[发明专利]一种玻璃多曲面壳体结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种玻璃多曲面壳体结构及其制备方法。玻璃多曲面壳体结构包括一个三维主壳、至少一个副环壳、三维主壳与副环壳之间的连接部分，所述三维主壳内部有位于中心轴处的支撑杆。玻璃多曲面壳体结构的制备方法采用释气剂高温分解释放的气体作为正压热成型的驱动力来源，同时利用大气压与腔室真空之间的压差实现负压热成型，实现特殊的三维玻璃多曲面壳体结构。这种方法结合微机械加工技术和玻璃热成型技术，是一种圆片级制备工艺，具有低成本、批量化等特点。本发明提出的新型玻璃多曲面壳体结构可用于微三维多曲面壳体谐振器。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，尤其涉及一种玻璃多曲面壳体结构及其制备方法。

背景技术

微电子机械系统(MEMS)技术的发展使得许多宏观器件得以小型化、微型化，带来了体积缩小、成本降低、功耗减小等优势，同时也开发出很多新器件。传统MEMS加工技术大多是硅体微机械加工技术、硅表面微机械加工技术或者非硅基微机械加工技术。MEMS传感器或执行器一般是平面结构(梁、弦、膜或者以上组合体、体平面结构)，微小型三维结构的实现大多受限于加工技术，例如紫外光刻电铸技术(UV-LIGA)能够制备6:1的深宽比，但高度一般不超过800um。壳体作为一种相对复杂的连续体，受限于加工手段，在MEMS领域相对较为少见。因此，研究和应用场景并不多见，且高质量复杂曲面壳体的制造技术不多见。

微三维曲面壳体作为谐振器的一种表现形式，可用在MEMS传感器，具有广阔的应用前景。目前，常见的微三维壳体是单壳体，包括半球壳、类半球壳、鸟巢壳、酒杯壳、倒酒杯壳等其他轴对称单壳体，可用于MEMS振荡器、MEMS振动陀螺等传感器的核心组件——谐振器。

发明内容

本发明目的在于提供一种玻璃多曲面壳体结构及其制备方法,以解决现有壳体结构的单一性和壳体受限于加工手段的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种玻璃多曲面壳体结构，包括位于中心的三维主壳，至少一个三维主壳外侧的副环壳，三维主壳与副环壳之间的连接部分；

三维主壳与副环壳之间的连接部分用来连接三维主壳和副环壳；

三维主壳内部安装有位于中心轴处的支撑杆。

进一步的，三维主壳的形貌为半球壳、类半球壳、球壳；所述副环壳的形貌为半环壳或类半环壳。

进一步的，最外围的副环壳有缘边。

进一步的，副环壳与副环壳之间的连接部分底部与支撑杆底部、三维主壳与副环壳之间的连接部分底部齐平。

进一步的，多曲面壳体结构的材质为玻璃态物质，包括硅酸盐玻璃、钛酸盐玻璃、石英玻璃、金属玻璃。

一种玻璃多曲面壳体结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在衬底晶圆上加工出多个同心圆柱环腔室；靠中心最近的圆柱环腔室为主圆柱环腔室，往外依次是副圆柱环腔室；

步骤二、在主圆柱环腔室中加入释气剂，在副圆柱环腔室中加入释气剂；

步骤三、将结构玻璃晶圆与衬底晶圆通过键合实现多个同心圆柱环腔室密封；

步骤四、将上述键合后的晶圆加热，升温至结构玻璃晶圆的软化点温度；此时，高温下释气剂分解产生气体，气体驱动软化后的玻璃形变，形成三维多曲面壳体结构，保温一段时间后，快速冷却，软化玻璃粘度增大，无法发生形变，形成了稳定的三维多曲面壳体结构；

步骤五、加工去除衬底晶圆，释放形成最终的玻璃多曲面壳体结构。

进一步的，步骤一中的加工方法包括：湿法腐蚀、激光加工与湿法腐蚀结合的方法或各项干法刻蚀与湿法刻蚀结合的方法或微电火花加工与湿法腐蚀结合的方法或微超声加工与湿法腐蚀结合的方法。