ。 A first window glass formed from a transparent material and having a peripheral part;
A first seal member having an inner end and an outer end, wherein the inner end is attached to the periphery of the first window glass sheet in a sealed state;
A second glazing formed from a transparent material, having a peripheral portion and disposed away from the first glazing,
A second seal having an inner end and an outer end, wherein the inner end is attached to the periphery of the second window glass in a sealed state, and the outer end is attached to the outer end of the first seal member in a sealed state Members,
A sealed multiple glazing window assembly including at least one of the first and second sealing members that allows associated movement between the first and second glazings.
透明材から形成され、周辺部を持つ第一窓ガラスシートと、内端および外端を有する第一シール部材を提供するステップと、
前記第一シール部材の内端を前記第一窓ガラスシートの周辺部に配置するステップと、
前記第一シール部材の内端を前記第一窓ガラスシートに対して十分な力でプレスして、前記内端および前記窓ガラスシートの間の第一接合部に沿って所定の第一接触圧力を生成するステップと、
前記第一接合部を加熱して、前記第一接合部に沿って所定の第一温度を生成するステップと、
前記第一シール部材および前記第一窓ガラスシートの間に前記第一窓ガラスシートの周辺部に沿って拡散接合が形成されるまで、所定の前記第一接触圧力および高温を維持するステップと、
透明材から形成される周辺部を持つ第二窓ガラスシートおよび内端と外端を持つ第二シール部材を提供するステップと、
前記第二シール部材の内端を前記第二窓ガラスシートの周辺部に沿って配置するステップと、
前記第二シール部材の内端を前記第二窓ガラスシートに対して十分な力でプレスして、前記内端および前記窓ガラスシートの間の第二接合部に沿って所定の第二接触圧力を生成するステップと、
前記第二接合部を加熱して、前記第二接合部に沿って所定の第二温度を生成するステップと、
前記第二シール部材および前記第二窓ガラスシートの間に前記第二窓ガラスシートの周辺部に沿って拡散接合が形成されるまで、所定の前記第二接触圧力および高温を維持するステップと、
前記第一シール部材の外端を前記第二シール部材の外端に密封状態で取り付けることによって、前期第一および第二窓枠間に密封された空洞を定義するステップと
を含む製造方法。 A method of manufacturing a sealed multiple glass window assembly comprising:
Providing a first glazing sheet formed from a transparent material and having a peripheral portion; and a first seal member having an inner end and an outer end;
Arranging the inner end of the first seal member in the periphery of the first window glass sheet;
The inner end of the first seal member is pressed with sufficient force against the first window glass sheet, and a predetermined first contact pressure is formed along the first joint between the inner end and the window glass sheet. A step of generating
Heating the first joint to generate a predetermined first temperature along the first joint;
Maintaining the predetermined first contact pressure and high temperature until diffusion bonding is formed along the periphery of the first window glass sheet between the first seal member and the first window glass sheet;
Providing a second glazing sheet having a periphery formed from a transparent material and a second sealing member having an inner end and an outer end;
Arranging the inner end of the second seal member along the periphery of the second window glass sheet;
A predetermined second contact pressure is pressed along the second joint between the inner end and the window glass sheet by pressing the inner end of the second seal member with a sufficient force against the second window glass sheet. A step of generating
Heating the second joint and generating a predetermined second temperature along the second joint;
Maintaining the predetermined second contact pressure and high temperature until a diffusion bond is formed along the periphery of the second window glass sheet between the second seal member and the second window glass sheet;
Defining a sealed cavity between the first and second window frames by attaching the outer end of the first seal member to the outer end of the second seal member in a sealed state.
透明材から形成され、周辺部を持つ第一窓ガラスを提供するステップと、
内端および外端を持つ第一シール部材を提供するステップと、
前記第一シール部材の内端を前記第一窓ガラスの周辺部に沿って密封状態で取り付けるステップと、
透明材から形成され、周辺部を持ち、前記第一窓ガラスから離れて配置された第二窓ガラスを提供するステップと、
内端および外端を持つ第二シール部材を提供するステップと、
前記第二シール部材の内端を前記第二窓ガラスの周辺部に沿って密封状態で取り付けるステップと、
前記第二シール部材の外端を前記第一シール部材の外端に密封状態で取り付けるステップと、
前記第一および第二シール部材の少なくとも一つを、前記第一および第二窓枠間の相対運動を可能にするよう適合させ、それによって密封された空洞を前記第一および第二窓枠の間に形成するステップと
を含む製造方法。 A method of manufacturing a sealed multiple glass window assembly comprising:
Providing a first glazing formed from a transparent material and having a periphery;
Providing a first seal member having an inner end and an outer end;
Attaching the inner end of the first seal member along the periphery of the first window glass in a sealed state;
Providing a second glazing formed from a transparent material, having a periphery, and disposed away from the first glazing;
Providing a second seal member having an inner end and an outer end;
Attaching the inner end of the second seal member in a sealed state along the periphery of the second window glass;
Attaching the outer end of the second seal member to the outer end of the first seal member in a sealed state;
At least one of the first and second seal members is adapted to allow relative movement between the first and second window frames, thereby sealing a cavity in the first and second window frames. And a step of forming between.
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