PL212499B1 - Sposób spajania szklanych elementów, zwłaszcza do przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spajania szklanych elementów, przeznaczonych zwłaszcza do przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych.

Sposób spajania materiałów z udziałem pola elektrycznego (field-assisted sealing, anodic bonding) jest szeroko stosowany w mikroelektronice przy wytwarzaniu urządzeń mikromechanicznych i mikroelektromechanicznych (micro electro mechanical systems MEMS). Sposób ten w praktyce znajduje zastosowanie prawie wyłącznie w łączeniu szkła z krzemem. Użycie cienkich warstw przejściowych rozszerza zakres możliwych kombinacji łączonych materiałów. Typowym przykładem użycia warstw przejściowych jest ich wykorzystanie do łączenia materiałów tego samego typu, na przykład w wykonywaniu połączeń szkło-szkło z użyciem cienkiej warstwy aluminium.

Spajanie materiałów z udziałem pola elektrycznego jest szeroko stosowane w procesach wytwarzania trójwymiarowych urządzeń mikroprzepływowych. Optyczna diagnostyka przepływów cieczy w mikrokanałach tych urządzeń jest z reguły możliwa przez obserwację w świetle odbitym przez warstwę szkła. Przyczyną jest wykorzystanie do budowy urządzeń nie transparentnych komponentów krzemowych. W ostatnich latach można zauważyć wzrost zainteresowania sposobami wytwarzania całkowicie przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych, umożliwiających obserwację ich pracy w świetle przechodzącym.

Zgrzewanie szkieł z udziałem pola elektrycznego z wykorzystaniem cienkich warstw metalicznych (na przykład Al, Ni), półprzewodnikowych (Si) lub dielektrycznych (SiC) nie daje możliwości wykonania całkowicie przezroczystych połączeń, ze względu na nie transparentną warstwę pośrednią.

Sposób spajania szklanych elementów, zwłaszcza do przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że powierzchnie styku dwóch szklanych elementów poddaje się szlifowaniu i polerowaniu do uzyskania gładkości optycznej. Następnie, na obrobioną powierzchnię jednego z nich naparowuje się próżniowo warstwę tytanu o maksymalnej grubości 50 nm. Tak przygotowane szklane elementy składa się stronami obrobionymi do wewnątrz, po czym cały układ podgrzewa się do temperatury około 500°C w powietrzu, utrzymując go w tej temperaturze przez 10 minut. W następnej kolejności przykłada się napięcie stałe U o wartości około 100 V przez około 5 minut. Spojone szklane elementy poddaje się ostudzeniu do temperatury pokojowej.

Sposób według wynalazku będzie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania w oparciu o rysunek, na którym pokazano schemat wspomaganego polem elektrycznym spajania szklanych elementów.

Przedstawiony sposób spajania zastosowany został do połączenia dwóch szklanych płytek 1 i 3. Powierzchnie styku obu szklanych płytek poddano szlifowaniu i polerowaniu do uzyskania gładkości optycznej. Następnie, na obrobioną powierzchnię szklanej płytki 3 naparowano próżniowo warstwę tytanu 2 o grubości 40 nm. Tak przygotowane szklane płytki 1 i 3 złożono stronami obrobionymi do wewnątrz. Cały układ podgrzano do temperatury 500°C w powietrzu, utrzymując go w tej temperaturze przez 10 minut. W następnej kolejności przyłożono do układu szklanych płytek napięcie stałe U o wartości 100 V przez 5 minut. Spojone szklane płytki poddano ostudzeniu do temperatury pokojowej.

Kluczową cechą przedstawionego sposobu spajania jest grubość naparowanej próżniowo cienkiej warstwy tytanu i sposób jej termicznej obróbki w powietrzu przed wykonaniem złącza. Początkowo nieprzezroczysta warstwa metaliczna po utlenieniu w powietrzu staje się przezroczysta i może być wykorzystana do wykonania całkowicie przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób spajania szklanych elementów, zwłaszcza do przezroczystych urządzeń mikroprzepływowych, znamienny tym, że powierzchnie styku dwóch szklanych elementów poddaje się szlifowaniu i polerowaniu do uzyskania gładkości optycznej, a następnie na obrobioną powierzchnię jednego z nich naparowuje się próżniowo warstwę tytanu o maksymalnej grubości 50 nm, po czym tak przygotowane szklane elementy składa się stronami obrobionymi do wewnątrz i cały układ podgrzewa się do temperatury około 500°C w powietrzu utrzymując go w tej temperaturze przez 10 minut, a w następnej kolejności przykłada się napięcie stałe U o wartości około 100 V przez około 5 minut i poddaje się spojone szklane elementy ostudzeniu do temperatury pokojowej.