专利名称：气密的密封产品和相关制造方法
技术领域：
本发明包括通过使用可变形材料和反应性(reactive)多层连接材料气密地密封封装元件。反应性多层连接材料可以包括反应性多层箔和可熔材料(fusible material)。
背景技术：
气密密封用于保护许多灵敏器件，使之免于暴露到有害环境而受损伤。这种灵敏器件的例子包括光学器件、光子器件、光纤、MEMS和生物医学器件。通常，通过将灵敏元件封闭在密闭的封装中来实现密封，有效地将元件与环境隔离。
用于密封灵敏器件和元件的简单方法存在多种。在这些方法中，使用粘接剂、环氧树脂、和机械紧固件。但是，这些方法的每一种都存在妨碍有效密封的缺点。例如，当暴露到热和湿气中时，粘接剂和环氧树脂会老化。在另一个例子中，机械紧固件要求严格的加工公差并潜在地可靠性较低(即，没有提供充分密闭的封装)。
对于高端应用，优选的密封方法包括激光焊接、电子束焊接、和热敏电阻焊接。当仔细应用时，这些方法可以获得较强的、基本密闭的、均匀的焊接，从而非常有效地将渗漏速率限制到非常小的值。但是，这些方法也有缺陷。例如，实现这些方法需要严格的公差并且资金成本很高。其它的缺陷包括需要表面处理(例如，在实施密封处理后对封装进行抛光和机械加工)，以及密封处理对连接的封装材料造成热损伤，甚至在极端情况下，导致封装和设置在其中的元件两者的损失的可能性。因此，需要用于气密地密封灵敏元件和器件的改进的更有效的装置。
用于气密地密封灵敏元件和器件的一种改进方法是反应性多层连接。反应性多层连接是相对较新的连接技术，其基于将反应性多层箔夹在两层可熔材料和两个要连接的元件之间，然后，点燃箔。箔的点燃启动自传播(self-propagating)反应，其导致反应性箔的温度迅速升高。反应释放的热熔化可熔材料层，并且在冷却时，将两个元件接合在一起。
反应性多层连接为人们所知已经很长时间了。这种工艺在美国专利No.5,381,944中已经有详细描述，该申请的全部内容在此并入作为参考。在2000年5月2日提交的、题为“Reactive Joining Using Multilayer Materials(使用多层材料的反应性连接)”的美国临时专利申请No.60/201,292中公开了对于美国专利No.5,381,944中的工艺的几个改进，该申请的全部内容在此并入作为参考。在反应性连接工艺中使用的反应性多层是纳米结构材料，其一般通过汽相沉积成百上千的纳米级的层来制作形成，这些纳米级的层在具有较大的混合负反应热的诸如Ni和Al的元素之间交替。这些方法的各种实施在下列公开中披露，其全部在此并入作为参考美国专利号No.5,538,795；美国专利号No.5,547,715；在2003年9月1日出版的“Applied Physics(应用物理)”杂志94(5)卷、题为“Deposition and Characterization of aself-Propagating CuOx/Al Thermite Reaction in Multilayer Foil Geometry(多层箔几何学中自传播CuOx/Al铝热剂反应的沉积和表征)”的文章；2001年5月1日提交的美国专利申请No.09/846,486(美国专利申请No.20020182436)；和由D.A.Glocker和S.l.Shah编辑的“Handbook of Thin Film ProcessTechnology(薄膜处理技术手册)”的1998版本中的题为“Self-PropagatingReactions in Multilayer Materials(多层材料中的自传播反应)”的文章。用于制作纳米结构反应性多层的其它方法包括美国专利No.6,543,194中描述的机加工(该申请的全部内容在此并入作为参考)和电化学沉积。
但是，用反应性多层连接的密封封装不能生产具有高端元件所需的可接受低渗漏速率的封装。这种失败可以追朔到两种公知的效应(i)由于反应造成的反应性箔的致密化，和(ii)从反应温度到室温冷却时箔的收缩。这两种效应导致沿箔形成裂缝，而这些裂缝随后用软焊料(molten solder)或铜焊(braze)填充的。结果，反应性连接结构由用可延展的焊料或铜焊点阵封闭的脆性材料(经反应的箔)构成。尽管这种可以用光学显微镜确认的结果对于形成机械强连接是必需的，但是由于在反应中形成的一些裂缝并没有完全用可熔材料填充，所以密封可能失效，或者不能实现目标的渗漏速率。因此，目前反应性连接没有提供能够一贯地形成高端气密密封的适合装置。
发明内容
本发明的实施例包括用于密封容器的方法。该方法包括提供所述容器的至少两个元件；在所述至少两个元件之间安置可压扁材料(crushablematerial)；在所述至少两个元件之间安置反应性多层材料；使所述可压扁材料变形，从而在所述至少两个元件之间形成密封；和化学转变所述反应性多层材料，从而连接所述至少两个元件。
在各种实施例中，本发明可以包括以下特征中的一个或者多个在所述至少两个元件之间安置可熔材料；所述化学转变反应性多层材料的步骤可以包括转变所述可熔材料，从而连接所述至少两个元件；所述反应性多层材料可以包括反应性多层箔；所述反应性多层材料可以包括可熔材料；所述密封可以是气密密封；所述化学转变反应性多层材料的步骤可以在所述至少两个元件之间形成另一密封；所述另一密封可以是气密密封；所述使可压扁材料变形的步骤可以包括向所述至少两个元件中的至少一个施加力；确定所述密封的质量；所述确定密封的质量的步骤可以包括确定所述密封的渗漏速率；提供所述密封的预定质量参数；所述确定密封的质量的步骤可以包括确定所述密封的质量是否在所述预定质量参数内；所述化学转变反应性多层材料的步骤可以包括点燃所述反应性多层材料的至少一部分；所述使可压扁材料变形的步骤可以将所述容器内部与外部环境密封隔开；可以基于所述密封的期望强度选择所述反应性多层材料；所述可压扁材料可以发生永久变形；所述可压扁材料可以发生可逆变形；所述可压扁材料可以包括软金属；所述可压扁材料可以包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个；所述可压扁材料可以包括可压缩聚合物；所述可压扁材料可以包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个；所述可压扁材料可以相对外部环境位于所述反应性多层材料的内侧；在所述至少两个元件之一上设置一凹槽；所述安置可压扁材料的步骤可以包括将所述可压扁材料放置在所述凹槽中；在所述至少两个元件之一上设置一突起；所述使可压扁材料变形的步骤可以包括使所述可压扁材料抵靠所述突起而变形；在所述至少两个元件的另一个上设置另一突起；所述使可压扁材料变形的步骤可以包括使所述可压扁材料抵靠所述另一突起而变形；在所述至少两个元件之一上设置一凹槽；所述使可压扁材料变形的步骤可以包括使所述可压扁材料变形进入所述凹槽；在所述至少两个元件之一上设置一角部；所述安置可压扁材料的步骤可以包括将所述可压扁材料放置在所述角部上；在所述至少两个元件之一上设置一角部；所述使可压扁材料变形的步骤包括使所述可压扁材料变形进入所述角部；所述至少两个元件中的一个可以是一盖，而所述至少两个元件中的另一个可以是一容器主体。
本发明的另一实施例包括一种密封产品。该密封产品包括限定出一容器的至少两个元件；设置在所述至少两个元件之间的可压扁材料，该可压扁材料处于变形状态，并且在所述至少两个元件之间形成一密封；和设置在所述至少两个元件之间并连接所述至少两个元件的反应性多层材料的化学转变的残留物。
在各种实施例中，本发明可以包括以下特征中的一个或多个所述反应性多层材料可以包括反应性多层箔；所述反应性多层材料可以包括可熔材料；所述可熔材料可以连接所述至少两个元件；可以在所述至少两个元件之间设置可熔材料；所述可压扁材料可以位于所述反应性多层材料的化学转变的残留物的内侧；所述可压扁材料和所述化学转变的残留物可以共同作用以在所述至少两个元件之间形成一气密密封；所述可压扁材料可以发生永久变形；所述可压扁材料可以发生可逆变形；所述可压扁材料可以包括软金属；所述可压扁材料可以包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个；所述可压扁材料可以包括可压缩聚合物；所述可压扁材料可以包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个；所述可压扁材料可以至少部分地设置在所述至少两个元件之一的一凹槽中；所述可压扁材料可以至少部分地设置在所述至少两个元件中另一个的另一凹槽中；所述可压扁材料可以对着所述至少两个元件之一上的一突起设置；所述可压扁材料可以对着所述至少两个元件的另一个上的另一突起设置；所述可压扁材料可以设置在所述至少两个元件之一的一角部上；所述至少两个元件中的一个可以是一盖，而所述至少两个元件中的另一个可以是一容器主体。
本发明的另一个实施例包括一种用于形成密封容器的成套器具。该成套器具包括在被连接时限定出所述容器的至少两个元件；构造成位于所述至少两个元件之间的可压扁材料；构造成位于所述至少两个元件之间的反应性多层材料。变形状态的所述可压扁材料用于在所述至少两个元件之间充分形成一密封。所述反应性多层材料的至少一部分被化学转变，以连接所述至少两个元件。
在各种实施例中，本发明可以包括以下特征中的一个或多个所述反应性多层材料可以包括反应性多层箔；所述反应性多层材料可以包括可熔材料；所述可熔材料可以连接所述至少两个元件；可以在所述至少两个元件之间设置可熔材料；所述可压扁材料可以位于所述反应性多层材料的化学转变的残留物的内侧；所述可压扁材料和所述化学转变的残留物可以共同作用以在所述至少两个元件之间形成一气密密封；所述可压扁材料可以发生永久变形；所述可压扁材料可以发生可逆变形；所述可压扁材料可以包括软金属；所述可压扁材料可以包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个；所述可压扁材料可以包括可压缩聚合物；所述可压扁材料可以包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个；所述至少两个元件中的一个可以包括至少部分地接收所述可压扁材料的一凹槽；所述至少两个元件中的另一个可以包括至少部分地接收所述可压扁材料的另一凹槽；所述至少两个元件中的一个可以包括对着所述可压扁材料设置的一突起；所述至少两个元件中的另一个可以包括对着所述可压扁材料设置的另一突起；所述至少两个元件中的一个可以包括接收所述可压扁材料的一角部；所述至少两个元件中的一个可以是一盖，而所述至少两个元件中的另一个可以是一容器主体。
本发明的另一个实施例包括一种密封测试装置。该密封测试装置包括一腔室；一用于向设置在所述腔室中的一容器施加压力的器械；一用于提供气体以及从所述腔室排出气体的端口；一用于启动所述反应性多层材料的化学转变的触发器；和一用于检测来自所述容器的渗漏的渗漏检测器。
在各种实施例中，本发明可以包括以下特征中的一个或多个所述反应性多层材料可以是反应性多层箔；所述器械可以是一推杆；所述腔室可以是一真空腔；所述端口可以用于在所述腔室中形成真空；所述端口可以连接至一气源；所述端口可以连接至一真空源。
应该理解，以上的概述和以下的详细描述仅仅是示例性的和说明性的，而对要求保护的本发明并没有限制作用。
结合在内并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的一个(多个)实施例，其与说明书一起用于阐述本发明的原理。
图1A-1B是根据本发明另一实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；
图2A-2B是根据本发明另一实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图3A-3B是根据本发明另一的实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图4A-4B是根据本发明另一的实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图4C是根据本发明另一的实施例的密封产品的一部分的示意图；图4D是根据本发明另一的实施例的密封产品的一部分的示意图；图5A-5B是根据本发明另一实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图6A-6B是根据本发明另一实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图7A-7B是根据本发明另一的实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图7C-7D是根据本发明另一实施例的密封产品和密封产品的一部分的元件的不同示意图；图8是是根据本发明另一实施例的密封测试装置的示意图。
具体实施例方式
现在参照附图中图示的示例，详细解释本发明的示例性实施例。只要可能，在所有附图中相同的附图标记指的是相同或相似部件。
图1-8示出气密的密封产品和相关制造方法的各种示例性实施例。气密的密封产品可以包括机械密封和反应性多层连接的明智组合。特别是，气密的密封产品包括以下组合(1)“可压扁的”或“柔软的”材料，当其在压力条件下充分变形时，在器件和环境之间产生高质量的密封，和(2)反应性多层连接，在所施加的使“可压扁的”或“柔软的”材料变形的力(例如，压力)撤除后，该反应性多层连接保持密封的机械完整性。
用于制造气密的密封产品的方法示例性实施例包括(a)在限定出封装空间的两个或多个元件之间安置一种或多种可压扁材料，(b)在所述两个或多个元件(例如，盖和容器)之间安置一个或多个反应性多层箔，(c)在组件(例如，所述两个或多个元件中的至少一个元件)上施加压力，以便使可压扁材料变形，从而将封装空间与外部环境密封隔开，和(d)点燃所述一个或多个反应性多层箔，以形成反应性多层连接。
可压扁材料可以呈线、衬垫、垫片、和/或在压力条件下可变形的任何其它合适材料的形式。变形可以是永久或可逆的，其使得当在可压扁材料上施加压力时，在两个或多个元件之间和/或在可压扁材料上形成密封。线、衬垫、垫片、和/或任何其它合适材料的直径范围从1毫米到1厘米，并且/或者这些材料的长度范围可以从几毫米到大于一米。但是，本领域的普通技术人员明白，可压扁材料可以具有任何合适的形状、横截面等，并且/或者可以具有任何合适的尺寸。
有些可压扁材料可以永久变形(即，塑性变形)，同时仍然保持足够的机械强度来保持密封，包括在封装空间和外部环境之间存在压力差时。可以永久变形的可压扁材料的示例包括软金属，例如铜、金和/或铝。可以永久变形的可压扁材料的其它示例可以包括硬芯(例如，不锈钢)和软外壳(例如，铜和/或铝)。
其它可压扁材料在加压期间可以可逆地变形(即，一旦压力撤除，可压扁材料基本上恢复到其原始结构)。这种可逆的可压扁材料包括聚合材料(例如，丁纳橡胶、硅橡胶、和/或氟橡胶)。可逆的可压扁材料具有可以在变形后再使用的优点。
其它的可压扁材料可以包括围绕着弹簧状材料(例如，不锈钢)的、易变形材料(例如，铜和/或铝)构成的外壳。在此提出的一些可压扁材料可以重复使用，而其它材料只用于单次使用。
制造气密密封产品的方法可以包括一个或多个反应性多层连接方法，在美国专利No.5,381,944，2001年5月1日提交的美国专利申请No.09/846,486(美国专利申请公报No.20020182436)，和2000年5月2日提交的美国临时专利申请No.60/201,292中公开了这种连接方法的示例，上述所有申请的全部内容在此并入作为参考。
制造气密密封产品的方法还可以包括用于在两个或多个元件之间获得足够连接强度的一种或多种方法。由于在作用于封装元件上的、之前用于保持可压扁材料的变形的压力被释放后，需要连接能够保持可压扁材料的变形，所以对于密封所需的强度会增大。例如，连接的强度应该足以经受住对气密密封产品碰撞或其它外力，而同时在压力从封装元件撤除后，保持可压扁材料的变形，从而保持密封。
用于反应性连接处理的可熔材料(例如，焊料或铜焊)可以基于一个或多个相关的因素来选择。这些因素中的一些可以包括强度要求(例如，由于使用的可压扁材料的类型)、抗热疲劳性、抗腐蚀性、低干扰(splatter)、和/或蒸汽散发。如果密封器件通常在使用过程中经受高温，则优选使用铜焊作为可熔材料。
图1A和1B示出了气密密封产品10和相关制造方法的示例性实施例。如图1A和1B所示，线衬垫(wire gasket)11和其它可压扁的(即，可变形)材料11可以位于封装元件之一的一部分(例如盖13的凹槽12)中。凹槽12可以利用任何合适的方法在封装元件(例如，盖13)中形成。反应性多层箔14可以位于两个和多个封装元件(例如，盖13和容器17)中的一个和多个表面15、16上以及/或者表面15、16之间。封装元件13、17可以限定出其中可以放置器件21的封装空间18。反应性多层箔14也可以位于一层或多层可熔材料20之上和/或位于一层或多层可熔材料20之间。可压扁材料11则可以通过例如利用合适的方法施加压力到封装元件之一的任何合适部分(例如，盖13的顶部)上，在一个封装元件13的凹槽12和另一封装元件17的表面16之间变形。可压扁材料11的这种变形可以从外部环境密封封装空间18和/或器件21。然后，可以点燃反应性多层箔14，在封装元件之间，例如盖13和容器17之间形成很强的机械连接。这种很强的机械连接可以通过将可熔材料20连接到封装元件13、17或直接连接封装元件13、17而形成。然后，可以去除所述一个或多个封装元件上的压力，得到密封封装10，其被构造用于在相当长的时间里保持具有充分完整性的充分密闭的密封。
在各种实施例中，反应性多层箔、连接材料、和/或其它合适的“可熔”材料可以位于反应性多层的任意侧和/或任意部分。可熔材料层可以是任何合适的形式，例如，独立式的片、预沉积到封装元件(例如，容器和/或盖)上的层、和/或预沉积到箔表面上的层。美国专利No.5,381,944、2001年5月1日提交的美国专利申请No.09/846,486(美国专利申请公报No.20020182436)、和2000年5月2日提交的美国临时专利申请No.60/201,292公开了这些以及其它合适的形式。可熔材料的示例包括焊料铜焊。焊料和/或铜焊可以沉积在封装元件上，可以是位于箔和/或封装元件之间的独立式的片，并且/或者可以沉积在箔表面上。
图2A和2B示出气密密封产品30和相关制造方法的另一示例性实施例。该实施例与图1A和1B阐述的实施例基本相似，只是封装元件之一(例如，容器31)的表面可以包括构造成与设置在另一封装元件34上的可压扁材料33相互作用的突起32(例如，凸脊)。例如，突起32可以基本上设置成与另一封装元件(例如，顶盖34)上的凹槽35相对。突起32可以具有任何合适的形状和/或尺寸，例如，如图2A和2B所示的凸脊形状，并可以用任何合适的方法形成于封装元件31的表面36上。该构造的优点在于由于设置在封装元件中或其上上的可压扁材料33与突起32之间相互作用，使可压扁材料(例如，线衬垫33)变形所需的压力比图1的构造要小。
图3A和3B示出气密密封产品50和相关制造方法的又一示例性实施例。该实施例与图1A-1B和图2A-2B阐述的实施例基本相似，只是可压扁材料(例如，线衬垫51)设置在封装元件之一(例如，顶盖53)的凹槽52中，并在变形前设置在与另一封装元件(例如，容器55)上的相对凹槽54(例如，沟槽)大致相对。沟槽54或凹槽54可以设置在封装元件55的表面56上，该表面56高出另一表面57，所述表面57上例如可以设置反应性箔58。在变形过程中，可压扁材料51在凹槽52和沟槽54之间变形。这种构造的优点是沟槽54或凹槽54比图2A-2B中的突起32更容易加工，并且在处理过程中，比图1A-1B中的光滑表面16或图2A-2B中的突起32更不容易受损伤。使可压扁材料51变形以形成密封所需的压力与向图2A-2B中的构造施加的相似(即，低于施加给图1A-1B的构造中的压力)。
本领域的普通技术人员认识到在此阐述的任何实施例的任何特征可以颠倒、互换、和/或与在此阐述的任何其它特征组合。例如，图4A和4B示出与图1A和1B结构相似的结构，只是可压扁材料71设置在容器73的凹槽72中，并且盖的相应表面构成与反应性多层相互作用。在另一示例中，图4C示出与图2A和2B结构相似的结构，只是可压扁材料81设置在容器83上的凹槽82，而突起84设置在盖85上。在又一示例中，图4D示出与图3A和3B结构相似的结构，只是可压扁材料91设置在容器93上的凹槽92，而相对的沟槽94或凹槽94位于盖95上。
图5A和5B示出气密的密封产品100和相关制造方法的又一示例性实施例。在该实施例中，可压扁材料(即，线衬垫101)设置在封装元件之一(例如，容器103)中经机加工(或其它加工)的角部102中。因此，与在此阐述的其它实施例不同，需要在一个或多个封装元件上进行额外的机械加工(或别的加工)步骤，以便使可压扁材料101和/或反应性多层104实现满意的配合。当压力施加到一个或多个封装元件上时，可压扁材料101在另一封装元件的一部分(例如，盖106上的表面105)的作用下在角部102中变形，从而密封由封装元件(例如，盖106和容器103)限定的封装内部空间107。然后，触发和/或点燃反应性多层104的反应性多层箔108，以便连接封装元件的基本相邻部分(例如，盖106和容器103的外唇缘)，并且/或者将可熔材料109接合至封装元件103、106。从而，实现密封的长期完整性。这种密封结构和/或方法的实现是有利的，因为它比在图1A-4D阐述的结构和/或方法要求更小的密封压力(例如，用于使可压扁材料变形)。该结构的另一优点与图1A-4D阐述的结构和/或方法一样，即，在可压扁材料的变形没有形成充分密封的情况下，在触发(例如，点燃)反应性多层箔之前，可以清除可变形材料，可以用其它可压扁材料重复进行密封工序。
图6A和6B示出气密的密封产品120和相关制造方法的又一示例性实施例。在该实施例中，两个或多个封装元件123、124的相对表面121、122包括构造成与可压扁材料127相互作用的突起125、126(例如，锐利的边缘凸脊)。为了保持它们的锐利，在放置可压扁材料127之前，需要对凸脊125、126进行保护。当两个或多个封装元件123、124在密封之前对准时，它们相应的凸脊125、126基本上彼此相对。凸脊125、126至少相对衬垫、垫片、和/或其它合适的可压扁材料127是硬质材料。衬垫、垫片、或任何其它合适的更柔软(例如，相对凸脊125、126和/或封装元件123、124)和/或可压扁材料127可以放在相应的凸脊125、126之间。衬垫127和/或垫片127需要正确地安置在凸脊125、126上，以便在变形时形成有效的密封。密封可以通过在一个或多个封装元件123、124上施加足够的压力来进行，从而较硬的锐利边缘凸脊125、126适当地使较软的可压扁材料127变形。这种方法的潜在优势包括(1)与其它材料相比，简单的衬垫和/或垫片更容易加工，(2)对表面平面度和表面光洁度(例如，封装元件的)的要求较低，和/或(3)相对例如在此阐述的其它实施例，使可压扁材料变形并形成合适的密封所需的压力较小。
图7A和7D示出气密的密封产品140、160和相关制造方法的其它示例性实施例。在这些实施例中，可以不使用的柔软衬垫、垫片、或其它分离的可压扁材料，作为替代，可以使用封装元件142、162之一上的锐利边缘凸脊141、161或突起141、161，直接压向和/或压入另一封装元件143、163的较软的表面。优选，对较软材料或较硬材料进行选择，以避免电耦合(galvanic couple)。图7A和7B示出容器142的锐利边缘凸脊直接压向和/或压入较软材料的盖143中的实施例。图7C和7D示出盖162的锐利边缘凸脊直接压向和/或压入较软材料的容器163中的实施例。本领域的普通技术人员应该理解，在封装元件之间实现密封所必须的是例如仅仅每个封装元件的一部分由较硬和/或较软的材料制成。这些设计的一些优点包括较低的机械加工作用力(即，更容易加工)以及不需要线、衬垫、垫片、和/或其它分离的可压扁材料。该实施例、尤其是图7A和7B的配置的一个另外的优点是，如果发现密封不充分，可以去除和/或更换没有特殊几何特征的封装元件(例如，在图7A和7B中的盖143，或在图7C和7D中的容器163)。其它元件可以重复使用。另一优点是，因为由较软和/或可压扁材料制成的封装元件(例如，在图7A和7B中的盖143，或在图7C和7D中的容器163)不包括特殊几何特征，加工和/或更换这些封装元件相对在此阐述的其它封装元件较为便宜。
在此阐述了其示例性实施例的本发明的一个优点在于，位于容器的封装空间内的灵敏元件得到密封表面和/或可压扁材料的保护，免受用于反应性连接处理的可熔材料(例如，焊料或铜焊)的流动的影响。特别是，以前的方法没有使用密封表面和/或可压扁材料，熔化状态的可熔材料有时漏进容器的封装空间，从而损伤装在其中的灵敏元件。但是，在这里公开的实施例中，因为密封表面和/或可压扁材料位于可熔材料内侧，即，位于可熔材料和封装空间之间，所以即使不是有效地消除了可熔材料流入封装空间并损伤装在其中的灵敏元件的可能性，也大大减小了这种可能性。熔化的可熔材料(例如，焊料或铜焊)被密封表面和/或可压扁材料(例如，线、衬垫、垫片和其支撑、或被锐利边缘凸脊)截留。这是相对于传统反应性连接方法的优点。
在此阐述了其示例性实施例的本发明的另一优点在于，在密封永久形成之前(例如，通过反应性连接)，可以确定和保证(例如，由于密封表面和/或可压扁材料造成的)密封质量。这是因为，在箔点燃和反应性连接之前，通过向一个或多个元件施加压力并使密封表面和/或可压扁材料变形可以获得密封。如果认为通过施加压力得到的密封的质量不满意，则可以调整封装组件的一个或多个部分，而没有损失位于容器内的灵敏元件的风险。这种调整包括更换线、衬垫、垫片、和/或其它合适的材料、抛光一个或多个封装元件(例如，盖和/或容器)的表面，或重新加工封装组件的缺陷部分。这种在永久密封封装之前确定密封质量的能力是超过大多数通过对组件永久或不能恢复的改变实现密封的可替代方法的实质优点。所述可替代方法的示例包括激光焊接、焊接或铜焊、以及使用螺钉或机械紧固件的方法。
在本发明的各种实施例中，利用密封测试装置可以在永久连接形成之前实现密封质量确认。这种密封测试装置200的示例在图8中示出。如图8所示，装置200包括一个或多个真空腔室201；用于相对另一封装元件(例如，在容器204的顶部)定位封装元件之一(例如，盖203)及/或在封装的一个或多个部分施加压力的推杆202或类似机构；用于用气体(例如，惰性气体He或Ar)或气体混合物(例如，含He的惰性气体混合物)填充腔室201的一个或多个入口205；用于从腔室201排出气体(例如，惰性气体He或Ar)或气体混合物(例如，含He的惰性气体混合物)的一个或多个出口206；以及用于点燃反应性多层208(例如，具有或不具有可熔和/或连接材料的反应性多层箔)的装置207。推杆202例如包括伸缩管(bellow)212，其帮助移动推杆202及/或密封推杆202和推杆202所延伸穿过的腔室201的壁之间的界面。入口和出口也可以是相同的端口(即，气体或气体混合物可以通过相同的入口、出口、和/或口填充到腔室中及/或从腔室排出)。用于点燃反应性多层208的装置207的示例包括可以提供电、热或机械激励的内部器件和/或诸如激光的外部器件。在用于点燃反应性多层的装置是激光器的情况下，光路可以设置成穿过真空腔室201的壁。
在各种实施例中，制造气密的密封产品的处理包括以下步骤中的一个或多个(1)在腔室201中定位两个或多个封装元件(例如，容器和盖)，(2)利用本领域公知的合适装置，例如连接至出口206的真空泵，对腔室201抽真空(特别是去除空气和湿气)，(3)利用本领域公知的合适装置用气体或气体混合物回填腔室201(例如，用惰性气体经入口205填充腔室201)，(4)相对另一封装元件安置封装元件之一(例如，将盖203放在容器204的顶部)，并至少向封装元件之一施加压力(例如，经推杆202施加给盖203)，以便将内部腔室209和/或器件210与其余的腔室201密封(例如，通过使可压扁材料变形，将封装元件之一的锐利边缘凸脊置入另一封装元件中，和/或在此阐述的实施例的任何变形)，(5)利用本领域公知的合适装置，例如连接至出口206的真空泵，对腔室201抽真空，(6)利用本领域公知的任何合适装置和/或方法(例如，连接至出口206的渗漏检测器211)测量/检验渗漏速率。如果所测量的渗漏速率满意，则点燃箔和/或反应性多层208，从而永久地密封封装。如果所测量的渗漏速率不满意，找出一个或多个缺陷并重复一个或多个工艺步骤。本发明的一个优点是在密封过程中消除或最小化灵敏元件的损失。
本领域的普通技术人员应该认识到，任何实施例的任何前述的方面可以与任何其它实施例的任何方面结合。而且，本领域的普通技术人员认识到，不背离本发明的实际范围，可以从任何实施例去除前述任何方面。此外，本领域的普通技术人员认识到，在此并入作为参考的任何参考文献公开的实施例仅仅是示例性的，尽管在说明书中写入，但在任何情况下不限制本发明。
考虑在此公开的对本发明的详细说明和应用，本发明的其它实施例对本领域的普通技术人员来说是显而易见。应该理解，详细说明和示例仅仅被认为是示例性的，本发明的实际范围和精神由所附权利要求来界定。
本申请要求享有2003年4月9日提交的美国临时专利申请No.60/461,196的优先权，该申请题为“METHOD OF HERMETIC SEALINGAND RESULTING PRODUCTS(气密密封方法和得到的产品)”，申请人是David P.VAN HEERDEN，Dale DEGER，Timothy P.WEIHS，和Omar M.KNIO，其全部在此并入作为参考。
权利要求
1.一种用于密封容器的方法，其包括提供所述容器的至少两个元件；在所述至少两个元件之间安置可压扁材料；在所述至少两个元件之间安置反应性多层材料；使所述可压扁材料变形，从而在所述至少两个元件之间形成密封；和化学转变所述反应性多层材料，从而连接所述至少两个元件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之间安置可熔材料；其中，所述化学转变反应性多层材料的步骤包括转变所述可熔材料，从而连接所述至少两个元件。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述反应性多层材料包括反应性多层箔。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述反应性多层材料包括可熔材料。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述密封是气密密封。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述化学转变反应性多层材料的步骤在所述至少两个元件之间形成另一密封。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述化学转变反应性多层材料的步骤使所述至少两个元件之间的所述密封稳定。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述另一密封是气密密封。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述使可压扁材料变形的步骤包括向所述至少两个元件中的至少一个施加力。
10.如权利要求1所述的方法，其中，还包括确定所述密封的质量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述确定密封的质量的步骤包括确定所述密封的渗漏速率。
12.如权利要求10所述的方法，其中，还包括提供所述密封的预定质量参数，其中，所述确定密封的质量的步骤包括确定所述密封的质量是否在所述预定质量参数内。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述化学转变反应性多层材料的步骤包括点燃所述反应性多层材料的至少一部分。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述使可压扁材料变形的步骤将所述容器内部与外部环境密封隔开。
15.如权利要求1所述的方法，其中，还包括基于所述密封的期望强度选择所述反应性多层材料。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述可压扁材料发生永久变形。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述可压扁材料发生可逆变形。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述可压扁材料包括软金属。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述软金属包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述可压扁材料包括可压缩聚合物。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述可压缩聚合物包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个。
22.如权利要求14所述的方法，其中，所述可压扁材料相对外部环境位于所述反应性多层材料的内侧。
23.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之一上设置一凹槽；其中，所述安置可压扁材料的步骤包括将所述可压扁材料放置在所述凹槽中。
24.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之一上设置一突起；其中，所述使可压扁材料变形的步骤包括使所述可压扁材料抵靠所述突起而变形。
25.如权利要求24所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件的另一个上设置另一突起，其中，所述使可压扁材料变形的步骤包括使所述可压扁材料抵靠所述另一突起而变形。
26.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之一上设置一凹槽，其中，所述使可压扁材料变形的步骤包括使所述可压扁材料变形进入所述凹槽。
27.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之一上设置一角部，其中，所述安置可压扁材料的步骤包括将所述可压扁材料放置在所述角部上。
28.如权利要求1所述的方法，其中，还包括在所述至少两个元件之一上设置一角部，其中，所述使可压扁材料变形的步骤包括使所述可压扁材料变形进入所述角部。
29.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个元件中的一个是一盖，而所述至少两个元件中的另一个是一容器主体。
30.一种密封产品，其包括限定出一容器的至少两个元件；设置在所述至少两个元件之间的可压扁材料，该可压扁材料处于变形状态，并且在所述至少两个元件之间形成一密封；和设置在所述至少两个元件之间并连接所述至少两个元件的反应性多层材料的化学转变的残留物。
31.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述反应性多层材料包括反应性多层箔。
32.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述反应性多层材料包括可熔材料。
33.如权利要求32所述的密封产品，其中，所述可熔材料连接所述至少两个元件。
34.如权利要求30所述的密封产品，其中，还包括设置在所述至少两个元件之间的可熔材料。
35.如权利要求34所述的密封产品，其中，所述可熔材料连接所述至少两个元件。
36.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料位于所述反应性多层材料的化学转变的残留物的内侧。
37.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料和所述化学转变的残留物共同作用以在所述至少两个元件之间形成一气密密封。
38.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料发生永久变形。
39.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料发生可逆变形。
40.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料包括软金属。
41.如权利要求40所述的密封产品，其中，所述软金属包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个。
42.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料包括可压缩聚合物。
43.如权利要求42所述的密封产品，其中，所述可压缩聚合物包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个。
44.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料至少部分地设置在所述至少两个元件之一的一凹槽中。
45.如权利要求44所述的密封产品，其中，所述可压扁材料至少部分地设置在所述至少两个元件中另一个的另一凹槽中。
46.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料对着所述至少两个元件之一上的一突起设置。
47.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料对着所述至少两个元件的另一个上的另一突起设置。
48.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述可压扁材料设置在所述至少两个元件之一的一角部上。
49.如权利要求30所述的密封产品，其中，所述至少两个元件中的一个是一盖，而所述至少两个元件中的另一个是一容器主体。
50.一种用于形成密封容器的成套器具，其包括在被连接时限定出所述容器的至少两个元件；构造成位于所述至少两个元件之间的可压扁材料；构造成位于所述至少两个元件之间的反应性多层材料；其中，变形状态的所述可压扁材料用于在所述至少两个元件之间充分形成一密封，其中，所述反应性多层材料的至少一部分被化学转变，以连接所述至少两个元件。
51.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述反应性多层材料包括反应性多层箔。
52.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述反应性多层材料包括可熔材料。
53.如权利要求52所述的成套器具，其中，所述可熔材料用于连接所述至少两个元件。
54.如权利要求50所述的成套器具，其中，还包括设置在所述至少两个元件之间的可熔材料。
55.如权利要求54所述的成套器具，其中，所述可熔材料用于连接所述至少两个元件。
56.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料相对外部环境位于所述反应性多层材料的内侧。
57.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料和所述反应性多层材料的化学转变的残留物共同作用，以在所述至少两个元件之间形成一气密密封。
58.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料发生永久变形。
59.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料发生可逆变形。
60.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料包括软金属。
61.如权利要求60所述的成套器具，其中，所述软金属包括铜、金、铝、不锈钢、Kovar合金和软焊料中的至少一个。
62.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述可压扁材料包括可压缩聚合物。
63.如权利要求62所述的成套器具，其中，所述可压缩聚合物包括丁纳橡胶、硅橡胶和氟橡胶中的至少一个。
64.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的一个包括至少部分地接收所述可压扁材料的一凹槽。
65.如权利要求64所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的另一个包括至少部分地接收所述可压扁材料的另一凹槽。
66.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的一个包括对着所述可压扁材料设置的一突起。
67.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的另一个包括对着所述可压扁材料设置的另一突起。
68.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的一个包括接收所述可压扁材料的一角部。
69.如权利要求50所述的成套器具，其中，所述至少两个元件中的一个是一盖，而所述至少两个元件中的另一个是一容器主体。
70.一种密封测试装置，其包括一腔室；一用于向设置在所述腔室中的一容器施加压力的器械；一用于提供气体以及从所述腔室排出气体的端口；一用于启动所述反应性多层材料的化学转变的触发器；和一用于检测来自所述容器的渗漏的渗漏检测器。
71.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述反应性多层材料是反应性多层箔。
72.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述器械是一推杆。
73.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述腔室是一真空腔。
74.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述端口用于在所述腔室中形成真空。
75.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述端口连接至一气源。
76.如权利要求70所述的密封测试装置，其中，所述端口连接至一真空源。
全文摘要
本发明的实施例包括一种用于密封容器的方法。该方法包括提供容器的至少两个元件；在所述至少两个元件之间安置可压扁材料；在所述至少两个元件之间安置反应性多层材料；使所述可压扁材料变形，从而在所述至少两个元件之间形成密封；和化学转变所述反应性多层材料，从而连接所述至少两个元件。
文档编号H01L23/02GK1799133SQ200480015220
公开日2006年7月5日 申请日期2004年4月6日 优先权日2003年4月9日
发明者戴维·P·范希尔登, 戴尔·德格, 蒂莫西·P·韦斯, 奥马尔·M·尼奥 申请人:活性纳米技术股份有限公司