[发明专利]一种硅片和金属基座的无应力组合方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片和金属基座的无应力组合方法及其结构，其应用在单晶硅压力/差压传感器上。

背景技术

单晶硅压力/差压传感器是通过在硅传感元件MEMS硅片的正压腔和负压腔压力的变化，使设置在MEMS硅片表层的桥臂电阻发生变化量，经压力/差压传感器上的低功耗电子电路转换成与被测压力/差压量相对应的4-20mA电流信号并通过数字显示屏幕显示压力/差压数值。MEMS硅片需要先要固定在金属基座上，再安装到压力/差压传感器里。MEMS硅片由硅杯和玻璃基片组成，即需要先将MEMS硅片的玻璃基片与金属基座连接。现有连接即键合采用本技术领域公知的胶粘接方法,该键合虽简便，但不牢固而且键合面产生的应力难以消除,使得单晶硅压力/差压传感器检测小压力信号时的精度很低。因此提供一种既能使得MEMS硅片与金属基座连接牢固，又要达到无应力要求的新技术己成为当务之亟。

发明内容

本发明提供一种硅片和金属基座的无应力组合方法及其结构，其克服了现有的硅片和金属基座连接不牢固且键合面有应力的缺点，使得硅片和金属基座不仅粘合牢固，而且能有效消除应力，能极大提高单晶硅压力/差压传感器的检测精度。

本发明的技术方案如下：

一种硅片和金属基座的无应力组合方法，其步骤包括：

(1)制备粘合剂；

(2)在金属基座上涂上粘合剂，形成具有厚度的粘合剂层，使MEMS硅片的玻璃基片一面与该粘合剂层接触，并压紧使得接触面接合紧密；

(3)设定好温度、静电场强度和真空度，使得MEMS硅片的玻璃基片和粘合剂层的接触面之间以及粘合剂层和金属基座的接触面之间发生离子扩散迁移及阳极氧化的电化学反应，分别生成玻璃-粘合剂复合氧化物层和粘合剂-金属复合氧化物层，使粘合剂层内部的空气充分排空并固化。

该玻璃-粘合剂复合氧化物层和粘合剂-金属复合氧化物层分别由玻璃基片和粘合剂以及粘合剂和金属基座反应而形成，因此玻璃-粘合剂-金属的整体连接结构具有高强度。且粘合剂在硅片应用温度范围内的膨胀系数介于玻璃基片、金属基座二者之间，整体连接结构的膨胀系数变化过渡均匀，因此键合面上无应力。

粘合剂的成分主要由以下组分组成：环氧树脂5-12份，丁苯橡胶16-25份，有机硅橡胶乳液9-10份，硅酸20-23份，邻苯二甲酸15-22份，乳化剂6-7份，分散剂3-10份。

所述方法步骤(3)中的温度为60-80℃，静电场强度为220-225KV/m。该参数下玻璃基片和粘合剂以及粘合剂和金属基座的接触面反应更快且所生成的玻璃-粘合剂复合氧化物层和粘合剂-金属复合氧化物层的膨胀系数与玻璃基座和金属基座的更加接近，即融合度更好，使得整体结构更牢固且能有效消除应力。

所述玻璃-粘合剂复合氧化物层、粘合剂-金属复合氧化物层与玻璃基片、金属基座的膨胀系数数据如下：

材料膨胀系数(℃^-1)玻璃基片5-8×10^-6玻璃-粘合剂复合氧化物层6-9×10^-6粘合剂8-10×10^-6粘合剂-金属复合氧化物层9-15×10^-6金属基座10-26×10^-6