使用焊料接合的气密密封的电子器件制造技术

可以使用焊料湿润以及将玻璃基板接合在一起，以确保在电器和电子应用中获得优于(更少的渗透)传统的聚合物(热塑性塑料或热塑性弹性体)密封的气密密封。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用焊料接合的气密密封的电子器件专利技术背景1.专利
本专利技术涉及用于玻璃板的焊料或者金属基气密密封系统，其用于硅基太阳电池、有机系统和薄层太阳电池以及其它电子器件如有机发光二极管(OLED)中。2.相关技术常规的气密密封的形成方法包括印刷和煅烧糊状组合物，该组合物包括玻璃粉和有机溶剂/粘合剂系统。这类系统的缺点包括需要在非常高的温度下焙烧，例如800℃，以及在气密密封内有机残留物的包埋以及粘合剂系统(例如，乙基纤维素)的不完全燃烧的问题。这种包埋导致气密密封(如太阳电池或者OLED)内密封的活性层的所不希望的污染。因此，需要对现有的气密密封技术进行改进。
技术实现思路
本专利技术提供材料、密封设计、几何形状以及用于制造密封的工艺步骤，并且简化了用于保护电子器件如太阳电池、LED、OLED、等离子体显示面板等的活性层的气密密封的制造。各种基板，包括那些由玻璃、金属、陶瓷制备的基板以及那些构成有源器件基板的基板都可以通过本专利技术的材料和工艺密封在一起，以在该器件(例如显示装置(平板屏幕、LED屏幕、LCD屏幕、等离子显示面板)、有机发光二极管(OLED)、太阳电池和太阳能电池板，甚至应用于建筑和汽车的窗户)内产生气密密封。焊料可用于湿润且把玻璃基板接合在一起，以确获得优于(更少的渗透性)传统的聚合物(热塑性塑料或热塑性弹性体)密封的气密密封。焊接的密封允许更宽的工作温度范围，同时还能保持改进的耐环境条件，例如，风、雨、物理磨损以及由于冻结-解冻周期或者其它极端温度引起的退化。沙漠中的高温和低温可以在大概几个小时内例如从-20℃变化到80℃。焊料可塑性流动以减轻热膨胀失配应力，从而降低或者消除基板的开裂和/或焊料从基板上分离。焊料密封不像聚合物密封那样对紫外线(即，阳光)引起的退化敏感。焊料可经受超声变幅杆处理、磁感应加热或涡电流(eddycurrent)以实现接合。附图说明图1示意性地示出了本专利技术的广义气密密封的电子器件。图2示意性地示出了本专利技术的可选择的气密密封的电子器件。图3示意性地示出了本专利技术的使用金属箔的可选择的气密密封的电子器件。图4示意性地示出了本专利技术的可选择的气密密封的电子器件，其在基板的端部上使用金属箔。图5示意性地示出了气密密封的馈通(feedthrough)。具体实施方式本专利技术人已经发现：通过超声波激发在两个玻璃板之间的低熔点焊料来接合两个玻璃板，可以导致获得气密密封。通过合理地选择分散在焊料中的玻璃粉以及合理地选择基板的玻璃组成和馈通，可以匹配TCE。各种密封的几何形状都是可能的，例如，密封可以形成在底部玻璃基板、顶部玻璃基板的预成型的边缘之间，并且沿着活性层(例如OLED)的端部的侧面以及塑料层(EVA或者其它膜)，如图1所示。在图1中，示出了广义的气密密封的PV器件的一部分的示意图。其中底部玻璃基板110包括集成的预成型的边缘115，其可以通过熔融或者煅烧基板材料而添加到底部玻璃基板110上，或者通过适当的切削和成形足够厚的基板材料(例如玻璃)块来形成与底玻璃基板110集成在一起的预成型的边缘115。可替代地，密封材料可通过印刷，或者应用到底玻璃基板110上，然后煅烧以烧结来形成集成的预成型的边缘115。煅烧可在回火周期期间实施，例如玻璃回火周期。在这方面，所述基板可以是相同的或者不同的，且可从玻璃、涂覆的玻璃、陶瓷或者金属中选择。所述基板可使用一种或者多种涂层涂覆，例如，导电涂层玻璃、氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌、金属氧化物、抗反射涂层、SiNx涂层、Si3N4涂层及其组合。一个实例是使用导电氧化物涂覆的玻璃基板。另一实例可以通过溅射、CVD或者金属盐还原法实现在基板(例如玻璃)上提供涂层(金属化的接合层)，以在玻璃的表面上提供金属或者金属氧化物。在底部玻璃基板110上安置有活性层120。通过本专利技术的气密密封最终保护的就是该活性层120。随后，将聚合物膜130层叠在活性层120和顶部玻璃基板140中的至少一个上。顶部玻璃基板140被布置为与活性层120紧密接触。在预成型的边缘115和活性层120、聚合物膜130以及顶部玻璃基板140的边缘之间留有间隙150，用于将密封材料填充进去。该密封材料可以是任何的焊接材料，通常包括Pb、Sn、Bi、In、Ag、Zn、Sb和/或Cu中的一个或多个。优选使用不含铅的焊料，包括但不限于在SankaGanesan和MichaelPecht编辑的“无铅电子学(LeadfreeElectronics，2004Edition，CALCE出版，Maryland大学，Park学院，Md.Number：0-9707174-7-4)中第56-62页所列出的那些焊料，在此引用作为参考。这类焊料包括那些具有通式Sn-Ag、Sn-Ag-Bi、Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu-Sb、Sn-Bi、Sn-Zn-Bi及其它通式的焊料。可以设想使用锡焊或者铜焊，包括已知作为“活泼金属铜焊或锡焊”的方法中的过渡元素如Ti、Zr、V、Nb、Hf、Mn。这些元素促进了焊锡或焊铜在适当大气条件下与非金属的基底例如玻璃或者陶瓷之间的润湿和接合。所述密封材料也可以是热塑性或者热固性聚合物材料，然而，所需的气密性可能会降低，并且不能充分实现本专利技术的优点。同样地，所述气密材料可以是玻璃粉，例如，锌硼硅酸盐或铋硼硅酸盐。玻璃基密封通常是刚性的，如果设计不当，其在交变载荷下可能会裂开。当所述密封材料是焊料或者玻璃粉，选择材料是很重要的，以便其能充分地润湿基板，并且能够与基板的热膨胀系数(CET)或者塑性收率(针对金属焊料)匹配，以减小或者消除膨胀失配应力。因此金属焊料密封可以是有利的。可以使用定域能源或者分散能源180来溶化且使该密封材料流动以完全填充间隙150，由此形成密封170。合适的定域能源包括UV、可见光、宽频带红外固化或者加热源、激光、火焰感应或者它们的组合。分散能源包括热固化、超声波、天然气燃烧炉、磁感应以及涡电流加热源。图2中看到第二密封的几何形状，这是图1中示出的形状的变形。图2中的附图标记是图1中相同技术特征的附图标记加上100。底部玻璃基板210包括集成的预成型边缘215，其可以是从结合图1所讨论的从一块固体的玻璃形成，也可以不是。如果不是从一块单独的玻璃形成，则密封材料如搪瓷可被印刷到顶玻璃基板210的边缘，以形成预成型的边缘，其也可被称作边框215。合适的搪瓷可被印刷或者以其它方式施加到底部玻璃基板210和顶部玻璃基板240的边缘。底部玻璃基板210和顶部玻璃基板240然后在回火周期内被煅烧，以分别制备边缘215以及边缘带245。将热塑性材料如EVA层叠到底部玻璃基板210上以覆盖活性层220，并且层叠到顶部玻璃基板240上，将二者压制在一起形成膜层230。在预成型的边缘215和边缘带245之间留有间隙250，其中添加有密封材料如焊料和/或玻璃粉(都是本文记载的)。根据预成型的边缘215、边缘带245以及活性层220的精确几何形状，甚至有可能在基板、密封以及活性层正确定位后，且密封材料被填充后，还保留有间隙。这将并不影响这样形成的密封的气密性。密封270通过本文记载的任何定域能源280加热密封材料来形成。图1和2中的结构以及加热方案的优点至少是双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气密地密封活性层的方法，包括：a.在第一基板上形成集成的预成型的边缘；b.将活性层安置于所述第一基板上；c.将第二基板与所述活性层紧密接触地安置，在预成型的边缘和所述活性层的边缘之间留下间隙；d.将密封材料添加至所述间隙；以及e.应用能源加热所述密封材料并使其流动以完全填充所述间隙，由此在其中形成密封。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.22 US 61/366,5781.一种气密地密封活性层的方法，包括：a.在第一基板上形成集成的预成型的边缘；b.将活性层安置于所述第一基板上；c.将第二基板与所述活性层紧密接触地安置，在所述预成型的边缘和所述活性层的边缘之间留下间隙；d.将密封材料添加至所述间隙；以及e.应用能源加热所述密封材料并使其流动以完全填充所述间隙，由此在其中形成密封。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在(b)之后且(c)之前，(b1)将聚合物膜层叠至所述活性层、第一基板和第二基板中的至少一个上。3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个基板是玻璃。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能源是定域的，且选自由超声波、可见光、紫外光、宽带红外线、激光、感应及其组合所组成的组中。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能源是分散的，且选自由热加热、磁感应加热、对流炉以及涡电流所组成的组中。6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过切割和成形基板材料块以形成与所述第一基板集成的所述预成型的边缘，形成所述预成型的边缘和第一基板。7.根据权利要求1所述的方法，其中(a)在第一基板上形成集成的预成型的边缘的步骤包括将基板材料应用于所述第一基板，并煅烧该基板材料以使其烧结，由此在所述第一基板上形成所述集成的预成型的边缘。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述煅烧是在回火周期期间实施的。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封材料是焊料，其包括选自Pb、Sn、Bi、In、Ag、Zn、Sb、Cu及其组合所组成的组中的金属。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封材料是无铅焊料，其包括选自Sn-Ag、Sn-Ag-Bi、Sn-Ag-Cu、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu-Sb、Sn-Bi和Sn-Zn-Bi所组成的组中的金属。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述焊料进一步包括选自Ti、Zr、V、Nb、Hf及其组合所组成的组中的元素。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板可以相同或者不同，且选自由玻璃、涂覆的玻璃、陶瓷或者金属所组成的组中。13.根据权利要求1所述的方法，其中，用选自由氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌、金属、金属氧化物、抗反射涂层、SiNx涂层、Si3N4涂层及其组合所组成的组中的至少一种来涂覆所述基板。14.如权利要求13所述的方法，其中，通过选自由溅射、CVD、金属盐还原法及其组合所组成的组中的方法，涂覆所述基板。15.权利要求1所述的方法在包含活性层的器件中的应用，其中，所述器件选自太阳能电池、纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里尼瓦桑·斯里德哈兰，罗伯特·P·布隆斯基，钱德拉谢卡尔·S·卡迪尔卡，约翰·J·马洛尼，
申请(专利权)人：费罗公司，
类型：
国别省市：