[發明專利]一種基于共晶鍵合的固定流導元件的密封方法

在審

• 申請號: 202010519226.8
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111620301A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 王旭迪;解亞杰;林文豫;王浩;丁云升;汪志偉;程霞
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B81C3/00
• 分類號: B81C3/00;H01L21/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種基于共晶鍵合的固定流導元件的密封方法，首先使用光刻技術和熱壓鍵合工藝在硅片上制作固定流導元件，其次通過電子束蒸發鍍膜工藝在固定流導元件上依次鍍上Cr、Au、Ag和In金屬層；再將一片的無氧銅板先進行表面處理，再進行上述鍍膜工藝，依次鍍上相應的Cr、Au、Ag和In金屬層；之后在真空爐內進行最后的封裝鍵合形成Ag?In合金層；最后待自然冷卻后將其與KF40法蘭相連接，安裝于測試系統中。

技術領域

本發明涉及一種固定流導元件制作及其密封方法，特別是一種基于共晶鍵合的固定流導元件的密封方法。

背景技術

共晶鍵合是MEMS器件制作及其封裝的常用方法，在一定溫度下，不同或同種金屬鍵合面之間的原子在一定力的作用下，形成原子間的作用力或者形成合金化合物，達到一種結構性強，密封性能好的鍵合面。

金、銀、銦、錫等金屬是MEMS器件封裝的常用鍵合層金屬，但考慮到成本、溫度等實驗要求，銀和銦的使用越來越廣泛。根據銀銦二元合金相譜圖，銀和銦可在低溫下(180℃)鍵合形成合金Ag₂In，冷卻后再次熔化的溫度可達到300℃。

微納米加工技術由于在微小尺寸通道的制作方面具有獨特優勢而受到廣泛關注，利用此技術制作的固定流導元件，不僅可以使漏率下限得到進一步的延伸，而且使其尺寸大小可控，漏率大小已知，不需要其他校準設備來進行標定。

目前對于以硅片為基礎而制作的固定流導元件的封裝，常用方法一是使用Torr-Seal膠將已制備好的微通道與無氧銅板密封，再將無氧銅板與金屬法蘭密封，最后與測試系統連接，然而，Torr-Seal膠是一種環氧樹脂膠，在真空條件下會產生一定的放氣，不適用于極超高真空環境；二是使用玻璃粉燒結的方法，將已制備好的微通道與金屬法蘭直接燒結封裝，但是在燒結過程極易造成玻璃粉污染，堵塞已制作的微通道，且高溫易對金屬法蘭的材料造成熱損傷。因為硅(2.7×10^-6/℃)與銅(17×10^-6/℃)的熱膨脹系數差距太大，不能直接進行良好匹配，在鍵合的過程中常導致鍵合面不均勻、區域鍵合和硅片碎裂等問題。因此有必要提供一種新的密封方式，可保證固定流導元件在超高真空環境下仍能實現微小漏率的測量。

發明內容

本發明提供一種基于共晶鍵合的固定流導元件的密封方法用于解決上面所陳述的問題。首先使用光刻技術和熱壓鍵合工藝在硅片上制作固定流導元件，再通過電子束蒸發鍍膜工藝在固定流導元件上依次鍍上Cr、Au、Ag和In金屬層；其次將一片的無氧銅板先進行表面處理，再進行上述鍍膜工藝，依次鍍上Cr、Au、Ag和In金屬層；之后在真空爐內進行最后的封裝鍵合形成Ag-In合金層；最后將其與法蘭相連接，安裝于測試系統中。

本發明解決技術問題采用如下方案：

本發明提供一種基于共晶鍵合的固定流導元件的密封方法用于解決上面所陳述的問題。首先使用光刻技術和熱壓鍵合工藝在硅片上制作固定流導元件，再通過電子束蒸發鍍膜工藝在固定流導元件上依次鍍上Cr、Au、Ag和In金屬層；其次將一片的定制無氧銅板先進行表面粗糙度處理，再進行上述鍍膜工藝，依次鍍上Cr、Au、Ag和In金屬層；之后在真空爐內進行最后的封裝鍵合形成Ag-In合金層；最后將其與法蘭相連接，安裝于測試系統中。

作為上述方法的優選實施方式，所述方法按如下步驟操作：

a、取一雙面拋光硅片作為基底，浸泡于雙氧水/濃硫酸混合溶液中30min，溶液配比為雙氧水：濃硫酸＝1:2，接著用去離子水沖洗10min，并在丙酮溶液中超聲清洗10min，在120℃烘箱溫度氛圍中烘烤30min，之后放入灰化機中灰化1h；