本發(fā)明屬于mems(微電子機(jī)械系統(tǒng))制造，涉及一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)：

1、球形玻璃結(jié)構(gòu)在mems器件的封裝、微流體技術(shù)以及作為原子器件中容納堿蒸汽的氣室等領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。目前，制備球形玻璃結(jié)構(gòu)的方法主要包括自膨脹法和化學(xué)發(fā)泡法。這兩種方法都能夠在不改變玻璃片原始粗糙度的基礎(chǔ)上形成所需的球形結(jié)構(gòu)。其中，自膨脹法是指在硅片和玻璃片鍵合時(shí)直接密封一定壓力的氣體，隨后利用升溫時(shí)增加的氣體壓力使玻璃片成型成球形玻璃結(jié)構(gòu)。然而，這一過程需要較大的空腔來容納足夠的初始?xì)怏w量，這不僅增加了對(duì)硅片厚度的要求，也延長了深反應(yīng)離子刻蝕的時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)成本。此外，該方法對(duì)于空腔尺寸和氣體壓力的控制要求極為精確，增加了工藝復(fù)雜度。

2、為此，提出了一種新的工藝方法，即化學(xué)發(fā)泡法。化學(xué)發(fā)泡法引入了一種高溫釋氣劑，該釋氣劑能夠在較淺的空腔中產(chǎn)生足夠的氣體壓力，以驅(qū)動(dòng)玻璃片形成所需的球形結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這種釋氣劑在玻璃片和硅片鍵合過程中保持穩(wěn)定，不會(huì)分解產(chǎn)生氣體，直至加熱至接近但低于玻璃片的軟化點(diǎn)溫度時(shí)，才會(huì)完全分解并釋放出大量氣體，從而驅(qū)動(dòng)玻璃片成型成球形結(jié)構(gòu)。這種方法不僅減少了對(duì)硅片厚度的要求，也有助于降低生產(chǎn)成本。然而，化學(xué)發(fā)泡法也面臨一些技術(shù)難題。釋氣劑通常呈固體粉末形態(tài)，難以滿足超凈室對(duì)清潔度的嚴(yán)格要求。此外，如何精確稱量并均勻地將少量的釋氣劑粉末添加到硅空腔中，也是制約其大規(guī)模量產(chǎn)化進(jìn)程的關(guān)鍵難題。

3、因此，如何提供一種新的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，以克服現(xiàn)有自膨脹法和化學(xué)發(fā)泡法的局限性，實(shí)現(xiàn)在超凈室環(huán)境下的高效、精確、大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)降低成本并簡化工藝流程成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問題。

4、應(yīng)該注意，上面對(duì)技術(shù)背景的介紹只是為了方便對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案在本申請(qǐng)的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中因自膨脹法導(dǎo)致的生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜度大，和化學(xué)發(fā)泡法中釋氣劑粉末難以精確添加、難以滿足超凈室清潔度要求以及難以大規(guī)模量產(chǎn)的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

3、提供一襯底，形成凹槽陣列于所述襯底中，所述凹槽陣列包括多個(gè)間隔設(shè)置的凹槽，所述凹槽自所述襯底的頂面開口并向下延伸預(yù)設(shè)深度；

4、將固體釋氣劑薄片放置于每一所述凹槽中；

5、提供一玻璃片，將所述襯底與所述玻璃片在真空條件下鍵合，以實(shí)現(xiàn)所述凹槽陣列的密封；

6、將鍵合后的所述襯底加熱至大于或等于所述玻璃片的軟化點(diǎn)溫度，并保溫一定時(shí)間，待所述固體釋氣劑薄片因受熱分解產(chǎn)生的氣體將軟化的所述玻璃片對(duì)應(yīng)所述凹槽的部分熱成型成球形結(jié)構(gòu)，再冷卻至室溫，并進(jìn)行退火處理；

7、去除所述襯底，以得到所需的球形玻璃結(jié)構(gòu)。

8、可選地，所述固體釋氣劑薄片的形成包括以下步驟：

9、將釋氣劑粉末與粘性溶液混合，以得到混合物漿料；

10、將所述混合物漿料布施于基材表面，以形成具有預(yù)設(shè)厚度的涂層；

11、對(duì)所述涂層進(jìn)行干燥處理；

12、切割所述涂層，以得到具有預(yù)設(shè)尺寸的所述固體釋氣劑薄片。

13、可選地，還包括采用真空攪拌脫泡機(jī)對(duì)所述混合物漿料進(jìn)行脫泡處理的步驟。

14、可選地，還包括采用沖切工具將所述固體釋氣劑薄片從所述基材上分離的步驟。

15、可選地，所述釋氣劑粉末包括碳酸鈣粉末、氫化鈦粉末及氫化鋯粉末中的任意一種。

16、可選地，所述粘性溶液包括硅酸鈉溶液、硅酸鉀溶液中的任意一種。

17、可選地，所述釋氣劑粉末與所述粘性溶液的質(zhì)量體積比為1g:(2～5)ml。

18、可選地，所述基材包括鋁箔、銅箔中的任意一種。

19、可選地，所述襯底與所述玻璃片的鍵合方式包括陽極鍵合，所述陽極鍵合的電壓范圍是700～900v，所述陽極鍵合的溫度范圍是300～500℃。

20、可選地，所述退火處理包括以下步驟：

21、對(duì)熱成型后的所述玻璃片及所述襯底進(jìn)行退火處理，所述退火處理的溫度范圍是520～560℃，保溫的時(shí)間范圍是20～40分鐘；

22、保溫結(jié)束后，以0.5～1.5℃/min的冷卻速率將所述玻璃片及所述襯底緩慢冷卻至所述玻璃片的應(yīng)變點(diǎn)溫度以下；

23、溫度降至所述玻璃片的應(yīng)變點(diǎn)溫度以下時(shí)，將所述玻璃片及所述襯底自然冷卻至室溫。

24、可選地，所述球形玻璃結(jié)構(gòu)的表面粗糙度不高于所述玻璃片的表面粗糙度。

25、如上所述，本發(fā)明提供了一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，該球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：提供一襯底，形成凹槽陣列于所述襯底中，所述凹槽陣列包括多個(gè)間隔設(shè)置的凹槽，所述凹槽自所述襯底的頂面開口并向下延伸預(yù)設(shè)深度；將固體釋氣劑薄片放置于每一所述凹槽中；提供一玻璃片，將所述襯底與所述玻璃片在真空條件下鍵合，以實(shí)現(xiàn)所述凹槽陣列的密封；將鍵合后的所述襯底加熱至大于或等于所述玻璃片的軟化點(diǎn)溫度，并保溫一定時(shí)間，待所述固體釋氣劑薄片因受熱分解產(chǎn)生的氣體將軟化的所述玻璃片對(duì)應(yīng)所述凹槽的部分熱成型成球形結(jié)構(gòu)，再冷卻至室溫，并進(jìn)行退火處理；去除所述襯底，以得到所需的球形玻璃結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在淺凹槽中添加呈片狀的固體釋氣劑薄片，利用該固體釋氣劑薄片在升溫時(shí)釋放出的氣體驅(qū)動(dòng)玻璃片熱成型，形成了晶圓級(jí)的球形玻璃結(jié)構(gòu)。該方法工藝流程簡單，操作便捷，可精確定量，確保了球形玻璃結(jié)構(gòu)的一致性，特別適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，本發(fā)明不僅可以精確控制固體釋氣劑薄片的質(zhì)量，靈活調(diào)整其中釋氣劑粉末的含量，制備出所需尺寸的球形玻璃結(jié)構(gòu)，而且能夠獲得與原始拋光的玻璃片相近或者更低粗糙度的球形玻璃結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法具有生產(chǎn)成本低，可靠性高，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)于高效、低耗、環(huán)保的嚴(yán)格要求，以及超凈室的高清潔度標(biāo)準(zhǔn)。此外，該方法與現(xiàn)有的mems工藝兼容，可以直接集成到現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造工藝中，無需額外增設(shè)復(fù)雜設(shè)備或流程，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率和兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述固體釋氣劑薄片的形成包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：還包括采用真空攪拌脫泡機(jī)對(duì)所述混合物漿料進(jìn)行脫泡處理的步驟。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：還包括采用沖切工具將所述固體釋氣劑薄片從所述基材上分離的步驟。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述釋氣劑粉末包括碳酸鈣粉末、氫化鈦粉末及氫化鋯粉末中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述粘性溶液包括硅酸鈉溶液、硅酸鉀溶液中的任意一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述釋氣劑粉末與所述粘性溶液的質(zhì)量體積比為1g:(2～5)ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述基材包括鋁箔、銅箔中的任意一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述襯底與所述玻璃片的鍵合方式包括陽極鍵合，所述陽極鍵合的電壓范圍是700～900v，所述陽極鍵合的溫度范圍是300～500℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述退火處理包括以下步驟：

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于：所述球形玻璃結(jié)構(gòu)的表面粗糙度不高于所述玻璃片的表面粗糙度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法，通過在淺凹槽中添加呈片狀的固體釋氣劑薄片，利用該固體釋氣劑薄片在升溫時(shí)釋放出的氣體驅(qū)動(dòng)玻璃片熱成型，形成了晶圓級(jí)的球形玻璃結(jié)構(gòu)。該方法工藝流程簡單，操作便捷，可精確定量，確保了球形玻璃結(jié)構(gòu)的一致性，特別適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，本發(fā)明不僅可以精確控制固體釋氣劑薄片的質(zhì)量，靈活調(diào)整其中釋氣劑粉末的含量，制備出所需尺寸的球形玻璃結(jié)構(gòu)，而且能夠獲得與原始拋光的玻璃片相近或者更低粗糙度的球形玻璃結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的球形玻璃結(jié)構(gòu)的制備方法具有生產(chǎn)成本低，可靠性高，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)于高效、低耗、環(huán)保的嚴(yán)格要求，以及超凈室的高清潔度標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)研發(fā)人員：武震宇,謝珂,蘇泳全,王櫟皓,劉藝晨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30