[发明专利]一种用于真空玻璃封接的阳极键合方法及装置

说明书

本发明是一种用于真空玻璃封接的阳极键合方法及装置。本方法是：选取合适的低熔点玻璃粉，制成密封材料；一次性完成边缘密封层与中间支撑点阵在玻璃基板上的涂布；然后将该玻璃基板与另外一片空白玻璃基板合片，放置于阳极键合装置内，抽真空至5.0×10^‑2～1.0×10^‑4Pa，在键合温度为300～500℃，键合电压为400～800V状态下实现有效阳极键合。本发明能在较低的键合温度下，实现在阳极键合装置内一次性完成真空玻璃的抽真空和封接，制备性能优异的真空玻璃。该方法所采用低熔点玻璃组成无铅化、绿色环保，与玻璃基板热膨胀系数更匹配；且制备工艺简单、成本低、效率高，适合于工业化生产，高效节能；与传统真空玻璃封接方法相比，其封接强度更高、稳定性更好、使用寿命更长。

技术领域

本发明属于真空玻璃制造领域和微机电系统技术领域，具体涉及一种用于真空玻璃封接的阳极键合方法及装置。

背景技术

随着全球能源与环境问题日益严重，低碳环保、绿色节能的建筑材料逐渐成为世界各国的选择，也是我国实施可持续发展的必然要求。真空玻璃是一种具有优异的保温隔热性能的绿色建筑材料，其出色的保温隔热和隔声性能决定了其在节能环保领域有着广阔的市场前景，能够广泛应用于建筑门窗和幕墙、冷藏冰柜、光伏太阳能发电、车辆和船舶等众多领域。

对于非金属材料的封接，传统的方法有钎焊、热压扩散焊等。现在又发展了许多新技术，包括摩擦焊、电子束焊接、激光焊接、超声波焊接等。传统的焊接方法一般都有焊接温度高、工艺过程复杂、焊接条件苛刻等特点。特别是高的焊接温度，容易带来许多问题，特别对材料物理性能的不匹配更为敏感，或者可能引起工件变形甚至材料有些性质改变或丧失。而阳极键合技术在某种程度上可解决一些传统方法所存在的问题。

阳极键合技术具有工艺简单、键合温度低、残余应力小、键合强度高、密封性好等优点。阳极键合于1968年由Pomerantz首创，其后A.D.Brooks和R.D.Donovan首次将硼硅酸盐玻璃沉积在硅片的表面，实现了硼硅酸盐玻璃与另一硅片的键合。本课题组研究了一种替代传统Pyrex玻璃的Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃，这种微晶玻璃具有机械强度高、硬度大、耐磨性好，有良好的化学稳定性和热稳定性，介电损耗小和介电常数稳定等优点，并实现了硅与微晶玻璃以及不锈钢与微晶玻璃之间的阳极键合。章钊在本课题组前期研究基础上进一步探讨硅与微晶玻璃键合工艺对键合强度的影响并对其阳极键合机理进行了探究。太原理工大学刘翠荣教授及其团队将玻璃与铝进行阳极键合并对其界面的结构及力学性能进行了研究。哈尔滨工业大学卢佳在论文中提出使用锡铝合金密封真空玻璃，并使用阳极键合技术实现密封。

碲锌系玻璃具有玻璃稳定性强、转变温度低、碱金属离子在玻璃表面迁移能力强等优点，因此，该系统玻璃非常适用于真空玻璃封接，及阳极键合增强真空玻璃封接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于真空玻璃封接的阳极键合方法及装置，以便在比其常规封接温度低的状态下，在阳极键合装置内一次性完成真空玻璃的抽真空和封接。

本发明为解决上述技术问题，提供的一种用于真空玻璃封接的阳极键合方法，其特征是在用于真空玻璃封接的阳极键合装置内一次性完成真空玻璃的抽真空和封接；具体步骤是：

1)准备用于真空玻璃封接的阳极键合装置；

2)选取低熔点玻璃粉，将其制成密封材料；

3)将密封材料涂布在玻璃基板上，形成边缘密封层与中间支撑点阵，然后将该玻璃基板与另外一片空白玻璃基板合片，放入用于真空玻璃封接的阳极键合装置(或称键合炉)内，抽真空，设置键合温度、键合电压和键合时间；待键合完成后关闭电压和温度开关，冷却至室温后取出，封接完成。