[发明专利]一种基于共晶键合的固定流导元件的密封方法

说明书

本发明公开了一种基于共晶键合的固定流导元件的密封方法，首先使用光刻技术和热压键合工艺在硅片上制作固定流导元件，其次通过电子束蒸发镀膜工艺在固定流导元件上依次镀上Cr、Au、Ag和In金属层；再将一片的无氧铜板先进行表面处理，再进行上述镀膜工艺，依次镀上相应的Cr、Au、Ag和In金属层；之后在真空炉内进行最后的封装键合形成Ag‑In合金层；最后待自然冷却后将其与KF40法兰相连接，安装于测试系统中。

技术领域

本发明涉及一种固定流导元件制作及其密封方法，特别是一种基于共晶键合的固定流导元件的密封方法。

背景技术

共晶键合是MEMS器件制作及其封装的常用方法，在一定温度下，不同或同种金属键合面之间的原子在一定力的作用下，形成原子间的作用力或者形成合金化合物，达到一种结构性强，密封性能好的键合面。

金、银、铟、锡等金属是MEMS器件封装的常用键合层金属，但考虑到成本、温度等实验要求，银和铟的使用越来越广泛。根据银铟二元合金相谱图，银和铟可在低温下(180℃)键合形成合金Ag₂In，冷却后再次熔化的温度可达到300℃。

微纳米加工技术由于在微小尺寸通道的制作方面具有独特优势而受到广泛关注，利用此技术制作的固定流导元件，不仅可以使漏率下限得到进一步的延伸，而且使其尺寸大小可控，漏率大小已知，不需要其他校准设备来进行标定。

目前对于以硅片为基础而制作的固定流导元件的封装，常用方法一是使用Torr-Seal胶将已制备好的微通道与无氧铜板密封，再将无氧铜板与金属法兰密封，最后与测试系统连接，然而，Torr-Seal胶是一种环氧树脂胶，在真空条件下会产生一定的放气，不适用于极超高真空环境；二是使用玻璃粉烧结的方法，将已制备好的微通道与金属法兰直接烧结封装，但是在烧结过程极易造成玻璃粉污染，堵塞已制作的微通道，且高温易对金属法兰的材料造成热损伤。因为硅(2.7×10^-6/℃)与铜(17×10^-6/℃)的热膨胀系数差距太大，不能直接进行良好匹配，在键合的过程中常导致键合面不均匀、区域键合和硅片碎裂等问题。因此有必要提供一种新的密封方式，可保证固定流导元件在超高真空环境下仍能实现微小漏率的测量。

发明内容

本发明提供一种基于共晶键合的固定流导元件的密封方法用于解决上面所陈述的问题。首先使用光刻技术和热压键合工艺在硅片上制作固定流导元件，再通过电子束蒸发镀膜工艺在固定流导元件上依次镀上Cr、Au、Ag和In金属层；其次将一片的无氧铜板先进行表面处理，再进行上述镀膜工艺，依次镀上Cr、Au、Ag和In金属层；之后在真空炉内进行最后的封装键合形成Ag-In合金层；最后将其与法兰相连接，安装于测试系统中。

本发明解决技术问题采用如下方案：

本发明提供一种基于共晶键合的固定流导元件的密封方法用于解决上面所陈述的问题。首先使用光刻技术和热压键合工艺在硅片上制作固定流导元件，再通过电子束蒸发镀膜工艺在固定流导元件上依次镀上Cr、Au、Ag和In金属层；其次将一片的定制无氧铜板先进行表面粗糙度处理，再进行上述镀膜工艺，依次镀上Cr、Au、Ag和In金属层；之后在真空炉内进行最后的封装键合形成Ag-In合金层；最后将其与法兰相连接，安装于测试系统中。

作为上述方法的优选实施方式，所述方法按如下步骤操作：

a、取一双面抛光硅片作为基底，浸泡于双氧水/浓硫酸混合溶液中30min，溶液配比为双氧水：浓硫酸＝1:2，接着用去离子水冲洗10min，并在丙酮溶液中超声清洗10min，在120℃烘箱温度氛围中烘烤30min，之后放入灰化机中灰化1h；