聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置及其方法与流程

本发明涉及器件键合技术领域的一种键合装置，尤其涉及一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，还涉及该装置的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合方法。

背景技术：

器件的封装是器件设计与制备中的一个关键环节，决定着器件的稳定性和使用寿命。阳极键合也称静电键合，作为mems制造中一种重要的封装技术，是一种利用静电场和温度场的偶合作用，在固体电解质材料与金属的连接界面产生强静电吸附力，通过电解质中碱金属离子的离解和迁移，从而实现界面固态反应连接的一种可靠的清洁型微电子机械封装工艺，其优点是连接温度低、速度快、工艺简单、键合强度高、密封性好，而且可以保证材料的某些性能如光学平面等不受破坏。目前硼硅玻璃与硅的键合工艺已经广泛应用于mems器件的生产。

聚合物固体材料是封装柔性微电子器件最理想的封装材料。目前柔性微电子器件封装的材料较多采用聚氧乙烯(peo)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)等。其中，聚氧乙烯(peo)是与碱金属盐络合能力最好、研究最早、应用最广泛的聚合物电解质本体材料。聚氧乙烯作为封装材料应用于阳极键合，其材料本身存在的不足主要有三点：第一，peo具有极高的结晶度，使得peo基聚合物电解质常温下离子电导率普遍不高，一般在10^-7～10^-8s/cm；第二，采用现有阳极键合技术进行封装，在强电场作用的下，长时间作用，温度升高，高温下会破坏聚合物材料的稳定性，如高温下聚合物材料软化很容易被压溃，导致聚合物材料击穿；反之，键合电压过低，键合时间过短，离子迁移数较少，容易导致键合强度不足等问题；第三，当聚合物表面粗糙度未达到一定的要求(≥1.5μm)时，键合率和密封性也较低。研究表明，表面不平使得键合面处同时存在着接触部分和未接触部分。接触部分在电场的作用下，形成极化区，最终焊合。然而，未接触部分在电场作用下，电位分布随着缝隙宽度的增加而降低，同时静电引力也随之降低，这使得焊接过程受到抑制而难以焊合，密封性差。

技术实现要素：

为解决现有的键合装置存在键合强度不足，密封性差，键合率低的技术问题，本发明提供一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置及其方法。

本发明采用以下技术方案实现：一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，其用于对器件进行键合，其包括：

封装结构，其包括金属中间层和两个柔性聚合物电解层；金属中间层布置在所述器件的封装位置上，且两端均为开口端；两个柔性聚合物电解层分别盖在金属中间层的两端上，并与金属中间层围成一个封装腔，所述器件布置在封装腔中；

超声波振动连接系统，其包括固定架、超声变幅杆、超声波焊头、定位块、加压螺栓、电隔离换能器以及超声波电源；超声变幅杆的侧壁固定在固定架上；超声波焊头的一端连接在超声变幅杆的一端上，其中一个柔性聚合物电解层定位在超声波焊头的另一端上；加压螺栓螺接在固定架上，并在转动时抵压在其中另一个柔性聚合物电解层上，使金属中间层和两个柔性聚合物电解层贴合；定位块安装在超声波焊头的另一端上，并用于定位金属中间层；电隔离换能器安装在固定架上，且一端与超声变幅杆的另一端相连；超声波电源电性连接电隔离换能器的另一端，并用于通过电隔离换能器、超声变幅杆驱使超声波焊头传输超声波至柔性聚合物电解层上，以使金属中间层和柔性聚合物电解层达到超声连接；

阳极键合系统，其包括直流电源；直流电源的正极与金属中间层电性连接，负极与两个柔性聚合物电解层电性连接；直流电源用于向所述封装结构施加一个预设电压，使金属中间层和柔性聚合物电解层实现键合；以及

控制系统，其包括控制器；控制器用于在加压螺栓位移一个预设距离以对所述封装结构施加一个预设压力后，先启动超声波电源以输出电能至电隔离换能器，再通过电隔离换能器将所述电能转换为超声波，然后通过超声变幅杆将超声能量集中在超声波焊头上，使超声波焊头传输超声波至柔性聚合物电解层上，以活化柔性聚合物电解层与金属中间层的预连接表面并达到超声连接，最后关闭超声波电源并启动直流电源以输出所述预设电压作用于所述封装结构，使中间层和柔性聚合物电解层实现阳极键合。

本发明通过封装结构的金属中间层和柔性聚合物电解层将器件封装起来，超声波振动连接系统能够向封装结构中传输超声波，使得金属中间层和柔性聚合物电解层之间达成超声连接，而阳极键合系统能够对封装结构输送直流电压，使得金属中间层和柔性聚合物电解层在超声连接的基础上进一步达成静电连接并实现阳极键合，从而实现对器件的键合。其中，控制器能够启动超声波电源，使超声波电源通过电隔离换能器和超声变幅杆使超声波焊头传输超声波至柔性聚合物电解层，利用低能的超声波对待连接界面的柔性聚合物电解层的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级，随后控制器启动直流电源，可以进行阳极键合以完成键合封装，解决了现有的键合装置存在键合强度不足，密封性差，键合率低的技术问题，得到了键合强度大，密封性能好，键合率和可靠性高，并且能够延长器件的使用寿命的技术效果。而且，由于采用电隔离换能器，这样可以避免直流电源的高电压对超声波电源的影响，而超声变幅杆能够将超声波电源的超声能量集合在超声波焊头上，使得超声波焊头所具有的超声能量最大化，减少能量的损耗，同时也使得焊头对电解层的超声振动更加有效，使超声焊合效率更高。

作为上述方案的进一步改进，所述控制系统还包括开关一和开关二；开关一用于打开或关闭超声波电源，开关二用于打开或关闭直流电源；其中，控制器通过开关一启动或关闭超声波电源，并通过开关二启动或关闭直流电源。

作为上述方案的进一步改进，超声波焊头的另一端上开设定位槽，柔性聚合物电解层固定在所述定位槽中。

作为上述方案的进一步改进，定位块固定在超声波焊头另一端的端面上，并将金属中间层包住，以限制金属中间层沿着加压螺栓的径向移动。

作为上述方案的进一步改进，超声变幅杆为由钛合金制成的阶梯型变幅杆；加压螺栓为由合金钢制成的螺栓，且可调位移范围为0～100mm；超声波焊头为呈圆柱形的钛合金焊头，且长度为45mm，直径为5～20mm。

作为上述方案的进一步改进，加压螺栓、超声变幅杆以及超声波焊头均同轴设置，且中心轴与金属中间层和柔性聚合物电解层的接触面垂直。

作为上述方案的进一步改进，所述超声波振动连接系统还包括固定法兰；超声变幅杆通过固定法兰固定在固定架上；所述阳极键合系统还包括电流记录仪；电流记录仪用于记录直流电源与所述封装结构之间的电流。

作为上述方案的进一步改进，超声波电源的振动频率为20khz，振幅为20～85μm，振动时间为5～15秒，保压时间为5～15秒；直流电源的输出电压为200～800v；加压螺栓对柔性聚合物电解层施加的压力为10～25mpa。

作为上述方案的进一步改进，固定架包括至少三块固定板以及至少两根固定杆；三块固定板平行设置，且位于中间的一块固定板上开设供超声变幅杆固定的通槽；两根固定杆平行设置，并分别位于超声波焊头的相对两侧；固定杆穿过位于中间的一块固定板，且两端分别固定在位于两侧的两块固定板上；加压螺栓安装在靠近所述封装结构的一块固定板上。

本发明还提供一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合方法，其应用于上述任意所述的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置中，其包括以下步骤：

一、将金属中间层和两个柔性聚合物电解层组成三层共阳极结构，并将所述三层共阳极结构通过定位块固定在超声波焊头上；

二、移动加压螺栓以对所述封装结构施加一个预设压力，使金属中间层和两个柔性聚合物电解层贴合；

三、先启动超声波电源以输出电能至电隔离换能器，再通过电隔离换能器将所述电能转换为超声波，最后通过超声变幅杆将超声能量集中在超声波焊头上，使超声波焊头传输超声波至柔性聚合物电解层上，以活化柔性聚合物电解层与金属中间层的预连接表面并达到超声连接；

四、关闭超声波电源并启动直流电源以输出所述预设电压作用于所述封装结构，使中间层和柔性聚合物电解层实现阳极键合。

相较于现有的键合装置，本发明的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置及其方法具有以下有益效果：

1、该聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，其封装结构的中间层布置在器件的封装位置上，并与两个电解层将器件封装起来，而超声波振动连接系统能够向封装结构中传输超声波，使得金属中间层和柔性聚合物电解层之间达成超声连接，而阳极键合系统能够对封装结构输送直流电压，使得金属中间层和柔性聚合物电解层在超声连接的基础上进一步达成静电连接并实现阳极键合，从而实现对器件的键合。这样，该键合装置不仅能获得好的键合强度和保证器件的可靠性，而且还能降低成本，提高生产效益，实现高效、优质的封装。

在加压螺栓使金属中间层和柔性聚合物电解层贴合后，控制器启动超声波电源，这样超声波电源通过电隔离换能器和超声变幅杆使超声波焊头传输超声波至柔性聚合物电解层，这样利用低能的超声波对待连接界面的柔性聚合物电解层的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级，可以大大降低待键合的两部分的间距，从而使超声焊合更加牢固。随后，控制器启动直流电源，使其可以进行阳极键合以完成键合封装，这样两种键合工艺相结合能够充分加强键合位置的键合强度，进而提高封装结构的密封性能和键合率，并且提高封装的可靠性，延长器件的使用寿命。而且，由于采用电隔离换能器，这样可以避免后续直流电源的高电压对超声波电源的影响，而超声变幅杆能够将超声波电源的超声能量集合在超声波焊头上，使得超声波焊头所具有的超声能量最大化，减少能量的损耗，同时也使得焊头对电解层的超声振动更加有效，使超声焊合效率更高。

2、该聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，其能够实现超声波键合和阳极键合的双重键合，键合能够按照设计进行，而且由封装结构构成的三层结构，通过超声波焊合和阳极键合后连接牢固，键合强度大，并且具有良好的密封性，而且其材料选择多样，电解质由于采用柔性聚合物电解质材料，可以选择结晶度较低的材料，能够提高电解层的离子电导率。同时，由于在阳极键合之前已经进行了超声波焊接，这样就可以使阳极键合的工作时间缩短，同时电压数值可控，就可以避免键合电压过高或过低所带来的问题，提高键合的成功率和键合质量。另外，当键合位置的表面粗糙程度达不到要求(≥1.5μm)时，超声波振动可以使未接触部分充分接触并焊合，这样在后续阳极键合的过程中就可以增大静电引力，使得焊接更加有效，从而提高焊合的成功率，提升密封性。

附图说明

图1为本发明实施例1的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置的系统框图；

图2为图1中的超声辅助阳极键合装置的结构示意图；

图3为本发明实施例5的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合方法的流程图。

符号说明：

1直流电源10固定架

2超声波电源11电隔离换能器

3电流记录仪12超声波焊头

4控制器13金属中间层

5开关一14柔性聚合物电解层

6开关二15定位块

7加压螺栓16封装腔

8超声变幅杆17固定板

9固定法兰18固定杆

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1以及图2，本实施例提供了一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，该装置用于对器件进行键合。该器件可以为mems器件，也可以为传感器器件，还可以为其他待封装的器件。其中，该超声辅助阳极键合装置包括封装结构、超声波振动连接系统、阳极键合系统以及控制系统。

封装结构包括金属中间层13和两个柔性聚合物电解层14。金属中间层13布置在器件的封装位置上，并且金属中间层13的两端均为开口端。金属中间层13可以呈环形，并且呈正方形，当然，在其他实施例中，金属中间层13的形状可以根据器件的外轮廓进行设计，例如采用圆环形。两个柔性聚合物电解层14分别盖在金属中间层13的两端上，并与金属中间层13围成一个封装腔16。其中，器件布置在封装腔16中。柔性聚合物电解层14可以呈板状，而且金属中间层13和柔性聚合物电解层14的厚度与器件的尺寸相匹配，同时可以根据封装需要进行设定。

在本实施例中，金属中间层13的端面与柔性聚合物电解层14的端面位于同一平面上，能够使接触面达到最大化。金属中间层13的金属材料可以为铝箔等材料，而柔性聚合物电解层14的电解质材料可以采用现有的键合装置的封装材料中的电解质。如此，该封装结构实际上为一个三层结构，一方面能够使器件充分地密封在封装腔中，另一方面也方便布置，便于进行组装，提高器件的键合效率。在具体安装时，可以在器件的封装位置缓慢设置金属中间层13的材料，也可以先将金属中间层13设计好，将器件布置在金属中间层13中。两个柔性聚合物电解层14实际相同，其能够与金属中间层13相配合，形成三层结构，实现对器件的密封。在金属中间层13与柔性聚合物电解层14的接触区域，存在接触部分和未接触部分，这是由于接触面存在粗糙的情况，因而需要对该接触区域进行键合。

超声波振动连接系统包括固定架10、超声变幅杆8、超声波焊头12、定位块15、加压螺栓7、电隔离换能器11以及超声波电源2，还可包括固定法兰9。超声波振动连接系统能够向封装结构提供超声波，使得金属中间层和柔性聚合物电解层之间达成超声连接。超声波振动连接系统除了向封装结构提供超声波外，还可以向柔性聚合物电解层14施加压力，使得金属中间层13和柔性聚合物电解层14之间紧密贴合，以便于后续对这两者的接触部位进行焊合。

在本实施例中，固定架10包括固定板17以及固定杆18。固定架10的数量至少为三块，而且三块固定板17平行设置，并且位于中间的一块固定板17上开设供超声变幅杆8固定的通槽。固定杆18的数量至少为两根，这两根固定杆18平行设置，并且分别位于超声波焊头12的相对两侧。固定杆18穿过位于中间的一块固定板17，而且固定杆18的两端分别固定在位于两侧的两块固定板17上。加压螺栓7安装在靠近封装结构的一块固定板17上。

超声变幅杆8的侧壁固定在固定架10上，在本实施例中，超声变幅杆8通过固定法兰9固定在固定架10上。超声变幅杆8为由钛合金制成的阶梯型变幅杆。超声变幅杆8可以采用现有的变幅杆，其是超声波振动系统中一个重要的组成部分，它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能，即能够将超声波电源2的超声能量集合在超声波焊头12上，使得超声波焊头12所具有的超声能量最大化，减少能量的损耗，同时也使得焊头对电解层的超声振动更加有效，使超声焊合效率更高。同时，超声变幅杆8可以改变超声振动的振幅，可以保证超声振动与封装结构所需的振动相匹配，避免振幅过大或者过小的情况，从而使超声焊合的效果更加明显。

超声波焊头12的一端连接在超声变幅杆8的一端上，其中一个柔性聚合物电解层14定位在超声波焊头12的另一端上。在本实施例中，超声波焊头12为呈圆柱形的钛合金焊头，而且长度为45mm，直径为5～20mm。超声波焊头12的另一端上开设定位槽，柔性聚合物电解层14固定在定位槽中。该定位槽的深度可以根据柔性聚合物电解层14的厚度设定，一般情况下，深度会比厚度略微小一些。而定位槽的横向尺寸则和柔性聚合物电解层14的外边缘尺寸相匹配，可以保证柔性聚合物电解层14在定位槽中不会出现横向偏移。

加压螺栓7螺接在固定架10上，并在转动时抵压在其中另一个柔性聚合物电解层14上，使金属中间层13和两个柔性聚合物电解层14贴合。其中，加压螺栓7、超声变幅杆8以及超声波焊头12均同轴设置，且中心轴与金属中间层13和柔性聚合物电解层14的接触面垂直。加压螺栓7可以为由合金钢制成的螺栓，而且其可调位移范围为0～100mm。加压螺栓7在加压后，其对柔性聚合物电解层14施加的压力为10～25mpa。该压力的具体数值可以根据实际所需要的键合压力确定，而且可以通过压力计等设备将该压力值显示出来，以便于调节键合压力。在具体调节时，可以调节加压螺栓7的可调位移，这样加压螺栓7对柔性聚合物电解层14的下压力就会产生变化，使得柔性聚合物电解层14与金属中间层13之间的键合压力也随之发生改变。

定位块15安装在超声波焊头12的另一端上，并用于定位金属中间层13。在本实施例中，定位块15固定在超声波焊头12另一端的端面上，并将金属中间层13包住，以限制金属中间层13沿着加压螺栓7的径向移动。定位块15可与超声波焊头12可拆卸式连接，这样可以便于先将金属中间层13定位于超声波焊头12上后再通过定位块15将金属中间层13固定，从而使封装结构与超声波焊头12相对固定。在一些实施例中，定位块15可与超声波焊头12一体成型，可直接将柔性聚合物电解层14和金属中间层13放入。

电隔离换能器11安装在固定架10上，且一端与超声变幅杆8的另一端相连。在本实施例中，电隔离换能器11可以有效隔离最高1000伏的键合电压对超声波电源2的影响。电隔离换能器11可以采用现有的超声换能器，其可以固定在固定板17上，并且与超声变幅杆8同轴设置。

超声波电源2电性连接电隔离换能器11的另一端，并用于通过电隔离换能器11、超声变幅杆8驱使超声波焊头12传输超声波至柔性聚合物电解层14上，以使金属中间层13和柔性聚合物电解层14达到超声连接。在本实施例中，超声波电源2的振动频率为20khz，振幅为20～85μm，振动时间为5～15秒，保压时间为5～15秒。超声波电源2能够通过电隔离换能器11和超声变幅杆8使超声波焊头12传输超声波至柔性聚合物电解层14，这样利用低能的超声波对待连接界面的柔性聚合物电解层14的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级，可以大大降低待键合的两部分的间距，从而使超声焊合更加牢固。实际上，超声波焊头12在接收到超声波后，会不停地对柔性聚合物电解层14与金属中间层13之间的接触部位进行超声波振动，使得超声波能量聚集在接触区域，从而使接触区域中的未接触部分充分接触，并时接触部分进一步加强接触，从而实现超声波焊合。

阳极键合系统包括直流电源1，还可以包括电流记录仪3。直流电源1的正极与金属中间层13电性连接，负极与两个柔性聚合物电解层14电性连接。直流电源1用于向封装结构施加一个预设电压，使金属中间层13和柔性聚合物电解层14实现键合。在直流电源1启动时，直流电源1的正负极可以通过电缆或者探针等方式与金属中间层13和柔性聚合物电解层14电性连接，使得金属中间层13和柔性聚合物电解层14具有电势差，而电势差能够使接触区域形成强电场，静电引力会拉动金属中间层13和柔性聚合物电解层14相靠近的两部分，使这两部分实现阳极键合。直流电源1可以进行阳极键合，实现将器件封装在封装结构中，这样两种键合工艺相结合能够充分加强键合位置的键合强度，进而提高封装结构的密封性能和键合率，并且提高键合的稳定性和可靠性，延长器件的使用寿命。电流记录仪3用于记录直流电源1与封装结构之间的电流，这样可以便于掌握封装结构的键合情况，尤其是在电流为零时，可以判断出存在线路故障，从而对故障进行处理。

控制系统包括控制器4，还可以包括开关一5和开关二6。控制器4用于在加压螺栓7位移一个预设距离以对封装结构施加一个预设压力后，先启动超声波电源2以输出电能至电隔离换能器11，再通过电隔离换能器11将电能转换为超声波，然后通过超声变幅杆8将超声能量集中在超声波焊头12上，使超声波焊头12传输超声波至柔性聚合物电解层14上，以活化柔性聚合物电解层14与金属中间层13的预连接表面并达到超声连接，最后关闭超声波电源2并启动直流电源1以输出预设电压作用于封装结构，使中间层13和柔性聚合物电解层14实现阳极键合。在本实施例中，开关一5用于打开或关闭超声波电源2，开关二6用于打开或关闭直流电源1。其中，控制器4通过开关一5启动或关闭超声波电源2，并通过开关二6启动或关闭直流电源1。

综上所述，相较于现有的键合装置，本实施例的聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置具有以下优点：

1、该聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，其封装结构的金属中间层13布置在器件的封装位置上，并与两个柔性聚合物电解层14将器件封装起来，而超声波振动连接系统能够向封装结构中传输超声波，使得金属中间层13和柔性聚合物电解层14之间达成超声连接，而阳极键合系统能够对封装结构输送直流电压，使得金属中间层13和柔性聚合物电解层14在超声连接的基础上进一步达成静电连接并实现阳极键合，从而实现对器件的键合。这样，该键合装置不仅能获得好的键合强度和保证器件的可靠性，而且还能降低成本，提高生产效益，实现高效、优质的封装。

在加压螺栓使金属中间层13和柔性聚合物电解层14贴合后，控制器4启动超声波电源2，这样超声波电源2通过电隔离换能器11和超声变幅杆8使超声波焊头12传输超声波至柔性聚合物电解层14，这样利用低能的超声波对待连接界面的柔性聚合物电解层14的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级，可以大大降低待键合的两部分的间距，从而使超声焊合更加牢固。随后，控制器4启动直流电源1，使其可以进行阳极键合以完成键合封装，这样两种键合工艺相结合能够充分加强键合位置的键合强度，进而提高封装结构的密封性能和键合率，并且提高封装的可靠性，延长器件的使用寿命。而且，由于采用电隔离换能器11，这样可以避免后续直流电源的高电压对超声波电源2的影响，而超声变幅杆8能够将超声波电源2的超声能量集合在超声波焊头12上，使得超声波焊头12所具有的超声能量最大化，减少能量的损耗，同时也使得焊头对电解层的超声振动更加有效，使超声焊合效率更高。

2、该聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，其能够实现超声波键合和阳极键合的双重键合，键合能够按照设计进行，而且由封装结构构成的三层结构，通过超声波焊合和阳极键合后连接牢固，键合强度大，并且具有良好的密封性，而且其材料选择多样，由于电解质采用柔性聚合物电解质材料，可以选择结晶度较低的材料，能够提高电解层的离子电导率。同时，由于在阳极键合之前已经进行了超声波焊接，这样就可以使阳极键合的工作时间缩短，同时电压数值可控，就可以避免键合电压过高或过低所带来的问题，提高键合的成功率和键合质量。另外，当键合位置的表面粗糙程度达不到要求≥1.5μm时，超声波振动可以使未接触部分充分接触并焊合，这样在后续阳极键合的过程中就可以增大静电引力，使得焊接更加有效，从而提高焊合的成功率，提升密封性。

实施例2

本实施例提供了一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，该装置在实施例1的基础上进行举例说明，采用peo-liclo4与金属铝箔的超声辅助键合，以下对键合过程进行具体介绍。

1、金属中间层13为由铝箔制成的环状结构，柔性聚合物电解层14为由peo-liclo4制成的片状结构。在确定封装结构后，将柔性聚合物电解层14与金属中间层13组成三层结构，放在超声波焊头12上。

2、设置超声工艺参数：超声工艺参数包括振幅，超声频率，超声时间。超声波电源2的振动频率为20khz，超声振幅为25μm，超声振动时间10s。

3、设置阳极键合工艺参数：键合电压为300v，即直流电源1的输出电压为300v，键合时间1min。

4、通过加压螺栓7对封装结构进行加压，使金属中间层13和柔性聚合物电解层14紧密接触，施加压力为15mpa。

5、启动超声波电源2，电隔离换能器11将电能转换成超声波，并通过超声变幅杆8将超声能量放大集中在超声波焊头12上，而后通过超声波焊头12传递给peo-liclo4，金属铝箔与peo-liclo4达到超声连接。

6、关闭超声波电源2并启动直流电源1，将高压电作用与peo-liclo4与金属铝箔两端，完成键合，在键合过程中电流记录仪3记录下的键合峰值电流为8ma。

7、超声辅助阳极键合完成后，保持压力10分钟后取出试件。

在本实施例中，采用该超声辅助阳极键合装置键合后的peo-liclo4与金属铝箔键合率测得为96％，密封性良好。

实施例3

本实施例提供了一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，在实施例1的基础上进行举例，采用peo-libf4与金属铝箔的超声辅助阳极键合，以下对键合过程进行具体介绍。

1、金属中间层13为由铝箔制成的环状结构，柔性聚合物电解层14为由用peo-libf4制成的片状结构。在确定封装结构后，将柔性聚合物电解层14与金属中间层13组成三层结构，放在超声波焊头12上。

2、设置超声工艺参数：超声工艺参数包括振幅，超声频率，超声时间。超声波电源2的振动频率为20khz，超声振幅为30μm，超声振动时间10s。

3、设置阳极键合工艺参数：键合电压为400v，即直流电源1的输出电压为400v，键合时间1min。

4、通过加压螺栓7对封装结构进行加压，使金属中间层13和柔性聚合物电解层14紧密接触，施加压力为12mpa。

5、启动超声波电源2，电隔离换能器11将电能转换成超声波，并通过超声变幅杆8将超声能量放大集中在超声波焊头12上，而后通过超声波焊头12传递给peo-libf4，金属铝箔与peo-libf4达到超声连接。

6、关闭超声波电源2并启动直流电源1，将高压电作用与peo-libf4与金属铝箔两端，完成键合，在键合过程中电流记录仪3记录下的键合峰值电流为10ma。

7、超声辅助阳极键合完成后，保持压力10分钟后取出试件。

在本实施例中，采用该超声辅助阳极键合装置键合后的peo-libf4与金属铝箔键合率测得为98％，密封性良好。

实施例4

本实施例提供了一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置，在实施例1的基础上进行举例，采用peo-lipf6与金属铝箔的超声辅助阳极键合，以下对键合过程进行具体介绍。

1、金属中间层13为由铝箔制成的环状结构，柔性聚合物电解层14为由用peo-lipf6制成的片状结构。在确定封装结构后，将柔性聚合物电解层14与金属中间层13组成三层结构，放在超声波焊头12上。

2、设置超声工艺参数：超声工艺参数包括振幅，超声频率，超声时间。超声波电源2的振动频率为20khz，超声振幅为35μm，超声振动时间10s。

3、设置阳极键合工艺参数：键合电压为500v，即直流电源1的输出电压为500v，键合时间1min。

4、通过加压螺栓7对封装结构进行加压，使金属中间层13和柔性聚合物电解层14紧密接触，施加压力为18mpa。

5、启动超声波电源2，电隔离换能器11将电能转换成超声波，并通过超声变幅杆8将超声能量放大集中在超声波焊头12上，而后通过超声波焊头12传递给peo-lipf6，金属铝箔与peo-lipf6达到超声连接。

6、关闭超声波电源2并启动直流电源1，将高压电作用与peo-lipf6与金属铝箔两端，完成键合，在键合过程中电流记录仪3记录下的键合峰值电流为9ma。

7、超声辅助阳极键合完成后，保持压力10分钟后取出试件。

在本实施例中，采用该超声辅助阳极键合装置键合后的peo-lipf6与金属铝箔键合率测得为96％，密封性良好。

实施例5

请参阅图3，本实施例提供了一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合方法，其应用在实施例1-4中所提供的任意一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置中。在本实施例中，该超声辅助阳极键合方法包括以下这些步骤。

第一步、将金属中间层13和两个柔性聚合物电解层14组成三层共阳极结构，并将三层共阳极结构通过定位块15固定在超声波焊头12上。在具体安装时，可以在器件的封装位置缓慢设置金属中间层13的材料，也可以先将金属中间层13设计好，将器件布置在金属中间层13中。两个柔性聚合物电解层14实际相同，其能够与金属中间层13相配合，形成三层结构，实现对器件的密封。在金属中间层13与柔性聚合物电解层14的接触区域，存在接触部分和未接触部分，这是由于接触面存在粗糙的情况，因而需要对该接触区域进行键合。

第二步、移动加压螺栓7以对封装结构施加一个预设压力，使金属中间层13和两个柔性聚合物电解层14贴合。该预设压力实际上的取值范围为10～25mpa，当然，在其他实施例中，预设压力的大小与器件的实际尺寸和所需要的键合强度决定，可以不在该取值范围内。在本实施例中，还可以将直流电源1的正极接到金属中间层13上，并将直流电源1的负极接到两个柔性聚合物电解层14上。在直流电源1启动时，直流电源1的正负极可以通过电缆或者探针等方式与金属中间层13和柔性聚合物电解层14电性连接，使得金属中间层13和柔性聚合物电解层14具有电势差，而电势差能够使接触区域形成强电场，静电引力会拉动金属中间层13和柔性聚合物电解层14相靠近的两部分，使这两部分实现阳极键合。

第三步、先启动超声波电源2以输出电能至电隔离换能器11，再通过电隔离换能器11将电能转换为超声波，最后通过超声变幅杆8将超声能量集中在超声波焊头12上，使超声波焊头12传输超声波至柔性聚合物电解层14上，以活化柔性聚合物电解层14与金属中间层13的预连接表面并达到超声连接。超声波焊头12在接收到超声波后，会不停地对柔性聚合物电解层14与金属中间层13之间的接触部位进行超声波振动，使得超声波能量聚集在接触区域，从而使接触区域中的未接触部分充分接触，并时接触部分进一步加强接触，从而实现超声波焊合。

第四步、关闭超声波电源2并启动直流电源1以输出预设电压作用于封装结构，使金属中间层13和柔性聚合物电解层14实现阳极键合。在超声波键合完成后，在金属中间层13和柔性聚合物电解层14接触区域，之前所存在的未接触部分已充分接触，整个接触面也已充分焊合，这样再使该区域的两侧具有相对较高的电场力作用，静电引力会进一步对相接触的两部分键合，从而使键合强度进一步加强。

第五步、在金属中间层13和柔性聚合物电解层14键合后，将封装结构保压并测试键合率。在本实施例中，在键合室内保压10分钟，最后测试超声键合后的键合率，从而确定键合的效果。在键合效果不理想时，可以重新返回至前几步，并相应提高相关的键合参数，例如阳极键合的电压，超声波振动的频率和振幅等。当然，在一些实施例中，在确定了相关键合参数满足需求时，本步骤可以不设置，只需要执行之前的步骤即可。

实施例6

本实施例提供了一种柔性微电子器件，该微电子器件采用实施例1-4中所提供的任意一种聚合物电解质与金属的超声辅助阳极键合装置将器件键合而成。其中，器件可以为实际所需要封装的器件，所构成的微电子器件由于同时采用了阳极键合和超声波键合这两种工艺进行键合，因此其键合强度大，而且稳定性比较高，这样使得该柔性微电子器件的使用寿命大大增长。一旦采用现有阳极键合技术进行封装，在强电场作用的下，长时间作用，温度升高，高温下会使得聚合物材料软化并压溃变形，甚至击穿；反之，键合电压过低，键合时间过短，离子迁移数较少，容易导致键合强度不足等问题。而本实施例由于采用的材料的导电性比较好，这样可以保证离子电导率，而且相对于现有的阳极键合技术无需采用强电池或低电压进行作用，可以避免高温导致击穿或者低电压键合而导致键合强度不足对的问题，同时也可以避免在表面不平而导致未接触部分难以焊合的问题，超声波振动使得未接触部分可以充分接触焊合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。