CN112649076A - 一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统,用以提高封装效果,避免标准流量元件漏气,提高测量精度。本申请实施例提供的一种标准流量元件,所述标准流量元件包括:对盒设置的第一基板和第二基板;所述第一基板包括:第一衬底基板,以及位于所述第一衬底基板面向所述第二基板一侧的第一金属层;所述第一衬底基板包括:开口面向所述第二基板一侧的多个凹槽;所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;所述第二基板包括:第二衬底基板,以及位于所述第二衬底基板面向所述第一基板一侧的第二金属层;在所述凹槽之外的区域,所述第二金属层与所述第一金属层接触且通过共晶反应键合。
Description
技术领域
本申请涉及标准流量元件技术领域,尤其涉及一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统。
背景技术
标准流量元件是一种可以产生恒定气体流量的元件,广泛的应用于真空检漏,真空测量领域,被誉为真空计量的标尺。近年来微通道式标准流量元件得到了广泛的研究和应用,但标准流量元件的封装问题一直未得到较好的解决。微通道式标准流量元件通常采用传统的树脂密封胶粘接方式,该封装方式虽然工艺简单、成本低廉,但在高真空状态下漏气较为严重,存在测量精度较低,无法实现极小流量校准等问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统,用以提高封装效果,避免标准流量元件漏气,提高测量精度。
本申请实施例提供的一种标准流量元件,所述标准流量元件包括:对盒设置的第一基板和第二基板;
所述第一基板包括:第一衬底基板,以及位于所述第一衬底基板面向所述第二基板一侧的第一金属层;
所述第一衬底基板包括:开口面向所述第二基板一侧的多个凹槽;所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;
所述第二基板包括:第二衬底基板,以及位于所述第二衬底基板面向所述第一基板一侧的第二金属层;
在所述凹槽之外的区域,所述第二金属层与所述第一金属层接触且通过共晶反应键合。
在一些实施例中,所述第一金属层以及所述第二金属层的材料均包括:过渡金属。
在一些实施例中,所述第一基板还包括贯穿其厚度的第一开孔;所述凹槽延伸至所述第一开孔;
所述第二基板还包括贯穿其厚度的第二开孔;
所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述凹槽在所述第一衬底基板的正投影具有交叠,且所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述第一开孔在所述第一衬底基板的正投影互不交叠。
在一些实施例中,所述第一金属层在所述凹槽底部具有图案;
所述第一金属层的厚度小于所述凹槽的深度。
在一些实施例中,所述第一基板在所述第二基板的正投影落入所述第二基板内;
在所述第二开孔之外,所述第二金属层完全覆盖所述第二衬底基板。
本申请实施例提供的一种标准流量元件的制备方法,所述方法包括:
在第一衬底基板形成多个凹槽;
在所述凹槽开口一侧,在所述第一衬底基板上形成第一金属层,获得第一基板;其中,所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;
在第二衬底基板上形成第二金属层,获得第二基板;
将所述第一基板和所述第二基板对盒,在所述凹槽之外的区域使得所述第一金属层和所述第二金属层接触,并采用键合工艺使得所述第一金属层和所述第二金属层通过共晶反应键合。
在一些实施例中,在第一衬底基板形成多个凹槽之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第一衬底基板形成第一子开孔;其中,所述凹槽延伸至所述第一子开孔;
在第二衬底基板上形成第二金属层之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第二衬底基板形成第二子开孔;其中,所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述凹槽在所述第一衬底基板的正投影具有交叠,且所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述第一开孔在所述第一衬底基板的正投影互不交叠。
在一些实施例中,在第一衬底基板形成多个凹槽,具体包括:
采用紫外光刻或纳米压印工艺在第一衬底基板形成多个凹槽。
本申请实施例提供的一种标准流量系统,所述标准流量系统包括本申请实施例提供的标准流量元件。
在一些实施例中,所述标准流量元件的第一基板包括第一开孔,所述标准流量元件的第二基板包括第二开孔;
所述标准流量系统还包括:与所述第一开孔法兰连接的进气元件,以及与所述第二开孔法兰连接的出气元件。
本申请实施例提供的标准流量元件及其制备方法、标准流量系统,在第一衬底基板面向第二基板一侧设置第一金属层,在第二衬底基板面向第一基板一侧设置第二金属层,第一金属层和第二金属层通过共晶反应形成共晶层以实现两层金属层键合,即第一基板和第二基板通过金属键合方式进行封装,可以避免漏气,提高封装可靠性。当利用本申请实施例提供的标准流量元件进行测量时,还可以提高测量精度,延伸测量下限。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种标准流量元件的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种标准流量元件的俯视图;
图3为本申请实施例提供的沿图2中BB’的截面图;
图4为本申请实施例提供的一种标准流量元件中第二基板的俯视图;
图5为本申请实施例提供的一种标准流量元件的制备方法的示意图;
图6为本申请实施例提供的另一种标准流量元件的制备方法的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例的附图,对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。并且在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于所描述的本申请的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另外定义,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
需要注意的是,附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例,目的只是示意说明本申请内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
本申请实施例提供了一种标准流量元件,如图1所示,所述标准流量元件包括:对盒设置的第一基板1和第二基板2;
所述第一基板1包括:第一衬底基板3,以及位于所述第一衬底基板3面向所述第二基板2一侧的第一金属层4;
所述第一衬底基板3包括:开口面向所述第二基板2一侧的多个凹槽5;所述第一金属层4至少在所述凹槽5之外的区域覆盖所述第一衬底基板3;
所述第二基板2包括:第二衬底基板6,以及位于所述第二衬底基板6面向所述第一基板1一侧的第二金属层7;
在所述凹槽5之外的区域,所述第二金属层7与所述第一金属层4接触且通过共晶反应键合。
本申请实施例提供的标准流量元件,在第一衬底基板面向第二基板一侧设置第一金属层,在第二衬底基板面向第一基板一侧设置第二金属层,第一金属层和第二金属层通过共晶反应形成共晶层以实现两层金属层键合,即第一基板和第二基板通过金属键合方式进行封装,可以避免漏气,提高封装可靠性。当利用本申请实施例提供的标准流量元件进行测量时,还可以提高测量精度,延伸测量下限。
本申请实施例提供的标准流量元件,由于第一衬底基板包括多个凹槽,第一基板和第二基板通过两层金属层键合封装后,在凹槽的区域便形成了气体通道。在具体实施时,例如各凹槽的宽度、深度均相等,相邻凹槽之间的距离相等。在具体实施时,凹槽例如可以为微纳凹槽结构,即凹槽的尺寸为毫米、微米和纳米量级。微纳凹槽结构的特征尺寸远小于气体的平均自由程,故气体通道内的气体始终处于分子流状态,当两侧压强恒定时,即可获得恒定的气体流量。在具体实施时,可以根据实际需要的气体流量设置凹槽的宽度、深度。
本申请实施例提供的标准流量元件例如可以应用于真空检漏,真空测量领域。
在一些实施例中,所述第一金属层以及所述第二金属层的材料均包括:过渡金属。
在一定温度和压力条件下,过渡金属将发生共晶反应形成共晶层以实现两金属层键合,工艺简单易于实现。
在具体实施时,第一金属层和第二金属层可以包括相同的材料,也可以包括不同材料。
在一些实施例中,所述第一金属层以及所述第二金属层的材料均包括:银。
在一些实施例中,如图2、图3、图4所示,所述第一基板1还包括贯穿其厚度的第一开孔8;所述凹槽5延伸至所述第一开孔8;
所述第二基板2还包括贯穿其厚度的第二开孔9;
所述第二开孔9在所述第一衬底基板3的正投影与所述凹槽5在所述第一衬底基板3的正投影具有交叠,且所述第二开孔9在所述第一衬底基板3的正投影与所述第一开孔8在所述第一衬底基板3的正投影互不交叠。
需要说明的是,图2为本申请实施例提供的一种标准流量元件的俯视图,图1例如可以是沿图2中AA’的截面图,图3可以是沿图2中BB’的截面图,图4为第二基板的俯视图。在具体实施时,凹槽的延伸方向与图2中的Y方向平行。
在一些实施例中,第一开孔和第二开孔的图案均为圆形。
在具体实施时,第一开孔例如可以作为进气孔,相应的,第二开孔作为出气孔。
在具体实施时,如图3所示,凹槽5的一端延伸至第一开孔8的边缘。从而第一开孔与凹槽连通,当有气体进入标准流量内部时,气体通过第一开孔到达凹槽。如图3所示,凹槽5的另一端在第一衬底基板3的正投影与第二开孔在第一衬底基板3的正投影具有交叠区域。从而第二开孔与凹槽连通,气体可以通过第二开孔流出。
在一些实施例中,如图1所示,所述第一金属层4在所述凹槽5底部具有图案;
所述第一金属层4的厚度小于所述凹槽5的深度。
这样,在形成第一金属层的工艺中,在第一开孔之外的区域,可以整层沉积覆盖第一金属层的材料,由于第一金属层的厚度小于凹槽的深度,无需对凹槽区域的第一金属层的图案去除,在第一基板和第二基板封装后也不会影响气体通道的形成,可以避免增加标准流量元件的制备流程。
在一些实施例中,如图2所示,所述第一基板1在所述第二基板2的正投影落入所述第二基板2内;即第一基板的面积小于第二基板的面积;
如图2、图4所示,在所述第二开孔9之外,所述第二金属层7完全覆盖所述第二衬底基板。
这样,在形成第二金属层的工艺中,在第二开孔之外的区域,可以整层沉积覆盖第二金属层的材料,避免增加标准流量元件的制备流程。
当然,在具体实施时,在第二开孔之外,第二金属层也可以仅在第一基板和第二基板交叠的区域覆盖第二衬底基板。
在一些实施例中,第一衬底基板的材料包括硅。在具体实施时,第一衬底基板例如可以是硅片。
在一些实施例中,第二衬底基板的材料包括铜。在具体实施时,第二衬底基板例如可以是无氧铜板。
基于同一发明构思,本申请实施例还提供了一种标准流量元件的制备方法,如图5所示,所述方法包括:
S101、在第一衬底基板形成多个凹槽;
S102、在所述凹槽开口一侧,在所述第一衬底基板上形成第一金属层,获得第一基板;其中,所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;
S103、在第二衬底基板上形成第二金属层,获得第二基板;
S104、将所述第一基板和所述第二基板对盒,在所述凹槽之外的区域使得所述第一金属层和所述第二金属层接触,并采用键合工艺使得所述第一金属层和所述第二金属层通过共晶反应键合。
本申请实施例提供的标准流量元件的制备方法,在第一衬底基板形成凹槽后,在凹槽开孔一侧形成第一金属层,并且在第二衬底基板一侧设置第二金属层,将第一基板和第二基板对盒后,采用键合工艺使得第一金属层和第二金属层通过共晶反应形成共晶层,以实现两层金属层键合,即第一基板和第二基板通过金属键合工艺进行封装,可以避免漏气,提高封装可靠性。当利用制得的标准流量元件进行测量时,还可以提高测量精度,延伸测量下限。
在具体实施时,可以将对盒后的第一基板和第二基板置于键合设备的机台上,使得第一基板位于第二基板背离机台的一侧,之后在预设温度条件下,对第一基板施加预设压力,使得第一金属层和第二金属层发生共晶反应形成共晶层,以实现两金属层键合。
在一些实施例中,在第一衬底基板形成多个凹槽之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第一衬底基板形成第一子开孔;其中,所述凹槽延伸至所述第一子开孔。
在一些实施例中,在所述第一衬底基板上形成第一金属层,具体包括:
在第一子开孔之外的区域,沉积第一金属层材料,形成第一金属层;其中第一金属层在凹槽底部具有图案。这样,第一金属层在第一子开孔的区域也具有开孔,以使第一基板在第一子开孔对应的区域,具有贯穿第一基板厚度的第一开孔。
在具体实施时,例如可以采用磁控溅射镀膜工艺沉积第一金属材料形成第一金属层。
在一些实施例中,在第二衬底基板上形成第二金属层之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第二衬底基板形成第二子开孔;其中,所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述凹槽在所述第一衬底基板的正投影具有交叠,且所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述第一开孔在所述第一衬底基板的正投影互不交叠。
在一些实施例中,在第二衬底基板上形成第二金属层,具体包括:
在第二子开孔之外的区域沉积第二金属材料,形成第二金属层。这样,第二金属层在第二子开孔的区域也具有开孔,以使第二基板在第二子开孔对应的区域,具有贯穿第二基板厚度的第二开孔。
在具体实施时,例如可以采用磁控溅射镀膜工艺沉积第二金属材料形成第二金属层。
在一些实施例中,第一金属材料和第二金属材料包括过渡金属。过渡金属例如可以是银。
在一些实施例中,在第一衬底基板形成多个凹槽,具体包括:
采用紫外光刻或纳米压印工艺在第一衬底基板形成多个凹槽。
在具体实施时,可以直接采用紫外光刻工艺在第一衬底基板上形成多个凹槽。当然,也可以采用纳米压印工艺,在基底形成光刻胶的图案,再将光刻胶转移到第一衬底基板上,并采用光刻工艺形成凹槽。在具体实施时,可以根据凹槽的尺寸选择相应的凹槽制作工艺。
接下来以采用纳米压印工艺形成凹槽为例,对本申请实施例提供的标准流量元件的制备方法进行距离说明。如图6所示,标准流量元件制备方法包括如下步骤:
S201、采用切割工艺在第一衬底基板3形成第一子开孔10;
S202、提供基底,在基底上形成光刻胶的图案,并将光刻胶11的图案转移到第一衬底基板3上;
S203、采用光刻工艺在第一衬底基板3上形成多个凹槽5;其中,凹槽5延伸至第一子开孔的边缘;
S204、采用磁控溅射工艺,在第一子开孔之外的区域沉积第一金属材料,形成第一金属层4,获得第一基板1;
S205、采用切割工艺在第二衬底基板6形成第二子开孔12;
S206、在第二子开孔之外的区域沉积第二金属材料,形成第二金属层7,获得第二基板2;
S207、将第一基板1和第二基板2对盒,并采用键合工艺使得所述第一金属层4和所述第二金属层7通过共晶反应键合。
本申请实施例还提供了一种标准流量系统,所述标准流量系统包括本申请实施例提供的标准流量元件。
在一些实施例中,所述标准流量元件的第一基板包括第一开孔,所述标准流量元件的第二基板包括第二开孔;
所述标准流量系统还包括:与所述第一开孔法兰连接的进气元件,以及与所述第二开孔法兰连接的出气元件。
在具体实施时,标准流量系统例如可以是真空校准系统。
综上所述,本申请实施例提供的标准流量元件及其制备方法、标准流量系统,在第一衬底基板面向第二基板一侧设置第一金属层,在第二衬底基板面向第一基板一侧设置第二金属层,第一金属层和第二金属层通过共晶反应形成共晶层以实现两层金属层键合,即第一基板和第二基板通过金属键合方式进行封装,可以避免漏气,提高封装可靠性。当利用本申请实施例提供的标准流量元件进行测量时,还可以提高测量精度,延伸测量下限。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种标准流量元件,其特征在于,所述标准流量元件包括:对盒设置的第一基板和第二基板;
所述第一基板包括:第一衬底基板,以及位于所述第一衬底基板面向所述第二基板一侧的第一金属层;
所述第一衬底基板包括:开口面向所述第二基板一侧的多个凹槽;所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;
所述第二基板包括:第二衬底基板,以及位于所述第二衬底基板面向所述第一基板一侧的第二金属层;
在所述凹槽之外的区域,所述第二金属层与所述第一金属层接触且通过共晶反应键合。
2.根据权利要求1所述的标准流量元件,其特征在于,所述第一金属层以及所述第二金属层的材料均包括:过渡金属。
3.根据权利要求1所述的标准流量元件,其特征在于,所述第一基板还包括贯穿其厚度的第一开孔;所述凹槽延伸至所述第一开孔;
所述第二基板还包括贯穿其厚度的第二开孔;
所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述凹槽在所述第一衬底基板的正投影具有交叠,且所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述第一开孔在所述第一衬底基板的正投影互不交叠。
4.根据权利要求3所述的标准流量元件,其特征在于,所述第一金属层在所述凹槽底部具有图案;
所述第一金属层的厚度小于所述凹槽的深度。
5.根据权利要求3所述的标准流量元件,其特征在于,所述第一基板在所述第二基板的正投影落入所述第二基板内;
在所述第二开孔之外,所述第二金属层完全覆盖所述第二衬底基板。
6.一种标准流量元件的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
在第一衬底基板形成多个凹槽;
在所述凹槽开口一侧,在所述第一衬底基板上形成第一金属层,获得第一基板;其中,所述第一金属层至少在所述凹槽之外的区域覆盖所述第一衬底基板;
在第二衬底基板上形成第二金属层,获得第二基板;
将所述第一基板和所述第二基板对盒,在所述凹槽之外的区域使得所述第一金属层和所述第二金属层接触,并采用键合工艺使得所述第一金属层和所述第二金属层通过共晶反应键合。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在第一衬底基板形成多个凹槽之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第一衬底基板形成第一子开孔;其中,所述凹槽延伸至所述第一子开孔;
在第二衬底基板上形成第二金属层之前,所述方法还包括:
采用切割工艺在所述第二衬底基板形成第二子开孔;其中,所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述凹槽在所述第一衬底基板的正投影具有交叠,且所述第二开孔在所述第一衬底基板的正投影与所述第一开孔在所述第一衬底基板的正投影互不交叠。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在第一衬底基板形成多个凹槽,具体包括:
采用紫外光刻或纳米压印工艺在第一衬底基板形成多个凹槽。
9.一种标准流量系统,其特征在于,所述标准流量系统包括根据权利要求1~5任一项所述的标准流量元件。
10.根据权利要求9所述的标准流量系统,其特征在于,所述标准流量元件的第一基板包括第一开孔,所述标准流量元件的第二基板包括第二开孔;
所述标准流量系统还包括:与所述第一开孔法兰连接的进气元件,以及与所述第二开孔法兰连接的出气元件。
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2020
- 2020-12-21 CN CN202011515762.7A patent/CN112649076A/zh active Pending
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