CN104743502A

CN104743502A - 一种具有复合吸气剂层的mems组件及其制备方法

Info

Publication number: CN104743502A
Application number: CN201310751893.9A
Authority: CN
Inventors: 朱君; 张心强; 李洋; 徐瑶华
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-07-01

Abstract

一种具有复合吸气剂层的MEMS组件及其制备方法，该方法包括：将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂、稀土氧化物三种组分混合均匀；使用40～300目的筛网在MEMS器件的盖板材料或管壳材料上丝印厚度为10～400微米的复合吸气剂层；在350～400℃真空烧制，制备出具有复合吸气剂层的MEMS组件。该组件可以在维持密封腔室真空度的同时，方便地在MEMS器件的多个内部部件上进行制备，结构简单。此组件在真空封装后，通过吸收内部腔室内的水汽及残余气体，可以提高MEMS器件的使用可靠性及寿命。

Description

一种具有复合吸气剂层的MEMS组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及具有需要真空腔内部结构的MEMS组件，更具体地，涉及具有用于长期保持腔体内部结构周围真空环境的复合吸气剂层的MEMS组件。

背景技术

通过微机电系统(MEMS)技术制造的微器件正在许多领域中发挥着重要作用。例如，微陀螺仪在交通和商业应用中实现了极为重要的控制系统。由MEMS技术制造的其它微器件，例如压力传感器，微加速计，红外传感器和谐振器也广泛的应用于许多领域。

一些MEMS器件，的内部元件需要在真空环境下才能正常使用，例如微陀螺仪和红外传感器等。保证该类器件可靠性及使用寿命关键是维持内部密封腔室的真空度。在MEMS器件组装过程中，密封工艺、封装材料、腔体内部件缓慢放气而产生持续的压强上升，这种内部环境的变化可降低密封MEMS器件的性能并缩短其寿命。

在实际应用中，业内多采用某些类型的吸气剂以吸附内部腔室内的水汽和气体物质。具体地，使用由多孔烧结金属颗粒制成的高吸附性能吸气剂，并带来了不同程度的成功。然而，使用多孔烧结型金属吸气剂会带来严重的可靠性问题，因为吸气剂颗粒在制造过程中或器件发生颤动或震动后容易发生脱落。这些脱落的吸气剂颗粒可严重影响MEMS器件中的传感装置的准确性、灵敏度，甚至造成器件短路。特别是MEMS器件尺寸降至微米级的非常精密的结构时，影响更为显著。可靠性的降低将对MEMS传感器元件造成暂时的或永久的损伤。某些特殊领域中，吸气剂颗粒的脱落还会对内部其他部件造成堵塞等损害。

对于非金属吸气剂，它们可由有机硅盐或氧化物形成，该类型的非金属吸气剂通常用于具有大平坦区域的大尺寸腔体，主要用于在没有良好密封环境的腔体中吸附潮气。

因此，需要提供另外改良的位于密封腔体内的MEMS器件组件来克服上述问颗。

发明内容

为了解决MEMS器件内部置放吸气剂空间不足以及由内部真空度引起的可靠性衰减问题。本发明提供一种具有复合吸气剂层的MEMS组件，该组件不仅能维持密封腔室的真空度，还能方便地与MEMS器件其余部件进行组合装配。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有复合吸气剂层的MEMS组件的制备方法，该方法包括以下步骤：

A.将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂和稀土氧化物三种组分混合均匀；三种组分的配比为40～60wt％：30～55wt％：5～10wt％；

B.使用40～300目的筛网在MEMS器件的盖板材料或管壳材料上丝印厚度为10～400微米的复合吸气剂层；

C.将步骤B制备的MEMS器件在350～400℃真空烧制，制备出具有复合吸气剂层的MEMS组件。

如上所述的制备方法，优选地，所述非蒸散型吸气材料粉末为锆钒铁吸气剂。

如上所述的制备方法，优选地，所述有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂和松油醇的混合液，三者的配比为5～15wt％∶5～15wt％∶70～90wt％。

如上所述的制备方法，优选地，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化铌、氧化铪或氧化镧。

如上所述的制备方法，优选地，所述筛网为工业级标准的聚酯筛网。

如上所述的制备方法，优选地，所述MEMS器件的盖板材料或管壳材料为可伐合金、陶瓷或锗片。

如上所述的制备方法，优选地，所述步骤C的烧制时间为1～2小时。

另一方面，本发明提供一种具有复合吸气剂层的MEMS组件，其是采用如上所述的方法制备的。

本发明的有益效果在于：本发明的生产方法主要是将非蒸散型吸气材料粉末(wt％：40～60％)、有机粘结剂(wt％：30～55％)、稀土氧化物(wt％：5～10％)三种组分在真空或惰性气氛环境下搅拌均匀，其中吸气材料粉末是吸气剂的主体材料，有机粘结剂是丝网印刷浆料的载体并可在真空烧制后起到造孔作用，稀土氧化物是起到吸湿剂及抗氧化作用。通过调节上述三种成分的比例可以控制浆料的粘度，结合后续丝网印刷网版的孔径可以控制所制备吸气剂层的厚度。然后将混合均匀的浆料采用丝网印刷制备技术在底板上制备出一定形状和厚度的吸气剂层，在真空烧结炉中将有机粘结剂脱除，以避免残余碳对吸气性能的影响及起到造孔作用。该方法制备的的具有复合吸气剂层的MEMS组件，在维持密封腔室真空度的同时，方便地在MEMS器件的多个内部部件上进行制备，结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

图2是实施例1制备的具有复合吸气剂层的MEMS组件的纵剖面构造图。

图3是实施例2制备的具有复合吸气剂层的MEMS组件的纵剖面构造图。

图4是实施例1的复合吸气剂层的吸气性能测试图。

图5是实施例2的复合吸气剂层的吸气性能测试图。

图1-3中，1.活性吸气剂粉末，2.有机粘结剂，3.稀土氧化物，4.复合吸气剂层，5.可伐合金盖板，6.陶瓷管壳，7.封接焊料。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在图1中，活性吸气剂粉末(1)、有机粘结剂(2)、稀土氧化物(3)三者混合均匀，形成具有一定粘度的浆料，通过丝网在盖板材料或者管壳材料上印刷出一定的形状，并在450℃下烧制而成。烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300℃温度下保温1小时进行吸气剂的激活测试。

实施例1

制备具有复合吸气剂层的MEMS组件的工艺过程如图1所示，具体操作如下：

A.将锆钒铁吸气剂粉末(55wt％)、有机粘结剂(40wt％)和氧化铌(5wt％)三种组分混合均匀；该有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂和松油醇的混合液，三者重量比例为5％：10％：85％。

B.使用200目的聚酯筛网在MEMS器件的可伐合金盖板上丝印厚度为95微米的复合吸气剂层；

C.将步骤B制备的MEMS器件在450℃真空烧制1小时，制备出具有复合吸气剂层的MEMS组件。MEMS组件结构如图2所示，复合吸气剂层4附着在MEMS器件的盖板5上。

烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300℃温度下保温1小时进行吸气剂的激活测试。结果如图4所示。

将具有复合吸气剂层的盖板装配到振动测试台上，进行抗振动强度的测试(随机振动：GJB-548B-2005，方法2026.1)，并与现有的多孔烧结金属颗粒吸气剂牢固度的进行对比，结果如表1所示。

实施例2

采用与实施例1相同的工艺过程，具体操作如下：

A.将锆钒铁吸气剂粉末(40wt％)、有机粘结剂(50wt％)和氧化铈(10wt％)三种组分混合均匀；该有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂、松油醇的混合液，三者重量比例为10％：15％：75％。

B.使用300目的聚酯筛网在MEMS器件的陶瓷管壳上丝印厚度为40微米的复合吸气剂层；

C.将步骤B制备的MEMS器件在450℃真空烧制1.5小时，制备出具有复合吸气剂层的MEMS组件。MEMS组件结构如图3所示，复合吸气剂层4附着在MEMS器件的陶瓷管壳6上。

烧制成的具有复合吸气剂层的盖板在300℃温度下保温1小时进行吸气剂的激活测试。结果如图5所示。

表1复合吸气剂层的振动强度测试结果

Claims

1.一种具有复合吸气剂层的MEMS组件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.将非蒸散型吸气材料粉末、有机粘结剂和稀土氧化物三种组分混合均匀；三种组分的配比为40～60wt％：30～55wt％：5～10wt％：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非蒸散型吸气材料粉末为锆钒铁吸气剂。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘结剂为乙基纤维素、硅烷偶联剂和松油醇的混合液，三者的配比为5～15wt％∶5～15wt％∶70～90wt％。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化铈、氧化铌、氧化铪或氧化镧。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述筛网为工业级标准的聚酯筛网。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MEMS器件的盖板材料或管壳材料为可伐合金、陶瓷或锗片。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C的烧制时间为1～2小时。

8.一种具有复合吸气剂层的MEMS组件，其特征在于，其是采用如权利要求1-7中任一项所述的方法制备的。