CN111051256A - 具有非玻璃芯体和玻璃包封物的层压制品及其方法 - Google Patents

具有非玻璃芯体和玻璃包封物的层压制品及其方法 Download PDF

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Abstract

一种层压片制品，包括：芯体，其包含电半导体或电导体；和在片制品的芯体的六侧中的至少四侧上的连续的玻璃包覆层。还公开了用于制造如本文定义的片层压制品的设备。还公开了制造和使用所述制品的方法。

Description

具有非玻璃芯体和玻璃包封物的层压制品及其方法
相关申请的交叉参引
本申请根据35U.S.C.§119要求2017年7月31日提交的系列号为62/539,124的美国临时专利申请以及2017年10月19日提交的系列号为62/574,433的美国临时专利申请的优先权权益，本申请以二者的内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。
本申请涉及以下共同拥有和转让的专利：2009年4月7日授予Bockco等人的题为“High-strength laminated sheet for optical applications(用于光学应用的高强度层压片)”的第7,514,149号美国专利以及2011年8月30日授予Coppola等人的题为“Laminated Glass Articles and Methods of Making Thereof(层压玻璃制品及其制造方法)”的第8,007,913号美国专利，以及涉及以下申请：Coppola等人于2012年5月24日提交的题为“Apparatus and Method for Control of Glass Streams in Laminate Fusion(用于层压熔合中玻璃流控制的设备和方法)”的第13/479,701号美国专利申请，Kersting等人于2012年7月26日提交的题为“Refractory Liner Structure and Use in GlassFusion Draw(耐火衬垫结构及在玻璃熔合拉制中的用途)”的第61/676,028号美国临时专利申请，以及Coppola等人于2016年1月18日提交的题为“Method and Apparatus forLaminate Fusion(用于层压熔合的方法和设备)”的第61/678,218号美国临时专利申请，其现为第14/905,926号美国专利申请，本文以上述内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
本文中提及的每种公开物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文。
背景
本公开涉及具有非玻璃芯体及包围非玻璃芯体的玻璃包封物的层压制品以及其方法，即，包含非玻璃芯体和包围的玻璃包覆的层压片制品。
发明内容
在实施方式中，本公开提供了用于制造具有非玻璃芯体层和包围该非玻璃芯体层的至少一个玻璃包覆层的完全包封的层压片制品的设备。
在实施方式中，本公开提供了改进的双坩埚设备及制造完全玻璃包封的层压片制品的方法，所述完全玻璃包封的层压片制品具有一个或多个非玻璃芯体和包围所述一个或多个非玻璃芯体的至少一个玻璃包覆层。
在实施方式中，本公开提供了用于制造层压片制品的方法，其包括用于生产非玻璃芯体层的狭缝拉制部分以及用于生产包围所述非玻璃芯体层的玻璃包覆包封物的熔合拉制部分。
在实施方式中，本公开提供了具有非玻璃芯体层和包围该非玻璃芯体层的玻璃包覆包封物的制品。
在实施方式中，非玻璃芯体层例如可以是半导体，包围非玻璃芯体层的玻璃包覆包封物例如可以是低熔玻璃或玻璃陶瓷。
在一些实施方式中，层压片制品包括芯体层和玻璃包覆层包封物，所芯体层包含电半导体或电导体；所述玻璃包覆层包封物在截面上包围所述芯体的主面和至少两个边缘。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，芯体层和包覆层的热膨胀系数(CTE)之差小于±5x 10-7/℃。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃包覆的主面的外部是原始的。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，芯体层是以下中的至少一种：Si、Ge、GaAs或其混合物，并且熔体粘度为0.01泊至100泊；并且包围芯体的玻璃包覆层包含熔体粘度为30,000泊至400,000泊且CTE可与芯体材料相容的玻璃。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，芯体层的厚度为0.1微米至100毫米，且宽度为0.09微米至9.99米；并且包围芯体的玻璃包覆层的层厚度为0.1微米至1,000微米，且层宽度为0.1mm至10米。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃芯体包含卤化物玻璃、卤氧化物玻璃、硫系化合物玻璃或其混合物；并且包封的玻璃包覆层在芯体的每个主面和片制品的至少两端或边缘上。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃芯体和包封的玻璃包覆层的熔点差为0℃至约400℃。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，用于制造本文所述制品的层压设备包括：第一坩埚，其挤出芯体层的片；以及包围第一坩埚的第二坩埚，其将玻璃包封层输送至芯体层的片的每个面和至少两个边缘以生产层压片制品，其中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度相对于另一坩埚是垂直可调的。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度的垂直可调性调节芯体层的相对流量和相对厚度、宽度或者相对流量和相对厚度及宽度，以及玻璃包封层的相对流量和相对厚度。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚包含铂；并且第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚包含侵蚀保护性石英表面涂层。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，层压设备还包括冷却棒、冷却辊、冷却流体射流或它们的组合，其位于所得到的层压片制品的一个或两个主面上。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些方面中，一种制造连续层压片的方法，所述片包括：芯体，其包含以下中的至少一种：电半导体材料、电导体材料或其组合；以及包覆层，其包含包围所述芯体的六侧中的至少四侧的玻璃；所述方法包括：连续狭缝挤出芯体片，以及将玻璃包覆层同时且连续地熔合拉制到芯体片的六侧中的至少四侧上，包括两个主侧，以生产具有包封结构的连续层压片。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，所述方法还包括：对连续的层压片进行区域澄清以增强芯体的结晶性。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，所述方法还包括：将连续的层压片卷绕成卷，或者将连续的层压片切割成单独的片。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，狭缝挤出在真空中、在惰性气氛中、在正压下或它们的组合中完成。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，芯体包含以下中的至少一种：Si、Ge、GaAs或其混合物，并且粘度为0.01厘泊至5,000厘泊；并且包围芯体的玻璃包覆层的粘度为30,000泊至400,000泊且CTE可与芯体材料相容。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，芯体的厚度为0.1微米至100毫米，且宽度为0.09mm至9.99米；并且包围芯体的玻璃包覆层的厚度为0.1微米至1,000微米，且宽度为0.1mm至10米。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，狭缝挤出在芯体的熔点以上完成；并且熔合拉制在玻璃的熔点以上完成。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃包覆层的宽度大于芯体的宽度。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃包覆层是在两个主面上以及在至少一个边缘或端部上完全包围芯体的包封物。
在可与任何其他方面或实施方式组合的一些实施方式中，玻璃包覆层是在两个主面上以及在全部的边缘和端部上完全包围芯体的包封物。
附图说明
在本公开的实施方式中：
图1示出了在双熔合层压设备中生产的示例性现有技术层压结构(100)的截面示意图，其具有芯体(110)以及在芯体的每个面上的包覆(120)。
图2A和2B示出了所公开的狭缝拉制-熔合片或层压包封结构的实例的截面示意图。
图3示出了本公开的示例性组合的狭缝拉制和熔合拉制设备的透视示意图。
图4A和4B示出了现有技术的双熔合设备(4A)和图3的现有技术设备示意图(4B)的截面图。
图5示出了所公开的垂直可调的双坩埚狭缝拉制层压设备的实例的透视示意图，以及截面图5A和5B。
图6A至6D示出了图5的公开的垂直可调的双坩埚狭缝拉制透视示意图的视图。
图7A和7B示出了具有相当的外尺寸及不同的芯体尺寸的两种公开的玻璃包覆包封的芯体样品的图像。
图8A和8B分别示出了图2A和2B的公开的狭缝拉制-熔合片的侧视图或正视图。
具体实施方式
下面参考附图(若有)对本公开的各个实施方式进行详细描述。参考各个实施方式不限制本发明的范围，本发明的范围仅受所附权利要求书的范围限制。此外，在本说明书中列出的任何实例都不是限制性的，并且仅列出了要求保护的本发明的诸多可能的实施方式中的一些实施方式。
定义
“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排他。
在描述本公开的实施方式中所使用的修饰例如组合物、制品或设备中成分的量、浓度、体积、工艺温度、工艺时间、产量、流率、压力、粘度等数值及其范围，或者部件尺寸等数值及其范围的“约”是指数量的变化，可发生在例如：用于制备材料、组合物、复合物、浓缩物、部件零件、制造制品或应用制剂的典型测定和处理步骤中；这些程序中的无意误差；用来实施所述方法的起始材料或成分的制造、来源、或纯度方面的差异中；以及类似的考虑因素中。术语“约”还包括由于组合物或制剂的老化而与特定的初始浓度或混合物不同的量，以及由于混合或加工组合物或制剂而与特定的初始浓度或混合物不同的量。
“任选的”或“任选地”意为随后描述的事件或情形可发生，或可不发生，而且该描述包括事件或情形发生的情况和所述事件或情形不发生的情况。
除非另有说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该/所述”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hrs”；表示克的“g”或“gm”；表示毫升的“mL”；表示室温的“rt”；表示纳米的“nm以及类似缩写)。
在组分、成分、添加剂、尺寸、条件、时间和类似方面公开的具体和优选的数值及其范围仅用于说明；它们不排除其他限定数值或限定范围内的其他数值。本公开的设备、制品和方法可包括本文所述的任何数值或者各数值、具体数值、更具体的数值和优选数值的任何组合，包括显义或隐义的中间数值和中间范围。
相关的文件例如包括：
上文提到的共同拥有的题为“High-strength laminated sheet for opticalapplications(用于光学应用的高强度层压片)”的第7,514,149号美国专利，其在13至14栏提到一种组合的熔合和狭缝拉制设备，还见于图15和16。
题为“Apparatus for manufacturing of laminated amorphous compositematerial by rapid solidification(通过快速固化的制造层压无定形复合材料的设备)”的JP2002003981A，其示出了用于生产具有非玻璃芯体及在芯体上的玻璃包覆层的圆柱或片状产品的表观双坩埚设备，其中，至少在该文献中的图4(a)中，22是芯体，而21和23是玻璃包覆层。
US 6,309,901提到了在半导体装置中的玻璃层压件，其在两个玻璃层之间包含非玻璃支承物，例如纸或金属，并且具有或不同有粘合层(参见第4栏)。
Tick的US 5,106,400提到了由液相线粘度低且工作范围窄的芯体和包覆玻璃形成玻璃预制件的设备和方法。该设备和方法可防止液体芯体和包覆复合物混合。
US 4,897,100提到了使用双坩埚使包覆和芯体氟化物玻璃成纤维的设备和方法以及所生产的复合物。
硅基电子部件或制品例如几乎仅可以常规的平面晶片形式来制造。平面晶片形式可用于生产各种基于结的构造。相较之下，垂直晶片形式不太常见。如果垂直构造可以进行缩放并且容易实现，则这样的方法可以为生产基于半导体的器件提供有利途径。
由康宁股份有限公司(Corning,Inc.)首创的CorelleTM工艺已经生产出了具有一些非凡强度性质的层压片。最近，康宁股份有限公司通过具有两个熔合管的双熔合拉制设备生产出了玻璃芯体和玻璃包覆层压件。然而，使用两个熔合管可能具有弊端，因为芯体(内部玻璃)和包覆(外部玻璃)需是可熔合相容的。因此，仅液相线粘度通常例如高于200,000泊的玻璃才能在双熔合拉制设备中令人满意地工作。
在实施方式中，本公开提供了用于制造具有半导体芯体和包封或包围所述芯体的玻璃包覆的层压片或层压制品的设备。
在实施方式中，本公开提供了一种制造连续层压片的方法，所述连续层压片包括：芯体，其包含以下中的至少一种：电半导体材料、电导体材料或其组合；以及包覆层，其包含包围所述芯体的至少四侧、五侧、或全部六侧(即整个芯体)的玻璃；
所述方法包括：连续狭缝挤出芯体片，以及将玻璃包覆层同时且连续地熔合拉制到芯体片的各个主面或主侧及各个次边缘上，以生产具有包封结构的连续层压片。
在实施方式中，所述方法还可包括对连续层压片进行区域澄清以增强芯体的结晶性，例如，从而生产单晶半导体芯体。
在实施方式中，所述方法还可包括将连续层压片卷绕成卷，或者将连续的片切割成单独的片或区段。
在实施方式中，同时挤出和拉制例如可在真空中、在压力下、在惰性气氛中或其组合中完成。
在实施方式中，芯体可包含以下中的至少一种：Si、Ge、GaAs或其混合物，并且粘度为0.01厘泊至5,000厘泊，例如0.5厘泊至1,000厘泊、1厘泊至500厘泊、10厘泊至100厘泊以及类似粘度，包括中间数值和范围；并且
包围芯体的玻璃包覆层可包含玻璃，所述玻璃的粘度为30,000至400,000泊，例如，10,000至100,000泊、10,000至50,000泊，且CTE可与芯体材料的CTE相容，即，该CTE与芯体材料的CTE的相对差为约±10％。
在实施方式中，芯体的厚度例如为20微米至10mm，并且宽度为0.1mm至10米，包括中间数值和范围；并且
包围芯体的玻璃包覆层的厚度和宽度大于芯体的厚度和宽度，例如，厚度为50微米至1,000微米，并且宽度为0.1mm至10米，包括中间数值和范围。
在实施方式中，芯体的狭缝挤出例如可在芯体的熔点以上完成，例如高50至200℃；并且玻璃包覆的熔合拉制可在例如玻璃的熔点以上完成，例如高50至100℃。
在实施方式中，玻璃包覆比芯体层的宽度更宽。
在实施方式中，玻璃包覆例如可以是完全包围芯体层的包封物。
在实施方式中，本公开提供了一种层压片制品，其包括：
芯体，其包含电半导体或电导体；和
玻璃包覆层，其位于片制品的芯体和端部的各个面上，即，玻璃包覆层在所有面和所有侧上完全包围芯体。
在实施方式中，芯体和包覆层的CTE差可小于约±5x 10-7。
在实施方式中，芯体和玻璃包覆层的熔点差可以是0至约400℃。
在实施方式中，制品的外部玻璃包封表面是原始的，即，不含缺陷、不含污染物、极其平坦、极其光滑、极小或可忽略的表面粗糙度，例如，如可通过熔合拉制设备或双熔合拉制设备及其方法所实现的。
在实施方式中，所公开的制品例如可通过用于制造上述玻璃包封的层压制品的层压设备来生产，所述层压设备包括：
挤出芯体片的狭缝挤出机；和
至少一个熔合拉制等压槽，其例如可包围、越过或以其他方式与狭缝挤出机配合以将玻璃层输送至挤出的芯体片的至少每个面和至少两个边缘。
在实施方式中，所述至少一个熔合拉制等压槽包括单个等压槽，其将玻璃层输送至芯体片的每个面，并且每个玻璃层具有相同的玻璃组成。
在实施方式中，所述至少一个熔合拉制等压槽包括两个等压槽，其各自将玻璃层输送至芯体片的每个面，并且每个玻璃层具有不同的玻璃组成。
在实施方式中，如果芯体材料可通过狭缝来输送，则可使用制造含新型层压件和玻璃结构的许多选择，因为芯体材料的粘度可远低于包覆玻璃的粘度，例如，200,000泊的包覆玻璃。
在实施方式中，在双坩埚设备中的液体(即，熔融)玻璃包覆的粘度可以是例如小于约50,000泊。
在实施方式中，在双坩埚设备中的液体芯体材料的粘度可以是例如约0.5至1,000厘泊。
在实施方式中，本公开提供了一种用于制造上述包封制品的层压设备，其包括：
挤出芯体片的第一坩埚；和
包围第一坩埚的第二坩埚，其将玻璃包封层输送至芯体片的每个面和至少两个边缘以生产层压制品，其中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度相对于另一坩埚是垂直可调的。
在实施方式中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度的垂直可调性调节芯体的相对流量和相对厚度、宽度或者相对流量和相对厚度及宽度，以及玻璃包封层的相对流量和相对厚度。
在实施方式中，第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚可由铂或者类似的耐热和侵蚀材料制造；并且第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚可具有任选的侵蚀保护性石英表面涂层。
在实施方式中，在所公开的层压设备中还可包括用于处理新的层压制品的冷却或加热构件，例如加热或冷却棒、加热或冷却辊、加热或冷却流体射流或其组合，其位于所得到的层压制品的一个或两个主面上。
在实施方式中，双坩埚设备例如可具有加热能力、冷却能力或者加热和冷却能力，以用于调节或调整液体芯体材料的流量。在实施方式中，双坩埚设备例如可具有阀或类似机构，以用于调节或调整液体芯体材料通过内坩埚的间隙或孔口的流量。
在实施方式中，在组合的狭缝拉制和熔合拉制设备中，液体玻璃包覆的粘度可以是例如约200,000至400,000泊。
在实施方式中，在组合的狭缝拉制和熔合拉制设备中，液体芯体材料的粘度可以是例如小于约50,000厘泊。
在实施方式中，在狭缝拉制熔合拉制设备中，芯体材料可以是除玻璃之外的材料，例如，金属、准金属或半导体材料的薄层，其从狭缝被输送到两个玻璃的粘弹性液体或类似片材之间以形成包围(当在截面中观察时)芯体材料的玻璃包封物。
在实施方式中，所公开的制品可利用在熔合管内具有狭缝拉制机的设备来制备，参见例如图3的透视图和图4B的截面图。
在实施方式中，所公开的设备提供了额外的设计选择，例如，可以不阻塞狭缝输送孔，或者可以将狭缝输送孔分隔或阻塞成一系列细缝或孔洞。分隔的狭缝孔允许建立或输送除连续芯体片之外的结构。例如，当选择孔洞几何结构为狭缝时，可制造中空的管或狭缝或者填充的管或狭缝的阵列。替代或附加地，可以对中空的管或狭缝结构进行组合，即，与填充的管或狭缝相邻或散布有填充的管或狭缝。中空的管或狭缝随后可被抽真空或用荧光气体填充。
在实施方式中，在共同拥有的US 7,514,149现有技术中提到的“熔合管中的狭缝拉制机”设备例如可在工件的芯体宽度上具有连续狭缝。
在实施方式中，在共同拥有的US 7,514,149现有技术中提到的“熔合管中的狭缝拉制机”设备可另外如本文公开地进行发明性修改，以具有例如在工件的芯体宽度上的间断狭缝，从而具有例如多个分开的狭缝或通道，并且可以对该多个分开的狭缝或通道进行选择或致动以例如接收熔融或液体芯体填料、气体或其组合。
在实施方式中，“熔合管中的狭缝拉制机”设备可提供未阻塞的狭缝。由于在狭缝拉制中液相线粘度不是问题，因此可选择粘度比包覆玻璃低的玻璃、金属或准金属用于芯体。具有较低粘度的玻璃、金属、准金属或其组合例如可以是卤化物玻璃、卤氧化物玻璃、硫系化合物玻璃和类似玻璃。具有高折射率或者任选地额外掺杂有稀土的玻璃、金属或准金属芯体可用于生产例如边缘收集太阳能面板、可充电手机面和类似装置。
在实施方式中，所公开的设备可提供具有金属芯体、准金属芯体或半导体芯体的层压件。对于金属芯体层或准金属芯体层，可利用所公开的设备制造利用如反射率(例如用于镜子)、磁性或电导率(例如电容器)之类性质的装置。对于半导体芯体层，可制备用于集成电路设计的全新平台，如果芯体层是例如极薄单晶时尤为如此。然而，甚至是无定形芯体结构或多晶芯体结构也可以是有用的。在所公开的完全玻璃包围的构造中，可以从一个或两个主面或侧部选择性地蚀刻掉或机械加工玻璃包覆层，从而提供垂直(即，平面外)构造的选择。
在实施方式中，本公开提供了用于制造层压片制品的方法，所述层压片制品具有例如半导体级硅芯体和例如包围所述芯体的一个或多个玻璃包覆层。层压片制品可用作结型装置的平台。可在组合了用于输送非玻璃芯体(例如金属或准金属)的狭缝拉制机和用于将玻璃包覆输送至芯体的熔合拉制管的设备中制造包封的层压片制品。
在实施方式中，本公开提供了层压片制品以及制造层压片制品的方法，所述层压片制品具有例如低熔玻璃芯体，例如卤化物玻璃、卤氧化物玻璃、硫系化合物玻璃和类似玻璃，以及具有例如包围低熔玻璃芯体的一个或多个玻璃包覆层。
在实施方式中，芯体和包层材料对可具有相当的CTE或接近CTE匹配。
在实施方式中，包覆材料在约50至150℃下，例如在约100℃下的熔体粘度可以为至少50,000泊。
在实施方式中，所公开的设备和方法具有例如允许制造用于半导体装置的新构造的优点。
在实施方式中，例如，如果选择银或锗作为芯体材料，则构建提供玻璃包覆层并且在比银或锗的熔点或软化点高约100℃(例如1050至1110℃)下操作的熔合拉制机且用于层压。用于包覆层拉制的构建的材料的选择例如可以是熔凝二氧化硅、锆石或氧化铝。然而，这些材料优选应进行与相应的芯体和玻璃熔体的相容性测试。熔合管的构造例如可以是中空箭头，其在两端闭合，并且具有对半切开尖端的狭缝。可在狭缝储器或室上方放置分离屏障或密封盖以与输送的熔合玻璃分离。狭缝例如可以足够地宽，以使得表面张力不会阻碍流动并且芯体液体的头部控制熔体通过狭缝的输送速率。经熔合拉制的玻璃包覆的粘度例如在1050℃下为至少200,000泊，并且相比于芯体，其具有小于约±5x 10-7的CTE相容性或者CTE差，在半导体应用中，熔合玻璃优选不含任何碱金属，因为碱金属可与芯体材料混合并使芯体材料的半导体性质中毒。在实施方式中，如果相比于芯体，CTE相容性或CTE差高于约±10x 10-7，则可能遇到所生产的包封的层压件可收缩或弱化。
在实施方式中，玻璃包覆包封物优选具有以下一项或多项：可相容的CTE；可与芯体材料相容的熔体粘度；以及化学相容性，即，没有不利的化学反应或化学相互作用。
参考附图，图1示出了在双熔合层压设备中生产的示例性现有技术(参见，例如Shay的第4,214,886号美国专利)层压结构(100)的截面示意图，其具有芯体(110)以及两个在芯体的各个主面上的相邻包覆层(120)。
图2A和2B示出了所公开的层压包封结构和制品的示意性截面实例，所述结构和制品可在图5和6的双坩埚层压设备或者图3和图4B的组合的狭缝拉制和熔合拉制设备中生产。图2A的制品(200)具有芯体(210)，其被完全包封在玻璃包覆(220)中。图2B可具有一个或多个芯体(210)，并且每个间断的芯体被完全包封在玻璃包覆(220)中。在实施方式中，图2B的制品(250)可具有被完全包封在玻璃包覆(220)中的一个或多个芯体(210)，替代或附加地，一个或多个芯体(260)可以例如是中空的或含有气体。
图3示出了示例性组合的狭缝拉制和熔合拉制设备(300)的透视示意图。所述设备具有至少一个可输送至分配狭缝(312)的熔融或液体金属或准金属芯体(310)的来源，至少一个可输送至例如等压槽(311)的熔融玻璃包覆(320)的来源，所述等压槽(311)可产生分开的玻璃流(325)，所述玻璃流与狭缝拉制芯体重新组合以包封芯体(315)。在图4B中可见到设备截面4B。在例如图2A或2B中可见到包封的层压件(工件和制品)截面2AB(2A和2B)。在替代性实施方式中，图3的组合的狭缝拉制和熔合拉制设备可具有至少一个固体金属(例如粉末、粒料、和类似固体形式)的来源，所述固体可以被输送到设备(300)的内部中的槽、容器或储器，在此处可发生熔化并且可对温度进行控制，随后再通过狭缝(312)或多个狭缝中的一个或多个狭缝分配液体金属熔体。
图4A和4B示出了现有技术的双熔合设备(4A)和图3的US 7,514,149的现有技术的组合熔合拉制和狭缝拉制设备的(4B)的截面图。图4A示出了现有技术的(参见上述USSN14/905,926和US 4,214,886)的双熔合设备(400)的截面示意图以及使来自上等压槽(410)的包覆玻璃流(420)通过间隙(450)流到来自下等压槽(430)的芯体玻璃流(440)上的过程。图4B是图3的设备(300)的透视图的截面4B的示意图(460)，其示出了等压槽(311)和狭缝(312)通道，所述等压槽(311)将分开的熔融包覆玻璃(325)流传送至芯体(315)，所述狭缝(312)通道将液体芯体材料(415)从储器或室(470)传送至芯体流和包覆流的会聚物。在实施方式中，储器或室(470)中的液体芯体材料(475)在储器材料(例如B2O3)的顶表面上可具有液体或固体保护层(未示出)。在实施方式中，可调整或预先选择狭缝(312)通道的尖端，以控制或改变芯体流相对于包覆流的厚度。在实施方式中，狭缝(312)通道的尖端可例如是正方形(平坦)、圆形或锥形。在实施方式中，出于拉动或搬运包封的层压片制品而非对片材进行淬火或夹持的目的，图3和4B的设备可具有任选的热调节辊(480)。在实施方式中，图3和4B的设备可具有外部对流(即，非接触)冷却单元(未示出)，例如导热金属板和液态或气态循环冷却剂源。在实施方式中，加热单元、冷却单元或二者可位于会聚的包封层压片制品的一侧或两侧上，并且例如可以有利于制造芯体具有显著单晶含量(例如区域澄清)的片制品。
图5示出了所公开的垂直可调的双坩埚狭缝拉制层压设备(600)的实例的透视示意图，以及截面图5A和5B。截面图5A示出了具有第一孔(615)的外坩埚(610)包围具有第二孔(625)的第二内坩埚(620)，所述第二孔(625)的长度和宽度比第一孔(615)小。水平截面图5B另外示出了狭缝区域(615)和(620)、热调节构件(650)、以及用于垂直调整坩埚(610)与(620)之间的相对高度的臂或杆(630)。
图6A至6D示出了图5的公开的垂直可调的双坩埚狭缝拉制层压设备(600)的透视图的各视图。图6A示出了包括可调杆(630)和截面A-A的一个侧视图。截面A-A还具有孔(615)和(625)的详细区域C，其在图6C中放大示出。图6B示出了包括一对示例性可调杆(630)中的一个可调杆和截面B-B的另一个侧视图。截面B-B还具有狭缝的详细区域D，其在图6D中放大示出。
图7A(端视图)和7B(侧视图)均示出了外尺寸相当的两种公开的玻璃包覆包封的芯体样品的示例性图像，所述样品例如完全包封(即，两个面和两个边缘或侧部均包封)的玻璃(包覆)和准金属(芯体)层压件，它们各自具有小的(左边)和较大的(右边)锗芯体，并且厚(左边)或薄(右边)的玻璃包封物或玻璃包围所述芯体。
图7A和7B示出了具有锗芯体和包围的玻璃包封物或玻璃[厚包覆(左)；厚芯体(右)]的准金属(芯体)和完全包封的玻璃(包覆)层压件的两个样品的图像。美国林肯便士币提供尺度参比。
图8A和8B分别示出了图2A和2B的截面中所示制品的正视图，包括具有被完全包封在玻璃包覆(220)中的芯体(210)的图2A。图2B的制品可具有可被玻璃(220)包围或包封的多个间断的芯体(210)，或者一个或多个间断的芯体(210)和一个或多个中空芯体(260)或含有气体的芯体(260)。框形箭头表示片材挤出和拉制过程方向，以及工件的前缘(第五侧)。在实施方式中，可通过例如切割连续的片材，或者例如终止芯体流同时短期维持包覆流来完成工件的后缘上的包覆包封，以生产芯体完全被包覆玻璃包封或包围(即，在全部的六侧上)的层压片。
实施例
以下实施例展示了所公开的层压设备、层压制品的制造、使用和分析，以及根据上述一般程序所进行的方法。
实施例1(预测性)
半导体芯体玻璃包覆层压件对于通过狭缝拉制机的半导体芯体输送，选择硅(MP1412C，膨胀26)作为芯体。表1A列出了选择用于包覆层的示例性玻璃，所述玻璃的CTE大致匹配芯体的CTE(例如，正或负约10％)。在实施方式中，包覆玻璃优选不含碱金属以避免污染半导体Si芯体。表1B列出了无碱金属的包覆玻璃组合物的实例。
表1A：用于硅芯体层压件的包覆玻璃组合物对。
Figure BDA0002379438890000131
Figure BDA0002379438890000141
表1B：用于硅芯体层压件的无碱金属的包覆玻璃组合物对。
Figure BDA0002379438890000142
实施例2
半导体芯体玻璃包覆层压件对于通过狭缝拉制机的半导体输送，选择锗(mp 938℃，热膨胀系数5.9x10-6/℃)作为芯体材料。表2列出了选择用于包覆层的示例性玻璃，所述玻璃的CTE大致匹配芯体的CTE(例如，正或负10％)。在实施方式中，包覆玻璃优选不含碱金属以避免污染产品制品中的半导体芯体。
表2：适于锗芯体和玻璃包覆层压对的包覆玻璃组合物。
成分 玻璃重量％
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 11.5
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 8.49
CaO 5.21
MgO 1.3
SrO 1.29
SiO<sub>2</sub> 62.89
BaO 3.91
实施例3(预测性)
半导体芯体玻璃包覆层压件对于通过狭缝拉制机的半导体输送，选择GaAs(mp1238℃，热膨胀系数6.8x 10-6/℃)作为芯体材料。表3A列出了选择用于包覆层的示例性玻璃，所述玻璃的CTE大致匹配芯体的CTE(例如，正或负10％)。GaAs芯体狭缝拉制要求超压以最大程度地减少Ga蒸发损失，例如在GaAs生产芯体***中为1,400psi。优选地，玻璃包覆的粘度可比芯体的粘度高50,000泊，并且CTE差在约±5x 10-7以内。在实施方式中，包覆玻璃优选不含碱金属或具有极低的碱金属含量以避免或最大程度地减少对半导体GaAs芯体的污染。表3B列出了可与GaAs芯体相容的低碱金属包覆玻璃组合物对的两个实例(玻璃1和2)。
表3A：适于与GaAs芯体层压件成对的包覆玻璃组合物。
成分 玻璃重量％ 玻璃重量％ 玻璃重量％
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 20.58 19.48 -
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.55 - -
CaO 0.03 0.04 -
MgO 1.51 2.77 6.53
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.0x 10<sup>-4</sup> - -
SiO<sub>2</sub> 62.89 64.59 77.9
BaO - - -
SnO<sub>2</sub> 0.14 0.23 0.24
ZrO<sub>2</sub> 0.01 - -
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.012 0.02 0.0571
K<sub>2</sub>O 7.0x 10<sup>-3</sup> - 15.27
Na<sub>2</sub>O 11.38 12.85 -
Cl - 1.0x 10<sup>-2</sup> -
TiO<sub>2</sub> - 1.0x 10<sup>-2</sup> -
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - - 6.48x 10<sup>-4</sup>
NiO - - 1.2x 10<sup>-4</sup>
表3B：用于与GaAs芯体层压件成对的低碱金属包覆玻璃组合物。
Figure BDA0002379438890000151
Figure BDA0002379438890000161
已经参考各种具体实施方式和技术描述了本公开。但是，可以做出许多变化和改进而仍旧在本公开的范围内。

Claims (21)

1.一种层压片制品，包括：
芯体层，其包含电半导体或电导体；和
玻璃包覆层包封物，其在截面中包围芯体的主面和至少两个边缘。
2.如权利要求1所述的制品，其中，芯体层和包覆层的热膨胀系数(CTE)之差小于±5 x10-7/℃。
3.如权利要求1所述的制品，其中，玻璃包覆层的主面的外部是原始的。
4.如权利要求1所述的制品，其中：
芯体层是以下中的至少一种：Si、Ge、GaAs或其混合物，并且熔体粘度为0.01泊至100泊；并且
包围芯体的玻璃包覆层包含熔体粘度为30,000泊至400,000泊且CTE可与芯体材料相容的玻璃。
5.如权利要求1所述的制品，其中：
芯体层的厚度为0.1微米至100毫米，并且宽度为0.09微米至9.99米；并且
包围芯体的玻璃包覆层的层厚度为0.1微米至1,000微米，并且层宽度为0.1mm至10米。
6.一种层压片制品，包括：
玻璃芯体，其包含卤化物玻璃、卤氧化物玻璃、硫系化合物玻璃或其混合物；和
在所述片制品的芯体的各主面和至少两个端部或边缘上的包封的玻璃包覆层。
7.如权利要求6所述的制品，其中，玻璃芯体和包封的玻璃包覆层的熔点差是0℃至约400℃。
8.一种制造如权利要求6所述的制品的层压设备，包括：
挤出芯体层片的第一坩埚；和
包围第一坩埚的第二坩埚，其将玻璃包封层输送至芯体层片的各个面和至少两个边缘以生产层压片制品，
其中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度相对于另一坩埚是垂直可调的。
9.如权利要求8所述的层压设备，其中，第一坩埚和第二坩埚中的至少一者或两者的相对高度的垂直可调性调节芯体层的相对流量和相对厚度、宽度或者相对流量和相对厚度及宽度，以及玻璃包封层的相对流量和相对厚度。
10.如权利要求8所述的层压设备，其中，第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚包含铂；并且其中，第一坩埚、第二坩埚或者第一坩埚和第二坩埚包含侵蚀保护性石英表面涂层。
11.如权利要求8所述的层压设备，其还包括冷却棒、冷却辊、冷却流体射流或它们的组合，其位于所得到的层压片制品的一个或两个主面上。
12.一种制造连续层压片的方法，所述连续层压片包括：芯体，其包含以下中的至少一种：电半导体材料、电导体材料或其组合；以及包覆层，其包含包围所述芯体的六侧中的至少四侧的玻璃；所述方法包括：
连续狭缝挤出芯体片，并且同时
将玻璃包覆层连续地熔合拉制到芯体片的六侧中的至少四侧上，包括两个主侧，以生产具有包封结构的连续层压片。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括：
对连续层压片进行区域澄清以增强芯体的结晶性。
14.如权利要求12所述的方法，其还包括：
将连续层压片卷绕成卷，或者将连续层压片切割成单独的片。
15.如权利要求12所述的方法，其中，狭缝挤出在真空中、在惰性气氛中、在正压下或它们的组合中完成。
16.如权利要求12所述的方法，其中：
芯体包含以下中的至少一种：Si、Ge、GaAs或其混合物，并且粘度为0.01厘泊至5,000厘泊；并且
包围芯体的玻璃包覆层的粘度为30,000泊至400,000泊，且CTE可与芯体材料相容。
17.如权利要求12所述的方法，其中：
芯体的厚度为0.1微米至100毫米，并且宽度为0.09mm至9.99米；并且
包围芯体的玻璃包覆层的厚度为0.1微米至1,000微米，并且宽度为0.1mm至10米。
18.如权利要求12所述的方法，其中：
狭缝挤出在芯体的熔点以上完成；并且
熔合拉制在玻璃的熔点以上完成。
19.如权利要求12所述的方法，其中，玻璃包覆层的宽度大于芯体的宽度。
20.如权利要求12所述的方法，其中，玻璃包覆层是在两个主面上以及在至少一个边缘或端部上完全包围芯体的包封物。
21.如权利要求12所述的方法，其中，玻璃包覆层是在两个主面上以及在所有的边缘或端部上完全包围芯体的包封物。
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