[发明专利]金属材料与微晶玻璃阳极键合用中间膜层材料

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域和微机电系统技术领域，特别是利用中间膜层材料实现金属材料与微晶玻璃在真空下实现阳极键合。

背景技术

随着科学技术的发展，微机电系统MEMS(Micro Electronic Mechanical System)在越来越多的领域中得到运用。很多MEMS器件，如加速度传感器、微陀螺仪器等，制作和封装的过程中都需要用到圆片键合技术。而这些具有可动部件的器件，需要在真空和高气密性的环境下才能使可动部件运动自如。所以，这些器件制作和封装时必须在真空的条件下进行键合。另外，作为在微机电系统中所使用的一项重要技术—阳极键合，却依然存在着很多其它的问题，例如：封装的电压和温度过高，两键合材料热膨胀系数不匹配，封装用玻璃的电阻过大等，这些都严重影响着键合质量的提高和键合器件的实用化。

鉴于上述问题，目前研究者们围绕着在阳极键合中使用中间膜层材料，开展了多方面的研究。中间层薄膜材料在硅—硅、硅—玻璃、玻璃—玻璃、类玻璃与其它材料的阳极键合中得到应用。比如：玻璃与玻璃直接键合时，采用化学气相沉积法在玻璃基体上沉积一层无定形硅、多晶硅、氮化硅、氧化硅或金属薄膜作为中间过渡层则可以实现玻璃与玻璃的间接连接。其中，中间层材料的作用主要有：促进键合过程的完成；提高键合的性能，如强度，气密性等；扩大可供键合材料的范围；扩大阳极键合技术应用的领域。常采用的中间层材料主要有：金属膜材料，如Al膜、Ti膜、Au膜等；非金属膜材料，如a-Si、Poly-Si、Si₃N₄、SiC、SiO₂、各种玻璃膜、TiNi膜等。

中国专利ZL200510020000.9介绍了“一种微晶玻璃与不锈钢材料的阳极键合方法”。该方法是：先将样品玻璃进行熔制和按热处理工艺进行处理，然后将获得的微晶玻璃基片和不锈钢基片进行抛光、清洗、干燥，再迅速放进阳极键合装置内，使之在100～180℃及键合电压为600～1000V状态下实现有效阳极键合，并获得新的键合材料。

除上述专利公开的使微晶玻璃-金属材料实现阳极键合技术之外，未检索到其它相关专利，国内外未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供金属材料与微晶玻璃阳极键合用中间膜层材料，以实现金属材料与微晶玻璃在真空下阳极键合，制备微晶玻璃与金属的阳极键合新材料。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的金属材料与微晶玻璃阳极键合用中间膜层材料，是指在真空环境下，采用SiO₂薄膜或Al-Si合金薄膜作为中间过渡层材料，来完成金属材料与微晶玻璃阳极键合的材料，其中：SiO₂薄膜采用溶胶—凝胶法制备，在制备过程中，SiO₂溶胶按照正硅酸乙酯∶无水乙醇∶H₂O∶H⁺＝1：1.5～10∶0.2～1∶0.005～0.02的体积比例配制；Al-Si合金薄膜由直流磁控溅射法制备，在制备过程中，靶材采用Al-Si合金靶，Si占合金靶的质量百分比为15～25％。

所述的SiO₂溶胶，可以按照正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(EtOH)∶H₂O∶H⁺＝1：3∶0.5∶0.01的体积比例配制，也可以按照正硅酸乙酯(TEOS)∶无水乙醇(EtOH)∶H₂O∶H⁺＝1：5∶0.4∶0.005的体积比例配制。SiO₂薄膜由下述溶胶—凝胶法制成：按照所述比例，将正硅酸乙酯与无水乙醇充分混合，在磁力搅拌器搅拌50～70分钟后，加入去离子水和HCl，继续搅拌50～70分钟，获得SiO₂溶胶；搅拌结束后，将SiO₂溶胶陈化3～5小时，再采用提拉法在金属材料表面上镀膜，镀膜完成后，在120～140℃下干燥0.8～1.2小时。

所述Al-Si合金靶，Si可以占合金靶的质量百分比为15％或20％。Al-Si合金薄膜，可由下述直流磁控溅射法制成，其工艺参数为：本底真空度6.5×10^-4Pa，工作真空度1～3Pa，溅射功率密度为3～6W/cm²，溅射温度为室温～400℃。