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CN107949439A - 具有金属外围边缘密封的真空绝缘玻璃(vig)单元和/或制备其的方法 - Google Patents

具有金属外围边缘密封的真空绝缘玻璃(vig)单元和/或制备其的方法 Download PDF

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CN107949439A
CN107949439A CN201680050391.5A CN201680050391A CN107949439A CN 107949439 A CN107949439 A CN 107949439A CN 201680050391 A CN201680050391 A CN 201680050391A CN 107949439 A CN107949439 A CN 107949439A
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Abstract

示例性实施例涉及一种真空绝缘玻璃单元，具有在反应性软熔、润湿预涂在玻璃基板周长上的金属涂层时与焊料合金相连接而形成的边缘密封，和/或相关方法。这些合金可基于在不回火玻璃和/或不分解层压板的温度下形成密封的材料，和/或保持气密且其体积中无多孔结构。示例性合金可以基于锡的金属间化合物和从后过渡金属或准金属中选择的一种或多种材料；来自组13、14、15或16的Zintl阴离子(例如In、Bi等)；过渡金属(例如Cu、Ag、Ni等)；不包括Pb。在示例性实施例中，薄膜涂层与焊料材料一起工作以形成坚固耐用的密封界面。由于使用低温，示例性实施例可以使用基于层状结构和/或类似的柔顺及粘弹性隔片技术。

Description

具有金属外围边缘密封的真空绝缘玻璃(VIG)单元和/或制备 其的方法
相关申请的交叉参照
本申请是2013年12月31日提交的美国申请Nos.14/145,462的部分继续申请案(CIP)，其全部内容被纳入此处作为参考。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种真空绝缘玻璃(VIG或真空IG)单元和/或制备其的方法。更具体地，本发明的示例性实施例涉及一种真空绝缘玻璃单元，具有在反应性软熔，润湿及接合至预涂在玻璃基板的周长上的金属涂层时与金属的焊料预成形合金连接所形成的边缘密封，和/或相关方法。
背景技术
气密密封玻璃基板使其之间生成真空或惰性气体环境通常是使用屏障被实现，从而长时间期间气体不会进入玻璃或金属(例如共晶)材料，通常许多数量级比装置的工作寿命时间更长。应理解，渗透性通常涉及两个步骤。这些步骤包括溶解和扩散。例如气密密封有助于水，其他液体，氧气和其他气体污染物分子远离包装，例如，保持真空(例如VIG窗单元，热瓶，MEMS等)或敏感材料，但不局限于此，敏感材料包括例如有机放射层(例如用于OLED装置)、半导体芯片、传感器、光学元件等，这些材料被保存在惰性气氛中。这些组件复杂内部的气密包装在该包装的后期处理阶段构成了障碍，例如VIG窗单元中的泵送和脱焊之前、OLED装置制备过程中的最后处理步骤等。
一些示例性VIG配置在例如美国专利Nos.5,657,607,5,664,395,5,657,607,5,902,652,6,506,472和6,383,580中被公开，其公开的全部内容被纳入此处作为参考。
发明内容
图1和图2示出现有的VIG窗单元1和用于形成VIG单元1的元件。例如VIG单元1可包括两个分离的基本平行的玻璃基板2、3，其中附有抽空的低压空间/腔6。玻璃片或基板2、3由外边缘密封4互相连接，其可由熔融焊料玻璃等被制成。玻璃基板2、3之间可包括一组支柱/隔片5，鉴于基板2、3之间存在的低压空间/间隙6，来维持VIG单元1的玻璃基板2、3的间距。
泵出管8可通过焊料玻璃9等被气密密封至孔径/孔10，从玻璃基板2的内表面通向玻璃基板2外表面中的选择性凹槽11底部，或选择性地至玻璃基板2的外表面。真空被连接至泵出管8，将内部腔6排空至低于大气压的低压。在腔6抽空后，管8的部分(例如，顶端)被熔化来密封低压腔/空间6中的真空。选择性的凹槽11可用来固定密封的泵出管8。选择性地，化学吸气剂12可包含在玻璃基板例如玻璃基板2内表面所设置的凹槽13内。化学吸气剂12可在腔6被抽空及密封之后被用来吸收或与残留杂质结合。吸气剂12也可用来“扫荡”单元中环境风化期间演变的气体杂质。
具外围气密的边缘密封4(例如，焊料玻璃)的VIG单元一般是通过在基板2的外围(或在基板3上)沉积玻璃熔料或其他合适的材料被制成(如熔料浆)。该玻璃熔料浆最终形成边缘密封4。其他基板(例如，基板3)被放置在基板2上，然后将隔片/支柱5夹在中间，且玻璃熔料位于两个基板2、3之间。整个配件包括玻璃基板2、3，隔片/支柱5和密封材料(例如，溶液或浆的玻璃熔料)，然后一般加热到至少约500℃，此时玻璃熔料熔化，润湿玻璃基板2、3的表面，并最终形成气密的外围/边缘密封4。
在基板之间形成边缘密封4后，通过泵出管8真空被抽出，在基板2，3之间形成低压空间/腔6。空间/腔6中的压力可能通过疏散过程至低于大气压的水平，例如，约低于10- 4Torr。保持空间/腔6中的低压，基板2、3通过边缘密封和泵出管的密封被气密地密封。较小的高强度隔片/支柱5被配置在透明玻璃基板之间，使基本平行的玻璃基板针对大气压保持分离。如上所述，当基板2、3之间的空间6被抽空，可通过使用激光或类似等使泵出管8的脱焊从而被密封。
高温接合技术，例如，阳极接合和玻璃熔料接合，如上所述，是已被广泛应用的方法，来将由硅、陶瓷、玻璃制成的元件气密密封(例如，形成边缘密封)。高温过程的所述加热通常是约为300-600℃。这些现有的接合技术的范围一般要求炉体集中加热，其中整个装置(包括玻璃和玻璃壳体内的任何元件)须与炉热平衡用来形成密封。因此，需要相对较长的时间来实现理想的密封。例如，由于装置尺寸L增加，密封时间通常增加L3。此外，大多温度敏感元件决定整个体系的最大允许温度。因此，如上所述的高温密封过程(例如，阳极接合和玻璃熔料接合)不适合制造热敏感元件，例如回火的VIG单元，以及封装敏感元件，例如OLED装置。在回火的VIG单元情况下，VIG单元的热钢化玻璃基板将在高温的环境下迅速失去回火强度。在示例性OLED封装的情况下，特定功能的有机层将在300-600℃(有时甚至低至100℃)的温度被破坏。过去，解决该高温整体密封过程的方法之一是开发低温熔料，但仍使用整体热平衡加热过程。
根据背景技术，玻璃熔料和/或焊料通常是玻璃材料和金属氧化物的混合物。玻璃组合物可被定制来与接合基板的热膨胀系数(CTE)相匹配。铅基玻璃是最常见的接合/密封材料/技术，被广泛应用于阴极射线管(CRT)、等离子显示器和VIG窗单元。铅基玻璃熔料还是低渗透性玻璃密封材料。通常，焊料基于玻璃质材料，且禁止脱玻。
玻璃熔料或焊料通常由基础玻璃、耐火填料和媒介物构成。基础玻璃形成大量的熔料或焊料。填料降低热膨胀系数从而来与将结合的玻璃基板相匹配。这种匹配增加了机械强度，降低了界面应力，并提高了密封的抗裂性。媒介物通常是由溶剂(表面活性剂)制成，提供流动性用于丝网印刷(例如，用于分配至将被密封的间隙中，和/或将被密封的表面上)和有机粘合剂。
上述类型的玻璃熔料或焊料的优点是具有相对较低的熔点(例如，在约480-520℃的范围内)，用来粘住大多数半导体或材料，包括玻璃、硅、氧化硅、大多数金属和陶瓷，但并不局限于此，使利用这些材料的接合被灵活和广泛地接受。
商业销售的许多不同类型的玻璃熔料具有不同的熔点、热膨胀系数、粘合剂和丝网印刷性能。然而，几乎所有低熔点配方的玻璃熔料或焊料都含有一些铅。这可能会成为一个缺点，例如，美国、欧盟和日本严重禁止或限制未来几年在电子制造业中使用铅。在过去的几年中，基于氧化铋的熔料或焊料成功地替换了一些铅基玻璃熔料，但该类型熔料的熔融温度(Tg)仍然高于450℃。与铅基熔料一样，通过现有的炉体集中加热过程，这些基于氧化铋的熔料不能被用来制备温度敏感装置。低熔融温度(例如，375-390℃)的钒钡锌氧化物(VBZ)熔料被开发，包括VBaZn、V磷酸盐、SnZnPO4，且并不局限于此。然而，这些类型的熔料的广泛应用被限制。此外，虽然上述玻璃熔料针对传统方法被改进，但有时仍然较难满足所有玻璃外围密封低温的严格热机械要求。这是由于低温玻璃焊料通常是由较大离子半径的物质制成，不容易在低处理温度和时间内扩散至玻璃表面。
此外理想的是提供一种能够生存于恶劣环境中的VIG单元，例如经较高的操作温度被特征化的，以及暴露于冲击、振动、湿度、污染物、辐射、和/或类似环境中。例如，玻璃行业对象材料，在恶劣环境中的极端使用会对自身造成威胁。例如，天窗、玻璃体系受到极端温度(150℃)和冲击以及与风负荷相关的振动负荷。事实上，VIG密封附近的环境温度可超过150℃，具冲击和振动负荷，且建筑立面的环境温度可高达200℃。因此，较难提供具长期气密性、机械强度、和低导热路径的边缘密封。
因此，在本技术领域中需要一种密封处理技术，不涉及将被密封的整个制品加热至高温，和/或制备该制品的方法。
在本发明的示例性实施例中，提供一种制备VIG单元的方法，所述方法包括：围绕第一基板的第一主要表面的外围边缘形成第一层堆栈；围绕第二基板的第一主要表面的外围边缘形成第二层堆栈；所述第一层堆栈和所述第二层堆栈通过活性高能喷雾沉积被形成，分别从其被形成的所述基板的所述第一主要表面向外依次包括含有镍的层和含有银的层；将隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；将固体焊料合金预成形置于所述第一层堆栈上并与其接触；将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；通过反应性软熔所述固体焊料合金预成形从而使所述第一层堆栈和所述第二层堆栈的材料扩散到所述焊料合金材料中形成边缘密封，反之亦然。在形成包括金属间化合物的所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
在本发明的示例性实施例中，提供一种制备VIG单元的方法，所述方法包括：围绕第一基板和第二基板的第一主要表面的外围边缘形成多层涂层，各所述涂层分别从其被形成的所述基板向外依次包括：含有镍的层和含有银的层，各所述涂层在含有氧气的气氛中，利用高速线燃烧(HVWC)或高速氧燃料(HVOF)装置被选择性地沉积；将隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；将焊料预成形置于所述第一基板的所述第一主要表面上所形成的涂层上并与其接触；将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；加热至不超过250℃的峰值温度并在低于大气压的气氛中加热所述部件，从而软熔所述焊料预成形并形成边缘密封。在形成所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
在本发明的示例性实施例中，提供一种VIG单元。所述VIG单元包括：基本平行隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个是热处理的玻璃基板；多个隔片，配置在所述第一基板和所述第二基板之间；和边缘密封，包括含有锡在内的合金材料，和从以下组中选出的至少一种其他材料：后过渡金属或准金属；组13、14、15或16中的锌离子；以及过渡金属，并且在其每一侧，分别从所述合金材料向外朝向所述第一基板和所述第二基板依次包括：至少一个金属间(IMC)层，活性高能喷雾沉积所配置的含有银的层，活性高能喷射沉积所配置的含有镍的层。所述含有银的层和所述含有镍的层(a)各自具有至少10MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度；(b)整体具有至少20MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度(例如被沉积时)。
在此所述的特征、方面、优点和示例性实施例可被结合来实现进一步的实施例。
附图说明
以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细地说明，本发明的上述及其他特征和优点将变得更加清楚和容易理解。
图1是现有真空IG单元的横截面图；
图2是沿图1所示的剖面线截取的图1的真空绝缘玻璃(VIG)单元的底部基板、边缘密封和隔片的平面图；
图3是根据示例性实施例的VIG单元的横截面图；
图4是根据示例性实施例的图3的端部的放大图；
图5是根据示例性实施例，如图4所示配置在第一基板上的金属层堆栈的放大图；
图6是示出根据示例性实施例的制备VIG单元过程的流程图；
图7a是示例性实施例中可使用的有关泵送的示例性温度和压力分布的图表；
图7b是示例性实施例中可使用的示例性温度和合模压力序列曲线的图表；
图8a-图8b是示例性SnAgCu金属密封结构的横截面显微图像；
图9是示出在示例性实施例中的示例性焊料密封形成过程的示意图；
图10是示例性实施例中可使用的示例性高速线燃烧(HVWC)装置1000的示意图；
图11是示例性实施例中可使用的由Oerlikon Metco提供的示例性HVWC装置的示例性扩大的顶端部分；
图12是模拟的示意图，示出馈线加速所产生的熔融粉末穿过顶端并朝向基板退出图10装置时的速度；
图13是根据示例性实施例的形成在第一基板上的金属层堆栈的放大图，可在图3和图4的示例中被使用；和
图14是示出根据示例性实施例的制备VIG单元过程的另一个流程图。
具体实施方式
示例性实施例涉及一种具有含金属的外围边缘气密密封的真空绝缘玻璃(VIG)单元和/或制备该密封的方法。边缘密封是在金属焊料预成形合金被反应性软熔、润湿预先涂在玻璃基板周长上的金属涂层时被形成的。这些技术的使用有利地允许较低的处理温度，例如通过仔细选择焊料涂层组合。在示例性实施例中有利地允许在VIG单元中使用热钢化玻璃，而无须大量地牺牲制造过程中玻璃的回火强度，允许使用溅射的软低辐射率(low-E)涂层，从而能够提供薄膜吸气剂材料。在示例性实施例中，可有利地形成真空而不使用泵出管等。
更具体的，示例性实施例使用基于锡的合金，来自组13、14、15或16的后过渡金属或准金属和Zintl阴离子以及过渡金属掺杂物形成边缘密封，其(a)容易润湿涂层的玻璃，(b)具有适当的流变性能，在不回火玻璃和/或不分解层压板的温度下形成密封，和/或(c)保持气密且其体积中无多孔结构。在示例性实施例中，玻璃上的薄膜涂层可与基于锡的金属间焊料一起工作以形成坚固耐用的气密界面。通过适当地对密封供以能量，可以减少密封中气泡(如微气泡)、空洞和/或其他缺陷的存在。由于该过程是低温过程，示例性实施例可以使用基于自然发生的层状聚合物结构(例如de Gennes类的)的柔性和粘弹性隔片(例如支柱)技术。
示例性实施例的一个方面涉及一种基于金属和金属焊料的新合金的开发和使用，这些材料容易润湿玻璃，并具有足以在不回火玻璃和不分解层压板的温度下形成密封的流变性能，且形成的密封是气密的，其体积中无多孔结构。
示例性实施例的另一个方面涉及在玻璃基板上配置薄膜涂层或层堆栈的开发和使用，与焊料一起形成坚固耐用的密封界面。所述薄膜涂层或层堆栈优选是在极短的时间内经金属焊料被反应性地润湿并相互混合。
示例性实施例的另一个方面涉及对密封供以能量，潜在地处于真空的电子和/或辐射方法(例如辐射加热、强制对流加热、感应加热和电阻加热等)的开发和使用，从而形成无气泡和无缺陷的均匀密封结构。在限制金属间化合物(IMC)形成的时间内对密封形成供以能量的所述方法组合被发现有利于实现和/或保持密封性。
此外示例性实施例的又另一个方面涉及柔性和粘弹性隔片/支柱技术的开发和使用，例如基于自然发生的层状结构(例如de Gennes类)。
在示例性实施例中，这些示例方面可以被组合在任何适当的组合或子组合中。
优选是，与目前可实现的相比，示例性实施例可以具有更高的R值或更低的U值，例如这是由于低温过程可以使柔性和热绝缘隔片/支柱被进一步隔开。
在示例性实施例中，所述过程包括密封过程，优选是不超过350℃，更优选是不超过300℃，且进一步更优选是不超过250℃。
现更具体地参考附图，一些附图中相同的参照符号表示相同的部分，根据示例性实施例，图3是VIG单元的横截面图。应理解，图3的示例性实施例与图1-图2示出的实施例相似。例如，第一和第二基板(例如，玻璃基板)2和3彼此基本上平行隔开地被配置。多个隔片(例如支柱或类似等)5有助于使第一和第二基板2和3保持在此方向。在示例性实施例中提供了泵出口8；然而，如下文将更详细地描述的，示例性实施例也可以在不存在泵出口8的情况下在腔17中形成真空。
图3的示例性实施例与图1-图2所示的VIG单元的不同处在于包括改进的边缘密封15。更具体地，改进的边缘密封15是在金属焊料预成形合金被反应性软熔，润湿预先涂在玻璃基板上(例如在其外围边缘)的金属涂层时被形成的。在这方面，图4是根据示例性实施例的图3的端部的放大图。第一和第二金属层堆栈19a和19b分别配置在第一和第二基板2和3上。熔化焊料预成形，至少在体积上形成包含大量密封的焊料23带。焊料23分别通过第一和第二金属间化合物(IMCs)21a和21b与第一和第二金属层堆栈19a和19b接合。如下文所述，边缘密封15可以在真空条件下被形成，并提供良好的密封。
图5是根据示例性实施例，如图4所示配置在第一基板2上的金属层堆栈19a的放大图。从图5的示例中可以看出，第一金属层堆栈19a包括第一和第二含有镍的层25和27，夹有银基层29。含有镍的层25，27可包括，基本上包括或由金属Ni,NiCr,NiTi,NiV,NiW和/或类似等构成。在示例性实施例中，第一和第二含有镍的层25和27的组成可相同。第一和第二含有镍的层25和27中每一个中的镍量优选是至少为约60％，更优选是至少约70％，且进一步更优选是至少约80％。示例性组合物包括80/20和90/10NiCr、NiTi，以及类似等。
图5所示的薄膜层是通过任何合适的技术被形成，例如电子束沉积、溅射和/或类似等。例如，可以通过物理气相沉积(PVD)形成NiCr/Ag/NiCr层堆栈，例如在包括氮、氩和/或类似的惰性气氛中。还应理解，可以使用电解技术(例如，类似于镜像处理中使用的技术)，选择性地在基板周长处形成该示例性层堆栈。在示例性实施例中，镍的存在可以有助于提供良好的润湿性，同时还用作扩散屏障(例如，从底层基板捕获硅、钠和/或类似等)，并与玻璃形成极强的镍-硅化物接合。应理解，其他金属层堆栈可用于不同的相关示例性实施例，例如，用于与所述焊料材料的内容匹配，并可通过任何适当的技术加以应用。
层25和27的厚度优选是10纳米至5微米，更优选是20纳米至3微米，且进一步更优选是50纳米至1微米。层29的厚度优选是10纳米至2微米，更优选是50纳米至1微米，且进一步更优选是100纳米至500纳米或至1微米。NiCr/Ag/NiCr层堆栈的层厚度分别为50纳米、100纳米和50纳米。
在示例性实施例中，虽然层25和27被描述为含有镍的层，但应理解，可以使用铜代替镍或与镍一起使用。在此发现，含有镍和含有铜的金属层可与玻璃较好地粘合，并与基于锡、银和铜合金的焊料预成形较好地匹配。以下提供了关于示例性实施例的示例性焊料预成形的进一步细节。虽然示例性实施例被描述是与线预成形相关联，但也可以使用其他预成形(例如带预成形)代替或与线预成形一起使用。
图6示出根据示例性实施例的制备VIG单元过程的流程图。在示例性实施例中可以执行一个或多个预备操作(如图6所示)。例如，可以将基板任意切割和/或边缝。用于容纳泵出口的孔，吸气剂保持袋，和/或类似等可以被钻成。当使用玻璃基板时，可对基板进行热处理(例如，热强化和/或热回火)、化学回火等。热处理可在切割、钻孔和/或其他操作后进行。薄膜和/或其他涂层也可以形成在基板上。例如，低辐射率(low-E)、抗反射和/或其他涂层可以形成在基板上。装饰涂层可以是丝网印刷，喷墨印刷和/或其他形式，此外，或作为替代。在任何情况下，如果这种涂层是可热处理的，并且基板需要被热处理，那么其可以在热处理之前被包覆在基板上。如果这种涂层是不可热处理的，并且基板需要被热处理，则其可以形成在切割和/或其他加工的基板上。如果不对基板进行热处理，则可以在任何适当的时间形成涂层，例如，可以在切割和/或其他操作后被包覆和/或应用至涂层。如果一个涂层或多个涂层被形成在基板上，则可执行边缘删除，例如，在将被形成的边缘密封附近的区域执行边缘删除。基板可被清洗(例如，使用DI水、等离子灰化和/或类似等)。在示例性实施例中，在将被形成的边缘密封附近的区域中无须对玻璃进行预粗化处理和/或边缘删除。
一旦基板被适当地制备和正确地定向，金属涂层(例如参照图5所述的类型)可围绕基板的外围边缘被形成，如图6的步骤S31所示。如上所指出的，可以使用任何合适的技术“镀镍”或以其他方式处理基板。例如，局部化的PVD可被用来生成三层式薄膜涂层，具有含有银的层，其被夹在含有镍(例如，NiCr)、铜的层之间，和/或类似。所述涂层可配置在所述基板的外围边缘，其宽度至少与焊料熔化时的宽度一样。
如步骤S33所示，可在第一基板上配置隔片。所述隔片可实质上是园柱状的支柱、垫状隔片和/或类似等。其可以是玻璃柱，由云母、聚合物、层压支柱和/或任何其他合适的材料或材料组合被形成。隔片在美国专利No.6,946,171和/或美国专利No.8,679,271中被公开。各专利文件的全部内容均被纳入此处作为参考。在此，由于VIG单元的制造中涉及到低温度过程，因此可以提供更广泛的材料来用于隔片。与较硬的对象相比，柔软的隔片较少地“掘入”玻璃中，从而产生较少的压力(例如，基于赫兹压力)。因此，可以使支柱或其他结构更远地隔开。针对隔片使用不同的材料使其隔开得更远的功能，可以有利地提高单元的美观性和/或潜在地降低穿过VIG单元的热导率。
选择性地，可以应用吸气剂材料(例如在预先形成的袋中，如包覆涂层等)。吸气剂材料和活化技术在例如美国公开Nos.2014/0037869,2014/0034218,和2014/0037870中被说明，其全部内容均被纳入此处作为参考。这些和/或其他吸气剂可用于示例性实施例。在示例性实施例中，例如含有钡和/或锆的吸气剂材料可以包覆在基板上，例如通过电子束蒸发和/或类似等。由于包覆的吸气剂被配置在较大的表面积上，因此可能只需要几个埃的材料就可以执行典型的吸气剂化学吸气功能。在示例性实施例中，所述包覆可以小于20埃，优选是小于10埃，可以是5埃或更小。在这种情况下，吸气剂可以连续地或不连续地在基板上。当提供了包覆的吸气剂，优选是在步骤S31相关的金属涂层形成之前应用这些材料。
在步骤S37中，围绕基板的外围边缘配置线预成形或类似等。在示例性实施例中，线预成形可以在未示出的一个或多个步骤中被弯曲成所需的配置。另外，也可以将线预成形以多个较小部分拼合在一起。例如，线可端到端地被焊接，激光焊接在一起，和/或类似等。
如上所述，焊料预成形可以是锡、银和铜的合金，也可包括锡、银和铜。焊料预成形优选是无铅的。例如，SAC305、SAC0307和/或类似等可用于示例性实施例。SAC305是含有96.5％的锡、3％的银和0.5％的铜的无铅合金，且SAC0307是含有99％的锡、0.3％的银和0.7％的铜的无铅合金。在示例性实施例中，可以提供相同或类似组合物的焊锡膏来代替或补充线预成形。
应注意，低银含量的SAC合金，例如SAC105，在涉及冲击和振动的应用中可能较理想。然而，在一些情况下，增加银含量有助于降低SAC焊料的蠕变速率，从而提高了在温度时效和/或类似条件下的可靠性。因此，高银含量的SAC合金，例如SAC405，在高温应用中可能是可取的。如SAC305、SAC0307等合金可以是较好的“调和”，提供了理想的抗冲击和振动能力，同时也为许多与高温有关的应用提供了良好的生存能力。此外应注意，这些共晶合金周围和/或之间的相空间中的其他合金可以在不同的示例性实施例中被使用。
在步骤S39中，这些薄片被配置在一起，在步骤S41中，具有熔料的泵出管被配置在预钻的孔中。
在进一步加工过程中，可选择使用胶带或其他粘合材料来帮助将部件固定在一起。任何聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸和/或其他胶带或粘合材料都可以用来形成临时密封。例如，Kapton、丙烯酸酯和/或其他胶带可以在示例性实施例中被使用。
如步骤S43所示，密封可在真空中进行。密封可以包括，例如加热来软熔焊料，在接合凝固期间施加静压(例如，通过机械夹紧和/或类似等)，以及部件被冷却和/或允许冷却的过程。在示例性实施例中，可以交替地或额外地使用动态压力。初始真空优选是小于1Torr，更优选是小于0.5Torr，且有时小于0.1Torr。在示例性实施例中，还可以在与此类操作相关的情况下使用初始惰性气体环境。
加热可在足以使焊料软熔的高温下被执行，但优选是不超过390℃，优选是不超过350℃，优选是不超过300℃。有时不超过240-250℃。在示例性实施例中，峰值温度刚好高于焊料的等高线温度。例如，在示例性实施例中，峰值温度优选是高出等值线温度50℃以下，更优选是比等值线温度高出20-40℃。例如，峰值温度可比等值线温度高出约40℃，在一些情况下可以是约240-250℃。加热可以进行几分钟到几个小时。优选是加热1分钟到2小时，优选是5-60分钟，且有时为10-30分钟。
焊料的软熔会产生气泡。这些气泡可能被困在边缘密封中，并通过例如在燃烧的密封中留下空洞和/或类似物而降低密封质量(例如，通过损害其结构完整性和密封性能)。然而，真空条件下的加热有利于解决这些问题。例如，在真空条件下加热，本质上有助于在软熔过程中吸出气泡。在这方面，图8a-图8b是示出示例性SnAgCu金属密封结构的横截面显微图像。特别是，图8a清楚地示出在达到10-2Torr的部分真空后空洞的存在。相反，图8b示出，当密封被完全成形，VIG单元处于全真空状态时，无明显的空洞。虽然真空加热较理想，但在软熔过程中也可以使用惰性气体气氛。
宽度约为1毫米的线可扩展(例如，在一些情况下可扩展到10毫米或甚至更多)。金属镀层中的镍扩散到焊料中，反之亦然。因此，在示例性实施例中该软熔过程是反应性的，从而构成气密密封的一些材料层被生成，并且这些层被发现非常平滑。镍的新相被生成。金属层堆栈中最接近镍的材料底层一般被表征为(NixCu1-x)3Sn4，最接近于软熔的SAC焊料的顶层一般被表征为(CuyNi1-y)6Sn5。在示例性实施例中图4中的IMC层21a和21b可包括至少这两个层。在示例性实施例中，包含玻璃/NiCr/Ag/NiCr/SnAg3％Cu0.5％的层堆栈，如图5中所示出的，可转变成包含玻璃/NiCrOx:Si/(NixCu1-x)3Sn4/(CuyNi1-y)6Sn5/SAC的层堆栈。换句话说，在示例性实施例中，第一和第二金属层堆栈19a和19b可以从NiCr/Ag/NiCr层堆栈转变为包含NiCrOx:Si的层，例如硅从底层基板中被浸出和/或泵送期间氧气进入。应注意，在示例性实施例中，密封在玻璃基板之间改善热断裂，因此有利于降低热导率。
泵送可在步骤S45中被执行，例如使用泵送管。在示例性实施例中，腔内的压力可泵送至10-6Torr。在其他示例性实施例中，可以不使用管来完成泵送。图7a是示例性实施例中可使用的有关泵送的示例性温度和压力分布的图表。在图7a的示例中，部件内部的压力被测量。如图7a所示，峰值温度略高于等值线温度。压力可能会迅速减少，但在一些情况下之后压力可能会缓慢增加以及缓慢减少，例如，气泡形成和排气发生时。在一些情况下，可能会发生扰动且迅速减弱。应理解，部件内部的其他温度和/或压力分布可用于不同的示例性实施例，且图7a中所示的仅为示例。图7b是示例性实施例中可使用的示例性温度和合模压力序列曲线的图表。应理解，其他温度和/或合模压力分布可用于不同的示例性实施例。
当配置管时，所述管可在步骤S47中被密封。在此可以使用泵出管脱焊技术来实现，其在美国专利No.8,742,287；美国专利No.8,742,287；和/或美国公开No.2014/0087099中被说明，各专利的全部内容被纳入此处作为参考。
当在袋中提供吸气剂时，则可以激活吸气剂，如步骤S49所示。另外，或者，当基板上包覆有吸气剂，则与密封相关的热量可足以激活吸气剂。
应注意，可以结合等离子增强抽空技术和静态等离子栅格或阵列来清洗腔，例如，如美国公开No.2012/0304696中所提出的，其全部内容被纳入此处作为参考。也可以使用臭氧清洁技术，例如，如美国公开No.2013/0292000中所说明的，其全部内容被纳入此处作为参考。
泵出管上可具有选择性的保护盖，例如，如步骤S51所述。在此可使用多种技术来用于保护泵出管，并用于示例性实施例。例如参照美国专利No.8,833,105以及美国公开Nos.2013/0074445,2013/0302542,2013/0306222,和2013/0309425，各专利的全部内容被纳入此处作为参考。
在示例性实施例中，可以提供选择性的二次、非密封的外围密封。在示例性实施例中，该密封可以是外围聚合物密封，并且其可以包括例如硅、聚酰胺、PIB和/或类似等。在一些情况下，其可以帮助保护至少部分封装的气密边缘密封。
当使用钢化玻璃时，优选是成品的VIG单元中留有至少70％的回火强度，更优选是成品的VIG单元中留有至少75％的回火强度。更优选是成品的VIG单元中留有至少85％的回火强度，并且更优选是成品的VIG单元中留有至少95％的回火强度。
图9是示出在示例性实施例中的示例性焊料密封形成过程的示意图。如图9所示，夹在由相对的第一基板和第二基板支撑的薄膜涂层之间的具固体焊料预成形的部件被插入到惰性气氛和/或低真空环境中。由于焊料的预形成温度小于熔化温度，所以焊料预成形被脱销。然而，随着温度的升高且温度约为焊料的预熔化温度，开始反应性软熔。空洞、气泡等在液体或液态焊料中被形成，且薄膜涂层开始溶解至焊料中，反之亦然。部件被移入真空状态，且温度超过焊料的熔化温度。液体焊料中的气泡在很大程度上从焊料中被除去，例如，在真空软熔操作中。薄膜涂层扩散到焊料中，反之亦然。薄膜涂层也可以至少部分溶解到基板中，反之亦然。焊料在高真空下被冷却和/或允许被冷却，且温度回至室温，从而完成气密密封的形成。当然，应理解，虽然静态和/或动态压力应用没有在图9中被示出，但可以在该示例过程中被使用。此外应理解其仅为密封操作如何执行的一个示意图，且也可以使用其他处理过程来代替图9中所示示例性处理过程。
应理解，上述的示例性实施例涉及通过金属层堆栈(MLS)来将玻璃表面涂层。示例性实施例的焊点生成技术涉及MLS和焊料块表面的金属间反应，以生成强力接合，并在焊料软熔期间形成薄金属间层。该金属间层比块状焊料更坚固，但更易碎。因此，界面IMC层厚度过大时，被认为在机械应力作用下不可靠。研究发现，在较高温度下扩散速度较快，随着时间的推移，位于界面处的界面金属间层的生长速度加快。然而，在一些情况下，高温下焊料的可靠性可以通过抑制金属层堆栈界面下的金属间层的生长来提高。以下段落用于说明IMC层的生长，并说明可以用来调整IMC层生长的因素等，从而在一些实例中产生高质量的密封。
IMC层的厚度可取决于诸如温度、时间、焊料体积、焊料合金性质、镀层形态等因素。金属间层随时间而增长，并且在高温下会增长得更快。在软熔过程中使峰值温度保持较长时间可增加初始的金属间层厚度并改变其形态。因此，在一些情况下较短的峰值温度可能具有优势。
金属间层可能会长出失效位置，这些破坏位置可能会移动到界面金属间层，在一些情况下可能是由于金属间层和块状焊料之间的界面较弱，以及金属间化合物的高弹性模量增加了这些层的应力。在高温老化过程中，由于锡从界面扩散而产生空洞，因此会降低接合的强度。银相关的金属间层，例如Ag3Sn可以在块状焊料中被形成，并且随着时间的推移向界面迁移。在焊料合金中增加银的浓度可以在块状焊料中产生更大的Ag3Sn片和更大的针，而这些焊料往往较脆并可能引发断裂。因此，可以调整银的量，以提供更好的长期密封。在一些情况下，具有3.5wt.％以下银的焊点可以减少大型Ag3Sn金属间层的形成。在一些情况下，具有1.2wt.％以下银的焊料合金组合物在密封质量方面具有优势。
此外，固液偶的金属间生长速度比固-固偶的生长速度快得多。因此，如上所述，使用固体预成形可能更有利。其他性能，类似金属间层粗糙度会对密封质量产生影响。例如，随着金属间层厚度的增加，粗糙度也有增加的趋势，在一些情况下其会导致开裂失效。研究发现，若能降低表面粗糙度则可形成较少脆性的金属间层。
在示例性实施例中，含有锡和铜的无铅焊料中引入少量的镍可以提高流动性。镍可以用来在晶体结构中产生扰动，并能在焊接过程中促进金属间相的早期成核。这可以反过来帮助提供更好的流动性和光亮的焊锡片。镍改性的SnCu等也可降低界面金属间的生长。掺杂微量稀土元素在这些和/或其他方面也可能有用。例如钴、镍、锑和/或类似物可以在软熔后产生厚的初始金属间层，该层起到扩散屏障的作用，但阻碍金属间层的随后生长。
虽然有关的示例性实施例已经描述了与SAC相关的合金，但应理解，也可以使用Zintl材料。Zintl材料包括组1(碱金属)或组2(碱土)和组13、14、15或16的后过渡金属或准金属。此外，示例性实施例可以包括基于TiN的任何合适的合金，包括Zintl材料和/或阴离子。类似地，虽然在SAC相关的合金中已经描述了示例性实施例，但是也可以使用基于组13、14、15或16中的后过渡金属或准金属的其他金属合金和过渡元素。例如，示例性实施例可以包括基于锡的金属间化合物的金属合金预成形和从过渡后金属或准金属中选出的一个或多个附加材料；从组13、14、15或16中选出的Zintl阴离子(例如In、Bi等)；和过渡金属(如Cu、Ag、Ni等)；且不包括Pb。此外可以包括其他材料，例如In、In和Ag、Bi和In等。一般而言，任何铟合金材料(例如铟泰公司销售的)可用于示例性实施例。根据上述原因可以优先考虑无铅物。在示例性实施例中，可以使用其他非锡基材料(例如，基于一些其他金属材料)。
如上所述，应理解可以使用基于气密焊料/金属层/玻璃接点形成的金属密封来制备完全回火的VIG单元。在一些情况下，气密密封的质量甚至是密封的存在，在很大程度上取决于玻璃外围预涂的金属层。整个薄膜堆栈可通过使用MSVD工程被形成，该工程可帮助提供以下堆栈：(i)具有极低的孔隙率和接近块状材料的高密度，(ii)高度附着在玻璃上，(iii)包括较低的应力甚至几乎没有应力。且(iv)具有较高的能量释放速率阈值。
MSVD工程在一些情况下是有利的，因为其可以为上述堆栈提供上述列出的属性。但是，优选是提高沉积速率和/或简化沉积过程。例如，由于所述气密密封仅配置在基板的外围边缘，因此可能需要沉积掩模以使所述玻璃的中心保持未涂层。但是，这一掩蔽过程仍然繁琐，例如必须沉积和移除掩膜，其可能需要许多沉积、清洁和/或其他步骤，从而减缓了整个过程。事实上，优选是实现“在线”处理速度，例如大约每秒1米的“线扫描”。
因此，示例性实施例执行选择性的沉积过程，以允许在玻璃的选择性区域上形成金属堆栈。在这方面，示例性实施例提供了一种通过活性高能喷射沉积或活性高能纳米喷射沉积的方法对玻璃进行选择性金属堆焊。更具体地，示例性实施例执行高速线燃烧(HVWC)技术或高速氧燃料(HVOF)技术。虽然线材火焰喷涂是一种比较古老的热喷涂工程，但现代设备允许生产出均匀性好、密度高、粗糙度低的高质量涂层，例如由于燃烧气体速度的提高，颗粒速度增加。例如，喷雾颗粒可以加速到超过250米/秒的速度，例如，当线被充分原子化可结合HVWC技术。对于HVOF，撞击基板的颗粒速度优选是大于声速，更优选是为Mach2以上，更优选是Mach4或以上。示例性实施例的燃烧丝热喷涂过程基本上涉及将熔融金属喷涂到表面以提供涂层。金属丝状的材料在非常热的燃烧区域内连续地被进料并在火焰中熔化(例如，氧-乙炔火焰，氢和氧混合物来提供还原气氛和/或类似等)，并使用压缩空气或氮气被原子化以形成细喷雾。对于HVWC和HVOF技术，线状的金属和/或合金可作为喷涂材料，燃烧火焰或电弧可作为其热源。如以下将更详细说明的，可以使用Ni、NiCr、Ag和/或其他线来形成示例性实施例的金属涂层。
在HVWC和HVOF技术中压缩空气和/或惰性气体围绕火焰并原子化线的熔融顶端。这有助于加速熔融颗粒对基板的预清洁表面的喷雾，在示例性实施例中，该预清洁表面可以位于约距离火焰末端12-14英寸的位置处。在加速喷射方面，工程气体可包括氦、氮、氩、氧，和/或类似等。当沉淀金属时，氮可能是有利的，因为氮通常有助于防止氧化，并且比氦气便宜。然而，其他气体可用于沉积银和/或镍铬，因为氮气通常促进氮化物的形成。氦被发现是在高效处理的背景下用于产生高质量涂层的良好操作气体。这是由于氦能够获得最高的气体速度。可以在允许气体再循环的含氦的气氛中进行沉积，例如可节约成本。
在HVWC和HVOF技术中，当喷雾接触到所制备的基板表面时，细小的熔滴迅速凝固形成涂层。由于凝固过程迅速，喷涂层呈超细晶状。在示例性实施例中，基板可被加热至80-150℃之间的基本温度。优选是温度低于390℃，更优选是低于300℃，并且在一些情况下，温度可以是100℃或更低。在一些情况下，上述和/或其他范围内的更高温度是可取的，例如，有助于使基材表面脱气和/或去除基板中物理吸附和/或化学吸附的水；然而。温度过高可能会导致钢化玻璃基板不必要的去回火、熔化或弯曲等，因此应注意温度和/或温度分布的选择。该温度范围允许金属喷雾液滴在到达表面后湿润。此外，影响基板的颗粒超过了粉末和基板组合的阈值(临界)速度，使其在致密层中变形和接合。随着该过程的继续，颗粒继续影响基板，并与先前沉积的材料形成接合，从而产生均匀的沉积，具有较小的孔隙率和较高的接合强度。有利的是该温度范围有助于避免金属氧化，不引起显著的去回火等。
同样，从以下更详细的说明中可以看出，该技术有利地允许在不损害玻璃完整性和强度的温度下，将各种各样的金属作为金属堆栈直接沉积到玻璃上。例如，对于从原料中产生的原子化材料，粉末气体射流的温度和粉末材料的温度优选是足够低，以防止沉积和/或基板中的相变和大量应力的积累。通过改变原料的进料速度、气流速度等，可以对薄膜的性能进行改性，形成梯度层。当焊料软熔时，梯度层的存在可能是有利的，因为孔隙的存在有助于定位软熔的范围从而有助于焊料的局部润湿。
在HVWC和HVOF技术中，冲击玻璃并形成涂层的颗粒可以是纳米粉末的形式，例如直径或主要距离中粒径分布小于500nm，优选是小于250nm。更优选是小于100nm。在示例性实施例中，可使用具有亚微米尺寸分布的颗粒，其直径或主要距离可低至40-100nm，以形成涂层。
对于HVOF技术，金属粉末可以替代或补充金属丝原料。例如，金属粉末最初的粒度范围可以是：直径或主要距离范围为10纳米到10微米以下，优选是25纳米到1微米或更少，且有时为40或50微米至0.5微米。在示例性实施例中，可以使用惰性气氛中的等离子射流以高速将这些颗粒喷射到基板上。在示例性实施例中，这些粉末可以通过注入惰性气体的高速流来加速。在后一种情况下，高速气流可以通过穿过喷嘴的受压预热的气体膨胀而产生。加压气体可膨胀以实现高速，同时降低压力和温度。粉末颗粒最初由单独的气流携载，可在喷嘴入口或入口下游的较低压力点被注入到喷嘴中。主喷嘴气流可以加速颗粒的运动，并在离开喷嘴后对基板表面产生影响。
在HVOF和HVWC技术中，为了确保最大期望尺寸的颗粒向基板发射，可以使用过滤器。过滤器可以用来帮助确保更均匀大小的颗粒在玻璃表面凝结。当颗粒被有意地或由于所使用的沉积技术充电时，则可在这方面使用电磁滤波器等。例如，电磁过滤器可有助于蒸发物质和/或再汽化超过一定尺寸阈值的较大纳米颗粒。电磁滤波器还可以有利于帮助至少部分电离颗粒，从而使其更好地附着在基板表面。强磁场可用于这些目的。例如优选是使用至少5milliTesla的磁场，即高达数百milliTesla(1000milliTesla以下)的磁场。
示例性实施例的HVWC和HVOF火焰喷雾处理可以在示例性实施例中以垂直竖立的基板执行。例如，示例性实施例可以使用类似于枪的喷嘴等，其可以通过XY绘图仪平台、机器人臂等自动地经运动遍历基板。可以使用具有可变孔径的喷嘴罩，所述喷嘴罩允许在各类尺寸的所需区域上选择性地沉积涂层。在示例性实施例中，可以在设备内部使用挡板来帮助捕捉反射的颗粒物质。
图10是示例性实施例中可使用的示例性高速线燃烧HVWC装置1000的示意图。如图10所示，装置1000从线源1004接收线1002进入至主体部分。第一组入口1006a和1006b容纳载气，第二组入口1008a和1008b容纳氧气和燃料混合气。屏蔽1010用于容纳装置1000，提供冷却，减少在不需要的方向上喷洒的发生率等。熔融颗粒1012被加速朝向基板并形成1014并在其上形成涂层1016。图11是示例性实施例中可使用的由Oerlikon Metco提供的示例性HVWC装置的示例性扩大的顶端部分，可在示例性实施例中被使用。在这方面，MultiCoatTM先进自动的线燃烧喷雾体系Oerlikon Metco也可以用于示例性实施例。图12是模拟的示意图，示出馈线加速所产生的熔融粉末穿过顶端并朝向基板退出图10装置时的速度。
在HVWC和HVOF技术中，熔融材料被喷到物体表面，形成连续的无针孔涂层。被喷的玻璃基板暴露在热金属颗粒的羽流中。如上所述，基板和镀层不会受到高温的不利影响。其有利地帮助提供尺寸和形态的稳定性，不会或很少造成裂纹，没有粘着强度降低，和/或类似等。
HVOF和HVWC技术可有利地用于生成具有所需厚度均匀性、孔隙率和其他特性的各个层和整个层堆栈。由于以这种方式形成的层是密集和坚固的，所以在示例性实施例中可以使用双层堆栈来金属化边缘密封的外围。双层堆栈可在气氛条件下(例如在还原气氛中)选择性地被沉积，但仍高度附着在玻璃上，致密且氧化含量低。当在此所述类型的焊料预成形在相邻玻璃基板上的两个该涂层之间被软熔时，可以在环境或真空条件下形成气密密封。在示例性实施例中，双层涂层可以使用超细碳化物表面磨具进行抛光或磨光，以便在形成IMC之前去除不必要的氧化垢(例如，在上层)。
示例性实施例的双层堆栈包括直接或间接形成在基板上的含有镍的层。含有镍的层可以由金属Ni,NiCr,NiTi,NiV,NiW和/或类似等构成。含有银的层可配置在含有镍的层上并与其接触。这些层可以通过HVWC或HVOF技术被形成，例如，其被选择性地沉积以金属化基板的外围边缘。可使用HVWC和HVOF技术的任何组合来形成这些层(例如，可使用HVOF或HVWC技术来沉积两层，HVOF技术可用于沉积一个层，HVOF技术可用于沉积另一层等)。
如上所述，在示例性实施例中，选择性的抛光过程可用于从双层堆栈中去除氧化垢。层和/或堆栈的氧化物和/或氮化物含量优选是小于等于10wt.％，更优选是小于等于5wt.％，且进一步更优选是小于等于1或2wt.％。涂层优选是不含碳，或者至少基本上不含碳。这可能是一个关切问题，例如，当燃烧气体在HVOF技术中被使用时。优选是碳含量小于2wt.％，更优选是小于1wt.％，且有时小于0.5wt.％，用于单个层和/或整个层堆栈(例如，选择性抛光后)。
含有镍的层的厚度优选是5-20微米，更优选是10-20微米，且标称厚度则为15微米。含有银的层的厚度优选是15-25微米，标称厚度为25微米。因此，整个双层堆栈的厚度可以是20-45微米，例如标称厚度为35微米。含有镍和含有银的每个层的厚度优选是变化不超过15％，更优选是不超过10％，且有时不超过5％。整个双层堆栈的厚度优选是变化不超过40％，且更优选是不超过30％。
含有镍的层的RMS粗糙度(Ra)优选是小于2微米，更优选是小于1微米。含有银的层的RMS粗糙度(Ra)优选是小于2微米，更优选小于1微米，且进一步更优选是小于0.5微米。经过抛光后，双层堆栈的RMS粗糙度(Ra)优选是小于2微米，更优选是小于1微米。在一些情况下，HVWC技术可以提供更好(即较低)RMS粗糙度(Ra)值。
在示例性实施例中，金属锡膏可用于“填充”至凸凹处以使表面粗糙度高于所需的水平。所述膏可以具有与所使用的焊料相同的组合物或类似的组合物。或者，另外，在IMC形成之前可以将焊料熔化至涂层表面，例如确保焊料被填至任何潜在的泄漏路径，并且可以利用这种技术进行堵塞。
每一层以及整个层堆栈的孔隙率优选是小于10％，更优选是小于5％，且有时小于2％，例如vol.％。HVWC技术在一些情况下可以提供更好的(即较低的)孔隙率值。
在一些情况下，各层和整个层的粘合或接合强度可在2-50MPa范围内。例如，可以形成粘合或接合强度为10MPa的含有镍和含有银的层，且还可形成粘合或接合强度为20MPa的双层堆栈。在一些情况下，当使用HVOF技术时，接合强度可能更高。所述接合优选是足够强使失效模式式涉及到玻璃的断裂，而不是密封的断裂。
在此发现，配置在双层堆栈底部的含有镍的层有利于粘合，尤其是形成在玻璃的空气侧时。也就是说，含有镍的层与玻璃形成硅化物，从而促进粘合。当含有镍的层形成在玻璃的锡侧时，粘合可能不佳，这是由于“额外的锡”的存在可能会阻碍用于促进粘合的硅化物的形成。因此，当玻璃的锡侧被涂层，示例性实施例可以在双层堆栈沉积之前在基板的锡侧形成含有硅的层。所述含有硅的层可覆盖在所述基板上(例如，通过溅射等)或至少在发生金属化的区域内以其他方式形成于所述基板上。所述含有硅的层可以是含有氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和/或类似等的层，也可以是包括氧化硅、氮化硅、氧化硅等。局部离子束清洗可用于替代或补充该选择性含有硅的层的形成，例如，帮助预处理玻璃的锡侧。
如上所述，HVWC技术可接受Ni、NiCr、Ag和/或类似材料的馈线。气体可以包括氢和/或氧，氢氧比范围为01：1至02：1，甚至更高，例如，示例性比为1.2：1。火焰温度可在2800-3500℃的范围内，例如工作温度约为3300℃。颗粒速度优选是至少150米/秒，更优选是至少约200或250米/秒。在一些情况下，颗粒速度可能加速到400米/秒甚至更高。在一些情况下，这些工程条件可使动态沉积速率(DDR)为10g/min至1000g/min(例如DDR为100g/min)。
图13是根据示例性实施例的形成在第一基板上的金属层堆栈的放大图，可在图3和图4的示例中被使用。在此，图13类似于图5，其示出可用于改进边缘密封(例如图3-图4中的15)的金属层堆栈19a’。然而，与图5不同，图13的金属层堆栈19a’没有配置在含有银的层29上的含有镍的层。相反，第一含有镍的层25被直接或间接地配置在基板2的表面上，而含有银的层29被配置在第一含有镍的层25上并与其接触。如图13所示，提供选择性的含有硅的层26，以促进第一含有镍的层25与基板2的表面之间的粘合(例如，当金属层堆栈19a’配置在基板2的锡侧时)。该含有硅的层26是选择性的且可能不需要，例如，第一含有镍的层25被直接配置在玻璃的空气侧。
虽然层堆栈19a’被示出仅位于第一基板2上，但应理解也可以用于两个基板。焊料预成形可置于层堆栈19a’上，并且可以形成如上所述的IMC。
图14是示出根据示例性实施例的制备VIG单元过程的另一个流程图。图14类似于图6。然而，图14的不同之处在于，图13的金属涂层在步骤S31’(例如，使用HVOF或HVWC技术)中被形成基板上，并且形成的涂层在步骤S32中可选择性地被抛光。如上所述，涂层可以在气氛和/或部分还原气氛中形成。金属涂层具有理想的孔隙率、厚度均匀性和附着力，例如在使用HVOF或HVWC技术形成上述层时。
在示例性实施例中，HVOF/HVWC沉积可在紧接之后立即发生(例如，在秒或分钟内，并且可能不超过1小时，优选不超过30分钟。而且更好的是，优选是不超过15分钟的时候)VIG的基板已经冷却到低于390℃的温度，例如，如上所述，这有助于减少水被重新吸附到玻璃上和玻璃中的风险。在这方面，两个热脱气玻璃基板一般会提供一个更好的真空长期。原则上，这一方法可能有助于产生一种随时间减少的释放气体的VIG(例如，在所有其他因素相等的情况下)。
虽然示例性实施例被说明与SAC合金有关，但示例性实施例可以使用InAg焊料合金预成形和/或类似等。在示例性实施例中，InAg材料可以促进不同但仍然有效的IMCs的形成，为边缘密封提供所需的气密性水平。
此处使用的术语“热处置”和“热处理”表示将制品加热到足以实现玻璃制品的热回火和/或热强化温度。例如该定义包括在至少约550℃的温度下在烤箱或炉中加热涂层制品，优选是至少约为580℃，更优选是至少约为600℃。更优选是至少约为620℃，最优选是至少约为650℃，足够的时间允许回火和/或热强化。在示例性实施例中可至少约为两分钟，最多可约为10分钟，最多可约为15分钟等。
应注意VIG单元可用于多个不同的应用，例如住宅和/或商业窗应用、天窗、商品、OLED和/或其他显示设备等。在不同的示例性实施例中，可以对VIG单元的一个或两个基板进行热处理(例如，热强化和/或热回火)。在示例性实施例中，玻璃的层压板(例如，玻璃/PVB或玻璃/EVA)可以与自身或单片玻璃薄片相匹配，从而制备具有或不具有泵出管的VIG单元。
在此虽然已经结合VIG单元描述了示例性实施例，但应该认识到，在此说明的示例性技术可以包括由玻璃以外的材料形成的一个或多个基板。换句话说，由于在此所述的示例性技术能够在较低的处理时间和温度下形成密封，因此可以使用替代的基板材料，例如塑料、有机玻璃等。如上所述这些材料可以用作真空绝缘面板(VIP)单元中的一个或两个基板或类似等。上述任何或所有的特征、方面、技术、配置等都可以用于此类VIP单元。此外，在示例性实施例中可以将在此所述的示例性VIG和VIP单元层压到另一个基板上。
例如，与密封件有关的此处使用的术语“外围”和“边缘”并不意味着密封和/或其他元件位于单元的绝对外围或边缘，相反表示密封和/或其他元件位于/至少部分地位于或接近(例如，约两英寸内)单元的至少一个基板的边缘。同样，此处使用的“边缘”不仅限于玻璃基板的绝对边缘，而且还可以包括基板绝对边缘的或接近(例如，大约两英寸以内)的区域。
除非明确说明，本文所使用的“在…之上”、“由…支撑”等术语不应被解释为两个元件是直接相邻的。换句话说，第一层可以说是“在第二层之上”或“由第二层支撑”，即使其中有一个或多个层。
在示例性实施中，提供一种制备VIG单元的方法，所述方法包括：围绕第一基板的第一主要表面的外围边缘形成第一层堆栈；围绕第二基板的第一主要表面的外围边缘形成第二层堆栈；所述第一层堆栈和所述第二层堆栈通过活性高能喷雾沉积被形成，分别从其被形成的所述基板的所述第一主要表面向外依次包括含有镍的层和含有银的层；将多个隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；将固体焊料合金预成形置于所述第一层堆栈上并与其接触；将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；通过反应性软熔所述固体焊料合金预成形从而使所述第一层堆栈和所述第二层堆栈的材料扩散到所述焊料合金材料中形成边缘密封，反之亦然；以及在形成包括金属间化合物的所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
除了前段落所述的特征之外，在示例性实施例中，所述第一基板和所述第二基板可以是玻璃基板，且其的所述第一主要表面可以是空气侧玻璃表面。
除了上述两个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈可分别直接形成在所述第一基板和所述第二基板的所述第一表面上并与其接触。
除了上述三个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述第一基板和所述第二基板与所述含有镍的层之间可插入含有硅的层。
除了上述四个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述含有镍的层可包括镍铬。
除了上述五个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈可在至少部分还原气氛中被形成。
除了上述六个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，可在形成所述边缘密封之前对所述第一层堆栈和所述第二层堆栈进行抛光，去除不必要的氧化物、氮化物和/或含碳物。
除了上述七个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述活性高能喷雾沉积可与接受线进料的高速线燃烧(HVWC)装置相结合被进行，或所述活性高能喷雾沉积可与高速氧燃料装置相结合被进行
除了前段落中所述的特征之外，在示例性实施例中，例如使用HVWC装置，在执行所述活性高能喷雾沉积时可向所述HVWC装置提供氢和氧。
除了上述两个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，例如使用HVWC装置，在执行所述活性高能喷雾沉积时，所述HVWC装置可燃烧所述线进料并生成被加速至150-400m/s速率的颗粒。
除了上述10个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，可控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层以及各自整体中的所述层堆栈具有小于2％的孔隙度。
除了上述11个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，可控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层具有至少10MPa的粘合或结合强度，并且使所述层堆栈的每一个具有至少20MPa的粘合或结合强度。
除了上述12个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，可控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层以及各自整体中的所述层堆栈具有小于2微米的RMS粗糙度(Ra)。
除了上述13个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述基板在各自的高能喷雾沉积过程中可达到不超过150℃的温度。
除了上述14个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述含有镍的层可被沉积至10-20微米的厚度和/或所述含有银的层被沉积至15-25微米的厚度。
除了上述15个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述基板的温度足够高使所述基板大量脱气以及水明显从所述基板中被去除，并且足够低以防止回火强度损失。
除了上述16个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述固体焊料合金预成形可以是焊料线预成形。
除了上述17个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述固体焊料合金预成形可包括锡、银和铜，或铟和银。
除了上述18个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，形成所述边缘密封的步骤可进一步包括：将所述部件加热至低于390℃的峰值温度。
除了上述19个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，形成所述边缘密封的步骤可进一步包括：将所述部件加热至与所述固体焊料合金预成形的等浓度线温度至少一样高但高出不超过30℃的峰值温度。
除了上述20个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈可在各自被沉积的所述基板上冷却后立即被形成。
除了上述21个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述基板中的至少一个可以是被热处理和/或热回火的玻璃基板。
除了前段落中所述的特征之外，在示例性实施例中，被热回火的各所述玻璃基板由于所述活性高能喷雾沉积和所述抽空相结合，可损失不超过10％的回火强度。
示例性实施例涉及一种VIG单元，使用上述23个段落中任何一个所述的方法被制备。
在示例性实施例中，提供一种制备VIG单元的方法，所述方法包括：围绕第一基板和第二基板的第一主要表面的外围边缘形成多层涂层，各所述涂层分别从其被形成的所述基板向外依次包括：含有镍的层和含有银的层，各所述涂层在含有氧气的气氛中，利用高速线燃烧HVWC或高速氧燃料HVOF装置被选择性地沉积；将多个隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；将焊料预成形置于所述第一基板的所述第一主要表面上所形成的涂层上并与其接触；将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；加热至不超过250℃的峰值温度并在低于大气压的气氛中加热所述部件，从而软熔所述焊料预成形并形成边缘密封；在形成所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
除了前段落中所述的特征之外，在示例性实施例中，所述焊料预成形可包括锡、银和铜，或铟和银。
除了上述两个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述焊料预成形可基于锡并包括从以下组中选出的至少一种其他材料：后过渡金属或准金属；组13、14、15或16中的锌离子；以及过渡金属。
除了上述两个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述含有镍的层厚度可分别为10-20微米，所述含有银的层厚度为15-25微米。
示例性实施例涉及一种VIG单元，使用上述四个段落中任何一个所述的方法被制备。
在示例性实施例中，提供一种VIG单元，所述VIG单元包括：基本平行隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个是热处理的玻璃基板；多个隔片，配置在所述第一基板和所述第二基板之间；和边缘密封，包括含有锡在内的合金材料，和从以下组中选出的至少一种其他材料：后过渡金属或准金属；组13、14、15或16中的锌离子；以及过渡金属，并且在其每一侧，分别从所述合金材料向外朝向所述第一基板和所述第二基板依次包括：至少一个金属间IMC层，活性高能喷雾沉积所配置的含有银的层，活性高能喷射沉积所配置的含有镍的层。所述含有银的层和所述含有镍的层(a)各自具有至少10MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度；(b)整体具有至少20MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度(例如当被沉积时)。
除了前段落中所述的特征之外，在示例性实施例中，所述含有镍的层可分别包括镍和铬。
除了上述两个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，所述合金材料可包括锡、银和铜，或铟和银。
除了上述三个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，被热处理的所述至少一个基板可被热回火。
除了上述四个段落中任何一个所述的特征之外，在示例性实施例中，被热回火的各基板由于所述含有银的层和所述含有镍的层被沉积以及所述边缘密封的形成，可减少不超过10％的回火强度。
虽然参照最实用和优选的实施例对本发明进行了说明，但是应理解，本发明并不局限于所述实施例，相反，在由后附的权利要求的精神和范围内，可进行各种修改和等效的配置。

Claims (35)

1.一种制备真空绝缘玻璃VIG单元的方法，所述方法包括：
围绕第一基板的第一主要表面的外围边缘形成第一层堆栈；
围绕第二基板的第一主要表面的外围边缘形成第二层堆栈；
所述第一层堆栈和所述第二层堆栈通过活性高能喷雾沉积被形成，分别从其被形成的所述基板的所述第一主要表面向外依次包括含有镍的层和含有银的层；
将多个隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；
将固体焊料合金预成形置于所述第一层堆栈上并与其接触；
将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；
通过反应性软熔所述固体焊料合金预成形从而使所述第一层堆栈和所述第二层堆栈的材料扩散到所述焊料合金材料中形成边缘密封，反之亦然；以及
在形成包括金属间化合物的所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一基板和所述第二基板为玻璃基板，且其的所述第一主要表面为空气侧玻璃表面。
3.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈分别直接形成在所述第一基板和所述第二基板的所述第一表面上并与其接触。
4.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，在所述第一基板和所述第二基板与所述含有镍的层之间插入含有硅的层。
5.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述含有镍的层包括镍铬。
6.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈在至少部分还原气氛中被形成。
7.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，进一步包括：在形成所述边缘密封之前对所述第一层堆栈和所述第二层堆栈进行抛光，去除不必要的氧化物、氮化物和/或含碳物。
8.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述活性高能喷雾沉积与接受线进料的高速线燃烧HVWC装置相结合被进行。
9.根据权利要求8中所述的方法，进一步包括：在执行所述活性高能喷雾沉积时向所述HVWC装置提供氢和氧。
10.根据权利要求8中所述的方法，其中，在执行所述活性高能喷雾沉积时，所述HVWC装置燃烧所述线进料并生成被加速至150-400m/s速率的颗粒。
11.根据权利要求1-7中任何一项所述的方法其中，所述活性高能喷雾沉积与高速氧燃料装置相结合被进行。
12.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，进一步包括：控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层以及各自整体中的所述层堆栈具有小于2％的孔隙度。
13.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，进一步包括：控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层具有至少10MPa的粘合或结合强度，并且使所述层堆栈的每一个具有至少20MPa的粘合或结合强度。
14.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，进一步包括：控制所述活性高能喷雾沉积来形成层，使所述层堆栈中的每一层以及各自整体中的所述层堆栈具有小于2微米的RMS粗糙度Ra。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基板在各自的高能喷雾沉积过程中达到不超过150℃的温度。
16.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述含有镍的层被沉积至10-20微米的厚度和/或所述含有银的层被沉积至15-25微米的厚度。
17.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述基板的温度足够高使所述基板大量脱气以及水明显从所述基板中被去除，并且足够低以防止回火强度损失。
18.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述固体焊料合金预成形为焊料线预成形。
19.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述固体焊料合金预成形包括锡、银和铜，或铟和银。
20.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，形成所述边缘密封的步骤进一步包括：将所述部件加热至低于390℃的峰值温度。
21.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，形成所述边缘密封的步骤进一步包括：将所述部件加热至与所述固体焊料合金预成形的等浓度线温度至少一样高但高出不超过30℃的峰值温度。
22.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述第一层堆栈和所述第二层堆栈在各自被沉积的所述基板上冷却后立即被形成。
23.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述基板中的至少一个是被热处理的玻璃基板。
24.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中，所述基板中的至少一个是被热回火的玻璃基板。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，被热回火的各所述玻璃基板由于所述活性高能喷雾沉积和所述抽空相结合，损失不超过10％的回火强度。
26.一种制备真空绝缘玻璃VIG单元的方法，所述方法包括：
围绕第一基板和第二基板的第一主要表面的外围边缘形成多层涂层，各所述涂层分别从其被形成的所述基板向外依次包括：含有镍的层和含有银的层，各所述涂层在含有氧气的气氛中，利用高速线燃烧HVWC或高速氧燃料HVOF装置被选择性地沉积；
将多个隔片置于所述第一基板的所述第一主要表面上；
将焊料预成形置于所述第一基板的所述第一主要表面上所形成的涂层上并与其接触；
将所述第一基板和所述第二基板组合在一起，使其的所述第一主要表面彼此相对并形成部件；
加热至不超过250℃的峰值温度并在低于大气压的气氛中加热所述部件，从而软熔所述焊料预成形并形成边缘密封；
在形成所述边缘密封之后，在制备所述VIG单元时抽空形成于所述第一基板和所述第二基板之间的腔。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述焊料预成形包括锡、银和铜，或铟和银。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述焊料预成形基于锡并包括从以下组中选出的至少一种其他材料：后过渡金属或准金属；组13、14、15或16中的Zintl阴离子；以及过渡金属。
29.根据权利要求26-28中任何一项所述的方法，其中，所述含有镍的层厚度分别为10-20微米，所述含有银的层厚度为15-25微米。
30.一种真空绝缘玻璃VIG单元，使用任何上述权利要求中的方法被制备。
31.一种真空绝缘玻璃VIG单元，包括：
基本平行隔开的第一基板和第二基板，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个是热处理的玻璃基板；
多个隔片，配置在所述第一基板和所述第二基板之间；和
边缘密封，包括含有锡在内的合金材料，和从以下组中选出的至少一种其他材料：后过渡金属或准金属；组13、14、15或16中的Zintl阴离子；以及过渡金属，并且在其每一侧，分别从所述合金材料向外朝向所述第一基板和所述第二基板依次包括：至少一个金属间IMC层，活性高能喷雾沉积所配置的含有银的层，活性高能喷射沉积所配置的含有镍的层，
其中，所述含有银的层和所述含有镍的层(a)各自具有至少10MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度；(b)整体具有至少20MPa的粘合或结合强度，小于2微米的RMS粗糙度Ra，以及小于2％的孔隙度。
32.根据权利要求31所述的VIG单元，其中，所述含有镍的层分别包括镍和铬。
33.根据权利要求31-32所述的VIG单元，其中，所述合金材料包括锡、银和铜，或铟和银。
34.根据权利要求31-33所述的VIG单元，其中，被热处理的所述至少一个基板被热回火。
35.根据权利要求31-34所述的VIG单元，其中，被热回火的各基板由于所述含有银的层和所述含有镍的层被沉积以及所述边缘密封的形成，减少不超过10％的回火强度。
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