[發明專利]金屬材料與微晶玻璃陽極鍵合用中間膜層材料

有效

• 申請號: 200810197746.0
• 申請日: 2008-11-20
• 公開（公告）號: CN101417864A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 李宏;程金樹;湯李纓;劉啟明;熊德華;田培靜
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C03C27/00
• 分類號: C03C27/00;B81C3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及薄膜制備技術領域和微機電系統技術領域，特別是利用中間膜層材料實現金屬材料與微晶玻璃在真空下實現陽極鍵合。

背景技術

隨著科學技術的發展，微機電系統MEMS(Micro?Electronic?Mechanical?System)在越來越多的領域中得到運用。很多MEMS器件，如加速度傳感器、微陀螺儀器等，制作和封裝的過程中都需要用到圓片鍵合技術。而這些具有可動部件的器件，需要在真空和高氣密性的環境下才能使可動部件運動自如。所以，這些器件制作和封裝時必須在真空的條件下進行鍵合。另外，作為在微機電系統中所使用的一項重要技術—陽極鍵合，卻依然存在著很多其它的問題，例如：封裝的電壓和溫度過高，兩鍵合材料熱膨脹系數不匹配，封裝用玻璃的電阻過大等，這些都嚴重影響著鍵合質量的提高和鍵合器件的實用化。

鑒于上述問題，目前研究者們圍繞著在陽極鍵合中使用中間膜層材料，開展了多方面的研究。中間層薄膜材料在硅—硅、硅—玻璃、玻璃—玻璃、類玻璃與其它材料的陽極鍵合中得到應用。比如：玻璃與玻璃直接鍵合時，采用化學氣相沉積法在玻璃基體上沉積一層無定形硅、多晶硅、氮化硅、氧化硅或金屬薄膜作為中間過渡層則可以實現玻璃與玻璃的間接連接。其中，中間層材料的作用主要有：促進鍵合過程的完成；提高鍵合的性能，如強度，氣密性等；擴大可供鍵合材料的范圍；擴大陽極鍵合技術應用的領域。常采用的中間層材料主要有：金屬膜材料，如Al膜、Ti膜、Au膜等；非金屬膜材料，如a-Si、Poly-Si、Si₃N₄、SiC、SiO₂、各種玻璃膜、TiNi膜等。

中國專利ZL200510020000.9介紹了“一種微晶玻璃與不銹鋼材料的陽極鍵合方法”。該方法是：先將樣品玻璃進行熔制和按熱處理工藝進行處理，然后將獲得的微晶玻璃基片和不銹鋼基片進行拋光、清洗、干燥，再迅速放進陽極鍵合裝置內，使之在100～180℃及鍵合電壓為600～1000V狀態下實現有效陽極鍵合，并獲得新的鍵合材料。

除上述專利公開的使微晶玻璃-金屬材料實現陽極鍵合技術之外，未檢索到其它相關專利，國內外未見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供金屬材料與微晶玻璃陽極鍵合用中間膜層材料，以實現金屬材料與微晶玻璃在真空下陽極鍵合，制備微晶玻璃與金屬的陽極鍵合新材料。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的金屬材料與微晶玻璃陽極鍵合用中間膜層材料，是指在真空環境下，采用SiO₂薄膜或Al-Si合金薄膜作為中間過渡層材料，來完成金屬材料與微晶玻璃陽極鍵合的材料，其中：SiO₂薄膜采用溶膠—凝膠法制備，在制備過程中，SiO₂溶膠按照正硅酸乙酯∶無水乙醇∶H₂O∶H⁺＝1：1.5～10∶0.2～1∶0.005～0.02的體積比例配制；Al-Si合金薄膜由直流磁控濺射法制備，在制備過程中，靶材采用Al-Si合金靶，Si占合金靶的質量百分比為15～25％。

所述的SiO₂溶膠，可以按照正硅酸乙酯(TEOS)∶無水乙醇(EtOH)∶H₂O∶H⁺＝1：3∶0.5∶0.01的體積比例配制，也可以按照正硅酸乙酯(TEOS)∶無水乙醇(EtOH)∶H₂O∶H⁺＝1：5∶0.4∶0.005的體積比例配制。SiO₂薄膜由下述溶膠—凝膠法制成：按照所述比例，將正硅酸乙酯與無水乙醇充分混合，在磁力攪拌器攪拌50～70分鐘后，加入去離子水和HCl，繼續攪拌50～70分鐘，獲得SiO₂溶膠；攪拌結束后，將SiO₂溶膠陳化3～5小時，再采用提拉法在金屬材料表面上鍍膜，鍍膜完成后，在120～140℃下干燥0.8～1.2小時。

所述Al-Si合金靶，Si可以占合金靶的質量百分比為15％或20％。Al-Si合金薄膜，可由下述直流磁控濺射法制成，其工藝參數為：本底真空度6.5×10^-4Pa，工作真空度1～3Pa，濺射功率密度為3～6W/cm²，濺射溫度為室溫～400℃。