Pyrex7740玻璃微成型工藝及其在MEMS技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用.pdf

1、制造技術(shù)是MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的核心技術(shù)之一,Pyrex7740玻璃在MEMS領(lǐng)域是一種常用材料。由于Pyrex7740玻璃在500℃以下,有著與硅材料幾乎相同的熱膨脹系數(shù),因此其被廣泛應(yīng)用于硅基MEMS器件的氣密和真空封裝中;由于Pyrex7740玻璃有著優(yōu)異的光學(xué)特性,因此亦適用于MOEMS(微光機(jī)電系統(tǒng))器件的封裝;由于Pyrex7740玻璃有著良好的生物兼容性,因此其特別適合于微流控系統(tǒng)的制造。但是,也正是由于P

2、yrex7740玻璃具有各向同性的加工特性,在微制造方面受到了極大的限制。本文創(chuàng)新性地提出了一種圓片級Pyrex7740玻璃微成型工藝,并且對其進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容包括:
　　 (1)提出了一種新型的Pyrex7740玻璃圓片級微加工方法,該加工方法突破了傳統(tǒng)玻璃微加工工藝中的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了在Pyrex7740玻璃圓片上精確制造深腔結(jié)構(gòu)。該方法先在硅襯底上刻蝕深槽陣列,然后在特定真空環(huán)境中將Pyrex7740玻璃與硅襯底進(jìn)行

3、陽極鍵合。利用Pyrex7740玻璃的高溫軟化特性,通過高溫退火,形成玻璃微腔陣列。本文通過一系列工藝條件比對試驗(yàn),詳細(xì)研究了玻璃圓片的幾何參數(shù)(玻璃厚度、腔體深寬比等)和工藝參數(shù)(退火時(shí)間、退火溫度和壓力等)與深腔形成的關(guān)系,最終得出了適用于不同用途的優(yōu)化工藝參數(shù)。本文還分析了工藝條件對成型質(zhì)量(粗糙度、翹曲形變等)的影響。
　　 (2)基于微分型粘彈性本構(gòu)關(guān)系分析了微腔成型過程的熱力學(xué)和粘彈性體力學(xué)特性。熱力學(xué)特性對玻璃微腔

4、的形成機(jī)理和工藝條件(溫度、壓力等)的選擇作用建立了模型。該粘彈性體模型考慮了玻璃大變形過程,為微腔成型提供了理論指導(dǎo)。
　　 (3)將玻璃微腔應(yīng)用于MEMS器件的圓片級氣密封裝。在封裝過程中,通過二次陽極鍵合工藝,實(shí)現(xiàn)了硅基MEMS器件的圓片級氣密封裝,本文分析了氣密封裝過程中的相關(guān)工藝和條件,建立了二次陽極鍵合的電學(xué)模型,分析了二次陽極鍵合的工藝難點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法。并最終對氣密封裝的可靠性進(jìn)行了測試。圓片級玻璃微腔最終實(shí)現(xiàn)了最小

5、1μm的特征尺寸,氣密封裝的漏率低于5×10-11Pa.m/s,最終二次陽極鍵合的鍵合強(qiáng)度大于13.27MPa。
　　 (4)初步將Pyrex7740玻璃的圓片級加工工藝應(yīng)用于玻璃表面微結(jié)構(gòu)、微透鏡以及微流控器件的制造。
　　 本文提出了一種新型的Pyrex7740玻璃圓片級加工工藝,建立并分析了工藝過程的各種熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)的理論模型,優(yōu)化了整個(gè)制備工藝參數(shù)和流程。本文提出的Pyrex7740玻璃微加工工藝,有望在ME