CN110850609A - 一种低应力声光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及声光器件，具体涉及一种低应力声光器件及其制备方法，包括：压电晶片和声光晶体，声光晶体上表面从下往上依次镀制有Cr、Au金属膜层，压电晶片下表面从上往下依次镀制有Cr、Au金属膜层，声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合在一起形成Cr、Au、Cr三层金属膜键合层结构。本发明的低应力声光器件采用压电晶片先研磨后键合工艺代替传统的压电晶片先键合后研磨工艺，避免了Au‑Au键合残余应力导致的压电晶片研磨开裂现象；本发明改进了Au膜层的制备工艺，Au膜层的应力明显降低，声光晶体和压电晶片键合后声光晶体没有开裂现象。
Description
技术领域
本发明涉及声光器件，具体涉及一种低应力声光器件及其制备方法。
背景技术
声光器件是基于声光效应研制的光电类器件，随着声光器件向高频高功率等方向发展，声光器件的制作方法越来越多的采用了Au-Au键合工艺。
如图1所示，传统的Au-Au键合的声光器件结构及其制备工艺流程包括：首先在声光晶体和压电晶片表面分别制备附着层，通常是磁控溅射铬Cr、钛Ti等金属膜层，接着在附着层上磁控溅射一层Au膜层；然后使声光晶体和压电晶片的Au膜层接触，加温加压完成键合；最后将完成键合的器件放置在研磨机内，将压电晶片研磨抛光至设计厚度。这种先Au-Au键合后压电晶片研磨的制作工艺主要存在以下问题：
(1)制备的Au膜层应力较大，声光晶体和压电晶片键合后声光晶体易开裂，造成器件报废；
(2)键合后的残余应力在压电晶片研磨抛光过程释放出来，引起压电晶片开裂，造成器件报废。
发明内容
为了解决上述声光晶体键合开裂和压电晶片研磨开裂的问题，本发明采用压电晶片先研磨后键合的工艺代替传统的先键合后研磨工艺，改进传统Au膜层的制备工艺，提供一种低应力声光器件及其制备方法。
一种低应力声光器件，包括：压电晶片和声光晶体，声光晶体上表面从下往上依次镀制有Cr、Au金属膜层，压电晶片下表面从上往下依次镀制有Cr、Au金属膜层，声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合在一起形成Cr、Au、Cr三层金属膜键合层结构。
进一步的，声光晶体和压电晶片的Cr膜层厚度为10～30nm，声光晶体和压电晶片的Au膜层厚度为100～600nm。
进一步的，所述压电晶片采用的材料包括：铌酸锂或/和钽酸锂；所述声光晶体采用的材料包括：氧化碲或/和磷化镓。
一种低应力声光器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用旋涂法将光刻胶涂覆在垫片下表面，然后放入80～100℃的烘箱中烘烤20～30min；
S2、将压电晶片的上表面粘贴在垫片下表面的光刻胶上，然后放在真空密封袋内密封，最后放在等静压设备中压合，压合的工作压强为5～10Mpa；
S3、将压合好的压电晶片放在研磨机内研磨抛光；
S4、依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗声光晶体，依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗压电晶片；
S5、将声光晶体和压电晶片固定在镀膜机内，采用磁控溅射的方法分别在声光晶体和压电晶片表面依次镀制Cr膜层、Au膜层；
S6、通过键合设备将声光晶体和压电晶片对准、接触、加压、保压，完成声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合；
S7、将键合后的器件放入丙酮中浸泡4～6小时，待光刻胶完全溶解于丙酮中，压电晶片上的垫片脱落分离后，取出器件。
本发明的有益效果：
(1)本发明改进Au膜层的制备工艺，使得Au膜层的应力明显降低，声光晶体和压电晶片键合后声光晶体没有开裂现象；
(2)本发明中采用先研磨后键合的方式制备压电晶片，由于压电晶片在键合前已研磨至设计厚度，键合后压电晶片不再需要研磨，避免了Au-Au键合残余应力导致的压电晶片研磨开裂。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为传统的Au-Au键合的声光器件工艺流程示意图；
图2为本发明实施例的一种低应力声光器件及其制备工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的一种低应力声光器件，包括：压电晶片和声光晶体，声光晶体上表面从下往上依次镀制有Cr、Au金属膜层，压电晶片下表面从上往下依次镀制有Cr、Au金属膜层，声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合在一起形成Cr、Au、Cr三层金属膜键合层结构。
进一步的，声光晶体和压电晶片的Cr膜层厚度为10～30nm，声光晶体和压电晶片的Au膜层厚度为100～600nm。
进一步的，所述压电晶片采用的材料包括：铌酸锂或/和钽酸锂。
进一步的，所述声光晶体采用的材料包括：氧化碲或/和磷化镓。
如图2所示，作为一种优选实施方式，低应力声光器件的制备方法可采用以下实现方式：
S1、采用旋涂法将光刻胶涂覆在垫片下表面，垫片和压电晶片和所使用的材料为同种材料，垫片下表面所涂覆的光刻胶厚度范围为2～5μm，然后放入80～100℃的烘箱中烘烤20～30min；
S2、将压电晶片的上表面粘贴在垫片下表面的光刻胶上，然后放在真空密封袋内密封，最后放在等静压设备中压合，压合的工作压强为5～10Mpa；
S3、将压合好的压电晶片放在研磨机内研磨抛光至设计厚度，设计厚度通常为几微米至几十微米；
S4、依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗声光晶体，依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗压电晶片；
S5、将声光晶体和压电晶片固定在镀膜机内，采用磁控溅射的方法分别在声光晶体和压电晶片表面依次镀制Cr膜层、Au膜层，Cr膜层的镀制厚度为10～30nm，Au膜层的镀制厚度为100～600nm；
S6、通过键合设备将声光晶体和压电晶片对准、接触、加压、保压，完成声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合；
S7、将键合后的器件放入丙酮中浸泡4～6小时，待光刻胶完全溶解于丙酮中，压电晶片上的垫片脱落分离后，取出器件。
进一步的，采用磁控溅射方法分别在声光晶体和压电晶片表面镀制Cr膜层时，工作气体为氩气Ar，溅射气压为1～3Pa，溅射功率密度为0.5～0.7W/cm2。
进一步的，本发明为降低Au膜层的应力，改进传统Au膜层的制备工艺，包括：提高磁控溅射Au膜层的溅射气压，由传统的0.1～0.3Pa提高至1～3Pa；降低Au膜层溅射功率密度，由传统的1.6～1.8W/cm2降低至0.5～0.7W/cm2；分段溅射Au膜层，即每次溅射4～6minAu膜层后关闭溅射电源，通入高纯氩气4～6min后再镀Au膜层，照此方法循环镀Au膜层至设计厚度100～600nm。
进一步的，所述完成声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合包括：将声光晶体上的Au膜层和压电晶片上的Au膜层横截面对齐，利用两者界面原子的扩散作用，通过键合设备施加压力完成键合。
进一步的，键合压强为10～20MPa，键合温度为60～120℃，保压时间为30～60min。
本发明的低应力声光器件采用压电晶片先研磨后键合工艺代替传统的压电晶片先键合后研磨工艺，避免了Au-Au键合残余应力导致的压电晶片研磨开裂现象；本发明改进了Au膜层的制备工艺，通过提高磁控溅射Au膜层的溅射气压、降低Au膜层溅射功率密度和分段溅射Au膜层的方式，使得镀制的Au膜层的应力明显降低，声光晶体和压电晶片键合后声光晶体没有开裂现象。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上表面”、“下表面”“从下往上”、“从上往下”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低应力声光器件，包括：压电晶片和声光晶体，其特征在于，声光晶体上表面从下往上依次镀制有Cr、Au金属膜层，压电晶片下表面从上往下依次镀制有Cr、Au金属膜层，声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合在一起形成Cr、Au、Cr三层金属膜键合层结构。
2.根据权利要求1所述一种低应力声光器件，其特征在于，声光晶体和压电晶片的Cr膜层厚度为10～30nm，声光晶体和压电晶片的Au膜层厚度为100～600nm。
3.根据权利要求1所述一种低应力声光器件，其特征在于，所述压电晶片采用的材料包括：铌酸锂或/和钽酸锂；所述声光晶体采用的材料包括：氧化碲或/和磷化镓。
4.一种低应力声光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用旋涂法将光刻胶涂覆在垫片下表面，然后放入80～100℃的烘箱中烘烤20～30min；
S2、将压电晶片的上表面粘贴在垫片下表面的光刻胶上，然后放在真空密封袋内密封，最后放在等静压设备中压合，压合的工作压强为5～10Mpa；
S3、将压合好的压电晶片放在研磨机内研磨抛光；
S4、依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗声光晶体，依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗压电晶片；
S5、将声光晶体和压电晶片固定在镀膜机内，采用磁控溅射的方法分别在声光晶体和压电晶片表面依次镀制Cr膜层、Au膜层；
S6、通过键合设备将声光晶体和压电晶片对准、接触、加压、保压，完成声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合；
S7、将键合后的器件放入丙酮中浸泡4～6小时，待光刻胶完全溶解于丙酮中，压电晶片上的垫片脱落分离后，取出器件。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用磁控溅射方法分别在声光晶体和压电晶片表面镀制Cr膜层时，工作气体为氩气Ar，溅射气压为1～3Pa，溅射功率密度为0.5～0.7W/cm2。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，Au膜层采用磁控溅射方法分段溅射制备，工作气体为氩气Ar，溅射气压为1～3Pa，溅射功率密度为0.5～0.7W/cm2，每次溅射4～6minAu膜层后关闭溅射电源，通入高纯氩气4～6min后再镀Au膜层。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述完成声光晶体的Au膜层和压电晶片的Au膜层键合包括：将声光晶体上的Au膜层和压电晶片上的Au膜层横截面对齐，利用两者界面原子的扩散作用，通过键合设备施加压力完成键合。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，键合压强为10～20MPa，键合温度为60～120℃，保压时间为30～60min。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，垫片所使用的材料和压电晶片的材料相同。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，垫片上所涂覆的光刻胶厚度范围为2～5μm。
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