[發明專利]一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法

有效

• 申請號: 202010020254.5
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111217326B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 陰旭;劉翠榮;趙浩成;孟慶森;杜超;趙為剛;孟員員
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發明公開了一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法。該方法包括原料的表面清洗過程、原料的表面活化過程、熱引導預連接過程、梯度電場陽極鍵合過程以及封邊保護過程。本發明一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法，其實現的陽極鍵合連接性能穩定，聚氨酯彈性體適用范圍廣，首次實現了聚氨酯彈性體和鋁片的有效連接，聚氨酯彈性體室溫離子導電率大于10supgt;?7/supgt;S/cm就可滿足鍵合條件，這一條件放寬了適用于陽極鍵合的聚氨酯彈性體的范圍，具有很強材料適應性。低溫下對聚氨酯彈性體不會造成破壞，可以確保一定寬度且分布均勻的鍵合層，鍵合強度可以達到0.95MPa～2.75MPa。

技術領域

本發明涉及柔性微電子機械系統制備封裝領域，尤其涉及一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法。

背景技術

陽極鍵合是一種利用電和熱聯合作用實現異質材料固態連接的方法，常用于具有電解質特性的玻璃與金屬片或者硅片的連接，在整個鍵合過程中鍵合界面以及材料內部發生復雜的物理化學變化，形成中間連接層。其廣泛應用于電子、電真空、航空航天等領域的半導體器件、微型傳感器、太陽能電池及集成芯片等結構器件的制造與封裝中，陽極鍵合工藝簡單，鍵合強度高，密封性好。

近年來，柔性器件在生物醫學、光電設備、仿生皮膚等領域有著深入的研究和廣泛的應用，柔性器件正在悄然進入每個人的家庭。柔性器件的制備需要使用柔性基板材料，比如聚合物彈性體材料具備可控的強度、曲折性和良好的水氧阻隔性，陽極鍵合技術可以實現器件不同結構材料的連接，也可以對器件進行封裝。然而傳統的陽極鍵合適用于玻璃與金屬片或者硅片等剛性材料的連接，由于其鍵合過程電壓大、靜壓力大和鍵合溫度高，不適合用于聚合物材料，會對聚合物材料造成破壞或者無法實現有效的連接，鍵合強度低、殘余應力大、鍵合效率低和鍵合效果不好。

發明內容

為解決殘余應力大、鍵合效率低和鍵合效果不好的技術問題，本發明提供一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法。

本發明采用以下技術方案實現：一種用于聚氨酯彈性體和鋁片的低溫陽極鍵合方法，其具體方法步驟如下：

S1：原料表面清洗：分別將金屬片與聚合物彈性體進行表面清洗；

S2：原料表面活化處理：

S21：將表面清洗后的聚合物彈性體浸在溶于鋰鹽的非溶解性有機溶劑中12～24h，再充分干燥，然后對所述聚合物彈性體的待鍵合表面進行反應性氣體低溫等離子體表面處理；

S22：將表面清洗后的金屬片浸在30～50℃的NH₄OH、H₂O₂、H₂O的混合溶液中10～20min；

S3：熱引導預連接：

S31：將活化后的聚合物彈性體置于80℃～140℃的真空環境中預熱處理5～10min；

S32：將活化后的金屬片在150℃～200℃的真空環境下預熱15～30min；

S33：將預熱后的聚合物彈性體和金屬片進行層疊貼合且施加恒定壓力0.01MPa～0.5MPa，放置在40～60℃真空干燥箱中2～6h，卸載壓力后室溫下靜置24～48h，得到預連接的聚合物彈性體和金屬片；

S4：將所述預連接的聚合物彈性體和金屬片置于陽極鍵合機中，設定溫度40℃～80℃，設定靜壓0.05MPa～1MPa，設定鍵合電壓0.5kV～0.8kV，在氮氣氣氛下接通電流開始鍵合，6-50s內電流達到6mA～20mA后開始下降；當電流降速明顯減慢或者電流下降出現停滯現象時，調低鍵合電壓，調幅為初設值的1/2～1/4；當電流降速再次明顯減慢或者電流下降再次出現停滯現象時，繼續調低鍵合電壓，調幅為上一次穩定值的1/2～1/4；重復此步驟，直到電流值穩定在1mA以下，且保持5s～10s不返彈，卸載靜壓力，然后冷卻至室溫，得到鍵合后的聚合物彈性體和金屬片。