Pyrex7740玻璃微成型工藝及其在MEMS技術領域的應用.pdf

1、制造技術是MEMS(微電子機械系統(tǒng))產業(yè)化進程的核心技術之一,Pyrex7740玻璃在MEMS領域是一種常用材料。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,因此其被廣泛應用于硅基MEMS器件的氣密和真空封裝中;由于Pyrex7740玻璃有著優(yōu)異的光學特性,因此亦適用于MOEMS(微光機電系統(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,并且對其進行了深入的研究,主要內容包括:
　　 (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,實現(xiàn)了在Pyrex7740玻璃圓片上精確制造深腔結構。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,詳細研究了玻璃圓片的幾何參數(玻璃厚度、腔體深寬比等)和工藝參數(退火時間、退火溫度和壓力等)與深腔形成的關系,最終得出了適用于不同用途的優(yōu)化工藝參數。本文還分析了工藝條件對成型質量(粗糙度、翹曲形變等)的影響。
　　 (2)基于微分型粘彈性本構關系分析了微腔成型過程的熱力學和粘彈性體力學特性。熱力學特性對玻璃微腔

4、的形成機理和工藝條件(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。
　　 (3)將玻璃微腔應用于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工藝和條件,建立了二次陽極鍵合的電學模型,分析了二次陽極鍵合的工藝難點和實現(xiàn)方法。并最終對氣密封裝的可靠性進行了測試。圓片級玻璃微腔最終實現(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度大于13.27MPa。
　　 (4)初步將Pyrex7740玻璃的圓片級加工工藝應用于玻璃表面微結構、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、力學和電學的理論模型,優(yōu)化了整個制備工藝參數和流程。本文提出的Pyrex7740玻璃微加工工藝,有望在ME